平板型ヒートパイプ
【目的】 トップヒートモードでも効率よく作動する平板型ヒートパイプを提供する。
【構成】 毛細管力の強い第１ウィック１３をブロック状に形成し、その周囲に蒸気通路となる空隙１５が形成されるように放射状に複数配設するとともに、このブロック状の第１ウィック１３の表面と、コンテナ１２の対向する２つの内面との境に、比較的毛細管力の弱い第２ウィック１４が介装されているため、トップヒートモードでも効率よく作動するとともに、前記境に気泡が生じても作動流体Ｌの凝縮部１１ｂへの供給路が確保され、熱輸送能力の低下が防止される。
【構成】 毛細管力の強い第１ウィック１３をブロック状に形成し、その周囲に蒸気通路となる空隙１５が形成されるように放射状に複数配設するとともに、このブロック状の第１ウィック１３の表面と、コンテナ１２の対向する２つの内面との境に、比較的毛細管力の弱い第２ウィック１４が介装されているため、トップヒートモードでも効率よく作動するとともに、前記境に気泡が生じても作動流体Ｌの凝縮部１１ｂへの供給路が確保され、熱輸送能力の低下が防止される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、平板型コンテナの対向する２つの内面のうちの一方が蒸発部で他方が凝縮部となる平板型ヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的な平板型ヒートパイプ１は、図４に示すように、中空平板状のヒートパイプコンテナ２の上下方向に対向する２つの内面のうち、発熱体Ｈが取付けられている下側面を蒸発部１ａに、上側面を凝縮部１ｂとし、下側の蒸発部１ａで加熱されて蒸発した作動流体３の蒸気３ａが、上側の凝縮部１ｂへ移動する。そして、この凝縮部１ｂにおいて、輸送してきた潜熱を放出して凝縮し、液相に戻った作動流体３は、重力の作用によって下側の蒸発部１ａに還流する構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来の平板型ヒートパイプにおいては、凝縮部１ｂで凝縮した作動流体３は、その大部分がヒートパイプコンテナ２の側壁２ａの内面を伝って流下して蒸発部１ａに還流するため、この凝縮した作動流体が流下してくる周縁部付近は、凝縮した作動流体によって覆われて凝縮部１ｂとしての機能を果たせなくなり、凝縮部１ｂの周縁部の温度が低くなり、その影響で蒸発部１ａの温度分布が不均一となるという問題があった。その結果、蒸発部１ａの周縁部での熱流束が、蒸発部の中心付近での熱流束より小さくなり、例えばこの平板型ヒートパイプを冷却装置に使用した場合に、ヒートパイプの中心部と周縁部とで冷却作用に差が生じてしまうという問題があった。
【０００４】また図５は、発熱体Ｈを従来の平板型ヒートパイプ１の上側に設けた場合を示すもので、この場合、発熱体Ｈが設けられた上側が蒸発部となるが、上側の蒸発部１ａに対して作動流体３を供給する手段が設けられていないため、蒸発部１ａがドライアウト状態となり、ヒートパイプとして作動せず、したがって冷却作用も得ることができなかった。
【０００５】この発明は、上下方向に対向する２つの内面のどちらが蒸発部となってもヒートパイプ作動させることのできる平板型ヒートパイプを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するための手段としてこの発明は、中空平板型のヒートパイプコンテナ内の上下方向に対向する２つの内面間に、毛細管力による液通路を構成するウィックを配設した平板型ヒートパイプにおいて、前記ウィックは、高い毛細管力を発生させる第１ウィックと、この第１ウィックより低い毛細管力を発生させる第２ウィックとからなり、前記第１ウィックをブロック状に形成するとともに、その周囲に蒸気通路となる空隙が形成されるように離間させて複数配設するとともに、これらブロック状の第１ウィックと前記コンテナの２つの内面との間に、前記第２ウィックがそれぞれ介装されていることを特徴としている。
【０００７】
