JP2018194197A - Heat pipe and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書開示の発明は、ヒートパイプ及び電子機器に関する。 The invention disclosed in this specification relates to a heat pipe and an electronic apparatus.
電子機器は、その動作に伴って発熱するため、これを冷却すべく、種々の冷却装置が提案されている。例えば、モータで駆動されるピストンを備えたCPU(Central Processing Unit)水冷装置が知られている(特許文献1参照)。また、冷媒の気化膨張による体積変化に応じて振動運動するベローズを備え、このベローズに生じた振動エネルギを電気エネルギに変換する発電/アクチュエータを備える電子デバイスの冷却システムが知られている(特許文献2参照)。 Since an electronic device generates heat with its operation, various cooling devices have been proposed to cool the electronic device. For example, a CPU (Central Processing Unit) water cooling apparatus having a piston driven by a motor is known (see Patent Document 1). There is also known an electronic device cooling system that includes a bellows that vibrates in response to a volume change caused by vaporization and expansion of a refrigerant, and that includes a power generation / actuator that converts vibration energy generated in the bellows into electrical energy (Patent Document). 2).
ところで、昨今の電子機器は、小型化、高集積化が進んでおり、これに伴って、電子機器を冷却する装置についても、小型、薄型化が求められるようになってきている。しかしながら、引用文献1はモータで駆動されるピストンを備えなければならず、引用文献2はベローズを備えなければならない。このため、冷却装置の小型、薄型化に対し一定の制限がある。
By the way, recent electronic devices have been miniaturized and highly integrated, and accordingly, devices for cooling electronic devices are also required to be small and thin. However, cited
これに対し、昨今、冷媒の相変化を利用して熱を効率よく輸送することができる装置として、ヒートパイプが知られている。ヒートパイプは、いくつかの種類に分類することができ、例えば、ループヒートパイプと称される形式や、自励振動ヒートパイプと称される形式が知られている。 On the other hand, recently, a heat pipe is known as an apparatus that can efficiently transport heat by using a phase change of a refrigerant. Heat pipes can be classified into several types. For example, a type called a loop heat pipe and a type called a self-excited vibration heat pipe are known.
従来のループヒートパイプは、被冷却体から熱を受けて冷媒を蒸発させる蒸発器を備える。蒸発器には、ウィックが内蔵されている。従来のループヒートパイプは、さらに、蒸発器で発生した蒸気を輸送する蒸気管、蒸気となった冷媒を凝縮し、液化させ外部に熱を放出する凝縮器、液化した冷媒を蒸発器に戻す液管を備える。このようなループヒートパイプは、ウィックと伝熱面との界面で冷媒が薄膜化することで相変化の効率が高く、また、ウィックを用いて蒸気と液の通り道を分離することで、一般的なウィック式ヒートパイプより長距離の熱輸送が可能である。しかしながら、その一方で、ループヒートパイプは、ウィックを内蔵しているため、その薄型化が難しい。 A conventional loop heat pipe includes an evaporator that receives heat from an object to be cooled and evaporates the refrigerant. The evaporator has a built-in wick. The conventional loop heat pipe further includes a steam pipe for transporting the steam generated in the evaporator, a condenser for condensing the liquefied refrigerant and liquefying it to release heat to the outside, and a liquid for returning the liquefied refrigerant to the evaporator. With tubes. Such a loop heat pipe has a high efficiency of phase change because the refrigerant is thinned at the interface between the wick and the heat transfer surface, and it is common to separate the passage of steam and liquid using the wick. Long-distance heat transport is possible compared to other wick-type heat pipes. However, on the other hand, since the loop heat pipe has a built-in wick, it is difficult to reduce its thickness.
自励振動ヒートパイプは、加熱部と冷却部とを往復蛇行する複数の細径流路に、内容積の半分程度の冷媒が封入されており、加熱及び冷却による冷媒の相変化が冷媒の振動様の流れを引き起こし、これにより熱を輸送する。自励振動ヒートパイプは、ウィックなどの内蔵部品がなく、構造が簡便で薄型化しやすい利点を有する。また、自励振動ヒートパイプは、溝状の流路パターンのみで形成することができ、薄型構造とし易い。しかしながら、その一方で、自励振動ヒートパイプは、熱輸送の駆動力を蛇行流路内で発生する冷媒振動としており、隣接流路間で圧力がバランスすると、振動が鈍化して熱輸送性能が低下する問題がある。 In self-excited vibration heat pipes, a refrigerant with about half the internal volume is sealed in a plurality of small-diameter channels that meander and reciprocate between the heating part and the cooling part. Cause the flow of heat, thereby transporting heat. The self-excited vibration heat pipe has no built-in parts such as a wick, and has an advantage that the structure is simple and the thickness can be easily reduced. In addition, the self-excited vibration heat pipe can be formed only by the groove-shaped flow path pattern, and is easy to have a thin structure. However, the self-excited vibration heat pipe, on the other hand, uses the vibration of the refrigerant generated in the meandering channel as the driving force for heat transport. There is a problem that decreases.
