JP7116912B2 - ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、及びウィック製造方法 - Google Patents
ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、及びウィック製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7116912B2 JP7116912B2 JP2018142639A JP2018142639A JP7116912B2 JP 7116912 B2 JP7116912 B2 JP 7116912B2 JP 2018142639 A JP2018142639 A JP 2018142639A JP 2018142639 A JP2018142639 A JP 2018142639A JP 7116912 B2 JP7116912 B2 JP 7116912B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wick
- phase
- evaporator
- working fluid
- gas
- 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
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
多孔質ゴムから構成される一端側が閉塞された円柱状の中空部材であり、蒸発器の筐体に接する外周面の周方向に直交する方向に、気相流路となる複数の気相流体溝(蒸気排出溝)が形成されたウィックであり、このウィックを蒸発器の内部に設けている。
具体的には、発泡シリコーンゴム又は発泡ウレタンゴムから構成されたウィックを蒸発器の筐体に有する円柱形状の内部空間の内径よりも大きな上記ウィックを蒸発器の筐体内に圧入している。
加えて、このウィックを構成する多孔質ゴムの、多孔質の気泡構造の諸元(仕様、製造時の条件)が、平均空孔径が50[μm]以下、空孔率が20[%]以上80[%]以下、連泡率が25[%]以上100[%]以下が望ましいとされている。
そして、これらの構成により、蒸発器の筐体の内面に対するウィックの密着性の確保と、ウィックの外周面近傍等の局所的な空孔のつぶれの抑制とを容易に行え、良好な冷却性能を得ることができるとされている。
ここで、本実施形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付す。また、同一符号を付した構成要素について、一度説明した後では、その説明を適宜、省略する。
図1は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ1の一例を示した概略説明図であり、図2は、図1における破線で示すa―a断面で切断したときの仮想的な断面を示す図である。
受熱部7には蒸気管4の一端部が連結され、リザーバ部8には液管5の一端部が連結されている。また、蒸気管4と液管5のぞれぞれの他端部は凝縮部3に連結されている。凝縮部3は、外周面にアルミニウム製の薄板状のフィン32が多数設けられたステンレス製のパイプ31で構成されている。
複数の気相流体溝10は、図1における破線で示すa―a断面で切断したときの仮想的な断面を示す図2のように、ウィック6の底部に等間隔に設けられている。ここで、図2においては、気相流体溝10の寸法は実寸より大きな比率で描かれている。また、ウィック6の厚みは、蒸発部2の受熱部7の筐体の内寸よりも若干大きい寸法に設定されている。
作動流体としては、水、アルコール、アセトン、代替フロン等の凝縮性流体が用いられる。また、作動流体はウィック6に浸透しやすいようにウィック6との濡れ性が良好なものが良い。濡れ性はウィック6と作動流体との接触角で測定することができる。接触角が90[°]以上であると、作動流体がウィック6に浸透することができないため、接触角は90[°]未満である必要がある。
図3は、従来の一般的なループ型ヒートパイプ100の概略説明図である。
一般的に、ループ型ヒートパイプ100は、図3に示すように、外部から受熱して作動流体を液相から気相に蒸発させる蒸発部102と、外部に放熱して作動流体を気相から液相に凝縮させる凝縮部103を備えている。また、蒸発部102から凝縮部103へ気相の作動流体を流通させる蒸気管104と、凝縮部103から蒸発部102へ液相の作動流体を流通させる液管105も備えている。
ここで、冷却効率を良くするためには蒸発部102との密着性を確保し、ウィック106の毛細管力で作動流体を循環させ、且つ圧力損失を最小限にするためにウィック106には高い浸透性が必要である。
ウィックの外周面に形成する外側溝に加え、ウィックの内周面に長さ方向に延びる内側溝を形成している。そして、ウィックが蒸発器の筐体内に圧入されて収容されたときに内側溝が閉じられるように変形することで、ウィックの外径寸法に製造誤差が生じても外周面近傍における空孔のつぶれを抑制するというものである。
そして、これらの構成により、ウィックの外周面近傍の細孔がつぶれたり、ウィックの外面が蒸発器の筐体の内面と良好に接触していなかったりして性能が悪い蒸発器が得られてしまうことを抑制できるウィックを安定した形で量産できるとされている。
図4は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ1に設けるウィック6の密度分布の説明図である。
本実施形態のウィック6は表面から内部に向かって密度が減少する密度分布を持ち、特に気相流体溝10の間の蒸発部2との接触面に密度分布が存在することで、ウィック先端部の倒れを防止する機能を付与することができる。図4は、ウィック6の密度分布の概要を表す図だが、実際はグラデーションのように連続した密度減少分布を持つ。
そして、発熱部からの熱が蒸発部2の筐体を通してウィック6内の液相の作動流体、もしくは蒸発部2の底面とウィック6の接触面のエッジ部の間に生じる三相界線液架橋部に伝達されると、その熱で作動流体が蒸発して気相に変化する。蒸発して気相に変化した作動流体は気相流体溝10を通って蒸気管4へと送られる。
