KR101983108B1

KR101983108B1 - 베이퍼 챔버

Info

Publication number: KR101983108B1
Application number: KR1020187009282A
Authority: KR
Inventors: 론 탄 판; 유이치 요코야마; 요우지 가와하라; 유지 사이토; 모하마드 샤헤드 아하메드; 고이치 마시코; 마사타카 모치즈키
Original assignee: 가부시키가이샤후지쿠라
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2019-09-10
Also published as: EP3392593A4; WO2017104819A1; JP6564879B2; CN108351179A; US20190021188A1; EP3392593A1; JPWO2017104819A1; KR20180048972A

Abstract

베이퍼 챔버는, 상판과, 하판과, 상기 상판과 상기 하판과의 사이에 배치된 복수의 측벽과, 상기 상판, 상기 하판, 및 복수의 상기 측벽을 따라서 밀폐된 공간 내에 배치되고, 상기 상판 및 상기 하판에 접하는 윅 보디와, 상기 공간 내에 배치되고, 상기 상판 및 상기 하판에 접하는 필러를 구비하고, 상기 윅 보디는, 증발부에 위치하는 각각의 제1 종단으로부터 상기 측벽을 향해 연장되고, 직선부를 가지는 복수의 제1 윅부와, 복수의 상기 제1 윅부의 제2 종단끼리를 접속하는 제2 윅부를 가지고, 상기 필러는, 복수의 상기 제1 윅부 중, 인접하는 2개의 상기 제1 윅부에서의 상기 직선부끼리의 사이에 간극을 두고 배치되어 있다.

Description

베이퍼 챔버

본 발명은 베이퍼 챔버에 관한 것이다.

본원은, 2015년 12월 18일자에, 일본에 출원된 특허출원 제2015―247804호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

베이퍼 챔버는, 통상은 직사각형 평판형의 디바이스이며, 열을 효율적으로 평면 방향으로 수송할 수 있는 히트 파이프의 한 형태이다. 종래의 베이퍼 챔버는, 상측 부재와 하측 부재에 의해 밀폐된 중공(中空)의 컨테이너를 가지고, 상기 컨테이너 중에 작동 유체(流體)가 넣어져 있다. 베이퍼 챔버 내에는, 증발부로서 기능하는 부분과, 응축부로서 기능하는 부분이 존재한다. 증발부가 열원에 의해 가열되면, 컨테이너 내의 작동 유체의 증발이 일어나, 기상(氣相)의 작동 유체가 컨테이너 내의 저온 영역(응축부)으로 이동한다. 저온 영역에 있어서, 기상의 작동 유체는 냉각되어 응축한다. 이로써, 증발부에서 작동 유체가 수취한 열은, 베이퍼 챔버의 외부로 방출된다. 응축된 작동 유체는, 컨테이너의 내부에 설치된 윅(wick)을, 모세관 현상에 의해 전해져 증발부로 돌아온다. 증발부로 돌아온 작동 유체는, 다시 증발하여 저온 영역으로 이동한다. 이와 같이, 베이퍼 챔버는, 작동 유체의 증발 및 응축의 반복에 의해, 잠열(潛熱)을 이용하여 열의 수송을 행한다.

베이퍼 챔버는, 예를 들면, 전자 기기(機器)의 냉각 등에 사용되고 있다. 한편, 박형화가 진행되는 전자 기기에는, 다양한 구조 상의 제한이 있다. 예를 들면, 스마트 폰으로 대표되는 휴대 전자 디바이스에서는, 한정된 스페이스에 다수의 전자 부품이 수용되어 있다. 이 한정된 스페이스 내에서, 프로세서 등으로부터 발생한 열을 방열하기 위해, 높은 열전도성을 가지는 그래파이트(graphite) 시트 또는 히트 파이프가 사용되고 있다.

또한, 에칭 가공 또는 프레스 가공된 금속박 시트를 2매 이상 적층하여, 접합에 의해 밀폐된 용기를 형성하고, 용기의 내면에 미세한 요철(凹凸)을 형성하여 열수송을 행하는 시트형(sheet type) 히트 파이프도 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

일본 공개특허 제2015―121355호 공보

그러나, 최근에는 더욱 박형(薄形)의 구조로 하면서, 열수송의 효율을 확보한 열수송 수단이 요구되고 있다.

그 이유로서, 상기 그래파이트 시트 또는 히트 파이프를 사용한 휴대 전자 디바이스에서는, 전자 부품에 사용되고 있는 CPU(반도체 소자)가 매우 높은 온도(예를 들면, 80℃ 이상)인채 유지되는 경우가 있다. 이와 같은 고온은, 반도체 소자가 허용할 수 없는 경우가 있다.

범용의 그래파이트 시트는, 면 내에서의 열전도성이 높지만, 두께 방향에서의 열전도성은 비교적 부족하다. 따라서, 범용의 그래파이트 시트에 의한 열수송은, 예를 들면, 사이즈가 작고, 또한 저출력의 CPU용으로는 유효하다. 그러나, 고출력의 CPU에 대하여 범용의 그래파이트 시트를 사용하면, CPU의 온도를 충분히 낮게 억제할 수 없는 경우가 있다.

