JP2009115396A - Loop-type heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、コンピュータなどの電子機器内の発熱素子を冷却するために用いられるループ型ヒートパイプに関する。 The present invention relates to a loop heat pipe used for cooling a heating element in an electronic apparatus such as a computer.
ヒートパイプは、内部に封入した作動流体の相変化を利用して熱を輸送する伝熱装置であり、コンビュータなどの電子機器内の発熱素子を冷却するために広く用いられている。 A heat pipe is a heat transfer device that transports heat by utilizing a phase change of a working fluid sealed inside, and is widely used to cool a heating element in an electronic device such as a computer.
このヒートパイプの一種として、外部からの熱を受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる蒸発部と、放熱により、蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部との間で作動流体を循環させる管とを備えたループ型ヒートパイプが知られている。このループ型ヒートパイプは、主として人工衛星や宇宙ステーションなどの熱輸送装置として開発が進められている。 As one type of this heat pipe, an evaporation unit that receives heat from the outside and evaporates the liquid-phase working fluid to change into a vapor-phase working fluid, and heat radiation condenses the vapor-phase working fluid to form a liquid-phase. There is known a loop heat pipe including a condensing unit that causes a phase change to the working fluid and a tube that circulates the working fluid between the evaporation unit and the condensing unit. The loop heat pipe is being developed mainly as a heat transport device such as an artificial satellite or a space station.
図9は、従来のループ型ヒートパイプの一例を示す概略構成図である。 FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional loop heat pipe.
図9には、外部からの熱を受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる蒸発部10と、放熱により、蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部20と、蒸発部10と凝縮部20との間で作動流体を循環させる管30とを備えたループ型ヒートパイプ1が示されている(特許文献1参照。)。
FIG. 9 shows an
このループ型ヒートパイプ1の蒸発部10には円筒形の蒸発器11が備えられており、その蒸発器11の内壁には軸方向に延びた溝形状の複数の蒸気通路13が形成されている。そして、この蒸気通路13の先端部に接するように多孔質の円筒形のウィック12が挿入されている。
The
管30からウィック12内に送り込まれた液相の作動流体はウィック12の内壁の微細な孔からウィック12外へと浸透して蒸気通路13に到り、蒸発器11の内壁に触れて加熱され蒸気相の作動流体に気化する。
The liquid-phase working fluid fed from the
上記の特許文献1に限らず、一般に、ループ型ヒートパイプの蒸発器11の断面は円筒形状となっているが、それは、蒸発器の製造のし易さや、蒸発部10に戻ってきた液相の作動流体のウィック12外への浸透のしやすさ、およびウィック12外へ染み出した作動流体の気化が円周方向に均一に行われやすいなどの理由によるものと考えられる。
In general, the cross section of the
このような形状の蒸発器を備えたループ型ヒートパイプは、主に宇宙空間での使用に適するように考えられたものであるため、例えば、このタイプのループ型ヒートパイプをコンピュータのCPU(Central Processing Unit)などの発熱素子を冷却するために適用しようとしても、高い冷却性能を発揮することができないという問題がある。 Since the loop type heat pipe provided with the evaporator having such a shape is mainly considered to be suitable for use in outer space, for example, this type of loop type heat pipe is replaced by a CPU (Central) of a computer. Even if it is applied to cool a heating element such as Processing Unit), there is a problem that high cooling performance cannot be exhibited.
図10は、従来のループ型ヒートパイプを電子部品の発熱素子の冷却装置として適用した例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing an example in which a conventional loop heat pipe is applied as a cooling device for a heating element of an electronic component.