ループヒートパイプにおいて、効率的に熱輸送を行うためには、冷媒を一定方向に効率よく循環させることが求められる。この点に着目した提案として、特許文献3が知られている。特許文献3は、受熱部と放熱部とを連結するヒートパイプに時計回り方向の管長と反時計回り方向の管長に長短を設けている。また、特許文献3は、環状に連結したヒートパイプの管の断面積の大きさより小さい断面積を有する狭窄部をヒートパイプの一部に設けている。 In order to efficiently transport heat in a loop heat pipe, it is required to efficiently circulate the refrigerant in a certain direction. As a proposal paying attention to this point, Patent Document 3 is known. In Patent Document 3, a heat pipe that connects a heat receiving portion and a heat radiating portion is provided with a length in a clockwise direction and a length in a counterclockwise direction. In Patent Document 3, a narrow portion having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of a pipe of a heat pipe connected in an annular shape is provided in a part of the heat pipe.
特許文献3であれば、ヒートパイプを薄型化することができ、冷媒の循環を一定の方向にすることで効率的に熱輸送を行うことができると考えられる。しかしながら、更なる薄型化が推し進められる状況下において、より冷媒の循環の方向付けを高めるための提案が求められている。 If it is patent document 3, it is thought that a heat pipe can be thinned and heat transport can be performed efficiently by making the circulation of a refrigerant into a fixed direction. However, in a situation where further thinning is promoted, a proposal for further increasing the direction of circulation of the refrigerant is demanded.
1つの側面では、本明細書開示のヒートパイプ及び電子機器は、ヒートパイプにおける冷媒の循環の方向付けを強め、熱輸送を効率的に行うことを課題とする。 In one aspect, it is an object of the heat pipe and the electronic device disclosed in the present specification to enhance the direction of refrigerant circulation in the heat pipe and efficiently perform heat transport.
本明細書開示のヒートパイプは、高温部に設置される蒸発部と、放熱部に設置される凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、前記液管と前記蒸発部との間に介在する第1の接続部と、を備え、前記第1の接続部は、前記液管から前記冷媒が流入し、前記蒸発部に向かって前記冷媒の流域を拡大する複数の分岐流路と、前記分岐流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第1の整流部と、を備えている。 The heat pipe disclosed in the present specification connects the evaporation unit installed in the high-temperature unit, the condensation unit installed in the heat dissipation unit, the evaporation unit and the condensation unit, and the refrigerant evaporated in the evaporation unit is A steam pipe that flows toward the condensing part, a condenser that connects the condensing part and the evaporation part, a liquid pipe that flows the refrigerant condensed in the condensing part toward the evaporation part, and the liquid pipe and the evaporation part A first connecting portion interposed therebetween, wherein the first connecting portion receives the refrigerant from the liquid pipe and expands the flow area of the refrigerant toward the evaporation portion. And a first rectification unit that regulates a direction in which the refrigerant flows in the branch flow path in a direction that coincides with a direction from the evaporation unit toward the condensing unit through the vapor pipe.
本明細書開示の電子機器は、高温部と放熱部とが設定された基板と、前記基板に設置されたヒートパイプと、を備える電子機器であって、前記ヒートパイプは、前記高温部に設置される蒸発部と、前記放熱部に設置される凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、前記液管と前記蒸発部との間に介在する第1の接続部と、を備え、前記第1の接続部は、前記液管から前記冷媒が流入し、前記蒸発部に向かって前記冷媒の流域を拡大する複数の分岐流路と、前記分岐流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第1の整流部と、を備えている。 An electronic device disclosed in the present specification is an electronic device including a substrate on which a high-temperature part and a heat dissipation part are set, and a heat pipe installed on the substrate, wherein the heat pipe is installed on the high-temperature part. An evaporating unit, a condensing unit installed in the heat dissipating unit, a vapor pipe connecting the evaporating unit and the condensing unit, and flowing a refrigerant evaporated in the evaporating unit toward the condensing unit, and the condensing A liquid pipe that connects the liquid section and the evaporation section, and causes the refrigerant condensed in the condensation section to flow toward the evaporation section, and a first connection section that is interposed between the liquid pipe and the evaporation section. The first connection portion includes a plurality of branch flow channels that flow in from the liquid pipe and expands a flow area of the refrigerant toward the evaporation portion, and the refrigerant flows in the branch flow channels. Direction from the evaporating part to the condensing part through the steam pipe And it includes a first rectifier unit for restricting the matching direction.
