JP3196017U - 相変化放熱装置及び相変化放熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で、放熱効率が高い等の利点を備え、冷却流体を効果的に霧化させて蒸発を促進する相変化放熱装置を提供する。【解決手段】複数の伝導部材１１２を含むベース部１１と、ベース部１１に嵌合されてベース部１１との間に収容チャンバを形成し、流体輸送パイプ５３が連接された入口連接部１２４と、蒸気輸送パイプ５４が連接された出口連接部１２５とを含む蓋部１２と、入口連接部１２４に連結されて流体輸送パイプ５３と収容チャンバの間に位置する霧化部材１５を含み、複数の伝導部材１１２が収容チャンバ内に配置されて蓋部１２の方向に延伸され、そのうち、流体輸送パイプ５３内の冷却流体が霧化部材１５を経由して収容チャンバに進入し、収容チャンバの内壁面と複数の伝導部材１１２の外壁面上で液の薄い層を形成し、液の薄い層が熱吸収後に蒸発して蒸気輸送パイプ５４を通り流出する。【選択図】図３

Description

本考案は放熱装置に関し、特に、相変化放熱装置に関する。

ファンにフィンを組み合わせたものや、ファンにフィンとヒートパイプを組み合わせたものなどの、一般的な能動式電子部材の放熱システムは、いずれも単位面積当たりの熱流束（Ｗ／ｃｍ２）が不足して将来の高仕事率の電子部材の放熱要求を満たすことができないという状況に直面している。

高仕事率の電子部材の放熱要求に対応するため、近年相変化の原理を利用して電子部材に対し冷却を行う技術が発展してきている。
例えば米国特許第７０８２７７８Ｂ２号案は、噴霧放熱モジュールを開示しており、インクジェットヘッドがインクを吐出する動作に似た原理を使用して、加熱した電極片に冷却液の表面張力を組み合わせて気泡を発生させ、冷却液を圧迫してスプレーチャンバ中で噴霧を発生させ、噴霧が発熱電子部材の熱に接触して気化し、蒸発する。
気化の過程において電子部材が発生する熱エネルギーを大量に吸収し、冷却の効果が達せられる。しかしながら、インクジェットヘッド技術は構造が複雑であるだけでなく、スプレーヘッドの電極片に対して加熱を行うため、冷却液がスプレーヘッドの部位を通るときに温度が上がってしまい、放熱効率が低下する。このため、別の放熱効率に優れた冷却システムの開発が必要である。

米国特許第７０８２７７８Ｂ２号明細書

本考案の目的は、構造が簡単で、放熱効率が高い等の利点を備え、冷却流体を効果的に霧化させて蒸発を促進する相変化放熱装置を提供することにある。

本考案の相変化放熱装置は、ベース部、蓋部、霧化部材を含む。ベース部は複数の伝導部材を含み、蓋部はベース部に嵌合されてベース部との間に収容チャンバを形成し、複数の伝導部材が収容チャンバ内に配置されて蓋部の方向に向いて延伸され、蓋部が入口連接部と出口連接部を含み、入口連接部に流体輸送パイプが連接され、出口連接部に蒸気輸送パイプが連接されるとともに、霧化部材は入口連接部に接続され、流体輸送パイプと収容チャンバの間に配置される。そのうち、流体輸送パイプ内の冷却流体が霧化部材を経由して収容チャンバに進入し、収容チャンバの内壁面と複数の伝導部材の外壁面上で液の薄い層が形成され、液の薄い層が熱吸収後に蒸発して蒸気輸送パイプから流出する。

本考案の相変化放熱システムは、コンデンサと、前述の相変化放熱装置を含む。コンデンサはコンデンサ本体、流体輸送パイプ、蒸気輸送パイプを含み、流体輸送パイプと蒸気輸送パイプの一端がコンデンサ本体に連接され、流体輸送パイプが前記相変化放熱装置の前記入口連接部に連接され、蒸気輸送パイプが相変化放熱装置の出口連接部に連接され、流体輸送パイプ内の冷却流体が霧化部材を経由して収容チャンバに進入し、収容チャンバの内壁面で液の薄い層が形成され、液の薄い層が熱吸収後に蒸発し、蒸気輸送パイプからコンデンサ本体へと流れる。

