TW202407281A - 加熱管用蕊芯、使用該蕊芯之加熱管、冷卻單元及冷卻系統 - Google Patents
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Abstract
本發明之目的為提供一種使加熱管內已氣化蒸發的蒸發體可良好地利用毛細管現象而移動於金屬纖維不織布內部，且可有效率地進行回流的控制之蕊芯、使用該蕊芯的加熱管、冷卻單元及冷卻系統。本發明之解決手段為一種加熱管用蕊芯10、使用該蕊芯10的加熱管50、冷卻單元60及冷卻系統70，其中加熱管用蕊芯10具有金屬纖維不織布，且具有前述金屬纖維不織布之空隙較多的纖維疏部11、及金屬纖維不織布之空隙較前述纖維疏部少的纖維密部12。
Description
本發明係關於一種加熱管用蕊芯、使用該蕊芯之加熱管、冷卻單元及冷卻系統。
一般而言，加熱管係將高熱傳導率之主要為金屬製之多孔性的蕊芯沿著內壁面配置，且於內壁內部封入會成為熱介質的液體，並封鎖加熱管兩端再將內部予以減壓而成者。
當對於該加熱管的一端加熱時該液體即氣化蒸發，且蒸發體移動至另一端將熱釋出後凝結、結露而轉變為液體。結露後的液體利用毛細管現象移動於加熱管用蕊芯(以下在本說明書中簡稱為蕊芯)內又返回原處，且再度蒸發而回流於加熱管內部而進行熱的移動。
如此，關於作為傳熱元件之加熱管的功能，係根據屬於熱介質的液體利用毛細管現象而回流於蕊芯內的情形，故加熱管的傳熱能力會被該回流速度所影響。
以往，已提出了使用金屬纖維的燒結體作為蕊芯的方案(例如國際公開2019/131790號(參照WO2019/131790A)。依據該習知技術，雖藉由使用具有特定之纖維長度或纖維直徑的金屬纖維而獲得良好的熱傳輸量，但若僅使用該種金屬纖維，會有氣化蒸發的蒸發體停滯於金屬纖維內部而難以進行利用毛細管現象之移動的問題。
本發明係有鑑於上述情形而研創者，其目的為提供一種使加熱管內已氣化蒸發的蒸發體可良好地利用毛細管現象而移動於金屬纖維不織布內部，且可有效率地進行回流之控制的蕊芯、使用該蕊芯的加熱管、冷卻單元及冷卻系統。
本發明係具有下列態樣。
(1)一種加熱管用蕊芯，係具有金屬纖維不織布，前述金屬纖維不織布係具有：纖維疏部；及纖維密部，該纖維密部之金屬纖維不織布的空隙比前述纖維疏部少。
(2)如(1)所述之加熱管用蕊芯，其中，前述纖維疏部係具有凸部，前述纖維密部係具有凹部。
(3)如(1)或(2)所述之加熱管用蕊芯，其中，前述纖維疏部中之金屬纖維不織布的佔積率係30%至60%，前述纖維密部中之金屬纖維不織布的佔積率係50%至80%。
(4)一種加熱管，係使用前述(1)至(3)中任一項所述之加熱管用蕊芯。
(5)一種冷卻單元，係具備前述(4)所述之加熱管。
(6)一種冷卻系統，係具備前述(5)所述之冷卻單元。
10,20,30,40:蕊芯
11,21,31,41:纖維疏部
12,22,32:纖維密部
33:突出部
34:凹陷部
50:加熱管
51:容器
60:冷卻單元
61:LED元件(元件)
62:基板
63:水冷式散熱器
64:翼片
65:送風翼片
70:冷卻系統
圖1係顯示本發明之蕊芯的概略立體圖。
圖2係顯示本發明之蕊芯的概略立體圖。
圖3係顯示本發明之蕊芯的概略立體圖。
圖4係顯示本發明之蕊芯的概略立體圖。
圖5係顯示本發明之加熱管的概略立體圖和剖面圖。
圖6係顯示本發明之加熱管的剖面圖。
圖7係顯示本發明之加熱管之容器的剖面圖。
圖8係顯示習知之冷卻單元和冷卻系統、及本發明之冷卻單元和冷卻系統之例的概略圖。
以下參照圖式來說明本發明之蕊芯和加熱管。另外，在以下說明中所使用的圖式係放大顯示會成為特徵的部分以便於說明，各構成要素的尺寸比率等會有與實際不同的情形。此外，在以下的說明中所例示的材料、尺寸等僅為一例，而非用以限定本發明，可在不變更其要旨的範圍內適當地變更。
(蕊芯)
茲參照圖1來說明本發明之實施型態1的蕊芯。
圖1之(a)圖係實施型態1之蕊芯10的概略立體圖，(b)圖係(a)圖之背面的概略立體圖。
圖1所示的蕊芯10係由金屬纖維不織布之空隙較多的纖維疏部(以下稱為纖維疏部)11和金屬纖維不織布的空隙比纖維疏部少的纖維密部(以下稱為纖維密部)12所構成。蕊芯10係由複數個纖維疏部11和複數個纖維密部12所構成。
在實施型態1的蕊芯10中，纖維疏部11和纖維密部12係分別具有長方體形狀，且形成有由纖維疏部11和纖維密部12彼此鄰接而成的形狀。
此外，纖維疏部11為凸部，而前述纖維密部12係形成為凹部。
當將實施型態1的蕊芯10使用於加熱管時，在鄰接於發熱部之纖維疏部11的內部氣化蒸發的蒸發體係擴散於纖維疏部11內部，並且擴散於纖維疏部11與纖維疏部11之間(纖維密部12)。所擴散的蒸發體係在鄰接於冷卻部的纖維密部12釋出熱且凝結、結露而轉變為液體之後，傳遞於纖維疏部11及纖維密部12的纖維表面，作動液返回發熱部，藉此能夠回流。
