WO2018139656A1 - ベーパーチャンバ - Google Patents

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WO2018139656A1
WO2018139656A1 PCT/JP2018/002793 JP2018002793W WO2018139656A1 WO 2018139656 A1 WO2018139656 A1 WO 2018139656A1 JP 2018002793 W JP2018002793 W JP 2018002793W WO 2018139656 A1 WO2018139656 A1 WO 2018139656A1
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WO
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vapor chamber
partition wall
working fluid
container
phase working
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PCT/JP2018/002793
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English (en)
French (fr)
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一樹 宮武
佐々木　泰海
聡 濱川
義勝 稲垣
川畑　賢也
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vapor chamber that exhibits excellent heat transport characteristics by reducing the flow resistance of a liquid-phase working fluid and a gas-phase working fluid.
  • a vapor chamber may be used as a method for cooling a heating element such as an electronic component.
  • Patent Document 1 a first chamber that is a planar container, a plurality of second chambers that are thermally conductive cylinders communicating with the interior of the first chamber, the first chamber, and the interior of the second chamber A vapor chamber including a working fluid that can circulate is proposed (Patent Document 1).
  • the working fluid undergoes a phase change from the gas phase to the liquid phase while the gas working fluid flows in the direction from the base portion to the tip portion of the second chamber.
  • Heat from the connected heating element is released from the second chamber to the outside of the vapor chamber.
  • the working fluid phase-changed from the gas phase to the liquid phase in the second chamber is returned to the first chamber from the front end to the base by the wick structure formed on the inner surface of the second chamber. Returned to the chamber.
  • Patent Document 1 since the separation of the gas-phase working fluid flow path and the liquid-phase working fluid flow path in the second chamber is insufficient, resistance is generated in the flow of the working fluid. In addition, there is a problem that the heat transport efficiency is not sufficient because the liquid-phase working fluid may be scattered by the momentum of the flow of the gas-phase working fluid.
  • the present invention reduces the flow resistance of the gas-phase working fluid and the liquid-phase working fluid, and prevents the liquid-phase working fluid from being scattered by the gas-phase working fluid.
  • An object of the present invention is to provide a vapor chamber that exhibits excellent heat transport characteristics by facilitating the reflux of the working fluid.
  • aspects of the present invention include a container in which a hollow cavity is formed, a tube connected to the container and communicating with the cavity and an internal space, and enclosed in a space from the cavity to the inside of the tube And a partition wall that is separate from the container and the pipe body at a connection portion between the container and the pipe body.
  • a heating element which is an object to be cooled, is thermally connected to the outer surface of the container, and a tube is attached to the container. Since the cavity that is the internal space of the container communicates with the internal space of the tube, the working fluid is sealed in the space formed from the cavity to the inside of the tube. Moreover, the internal space of the tubular body is in a state where the pressure is reduced by the deaeration process, similarly to the hollow portion.
  • a partition wall separate from the container and the pipe body is provided in a connection portion between the container and the pipe body in the internal space of the vapor chamber.
  • separatate body means that the container and the pipe body are separate members.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the partition wall has flexibility.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the partition wall has one surface and the other surface, and the permeability on the other surface is smaller than the permeability on the one surface.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the partition is a mesh laminated member in which a plurality of mesh members are laminated.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the mesh laminated member is formed of the same mesh member.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the mesh laminated member is formed of at least two types of mesh members.
  • the partition wall has one surface and the other surface, and a wick structure that generates a capillary force is formed on the one surface, and the capillary force on the one surface is the other surface.
  • the vapor chamber is larger than the capillary force.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the container is formed by one plate-like body and the other plate-like body facing the one plate-like body.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which a wick structure is not formed on the other surface of the partition wall.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the capillary force on the one surface of the partition wall is greater than or equal to the capillary force on the inner surface of the tubular body.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which a shape of the one surface side of the partition wall corresponds to a shape of an inner surface side of a portion of the tubular body facing the one surface.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the wick structure on the one surface of the partition wall is in contact with the bottom of the inner surface of the container.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the wick structure on the one surface of the partition wall is in contact with the inner surface of the tube body on the side far from the heat source.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the partition wall is not provided at the tip of the tubular body.
  • An aspect of the present invention is a vapor chamber in which the partition wall is not provided at the distal end portion and the central portion of the tubular body.
  • the partition wall is provided only at the portion where the tube body is attached to the container, that is, at the base portion of the tube body.
  • the partition between the container and the tubular body is provided at the connection portion between the container and the tubular body, so that the liquid-phase working fluid flow path and the gas-phase working fluid are provided. Are separated from each other. Therefore, the flow resistance of the gas-phase working fluid and the liquid-phase working fluid is reduced, and the liquid-phase working fluid is prevented from being scattered by the gas-phase working fluid to facilitate the return of the liquid-phase working fluid. By doing so, it exhibits excellent heat transport properties.
