(57)【要約】      （修正有）【課題】搭載機器からヒートパイプまでの熱抵抗を小さいので、パネルを大きくせずに高発熱密度の放射型電子機器の搭載が可能なヒートパイプパネルを提供する。【解決手段】ヒートパネル１に埋め込まれるヒートパイプ３は、ヒートパイプ３の両端もしくは片端に、パネル１の端部に搭載した電子機器５が発する熱を収集してヒートパイプ３に伝熱する熱収集板３ａを供えるとともに、ヒートパイプ３の両端を除いた位置に、ヒートパイプ３に作動流体を充填するためのフィルチューブ３ｂを備えた。【選択図】図１
2009070970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器を搭載するパネルと、前記パネルの中に埋め込まれたヒートパイプとからなるヒートパイプパネルであって、
前記ヒートパイプは、前記ヒートパイプの両端もしくは片端に、前記パネルの端部に搭載した前記電子機器が発する熱を収集して前記ヒートパイプに伝熱する熱収集板を備えるとともに、前記ヒートパイプの両端近傍を除いた位置に、前記ヒートパイプに作動流体を充填するためのフィルチューブを備えることを特徴とするヒートパイプパネル。
【請求項２】
電子機器を搭載するパネルと、前記パネルの中に埋め込まれたヒートパイプとからなるヒートパイプパネルであって、
前記ヒートパイプは、前記ヒートパイプの両端もしくは片端に、前記パネルの表面に露出して前記電子機器を直に搭載して前記電子機器が発する熱を収集して前記ヒートパイプに伝熱する熱収集板を備えるとともに、前記ヒートパイプの両端近傍を除いた位置に、前記ヒートパイプに作動流体を充填するためのフィルチューブと、を備えることを特徴とするヒートパイプパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子機器等において発生する熱を放出するためのヒートパイプパネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートパイプパネルの両面への機器の搭載を可能とするとともに、衛星内部へのパネルの配置を可能とし、特に、多数の進行波増幅管（TWTA：Traveling Wave Tube Amplifier  以下、TWTAと称す）等の直接放射型電子機器の搭載を可能とする衛星用ヒートパイプパネルが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７６６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒートパイプパネルは宇宙用ヒートパイプを人工衛星の機器搭載用パネルに埋め込んで使用する。ヒートパイプパネルにTWTA等の直接放射型電子機器を搭載する際は、直接放射型電子機器の放射冷却部を衛星本体より宇宙空間へ突き出す必要があるため、ヒートパイプパネル端部に直接放射型電子機器をレイアウトする必要がある。
しかしながら、従来のヒートパイプパネルは、ヒートパイプ端部にフィルチューブを持つ構造であるため、フィルチューブを設けた部分の周辺には機器搭載のための取付けインサートなどを設けることができず、搭載機器のレイアウトに制約が発生するという課題があった。また、ヒートパイプ端部にフィルチューブを持つ構造であるため、ヒートパイプが有効に動作する領域をヒートパイプパネル端部まで広げることができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明によるヒートパイプパネルは、電子機器を搭載するパネルと、前記パネルの中に埋め込まれたヒートパイプとからなるヒートパイプパネルであって、前記ヒートパイプは、前記ヒートパイプの両端もしくは片端に、前記パネルの端部に搭載した前記電子機器が発する熱を収集して前記ヒートパイプに伝熱する熱収集板を備えるとともに、前記ヒートパイプの両端を除いた位置に、前記ヒートパイプに作動流体を充填するためのフィルチューブを備えるようにした。
【発明の効果】
【０００６】
この発明のヒートパイプパネルによれば、搭載機器からヒートパイプまでの熱抵抗を小さくすることができるため、ヒートパイプパネルを大きくせずに、高発熱密度の放射型電子機器の搭載ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本実施の形態では、ヒートパイプパネルとして衛星用に用いられるヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルを一例にして詳細を説明する。
【０００８】
実施の形態１．