本明細書開示のヒートパイプ及び電子機器によれば、ヒートパイプにおける冷媒の循環の方向付けを強め、熱輸送を効率的に行うことができる。 According to the heat pipe and the electronic device disclosed in the present specification, the direction of the circulation of the refrigerant in the heat pipe can be strengthened, and the heat transport can be efficiently performed.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, and the like of each part may not be shown so as to completely match the actual ones. Further, depending on the drawings, components that are actually present may be omitted for convenience of explanation, or dimensions may be exaggerated from the actual drawing.
(第1実施形態)
まず、図1乃至図6を参照して、第1実施形態のヒートパイプ10及び、これを搭載した電子機器100について説明する。図1は第1実施形態のヒートパイプを備えた電子機器の概略構成を示す説明図である。図2は第1実施形態のヒートパイプが備える第1の接続部の構造を示す説明図である。図3(A)は第1実施形態の蒸発部に液相の冷媒が供給され、その流域が拡がる様子を模式的に示す説明図であり、図3(B)は比較例の蒸発部に液相の冷媒が供給される様子を模式的に示す説明図である。図4(A)は整流部において冷媒が流れ易い状態を示す説明図であり、図4(B)は整流部において冷媒が流れ難くなった状態を示す説明である。図5は第1実施形態が備える第2の接続部の構造を示す説明図である。図6は整流効果を確認するためのヒートパイプの試験モデルを模式的に示す説明図である。図7は試験モデルにおける入力熱量と圧力損失との関係を示すグラフである。
(First embodiment)
First, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 6, the
図1を参照すると、電子機器100には、ヒートパイプ10が搭載されている。本実施形態における電子機器100は、ノート型PC(Personal Computer)の本体部分であるが、これは、一例であり、他の電子機器としてもよい。電子機器100は、筐体101を備え、その内部に基板102が内蔵されている。基板102には、CPU(Central Processing Unit)やその他の電子素子が実装されている。電子素子は、使用に際し、発熱するものがある。本実施形態では、このような発熱素子の周囲が高温部103として設定されている。また、本実施形態では、高温部103から離れた位置に放熱部104が設定されている。放熱部104は、筐体101内のレイアウトに応じて、適宜設定することができる。放熱部104は、ヒートシンク等を備えていてもよい。
Referring to FIG. 1, a
ヒートパイプ10は、蒸発部11と凝縮部12を備える。また、ヒートパイプ10は、蒸発部11と凝縮部12とを接続し、蒸発部11で蒸発した冷媒20を凝縮部12へ向かって流す蒸気管13を備える。本実施例では、4本の蒸気管13を備えているが、蒸気管13の本数は、これに限定されない。ヒートパイプ10は、凝縮部12と蒸発部11とを接続し、凝縮部12で凝縮した冷媒20を蒸発部11へ向かって流す液管14を備える。このようなヒートパイプ10の内部に封入されている冷媒20は、ヒートパイプ10内で液相冷媒20aと気相冷媒20bとの間で相変化することができる。蒸気管13内には、液相冷媒20aが混じることもあるが、主として気相冷媒20bが流れている。液管14内には、主として液相冷媒20aが流れている。本実施形態では、n−ペンタンを含む冷媒20が用いられているが、水やエタノール等、従来、公知の冷媒を用いることができる。
The
蒸発部11には、複数のフィン11aが設けられている。フィン11aは、液相冷媒20aとの接触面積を増やし、蒸発効率を向上させる。また、凝縮部12にも、複数のフィン12aが設けられている。フィン12aは、気相冷媒20bとの接触面積を増やし、凝縮効率を向上させる。
The
ヒートパイプ10は、液管14と蒸発部11との間に介在する第1の接続部15を備える。図2を参照すると、第1の接続部15は、液管14から冷媒20が流入し、蒸気管13に向かって冷媒20の流域を拡大する複数の分岐流路151〜155を備える。第1の接続部15は、1か所の開口部で液管14と接続されるが、内部で複数の分岐流路151〜155に分岐している。この結果、図3(A)に示すように、液管14から流れ込んだ液相冷媒20aを図1に示す幅方向にその流域を拡大させることができる。液相冷媒20aの流域を拡大させることで、液相冷媒20aを薄膜化させることができる。液相冷媒20aは、薄膜化することで、活発に蒸発することができるようになる。液相冷媒20aが活発に蒸発するようになると、冷却効率が向上する。なお、液相冷媒20aの蒸発を促進するためには、基板102に設定された高温部103に接触する面積を拡げることが効果的である。そこで、本実施形態では、基板102の実装面と平行となる面内に液相冷媒20aが拡がるように、分岐流路151〜155を扇状に配置し、図1や図3(A)に示す幅方向に液相冷媒20aが拡がるようにしている。
