JP2006125683A - Heat transporting device and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、毛細管力を推進力として作動流体を循環させることにより、発熱体の熱を吸収して熱を輸送する熱輸送装置及びこれを搭載した電子機器に関する。 The present invention relates to a heat transport device that absorbs heat of a heating element and transports heat by circulating a working fluid using a capillary force as a driving force, and an electronic device equipped with the heat transport device.
PC(Personal Computer)等の電子機器を冷却するために、その電子機器の発熱部から発生する熱を放熱部に輸送するデバイスとして、従来からヒートパイプやCPL(Capillary Pumped Loop)等が用いられている。これらの熱輸送デバイスは、電子機器の高温の発熱部で発生する熱によって蒸発した気相の作動流体が、低温の放熱部へ移動し、その放熱部で凝縮して液体になって熱を放出するものであり、これにより、発熱体が冷却される。 In order to cool an electronic device such as a PC (Personal Computer), a heat pipe, a CPL (Capillary Pumped Loop) or the like has been conventionally used as a device for transporting heat generated from a heat generating portion of the electronic device to a heat radiating portion. Yes. In these heat transport devices, the vapor phase working fluid evaporated by the heat generated in the high-temperature heat generating part of the electronic equipment moves to the low-temperature heat-dissipating part, condenses in the heat-dissipating part, becomes liquid, and releases heat. As a result, the heating element is cooled.
ヒートパイプは、銅等の金属でなるパイプ状のコンテナに冷媒となる作動流体が収容され、パイプ内部に設けられた毛細管力を発生させるウィックによって作動流体にポンプ力を発生させている(例えば、特許文献1参照。)。 The heat pipe contains a working fluid serving as a refrigerant in a pipe-shaped container made of a metal such as copper, and generates a pumping force in the working fluid by a wick that generates a capillary force provided inside the pipe (for example, (See Patent Document 1).
CPLはヒートパイプの原理を用いた熱輸送装置で、その形状はパイプ状のものに限られない。例えば、CPLには、蒸発器と凝縮器とが物理的に分離され、蒸発器と凝縮器とが、気相の作動流体が流通する気相管と液相の作動流体が流通する液相管とによって接続された装置がある(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、例えば発熱体がICチップである場合、当該ICチップの集積度は年々向上し高クロック化が進んでおり、これに伴う発熱量も増加の一途をたどっている。したがって、そのような過大な発熱によって、ドライアウトが発生しやすい状況になりつつある。また、発熱量の増加の問題に対処するため、今後さらに高い熱輸送効率を備えた熱輸送装置が求められる。 However, for example, when the heating element is an IC chip, the degree of integration of the IC chip has been improved year by year, and the clock speed has been increased. The amount of heat generation accompanying this increase is steadily increasing. Therefore, it is becoming a situation where dryout is likely to occur due to such excessive heat generation. Further, in order to cope with the problem of an increase in the amount of heat generation, a heat transport device having higher heat transport efficiency will be required in the future.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ドライアウトを確実に防止し、高い熱輸送能力を実現することができる熱輸送装置及びこの熱輸送装置を搭載した電子機器を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a heat transport device that can reliably prevent dry-out and realize a high heat transport capability, and an electronic device equipped with the heat transport device. is there.
上記目的を達成するため、本発明に係る熱輸送装置は、液相の作動流体を流通させる第1の流路抵抗を有する第1の流路を有し、前記作動流体の蒸発作用により発熱体から熱を吸収する蒸発器と、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第1の管と、前記第1の流路抵抗とは異なる第2の流路抵抗を有する第2の流路を有し、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記第1の流路へ流通させることが可能な第2の管とを具備する。 In order to achieve the above object, a heat transport device according to the present invention has a first flow path having a first flow path resistance for circulating a liquid-phase working fluid, and a heating element by an evaporation effect of the working fluid. An evaporator that absorbs heat from the condenser, a condenser that releases heat by a condensing action of the working fluid, a first pipe that circulates the working fluid evaporated in the evaporator to the condenser, and the first A second pipe having a second flow path having a second flow path resistance different from the flow path resistance and capable of flowing the working fluid condensed by the condenser to the first flow path. It comprises.
本発明において、作動流体が各流路に接触する単位行程長さあたりの接触面積(流路を構成する壁に作動流体が接触する面積)が小さいほど、流路抵抗が小さいものとする。一方、上記接触面積が小さいほど毛細管力(または表面張力)も小さくなるが、本発明でいう流路抵抗は、毛細管力で作動流体が流れる場合の当該毛細管力とは独立したものとする。以下、同様である。 In the present invention, it is assumed that the smaller the contact area per unit stroke length at which the working fluid contacts each flow path (the area where the working fluid contacts the wall constituting the flow path), the smaller the flow path resistance. On the other hand, the capillary force (or surface tension) decreases as the contact area decreases, but the flow path resistance referred to in the present invention is independent of the capillary force when the working fluid flows by the capillary force. The same applies hereinafter.
