JP2019190810A - スペーサーによって気体作動流体流路および液体作動流体流路を仕切る還流式ベイパーチャンバー - Google Patents

Abstract

【課題】還流式ベイパーチャンバーを提供する。【解決手段】還流式ベイパーチャンバーは内部が真空状態の密封空間である。作動流体は還流式ベイパーチャンバーの内部に充填される。還流式ベイパーチャンバーはベース、スペーサー、蓋および毛細管構造を備える。ベースは第一溝部、第二溝部および延長溝部を有する。延長溝部は第一溝部から第二溝部まで伸びる。スペーサーはベースに連結され、延長溝部を独立の毛細管路および気流流路に分割する。毛細管路および気流流路は第一溝部および第二溝部に繋がる。蓋はベースおよびスペーサーに被さって密封空間を構成する。密封空間は第一溝部、第二溝部および延長溝部を含む。毛細管構造は第一溝部、第二溝部および毛細管路内に位置する。【選択図】図１

Description

本発明はベイパーチャンバー、特に還流式ベイパーチャンバーに関するものである。

特許文献１により掲示された冷却装置および電子設備において、気液分離・還流式ベイパーチャンバーは気体管部および液体管部で受熱プレートおよび放熱プレートを連結することによって構成される。

製造する際に、冷却装置の受熱プレート、放熱プレート、気体管部および液体管部を溶接工程によって連結して還流式ベイパーチャンバーを構成する。

しかしながら、溶接工程はプレートの金属構造を破壊するだけでなく、溶接箇所の金属を炭化させるため、後続工程または運送作業中に衝撃を受けるか長時間にわたって使用されたことが原因で損壊してしまうという問題が発生する。

一方、溶接工程によって製作された還流式ベイパーチャンバーは体積が比較的大きい。軽薄型電子製品の設計は体積の大きい放熱設備を採用できない。従って、如何に還流式ベイパーチャンバーの体積を効果的に縮減し、還流式ベイパーチャンバー内の気体作動流体および液体作動流体を効率よく流動させるかということはそれに関連する分野において解決したい問題である。

米国ＵＳ２０１６／０１２８２３４Ａ１号公報

本発明は、上述した欠点に鑑み、隣り合う単独の延長流路によって作動流体を効率よく流動させ、体積を縮減し、製品の寿命を伸ばすことができる還流式ベイパーチャンバーを提供することを主な目的とする。

上述した課題を解決するため、還流式ベイパーチャンバーはベース、スペーサー、蓋および毛細管構造を備える。ベースは第一溝部、第二溝部および延長溝部を有する。延長溝部は第一溝部から第二溝部まで伸び、第一端および第二端を有する。延長溝部の第一端は第一溝部に対応する。延長溝部の第二端は第二溝部に対応する。スペーサーはベースに連結され、延長溝部の第一端から延長溝部の第二端まで伸びて延長溝部を独立の毛細管路および気流流路に分割する。毛細管路および気流流路は第一溝部および第二溝部に繋がる。蓋はベースおよびスペーサーに被さって密封空間を構成する。密封空間は第一溝部、第二溝部および延長溝部を含む。毛細管構造は第一溝部、第二溝部および延長溝部の毛細管路内に分布する。

気体動作流体は気流流路によって第一溝部および第二溝部の間を移動するとともに熱エネルギーを温度の比較的低い溝部へ拡散させ、続いて温度の比較的低い溝部内の毛細構造によって液体動作流体に変わってベースおよび蓋の表面の温度を均一に維持する。

上述したとおり、本発明による還流式ベイパーチャンバーは単一の溝の中に気流流路および毛細管路を仕切ることによって体積を縮減するため、従来の構造より優れるだけでなく、軽薄型電子製品に適用できる。

本発明による還流式ベイパーチャンバーの詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方法を、以下実施形態の詳細な説明を通して明確にする。
以下の詳細な説明および本発明により提示された実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかわる領域において常識がある人ならば理解できるはずである。

