JP2017110869A - Loop heat pipe structure, manufacturing method, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ループヒートパイプ構造、製造方法及び電子機器に関する。 The present disclosure relates to a loop heat pipe structure, a manufacturing method, and an electronic apparatus.
熱源の熱を吸収する蒸発器と排熱する凝縮器とをループ状に接続し、凝縮器と蒸発器との間の管路に補償チャンバを設けたループヒートパイプ構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。 There is known a loop heat pipe structure in which an evaporator that absorbs heat from a heat source and a condenser that exhausts heat are connected in a loop shape, and a compensation chamber is provided in a pipe line between the condenser and the evaporator (for example, , See Patent Document 1).
しかしながら、従来のループヒートパイプ構造では、蒸発器内部で発生した蒸気が補償チャンバに漏れる可能性があり、蒸気が補償チャンバに漏れると動作不良や性能の低下を起こす虞がある。 However, in the conventional loop heat pipe structure, the steam generated inside the evaporator may leak into the compensation chamber, and if the steam leaks into the compensation chamber, there is a risk of malfunction and performance degradation.
そこで、１つの側面では、本発明は、蒸発器内部で発生した蒸気が補償チャンバに漏れる可能性を低減することを目的とする。 Therefore, in one aspect, the present invention aims to reduce the possibility of vapor generated inside the evaporator leaking into the compensation chamber.
一局面によれば、熱源の熱を吸収する蒸発器と、
補償チャンバと、
排熱する凝縮器と、
前記蒸発器内に設けられるウィックと、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられる第１管と、
前記凝縮器と前記補償チャンバとの間に設けられる第２管と、
前記補償チャンバと前記蒸発器との間に設けられる第３管と、
前記第３管に設けられる多孔質部材とを含む、ループヒートパイプ構造が提供される。
According to one aspect, an evaporator that absorbs heat from the heat source;
A compensation chamber;
A condenser that exhausts heat,
A wick provided in the evaporator;
A first pipe provided between the evaporator and the condenser;
A second tube provided between the condenser and the compensation chamber;
A third tube provided between the compensation chamber and the evaporator;
A loop heat pipe structure including a porous member provided in the third pipe is provided.
蒸発器内部で発生した蒸気が補償チャンバに漏れる可能性を低減できる。 The possibility that the vapor generated inside the evaporator leaks to the compensation chamber can be reduced.
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、一般的なループヒートパイプの動作原理図である。尚、図１は、動作原理図であるので、構造の詳細を示しておらず、図示の構造や各部品の位置関係等はあくまで概略的なものである。 FIG. 1 is an operation principle diagram of a general loop heat pipe. Since FIG. 1 is an operation principle diagram, details of the structure are not shown, and the illustrated structure and the positional relationship of each component are only schematic.
ループヒートパイプは、ループ状でないヒートパイプに対して、熱輸送性能及び熱輸送距離が更に高められた冷却構造を持つ。具体的には、ループヒートパイプは、蒸発部と、凝縮部を分離し、内部の作動流体の流動抵抗を減らしたことを特徴とする構造である。 The loop heat pipe has a cooling structure in which the heat transport performance and the heat transport distance are further improved compared to the heat pipe that is not in a loop shape. Specifically, the loop heat pipe has a structure characterized in that the evaporation part and the condensing part are separated to reduce the flow resistance of the internal working fluid.
図１に示す例では、ループヒートパイプ１は、蒸発器１０と、凝縮器４と、補償チャンバ３０と、蒸発器１０及び凝縮器４間を結ぶ蒸気管５１と、凝縮器及び補償チャンバ間を結ぶ液管５２とを含む。なお、蒸発器１０と補償チャンバ３０は一体型の場合もあれば、分離される場合もある。蒸発器１０の内部にはウィック４０が設けられる。ウィック４０は、補償チャンバ３０から流出する作動液（冷媒）を毛細管力により駆動させる役割がある。
