JPH09184696A

JPH09184696A - ヒートパイプ

Info

Publication number: JPH09184696A
Application number: JP7353220A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hasegawa; 仁長谷川; Mikiyuki Ono; 幹幸小野; Masataka Mochizuki; 正孝望月; Koichi Masuko; 耕一益子; Yuji Saito; 祐士斎藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】局部的な発熱源からの熱輸送を効率よく行う
ことのできるヒートパイプを提供する。【解決手段】コンテナ９が、平坦な加熱部１０と、こ
の加熱部１０と対向かつ離隔し該加熱部１０より面積の
広い放熱部１１と、これら加熱部１０と放熱部１１との
それぞれの周縁部を全周に亘って互いに連結する側壁部
１２とによって中空偏平状に形成されている。加熱部１
０の内面に互いに交差した溝部が形成されている。側壁
部１２の内面に、放熱部１１と加熱部１０とを結ぶ方向
に延びた溝部が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱輸送効率が高く、
平面部を備えた小型発熱体の冷却に適したヒートパイプ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、パーソナルユースのコンピュー
タ（以下、パソコンという。）の多機能化や処理速度の
向上に伴って演算処理装置の出力増大が年々進められて
おり、この演算処理装置が発する熱量も増大している。
そこで従来、演算素子の冷却装置として熱輸送能力に優
れるヒートパイプが使用されている。

【０００３】図９は、従来のパソコンにおいて冷却用に
使用されているヒートパイプの一例を示すものである。
このヒートパイプ１は所謂平板型ヒートパイプであり、
コンテナは断面矩形に形成され、そのコンテナの図にお
ける下側の面が加熱部２とされ、かつ上側の面が放熱部
３とされている。そして、この放熱部３の外部には、多
数の放熱フィン４が設けられている。そして、コンテナ
の内部には、真空引きされた後、水等の凝縮性の作動流
体５のみが所定量封入されている。

【０００４】上記のような構造のヒートパイプ１は、プ
リント基板６上に形成された回路の所定の箇所に電気的
に接続されて取付けられた中央演算処理装置（以下、Ｃ
ＰＵという）７の上面に、前記加熱部２（下面）を密着
させて取付けられている。

【０００５】そして、このヒートパイプ１では、前記回
路に通電されてＣＰＵ７が発熱し、その熱によって加熱
部２が昇温した際に、封入されている作動流体５が加熱
されて沸騰して蒸気となり、この作動流体５の蒸気が上
方に移動して低温の放熱部３おいて凝縮する。さらに、
作動流体５の蒸発潜熱の状態で運ばれた熱は、放熱部３
の外部に設けられた放熱フィン４から放散される。

【０００６】したがって、前記放熱フィン４を、パソコ
ンの筐体内の冷却ファン（図示せず）による冷却風の流
路に臨ませることにより効率よく放散させることができ
る。このように、ＣＰＵ７の冷却にヒートパイプ１を使
うことによって、蒸発潜熱の状態で大量の熱輸送が可能
となり、そのため、ＣＰＵ７の冷却を効果的に行うこと
ができる。その結果、ＣＰＵ７の過熱によるパソコンの
作動不能や機能低下等の発生を防止することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のヒートパイ
プ１によれば、その実質的な熱伝導率が極めて高いこと
に加えて、発熱源であるＣＰＵ７に対して広い面積で直
接接触するから、ＣＰＵ７の冷却効率を向上させること
が可能である。しかしながら、そのコンテナが矩形断面
の中空体であるために、ＣＰＵ７との接触面積を広くで
きる半面、放熱部３の面積が相対的に小さくなってしま
う。すなわち、作動流体５は加熱部２においては液相で
あるから、加熱部２はＣＰＵ７の上面とほぼ等しい面積
であれば充分である。しかしながら、放熱部３では作動
流体５は蒸気となっていて、その体積が極端に増大して
いるから、放熱部３が加熱部２と同一面積の従来のヒー
トパイプ１では、作動流体５の蒸気が直接接触する放熱
部３が限定され、放熱量が少なくなって、実質的な冷却
能力が制限される不都合があった。

【０００８】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、局部的な発熱源からの熱輸送を効率よく行うこと
のできるヒートパイプを提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の課
題を解決するための手段としてこの発明は、コンテナの
加熱部側への入熱によって作動流体を加熱するととも
に、発生した蒸気が放熱部に移動して凝縮することによ
って前記入熱を前記放熱部に熱輸送するヒートパイプに
おいて、前記コンテナが、平坦な加熱部と、この加熱部
と対向かつ離隔し該加熱部より面積の広い放熱部と、こ
れら加熱部と放熱部とのそれぞれの周縁部を全周に亘っ
て互いに連結する側壁部とによって中空偏平状に形成さ
れているとともに、前記加熱部の内面に、還流した液相
の作動流体を毛細管圧力によって、該加熱部の内面に分
散させる互いに交差した溝部が形成されていることを特
徴とするものである。