本実施形態に係るループ型ヒートパイプ1(冷却装置)に用いられるウィック6は、多孔質材料(多孔質体)により構成されている。本実施形態では、多孔質材料に弾性を持たせることで、蒸発部2(受熱部7)の筐体に対するウィック6の密着性を高める。これにより、蒸発部2の筐体からウィックへの熱伝達効率が良好に得られるようになり、ループ型ヒートパイプ1の冷却性能をさらに向上させることが可能となる。または、正しく密着された場合の本来の冷却性能を実現するためのウィック6及び蒸発部2(蒸発器)がより容易に製造できるようになる。
多孔質材料に用いられる多孔質体としては、発泡シリコーンゴム又は発泡ウレタンゴムが好適として挙げられるが、弾性体であればこの限りではない。ここで弾性体とは主にゴム材料が好適に用いることができるが、プラスチックでも用いることができる。弾性体であることの目的は多孔質材料の蒸発機への容易な密着であるから、多孔質材料よりも圧縮弾性率が低い、つまり変形しやすい材料であれば一定の効果を奏することができる。
これらの多孔質体は、内部に作動流体を浸透させ作動流体に対して毛細管力を良好に生じさせるために、連通した複数の空孔が形成されており、多孔質材料の平均空孔径、空孔率、連泡率は、それぞれ、次の範囲に設定されることが好ましい。
多孔質体はその毛細管力によって作動流体を移動させてループ型ヒートパイプ1を駆動させる機能を担うことから、より大きな毛細管力が得られるように多孔質体の平均空孔径は小さい方が好ましい。
多孔質体の平均空孔径(ウィックの空孔半径:rwick)と毛細管力(毛細管圧:ΔPcap)は、下記数式1を用いて表される。
ΔPcap=2σcosθ/rwick ・・・ (式1)
ここで、σは作動流体の表面張力、θはウィックと作動流体との接触角である。
ΔPcap≧ΔPtotal ・・・ (式2)
さらに、全圧力損失:ΔPtotalは、次に式3を用いて求められる。
ΔPtotal=ΔPwick+ΔPgroov+ΔPVL+ΔPcond+ΔPLL+ΔPgrav ・・・ (式3)
ここで、ΔPwickはウィックの圧力損失、ΔPgroovは気相流体溝10の圧力損失、ΔPVLは蒸気管の圧力損失、ΔPcondは凝縮部の圧力損失、ΔPLLは液管の圧力損失、ΔPgravは重力による圧力損失である。
さらに好ましくは5[μm]以下であり、ウィックの厚みが極めて薄い場合には1[μm]以下や0.1[μm]以下でも機能させることはできるが、下限の値としては0.1[μm]以上が好ましい。
ここで、平均空孔径は、多孔質体の断面をレーザー顕微鏡で撮影し、得られた画像を画像処理により空孔の面積を測定することで求めることができる。
ウィック6に用いられる多孔質体の空孔率は、高いほどループ型ヒートパイプ1を駆動させるのに有利である。具体的には、多孔質体の空孔率は20[%]以上が好ましい。空孔率が20[%]未満になると、ループ型ヒートパイプ1の駆動が困難になる。より好ましくは空孔率が50[%]以上である。空孔率は、次の式4により算出できる。
空孔率([%])=(多孔質体の比重-ソリッドの比重)/(ソリッドの比重)×100 ・・・ (式4)
ウィック6に用いられる多孔質体の連泡率は、高いほど液相の作動流体がウィックに浸透するのに有利である。具体的に、多孔質ゴムの連泡率は25[%]以上であるのがよい。好ましくは連泡率が50[%]以上であり、より好ましくは連泡率が75[%]以上である。連泡率は、多孔質ゴムの場合はメタノール浸漬重量増加率を測定することで得られる。
ウィック6に用いられる多孔質体(多孔質材料)の熱伝導率は、高いほど多孔質体に侵入した液相の作動流体が蒸発器より熱を受け取るのに有利である。具体的な目安としては、0.01[W/(m・K)]以上であるのがよい。好ましくは0.1以上である。ここで、熱伝導率とは発泡構造や空隙も含めた熱伝導率を指し、JISR2616に説明されるような方法に則って測定したものである。
気相流体溝10は気相となった作動流体が通過する通り道であり、また、溝部の多孔質体と蒸発部2の間に三相界線液架橋部が生じ、主にそこから作動流体の蒸発が行われるので、その形状や体積は性能に影響を与える。
気相流体溝10の圧損(圧力損失)を減らしながら、液架橋部を増やせるように、凹/凸の比率は75[%]以下であるのがよく、好ましくは50[%]以下である。また、溝の幅は10[mm]以下であるのがよく、好ましくは1[mm]以下である。
気相流体溝10の深さは、剛性を保てる限り、深いほど多孔質体の液供給面からの距離が近くなり、液供給が容易になるので、10[mm]以下であるのがよく、1.5[mm]以下であるのが好ましい。
ウィック6に用いられる多孔質ゴムは、化学発泡法又は水発泡法によって製造することができる。化学発泡法は、発泡剤を添加することにより発泡構造を形成する方法である。これに対して、水発泡法は、水を主成分とする溶媒と液状ゴムとを乳化させ、溶媒を除去することで発泡構造を形成する方法である。特に、水発泡法は化学発泡法に比べて高い空孔率で微細な空孔を均一に形成することが可能である。このため、多孔質ゴムの発泡状態を上述の好ましい範囲に調整するには、水発泡法を用いることが好ましい。以下、水発泡法を用いてウィック用の発泡シリコーンゴムを製造する方法について説明する。
水発泡法により発泡シリコーンゴムを製造するには、市販されている2液型の液状シリコーンゴムに触媒、界面活性剤、架橋剤を添加し、混合する。そして、溶媒としての水(必要に応じてアルコール混合)に必要に応じて添加剤、充填剤、分散剤等を混ぜ、液状シリコーンゴムと同等の粘度にした混合溶液と合わせて撹拌してエマルション組成物を調整する(乳化工程)。
ここで、液状シリコーンゴムと混合溶液との配合比率は、所望の空孔率により調整する。エマルション中の微粒子状の水分が蒸発してセルとなるので、例えば、液状シリコーンゴムと混合溶液との配合比率を1:1にすると、空孔率50[%]の多孔質体を得ることができる。
その後、調整されたエマルション組成物を金型に注入し、1~24時間放置することでミセルの移動を促し、表面から内部に向かって密度が減少する領域を増加させる。その後、一次加熱することでエマルション組成物内の水分を蒸発させずにシリコーンゴムを硬化させて所定の形状に成型する(一次加熱・成型工程)。ここで、一次加熱は、加熱温度が80~130[℃]の範囲、加熱時間が30~120分の範囲で行う。特に、加熱温度が90~110[℃]、加熱時間が60~90分であることが好ましい。
