JP3206206U - 気液分離構造を有するベイパーチャンバー - Google Patents

Abstract

【課題】気液分離構造を有するベイパーチャンバーを提供する。【解決手段】少なくとも一つの第一プレート１１、第二プレート１２、複数のスペーサ１３、少なくとも一つの第一毛細管材１４および作業液体を備える。第一プレート１１と第二プレート１２とは合わさり、少なくとも一つの格納空間１２１を形成する。格納空間１２１は第一プレート１１と第二プレート１２との間に密閉される。複数のスペーサ１３は第一プレート１１と第二プレート１２との間に当接し、かつ格納空間１２１内に間隔を置いて配列することで複数の気体通路１４１および少なくとも一つの液体通路を構成し、格納空間１２１を加熱エリアＨおよび冷却エリアＣに分割する。複数の気体通路１４１および少なくとも一つの液体通路は加熱エリアＨおよび冷却エリアＣにおいて相互に繋がる。第一毛細管材１４は一部分が液体通路に配置され、ほかの部分が加熱エリアＨおよび冷却エリアＣに配置される。【選択図】図１

Description

本考案は、熱伝導技術に関し、詳しくは気液分離構造を有するベイパーチャンバーに関するものである。

全世界の電子産業の市場拡大に伴って多くの電子製品（例えばＬＥＤ発光ダイオードモジュール、コンピューターおよび携帯電話など）が生活に欠かせないものになっている。電子製品は日ごとに進化し、機能が向上するため、製品を構成する複数のユニットが稼働する際に熱エネルギーが大量に発生する。複数のユニットに発生した熱エネルギーがある程度まで累積すると、パフォーマンスの低下または製品の使用寿命の短縮を招く。それに対し、放熱効果を効果的に促すには、多くの電子製品の稼働に伴って発熱するユニットにヒートパイプ（Ｈｅａｔ ｐｉｐｅ）またはベイパーチャンバー（Ｖａｐｏｒ ｃｈａｍｂｅｒ）を配置し、それにフィンまたはファンを加え、放熱システムを構成することが一般的である。

ヒートパイプとベイパーチャンバーとは接触面積が異なるだけでなく、熱伝導方式が異なる。ヒートパイプは一次元および線形構造によって熱伝導を行うことに対し、ベイパーチャンバーは二次元および面構造によって熱伝導を行うため、熱エネルギーを均等に分散させ、放熱および循環効率を加速させることができる。従って、ベイパーチャンバーはヒートパイプより放熱効果がよい。
例えば、「ベイパーチャンバーの毛細管構造および成型方法」を掲示した特許文献１において、ベイパーチャンバーはケース、蓋、複数の凸状支持部、毛細管構造および作業流体を備える。蓋とケースとは合わさり、チャンバーになる。凸状支持部はケースおよび蓋のいずれか一つの内壁に形成される。毛細管構造は凸状支持部の表面、ケースの内壁、蓋の内壁に被さる。チャンバーは作業流体で填充することによってベイパーチャンバーの熱伝導効率および速度を高める。

上述したベイパーチャンバーは凸状支持部によって支持強度を増大させ、その一方でケースまたは蓋に被さる毛細管構造を起伏させる。作業流体の循環によって放熱を行う際、作業流体は複数の凸状支持部との間に形成された孔径を流れる。
しかしながら、このような構築は放熱を促す作業流体の循環流動に影響を与える。一方、作業流体はチャンバー内に共存する液体および気体からなる。気体状態の作業流体と液体状態の作業流体とは流動方向が異なるため、循環過程において通過質量を低下させ、放熱効果に影響を与える。

重さまたは圧迫に耐えなければならない空間に上述したベイパーチャンバーが配置される際、凸状支持部は二つの半径が一致しない半球体からなり、相互に間隔を置くように配置され、かつ力点が半球体の頂部に集中するため、圧迫され、特に耐えた外力が均一にならなければベイパーチャンバーの構造を損壊させてしまう可能性がある。従って、ベイパーチャンバーの構造上の支持性には改善の余地がある。

