JP2019032146A - ベイパーチャンバー複合体 - Google Patents

Abstract

【課題】ベイパーチャンバー複合体を提供する。【解決手段】ベイパーチャンバー複合体は複数のベイパーチャンバーを結合させて協働させ、二つずつのベイパーチャンバーを毛細管およびチューブで連結し、毛細管の内部を毛細管材料で充填し、かつ毛細管内の毛細管材料、一つのベイパーチャンバー内の毛細管材料および別の一つのベイパーチャンバー内の毛細管材料を相互に連結し、チューブと複数のベイパーチャンバーの内部空間とを相互に連絡させるものである。複数のベイパーチャンバー内の作動液は複数の毛細管材料の間に生じる毛細管現象によって相互に流通する。気体状の作動液はチューブによって複数のベイパーチャンバーの間を移動することによって複数のベイパーチャンバーを協働させる効果を発揮できる。【選択図】図３

Description

本発明は、ベイパーチャンバー（Ｖａｐｏｒ Ｃｈａｍｂｅｒ）に関し、詳しくは複数のベイパーチャンバーを協働させるベイパーチャンバー複合体に関するものである。

周知のベイパーチャンバー、例えば特許文献１は金属製の密閉チャンバー内に毛細管材料および作動液が配置してあり、液体と気体間の相変化および毛細管現象によって作動液が迅速に流動し、熱伝導を迅速に生じさせ、ベイパーチャンバー全体の温度を均一にするものである。

多熱源発生装置にベイパーチャンバーを使用し、熱拡散を行う場合、熱源ごとに一つのベイパーチャンバーを配置することで熱拡散効果を発揮することができる。しかしながら、それぞれのベイパーチャンバーが熱拡散を促進する際、それぞれの熱源の熱エネルギーおよびそれぞれのベイパーチャンバーの大きさが異なれば熱拡散効果が異なるという問題が発生する。
一方、単一のベイパーチャンバーを多熱源発生装置に付着させる場合、単一のベイパーチャンバーの表面と複数の熱源間との高さの公差が原因で接触が不完全になるため、熱抵抗が高まり、熱拡散効果を低下させてしまうという問題が発生する。

それに対し、複数のベイパーチャンバーの内部空間を相互に連絡させて複数のベイパーチャンバーを協働させる構造、即ちベイパーチャンバー複合体を設計すれば、上述したとおり熱拡散効果が異なるという問題も、単一のベイパーチャンバーを多熱源に対応させる際に接触が不完全になるため熱拡散効果が低下するという問題も解決できる。

しかし残念ながら、複数のベイパーチャンバーを結合させてそれらの内部の作動液を相互に流通させる設計は未だに考案されていなかった。

米国２０１４／０１６５４０２Ａ１号公報

本発明は、複数のベイパーチャンバーを結合させてそれらの内部を相互に連絡させることによって複数のベイパーチャンバーを協働させるベイパーチャンバー複合体を提供することを主な目的とする。

本発明は、複数のベイパーチャンバーを結合させてそれらの内部を相互に連絡させ、複数のベイパーチャンバーを熱源に別々に付着させることによって多熱源との接触が不完全になり、熱拡散効果を低下させるという問題を解決するベイパーチャンバー複合体を提供することをもう一つの主な目的とする。