히트 파이프는, 제1 단과 제2 단과의 사이에서 큰 온도차가 생기지 않아 열의 수송을 행할 수 있는 이상적(理想的)인 열수송 수단이다. 그러나, 스마트 폰과 같은 소형의 휴대 전자 디바이스에 있어서는, 매우 작고 얇은 히트 파이프가 요구된다. 이와 같은 작고 얇은 히트 파이프에서는, 충분한 열수송의 효율이 얻어지지 않아, CPU의 온도를 원하는 범위 내로 억제할 수 없는 경우가 있다.

특허문헌 1의 시트형 히트 파이프에서는, 방열부에서 응축된 작동액을 수열부(水熱部)로 환류(還流)하는 유로로 되는 홈이, 에칭 가공에 의해 형성되어 있다. 그러므로, 모세관력이 불충분하게 되어, 열수송 효율을 향상시키기 어렵다. 또한, 상기 홈이 증발부와 접하고 있는 것은 주변부의 홈뿐이므로, 작동액이 효율적으로 돌아오지 않는 경우가 있다.

또한, 상기 종래의 베이퍼 챔버의 두께는, 3㎜∼수cm이다. 그러나, 스마트 폰 등의 휴대 전자 디바이스에서는, 두께가 0.3∼0.8㎜ 정도이거나, 또는 더 얇은 열수송 수단이 요구된다. 그러므로, 종래의 베이퍼 챔버는, 열수송 효율은 충분하지만, 요구되는 얇기에 대응할 수 없는 경우가 있다.

본 발명은, 전술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 두께를 작게 해도, 양호한 열수송 효율을 확보할 수 있는 베이퍼 챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 태양(態樣)에 관한 베이퍼 챔버는, 상판과, 하판과, 상기 상판과 상기 하판과의 사이에 배치된 복수의 측벽과, 상기 상판, 상기 하판, 및 복수의 상기 측벽을 따라서 밀폐된 공간 내에 배치되고, 상기 상판 및 상기 하판에 접하는 윅 보디(wick body)와, 상기 공간 내에 배치되고, 상기 상판 및 상기 하판에 접하는 필러(pillar)를 구비하고, 상기 윅 보디는, 증발부에 위치하는 각각의 제1 종단(終端)으로부터 상기 측벽을 향해 연장되고, 직선부를 가지는 복수의 제1 윅부(wick portion)와, 복수의 상기 제1 윅부의 제2 종단끼리를 접속하는 제2 윅부를 가지고, 상기 필러는, 복수의 상기 제1 윅부 중, 인접하는 2개의 상기 제1 윅부에서의 상기 직선부끼리의 사이에, 상기 직선부에 대하여 간극을 두고 배치되어 있다.

상기 태양의 베이퍼 챔버에 의하면, 복수의 제1 윅부가 직선부를 가지고, 이들 직선부끼리의 사이에 필러가 위치함으로써, 기상의 작동 유체의 유로(流路; flowpath)가, 증발부로부터 이격된 저온 영역까지 똑바로 연장되게 된다. 이로써, 증발부로부터 저온 영역을 향하는 기상의 작동 유체가 지나는 경로를 짧게 하여, 이 기상의 작동 유체를 신속하게 저온 영역까지 이동시킴으로써, 열수송 효율을 높일 수 있다.

여기서, 상기 필러 중, 상기 직선부와 대향하는 대향면 중 적어도 일부는, 상기 직선부에 대하여 평행하게 연장되어 있어도 된다.

이 경우, 필러와 직선부와의 사이의 유로의 단면(斷面)이, 이 직선부를 따라서 균일해지므로, 이 유로 내에서의 기상의 작동 유체의 흐름이 안정되어, 열수송 효율을 더욱 높이는 것이 가능하다.

상기 태양에 의하면, 두께를 작게 해도, 열수송 효율을 확보할 수 있는 베이퍼 챔버를 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 관한 베이퍼 챔버의 외형을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 베이퍼 챔버의 II―II 단면에서 본 도면이다.
도 3은 도 1의 베이퍼 챔버의 III―III 단면에서 본 도면이다.
도 4는 제2 실시형태에 관한 베이퍼 챔버의 내부 구성을 나타낸 모식도이다.
도 5는 제3 실시형태에 관한 베이퍼 챔버의 외형을 모식적으로 나타낸 단면도(斷面圖)이다.

(제1 실시형태)

이하, 제1 실시형태에 관한 베이퍼 챔버에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도면에 있어서, 각각의 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 동일한 것으로는 할 수 없다.

도 1은, 본 실시형태에 관한 베이퍼 챔버(1)의 외형의 일례를 나타낸 사시도이다. 베이퍼 챔버(1)는, 기밀(氣密) 상태로 밀폐된 중공 평판형의 컨테이너(2)를 가진다. 컨테이너(2)의 내부에는, 공기 등의 비응축 가스를 탈기한 상태로, 작동 유체가 봉입(封入)되어 있다.

컨테이너(2)는, 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 상판(3)과, 하판(6)과, 측벽(4)을 가지고 있다. 여기서, 본 실시형태에서는 XYZ 직교 좌표계를 설정하여 각각의 구성의 위치 관계를 설명한다. Z축 방향은, 상판(3)과 하판(6)이 대향하는 방향(상하 방향)이다.

