JP2012233598A

JP2012233598A - Loop heat pipe and electronic instrument

Info

Publication number: JP2012233598A
Application number: JP2011100366A
Authority: JP
Inventors: Hiromoto Uchida; 浩基内田; Shin Ogata; 晋尾形; Seiji Hibino; 聖二日比野; Hideaki Nagaoka; 秀明長岡
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: JP5772190B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-performance loop heat pipe that facilitates mass production, and to provide an electronic instrument using the same.SOLUTION: An evaporator 31 of the loop heat pipe includes: a wick 43 being a porous body which working fluid of a liquid phase can infiltrate and having an outer peripheral surface inclined to the center axis; and a heat transfer block 42 having an inner space for storing the wick 43 and including a slope contacting with the outer peripheral surface in the inner space. Additionally, in the evaporator 31, a pressing member 46 is arranged for pressing the wick 43 to make the outer peripheral surface of the wick 43 adhere to the slope of the heat transfer block 42.

Description

本発明は、ループ型ヒートパイプ及び電子機器に関する。 The present invention relates to a loop heat pipe and an electronic device.

ループ型ヒートパイプは作動流体の相変化を利用して熱を移送する装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やその他の電子部品の冷却に使用されている。 A loop heat pipe is a device that transfers heat using a phase change of a working fluid, and is used to cool a CPU (Central Processing Unit) and other electronic components.

ループ型ヒートパイプは、蒸発器と、凝縮器と、蒸発器の出口と凝縮器の入口とを連結する蒸気管と、凝縮器の出口と蒸発器の入口とを連結する液管とを備え、内部に水、エタノール又は代替フロン等の作動流体が封入されている。 The loop heat pipe includes an evaporator, a condenser, a vapor pipe that connects the outlet of the evaporator and the inlet of the condenser, and a liquid pipe that connects the outlet of the condenser and the inlet of the evaporator, A working fluid such as water, ethanol or alternative chlorofluorocarbon is sealed inside.

例えば電子部品を冷却する場合は、蒸発器に電子部品が熱的に接続される。また、凝縮器には放熱用フィンが配置され、冷却ファン等によりフィン間に冷風が供給される。蒸発器では電子機器で発生した熱により作動流体が液相から気相に変化する。また、凝縮器では、放熱用フィン及び冷却ファンにより冷却されて作動流体が気相から液相に変化する。この作動流体の相変化にともなって蒸発器から凝縮器に熱が移送され、電子部品が冷却される。 For example, when cooling an electronic component, the electronic component is thermally connected to the evaporator. The condenser is provided with heat radiating fins, and cold air is supplied between the fins by a cooling fan or the like. In the evaporator, the working fluid changes from the liquid phase to the gas phase by heat generated by the electronic equipment. Further, in the condenser, the working fluid is changed from the gas phase to the liquid phase by being cooled by the heat dissipating fins and the cooling fan. With the phase change of the working fluid, heat is transferred from the evaporator to the condenser, and the electronic components are cooled.

特開２０１０−１０７１５３号公報JP 2010-107153 A

量産が容易であり、且つ高性能なループ型ヒートパイプ及びそのループ型ヒートパイプを用いた電子機器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a high-performance loop heat pipe that is easily mass-produced and an electronic device using the loop heat pipe.

開示の技術の一観点によれば、蒸発器と、凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に配置されて気相の作動流体が通る蒸気管と、前記凝縮器と前記蒸発器との間に配置されて液相の作動流体が通る液管とを有し、前記蒸発器は、前記液相の作動流体が浸透可能な多孔質体であって外周面を有するウィックと、前記ウィックを収納する内側空間が設けられ、前記内側空間に前記ウィックの外周面に接触する伝熱ブロックと、前記ウィックを押圧して前記ウィックの外周面と前記伝熱ブロックとを密着させる押圧部材とを有するループ型ヒートパイプが提供される。 According to one aspect of the disclosed technology, an evaporator, a condenser, a vapor pipe disposed between the evaporator and the condenser and through which a gas-phase working fluid passes, the condenser and the evaporator A liquid pipe through which a liquid-phase working fluid passes, and the evaporator is a porous body that is permeable to the liquid-phase working fluid and has an outer peripheral surface; and An inner space for storing a wick is provided, a heat transfer block that contacts the outer peripheral surface of the wick in the inner space, and a pressing member that presses the wick to closely contact the outer peripheral surface of the wick and the heat transfer block; A loop heat pipe is provided.

上記の一観点に係るループ型ヒートパイプでは、ウィックの外形寸法のばらつきを吸収でき、ウィックの外周面と伝熱ブロックの内面とを密着させることができる。その結果、高性能なループ型ヒートパイプが得られる。また、ループ型ヒートパイプの量産が容易になる。 In the loop heat pipe according to the above aspect, variations in the outer dimensions of the wick can be absorbed, and the outer peripheral surface of the wick and the inner surface of the heat transfer block can be brought into close contact with each other. As a result, a high-performance loop heat pipe is obtained. In addition, mass production of loop heat pipes becomes easy.

図１はループ型ヒートパイプの一例を表した装置全体図である。FIG. 1 is an overall view of an apparatus showing an example of a loop heat pipe. 図２（ａ），（ｂ）は同じくそのループ型ヒートパイプの蒸発器の断面図である。2 (a) and 2 (b) are sectional views of the evaporator of the loop heat pipe. 図３は、実施形態に係るループ型ヒートパイプを表した装置全体図である。FIG. 3 is an overall view of the apparatus showing the loop heat pipe according to the embodiment. 図４は、同じくそのループ型ヒートパイプの蒸発器の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the evaporator of the loop heat pipe. 図５は、ウィックの一例を表した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a wick. 図６は、ウィックの他の例を表した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating another example of a wick. 図７は、実施例のループ型ヒートパイプの伝熱ブロックの透視図である。FIG. 7 is a perspective view of a heat transfer block of the loop heat pipe of the embodiment. 図８は、実施形態に係るループ型ヒートパイプを実装した電子機器の一例を表した図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an electronic device in which the loop heat pipe according to the embodiment is mounted.