本考案は蓋部の入口連接部に霧化部材が設置され、冷却流体が収容チャンバに進入して液の薄い層を形成し、かつ液の薄い層が収容チャンバの内壁面と複数の伝導部材の外壁面上で熱吸収に用いられる。そのうち、収容チャンバ内に複数の伝導部材が設置され、液の薄い層との接触面積を増加し、放熱効率を増進する。

以下の実施方式において本考案の詳細な特徴と利点を詳細に説明する。その内容はあらゆる当業者が本考案の技術内容を理解してそれに基づき実施するに足るものであり、かつ本明細書に開示された内容、実用新案登録請求の範囲、図面に基づき、当業者は本考案の目的と利点を容易に理解できるであろう。

本考案の実施例１のブロック図である。 本考案の実施例１の立体外観図である。 本考案の実施例１の部分立体分解図である。 本考案の実施例１の部分側面断面図である。 本考案の実施例１の部分拡大図である。

図１、図２、図３、図４、及び図５に本考案の相変化放熱装置の実施例１を示す。図１がブロック図、図２が立体外観図、図３が部分立体分解図、図４が部分側面断面図、図５が部分拡大図である。

本考案の相変化放熱システムは相変化放熱装置１とコンデンサ５を含み、本考案の実施例において、相変化放熱装置１はコンデンサ５に連接して使用され、コンデンサ５がコンデンサ本体５１、流体輸送パイプ５３、蒸気輸送パイプ５４を含み、そのうち、流体輸送パイプ５３と蒸気輸送パイプ５４の一端がコンデンサ本体５１に連接される。

本考案の相変化放熱装置１はベース部１１、蓋部１２、霧化部材１５を含む。

ベース部１１は概ね多辺形の板体状を呈するベース部本体１１１を備え、ベース部本体１１１の一面が熱源８（例：ＬＥＤチップ、中央処理装置）に接触し、他面の中央箇所に複数の伝導部材１１２が設置され、ベース部本体１１１の周縁に階段状の嵌合部１１３が設けられる。
ここで、多辺形の板体状を呈するベース部本体１１１と階段状の嵌合部１１３は単に例を挙げたのみであり、本考案はこれに限定されない。
このほか、本実施例において、伝導部材１１２は柱状構造であるが、本考案はこれに限定されず、凹槽状やその他非平面のベース部１１の表面積を増加できる構造としてもよく、それにより熱交換面積を増加して凝縮効果を高めることができる。

蓋部１２は概ね多辺形の板体状を呈する蓋部本体１２１を備え、蓋部本体１２１の周縁が延伸されて支持壁１２２が形成され、支持壁１２２の末端に結合部１２３が設けられ、結合部１２３が嵌合部１１３の形状に対応しており、嵌合部１１３に嵌合してベース部１１と蓋部１２が結合され、収容チャンバ１０が形成される。
本実施例において、ベース部１１と蓋部１２の構造は単に例を挙げたのみであり、本考案はこれに限定されず、ベース部１１と蓋部１２は結合して中空体を形成できればよい。かつ、伝導部材１１２が柱状構造であるとき、伝導部材１１２が収容チャンバ１０内に配置され、蓋部１２の方向に向いて延伸される。

ここで、蓋部１２は入口連接部１２４と出口連接部１２５を備え、そのうち、流体輸送パイプ５３が入口連接部１２４に連接され、蒸気輸送パイプ５４が出口連接部１２５に連接され、流体輸送パイプ５３内の冷却流体６を収容チャンバ１０内に流入させ、収容チャンバ１０内から蒸気輸送パイプ５４を経由して流出させることができる。
また、入口連接部１２４には入口螺合部１２４１が設けられ、流体輸送パイプ５３が螺合される。出口連接部１２５には出口螺合部１２５１が設けられ、蒸気輸送パイプ５４が螺合される。本実施例において、収容チャンバ１０は傾斜状の上面を備えており、入口連接部１２４側の一端から出口連接部１２５側の一端に向かって徐々に広くなっている。

