JPH07208884A

JPH07208884A - 平板型ヒートパイプ

Info

Publication number: JPH07208884A
Application number: JP6018928A
Authority: JP
Inventors: Yuji Saito; 祐士斎藤; Masataka Mochizuki; 正孝望月; Shinichi Sugihara; 伸一杉原; Koichi Masuko; 耕一益子; Hitoshi Hasegawa; 仁長谷川; Michio Takaoka; 道雄高岡; Mikiyuki Ono; 幹幸小野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1994-01-19
Filing date: 1994-01-19
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】トップヒートモードでも効率よく作動する平
板型ヒートパイプを提供する。【構成】毛細管力の強い第１ウィック１３をブロック
状に形成し、その周囲に蒸気通路となる空隙１５が形成
されるように放射状に複数配設するとともに、このブロ
ック状の第１ウィック１３の表面と、コンテナ１２の対
向する２つの内面との境に、比較的毛細管力の弱い第２
ウィック１４が介装されているため、トップヒートモー
ドでも効率よく作動するとともに、前記境に気泡が生じ
ても作動流体Ｌの凝縮部１１ｂへの供給路が確保され、
熱輸送能力の低下が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、平板型コンテナの対
向する２つの内面のうちの一方が蒸発部で他方が凝縮部
となる平板型ヒートパイプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な平板型ヒートパイプ１は、図４
に示すように、中空平板状のヒートパイプコンテナ２の
上下方向に対向する２つの内面のうち、発熱体Ｈが取付
けられている下側面を蒸発部１ａに、上側面を凝縮部１
ｂとし、下側の蒸発部１ａで加熱されて蒸発した作動流
体３の蒸気３ａが、上側の凝縮部１ｂへ移動する。そし
て、この凝縮部１ｂにおいて、輸送してきた潜熱を放出
して凝縮し、液相に戻った作動流体３は、重力の作用に
よって下側の蒸発部１ａに還流する構造となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の平板型ヒートパイプにおいては、凝縮部１ｂで凝縮し
た作動流体３は、その大部分がヒートパイプコンテナ２
の側壁２ａの内面を伝って流下して蒸発部１ａに還流す
るため、この凝縮した作動流体が流下してくる周縁部付
近は、凝縮した作動流体によって覆われて凝縮部１ｂと
しての機能を果たせなくなり、凝縮部１ｂの周縁部の温
度が低くなり、その影響で蒸発部１ａの温度分布が不均
一となるという問題があった。その結果、蒸発部１ａの
周縁部での熱流束が、蒸発部の中心付近での熱流束より
小さくなり、例えばこの平板型ヒートパイプを冷却装置
に使用した場合に、ヒートパイプの中心部と周縁部とで
冷却作用に差が生じてしまうという問題があった。

【０００４】また図５は、発熱体Ｈを従来の平板型ヒー
トパイプ１の上側に設けた場合を示すもので、この場
合、発熱体Ｈが設けられた上側が蒸発部となるが、上側
の蒸発部１ａに対して作動流体３を供給する手段が設け
られていないため、蒸発部１ａがドライアウト状態とな
り、ヒートパイプとして作動せず、したがって冷却作用
も得ることができなかった。

【０００５】この発明は、上下方向に対向する２つの内
面のどちらが蒸発部となってもヒートパイプ作動させる
ことのできる平板型ヒートパイプを提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段としてこの発明は、中空平板型のヒートパイプ
コンテナ内の上下方向に対向する２つの内面間に、毛細
管力による液通路を構成するウィックを配設した平板型
ヒートパイプにおいて、前記ウィックは、高い毛細管力
を発生させる第１ウィックと、この第１ウィックより低
い毛細管力を発生させる第２ウィックとからなり、前記
第１ウィックをブロック状に形成するとともに、その周
囲に蒸気通路となる空隙が形成されるように離間させて
複数配設するとともに、これらブロック状の第１ウィッ
クと前記コンテナの２つの内面との間に、前記第２ウィ
ックがそれぞれ介装されていることを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記のように、平板型ヒートパイプは、ヒート
パイプコンテナ内の上下方向に対向する２つの内面間
に、高い毛細管力の第１ウィックと、この第１ウィック
より低い毛細管力の第２ウィックとからなるウィックが
液通路となって、トップヒートモードにおいては液相の
作動流体を蒸発部へ供給し、またボトムヒートモードに
おいては、凝縮部で液相に戻った作動流体を蒸発部へ流
下させるとともに、蒸発部で加熱された作動流体の蒸気
は、前記ブロック状のウィックの周囲に形成されている
空隙を経由して凝縮部に移動する。また、第１ウィック
は毛細管力の弱い第２ウィックを介してヒートパイプコ
ンテナの内面に当接しているため、ブロック状のウィッ
クと前記コンテナの内面間に気泡が生じても作動流体の
通過が可能となり、凝縮部への作動流体の供給が可能と
なる。したがって、発熱体が平板型ヒートパイプの下側
にあっても上側にあっても、すなわち、トップヒートモ
ードでもボトムヒートモードでも等しくヒートパイプ作
動するとともに、気泡の発生による熱輸送能力の低下が
防止される。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の平板型ヒートパイプを、大
規模集積回路（ＬＳＩ）の冷却装置として用いた一実施
例について図１ないし図３を参照して説明する。

