JP6233125B2 - Loop-type heat pipe, manufacturing method thereof, and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、ループ型ヒートパイプとその製造方法、及び電子機器に関する。 The present invention relates to a loop heat pipe, a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus.
高度情報化社会の到来に伴い、スマートフォンやタブレット端末等のようなモバイル型の電子機器が普及しつつある。モバイル型の電子機器は、持ち運びが容易となるように薄型化されているため、CPU(Central Processing Unit)等の発熱部品を冷却するための送風ファンを設けるのが難しい。 With the advent of an advanced information society, mobile electronic devices such as smartphones and tablet terminals are spreading. Since mobile electronic devices are thinned so that they can be easily carried, it is difficult to provide a blower fan for cooling heat-generating components such as a CPU (Central Processing Unit).
発熱部品を冷却する方法としては、例えば、熱伝導率が良好な金属板や熱拡散シートで発熱部品の熱を外部に輸送する方法がある。但し、この方法では、輸送できる熱が金属板や熱拡散シートの熱伝導率によって制限されてしまう。例えば、熱拡散シートとして使用されるグラファイトシートの熱伝導率は500W/mK〜1500W/mK程度であり、この程度の熱伝導率では発熱部品の発熱量が多くなったときに発熱部品を冷却するのが難しくなってしまう。 As a method for cooling the heat generating component, for example, there is a method of transporting the heat of the heat generating component to the outside with a metal plate or a heat diffusion sheet having good thermal conductivity. However, in this method, the heat that can be transported is limited by the thermal conductivity of the metal plate or the thermal diffusion sheet. For example, the thermal conductivity of a graphite sheet used as a thermal diffusion sheet is about 500 W / mK to 1500 W / mK. With this thermal conductivity, the heat generating component is cooled when the heat generation amount of the heat generating component increases. It becomes difficult.
そこで、発熱部品を積極的に冷却するデバイスとしてヒートパイプが検討されている。 Therefore, a heat pipe has been studied as a device that actively cools heat-generating components.
ヒートパイプは、作動流体の相変化を利用して熱を輸送するデバイスであって、上記の熱拡散シートよりも高い熱伝導率を有する。例えば、直径が3mmのヒートパイプでは熱伝導率が1500W/mK〜2500W/mK程度と大きな値を示す。 The heat pipe is a device for transporting heat by utilizing the phase change of the working fluid, and has a higher thermal conductivity than that of the heat diffusion sheet. For example, a heat pipe having a diameter of 3 mm shows a large thermal conductivity of about 1500 W / mK to 2500 W / mK.
ヒートパイプには幾つかの種類がある。ループ型ヒートパイプは、発熱部品の熱により作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体を冷却して液化する凝縮器とを備える。そして、蒸発器と凝縮器は、ループ状の流路を形成する液管と蒸気管で接続されており、作動流体はその経路を一方向に流れる。 There are several types of heat pipes. The loop heat pipe includes an evaporator that vaporizes the working fluid by the heat of the heat generating component, and a condenser that cools and vaporizes the vaporized working fluid. The evaporator and the condenser are connected by a liquid pipe and a vapor pipe that form a loop-shaped flow path, and the working fluid flows through the path in one direction.
このようにループ型ヒートパイプは作動流体が流れる方向が一方向となるため、液相の作動流体とその蒸気が管内を往復するヒートパイプと比較して作動流体が受ける抵抗が少なく、効率的に熱輸送を行うことができる。 In this way, the direction of flow of the working fluid in the loop type heat pipe is one direction. Therefore, the resistance that the working fluid receives less compared to the heat pipe in which the liquid-phase working fluid and its vapor reciprocate in the pipe, and efficiently. Heat transport can be performed.
しかしながら、スマートフォン等のように薄型化された電子機器にループ型ヒートパイプを搭載する場合、電子機器の厚さに合わせて前述の液管や蒸気管の直径も小さくしなければない。その結果、液管や蒸気管の中を作動流体が流れ難くなり、ループ型ヒートパイプの熱輸送の性能が低下するおそれがある。 However, when a loop heat pipe is mounted on a thin electronic device such as a smartphone, the diameters of the liquid tube and the vapor tube must be reduced in accordance with the thickness of the electronic device. As a result, it is difficult for the working fluid to flow through the liquid pipe and the steam pipe, and the heat transport performance of the loop heat pipe may be deteriorated.
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、作動流体の逆流による熱輸送性能の低下を発生させることなく薄型化が可能なループ型ヒートパイプとその製造方法、及び電子機器を提供することを目的とする。 The disclosed technology has been made in view of the above, and provides a loop-type heat pipe that can be reduced in thickness without causing a decrease in heat transport performance due to a backflow of a working fluid, a manufacturing method thereof, and an electronic device The purpose is to do.
以下の開示の一観点によれば、作動流体を気化させる蒸発器と、前記作動流体を液化する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、かつ、下面と上面とを内側に備えた液管と、前記下面と前記上面の少なくとも一方に設けられた複数の柱と、前記液管内に設けられ、かつ、複数の前記柱に支持された多孔体と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管とを有するループ型ヒートパイプが提供される。 According to one aspect of the disclosure below, an evaporator that vaporizes a working fluid, a condenser that liquefies the working fluid, the evaporator and the condenser are connected, and a lower surface and an upper surface are inward. A liquid tube provided; a plurality of columns provided on at least one of the lower surface and the upper surface; a porous body provided in the liquid tube and supported by the plurality of columns; the evaporator and the condenser A loop type heat pipe having a steam pipe connected to a vessel and forming a loop with the liquid pipe is provided.
