JP2019194515A

JP2019194515A - 還流型ベイパーチャンバー

Info

Publication number: JP2019194515A
Application number: JP2018132253A
Authority: JP
Inventors: 曾惓祺; Quan Qi Ceng; 廖文靖; wen jing Liao; 崔明全; Ming Quan Cui
Original assignee: Tai Sol Electronics Co Ltd
Current assignee: Tai Sol Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2019-11-07
Also published as: TW201947179A; TWI672478B; US20190339022A1

Abstract

【課題】還流型ベイパーチャンバーを提供する。【解決手段】還流型ベイパーチャンバーはベース、蓋、毛細管材、空間用スペーサーおよび作動液を備える。ベースは内側が凹んで空間となる。蓋はベースに被さって空間を密封して蒸発チャンバー、気体流路、冷却流路および液体流路を構成する。気体流路は一端が蒸発チャンバーに繋がり、他端が冷却流路に繋がる。冷却流路は液体流路に繋がる。液体流路は蒸発チャンバーに繋がる。毛細管材は蒸発チャンバー内に充満しないように配置され、蒸発チャンバーに蒸気空間を保留させる。蒸発空間は気体流路に繋がる。毛細管材は一部分が液体流路の末端部に対応する。空間用スペーサーは蒸発チャンバー内に配置され、蒸発空間および液体流路を隔離する。作動液は蒸発チャンバー内に充填される。【選択図】図２

Description

本発明は、ベイパーチャンバー（ＶａｐｏｒＣｈａｍｂｅｒ）、特に還流型ベイパーチャンバーに関するものである。

周知のベイパーチャンバー技術において、特許文献１により掲示されたベイパーチャンバーは上下の二枚の金属板の間に二層の毛細管構造および支持構造（柱状支持部）が配置され、同時に作動液が充填されるものである。上述した技術によって稼働できるベイパーチャンバーを構築する。

ベイパーチャンバーの厚さを削減するために、特許文献１により掲示された薄型ベイパーチャンバーは上下の金属板の間に一層の毛細管構造が配置され、毛細管構造に複数の貫通孔が形成され、複数の貫通孔に中空の柱状体が差し込まれる。
上述した薄型ベイパーチャンバーは内部空間の高さが比較的低いため一層の毛細管構造しか配置できなくても、液体作動液の吸着効果を発揮できる。一方、内部空間の高度を減らしベイパーチャンバー全体の厚さを削減する方式を採用することによって薄型化を実現させる。

上述した先行技術は従来のベイパーチャンバーの概念から少なくとも一層の毛細管構造を配置することが必要であるため、それ以上厚さを削減することができない。
そこで本出願人はベイパーチャンバー内の毛細管層を調整する余地があり、ベイパーチャンバー内部の部分的な位置に対応する上下の金属板に毛細管層を配置しなければベイパーチャンバーの厚さを削減することが可能になることを認識した。

台湾特許Ｉ５９２６２３号公報

本発明は、内部に作動液に気液相転移を進行させる還流経路を配置することによって還流経路に毛細管層を配置せず、ベイパーチャンバーの厚さの削減を実現させることができる還流型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の還流型ベイパーチャンバーは、ベース、蓋、毛細管材、空間用スペーサーおよび作動液を備える。ベースは内側が凹んで空間となる。蓋はベースに被さって空間を密封して蒸発チャンバー、気体流路、冷却流路および液体流路を構成する。気体流路は一端が蒸発チャンバーに繋がり、他端が冷却流路に繋がる。冷却流路は液体流路に繋がる。液体流路は蒸発チャンバーに繋がる。毛細管材は蒸発チャンバー内に充満しないように配置され、蒸発チャンバーに蒸気空間を保留させる。蒸発空間は気体流路に繋がる。毛細管材は一部分が液体流路の末端部に対応する。空間用スペーサーは蒸発チャンバー内に配置され、蒸発空間および液体流路を隔離する。作動液は蒸発チャンバー内に充填される。