The
ここで、図3(B)を参照して、比較例について説明する。比較例の蒸発部5は、本実施形態と同様にフィン5aを備え、液相冷媒20aの蒸発促進が図られているが、その中央部付近に単一の開口51のみを備える。このため、開口51から蒸発部5に流れ込んだ液相冷媒20aは、開口51付近での嵩が高く、厚膜状になっている。液相冷媒20aは厚膜状になっていると蒸発しにくく、冷却効率が低下する。また、図3(B)を参照すると、蒸発部5の両側の端部5bに液相冷媒20aが到達しておらず、枯渇しており、いわゆるドライアウト領域が形成されている。この結果、蒸発部5における冷却効率が低下する。
Here, a comparative example will be described with reference to FIG. The evaporation unit 5 of the comparative example includes the
本実施形態によれば、液相冷媒20aが広範囲に薄膜状に拡がっているので、冷却効率が高い。液相冷媒20aが活発に相変化を起こし、蒸気が生成されると、冷媒20の循環の勢いを増し、熱輸送効率が向上する。
According to this embodiment, since the liquid phase refrigerant 20a spreads in a thin film shape over a wide range, the cooling efficiency is high. When the liquid-
第1の接続部15内に形成されている複数の分岐流路151〜155は、それぞれ、第1の整流部としてのテスラバルブ17を備えている。第1の整流部は、流体ダイオードを採用することができ、本実施形態では、テスラバルブ17が採用されている。テスラバルブ17は、各分岐流路151〜155内において冷媒20が流れる方向を、蒸気管13を通じて蒸発部11から凝縮部12に向かう方向と一致する方向に規制する。
Each of the plurality of
ここで、図4(A)及び図4(B)を参照しつつ、テスラバルブ17による整流効果について説明する。テスラバルブ17は、主流路171に設けられた第1分岐点171aと第2分岐点171bとを接続するバイパス流路172を備える。図4(A)に示す矢示18のように、主流路171に、図4(A)における左方から流体が流れ込む場合、流体(冷媒20)が、第1分岐点171aにおいてバイパス流路172に流れ込むためには、流れ方向が大きく屈曲することになる。これは、第1分岐点171aにおいて、第1分岐点171aを通過した後の主流路171とバイパス流路172とのなす角が鈍角となっており、折り返すような経路となっているためである。このため、主流路171を流れる流体は、バイパス流路172に流れ込みにくい。また、仮に、流体がバイパス流路172に流れ込んだとしても、バイパス流路172を通過した流体は、第2分岐点171bにおいて、主流路171の流れに滑らかに合流するため、主流路171の流れの抵抗となることはない。
Here, the rectification effect by the
一方、図4(B)に示す矢示19aのように、主流路171に、図4(B)における右方から流体が流れ込む場合、流体(冷媒20)が第2分岐点171bにおいて、バイパス流路172に流れ込む。これは、第2分岐点171bにおいて、第2分岐点171bを通過した後の主流路171とバイパス流路172とがなす角が鋭角となっているからである。バイパス流路172に流れ込んだ流体は、矢示19bで示すようにバイパス流路172内でその流れの方向を変え、第1分岐点171aにおいて主流路171に合流するときに、主流路171の流体の流れと衝突する。このため、主流路171の流れの抵抗が増す。
On the other hand, when a fluid flows into the
ヒートパイプ10では、蒸発部11を中心とした領域で液相冷媒20aが気相冷媒20bに相変化する。このような相変化に伴って、冷媒20は膨張し、これにより、冷媒20は、ヒートパイプ10内を移動しようとする。ここで、流体は、流れやすい方向に流れようとするため、図4(A)で示す矢示18のように流れようとする。テスラバルブ17は、分岐流路151〜155に設けられているため、各分岐流路151〜155において、冷媒20の流れ方向は、蒸気管13を通じて蒸発部11から凝縮部12に向かう方向と一致する方向に規制される。このように、本実施形態では、ヒートパイプ10における冷媒20の循環の方向付けが強められている。
In the