【０００９】平板型ヒートパイプ１１は、中空平板型の
コンテナ１２内に、細かい目の金属網を垂直状態で直方
体に束ねた毛細管力の強い第１ウィック１３と、若干目
の粗い金属網を水平に重ねた、比較的毛細管力の弱い第
２ウィック１４とを備えている。この第２ウィック１４
は、コンテナ１２の上下方向に対向する２つの内面の全
体にそれぞれ密着して配設されるとともに、直方体に形
成された前記第１ウィック１３は、前記第２ウィック１
４に上下から挟まれるとともに、蒸気通路となる空隙１
５が周囲に形成されるように放射状に配設されている。

【００１０】なお、この平板型ヒートパイプ１１の製造
手順は、一側面を開放したコンテナ１２に、第１ウィッ
ク１３の上下から第２ウィック１４，１４で挟んだ状態
で挿入し、次にガス抜き孔（図示せず）を残して密閉
し、コンテナ１２内を真空引きした後、所定量の凝縮性
の作動流体を注入し、前記ガス抜き孔を密閉して完成す
る。

【００１１】次に、上記のように構成されるこの実施例
の作用を図２を参照して説明すると、冷却装置である平
板型ヒートパイプ１１は、発熱体ＨであるＬＳＩが上面
に取り付けられているため、上面が蒸発部１１ａとなる
所謂トップヒートモードとなる。したがって、発熱体Ｈ
の温度が上昇すると、その熱は平板型ヒートパイプ１１
の上面に伝達され、この上面が蒸発部１１ａとなる。そ
して、コンテナ下方に溜まった液相の作動流体Ｌが、第
１ウィック１３および第２ウィック１４の毛細管力によ
り吸い上げられて蒸発部１１ａに供給されると、蒸発部
１１ａに供給された作動流体Ｌは、加熱されて沸騰し、
気相の作動流体Ｖとなる。

【００１２】このとき、蒸発部１１ａの表面で作動流体
Ｌが沸騰して気泡が生じても、目の細かい第１ウィック
１３と蒸発部１１ａの内面との間に、比較的毛細管力の
弱い第２ウィック１４が介装されているため、蒸発部１
１ａへの作動流体Ｌの供給路が確保され、熱輸送能力の
低下を防止することができる。

【００１３】そして、蒸発部１１ａで気相となった作動
流体Ｖは、第１ウィック１３の周囲の空隙１５を経由し
て凝縮部１１ｂに移動し、凝縮部１１ｂにおいて熱を奪
われて凝縮して液相の作動流体Ｌに戻って下方に溜ま
る。このようにして、蒸発部１１ａが凝縮部１１ｂより
上方に位置する所謂トップヒートモードであっても、作
動液が円滑に循環してヒートパイプとして作動し、発熱
体Ｈを効率よく冷却することができる。

【００１４】また、このように第１ウィック１３を放射
状に配設するとともに、各第１ウィック１３の周囲に蒸
気通路となる空隙１５が形成されるように配設したの
で、蒸発部１１ａで気化した作動流体Ｖが、凝縮部１１
ｂの全体に拡散し易く、そのためこの平板型ヒートパイ
プ１１の全体の均熱化を図ることができる。

【００１５】したがって、平板型ヒートパイプ１１の蒸
発部１１ａの周縁部の熱流束も、蒸発部の中心付近の熱
流束と同じとなり、冷却装置とした場合には平板型ヒー
トパイプ１１の全体が均一な冷却作用を持つため、ＬＳ
Ｉ等の発熱体Ｈの実装密度を高めることが可能となる。