また、その開示の別の観点によれば、発熱部品と、前記発熱部品を冷却するループ型ヒートパイプとを有し、前記ループ型ヒートパイプが、作動流体を気化させる蒸発器と、前記作動流体を液化する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、かつ、下面と上面とを内側に備えた液管と、前記下面と前記上面の少なくとも一方に設けられた複数の柱と、前記液管内に設けられ、かつ、複数の前記柱に支持された多孔体と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管とを備えた電子機器が提供される。 According to another aspect of the disclosure, the heating component includes a heat generating component and a loop heat pipe that cools the heat generating component, and the loop heat pipe vaporizes the working fluid, and the working fluid. A condenser for liquefying, a liquid pipe connecting the evaporator and the condenser and having a lower surface and an upper surface inside, and a plurality of columns provided on at least one of the lower surface and the upper surface; An electronic apparatus comprising: a porous body provided in the liquid pipe and supported by the plurality of pillars; and a vapor pipe that connects the evaporator and the condenser and forms a loop with the liquid pipe Is provided.
更に、その開示の他の観点によれば、蒸気管により互いに接続された蒸発器と凝縮器の各々に接続され、かつ前記蒸気管と共にループを形成する液管の内側の上面と下面の少なくとも一方に柱を形成する工程と、前記液管内に、前記柱に支持された多孔体を設ける工程と、前記液管内に作動流体を注入する工程とを有するループ型ヒートパイプの製造方法が提供される。 Further, according to another aspect of the disclosure, at least one of an upper surface and a lower surface inside a liquid pipe connected to each of an evaporator and a condenser connected to each other by a vapor pipe and forming a loop together with the vapor pipe A method for manufacturing a loop heat pipe is provided, which includes a step of forming a column in the liquid tube, a step of providing a porous body supported by the column in the liquid tube, and a step of injecting a working fluid into the liquid tube. .
以下の開示によれば、ループ型ヒートパイプの液管内に多孔体とそれを支持する複数の柱を設けることで、作動流体が液管を逆流するのを多孔体から作動流体に作用する毛細管力で防止しつつ、各柱の間に作動流体が流れる流路を確保できる。 According to the following disclosure, by providing a porous body and a plurality of pillars supporting the porous body in a liquid pipe of a loop heat pipe, a capillary force that acts on the working fluid from the porous body as the working fluid flows back through the liquid pipe is disclosed. It is possible to secure a flow path for the working fluid to flow between the pillars while preventing.
その結果、液管内における作動流体の流れが円滑となり、ループ型ヒートパイプの熱輸送効率を向上させることができる。 As a result, the flow of the working fluid in the liquid pipe becomes smooth, and the heat transport efficiency of the loop heat pipe can be improved.
本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が行った検討事項について説明する。 Prior to the description of the present embodiment, considerations made by the present inventor will be described.
図1は、検討に使用したループ型ヒートパイプの模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram of a loop heat pipe used for the study.
このループ型ヒートパイプ1は、スマートフォン等のモバイル型の電子機器2に収容されるものであり、蒸発器3と凝縮器4とを有する。
The loop heat pipe 1 is accommodated in a mobile
蒸発器3と凝縮器4には蒸気管5と液管6とが接続されており、これらの管5、6によって作動流体Cが流れるループ状の流路が形成される。また、蒸発器3にはCPU等の発熱部品7が熱的に接触しており、その発熱部品7の熱により作動流体Cの蒸気Cvが生成される。蒸気Cvは、蒸気管5を通って凝縮器4に導かれ、凝縮器4において液化する。これにより、発熱部品7で発生した熱が凝縮器4に移動することになる。
A
図2は、蒸発器3とその近傍の拡大平面図である。
FIG. 2 is an enlarged plan view of the
図2に示すように、蒸発器3の内部にはウィック10が収容される。ウィック10に使用される材料は、一般に多孔質性の焼結金属や焼結セラミックであって、液管6寄りのウィック10に液相の作動流体が浸透している状態が理想的である。
As shown in FIG. 2, a
このような状態が継続すれば、液相の作動流体Cにウィック10から毛細管力が作用し、その毛細管力が作動流体Cの蒸気Cvに対抗するので、液相の作動流体Cは蒸気Cvが蒸気管5から液管6に逆流するのを防止する逆止弁として機能する。
If such a state continues, a capillary force acts on the liquid-phase working fluid C from the
しかしながら、本願発明者の調査によれば、ループ型ヒートパイプ1を薄型化すると蒸発器3内を蒸気Cvが逆流してしまうことが明らかとなった。
However, according to the investigation by the inventor of the present application, it has been clarified that when the loop type heat pipe 1 is thinned, the steam Cv flows backward in the
これは、薄型化によって蒸気管5の圧力損失が増大するため、蒸気管5内における蒸気Cvの流れが停滞し、蒸気Cvにより凝縮器4(図1参照)内の液相の作動流体Cを液管6側に押し出せなくなるためと考えられる。
This is because the pressure loss of the
また、発熱部品7から液管6への伝熱によって液管6においても作動流体Cの一部が気化し、これによっても上記のような蒸気Cvの逆流が生じると考えられる。なお、このように発熱部品7により液管6が加熱される現象はヒートリークとも呼ばれる。
Further, it is considered that a part of the working fluid C is vaporized in the liquid pipe 6 due to heat transfer from the
上記のように蒸気Cvが逆流すると、ループ型ヒートパイプの熱輸送性能が著しく低下し、発熱部品7を冷却するのが困難となる。
When the steam Cv flows backward as described above, the heat transport performance of the loop heat pipe is remarkably deteriorated, and it becomes difficult to cool the
以下に、薄型化しても作動流体の逆流を防止することが可能な本実施形態について説明する。 Hereinafter, a description will be given of this embodiment that can prevent the backflow of the working fluid even if the thickness is reduced.
