JP2006250455A - Heat transport 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(または蒸発部)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(または凝縮部)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 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. In these heat transport devices, the vapor-phase working fluid evaporated by the heat generated in the high-temperature heat generating part (or evaporating part) of the electronic equipment moves to the low-temperature heat dissipating part, and the heat dissipating part (or condensing part) It condenses into a liquid and releases heat, thereby cooling the heating element.
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1参照。)。CPLは、発熱体の熱により作動流体が蒸発するときの圧力及び流路の毛細管力を作動流体の推進力としているので、重力による影響が少ないという利点がある。 CPL is a heat transport device using the principle of a heat pipe, and its shape is not limited to a pipe shape. For example, in CPL, an evaporator and a condenser are physically separated, and an evaporator and a condenser are a gas phase tube through which a gas phase working fluid flows and a liquid phase tube through which a liquid phase working fluid flows. There is a device connected by (see, for example, Patent Document 1). The CPL has an advantage that the influence of gravity is small because the pressure when the working fluid evaporates due to the heat of the heating element and the capillary force of the flow path are used as the driving force of the working fluid.
従来の熱輸送デバイスでは、例えば発熱部(蒸発部)の近傍にリザーバタンクを設けるものが数多く見られる。中には、作動液の逆流防止のために、リザーバタンクを作動液の逆止弁として機能させているもある(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、CPL方式であっても、発熱体からの熱負荷がない非動作時には重力の影響を受け、作動流体が熱輸送デバイスの重力方向に溜まりやすい。例えば、蒸発部が凝縮部より重力中心側(地面側)に近い姿勢になった場合、蒸発部に作動流体が溜まりすぎると、作動流体が蒸発しにくくなり、良好に動作しないという問題がある。 However, even in the CPL system, the working fluid is likely to accumulate in the direction of gravity of the heat transport device due to the influence of gravity during non-operation when there is no heat load from the heating element. For example, when the evaporating unit is in a posture closer to the gravity center side (ground side) than the condensing unit, if the working fluid is excessively accumulated in the evaporating unit, the working fluid is difficult to evaporate, and there is a problem that it does not operate properly.
このような問題を解消するため、熱輸送デバイスに、例えばメカニカルなポンプ機構や、発熱体とは別途の加熱機構等のスタータを持たせて、起動時にそれらのスタータを作動させるという方法が考えられる。しかし、スタータを設けると装置が大きくなり、複雑化するという欠点がある。 In order to solve such problems, a method may be considered in which the heat transport device is provided with a starter such as a mechanical pump mechanism or a heating mechanism separate from the heating element, and these starters are operated at the time of startup. . However, if a starter is provided, there is a drawback that the apparatus becomes large and complicated.
また、液相の作動流体量に対して蒸発部の内容積を大きくすることで、当該内容積の空間率を上げて問題を解決することも考えられる。しかし、発熱体周辺のスペースがない場合は、そのように蒸発部の内容積を上げることは困難である。 It is also conceivable to solve the problem by increasing the volume ratio of the internal volume by increasing the internal volume of the evaporation section with respect to the liquid-phase working fluid amount. However, when there is no space around the heating element, it is difficult to increase the internal volume of the evaporation section.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、熱輸送装置の姿勢によらないで、また、スタータを設けることなく動作する熱輸送装置及びこれ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 operates without depending on the attitude of the heat transport device and without providing a starter, and an electronic apparatus equipped with the heat transport device.
上記目的を達成するため、本発明に係る熱輸送装置は、作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により熱を吸収する蒸発部と、前記作動流体を流通させ、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮部と、前記蒸発部で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させるための第1の流路と、前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部へ流通させるための第2の流路と、前記蒸発部より前記凝縮部に近い位置に配置され、前記作動流体を貯留する貯溜部とを具備する。 In order to achieve the above object, a heat transport device according to the present invention distributes a working fluid, absorbs heat by the evaporation of the working fluid, and distributes the working fluid to condense the working fluid. A condensing part for releasing heat by the first, a first flow path for flowing the working fluid evaporated in the evaporating part to the condensing part, and causing the working fluid condensed in the condensing part to flow to the evaporating part And a storage part that is disposed closer to the condensing part than the evaporation part and stores the working fluid.
