JPS5995385A - ヒ−トパイプ式放熱器 - 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】 本発明はヒートパイプの良好な熱移送特性を利用して、
発熱体又は高温物体の余剰熱量全放熱し冷却するヒート
パイプ式放熱器の改善された構造に関する。

ヒートパイプ式放熱器は全編ブロックにフィンを設けた
坊−６−ヒートシンクに比奴して放熱特性、及び熱応谷
江に於いて秀ζして盾９、金属ブロックのヒートシンク
に代つ１広く第１」用され始めでいる。

本発明はこの秀れたヒートパイプ式放熱器の構造を改善
し、より放熱特性の良好な又史にはるかに熱応答特性の
秀れた笥規な構造のヒートパイプ全提供せんとするもの
である。

第１図は従来の最も標準的なヒートパイプ式放熱器の構
造を示す。１は放熱器にて冷却される発熱体、２はヒー
トパイプ、２−１はヒートパイプの熱吸収部、３はヒー
トパイプの放熱部、３−１は放熱フィン、矢印は冷却風
を示す。図に示す通シヒートパイプ式放熱器はヒートパ
イプと熱吸収部と放熱部と放熱フィンをその基本的な＃
）＆要奏としている。

ヒートパイプ自身は極めて秀れた熱移送特性を有してい
るのであるが放熱器の特性として考える場合は熱吸収部
２−１の熱吸収性能及び放熱部３の放熱性能に依って特
性は決定される。しかも放熱性能が如何に秀れていても
熱吸収性能が恋い場合はそれに依って秀れたヒートパイ
プ特性も秀れた放熱性能も無意味なものとｆｘシ放熱器
の特性は低下するに至る。又如何に熱吸収性能が秀れて
いても放熱性能か悪い場合は秀れたヒートパイプ特性も
秀れた熱吸収性能も無意味なものとなシ放熱器としての
特性は低下する。即ちヒートパイプ式放熱器の特性はヒ
ートパイプの性能、放熱部の放熱性能、熱吸収部の熱吸
収性能の三性能の適切なバランスの上に底シ立っている
と云える。

第１図例示の従来構造のヒートパイプ式放熱器に於いて
放熱ａ能は放熱フィン群３−１の構造及び性１４Ｂに保
っていると云える。然し放熱フィン内の熱伝達は原理的
に金属間熱伝専に依るものでその性能改善には一定の限
界が−あるものであった。

又熱吸収部に於ける熱吸収性能は発熱体との接触面積に
依って限ボされ通常のヒートパイプでは限界があシあま
ｐ改善の余地がない。このおメに考える場合残された改
善点はヒートパイプそのものの改善以外にはないことが
分かる。これはヒートパイプの熱移送能力の問題ではな
く、ヒートパイプとしての熱吸収部の熱吸収性能の改善
と放熱部の放熱性能の改善が′必要でめるということに
なる。

ヒートパイプの熱後送能力の改善は熱吸収能力及び放熱
能力がヒートパイプの熱移送能カケ越えた場合に始めて
必要となるものである。

本発明は従来のヒートパイプとは全く異なった構造を採
用する事に依９、極めて秀れた熱吸収能力と極めて秀れ
た放熱能力と更にその改善され／ヒ吸放熱能力に対応し
て改善された熱移送能力を備えると共に、更には熱応答
速度においても改−碧されたヒートパイプを提供するこ
とに依ＤＫ来のヒートパイプ式放熱器のあらゆる特性を
大巾に改善せんとするものである。

第２図は本発明に係るヒートパイプ式放熱器の構造を示
す一部を断面にした図であシ、第３図はその補助面図で
ある。

第２図及び第３図に示した本発明に係るヒートパイプ式
放熱器の特徴は使用されであるヒートパイプの構造と熱
吸収部の構造にある。ヒートパイプとしてはベローズ管
の両端を封止した構造のコンテナ全使用し、且つその両
端面の中心を結ぶ中心線かはは水平になる様設置されて
、従って各ベローズは総べて垂直並列状態になって居る
ことが特徴であり、熱吸収部としては所定の複数個のベ
ローズがその外表面を熱的に連結され一括して熱吸収部
が構成されていることが特徴になっている。