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。 Hereinafter, before describing the embodiment, a preliminary matter for facilitating understanding of the embodiment will be described.

図１はループ型ヒートパイプの一例を表した装置全体図、図２（ａ），（ｂ）は同じくそのループ型ヒートパイプの蒸発器の断面図である。なお、図２（ａ）は図１のＩ−Ｉ線による断面を表し、図２（ｂ）は図２（ａ）のII−II線の位置における断面を表している。 FIG. 1 is an overall view of an apparatus showing an example of a loop type heat pipe, and FIGS. 2A and 2B are sectional views of an evaporator of the loop type heat pipe. 2A shows a cross section taken along the line II of FIG. 1, and FIG. 2B shows a cross section taken along the line II-II of FIG. 2A.

図１のように、ループ型ヒートパイプ１０は、蒸発器１１と、凝縮器１２と、蒸発器１１の出口と凝縮器１２の入口とを連絡する蒸気管１３と、凝縮器１２の出口と蒸発器１１の入口とを連結する液管１４とを有する。 As shown in FIG. 1, the loop heat pipe 10 includes an evaporator 11, a condenser 12, a vapor pipe 13 that connects an outlet of the evaporator 11 and an inlet of the condenser 12, and an outlet of the condenser 12 and evaporation. And a liquid pipe 14 connecting the inlet of the vessel 11.

凝縮器１２には多数の放熱用フィン１５が取り付けられており、それらのフィン１５間には冷却ファン１６から冷風が供給される。また、ループ型ヒートパイプ１０の内部には、水、エタノール又はフロン等の作動流体が封入されている。 A large number of heat radiation fins 15 are attached to the condenser 12, and cold air is supplied between the fins 15 from a cooling fan 16. The loop heat pipe 10 is filled with a working fluid such as water, ethanol, or chlorofluorocarbon.

図２（ａ），（ｂ）のように、蒸発器１１は、受熱部２１と、ほぼ台形の断面を有し受熱部２１と一体的に形成された伝熱ブロック２２と、伝熱ブロック２２内に配置された円筒状のウィック２３とを有する。受熱部２１は、ＣＰＵ等のように稼動にともなって発熱する電子部品（発熱体）に熱的に接続される。また、伝熱ブロック２２には、ウィック２３が配置される円筒状の空間が設けられている。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the evaporator 11 includes a heat receiving portion 21, a heat transfer block 22 having a substantially trapezoidal cross section and formed integrally with the heat receiving portion 21, and a heat transfer block 22. And a cylindrical wick 23 disposed therein. The heat receiving unit 21 is thermally connected to an electronic component (a heating element) that generates heat during operation, such as a CPU. The heat transfer block 22 is provided with a cylindrical space in which the wick 23 is disposed.

ウィック２３は例えば微細な金属粒を焼結させて形成された多孔質体であり、蒸気管１３側が閉塞され、液管１４側が開放された円筒状の形状を有する。ウィック２３の中心部には液管１３に連絡する空洞が設けられており、外周面には中心軸と平行な方向に延びて蒸気管１３に連絡する複数のグルーブ（蒸気排出溝）２４が設けられている。ウィック２３は、図２（ｂ）のように、その外周面が伝熱ブロック２２の内面に接触するように配置される。この図２（ｂ）に例示した蒸発器１１では、ウィック２３の液管１４側の端部に、リング状のシール板２５が配置されている。 The wick 23 is a porous body formed by sintering fine metal particles, for example, and has a cylindrical shape in which the steam pipe 13 side is closed and the liquid pipe 14 side is opened. A cavity communicating with the liquid pipe 13 is provided at the center of the wick 23, and a plurality of grooves (steam discharge grooves) 24 extending in a direction parallel to the central axis and communicating with the steam pipe 13 are provided on the outer peripheral surface. It has been. As shown in FIG. 2B, the wick 23 is disposed such that the outer peripheral surface thereof is in contact with the inner surface of the heat transfer block 22. In the evaporator 11 illustrated in FIG. 2B, a ring-shaped seal plate 25 is disposed at the end of the wick 23 on the liquid tube 14 side.

このように構成されたループ型ヒートパイプ１０において、ウィック２３の中心部の空洞には、液管１４から液相の作動流体が流入する。この液相の作動流体は、ウィック２３内に浸透し、毛細管現象によって中心側から外側に移動する。そして、ウィック２３の外周側に移動した作動流体は、電子部品から受熱部２１及び伝熱ブロック２２を介して伝達された熱により蒸発して、気相に変化する。 In the loop heat pipe 10 configured as described above, the liquid-phase working fluid flows into the cavity at the center of the wick 23 from the liquid pipe 14. This liquid-phase working fluid penetrates into the wick 23 and moves outward from the center side by capillary action. And the working fluid which moved to the outer peripheral side of the wick 23 evaporates by the heat transmitted from the electronic component through the heat receiving part 21 and the heat transfer block 22, and changes into a gas phase.

作動流体が液相から気相に変化するときには、周囲から蒸発熱に相当する熱を吸収する。これにより伝熱ブロック２２が冷却され、更に受熱部２１を介して伝熱ブロック２２に熱的に接続された電子部品が冷却される。 When the working fluid changes from the liquid phase to the gas phase, it absorbs heat corresponding to the heat of evaporation from the surroundings. As a result, the heat transfer block 22 is cooled, and the electronic components thermally connected to the heat transfer block 22 via the heat receiving portion 21 are further cooled.

また、作動流体が液相から気相に変化するときには体積が膨張するため、ウィック２３の外側（グルーブ２４内）では圧力が高くなる。このとき、ウィック２３内は液相の作動流体で満たされているため、気相となった作動流体はウィック２３内を通ることができず、蒸気管１３を通って凝縮器１２に向かう。 Further, since the volume expands when the working fluid changes from the liquid phase to the gas phase, the pressure increases outside the wick 23 (inside the groove 24). At this time, since the inside of the wick 23 is filled with the liquid-phase working fluid, the working fluid that has become a gas phase cannot pass through the wick 23, and goes to the condenser 12 through the vapor pipe 13.