本発明では、貯留部が蒸発器より凝縮器に近い位置に配置されているので、貯溜部から蒸発部へ作動流体が流れ出ることを極力防止することができる。例えば熱輸送装置の非動作時に作動流体が重力や遠心力によって蒸発部に溜まり過ぎてしまうことを防止することができる。したがって、スタータを要することなく熱輸送装置が動作することができる。本発明に係る熱輸送装置は、蒸発部と凝縮部とが物理的に分離した構造であってもよいし、1枚のプレート状であってもよい。 In this invention, since the storage part is arrange | positioned in the position near a condenser rather than an evaporator, it can prevent that a working fluid flows out from a storage part to an evaporation part as much as possible. For example, it is possible to prevent the working fluid from being excessively accumulated in the evaporation section due to gravity or centrifugal force when the heat transport device is not operating. Therefore, the heat transport device can operate without requiring a starter. The heat transport device according to the present invention may have a structure in which the evaporating unit and the condensing unit are physically separated, or may be a single plate.
本発明の一の形態によれば、当該熱輸送装置は、少なくとも前記凝縮部と前記貯溜部とを内蔵するプレートをさらに具備してもよい。プレートが凝縮部と貯溜部とを内蔵し、蒸発部、第1及び第2の流路を内蔵しない場合は、熱輸送装置は、そのプレートと、蒸発部を内蔵する第2のプレートと、第1の流路を構成するための第1の管と、第2の流路を構成するための第2の管とを備えていればよい。プレートは、蒸発部、第1及び第2の流路をさらに内蔵する場合は、当該熱輸送装置は、1枚のプレート状の熱輸送装置となる。 According to one form of this invention, the said heat transport apparatus may further comprise the plate which incorporates the said condensation part and the said storage part at least. When the plate includes the condensing unit and the storage unit and does not include the evaporation unit and the first and second flow paths, the heat transport device includes the plate, the second plate including the evaporation unit, What is necessary is just to provide the 1st pipe | tube for comprising 1 flow path, and the 2nd pipe | tube for comprising a 2nd flow path. In the case where the plate further incorporates the evaporation section and the first and second flow paths, the heat transport device is a single plate-shaped heat transport device.
本発明の他の観点に係る熱輸送装置は、作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により熱を吸収する蒸発器と、前記作動流体を貯溜する貯溜部を内部に有し、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、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ための第1の管と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、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ための第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 circulates a working fluid and absorbs heat by an evaporation action of the working fluid, and a reservoir that stores the working fluid therein, A condenser for releasing heat by the condensing action of the fluid; and a first pipe connected between the evaporator and the condenser for circulating the working fluid evaporated in the evaporator to the condenser; And a second pipe connected between the evaporator and the condenser for allowing the working fluid condensed by the condenser to flow to the evaporator.
本発明では、凝縮器内に貯溜部が設けられているので、非動作時に貯溜部から蒸発器へ作動流体が流れ出ることを極力防止することができる。また、凝縮器内に貯溜部があることにより、熱輸送装置の製造時において作動流体の量を調整しやすくなるというメリットもある。その理由は、凝縮器内にある作動流体はほぼ液相であるので、凝縮器内にある貯溜部の容積が液相状態の作動流体量を直接左右すると考えてよいからである。つまり、貯溜部の容積を調整することにより、作動流体量を調整し、これにより熱輸送装置の動作温度範囲や最大熱輸送量等が設定できるからである。 In the present invention, since the reservoir is provided in the condenser, it is possible to prevent the working fluid from flowing from the reservoir to the evaporator as much as possible when not operating. In addition, since the reservoir is provided in the condenser, there is an advantage that the amount of the working fluid can be easily adjusted at the time of manufacturing the heat transport device. The reason is that the working fluid in the condenser is almost in a liquid phase, so that the volume of the reservoir in the condenser may be considered to directly affect the amount of working fluid in the liquid phase. That is, by adjusting the volume of the reservoir, the amount of working fluid can be adjusted, thereby setting the operating temperature range of the heat transport device, the maximum heat transport amount, and the like.
また、貯溜部がある場合、内容積を増やせるので作動流体量のばらつきや非凝縮性ガス(例えば、作動流体と、蒸発器または凝縮器の材料との化学反応によって生成されるガス等)の存在に対する熱輸送装置のロバスト性が向上するが、従来の貯溜部では液相の作動流体と気相の作動流体とが混在していた。特に、貯溜部が蒸発器に近い場合、その温度は高く気相の割合が増えるため、凝縮器内の液相作動流体の量が増えて放熱効率を下げてしまう。しかし本発明に係る熱輸送装置の貯溜部の温度は、凝縮器に付随することで熱輸送装置において最低温度になる凝縮器の放熱部の温度に近くなりほぼ液相で満たされることになる。その結果、凝縮器の凝縮効率を落とすことなく高いロバスト性を実現することができる。 In addition, if there is a reservoir, the internal volume can be increased, so there are variations in the amount of working fluid and the presence of non-condensable gases (for example, gas generated by a chemical reaction between the working fluid and the evaporator or condenser material). However, in the conventional reservoir, a liquid-phase working fluid and a gas-phase working fluid are mixed. In particular, when the reservoir is close to the evaporator, the temperature is high and the proportion of the gas phase increases, so the amount of liquid-phase working fluid in the condenser increases and the heat dissipation efficiency decreases. However, the temperature of the storage part of the heat transport device according to the present invention is close to the temperature of the heat dissipating part of the condenser, which becomes the lowest temperature in the heat transport device by being attached to the condenser, and is almost filled with the liquid phase. As a result, high robustness can be realized without reducing the condensation efficiency of the condenser.