【００１０】また、この発明では、前記側壁部の内面
に、放熱部と加熱部とを結ぶ方向に延びた溝部が形成さ
れている。

【００１１】この発明のヒートパイプでは、作動流体を
封入したコンテナの形状を、平坦な加熱部と、この加熱
部と対向するように離隔し該加熱部より面積の広い放熱
部と、これら加熱部と放熱部とのそれぞれの周縁部を全
周に亘って互いに連結する側壁部とによって中空偏平状
としたので、加熱部の面積より放熱部の面積が広い。し
たがって、大量の蒸気を放熱部に接触させて作動流体蒸
気の放熱・凝縮量を増大させて、熱輸送能力がより高い
ヒートパイプとすることができる。

【００１２】また、前記加熱部の内面に、交差した溝部
が備えられているから、放熱部で凝縮してから還流した
液相の作動流体が毛細管圧力によって、加熱部の内面に
均等かつ広範囲に分布される。その結果、作動流体の蒸
発が促進されて加熱部から作動流体への熱伝達性が向上
するから、ヒートパイプとしての熱輸送効率がより向上
する。

【００１３】そして、請求項２に記載したように、前記
側壁部の内面に、放熱部と加熱部とを結ぶ方向に延びた
溝部を備えれば、凝縮して放熱部の内面に付着した液相
の作動流体が、溝部の毛細管圧力によって、加熱部に送
られる。すなわち、作動流体の加熱部への還流がさらに
促進されるから、ヒートパイプとしての熱輸送能力が一
層向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明のヒートパイプ
を、パソコンのＣＰＵ冷却用ヒートパイプに適用した実
施例を図１ないし図８を参照して説明する。

【００１５】図１ないし図４はこの発明の一実施例を示
すもので、このヒートパイプ８は、図１ないし図３に示
すように、コンテナ９の形状が、中空で高さの低いほぼ
四角錐台のような形状を呈している。このコンテナ９に
は、一例として、ほぼ正方形の加熱部１０と、ほぼ正方
形で加熱部１０の約４倍の面積を有し、かつ前記加熱部
１０の上方に離間して平行に対向した放熱部１１と、こ
の放熱部１１の４つの辺とそれぞれ対応する前記加熱部
１０の４つの各辺とを連結する４つの傾斜側壁部１２と
によって構成される銅などからなる金属製密閉容器が用
いられている。さらに、このコンテナ９の内部には、一
例として、純水などの凝縮性流体が所定量封入されてい
る。

【００１６】図２および図３に示すように、上記コンテ
ナ９のうち加熱部１０の内面には、一例として直線状で
かつ幅の狭いグルーブを直交する２方向に狭い間隔で形
成してなる溝部１５が設けられている。この溝部１５
は、その毛細管圧力によって加熱部１０の内面に液相作
動流体２０を均等かつ広範囲に分布させるためのもので
ある。なお、溝部１５としては、例えば曲線状のグルー
ブを交差させたものでもよい。

【００１７】そして、上方の面積の広い放熱部１１の内
面には、一例として、直線状でかつ幅の狭い凸部１６
が、毛細管現象を生じないように、充分に離間させて平
行に複数本備えられている。この凸部１６は、その凸部
１６により生じる表面張力によって放熱部１１から加熱
部１０に作動流体２０の滴下を促進させるためのもので
ある。なお、凸部１６に替えて、例えば、曲線状の溝部
や凸部を充分に離間させたものでもよい。また、放熱部
１１の内面に上記のように凹凸部を備えた方が好ましい
が、ヒートパイプ８の放熱部１１の面積が、加熱部１０
の面積の数倍の広さに形成されていれば、熱輸送能力が
向上されるから、必ずしも取り付ける必要はない。

【００１８】さらに、傾斜側壁面１２の内面には、一例
として、図３での上辺から下辺に至る直線状の溝部１９
が狭い間隔で多数設けられている。この溝部１５は、そ
の毛細管圧力によって放熱部１１の内面から加熱部１０
の内面に液相の作動流体２０を還流させるものである。
なお、溝部１５の態様としては、上記の直線状には限定
されず、例えば波状に湾曲したものであってもよい。ま
た、図３での上辺から下側に向けて、他の一辺に至るよ
うに、かつ狭い間隔で、多数条の溝を設けてもよい。

【００１９】そして、上記の構造を有するヒートパイプ
８は、図４に示すように、ＣＰＵ１３の上面に、面積の
小さい下側の加熱部１０を密着させて配設されている。
なお、このＣＰＵ１３は、パソコン内の回路基板１４上
に形成されたプリント配線（図示せず）の所定の位置に
接続されて取付けられている。