上述した課題を解決するため、ベイパーチャンバー複合体は少なくとも二つのベイパーチャンバーと、二つずつのベイパーチャンバーの間に連結された毛細管、チューブおよび作動液とを備える。二つのベイパーチャンバーの構造において、一つのベイパーチャンバーは第一ベイパーチャンバーになり、別の一つのベイパーチャンバーは第二ベイパーチャンバーになる。第一ベイパーチャンバーは板状の筐体と、筐体の内部からなる第一チャンバーと、筐体の内壁面に沿って第一チャンバー内に配置される第一毛細管材料とを有する。第一毛細管材料は第一チャンバーの全体に充満していない。第一ベイパーチャンバーの筐体は筐体を貫通する第一連結孔および第一気孔を有する。第一毛細管材料は空間上で第一気孔と繋がる第一穿孔を有する。第二ベイパーチャンバーは板状の筐体と、筐体の内部からなる第二チャンバーと、筐体の内壁面に沿って第二チャンバー内に配置される第二毛細管材料とを有する。第二毛細管材料は第二チャンバーの全体に充満していない。第二ベイパーチャンバーの筐体は筐体を貫通する第二連結孔および第二気孔を有する。第二毛細管材料は空間上で第二気孔と繋がる第二穿孔を有する。毛細管は一端が第一ベイパーチャンバーの筐体に連結されて第一連結孔に繋がり、他端が第二ベイパーチャンバーの筐体に連結されて第二連結孔に繋がる。毛細管は内部が第三毛細管材料で充填される。第三毛細管材料は第一ベイパーチャンバーの第一連結孔に入り込み、第一ベイパーチャンバーの第一毛細管材料に連結されると同時に、第二ベイパーチャンバーの第二連結孔に入り込み、第二ベイパーチャンバーの第二毛細管材料に連結される。毛細管は内部の断面が第三毛細管によって密封されることで気体の流通を遮断する。チューブは一端が第一ベイパーチャンバーの筐体に連結されて第一気孔および第一穿孔に繋がり、他端が第二ベイパーチャンバーの筐体に連結されて第二気孔および第二穿孔に繋がることで第一チャンバーと第二チャンバーとを相互に連絡させる。作動液は第一ベイパーチャンバーの第一チャンバーおよび第二ベイパーチャンバーの第二チャンバーの中に注入され、相互に連結される第一毛細管材料、第二毛細管材料および第三毛細管材料に吸収される。

上述したとおり、ベイパーチャンバー複合体は複数のベイパーチャンバーを結合させてそれらの内部を相互に連絡させることによって複数のベイパーチャンバーを協働させ、かつ複数のベイパーチャンバーを熱源に別々に付着させることによって多熱源との接触が不完全になり、熱拡散効果を低下させるという問題を解決することができる。

本発明の第１実施形態によるベイパーチャンバー複合体を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態によるベイパーチャンバー複合体を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるベイパーチャンバー複合体の底面を示す斜視図である。 図３中の４−４破線に沿った断面図である。 図３中の５−５破線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態によるベイパーチャンバー複合体の別の連結方式を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態によるベイパーチャンバー複合体の一部分を示す断面図である。 本発明の第２実施形態によるベイパーチャンバー複合体の一部分を示す断面図である。

以下、本発明によるベイパーチャンバー複合体を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１から図５に示すように、本発明の第１実施形態によるベイパーチャンバー複合体１０は、少なくとも二つのベイパーチャンバーと、二つずつのベイパーチャンバーの間に連結された毛細管３１、チューブ４１および作動液とを備える。
本実施形態は二つのベイパーチャンバーの連結方式を例として説明し、かつ一つのベイパーチャンバーを第一ベイパーチャンバー１１と定義し、別の一つのベイパーチャンバーを第二ベイパーチャンバー２１と定義する。

第一ベイパーチャンバー１１は、板状の筐体１２と、筐体１２の内部からなる第一チャンバー１４と、筐体１２の内壁面に沿って第一チャンバー１４内に配置される第一毛細管材料１６とを有する。第一毛細管材料１６は第一チャンバー１４の全体に充満していない。
第一ベイパーチャンバー１１の筐体１２は筐体１２を貫通する第一連結孔１２１および第一気孔１２２を有する。第二毛細管材料１６は空間上で第一気孔１２２と繋がる第一穿孔１６２を有する。第一毛細管材料１６は銅粉末、銅メッシュ、繊維束、筐体１２の内壁面に形成された溝部または前記四者の組み合わせから製作される。第一連結孔１２１および第一気孔１２２は第一ベイパーチャンバー１１の板状の筐体１２の同じ面に位置付けられるが、これに限らず、実際の状況に応じて異なる面に別々に位置付けられてもよい。

