JP6988681B2 - Heat pipes and electronic devices - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートパイプ及び電子機器に関する。 The present invention relates to heat pipes and electronic devices.
発熱部品を冷却するために,ヒートパイプによる熱輸送を用いた技術が知られている。例えば、気相の作動流体が流れる気相流路と液相の作動流体が流れる液相流路が設けられた第1基板、気相流路と液相流路の間に相当する位置に空洞部を有する第2基板、及び蓋となる第3基板が積層されて、発熱部品の熱を移動させるループ型のヒートパイプが知られている(例えば、特許文献1)。 A technique using heat transport by a heat pipe is known to cool heat-generating parts. For example, a first substrate provided with a gas phase flow path through which a gas phase working fluid flows and a liquid phase flow path through which a liquid phase working fluid flows, and a cavity at a position corresponding to the gas phase flow path and the liquid phase flow path. A loop-type heat pipe is known in which a second substrate having a portion and a third substrate serving as a lid are laminated to transfer the heat of a heat-generating component (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1では、気相流路と液相流路が設けられた第1基板とは異なる第2基板に断熱部として機能する空洞部が設けられているため、第1基板に設けられた気相流路と液相流路の間で熱交換が行われる。このとき、気相の作動流体が凝縮部に到達する前に凝縮すること及び液相の作動流体が蒸発部に到達する前に気化することが起こり易くなる。これにより、気相流路を流れる気相の作動流体及び液相流路を流れる液相の作動流体の移動が阻害され、熱輸送効率が低下してしまう。 However, in Patent Document 1, since a cavity portion that functions as a heat insulating portion is provided on the second substrate different from the first substrate provided with the gas phase flow path and the liquid phase flow path, it is provided on the first substrate. Heat exchange is performed between the gas phase flow path and the liquid phase flow path. At this time, it is easy for the working fluid of the gas phase to condense before reaching the condensing part and to vaporize before the working fluid of the liquid phase reaches the evaporating part. As a result, the movement of the working fluid of the gas phase flowing through the gas phase flow path and the working fluid of the liquid phase flowing through the liquid phase flow path is hindered, and the heat transport efficiency is lowered.
1つの側面では、熱輸送効率の低下を抑制することを目的とする。 In one aspect, the purpose is to suppress a decrease in heat transport efficiency.
1つの態様では、作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第1板状部材、第2板状部材、第3板状部材、及び第4板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、前記積層体は、前記第1板状部材と前記第2板状部材の間に前記気相流路を含む第1空洞部、前記第3板状部材と前記第4板状部材の間に前記液相流路を含む第2空洞部、及び前記第2板状部材と前記第3板状部材の間に前記第1空洞部及び前記第2空洞部に挟まれた第3空洞部を有し、前記第2板状部材及び前記第3板状部材は、前記蒸発部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第1貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第2貫通孔を有する、ヒートパイプである。 In one embodiment, an evaporative section that vaporizes the working fluid, a condensing section that liquefies the working fluid, a gas phase flow path through which the working fluid of the gas phase vaporized in the evaporating section flows toward the condensing section, and the said. A flow path portion including a liquid phase flow path through which the working fluid of the liquid phase liquefied in the condensing section flows toward the evaporation section is provided, and the evaporation section, the condensation section, and the flow path section are the first. The plate-shaped member, the second plate-shaped member, the third plate-shaped member, and the fourth plate-shaped member are formed of a laminated body in which the plate-shaped member is laminated in this order, and the laminated body is the first plate-shaped member and the second plate. A first cavity including the gas phase flow path between the shaped members, a second cavity including the liquid phase flow path between the third plate-shaped member and the fourth plate-shaped member, and the second plate. The second plate-shaped member and the third plate-shaped member have a third cavity portion sandwiched between the first cavity portion and the second cavity portion between the shaped member and the third plate-shaped member. The evaporating portion has a first through hole that communicates the first cavity portion with the second cavity portion, and the condensing portion has a second through hole that communicates the first cavity portion and the second cavity portion. , A heat pipe.
1つの態様では、発熱部品と、前記発熱部品の熱を移動するヒートパイプと、を備え、前記ヒートパイプは、作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第1板状部材、第2板状部材、第3板状部材、及び第4板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、前記積層体は、前記第1板状部材と前記第2板状部材の間に前記気相流路を含む第1空洞部、前記第3板状部材と前記第4板状部材の間に前記液相流路を含む第2空洞部、及び前記第2板状部材と前記第3板状部材の間に前記第1空洞部及び前記第2空洞部に挟まれた第3空洞部を有し、前記第2板状部材及び前記第3板状部材は、前記蒸発部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第1貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第2貫通孔を有する、電子機器である。 In one embodiment, a heat generating component and a heat pipe for transferring the heat of the heat generating component are provided, and the heat pipe includes an evaporating section for vaporizing the working fluid, a condensing section for liquefying the working fluid, and the evaporating section. A flow including a gas phase flow path in which the working fluid of the vaporized phase flows toward the condensed portion and a liquid phase flow path in which the working fluid of the liquid phase liquefied in the condensed portion flows toward the evaporating portion. A road portion is provided, and in the evaporating portion, the condensing portion, and the flow path portion, a first plate-shaped member, a second plate-shaped member, a third plate-shaped member, and a fourth plate-shaped member are laminated in this order. The laminated body is formed of the laminated body, and the laminated body includes a first cavity portion including the vapor phase flow path between the first plate-shaped member and the second plate-shaped member, the third plate-shaped member and the first plate-shaped member. The second cavity including the liquid phase flow path is sandwiched between the four plate-shaped members, and the first cavity and the second cavity are sandwiched between the second plate-shaped member and the third plate-shaped member. The second plate-shaped member and the third plate-shaped member have a first through hole for communicating the first cavity portion and the second cavity portion in the evaporation portion. It is an electronic device having a second through hole communicating the first cavity portion and the second cavity portion in the condensing portion.