【作用】上記のように、平板型ヒートパイプは、ヒートパイプコンテナ内の上下方向に対向する２つの内面間に、高い毛細管力の第１ウィックと、この第１ウィックより低い毛細管力の第２ウィックとからなるウィックが液通路となって、トップヒートモードにおいては液相の作動流体を蒸発部へ供給し、またボトムヒートモードにおいては、凝縮部で液相に戻った作動流体を蒸発部へ流下させるとともに、蒸発部で加熱された作動流体の蒸気は、前記ブロック状のウィックの周囲に形成されている空隙を経由して凝縮部に移動する。また、第１ウィックは毛細管力の弱い第２ウィックを介してヒートパイプコンテナの内面に当接しているため、ブロック状のウィックと前記コンテナの内面間に気泡が生じても作動流体の通過が可能となり、凝縮部への作動流体の供給が可能となる。したがって、発熱体が平板型ヒートパイプの下側にあっても上側にあっても、すなわち、トップヒートモードでもボトムヒートモードでも等しくヒートパイプ作動するとともに、気泡の発生による熱輸送能力の低下が防止される。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の平板型ヒートパイプを、大規模集積回路（ＬＳＩ）の冷却装置として用いた一実施例について図１ないし図３を参照して説明する。
【０００９】平板型ヒートパイプ１１は、中空平板型のコンテナ１２内に、細かい目の金属網を垂直状態で直方体に束ねた毛細管力の強い第１ウィック１３と、若干目の粗い金属網を水平に重ねた、比較的毛細管力の弱い第２ウィック１４とを備えている。この第２ウィック１４は、コンテナ１２の上下方向に対向する２つの内面の全体にそれぞれ密着して配設されるとともに、直方体に形成された前記第１ウィック１３は、前記第２ウィック１４に上下から挟まれるとともに、蒸気通路となる空隙１５が周囲に形成されるように放射状に配設されている。
【００１０】なお、この平板型ヒートパイプ１１の製造手順は、一側面を開放したコンテナ１２に、第１ウィック１３の上下から第２ウィック１４，１４で挟んだ状態で挿入し、次にガス抜き孔（図示せず）を残して密閉し、コンテナ１２内を真空引きした後、所定量の凝縮性の作動流体を注入し、前記ガス抜き孔を密閉して完成する。
【００１１】次に、上記のように構成されるこの実施例の作用を図２を参照して説明すると、冷却装置である平板型ヒートパイプ１１は、発熱体ＨであるＬＳＩが上面に取り付けられているため、上面が蒸発部１１ａとなる所謂トップヒートモードとなる。したがって、発熱体Ｈの温度が上昇すると、その熱は平板型ヒートパイプ１１の上面に伝達され、この上面が蒸発部１１ａとなる。そして、コンテナ下方に溜まった液相の作動流体Ｌが、第１ウィック１３および第２ウィック１４の毛細管力により吸い上げられて蒸発部１１ａに供給されると、蒸発部１１ａに供給された作動流体Ｌは、加熱されて沸騰し、気相の作動流体Ｖとなる。
【００１２】このとき、蒸発部１１ａの表面で作動流体Ｌが沸騰して気泡が生じても、目の細かい第１ウィック１３と蒸発部１１ａの内面との間に、比較的毛細管力の弱い第２ウィック１４が介装されているため、蒸発部１１ａへの作動流体Ｌの供給路が確保され、熱輸送能力の低下を防止することができる。
【００１３】そして、蒸発部１１ａで気相となった作動流体Ｖは、第１ウィック１３の周囲の空隙１５を経由して凝縮部１１ｂに移動し、凝縮部１１ｂにおいて熱を奪われて凝縮して液相の作動流体Ｌに戻って下方に溜まる。このようにして、蒸発部１１ａが凝縮部１１ｂより上方に位置する所謂トップヒートモードであっても、作動液が円滑に循環してヒートパイプとして作動し、発熱体Ｈを効率よく冷却することができる。
【００１４】また、このように第１ウィック１３を放射状に配設するとともに、各第１ウィック１３の周囲に蒸気通路となる空隙１５が形成されるように配設したので、蒸発部１１ａで気化した作動流体Ｖが、凝縮部１１ｂの全体に拡散し易く、そのためこの平板型ヒートパイプ１１の全体の均熱化を図ることができる。