このほか、複数の伝導部材１１２は蓋部本体１２１に対応して設置され、入口連接部１２４と出口連接部１２５に直接向かって設置されていない。つまり、複数の伝導部材１１２はその位置が入口連接部１２４と出口連接部１２５の間の区域に対応して設置される。

霧化部材１５は薄型の板体構造体であり、入口連接部１２４に設置され、本体１５１と複数の微小孔１５２を備えており、複数の微小孔１５２は本体１５１上に形成され、流体輸送パイプ５３内の冷却流体６が霧化部材１５を経由して霧化させ、放熱効果を高める効果を達することができる。
ここで、微小孔１５２の孔径寸法は５〜１０００ミクロンの間であり、好ましくは２０〜３００ミクロンの間である。かつ、複数の微小孔１５２の間の距離は５〜２０００ミクロンの間である。

本実施例において、入口連接部１２４には連結部１２７が設けられ、霧化部材１５の連結に用いられる。そのうち、連結部１２７はさらに上連結部材１２７１と下連結部材１２７２を設けてもよく、かつ上連結部材１２７１と下連結部材１２７２は中空状であり、霧化部材１５が上連結部材１２７１と下連結部材１２７２の間に配置される。
ここで、上連結部材１２７１は蓋部本体１２１に当接され、下連結部材１２７２は霧化部材１５を上連結部材１２７１と下連結部材１２７２の間に挟んで保持し、かつ、下連結部材１２７２は固定部材１２７３により蓋部本体１２１に固定される。

一部の実施態様において、霧化部材１５は入口連接部１２４内に配置され、流体輸送パイプ５３の一端に当接されて、流体輸送パイプ５３内の冷却流体６に霧化部材１５を経由させて霧化を行うことができる。

本実施例において、霧化部材１５の製作方法は次の手順を含む。まず、例えばガラスやシリコン等の基材本体の表面に物理蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（ＣＶＤ）等の技術を利用して沈積金属層を形成し、続いてスピンコーティング法（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）または浸漬法でフォトレジスト層を形成する。
さらにフォトリソグラフィ技術によりフォトマスクを通してフォトレジスト層に対し露光を行った後、現像して光が透過していない区域の下にあるフォトレジスト層を除去し、後で除去される沈積金属層を露出させる。次に、エッチング方式でフォトレジストに保護されていない露出された沈積金属層を除去し、かつその後すべてのフォトレジストを除去すると、基材本体の表面に複数の穿孔を備えた沈積金属層が形成される。
これらの穿孔が即ち霧化部材１５の微小孔１５２の予定孔であり、かつ孔径は微小孔１２０より大きい。続いて電鋳プロセスを利用して沈積金属層表面に電鋳金属層を形成する。最後に、離型を行い、電鋳金属層と沈積金属層及び基材本体を分離して霧化部材１５が形成される。

本考案は使用時に、流体輸送パイプ５３内の冷却流体６が霧化部材１５を経由して多数の極めて細い液柱または微小な液滴噴霧に形成され、収容チャンバ１０に進入した後、収容チャンバ１０の内壁面と複数の伝導部材１１２の外壁面で液の薄い層を形成する。
液の薄い層は熱源８が発生する熱エネルギーを吸収して蒸気となって蒸発するため、蒸気輸送パイプ５４からコンデンサ本体５１へと流れる。その後さらにコンデンサ本体５１が凝縮して冷却流体６を形成し、流体輸送パイプ５３を経由して霧化部材１５へと流れ、収容チャンバ１０に進入する。
このように１つの循環システムが形成され、ポンプ等の駆動装置を使用する必要がない。収容チャンバ１０は入口連接部１２４側の一端から出口連接部１２５側の一端に向かって徐々に広くなっており、霧化した冷却流体６の流動効率を増進し、霧化した冷却流体６を出口連接部１２５の方向に移動させ、同時に熱源８を吸収して蒸発した蒸気を出口連接部１２５の方向により容易に移動させることができる。

本考案は蓋部の入口連接部に霧化部材が設置され、冷却流体を収容チャンバに進入させて液の薄い層を形成し、かつ液の薄い層が収容チャンバの内壁面と複数の伝導部材の外壁面上で熱吸収に用いられる。
そのうち、収容チャンバ内に複数の伝導部材が設けられ、液の薄い層との接触面積を増加することで、放熱効率を増進することができる。また、本考案は自動循環凝縮システムを形成でき、ポンプ等の駆動装置を使用する必要がなく、構造が簡単で、放熱効率が高い等の利点を備えている。

