JP2001147085A - 熱搬送装置 - Google Patents

熱搬送装置

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JP2001147085A
JP2001147085A JP32997499A JP32997499A JP2001147085A JP 2001147085 A JP2001147085 A JP 2001147085A JP 32997499 A JP32997499 A JP 32997499A JP 32997499 A JP32997499 A JP 32997499A JP 2001147085 A JP2001147085 A JP 2001147085A
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JP
Japan
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heat
closed loop
radiator
transfer device
medium
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Pending
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JP32997499A
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English (en)
Inventor
Naoki Ko
直樹 広
Tomohito Takada
智仁 高田
Taiji Yamamoto
泰司 山本
勝慶 ▲隠▼岐
Katsuyoshi Oki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JP2001147085A publication Critical patent/JP2001147085A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来、例えば携帯型パソコンのように、小型化
及び軽量化も進める上で、冷却構造を小型化する反面、
冷却効率は向上させなければならず、小型化するにも限
界があった。 【解決手段】熱を受熱する受熱部2と、熱を放熱する放
熱部3と、前記受熱部2と前記放熱部3とを結んで閉ル
ープを形成し、超臨界領域で使用する熱媒体を封入した
循環パイプ1とを備え、前記受熱部2は、前記閉ループ
内に、複数箇所に設けたり、また前記放熱部3を複数箇
所に設けたり、さらに受熱部を面状、又は立体形状に構
成することを特徴とし、狭いところでも少ないエネルギ
ーでヒートパイプ1内を循環させることができ、高効率
な熱搬送が可能となるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超臨界状態の物質
を熱媒体とする熱搬送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来は、特開平8―303970号公報
に示されるように、携帯型パソコンのMPU等の発熱部
品を冷却するのに、ヒートパイプを使用することが記載
されている。
【0003】さらに詳述すると、携帯型パソコン内部で
の発熱個所と放熱個所との間にそれぞれ熱授受可能に配
設される断面偏平状の携帯型パソコン冷却用ヒートパイ
プにおいて、偏平状の密閉金属管からなる外装内部に、
その長手方向に沿って多数本の極細線からなるウィック
材が外装内部の中央部に空間を形成するように配置され
る。
【0004】かかる構成においては、まず発熱個所の熱
がヒートパイプの発熱個所側の端部に伝達される。外装
の内壁面やウィックは、既に作動流体により濡らされた
状態となっているため、ヒートパイプ動作が速やかに開
始される。
【0005】即ち、ヒートパイプの発熱個所側の端部内
で生じた蒸気が、外装内部の中央空間に流入し、内部圧
力の低い放熱個所側端部に向けて流動する。従って、中
央空間が蒸気流路となる。その作動流体の蒸気は、放熱
個所側端部の外装壁面で熱を奪われて凝縮する。換言す
れば、この端部から発熱個所で生じた熱が伝達される。
【0006】従って、ヒートパイプのうち放熱個所側端
部が凝縮部となり、一方発熱個所側端部が蒸発部とな
る。再度液相になった作動流体は、毛細管現象によりウ
ィックを伝わり蒸発部側に運ばれる。このようにウィッ
クが液流路として作用するが、上述の通り、ウィックが
多数本の極細線からなり、いわゆるポンプ圧が大きいこ
とと、外装の長手方向にわたって、配設されていること
により、蒸発部に作動流体が確実に還流する。
【0007】この動作が繰り返し起こるので、作動流体
による熱輸送サイクルが活発に行なわれ、その結果発熱
個所が冷却されるのである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】例えば携帯型パソコン
のように、処理能力を向上させるとともに、小型化及び
軽量化も進める上で、上述のヒートパイプも小型化を図
り、かつ冷却効率も向上させることが必至となる。
【0009】しかしながら、上述のヒートパイプは、内
部にウィックを配置する関係上、小型化するにも限界が
ある。
【0010】本発明は、かかる課題を解決するものであ
る。
【0011】
【課題を解決する為の手段】本発明の熱搬送装置は、熱
を受熱する受熱部と、熱を放熱する放熱部と、前記受熱
部と前記放熱部とを結んで閉ループを形成し、前記熱媒
体を超臨界領域で使用する熱媒体を封入した管状外装と
を備え、前記受熱部は、前記閉ループ中に、複数箇所に
備えたことを特徴とする。
【0012】また、前記放熱部は、前記閉ループ中に、
複数箇所に備えたことを特徴とする。
【0013】また、前記受熱部は、前記管状外装を面状
に配置したことを特徴とする。
【0014】また、前記受熱部は、碁盤目状構造とする
ことを特徴とする。
【0015】また、前記受熱部は、前記管状外装より細
い細管構造とすることを特徴とする。
【0016】また、前記受熱部は、熱の授受対象品の外
観形状に沿った立体とし、かつ細管構造とすることを特
徴とする。
【0017】さらに、前記熱媒体は、二酸化炭素を使用
することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】図1に基づいて、熱搬送装置の原
理を説明する。
【0019】1は管状外装となる循環パイプ、2は循環
パイプ1の受熱部、3は循環パイプ1の放熱部、4は循
環パイプ1と外気とを断熱する断熱層である。
【0020】前記循環パイプ1の内部空間1aは、管状
空間が形成され、かつ閉ループで構成されている。そし
て、該内部空間1a内には、受熱部2から放熱部3への
熱媒体として、二酸化炭素が使用されている。
【0021】この封入された二酸化炭素は、圧力が7.