しかも、本実施形態では、各分岐流路151〜155において、その流れ方向に沿って、直列的に複数のテスラバルブ17が多段に配置されているので、ヒートパイプ10における冷媒20の循環の方向付けがより強められている。
In addition, in the present embodiment, since the plurality of
ヒートパイプ10は、凝縮部12と液管14との間に介在する第2の接続部16をさらに備える。図5を参照すると、第2の接続部16は、凝縮部12から冷媒20が流入し、液管14に向かって冷媒20を集約する複数の合流流路161〜165を備える。第2の接続部16は、1か所の開口部で液管14と接続されるが、内部に複数の合流流路161〜165を備えている。図1を参照すると、凝縮部12は、幅方向に広がっており、第2の接続部16の凝縮部12と接続される側は、凝縮部12と同様に幅広に形成されている。第2の接続部16は、このように幅広に形成されている端部から、液管14に向かって、一本の流路となるように合流流路161〜165が設けられている。このように、複数の合流流路161〜165が設けられることで、気相冷媒20bの接触面積が増大する。気相冷媒20bの接触面積が増大すると、気相冷媒20bから放熱部104への熱移動が促進され、気相冷媒20bから液相冷媒20aへ相変化し易くなる。これにより、ヒートパイプ10の冷却効率が向上する。
The
なお、気相冷媒20bの凝縮を促進するためには、基板102に設定された放熱部104に接触する面積を拡げることが効果的である。そこで、本実施形態では、基板102の実装面と平行となる面内に気相冷媒20bが拡がるように、合流流路161〜165を扇状に配置している。
In order to promote the condensation of the gas-
第2の接続部16内に形成されている複数の合流流路161〜165は、それぞれ、第2の整流部としてのテスラバルブ17を備えている。第2の整流部は、第1の整流部と同様の構造を採用することができる。第2の接続部16に装備されるテスラバルブ17は、各合流流路161〜165内において冷媒20が流れる方向を、蒸気管13を通じて蒸発部11から凝縮部12に向かう方向と一致する方向に規制する。すなわち、第2の接続部としてのテスラバルブ17は、冷媒20を第1の整流部としてのテスラバルブ17と同一方向に流すようにする。すなわち、第2の接続部としてのテスラバルブ17は、冷媒20を凝縮部12から液管14へ向かう方向へ流す。
Each of the plurality of merging
なお、本実施形態では、第2の接続部16を備えているが、第2の接続部16を廃止した形態としてもよい。この場合、冷媒20の流れの方向付けは、第1の接続部15に設けられたテスラバルブ17によって行われる。また、第1の接続部15を廃止し、第2の接続部16のみを装備した形態とすることもできる。この場合も、第2の接続部16には、テスラバルブ17が装備されているため、冷媒20の流れの方向付けを行うことができる。
In the present embodiment, the
このようなヒートパイプ10は、1枚の銅薄板に蒸発部11、凝縮部12、蒸気管13、液管14、第1の接続部15及び第2の接続部16をハーフエッチング加工により形成し、他の銅薄板を積層して拡散接合することで形成されている。これにより、ヒートパイプ10を薄型化することができる。ハーフエッチング加工によれば、複雑な経路を容易に形成することができ、テスラバルブ17の流路も形成することができる。本実施形態では、銅薄板を用いたが、他の素材を用いてもよい。
In such a
なお、本実施形態では、液管14も同様に銅薄板に形成しているが、例えば、チューブ状の他の部材を装着して液管14としてもよい。
In the present embodiment, the
このようなヒートパイプ10は、蒸発部11が基板102に設定された高温部103の位置に合わせられ、凝縮部12が基板102に設定された放熱部104の位置に合わせられて電子機器100に搭載されている。
In such a
ここで、図6及び図7を参照して、ヒートパイプ10が備える構造による整流効果についてより詳細に説明する。図6は整流効果を確認するためのヒートパイプの試験モデルを模式的に示す説明図である。図7は試験モデルにおける入力熱量と圧力損失との関係を示すグラフである。
Here, with reference to FIG.6 and FIG.7, the rectification effect by the structure with which the
図6に示す試験モデル50は、実施形態のヒートパイプ10の主要な要素を備えている。試験モデル50において、ヒートパイプ10と共通する要素については、同一の参照番号を付して説明する。
A