纖維疏部11的厚度並無特別限定，但較佳為200μm以上5000μm以下，更佳為500μm以上4000μm以下，尤佳為1000μm以上2000μm以下。當纖維疏部11的厚度為200μm以上時，即可有效地獲得用以使作動液氣化的表面積。當纖維疏部11的厚度為5000μm以下時，即不會阻礙已液化的作動液通過纖維疏部11的內部且移動至發熱部，故可獲得使作動液回流的功效。
此外，纖維密部12的厚度並無特別限定，但較佳為10μm以上300μm以下，更佳為20μm以上200μm以下，尤佳為50μm以上100μm以下。當纖維密部12的厚度為10μm以上時，即可獲得足以使作動液凝結的表面積。當纖維密部12的厚度為300μm以下時，即可抑制已氣化的作動液停滯於密部之纖維構造體的內部的情形，而可獲得提升回流液量的功效。
另外，本說明書中之蕊芯的厚度係指使用端子在空氣中落下之方式的膜厚計(例如Mitutoyo公司製作：Digimatic Indicator ID-C112X)例如測量蕊芯之任意數之測量點時的平均值。
實施型態1的蕊芯10係可以如下之方式製造。
如後所述製造金屬纖維不織布，且準備大致平坦之片狀的金屬纖維不織布。
接著，將片狀的金屬纖維不織布載置於基台，以另外準備之具有纖維密部12之形狀的模框從該片狀之金屬纖維不織布的表面施加壓力。如此，藉由將該模框所形成的壓力進行加壓以成為實施型態1之蕊芯10的形狀，即可製造纖維疏部11具有凸部，且纖維密部12具有凹部的蕊芯10。
接著參照圖2來說明本發明之實施型態2的蕊芯。
圖2的(c)圖係實施型態2之蕊芯20的概略立體圖，(d)圖係(c)圖之背面的概略立體圖。
圖2所示的蕊芯20係由纖維疏部21和纖維密部22所構成。蕊芯20係由複數個纖維疏部21和片狀的纖維密部22所構成。
在實施型態2的蕊芯20中，於片狀的纖維密部22的表面上，具備複數個具有長方體狀的纖維疏部21。
此外，纖維疏部21為凸部，而纖維密部22係形成為凹部。
當將實施型態2的蕊芯20使用於加熱管時，在鄰接於發熱部之纖維疏部21的內部已氣化蒸發的蒸發體係擴散於纖維疏部21內部，並且擴散於纖維疏部21與纖維疏部21之間(纖維密部22)。所擴散的蒸發體係在鄰接於冷卻部的纖維密部22釋出熱且凝結、結露而轉變為液體之後，傳遞於纖維疏部21及纖維密部22的纖維表面，作動液返回發熱部，藉此能夠回流。
纖維疏部21的厚度並無特別限定，但較佳為200μm以上5000μm以下，更佳為500μm以上4000μm以下，尤佳為1000μm以上2000μm以下。當纖維疏部21的厚度為200μm以上時，即可有效地獲得用以使作動液氣化的表面積。當纖維疏部21的厚度為5000μm以下時，即不會阻礙已液化的作動液通過纖維疏部21的內部且移動至發熱部，故可獲得使作動液回流的功效。
此外，纖維密部22的厚度較佳為10μm以上300μm以下，更佳為20μm以上200μm以下，尤佳為50μm以上100μm以下。當纖維密部22的厚度為10μm以上時，即可獲得足以使作動液凝結的表面積。當纖維密部22的厚度為300μm以下時，即可抑制已氣化的作動液停滯於密部之纖維構造體的內部的情形，而可獲得提升回流液量的功效。
實施型態2的蕊芯20係可以如下之方式製造。
如後所述製造金屬纖維不織布，且準備大致平坦之片狀的金屬纖維不織布。
另一方面，如後所述製造金屬纖維不織布之後，將該金屬纖維不織布整形為纖維疏部21的形狀，且準備由複數個金屬纖維不織布所構成的纖維疏部21。
接著，將前述已準備的大致平坦之片狀的金屬纖維不織布作為纖維密部22，且於該纖維密部22表面熔接由複數個金屬纖維不織布所構成的纖維疏部21，藉此可製造纖維疏部21具有凸部，且纖維密部22具有凹部的蕊芯20。
接著參照圖3來說明本發明之實施型態3的蕊芯。
圖3之(e)圖係實施型態3之蕊芯30的概略立體圖，(f)圖係(e)圖之背面的概略立體圖。
圖3所示的蕊芯30係由纖維疏部31和纖維密部32所構成。蕊芯30係由複數個纖維疏部31和片狀的纖維密部32所構成。
片狀的纖維密部32係具有複數個突出部33和複數個凹陷部34。
在實施型態3的蕊芯30中，於片狀之纖維密部32中之突出部33的表面上，具備複數個具有長方體形狀的纖維疏部31。
此外，纖維疏部31為凸部，前述纖維密部32中的凹陷部34形成為凹部。
當將實施型態3的蕊芯30使用於加熱管時，在鄰接於發熱部之纖維疏部31的內部氣化蒸發的蒸發體係擴散於纖維疏部31內部，並且擴散於纖維疏部31與纖維疏部31之間(纖維密部32、突出部33、凹陷部
34)。所擴散的蒸發體係在鄰接於冷卻部的纖維密部32釋出熱且凝結、結露而轉變為液體之後，傳遞於纖維疏部31及纖維密部32、突出部33、凹陷部34的纖維表面，作動液返回發熱部，藉此能夠回流。
纖維疏部31的厚度並無特別限定，但較佳為200μm以上5000μm以下，更佳為500μm以上4000μm以下，尤佳為1000μm以上2000μm以下。當纖維疏部31的厚度為200μm以上時，即可有效地獲得用以使作動液氣化的表面積。當纖維疏部31的厚度為5000μm以下時，即不會阻礙已液化的作動液通過纖維疏部31的內部且移動至發熱部，故可獲得使作動液回流的功效。