本発明では、蒸発器が有する第1の流路の第1の流路抵抗と、第2の管が有する第2の流路の第2の流路抵抗とが異なるように最適な値にそれぞれ設定されることにより、液相の作動流体に最適な毛細管力が働く。これにより、安定して作動流体を流通させることができ、高い熱輸送能力を実現することができる。 In the present invention, the first flow path resistance of the first flow path of the evaporator and the second flow path resistance of the second flow path of the second pipe are set to optimum values, respectively. By being set, an optimum capillary force acts on the liquid-phase working fluid. Thereby, a working fluid can be distribute | circulated stably and a high heat transport capability can be implement | achieved.
第2の管は、作動流体が流通する内部の一部または全部が第2の流路で構成されていればよい。発熱体としては、例えばICチップや抵抗等の電子部品、あるいは放熱フィン等が挙げられるが、これらに限られず発熱するものなら何でもよい。以下、同様である。 The second tube may be configured such that part or all of the inside through which the working fluid flows is configured by the second flow path. Examples of the heating element include an electronic component such as an IC chip and a resistor, a heat radiating fin, and the like. The same applies hereinafter.
本発明の一の形態によれば、前記第2の流路抵抗は、前記第1の流路抵抗より大きい。これにより、第1の流路の毛細管力より第2の流路の毛細管力を大きくすることができる。したがって、発熱体の熱が過大となることにより蒸発器の第1の流路に気泡等が発生した場合でも、比較的に大きい第2の流路抵抗によって液相の作動流体を強く引き込むことができ、ドライアウトを防止することができる。 According to one aspect of the present invention, the second flow path resistance is greater than the first flow path resistance. Thereby, the capillary force of the second channel can be made larger than the capillary force of the first channel. Therefore, even when bubbles or the like are generated in the first flow path of the evaporator due to excessive heat of the heating element, the liquid phase working fluid can be strongly drawn by the relatively large second flow path resistance. And can prevent dry-out.
本発明の一の形態によれば、前記第2の管は、前記第2の流路より前記凝縮器側に設けられ、前記第1及び第2の流路抵抗とは異なる第3の流路抵抗を有する第3の流路を有する。第2の管内においても各流路抵抗の最適化が図られることで、作動流体を安定して第2の流路内を流通させることができ、熱輸送能力を向上させることができる。 According to an aspect of the present invention, the second pipe is provided closer to the condenser than the second flow path, and is a third flow path different from the first and second flow path resistances. A third flow path having resistance is included. By optimizing each channel resistance also in the second pipe, the working fluid can be stably circulated in the second channel, and the heat transport capability can be improved.
本発明の一の形態によれば、前記第3の流路抵抗は、前記第2の流路抵抗より大きい。これにより、凝縮器から第2の管へ流出する作動流体を蒸発器へ安定して流通させることができ、熱輸送能力を向上させることができる。 According to one aspect of the present invention, the third flow path resistance is greater than the second flow path resistance. Thereby, the working fluid flowing out from the condenser to the second pipe can be circulated stably to the evaporator, and the heat transport capability can be improved.
本発明の一の形態によれば、前記第1の流路は、前記作動流体の下流側の第1の端部と、前記作動流体の上流側の第2の端部とを有し、前記第2の流路は、該第2の流路が前記第1の流路と連通するように前記第2の端部に接続された第3の端部と、前記作動流体の上流側の第4の端部とを有し、前記第1の流路及び第2の流路は、前記第4の端部から前記第1の端部まで直線状に、かつ、徐々に流路抵抗が小さくなるように設けられている。これにより、液体の作動流体をより安定的に流通させることができ、例えば第1の流路で気泡が発生した場合でも蒸発器から第2の管内へ気泡が流入することを防止できる。徐々に流路抵抗が小さくなるとは、連続的、段階的、またはこれらが混合した状態で流路抵抗が小さくなるという意味である。 According to an aspect of the present invention, the first flow path includes a first end portion on the downstream side of the working fluid and a second end portion on the upstream side of the working fluid, The second channel includes a third end connected to the second end so that the second channel communicates with the first channel, and a second end upstream of the working fluid. The first flow path and the second flow path are linear from the fourth end to the first end, and the flow path resistance gradually decreases. It is provided to become. Thereby, the liquid working fluid can be circulated more stably. For example, even when bubbles are generated in the first flow path, the bubbles can be prevented from flowing into the second tube from the evaporator. The gradually decreasing channel resistance means that the channel resistance decreases continuously, stepwise, or in a mixed state.
