JP5370074B2 - Loop type heat pipe and electronic device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱素子等の冷却に用いられるループ型ヒートパイプ及びこれを備えた電子機器に関する。 The present invention relates to a loop heat pipe used for cooling a heating element or the like and an electronic apparatus including the same.
近年、コンピュータ等の電子機器の発熱量及び発熱密度が増加し、冷却性能の向上が求められている。そのため、ヒートシンクを冷却ファンの近傍等の冷却に適する場所に配置し、CPU等の発熱量の大きな電子部品とヒートシンクとをヒートパイプで熱的に接続して冷却する方法が広く用いられている。従来、ヒートシンクと電子部品とを熱的に接続するヒートパイプとしては、構造が簡単な単管型ヒートパイプが利用されてきた。しかし、単管型ヒートパイプの熱輸送能力は30〜50W程度と低く、電子機器の冷却を行うのに十分ではないことがある。一方、ループ型ヒートパイプは単管型ヒートパイプに比べて熱輸送能力が優れることから、電子機器への搭載を目指した開発が進められている。 In recent years, the heat generation amount and heat generation density of electronic devices such as computers have increased, and improvement in cooling performance has been demanded. For this reason, a method is widely used in which a heat sink is disposed in a location suitable for cooling, such as in the vicinity of a cooling fan, and an electronic component having a large amount of heat, such as a CPU, and the heat sink are thermally connected by a heat pipe. Conventionally, as a heat pipe for thermally connecting a heat sink and an electronic component, a single-tube heat pipe having a simple structure has been used. However, the heat transport capacity of the single-tube heat pipe is as low as about 30 to 50 W, and may not be sufficient for cooling the electronic device. On the other hand, loop type heat pipes have better heat transport capability than single pipe type heat pipes, so development aimed at mounting on electronic devices is underway.
ループ型ヒートパイプは、作動液(液相の作動流体)を蒸発させる蒸発部と、蒸気(気相の作動流体)を凝縮させる凝縮部と、蒸発部に供給する作動液を一時的に貯留する補償チャンバとを備える。蒸発部と凝縮部とは蒸気管で接続され、凝縮部と補償チャンバとは液管で接続される。さらに、蒸発部の内部には、補償チャンバと連通した作動液流路と、蒸気管と連通した蒸気流路と、作動液流路と蒸気流路とを隔てるウィックと呼ばれる多孔質部材とが設けられている。ウィックは、作動液流路の作動液を毛細管力で蒸気流路側に輸送する機能と、蒸気流路の蒸気が作動液流路に逆流するのを防ぐ機能とを有し、蒸発部と凝縮部との間で作動流体(作動液及びその蒸気を含む)を循環させる。 The loop heat pipe temporarily stores an evaporating unit that evaporates the working fluid (liquid phase working fluid), a condensing unit that condenses the vapor (gas phase working fluid), and the working fluid supplied to the evaporating unit. A compensation chamber. The evaporator and the condenser are connected by a vapor pipe, and the condenser and the compensation chamber are connected by a liquid pipe. Further, inside the evaporation section, there are provided a working fluid passage communicating with the compensation chamber, a steam passage communicating with the steam pipe, and a porous member called a wick that separates the working fluid passage and the steam passage. It has been. The wick has a function of transporting the working fluid in the working fluid channel to the steam channel side by capillary force, and a function for preventing the steam in the steam channel from flowing back to the working fluid channel. A working fluid (including a working fluid and its vapor).
ところで、コンピュータ等の電子機器は、設置、輸送及び保管等の状況により様々な向きに配置される。そのため、電子機器に搭載されるループ型ヒートパイプは、蒸発部(高温部)が凝縮部(低温部)よりも上側になる、いわゆるトップヒート配置となる場合が想定される。この場合、作動停止時に作動液が重力により補償チャンバから流出し、作動液を蒸気流路側に輸送する機能及び蒸気が作動液流路側に逆流するのを防ぐ機能が働かなくなってループ型ヒートパイプを始動することができなくなる。 By the way, electronic devices such as computers are arranged in various directions depending on installation, transportation, storage, and the like. Therefore, it is assumed that the loop heat pipe mounted on the electronic device has a so-called top heat arrangement in which the evaporation portion (high temperature portion) is located above the condensation portion (low temperature portion). In this case, when the operation is stopped, the working fluid flows out of the compensation chamber due to gravity, and the function of transporting the working fluid to the steam channel side and the function of preventing the vapor from flowing backward to the working fluid channel side do not work. It will not be possible to start.
