JP3113249U - ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性能が高いヒートパイプの提供。
【解決手段】ヒートパイプ（１）内の作業流体の吸／放熱サイクルにより放熱を達成するヒートパイプにおいて、ヒートパイプ（１）は管体（１０）、銅粉（２０）、及び金属網（３０）を包含し、管体（１０）は中空金属管体とされ、且つ管体（１０）の内壁が複数の溝（１２）を具え、金属網（３０）が管体（１０）内に収容され、並びに管体（１０）の内壁との間にギャップを有し、銅粉（２０）はギャップ内に収容され、並びにこれら溝（１２）の表面に焼結固定されている。
【選択図】図５

Description

本考案は一種のヒートパイプに係り、特に放熱性能が高められたヒートパイプに関する。

３Ｃ科学技術産業の急速な発展に伴い、各種の３Ｃ電子製品はその機能上、不断に新規で進歩性のある設計が出現しているが、電子製品の機能向上と同時に、製品内部の放熱の問題が派生し、このため、ほとんどの電子製品には製品内部の熱エネルギーを排除するための放熱モジュールが配置されている。

コンピュータ製品を例に挙げると、電子部品の発生する熱エネルギーを排除できなければ温度が次第に上昇し、コンピュータを過熱により停止或いは運転不能とする。このため、一般にパーソナルコンピュータにはヒートシンク及び放熱ファンが設けられ、ヒートシンクは表面に複数のフィンを具えた金属片とされ、コンピュータ設備の温度を下げるのに用いられる。このヒートシンクにより放熱面積が増されるが、熱エネルギーの排除は周辺の気流に依らねばならず、このため、ファンによる送風してヒートシンクの熱を奪い去る。しかし、上述のヒートシンクは熱伝導の効率が良くなく、このため短時間内に熱をケース内より排除することができない。このため、先進の放熱技術であるヒートパイプが発展した。

ヒートパイプは閉じた金属管とされ、内部に適量の作業流体、例えば水或いはアセトンが封入されている。ヒートパイプの一端（加熱端）が熱を受ける時、作業流体は真空状態下にあるため、作業流体が蒸気圧を発生し、この蒸気が圧力が比較的低い別端（冷却端）に向けて流れ、並びにこの端で凝結し及び凝結潜熱を放出し、冷却後の作業流体が更に毛細管作用により加熱端に復流する。これにより不断の蒸発と冷却により熱伝導の目的を達成する。

ヒートパイプ中の気相の流体の流速は液相の作業流体が加熱端に戻る速度より遥かに高く、このため液相作業流体の復流速度は熱伝導性能の決定因子となる。周知のヒートパイプは内部に溝を刻むか或いは内部に金属網等毛細組織を設ける方法により液相作業流体が戻る速度を加速している。しかし、現在は、更に、銅粉を金属管内壁に焼結させて、一相の多孔材料を形成し、毛細作用により液相作業流体の加熱端への戻りを助けるようにした設計がある。

特許文献１には銅粉で毛細組織を構成したヒートパイプが記載され、このヒートパイプの製造フローは図１から図３に示されるようであり、管体１００は開口端１０２及び閉口端１０４（図１参照）を具え、管体１００の開口端１０２より銅柱１１０を挿入した後、銅粉１２０を注入し、更に焼結の方法で銅粉１２０を管体１００の内側面に付着させ（図２）、銅柱１１０を抜き取り、中孔１０６（図３）を形成し、その後、管体１００を減圧し真空とした後に作業流体（図示せず）を注入し、並びに開口端１０２を封じ、こうして、銅粉１２０を利用して急速に熱伝導できるようにして良好な放熱効果を達成できるようにしている。

しかし、上述のヒートパイプは製造過程中に銅柱１１０を抜き取らねばならず、この時、銅粉１２０が銅柱１１０と共に抜き取られるため、管体１００内壁に焼結される銅粉１２０含有量が減り、放熱効果もそれに伴い低下し、且つ加工過程が容易でなく、手間と時間がかかり、製造コストも比較的高い。

台湾特許公告第５７２２５０号明細書

本考案は一種のヒートパイプを提供することを目的とし、それは、溝を具えた管体と銅粉及び金属網の組合せを利用し、並びに金属網を周知の銅柱の代わりに採用した技術手段により、銅粉を良好に管体の溝内に付着させ、並びにヒートパイプに良好な毛細力、熱伝導性及び浸透性を具備させ、良好な放熱効果を達成させると共に、加工が簡単で製造コストを下げる長所を具備させたヒートパイプであるものとする。

