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JPH10185468A - Plate heat pipe for inter-plane thermal diffusion coupling with maximal area ration - Google Patents

Plate heat pipe for inter-plane thermal diffusion coupling with maximal area ration

Info

Publication number
JPH10185468A
JPH10185468A JP35963196A JP35963196A JPH10185468A JP H10185468 A JPH10185468 A JP H10185468A JP 35963196 A JP35963196 A JP 35963196A JP 35963196 A JP35963196 A JP 35963196A JP H10185468 A JPH10185468 A JP H10185468A
Authority
JP
Japan
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heat
heat pipe
plate
container
group
Prior art date
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Pending
Application number
JP35963196A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH10185468A5 (en
Inventor
Hisateru Akachi
久輝 赤地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Actronics KK
Original Assignee
Actronics KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Actronics KK filed Critical Actronics KK
Priority to JP35963196A priority Critical patent/JPH10185468A/en
Publication of JPH10185468A publication Critical patent/JPH10185468A/en
Publication of JPH10185468A5 publication Critical patent/JPH10185468A5/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型大発熱量の発熱体の熱量を小面積で受熱
し、この熱量を数百倍に及ぶ面積に面拡散して、大受熱
面積の受熱体に効率よく熱量を伝達せしめることの可能
な面間熱拡散接続用プレートヒートパイプを提供する。 【構成】 プレート状コンテナの両内壁は耐圧補強を兼
ねたフィン群で相互に連結支持された熱接続構造に構成
し、フィン群で形成される作動液蒸気の流路は直線状流
路の群が相互に直交交叉する碁盤目状流路であるよう構
成し更にプレート状コンテナの両内壁面は1mm以上の
間隔で均一に保たれてあり、少なくも受熱側内壁面のフ
ィン間隙部にはには所定の構造のウイックが装着されて
あり、コンテナ内に封入封止されてある作動液の封入量
は全内容積の50%以下であることを構成要素とした。 【効果】 各構成要素の相互作用により目的を完全に達
成する事が出来た。
(57) [Summary] [Purpose] The heat of a small, large heat-generating heating element is received in a small area, and this heat is diffused over an area of several hundred times, so that the heat-receiving element with a large heat receiving area can efficiently generate heat. To provide a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection capable of transmitting heat. [Structure] Both inner walls of a plate-shaped container are formed in a heat connection structure which is mutually connected and supported by a fin group also serving as pressure-resistant reinforcement, and a flow path of a working fluid vapor formed by the fin group is a group of linear flow paths. Are arranged in a grid pattern crossing each other at right angles, and both inner wall surfaces of the plate-shaped container are uniformly maintained at intervals of 1 mm or more. Is a component having a wick of a predetermined structure mounted thereon, and the amount of the working fluid sealed and sealed in the container being 50% or less of the total internal volume. [Effect] The objective was completely achieved by the interaction of each component.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は面間相互の熱拡散接続に
用いられるヒートパイプに関するものであり、特に小型
放熱体の小接着面と大型受熱体の大接着面との間に介在
せしめ、小接着面から入力される熱量を均等に面拡散せ
しめて大接着面に効率よく熱量を輸送せしめる面間熱拡
散接続用プレートヒートパイプの構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat pipe used for heat diffusion connection between surfaces, and more particularly to a heat pipe interposed between a small adhesive surface of a small heat radiator and a large adhesive surface of a large heat receiver. The present invention relates to a structure of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection in which heat input from a small adhesive surface is evenly diffused to efficiently transport heat to a large adhesive surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の二相凝縮性作動液の相変化により
熱量を面拡散し且つ輸送するプレートヒートパイプは面
間熱拡散接続用としてよりは面間熱輸送を主目的として
適用されてきた。然し従来設計のプレートヒートパイプ
ではプレートヒートパイプの基本的特性として、プレー
トヒートパイプコンテナ内構造の如何に拘わらずプレー
ト表面の温度均一性が比較的良好であったから、プレー
ト内構造には殆ど無関心のままの設計で面間熱拡散接続
用としても使用されてきていた。図8、図9、及び図1
1に代表的な従来型のプレートヒートパイプの構造を説
明する。図8はプレートヒートパイプの外観斜視図であ
り、11はプレートヒートパイプ(コンテナ)である。
破線はコンテナの内部構造の略図である。12はコンテ
ナの両平面の耐圧強度を補強する為の支持壁群である。
12は放熱側内壁面に凝縮する作動液蒸気の凝縮液を受
熱側内壁面に還流せしめる流路をも兼ねている。図9は
支持壁群12に直交する断面の一部拡大図であり、12
は支持壁の断面を示す。16−1は支持壁表面に形成さ
れたウイックであって、放熱側内壁面から受熱側壁面に
向かう作動液の還流を助ける。図10は支持壁群12に
平行する断面の一部拡大図であって支持壁12に設けら
れる作動液流通孔12−1が示されてある。この流通孔
12−1の群により作動液蒸気はコンテナ内のあらゆる
部分に流通自在になっている。
2. Description of the Related Art Conventional plate heat pipes which diffuse and transport heat by the phase change of a two-phase condensable hydraulic fluid have been applied mainly for transporting heat between surfaces rather than for connecting heat diffusion between surfaces. . However, in the plate heat pipe of the conventional design, as a basic characteristic of the plate heat pipe, the temperature uniformity of the plate surface was relatively good irrespective of the structure of the plate heat pipe container. It has also been used for interfacial heat diffusion connections in its original design. 8, 9, and 1
FIG. 1 illustrates the structure of a typical conventional plate heat pipe. FIG. 8 is an external perspective view of a plate heat pipe, and 11 is a plate heat pipe (container).
The broken line is a schematic diagram of the internal structure of the container. Reference numeral 12 denotes a group of support walls for reinforcing the pressure resistance of both planes of the container.
Reference numeral 12 also functions as a flow path for returning a condensed liquid of the working fluid vapor condensed on the inner wall surface of the heat radiation side to the inner wall surface of the heat receiving side. FIG. 9 is a partially enlarged view of a cross section orthogonal to the support wall group 12.
Indicates a cross section of the support wall. Reference numeral 16-1 denotes a wick formed on the surface of the support wall, which assists the recirculation of the working fluid from the inner wall surface on the heat radiation side to the heat receiving side wall surface. FIG. 10 is a partially enlarged view of a section parallel to the support wall group 12, and shows a hydraulic fluid flow hole 12-1 provided in the support wall 12. By the group of the circulation holes 12-1, the working liquid vapor can be freely distributed to all parts in the container.

【0003】従来例のプレートヒートパイプは上述の代
表的な構造の一例では、作動液蒸気の流れは支持壁12
の長さ方向の流れの方がそれに直交する方向の流れより
流体抵抗が小さく、その方向の熱輸送に良好な特性を示
す。図11は面状接触面を有する発熱体14と面状接触
面を有する受熱体15の間の熱輸送の用途に適用されて
ある従来例のプレートヒートパイプ11の適用例を示し
てある。
The conventional plate heat pipe is an example of the above-described typical structure.
The flow in the lengthwise direction has a smaller fluid resistance than the flow in the direction perpendicular to the lengthwise direction, and shows better characteristics for heat transport in that direction. FIG. 11 shows an application example of a conventional plate heat pipe 11 which is applied to the use of heat transport between a heating element 14 having a planar contact surface and a heat receiving body 15 having a planar contact surface.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来例のプレートヒー
トパイプは効率的な面間熱輸送を主たる目的として構成
されてあり、作動液蒸気の移動速度の迅速さにより熱輸
送の熱抵抗をより小さくするように構成されている。然
し従来例のプレートヒートパイプでは、ヒートパイプの
基本的特性として如何なるコンテナ内構造のプレートヒ
ートパイプであってもプレート表面の温度均一性は比較
的良好であったことから、それはプレートヒートパイプ
の当然の機能のひとつとして考えられており、高度の温
度均一化を図る為の特別設計は殆どなされなかった。
The conventional plate heat pipe is mainly designed for efficient heat transfer between surfaces, and the heat resistance of heat transfer is reduced due to the rapid movement speed of the working fluid vapor. It is configured to be. However, in the conventional plate heat pipe, as a basic characteristic of the heat pipe, the temperature uniformity of the plate surface was relatively good irrespective of the plate heat pipe having any internal structure. It was considered as one of the functions, and there was hardly any special design for achieving a high degree of temperature uniformity.

【0005】然し近来の半導体技術の急激な発達により
半導体素子は益々小型強力化の一途を辿りつつある。面
間熱拡散接続用プレートヒートパイプを介してその様な
小型強力半導体素子(発熱体)の発熱を放熱器(受熱
体)に伝熱せしめて冷却放熱せし場合は、プレートヒー
トパイプと半導体素子(放熱体)との間の伝熱面積と、
プレートヒートパイプと放熱器(受熱体)との間の伝熱
面積との比率(熱量の面熱散倍率)が50倍〜200倍
またはそれ以上にも達する場合がある様になっている。
このように大きな熱拡散倍率で面間熱拡散接続を実施す
る場合は、熱拡散経路中の作動液蒸気の流路群間の圧力
損失の差異が拡大されて、プレート表面温度のバラツキ
として現われ、熱拡散接続面の全面に亙り均一な温度を
保ちながら熱量を伝達することが不可能となる。これは
放熱器(受熱体)の各部分に対する熱量供給にむらが発
生することを意味し、放熱器(受熱体)が最大の性能を
発揮することが不可能になることを意味する。
However, due to the recent rapid development of semiconductor technology, semiconductor devices are becoming smaller and more powerful. When the heat of such a small and powerful semiconductor element (heat generating element) is transferred to a radiator (heat receiving element) through a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection and the heat is cooled and radiated, the plate heat pipe and the semiconductor element are used. (Radiator) and a heat transfer area between
In some cases, the ratio of the heat transfer area between the plate heat pipe and the radiator (heat receiving body) (the heat dissipation ratio of the amount of heat) reaches 50 to 200 times or more.
When the inter-plane heat diffusion connection is performed with such a large heat diffusion magnification, the difference in pressure loss between the flow path groups of the working liquid vapor in the heat diffusion path is enlarged, and appears as a variation in the plate surface temperature, It becomes impossible to transfer heat while maintaining a uniform temperature over the entire surface of the heat diffusion connection surface. This means that there is uneven supply of heat to each part of the radiator (heat receiving body), which means that the radiator (heat receiving body) cannot exhibit the maximum performance.

【0006】視点を変えれば半導体素子の小型強力化の
進展に比較して、それらの冷却の為の放熱器は半導体素
子の小型強力化に追随することが技術的に不可能となり
つつある。放熱能力強化の為に大型化せざるを得ない放
熱器の大面積化した受熱面に、小型化した放熱体の小面
積化した放熱面を伝熱的に接続する場合は、熱量の面熱
拡散の為の熱抵抗が大幅に付加され、面熱拡散倍率の増
加につれて放熱効率が低下しつつある。その放熱効率の
低下の対策として、従来は有効な面間熱拡散接続手段が
無いことに因り放熱器を更に大型化せざるを得ない状態
にあった。
From a different viewpoint, it is technically impossible for the radiator for cooling them to follow the downsizing of the semiconductor element in comparison with the progress of downsizing of the semiconductor element. If the heat-dissipating surface of the smaller radiator is connected to the larger-sized heat-receiving surface of the radiator, which must be enlarged to enhance the heat-dissipating ability, the surface heat of the heat Thermal resistance for diffusion is greatly added, and the heat dissipation efficiency is decreasing as the surface heat diffusion magnification increases. As a countermeasure against the decrease in the heat radiation efficiency, there has conventionally been no choice but to increase the size of the radiator because there is no effective means for connecting the heat diffusion between the surfaces.

