JP2005525529A - マルチウィック構造をもつ蒸気増強ヒートシンク - Google Patents

Abstract

熱移動デバイスは、ベースチャンバー（１１０）、フィンチャンバー（１２０）、および少なくとも１つのフィン（１３０）を含む。複数のチャンバーは、熱的に接続され得る。この熱移動デバイスはまた、ウィック構造を備える。このウィック構造は、マルチウィック構造を備え得る。このマルチウィック構造構造は、三次元ウィック構造および／または空間的に変化するウィック構造を備え得る。マルチウィック構造は、少なくとも１つの架橋ウィック構造を含み得、複数の液体流れ経路を提供する。あるいは、マルチウィック構造は、溝、メッシュ、凝集粉末ウィック、または泡ウィックの組み合わせを含み得る。

Description

（優先権の主張）
本出願は、２００２年５月１５日に出願され、そして「蒸気ヒートシンク」と題し、その全部の内容が本明細書によって援用される合衆国仮出願第６０／３８０,２７４号への３５ ＵＳＣ§１１９（ｅ）による優先権を主張する。

（技術分野）
本出願は、冷却デバイスに関し、そしてより詳細には、蒸気増強熱移動デバイスに関する。

（背景）
電子コンポーネントおよびデバイスは、動作速度が増加するとともにより小さくなり、発生する熱が、電子デバイスおよびシステムの性能を改善する主要な障害となっている。ヒートシンクは、熱発生デバイスから周囲環境に熱を取り出すために用いられる共通のデバイスである。

多くに適用において、電子デバイスから発生する熱は、ヒートシンクによって空気中に排出され得る。ヒートシンクの開発は、電子システムにおける熱管理の主要な焦点である。ヒートシンクの性能は、全体の熱抵抗によって表現され得る。より低い抵抗値は、より高い冷却／熱移動性能を表す。伝導抵抗および対流抵抗は、ヒートシンクの全体の熱抵抗に影響し得る。伝導抵抗は、ヒートシンクが熱源との接触点から対流表面に熱を拡散する能力を表す。一般に、伝導抵抗は、高度に伝導性の材料、例えば、アルミニウムまたは銅の大きな断面積をもつ短い熱伝導経路を有することにより最小にされ得る。対流抵抗は、ヒートシンクが所定の空気流れ構成で周囲環境に中に熱を排出する能力を表す。一般に、ヒートシンクの設計は、対流表面の数を最大にする。

熱パイプが、伝導抵抗を減少するために用いられ得る。なぜなら、蒸発蒸気が蒸発ゾーンから熱を運び、そして凝縮表面上の凝縮により熱を放出するからである。例えば、平坦プレート熱パイプが、ヒートシンクの基部におけるひろがり抵抗を減少するために用いられている。また、アレイ形態で整列される熱パイプであるフィンは、中実の基部に熱的に接続され、フィンに沿う伝導抵抗を最小にし得る。平坦プレート熱パイプは、その他の熱パイプと組み合わされて基部およびフィンを形成する。

（要約）
熱パイプヒートシンクは、フィンおよびベースの両方が相互接続される熱パイプチャンバーであり得るヒートシンクを含む。このような熱パイプヒートシンクは、半導体チップに直接接触し得、ベースチャンバーの底部分は、可撓性の熱伝導性シートであり得、半導体チップの表面との良好な接触を提供する。熱パイプヒートシンクの相互接続チャンバーは、セラミック材料から形成され得る。このセラミック材料は、多孔性構造をもつ本体を形成し得、そして不透過性の層が、この多孔性セラミック本体を覆い得る。セラミック材料は、ウィックのためのより均一な相互接続孔構造を提供し得る。あるいは、熱パイプヒートシンクは、熱間プレスまたは焼成金属粉末によって作製され得、そして熱伝導性ポリマーでその上を成形する。フィンチャンバーは、対流熱移動のためのピンアレイ形態を有し得る。半導体パッケージのための相互接続チャンバー熱パイプヒートシンクは、ウィック構造として、チャネルを含み得る。チャネルウィックは、テーパー状中空ピンチャンバーのアレイをもつ熱パイプヒートシンク中で用いられ得る。

熱パイプヒートシンクのウィック構造は、従来の熱パイプのそれとは機能的に異なっている。特に、より伝統的な熱パイプの蒸気および液体流れは、一般に一次元であるが、熱パイプヒートシンクでは、蒸気、液体流れは、より三次元的である。従って、凝縮された液体の質量流速は、熱パイプヒートシンクでは空間的に変化するが、より伝統的な熱パイプではそうではない。結果として、改変されたウィック構造用いられ得る。改変されたウィック構造をもつ熱パイプヒートシンクは、その熱抵抗をさらに減少し得る。

蒸気増強されたヒートシンクは、熱パイプチャンバー内の蒸気および液体流れの三次元構造を考慮するウィック構造を用いることにより、および対流抵抗を最小にするための熱パイプチャンバーおよび中実の対流要素を用いることにより、高い熱性能を提供し得る。