In the example shown in FIG. 1, the loop heat pipe 1 includes an
次に、図１に概念的に示す矢印Ｐ１〜Ｐ７を参照しつつ、ループヒートパイプ１の動作について説明する。熱源６０からの熱が蒸発器内壁まで伝わり（Ｐ１）、ウィック４０から染み出した作動流体が蒸発器１０の内壁との接触面近傍で蒸発する（Ｐ２）ことで、蒸気管５１へ蒸気が排出される（Ｐ３）。蒸気は、蒸気管５１を介して凝縮器４へと輸送され（Ｐ４）、凝縮器４で液化される。この際、排熱が実現される（Ｐ５）。凝縮器４で液化された作動流体は、液管５２を伝わって（Ｐ６）、補償チャンバへ戻り（Ｐ７）、以下、この循環を繰り返す。
Next, the operation of the loop heat pipe 1 will be described with reference to arrows P1 to P7 conceptually shown in FIG. Heat from the
ループヒートパイプ１は、適切な熱と圧力のバランスを形成することで成り立っている。熱源６０の熱が蒸発器１０の外壁を伝って補償チャンバ３０へ伝わることや、熱源６０の熱がウィック４０自体を伝って作動液に伝わることはヒートリークと呼ばれ、動作不良、性能の低下に繋がる。このため、蒸発器１０と補償チャンバ３０とが構造的に離れた設計とし、ウィック４０は熱伝導率の低いものを選定することが望ましい。また、蒸発器１０内部で発生した蒸気は、蒸気管５１側へスムーズに排出されることが望ましく、このとき、補償チャンバ３０への蒸気漏れが起こると（図２参照）、ループヒートパイプ１の動作不良や性能低下に繋がってしまう。
The loop heat pipe 1 is formed by forming an appropriate balance between heat and pressure. Transfer of heat from the
図２は、補償チャンバ３０への蒸気漏れの説明図である。図２に示す例では、蒸発器１０の内壁１１とウィック４０の接触面にある隙間から伝って（矢印Ｐ８参照）、蒸気が漏れ（泡の概略表示Ｂ１〜Ｂ４参照）、補償チャンバ３０への蒸気漏れが生じている。
FIG. 2 is an explanatory diagram of vapor leakage into the
次に、補償チャンバ３０への蒸気漏れを低減できるループヒートパイプ構造の複数の実施例について順に説明する。以下の説明において、図１に示した構成要素と実質的に同一であってよい構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
Next, a plurality of embodiments of the loop heat pipe structure that can reduce the steam leakage to the
［実施例１］
図３は、実施例１によるループヒートパイプ構造１００Ａを概略的に示す断面図である。図３に示す部位（蒸発器１０及び補償チャンバ３０に関連する部位）以外の構成については、図１に示したループヒートパイプ１と同様であってよい。尚、図３には、上下方向が定義されている。上下方向は、重力方向の上下方向に対応する。但し、ループヒートパイプ構造１００Ａの配置方向は、これに限られない。
[Example 1]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a loop
ループヒートパイプ構造１００Ａは、蒸発器１０と、補償チャンバ３０と、凝縮器４（図１参照）と、ウィック４０と、蒸気管５１（第１管の一例）と、液管５２（第２管の一例）と、接続管５３（第３管の一例）と、多孔質部材７０とを含む。
The loop
蒸気管５１、液管５２及び接続管５３は、例えばSUS（Steel Special Use Stainless）のようなステンレス鋼により形成される。蒸気管５１、液管５２及び接続管５３は、パイプの形態であってよい。以下では、一例として、接続管５３は、円形のパイプであるとするが、断面形状は任意である。接続管５３は、補償チャンバ３０の底部よりも上方の位置で補償チャンバ３０に接続される。
The
多孔質部材７０は、例えば金属の多孔質体（以下、「金属多孔質体」と称する）やセラミックスの多孔質体から形成される。金属多孔質体は、例えばＳＵＳの金属多孔質体であってよい。以下では、一例として、多孔質部材７０は、金属多孔質体から形成されるものとする。多孔質部材７０の製造方法等について後述する。
The
多孔質部材７０の細孔径は、好ましくは、ウィック４０の細孔径よりも大きい。これにより、補償チャンバ３０から多孔質部材７０を介したウィック４０への作動流体の輸送性能が良好となる。尚、多孔質部材７０の細孔径とウィック４０の細孔径との比較は、それぞれの細孔分布測定による平均径やメディアン径に基づくものであってよい。
The pore diameter of the
多孔質部材７０は、ウィック４０と同様、作動液に毛細管力を作用させることができる。このため、多孔質部材７０は、毛細管力によって作動液を補償チャンバ３０から蒸発器１０へと導く機能（以下、単に「輸送機能」とも称する）を持つ。また、多孔質部材７０は、接続管５３における蒸気の流通を阻害することで（蒸気漏れ経路を低減することで）、上述の補償チャンバ３０への蒸気漏れを低減する機能を持つ。この観点から、多孔質部材７０は、好ましくは、図３に模式的に示すように、接続管５３の内部空間を埋めるように設けられる。即ち、多孔質部材７０は、好ましくは、接続管５３の内径に対応する外径を有し、接続管５３の内周面に全周にわたり接する態様で、接続管５３内に設けられる。例えば、多孔質部材７０は、接続管５３の内径に対応する外径の円筒状の形態に形成される。これにより、接続管５３の内部空間の一部にのみ多孔質部材が設けられる場合に比べて、補償チャンバ３０への蒸気漏れを低減できる。
As with the
また、多孔質部材７０は、好ましくは、接続管５３の内周面に全周にわたり、接続管５３の内周面に接合される。これにより、多孔質部材７０の外周面と接続管５３の内周面との間を介した補償チャンバ３０への蒸気漏れを低減できる。多孔質部材７０の、接続管５３の内周面への接合方法の好ましい例については後述する。
The
また、多孔質部材７０は、好ましくは、図３に模式的に示すように、接続管５３の全長にわたり（即ち蒸発器１０側の開口部５３ａから補償チャンバ３０側の開口部５３ｂまでの間）設けられる。これにより、例えば多孔質部材７０が接続管５３の全長のうちの一部だけに設けられる構成に比べて、補償チャンバ３０への蒸気漏れを低減できる可能性が高まる。
Further, the
また、多孔質部材７０は、好ましくは、図３に模式的に示すように、補償チャンバ３０内に露出する第１端部７８を有し、第１端部７８の外周は、補償チャンバ３０に溶接等により接合される。即ち、第１端部７８の外周は、開口部５３ｂまわりで補償チャンバ３０に溶接等により接合される。図３には、接合部９０が模式的に示されている。これにより、多孔質部材７０の外周面と接続管５３の内周面との間を介した補償チャンバ３０への蒸気の侵入を、補償チャンバ３０側の開口部５３ｂの位置にて抑制できる。接合部９０は、好ましくは、第１端部７８の外周の全周わたって設けられる。これにより、多孔質部材７０の外周面と接続管５３の内周面との間を介した補償チャンバ３０への蒸気の侵入を更に抑制できる。