【0007】業界ではこのように大きな熱拡散倍率の熱
拡散接続に際しての放熱効率改善の為、放熱体の熱量を
受熱体の受熱面に均一に且つ小熱抵抗で拡散せしめて、
面間を効率的に伝熱熱接続することの可能な面間熱拡散
接続用プレートヒートパイプの出現が強く要望されてい
る。
In the industry, in order to improve the heat radiation efficiency in the heat diffusion connection with such a large heat diffusion magnification, the heat of the heat radiator is diffused uniformly and with a small thermal resistance to the heat receiving surface of the heat receiver.
There is a strong demand for the appearance of a plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection capable of efficiently conducting heat transfer heat connection between the surfaces.

【0008】[0008]

【課題を解決する為の手段】課題を解決する為の手段と
しての面間熱拡散接続用プレートヒートパイプの基本構
造を以下に説明する。この基本構造の説明図としては重
複を避ける為、後述する第一実施例の説明図である図
1、図2、図3及び図4、図5、第二実施例の説明図で
ある図6、図7をそのまま引用する。面間熱拡散接続用
プレートヒートパイプ1のコンテナ1の受放熱面1−
1、1−2に対応する両内壁面間の相互間隔は極めで均
一化されてあり且つ2mm以上の間隔が保たれてあり、
両内壁は薄板フィン郡3かまたはピンフィン群2の何れ
かで相互に連結支持されて耐圧補強構造を兼ねた熱接続
構造に構成されてあり、薄板フィン群3かまたはピンフ
ィン群2の何れかと両内壁面とで形成される作動液蒸気
の流路は幅1.5mm以上、高さ2mm以上の直線状流
路の群が相互に直交交叉して形成される碁盤目状流路で
あり、プレートヒートパイプのコンテナの両内壁面の少
なくも受熱側内壁面のフィン間隙部にはには所定の構造
のウイック6が装着されてあり、コンテナ内に封入封止
されてある二相凝縮性作動液の封入量は全内容積から薄
板フィン群3かまたはピンフィン群2の総容積を除いた
内容積の25%以下であることを特徴とする構造を基本
構造としている。
The basic structure of a plate heat pipe for heat diffusion connection between surfaces as means for solving the problem will be described below. In order to avoid repetition, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. , And FIG. Heat receiving and radiating surface 1 of container 1 of plate heat pipe 1 for inter-surface heat diffusion connection
The mutual spacing between both inner wall surfaces corresponding to 1, 1-2 is extremely uniform and kept at a distance of 2 mm or more,
Both inner walls are mutually connected and supported by either the thin fin group 3 or the pin fin group 2 to form a thermal connection structure also serving as a pressure-resistant reinforcing structure, and are connected to either the thin fin group 3 or the pin fin group 2. The flow path of the working liquid vapor formed by the inner wall surface is a grid-like flow path formed by a group of linear flow paths having a width of 1.5 mm or more and a height of 2 mm or more crossing each other at right angles. A wick 6 having a predetermined structure is mounted in at least a fin gap between both inner wall surfaces of the heat pipe container on the heat receiving side inner wall surface, and a two-phase condensable hydraulic fluid sealed and sealed in the container. The basic structure is a structure characterized in that the enclosed amount is not more than 25% of the internal volume excluding the total volume of the thin fin group 3 or the pin fin group 2 from the total internal volume.

【0009】上記基本構造は五構成要素からなる。その
個々の構成要素は面間熱輸送用構造として類似若しくは
公知の構造があるが、面間熱拡散接続用プレートヒート
パイプとしての構成要素としては従来見逃されていた構
造である。またその優れた面間熱拡散接続機能は五構成
要素夫々の単独の効果として発揮されるものではなく、
複合された五構成要素の相互作用に因る総合効果として
達成される。
The above basic structure is composed of five components. Each of the components has a similar or known structure as a structure for heat transfer between surfaces, but is a structure that was conventionally overlooked as a component as a plate heat pipe for heat diffusion connection between surfaces. In addition, the excellent inter-surface heat diffusion connection function is not exhibited as an independent effect of each of the five components,
Achieved as an overall effect due to the interaction of the five combined components.

【0010】またその機能発揮の基本は、作動液の相変
化に因る潜熱熱量を、如何にして高速度でプレートの放
熱表面に伝達せしめるかに係ると共に、且つ如何にして
プレートの放熱表面全面に均等に配分伝達せしめるかに
掛る。即ちそれは如何にして作動液蒸気を高速且つ均等
にプレートの放熱表面各部に対応する内壁面各部に配分
輸送するかに掛っている。
The basic function of the function is related to how the latent heat generated by the phase change of the working fluid is transferred to the heat radiating surface of the plate at a high speed, and how the entire surface of the heat radiating surface of the plate is transferred. It depends on whether the distribution is evenly distributed. That is, it depends on how to distribute and transport the working fluid vapor to each part of the inner wall surface corresponding to each part of the heat radiating surface of the plate at high speed and evenly.

【0011】五構成要素の第一の構成要素としては図
3、図5及び図7の一部断面拡大図に例示の、プレート
ヒートパイプコンテナ1の受熱平面に対応する内壁面と
放熱平面に対応する内壁面との相互間隔が高度に均一化
されてあり且つ2mm以上の間隔が保たれてあることを
必須条件とする。即ち相互間隔の不均一は作動液蒸気の
流れ速度のむらの発生原因となり、その流れの圧力損失
のむらの発生を意味し、此等は放熱側の内壁面に対する
熱伝達のむらの原因となり、惹いてはプレートヒートパ
イプの放熱側表面温度のみならず全表面温度の不均一の
発生原因となる。
The first of the five components corresponds to the inner wall surface corresponding to the heat receiving plane of the plate heat pipe container 1 and the heat radiation plane, which are illustrated in the partial cross-sectional enlarged views of FIG. 3, FIG. 5 and FIG. It is an essential condition that the mutual interval with the inner wall surface to be formed is highly uniform and the interval of 2 mm or more is maintained. In other words, the non-uniformity of the mutual spacing causes unevenness in the flow velocity of the working fluid vapor, which means unevenness in the pressure loss of the flow, which causes unevenness in heat transfer to the inner wall surface on the heat radiating side. This causes non-uniformity of not only the heat radiation side surface temperature of the plate heat pipe but also the entire surface temperature.

【0012】内壁面間の相互間隔が2mm以下になると
作動液の表面張力により作動液蒸気流路の所々に蒸気凝
縮液による閉塞部が発生しこの閉塞部は不特定な位置に
発生する。作動液蒸気はこの部分を避けて流れるように
なるからこの部分の温度は低下する。この閉塞部位置は
不特定であるだけに止まらず、僅かな作動条件でその閉
塞位置を変動する。これはプレートヒートパイプ表面温
度のばらつきのみならず表面温度不安定の大きな原因と
なり熱輸送能力低下の要因となる。
When the distance between the inner wall surfaces is 2 mm or less, a blockage due to the vapor condensate is generated at various places in the flow path of the hydraulic fluid due to the surface tension of the hydraulic fluid, and the blockage is generated at an unspecified position. The temperature of this part decreases because the working fluid vapor flows to avoid this part. The position of the closing portion is not limited to an unspecified one, and changes the closing position under a small operating condition. This causes not only variations in the surface temperature of the plate heat pipe but also instability of the surface temperature, which causes a reduction in heat transport capability.

【0013】閉塞部発生要因となる内壁面間相互の間隔
は作動液の種類の相異、即ち作動液の粘度の相異と表面
張力の相異及び温度条件等により異なるが、通常の汎用
作動液である純水、フロン等各種作動液についての実験
結果により間隔2mm以上にすることにより閉塞現象の
発生を防ぐことが可能なことが分かった。これはフィン
高さも2mm以上とすることが必要条件となることを意
味する。
The distance between the inner wall surfaces, which is a cause of the formation of a closed portion, differs depending on the type of the hydraulic fluid, that is, the viscosity of the hydraulic fluid, the surface tension, the temperature, and the like. Experimental results with respect to various working liquids such as pure water and Freon, which are liquids, have shown that the clogging phenomenon can be prevented by setting the interval to 2 mm or more. This means that the fin height must be 2 mm or more as a necessary condition.

【0014】面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1
の第二の構成要素は図1の一部が切除された斜視図、図
2及び図6の一部が切除された平面図に図示の、内壁面
間を相互接続する薄板フィン群3かまたはピンフィン群
2のフィン間隙が1.5mm以下であるよう構成されて
あることを必須要素としている。対流流速5m/s前
後、フィン間隙が1.5mm以下の場合はフィンによる
強制対流の圧力損失が急激に増加することは空気中の強
制対流の圧力損失変化の経験値によって良く知られてい
る。プレートヒートパイプコンテナ1内の蒸気流速は熱
入力量、適用される受放熱部間の温度差によって極めて
大幅に異なり、蒸気流の圧力損失は蒸気流速によって極
端に変化する。然し面間熱拡散接続用プレートヒートパ
イプ1内の作動液蒸気の移動距離は短距離であるから、
流速が早い場合はそれにより大幅に圧力損失が増加し、
流速が大幅に低下したとしてもそれによる熱輸送量の低
下及びプレート温度差の増加は無視することが出来る。
面間熱拡散接続用プレートヒートパイプの場合は数ワッ
ト以下の如き微小熱入力、2〜3℃の如き微小温度差の
熱接続の場合であっても良好な熱拡散性能を保証するた
めに、作動液蒸気流速は5m/sec以下の低流速に対
応する構造とする。減圧下の80℃の水蒸気の動粘性係
数と30℃の空気の動粘性係数をほぼ同等と考えられる
から、本発明においては5m/sec以下の空気中強制
対流の場合と近似的に構成する事とし、フィン間隙は
1.5mm以上とした。このような低流迷の場合はフィ
ン間隙1.5mm以下に構成した場合は圧力損失が急激
に増加し、流速が大幅に低下しコンテナ1の内壁面に対
し均等に蒸気配分をさせることが不可能になる。
Plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces
The second component of FIG. 1 is a partially cutaway perspective view, and FIGS. 2 and 6 are partially cutaway plan views. It is an essential element that the fin gap of the pin fin group 2 is configured to be 1.5 mm or less. It is well known from the empirical value of the change in the pressure loss of the forced convection in the air that the pressure loss of the forced convection caused by the fins rapidly increases when the convection flow velocity is about 5 m / s and the fin gap is 1.5 mm or less. The steam flow rate in the plate heat pipe container 1 varies greatly depending on the amount of heat input and the temperature difference between the applied heat receiving and radiating sections, and the pressure loss of the steam flow changes extremely depending on the steam flow rate. However, since the moving distance of the working fluid vapor in the plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces is a short distance,
If the flow rate is fast, then the pressure drop will increase significantly,
Even if the flow velocity is greatly reduced, the decrease in the heat transport amount and the increase in the plate temperature difference can be ignored.
In the case of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection, in order to guarantee a good heat diffusion performance even in the case of a heat connection with a small heat input of several watts or less and a small temperature difference such as 2-3 ° C. The working fluid vapor flow rate has a structure corresponding to a low flow rate of 5 m / sec or less. Since it is considered that the kinematic viscosity coefficient of water vapor at 80 ° C. under reduced pressure and the kinematic viscosity coefficient of air at 30 ° C. are almost equal, in the present invention, it should be configured approximately in the case of forced convection in air of 5 m / sec or less. And the fin gap was 1.5 mm or more. In the case of such a low flow turbulence, when the fin gap is set to 1.5 mm or less, the pressure loss sharply increases, the flow velocity is greatly reduced, and it is impossible to uniformly distribute steam to the inner wall surface of the container 1. Will be possible.