図10には、コンピュータのCPUなどの発熱部品40の冷却装置として、従来のループ型ヒートパイプを適用した例が示されている。
FIG. 10 shows an example in which a conventional loop heat pipe is applied as a cooling device for a
CPUやLSI(Large Scale Integration)などの電子部品は、一般に平板状のデバイスである。このような平板状のデバイスを、図10に示す従来のループ型ヒートパイプ1で冷却しようとすると、次のような不具合が生じる。すなわち、発熱部品40の熱を、ループ型ヒートパイプ1の熱伝導材料14に一旦伝えた後、この熱伝導材料14に熱的に接合された円筒状の蒸発器11に熱を伝える必要がある。しかし、図10に示すような構造の蒸発部10では、発熱部品40に近い蒸発器11の下部の温度は高くなるが、発熱部品40から離れた蒸発器11の上部の温度は低い。このような温度分布を持つ蒸発器11では、蒸発器11の上部には熱が十分に供給されないため内部の作動流体は十分に気化されにくい。
Electronic components such as CPUs and LSIs (Large Scale Integration) are generally flat devices. When such a flat device is cooled by the conventional loop heat pipe 1 shown in FIG. 10, the following problems occur. That is, after the heat of the
特に、ループ型ヒートパイプの場合には、円筒状の蒸発器11の内部にウィック12、蒸気通路13などの空間を確保する必要があるため、蒸発器11の直径は一般的なヒートパイプや冷却水配管などに比べて大きくなり、高さが高くなるため、上下方向の温度差が大きくなりやすい。その結果、蒸発器11の上部の作動流体の気化が十分に行われないので、凝縮部に供給される蒸気相の作動流体が少なくなり、従って、凝縮部で液化する作動流体も少なくなる。そのため、凝縮部から受熱部に供給される液相の作動流体の量が少なくなり、最後には作動流体の循環が停止してドライアウト、すなわち受熱部に液相の作動流体が無くなる現象が発生し、電子部品は過熱状態となり誤動作を生ずるに至るという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑み、冷却性能が高く、ドライアウトの発生が抑制されたループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a loop type heat pipe that has high cooling performance and suppresses the occurrence of dryout.
上記目的を達成する本発明のループ型ヒートパイプは、発熱体から受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる蒸発部と、放熱により、蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、上記蒸発部と上記凝縮部との間で作動流体を循環させる管とを備えたループ型ヒートパイプであって、上記蒸発部が、上記凝縮部から流入してきた液相の作動流体を複数に分岐させる分岐部と、上記分岐部で分岐された液相の作動流体それぞれを受け入れ蒸気相に相変化させて送り出す、金属管内に多孔質の筒型のウィックが挿入された二重管構造の、横に並べられた複数の蒸発器と、上記複数の蒸発器から流出してきた蒸気相の作動流体を一つに集束させて上記凝縮部に送り出す集束部と、上記複数の蒸発器を収容し発熱体の熱を下面から受熱し受熱した熱を内部に拡散して上記複数の蒸発器に伝熱する蒸発器収容体と、上記蒸発器収容体の上面を覆って該蒸発器収容体からの外部への放熱を抑制する断熱材とを備えたことを特徴とする。 The loop heat pipe of the present invention that achieves the above object includes an evaporating section that receives heat from a heating element and evaporates the liquid-phase working fluid to change into a vapor-phase working fluid, and dissipates the vapor-phase working fluid by heat radiation. A loop-type heat pipe comprising a condensing part that condenses and changes the phase to a liquid working fluid, and a pipe that circulates the working fluid between the evaporating part and the condensing part, wherein the evaporating part is A porous part in the metal tube that branches the liquid-phase working fluid that has flowed in from the condensing part into a plurality of branches and the liquid-phase working fluid that is branched in the branch part, changes the phase into a vapor phase, and sends it out. A plurality of evaporators arranged side by side in a double tube structure in which a cylindrical wick is inserted, and the vapor-phase working fluid flowing out from the plurality of evaporators is converged into one to form the condensing unit And a plurality of evaporation parts An evaporator housing body that receives heat from the lower surface and diffuses the received heat to the plurality of evaporators, and covers the upper surface of the evaporator housing body. And a heat insulating material that suppresses heat radiation from the body to the outside.
