JPH10267573A - 平面型ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トップヒートモードにも比較的優れた性能を
実現する平面型ヒートパイプを提供すること。 【解決手段】 略波形の区画壁２０により、吸熱側５０
から放熱側５１の方向に多層に区画した平面型ヒートパ
イプ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気部品等の冷却
に適した平面型のヒートパイプに関する。

【０００２】

【従来の技術】電力制御回路やパソコン等の各種機器に
搭載されている半導体素子等の電気部品は、その使用に
よってある程度の発熱が避けがたく、近年はその冷却が
重要な技術課題となりつつある。冷却を要する電気部品
（以下被冷却部品と称する）を冷却する方法としては、
例えば機器にファンを取り付け、機器筐体内の空気の温
度を下げる方法や、被冷却部品に冷却体を取り付けるこ
とで、その被冷却部品を特に冷却する方法等が代表的に
知られている。

【０００３】被冷却部品に取り付ける冷却体として、例
えば銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れる材料の
板体が有効に適用されている。このような板材に放熱用
のフィンを取り付けたり、或いはこの板材とフィンとを
一体成形（鋳造や鍛造等による）したものを用いると一
層効果である。尚、この種の冷却体はヒートシンク等と
呼称されることもある。

【０００４】近年は、被冷却部品に取り付ける冷却体と
して、単なる伝熱性の金属材ではなく、ヒートパイプ構
造の冷却体、或いは例えば銅材やアルミニウム材などの
伝熱性に優れる板体にヒートパイプを取り付けた形態の
ものが提案、実用化されている。ヒートパイプ構造の冷
却体を使う場合、被冷却部品に取り付ける都合上、平面
型のヒートパイプが好まれることが多い。

【０００５】ヒートパイプはその名称の通り、丸パイプ
形状のものが代表的であるが、平面型（平板形状）のも
のもヒートパイプとして知られている。何れにしても、
その内部に作動流体の流路となる空間が設けられてお
り、その空間に収容された作動流体が蒸発、凝縮等の相
変化や移動をすることで、熱の移動がなされるのであ
る。尚、作動流体は作動液と呼ばれることもあるが、蒸
気状態にもなるので、以下、作動流体と呼ぶ。

【０００６】ヒートパイプの作動について簡単に記すと
次のようになる。即ち、ヒートパイプの吸熱側におい
て、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中
を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発
し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱
側では、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻
る。そして液相に戻った作動流体は再び吸熱側に移動
（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によ
り、熱の移動がなされる。

【０００７】尚、相変態により液相状態になった作動流
体は、重力または毛細管作用等により、吸熱側に移動
（還流）するようになっている。重力式の場合は、吸熱
側を放熱側より下方に配置すればよい。

【０００８】しかしパソコン等の電気機器の冷却用にヒ
ートパイプを適用する場合、その内部のスペースの関
係、或いはその電気機器の使用状況によっては、ヒート
パイプの放熱側と吸熱側の高低差がなくなったり、吸熱
側が放熱側より上方になったりすることもある。そのよ
うな場合は、重力作用による作動流体の還流が期待でき
ないので、内部に溝やウィックを設けたヒートパイプを
適用すれば良い。このようなヒートパイプではウィック
による毛細管作用による作動流体の還流が期待できるか
らである。もちろん性能上、このような毛細管作用を利
用するヒートパイプであっても、放熱側は吸熱側より上
方に配置することが望ましいことは言うまでもないこと
である。

【０００９】尚、ヒートパイプを構成するコンテナの材
質については、その用途等によって種種選定すれば良
く、例えば銅材、ステンレス材、アルミニウム材等が用
いられることが多い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】さて平面型ヒートパイ
プを適用する場合、その平面形状の主面上に冷却すべき
部品を配置する形態が多い。このような使用形態では、
丸パイプ形状のヒートパイプに比べて便利であるといえ
る。しかしこのような使用形態では、平面型ヒートパイ
プが概ね水平配置されることも多いのである。

【００１１】吸熱側が放熱側に対し高所に位置する場合
（トップヒートモードと呼ばれることもある）はもちろ
ん、放熱側と吸熱側が同じ高さにある場合でも、重力作
用による作動流体の放熱側から吸熱側への還流（移動）
作用は期待しにくい。

【００１２】そこで、毛細管作用式の平面型ヒートパイ
プを用いることが考えられる。即ち、平面型ヒートパイ
プの作動流体の流路内にウィックを設けて、毛細管作用
により、作動流体を放熱側から吸熱側へ移動させるので
ある。しかし作動流体の還流量（移動量）は、トップヒ
ートモードの際の、放熱側と吸熱側との高低差が大きい
場合や、その行程距離が長い場合、或いは放熱側と吸熱
側とが同じ高さに位置する場合でも、その行程距離が長
い場合は、作動流体の放熱側から吸熱側への還流（移
動）量は少なくなってしまう。

【００１３】ヒートパイプによる熱輸送量は、この作動
流体の還流量に大きく依存するため、ヒートパイプの熱
輸送量を大きくするには、作動流体の還流量を大きくす
ることが求められる。

【００１４】従って、ヒートパイプを利用する各種機器
内の被冷却部品の冷却機構として、なるべくなら放熱側
は吸熱側より高所に位置するように設計することが望ま
しいことになるが、こうなると、その冷却機構の設計の
自由度がそれだけ制限されることになる。加えて通常は
放熱側が吸熱側より高所に配置されている場合でも、ヒ
ートパイプが用いられる機器の使用状況によっては、放
熱側が吸熱側に対し低い位置になる場合もある。