【0015】面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1
の第三の構成要素は図1の一部が切除された斜視図、図
2及び図6の一部が切除された平面図から分かる通り、
作動液蒸気の流路は直線状流路の群が相互に直交交叉し
て形成される碁盤目状流路であるよう構成されてあるこ
とを必須要素としている。面間熱拡散接続用プレートヒ
ートパイプ1の一辺の長さは長くても300mmを越え
ることはない。この程度の長さの場合直線状流路は減衰
する事の無い蒸気の流れを保証することが出来る。この
ような直線状流路の群が相互に直交交叉して形成される
碁盤目状流路はプレート状コンテナ1の内壁面上の全て
の部分に均等な潜熱の配分を保証する。
Plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces
As can be seen from a partially cutaway perspective view of FIG. 1 and a partially cutaway plan view of FIGS. 2 and 6,
It is an essential element that the flow path of the working fluid vapor is configured to be a cross-shaped flow path formed by a group of linear flow paths crossing each other at right angles. The length of one side of the plate heat pipe 1 for inter-plane heat diffusion connection does not exceed 300 mm at most. With such a length, the straight flow path can guarantee the flow of steam without attenuation. The grid-like flow path formed by such a group of linear flow paths crossing each other at right angles ensures uniform distribution of latent heat to all portions on the inner wall surface of the plate-like container 1.

【0016】面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1
の第四の構成要素は図5の一部断面拡大図に例示の如く
プレートヒートパイプのコンテナの両内壁面の少なくも
受熱側内壁面のフィン間隙部には所定の構造のウィック
6−1が装着されてあることを必須要素としている。本
発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1の内壁
面は特に作動液が流動しやすい構造になっている。従っ
て適用時の保持姿勢に若干なりとも傾斜が発生した場合
は、初期状態の作動液も、定常作動時の還流作動液も、
コンテナ受熱側内壁面において偏在滞留した状態で作動
することになる。この場合は封入作動液量の全てを有効
に活用することが不可能になり、面間熱拡散接続用プレ
ートヒートパイプの熱接続性能が低下する。またコンテ
ナ内壁面において作動液が偏在状態で作動することはプ
レート表面温度の不均一の原因となる。これらの対策と
してウイックの毛管作用の助けににより、コンテナ内壁
面状の作動液分布の平準化を図る。放熱側内壁面のウイ
ック6−2は受熱側に対する還流作動液の配分を均一化
せしめる。
Plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces
The fourth component is a wick 6-1 having a predetermined structure at least in the fin gap between both inner wall surfaces of the container of the plate heat pipe as shown in the partial cross-sectional enlarged view of FIG. It is an essential element that it is attached. The inner wall surface of the plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces of the present invention has a structure in which the hydraulic fluid flows particularly easily. Therefore, when the holding posture at the time of application is slightly inclined, the hydraulic fluid in the initial state, the recirculating hydraulic fluid in the steady operation,
It operates in a state where it is unevenly retained on the inner wall surface on the container heat receiving side. In this case, it becomes impossible to effectively utilize all of the enclosed working fluid amount, and the heat connection performance of the plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection is reduced. In addition, operating the hydraulic fluid in an unevenly distributed state on the inner wall surface of the container causes unevenness of the plate surface temperature. As a countermeasure, the distribution of hydraulic fluid on the inner wall surface of the container is leveled with the help of the capillary action of the wick. The wick 6-2 on the inner wall of the heat radiating side makes the distribution of the recirculating hydraulic fluid to the heat receiving side uniform.

【0017】面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1
の第五の構成要素はコンテナ1内に封入封止されてある
二相凝縮性作動液の封入量が、コンテナの全内容積から
薄板フィン群3かまたはピンフィン群2の総容積を除い
た内容積の25%以下であることを必須要素としてい
る。作動液の封入量がコンテナ1の内容積の25%を越
える場合は作動液流路の所々に凝縮作動液の閉塞部及び
停滞部を形成せしめ、プレート表面に低温部分を発生せ
しめる。またこれらの部分は作動液蒸気流の流れを阻害
し面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1全体として
の熱輸送能力を低下せしめる。
Plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces
The fifth component is that the enclosed amount of the two-phase condensable working fluid enclosed and sealed in the container 1 is the content obtained by subtracting the total volume of the thin fin group 3 or the pin fin group 2 from the total internal volume of the container. It is an essential element that it is 25% or less of the product. If the amount of the working fluid exceeds 25% of the internal volume of the container 1, a blockage and a stagnation portion of the condensed working fluid are formed at various places in the working fluid flow path, and a low-temperature portion is generated on the plate surface. These portions also impede the flow of the working fluid vapor flow and reduce the heat transfer capability of the plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces.

【0018】[0018]

【作用】上述の如き面間熱拡散接続用プレートヒートパ
イプ1の五構成要素は、それらの相互作用及び総合効果
として、小型発熱体4との接触部の小受熱面から入力さ
れる熱量を面積数百倍にも達する大放熱面に均等に且つ
小熱抵抗で面拡散せしめ優れた面間熱拡散接続機能を発
揮せしめる。
The five components of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection 1 described above have an interaction and an overall effect of reducing the amount of heat input from the small heat receiving surface of the contact portion with the small heating element 4. The surface is diffused evenly and with a small thermal resistance to the large heat radiation surface several hundred times larger, so that an excellent inter-surface heat diffusion connection function is exhibited.

【0019】[0019]

【実施例】【Example】

[第一実施例] 本発明の面間熱拡散接続用プレートヒ
ートパイプの第一実施例の構造を図1〜図3に示し図4
にその適用状態を示す。図1は面間熱拡散接続用プレー
トヒートパイプ1の一部を切除した状態の斜視図、図2
は図1の平面図、図3は図1の断面の一部拡大図であ
る。プレートヒートパイプ1のコンテナの両内壁面はピ
ンフィン群2で相互に伝熱的に接続されてあり、ピンフ
ィン群2の個々のピンのフィンとしての実効高さは2m
m以上であり、ピンフィン群2のピン配列は碁盤目配列
であり、碁盤目配列のピン相互間の間隙は1.5mm以
上であることを特徴としている。コンテナの両内壁面は
正確に平行に形成され且つ両内壁面の相互間隔は2mm
以上になるよう形成されてある。またピン間隙とコンテ
ナの両内壁面で形成される作動液蒸気流路は直線状であ
り、蒸気流路群の縦の群と横の群とはピン配列に倣って
相互に直交交叉して碁盤目状に形成されてある。またコ
ンテナ内に封入封止されてある二相凝縮性作動液量はコ
ンテナの全内容積からピンフィン群2の全容積を差し引
いた容積の25%以下になっている。このような構成は
本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイプの基本
構造の必須構成を完全に満足する。従って本第一実施例
は基本構造にて説明した通りの作動と効果を発揮する。
[First Embodiment] FIGS. 1 to 3 show the structure of a first embodiment of a plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection of the present invention.
Shows the application state. FIG. 1 is a perspective view showing a state where a part of a plate heat pipe 1 for inter-surface heat diffusion connection is cut off, and FIG.
1 is a plan view of FIG. 1, and FIG. 3 is a partially enlarged view of a cross section of FIG. Both inner wall surfaces of the container of the plate heat pipe 1 are thermally conductively connected to each other by a pin fin group 2, and the effective height of each pin of the pin fin group 2 as a fin is 2 m.
m or more, the pin arrangement of the pin fin group 2 is a grid pattern, and the gap between the pins in the grid pattern is 1.5 mm or more. Both inner wall surfaces of the container are formed exactly parallel and the distance between both inner wall surfaces is 2mm
It is formed so as to be as described above. The hydraulic fluid vapor flow path formed by the pin gap and both inner wall surfaces of the container is linear, and the vertical and horizontal groups of the vapor flow path group cross each other at right angles to each other according to the pin arrangement. It is formed like eyes. The amount of the two-phase condensable hydraulic fluid sealed and sealed in the container is not more than 25% of the total internal volume of the container minus the total volume of the pin fin group 2. Such a configuration completely satisfies the essential configuration of the basic structure of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention. Therefore, the first embodiment exhibits the operation and effect as described in the basic structure.

【0020】ピンフィン群2の夫々のピンフィンの断面
形状は、全方位に向かって移動する蒸気流に与える圧力
損失が全方位に対し同等であり且つ、圧力損失の発生が
少ないことが望ましいので円形であることが最も望まし
い。楕円形状ピンフィンは一方向の蒸気流には圧力損失
の発生が少ないがそれに直交する方向の流れに対しては
圧力損失の発生が激しくプレート表面温度の均一性を損
なうので好ましくない。正四方形断面形状は圧力損失の
発生は円形に比較して大きいが、ピンフィン群の熱量吸
収が良好であるから、作動液の種類や適用温度範囲に依
っては円形ピンフィンの場合より性能が向上する場合が
ある。ピンフィンの長さ方向に微細な溝の群を形成した
ものは、その毛管作用が凝縮作動液の還流を助けるので
性能を向上せしめる効果がある。
The cross-sectional shape of each pin fin of the pin fin group 2 is circular because it is desirable that the pressure loss applied to the steam flow moving in all directions is the same in all directions and that the occurrence of pressure loss is small. Is most desirable. Elliptical pin fins are not preferred because pressure loss is small in a unidirectional steam flow, but pressure loss is severe in a flow in a direction perpendicular thereto, which impairs the uniformity of the plate surface temperature. A square cross section has a larger pressure loss than a circular one, but the pin fin group absorbs heat well, so depending on the type of hydraulic fluid and the applicable temperature range, the performance is better than that of a circular pin fin. There are cases. A pin fin formed with a group of fine grooves in the length direction has an effect of improving the performance because the capillary action assists the reflux of the condensed working fluid.