本発明のループ型ヒートパイプによれば、蒸発部を、複数の蒸発器を横に並べた構造としたために、蒸発器の高さを低くすることが可能となり、その結果、上下の温度差が少なくなり、かつ、蒸発器収容体の上面に備えられた断熱材によって外部への放熱が抑制されるので、蒸発器内の温度差が少なくなり、その結果、蒸発部における蒸気の発生効率がよくなり、ドライアウトの発生が抑制される。 According to the loop heat pipe of the present invention, since the evaporator section has a structure in which a plurality of evaporators are arranged side by side, it is possible to reduce the height of the evaporator, and as a result, the temperature difference between the upper and lower sides is reduced. Since the heat dissipation to the outside is suppressed by the heat insulating material provided on the upper surface of the evaporator housing, the temperature difference in the evaporator is reduced, and as a result, the efficiency of steam generation in the evaporator is improved. Thus, the occurrence of dryout is suppressed.
ここで、上記蒸発器収容体が、内部空間を有し、該内部空間に発熱体からの受熱により蒸気相に相変化し上記蒸発器への伝熱により液相に相変化する第2の作動流体が封入された箱体であってもよい。 Here, the evaporator housing body has an internal space, and in the internal space, a phase change is made to the vapor phase by receiving heat from the heating element, and a phase change is made to the liquid phase by heat transfer to the evaporator. A box body in which a fluid is enclosed may be used.
本実施形態のループ型ヒートパイプを上記のように構成した場合は、第2の作動流体の蒸発・凝縮により発熱体から蒸発器への熱輸送が行われるので蒸発器内の温度差が少なくなり、その結果、蒸発部における蒸気の生成効率がさらによくなるのでドライアウトの発生を効果的に抑制することができる。 When the loop heat pipe of the present embodiment is configured as described above, heat transfer from the heating element to the evaporator is performed by evaporation / condensation of the second working fluid, so that the temperature difference in the evaporator is reduced. As a result, the generation efficiency of the vapor in the evaporation section is further improved, so that the occurrence of dryout can be effectively suppressed.
また、上記蒸発器収容体が、上記複数の蒸発器それぞれの外壁面と接する複数の空洞を有し該複数の蒸発器それぞれが該複数の空洞それぞれに収容された金属ブロックであってもよい。 Further, the evaporator container may be a metal block having a plurality of cavities in contact with the outer wall surfaces of the plurality of evaporators, and each of the plurality of evaporators accommodated in each of the plurality of cavities.
本実施形態のループ型ヒートパイプを上記のように構成した場合は、金属ブロックによる発熱体から蒸発器への熱伝導が行われるので蒸発器内の温度差が少なくなり、その結果、蒸発部における蒸気の生成効率がさらによくなるのでドライアウトの発生を効果的に抑制することができる。 When the loop heat pipe of the present embodiment is configured as described above, the heat difference from the heating element to the evaporator is performed by the metal block, so that the temperature difference in the evaporator is reduced. Since the generation efficiency of steam is further improved, the occurrence of dryout can be effectively suppressed.
本発明のループ型ヒートパイプによれば、蒸発部における蒸気の生成効率がよいため凝縮部に多量の熱を輸送することが可能で、ドライアウトの発生が抑制された、例えば、コンピュータのCPUなどの冷却に適したループ型ヒートパイプを実現することができる。 According to the loop heat pipe of the present invention, since the generation efficiency of the vapor in the evaporation section is good, it is possible to transport a large amount of heat to the condensation section, and the occurrence of dryout is suppressed, for example, a CPU of a computer, etc. It is possible to realize a loop type heat pipe suitable for cooling.
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態のループ型ヒートパイプが組み込まれたコンピュータの透視図である。 FIG. 1 is a perspective view of a computer in which a loop heat pipe according to a first embodiment of the present invention is incorporated.
図1には、主要な発熱部であるCPU51と、補助記憶装置であるHDD(Hard Disk Drive)52と、電源部53とを有するコンピュータ50、およびこのコンピュータ50に組み込まれた、CPU51を冷却するループ型ヒートパイプが示されている。
In FIG. 1, a
このループ型ヒートパイプは、発熱体であるCPU51から受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる蒸発部(受熱部)100と、放熱により、蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部(放熱部)200と、蒸発部100と凝縮部200との間で作動流体を循環させる銅管300とを備えている。
This loop heat pipe has an evaporation section (heat receiving section) 100 that receives heat from the
図2は、第1の実施形態のループ型ヒートパイプの蒸発部(受熱部)の構造を示す斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the evaporation section (heat receiving section) of the loop heat pipe of the first embodiment.
