JPH11274782A

JPH11274782A - ヒートパイプ利用放熱器

Info

Publication number: JPH11274782A
Application number: JP10075393A
Authority: JP
Inventors: Tadao Ohashi; 忠夫大橋
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】ＥＶ（電気自動車）用の放熱器等に用いられ
る放熱量の大きい放熱器について、ヒートパイプを利用
することにより、放熱量を大幅に増大し、放熱性能を大
幅に向上する。要求性能に対し、放熱器のコンパクト設
計を可能とする。軽量化を果す。例えばＥＶ用の放熱器
として使用した場合に、自動車の走行により放熱器が傾
いたさいにも、蒸発部（受熱部）に常に作動流体が存在
していて、ドライアウトの現象を生じることなく、放熱
性能がすぐれている。【構成】ヒートパイプ利用放熱器１０は、下面に半導
体素子等発熱体４が取り付けられる放熱基板１の上面
に、正面よりみて横長ループ状となされかつ略全面に作
動流体封入中空部５を有する板状ヒートパイプ２の平坦
状底部２ａが接合されている。ループ状ヒートパイプ２
の平坦状底部２ａ（蒸発部）と、これに対向する平坦状
頂部２ｂ（凝縮部）との間に、放熱フィン３が介在され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートパイプを
利用した放熱器、さらに詳しくは、トランジスタ、サイ
リスタなどの半導体素子および集積回路（ＩＣ）のよう
な発熱体の冷却に用いられるヒートパイプ利用放熱器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばＥＶ（電気自動車）用の放
熱器は、大きい放熱量を必要とし、これにはアルミニウ
ム押出形材製のものが知られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の放熱器
は、いずれも放熱性能がさほど良くなく、要求される性
能を満足するためには、大型化して放熱面積を増大する
必要があり、これでは放熱器の重量が非常に大きくな
り、かつコスト高になるという問題があった。

【０００４】また例えばＥＶ（電気自動車）用の放熱器
では、放熱器が平板状のものであると、自動車の走行に
より放熱器が傾いたさい、放熱器の受熱部（蒸発部）が
傾きにより高位置となって作動流体が存在しないいわゆ
るドライアウトの現象を生じて、放熱性能が低下すると
いう問題があった。

【０００５】この発明の目的は、上記の従来技術の問題
を解決し、放熱量が非常に大きく、高性能であり、しか
もコンパクトで、軽量化を果し得るとともに、製造コス
トが安くつくうえに、例えばＥＶ（電気自動車）用の放
熱器として使用した場合に、自動車の走行により放熱器
が傾いたさいにも、蒸発部（受熱部）に常に作動流体が
存在していて、いわゆるドライアウトの現象を生じるこ
とが全くなく、放熱性能が非常にすぐれている、ヒート
パイプ利用放熱器を提供しようとするにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明によるヒートパイプ利用放熱器は、下面
に半導体素子等発熱体が取り付けられる放熱基板の上面
に、正面よりみて横長ループ状となされかつ略全面に作
動流体封入中空部を有する板状ヒートパイプの平坦状底
部が接合されていることを特徴としている。

【０００７】上記放熱器は、ループ状ヒートパイプの平
坦状底部と、これに対向する平坦状頂部との間に、放熱
フィンが介在されているのが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態
を、図面を参照して説明する。

【０００９】この明細書において、前後、左右は図２を
基準とし、前とは図２の図面紙葉の表側、後とは同裏側
をいゝ、また左とは同図の左側、右とは同右側をいうも
のとする。また、この明細書において、アルミニウムの
語は、その合金を含む意味で用いる。

【００１０】図１と図２を参照すると、この発明による
ヒートパイプ利用放熱器(10)は、下面に半導体素子等発
熱体(4) が取り付けられるアルミニウム製の放熱基板
(1) の上面に、正面よりみて長円形すなわち横長ループ
状となされかつ略全面に作動流体封入中空部(5) を有す
るアルミニウム・ロールボンド材製の板状ヒートパイプ
(2) の平坦状底部(2a)がろう付けされている。横長ルー
プ状のヒートパイプ(2)の平坦状底部(2a)と、これに対
向する平坦状頂部(2b)との間には、アルミニウム製コル
ゲート・フィンよりなる放熱フィン(3) が介在され、放
熱フィン(3) の上下両端面が、横長ループ状のヒートパ
イプ(2) の平坦状底部(2a)の上面および平坦状頂部(2b)
の下面にろう付けされている。