また、凝縮効率の維持または改善のために凝縮器内の液相作動流体の量を減らすと、従来では外乱(振動等)によって液切れを起こしやすかったが、本発明の貯溜部は凝縮器内にあるため液切れを起こしにくい。 Further, if the amount of the liquid-phase working fluid in the condenser is reduced in order to maintain or improve the condensation efficiency, it has been easy to cause liquid breakage due to disturbance (vibration, etc.) in the past. Therefore, it is difficult for liquid to run out.
また、熱輸送装置の外寸法は当該熱輸送装置を搭載する電子機器側の寸法によって制約がある場合が多く、蒸発器を凝縮器に比べて小さくせざるを得ない場合がある。そのような場合にも本発明に係る熱輸送装置の構成は有効である。 In addition, the outer dimension of the heat transport device is often limited by the size of the electronic device on which the heat transport device is mounted, and the evaporator may have to be made smaller than the condenser. Even in such a case, the configuration of the heat transport device according to the present invention is effective.
本発明の一の形態によれば、前記凝縮器は、前記作動流体を凝縮させながら流通させることが可能な第1の流路体積を有する第1の流路と、少なくとも前記第1の流路と前記貯溜部との間に設けられ、前記第1の流路体積より小さい第2の流路体積を有する第2の流路とを有する。流路体積とは、作動流体が流れる方向の単位長さ当りの流路の容積である。流路体積が小さいほど作動流体に対する流路抵抗が大きくなるため、第1の流路より第2の流路の方が作動流体が流れにくくなり、非動作時に貯溜部から蒸発器へ作動流体が流れ出ることを極力防止することができる。 According to one aspect of the present invention, the condenser has a first flow path having a first flow path volume capable of circulating the working fluid while condensing the working fluid, and at least the first flow path. And a second flow path having a second flow path volume smaller than the first flow path volume. The channel volume is the volume of the channel per unit length in the direction in which the working fluid flows. The smaller the flow path volume, the greater the resistance of the working fluid to the working fluid. Therefore, the working fluid is less likely to flow in the second flow path than in the first flow path, and the working fluid flows from the reservoir to the evaporator during non-operation. Flowing out can be prevented as much as possible.
本発明の一の形態によれば、前記凝縮器は、前記作動流体を毛細管力により前記貯溜部へ導く毛細管路を有する。これにより、熱輸送装置の姿勢によらず、常に作動流体を貯溜部に貯溜しておくことが可能となる。 According to one form of this invention, the said condenser has a capillary channel which guide | induces the said working fluid to the said storage part by capillary force. Thereby, it becomes possible to always store the working fluid in the storage section regardless of the posture of the heat transport device.
本発明の一の形態によれば、前記凝縮器は、前記貯溜部に接続される第1の端部と、前記第1の管より前記第2の管に近い位置に配置された第2の端部とを有する流路を有する。例えば熱輸送装置の振動によって、液面が動いて第2の管内に気泡が混入したり、熱負荷が過剰な場合に第2の管内に気泡が混入したりすることがある。このように気泡が発生することにより、貯溜部からの液相作動流体の供給抵抗となるが、本発明によれば、安定して貯溜部から液相の作動流体を第2の管内に供給することができる。特に、前記第2の管は、前記凝縮器に接続された接続端部を有し、前記第2の端部は、前記接続端部付近に配置されていることが好ましい。 According to one aspect of the present invention, the condenser includes a first end connected to the reservoir, and a second end disposed closer to the second pipe than the first pipe. A flow path having an end. For example, the liquid level may move due to vibrations of the heat transport device, and bubbles may be mixed into the second tube, or bubbles may be mixed into the second tube when the heat load is excessive. When bubbles are generated in this way, the supply resistance of the liquid-phase working fluid from the storage section becomes a resistance. According to the present invention, the liquid-phase working fluid is stably supplied from the storage section into the second pipe. be able to. In particular, it is preferable that the second pipe has a connection end connected to the condenser, and the second end is arranged in the vicinity of the connection end.