本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーを示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーの一部分を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーを示す斜視図である。 図３中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーにおいて二つの延長溝部および二つのスペーサーが配置される状態を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーにおいて二つの延長溝部および二つのスペーサーが配置される状態を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーにおいて二つの延長溝部および二つのスペーサーが配置される状態を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーにおいて三つの延長溝部および三つのスペーサーが配置される状態を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーにおいて延長溝部、毛細管溝部および気流路溝部が配置される状態を示す分解斜視図である。 図９に示した本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーの一部分を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーにおいて図２より少ない毛細管構造が配置される状態を示す分解斜視図である。

以下、本発明による還流式ベイパーチャンバーの構成および達成できる効果を図面に基づいて説明する。なお、図面に示した還流式ベイパーチャンバーの部品、寸法および外観は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できない

（一実施形態）
図１から図４は本発明による還流式ベイパーチャンバーを示す分解斜視図、斜視図および断面図である。本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバー１０はベース１１、スペーサー１３、蓋１５および毛細管構造を備える。
本実施形態において、毛細管構造は第一毛細管層１７、第二毛細管層１８および第三毛細管層１９からなり、密封空間内に配置されるが、これに限らない。別の実施形態において、毛細管構造は層が増減してもよい。ベース１１は第一溝部１１１、第二溝部１１３および延長溝部１１５を有する。
延長溝部１１５は第一溝部１１１から第二溝部まで１１３伸びて第一溝部１１１および第二溝部１１３を連絡し、第一端１１５１および第二端１１５３を有する。第一端１１５１は第一溝部１１１に対応する。第二端１１５３は第二溝部１１３に対応する。つまり、第一端１１５１および第二端１１５３は延長溝部１１５と第一溝部１１１および第二溝部１１３の境界位置に対応する。

第一溝部１１１、第二溝部１１３および延長溝部１１５の溝底面１１７は同じ水平面上に位置するが、これに限らず、三つとも異なる水平面上に位置するか、一部分が同じ水平面上に位置し、別の一部分が異なる水平面上に位置してもよい。別の実施形態において、第一溝部１１１、第二溝部１１３および延長溝部１１５の底面は異なる水平面上に位置する。

スペーサー１３は、延長溝部１１５内に配置されてベース１１に連結され、延長溝部１１５の第一端１１５１から延長溝部１１５の第二端１１５３まで伸びて延長溝部１１５を独立の毛細管路１１５５および気流流路１１５７に分割する。
本実施形態において、スペーサー１３はベース１１から上に伸びて形成される、即ちベース１１と一体成型されるが、これに限らない。別の実施形態において、スペーサー１３とベース１１とは相互に分離する部材であってもよい。スペーサー１３とベース１１とは連結手段によって結合する。

毛細管路１１５５および気流流路１１５７は均等に配置される。つまり、延長溝部１１５内において毛細管路１１５５および気流流路１１５７は占有空間の大きさが一致するが、これに限らない。別の実施形態において、毛細管路１１５５および気流流路１１５７は配置が均等でなくてもよい。つまり、毛細管路１１５５の占有空間は気流流路１１５７の占有空間より小さいか、毛細管路１１５５の占有空間は気流流路１１５７の占有空間より大きい。

別の実施形態において、延長溝部１１５は内部に複数の毛細管路１１５５および複数の気流流路１１５７が存在してもよい。つまり、本発明において、毛細管路１１５５および気流流路１１５７は数が特に限定されないため、延長溝部１１５に数多くの毛細管路１１５５および気流流路１１５７を配置できるだけでなく、毛細管路１１５５の数と気流流路１１５７の数が同じでも一致しなくてもよい。言い換えれば、延長溝部１１５内の流路が多ければ、スペーサー１３が増加する。

蓋１５はベース１１およびスペーサー１３に被さるため、第一溝部１１１、第二溝部１１３および延長溝部１１５が密封空間となる。密封空間は真空状態であり、内部に動作流体（例えば水）が填充される。作動流体は密封空間内に液体気体の相転移を行い、循環流動を維持することによって放熱効果を生じる。

