JP2022082030A - ベーパーチャンバ - Google Patents
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Abstract
【課題】水素ガス等の非凝縮性ガスの吸収特性に優れ、狭小空間に設置される被冷却体の冷却に適用することができるベーパーチャンバを提供する。
【解決手段】内部に空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に設けられたウィック構造体と、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に形成された、気相の前記作動流体が流通する蒸気流路と、前記空洞部に配置された３５０℃以下で水素を吸収し且つ３５０℃以下で水素を放出しない水素吸蔵金属と、を有し、前記水素吸蔵金属が、前記空洞部の内面及び／または前記ウィック構造体のうち、前記作動流体と接触する領域にコーティングされているベーパーチャンバ。
【選択図】図１
【解決手段】内部に空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に設けられたウィック構造体と、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に形成された、気相の前記作動流体が流通する蒸気流路と、前記空洞部に配置された３５０℃以下で水素を吸収し且つ３５０℃以下で水素を放出しない水素吸蔵金属と、を有し、前記水素吸蔵金属が、前記空洞部の内面及び／または前記ウィック構造体のうち、前記作動流体と接触する領域にコーティングされているベーパーチャンバ。
【選択図】図１
Description
本発明は、コンテナ内部に存在する水素ガス等の非凝縮性ガスを低減することで、優れた熱輸送特性を発揮するベーパーチャンバに関するものである。
電気・電子機器や車両等に搭載されている半導体素子等の電子部品は、電気・電子機器や車両等の高機能化や小型化に伴う高密度搭載等により、発熱量が増大し、また、狭小空間に設置されることがある。近年、発熱量が増大し、また、狭小空間に設置される電子部品の冷却がより重要となっている。上記電子部品の冷却方法として、ベーパーチャンバやヒートパイプが使用されることがある。
ベーパーチャンバやヒートパイプのコンテナとして、機械的強度等と作動流体に対する適合性の観点から、例えば、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金（例えば、インコネル（登録商標））等の材料が使用される。しかし、コンテナと作動流体の適合性やコンテナの内部に不純物が混入する等により、コンテナと作動流体とが反応して、水素ガス等の非凝縮性ガスが発生することがある。コンテナの内部に水素ガス等の非凝縮性ガスが存在すると、非凝縮性ガスは潜熱を用いた熱輸送に寄与せず、コンテナの内部の真空状態を低下させるので、ベーパーチャンバやヒートパイプの熱輸送特性を低減させてしまうという問題があった。
そこで、作動流体とコンテナとが化学反応することによって生じる水素ガスを除去する、酸化第二銅等の金属を含む水素ガス除去材が凝縮部に設けられているヒートパイプにおいて、凝縮部の内壁面の複数箇所に、水素ガス除去材が接触して嵌め込まれているヒートパイプが提案されている（特許文献１）。
しかし、水素ガス除去材がコンテナに嵌め込まれている特許文献１では、金属酸化物の酸化還元反応を用いて水素を除去しており、金属酸化物の表面が主に反応に寄与することから、十分な水素ガスの除去能力が発揮されないという問題があった。また、特許文献１では、水素ガス除去材が還元されて、銅、鉛、バリウム等の金属イオンが作動流体に溶け出すので、熱輸送動作の信頼性を低下させるという問題があった。また、水素ガス除去材がコンテナに嵌め込まれている特許文献１では、気相の作動流体を円滑に流通させるために、コンテナの内部空間の体積を大きくする必要があった。近年、電子部品の設置場所がますます狭くなってきていることから、特許文献１では、狭小空間に設置される電子部品の冷却に適用することが難しいという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、水素ガス等の非凝縮性ガスの吸収特性に優れ、狭小空間に設置される被冷却体の冷却に適用することができるベーパーチャンバを提供することを目的とする。
本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
［１］内部に空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に設けられたウィック構造体と、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に形成された、気相の前記作動流体が流通する蒸気流路と、前記空洞部に配置された３５０℃以下で水素を吸収し且つ３５０℃以下で水素を放出しない水素吸蔵金属と、を有し、
