JP3163998U

JP3163998U - ヒートシンク放熱構造

Info

Publication number: JP3163998U
Application number: JP2010005456U
Authority: JP
Inventors: 貴鳳江; 始偉張
Original assignee: 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2020-08-13

Abstract

【課題】通信機器及び家庭用又は工業用の熱交換機／器に応用可能な毛細管構造も必要とせずに熱量を伝達でき、製造コストを大幅に低減し、微小化した放熱構造を提供する。【解決手段】本体１と底板２とからなり、該本体は、吸熱部１１及び放熱部１２を有し、該吸熱部は、冷媒を流通するチャンバを有し、複数の導流体１１２１が間隔を置いて配列されてそれらの間に第１流路１１２２形成する導流部１１２と、それらの両端側にそれぞれ配置された第１連通孔組１１３、第２連通孔組１１４とを有し、該第１流路の少なくとも一端は開放された自由領域１１２４とされて、該導流部及び該第１流路は、蒸発領域を形成し、該放熱部は複数の放熱フィンを有し、該放熱フィン内に第２流路を設けて、前記第１連通孔組１１３、第２連通孔組１１４とを経て第１流路と接続して、該放熱フィンを設けた冷却領域との間を冷媒を循環させる。【選択図】図１

Description

ヒートシンク放熱構造に関し、特に、毛細管構造を必要とせずに作動流体を駆動し、熱量を伝達することができ、大幅に製造コストを低減する放熱構造に関する。

近年、電子半導体産業の飛躍的発展、製造技術の進歩に伴い、市場の需要の趨勢の下で電子装置は、徐々に軽薄短小の形態に向かっているが、外形寸法が徐々に縮小される一方で機能及び演算能力は、益々増加している。例えば、通信機器及び家庭用又は工業用の熱交換機/器は、その実際の動作時、多量の電子部品が熱を発生し、そのうち、演算を行う電子トランジスタなどの部材が発生する熱量が最も大きく、この時、ヒートシンク片をファンと組み合わせ構成するヒートシンクが放熱機能を提供し、該電子部材を保護する重量な役割を果たし、該電子部材が正常な動作温度で相応する機能を発揮する。

近年、水冷技術がパソコン上に広く運用されはじめているが、その他の諸通信及び家庭用又は工業用の熱交換機/器には積極的に採用されておらず、水冷技術は、体積が膨大なヒートシンク片を省くことができるが、システム内の熱源の熱を作動流体中に補修し、熱交換器により空気と熱交換を行う動作に統一し、管路の長さが自ら変更可能であるので、熱交換器の位置も比較的柔軟性があり、熱交換器（ヒートシンクフィン）の設計が空間上の制限を受けることがない。但し、水冷システムは、ポンプにより作動流体を流動させる必要があり、更に蓄水ケースを必要とし、システム全体は、依然としてポンプの信頼性の問題、管路滴露の問題等を有するが、パソコン内の発熱部材の熱量は、絶え間なく増加するので、水冷式放熱技術は、完全でないが、依然として現在の市場でヒートパイプ理及び制御の最良の選択となっている。しかしながら、これは、パソコンの体積が比較的大きく、外部にも比較的空間上の制限がないからであり、通信機器及び家庭用又は工業用の熱交換機/器では、事情が異なり、上記の該装置は、何れも益々軽薄短小の特性へ発展し、水冷の放熱技術を使用することができないので、現在のところは、依然として、ヒートパイプ又は直接小型のヒートシンクを使用し、熱転移を行い、その後、放熱フィンを使用し、熱交換の動作を行っている。これに鑑みて、業界は、熱通量がより高い放熱技術を積極的に追求し、増大しつつある膨大な放熱要求に応じる必要がある。

また、従来技術は、ヒートパイプ、均温板等の放熱部材を熱伝導部材として使用しているが、ヒートパイプ及び均温板の製造時は、管の内壁に焼結体を成型して毛細管構造とする。主要な製造工程は、先ず銅質顆粒又は粉末を該内壁内に充填し、その金属（銅質）顆粒又は粉末を加圧成形し、最後に焼結炉内に送り焼結加工し、該銅質顆粒又は粉末を多孔性質の毛細管構造に形成し、該焼結体により毛細管作用を得ることができるが、該焼結体は、該ヒートパイプ及び均温板の体積に一定の厚さを有するので、効率的に薄型化することができない。また、前記ＶＣ（Vapor Chamber）は、焼結の芯又はマトリクス又は溝構造を採用して、毛細管作用を発生し、ヒートパイプ又はＶＣ（Vapor chamber）中の気液循環を駆動するが、該構造上の応用製造方式は、相当複雑であり、製造コストを増加し、不適切である。