Further, the
尚、多孔質部材７０は、図３に示すように、第１端部７８とは逆側の第２端部７９を有し、第２端部７９は、ウィック４０の端面に当接される。これにより、多孔質部材７０とウィック４０とが連続し、毛細管力による輸送機能が高まる。
As shown in FIG. 3, the
以下では、多孔質部材７０は、図３に模式的に示すように、第１端部７８が開口部５３ｂまわりで補償チャンバ３０に溶接されることとして、更なる好ましい構成について説明する。
In the following, the
ここで、本願発明者は、多孔質部材７０を溶接すると、多孔質部材７０の多孔質体が溶融して目が詰まってしまい、輸送機能（毛細管力によって作動液を補償チャンバ３０から蒸発器１０へと導く機能）が悪化することを見出した。具体的には、本願発明者は、多孔質部材７０を溶接した場合、溶接しない場合の輸送機能の４２％程度の輸送機能になってしまうことを見出した。
Here, when the inventor of the present application welds the
他方、多孔質部材７０の多孔質体を溶融させないように低融点のロウ材や半田材料を用いて接合をすることも考えられる。しかしながら、この場合、表面張力によりロウ材や半田材料が多孔質体内部へ浸入してしまい、同様に目詰まりを起こす虞がある。
On the other hand, it is also conceivable to perform bonding using a low melting point solder or solder material so as not to melt the porous body of the
そこで、多孔質部材７０の外周面は、好ましくは、金属層を含む。これにより、金属層が多孔質部材７０の多孔質体を保護し、表面張力によるロウ材や半田材料の、多孔質体内部への浸入を阻害できる。これにより、ロウ材や半田材料に起因した多孔質部材７０の改質や目詰まりの可能性を低減できる。
Therefore, the outer peripheral surface of the
図４は、多孔質部材７０が金属層を含む場合の、多孔質部材７０の断面を概略的に示す断面図である。図４には、接続管５３の断面が併せて示されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the
図４に示す例では、多孔質部材７０の外周面は、金属層７２の表面側に接合層７３を更に含む。具体的には、図４に示す例では、多孔質部材７０は、多孔質体である本体部７１と、本体部７１の外周に形成される金属層７２と、金属層７２の外周に形成される接合層７３とを含む。尚、多孔質部材７０の輸送機能（作動液の通過）を維持するために、金属層７２及び接合層７３は、多孔質部材７０の端面７６には形成されない。
In the example shown in FIG. 4, the outer peripheral surface of the
金属層７２は、好ましくは、ニッケル、タンタル、チタン又はそれらの化合物により形成される。また、接合層７３は、好ましくは、銀ロウ、銅ロウ、及びニッケルロウのいずれか１つであるロウ材、又は、錫鉛及び錫銀銅のいずれか１つである半田材料、により形成される。金属層７２がバリアメタルである場合、接合層７３が本体部７１に接触して拡散することを防ぐことができる。
The
図４に示す例によれば、多孔質体である本体部７１の表面に設けた金属層７２と、さらに外層の接合層７３の2層構造により、多孔質体内部へ接合材が浸入することを効果的に抑制できる。
According to the example shown in FIG. 4, the bonding material penetrates into the porous body due to the two-layer structure of the
次に、図５乃至図１４を参照して、多孔質部材７０の製造方法の好ましい例について説明する。以下の説明において、本体部７１の横断面とは、円筒形の本体部７１の軸方向に垂直な面の断面に対応する。また、本体部７１の縦断面とは、円筒形の本体部７１の軸方向を含む断面に対応する。
Next, a preferred example of the method for manufacturing the
図５は、多孔質部材７０の製造方法の一例の流れを示すフロー図である。図６乃至図１４は、図５に示す製造方法の各工程の説明図である。尚、以下の製造方法の一部又は全部は、適宜、機械化することができる。従って、以下の説明において、「製造者は、・・する」とは、「製造者が機械を動かして・・・する」ことを意味する場合がある。
FIG. 5 is a flowchart showing an exemplary flow of the method for manufacturing the
ステップＳ５００では、製造者は、多孔質体である本体部７１を用意し、本体部７１の外周の凹部（多孔質体の凹部）内に樹脂が侵入する態様で本体部７１の外周に対して樹脂体を設ける。例えば、図６に概念的に示すように、製造者は、樹脂体である樹脂シート２０１を加熱し、ガラス転移点を越えた温度まで上昇させた状態で、金属多孔質体(例えばSUS304)からなる円筒形の本体部７１を加圧しながら押しつけ、回転させる。例えば、PMMA樹脂（ポリメタクリル酸メチル樹脂）を用いた場合、140℃程度に加熱し、加圧は10MPa程度にすることが好ましい。尚、図６は、本体部７１の横断面を含む断面図である。図６において、矢印２０２は、加圧を模式的に表し、矢印２０３は、本体部７１の回転方向を模式的に表し、矢印２０４は、加熱を模式的に表し、矢印２０５は、本体部７１の回転しながらの移動方向を模式的に表す。この結果、図７にて横断面視で示すように、樹脂シート２０１が巻き付けられた本体部７１が出来上がる。また、図７の拡大部Ｘ１にて示すように、樹脂シート２０１が本体部７１の表面近傍で、本体部７１内に浸入する。即ち、樹脂シート２０１は、加圧及び加熱に起因して、本体部７１の表面の凹部７１０内に侵入する。
In step S <b> 500, the manufacturer prepares a
ステップＳ５０２では、製造者は、樹脂体が設けられた本体部７１の内部にワックス２１０を浸漬する。例えば、製造者は、図８にて横断面視で模式的に示すように、樹脂シート２０１を巻き付けた状態を保持したまま、溶融したワックス２１０を本体部７１に含浸させる。ワックス２１０は、好ましくは、加水分解しないタイプであり、例えばモンタン酸ワックスとしてLicowax（トレードマーク）Sが挙げられる。
In step S502, the manufacturer immerses the