熱パイプチャンバーを横切る熱移動速度速度は、蒸気増強ヒートシンクの伝導抵抗に直接寄与する。熱移動速度は、蒸気流速および液体流速によって制限され得る。熱パイプチャンバーの性能は、三次元流体流れに関係するので、内部形態は、三次元蒸気および三次元液体流れを収容し得る。流体流れに関し、蒸気増強ヒートシンクが電子マーケットに対して意図されるとき、加熱（蒸発）ゾーンは、代表的には、高い熱フラックス係数を有している。蒸気増強ヒートシンクのサイズと組み合わせ、高い熱フラックス係数を有することはデバイスのサイズに関して十分な高揚を提供しつつ、高いウィッキング力をもつウィック構造の必要性の幻影を創製する。一般に、高流速を持続し、そして大きな高揚を提供することの両方を提供し得るウィック構造を達成することは困難である。しかし、事実上、加熱（蒸発）ゾーンのみが高ウィッキング力係数を有し、そしてこのウィッキング力係数は、加熱ゾーンからの距離の増加に伴い減少する。詳細には、凝縮は、有意に低下した熱フラックスで起こり、そして高い凝縮流速は、凝縮物が一緒に集まる蒸発部位でのみ必要である。従って、ウィック構造は、液体に作用する力（すなわち、毛細管力、粘性力、および重力）をより良好に釣り合わせるために、空間流速条件に従って変化し得る。さらに、凝縮された流体は、三次元の複数の流体流れ経路を通って蒸発ゾーンに流れて戻り得、それによって、輸送距離を短縮化する。これらの因子は、ウィック構造において種々のウィッキング構造および／または種々の厚さをもつ種々のウィックの使用を許容する。

三次元蒸気流れに関し、この蒸気は、チャンバーを横切って拡散される必要がある。一ンバーサイズが、より多くの対流表面領域を可能にするために要求される。従って、より薄いウィック層は、チャンバー内側のより大きな蒸気腔を提供し得る。変動するウィック構造で、このウィック層の厚さは、蒸発ゾーン以外の位置でより薄くあり得る。例えば、フィンチャンバーは、より薄いウィック構造を有し得る。なぜなら、凝縮された液体の量は、蒸発ゾーンに近接する位置より少ないからである。結果として、蒸気増強ヒートシンクの全体の性能は、対流抵抗および伝導抵抗の両方を考慮することにより改善され得る。

さらに、熱パイプヒートシンクの全体の熱抵抗を減少するために、中実の対流フィンが用いられ得る。中実の対流フィンの厚さまたはサイズは、一般に、熱パイプチャンバーのそれより小さいので、対流抵抗は、対流表面上の小さな温度変動をもつ対流表面の全体の数を増加して形態が中実であるフィンを用いることにより減少され得る。より小さな温度変動をもつ対流表面を得るために、中実フィンの少なくとも１つの側面は、熱パイプチャンバーに熱的に接触し得る。

内部動作に加え、蒸気増強ヒートシンクのフィン（単数または複数）は、対流抵抗をさらに減少するための形状であり得る。詳細には、代表的なヒートシンクでは、中実のフィン（単数または複数）のベースが、フィン（単数または複数）の先端に向かってベースから離れて熱を伝導するために供され、これは、チャネル形態において、空気中の圧力低下を増加し、そしてそれ故、熱を除去する空気の能力をなくする。しかし、蒸気増強ヒートシンクでは、熱は、蒸気凝縮によりベースから離れて輸送され、そしてその結果、開口（単数または複数）が、この中実のフィン（単数または複数）上に創製され得る。この開口（単数または複数）は、空気中の圧力低下を減少し得、そしてピン−グリッドアレイまたは多孔性形態のそれと同様に対流熱移動を増加し得る。

上記チャンバーは、機械加工および電気放電機械加工；または打ち抜き加工、延伸、キャスティング、成形、折り畳み、積層、焼成、または予備成形要素の結合のような、物質変換プロセス；または当該技術分野で公知の別の材料形成プロセスのような物質除去プロセスにより形成され得る。デバイスの内壁上のウィック構造は、（例えば、成形によるか、または積層により）チャンバーと同時に形成され得る。あるいは、ウィック構造はまた、例えば、ワイヤにより形成されるメッシュ、粉末の焼成、または結合材料をもつ粉末のような内部連結プロセス；またはメッキまたは被覆、または多孔性泡形成のような物質形成プロセス；または機械加工またはエッチングのような物質除去プロセス；または当該技術分野で公知であるプロセスの組み合わせによって、当該技術分野であるプロセスにより別個に形成され得る。上記中実の対流要素は、チャンバーの形成と同時に形成され得る。あるいは、この対流要素はまた、キャスティング、成形、打ち抜き加工、または機械加工のような材料形成プロセス、または当該技術分野で公知であるその他の材料形成または除去プロセスにより別個に形成され得る。別個に形成される対流要素とチャンバーとの間の熱接続は、はんだ付け、蝋付け、溶接、熱活性化結合、音波活性化結合、圧力活性化結合、接着剤結合、またはその他の当該技術分野で公知のその他のプロセスのような界面結合材料ありまたはなしの材料接続プロセスによりなされ得る。作動液体は、チャンバーが密封してシールされる前に、チャンバー中に導入され得る。さらに、チャンバー内側の状態は、作動流体の凍結状態と臨界状態との間の温度で作動流体の蒸発を可能にし得る。