(本実施形態)
図3は、本実施形態に係る電子機器の模式平面図である。
(This embodiment)
FIG. 3 is a schematic plan view of the electronic apparatus according to the present embodiment.
この電子機器20は、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器であって、筐体21とその内部に収容されたループ型ヒートパイプ22とを有する。
The
ループ型ヒートパイプ22は、作動流体Cの蒸気Cvを生成する蒸発器23と、作動流体Cを液化させる凝縮器24とを備える。そして、蒸発器23と凝縮器24には蒸気管25と液管26とが接続されており、これらの管25、26によって作動流体Cが流れるループ状の流路が形成される。
The
なお、液相の作動流体Cは液管26に沿って一方向に流れ、蒸気Cvは蒸気管25に沿って一方向に流れる。
The liquid-phase working fluid C flows in one direction along the
また、液管26の途中にはリザーバタンク29が設けられる。
A
リザーバタンク29は、液管26を流れる作動流体Cを一時的に貯留するものである。蒸発器23に入る熱量の変動に起因して、熱移動に要する作動流体Cの流量も変動するが、リザーバタンク29を設けることでこのように作動流体Cの流量が変動するのを吸収できる。
The
図4は、蒸発器23とその周囲の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
図4に示すように、蒸発器23は、例えばネジ33により回路基板31に固定される。回路基板31の上にはCPU等の発熱部品32が搭載されており、その発熱部品32の表面が蒸発器23と密着し、発熱部品32の熱により蒸発器23で作動流体Cの蒸気Cvを生成することができる。
As shown in FIG. 4, the
作動流体Cの種類は特に限定されないが、蒸発潜熱によって発熱部品32を効率的に冷却するために、なるべく蒸気圧が高く、蒸発潜熱が大きい流体を作動流体Cとして使用するのが好ましい。そのような流体としては、例えば、アンモニア、水、フロン、アルコール、及びアセトンがある。
The type of the working fluid C is not particularly limited, but it is preferable to use a fluid having a high vapor pressure and a large latent heat of vaporization as the working fluid C in order to efficiently cool the
図5は、図3のI−I線に沿う断面図であり、液管26の断面図に相当する。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 3 and corresponds to a cross-sectional view of the
図5に示すように、液管26は複数の金属製のシートを積層してなる。
As shown in FIG. 5, the
この例では、第1の外層シート35、複数の内層シート36、及び第2の外層シート37をこの順に積層することにより液管26を作製する。これらのシート35〜37は、例えば熱伝導性に優れた銅シートであって、拡散接合により互いに接合される。また、シート35〜37の各々の厚さは0.1mm〜0.3mm程度である。
In this example, the
なお、銅シートに代えてステンレスシートやマグネシウム合金シート等をシート35〜37として用いてもよい。但し、拡散接合によって各シート35〜37同士を良好に接合できるように、全てのシート35〜37の材料を同一にするのが好ましい。
In addition, it may replace with a copper sheet and may use a stainless steel sheet, a magnesium alloy sheet, etc. as the sheets 35-37. However, it is preferable to use the same material for all the
更に、この例では内層シート36の積層数を4層としているが、これよりも少ない積層数としてもよいし、4層よりも多い積層数としてもよい。
Furthermore, in this example, the number of laminated
このような液管26においては、第1の外層シート35によって下面35xが画定され、第2の外層シート37によって上面37xが画定される。また、液管26の管壁26xは、第1の外層シート35と第2の外層シート37の各々の内側側面により画定される。
In such a
そして、上記の下面35xと上面37yの各々には複数の柱38が設けられており、これらの柱38により多孔体40が支持される。
A plurality of
柱38の高さhは特に限定されないが、この例では高さhを0.1mm〜0.15mm、例えば0.15mmとする。なお、高さhは、各外層シート35、37の厚さを超えない範囲で適宜設定し得る。
The height h of the
更に、隣接する柱38の間隔dは0.7mm〜1.5mm、例えば1.3mmである。
Furthermore, the distance d between
多孔体40は直径が0.1mm〜0.4mm程度の孔36aを多数有しており、液管26を流れる液相の作動流体がこれらの孔36aに浸透する。また、多孔体40は内層シート36と一体であり、内層シート36に複数の孔36aを形成することで多孔体40が形成される。
The
そして、各孔36aから作動流体に作用する毛細管力により、後述のように作動流体が液管26内を逆流するのが抑制される。
Then, the capillary fluid acting on the working fluid from each
また、上記のように液管26内に柱38を設けたことで、隣接する柱38の間に液相の作動流体が流れる流路Rが形成されるので、柱38がない場合よりも作動流体の流れが円滑となる。
Further, since the
更に、柱38は、各シート35〜37を積層するときのプレス力で液管26が潰れるのを防止する役割も担う。これにより、ループ型ヒートパイプ22が薄型化されても、液管26内に作動流体が流れる流路Rが確保され、作動流体がループ型ヒートパイプ22内をスムーズに流れるようになる。
Furthermore, the
なお、この例では下面35xと上面37xの両方に柱38を設けているが、下面35xと上面37xのいずれか一方のみに柱38を設けてもよい。この場合でも隣接する柱38の間に流路Rが形成されるので、柱38がないときと比べて作動流体の流れが円滑となる。
In this example, the
また、蒸発器23、凝縮器24、及び蒸気管25もこのように各シート35〜37を積層することで形成される。
Moreover, the
図6は、図3のII−II線に沿う断面図であり、蒸発器23の断面図に相当する。なお、図6において、図5で説明したのと同じ要素には図5におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 3 and corresponds to a cross-sectional view of the
図6に示すように、蒸発器23内にも前述の多孔体40が設けられる。蒸発器23内の上面37xは多孔体40から離れており、上面37xと多孔体40との間には空洞Sが形成される。
As shown in FIG. 6, the aforementioned
