(57)【要約】【課題】ループ型ヒートパイプを小型化して高効率の放熱手段として提供する。【解決手段】凝縮器流路を複数の毛細管で形成して短流路で凝縮可能として蒸発器は２層構造として薄型で高効率化したループ型ヒートパイプとする。【選択図】図１
2007263427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を加熱して蒸気にするための蒸発器、および前記蒸気を冷却して前記作動流体にするための凝縮器を有し、前記蒸発器と前記凝縮器を前記作動流体が流れる液管および前記蒸気が流れる蒸気管とによってループ状に連結して構成されて前記作動流体を備えたループ型ヒートパイプにおいて、前記凝縮器は前記蒸発器より上方に配置されて蒸気を凝縮させる複数の毛細管で構成された複数の扁平形チューブの配置する間隔は前記扁平形チューブの厚みと同等以上として前記チューブの両端に対向するタンクを備えて凝縮器を構成したことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項２】
請求項１記載の前記扁平形チューブ断面の厚みは０．５ｍｍ以下、肉厚は０．１ｍｍ以下として前記扁平形チューブ内は複数の毛細管流路を備えて、蒸気を外気と熱交換されて凝縮することを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項３】
請求項１記載の蒸発器は熱伝導性が良好で内部を中空にした容器と前記蒸発器内部に熱伝導性の低い金属や樹脂材で中空形状の液だめ容器を具えて前記蒸発器内の一辺と一体化されて、前記蒸発器と前記液だめ容器の空間は蒸気通路を形成して、前記液だめ容器の下面は貫通孔を具えて、作動液が前記蒸発器に落下せしめる構造として前記蒸発器は外部からの熱源の影響を受けて作動流体を蒸気として、蒸気口に接続された蒸気管より前記凝縮器に至ることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項４】
請求項１記載の蒸発器は直方体の中空容器で前記中空容器内は複数の毛細管で構成された扁平形チューブを容器内の幅と等比して多段に積み重ねて蒸発器の上面壁と固定されて、前記扁平型チューブ両端末の一端と前記中空容器内の壁間は空間を具え、液だめ空間として作用して液管に連通されて接続され、対向する端末は蒸気滞留空間として蒸気管に連通されて前記液管より管径を太くすると共に  前記液管より上の位置に設けたことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項５】
請求項１記載の蒸発器は直方体の中空容器で対向面に蒸気管と液管を具え  前記中空容器内は前記蒸気管と液管の対向面と平行に複数の毛細管で構成された扁平形チューブを容器内の幅と等比して多段に積み重ねて前記蒸発器内の中間点まで配置して、残りの上部は蒸気管と液管方向と直角に交差して前記扁平型チューブを多段に積み重ねて配置されて前記蒸発器空間の上面の壁と固定され、交差する前記扁平型チューブ両端末は前記蒸発器側面の壁面と空間を設けて前記直方体の対向する２辺の壁面と前記扁平型チューブ間は仕切壁を設けて２室の空間を形成して蒸気滞留空間と液だめ空間を具えて、前記蒸気管と前記液管に連通されたことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一に記載のループ型ヒートパイプを具えることを特徴とする、ノート型およびパーソナルコンピュータ、ペルチェ素子応用製品、半導体、レーザーダイオード電源、携帯電話。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の半導体やペルチェ素子の冷却に好ましく用いる事ができて、熱源から熱移動を行ない冷却する小型化、高効率、軽量化された製品を提供する。
【背景技術】
【０００２】
半導体のような小型の発熱素子の冷却装置として使用されるヒートパイプとしてはヒートパイプの一端を受熱ブロックに挿入し、他端に通常アルミなどの放熱フィンを設け、熱伝達率の小さい空気側の伝熱性能を補う目的で伝熱面の面積を増大させ送風ファンなどによる冷却が知られている。
【０００３】