上述の不具合の発生を防ぐために、従来のループ型ヒートパイプではループ型ヒートパイプ内に封入する作動液の量を最適な熱輸送特性が得られる量よりも増加させている。このように作動液の量を増加させると、トップヒート配置でも動液流路内を作動液で満たしてウィックを湿潤させておくことが可能となり、ループ型ヒートパイプの始動性が向上する。 In order to prevent the occurrence of the above-described problems, in the conventional loop heat pipe, the amount of the working fluid sealed in the loop heat pipe is increased more than the amount capable of obtaining the optimum heat transport characteristic. When the amount of the hydraulic fluid is increased in this way, it becomes possible to fill the inside of the fluid flow path with the hydraulic fluid and moisten the wick even in the top heat arrangement, and the startability of the loop heat pipe is improved.
しかし、従来のようにループ型ヒートパイプ内に封入する作動液の量を増加させると、液相の割合の増加に伴って流動抵抗が高くなり、作動流体の循環量が低下してしまう。さらに、凝縮部において作動液の比率が高まるので蒸気の凝縮を効率良く行えなくなる。このため、ループ型ヒートパイプの熱輸送能力が低下してしまう。 However, when the amount of the working fluid sealed in the loop heat pipe is increased as in the prior art, the flow resistance increases with an increase in the ratio of the liquid phase, and the circulating amount of the working fluid decreases. Furthermore, since the ratio of the working fluid is increased in the condensing part, the steam cannot be condensed efficiently. For this reason, the heat transport capability of the loop heat pipe is reduced.
そこで、始動性及び熱輸送能力に優れたループ型ヒートパイプ及びこれを備えた電子機器を提供することを目的とする。 Then, it aims at providing the loop type heat pipe excellent in startability and heat transport capability, and an electronic device provided with the same.
一観点によれば、外部から受熱して作動液を蒸発させる蒸発部と、外部に放熱を行い前記作動液の蒸気を凝縮させる凝縮部と、前記蒸発部に流入する作動液を貯留する補償チャンバと、前記蒸発部で発生した前記作動液の蒸気を前記凝縮部に導く蒸気管と、前記凝縮部で凝縮された前記作動液を前記補償チャンバに導く液管と、前記蒸発部内に配置され、前記補償チャンバと連通した作動液流路と前記蒸気管と連通した蒸気流路とを隔てるウィックと、前記補償チャンバ内と前記作動液流路内との間を移動可能であり、前記蒸発部の位置が前記凝縮部の位置よりも高いトップヒート配置のときに前記作動液流路内に移動して、前記作動液流路の容積を減少させるスペーサと、を有するループ型ヒートパイプが提供される。 According to one aspect, an evaporation unit that receives heat from the outside and evaporates the working fluid, a condensing unit that radiates heat to the outside and condenses the vapor of the working fluid, and a compensation chamber that stores the working fluid flowing into the evaporation unit A steam pipe that guides the vapor of the working fluid generated in the evaporation section to the condensing section, a liquid pipe that guides the working fluid condensed in the condensing section to the compensation chamber, and is disposed in the evaporation section. A wick that separates the hydraulic fluid passage that communicates with the compensation chamber and the vapor passage that communicates with the steam pipe, and is movable between the compensation chamber and the hydraulic fluid passage, There is provided a loop type heat pipe having a spacer that moves into the hydraulic fluid channel when the top heat arrangement is higher than the position of the condensing unit and reduces the volume of the hydraulic fluid channel. .
上記観点のループ型ヒートパイプによれば、トップヒート配置になるとスペーサが作動液流路内に入り、作動液流路の容積を減少させる。そのため、トップヒート配置で補償チャンバ及び作動液流路から作動液が流出しても作動液流路内に残存する作動液で作動液流路を満たすことができる。これにより、ウィックが作動液と接する部分が増加してウィック全体を湿潤させることができ、ループ型ヒートパイプを始動させることができる。さらに、ループ型ヒートパイプ内に封入する作動液の量を過度に増加させる必要がないため、熱輸送特性にも優れる。 According to the loop heat pipe of the above aspect, when the top heat arrangement is adopted, the spacer enters the hydraulic fluid flow path and reduces the volume of the hydraulic fluid flow path. Therefore, even if the hydraulic fluid flows out from the compensation chamber and the hydraulic fluid channel in the top heat arrangement, the hydraulic fluid channel can be filled with the hydraulic fluid remaining in the hydraulic fluid channel. Thereby, the part which a wick contacts with a hydraulic fluid increases, the whole wick can be moistened, and a loop type heat pipe can be started. Furthermore, since it is not necessary to excessively increase the amount of hydraulic fluid sealed in the loop heat pipe, the heat transport characteristics are also excellent.