本実施形態における冷媒20の循環の方向付けの効果を検証するために、図6に示すような試験モデル50を準備した。試験モデル50は、蒸発部11と凝縮部12を備える。また、試験モデル50は、蒸発部11と凝縮部12とを接続し、蒸発部11で蒸発した冷媒20を凝縮部12へ向かって流す蒸気管13を備える。また、試験モデル50は、凝縮部12と蒸発部11とを接続し、凝縮部12で凝縮した冷媒20を蒸発部11へ向かって流す液管14を備える。さらに、試験モデル50は、液管14と蒸発部11との間に介在する第1の接続部15を備える。第1の接続部15には、整流部としてのテスラバルブ17が装備されている。このような試験モデル50を用いて、図6において矢示21で示す順方向と、矢示22で示す逆方向との圧力損失を比較した。なお、順方向は、蒸発部11から蒸気管13を通じて凝縮部12へ向かい、液管14とテスラバルブ17を通じて再度蒸発部11へ戻る流れの方向である。逆方向は、蒸発部11からテスラバルブ17と液管14を通じて凝縮部12へ向かい、蒸気管13を通じて再び蒸発部11に戻る流れの方向である。
In order to verify the effect of the direction of circulation of the refrigerant 20 in the present embodiment, a
なお、試験モデル50には、第2の接続部16は、装備されていない。これは、第1の接続部15にテスラバルブ17を備えており、基本的な構成要素は備えているため、冷媒20の循環の方向付けの効果の検証として十分だからである。
Note that the
テスラバルブ17は、幅1mm、深さ1mmの矩形断面の流路としている。第1の接続部15には、3本の分岐流路151〜153が並列配置されている。各分岐流路151〜153には、それぞれ流れ方向に沿って、5つのテスラバルブ17が設けられている。
The
蒸気管13は、幅10mm、深さ1mmの流路を5本並列配置して形成されている。液管14は、幅20mm、深さ1mmの流路を一本配置している。冷媒には、n−ペンタンを想定し、入熱条件は30〜100Wとした。
The
蒸発部11で冷媒20が蒸発し、そのときの温度を60℃と仮定する。また、凝縮部12で冷媒20が凝縮し、そのときの温度を25℃と仮定する。そして、蒸気管13には、気相冷媒20bである蒸気が流通し、液管14及び第1の接続部15には、液相冷媒20aが流通するものとして、矢示21で示す順方向と、矢示22で示す逆方向の圧力損失を計算した。
It is assumed that the refrigerant 20 evaporates in the
入熱量の増大に伴い、冷媒の蒸発量が増え、流量が増大する。図7を参照すると、熱量の増大に伴い、各方向の圧力損失も増加しているが、順方向が緩やかに増大するのに対し、逆方向が急激に増大することがわかる。このような順方向と逆方向の圧力差が冷媒20を順方向へ流す整流効果を生む。順方向と逆方向とでは、経路の構成は同じであり、テスラバルブ17を通過する向きが異なっていることから、これが、整流効果を生み出す圧力差を生じていることが確認できる。このように、テスラバルブ17を設けることで、冷媒20の循環の方向付けがされることが確認された。
As the amount of heat input increases, the amount of refrigerant evaporated increases and the flow rate increases. Referring to FIG. 7, it can be seen that the pressure loss in each direction increases as the amount of heat increases, but the reverse direction increases rapidly while the forward direction increases slowly. Such a pressure difference between the forward direction and the reverse direction creates a rectifying effect that causes the refrigerant 20 to flow in the forward direction. In the forward direction and the reverse direction, the configuration of the path is the same and the direction of passing through the
このように、ヒートパイプ10は、冷媒の循環の方向付けを強め、熱輸送を効率的に行うことができる。また、本実施形態では、ウィック等の構造を含まないため、ヒートパイプ10を薄型化することができる。
Thus, the
(第2実施形態)
つぎに、図8及び図9を参照して、第2実施形態について説明する。図8は第2実施形態における第1の接続部の構造を示す説明図である。図9は流路径と圧力との関係を示すグラフである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is an explanatory view showing the structure of the first connecting portion in the second embodiment. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the channel diameter and the pressure.