凝縮器１２に到達した作動流体は、放熱用フィン１５及び冷却ファン１６により冷却されて、液相に戻る。そして、液相に戻った作動流体は、蒸気管１３を通る気体の圧力により凝縮器１２から押し出され、液管１４を通って蒸発器１１に移動する。このようにして、ヒートパイプ１０内の作動流体は、気相と液相とに変化しながら、蒸発器１１、蒸発管１３、凝縮器１２、液管１４の順に移動する。そして、作動流体の移動にともなって、受熱部２１に熱的に接続された電子部品（発熱体）が冷却される。 The working fluid that has reached the condenser 12 is cooled by the heat dissipating fins 15 and the cooling fan 16, and returns to the liquid phase. Then, the working fluid that has returned to the liquid phase is pushed out of the condenser 12 by the pressure of the gas passing through the vapor pipe 13 and moves to the evaporator 11 through the liquid pipe 14. In this way, the working fluid in the heat pipe 10 moves in the order of the evaporator 11, the evaporation pipe 13, the condenser 12, and the liquid pipe 14 while changing into a gas phase and a liquid phase. And the electronic component (heat generating body) thermally connected to the heat receiving part 21 is cooled with the movement of the working fluid.

ところで、電子部品を効率よく冷却するためには蒸発器１１内で作動流体を効率よく蒸発させることが重要である。そのためには、伝熱ブロック２２とウィック２３との間の熱伝達効率がよいこと、言い換えれば伝熱ブロック２２とウィック２３とが密に接触していることが重要となる。 By the way, in order to efficiently cool the electronic component, it is important to efficiently evaporate the working fluid in the evaporator 11. For that purpose, it is important that the heat transfer efficiency between the heat transfer block 22 and the wick 23 is good, in other words, the heat transfer block 22 and the wick 23 are in close contact with each other.

ウィック２３の材料には、熱伝導率が高いことから、Ｎｉ、Ｔｉ又はステンレス等の金属粒が使用されることが多い。金属粒を焼結させて多孔質体を形成する場合の寸法精度は±５０μｍ〜１００μｍ程度である。例えば伝熱ブロック２２とウィック２３との間に１００μｍ程度の隙間があると、熱伝達効率が著しく低下してループ型ヒートパイプの性能劣化の原因となる。 Since the material of the wick 23 has high thermal conductivity, metal particles such as Ni, Ti, or stainless steel are often used. When the porous body is formed by sintering metal particles, the dimensional accuracy is about ± 50 μm to 100 μm. For example, if there is a gap of about 100 μm between the heat transfer block 22 and the wick 23, the heat transfer efficiency is remarkably lowered, causing the performance deterioration of the loop heat pipe.

そこで、一般的には、金属粒を焼結させてウィック２３を形成した後、ウィック２３の外径寸法を測定し、その測定結果に応じて伝熱ブロック２２の内側空間の寸法を決定し、その決定した寸法となるように伝熱ブロック２２を精密加工している。このため、上述のループ型ヒートパイプは、量産が難しく、製品コストが高くなる。 Therefore, generally, after the metal particles are sintered to form the wick 23, the outer diameter dimension of the wick 23 is measured, and the dimension of the inner space of the heat transfer block 22 is determined according to the measurement result, The heat transfer block 22 is precisely processed so as to have the determined dimensions. For this reason, the above-described loop heat pipe is difficult to mass-produce and the product cost is high.

以下の実施形態では、量産が容易であり、且つ高性能なループ型ヒートパイプ及びそのループ型ヒートパイプを用いた電子機器について説明する。 In the following embodiments, a high-performance loop heat pipe that is easily mass-produced and an electronic device using the loop heat pipe will be described.

（実施形態）
図３は、実施形態に係るループ型ヒートパイプを表した装置全体図である。また、図４は、同じくそのループ型ヒートパイプの蒸発器の断面図である。図４は、図３のIII−III線の位置における断面を表している。また、図５は、ウィックの外観を表した図である。 (Embodiment)
FIG. 3 is an overall view of the apparatus showing the loop heat pipe according to the embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view of the evaporator of the loop heat pipe. FIG. 4 shows a cross section taken along the line III-III in FIG. FIG. 5 shows the appearance of the wick.

図３のように、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ３０は、蒸発器３１と、凝縮器３２と、蒸発器３１の出口と凝縮器３２の入口とを連絡する蒸気管３３と、凝縮器３２の出口と蒸発器３１の入口とを連絡する液管３４とを有する。 As shown in FIG. 3, the loop heat pipe 30 according to the present embodiment includes an evaporator 31, a condenser 32, a steam pipe 33 that communicates an outlet of the evaporator 31 and an inlet of the condenser 32, and a condenser. The liquid pipe 34 communicates the outlet of 32 and the inlet of the evaporator 31.

凝縮器３２には多数の放熱用フィン３５が取り付けられており、それらの放熱用フィン３５間には冷却ファン３６から冷風が供給される。また、ループ型ヒートパイプ３０の内部には、水、エタノール又は代替フロン等の作動流体が封入されている。 A large number of heat radiation fins 35 are attached to the condenser 32, and cold air is supplied between the heat radiation fins 35 from a cooling fan 36. Further, working fluid such as water, ethanol or alternative chlorofluorocarbon is sealed inside the loop heat pipe 30.

図４のように、蒸発器３１は、受熱部４１と、受熱部４１と一体的に形成された伝熱ブロック４２と、伝熱ブロック４２内に配置されたウィック４３とを有する。受熱部４１は、ＣＰＵ等の電子部品（発熱体）に熱的に接続される。また、伝熱ブロック４２には、ウィック４３が配置される円錐台形状の内側空間が設けられている。 As shown in FIG. 4, the evaporator 31 includes a heat receiving part 41, a heat transfer block 42 formed integrally with the heat receiving part 41, and a wick 43 disposed in the heat transfer block 42. The heat receiving unit 41 is thermally connected to an electronic component (a heating element) such as a CPU. Further, the heat transfer block 42 is provided with a truncated cone-shaped inner space in which the wick 43 is disposed.

