JPH10185466A

JPH10185466A - ヒートパイプ式放熱器

Info

Publication number: JPH10185466A
Application number: JP34329296A
Authority: JP
Inventors: Fumio Ito; 富美男伊藤
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】コンピューター用ＩＣ素子（例えばＣＰＵ）
などの除熱に用いられるヒートパイプ式放熱器であっ
て、小型にして高い放熱性能を発揮し得る放熱器を提供
する。【解決手段】放熱基板２に所定の広さにわたってヘッ
ダータンク部３が形成されると共に、該ヘッダータンク
部３に、Ｕ字状に曲げられた複数本の熱交換用多孔チュ
ーブ５…がその両端部において連通状態に接続され、か
つ、該チューブ５に放熱用のコルゲートフィン６が取り
付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばコンピュー
ター用ＩＣ素子（例えばＣＰＵ）などの除熱に用いられ
るヒートパイプ式放熱器に関する。

【０００２】

【従来の技術及び課題】例えば、コンピューター業界で
は、年々、高性能化、高機能化が進み、ＩＣ素子の高密
度化、高性能化に伴ってＩＣ素子の発熱量が大きくなっ
てきている。従って、それに伴って、除熱のための放熱
器に対しても、小型高性能化の要求が一段と高まってき
ている状況にある。本発明は、このような技術背景のも
とで、小型にして高い放熱性能を発揮し得る画期的なヒ
ートパイプ式放熱器を提供することを課題とする。

【０００３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明は、放熱基板に所定の広さにわたってヘッダータン
ク部が形成され、該ヘッダータンク部に、Ｕ字状に曲げ
られた熱交換用多孔チューブが、１つ又は複数、ヘッダ
ータンク部から外方に突出するように、その両端部にお
いて連通状態に接続され、かつ、該チューブに放熱フィ
ンが装備されてなることを特徴とするヒートパイプ式放
熱器である。

【０００４】この第１発明にかかるヒートパイプ式放熱
器では、放熱基板に伝わってくる熱によってヘッダータ
ンク部内の作動液が蒸発し、熱交換用多孔チューブ側に
移行する。移行した蒸気は外気との熱交換により凝縮さ
れ、ヘッダータンク部に返流される。これが連続的に繰
り返され放熱が進行されていく。

【０００５】この放熱作動において、放熱基板に、所定
の広さにわたってヘッダータンク部が形成されているこ
とにより、このヘッダータンク部を利用して作動液の封
入量を多くすることができる。同時に、放熱基板と作動
液との間の伝熱面積も広く確保されて、ヘッダータンク
部内の作動液の蒸発性能が高いものになる。また、熱交
換用チューブは多孔チューブからなるものであり、しか
も、チューブには放熱フィンが装備されていることによ
り、放熱面積が広く確保されて、ヘッダータンク内で蒸
発されてチューブ側に移行した作動液蒸気の凝縮性能も
高いものになる。従って、このように作動液の封入量を
多し得て、蒸発性能及び凝縮性能を高いものとなしうる
ことにより、高い放熱性能が発揮される。

【０００６】また、上記課題を解決する第２発明は、放
熱基板に所定の広さにわたってヘッダータンク部が形成
され、該ヘッダータンク部に、複数回Ｕ字状に曲げられ
た蛇行状の熱交換用多孔チューブが、ヘッダータンク部
から外方に突出するように、その両端部において連通状
態に接続されると共に、該蛇行状チューブのヘッダータ
ンク側のＵ字状曲がり部がヘッダータンクに熱伝導可能
に接触接合され、かつ、該チューブに放熱フィンが装備
されてなることを特徴とするヒートパイプ式放熱器であ
る。

【０００７】この第２発明にかかるヒートパイプ式放熱
器では、放熱基板の吸熱部を通じて伝わってくる熱によ
ってヘッダータンク部内の作動液が蒸発し、熱交換用多
孔チューブ側に移行する。移行した蒸気は外気との熱交
換により凝縮される。凝縮された作動液の一部はチュー
ブのヘッダータンク側のＵ字状曲がり部に向かうが、こ
のＵ字状曲がり部においても作動液の蒸発が行われる。

