JP2010002128A - Heat transport device and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作動流体の相変化により熱を輸送する熱輸送デバイス及びこれを備えた電子機器に関する。 The present invention relates to a heat transport device that transports heat by a phase change of a working fluid, and an electronic apparatus including the heat transport device.
パーソナルコンピュータ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凝縮部に輸送し放熱する、ヒートパイプ等の冷却デバイスが用いられている。 In order to cool an electronic device such as a personal computer, a cooling device such as a heat pipe is used that transports heat generated from a heat generating portion of the electronic device to a condensing unit to dissipate heat.
これらの冷却デバイスは、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作動流体蒸気が、低温の凝縮部へ移動し、その凝縮部で凝縮して熱を放出するものであり、これにより、冷却対象物が冷却される。 In these cooling devices, the working fluid vapor evaporated by the heat generated in the high temperature heat generating part of the electronic device moves to the low temperature condensing part, condenses in the condensing part, and releases heat. The object to be cooled is cooled.
近年においては、電子機器等の高性能化に伴い、その内部に含まれる、小型化されたIC等の発熱が大きな問題となっている。その解決手段として、小型、薄型、高効率の廉価な冷却デバイスが求められている。 In recent years, with the enhancement of the performance of electronic devices and the like, heat generation from miniaturized ICs and the like contained therein has become a major problem. As a solution, there is a demand for an inexpensive cooling device that is small, thin, and highly efficient.
ところで、冷却デバイスを電子機器の発熱部に組み付ける場合、発熱部との接触熱抵抗を小さくするために、例えば半田付け等のろう付けが行われる。このとき、ろう付け時の熱により、冷却デバイスの内部にある流体が蒸発、膨張し、その内圧により、冷却デバイスが損壊するという問題がおこる。 By the way, when the cooling device is assembled to the heat generating part of the electronic device, brazing such as soldering is performed in order to reduce the contact thermal resistance with the heat generating part. At this time, there is a problem that the fluid inside the cooling device evaporates and expands due to heat during brazing, and the cooling device is damaged by the internal pressure.
この問題を解決するために、冷却デバイスの外面を厚くする、または冷却デバイスが平板状のものならば、内部に支柱等が設けられることで、冷却デバイスの強度を上げるといった、内圧に耐えるための構造が開示されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
しかしながら、冷却デバイスの外面を厚くすると熱伝導性能が下がってしまう。また冷却デバイスの内部に支柱等が設けられる場合、作動流体の移動領域が減り熱交換性能が落ちる。このような内圧に耐えるための構造により、熱輸送特性が悪くなってしまう。 However, when the outer surface of the cooling device is thickened, the heat conduction performance is lowered. Moreover, when a support | pillar etc. are provided in the inside of a cooling device, the movement area | region of a working fluid reduces and heat exchange performance falls. Due to the structure for withstanding such an internal pressure, the heat transport characteristics are deteriorated.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、外壁を厚くする、または、内部構造に支柱等を立てるといった、熱輸送特性を悪化させるような構造を採用することなく、高温時の内部圧力に耐えることができる熱輸送デバイス及びこれを備えた電子機器を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, the object of the present invention is to increase the internal pressure at high temperatures without adopting a structure that deteriorates heat transport characteristics, such as thickening the outer wall or setting up a support post or the like in the internal structure. It is an object to provide a heat transport device capable of withstanding heat resistance and an electronic apparatus equipped with the heat transport device.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱輸送デバイスは、第1の線膨張係数を有する第1の部材と、前記第1の部材の内側に貼り合わされた、前記第1の線膨張係数より大きい値の線膨張係数を有する第2の部材とで構成される外壁を含むコンテナと、前記コンテナ内で相変化することで熱を輸送する作動流体とを具備する。 In order to achieve the above object, a heat transport device according to an aspect of the present invention includes a first member having a first linear expansion coefficient and the first wire bonded to the inside of the first member. A container including an outer wall composed of a second member having a linear expansion coefficient larger than the expansion coefficient; and a working fluid that transports heat by changing phase in the container.