前記水素吸蔵金属が、前記空洞部の内面及び／または前記ウィック構造体のうち、前記作動流体と接触する領域にコーティングされているベーパーチャンバ。
［２］前記コンテナが、一方の板状体と前記一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成された平面型コンテナである［１］に記載のベーパーチャンバ。
［３］前記水素吸蔵金属が、前記作動流体の凝縮する部位に配置されている［１］または［２］に記載のベーパーチャンバ。
［４］前記水素吸蔵金属のコーティングが、めっき層、スパッタリング層及び蒸着層からなる群から選択された少なくとも１種の層である［１］乃至［３］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［５］前記水素吸蔵金属のコーティングの厚さに対する、前記水素吸蔵金属のコーティングの直上における前記蒸気流路の厚さが、０．５０以上２０以下である［１］乃至［４］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［６］前記水素吸蔵金属のコーティングの平均厚さが、０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下である［１］乃至［５］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［７］前記水素吸蔵金属が、チタン系、パラジウム系、バナジウム系、カルシウム系またはこれらの複合系である［１］乃至［６］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［８］前記水素吸蔵金属が、チタンとパラジウムの複合した複合系である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［９］前記コンテナの材質が、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルまたはニッケル合金である［１］乃至［８］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１０］前記コンテナの材料が、ステンレス鋼である［１］乃至［９］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１１］前記空洞部の水素ガス量が、作動温度５０℃における前記空洞部内の全ガス量の１０体積％以下である［１］乃至［１０］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１２］［１］乃至［１１］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバを備えたヒートシンク。
［１］内部に空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に設けられたウィック構造体と、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に形成された、気相の前記作動流体が流通する蒸気流路と、前記空洞部に配置された３５０℃以下で水素を吸収し且つ３５０℃以下で水素を放出しない水素吸蔵金属と、を有し、
前記水素吸蔵金属が、前記空洞部の内面及び／または前記ウィック構造体のうち、前記作動流体と接触する領域にコーティングされているベーパーチャンバ。
［２］前記コンテナが、一方の板状体と前記一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成された平面型コンテナである［１］に記載のベーパーチャンバ。
［３］前記水素吸蔵金属が、前記作動流体の凝縮する部位に配置されている［１］または［２］に記載のベーパーチャンバ。
［４］前記水素吸蔵金属のコーティングが、めっき層、スパッタリング層及び蒸着層からなる群から選択された少なくとも１種の層である［１］乃至［３］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［５］前記水素吸蔵金属のコーティングの厚さに対する、前記水素吸蔵金属のコーティングの直上における前記蒸気流路の厚さが、０．