一般的な局面では、熱移動デバイスは、少なくとも１つのベースチャンバー、少なくとも１つのフィンチャンバー、および少なくとも１つのフィンを備える。これらのチャンバーは、熱的に接続され、そして凝縮可能な蒸気を保持するよう適合されている。

この熱移動デバイスの履行は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。この熱移動デバイスは、中実である少なくとも１つのフィンを含み得る。このフィンは、少なくとも１つの側面を有し、そして上記ベースチャンバーおよびフィンチャンバーの少なくとも１つと熱接触している。このフィンは、熱伝導性材料から形成され得る。

上記熱移動デバイスは、少なくとも１つの蒸気経路を含み得る。

上記熱移動デバイスは、ウィック構造をさらに含み得る。上記ウィック構造は、上記チャンバーの壁と一体に形成され得る。あるいは、上記ウィック構造は、上記チャンバーの壁とは別個に形成され得る。上記ウィック構造は、マルチウィック構造、三次元ウィック構造、または空間的に変化するウィック構造を含み得る。

上記マルチウィック構造は、少なくとも１つの架橋ウィック構造を含み得、複数の液体流れ経路を提供する。あるいは、上記マルチウィック構造は、溝、メッシュ、凝集粉末ウィック、または泡ウィックの組み合わせを含み得る。または、上記マルチウィック構造は、積層構造、バー構造、または架橋ウィック構造の組み合わせを含み得る。別の代替では、上記マルチウィック構造は、変化する間隙率または変化するポアサイズをもつウィック構造を含み得る。上記ウィックは、変化する断面形状または変化する寸法を有し得る。

上記ウィック構造は、空間的に変化するウィック構造を含み得る。この空間的に変化するウィック構造は、空間的に変化するパターンをもつ溝構造であり得る。

あるいは、上記ウィック構造は、凝集粉末ウィック、泡ウィック、少なくとも１つの溝を、またはメッシュウィックを含み得る。上記ウィック構造は、積層構造を含み得る。

上記熱移動デバイスは、液体流れ変動を収容するように液体を貯蔵するよう適合されたウィック構造をさらに備え得る。

上記熱移動デバイスは、チャンバーの対向する壁の間に配置されたウィック構造をさらに備え得る。

上記熱移動デバイスは、チャンバーの破壊を避けるために、少なくとも１つの内部支持構造をさらに備え得る。この内部支持構造は、少なくとも１つの中実要素を含み得る。あるいは、この内部支持構造の要素は、ウィック構造を含み得る。

上記熱移動デバイスのフィンは、少なくとも１つの開口を含み得る。この開口は、複数の形状を規定し得る。あるいは、この開口は、複数の寸法を規定し得る。

上記熱移動デバイスのフィンは、空気流れ下流部分にある開口を含み得る。

上記熱移動デバイスのフィンは、側面にカットアウトを含み得る。このカットアウトは複数の形状を規定し得る。あるいは、上記カットアウトは複数の寸法を規定し得る。別の実施形態では、このカットアウトはスリットを規定し得る。このカットアウトをもつ側面は、上記ベースチャンバーおよびフィンチャンバーの少なくとも１つと熱的に接触し得る。

