JP7115091B2 - Evaporator and loop heat pipe - Google Patents

Evaporator and loop heat pipe Download PDF

Info

Publication number
JP7115091B2
JP7115091B2 JP2018134867A JP2018134867A JP7115091B2 JP 7115091 B2 JP7115091 B2 JP 7115091B2 JP 2018134867 A JP2018134867 A JP 2018134867A JP 2018134867 A JP2018134867 A JP 2018134867A JP 7115091 B2 JP7115091 B2 JP 7115091B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
evaporator
heat
housing
receiving portion
heat receiving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018134867A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020012587A (en
Inventor
圭介 池田
友康 平澤
聡彦 馬場
弘貴 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2018134867A priority Critical patent/JP7115091B2/en
Publication of JP2020012587A publication Critical patent/JP2020012587A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7115091B2 publication Critical patent/JP7115091B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、蒸発器及びループ型ヒートパイプに関する。 The present invention relates to evaporators and loop heat pipes.

近年、電子機器においては、冷却対象を冷却するための冷却手段として、冷媒となる流体を流入させて冷却する方式が知られている。
このような冷却方法の一つとして、蒸発器と凝縮器との間に管を介して流体を循環させて冷却するループ型ヒートパイプが知られている。
かかるループ型ヒートパイプは、一般に液相の流体を蒸発器に流入させることで蒸発器内部のウィックと呼ばれる多孔質体に毛細管現象によって浸透させ、ウィック表面に染み出た流体に冷却対象からの熱を受熱させることで、流体を液相から気相へと相転移する。そして、この相転移する際の気化熱を用いて、冷却対象を冷却する。
気化された流体は、凝縮器において冷却されてまた液相に戻るとともに、気化した流体の圧力によって蒸発器側へ再度遷移することで循環する。
2. Description of the Related Art In recent years, in electronic devices, as a cooling means for cooling an object to be cooled, a method of cooling by inflowing a fluid serving as a coolant is known.
As one of such cooling methods, a loop-type heat pipe is known in which a fluid is circulated through a pipe between an evaporator and a condenser for cooling.
In such a loop heat pipe, a liquid-phase fluid is generally made to flow into an evaporator so that it permeates a porous body called a wick inside the evaporator by capillary action, and heat from the object to be cooled is transferred to the fluid seeping out from the surface of the wick. By receiving heat, the fluid undergoes a phase transition from the liquid phase to the gas phase. Then, the object to be cooled is cooled using the heat of vaporization at the time of phase transition.
The vaporized fluid is cooled in the condenser, returns to the liquid phase, and circulates by moving again to the evaporator side due to the pressure of the vaporized fluid.

ところで、発明者らは、冷却対象からの熱が、蒸発器の筐体を介して蒸発器内にあるウィックに浸透する前の液相の流体に伝わると、このウィックに浸透する前の液相の流体が過熱され、気泡を生じさせることを発見した。そして、ウィックに浸透する前の液相の流体に気泡が発生すると、毛細管現象による液相の流体のウィックへの浸透を阻害し、冷却効率が低下することを発見した。 By the way, the inventors found that when the heat from the object to be cooled is transmitted to the liquid phase fluid before permeating the wick in the evaporator through the housing of the evaporator, the liquid phase before permeating the wick of the fluid is superheated and creates bubbles. They also discovered that if air bubbles are generated in the liquid-phase fluid before it permeates the wick, the permeation of the liquid-phase fluid into the wick by capillary action is inhibited, and the cooling efficiency is reduced.

本発明は以上のような課題に基づきなされたものであり、多孔質ウィック内部への流体の浸透を阻害するウィックに浸透する前の液相の流体に気泡が発生する現象を抑制して、ループ型ヒートパイプの冷却効率を向上することを目的とする。 The present invention has been made based on the problems described above, and suppresses the phenomenon in which bubbles are generated in the liquid-phase fluid before penetrating the wick, which inhibits the penetration of the fluid into the inside of the porous wick. The purpose is to improve the cooling efficiency of the mold heat pipe.

本願発明にかかるループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器は、筐体の受熱部が受熱することで筐体内部の流体を液相から気相へと相転移させる蒸発器であって、前記筐体内部に配置された多孔質部材と、前記多孔質部材によって前記筐体の内壁面と隔てられた前記流体を前記筐体内部に保持するための滞留部と、を有し、前記多孔質部材は、前記滞留部に形成された連結部を有し、当該連結部は当該多孔質部材の前記受熱部側と、前記受熱部側と対向する側とを接続するように連結し、循環方向に延びる空間を有していることを特徴とする。 The evaporator used in the loop heat pipe according to the present invention is an evaporator that causes a phase transition of a fluid inside a housing from a liquid phase to a gas phase by receiving heat from a heat receiving part of the housing, wherein the housing a porous member disposed inside; and a retention portion for retaining the fluid inside the housing separated from the inner wall surface of the housing by the porous member, wherein the porous member is and a connection portion formed between the retention portions, the connection portion connecting the heat receiving portion side of the porous member and the side opposite to the heat receiving portion side so as to connect the heat receiving portion side and the heat receiving portion side in the circulation direction. It is characterized by having an extending space .