その空洞Sは液管26(図3、図5参照)と連通し、液管26から供給された液相の作動流体Cが多孔体40に浸透する。この際に多孔体40から作動流体Cに作用する毛細管力が、ループ型ヒートパイプ22内で作動流体Cを循環させるポンピング力となる。
The cavity S communicates with the liquid pipe 26 (see FIGS. 3 and 5), and the liquid-phase working fluid C supplied from the
一方、蒸発器23の下面35xには前述の柱38が複数設けられ、その柱38により多孔体40が支持される。
On the other hand, a plurality of the
各柱38は前述の発熱部品32と熱的に接続されており、発熱部品32の熱が各柱38を介して多孔体40に伝わる。これにより、多孔体40に浸透している液相の作動流体Cが気化して蒸気Cvが生成される。
Each
多孔体40の上部には液相の作動流体Cが浸透しており、その毛細管力によって蒸気Cvの上方への逃げ道が塞がれるので、蒸気Cvの逃げ道は多孔体40の下方のみとなる。
The liquid phase working fluid C penetrates into the upper portion of the
このように、蒸発器23の多孔体40は、蒸気Cvが液管26を逆流するのを防止する逆止弁として機能する。
Thus, the
なお、隣接する柱38の流路Rは蒸気管25(図3参照)と連通しているため、蒸気Cvは、この流路Rを介して蒸気管25に逃がされることになる。
Since the flow path R of the
図7(a)は、蒸発器23における第1の外層シート35の拡大平面図である。
FIG. 7A is an enlarged plan view of the first
なお、図7(a)において、図3〜図6で説明したのと同じ要素にはこれらの図におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。これについては図7(b)でも同様である。 In FIG. 7A, the same elements as those described in FIGS. 3 to 6 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. The same applies to FIG. 7B.
更に、上記した図6の第1の外層シート35の断面は、図7(a)のIII−III線に沿う断面に相当する。
Furthermore, the cross section of the first
図7(a)に示すように、前述の柱38は、液管26から蒸気管25に向かう方向に平面視でストライプ状に延びる。
As shown in FIG. 7A, the
一方、図7(b)は、蒸発器23における第2の外層シート37の拡大平面図である。
On the other hand, FIG. 7B is an enlarged plan view of the second
なお、上記した図6の第2の外層シート37の断面は、図7(b)のIV−IV線に沿う断面に相当する。
Note that the cross section of the second
図7(b)に示すように、蒸発器23における第2の外層シート37にも複数の柱38が設けられ、蒸発器23が潰れるのをこれらの柱38で防止できる。
As shown in FIG. 7B, the second
また、各柱38は平面視で島状であり、これにより前述の空洞Sを広くすることができ、空洞S内に多くの液相の作動流体Cを溜めることができる。
Further, each
図8は、蒸発器23における内層シート36の拡大平面図である。
FIG. 8 is an enlarged plan view of the
なお、上記した図6の各内層シート36の断面は、図8のV−V線に沿う断面に相当する。
In addition, the cross section of each inner-layer sheet |
図8に示すように、内層シート36において多孔体40に相当する部位には複数の孔36aが設けられる。
As shown in FIG. 8, a plurality of
図9は、内層シート36の全体平面図である。
FIG. 9 is an overall plan view of the
図9に示すように、液管26内の多孔体40は、当該液管26に沿ってリザーバタンク29の近傍まで延びている。そして、その多孔体40から液相の作動流体Cに作用する毛細管力により、液管26内の作動流体Cがリザーバタンク29を経由して蒸発器23まで誘導される。
As shown in FIG. 9, the
その結果、蒸発器23からのヒートリーク等によって液管26内を蒸気Cvが逆流しようとしても、多孔体40から液相の作動流体Cに作用する上記の毛細管力で蒸気Cvを押し戻すことができ、蒸気Cvの逆流を防止することが可能となる。
As a result, even when the vapor Cv tries to flow backward in the
また、凝縮器24、蒸気管25、及びリザーバタンク29における内層シート36には複数の開口36bが形成される。各開口36bの位置は複数の内層シート36ごとに異なっており、複数の内層シート36を積層したときに作動流体Cやその蒸気Cvが流れる流路が各開口36bによって形成される。
A plurality of
内層シート36の寸法は特に限定されないが、この例では蒸気管25の幅W1を約8mmとし、液管26の幅W2を約6mmとする。
The dimensions of the
なお、リザーバタンク29には作動流体Cを注入するための注入口36cが形成されているが、注入口36cは不図示の封止部材により塞がれており、ループ型ヒートパイプ22内は気密に保たれる。
The
図10は、蒸気管25の断面図である。なお、図10において、各内層シート36の断面は図9におけるVI−VI線に沿う断面に相当する。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the
図10に示すように、蒸気管25における第1の外層シート35と第2の外層シート37の各々にも前述の柱38が設けられており、各シート35〜37を積層するときのプレス力で蒸気管25が潰れるのを柱38で防止することができる。
As shown in FIG. 10, the
図11は、一層目から四層目までの各内層シート36において、多孔体40に相当する部分の拡大平面図である。
FIG. 11 is an enlarged plan view of a portion corresponding to the
図11に示すように、各内層シート36には前述の孔36aが複数設けられる。
As shown in FIG. 11, each
図11の例では各孔36aの形状を平面視で円形にすると共に、互いに直交する複数の仮想直線Lの交点にこれらの孔36aを設ける。
In the example of FIG. 11, the shape of each
なお、孔36aの直径Rや、隣接する孔36aの間隔Dは、ループ型ヒートパイプ22に要求される熱輸送量と熱輸送距離や、蒸気管25と液管26のそれぞれの高さ等によって適宜最適化され得る。
The diameter R of the
この例では、直径Rを0.2mm〜0.3mm、例えば0.2mmとする。また、間隔Dは例えば0.15mmとする。 In this example, the diameter R is 0.2 mm to 0.3 mm, for example, 0.2 mm. The interval D is set to 0.15 mm, for example.
