JP2010078259A - Evaporator for micro loop heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、蒸気化潜熱によって熱輸送をおこなうマイクロループヒートパイプの蒸発器に関するものである。 The present invention relates to an evaporator of a micro loop heat pipe that transports heat by latent heat of vaporization.
ヒートパイプは優れた熱伝導装置であるが、蒸発器から凝縮器に向けて流れる蒸気流と、凝縮器から蒸発器に向けて還流する液流とが対向流になり、液流の一部が蒸気流によって吹き戻されることにより作動流体の還流量が制限を受ける。そのため、ウィックによる作動流体の還流が律速となり、一般に熱輸送能力が低下する。 A heat pipe is an excellent heat transfer device, but the vapor flow that flows from the evaporator to the condenser and the liquid flow that flows back from the condenser to the evaporator are counterflows, and part of the liquid flow is The recirculation amount of the working fluid is limited by being blown back by the steam flow. For this reason, the recirculation of the working fluid by the wick becomes rate-determining, and generally the heat transport capability is lowered.
このような不都合を解消できるヒートパイプとして、ループ型ヒートパイプが知られている。また、ループ型ヒートパイプは、蒸発器と凝縮器との位置関係に左右されないため、ラップトップ型コンピュータのような小型電子機器への応用が提案されている。その例が下記の特許文献1ないし特許文献3に記載されている。特許文献1に記載されている蒸発器及びこの蒸発器を使用したループヒートパイプは、円筒形状の一方から液相の作動流体が流入する蒸発器の内部に、作動流体を保持するウィックを設けるとともに、ウィックの外周側にグルーブを形成することによって、ウィックに保持された作動流体がグルーブに押し出され、加熱され蒸気化されて蒸発器から導出されるように構成されている。また、グルーブの形成されたウィックよりも液相の作動流体が流入する側に、グルーブの形成されていないウィックを配置することにより、蒸気化した作動流体の逆流を防止できるように構成されている。 A loop-type heat pipe is known as a heat pipe that can eliminate such inconvenience. In addition, since the loop heat pipe is not affected by the positional relationship between the evaporator and the condenser, application to a small electronic device such as a laptop computer has been proposed. Examples thereof are described in the following Patent Documents 1 to 3. The evaporator described in Patent Document 1 and the loop heat pipe using this evaporator are provided with a wick for holding the working fluid inside the evaporator into which the liquid-phase working fluid flows from one of the cylindrical shapes. By forming the groove on the outer peripheral side of the wick, the working fluid held in the wick is pushed out to the groove, heated and vaporized, and is led out from the evaporator. In addition, by arranging a wick having no groove formed on the side where the liquid-phase working fluid flows in from the wick having the groove formed, the backflow of the vaporized working fluid can be prevented. .
特許文献2に記載されているミニループヒートパイプ用蒸発器は、蒸発器の内部に配置されたウィックに液相の作動流体が導入され、またウィックの多孔質構造に保持された作動流体が、ウィックの下方に配置された溝に毛細管力によって吸収され、溝が加熱されることによって作動流体が蒸気化されて、蒸発器から導出されるように構成されている。このため、蒸気化した作動流体がウィックに逆流しないとされている。
In the evaporator for the mini-loop heat pipe described in
特許文献3に記載されているループ型ヒートパイプは、液相の作動流体が流動する液戻り管と蒸気化した作動流体が流動する蒸気管とがウィックを挟んで積層されて構成されている。また、ウィック表面に形成されたグルーブから作動流体が蒸気化するので、蒸気化した作動流体が液戻り管に逆流しないとされている。
The loop heat pipe described in
上述した特許文献1ないし特許文献3に記載されているループ型ヒートパイプの蒸発器は、作動流体を蒸発器に導入する液戻り管と作動流体を貯留するリザーバと作動流体を保持するウィックと作動流体を蒸気化させるグルーブと蒸気化された作動流体を蒸発器から導出させる蒸気管とが積層されて構成されている。このため、蒸発器の薄型化が困難であった。
The evaporator of the loop heat pipe described in Patent Document 1 to