【００１１】図２と図３を参照すると、板状ヒートパイ
プ(2) は、平面よりみて方形の２枚のアルミニウム板(1
1)(12)が相互に重ね合わせられて、その周縁に枠状の周
縁接合部(13)が設けられ、この周縁接合部(13)に沿って
平面よりみて略方形の作動流体流通用周辺膨出部(15)が
設けられるとともに、作動流体流通用周辺膨出部(15)に
囲まれた内側部分に平面よりみて略正方形および長方形
の多数のアルミニウム板接合部(14)が千鳥状配置に設け
られて、同内側部分に上記周辺膨出部(15)に連なりかつ
平面よりみて網状パターンを有する内側膨出部(16)が設
けられているものである。

【００１２】上記板状ヒートパイプ(2) は、２枚のアル
ミニウム板(11)(12)のいずれか一方の板に、圧着防止材
（図示略）を所定形状に印刷し、この面に他方の板を圧
着した後、両板(11)(12)間の非圧着部に流体圧を導入し
てこれを膨出せしめ、周辺膨出部(15)およびこれの内側
の内側膨出部(16)を形成することにより、いわゆるロー
ルボンド法によりつくられたものである。周辺膨出部(1
5)と内側膨出部(16)の内部には、作動流体封入中空部
(5)(5)がそれぞれ設けられている。

【００１３】なお図示のものは、いわゆる片面膨管によ
り膨出部(15)(16)が形成されているが、これらの膨出部
(15)(16)はいわゆる両面膨管により形成されていても良
い。

【００１４】ここで、板状ヒートパイプ(2) は、図３に
示す平板状のものが、左右両端寄り部分において正面よ
りみて半円形状に屈曲せしめられて、全体として正面よ
りみて長円形すなわち横長ループ状となされている。板
状ヒートパイプ(2) の平坦状底部(2a)およびこれに対向
する平坦状頂部(2b)においては、平面よりみて略正方形
の多数の比較的小さいアルミニウム板接合部(14a) が千
鳥状配置に設けられて、これらの部分の膨出部(16a)
は、平面よりみて細かい網状パターンを有するものとな
されている。

【００１５】これに対し、板状ヒートパイプ(2) の左右
両側の屈曲中間部(2c)(2c)においては、左右方向に長い
長方形状の多数のアルミニウム板接合部(14b) が並列状
に設けられて、これらの部分の膨出部(16b) は、左右方
向に長い平行状パターンを有するものとなされ、このた
め、板状ヒートパイプ(2) の左右両端寄り部分は、屈曲
しやすいものとなされている。また、板状ヒートパイプ
(2) の平面よりみて４つのコーナー部と、中央前後両側
縁部とには、小さいアルミニウム板接合部(14a) の略２
倍の大きさを有する長方形のアルミニウム板接合部(14
c) が設けられているが、これらは網状パターンの千鳥
状配置を実現するためのものである。

【００１６】板状ヒートパイプ(2) の前縁中央部には、
枠状の周辺膨出部(15)に連なるとともに板状ヒートパイ
プ(2) の前端に開口しかつ作動流体の封入後に密封され
た作動流体注入部(17)が設けられている。

【００１７】なお、作動流体を注入部(17)より注入する
さいには、注入部(17)を上に向けて板状ヒートパイプ
(2) を立て、注入部(17)より作動流体を注入しながら、
これと入れ替えに内部空気が排出されるようにすればよ
い。

【００１８】そして、上記のようにループ状となされた
板状ヒートパイプ(2) の平坦状底部(2a)が、半導体素子
等発熱体(4) から生じた熱を受ける受熱部すなわち作動
流体蒸発部、これに対向する平坦状頂部(2b)が作動流体
凝縮部、および両者を連結する左右屈曲中間部(2c)(2c)
がいわゆる断熱部となされている。

【００１９】放熱基板(1) の下面の所要箇所にねじ孔
(6) があけられていて、トランジスタ、サイリスタのよ
うな半導体素子等発熱体(4) は、この放熱基板(1) の下
面に押し当てられて、所要数の取付けねじ(7) により取
り付けられるものである。

【００２０】上記ヒートパイプ利用放熱器(10)において
は、放熱基板(1) の下面に取り付けられたトランジス
タ、サイリスタのような半導体素子等発熱体(4) から生
じた熱が、放熱基板(1) の壁部を通じて、ループ状ヒー
トパイプ(2) の受熱部である平坦状底部(2a)において膨
出部(16a) 内側の中空部(5) に封入された作動流体に速
やかに伝達され、作動流体が加熱蒸発せしめられる。こ
こで加熱蒸発せしめられた作動流体の蒸気は、左右両側
のヒートパイプ断熱部としての屈曲中間部(2c)(2c)の中
空部(5)(5)内を上昇して、同ループ状ヒートパイプ(2)
の平坦状頂部(2b)に至り、そこで自らは放熱して冷却せ
しめられ、凝縮液となされる。作動流体の凝縮液は、こ
の平坦状頂部(2b)から左右両側の屈曲中間部(2c)(2c)内
を逆に下降して、平坦状底部(2a)に戻り、そこで再び加
熱蒸発せしめられて、再循環せしめられる。