【0021】[第二実施例] 本発明の面間熱拡散接続
用プレートヒートパイプの第二実施例の構造を図6、図
7に示す。図6は一部を切除した平面図、図7は断面図
である。熱接続プレートヒートパイプ1のコンテナの両
内壁面の夫々には、内壁面の全長または全幅に等しい長
さの薄板フィン群3−1、3−2が平行並列に形成され
てあり、コンテナの両内壁面の夫々に形成されてある薄
板フィン群3−1、3−2の高さは1mm以上でありそ
れらの合計高さは2mm以上になっている。薄板フィン
3の相互間の間隙は1.5mm以上であり、受熱側内壁
面の薄板フィン群3−1と放熱側内壁面の薄板フィン群
3−2とは、相互に直交交叉して碁盤目形状を形成する
よう配置され、且つ双方の薄板フィン群3−1、3−2
はそれら相互の交叉部において相互に接合されてあり、
薄板フィン群3−1、3−2とコンテナの両内壁面とに
依って形成される直線状の作動液蒸気流路群は薄板フィ
ン群3−1、3−2により形成される碁盤目形状に倣っ
て碁盤目形状に交叉形成されてあり、高さ2mm以上、
幅1.5mm以上の作動液蒸気流路の群で形成された碁
盤目状流路と実質的に同等の蒸気流路として構成されて
あることを特徴としている。またコンテナ内に封入封止
されてある二相凝縮性作動液量はコンテナの全内容積か
らフィン群3−1、3−2の全容積を差し引いた容積の
25%以下になっている。このような構成は本発明の面
間熱拡散接続用プレートヒートパイプの基本構造の必須
構成を完全に満足している。従って本第二実施例は基本
構造にて説明した通りの作動と効果を発揮する。
[Second Embodiment] FIGS. 6 and 7 show the structure of a second embodiment of the plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection of the present invention. 6 is a plan view with a part cut away, and FIG. 7 is a sectional view. On each of the inner wall surfaces of the container of the heat connection plate heat pipe 1, thin fin groups 3-1 and 3-2 having a length equal to the entire length or the entire width of the inner wall surface are formed in parallel and parallel. The height of the thin plate fin groups 3-1 and 3-2 formed on each of the inner wall surfaces is 1 mm or more, and their total height is 2 mm or more. The gap between the thin fins 3 is 1.5 mm or more, and the thin fin group 3-1 on the inner wall surface on the heat receiving side and the thin fin group 3-2 on the inner wall surface on the heat radiating side intersect each other at right angles. The two thin fin groups 3-1 and 3-2 are arranged so as to form a shape.
Are joined to each other at their intersections,
A linear working fluid vapor flow path group formed by the thin fin groups 3-1 and 3-2 and both inner wall surfaces of the container is a cross-cut shape formed by the thin fin groups 3-1 and 3-2. It is cross-shaped in a grid pattern following the
It is characterized in that it is configured as a steam flow path substantially equivalent to a grid-like flow path formed by a group of working liquid vapor flow paths having a width of 1.5 mm or more. The volume of the two-phase condensable hydraulic fluid sealed and sealed in the container is not more than 25% of the total internal volume of the container minus the total volume of the fin groups 3-1 and 3-2. Such a configuration completely satisfies the essential configuration of the basic structure of the plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection of the present invention. Therefore, the second embodiment exhibits the operation and effect as described in the basic structure.

【0022】[第三実施例]図5は本発明の面間熱拡散
接続用プレートヒートパイプの第三実施例の説明図で一
部断面の拡大図である。図において6−1、6−2は夫
々受熱側内壁面、放熱側内壁面に形成されてあるウイッ
クを示してある。図示することは省略されてあるがこの
ウイックはコンテナの両内壁面の少なくも受熱側の内壁
面には作動液蒸気の碁盤目状流路に沿って設けられてあ
る。その詳細構造は、極細金属線群の集合撚り線の直線
状体からなる、縦線の群と横線の群とが碁盤目状に交叉
して圧入されて内壁面に接着されたウイック構造であ
る。集合撚り線の直線状体は毛管作用による作動液の移
動を迅速容易ならしめ、その群の碁盤目状交叉はコンテ
ナ内壁面全体に作動液を急速に且つ均一に分散せしめ
る。ウイック6の素材は熱伝導性の良好な金属であるこ
とは当然であるが、ピン間隙及びコンテナ内壁面に対す
る圧入による保持性を良好ならしめるためには軟質金属
であることが望ましい。またウイック6の装着は受熱側
内壁面だけでも大きな効果はあるが、放熱側内壁面にも
装着した方が凝縮作動液の還流の偏りの防止には更に良
好な効果がある。それぞれのピン2に形成されてある微
細細溝群2−1はその毛管作用により放熱側内壁面から
受熱側内壁面に向かう還流作動液の流速を増加せしめ面
間熱拡散接続用プレートヒートパイプの熱輸送性能を更
に向上せしめる。
[Third Embodiment] FIG. 5 is an explanatory view of a third embodiment of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention, and is an enlarged view of a partial cross section. In the figure, 6-1 and 6-2 indicate wicks formed on the heat receiving side inner wall surface and the heat radiating side inner wall surface, respectively. Although not shown, the wick is provided on at least the inner wall surface on the heat receiving side of both inner wall surfaces of the container along a grid-like flow path of the working fluid vapor. Its detailed structure is a wick structure consisting of a linear body of stranded wires of a group of extra-fine metal wires, a group of vertical wires and a group of horizontal wires intersected in a grid pattern, press-fitted and bonded to the inner wall surface. . The linear body of the collective twisted wire makes the movement of the working fluid by capillary action quick and easy, and the cross-shaped crosses of the group disperse the working fluid quickly and uniformly over the entire inner wall surface of the container. The material of the wick 6 is naturally a metal having good thermal conductivity, but is preferably a soft metal in order to improve the retention by press-fitting into the pin gap and the inner wall surface of the container. Although the mounting of the wick 6 has a great effect only on the inner wall surface on the heat receiving side, the mounting on the inner wall surface on the heat radiating side also has a better effect in preventing the uneven return of the condensed hydraulic fluid. The group of fine grooves 2-1 formed in each pin 2 increases the flow rate of the recirculating hydraulic fluid from the inner wall surface on the heat radiation side to the inner wall surface on the heat receiving side due to the capillary action. Further improve heat transport performance.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明の構造の各構成要素の相互作用及
び総合効果により、プレートヒートパイプに取り付けた
小型発熱体との接触部の極小受熱面から吸収した熱量
を、放熱面に取り付けた大型放熱器の受熱面に均一且つ
迅速に拡散輸送し、その面熱拡散比率が数百倍であって
も放熱効率を失わない面間熱拡散接続用プレートヒート
パイプを構成することが可能になった。特にこのような
面間熱拡散接続用プレートヒートパイプの適用に依り、
最近の半導体技術の進歩に依り出現した10mm×10
mmの如き極小放熱面から120ワット如き大きな熱量
を放出する小型半導体発熱素子を、受熱面積が150m
m×150mmの如く大きく、総容積が比較的小さな放
熱器を用いて、小型発熱体とプレートヒートパイプとの
接触面の温度を数10℃に保持せしめる如き、従来は極
めて困難であった放熱技術が完成されるに至った。
According to the interaction and overall effect of each component of the structure of the present invention, the amount of heat absorbed from the extremely small heat receiving surface of the contact portion with the small heating element attached to the plate heat pipe is converted to the large heat attached to the heat radiating surface. It has become possible to construct a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection that diffuses and transports uniformly and quickly to the heat receiving surface of the radiator and does not lose heat radiation efficiency even if the surface heat diffusion ratio is several hundred times. . In particular, due to the application of such a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection,
10mm × 10 emerged due to recent advances in semiconductor technology
A small semiconductor heating element that emits a large amount of heat, such as 120 watts, from an extremely small heat-radiating surface, such as mm, has a heat receiving area of 150 m.
Heat dissipation technology that was extremely difficult in the past, such as maintaining a temperature of a contact surface between a small heating element and a plate heat pipe at several tens of degrees Celsius using a radiator having a large total size of mx 150 mm and a relatively small total volume. Was completed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第一実施例を示す一部が切除された斜
視説明図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a basic structure and a first embodiment of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図2】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第一実施例を示す一部が切除された平
面説明図である。
FIG. 2 is a partially cut-away plan view showing the basic structure and the first embodiment of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図3】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第一実施例を示す部分断面の拡大説明
図である。
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a partial cross section showing a basic structure and a first embodiment of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図4】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの適用状態を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing an application state of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図5】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第三実施例の部分拡大断面図である。
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view of a basic structure of a plate heat pipe for heat diffusion connection between surfaces according to the present invention and a third embodiment.

【図6】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第二実施例の一部を切除した状態の平
面図である。。
FIG. 6 is a plan view showing a basic structure of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention and a part of the second embodiment cut away. .

【図7】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの第二実施例の側面断面の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view of a side cross section of a second embodiment of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図8】従来型のプレートヒートパイプの斜視説明図で
ある。
FIG. 8 is a perspective explanatory view of a conventional plate heat pipe.

【図9】従来型のプレートヒートパイプの側面の一部断
面拡大図である。
FIG. 9 is an enlarged partial cross-sectional view of a side surface of a conventional plate heat pipe.

【図10】従来型のプレートヒートパイプの他の側面の
一部断面拡大図である。
FIG. 10 is an enlarged partial cross-sectional view of another side surface of a conventional plate heat pipe.

【図11】従来型のプレートヒートパイプの適用例の側
面説明図である。
FIG. 11 is an explanatory side view of an application example of a conventional plate heat pipe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ 1−1 コンテナ受熱面 1−2 コンテナ放熱面 2 ピンフィン群 2−1 微細細溝群 3−1 薄板フィン群 3−2 薄板フィン群 3−3 接合部 4 小型発熱体 5 受熱体 5−1 受熱体放熱フィン群 6−1 ウイック(受熱面側) 6−2 ウイック(放熱面側) 11 プレートヒートパイプ 11−1 コンテナ受熱面 11−2 コンテナ放熱面 12 支持壁群 12−1 作動液流通孔 14 発熱体 15 受熱体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plate heat pipe for heat diffusion connection between surfaces 1-1 Container heat receiving surface 1-2 Container heat radiation surface 2 Pin fin group 2-1 Fine narrow groove group 3-1 Thin fin group 3-2 Thin fin group 3-3 Joint 4 Small heat generating element 5 Heat receiving element 5-1 Heat receiving element radiating fin group 6-1 Wick (heat receiving surface side) 6-2 Wick (heat releasing surface side) 11 Plate heat pipe 11-1 Container heat receiving surface 11-2 Container heat releasing surface 12 Support Wall group 12-1 Hydraulic fluid flow hole 14 Heating element 15 Heat receiving element

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年2月21日[Submission date] February 21, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【書類名】 明細書[Document Name] Statement

【発明の名称】 極大面積比の面間熱拡散接続用プレー
トヒートパイプ
[Title of the Invention] Plate heat pipe for heat diffusion connection between planes with maximum area ratio