５０以上２０以下である［１］乃至［４］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［６］前記水素吸蔵金属のコーティングの平均厚さが、０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下である［１］乃至［５］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［７］前記水素吸蔵金属が、チタン系、パラジウム系、バナジウム系、カルシウム系またはこれらの複合系である［１］乃至［６］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［８］前記水素吸蔵金属が、チタンとパラジウムの複合した複合系である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［９］前記コンテナの材質が、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルまたはニッケル合金である［１］乃至［８］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１０］前記コンテナの材料が、ステンレス鋼である［１］乃至［９］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１１］前記空洞部の水素ガス量が、作動温度５０℃における前記空洞部内の全ガス量の１０体積％以下である［１］乃至［１０］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１２］［１］乃至［１１］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバを備えたヒートシンク。
本発明のベーパーチャンバの態様によれば、水素吸蔵金属が、コンテナの空洞部内面及び／またはウィック構造体の領域にコーティングされていることにより、水素吸蔵金属が薄膜化されているので、コンテナの体積が狭小化しても、気相の作動流体が流通する蒸気流路を確保することができる。上記から、本発明のベーパーチャンバでは、コンテナの体積が狭小化しても、水素吸蔵金属に水素ガス等の非凝縮性ガスを十分に接触させることができる。従って、本発明のベーパーチャンバでは、さらなる狭小空間に設置される被冷却体であっても、優れた冷却特性を発揮することができる。
また、本発明のベーパーチャンバの態様によれば、水素吸蔵金属が、コンテナの空洞部内面及び／またはウィック構造体のうち、作動流体と接触する領域に配置されていることにより、水素ガス等の非凝縮性ガスの吸収特性に優れるので、長期にわたって、優れた熱輸送特性を発揮することができる。
本発明のベーパーチャンバの態様によれば、コンテナが、一方の板状体と前記一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成された平面型コンテナであることにより、さらなる狭小空間に設置された被冷却体であっても、確実に冷却特性を発揮することができる。
本発明のベーパーチャンバの態様によれば、水素ガス等の非凝縮性ガスは、凝縮部においても凝縮せず気相のまま存在するので、凝縮部から蒸発部へ還流せずに凝縮部に溜まる傾向にあるところ、水素吸蔵金属が作動流体の凝縮する部位に配置されていることにより、非凝縮性ガスが凝縮部で確実に水素吸蔵金属に吸収されるので、さらに優れた熱輸送特性を発揮することができる。
本発明のベーパーチャンバの態様によれば、水素吸蔵金属のコーティングが、めっき層、スパッタリング層及び蒸着層からなる群から選択された少なくとも１種の層であることにより、水素吸蔵金属が確実に薄膜化されているので、狭小空間に設置される被冷却体に対してさらに優れた冷却特性を発揮することができる。
本発明のベーパーチャンバの態様によれば、水素吸蔵金属のコーティングの厚さに対する水素吸蔵金属のコーティングの直上における前記蒸気流路の厚さが０．５０以上２．０以下であることにより、水素吸蔵金属の非凝縮性ガスの吸収特性と気相の作動流体の流通特性をバランスよく向上させることができる。
本発明のベーパーチャンバの態様によれば、水素吸蔵金属がチタン系とパラジウム系の複合した複合系であることにより、水素ガス等の非凝縮性ガスに対する吸収能力が向上し、より優れた熱輸送特性を発揮することができる。
以下に、本発明の実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。まず、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。なお、図１は、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの概要を説明する平面断面図である。図２は、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの概要を説明する側面断面図である。
図１、２に示すように、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１は、内部に空洞部１１を有するコンテナ１０と、空洞部１１に収容されたウィック構造体１２と、空洞部１１に封入された作動流体（図示せず）と、空洞部１１に形成された、気相の前記作動流体が流通する蒸気流路１４と、空洞部１１に配置された水素吸蔵金属１３と、を有している。水素吸蔵金属１３は、３５０℃以下で水素を吸収し且つ３５０℃以下で水素を放出しない金属である。