蓋１５およびベース１１は輪郭が相互に対応するが、これに限らない。別の実施形態において、密封空間を形成する条件を満足させれば蓋１５およびベース１１の平面図上の輪郭が相互に対応しなくてもよい。

本実施形態において、ベース１１および蓋１５はそれぞれＣＮＣ工程またはエッチング工程によって一体成型されるが、これに限らない。別の実施形態において、ベース１１および蓋１５は別の加工手段によって成型されるか、別々に異なる加工手段によって成型される。

第一毛細管層１７、第二毛細管層１８および第三毛細管層１９はそれぞれ密封空間内に分布する。第一毛細管層１７はベース１１の第一溝部１１１、第二溝部１１３および毛細管路１１５５内に形成される。第二毛細管層１８は第一溝部１１１に対応するように蓋１５に形成される。第三毛細管層１９は第二溝部１１３に対応するように蓋１５に形成される。

第一毛細管層１７、第二毛細管層１８および第三毛細管層１９は金属顆粒、金属メッシュ、金属繊維、金属線材または溝状部材から構成される。
第一毛細管層１７、第二毛細管層１８および第三毛細管層１９は焼結方式によってベース１１、スペーサー１３および蓋１５に連結され、焼結工程が完了した後、作動流体を十分に流動させる複数の毛細孔を生成する。第一毛細管層１７、第二毛細管層１８および第三毛細管層１９は上述に限らず、蓋１５の表面にスリットを入れて溝部を形成する方式によって製作されてもよい。

図４に示すように、第一毛細管層１７と第二毛細管層１８との間および第一毛細管層１７と第三毛細管層１９との間には中空チャンバー１７１が別々に配置される。二つの中空チャンバー１７１は構造が異なっても、機能が同じである。つまり、中空チャンバー１７１は気体動作流体に流動空間を提供することがその機能である。また中空チャンバー１７１は気流流路１１５７に繋がるため、気体作動流体は密封空間内を流動できる。

第一毛細管層１７は複数の支持部１７３を有する。複数の支持部１７３は中空チャンバー１７１内に位置し、相互に間隔を保つように配置されると同時にベース１１および蓋１５を支持する。支持部１７３は円柱形、円錐形、細長い形または幾何学形の支持構造である。支持部１７３は図面に限定されず、毛細管構造を有する固体状部材または毛細管構造がない固体状部材であってもよい。
ベース１１および蓋１５は支持部１７３に支持される。隣り合う支持部１７３の配列方式およびその間の間隔は本実施形態に限定されない。隣り合う支持部１７３の間隔の大きさと第一毛細管層１７の細孔の大きさとの差が大きければよい。第一毛細管層１７の細孔のサイズは業界においてよく知られるため、詳しい説明を省略する。

本実施形態において、図１および図２に示すように、第一毛細管層１７はベース１１に連結される。第二毛細管層１８および第三毛細管層１９はそれぞれ蓋１５に連結される。
別の実施形態において、第一毛細管層１７、第二毛細管層１８および第三毛細管層１９は枚数または層を増減可能な構造、例えば単枚または単層の構造、二枚または二枚以上の構造であってもよい。複数の支持部１７３は第一毛細管層１７、第二毛細管層１８および第三毛細管層１９に個別的に形成されるか、相互に対応するように形成されてもよい。

本発明において、還流式ベイパーチャンバー１０のベース１１および蓋１５は金属材質から製作され、加熱方式または別の結合手段によって緊密に結合して密封空間を形成する。

図３に示すように、本発明による還流式ベイパーチャンバー１０を作動させる際、第一溝部１１１に対応する表面は受熱部位になる。受熱部位は熱源に接触し、熱源に生じた熱エネルギーを吸収する。熱源はマイクロプロセッサ、集積回路、ＲＦコンポーネント、別の熱エネルギーを生じる部材またはモジュールである。モジュールは一つまたは複数の部材または電子部品から構成された電子回路を含む。