(平均空孔径の調整方法)
平均空孔径は、乳化工程における撹拌手段の撹拌強度を変更することで調整することができる。乳化工程においては、水を主成分とする溶媒が撹拌手段によって撹拌されることにより細かい微粒子状セルとなり、その後の二次加熱工程でその溶媒の水分が蒸発することで空孔が形成される。すなわち、乳化工程において溶媒がより細かい微粒子状セルとなるように撹拌することで、平均空孔径を小さくすることができる。具体的には、撹拌時間を長く、撹拌速度を速くするなど、撹拌強度を高くする撹拌条件を選択することで平均空孔径を小さく調整することが可能である。
空孔率は、液状シリコーンゴムと混合溶液との配合比を変更することによって調整することができる。これは、混合溶液中の水分が蒸発することで空孔が形成されるためである。混合溶液の比率を高くすると空孔率を大きくすることができる。
連泡率は、シリコーンゴム組成物の界面活性剤の量又は種類を選択することで調整することが可能である。
熱伝導率は、シリコーンゴム組成物の空孔率と平均空孔径を制御することで調整することが可能である。
(水発泡ウレタンゴムの製造方法)
水発泡ウレタンゴムは、上述した水発泡シリコーンゴムの製造方法における液状シリコーンゴムに代えて、液状ウレタンゴムを用いることで製造することができる。液状ウレタンゴムとしては市販の1液もしくは2液型の液状ウレタンゴムを用いることができる。耐水性の観点からウレタン材料はエーテル系が好ましい。また、耐熱性の観点から一次加熱温度及び二次加熱温度はウレタン材料の耐久温度よりも低いことが望ましい。一次加熱温度は70~110[℃]の範囲、二次加熱温度は80~110[℃]の範囲で材料が劣化しない温度を選択することが好ましい。また、水発泡ウレタンゴムの平均空孔径、空孔率、連泡率は、上述の水発泡シリコーンゴムに関する調整方法と同様の方法で調整が可能である。
次に、上述したウィック6の条件の主要な数値範囲内の実施例、及び数値範囲外の比較例を設定して行った冷却性能の試験について、適宜、図を用いて説明する。
本冷却性能試験では、図5に示した複数の実施例のウィックサンプルを水発泡シリコーンゴム、水発泡ウレタンゴム、化学発泡シリコーンゴムによって作成し、各サンプルをループ型ヒートパイプに用いた場合の冷却性能の試験を行った。
また、複数の比較例として、ウィックサンプルを水発泡シリコーンゴム、金属であるSUS、セラミックであるアルミナ、化学発泡ウレタンゴム、化学発泡シリコーンゴムによって作成し、各サンプルをループ型ヒートパイプに用いた場合の冷却性能の試験を行った。
図5に示した各多孔質体の材質(材料)のうち、多孔質材料に用いた発泡シリコーンゴムは、以下の条件で製造したが、これに限定されるものではない。
この実施例1を例に挙げて説明する。まず、液状ゴムに架橋剤及び界面活性剤を添加し、水を体積比1対1となるように混合し、シリコーンゴム組成液を調合した。次いで、調合した組成液をPRIMIX社製ホモミキサーにて1500[rpm]で10分間撹拌し、エマルション組成物を得た。
これにより、エマルション組成物が金型と接していた表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が5[μm]の水発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の水発泡シリコーンゴムは、厚さが3[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方には幅1[mm]、深さ1[mm]の溝が2[mm]ピッチで形成された形状であった。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ3[mm]、60[mm]角の直方体形状を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方に幅0.5[mm]、高さ1[mm]の突起が1[mm]ピッチで形成された形状を持つ金型を用いて、実施例1と同様に作製した。
このように作成することで、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が5[μm]の水発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の水発泡シリコーンゴムは、厚さが3[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方には幅0.5[mm]、深さ1[mm]の溝が1[mm]ピッチで形成された形状であった。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ3[mm]、60[mm]角の直方体形状を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方に、底面幅が0.6[mm]、上面幅が1[mm]、高さ1[mm]の逆台形状の突起が2[mm]ピッチで形成された形状を持つ金型を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が5[μm]の水発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の水発泡シリコーンゴムは、蒸発器底面に対して垂直な面を切削することにより、多孔質体の溝境界面のうち1面に密度分布を持ち、厚さが3[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方は、幅1[mm]、深さ1[mm]の溝を2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ3[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が5[μm]の水発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の水発泡シリコーンゴムは、厚さが3[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方は、蒸発器底面に対して垂直な面を切削することにより、多孔質体の溝境界面に密度分布を持たず、幅1[mm]、深さ1[mm]の溝を2