図２に示すように、コンテナ１０は、対向する２枚の板状体、すなわち、一方の板状体２１と一方の板状体２１と対向する他方の板状体２２とを重ねることにより形成された平面型コンテナである。一方の板状体２１と他方の板状体２２とを重ねることにより、コンテナ１０の内部に空洞部１１が形成されている。
一方の板状体２１と他方の板状体２２は、それぞれ、平板状の部材である。他方の板状体２２の中央部には、一方の板状体２１から視て凹部２３が設けられている。すなわち、他方の板状体２２は、一方の板状体２１と対向する面に、凹部２３を有している。一方で、一方の板状体２１の中央部には、凹部は設けられておらず、平面状となっている。従って、他方の板状体２２の凹部２３が、コンテナ１０の空洞部１１を形成している。すなわち、他方の板状体２２の凹部２３内面と一方の板状体２１内面とで形成されたコンテナ１０の中空部が、空洞部１１となっている。
コンテナ１０が、一方の板状体２１と一方の板状体２１と対向する他方の板状体２２とにより形成された平面型コンテナであることにより、さらなる狭小空間に設置された被冷却体であっても、確実に冷却特性を発揮することができる。
空洞部１１は、封止された空間であり、脱気処理により減圧されている。減圧されている空洞部１１の内部空間を維持するために、他方の板状体２２の内面には、一方の板状体２１方向へ突出した複数の突起部２４が設けられている。突起部２４が、他方の板状体２２が大気圧によって一方の板状体２１方向へ変形することを防止し、また、一方の板状体２１が大気圧によって他方の板状体２２方向へ変形することを防止する、支持体として機能する。
空洞部１１の内部空間が、気相の作動流体が流通する蒸気流路１４となっている。気相の作動流体は、蒸気流路１４を蒸発部から凝縮部の方向へ流通する。
コンテナ１０及び空洞部１１の平面視（ベーパーチャンバ１の平面部に対して鉛直方向から視認した態様）の形状は、特に限定されず、ベーパーチャンバ１の使用条件等に応じて、適宜選択可能であり、例えば、多角形状、曲げ部を有する形状等が挙げられる。図１では、コンテナ１０及び空洞部１１の平面視の形状は、いずれも、長方形となっている。
空洞部１１の内面１５には、水素吸蔵金属１３が設けられている。ベーパーチャンバ１では、一方の板状体２１の内面１５に、水素吸蔵金属１３が設けられている。水素吸蔵金属１３は、空洞部１１の内面１５上に、空洞部１１に対して露出した状態で配置されており、蒸気流路１４を流通する気相の作動流体と、直接、接する態様となっている。水素吸蔵金属１３は、空洞部１１の内面１５（ベーパーチャンバ１では、一方の板状体２１の内面１５）にコーティングされることで、作動流体と接触する領域に設けられている。従って、水素吸蔵金属１３は、空洞部１１の内面１５に形成されたコーティング層である。上記から、水素吸蔵金属１３は、空洞部１１の内面１５と一体化されている。
水素吸蔵金属１３は、空洞部１１のうち、例えば、作動流体の凝縮する部位に配置されている。図１、２に示すように、ベーパーチャンバ１では、水素吸蔵金属１３のコーティングは、空洞部１１の長手方向Ｘに沿って、空洞部１１の一端から他端まで柵状に延在している。また、水素吸蔵金属１３のコーティングは、空洞部１１の短手方向Ｙに沿って、複数列設けられている。上記から、ベーパーチャンバ１では、水素吸蔵金属１３は、作動流体の凝縮する部位を含め、空洞部１１の略全体にわたって設けられている。すなわち、ベーパーチャンバ１では、水素吸蔵金属１３は、コンテナ１０の蒸発部にも凝縮部にも設けられていることとなる。
水素吸蔵金属１３のコーティングを形成する方法としては、例えば、めっき、スパッタリング、真空蒸着等の蒸着などの製膜方法が挙げられる。上記から、水素吸蔵金属１３のコーティングの態様としては、例えば、めっき層、スパッタリング層、蒸着層等が挙げられる。水素吸蔵金属１３のコーティングが、めっき層、スパッタリング層、蒸着層等であることにより、薄膜化されている水素吸蔵金属１３が確実に得られる。
水素吸蔵金属１３のコーティングの平均厚さは、特に限定されないが、平均厚さの下限値は、水素吸蔵金属１３に水素ガス等の非凝縮性ガスの吸収特性を確実に付与する点から、０．０１ｍｍが好ましく、０．０２ｍｍが特に好ましい。一方で、水素吸蔵金属１３のコーティングの平均厚さの上限値は、コンテナ１０の体積が狭小化、例えば、コンテナ１０が薄型化しても、気相の作動流体が流通する蒸気流路１４を確実に確保する点から、０．１０ｍｍが好ましく、０．０８ｍｍが特に好ましい。
水素吸蔵金属１３のコーティングの厚さに対する、水素吸蔵金属１３のコーティングの直上における蒸気流路１４の厚さの割合は、特に限定されないが、水素吸蔵金属１３の水素ガス等の非凝縮性ガスの吸収特性と気相の作動流体の流通特性とをバランスよく向上させる点から、０．５０以上２０以下が好ましく、１．０以上１５以下がより好ましく、２．０以上１０以下が特に好ましい。