続いて、第二溝部１１３に対応する表面は直接または間接に放熱モジュールに接触する放熱部位になる。放熱部位が放熱モジュールに直接に接触する際、放熱モジュールは放熱フィンまたは放熱フィンおよびファンの組み合わせが放熱部位に直接に接触し、放熱部位を冷却させる。
放熱部位が放熱モジュールに間接に接触する際、放熱モジュールは放熱部位に接触せず、ファンの生じた気流などの流体によって放熱部位を冷却させる。別の実施形態において、放熱モジュールは上述に限らず、複数の放熱フィン、複数のファンまたは別の部材からなってもよい。

受熱部位が熱エネルギーを吸収した後、受熱部位上の第一溝部１１１に対応する第一毛細管層１７内の液体動作流体は気体作動流体に転換する。続いて気体動作流動液は気流流路１１５７によって放熱部位上の第二溝部１１３に対応する第一毛細管層１７、即ち放熱部位に対応する第一毛細管層１７に流れ込んで接触し、冷却して液体動作流体に転換する。続いて、液体動作流体が第一毛細管層１７に流れ込み、第二溝部１１３、毛細管路１１５５および第一溝部１１１を順に流れ、液体気体の相転移の循環経路を辿れば、還流式ベイパーチャンバーに放熱効果を発揮させることができる。

図５から図８の分解斜視図に示すように、本発明の別の実施形態において、ベース１１の延長溝部１１５およびスペーサー１３は数は上述に限らず、二つ、三つまたはそれ以上でもよい。
図５から図７は本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーにおいて二つの延長溝部が配置される状態を示す分解斜視図である。図８は本発明の一実施形態による還流式ベイパーチャンバーにおいて三つの延長溝部が配置される状態を示す分解斜視図である。

（別の一実施形態）
図５に示すように、蓋３５、ベース３１、第一毛細管層３７、第二毛細管層３８および第三毛細管層３９は構成、連結関係および目的が上述と同じであるため、説明を省略する。
図５と図１との違いは延長溝部３１５ａ、３１５ｂの延長方式にある。図５において、二つの延長溝部３１５ａ、３１５ｂは直線状に延長され、第一溝部３１１から第二溝部３１３まで伸びる。二つのスペーサー３３ａ、３３ｂは二つの延長溝部３１５ａ、３１５ｂの延長方向に対応して伸びる。

図６に示すように、蓋４５、ベース４１、第一毛細管層４７、第二毛細管層４８および第三毛細管層４９は構成、連結関係および目的が上述と同じであるため、説明を省略する。
二つの延長溝部４１５ａ、４１５ｂは第一溝部４１１に突出して曲がり直線状に伸び、続いて方向転換して第二溝部４１３まで伸びる。延長溝部４１５ａは第一溝部４１１および第二溝部４１３の左側に位置する。延長溝部４１５ｂは第一溝部４１１および第二溝部４１３の右側に位置する。スペーサー４３ａは延長溝部４１５ａの延長方向に対応して伸びる。スペーサー４３ｂは延長溝部４１５ｂの延長方向に対応して伸びる。つまり、延長溝部およびスペーサーの延長方向は上述した実施形態かつ同じ延長方向に限定されない。

図７に示すように、蓋５５、ベース５１、第一毛細管層５７、第二毛細管層５８および第三毛細管層５９は構成、連結関係および目的が上述と同じであるため、説明を省略する。
延長溝部５１５ａは直線状に延長され、第一溝部５１１から第二溝部５１３まで伸びる。延長溝部５１５ｂは第一溝部５１１および第二溝部５１３の後方に位置し、第一溝部５１１の後方へ伸びて曲がり横線状に伸び、続いて方向転換して第二溝部５１３まで伸びる。スペーサー５３ａは延長溝部５１５ａの延長方向に対応して伸びる。スペーサー５３ｂは延長溝部５１５ｂの延長方向に対応して伸びる。