本発明において、気体流路、冷却流路および液体流路からなる還流経路はベースおよび蓋の間に一体になり、かつ毛細管層が配置されなくても作動液に気液相転移を進行させ、蒸発チャンバーまで還流させることができる。
上述したとおり、本発明は毛細管層を配置することが必要でないため、ベイパーチャンバー上の還流経路に対応する部位の厚さを削減することができる。

本発明の第１実施形態を示す斜視図である。本発明の第１実施形態を示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態においてのベースを示す平面図である。図１中の４−４線に沿った断面図である。本発明の第１実施形態において液体弾を生成する状態を示す平面図である。本発明の第２実施形態を示す分解斜視図である。本発明の第２実施形態においてのベースを示す平面図である。本発明の第３実施形態を示す分解斜視図である。本発明の第３実施形態においてのベースを示す平面図である。

以下、本発明による還流型ベイパーチャンバーを図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１から図４に示すように、本発明の第１実施形態による還流型ベイパーチャンバー１０はベース１１、蓋２１、毛細管材２６、空間用スペーサー２７および作動液から構成される。

ベース１１は、内側が凹んで空間１２となる。

蓋２１は、ベース１１に被さって空間１２を密封して蒸発チャンバー１２１、気体流路１２２、冷却流路１２３および液体流路１２４を構成する。気体流路１２２は一端が蒸発チャンバー１２１に繋がり、他端が冷却流路１２３に繋がる。凝結通路１２３は液体流路１２４に繋がる。液体流路１２４は蒸発チャンバー１２１に繋がる。気体流路１２２、冷却流路１２３および液体流路１２４は蒸発チャンバー１２１に対応する還流経路を構成する。

毛細管材２６は、蒸発チャンバー１２１内に充満しないように配置され、蒸発チャンバー１２１に蒸気空間１２８を保留させる。蒸発空間１２８は気体流路１２２に繋がる。毛細管材２６は一部分が液体流路１２４の末端部に隣接する。本実施形態において、毛細管材２６は銅粉末焼結によってベース１１内の蒸発チャンバー１２１の底部に成形された板状の毛細管構造である。
蒸発空間１２８は毛細管材２６と蓋２１との間に位置付けられる。毛細管材２６は毛細管材２６および蓋２１に接触する複数の支持部２６１を有する。複数の支持部２６１は毛細管材２６と同じ材料を採用し、焼結工程によって毛細管材２６と一体成型されてもよい。或いは金属ブロックから構成されてもよい。本実施形態において、複数の支持部２６１と毛細管材２６は同じ材料（即ち銅粉末）を採用し、焼結工程によって一体成型される。複数の支持部２６１は上述に限らず、状況に応じて削除されてもよい。詳しく言えば、支持性が求められないか、毛細管材２６内に作動液が還流する際に問題がなければ、支持部を配置しなくても正常作動を維持することができる。

空間用スペーサー２７は蒸発チャンバー１２１内に配置され、蒸発空間１２８および液体流路１２４を隔離する。本実施形態において、空間用スペーサー２７は毛細管材２６と同じ材料で製作された毛細管部材であり、毛細管材２６と一体成型される。空間用スペーサー２７は毛細管材２６から蓋２１に伸びて当接し、かつ液体流路１２４内の所定長さまで入り込むように伸びて蒸発空間１２８および液体流路１２４を完全に隔離する。

作動液は、蒸発チャンバー１２１に充填され、毛細管材２６に吸着する。本実施形態において、作動液は関連する業界において熟知される部材、例えば純水からなるが、吸着状態が図面で表示されにくいため、図面表示および詳細な説明を省略する。

以上は本発明の第１実施形態の構造についての説明である。続いて本発明の第１実施形態の作動状態について説明を進める。

図５に示すように、還流型ヒートパイプ１０が作動する前に、コンピューターの中央処理装置（ＣＰＵ）などの発熱体（図中未表示）にベース１１を付着させ、蒸発チャンバー１２１を発熱体に対応させ、ベース１１上の冷却流路１２３に対応する部位に放熱部材１００を配置する。本実施形態において、放熱部材１００は複数のフィンから構成される。