第二ベイパーチャンバー２１は、板状の筐体２２と、筐体２２の内部からなる第二チャンバー２４と、筐体２２の内壁面に沿って第二チャンバー２４内に配置される第二毛細管材料２６とを有する。第二毛細管材料２６は第二チャンバー２２の全体に充満していない。
第二ベイパーチャンバー２１の筐体２２は筐体２２を貫通する第二連結孔２２１および第二気孔２２２を有する。第二毛細管材料２６は空間上で第二気孔２２２と繋がる第二穿孔２６２を有する。第二毛細管材料２６は銅粉末、銅メッシュ、繊維束、筐体２２の内壁面に形成された溝部または前記四者の組み合わせから製作される。第二連結孔２２１および第二気孔２２２は第二ベイパーチャンバー２１の板状の筐体２２の同じ面に位置付けられるが、これに限らず、実際の状況に応じて異なる面に別々に位置付けられてもよい。

毛細管３１は、一端が第一ベイパーチャンバー１１の筐体１２に連結されて第一連結孔１２１に繋がり、他端が第二ベイパーチャンバー２１の筐体２２に連結されて第二連結孔２２１に繋がる。毛細管３１は内部が第三毛細管材料３６で充填される。第三毛細管材料３６は第一ベイパーチャンバー１１の第一連結孔１２１に入り込み、第一ベイパーチャンバー１１の第一毛細管材料１６に連結されると同時に、第二ベイパーチャンバー２１の第二連結孔２２１に入り込み、第二ベイパーチャンバー２１の第二毛細管材料２６に連結される。
第三毛細管材料３６は銅粉末、銅メッシュ、繊維束または前記三者の組み合わせから製作されるか、前記三者のいずれか一つおよび毛細管３１の管壁に形成された溝状の毛細管構造を組み合わせて焼結することによって成形される。毛細管３１は内部の断面が第三毛細管３６によって密封されることで気体の流通を遮断する。本実施形態は第三毛細管材料３６を毛細管３１に充満させる方式を例として挙げる。それに対し、別の実施形態は従来のヒートパイプ（Ｈｅａｔ Ｐｉｐｅ）の原理によって毛細管３１の周壁に第三毛細管材料３６を配置し、毛細管３１の内部の任意の部位を銅粉末で充填し、毛細管３１の断面を密封する方式を採用してもよい。それらの方式は理解しやすいため、図面および詳しい説明を省略する。

本実施形態の第三毛細管材料３６において、第一ベイパーチャンバー１１の第一連結孔１２１に入り込み、第一ベイパーチャンバー１１の第一毛細管材料１６と連結する部分と、第二ベイパーチャンバー２１の第二連結孔２２１に入り込み、第二ベイパーチャンバー２１の第二毛細管材料２６と連結する部分とは隙間のない状態を呈する。
第三毛細管材料３６を配置する際、図２および図４に示すように、第三毛細管材料３６と第一毛細管材料１６とを焼結し、第三毛細管材料３６と第二毛細管材料２６とを焼結することによって第一毛細管材料１６および第二毛細管材料２６を連結する方式を使用することができる。

チューブ４１は、一端が第一ベイパーチャンバー１１の筐体１２に連結されて第一気孔１２２および第一穿孔１６２に繋がり、他端が第二ベイパーチャンバー２１の筐体２２に連結されて第二気孔２２２および第二穿孔２６２に繋がることで第一チャンバー１４および第二チャンバー２４を相互に連絡させる。

作動液は、第一ベイパーチャンバー１１の第一チャンバー１４および第二ベイパーチャンバー２１の第二チャンバー２４の中に注入され、相互に連結される第一毛細管材料１６、第二毛細管材料２６および第三毛細管材料３６に吸収される。作動液は周知の部材であり、毛細管材料に吸着する状態が図面に表示されにくいため、省略する。