【００２１】なお、上記放熱器(10)は、ループ状ヒート
パイプ(2) の内側空間部にコルゲート状放熱フィン(3)
が嵌め込み状に取り付けられていて、強制送風によ冷却
風を送り込む空冷式放熱器(10)として、通常使用される
ものである。

【００２２】こうした放熱器(10)のループ状ヒートパイ
プ(2) の作用により、放熱基板(1)でキャッチした熱が
内部の作動流体に素早く伝達され、これがヒートパイプ
(2)の壁部およびコルゲート状フィン(3) を介して速や
かに外部に放出されることになり、従って放熱量を充分
大きくすることができるとともに、温度分布が放熱器全
体として均一となり、放熱性能が大幅に向上して、高性
能となる。

【００２３】また、放熱器(10)のループ状ヒートパイプ
(2) の内側にコルゲート状放熱フィン(3) が納められて
いるから、放熱器(10)はコンパクトであるとともに、ル
ープ状ヒートパイプ(2) の内部に中空部(5) が存在する
ことにより、放熱器(10)全体として非常に軽量となり、
軽量化を達成することができる。

【００２４】また、放熱器(10)はループ状ヒートパイプ
(2) を備えているから、例えば放熱器(10)を、ＥＶ（電
気自動車）用の放熱器として使用した場合、自動車の走
行により放熱器が傾いたさいにも、ループ状ヒートパイ
プ(2) の平坦状底部(2a)すなわち蒸発部（受熱部）が常
に下位となって作動流体が存在しており、従ってドライ
アウトの現象を生じることなく、放熱性能が非常にすぐ
れているものである。

【００２５】なお、図示の実施形態によれば、ループ状
ヒートパイプ(2) の平坦状底部(2a)およびこれに対向す
る平坦状頂部(2b)の膨出部(16a) が、いずれも平面より
みて鳥状配置の網状パターンとなされているため、これ
らの平坦状底部(2a)および平坦状頂部(2b)の膨出部(16
a) の中空部(5) 内においては、作動流体通路がジグザ
グ状となされて、作動流体の液あるいは蒸気が非常によ
く混ざり合い、半導体素子等発熱体(4) からの熱の吸
収、あるいはまた吸収した熱の放出がきわめてスムーズ
に行なわれるものである。

【００２６】またこの発明による放熱器(10)は、放熱基
板(1) に接合された正面よりみてループ状のヒートパイ
プ(2) の平坦状底部(2a)と、これに対向する平坦状頂部
(2b)との間に、コルゲート状放熱フィン(3) が介在され
ることにより、伝熱性能が向上し、ヒートパイプ(2) と
の相乗効果により放熱性能がさらに増大し、かつコルゲ
ート状放熱フィン(3) の上下面が、ループ状ヒートパイ
プ(2) の平坦状底部(2a)および平坦状頂部(2b)の両方に
ろう付けされることにより、フィン効率が非常にすぐれ
ていて、放熱性能が大幅に向上するものである。

【００２７】そのうえ、放熱器(10)は、放熱基板(1)
と、これに接合されたループ状ヒートパイプ(2) と、ヒ
ートパイプ(2) 内側に納められたコルゲート状放熱フィ
ン(3)とよりなるもので、非常に高性能であるから、要
求性能に対し、コンパクト設計が可能である。

【００２８】図４は、この発明のヒートパイプ利用放熱
器(10)に用いられるコルゲート・フィン(3) の変形例を
示すものである。ここで、上記実施形態の場合と異なる
点は、コルゲート状放熱フィン(3) の横断面形状にあ
る。すなわち、この変形例の放熱フィン(3) は、上下両
端の屈曲部(3a)(3a)がそれぞれ左右両側方に張り出した
ものとなされていて、相互に隣り合う屈曲部(3a)(3a)の
張出部先端同士が突き合わせられるとともに、上端屈曲
部(3a)の上面および下端屈曲部(3a)の下面がそれぞれの
広い面積となされ、これら上下両屈曲部(3a)(3a)の広い
面積を有する上面と下面が、ループ状ヒートパイプ(2)
の平坦状頂部(2b)および平坦状底部(2a)に接合されてい
る。