図５に示すように、還流型ヒートパイプ１０が作動すると、発熱体の熱エネルギーは蒸発チャンバー１２１に伝導する。続いて蒸発チャンバー１２１内の毛細管材２６に吸着した作動液は蒸発し、気体作動液に変わって蒸気空間１２８内に拡散し、そののち気体流路１２２を流れて冷却流路１２３に到達する。続いて、放熱部材１００は空気によって熱エネルギーを拡散させ、冷却流路１２３の温度を蒸発チャンバー１２１の温度以下に降下させるため、冷却流路１２３内の気体作動液は冷却および凝結し、水滴状の液体作動液に変わって冷却流路１２３の内壁面に付着する。
冷却して凝集した液体作動液が多ければ水滴状の液体作動液が大きくなり、冷却流路１２３の断面に充満する液体弾２９を生成する。このとき気体作動液は気体流路１２２から冷却流路１２３に持続的に流れ込み、圧力差を生じるため、液体弾２９は気体作動液の生じた圧力差によって冷却流路１２３から液体流路１２４へ前進し、そののち蒸発チャンバー１２１に流れ込み、再び空間用スペーサー２７に吸着することによって毛細管材２６に還流する。
このような循環作用により発熱体の熱エネルギーを持続的に誘導し、良好な放熱効果を達成することができる。

第１実施形態において、気体流路１２２、冷却流路１２３および液体流路１２４からなる還流経路および蒸発チャンバー１２１は蓋２１とベース１１によって密封された空間内に一体になるように形成されるため、構造上の一体性を有する。毛細管層が配置されなくても還流経路は作動液に気液相転移を進行させ、作動液を蒸発チャンバー１２１に還流させることができる。上述したとおり、本発明は毛細管層を配置することが必要でないため、ベイパーチャンバー上の還流経路に対応する部位の厚さを削減することができる。

（第２実施形態）
図６および図７は本発明の第２実施形態による還流型ヒートパイプ３０を示す模式図である。第１実施形態との違いは次のとおりである。

第２実施形態において、ベース３１は二つの流路用スペーサー３４を有する。二つの流路用スペーサー３４は板状を呈し、液体流路３２４内に位置し、液体流路３２４から冷却流路３２３まで伸びるように配置されて液体流路３２４および冷却流路３２３を三つの液体弾流路３４１に仕切る。三つの液体弾流路３４１は液体流路３２４および冷却流路３２３を縦断し、口径が気体流路３２２の口径より小さい。
図７に示すように、流路用スペーサー３４によって形成された液体弾流路３４１は口径が比較的小さいため、冷却流路３２３に凝結した水滴状の作動液は液体弾流路３４１の断面に充満する液体弾４９を容易に生成できる。

第２実施形態において、空間用スペーサー４７は液体流路３２４に入り込まず、下方の毛細管材４６および上方の蓋４１に当接すると同時に蒸発空間３２８と液体流路３２４を隔離する金属ブロックである。

第２実施形態において、流路用スペーサー３４は数が二つに限らず、状況に応じて一つまた二つ以上であってもよい。

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。

（第３実施形態）
図８および図９は本発明の第３実施形態による還流型ヒートパイプ５０を示す模式図である。第２実施形態との違いは次のとおりである。

第３実施形態において、毛細管材６６は液体流路５２４の所定長さまで伸びるように配置される。空間用スペーサー６７は液体流路５２４内の毛細管材６６が配置してある部位の上方に位置付けられる。つまり、断面から見ると、空間用スペーサー６７は液体流路５２４内の毛細管材６６が配置してある部位を遮断せず液体流路５２４に分布するように配置される。

第３実施形態において、二つの流路用スペーサー５４は液体流路５２４から気体流路５２２まで伸びるように配置されても、蒸発空間５２８から気体流路５２２に流入する気体作動液を妨害することがない。