この蒸発部(受熱部)100は、図1に示すコンピュータに組み込まれ、インテークマニホールド(分岐部)110と、3つの蒸発器120と、エキゾーストマニホールド(集束部)130と、蒸発器収容体140と、断熱材150とを備えている。
The evaporation unit (heat receiving unit) 100 is incorporated in the computer shown in FIG. 1, and includes an intake manifold (branch unit) 110, three
インテークマニホールド(分岐部)110は、凝縮部200(図1参照)から送られてきて液入口110aから流入した液相の作動流体を3つに分岐させるものである。
The intake manifold (branching part) 110 branches the liquid-phase working fluid sent from the condensing part 200 (see FIG. 1) and flowing in from the
3つの蒸発器120は、インテークマニホールド110で分岐された液相の作動流体それぞれを受け入れ蒸気相に相変化させて送り出す、銅パイプ121内に多孔質の筒型のウィック123が挿入された二重管構造の、横に並べられた管状の部材である。
The three
エキゾーストマニホールド(集束部)130は、上記3つの蒸発器120から流出してきた蒸気相の作動流体を一つに集束させて蒸気出口130aから凝縮部200(図1参照)へと送り出すものである。
The exhaust manifold (condensing unit) 130 converges the vapor-phase working fluid that has flowed out of the three
蒸発器収容体140は、上記3つの蒸発器120を収容しCPU51の熱を下面から受熱し受熱した熱を内部に拡散させて3つの蒸発器120に伝熱するものである。
The evaporator accommodating
断熱材150は、蒸発器収容体140の上面を覆って該蒸発器収容体140からの外部への放熱を抑制し受熱部内の温度を均一に保つためのものである。
The
なお、本実施形態における銅管300は、本発明にいう管の一例に相当するものであり、また、本実施形態における銅パイプ121は、本発明にいう金属管の一例に相当するものであるが、これらの管および金属管の材料は銅に限られるものではなく、熱伝導性が高いものであればどのような材料を用いてもよい。
The
CPU51の蒸発部100(受熱部)側の面は、縦30mm×横30mmの正方形であり、蒸発部100の外形サイズ(インテークマニホールド110およびエキゾーストマニホールド130は含まず)は縦50mm×横50mm×高さ20mmである。蒸発器収容体140は、厚さ2mmの銅板製の、内部が空洞の箱体である。
The surface of the
この蒸発器収容体140の内部には、平面方向に貫通する3本の蒸発器120が等間隔で並列に設置されている。3本の蒸発器120は、それぞれ、外径14mm、厚さ2mmの銅パイプ121とその銅パイプ121内に挿入された多孔質のウィック123とからなる二重管構造となっている。
Inside the
蒸発器収容体140と銅パイプ121の外壁とによって蒸発器収容体140内の空洞は密閉されており、この空洞に第2の作動流体である水が封入されている。第2の作動流体は水の飽和水蒸気圧に保たれている。
The cavity in the
また、3本の銅パイプ121の内壁には、軸方向に深さ1mmの溝形状の蒸気通路122が2mmピッチで等間隔に形成されている。銅パイプ121内壁に形成された蒸気通路122の先端部に接するように外径10mm、内径4mmの筒型のウィック123が挿入されている。この銅パイプ121の内壁に形成された蒸気通路122は、蒸気相の作動流体が流通する通路として機能する。
Further, on the inner walls of the three
ウィック123は、銅粉末を焼結して形成した多孔質の円筒であり、ウィック123の内側と外側とは10μm〜50μm径の微細孔によって連通しており、ウィック123内の第1の作動流体が毛細管現象によりウィック123の外に染み出すようになっている。
The
3本の銅パイプ121の両端部には、凝縮部200(図1参照)から流入してきた第1の作動流体を3本のウィック123に分岐させるインテークマニホールド(分岐部)110と、3本のウィック123の蒸気通路122から流出してきた蒸気相の第1の作動流体を一つに収束させて凝縮部200に送り出すエキゾーストマニホールド(集束部)130とが接合されており、第1の作動流体が漏れ出さないようになっている。
At both ends of the three
蒸発部100(受熱部)のエキゾーストマニホールド130と凝縮部200とは、銅管300により連結されており、さらに、凝縮部200と蒸発部100のインテークマニホールド110とは、銅管300により連結されており、第1の作動流体が循環するようになっている。