1つの側面として、熱輸送効率の低下を抑制することができる。 As one aspect, it is possible to suppress a decrease in heat transport efficiency.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施例1に係るヒートパイプの斜視図である。図1のように、実施例1のヒートパイプ100は、蒸発部50、凝縮部52、及び流路部54を有する。蒸発部50は、発熱部品の熱によって液相の作動流体を気化する。凝縮部52は、気相の作動流体を液化する。流路部54は、蒸発部50と凝縮部52の間に接続され、蒸発部50で気化した作動流体が流れる気相流路及び凝縮部52で液化した作動流体が流れる液相流路を有する。蒸発部50は、例えば平面視で一辺が15mm〜25mm程度の矩形形状をしている。凝縮部52は、例えば平面視で一辺が25mm〜35mm程度の矩形形状をしている。流路部54は、蒸発部50及び凝縮部52よりも狭い幅で、蒸発部50と凝縮部52の間を延在している。
FIG. 1 is a perspective view of the heat pipe according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
蒸発部50、凝縮部52、及び流路部54は、板状部材10、板状部材20、板状部材30、及び板状部材40がこの順に積層された積層体56によって形成されている。板状部材10、板状部材20、板状部材30、及び板状部材40は、例えば銅又はステンレス鋼などの金属材料で形成されている。板状部材10、板状部材20、板状部材30、及び板状部材40は、例えば拡散接合(熱圧着)に代表される固相接合よって接合されているが、接着剤などによって接合されていてもよい。
The
図2(a)から図2(d)は、実施例1に係るヒートパイプを形成する板状部材の平面図である。図2(a)は、板状部材40の下面図、図2(b)は、板状部材30の上面図、図2(c)は、板状部材20の上面図、図2(d)は、板状部材10の上面図である。図3(a)から図3(d)は、図2(a)から図2(d)における蒸発部50の拡大図である。なお、以下の平面図において、板状部材のうちの凹部が形成されていない部分を大きなクロスハッチで図示し、凹部が形成されている部分を小さなクロスハッチで図示することとする。
2 (a) to 2 (d) are plan views of the plate-shaped member forming the heat pipe according to the first embodiment. 2A is a bottom view of the plate-
図2(a)及び図3(a)のように、板状部材40は、例えば厚さ0.2mm程度の銅板であり、蒸発部50から流路部54を経由して凝縮部52まで延びた凹部41が形成されている。凹部41は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。凹部41の深さは、例えば0.15mm程度である。凹部41は、例えば蒸発部50においては蒸発部50の平面形状と同じ平面形状で周辺に所定の幅の側壁を有して形成され、流路部54においては周辺に所定の幅の側壁を有して延在して形成されている。なお、同じとは、製造誤差程度に異なる場合も含むものである(以下においても同じ)。また、凹部41は、凝縮部52においては流路部54での幅のまま流路部54から延在して形成されている。流路部54での凹部41の幅W1は、例えば3mmから5mm程度である。また、板状部材40は、凝縮部52において、凹部41の周りが凹部41よりも大きな面積の放熱板42となっている。
As shown in FIGS. 2A and 3A, the plate-
図2(b)及び図3(b)のように、板状部材30は、例えば厚さ0.1mm程度の銅板であり、蒸発部50に板状部材30を貫通する貫通孔31が設けられ、凝縮部52に板状部材30を貫通する貫通孔32が設けられている。貫通孔31及び32は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。貫通孔31は、例えば平面視で長方形形状をしていて、縦横に並んで複数設けられている。貫通孔32は、例えば平面視で長方形形状をしていて、1つだけ設けられている。なお、貫通孔31及び32は、平面視で長方形形状をしている場合に限られず、正方形形状、円形形状、又は楕円形形状など、その他の形状をしていてもよい。板状部材30は、凝縮部52において、貫通孔32の周りが貫通孔32よりも大きな面積の放熱板33となっている。
As shown in FIGS. 2B and 3B, the plate-shaped
図2(c)及び図3(c)のように、板状部材20は、例えば厚さ0.2mm程度の銅板であり、蒸発部50に板状部材20を貫通する貫通孔21が設けられ、凝縮部52に板状部材20を貫通する貫通孔22が設けられている。貫通孔21及び22は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。貫通孔21は、例えば平面視で長方形形状をしていて、縦横に並んで複数設けられている。貫通孔21は、例えば貫通孔31と同じ大きさで且つ同じ形状をしている。貫通孔22は、例えば平面視で長方形形状をしていて、1つだけ設けられている。貫通孔22は、例えば貫通孔32と同じ大きさで且つ同じ形状をしている。なお、貫通孔21及び22は、平面視で長方形形状をしている場合に限られず、正方形形状、円形形状、又は楕円形形状など、その他の形状をしていてもよい。板状部材20は、凝縮部52において、貫通孔22の周りが貫通孔22よりも大きな面積の放熱板23となっている。
As shown in FIGS. 2 (c) and 3 (c), the plate-shaped
板状部材20は、蒸発部50及び流路部54に凹部24が形成されている。凹部24は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。凹部24の深さは、例えば0.15mm程度である。凹部24は、蒸発部50の端から流路部54を凝縮部52に向かって延在して形成されているが、凝縮部52に設けられた貫通孔22には連通していない。凹部24は、蒸発部50の端で外部に開口していて、開口部25が形成されている。流路部54での凹部24の幅W2は、例えば板状部材40に形成された流路部54での凹部41の幅W1と同じ幅であり、3mmから5mm程度である。蒸発部50での凹部24の幅は、流路部54での凹部24の幅よりも狭くなっていて、例えば2mm程度である。
The plate-shaped
板状部材20は、凝縮部52において、貫通孔22を外部に連通させる溝26が形成されている。すなわち、溝26の一端は貫通孔22に接続し、他端は凝縮部52の端から外部に開口して開口部27となっている。溝26は、例えば板状部材20を貫通しているが、板状部材20を貫通していない場合でもよい。
The plate-shaped
図2(d)及び図3(d)のように、板状部材10は、例えば厚さ0.2mm程度の銅板であり、蒸発部50から流路部54を経由して凝縮部52まで延びた凹部11が形成されている。凹部11は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。凹部11の深さは、例えば0.15mm程度である。凹部11は、蒸発部50においては蒸発部50の平面形状と同じ平面形状で周辺に所定の幅の側壁を有して形成され、流路部54においては周辺に所定の幅の側壁を有して延在して形成されている。また、凹部11は、凝縮部52においては流路部54での幅のまま流路部54から延在して形成されている。流路部54での凹部11の幅W3は、例えば板状部材40に形成された流路部54での凹部41の幅W1及び板状部材20に形成された流路部54での凹部24の幅W2と同じ幅であり、3mmから5mm程度である。板状部材10は、凝縮部52において、凹部11の周りが凹部11よりも大きな面積の放熱板12となっている。板状部材10は、蒸発部50における凹部11内に凹凸部13を有する。凹凸部13の側壁は、流路部54が蒸発部50から延びる第1方向に延在している。