例えば、前記蒸発器は、前記第1の流路を構成するための第1の大きさでなる第1の粒体を有し、前記第2の管は、前記第2の流路を構成するための、前記第1の大きさより小さい第2の大きさでなる第2の粒体を有していればよい。粒体とは、形状が、球体、楕円体、直方体、立方体、またはこれらのうち少なくとも2つの組み合わせである。大きさとは、1つの粒体で幅が最も大きい部分の大きさである。 For example, the evaporator has a first particle having a first size for constituting the first flow path, and the second tube constitutes the second flow path. Therefore, it is only necessary to have a second particle having a second size smaller than the first size. A grain is a sphere, ellipsoid, cuboid, cube, or a combination of at least two of these. The size is the size of the largest portion of one grain.
粒体に限らず、作動流体の流通方向に沿った棒状の部材が複数集められたもので、各流路が構成されるようにしてもよい。この場合、棒状の部材は中空パイプでもよいし、あるいは中空でない棒状部材でもよい。あるいは、ポーラス部材(空隙が複数形成されたスポンジ状の部材)であってもよい。中空パイプの場合、その中空の径(流通方向に直交する方向の径)が流通方向で異なるように構成されていればよい。中空でない棒状部材の場合も同様に、その径が流通方向で異なるように構成されていればよい。 Not only the particles but also a plurality of rod-like members along the flow direction of the working fluid may be collected, and each flow path may be configured. In this case, the rod-shaped member may be a hollow pipe or a non-hollow rod-shaped member. Alternatively, it may be a porous member (a sponge-like member in which a plurality of voids are formed). In the case of a hollow pipe, the hollow diameter (diameter in a direction orthogonal to the flow direction) may be different in the flow direction. Similarly, in the case of a non-hollow rod-like member, it is only necessary that the diameter is different in the flow direction.
あるいは、前記蒸発器は、前記第1の流路を構成するための第1の幅でなる第1の溝を有し、前記第2の管は、前記第2の流路を構成するための、前記第1の幅より狭い第2の幅でなる第2の溝を有していればよい。この場合の幅とは、作動流体の流通する方向に直行する方向の幅である。 Alternatively, the evaporator has a first groove having a first width for configuring the first flow path, and the second tube is configured for configuring the second flow path. It is only necessary to have a second groove having a second width narrower than the first width. The width in this case is a width in a direction perpendicular to the direction in which the working fluid flows.
本発明の一の形態によれば、前記第1の管は、前記作動流体の疎水性の第3の流路を有する。気相状態の作動流体の分子は、第1の管内を衝突を繰り返しながら進んでいく。第3の流路で熱拡散が大きいと、気相の作動流体はその熱拡散によって凝縮が進行してしまい、熱を効率よく凝縮器まで輸送することができなくなる。本発明では、第3の流路での熱拡散が抑えられ、熱輸送能力を向上させることができる。また、疎水性を実現するために、第1の管として例えば樹脂系のものが用いられれば、金属に比べ熱伝導率が低くなるので、熱拡散を抑制することができる。この場合、管の外側を金属、作動流体に接する内側をプラスチックとすることも可能である。 According to an aspect of the present invention, the first tube has a hydrophobic third flow path for the working fluid. The molecules of the working fluid in the gas phase progress while repeating collisions in the first tube. When the thermal diffusion is large in the third flow path, the vapor phase working fluid is condensed due to the thermal diffusion, and heat cannot be efficiently transported to the condenser. In the present invention, thermal diffusion in the third flow path is suppressed, and the heat transport capability can be improved. Further, in order to realize hydrophobicity, for example, if a resin tube is used as the first tube, the thermal conductivity becomes lower than that of metal, so that thermal diffusion can be suppressed. In this case, the outside of the tube can be made of metal and the inside of the tube in contact with the working fluid can be made of plastic.
本発明の他の観点に係る熱輸送装置は、作動流体の蒸発作用により発熱体から熱を吸収する蒸発器と、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第1の管と、前記作動流体が流通する方向に沿って徐々に流路抵抗が小さくなる流路を有し、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させることが可能な第2の管とを具備する。 A heat transport device according to another aspect of the present invention includes an evaporator that absorbs heat from a heating element by an evaporation action of a working fluid, a condenser that releases heat by a condensation action of the working fluid, and an evaporation by the evaporator The working fluid condensed by the condenser has a first pipe that causes the working fluid to flow to the condenser, and a flow path that gradually reduces the flow resistance along the direction in which the working fluid flows. And a second pipe capable of circulating the gas to the evaporator.
本発明では、凝縮した液相の作動流体が流通する第2の流路の流路抵抗が、作動流体の流通方向に沿って徐々に小さくなるので、蒸発器に気泡等が発生した場合でも、第2の管内の流路で液相の作動流体を強く引き込むことができ、ドライアウトを防止することができる。 In the present invention, the flow path resistance of the second flow path through which the condensed liquid phase working fluid flows gradually decreases along the flow direction of the working fluid, so even when bubbles or the like are generated in the evaporator, The liquid phase working fluid can be strongly drawn in the flow path in the second pipe, and dry-out can be prevented.