図中１は発熱体、４はベローズ管コンテナ、５はベロー
ズ群、’ｚ７ｉｔベローズ管コンテナの両端封止部であ
る。８は櫛形連結片で熱伝導性の良好な金属で形成され
てあり、ベローズ間の溝に挿入充填してベローズと相互
に嵌合し、各ベローズの外表面間を熱的に連結すること
が出来る構造になっている。

横型連結片はベローズ間の為に挿入、これを充填した状
態で半田付け、ろう接、溶接等の接着手段で所定の複数
個のベローズの外表面間を児全に一体化せしめ熱的に連
結して熱吸収能を形成している。この様にして構成され
た熱吸収部は発熱体と接続して使用する場合は発熱体に
取付けたフィン群と同様な作用効朱全発挿すると共に該
フィン群は直接ヒートパイプの作動液中に浸漬した状態
となり、熱吸収性能は極めて犬山に改善される。。

櫛形連結片はその嵌合性を良好に製作されである場合必
ずしもろう龜等で一体化させる必要はなく着脱自在にし
て使用しても良い。この場合は発熱体又はヒートパイプ
の交換が自在となる利点がある。この様な着脱自在構造
とする場合は熱伝導性グリース等を併用することが望筐
しい。図中５−１〜５−４は熱的に連結一体化して熱吸
収部を構成するための所定のベローズを示しである。

９は金属細線束の如きものからなるウィックであってベ
ローズ管コンテナの内周壁面にベローズ溝と直角に、コ
ンテナの内周壁面にベローズ溝と直角に、コンテナの全
長にわたって形成されである。これはコンテナ内ではグ
ループの役目全しているベローズ唇間に作動液を流動し
易くするために形成されである。該ウィックは第３図で
明らかな如くベローズ官コンテナの底部のみに且つグル
ープ内に喰込む状態で形成しである。作動液１ｏは充分
な童が封入されてあればコンテナ底部においてグループ
間を容易に越えて熱吸収部に移動して蒸発することが出
来るので、ウィック９の装着は必ずしも必須条件とはな
らない。然し尚温作動中の場合において底部作動液が減
少した場合でもウィックに依って作動液のグループ間移
動が容易となるので、その装着は重重しいものである。

１１は耐圧支持体であって、ベローズ管コンテナはベロ
ーズの大きさ、作動液の独類の組合わせに依っては比軟
的低温度である場合ヒートパイプ内の蒸気圧低下によっ
て収縮する場合があり、この様な支持体を必要とする場
合が−ある。コンテナ内厚さを増加させることに依り耐
圧性を増加させることが出来るのでこの耐圧支持体装着
は必須条件では々い。

第２図及び第３図に例示し上記に＊明した如き本発明に
係るヒートパイプ式放熱器に才？いて発熱体の温＃を上
昇せしめ、前述の如き卓越した熱吸収部から効率的に熱
吸収をさせてヒートパイプを作動せしめた場合、ベロー
ズ管コンテナを不する本発明に係るヒートパイプは極め
て卓越したヒートパイプとして、又極めて放熱性の良好
なヒートパイプとして作動する。即ちベローズ！！＋５
はその外衣向はベローズフィンとして作用すると共にそ
のコンテナ内表面はグループとして作用する。熱吸収部
で蒸発した作動液蒸気は蒸気圧の低いべ９−ズフイン部
に高速度で移動する。この移動に際しては従来の円筒状
ヒートパイプの如き狭い蒸気通路と異って殆んど何等の
抵抗も受けることなく充分に余裕のある広い蒸気通＊’
ｉ通ること、及び円筒状ヒートパイプの如く長い距離の
蒸気通路を通る必要もないこと、更に従来の円筒状ヒー
トパイプに於ける蒸気は蒸気と環流作動液か相互反対方
向にしかも相互に作動液表面で干渉され乍ら且つ冷却さ
れ乍ら放熱部に到達する為蒸気流の一部は数比されて熱
吸収部に戻されるので移動蒸気量にロスが発生するので
おるがベローズ管コンテナの場合祉それ等の干渉も冷却
ロスもなく総べてか直接ベローズフィンの内面に到達す
ること、等の理由に依シ蒸気の移動速度が極めて高く、
又放熱部に到達する効率も極めて商いものとなる。