ヒートパイプは、密封された空洞部を備えており、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動により熱の輸送が行われ、熱の一部は、ヒートパイプを構成する容器を直接伝わって運ばれるが、大部分の熱は、作動流体による相変態と移動によって輸送される。
【０００４】
ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側では、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。そして、液相に戻った作動流体は再び吸熱側に移動する。このような作動流体の相変態や移動によって、熱の輸送がなされる。
【０００５】
近年、エレクトロニクス機器は、ＣＰＵ等の高出力、高集積の部品を内蔵して半導体素子等の各種電子部品は、集積度が極めて高くなり、高速で情報の演算、制御等の処理を行うので、多量の熱を発生する。高出力かつ高集積の部品である半導体素子等の熱を所定の位置に移動し冷却するために、銅・アルミニウム等の金属製のヒートパイプが一般的に用いられている。
【０００６】
特許文献１が開示されている。
【０００７】
しかしながら、図１１に示すように従来のループ型ヒートパイプは、銅パイプを流路として凝縮部に放熱効果を高めるために放熱フィン１０２を具えているが体積が大きくＩＴ関連機器のノートパソコンなどの小型化された装置内に実装することは困難である。
【０００８】
またヒートパイプの凝縮器に設けられた放熱フィン１０２は送風ファンで冷却されるが放熱フィン１０２の冷却効率は低く、小型で高効率のヒートパイプとして高性能化、小型化は困難である。
【０００９】
また、ノートパソコンなど薄型な装置では特許文献２のように実用化されている冷却装置が開示されている。
【００１０】
そこで、図１２に示すようにＣＰＵなどの熱源から蒸発器１０３に伝熱されて、ヒートパイプを用いて熱を移動して凝縮器に熱移動して送風ファン１０４で送風して凝縮器の放熱が行なわれる方式が提案されている。
【００１１】
しかし、ノートパソコンなどの性能が向上する程ＣＰＵなどの半導体の発熱量は増加しており、ヒートパイプの高性能化を図る必要があり、その為には放熱フィンの放熱効果を向上させるには大きな面積を確保する必要が生じる。
【特許文献１】特開２００１−６６０８０号公報
【特許文献２】特開２００４−２２１６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする課題は、凝縮器の放熱効率を向上させて小型化すると共に蒸発部も薄型化して半導体やノートパソコンを冷却可能な小型化にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
作動流体を加熱して蒸気にするための蒸発器、および前記蒸気を冷却して前記作動流体にするための凝縮器を有し、前記蒸発器と前記凝縮器を前記作動流体が流れる液管および前記蒸気が流れる蒸気管とによってループ状に連結して構成されて前記作動流体を備えたループ型ヒートパイプにおいて、前記凝縮器は前記蒸発器より上方に配置されて蒸気を凝縮させる複数の毛細管で構成された複数の扁平形チューブの配置する間隔は前記扁平形チューブの厚みと同等以上として前記チューブの両端に対向するタンクを備えて凝縮器を構成したこと。
【００１４】
請求項１記載の前記扁平形チューブ断面の厚みは０．５ｍｍ以下、肉厚は０．１ｍｍ以下として前記扁平形チューブ内は複数の毛細管流路を備えて、蒸気を外気と熱交換されて凝縮すること。
【００１５】
請求項１記載の蒸発器は熱伝導性が良好で内部を中空にした容器と前記蒸発器内部に熱伝導性の低い金属や樹脂材で中空形状の液だめ容器を具えて前記蒸発器内の一辺と一体化されて、前記蒸発器と前記液だめ容器の空間は蒸気通路を形成して、前記液だめ容器の下面は貫通孔を具えて、作動液が前記蒸発器に落下せしめる構造として前記蒸発器は外部からの熱源の影響を受けて作動流体を蒸気として、蒸気口に接続された蒸気管より前記凝縮器に至ること。
【００１６】
請求項１記載の蒸発器は直方体の中空容器で前記中空容器内は複数の毛細管で構成された扁平形チューブを容器内の幅と等比して多段に積み重ねて蒸発器の上面壁と固定されて、前記扁平型チューブ両端末の一端と前記中空容器内の壁間は空間を具え、液だめ空間として作用して液管に連通されて接続され、対向する端末は蒸気滞留空間として蒸気管に連通されて前記液管より管径を太くすると共に  前記液管より上の位置に設けたこと。