此外，纖維密部32中之突出部33的厚度並無特別限定，但較佳為10μm以上300μm以下，更佳為20μm以上200μm以下，尤佳為50μm以上100μm以下。當突出部33的厚度為10μm以上時，即可獲得足以使作動液凝結的表面積。當突出部33的厚度為300μm以下時，即可抑制已氣化的作動液停滯於密部之纖維構造體的內部的情形，而可獲得提升回流液量的功效。
此外，纖維密部32中之凹陷部34的厚度並無特別限定，但較佳為10μm以上300μm以下，更佳為20μm以上200μm以下，尤佳為50μm以上100μm以下。當凹陷部34的厚度為10μm以上時，即可獲得足以使作動液凝結的表面積。當凹陷部34的厚度為300μm以下時，即可抑制已氣化的作動液停滯於密部之纖維構造體的內部的情形，而可獲得提升回流液量的功效。
實施型態3的蕊芯30係可以如下之方式製造。
如後所述在製造金屬纖維不織布，且準備大致平坦之片狀的金屬纖維不織布之後，將該片狀的金屬纖維不織布整形為具有突出部33的形狀。
另一方面，如後所述製造金屬纖維不織布之後，將該金屬纖維不織布整形為纖維疏部31的形狀，且準備由複數個金屬纖維不織布所構成的纖維疏部31。
接著，將前述已準備之具有突出部33之片狀的金屬纖維不織布作為纖維密部32，且於該突出部33表面熔接由複數個金屬纖維不織布所構成的纖維疏部31，藉此可製造纖維疏部31具有凸部，且纖維密部32具有凹部的蕊芯30。
接著參照圖4來說明本發明之實施型態4的蕊芯。
圖4係實施型態4之蕊芯40的概略立體圖。
圖4所示的蕊芯40係由纖維疏部41和纖維密部22所構成。蕊芯40係由複數個纖維疏部41和片狀的纖維密部22所構成。
在實施型態4的蕊芯40中，於片狀之纖維密部22的表面上，具備複數個具有圓柱形狀的纖維疏部41。
此外，纖維疏部41為凸部，而前述纖維密部22係形成為凹部。
當將實施型態4的蕊芯40使用於加熱管時，在鄰接於發熱部之纖維疏部41的內部氣化蒸發的蒸發體係擴散於纖維疏部41內部，並且擴散於纖維疏部41與纖維疏部41之間(纖維密部22)。所擴散的蒸發體係在鄰接於冷卻部的纖維密部22釋出熱且凝結、結露而轉變為液體之後，傳遞於纖維疏部41及纖維密部22的纖維表面，作動液返回發熱部，藉此能夠回流。
纖維疏部41的厚度較佳為200μm以上5000μm以下，更佳為500μm以上4000μm以下，尤佳為1000μm以上2000μm以下。當纖維疏部41的厚度為200μm以上時，即可有效地獲得用以使作動液氣化的表面積。當纖維疏部41的厚度為5000μm以下時，即不會阻礙已液化的作動液通過纖維疏部41的內部且移動至發熱部，故可獲得使作動液回流的功效。
此外，纖維密部22的厚度係如前所述。
實施型態4的蕊芯40係可以如下之方式製造。
如後所述製造金屬纖維不織布，且準備大致平坦之片狀的金屬纖維不織布。
另一方面，如後所述在製造了金屬纖維不織布之後，將該金屬纖維不織布整形為纖維疏部41的形狀，且準備由複數個金屬纖維不織布所構成的纖維疏部41。
接著，將前述已準備之大致平坦之片狀的金屬纖維不織布作為纖維密部22，且於該纖維密部22表面熔接由複數個金屬纖維不織布所構成的纖維疏部41，藉此可製造纖維疏部41具有凸部，且纖維密部22具有凹部的蕊芯40。
另外，本發明的蕊芯不限定於上述的實施型態。
蕊芯中之纖維疏部的形狀係可依所要求的特性而任意地選擇。例如，纖維疏部的形狀係可選擇球形、星形、梯形、三角行等多面形狀等。
此外，蕊芯中之纖維密部的形狀係可依所要求的特性而任意地選擇。例如，纖維密部的形狀係可選擇球形、星形、梯形、三角行等多面形狀等。
在本發明的蕊芯中，前述纖維疏部中之金屬纖維不織布的佔積率較佳為30%至60%，更佳為30%至50%。當纖維疏部中之金屬纖維不織布的佔積率為30%以上時，金屬纖維不織布的熱傳導性、熱傳遞性提升，可獲得促進作動液氣化的功效。若纖維的佔積率為66%以下，則可獲得不會妨礙凝結的作動液傳遞於纖維表面而回流至加熱部的功效。
此外，前述纖維密部中之金屬纖維不織布的佔積率較佳為50%至80%，更佳為60%至80%。當纖維密部中之金屬纖維不織布的佔積率為50%以上時，可獲得金屬纖維不織布的熱傳導性提升，使已氣化之作動液的凝結效率化的功效。若纖維的佔積率為80%以下，則可獲得已氣化的作動液可滲透至金屬纖維不織布的內部，並且不會妨礙已液化的作動液傳遞於纖維表面而回流至加熱部的功效。
本說明書中之「金屬纖維不織布的佔積率」係指相對於金屬纖維不織布之體積纖維存在之部分的比例。
當僅由單一金屬纖維構成金屬纖維不織布時，從金屬纖維不織布的基重和厚度、及金屬纖維的真密度藉由下式算出。
佔積率(%)=金屬纖維不織布的基重/(金屬纖維不織布的厚度×金屬纖維的真密度)×100
另外，當金屬纖維不織布包含其他金屬纖維或金屬纖維以外的纖維時，可藉由採用反映出組成比率的真密度值來算出佔積率。
在本發明的蕊芯中，前述纖維疏部中之金屬纖維不織布的佔積率與前述纖維密部中之金屬纖維不織布的佔積率之差較佳為10%至50%，更佳為20%至50%，尤佳為30%至50%。當纖維疏部中之金屬纖維