ステップＳ５０４では、製造者は、図９にて横断面視で示すように、ワックス２１０が浸漬された本体部７１から樹脂体を除去する。ここで、凹部７１０には樹脂シート２０１が侵入していたため、図９の拡大部Ｘ２にて示すように、樹脂シート２０１が除去されると、凹部７１０内に空間が再度形成される。尚、製造者は、樹脂シート２０１を除去した後、必要に応じて本体部７１の表面をエッチングし、樹脂シート２０１の残渣を取り除くこととしてもよい。
In step S504, the manufacturer removes the resin body from the
ステップＳ５０６では、製造者は、図１０に模式的に示すように、ワックス２１０が浸漬された本体部７１（樹脂体が除去された本体部７１）に対して電鋳加工する。即ち、製造者は、図１０に模式的に示すように、ワックス２１０を残したままの本体部７１を電鋳浴２２０に投入し、電鋳加工を行う。この際、本体部７１は、端面７６をマスクした状態で陰極側に取り付ける。尚、図１０では、本体部７１は、縦断面で示されている。これにより、ワックス２１０が浸漬された本体部７１の外周には金属層７２が形成される。例えば、ニッケルの金属層７２を形成するための電鋳浴としては、好ましくは、全塩化ニッケル浴、ワット浴、スルファミン酸ニッケル浴などである。また、機械的性質の良好なスルファミン酸ニッケル浴は好適である。なお、浴の温度は、好ましくは、ワックス２１０が溶融しない60℃程度に管理される。陽極２２２の陽極材料としては、SD（Sulfur Depolarized）ニッケルやデポラライズドニッケル（Depolarized Nickel）を使用することができる。製造者は、十分な金属層７２が作成できたところで、本体部７１を電鋳浴２２０から取出し、ワックスを除去する。この結果、図１１にて横断面視で示すように、本体部７１の外周に金属層７２が形成される。ここで、図９の拡大部Ｘ２にて示したように、樹脂シート２０１の除去後は本体部７１の外周面の凹部７１０内に空間が再度形成されるため、金属層７２は、該凹部７１０内に侵入する態様で形成される（図１４の拡大部Ｘ３参照）。これにより、金属層７２と本体部７１との間の密着性を高めることができる。
In step S506, as schematically shown in FIG. 10, the manufacturer performs electroforming on the
ステップＳ５０８では、製造者は、接合層７３を形成する前の前処理として、金属層７２の表面粗化するためにブラスト処理を行う。例えば、図１２に模式的に示すように、製造者は、本体部７１を軸方向まわりに回転させながら、金属層７２の外周面に対してAl2O3粒子やSiCといったグリッド材２３０を圧縮空気で吹き付ける。尚、本体部７１を軸方向まわりに回転させるのは、本体部７１を軸方向まわりに回転させ均一に吹き付けるためである。図１２において、矢印２３２は、本体部７１の回転態様を模式的に表す。尚、図１２（図１３も同様）では、本体部７１は、縦断面で示されている。
In step S <b> 508, the manufacturer performs a blasting process to roughen the surface of the
ステップＳ５１０では、製造者は、金属層７２の外周面にロウ材又は半田材料の粒子２４０を溶射することで、金属層７２の外周面に接合層７３を形成する。ロウ材はAg、Cu、又はNiを用いることができる。溶射方法は、任意であるが、比較的低温で厚膜を形成しやすいコールドスプレー法が好適である。ステップＳ５０８の前処理と同様、製造者は、好ましくは、周方向に均一な溶射を実現するために、本体部７１を軸方向まわりに回転させながら溶射を行う。図１３において、矢印２４２は、本体部７１の回転態様を模式的に表す。この結果、図１４にて横断面視で示すように、本体部７１の外周に金属層７２及び接合層７３の2層構造を持つ多孔質部材７０が出来上がる。ここで、図１４の拡大部Ｘ３にて示すように、多孔質部材７０は、上述のように、本体部７１の凹部７１０内に侵入する金属層７２を有する。従って、図５に示す製造方法によれば、多孔質部材７０は、本体部７１への密着性が高い金属層７２（及びそれに伴い本体部７１への密着性が高い接合層７３）を有することができる。
In step S <b> 510, the manufacturer forms the
次に、図１５乃至図２０を参照して、ループヒートパイプ構造１００Ａの製造方法の好ましい例について説明する。図１５乃至図２０は、それぞれ、ループヒートパイプ構造１００Ａの製造方法の過程を示す説明図である。図１５乃至図１７は、それぞれ、２面図であり、左側は、多孔質部材７０の横断面を視る方向視の図であり、右側は、多孔質部材７０の縦断面を含む断面図である。図１８乃至図２０は、多孔質部材７０の縦断面を含む断面図である。
Next, a preferred example of a method for manufacturing the loop
ここでは、ループヒートパイプ構造１００Ａの製造方法として、ループヒートパイプ構造１００Ａの図３に示した部分に関する製造方法を説明する。
Here, as a method for manufacturing the loop
先ず、図５等を参照して上述したように製造された多孔質部材７０が、図１５に示すように、ケース部材５００に組み付けられる。図１５に示す例では、ケース部材５００は、接続管５３を含むと共に、蒸発器１０の内部空間を形成する部位５０１と、補償チャンバ３０の端面（接続管５３側の端面）を形成する部位５０２とを含む。このとき、多孔質部材７０は、ウィック４０との接触面近傍に配置することが望ましい。このとき、ケース部材５００が加熱され、熱膨張した接続管５３に多孔質部材７０が焼き嵌めされる。これにより、多孔質部材７０とケース部材５００との良好な密着を得ることができる。
First, the
次いで、多孔質部材７０の接合層７３が熱処理により溶融され、多孔質部材７０とケース部材５００との接合が実現される。更に、図１６に示すように、補償チャンバ３０側でケース部材５００の外周がロウ付けされ、多孔質部材７０が接合部９０を介して補償チャンバ３０に接合される。これにより、上述のように、補償チャンバ３０の開口部５３ｂまわりからの蒸気漏れを効果的に低減できる。
Next, the
次いで、図１７に示すように、ケース部材５００の部位５０１内へウィック４０が挿入される。このとき、ケース部材５００の部位５０１が加熱され、熱膨張した部位５０１内にウィック４０が焼き嵌めされる。これにより、ウィック４０とケース部材５００との良好な密着を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 17, the
次いで、図１８に示すように、ケース部材５００に、蒸気管５１と蓋５２１を一体化した部材５２０が接合される。この際、好ましくは、ケース部材５００内のウィック４０が接合時の熱で溶融しないように、低温で接合できる接合方法が用いられる。例えば、レーザーシーム溶接や、ロウ付け、はんだ付けが用いられる。
Next, as shown in FIG. 18, a
次いで、図１９に示すように、補償チャンバ３０を形成する部材５３０が、ケース部材５００の部位５０２に接合される。同様に、この際、好ましくは、ケース部材５００内のウィック４０が接合時の熱で溶融しないように、低温で接合できる接合方法が用いられる。