台湾特許Ｉ４７６３６１号公報

本考案は、複数の気体通路および少なくとも一つの液体通路を介して気体状態および液体状態の作業流体の流動方向を制限することによって、循環過程において放熱を促す気体状態および液体状態の作業流体の通過質量を増大させ、放熱効果を向上させる、気液分離構造を有するベイパーチャンバーを提供することを主な目的とする。

本考案は、第一プレートと第二プレートとの間に当接する複数の線状スペーサからなる支持組織によって支持効果を向上させる、気液分離構造を有するベイパーチャンバーを提供することをもう一つの目的とする。

上述した課題を解決するための気液分離構造を有するベイパーチャンバーは、少なくとも一つの第一プレート、第二プレート、複数のスペーサ、少なくとも一つの第一毛細管材および作業液体を備える。少なくとも一つの第一プレートと第二プレートとは合わさり、少なくとも一つの格納空間を形成する。少なくとも一つの格納空間は少なくとも一つの第一プレートと第二プレートとの間に密閉される。複数のスペーサは少なくとも一つの第一プレートと第二プレートとの間に当接し、かつ少なくとも一つの格納空間内に間隔を置いて配列することで複数の気体通路および少なくとも一つの液体通路を構成し、少なくとも一つの格納空間を加熱エリアおよび冷却エリアに分割する。複数の気体通路および少なくとも一つの液体通路は加熱エリアおよび冷却エリアにおいて相互に繋がる。少なくとも一つの第一毛細管材は一部分が少なくとも一つの液体通路に配置され、ほかの部分が加熱エリアおよび冷却エリアに配置される。作業液体は少なくとも一つの格納空間に充満する。

本考案によるベイパーチャンバーにおいて、複数の気体通路および少なくとも一つの液体通路は、液体および気体がチャンパー内に共存することが原因で循環過程において作業液体の通過質量を低下させるという先行技術の欠点を解決し、作業液体の循環効率を向上させ、放熱効果を高めることができる。

先行技術に基づいて二つの半径が一致しない半球体複数からなる凸状支持部に対し、複数のスペーサは線状を呈し、第一プレートと第二プレートとの間に当接するため、支持効果が比較的よい。

本考案の第１実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーを示す一部分の分解斜視図である。 本考案の第１実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーの内部構造を示す正面図である。 図２中の３−３線に沿った断面図である。 本考案の第１実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーを示す水平断面図である。 本考案の第２実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーの内部構造を示す正面図である。 本考案の第３実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーの内部構造を示す正面図である。 本考案の第３実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーを示す一部分の分解斜視図である。 本考案の第３実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーを示す側面図である。 本考案の第４実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーを示す一部分の分解斜視図である。 本考案の第４実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーにおいて複数の円柱状支持ブロックが加熱エリアおよび冷却エリアに配置される状態を示す斜視図である。 本考案の第４実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーにおいて複数の長形支持ブロックが加熱エリアに配置される状態を示す斜視図である。 本考案の第４実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーにおいて複数の長形支持ブロックが加熱エリアおよび冷却エリアに配置される状態を示す斜視図である。 本考案の第５実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーを示す一部分の分解斜視図である。 本考案の第５実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーにおいて第二毛細管材が第二プレート上の加熱エリアに対応する部位に配置される状態を示す斜視図である。 本考案の第５実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバーにおいて第二毛細管材が第二プレート上の加熱エリアおよび冷却エリアに対応する部位に配置される状態を示す斜視図である。

以下、本考案による気液分離構造を有するベイパーチャンバーを図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１から図４に示すように、本考案の第１実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバー１０は、少なくとも一つの第一プレート１１、第二プレート１２、複数のスペーサ１３、少なくとも一つの第一毛細管材１４および作業液体（図中未表示）を備える。