【００１５】したがって、平板型ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａの周縁部の熱流束も、蒸発部の中心付近の熱流束と同じとなり、冷却装置とした場合には平板型ヒートパイプ１１の全体が均一な冷却作用を持つため、ＬＳＩ等の発熱体Ｈの実装密度を高めることが可能となる。
【００１６】また、図３に示すように発熱体ＨであるＬＳＩが平板型ヒートパイプ１１の下面に取り付けられている場合には、下面が蒸発部１１ａとなる所謂ボトムヒートモードとなる。したがって、発熱体Ｈの温度が上昇すると、平板型ヒートパイプ１１の下面が蒸発部１１ａとなり、コンテナ下方に溜まった液相の作動流体Ｌが加熱され、気相の作動流体Ｖとなり、第１ウィック１３の周囲の空隙１５を経由して上方の凝縮部１１ｂに移動し、凝縮部１１ｂにおいて熱を奪われて凝縮して液相の作動流体Ｌに戻り、第１ウィック１３および第２ウィック１４を伝って流下し、下方の蒸発部１１ａに還流する。
【００１７】したがって、上部の凝縮部１１ｂで液相に戻った作動流体Ｌは、放射状にほぼ均一な密度に配設されている第１ウィック１３および第２ウィック１４を伝って下方の蒸発部１１ａの全体にほぼ均等に還流し、再び加熱されて蒸発するので、平板型ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａの全体が均熱化する。そのため、冷却装置とした場合には平板型ヒートパイプ１１の全体が均一な冷却作用を持つため、ＬＳＩ等の発熱体Ｈの実装密度を高めることが可能となる。
【００１８】なお、この実施例においては、第１ウィック１３および第２ウィック１４として金属網を束ね、あるいは重ねたものを使用したが、金属網以外にフェルト、不織布、多孔質セラミックあるいは焼結金属等の同様の毛細管力を備えた物質を使用することができる。特に、第１ウィックとして多孔質セラミックあるいは焼結金属等の圧縮強度の高い材料をブロック状に形成して用いれば、コンテナが負圧によって変形するのを防止することができる。
【００１９】
【発明の効果】以上、説明したようにこの発明の平板型ヒートパイプは、毛細管力による液通路を構成するウィックとして、高い毛細管力を発生させる第１ウィックと、この第１ウィックより低い毛細管力を発生させる第２ウィックとを用い、前記第１ウィックをブロック状に形成するとともに、その周囲に蒸気通路となる空隙が形成されるように離間させて複数配設するとともに、これらブロック状の第１ウィックとヒートパイプのコンテナの２つの内面との間に、前記第２ウィックをそれぞれ介装したので、トップヒートモードでヒートパイプ作動させることができるとともに、第１ウィックとヒートパイプのコンテナ内面との境に介装した第２ウィック作用により前記境に気泡が生じても作動流体の供給路が確保でき、熱輸送能力の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の平板型ヒートパイプの一実施例の断面平面図である。
【図２】トップヒートモードの平板型ヒートパイプを示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】ボトムヒートモードの平板型ヒートパイプの断面側面図である。
【図４】従来のボトムヒートモードの平板型ヒートパイプの断面側面図である。
【図５】従来の平板型ヒートパイプにおけるトップヒートモードによるドライアウト状態を示す断面側面図である。
【符号の説明】
１１…平板型ヒートパイプ、 １１ａ…蒸発部、 １１ｂ…凝縮部、 １２…コンテナ、 １３…第１ウィック、 １４…第２ウィック、 １５…隙間。