상판(3) 및 하판(6)은, X축 방향보다 Y축 방향으로 긴 직사각형의 평판형으로 형성되어 있다. 상판(3) 및 하판(6)은, X축 및 Y축에 평행한 평면 내로 연장되어 있다. 측벽(4)은, 하판(6)과 일체로 형성되어 있고, 하판(6)의 외주 에지로부터 상판(3)의 외주 에지에 걸쳐, Z축 방향으로 연장되어 있다. 그리고, 측벽(4)과 하판(6)은 별체라도 된다. 상판(3) 및 측벽(4)은, 소결(燒結) 또는 접착제에 의해, 서로 접합되어 있다. 그리고, 상판(3) 및 측벽(4)은, 다른 형태에 의해 접합되어 있어도 된다.

측벽(4)은, 제1 측벽(4a)과, 제2 측벽(4b)과, 제3 측벽(4c)과, 제4 측벽(4d)으로 이루어지는 직사각형의 프레임형으로 형성되어 있다. 제1 측벽(4a) 및 제2 측벽(4b)은, 상기 직사각형의 단변(短邊)에 상당하는 부분에 위치하고, 서로 대향하고 있다. 제1 측벽(4a) 및 제2 측벽(4b)은, X축에 평행하게 연장되어 있다. 제3 측벽(4c) 및 제4 측벽(4d)은, 상기 직사각형상의 장변(長邊)에 상당하는 부분에 위치하고, 서로 대향하고 있다. 제3 측벽(4c) 및 제4 측벽(4d)은, Y축에 평행하게 연장되어 있다.

상판(3), 측벽(4), 및 하판(6)은, 열전도성이 높은 구리에 의해 형성되어도 된다. 또는, 스테인레스와 구리를 조합함으로써, 강도와 열전도성을 양립시켜도 된다.

하판(6)의 외면에는, 이 하판(6)에 열을 전달 가능하게, 전자 부품 등의 열원(7)이 배치된다. 열원(7)은, 예를 들면, 하판(6)의 외면에 접착되어 있어도 된다. 또는, 열원(7)은 하판(6)의 외면에 맞닿거나 또는 근접하고 있어도 된다. 컨테이너(2)의 내부 공간 중, 열원(7)의 근방에서 있어 열원(7)에 의해 가열되는 부분이, 작동 유체가 증발하는 증발부에 상당하는 부분이다. 이하, 컨테이너(2) 내의 공간 중, 증발부에 상당하는 부분을 단지 증발부(8)(도 2 참조)라고 한다. 증발부(8)는, 제1 측벽(4a)의 근방에 배치되어 있다. 또한, 컨테이너(2)의 내부 공간 중, 증발부(8)로부터 이격된 부분이, 작동 유체가 응축되는 저온 영역이다. 그리고, 도 2에서는 제2 측벽(4b)이 증발부(8)보다 크게 이격되어 있으므로, 제2 측벽(4b)의 근방의 온도가 비교적 낮아진다. 따라서, 작동 유체는 제2 측벽(4b)의 주변에 있어서 효율적으로 응축한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 컨테이너(2)의 내부에는, 윅 보디(9) 및 복수의 필러(13)가 설치되어 있다.

윅 보디(9)는, 복수의 윅(11)(제1 윅부)을 가지고 있다. 복수의 윅(11)의 각 제1 종단(10)은, 컨테이너(2) 내의 공간 중, 증발부(8)에 상당하는 위치에 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 증발부(8)의 중심에 있는 점(P)을 에워싸도록 각 제1 종단(10)이 배치되어 있고, 각 제1 종단(10)은 점(P)으로부터 Y축 방향 또는 X축 방향으로 간극을 두고 배치되어 있다. 이로써, 윅(11)은 열원(7)에 대하여 열 접촉되고 있다. 본 실시형태에서는, 열원(7) 및 증발부(8)는, 제1 측벽(4a)의 근방에 배치되어 있다. 증발부(8)로부터, 제1 측벽(4a)에 대향하는 제2 측벽(4b)을 향해, 복수(도 2에서는 5개)의 장척(長尺)의 윅(11)이 연장되어 있다.

복수의 윅(11) 중 적어도 일부의 윅(11)은, 증발부(8)로부터 방사상으로 연장되는 방사상부(11a)와, 방사상부(11a)의 단부(端部)로부터 직선형으로 연장되는 직선부(11b)를 가지고 있다. 도 2에서는, 각각의 직선부(11b)가, 증발부(8)보다 크게 이격된 제2 측벽(4b)을 향해 똑바로 연장되어 있다. 각각의 직선부(11b)는, Y축에 평행[제3 측벽(4c) 및 제4 측벽(4d)에 평행]하게 연장되어 있다. 그리고, 예를 들면, 제3 측벽(4c) 및 제4 측벽(4d)이 Y축에 평행이 아닐 경우, 각각의 직선부(11b)는, 제3 측벽(4c) 및 제4 측벽(4d)에 평행하게 연장되어 있지 않아도 된다. 이 경우라도, 각각의 직선부(11b)를 제2 측벽(4b)을 향해 직선형으로 형성함으로써, 기상의 작동 유체의 제2 측벽(4b)을 향한 유동(流動) 경로를 짧게 할 수 있다.

윅 보디(9)는, 또한 복수의 윅(11)의 각 제2 종단(10a)[제1 종단(10)의 반대의 종단]끼리를 접속하는, 접속 윅(12)(제2 윅부)을 가지고 있다. 접속 윅(12)은, 제2 측벽(4b)에 대하여 간극을 두고 대략 평행하게 배치되어 있다. 접속 윅(12)에 의해 각각의 윅(11)이 접속되므로, 윅 보디(9)는, 증발부(8) 이외에서는 연속된 구조로 된다.