本発明によれば、多孔質ウィック内部への流体の浸透を阻害するウィックに浸透する前の液相の流体に気泡が発生する現象を抑制して、ループ型ヒートパイプの冷却効率を向上することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the cooling efficiency of the loop heat pipe by suppressing the phenomenon in which air bubbles are generated in the liquid-phase fluid before penetrating the wick, which inhibits the penetration of the fluid into the inside of the porous wick. can be done.

本発明の実施形態であるループ型ヒートパイプの構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of composition of a loop type heat pipe which is an embodiment of the present invention. 図1に示したループ型ヒートパイプの蒸発器の構成の一例を示す図である。2 is a diagram showing an example of the configuration of an evaporator of the loop heat pipe shown in FIG. 1; FIG. 図2に示した蒸発器の内部構成の一例を示す図である。3 is a diagram showing an example of the internal configuration of the evaporator shown in FIG. 2; FIG. 蒸発器の従来例を示す図である。It is a figure which shows the conventional example of an evaporator. 蒸発器における熱のリークの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of heat leak in an evaporator; 図4に示した蒸発器の改良手段の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of means for improving the evaporator shown in FIG. 4; 図3に示した蒸発器における冷媒の動作の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of behavior of a refrigerant in the evaporator shown in FIG. 3; 図3に示した蒸発器の第1の変形例を示す図である。FIG. 4 shows a first modification of the evaporator shown in FIG. 3; 図3に示した蒸発器の第2の変形例を示す図である。FIG. 4 shows a second modification of the evaporator shown in FIG. 3; 図3に示した蒸発器の第3の変形例を示す図である。FIG. 4 shows a third modification of the evaporator shown in FIG. 3; 蒸発器の第2の実施形態を示す図である。Fig. 2 shows a second embodiment of an evaporator; 図11に示した蒸発器の他の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing another example of the evaporator shown in FIG. 11; 本発明の他の実施形態を示す図である。FIG. 10 illustrates another embodiment of the invention;

本発明の第1の実施形態として、図1にループ型ヒートパイプたる冷却装置100を示す。
冷却装置100は、蒸発器10と、凝縮器20と、蒸発器10と凝縮器20とを連結するパイプ状の管部30と、蒸発器10よりも循環方向上流側に配置された液溜部40と、を有し、内部に流れる冷媒としての作動流体Qが、気相と液相とを相転移しながら循環することで冷却対象である熱源200を冷却する循環型のヒートパイプである。
なお、以降の説明では、後述するように、図1の紙面垂直な手前側をZ方向、Z方向に垂直な紙面上方向をY方向、Z方向に垂直な紙面右手方向をX方向として説明を行う。
As a first embodiment of the present invention, FIG. 1 shows a cooling device 100 which is a loop heat pipe.
The cooling device 100 includes an evaporator 10, a condenser 20, a pipe-shaped tube portion 30 connecting the evaporator 10 and the condenser 20, and a liquid reservoir arranged upstream of the evaporator 10 in the circulation direction. 40 , and the working fluid Q as a refrigerant flowing inside circulates while undergoing a phase transition between the gas phase and the liquid phase, thereby cooling the heat source 200 to be cooled.
In the following description, the Z direction is the front side perpendicular to the plane of FIG. 1, the Y direction is the upward direction perpendicular to the Z direction, and the X direction is the right-hand direction perpendicular to the Z direction. conduct.

本発明の冷却装置100においては、冷却装置100内部に封入された作動流体Qは、図1中にAで示す循環方向に循環しており、熱源200は蒸発器10に当接して配置されている。
蒸発器10と凝縮器20とを結ぶ管部30のうち、特に蒸発器10から凝縮器20へと作動流体Qが気相で移動するパイプを蒸気管31、凝縮器20から液溜部40を経由して蒸発器10へと至るまでのパイプを液管32と呼称する。
In the cooling device 100 of the present invention, the working fluid Q enclosed inside the cooling device 100 circulates in the circulation direction indicated by A in FIG. there is
Of the pipes 30 connecting the evaporator 10 and the condenser 20, the pipe through which the working fluid Q moves in the vapor phase from the evaporator 10 to the condenser 20 is the vapor pipe 31, and the condenser 20 to the liquid reservoir 40. A pipe leading to the evaporator 10 is called a liquid pipe 32 .

熱源200から蒸発器10に熱が伝導されると、蒸発器10内部で作動流体Qが液相から気相へと相変化する。作動流体Qは液相から気相へと相変化することで体積が膨張する。蒸発器10においては多孔質部材としての多孔質ウィック4が配置されているので、気相となった作動流体Qは多孔質ウィック4ではなく蒸気管31へと移動する。つまり、気相となった作動流体Qは相変化で生じる圧力によって蒸発器10を通り抜けて蒸気管31から凝縮器20へと移動する。
凝縮器20は、所謂ラジエータであって、作動流体Qの熱を放熱することで作動流体Qを気相から液相へと相変化させる。液相となった作動流体Qは、気相側からの圧力によって循環方向へと押されるため、液管32を伝わって液溜部40へと移動する。
When heat is conducted from the heat source 200 to the evaporator 10 , the phase of the working fluid Q changes from the liquid phase to the gas phase inside the evaporator 10 . The volume of the working fluid Q expands due to the phase change from the liquid phase to the gas phase. Since the porous wick 4 as a porous member is arranged in the evaporator 10 , the gas phase working fluid Q moves not to the porous wick 4 but to the vapor pipe 31 . That is, the working fluid Q in the gas phase passes through the evaporator 10 and moves from the vapor pipe 31 to the condenser 20 due to the pressure generated by the phase change.
The condenser 20 is a so-called radiator, and radiates the heat of the working fluid Q to change the phase of the working fluid Q from a vapor phase to a liquid phase. The liquid-phase working fluid Q is pushed in the direction of circulation by the pressure from the gas phase side, and therefore moves along the liquid pipe 32 to the liquid reservoir 40 .