コンテナ１０の寸法は、ベーパーチャンバ１の設置空間の制約等、使用状況に応じて適宜選択可能であり、例えば、平面視の寸法が１０ｍｍ～１００ｍｍ×１０ｍｍ～２００ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍ～５．０ｍｍ等を挙げることができる。
水素吸蔵金属１３の材質としては、３５０℃以下で水素を吸収し且つ３５０℃以下で水素を放出しない金属であれば、特に限定されないが、例えば、チタン系、パラジウム系、バナジウム系、カルシウム系またはこれらの複合系を挙げることができる。これらのうち、水素ガス等の非凝縮性ガスに対する吸収能力が向上し、ベーパーチャンバ１に、より優れた熱輸送特性を付与することができる点から、チタン系とパラジウム系の複合した複合系が好ましい。チタン系とパラジウム系の複合した複合系としては、例えば、空洞部１１の内面１５側から順にチタン系の層とパラジウム系の層が積層構造となった複合系が挙げられる。
図１、２に示すように、ベーパーチャンバ１では、ウィック構造体１２は、空洞部１１の平面方向の略全体にわたって設けられている。ウィック構造体１２は、空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５に設けられている。また、ウィック構造体１２は、他方の板状体２２の突起部２４と一方の板状体２１とで挟持されることで、コンテナ１０内に固定された態様となっている。ウィック構造体１２の平面視の形状は、特に限定されず、ベーパーチャンバ１では、空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５のうち、水素吸蔵金属１３の設けられていない部位にウィック構造体１２が配置されている。従って、空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５は、その全体について、水素吸蔵金属１３のコーティングとウィック構造体１２のいずれかが配置されている。上記から、他方の板状体２２と水素吸蔵金属１３及びウィック構造体１２との間に形成された空間部が、蒸気流路１４となっている。
ウィック構造体１２は、毛細管力を生じる構造であれば、特に限定されず、例えば、金属メッシュ（金属細線の編組体）、金属細線の線条体、金属粉の焼結体等を挙げることができる。また、ウィック構造体１２は、空洞部１１の内面１５に細溝を複数設けたグルーブ構造でもよい。
コンテナ１０の材質は、特に限定されないが、例えば、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金（例えば、インコネル（登録商標））等を挙げることができる。このうち、コンテナ１０の耐久性と熱伝導性の点から、ステンレス鋼が好ましい。
ウィック構造体１２の材質は、使用状況に応じて適宜選択可能であり、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金（例えば、インコネル（登録商標））等を挙げることができる。また、ウィック構造体１２の材質は、コンテナ１０の材質と同じでもよく、異なっていてもよい。
空洞部１１に封入される作動流体としては、コンテナ１０及びウィック構造体１２の材質との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等を挙げることができる。
コンテナ１０は、所望の位置に発熱体（図示せず）が熱的に接続されることで、該位置が蒸発部として機能する。また、コンテナ１０は、蒸発部とは異なる部位が放熱フィン等の熱交換手段（図示せず）と熱的に接続される、または空冷等されることで、該部位が凝縮部として機能する。
発熱体から受熱した液相の作動流体は、コンテナ１０の蒸発部にて液相から気相へ相変化し、気相の作動流体がコンテナ１０の蒸発部から凝縮部へ流れることで、発熱体から作動流体へ伝達された熱をコンテナ１０の凝縮部へ輸送する。気相の作動流体はコンテナ１０の凝縮部にて液相へ相変化し、潜熱を放出するとともに、ウィック構造体１２の毛細管力によって、液相の作動流体はコンテナ１０の凝縮部から蒸発部へ還流する。一方で、水素ガス等の非凝縮性ガスは、コンテナ１０の凝縮部においても凝縮せず気相のまま存在するので、凝縮部から蒸発部へ還流せずに凝縮部に溜まる傾向にある。従って、上記の通り、水素吸蔵金属１３の配置部位は、効率的に水素ガス等の非凝縮性ガスを吸収する点から、少なくとも凝縮部に配置されることが好ましい。なお、空洞部１１の水素ガス等の非凝縮性ガス量としては、例えば、ベーパーチャンバ１の作動温度５０℃における空洞部１１内の全ガス量の１０体積％以下、より具体的には、１．０体積％以上１０体積％以下が挙げられる。