【０００８】この放熱作動においても、同じく、放熱基
板に、所定の広さにわたってヘッダータンク部が形成さ
れていることにより、このヘッダータンク部を利用して
作動液の封入量を多くすることができる。同時に、放熱
基板と作動液との間の伝熱面積も広く確保されて、ヘッ
ダータンク部内の作動液の蒸発性能が高いものになる。
また、熱交換用チューブは多孔チューブからなるもので
あり、しかも、チューブには放熱フィンが装備されてい
ることにより、放熱面積が広く確保されて、ヘッダータ
ンク内で蒸発されてチューブ側に移行した作動液蒸気の
凝縮性能も高いものになる。更に、チューブが蛇行状チ
ューブからなり、該蛇行チューブのヘッダータンク側の
Ｕ字状曲がり部がヘッダータンクに熱伝導可能に接触接
合されていることにより、Ｕ字状曲がり部においても作
動液の蒸発が行われて蒸発面積が拡大される。従って、
このように作動液の封入量を多し得て、蒸発性能及び凝
縮性能を高いものとなしうることにより、高い放熱性能
が発揮される。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を説明す
る。

【００１０】図１及び図２には、第１実施形態にかかる
ヒートパイプ式放熱器（１）を示す。このヒートパイプ
式放熱器（１）において、（２）は放熱基板、（３）は
ヘッダータンク部である。（４）はタンク部材で、この
タンク部材（４）と放熱基板（２）とで、放熱基板
（２）上にヘッダータンク部（３）を形成している。
（５）…は熱交換用チューブ、（６）は放熱フィンであ
る。なお、（７）はアルミニウム製の作動液チャージ管
である。

【００１１】まず、上記放熱器（１）を構成する各部品
について説明すると、放熱基板（２）は、方形状の板状
材によるもので、熱伝導性に優れた材料であるアルミニ
ウム材からなり、その一方の面（９）をＩＣ素子等の熱
源側に接触状態に取り付けられる吸熱部としている。

【００１２】この放熱基板（２）は、図１及び図３
（イ）に示されるように、アルミニウム製押出型材によ
るもので、断面浅Ｕ字形状の板状材に成形されており、
側壁部（2a）（2a）の立ち上げられている側の面に次に
説明するヘッダータンク部（３）が形成され、もう一方
の面が上記の吸熱部（９）とされている。両側壁部（2
a）（2a）には、基板（２）を熱源側に取り付ける取付
け孔（10）…が形成されている。

【００１３】なお、この放熱基板（２）の寸法は、図３
（イ）に示されるように、基板本体部（2b）の厚さＴが
例えば７ｍｍ程度、押出方向における長さＬが例えば９
０ｍｍ程度、幅Ｂが例えば８０ｍｍ程度、両側壁部（2
a）（2a）の各幅ｂが例えば８ｍｍ程度、立上がり高さ
ｈが例えば６ｍｍ程度に設計される。

【００１４】タンク部材（４）は、図１、図２及び図３
（ロ）に示されるように、両面にろう材がクラッドされ
たアルミニウムブレージングシートからなるもので、周
縁部に折曲げ成形あるいは絞り成形により所定の高さの
周壁部（4a）が立ち上げ形成された方形状の部材であ
る。

【００１５】このタンク部材（４）は、その底面側を上
にして上記放熱基板（２）の側壁部（2a）（2a）間に嵌
合する際に強制嵌合されるように設計されており、ま
た、この嵌合状態において周壁（4a）の先端部が全周に
わたって放熱基板（２）の基板本体部（2b）の上面に当
接されるようになされている。

【００１６】このタンク部材（４）の底面部には、前後
方向に延びる長円状のチューブ挿入孔（11）…が複数、
左右方向に間隔的に並列状態に穿設されている。なお、
図３（ロ）に示されるように、このタンク部材（４）の
板厚ｔは例えば１．６ｍｍ程度、チューブ挿入孔（11）
…間の間隔距離ｉは１０ｍｍ程度に設計される。