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1(a)は、実施形態に係るループ型ヒートパイプをトップヒート配置で作動停止させた状態で示す図であり、図1(b)は図1(a)の補償チャンバ及び蒸発部を示す断面図である。図2(a)は、実施形態に係る蒸発部をウィックの軸に垂直な面に沿って切断して示す断面図であり、図2(b)は実施形態に係る蒸発部及び補償チャンバを示す透視図である。なお、図1において矢印Aは鉛直上向き方向を示し、他の図についても同様とする。 Fig.1 (a) is a figure shown in the state which stopped the loop type heat pipe which concerns on embodiment by top heat arrangement | positioning, FIG.1 (b) shows the compensation chamber and evaporation part of Fig.1 (a). It is sectional drawing. FIG. 2A is a cross-sectional view showing the evaporator according to the embodiment cut along a plane perpendicular to the wick axis, and FIG. 2B shows the evaporator and the compensation chamber according to the embodiment. FIG. In FIG. 1, an arrow A indicates a vertically upward direction, and the same applies to other drawings.
図1(a)に示すように、本実施形態のループ型ヒートパイプ10は、補償チャンバ11、蒸発部12、蒸気管13、コンデンサ管(凝縮部)14及び液管15を備え、内部には作動液18が飽和蒸気圧の蒸気と共に封入されている。
As shown in FIG. 1A, the
補償チャンバ11は、蒸発部12に隣接して配置されおり、蒸発部12に供給する作動液18を一時的に貯留する。この補償チャンバ11は、ループ型ヒートパイプ10がトップヒート配置の際に蒸発部12よりも上に位置し、ボトムヒート配置(蒸発部12の位置が凝縮部14の位置よりも低い配置)の際に蒸発部12よりも下に位置する。補償チャンバ11の内部には、例えば内径14mm程度、長さが11mm程度の空間が設けられている。
The
図1(b)、図2(a)及び図2(b)に示すように、蒸発部12は、ヒートブロック21及びウィック22を備えている。
As shown in FIGS. 1B, 2 </ b> A, and 2 </ b> B, the
ヒートブロック21は、銅等の熱伝導性の良い材料からなり、例えば、縦50mm程度、横50mm程度及び厚さ20mm程度の平板状に形成されている。ヒートブロック21の内部には、例えば直径14mm程度、長さ43mm程度の円柱状の空洞部21aが形成されている。空洞部21a内には、ウィック22が空洞部21aの内壁と接触するようにして収容されている。
The
ウィック22は、一方の端部が封鎖された円筒状(有底円筒状)に形成された多孔質材料からなり、内側の空間が作動液流路22bとなっている。ウィック22は、例えば外径が14mm程度、軸方向の長さが40mm程度であり、作動液流路22bは、例えば内径5mm程度、軸方向の長さが33mm程度である。また、ウィック22の空隙率は例えば0.5程度である。
The
ウィック22の外周側には、例えば幅(ウィック22の周方向の長さ)が1mm程度、深さ(ウィック22の半径方向の長さ)が2.5mm程度、長さが(ウィック22の軸方向の長さ)40mm程度のグルーブ溝(蒸気流路)22aが形成されている。この蒸気流路22aは、ウィック22の外周に例えば8本程度、等間隔に配置されている。
On the outer peripheral side of the
作動液流路22bは、補償チャンバ11と連通し、蒸気流路22aは蒸気管13と連通している。また、蒸気流路22aと作動液流路22bとはウィック22によって隔離されている。
The
上述の例では蒸気流路22aをウィック22側に設けているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、蒸気流路22aをヒートブロック21の空洞部21aの内周面側に設けてもよい。
In the above example, the
図1(b)に示すように、作動液流路22b内には、円柱状のスペーサ16が挿入されている。このスペーサ16は、作動液流路21bと補償チャンバ11との高低差により作動液流路22b内と補償チャンバ11内との間を移動することができる。すなわち、ループ型ヒートパイプ10をトップヒート配置としたときには、スペーサ16は自重により作動液流路22b内に移動して作動液流路22b内の容積を減少させる。また、後述するようにループ型ヒートパイプ10をボトムヒート配置としたときは、スペーサ16は自重により補償チャンバ11内に移動して作動液流路22b内の流路を拡大させる。
As shown in FIG. 1B, a
スペーサ16は、例えば直径が4.5mm程度、長さが9mm程度の円柱状のアルミニウム棒からなる。なお、スペーサ16の材料はアルミニウムに限定されるものではなく、作動液18よりも比重が大きく作動流体と化学反応しにくい材料、例えば、金属、セラミック及びフィラー充填樹脂等の材料等を用いることができる。また、スペーサ16の形状は円柱状に限定されるものではなく、角柱状や球状等としてもよい。さらに、スペーサ16の表面を樹脂材料などで被覆してもよい。この場合には、作動流路22b内に作動液18をスムーズに導入することができるように、作動液18と親和性を有する材料(例えばポリフッ化エチレン)でスペーサ16を被覆すると好適である。また、スペーサ16に面取加工(角部を丸める加工)を施すと、スペーサ16をスムーズに移動させることができて好適である。
The