ベーパーチャンバ１では、水素吸蔵金属１３が空洞部１１の内面１５にコーティングされていることにより、水素吸蔵金属１３が薄膜化されているので、コンテナ１０の体積が狭小化、例えば、コンテナ１０が薄型化しても、気相の作動流体が流通する蒸気流路１４を確保することができる。従って、ベーパーチャンバ１では、コンテナ１０が薄型化しても、水素吸蔵金属１３に水素ガス等の非凝縮性ガスを十分に接触させることができる。上記から、ベーパーチャンバ１は、さらなる狭小空間に設置されても、被冷却体に対して優れた冷却特性を発揮することができる。特に、ベーパーチャンバ１では、水素吸蔵金属１３がめっき層、スパッタリング層、蒸着層等であり、水素吸蔵金属１３のコーティングが確実に薄膜化されているので、狭小空間に設置される被冷却体に対して優れた冷却特性を発揮することができる。
また、ベーパーチャンバ１では、水素吸蔵金属１３が、空洞部１１の内面１５のうち、作動流体と接触する領域に配置されていることにより、水素ガス等の非凝縮性ガスの吸収特性に優れるので、長期にわたって、優れた熱輸送特性を発揮することができる。
また、ベーパーチャンバ１では、水素吸蔵金属１３は、空洞部１１の略全体にわたって設けられているので、ベーパーチャンバ１の使用状態等により凝縮部となる位置の判断が難しくても、確実に水素ガス等の非凝縮性ガスを吸収することができる。また、ベーパーチャンバ１では、水素吸蔵金属１３が作動流体の凝縮する部位に配置されていることにより、水素ガス等の非凝縮性ガスが凝縮部で確実に水素吸蔵金属１３に吸収されるので、さらに優れた熱輸送特性を発揮することができる。
また、ベーパーチャンバ１では、ベーパーチャンバ１の製造工程における半田付けや溶接等の加工で３００℃近くの温度に達しても、３５０℃以下で水素を吸収し且つ３５０℃以下で水素を放出しない水素吸蔵金属１３が設けられているので、上記加工工程における水素ガス等の非凝縮性ガス発生に対しても、水素等の非凝縮性ガスが空洞部１１に放出されることを防止できる。よって、上記加工工程を経ても、優れた熱輸送特性を有するベーパーチャンバ１を得ることができる。
次に、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。第２実施形態例に係るベーパーチャンバは、第１実施形態例に係るベーパーチャンバと主要な構成が共通しているので、第１実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図３は、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの概要を説明する平面断面図である。図４は、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの概要を説明する凝縮部における側面断面図である。
第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、水素吸蔵金属１３のコーティングは、作動流体の凝縮する部位を含め、空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５の略全体にわたって設けられていたが、図３、４に示すように、第２実施形態例に係るベーパーチャンバ２では、被冷却体である発熱体１００が熱的に接続された蒸発部３０には、水素吸蔵金属１３は設けられていない。すなわち、ベーパーチャンバ２では、蒸発部３０には、水素吸蔵金属１３のコーティングは形成されていない。
ベーパーチャンバ２では、発熱体１００はコンテナ１０の端部に熱的に接続されており、水素吸蔵金属１３は、空洞部１１のうち、蒸発部３０以外の部位である、凝縮部を含む部位３１に設けられている。すなわち、空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５のうち、蒸発部３０には水素吸蔵金属１３のコーティングは形成されておらず、凝縮部を含む部位３１に水素吸蔵金属１３のコーティングが形成されている。
ベーパーチャンバ２では、水素吸蔵金属１３は、空洞部１１の長手方向Ｘに沿って、空洞部１１の中央部から凝縮部を含む部位３１側の端部まで延在している。蒸発部３０の領域では、空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５全体にわたって、ウィック構造体１２が設けられている。
ベーパーチャンバ２のように、発熱体１００の位置がコンテナ１０の端部に寄っている場合には、蒸発部３０側の端部に水素吸蔵金属１３のコーティングが形成されていなくても、水素吸蔵金属１３に水素ガス等の非凝縮性ガスを十分に接触させることができる。従って、ベーパーチャンバ２でも、狭小空間に設置された被冷却体（発熱体１００）に対して優れた冷却特性を発揮することができる。また、ベーパーチャンバ２では、水素吸蔵金属１３は、蒸発部３０以外の、凝縮部を含む部位３１に設けられているので、ベーパーチャンバ２の使用状態等により凝縮部となる位置の判断が難しくても、確実に水素ガス等の非凝縮性ガスを吸収することができる。