本発明に係る電子機器は、発熱体と、作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により前記発熱体の熱を吸収する蒸発部と、前記作動流体を流通させ、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮部と、前記蒸発部で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させるための第1の流路と、前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部へ流通させるための第2の流路と、前記蒸発部より前記凝縮部に近い位置に配置され、前記作動流体を貯留する貯溜部とを具備する。 An electronic apparatus according to the present invention has a heating element, a working fluid to circulate, an evaporation unit that absorbs heat of the heating element by an evaporating action of the working fluid, a working fluid to circulate, and the working fluid to condense A condensing part for releasing heat by the first, a first flow path for flowing the working fluid evaporated in the evaporating part to the condensing part, and causing the working fluid condensed in the condensing part to flow to the evaporating part And a storage part that is disposed closer to the condensing part than the evaporation part and stores the working fluid.
電子機器としては、例えば、コンピュータ(PCの場合、ラップトップ型であっても、デスクトップ型であってもよい。)、PDA(Personal Digital Assistance)、電子辞書、カメラ、ディスプレイ装置、オーディオ/ビジュアル機器、携帯電話、その他の電化製品等が挙げられる。発熱体としては、例えばIC(Integrated Circuit)や抵抗等の電子部品、あるいは放熱フィン(ヒートシンク)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。 Examples of the electronic device include a computer (in the case of a PC, a laptop type or a desktop type), a PDA (Personal Digital Assistance), an electronic dictionary, a camera, a display device, and an audio / visual device. Mobile phones and other electrical appliances. Examples of the heating element include an electronic component such as an IC (Integrated Circuit) and a resistor, a heat radiating fin (heat sink), and the like. The same applies hereinafter.
本発明の他の観点に係る電子機器は、発熱体と、作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により前記発熱体の熱を吸収する蒸発器と、前記作動流体を貯溜する貯溜部を内部に有し、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させるための第1の管と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させるための第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 circulates a working fluid and absorbs heat of the heating element by an evaporation action of the working fluid, and a storage unit that stores the working fluid. A condenser that is internally provided and releases heat by the condensing action of the working fluid, and is connected between the evaporator and the condenser, and distributes the working fluid evaporated by the evaporator to the condensing unit. And a second pipe connected between the evaporator and the condenser and for allowing the working fluid condensed in the condenser to flow to the evaporator.
以上のように、本発明によれば、熱輸送装置の姿勢によらないで、また、スタータを設けることなく熱輸送装置を動作させることができる。 As described above, according to the present invention, the heat transport device can be operated without depending on the posture of the heat transport device and without providing a starter.
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、本発明の第1の実施の形態に係る熱輸送装置の平面図である。図2は、図1に示す熱輸送装置10の側面図である。図3は、図1に示すA−A線断面図であり、図4は、図1に示すB−B線断面図である。