まず、従来のヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルの課題を図３を用いて説明する。図３は従来のヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルの図である。  図３（ａ）は、人工衛星に使用される従来のヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネル１に直接放射型電子機器５が取付けられた状態を示す三次元図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の直接放射型電子機器が取付けられた状態を二次元で表した図であり、直接放射型電子機器とヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネル１のパネル表皮１ａの一部を取り除いた構造を示す図である。
図３（ａ）、（ｂ）において、１は、ヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネル（以下、パネル１と称す。）、１ａはパネル１の外表面であるパネル表皮、２はパネル１に剛性を与えるハニカムコア、３はパネルの面内面外熱伝達を向上させるために埋め込まれた例えばアルミ合金で成形したヒートパイプであり、小さな温度差で多くの熱を輸送できる。３ｂはヒートパイプに作動流体を充填するためのフィルチューブ、４はヒートパイプとパネル表皮１ａ、あるいはハニカムコア２を機械的もしくは熱的に接合する接着材、５はパネル１に搭載されたＴＷＴＡ等の直接放射型電子機器であり、例えば０．６ｗ/ｃｍ２以上の発熱密度の熱を発熱する電子機器である。５ａは、衛星本体から突き出て搭載されている直接放射型電子機器５の放射冷却部であり、発熱の一部を宇宙空間へ放射にて排熱する。５ｂは、直接放射型電子機器５の伝熱部であり、残りの発熱はパネルへ伝熱されその後パネル１より宇宙空間へ排熱される。６は直接放射型電子機器５の発熱を拡散させてパネル表皮１ａ及びヒートパイプ３に伝えるヒートシンクである。
図３（ｃ）は、図３（ｂ）の伝熱部５ｂのＥＥ断面図である。図３（ｄ）は、埋め込まれたヒートパイプ３の外形図である。図３（e）は、図３（ｄ）のヒートパイプ３のＦＦ断面図である。
【０００９】
直接放射型電子機器５の発熱量は通常約５０Ｗ／台以上と大きいため、発熱の半分以上を放熱部５ａより直接宇宙空間へ放射し、残りは伝熱部５ｂより、パネルに埋め込まれたヒートパイプ３に伝熱し、パネル表皮１ａ全体に熱を拡散した上で、パネルから宇宙空間へ放熱するようにしている。
直接放射型電子機器５の発熱を直接宇宙空間へ放射するため、放射冷却部５ａは、機器搭載用パネルの端部に、放射冷却部５ａをヒートパイプパネルより宇宙空間へ突き出すように設置される。
【００１０】
ヒートパイプパネルはヒートパイプを人工衛星の機器搭載用パネルに埋め込んで使用する。しかしながら、ヒートパイプ３の端部にはヒートパイプ３に作動流体を充填するためのフィルチューブ３ｂがあるために、ヒートパイプ３のレイアウト上、パネル１の端部ではヒートパイプ３が機能しないという課題があった。
すなわち、フィルチューブは加工の容易性等からヒートパイプ３の端部に設けられているが、このためパネルの端部では直接放射型電子機器５の発熱がヒートパイプ３に電熱され難い構造となっていた。
このため、図３（ｂ）に示すように、パネル端部において直接放射型電子機器５の伝熱部５ｂの直下にヒートシンク６を設け、放熱性を改善していたが十分ではなかった。
また、図３（ｃ）に示すように、直接放射型電子機器５の伝熱部５ｂに発熱した熱は、ヒートシンク６、パネル表皮１ａ及び接着材４を介して伝熱されるが、直接放射型電子機器５と伝熱面積がほぼ同じ面積であるヒートシンク６から、伝熱面積が小さくなるヒートパイプ３本体に向けて熱が伝熱されるために、この部分の熱抵抗が大きく、直接放射型電子機器５とヒートパイプ３の間で温度差が生じることを予め許容しなければならないという課題があった。
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
図１は、実施の形態１のヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルの図である。図１（ａ）は、ヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルに直接放射型電子機器５を取付けた状態を示した図である。なお、図１（ａ）ではパネル表皮１ａ下のヒートパイプ３も図示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）のパネルのＡＡ断面図である。図１（ｃ）は、パネルに埋め込まれたヒートパイプ３の図である。図１（ｄ）は、図１（ｃ）のヒートパイプ３のＢＢ断面図である。
【００１２】
図１（ａ）において、１ａは人工衛星の機器搭載用パネルの外表面であるパネル表皮、２はパネルに剛性を与えるハニカムコア、３はパネルの面内面外熱伝達を向上させるために埋め込まれたヒートパイプであり、小さな温度差で多くの熱を輸送できる。
