JP5190305B2 - 蒸気チャンバ - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスなどの電子機器類の冷却用熱交換器に関し、特に、内部にウィック構造および作動流体を有する蒸気チャンバに関する。

蒸気チャンバは、一種の板状のヒートパイプであり、その原理はヒートパイプと同様であり、真空作用によって内部に注入された作動流体が熱によって液体から気体へと相変化し、蒸気によって熱を伝達して冷却後、液体に凝縮することを繰り返して循環する。

しかし、蒸気チャンバとヒートパイプは製造方法が異なる。ヒートパイプはパイプ状であり、管体は先ず一端が封止された後、開放状態の他端から作動流体の注入、排気または真空化の作業が行われ、気体除去が完成された瞬間、管体が封止されてヒートパイプの製作が完了する。しかし、蒸気チャンバは板状であり、通常上下に接合される二枚の蓋板から構成され、管状ではない。蒸気チャンバは上下の表面積の広い板面が受熱部および放熱部とされ、使用時には平坦な状態で使用されるので、その内壁のウィック構造は吸着されて内部の底部に凝集される。このような状態で蒸気チャンバの受熱部中央部に発熱源が付着された場合、その受熱部および放熱部のウィック構造は効果的に作動流体を迅速に気化および凝縮させることができないので、熱伝導効果が影響を受ける。

本発明の発明者は上述の従来技術における欠点に鑑み、研究開発を重ね、ついに本発明を案出した。
特表２００５−５２５５２９号公報

本発明の第１の目的は、蒸気チャンバの受熱部のウィック組織が二種類の孔径を有するウィック組織または二種類の密度の異なるウィック組織が積層されて構成され、内壁面上に貼合されるウィック組織は孔径が上部の層よりも大きいか、或いは、密度が上部の層よりも低く、孔径が小さいウィック組織または密度が高いウィック組織によって内部を流通する作動流体が分散しやすくなり、分散された後の作動流体量も少ないので、受熱後、迅速に気化され、作動流体が気化されるのに必要な時間が短縮され迅速に熱伝導が行なわれる蒸気チャンバを提供することにある。
本発明の第２の目的は、残りのウィック組織は、孔径が上述の二つのウィック組織よりも大きいか、或いは、その密度が上述の二つのウィック組織よりも小さく、孔径が大きいウィック組織または密度が小さいウィック組織によって内部を流通する作動流体が容易に凝集して滞留し、液体に凝縮された作動流体が大量に回流し、気化される作動流体が貯蔵され、蒸気チャンバが空焚きされるのを防止することができる蒸気チャンバを提供することにある。

上述の第１の目的を解決するために、本発明は蒸気チャンバを提供するものであり、内部にチャンバを有する板体およびチャンバ内壁面に貼合されるウィック組織を備え、板体内には作動流体が封入される。板体の一面は受熱部であり、他面は放熱部である。ウィック組織は板体の受熱部に対応して貼合される第１のウィック部および第１のウィック部に積層される第２のウィック部を備え、更に第３のウィック部が残りのチャンバ内壁面に貼合される。放熱部に対応する第３のウィック部と第２のウィック部との間には間隔が設けられてチャンバが形成される。第１のウィック部の孔径は第２のウィック部の孔径よりも大きいか、或いは、第１のウィック部の密度は第２のウィック部の密度よりも低い。

上述の第２の目的を解決するために、本発明は蒸気チャンバを提供するものであり、第１のウィック部の孔径は第３のウィック部の孔径よりも小さいか、或いは、第１のウィック部の密度は第３のウィック部の密度よりも高い。

発熱源が熱を発生したとき、蒸気チャンバの受熱部は熱を吸収する。このとき、第２のウィック部が第１のウィック部よりも小さい孔径または高い密度を有するので、第２のウィック部を流れる作動流体は容易に分散され、分散された後の作動流体量も少ない。従って、熱を受けた後、第１のウィック部よりも先に気化状態となり、発熱源部分の熱は蒸気の状態でチャンバを通過し、蒸気チャンバの放熱部へと伝達される。これによって作動流体が気化に必要な時間が短縮され、迅速な熱伝導が行なわれる。気化後の作動流体は放熱部によって冷却された後、液体に凝縮され、第３のウィック部を通じて受熱部の第１のウィック部および第２のウィック部に回流する。この時、第３のウィック部は第１のウィック部よりも大きい孔径または低い密度を有し、孔径が大きく、密度が低いので、内部を流通する作動流体は容易に凝集して堆積し、液体に凝縮された作動流体が大量に回流し、気化される作動流体が貯蔵され、蒸気チャンバの空焚きが防止される。