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、蒸発器の厚みを抑えることのできるマイクロループヒートパイプ用蒸発器を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above technical problem, and an object of the present invention is to provide an evaporator for a micro loop heat pipe capable of suppressing the thickness of the evaporator.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、容器の内部に作動流体を供給するとともに、その容器の内部に設けられたマイクロチャンネル部で前記作動流体を蒸気化させてその蒸気を前記容器の外部に流出させるマイクロループヒートパイプ用蒸発器において、前記容器が薄板状の中空体として形成され、その容器の内部に、該容器の厚さ方向で互いに対向する二つの内面に接合されて前記容器の内部を少なくとも二つの領域に区画する多孔質部材からなる隔壁部が設けられ、その一方の領域に、前記作動流体を流入させる流入口が開口して設けられて該一方の領域が前記作動流体を貯留するリザーバ部とされ、かつ他方の領域の内部に、前記マイクロチャンネル部と、そのマイクロチャンネル部を形成している細溝部が連通するヘッダ部とが形成され、そのヘッダ部に、前記蒸気を前記容器から流出させる流出口が開口して設けられていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 supplies working fluid to the inside of a container, and vaporizes the working fluid in a microchannel portion provided in the container to produce the steam. In the evaporator for a micro loop heat pipe that flows out of the container, the container is formed as a thin plate-like hollow body, and is joined to two inner surfaces facing each other in the thickness direction of the container. A partition wall made of a porous member that divides the inside of the container into at least two regions is provided, and an inflow port through which the working fluid flows is provided in one region, and the one region is A reservoir portion for storing the working fluid, and a head in which the microchannel portion and a narrow groove portion forming the microchannel portion communicate with each other inside the other region. Parts and is formed, in its header section, the outlet for outflow of the steam from the container is characterized in that it is provided with openings.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記マイクロチャンネルは前記多孔質部材から構成されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the microchannel is composed of the porous member.
請求項1の発明によれば、作動流体が供給される容器の厚さ方向に多孔質部材からなる隔壁部によって少なくとも二つの領域に区画され、一方の領域がリザーバ部とされ、他方の領域がマイクロチャンネル部とされる。これらの区画された領域は容器の内部に並列して配置されるので、蒸発器の厚みを抑えることができる。隔壁部は多孔質部材から形成されているので、その多孔構造の内部に作動流体を保持することができる。リザーバ部には、作動流体の流入口が設けられているので、作動流体をその内部に流入させることができる。マイクロチャンネル部には細溝部が形成されているので、この細溝部によって、リザーブ部に貯留され、隔壁部を経て浸潤した作動流体を蒸気化させる蒸気化面積を拡大させることができる。また、マイクロチャンネル部を形成している細溝部には細溝部を連通するヘッダ部が形成されているので、細溝部で蒸気化した作動流体をヘッダ部でまとめることができる。さらに、蒸気化した作動流体はヘッダ部に設けられた流出口から流出させることができる。 According to the first aspect of the present invention, at least two regions are partitioned by the partition wall made of a porous member in the thickness direction of the container to which the working fluid is supplied, one region is the reservoir, and the other region is It is a microchannel part. Since these divided areas are arranged in parallel inside the container, the thickness of the evaporator can be suppressed. Since the partition wall is formed of a porous member, the working fluid can be held inside the porous structure. Since the reservoir portion is provided with an inlet for the working fluid, the working fluid can be introduced into the reservoir. Since the microchannel portion is formed with a narrow groove portion, it is possible to enlarge the vaporization area for vaporizing the working fluid stored in the reserve portion and infiltrated through the partition wall portion. Moreover, since the header part which connects a narrow groove part is formed in the narrow groove part which forms the microchannel part, the working fluid vaporized by the narrow groove part can be collected by a header part. Further, the vaporized working fluid can be discharged from an outlet provided in the header portion.