上記熱移動デバイスの少なくとも２つのフィンは、２つの相互接続フィンを含み得る。この２つの相互接続フィンは、バッフルにより接続され得る。

上記熱移動デバイスは、少なくとも１つの相変化要素をさらに備え得る。

上記熱移動デバイスのチャンバーは、逆Ｔ形状、二重の逆Ｔ形状、Ｕ形状、Ｗ形状を形成し得る。

１つ以上の実施形態の詳細が添付の図面および以下の説明に提示されている。その他の特徴は、この説明および図面から、および請求項から明らかである。

（詳細な説明）
図１Ａを参照して、蒸気増強ヒートシンク１００は、ベースチャンバー１１０、フィンチャンバー１２０、および中実のフィン１３０を含む。これらのフィン１３０およびベースチャンバー１１０の熱源接触部分１０３（図１Ｂを参照のこと）は、銅またはアルミニウムのような熱伝導性材料から作製され得、その一方、ベースチャンバー１１０の別の残りの部分１０３、１０４およびその他のチャンバーは、適用の要求に依存して、金属、セラミック、およびプラスチックのような中実の材料から作製され得る。このベースチャンバー１１０は、電子デバイスのような（図１Ｂおよび１Ｃに示されるような）熱源１０１からの熱を吸収し得る。この熱は、ベースチャンバー１１０内側の液体を蒸発し得る。蒸気が生成され得、そしてこの熱をベースチャンバー１１０のその他の表面、およびフィンチャンバー１２０の表面に凝縮によって運搬し得る。この分散された熱は、フィン１３０中に拡散し、そして最終的には、フィン１３０上の空気流れによって周囲環境中に対流される。ワイヤメッシュウィック構造１１９、１２９が、フィンチャンバー１２０およびベースチャンバー１１０の内壁１０２上にそれぞれ付与され得る。凝縮した液体は、ウィック１１９、１２９に沿って毛細管力によって、蒸発ゾーンまたは熱源接触部分１０３に引っ張られて戻り得る。一般に、ベースチャンバー１１０およびフィンチャンバー１２０の両方は、減圧下にあり、その結果、内部支持構造（単数または複数）（図示せず）は、チャンバー１１０、１２０の崩壊を防ぐ。この支持構造（単数または複数）は、ウィック構造を含み得る。伝導抵抗の減少の他に、対流抵抗がフィン設計によって減少され得る。各中実のフィン１３０は、２つの部位、フィンチャンバー１２０との接触１３１およびベースチャンバー１１０との接触１３２から熱を伝導し、改良された熱散逸のためのフィン１３０上のより均一な温度対流表面１３３を提供する。さらに、フィンの下部分にある開口１３４は、空気が下方に流れるとき、さらなる衝突効果を提供し得、そして空気流れに対し、バックプレッシャーおよび圧力低下を減少し得る。その結果、この空気流れの大部分は、これらフィンを通り、そしてベースチャンバー１１０に到達する前に、このヒートシンクから中途で逃れることなくベースに沿って通過し得る。より良好な流れ導管効果は、この空気流れを下方に案内するためのフィンの両側面におけるバッフルを付加することにより達成され得る。

液体流れおよび蒸気流れを最適化するために、空間的に変化するウィック構造が用いられ得る。一般に、ベースチャンバー１１０に沿った液体流速は、フィンチャンバー１２０に沿うそれよりも高い。ベースチャンバー１１０の底部分におけるウィック構造は、ベースチャンバー１１０の底プレート上に付与された溝構造１４０を含み得、その結果、この底プレートに沿ったウィッキング力は、図２Ａおよび２Ｂに示されるような蒸発ゾーン１０３に向かう液体に集中し得る。主要溝１４１、１４５チャネル液体は、側面１４６、１４７から離れる。溝１４２、１４２、１４４は、この液体を溝１４１および１４５を横切って橋渡し、そしてこの液体を中央に向かって引っ張る。この溝構造の層１４０の上部にメッシュ構造１１９を置くことにより、凝縮液体は、中央にある蒸発ゾーンに引かれて戻り得る。メッシュを用いる代わりに、溝構造１５１、１５２が、内壁上に付与され得る。図３を参照して、垂直溝１５１および水平溝１５２がフィンチャンバー１２０の内側に提供され得、その一方、水平溝１５２および溝構造１４０が、ベースチャンバー１１０の内側に提供され得る。ベースチャンバー１１０の底部分に沿ってより高いウィック力を提供するために、メッシュ層１５３が溝構造１４０に付与され得る。

より高い熱散逸のために、図４Ａおよび４Ｂに示されるウィック構造形態のような、より複雑なマルチウィック構造が用いられ得る。熱の分配は、生成される蒸気の凝縮によるので、凝縮液体もまた、チャンバー１１０および１２０の内部表面上に分配され得る。凝縮液体は、ウィック構造層１１１および１２１に沿って引かれ得、これは、蒸発ゾーン１０３に戻る毛細管力により、チャンバー壁１０２と接触する。熱フラックスは、熱拡散効果によって顕著に減少され得るので、液体流速は相対的に低くあり得、ワイヤメッシュのような通常のウィッキング力構造が用いられ得る。液体が蒸発ゾーン１０３により近く引かれるとき、質量流速は増加し得る。なぜなら、液体は、大きな表面領域からより小さな蒸発領域に集まるからである。従って、大部分の表面では、通常のウィック構造のみ（例えば、ワイヤメッシュ、溝、焼成粉末層、または泡構造層）が、ウィック層１１１、１２１のために付与され得、そして液体流れを蒸発ゾーン１０３に向かって引っ張り得る。その一方、蒸発ゾーンに近い領域１１２、１２２では、多層である、ワイヤメッシュ、溝、焼成粉末層、または泡構造層、またはそれらの組み合わせのようなより高いウィック力構造が用いられ得る。さらに、ウィック構造ブリッジ１１３、１２３がまた、チャンバー１１０、１２０内に付与し、内表面のみに沿って流れる代わりに、短距離の蒸発ゾーン１０３に戻る流れのための三次元の複数液体流れ経路を提供し得る。このウィック構造ブリッジ１１３、１２３の構造（三次元の複数液体流れ経路ウィック構造）は、多層である、ワイヤメッシュ、溝、焼成粉末層、または泡構造層、またはそれらの組み合わせのようなより高いウィック力構造であり得る。これらのブリッジはまた、構造カラム（図示せず）と組み合わせられ得、必要な支持機能を提供する。蒸気流れは、チャンバー表面上の熱分布に影響し得る。蒸気が、チャンバーの蒸気腔を通って流れるとき、蒸気流れ経路に沿う圧力低下が大きい場合、蒸発ゾーン１０３と凝縮表面との間の有意な温度差が存在し得る。より広い蒸気腔が、より薄いウィック構造とともに用いられるとき、得られる圧力低下は、チャンバー表面における最終凝縮温度が蒸発ゾーン１０３における温度に近接し得るように減少され得る。結果として、全体の高い熱散逸性能は増加され得る。

