JPH09162580A - ヒートパイプ式筐体放熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の放熱器よりも放熱効率を上げることがで
き、かつ、筐体の外部を自然循環にする必要がある場合
であっても、設置スペースを小さくできる、小型で高性
能なヒートパイプ式筐体放熱器を提供する。 【解決手段】筐体１の内部に設けられ、筐体１内の熱を
集熱する集熱フィン６と、筐体１の外部に設けられ、か
つ筐体１の一部を形成する放熱フィン７と、集熱フィン
６に取り付けられた蒸発部８ａと筐体１から離れた放熱
フィン７の部分に取り付けられた凝縮部８ｂとを備えた
ヒートパイプ８と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や電子
機器等を収納する筐体内で発生した熱を外部へ逃がすた
めに用いられるヒートパイプ式筐体放熱器に関し、特
に、小型で、かつ高性能なヒートパイプ式筐体放熱器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エレクトロニクス分野において
は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子やモジュール，電子機
器等に対し、いわゆる軽薄短小の時代の要請もあって、
ますます小型化・高密度化が要求されている。また、熱
対策や熱処理が必要となる他の分野の関連機器でも、設
置スペースの問題やデザイン性の面で、より一層のコン
パクト化が要求されている。そのため、これらの半導体
素子、電子機器、関連機器等が収納される筐体内の単位
体積あたりの熱量が大幅に増大する傾向にあり、筐体内
部を冷却して温度上昇を押さえる必要がある。

【０００３】従来では、筐体自体に通気孔を設け、その
通気孔から放熱して温度上昇を防いだり、ファンにより
強制的に空気置換して温度上昇を防いでいた。この方式
は、通常、屋内に設置される筐体等、空気が比較的清浄
な場所で採用されるものである。

【０００４】しかし、屋外に設置する場合のように雨や
ほこり等のために環境が悪い条件の下では、筐体自体を
略気密に保つ必要がある。

【０００５】そこで、密閉の筐体の内部を放熱するため
に、ヒートパイプを利用した放熱器が使用されている。
図８は、従来のヒートパイプ式放熱器を示す側面図であ
る。この放熱器は、筐体３０内に設けられた内部ファン
３１と、筐体外に設けられた外部ファン３２と、内部フ
ァン３１と外部ファン３２との間に設けられ垂直方向に
延びたフィン３３付のヒートパイプ３４と、を有する。
また、ヒートパイプ３４の中間部には仕切り板３５が取
り付けられ、外部ファン３２によって吸引される空気を
ろ過するためのフィルタ３６が筐体３０に取り付けられ
ている。内部ファン３１によって吸引された内気Ｋ１
は、ヒートパイプ３４によって熱が奪われて筐体３０の
内部に強制的に放出される。ヒートパイプ３４で集熱さ
れた熱は、上部の放熱部に移動し、外部ファン３２によ
って吸引された外気Ｋ２とともに、外部に強制的に放出
される。

【０００６】図９は、他の形態の従来のヒートパイプ式
放熱器を示す側面図である。この放熱器は、筐体４０の
内部に設けられたファン４１と、筐体４０の内部から外
部に向かって水平方向に延びているヒートパイプ４２
と、そのヒートパイプ４２の集熱部と放熱部にそれぞれ
所定間隔を隔てて取り付けられた複数のフィン４３、４
４とからなる。筐体４０内の熱は、内部のファン４１で
集熱され、ヒートパイプ４２を介して、筐体４０の外部
で自然循環（自然対流）によって放熱される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８に示す従来のヒー
トパイプ式放熱器では、筐体３０に内部ファン３１及び
外部ファン３２を設けて、強制循環により熱交換を行っ
ているため、特に屋外に設置する場合には、外部ファン
３２が故障しやすく、メンテナンスが必要であった。

【０００８】図９に示す従来のヒートパイプ式放熱器で
は、筐体４０の外部を自然循環になるように構成されて
いるので、メンテナンスの回数を減らすことはできる。
しかし、筐体４０内の熱が、専らヒートパイプ４２を介
して放熱され、フィンから直接放熱されることはないの
で、その分放熱効率が低い。また、筐体４０の外部を自
然循環にするため、放熱面積が大きくなるようにヒート
パイプ４２が筐体４０の外部に水平方向に延びているの
で、設置スペースを広くとらなくてはならない。そのた
め、設置スペースに制約があると、取付が困難となる場
合があった。