第一ベイパーチャンバー１１および第二ベイパーチャンバー２１に毛細管３１およびチューブ４１を結合させる際、第一ベイパーチャンバー１１の筐体１２の第一連結孔１２１および第一気孔１２２の周縁部に沿って突起状の結合壁１２４を形成し、毛細管３１およびチューブ４１の末端表面を結合壁１２４で囲み、第二ベイパーチャンバー２１の筐体２２の第二連結孔２２１および第二気孔２２２の周縁部に沿って突起状の結合壁２２４を形成し、毛細管３１およびチューブ４１の末端表面を結合壁２２４で囲む方式を使用すればよい。
続いて、第一ベイパーチャンバー１１の結合壁１２４および第二ベイパーチャンバー２１の結合壁２２４で囲まれた毛細管３１およびチューブ４１をはんだ付け工程によって固定および密封する。

以上は第一実施形態の構築についての説明である。続いて第一実施形態の作動状態について説明する。

ベイパーチャンバー複合体１０を二つの熱源（図中未表示）に使用する際、第一ベイパーチャンバー１１の表面上の毛細管３１およびチューブ４１が連結してある部位以外の位置に一つの熱源を付着させ、第二ベイパーチャンバー２１の表面上の毛細管３１およびチューブ４１が連結してある部位以外の位置に別の一つの熱源を付着させればよい。或いは第一ベイパーチャンバー１１および第二ベイパーチャンバー２１のいずれか一つの表面に二つの熱源を付着させれば均一な温度で熱拡散効果を果たすことができる。配置方式、特にチューブおよび毛細管を並べて第一ベイパーチャンバー１１および第二ベイパーチャンバー１２の同じ側に位置させる方式が比較的好ましい。
続いて、二つの熱源の進行状態について説明する。

図４および図５に示すように、二つの熱源が熱エネルギーを生じる際、熱エネルギーは第一ベイパーチャンバー１１および第二ベイパーチャンバー１２に伝導する。第一ベイパーチャンバー１１の場合、第一毛細管材料１６に吸収された作動液は熱エネルギーによって加熱され、蒸発して気体になり、第一チャンバー１４に進み、そののちチューブ１４を通って第二チャンバー２４に流入し、平衡を維持する。
続いて、第一ベイパーチャンバー１１および第二ベイパーチャンバー２１上の熱源がある部位以外の部位または冷却フィンがある部位、即ち比較的冷たい部位に気体状の作動液を接触させれば、作動液は凝結し、液体になる。続いて、第一チャンバー１４および第二チャンバー２４内に凝結して液体にある作動液を第一毛細管材料１６および第二毛細管材料２６に吸着させ、第三毛細管材料３６によって第一毛細管材料１６または作動液の含有量が少ない毛細管材料へ流動させ、平衡を維持すれば均一な温度で熱伝導効果を発揮することができる。第二ベイパーチャンバー２１は、内部の状況が第一ベイパーチャンバー１１の内部の状況と同じであるため、説明を省略する。
ベイパーチャンバー複合体１０が暫く作動した後、第一ベイパーチャンバー１１および第二ベイパーチャンバー２１は作動液が液体状から気体状に変わったり、気体状から液体状に変わったりすることによって温度を均一に維持することができる。

以上は二つのベイパーチャンバーを結合させる構造についての説明である。本実施形態は上述に限らず、二つ以上のベイパーチャンバーを結合させる方式を採用してもよい。
図６に示すように、第一ベイパーチャンバー１１、第二ベイパーチャンバー２１およびもう一つのベイパーチャンバー５１を結合させ、二つずつのベイパーチャンバーを毛細管３１およびチューブ４１で連結すれば、第一ベイパーチャンバー１１、第二ベイパーチャンバー２１およびもう一つのベイパーチャンバー５１を協働させることができる。上述したとおり、本発明の技術手段によって複数のベイパーチャンバーを結合させ、協働させることができる。