蒸発器10は、図2に示すように、筐体11の受熱部1に熱源200を接触させることで筐体11内部の流体を液相から気相へと相転移させる蒸発器である。
蒸発器10は平板形状であり、受熱部1が形成される面は平面形状である。
蒸発器10は、筐体11内部に配置された多孔質部材たる多孔質ウィック4と、多孔質ウィック4と受熱部1との間に形成された溝部たる蒸気溝3と、多孔質ウィック4によって受熱部1と隔てられて作動流体Qを筐体11内部に保持するための滞留部5と、を有している。特に図2においては、作動流体Qで占められた液相作動流体流入空間が滞留部5に相当する部分である。
本実施形態では、蒸発器10は平板型の構成としているが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば円筒形状等、設計に応じて種々の形状を取ってよい。
また、本実施形態においては、蒸気溝3は少なくとも多孔質ウィック4と受熱部1との間には形成されているが、その他の場所にも形成されるとしても良い。
蒸発器10の受熱部1側の内壁面には、蒸気溝3が複数形成されており、多孔質ウィック4が蒸発器10に挿入されることで、筐体11と多孔質ウィック4とに囲まれた通気路として機能する。
As shown in FIG. 2, the evaporator 10 is an evaporator that changes the phase of the fluid inside the housing 11 from the liquid phase to the gas phase by bringing the heat receiving portion 1 of the housing 11 into contact with the heat source 200 .
The evaporator 10 has a flat plate shape, and the surface on which the heat receiving part 1 is formed has a flat shape.
The evaporator 10 includes a porous wick 4 as a porous member arranged inside a housing 11 , steam grooves 3 as grooves formed between the porous wick 4 and the heat receiving part 1 , and the porous wick 4 . and a retention portion 5 that is separated from the heat receiving portion 1 and holds the working fluid Q inside the housing 11 . Especially in FIG. 2 , the liquid-phase working fluid inflow space occupied by the working fluid Q corresponds to the retention portion 5 .
In this embodiment, the evaporator 10 has a flat plate configuration, but is not limited to such a configuration, and may have various shapes such as a cylindrical shape, depending on the design.
Moreover, in the present embodiment, the steam grooves 3 are formed at least between the porous wick 4 and the heat receiving section 1, but they may be formed in other places.
A plurality of steam grooves 3 are formed on the inner wall surface of the evaporator 10 on the side of the heat receiving part 1 , and the porous wick 4 is inserted into the evaporator 10 to surround the housing 11 and the porous wick 4 . function as a vented airway.

多孔質ウィック4は、図3に示すように蒸発器10の筐体11の内面形状に合わせて略平板上に形成された多孔質部材である。多孔質ウィック4の材料には例えばシリコンゴムのような熱伝導率の低いゴムや、PTFE等の樹脂を用いることが好ましい。あるいは、金属を用いる場合には、熱伝導率の比較的低いステンレス粉末の焼結体等を用いても良い。なお、図3(a)における多孔質ウィック4は、滞留部5内に作動流体Qが充満した状態の一例を模擬した斜視図である。また、図3(b)は筐体11内部に配置された状態において、作動流体Qが充填される前の状態を示している。また、図3(a)においては、視認性向上のため斜線によるハッチングは省略している。
多孔質ウィック4は、可撓性を持った材料であることがより好ましく、このような場合には、筐体11に圧入されて密着性が向上する。
The porous wick 4 is a porous member formed on a substantially flat plate so as to match the shape of the inner surface of the housing 11 of the evaporator 10, as shown in FIG. For the material of the porous wick 4, it is preferable to use, for example, rubber with low thermal conductivity such as silicone rubber, or resin such as PTFE. Alternatively, if a metal is used, a sintered body of stainless steel powder having a relatively low thermal conductivity, or the like may be used. Note that the porous wick 4 in FIG. 3A is a perspective view simulating an example of a state in which the retaining portion 5 is filled with the working fluid Q. As shown in FIG. FIG. 3(b) shows a state before the working fluid Q is filled in a state arranged inside the housing 11. As shown in FIG. In addition, in FIG. 3A, hatching with oblique lines is omitted to improve visibility.
It is more preferable that the porous wick 4 is made of a material having flexibility, and in such a case, it is press-fitted into the housing 11 to improve adhesion.

多孔質ウィック4は、筐体11に挿入された状態において、受熱部側の壁面41と、受熱部側の壁面41と対向した非受熱部側の面42とを接続するように、滞留部5を挿通して形成された連結部6を有している。 When the porous wick 4 is inserted into the housing 11, the retention portion 5 is arranged so as to connect a wall surface 41 on the heat receiving portion side and a surface 42 on the non-heat receiving portion side facing the wall surface 41 on the heat receiving portion side. It has a connecting portion 6 formed by inserting the .