【０００９】本発明は、上記問題点を鑑みてなされたも
のであり、従来の放熱器よりも放熱効率を上げることが
でき、かつ、筐体の外部を自然循環にする必要がある場
合であっても、設置スペースを小さくできる、小型で高
性能なヒートパイプ式筐体放熱器を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のヒートパイプ式
筐体放熱器は、筐体の内部に設けられ、筐体内の熱を集
熱する集熱フィンと、筐体の外部に設けられ、かつ筐体
の一部を形成する放熱フィンと、集熱フィンに取り付け
られた蒸発部と、前記筐体から離れた放熱フィンの部分
に取り付けられた凝縮部とを備えたヒートパイプと、を
有することを特徴とするものである。

【００１１】放熱フィンは、筐体に形成された開口部に
取り付けられた平板部と、その平板部に前記筐体の内側
に突出して形成された内側突出部と、前記平板部に前記
筐体の外側に突出して形成された外側突出部とを有する
のが好ましい。

【００１２】ヒートパイプの凝縮部は、筐体側面と略平
行であり、かつ、筐体の高さ方向に沿って延びているの
が好ましい。

【００１３】筐体の内部に、筐体内で発生した熱を強制
的に集熱させる強制循環手段が設けられていてもよい。
強制循環手段は、筐体内の流体を筐体の高さ方向とは逆
方向に流動させるのが好ましい。

【００１４】本発明によれば、筐体の外部に設けられた
放熱フィンが筐体の一部を形成しているので、筐体内の
熱はヒートパイプを介して放熱されるとともに、直接放
熱フィンを介して放熱される。また、ヒートパイプの凝
縮部が、筐体から離れた放熱フィンの部分に取り付けら
れるので、熱伝導に伴う放熱効率の低下をヒートパイプ
の放熱機能によって防止することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明のヒートパイプ式
筐体放熱器を示す斜視図である。

【００１６】図１に示すように、密閉の筐体１の内部に
は、光信号を電気信号に変換する変換機器等が搭載され
ており、リレー機能を有したリレーカードユニット２、
制御機能を有した制御カードユニット３、補助電源であ
るバッテリー４等が設けられている。これらのリレーカ
ードユニット２や制御カードユニット３の基板上に取り
付けた素子やバッテリー４等の機器からの発熱により、
筐体１内の温度が上昇し、それによって素子や機器は使
用限界温度を越えてしまうので、筐体１内の熱を放熱す
るためのヒートパイプ式筐体放熱器５が設けられてい
る。

【００１７】このヒートパイプ式筐体放熱器５は、筐体
１内の熱を集熱する集熱フィン６、筐体１の外部に設け
られた放熱フィン７、集熱フィン６に取り付けられた蒸
発部８ａと、放熱フィン７に取り付けられた凝縮部８ｂ
とを備えたヒートパイプ８と、を有する。また、集熱フ
ィン６の下部には、筐体１の内部で発生した熱を強制的
に集熱させる強制循環手段としてのファン９が設けられ
ている。

【００１８】集熱フィン６及び放熱フィン７は、アルミ
ニウム等の放熱性（伝導性）の優れた金属で形成されて
おり、それぞれ蒸発部フィン取付部１０、凝縮部フィン
取付部１１に所定間隔を隔てて複数枚配置されている。

【００１９】ヒートパイプ８は、両端部が密閉された金
属管内に作動液を減圧して封入したものである。通常
は、銅ー水系のものが用いられるが、寒冷地で使用する
場合等は、作動液として代替フロンやパーフルオロカー
ボン等を用いるのが好ましい。また、コンテナは銅以外
にアルミニウム、ステンレス等で形成されているもので
もよい。

【００２０】ヒートパイプ８の集熱部８ａは、水平方向
に延びて形成され、その凝縮部８ｂは、設置スペースを
小さくするため、筐体１の側面と略平行であり、かつ、
筐体１の高さ方向に沿って延びて形成される。

【００２１】また、ヒートパイプ８は、バーリング加工
を施した薄板を圧入したり、押出あるいは機械加工によ
り穴あるいは窪みを設けた型材のフィンに、ハンダや熱
伝導性の充填材を介して取り付けられたり、カシメによ
り取り付けられる。