上記外壁が加熱されると、上記第1の部材とその内側に貼り合わされた上記第2の部材との線膨張係数の違いにより、第1の部材の内側、つまりコンテナの内部方向に応力が生じる。この応力が、コンテナが加熱されることにより生じる内部圧力に抗することにより、上記内部圧力によるコンテナの損壊を防ぐことができる。つまり、外壁を厚くする、または、内部構造に支柱等を立てるといった、熱輸送特性を悪化させるような構造を採用することなく、高温時の内部圧力に耐えることができる。 When the outer wall is heated, stress is generated on the inner side of the first member, that is, the inner direction of the container due to the difference in the linear expansion coefficient between the first member and the second member bonded to the inner side. . Since this stress resists the internal pressure generated by heating the container, the container can be prevented from being damaged by the internal pressure. That is, it is possible to withstand internal pressure at a high temperature without adopting a structure that deteriorates heat transport characteristics such as thickening the outer wall or setting up a column or the like in the internal structure.
前記コンテナは、次の式で表されるσ(Pa)が−σY<σ<σYの範囲を満たしてもよい。 In the container, σ (Pa) represented by the following formula may satisfy a range of −σ Y <σ <σ Y.
α1(Pa):前記第1の線膨張係数
α2(Pa):前記第2の線膨張係数
t(m):前記コンテナの前記外壁の厚さ
n:前記第1の部材と前記第2の部材との板厚比
前記第1の部材の厚さh1(m)はh1=(n/n+1)tと、前記第2の部材の厚さh2(m)はh2=(1/n+1)tと表される。
E1(Pa):前記第1の部材の縦膨張係数
E2(Pa):前記第2の部材の縦膨張係数
T1(℃):加熱される前の前記コンテナの温度
T2(℃):加熱された後の前記コンテナの温度
P(Pa):前記コンテナが加熱されることにより生ずる前記コンテナの内部圧力
a(m):前記外壁の幅 a=0.01(m)
σY(Pa):前記第1の部材の耐力と前記第2の部材の耐力とを比べて小さい方の値
α 1 (Pa): the first linear expansion coefficient α 2 (Pa): the second linear expansion coefficient t (m): the thickness of the outer wall of the container n: the first member and the second of a thickness ratio of the first member with the member thickness h 1 (m) is h 1 = (n / n + 1) and t, the thickness h 2 (m) of the second member is h 2 = ( 1 / n + 1) t.
E 1 (Pa): longitudinal expansion coefficient of the first member E 2 (Pa): longitudinal expansion coefficient of the second member T 1 (° C.): temperature of the container before heating T 2 (° C.) : Temperature of the container after being heated P (Pa): internal pressure of the container generated by heating the container a (m): width of the outer wall a = 0.01 (m)
σ Y (Pa): The smaller value of the proof stress of the first member and the proof strength of the second member
上記の式で表されるσが、−σY<σ<σYの範囲の中に含まれるので、その範囲の中で上記コンテナの外壁の厚さt、または上記第1の部材と上記第2の部材との板厚比nを所望の値とさせることができる。例えばσが−σY<σ<σYの範囲を満たす中で外壁の厚さtを小さくして熱輸送デバイスを小型化させることができる。またはσが−σY<σ<σYの範囲を満たす中で、上記第1の部材の熱伝導性と上記第2の部材の熱伝導性とを比べ、より大きい熱伝導性を有する部材を厚くさせるように板厚比nを設定し、熱輸送デバイスの熱輸送特性を向上させることができる。 Since σ represented by the above formula is included in the range of −σ Y <σ <σ Y , the thickness t of the outer wall of the container in the range, or the first member and the first The plate thickness ratio n with the member of 2 can be set to a desired value. For example, the heat transport device can be reduced in size by reducing the thickness t of the outer wall while σ satisfies the range of −σ Y <σ <σ Y. Or, in the case where σ satisfies the range of −σ Y <σ <σ Y , a member having a larger thermal conductivity is compared between the thermal conductivity of the first member and the thermal conductivity of the second member. The plate thickness ratio n is set so as to increase the thickness, and the heat transport characteristics of the heat transport device can be improved.
前記第1の部材がニッケルからなっていてもよい。前記第2の部材が銅からなっていてもよい。前記作動流体は純水からなってもよい。 The first member may be made of nickel. The second member may be made of copper. The working fluid may be made of pure water.
前記ニッケルからなる第1の部材の厚さh1と前記銅からなる第2の部材の厚さh2とが、前記板厚比nとしてn=0.56より表されてもよい。 The thickness h 1 of the first member made of the nickel and the thickness h 2 of the second member made of the copper, may be represented than n = 0.56 as the plate thickness ratio n.