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ5[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が5[μm]の水発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の水発泡シリコーンゴムは、厚さが5[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方は、蒸発器底面に対して垂直な面を切削することにより、多孔質体の溝境界面に密度分布を持たず、幅1[mm]、深さ1、5[mm]の溝を2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ5[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が5[μm]の水発泡ウレタンゴムを得た。また、成型後の水発泡ウレタンゴムは、厚さが5[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方は、蒸発器底面に対して垂直な面を切削することにより、多孔質体の溝境界面に密度分布を持たず、幅1[mm]、深さ1[mm]の溝を2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ5[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて、また、水の代わりに化学発泡剤を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が107[μm]の化学発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の化学発泡シリコーンゴムは、厚さが5[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方は、蒸発器底面に対して垂直な面を切削することにより、多孔質体の溝境界面に密度分布を持たず、幅1[mm]、深さ1[mm]の溝を2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ5[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて、また、水の代わりに化学発泡剤を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が94[μm]の化学発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の化学発泡シリコーンゴムは、厚さが5[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方は、蒸発器底面に対して垂直な面を切削することにより、多孔質体の溝境界面に密度分布を持たず、幅1[mm]、深さ1[mm]の溝を2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ3.5[mm]、60[mm]角の直方体形状を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方に幅1[mm]、高さ1.5[mm]の突起が2[mm]ピッチで形成された形状を持つ金型を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が5[μm]の水発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の水発泡シリコーンゴムの蒸発器底面との接触面を切削することにより、蒸発器底面との接触面に表面から内部への密度分布を持たず、厚さが3[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方には幅1[mm]、深さ1[mm]の溝が2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ5.5[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が5[μm]の水発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の水発泡シリコーンゴムを切削することにより、蒸発器底面との接触面、及び溝境界面に表面から内部への密度分布を持たず、厚さが5[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方には幅1[mm]、深さ1[mm]の溝が2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
SUS金属粉末が投入される領域が、厚さ3[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて焼結を行い、平均空孔径が60[μm]、厚さが3[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持つSUS多孔質焼結金属体を得た。このSUS多孔質焼結金属体の60[mm]角の平面のうちの一方を切削することにより、幅1[mm]、深さ1[mm]の溝が2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
アルミナ金属粉末が投入される領域が、厚さ3[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて焼結を行い、平均空孔径が30[μm]、厚さが3[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持つアルミナ多孔質焼結金属体を得た。このアルミナ多孔質金属体の60[mm]角の平面のうちの一方を切削することにより、幅1[mm]、深さ1[mm]の溝が2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ3[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて、また、水の代わりに化学発泡剤を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が80[μm]の化学発泡ウレタンゴムを得た。また、成型後の化学発泡ウレタンゴムは、厚さが3[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方は、蒸発器底面に対して垂直な面を切削することにより、多孔質体の溝境界面に密度分布を持たず、幅1[mm]、深さ1[mm]の溝を2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