FIG. 1 is a plan view of the heat transport device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of the
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発熱体15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。発熱体15としては、例えばCPU(Central Processing Unit)等のICが用いられる。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に流通させる気相管3と、凝縮器2で凝縮した作動流体を蒸発器1に流通させる液相管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2本ずつ設けられている。通常は、これら2本ずつすべて用いられるが、例えば2本のうち1本がドライアウト等、何らかの原因で使用できなくなった場合でも、熱輸送装置10が動作できるように2本ずつ設けられている。
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る。気相管3としては、例えば銅、アルミニウム、またはステンレス等の金属製の材料が用いられるが、必ずしも金属に限られず樹脂材料であってもよい。液相管4についても気相管3と同様の材料が用いられる。
As the working fluid, for example, pure water, ethanol, methanol, acetone, isopropyl alcohol, alternative chlorofluorocarbon, ammonia or the like is used. As the
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。上述した気相管3や液相管4の一端部3a、4aは、上部基板11に設けられた接続穴11b(図2参照)に挿通されて接続される。例えば図示しない半田により、気相管3及び液相管4と、上部基板11とが接合される。下部基板12の上部基板11に対面する側に、例えば液相管4の長手方向(X方向)に沿った、作動流体の流路を構成する複数の溝12aが形成されている。溝12aは、2本の液相管4に対応するように下部基板12のY方向の両側にそれぞれ設けられている。上部基板11の下部基板12と対面する側に、溝12aと直交する方向(Y方向)に作動流体の流路を構成する複数の溝11aが形成されている。さらに下部基板12の上部基板11に対面する側に、その両側の溝12aの間に空間12bが凹状に形成されている。熱輸送装置10の動作時には、この空間12bには、溝11aを流通して蒸発した気相の作動流体が存在する。
As shown in FIG. 2, the
下部基板12の溝12a、上部基板11の溝11aや接続穴11b等は、例えばフォトリソグラフィ技術、切削加工、あるいはレーザ加工等によって作製される。
The
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。
Like the
図1、図3及び図4に示すように、上部基板13の下部基板14に対面する側には、気相管3の他端部3bから流出する作動流体を流通させる流路13a、また流路を構成する空間13bが形成されている。流路13aは、気相管3bから流出する気相の作動流体をなるべく長距離で流通させて凝縮させるために、U字状に形成されている。上部基板13には、液相の作動流体を貯溜するリザーバ13dが設けられている。つまり、凝縮器2とリザーバ13dとが一体的に設けられている。このリザーバ13dは、下部基板14に形成された複数の溝14cに連通している。溝14cは、図3に示すように、流路13aの下方で当該流路13aと交差するようにX方向に延びている。液相管4の他端部4bは、接続穴13eに挿通されて例えば半田16により上部基板13に接合されており、上記溝14cはその接続穴13eに連通している。また、下部基板14にはその溝14cに直交する方向(Y方向)に流路となる複数の溝14aが形成され、溝14aも空間13bに連通している。さらに、上部基板13には、熱輸送装置10の製造時に、作動流体を凝縮器2内に注入するための注入孔13cが設けられている。リザーバ13dには、この注入孔13cと連通しており、作動流体が注入孔13cから注入されると作動流体はリザーバ13dに貯溜される。
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, on the side of the
上部基板13の上面には、注入孔13cを覆い凝縮器2内を密閉するための蓋5が装着されている。蓋5は、例えば図示しない接着剤やネジ等によって上部基板13に取り付けられている。蓋5の材料としては、例えば銅、アルミニウム、あるいはステンレス等の金属が用いられるが、必ずしも金属に限られず樹脂材料であってもよい。
On the upper surface of the
流路13a、空間13b、接続穴13e、溝14c及びリザーバ13d等は、例えば、液相管4及び気相管3が2本ずつ設けられていることに対応して、それぞれ2つずつ設けられている。下部基板14の溝14a、溝14c、上部基板13の流路13a、空間13b、接続穴13e、リザーバ13d、注入孔13c等は、例えばフォトリソグラフィ技術、切削加工、あるいはレーザ加工等によって作製される。
The
図3及び図4に示すように、下部基板14の1つの溝14aの幅pは、1つの溝14cの幅qより大きくなるように設計されている。つまり、溝14cの流路体積は、溝14aのそれより小さくなるように設計されている。ここで流路体積とは、作動流体が流れる方向(図3における溝14a及び図4における溝14cで見ると、紙面に垂直方向)の単位長さ当りの流路の容積である。また、流路13aと溝14cの流路体積を比較しても、溝14cの流路体積が小さく設計されている。このように、溝14cの流路体積は、溝14aや流路13aのそれより小さくなるように設計されていることから、溝14cの毛細管力を、溝14aや流路13aのそれに比較して大きくすることができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the width p of one
以上のように構成された熱輸送装置10の動作を説明する。
