JPS61276692A - 水冷式筐体冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ０）産業上の利用分野 本発明はヒートパイプ応用の熱交換器の改善に関するも
ので特に機器の密閉されてある筐体内の熱量をフィン付
ヒートパイプに依り筐体外に移送し、筐体外に放熱する
熱交換器に依り筐体内温度を所定の温度以下に冷却する
筐体冷却装置の改善に関するものである。

（ロ）従来の技術 管本体とフィンとが転造成形法で一体化して形成された
フィンチューブをヒートパイプとして構成したヒートパ
イプ群を応用した多管式熱交換器の利用が多くなってい
る。これは一体成形したフィン群が巻付フィンや打込挿
接のフィンに比軟して低価格であり且つフィンと管本体
間に接触熱抵抗が無いことに依り熱効率が良いこと及び
フィンが機械的に強靭で取扱いに便であること等の理由
に依るものであった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 然し電子機器の筐体内や制御製電の筐体内の温度と筐体
外の温度とを熱交換して筐体内温度を低下せしめる熱交
換器である筐体冷却装置に適用する場合に困難な問題が
あって適用例は極めて少ない状態であった。その問題点
は次の如くである。

（ＩＬ）　　従来の共通プレートフィン構造に比較して
ヒートパイプ間隔を大きくする必要があり、同一の熱交
換面積を得る為には２〜３倍の容積ｌ必要とする。これ
は小型高能率を要求する近来の電子機器や制御機器には
容認されないことである。

第４図にフィンチューブを使用した熱交換器が大容積を
必要とする状況な説明する筐体断面略図である。１はフ
ィンチューブ応用ヒートパイプ、２は一体形成されたフ
ィン群である。４は隔壁に取付ける為のフランジ、５は
隔壁である。３はフランジな溶接する為にフィン群を切
削除去しである無効部分である。図から分る様に、この
様に予じめフィンが一体化成形されてあるヒートパイプ
を取付けるためには隔壁には各ヒートパイプ毎に少く共
フィン群を貫通せしめる貫通孔６を隔壁に設ける必要が
ある。又ヒートパイプにはこれを隔壁に装着する為にフ
ィン群外径より充分に大きなフランジを設ける必要があ
る。更にフィン群の間にはフランジ着脱の為のスペース
を設ける必要がある等の理由からヒートパイプの中心軸
間の間隔は従来のヒートパイプ群に共通してプレートフ
ィン群な設ける場合の２倍以上の距離にする必要があり
フィン容積は単位熱量当り２〜３倍の容積な必要とする
ものであった。第５図は従来構造の共通フィンｔ＃な設
けた筐体冷却装置な示す。この場合隔壁５ににヒートパ
イプコンテナを圧入するだけの貫通孔を設け、隔壁５に
ヒートパイプ１を挿着の後、全ヒートパイプに共通のプ
レートフィン２が圧入装着されてある。従ってヒートパ
イプ間隔はフィン効率のみを考慮してその間隔に決定さ
れてある。

（ｂ）外部のフィン群に塵埃が附着し易く頻繁に掃除を
する必要がある。その為にもヒートパイプ間隔を広くし
てフィン群の間隙中にブラシ等の保守工具を挿入するス
ペースを設ける必要がありこの為にもフィン容積が大き
くなり実用性を損っていた。

密閉筐体冷却装置は環境雰囲気の悪い所に設置する機器
に用いられる。従って筐体内部の保護の目的は充分に果
丁ことが出来るが外部フィン群は汚染が激しいのけ当然
であり塵埃が附着しない場合にも腐食が激しい等の問題
点が発生するものであった。

本発明は上述（ａ）　（ｂ）の問題点を共に解決せんと
するものであって、ヒートパイプ間隔は内部の受熱部に
おいてはフィンチューブのフィンが相互に接触する程度
迄近接せしめることな可能とすることに依９、従来の共
通プレートフィンと同程度に冷却装置を小型化せしめ、
放熱部においては周囲環境に依る装置の汚染で為ら完全
に保護された構造を提供すると共に分解掃除の容易な構
造に構成されたものとし、フィンチューブ応用ヒートパ
イプの優れた性能ｌ活用し易い条件な与えんとするもの
である。