図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃを参照して、別のマルチウィック構造は、ベース１１０の底表面上の通常のウィック構造層１１１、および蒸発ゾーン１０３に近接する領域領域中の高ウィック力構造層１１２を含む。高ウィック力構造はまた、図５Ｂに示されるようにベースの両側面の周りのウィック層１１５のために用いられ得る。フィンチャンバー１２０に垂直な、中央にあってかつベースを横切る、別の高ウィック力構造が含められ得る。高ウィック力構造層１１５および高ウィック力構造バー１１６は、蒸発チャンバーの高さに存在し得、その結果、これらの層１１５およびバー１１６は、ベース１１０の上表面と底表面との間のウィックブリッジ（三次元の複数液体流れ経路ウィック構造）として供し得る。別の高ウィック力構造バー１１４が、ベースと、ベースの中央にあるウィッキングバー１１６と垂直に交差し得る。ウィックバー１１４の高さは、チャンバーの高さより少なくあり得、その結果、ギャップ１０５が上記流れのために生成され得る。側面に沿うウィック層１１５は、ベース１１０の側面の周りの凝縮液体を、ウィックバー１１４、１１６の端部まで導き得る。ウィックバー１１４、１１６は、液体の総質量流れを割り当て得、そして液体を蒸発ゾーン１０３に引っ張って戻す。同様に、ウィック層１２５が、フィンチャンバー１２０の側面に沿って付与され得、そして架橋およびチャネリングウィックバー１２４が、図５Ａに示されるように、フィンチャンバー１２０の中央で、上から底に付与され得る。

熱源１０１は、熱をベースチャンバー１１０中に散逸し得る。定常状態状況では、散逸するパワー量は、蒸気発生量もまた一定であるように比較的一定である。通常の動作条件では、蒸発ゾーンに流れて戻る凝縮液体流れは一定であり、そして蒸発の熱と、熱を発生する電子デバイス１０１からの熱入力とのバランスを維持するために、質量蒸発速度に等しい。しかし、いくつかの電子デバイス適用では、熱散逸速度は、定常ではなく、そして厳密に変化する。熱散逸速度が突然に増加するとき、液体流れの必要な増分は直ちに一致しないかも知れない。その結果、蒸発ゾーン１０３の平衡温度はシフトし得、その結果、デバイスは、乾燥に起因してオーバーヒートし得る。液体リザーバー１１７が、図６Ａおよび６Ｂに示されるように、ベースチャンバーの遠端部に導入され得る。このリザーバー１１７は、所定量の液体を保持し得、これは、蒸発ゾーン１０３に向かって引かれ得る。なぜなら、リザーバー１１７のウィック力は、通常ウィック１１２と比較して比較的低いからである。

図７Ａおよび７Ｂを参照して、固−液相変更要素１１８が、熱源１０１からの熱散逸の突然の増加に起因する乾燥を防ぐために用いられ得る。この相変更要素１１８は、固−液相変更材料もが配置され得る小コンテナであり得る。この相変更材料は、所定温度で蒸発ゾーン温度を制限するように特定して選択され得、その結果、この相変更材料の融点は、電子デバイスの最大許容温度未満であって、かつ蒸気増強ヒートシンク１００の通常の稼動温度よりも高い。電子デバイスから散逸するも熱の突然の増加があるとき、蒸発速度が増加し得、そして蒸発ゾーンにおける平衡温度が増加し得る。蒸発ゾーンにおける温度が相変更材料の融点に到達するとき、相変更要素１１８は、融解することにより熱を吸収し得る。結果として、蒸発速度は、乾燥を防ぐために増加することを維持しない。熱散逸速度が減少するとき、吸収された熱は、相変更要素１１８の再固化により液体に徐々に放出され得、蒸発ゾーン１０３における平衡は、通常の動作状態にシフトして戻り得る。