更に、孔36aの形状は円形に限定されず、楕円や多角形等の任意の形状の孔36aを形成し得る。
Furthermore, the shape of the
また、孔36aの位置は、一層目から四層目の各々の内層シート36ごとに異なる。
Further, the position of the
図12は、各内層シート36を積層したときの各孔36aの位置を模式的に示す平面図である。
FIG. 12 is a plan view schematically showing the positions of the
上記のように孔36aの位置を内層シート36ごとに異なるようにしたため、図12のように平面視したときに上下の孔36a同士が重なるようになる。
Since the positions of the
各孔36aをどのように重ねるかは特に限定されない。この例では、上下に隣接する二つの内層シート36において、一方の内層シート36の孔36aの少なくとも一部が、他方の内層シート36の孔36aに重なるようにする。
How to overlap each
このようにすると上下に隣接する孔36a同士が互いに連通するようになり、これらの孔36aによって微細なチャネルが画定される。そのチャネルは多孔体40内に三次元的に延びており、作動流体Cは毛細管力でそのチャネル内を三次元的に広がる。
If it does in this way, the
なお、図12は、全ての内層シート36における全ての孔36aが同じ大きさの場合を例示しているが、孔36aの大きさはこれに限定されない。
FIG. 12 illustrates the case where all the
図13は、孔36aの大きさの他の例を示す平面図である。
FIG. 13 is a plan view showing another example of the size of the
図13の例では、上下に隣接する二つの内層シート36において、一方の内層シート36の孔36aの直径R1を、他方の内層シート36の孔36aの直径R2と異なるようにする。
In the example of FIG. 13, in two
このように上下に隣接する内層シート36で孔36aの大きさを変えることで、多孔体40から作動流体Cに作用する毛細管力を調節することができる。
As described above, the capillary force acting on the working fluid C from the
また、前述のように多孔体40は蒸発器23内にも設けられるが、以下のように蒸発器23内と液管26内とで孔36aの大きさを変えてもよい。
As described above, the
図14(a)は、蒸発器23における孔36aの大きさの一例を示す模式平面図であり、図14(b)は、液管26における孔36aの大きさの一例を示す模式平面図である。
14A is a schematic plan view showing an example of the size of the
図14(a)、(b)の例では、液管26内の複数の孔36aの直径のうちで最小の直径R4を、蒸発器23の複数の孔36aの直径のうちで最小の直径R3よりも大きくする。
In the example of FIGS. 14A and 14B, the smallest diameter R4 among the diameters of the plurality of
これにより、液管26内においては大きな孔36a内を作動流体Cがスムーズに流通し、蒸発器23に向けて作動流体Cを速やかに移動させることができる。そして、蒸発器23内においては、小さな孔36aから受ける毛細管力で液相の作動流体Cを逆止弁として作用させ、前述のように蒸気Cvの逆流を効果的に抑制することができる。
As a result, the working fluid C smoothly flows through the
以上説明した本実施形態によれば、図5に示したように、液管26に多孔体40を収容し、かつ、その多孔体40を支持する複数の柱38を液管26の下面35xと上面37xに設ける。
According to the present embodiment described above, as shown in FIG. 5, the
これにより、多孔体40から作用する毛細管力で液管26内の作動流体Cを蒸発器23に誘導することができ、蒸発器23から液管26に作動流体Cが逆流するのを抑制できる。
Thereby, the working fluid C in the
しかも、隣接する柱38の間に作動流体Cが流れる流路Rを確保することができるので、液管26内における作動流体の流れが円滑となり、ループ型ヒートパイプ22の熱輸送効率を向上させることができる。
In addition, since the flow path R through which the working fluid C flows between the
ところで、上記のように流路Rを確保するための構造としては、図15(a)に示すような構造も考えられる。 By the way, as a structure for securing the flow path R as described above, a structure as shown in FIG.