請求項2の発明によれば、請求項1の発明による効果と同様の効果に加えて、マイクロチャンネル部は多孔質部材によって形成されているので、その多孔構造の内部に作動流体を保持することができる。また、マイクロチャンネル部を形成している細溝部も多孔質部材から形成されているので、毛細管力によって細溝部に展開させることができる。また、細溝部が多孔質部材から形成されているので、作動流体を蒸気化させる面積を拡大することができる。さらにまた、マイクロチャンネル部が多孔質部材から形成されているので、焼結などの方法により製造することができる。
According to the invention of
つぎにこの発明を図面を参照しながら具体的に説明する。この発明におけるマイクロループヒートパイプ1の概略図を図5に模式的に示してある。この発明におけるマイクロループヒートパイプ1は、マイクロループヒートパイプ1の内部に封入された作動流体の蒸気化潜熱によって熱源2から熱を奪う蒸発器3と、蒸気化した作動流体を流動させる蒸気管4と、蒸気化した作動流体を再凝縮させて凝縮潜熱によって輸送した熱を外部に放熱する凝縮器5と、再凝縮した作動流体を流動させる液戻り管6とが連通されてループ形状に構成されている。また、蒸発器3に直接接続された管と蒸気管4との間にはコネクタ7が設けられ、このコネクタ7を介して蒸発器3に直接接続された管は内外径寸法の大きい蒸気管4に接続されている。この発明におけるマイクロループヒートパイプ1は、前述したラップトップ型コンピュータのような小型電子機器への応用のために薄型化が要求されるから、蒸発器3の薄型化にともなって、蒸発器3に接続できる蒸気管4の大きさはおのずと限られるためである。さらにまた、液戻り管6と蒸発器3との間にも、コネクタ8が設けられている。これは、上記と同様に薄型化した蒸発器3と蒸気管4、液戻り管6のサイズを調整するためのものである。
Next, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. A schematic diagram of the micro-loop heat pipe 1 according to the present invention is schematically shown in FIG. A microloop heat pipe 1 according to the present invention includes an
この発明に係るマイクロループヒートパイプ用蒸発器の構造の一例を図1に模式的に示してある。作動流体が流出入するケーシング9は、その対向する一対の面の一方に作動流体の流入口10が設けられ、他方の面に作動流体の流出口11が設けられている。ケーシング9を形成する材質には熱伝導性を有する金属材料として例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いることができる。流出口11が設けられたケーシング9の他方の面に、一体成型されたマイクロチャンネル部12と隔壁部13とが偏在し、かつ接合されて設けられている。流入口10が設けられたケーシング9の一方の面には、リザーバ部14が形成されている。
An example of the structure of an evaporator for a micro loop heat pipe according to the present invention is schematically shown in FIG. The
マイクロチャンネル部12は隔壁部13に囲まれるように形成され、ここに示す例では、マイクロチャンネル部12と隔壁部13とが一体成形された例を示している。また、マイクロチャンネル部12には複数の細溝部15が形成されている。この細溝部15は、マイクロチャンネル部12に展開された作動流体と蒸気化した作動流体とを分離できるように構成されている。すなわち、マイクロチャンネル部12の凸部とケーシング9との接触面において、蒸気化した作動流体と液相の作動流体とが分離される。さらに、マイクロチャンネル部12には複数の細溝部15を連通するヘッダ部16が設けられている。このヘッダ部16がケーシング9の他方の面に設けられた流出口11に連通するように配置されている。
The
一体成形されたマイクロチャンネル部12と隔壁部13との縦横寸法は、ケーシング9の内部の縦横寸法より小さく形成されている。また、隔壁部13の厚さ(高さ)は、ケーシング9の内部の厚さ(高さ)と同寸法になるように形成されている。そして、天板17とケーシング9と隔壁部13とが接合されて蒸発器3が構成されている。
The vertical and horizontal dimensions of the integrally formed
マイクロチャンネル部12は、多孔質部材によって形成されている例を示してあるが、例えば毛細管力によって作動流体を展開し、作動流体を蒸気化させる面積を拡大できる細溝部15が形成できる部材であればよい。また、マイクロチャンネル部12と隔壁部13とは、一体成型された例を示してあるが、別々に形成されたものであってもよい。前述した蒸発器3の斜視図を図2に模式的に示してある。図2(a)は、蒸発器3の内部構造の斜視図であり、図2(b)は、蒸発器3の断面斜視図である。蒸発器3の断面図およびその寸法の一例を図3に模式的に示してある。前述したように、マイクロチャンネル部12と隔壁部13とが一体成形されているので、その厚みを抑えることができる。また、それに伴って、マイクロチャンネル部12と隔壁部13とを収容するケーシング9の厚みを抑えることができるので、蒸発器3を薄型化することができる。
Although the
つぎにこの発明におけるマイクロループヒートパイプの動作例について説明する。前述した蒸発器3の上視図および外形寸法を図4(a)に模式的に示してある。また、蒸発器3の横断面図を図4(b)に模式的に示してある。マイクロループヒートパイプ1に封入された液相の作動流体は、蒸発器3に接している熱源2によって加熱されて蒸気化される。より具体的には、マイクロチャンネル部12の細溝部15に展開された作動流体は、マイクロチャンネル部12とケーシング9との接触面において熱源2により加熱され、その熱を蒸気化潜熱として奪って蒸気化する。蒸気化した作動流体は、マイクロチャンネル部12により気液分離され、複数の細溝部15を流動する。また蒸気化した作動流体は、複数の細溝部15を連通するヘッダ部16においてまとめられて、流出口11から流出される。この場合に、蒸発器3を加熱した熱は、すなわち、作動流体を蒸気化させた熱は蒸気化した作動流体によって輸送される。また、作動流体は蒸気化に伴って体積膨張するので、マイクロチャンネル部12の内部圧力が上昇する。一方、隔壁部13によって隔てられたリザーブ部14は、蒸気化し、体積膨張した作動流体が流入しないので、内部圧力の上昇は生じない。