先に記載されたようなフィンチャンバー１２０およびベースチャンバー１１０の形状は、単一の逆「Ｔ」であった。図８Ａ〜８Ｅでは、蒸発増強ヒートシンクは、二重の逆「Ｔ」を含む。マルチウィック構造の配列は、単一の「Ｔ」形態のそれと同様である。熱源１０１は蒸発増強ヒートシンク１００のベース１１０の中央に位置決めされ得ると仮定して、熱はチャンバー内側の液体を蒸発し得、蒸気が生成され得、そしてこの蒸気は、熱を、ベースチャンバーのその他の表面、および凝縮により２つのフィンチャンバーの表面に運搬し得る。凝縮液体は、毛細管力によりウィック構造１１１および１２１に沿って引かれ得る。液体が蒸発ゾーン１０３に近接して引かれるとき、質量流速は増加し得る。なぜなら、液体が、大きな表面領域から小さな蒸発領域に集まり得るからである。従って、大部分の表面では、ワイヤメッシュ、溝、焼成粉末層、または泡構造層のような、通常のウィック構造が、ウィック層１１１、１２１のために用いられ得、そして液体を引っ張り得る。蒸発ゾーン１０３に近い領域１１２、１２２では、多層である、ワイヤメッシュ、溝、焼成粉末層、または泡構造層、またはそれらの組み合わせのようなより高いウィック力構造が用いられ得る。さらに、三次元の複数液体流れ経路を提供する、ウィックブリッジ１１３、１２３がまた、蒸発ゾーン１０３に戻って流れる液体のためのより短い移動距離を提供するために、ベース表面とその他の表面との間に付与され得る。ウィックブリッジの構造１１３、１２３は、多層である、ワイヤメッシュ、溝、焼成粉末層、または泡構造層、またはそれらの組み合わせのようなより高いウィック力構造であり得る。さらなる高ウィック力構造１１４、１１５、１１６がベースの側面の周りで、かつベースを横切って付加され得、蒸発ゾーン１０３に戻る液体の引っ張りを増加する。液体リザーバー１１７および固−液相変更要素１１８が導入され得、熱源１０１からの散逸力の増加とともに乾燥を避ける。

図９および１０では、それぞれ「Ｕ」形状および「Ｗ」形状の熱パイプチャンバー形態が蒸発増強ヒートシンク中に含められ得る。内部マルチウィック構造は、上記の逆「Ｔ」および二重の逆「Ｔ」熱パイプチャンバー形態に関するのと同じ原理に従い得る。

図１１Ａを参照して、蒸発増強ヒートシンクのマルチウィック構造１１１は、半円形状１６１を有するウィックを含む。

図１１Ｂを参照して、蒸発増強ヒートシンクのマルチウィック構造１１１は、複数の形状１２３、１６３を有するウィックを含む。

図１２〜１４を参照して、蒸発増強ヒートシンクのフィン１３０は、複数の形状および／または寸法を有する少なくとも１つの開口１７１を含み得る。図１２では、例えば、開口１７１は、同じ形態（形状）、すなわち円形を有し、そして同じ寸法、すなわち類似のサイズである。図１３中の別の例では、開口１７１、１７２、１７３は、サイズ（寸法）、すなわち、直径が変化している。図１４中のなお別の例では、開口１７１、１７４、１７５は、異なる形態（形状）、すなわち三角、円形、および方形を有し、そしてサイズ（寸法）が異なる。

図１５および１６を参照して、蒸発増強ヒートシンクのフィン１３０は、複数の形状および／または寸法を有する少なくとも１つのカットアウト１８１、１８２、１８３、１８４、１８５を含み得る。図１５では、例えば、フィン１３０は、同じ形態（形状）、すなわち矩形を有するが、異なるサイズ（寸法）を有する複数のカットアウト１８１、１８２、１８３を含む。図１６中の別の例では、フィン１３０は、異なる形態（形状）、すなわち矩形、半円、１／４円を有し、そして異なるサイズ（寸法）を有する複数のカットアウト１８１、１８４、１８５を含む。

多くの履行が説明されている。しかし、本発明の思想および範囲から逸脱することなく種々の改変がなされ得ることが理解される。従って、その他の実施形態は、添付の請求項の範囲内にある。