The operation 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の溝11a等を流通する作動流体が蒸発する。蒸発した作動流体は、気相管3を流通し、凝縮器2内の流路13aに流入する。作動流体は、流路13aを流通し、さらに溝14aを介して空間13bに溜まることで熱を上部基板13及び下部基板14に伝えて凝縮する。上部基板13がガラス、下部基板14がシリコンでなる場合、両者の熱伝導率の差により、下部基板14の方が特に熱伝導に寄与する。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。空間13bに溜まった液相の作動流体は溝14aを介して接続穴13eに流入し、さらに液相管4に流入する。
The heat generated by the
流路13aを流通して凝縮した作動流体の一部は、比較的大きい毛細管力により溝14cを流通してリザーバ13dに流入する。
A part of the working fluid condensed through the
凝縮器2内で凝縮した作動流体は、液相管4を流通し、蒸発器1内の溝12aに流入し、例えば溝11a等で作動流体に発生する毛細管力によって、作動流体は再び溝11aを流通しながら発熱体15の熱により蒸発する。このように、発熱体15の熱を凝縮器2側へ輸送し、以上のような動作が繰り返されることで、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15を冷却することができる。
The working fluid condensed in the
例えば熱輸送装置10の非動作時(熱負荷がない状態)に、蒸発器が1が凝縮器2より下方に位置するような姿勢にされた場合、従来までは蒸発器1に液相の作動流体が重力の影響により溜まってしまうことがあった。あるいは、遠心力により作動流体が蒸発器1側に移動してしまうこともあった。しかしながら、本実施の形態のように凝縮器2内にリザーバ13dがあることによって、リザーバ13dに貯溜された作動流体が、熱輸送装置10の非動作時にリザーバ13dから蒸発器1へ流れ出ることを極力防止できる。これにより、液相の作動流体が重力によって蒸発器1に溜まり過ぎてしまうことを防止することができる。その結果、スタータを要することなく熱輸送装置が動作することができる。
For example, when the
特に、本実施の形態に係る熱輸送装置10では、上述したように、溝14cの流路体積は、溝14aのそれより小さくなるように設計されている。これにより、溝14cにおける流路抵抗が溝14aより大きくなると考えられる。したがって、リザーバ13dに貯溜された液相の作動流体が溝14c介して蒸発器1側に流出しにくくなる。
In particular, in the
凝縮器2内にリザーバ13dがあることにより、熱輸送装置10の製造時において作動流体の量を調整しやすくなるというメリットもある。その理由は、凝縮器2内にある作動流体はほぼ液相であるので、リザーバ13dの容積が液相状態の作動流体量を直接左右すると考えてよいからである。つまり、リザーバ13dの容積を調整することにより、作動流体量を調整し、これにより熱輸送装置10の動作温度範囲や最大熱輸送量等が設定できるからである。
The presence of the
また、リザーバ13dがある場合、凝縮器2内の内容積を増やせるので作動流体量のばらつきや非凝縮性ガス(例えば、作動流体とシリコンとの化学反応によって生成されるガス等)の存在に対する熱輸送装置10のロバスト性が向上するが、従来のリザーバ13dでは液相の作動流体と気相の作動流体とが混在していた。リザーバが蒸発器に近い場合、その温度は高く気相の割合が増えるため、凝縮器2内の液相作動流体の量が増えて放熱効率を下げてしまう。しかし、本実施の形態に係る熱輸送装置10のリザーバ13dの温度は、凝縮器2に付随することで熱輸送装置10において最低温度になる凝縮器2の放熱部(例えば下部基板14)の温度に近くなりほぼ液相で満たされることになる。その結果、凝縮器2の凝縮効率を落とすことなく高いロバスト性を実現することができる。
Further, when there is the
あるいは、凝縮効率の維持または改善のために凝縮器2内の液相作動流体の量を減らすと、従来では外乱(振動等)によって液切れを起こしやすかったが、本実施の形態の場合、リザーバ13dは凝縮器2内にあるため液切れを起こしにくい。
Alternatively, if the amount of the liquid-phase working fluid in the
さらに、上述したように、溝14cの流路体積は他の部位より毛細管力が大きいことより、例えば、流路13aを流通する作動流体を溝14cへ誘導させて、リザーバ13dへ導くことが可能となる。これにより、熱輸送装置10の姿勢によらず、常に作動流体を貯溜部に貯溜しておくことが可能となる。
Further, as described above, the flow path volume of the
さらに、溝14cは、液相管4の端部4b付近あるいはその端部4bの直下まで延びている。つまり、溝14cは、リザーバ13d側に連通する一端部(第1の端部)から延びて、液相管4の端部4b付近に他端部(第2の端部)が配置されるように形成されている。例えば、外乱により熱輸送装置10が振動し、液面が動いて液相管4内に気泡が混入したり、熱負荷が過剰な場合に液相管4内に気泡が混入したりすることがある。このように気泡が発生することにより、リザーバ13dからの液相作動流体の供給抵抗となるが、本実施の形態によれば、安定してリザーバ13dから溝14cを介して液相の作動流体を液相管4内に供給することができる。
Further, the
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。図6は、図5に示す熱輸送装置20の平面図である。図7は、図6に示すC−C線断面図である。第2の実施の形態も含め、これ以降の説明では、上記第1の実施の形態に係る熱輸送装置10の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。
FIG. 5 is a perspective view showing a heat transport device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view of the
この熱輸送装置20は、例えば2枚の基板21及び22を有している。上部基板21は、例えばガラスでなり、下部基板22は例えばシリコンでなる。熱輸送装置20は、内部に蒸発部25、気相の作動流体が流通する気相流路26、凝縮部27及び液相の作動流体が流通する液相流路28を一体的に有している。