受熱部４１及び伝熱ブロック４２は、熱伝導率が高い材料により形成されていることが好ましい。本実施形態では、受熱部４１及び伝熱ブロック４２が、銅又は銅を主成分とする合金により形成されているものとする。 The heat receiving part 41 and the heat transfer block 42 are preferably formed of a material having high thermal conductivity. In this embodiment, the heat receiving part 41 and the heat-transfer block 42 shall be formed with copper or the alloy which has copper as a main component.

ウィック４３は例えば微細な金属粒を焼結させて形成された多孔質体であり、蒸気管３３側が上底側（小径側）、液管３４側が下底側（大径側）の円錐台形状を有する。ウィック４３の中心部には液管３４に連絡する空洞が設けられており、外周面には蒸気管３３に連絡する複数のグルーブ（蒸気排出溝）４４が設けられている。ウィック４３の外周面の傾斜角度（ウィック４３の中心軸に対する傾斜角度）は、伝熱ブロック４２の内側空間のうちウィック４３の外周面に接触する部分の傾斜角度と一致するように形成されている。本実施形態では、ウィック４３の外周面の傾斜角度、及び伝熱ブロック４２の内側空間のうちウィック４３の外周面に接触する部分の傾斜角度を、いずれも２°としている。 The wick 43 is a porous body formed by, for example, sintering fine metal particles, and has a truncated cone shape in which the steam pipe 33 side is the upper bottom side (small diameter side) and the liquid pipe 34 side is the lower bottom side (large diameter side). Have A cavity that communicates with the liquid pipe 34 is provided at the center of the wick 43, and a plurality of grooves (steam discharge grooves) 44 that communicate with the steam pipe 33 are provided on the outer peripheral surface. The inclination angle of the outer peripheral surface of the wick 43 (inclination angle with respect to the central axis of the wick 43) is formed to coincide with the inclination angle of the portion of the inner space of the heat transfer block 42 that contacts the outer peripheral surface of the wick 43. . In the present embodiment, the inclination angle of the outer peripheral surface of the wick 43 and the inclination angle of the portion in contact with the outer peripheral surface of the wick 43 in the inner space of the heat transfer block 42 are both 2 °.

ウィック４３の液管３４側の端部には、リング状のシール板４５が配置されている。また、シール板４５と蒸発器３１の液管３４側の内壁との間には、シール板４５を介してウィック４３を蒸気管３３側に押圧する圧縮コイルばね４６が配置されている。 A ring-shaped seal plate 45 is disposed at the end of the wick 43 on the liquid tube 34 side. A compression coil spring 46 that presses the wick 43 toward the steam pipe 33 via the seal plate 45 is disposed between the seal plate 45 and the inner wall of the evaporator 31 on the liquid pipe 34 side.

なお、圧縮コイルばね４６は押圧部材の一例である。押圧部材は圧縮コイルばねに限定するものではないが、ウィック４３を蒸気管３３側に押圧する機能を有し、且つ、液管３４からウィック４３への作動流体の移動を阻害しないものであることが重要である。 The compression coil spring 46 is an example of a pressing member. The pressing member is not limited to the compression coil spring, but has a function of pressing the wick 43 toward the steam pipe 33 and does not hinder the movement of the working fluid from the liquid pipe 34 to the wick 43. is important.

このように構成された本実施形態に係るループ型ヒートパイプ３０において、ウィック４３の中心部の空洞には、液管３４から液相の作動流体が流入する。この液相の作動流体は、ウィック４３内に浸透し、毛細管現象によって中心側から外側に移動する。そして、ウィック４３の外周側に移動した作動流体は、電子部品から受熱部４１及び伝熱ブロック４２を介して伝達された熱により蒸発して、気相に変化する。 In the loop heat pipe 30 according to the present embodiment configured as described above, the liquid-phase working fluid flows into the cavity at the center of the wick 43 from the liquid pipe 34. This liquid-phase working fluid penetrates into the wick 43 and moves outward from the center side by capillary action. And the working fluid which moved to the outer peripheral side of the wick 43 evaporates by the heat transmitted from the electronic component through the heat receiving part 41 and the heat transfer block 42, and changes into a gas phase.

作動流体が液相から気相に変化するときには、周囲から蒸発熱に相当する熱を吸収する。これにより伝熱ブロック４２が冷却され、更に受熱部４１を介して伝熱ブロック４２に熱的に接続された電子部品が冷却される。 When the working fluid changes from the liquid phase to the gas phase, it absorbs heat corresponding to the heat of evaporation from the surroundings. As a result, the heat transfer block 42 is cooled, and the electronic components thermally connected to the heat transfer block 42 via the heat receiving portion 41 are further cooled.

また、作動流体が液相から気相に変化するときには体積が膨張するため、ウィック４３の外側（グルーブ４４内）では圧力が高くなる。このとき、ウィック４３内は液相の作動流体で満たされているため、気相となった作動流体はウィック４３内を通ることができず、蒸気管３３を通って凝縮器３２に向かう。 Further, since the volume expands when the working fluid changes from the liquid phase to the gas phase, the pressure increases outside the wick 43 (inside the groove 44). At this time, since the inside of the wick 43 is filled with the liquid-phase working fluid, the working fluid that has become a gas phase cannot pass through the wick 43, and goes to the condenser 32 through the vapor pipe 33.

凝縮器３２に到達した作動流体は、放熱用フィン３５及び送風ファン３６により冷却されて、液相に戻る。そして、液相に戻った作動流体は、蒸気管３３を通る気体の圧力により凝縮器３２から押し出され、液管３４を通って蒸発器３１に移動する。このようにして、ヒートパイプ３０内の作動流体は、気相と液相とに変化しながら、蒸発器３１、蒸発管３３、凝縮器３２、液管３４の順に移動する。そして、作動流体の移動にともなって、受熱部４１に熱的に接続された電子部品（発熱体）が冷却される。 The working fluid that has reached the condenser 32 is cooled by the heat dissipating fins 35 and the blower fan 36 and returns to the liquid phase. The working fluid that has returned to the liquid phase is pushed out of the condenser 32 by the pressure of the gas passing through the vapor pipe 33 and moves to the evaporator 31 through the liquid pipe 34. In this way, the working fluid in the heat pipe 30 moves in the order of the evaporator 31, the evaporation pipe 33, the condenser 32, and the liquid pipe 34 while changing between the gas phase and the liquid phase. And the electronic component (heat generating body) thermally connected to the heat receiving part 41 is cooled with the movement of the working fluid.