３ａは直接放射型電子機器５の伝熱部５ｂの発熱をヒートパイプ３本体に伝熱するために、ヒートパイプ３の両端もしくは片端に、パネルの端部に搭載した前記直接放射型電子機器が発する熱を収集してヒートパイプ３本体に伝熱する熱収集板である。また、３ｂはこのヒートパイプ３に作動流体を充填し、充填後に封止をしたフィルチューブである。
このフィルチューブ３ｂは、ヒートパイプ３の中央部付近の側面に取付けられている。このように、フィルチューブ３ｂがヒートパイプ３の中央部付近に設けていることが実施の形態１の特徴である。
なお、従来、宇宙用のヒートパイプ３の中央部付近にフィルチューブのような部材を溶接することは溶接の信頼性上難しかったが、例えば特願２００７−０７９０７５号公報等に記載の装置を用いることで可能である。
また、この例ではフィルチューブ３ｂをヒートパイプ３の中央部付近に設けたが、ヒートパイプの中央部付近とはヒートパイプの両端近傍を除いた付近を指しており、フィルチューブ３ｂを設ける位置はヒートパイプ３の両端近傍を除いた位置であればよい。
【００１３】
また、図１（ａ）において、４はヒートパイプ３とパネル表皮１ａ、あるいはヒートパイプ３とハニカムコア２を機械的もしくは熱的に接合する接着材である。５は、パネルに搭載された高発熱密度（例えば、０．６ｗ/ｃｍ２以上の発熱密度）の直接放射型電子機器である。５ａは衛星本体から突き出ている直接放射型電子機器５の放射冷却部で、発熱の一部を宇宙空間へ放射にて排熱する。５ｂは直接放射型電子機器５の伝熱部であり、残りの発熱はパネルへ伝熱されその後パネルより宇宙空間へ排熱される。
直接放射型電子機器５の発熱量は約５０Ｗ／台以上と大きいため、発熱の半分以上を放熱部５ａより直接宇宙空間へ放射し、残りの発熱を伝熱部より、パネルに埋め込まれたヒートパイプに伝熱し、パネル全体に熱を拡散した上で、パネルから宇宙空間へ放熱するようにしている。
直接放射型電子機器５の発熱を直接宇宙空間へ放射するため、直接放射型電子機器５をヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルに搭載する際には、直接放射型電子機器５の放射冷却部５aを衛星本体より宇宙空間へ突き出すように、パネル端部にレイアウトする。
【００１４】
ここで本実施の形態では、前述のように、ヒートパイプに作動流体を充填するためのフィルチューブ３ｂがヒートパイプ３の中央部付近に設けている。このため図１（a）のように、直接放射型電子機器５の伝熱部５ｂの直下に、熱収集板３ａとヒートパイプ３本体を設置することが可能となる。
このように、本実施の形態では、ヒートパイプ３の端部に熱収集板３ａを設けることが可能である。
【００１５】
直接放射型電子機器５の伝熱部５ｂに発熱した熱は、図１（ｂ）に示すように、パネル表皮１ａ及び接着材４を介して、直接放射型電子機器の伝熱面積とほぼ同じ熱収集板３aに小さな温度差にて伝熱される。熱収集板３ａがヒートパイプ３に直接取付けられているため、伝熱面積とほぼ同じ熱収集板から伝熱面積の小さくなるヒートパイプ本体にも小さな温度差にて伝熱することができる。
【００１６】
このように、ヒートパイプの両端もしくは片端に、パネル端部に搭載した直接放射型電子機器が発する熱を収集してヒートパイプ本体に伝熱する熱収集板と、ヒートパイプの略中央部に、前記ヒートパイプに作動流体を充填するためのフィルチューブを備えるようにしたので、直接放射型電子機器５とヒートパイプ３の熱コンダクタンスを大きくできる。特に、０．６ｗ/ｃｍ２以上の高発熱密度の機器を搭載する場合には、直接放射型電子機器とヒートパイプの間の温度差を従来より小さくできる、という効果が顕著に得られる。
【００１７】
なお、本実例でのヒートパイプでは２つの作動流体を一体化したものを示しているが、２本のヒートパイプで別々に構成したものでも同じ効果を有する。
また、熱収集板の大きさは伝熱部とほぼ同じ大きさとしたが、伝熱部の特に発熱密度の高い部分のみ熱収集板の大きさを小さくしても同じ効果を有する。
【００１８】
実施の形態２
図２は、実施の形態１のヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネル１（以下、パネル１と称す）の図である。図２（ａ）は、パネル１に直接放射型電子機器５を取付けた状態を示した図であり、直接放射型電子機器５とパネル１の表皮１ａの一部を取り除いた構造を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）のパネルのＣＣ断面図である。図２（ｃ）は、パネル埋め込まれたヒートパイプ３の図であり、図２（ｄ）は、ヒートパイプパネル３のＤＤ断面図である。
【００１９】
図２（ａ）において１ａはパネル１の外表面であるパネル表皮、２はパネルに剛性を与えるハニカムコア、３はパネルの面内面外熱伝達を向上させるために埋め込まれた例えばアルミ合金で成形したヒートパイプであり、小さな温度差で多くの熱を輸送できる。