次に放熱特性について考えで見ると次の卯くである。該
ベローズ管コンテナに於いてれ放熱部はベローズフィン
のコンテナ内壁向であシ、放熱面（４ヘｏ　−、（フィ
ンの外壁表面であってその間の金属間熱伝導距離はベロ
ーズフィン部のコンテナ壁の肉厚に相当する距離に過ぎ
ない。従来のヒートパイプ式放熱器においては実際の放
熱はフィン表面でなされるからコンテナ内壁からフィン
表面迄はコンテナ壁の肉厚にフィンの放熱部分に至る迄
の長い距離を金属間熱伝導する必女がめったのであジペ
ローズ管コンテナの場合は大巾に熱抵抗が低下すること
になる。又コンテナ内の伝熱面粗は従来のヒートパイプ
は率に円１ｕ］コンテナ放熱部の内表口横たけであった
がベローズ管コンテナの場合はベローズ群のコンテナ内
表面積の総和が伝熱面株とな勺、従来のヒートパイプに
比軟し１数倍の伝熱面積となる。

放熱フィンの面積及び枚数を増加せしめることに依９ヒ
ートパイプの放熱性能は相当に改善されることは事実で
あるが基本となるのはコンテナ内の伝熱面積であり、放
熱フィンの面積は伝熱面積が一定である場合はその放熱
能力の改善には限界がある。ベローズフィンの場合、従
来のヒートパイプのフィンに対して比較的フィンピッチ
か大きくなるが、熱抵抗が数分の−となり、伝熱面積が
数倍となるので、ベローズフィンの放熱特性は従来のヒ
ートパイプに比較して極めて秀れたものとなる。

次にヒートパイプの特性を改善する為に必要なことは放
熱部で液化した作動液を能率よく熱吸収部に還流させる
ことである。ベローズ管コンテナの場合各ベローズフィ
ンは外表面が放熱部であると同時にその内光面は作動液
還流用のグループである。このグループは図からも明ら
かな如く円筒形ヒートパイプに比較して放熱部と熱吸収
部間の距離が短かい点又深い断面積の広いグループであ
るから良好な毛管作用を発揮する２点から能率的に作動
液全還流させることが出来る。又史に重要なことは従来
のヒートパイプは蒸気流と作動液流が相反してしかも近
接して流れるため、蒸気流に依り作動液の一部が逆流し
て放熱部に戻される現象がある。この現象の極限状態が
ヒートパイプ性能の飛沫限界という現象でおるが、第３
図矢印に示した作動液還流状態の如く、本発明に係るベ
ローズ管コンチンのヒートパイプの場合、作動液流と蒸
気流が相互に干渉するこ七が少ないので作動液の還流効
率が極めて良好である。この点からも本発明に係るベロ
ーズ管コンテナのヒートバイブはその良好な放熱特性に
依シ大量に液化される作動液を非常に効率的に熱吸収部
に還流させる能力を有するものである。

以上の如くであるから本発明に係るベローズ管コンテナ
’ｆｒ’Ｍするヒートバイブは大量の熱吸収、扁速夏の
蒸気移動、効率的な放熱、能率良い作動液の還流に依シ
極めて高性能のヒートバイブであることが分かる。

以上に詳述した如き高性能のヒートパイプに依シ構成し
た本発明に係るヒートパイプ式放熱器は、熱吸収部の能
力、放熱部の能力、ヒートバイブの能力、の何れもバラ
レスの取れた高性能を発揮式せることが出来ると共に、
櫛形フィン状の熱吸収量及びベローズフィンの極めて秀
れた熱応答性に依や放熱器全体としても極めて迅速な熱
応答を示すもので従来構造のヒートパイプ式放熱器の性
能を大巾に改善することが可能となる。

上記に詳述した作用効果は放熱フィンに冷却風を吹きつ
ける通常の強制冷却式放熱器について説明したのである
が、本発明に係るヒートパイプ式放熱器は全く強制冷却
全必要としない空気の自然対流に依シ放熱全実施する自
冷放熱器として適用することが出来る％徴をも有する。