The
第1の実施形態では、第1の作動流体と第2の作動流体とは互いに異なる個所に封入されている。第1および第2の作動流体には、ともに水が用いられているが、水以外の流体であってもよく、また、互いに異なる材料の作動流体を用いても差し支えない。第1の作動流体および第2の作動流体を封入する際には、水の飽和蒸気圧となるよう水圧が調節される。 In the first embodiment, the first working fluid and the second working fluid are sealed in different locations. Although water is used for both the first and second working fluids, fluids other than water may be used, and working fluids of different materials may be used. When enclosing the first working fluid and the second working fluid, the water pressure is adjusted to be the saturated vapor pressure of water.
図3は、図2に示す蒸発部を蒸発器の軸方向に切断した断面図であり、図4は、図2に示す蒸発部を蒸発器の軸方向を縦断する方向に切断した断面図である。 3 is a cross-sectional view of the evaporator shown in FIG. 2 cut in the axial direction of the evaporator, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the evaporator shown in FIG. 2 cut in a direction perpendicular to the axial direction of the evaporator. is there.
図3および図4に示すように、蒸発部100は、金属製の蒸発器収容体140で覆われ、蒸発器収容体140の下面140aにはサーマルグリースが塗布されており、そのサーマルグリースを介して発熱体であるCPU51が蒸発器収容体140の下面140aに熱的に接触するようになっている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
第1の実施形態では、上記蒸発器収容体140は内部空間141を有しり、この内部空間141に、発熱体からの受熱により蒸気相に相変化し、蒸発器120への伝熱により液相に相変化する第2の作動流体180が封入された箱体として構成されている。
In the first embodiment, the
次に、この蒸発部100の作用について説明する。
Next, the operation of the
蒸発器収容体140の下面140aがCPU51によって加熱されることにより、蒸発器収容体140の内部空間141に封入された第2の作動流体180が加熱されて沸騰し、気化する。
When the
気化した蒸気相の第2の作動流体180は温度の低い銅パイプ121表面に触れて凝集し液化することにより、CPU51からの熱は銅パイプ121に伝えられる。
The vaporized second working
銅パイプ121に伝えられた熱は、銅パイプ121内側のウィック123内の第1の作動流体160に伝えられ、第1の作動流体160が沸騰し気化する。
The heat transferred to the
気化した蒸気相の第1の作動流体160はウィック123内を通り抜けエキゾーストマニホールド130を経て蒸気出口130aから送り出され、銅管300(図1参照)を通って凝縮部200(図1参照)に供給される。
The vaporized first working
凝集部200は、放熱面積を増加させるために、銅管300に複数の放熱フィン21(図1参照)が半田付けされた構造となっており、その放熱フィン21に向けた送風ファン22からの送風により、銅管300内の蒸気相の第1の作動流体160の熱は空気中に放散される。こうして凝集部200を通過する間に蒸気相の第1の作動流体160は熱を放出して凝集し液化する。
The
こうして液相となった第1の作動流体160は、再び銅管300を通って液入口110aからインテークマニホールド110に流入し、インテークマニホールド110により3つの銅パイプ121に流入し、蒸発部100においてCPU51の熱を受け取り、蒸気相の第1の作動流体160となって凝集部200に送られる。
The first working
次に、本発明の第2の実施形態のループ型ヒートパイプについて説明する。 Next, a loop heat pipe according to a second embodiment of the present invention will be described.