本発明の目的、特徴および効果を示す実施例を図面に沿って詳細に説明する。図面は参考の為に提供するものであり、本発明を制限するものではない。

図１は本発明を示す分解斜視図である。図２は本発明を示す断面図である。本発明は蒸気チャンバを提供するものであり、板体１および板体１内の各壁面上に貼合されるウィック組織２から構成される。

板体１は内部が中空であり、放熱特性を有する材質から製造され、下蓋１０および上蓋１１から構成され、下蓋１０と上蓋１１が接合された後、板体１内の中空部分にチャンバ１２が形成される。チャンバ１２には作動流体（図示せず）が注入され、密封される。また、板体１上は二つの面積の大きい板面を有し、下蓋１０の下表面は蒸気チャンバの受熱部とされ、上蓋１１の上表面は蒸気チャンバの放熱部とされる。

ウィック組織２は上述の板体１のチャンバ１２内壁面上に貼合され、第１のウィック部２０、第２のウィック部２１および第３のウィック部２２から構成される。第１のウィック部２０は板体１の受熱部に対応する内壁面上に貼合され、第２のウィック部２１は第１のウィック部２０上に積層され（図３を参照）、残りは全て第３のウィック部２２であり、前述の板体１の受熱部に対応する内壁面以外のチャンバ１２内壁面に貼合されるウィック組織は全て第３のウィック部２２である。第３のウィック部２２の板体１の放熱部に対応する部分と第２のウィック部２１との間には間隔が設けられてチャンバ１２が形成される。即ち、第２のウィック部２１と上蓋１１内壁面上に位置する第３のウィック部２２との間はチャンバ１２の空間であり、二者は相対するように設置されるが接触していない（図３を参照）。

本発明は、第１のウィック部２０、第２のウィック部２１および第３のウィック部２２がそれぞれ異なる孔径または密度を有する。「孔径」はウィック組織内に形成される孔の孔径の大きさを示す。ウィック組織は織網または粉末焼結によって構成することができるので、織網の交絡を粗くするか、焼結粉末の粒を大きくするほど、形成される網目（即ち孔）が大きくなり、孔径が大きくなる。反対に、織網の網目を緻密にするか、焼結粉末の粒が小さくするほど、形成される網目は小さくなり、孔径が小さくなる。また、「密度」はウィック組織の同一の面積または体積当たりの疎密度を示し、孔径が小さいほど分布する孔の数量が多いので、ウィック組織の疎密度が高くなり、密度が高くなる。反対に、孔径が大きいほど分布する孔の数量が少なくなるので、ウィック組織の疎密度が低くなり、密度が低くなる。

従って、「孔径」に関して述べると、第２のウィック部２１が最も小さく、その次に第１のウィック部２０が小さく、第３のウィック部２２が最も大きい。「密度」に関して述べると、第２のウィック部２１が最も高く、その次に第１のウィック部２０が高く、第３のウィック部２２が最も低い。ウィック組織３の各部位の異なる孔径または密度によって蒸気チャンバは有利な特性を得ることができる。例えば、迅速な気化が必要な場合、孔径を小さくし、密度を高くすることによって内部を流通する作動流体が容易に分散されて希薄になり、迅速に気化される。多くの作動流体を貯蔵する必要がある場合、孔径を大きくし、密度を低くすればよい。

上述の構造によって本発明の蒸気チャンバが構成される。

図４に示すように、蒸気チャンバの放熱部には更に複数の放熱フィン３を設けることができ、発熱源４の放熱に応用することができる。蒸気チャンバの受熱部が発熱源４表面に貼合され、発熱源４が熱を発生させる以前は蒸気チャンバ内の作動流体は液体であり、チャンバ１２内の第１のウィック部２０、第２のウィック部２１および第３のウィック部２２の受熱部に対応する位置に滞留する。

発熱源４が熱を発生すると、蒸気チャンバの受熱部は熱を吸収する。このとき、第２のウィック部２１が第１のウィック部２０よりも小さい孔径または高い密度を有するので、第２のウィック部２１を流れる作動流体は容易に分散され、分散された後の作動流体量も少ない。従って、熱を受けた後、第１のウィック部２０よりも先に気化状態となり、発熱源４部分の熱は蒸気の状態でチャンバ１２を通過し、蒸気チャンバの放熱部へと伝達される。これによって作動流体が気化に必要な時間が短縮され、迅速な熱伝導が行なわれる。気化後の作動流体は放熱部によって冷却された後、液体に凝縮され、第３のウィック部２２を通じて受熱部の第１のウィック部２０および第２のウィック部２１に回流する。この時、第３のウィック部２２は第１のウィック部２０よりも大きい孔径または低い密度を有し、孔径が大きく、密度が低いので、内部を流通する作動流体は容易に凝集して滞留し、液体に凝縮された作動流体が大量に回流し、気化される作動流体が貯蔵され、蒸気チャンバの空焚きが防止される。