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、平板型コンテナの対向する２つの内面のうちの一方が蒸発部で他方が凝縮部となる平板型ヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的な平板型ヒートパイプ１は、図４に示すように、中空平板状のヒートパイプコンテナ２の上下方向に対向する２つの内面のうち、発熱体Ｈが取付けられている下側面を蒸発部１ａに、上側面を凝縮部１ｂとし、下側の蒸発部１ａで加熱されて蒸発した作動流体３の蒸気３ａが、上側の凝縮部１ｂへ移動する。そして、この凝縮部１ｂにおいて、輸送してきた潜熱を放出して凝縮し、液相に戻った作動流体３は、重力の作用によって下側の蒸発部１ａに還流する構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来の平板型ヒートパイプにおいては、凝縮部１ｂで凝縮した作動流体３は、その大部分がヒートパイプコンテナ２の側壁２ａの内面を伝って流下して蒸発部１ａに還流するため、この凝縮した作動流体が流下してくる周縁部付近は、凝縮した作動流体によって覆われて凝縮部１ｂとしての機能を果たせなくなり、凝縮部１ｂの周縁部の温度が低くなり、その影響で蒸発部１ａの温度分布が不均一となるという問題があった。その結果、蒸発部１ａの周縁部での熱流束が、蒸発部の中心付近での熱流束より小さくなり、例えばこの平板型ヒートパイプを冷却装置に使用した場合に、ヒートパイプの中心部と周縁部とで冷却作用に差が生じてしまうという問題があった。
【０００４】また図５は、発熱体Ｈを従来の平板型ヒートパイプ１の上側に設けた場合を示すもので、この場合、発熱体Ｈが設けられた上側が蒸発部となるが、上側の蒸発部１ａに対して作動流体３を供給する手段が設けられていないため、蒸発部１ａがドライアウト状態となり、ヒートパイプとして作動せず、したがって冷却作用も得ることができなかった。
【０００５】この発明は、上下方向に対向する２つの内面のどちらが蒸発部となってもヒートパイプ作動させることのできる平板型ヒートパイプを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するための手段としてこの発明は、中空平板型のヒートパイプコンテナ内の上下方向に対向する２つの内面間に、毛細管力による液通路を構成するウィックを配設した平板型ヒートパイプにおいて、前記ウィックは、高い毛細管力を発生させる第１ウィックと、この第１ウィックより低い毛細管力を発生させる第２ウィックとからなり、前記第１ウィックをブロック状に形成するとともに、その周囲に蒸気通路となる空隙が形成されるように離間させて複数配設するとともに、これらブロック状の第１ウィックと前記コンテナの２つの内面との間に、前記第２ウィックがそれぞれ介装されていることを特徴としている。
【０００７】
【作用】上記のように、平板型ヒートパイプは、ヒートパイプコンテナ内の上下方向に対向する２つの内面間に、高い毛細管力の第１ウィックと、この第１ウィックより低い毛細管力の第２ウィックとからなるウィックが液通路となって、トップヒートモードにおいては液相の作動流体を蒸発部へ供給し、またボトムヒートモードにおいては、凝縮部で液相に戻った作動流体を蒸発部へ流下させるとともに、蒸発部で加熱された作動流体の蒸気は、前記ブロック状のウィックの周囲に形成されている空隙を経由して凝縮部に移動する。また、第１ウィックは毛細管力の弱い第２ウィックを介してヒートパイプコンテナの内面に当接しているため、ブロック状のウィックと前記コンテナの内面間に気泡が生じても作動流体の通過が可能となり、凝縮部への作動流体の供給が可能となる。したがって、発熱体が平板型ヒートパイプの下側にあっても上側にあっても、すなわち、トップヒートモードでもボトムヒートモードでも等しくヒートパイプ作動するとともに、気泡の発生による熱輸送能力の低下が防止される。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の平板型ヒートパイプを、大規模集積回路（ＬＳＩ）の冷却装置として用いた一実施例について図１ないし図３を参照して説明する。
【０００９】平板型ヒートパイプ１１は、中空平板型のコンテナ１２内に、細かい目の金属網を垂直状態で直方体に束ねた毛細管力の強い第１ウィック１３と、若干目の粗い金属網を水平に重ねた、比較的毛細管力の弱い第２ウィック１４とを備えている。この第２ウィック１４は、コンテナ１２の上下方向に対向する２つの内面の全体にそれぞれ密着して配設されるとともに、直方体に形成された前記第１ウィック１３は、前記第２ウィック１４に上下から挟まれるとともに、蒸気通路となる空隙１５が周囲に形成されるように放射状に配設されている。