Next, as shown in FIG. 19, the
次いで、図２０に示すように、補償チャンバ３０を形成する部材５３０に、液管５２及び冷媒導入管５４が接合される。尚、図２０に示す例では、液管５２は、図３に示した例とは異なる位置で補償チャンバ３０に連結されている。また、冷媒導入管５４は、図３等では図示が省略されているが、ループヒートパイプ構造１００Ａ内に作動液（冷媒）を導入する際に用いられる。
Next, as shown in FIG. 20, the
次に、上述した実施例１に対する変形例を説明する。変形例は、接続管５３が接続管５３Ａで置換され、且つ、多孔質部材７０が多孔質部材７０Ａで置換された点が、上述した実施例１と実質的に異なる。多孔質部材７０Ａは、上述した実施例１による多孔質部材７０に対して、接合層７３が接合層７３Ａで置換された点が実質的に異なる。以下の変形例の説明において、上述した実施例１と同一であってよい構成要素の説明については省略する。
Next, a modification to the above-described first embodiment will be described. The modification is substantially different from the first embodiment described above in that the
図２１は、変形例による多孔質部材７０Ａの断面（縦断面）を概略的に示す断面図である。図２１には、接続管５３Ａの断面が併せて示されている。
FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing a cross section (longitudinal cross section) of a
多孔質部材７０Ａは、金属層７２の表面側に接合層７３Ａを更に含む。具体的には、図２１に示す例では、多孔質部材７０Ａは、本体部７１と、本体部７１の外周に形成される金属層７２と、金属層７２の外周に形成される接合層７３Ａとを含む。尚、多孔質部材７０Ａの輸送機能を維持するために、金属層７２及び接合層７３Ａは、多孔質部材７０Ａの端面７６には形成されない。
The
接続管５３Ａの内周面は、雌ネジ加工され、図２１に模式的に示すように、雌ネジ５３１が形成される。
The inner peripheral surface of the connecting
接合層７３Ａの外周面は、雄ネジ加工され、図２１に模式的に示すように、雄ネジ７３０が形成される。雄ネジ７３０は、多孔質部材７０Ａにおける接続管５３Ａに嵌る範囲のみに形成されてよい。尚、雄ネジ加工は、溶射で形成された接合層７３Ａに対して、ダイスや旋盤によるバイト加工や、転造により作成できる。
The outer peripheral surface of the
変形例によれば、多孔質部材７０Ａは、接続管５３Ａに対してネジ式に固定（締結）されることができる。これにより、多孔質部材７０Ａと接続管５３Ａとの間は形状による接触点が増え、蒸気漏れを更に低減できる。また、雌ネジ５３１及び雄ネジ７３０に起因して、溶融した接合層７３Ａの流出や重力による偏りを低減でき、より均一に接合層７３Ａを溶融させることができる。
According to the modification, the
［実施例２］
図２２は、実施例２によるループヒートパイプ構造１００Ｂを概略的に示す断面図である。図２２に示す部位（蒸発器１０及び補償チャンバ３０に関連する部位）以外の構成については、図１に示したループヒートパイプ１と同様であってよい。図２３は、図２２に示すラインＡ−Ａを含む水平面で切断したときの蒸発器１０Ｂの概略的な断面図である。
[Example 2]
FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing a loop
実施例２によるループヒートパイプ構造１００Ｂは、上述した実施例１のループヒートパイプ構造１００Ａに対して、蒸発器１０が蒸発器１０Ｂで置換された点が異なる。また、実施例２は、上述した実施例１に対して、ウィック４０がウィック４０Ｂで置換され、多孔質部材７０が多孔質部材７０Ｂで置換され、且つ、接続管５３が接続管５３Ｂで置換された点が、異なる。上述した実施例１における構成要素と実質的に同一であってよい構成要素については、図２２において、上述した実施例１と同一の参照符号を付して説明を省略する。
The loop
蒸発器１０Ｂの底部には、図２３に示すように、複数本の溝１３０が形成されている。溝１３０を仕切る壁体１３１の上面にウィック４０Ｂの下面が当接される。蒸発器１０Ｂは、図２２に示すように、上部に接続管５３Ｂとの接続部が形成される。
As shown in FIG. 23, a plurality of
ウィック４０Ｂは、蒸発器１０Ｂの上部に設けられる点が、上述した実施例１によるウィック４０（蒸発器１０の側部に設けられる）に対して、異なる。これは、実施例２では、接続管５３Ｂが後述のように蒸発器１０Ｂの上部に接合されているためである。
The wick 40B is different from the wick 40 (provided on the side of the evaporator 10) according to the first embodiment described above in that the wick 40B is provided on the upper part of the evaporator 10B. This is because in the second embodiment, the
接続管５３Ｂは、蒸発器１０Ｂの上部に接合される点が、蒸発器１０の側部に接合されている上述した実施例１による接続管５３に対して、異なる。また、図２２に示す例では、接続管５３Ｂは、蒸発器１０Ｂから補償チャンバ３０に延在する途中で鉛直方向から水平方向へ屈曲している。これは、蒸発器１０Ｂよりも上方に位置する補償チャンバ３０の側部に接続管５３Ｂが接続されるためである。
The
多孔質部材７０Ｂは、接続管５３Ｂの形状に対応した屈曲形状を有する。多孔質部材７０Ｂは、形状以外の他の構成については、上述した実施例１による接続管５３と同様であってよい。
The
本実施例２によっても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。 According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
次に、上述した実施例２に対する変形例を説明する。図２４は、変形例によるループヒートパイプ構造１００Ｃを概略的に示す断面図である。 Next, a modification to the above-described second embodiment will be described. FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing a loop heat pipe structure 100C according to a modification.