上述をまとめると、第１実施形態は下記の効果を達成できる。

一、毛細管３１の第三毛細管材料３６によって液体状の作動液を第一毛細管材１６または第二毛細管材料２６へ流動させ、チューブ４１によって気体状の作動液を第一チャンバー１４または第二チャンバー２４に流入させることができる。ベイパーチャンバー複合体１０が暫く作動した後、作動液は液体状になっても気体状になっても平衡を維持できる。このように、本発明は二つのベイパーチャンバーを結合させ、それらの内部を相互に連絡させることによって二つのベイパーチャンバーを協働させること、即ち本発明の目的を達成できる。

二、複数のベイパーチャンバーを熱源に別々に付着させ、毛細管および弾力性のあるチューブによってベイパーチャンバーの高さを微調整し、複数のベイパーチャンバーを熱源に別々に密着させ、熱拡散を促進すれば、多熱源との接触が不完全になり、熱拡散効果を低下させるという問題を解決することができる。

（第２実施形態）
第二実施形態によるベイパーチャンバー複合体１０’は図７および図８に示した通りである。第一実施形態との違いは下記のとおりである。

ベイパーチャンバー複合体１０’において、毛細管３１’は一端が第一ベイパーチャンバー１１’の第一連結孔１２１’に差し込まれ、第一連結孔１２１’の壁面で囲まれ、他端が第二ベイパーチャンバー２１’の第二連結孔２２１’に差し込まれ、第二連結孔２２１’の壁面で囲まれる。チューブ４１’は一端が第一ベイパーチャンバー１１’の第一気孔１２２’に差し込まれ、第一気孔１２２’の壁面で囲まれ、他端が第二ベイパーチャンバー２１’の第二気孔２２２’に差し込まれ、第二気孔２２２’の壁面で囲まれる。

上述したとおり、第２実施形態は第一ベイパーチャンバー１１’および第二ベイパーチャンバー２１’に毛細管３１’およびチューブ４１’を連結する方式が第１実施形態と異なっても、第１実施形態と同様にそれらを効果的に連結し、安定させることができる。

第２実施形態のほかの構造および達成できる効果は第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

１０ ベイパーチャンバー複合体
１１ 第一ベイパーチャンバー
１２ 筐体
１２１ 第一連結孔
１２２ 第一気孔
１２４ 第一結合壁
１４ 第一チャンバー
１６ 第一毛細管材料
１６２ 第一穿孔
２１ 第二ベイパーチャンバー
２２ 筐体
２２１ 第二連結孔
２２２ 第二気孔
２２４ 第二結合壁
２４ 第二チャンバー
２６ 第二毛細管材料
２６２ 第二穿孔
３１ 毛細管
３６ 第三毛細管材料
４１ チューブ
５１ ベイパーチャンバー
１０’ ベイパーチャンバー複合体
１１’ 第一ベイパーチャンバー
１２１’ 第一連結孔
１２２’ 第一気孔
２１’ 第二ベイパーチャンバー
２２１’ 第二連結孔
２２２’ 第二気孔
３１’ 毛細管材料
４１’ チューブ

Claims (6)