図１Ａは、逆「Ｔ」熱パイプチャンバーをもつ蒸気増強ヒートシンクの等角投影図である。 図１Ｂは、切片Ａ−Ａに沿った、図１Ａの蒸気増強ヒートシンクの断面図であり、メッシュウィック構造の１つの図面を示す。 図１Ｃは、切片Ｂ−Ｂに沿った、図１Ａの蒸気増強ヒートシンクの断面図であり、図１Ｂのメッシュウィック構造の実施形態の別の図面を示す。 図２Ａは、切片Ａ−Ａに沿ってとった図１Ａの蒸気増強ヒートシンクの底プレート上の特有の溝をもつマルチウィックのウィック構造の実施形態の断面図である。 図２Ｂは、切片Ｂ−Ｂに沿ってとった図１Ａの蒸気増強ヒートシンクの底プレート上の特有の溝をもつマルチウィックのウィック構造の実施形態の断面図である。 図３は、切片Ａ−Ａに沿ってとった図１Ａの蒸気増強ヒートシンクのメッシュ層をもつ溝のあるウィック構造の第３の実施形態の断面図である。 図４Ａは、切片Ａ−Ａに沿ってとった図１Ａの蒸気増強ヒートシンクのマルチウィックのウィック構造の第４の実施形態の断面図である。 図４Ｂは、示される蒸気増強ヒートシンクのマルチウィックのウィック構造の第４の実施形態の断面図である。 図５Ａは、切片Ａ−Ａに沿ってとった図１Ａの蒸気増強ヒートシンクの別のマルチウィックのウィック構造の第５の実施形態の断面図である。 図５Ｂは、切片Ｂ−Ｂに沿ってとった図１Ａの蒸気増強ヒートシンクのマルチウィックのウィック構造の第５の実施形態の断面図である。 図５Ｃは、切片Ｃ−Ｃに沿ってとった図１Ａの蒸気増強ヒートシンクのマルチウィックのウィック構造の第５の実施形態の断面図である。 図６Ａは、切片Ｄ−Ｄに沿ってとった、液体リザーバーをもつウィック形態を示す、図１Ａの蒸気増強ヒートシンクの断面図である。 図６Ｂは、切片Ｂ−Ｂに沿ってとった、液体リザーバーをもつウィック形態を示す、図１Ａの蒸気増強ヒートシンクの断面図である。 図７Ａは、切片Ａ−Ａに沿ってとった、固−液相変更要素をもつウィック形態を示す、図１Ａの蒸気増強ヒートシンクの断面図である。 図７Ｂは、切片Ｂ−Ｂに沿ってとった、図７Ｂの固−液相変更要素をもつウィック形態を示す、図１Ａの蒸気増強ヒートシンクの断面図である。 図８Ａは、二重の逆「Ｔ」熱パイプチャンバーをもつ蒸気増強ヒートシンクの等角投影図である。 図８Ｂは、切片Ａ−Ａに沿ってとった、図８Ａの二重の逆「Ｔ」熱パイプチャンバーをもつ蒸気増強ヒートシンクの断面図である。 図８Ｃは、切片Ｂ−Ｂに沿ってとった、図８Ａの二重の逆「Ｔ」熱パイプチャンバーをもつ蒸気増強ヒートシンクの断面図である。 図８Ｄは、切片Ｃ−Ｃに沿ってとった、図８Ａの二重の逆「Ｔ」熱パイプチャンバーをもつ蒸気増強ヒートシンクの断面図である。 図８Ｅは、切片Ｄ−Ｄに沿ってとった、図８Ａの二重の逆「Ｔ」熱パイプチャンバーをもつ蒸気増強ヒートシンクの断面図である。 図９は、「Ｕ」熱パイプチャンバーをもつ蒸気増強ヒートシンクの正面図である。 図１０は、「Ｗ」熱パイプチャンバーをもつ蒸気増強ヒートシンクの正面図である。 図１１Ａは、球形状を有するウィックをもつ切片Ａ−Ａに沿ってとった図１Ａの蒸気増強ヒートシンクのマルチウィックのウィック構造の断面図である。 図１１Ｂは、複数の形状を有するウィックをもつ切片Ｂ−Ｂに沿ってとった図１Ａの蒸気増強ヒートシンクのマルチウィックのウィック構造の断面図である。 図１２は、複数の形状および／または寸法を有する蒸気増強ヒートシンクの少なくとも１つの開口を含むフィンの側面図である。 図１３は、複数の形状および／または寸法を有する蒸気増強ヒートシンクの少なくとも１つの開口を含むフィンの側面図である。 図１４は、複数の形状および／または寸法を有する蒸気増強ヒートシンクの少なくとも１つの開口を含むフィンの側面図である。 図１５は、複数の形状および／または寸法を有する蒸気増強ヒートシンクの少なくとも１つのカットアウトを含むフィンの側面図である。 図１６は、複数の形状および／または寸法を有する蒸気増強ヒートシンクの少なくとも１つのカットアウトを含むフィンの側面図である。

Claims (46)