3MPa以上でかつ温度が約31℃以上となると、超臨
界流体となり、流体の粘度が低下し、対流が発生しやす
い状態となる。そこで、循環パイプ1内の超臨界流体に
温度差が生じると超臨界流体内に密度差が生じて、この
密度差により、駆動力なしに対流が発生し、循環パイプ
1内の循環を開始する。したがって、受熱部2から放熱
部3に熱を搬送することになるのである。
【0022】ここで、超臨界流体とは、物質の臨界点
(例えば二酸化炭素の場合、圧力7.3MPa、温度3
1℃)以上の環境下で物質が変化した、液体とも気体と
も異なる流体である。すなわち、二酸化炭素では、図2
のモリエル線図に示す臨界点aより高温高圧領域(b領
域)が超臨界流体の存在する領域である。
【0023】二酸化炭素以外の他の物質の臨界温度とそ
の圧力の関係を表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】前記表1からわかるように、二酸化炭素が
他の物質に比べて臨界条件が穏やかであり、使用しやす
い物質であるので、二酸化炭素がよく選択される。しか
し、使用条件に応じて、熱媒体となる物質を選択すれば
よい。
【0026】この超臨界流体は、表2に示すように、密
度や熱伝導度が、液体と同じような物性値を示し、粘度
が気体の物性値に近い値を有している。
【0027】
【表2】
【0028】したがって、超臨界流体は、(1)低粘性
で高い移動速度が期待できる、(2)動粘度が気液に比
較して小さく、対流が極めて起こりやすい、等の特徴を
有している。
【0029】前述の原理を応用した実施例を、以下に説
明する。
【0030】まず、第1の実施例として、図3に示す。
【0031】該実施例では、プリント基板9上に、発熱
部品10が複数個存在している場合を示している。
【0032】なお、9は例えばパソコンのマザーボード
のようなプリント基板、10はCPUのようなプリント
基板9上に載置された発熱部品である。
【0033】複数の発熱部品10a、10b、10c
は、近傍又は接触する位置に受熱部2a、2b、2cを
配置するとともに、各発熱部品から離れた位置に放熱部
3を配置するように循環パイプ1を設けている。なお、
各受熱部2a、2b、2cの近傍の循環パイプ1には、
超臨界流体の循環を生じやすくするために、屈曲させた
勾配部11a、11b、11cを設けている。
【0034】従って、各発熱部品10a、10b、10
cで発熱した熱は、循環パイプ1内の超臨界流体により
放熱部に熱が搬送され、放熱される。また、放熱部品
は、発熱部品が複数に対し共用できるので、その分コス
トを押さえることができるとともに、放熱部のスペース
も削減でき、省スペース化が図れるものである。
【0035】また、第2の実施例として、図4に示す。
【0036】該実施例では、発熱部品10が1つ、放熱
部が複数存在している場合である。放熱部3a、3b、
3cは、発熱部品10から離れた位置に配置されてい
る。
【0037】かかる実施例は、放熱部の個所を増やし、
1つの放熱部から放熱する放熱量を押さえることで、小
さな放熱部にでき、放熱部を収めるスペースが小さくて
も十分発熱部品を冷却することが可能となる。
【0038】また、第3の実施例を図5に示す。
【0039】該実施例では、循環パイプ1を複数に分岐
させて面状に構成して受熱部2を形成した例を示す。本
実施例では、発熱部品10が、複数個(10a、10
b、10c)存在するものとする。
【0040】プリント基板9上面には循環パイプ1の受
熱部2を配置している。この受熱部2は、発熱部品10
及び他の部品に近接又は接触させて熱を吸収するよう
に、プリント基板9全面を覆うように、碁盤目状に循環
パイプ1を分岐して面状に形成している。尚、受熱部2
を面状に形成するとは、前述の碁盤目状な構成に限ら
ず、循環パイプ1を複数本に分岐させ、この分岐させた
パイプを平行に設置するなど、その他面状に配置する構
成であれば、すべて含まれる。
【0041】さらに、受熱部2では循環パイプ1より細
い細管構造としている。このため、薄型化が可能とな
り、例えば携帯型パソコンの薄型化、軽量化にも対応で
きるようになる。このように受熱部2が細管構造にでき
るのは、熱媒体として超臨界流体を使用するため、超臨
界流体の粘性が低くなり、その分管路抵抗が下がるの
で、細くしても流体が流れるからである。
【0042】かかる構成では、発熱部品10の発熱で温
度が上昇(例えば50℃以上となると)すると、循環パ
イプ1内の超臨界流体が循環を始める。この循環によ
り、受熱部2の熱を放熱部3に搬送し、放熱する。
【0043】さらに、第4の実施例を図6に示す。かか
る実施例では、受熱部を熱の授受対象物の外観形状に沿
った立体形状に形成した例である。
【0044】12は内部に凹部13を有するコンテナ、
14は直方体形状の熱の授受対象物である。
【0045】ここで、受熱部2は、熱の授受対象物14
の外観形状に沿った立体形状に形成しており、熱の授受
対象物14をコンテナ12の凹部13内に、挿入する