ループヒートパイプ構造１００Ｃは、ウィック４０Ｂがウィック４０Ｃで置換された点が、上述した実施例２と実質的に異なる。図２２に示した構成要素と実質的に同一であってよい構成要素については、図２４において、図２２に示した構成要素と同一の参照符号を付して説明を省略する。 The loop heat pipe structure 100C is substantially different from the second embodiment described above in that the wick 40B is replaced with the wick 40C. Components that may be substantially the same as the components shown in FIG. 22 are denoted by the same reference numerals as those of the components shown in FIG.
ウィック４０Ｃは、１次ウィック４０１と、２次ウィック４０２と含む。２次ウィック４０２は、１次ウィック４０１の上面に当接する下面を有する。２次ウィック４０２の細孔径は、好ましくは、１次ウィック４０１の細孔径よりも大きい。これにより、１次ウィック４０１の上面全体に作動液が輸送され易くなり、２次ウィック４０２から１次ウィック４０１への輸送性能が良好となる。
The wick 40C includes a
［実施例３］
上述した実施例１及び実施例２によるループヒートパイプ構造１００Ａ及び１００Ｂ（１００Ｃも同様）は、比較的大型の電子機器（例えばパーソナルコンピューター、サーバ、通信基地局内の電子機器等）に設置するのが好適である。これに対して、実施例３では、図２５に概略的に示すように、ループヒートパイプ構造１００Ｄは、携帯端末やタブレットのような、薄型の電子機器６００に搭載できるように形成される。ループヒートパイプ構造１００Ｄの各構成要素は、実質的にループヒートパイプ構造１００Ａの各構成要素と同じであり、薄型化や小型化されている点が異なる。また、ループヒートパイプ構造１００Ｄの各構成要素は、ループヒートパイプ構造１００Ｄが略水平面内に延在するように、略水平面内で互いに対して接続される。図２５においては、ループヒートパイプ構造１００Ａの各構成要素に対応する構成要素については、対応する構成要素と同一の参照符号の最後に「Ｄ」が付されている。尚、図２５に示す例では、熱源６０は、電子機器内のＩＣ（Integrated Circuit）チップやバッテリ等でありうる。
[Example 3]
The loop
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。 Although each embodiment has been described in detail above, it is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims. It is also possible to combine all or a plurality of the components of the above-described embodiments.
なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
熱源の熱を吸収する蒸発器と、
補償チャンバと、
排熱する凝縮器と、
前記蒸発器内に設けられるウィックと、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられる第１管と、
前記凝縮器と前記補償チャンバとの間に設けられる第２管と、
前記補償チャンバと前記蒸発器との間に設けられる第３管と、
前記第３管に設けられる多孔質部材とを含む、ループヒートパイプ構造。
（付記２）
前記多孔質部材は、前記第３管の内部空間を埋めるように設けられる、付記１に記載のループヒートパイプ構造。
（付記３）
前記多孔質部材は、前記第３管の周方向全体にわたり前記第３管の内周面に接合される、付記１に記載のループヒートパイプ構造。
（付記４）
前記多孔質部材は、前記第３管の全長にわたり設けられる、付記３に記載のループヒートパイプ構造。
（付記５）
前記多孔質部材は、前記補償チャンバ内に露出する第１端部を有し、
前記第１端部の外周は、前記補償チャンバに接合される、付記４に記載のループヒートパイプ構造。
（付記６）
前記多孔質部材は、前記第１端部とは逆側に第２端部を有し、
前記第２端部は、前記ウィックに当接される、付記５に記載のループヒートパイプ構造。
（付記７）
前記多孔質部材の細孔径は、前記ウィックの細孔径よりも大きい、付記１〜６のうちのいずれか１項に記載のループヒートパイプ構造。
（付記８）
前記多孔質部材の外周面は、金属層と、前記金属層の表面側に接合層とを含む、付記５に記載のループヒートパイプ構造。
（付記９）
前記接合層には、雄ネジが形成され、、前記第３管の内周面には、雌ネジが形成される、付記８に記載のループヒートパイプ構造。
（付記１０）
前記多孔質部材は、金属の多孔質体又はセラミックスの多孔質体により形成される本体部を備える、付記１〜９のうちのいずれか１項に記載のループヒートパイプ構造。
（付記１１）
前記多孔質部材は、金属の多孔質体により形成される本体部と、前記本体部の外周に形成される金属層と、前記金属層の外周に形成される接合層とを含み、
前記金属層は、ニッケル、タンタル、チタン又はそれらの化合物により形成され、
前記接合層は、銀ロウ、銅ロウ、及びニッケルロウのいずれか１つであるロウ材、又は、錫鉛及び錫銀銅のいずれか１つである半田材料、により形成される、付記５に記載のループヒートパイプ構造。
（付記１２）
熱源の熱を吸収する蒸発器と排熱する凝縮器とをループ状に接続し、前記凝縮器と前記蒸発器との間の管路に補償チャンバを設け、前記補償チャンバと前記蒸発器との間の管路に多孔質部材を設けたループヒートパイプ構造における、前記多孔質部材の製造方法であって、
多孔質体により形成される本体部の外周に、金属層を形成し、
前記金属層の外周に、接合層を形成することを含む、製造方法。
（付記１３）
前記金属層を形成することは、前記本体部の外周の凹部内に樹脂が侵入する態様で前記本体部の外周に対して樹脂体を設け、前記樹脂体が設けられた前記本体部の内部にワックスを浸漬し、前記ワックスが浸漬された前記本体部から前記樹脂体を除去し、前記ワックスが浸漬され前記樹脂体が除去された前記本体部に対して電鋳加工することを含む、付記１２に記載の製造方法。
（付記１４）
前記金属層を形成した後であって、前記接合層を形成する前に、前記金属層の表面を粗化することを更に含む、付記１３に記載の製造方法。
（付記１５）
前記接合層を形成することは、ロウ材又は半田材料を溶射することを含む、付記１４に記載の製造方法。
（付記１６）
前記接合層を形成した後、前記接合層に対して雄ネジを加工することを更に含む、付記１５に記載の製造方法。
（付記１７）
熱源の熱を吸収する蒸発器と排熱する凝縮器とをループ状に接続し、前記凝縮器と前記蒸発器との間の管路に補償チャンバを設けたループヒートパイプ構造における、前記ループヒートパイプ構造の製造方法であって、
多孔質体により形成される本体部の外周に、金属層を形成し、
前記金属層の外周に、接合層を形成し、
前記金属層及び前記接合層を形成した前記本体部を、前記補償チャンバと前記蒸発器との間の管路に設けることを含む、製造方法。
（付記１８）
熱源と、前記熱源から発生する熱を外部に放出するループヒートパイプ構造とを備える電子機器であって、
前記ループヒートパイプ構造は、
前記熱源の熱を吸収する蒸発器と、
補償チャンバと、
排熱する凝縮器と、
前記蒸発器内に設けられるウィックと、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられる第１管と、