1. 熱移動デバイスであって：
   少なくとも１つのベースチャンバー；
   少なくとも１つのフィンチャンバー；および
   少なくとも１つのフィンを備え、該チャンバーが熱的に接続され、そして凝縮可能な蒸気を保持するよう適合されている、熱移動デバイス。
2. 少なくとも１つのフィンが中実である、請求項１に記載の熱移動デバイス。
3. 前記フィンが、少なくとも１つの側面を有し、そして前記ベースチャンバーおよびフィンチャンバーの少なくとも１つと熱接触している、請求項１または２に記載の熱移動デバイス。
4. 前記フィンが、熱伝導性材料を含む、請求項１、２または３に記載の熱移動デバイス。
5. 前記熱移動デバイスが、少なくとも１つの蒸気経路を含む、請求項１から４のいずかに記載の熱移動デバイス。
6. ウィック構造をさらに備える、請求項１から５のいずかに記載の熱移動デバイス。
7. 前記ウィック構造が、前記チャンバーの壁と一体に形成され得る、請求項６に記載の熱移動デバイス。
8. 前記ウィック構造が、前記チャンバーの壁とは別個に形成され得る、請求項６に記載の熱移動デバイス。
9. 前記ウィック構造が、マルチウィック構造を含む、請求項６、７または８に記載の熱移動デバイス。
10. 前記マルチウィック構造が、三次元ウィック構造を含む、請求項９に記載の熱移動デバイス。
11. 前記マルチウィック構造が、空間的に変化するウィック構造を含む、請求項９または１０に記載の熱移動デバイス。
12. 前記マルチウィック構造が、少なくとも１つの架橋ウィック構造を含み、複数の液体流れ経路を提供する、請求項９、１０または１１に記載の熱移動デバイス。
13. 前記マルチウィック構造が、溝、メッシュ、凝集粉末ウィック、または泡ウィックの組み合わせを含む、請求項９から１２のいずれかに記載の熱移動デバイス。
14. 前記マルチウィック構造が、積層構造、バー構造、または架橋ウィック構造の組み合わせを含む、請求項９から１３のいずれかに記載の熱移動デバイス。
15. 前記マルチウィック構造が、変化する間隙率をもつウィック構造を含む、請求項９から１４のいずれかに記載の熱移動デバイス。
16. 前記マルチウィック構造が、変化するポアサイズをもつウィック構造を含む、請求項９から１５のいずれかに記載の熱移動デバイス。
17. 前記マルチウィック構造が、変化する断面形状をもつウィックを含む、請求項９から１６のいずれかに記載の熱移動デバイス。
18. 前記マルチウィック構造が、変化する寸法をもつウィックを含む、請求項９から１７のいずれかに記載の熱移動デバイス。
19. 前記ウィック構造が、空間的に変化するウィック構造を含む、請求項６に記載の熱移動デバイス。
20. 前記空間的に変化するウィック構造が、空間的に変化するパターンをもつ溝構造であり得る、請求項１９に記載の熱移動デバイス。
21. 前記ウィック構造が、凝集粉末ウィックを含む、請求項６に記載の熱移動デバイス。
22. 前記ウィック構造が、泡ウィックを含む、請求項６に記載の熱移動デバイス。
23. 前記ウィック構造が、少なくとも１つの溝を含む、請求項６に記載の熱移動デバイス。
24. 前記ウィック構造が、メッシュウィックを含む、請求項６に記載の熱移動デバイス。
25. 前記ウィック構造が、積層構造を含む、請求項６に記載の熱移動デバイス。
26. 液体流れ変動を収容するように液体を貯蔵するよう適合されたウィック構造をさらに備える、請求項６に記載の熱移動デバイス。
27. チャンバーの対向する壁の間に配置されたウィック構造をさらに備える、請求項６に記載の熱移動デバイス。
28. チャンバーの破壊を避けるために、少なくとも１つの内部支持構造をさらに備える、請求項１に記載の熱移動デバイス。
29. 前記内部支持構造が、少なくとも１つの中実要素を含む、請求項２８に記載の熱移動デバイス。
30. 前記少なくとも１つの内部支持構造の要素が、ウィック構造を含む、請求項２８または２９に記載の熱移動デバイス。
31. 少なくとも１つのフィンが、少なくとも１つの開口を含む、請求項１から３０のいずれかに記載の熱移動デバイス。
32. 前記開口が、複数の形状を規定する、請求項３１に記載の熱移動デバイス。
33. 前記開口が、複数の寸法を規定する、請求項３１に記載の熱移動デバイス。
34. 少なくとも１つのフィンが、空気流れ下流部分にある開口を含む、請求項１から３３のいずれかに記載の熱移動デバイス。
35. 少なくとも１つのフィンが、側面にカットアウトを含む、請求項１から３４のいずれかに記載の熱移動デバイス。
36. 前記カットアウトが複数の形状を規定する、請求項３５に記載の熱移動デバイス。
37. 前記カットアウトが複数の寸法を規定する、請求項３５に記載の熱移動デバイス。
38. 前記カットアウトがスリットを規定する、請求項３５に記載の熱移動デバイス。
39. 前記カットアウトをもつ側面が、前記ベースチャンバーおよびフィンチャンバーの少なくとも１つに熱的に接触する、請求項３５〜３８のいずれかに記載の熱移動デバイス。
40. 少なくとも２つのフィンが、２つの相互接続フィンを含む、請求項１から３９のいずれかに記載の熱移動デバイス。
41. 前記２つの相互接続フィンが、バッフルによって接続されている、請求項４１に記載の熱移動デバイス。
42. 少なくとも１つの相変化要素をさらに備える、請求項１から４１のいずれかに記載の熱移動デバイス。
43. 前記チャンバーが、逆Ｔ形状を形成する、請求項１から４２のいずれかに記載の熱移動デバイス。
44. 前記チャンバーが、二重の逆Ｔ形状を形成する、請求項１から４２のいずれかに記載の熱移動デバイス。
45. 前記チャンバーがＵ形状を形成する、請求項１から４２のいずれかに記載の熱移動デバイス。
46. 前記チャンバーが、Ｗ形状を形成する、請求項１から４２のいずれかに記載の熱移動デバイス。

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