【００２９】従ってこの変形例の放熱器(10)の放熱フィ
ン(3) によれば、同一ピッチでも放熱面積を拡大するこ
とができ、伝熱効率が増大して、放熱性能が大幅に向上
する。またとくに、強制送風による空冷式放熱器(10)と
して使用する際には、放熱フィン(3) 内において均一な
流速を得ることができるとともに、圧損を小さくするこ
とができ、放熱性能が大幅に向上する。さらに、同一ピ
ッチでも放熱フィン(3) のろう付け面積を拡大すること
ができるため、放熱器(10)の強度が増大し、振動などに
対して非常に強く、すぐれた耐久性を有しているもので
ある。

【００３０】この変形例のその他の点は、上記本発明の
実施形態の場合と同様であるので、図面において同一の
ものには同一の符号を付した。

【００３１】なお、上記において、板状ヒートパイプ
(2) は、アルミニウム製ロールボンド材だけでなく、そ
の他、例えば２枚のアルミニウム板のいずれか一方の板
に、プレスにより所定形状の凹溝を形成し、この面に他
方の板を合わせてろう付けすることにより、作動流体流
通用中空部を形成する、いわゆるプレス法によりつくら
れたものを使用してもよい。また板状ヒートパイプ(2)
はアルミニウムだけでなく、銅その他の金属によりつく
られていても勿論よい。

【００３２】また、板状ヒートパイプ(2) の周辺膨出部
(15)に囲まれた内側部分に千鳥状配置に設けられた多数
のアルミニウム板接合部(14)は、平面よりみて略正方形
および略長方形を有しているが、これらはその他、平面
よりみて略三角形、五角形等の多角形、あるいは円形、
楕円形などの形状であっても良い。

【００３３】

【発明の効果】この発明によるヒートパイプ利用放熱器
は、上述のように、下面に半導体素子等発熱体が取り付
けられる放熱基板の上面に、正面よりみて横長ループ状
となされかつ略全面に作動流体封入中空部を有する板状
ヒートパイプの平坦状底部が接合されているもので、こ
の発明の放熱器によれば、放熱基板の下面に半導体素子
等発熱体を取り付けると、放熱基板でキャッチされた熱
が、板状ヒートパイプの平坦状底部の膨出部の中空部内
の作動流体に素早く伝達されて速やかに放出されること
になり、放熱量を充分大きくすることができるととも
に、温度分布が放熱器全体として均一となり、放熱性能
が大幅に向上して、高性能であり、しかも放熱基板とこ
れに接合された横長ループ状の板状ヒートパイプとより
なるものであるから、非常にコンパクトである。また板
状ヒートパイプには、略全面に作動流体封入中空部が設
けられているので、軽量化を果し得るとともに、板状ヒ
ートパイプは、アルミニウムロールボンド材やアルミニ
ウムプレス板などから簡単に製造することができるか
ら、ひいては放熱器の製造コストが安くつく。

【００３４】また、この発明の放熱器はループ状ヒート
パイプを備えているから、例えばこの発明の放熱器をＥ
Ｖ（電気自動車）用の放熱器として使用した場合、自動
車の走行により放熱器が傾いたさいにも、ループ状ヒー
トパイプの平坦状底部すなわち蒸発部（受熱部）が常に
下位となって作動流体が存在しており、従ってドライア
ウトの現象を生じることなく、放熱性能が非常にすぐれ
ているという効果を奏する。

【００３５】またこの発明による放熱器は、放熱基板に
接合されたループ状ヒートパイプの平坦状底部と平坦状
頂部との間に、放熱フィンが介在されることにより、伝
熱性能が向上して、放熱性能がさらに増大し、かつフィ
ン効率が非常にすぐれていて、放熱性能が大幅に向上す
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明品の斜視図である。

【図２】同本発明品の要部拡大断面図である。

【図３】同本発明品に用いられる板状ヒートパイプの展
開底面図である。

【図４】コルゲート状放熱フィンの変形例を示す本発明
品の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１放熱基板２板状ヒートパイプ２ａ平坦状底部２ｂ平坦状頂部３放熱フィン４半導体素子等発熱体５作動流体封入中空部１０ヒートパイプ利用放熱器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下面に半導体素子等発熱体(4) が取り付
けられる放熱基板(1) の上面に、正面よりみて横長ルー
プ状となされかつ略全面に作動流体封入中空部(5) を有
する板状ヒートパイプ(2) の平坦状底部(2a)が接合され
ている、ヒートパイプ利用放熱器。
【請求項２】ループ状ヒートパイプ(2) の平坦状底部
(2a)と、これに対向する平坦状頂部(2b)との間に、放熱
フィン(3) が介在されている、請求項１記載のヒートパ
イプ利用放熱器。