これは従来のヒートパイプ式放熱器はフィン群が水平に
取付けられてるる為、空気の対流を利用することが不可
能であったのに対し、本発明に係るヒートパイプ式放熱
器はベローズフィンが垂直に配置されであるので空気の
自然対流か利用出来ることに依るものである。自冷式放
熱器として使用する場合はコンテナの横方向長さを充分
に長くしてベローズフィンの枚数を充分に増加すること
が望ましいことはいう葦でもない。

本発明に係るヒートバイブ式放熱器は全くそのままの構
造でヒートバイブ式熱吸収器としても使用することが出
来る。第４図はその状況を示す。

この場合は吸熱体１を上部にし、これに熱吸収部を＆着
して使用する。この状態で冷却風の代シに熱風を吹きつ
ける場合はベローズフィンは熱吸収フィンとして作用し
、熱吸収部は放熱部として作用して吸熱体を加熱するこ
とが出来る。

この場合、図示はされていないがウィック９の反対側の
位置に同様なウィックを設ける場合はその性能は更に改
善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のヒートパイプ式放熱器の一例を示す概略
構成図、第２図は本発明に係るビートノζイブ式放熱器
の一実施例を示す一部を断面した正面図、第３図は第２
図のＡ−Ａ線断面図、第４図は本発明に係るヒートパイ
プ式放熱器をヒートノーイブ式熱吸収器として使用する
応用実施例を示す仙］面図である。 １・・・発熱体、２−１・・・ヒートツクイブの熱吸収
部、３・・・ヒートバイブ放熱部、３−１・・・放熱フ
ィン群、４・・・ベローズ管コンテナ、５・・・ベロー
ズ群、６゜７・・・ベローズ管コンテナの両端封止部、
８・・・櫛型連結片、９・・・ウィック、１０・・・作
動液、１１・・・耐圧支持体。 第１図 第３図 第２図 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ヒートパイプの良好な熱移送特性を利用して
   高温物２体の余剰熱量を放散冷却せしめるヒートパイプ
   式放熱器であって、該放熱器に使用されであるヒートパ
   イプのコンテナがベローズ管の両端末部を気密に密閉封
   止しである構造に形成されておシ、ベローズの外側表面
   が放熱フィンニナッて居シ、ベローズのコンテナ内側表
   向が作動液還流用グループになってお９、且つ上記ベロ
   ーズ管からなるコンテナはその両端面の中心を結ぶ中心
   線がほぼ水平になる様設置されてベローズ放熱フィン及
   び作動−ｉ還流グループの各々は総べて垂直並列状態に
   なっておシ、更に′ＰＩＴ足の複数個のベローズの下部
   の所定の部分の外表面が熱的に連結され一括して該ヒー
   トパイプの熱吸収部として構成されであることを特徴と
   するヒートパイプ式放熱器蛯−４゜
2. （２）特′Ｆｖｆ趙求の範囲第１項に記載の熱吸収部の
   構造は熱伝導性の良好な金属からなシ且つベローズと相
   互に充填嵌合する櫛型連結片に依ジ所定の複数イ固のベ
   ローズの外表面の所定の部分が熱的に連軸δれて一体化
   されて構成されている構造であることを特徴とするヒー
   トパイプ式放熱器。
3. （３）　　特許請求の範囲絹１項に記載の熱吸収部の構
   造は熱伝導性の良好な金属からなシ且つベローズと相互
   に充填嵌合する櫛型連結片に依り所定の数のベローズの
   所定の部分が熱的に連結された構造になっておジ、櫛型
   連結片とヒートパイプのコンテナは相互に着脱自在であ
   ること全特徴とするヒートパイプ式放熱器。
4. （４）特許請求の範囲第１項に記載のコンテナの底部内
   絢壁面にはベローズ硅である作動液還流グループ群と直
   角に交叉接触してウィックが形成されてあり、且つ該ウ
   ィックは作動＊速流グループ内に喰込んで形成されであ
   るものであることを特徴とするヒートパイプ式放熱器。
5. （５）特許請求の範囲第１項に記載の熱吸収部が頂部に
   設置されてあり、周囲温度及び熱吸収部及び放熱部の相
   対的温度関係が逆転した状態で設置されてあり、放熱フ
   ィンは熱吸収フィンとなっており、熱吸収部が放熱部と
   なっており、全体的にはヒートパイプ式熱吸収器として
   設置ｉｂ′：　ａれであることを特徴とするヒートパイ
   プ式放熱器。