本発明に係る電子機器は、発熱体と、作動流体の蒸発作用により前記発熱体から熱を吸収する蒸発器と、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第1の管と、前記作動流体が流通する方向に沿って徐々に流路抵抗が小さくなる流路を有し、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させることが可能な第2の管とを具備する。 An electronic apparatus according to the present invention includes a heating element, an evaporator that absorbs heat from the heating element by an evaporation action of the working fluid, a condenser that releases heat by the condensation action of the working fluid, and an evaporation by the evaporator The working fluid condensed by the condenser has a first pipe that causes the working fluid to flow to the condenser, and a flow path that gradually reduces the flow resistance along the direction in which the working fluid flows. And a second pipe capable of circulating the gas to the evaporator.
本発明の他の観点に係る電子機器は、発熱体と、作動流体の蒸発作用により前記発熱体から熱を吸収する蒸発器と、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第1の管と、前記作動流体が流通する方向に沿って徐々に流路抵抗が小さくなる第1の流路を有し、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させることが可能な第2の管とを具備する。 An electronic apparatus according to another aspect of the present invention includes a heating element, an evaporator that absorbs heat from the heating element by an evaporation action of the working fluid, a condenser that releases heat by the condensation action of the working fluid, A first pipe that circulates the working fluid evaporated in an evaporator to the condenser; and a first passage that gradually reduces the passage resistance along a direction in which the working fluid circulates. A second pipe capable of circulating the working fluid condensed in the vessel to the evaporator.
上記各電子機器としては、例えば、コンピュータ、PDA(Personal Digital Assistance)、電子辞書、カメラ、ディスプレイ装置、オーディオ機器、携帯電話、その他の電化製品等が挙げられる。以下、同様である。 Examples of each electronic device include a computer, a PDA (Personal Digital Assistance), an electronic dictionary, a camera, a display device, an audio device, a mobile phone, and other electrical appliances. The same applies hereinafter.
以上のように、本発明によれば、ドライアウトを確実に防止し、高い熱輸送能力を実現することができる。 As described above, according to the present invention, dry-out can be reliably prevented and high heat transport capability can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。図2は、図1に示す熱輸送装置10の断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a heat transport device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the
この熱輸送装置10は、内部に収容された作動流体を蒸発させて図示しない発熱体の熱を吸収する蒸発器1と、蒸発した作動流体を凝縮して熱を放出する凝縮器2とを備えている。蒸発器1と凝縮器2との間には、蒸発器1で蒸発した作動流体を凝縮器2へ流通させる気相管3と、凝縮器2で凝縮した作動流体を蒸発器1へ流通させる液相管4とが接続されている。気相管3及び液相管4は、それぞれ複数、例えば2本ずつ設けられている。このように各管3及び4が複数ずつ設けられることにより、例えば万が一、液相管4のうち1本に気泡が混入するようなことが起こっても、他の液相管4を用いて作動流体を流通させることができる。
The
作動流体としては、例えば純水、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、代替フロン、アンモニア等が用いられている。また、作動流体には、表面活性剤が加えられることが望ましい。表面活性剤が加えられた作動流体は親水性になり、後述するように熱輸送装置10内の各流路に対する濡れ性が高められるので、熱輸送の効率を高めることができる。表面活性剤としては、一般的な石鹸からポリエチレングリコール、イオン性、非イオン性、両性(イオン性及び非イオン性の2つの性質を持ち合わせる活性剤)等のものが挙げられる。
As the working fluid, for example, pure water, ethanol, methanol, acetone, isopropyl alcohol, alternative chlorofluorocarbon, ammonia or the like is used. In addition, it is desirable that a surfactant be added to the working fluid. The working fluid to which the surface active agent is added becomes hydrophilic, and the wettability with respect to each flow path in the
熱輸送装置10が搭載される電子機器がカメラやPDA等、使用環境温度の幅が−25℃〜40℃のような場合、作動流体としては純水を用いることができない。上記の使用環境温度を含む場合、一般にエタノールが冷媒として用いられる。しかしながら、水と比較して1/2.5程度の蒸発潜熱となり(2257kJ/kgに対して854kJ/kg)、最大熱輸送量の観点から言うと不利となる。
When the electronic device on which the
上記親水性を上げる添加剤を用いつつ、凝固点の降下作用により作動流体の使用環境温度が広くなる添加剤を選択すれば効果は大きい。例えばジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテルは融点が−60℃であり、作動流体として非常に有効である。 The effect is great if an additive that increases the operating temperature of the working fluid due to the action of lowering the freezing point is selected while using the additive that increases the hydrophilicity. For example, diethylene glycol mono-n-butyl ether has a melting point of −60 ° C. and is very effective as a working fluid.
