JPH10220975A - 複合型プレートヒートパイプ - Google Patents
複合型プレートヒートパイプInfo
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- JPH10220975A JPH10220975A JP9052194A JP5219497A JPH10220975A JP H10220975 A JPH10220975 A JP H10220975A JP 9052194 A JP9052194 A JP 9052194A JP 5219497 A JP5219497 A JP 5219497A JP H10220975 A JPH10220975 A JP H10220975A
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Abstract
ートヒートパイプの受熱面で受熱し、このプレートヒー
トパイプの大面積の放熱面に面拡散して、放熱面に接着
されてあるヒートシンクの大受熱面積に全面均一に且つ
効率よく伝導して放熱し、この放熱能力はプレートヒー
トパイプの適用姿勢に影響されることが少ないプレート
ヒートパイプを提供する。 【構成】 プレートヒートパイプは通常プレートヒート
パイプの受熱側壁面と蛇行細管トンネルプレートヒート
パイプの放熱側壁面とが共通化するよう接合一体化され
た複合型プレートヒートパイプとして構成する。 ［効果］ 通常プレートヒートパイプの熱拡散性及び温
度均一性と蛇行細管トンルプレートヒートパイプの姿勢
無依存性とが相互に補完し合って、目的とする性能の複
合型プレートヒートパイプが得られた。
Description
構造に関するもので、特に小型で接着面積の小さな発熱
体の熱量を大型放熱器の大きな接着面積に高感度で且つ
効率的に拡散輸送する従来のプレートヒートパイプの機
能を全く損なわず且つ如何なる適用姿勢でも熱量輸送性
能を保持することを可能ならしめるプレートヒートパイ
プの構造に関する。
プでは図５に例示の如くプレートヒートパイプ１１には
プレート状密閉コンテナ１１−１が内蔵せしめられて構
成され、密閉コンテナの両内壁面間はピン群１３により
相互に連結せしめられることにより密閉コンテナの耐圧
性が補強されてあり、更に密閉コンテナの両内壁面の夫
々にはピン間隙にウイック１４が形成されてあり、密閉
コンテナ内には高真空に脱気の後に所定の二相凝縮性作
動液５の所定の量が封入封止されて構成されてあること
が一般的であった。この様なプレートヒートパイプ１１
は高感度で熱拡散機能を発揮し、その受熱面１１−２に
装着された小型発熱体６の小面積の接着面からも良好に
熱量を吸収し、放熱面１１−３に装着された大型ヒート
シンク７の広い接着面にも効率よく且つ全面均一に熱量
を輸送することを可能ならしめ、ヒートシンク７のフィ
ン群７−１から冷却対流８に良好に熱量を伝達するもの
であった。プレートヒートパイプが小型の場合は図５に
例示のウイック１４は省略されることがある。この場合
にも機能的な特徴には大差がない。
イプは図５の如く受熱面を底面として水平に保持した場
合は以下の如く作動する。密閉コンテナ１１−１の底面
のウイック１４に充満した二相凝縮性作動液１５は小型
発熱体６からの熱入力により小型発熱体６の接着面に対
応した密閉コンテナ１−１の底面における、小型発熱体
６の接着面よりやや広い部分を蒸発部として蒸発する。
この際の蒸発の潜熱を吸収した作動液蒸気は作動液蒸気
流１５−２の矢印の如く蒸発部（高温高蒸気圧部）から
総ての低温部（低蒸気圧部）に向かって高速度で移動
し、低温部で凝縮の潜熱を放出しながら凝縮して低温部
に熱量を供給する。低温部で凝縮液化された凝縮作動液
は１５−２はピン群を介して密閉コンテナ１１−１の底
面に移動し、更にウイック１４の作用により蒸発部に還
流する。この様な作動液の相変化を伴う循環により小型
発熱体６による供給熱量は密閉コンテナ１１−１内の、
受熱部より温度の低い総ての部分に熱量を供給する。こ