本発明の一形態に係る電子機器は、第1の線膨張係数を有する第1の部材と、前記第1の部材の内側に貼り合わされた、前記第1の線膨張係数より大きい値の線膨張係数を有する第2の部材とで構成される外壁を含むコンテナと、前記コンテナ内で相変化することで熱を輸送する作動流体とを有する熱輸送デバイスと、前記熱輸送デバイスに熱的に接続された熱源とを具備する。 An electronic device according to an embodiment of the present invention includes a first member having a first linear expansion coefficient and a linear expansion larger than the first linear expansion coefficient, which is bonded to the inside of the first member. A heat transport device having a container including an outer wall composed of a second member having a coefficient, a working fluid that transports heat by changing phase in the container, and thermally connected to the heat transport device Heat source.
以上のように、本発明によれば、外壁を厚くする、または、内部構造に支柱等を立てるといった、熱輸送特性を悪化させるような構造を採用することなく、高温時の内部圧力に耐えることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to withstand internal pressure at high temperatures without adopting a structure that deteriorates heat transport characteristics such as thickening the outer wall or setting up a support post or the like in the internal structure. Can do.
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デバイスを示す模式的な断面図である。熱輸送デバイス1は、外壁3より構成されるコンテナ2を含む。コンテナ2の内部構造部4には、相変化することで熱を輸送する図示しない作動流体が気密に封入されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a heat transport device according to an embodiment of the present invention. The
図2は、外壁3の一部Aを示す拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part A of the
図2で示すように、外壁3は第1の線膨張係数を有する第1の部材6と、前記第1の部材の内側に貼り合わされた、前記第1の線膨張係数より大きい値の線膨張係数を有する第2の部材7とで構成されている。すなわち、外壁3はバイメタルで構成されている。第1の部材6と第2の部材7とは例えばメッキ処理、または拡散結合等で貼り合わされている。
As shown in FIG. 2, the
図3は、加熱時における、上記外壁3の動作を示す図である。ここでは、第1の部材6がニッケル6であるとして、また第2の部材7が銅7であるとして説明する。また上記作動流体は純水であるとして説明する。
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the
例えば、電子機器の内部に含まれる熱源となるIC等に上記熱輸送デバイス1が半田付けされる場合、熱輸送デバイス1は約270度の高温にさらされる。この高温状態の中で、上記コンテナ2の内部構造部4に含まれる純水が水蒸気となり、その膨張により内部圧力P(Pa)が生じる。水蒸気の場合、約270度の高温状態での内部圧力Pは約5400kPaである。上記内部圧力Pにより外壁3に、内部から外部へ応力(以下、内部圧力応力という。)が生じる。
For example, when the
一方で、上記高温状態になると、上記ニッケル6と上記銅7は膨張する。ニッケル6の線膨張係数α1(Pa)と銅7の線膨張係数α2(Pa)とを比べると、銅7の線膨張係数α2の方が大きい値である。つまり、ニッケル6と比べて銅7の方がより大きく膨張するので、ニッケル6の内側、つまりコンテナ2の内部方向に応力8が生じる。この応力8が、上記内部圧力応力に抗する。
On the other hand, when the high temperature state is reached, the
図4は、上記ニッケル6とその内側に貼り合わされた上記銅7との線膨張係数の違いにより生じる応力8から、上記内部圧力応力を減算して得られる値σ(Pa)を示すグラフである。外壁3の厚さt(m)(図1参照)を複数とり、それに対応するσのグラフを複数示している。上記複数のtの値は、t=0.8×10-3(m)からt=1.9×10-3(m)の範囲で、0.1×10-3(m)ごとに増えている。それらに対応して、それぞれのtに対応するグラフがとる値も順次増えている。
FIG. 4 is a graph showing a value σ (Pa) obtained by subtracting the internal pressure stress from the
横軸は、ニッケル6と銅7との板厚比nである。このnと上記外壁3の厚さtより、ニッケル6の厚さh1(m)はh1=(n/n+1)tと、銅7の厚さh2(m)はh2=(1/n+1)tと表される。縦軸はσ(Pa)である。
The horizontal axis is the thickness ratio n of
上記σが0より小さい範囲では、上記内部圧力応力が上記応力8よりも大きい。しかしながら、ニッケル6の耐力と銅7の耐力とを比べて小さい方の値をσY(Pa)として、上記σが−σY<σの範囲であれば上記外壁3は損壊することなく内部圧力Pに耐えることができる。上記σが0より大きい範囲では、上記応力8が上記内部圧力応力よりも大きいので、上記内部圧力Pによるコンテナ2への影響を大きく軽減できる。一方で、σが上記σY(Pa)より大きくなると、外壁3は損壊する場合がある。つまり図4が示すように、σが−σY<σ<σYの範囲を満たす中であれば上記熱輸送デバイス1は、コンテナ2が加熱されることにより生じる内部圧力Pに耐えつつ、適正に動作することができる。本例では上記σYは銅7の耐力である。
In the range where σ is smaller than 0, the internal pressure stress is larger than the
σについて詳しく説明する。 σ will be described in detail.