後述するように蒸発器1等はシリコンとパイレックス(登録商標)ガラスとで構成される場合、作動流体に水を使用した場合はシリコン及びガラス中のNaと水とが反応し、例えば非凝縮性ガスの水素を発生して熱輸送装置の寿命や性能に影響を与える可能性がある。そこで、例えば作動流体に添加する物質として、例えば水と基材(蒸発器1等を構成する基材)との反応を抑えつつ、冷媒の使用範囲を広げる作用を有する酸化防止剤等が選択されれば効果は大きい。 As will be described later, when the evaporator 1 or the like is composed of silicon and Pyrex (registered trademark) glass, when water is used as the working fluid, the silicon and Na in the glass react with water, for example, non-condensable Gas hydrogen may be generated, which may affect the life and performance of the heat transport device. Therefore, for example, as a substance to be added to the working fluid, for example, an antioxidant or the like having an action of expanding the use range of the refrigerant while suppressing the reaction between water and the base material (the base material constituting the evaporator 1) is selected. If it is, the effect is great.
図2に示すように、蒸発器1は、矩形の上部基板11と下部基板12とで構成されている。上部基板11は、上述したようにガラスでなり、例えばパイレックス(登録商標)ガラスが用いられている。一方、下部基板12はシリコンでなる。両基板11及び12は例えば陽極接合で接合される。上部基板11または下部基板12には、液相管4から戻ってくる液相の作動流体を流通させる液相流路8が、例えば溝状に形成されている。これらの液相流路8は、蒸発器1の幅方向(Y方向)の両端部において、液相管4の長手方向(X方向)に沿って直線状に設けられている。また、下部基板12には、作動流体を流通させる溝12aがY方向で複数形成されている。これらの溝12aを作動流体が流通しながら、蒸発器1の下面側に熱的に接触する発熱体15からの熱により蒸発することで、その熱を吸収する。これら、液相流路8、溝12a等は、例えば半導体製造におけるフォトリソグラフィ技術、切削加工等によって作製される。
As shown in FIG. 2, the evaporator 1 includes a rectangular
凝縮器2は、蒸発器1と同様に、矩形の上部基板13と下部基板14とで構成されている。上部基板13はガラスでなり、例えばパイレックス(登録商標)ガラスが用いられている。一方、下部基板14はシリコンでなる。両基板13及び14は例えば陽極接合で接合される。上部基板13及び下部基板14には、作動流体の流路となる溝13a(図1参照)及び14a等が設けられ、これらの溝13a、14a等は、例えばフォトリソグラフィ、または、切削加工等によって作製される。また、図1に示すように、凝縮器2の上部基板13には、作動流体の注入孔13bが形成されている。この注入孔13bは、例えば銅やアルミニウム等の金属でなる蓋5により封止された状態となっており、これにより凝縮器2の内部が気密状態とされている。また、上部基板13には、気相管3及び液相管4を接続するための接続孔13cが設けられおり、これらは、溝13aや14a等に連通している。
Like the evaporator 1, the
蒸発器1において、上部基板11には、気相管3及び液相管4を接続するための接続孔11bが設けられ、この接続孔11bは上記液相流路8に連通している。凝縮器2も同様に、気相管3及び液相管4を接続するための接続孔13cが設けられおり、これらは、溝13aや14a等に連通している。気相管3や液相管4は、例えばアルミニウム、銅、またはステンレス等の金属でなる。気相管3等と、接続孔11b及び13cとは、例えば陽極接合、半田接合等によって接合される。
In the evaporator 1, the
気相管3には、疎水性の材料が用いられることが好ましい。これは、気相管3における熱拡散が大きいと、気相の作動流体はその熱拡散によって凝縮が進行してしまい、熱を効率よく凝縮器2まで輸送することができなくなるからである。疎水性とすることにより、気相管3内部での熱拡散が抑えられ、熱輸送能力を向上させることができる。上記したように作動流体に親水性を高めるための表面活性剤等の添加剤が添加された場合であっても、作動流体が気相状態においては、作動流体はそのような親水性には寄与しない、つまり問題にならない。そのため、添加剤が添加された作動流体が気相状態で気相管3を流通しても熱拡散を抑えることができ、さらに気相管3が疎水性であれば、なお熱拡散が抑えられる。
The gas phase tube 3 is preferably made of a hydrophobic material. This is because if the thermal diffusion in the gas phase tube 3 is large, the vapor phase working fluid is condensed due to the thermal diffusion, and heat cannot be efficiently transported to the
上記疎水性を実現するために、例えば気相管3の流路を構成する壁に、テフロン(登録商標)、ポリイミド、あるいはポリイミド等の有機系チューブが設けられていればよい。この場合、液相管4の外側が、上述したように例えばステンレス、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、鉄、コバルト等の金属として、その金属管の内側に、上記テフロン(登録商標)加工等の処理を施すことができる。外側を金属とするのは、熱輸送装置10の各流路は、作動流体の動作温度に応じて一般的に減圧状態となっており、その減圧状態を維持するように管の剛性を高く設定しなければならないからである。
In order to realize the hydrophobicity, for example, an organic tube such as Teflon (registered trademark), polyimide, or polyimide may be provided on a wall constituting the flow path of the gas phase tube 3. In this case, the outer side of the