の場合受熱部との温度差の大きい部分に向かう作動液蒸
気流１５−２程流速が早く、即ち温度差の大きい部分程
多くの熱量が供給されることになる。従ってこの様なプ
レートヒートパイプはその総ての部分に熱量を高感度効
率的に拡散せしめるとともに表面温度を均一化せしめる
特長を備えている。
イプは上述の如く作動するから受熱面を底面として水平
に保持した場合に最も良好な性能を示し、傾斜角度が大
きくなるほど性能が低下する。密閉コンテナ１１−１の
厚さが４ｍｍ前後の如く薄い場合は受熱面を頂面に放熱
面を底面とした場合でも比較的良好に作動する。この保
持姿勢の場合は放熱面に凝縮作動液１５−１が停滞し、
受熱面に作動液が不足となり、作動困難になる筈である
が、実際にはピン群１３の伝熱により放熱面側に停滞し
た作動液が沸騰しこれにより、受熱面に作動液が供給さ
れてヒートパイプとしての作動が可能になるものであ
る。
のプレートヒートパイプは熱量を高感度効率的に拡散せ
しめるとともに表面温度を均一化せしめる優れた特長を
有するが、従来技術の円筒ヒートパイプと同様な各種の
問題点を有しており、産業界ではその優れた機能を損な
うことなくその問題点を解決することが要望されてい
る。即ち本願発明のプレートヒートパイプは従来技術の
プレートヒートパイプの優れた特長を維持しつつその大
きな問題点である熱輸送性能及び熱拡散性能の保持姿勢
依存性を改善することを目的としている。
姿勢またはそれに準ずるような小傾斜角度姿勢のみで使
用されるとは限らない。傾斜角度が大きくしかも小型発
熱体６の接着位置が放熱部に対し相対的に水位が高い姿
勢の場合即ちトップヒートモードでは性能が大幅に低下
する。その極端な場合として図６に示してある例ではプ
レートヒートパイプが垂直に保持され小型発熱体６は最
も水位の高い位置に接着されてある。このような保持姿
勢の場合には凝縮作動液１５−１は密閉コンテナ１１−
１の低位置に図の如く停滞する。凝縮作動液１５−１は
ウイック１４の作用により密閉コンテナ１１−１の内壁
に沿って上昇するが重力に妨げられて極めて少量のみが
小型発熱体６が接着されている位置まで到着するに過ぎ
ない。従って作動液蒸気の発生量も極めて少ないので作
動液蒸気流１５−２は図示されていない。これは放熱面
側のウイック１４を通じて行われるべき作動液の還流も
極めて少なく、停滞凝縮作動液１５−１は殆ど増減が無
いことになる。結局作動液の循環量は極めて少ないもの
となり、図６に例示の如き保持姿勢におけるこのプレー
トヒートパイプ放熱性能はピン群１３の金属間熱伝導に
よる放熱性能より若干良好な程度となる。
プレートヒートパイプの場合は停滞凝縮作動液１５−１
からの蒸発部に対する作動液還流は更に困難になりプレ
ートヒートパイプの作動は全く停止する。同様の理由か
らこのプレートヒートパイプは傾斜角度が少なくても放
熱性能は極めて悪化する。このようなプレートヒートパ
イプの放熱はピン群１３による金属間熱伝導による放熱
のみとなりヒートパイプとは云い難いような低性能のも
のとなる。
イプにおいて内蔵する密閉コンテナ１１−１の厚さが３
ｍｍ以下の如く極めて薄い場合は上記の如き熱性能の保
持姿勢依存性は更に大きくなる。即ち傾斜により偏在し
た凝縮作動液１５−１はコンテナ内の処々においてコン
テナを充填する状態になり、作動液蒸気流の流れが妨害
され、作動液蒸気の分布が不均一になりプレートヒート
パイプの最大の特長の温度均一化性が失われるに至る。
プの熱輸送及び熱拡散性能の保持姿勢依存性の改善手段
としては保持姿勢依存性の極めて少ない蛇行細管トンネ
ルプレートヒートパイプとの複合一体化せしめることに
よりこの二種類のプレートヒートパイプの機能を相互補
完せしめ、保持姿勢依存性を解消せしめる。
発明者は先に特願平８−１８２５８８号及び特願平８−
２２４２９８号を提案し現在実用化に努めつつある。然
しこの先特願の複合型プレートヒートパイプは構成も複
合化により得られる機能も本願発明とは全く異なるもの
である。先特願の複合型プレートヒートパイプにおいて
は薄形プレートの片面に突起成形された蛇行細管ヒート