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は面間相互の熱拡散接続に
用いられるヒートパイプに関するものであり、特に小型
放熱体の小接着面と大型受熱体の大接着面との間に介在
せしめ、小接着面から入力される熱量を均等に面拡散せ
しめて大接着面に効率よく熱量を輸送せしめる面間熱拡
散接続用プレートヒートパイプの構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat pipe used for heat diffusion connection between surfaces, and more particularly to a heat pipe interposed between a small adhesive surface of a small heat radiator and a large adhesive surface of a large heat receiver. The present invention relates to a structure of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection in which heat input from a small adhesive surface is evenly diffused to efficiently transport heat to a large adhesive surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の二相凝縮性作動液の相変化により
熱量を面拡散し且つ輸送するプレートヒートパイプは面
間熱拡散接続用としてよりは面間熱輸送を主目的として
適用されてきた。然し従来設計のプレートヒートパイプ
ではプレートヒートパイプの基本的特性として、プレー
トヒートパイプコンテナ内構造の如何に拘わらずプレー
ト表面の温度均一性が比較的良好であったから、プレー
ト内構造には殆ど無関心のままの設計で面間熱拡散接続
用としても使用されてきていた。図8、図9、及び図1
1に代表的な従来型のプレートヒートパイプの構造を説
明する。図8はプレートヒートパイプの外観斜視図であ
り、11はプレートヒートパイプ(コンテナ)である。
破線はコンテナの内部構造の略図である。12はコンテ
ナの両平面の耐圧強度を補強する為の支持壁群である。
12は放熱側内壁面に凝縮する作動液蒸気の凝縮液を受
熱側内壁面に還流せしめる流路をも兼ねている。図9は
支持壁群12に直交する断面の一部拡大図であり、12
は支持壁の断面を示す。16−1は支持壁表面に形成さ
れたウイックであって、放熱側内壁面から受熱側壁面に
向かう作動液の還流を助ける。図10は支持壁群12に
平行する断面の一部拡大図であって支持壁12に設けら
れる作動液流通孔12−1が示されてある。この流通孔
12−1の群により作動液蒸気はコンテナ内のあらゆる
部分に流通自在になっている。
2. Description of the Related Art Conventional plate heat pipes which diffuse and transport heat by the phase change of a two-phase condensable hydraulic fluid have been applied mainly for transporting heat between surfaces rather than for connecting heat diffusion between surfaces. . However, in the plate heat pipe of the conventional design, as a basic characteristic of the plate heat pipe, the temperature uniformity of the plate surface was relatively good irrespective of the structure of the plate heat pipe container. It has also been used for interfacial heat diffusion connections in its original design. 8, 9, and 1
FIG. 1 illustrates the structure of a typical conventional plate heat pipe. FIG. 8 is an external perspective view of a plate heat pipe, and 11 is a plate heat pipe (container).
The broken line is a schematic diagram of the internal structure of the container. Reference numeral 12 denotes a group of support walls for reinforcing the pressure resistance of both planes of the container.
Reference numeral 12 also functions as a flow path for returning a condensed liquid of the working fluid vapor condensed on the inner wall surface of the heat radiation side to the inner wall surface of the heat receiving side. FIG. 9 is a partially enlarged view of a cross section orthogonal to the support wall group 12.
Indicates a cross section of the support wall. Reference numeral 16-1 denotes a wick formed on the surface of the support wall, which assists the recirculation of the working fluid from the inner wall surface on the heat radiation side to the heat receiving side wall surface. FIG. 10 is a partially enlarged view of a section parallel to the support wall group 12, and shows a hydraulic fluid flow hole 12-1 provided in the support wall 12. By the group of the circulation holes 12-1, the working liquid vapor can be freely distributed to all parts in the container.

【0003】従来例のプレートヒートパイプは上述の代
表的な構造の一例では、作動液蒸気の流れは支持壁12
の長さ方向の流れの方がそれに直交する方向の流れより
流体抵抗が小さく、その方向の熱輸送に良好な特性を示
す。図11は面状接触面を有する発熱体14と面状接触
面を有する受熱体15の間の熱輸送の用途に適用されて
ある従来例のプレートヒートパイプ11の適用例を示し
てある。
The conventional plate heat pipe is an example of the above-described typical structure.
The flow in the lengthwise direction has a smaller fluid resistance than the flow in the direction perpendicular to the lengthwise direction, and shows better characteristics for heat transport in that direction. FIG. 11 shows an application example of a conventional plate heat pipe 11 which is applied to the use of heat transport between a heating element 14 having a planar contact surface and a heat receiving body 15 having a planar contact surface.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来例のプレートヒー
トパイプは効率的な面間熱輸送を主たる目的として構成
されてあり、作動液蒸気の移動速度の迅速さにより熱輸
送の熱抵抗をより小さくするように構成されている。然
し従来例のプレートヒートパイプでは、ヒートパイプの
基本的特性として如何なるコンテナ内構造のプレートヒ
ートパイプであってもプレート表面の温度均一性は比較
的良好であったことから、それはプレートヒートパイプ
の当然の機能のひとつとして考えられており、高度の温
度均一化を図る為の特別設計は殆どなされなかった。
The conventional plate heat pipe is mainly designed for efficient heat transfer between surfaces, and the heat resistance of heat transfer is reduced due to the rapid movement speed of the working fluid vapor. It is configured to be. However, in the conventional plate heat pipe, as a basic characteristic of the heat pipe, the temperature uniformity of the plate surface was relatively good irrespective of the plate heat pipe having any internal structure. It was considered as one of the functions, and there was hardly any special design for achieving a high degree of temperature uniformity.

【0005】然し近来の半導体技術の急激な発達により
半導体素子は益々小型強力化の一途を辿りつつある。面
間熱拡散接続用プレートヒートパイプを介してその様な
小型強力半導体素子(発熱体)の発熱を放熱器(受熱
体)に伝熱せしめて冷却放熱せし場合は、プレートヒー
トパイプと半導体素子(放熱体)との間の伝熱面積と、
プレートヒートパイプと放熱器(受熱体)との間の伝熱
面積との比率(熱量の面熱散倍率)が50倍〜200倍
またはそれ以上にも達する場合がある様になっている。
このように大きな熱拡散倍率で面間熱拡散接続を実施す
る場合は、熱拡散経路中の作動液蒸気の流路群間の圧力
損失の差異が拡大されて、プレート表面温度のバラツキ
として現われ、熱拡散接続面の全面に亙り均一な温度を
保ちながら熱量を伝達することが不可能となる。これは
放熱器(受熱体)の各部分に対する熱量供給にむらが発
生することを意味し、放熱器(受熱体)が最大の性能を
発揮することが不可能になることを意味する。
However, due to the recent rapid development of semiconductor technology, semiconductor devices are becoming smaller and more powerful. When the heat of such a small and powerful semiconductor element (heat generating element) is transferred to a radiator (heat receiving element) through a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection and the heat is cooled and radiated, the plate heat pipe and the semiconductor element are used. (Radiator) and a heat transfer area between
In some cases, the ratio of the heat transfer area between the plate heat pipe and the radiator (heat receiving body) (the heat dissipation ratio of the amount of heat) reaches 50 to 200 times or more.
When the inter-plane heat diffusion connection is performed with such a large heat diffusion magnification, the difference in pressure loss between the flow path groups of the working liquid vapor in the heat diffusion path is enlarged, and appears as a variation in the plate surface temperature, It becomes impossible to transfer heat while maintaining a uniform temperature over the entire surface of the heat diffusion connection surface. This means that there is uneven supply of heat to each part of the radiator (heat receiving body), which means that the radiator (heat receiving body) cannot exhibit the maximum performance.

【0006】視点を変えれば半導体素子の小型強力化の
進展に比較して、それらの冷却の為の放熱器は半導体素
子の小型強力化に追随することが技術的に不可能となり
つつある。放熱能力強化の為に大型化せざるを得ない放
熱器の大面積化した受熱面に、小型化した放熱体の小面
積化した放熱面を伝熱的に接続する場合は、熱量の面熱
拡散の為の熱抵抗が大幅に付加され、面熱拡散倍率の増
加につれて放熱効率が低下しつつある。その放熱効率の
低下の対策として、従来は有効な面間熱拡散接続手段が
無いことに因り放熱器を更に大型化せざるを得ない状態
にあった。
From a different viewpoint, it is technically impossible for the radiator for cooling them to follow the downsizing of the semiconductor element in comparison with the progress of downsizing of the semiconductor element. If the heat-dissipating surface of the smaller radiator is connected to the larger-sized heat-receiving surface of the radiator, which must be enlarged to enhance the heat-dissipating ability, the surface heat of the heat Thermal resistance for diffusion is greatly added, and the heat dissipation efficiency is decreasing as the surface heat diffusion magnification increases. As a countermeasure against the decrease in the heat radiation efficiency, there has conventionally been no choice but to increase the size of the radiator because there is no effective means for connecting the heat diffusion between the surfaces.

【0007】業界ではこのように大きな熱拡散倍率の熱
拡散接続に際しての放熱効率改善の為、放熱体の熱量を
受熱体の受熱面に均一に且つ小熱抵抗で拡散せしめて、
面間を効率的に伝熱熱接続することの可能な面間熱拡散
接続用プレートヒートパイプの出現が強く要望されてい
る。
In the industry, in order to improve the heat radiation efficiency in the heat diffusion connection with such a large heat diffusion magnification, the heat of the heat radiator is diffused uniformly and with a small thermal resistance to the heat receiving surface of the heat receiver.
There is a strong demand for the appearance of a plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection capable of efficiently conducting heat transfer heat connection between the surfaces.

【0008】[0008]

【課題を解決する為の手段】課題を解決する為の手段と
しての面間熱拡散接続用プレートヒートパイプの基本構
造を以下に説明する。この基本構造の説明図としては重
複を避ける為、後述する第一実施例の説明図である図
1、図2、図3及び図4、図5、第二実施例の説明図で
ある図6、図7をそのまま引用する。面間熱拡散接続用
プレートヒートパイプ1のコンテナ1の受放熱面1−
1、1−2に対応する両内壁面間の相互間隔は極めて均
一化されてあり且つ1mm以上の間隔が保たれてあり、
両内壁は薄板フィン群3かまたはピンフィン群2の何れ
かで相互に連結支持されて耐圧補強構造を兼ねた熱接続
構造に構成されてあり、薄板フィン群3かまたはピンフ
ィン群2の何れかと両内壁面とで形成される作動液蒸気
の流路は幅0.8mm以上、高さ1mm以上の直線状流
路の群が相互に直交交叉して形成される碁盤目状流路で
あり、プレートヒートパイプのコンテナの両内壁面の少
なくも受熱側内壁面のフィン間隙部にはには所定の構造
のウイック6が装着されてあり、コンテナ内に封入封止
されてある二相凝縮性作動液の封入量は全内容積から薄
板フィン群3かまたはピンフィン群2の総容積を除いた
内容積の50%以下であることを特徴とする構造を基本
構造としている。
The basic structure of a plate heat pipe for heat diffusion connection between surfaces as means for solving the problem will be described below. In order to avoid repetition, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. , And FIG. Heat receiving and radiating surface 1 of container 1 of plate heat pipe 1 for inter-surface heat diffusion connection
The mutual spacing between both inner wall surfaces corresponding to 1, 1-2 is extremely uniform and a spacing of 1 mm or more is maintained,
Both inner walls are mutually connected and supported by either the thin fin group 3 or the pin fin group 2 to form a thermal connection structure also serving as a pressure-resistant reinforcing structure. The flow path of the working liquid vapor formed by the inner wall surface is a grid-like flow path formed by a group of linear flow paths having a width of 0.8 mm or more and a height of 1 mm or more crossing each other at right angles. A wick 6 having a predetermined structure is mounted in at least a fin gap between both inner wall surfaces of the heat pipe container on the heat receiving side inner wall surface, and a two-phase condensable hydraulic fluid sealed and sealed in the container. The basic structure is characterized in that the enclosed amount is 50% or less of the total internal volume excluding the total volume of the thin fin group 3 or the pin fin group 2 from the total internal volume.

【0009】上記基本構造は五構成要素からなる。その
個々の構成要素は面間熱輸送用構造として類似若しくは
公知の構造があるが、面間熱拡散接続用プレートヒート
パイプとしての構成要素としては従来見逃されていた構
造で有る。またその優れた面間熱拡散接続機能は五構成
要素夫々の単独の効果として発揮されるものではなく、
複合された五構成要素の相互作用に因る総合効果として
達成される。
The above basic structure is composed of five components. Each of the components has a similar or known structure as a structure for transporting heat between surfaces, but a structure which has been overlooked as a component as a plate heat pipe for heat diffusion connection between surfaces. In addition, the excellent inter-surface heat diffusion connection function is not exhibited as an independent effect of each of the five components,
Achieved as an overall effect due to the interaction of the five combined components.