エマルション組成物が注入される領域が、厚さ5[mm]、60[mm]角の直方体形状を持つ金型を用いて、また、水の代わりに化学発泡剤を用いて、実施例1と同様に作製し、表面から内部にかけて密度が減少する密度分布を持ち、平均空孔径が107[μm]の化学発泡シリコーンゴムを得た。また、成型後の化学発泡シリコーンゴムは、厚さが5[mm]、60[mm]角の直方体形状の外形を持ち、60[mm]角の平面のうちの一方は、蒸発器底面に対して垂直な面を切削することにより、多孔質体の溝境界面に密度分布を持たず、幅1[mm]、深さ1[mm]の溝を2[mm]ピッチで形成された形状を得た。
受熱部7の液管側の面には多孔質体を蒸発部2内面に密着させるための突起を5[mm]間隔で設けた。突起の大きさは5[mm]×5[mm]であり、突起高さは7[mm]であった。リザーバ部8は、外径φ70[mm]、内径φ68[mm]、長さ40[mm]の円筒とした。凝縮部3は、外径φ10[mm]のステンレス管に厚さ0.3[mm]、1辺100[mm]のアルミニウム製のフィン32を5[mm]間隔で80枚取り付けたものとした。
上述したように作成したループ型ヒートパイプ1を蒸発部2と凝縮部3とが水平になるように設置し、蒸発部2にヒータを接触させた。そして、ヒータへの印加電力を調整して200Wの熱量を30分間付与し、蒸発部2の温度を測定した。また、液管側にキーエンス製のコリオリ式流量計を設置し、その時の冷媒の循環量を測定した。
図6は、本実施形態に係る電子機器20に備えるループ型ヒートパイプ1の別例を示した概要説明図。
図6に示したループ型ヒートパイプ1の別例は、図1に示した例とは異なり、蒸発部2の筐体(ケース)に有する円柱形状の内部空間の内径よりも少し大きなウィックを蒸発器の筐体内に圧入しているものである。
但し、本実施形態に係る電子機器の冷却手段としては、図6に示したループ型ヒートパイプに替えて図1に示したループ型ヒートパイプ1を用いることができるが、上述した各実施例、及び各比較例の冷却性能の試験については、あくまでも図1、2に示したものを用いている。
ここで、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ1を適用可能な電子機器はプロジェクタに限られるものではない。プロジェクタに限らず、プリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置、パーソナルコンピュータ、サーバ、電子黒板、テレビ、ブルーレイレコーダ、ゲーム機等の種々の電子機器に適用可能である。
また、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ1や冷却装置は、電子機器以外のものにも適用可能である。例えば、反応炉を備える化学プラント等を冷却する冷却装置や、サーバーラック等の電子機器に付随した容器や建物に、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ1や冷却装置を適用しても良い。
凝縮部3は、プロジェクタ本体の筐体側面に設けられた排気ファン22の近傍に配置されている。排気ファン22が外部に空気を排出することで、凝縮部3の周囲に気流が発生し、当該気流によって凝縮部3が冷却され、凝縮部3における放熱効果が向上する。
例えば、図1、図2、図4、図6を用いて説明した本実施形態のループ型ヒートパイプ1は、いずれも蒸発部2、及び凝縮部3を1つ備えた構成について説明したが、本実施形態のループ型ヒートパイプの構成は、このような構成に限定されるものではない。蒸発部2、及び凝縮部3の少なくともいずれかを2以上備えるループ型ヒートパイプにも適用可能である。
また、図1、図2、図4、図6を用いて説明した本実施形態のループ型ヒートパイプ1は、いずれも蒸発部2の内部にウィック6を1つ設けた構成について説明したが、複数のウィックを並列に備える構成にも適用可能である。
(態様A)
凝縮性流体などの作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部2(受熱部7)などの蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮部3などの凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプ1などの冷却手段に用いられ、気相に相変化した作動流体を輸送する複数の気相流体溝10などの気相流体溝を有し、前記蒸発器の内部に設けられる多孔質体で構成されたウィック6などのウィックにおいて、前記多孔質体は、連通した複数の空孔を有する発泡シリコーンゴム又は発泡ウレタンゴムなどの弾性体であり、当該ウィックは、前記蒸発器の内部に接触する前記気相流体溝を有した側の接触面から内部に向かって密度が減少していることを特徴とする。
蒸発器の内部に設けるウィックは、気相流体溝を有した側の接触面から内部に向かって密度が減少しているので、多孔質体の剛性を確保し、蒸発器との接触面からの作動流体蒸発を防ぐことで、多孔質体と蒸発器の密着性を向上させる。
このように密着性を高めることで、気相流量の増加と流量低下防止の効果が得られ、十分な冷却性能が得られるようになる。さらに、気相流体溝の溝寸法の許容範囲を大きく取ることが可能になり、より高温・高圧で動作させることができるようになる。
よって、冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能なウィックを提供できる。
(態様A)において、前記多孔質体の前記気相流体溝との境界面は、内部に向かっての密度減少がないことを特徴とする。