  • the flow of the gas phase working fluid flowing from the cavity to the tube causes the cavity to It is possible to more reliably prevent the liquid-phase working fluid flowing back to the flow from being hindered, and to more reliably prevent the liquid-phase working fluid from being scattered.
  • the partition having one surface and the other surface, which is a separate member from the container and the tube, at the connection portion between the container and the tube. Because the capillary force on one surface is greater than the capillary force on the other surface, the inner space of the connection portion between the container and the tube faces one surface of the partition wall and one surface of the partition wall. A liquid-phase working fluid flow path is formed between the inner surface of the tubular body and the inner surface. Further, the other part, that is, the part between the other surface of the partition wall and the part of the inner surface of the tubular body not facing the one surface of the partition wall, or the part where the peripheral surface is formed by the other surface of the partition wall is a gas phase.
  • the wick structure is not formed on the other surface of the partition wall, the liquid-phase working fluid channel and the gas-phase working fluid channel can be more reliably separated. .
  • the capillary inner surface facing the one surface of the partition wall and the one surface of the partition wall because the capillary force on one surface of the partition wall is the same as or larger than the capillary force of the inner surface of the tube body.
  • the liquid-phase working fluid flow path is more reliably formed between the two parts. Therefore, the flow path of the liquid-phase working fluid and the flow path of the gas-phase working fluid can be more reliably separated.
  • the liquid-phase working fluid can be reliably refluxed from the tube to the bottom of the container inner surface. it can. Therefore, the liquid-phase working fluid can be smoothly returned to the heat receiving portion of the container.
  • the wick structure on one surface of the partition wall is in contact with the inner surface of the tube body on the side far from the heat source, the flow path of the liquid-phase working fluid can be formed more reliably.
  • the distal end portion and the central portion of the tubular body are not provided with a partition wall, thereby reliably separating the liquid-phase working fluid flow path and the gas-phase working fluid flow path.
  • a decrease in the working fluid condensation efficiency can be prevented.
  • the figure is a fragmentary side sectional view of the vapor chamber according to the first embodiment of the present invention, and (b) is an explanatory view of the inside of the vapor chamber according to the first embodiment of the present invention.
  • the figure is a partial side sectional view of the vapor chamber according to the second embodiment of the present invention, and (b) is an explanatory view of the inside of the vapor chamber according to the second embodiment of the present invention.
  • the figure is a partial side sectional view of the vapor chamber according to the third embodiment of the present invention, and (b) is an explanatory view of the inside of the vapor chamber according to the third embodiment of the present invention. It is a partial explanatory view inside a vapor chamber concerning the example of a 4th embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the usage method example of the vapor chamber of this invention.
  • the vapor chamber 1 according to the first embodiment of the present invention includes two opposing plate-like bodies, that is, one plate-like body 11 and one plate.
  • a heating element (not shown), which is an object to be cooled, is thermally connected to the outside of the bottom surface of one plate-like body 11.
  • One plate-like body 11 has a flat plate shape, and the other plate-like body 12 has a flat plate shape. Therefore, the shape of the container 10 is a planar type. One plate-like body 11 has a recess at the center. A concave portion of one plate-like body 11 forms a hollow portion 13 of the container 10.
  • the shape of the container 10 is not particularly limited, but the vapor chamber 1 has a rectangular shape in plan view (viewed from the vertical direction with respect to the flat portion of the vapor chamber 1). The cavity 13 is decompressed by a deaeration process.
  • a tubular body 20 is provided at the other plate-like body 12 corresponding to the hollow portion 13.
  • the shape of the tube body 20 is not particularly limited, but in the vapor chamber 1, the shape in the longitudinal direction is linear, and the shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction is circular.
  • the tube body 20 is erected vertically with respect to the surface of the other plate-like body 12.
  • the end of the tube 20 on the side of the cavity 13 (hereinafter sometimes referred to as “base”) is open, and the end opposite to the cavity 13 (hereinafter also referred to as “tip”). Is blocked. Further, the hollow space 13 and the internal space of the tubular body 20 are in communication with each other, and the internal space of the tubular body 20 is decompressed by the deaeration process, similarly to the hollow space 13.
  • the other plate-like body 12 is formed with a through hole 14 for attaching the tube body 20 to the container 10.
  • the shape and size of the through hole 14 correspond to the shape and size of the tube body 20, and the tube body 20 is inserted into the through hole 14 of the other plate-like body 12 by inserting the base portion of the tube body 20.
  • the other plate-like body 12 is connected. Therefore, the pipe body 20 and the container 10 are made of different members.