【0010】またその機能発揮の基本は、作動液の相変
化に因る潜熱熱量を、如何にして高速度でプレートの放
熱表面に伝達せしめるかに係ると共に、且つ如何にして
プレートの放熱表面全面に均等に配分伝達せしめるかに
掛る。即ちそれは如何にして作動液蒸気を高速且つ均等
にプレートの放熱表面各部に対応する内壁面各部に配分
輸送するかに掛っている。
The basic function of the function is related to how the latent heat generated by the phase change of the working fluid is transferred to the heat radiating surface of the plate at a high speed, and how the entire surface of the heat radiating surface of the plate is transferred. It depends on whether the distribution is evenly distributed. That is, it depends on how to distribute and transport the working fluid vapor to each part of the inner wall surface corresponding to each part of the heat radiating surface of the plate at high speed and evenly.

【0011】五構成要素の第一の構成要素としては図
3、図5及び図7の一部断面拡大図に例示の、プレート
ヒートパイプコンテナ1の受熱平面に対応する内壁面と
放熱平面に対応する内壁面との相互間隔が高度に均一化
されてあり且つ1mm以上の間隔が保たれてあることを
必須条件とする。即ち相互間隔の不均一は作動液蒸気の
流れ速度のむらの発生原因となり、その流れの圧力損失
のむらの発生を意味し、此等は放熱側の内壁面に対する
熱伝達のむらの原因となり、惹いてはプレートヒートパ
イプの放熱側表面温度のみならず全表面温度の不均一の
発生原因となる。
The first of the five components corresponds to the inner wall surface corresponding to the heat receiving plane of the plate heat pipe container 1 and the heat radiation plane, which are illustrated in the partial cross-sectional enlarged views of FIG. 3, FIG. 5 and FIG. It is an essential condition that the distance between the inner wall surface and the inner wall surface is highly uniform and the distance of 1 mm or more is maintained. In other words, the non-uniformity of the mutual spacing causes unevenness in the flow velocity of the working fluid vapor, which means unevenness in the pressure loss of the flow, which causes unevenness in heat transfer to the inner wall surface on the heat radiating side. This causes non-uniformity of not only the heat radiation side surface temperature of the plate heat pipe but also the entire surface temperature.

【0012】内壁面間の相互間隔が1mm以下になると
作動液の表面張力により作動液蒸気流路の所々に蒸気凝
縮液による閉塞部が発生しこの閉塞部は不特定な位置に
発生する。作動液蒸気はこの部分を避けて流れるように
なるからこの部分の温度は低下する。この閉塞部位置は
不特定であるだけに止まらず、僅かな作動条件でその閉
塞位置を変動する。これはプレートヒートパイプ表面温
度のばらつきのみならず表面温度不安定の大きな原因と
なり熱輸送能力低下の要因となる。
When the mutual distance between the inner wall surfaces becomes 1 mm or less, a blockage due to the vapor condensate is generated at various places in the vapor flow path of the hydraulic fluid due to the surface tension of the hydraulic fluid, and the blockage is generated at an unspecified position. The temperature of this part decreases because the working fluid vapor flows to avoid this part. The position of the closing portion is not limited to an unspecified one, and changes the closing position under a small operating condition. This causes not only variations in the surface temperature of the plate heat pipe but also instability of the surface temperature, which causes a reduction in heat transport capability.

【0013】閉塞部発生要因となる内壁面間相互の間隔
は作動液の種類の相異、即ち作動液の粘度の相異と表面
張力の相異及び温度条件等により異なるが、通常の汎用
作動液である純水、フロン等各種作動液についての実験
結果により間隔1mm以上にすることにより閉塞現象の
発生を防ぐことが可能なことが分かった。これはフィン
高さも1mm以上とすることが必要条件となることを意
味する。
The distance between the inner wall surfaces, which is a cause of the formation of a closed portion, differs depending on the type of the hydraulic fluid, that is, the viscosity of the hydraulic fluid, the surface tension, the temperature, and the like. Experimental results with respect to various working liquids such as pure water and chlorofluorocarbon have shown that the clogging phenomenon can be prevented by setting the interval to 1 mm or more. This means that the fin height must be 1 mm or more as a necessary condition.

【0014】面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1
の第二の構成要素は図1の一部が切除された斜視図、図
2及び図6の一部が切除された平面図に図示の、内壁面
間を相互接続する薄板フィン群3かまたはピンフィン群
2のフィン間隙が0.8mm以下であるよう構成されて
あることを必須要素としている。対流流速5m/s前
後、フィン間隙が0.8mm以下の場合はフィンによる
強制対流の圧力損失が急激に増加することは空気中の強
制対流の圧力損失変化の経験値によって良く知られてい
る。プレートヒートパイプコンテナ1内の蒸気流速は熱
入力量、適用される受放熱部間の温度差によって極めて
大幅に異なり、蒸気流の圧力損失は蒸気流速によって極
端に変化する。然し面間熱拡散接続用プレートヒートパ
イプ1内の作動液蒸気の移動距離は短距離で有るから、
流速が早い場合はそれにより大幅に圧力損失が増加し、
流速が大幅に低下したとしてもそれによる熱輸送量の低
下及びプレート温度差の増加は無視することが出来る。
面間熱拡散接続用プレートヒートパイプの場合は数ワッ
ト以下の如き微小熱入力、2〜3℃の如き微小温度差の
熱接続の場合で有っても良好な熱拡散性能を保証するた
めに、作動液蒸気流速は5m/sec以下の低流速に対
応する構造とする。減圧下の80℃の水蒸気の動粘性係
数と30℃の空気の動粘性係数をほぼ同等と考えられる
から、本発明においては5m/sec以下の空気中強制
対流の場合と近似的に構成する事とし、フィン間隙は
0.8mm以上とした。このような低流速の場合はフィ
ン間隙0.8mm以下に構成した場合は圧力損失が急激
に増加し、流速が大幅に低下しコンテナ1の内壁面に対
し均等に蒸気配分をさせることが不可能になる。
Plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces
The second component of FIG. 1 is a partially cutaway perspective view, and FIGS. 2 and 6 are partially cutaway plan views. It is an essential element that the fin gap of the pin fin group 2 is configured to be 0.8 mm or less. It is well known from the empirical value of the change in the pressure loss of the forced convection in the air that the pressure loss of the forced convection due to the fin rapidly increases when the convection flow velocity is about 5 m / s and the fin gap is 0.8 mm or less. The steam flow rate in the plate heat pipe container 1 varies greatly depending on the amount of heat input and the temperature difference between the applied heat receiving and radiating sections, and the pressure loss of the steam flow changes extremely depending on the steam flow rate. However, since the moving distance of the working fluid vapor in the plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces is a short distance,
If the flow rate is fast, then the pressure drop will increase significantly,
Even if the flow velocity is greatly reduced, the decrease in the heat transport amount and the increase in the plate temperature difference can be ignored.
In order to guarantee good heat diffusion performance even in the case of a micro heat input of several watts or less in the case of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection and a micro temperature difference of 2-3 ° C. The working fluid vapor flow velocity has a structure corresponding to a low flow velocity of 5 m / sec or less. Since it is considered that the kinematic viscosity coefficient of water vapor at 80 ° C. under reduced pressure and the kinematic viscosity coefficient of air at 30 ° C. are almost equal, in the present invention, it should be configured approximately in the case of forced convection in air of 5 m / sec or less. And the fin gap was 0.8 mm or more. In the case of such a low flow velocity, when the fin gap is set to 0.8 mm or less, the pressure loss increases sharply, the flow velocity drastically decreases, and it is impossible to evenly distribute steam to the inner wall surface of the container 1. become.

【0015】面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1
の第三の構成要素は図1の一部が切除された斜視図、図
2及び図6の一部が切除された平面図から分かる通り、
作動液蒸気の流路は直線状流路の群が相互に直交交叉し
て形成される碁盤目状流路であるよう構成されてあるこ
とを必須要素としている。面間熱拡散接続用プレートヒ
ートパイプ1の一辺の長さは長くても300mmを越え
ることはない。この程度の長さの場合直線状流路は減衰
する事の無い蒸気の流れを保証することが出来る。この
ような直線状流路の群が相互に直交交叉して形成される
碁盤目状流路はプレート状コンテナ1の内壁面上の全て
の部分に均等な潜熱の配分を保証する。
Plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces
As can be seen from a partially cutaway perspective view of FIG. 1 and a partially cutaway plan view of FIGS. 2 and 6,
It is an essential element that the flow path of the working fluid vapor is configured to be a cross-shaped flow path formed by a group of linear flow paths crossing each other at right angles. The length of one side of the plate heat pipe 1 for inter-plane heat diffusion connection does not exceed 300 mm at most. With such a length, the straight flow path can guarantee the flow of steam without attenuation. The grid-like flow path formed by such a group of linear flow paths crossing each other at right angles ensures uniform distribution of latent heat to all portions on the inner wall surface of the plate-like container 1.

【0016】面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1
の第四の構成要素は図5の一部断面拡大図に例示の如く
プレートヒートパイプのコンテナの両内壁面の少なくも
受熱側内壁面のフィン間隙部には所定の構造のウイック
6−1が装着されてあることを必須要素としている。本
発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1の内壁
面は特に作動液が流動しやすい構造になっている。従っ
て適用時の保持姿勢に若干なりとも傾斜が発生した場合
は、初期状態の作動液も、定常作動時の還流作動液も、
コンテナ受熱側内壁面において偏在滞留した状態で作動
することになる。この場合は封入作動液量の全てを有効
に活用することが不可能になり、面間熱拡散接続用プレ
ートヒートパイプの熱接続性能が低下する。またコンテ
ナ内壁面において作動液が偏在状態で作動することはプ
レート表面温度の不均一の原因となる。これらの対策と
してウイックの毛管作用の助けににより、コンテナ内壁
面状の作動液分布の平準化を図る。放熱側内壁面のウイ
ック6−2は受熱側に対する還流作動液の配分を均一化
せしめる。
Plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces
The fourth component is a wick 6-1 having a predetermined structure in at least a fin gap between both inner wall surfaces of the container of the plate heat pipe as shown in the partial cross-sectional enlarged view of FIG. It is an essential element that it is attached. The inner wall surface of the plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces of the present invention has a structure in which the hydraulic fluid flows particularly easily. Therefore, when the holding posture at the time of application is slightly inclined, the hydraulic fluid in the initial state, the recirculating hydraulic fluid in the steady operation,
It operates in a state where it is unevenly retained on the inner wall surface on the container heat receiving side. In this case, it becomes impossible to effectively utilize all of the enclosed working fluid amount, and the heat connection performance of the plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection is reduced. In addition, operating the hydraulic fluid in an unevenly distributed state on the inner wall surface of the container causes unevenness of the plate surface temperature. As a countermeasure, the distribution of hydraulic fluid on the inner wall surface of the container is leveled with the help of the capillary action of the wick. The wick 6-2 on the inner wall of the heat radiating side makes the distribution of the recirculating hydraulic fluid to the heat receiving side uniform.

