JPH0370164A - ヒートパイプ式放熱ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンピュータなどの電子機器に搭載された発
熱素子からの発熱を、ヒートパイプを用いて放熱するヒ
ートパイプ式放熱ユニットに関するものである。

〔従来の技術〕

コンピュータは、用途や大きさ、処理速度などに応じて
、パーソナルコンピュータ（パソコン）。

オフィスコンピュータ（オフコン）、大型コンピュータ
、超高速・超大型コンピュータ（スーパーコンピュータ
）などに大別される。

これらのコンピュータは、搭載された発熱素子の発熱量
の相違などによって、冷却方式が異なっていた。

パソコンの場合には、Ｃ−ＭＯ３素子の発熱量が大きく
、１素子当たり２〜３ｗ程度の発熱がある。このため、
ファンを用いて発熱素子の表面に風を流す強制空冷によ
って冷却している。

オフコンの場合には、ＬＳＩの発熱が大きく、１素子当
たり２〜３Ｗ程度の発熱がある。オフコンは、パソコン
に比較して、処理速度を速くする必要があるので、発熱
素子の数が多くなり、しかも素子間隔が小さくなってい
る。このため、単にファンを用いて風を流す強制空冷だ
けでは十分な冷却ができず、発熱素子の上に放熱用のフ
ィンを取り付け、それにファンを用いて風を流すような
強制冷却をしている。

大型コンピュータの場合には、処理速度がさらに速くな
るので、ＬＳＩの発熱量は１素子当たり３〜７Ｗ程度ま
で上昇する。このため、発熱素子の上に取り付けたフィ
ンを大型化し、さらに、それを通過する風の速度も速く
して解決している。

最近では、発熱量がますます大きくなる傾向にあるため
、フィンの上に冷却コイルを付けて、放熱を行うものも
ある。

スーパコンピュータの場合には、ＬＳＩの発熱が１素子
当たり８〜３０Ｗまで上昇するので、もはや強制空冷で
は冷却しきれないので、液冷またはフレオンなどの沸騰
冷却が使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述した各コンピュータの冷却には、それぞれ
以下のような問題があった。

パソコンでは、強制冷却によるファンの騒音が大きいと
いう問題がある。現在、パソコンに使用されている発熱
素子のうちで、強制冷却が必要なものは、３〜４伺程度
であるので、もし、それらの素子の発熱を拡散させるこ
とができれば、自然空冷も可能であるが、十分な熱拡散
性能のあるコンパクトな放熱ユニットがなかった。

オフコンでは、送風による騒音の問題が大きく、風速を
減じて騒音を小さくするなどの対策が提案されているが
、そのためには、性能のよい放熱ユニットが必要であっ
た。

大型コンピュータでは、処理速度が向上するにつれて発
熱量が大きくなるので、もはや空冷では冷却できないも
のが出現している。水冷式の放熱器などは、システムが
複雑で全体としての信頼性が低下するので、発熱素子の
発熱量が２０Ｗ程度以下まで空冷ができるような放熱ユ
ニットの出現が望まれている。

スーパーコンピュータでは、液冷せざるを得ないので、
システムの簡略化が課題である。

本発明の目的は、前述の各課題を解決して、コンピュー
タなどの電子機器に搭載された発熱素子の冷却を、自然
空冷または強制空冷するのに適したヒートパイプ式放熱
ユニットを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するために、本発明によるヒートパイプ
式放熱ユニットは、コンテナの一部分を結合部とし残り
の部分の一部または全部をらせん状に曲げてコイル状部
としたヒートパイプと、前記ヒートパイプの結合部を取
り付ける取付部および発熱素子を接合する接合部を有す
るブロックとから構成されている。

この場合に、前記ヒートパイプは、結合部の長さを全長
の３〜１５％にすると性能面で有利である。

また、本発明によるヒートパイプ式放熱ユニットは、コ
ンテナの一部分を結合部とし残りの部分を曲げ起こして
曲起し部としたヒートパイプと、前記ヒートパイプの曲
起し部に取り付けられた放熱用のフィンと、前記ヒート
パイプの結合部を取付る取付部および発熱素子を接合す
る接合部を有するブロックとから構成することもできる
。