【００２２】図２は、本発明のヒートパイプ式筐体放熱
器を示す側断面図である。図２に示すように、ヒートパ
イプ８の凝縮部８ｂは、筐体１の側面から離れた放熱フ
ィン７の先端部分に取り付けられている。このような構
造により、熱伝導に伴う放熱効率の低下をヒートパイプ
８の放熱機能によって防止することができ、放熱器５の
高性能化を図ることができる。

【００２３】図３は、放熱フィン７の内部構造を示す水
平断面図である。図３に示すように、放熱フィン７は、
筐体１の一部として形成されており、筐体１の側面に形
成された開口部１ａに取り付けられた平板部７ａと、そ
の平板部７ａに筐体１の外側に突出して形成された外側
突出部７ｂと、その外側突出部７ｂの先端部に形成さ
れ、ヒートパイプ８を支持するヒートパイプ支持部７ｃ
とを有する。このような構造により、筐体１内の熱が直
接放熱フィン７を介して放熱されるので、従来の放熱器
に比べ１０％放熱効率を上げることができる。

【００２４】図４は、他の形態の放熱フィン１２の内部
構造を示す水平断面図である。図４に示すように、放熱
フィン１２は、筐体１に形成された開口部１ａに取り付
けられた平板部１２ａと、その平板部１２ａに筐体１の
内側に突出して形成された内側突出部１２ｂと、平板部
１２ａに筐体１の外側に突出して形成された外側突出部
１２ｃと、外側突出部１２ｃの所定箇所に形成され、ヒ
ートパイプ８を支持するヒートパイプ支持部１２ｄとを
有する。この放熱フィン１２では、平板部１２ａに筐体
１の内側に突出した内側突出部１２ｂが形成されている
ので、筐体１内の熱の放熱効果がより一層向上し、従来
の放熱器に比べ１５％放熱効率を上げることができる。
この構造は、筐体１の内部をファン９により強制循環さ
せる場合には特に効果的である。

【００２５】本発明のヒートパイプ式筐体放熱器５によ
れば、筐体１の内部に設けられた素子や機器等で発生し
た熱は、集熱フィン６により集熱され、ヒートパイプ８
の蒸発部８ａから凝縮部８ｂに移動されて、放熱フィン
７から放熱される。また、図３及び図４に示すように、
放熱フィン７は筐体１の一部を形成しているので、筐体
１の内部の熱は、直接放熱フィン７を介しても放熱され
る。

【００２６】図５は、筐体１の内気及び外気の流れを示
す説明図である。図５に示すように、筐体１の内気Ｋ１
は、ファン９により筐体１の高さ方向とは逆方向に流動
され、時計方向に強制循環される。一方、筐体１の外気
Ｋ２では、熱交換により温度上昇した空気が比重差によ
り、下から上へ効率的に自然循環する。

【００２７】図６は、筐体１の高さ位置と筐体１内外の
温度との関係を示す特性図である。図６からわかるよう
に、筐体１の外気Ｋ２の温度は、ヒートパイプ８の凝縮
部８ｂの長手方向に沿って徐々に温度上昇していくた
め、筐体１の上部においては、筐体１の内気Ｋ１との温
度差がとりにくくなる。そこで、本発明の放熱器５で
は、図５に示すように、筐体１の内気Ｋ１の温度が最も
高くなる部分、すなわちヒートパイプ８の蒸発部８ａの
通過前の部分が放熱フィン７の上部から接するように強
制循環されるので、図６に示すように、筐体１の内外の
温度差が確保され、約２％性能を向上させることができ
る。

【００２８】なお、本発明の放熱器５は、筐体１の外部
を自然循環とした場合に特に効果を発揮するが、外部に
強制循環用のファン１３（図５参照）を設けてもよい。
この場合、ファン１３による強制循環で放熱すると、約
５０％放熱効率を向上させることができる。