【0017】面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1
の第五の構成要素はコンテナ1内に封入封止されてある
二相凝縮性作動液の封入量が、コンテナの全内容積から
薄板フィン群3かまたはピンフィン群2の総容積を除い
た内容積の50%以下であることを必須要素としてい
る。作動液の封入量がコンテナ1の内容積の50%を越
える場合は作動液流路の所々に凝縮作動液の閉塞部及び
停滞部を形成せしめ、プレート表面に低温部分を発生せ
しめる。またこれらの部分は作動液蒸気流の流れを阻害
し面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ1全体として
の熱輸送能力を低下せしめる。
Plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces
The fifth component is that the enclosed amount of the two-phase condensable working fluid enclosed and sealed in the container 1 is the content obtained by subtracting the total volume of the thin fin group 3 or the pin fin group 2 from the total internal volume of the container. It is an essential element that it is 50% or less of the product. If the amount of the working fluid exceeds 50% of the inner volume of the container 1, a blockage and a stagnation portion of the condensed working fluid are formed at various places in the working fluid flow path, and a low-temperature portion is generated on the plate surface. These portions also impede the flow of the working fluid vapor flow and reduce the heat transfer capability of the plate heat pipe 1 for heat diffusion connection between surfaces.

【0018】[0018]

【作用】上述の如き面間熱拡散接続用プレートヒートパ
イプ1の五構成要素は、それらの相互作用及び総合効果
として、小型発熱体4との接触部の小受熱面から入力さ
れる熱量を面積数百倍にも達する大放熱面に均等に且つ
小熱抵抗で面拡散せしめ優れた面間熱拡散接続機能を発
揮せしめる。
The five components of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection 1 described above have an interaction and an overall effect of reducing the amount of heat input from the small heat receiving surface of the contact portion with the small heating element 4. The surface is diffused evenly and with a small thermal resistance to the large heat radiation surface several hundred times larger, so that an excellent inter-surface heat diffusion connection function is exhibited.

【0019】[0019]

【実施例】 [第一実施例] 本発明の面間熱拡散接続用プレートヒ
ートパイプの第一実施例の構造を図1〜図3に示し図4
にその適用状態を示す。図1は面間熱拡散接続用プレー
トヒートパイプ1の一部を切除した状態の斜視図、図2
は図1の平面図、図3は図1の断面の一部拡大図であ
る。プレートヒートパイプ1のコンテナの両内壁面はピ
ンフィン群2で相互に伝熱的に接続されてあり、ピンフ
ィン群2の個々のピンのフィンとしての実効高さは1m
m以上であり、ピンフィン群2のピン配列は碁盤目配列
であり、碁盤目配列のピン相互間の間隙は0.8mm以
上であることを特徴としている。コンテナの両内壁面は
正確に平行に形成され且つ両内壁面の相互間隔は2mm
以上になるよう形成されてある。またピン間隙とコンテ
ナの両内壁面で形成される作動液蒸気流路は直線状であ
り、蒸気流路群の縦の群と横の群とはピン配列に倣って
相互に直交交叉して碁盤目状に形成されてある。またコ
ンテナ内に封入封止されてある二相凝縮性作動液量はコ
ンテナの全内容積からピンフィン群2の全容積を差し引
いた容積の50%以下になっている。このような構成は
本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイプの基本
構造の必須構成を完全に満足する。従って本第一実施例
は基本構造にて説明した通りの作動と効果を発揮する。
[First Embodiment] FIGS. 1 to 3 show the structure of a first embodiment of a plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection of the present invention, and FIGS.
Shows the application state. FIG. 1 is a perspective view showing a state where a part of a plate heat pipe 1 for inter-surface heat diffusion connection is cut off, and FIG.
1 is a plan view of FIG. 1, and FIG. 3 is a partially enlarged view of a cross section of FIG. Both inner wall surfaces of the container of the plate heat pipe 1 are thermally conductively connected to each other by a pin fin group 2, and the effective height of each pin of the pin fin group 2 as a fin is 1 m.
m or more, the pin arrangement of the pin fin group 2 is a grid pattern, and the gap between the pins in the grid pattern is 0.8 mm or more. Both inner wall surfaces of the container are formed exactly parallel and the distance between both inner wall surfaces is 2mm
It is formed so as to be as described above. The hydraulic fluid vapor flow path formed by the pin gap and both inner wall surfaces of the container is linear, and the vertical and horizontal groups of the vapor flow path group cross each other at right angles to each other according to the pin arrangement. It is formed like eyes. The volume of the two-phase condensable working fluid sealed and sealed in the container is 50% or less of the total internal volume of the container minus the total volume of the pin fin group 2. Such a configuration completely satisfies the essential configuration of the basic structure of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention. Therefore, the first embodiment exhibits the operation and effect as described in the basic structure.

【0020】ピンフィン群2の夫々のピンフィンの断面
形状は、全方位に向かって移動する蒸気流に与える圧力
損失が全方位に対し同等であり且つ、圧力損失の発生が
少ないことが望ましいので円形であることが最も望まし
い。楕円形状ピンフィンは一方向の蒸気流には圧力損失
の発生が少ないがそれに直交する方向の流れに対しては
圧力損失の発生が激しくプレート表面温度の均一性を損
なうので好ましくない。正四方形断面形状は圧力損失の
発生は円形に比較して大きいが、ピンフィン群の熱量吸
収が良好であるから、作動液の種類や適用温度範囲に依
っては円形ピンフィンの場合より性能が向上する場合が
ある。ピンフィンの長さ方向に微細な溝の群を形成した
ものは、その毛管作用が凝縮作動液の還流を助けるので
性能を向上せしめる効果がある。
The cross-sectional shape of each pin fin of the pin fin group 2 is circular because it is desirable that the pressure loss applied to the steam flow moving in all directions is the same in all directions and that the occurrence of pressure loss is small. Is most desirable. Elliptical pin fins are not preferred because pressure loss is small in a unidirectional steam flow, but pressure loss is severe in a flow in a direction perpendicular thereto, which impairs the uniformity of the plate surface temperature. A square cross section has a larger pressure loss than a circular one, but the pin fin group absorbs heat well, so depending on the type of hydraulic fluid and the applicable temperature range, the performance is better than that of a circular pin fin. There are cases. A pin fin formed with a group of fine grooves in the length direction has an effect of improving the performance because the capillary action assists the reflux of the condensed working fluid.

【0021】[第二実施例] 本発明の面間熱拡散接続
用プレートヒートパイプの第二実施例の構造を図6、図
7に示す。図6は一部を切除した平面図、図7は断面図
である。熱接続プレートヒートパイプ1のコンテナの両
内壁面の夫々には、内壁面の全長または全幅に等しい長
さの薄板フィン群3−1、3−2が平行並列に形成され
てあり、コンテナの両内壁面の夫々に形成されてある薄
板フィン群3−1、3−2の高さは0.5mm以上であ
りそれらの合計高さは1mm以上になっている。薄板フ
ィン3の相互間の間隙は0.8mm以上であり、受熱側
内壁面の薄板フィン群3−1と放熱側内壁面の薄板フィ
ン群3−2とは、相互に直交交叉して碁盤目形状を形成
するよう配置され、且つ双方の薄板フィン群3−1、3
−2はそれら相互の交叉部において相互に接合されてあ
り、薄板フィン群3−1、3−2とコンテナの両内壁面
とに依って形成される直線状の作動液蒸気流路群は薄板
フィン群3−1、3−2により形成される碁盤目形状に
倣って碁盤目形状に交叉形成されてあり、高さ1mm以
上、幅0.8mm以上の作動液蒸気流路の群で形成され
た碁盤目状流路と実質的に同等の蒸気流路として構成さ
れてあることを特徴としている。またコンテナ内に封入
封止されてある二相凝縮性作動液量はコンテナの全内容
積からフィン群3−1、3−2の全容積を差し引いた容
積の50%以下になっている。このような構成は本発明
の面間熱拡散接続用プレートヒートパイプの基本構造の
必須構成を完全に満足している。従って本第二実施例は
基本構造にて説明した通りの作動と効果を発揮する。
[Second Embodiment] FIGS. 6 and 7 show the structure of a second embodiment of the plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection of the present invention. 6 is a plan view with a part cut away, and FIG. 7 is a sectional view. On each of the inner wall surfaces of the container of the heat connection plate heat pipe 1, thin fin groups 3-1 and 3-2 having a length equal to the entire length or the entire width of the inner wall surface are formed in parallel and parallel. The height of the thin plate fin groups 3-1 and 3-2 formed on each of the inner wall surfaces is 0.5 mm or more, and the total height thereof is 1 mm or more. The gap between the thin fins 3 is 0.8 mm or more, and the thin fin group 3-1 on the inner wall surface on the heat receiving side and the thin fin group 3-2 on the inner wall surface on the heat radiating side intersect each other at right angles. The two thin fin groups 3-1 and 3 are arranged so as to form a shape.
-2 are joined to each other at their intersections, and a linear working fluid vapor flow path group formed by the thin plate fin groups 3-1 and 3-2 and both inner wall surfaces of the container is a thin plate fin. The fins 3-1 and 3-2 are formed in a cross-shaped pattern following the cross-shaped pattern formed by the fin groups 3-1, 3-2, and are formed by a group of hydraulic fluid vapor flow paths having a height of 1 mm or more and a width of 0.8 mm or more. It is characterized in that it is configured as a steam flow path substantially equivalent to the grid-like flow path. The volume of the two-phase condensable hydraulic fluid sealed and sealed in the container is 50% or less of the total internal volume of the container minus the total volume of the fin groups 3-1 and 3-2. Such a configuration completely satisfies the essential configuration of the basic structure of the plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection of the present invention. Therefore, the second embodiment exhibits the operation and effect as described in the basic structure.