蒸発器10の少なくとも蒸気溝3が形成される領域におけるZY断面において、滞留部5は、多孔質ウィック4によって囲まれるように形成され、作動流体Qを液相の状態で蒸発器11の内壁と直接接触しないように収容する液相作動流体流入空間として機能する。
滞留部5は、液溜部40と液管32を介して接続されている。
In the ZY section of the evaporator 10 at least in the region where the steam grooves 3 are formed, the retention portion 5 is formed so as to be surrounded by the porous wick 4, and the working fluid Q is in a liquid phase state and flows into the inner wall of the evaporator 11. It functions as an inflow space for a liquid-phase working fluid that is accommodated without direct contact.
The retention portion 5 is connected to the liquid reservoir portion 40 via the liquid pipe 32 .

次に、循環型のヒートパイプにおける蒸発器の従来例を蒸発器10’として図4に例示する。
蒸発器10’は、熱源200と当接して取り付けられる筐体11’と、多孔質部材4’と、筐体11’の熱源200と当接した側の壁面に形成された蒸気溝3’と、を有している。
通常、作動流体Qは、液管32’から液相で流入すると、多孔質部材4’の微細孔に毛細管現象によって浸透し、筐体11’からの熱によって蒸発する。気相となった作動流体Qは蒸気管31’から排出される。
このとき、多孔質部材4’の熱源200側の面と、筐体11’との間に間隙すなわち蒸気溝3’があることによって、多孔質部材4’に浸透した液相の作動流体Qが蒸発しやすくなり、熱交換効率が向上する。
Next, a conventional example of an evaporator in a circulation heat pipe is illustrated in FIG. 4 as an evaporator 10'.
The evaporator 10' includes a housing 11' mounted in contact with the heat source 200, a porous member 4', and steam grooves 3' formed in the wall surface of the housing 11' on the side in contact with the heat source 200. ,have.
Normally, when the working fluid Q flows in the liquid phase from the liquid tube 32', it permeates the micropores of the porous member 4' by capillary action and evaporates due to the heat from the housing 11'. The working fluid Q in vapor phase is discharged from the vapor pipe 31'.
At this time, the liquid-phase working fluid Q that permeates the porous member 4' is prevented by the presence of a gap, ie, a vapor groove 3', between the surface of the porous member 4' on the side of the heat source 200 and the housing 11'. It becomes easy to evaporate, and heat exchange efficiency improves.

このような蒸発器10’において、熱源200からの熱が全てこのように蒸気溝3’において多孔質部材4’の表面に染み出してきた作動流体Qを蒸発させるのに使われるとき、熱交換効率は理想的な状態であるといえる。
しかしながら、このような片面のみで受熱するような蒸発器10’においては、図5に示すように、筐体11’の側面あるいは裏面へと熱が回り込んで、多孔質部材4’に浸透する前の作動流体Qを加熱してしまう、所謂熱リークが生じてしまうことがあった。
In such an evaporator 10', when all the heat from the heat source 200 is thus used to evaporate the working fluid Q that has oozed out onto the surface of the porous member 4' in the steam grooves 3', the heat exchange Efficiency can be said to be in an ideal state.
However, in such an evaporator 10' that receives heat only on one side, as shown in FIG. A so-called heat leak, in which the previous working fluid Q is heated, may occur.

そして、この熱リークにより、受熱部以外の箇所、例えば図5に非受熱部2’として示すような位置において液相の作動流体Qが過熱され、液相の作動流体Qに気泡が発生することがあった。
その結果、多孔質部材4’への作動流体Qの浸透するための毛細管現象が妨げられる、相変化による圧力が損失し作動流体Qの流動性が低下する、などの悪影響による冷却動作の不安定化が懸念され好ましくない。
Due to this heat leak, the liquid-phase working fluid Q is overheated at a location other than the heat-receiving portion, for example, a location shown as a non-heat-receiving portion 2' in FIG. 5, and bubbles are generated in the liquid-phase working fluid Q. was there.
As a result, the cooling operation becomes unstable due to adverse effects such as hindrance of the capillary action for permeation of the working fluid Q into the porous member 4′, loss of pressure due to phase change, and decrease in fluidity of the working fluid Q. It is not preferable because there is a concern that

この対策として、例えば図6に示すように、筐体11’の両面に蒸気溝3’を形成するような構成が考えられている。しかしながら、蒸気溝3’は筐体11’に微細加工をする必要があり、筐体11の複雑化やコストの増大を招いていた。 As a countermeasure, for example, as shown in FIG. 6, a configuration is considered in which steam grooves 3' are formed on both sides of a housing 11'. However, the steam groove 3' requires microfabrication of the housing 11', which complicates the housing 11 and increases the cost.