少なくとも一つの第一プレート１１と第二プレート１２とは合わさり、少なくとも一つの格納空間１２１および少なくとも一つの気体排出管１９を有する。
第１実施形態において、第一プレート１１、格納空間１２１および気体排出管１９の数は一つである。格納空間１２１は第一プレート１１および第二プレート１２に形成され、密封される。気体排出管１９は第一プレート１１と第二プレート１２との結合箇所に配置され、一端が格納空間１２１に繋がり、他端が密閉状態に保持され、ベイパーチャンバー１０に露出する。

複数のスペーサ１３は、第一プレート１１と第二プレート１２との間に当接し、格納空間内１２１に間隔を置いて配列することで複数の気体通路１４１および少なくとも一つの液体通路１４２を構成する。第１実施形態において、液体通路１４２の数は二つである。
複数のスペーサ１３はさらに格納空間１２１を加熱エリアＨおよび冷却エリアＣに分割する。複数の気体通路１４１および二つの液体通路１４２は加熱エリアＨおよび冷却エリアＣにおいて相互に繋がる。加熱エリアＨと冷却エリアＣとの間には断熱エリアＡが形成される。複数のスペーサ１３は断熱エリアＡに据えられる。
図１、図２および図４に示すように、複数のスペーサ１３、複数の気体通路１４１および二つの液体通路１４２は線状を呈する。

少なくとも一つの第一毛細管材１４は、線状を呈し、一部分が二つの液体通路１４２に配置され、別の一部分が加熱エリアＨおよび冷却エリアＣに配置される。第１実施形態において、第一毛細管材１４の数は二つである。
図１および図２に示すように、二つの第一毛細管材１４は繊維束からなるが、これに限らず、銅粉末または銅メッシュ（図中未表示）からなってもよい。二つの液体通路１４２は二つの第一毛細管材１４で填充する。

作業液体は、格納空間１２１に充満する。作業液体はこの領域において熟知されるため、詳しい説明を省略する。

以上は本考案の第１実施形態についての説明である。続いて、第一実施形態の作動状態について説明する。

図１から図４に示すように、気液分離構造を有するベイパーチャンバー１０が作動する際、加熱エリアＨは格納空間１２１に熱伝導を行い、二つの第一毛細管材１４に充満する作動液体を蒸発させ、気相反応を促す。このとき作動液体は気相に転換し、複数のスペーサ１３によって形成された複数の気体通路１４１を通って冷却エリアＣへ拡散し、そののち冷却エリアＣにおいて還元反応が生じ、液相に転換すると同時に冷却エリアＣに付着する。続いて、作業液体は冷却エリアＣおよび加熱エリアＨに繋がる繊維束からなる二つの第一毛細管材１４を回流し、加熱エリアＨへ戻る。
気体状態の作業液体および液体状態の作業流体は複数の気体通路１４１および二つの液体通路１４２によって誘導され、異なる通路を流動するため、循環過程において作業液体の通過質量が増大する。複数のスペーサ１３はベイパーチャンバー１０の第一プレート１１と第二プレート１２との間に当接することで丈夫な支持組織になるため、支持効果を向上させる。ベイパーチャンバー１０は二つの線状の第一毛細管材１４によって液体状態の作業液体の循環を効果的に加速させることができる。一方、周知の銅粉末焼結または銅メッシュからなる毛細管材と比べて、繊維束からなる第一毛細管材１４は作業液体の通過質量を増大させる効果が比較的良い。

上述したとおり、本考案による気液分離構造を有するベイパーチャンバー１０は、液体および気体がチャンパー内に共存することが原因で循環過程において作業液体の通過質量を低下させるという先行技術の欠点を、複数の気体通路１４１および二つの液体通路１４２によって解決できるため、作業液体の循環効率を向上させ、放熱効果を高めることができる。