【００１７】
請求項１記載の蒸発器は直方体の中空容器で対向面に蒸気管と液管を具え  前記中空容器内は前記蒸気管と液管の対向面と平行に複数の毛細管で構成された扁平形チューブを容器内の幅と等比して多段に積み重ねて前記蒸発器内の中間点まで配置して、残りの上部は蒸気管と液管方向と直角に交差して前記扁平型チューブを多段に積み重ねて配置されて前記蒸発器空間の上面の壁と固定され、交差する前記扁平型チューブ両端末は前記蒸発器側面の壁面と空間を設けて前記直方体の対向する２辺の壁面と前記扁平型チューブ間は仕切壁を設けて２室の空間を形成して蒸気滞留空間と液だめ空間を具えて、前記蒸気管と前記液管に連通されたこと。
【００１８】
請求項１から５のいずれか一に記載のループ型ヒートパイプを具えることを特徴とする、ノート型およびパーソナルコンピュータ、ペルチェ素子応用製品、半導体、レーザーダイオード電源、携帯電話。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば凝縮器は蒸気を凝縮させるための複数の毛細管で扁平形チューブを構成してウイックを不要として蒸気は扁平形チューブを短距離で凝縮することができた。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば扁平チューブ外形を０．５ｍｍ以下として肉厚を０．１ｍｍ以下とすることにより、空気側の熱抵抗に対し扁平形チューブを構成する材質の熱抵抗は無視出来る数値となるため、材質は金属、樹脂など素材フリーとする事ができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によればチューブ面状部外面で受熱手段と放熱手段を有しており、フィンを必要としないので凝縮器の小型化、薄型化、軽量化が可能になる
【００２２】
請求項２記載の発明によれば複数の前記扁平形チューブの断面形状は複数の毛細管としたことにより、耐圧に耐える構造とした。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば蒸発器の内部に第二の容器を設けて液だまり部として蒸発器よりの伝熱を低下させて貫通孔より作動液を落下させて、液の対流を防止すると共に確実に蒸発器内部で蒸気とする事か出来た。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば蒸発器内部は液だめ空間より複数の毛細管が多段に配置された流路を作動流体が通過することにより、流路壁より効率よく吸熱して熱伝導率を改善する事が出来る。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば蒸発器内部に複数の毛細管が多段に配置された流路を交差して配置することによりループ型ヒートパイプの動作可能な角度の自由度が増す。
【００２６】
請求項６に記載の発明によればノートパソコンや携帯電話などの熱源からの放熱手段として実装することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する
【実施例１】
【００２８】
実施の形態１．図１は第１の実施の形態を示すループ型ヒートパイプを示す斜視図、図２は図１に示す凝縮器における扁平形チューブ２（以下、単にチューブという）の断面図、図３は凝縮器を示す斜視図を示す。
【００２９】
ループ型ヒートパイプは凝縮器１、液戻り管１１、蒸発器４、蒸気管１０がループ状に連結されており、熱の輸送に蒸発潜熱を利用するため、作動流体としてアンモニア、アルコール、水、フロン、アンモニア等の作動流体がパイプ内に封入されている（作動流体は図示せず）。
【００３０】
ループ型ヒートパイプの蒸発器４の作動温度を設定する手段として作動流体の選択と真空ポンプで配管内を減圧して作動流体の蒸気温度に合わせて作動温度とする事が出来る。
【００３１】
蒸発器４は中空構造９として蒸発槽７と液だめ槽８から構成されて蒸発器４内部に設けた液だめ槽８は凝縮器１よりの液戻り管１１と液戻り口６と接続されて、蒸発槽７には液蒸気口５を設けて蒸気管１０を通じて凝縮器１に接続される。
【００３２】