図1(a)に示すように、蒸気管13は、蒸発部12とコンデンサ管14とを接続し、蒸発部12で発生した蒸気をコンデンサ管14に導く。コンデンサ管14は、ヒートシンク(図示せず)を備え、このヒートシンクで放熱することで蒸気を凝縮させて作動液18を生成させる。液管15は、コンデンサ管14と補償チャンバ11とを接続し、コンデンサ管14で生成された作動液18を補償チャンバ11に導く。蒸気管13は例えば内径が3mm程度、長さが305mm程度である。またコンデンサ管14は、例えば内径が3mm程度、長さが347mm程度である。さらに液管15は、例えば内径が3mm程度、長さが380mm程度である。これらの蒸気管13、コンデンサ管14及び液管15は、銅等の金属パイプから形成される。
As shown in FIG. 1A, the
ループ型ヒートパイプ10に封入する作動液18としては、水、フロリナート等のフッ素系溶剤、及びエタノール等のアルコール類等を用いることができる。ここでは、作動液18として、例えば10ml(ミリリットル)程度の水をループ型ヒートパイプ10内に封入するものとする。
As the
次に、本実施形態のループ型ヒートパイプ10をトップヒート配置としたときの始動について説明する。図3(a)は、ウィック22の空孔22eが作動液18で満たされている場合の蒸気の流れを示す模式図であり、図3(b)はウィック22の空孔22eが作動液18で満たされていない場合の蒸気の流れを示す模式図である。
Next, starting when the
図1(a)に示すように、ループ型ヒートパイプ10をトップヒート配置で作動停止させると、作動液18は重力の作用で凝縮管14側に集まる。ただし、この場合であっても、作動液流路22b内には、僅かながら作動液18が残留する。これらの作動液18は、主にウィック22の空孔22e内に浸透していた作動液等が集まったものである。本実施形態では、図1(b)に示すように、トップヒート配置のときに作動液流路22b内にスペーサ16が入り、作動液流路22b内の容積を減少させる。そのため、作動液流路22b内に残留した作動液18の液面が上昇する。このとき、ウィック22が作動液流路22b側で作動液18と接する部分の面積がウィック22の蒸気流路22a側の面積に対して十分に大きくなる。これにより、ウィック22のほぼ全体を作動液18で湿潤させた状態とすることができる。
As shown in FIG. 1A, when the operation of the
次に、蒸発部12を加熱すると、ウィック22はヒートブロック21を介して外周側から加熱され、ウィック22の外周側で蒸気が発生し蒸気流路22aに集められる。このとき、図3(a)に示すようにウィック22全体が湿潤している場合には、ウィック22の空孔22e内に作動液18が表面張力で保持され、発生した蒸気はウィック22を透過できない。そのため、蒸気は蒸気流路22a側の圧力が上昇し、蒸気管13、コンデンサ管14及び液管15内に集まった作動液18を補償チャンバ11側に押し出す。以後、補償チャンバ11から作動液流路22bに作動液18が供給されて定常的な作動流体の循環が始まり、ループ型ヒートパイプ10を始動できる。
Next, when the
これに対し、図4に示すように、スペーサ16を作動液流路22b内に導入しない参考例の場合には、ループ型ヒートパイプをトップヒート配置で作動停止させたときに作動液流路22bの下側の一部分のみしか作動液18で満たされない。このため、ウィック22の上端側の一部が十分に湿潤しない状態となる。この場合には、図3(b)に示すように、ウィック22の蒸気流路22a側で発生した蒸気がウィック22の空孔22eを透過して作動液流路22b側に逆流する。このため、蒸気流路22aと作動液流路22bとの間に作動流体を循環させるのに必要な圧力差を発生することができず、ループ型ヒートパイプを始動できない。
On the other hand, as shown in FIG. 4, in the case of the reference example in which the
次に、ループ型ヒートパイプ10の始動開始後の動作について説明する。ここに図5(a)は、実施形態に係るループ型ヒートパイプをトップヒート配置で作動させた状態で示す図であり、図5(b)は作動中の補償チャンバ及び蒸発部を示す断面図である。
Next, the operation after the start of starting of the
図5(a)に示すように、ループ型ヒートパイプ10は、作動液18が液管15を経て補償チャンバ11内に流入する。図5(b)に示すように、作動液18は、補償チャンバ11内に一時的に貯留された後、作動液流路22bに移動する。作動液流路22b内の作動液18は、ウィック22の毛細管力によってウィック22の外周側に運ばれ、ヒートブロック21からの加熱により外周部で蒸発する。このとき発生した蒸気は蒸気流路22a経て蒸発部12内から流出し、蒸気管13によってコンデンサ管14に導かれる。コンデンサ管14では放熱が行われて蒸気が凝縮し、作動液18が生成する。コンデンサ管14で発生した作動液18は、蒸気流路22aと作動液流路22bとの圧力差によって液管15内を押し上げられて補償チャンバ11内に移動する。
As shown in FIG. 5A, in the
以上のようにして、ループ型ヒートパイプ10は作動流体を蒸発と凝縮を繰り返しつつ循環させることで蒸発部12の熱を放熱部14に輸送する。
As described above, the
図6(a)は、実施形態に係るループ型ヒートパイプをボトムヒート配置で作動させた状態を示す図であり、図6(b)は図6(a)状態における補償チャンバ及び蒸発部を示す断面図である。 Fig.6 (a) is a figure which shows the state which operated the loop type heat pipe which concerns on embodiment by bottom heat arrangement | positioning, FIG.6 (b) shows the compensation chamber and evaporation part in Fig.6 (a) state. It is sectional drawing.