図3は、蒸発器1の液相流路8及び液相管4の内部構造を説明するための図である。図3中、右には液相流路8及び液相管4の各断面図を示す。
FIG. 3 is a view for explaining the internal structure of the liquid
蒸発器1の液相流路8は、上述したように、上部基板11または下部基板12に形成された溝に、第1の径でなる粒体9aが充填されて構成されている。液相管4は、例えば蒸発器1に近い側(液相管4において作動流体の下流側)の部位4a及び凝縮器2に近い側(液相管4において作動流体の上流側)の部位4bでなる。部位4a内の流路は、上記粒体9aの第1の径より小さい第2の径でなる粒体9bが充填されて構成されている。さらに部位4b内の流路は、上記第2の径より小さい第3の径でなる粒体9cが充填されて構成されている。これらの粒体9a〜9cは、例えば球状でなるが、これに限られるものではない。粒体9aは、作動流体とともに流れてしまわないように、3次元的な広がりを持って互いに接触し合うように接着されている。粒体9b及び9cも同様である。
As described above, the liquid
粒体の径が小さいほど、また、作動流体がその粒体の表面に接触する面積が大きくなるとともに、その流路を構成する空間の体積が小さくなる(空隙率が小さくなる)。流路を構成する空間の体積が小さくなるほど流路抵抗は高くるとともに、毛細管力も高くなる。このように、液相管4の上流側の部位4bから、蒸発器1の液相流路8まで作動流体に対する流路抵抗が徐々に小さくなるように、各粒体9a〜9cの径が設定されている。この場合、液相流路8の流路抵抗より蒸発器1の溝12aで構成される流路の流路抵抗、または毛細管力を小さくすることが好ましい。これは、液相流路8から溝12aにかけて作動流体が流通可能な空間を広くしていることと同じあり、これによって発熱体15の熱により作動流体が液相から気相へ相変化しやすくなり、熱輸送効率が高められる。
The smaller the diameter of the granule, the larger the area where the working fluid contacts the surface of the granule, and the smaller the volume of the space constituting the flow path (the smaller the porosity). As the volume of the space constituting the flow path decreases, the flow path resistance increases and the capillary force also increases. In this way, the diameters of the
以上のように構成された熱輸送装置10の動作について説明する。
Operation | movement of the
発熱体15が発する熱は下部基板12に伝えられ、この熱により、蒸発器1内の作動流体の一部が蒸発する。蒸発した作動流体は、2本の気相管3を流通し、凝縮器2内の流路に流入する。凝縮器2内に流入した作動流体は、溝14a等を流通することにより、熱を上部基板13や下部基板14に伝えて凝縮する。上部基板13や下部基板14に伝達された熱は、凝縮器2の外部に放出される。
The heat generated by the
凝縮した作動流体は、2本の液相管4を流通して蒸発器1内の液相流路8にそれぞれ流入し、作動流体は液相流路8を流通する。この場合、粒体9c、9b及び9aで構成された毛細管力の異なる流路を、その毛細管力によって作動流体が流通する。蒸発器1内の液相流路8を流通する作動流体は、液相から気相へ相変化しながら溝12aを流通する。
The condensed working fluid flows through the two
以上のような動作が繰り返されることで、発熱体15の熱を凝縮器2側へ輸送し、発熱体15が発する熱を凝縮器2の外部に放出して発熱体を冷却することができる。
By repeating the operation as described above, the heat of the
本実施の形態では、液相管4の流路の流路抵抗が、蒸発器1の液相流路8の流路抵抗より大きく設定されている。つまり、液相管4の流路の毛細管力が、蒸発器1の液相流路8の毛細管力より大きくなるように設定されている。これにより、発熱体15の熱が過大となることにより蒸発器の液相流路8に気泡等が発生した場合でも、比較的大きい液相管4の流路抵抗によって液相の作動流体を凝縮器2から強く引き込むことができる。したがって、ドライアウトを防止することができる。
In the present embodiment, the flow path resistance of the
また、液相管4内の流路においても、上流側4bの毛細管力が下流側4aの毛細管力より高く設定されているので、凝縮器2から液相管4へ流出する作動流体を蒸発器1へ安定して流通させることができ、熱輸送能力を向上させることができる。その上、蒸発器1の液相流路8は、直線状の液相管4に沿って直線状に設けられているので、液体の作動流体をより安定的に流通させることができ、ドライアウトを確実に防止することができる。
Also in the flow path in the
図4は、他の実施の形態に係る液相流路及び液相管を示す図である。この液相流路18は、作動流体の流通方向(図4中、紙面に垂直な方向)に沿って溝19aが延設された内部部材25によって構成される。液相管24の下流側の部位24aにおける流路は、上記溝19aの幅より狭い幅でなる溝19bが延設された内部部材26で構成されている。液相管24の上流側の部位24bにおける流路は、上記溝19bの幅より狭い幅でなる溝19cが延設された内部部材27で構成されている。すなわち、液相管24の上流側から液相流路8まで、作動流体の流通方向に沿って徐々に溝の幅が狭くなるように設定されている。これにより、作動流体の流通方向に沿って徐々に流路抵抗、または毛細管力が小さくなり、上記実施の形態に係る液相流路8及び液相管4における効果と同様の効果を得ることができる。内部部材25、26及び27は、例えば金属、樹脂等を用いることができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating a liquid phase channel and a liquid phase tube according to another embodiment. The liquid
図5及び図6は、さらに別の実施の形態に係る液相流路または液相管を示す断面図である。図5に示す流路は、例えば液相管4内に、作動流体の流通方向である矢印Aに沿って徐々に内径aが大きくなるようなインナーパイプ31が複数設けられて構成されている。図6に示す流路は、例えば液相管4内に、作動流体の流通方向である矢印Aに沿って徐々に径bが細くなるような棒状の部材32が複数設けられて構成されている。これらのような構成によっても、上記の実施の形態に係る液相流路8や液相管4等と同様の効果が得られる。