As shown in FIGS. 2 (d) and 3 (d), the plate-shaped
図4(a)から図4(c)は、実施例1に係るヒートパイプの断面図である。図4(a)は、図1のA−A間の断面図、図4(b)は、図1のB−B間の断面図、図4(c)は、図1のC−C間の断面図である。図4(a)から図4(c)のように、板状部材10、板状部材20、板状部材30、及び板状部材40が積層された積層体56には、板状部材10と板状部材20の間に板状部材10に形成された凹部11によって空洞部60が形成されている。板状部材20と板状部材30の間には、板状部材20に形成された凹部24によって空洞部62が形成され、板状部材30と板状部材40の間には、板状部材40に形成された凹部41によって空洞部64が形成されている。
4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views of the heat pipe according to the first embodiment. 4 (a) is a cross-sectional view between A and A in FIG. 1, FIG. 4 (b) is a cross-sectional view between B and B in FIG. 1, and FIG. 4 (c) is a cross-sectional view between C and C in FIG. It is a cross-sectional view of. As shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c), the plate-shaped
蒸発部50に形成された空洞部60と空洞部64は、板状部材20に形成された貫通孔21及び板状部材30に形成された貫通孔31を介して連通している。このように、蒸発部50において空洞部60と空洞部64を連通させるために、貫通孔21と貫通孔31は、積層体56の積層方向で重なる位置に形成されていることが好ましい。貫通孔21と貫通孔31は、完全に重なる場合が好ましいが、それぞれの面積の2/3以上が重なっている場合でもよいし、3/4以上が重なっている場合でもよいし、4/5以上が重なっている場合でもよい。
The
凝縮部52に形成された空洞部60と空洞部64は、板状部材20に形成された貫通孔22及び板状部材30に形成された貫通孔32を介して連通している。このように、凝縮部52において空洞部60と空洞部64を連通させるために、貫通孔22と貫通孔32は、積層体56の積層方向で重なる位置に形成されていることが好ましい。貫通孔22と貫通孔32は、完全に重なる場合が好ましいが、それぞれの面積の2/3以上が重なっている場合でもよいし、3/4以上が重なっている場合でもよいし、4/5以上が重なっている場合でもよい。
The
流路部54では、空洞部60と空洞部64の間に空洞部62が形成されている。例えば、流路部54における空洞部60、空洞部62、及び空洞部64は、積層体56の積層方向で重なり合って同じ方向に延在している。すなわち、流路部54における空洞部60、空洞部62、及び空洞部64は、重なり合ったまま、重なり合った状態を維持して延在している。流路部54の幅方向における空洞部62の長さは空洞部60及び空洞部64の長さ以上である場合が好ましい。流路部54の幅方向において、空洞部62は空洞部60及び空洞部64と完全に重なっている場合が好ましいが、空洞部62は空洞部60及び空洞部64の2/3以上と重なっている場合でもよい。3/4以上と重なっている場合でもよい。4/5以上と重なっている場合でもよい。
In the
実施例1のヒートパイプ100は、例えば以下の方法によって形成される。まず、図2(a)から図2(d)で説明した板状部材10から40を準備する。次いで、板状部材10から40を、例えば拡散接合によって接合して積層体56を形成する。次いで、板状部材20に形成した凹部24の開口部25から空洞部62内を真空排気して大気圧よりも低い圧力に減圧した後、開口部25を半田などによって封止する。また、板状部材20に形成した溝26の開口部27から空洞部60及び64内を真空排気して大気圧よりも低い圧力に減圧した後、開口部27から空洞部60及び64内に作動流体(水又はエタノールなど)を注入する。その後、開口部27をロウ材又は半田などによって封止する。このような方法によって、実施例1のヒートパイプ100が形成される。
The
ここで、実施例1のヒートパイプ100による発熱部品の冷却について説明する。蒸発部50での板状部材10の下面に配置された発熱部品によって、蒸発部50における空洞部60内に貯留する液相の作動流体が気化する。このときに、発熱部品から気化潜熱が奪われる。気化した気相の作動流体は、図1の矢印のように、蒸発部50から流路部54を経由して凝縮部52へと流れる。このとき、流路部54では、気相の作動流体は板状部材10と板状部材20の間に形成された空洞部60を流れるようになる。すなわち、流路部54における空洞部60は、蒸発部50で気化した気相の作動流体が蒸発部50から凝縮部52に向かって流れる気相流路66となる。蒸発部50で気化した気相の作動流体が空洞部60を主に流れるのは以下のためである。すなわち、流路部54での空洞部60の幅方向の断面積は積層体56の積層方向に交差する方向の貫通孔21及び31の断面積よりも大きいことから、空洞部60側は貫通孔21及び31側に比べて圧力損失が小さくなるためである。
Here, cooling of the heat-generating component by the
凝縮部52に流れ込んだ気相の作動流体は、板状部材20に形成された貫通孔22及び板状部材30に形成された貫通孔32を介して、板状部材30と板状部材40の間に形成された空洞部64へと流れる。このときに、図2(a)から図2(d)で説明したように、凝縮部52において、板状部材10は凹部11の周りに放熱板12を有し、板状部材20は貫通孔22の周りに放熱板23を有する。板状部材30は貫通孔32の周りに放熱板33を有し、板状部材40は凹部41の周りに放熱板42を有する。このため、気相の作動流体は、空洞部60から貫通孔22及び32を介して空洞部64へと流れるときに、熱が放熱板12、23、33、及び42へと放熱される。その結果、気相の作動流体は液化されて液相の作動流体が生成される。凝縮部52で生成された液相の作動流体は、空洞部64を経由して、図1の矢印のように、凝縮部52から蒸発部50へと流れるようになる。すなわち、流路部54における空洞部64は、凝縮部52で液化した液相の作動流体が凝縮部52から蒸発部50に向かって流れる液相流路68となる。
The working fluid of the gas phase that has flowed into the condensing
蒸発部50に流れ込んだ液相の作動流体は、空洞部64から板状部材30に形成された貫通孔31及び板状部材20に形成された貫通孔21を介して空洞部60へと流れ落ちる。このとき、液相の作動流体が流れ込んだ蒸発部50において,液相の作動流体が発熱部品の熱により蒸発することで気化潜熱が奪われ、蒸発部50は冷却される。
The working fluid of the liquid phase that has flowed into the