【００１６】また、図３に示すように発熱体ＨであるＬ
ＳＩが平板型ヒートパイプ１１の下面に取り付けられて
いる場合には、下面が蒸発部１１ａとなる所謂ボトムヒ
ートモードとなる。したがって、発熱体Ｈの温度が上昇
すると、平板型ヒートパイプ１１の下面が蒸発部１１ａ
となり、コンテナ下方に溜まった液相の作動流体Ｌが加
熱され、気相の作動流体Ｖとなり、第１ウィック１３の
周囲の空隙１５を経由して上方の凝縮部１１ｂに移動
し、凝縮部１１ｂにおいて熱を奪われて凝縮して液相の
作動流体Ｌに戻り、第１ウィック１３および第２ウィッ
ク１４を伝って流下し、下方の蒸発部１１ａに還流す
る。

【００１７】したがって、上部の凝縮部１１ｂで液相に
戻った作動流体Ｌは、放射状にほぼ均一な密度に配設さ
れている第１ウィック１３および第２ウィック１４を伝
って下方の蒸発部１１ａの全体にほぼ均等に還流し、再
び加熱されて蒸発するので、平板型ヒートパイプ１１の
蒸発部１１ａの全体が均熱化する。そのため、冷却装置
とした場合には平板型ヒートパイプ１１の全体が均一な
冷却作用を持つため、ＬＳＩ等の発熱体Ｈの実装密度を
高めることが可能となる。

【００１８】なお、この実施例においては、第１ウィッ
ク１３および第２ウィック１４として金属網を束ね、あ
るいは重ねたものを使用したが、金属網以外にフェル
ト、不織布、多孔質セラミックあるいは焼結金属等の同
様の毛細管力を備えた物質を使用することができる。特
に、第１ウィックとして多孔質セラミックあるいは焼結
金属等の圧縮強度の高い材料をブロック状に形成して用
いれば、コンテナが負圧によって変形するのを防止する
ことができる。

【００１９】

【発明の効果】以上、説明したようにこの発明の平板型
ヒートパイプは、毛細管力による液通路を構成するウィ
ックとして、高い毛細管力を発生させる第１ウィック
と、この第１ウィックより低い毛細管力を発生させる第
２ウィックとを用い、前記第１ウィックをブロック状に
形成するとともに、その周囲に蒸気通路となる空隙が形
成されるように離間させて複数配設するとともに、これ
らブロック状の第１ウィックとヒートパイプのコンテナ
の２つの内面との間に、前記第２ウィックをそれぞれ介
装したので、トップヒートモードでヒートパイプ作動さ
せることができるとともに、第１ウィックとヒートパイ
プのコンテナ内面との境に介装した第２ウィック作用に
より前記境に気泡が生じても作動流体の供給路が確保で
き、熱輸送能力の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の平板型ヒートパイプの一実施例の断
面平面図である。

【図２】トップヒートモードの平板型ヒートパイプを示
す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】ボトムヒートモードの平板型ヒートパイプの断
面側面図である。

【図４】従来のボトムヒートモードの平板型ヒートパイ
プの断面側面図である。

【図５】従来の平板型ヒートパイプにおけるトップヒー
トモードによるドライアウト状態を示す断面側面図であ
る。

【符号の説明】

１１…平板型ヒートパイプ、１１ａ…蒸発部、１１
ｂ…凝縮部、１２…コンテナ、１３…第１ウィッ
ク、１４…第２ウィック、１５…隙間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者益子耕一東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者長谷川仁東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者高岡道雄東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者小野幹幸東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空平板型のヒートパイプコンテナ内の
上下方向に対向する２つの内面間に、毛細管力による液
通路を構成するウィックを配設した平板型ヒートパイプ
において、前記ウィックは、高い毛細管力を発生させる第１ウィッ
クと、この第１ウィックより低い毛細管力を発生させる
第２ウィックとからなり、前記第１ウィックをブロック
状に形成するとともに、その周囲に蒸気通路となる空隙
が形成されるように離間させて複数配設するとともに、
これらブロック状の第１ウィックと前記コンテナの２つ
の内面との間に、前記第２ウィックがそれぞれ介装され
ていることを特徴とする平板型ヒートパイプ。