第2実施形態では、第1実施形態における第1の接続部15に代えて、第1の接続部25を備える。図8を参照すると、第1の接続部25は、液管14から蒸発部11に向かって段階的に流路径が縮小された分岐流路251a、252a及び253aを備えている。具体的に、第1の接続部25は、液管14から蒸発部11に向かって順に第1階層251、第2階層252及び第3階層253を備えている。
In 2nd Embodiment, it replaces with the
第1階層251には、4本の分岐流路251aが含まれる。各分岐流路251aには、テスラバルブ251a1が設けられている。各分岐流路251aの流路径はd1である。テスラバルブ251a1の構造は、第1実施形態におけるテスラバルブ17と共通している。
The
第2階層252には、それぞれの分岐流路252aから二股に分岐した合計8本の分岐流路252aが含まれる。各分岐流路252aには、テスラバルブ252a1が設けられている。各分岐流路252aの流路径はd2である。テスラバルブ252a1の構造は、第1実施形態におけるテスラバルブ17と共通している。
The
第3階層253には、それぞれの分岐流路252aから二股に分岐した合計16本の分岐流路253aが含まれる。各分岐流路253aには、テスラバルブ253a1が設けられている。各分岐流路253aの流路径はd3である。テスラバルブ253a1の構造は、第1実施形態におけるテスラバルブ17と共通している。
The
ここで、各流路径の関係は、d1>d2>d3である。このようにして、第1の接続部25は、液管14から蒸発部11に向かって段階的に流路径が縮小された分岐流路を備えている。一方、第3階層253に属する分岐流路253aが開口する蒸発部11の流路径はdeであり、この流路径deは、d1乃至d3よりも大きい。
Here, the relationship between the flow path diameters is d1> d2> d3. In this way, the
第1の接続部25が、液管14から蒸発部11に向かって段階的に流路径が縮小された分岐流路251a、252a及び253aを備えているのは、蒸発部11との間に生じる毛細管力を利用するためである。ここで、図9を参照して、流路径と圧力との関係について説明する。図9を参照すると、流路径が小さいほど、圧力が大きくなり、流路径が大きいほど、圧力が小さくなることがわかる。冷媒20が異なる流路径の領域に流れ込む際、その圧力差が毛細管力として作用する。すなわち、圧力差が大きいほど、逆流防止効果が高いことになる。
The first connecting
本実施形態では、蒸発部11の流路径はdeであることから、蒸発部11へ流れ込む分岐流路の径と、この流路径deとの差が大きいほど、毛細管力が大きく、液相冷媒20aは、蒸発部11側へ浸透しやすくなる。このような毛細管力は、冷媒20の循環の方向付けを強めることとなる。
In the present embodiment, since the flow path diameter of the
本実施形態では、流路径d3のときの圧力と、蒸発部11の流路径deのときの圧力との差が逆流防止の圧力差となり、冷媒20を一定の方向に流す作用を得ることができる。
In the present embodiment, the difference between the pressure at the flow path diameter d3 and the pressure at the flow path diameter de of the
なお、流路径を段階的に縮小しているのは、流路径を徐々に狭くすることで、圧力損失を抑えつつ、所望の流路径に到達するためである。 The reason why the flow path diameter is gradually reduced is that the flow path diameter is gradually reduced to reach a desired flow path diameter while suppressing pressure loss.
(第3実施形態)
つぎに、図10(A)、図10(B)を参照して、第3実施形態について説明する。図10(A)は第3実施形態が備える第1の接続部の構造を示す説明図であり、図10(B)は第3実施形態が備える第2の接続部の構造を示す説明図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 10 (A) and 10 (B). FIG. 10A is an explanatory diagram showing a structure of a first connection part provided in the third embodiment, and FIG. 10B is an explanatory diagram showing a structure of a second connection part provided in the third embodiment. is there.
第3実施形態では、第2実施形態と同様に第1の接続部25を備えると共に、第1実施形態における第2の接続部16に代えて、第2の接続部26を備える。
The third embodiment includes the
図10(B)を参照すると、第2の接続部26は、凝縮部12から液管14に向かって順に第1階層261及び第2階層262を備えている。
Referring to FIG. 10B, the
第1階層261には、4本の合流流路261aが含まれる。各合流流路261aには、テスラバルブ261a1が設けられている。各合流流路261aの流路径はd1である。テスラバルブ261a1の構造は、第1実施形態におけるテスラバルブ17と共通している。
The
第2階層262には、それぞれ2本の合流流路261aが合流した2本の合流流路262aが含まれる。各合流流路262aには、テスラバルブ262a1が設けられている。各合流流路262aの流路径はd1である。テスラバルブ261a1の構造は、第1実施形態におけるテスラバルブ17と共通している。2本の合流流路262aは最終的に1本に合流している。
The
このように、第2の接続部26が備える合流流路261aの流路径はd1であり、一方、第1の接続部25が備える分岐流路の253aの流路径はd3である。ここで、d1>d3の関係がある。
As described above, the flow path diameter of the
このように、本実施形態では、合流流路の凝縮部12に位置する開口の径を、分岐流路の蒸発部11に位置する開口の径よりも大きく設定している。これにより、第1の接続部25と第2の接続部26との間での毛細管力と圧力損失差の両面で冷媒20の循環の方向付けを強化することができる。
Thus, in this embodiment, the diameter of the opening located in the condensing
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications, within the scope of the gist of the present invention described in the claims, It can be changed.