これによれば、多孔質体への作動流体の供給を十分に行うことで、より高い冷却性能が得られるようになり、より高温・高圧で動作させることができるようになる。
(態様A)又は(態様B)において、前記多孔質体の前記気相流体溝が前記蒸発器に接触する側の接触面に直交する方向の寸法が、前記接触面に直交する方向の前記蒸発器の内寸よりも大きいことを特徴とする。
これによれば、ウィックと蒸発器の形状寸法に高い精度なくとも、十分な冷却性能を得られるようになる。さらに、溝寸法の許容範囲をより大きく取ることが可能となる。
(態様A)乃至(態様C)のいずれかにおいて、前記多孔質体は平均空孔径が100[μm]以下の発泡シリコーンゴム又は発泡ウレタンゴムであることを特徴とする。
これによれば、次のような効果を奏することができる。
多孔質体が弾性体であることにより、蒸発器の筐体との密着性を増すことができるとともに、多孔質体の毛細管力を高めることが可能となり、冷却手段の冷却性能をより高めることができるウィックを提供することができる。
(態様D)において、前記発泡シリコーンゴム又は発泡ウレタンゴムは、水発泡シリコーンゴム又は水発泡ウレタンゴムであることを特徴とする。
これによれば、多孔質セル同士の連通化比率が高まることで、多孔質体の毛細管力を高めながらも、気体通気性を確保することが比較的、容易かつ安価に可能となる。
凝縮性流体などの作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部2(受熱部7)などの蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮部3などの凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプ1などのループ型ヒートパイプにおいて、前記蒸発器の内部に、(態様A)乃至(態様E)のいずれかのウィック6などのウィックを設けることを特徴とする。
これによれば、(態様A)乃至(態様E)のいずれかのウィックと同様な効果を奏することができるループ型ヒートパイプを提供できる。
凝縮性流体などの作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部2(受熱部7)などの蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮部3などの凝縮器とを備える冷却装置において、前記蒸発器の内部に、(態様A)乃至(態様E)のいずれかのウィック6などのウィックを設けることを特徴とする。
これによれば、(態様A)乃至(態様E)のいずれかのウィックと同様な効果を奏することができる冷却装置を提供できる。
ループ型ヒートパイプ1などの冷却手段を備えた電子機器20などの電子機器において、前記冷却手段として、請求項7に記載の冷却装置を備えたことを特徴とする。
これによれば、(態様G)の冷却装置と同様な効果を奏することができる電子機器を提供できる。そして、冷却性能をさらに向上させることが可能となり、高発熱の電子機器を省スペースに実現することができる。
凝縮性流体などの作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部2(受熱部7)などの蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮部3などの凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプ1などの冷却手段に用いられ、気相に相変化した作動流体を輸送する複数の気相流体溝10などの気相流体溝を有し、前記蒸発器の内部に設けられる多孔質体で構成されたウィック6などのウィックを製造するウィック製造方法において、前記多孔質体は、連通した複数の空孔を有する発泡シリコーンゴム又は発泡ウレタンゴムなどの弾性体であり、前記ウィックは、前記蒸発器の内部に接触する前記気相流体溝を有した側の接触面から内部に向かって密度が減少していることを特徴とする。
本態様のウィック製造方法で製造するウィックは、気相流体溝を有した側の接触面から内部に向かって密度が減少しているので、多孔質体の剛性を確保し、蒸発器との接触面からの作動流体蒸発を防ぐことで、多孔質体と蒸発器の密着性を向上させる。
このように密着性を高めることで、気相流量の増加と流量低下防止の効果が得られ、十分な冷却性能が得られるようになる。さらに、気相流体溝の溝寸法の許容範囲を大きく取ることが可能になり、より高温・高圧で動作させることができるようになる。
よって、冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能なウィックを製造するウィック製造方法を提供できる。
2 蒸発部
3 凝縮部
4 蒸気管
5 液管
6 ウィック
7 受熱部
8 リザーバ部
10 気相流体溝
20 電子機器
Claims (9)
- 作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備える冷却手段における前記蒸発器の内部に設けて用いるための、気相に相変化した作動流体を輸送する複数の気相流体溝を有し、かつ多孔質体で構成されたウィックであって、
前記多孔質体は、連通した複数の空孔を有する弾性体であり、
当該ウィックは、前記蒸発器の内面に接触することになる前記気相流体溝を有した側の表面から内部に向かって密度が減少していることを特徴とするウィック。 - 請求項1に記載のウィックにおいて、
前記多孔質体の前記気相流体溝との境界面は、内部に向かっての密度減少がないことを特徴とするウィック。 - 請求項1又は2に記載のウィックにおいて、
前記多孔質体の前記気相流体溝が前記蒸発器に接触することになる側の表面に直交する方向の寸法が、前記表面に直交する方向の前記蒸発器の内寸よりも大きいことを特徴とするウィック。 - 請求項1乃至3のいずれか一に記載のウィックにおいて、
前記多孔質体は平均空孔径が100[μm]以下の発泡シリコーンゴム又は発泡ウレタンゴムであることを特徴とするウィック。 - 請求項4に記載のウィックにおいて、
前記発泡シリコーンゴム又は発泡ウレタンゴムは、水発泡シリコーンゴム又は水発泡ウレタンゴムであることを特徴とするウィック。 - 作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプにおいて、