ここで、図4(c)のように、流路部54において、気相流路66となる空洞部60と液相流路68となる空洞部64との間に空洞部62が設けられている。空洞部62は断熱部としての機能を発揮するため、気相流路66となる空洞部60と液相流路68となる空洞部64との間での熱交換を抑制することができる。したがって、気相流路66を流れる気相の作動流体が凝縮部52に到達する前に液化すること及び液相流路68を流れる液相の作動流体が蒸発部50に到達する前に気化することが抑制される。
Here, as shown in FIG. 4C, in the
このように、実施例1のヒートパイプ100は、図1のように、板状部材10、板状部材20、板状部材30、及び板状部材40がこの順に積層された積層体56で形成されている。積層体56は、図4(a)から図4(c)のように、板状部材10と板状部材20の間に気相流路66を含む空洞部60を有する。板状部材30と板状部材40の間に液相流路68を含む空洞部64を有する。板状部材20と板状部材30の間に空洞部60と空洞部64で挟まれた空洞部62を有する。これにより、空洞部60と空洞部64の間での熱交換を抑制でき、気相流路66を流れる気相の作動流体が凝縮部52に到達する前に液化すること及び液相流路68を流れる液相の作動流体が蒸発部50に到達する前に気化することが抑制される。よって、気相流路66を流れる気相の作動流体及び液相流路68を流れる液相の作動流体の移動が阻害されることが抑制され、熱輸送効率の低下を抑制することができる。また、ヒートパイプ100は、板状部材10、板状部材20、板状部材30、及び板状部材40が積層されることで形成されているため、薄型化を実現することができる。また、板状部材10、板状部材20、板状部材30、及び板状部材40の形状を自由に決定することができるため、蒸発部50、凝縮部52、及び流路部54の形状を自在に設計できる。
As described above, the
流路部54における空洞部60、62、及び64は、積層体56の積層方向で重なり合って同じ方向に延在している場合が好ましい。これにより、空洞部60と空洞部64の間での熱交換を効果的に抑制することができる。よって、気相流路66を流れる気相の作動流体が凝縮部52に到達する前に液化すること及び液相流路68を流れる液相の作動流体が蒸発部50に到達する前に気化することを効果的に抑制できる。
It is preferable that the
また、空洞部60と空洞部64の間での熱交換を効果的に抑制する点から、空洞部62内の圧力は、大気圧よりも低い圧力に減圧されている場合が好ましい。
Further, from the viewpoint of effectively suppressing heat exchange between the
蒸発部50で気化した気相の作動流体の大部分が空洞部60を介して凝縮部52に流れるよう、空洞部60の断面積は、貫通孔21及び31の断面積より大きい場合が好ましい。すなわち、貫通孔21及び31の断面積は、蒸発部50で気化した気相の作動流体の大部分が空洞部60に流れ込み、空洞部64には流れ込み難い程度の大きさであることが好ましい。
The cross-sectional area of the
図4(a)のように、積層体56は、蒸発部50での空洞部60内に凹凸部13を有することが好ましい。これにより、蒸発部50内に貯留する液相の作動流体が積層体56に接する表面積を増大させることができ、気化潜熱による発熱部品の冷却を効率的に行うことができる。
As shown in FIG. 4A, it is preferable that the
板状部材20は、図2(c)のように、貫通孔22の周りが貫通孔22よりも大きな面積を有する放熱板23となっていることが好ましい。板状部材30は、図2(b)のように、貫通孔32の周りが貫通孔32よりも大きな面積を有する放熱板33となっていることが好ましい。これにより、板状部材10、板状部材20、板状部材30、及び板状部材40が積層された薄型のヒートパイプ100の場合でも、気相の作動流体を液化させることを効果的に行うことができる。なお、板状部材20及び30の両方に放熱板が形成されている場合に限られず、板状部材20及び30の少なくとも一方に放熱板が形成されている場合でもよい。
As shown in FIG. 2C, the plate-shaped
板状部材10、板状部材20、板状部材30、及び板状部材40は全て同じ金属材料で形成されていてもよいが、異なる材料で形成されていてもよい。例えば、板状部材20及び板状部材30は、板状部材10及び板状部材40よりも熱伝導率の低い金属材料で形成されていてもよい。例えば、板状部材10及び板状部材40は銅で形成され、板状部材20及び板状部材30はステンレス鋼で形成されていてもよい。板状部材20及び板状部材30の熱伝導率が板状部材10及び板状部材40よりも低いことで、空洞部60と空洞部64の間での熱交換を更に抑制することができる。
The plate-shaped
図5(a)から図5(d)は、実施例1の変形例1に係るヒートパイプを形成する板状部材の蒸発部の平面図である。図5(a)から図5(d)のように、実施例1の変形例1では、板状部材20及び30に形成された貫通孔21a及び31aは、流路部54が蒸発部50から延びる第1方向に延在した長方形形状をしている。板状部材10の凹部11内に形成された凹凸部13aの側壁は、第1方向に交差(例えば直交)する第2方向に延在している。その他の構成は、実施例1と同じであるため説明を省略する。
5 (a) to 5 (d) are plan views of the evaporation portion of the plate-shaped member forming the heat pipe according to the first modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d), in the modified example 1 of the first embodiment, the through
図6(a)から図6(d)は、実施例1の変形例2に係るヒートパイプを形成する板状部材の蒸発部の平面図である。図6(a)から図6(d)のように、実施例1の変形例2では、板状部材10の凹部11内に形成された凹凸部13bの側壁は、流路部54が蒸発部50から延びる第1方向に斜めに傾斜して延在している。その他の構成は、実施例1と同じであるため説明を省略する。
6 (a) to 6 (d) are plan views of the evaporation portion of the plate-shaped member forming the heat pipe according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 6 (a) to 6 (d), in the modified example 2 of the first embodiment, the side wall of the
図7(a)から図7(d)は、実施例2に係るヒートパイプを形成する板状部材の平面図である。図7(a)は、板状部材40の下面図、図7(b)は、板状部材30の上面図、図7(c)は、板状部材20の上面図、図7(d)は、板状部材10の上面図である。図8(a)から図8(c)は、実施例2に係るヒートパイプの断面図である。図8(a)は、図1のA−A間に相当する箇所の断面図、図8(b)は、図1のB−B間に相当する箇所の断面図、図8(c)は、図1のC−C間に相当する箇所の断面図である。
