JP2002062071A - 平板型ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度および熱輸送特性に優れた平板型ヒート
パイプを提供する。 【解決手段】 平板状の密閉容器１の内部に実質的に凝
縮性流体のみを封入した平板型ヒートパイプにおいて、
前記平板状の密閉容器１の内部に、その厚さ方向で対向
する平板部同士を連結するブロック８が設けられ、その
ブロック８の前記一方の平板部に接触する面に細溝９が
設けられ、その細溝９の少なくとも一方の端部が前記ブ
ロック８の外周面に開口されている。

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、作動流体の蒸発
潜熱として熱を輸送するヒートパイプに関し、特にコン
テナが平板状をなす平板型ヒートパイプに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】平板型ヒートパイプは、中空平板構造の
コンテナによって密閉された空間部を形成し、その空間
部に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で凝縮性の
流体を作動流体として封入したものである。この種の平
板型ヒートパイプは、表面が平坦になるので、熱交換対
象物との接触面積が広くなり、その結果、熱伝達性能あ
るいは熱交換性能が向上し、また冷却のための手段とし
て使用する場合には、広い放熱面積を確保することがで
きるなどの利点がある。

【０００３】すなわち、ヒートパイプは、外部から伝達
された熱によって、コンテナ内の作動流体を蒸発させ、
その蒸気が温度および圧力の低い箇所に流動した後、外
部に放熱して凝縮することにより、作動流体の蒸発潜熱
として熱を輸送するように構成されている。したがっ
て、中空平板構造のコンテナの底面部分などの一方の面
に電子部品などの発熱体を取り付け、かつその面に対向
する他方の面を放熱面とすれば、発熱体で生じた熱が前
記一方の面に伝達され、その結果、前記一方の面に接触
している作動流体が加熱されて蒸発する。これに対して
前記他方の面が、外気に晒されて空冷されていると、加
熱蒸発した作動流体が前記他方の面側に流動するととも
に、前記他方の面に接触して凝縮し、放熱する。このよ
うに作動流体に対する熱の伝達および作動流体蒸気から
の熱の伝達のいずれもが、コンテナを構成している広い
面で生じるから、蒸気の発熱体を冷却する場合には、そ
の冷却性能が向上する。

【０００４】このような冷却機能もしくは熱輸送作用
は、作動流体の蒸発と凝縮とを伴う循環流動によって生
じる。したがって、その熱輸送作用を最も効率良く生じ
させるためには、作動流体蒸気が放熱して凝縮する全て
の箇所からの距離がほぼ等しくなる箇所に、冷却対象物
からの入熱が生じるように構成することが好ましい。具
体的には、前記一方の面における中央部に電子部品など
の発熱体を密着させることが好ましい。

【０００５】しかしながら、中空平板状のコンテナを有
する平板型ヒートパイプでは、その一方の面の中央部分
での曲げモーメントが大きくなり、その強度が低い。そ
のため、その部分に冷却対象物である発熱体を密着させ
るべき押し付けると、平板型ヒートパイプが変形してし
まい、特に前記一方の面の中央部に窪み変形が生じ、ヒ
ートパイプとしての可能が阻害されるだけでなく、発熱
体との接触部分に隙間が空き、これが原因で熱抵抗が大
きくなって冷却機能が低下する問題が生じる。

【０００６】そこで、例えば特開平１１−２８７５７８
号公報に記載された発明では、上端部が開口した薄い容
器の内部に、複数の柱状部を一体に立設するとともに、
ウイックとして機能する多孔質膜を、その容器の内部に
溶射により形成し、さらにその容器の開口部を密閉した
後、内部の空気などの気体を真空脱気するとともに、水
などの凝縮性の流体を作動流体として封入した平板状の
ヒートパイプを提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の公報に記載され
た平板状のヒートパイプにおいては、冷却対象物を密着
させる面が、その内面側に配置された支柱によって支え
られるので、その面の変形を防止もしくは抑制すること
ができる。このような支柱は、一般的には、平板状の密
閉容器の中央部に設ければよいが、ある程度の強度を確
保するために、太さを太くし、あるいは本数を多くする
必要がある。また、平板状の密閉容器であるコンテナ
は、その熱容量を小さくし、また作動流体との間の熱抵
抗を小さくするために、薄肉の素材で形成することが好
ましく、そのために前記一方の面の局部的な変形を防止
するために、支柱の本数を多くする必要がある。