また、冷媒の選択は、理論的に研究されているが、適切な冷媒を選択することは、相当重要であり、冷媒は、重力の影響を克服するために、冷却液の流速を保持し、十分な毛細管作用を保持する必要がある。

従来技術のヒートパイプ又はＶＣ（Vapor chamber）は、以下の欠点を有する：
1.
加工に不便である；
2.
薄型化を実現できない；
3.
コストが高い；
4.
工程時間を消費する。

特開２００５−２５９７９４号構造

上記の問題を効果的に解決する為、本考案の目的は、通信機器及び家庭用又は工業用の熱交換機/器に応用可能な毛細管構造も必要とせずに熱量を伝達でき、製造コストを大幅に低減し、微小化した放熱構造を提供することである。

本考案のもう１つの目的は、高効率熱伝導率の放熱構造を提供することである。

上記の目的を達成する為、本考案が提供する放熱構造は、本体と、底板とからなり、前記本体は、吸熱部及び放熱部を有し、該放熱部は、複数の放熱フィンを有し、該吸熱部内にチャンバを有し、該チャンバは、複数の導流部と、第１連通孔組と、第２連通孔組と、を有し、前記導流部は、複数の導流体が間隔を置いて配列されてなり、該第１流体間に少なくとも１つの第１流路を形成し、該第１流路の少なくとも1端が自由端を呈し、自由領域に接続し、該導流部及び該第１流路は、共同で蒸発領域を仕切り、該放熱フィン内に第２流路を有し、該放熱フィンと共同で冷却領域を仕切り、前記第１，２連通孔組は、該蒸発領域及び冷却領域を連通し、該底板は、前記チャンバに対応して被せ合わさる。

本考案の放熱構造により、放熱構造中、導流体及び導流体間に適当な第１流路を設置することにより、熱源と接触する第１流路を局限し、過度の熱気を発生し、気液循環を駆動することに必要な高圧を確立する。冷却領域前に、適当な減圧設計により、低圧端を発生し、放熱構造中で気液循環を駆動するのに必要な圧力勾配を形成し、即ち、如何なる毛細構造も必要とせずに作動流体を駆動し熱量を伝達することができ、熱伝達効率を大幅に向上し、製造コストを低減する。

本考案のヒートシンク放熱構造の第1実施例の立体分解図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第1実施例の立体組み合わせ図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第1実施例の断面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第２実施例の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第３実施例の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第３実施例の他の態様の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第４実施例の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第４実施例の他の態様の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第４実施例の他の態様の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第４実施例の他の態様の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第５実施例の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第５実施例の他の態様の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第６実施例の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第７実施例の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第７実施例の他の態様の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第７実施例の他の態様の本体の底面図である。本考案のヒートシンク放熱構造の第７実施例の他の態様の本体の底面図である。

本考案の上記目的及びその構造と機能上の特性について、以下に図面に基づく実施例を挙げ説明する。

図１、図２、図３は、本考案のヒートシンク放熱構造の実施例の立体分解、組み合わせ及び断面図であり、図に示すように、前記放熱構造は、本体１と、底板２と、からなる。

前記本体は、吸熱部１１及び放熱部１２を有し、該吸熱部１１内に冷媒を流通するチャンバ１１１を有し、該チャンバ１１１は、複数の導流部１１２と、それらの両端に配置された第１連通孔組１１３及び第２連通孔組１１４とを有し、前記導流部１１２は、該チャンバ内を仕切る複数の導流体１１２１が間隔を置いて配列されて、それらの第１流体１１２１間に第１流路１１２２を形成し、該第１流路１１２２の少なくとも1端が開放された自由端１１２３となって拡大された自由領域１１２４に接続し、該第１流路１１２２を設けた該導流部１１２は、蒸発領域１３を形成する。

該底板２は、前記チャンバ１１１に相対してチャンバを閉塞する。

前記導流体１１２１は、細長状リブであり、該細長状リブは、横向きで間隔を置いて配列され、前記第１流路１１２２は、該細長状リブの間に形成される。

該放熱部１２は、複数の放熱フィン１２１を有し、該放熱フィン１２１内に第２流路１２２を有し、該放熱フィン１２１と一体として冷却領域１４を形成し、前記第１，２連通孔組１１３，１１４は、該蒸発領域１３及び冷却領域１４を連通する。