際、受熱部2もいっしょに挿入する構成である。
【0046】かかる構成により、超臨界流体は粘性が低
いため、循環パイプ1を屈曲させても、流路抵抗により
循環が阻害されることが少ないので、対象物の自由曲面
に沿った形状が自在に形成でき、効率のよい熱の授受を
行なうことができる。
【0047】尚、第1の実施例と第3の実施例や、第1
の実施例と第4の実施例、さらに第2の実施例と第3の
実施例等のように、前述の実施例を複数組み合わせた構
成でも実施可能である。
【0048】
【発明の効果】本発明によれば、少ないエネルギーで熱
媒体をヒートパイプ内に循環させることができ、高効率
な熱搬送が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のヒートパイプの構成を示す図である。
【図2】二酸化炭素のモリエル線図である。
【図3】第1実施例を示す図である。
【図4】第2実施例を示す図である。
【図5】第3実施例を示す図である。
【図6】第4実施例を示す図である。
【符号の説明】
1 ヒートパイプ 2 受熱部 3 放熱部 4 断熱部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 泰司 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 ▲隠▼岐 勝慶 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱を受熱する受熱部と、熱を放熱する放
    熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを結んで閉ループを
    形成し、前記熱媒体を超臨界領域で使用する熱媒体を封
    入した管状外装とを備え、前記受熱部は、前記閉ループ
    中に、複数箇所に備えたことを特徴とする熱搬送装置。
  2. 【請求項2】 熱を受熱する受熱部と、熱を放熱する放
    熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを結んで閉ループを
    形成し、前記熱媒体を超臨界領域で使用する熱媒体を封
    入した管状外装とを備え、前記放熱部は、前記閉ループ
    中に、複数箇所に備えたことを特徴とする熱搬送装置。
  3. 【請求項3】 熱を受熱する受熱部と、熱を放熱する放
    熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを結んで閉ループを
    形成し、前記熱媒体を超臨界領域で使用する熱媒体を封
    入した管状外装とを備え、前記受熱部は、前記管状外装
    を面状に配置したことを特徴とする熱搬送装置。
  4. 【請求項4】 前記受熱部は、碁盤目状構造とすること
    を特徴とする請求項3に記載の熱搬送装置。
  5. 【請求項5】 前記受熱部は、前記管状外装より細い細
    管構造とすることを特徴とする請求項3または請求項4
    に記載の熱搬送装置。
  6. 【請求項6】 熱を受熱する受熱部と、熱を放熱する放
    熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを結んで閉ループを
    形成し、前記熱媒体を超臨界領域で使用する熱媒体を封
    入した管状外装とを備え、前記受熱部は、熱の授受対象
    品の外観形状に沿った立体とすることを特徴とする熱搬
    送装置。
  7. 【請求項7】 前記熱媒体は、二酸化炭素を使用するこ
    とを特徴とする請求項1〜請求項6のうちいずれか1つ
    に記載の熱搬送装置。
JP32997499A 1999-09-17 1999-11-19 熱搬送装置 Pending JP2001147085A (ja)

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EP00307963A EP1085287A3 (en) 1999-09-17 2000-09-14 Heat carrier
US09/662,330 US6530420B1 (en) 1999-09-17 2000-09-14 Heat carrier
CNB001338544A CN1188656C (zh) 1999-09-17 2000-09-16 载热器
TW089118937A TW468028B (en) 1999-09-17 2001-05-01 Heat carrier

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005310152A (ja) * 2004-04-19 2005-11-04 Hewlett-Packard Development Co Lp 効率的に空間を利用するための、複数の熱交換器を有する液体ループ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040413