本実施形態では、前述したようにウィック４３が円錐台形状を有し、伝熱ブロック４２にはウィック４３の形状に倣った円錐台形状の内側空間が設けられている。そして、圧縮コイルばね４６により、ウィック４３を蒸気管３３側に押圧し、ウィック４３の外周面を伝熱ブロック４２の内側空間の壁面に押し当てている。 In the present embodiment, as described above, the wick 43 has a truncated cone shape, and the heat transfer block 42 is provided with an inner space having a truncated cone shape that follows the shape of the wick 43. The compression coil spring 46 presses the wick 43 toward the steam pipe 33, and presses the outer peripheral surface of the wick 43 against the wall surface of the inner space of the heat transfer block 42.

従って、ウィック４３の外形寸法が大きいときにはウィック４３が伝熱ブロック４２の内側空間内に浅く押し込まれ、ウィック４３の外形寸法が小さいときにはウィック４３が伝熱ブロック４２の内側空間内に深く押し込まれる。そして、いずれの場合も、ウィック４３の外周面と伝熱ブロック４２の内面とを常に密着させることができる。 Therefore, when the outer dimension of the wick 43 is large, the wick 43 is pushed shallowly into the inner space of the heat transfer block 42, and when the outer dimension of the wick 43 is small, the wick 43 is pushed deeply into the inner space of the heat transfer block 42. In either case, the outer peripheral surface of the wick 43 and the inner surface of the heat transfer block 42 can always be brought into close contact with each other.

その結果、ウィック４３の外形寸法にばらつきがあっても、ウィック４３と伝熱ブロック４２との間の熱伝達効率を常に高くすることができ、冷却効率が高いループ型ヒートパイプを得ることができる。 As a result, even if the outer dimensions of the wick 43 vary, the heat transfer efficiency between the wick 43 and the heat transfer block 42 can always be increased, and a loop heat pipe with high cooling efficiency can be obtained. .

また、本実施形態に係るループ型ヒートパイプは、ウィック４３及び伝熱ブロック４２の内側空間の傾斜面とでウィック４３の寸法のばらつきを吸収できるので、ウィック４３の寸法に合わせて伝熱ブロック４２を加工する必要がなく、量産が容易である。 In addition, since the loop heat pipe according to the present embodiment can absorb variations in the dimensions of the wick 43 with the inclined surfaces of the inner space of the wick 43 and the heat transfer block 42, the heat transfer block 42 is matched to the dimensions of the wick 43. Is easy to mass-produce.

なお、本実施形態ではウィック４３の形状が円錐台形状、すなわち断面がほぼ円形であるとしているが、ウィックの断面形状はこれに限定するものではない。例えば図６のように、断面形状がほぼ矩形状のウィック４３ａを使用してもよい。 In the present embodiment, the shape of the wick 43 is a truncated cone, that is, the cross section is substantially circular, but the cross section of the wick is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, a wick 43a having a substantially rectangular cross section may be used.

また、本実施形態ではウィック４３の周面にグルーブ４４が設けられているものとしているが、伝熱ブロック４２側にグルーブが設けられていてもよい。 In the present embodiment, the groove 44 is provided on the peripheral surface of the wick 43. However, the groove may be provided on the heat transfer block 42 side.

更に、本実施形態ではウィック４３の外周面の傾斜角度及び伝熱ブロック４２の内部空間の壁面の傾斜角度を均一（約２°）としているが、ウィック４３の外周面の傾斜角度及び伝熱ブロック４２の内部空間の壁面の傾斜角度はこれに限定されない。ウィック４３及び伝熱ブロック４２の内部空間は上底側（小径側）の直径が下底側（大径側）の直径よりも小さければよく、傾斜角度が均一でなくてもよい。例えばウィック４３の外周面の傾斜角度がグルーブ毎に異なっていてもよい。 Furthermore, in this embodiment, the inclination angle of the outer peripheral surface of the wick 43 and the inclination angle of the wall surface of the inner space of the heat transfer block 42 are made uniform (about 2 °). The inclination angle of the wall surface of the internal space 42 is not limited to this. The inner space of the wick 43 and the heat transfer block 42 only needs to have a diameter on the upper bottom side (small diameter side) smaller than a diameter on the lower bottom side (large diameter side), and the inclination angle may not be uniform. For example, the inclination angle of the outer peripheral surface of the wick 43 may be different for each groove.

以下、実施例として上述した構造のループ型ヒートパイプを作製し、その性能を調べた結果について、比較例と比較して説明する。 Hereinafter, the result of having produced the loop type heat pipe of the structure mentioned above as an Example and having investigated the performance is demonstrated compared with a comparative example.

（実施例）
ステンレス（ＳＵＳ３０４）の粉末を焼結させて、円錐台形状のウィック４３（図５参照）を形成した。このウィック４３の平均空孔径は約１０μｍであり、空孔率は約４０％である。また、ウィック４３の上底側の直径は１１ｍｍ、下底側の直径は１５ｍｍ、高さ（中心軸方向の長さ）は５５ｍｍであり、外周面の傾斜角は約２°である。ウィック４３の外周面には、幅が１ｍｍ、深さが１．５ｍｍの１２本のグルーブが設けられている。 (Example)
Stainless steel (SUS304) powder was sintered to form a truncated cone-shaped wick 43 (see FIG. 5). The wick 43 has an average pore diameter of about 10 μm and a porosity of about 40%. The diameter of the upper base side of the wick 43 is 11 mm, the diameter of the lower base side is 15 mm, the height (length in the central axis direction) is 55 mm, and the inclination angle of the outer peripheral surface is about 2 °. On the outer peripheral surface of the wick 43, 12 grooves having a width of 1 mm and a depth of 1.5 mm are provided.