5 and 6 are cross-sectional views showing a liquid phase flow path or a liquid phase pipe according to still another embodiment. The flow path shown in FIG. 5 is configured by, for example, a plurality of
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible.
例えば、蒸発器1、または凝縮器2の形態は、上述した形態に限られない。例えば蒸発器1等の形状は矩形板状としたが、5角形以上の多角形または円形板状のものであってもよい。また、熱輸送装置が電子機器に搭載される場合に、その電子機器内の発熱体の配置、形状等に合わせて様々な蒸発器1や凝縮器2の配置や形状等が考えられる。また、気相管、液相管の形状等についても同様であり、例えば断面が円に限られず扁平型のものも考えられる。
For example, the form of the evaporator 1 or the
また、液相流路8や液相管4の内部の流路を構成する形態として、図3に示した粒体9a〜9c、図4に示した溝19a〜19c、図5に示したパイプ31、図6に示した棒状部材32のうちの少なくとも2つ以上の組み合わせでもよい。
Further, as forms constituting the liquid
1…蒸発器
2…凝縮器
3…気相管
4、24…液相管
8、18…液相流路
9a〜9c…粒体
10…熱輸送装置
12a、13a、14a、19a〜19c…溝
15…発熱体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (11)
前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、
前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第1の管と、
前記第1の流路抵抗とは異なる第2の流路抵抗を有する第2の流路を有し、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記第1の流路へ流通させることが可能な第2の管と
を具備することを特徴とする熱輸送装置。 An evaporator that has a first flow path having a first flow path resistance for circulating a liquid-phase working fluid, and that absorbs heat from the heating element by the evaporating action of the working fluid;
A condenser that releases heat by the condensing action of the working fluid;
A first pipe for circulating the working fluid evaporated in the evaporator to the condenser;
A second flow path having a second flow path resistance different from the first flow path resistance is provided, and the working fluid condensed by the condenser can be circulated to the first flow path. A heat transport device comprising: a second pipe.
前記第2の流路抵抗は、前記第1の流路抵抗より大きいことを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 1,
The heat transport device according to claim 2, wherein the second flow path resistance is larger than the first flow path resistance.
前記第2の管は、
前記第2の流路より前記凝縮器側に設けられ、前記第1及び第2の流路抵抗とは異なる第3の流路抵抗を有する第3の流路を有することを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 1,
The second tube is
Heat transport characterized by having a third flow path provided on the condenser side of the second flow path and having a third flow path resistance different from the first and second flow path resistances apparatus.
前記第3の流路抵抗は、前記第2の流路抵抗より大きいことを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 3,
The heat transport device according to claim 3, wherein the third flow path resistance is larger than the second flow path resistance.
前記第1の流路は、
前記作動流体の下流側の第1の端部と、
前記作動流体の上流側の第2の端部とを有し、
前記第2の流路は、
該第2の流路が前記第1の流路と連通するように前記第2の端部に接続された第3の端部と、
前記作動流体の上流側の第4の端部とを有し、
前記第1の流路及び第2の流路は、前記第4の端部から前記第1の端部まで直線状に、かつ、徐々に流路抵抗が小さくなるように設けられていることを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 1,
The first flow path is
A first end downstream of the working fluid;
A second end upstream of the working fluid;
The second flow path is
A third end connected to the second end so that the second flow path communicates with the first flow path;
A fourth end upstream of the working fluid;
The first flow path and the second flow path are linearly provided from the fourth end portion to the first end portion, and are provided so that the flow path resistance gradually decreases. Features heat transport device.