7 (a) to 7 (d) are plan views of the plate-shaped member forming the heat pipe according to the second embodiment. 7 (a) is a bottom view of the plate-shaped
図7(a)から図8(c)のように、実施例2のヒートパイプでは、板状部材30と板状部材40の間に形成された空洞部64内に多孔質体70が設けられている。多孔質体70は、例えば空洞部64内全体に設けられているが、空洞部64内の一部に設けられている場合でもよい。例えば、多孔質体70は、蒸発部50、凝縮部52、及び流路部54のうちの流路部54にのみ設けられている場合でもよいし、蒸発部50と流路部54とに設けられている場合でもよい。多孔質体70の空孔の直径は、多孔質体70に生じる毛細管力の点から、例えば1.0mm以下の場合が好ましく、0.7mm以下の場合がより好ましく、0.5mm以下の場合が更に好ましい。多孔質体70は、例えば金網状の金属製メッシュが積層されていてもよいし、パンチングによりメッシュ状にした金属製シートが積層されていてもよいし、焼結金属又はセラミックスで形成されていてもよい。また、多孔質体70は、3Dプリンタを使用して製造される金属製の多孔体であってもよいし、金属製の繊維質から製造される不織布であってもよい。一例として、繊維径が0.03mmのステンレス製の不織布で形成された多孔質体70又は線径が0.05mmの銅線を金網状にしたメッシュ材料が3層積層され、平均開口径が0.1mm程度の多孔質体70が挙げられる。
As shown in FIGS. 7 (a) to 8 (c), in the heat pipe of the second embodiment, the
板状部材20と板状部材30の間に形成された空洞部62内に断熱部材72が設けられている。断熱部材72は、例えば流路部54における空洞部62内全体に設けられているが、流路部54における空洞部62内の一部に設けられている場合でもよい。また、断熱部材72は、蒸発部50における空洞部62内に設けられていてもよい。断熱部材72は、例えばグラスウール、ウレタンフォーム、又はポリスチレンフォームなどで形成されている。その他の構成は、実施例1と同じであるため説明を省略する。
A
実施例2によれば、液相の作動流体が流れる空洞部64内に多孔質体70が設けられている。これにより、凝縮部52で液化された液相の作動流体が多孔質体70の毛細管力によって蒸発部50側に流れ易くなる。また、多孔質体70には液相の作動流体が存在していることから、蒸発部50で気化された作動流体は空洞部64側に流れ込み難くなり、その結果、空洞部60側に流れ込み易くなる。
According to the second embodiment, the
また、実施例2によれば、空洞部62内に断熱部材72が設けられている。これにより、空洞部60と空洞部64の間での熱交換を効果的に抑制することができる。よって、気相流路66を流れる気相の作動流体が凝縮部52に到達する前に液化すること及び液相流路68を流れる液相の作動流体が蒸発部50に到達する前に気化することを効果的に抑制できる。
Further, according to the second embodiment, the
図9(a)から図9(d)は、実施例3に係るヒートパイプを形成する板状部材の平面図である。図9(a)は、板状部材40の下面図、図9(b)は、板状部材30の上面図、図9(c)は、板状部材20の上面図、図9(d)は、板状部材10の上面図である。図10は、実施例3に係るヒートパイプの断面図である。図10は、図1のC−C間に相当する箇所の断面図である。
9 (a) to 9 (d) are plan views of the plate-shaped member forming the heat pipe according to the third embodiment. 9 (a) is a bottom view of the plate-shaped
図9(a)から図10のように、実施例3のヒートパイプでは、板状部材30と板状部材40の間に形成された空洞部64内に、直径が0.5mm程度の円柱形状の複数の支柱74が設けられている。支柱74の下面は板状部材30に接し、上面は板状部材40に接している。支柱74は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて凹部41を形成する際に同時に形成される。複数の支柱74は、流路部54において、例えば流路部54の延在方向に等間隔に並んで点在しているが、等間隔に並ばずに点在している場合でもよい。また、複数の支柱74は、蒸発部50において、例えば格子状に等間隔に並んで設けられているが、千鳥状に並んで設けられていてもよいし、ランダムに設けられていてもよい。支柱74は、円柱形状の場合に限られず、角柱形状などその他の形状をしていてもよいが、作動流体の流れが滞ることを抑制する点から、円柱形状である場合が好ましい。
As shown in FIGS. 9A to 10B, in the heat pipe of the third embodiment, a cylindrical shape having a diameter of about 0.5 mm is contained in the
板状部材10と板状部材20の間に形成された空洞部60内に、幅が0.5mm程度で流路部54の延在方向に沿って延在した支柱76が設けられている。支柱76の下面は板状部材10に接し、上面は板状部材20に接している。支柱76は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて凹部11を形成する際に同時に形成される。支柱76は、例えば流路部54において空洞部60の幅方向における中央部に位置して設けられている。支柱76は、例えば流路部54の一方の端部から他方の端部にかけて延在しているが、途中で分断して2つ又は3つなどの複数に分割されていてもよい。その他の構成は、実施例1と同じであるため説明を省略する。
In the
実施例3によれば、空洞部60内に積層体56の高さ方向に延在した支柱76が設けられている。これにより、空洞部60が凹むことを抑制できる。例えば、板状部材10から板状部材40を接合して積層体56を形成する際に空洞部60が凹むことを抑制できる。また、空洞部64内に積層体56の高さ方向に延在した支柱74が設けられている。これにより、空洞部64が凹むことを抑制できる。例えば、板状部材10から板状部材40を接合して積層体56を形成する際に空洞部64が凹むことを抑制できる。空洞部60及び空洞部64が凹むと気相流路66及び液相流路68の流路断面積が小さくなり圧力損失が増大してしまうが、支柱74及び76を設けることで圧力損失の増大を抑制することができる。
According to the third embodiment, the
なお、実施例3では、空洞部60及び空洞部64の両方に支柱が設けられている場合を例に示したが、どちらか一方に設けられている場合でもよい。また、空洞部60に円柱形状又は角柱形状などをした複数の支柱が設けられ、空洞部64に流路部54の延在方向に沿って延在した支柱が設けられている場合でもよい。
In Example 3, the case where the support is provided in both the
図11(a)は、実施例4に係るヒートパイプの斜視図、図11(b)は、実施例4の変形例1に係るヒートパイプの斜視図である。図11(a)の実施例4のヒートパイプ400のように、流路部54は、直線状に延在している場合に限られず、屈曲していてもよい。図11(b)の実施例4の変形例1のヒートパイプ410のように、複数の蒸発部50を有し、複数の蒸発部50それぞれと凝縮部52との間に流路部54が設けられていてもよい。凝縮部52は、複数の蒸発部50それぞれとの流路部54を介した距離が同じになるような位置に設けられていることが好ましい。
