JP3168932U - 放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重量を低減した、熱伝導率及び放熱効率の高い電子機器の放熱装置を提供する。【解決手段】第１のキャビティ３０、第２のキャビティ４０及び複数の接続部材５０から構成される。第１のキャビティ３０内には、第１のチャンバ３１が画定され、第２のキャビティ４０内には、第２のチャンバ４１が画定される。複数の接続部材５０の両端は、それぞれ、第１のキャビティ３０及び第２のキャビティ４０に接続され、通路５３を介して第１のチャンバ３１と第２のチャンバ４１とは連通される。第１のチャンバ３１内の作動流体は、熱を吸収することによって気化され、通路５３を通過して第２のチャンバ４１に移動する。気体状態の作動流体は、第２のチャンバ４１内において冷却されて液体状態となり、通路５３から第１のチャンバ３１に戻る。この作動流体の循環によって放熱が行われる。【選択図】図３

Description

本考案は、電子機器の冷却用の放熱装置に関し、特に、熱伝導率及び放熱効果を高めることができる上、放熱装置全体の重量を低減することができる放熱装置に関する。

電子機器の発熱に対する冷却又は熱の除去は、電子産業の発展にとって常に大きな課題となっている。また、電子機器に対して求められる機能、統合性及び機能が高まるにつれ、放熱に対する要求も大きくなっている。そのため、熱伝導率に関する研究開発は、電子工業において主要な課題となっている。

一般に、放熱フィンは、これらの放熱装置の部材又はシステムの熱を大気中に拡散させるために用いられる。放熱フィンは、熱の伝導抵抗が低いことにより、高い放熱効率を有する。一般に、熱の伝導抵抗は、放熱フィン内部の熱の伝導に対する抵抗と、放熱フィン表面と大気との間の対流に対する抵抗と、から構成される。放熱フィンは、銅、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材料から製作されることにより、熱の伝導抵抗を低減している。しかし、対流に対する抵抗によって放熱フィンの放熱効果が限定されるため、新型の電子素子に求められる放熱効果を実現ことができない。

そのため、市場においては、さらに高効率の放熱メカニズムが注目されている。また、導熱効果の高いヒートパイプ（Ｈｅａｔ ｐｉｐｅ）と放熱フィンとが組み合わされた放熱装置が案出され、放熱問題が有効に解決されている。

上述の放熱装置は、蒸発部とされるヒートパイプの一方の端部が電子素子上のフレームに接続される。また、凝縮部とされるヒートパイプの他方の端部には、多数の放熱フィンが装着される。
図１を参照する。図１は、従来の放熱装置を示す斜視図である。図１に示すように、従来の放熱装置１０は、複数の放熱フィンから構成される放熱器１１と、少なくとも１つのヒートパイプ１２と、から構成される。ヒートパイプ１２の一方の端部は、凝縮部１２１であり、他方の端部は、蒸発部１２２である。凝縮部１２１は、放熱器１１に貫設される。蒸発部１２２は、電子素子から発生する熱エネルギーを吸収する。これにより、ヒートパイプ１２の蒸発部１２２が熱を受けたとき、蒸発部１２２内の作動流体が気化し、大量の気化熱により、電子素子の温度が降下される。その後、気体状態の作動流体は、ヒートパイプ１２の凝縮部１２１に拡散したとき、複数のウィック構造に接して、冷却されて液体状態に相変化し、ヒートパイプ１２の蒸発部１２２に還流する。このとき、複数の放熱器１１によって大量の凝縮熱が放熱される。

従来の放熱装置１０の放熱器１１は、複数の放熱フィンから構成され、ヒートパイプ１２の凝縮部１２１が貫設される。従って、放熱効果を高めるためには、放熱フィン及びヒートパイプ１２の数を増やす必要がある。これにより、放熱装置１０全体の体積及び重量が増大する。また、作動流体の気化及び液化は、ヒートパイプ１２内で行われるため、放熱装置１０の放熱効率も限定される。

即ち、従来の放熱装置は、以下（１）及び（２）に示す欠点を有する。
（１）放熱装置全体の体積が大きい上、重量が重い。
（２）熱伝導率及び放熱効率が限定される。

本考案の考案者及び当業者は、上述の従来の問題及び欠点を解決するために、研究開発を行った。

特開２００８−２８１２７５号公報

本考案の主な目的は、全体重量を低減することができる放熱装置を提供することにある。
本考案のもう１つの目的は、熱伝導効率及び放熱効果の高い放熱装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本考案は、放熱装置を提供するものである。本考案の放熱装置は、第１のキャビティ、第２のキャビティ及び複数の接続部材を有する。第１のキャビティ内には、第１のチャンバが画定され、第２のキャビティ内には、第２のチャンバが画定される。複数の接続部材の両端は、それぞれ、第１の開口及び第２の開口を有する。第１の開口と第２の開口との間には、通路が連通する。また、第１の開口は、第１のキャビティに接続され、第２の開口は、第２のキャビティに接続される。これにより、第１のキャビティの第１のチャンバは、通路を介して第２のキャビティの第２のチャンバと連通する。これにより、第１のチャンバ内の作動流体は、熱を吸収することによって気化され、通路を通過して第２のチャンバに移動する。また、作動流体は、第２のチャンバ内において冷却されて液体状態となり、通路から第１のチャンバに戻る。上述の構造によって放熱が行われることにより、放熱効率が大幅に高められる上、放熱装置全体の体積及び重量が低減される。