【００１７】更に、このタンク部材（４）の周壁のう
ち、放熱基板（２）の側壁部（2a）（2a）と対向されな
い側の周壁には、例えば直径３ｍｍ程度の作動液チャー
ジ管挿入孔（12）が形成されている。

【００１８】チューブ（５）…は、３本用意されてお
り、それぞれアルミニウム押出型材からなる偏平多孔チ
ューブによるものである。このチューブ（５）は、図３
（ハ）に示されるように、上下の平坦壁同士を幅方向に
間隔的に多数の連接壁にて連接したいわゆるハーモニカ
タイプのチューブによるもので、例えば６４のホールを
有するものに構成される。該チューブ（５）…は、図２
（イ）に示されるように、その幅ｂ1 が例えば６０ｍｍ
程度、チューブ高さｈ1 が例えば２ｍｍ程度である。

【００１９】そして、各チューブ（５）はその長手方向
中央部においてＵ字状曲げられている。このＵ字状チュ
ーブ（５）の高さＨは、タンク部材（４）のチューブ挿
入孔（11）…への挿入長さを除いて例えば６０ｍｍ程
度、折り返された両チューブ部分同士の間隔距離ｉは例
えば１０ｍｍ程度に設計される。

【００２０】また、各チューブ（５）…の端部、及び、
タンク部材（４）のチューブ挿入孔（11）…は、チュー
ブ（５）…の端部がタンク部材（４）のチューブ挿入孔
（12）…に強制嵌合されるように設計されている。

【００２１】更に、チューブ（５）…の各端部には、図
４に示されるように、縮径状のネッキング加工が施さ
れ、タンク部材（４）のチューブ挿入孔（12）…へのチ
ューブ（５）…の端部の挿入長さが所定の挿入長さに自
動設定されるようになされているのが好ましい。

【００２２】放熱フィン（６）は、両面にろう材がクラ
ッドされたアルミニウムブレージングシートをコルゲー
ト状に曲成して製作されたコルゲートフィンによるもの
で、その幅はチューブ（５）の幅とほぼ同等に設計され
ている。

【００２３】ヒートパイプ式放熱器（１）は、上記各構
成部品を用いて、次のようにして製作される。まず各構
成部品を相互仮組状態に組み立てる。即ち、Ｕ字状に曲
げられた各チューブの端部をタンク部材（４）のチュー
ブ挿入孔（12）…に強制挿入すると共に、チューブ
（５）…間にコルゲートフィン（６）…を挿入配置す
る。併せて、タンク部材（４）を放熱基板（２）の両側
壁（2a）（2a）間に強制嵌合し、タンク部材（４）の周
壁（4a）の先端部をその全周にわたって放熱基板（２）
の基板本体部（2b）の上面に当接させる。その他、作動
液チャージ管（７）の一端をタンク部材（４）の挿入孔
（12）に挿入する。そして、コルゲートフィン（６）…
を保持するため、図５に示されるように、ステンレス板
製のバンド状治具（13）にて全体を巻いて保持する。

【００２４】しかる後、この仮組状態の放熱器（１）を
炉中にて一括ろう付けする。この一括ろう付けにより、
放熱基板（２）とタンク部材（４）とは、タンク部材
（４）を構成しているアルミニウムブレージングシート
のろう材にてシール状態に接合一体化されて、ヘッダー
タンク部（３）が形成されると共に、タンク部材（４）
とチューブ（５）…、及び、タンク部材（４）と作動液
チャージ管（７）も、タンク部材（４）のろう材にてシ
ール状態に接合一体化される。また、チューブ（５）…
とコルゲートフィン（６）…は、コルゲートフィン
（６）…を構成しているアルミニウムブレージングシー
トのろう材にて接合一体化される。

【００２５】上記のようにして製作された放熱器（１）
には、作動液チャージ管（７）を通じてアルコール等に
よる作動液を注入した後、内部を真空引きし、チャージ
管（７）を溶接等により封止して、ヒートパイプ式放熱
器（１）として用いられる。ヘッダータンク部を備えて
いるため、作動液を多く注入し得る。なお、チャージ管
（７）は、封止後、邪魔にならないよう側方に曲げられ
る。