先行技術に基づいて二つの半径が一致しない半球体複数からなる凸状支持部に対し、複数のスペーサ１３は線状を呈し、第一プレート１１と第二プレート１２との間に当接するため、支持効果が比較的よい。

（第２実施形態）
図５に示したのは第２実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバー２０である。第１実施形態との違いは次のとおりである。

第二プレート２２は、さらに第二毛細管材２８を有する。第二毛細管材２８は第二プレート２２の加熱エリアＨ２および冷却エリアＣ２または両者のいずれか一つに焼結される。二つの第一毛細管材２４は第二毛細管材２８に接触する。

第二毛細管材２８は、銅メッシュであるが、これに限らず、銅粉末からなってもよい。

気液分離構造を有するベイパーチャンバー２０は、第二プレート２２の加熱エリアＨ２および冷却エリアＣ２に焼結された第二毛細管材２８の面積が一定したため、加熱エリアＨ２は多くの作業液を保持し、第二毛細管材２８によって効率よく作業液体を均一に吸収し、作業液体の蒸発効率を向上させることができる。
冷却エリアＣ２は第二毛細管材２８によって作業液体の含有量を増加させ、循環過程において作業液体の回流効率を向上させることができる。そのほかの構造および達成できる効果は第一実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

（第３実施形態）
図６から図８に示したのは第３実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバー３０である。第１実施形態との違いは次のとおりである。

図６に示すように、第二プレート３２は、さらに二つの凹状部３２２および第三毛細管材３８を有する。凹状部３２２は冷却エリアＣ３に形成され、数が二つに限らず、一つ以上であればよい。第三毛細管材３８は二つの凹状部３２２の底部に焼結され、第一毛細管材３４に繋がる。図８に示すように、二つの凹状部３２２の高さは第一プレート３１から第二プレート３２までの高さより大きい。第一プレート３１は数が二つであるが、これに限らず、一つ以上であればよい。
二つの第一プレート３１と第二プレートとは合わさり、二つの格納空間３２１を形成する。二つの格納空間３２１は二つの第一プレート３１と第二プレート３２との間に密閉される。複数のスペーサ３３、加熱エリアＨ３、冷却エリアＣ３、複数の気体通路３４１、二つの液体通路３４２、二つの第三毛細管材３８および作業液体（図中未表示）は二つの格納空間３２１に配置される。

第三毛細管材３８は、銅メッシュであるが、これに限らず、銅粉末からなってもよい。

気液分離構造を有するベイパーチャンバー３０は、二つの凹状部３２２によって冷却エリアＣ３の作業液体に対応する保管空間を増大させ、二つの第一毛細管材３４によって冷却エリアＣ３内の作業液体を加熱エリアＨ３へ誘導することができる。一方、気液分離構造を有するベイパーチャンバー３０を構成するユニットの数を変更することによって降温効果を加速させることができる。そのほかの構造および達成できる効果は第一実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

（第４実施形態）
図９から図１２に示したのは第４実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバー４０である。第１実施形態との違いは次のとおりである。

図９に示すように、第二プレート４２は、加熱エリアＨ４および冷却エリアＣ４または両者のいずれか一つに対応する部位に複数の支持ブロック４９を有する。複数の支持ブロック４９は第二プレート４２上の加熱エリアＨ４に対応する部位に配置されるが、これに限らず、図１０に示すように第二プレート４２上の加熱エリアＨ４および冷却エリアＣ４に対応する部位に配置されてもよい。複数の支持ブロック４９の形は円柱状であるが、これに限らず、図１１および図１２に示すように細長い柱状であってもよい。第一毛細管材４４は数が四つであるが、これに限らず、一つ以上であればよい。
複数の支持ブロック４９は第一プレート４１に当接し、かつ加熱エリアＨ４の複数の第一毛細管材４４の両側に位置することによって複数の第一毛細管材４４に位置決め効果を生じる。複数の支持ブロック４９は並列に配置されるが、これに限らず、交差するように配置されてもよい。複数の支持ブロック４９と複数のスペーサ４３とは同じ方向に配列することで複数の支持組織４５を構成する。複数の支持組織４５の間の間隔は同じである。