【００２０】また、ヒートパイプ８の上側の放熱部１１
には、放熱を促進するヒートシンク３９が熱伝達可能に
一体に接合されている。このヒートシンク３９には、一
例として、アルミニウム板製の放熱フィン４０（例えば
厚さ約０．６mm）を狭い間隔（例えば約１．０mmピッ
チ）で平行に多数配設し、かつこれら各放熱フィン４０
の下端を、アルミニウム板製のベースプレート１７に一
体化させたものが用いられており、そのベースプレート
１７によって放熱部１１に取り付けられている。

【００２１】放熱フィン４０を備えたベースプレート１
７が一体に取付けられたヒートパイプ８は、その外周部
をホルダ１８によって、該ベースプレート１７との連結
部分を補強されるとともに回路基板１４上に固定され支
持されている。

【００２２】つぎに、図４に示すこの実施例の作用を説
明する。通電されてＣＰＵ１３が発熱すると、その熱に
よってヒートパイプ８のＣＰＵ１３と接している下部の
加熱部１０が加熱される。すると、内部に封入されてい
る作動流体２０が熱せられ沸騰し、蒸気となって、低温
の放熱部１１に向けて流動する。そして放熱部１１で熱
を奪われて凝縮する。この場合、放熱部１１に設けられ
た凸部１６は、放熱部１１に接触して熱を奪われた蒸気
が凝縮して放熱部１１の内面に結露した際に、この凝縮
した作動流体２０の粒が表面張力によって凸部１６に吸
着することによって集められ、その粒径が拡大すること
によって重力によって滴下しやすくなる。したがって、
作動流体２０の蒸気と接触して凝縮させる放熱部１１の
面積が、凝結した作動流体２０で覆われて減少すること
を防止している。

【００２３】すなわち、作動流体２０の蒸気が蒸発潜熱
としてＣＰＵ１３の熱を輸送し、その熱が放熱部１１に
おいて凝縮するとともに放出される。

【００２４】そして、放出された熱は、放熱部１１から
ヒートシンク３９の各放熱フィン４０に伝達され、各放
熱フィン４０からパソコンの筐体内の空間に放散され
る。したがって、冷却ファン（図示せず）による冷却風
の流路に臨ませることにより効率よく冷却することがで
きる。

【００２５】他方、凝縮して放熱部１１の壁面に付着す
る作動流体２０の大半は、傾斜側壁部１２の内面を流下
しつつ、各溝部１９に入り込む。そして、その作動流体
２０は、溝部１９の毛細管圧力によって、各傾斜側壁部
１２の図３での上側から下側に向けて輸送される。ま
た、傾斜側壁部１２は、放熱部１１の４つの辺と加熱部
１０の４つの辺とを全て連結しているから、加熱部１０
の上面には、そのほぼ全方向から集中するように作動流
体２０が流入する。その際に、作動流体２０が単に傾斜
側壁部１２を伝わって流れる場合に対して、より速やか
に輸送される。

【００２６】さらに、作動流体２０は加熱部１０の各縁
部から溝部１５に入り込む。そして、その作動流体２０
は、毛細管圧力によって溝部１５に沿って輸送されつ
つ、再度加熱されて蒸発する。ここで、前述の通り、溝
部１５が網目状に形成されているから、放熱部から還流
した液相の作動流体２０は、溝部１５で生じる毛細管圧
力によって、蒸発部の広範囲に均等に分布させられる。
したがって、加熱部１０から作動流体２０への熱伝達性
が良好になる。その結果、作動流体２０の蒸発・凝縮サ
イクルがスムースに行われる。

【００２７】また特に、上記ヒートパイプ８では、放熱
部１１の面積が、加熱部１０の面積より広く（例えば４
倍の広さ）形成されているため、放熱部１１に移動した
作動流体２０の蒸気の放熱および凝縮が、従来のヒート
パイプに比べて促進され、したがって、大量の蒸気を凝
縮させることができるために熱輸送能力が高く、ＣＰＵ
１３の大量の発熱に対しても優れた冷却性能を発揮し
て、ＣＰＵ１３の過熱を確実に防止することができる。

【００２８】また、上記実施例においては、ヒートパイ
プ８のコンテナ９の形状として偏平な四角錐形状すなわ
ち図３に示すような断面台形の場合について説明した
が、図５に示すコンテナ２１のように、小さい正方形の
加熱部２２と大きな面積の正方形の放熱部２３とが、そ
の放熱部２３の各辺に連続する垂直側壁２４と、この垂
直側壁２４の下辺と、前記加熱部２２の各辺とを連結す
る傾斜側壁２５とからなる断面五角形に形成することが
できる。