【００２６】上記のヒートパイプ式放熱器（１）は、例
えばＩＣ素子等の熱源に、その吸熱部（９）を接触させ
て取り付けられ、チューブ（５）…側で強制送風を行う
ことにより、熱源から発生する熱の放熱を行う。即ち、
熱源から発生した熱は放熱基板（２）の吸熱部（９）を
通じて放熱器（１）側に伝えられ、この熱によってヘッ
ダータンク部（３）内の作動液が蒸発され、蒸気となっ
てチューブ（５）…側に送られる。そして、該蒸気はチ
ューブ（５）内において上記の強制送風作用によって熱
を奪われ、凝縮されてヘッダータンク部（３）に返流さ
れる。これが連続的に繰り返されて熱源から発生する熱
が放熱される。

【００２７】上記構成の放熱器（１）では、放熱基板
（２）に、所定の広さにわたってヘッダータンク部
（３）が形成されたものであるから、このヘッダータン
ク部（３）を利用して作動液の封入量を多くすることが
できると共に、放熱基板（２）と作動液との間の伝熱面
積も広く確保されてヘッダータンク部（３）内の作動液
の蒸発性能が非常に高いものになる。また、熱交換用チ
ューブ（５）…は多孔チューブからなり、そして、チュ
ーブ（５）…にはコルゲートフィン（６）…が設けられ
ているから、放熱面積も広く確保されて、ヘッダータン
ク部（３）内で蒸発されてチューブ（５）…側に移行し
た作動液蒸気の凝縮性能も非常に高いものになる。従っ
て、このように作動液の封入量を多し得て、蒸発性能及
び凝縮性能を高いものとなしうることにより、非常に高
い放熱性能を発揮し得る。

【００２８】しかも、チューブ（５）…が、Ｕ字状に曲
げられたもので、その両端部がヘッダータンク部（３）
に連通状態に接続されたものであるから、チューブ
（５）…側での凝縮性能を高いものに維持しながら、例
えば、真っ直ぐなチューブを個々にヘッダータンク部
（３）に立設させる形式に比べて、ヘッダータンク部
（３）から外方に突出させるチューブ（５）の本数を半
減し得て、構成部品点数の減少、ひいては、製品の製作
を容易にし、製品コストを低減することができる。ま
た、真っ直ぐなチューブを用いて両ヘッダータイプに構
成する場合に比べて、部品点数も少なくでき、製品の製
作を容易にし、製品コストを低減することができる。

【００２９】特に、放熱基板（２）、タンク部材
（４）、チューブ（５）…、コルゲートフィン（６）…
を構成部品とし、これらを相互仮組状態に組み立てて、
一括ろう付けにより接合一体化して製作されたものであ
ることにより、各構成部品の製造が容易であると共に、
これらの部品の組み立てから完成までを製作上能率的に
かつ容易に行うことができ、製品のコストダウンを図る
ことができる。

【００３０】しかも、構成部品のうちの幾つかをブレー
ジングシート製としていることにより、これら構成部品
を相互仮組状態に組立て炉中に入れるだけで全体が一括
ろう付けにより接合一体化され、製造工数を少なくしえ
てより一層の製品コストダウンを実現し得る。

【００３１】更に、放熱基板（２）はその両側部に立ち
上がり状の壁（2a）（2a）を備えた押出型材からなり、
タンク部材（４）は放熱基板（２）のこれら両側壁（2
a）（2a）に強制嵌合されるものに設計され、また、チ
ューブ（５）…の端部はタンク部材（４）のチューブ挿
入孔（12）…に強制嵌合されるものに設計されているこ
とにより、これら部品相互は、それら同士の嵌合により
組立て状態を自ら保持することができて、これら仮組の
ためのセット治具を排除しえ、ただ、コルゲートフィン
（６）…を保持するためのバンド状治具（13）を使用す
るのみでよく、治具費、治具セット時間を節約でき、よ
り一層の製品コストダウンを実現し得る。