【００２９】図７は、筐体１の上側に配置され、筐体１
の内部を自然循環、筐体１の外部を強制循環とした場合
の本発明の変形例を示す側面図である。図７に示す放熱
器１５は、筐体１の上側の内部に設けられた集熱フィン
１６と、筐体１の外部に設けられ、かつ筐体１の上面の
一部を形成する放熱フィン１７と、集熱フィン１６に取
り付けられた蒸発部１８ａと、筐体１の上面から離れた
放熱フィン１７の部分に取り付けられた凝縮部１８ｂと
を備えたヒートパイプ１８とからなる。また、ヒートパ
イプ１８の凝縮部１８ｂの端部側に強制循環用のファン
１９が設けられている。

【００３０】筐体１の内部で発生した熱は筐体１の上部
からたまっていき、高温部が形成されるので、放熱器１
５のヒートパイプ１８の蒸発部１８ｂが、その高温部に
接するように配置されている。

【００３１】また、放熱フィン１７は筐体１の上部にあ
るので、自然循環での放熱では効果が少ない場合には、
ファン１９による強制循環により放熱を行う。ヒートパ
イプ１８は、図３に示すものと同様に取り付けられる。

【００３２】本発明は、上記実施例に限定されることは
なく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内
において、種々の変更が可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明の放熱器によれば、次のような優
れた効果を奏する。 （１）筐体の外部に設けられた放熱フィンが筐体の一部
を形成しているので、筐体内の熱はヒートパイプを介し
て放熱されるとともに、直接放熱フィンを介して放熱さ
れるので、従来よりも放熱効率を上げることができる。 （２）ヒートパイプの凝縮部が、筐体から離れた放熱フ
ィンの部分に取り付けられるので、熱伝導に伴う放熱効
率の低下を防止することができ、放熱器の高性能化を図
ることができる。 （３）筐体の外部を自然循環にする必要がある場合であ
っても、設置スペースを小さくできるので、放熱器の小
型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートパイプ式筐体放熱器を示す斜視
図である。

【図２】本発明のヒートパイプ式筐体放熱器を示す側断
面図である。

【図３】放熱フィンの内部構造を示す水平断面図であ
る。

【図４】他の形態の放熱フィンの内部構造を示す水平断
面図である。

【図５】筐体の内気及び外気の流れを示す説明図であ
る。

【図６】筐体の高さ位置と筐体内外の温度との関係を示
す特性図である。

【図７】筐体の上側に配置され、筐体の内部を自然循
環、筐体の外部を強制循環とした場合の本発明の変形例
を示す側面図である。

【図８】従来のヒートパイプ式筐体放熱器を示す側面図
である。

【図９】筐体の外部を自然循環になるように構成された
従来のヒートパイプ式放熱器を示す側面図である。

【符号の説明】

１：筐体 ２：リレーカードユニット ３：制御カードユニット ４：バッテリー ５：ヒートパイプ式筐体放熱器 ６：集熱フィン ７：放熱フィン ８ａ：蒸発部 ８ｂ：凝縮部 ８：ヒートパイプ ９：ファン １０：蒸発部フィン取付部 １１：凝縮部フィン取付部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筐体の内部に設けられ、筐体内の熱を集熱
   する集熱フィンと、 筐体の外部に設けられ、かつ筐体の一部を形成する放熱
   フィンと、 前記集熱フィンに取り付けられた蒸発部と、前記筐体か
   ら離れた放熱フィンの部分に取り付けられた凝縮部とを
   備えたヒートパイプと、 を有することを特徴とするヒートパイプ式筐体放熱器。
2. 【請求項２】前記放熱フィンは、筐体に形成された開口
   部に取り付けられた平板部と、その平板部に前記筐体の
   内側に突出して形成された内側突出部と、前記平板部に
   前記筐体の外側に突出して形成された外側突出部とを有
   することを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ式
   筐体放熱器。
3. 【請求項３】前記ヒートパイプの凝縮部は、前記筐体側
   面と略平行であり、かつ、筐体の高さ方向に沿って延び
   ていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒート
   パイプ式筐体放熱器。
4. 【請求項４】前記筐体の内部に、筐体内で発生した熱を
   強制的に集熱させる強制循環手段が設けられることを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートパイ
   プ式筐体放熱器。
5. 【請求項５】前記強制循環手段は、筐体内の流体を筐体
   の高さ方向とは逆方向に流動させることを特徴とする請
   求項４に記載のヒートパイプ式筐体放熱器。