【００２９】さらに、図６に示すコンテナ２６のよう
に、下側の加熱部２７を、上側の放熱部２８の下部中央
から外れた位置形成するとともに、この放熱部２７の４
つの辺と、それぞれ対応する前記加熱部２８の４つの各
辺とを、連結する３つの傾斜側壁部３７および一つの垂
直側壁部３８とを形成することもでき、このように形成
することによって、パソコン内のＣＰＵ１３の設置場所
の上方空間が狭く、特定の方向だけに空間が存在してい
る場合には、その空間の方向に放熱部２８を拡張した形
状とすることにより、この冷却用ヒートパイプを搭載す
ることが可能となる。

【００３０】そして、上記実施例においては、図２に示
すようにヒートパイプ８の加熱部１０の大きさおよび形
状を、ＣＰＵ１３の上面とほぼ同じ形状および大きさと
するとともに、放熱部１１を、前記加熱部１０と相似形
を保って拡大した形状および大きさとしたが、図７に示
すように、正方形の加熱部２９に対して放熱部３０を円
形に形成することもできる。この場合には、放熱部３０
の外部に取付けるヒートシンク３３の形状を、円形の放
熱部３０に合わせて放熱フィン３４の長さを、風の流れ
る方向に対して中央を長くし、左右両側が漸次短くなる
ように形成する。

【００３１】また、図８に示すように、加熱部３１と放
熱部３２とを直径の異なる円形として円錐台に形成する
こともでき、ヒートシンク３５も図７に示したものと同
様に、各放熱フィン３６の長さを、風の流れる方向に対
して中央を長くし、左右両側に漸次短くなるように形成
してもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明したように、この発明のヒー
トパイプは、コンテナが平坦な加熱部と、この加熱部と
対向するように離隔し、該加熱部より面積の広い放熱部
と、これら加熱部と放熱部とのそれぞれの周縁部を全周
に亘って互いに連結する側壁部とによって中空偏平状に
形成されるとともに、加熱部に交差した溝部が備えられ
ている。すなわち、作動流体の蒸気が直接接触する放熱
部の面積が増大されているから、放熱量が多くなり、実
質的な冷却能力が制限されず、ヒートパイプの熱輸送能
力を大幅に向上させることができる。また、加熱部に交
差した溝部が設けられ、還流した液相の作動流体を毛細
管圧力によって該加熱部の内面に分散させるから、作動
流体への熱伝達性が向上され、ヒートパイプの熱輸送効
率を一層向上させることができる。

【００３３】また、側壁部の内面に、放熱部と加熱部と
を結ぶ方向に延びた溝部が備えられているから、この溝
部の毛細管圧力によって、作動流体の加熱部への還流が
促進され、ヒートパイプの熱輸送能力を一層向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のヒートパイプの一実施例を示す斜視
図である。

【図２】同じく平面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】ＣＰＵに取り付けた状態を示す正面図である。

【図５】形状の異なるコンテナの例を示す概略断面図で
ある。

【図６】形状の異なるコンテナの別の例を示す概略断面
図である。

【図７】円形の放熱部を有するヒートパイプと、それに
取り付けられたヒートシンクを示す平面図である。

【図８】円形の放熱部を有するヒートパイプの別の例を
示す平面図である。

【図９】従来のヒートパイプの一例を示す図である。

【符号の説明】

８…ヒートパイプ、９…コンテナ、１０…加熱部、
１１…放熱部、１２…傾斜側壁部、１５…溝部、
１６…凸部、１９…溝部、２０…作動流体、２
１…コンテナ、２２…加熱部、２３…放熱部、２５
…傾斜側壁部、２６…コンテナ、２７…加熱部、２
８…放熱部、３７…傾斜側壁部、２９…加熱部、３
０…放熱部、３１…加熱部、３２…放熱部。

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【手続補正書】

【提出日】平成８年２月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者益子耕一東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者斎藤祐士東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンテナの加熱部側への入熱によって作
動流体を加熱するとともに、発生した蒸気が放熱部に移
動して凝縮することによって前記入熱を前記放熱部に熱
輸送するヒートパイプにおいて、前記コンテナが、平坦な加熱部と、この加熱部と対向か
つ離隔し該加熱部より面積の広い放熱部と、これら加熱
部と放熱部とのそれぞれの周縁部を全周に亘って互いに
連結する側壁部とによって中空偏平状に形成されるとと
もに、前記加熱部の内面に、還流した液相の作動流体を
毛細管圧力によって、該加熱部の内面に分散させる互い
に交差した溝部が形成されていることを特徴とするヒー
トパイプ。
【請求項２】前記側壁部の内面に、前記放熱部と加熱
部とを結ぶ方向に延びた溝部が形成されていることを特
徴とする請求項１記載のヒートパイプ。