に）問題点を解決する為の手段 本発明に係る水冷式筐体冷却装置における従来構造筐体
冷却装置の問題点解決手段は２つの手段の組合わせに依
る相互作用に依るものである。その２つの手段は前記ｅ
う発明が解決しようとする問題点で述べた問題点（＆）
（ロ）に夫々対応する次の（ａ）（ロ）である。

（ａ）　　ＩＮ体外の熱交換部、即ち放熱部はフィンが
形成されていないヒートパイプコンテナとこれに着脱自
在に挿着された放熱手段との組立構造とＴる。

これに依り第１図例示の組立略図におけるヒートパイプ
１は受熱部（筐体内）のみにフィン群２が一体形成され
てあるものとなり、筐体外の放熱部は裸のコンテナのみ
の形状となる。従って隔壁５にヒートパイプを挿着する
場合は放熱手段２１は未挿着の状態で実施するものとし
て実施すれば隔壁５を貫通させる必要あるものはヒート
パイプの裸コンテナ１のみとなる。従って隔壁５に設け
る貫通孔６（複数）はコンテナ外径よりやや大きな直径
であれば良く、多数の貫通孔６を設けても隔壁の機械的
強度が失なわれることは少ない。又従ってヒートパイプ
ｌ隔壁５に固定する為のフランジ４の外径はフィン群の
外径より小さくすることが可能となる。又フランジ４と
隔壁５との相互固定や、固定解除作業は筐体外から容易
に実施することが出来るので、その為に余分のスペース
をヒートパイプ間に追加する必要もない。従ってヒート
パイプ間の相互の距離間隔は各ヒートパイプのフィン群
か相互に接する位置迄近接源せることか出来る。

（ロ）冷媒流体として水を用いる。

密閉筐体における筐体冷却装置は設置箇所の周囲環境が
悪いことの対策として使用されるのが原則である。従っ
て筐体内部を密閉状態に保ち強制対流で受熱せしめるの
は癲然極めて良好な効果が得られる。然し従来の筐体冷
却装置におけるが如く筐体周囲の空気な強制対流せしめ
て放熱させることは環境対策としては不充分である。、
轟然の結果としてフィンの粉塵による目つまり、腐食性
空気に依るフィンの腐食、等の傷害が発生する。又頻繁
な分解掃除の発生も当然である。従って本発明の改善対
策としては環境汚染の恐れのない水冷方式を採用するこ
とにしである。この水冷方式は単に汚染対策だけでなく
（ａ）項との相乗効果な・も考慮されてある。即ち水冷
の場合は熱伝達係数が空気の強制対流に対して１００倍
以上も改善され、これに依り放熱手段が大幅に小型化さ
れる。これに放熱手段なヒートパイプコンテナに対し挿
抜自在の組立方式の構造にする上で極めて有効である。

又放熱能率が極めて良好で性能上充分な余裕があるので
実施例で後述する如く冷却ジャケットとヒートパイプな
挿抜自在とした場合に該部分に生ずる接触熱抵抗の発生
な熱伝導性グリスの併用程度でカバーすることが出来る
。

（ホ）　作用 本発明に係る水冷式筐体冷却装置は前項の（＆）（６）
の両手段及びその相乗効果に依りフィン付辷−トパイプ
の挿接密度を高密度化させ、装置を小型化ならしめ、分
解掃除を容易ならしめる作用を発揮する。又周囲雰囲気
が悪くて賜フィンの目つまり、腐食等の従来の問題点を
４解決する。又受熱部においてフィン付ヒートパイプ群
における相互の距離間隔が小さくなることは多管式熱交
換器の管間ピッチが小さくなった場合と同様に乱流効果
が増大して熱伝達率が増大するので受熱部の熱吸収能力
が大幅に増大する。又水冷の場合ヒートパイプ表面との
間熱伝達率が空気の場合に比べて２桁も大きいので放熱
部が小型化されると共に性能が向上する。又水温は周囲
温度の影響をあまり受けないので、周囲の機械設備の排
熱や、室内温度に関係なく、又季節に依る外気温度の変
化にも大きく影響な受けることなく、安定した冷却効果
が得られる点も効果の一つとしてあげられる。