気液分離構造を有するベイパーチャンバー４０において、複数の支持ブロック４９は第二プレート４２上の加熱エリアＨ４および冷却エリアＣ４に対応する部位または両者に対応する一側に配置されるため、構造上の支持性を効果的に向上させることができる。そのほかの構造および達成できる効果は第一実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

（第５実施形態）
図１３から図１５に示したのは第５実施形態による気液分離構造を有するベイパーチャンバー５０である。第１実施形態との違いは次のとおりである。

第二プレート５２は、加熱エリアＨ５および冷却エリアＣ５または両者のいずれか一つに対応する部位に複数の支持ブロック５９を有する。複数の支持ブロック５９は第二プレート５２上の加熱エリアＨ５に対応する部位に配置されるが、これに限らず、第二プレート５２上の加熱エリアＨ５および冷却エリアＣ５に対応する部位に配置されてもよい。複数の支持ブロック５９の形は円柱状であるが、これに限らず、細長い柱状であってもよい。第一毛細管材５４は数が四つであるが、これに限らず、一つ以上であればよい。
複数の支持ブロック５９は第一プレート５１に当接し、かつ加熱エリアＨ５の複数の第一毛細管材５４の両側に位置することによって複数の第一毛細管材５４に位置決め効果を生じる。複数の支持ブロック５９は並列に配置されるが、これに限らず、交差するように配置されてもよい。複数の支持ブロック５９と複数のスペーサ５３とは同じ方向に配列することで複数の支持組織５５を構成する。複数の支持組織５５の間の間隔は同じである。

図１３に示すように、第二毛細管材５８は、第二プレート５２上の冷却エリアＣ５に対応する部位に配置されるが、これに限らず、図１４に示すように第二プレート５２上の加熱エリアＨ５に対応する部位に配置されても、図１５に示すように第二プレート５２上の加熱エリアＨ５および冷却エリアＣ５に対応する部位に配置されても、両者のいずれか一つに配置されてもよい。
第一毛細管材５４は第二毛細管材５８に接触する。第一毛細管材５４の数は四つであるが、これに限らず、一つ以上であればよい。上述した構造は加熱エリアＨ５の作業液体の含有量および冷却エリアＣ５の作業液体の含有量を効果的に増大させ、加熱エリアＨ５および冷却エリアＣ５の構造上の支持性を維持することができる。そのほかの構造および達成できる効果は第一実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

以上、本考案は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、考案の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０ 気液分離構造を有するベイパーチャンバー
１１ 第一プレート
１２ 第二プレート
１２１ 格納空間
１３ スペーサ
１４ 第一毛細管材
１４１ 気体通路
１４２ 液体通路
１９ 気体排出管
Ｈ 加熱エリア
Ｃ 冷却エリア
Ａ 断熱エリア
２０ 気液分離構造を有するベイパーチャンバー
２２ 第二プレート
２４ 第一毛細管材
２８ 第二毛細管材
Ｈ２ 加熱エリア
Ｃ２ 冷却エリア
３０ 気液分離構造を有するベイパーチャンバー
３１ 第一プレート
３２ 第二プレート
３２１ 格納空間
３２２ 凹状部
３３ スペーサ
３４ 第一毛細管材
３４１ 気体通路
３４２ 液体通路
３８ 第三毛細管材
Ｈ３ 加熱エリア
Ｃ３ 冷却エリア
４０ 気液分離構造を有するベイパーチャンバー
４２ 第二プレート
４３ スペーサ
４４ 第一毛細管材
４５ 支持組織
４９ 支持ブロック
５０ 気液分離構造を有するベイパーチャンバー
５１ 第一プレート
５２ 第二プレート
５３ スペーサ
５４ 第一毛細管材
５５ 支持組織
５８ 第二毛細管材
５９ 支持ブロック
Ｈ５ 加熱エリア
Ｃ５ 冷却エリア