図15(a)は、比較例に係るループ型ヒートパイプの液管26の断面図である。なお、図15(a)において本実施形態と同じ要素には本実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
FIG. 15A is a cross-sectional view of the
図15(a)に示す比較例においては、液管26の下面35xと上面37yの各々に柱38を設けずに、下面35xと上面37yの各々を多孔体40に密着させる。
In the comparative example shown in FIG. 15A, each of the
そして、液相の作動流体が流れる流路Rを確保するために、その多孔体40の側面40xを管壁26xから離す。このような構造においても流路Rによって作動流体の流れは円滑となる。
Then, in order to secure the flow path R through which the liquid-phase working fluid flows, the
ここで、液管26内を流れる作動流体の量は発熱部品32(図4参照)の発熱量によって定まり、高発熱量の発熱部品32では蒸発器23で生成される蒸気Cvの量が多くなるため、液管26を流れる液相の作動流体の量も多くなる。
Here, the amount of the working fluid flowing in the
よって、発熱部品32の発熱量が大きくなることが想定される場合には、ループ型ヒートパイプの設計時に流路Rの断面積をなるべく大きく設計し、液管26を流れる作動流体の量を多くできるようにするのが望ましい。
Therefore, when the heat generation amount of the
図15(b)は、このように流路Rの断面積を大きくしたときの比較例に係る液管26の断面図である。
FIG. 15B is a cross-sectional view of the
この例では、液管26の高さHを変更せずにその幅W2を広げることにより、液管26の薄型化を実現しつつ、流路Rの断面積を拡大している。
In this example, by increasing the width W2 without changing the height H of the
しかしながら、このように幅W2を広げてしまうと管壁26xが多孔体40から大きく離れてしまうため、下面35xや上面37yの全てを多孔体40で支えるのが難しくなる。その結果、プレスにより各シート35〜37を積層するときの力で第1の外層シート35や第2の外層シート37が点線のように凹んでしまい、流路Rが狭くなるという問題が生じる。
However, if the width W2 is increased in this way, the
一方、図16は、本実施形態において幅W2を広げた場合の液管26の断面図である。
On the other hand, FIG. 16 is a cross-sectional view of the
前述のように、本実施形態では隣接する柱38の間に流路Rが形成されるので、流路Rを形成する目的で比較例のように管壁26xから多孔体40を離す必要がなく、管壁26xに多孔体40が接した状態を維持できる。
As described above, in the present embodiment, since the flow path R is formed between the
その結果、幅W2を広げて流路Rを拡大した場合でも、柱38によって下面35xや上面37yを支えることができるので、各シート35〜37を積層するときに第1の外層シート35や第2の外層シート37が凹むのを抑制できる。
As a result, even when the width W2 is expanded and the flow path R is expanded, the
次に、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ22の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
図17及び図19は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ22の製造途中の平面図である。また、図18及び図20は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ22の製造途中の断面図である。
FIG.17 and FIG.19 is a top view in the middle of manufacture of the loop
まず、図17に示すように、厚さが約0.2mmの銅シートをウエットエッチングにより所定の形状にパターニングすることにより、第1の外層シート35と第2の外層シート37を作製する。
First, as shown in FIG. 17, a first
次に、図18に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。なお、図18は、各外層シート35、37において後で液管26となる部分の断面図であり、図17のVII−VII線に沿う断面図に相当する。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG. 18 is a cross-sectional view of a portion that will later become the
まず、第1の外層シート35の下面35xにレジスト膜41を形成する。そして、そのレジスト膜41をマスクにしながら、下面35xにおいて柱38とならない部分を途中の深さまでウエットエッチングすることにより、高さが0.15mm程度の複数の柱38を形成する。
First, the resist
なお、これと同様の方法で第2の外層シート37にも柱38を形成し得る。
In addition, the
更に、図7(a)、(b)に示したように、この柱38は、各外層シート35、37において後で蒸発器23となる部分にも形成される。
Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, the
この後に、レジスト膜41は除去される。
Thereafter, the resist
次に、図19に示すように、銅シートをウエットエッチングにより所定の形状にパターニングすることにより各内層シート36を形成する。その銅シートの厚さは特に限定されないが、この例では約0.1mmの銅シートを使用する。
Next, as shown in FIG. 19, each
また、このパターニングにおいては、凝縮器24、蒸気管25、及びリザーバタンク29に相当する部分の内層シート36に、前述の開口36bが間隔をおいて複数形成される。
In this patterning, a plurality of the
なお、凝縮器24や蒸気管25の内部を大きくくり抜いたのでは内層シート36bの各部が撓んで内層シート36を扱うのが困難となるが、このように各開口36bを間隔をおいて形成すれば内層シート36の撓みが抑制されて扱い易くなる。
If the inside of the
更に、蒸発器23と液管26の各々に相当する部分の内層シート36には上記のパターニングにより複数の孔36aが形成され、これにより複数の孔36aを備えた多孔体40が得られる。
Further, a plurality of
なお、その内層シート36には作動流体Cを注入するための注入口36cが設けられる。
The
続いて、図20に示すように、上記の第1の外層シート35、複数の内層シート36、及び第2の外層シート37をこの順に積層する。なお、図20は、図18と同一の断面における各シート35〜37の断面図であり、液管26の断面図に相当する。
Subsequently, as shown in FIG. 20, the first
積層にあたっては、各シート35〜37を約900℃に加熱しながら各シート35〜37同士をプレスすることにより、拡散接合により各シート35〜37同士を接合する。このとき、前述のように柱38が第1の外層シート35や第2の外層シート37を支持するので、プレスにより液管26が潰れるのを防止できる。
In the lamination, the
そして、隣接する柱38の間には、液相の作動流体が流れる流路Rが形成される。
A flow path R through which a liquid-phase working fluid flows is formed between
図21は、その柱38の平面形状の一例を示す平面図である。
FIG. 21 is a plan view showing an example of the planar shape of the
図21に示すように、柱38は、液相の作動流体の流れを阻害しないように、平面視で液管26に沿って延びる帯状に形成するのが好ましい。
As shown in FIG. 21, the
図22は、積層後の多孔体40に相当する部分のSEM(Scanning Electron Microscope)像を元にして描いた断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view drawn based on an SEM (Scanning Electron Microscope) image of a portion corresponding to the
図22に示すように、各内層シート36は拡散接合により一体化しており、各内層シート36の界面は消失している。
As shown in FIG. 22, each
その後、不図示の真空ポンプを用いて注入口36c(図19参照)から液管26内を排気した後、注入口36cから液管26内に作動流体Cとして水を注入し、その後注入口36cを封止する。
Thereafter, the inside of the
以上により、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ22が完成する。
Thus, the
上記したループ型ヒートパイプ22の製造方法によれば、複数のシート35〜37を積層してループ型ヒートパイプ22を製造するため、スマートフォンやタブレット端末等に収容可能な程度にループ型ヒートパイプ22を薄型化することができる。
According to the manufacturing method of the
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 The following additional notes are disclosed for each embodiment described above.