前記蒸発器の内部に、請求項1乃至5のいずれか一に記載のウィックを設けることを特徴とするループ型ヒートパイプ。 - 作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備える冷却装置において、
前記蒸発器の内部に、請求項1乃至5のいずれか一に記載のウィックを設けることを特徴とする冷却装置。 - 冷却手段を備えた電子機器において、
前記冷却手段として、
請求項7に記載の冷却装置を備えたことを特徴とする電子機器。 - 作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備える冷却手段における前記蒸発器の内部に設けて用いるための、気相に相変化した作動流体を輸送する複数の気相流体溝を有し、かつ多孔質体で構成されたウィックを製造するウィック製造方法において、
前記多孔質体は、連通した複数の空孔を有する弾性体であり、
当該ウィックは、前記蒸発器の内部に接触することになる前記気相流体溝を有した側の表面から内部に向かって密度が減少していることを特徴とするウィック製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018142639A JP7116912B2 (ja) | 2018-07-30 | 2018-07-30 | ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、及びウィック製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018142639A JP7116912B2 (ja) | 2018-07-30 | 2018-07-30 | ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、及びウィック製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020020494A JP2020020494A (ja) | 2020-02-06 |
JP7116912B2 true JP7116912B2 (ja) | 2022-08-12 |
Family
ID=69588451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018142639A Active JP7116912B2 (ja) | 2018-07-30 | 2018-07-30 | ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、及びウィック製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7116912B2 (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010169379A (ja) | 2008-12-24 | 2010-08-05 | Sony Corp | 熱輸送デバイスの製造方法及び熱輸送デバイス |
US20100294467A1 (en) | 2009-05-22 | 2010-11-25 | General Electric Company | High performance heat transfer device, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
JP2012193912A (ja) | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Fujitsu Ltd | ループ型ヒートパイプ |
JP2017227383A (ja) | 2016-06-22 | 2017-12-28 | 日本碍子株式会社 | ウィック |
JP2018109497A (ja) | 2016-12-28 | 2018-07-12 | 株式会社リコー | ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、多孔質ゴムの製造方法、及びループ型ヒートパイプ用ウィックの製造方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3450148B2 (ja) * | 1997-03-07 | 2003-09-22 | 三菱電機株式会社 | ループ型ヒートパイプ |
-
2018
- 2018-07-30 JP JP2018142639A patent/JP7116912B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010169379A (ja) | 2008-12-24 | 2010-08-05 | Sony Corp | 熱輸送デバイスの製造方法及び熱輸送デバイス |
US20100294467A1 (en) | 2009-05-22 | 2010-11-25 | General Electric Company | High performance heat transfer device, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
JP2012193912A (ja) | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Fujitsu Ltd | ループ型ヒートパイプ |
JP2017227383A (ja) | 2016-06-22 | 2017-12-28 | 日本碍子株式会社 | ウィック |
JP2018109497A (ja) | 2016-12-28 | 2018-07-12 | 株式会社リコー | ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、多孔質ゴムの製造方法、及びループ型ヒートパイプ用ウィックの製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020020494A (ja) | 2020-02-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11187468B2 (en) | Loop heat pipe wick, loop heat pipe, cooling device, and electronic device, and method for manufacturing porous rubber and method for manufacturing loop heat pipe wick | |