11 (a) is a perspective view of the heat pipe according to the fourth embodiment, and FIG. 11 (b) is a perspective view of the heat pipe according to the first modification of the fourth embodiment. Like the
図12は、実施例5に係る電子機器の分解斜視図である。実施例5では、電子機器がスマートフォンの場合を例に説明する。図12のように、実施例5の電子機器500は、フロントケース80と、リアケース82と、リアケース82内に設置された電池84、発熱部品88を搭載した基板86、及び実施例1のヒートパイプ100と、を備える。電池84、基板86、及びヒートパイプ100は、フロントケース80とリアケース82が組み合わされて形成される筐体内に収容される。発熱部品88は、例えばLSI(Large Scale Integration)パッケージなどの半導体部品であるが、その他の電子部品であってもよい。
FIG. 12 is an exploded perspective view of the electronic device according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the case where the electronic device is a smartphone will be described as an example. As shown in FIG. 12, the
ヒートパイプ100の蒸発部50は発熱部品88の上面に配置され、凝縮部52は電池84の上面に配置される。これにより、蒸発部50に貯留する液相の作動流体が発熱部品88との熱交換によって気化することで、発熱部品88から気化潜熱が奪われて、発熱部品88が冷却されるようになる。
The
実施例5の電子機器500によれば、発熱部品88と、発熱部品88を冷却する実施例1のヒートパイプ100と、を備える。実施例1のヒートパイプ100は上述したように熱輸送効率に優れていることから、実施例5の電子機器500によれば、発熱部品88の冷却性能を向上させることができる。なお、実施例5では、電子機器がスマートフォンの場合を例に示したが、その他の電子機器の場合でもよい。例えば、タブレット型パソコン又はノート型パソコンなどの携帯可能な電子機器であってもよいし、デスクトップ型パソコンなどの据置型の電子機器であってもよい。
According to the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the examples of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific examples, and various modifications and variations are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
(付記1)作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第1板状部材、第2板状部材、第3板状部材、及び第4板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、前記積層体は、前記第1板状部材と前記第2板状部材の間に前記気相流路を含む第1空洞部、前記第3板状部材と前記第4板状部材の間に前記液相流路を含む第2空洞部、及び前記第2板状部材と前記第3板状部材の間に前記第1空洞部及び前記第2空洞部に挟まれた第3空洞部を有し、前記第2板状部材及び前記第3板状部材は、前記蒸発部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第1貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第2貫通孔を有する、ヒートパイプ。
(付記2)前記流路部における前記第1空洞部、前記第2空洞部、及び前記第3空洞部は、前記積層体の積層方向で重なり合って同じ方向に延在している、付記1記載のヒートパイプ。
(付記3)前記流路部における前記第1空洞部の断面積は、前記第1貫通孔の断面積よりも大きい、付記1または2記載のヒートパイプ。
(付記4)前記第2空洞部内に設けられた多孔質体を備える、付記1から3のいずれか一項記載のヒートパイプ。
(付記5)前記第3空洞部内の圧力は大気圧よりも低くなっている、付記1から4のいずれか一項記載のヒートパイプ。
(付記6)前記第3空洞部内に設けられた断熱部材を備える、付記1から5のいずれか一項記載のヒートパイプ。
(付記7)前記第1空洞部内及び前記第2空洞部内の少なくとも一方に、前記積層体の積層方向に延在した支柱を備える、付記1から6のいずれか一項記載のヒートパイプ。
(付記8)前記支柱は円柱形状をしている、付記7記載のヒートパイプ。
(付記9)前記積層体は、前記蒸発部での前記第1空洞部内に凹凸部を有する、付記1から8のいずれか一項記載のヒートパイプ。
(付記10)前記凹凸部の側壁は、前記流路部が前記蒸発部から延びる方向に延在している、付記9記載のヒートパイプ。
(付記11)前記凹凸部の側壁は、前記流路部が前記蒸発部から延びる方向と交差する方向に延在している、付記9記載のヒートパイプ。
(付記12)前記第2板状部材及び前記第3板状部材の熱伝導率は、前記第1板状部材及び前記第4板状部材の熱伝導率よりも小さい、付記1から11のいずれか一項記載のヒートパイプ。
(付記13)前記第2板状部材及び前記第3板状部材の少なくとも一方は、前記第2貫通孔の周りが前記第2貫通孔よりも大きな面積を有する放熱板となっている、付記1から12のいずれか一項記載のヒートパイプ。
(付記14)前記流路部は屈曲して延在している、付記1から13のいずれか一項記載のヒートパイプ。
(付記15)発熱部品と、前記発熱部品の熱を移動するヒートパイプと、を備え、前記ヒートパイプは、作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第1板状部材、第2板状部材、第3板状部材、及び第4板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、前記積層体は、前記第1板状部材と前記第2板状部材の間に前記気相流路を含む第1空洞部、前記第3板状部材と前記第4板状部材の間に前記液相流路を含む第2空洞部、及び前記第2板状部材と前記第3板状部材の間に前記第1空洞部及び前記第2空洞部に挟まれた第3空洞部を有し、前記第2板状部材及び前記第3板状部材は、前記蒸発部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第1貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第2貫通孔を有する、電子機器。
The following additional notes will be further disclosed with respect to the above explanation.