３ａは直接放射型電子機器５の伝熱部５ｂで発熱した熱をヒートパイプ３本体に伝熱するためにヒートパイプ３の端部に直接とりつけられた熱収集板である。熱収集板３ａは、熱収集板３ａの表面がパネル１の外表面に露出するようにパネル表皮１と接合する接合段３ｃを備えている。このように実施の形態２のヒートパイプパネルは、ヒートパイプ３の端部に熱収集板３ａを有し、熱収集板３ａは接合段３ｃでパネル表皮１ａと接合する構造を備えている。直接放射型電子機器５は直接この熱収集板３ａと接合するため放熱性に優れるという特徴を有する。
３ｂはヒートパイプに作動流体を充填するためのフィルチューブで、熱収集板３ａを避けるようにヒートパイプ３の中央部付近の側面に取付けられている。４はヒートパイプ３とパネル表皮１ａあるいはハニカムコア２を機械的もしくは熱的に接合する接着材、５はパネル１に搭載されたＴＷＴＡ等の直接放射型電子機器であり、例えば０．６ｗ/ｃｍ２以上の発熱密度の熱を発熱する電子機器である。５ａは、衛星本体から突き出て搭載されている直接放射型電子機器５の放射冷却部であり、発熱の一部を宇宙空間へ放射にて排熱する。５ｂは、直接放射型電子機器５の伝熱部であり、残りの発熱はパネルへ伝熱されその後パネル１より宇宙空間へ排熱される。
パネル１に直接放射型電子機器５を搭載するには、放射冷却部５ａを衛星本体（パネル１）より宇宙空間へ突き出す必要があるため、直接放射型電子機器５はパネル１の端部にレイアウトすることが求められる。このため、図２（ａ）に示すように、直接放射型電子機器５の伝熱部５ｂの直下に、熱収集板３ａとヒートパイプ３本体が設置される構成にしている。
【００２０】
この構成を可能とするため、実施の形態２のヒートパイプ３は、ヒートパイプ３の端部に熱収集板３ａを直に取付け、フィルチューブ３ｂは熱収集板３ａと干渉しないように、ヒートパイプ３中央部のパイプ側面に取付けられる構造とした。なお、フィルチューブ３ｂをヒートパイプ３中央部のパイプ側面に設けることについては、実施の形態１と同様、部材接合の点で難しかったが、特願２００７−０７９０７５号公報等に記載の装置を用いることで可能となった。また、前述のように、熱収集板３ａにパネル表皮１と接合するように接合段３ｃを設け、熱収集板３ａの表面がパネル１の外表面に露出して直接放射型電子機器５と直接接合し易いようにした。
なお、この例ではフィルチューブ３ｂをヒートパイプ３の中央部付近に設けたが、ヒートパイプの中央部付近とはヒートパイプの両端近傍を除いた付近を指しており、フィルチューブ３ｂを設ける位置はヒートパイプ３の両端近傍を除いた位置であればよい。
【００２１】
直接放射型電子機器５の伝熱部５ｂに発熱した熱は、図２（ｂ）に示すように、直接、機器５の伝熱面積とほぼ同じ面積の熱収集板３ａに非常に小さな温度差にて伝熱される。熱収集板３ａがヒートパイプ３に直に取付けられているため、伝熱面積とほぼ同じ熱収集板３ａから伝熱面積の小さくなるヒートパイプ本体にも小さな温度差にて伝熱することができる。
このように、直接放射型電子機器５とヒートパイプ３とが直接接合する構造となっているため、直接放射型電子機器５とヒートパイプ３との間の熱コンダクタンスが大きくできる。特に、０．６ｗ／ｃｍ２より大きな高発熱密度となる直接放射型電子機器では、機器とヒートパイプ間の温度差を小さくして、直接放射型電子機器の熱を放射する放熱性に顕著な効果がある。
【００２２】
なお、本実例でのヒートパイプでは２つの作動流体を一体化したものを示しているが、２本のヒートパイプで別々に構成したものでも同じ効果を有する。
また、実施の形態では、熱収集板の大きさは電子機器の伝熱部とほぼ同じ大きさとしたが、伝熱部の特に発熱密度の高い部分のみ熱収集板の大きさを小さくしても同じ効果を有する。
また、本実施の形態では、ヒートパイプパネルとしてヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルを例に挙げて説明したが、パネルはこれに限られるものではなく、ヒートパイプパネルであれば本発明は効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１に係るヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルの構成を示す図である。
【図３】従来のヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネルの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ヒートパイプ埋め込みハニカムサンドイッチパネル、１ａ  パネル表皮、２  ハニカムコア、３  ヒートパイプ、３a  熱収集板、３b  フィルチューブ、３ｃ  接合段、４  接着材、５  直接放射型電子機器、５a  放射冷却部、５b  伝熱部、６  ヒートシンク
【図１】
2009070970.tif 000003
【図２】
2009070970.tif 000004
【図３】
2009070970.tif 000005