不織布的佔積率與纖維密部中之金屬纖維不織布的佔積率之差為10%以上時，在纖維疏部與纖維密部之間功能分離變得明確，可獲得適當地進行纖維疏部中之作動液的氣化和纖維密部中之已氣化之作動液的凝結的功效。若纖維疏部中之金屬纖維不織布的佔積率與纖維密部中之金屬纖維不織布的佔積率之差為50%以下時，則可獲得達到纖維疏部中之作動液之氣化所需之熱傳導性的功效、和可使已氣化的作動液滲透至纖維密部的內部，且可有效地進行作動液之凝結的功效。
(金屬纖維不織布)
茲說明使用於本發明之蕊芯的金屬纖維不織布。
使用於本發明之蕊芯的金屬纖維不織布可僅由金屬纖維構成，亦可除金屬纖維外還具有金屬纖維以外的材料。
金屬纖維間固結係指金屬纖維物理上被固定的狀態，金屬纖維物理上被固定的部位稱為固結部。在固結部中，可為金屬纖維彼此直接地固定，亦可為金屬纖維的一部分彼此透過金屬成分以外的成分間接地固定。
以下更詳細地說明使用於本發明之蕊芯的金屬纖維不織布。
<構成金屬纖維不織布的材料>
作為構成金屬纖維不織布之前述金屬纖維的具體例，並無特別限定，但可為不鏽鋼、鐵、銅、鋁、青銅、黃銅、鎳、鉻、及金、白金、銀、鈀、銠、銦、釕、和鋨等貴金屬。其中，尤以銅纖維因其剛性和塑性變形性的平衡適度，易於獲得具有充分之均質性的金屬纖維不織布，故較佳。
作為前述金屬成分以外的成分，可例示聚乙烯(polyethylene)樹脂和聚丙烯(polypropylene)樹脂等聚烯烴(polyolefine)樹脂、聚對苯二
甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate)(PET)樹脂、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)(PVA)樹脂、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)樹脂、聚芳醯胺(aramid)樹脂、尼龍(nylon)、丙烯系(acrylic)樹脂等、及由該等樹脂所構成的纖維狀物。
再者，亦可將對於金屬纖維具有黏著性和吸附性的有機物等使用於固結部。
<金屬纖維和金屬纖維不織布的物性>
本發明中所使用之金屬纖維的平均纖維徑係可在不損及不織布之均質性的範圍內任意地設定，惟較佳為1μm至30μm，更佳為2μm至20μm。若金屬纖維的平均纖維徑為1μm以上，則可獲得金屬纖維之適度的剛性，故在作成不織布之際有不易發生所謂的結塊(lump)的傾向。若金屬纖維的平均纖維徑為30μm以下，則可獲得金屬纖維之適度的可撓性，故有纖維易於適度交纏的傾向。
另外，金屬纖維的平均纖維徑在不會有礙於作成不織布之範圍內較小者更易於提高金屬纖維不織布的均質性，故較佳。
此外，本說明書中之「平均纖維徑」係指，藉由算出由顯微鏡所拍攝之相對於金屬纖維不織布之長度方向之任意之垂直剖面中之金屬纖維的剖面積(例如以公知軟體算出)，且算出具有與該剖面積相同面積之圓的直徑，而導出之面積徑的平均值(例如20根纖維的平均值)。
此外，垂直於金屬纖維之長度方向的剖面形狀可為圓形、橢圓形、大致四角形、不定形等任一形狀，惟較佳為圓形。在此，圓形剖面
只要是在通常於實施金屬纖維不織布的生產上受到的應力中易於產生曲部之程度的圓剖面形狀即可，故不需為真圓剖面。
圓形剖面的金屬纖維係例如比具有角柱剖面的纖維更易於對於應力產生彎曲，而且對於受到應力的位置，不易於在金屬纖維的彎曲程度上產生差異，故有彎曲程度亦均質化的傾向。
例如，在以後述之濕式抄造法製作金屬纖維不織布時，圓形剖面的金屬纖維會因為與漿料(slurry)攪拌葉片等的接觸而易於產生曲部。藉由使具有曲部的金屬纖維彼此適度地交纏，有易於提高金屬纖維不織布之均質性的傾向。
本發明之金屬纖維的平均纖維徑並無特別限定，惟較佳為0.05mm至1mm的範圍，更佳為0.1mm至0.5mm的範圍。另外，金屬纖維的纖維長度在不會有礙於作成不織布之範圍內較短者更易於提高金屬纖維不織布的均質性，故較佳。
若平均纖維徑為0.05mm至1mm的範圍，則例如藉由抄造來製作本發明之金屬纖維不織布時，不易產生所謂金屬纖維的結塊，而易於控制金屬纖維之分散的程度，並且亦易於發揮使金屬纖維不織布均質化、纖維構造體之孔徑均質化的功效。
另外，本說明書中的「平均纖維徑」係指利用顯微鏡測量20根且將測量值經過平均得出的值。
為了調整纖維長度，當要將以熔融紡絲法、拉絲法等製作的長金屬纖維切割成所希望的纖維長度時，若是將金屬纖維一根一根地切斷，從金屬纖維的細微程度來看畢竟不切實際。於是採用將長金屬纖維聚集成
束而切斷的方法，惟較佳為在切斷之際要預先將長金屬纖維束充分鬆開後再切斷。藉由將纖維間充分地鬆開，從而易於抑制切斷時金屬纖維間之切斷面彼此固著的現象(例如松葉狀等)。藉此，在作成不織布之際，藉由採取金屬纖維一根一根獨立的動作，將易於獲得均質性更高的金屬纖維不織布。尤其硬度低的銅纖維等使用此方法更為有效。
再者，本發明之金屬纖維的長寬比(aspect ratio)並無特別限定，惟較佳為50至1000，更佳為50至200。當長寬比為50以上時，不易產生所謂的結塊，而且易於產生金屬纖維之適度的交纏，故有可保持金屬纖維不織布之適度之操作強度的傾向。若長寬比為1000以下，則可充分地保持操作強度，而且不易產生結塊，故有可獲得金屬纖維不織布之優異之均質性的傾向。