請求項１の考案は、ヒートパイプ（１）内の作業流体の吸／放熱サイクルにより放熱を達成するヒートパイプにおいて、
該ヒートパイプ（１）は管体（１０）、銅粉（２０）、及び金属網（３０）を包含し、該管体（１０）は中空金属管体とされ、且つ該管体（１０）の内壁が複数の溝（１２）を具え、該金属網（３０）が該管体（１０）内に収容され、並びに該管体（１０）の内壁との間にギャップを有し、銅粉（２０）は該ギャップ内に収容され、並びにこれら溝（１２）の表面に焼結固定されていることを特徴とする、ヒートパイプとしている。
請求項２の考案は、請求項１記載のヒートパイプにおいて、管体（１０）の材質が銅材とされたことを特徴とする、ヒートパイプとしている。
請求項３の考案は、請求項１記載のヒートパイプにおいて、金属網（３０）の材質が銅材とされたことを特徴とする、ヒートパイプとしている。
請求項４の考案は、請求項１記載のヒートパイプにおいて、金属網（３０）が管体（１０）の内壁に焼結固定されたことを特徴とする、ヒートパイプとしている。

本考案のヒートパイプは、溝を具えた管体と銅粉及び金属網の組合せを利用し、並びに金属網を周知の銅柱の代わりに採用した技術手段により、銅粉を良好に管体の溝内に付着させ、並びにヒートパイプに良好な毛細力、熱伝導性及び浸透性を具備させ、良好な放熱効果を達成させると共に、加工が簡単で製造コストを下げる長所を具備させている。

上述の目的を達成するため、本考案のヒートパイプは好ましい実施例において、管体、及び該管体内に設置され並びに毛細組織を形成する銅粉と金属網を包含する。そのうち、管体の内壁は複数の溝を具え、これにより管体の表面積と作業流体の表面張力が増され、ヒートパイプの熱伝導性及び浸透性が増されている。また、管体の中空部に金属網が置かれ、これによりヒートパイプの毛細力が高められるだけでなく、銅粉を金属網と管体内壁の間、即ち溝内部に収容するよう制限し、周知の技術で使用される銅柱の代わりとするが、但し金属網を取り出す必要がなく、このため銅柱と共に銅粉が抜き取られる欠点がない。また、銅粉が溝内に付着してヒートパイプの毛細力が増され、続く焼結動作と合わせて、銅粉と金属網がいずれも管体内壁に固定され、作業流体の加熱端への戻りに必要な毛細組織を提供する。

本実施例のヒートパイプは内部の作業流体の吸／放熱サイクルにより放熱の目的を達成し、並びに溝を具えた管体の、銅粉と金属網の二種類の毛細組織との結合が組み合わされ、ヒートパイプが良好な毛細力、熱伝導性及び浸透性を兼ね備えたものとされ、これにより液相の作業流体が加熱端に戻る速度を加速する。また、金属網を周知の銅柱の代わりに採用する手段により、銅粉が管体の溝に良好に付着し、高い放熱効果の目的を達成する。

図４は本考案が提出するヒートパイプ１の好ましい実施例を示す。それは、管体（１０）、及び管体（１０）内部に設置されて毛細組織を形成する銅粉（２０）と金属網（３０）を包含する。

更に図５も参照されたい。そのうち、管体（１０）は軸方向に沿って中空部（１４）を具えた中空金属管とされ、中空部（１４）内に適量の作業流体（図示せず）、例えば純水或いはアセトンが封入され、作業流体の吸／放熱サイクルにより放熱の動作を行なう。管体（１０）の内壁には複数の溝（１２）が設けられ、この溝（１２）の設計により管体（１０）の内表面積が増し、並びに作業流体の表面張力が増し、これにより作業流体の中空部（１４）内での流速が加速され、作業流体が最大限の熱量を奪い取ることができ、熱伝導の能力と浸透性が高められている。また、本実施例中、溝（１２）は銅粉（２０）を収容するのに用いられ、銅粉（２０）の管体（１０）内壁への付着量を増し、またこの凹んだ溝（１２）の設計により、銅粉（２０）の焼結後の管体（１０）内壁への付着状況を改善できる。

管体（１０）の材質は一般に熱伝導率の高い銅材とされ、管体（１０）は長い銅管とされ、必要な長さに裁断された後、一端が縮管されソルダリング等の過程により図４のような封口端（１６）が形成される。しかし、封口端（１６）形成の方法はこの例に限定されるものではない。管体（１０）の別端は開口端（１８）とされ、続いて毛細組織の挿入の動作の後、該開口端（１８）は封じられる。

本実施例のヒートパイプ（１）の製造過程は、先ず、管体（１０）の開口端（１８）より金属網（３０）を挿入し、金属網（３０）を管体（１０）の中空部（１４）に位置させ、この金属網（３０）は複数の軸方向の金属線（３１）及び複数の径方向の金属線（３２）が交錯するように組み合わされてなり、材質はほとんどが熱伝導率の高い銅材とされ、金属網（３０）により毛細力が増される。また、この金属網（３０）の直径は管体（１０）の内径よりやや小さく、これにより金属網（３０）の管体（１０）内壁の間にギャップが形成されて銅粉（２０）が収容され、並びに上述の周知の銅柱１１０の代わりとされる。金属網（３０）を挿入した後、銅粉（２０）を金属網（３０）と管体（１０）内壁の間のギャップに注入し、即ち銅粉（２０）を溝（１２）内部に位置させ、且つ銅粉（２０）注入の過程で、一辺を振動させる必要があり、これにより銅粉（２０）の粉末を密実とし、銅粉（２０）によっても毛細力を増すことができる。続いて、高温の焼結を行い、銅粉（２０）及び金属網（３０）をいずれも管体（１０）の内壁に付着させ、その後、管体（１０）を減圧して真空とした後に、作業流体（図示せず）を注入し、並びに開口端（１８）を封じる。