上述の説明は、単に本考案の最良の実施例を挙げたまでであり、本考案を限定しない。その他本考案の開示する要旨を逸脱することなく完成された同等な効果の修飾または置換はいずれも後述の実用新案登録請求の範囲に含まれる。

１ 相変化放熱装置
１０ 収容チャンバ
１１ ベース部
１１１ ベース部本体
１１２ 伝導部材
１１３ 嵌合部
１２ 蓋部
１２１ 蓋部本体
１２２ 支持壁
１２３ 結合部
１２４ 入口連接部
１２４１ 入口螺合部
１２４２ 下連結部材
１２５ 出口連接部
１２５１ 出口螺合部
１２７ 連結部
１２７１ 上連結部材
１２７２ 下連結部材
１２７３ 固定部材
１５ 霧化部材
１５１ 本体
１５２ 微小孔
５ コンデンサ
５１ コンデンサ本体
５３ 流体輸送パイプ
５４ 蒸気輸送パイプ
６ 冷却流体
８ 熱源

Claims (9)

1. 複数の伝導部材を含むベース部と、
   入口連接部と出口連接部を含み、前記ベース部に嵌合されて前記ベース部との間に収容チャンバを形成し、前記伝導部材が前記収容チャンバ内に配置され、前記入口連接部に流体輸送パイプが連接され、前記出口連接部に蒸気輸送パイプが連接された蓋部と、
   前記入口連接部に連結され、前記流体輸送パイプと前記収容チャンバの間に位置する霧化部材を含み、
   そのうち、前記流体輸送パイプ内の冷却流体が前記霧化部材を経由して前記収容チャンバに進入し、前記収容チャンバの内壁面と前記伝導部材の外壁面上で液の薄い層を形成し、前記液の薄い層が熱吸収後に蒸発して前記蒸気輸送パイプを通り流出することを特徴とする、
   相変化放熱装置。
2. 前記ベース部がさらに嵌合部を含み、前記蓋部がさらに結合部を含み、前記結合部が前記嵌合部に嵌合されて前記ベース部と前記蓋体が結合されることを特徴とする、請求項１に記載の相変化放熱装置。
3. 前記収容チャンバが前記入口連接部側の一端から前記出口連接部側の一端に向かって徐々に広くなっていることを特徴とする、請求項１に記載の相変化放熱装置。
4. 前記入口連接部が入口螺合部を含み、前記流体輸送パイプに螺合され、前記出口連接部が出口螺合部を含み、前記蒸気輸送パイプに螺合されることを特徴とする、請求項１に記載の相変化放熱装置。
5. 前記入口連接部が連結部を含み、前記霧化部材に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の相変化放熱装置。
6. 前記連結部が上連結部材と下連結部材を含み、前記霧化部材が前記上連結部材と前記下連結部材の間に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の相変化放熱装置。
7. 前記霧化部材が前記流体輸送パイプの一端に当接されることを特徴とする、請求項１に記載の相変化放熱装置。
8. 前記霧化部材が本体と、前記本体上に設けられた複数の微小孔を含むことを特徴とする、請求項１に記載の相変化放熱装置。
9. コンデンサと、請求項１乃至７のいずれかに記載の相変化放熱装置を含み、
   前記コンデンサが、コンデンサ本体と、流体輸送パイプと、蒸気輸送パイプを含み、前記流体輸送パイプと前記蒸気輸送パイプの一端が前記コンデンサ本体に連接され、
   前記流体輸送パイプが前記相変化放熱装置の前記入口連接部に連接され、前記蒸気輸送パイプが前記相変化放熱装置の前記出口連接部に連接され、前記流体輸送パイプ内の前記冷却流体が前記霧化部材を経由して前記収容チャンバに進入し、前記収容チャンバの内壁面で前記液の薄い層を形成し、前記液の薄い層が熱吸収後に蒸発して前記蒸気輸送パイプを経由して前記コンデンサ本体へ流れることを特徴とする、
   相変化放熱システム。

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