JPH09167819A - ヒートパイプ冷却器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートパイプ冷却器の受熱プレートの温度分
布を均一にするとともに、生産能力が低下せず、小型化
も容易なヒートパイプ冷却器を提供すること。 【解決手段】 複数本が並設されたヒートパイプと、受
熱プレートと、放熱フィンとからなるヒートパイプ冷却
器の前記ヒートパイプ列の一方から対流が生じている場
合において、前記並設された複数本のヒートパイプ内
に、前記対流の風上側から熱輸送量を増加するように２
種以上の異なる作動液を封入した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ヒートパイプ冷却
器に関し、特には対流による放熱部の冷却の場合でも受
熱プレートの温度分布を均一にすることができるヒート
パイプ冷却器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒートパイプ冷却器として、例え
ば並設された複数本のヒートパイプの一端側に受熱プレ
ートとなるベース部を設け、他方に放熱用のフィンを多
数付設したものなどがあり、これを例えば半導体冷却用
として用いる場合は前記受熱プレートに半導体素子を取
付けて設置される。しかしながら近年、半導体素子の小
型化が図られており、それに伴いヒートパイプ冷却器も
小型化を図らなければならないが、前記ヒートパイプ冷
却器では縮小するとともに並設された各ヒートパイプ間
が狭くなることになる。

【０００３】また、通常ヒートパイプ冷却器の放熱部に
は、自然対流や強制対流による冷却空気が送風され、ヒ
ートパイプの熱交換効率を大きくすることにより前記ヒ
ートパイプ冷却器の冷却効率が促進されるよう構成され
ることが多い。しかしながら、前記対流による冷却空気
の送風される方向は前記ヒートパイプ冷却器が取り付け
られる装置全体の配置、スペース等が考慮され、ヒート
パイプの並列方向から送風されるか、並列方向に対して
垂直に送風されるかは様々である。

【０００４】また一般に、半導体は温度分布が生じる
と、低温部に多くの電流が流れるようになるため局部的
に負荷がかかり、前記半導体の寿命が短くなるため、均
一な冷却が望まれている。

【０００５】そこで、例えば実開平６−５０３５５号公
報では、複数本のヒートパイプの内径を変えることによ
って、冷却空気の上流側と下流側とでの温度差を減らす
ことを提案している。

【０００６】これによれば、冷却空気の風上側から風下
側へヒートパイプの内径を大きくすることによって、風
下側のヒートパイプの気化する水蒸気の量が増えるため
熱輸送量を増やすことができ、熱輸送量の低下を防ぎ、
温度差を減らすことができる旨開示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のヒー
トパイプ冷却器ではその大きさが縮小されると並設され
た各ヒートパイプ間が狭くなるため、冷却効率が低下す
る可能性があり、また冷却空気の送風が前記ヒートパイ
プ冷却器の並設された各ヒートパイプの並列方向の一方
から行われた場合、前記送風方向の風上側にあるヒート
パイプには風が直接当たり冷却が促進されるものの、そ
の風下側にあるヒートパイプでは前記風が直接当たりに
くくなり、予め風上側のヒートパイプにより暖められた
状態となるため風上側にあるヒートパイプに比べて風下
側のヒートパイプは温度の高い空気と熱交換を行うこと
になる。つまり、風下側ではヒートパイプの熱交換量が
低下することになり、風上側と風下側では受熱プレート
に温度差が生じるという問題がある。

【０００８】さらに、実開平６−５０３５５号公報に示
される方法によって温度差を減らす場合、内外径を共に
変化させる場合にはヒートパイプに設ける放熱フィンや
受熱プレートに形成する孔の大きさを変化させなければ
ならず、加工に手間がかかり、生産能力が低下する。ま
た、内径のみを変化させ、外径は同一とした場合にもパ
イプの加工に手間がかかり、生産能力が低下する。ま
た、これらの生産能力の低下はヒートパイプ冷却器の小
型化が進む程顕著になってくる。

【０００９】したがって、本発明の目的はヒートパイプ
冷却器の受熱プレートの温度差を均一にするとともに、
生産能力が低下せず、小型化も容易なヒートパイプ冷却
器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のヒートパイプ冷
却器は、並設された複数本のヒートパイプと、これらヒ
ートパイプの一端側が埋設される受熱プレートと、他端
側に挿入される複数枚の放熱フィンとを具備するヒート
パイプ冷却器であって、前記ヒートパイプの並列方向の
一方から対流が生じている場合において、前記並設され
た複数本のヒートパイプにそれぞれ封入する作動液とし
て熱輸送量が異なる２種以上のものを用い、これら作動
液を封入したヒートパイプを前記対流の風上側から熱輸
送量が小さい順に配列したことを特徴とするものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下発明の実施態様につき詳細に
説明する。図１は本発明のヒートパイプ冷却器の一実施
態様を示した図である。本実施態様はヒートパイプ２
ａ、２ｂ、２ｃの一端側を受熱プレート１に埋設し、他
端側に放熱フィン３、３、・・・を挿入した態様を示し
ており、図中の矢印は対流の方向を示している。そして
前記ヒートパイプ２ａ、２ｂには作動液４ａとしてフロ
リナートＦＸ−３２５０（住友３Ｍ社、商品名）が、ヒ
ートパイプ２ｃには作動液４ｂとして水が封入されてい
る。

【００１２】前記受熱プレート１は形状、材料ともに特
に制限はなく、形状については冷却する対象の形状など
によって適宜決定することができ、材料も使用環境など
によって決定し得るが、冷却対象物からの受熱を有効に
行うためには熱伝導率が高く、肉厚を薄くすることが好
ましい。例えば、銅プレート、アルミプレートなどが好
ましい。