윅 보디(9)의 재료의 일례로서는, 금속 극세선 섬유, 금속 메쉬, 금속 분말의 소결체(燒結體), 또는 에칭으로 제작한 윅 등을 들 수 있다. 액상(液相)의 작동 유체는, 모세관 현상에 의해 윅 보디(9)를 따라 이동할 수 있다. 윅 보디(9)는, 소결에 의해, 상판(3) 및 하판(6)에 고정된다.

필러(13)는, 인접하는 2개의 윅(11)의 사이의 대략 중앙부에 배치되어 있다. 윅(11)과 필러(13)와의 사이의 간격은, 예를 들면, 3㎜ 이상이라도 된다. 필러(13)는, X축 방향의 두께가 얇은 판형으로 형성되어 있다. 필러(13)는, 상판(3)과 하판(6)과의 사이에서, Z축 방향으로 연장되어 있다. 필러(13)는, X축 방향으로 간극을 두고 복수 배치되어 있다. 필러(13) 중 적어도 일부는, Y축을 따라 연장되어 있다. 보다 상세하게는, 필러(13) 중, 윅(11)의 직선부(11b)와 대향하는 대향면(13a) 중 적어도 일부가, 이 직선부(11b)에 대하여 평행하게 연장되어 있다. 그리고, 증발부(8)의 근방에는, 각각의 윅(11)의 방사상부(11a)가 배치되어 있고, 방사상부(11a)끼리의 사이의 간격은 점(P)으로부터 멀어질수록 크게 되어 있다. 필러(13)에서의 증발부(8) 측의 단부는, 이 방사상부(11a)끼리의 사이의 간격이 어느 정도(예를 들면, 6㎜ 이상) 크게 된 부분에 위치하고 있다. 이로써, 기상의 작동 유체가 지나는 유로의 폭이 확보된다.

도 2에서는, 제1 종단(10)끼리의 사이에는 필러(13)가 배치되어 있지 않다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 제1 종단(10)끼리의 사이의 간격을 크게 하여, 제1 종단(10)끼리의 사이까지 필러(13)를 연장시켜도 된다.

도 2에서는, 상판(3), 하판(6), 및 측벽(4)에 의해 밀폐된 공간 내에, 증발부(8)로부터 제2 측벽(4b)을 향해 연장되는, 복수의 필러(13)가 배치되어 있다. 복수의 필러(13)는, 적어도, 제1 필러(17)와, 제2 필러(18)를 포함하고 있다.

제1 필러(17)는, 윅(11)의 직선부(11b)를 따라 직선형으로 연장되어 있다.

제2 필러(18)는, 직선부(11b)를 따라 직선형으로 연장되는 평행부(18a)와, 만곡된 만곡부(18b)를 가진다. 만곡부(18b)는, 평행부(18a)보다 증발부(8)에 가까운 위치에 배치되고, 평행부(18a)에 접속되어 있다. 그러므로, 제2 필러(18)는, 직선부(11b)를 따라 직선형으로 연장되고, 또한 증발부(8)에 가까운 쪽의 단부가 만곡되어 있다. 만곡부(18b)는, 평행부(18a)로부터 증발부(8)의 중심에 있는 점(P)을 향해 만곡되어 있다.

만곡부(18b)는, 후술하는 방사상 유로(S1)의 폭이, 직선형 유로(S2)의 폭으로 되도록 동등하게 배치되어 있다. 이로써, 기상의 작동 유체를, 만곡부(18b)에 의해 분기된 2개의 방사상 유로(S2)에 치우치지 않고 유입(流入)시킬 수 있다. 따라서, 평행부(18a)를 협지하여 인접하는 2개의 직선형 유로(S2)에도, 기상의 작동 유체를 균등하게 유입시킬 수 있다.

필러(13)는, 납땜 등에 의해, 상판(3) 및 하판(6)에 고정된다. 필러(13)의 재질로서는, 공기나 수베이퍼 등을 통하지 않고, 열전도율이 양호한 금속 등이 바람직하다. 예를 들면, 구리 등을 사용하여 필러(13)를 형성해도 된다.

그리고, 도 3에서는, 필러(13)이, 상판(3) 및 하판(6)과 별체로 되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 필러(13)는 상판(3) 또는 하판(6)과 일체로 형성되어 있어도 된다. 본 실시형태에서는, 4개의 필러가 설치되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 윅(11)끼리의 사이에 1개 이상의 필러가 배치되어 있으면 된다.

이상의 구성에 의해, 컨테이너(2) 내에는, 증발부(8)로부터 방사상으로 연장되는 방사상 유로(S1)와, Y축 방향으로 연장되는 직선형 유로(S2)와, 제2 측벽(4b)의 근방에 있어서 X축 방향으로 연장되는 접속 유로(S3)가 형성되어 있다. 증발부(8)에서 증발한 기상의 작동 유체는, 각각의 유로(S1)∼(S3) 내를 유동한다. 이하, 각각의 유로(S1)∼(S3)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

방사상 유로(S1)는, 복수의 윅(11)에서의 방사상부(11a)끼리의 사이에 형성되어 있다. 또한, 방사상 유로(S1)는, 제1 측벽(4a)과 일부의 방사상부(11a)와의 사이에도 형성되어 있다.