本実施例の金属網（３０）は毛細組織とされて管体（１０）の毛細力を増すのみならず、周知の銅柱１１０の代わりに採用されて銅粉（２０）を金属網（３０）と管体（１０）内壁の間、即ち溝（１２）内部に制限し、且つ銅粉（２０）を焼結することで、金属網（３０）も管体（１０）の内壁に焼結固定され、また周知の銅柱１１０の抜き取りの過程がないため、管体（１０）内壁に付着する銅粉（２０）が減少することがなく、銅粉（２０）の付着量を維持できる。

溝（１２）、銅粉（２０）及び金属網（３０）はそれぞれ異なる長所を有し、いずれもヒートパイプ（１）の放熱効果を高め、これにより上述の三者の長所がヒートパイプ（１）に集中し、相互の弱点を補強し、これによりヒートパイプ（１）が良好な放熱効果を達成する。

本実施例を使用する時、図６に示されるように、ヒートパイプ（１）の一端は熱源（４０）と接触し、別端は冷却装置（５０）と接触或いは組み合わされ、熱源（４０）はパワーを消耗するチップ、ＣＰＵ或いはＬＣＤ等の装置とされ、冷却装置（５０）はヒートシンクとされて、対流による放熱に供されるか、或いは放熱ファンとされて強制的な送風による放熱に供される。管体（１０）内は真空状態とされ、これにより内部の作業流体は摂氏約３０度で蒸発し、ヒートパイプ（１）の熱源（４０）と接触する一端が熱源（４０）の発生する熱量を吸収する時、作業流体は液相から気相に変わり、この気体が更にヒートパイプ（１）の中空チャネルを流れて冷却装置（５０）と接触或いは組み合わされた一端に至り、この部分で冷却装置（５０）により熱量が除去され、これにより温度が下降し、作業流体がこれにより冷却されて液相に戻り、この冷却後の作業流体が更にヒートパイプ（１）内部の溝（１２）、銅粉（２０）及び金属網（３０）により熱源（４０）と接触する一端（加熱端）に戻り、こうして一回の吸／放熱サイクルが完成し、有効に熱を排除することができる。

総合すると、本考案のヒートパイプ（１）は、溝（１２）を具えた管体（１０）と銅粉（２０）及び金属網（３０）の組合せを利用し、並びに金属網（３０）を周知の銅柱１１０の代わりに採用した技術手段により、銅粉（２０）を良好に管体（１０）の溝（１２）内に付着させ、並びにヒートパイプ（１）に良好な毛細力、熱伝導性及び浸透性を具備させ、良好な放熱効果を達成させると共に、加工が簡単で製造コストを下げる長所を具備させている。

本考案は上述の実施例で説明されるが、以上の説明は本考案の実施範囲を限定するものではなく、本考案に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本考案の請求範囲に属するものとする。

周知のヒートパイプの製造方法表示図である 周知のヒートパイプの製造方法表示図である 周知のヒートパイプの製造方法表示図である 本考案のヒートパイプの実施例の構造表示図である。 本考案のヒートパイプの実施例の横向き断面図である。 本考案のヒートパイプの実施例の使用状態表示図である。

符号の説明

１００ 管体
１０２ 開口端
１０４ 閉口端
１０６ 中孔
１１０ 銅柱
１２０ 銅粉
１ ヒートパイプ
１０ 管体
１２ 溝
１４ 中空部
１６ 封口端
１８ 開口端
２０ 銅粉
３０ 金属網
３１ 金属線
３２ 金属線
４０ 熱源
５０ 冷却装置

Claims (4)

1. ヒートパイプ（１）内の作業流体の吸／放熱サイクルにより放熱を達成するヒートパイプにおいて、
   該ヒートパイプ（１）は管体（１０）、銅粉（２０）、及び金属網（３０）を包含し、該管体（１０）は中空金属管体とされ、且つ該管体（１０）の内壁が複数の溝（１２）を具え、該金属網（３０）が該管体（１０）内に収容され、並びに該管体（１０）の内壁との間にギャップを有し、銅粉（２０）は該ギャップ内に収容され、並びにこれら溝（１２）の表面に焼結固定されていることを特徴とする、ヒートパイプ。
2. 請求項１記載のヒートパイプにおいて、管体（１０）の材質が銅材とされたことを特徴とする、ヒートパイプ。
3. 請求項１記載のヒートパイプにおいて、金属網（３０）の材質が銅材とされたことを特徴とする、ヒートパイプ。
4. 請求項１記載のヒートパイプにおいて、金属網（３０）が管体（１０）の内壁に焼結固定されたことを特徴とする、ヒートパイプ。
   

Images