【０００８】その支柱は、コンテナを構成している互い
に対向する面の間に配置されて、それぞれの面に密着さ
せるものであるから、作動流体が蒸発する面および凝縮
する面では、支柱が接触している部分が作動流体に対し
て隠蔽されて作動流体の蒸発や凝縮のための部分として
機能しなくなる。すなわち、支柱を設けることにより、
コンテナの強度が向上するものの、作動流体の循環流動
もしくは還流が阻害され、熱輸送能力もしくは冷却機能
が低下する可能性があった。

【０００９】この発明は、上記の技術的課題に着目して
なされたものであり、強度および熱的特性のいずれの点
でも優れている平板型ヒートパイプを提供することを目
的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、この発明は、電子部品などの熱交
換対象物が接触させられる面を内部から支えるブロック
を設けるとともに、そのブロックにウイックとしての機
能を持たせたことを特徴とするものである。具体的に
は、請求項１に記載の発明は、平板状の密閉容器の内部
に実質的に凝縮性流体のみを封入した平板型ヒートパイ
プであって、前記平板状の密閉容器の内部に、その厚さ
方向で対向する平板部同士を連結するブロックが設けら
れ、そのブロックの前記一方の平板部に接触する面に細
溝が設けられ、その細溝の少なくとも一方の端部が前記
ブロックの外面に開口されていることを特徴とする平板
型ヒートパイプである。

【００１１】したがって、請求項１の発明では、平板型
密閉容器の内面の中央部に所定の形状に形成されている
ブロックが設けられることにより、外部から荷重を受け
た場合に、曲げモーメントが最も大きくなる箇所が、ブ
ロックにより内部から支えられることになり、その結
果、平板型の密閉容器の強度を高くすることができる。
また、平板型密閉容器の中央部は、ヒートパイプとして
熱的特性に優れる部分であり、この部分に例えば冷却対
象物が密着させられる。したがってブロックが配置され
ている個所に向けた入熱が多くなるので、この部分に作
動流体を積極的に還流させ、かつ蒸発させる必要があ
る。この発明の平板型ヒートパイプでは、ブロックに細
溝が形成されていて、液相の作動流体がその細溝で生じ
る毛細管圧力によってブロックの中央部分すなわち熱的
特性に優れる部分に液相の作動流体が積極的に還流し、
かつ蒸発する。したがってこの発明によれば、強度およ
び熱輸送能力に優れた平板型ヒートパイプを得ることが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照してこの発明
の平板型ヒートパイプの一具体例を説明する。先ず、容
器（コンテナ）１の構造について説明すると、図１にお
いて、上蓋体２が、銅などの熱伝導性の良好な金属から
なる薄板であって、図に示す例では、長方形状に形成さ
れている。上蓋体２の内面３が平坦な矩形状を成してい
る。また、この上蓋体２と同じ材質の本体部４が設けら
れている。

【００１３】この本体部４は、上蓋体２の形状に合わせ
た矩形状の平板体からなる底壁部５と、その底壁部５の
四つの辺（縁部）からそれぞれ立ち上がる平板状の側壁
部６とによって構成されている凹断面形状の部材であ
る。各側壁部６は、高さが一定となっていて、底壁部５
の長さおよび幅のいずれよりも小さく設定されている。
すなわち、本体部４は、その深さ以上の開口幅を有して
いる。また、底壁部５の内面と外面とは、ともに平坦面
を成している。さらに、側壁部６の各縁部のうちの内面
側には、直角断面の段差からなる嵌合部７が形成されて
いる。この嵌合部７は、上蓋体２を嵌め込んで取り付け
る部分である。

【００１４】また、底壁部５の内面のうち、ほぼ中央箇
所にブロック８が設けられている。このブロック８は、
本体部４と同じ材質であり、矩形柱状を成している。ま
た、ブロック８の厚さが、上蓋体２の内面３と底壁部５
の内面との間の高さ、すなわち、容器１の内部の深さと
同じ設定されている。さらに、このブロック８の両方の
頂面部が、平坦面に形成され、かつ容器１の加熱する側
に向かっている面には、細溝９が形成されている。