図6(a)、(b)に示すように、本実施形態のループ型ヒートパイプ10は、ボトムヒート配置にすると補償チャンバ11が蒸発部12より下に配置され、作動液流路22b内のスペーサ16が自重で補償チャンバ11内に移動する。これにより、作動液流路22b内の流路(断面)を増加させることができ、作動液18の流動抵抗を減少させて熱輸送特性を向上させることができる。
As shown in FIGS. 6A and 6B, in the
なお、ループ型ヒートパイプ10のボトムヒート配置での動作は、先に説明したトップヒート配置での動作と同様である。
The operation of the
以下、スペーサ16を導入した実施例に係るループ型ヒートパイプ10と、スペーサ16を導入しない比較例に係るループ型ヒートパイプとを作製して始動性及び熱輸送特性を評価した結果について説明する。
Hereinafter, the results of evaluating the startability and heat transport characteristics by producing the
図7(a)〜(c)は、実施例に係るループ型ヒートパイプを示す図である。 7A to 7C are diagrams illustrating a loop heat pipe according to the embodiment.
図7(a)〜(c)に示すように、実施例のループ型ヒートパイプ10の蒸気管13は内径3mm×長さ305mm、コンデンサ管14は内径3mm×長さ347mm、液管15は内径3mm×長さ347mmとした。補償チャンバ11の内径φ1は14mm、長さL1は11mmである。ウィック22は空隙率が0.5のものを用いた。ウィック22は、外径φ3が14mm、長さL4が40mmである。作動液流路22bは、内径φ2が5mm、長さL2が41mmである。なお、ウィック22内での作動液流路22bの長さL3は33mmである。ウィック22の蒸気管13側の端部と空洞部21aの蒸気管13側の端部との隙間L6は3mm程度である。蒸気流路22aは、幅W1が1mm、深さD1が2.5mm、長さL5が40mmであり、この蒸気流路22aをウィック22の外周部に等間隔に8本形成した。
As shown in FIGS. 7A to 7C, the
補償チャンバ11及び蒸気流路22aの内部には、直径が4.5mm、長さが9mmの円柱状のスペーサ16を3本導入した。このスペーサ16はアルミニウムからなりその表面はポリフッ化エチレン樹脂で被覆されている。
Three
本実施例では、上述のループ型ヒートパイプ内に作動液として10mlの水(液体)を減圧下(飽和蒸気圧下)で封入した。 In this example, 10 ml of water (liquid) was sealed as a working fluid in the loop heat pipe described above under reduced pressure (saturated vapor pressure).
実施例のループ型ヒートパイプの各部の容積を下記の表1に示す。 The volume of each part of the loop heat pipe of the example is shown in Table 1 below.
その結果、実施例のループ型ヒートパイプ10は、トップヒート配置及びボトムヒート配置の何れの場合であっても始動できることが確認できた。また、ループ型ヒートパイプ10のトップヒート配置での熱抵抗は0.62℃/Wであり、ボトムヒート配置での熱抵抗は0.35℃/Wであった。
As a result, it was confirmed that the
次に、比較例1に係るループ型ヒートパイプについて説明する。 Next, a loop heat pipe according to Comparative Example 1 will be described.
比較例1に係るループ型ヒートパイプは、図7(a)〜(c)に示す実施例のループ型ヒートパイプ10と概略同様であるが、補償チャンバ11及び作動液流路22b内にはスペーサ16を導入していない。また、比較例1では熱輸送特性を優先させるべく、補償チャンバ11の長さL2を21mmとして実施例の補償チャンバ11の約2倍の容量とした。さらに封入する水の量は9.2mlと実施例のときよりも少なくした。その他は実施例と同様である。
The loop type heat pipe according to the comparative example 1 is substantially the same as the loop
比較例1のループ型ヒートパイプについて、実施例と同様の条件でトップヒート配置及びボトムヒート配置での始動性の評価を行ったところ、ボトムヒート配置の場合には始動できたが、トップヒート配置では始動することができなかった。また、比較例のループ型ヒートパイプの熱抵抗は、ボトムヒート配置で0.30℃/Wであった。 About the loop type heat pipe of Comparative Example 1, when the startability in the top heat arrangement and the bottom heat arrangement was evaluated under the same conditions as in the example, it was able to start in the case of the bottom heat arrangement, but the top heat arrangement Then I could not start. Moreover, the heat resistance of the loop heat pipe of the comparative example was 0.30 ° C./W in the bottom heat arrangement.
