JP2017110869A - ループヒートパイプ構造、製造方法及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。
【解決手段】ループヒートパイプ構造は、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、蒸発器内に設けられるウィックと、蒸発器と凝縮器との間に設けられる第1管と、凝縮器と補償チャンバとの間に設けられる第2管と、補償チャンバと蒸発器との間に設けられる第3管と、第3管に設けられる多孔質部材とを含む。
【選択図】図3
【解決手段】ループヒートパイプ構造は、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、蒸発器内に設けられるウィックと、蒸発器と凝縮器との間に設けられる第1管と、凝縮器と補償チャンバとの間に設けられる第2管と、補償チャンバと蒸発器との間に設けられる第3管と、第3管に設けられる多孔質部材とを含む。
【選択図】図3
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。
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)。
Hosei Nagano and Masahito Nishigawara: "Small Loop Heat Pipe with Plastic Wick for Electronics Cooling" of Japanese Journal of Applied Physics 50 (2011) 11RF02
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
(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。
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
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
Claims (14)
- 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。 - 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、請求項1に記載のループヒートパイプ構造。
- 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、請求項1に記載のループヒートパイプ構造。
- 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、請求項3に記載のループヒートパイプ構造。
- 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、請求項4に記載のループヒートパイプ構造。 - 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、請求項1〜5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。
- 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、請求項5に記載のループヒートパイプ構造。
- 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、請求項7に記載のループヒートパイプ構造。
- 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。 - 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、請求項9に記載の製造方法。
- 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、請求項10に記載の製造方法。
- 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、請求項11に記載の製造方法。
- 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、請求項12に記載の製造方法。
- 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。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015246413A JP2017110869A (ja) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | ループヒートパイプ構造、製造方法及び電子機器 |
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JP2015246413A JP2017110869A (ja) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | ループヒートパイプ構造、製造方法及び電子機器 |
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---|---|
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ID=59081534
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JP (1) | JP2017110869A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019106762A1 (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | 富士通株式会社 | ループヒートパイプ及び電子機器 |
-
2015
- 2015-12-17 JP JP2015246413A patent/JP2017110869A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019106762A1 (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | 富士通株式会社 | ループヒートパイプ及び電子機器 |
JPWO2019106762A1 (ja) * | 2017-11-29 | 2020-11-19 | 富士通株式会社 | ループヒートパイプ及び電子機器 |
US11044830B2 (en) | 2017-11-29 | 2021-06-22 | Fujitsu Limited | Loop heat pipe and electronic device |
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