【００１５】ところで、ヒートパイプの放熱側と吸熱側
との距離を小さくすれば、放熱側と吸熱側との高低差の
影響が相対的に小さくなる。しかし、ヒートパイプはそ
もそも熱を輸送する目的で使用されるものであるため、
放熱側と吸熱側との距離はある程度要求されることが多
い。

【００１６】以上の事情から、放熱側が吸熱側より高所
にある場合でもある程度の熱輸送量が実現する平面型の
ヒートパイプが望まれていたのである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明において提案され
る発明は、ウィックを有する作動流体の流路が区画壁に
より吸熱側から放熱側に多層形態に区画化されており、
前記区画壁は層方向に凹凸が備わっている、平面型ヒー
トパイプである。また、略波形の区画壁が２枚の金属プ
レート間に接合されることで区画化された作動流体の流
路を有し、前記流路は吸熱側から放熱側に多層形態とな
っており、更に前記流路はウィックが備わっている、平
面型ヒートパイプである。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の平面型ヒートパイ
プの正面図である。図２は図１の平面型ヒートパイプ１
の組み立て工程を説明する斜視図である。図２に示され
るように、平面型ヒートパイプ１は、上板４０と下板４
１との間に中板２を挟んで接合し、上板４０、下板４１
および中板２とで構成される作動流体の流路に作動流体
を封入して製造される。図２には示していないが、流路
には図１に示すようにウィック３を設けておく。中板２
は区画壁２０と淵部２１とを備え、上板４０、下板４１
および淵部２１とで、作動流体の流路は封止された空間
となる。また、区画壁２０により作動流体の流路が区画
化される。

【００１９】上板４０や下板４１の材質は特に限定され
るものではないが、熱伝導性に優れる銅板やアルミニウ
ム板等が好適に用いられる。中板２も上板４０や下板４
１と同様の材質を用いれば、接合等において都合が良
い。適用する接合方法には特に限定はないが、溶接法、
圧接法、ろう付け法等、公知の方法等を適宜適用すれば
良い。上板４０、下板４１、あるいは中板２にアルミニ
ウム材を用いた場合は、これらの接合にろう付け法を適
用すると良い。ろう付け法を用いる場合は、上板４０、
下板４１、あるいは中板２にブレージングシートを用い
ると便利である。一例として、上板４０と下板４１にＪ
ＩＳ１０００系や３０００系のアルミニウム板を、中板
２に芯材がＪＩＳ３０００系、その芯材の両面にろう材
としてＪＩＳ４０００系の材料が配されたブレージング
シートを適用することができる。

【００２０】ウィック３は、公知のウィック形態で構わ
ない。例えば、上板４０や下板４１の表面（流路を構成
する内壁面）に溝を設けることで形成しても良いし、或
いは金属メッシュ等を流路内に収容したりして形成して
も良い。金属メッシュとしてはワイヤメッシュ形態のも
のもある。また金属メッシュの他に焼結体を用いること
もある。

【００２１】封入する作動流体は公知のもの等が適用で
きる。例えばフロンや代替フロン、アルコール、水等で
ある。

【００２２】この本発明の平面型ヒートパイプ１は、図
１の上方側若しくは下方側が吸熱側若しくは放熱側とな
る。説明の便宜上、この図１の例では、図の上方側が吸
熱側５０、図の下方側が放熱側５１として使用された場
合を想定する。

【００２３】本発明の平面型ヒートパイプ１は、吸熱側
５０から放熱側５１の方向に多層に区画化された流路６
０〜６４を有している。従って各々の流路６０〜６４に
おいて、吸熱側５０から放熱側５１への方向の熱移動の
距離が短くなり、熱の移動が速やかに行われることにな
る。また、吸熱側５０が放熱側５１に比して高所に位置
する場合（トップヒートモード）の場合でも、各々の流
路６０〜６４において、その熱の移動距離が短く、更に
各々の流路６０〜６４内における吸熱側と放熱側との高
低差が小さくなっているので、比較的十分な性能が発現
しやすい。

【００２４】また吸熱側５０から放熱側５１の方向に多
層に区画化する区画壁２０として図１に示すような（凹
凸形状等の）略波形のものを用いると、各々の流路６０
〜６４が互いに入り組み、その結果、各々流路間の熱の
授受が一層効率的になる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の平面形ヒ
ートパイプは、トップヒートモードでも比較的高い熱輸
送量が実現し得るものである。従って、吸熱側が高所に
位置する場合はもちろん、吸熱側と放熱側が概ね水平配
置される場合でも、比較的優れた特性が実現し得る優れ
た平面型ヒートパイプと言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面型ヒートパイプの説明図である。

【図２】本発明の平面型ヒートパイプの組み立て例を示
す説明図である。

【符号の説明】 １ 平面型ヒートパイプ ２ 中板 ２０ 区画壁 ２１ 淵部 ３ ウィック ４０ 上板 ４１ 下板 ５０ 吸熱側 ５１ 放熱側 ６０、６１、６２、６３、６４ 流路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウィックを有する作動流体の流路が区画
   壁により吸熱側から放熱側に多層形態に区画化されてお
   り、前記区画壁は層方向に凹凸が備わっている、平面型
   ヒートパイプ。
2. 【請求項２】 略波形の区画壁が２枚の金属プレート間
   に接合されることで区画化された作動流体の流路を有
   し、前記流路は吸熱側から放熱側に多層形態となってお
   り、更に前記流路はウィックが備わっている、平面型ヒ
   ートパイプ。