<金屬纖維不織布的製作>
作為獲得使用於本發明之蕊芯之金屬纖維不織布的方法，可採用將金屬纖維或將以金屬纖維為主體的纖維網(web)予以壓縮成形的乾式法、或使用金屬纖維或使用以金屬纖維為主體之原料的濕式抄造法。
<乾式法>
當藉由乾式法獲得金屬纖維不織布時，係將經由梳理法(card method)、氣流成網法(air-laid method)等所獲得的金屬纖維或以金屬纖維為主體的纖維網予以壓縮成形。此時，亦可使接合劑(binder)浸漬於纖維間以使纖維彼此固結。
作為此接合劑並無特別限定，例如，除丙烯系接著劑、環氧系接著劑、氨基甲酸酯(urethane)系接著劑等有機系接合劑外，還可使用膠態氧化矽(colloidal silica)、水玻璃、矽酸鈉等無機質接著劑。
另外，替代浸漬接合劑，亦可將熱接著性樹脂預先覆蓋於纖維的表面，在層積金屬纖維或以金屬纖維為主體的聚合體之後進行加壓、加熱壓縮。
<濕式抄造法>
此外，亦可藉由使金屬纖維等分散於水中再將其撈起抄製的濕式抄造法來製作金屬纖維不織布。
作為金屬纖維不織布的製造方法，至少具備將金屬纖維等纖維狀物以分散水中等方式製作抄造漿料的步驟、從抄造漿料獲得濕體片材的抄造步驟、使濕體片材脫水的脫水步驟、將脫水後的片材進行乾燥以獲得乾燥片材的乾燥步驟、及使構成乾燥片材之金屬纖維等固結的固結步驟。
另外，亦可在脫水步驟與乾燥步驟之間、乾燥步驟與固結步驟之間、固結步驟後實施將片狀物進行壓製的壓製步驟。
以下依步驟進行說明。
(漿料製作步驟)
例如使用攪拌混合器調製金屬纖維之漿料、或含有金屬纖維和金屬纖維以外之纖維狀物的漿料，且對其適當地添加填料、分散劑、增黏劑、消泡劑、紙力增強劑、上漿劑(sizing agent)、凝結劑、著色劑、定著劑等。
作為上述金屬纖維以外的纖維狀物，係可列舉聚乙烯樹脂和聚丙烯樹脂等聚烯烴樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)樹脂、聚乙烯醇(PVA)樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚芳醯胺樹脂、尼龍、丙烯系樹脂等。
此等樹脂的纖維狀物亦可添加於漿料中以藉由加熱熔融發揮固結性。
然而，當藉由燒結在金屬纖維間設置固結部時，係以在金屬纖維間不存在有機纖維等更易於確實地設置固結部，故較佳。
如上所述當不存在有機纖維等而抄造金屬纖維時，會因為水與金屬纖維的真密度差、金屬纖維的過交纏而易於產生所謂結塊等的凝集物。因此，較佳為適當地使用增黏劑等。
此外，攪拌混合器中的漿料有真密度較大的金屬纖維易於沉降於混合器底面的傾向。因此，較佳為使用除底面附近金屬纖維比率較穩定的漿料作為抄造漿料。
(抄造步驟)
接著使用前述漿料，以抄造機進行濕式抄造。作為抄造機，可使用圓網抄造機、長網抄造機、短網抄造機、傾斜型抄造機、和此等之中組合同種或不同種抄造機而成的組合型抄造機等。
(脫水步驟)
接著將抄造後的濕紙進行脫水。
脫水時，較佳為使脫水的水流量(脫水量)在抄造網的面內、寬度方向等均一化。藉由使水流量為一定，抑制脫水時的亂流等，使金屬纖維沉降於抄造網的速度均一化，故易於獲得均質性高的金屬纖維不織布。為了使脫水時的水流量一定，只要將可能會成為抄造網下之水流之障礙的構造物予以排除即可。
(乾燥步驟)
於脫水後，使用空氣乾燥機(air dryer)、筒式乾燥機(cylinder dryer)、抽吸滾筒乾燥機(suction drum dryer)、紅外線式乾燥機等進行乾燥。經過此些步驟可獲得含有金屬纖維的片材。
(固結步驟)
接著使片材中的金屬纖維彼此固結。作為固結方法，係可使用燒結金屬纖維不織布的方法、藉由化學蝕刻而固結的方法、雷射熔接的方法、利用IH加熱而固結的方法、化學鍵結(chemical bond)法、熱鍵結(thermal bond)法等。
為了使金屬纖維不織布燒結，較佳為包含在真空中或非氧化氣體環境中以金屬纖維之熔點以下的溫度進行燒結的燒結步驟。經過燒結步驟的金屬纖維不織布，即使其有機物被燒毀，而為僅由金屬纖維所構成的不織布，金屬纖維彼此的接點亦會固結，從而達成易於獲得均質性穩定之金屬纖維不織布的功效。
經過上述步驟可獲得金屬纖維不織布。
另外，除上述步驟以外，亦可採用下述步驟。
(纖維交纏處理步驟)
亦可實施纖維交纏處理步驟，該纖維交纏處理步驟係使抄造步驟後之抄造網上之形成有含有水分之濕體片材的金屬纖維或以金屬纖維為主體的纖維交互地交纏。
在此，作為纖維交纏處理步驟，較佳為對於濕體片材面噴射高壓噴射水流的纖維交纏處理步驟。具體而言，係在相對於片材的流動方向正交的方向上排列複數個噴嘴，且從該複數個噴嘴同時噴射高壓噴射水流，藉此
即可使金屬纖維或以金屬纖維為主體的纖維彼此涵蓋片材整體交纏。在經過前述步驟之後，濕體片材係經由乾燥步驟而進行捲取等。
(壓製步驟)