そこで、本実施形態における多孔質ウィック4は、図3に既に示したように、滞留部5を挿通して形成された連結部6を有している。
かかる連結部6の効果について詳しく説明する。
図5のような従来例において、非受熱部2’で気泡が生じてしまうのは、熱リークによって作動流体Qが加熱されてしまうためである。
すなわち、まず多孔質ウィック4が筐体11の内壁面と作動流体Qとが直接接触しないように、受熱部1を含む壁面を図3に示したように覆うことで、かかる作動流体Qの液相が直接熱せられることについては抑制することができる。
Therefore, the porous wick 4 according to the present embodiment has a connection portion 6 formed by inserting the retention portion 5 as already shown in FIG.
The effect of the connecting portion 6 will be described in detail.
In the conventional example shown in FIG. 5, bubbles are generated in the non-heat-receiving portion 2' because the working fluid Q is heated by heat leakage.
First, the porous wick 4 covers the wall surface including the heat-receiving part 1 as shown in FIG. Direct heating of the phases can be suppressed.

ところで、非受熱部側の壁面42近傍において多孔質ウィック4に浸透した作動流体Qは、毛細管現象によって浸透しているために、通常のままでは滞留部5へと戻ることは難しい。
つまり、多孔質ウィック4によって直接作動流体Qが筐体11の内壁面と接触しないように囲うのみでは、作動流体Qが長時間滞留し易いということが分かった。特に受熱部1から滞留部5を挟んだ反対側である非受熱部側の壁面42において、作動流体Qは滞留し易い。
さらに発明者らの詳細な検討によれば、単に多孔質ウィック4で覆うのみならず、筐体11に挿入された状態において、受熱部側の壁面41と、非受熱部側の面42とを接続するように、滞留部5を挿通して形成された連結部6を備えることで、より気泡の発生を抑止するとともに、作動流体Qの流動性の向上に寄与することが分かった。
これは、図7に一点鎖線で流動方向を模式的に示すように、滞留部5内の液相の作動流体Qにとって、連結部6が壁面42から壁面41へと流動するバイパス経路として機能することによる。
By the way, the working fluid Q that permeates the porous wick 4 in the vicinity of the wall surface 42 on the non-heat-receiving side is permeated by capillary action, so it is difficult for the working fluid Q to return to the retention section 5 under normal conditions.
In other words, it has been found that the working fluid Q tends to stay for a long time only by enclosing the working fluid Q directly with the porous wick 4 so as not to contact the inner wall surface of the housing 11 . In particular, the working fluid Q tends to stay on the wall surface 42 on the side of the non-heat-receiving portion, which is the opposite side across the retaining portion 5 from the heat-receiving portion 1 .
Furthermore, according to detailed studies by the inventors, the porous wick 4 not only covers the wall surface 41 on the side of the heat receiving portion and the surface 42 on the side of the non-heat receiving portion when the porous wick 4 is inserted into the housing 11. It has been found that by providing the connection portion 6 formed by inserting the retention portion 5 so as to be connected, the generation of air bubbles can be further suppressed and the fluidity of the working fluid Q can be improved.
For the liquid-phase working fluid Q in the retention portion 5, the connecting portion 6 functions as a bypass path through which the connecting portion 6 flows from the wall surface 42 to the wall surface 41, as schematically shown in FIG. It depends.

このように、熱リークが生じたとしても、作動流体Qが、壁面42近傍等の非受熱部側に留まることなく、連結部6を経由して受熱部側の壁面41へと移動していくことで、熱リークによる気泡の発生が抑制され、熱リークの発生を抑制し、冷却動作の不安定化を解消することが可能となる。
なお、本実施形態においては、蒸発器10の形状及び多孔質ウィック4の形状が直方体形状であるために、『受熱部側の壁面41』『非受熱部側の壁面42』という表現を用いているが、かかる壁面に限定されるものではない。しかしながら、上述したようにかかる連結部6は、作動流体Qが冷却対象から受熱することにより液相から気相へと相変化する位置と、蒸発器10におけるこの位置から熱の伝達経路において最も離れた位置とを結ぶことで流動性向上の効果が最も高くなると考えられる。従って受熱部1近傍に対応する位置と、当該受熱部1に対向する位置との間を結ぶように連結部6が構成されることが望ましい。
かかる構成により、蒸発器10がより効率よく作動流体Qへと熱を伝えることとなるから、冷却動作が安定し、冷却装置100の冷却効率を向上することができる。
In this way, even if heat leakage occurs, the working fluid Q moves to the wall surface 41 on the side of the heat receiving portion via the connecting portion 6 without remaining on the non-heat receiving portion side such as near the wall surface 42 . This suppresses the generation of air bubbles due to heat leakage, suppresses the generation of heat leakage, and makes it possible to eliminate the instability of the cooling operation.
In this embodiment, since the shape of the evaporator 10 and the shape of the porous wick 4 are rectangular parallelepipeds, the expressions "wall surface 41 on the side of the heat-receiving part" and "wall surface 42 on the side of the non-heat-receiving part" are used. However, it is not limited to such wall surfaces. However, as described above, the connecting portion 6 is the position where the working fluid Q undergoes a phase change from the liquid phase to the gas phase by receiving heat from the object to be cooled, and is the farthest from this position in the evaporator 10 in the heat transfer path. It is considered that the effect of improving fluidity is the highest by connecting the Therefore, it is desirable that the connecting portion 6 be configured to connect the position corresponding to the vicinity of the heat receiving portion 1 and the position facing the heat receiving portion 1 .
With such a configuration, the evaporator 10 more efficiently transfers heat to the working fluid Q, so that the cooling operation is stabilized and the cooling efficiency of the cooling device 100 can be improved.