図5(A)は、四辺を固定された銅7の断面図であり、図5(B)は、その平面図である。銅7の厚さはh2であり、幅a(m)=0.01、及び長さb(m)=1(単位長さ)である。銅7には上記内部圧力Pと同じ強さの力が働いている。
FIG. 5A is a cross-sectional view of
ここで、上記銅7の最大たわみωmax(m)と最大曲げ応力σmax(Pa)とは、次のように表される。E2(Pa)は銅7の縦膨張係数である。γは銅7のたわみ係数でありγ=0.03である。またβは銅7の最大応力係数であり、β=0.5である。
Here, the maximum deflection ω max (m) and the maximum bending stress σ max (Pa) of the
ここで、銅7の縦膨張係数E2の値E2=1.1×1011(PA)と、銅7の耐力σYの値σY=7.0×107(Pa)とを用いて、上記Pが5400kPaの場合、銅7がPに耐えることができる銅7の厚さh2を求めと、h2は次のように表される。
Here, the value E 2 = 1.1 × 10 11 (PA) of the longitudinal expansion coefficient E 2 of the
銅7の厚さh2が1.96(mm)より大きいと、銅7は上記水蒸気による内部圧力Pに耐えることができる。よって、上記コンテナ2を厚さが1.96(mm)より大きい銅7で構成すれば、上記内部圧力Pに耐えることができる。しかしこの場合においてはコンテナ2の小型化という目的は得られない。
When the thickness h 2 of the
図6は、銅7が加熱され、銅7の温度がT1℃からT2℃になった場合の、銅7の伸びを示す図である。lは加熱される前の銅7の長さである。l’は加熱された後の銅7の長さである。λは加熱による銅7の伸びであり、λ=lα2(T2―T1)と表される。
FIG. 6 is a diagram illustrating the elongation of the
上記銅7の伸びλが生成されないように、銅7の長さを固定しておくと、銅7の内部に圧縮応力σCが生じる。この圧縮応力σCを求める。
As elongation λ of the
まず銅7の単位歪eを求める。ここでは、1+α2(T2―T1)は1に限りなく近い。
First, the unit strain e of the
上記単位歪eより、上記圧縮応力σCは次のように表される。 From the unit strain e, the compressive stress σ C is expressed as follows.
次に張り合わされた銅7とニッケル6とが加熱され、それらの温度がT1℃からT2℃になった場合の、ニッケル6の内部に生じる圧縮応力σNと銅7の内部に生じる圧縮応力σCとを求める。
Next, the bonded
ニッケル6の断面積をA1、銅7の断面積をA2とすると、上記σNと上記σCとは次のように表される。E1(Pa)はニッケル6の縦膨張係数である。
When the cross-sectional area of
よって、ニッケル6に生じるモーメントM1(N・m)と銅7に生じるモーメントM2(N・m)と、及びその和は次のように表される。h1(m)はニッケル6の厚さであり、h2(m)は銅7の厚さである。ニッケル6と銅7との板厚比をnとすると、このnと、貼り合わされたニッケル6と銅7の全体の厚さtより、h1はh1=(n/n+1)tとh2はh2=(1/n+1)tと表される。
Therefore, the moment M 1 (N · m) generated in the
上記モーメントM1と上記モーメントM2との和を表す式より、ニッケル6と銅7が貼り合わされた場合の全体の内部応力σN+Cは次の式で表される。Zは貼り合わされたニッケル6と銅7の全体の断面係数である。ZはZ=bt2/6と表される。上記のようにb=1(m)である。
From the equation representing the sum of the moment M 1 and the moment M 2 , the overall internal stress σ N + C when
上記貼り合わされたニッケル6と銅7は、銅7を内側として、コンテナ2に含まれる外壁3を構成する。貼り合わされたニッケル6と銅7が上記外壁3として拘束されるので、上記全体の内部応力σN+Cの2倍の応力が、ニッケル6の内側、つまりコンテナ2の内部方向に生じる。この生じた上記全体の内部応力σN+Cの2倍の応力が、上記応力8である。
上記応力8をσ8とすると、σ8は次の式で表される。
The bonded
When the
上記σ8を表す式を、上記σNを表す式、上記σCを表す式、上記h1及び上記h2で整理すると、上記σ8を表す式は次のように整理される。 When the formula representing σ 8 is arranged by the formula representing the σ N , the formula representing the σ C , the h 1 and the h 2 , the formula representing the σ 8 is arranged as follows.