(Appendix 1) An evaporative section that vaporizes the working fluid, a condensing section that liquefies the working fluid, a gas phase flow path through which the working fluid of the gas phase vaporized in the evaporating section flows toward the condensing section, and the condensation. A flow path portion including a liquid phase flow path through which the working fluid of the liquid phase liquefied in the section flows toward the evaporation section is provided, and the evaporation section, the condensation section, and the flow path section are the first plate. The shaped member, the second plate-shaped member, the third plate-shaped member, and the fourth plate-shaped member are formed of a laminated body in which the shaped members, the third plate-shaped member, and the fourth plate-shaped member are laminated in this order, and the laminated body is formed by the first plate-shaped member and the second plate-shaped member. A first cavity including the gas phase flow path between the members, a second cavity including the liquid phase flow path between the third plate-shaped member and the fourth plate-shaped member, and the second plate-shaped member. The first cavity portion and the third cavity portion sandwiched between the first cavity portion and the third plate-shaped member are provided between the member and the third plate-shaped member, and the second plate-shaped member and the third plate-shaped member are described. The evaporating portion has a first through hole that communicates the first cavity portion with the second cavity portion, and the condensing portion has a second through hole that communicates the first cavity portion and the second cavity portion. heat pipe.
(Supplementary note 2) The first cavity portion, the second cavity portion, and the third cavity portion in the flow path portion overlap in the stacking direction of the laminated body and extend in the same direction. Heat pipe.
(Appendix 3) The heat pipe according to Appendix 1 or 2, wherein the cross-sectional area of the first cavity portion in the flow path portion is larger than the cross-sectional area of the first through hole.
(Supplementary note 4) The heat pipe according to any one of Supplementary note 1 to 3, further comprising a porous body provided in the second cavity portion.
(Supplementary note 5) The heat pipe according to any one of Supplementary note 1 to 4, wherein the pressure in the third cavity is lower than the atmospheric pressure.
(Supplementary note 6) The heat pipe according to any one of Supplementary note 1 to 5, further comprising a heat insulating member provided in the third cavity portion.
(Supplementary note 7) The heat pipe according to any one of Supplementary note 1 to 6, further comprising a column extending in the stacking direction of the laminated body in at least one of the first cavity portion and the second cavity portion.
(Appendix 8) The heat pipe according to Appendix 7, wherein the support column has a cylindrical shape.
(Supplementary note 9) The heat pipe according to any one of Supplementary note 1 to 8, wherein the laminated body has an uneven portion in the first cavity portion in the evaporation portion.
(Supplementary note 10) The heat pipe according to
(Appendix 11) The heat pipe according to
(Appendix 12) The thermal conductivity of the second plate-shaped member and the third plate-shaped member is smaller than the thermal conductivity of the first plate-shaped member and the fourth plate-shaped member, any of the appendices 1 to 11. The heat pipe described in item 1.
