JP4187089B2

JP4187089B2 - ヒートパイプ式冷却器

Info

Publication number: JP4187089B2
Application number: JP2002155972A
Authority: JP
Inventors: 公治有松; 次生佐藤
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: JP2003343986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体素子などを冷却するヒートパイプ式冷却器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートパイプ式冷却器として、例えば図８に示すように、受熱ブロック５に垂直に、冷媒４を封入したヒートパイプ２を挿入し、そのヒートパイプ２に冷却フィン１を挿入し、そのヒートパイプ２を受熱ブロック５側と冷却フィン１側とに分割してその間に絶縁用碍子（以下碍子と呼ぶ）３を挿入した構成の絶縁型ヒートパイプ式のものが考えられている。
【０００３】
そして、この種のヒートパイプ式冷却器に使用している碍子３としては、内部が直線的な形状、または沿面距離を確保するためのひだを有する形状のものが考えられている。なお、寸法は内部圧力と要求される絶縁耐力で決定されているものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成のヒートパイプ式冷却器にあっては、冷媒４は環境問題も考慮し水などに移行しているが、その際碍子３の絶縁距離は、パーフロロカーボンなどの冷媒を用いたものに比べて、大きくとる必要があり、ひいては装置外形の小型化を阻むものとなっていた。
【０００５】
また、ヒートパイプ式冷却器は、動作中は冷媒４の温度変化に伴い圧力変動もあるため、圧力変化に伴う絶縁距離を碍子３で確保すると大きな絶縁距離が必要となり、碍子のコストの増大や、外形の増大に繋がっていた。
【０００６】
本発明は、このような点に着目して為されたもので、その目的とするところは、低コスト化、小型化が可能なヒートパイプ式冷却器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を解決するために、本発明に係るヒートパイプ式冷却器は、受熱ブロックに垂直に、冷媒を封入したヒートパイプを挿入し、ヒートパイプに冷却フィンを挿入し、ヒートパイプの受熱ブロック側と冷却フィン側との間に絶縁用碍子を挿入して絶縁型ヒートパイプを形成し、絶縁用碍子の内部に、凝縮液切り用ひだを一つまたは複数設けて凝縮液切り部を形成するとともに、受熱ブロック側ヒートパイプと冷却フィン側ヒートパイプとの間に所定の距離の絶縁部を形成したヒートパイプ式冷却器において、冷媒を絶縁用碍子の絶縁部における凝縮液切り部より下方の所定位置に到達するまで封入したことを特徴とする。
また、本発明に係るヒートパイプ式冷却器は、受熱ブロックに垂直に、冷媒を封入したヒートパイプを挿入し、ヒートパイプに冷却フィンを挿入し、ヒートパイプの受熱ブロック側と冷却フィン側との間に絶縁用碍子を挿入して絶縁型ヒートパイプを形成し、絶縁用碍子の内部に、凝縮液切り部を形成するとともに、受熱ブロック側のヒートパイプと冷却フィン側のヒートパイプとの間に所定の距離の絶縁部を形成したヒートパイプ式冷却器において、絶縁用碍子の内部に圧力調整用の球または弁を内蔵したことを特徴とする。
【０００８】
このような構成の本発明によれば、絶縁用碍子のコストをあげることなく、ヒートパイプが動作していないときとヒートパイプが動作しているときの両方の絶縁を行うことができ、コストアップの抑制を図ったヒートパイプ式冷却器を実現することができる。
【０００９】
また、本発明に係るヒートパイプ式冷却器は、ヒートパイプを受熱ブロック側ヒートパイプと放熱フィン側ヒートパイプの２つのヒートパイプから成るものとし、２つのヒートパイプのそれぞれに冷媒を封入するとともに、２つのヒートパイプを絶縁用碍子により機械的に接続し、絶縁用碍子の内部に熱伝導性を有する絶縁体を封入して熱的に接続を図る構成としたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成の本発明によれば、２つのヒートパイプは、水、真空部を介さず、機械的には絶縁用碍子で、熱的には熱伝導性を有した絶縁体にて接続され、その結果、水、真空部を介すことなく接続できるため、高電圧での使用が可能となり、また冷媒には絶縁性を有する必要が無くなるため、設計的な自由度も向上し各種冷媒を問わず、幅広いヒートパイプ式冷却器に適用が可能となる。