また、本実施形態のように平板状の蒸発器においては、連結部6は受熱部側の壁面41から『垂直に起立する』ことで、非受熱部側の壁面42まで最短距離で伸びるため効率よく非受熱部側の壁面42から受熱部側の壁面41までの作動流体Qの移動を促進する。
かかる構成により、多孔質ウィック4内部への作動流体Qの浸透を促進するとともに、熱の回り込みによる気泡の発生を抑制して、冷却装置100の冷却効率を向上することができる。
In addition, in the flat evaporator as in the present embodiment, the connecting portion 6 "stands vertically" from the wall surface 41 on the heat receiving portion side, and extends to the wall surface 42 on the non-heat receiving portion side in the shortest distance, so efficiency is improved. This facilitates the movement of the working fluid Q from the wall surface 42 on the non-heat-receiving portion side to the wall surface 41 on the heat-receiving portion side.
With such a configuration, it is possible to promote the permeation of the working fluid Q into the porous wick 4 and suppress the generation of air bubbles due to heat wraparound, thereby improving the cooling efficiency of the cooling device 100 .

また、本実施形態においては、多孔質ウィック4の熱伝導率は、受熱部1を構成するアルミなどの金属材料の熱伝導率よりも低い。
かかる構成により、多孔質ウィック4が、滞留部5に対して断熱材のような役割を担うために、滞留部5にある作動流体Qの熱リークによる加熱を抑制することができる。
Further, in the present embodiment, the thermal conductivity of the porous wick 4 is lower than that of the metal material such as aluminum that constitutes the heat receiving portion 1 .
With such a configuration, the porous wick 4 serves as a heat insulating material for the retention portion 5, so that heating due to heat leakage of the working fluid Q in the retention portion 5 can be suppressed.

さて、このような連結部6は、1つ以上複数あったとしても良い。
例えば、図8に第1の変形例として示したように、X方向に沿って複数の箇所に多角柱のように形成された連結部6bを有しているとしても良い。
また、図3に示すように、本実施形態では多孔質ウィック4のY方向全体にわたって形成されるものについて説明したが、図9に第2の変形例として示すように柱状の局所的な連結部としても良い。
Now, one or more such connecting portions 6 may be provided.
For example, as shown in FIG. 8 as a first modification, connecting portions 6b formed like polygonal prisms may be provided at a plurality of locations along the X direction.
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the porous wick 4 is formed over the entire Y direction. It is good as

あるいは、図10に第3の変形例として示すように、円柱状の連結部6を複数設けることとしても良い。なお、図9(b)、図10に示した多孔質ウィック4は、図3(a)に示したのと同様、滞留部5内に作動流体Qが充満した状態の一例を模擬した斜視図であり、視認性向上のため多孔質ウィック4であることを示す斜線によるハッチングは省略している。また、図9(a)は筐体11内部に配置された状態において、作動流体Qが充填される前の状態を示している。 Alternatively, as shown in FIG. 10 as a third modified example, a plurality of cylindrical connecting portions 6 may be provided. Note that the porous wick 4 shown in FIGS. 9B and 10 is a perspective view simulating an example of a state in which the retaining portion 5 is filled with the working fluid Q, similar to that shown in FIG. 3A. , and hatching with oblique lines indicating the porous wick 4 is omitted for improved visibility. FIG. 9(a) shows a state before the working fluid Q is filled in a state arranged inside the housing 11. FIG.

また、第1実施形態及び第1~第3の変形例においては、蒸発器10の形状が平板状の場合について述べたが、図11に第2の実施形態として示すように、円柱形状の蒸発器10に対して用いるとしても良い。
第2の実施形態においても第1の実施形態と同様に、熱源200は局所的な受熱部1に対して当接して配置されている。
また、蒸発器10は、筐体11内部に配置された多孔質部材たる多孔質ウィック4と、多孔質ウィック4と受熱部1との間に形成された溝部たる蒸気溝3と、多孔質ウィック4によって受熱部1と隔てられて作動流体Qを筐体11内部に保持するための滞留部5と、を有している。すなわち、本実施形態においては、『受熱部が形成される面は円弧形状』である。
Further, in the first embodiment and the first to third modifications, the case where the shape of the evaporator 10 is flat was described, but as shown in FIG. 11 as the second embodiment, a cylindrical evaporator It may be used for the vessel 10 as well.
Also in the second embodiment, the heat source 200 is arranged in contact with the local heat receiving portion 1 as in the first embodiment.
The evaporator 10 includes a porous wick 4 as a porous member arranged inside a housing 11, a steam groove 3 as a groove formed between the porous wick 4 and the heat receiving part 1, and a porous wick and a retention portion 5 that is separated from the heat receiving portion 1 by 4 and holds the working fluid Q inside the housing 11 . That is, in the present embodiment, "the surface on which the heat receiving portion is formed has an arc shape".