パイプを主体として、その特性を、その突起間隙に自ら
形成される従来型細管ヒートパイプのプレートヒートパ
イプにより補完して高性能化を図るものである。それに
対して本願発明の複合型プレートヒートパイプは前述の
通り従来型プレートヒートパイプと蛇行細管トンネルプ
レートヒートパイプとを複合一体化せしめて従来型プレ
ートヒートパイプの熱輸送性能を改善するものである。
イプ基本構造を示す説明図の断面図である。その片側の
面はその面積に対して比較的大きな接触面を有するヒー
トシンク７が装着されて面放熱せしめられるコンテナ放
熱面１−３であり、他の片側の面は放熱面より大幅に小
さな接触面を有する小型放熱体が装着されて面加熱せし
められるコンテナ受熱面１−２であり、この様な両面を
有するプレートの中にはプレート形状密閉コンテナ１−
１が内蔵せしめられて構成されてある面間熱輸送用のプ
レートヒートパイプ１に於て、プレート形状密閉コンテ
ナ１−１の受熱面側のコンテナ壁は厚肉に形成されてあ
り、この厚肉のコンテナ壁内には細管トンネルの密閉コ
ンテナ２が受熱部と放熱部の間を多数回の往復蛇行を繰
り返して構成される蛇行細管トンネルヒートパイプ２が
作り込まれてあり、蛇行細管トンネルヒートパイプ２の
細管トンネルの相当直径は２ｍｍ以下であり蛇行ターン
数（細管並列部の本数）は３０ターン以上であり、プレ
ート形状コンテナの放熱面側のコンテナ壁は厚くても２
ｍｍ以下の薄肉に形成されてあり、プレート形状密閉コ
ンテナ１−１の両内壁面は少なくも２ｍｍ以上の間隔で
平行して対向せしめられてあり、両内壁面には所定の距
離間隔で配列された所定の外径のピン群３が接合され
て、これにより両内壁面は相互に耐圧性を補強しあっ
て、且つ伝熱的に接続されてあり、蛇行細管トンネル密
閉コンテナ２とプレート形状密閉コンテナ１−１との両
コンテナには夫々に異種類または同一種類の二相凝縮性
作動液の夫々の所定の量が封入封止されてヒートパイプ
として構成されてあることを特徴としている。図３は受
熱面側密閉コンテナ壁内における受熱面側から見た蛇行
細管トンネルヒートパイプ２が作り込まれてある状態を
示す平面図である。上記の構成は要約すると通常のプレ
ートヒートパイプの受熱面に蛇行細管トンネルプレート
ヒートパイプが面接合せしめられて一体化されたプレー
トヒートパイプであることになる。
おけるプレートヒートパイプの熱輸送性能の良否は、受
熱面から吸収した熱量を、全放熱面に如何に効率的に、
且つ如何に均一に配分輸送するかに掛っている。この観
点から考察した場合に、図１に例示の本願発明のプレー
トヒートパイプが図５に例示の従来型のプレートヒート
パイプに比較して熱輸送性能の改善に如何に貢献するか
について述べる。
が極めて良好になる。蛇行細管ヒートパイプは作動液の
軸方向振動によって熱量を輸送する。従って管内圧力損
失によって輸送能力が減衰する。管内圧力損失は管の直
径、熱輸送距離、蛇行部分の曲げ半径、曲げ角度等によ
って増減する。蛇行細管ヒートパイプはその温度降下部
を加熱することにより、作動液の動粘性係数が低下し、
上述の圧力損失が低下し熱輸送性能が改善される。特に
蛇行の曲げ部分の加熱は極めて効果的で熱輸送能力を劇
的に改善することが実験的に確認されている。従って通
常のプレートヒートパイプの鋭敏な温度均一化作用によ
りこれと複合化された蛇行細管トンネルプレートヒート
パイプは低温部及び蛇行曲げ部分が加熱され熱輸送性能
が大幅に性能が改善され、その全長に亙る温度均一化性
が極めて良好になる。
ンネルプレートヒートパイプの相乗効果により放熱面の
温度均一性がプレートヒートパイプ単体の場合より更に
改善されて極めて良好になり且つ温度降下も殆どない。
プレートヒートパイプ単体の場合は図５の作動液蒸気流
１５−２の矢印から分かるように、作動液蒸気流１５−
２小型発熱体５に近接した蒸発部で発生し全方向に向か
って流れるため、ヒートパイプの特性により温度均一性
が良好であるとは言え、遠い部分では熱拡散及びコンテ
ナ内壁面の流体抵抗による熱流速の低下および蒸気の希