上記内部圧力応力をσ9とするとσ9は次の式で表される。 When the internal pressure stress is σ 9 , σ 9 is expressed by the following equation.
上記σは、上記ニッケル6とその内側に貼り合わされた上記銅7との線膨張係数の違いにより生じる応力8から、上記内部圧力応力を減算して得られる値である。よって、上記σ8を表す式と上記σ9を表す式より、σは次式で表される。
The σ is a value obtained by subtracting the internal pressure stress from the
上記σを表す式において、E1、E2、P及びaは固定値である。よって、上記半田付けによるコンテナ2の加熱される前の温度T1と加熱された後の温度T2とを想定し定めることにより、上記σを表す式は、コンテナ2の外壁3の厚さtと、ニッケル6と銅7との板厚比nとに依存することになる。このことにより、上記σが−σY<σ<σYの範囲を満たす中で上記外壁3の厚さt、または上記板厚比nを所望の値とさせることができる。本例の図4のグラフにおいては、T1は20℃とまたT2は270℃と想定している。
In the formula representing σ, E 1 , E 2 , P, and a are fixed values. Therefore, by determining assumes a temperature T 2 after heating to the temperature T 1 of the before the heating of the
図4のグラフが示すように、板厚比nがn=0.56で上記σの値は大きくなる。外壁3の厚さtがt=0.9の場合に対応するσのグラフの、上記n=0.56でのσの値は、−σY<σ<σYの範囲を満たしている。また、t≧0.9の場合に対応するグラフ(0.9≦t≦1.9の場合に対応するグラフ)は、上記σが−σY<σ<σYの範囲を満たすnの値が存在する。つまりコンテナ2の外壁3の厚さtは、t≧0.9の場合に(0.9≦t≦1.9の場合に)、板厚比nの値を所期の値にすることで、上記σが−σY<σ<σYの範囲を満たす。
As shown in the graph of FIG. 4, when the plate thickness ratio n is n = 0.56, the value of σ increases. In the graph of σ corresponding to the case where the thickness t of the
t=1.9の場合に対応するグラフを参照する。このグラフでは、上記板厚比nの値がほぼ0で、σの値が−σY<σ<σYの範囲を満たしている。ニッケル6の厚さh1はh1=(n/n+1)tと、銅7の厚さh2はh2=(1/n+1)tと表されるので、nがほぼ0の場合、ニッケル6の厚さh1はほぼ0と、銅7の厚さh2はほぼtつまり1.9となる。よって、銅7の厚さh2がほぼ1.9であれば、貼り合わせるニッケルがほぼ0でも、上記8が上記内部圧力応力と抗する。このことは、上記した銅7の厚さh2が1.96(mm)より大きい場合と同様に、上記水蒸気による内部圧力Pに耐えることができることを意味するが、この場合もコンテナ2の小型化という目的は得られない。
Reference is made to the graph corresponding to the case of t = 1.9. In this graph, the value of the plate thickness ratio n is almost 0, and the value of σ satisfies the range of −σ Y <σ <σ Y. The thickness h 1 of the
例えば外壁3の厚さtを上記1.96(mm)より小さいt=1とすると、板厚比nを所期の値とすることで上記σが−σY<σ<σYの範囲を満たす。つまり、外壁を厚くするといった熱輸送特性を悪化させるような構造を採用することなく、上記熱輸送デバイス1は高温時の内部圧力Pに耐えることができる。このことにより、上記熱輸送デバイス1の、小型化、薄型化、及び軽量化が達成できる。
For example, when the thickness t of the
t=1の場合、図4が示すグラフより、板厚比nが0.12<n<0.43及び0.69<n<2.33の範囲で、上記σが−σY<σ<σYの範囲を満たす。ニッケル6の熱伝導性と銅7の熱伝導性とを比べると、銅7の熱伝導性の方が大きい。よって、外壁3の厚さt=1で、ニッケル6の厚さh1が小さく、また銅7の厚さh2が大きくなるように板厚比nを設定する。ニッケル6の厚さh1はh1=(n/n+1)tと、銅7の厚さh2はh2=(1/n+1)tと表されるので、板厚比nを小さくとれば、ニッケル6の厚さh1は小さくなり、また銅7の厚さh2は大きくなる。つまり板厚比nを0.12<n<0.43を満たす範囲の中からとればよく、典型的にはn=0.2がよい。このことにより、より大きい熱伝導性を有する銅7を厚くさせるように板厚比nを設定することで、熱輸送デバイスの熱輸送特性を向上させることができる。