Claims (11)

1. 少なくとも一つの第一プレート、第二プレート、複数のスペーサ、少なくとも一つの第一毛細管材および作業液体を備え、
   少なくとも一つの前記第一プレートと前記第二プレートとは、合わさり、少なくとも一つの格納空間を形成し、少なくとも一つの前記格納空間は少なくとも一つの前記第一プレートと前記第二プレートとの間に密閉され、
   複数の前記スペーサは、少なくとも一つの前記第一プレートと前記第二プレートとの間に当接し、かつ少なくとも一つの前記格納空間内に間隔を置いて配列することで複数の気体通路および少なくとも一つの液体通路を構成し、少なくとも一つの前記格納空間を加熱エリアおよび冷却エリアに分割し、複数の前記気体通路および少なくとも一つの前記液体通路は前記加熱エリアおよび前記冷却エリアにおいて相互に繋がり、
   少なくとも一つの前記第一毛細管材は、一部分が少なくとも一つの前記液体通路に配置され、ほかの部分が前記加熱エリアおよび前記冷却エリアに配置され、
   前記作業液体は、少なくとも一つの前記格納空間に充満することを特徴とする、
   気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
2. 前記加熱エリアと前記冷却エリアとの間は、断熱エリアであり、複数の前記スペーサは、前記断熱エリア内に据えられることを特徴とする請求項１に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
3. 複数の前記スペーサは、線状を呈することを特徴とする請求項１に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
4. 複数の前記気体通路および少なくとも一つの前記液体通路は、線状を呈することを特徴とする請求項１に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
5. 少なくとも一つの前記第一毛細管材は、線状を呈し、前記液体通路に詰まることを特徴とする請求項１に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
6. さらに少なくとも一つの気体排出管を備え、少なくとも一つの前記気体排出管は、少なくとも一つの前記第一プレートと前記第二プレートとの結合箇所に配置され、一端が少なくとも一つの前記格納空間に繋がり、他端が密閉状態に保持され、前記ベイパーチャンバーに露出することを特徴とする請求項１に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
7. 前記第二プレートは、前記加熱エリアおよび前記冷却エリアまたは前記両者のいずれか一つに対応する部位に複数の支持ブロックを有し、複数の前記支持ブロックは、少なくとも一つの前記第一プレートに当接し、かつ少なくとも一つの前記第一毛細管材の両側に位置することによって少なくとも一つの前記第一毛細管材に位置決め効果を生じることを特徴とする請求項１に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
8. 複数の前記支持ブロックは並列に配置されるか、交差するように配置され、複数の前記支持ブロックと複数の前記スペーサとは、同じ方向に配列することで複数の支持組織を構成することを特徴とする請求項７に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
9. 前記第二プレートは、さらに第二毛細管材を有し、前記第二毛細管材は、前記加熱エリアおよび前記冷却エリアまたは前記両者のいずれか一つに焼結され、かつ少なくとも一つの前記第一毛細管材に接触することを特徴とする請求項６に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
10. 前記第二プレートは、さらに少なくとも一つの凹状部および第三毛細管材を有し、少なくとも一つの前記凹状部は、前記冷却エリアに形成され、前記第三毛細管材は、少なくとも一つの前記凹状部の底部に焼結され、前記第一毛細管材に繋がり、少なくとも一つの前記凹状部の高さは、少なくとも一つの前記第一プレートから前記第二プレートまでの高さより大きいことを特徴とする請求項１に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。
11. 少なくとも一つの前記第一毛細管材は、繊維束、銅粉末または銅メッシュからなることを特徴とする請求項１に記載の気液分離構造を有するベイパーチャンバー。

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