（へ）実施例 １！２図及び第３図に夫々本発明に係る水冷式筐体冷却
装置の実施例を示す一部断面略図である。

両図共フィン付ヒートパイプ１本当りのユニットとして
図示されてある。実施に当っては何れも第１図の如く組
合わせて水冷式筐体冷却装置を構成する。第２図ｗｃ３
図は共に水冷式放熱手段としては水冷ジャケット１１が
フィンが除去されたヒートパイプのコンテナ１に対して
着脱自在に構成されてある。従って隔壁５に取付けて第
１図の如く筐体冷却装置として組立てる場合は水冷ジャ
ケット１１とそれに連結されてある各種部品は一切抜去
された状態で組立てられフィン付のヒートパイプコンテ
ナ［ｔｊ筐体内に、フィン除去ａｍ体外に配置される。

従ってフィン吋ヒートパイプ攻付用の貫通孔６の直径は
フィン除去部コンテナ１を貫通せしめるだけの小さな直
径で良い。これに依りヒートパイプ取付用フランジ４は
フィン外径より小嘔な直径にすることが可能となりネジ
、リベット等の締結手段７に依り筐体外からフィン外径
よりも小さなｌ径範囲内Ｉ：締結することが出来る。こ
の様であるからヒートパイプの配列の距離間隔は筐体内
において隣接ヒートパイプのフィン外縁が相互に接触す
るに至る進遅ＷＩすせることが可能となる。又保守の為
の分解再組立てに際しても（但しねじ締結の場合）特に
その為の余分なスペースを設けることなくボックススパ
ナ等に依り実施することが出来る。この様にして組立て
られた筐体冷却装置の受熱部は筐体内の強制対流空気か
ら熱吸収する。この場合、強制対流は機器筐体内に設け
られたファンに依て生じたものであっても良く、又第１
図破線で略示された筐体冷却装置に設けた風洞８に取付
けられたファン９に依る強制対流であっても良い。

ＷＸｚ図及び第３図においてはフィンチューブ１の隔壁
５に対する締結は７ランジ４及びねじ７によって実施さ
れてある。然しフィンチューブが転造成型Ｃ二値るスパ
イラルフィンチューブである場合は隔壁５に設けられる
貫通孔６に、その内縁からフィン外径の書く円周に至る
スリットを形成し、スパイラルフィンチューブな雄ねじ
とし、貫通孔の内縁を雌ねじの山とし、スリットなフィ
ンの通過溝とし、スリット先端を雌ねじの谷として、ス
パイラルフィンチューブと隔壁なねじ締結きせることも
可能であり、この場合は最も簡易確実で且つ分解組立て
の容易な挿接構造となる。

受熱部の挿接構造は第２図及び第３図における各実施例
共通構造であり、両図面に例示の実施例は水冷ジャケッ
ト部の実施態様で異っている。

第１実施例 第２図１二おいて１１はヒートパイプコンテナ１の外径
より大きな内径の中空管の一端が封とこれ他端が開口さ
れたキャップである。キャップの開口部には冷却水に対
するシール手段がコンテナに対し挿抜自在に設けである
。この様なシール手段として図においては凹溝中に加圧
挿入されたＯ　ＩＪソング４が設けられてある。これに
依やキャップは着脱自在になり、その挿着に依り冷却ジ
ャケットな構成する様になっているものである。１２．
１３Ｈ夫々ジヤケツト内を貫流する冷却水の注入口、排
出口である。この様な冷却ジャケットは構造が簡単で、
ヒートパイプ外壁面な直接冷却することが出来るので冷
却効果が大きい利点がある。又分解が容易であるからヒ
ートパイプ外壁面及びキャップ内壁面の掃除が容易であ
る点、又腐食状況の検査が容易である等の点がある。然
し欠点としては冷却水質？＝依っては直接冷却の為ヒー
トパイプの寿命が短かくなる恐れがあるので冷却水の水
質によっては水質（一応じた防食手段を講じる必要があ
る。

第２実施例 第３図における水冷ジャケット１１は２重金属管に依っ
て形成されてある。内管と外管は両端で封とされて水冷
ジャケットを形成すると共にヒートパイプコンテナに対
しては内管に依って滑合自在に挿接されてある。１２．
１３Ｆｘ夫々注入口及び排出口Ｔある。この実施例の場
合は間接冷却であるからヒートパイプコンテナと内管の
内壁との間に接触熱抵抗が生じる。この対策としては両
者の加工精度を高くして両者の間隙を小ざくする手段や
微小間隙の間は熱伝導性の良好なグリスな充填する等の
手段を講する。然しこの接触熱抵抗を無くすることは不
可能ではあるが水冷方式に依り冷却効果に余裕があるの
で総合的には充分に目的な達することが出来る。第２実
施例の場合は間接冷却であるから第１冥施例に比較して
冷却効率が若干低下するが、ヒートパイプが水質の如何
に係わらず腐食の恐れがない利点がある。