前記凝縮器と前記補償チャンバとの間に設けられる第２管と、
前記補償チャンバと前記蒸発器との間に設けられる第３管と、
前記第３管に設けられる多孔質部材とを含む、電子機器。
In addition, the following additional remarks are disclosed regarding the above Example.
(Appendix 1)
An evaporator that absorbs the heat of the heat source;
A compensation chamber;
A condenser that exhausts heat,
A wick provided in the evaporator;
A first pipe provided between the evaporator and the condenser;
A second tube provided between the condenser and the compensation chamber;
A third tube provided between the compensation chamber and the evaporator;
A loop heat pipe structure including a porous member provided in the third pipe.
(Appendix 2)
The loop heat pipe structure according to appendix 1, wherein the porous member is provided so as to fill an internal space of the third pipe.
(Appendix 3)
The loop heat pipe structure according to appendix 1, wherein the porous member is joined to the inner peripheral surface of the third pipe over the entire circumferential direction of the third pipe.
(Appendix 4)
The loop heat pipe structure according to appendix 3, wherein the porous member is provided over the entire length of the third pipe.
(Appendix 5)
The porous member has a first end exposed in the compensation chamber;
The loop heat pipe structure according to appendix 4, wherein an outer periphery of the first end is joined to the compensation chamber.
(Appendix 6)
The porous member has a second end on the opposite side to the first end,
The loop heat pipe structure according to appendix 5, wherein the second end is in contact with the wick.
(Appendix 7)
The loop heat pipe structure according to any one of appendices 1 to 6, wherein a pore diameter of the porous member is larger than a pore diameter of the wick.
(Appendix 8)
The loop heat pipe structure according to appendix 5, wherein the outer peripheral surface of the porous member includes a metal layer and a bonding layer on the surface side of the metal layer.
(Appendix 9)
The loop heat pipe structure according to appendix 8, wherein a male screw is formed in the bonding layer, and a female screw is formed on an inner peripheral surface of the third pipe.
(Appendix 10)
The loop heat pipe structure according to any one of appendices 1 to 9, wherein the porous member includes a main body portion formed of a metal porous body or a ceramic porous body.
(Appendix 11)
The porous member includes a main body portion formed of a metal porous body, a metal layer formed on the outer periphery of the main body portion, and a bonding layer formed on the outer periphery of the metal layer,
The metal layer is formed of nickel, tantalum, titanium or a compound thereof,
The bonding layer is formed of a brazing material that is any one of silver brazing, copper brazing, and nickel brazing, or a solder material that is any one of tin lead and tin silver copper. The loop heat pipe structure described.
(Appendix 12)
An evaporator that absorbs heat from the heat source and a condenser that exhausts heat are connected in a loop, and a compensation chamber is provided in a pipe line between the condenser and the evaporator, and the compensation chamber and the evaporator In a loop heat pipe structure in which a porous member is provided between the pipes, the method for producing the porous member,
Form a metal layer on the outer periphery of the main body formed by the porous body,
The manufacturing method including forming a joining layer in the outer periphery of the said metal layer.