次に、本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。第３実施形態例に係るベーパーチャンバは、第１、第２実施形態例に係るベーパーチャンバと主要な構成が共通しているので、第１、第２実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図５は、本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバの概要を説明する平面断面図である。図６は、本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバの概要を説明する凝縮部における側面断面図である。
第１、第２実施形態例に係るベーパーチャンバ１、２では、水素吸蔵金属１３は空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５にコーティングされていたが、これに代えて、図５、６に示すように、第３実施形態例に係るベーパーチャンバ３では、水素吸蔵金属１３は、ウィック構造体１２に設けられている。ベーパーチャンバ３では、水素吸蔵金属１３は、ウィック構造体１２にコーティングされている。上記から、水素吸蔵金属１３は、ウィック構造体１２と一体化されている。
ベーパーチャンバ３では、ウィック構造体１２は、空洞部１１の長手方向Ｘに沿って、空洞部１１の一端から他端まで柵状に延在している。また、ウィック構造体１２は、空洞部１１の短手方向Ｙに沿って、複数列設けられている。
ベーパーチャンバ３では、発熱体１００はコンテナ１０の端部に熱的に接続されており、水素吸蔵金属１３は、空洞部１１のうち、蒸発部３０以外の部位である、凝縮部を含む部位３１に設けられている。すなわち、空洞部１１の一端から他端まで柵状に延在しているウィック構造体１２のうち、蒸発部３０の領域には水素吸蔵金属１３のコーティングは形成されておらず、凝縮部を含む部位３１の領域に水素吸蔵金属１３のコーティングが形成されている。
ベーパーチャンバ３では、水素吸蔵金属１３のコーティングが一方の板状体２１の内面１５に形成される必要がないので、コンテナ１０をより薄型化することができる。従って、ベーパーチャンバ３では、さらなる狭小空間、特に厚さ方向のさらに狭い空間にも設置することができる。また、水素吸蔵金属１３がウィック構造体１２に設けられているベーパーチャンバ３でも、発熱体１００の位置がコンテナ１０の端部に寄っている場合には、蒸発部３０側の端部に水素吸蔵金属１３のコーティングが形成されていなくても、水素吸蔵金属１３に水素ガス等の非凝縮性ガスを十分に接触させることができる。従って、ベーパーチャンバ３でも、狭小空間に設置された被冷却体（発熱体１００）に対して優れた冷却特性を発揮することができる。また、水素吸蔵金属１３がウィック構造体１２に設けられているベーパーチャンバ３でも、蒸発部３０以外の、凝縮部を含む部位３１に水素吸蔵金属１３が設けられていることで、ベーパーチャンバ３の使用状態等により凝縮部となる位置の判断が難しくても、確実に水素ガス等の非凝縮性ガスを吸収することができる。
次に、本発明の第４実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。第４実施形態例に係るベーパーチャンバは、第１～第３実施形態例に係るベーパーチャンバと主要な構成が共通しているので、第１～第３実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図７は、本発明の第４実施形態例に係るベーパーチャンバの概要を説明する平面断面図である。図８は、本発明の第４実施形態例に係るベーパーチャンバの概要を説明する側面断面図である。
第１～第３実施形態例に係るベーパーチャンバ１、２、３では、コンテナ１０及び空洞部１１の平面視の形状は長方形となっていたが、コンテナ１０及び空洞部１１の平面視の形状は、特に限定されず、図７に示すように、第４実施形態例に係るベーパーチャンバ４では、コンテナ１０及び空洞部１１は、平面視Ｕ字形状となっている。
水素吸蔵金属１３のコーティングは、平面視Ｕ字形状となっている空洞部１１の一端から他端まで延在している。すなわち、水素吸蔵金属１３のコーティングは、空洞部１１の平面視の形状に対応して、平面視Ｕ字形状となっている。上記から、ベーパーチャンバ４では、水素吸蔵金属１３は、作動流体の凝縮する部位を含め、空洞部１１の略全体にわたって設けられている。すなわち、ベーパーチャンバ４では、水素吸蔵金属１３は、コンテナ１０の蒸発部にも凝縮部にも設けられている。
図８に示すように、ベーパーチャンバ４では、一方の板状体２１の内面１５に、水素吸蔵金属１３のコーティングが設けられている。
また、図７、８に示すように、ベーパーチャンバ４では、ウィック構造体１２は、空洞部１１の一端から他端まで延在しており、空洞部１１の平面方向の略全体にわたって設けられている。すなわち、ウィック構造体１２の平面視の形状は、空洞部１１の平面視の形状に対応して、Ｕ字形状となっている。ウィック構造体１２は、空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５に設けられている。ベーパーチャンバ４では、空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５のうち、水素吸蔵金属１３の設けられていない部位にウィック構造体１２が配置されている。従って、空洞部１１を形成する一方の板状体２１の内面１５は、その全体について、水素吸蔵金属１３のコーティングとウィック構造体１２のいずれかが配置されている。