【００１５】細溝９は、三角形の断面形状を有し、ブッ
ロク８の両端部まで延びて開口する状態で多数形成され
ている。また、この細溝９は、作動中に毛細管圧力を生
じて後述する作動流体の還流性を向上させる。

【００１６】図４にこの発明の平板型ヒートパイプにお
けるブロック８の他の一例が示されている。図４におい
ては、ブロックに形成されている細溝９が、矩形状の断
面形状を有し、ブッロクの両端部まで延びて開口する状
態で多数形成されている。

【００１７】また、図５にこの発明の平板型ヒートパイ
プにおけるブロック８の更に他の例が示されている。図
５においては、ブロックに形成されている細溝９が、円
形断面部と矩形断面のスリット部からなる断面形状を有
し、ブッロクの両端部まで延びて開口する状態で多数形
成されている。

【００１８】このように、ブロック８は、これを挟み込
んでする互いに対向する面を内側から支えており、その
ためヒートパイプとしての動作時あるいは非動作時にお
ける容器１の変形が防止されている。また同時に、ブロ
ック８に形成されている細溝９に液相の作動流体が侵入
することにより、作動流体のメニスカスが生じ、それに
伴って毛細管圧力が生じる。すなわち、細溝９がウィッ
クとして機能し、ブロック８が設けられている箇所に向
けた作動流体の還流が促進される。

【００１９】このようにして作動流体の還流が促進され
る箇所は、外部からの入熱を作動流体に対して伝達しや
すい箇所であり、また作動流体蒸気が凝縮する他方の面
に対して偏りの内部分であって作動流体蒸気の流動距離
を均等にすることのできる箇所であるから、作動流体の
還流を促進することにより、ヒートパイプとしての熱輸
送機能が高くなる。なお、細溝９の部分が蒸発した作動
流体は、細溝９の内部を通ってブロック８の外周側に流
れ、その後、上蓋体２側に流動して放熱し、凝縮する。

【００２０】この発明に係る平板型ヒートパイプの容器
１は、上記の各部材を固着して一体化することにより構
成されている。すなわち、本体部４の底壁部５の内面に
ブロック８を固着する。これは、例えば、本体部４が銅
製であり、ブロック８も銅製である場合には、ブロック
８を底壁部５の内面に載せた状態で所定温度まで加熱す
ることにより、両者を焼結により固着して一体化するこ
とができる。

【００２１】ついで、本体部４の開口部のうち、その嵌
合部７に、上蓋体２を嵌め込んで載せる。ブロック８の
厚さが本体部４の内部の深さ（すなわち、上蓋体２の内
面３と底壁部５の内面との間の高さ）と同じに設定さ
れ、またブロック８の両頂面部が平坦面であるので、ブ
ロック８の頂面部が上蓋体２の内面３に密着する。そし
て、これら上蓋体２と本体部４とブロック８とを、溶接
やロウ付け、接着剤などの適宜の手段で接合する。

【００２２】こうして構成した容器１の一部切り欠いた
平面図と縦断側面図とを図２および図３に示してある。
そして、図示しないが、容器１の側面を構成している側
壁部６の所定箇所に内部に連通する細径管（ノズル）が
取り付けられている。このノズルが平板型密閉容器１の
内部をヒートパイプ化するために利用されている。

【００２３】具体的には、ノズルを介して平板型密閉容
器１の内部から空気などの非凝縮性ガスが排気され、か
つ水などの凝縮性の作動流体が封入される。その後、ノ
ズルが閉じられる。このような非凝縮性ガスの排気およ
びその後の作動流体に封入するための方法としては、例
えば加熱追出法、真空ポンプ法、ガス液化法などの従来
知られた方法を採用することができる。

【００２４】こうして、平板型ヒートパイプが完成され
る。したがって、この平板型ヒートパイプは、ブロック
８が取り付けられることによって、非動作時および動作
時における上蓋体２と底壁部５との接近し合う方向への
変形を阻止するとともに、ブロック８に形成されている
細溝９をウィックとして機能させるので、平板型ヒート
パイプの内部の構造を簡単にすることができる。