薄化は避けられず、温度は若干低下せざるをえない。本
願発明を適用した場合は図１及び後述する第一実施例の
説明図（図２）から分かる如く、作動液蒸気流５−２は
コンテナの受熱面の全ての部分で発生し、従って放熱面
に至る距離は極めて短く且つ全て同一距離である。従っ
て熱流速の低下は極めて少なく温度降下は殆ど発生せ
ず、高温且つ極めて良好な温度均一性を発揮する。
ンネルプレートヒートパイプの相乗効果により熱予想性
能の保持姿勢依存性は殆ど無くなりトップヒートモード
でも性能が低下しない。図１、及び後述する第一実施例
の説明図（図２）から分かるように如何なる保持姿勢で
も性能に変わりが無い。図２の場合はウイック４の作用
により極めて良好な熱輸送性能を示しているが、ウイッ
ク４が無い場合でも蛇行細管トンネルプレートヒートパ
イプ保持姿勢無依存性による補完により、図５の場合の
如く凝縮作動液がプレートヒートパイプの密閉コンテナ
１１−１の低水位部に滞留すること無く、受熱部の全て
の部分が蒸発部として作用し全体として良好な熱輸送性
能を発揮する。
直径は２ｍｍ以下に限定されてある。これはトンネルが
如何なる姿勢でも、また封入作動液量が少なくても常に
作動液滴が細管トンネル内をその表面張力により充填し
た状態になり、そのままの状態で移動するための条件で
ある。これは総ての蛇行細管ヒートパイプの基本的条件
であり、姿勢無依存性を発揮せしめる為の条件でもあ
る。
ナの放熱面側のコンテナ壁は厚くても２ｍｍ以下の薄肉
に限定されてある。これは複合プレートヒートパイプの
軽量化とともに熱応答性を良好に保持する為の厚さであ
る。
ンテナ１−１の両内壁面は少なくも２ｍｍ以上の間隔で
平行して対向せしめられてあるよう限定されてある。こ
れ以下に間隔が狭い場合は作動液がその表面張力により
処々において充填状態となり作動液蒸気の移動を妨げる
ことになるのを防ぐ為であり、２ｍｍの数値は実験的に
得られた数値である。
の説明図の断面図である。本実施例は本願発明の基本構
造に独特の構成のウイックを付加配設して熱輸送性能を
更に改善するものである。図２において平板状密閉コン
テナ１−１の両内壁面を連結するピン群３は、図４に例
示の一部拡大図の如く碁板目状態に整列配設されてあ
り、受熱面１−２側の内壁面上におけるピン群３の碁板
目状間隙にはウイック４が装着されてあり、ウイック４
は細線群が集合撚りされた撚線群が二層に直交交叉して
ピン間隙に圧入固定されて構成された独特のウイックで
あることを特徴としている。
ることから、ウイック４は全ての段列において直線状で
あるから、その毛管作用による凝縮作動液の移動は抵抗
が少なく高速であり、またウイック４から発生する作動
液蒸気流５−２の流路も全てプレートヒートパイプの全
端末に至るまで直線状態であり、抵抗少なく最短経路で
流れるようになる。このような独特のウイック構造は小
型発熱体６から放熱面１−３の全面積に亙り効率よく且
つ均一に拡散せしめる本願発明の目的に最も適合性が良
いものとなり、複合型プレートヒートパイプの性能を最
善ならしめる。
ルプレートヒートパイプとの複合化により熱拡散性能が
良好で且つ姿勢依存性の極めて少ないプレートヒートパ
イプを提供することが出来るようになった。近来の半導
体発熱素子の進歩は極めて大きな熱量を発生する極めて
小型な半導体素子が出現しつつある。そのヒートシンク
との接触面は極めて小面積であり、放熱にはプレートヒ
ートパイプを熱拡散手段として適用する以外に適切な手
段がなかった。然しこのような小型発熱素子は適用姿勢
が各種各様であり従来のプレートヒートパイプでは姿勢
依存性が大きく適用出来なかった。本願発明はこのよう
な半導体素子の冷却を可能にして業界の強い要望に応え
る事が出来るようになった。
及び作動状態を示す説明図の断面図である。
実施例の構造及び垂直保持の場合の作動状態を示す説明
図の断面図である。
る蛇行細管トンネルヒートパイプの配設状態を示す説明
図である。
るウイックの配設状態を示す説明図である。
及び作動状態を示す説明図の断面図である。