以上より、比較例1では、ボトムヒート配置での熱輸送特性に優れるもの、トップヒート配置で始動することができず、熱輸送特性と始動性とを両立することができなかった。 From the above, Comparative Example 1 has excellent heat transport characteristics in the bottom heat configuration, cannot be started in the top heat configuration, and cannot achieve both heat transport characteristics and startability.
次に、比較例2に係るループ型ヒートパイプについて説明する。 Next, a loop heat pipe according to Comparative Example 2 will be described.
比較例2のループ型ヒートパイプの構造及びサイズは比較例1と同じである。ただし、比較例2では始動性を向上させるために、ループ型ヒートパイプ内に封入する水の量を11.3mlとし、比較例1よりも2割程度作動液の量を増加させた。 The structure and size of the loop heat pipe of Comparative Example 2 are the same as those of Comparative Example 1. However, in Comparative Example 2, in order to improve startability, the amount of water sealed in the loop heat pipe was set to 11.3 ml, and the amount of hydraulic fluid was increased by about 20% compared to Comparative Example 1.
比較例2のループ型ヒートパイプについて、実施例と同様の条件でトップヒート配置及びボトムヒート配置での始動性の評価を行った。その結果、ボトムヒート配置及びトップヒート配置の何れの場合にもループ型ヒートパイプを始動できることが確認できた。また、比較例2のループ型ヒートパイプの熱抵抗は、トップヒート配置で2.46℃/Wであり、ボトムヒート配置で2.21℃/Wであった。 About the loop type heat pipe of the comparative example 2, the startability in top heat arrangement | positioning and bottom heat arrangement | positioning was evaluated on the conditions similar to an Example. As a result, it was confirmed that the loop heat pipe could be started in both the bottom heat arrangement and the top heat arrangement. Moreover, the thermal resistance of the loop heat pipe of Comparative Example 2 was 2.46 ° C./W in the top heat configuration and 2.21 ° C./W in the bottom heat configuration.
以上より、比較例2のループ型ヒートパイプではトップヒート配置での始動性を改善できるものの、熱輸送特性が大幅に悪化し、熱輸送特性と始動性とを両立することができなかった。 As described above, although the startability in the top heat arrangement can be improved in the loop heat pipe of Comparative Example 2, the heat transport characteristics are greatly deteriorated, and the heat transport characteristics and the startability cannot be compatible.
以上のように、本実施形態のループ型ヒートパイプ10によれば、トップヒート配置となった時にスペーサ16が作動液流路22b内に入り、作動液流路22bの容積を減少させる。そのため、トップヒート配置で作動液流路22b内に残存する僅かな作動液18で作動液流路22b内を満たすことができる。これにより、ウィック22が作動液18と接する部分が増加するのでウィック22のほぼ全体を湿潤させることができ、トップヒート配置からの始動性を改善できる。さらに、ループ型ヒートパイプ10内に封入する作動液18の量を過度に増やす必要がないため熱輸送特性にも優れる。
As described above, according to the
以下、本実施形態に係るループ型ヒートパイプを電子機器に搭載する例について説明する。図8は、実施形態に係るループ型ヒートパイプを実装したコンピュータを示す透視図である。図9は、実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発部と発熱部品との接続構造を示す側面図である。 Hereinafter, an example in which the loop heat pipe according to the present embodiment is mounted on an electronic device will be described. FIG. 8 is a perspective view showing a computer on which the loop heat pipe according to the embodiment is mounted. FIG. 9 is a side view showing a connection structure between the evaporation section and the heat generating component of the loop heat pipe according to the embodiment.
図8に示すように、電子機器(コンピュータ)80は、CPU等の発熱量の大きな電子部品85と、電子部品85が実装された配線基板81と、外気を取り入れるための冷却ファン82と、補助記憶装置としてのハードディスクドライブ83と、電源部84とを備える。ループ型ヒートパイプ10は、配線基板81の上に実装され、コンデンサ管14(及びヒートシンク)は、冷却ファン82の近傍に配置されている。また、ループ型ヒートパイプ10の蒸発部12は、図9に示すように、電子部品85の上面とサーマルグリス86を介して接合されている。
As shown in FIG. 8, an electronic device (computer) 80 includes an
以上のように、本実施形態の電子機器80は、ループ型ヒートパイプ10を搭載しているので、例えば図8でY1方向が鉛直上向きとなり、トップヒート配置となった場合であっても冷却を行うことができる。さらに、本実施形態のループ型ヒートパイプ10は熱輸送能力が高いので効率の良い放熱が可能になり、冷却ファン82の風量を抑制して電子機器80の低騒音化や冷却ファン82の駆動用電力を抑制できる。
As described above, since the
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 The following additional notes are further disclosed with respect to the embodiment including the above examples.