図5は、第2の実施形態のループ型ヒートパイプの蒸発部(受熱部)の構造を示す斜視図である。 FIG. 5 is a perspective view showing the structure of the evaporation section (heat receiving section) of the loop heat pipe of the second embodiment.
この蒸発部(受熱部)500は、図1に示すコンピュータに組み込まれ、発熱体であるCPU51の冷却装置として用いられるループ型ヒートパイプの主要部であり、凝縮部200(図1参照)から送られてきて液入口510aから流入した液相の作動流体を3つに分岐させるインテークマニホールド(分岐部)510と、インテークマニホールド510で分岐された液相の作動流体それぞれを受け入れ蒸気相に相変化させて送り出す、銅パイプ521内に多孔質の筒型のウィック523が挿入された二重管構造の、横に並べられた3つの蒸発器520と、これら3つの蒸発器520から流出してきた蒸気相の作動流体を一つに集束させて蒸気出口530aから凝縮部200(図1参照)へと送り出すエキゾーストマニホールド(集束部)530と、3つの蒸発器520を収容しCPU51の熱を下面から受熱し受熱した熱を内部に拡散させて3つの蒸発器520に伝熱する蒸発器収容体540と、蒸発器収容体540の上面を覆って該蒸発器収容体540からの外部への放熱を抑制し受熱部内の温度を均一に保つための断熱材550とを備えている。
The evaporation unit (heat receiving unit) 500 is a main part of a loop heat pipe incorporated in the computer shown in FIG. 1 and used as a cooling device for the
なお、本実施形態における銅パイプ121は、第1の実施形態におけるものと同じものである。
The
CPU51の蒸発部500(受熱部)側の面は、縦30mm×横30mmの正方形であり、蒸発部500の外形サイズ(インテークマニホールド110およびエキゾーストマニホールド130は含まず)は縦50mm×横50mm×高さ16mmである。
The surface of the
第2の実施形態の蒸発部500は、第1の実施形態における蒸発器収容体140とは異なり、蒸発器収容体540は銅製のブロック580であり、内部に、3つの蒸発器520それぞれの外壁面と接する3つの空洞581を有し、該3つの空洞581それぞれに上記3つの蒸発器520それぞれが収容されている。
The
3つの蒸発器520は、第1の実施形態におけると同様、銅パイプ521とその銅パイプ521内に挿入された多孔質のウィック523とからなる二重管構造となっている。また、3本の銅パイプ521の内壁には、第1の実施形態におけると同様の蒸気通路522が形成されており、同様のウィック523が挿入されている。
As in the first embodiment, the three
ウィック523は、銅粉末を焼結して形成した多孔質の円筒であり、ウィック523の内側と外側とは10μm〜50μm径の微細孔によって連通しており、ウィック523内の作動流体が毛細管現象でウィック123の外に染み出すようになっている。
The
蒸発部500(受熱部)のインテークマニホールド510およびエキゾーストマニホールド530も、第1の実施形態と同様の構造を有している。
The
図6は、図5に示す蒸発器の軸方向に切断した断面図であり、図7は、図5に示す蒸発器の軸方向に交わる方向に切断した断面図である。 6 is a cross-sectional view cut in the axial direction of the evaporator shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view cut in a direction crossing the axial direction of the evaporator shown in FIG.