図８に示すように、蓋６５、ベース６１、第一毛細管層６７、第二毛細管層６８および第三毛細管層６９は構成、連結関係および目的が上述と同じであるため、説明を省略する。二つの延長溝部６１５ａ、６１５ｂの延長方式は図７に示した延長方式と同じであるため、説明を省略する。
図７との違いは次のとおりである。延長溝部６１５ｃは第一溝部６１１および第二溝部６１３の前方に位置し、第一溝部６１１の前方へ伸びて曲がり横線状に伸び、続いて方向転換して第二溝部６１３まで伸びる。

図５から図８に示すように、延長溝部およびスペーサーが増加し、多くの気流流路および毛細管路を形成すれば、放熱効率を向上させることができる。

（別の一実施形態）
図９および図１０に示すように、本発明の別の一実施形態による還流式ベイパーチャンバー７０において、ベース７１は毛細管溝部７１７および気流路溝部７１９を有する。蓋７５、ベース７１、第一毛細管層７７、第二毛細管層７８および第三毛細管層７９は構成、連結関係および目的が上述と同じであるため、説明を省略する。
毛細管溝部７１７および気流路溝部７１９はそれぞれ第一溝部７１１および第二溝部７１３に繋がる。密封空間は第一溝部７１１、第二溝部７１３、延長溝部７１５５、毛細管溝部７１７および気流路溝部７１９を含む。別の実施形態において、密封空間は上述した実施形態に限定されず、それ以上の複数の溝部を含む。

第一毛細管層７７は第一溝部７１１、第二溝部７１３、延長溝部７１５５および毛細管溝部７１７に分布し、毛細管溝部７１７での機能が延長溝部７１５５での機能と同じであるため、説明を省略する。気流路溝部７１９は機能が気流流路と同じであるため、説明を省略する。

（別の一実施形態）
図１１に示すように、本発明の別の一実施形態による還流式ベイパーチャンバー８０はベース８１、スペーサー８３、蓋８５および毛細管構造を備える。図２に示した実施形態との違いは図２中の第二毛細管層１８に相当する毛細管層が配置されていないことである。
毛細管構造は毛細管層８７および第二溝部８１３に対応する毛細管層８９を有する。毛細管層８７は焼結方式によってベース８１に連結される。毛細管層８７は第一溝部８１１および毛細管路８１５５に分布し、一部分の毛細管層８７が毛細管路８１５５から第二溝部８１３に伸びて別の毛細管層８９に接触するため、液体作動流体は毛細管層８７および毛細管層８９によって流動し、熱伝導および放熱効果を発揮することができる。

図２に示した実施形態に対し、図１１に示した実施形態は毛細管構造の層が比較的少ない。層の比較的少ない毛細管構造は配置方式が上述に限らない。層の比較的多い毛細管構造は毛細管部位を多層に分割できる。上述した実施形態において、毛細管構造は密封空間内に形成され、第一溝部、第二溝部および毛細管路内に位置する。詳しく言えば、毛細管構造の全体または一部分は溝部および毛細管路に分布するか、溝部または毛細管路から上に伸びる範囲に分布する。

上述したとおり、液体気体の相転移を行う作動流体は隣り合うように仕切られた毛細管路および気流流路によって第二溝部および第二溝部の間を効率よく流動できるため、本発明による還流式ベイパーチャンバーは熱伝導効果および放熱効果を向上させることができる。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０、７０、８０ 還流式ベイパーチャンバー
１１、３１、４１、５１、６１、８１ ベース
１１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１、８１３ 第一溝部
１１３、３１３、４１３、５１３、６１３、７１３、８１５ 第二溝部
１１５、３１５ａ、３１５ｂ、４１５ａ、４１５ｂ、５１５ａ、５１５ｂ、６１５ａ、６１５ｂ、６１５ｃ、７１５ 延長溝部
１１５１ 第一端
１１５３ 第二端
１１５５、７１５５、８１５５ 毛細管路
１１５７、７１５７ 気流流路
１１７ 溝底面
１３、３３ａ、３３ｂ、４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、７３、８３ スペーサー
１５、３５、４５、５５、６５、７５、８５ 蓋
１７、３７、４７、５７、６７、７７ 第一毛細管層
１７１ 中空チャンバー
１７３ 支持部
１８、３８、４８、５８、６８、７８ 第二毛細管層
１９、３９、４９、５９、６９、７９ 第三毛細管層
７１７ 毛細管溝部
７１９ 気流路溝部
８７、８９ 毛細管層