（ト）　　発明の効果 本発明に係る水冷式筐体冷却装置の構造は従来の風冷式
筐体冷却装置に比較して取付けられる機器が設置されて
ある場所の周四温度にも、環境雰囲気にも悪影響を受け
ることなく安定した性能な発揮させることが出来る上に
、従来は適用することが困難であったフィン付チューブ
応用のヒートパイプを使用しても小型に構成することが
可能となる。

フィン団チューブ、特にスパイラルフィンチューブげフ
ィン群を構成する為の材料費、加工費が不要であり、こ
れを有効に利用出来ることは筐体冷却装置のコスト引下
げに大きく貢献する。　・また、第１図の本発明に係る
構造、Ｉｔ！４図の従来のフィンチューブな使用した構
造、＠５図の従来の共通プレートフィン構造らはともに
大きさ、本数および性能の点で全く同一のヒートパイプ
を使用した実施例図であるので、本発明に係る水冷式筐
体冷却装置によれば小型化、高性能化な図れることが理
解出来る。

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明に係る水冷式筐体冷却装置の組立略図、
第２図は本発明の一実施例な示す一部断面略図、第３図
は本発明の他の実施例な示す一部断面略図、１１／ｃ４
図および第５図はともに従来の筐体冷却装置の断面略図
である。 １・・・ヒートパイプコンテナ、２・・・フィン群、４
・・・フランジ、５・・・隔壁、６・・・貫通孔、１１
・・・キャップ（水冷ジャケット）。 第１図 λＬ肛酪口 第４図 與シＭ処置のｌｒｒ面略図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィンが管体と一体化形成されてあるフィンチュ
   ーブをコンテナとしてヒートパイプの受熱部が形成され
   てあるヒートパイプの受熱部の複数本が機器の密閉筐体
   内に配置されてあり、該複数ヒートパイプの放熱部は筐
   体壁面を貫通して筐体の外部に配置されてあり、密閉筐
   体内に発生する熱量を受熱部で吸収し筐体外に排出する
   筐体冷却装置において、密閉筐体内の受熱は筐体内空気
   の強制対流と受熱部フィン群に依りなされ、密閉筐体外
   における放熱はヒートパイプの放熱部に設けられてある
   ジャケットとジャケット内を貫流する冷却水の強制対流
   に依り実施する様構成されてあり、且つ該放熱部におけ
   るジャケットを含む水冷手段はヒートパイプのコンテナ
   を残して着脱自在に且つ解体組立てが可能な構造に構成
   されてあることを特徴とする水冷式筐体冷却装置。
2. （２）前記水冷ジャケットの構造は、中空管の一端が封
   止され他の一端が開口されてあり、且つヒートパイプコ
   ンテナの放熱部の外径より大きな内径を有するキャップ
   がヒートパイプコンテナの放熱部に着脱自在に挿着され
   てあり、該キャップの開口部の内壁とコンテナ外壁との
   間には冷却水に対するシール手段がコンテナに対して挿
   抜自在である様に設けられてあり、更にコンテナ外壁と
   キャップ内壁間の間隙はキャップに設けられてある冷却
   水の流入手段及び流出手段と共に冷却水の貫流路として
   構成されてある構造であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載された水冷式筐体冷却装置。
3. （３）前記水冷ジャケットは２重管からなるキャップと
   して構成されてあり、２重管の内管の内壁はヒートパイ
   プコンテナの放熱部外壁を覆って気密に滑合挿着されて
   あり、内管と外管とは共通の両端末部において水密に接
   合封止されて一体化されてあり、且つ他の部分において
   は内管外壁と外管内壁とは所定の間隙が形成されてあつ
   て、外管に設けられてある冷却水の流入手段及び流出手
   段と共に冷却水の貫流路として構成された構造であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載された水冷
   式筐体冷却装置。