如上所述，壓製步驟係可在脫水步驟與乾燥步驟之間、乾燥步驟與固結步驟之間、及/或固結步驟後實施。尤其，於固著步驟後實施壓製步驟，藉此在之後的纖維交纏處理步驟中易於於金屬纖維間設置固結部。藉此，即可更提升金屬纖維不織布的均質性，故較佳。
此外，壓製可在加熱下實施，亦可在非加熱下實施。然而，當金屬纖維不織布包含有要加熱熔融的有機纖維等時，係以在該熔融開始溫度以上的加熱為有效。
當金屬纖維不織布僅由金屬纖維構成時，係可僅進行加壓。壓力只要考慮金屬纖維不織布的厚度適當設定即可，惟例如在金屬纖維不織布厚度為170μm左右的情形，藉由以未達線壓300kg/cm、較佳為未達250kg/cm實施，而易於對於金屬纖維不織布賦予均質性，故較佳。此外，亦可藉由此壓製步驟，調整金屬纖維不織布中之金屬纖維的佔積率。
此外，壓製(加壓)步驟亦可對於經過固結步驟而燒結的金屬纖維不織布實施。藉由對燒結步驟後的金屬纖維不織布實施壓製步驟，可更進一步提高均質性。
纖維隨機交纏的金屬纖維不織布藉由在厚度方向上被壓縮，而不僅在厚度方向上，亦於面方向上產生纖維的位移。藉此，可期待在燒結時於空隙的場所亦易於配置金屬纖維的功效，該狀態係藉由金屬纖維所具有的塑性變形特性而維持。
[加熱管]
接著參照圖5來說明本發明的加熱管。
圖5的(g)圖係實施型態1之加熱管50的概略立體圖，(h)圖係(g)圖的沿A-A線的剖面圖。
加熱管50係於容器51內部具備有前述詳述之本發明的蕊芯10。容器51內部之蕊芯10的設置場所係依據加熱管的使用條件而選擇。在加熱管50內部係具備有未圖示的液體，其係由於來自外部的熱氣化蒸發而產生蒸發體。該蒸發體係擴散於本發明之蕊芯10中的纖維疏部11內部，並且擴散於纖維疏部11與纖維疏部11之間(纖維密部12)。由於相較於纖維疏部11金屬纖維不織布之空隙較少的纖維密部12的毛細管現象更為優異，故所擴散的蒸發體在釋出熱且凝結、結露而轉變為液體之後迅速地移動至纖維密部進行回流。
當要使用內部配置有蕊芯10的加熱管50的情形，如圖6所示，形成為將發熱體配置為透過容器51鄰接於纖維疏部11之構造，且將冷卻體(散熱體)配置為透過容器51鄰接於纖維密部12之構造來使用。
容器51係被密閉的管材。容器51之長度方向的形狀係直線狀、具有曲部的形狀等，並無特別限定，在加熱管50係形成為大致直線狀。相對於容器51之長度方向正交方向的剖面形狀係成為四角形狀。容器51的厚度(壁厚)並無特別限定，惟例如為400至7000μm。圖5之(h)圖中之容器51之長邊的長度並無特別限定，惟例如為5至200mm，短邊的長度並無特別限定，惟例如為3至100mm。
容器51的材質係可列舉銅或不鏽鋼等金屬，惟並無特別限定。
此外，加熱管之容器51的形狀並無特別限定，惟剖面形狀可為如同圖7的(i)圖之圓形狀的容器或可為如圖7的(j)圖之橢圓形狀的容器。
[冷卻單元和冷卻系統]
接著參照圖8來說明本發明之冷卻單元和冷卻系統之例。
為了比較，圖8的(k)圖係顯示習知技術之冷卻單元和冷卻系統。在此習知的冷卻系統中，係於基板62的一面安裝有作為發熱體的LED元件61，在與LED元件61相反側之基板62的表面上，載置有作為冷卻單元的水冷式散熱器63。另外，形成為水流動於水冷式散熱器63之各溝的構成。此外，基板62亦可為陶瓷基板、鋁基板。
相對於此，在圖8之(I)圖所示之本發明的冷卻系統70中，係於基板62的另一表面安裝有作為發熱體的LED元件61，在與元件61相反側之基板62的表面上載置有本發明的冷卻單元60。該冷卻單元60係例如具備加熱管50(減壓狀態、作動液)，該加熱管50係具有上述之發明的蕊芯10。在圖8之(I)圖所示之例中，冷卻單元60係更包含有可調整高度的翼片64、送風翼片65，惟冷卻單元60的構造並無限定。例如，亦可為將具有水冷式散熱器63或散熱翼片的帕爾帖(peltier)元件冷卻單元載置於加熱管50的構造。此外，如圖6所示，本發明的冷卻單元60亦可為其他冷卻體(散熱體)直接配置於加熱管50的構造。如此，依據本發明的冷卻單元60和冷卻系統70，除以往即有的冷卻手段外，還可進行由加熱管用蕊芯10
和使用該蕊芯10之加熱管50所進行之二階段的調溫控制，且可更有效率地進行回流的控制。
[實施例]
以下藉由實施例和比較例更具體地說明本發明，惟本發明不限定於以下的實施例。
下述之實施例中之厚度等的物性值係以如下的方式測量。
(厚度測量)
在實施例中所獲得之銅纖維不織布的厚度係使用Mitutoyo公司製Digimatic Indicator ID-C112X，以直徑15mm的測量端子進行測量。測量所獲得之片材的厚度9個點，且以該平均值作為厚度。
(尺寸測量)
在實施例中所獲得之銅纖維不織布之短邊和長邊之長度的尺寸係使用JIS1級的金尺進行測量。
(佔積率)
在實施例中所獲得之銅纖維不織布的佔積率係在將任意位置的銅纖維不織布裁切成5mm×5mm的大小而獲得試料之後，就該試料以如下方式算出。
銅纖維不織布的佔積率(%)=銅纖維不織布的基重/(銅纖維不織布的厚度×銅纖維的真密度)×100
[實施例1]
(金屬纖維不織布的製作)