【００１０】なお、この平板型ヒートパイプ１１の製造手順は、一側面を開放したコンテナ１２に、第１ウィック１３の上下から第２ウィック１４，１４で挟んだ状態で挿入し、次にガス抜き孔（図示せず）を残して密閉し、コンテナ１２内を真空引きした後、所定量の凝縮性の作動流体を注入し、前記ガス抜き孔を密閉して完成する。
【００１１】次に、上記のように構成されるこの実施例の作用を図２を参照して説明すると、冷却装置である平板型ヒートパイプ１１は、発熱体ＨであるＬＳＩが上面に取り付けられているため、上面が蒸発部１１ａとなる所謂トップヒートモードとなる。したがって、発熱体Ｈの温度が上昇すると、その熱は平板型ヒートパイプ１１の上面に伝達され、この上面が蒸発部１１ａとなる。そして、コンテナ下方に溜まった液相の作動流体Ｌが、第１ウィック１３および第２ウィック１４の毛細管力により吸い上げられて蒸発部１１ａに供給されると、蒸発部１１ａに供給された作動流体Ｌは、加熱されて沸騰し、気相の作動流体Ｖとなる。
【００１２】このとき、蒸発部１１ａの表面で作動流体Ｌが沸騰して気泡が生じても、目の細かい第１ウィック１３と蒸発部１１ａの内面との間に、比較的毛細管力の弱い第２ウィック１４が介装されているため、蒸発部１１ａへの作動流体Ｌの供給路が確保され、熱輸送能力の低下を防止することができる。
【００１３】そして、蒸発部１１ａで気相となった作動流体Ｖは、第１ウィック１３の周囲の空隙１５を経由して凝縮部１１ｂに移動し、凝縮部１１ｂにおいて熱を奪われて凝縮して液相の作動流体Ｌに戻って下方に溜まる。このようにして、蒸発部１１ａが凝縮部１１ｂより上方に位置する所謂トップヒートモードであっても、作動液が円滑に循環してヒートパイプとして作動し、発熱体Ｈを効率よく冷却することができる。
【００１４】また、このように第１ウィック１３を放射状に配設するとともに、各第１ウィック１３の周囲に蒸気通路となる空隙１５が形成されるように配設したので、蒸発部１１ａで気化した作動流体Ｖが、凝縮部１１ｂの全体に拡散し易く、そのためこの平板型ヒートパイプ１１の全体の均熱化を図ることができる。
【００１５】したがって、平板型ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａの周縁部の熱流束も、蒸発部の中心付近の熱流束と同じとなり、冷却装置とした場合には平板型ヒートパイプ１１の全体が均一な冷却作用を持つため、ＬＳＩ等の発熱体Ｈの実装密度を高めることが可能となる。
【００１６】また、図３に示すように発熱体ＨであるＬＳＩが平板型ヒートパイプ１１の下面に取り付けられている場合には、下面が蒸発部１１ａとなる所謂ボトムヒートモードとなる。したがって、発熱体Ｈの温度が上昇すると、平板型ヒートパイプ１１の下面が蒸発部１１ａとなり、コンテナ下方に溜まった液相の作動流体Ｌが加熱され、気相の作動流体Ｖとなり、第１ウィック１３の周囲の空隙１５を経由して上方の凝縮部１１ｂに移動し、凝縮部１１ｂにおいて熱を奪われて凝縮して液相の作動流体Ｌに戻り、第１ウィック１３および第２ウィック１４を伝って流下し、下方の蒸発部１１ａに還流する。
【００１７】したがって、上部の凝縮部１１ｂで液相に戻った作動流体Ｌは、放射状にほぼ均一な密度に配設されている第１ウィック１３および第２ウィック１４を伝って下方の蒸発部１１ａの全体にほぼ均等に還流し、再び加熱されて蒸発するので、平板型ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａの全体が均熱化する。そのため、冷却装置とした場合には平板型ヒートパイプ１１の全体が均一な冷却作用を持つため、ＬＳＩ等の発熱体Ｈの実装密度を高めることが可能となる。
【００１８】なお、この実施例においては、第１ウィック１３および第２ウィック１４として金属網を束ね、あるいは重ねたものを使用したが、金属網以外にフェルト、不織布、多孔質セラミックあるいは焼結金属等の同様の毛細管力を備えた物質を使用することができる。特に、第１ウィックとして多孔質セラミックあるいは焼結金属等の圧縮強度の高い材料をブロック状に形成して用いれば、コンテナが負圧によって変形するのを防止することができる。