【００１１】
また、本発明に係るヒートパイプ式冷却器は、受熱ブロックに垂直にヒートパイプを挿入し、ヒートパイプに冷却フィンを挿入し、ヒートパイプの受熱ブロック側と冷却フィン側との間に絶縁用碍子を挿入して絶縁型ヒートパイプを形成し、絶縁用碍子の中間部に仕切り部を設け、仕切り部で仕切られたヒートパイプの冷却フィン側の部分と受熱ブロック側の部分のそれぞれに冷媒を封入し、仕切り部で熱交換と絶縁を行うようにしたことを特徴とする。
【００１２】
このような構成の本発明によれば、ヒートパイプの冷却フィン側の部分と受熱ブロック側の部分を、水、真空部を介さず、絶縁し、冷却することが可能となるため、高電圧での使用が可能となり、また冷媒には絶縁性を有する必要が無くなるため、設計的な自由度も向上し、真空部の絶縁を必要とせず、かつ冷媒の絶縁も必要ないため幅広いヒートパイプ式冷却器に適用が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明するための参考例および本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
（第１の参考例）
図１は、本発明を説明するための第１の参考例に係るヒートパイプ式冷却器の主要部の構成を示したものである。
【００１５】
この第１の参考例においては、図１に示すように、冷媒として水を封入したヒートパイプ２に絶縁用碍子（以下碍子と呼ぶ）３ａを挿入した絶縁型ヒートパイプにおいて、碍子３ａ内部に、水切り部として、突出した環状の水切り用ひだ６を上方に設け、その下方は直線形状とし、受熱ブロック側のヒートパイプ２と冷却フィン側のヒートパイプ２との間に所定の距離の絶縁部８が形成されるように構成する。
【００１６】
このような構成とすることにより、水切り用ひだ６により、凝縮した水滴は滴下するので、凝縮した水滴が繋がることによる絶縁の低下を回避することができる。また、受熱ブロック側のヒートパイプ２と冷却フィン側のヒートパイプ２との間の空隙の絶縁は一定の空間距離を有する絶縁部８によって行われる。
【００１７】
すなわち、ヒートパイプが動作しているとき（冷媒である水が蒸気と凝縮液として行き来しているとき）は、水切り用ひだ６により絶縁を確保することができる。また、ヒートパイプが動作していないときは、高真空となる内部の、受熱ブロック側のヒートパイプ２と冷却フィン側のヒートパイプ２との間の空隙の絶縁を確保する必要があるが、この絶縁は一定の空間距離を有する絶縁部８により行われる。
【００１８】
従って、この第１の参考例によれば、碍子のコストをあげることなく、ヒートパイプが動作していないときとヒートパイプが動作しているときの両方の絶縁を行うことができ、コストアップの抑制を図ったヒートパイプ式冷却器を提供できる。
【００１９】
（第２の参考例）
図２は、本発明を説明するための第２の参考例に係るヒートパイプ式冷却器の主要部の構成を示したものである。
【００２０】
この第２の参考例は、第１の参考例の水切りを目的としたひだを複数設けたものである。すなわち、図２に示すように、碍子３ａに、水切り部として、水切り用ひだ６を複数設けた構成としている。
【００２１】
このような構成により、冷却性能により凝縮液の量が多い場合、水切り用ひだ６を多層化することにより、水切りが多段により行われ、より確実な水切りの効果が期待できる。
【００２２】
（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態に係るヒートパイプ式冷却器の主要部の構成を示したものである。
【００２３】
この第１の実施形態は、図３に示すように、例えば水等からなる冷媒４が碍子３ａの一部、すなわち絶縁部８に到達するまで充填された構成としている。
【００２４】
このような構成とすれば、冷媒４が絶縁部８まで充填されているため、絶縁部８のうち冷媒４が充填されている部分は真空にはならなくなる。従って、この部分が真空にはならないため、絶縁部８の絶縁距離が短く済み、結果として小型のヒートパイプ式冷却器の提供が可能となる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るヒートパイプ式冷却器の主要部の構成を示したものである。
【００２６】