一方、図７のように、直方体形状の伝熱ブロック５１を銅により形成した。この伝熱ブロック５１の幅は５０ｍｍ、高さは２０ｍｍ、長さは７０ｍｍである。この伝熱ブロック５１の内側に、ウィック４３を収納する円錐台形状の空間（内側空間）５２と、円錐台形状の空間５２と蒸気管３３及び液管３４との間にそれぞれ介在する直方体形状の空間５３ａ，５３ｂとを形成した。円錐台形状の空間５２の上底側の直径は１１ｍｍ、下底側の直径は１５ｍｍ、高さ（中心軸方向の長さ）は５５ｍｍであり、周面の傾斜角は約２°とした。 On the other hand, a rectangular parallelepiped heat transfer block 51 was formed of copper as shown in FIG. The heat transfer block 51 has a width of 50 mm, a height of 20 mm, and a length of 70 mm. Inside the heat transfer block 51, a truncated cone-shaped space (inner space) 52 that houses the wick 43, and a rectangular parallelepiped-shaped space 52 interposed between the truncated cone-shaped space 52, the steam pipe 33, and the liquid pipe 34, respectively. Spaces 53a and 53b were formed. The diameter of the upper base side of the frustoconical space 52 was 11 mm, the diameter of the lower base side was 15 mm, the height (length in the central axis direction) was 55 mm, and the inclination angle of the peripheral surface was about 2 °.

凝縮器３２（図３参照）は、外径が４ｍｍ、内径が３ｍｍ、長さが４００ｍｍの銅パイプの周囲に放熱用フィン３５を接合して作製した。また、蒸気管３３及び液管３４には、いずれも外径が４ｍｍ、内径が３ｍｍ、長さが３０ｍｍの銅パイプを使用した。 The condenser 32 (see FIG. 3) was prepared by joining heat-radiating fins 35 around a copper pipe having an outer diameter of 4 mm, an inner diameter of 3 mm, and a length of 400 mm. For the steam pipe 33 and the liquid pipe 34, copper pipes having an outer diameter of 4 mm, an inner diameter of 3 mm, and a length of 30 mm were used.

このようにして伝熱ブロック５１、凝縮器３２、蒸気管３３及び液管３４をそれぞれ用意した後、ろう付けにより伝熱ブロック５１と液管３４とを接続し、更に凝縮器３２及び蒸発管３３を接続した。その後、伝熱ブロック５１、液管３４、凝縮器３２及び蒸発管３３内をアセトンで洗浄した。 After preparing the heat transfer block 51, the condenser 32, the steam pipe 33, and the liquid pipe 34 in this way, the heat transfer block 51 and the liquid pipe 34 are connected by brazing, and the condenser 32 and the evaporation pipe 33 are further connected. Connected. Thereafter, the heat transfer block 51, the liquid pipe 34, the condenser 32, and the evaporation pipe 33 were washed with acetone.

次に、ウィック４３を伝熱ブロック５１内に挿入した後、図４のようにシール板４５を挿入し、シール板４５と伝熱ブロック５１の液管３４側の壁との間（空間５３ｂ内）に圧縮コイルばね４６を配置した。 Next, after the wick 43 is inserted into the heat transfer block 51, the seal plate 45 is inserted as shown in FIG. 4, and the space between the seal plate 45 and the wall of the heat transfer block 51 on the liquid pipe 34 side (in the space 53b). ) Is provided with a compression coil spring 46.

圧縮コイルばね４６には、直径が０．９ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）線により形成されたものを用いた。この圧縮コイルばね４６の外径は１５ｍｍ、自由長は１４ｍｍ、ばね定数は１．１５Ｎ/ｍｍである。この圧縮コイルばね４６を４ｍｍに圧縮して伝熱ブロック５１内に組み込んだ。 The compression coil spring 46 was formed of a stainless steel (SUS304) wire having a diameter of 0.9 mm. The compression coil spring 46 has an outer diameter of 15 mm, a free length of 14 mm, and a spring constant of 1.15 N / mm. The compression coil spring 46 was compressed to 4 mm and incorporated in the heat transfer block 51.

なお、圧縮コイルばね４６がウィック４３を押圧する圧力は約４．６Ｎである。この場合、ウィック４３の寸法ばらつきが±１００μｍであるとすると、押圧力のばらつきは±５％程度となる。 The pressure with which the compression coil spring 46 presses the wick 43 is about 4.6N. In this case, assuming that the dimensional variation of the wick 43 is ± 100 μm, the variation of the pressing force is about ± 5%.

次いで、ヒートパイプの内部を真空ポンプにて真空状態にした後、作動流体としてエタノールを所定量注入して封止した。 Next, after the inside of the heat pipe was evacuated with a vacuum pump, a predetermined amount of ethanol was injected as a working fluid and sealed.

このようにして、実施例に係るループ型ヒートパイプを複数個作製し、それらのヒートパイプをそれぞれ電子機器に組み込んだ。すなわち、蒸発器３１は、サーマルグリースを介して発熱量が約６０Ｗの発熱部品に取り付けた。また、凝縮器３２の近傍には冷却ファン（直径９０ｍｍ、１２Ｖ駆動）を配置し、室温（２５℃）のエアーを凝縮器３２のフィン３５間に供給した。その結果、発熱部品の温度はいずれも約６０℃に維持され、各ループ型ヒートパイプ間の冷却能力のばらつきは殆どなかった。 In this manner, a plurality of loop heat pipes according to the example were produced, and each of these heat pipes was incorporated into an electronic device. That is, the evaporator 31 was attached to a heat generating component having a heat generation amount of about 60 W through thermal grease. Further, a cooling fan (diameter 90 mm, 12 V drive) was disposed near the condenser 32, and air at room temperature (25 ° C.) was supplied between the fins 35 of the condenser 32. As a result, the temperature of each heat generating component was maintained at about 60 ° C., and there was almost no variation in the cooling capacity between the loop heat pipes.