上述したとおり、空間用スペーサー６７は蒸発空間５２８および液体流路５２４を隔離する効果を発揮できる。毛細管材６６は液体流路５２４に入り込む部位によって液体流路５２４内の液体作動液を吸収できる。

第３実施形態のほかの構造および達成できる効果は第２実施形態と同じであるため、説明を省略する。

１０、３０、５０還流型ベイパーチャンバー
１１、３１ベース
１２空間
１２１蒸発チャンバー
１２２、３２２、５２２気体流路
１２３、３２３冷却流路
１２４、３２４、５２４液体流路
１２８、３２８、５２８蒸発空間
２１、４１蓋
２６、４６、６６毛細管材
２６１支持部
２７、４７、６７空間用スペーサー
２９、４９液体弾
３４、５４流路用スペーサー
３４１液体弾流路
１００放熱部材

Claims

ベース、蓋、毛細管材、空間用スペーサーおよび作動液を備え、
前記ベースは、内側が凹んで空間となり、
前記蓋は、前記ベースに被さって空間を密封して蒸発チャンバー、気体流路、冷却流路および液体流路を構成し、前記気体流路は一端が前記蒸発チャンバーに繋がり、他端が前記冷却流路に繋がり、前記冷却流路は前記液体流路に繋がり、前記液体流路は前記蒸発チャンバーに繋がり、
前記毛細管材は、前記蒸発チャンバー内に充満しないように配置され、前記蒸発チャンバーに蒸気空間を保留させ、前記蒸発空間は前記気体流路に繋がり、
前記毛細管材は、一部分が前記液体流路の末端部に対応し、
前記空間用スペーサーは、前記蒸発チャンバー内に配置され、前記蒸発空間および前記液体流路を隔離し、
前記作動液は、前記蒸発チャンバー内に充填されることを特徴とする、
還流型ベイパーチャンバー。
前記ベースは、少なくとも一つの流路用スペーサーを有し、少なくとも一つの前記流路用スペーサーは前記液体流路内に配置されて前記液体流路を複数の液体弾流路に仕切ることを特徴とする請求項１に記載の還流型ベイパーチャンバー。
少なくとも一つの前記流路用スペーサーは、前記液体流路から前記冷却流路まで伸びるように配置されることを特徴とする請求項２に記載の還流型ベイパーチャンバー。
少なくとも一つの前記流路用スペーサーは、前記液体流路から前記冷却流路を通って前記気体流路まで伸びるように配置されることを特徴とする請求項３に記載の還流型ベイパーチャンバー。
前記液体弾流路は、口径が前記気体流路の口径より小さいことを特徴とする請求項２に記載の還流型ベイパーチャンバー。
前記空間用スペーサーは、前記毛細管材と一体成型された毛細管部材であり、前記毛細管材から前記蓋に伸びて当接し、かつ前記液体流路内の所定長さまで入り込むように配置されることを特徴とする請求項１に記載の還流型ベイパーチャンバー。
前記毛細管材は、焼結工程によって前記ベース内の前記蒸発チャンバーの底部に成形され、前記蒸発空間は、前記毛細管材と前記蓋との間に位置付けられ、前記毛細管材は、前記毛細管材および前記蓋に接触する複数の支持部を有することを特徴とする請求項１に記載の還流型ベイパーチャンバー。
複数の前記支持部と前記毛細管材は、同じ材料で一体成型されることを特徴とする請求項７に記載の還流型ベイパーチャンバー。
複数の前記支持部は、金属ブロックであることを特徴とする請求項７に記載の還流型ベイパーチャンバー。
前記空間用スペーサーは、下方の前記毛細管材および上方の前記蓋に当接する金属ブロックであることを特徴とする請求項１に記載の還流型ベイパーチャンバー。
前記毛細管材は、前記液体流路内の所定長さまで伸びるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の還流型ベイパーチャンバー。