직선형 유로(S2)는, X축 방향으로 간극을 두고 복수 배치되어 있다. 각각의 직선형 유로(S2)는, 방사상 유로(S1)에서의 증발부(8)는 반대측의 단부에 접속되어 있다. 직선형 유로(S2)는, 제3 측벽(4c)과 직선부(11b)와의 사이, 직선부(11b)와 필러(13)와의 사이, 및 직선부(11b)와 제4 측벽(4d)과의 사이에, 각각 형성되어 있다.

여기서, 필러(13)는, 적어도, 인접하는 윅(11)의 직선부(11b)끼리의 사이에, 각각의 직선부(11b)로부터 등간격(等間隔)을 두고 배치되어 있다. 이로써, 필러(13)의 X축 방향의 양측에 위치하는 2개의 직선형 유로(S2)의 유로 단면적(斷面績)은, 서로 동등하게 되어 있다. 또한, 필러(13) 중, 직선부(11b)와 대향하는 대향면(13a) 중 적어도 일부는, 이 직선부(11b)에 대하여 평행하게 연장되어 있다. 이로써, 필러(13)와 직선부(11b)와의 사이에 위치하는 직선형 유로(S2)의 단면이, 이 직선부(11b)가 연장되는 방향(Y축 방향)을 따라 균일하게 되어 있다.

접속 유로(S3)는, 접속 윅(12)과 제2 측벽(4b)과의 사이에 형성되어 있다. 접속 유로(S3)는, 제3 측벽(4c)과 윅(11)과의 사이의 직선형 유로(S2)와, 제4 측벽(4d)과 윅(11)과의 사이의 직선형 유로(S2)를 접속하고 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 베이퍼 챔버(1)의 작용에 대하여 설명한다.

열원(7)으로부터 전해지는 열에 의해, 증발부(8)에서의 작동 유체가 증발하면, 기상의 작동 유체가 복수의 방사상 유로(S1) 내에 확산되도록 유입된다. 도 2에서는, 증발부(8)에서 증발한 기상의 작동 유체의 흐름을 화살표로 나타내고 있다. 각각의 방사상 유로(S1) 내로 유입된 기상의 작동 유체는, 각각의 직선형 유로(S2) 내로 유입된다. 직선형 유로(S2) 내에서는, 기상의 작동 유체의 X축 방향의 이동이 제한된다. 그러므로, 기상의 작동 유체는, 직선형 유로(S2) 내를 제2 측벽(4b)을 향해, Y축 방향으로 똑바로 유동한다. 그리고, 증발부(8)로부터 이격됨에 따라 기상의 작동 유체는 열을 빼앗겨 응축한다. 이 응축 현상은, 증발부(8)로부터 크게 이격된 제2 측벽(4b)의 근방에 있어서, 특히 현저하게 발생한다.

작동 유체가 응축되면, 액상의 작동 유체가 접속 윅(12) 및 윅(11)을 따라 윅(11)의 제1 종단(10)의 근방으로 돌아온다. 제1 종단(10)의 근방으로 돌아온 액상의 작동 유체는, 열원(7)으로부터 열을 수취하고, 윅(11)의 표면으로부터 다시 증발한다. 이와 같이, 베이퍼 챔버(1)는, 작동 유체의 액상/기상 사이의 상전이(相轉移)를 반복하고, 잠열을 이용하여, 증발부(8)에서 회수한 열을 냉각 영역(응축부)으로 반복하여 수송할 수 있다.

그리고, 본 실시형태에서는 복수의 방사상 유로(S1)와, 각각의 방사상 유로(S1)로 이어지는 복수의 직선형 유로(S2)가 형성되어 있지만, 어느 유로를 통과했다고 해도, 기상의 작동 유체는 효율적으로 제2 측벽(4b)의 근방에 도달할 수 있다. 이로써, 증발부(8)로부터 크게 이격된 제2 측벽(4b)의 근방까지 기상의 작동 유체를 신속하게 유동시켜, 제2 측벽(4b)의 근방에서 기상의 작동 유체를 효율적으로 응축시킬 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 기상의 작동 유체를 신속하게 유동시킴으로써, 예를 들면, 제2 측벽(4b)의 근방에 도달하기 전에 작동 유체가 응축되는 것을 억제하여, 베이퍼 챔버(1) 내의 넓은 범위에서 원활하게 작동 유체를 순환시킬 수 있다. 본 구성에 의해, 베이퍼 챔버(1) 내의 작동 유체의 분포를 균일하게 유지할 수 있어, 효율적으로 열의 확산을 행할 수 있다.

상기한 바와 같이, 필러(13)는, 기상의 작동 유체의, 증발부(8)로부터 제2 측벽(4b)을 향한 Y축 방향의 유통(流通) 효율을 높이는 기능을 가지고 있다. 또한, 필러(13)는, 컨테이너(2)의 내부에서 상판(3)과 하판(6)을 접속함으로써, 베이퍼 챔버(1) 전체의 강성(剛性)을 높이는 기능도 가지고 있다. 이로써, 컨테이너(2)가 열팽창하거나, 상판(3) 및 하판(6)이 외력에 의해 오목하게 되거나 하여, 베이퍼 챔버(1)가 변형되는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 필러(13)에 이들 기능을 발휘하게 하는 것이 가능하면, 필러(13)는, 반드시 윅(11)으로부터 등거리로 배치되지 않아도 되고, 윅(11)으로부터 거리를 두고 배치되어 있으면 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 베이퍼 챔버(1)에 의하면, 복수의 제1 윅부(11)가 직선부(11b)를 가지고, 이들의 직선부(11b)끼리의 사이에 필러(13)가 위치함으로써, 복수의 직선형 유로(S2)가 형성되어 있다. 이로써, 증발부(8)로부터 이격된 제2 측벽(4b) 근방을 향하는 기상의 작동 유체가 지나는 경로를 짧게 하여, 이 기상의 작동 유체를 신속하게 응축시킴으로써, 열수송 효율을 높일 수 있다.

또한, 이와 같이, 열수송 효율을 높임으로써, 베이퍼 챔버(1)의 두께를 작게 했다고 해도, 열원(7)의 열을 충분히 소산(消散)시키는 것이 가능해진다. 이로써, 예를 들면, 스마트 폰 등의 박형의 휴대 전자 디바이스에 내장할 수 있는, 0.4㎜ 정도의 두께를 가지는 베이퍼 챔버(1)를 얻을 수 있다.

그리고, 예를 들면, Z축 방향의 두께가 0.4㎜ 정도의 극박형의 베이퍼 챔버(1)에서는, 필러(13)와 윅(11)과의 사이의 유로가 너무 좁으면, 베이퍼압 손실이 상승하여 모세관압을 상회(上回)하고, 액상의 작동 유체의 유통이 저해되어, 베이퍼 챔버의 최대 열수송량이 적어지게 된다. 그래서, 본 실시형태에서는 윅(11)과 필러(13)와의 사이의 간격을, 예를 들면, 3㎜ 이상으로 하고 있다. 이로써, 직선형 유로(S2)의 유로 단면적을 충분히 크게 하여, 베이퍼압 손실을 낮게 억제함으로써 기상의 작동 유체를 유동하기 쉽게 하고 있다.

또한, 필러(13) 중, 직선부(11b)와 대향하는 대향면(13a) 중 적어도 일부가, 직선부(11b)에 대하여 평행하게 연장되어 있으므로, 필러(13)와 직선부(11b)와의 사이의 직선형 유로(S2)의 단면이, 이 직선부(11b)를 따라 균일하게 된다. 이로써, 직선형 유로(S2) 내에서의 기상의 작동 유체의 흐름이 안정되므로, 열수송 효율을 더욱 확실하게 높일 수 있다.

(제2 실시형태)

제1 실시형태에서는, 열원(7) 및 증발부(8)가, 제1 측벽(4a)의 근방에 설치되어 있는 경우의 바람직한 구성예를 나타낸다. 그러나, 열원(7) 및 증발부(8)의 위치에 따라 윅 보디 및 필러의 구성을 적절히 변경해도 된다.

예를 들면, 도 4에, 다른 실시형태의 베이퍼 챔버(31)를 나타낸다. 도면 중, 상기 실시형태에서 설명한 부재에는 같은 부호를 부여하여, 설명을 생략한다. 도면에 있어서, 각각의 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 동일한 것으로는 할 수 없다.

베이퍼 챔버(31)에 있어서, 증발부(8)는, 제3 측벽(4c) 근방에 설치되어 있다. 도 4에서의 윅 보디(19)에서는, 복수의 장척의 윅(21)(제1 윅부)이, 증발부(8)로부터 방사상으로 연장되어 있다. 각각의 윅(21)의 제1 종단(10)은, 증발부(8)에 위치하고 있다. 보다 상세하게는, 증발부(8)의 중심에 있는 점(P)을 에워싸도록 각 제1 종단(10)이 배치되어 있고, 각 제1 종단(10)은 점(P)으로부터 Y축 방향 또는 X축 방향으로 간극을 두고 배치되어 있다. 각각의 윅(21)은, 제2 측벽(4b) 또는 제4 측벽(4d)을 향해 직선형으로 연장되는 직선부(21b)를 가지고 있다. 일부의 윅(21)은, 직선부(21b)에 더하여, 증발부(8)로부터 방사상으로 연장되는 방사상부(21a)를 가지고 있다. 또한, 그 외의 윅(21)에서는, 직선부(21b)가 증발부(8)로부터 방사상으로 연장되어 있다.

윅 보디(19)는, 또한 복수의 윅(21)의 제2 종단(10a)끼리를 접속하는, 접속 윅(22)(제2 윅부)을 가지고 있다. 접속 윅(22)은, 제2 측벽(4b) 및 제4 측벽(4d)을 따르는 L자형으로 형성되어 있다. 접속 윅(22)에 의해, 각각의 윅(21)이 접속되므로, 윅 보디(19)는, 증발부(8) 이외에서는 연속된 구조로 되어 있다.

방사상부(21a)와 직선부(21b)와의 접속부, 및 적어도 일부의 직선부(21b)와 접속 윅(22)과의 접속부는, 만곡되어 있다.

인접하는 2개의 윅(21)의 사이에는, 필러(23)가, 각각의 윅(21)으로부터 등간격을 두고 배치된다. 상기 간격은, 예를 들면, 3㎜ 이상으로 되어 있다. 컨테이너(2) 내에는, 복수의 필러(23)가 배치되어 있다. 복수의 필러(23) 중 일부는, 인접하는 윅(21)끼리의 사이의 공간 내에 배치되어 있다. 다른 필러(23)는, 인접하는 윅(21)끼리 및 이들 제2 종단(10a)끼리를 접속하는 접속 윅(22)에 의해 에워싸인 공간 내에 배치되어 있다. 이들 공간과, 그 공간 내에 위치하는 필러(23)와는 대략 유사(相似)형상으로 되어 있다. 예를 들면, 인접하는 윅(21)끼리 및 이들을 접속하는 접속 윅(22)에 에워싸인 공간이 삼각형(다각형)이면, 그 공간 내에 위치하는 필러(23)는, 그 공간과 대략 유사 삼각형(다각형)으로 형성되어 있다. 필러(23)는, 상기 공간 내의 대략 중앙부에 배치되어 있다.

도 4에서는, 상판(3), 하판(6), 및 측벽(4)에 의해 밀폐된 공간 내에, 증발부(8)로부터 제2 측벽(4b) 또는 제4 측벽(4d)을 향해 연장되는, 복수의 필러(23)가 배치되어 있다. 복수의 필러(23)는, 적어도, 제3 필러(27)와, 제4 필러(28)를 포함하고 있다.

제3 필러(27)는, 제2 측벽(4b) 또는 제4 측벽(4d)에 가까운 쪽의 단부에서의 폭이, 증발부(8)에 가까운 쪽의 단부에서의 폭보다 큰, 끝이 넓어지는 모양의 형상으로 형성되어 있다. 제3 필러(27)는, 증발부(8)로부터 이격됨에 따라 폭이 크게 되어 있다. 도 4에 나타낸 베이퍼 챔버(31)는, 복수의 제3 필러(27)를 구비하고 있다. 이들 중, 적어도 일부의 제3 필러(27)는, 증발부(8)로부터 소정 위치까지 이격됨에 따라 폭이 커지고, 소정 위치를 초과하여 증발부(8)로부터 이격됨에 따라 다시 폭이 작아지게 되어 있다.

제4 필러(28)는, 제4 측벽(4d)에 가까운 쪽의 단부에서의 폭이, 증발부(8)에 가까운 쪽의 단부에서의 폭보다 작은, 끝이 뾰족한 형상으로 형성되어 있다. 제4 필러(28)는, 증발부(8)로부터 이격됨에 따라 폭이 작아지게 되어 있다.

상기한 제3 필러(27) 및 제4 필러(28)의 일부는, 1개 이상의 각이 둥근 다각형상으로 형성되어 있다. 이 각이 둥근 부분은, 방사상부(21a)와 직선부(21b)의 만곡된 접속부, 또는 직선부(21b)와 접속 윅(22)의 만곡된 접속부에 대향하고 있다. 그러므로, 상기 제3 필러(27) 및 제4 필러(28)의 각이 둥근 부분과 윅 보디(19)와의 사이의 기상로(氣相路)(25)도, 그 외의 부분의 기상로(25)와 폭이 대략 일정하게 되어 있다.

그리고, 윅(21)끼리의 사이의 간격은, 점(P)으로부터 멀어질수록 크게 되어 있다. 필러(23)에서의 증발부(8) 근방의 단부는, 이 윅(21)끼리의 사이의 간격이 어느 정도(예를 들면, 6㎜ 이상) 크게 된 부분에 위치하고 있다. 이로써, 기상의 작동 유체가 지나는 유로의 폭이 확보된다.

또한, 필러(23) 중, 윅(21)의 직선부(21b)와 대향하는 대향면(23a)은, 그 직선부(21b)에 대하여 평행하게 연장되어 있다. 마찬가지로, 필러(23) 중, 접속 윅(22)과 대향하는 대향면(23b)은, 접속 윅(22)에 대하여 평행하게 연장되어 있다. 이로써, 필러(23)의 주위에는, 폭이 대략 일정한 기상로(25)가 형성되어 있다. 기상로(25) 내에서는, 기상의 작동 유체가 유통한다.

여기서, 예를 들면, 제1 실시형태와 마찬가지의 직선형의 필러를 사용함으로써, 기상로(25)의 폭이 증발부(8)로부터 이격될수록 커지도록 구성하여, 베이퍼압 손실을 작게 억제하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이 구성에서는 기상의 작동 유체의 흐름이, 증발부(8)로부터 멀어질수록 늦어지거나, 기상로(25) 내에서 폭 방향으로 흐르거나 하기 용이해진다. 그 결과, 기상의 작동 유체가 제2 측벽(4b) 또는 제4 측벽(4d)의 근방에 도달하기 전에 응축되기 용이해진다.

이에 대하여 본 실시형태에서는, 필러(23)의 형상을 연구함으로써, 제2 측벽(4b) 또는 제4 측벽(4d)을 향해 기상로(25)를 똑바로 늘리면서, 기상로(25)의 폭을 대략 일정하게 하고 있다. 이로써, 증발부(8)보다 크게 이격된 제2 측벽(4b) 또는 제4 측벽(4d)의 근방까지 기상의 작동 유체를 신속하게 유동시켜, 이들 측벽(4b), (4d)의 근방에서 작동 유체를 효율적으로 응축시킬 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 기상의 작동 유체를 신속하게 유동시킴으로써, 제2 측벽(4b) 또는 제4 측벽(4d)의 근방에 도달하기 전에 작동 유체가 응축되는 것을 억제하여, 베이퍼 챔버(31) 내의 넓은 범위에서 원활하게 작동 유체를 순환시킬 수 있다.

그리고, 윅(21)의 수 등은 적절히 변경해도 된다. 또한, 필러(23)는, 반드시 윅(21) 또는 접속 윅(22)으로부터 등거리로 배치되지 않아도 되고, 이들 윅(21), (22)으로부터 거리를 두고 배치되어 있으면 된다.

(제3 실시형태)

제1 실시형태, 제2 실시형태에서는, 직사각형의 평판인 상판(3) 및 하판(6)이 측벽(4)을 통하여 접합된 베이퍼 챔버(1), (31)에 대하여 설명하였다. 그러나, 베이퍼 챔버의 형상은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 베이퍼 챔버가 내장되는 박형의 휴대 전자 디바이스의 형태에 따라 여러 가지 변경할 수 있다.

예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같은 단면을 가지는 베이퍼 챔버(41)를 채용해도 된다.

베이퍼 챔버(41)의 내부 구성은, 상기 실시형태의 베이퍼 챔버(1)와 동일하지만, 측벽의 형태가 상이하다. 본 실시형태의 측벽(44)은, 베이퍼 챔버의 외부를 향해 연장되는 연장부(44a)를 가진다. 측벽(44) 및 상판(43)은 일체로 형성되어 있고, 위쪽을 향해 볼록한 형상을 가지고 있다. 도 5에서는, 측벽(44)은 하판(6)에 대하여 경사져 있지만, 하판(6)에 대하여 수직으로 형성되어 있어도 된다. 연장부(44a)가 하판(6)의 에지부(45)와 납땜되어 접합되고, 베이퍼 챔버(41)의 컨테이너를 형성한다. 그리고, 상판(3)뿐아니라, 하판(6)도 마찬가지의 볼록 형상을 가지는 구성이라도 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 설명하였으나, 이들은 본 발명의 예시적인 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 추가, 생략, 치환, 및 그 외의 변경은, 본 발명의 범위로부터 일탈하지 않고 행할 수 있다. 본 발명은, 전술한 설명에 따라서 한정되지 않고, 특허 청구의 범위에 의해 한정된다.

1, 31, 41: 베이퍼 챔버, 3, 43: 상판, 4, 44: 측벽 6: 하판 8: 증발부, 9, 19: 윅 보디, 10: 제1 종단, 10a: 제2 종단, 11, 21: 윅(제1 윅부), 11b, 21b: 직선부, 12, 22: 접속 윅(제2 윅부), 13, 23: 필러, 13a, 23a: 대향면, 17: 제1 필러, 18: 제2 필러, 27: 제3 필러, 28: 제4 필러, S1: 방사상 유로, S2: 직선형 유로, S3: 접속 유로

Claims

상판;
하판;
상기 상판과 상기 하판 사이에 배치된 복수의 측벽;
상기 상판, 상기 하판, 및 복수의 상기 측벽을 따라서 밀폐된 공간 내에 배치되고, 상기 상판 및 상기 하판에 접하는 윅 보디(wick body); 및
상기 공간 내에 배치되고, 상기 상판 및 상기 하판에 접하는 필러(pillar);
를 포함하고,
상기 윅 보디는,
증발부에 위치하는 각각의 제1 종단(終端)으로부터 상기 측벽을 향해 연장되고, 직선부를 가지는 복수의 제1 윅부; 및
복수의 상기 제1 윅부의 제2 종단끼리를 접속하는 제2 윅부;를 구비하고,
상기 필러는, 복수의 상기 제1 윅부 중, 인접하는 2개의 상기 제1 윅부에서의 상기 직선부끼리의 사이에, 상기 직선부에 대하여 간극을 두고 배치되어 있는,
베이퍼 챔버(vapor chamber).
제1항에 있어서,
상기 필러 중, 상기 직선부와 대향하는 대향면 중 적어도 일부는, 상기 직선부에 대하여 평행하게 연장되어 있는, 베이퍼 챔버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공간 내에는 복수의 상기 필러가 배치되고,
복수의 상기 필러는, 적어도, 상기 직선부를 따라서 연장되는 직선형의 제1 필러와, 상기 직선부를 따라서 직선형으로 연장되고, 또한 상기 증발부에 가까운 쪽의 단부(端部)가 만곡되어 있는 제2 필러를 구비하는, 베이퍼 챔버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공간 내에는, 상기 증발부로부터 상기 측벽을 향해 연장되는 복수의 상기 필러가 배치되고,
복수의 상기 필러는, 적어도, 상기 증발부로부터 이격됨에 따라 폭이 커지게 되는 제3 필러와, 상기 증발부로부터 이격됨에 따라 폭이 작아지게 되는 제4 필러를 구비하는, 베이퍼 챔버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
복수의 상기 제1윅부의 상기 제1 종단은, 서로 간극을 두고 배치되어 있는, 베이퍼 챔버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 필러가 상기 증발부에 배치되어 있지 않은, 베이퍼 챔버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 측벽과 상기 윅 보디 사이에, 기상(氣相)의 작동 유체(流體)의 유로(flowpath)가 형성되어 있는, 베이퍼 챔버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 측벽은, 상기 하판과 일체로 형성되고, 상기 하판의 외주 에지로부터 상기 상판을 향해 연장되어 있는, 베이퍼 챔버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 측벽은, 상기 상판과 일체로 형성되고, 외부를 향해 연장되는 연장부를 구비하고 있는, 베이퍼 챔버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 윅 보디와 상기 측벽 사이에는, 상기 필러가 배치되어 있지 않은, 베이퍼 챔버.