Next, an operation example of the micro loop heat pipe in the present invention will be described. A top view and the external dimensions of the
一方、凝縮器5では蒸気化した作動流体が、凝縮潜熱によって熱を奪われて、再凝縮するように構成されている。再凝縮した作動流体は、細溝部15やヘッダ部16ならびに蒸気管4内の蒸気圧と液戻り管6やリザーバ部14内の蒸気圧との蒸気圧力差によって流動するように構成されている。すなわち、蒸気圧力差によって、蒸気化した作動流体は、蒸発器3から凝縮器5へ流動し、凝縮器5において再凝縮した作動流体はリザーバ部14へ流動する。
On the other hand, the
再凝縮した作動流体は、液戻り管6を流動して流入口10から蒸発器3に還流される。蒸発器3は、多孔質部材からなる隔壁部13によってリザーバ部14と作動流体を蒸気化させるマイクロチャンネル部12とに隔てられているから、流入口10から蒸発器3に流入した作動流体は一旦リザーバ部14に貯留される。リザーバ部14に貯留された作動流体は、隔壁部13の多孔構造が生じる毛細管力によって吸い出されて、マイクロチャンネル部12に再び展開されて、また加熱されて蒸気化される。このように、作動流体は蒸気化と再凝縮とを繰り返し、また、その蒸気圧力差によって流動して循環する。
The recondensed working fluid flows through the
なお、マイクロチャンネル部12は隔壁部13に囲まれるように形成され、また、毛細管力を生じる多孔質部材によって一体成形されているので、蒸発器3の厚さを減少させることができ、延いてはマイクロループヒートパイプ1の薄型化を図ることができる。
In addition, since the
1…マイクロループヒートパイプ、 9…ケーシング、 10…流入口、 11…流出口、 12…マイクロチャンネル部、 13…隔壁部、 14…リザーバ部、 15…細溝部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micro loop heat pipe, 9 ... Casing, 10 ... Inlet, 11 ... Outlet, 12 ... Microchannel part, 13 ... Partition part, 14 ... Reservoir part, 15 ... Narrow groove part.
Claims (2)
前記容器が薄板状の中空体として形成され、
その容器の内部に、該容器の厚さ方向で互いに対向する二つの内面に接合されて前記容器の内部を少なくとも二つの領域に区画する多孔質部材からなる隔壁部が設けられ、
その一方の領域に、前記作動流体を流入させる流入口が開口して設けられて該一方の領域が前記作動流体を貯留するリザーバ部とされ、かつ
他方の領域の内部に、前記マイクロチャンネル部と、そのマイクロチャンネル部を形成している細溝部が連通するヘッダ部とが形成され、
そのヘッダ部に、前記蒸気を前記容器から流出させる流出口が開口して設けられている
ことを特徴とするマイクロループヒートパイプ用蒸発器。 In an evaporator for a micro loop heat pipe that supplies a working fluid to the inside of a container, vaporizes the working fluid in a microchannel portion provided inside the container, and flows the vapor out of the container.
The container is formed as a thin plate-like hollow body,
In the interior of the container, a partition wall made of a porous member that is joined to two inner surfaces facing each other in the thickness direction of the container and divides the interior of the container into at least two regions, is provided.
An inflow port through which the working fluid flows is opened in one region, and the one region serves as a reservoir portion for storing the working fluid, and the microchannel portion is disposed in the other region. , And a header portion communicating with the narrow groove portion forming the microchannel portion,
An evaporator for a micro loop heat pipe, wherein an outlet for allowing the vapor to flow out of the container is opened in the header portion.
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