Claims (11)

1. 内部が真空状態の密封空間であり、前記密封空間に作動流体が充填してある還流式ベイパーチャンバーであって、
   ベース、スペーサー、蓋および毛細管構造を備え、
   前記ベースは、第一溝部、第二溝部および延長溝部を有し、前記延長溝部は前記第一溝部から前記第二溝部まで伸び、前記第一端および前記第二端を有し、前記延長溝部の前記第一端は前記第一溝部に対応し、前記延長溝部の前記第二端は前記第二溝部に対応し、
   前記スペーサーは、前記ベースに連結され、前記延長溝部の前記第一端から前記延長溝部の前記第二端まで伸びて前記延長溝部を独立の毛細管路および気流流路に分割し、前記毛細管路および前記気流流路は前記第一溝部および前記第二溝部に繋がり、
   前記蓋は、前記ベースおよび前記スペーサーを覆って密封空間を構成し、前記密封空間は前記第一溝部、前記第二溝部および前記延長溝部を含み、
   前記毛細管構造は、前記第一溝部、前記第二溝部および前記延長溝部の前記毛細管路内に位置することを特徴とする、
   還流式ベイパーチャンバー。
2. 前記延長溝部内において、前記毛細管路および前記気流流路は占有空間が均等であることを特徴とする請求項１に記載の還流式ベイパーチャンバー。
3. 前記延長溝部内において、前記毛細管路および前記気流流路は前記占有空間が均等でないことを特徴とする請求項１に記載の還流式ベイパーチャンバー。
4. 前記毛細管路の前記占有空間は前記気流流路の前記占有空間より小さいことを特徴とする請求項３に記載の還流式ベイパーチャンバー。
5. 前記毛細管路の前記占有空間は前記気流流路の前記占有空間より大きいことを特徴とする請求項３に記載の還流式ベイパーチャンバー。
6. 前記ベースは、さらに毛細管溝部および気流路溝部を有し、前記毛細管溝部および前記気流路溝部は前記第一溝部および前記第二溝部に繋がり、前記密封空間はさらに前記毛細管溝部および前記気流路溝部を含み、前記毛細管構造は前記毛細管溝部内にも形成されることを特徴とする請求項１に記載の還流式ベイパーチャンバー。
7. 前記毛細管構造は、第一毛細管層、第二毛細管層および第三毛細管層を有し、前記第一毛細管層は焼結工程によって前記ベースに連結され、前記第二毛細管層は前記第一溝部に対応するように前記蓋に形成され、前記第三毛細管層は前記第二溝部に対応するように前記蓋に形成され、前記第一毛細管層と前記第二毛細管層との間および前記第一毛細管層と前記第三毛細管層との間には前記気流流路に繋がる中空チャンバーが別々に配置されることを特徴とする請求項１に記載の還流式ベイパーチャンバー。
8. 前記第一毛細管層は複数の支持部を有し、複数の前記支持部は前記中空チャンバー内に間隔を置いて配置されることで前記ベースおよび前記蓋を支持することを特徴とする請求項７に記載の還流式ベイパーチャンバー。
9. 前記蓋および前記ベースは輪郭が相互に対応することを特徴とする請求項１に記載の還流式ベイパーチャンバー。
10. 前記スペーサーは前記ベースから上方の前記蓋まで伸びることを特徴とする請求項１に記載の還流式ベイパーチャンバー。
11. 前記第一溝部、前記第二溝部および前記延長溝部の溝底面は同じ水平面上に位置することを特徴とする請求項１に記載の還流式ベイパーチャンバー。

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