In the case of t = 1, from the graph shown in FIG. 4, the sheet thickness ratio n is in the range of 0.12 <n <0.43 and 0.69 <n <2.33, and the σ is −σ Y <σ <. It satisfies the range of σ Y. When the thermal conductivity of
また、コンテナ2の内部構造部4に、支柱等を立てるといった熱輸送特性を悪化させるような構造を採用することなく、上記熱輸送デバイス1は高温時の内部圧力に耐えることができる。このことにより、例えば作動流体の移動領域を大きくとることができ、上記熱輸送デバイス1の熱輸送特性を向上させることができる。
Further, the
本例では、上記コンテナ2は外壁3により構成されるが、例えばIC等に半田付けされる部分のみが上記外壁3である場合等、コンテナ2の外壁の所望の位置に外壁3を含ませるように適宜設計されてもよい。
In this example, the
図7は、上記第1の部材6と上記第2の部材7との組み合わせとして用いられる材質の例を示す表である。本例で用いられたニッケル6と銅7の代わりとして図4の表が示す材質が用いられてもよいが、これらに限られるわけではない。
FIG. 7 is a table showing examples of materials used as a combination of the
コンテナ2の内部構造部4に含まれる作動流体としては、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、アンモニウム等が用いられる。しかし、これらに限られない。
Examples of the working fluid contained in the
図7に示す上記第1の部材6と上記第2の部材7との組み合わせ及び用いられる作動流体の特性と、上記σを表す式より、σが−σY<σ<σYの範囲を満たす中で上記外壁3の厚さt、または上記板厚比nを所望の値とさせればよい。
From the combination of the
上記第1の部材6と上記第2の部材7は、ろう付け、すなわち溶着により張り合わされてもよいし、材質によっては接着剤を用いて張り合わされてもよい。あるいは、上記したメッキ処理や、拡散結合等により張り合わされてもよい。本例で示したニッケル6と銅7の場合、それらをメッキ処理により張り合わせることで、上記熱輸送デバイス1を低コストで製造できる。また、例えば上記コンテナ2を組み立てる過程において、上記第1の部材6と上記第2の部材7とを張り合わせることで、より低コストで上記の熱輸送デバイス1を製造できる。
The
本例では、電子機器の内部に含まれるIC等に、上記熱輸送デバイス1が半田付けされる場合を述べたが、上記熱輸送デバイス1が半田付けされた後に、例えば他のデバイスが同じ基盤内に半田付けされる場合にも、同様の効果が得られる。
In this example, the case where the
図8は、図1で示した熱輸送デバイス1の具体的な一実施の形態を示す斜視図である。図9はその熱輸送デバイス1に熱源が接続された状態の、当該熱輸送デバイス1と接続された熱源とを示す断面図であり、図8におけるA−A線断面図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a specific embodiment of the
図9に示すように、熱輸送デバイス1はベッセル状の下部基板500と、下部基板500と対向して設けられた上部基板200と、下部基板500と上部基板200との間で積層された、作動流体の流路を構成する複数の液相流路基板600とを備えている。下部基板500と上部基板200とが、例えば拡散結合、またはその他の方法により接合され、コンテナ2が構成される。
As shown in FIG. 9, the
上部基板200及び下部基板500のうち少なくとも一方が、上述したバイメタルにより構成されていればよい。液相流路基板600は、典型的には、無酸素銅、タフピッチ銅、あるいは銅合金で構成される。しかしこれに限られず、液相流路基板600は、銅以外の金属で構成されてもよく、その他熱伝導率の高い材料が用いられてもよい。
It is sufficient that at least one of the
図10は液相流路基板600を示す斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view showing the liquid phase
液相流路基板600は、毛細管力を発生させる複数の孔9が設けられている。複数の液相流路基板600が積層され、上記コンテナ2内に収容される。積層された複数の液相流路基板600に設けられた孔9により、液相の作動流体を毛細管力により流通させる液相流路610が形成される。(図9参照)。
The liquid phase