【００１３】前記ヒートパイプ２ａ、２ｂ、２ｃ用のコ
ンテナは、熱の授受を効果的にするために熱伝導率が高
く、肉厚の薄いものにするとともに、封入する作動液に
よる腐食や、内圧などに対する耐圧性を考慮して適宜決
定することができる。好ましくは銅パイプなどを用い
る。

【００１４】前記放熱フィン３も特に制限はなく、例え
ばアルミや銅の薄板などを用いることができ、放熱の効
率を考慮して材料、形状、フィンの間隔などを適宜決定
すれば良い。

【００１５】前記作動液４ａ、４ｂは、前述のフロリナ
ートＦＸ−３２５０や水に限られるわけではなく、作動
液を封入したヒートパイプを風上側から熱輸送量が小さ
い順に配列できればよく、ヒートパイプ冷却器の使用温
度や他のヒートパイプ内の作動液、作動液とコンテナと
の相性（腐食の問題など）などにより適宜決定すること
ができ、例えば、各種フロリナート、メタノール、エタ
ノール、その他フロン系材料例えばＲ−２２、Ｒ−１３
４ａ（いずれもデュポン社、商品名）などから適宜組合
せて用いることができる。

【００１６】本実施態様では図中左から右へ向けて対
流、即ち、冷却風の流通が生じる場合について考慮して
おり、ヒートパイプの熱輸送量が左より右の方が大きく
なるように作動液の種類を変えて封入している。このよ
うに構成することによって、風下側（図中右側）のヒー
トパイプは直接当たる風が少なくなり風上側のヒートパ
イプによって暖められた空気が当たることになるため熱
交換効率が低下するが、熱輸送量は風下側のヒートパイ
プの方が大きいので、効率の低下を輸送量の増加で補う
ことができる。したがって、風下側のヒートパイプと風
上側のヒートパイプとがほとんど同じように熱交換する
ことが可能になり、受熱プレートの温度差を減らすこと
ができる。

【００１７】また、本実施態様ではヒートパイプが３本
の場合について示したが、これに制限されるわけではな
くヒートパイプ冷却器に必要な冷却能力に応じて適宜決
定することができる。

【００１８】また、ヒートパイプについても本実施態様
では３本中の最も風下側にのみ異なる種類の作動液を封
入したが、これに制限されるわけではなく、ヒートパイ
プの熱輸送量が風上側から小さい順に配置できれば良
い。さらにヒートパイプを風上側から順に１本ずつ熱輸
送量が大きくなるように配置することは受熱プレート全
体をさらに均一なものとすることができるので好まし
い。

【００１９】

【実施例】以下具体的な実施例につき説明する。本実施
例では図１に示すヒートパイプ冷却器を作製した。アル
ミ板材からなる受熱プレート１、銅パイプからなる同一
形状のヒートパイプ２ａ、２ｂ、２ｃ、アルミ板からな
る放熱フィン３を示している。そしてヒートパイプ２
ａ、２ｂ内には作動液４ａとしてフロリナートＦＸ−３
２５０、ヒートパイプ２ｃ内には作動液４ｂとして水が
封入されている。なお、図中の矢印は図示しないファン
により送風される空気の流れの方向を表しており、ヒー
トパイプの並列方向の一方（図中左側）から放熱フィン
３、３、・・・間を通って対流が起こされている。

【００２０】図２は前記３本のヒートパイプ２ａ、２
ｂ、２ｃの熱抵抗値を示した図である。このようにヒー
トパイプ２ａ、２ｂ、２ｃは風上側から順に熱抵抗値が
小さい、つまり熱輸送量が大きくなっている。

【００２１】このように構成することによって、図中の
矢印のように送風した場合でも、直接当たる風の少なく
なる風下側のヒートパイプ２ｃは熱輸送量が大きいの
で、風上側のヒートパイプ２ａとほぼ同様に熱交換する
ことができ、受熱プレートの風上側と風下側とで生じて
いた温度差を減らすことができた。

【００２２】さらにヒートパイプ２ａ、２ｂ、２ｃは全
て同一形状のものを用いているので、受熱プレート１や
放熱フィン３の穴あけ加工や、ヒートパイプ２ａ、２
ｂ、２ｃの加工が従来と同様に行うことができ、生産能
力の低下が生ずることもなかった。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した通りの本発明のヒートパイ
プ冷却器によれば、ヒートパイプ冷却器の生産能力を低
下させることなく、受熱プレートの温度差を減らすこと
ができる。したがって、作製が容易であり、かつ、半導
体素子の寿命を長くすることができるなどの優れた効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートパイプ冷却器を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の各ヒートパイプの熱抵抗値を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 受熱プレート ２ａ、２ｂ、２ｃ ヒートパイプ ３ 放熱フィン ４ａ フロリナート ４ｂ 水

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 並設された複数本のヒートパイプと、こ
   れらヒートパイプの一端側が埋設される受熱プレート
   と、他端側に挿入される複数枚の放熱フィンとを具備す
   るヒートパイプ冷却器であって、前記ヒートパイプの並
   列方向の一方から対流が生じている場合において、前記
   並設された複数本のヒートパイプにそれぞれ封入する作
   動液として熱輸送量が異なる２種以上のものを用い、こ
   れら作動液を封入したヒートパイプを前記対流の風上側
   から熱輸送量が小さい順に配列したことを特徴とするヒ
   ートパイプ冷却器。