碍子３ａの内部に、受け１１ａを設けるとともに、碍子３ａの内部に、受け１１ａに填る大きさの圧力調整用の球１１を入れる。球１１は冷媒より比重が小さく、しかも冷媒の蒸気圧で浮き上がる質量としたものを用い、その材質は、絶縁距離等により、絶縁を要する場合は絶縁物にて構成するなど、その必要に応じ適宜選択するものとする。
【００２７】
このような構成とすれば、ヒートパイプが動作していない間は、球１１が自重で落下し、受け１１ａにより蒸気の通路を塞ぎ、絶縁部８の受け１１から下の部分が高真空になることを防ぐ。また、ヒートパイプが動作している間は、受け１１ａが、凝縮した水滴の水切りの役割を果たすことになる。
【００２８】
この第２の実施形態によれば、ヒートパイプが動作していない間は球１１が自重で落下しており、受け１１ａにより蒸気の通路を塞ぐため、絶縁部８が高真空になることを防ぐことができ、その結果、絶縁部８の絶縁距離は短縮することが可能となり、結果として小型のヒートパイプ式冷却器の供給が可能となる。
【００２９】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係るヒートパイプ式冷却器の主要部の構成を示したものである。
【００３０】
この第３の実施形態は、第２の実施形態の球１１と同様の目的のために、図５に示すように、設定圧、または設定温度にて開閉する形状記憶合金等で作られた圧力調整用の弁１２を設けた構成とする。すなわち、この弁１２は、設定圧、または設定温度で閉じて蒸気の通路を塞ぎ、設定圧、または設定温度を越えると開いて蒸気を流通させるとともに、凝縮した水滴の水切りの役割を果たすものとする。
【００３１】
このような構成とすれば、設定圧力、または設定温度以下で弁１２が閉じ、蒸気の通路を塞ぎ、絶縁部８の弁１２から下の部分が高真空になることを防ぐ。
【００３２】
この第３の実施形態によれば、設定圧力、または温度以下で弁１２が閉じ、蒸気の通路を塞ぐため、絶縁部８が高真空になることを防ぐことができ、その結果、絶縁部８の絶縁距離は短縮することが可能となり、結果として小型のヒートパイプ式冷却器の提供が可能となる。
【００３３】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係るヒートパイプ式冷却器の構成を示したものである。
【００３４】
この第４の実施形態は、図６に示すように、ヒートパイプを、内部にそれぞれ水等の冷媒４を封入した受熱ブロック側のヒートパイプ２１と放熱フィン側のヒートパイプ２２の２つのヒートパイプから成るものとし、この２つのヒートパイプ２１、２２を碍子３ａにて機械的に、所定の絶縁距離を有した空間を有した形で接合し、碍子３ａの内部に、熱伝導性を有する絶縁体１０を封入し、熱的にも接続を図る構成とする。絶縁体１０としては、例えばシリコンオイル、またはシリコングリスを用いることができる。
【００３５】
このような構成とすれば、２つのヒートパイプ２１、２２は、水、真空部を介さず、機械的には碍子３ａで、熱的には熱伝導性を有した絶縁体１０にて接続され、受熱ブロック側ヒートパイプ２１の熱は絶縁体１０にて放熱フィン側ヒートパイプ２２に伝導される。
【００３６】
このように、この第４の実施形態によれば、２つのヒートパイプ２１、２２は、水、真空部を介さず、機械的には碍子３ａで、熱的には熱伝導性を有した絶縁体１０にて接続され、その結果、水、真空部を介すことなく接続できるため、高電圧での使用が可能となり、また冷媒４には絶縁性を有する必要が無くなるため、設計的な自由度も向上し各種冷媒を問わず、幅広いヒートパイプ式冷却器に適用が可能となる。
【００３７】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係るヒートパイプ式冷却器の構成を示したものである。
【００３８】
この第５の実施形態は、図７に示すように、ヒートパイプ２の受熱ブロック５側と冷却フィン４側との間に碍子３ｂを挿入して絶縁型ヒートパイプにおいて、碍子３ｂの内部に、熱交換性を向上させるひだを有した仕切り１３を設け、仕切り１３で、仕切られたヒートパイプ２の冷却フィン側の部分と受熱ブロック側の部分のそれぞれに冷媒４を封入した構成とする。この時、仕切り１３は絶縁を有したものとし、厚さは貫層方向での絶縁耐力を有した厚さにすることは言うまでもない。なお、仕切り１３の材質としては、例えばセラミック、または窒化アルミニウムとすることができる。また、仕切り１３は、碍子３ｂと同じ材質として一体化して作ってもよいし、碍子３ｂとは別の材質としてもよい
【００３９】