本実施形態においては、蒸気溝3は、図11に示すように、受熱部1の周囲に筐体11の内周に沿って放射状に並んで形成されている。なお、図11(a)は滞留部5内に作動流体Qが充満する前の状態を示し、図11(b)は図11(a)のA-A'断面であって、滞留部5内に作動流体Qが充満した状態を示している。
また、本実施形態における連結部6は、図11(b)にA-A'断面を示すように、受熱部1側の壁面43から、受熱部1に対向した部分である非受熱部側の壁面44へ向かって伸びている。
かかる構成により、多孔質ウィック4内部への作動流体Qの浸透を促進するとともに、熱の回り込みによる気泡の発生を抑制して、冷却装置100の冷却効率を向上することができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 11, the steam grooves 3 are arranged radially along the inner periphery of the housing 11 around the heat receiving section 1 . FIG. 11(a) shows the state before the working fluid Q is filled in the retention portion 5, and FIG. is filled with the working fluid Q.
In addition, as shown in the AA' cross section of FIG. It extends toward the wall surface 44 .
With such a configuration, it is possible to promote the permeation of the working fluid Q into the porous wick 4 and suppress the generation of air bubbles due to heat wraparound, thereby improving the cooling efficiency of the cooling device 100 .

また、蒸発器10が円筒形状の場合においては、かかる受熱部側の壁面43から放射状に、例えば図12に示すようなA-A'断面となるように連結部6を形成しても良い。図12(a)(b)も図11(a)(b)と同様に、図12(a)は滞留部5内に作動流体Qが充満する前の状態を示し、図12(b)は図12(a)のA-A'断面であって、滞留部5内に作動流体Qが充満した状態を示している。
かかる構成によっても同様に、多孔質ウィック4内部への作動流体Qの浸透を促進するとともに、熱の回り込みによる気泡の発生を抑制して、冷却装置100の冷却効率を向上することができる。
なおこのように蒸発器10が円筒形状の場合には、受熱部1が点接触する場合や円周面で接触する場合等、種々の状態が有り得るため、かかる受熱部1に対応する非受熱部は、受熱部1以外の円周上の何れかの点であるといえる。
When the evaporator 10 has a cylindrical shape, the connecting portion 6 may be formed radially from the wall surface 43 on the side of the heat-receiving portion so as to form an AA' cross section as shown in FIG. 12, for example. 12(a) and (b) are similar to FIGS. 11(a) and (b), FIG. 12(a) shows the state before the working fluid Q is filled in the retention portion 5, and FIG. 12(a) is an AA' cross section showing a state in which the retention portion 5 is filled with the working fluid Q. FIG.
With such a configuration, the penetration of the working fluid Q into the inside of the porous wick 4 is also promoted, and the generation of air bubbles due to heat wraparound is suppressed, thereby improving the cooling efficiency of the cooling device 100 .
When the evaporator 10 has a cylindrical shape as described above, the heat receiving portion 1 may be in point contact, or may be in contact with the circumferential surface. can be said to be any point on the circumference other than the heat receiving portion 1 .

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上述の実施形態においては、筐体11の内周面に蒸気溝3を形成する場合について述べたが、図13に示すように、多孔質ウィック4の外周側に蒸気溝3を設けても良い。
また、上述した各変形例を組み合わせて用いたとしても良い。
Although the preferred embodiment has been described in detail above, it is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiment without departing from the scope of the claims. can be added.
For example, in the above-described embodiment, the steam grooves 3 are formed on the inner peripheral surface of the housing 11, but as shown in FIG. Also good.
Moreover, it is good even if it uses combining each modification mentioned above.

1 受熱部
4 多孔質部材(多孔質ウィック)
5 滞留部
6 接続部(連結部)
10 蒸発器
11 筐体
20 凝縮器
30 管部
31 蒸気管
32 液管
41 受熱部側の壁面
42 非受熱部側の壁面
100 冷却装置
1 heat receiving part 4 porous member (porous wick)
5 retention part 6 connection part (connection part)
10 Evaporator 11 Housing 20 Condenser 30 Pipe 31 Steam pipe 32 Liquid pipe 41 Wall surface 42 on the side of the heat-receiving part Wall surface 100 on the side of the non-heat-receiving part Cooling device

特許第5699452号公報Japanese Patent No. 5699452 特開2014-062658号公報JP 2014-062658 A 特開2016-211767号公報JP 2016-211767 A

Claims (8)