複数の液相流路基板600は、コンテナ2内の上部基板200側で空間が確保されるように積層されている。その空間が気相の作動流体が流通する気相流路410となる。(図9参照)。
The plurality of liquid phase
複数の孔9は、図10に示したような基板に孔が空けられることで形成される形態に限られず、メッシュ構造による複数の孔であってもよい。 The plurality of holes 9 are not limited to the form formed by forming holes in the substrate as shown in FIG. 10, and may be a plurality of holes having a mesh structure.
液相流路基板600は、典型的には4〜20枚程度積層されるが、これに限られない。複数の液相流路基板600の厚さは、典型的にはそれぞれ0.02mm〜0.05mmとされるが、これに限られない。
Typically, about 4 to 20 liquid phase
複数の液相流路基板600は、ろう付け、すなわち溶着により接合されてもよいし、材質によっては接着剤を用いて接合されてもよい。あるいは、メッキ処理や、拡散結合等により接合されてもよい。
The plurality of liquid phase
以上のように構成された熱輸送デバイス1の動作について、図9を参照しつつ説明する。
The operation of the
図9に示すように、下部基板500の一方の端部にIC等の熱源50が接しており、その場合においては、熱輸送デバイス1はその熱源50が接している端部を吸熱部Vと、他方の端部を放熱部Wとする。液相作動流体は吸熱部Vにおいて、熱源50からの熱を吸収し、蒸発する。
As shown in FIG. 9, a
液相作動流体から相変化した気相作動流体は、液相流路610から気相流路410へと移る。気相作動流体は気相流路410内を、吸熱部Vから放熱部Wへと向かうように流通し、放熱部Wにおいて熱を放出し、凝縮する。放熱部Wにおいて気相作動流体から相変化した液相作動流体は、複数の孔9の毛細管力により液相流路610を介して吸熱部Vに流通する。そこで再び熱源50から熱を吸収して、気相作動流体へ相変化する。このような動作が繰り返されることにより、熱源50の熱が熱輸送デバイス1により輸送される。
The gas phase working fluid that has undergone a phase change from the liquid phase working fluid moves from the
図9で矢印で示した各動作の領域は、ある程度の目安あるいは基準を示すものであり、熱源50の熱量によりそれらの各動作領域が多少シフトしたりするので、各動作が領域ごとに明確に分けられるわけではない。
Each operation region indicated by an arrow in FIG. 9 indicates a certain standard or reference, and each operation region is slightly shifted depending on the amount of heat of the
なお放熱部Wに、図示しないヒートシンク等の放熱のための部材が熱的に接続される場合がある。この場合、熱輸送デバイス1により輸送された熱がヒートシンクに伝達され、ヒートシンクから放熱される。
A member for heat dissipation such as a heat sink (not shown) may be thermally connected to the heat radiating portion W. In this case, the heat transported by the
図9において、上部基板200の一端に一点鎖線で示す熱源50が接続されてもよい。また上部基板200の一端と、それと同じ側の下部基板500の一端との両方に熱源50が接続されてもよい。
In FIG. 9, a
図11は上記熱輸送デバイス1を備えた電子機器として、ノート型のPC(Personal Computer)を示す斜視図である。PC10の筐体11内には、回路基板12が配置され、例えば回路基板12にはCPU(Central Processing Unit)13が搭載されている。このCPU13に熱輸送デバイス1が熱的に接続され、熱輸送デバイス1には図示しないヒートシンクが熱的に接続される。
FIG. 11 is a perspective view showing a notebook PC (Personal Computer) as an electronic apparatus including the
本発明に係る実施の形態は、以上説明した実施の形態に限られず、他の種々の実施形態が考えられる。 Embodiments according to the present invention are not limited to the embodiments described above, and other various embodiments are conceivable.