(Appendix 13) At least one of the second plate-shaped member and the third plate-shaped member is a heat sink having a larger area around the second through hole than the second through hole. The heat pipe according to any one of 1 to 12.
(Supplementary note 14) The heat pipe according to any one of Supplementary note 1 to 13, wherein the flow path portion is bent and extends.
(Appendix 15) A heat-generating component and a heat pipe for transferring the heat of the heat-generating component are provided, and the heat pipe includes an evaporating section that vaporizes the working fluid, a condensing section that liquefies the working fluid, and the evaporating section. A flow path including a gas phase flow path in which the working fluid of the vaporized phase flows toward the condensing portion and a liquid phase flow path in which the working fluid of the liquid phase liquefied in the condensing portion flows toward the evaporating portion. A first plate-shaped member, a second plate-shaped member, a third plate-shaped member, and a fourth plate-shaped member are laminated in this order in the evaporating portion, the condensing portion, and the flow path portion. The laminated body is formed of a first hollow portion including the vapor phase flow path between the first plate-shaped member and the second plate-shaped member, and the third plate-shaped member and the fourth plate-shaped member. The second cavity including the liquid phase flow path is sandwiched between the plate-shaped members, and the first cavity and the second cavity are sandwiched between the second plate-shaped member and the third plate-shaped member. The second plate-shaped member and the third plate-shaped member have a third cavity portion, and the second plate-shaped member and the third plate-shaped member have a first through hole for communicating the first cavity portion and the second cavity portion in the evaporation portion. An electronic device having a second through hole communicating the first cavity portion and the second cavity portion in the condensing portion.
10 板状部材
11 凹部
12 放熱板
13〜13b 凹凸部
20 板状部材
21、21a 貫通孔
22 貫通孔
23 放熱板
24 凹部
30 板状部材
31、31a 貫通孔
32 貫通孔
33 放熱板
40 板状部材
41 凹部
42 放熱板
50 蒸発部
52 凝縮部
54 流路部
56 積層体
60 空洞部
62 空洞部
64 空洞部
66 気相流路
68 液相流路
70 多孔質体
72 断熱部材
74 支柱
76 支柱
88 発熱部品
100、400、410 ヒートパイプ
500 電子機器
10 Plate-shaped
Claims (10)
前記作動流体を液化する凝縮部と、
前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、
前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第1板状部材、第2板状部材、第3板状部材、及び第4板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、
前記積層体は、前記第1板状部材と前記第2板状部材の間に前記気相流路を含む第1空洞部、前記第3板状部材と前記第4板状部材の間に前記液相流路を含む第2空洞部、及び前記第2板状部材と前記第3板状部材の間に前記第1空洞部及び前記第2空洞部に挟まれた第3空洞部を有し、
前記第2板状部材及び前記第3板状部材は、前記蒸発部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第1貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第2貫通孔を有する、ヒートパイプ。 The evaporating part that vaporizes the working fluid and
The condensing part that liquefies the working fluid and
A gas phase flow path in which the working fluid of the vaporized gas phase flows toward the condensing portion and a liquid phase flow path in which the working fluid of the liquid phase liquefied in the condensing portion flows toward the evaporating portion. With a flow path including
The evaporation portion, the condensation portion, and the flow path portion are formed of a laminated body in which a first plate-shaped member, a second plate-shaped member, a third plate-shaped member, and a fourth plate-shaped member are laminated in this order. ,
The laminated body has a first cavity portion including the gas phase flow path between the first plate-shaped member and the second plate-shaped member, and the laminated body between the third plate-shaped member and the fourth plate-shaped member. It has a second cavity including a liquid phase flow path, and a third cavity sandwiched between the first cavity and the second cavity between the second plate-shaped member and the third plate-shaped member. ,
The second plate-shaped member and the third plate-shaped member have a first through hole communicating the first cavity portion and the second cavity portion in the evaporation portion, and the first cavity portion in the condensation portion. A heat pipe having a second through hole communicating with the second cavity portion.
前記発熱部品の熱を移動するヒートパイプと、を備え、
前記ヒートパイプは、作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、
前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第1板状部材、第2板状部材、第3板状部材、及び第4板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、
前記積層体は、前記第1板状部材と前記第2板状部材の間に前記気相流路を含む第1空洞部、前記第3板状部材と前記第4板状部材の間に前記液相流路を含む第2空洞部、及び前記第2板状部材と前記第3板状部材の間に前記第1空洞部及び前記第2空洞部に挟まれた第3空洞部を有し、
前記第2板状部材及び前記第3板状部材は、前記蒸発部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第1貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第1空洞部と前記第2空洞部を連通する第2貫通孔を有する、電子機器。 With heat-generating parts
A heat pipe for transferring the heat of the heat-generating component is provided.
The heat pipe includes an evaporating section that vaporizes the working fluid, a condensing section that liquefies the working fluid, a gas phase flow path through which the working fluid of the vaporized phase vaporized in the evaporating section flows toward the condensing section, and the above. A flow path portion including a liquid phase flow path through which the working fluid of the liquid phase liquefied in the condensing section flows toward the evaporation section is provided.
The evaporation portion, the condensation portion, and the flow path portion are formed of a laminated body in which a first plate-shaped member, a second plate-shaped member, a third plate-shaped member, and a fourth plate-shaped member are laminated in this order. ,
The laminated body has a first cavity portion including the gas phase flow path between the first plate-shaped member and the second plate-shaped member, and the laminated body between the third plate-shaped member and the fourth plate-shaped member. It has a second cavity including a liquid phase flow path, and a third cavity sandwiched between the first cavity and the second cavity between the second plate-shaped member and the third plate-shaped member. ,
The second plate-shaped member and the third plate-shaped member have a first through hole for communicating the first cavity portion and the second cavity portion in the evaporation portion, and the first cavity portion in the condensation portion. An electronic device having a second through hole that communicates with the second cavity portion.
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