前記蒸発器は、前記第1の流路を構成するための第1の大きさでなる第1の粒体を有し、
前記第2の管は、前記第2の流路を構成するための、前記第1の大きさより小さい第2の大きさでなる第2の粒体を有することを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 2,
The evaporator has a first particle body having a first size for constituting the first flow path,
The second pipe has a second granular body having a second size smaller than the first size for constituting the second flow path.
前記蒸発器は、前記第1の流路を構成するための第1の幅でなる第1の溝を有し、
前記第2の管は、前記第2の流路を構成するための、前記第1の幅より狭い第2の幅でなる第2の溝を有することを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 2,
The evaporator has a first groove having a first width for constituting the first flow path,
The second pipe has a second groove having a second width narrower than the first width for constituting the second flow path.
前記第1の管は、前記作動流体の疎水性の第3の流路を有することを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 1,
The heat transport device according to claim 1, wherein the first pipe has a hydrophobic third flow path of the working fluid.
前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、
前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第1の管と、
前記作動流体が流通する方向に沿って徐々に流路抵抗が小さくなる流路を有し、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させることが可能な第2の管と
を具備することを特徴とする熱輸送装置。 An evaporator that absorbs heat from the heating element by the evaporation of the working fluid;
A condenser that releases heat by the condensing action of the working fluid;
A first pipe for circulating the working fluid evaporated in the evaporator to the condenser;
A second pipe having a flow path whose flow resistance gradually decreases along a direction in which the working fluid flows, and capable of flowing the working fluid condensed by the condenser to the evaporator; A heat transport device comprising:
液相の作動流体を流通させる第1の流路抵抗を有する第1の流路を有し、前記作動流体の蒸発作用により前記発熱体から熱を吸収する蒸発器と、
前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、
前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第1の管と、
前記第1の流路抵抗とは異なる第2の流路抵抗を有する第2の流路を有し、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記第1の流路へ流通させることが可能な第2の管と
を具備することを特徴とする電子機器。 A heating element;
An evaporator that has a first flow path having a first flow path resistance for flowing a liquid-phase working fluid, and that absorbs heat from the heating element by an evaporation action of the working fluid;
A condenser that releases heat by the condensing action of the working fluid;
A first pipe for circulating the working fluid evaporated in the evaporator to the condenser;
A second flow path having a second flow path resistance different from the first flow path resistance is provided, and the working fluid condensed by the condenser can be circulated to the first flow path. An electronic device comprising: a second tube.
作動流体の蒸発作用により前記発熱体から熱を吸収する蒸発器と、
前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、
前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第1の管と、
前記作動流体が流通する方向に沿って徐々に流路抵抗が小さくなる流路を有し、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させることが可能な第2の管と
を具備することを特徴とする電子機器。 A heating element;
An evaporator that absorbs heat from the heating element by the evaporation of the working fluid;
A condenser that releases heat by the condensing action of the working fluid;
A first pipe for circulating the working fluid evaporated in the evaporator to the condenser;
A second pipe having a flow path whose flow resistance gradually decreases along a direction in which the working fluid flows, and capable of flowing the working fluid condensed by the condenser to the evaporator; An electronic device comprising the electronic device.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2008038898A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Heat uniforming device for electronic apparatus |
WO2014157147A1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | 古河電気工業株式会社 | Cooling apparatus |
US20200149823A1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Heat pipe |
CN115866972A (en) * | 2022-11-28 | 2023-03-28 | 深圳市英维克科技股份有限公司 | Radiating element and thermosiphon radiator |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51151267U (en) * | 1975-05-29 | 1976-12-03 | ||
JP2003214779A (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-30 | Fujikura Ltd | Flat heat pipe |
-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51151267U (en) * | 1975-05-29 | 1976-12-03 | ||
JP2003214779A (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-30 | Fujikura Ltd | Flat heat pipe |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008038898A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Heat uniforming device for electronic apparatus |
KR100833497B1 (en) | 2006-09-29 | 2008-05-29 | 한국전자통신연구원 | Device for thermal uniformity in electronic apparatus |
WO2014157147A1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | 古河電気工業株式会社 | Cooling apparatus |
JPWO2014157147A1 (en) * | 2013-03-27 | 2017-02-16 | 古河電気工業株式会社 | Cooling system |
US20200149823A1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Heat pipe |
US10976112B2 (en) * | 2018-11-09 | 2021-04-13 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Heat pipe |
CN115866972A (en) * | 2022-11-28 | 2023-03-28 | 深圳市英维克科技股份有限公司 | Radiating element and thermosiphon radiator |
WO2024113682A1 (en) * | 2022-11-28 | 2024-06-06 | 深圳市英维克科技股份有限公司 | Heat dissipation element and thermosiphon radiator |
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