ベーパーチャンバ４のように、コンテナ１０及び空洞部１１の平面視の形状の如何に関わらず、水素吸蔵金属１３に水素ガス等の非凝縮性ガスを十分に接触させることができるので、ベーパーチャンバが狭小空間に設置されても、被冷却体に対して優れた冷却特性を発揮することができる。また、ベーパーチャンバの使用状態等により凝縮部となる位置の判断が難しくても、ベーパーチャンバ４のように、コンテナ１０及び空洞部１１の平面視の形状の如何に関わらず、確実に水素ガス等の非凝縮性ガスを吸収することができる。
次に、本発明のベーパーチャンバの他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、水素吸蔵金属のコーティングは、空洞部の内面上またはウィック構造体に形成されていたが、これに代えて、空洞部の内面上とウィック構造体の両方に形成されていてもよい。また、上記各実施形態例のベーパーチャンバに放熱フィンを取り付けることで、上記各実施形態例のベーパーチャンバを備えたヒートシンクとしてもよい。
本発明のベーパーチャンバは、水素ガス等の非凝縮性ガスの吸収特性に優れ、また、コンテナが薄型化されているので、広汎な分野で利用可能であり、特に、狭小空間に設置される発熱体の冷却分野で利用価値が高い。
１、２、３、４ ベーパーチャンバ
１０ コンテナ
１１ 空洞部
１２ ウィック構造体
１３ 水素吸蔵金属
１４ 蒸気流路
１５ 内面
１０ コンテナ
１１ 空洞部
１２ ウィック構造体
１３ 水素吸蔵金属
１４ 蒸気流路
１５ 内面
Claims (12)
- 内部に空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に設けられたウィック構造体と、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に形成された、気相の前記作動流体が流通する蒸気流路と、前記空洞部に配置された３５０℃以下で水素を吸収し且つ３５０℃以下で水素を放出しない水素吸蔵金属と、を有し、
前記水素吸蔵金属が、前記空洞部の内面及び／または前記ウィック構造体のうち、前記作動流体と接触する領域にコーティングされているベーパーチャンバ。 - 前記コンテナが、一方の板状体と前記一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成された平面型コンテナである請求項１に記載のベーパーチャンバ。
- 前記水素吸蔵金属が、前記作動流体の凝縮する部位に配置されている請求項１または２に記載のベーパーチャンバ。
- 前記水素吸蔵金属のコーティングが、めっき層、スパッタリング層及び蒸着層からなる群から選択された少なくとも１種の層である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記水素吸蔵金属のコーティングの厚さに対する、前記水素吸蔵金属のコーティングの直上における前記蒸気流路の厚さが、０．５０以上２０以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記水素吸蔵金属のコーティングの平均厚さが、０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記水素吸蔵金属が、チタン系、パラジウム系、バナジウム系、カルシウム系またはこれらの複合系である請求項１乃至６のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記水素吸蔵金属が、チタンとパラジウムの複合した複合系である請求項１乃至７のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記コンテナの材質が、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルまたはニッケル合金である請求項１乃至８のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記コンテナの材料が、ステンレス鋼である請求項１乃至９のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記空洞部の水素ガス量が、作動温度５０℃における前記空洞部内の全ガス量の１０体積％以下である請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のベーパーチャンバを備えたヒートシンク。
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