及び作動状態を示す説明図の断面図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 片側の面はその面積に対して比較的大き
な接触面を有するヒートシンクが装着されて面放熱せし
められる放熱面であり、他の片側の面は放熱面より大幅
に小さな接触面を有する小型放熱体が装着されて面加熱
せしめられる受熱面であり、この様な両面を有するプレ
ートの中にはプレート形状密閉コンテナが内蔵せしめら
れて構成された面間熱輸送用のプレートヒートパイプに
於て、プレート形状密閉コンテナの受熱面側のコンテナ
壁は厚肉に形成されてあり、この厚肉壁内には細管トン
ネル密閉コンテナが受熱部と放熱部の間を多数回往復蛇
行して構成される蛇行細管トンネルヒートパイプが作り
込まれてあり、蛇行細管トンネルヒートパイプの細管ト
ンネルの相当直径は２ｍｍ以下であり蛇行ターン数（細
管並列部の本数）は３０ターン以上であり、プレート形
状コンテナの放熱面側のコンテナ壁は厚くても２ｍｍ以
下の薄肉に形成されてあり、プレート形状コンテナの両
内壁面は少なくも２ｍｍ以上の間隔で平行して対向せし
められてあり、両内壁面には所定の距離間隔で配列され
た所定の外径のピン群が接合されて、これにより両内壁
面は相互に接続されてあり、蛇行細管トンネル密閉コン
テナとプレート形状密閉コンテナとの両コンテナには夫
々に異種類または同一種類の二相凝縮性作動液の夫々の
所定の量が封入封止されてヒートパイプとして構成され
てあることを特徴とする複合型プレートヒートパイプ。 - 【請求項２】 平板状密閉コンテナの両内壁面を連結す
るピン群は碁板目状態に整列配設されてあり、受熱面側
の内壁面上におけるピン群の碁板目状間隙にはウイック
が装着されてあり、ウイックは細線群が集合撚りされた
撚線群が二層に直交してピン間隙に圧入固定されて構成
されたウイックであることを特徴とする請求項１に記載
の複合型プレートヒートパイプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05219497A JP4069301B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 複合型プレートヒートパイプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05219497A JP4069301B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 複合型プレートヒートパイプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10220975A true JPH10220975A (ja) | 1998-08-21 |
| JP4069301B2 JP4069301B2 (ja) | 2008-04-02 |
Family
ID=12907994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05219497A Expired - Lifetime JP4069301B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 複合型プレートヒートパイプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4069301B2 (ja) |
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1997
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4069301B2 (ja) | 2008-04-02 |
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Legal Events
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