(付記1) 作動流体を気化させる蒸発器と、
前記作動流体を液化する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、かつ、下面と上面とを内側に備えた液管と、
前記下面と前記上面の少なくとも一方に設けられた複数の柱と、
前記液管内に設けられ、かつ、複数の前記柱に支持された多孔体と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管と、
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。
(Appendix 1) an evaporator that vaporizes the working fluid;
A condenser for liquefying the working fluid;
A liquid pipe connecting the evaporator and the condenser and having a lower surface and an upper surface on the inside;
A plurality of columns provided on at least one of the lower surface and the upper surface;
A porous body provided in the liquid pipe and supported by the plurality of pillars;
A vapor pipe connecting the evaporator and the condenser and forming a loop with the liquid pipe;
A loop-type heat pipe characterized by comprising:
(付記2) 前記多孔体が前記蒸発器内にも設けられたことを特徴とする付記1に記載のループ型ヒートパイプ。 (Additional remark 2) The loop type heat pipe of Additional remark 1 characterized by the said porous body being provided also in the said evaporator.
(付記3) 前記液管は内側に管壁を有し、前記管壁に前記多孔体が接することを特徴とする付記1に記載のループ型ヒートパイプ。 (Supplementary note 3) The loop heat pipe according to supplementary note 1, wherein the liquid pipe has a pipe wall inside, and the porous body is in contact with the pipe wall.
(付記4) 前記蒸発器、前記凝縮器、前記液管、及び前記蒸気管の各々は、前記下面を備えた第1の外層シートと、複数の内層シートと、前記上面を備えた第2の外層シートとをこの順に積層してなると共に、
前記多孔体は複数の前記内層シートを積層してなり、該多孔体に対応する部分の複数の前記内層シートの各々に複数の孔が形成されたことを特徴とする付記1に記載のループ型ヒートパイプ。
(Additional remark 4) Each of the said evaporator, the said condenser, the said liquid pipe, and the said steam pipe is 1st outer layer sheet | seat provided with the said lower surface, several inner layer sheet | seat, and 2nd provided with the said upper surface. While laminating the outer layer sheet in this order,
The loop type according to appendix 1, wherein the porous body is formed by laminating a plurality of inner layer sheets, and a plurality of holes are formed in each of the plurality of inner layer sheets corresponding to the porous body. heat pipe.
(付記5) 前記多孔体が前記蒸発器内にも設けられ、
前記液管内における最小の前記孔の大きさは、前記蒸発器内における最小の前記孔の大きさよりも大きいことを特徴とする付記4に記載のループ型ヒートパイプ。
(Supplementary Note 5) The porous body is also provided in the evaporator,
The loop type heat pipe according to
(付記6) 上下に隣接する二つの前記内層シートにおいて、一方の前記内層シートの前記孔の少なくとも一部が、他方の前記内層シートの前記孔に重なることを特徴とする付記4に記載のループ型ヒートパイプ。
(Supplementary note 6) The loop according to
(付記7) 上下に隣接する二つの前記内層シートにおいて、一方の前記内層シートの前記孔の大きさが、他方の前記内層シートの前記孔の大きさと異なることを特徴とする付記4に記載のループ型ヒートパイプ。 (Supplementary note 7) In the two inner layer sheets adjacent in the vertical direction, the size of the hole of one inner layer sheet is different from the size of the hole of the other inner layer sheet. Loop type heat pipe.
(付記8)
発熱部品と、
前記発熱部品を冷却するループ型ヒートパイプとを有し、
前記ループ型ヒートパイプが、
作動流体を気化させる蒸発器と、
前記作動流体を液化する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、かつ、下面と上面とを内側に備えた液管と、
前記下面と前記上面の少なくとも一方に設けられた複数の柱と、
前記液管内に設けられ、かつ、複数の前記柱に支持された多孔体と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管とを備えたことを特徴とする電子機器。
(Appendix 8)
Heat-generating parts,
A loop heat pipe for cooling the heat generating component;
The loop heat pipe is
An evaporator for vaporizing the working fluid;
A condenser for liquefying the working fluid;
A liquid pipe connecting the evaporator and the condenser and having a lower surface and an upper surface on the inside;
A plurality of columns provided on at least one of the lower surface and the upper surface;
A porous body provided in the liquid pipe and supported by the plurality of pillars;
An electronic apparatus comprising: a vapor pipe that connects the evaporator and the condenser and forms a loop with the liquid pipe.