(Appendix 13)
The metal layer is formed by providing a resin body with respect to the outer periphery of the main body portion in such a manner that the resin penetrates into a concave portion on the outer periphery of the main body portion, and inside the main body portion provided with the resin body. Supplementary note 12 including immersing wax, removing the resin body from the main body portion immersed in the wax, and electroforming the main body portion from which the wax is immersed and the resin body is removed. The manufacturing method as described in.
(Appendix 14)
The manufacturing method according to appendix 13, further comprising roughening a surface of the metal layer after forming the metal layer and before forming the bonding layer.
(Appendix 15)
The manufacturing method according to appendix 14, wherein forming the bonding layer includes spraying a brazing material or a solder material.
(Appendix 16)
The manufacturing method according to appendix 15, further comprising processing a male screw on the bonding layer after forming the bonding layer.
(Appendix 17)
The loop heat in a loop heat pipe structure in which an evaporator that absorbs heat from a heat source and a condenser that exhausts heat are connected in a loop, and a compensation chamber is provided in a pipe line between the condenser and the evaporator. A method of manufacturing a pipe structure,
Form a metal layer on the outer periphery of the main body formed by the porous body,
Forming a bonding layer on the outer periphery of the metal layer;
A manufacturing method comprising: providing the main body portion on which the metal layer and the bonding layer are formed in a pipe line between the compensation chamber and the evaporator.
(Appendix 18)
An electronic device comprising a heat source and a loop heat pipe structure that releases heat generated from the heat source to the outside,
The loop heat pipe structure is
An evaporator that absorbs the heat of the heat source;
A compensation chamber;
A condenser that exhausts heat,
A wick provided in the evaporator;
A first pipe provided between the evaporator and the condenser;
A second tube provided between the condenser and the compensation chamber;
A third tube provided between the compensation chamber and the evaporator;
An electronic device comprising a porous member provided in the third tube.
４ 凝縮器
１０、１０Ｂ、１０Ｄ 蒸発器
３０ 補償チャンバ
４０、４０Ｂ、４０Ｃ ウィック
５１ 蒸気管
５２ 液管
５３、５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｄ 接続管
６０ 熱源
７０、７０Ａ、７０Ｂ 多孔質部材
７１ 本体部
７２ 金属層
７３、７３Ａ 接合層
７８ 第１端部
７９ 第２端部
９０ 接合部
１００Ａ〜１００Ｄ ループヒートパイプ構造
２０１ 樹脂シート
２１０ ワックス
４０１ １次ウィック
４０２ ２次ウィック
５３１ 雌ネジ
６００ 電子機器
７３０ 雄ネジ
4
40, 40B, 40C Wick
51
70, 70A, 70B Porous member
71
100A to 100D Loop
210 wax
401
Claims (14)
補償チャンバと、
排熱する凝縮器と、
前記蒸発器内に設けられるウィックと、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられる第１管と、
前記凝縮器と前記補償チャンバとの間に設けられる第２管と、
前記補償チャンバと前記蒸発器との間に設けられる第３管と、
前記第３管に設けられる多孔質部材とを含む、ループヒートパイプ構造。 An evaporator that absorbs the heat of the heat source;
A compensation chamber;
A condenser that exhausts heat,
A wick provided in the evaporator;
A first pipe provided between the evaporator and the condenser;
A second tube provided between the condenser and the compensation chamber;
A third tube provided between the compensation chamber and the evaporator;
A loop heat pipe structure including a porous member provided in the third pipe.
前記第１端部の外周は、前記補償チャンバに接合される、請求項４に記載のループヒートパイプ構造。 The porous member has a first end exposed in the compensation chamber;
The loop heat pipe structure according to claim 4, wherein an outer periphery of the first end is joined to the compensation chamber.
多孔質体により形成される本体部の外周に、金属層を形成し、
前記金属層の外周に、接合層を形成することを含む、製造方法。 An evaporator that absorbs heat from the heat source and a condenser that exhausts heat are connected in a loop, and a compensation chamber is provided in a pipe line between the condenser and the evaporator, and the compensation chamber and the evaporator In a loop heat pipe structure in which a porous member is provided between the pipes, the method for producing the porous member,
Form a metal layer on the outer periphery of the main body formed by the porous body,
The manufacturing method including forming a joining layer in the outer periphery of the said metal layer.
前記ループヒートパイプ構造は、
前記熱源の熱を吸収する蒸発器と、
補償チャンバと、
排熱する凝縮器と、
前記蒸発器内に設けられるウィックと、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられる第１管と、
前記凝縮器と前記補償チャンバとの間に設けられる第２管と、
前記補償チャンバと前記蒸発器との間に設けられる第３管と、
前記第３管に設けられる多孔質部材とを含む、電子機器。 An electronic device comprising a heat source and a loop heat pipe structure that releases heat generated from the heat source to the outside,
The loop heat pipe structure is
An evaporator that absorbs the heat of the heat source;
A compensation chamber;
A condenser that exhausts heat,
A wick provided in the evaporator;
A first pipe provided between the evaporator and the condenser;
A second tube provided between the condenser and the compensation chamber;
A third tube provided between the compensation chamber and the evaporator;
An electronic device comprising a porous member provided in the third tube.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015246413A JP2017110869A (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Loop heat pipe structure, manufacturing method, and electronic device |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2019106762A1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | 富士通株式会社 | Loop heat pipe and electronic device |
-
2015
- 2015-12-17 JP JP2015246413A patent/JP2017110869A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019106762A1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | 富士通株式会社 | Loop heat pipe and electronic device |
| JPWO2019106762A1 (en) * | 2017-11-29 | 2020-11-19 | 富士通株式会社 | Loop heat pipes and electronics |
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