【0022】[第三実施例]図5は本発明の面間熱拡散
接続用プレートヒートパイプの第三実施例の説明図で一
部断面の拡大図である。図において6−1、6−2は夫
々受熱側内壁面、放熱側内壁面に形成されてあるウイッ
クを示してある。図示することは省略されてあるがこの
ウイックはコンテナの両内壁面の少なくも受熱側の内壁
面には作動液蒸気の碁盤目状流路に沿って設けられてあ
る。その詳細構造は、極細金属線群の集合撚り線の直線
状体からなる、縦線の群と横線の群とが碁盤目状に交叉
して圧入されて内壁面に接着されたウイック構造であ
る。集合撚り線の直線状体は毛管作用による作動液の移
動を迅速容易ならしめ、その群の碁盤目状交叉はコンテ
ナ内壁面全体に作動液を急速に且つ均一に分散せしめ
る。ウイック6の素材は熱伝導性の良好な金属であるこ
とは当然であるが、ピン間隙及びコンテナ内壁面に対す
る圧入による保持性を良好ならしめるためには軟質金属
であることが望ましい。またウイック6の装着は受熱側
内壁面だけでも大きな効果はあるが、放熱側内壁面にも
装着した方が凝縮作動液の還流の偏りの防止には更に良
好な効果がある。それぞれのピン2に形成されてある微
細細溝群2−1はその毛管作用により放熱側内壁面から
受熱側内壁面に向かう還流作動液の流速を増加せしめ面
間熱拡散接続用プレートヒートパイプの熱輸送性能を更
に向上せしめる。
[Third Embodiment] FIG. 5 is an explanatory view of a third embodiment of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention, and is an enlarged view of a partial cross section. In the figure, 6-1 and 6-2 indicate wicks formed on the heat receiving side inner wall surface and the heat radiating side inner wall surface, respectively. Although not shown, the wick is provided on at least the inner wall surface on the heat receiving side of both inner wall surfaces of the container along a grid-like flow path of the working fluid vapor. Its detailed structure is a wick structure consisting of a linear body of stranded wires of a group of extra-fine metal wires, a group of vertical wires and a group of horizontal wires intersected in a grid pattern, press-fitted and bonded to the inner wall surface. . The linear body of the collective twisted wire makes the movement of the working fluid by capillary action quick and easy, and the cross-shaped crosses of the group disperse the working fluid quickly and uniformly over the entire inner wall surface of the container. The material of the wick 6 is naturally a metal having good thermal conductivity, but is preferably a soft metal in order to improve the retention by press-fitting into the pin gap and the inner wall surface of the container. Although the mounting of the wick 6 has a great effect only on the inner wall surface on the heat receiving side, the mounting on the inner wall surface on the heat radiating side also has a better effect in preventing the uneven return of the condensed hydraulic fluid. The group of fine grooves 2-1 formed in each pin 2 increases the flow rate of the recirculating hydraulic fluid from the inner wall surface on the heat radiation side to the inner wall surface on the heat receiving side due to the capillary action. Further improve heat transport performance.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明の構造の各構成要素の相互作用及
び総合効果により、プレートヒートパイプに取り付けた
小型発熱体との接触部の極小受熱面から吸収した熱量
を、放熱面に取り付けた大型放熱器の受熱面に均一且つ
迅速に拡散輸送し、その面熱拡散比率が数百倍であって
も放熱効率を失わない面間熱拡散接続用プレートヒート
パイプを構成することが可能になった。特にこのような
面間熱拡散接続用プレートヒートパイプの適用に依り、
最近の半導体技術の進歩に依り出現した10mm×10
mmの如き極小放熱面から120ワット如き大きな熱量
を放出する小型半導体発熱素子を、受熱面積が150m
m×150mmの如く大きく、総容積が比較的小さな放
熱器を用いて、小型発熱体とプレートヒートパイプとの
接触面の温度を数10℃に保持せしめる如き、従来は極
めて困難であった放熱技術が完成されるに至った。
According to the interaction and overall effect of each component of the structure of the present invention, the amount of heat absorbed from the extremely small heat receiving surface of the contact portion with the small heating element attached to the plate heat pipe is converted to the large heat attached to the heat radiating surface. It has become possible to construct a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection that diffuses and transports uniformly and quickly to the heat receiving surface of the radiator and does not lose heat radiation efficiency even if the surface heat diffusion ratio is several hundred times. . In particular, due to the application of such a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection,
10mm × 10 emerged due to recent advances in semiconductor technology
A small semiconductor heating element that emits a large amount of heat, such as 120 watts, from an extremely small heat-radiating surface, such as mm, has a heat receiving area of 150 m.
Heat dissipation technology that was extremely difficult in the past, such as maintaining a temperature of a contact surface between a small heating element and a plate heat pipe at several tens of degrees Celsius using a radiator having a large total size of mx 150 mm and a relatively small total volume. Was completed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第一実施例を示す一部が切除された斜
視説明図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a basic structure and a first embodiment of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図2】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第一実施例を示す一部が切除された平
面説明図である。
FIG. 2 is a partially cut-away plan view showing the basic structure and the first embodiment of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図3】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第一実施例を示す部分断面の拡大説明
図である。
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a partial cross section showing a basic structure and a first embodiment of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図4】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの適用状態を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing an application state of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図5】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第三施例の部分拡大断面図である。
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view of a basic structure of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention and a third embodiment.

【図6】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの基本構造及び第二実施例の一部を切除した状態の平
面図である。。
FIG. 6 is a plan view showing a basic structure of a plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention and a part of the second embodiment cut away. .

【図7】本発明の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プの第二実施例の側面断面の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view of a side cross section of a second embodiment of the plate heat pipe for inter-surface heat diffusion connection of the present invention.

【図8】従来型のプレートヒートパイプの斜視説明図で
ある。
FIG. 8 is a perspective explanatory view of a conventional plate heat pipe.

【図9】従来型のプレートヒートパイプの側面の一部断
面拡大図である。
FIG. 9 is an enlarged partial cross-sectional view of a side surface of a conventional plate heat pipe.

【図10】従来型のプレートヒートパイプの他の側面の
一部断面拡大図である。
FIG. 10 is an enlarged partial cross-sectional view of another side surface of a conventional plate heat pipe.

【図11】従来型のプレートヒートパイプの適用例の側
面説明図である。
FIG. 11 is an explanatory side view of an application example of a conventional plate heat pipe.

【符号の説明】 1 面間熱拡散接続用プレートヒートパイプ 1−1 コンテナ受熱面 1−2 コンテナ放熱面 2 ピンフィン群 2−1 微細細溝群 3−1 薄板フィン群 3−2 薄板フィン群 3−3 接合部 4 小型発熱体 5 受熱体 6−1 ウイック(受熱面側) 6−2 ウイック(放熱面側) 11 プレートヒートパイプ 11−1 コンテナ受熱面 11−2 コンテナ放熱面 12 支持壁群 12−1 作動液流通孔 14 発熱体 15 発熱体[Description of Signs] 1 Plate heat pipe for heat diffusion connection between surfaces 1-1 Container heat receiving surface 1-2 Container heat radiation surface 2 Pin fin group 2-1 Fine narrow groove group 3-1 Thin plate fin group 3-2 Thin plate fin group 3 -3 Joining part 4 Small heating element 5 Heat receiving body 6-1 Wick (heat receiving surface side) 6-2 Wick (heat radiating surface side) 11 Plate heat pipe 11-1 Container heat receiving surface 11-2 Container heat radiating surface 12 Support wall group 12 -1 Hydraulic fluid flow hole 14 Heating element 15 Heating element

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二相凝縮性作動液の相変化により熱量を
面拡散し且つ輸送するプレートヒートパイプの、片側平
面の一部に面接着された極めて小さな放熱接着面を有す
る小型放熱体から入力された熱量を均等に面拡散せしめ
て、他の片側平面に面接着された大きな受熱接着面積を
有する大型受熱体に受熱面全表面を均一温度に保持せし
めつつ受熱せしめる極大面積比の面間相互の熱拡散接続
用プレートヒートパイプであって、このプレートヒート
パイプのコンテナの受放熱面に対応する両内壁面間の相
互間隔は極めて均一化されてあり且つ2mm以上の間隔
が保たれてあり、両内壁は薄板フィン群かまたはピンフ
ィン群の何れかで相互に連結支持されて耐圧補強構造を
兼ねた熱接続構造に構成されてあり、薄板フィン群かま
たはピンフィン群の何れかと両内壁面とで形成される作
動液蒸気の流路は幅1.5mm以上、高さ2mm以上の
直線状流路の群が相互に直交交叉して形成される碁盤目
状流路であり、プレートヒートパイプのコンテナの両内
壁面の少なくも受熱側内壁面のフィン間隙部にはには所
定の構造のウイックが装着されてあり、コンテナ内に封
入封止されてある二相凝縮性作動液の封入量はコンテナ
の全内容積から薄板フィン群かまたはピンフィン群の総
容積を除いた内容積の25%以下であることを特徴とす
る極大面積比の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プ。
An input from a small heat radiator having an extremely small heat radiation bonding surface which is surface bonded to a part of a flat surface on one side of a plate heat pipe which diffuses and transports heat by the phase change of a two-phase condensable working fluid. The surface heat is diffused evenly, and the large-area heat-receiving body having a large heat-receiving surface bonded to the other one-side flat surface has a maximum heat-receiving surface, and the heat-receiving surface is maintained at a uniform temperature. The heat diffusion connection plate heat pipe, the mutual interval between the two inner wall surfaces corresponding to the heat receiving and radiating surface of the container of the plate heat pipe is extremely uniform and a distance of 2 mm or more is maintained, Both inner walls are connected and supported by either a thin fin group or a pin fin group to form a thermal connection structure that also serves as a pressure-resistant reinforcing structure. The flow path of the working liquid vapor formed by any one of the inner wall surfaces is a grid-like flow path formed by a group of linear flow paths having a width of 1.5 mm or more and a height of 2 mm or more crossing each other at right angles. There is a wick of a predetermined structure installed in the fin gap on at least the inner wall surface on the heat receiving side of both inner wall surfaces of the plate heat pipe container, and the two-phase condensate sealed and sealed in the container The amount of working fluid enclosed is not more than 25% of the total volume of the container excluding the total volume of the thin fin group or the pin fin group, and the plate heat for interfacial heat diffusion connection having a maximum area ratio. pipe.
【請求項2】 プレートヒートパイプのコンテナの両内
壁面は多数のピンフィン群で相互に伝熱的に接続されて
あり、ピンフィン群の個々のピンのフィンとしての実効
高さは2mm以上であり、ピンフィン群のピン配列は碁
盤目配列であり、碁盤目配列のピン相互間の間隙は1.
5mm以上であることを特徴とする極大面積比の面間熱
拡散接続用プレートヒートパイプ。
2. The two inner wall surfaces of the container of the plate heat pipe are thermally connected to each other by a plurality of pin fin groups, and the effective height of each pin of the pin fin group as a fin is 2 mm or more; The pin arrangement of the pin fin group is a grid pattern, and the gap between the pins in the grid pattern is 1.
A plate heat pipe for interfacial heat diffusion connection having a maximum area ratio of 5 mm or more.
【請求項3】プレートヒートパイプのコンテナの両内壁
面の夫々には、内壁面の全長または全幅に等しい長さの
薄板フィン群が平行並列に形成されてあり、薄板フィン
群の高さは1mm以上であり、薄板フィン相互間の間隙
は1.5mm以上であり、受熱側内壁面の薄板フィン群
と放熱側内壁面の薄板フィン群とは、薄板フィン群が形
成する作動液蒸気流路が相互に直交交叉して突き合わせ
られてあり、実質的に高さ2mm以上、幅1.5mm以
上の作動液蒸気流路の群で形成された碁盤目状流路と同
等の蒸気流路を形成するよう配設され、且つ双方の薄板
フィン群はそれら相互の交叉部において相互に伝熱的に
接合一体化されてあることを特徴とする請求項1に記載
の極大面積比の面間熱拡散接続用プレートヒートパイ
プ。
3. A thin plate fin group having a length equal to the entire length or full width of the inner wall surface is formed in parallel and parallel on each of both inner wall surfaces of the plate heat pipe container, and the height of the thin plate fin group is 1 mm. The gap between the thin fins is 1.5 mm or more, and the thin fin group on the inner wall surface on the heat receiving side and the thin fin group on the inner wall surface on the heat radiation side have a working fluid vapor flow path formed by the thin fin group. They are mutually orthogonally crossed and abutted, and form a vapor flow path substantially equivalent to a grid-like flow path formed by a group of hydraulic liquid vapor flow paths having a height of 2 mm or more and a width of 1.5 mm or more. 2. The heat diffusion connection according to claim 1, wherein both of the thin fin groups are arranged so as to be thermally conductively joined to each other at their intersections. For plate heat pipe.
【請求項4】コンテナの両内壁面の少なくも受熱側の内
壁面には作動液蒸気の碁盤目状流路に沿って、極細金属
線群の集合撚り線の直線状体からなる、縦線の群と横線
の群とが碁盤目状に交叉して圧入されて内壁面に接着さ
れ、ウイックとして形成されてあることを特徴とする請
求項1に記載の極大面積比の面間熱拡散接続用プレート
ヒートパイプ。
4. A vertical line formed of a set of stranded wires of a group of ultrafine metal wires along at least one of the inner wall surfaces of the container on the heat receiving side along a grid-like flow path of the working fluid vapor. The heat diffusion connection according to claim 1, wherein the group of the horizontal lines and the group of the horizontal lines are press-fitted in a checkerboard shape, are pressed and adhered to the inner wall surface, and are formed as a wick. For plate heat pipe.
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