The
図8は、下部基板22のみを示した平面図である。図8に示すように、下部基板22には、空間22bが形成され、その空間22bの底面から複数の壁22dが立設されるように形成されている。図7に示すように、壁22dは、その上端部で上部基板21に接触している。これらの壁22dにより作動流体の流路22aが形成される。熱輸送装置20内で、蒸発部25、気相流路26、凝縮部27及び液相流路28のうち、例えば液相流路28で流路22aの流路幅が最も狭くなるように形成されている。これは、液相流路28で他の部位より毛細管力を大きくし、蒸発部25への液相作動流体の引き込み力を高めるためである。なお、熱輸送装置20の動作時において、作動流体は図6に示す矢印方向に流通する。
FIG. 8 is a plan view showing only the
図7に示すように、上部基板21の凝縮部27に近い位置にはリザーバ21dが設けられている。リザーバ21dには図示しない作動流体の注入用の孔が連通し、この孔は、例えば上部基板21の上面側から図示しない蓋等によって覆われることで、熱輸送装置20の内部が密閉される。リザーバ21dと凝縮部27との間には、流路22cが設けられている。この流路22cの流路体積は、他の部位の流路に比較して小さくなるように設計されている。このような構成によっても、上記熱輸送装置10と同様の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 7, a
図9は、さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す平面図であり、図1〜図4の熱輸送装置10の変形例である。
FIG. 9 is a plan view showing a heat transport device according to still another embodiment, which is a modification of the
熱輸送装置60の凝縮器62におけるリザーバ13dは、液相管4の端部4b付近に設けられている。このリザーバ13dからは、液相管4の端部4b近傍にまで溝14cが延びている。この溝14cは、上記熱輸送装置10と同様に他の部位より流路体積を小さくなっている。このような構成によっても、熱輸送装置10と同様の効果が得られる。
The
図10及び図11は、さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置をそれぞれ示す平面図である。 FIG.10 and FIG.11 is a top view which respectively shows the heat-transport apparatus which concerns on another embodiment.
図10に示す熱輸送装置40は、蒸発器41と、凝縮器42と、この凝縮器42に供給管6を介して接続されたリザーバ43とを備えている。このようにリザーバ43と凝縮器42とが別のコンテナで構成されていてもよい。このような構成によっても、熱輸送装置40の非動作時にリザーバ43から蒸発器41へ流れ出ることを極力防止できる。これにより、液相の作動流体が重力によって蒸発器41に溜まり過ぎてしまうことを防止することができる。
A
図11に示す熱輸送装置50は、蒸発器51と、凝縮器52と、この凝縮器52に供給管6を介して接続されたリザーバ53とを備え、さらにこの供給管36の凝縮器52における接続端部36aは、液相管4の凝縮器52における接続端部4bに極力近くなるように設けられている。このような構成によっても、熱輸送装置50の非動作時にリザーバ53から蒸発器51へ流れ出ることを極力防止でき、液相の作動流体が重力によって蒸発器51に溜まり過ぎてしまうことを防止することができる。さらに、供給管36の接続端部36aと液相管4の接続端部4bとが近いので、リザーバ53から例えば凝縮器52内の流路58を介して液相管4内に安定して液相の作動流体を供給することができる。
A
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や凝縮器2内の流路や溝等のパターンや断面形状等は、上記各実施の形態に限られず、さまざまなものが考えられる。
For example, the patterns and cross-sectional shapes of the flow paths and grooves in the
上記第1及び第2実施の形態では、リザーバ13dや21dが、上部基板13等に形成されている形態を示した。しかし、リザーバ13d等は下部基板14等に形成されていてもよいし、または、上部及び下部基板の両方に形成されていてもよい。
In the first and second embodiments, the
上記第1及び第2の実施の形態では、リザーバ13d等に連通する流路(溝)14c等が設けられる構成を示した。この溝14c等はリザーバ13dに近くなるにしたがって徐々に毛細管力が大きくなるような構造であってもよい。このことは、例えば作動流体に接する溝14cの表面積がリザーバ13dに近くなるにしたがい徐々に大きくなる構造によって実現される。徐々にとは、連続的に、段階的に、またはこれらの組み合わせの意味を含む。
In the first and second embodiments, the configuration in which the flow path (groove) 14c and the like communicating with the
図10及び図11では、リザーバ43等は、蒸発器41や凝縮器42とほぼ同じ平面内に配置される形態を示した。しかし、リザーバ43等は、蒸発器41等と同じ平面内になくてもよく、例えば、リザーバ43を蒸発器41や凝縮器42に対して斜めに設けることができる。あるいは、リザーバ43を凝縮器42の上面に配置させるように、つまり、図10の紙面に垂直な方向でリザーバ43と凝縮器42とを配列させるようにすることもできる。
10 and 11, the
1、41、51…蒸発器
2、42、52、62…凝縮器
3…気相管
4…液相管
3a、4a…一端部
3b、4b…他端部
6、36…供給管
10、20、40、50、60…熱輸送装置
11a、12a、13a、14a、14c、22a、22c、58…溝(流路)
12b、13b、22b…空間(流路)
13d、21d、43、53…リザーバ
15…発熱体
25…蒸発部
26…気相流路
27…凝縮部
28…液相流路
36a…接続端部
DESCRIPTION OF
12b, 13b, 22b ... space (flow path)
13d, 21d, 43, 53 ...