（比較例）
比較例として、円筒状のウィック２３を複数作製した（図２参照）。この場合、設計上のウィックの直径は１５ｍｍであるのに対し、作製したウィック２３には±０．２ｍｍのばらつきが発生した。比較例では、伝熱ブロック２２の内側空間の直径を１５ｍｍとした。その結果、作製したウィック２３のうちの半数が伝熱ブロック２２内に収納することができなかった。 (Comparative example)
As a comparative example, a plurality of cylindrical wicks 23 were produced (see FIG. 2). In this case, the designed wick diameter was 15 mm, whereas the produced wick 23 had a variation of ± 0.2 mm. In the comparative example, the diameter of the inner space of the heat transfer block 22 was 15 mm. As a result, half of the produced wicks 23 could not be stored in the heat transfer block 22.

次に、残りの半数のウィック２３をそれぞれ伝熱ブロック２２内に収納し、図１のループ型ヒートパイプ１０を作製した。凝縮器１２、蒸気管１３及び液管１４の仕様は上述の実施例と同様である。そして、実施例と同様にそれらのループ型ヒートパイプ１０を電子機器に組み込んで、発熱部品の温度を測定した。その結果、発熱部品の温度は７０℃〜１２０℃と大きくばらついた。これは、ウィック２３と伝熱ブロック２２との密着性が十分でないことに起因していると考えられる。 Next, the remaining half of the wicks 23 were respectively housed in the heat transfer block 22 to produce the loop heat pipe 10 of FIG. The specifications of the condenser 12, the vapor pipe 13, and the liquid pipe 14 are the same as those in the above-described embodiment. Then, similarly to the example, those loop heat pipes 10 were incorporated into an electronic device, and the temperature of the heat generating component was measured. As a result, the temperature of the heat generating component varied greatly from 70 ° C to 120 ° C. This is considered to be caused by insufficient adhesion between the wick 23 and the heat transfer block 22.

（電子機器）
図８は、上述の実施形態に係るループ型ヒートパイプ３０を実装した電子機器の一例を表した図である。なお、ここでは電子機器がコンピュータの場合について説明しているが、コンピュータ以外の電子機器にループ型ヒートパイプ３０を使用してもよいことは勿論である。 (Electronics)
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an electronic device in which the loop heat pipe 30 according to the above-described embodiment is mounted. Although the case where the electronic device is a computer has been described here, it is needless to say that the loop heat pipe 30 may be used for an electronic device other than the computer.

コンピュータ６０は、ＣＰＵ６５が実装された配線基板６１と、筺体内に冷風を取り入れるための冷却ファン６２と、ハードディスクドライブ（記憶装置）６３と、電源部６４とを有している。 The computer 60 includes a wiring board 61 on which a CPU 65 is mounted, a cooling fan 62 for taking cold air into the housing, a hard disk drive (storage device) 63, and a power supply unit 64.

ループ型ヒートパイプ３０は、その蒸発器３１がＣＰＵ６５の上に配置され、凝縮器３２が冷却ファン６２の近傍に配置されている。蒸発器３１は、図４のように、円錐台形状のウィック４３と、ウィック４３が配置される円錐台形状の内側空間を備えた伝熱ブロック４２と、ウィック４３を蒸気管３３側に押圧する圧縮コイルばね４６とを有している。 In the loop heat pipe 30, the evaporator 31 is disposed on the CPU 65, and the condenser 32 is disposed in the vicinity of the cooling fan 62. As shown in FIG. 4, the evaporator 31 presses the wick 43 toward the steam pipe 33, the heat transfer block 42 having a truncated cone-shaped inner space in which the wick 43 is disposed, and the wick 43. And a compression coil spring 46.

なお、図８に示すループ型ヒートパイプ３０では蒸発器３１と液管３４との間に、液相の作動流体を一時的に保持するリザーバータンク３７が設けられている。但し、リザーバータンク３７は必須ではない。 In the loop heat pipe 30 shown in FIG. 8, a reservoir tank 37 that temporarily holds a liquid-phase working fluid is provided between the evaporator 31 and the liquid pipe 34. However, the reservoir tank 37 is not essential.

本実施形態に係る電子機器（コンピュータ６０）は、上述した構造のループ型ヒートパイプ３０を搭載しているので、ＣＰＵ６５を効率よく冷却することができる。また、ループ型ヒートパイプ３０が量産可能であるので、製品コストを低く抑えることができる。 Since the electronic device (computer 60) according to the present embodiment includes the loop heat pipe 30 having the above-described structure, the CPU 65 can be efficiently cooled. Moreover, since the loop heat pipe 30 can be mass-produced, the product cost can be kept low.

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 The following additional notes are disclosed with respect to the above embodiments.

（付記１）蒸発器と、
凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に配置されて気相の作動流体が通る蒸気管と、
前記凝縮器と前記蒸発器との間に配置されて液相の作動流体が通る液管とを有し、
前記蒸発器は、
前記液相の作動流体が浸透可能な多孔質体であって外周面を有するウィックと、
前記ウィックを収納する内側空間が設けられ、前記内側空間に前記ウィックの外周面に接触する伝熱ブロックと、
前記ウィックを押圧して前記ウィックの外周面と前記伝熱ブロックとを密着させる押圧部材と
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。 (Appendix 1) an evaporator,
A condenser,
A vapor pipe disposed between the evaporator and the condenser and through which a gas-phase working fluid passes;
A liquid pipe disposed between the condenser and the evaporator and through which a liquid-phase working fluid passes,
The evaporator is
A wick having an outer peripheral surface which is a porous body into which the liquid-phase working fluid can permeate;
An inner space for storing the wick, and a heat transfer block that contacts the outer peripheral surface of the wick in the inner space;
A loop heat pipe, comprising: a pressing member that presses the wick to bring the outer peripheral surface of the wick into close contact with the heat transfer block.

（付記２）
前記ウィックの外周面は中心軸に対し傾斜し、前記伝熱ブロックの内側空間は前記ウィックの外周面に接触する傾斜面を備え、前記押圧部材は前記ウィックを押圧して前記ウィックの外周面と前記伝熱ブロックの傾斜面とを密着させることを特徴とする付記１に記載のループ型ヒートパイプ。 (Appendix 2)
The outer peripheral surface of the wick is inclined with respect to a central axis, the inner space of the heat transfer block includes an inclined surface that comes into contact with the outer peripheral surface of the wick, and the pressing member presses the wick to form an outer peripheral surface of the wick. The loop heat pipe according to appendix 1, wherein the heat transfer block is in close contact with the inclined surface.