図6および図7に示すように、蒸発部500は、金属製の蒸発器収容体540で覆われており、蒸発器収容体540の下面540aにはサーマルグリースが塗布されており、そのサーマルグリースを介して発熱体であるCPU51が蒸発器収容体540の下面540aに熱的に接触している。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
このように構成された蒸発部500の作用について説明する。蒸発器収容体540の下面540aがCPU51で加熱されることにより、CPU51からの熱は、蒸発器収容体540の銅ブロック580に伝えられ、さらに金属ブロック580を介して銅パイプ521に伝えられ、銅パイプ521内に挿入されたウィック523と銅パイプ521内壁の蒸気通路522にある第1の作動流体160が沸騰し、気化する。
The operation of the
気化した蒸気相の第1の作動流体160はウィック523内を通りエキゾーストマニホールド530を経て蒸気出口530aから送り出され、銅管300(図1参照)を通って凝縮部200(図1参照)に供給される。この凝縮部200は第1の実施形態において説明したものと同様である。蒸気相の第1の作動流体160はこの凝集部200を通過する間に熱を放出して凝集し液化する。
The vaporized first working
こうして液相となった第1の作動流体160は、再び銅管300を通って液入口510aからインテークマニホールド510に流入し、インテークマニホールド510により3つの銅パイプ521に流入し、蒸発部500においてCPU51の熱を受け取り、蒸気相の第1の作動流体160となって凝集部200に送られる。
The first working
次に、第1および第2の実施形態のループ型ヒートパイプの冷却性能を検証するため、図2〜図4に示す構造の蒸発部(受熱部)100を有するループ型ヒートパイプを図1に示すようにコンピュータに組み込み、その冷却性能と従来のループ型ヒートパイプの冷却性能との比較テストを行った。 Next, in order to verify the cooling performance of the loop heat pipes of the first and second embodiments, FIG. 1 shows a loop heat pipe having an evaporation section (heat receiving section) 100 having the structure shown in FIGS. As shown, it was built into a computer and a comparative test was conducted between its cooling performance and that of a conventional loop heat pipe.
図8は、第1および第2の実施形態のループ型ヒートパイプと従来のループ型ヒートパイプの冷却性能の比較テスト結果を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing a comparison test result of the cooling performance of the loop heat pipes of the first and second embodiments and the conventional loop heat pipe.
図8に比較例として示すように、従来の受熱部10(図9,10参照)を用いた場合には、CPUの発熱量が100Wを超えた時点(×印)でドライアウト現象、すなわち、受熱部10の上部で作動流体の気化が十分に行われないために凝縮部20に供給される蒸気相の作動流体が少なくなり、そのため受熱部10に供給される作動流体の量が減少し、最後には作動流体の循環が停止して受熱部10に作動流体が無くなる現象が発生し、急激にCPUの温度が上昇する現象がみられた。
As shown in FIG. 8 as a comparative example, when the conventional heat receiving unit 10 (see FIGS. 9 and 10) is used, the dryout phenomenon occurs when the heat generation amount of the CPU exceeds 100 W (x mark), that is, Since the working fluid is not sufficiently vaporized at the upper part of the
一方、本発明の第1の実施形態の場合には、CPUの発熱量が150Wを超えた場合でもCPU温度は60℃程度と安定しており、高い冷却性能が得られた。 On the other hand, in the case of the first embodiment of the present invention, even when the heat generation amount of the CPU exceeds 150 W, the CPU temperature is stable at about 60 ° C., and high cooling performance is obtained.
このように、第1の実施形態のループ型ヒートパイプにより高い冷却性能が得られたのは次の理由によるものと考えられる。すなわち、
(1)蒸発部100が、3本の蒸発器120を横に並べた構造となっているため、蒸発器の上下方向のサイズが、図10に示す従来のループ型ヒートパイプにおける1本の蒸発器11と比較して小さくなっているので、蒸発器内の温度差が少なくなり、第1の作動流体の気化が効率よく行われること、
(2)蒸発部100が、蒸発器収容体140の上面を覆う断熱材150を備えているため、蒸発器収容体140からの外部への放熱が抑制されるので、蒸発器内の温度差が少なくなり、第1の作動流体の気化が効率よく行われること、および
(3)蒸発器収容体140が、内部空間141を有し、該内部空間141に第2の作動流体180が封入され、第2の作動流体の蒸発・凝縮による熱輸送が行われるので蒸発器内の温度差が少なくなり、第1の作動流体の気化が効率よく行われること
などによるものと考えられる。
Thus, it is considered that the high cooling performance was obtained by the loop heat pipe of the first embodiment for the following reason. That is,
(1) Since the
(2) Since the evaporating
また、本発明の第2の実施形態の場合には、CPUの発熱量が150Wを超えた場合でもCPU温度は70℃程度と安定しており、第1の実施形態とほぼ同様の高い冷却性能が得られた。 In the case of the second embodiment of the present invention, even when the heat generation amount of the CPU exceeds 150 W, the CPU temperature is stable at about 70 ° C., and the same high cooling performance as that of the first embodiment. was gotten.