10 ヒートパイプ
5、11 蒸発部
5a、11a フィン
12 凝縮部
12a フィン
13 蒸気管
14 液管
15 第1の接続部
16 第2の接続部
17 テスラバルブ(整流部)
20a 液相冷媒
20b 気相冷媒
25 第1の接続部
251 第1階層
252 第2階層
253 第3階層
100 電子機器
101 筐体
102 基板
103 高温部
104 放熱部
DESCRIPTION OF
20a Liquid-
Claims (7)
放熱部に設置される凝縮部と、
前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、
前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、
前記液管と前記蒸発部との間に介在する第1の接続部と、を備え、
前記第1の接続部は、前記液管から前記冷媒が流入し、前記蒸発部に向かって前記冷媒の流域を拡大する複数の分岐流路と、前記分岐流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第1の整流部と、を備えたヒートパイプ。 An evaporation section installed in the high temperature section;
A condensing part installed in the heat radiating part;
A steam pipe that connects the evaporation unit and the condensing unit, and causes the refrigerant evaporated in the evaporation unit to flow toward the condensing unit;
A liquid pipe that connects the condensing unit and the evaporating unit, and causes the refrigerant condensed in the condensing unit to flow toward the evaporating unit;
A first connection part interposed between the liquid pipe and the evaporation part,
The first connection portion includes a plurality of branch flow channels that flow in the refrigerant from the liquid pipe and expand the flow area of the refrigerant toward the evaporation portion, and a direction in which the refrigerant flows in the branch flow channels. And a first rectifying unit that regulates in a direction that coincides with a direction from the evaporation unit toward the condensing unit through the vapor pipe.
前記第2の接続部は、前記凝縮部から前記冷媒が流入し、前記液管に向かって前記冷媒を集約する複数の合流流路と、前記合流流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する請求項1に記載のヒートパイプ。 A second connecting part interposed between the condensing part and the liquid pipe;
The second connection portion includes a plurality of merging passages in which the refrigerant flows from the condensing portion and collects the refrigerant toward the liquid pipe, and a direction in which the refrigerant flows in the merging passage, The heat pipe according to claim 1, wherein the heat pipe is regulated in a direction that coincides with a direction from the evaporation unit toward the condensing unit through a steam pipe.
放熱部に設置される凝縮部と、
前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、
前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、
前記凝縮部と前記液管との間に介在する第2の接続部と、を備え、
前記第2の接続部は、前記凝縮部から前記冷媒が流入し、前記液管に向かって前記冷媒を集約する複数の合流流路と、前記合流流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第2の整流部と、を備えたヒートパイプ。 An evaporation section installed in the high temperature section;
A condensing part installed in the heat radiating part;
A steam pipe that connects the evaporation unit and the condensing unit, and causes the refrigerant evaporated in the evaporation unit to flow toward the condensing unit;
A liquid pipe that connects the condensing unit and the evaporating unit, and causes the refrigerant condensed in the condensing unit to flow toward the evaporating unit;
A second connecting part interposed between the condensing part and the liquid pipe,
The second connection portion includes a plurality of merging passages in which the refrigerant flows from the condensing portion and collects the refrigerant toward the liquid pipe, and a direction in which the refrigerant flows in the merging passage, A heat pipe comprising: a second rectification unit that regulates in a direction that coincides with a direction from the evaporation unit toward the condensing unit through a steam pipe.
前記ヒートパイプは、
前記高温部に設置される蒸発部と、
前記放熱部に設置される凝縮部と、
前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、
前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、
前記液管と前記蒸発部との間に介在する第1の接続部と、を備え、
前記第1の接続部は、前記液管から前記冷媒が流入し、前記蒸発部に向かって前記冷媒の流域を拡大する複数の分岐流路と、前記分岐流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第1の整流部と、
を備えた電子機器。 An electronic device comprising a substrate on which a high temperature part and a heat dissipation part are set, and a heat pipe installed on the substrate,
The heat pipe is
An evaporation section installed in the high temperature section;
A condensing part installed in the heat dissipating part;
A steam pipe that connects the evaporation unit and the condensing unit, and causes the refrigerant evaporated in the evaporation unit to flow toward the condensing unit;
A liquid pipe that connects the condensing unit and the evaporating unit, and causes the refrigerant condensed in the condensing unit to flow toward the evaporating unit;
A first connection part interposed between the liquid pipe and the evaporation part,
The first connection portion includes a plurality of branch flow channels that flow in the refrigerant from the liquid pipe and expand the flow area of the refrigerant toward the evaporation portion, and a direction in which the refrigerant flows in the branch flow channels. A first rectifying unit that regulates in a direction that coincides with a direction from the evaporation unit toward the condensing unit through the steam pipe;
With electronic equipment.
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