Claims (10)
前記作動流体を流通させ、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮部と、
前記蒸発部で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させるための第1の流路と、
前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部へ流通させるための第2の流路と、
前記蒸発部より前記凝縮部に近い位置に配置され、前記作動流体を貯留する貯溜部と
を具備することを特徴とする熱輸送装置。 An evaporating section that circulates the working fluid and absorbs heat by the evaporating action of the working fluid;
A condensing part for circulating the working fluid and releasing heat by the condensing action of the working fluid;
A first flow path for circulating the working fluid evaporated in the evaporation section to the condensation section;
A second flow path for circulating the working fluid condensed in the condensing unit to the evaporating unit;
A heat transport apparatus, comprising: a storage section that is disposed closer to the condensing section than the evaporation section and stores the working fluid.
少なくとも前記凝縮部と前記貯溜部とを内蔵するプレートをさらに具備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 apparatus further comprising a plate containing at least the condensing part and the storage part.
前記プレートは、前記蒸発部、前記第1及び第2の流路をさらに内蔵することを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 2,
The heat transport apparatus according to claim 1, wherein the plate further includes the evaporation section and the first and second flow paths.
前記作動流体を貯溜する貯溜部を内部に有し、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させるための第1の管と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させるための第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 circulates the working fluid and absorbs heat by the evaporation of the working fluid;
A condenser having a reservoir for storing the working fluid therein, and releasing heat by the condensing action of the working fluid;
A first pipe connected between the evaporator and the condenser for circulating the working fluid evaporated in the evaporator to the condenser;
A heat transport device, comprising: a second pipe connected between the evaporator and the condenser and configured to circulate the working fluid condensed in the condensing unit to the evaporator.
前記凝縮器は、
前記作動流体を凝縮させながら流通させることが可能な第1の流路体積を有する第1の流路と、
少なくとも前記第1の流路と前記貯溜部との間に設けられ、前記第1の流路体積より小さい第2の流路体積を有する第2の流路と
を有することを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 4,
The condenser is
A first flow path having a first flow path volume capable of flowing while condensing the working fluid;
And a second channel having a second channel volume smaller than the first channel volume and provided between at least the first channel and the reservoir. apparatus.
前記凝縮器は、前記作動流体を毛細管力により前記貯溜部へ導く毛細管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 4,
The heat transport device according to claim 1, wherein the condenser includes a capillary passage that guides the working fluid to the reservoir by a capillary force.
前記凝縮器は、前記貯溜部に接続される第1の端部と、前記第1の管より前記第2の管に近い位置に配置された第2の端部とを有する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 4,
The condenser has a flow path having a first end connected to the reservoir, and a second end disposed at a position closer to the second pipe than the first pipe. A heat transport device characterized by.
前記第2の管は、前記凝縮器に接続された接続端部を有し、
前記流路の前記第2の端部は、前記接続端部付近に配置されていることを特徴とする熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 7,
The second pipe has a connecting end connected to the condenser;
The heat transport device according to claim 1, wherein the second end of the flow path is disposed in the vicinity of the connection end.
作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により前記発熱体の熱を吸収する蒸発部と、
前記作動流体を流通させ、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮部と、
前記蒸発部で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させるための第1の流路と、
前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部へ流通させるための第2の流路と、
前記蒸発部より前記凝縮部に近い位置に配置され、前記作動流体を貯留する貯溜部と
を具備することを特徴とする電子機器。 A heating element;
An evaporating section that circulates the working fluid and absorbs heat of the heating element by the evaporating action of the working fluid;
A condensing part for circulating the working fluid and releasing heat by the condensing action of the working fluid;
A first flow path for circulating the working fluid evaporated in the evaporation section to the condensation section;
A second flow path for circulating the working fluid condensed in the condensing unit to the evaporating unit;
An electronic apparatus comprising: a storage unit that is disposed closer to the condensing unit than the evaporation unit and stores the working fluid.
作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により前記発熱体の熱を吸収する蒸発器と、
前記作動流体を貯溜する貯溜部を内部に有し、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させるための第1の管と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させるための第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 circulates the working fluid and absorbs the heat of the heating element by the evaporation of the working fluid;
A condenser having a reservoir for storing the working fluid therein, and releasing heat by the condensing action of the working fluid;
A first pipe connected between the evaporator and the condenser for circulating the working fluid evaporated in the evaporator to the condenser;
An electronic apparatus comprising: a second pipe connected between the evaporator and the condenser and configured to circulate the working fluid condensed in the condensing unit to the evaporator.
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