【００２５】上述したこの発明に係る平板型ヒートパイ
プでは、平板型密閉容器の内部に取り付けられているブ
ロック８の細溝９がウィックとして機能し、液相の作動
流体を保持する。したがって、例えば底壁部５の外部を
加熱部としてそこの中央部に当たる場所にＣＰＵ（図示
せず）などの発熱体を取り付け、かつ上蓋体２を放熱部
とすれば、作動流体がその発熱体の熱によって加熱され
て蒸発し、その蒸気が放熱部としての上蓋体２の内側に
流動し、かつ外部に放熱して凝縮する。すなわち、作動
流体が主にその潜熱として熱を輸送する。また凝縮して
液化した作動流体は、底壁部５の内面に向かって滴下
し、発熱部側に還流する。また同時に、細溝９のウィッ
クによる毛細管作用により、その底壁部５の全面、特に
加熱部の部分に分散させられる。

【００２６】このように、この発明の平板型ヒートパイ
プの具体例によれば、動作中に作動流体の蒸気は、冷却
部（本例では上蓋体）で冷却され、またその自重で発熱
部（本例では底壁部）に滴下すると同時に、ウィック機
能を有する細溝９を介して還流そして底壁部５の中央部
に分散させて供給されるので、作動流体の還流性が向上
する。また、底壁部と上蓋体とを連結するブロック８が
設けられているので、製造時や非動作時あるいは動作時
における容器の変形を確実に防止することができる。

【００２７】なお、上記の具体例では、長方形状の平板
型ヒートパイプの例を示したが、この発明は、上記の具
体例に限定されないのであって、正方形状などの適宜の
形状の平板型ヒートパイプに適用することができる。ま
た、この発明では、ブロックが上蓋体と一体に形成して
も良く、それぞれ加工して接合しても良い。またそのブ
ロックの形状には拘らないが、その両方の頂面部が平坦
面であることが望ましい。また細溝の形状が例示した形
に限られず、ウィックとして機能するものであればよ
い。さらに、ブロックの材質は、金属に限定されること
なく、セラミックス、プラスチックなど熱伝導性のある
ものであればよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、平板型密閉容器の内面の中央部に、所定の形状をな
すブロックが挟み込まれて設けられているので、曲げモ
ーメントの最も大きくなる箇所が内部から支えられ、そ
の強度が向上し、その結果、ヒートパイプとしての動作
時の高圧や非動作時の高真空圧が生じても、容器の変形
を防止することができ、また同時に発熱体などを密着さ
せることによる荷重を受けても、容器が変形することを
防止することができる。

【００２９】さらに、そのブロックを設けてある箇所に
発熱体などを接触して配置することになるので、ブロッ
クに対して直接熱が伝達されることがあり、その結果、
ブロックの容量に応じた蓄熱をおこなうので、発熱体の
発熱量が急激に増大した場合の温度上昇を防止もしくは
抑制することができる。

【００３０】そして、そのブロックが平板型密閉容器の
内部にその厚さ方向で対向する一方の平板部に接触する
面に細溝が設けられ、その細溝をウィックとして機能さ
せるので、動作時における作動流体の還流性を向上させ
ることができる。すなわち、この発明であるブロックが
支柱とウィックとの両機能を有するので、平板型密閉容
器の強度を向上させ、かつ作動流体の循環流動を促進し
て熱輸送能力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る平板型ヒートパイプの一例に
おける容器を分解して示す斜視図である。

【図２】 この発明に係る平板型ヒートパイプの一例の
上蓋体の一部を切り欠いた状態を示す平面図である。

【図３】 この発明に係る平板型ヒートパイプの一例を
示す縦断側面図である。

【図４】 この発明に係る平板型ヒートパイプの内部に
設けられるブロックの他の例を示す断面図である。

【図５】 この発明に係る平板型ヒートパイプの内部に
設けられるブロックの更に他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１…容器、 ２…上蓋体、 ４…本体部、 ８…ブロッ
ク、 ９…細溝。

───────────────────────────────────────────────────── 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 イワン サウチェック 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の密閉容器の内部に実質的に凝縮
   性流体のみを封入した平板型ヒートパイプにおいて、 前記平板状の密閉容器の内部に、その厚さ方向で対向す
   る平板部同士を連結するブロックが設けられ、そのブロ
   ックの前記一方の平板部に接触する面に細溝が設けら
   れ、その細溝の少なくとも一方の端部が前記ブロックの
   外周面に開口していることを特徴とする平板型ヒートパ
   イプ。