將纖維之平均纖維徑為18.5μm、平均纖維長度為3mm之剖面形狀為大致圓環狀的銅纖維在水中分散，且適當添加增黏劑而作成抄造漿料。使用該抄造漿料之混合器底部之銅纖維濃度較高部分去除後的抄造漿料，以基重3100g/m2為基準投入於抄造網上，經由脫水、乾燥後獲得燒結前的銅纖維不織布。
之後，將前述銅纖維不織布在氫氣75%、氮氣25%的氣體環境中，於102℃下加熱40分鐘使銅纖維間燒結，而獲得了銅纖維不織布。
所獲得之銅纖維不織布的厚度為3.2mm，佔積率為10.9%。
(蕊芯的製作)
接著，將上述所獲得之銅纖維不織布裁切為10cm×10cm，且對該銅纖維不織布以模框進行加壓，製作出圖1所示之形狀之本發明的蕊芯。
所製作的蕊芯的纖維疏部具有凸部，纖維密部具有凹部。
此外，纖維疏部中之銅纖維不織布的佔積率為35%，纖維密部中之銅纖維不織布的佔積率為68%。蕊芯之纖維疏部中的厚度為1005μm。此外，纖維密部中的厚度為81μm。
[實施例2]
[金屬纖維不織布的製作]
將纖維之平均纖維徑為18.5μm、平均纖維長度為3mm之剖面形狀為大致圓環狀的銅纖維在水中分散，且適當添加增黏劑而作成抄造漿料。使用該抄造漿料之混合器底部之銅纖維濃度較高部分去除後的抄造漿料，以基重3650g/m2為基準投入於抄造網上，經由脫水、乾燥後獲得燒結前的銅纖維不織布。
之後，將前述銅纖維不織布在氫氣75%、氮氣25%的氣體環境中，於102℃下加熱40分鐘使銅纖維間燒結，而獲得了銅纖維不織布。
所獲得之銅纖維不織布的厚度為3.0mm，佔積率為13.7%。
(蕊芯的製作)
接著，將上述所獲得之銅纖維不織布裁切為10cm×10cm，且對該銅纖維不織布以機械加工進行切削，製作出圖1所示之形狀之本發明的蕊芯。
所製作的蕊芯的纖維疏部具有凸部，纖維密部具有凹部。
此外，纖維疏部中之銅纖維不織布的佔積率為31%，纖維密部中之銅纖維不織布的佔積率為79%。蕊芯之纖維疏部中的厚度為1329μm。此外，纖維密部中的厚度為98μm。
[實施例3]
[金屬纖維不織布的製作]
將纖維之平均纖維徑為18.5μm、平均纖維長度為3mm之剖面形狀為大致圓環狀的銅纖維在水中分散，且適當添加增黏劑而作成抄造漿料。使用該抄造漿料之混合器底部之銅纖維濃度較高部分去除後的抄造漿料，以基重1850g/m2為基準投入於抄造網上，經由脫水、乾燥後獲得燒結前的銅纖維不織布。
之後，將前述銅纖維不織布在氫氣75%、氮氣25%的氣體環境中，於102℃下加熱40分鐘使銅纖維間燒結，而獲得了銅纖維不織布。
所獲得之銅纖維不織布的厚度為3.1mm，佔積率為9.4%。
(蕊芯的製作)
接著，將上述所獲得之銅纖維不織布裁切為10cm×10cm，且對該銅纖維不織布以機械加工進行切削，製作出圖1所示之形狀之本發明的蕊芯。
所製作的蕊芯的纖維疏部具有凸部，纖維密部具有凹部。
此外，纖維疏部中之銅纖維不織布的佔積率為43%，纖維密部中之銅纖維不織布的佔積率為69%。蕊芯之纖維疏部中的厚度為680μm。此外，纖維密部中的厚度為42μm。
[實施例4]
[金屬纖維不織布的製作]
將纖維之平均纖維徑為18.5μm、平均纖維長度為3mm之剖面形狀為大致圓環狀的銅纖維在水中分散，且適當添加增黏劑而作成抄造漿料。使用該抄造漿料之混合器底部之銅纖維濃度較高部分去除後的抄造漿料，以基重2500/m2為基準投入於抄造網上，經由脫水、乾燥後獲得燒結前的銅纖維不織布。
之後，將前述銅纖維不織布在氫氣75%、氮氣25%的氣體環境中，於102℃下加熱40分鐘使銅纖維間燒結，而獲得了銅纖維不織布。
所獲得之銅纖維不織布的厚度為3.5mm，佔積率為11.2%。
(蕊芯的製作)
接著，將上述所獲得之銅纖維不織布裁切為10cm×10cm，且對該銅纖維不織布以模框進行加壓，製作出圖1所示之形狀之本發明的蕊芯。
所製作的蕊芯的纖維疏部具有凸部，纖維密部具有凹部。
此外，纖維疏部中之銅纖維不織布的佔積率為49%，纖維密部中之銅纖維不織布的佔積率為61%。蕊芯之纖維疏部中的厚度為803μm。此外，纖維密部中的厚度為124μm。
[實施例5]
[金屬纖維不織布的製作]
將纖維之平均纖維徑為18.5μm、平均纖維長度為3mm之剖面形狀為大致圓環狀的銅纖維在水中分散，且適當添加增黏劑而作成抄造漿料。使用該抄造漿料之混合器底部之銅纖維濃度較高部分去除後的抄造漿料，以基重19700/m2為基準投入於抄造網上，經由脫水、乾燥後獲得燒結前的銅纖維不織布。
之後，將前述銅纖維不織布在氫氣75%、氮氣25%的氣體環境中，於102℃下加熱40分鐘使銅纖維間燒結，而獲得了銅纖維不織布。
所獲得之銅纖維不織布的厚度為16.7mm，佔積率為13.3%。
(蕊芯的製作)
接著，將上述所獲得之銅纖維不織布裁切為10cm×10cm，且對該銅纖維不織布以模框進行加壓和藉由機械加工進行成形，製作出圖1所示之形狀之本發明的蕊芯。
所製作的蕊芯的纖維疏部具有凸部，纖維密部具有凹部。
此外，纖維疏部中之銅纖維不織布的佔積率為51%，纖維密部中之銅纖維不織布的佔積率為69%。蕊芯之纖維疏部中的厚度為4356μm。此外，纖維密部中的厚度為278μm。
[實施例6]
[金屬纖維不織布的製作]