図４は、本考案のヒートシンク放熱構造の第２実施例であり、図に示すように、本実施例の構造及び部材間の基本的な構成は、前記実施例と同一であるので、ここでは再度記載しないが、本実施例と前記実施例の異なる箇所は、前記導流体１２１１が縦向きに間隔を置いて配列されることである。

図５、図６は、本考案の放熱構造の第３実施例であり、図に示すように、本実施例の構造及び部材間の基本的な構成は、、前記実施例と同一であるので、ここでは再度記載しないが、本実施例及び前記実施例の異なる箇所は、前記導流体１２１１がリブであり、該リブが第１頂角１１２１ａと、第１刃辺１１２１ｂと、第２刃辺１１２１ｃと、を有し、前記第１刃辺１１２１ｂと第２刃辺１１２１ｃは、該第１頂角１１２１ａで交差しており、該第１流路１１２２は、これらのリブのなす列の間に形成され第１間隔１１２５を有していることである。

前記第１刃辺１１２１ｂは、不連続な配列としてもよく、前記第２刃辺１１２１ｃも、不連続な配列としてよい（図６参照）。

図７、図８、図９、図１０は、本考案のヒートシンク放熱構造の第４実施例であり、図に示すように、本実施例の構造及び部材の基本的な構成は、前記好適実施例と同一であるので、ここでは再度記載しないが、本実施例及び前記実施例の異なる箇所は、前記導流体１２１１がリブであって、リブ相互間が不連続に巻回して、複数の同心円（図７参照）、複数の同心三角形（図８参照）、複数の同心矩形（図８参照）、複数の同心不規則形（図９参照）のいずかの形態で配列される。

図１０、図１１は、本考案のヒートシンク放熱構造の第５実施例であり、図に示すように、本実施例の構造及び部材の基本的構成は、前記好適実施例と同一であるので、ここでは再度記載しないが、本実施例及び前記実施例の異なる箇所は、前記導流体１２１１が細長状リブであり、細長状リブが間隔を置いて配列され、該蒸発領域１３は、放射状を呈し、外向きに延伸し、該第１流路１１２２は、該導流体１１２１間に形成される。

前記導流体１１２１は、縦向きの不連続な配列を呈する（図１０参照）。

図１３は、本考案のヒートシンク放熱構造の第６実施例であり、図に示すように、本実施例の構造及び部材間の基本的構成は、前記好適実施例と同一であるので、ここでは再度記載しないが、本実施例及び前記実施例の異なる箇所は、前記導流体１２１１間は、複数の凹溝１１２６を有する。前記凹溝１１２６は、円形、方形、三角形、鱗状、幾何形状の何れかの形態をなし、本実施例は、鱗状で説明するが、これに限定するものではない。

図１４、図１５、図１６、図１７は、本考案のヒートシンク放熱構造の第７実施例であり、図に示すように、本実施例の構造及び部材の基本的構成は、前記好適実施例と同一であるので、ここでは再度記載しないが、本実施例及び前記実施例の異なる箇所は、前記導流部１１２の該導流体１２１１が凸ブロックであり、該凸ブロックは、相互に横向き及び縦向きに間隔を置いて配列され、前記第１流路１１２２は、該凸ブロック間に形成される。

前記凸ブロックは、円形（図１３参照）、三角形（図１４参照）、矩形（図１５参照）。菱形（図１６参照）、幾何形状の何れか１つを呈する。

図１〜図１７を参照し、図に示すように、本考案の好適実施例及び第２，３，４，５，６，７実施例は、気液二相のヒートシンク放熱構造循環冷却技術を提案するもので、この方法は、自己駆動方式であり、使用する作動流体は、純粋、エタノール、アセトン、Ｒ１３４Ａ等の冷媒のうちのいずれかであり、放熱構造のチャンバ１１１中は、真空吸引された状態であるので、内部に充填された作動流体は、摂氏２０〜３０℃、即ち、作動流体の飽和蒸気温度である。蒸発気体２は、蒸発領域１２を回流した後、自由領域１１２４を流れ、降圧し、気液循環の駆動に必要な圧力勾配を発生する。また、冷却領域１４中で気体の冷却・凝縮による容量急減が局部負圧吸引を形成し、気液循環を補助する。

冷却凝縮した液体作動流体は、圧力勾配によって蒸発領域１３に循環して戻る。沸騰及び冷凝時に発生する高熱対流係数を応用し、放熱構造の均温性を大幅に改善し、熱抵抗を低減する。