筐体の受熱部が受熱することで筐体内部の流体を液相から気相へと相転移させる蒸発器であって、
前記筐体内部に配置された多孔質部材と、
前記多孔質部材によって前記筐体の内壁面と隔てられた前記流体を前記筐体内部に保持するための滞留部と、を有し、
前記多孔質部材は、前記滞留部に形成された連結部を有し、当該連結部は当該多孔質部材の前記受熱部側と、前記受熱部側と対向する側とを連結し、循環方向に延びる空間を有していることを特徴とする蒸発器。
An evaporator that causes a phase transition of a fluid inside a housing from a liquid phase to a gas phase by receiving heat from a heat receiving part of the housing,
a porous member disposed inside the housing;
a retaining portion for retaining the fluid inside the housing separated from the inner wall surface of the housing by the porous member;
The porous member has a connection portion formed between the retention portions, and the connection portion connects the heat receiving portion side of the porous member and the side opposite to the heat receiving portion side, and the circulation direction an evaporator having a space extending to the
請求項1に記載の蒸発器であって、
前記受熱部が形成される面は平面形状であることを特徴とする蒸発器。
The evaporator of claim 1, wherein
The evaporator, wherein the surface on which the heat receiving portion is formed is planar.
請求項1に記載の蒸発器であって、
前記筐体のうち、前記受熱部が形成される面は円弧形状であることを特徴とする蒸発器。
The evaporator of claim 1, wherein
The evaporator, wherein a surface of the housing on which the heat receiving portion is formed has an arc shape.
請求項1乃至3の何れか1つに記載の蒸発器であって、
前記受熱部が形成される面と前記多孔質部材との間に形成された蒸気溝を有し、
前記蒸気溝は前記受熱部側と対向する側には形成されないことを特徴とする蒸発器。
The evaporator according to any one of claims 1 to 3,
a steam groove formed between the surface on which the heat receiving portion is formed and the porous member;
The evaporator, wherein the steam groove is not formed on the side facing the heat receiving portion .
請求項1乃至4の何れか1つに記載の蒸発器であって、
前記連結部が前記滞留部の全長に渡って形成されることを特徴とする蒸発器。
An evaporator according to any one of claims 1 to 4,
The evaporator, wherein the connecting portion is formed over the entire length of the retention portion.
請求項1乃至4の何れか1つに記載の蒸発器であって、
前記連結部が少なくとも1つの柱状に形成されることを特徴とする蒸発器。
An evaporator according to any one of claims 1 to 4,
The evaporator, wherein the connecting part is formed in the shape of at least one column.
請求項1乃至6の何れか1つに記載の蒸発器であって、
前記多孔質部材の熱伝導率は、前記受熱部を構成する材料の熱伝導率よりも低いことを特徴とする蒸発器。
An evaporator according to any one of claims 1 to 6,
The evaporator, wherein the heat conductivity of the porous member is lower than the heat conductivity of the material forming the heat receiving portion.
請求項1乃至7の何れか1つに記載の蒸発器と、
前記流体が気相となって流れ込み冷却される凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続してループを形成する管と、
前記蒸発器と前記凝縮器と前記管との間を気相と液相に変化しながら循環する作動流体と、
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。
an evaporator according to any one of claims 1 to 7;
a condenser into which the fluid is in a gaseous phase and is cooled;
a tube connecting the evaporator and the condenser to form a loop;
a working fluid circulating between the evaporator, the condenser, and the tube while changing between a gas phase and a liquid phase;
A loop heat pipe characterized by comprising:
JP2018134867A 2018-07-18 2018-07-18 Evaporator and loop heat pipe Active JP7115091B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018134867A JP7115091B2 (en) 2018-07-18 2018-07-18 Evaporator and loop heat pipe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018134867A JP7115091B2 (en) 2018-07-18 2018-07-18 Evaporator and loop heat pipe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020012587A JP2020012587A (en) 2020-01-23
JP7115091B2 true JP7115091B2 (en) 2022-08-09

Family

ID=69169587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018134867A Active JP7115091B2 (en) 2018-07-18 2018-07-18 Evaporator and loop heat pipe

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7115091B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120043060A1 (en) 2010-08-20 2012-02-23 Foxconn Technology Co., Ltd. Loop heat pipe
JP2018066510A (en) 2016-10-19 2018-04-26 国立大学法人名古屋大学 Heat exchanger, vaporization body and apparatus

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49116647A (en) * 1973-03-12 1974-11-07
JP3450148B2 (en) * 1997-03-07 2003-09-22 三菱電機株式会社 Loop type heat pipe

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120043060A1 (en) 2010-08-20 2012-02-23 Foxconn Technology Co., Ltd. Loop heat pipe
JP2018066510A (en) 2016-10-19 2018-04-26 国立大学法人名古屋大学 Heat exchanger, vaporization body and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020012587A (en) 2020-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170363363A1 (en) Electronics Cooling with Multi-Phase Heat Exchange and Heat Spreader
JP5637216B2 (en) Loop heat pipe and electronic equipment
JP6191561B2 (en) Sheet type heat pipe
JP2013004562A (en) Ebullient cooling system
JP2013160420A (en) Self-excited vibration heat pipe
JP2018185110A (en) heat pipe
JP6260368B2 (en) Self-excited vibration heat pipe
JP2006313056A (en) Heat pipe, and exhaust heat recovery system using the same
US10240873B2 (en) Joint assembly of vapor chambers
JP6433848B2 (en) Heat exchangers, vaporizers, and electronics
JP5696466B2 (en) Loop heat pipe and information processing apparatus
JP7115091B2 (en) Evaporator and loop heat pipe
US9599408B1 (en) Loop heat pipe evaporator including a second heat pipe
JP2003269878A (en) Loop type heat pipe evaporator
JP6960651B2 (en) Electronics, heat exchangers and evaporators
JP2010040958A (en) Cooling device
JP6136944B2 (en) Evaporator
JP2013016590A (en) Boil cooling device, and cooling system for vehicle using boil cooling device
JP2005337336A (en) Liquefied gas evaporating device
JP5252059B2 (en) Cooling system
US20030111217A1 (en) Bubble cycling heat exchanger system
JP2002115981A (en) Heat-carrying device
WO2023157717A1 (en) Cooling device
JP2016191509A (en) Loop type heat pipe
JP2016173216A (en) Cooling device and electronic device equipped with the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220322

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220517

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220628

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220711

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7115091

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151