【００３２】同時に、上記のような構成であるから、ヒ
ートパイプ式放熱器（１）を小型化しても、容易にかつ
コスト的に有利にこれを製作することができ、例えばコ
ンピューター用ＩＣ素子（例えばＣＰＵ）など小型機器
の除熱のための放熱器として極めて有効的に使用するこ
とができる。

【００３３】図６及び図７には、第２実施形態にかかる
ヒートパイプ式放熱器（１）を示す。このヒートパイプ
式放熱器（１）は、チューブの構成を上記第１実施形態
のヒートパイプ式放熱器（１）とは異にしたものであ
る。即ち、本ヒートパイプ式放熱器（１）のチューブ
（５）は、その長手方向中間部において、複数回、例え
ば図示のように５回、Ｕ字状に曲げられたチューブから
なる。そして、この蛇行状チューブ（５）の両端部が、
タンク部材（４）に設けられたチューブ挿入孔（12）に
挿入嵌合され、ヘッダータンク部（３）と連通状態に一
括ろう付けにより接合されている。しかも、この蛇行状
チューブ（５）のヘッダータンク側のＵ字状曲がり部
（5a）（5a）がタンク部材（４）の外面部に接触状態に
配置され、一括ろう付けによりタンク部材（４）に接合
一体化されている。なお、その他は図１〜５に示した第
１実施形態と同様である。

【００３４】本実施形態のヒートパイプ式放熱器（１）
では、上記のように、チューブ（５）が蛇行状チューブ
からなり、該蛇行チューブ（５）のヘッダータンク側の
Ｕ字状曲がり部（5a）（5a）がヘッダータンク部（３）
に接触接合されていることにより、Ｕ字状曲がり部（5
a）（5a）内においても作動液の蒸発が行われて蒸発面
積が拡大され、高い放熱性能が発揮される。

【００３５】しかも、チューブ（５）が蛇行状チューブ
からなるものであるから、構成部品としてのチューブの
本数をより一層少なくしえて、構成部品点数の減少、ひ
いては、製品の製作を容易にし、製品コストを低減する
ことができる。

【００３６】図８及び図９には、上記第１、第２の実施
形態の変形例をそれぞれ示す。これらの放熱器（１）で
は、放熱基板（２）が、立ち上がり側壁のない平坦な板
材にて構成されると共に、タンク部材（４）が、その周
壁（4a）の先端縁部において外方に突出するつば部（4
b）を全周にわたって有するものに絞り成形等にて一体
成形されている。そして、このつば部（4b）が放熱基板
（２）の上面に面接触状態に配置され、タンク部材
（４）を構成するアルミニウムブレージングシートのろ
う材にて、タンク部材（４）と放熱基板（２）とが接合
一体化されている。

【００３７】また、図１０には、上記各実施形態におい
て用いられているチューブ（５）の変形例を示すもの
で、図示のように、チューブとして、内部に起毛状の多
数の突起（15）…が一体押出成形されたチューブ（５）
が用いられてもよい。この起毛状突起（15）…により、
放熱面積をより一層拡大し得る。

【００３８】また、図１１には、更に他の変形例とし
て、放熱基板（２）の、ヘッダータンク部（３）が形成
される側の面に、沸騰膜処理部（16）が形成されてい
る。この沸騰膜処理は、表面を軽石の表面のように微細
突起状にするもので、例えばセラミック粒子をブレージ
ングして形成される。

【００３９】以上に、本発明の実施形態を示したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、各種変形が可能
である。例えば、上記実施形態では、チューブを押出型
材製としているが、内部にインナーフィンを配置して多
孔に構成された電縫管製のチューブであってもよい。ま
た、上記第１実施形態ではＵ字状に曲げられたチューブ
が複数本使用されているが、１本だけ使用する構成態様
であってもよい。同様に、第２実施形態では、複数本の
蛇行状チューブがヘッダータンク部に連通接続された構
成態様となされてもよい。