本考案の放熱装置は、以下（１）及び（２）に示す長所を有する。
（１）放熱装置全体の体積及び重量を低減することができる。
（２）熱伝導率及び放熱効率を高めることができる。

従来の放熱装置を示す斜視図である。 本考案の第１実施形態による放熱装置を示す斜視図である。 本考案の第１実施形態による放熱装置を示す断面図である。 本考案の第１実施形態による放熱装置の使用状態を示す断面図である。 本考案の第２実施形態による放熱装置を示す断面図である。 本考案の第３実施形態による放熱装置を示す斜視図である。 本考案の第４実施形態による放熱装置を示す断面図である。 本考案の第４実施形態による放熱装置を示す断面図である。

本考案の目的、特徴および効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。

（第１実施形態）
図２〜図４を参照する。図２は、本考案の第１実施形態による放熱装置を示す斜視図である。図３は、本考案の第１実施形態による放熱装置を示す断面図である。図４は、本考案の第１実施形態による放熱装置の使用状態を示す断面図である。図２〜図４に示すように、本考案の第１実施形態による放熱装置２０は、第１のキャビティ３０、第２のキャビティ４０及び複数の接続部材５０により構成する。

第１のキャビティ３０内には、第１のチャンバ３１が画定される。第１のチャンバ３１内は、作動流体を有する。複数の接続部材５０の両端は、それぞれ、第１の開口５１及び第２の開口５２を有し、第１の開口５１と第２の開口５２との間には、通路５３が連通される。第１の開口５１は、第１のキャビティ３０に接続される。第１のキャビティ３０の第１の開口５１に対応する位置には、第１の孔部３２がそれぞれ設けられ、第１の開口５１は、第１の孔部３２に接続されることにより、通路５３は、第１の開口５１を介して第１のチャンバ３１に連通する。

第２のキャビティ４０内には、第２のチャンバ４１が画定される。第２の開口５２は、第２のキャビティ４０に接続され、第２のキャビティ４０の第２の開口５２に対応する位置には、第２の孔部４２がそれぞれ設けられる。第２の開口５２は、第２の孔部４２に接続され、通路５３は、第２の開口５２を介して第２のチャンバ４１に連通する。

放熱装置２０は、発熱源の周辺に設置される（即ち、接触又は非接触の方式により、発熱源の近隣に配置される）。本考案の第１実施形態において、第１のキャビティ３０は、所謂、蒸発部（受熱部）である。発熱源から周辺環境に放出された熱／熱エネルギーは、第１のキャビティ３０から吸収され、第２のキャビティ４０に伝達される。
第２のキャビティ４０は、所謂、凝縮部（放熱部）である。即ち、発熱源から熱／熱エネルギーが発生したとき、第１のキャビティ３０が熱／熱エネルギーを吸収する。これにより、第１のチャンバ３１内の作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して上方に移動し、通路５３を通過して第２のチャンバ４１に移動する。気体状態の作動流体は、第２のチャンバ４１において潜熱を放出した後、液体に相変化し、残りの通路５３から第１のチャンバ３１に回流する。この作動流体の循環によって放熱が行われる。

ここで、第２のキャビティ４０を発熱源の周辺に設置し、第２のキャビティ４０を所謂、蒸発部（受熱部）としてもよい。この場合、第１のキャビティ３０が所謂、凝縮部（放熱部）となり、上述の態様と同様に、作動流体の循環によって放熱が行われる。

（第２実施形態）
図５を参照する。図５は、本考案の第２実施形態による放熱装置を示す断面図である。図５に示すように、第２実施形態による放熱装置は、第１実施形態と略同一であるため、同一部分は、ここでは詳しく述べない。本考案の第２実施形態による放熱装置は、第１のキャビティ３０、第２のキャビティ４０及び接続部材５０の内壁上に少なくとも１つのウィック構造層６０が設けられる点が第１実施形態と異なる。ウィック構造層６０により、発熱部材から熱が発生したとき、第１のキャビティ３０のウィック構造層６０上を流動する作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して蒸気となる。蒸気となった作動流体は、第２のチャンバ４１に到達して潜熱を放出した後、液体に相変化し、第２のチャンバ４１及び通路５３のウィック構造層６０の毛細管作用により、第１のチャンバ３１に回流する。この作動流体の循環により、放熱が行われる。