蒸発器４内の液だめ槽８下面は蒸発層７に通じる複数の孔１２が設けられて蒸発器４が偏って設置された場合、作動液が蒸発槽７に供給されないことを防ぐ構造として、凝縮器１で冷却された作動液は液だめ槽８に流入して、底面の孔１２から蒸発器４に落下して外部の熱源から熱を印加されて、前記蒸発器４内の作動液は気化して液蒸気口５より凝縮器1に至る。
【００３３】
蒸発槽７内部に設けた液だめ槽８と蒸発槽７の空間は一定の空間を設けて蒸気流路８として作用し、蒸発槽７と液だめ槽８の一辺は一体化された構成として蒸発槽７は熱導電率が高い銅やアルミなどの金属で構成して液だめ槽８は熱伝導率が低いステンレスなどの金属で構成するのが望ましい。
【００３４】
外部の熱源から受熱されて蒸発槽７内の蒸気は液蒸気口５より凝縮器1に至り、凝縮器1を通過する途中で凝縮熱を放出して液化され、蒸気の圧力により押し出され蒸発器４内の液だめ槽８に戻る。
【００３５】
凝縮器1は複数の扁平チューブ２から構成されており、外形Ｄが０．５ｍｍ以下として肉厚Ｔが０．１ｍｍ以下好ましくは外形Ｄが０．２ｍｍ以下、肉厚Ｔが０．０５ｍｍ以下で構成され、複数の壁で仕切られた流路２Eは楕円形２ａａ、四角形２ｂｂ、円形２ｃｃ、長方形３ｄｄの形状として扁平チューブ２の幅と相似した流路としているが耐圧強度がある素材を使用した時には仕切り壁は最小限とすることが出来て、選択する扁平チューブ両端末にはタンク３ａ、３ｂを備えて、蒸発器４より蒸気管１０を通じて蒸気はタンク３ａ内に流入して、複数の扁平チューブに分配されて毛細管内を通過する過程において凝縮熱を放出して液化されて対向するタンク３ｂに集まるともに蒸気圧により、液だめ槽８に至る。
【００３６】
この凝縮器１に設けられた複数の扁平チューブ２の肉厚Ｔは０．１ｍｍ以下としており、素材による熱伝導率は無視できる程度の値で、空気側の熱抵抗の値が大であるので素材として金属やセラミック、樹脂で構成することが可能である。
【００３７】
複数の扁平チューブ２の間隔はチューブ２厚みと同等もしくは２倍以上に配置することにより、高密度な熱交換が可能になる構造として扁平チューブ２集合体に送風ファン（図示は省略）よりの空気流れ作用を与えることにより効率的に凝縮効果を得ることができる。
【００３８】
蒸発器４と液だめ槽８の形状は対象とする発熱部形状により、弁当箱型４Ａでも円筒型４Ｂでも構成することが可能である。
【００３９】
図５によれば蒸発器４の４面に複数のアルミや銅のフィン１５を設けて吸熱面積を増やすことによれば筐体の中の加熱された空気が持つ熱を吸熱して加熱空気を筐体外に放熱するのに有効であり、また、水中などの吸熱などにも応用が可能である。
【実施例２】
【００４０】
図６は、発明の実施の形態を示すループ型ヒートパイプであり、動作は実施例１と同じであるが蒸発器７下面に設けたペルチェ素子１３はシリコングリスなどにより密着させて接続し、ペルチェ素子１３に直流電圧を印加するとペルチェ素子１３の熱源から蒸発器７に伝熱されて蒸気化される。
【００４１】
また図６に示す蒸発器７を垂直にして使用する場合も断面図に示す様に液だめ槽８を下側にして蒸発器４を上側にすることにより、対応する事が出来て外観が弁当箱型４Ａでも円筒型４Ｂでも構成することは可能で蒸発器７を円筒型４Ｂにした場合はパイプ内の放熱やモーター等の空間に設置する事ができる。
【実施例３】
【００４２】
図９は、発明の実施の形態を示す携帯電話１８などの内部に設けられた半導体（図時せず）にループ型ヒートパイプを応用した斜視、断面図であり、動作は実施例１と同じであるが蒸発器４下面に設けた制御用半導体（図時せず）に密着させて接続し、熱源から蒸発器４に伝熱されて閉ループ内に充填されている作動流体（図示せず）は気化されて蒸気管を通じて凝縮器１のタンク３Ａ内に導かれて複数のチューブ２から構成されている毛細管に分配されて蒸気圧力により毛細管流路を通過する過程で外気との熱交換が行われて対向するタンク３Ｂに作動液は一体化されて液戻り管１１より蒸発器４に至る。
【００４３】
前記チューブ２で熱交換が行われる過程において熱交換効率を高めるには外部に設けた送風ファン（図示せず）などにより凝縮器1を構成するチューブ２に送風を行なうことにより高効率な凝縮が可能となる。
【００４４】
また図７によれば携帯電話１８などの内部に設けられた半導体（図示せず）などに実装するために前記蒸発器４をより小型にして熱伝導率を向上させる為に中空部に複数の毛細管を中空部幅と等しく配置して、高さ方向にもチューブ２を多段に配して中空部高さまでとして毛細管ユニット１７として溶接や溶着などにより中空部と固定されてチューブ両端末は液だまり空間８と蒸気滞留空間７を設けて各々液管１１と前記蒸気管１０に接続されている。