【００４０】

【発明の効果】上述の次第で、第１及び第２発明のヒー
トパイプ式放熱器は、放熱基板に、所定の広さにわたっ
てヘッダータンク部が形成されたものであるから、この
ヘッダータンク部を利用して作動液の封入量を多くする
ことができると共に、放熱基板と作動液との間の伝熱面
積も広く確保し得てヘッダータンク部内の作動液の蒸発
性能を高いものにすることができる。また、熱交換用チ
ューブは多孔チューブからなり、そして、チューブには
放熱フィンが装備されているから、放熱面積が広く確保
されて、ヘッダータンク内で蒸発されてチューブ側に移
行した作動液蒸気の凝縮性能も高いものにすることがで
きる。従って、このように作動液の封入量を多し得て、
蒸発性能及び凝縮性能を高いものとなしうることによ
り、高い放熱性能を発揮することができる。従ってま
た、このように高い放熱性能を発揮し得ることで、小型
高性能化を実現することができる。ひいてはまた、例え
ばコンピューター用ＩＣ素子（例えばＣＰＵ）などの除
熱のための放熱器として極めて有効的に使用することが
できる。

【００４１】特に、第１発明のヒートパイプ式放熱器
は、チューブが、Ｕ字状に曲げられたもので、その両端
部が上記ヘッダータンクに連通状態に接続されたもので
あるから、チューブ側での凝縮性能を高いものに維持し
ながら、ヘッダータンクから外方に突出させるチューブ
の本数を半減し得て、構成部品点数の減少、ひいては、
製品の製作を容易にし、製品コストを低減することがで
きる。

【００４２】また、第２発明のヒートパイプ式放熱器
は、熱交換用多孔チューブが、複数回Ｕ字状に曲げられ
た蛇行状のチューブからなり、該蛇行状チューブのヘッ
ダータンク側のＵ字状曲がり部がヘッダータンクに熱伝
導可能に接触接合されているものであるから、構成部品
点数をより一層減少しえながら、チューブのヘッダータ
ンク側のＵ字状曲がり部内でも作動液の蒸発が行われて
蒸発面積を拡大しえ、高い放熱性能を発揮することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態にかかるヒートパイプ式放熱器の
全体斜視図である。

【図２】図（イ）は同放熱器の横断面図、図（ロ）は同
縦断面図である。

【図３】図（イ）は放熱基板の斜視図、図（ロ）はタン
ク部材の斜視図、図（ハ）はチューブの端面図である。

【図４】図（イ）（ロ）はチューブとタンク部材との嵌
合状態を示す断面図である。

【図５】一括ろう付けのための組立て状態を示す斜視図
である。

【図６】第２実施形態にかかるヒートパイプ式放熱器の
全体斜視図である。

【図７】同放熱器の横断面図である。

【図８】変形例にかかるヒートパイプ式放熱器の全体斜
視図である。

【図９】他の変形例にかかるヒートパイプ式放熱器の全
体斜視図である。

【図１０】チューブの変形例を示す横断面図である。

【図１１】放熱基板の変形例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…ヒートパイプ式放熱器２…放熱基板３…ヘッダータンク部５…チューブ６…放熱フィン９…吸熱部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放熱基板に所定の広さにわたってヘッダ
ータンク部が形成され、該ヘッダータンク部に、Ｕ字状に曲げられた熱交換用多
孔チューブが、１つ又は複数、ヘッダータンク部から外
方に突出するように、その両端部において連通状態に接
続され、かつ、該チューブに放熱フィンが装備されてなることを特徴と
するヒートパイプ式放熱器。
【請求項２】放熱基板に所定の広さにわたってヘッダ
ータンク部が形成され、該ヘッダータンク部に、複数回Ｕ字状に曲げられた蛇行
状の熱交換用多孔チューブが、ヘッダータンク部から外
方に突出するように、その両端部において連通状態に接
続されると共に、該蛇行状チューブのヘッダータンク側
のＵ字状曲がり部がヘッダータンクに熱伝導可能に接触
接合され、かつ、該チューブに放熱フィンが装備されてなることを特徴と
するヒートパイプ式放熱器。