1. 少なくとも二つのベイパーチャンバーと、二つずつの前記ベイパーチャンバーの間に連結された毛細管、チューブおよび作動液とを備え、少なくとも二つの前記ベイパーチャンバーの構造において、一つの前記ベイパーチャンバーは第一ベイパーチャンバーであり、別の一つの前記ベイパーチャンバーは第二ベイパーチャンバーであるベイパーチャンバー複合体であって、
   前記第一ベイパーチャンバーは、板状の筐体と、前記筐体の内部からなる第一チャンバーと、前記筐体の内壁面に沿って前記第一チャンバー内に配置される第一毛細管材料とを有し、前記筐体は前記筐体を貫通する第一連結孔および第一気孔を有し、前記第一毛細管材料は前記第一チャンバーの全体に充満せず、かつ空間上で前記第一気孔と繋がる第一穿孔を有し、
   前記第二ベイパーチャンバーは、板状の筐体と、前記筐体の内部からなる第二チャンバーと、前記筐体の内壁面に沿って前記第二チャンバー内に配置される第二毛細管材料とを有し、前記筐体は前記筐体を貫通する第二連結孔および第二気孔を有し、前記第二毛細管材料は前記第二チャンバーの全体に充満せず、かつ空間上で前記第二気孔と繋がる第二穿孔を有し、
   前記毛細管は、一端が前記第一ベイパーチャンバーの前記筐体に連結されて前記第一連結孔に繋がり、他端が前記第二ベイパーチャンバーの前記筐体に連結されて前記第二連結孔に繋がり、前記毛細管の内部が第三毛細管材料で充填され、前記第三毛細管材料は前記第一ベイパーチャンバーの前記第一連結孔に入り込み、前記第一ベイパーチャンバーの前記第一毛細管材料に連結されると同時に、前記第二ベイパーチャンバーの前記第二連結孔に入り込み、前記第二ベイパーチャンバーの前記第二毛細管材料に連結され、前記第三毛細管材料は前記毛細管の内部の断面を密封することで気体の流通を遮断し、
   前記チューブは、一端が前記第一ベイパーチャンバーの前記筐体に連結されて前記第一気孔および前記第一穿孔に繋がり、他端が前記第二ベイパーチャンバーの前記筐体に連結されて前記第二気孔および前記第二穿孔に繋がることで前記第一チャンバーと前記第二チャンバーとを相互に連絡させ、
   前記作動液は、前記第一ベイパーチャンバーの前記第一チャンバーおよび前記第二ベイパーチャンバーの前記第二チャンバーの中に注入され、相互に連結される前記第一毛細管材料、前記第二毛細管材料および前記第三毛細管材料に吸収されることを特徴とする、
   ベイパーチャンバー複合体。
2. 前記第三毛細管材料は、前記毛細管に充満することを特徴とする請求項１に記載のベイパーチャンバー複合体。
3. 前記第三毛細管材料において、前記第一ベイパーチャンバーの前記第一連結孔に入り込み、前記第一毛細管材料と連結する部分と、前記第二ベイパーチャンバーの前記第二連結孔に入り込み、前記第二毛細管材料と連結する部分とは隙間のない状態を呈することを特徴とする請求項２に記載のベイパーチャンバー複合体。
4. 前記第一ベイパーチャンバーの前記筐体は、前記第一連結孔および前記第一気孔の周縁部に沿って形成された突起状の結合壁を有し、前記結合壁によって前記毛細管および前記チューブの末端表面を囲み、前記第二ベイパーチャンバーの前記筐体は、前記第二連結孔および前記第二気孔の周縁部に沿って形成された突起状の結合壁を有し、前記結合壁によって前記毛細管および前記チューブの末端表面を囲むことを特徴とする請求項１に記載のベイパーチャンバー複合体。
5. 前記毛細管は一端が前記第一ベイパーチャンバーの前記第一連結孔に差し込まれ、前記第一連結孔の壁面で囲まれ、他端が前記第二ベイパーチャンバーの前記第二連結孔に差し込まれ、前記第二連結孔の壁面で囲まれ、前記チューブは一端が前記第一ベイパーチャンバーの前記第一気孔に差し込まれ、前記第一気孔の壁面で囲まれ、他端が前記第二ベイパーチャンバーの前記第二気孔に差し込まれ、前記第二気孔の壁面で囲まれることを特徴とする請求項１に記載のベイパーチャンバー複合体。
6. 前記第一ベイパーチャンバーにおいて、前記第一連結孔および前記第一気孔は前記第一ベイパーチャンバーの板状の前記筐体上の同じ面に位置し、前記第二ベイパーチャンバーにおいて、前記第二連結孔および前記第二気孔は前記第二ベイパーチャンバーの板状の前記筐体上の同じ面に位置することを特徴とする請求項１に記載のベイパーチャンバー複合体。

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