(付記1)外部から受熱して作動液を蒸発させる蒸発部と、
外部に放熱を行い前記作動液の蒸気を凝縮させる凝縮部と、
前記蒸発部に流入する作動液を貯留する補償チャンバと、
前記蒸発部で発生した前記作動液の蒸気を前記凝縮部に導く蒸気管と、
前記凝縮部で凝縮された前記作動液を前記補償チャンバに導く液管と、
前記蒸発部内に配置され、前記補償チャンバと連通した作動液流路と前記蒸気管と連通した蒸気流路とを隔てるウィックと、
前記補償チャンバ内と前記作動液流路内との間を移動可能であり、前記蒸発部の位置が前記凝縮部の位置よりも高いトップヒート配置のときに前記作動液流路内に移動して、前記作動液流路の容積を減少させるスペーサと、
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。
(Supplementary note 1) an evaporation unit that receives heat from outside and evaporates the working fluid;
A condensing part for radiating heat to the outside and condensing the vapor of the hydraulic fluid;
A compensation chamber for storing hydraulic fluid flowing into the evaporator;
A steam pipe for guiding the vapor of the hydraulic fluid generated in the evaporation section to the condensation section;
A liquid pipe for guiding the hydraulic fluid condensed in the condensing unit to the compensation chamber;
A wick that is disposed in the evaporation section and separates a working fluid passage that communicates with the compensation chamber and a steam passage that communicates with the steam pipe;
It is movable between the compensation chamber and the hydraulic fluid flow path, and moves to the hydraulic fluid flow path when the position of the evaporator is higher than the position of the condenser. A spacer for reducing the volume of the hydraulic fluid flow path;
A loop-type heat pipe characterized by comprising:
(付記2)前記スペーサは、前記蒸発部の位置が前記凝縮部の位置よりも低いボトムヒート配置のときに前記補償チャンバ内に移動することを特徴とする付記1に記載のループ型ヒートパイプ。 (Supplementary note 2) The loop heat pipe according to supplementary note 1, wherein the spacer moves into the compensation chamber when the position of the evaporating part is lower than the position of the condensing part.
(付記3)前記補償チャンバ及び前記作動液流路は、トップヒート配置又はボトムヒート配置となったときに高低差を生じ、前記スペーサは自重により前記補償チャンバ内と前記作動液流路内との間を移動することを特徴とする付記1又は2に記載のループ型ヒートパイプ。 (Appendix 3) The compensation chamber and the hydraulic fluid flow path have a difference in height when the top heat arrangement or the bottom heat arrangement is established, and the spacer is caused by its own weight between the compensation chamber and the hydraulic fluid flow path. The loop-type heat pipe according to appendix 1 or 2, wherein the loop type heat pipe moves between the loops.
(付記4)前記スペーサの表面が前記作動液と親和性を有する材料で覆われていることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載のループ型ヒートパイプ。 (Supplementary note 4) The loop heat pipe according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein a surface of the spacer is covered with a material having affinity for the hydraulic fluid.
(付記5)前記スペーサは前記作動液よりも比重が大きい材料からなることを特徴とする付記3に記載のループ型ヒートパイプ。 (Supplementary note 5) The loop heat pipe according to supplementary note 3, wherein the spacer is made of a material having a specific gravity greater than that of the hydraulic fluid.
(付記6)前記作動液流路は断面が円形であり、前記スペーサは円柱状に形成されていることを特徴とする付記3に記載のループ型ヒートパイプ。 (Additional remark 6) The loop type heat pipe of Additional remark 3 characterized by the cross section of the said hydraulic fluid flow path being circular, and the said spacer being formed in the column shape.
(付記7)外部から受熱して作動液を蒸発させる蒸発部と、
外部に放熱を行い前記作動液の蒸気を凝縮させる凝縮部と、
前記蒸発部に流入する作動液を貯留する補償チャンバと、
前記蒸発部で発生した前記作動液の蒸気を前記凝縮部に導く蒸気管と、
前記凝縮部で凝縮された前記作動液を前記補償チャンバに導く液管と、
前記蒸発部内に配置され、前記補償チャンバと連通した作動液流路と前記蒸気管と連通した蒸気流路とを隔てるウィックと、
前記補償チャンバ内と前記作動液流路内との間を移動可能であり、前記蒸発部の位置が前記凝縮部の位置よりも高いトップヒート配置のときに前記作動液流路内に移動して、前記作動液流路の容積を減少させるスペーサと、
を有するループ型ヒートパイプを搭載した電子機器であって、
前記蒸発部は発熱する電子部品と熱的に接続されていることを特徴とする電子機器。
(Appendix 7) An evaporation unit that receives heat from the outside and evaporates the working fluid;
A condensing part for radiating heat to the outside and condensing the vapor of the hydraulic fluid;
A compensation chamber for storing hydraulic fluid flowing into the evaporator;
A steam pipe for guiding the vapor of the hydraulic fluid generated in the evaporation section to the condensation section;
A liquid pipe for guiding the hydraulic fluid condensed in the condensing unit to the compensation chamber;
A wick that is disposed in the evaporation section and separates a working fluid passage that communicates with the compensation chamber and a steam passage that communicates with the steam pipe;
It is movable between the compensation chamber and the hydraulic fluid flow path, and moves to the hydraulic fluid flow path when the position of the evaporator is higher than the position of the condenser. A spacer for reducing the volume of the hydraulic fluid flow path;
An electronic device equipped with a loop heat pipe having
The electronic device is characterized in that the evaporation section is thermally connected to an electronic component that generates heat.