將纖維之平均纖維徑為18.5μm、平均纖維長度為3mm之剖面形狀為大致圓環狀的銅纖維在水中分散，且適當添加增黏劑而作成抄造漿料。使用該抄造漿料之混合器底部之銅纖維濃度較高部分去除後的抄造漿料，以基重8200/m2為基準投入於抄造網上，經由脫水、乾燥後獲得燒結前的銅纖維不織布。
之後，將前述銅纖維不織布在氫氣75%、氮氣25%的氣體環境中，於102℃下加熱40分鐘使銅纖維間燒結，而獲得了銅纖維不織布。
所獲得之銅纖維不織布的厚度為7.1mm，佔積率為13.0%。
(蕊芯的製作)
接著，將上述所獲得之銅纖維不織布裁切為10cm×10cm，且對該銅纖維不織布以模框進行加壓和藉由機械加工進行成形，製作出圖1所示之形狀之本發明的蕊芯。
所製作的蕊芯的纖維疏部具有凸部，纖維密部具有凹部。
此外，纖維疏部中之銅纖維不織布的佔積率為27%，纖維密部中之銅纖維不織布的佔積率為84%。蕊芯之纖維疏部中的厚度為3430μm。此外，纖維密部中的厚度為257μm。
[實施例7]
[金屬纖維不織布的製作]
將纖維之平均纖維徑為18.5μm、平均纖維長度為3mm之剖面形狀為大致圓環狀的銅纖維在水中分散，且適當添加增黏劑而作成抄造漿料。使用該抄造漿料之混合器底部之銅纖維濃度較高部分去除後的抄造漿料，以
基重800/m2為基準投入於抄造網上，經由脫水、乾燥後獲得燒結前的銅纖維不織布。
之後，將前述銅纖維不織布在氫氣75%、氮氣25%的氣體環境中，於102℃下加熱40分鐘使銅纖維間燒結，而獲得了銅纖維不織布。
所獲得之銅纖維不織布的厚度為1.2mm，佔積率為7.5%。
(蕊芯的製作)
接著，將上述所獲得之銅纖維不織布裁切為10cm×10cm，且對該銅纖維不織布以模框進行加壓，製作出圖1所示之形狀之本發明的蕊芯。
所製作的蕊芯的纖維疏部具有凸部，纖維密部具有凹部。
此外，纖維疏部中之銅纖維不織布的佔積率為62%，纖維密部中之銅纖維不織布的佔積率為69%。蕊芯之纖維疏部中的厚度為145μm。此外，纖維密部中的厚度為111μm。
[比較例1]
直接使用在實施例1中所獲得之未以模框加壓之銅纖維不織布作為蕊芯。
[評價]
使用在實施例1至實施例7和比較例1中所獲得的蕊芯而進行如下的實驗。
將蕊芯熔接於大小12cm見方、厚度2mm的銅板，熔接外形12cm見方、內形10cm見方、高度650μm的銅製角框，且熔接大小12cm見方、厚度2mm的銅板作為蓋，藉此獲得試驗用容器。蕊芯係在熔接之際，壓縮纖維疏部成為650μm而進行熔接。在容器的側面設置用以注入作動液的
孔，且於容器內部適量地注入沸點約為85℃之氟系溶劑作為作動液，且藉由金屬熔接密封作動液的注入孔而製作出加熱管。作動液量係從投入熱量計算，將所需量注入於容器。在鄰接於纖維疏部的銅板上設置片狀加熱器，且在鄰接於纖維密部的銅板上設置具有散熱翼片的帕爾帖元件冷卻單元。
再者，使電氣流動於片狀加熱器而測量片狀加熱器的熱量和帕爾帖元件冷卻單元的熱量。此外，測量片狀加熱器的表面溫度(B)，且根據作動液的沸點(A)而計算傳熱效率=(A)/(B)。茲將該等結果與纖維疏部和纖維密部的物性值一同記入於表1中。
另外，茲根據傳熱效率的結果作為判定顯示如下。
傳熱效率為0.98以上1.00：◎
傳熱效率為0.93以上未達0.98：○
傳熱效率為0.90以上未達0.93：△
傳熱效率未達0.90：×
[表1]
從表1可得知，實施例1至實施例7之本發明的加熱管的傳熱效率為0.90以上，其為實用上優異的熱傳導特性。尤其，實施例1和實施例2之本發明的加熱管由於纖維密部中之金屬纖維之佔積率與纖維疏部中之金屬纖維之佔積率的差為30%至50%，故在纖維疏部與纖維密部之間功能分離變得明確，可獲得達到纖維疏部中之作動液之氣化所需之熱傳導性的功效、和可使已氣化的作動液滲透至纖維密部的內部，且可有效地進行作動液之凝結的功效，而為傳熱效率為1.00的優異結果。相對於此，在不具有纖維密部之比較例1的加熱管中，由於作動液的回流無法良好地進
行，故為加熱管之表面溫度(B)上升且傳熱效率為0.82的比實施例低的結果。
[產業上的可利用性]
本發明之蕊芯、使用該蕊芯之加熱管、冷卻單元及冷卻系統係可使用於電力纜線(cable)的冷卻、鍋爐(boiler)的排熱回收、半導體等高密度化電子機器的冷卻等。
10:蕊芯
11:纖維疏部
12:纖維密部
50:加熱管
51:容器
Claims (6)
- 一種加熱管用蕊芯，係具有金屬纖維不織布，前述金屬纖維不織布係具有：纖維疏部；及纖維密部，該纖維密部之金屬纖維不織布的空隙比前述纖維疏部少。
- 如請求項1所述之加熱管用蕊芯，其中，前述纖維疏部係具有凸部，前述纖維密部係具有凹部。
- 如請求項1所述之加熱管用蕊芯，其中，前述纖維疏部中之金屬纖維不織布的佔積率係30%至60%，前述纖維密部中之金屬纖維不織布的佔積率係50%至80%。
- 一種加熱管，係使用請求項1至3中任一項所述之加熱管用蕊芯。
- 一種冷卻單元，係具備請求項4所述之加熱管。
- 一種冷卻系統，係具備請求項5所述之冷卻單元。
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