【００４５】
前記蒸発器４の中空部に設けたチューブ２の高さは１５０ミクロン以下として内径は５０ミクロンとする。また好ましくは１００×３０ミクロン以下が望ましく熱源となる半導体（図示せず）と同程度の幅として前記蒸発器４全体の高さは５ｍｍ以下で構成されて前記凝縮器４よりの戻り液は前記液だまり空間８にて複数の毛細管内に分配されてチューブを通過する過程で熱源よりの影響を受けて蒸気となり蒸気滞留空間７に移動し液管１１より大きい管径を上方に設けた蒸気管１０より凝縮器1に移動する。
【００４６】
また図８の前記蒸気管４によれば複数のチューブ２を毛細管流路として中空部幅と等しくして中空部高さの半分まで多段にチューブ２を積み重ねて毛細管ユニット１７として残りの高さは前記チューブと直角に交差させたチューブを残りの高さまで多段に配して毛細管ユニット２０として溶接または溶着などにより中空部の壁に固定して、チューブ両端末には空間を設けて前記蒸発器中空部の対向する２辺の壁とチューブ間は仕切り壁１９を設けて片側端末の空間は液だまり空間８として作用して液管に連通されて対向する蒸気滞留空間７は蒸気管に接続されている。
【００４７】
この方法によれば携帯電話１８などを使用する角度や位置により前記蒸発器よりの戻り液の前記凝縮器への流入が停止して蒸発が阻害される条件を減少することが出来る。
【実施例４】
【００４８】
図１０によればノートパソコン１５内のＣＰＵやグラフィック用半導体（図示せず）にループ型ヒートパイプを応用する事によればＣＰＵやグラフィック用半導体（図示せず）の熱源を蒸発器４で受熱して蒸発器４内に設けられた液だめ槽８より作動液を蒸発器４内に落下させて気化した蒸気は凝縮器１に導かれて液化されるが、凝縮器1が小型化することで熱交換効率は限定されるので、凝縮器１は外部より送風又は排気ファン（図示せず）にて扁平チューブ２内の作動液と熱交換実施例１と同様の効果を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ループ型ヒートパイプを示す斜視図である。
【図２】図１に示す凝縮部のチューブ断面図である。
【図３】図２の1ａに示す凝縮部を構成する斜視図である。
【図４】第１の蒸発器の実装構造斜視図、断面図である。
【図５】蒸発器にフィンを取り付けた斜視図である。
【図６】第１の実施の形態の取り付け位置を説明する斜視図と断面図である。
【図７】第３の蒸発器の実装構造斜視図、断面図である。
【図８】第３の蒸発器の実装構造斜視図、断面図である。
【図９】携帯電話にループ型ヒートパイプ応用の実装構造斜視図である。
【図１０】ノートパソコンにループ型ヒートパイプ応用の実装構造斜視図である。
【図１１】参考文献１のループ型ループ型ヒートパイプの斜視図である。
【図１２】参考文献２のループ型ヒートパイプの斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  凝縮器
２  扁平チューブ
３ａ、３ｂ  タンク
４  蒸発器
５  液蒸気口
６  液戻り口
７  蒸発槽
８  液だめ槽
９  中空構造
１０  蒸気管
１１  液戻り管
１２  貫通孔
１３  ペルチェ素子
１４  直流電源コード
１５  ノートパソコン
１６  吸熱フィン
１７  毛細管ユニットＡ
１８  携帯電話
１９  仕切り壁
２０  毛細管ユニットＢ
１０１  従来の蒸発器
１０２  放熱フィン
１０３  半導体
１０４  送風機
【図１】
2007263427.tif 000003
【図２】
2007263427.tif 000004
【図３】
2007263427.tif 000005
【図４】
2007263427.tif 000006
【図５】
2007263427.tif 000007
【図６】
2007263427.tif 000008
【図７】
2007263427.tif 000009
【図８】
2007263427.tif 000010
【図９】
2007263427.tif 000011
【図１０】
2007263427.tif 000012
【図１１】
2007263427.tif 000013
【図１２】
2007263427.tif 000014