(付記8)前記凝縮部は冷却ファンの近傍に配置されていることを特徴とする付記7に記載の電子機器。 (Additional remark 8) The said condensation part is arrange | positioned in the vicinity of the cooling fan, The electronic device of Additional remark 7 characterized by the above-mentioned.
10…ループ型ヒートパイプ、11…補償チャンバ、12…蒸発部、13…蒸気管、14…コンデンサ管(凝縮部)、15…液管、16…スペーサ、18…作動液、21…ヒートブロック、21a…空洞部、22…ウィック、22a…蒸気流路(溝部)、22b…作動液流路、22e…空隙、80…コンピュータ(電子機器)、81…配線基板、82…冷却ファン、83…ハードディスクドライブ、84…電源部、85…電子部品、86…サーマルグリス。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
外部に放熱を行い前記作動液の蒸気を凝縮させる凝縮部と、
前記蒸発部に流入する作動液を貯留する補償チャンバと、
前記蒸発部で発生した前記作動液の蒸気を前記凝縮部に導く蒸気管と、
前記凝縮部で凝縮された前記作動液を前記補償チャンバに導く液管と、
前記蒸発部内に配置され、前記補償チャンバと連通した作動液流路と前記蒸気管と連通した蒸気流路とを隔てるウィックと、
前記補償チャンバ内と前記作動液流路内との間を移動可能であり、前記蒸発部の位置が前記凝縮部の位置よりも高いトップヒート配置のときに前記作動液流路内に移動して、前記作動液流路の容積を減少させるスペーサと、
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。 An evaporating section that receives heat from outside and evaporates the working fluid;
A condensing part for radiating heat to the outside and condensing the vapor of the hydraulic fluid;
A compensation chamber for storing hydraulic fluid flowing into the evaporator;
A steam pipe for guiding the vapor of the hydraulic fluid generated in the evaporation section to the condensation section;
A liquid pipe for guiding the hydraulic fluid condensed in the condensing unit to the compensation chamber;
A wick that is disposed in the evaporation section and separates a working fluid passage that communicates with the compensation chamber and a steam passage that communicates with the steam pipe;
It is movable between the compensation chamber and the hydraulic fluid flow path, and moves to the hydraulic fluid flow path when the position of the evaporator is higher than the position of the condenser. A spacer for reducing the volume of the hydraulic fluid flow path;
A loop-type heat pipe characterized by comprising:
外部に放熱を行い前記作動液の蒸気を凝縮させる凝縮部と、
前記蒸発部に流入する作動液を貯留する補償チャンバと、
前記蒸発部で発生した前記作動液の蒸気を前記凝縮部に導く蒸気管と、
前記凝縮部で凝縮された前記作動液を前記補償チャンバに導く液管と、
前記蒸発部内に配置され、前記補償チャンバと連通した作動液流路と前記蒸気管と連通した蒸気流路とを隔てるウィックと、
前記補償チャンバ内と前記作動液流路内との間を移動可能であり、前記蒸発部の位置が前記凝縮部の位置よりも高いトップヒート配置のときに前記作動液流路内に移動して、前記作動液流路の容積を減少させるスペーサと、
を有するループ型ヒートパイプを搭載した電子機器であって、
前記蒸発部は発熱する電子部品と熱的に接続されていることを特徴とする電子機器。
An evaporating section that receives heat from outside and evaporates the working fluid;
A condensing part for radiating heat to the outside and condensing the vapor of the hydraulic fluid;
A compensation chamber for storing hydraulic fluid flowing into the evaporator;
A steam pipe for guiding the vapor of the hydraulic fluid generated in the evaporation section to the condensation section;
A liquid pipe for guiding the hydraulic fluid condensed in the condensing unit to the compensation chamber;
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An electronic device equipped with a loop heat pipe having
The electronic device is characterized in that the evaporation section is thermally connected to an electronic component that generates heat.
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