熱輸送デバイス1の平面形状の平面形状は四角形とした。しかし、その平面形状は、円形、楕円、多角形あるいは、他の任意の形状であってよい。
The planar shape of the planar shape of the
図11の電子機器としてPCを例に挙げた。しかし、これに限られず、電子機器としては、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、プロジェクタ、携帯電話、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、ロボット機器、レーザ発生装置、その他の電化製品等が挙げられる。 A PC is taken as an example of the electronic apparatus in FIG. However, the present invention is not limited to this, and the electronic devices include PDA (Personal Digital Assistance), electronic dictionary, camera, display device, audio / visual device, projector, mobile phone, game device, car navigation device, robot device, laser generator. And other electrical appliances.
1 熱輸送デバイス
2 コンテナ
3 外壁
4 内部構造部
6 第1の部材、ニッケル
7 第2の部材、銅
8 応力
9 孔
10 PC
11 筐体
12 回路基板
13 CPU
50 熱源
200 上部基板
410 気相流路
500 下部基板
600 液相流路基板
610 液相流路
DESCRIPTION OF
11
50
Claims (5)
前記コンテナ内で相変化することで熱を輸送する作動流体と
を具備する熱輸送デバイス。 A first member having a first linear expansion coefficient, and a second member bonded to the inside of the first member and having a linear expansion coefficient greater than the first linear expansion coefficient. A container including an outer wall,
A heat transport device comprising: a working fluid that transports heat by changing phase in the container.
前記コンテナは、次の式で表されるσ(Pa)が−σY<σ<σYの範囲を満たす熱輸送デバイス。
α2(Pa):前記第2の線膨張係数
t(m):前記コンテナの前記外壁の厚さ
n:前記第1の部材と前記第2の部材との板厚比
前記第1の部材の厚さh1(m)はh1=(n/n+1)tと、前記第2の部材の厚さh2(m)はh2=(1/n+1)tと表される。
E1(Pa):前記第1の部材の縦膨張係数
E2(Pa):前記第2の部材の縦膨張係数
T1(℃):加熱される前の前記コンテナの温度
T2(℃):加熱された後の前記コンテナの温度
P(Pa):前記コンテナが加熱されることにより生ずる前記コンテナの内部圧力
a(m):前記外壁の幅 a=0.01(m)
σY(Pa):前記第1の部材の耐力と前記第2の部材の耐力とを比べて小さい方の値 The heat transport device according to claim 1,
The container is a heat transport device in which σ (Pa) represented by the following formula satisfies a range of −σ Y <σ <σ Y.
E 1 (Pa): longitudinal expansion coefficient of the first member E 2 (Pa): longitudinal expansion coefficient of the second member T 1 (° C.): temperature of the container before heating T 2 (° C.) : Temperature of the container after being heated P (Pa): internal pressure of the container generated by heating the container a (m): width of the outer wall a = 0.01 (m)
σ Y (Pa): The smaller value of the proof stress of the first member and the proof strength of the second member
前記第1の部材がニッケルからなり、
前記第2の部材が銅からなり、
前記作動流体は純水からなる熱輸送デバイス。 A heat transport device according to claim 2, comprising:
The first member is made of nickel;
The second member is made of copper;
The working fluid is a heat transport device made of pure water.
前記ニッケルからなる第1の部材の厚さh1と前記銅からなる第2の部材の厚さh2とが、前記板厚比nとしてn=0.56より表される熱輸送デバイス。 A heat transport device according to claim 3,
Heat transport device and the thickness h 2 of the second member having a thickness of h 1 and the copper of the first member made of the nickel is expressed from n = 0.56 as the plate thickness ratio n.
前記熱輸送デバイスに熱的に接続された熱源と
を具備する電子機器。 A first member having a first linear expansion coefficient, and a second member bonded to the inside of the first member and having a linear expansion coefficient greater than the first linear expansion coefficient. A heat transport device having a container including an outer wall and a working fluid that transports heat by changing phase in the container;
An electronic device comprising: a heat source thermally connected to the heat transport device.
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