EP3605004B1 (en) | Wick, loop heat pipe, cooling device, electronic device | |
JP2018109497A (ja) | ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、多孔質ゴムの製造方法、及びループ型ヒートパイプ用ウィックの製造方法 | |
US20150219874A1 (en) | Cooling system for at least one system component of an optical system for euv applications and system component of this type and optical system of this type | |
WO2014083143A1 (en) | Cooling system for at least one system component of an optical system for euv applications and system component of this type and optical system of this type | |
WO2019235552A1 (ja) | 装置、熱交換器、および蒸発体収容器 | |
US11371783B2 (en) | Loop heat pipe, cooling device, and electronic device | |
Markal et al. | Investigation of the effects of miscible and immiscible binary fluids on thermal performance of pulsating heat pipes | |
JP7116912B2 (ja) | ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、及びウィック製造方法 | |
JP2019116990A (ja) | 熱交換器、電子機器、および熱交換器の製造方法 | |
JP2010196912A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
Azizifar et al. | Experimental investigation of the subcooled flow boiling heat transfer of water and nanofluids in a horizontal metal foam tube | |
EP3943869B1 (en) | Wick, evaporator, loop heat pipe, cooling device, electronic device, and method of manufacturing wick | |
JP7205741B2 (ja) | ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、及びウィック製造方法 | |
JP2022134507A (ja) | ウィック、蒸発器、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器及びウィック製造方法 | |
Cai et al. | An investigation of evaporation, boiling, and heat transport performance in pulstating heat pipe | |
JP2012132613A (ja) | ループ型ヒートパイプ及び情報処理装置 | |
JPWO2020100816A1 (ja) | 気泡放出装置を備えた電子機器 | |
JP2022139889A (ja) | ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、及びウィック | |
JP2010185048A (ja) | 熱伝達装置および熱伝達方法、ならびにそれに用いる熱伝達流体 | |
Zhou et al. | Visualization of bubble behavior for jet impingement cooling with phase change | |
Mohamadifard et al. | Experimental investigation of pool boiling performance of alumina/ethylene-glycol/water (60/40) nanofluids | |
JP2024008436A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
Chen et al. | Heat transfer enhancement of pool boiling for a horizontal U-tube using TiO 2-R141b nanofluid | |
JP2024008426A (ja) | 沸騰冷却装置 |
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: 20220318 |
|
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: 20220701 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220714 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7116912 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |