KR20170084023A - 히트 파이프 - Google Patents

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요시카츠 이나가키
겐야 가와바타
다츠로 미우라
도모키 야나기다
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후루카와 덴끼고교 가부시키가이샤
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Abstract

휨이나 뒤틀림 등의 변형이 용이하고 그 변형 형상을 유지할 수 있는 특성과 열수송 능력 모두 우수한 히트 파이프를 제공한다. 벨로우즈형 요철부가 형성되고 내부에 형성된 공동부가 밀폐된 컨테이너와, 상기 공동부의 내주면에 설치되어 상기 공동부의 길이방향으로 관통하는 증기유로를 가지는, 모세관력을 일으키는 위크 구조체와, 상기 공동부에 봉입된 작동유체를 포함하며, 상기 위크 구조체와 상기 벨로우즈형 요철부의 볼록부와의 사이에 공극부가 형성되어 있는 히트 파이프.

Description

히트 파이프 {HEAT PIPE}
본 발명은, 변형성을 가지며, 또한 그 변형 형상을 유지할 수 있는 성질을 갖는, 외부로부터의 입열(入熱)을 작동유체의 잠열로서 수송하는 히트 파이프에 관한 것이다.
전기 또는 전자기기에 탑재되어 있는 반도체 소자 등의 전자부품은, 고기능화에 수반하는 고밀도 탑재 등에 의해, 발열량이 증대하여, 근년, 그 냉각이 더욱 중요해지고 있다. 전자부품 등의 발열체의 냉각방법으로서, 열수송 성능이 우수하기 때문에, 히트 파이프가 사용되는 일이 있다.
발열체가 좁은 공간에 탑재되어 있거나, 복수의 발열체가 고밀도로 탑재되면, 히트 파이프를 구부려 발열체와 열적으로 접속할 필요가 있다. 그러나, 종래의 히트 파이프는 굴곡 등의 변형성이 부족하므로, 상기 발열체와 충분히 열적으로 접속할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
상기 문제로부터, 근년, 휨이나 뒤틀림 등의 특성이 우수한 히트 파이프가 요구되고 있다. 그래서, 밀폐관에, 외주면 측에 직경방향으로 평행하게 우뚝 솟아 있는 깊은 홈부(深溝)가, 내주면 측에 모세관력을 일으키게 하는 가는 홈부(細溝)가 각각 형성된 벨로우즈 형상의 나선형 요철홈을 형성하고, 상기 깊은 홈부에 의해 용이하게 굴곡 변형시켜 변형 후, 즉시 자연복원시키지 않고 변형 형태를 그대로 유지함과 함께, 가는 홈부에 의한 모세관력에 의해서 작동유체를 환류시키는 밀폐관을 형성한 히트 파이프가 제안되어 있다(특허문헌 1).
그러나, 특허문헌 1의 히트 파이프는, 벨로우즈 형상의 나선형 요철홈의 가는 홈부의 모세관력에 의해서 작동유체를 환류시키므로, 작동유체의 환류가 충분하지 않아, 히트 파이프의 열수송 능력이 저하되어 버리는 문제가 있었다. 또, 특허문헌 1의 히트 파이프에서는, 액상의 작동유체의 유로와 기상의 작동유체의 유로와의 구분이 불충분하므로, 대향류가 되는 액상의 작동유체의 흐름과 기상의 작동유체의 흐름에 저항이 걸리고, 이 점에서도, 히트 파이프의 열수송 능력이 저하되어 버리는 문제가 있었다. 이 때문에, 특허문헌 1의 히트 파이프는, 탑 히트 모드(top heat mode)로의 사용은 곤란하다.
특허문헌 1: 일본 공개특허 특개평11-287577호 공보
본 발명은 상기한 종래기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 휨이나 뒤틀림 등의 변형이 용이하고 그 변형 형상을 유지할 수 있는 특성과 열수송 능력 모두 우수한 히트 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 태양은, 벨로우즈형 요철부가 형성되고, 내부에 형성된 공동부가 밀폐된 컨테이너와, 상기 공동부의 내주면에 설치되어 상기 공동부의 길이방향으로 관통하는 증기유로를 가지는, 모세관력을 일으키는 위크 구조체와, 상기 공동부에 봉입된 작동유체를 포함하며, 상기 위크 구조체와 상기 벨로우즈형 요철부의 볼록부와의 사이에 공극부가 형성되어 있는 히트 파이프이다.
상기 본 발명의 태양에서는, 컨테이너의 벽면을 변형시킴으로써 상기 벽면을 요철형상으로 가공하여, 벨로우즈형 요철부가 형성되어 있다. 요철형상으로 가공된 컨테이너 벽면의 내면이 공동부를 형성하므로, 공동부의 내주면에도 벨로우즈형 요철부가 형성되어 있다.
상기 본 발명의 태양에서는, 히트 파이프의 일측 단부인 입열부(入熱部)에서, 외부의 열원(발열체)으로부터 열을 받으면, 입열부에서 액상의 작동유체가 기화되어, 열원으로부터의 열이 잠열로서 작동유체로 이동한다. 히트 파이프의 내부, 즉, 공동부는, 탈기되어 있으므로, 입열부에서 기화된 작동유체의 증기, 즉, 기상의 작동유체는, 입열부로부터, 공동부의 길이방향으로 관통하는 위크 구조체의 증기유로뿐만이 아니라, 위크 구조체와 벨로우즈형 요철부의 볼록부와의 사이에 형성된 공극부도 통하여, 히트 파이프의 타측 단부인 방열부(放熱部)로 유동한다. 방열부로 흘러간 작동유체의 증기는, 상기 방열부에서 응축되어, 상기 잠열을 방출한다. 방열부에서 방출된 잠열은, 방열부로부터 히트 파이프의 외부환경에 방출된다. 방열부에서 응축되어 액체상으로 된 작동유체는, 방열부로부터 위크 구조체의 모세관력에 의해서 입열부로 복귀한다.
본 발명의 태양은, 벨로우즈형 요철부가 형성되고, 내부에 형성된 공동부가 밀폐된 컨테이너와, 상기 공동부의 내주면에 설치되어 상기 공동부의 길이방향으로 관통하는 증기유로를 가지는, 모세관력을 일으키는 위크 구조체와, 상기 공동부에 봉입된 작동유체를 포함하며, 상기 위크 구조체는, 상기 벨로우즈형 요철부의 볼록부 내로 돌출되어 있는 히트 파이프이다.
또한, 본 명세서 중, 「벨로우즈형 요철부」의 요철부에 있어서, 히트 파이프 외부에서 볼 때 돌출되어 있는 부위가 볼록부이고, 상기 볼록부에 비해서 함몰되어 있는 부위가 오목부이다.
본 발명의 태양은, 상기 컨테이너의 길이방향의 일부 또는 전부에, 편평가공이 실시되어 있는 히트 파이프이다. 편평가공은, 벨로우즈형 요철부가 형성된 부위에 실시될 수도 있고, 벨로우즈형 요철부가 형성되어 있지 않은 부위에 실시될 수도 있고, 양쪽 모두의 부위에 실시될 수도 있다.
본 발명의 태양은, 상기 벨로우즈형 요철부가, 상기 컨테이너의 길이방향의 일부 또는 전부에 형성되어 있는 히트 파이프이다. 또, 본 발명의 태양은, 상기 벨로우즈형 요철부가, 나선형상인 히트 파이프이다.
본 발명의 태양은, 상기 위크 구조체가, 금속 메시인 히트 파이프이다. 또, 본 발명의 태양은, 상기 위크 구조체가, 분말상 금속재료의 소성체인 히트 파이프이다.
본 발명의 태양에 의하면, 컨테이너에 벨로우즈형 요철부가 형성되어 있으므로, 히트 파이프의 휨이나 뒤틀림 등의 변형이 용이하고 그 변형 형상을 유지할 수 있는 특성을 가진다. 이와 같이, 본 발명의 히트 파이프는 상기 특성이 우수하므로, 발열체가 좁은 공간에 탑재되어 있거나, 복수의 발열체가 고밀도로 탑재되어 있어도, 히트 파이프에 휨 등의 변형을 실시하는 것에 의해, 확실히, 피냉각체인 발열체와 열적으로 접속될 수 있다. 또, 본 발명의 태양에 의하면, 벨로우즈형 요철부에 의해, 히트 파이프에 가해지는 진동이나 충격을 흡수할 수 있으므로, 흔들림이나 충격을 받는 부위에 히트 파이프를 설치해도, 히트 파이프의 손상이나 탈락을 방지할 수 있다.
본 발명의 태양에 의하면, 공동부의 내주면에 공동부의 길이방향으로 관통하는 증기유로를 가지는 위크 구조체가 설치되고, 더욱이 위크 구조체와 벨로우즈형 요철부의 볼록부와의 사이에 공극부가 형성되어, 기상의 작동유체가 상기 증기유로와 상기 공극부에서 입열부로부터 방열부로 유동하고, 액상의 작동유체가 위크 구조체에서 방열부로부터 입열부로 유동하므로, 기상의 작동유체의 유로와 액상의 작동유체의 유로를 확실히 분리할 수 있고, 결과적으로 열수송 효율이 우수해진다.
또, 본 발명의 태양에 의하면, 위크 구조체와 벨로우즈형 요철부의 볼록부와의 사이에 형성된 공극부는 기상의 작동유체의 유로이며, 상기 공극부에 액상의 작동유체가 유입하는 것을 방지할 수 있으므로, 벨로우즈형 요철부의 볼록부도 우수한 방열 능력을 가져, 히트 파이프의 방열 효율이 향상된다.
본 발명의 태양에 의하면, 위크 구조체가, 벨로우즈형 요철부의 볼록부 내의 영역에도 설치되어 있으므로, 위크 구조체의 모세관력이 보다 향상되면서, 벨로우즈형 요철부에 의해, 평활면(平滑面)만을 갖는 컨테이너에 비해 표면적이 증대되므로, 방열 효과도 더욱 향상된다. 또, 본 발명의 태양에 의하면, 벨로우즈형 요철부의 볼록부 내에 형성된 위크 구조체에 틈새부가 존재한다, 즉, 볼록부 내에 형성된 위크 구조체 내부나 볼록부 내에 형성된 위크 구조체와 볼록부의 내면과의 사이에 틈새부가 존재하는 경우에는, 상기 볼록부 내의 위크 구조체에 의해, 모세관력이 더욱 향상되면서, 상기 틈새부가 상기 공극부와 마찬가지의 작용을 발휘하므로, 벨로우즈형 요철부의 볼록부가 우수한 방열 능력을 가진다.
본 발명의 태양에 의하면, 컨테이너의 길이방향의 일부 또는 전부에, 편평가공이 실시되어 있는 것에 의해, 발열체와의 열적 접속성이 더욱 향상되고, 히트 파이프의 냉각 능력이 더욱 증대된다. 또, 상기 편평가공에 의해, 보다 좁은 공간에도, 히트 파이프를 배치할 수 있다. 더욱이, 입열부측 단부와 방열부측 단부를 편평가공하는 것에 의해, 입열부에서는 발열체와의 접촉 면적이 증대되고, 또한 방열부에서는 냉각풍의 압력손실을 저감시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 측단면도이다.
도 3은, 도 1에 있어서의 히트 파이프의 A-A' 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 제2 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 측단면도이다.
도 5(a)는, 본 발명의 제3 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 부분 측면도이고, 도 5(b)는, 도 5(a)에 있어서의 히트 파이프의 B-B' 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 제4 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 측면도이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 위크 구조체의 틈새부의 설명도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 위크 구조체의 단면 형상의 설명도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 위크 구조체의 단면 형상의 설명도이다.
도 10은, 본 발명의 다른 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 벨로우즈형 요철부의 보강부재의 설명도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 실시형태 예에 따른 히트 파이프의 벨로우즈형 요철부의 보강부재의 설명도이다.
도 12는, 본 발명의 히트 파이프의 제1 구체적인 사용방법 예의 설명도이다.
도 13은, 본 발명의 히트 파이프의 제2 구체적인 사용방법 예의 설명도이다.
도 14는, 본 발명의 히트 파이프의 제3 구체적인 사용방법 예의 설명도이다.
이하에, 본 발명의 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프에 대해서, 도면을 이용하면서 설명한다. 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1)는, 직경방향 단면이 원형인 밀폐된 관으로 형성된 컨테이너(2)와, 컨테이너(2) 내부의 공동부(3)의 내주면에 접하는 상태로 설치된, 모세관력을 일으키게 하는 위크 구조체(4)와, 공동부(3)에 봉입된 작동유체(도시하지 않음)를 가진다. 컨테이너(2)의 원주방향 벽면에는, 컨테이너(2)의 길이방향 중앙부에, 컨테이너(2)의 길이방향에 대해서 평행한 방향으로, 컨테이너(2)의 장축을 중심축으로 하여 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)가 형성되어 있다. 또, 위크 구조체(4)에는, 위크 구조체(4) 내부를 공동부(3)의 길이방향으로 직선형상으로 관통하는 관통구멍인 증기유로(5)가 설치되어 있다.
히트 파이프(1)에서, 컨테이너(2)의 양단부에는, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)가 형성되지 않고, 컨테이너(2)의 내주면 및 외주면이 모두 평활하게 이루어진다. 이 컨테이너(2)의 양단부 중, 일측 단부는 입열부(入熱部)측 단부(7)이고, 타측 단부는 방열부(放熱部)측 단부(8)이다. 입열부측 단부(7)가 피냉각체인 발열체와 열적으로 접속됨으로써, 입열부측 단부(7)는 발열체로부터 열을 받는다. 또, 방열부측 단부(8)에, 방열 핀이나 히트 싱크 등의 열교환수단(도시하지 않음)을 부착하거나, 방열부측 단부(8)를 직접 외부환경에 노출시키는 것에 의해, 방열부측 단부(8)를 냉각시킨다. 방열부측 단부(8)를 냉각시키는 것에 의해, 입열부측 단부(7)로부터 방열부측 단부(8)에 수송된 발열체 유래의 열을, 방열부측 단부(8)로부터 히트 파이프(1) 밖으로 방출시킨다.
나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)에는, 볼록부(10)와 오목부(11)가, 컨테이너(2)의 길이방향에 대해서 평행한 방향으로, 교대로, 반복해서 형성되어 있다. 따라서, 볼록부(10)도, 오목부(11)도, 컨테이너(2)의 길이방향으로 나선형상으로 뻗어 있다. 볼록부(10)는, 오목부(11)에 대해서, 컨테이너(2)의 직경방향에 대해서 평행한 방향 또는 대략 평행한 방향으로 컨테이너(2)의 내주면 측으로부터 외주면 측으로 돌출하며, 오목부(11)는, 볼록부(10)에 대해서, 컨테이너(2)의 직경방향에 대해서 평행한 방향 또는 대략 평행한 방향으로 컨테이너(2)의 외주면 측으로부터 내주면 측에 돌출하고 있다.
나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)에서는, 볼록부(10)의 폭은 특히 한정되지 않으며, 균일한 폭일 수도 있고, 불균일한 폭일 수도 있다. 또, 오목부(11)의 폭도 특히 한정되지 않으며, 균일한 폭일 수도 있고, 불균일한 폭일 수도 있다. 더욱이, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)에서는, 볼록부(10)의 높이와, 오목부(11)의 깊이, 모두, 특히 한정되지 않으며, 균일한 치수일 수도 있고, 불균일한 치수일 수도 있다.
도 2, 3에 도시된 바와 같이, 공동부(3)에는, 입열부측 단부(7)로부터 방열부측 단부(8)까지, 위크 구조체(4)가 배치되어 있다. 위크 구조체(4)는, 컨테이너(2)의 내주면, 즉, 공동부(3)의 주위면에 접하는 상태로 공동부(3)에 수용되어 있다. 히트 파이프(1)에는, 컨테이너(2)의 길이방향에 대해서 평행한 방향으로 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)가 형성되어 있으므로, 공동부(3)의 주위면 중 오목부(11)에 상당하는 위치와 위크 구조체(4)의 외면이 접하는 상태로, 위크 구조체(4)가 공동부(3)에 수용되어 있다.
히트 파이프(1)에서는, 위크 구조체(4)의 형상은 원통형으로 이루어진다. 또, 상기된 바와 같이, 위크 구조체(4)의 외면이 오목부(11)와 접하고 있다. 따라서, 위크 구조체(4)의 외면과 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)의 볼록부(10)와의 사이에는 공극부(12)가 형성되어 있다. 즉, 볼록부(10)의 내부공간이 공극부(12)가 된다. 볼록부(10)도 오목부(11)도 컨테이너(2)의 길이방향으로 나선형상으로 형성되어 있는 것에 대응하여, 공극부(12)도 공동부(3)의 길이방향으로 나선형상으로 뻗어 있다.
또, 도 2에 도시된 바와 같이, 공동부(3)의 주위면 중 오목부(11)에 상당하는 위치와 위크 구조체(4)의 외면이 접하는 상태인 것에 대응하여, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)가 형성되어 있지 않은 컨테이너(2)의 양단부에서는, 공동부(3)의 주위면과 위크 구조체(4)의 외면과는 접촉하지 않으며, 공간부(13)가 형성되어 있다. 이 공간부(13)는 공극부(12)와 연통하는 상태로 되어 있다.
더욱이, 원통형인 위크 구조체(4)에는, 공동부(3)의 길이방향에 대해서 평행한 방향 또는 대략 평행한 방향으로 위크 구조체(4) 내부를 관통하는 증기유로(5)가 설치되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 증기유로(5)의, 위크 구조체(4)의 직경방향에 대해서 평행한 방향의 단면은, 원형상으로 이루어진다.
위크 구조체(4)의 증기유로(5) 및 위크 구조체(4) 외면과 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)의 볼록부(10)와의 사이에 형성된 공극부(12)는, 히트 파이프(1)의 일측 단부인 입열부측 단부(7)에서 기화된 작동유체를, 입열부측 단부(7)로부터 히트 파이프(1)의 타측 단부인 방열부측 단부(8)로 유동시키는, 기상의 작동유체의 유로가 됨으로써, 발열체로부터 받은 열을 입열부측 단부(7)로부터 방열부측 단부(8)에 수송할 수 있다. 입열부측 단부(7)로부터 방열부측 단부(8)에 수송된 기상의 작동유체는, 방열부측 단부(8)에서 잠열을 방출하고, 응축되어 액상의 작동유체가 된다.
위크 구조체(4)는, 소정의 모세관력을 일으키게 한다. 따라서, 위크 구조체(4)는, 그 모세관력에 의해서, 방열부측 단부(8)에서 응축된 작동유체를 방열부측 단부(8)로부터 입열부측 단부(7)에 환류시킨다. 위크 구조체(4)의 모세관력은, 예를 들면, 위크 구조체(4)가 차지하는 체적에 대한, 위크 구조체(4)의 위크 재료가 존재하지 않는 공간의 체적의 비율, 즉, 위크 구조체(4)의 빈 공간 비율(空孔率)을 조절함으로써 조정할 수 있다.
히트 파이프(1)에서는, 위크 구조체(4)에 형성된 증기유로(5)와, 위크 구조체(4)와 컨테이너(2)의 볼록부(10)와의 사이의 공극부(12)는, 기상의 작동유체를 입열부측 단부(7)로부터 방열부측 단부(8)에 유동시키는 유로가 되고, 위크 구조체(4)는 액상의 작동유체를 방열부측 단부(8)로부터 입열부측 단부(7)에 환류시킨다. 따라서, 히트 파이프(1)에서는, 서로 대향류가 되는 기상의 작동유체와 액상의 작동유체에 대해서, 그 유동통로가 명확하게 구분되므로, 양호한 열수송 효율을 얻을 수 있다. 또, 상기된 바와 같이, 위크 구조체(4)와 컨테이너(2)의 볼록부(10)와의 사이의 공극부(12)는, 기상의 작동유체의 유로이며, 액상의 작동유체의 공극부(12)로의 유입은, 모세관력을 일으키는 위크 구조체(4)의 존재에 의해서 방지된다. 따라서, 볼록부(10) 내부, 즉, 공극부(12)는 기상으로 되어 있으므로, 볼록부(10)로부터 히트 파이프(1)의 외부환경으로의 방열도 촉진되어, 결과적으로 히트 파이프(1)의 냉각효과가 더욱 향상된다.
컨테이너(2)의 재질에 대해서는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 동, 동합금, 알루미늄, 알루미늄합금, 스테인리스강 등을 사용할 수 있다. 또, 위크 구조체(4)의 재질은, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 동, 동합금, 알루미늄, 알루미늄합금 및 스테인리스강 등의 금속 메시, 탄소섬유 등을 들 수 있다. 컨테이너(2)의 내부공간에 봉입하는 작동유체로서는, 컨테이너(2)의 재료와의 적합성에 따라서 적절히 선택 가능하고, 예를 들면, 물, 대체프론, 프롤리나, 시클로펜탄 등을 들 수 있다.
다음에, 본 발명의 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1)의 사용방법 예에 대해 설명한다. 히트 파이프(1)의 사용방법은, 특히 한정되지 않지만, 히트 파이프(1)는, 예를 들면, 협소 공간에 설치된 기판 상에 실장되어 있는 전자부품(발열체)을 냉각할 수 있다. 이 경우, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)의 부분에서, 히트 파이프(1)에, 발열체 주변 공간의 상황이나 발열체의 위치에 따라 필요한 휨이나 뒤틀림 등의 변형을 실시한 후, 입열부측 단부(7)를 기판 상의 전자부품과 열적으로 접속하고, 방열부측 단부(8)를 상기한 열교환수단 등에서 냉각시킴으로써, 협소 공간에 설치된 기판 상의 전자부품을 냉각시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1)의 제조방법 예에 대해 설명한다. 히트 파이프(1)의 제조방법은, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)를 구비한 관 소재(管材) 내에, 시트상의 금속 메시를 말아 원통형으로 한 것을 삽입하여 위크 구조체(4)를 형성한 후, 관 재료 내에 작동유체를 주입한 다음, 관 소재를 밀폐시켜 컨테이너(2)를 형성하는 것에 의해 히트 파이프(1)를 제조할 수 있다. 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)는, 예를 들면, 컨테이너(2)의 재료가 되는 관 소재 내에, 중심봉(芯棒)을 삽입한 후, 롤러 등으로 컨테이너(2)의 재료가 되는 관 소재의 벽면을 소성변형시킴으로써 형성할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시형태 예에 따른 히트 파이프에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 이용해 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시형태 예에 따른 히트 파이프(30)에서는, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)의 볼록부(10) 내의 영역에도, 모세관력을 일으키게 하는 위크 구조체(34)가 설치되어 있다. 도 4에서는, 볼록부(10) 내의 영역은 위크 구조체(34)로 충전되어 있다. 또, 히트 파이프(30)에서는, 위크 구조체(34)는 공동부(3)의 주위면 전체와 접하는 상태가 된다. 즉, 공동부(3)의, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)의 오목부(11)의 위치뿐만 아니라, 볼록부(10)의 위치, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)가 형성되어 있지 않은 입열부측 단부(7)의 위치 및 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)가 형성되어 있지 않은 방열부측 단부(8)의 위치와 위크 구조체(34)의 외면이 접하는 상태로, 위크 구조체(34)가 공동부(3)에 수용되어 있다. 따라서, 히트 파이프(30)에서는, 히트 파이프(1)의 공극부(12) 및 공간부(13)에 상당하는 부위는 형성되지 않는다.
상기로부터, 도 4에 도시된 바와 같이, 볼록부(10)의 위치, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)가 형성되어 있지 않은 입열부측 단부(7) 및 방열부측 단부(8)의 위치에 있어서의 위크 구조체(34)의 두께는, 모두, 오목부(11)의 위치에 있어서의 위크 구조체(34)의 두께보다, 오목부(11)의 깊이의 치수만큼 두꺼워진다.
위크 구조체(34)에는, 공동부(3)의 길이방향에 대해서 평행한 방향 또는 대략 평행한 방향으로 위크 구조체(34) 내부를 직선형상으로 관통하는 증기유로(5)가 설치되어 있다. 또, 증기유로(5)의, 위크 구조체(34)의 직경방향에 대해서 평행한 방향의 단면은, 원형상으로 이루어진다.
위크 구조체(34)가 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)의 볼록부(10) 내에도 설치되어 공동부(3)의 주위면 전체와 접하는 상태로 되어 있으므로, 히트 파이프(30)에서는, 위크 구조체(34)의 모세관력이 더욱 향상되고, 더욱이, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)에 의해, 평활면만을 갖는 컨테이너와 비교하여 표면적이 증대되므로, 방열 효과도 향상된다.
히트 파이프(30)에서는, 볼록부(10) 내의 영역은 위크 구조체(34)로 충전되어 있지만, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)의 볼록부(10) 내의 영역에 위치하는 위크 구조체(34)에는, 틈새부(도 4에는 도시하지 않음)가 존재하는(즉, 제조시에 상기 틈새부가 형성된다) 경우도 있다. 상기 틈새부는, 위크 구조체(34) 내부나 위크 구조체(34)와 볼록부(10)의 내면과의 사이에 형성된다. 상기 틈새부가 형성되는 경우, 볼록부(10) 내에도 위크 구조체(34)가 형성되어 있는 것에 의해, 모세관력이 더욱 향상되면서, 상기 틈새부 내는 기상이 되므로, 상기 틈새부는 히트 파이프(1)의 공극부(12)와 같은 작용을 발휘하고, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)의 볼록부(10)는 우수한 방열 능력을 가진다.
위크 구조체(34) 내부나 위크 구조체(34)와 볼록부(10)의 내면과의 사이에 형성되는 상기 틈새부의 구체적인 형태 예에 대해서, 도 7을 이용하여 이하에 설명한다. 상기 틈새부로서는, 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 볼록부(10)의 정수리부와 한쪽 측부를 따라서 위크 구조체(34)가 설치되는, 즉, 볼록부(10)의 내부공간의 중앙부와 볼록부(10)의 다른쪽 측부에는 위크 구조체(34)가 설치되지 않아 공극부로 되는 내부 공극부(32-1)나, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 볼록부(10)의 중턱부로부터 저부에 걸쳐 위크 구조체(34)가 설치되는, 즉, 볼록부(10)의 정수리부에 위크 구조체(34)가 설치되지 않아 공극부로 되는 정수리부부 공극부(32-2)를 들 수 있다.
위크 구조체(34)의 재질은, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 분말상(예를 들면, 나노입자)인, 동, 동합금, 알루미늄, 알루미늄합금, 스테인리스강 등의 금속재료의 소성체나 카본 분말 등을 들 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시형태 예에 따른 히트 파이프(30)의 제조방법 예에 대해 설명한다. 히트 파이프(30)의 제조방법은, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)를 구비한 관 소재 내에, 심봉을 삽입하고, 관 소재의 내벽면과 심봉과의 사이에 형성된 공극에 분말상의 금속재료를 충전한 후, 가열 처리하여, 금속재료의 소성체인 위크 구조체(34)를 형성한다. 가열 처리 후, 심봉을 관 소재로부터 뽑아내고, 관 소재 내에 작동유체를 주입하고, 관 소재를 밀폐하여 컨테이너(2)를 형성하는 것에 의해 히트 파이프(30)를 제조할 수 있다. 이와 같이 관 소재에 벨로우즈형 요철부를 형성하고 나서, 금속 분말을 충전하여 소성체를 형성함으로써, 벨로우즈형 요철부에도 금속 분말이 충전되어, 위크 구조체가 벨로우즈형 요철부의 볼록부 내에 돌출설치되어 있는 히트 파이프 구조가 이루어진다. 또, 먼저, 관재에 벨로우즈형 요철부를 형성하고 나서, 금속 분말을 충전하여 소성체를 형성함으로써, 금속 분말을 충전하여 소성체를 형성한 후에 벨로우즈형 요철부를 형성하는 경우에 발생할 수 있는 소성체의 깨짐이나 벗겨짐을 방지할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제3 실시형태 예에 따른 히트 파이프에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 이용해 설명한다.
도 5(b)에 도시된 바와 같이, 제3 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1')에서는, 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1)의, 직경방향 단면이 원형인 컨테이너(2)를 대신하여, 컨테이너(22)에 편평가공이 실시되어 있다. 즉, 원형의 관 소재에 편평가공이 실시됨으로써, 컨테이너(22)의 직경방향에 대해서 평행한 방향의 단면이, 대향하는 평탄부와 대향하는 곡면부를 가지는 형상으로 이루어진다. 히트 파이프(1')에서는, 입열부측 단부(도시하지 않음)로부터 방열부측 단부(도시하지 않음)까지, 히트 파이프(1')의 길이방향 중앙부에 형성된 나선형상의 벨로우즈형 요철부(26)의 부분을 포함해서 편평가공이 실시되어 있다. 또, 상기 편평가공에 따라, 컨테이너(22) 내부에 수용된 위크 구조체(4)도, 편평하게 변형된다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 히트 파이프(1')의 나선형상의 벨로우즈형 요철부(26)에는, 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1)와 마찬가지로, 볼록부(20)와 오목부(21)가 컨테이너(22)의 길이방향에 대해서 평행한 방향으로, 교대로, 반복해서 형성되어 있다.
또, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 히트 파이프(1')의 위크 구조체(4)에는, 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1)와 마찬가지로, 위크 구조체(4)를 관통하는 관통구멍인 증기유로(5)가 설치되어 있다. 위크 구조체(4)가 평평하게 변형되어 있는 것에 따라, 증기유로(5)의, 위크 구조체(4)의 직경방향에 대해서 평행한 방향의 단면도, 대향하는 대략 평탄부와 대향하는 곡면부를 가지는 형상으로 이루어진다.
더욱이, 히트 파이프(1')에서는, 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1)와 마찬가지로, 위크 구조체(4)의 외면이 오목부(21)와 접하고 있다. 따라서, 위크 구조체(4)의 외면과 나선형상의 벨로우즈형 요철부(26)의 볼록부(20)와의 사이에는 공극부(12)가 형성되어 있다.
히트 파이프(1')에서는, 컨테이너(22)에 편평가공이 실시되어 평탄부가 형성되어 있는 것에 의해, 발열체와의 열적 접속성이 더욱 향상되고, 히트 파이프의 냉각 능력이 더욱 증대된다. 또, 상기 편평가공에 의해, 히트 파이프(1')의 높이가 저감되므로, 틈새와 같이 좁은 공간에도, 히트 파이프(1')를 배치할 수 있다. 더욱이, 입열부측 단부와 방열부측 단부를 편평가공하는 것에 의해, 입열부에서는 발열체와의 접촉 면적을 증대시키면서, 방열부에서는 냉각풍의 압력손실을 저감시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 제4 실시형태 예에 따른 히트 파이프에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 상기 실시형태 예에 따른 히트 파이프와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 이용해 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제4 실시형태 예에 따른 히트 파이프(40)으로는, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6, 26)를 대신하여, 컨테이너에 나선형상이 아닌 벨로우즈형 요철부(56)가 형성되어 있다. 제4 실시형태 예에 따른 히트 파이프(40)에서는, 나선형상이 아닌 벨로우즈형 요철부(56)의 볼록부(50)가 복수 형성되고, 각각의 볼록부(50)는, 컨테이너(2)의 장축을 중심으로 동심원 형상으로 형성되어 있다. 또, 오목부(51)도 복수 형성되고, 각각의 오목부(51)는, 컨테이너(2)의 장축을 중심으로 동심원 형상으로 형성되어 있다. 즉, 나선형상이 아닌 벨로우즈형 요철부(56)의 각 볼록부(50)는, 그 정수리부가, 컨테이너(2)의 직경방향에 대해서 평행한 방향 또는 대략 평행한 방향(도 6에서는 평행한 방향)으로 대향하는 구조로 이루어진다. 또, 나선형상이 아닌 벨로우즈형 요철부(56)의 각 오목부(51)는, 그 저부가, 컨테이너(2)의 직경방향에 대해서 평행한 방향 또는 대략 평행한 방향(도 6에서는 평행한 방향)으로 대향하는 구조로 이루어진다.
상기 벨로우즈형 요철부(56)에서도, 히트 파이프(40)에, 휨이나 뒤틀림 등의 변형이 용이하고 그 변형 형상을 유지할 수 있는 특성을 부여할 수 있다. 또한, 히트 파이프(40)에서도, 위크 구조체는, 금속 메시일 수도 있고, 금속재료의 소성체일 수도 있다.
다음에, 본 발명의 그 밖의 실시형태 예에 대해 설명한다. 상기 각 실시형태 예에서는, 나선형상의 벨로우즈형 요철부는 히트 파이프의 중앙부에 형성되고, 입열부측 단부와 방열부측 단부에는 나선형상의 벨로우즈형 요철부가 형성되어 있지 않았지만, 이것을 대신하여, 히트 파이프의 중앙부뿐만이 아니라, 입열부측 단부 및/또는 방열부측 단부에도 나선형상의 벨로우즈형 요철부가 형성될 수도 있고, 또, 나선형상의 벨로우즈형 요철부는, 히트 파이프의 중앙부에, 1개소뿐만이 아니라 복수 개소에 형성될 수도 있다. 또, 히트 파이프의 전체면에 나선형상의 벨로우즈형 요철부가 형성될 수도 있다. 또, 제3 실시형태 예에 따른 히트 파이프에서는, 히트 파이프의 전체면에 편평가공이 실시되어 있었지만, 이것을 대신하여, 입열부측 단부 및/또는 방열부측 단부에는 편평가공이 실시되고, 나선형상의 벨로우즈형 요철부에는 편평가공이 실시되지 않은 형태일 수도 있다.
제3 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1')에서는, 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1)의 컨테이너에 편평가공이 실시된 형태였지만, 이것을 대신하여, 제2 실시형태 예에 따른 히트 파이프(30)의 컨테이너에 편평가공이 실시된 형태일 수도 있다. 또, 벨로우즈형 요철부의 형상은, 특히 한정되지 않으며, 상기한 나선형상이나 복수의 오목부와 볼록부가 동심원 형상으로 배치된 형상 외에도, 예를 들면, 볼록부 및 오목부가 복수 형성되고, 각 볼록부의 정수리부 및 각 오목부의 저부가 대향하지 않는 형상일 수도 있다.
또, 상기 각 실시형태 예에서는, 컨테이너의 직경방향에 있어서의 위크 구조체의 단면 형상은, 컨테이너의 양단부 및 중앙부 모두, 원형상 또는 편평형상이었지만, 이것을 대신하여, 도 8(e)에 도시된 바와 같이, 상기 위크 구조체의 단면 형상은, 편평가공된 컨테이너(22)에 있어서 2개의 대략 반원형이 정수리부에서 서로 접촉하는 형상인, 반원형 위크 구조체(4-3)로 할 수도 있다. 또, 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 일측 단부를 반원형 위크 구조체(4-3), 중앙부 및 타측 단부를 직경방향의 단면형상이 원형인 컨테이너(2)에 있어서 상기 위크 구조체의 단면형상이 원형상인 원형 위크 구조체(4-1)로 하거나, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 일측 단부를 반원형 위크 구조체(4-3), 중앙부를 편평가공된 컨테이너(22)에 있어서 상기 위크 구조체의 단면형상이 편평형상인 편평형 위크 구조체(4-2), 타측 단부를 원형 위크 구조체(4-1)로 하거나, 도 8(c)에 도시된 바와 같이, 양단부를 반원형 위크 구조체(4-3), 중앙부를 원형 위크 구조체(4-1)로 하거나, 도 8(d)에 도시된 바와 같이, 양단부를 반원형 위크 구조체(4-3), 중앙부를 편평형 위크 구조체(4-2)로 하거나, 도 8(f)에 도시된 바와 같이, 일측 단부를 반원형 위크 구조체(4-3), 중앙부를 원형 위크 구조체(4-1), 타측 단부를 편평형 위크 구조체(4-2)로 할 수도 있다. 또한, 일측 단부, 타측 단부 및 중앙부에 있어서의 상기 위크 구조체의 단면형상은, 벨로우즈형 요철부가 형성된 부위일 수도, 벨로우즈형 요철부가 형성되어 있지 않은 부위일 수도 있다.
또한, 편평형 위크 구조체(4-2)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 오목홈(67)이 설치될 수도 있다. 도 9에서는, 대향하는 평탄부에, 각각, 오목홈(67-1, 67-2)이 1개씩 설치되어 있다. 2개의 오목홈(67) 중에서, 중력방향측 오목홈(67-1)은 작동유체의 보관에 기여하여 드라이 아웃을 방지하고, 중력방향과는 반대측의 오목홈(67-2)은 증기유로(5)의 확장부로서 작용한다.
또, 상기 각 실시형태 예에서는, 위크 구조체는 어느 부위도 동일한 모세관력을 일으키고 있었지만, 이것을 대신하여, 부위에 따라서 상이한 모세관력을 일으키게 하는 위크 구조체로 할 수도 있고, 예를 들면, 벨로우즈형 요철부 및 그 근방과 그 외의 부위에서 다른 모세관력을 일으키게 하는 위크 구조체로 할 수도 있고, 또, 상이한 모세관력을 일으키게 하는 위크 구조체를 적층시킬 수도 있다.
또, 도 10에 도시된 바와 같이, 필요에 따라서, 컨테이너(62)의 나선형상의 벨로우즈형 요철부(66)의 강도를 향상시키고, 또 나선형상의 벨로우즈형 요철부(66)의 휨이나 뒤틀림에 따른 위크 구조체(64)의 붕괴를 방지하기 위해서, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(66)의 내면과 위크 구조체(64)의 외면과의 사이에, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(66)의 형상에 대응하는 벽면 부위를 가지는 벨로우즈형 보강부재(61)를 설치할 수도 있다. 또, 도 11에 도시된 바와 같이, 필요에 따라서는, 컨테이너(62)의 나선형상의 벨로우즈형 요철부(66)의 강도를 향상시키기 위해서, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(66)의 외면에, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(66)의 형상에 대응한 내벽면을 가지는 통 형상의 보강부재(63)를 설치할 수도 있다. 벨로우즈형 보강부재(61) 및 통 형상의 보강부재(63)의 재질로서는, 예를 들면, 동, 동합금, 알루미늄, 알루미늄합금, 스테인리스강 등을 들 수 있다.
다음에, 본 발명의 히트 파이프의 구체적인 사용방법 예에 대해 설명한다. 우선, 히트 싱크에 본 발명의 히트 파이프를 사용하는 경우의 예(제1 구체적인 사용방법 예)에 대해 설명한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 수열 플레이트(101)와, 수열 플레이트(101) 표면에 세워 설치된 복수의 방열 핀(102)을 가지는 히트 싱크(100)에, 본 발명의 히트 파이프(도 12에서는, 예로서 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1)(단, 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)는 각 히트 파이프(1)의 중앙부에서 2개소에 설치되어 있다.))의 방열부측 단부(8)를 열적으로 접속하고, 도시하지 않은 피냉각체에 입열부측 단부(7)를 열적으로 접속하는 것에 의해서, 히트 파이프(1)는, 피냉각체로부터 방열부측 단부(8)와 열적으로 접속된 히트 싱크(100)에 열수송할 수 있다. 도 12에서는, 피냉각체를 더욱 확실히 냉각시키기 위해서, 입열부측 단부(7)에도, 수열 플레이트(101)와, 수열 플레이트(101) 표면에 세워 설치된 복수의 방열 핀(102)을 가지는 히트 싱크(100)가 열적으로 접속되어 있다. 도 12에서는, 복수 라인(3개)의 히트 파이프(1)가, 각각, 히트 싱크(100)의 수열 플레이트(101)와 열적으로 접속되어 있다. 또한, 히트 파이프(1)의 수열 플레이트(101)로의 열적 접속방법으로서는, 특히 한정되지는 않지만, 예를 들면, 방열부측 단부(8)에도 나선형상의 벨로우즈형 요철부를 설치하고, 수열 플레이트(101)의 측면부에 상기 방열부측 단부(8)에 설치된 나선형상의 벨로우즈형 요철부와 나사결합 가능한 홈부를 마련하는 것에 의해, 히트 파이프(1)를 수열 플레이트(101)에 나사 작용으로 고정하여, 열적으로 접속시킬 수 있다.
또, 본 발명의 히트 파이프의 제2 구체적인 사용방법 예로서는, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 히트 파이프(도 13에서는, 예로서 제3 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1')(전체가 편평가공된 히트 파이프))를 나선형상의 벨로우즈형 요철부(26)에서 구부려 L자 형상으로 해서, 방열부측 단부(8)를 방열 핀(102)과 접촉시킴으로써 방열부측 단부(8)를 방열 핀(102)과 열적으로 접속시키고, 피냉각체(도시하지 않음)와 열적으로 접속된 수열 플레이트(101)에 입열부측 단부(7)를 열적으로 접속시킬 수도 있다.
또, 본 발명의 히트 파이프의 제3 구체적인 사용방법 예로서는, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 히트 파이프(도 14에서는, 예로서 제1 실시형태 예에 따른 히트 파이프(1))를 나선형상의 벨로우즈형 요철부(6)에서 구부려 U자 형상으로 해서, 수열 플레이트(101)와 수열 플레이트(101) 표면에 세워 설치된 복수의 방열 핀(102)을 가지는 히트 싱크(100) 중, 히트 파이프(1)의 방열부측 단부(8)를 방열 핀(102)과 열적으로 접속시키고, 도시하지 않은 피냉각체와 열적으로 접속된 수열 플레이트(101)에 입열부측 단부(7)를 열적으로 접속시킬 수도 있다.
이와 같이, 나선형상의 벨로우즈형 요철부에서 본 발명의 히트 파이프를 구부리는 것에 의해, 좁은 공간에 배치된 피냉각체이어도 본 발명의 히트 파이프를 이용하여 냉각시킬 수 있다.
히트 싱크(100)에 열적으로 접속되는 히트 파이프(1)는, 직경방향 단면이 원형, 즉, 입열부측 단부(7)와 방열부측 단부(8)의 직경방향 단면이 원형이지만, 이것을 대신하여, 입열부측 단부(7) 및/또는 방열부측 단부(8)의 직경방향의 단면이 편평가공되어 있는 히트 파이프를 이용할 수도 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 히트 파이프는, 휨이나 뒤틀림 등의 변형이 용이하고 그 변형 형상을 유지할 수 있는 특성과 우수한 열수송 능력을 가지므로, 예를 들면, 좁은 공간에 배치된 발열체를 냉각하는 분야에서 이용가치가 높다.
1, 1', 30, 40: 히트 파이프
2, 22, 62: 컨테이너
3: 공동부
4, 34, 64: 위크 구조체
5: 증기유로
6, 26, 66: 나선형상의 벨로우즈형 요철부
12: 공극부
56: 나선형상이 아닌 벨로우즈형 요철부

Claims (7)

  1. 벨로우즈형 요철부가 형성되고, 내부에 형성된 공동부가 밀폐된 컨테이너와, 상기 공동부의 내주면에 설치되어, 상기 공동부의 길이방향으로 관통하는 증기유로를 가지는, 모세관력을 일으키는 위크 구조체와, 상기 공동부에 봉입된 작동유체를 포함하며,
    상기 위크 구조체와 상기 벨로우즈형 요철부의 볼록부와의 사이에 공극부가 형성되어 있는, 히트 파이프.
  2. 벨로우즈형 요철부가 형성되고, 내부에 형성된 공동부가 밀폐된 컨테이너와, 상기 공동부의 내주면에 설치되어, 상기 공동부의 길이방향으로 관통하는 증기유로를 가지는, 모세관력을 일으키는 위크 구조체와, 상기 공동부에 봉입된 작동유체를 포함하며,
    상기 위크 구조체는 상기 벨로우즈형 요철부의 볼록부 내로 돌출되는, 히트 파이프.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 컨테이너의 길이방향의 일부 또는 전부에 편평가공이 실시되어 있는, 히트 파이프.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벨로우즈형 요철부는 상기 컨테이너의 길이방향의 일부 또는 전부에 형성되어 있는, 히트 파이프.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벨로우즈형 요철부는 나선형상인, 히트 파이프.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 위크 구조체는 금속 메시인, 히트 파이프.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 위크 구조체는 분말상의 금속재료의 소성체인, 히트 파이프.
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