【００１９】
【発明の効果】以上、説明したようにこの発明の平板型ヒートパイプは、毛細管力による液通路を構成するウィックとして、高い毛細管力を発生させる第１ウィックと、この第１ウィックより低い毛細管力を発生させる第２ウィックとを用い、前記第１ウィックをブロック状に形成するとともに、その周囲に蒸気通路となる空隙が形成されるように離間させて複数配設するとともに、これらブロック状の第１ウィックとヒートパイプのコンテナの２つの内面との間に、前記第２ウィックをそれぞれ介装したので、トップヒートモードでヒートパイプ作動させることができるとともに、第１ウィックとヒートパイプのコンテナ内面との境に介装した第２ウィック作用により前記境に気泡が生じても作動流体の供給路が確保でき、熱輸送能力の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の平板型ヒートパイプの一実施例の断面平面図である。
【図２】トップヒートモードの平板型ヒートパイプを示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】ボトムヒートモードの平板型ヒートパイプの断面側面図である。
【図４】従来のボトムヒートモードの平板型ヒートパイプの断面側面図である。
【図５】従来の平板型ヒートパイプにおけるトップヒートモードによるドライアウト状態を示す断面側面図である。
【符号の説明】
１１…平板型ヒートパイプ、 １１ａ…蒸発部、 １１ｂ…凝縮部、 １２…コンテナ、 １３…第１ウィック、 １４…第２ウィック、 １５…隙間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 中空平板型のヒートパイプコンテナ内の上下方向に対向する２つの内面間に、毛細管力による液通路を構成するウィックを配設した平板型ヒートパイプにおいて、前記ウィックは、高い毛細管力を発生させる第１ウィックと、この第１ウィックより低い毛細管力を発生させる第２ウィックとからなり、前記第１ウィックをブロック状に形成するとともに、その周囲に蒸気通路となる空隙が形成されるように離間させて複数配設するとともに、これらブロック状の第１ウィックと前記コンテナの２つの内面との間に、前記第２ウィックがそれぞれ介装されていることを特徴とする平板型ヒートパイプ。
【請求項１】 中空平板型のヒートパイプコンテナ内の上下方向に対向する２つの内面間に、毛細管力による液通路を構成するウィックを配設した平板型ヒートパイプにおいて、前記ウィックは、高い毛細管力を発生させる第１ウィックと、この第１ウィックより低い毛細管力を発生させる第２ウィックとからなり、前記第１ウィックをブロック状に形成するとともに、その周囲に蒸気通路となる空隙が形成されるように離間させて複数配設するとともに、これらブロック状の第１ウィックと前記コンテナの２つの内面との間に、前記第２ウィックがそれぞれ介装されていることを特徴とする平板型ヒートパイプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開平７−２０８８８４
【公開日】平成７年（１９９５）８月１１日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−１８９２８
【出願日】平成６年（１９９４）１月１９日
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【公開日】平成７年（１９９５）８月１１日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）１月１９日
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
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