(付記9) 蒸気管により互いに接続された蒸発器と凝縮器の各々に接続され、かつ前記蒸気管と共にループを形成する液管の内側の上面と下面の少なくとも一方に柱を形成する工程と、
前記液管内に、前記柱に支持された多孔体を設ける工程と、
前記液管内に作動流体を注入する工程と、
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプの製造方法。
(Supplementary Note 9) A step of forming columns on at least one of an upper surface and a lower surface inside a liquid pipe that is connected to each of an evaporator and a condenser that are connected to each other by a vapor pipe and that forms a loop with the vapor pipe;
Providing a porous body supported by the column in the liquid tube;
Injecting a working fluid into the liquid pipe;
A method for manufacturing a loop heat pipe, comprising:
(付記10) 前記柱を形成する工程は、前記上面と前記下面のうちの少なくとも一方において前記柱とならない部分をエッチングすることにより行われることを特徴とする付記9に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。 (Additional remark 10) The process of forming the said pillar is performed by etching the part which does not become the said pillar in at least one of the said upper surface and the said lower surface, The loop type heat pipe of Additional remark 9 characterized by the above-mentioned. Production method.
(付記11) 前記下面を備えた第1の外層シート、複数の内層シート、及び前記上面を備えた第2の外層シートをこの順に積層することにより前記液管を形成する工程を更に有し、
前記多孔体を設ける工程は、複数の前記内層シートにおいて前記多孔体に対応する部分に複数の孔を形成することにより行われることを特徴とする付記9又は付記10に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。
(Additional remark 11) It further has the process of forming the said liquid pipe by laminating | stacking the 1st outer layer sheet provided with the said lower surface, several inner layer sheets, and the 2nd outer layer sheet provided with the said upper surface in this order,
The step of providing the porous body is performed by forming a plurality of holes in a portion corresponding to the porous body in the plurality of inner layer sheets. Production method.
1、22…ループ型ヒートパイプ、2、20…電子機器、3、23…蒸発器、4、24…凝縮器、5、25…蒸気管、6、26…液管、7、32…発熱部品、10…ウィック、21…筐体、26x…管壁、29…リザーバタンク、31…回路基板、33…ネジ、35…第1の外層シート、35x…下面、36…内層シート、36a…孔、36b…開口、37…第2の外層シート、37x…上面、38…柱、40…多孔体、36c…注入口、41…レジスト膜。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記作動流体を液化する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、かつ、下面と上面とを内側に備えた液管と、
前記下面と前記上面の少なくとも一方に設けられた複数の柱と、
前記液管内に設けられ、かつ、複数の前記柱に支持された多孔体と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管と、
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。 An evaporator for vaporizing the working fluid;
A condenser for liquefying the working fluid;
A liquid pipe connecting the evaporator and the condenser and having a lower surface and an upper surface on the inside;
A plurality of columns provided on at least one of the lower surface and the upper surface;
A porous body provided in the liquid pipe and supported by the plurality of pillars;
A vapor pipe connecting the evaporator and the condenser and forming a loop with the liquid pipe;
A loop-type heat pipe characterized by comprising:
前記多孔体は複数の前記内層シートを積層してなり、該多孔体に対応する部分の複数の前記内層シートの各々に複数の孔が形成されたことを特徴とする請求項1に記載のループ型ヒートパイプ。 Each of the evaporator, the condenser, the liquid pipe, and the steam pipe includes a first outer layer sheet having the lower surface, a plurality of inner layer sheets, and a second outer layer sheet having the upper surface. While being laminated in this order,
2. The loop according to claim 1, wherein the porous body is formed by laminating a plurality of inner layer sheets, and a plurality of holes are formed in each of the plurality of inner layer sheets corresponding to the porous body. Type heat pipe.
前記発熱部品を冷却するループ型ヒートパイプとを有し、
前記ループ型ヒートパイプが、
作動流体を気化させる蒸発器と、
前記作動流体を液化する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、かつ、下面と上面とを内側に備えた液管と、
前記下面と前記上面の少なくとも一方に設けられた複数の柱と、
前記液管内に設けられ、かつ、複数の前記柱に支持された多孔体と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管とを備えたことを特徴とする電子機器。 Heat-generating parts,
A loop heat pipe for cooling the heat generating component;
The loop heat pipe is
An evaporator for vaporizing the working fluid;
A condenser for liquefying the working fluid;
A liquid pipe connecting the evaporator and the condenser and having a lower surface and an upper surface on the inside;
A plurality of columns provided on at least one of the lower surface and the upper surface;
A porous body provided in the liquid pipe and supported by the plurality of pillars;
An electronic apparatus comprising: a vapor pipe that connects the evaporator and the condenser and forms a loop with the liquid pipe.
前記液管内に、前記柱に支持された多孔体を設ける工程と、
前記液管内に作動流体を注入する工程と、
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプの製造方法。 Forming a column on at least one of an upper surface and a lower surface inside a liquid pipe connected to each of an evaporator and a condenser connected to each other by a vapor pipe and forming a loop with the vapor pipe;
Providing a porous body supported by the column in the liquid tube;
Injecting a working fluid into the liquid pipe;
A method for manufacturing a loop heat pipe, comprising:
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