このように、第2の実施形態のループ型ヒートパイプにより高い冷却性能が得られたのは次の原因によるものと考えられる。すなわち、
(1)第1の実施形態の、上記(1)と同様の理由、
(2)第1の実施形態の、上記(2)と同様の理由、および
(3)蒸発器収容体540が熱伝導率の高い金属ブロック580内の3つの空洞581にそれぞれ銅パイプ121が収容された構造となっているため、蒸発器内の温度差が少なくなり、第1の作動流体の気化が効率よく行われること、
などによるものと考えられる。
Thus, it is considered that the high cooling performance was obtained by the loop heat pipe of the second embodiment due to the following causes. That is,
(1) The same reason as the above (1) of the first embodiment,
(2) In the first embodiment, the
This is thought to be due to such factors.
1 ループ型ヒートパイプ
10 蒸発部
11 蒸発器
12 ウィック
13 蒸気通路
21 放熱フィン
22 送風ファン
40 発熱部品
51 CPU
52 HDD
53 電源部
100,150 蒸発部(受熱部)
110,510 インテークマニホールド(分岐部)
110a,510a 液入口
120,520 蒸発器
121,521 銅パイプ
122,522 蒸気通路
123,523 ウィック
130,530 エキゾーストマニホールド(集束部)
130a,530a 蒸気出口
140,540 蒸発器収容体
141,541 内部空間
141a,541a 下面
150,550 断熱材
160 第1の作動流体
180 第2の作動流体
200 凝縮部(放熱部)
300 銅管
580 ブロック
581 空洞
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Loop
52 HDD
53
110,510 Intake manifold (branch)
110a, 510a
130a, 530a
300
Claims (3)
放熱により、蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、
前記蒸発部と前記凝縮部との間で作動流体を循環させる管とを備えたループ型ヒートパイプであって、
前記蒸発部が、
前記凝縮部から流入してきた液相の作動流体を複数に分岐させる分岐部と、
前記分岐部で分岐された液相の作動流体それぞれを受け入れ蒸気相に相変化させて送り出す、金属管内に多孔質の筒型のウィックが挿入された二重管構造の、横に並べられた複数の蒸発器と、
前記複数の蒸発器から流出してきた蒸気相の作動流体を一つに集束させて前記凝縮部に送り出す集束部と、
前記複数の蒸発器を収容し発熱体の熱を下面から受熱し受熱した熱を内部に拡散して前記複数の蒸発器に伝熱する蒸発器収容体と、
前記蒸発器収容体の上面を覆って該蒸発器収容体からの外部への放熱を抑制する断熱材とを備えたことを特徴とするループ型ヒートパイプ。 An evaporation section that receives heat from the heating element and evaporates the liquid-phase working fluid to change into a vapor-phase working fluid;
A condensing part that condenses the vapor-phase working fluid by heat dissipation and changes the phase into a liquid-phase working fluid;
A loop heat pipe comprising a pipe for circulating a working fluid between the evaporation section and the condensation section,
The evaporating part is
A branching section for branching the liquid-phase working fluid flowing in from the condensing section into a plurality of parts;
A plurality of tubes arranged side by side in a double tube structure in which a porous cylindrical wick is inserted in a metal tube, which receives each of the liquid-phase working fluids branched at the branching portion and sends it out into a vapor phase. With an evaporator,
A converging unit that condenses the vapor-phase working fluid flowing out of the plurality of evaporators into one and sends it to the condensing unit;
An evaporator housing that houses the plurality of evaporators, receives heat from a heating element from the lower surface, diffuses the received heat, and transfers the heat to the plurality of evaporators;
A loop heat pipe, comprising: a heat insulating material that covers an upper surface of the evaporator housing and suppresses heat radiation from the evaporator housing to the outside.
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