（第３実施形態）
図６を参照する。図６は、本考案の第３実施形態による放熱装置を示す斜視図である。図６に示すように、第３実施形態による放熱装置は、第２実施形態と略同一であるため、同一部分は、ここでは詳しく述べない。本考案の第３実施形態による放熱装置は、各隣り合う接続部材５０間に少なくとも１つの放熱フィン群７０が設けられる点が第２実施形態と異なる。放熱フィン群７０により、蒸気又は液体が通路５３を通過するとき（図３参照）、放熱が行われる。これにより、放熱装置２０の放熱効果が高められる。

（第４実施形態）
図７を参照する。図７は、本考案の第４実施形態による放熱装置を示す断面図である。図７に示すように、第４実施形態による放熱装置は、第３実施形態と略同一であるため、同一部分は、ここでは詳しく述べない。本考案の第４実施形態による放熱装置は、複数の第２の開口５２の長さが同一でない点が第３実施形態と異なる。即ち、一部の第２の開口５２は、第２の孔部４２を通過して第２のチャンバ４１の内部まで延伸される。
これにより、第１のチャンバ３１の作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して蒸気となり、第２の開口５２から第２のチャンバ４１の内部に延伸された通路５３を経由して第２のチャンバ４１に移動する。蒸気は、第２のチャンバ４１で潜熱を放出した後、液体に相変化し、第２の孔部４２に接続されたチャンバ４１内に延伸されていない、高さの低い第２の開口５２から通路５３を経由して第１のチャンバ３１に流れる。これにより、液体と気体の通路５３が有効に区分される。
図８を参照する。図８に示すように、第２のキャビティ４０を発熱源の周辺／近隣に設置し、第２のキャビティ４０を所謂、蒸発部（受熱部）としてもよい。この場合、第１のキャビティ３０が所謂、凝縮部（放熱部）となる。複数の第１の開口５１は、高さが同一ではない。即ち、一部の通路５３の第１の開口５１は、第１の孔部３２を通過して第１のチャンバ３１の内部まで延伸される。これにより、第２のチャンバ４１の作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して蒸気となり、第１の開口５１から第１のチャンバ３１の内部に延伸される通路５３を経由して第１のチャンバ３１に移動する。蒸気は、第１のチャンバ３１で潜熱を放出した後、液体に相変化し、第１の孔部３２に接続された第１の開口５１から通路５３を経由して第２のチャンバ４１に流れる。これにより、液体と気体の通路５３が有効に区分される。

以上の説明は、本考案の実施形態を示すものであり、本考案を限定するものではない。当業者は、本考案の主旨を逸脱しない範囲において各種の変更及び修飾を行うことができ、本考案の保護範囲は、特許請求の範囲によって画定される。

２０ 放熱装置
３０ 第１のキャビティ
３１ 第１のチャンバ
３２ 第１の孔部
４０ 第２のキャビティ
４１ 第２のチャンバ
４２ 第２の孔部
５０ 接続部材
５１ 第１の開口
５２ 第２の開口
５３ 通路
６０ ウィック構造層
７０ 放熱フィン群
８０ 導管
８１ 第１の端部
８２ 第２の端部

Claims (6)

1. 第１のキャビティ、第２のキャビティ及び複数の接続部材を備える電子機器冷却用の放熱装置であって、
   前記第１のキャビティ内には、第１のチャンバが画定され、
   前記第２のキャビティ内には、第２のチャンバが画定され、
   前記複数の接続部材は、第１の開口、第２の開口及び少なくとも１つの通路を有し、前記第１の開口と前記第２の開口と前記通路とは、互いに連通し、前記第１の開口は、前記第１のキャビティに接続され、前記第２の開口は、前記第２のキャビティに接続され、前記通路を介し、前記第１のキャビティと第２のキャビティとは、互いに連通されて内部に冷却用作動流体を充填してなることを特徴とする放熱装置。
2. 前記第１のキャビティの接続部材の第１の開口に対応する位置には、第１の孔部がそれぞれ設けられ、前記放熱装置第１の開口は、前記第１の孔部に接続されるか、或いは、第１の孔部を通過して第１のチャンバの内部まで延伸することを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
3. 前記第２のキャビティの接続部材の第２の開口に対応する位置には、第２の孔部がそれぞれ設けられ、前記接続部材の第２の開口は、前記第２の孔部に接続されるか、或いは、第２の孔部を通過して第２のチャンバの内部まで延伸することを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
4. 前記接続部材の通路は、接続部材の第１の開口及び前記第２の開口を介して前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを連通することを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
5. 前記隣り合う接続部材間には、少なくとも１つの放熱フィン群が配置されることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
6. 前記第１のキャビティ、第２のキャビティ及び接続部材内は、ウィック構造層を有することを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
   

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