この場合に、前記ヒートパイプは、結合部の長さを全長
の１０〜５０％にすると性能面で有利である。

〔実施例〕

以下、図面等を参照して、実施例につき、本発明の詳細
な説明する。

第１図は、本発明によるヒートパイプ式放熱ユニットの
第１の実施例を示した斜視図である。

第１の実施例のヒートパイプ式放熱ユニッ）１は、４本
のヒートパイプ２と、それらを取り付けるためのブロッ
ク３とから構成されている。

ヒートパイプ２は、銅製のコンテナ（４３ｍｍ。

全長４００ｍｍ）の約２０ｍｍを直管状の結合部２ａと
し、残りの部分を、らせん状（半径約１１ｍｍ）に曲げ
加工してコイル状部２ｂとし、コンテナの内部に純水を
封入したものである。

ブロック３は、銅板（２５Ｘ２５Ｘ２ｍｍ）の上側にヒ
ートパイプ２の結合部２ａを取り付ける溝状の４本の取
付部３ａが形成されており、下側にＬＳＩなどの発熱素
子４を密着させて接合するフラットな接合部３ｂが形成
されている。

ヒートパイプ式放熱ユニット１は、ヒートパイプ２のコ
イル状部２ｂを曲げ加工したのち、結合部２ａをブロッ
ク３の取付部３ａに半田付けして固定することにより、
組み立てである。

このヒートパイプ式放熱ユニット１は、ブロック３の接
合部３ｂと発熱素子４の上面とを熱伝導性のコンパウン
ドを用いて接着しである。

本件発明者等は、発熱素子４として、３０×３ＱＸ３ｍ
ｍの大きさであって、発熱量が２０Ｗ／素子のＬＳＩを
対象にして、ヒートパイプ式放熱ユニット１を用いた放
熱試験を行った。

その結果、６ｍ／ｓの風速による強制空冷の条件で、発
熱素子４であるＬＳＩとの接合部（ジャンクシラン）３
ｂから空気までの熱抵抗は４．０°Ｃ／Ｗであった。従
来の放熱用のフィンを使用する強制空冷では、熱抵抗が
７．０°Ｃ／Ｗを超えてしまうと、冷却することができ
ず、水冷でも熱抵抗が４．０℃／Ｗが限度であった。す
なわち、このヒートパイプ式放熱ユニット１は、強制空
冷によって、従来の水冷とほぼ同等の放熱特性があると
いうことができる。

この理由は、ヒートパイプ２のコンテナに特殊形状のグ
ループを設けることにより、蒸発および凝縮熱伝達率を
、数万Ｗ／ポ°Ｃ以上（水冷の熱伝達率は５・ＯＯＱ　
〜１００００Ｗ／ｒｒｆ″Ｃ）に向上させ、熱抵抗を水
冷の場合よりも小さくしたためである。また、ヒートパ
イプ２は、長手方向に温度分布がなく、フィン効率が１
００％であることに起因している。したがって、ヒート
パイプ２の長さを長くすることにより、前述した熱抵抗
をさらに低下させることができる。

また、本件発明者等は、ヒートパイプ２として、同一長
さ同一直径のものを複数本用意して、結合部２ａの長さ
とコイル状部２ｂの長さの比を種々変化させて、ブロッ
ク３に取り付けたところ、結合部２ａの長さが、全長の
３〜１５％の範囲であると放熱効率がよいことが確認で
きた。このため、ヒートパイプ２とブロック３とが接触
している長さを、上記の範囲で確実に確保することが重
要である。

なお、第１の実施例では、４本のヒートパイプ２を用い
た例で説明したが、それに限定されるものではなく、何
本のヒートパイプを用いてもよいし、コイル状部２ｂの
直径なども、種々の大きさのものを用いることができる
。

また、異なる形態のヒートパイプを組み合わせて使用す
ることもできる。−例として、第１図で示したヒートパ
イプ２のコイル状部２ａ（直径１１ｍｍ）の中に、管径
が２ｍｍでコイル状部の直径が６ｍｍの別のヒートパイ
プを挿入して、前述と同様な実験を行ったところ、熱抵
抗を３．４°Ｃ／Ｗまで低下させることができた。