即ち、システムは、発熱部材（図示せず）が発生する熱を本体１の蒸発領域１２表面に導入し、該蒸発領域１２の第１流路１１２２に伝達して冷媒の沸騰現象を発生し、液体の一部を気化し、低密度の蒸発気体により該流体を該冷却領域１４に移動させて放熱し、冷却・凝縮後の作動流体は、重力により蒸発領域１３に戻り、発熱部材（図示せず）に接触する蒸発領域１３で吸熱し再循環する。

近年の大容量の冷却装置は、種々の水冷技術を採用し、駆動式の水冷技術、即ち、ポンプにより循環動力を発生するが、この方法は、ポンプの弁の信頼性及び寿命の問題を発生し易く、これに対して本考案が提示する二相の放熱構造循環冷却技術の利点は、システム中に動力部材を有さないので、部品の磨耗及び寿命等の問題を比較的有さず、且つ別途ポンプ及び毛細管構造を必要とせず、微小化特性を有し、省エネであるだけでなく、更に騒音の問題を解決することができる。

１本体
１１吸熱部
１１１チャンバ
１１２導流部
１１２１導流体
１１２１ａ第１頂角
１１２１ｂ第１刃辺
１１２１ｃ第２刃辺
１１２２第１流路
１１２３自由端
１１２４自由領域
１１２５第１間隔
１１２６凹溝
１１３第１連通孔組
１１４第２連通孔組
１２放熱部
１２１放熱フィン
１２２第２流路
１３蒸発領域
１４冷却領域
２底板

Claims

本体と底板とからなり、
該本体は、発熱源に接する吸熱部及び熱を発散する放熱部を有し、
該吸熱部は、冷媒を流通するチャンバを有し、複数の導流体を間隔を置いて配列してそれらの間に複数の第１流路を形成する導流部と、それらの両端側に本体を貫通して放熱部側に流通する第１連通孔組、第２連通孔組とを設け、
該第１流路の少なくとも一端は開放された自由領域とされて、該導流部及び該第１流路は、蒸発領域を形成し、
該放熱部は、複数の放熱フィンを有し、該放熱フィン内に第２流路を設けて、前記第１連通孔組、第２連通孔組を経てそれぞれ前記第１流路と接続して、該放熱フィンを設けた冷却領域との間を冷媒を循環させる経路を形成し、
該底板は、該本体に相対して前記チャンバを密閉したヒートシンク放熱構造。
前記導流体は、細長状リブであり、該細長状リブは、横向きに間隔を置いて配列され、前記第１流路は、該細長状リブの間に形成される請求項１に記載のヒートシンク放熱構造。
前記導流体は、縦向きに間隔を置いて配列される請求項２に記載の放熱板構造改良。
前記導流体は、リブであり、該リブは、第１刃辺と第２刃辺とを有し、該第１，２刃辺は頂角を形成して相互に交わり、該第１流路は、該リブ列間に形成され、該導流部間は、間隔を有する請求項１に記載のヒートシンク放熱構造。
前記第１刃辺が不連続な配列を呈し、前記第２刃辺が不連続な配列を呈する請求項４に記載のヒートシンク放熱構造。
前記導流部の導流体は、リブであり、相互間に不連続な巻回を形成し、複数の同心円、複数の同心三角形、複数の同心矩形、複数の同心不規則形のいずかの形態で配列される請求項１に記載のヒートシンク放熱構造。
前記導流体は、細長状リブであり、該細長状リブは、間隔をおいて配列され、該蒸発部が放射状を呈して外向きに延伸し、該第１流路は、該導流体間に形成される請求項１に記載のヒートシンク放熱構造。
前記導流体は、縦向きに不連続な配列を呈する請求項７に記載のヒートシンク放熱構造。
前記第１，２導流体間は、複数の凹溝を有する請求項１に記載のヒートシンク放熱構造。
前記凹溝は、円形、方形、三角形、鱗状のうちの何れかの形態である請求項９に記載のヒートシンク放熱構造。
前記導流部の該導流体は、凸ブロックであり、該凸ブロックは、相互に横向き及び縦向きに間隔を置いて配列され、前記第１流路は、該凸ブロック間に形成され、前記第２導流部の該第２導流体は、凸ブロックであり、該凸ブロックは、相互に横向き及び縦向きに間隔を置いて配列され、前記第２流路は、該凸ブロック間に形成される請求項１に記載のヒートシンク放熱構造。
前記凸ブロックは、円形、三角形、矩形、菱形、幾何学形のうちの何れかの形態である請求項１１に記載のヒートシンク放熱構造。