（付記３）前記ウィックは、その中心軸に平行な面に投影したときの形状が台形であることを特徴とする付記１又は２に記載のループ型ヒートパイプ。 (Additional remark 3) The loop type heat pipe of Additional remark 1 or 2 characterized by the shape when the said wick projected on the surface parallel to the central axis is trapezoid.

（付記４）前記ウィックが、金属により形成されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。 (Appendix 4) The loop heat pipe according to any one of appendices 1 to 3, wherein the wick is made of metal.

（付記５）前記ウィックの外周面には、長手方向に延びる溝が形成されていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。 (Supplementary note 5) The loop heat pipe according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein a groove extending in a longitudinal direction is formed on an outer peripheral surface of the wick.

（付記６）前記ウィックには、その中心軸に沿って前記液管から前記液相の作動流体が流入する空洞が設けられていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。 (Additional remark 6) The said wick is provided with the cavity into which the said working fluid of the said liquid phase flows in from the said liquid pipe along the center axis | shaft, The any one of additional remark 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Loop type heat pipe.

（付記７）前記ウィックと前記押圧部材との間にシール板が配置されていることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。 (Appendix 7) The loop heat pipe according to any one of appendices 1 to 6, wherein a seal plate is disposed between the wick and the pressing member.

（付記８）電子部品と、
ループ型ヒートパイプとを有し、
前記ループ型ヒートパイプが、
前記電子部品に熱的に接続された蒸発器と、
凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に配置されて気相の作動流体が通る蒸気管と、
前記凝縮器と前記蒸発器との間に配置されて液相の作動流体が通る液管とを有し、
前記蒸発器は、
前記液相の作動流体が浸透可能な多孔質体であって外周面を有するウィックと、
前記ウィックを収納する内側空間が設けられ、前記内側空間に前記ウィックの外周面に接触する伝熱ブロックと、
前記ウィックを押圧して前記ウィックの外周面と前記伝熱ブロックとを密着させる押圧部材とを有する
ことを特徴とする電子機器。 (Appendix 8) Electronic components,
A loop heat pipe,
The loop heat pipe is
An evaporator thermally connected to the electronic component;
A condenser,
A vapor pipe disposed between the evaporator and the condenser and through which a gas-phase working fluid passes;
A liquid pipe disposed between the condenser and the evaporator and through which a liquid-phase working fluid passes,
The evaporator is
A wick having an outer peripheral surface which is a porous body into which the liquid-phase working fluid can permeate;
An inner space for storing the wick, and a heat transfer block that contacts the outer peripheral surface of the wick in the inner space;
An electronic device comprising: a pressing member that presses the wick to bring the outer peripheral surface of the wick into close contact with the heat transfer block.

１０，３０…ループ型ヒートパイプ、１１，３１…蒸発器、１２，３２…凝縮器、１３，３３…蒸気管、１４，３４…液管、１５，３５…放熱用フィン、１６，３６，６２…冷却ファン、２１，４１…受熱部、２２，４２，５１…伝熱ブロック、２３，４３，４３ａ…ウィック、２４，４４…グルーブ（蒸気排出溝）、２５，４５…シール板、４６…圧縮コイルばね（押圧部材）、６０…コンピュータ、６１…配線基板、６３…ハードディスクドライブ、６４…電源部、６５…ＣＰＵ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,30 ... Loop type heat pipe, 11, 31 ... Evaporator, 12, 32 ... Condenser, 13, 33 ... Steam pipe, 14, 34 ... Liquid pipe, 15, 35 ... Fin for heat radiation, 16, 36, 62 ... Cooling fan, 21, 41 ... Heat receiving part, 22, 42, 51 ... Heat transfer block, 23, 43, 43a ... Wick, 24, 44 ... Groove (steam discharge groove), 25, 45 ... Seal plate, 46 ... Compression Coil spring (pressing member), 60 ... computer, 61 ... wiring board, 63 ... hard disk drive, 64 ... power supply, 65 ... CPU.

Claims

An evaporator,
A condenser,
A vapor pipe disposed between the evaporator and the condenser and through which a gas-phase working fluid passes;
A liquid pipe disposed between the condenser and the evaporator and through which a liquid-phase working fluid passes,
The evaporator is
A wick having an outer peripheral surface which is a porous body into which the liquid-phase working fluid can permeate;
An inner space for storing the wick, and a heat transfer block that contacts the outer peripheral surface of the wick in the inner space;
A loop heat pipe, comprising: a pressing member that presses the wick to bring the outer peripheral surface of the wick into close contact with the heat transfer block.

The outer peripheral surface of the wick is inclined with respect to a central axis, the inner space of the heat transfer block includes an inclined surface that comes into contact with the outer peripheral surface of the wick, and the pressing member presses the wick to form an outer peripheral surface of the wick. The loop heat pipe according to claim 1, wherein the heat transfer block is in close contact with the inclined surface.

3. The loop heat pipe according to claim 1, wherein the wick has a trapezoidal shape when projected onto a plane parallel to a central axis thereof.

The loop type heat pipe according to any one of claims 1 to 3, wherein the wick is made of metal.

The loop heat pipe according to any one of claims 1 to 4, wherein a groove extending in a longitudinal direction is formed on an outer peripheral surface of the wick.

Electronic components,
A loop heat pipe,
The loop heat pipe is
An evaporator thermally connected to the electronic component;
A condenser,
A vapor pipe disposed between the evaporator and the condenser and through which a gas-phase working fluid passes;
A liquid pipe disposed between the condenser and the evaporator and through which a liquid-phase working fluid passes,
The evaporator is
A wick having an outer peripheral surface which is a porous body into which the liquid-phase working fluid can permeate;
An inner space for storing the wick, and a heat transfer block that contacts the outer peripheral surface of the wick in the inner space;
An electronic device comprising: a pressing member that presses the wick to bring the outer peripheral surface of the wick into close contact with the heat transfer block.