第２図は、本発明によるヒートパイプ式放熱ユニットの
第２の実施例を示した斜視図である。

第２の実施例のヒートパイプ式放熱ユニット５は、２本
のヒートパイプロと、放熱用のフィン７と、ブロック８
とから構成されている。この実施例は、第１の実施例の
コイル状部よりも、一定容積内に占める空気との伝熱面
積を増加させるために、フィン７を用いたものである。

ヒートパイプロは、銅製のコンテナ（４３ｍｍ。

全長２００　ｍｍ）の中央部を約２０ｍｍの直管状の結
合部６ａとし、両側を０字状に曲げ加工して油照し部６
ｂを形成してあり、コンテナの内部に純水を封入したも
のである。

フィン７は、ヒートパイプロの油照し部６ｂに圧入によ
り結合したものであり、外径１３ｍｍで厚さ０．５ｍｍ
の銅製の円板を、ピッチ２ｍｍ間隔で、両側に７０枚ず
つ取り付けである。

ブロック８は、銅板（２５Ｘ２５Ｘ２ｍｍ）の上側にヒ
ートパイプロの結合部６ａを取り付ける２本の取付部８
ａを溝加工してあり、下側にＬＳＩなどの発熱素子４を
密着させて接合するフラットな接合部８ｂが形成されて
いる。

ヒートパイプ式放熱ユニット５は、ヒートパイプロの両
側に凸起し部６ｂをＵ字状に曲げ加工したのち、中央の
結合部６ａをブロック８の取付部８ａに半田付けして固
定することにより、組み立てである。

このヒートパイプ式放熱ユニット５に、第１の実施例と
同様な試験をした結果、発熱素子４であるＬＳＩとの接
合部８ｂから空気までの熱抵抗は３．５°Ｃ／Ｗに低下
した。

このとき、ヒートパイプロをブロック８に結合する結合
部６ａの長さを、その部分を湾曲させることにより約３
倍に変化させたところ、熱抵抗は３．２℃／Ｗまで低下
した。

また、第１の実施例と同様に、結合部６ａと凸起し部６
ｂとの長さの比を変化させてブロック８に取り付けた結
果、ヒートパイプロの接合部６ａの長さを、全長の１０
〜５０％にすることが、熱抵抗を低下させることに適し
た範囲であることもＴ１１！認できた。

第２の実施例では、２木のヒートパイプロを用いた例で
説明したが、１本で同様の形状にしてもよいし、３本以
上にしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳しく説明したように、本発明によれば、ヒートパ
イプにコイル状部を形成したり、フィンを取り付けたり
しであるので、放熱効率を向上させることができる。

したがって、パソコンではファンによる強制空冷が不要
となり、オフコンでは、ファンを駆動する電圧を下げる
ことができ、騒音のないまたは少ない放熱が可能になっ
た。

サラに、大型コンピュータやスーパーコンピュータなど
についても、強制空冷による放熱が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるヒートパイプ式放熱ユニットの
第１の実施例を示した斜視図である。 第２図は、本発明によるヒートパイプ式放熱ユニットの
第２の実施例を示した斜視図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　コンテナの一部分を結合部とし残りの部分の一
   部または全部をらせん状に曲げてコイル状部としたヒー
   トパイプと、前記ヒートパイプの結合部を取り付ける取
   付部および発熱素子を接合する接合部を有するブロック
   とから構成したヒートパイプ式放熱ユニット。
2. （２）　前記ヒートパイプは、結合部の長さが全長の３
   〜１５％であることを特徴とする請求項（１）記載のヒ
   ートパイプ式放熱ユニット。
3. （３）　コンテナの一部分を結合部とし残りの部分を曲
   げ起こして曲起し部としたヒートパイプと、前記ヒート
   パイプの曲起し部に取り付けられた放熱用のフィンと、
   前記ヒートパイプの結合部を取付る取付部および発熱素
   子を接合する接合部を有するブロックとから構成したヒ
   ートパイプ式放熱ユニット。
4. （４）　前記ヒートパイプは、結合部の長さが全長の１
   ０〜５０％であることを特徴とする請求項（３）記載の
   ヒートパイプ式放熱ユニット。