このような構成とすれば、電位を有している受熱ブロック側のヒートパイプ２の熱は仕切り１３にて熱交換されて上方の冷却フィン側の部分の冷媒４に伝わり、その冷媒４は上方のヒートパイプ２と冷却フィン４にて外部と熱交換されて冷却される。
【００４０】
このとき仕切り１３は熱交換の効率を上げるため、ひだを有しているので損失が低減でき、かつ絶縁物にて構成されているので、ヒートパイプ２の冷却フィン側の部分と受熱ブロック側の部分を、水、真空部を介さず、絶縁し、冷却することが可能となるため、高電圧での使用が可能となり、また冷媒４には絶縁性を有する必要が無くなるため、設計的な自由度も向上し、真空部の絶縁を必要とせず、かつ冷媒の絶縁も必要ないため幅広いヒートパイプ式冷却器に適用が可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低コスト化、小型化を図ったヒートパイプ式冷却器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための第１の参考例の主要部の構成を示す断面図。
【図２】本発明を説明するための第２の参考例の主要部の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態の主要部の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態の主要部の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態の主要部の構成を示す断面図。
【図６】本発明の第４の実施形態の構成を示す断面図。
【図７】本発明の第５の実施形態の構成を示す断面図。
【図８】従来考えられているヒートパイプ式冷却器の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１…冷却フィン
２、２１、２２…ヒートパイプ
３、３ａ、３ｂ…絶縁用碍子
４…冷媒
５…受熱ブロック
６…水切り用ひだ
８…絶縁部
１０…絶縁体
１１…球
１１ａ…受け
１２…弁
１３…仕切り

Claims

受熱ブロックに垂直に、冷媒を封入したヒートパイプを挿入し、前記ヒートパイプに冷却フィンを挿入し、前記ヒートパイプの受熱ブロック側と冷却フィン側との間に絶縁用碍子を挿入して絶縁型ヒートパイプを形成し、前記絶縁用碍子の内部に、凝縮液切り用ひだを一つまたは複数設けて凝縮液切り部を形成するとともに、受熱ブロック側のヒートパイプと冷却フィン側のヒートパイプとの間に所定の距離の絶縁部を形成したヒートパイプ式冷却器において、前記冷媒を前記絶縁用碍子の絶縁部における前記凝縮液切り部より下方の所定位置に到達するまで封入したことを特徴とするヒートパイプ式冷却器。
受熱ブロックに垂直に、冷媒を封入したヒートパイプを挿入し、前記ヒートパイプに冷却フィンを挿入し、前記ヒートパイプの受熱ブロック側と冷却フィン側との間に絶縁用碍子を挿入して絶縁型ヒートパイプを形成し、前記絶縁用碍子の内部に、凝縮液切り部を形成するとともに、受熱ブロック側のヒートパイプと冷却フィン側のヒートパイプとの間に所定の距離の絶縁部を形成したヒートパイプ式冷却器において、前記絶縁用碍子の内部に圧力調整用の球を内蔵したことを特徴とするヒートパイプ式冷却器。
受熱ブロックに垂直に、冷媒を封入したヒートパイプを挿入し、前記ヒートパイプに冷却フィンを挿入し、前記ヒートパイプの受熱ブロック側と冷却フィン側との間に絶縁用碍子を挿入して絶縁型ヒートパイプを形成し、前記絶縁用碍子の内部に、凝縮液切り部を形成するとともに、受熱ブロック側のヒートパイプと冷却フィン側のヒートパイプとの間に所定の距離の絶縁部を形成したヒートパイプ式冷却器において、前記絶縁用碍子の内部に圧力調整用の弁を内蔵したことを特徴とするヒートパイプ式冷却器。
ヒートパイプを受熱ブロック側ヒートパイプと放熱フィン側ヒートパイプの２つのヒートパイプから成るものとし、前記２つのヒートパイプのそれぞれに冷媒を封入するとともに、前記２つのヒートパイプを絶縁用碍子により機械的に接続し、前記絶縁用碍子の内部に熱伝導性を有する絶縁体を封入して熱的に接続を図る構成としたことを特徴とするヒートパイプ式冷却器。
受熱ブロックに垂直にヒートパイプを挿入し、前記ヒートパイプに冷却フィンを挿入し、前記ヒートパイプの受熱ブロック側と冷却フィン側との間に絶縁用碍子を挿入して絶縁型ヒートパイプを形成し、前記絶縁用碍子の中間部に仕切り部を設け、前記仕切り部で仕切られたヒートパイプの冷却フィン側の部分と受熱ブロック側の部分のそれぞれに冷媒を封入し、前記仕切り部で熱交換と絶縁を行うようにしたことを特徴とするヒートパイプ式冷却器。