上述のように、本発明は確実にその目的を達成でき、従来技術における欠点を解決することができ、新規性および進歩性を有し、特許要件に符合する。

以上の詳細な説明は本発明の好適な実施例を示したものであり、本発明の特許請求の範囲を制限するものではなく、本発明の明細書および図面を応用した同等効果の変更などは全て本発明に含まれる。

本発明を示す分解斜視図である。 本発明を示す断面図である。 図２のＡ部分の拡大図である。 本発明の使用状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 板体
１０ 下蓋
１１ 上蓋
１２ チャンバ
２ ウィック組織
２０ 第１のウィック部
２１ 第２のウィック部
２２ 第３のウィック部
３ 放熱フィン
４ 発熱源

Claims (12)

1. 受熱部となる板体と放熱部となる板体とを相対して間隔を隔てて接合して中空チャンバを形成し、
   チャンバ内壁面に前記板体の受熱部に対応して貼合される第１の多孔質のウィック部、前記第１のウィック部に積層される第２の多孔質のウィック部および
   前記チャンバの内壁面に貼合される第３の多孔質のウィック部を配置し、
   前記放熱部に対応する第３のウィック部と前記第２のウィック部との間には間隔が設けられると共に、
   前記第１のウィック部の孔径は前記第２のウィック部の孔径よりも大きくし、前記第１のウィック部の孔径は、前記第３のウィック部の孔径よりも小さく、前記第１のウィック部および第３のウィック部は、織網であり、前記第１のウィック部の交絡は前記第３のウィック部より緻密であることを特徴とする蒸気チャンバ。
2. 前記板体は、下蓋および上蓋から構成され、お互いに接合されて前記チャンバを形成することを特徴とする請求項１記載の蒸気チャンバ。
3. 前記下蓋の下表面は、前記受熱部であり、前記上蓋の上表面は、前記放熱部であることを特徴とする請求項２記載の蒸気チャンバ。
4. 前記第１のウィック部および第２のウィック部は、織網であり、前記第１のウィック部の交絡は第２のウィック部より粗いことを特徴とする請求項１記載の蒸気チャンバ。
5. 前記第１のウィック部および第２のウィック部は、粉末焼結によって構成され、前記第１のウィック部の粉末粒径は第２のウィック部より大きいことを特徴とする請求項１記載の蒸気チャンバ。
6. 前記第１のウィック部および第３のウィック部は、粉末焼結によって構成され、前記第１のウィック部の粉末粒径は前記第３のウィック部より小さいことを特徴とする請求項１記載の蒸気チャンバ。
7. 受熱部となる板体と放熱部となる板体とを相対して間隔を隔てて接合して中空チャンバを形成し、
   チャンバ内壁面に前記板体の受熱部に対応して貼合される第１の多孔質のウィック部、前記第１のウィック部に積層される第２の多孔質のウィック部および
   前記チャンバの内壁面に貼合される第３の多孔質のウィック部を配置し、
   前記放熱部に対応する第３のウィック部と前記第２のウィック部との間には間隔が設けられると共に、
   前記第１のウィック部の密度は前記第２のウィック部の密度よりも低くし、前記第１のウィック部の密度は、前記第３のウィックの密度よりも高く、前記第１のウィック部および第３のウィック部は、織網であり、前記第１のウィック部の交絡は前記第３のウィック部より緻密であることを特徴とする蒸気チャンバ。
8. 前記板体は、下蓋および上蓋から構成され、お互いに接合されて前記チャンバを形成することを特徴とする請求項７記載の蒸気チャンバ。
9. 前記下蓋の下表面は、前記受熱部であり、前記上蓋の上表面は、前記放熱部であることを特徴とする請求項８記載の蒸気チャンバ。
10. 前記第１のウィック部および第２のウィック部は、織網であり、前記第１のウィック部の交絡は第２のウィック部より粗いことを特徴とする請求項７記載の蒸気チャンバ。
11. 前記第１のウィック部および第２のウィック部は、粉末焼結によって構成され、前記第１のウィック部の粉末粒径は第２のウィック部より大きいことを特徴とする請求項７記載の蒸気チャンバ。
12. 前記第１のウィック部および第３のウィック部は、粉末焼結によって構成され、前記第１のウィック部の粉末粒径は前記第３のウィック部より小さいことを特チャンバ。

Images