  • a method for fixing the tube body 20 attached to the container 10 to the other plate-like body 12 is not particularly limited, and examples thereof include welding, soldering, and brazing.
  • the pipe body 20 and the container 10 are made of different members, the arrangement, shape, dimensions and the like of the pipe body 20 can be freely selected, and the degree of freedom in designing the vapor chamber 1 is improved. Further, in the vapor chamber 1, the tube body 20 can be attached to the container 10 by fitting the tube body 20 into the through hole 14 of the other plate-like body 12, so that assembly is easy.
  • the end of the tubular body 20 on the side of the cavity 13 is not in contact with one plate-like body 11. Therefore, the working fluid can flow between the cavity 13 of the container 10 and the internal space of the pipe body 20.
  • the connecting portion between the container 10 and the tubular body 20, that is, the boundary portion 22 and the boundary portion 22 between the hollow portion 13 of the container 10 and the internal space of the tubular body 20 are shown.
  • a partition wall 30 that is separate from the container 10 and separate from the pipe body 20 is disposed in the vicinity. Accordingly, the partition wall 30 is formed integrally with the container 10 and the pipe body 20 as well as with a separate member (in the vapor chamber 1, the container 10 and the pipe body 20 are integrally formed. Is not integrated, and is a separate member that can be attached and detached.
  • the partition wall 30 is, for example, a plate-like member having a smooth surface such as sheet metal or foil (in the vapor chamber 1, a plate-like plate-like member), and one surface 31 corresponding to the surface of the plate-like member and the plate-like member And the other surface 32 corresponding to the back surface.
  • the partition wall 30 extends in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the tube body 20.
  • the partition wall 30 is disposed at the base of the tube body 20 in the connection portion between the container 10 and the tube body 20, that is, in the internal space of the tube body 20.
  • the partition wall 30 is not extended in the central portion (a portion between the tip portion and the base portion).
  • a first wick structure 33 that generates a capillary force is provided on one surface 31 of the partition wall 30.
  • the wick structure is not provided on the other surface 32 of the partition wall 30. Therefore, among the two surfaces of the partition wall 30, the capillary force of one surface 31 is larger than the capillary force of the other surface 32.
  • metal braids metal meshes which consist of metal powder, such as copper powder, metal wires, such as copper, a metal wire, such as copper, metal braids, such as copper, glass Examples thereof include fibers and metal fibers such as copper.
  • a metal powder sintered body is used as the first wick structure 33.
  • the partition wall 30 is a plate-like member having a smooth surface, so that the plate-like member is exposed on the other surface 32. Therefore, the permeability of the other surface 32 of the partition wall 30 is smaller than the permeability of the first wick structure 33 provided on the one surface 31.
  • the “permeability” means the degree of permeability with respect to a gas phase working fluid and a liquid phase working fluid.
  • a second wick structure 21 that generates a capillary force different from the first wick structure 33 is provided on the inner surface of the tube body 20.
  • the second wick structure 21 is formed so as to cover the entire inner surface of the tube body 20.
  • the capillary force of the first wick structure 33 of the partition wall 30 is equal to or greater than the capillary force of the second wick structure 21 on the inner surface of the tube body 20.
  • the sintered compact of metal powders such as copper powder, the metal mesh which consists of metal wires, a groove, a nonwoven fabric, etc. can be mentioned.
  • a groove that is a narrow groove formed along the longitudinal direction of the tube body 20 is used as the second wick structure 21.
  • the dimension between the one surface 31 and the inner surface portion of the tube body 20 facing the one surface 31 is the same as the other surface 32 and the inner surface portion of the tube body 20 facing the other surface 32.
  • the partition wall 30 is disposed so as to be smaller than the dimension between the two. That is, the partition wall 30 is installed such that one surface 31 is arranged in the inner surface direction of the tube body 20 with respect to the central axis in the circumferential direction of the tube body 20.
  • at least a partial region of the first wick structure 33 provided on the one surface 31 is in contact with the second wick structure 21 of the tube body 20.
  • a region of the first wick structure 33 facing the second wick structure 21 of the tube body 20 is in contact with the second wick structure 21 of the tube body 20. Therefore, no gap is formed between the second wick structure 21 and the first wick structure 33 facing the second wick structure 21.
  • the partition wall 30 is disposed so as to be far from the heating element that is a heat source in the internal space of the tube body 20. Accordingly, when the heating element is thermally connected to the central portion of the container 10, as shown in FIGS. 1A and 1B, the peripheral portion side of the container 10 in the inner space of the tubular body 20. In addition, a partition wall 30 is disposed.
  • the first wick structure 33 is provided so as to cover one surface 31.
  • the first wick structure 33 provided on the one surface 31 is in contact with the inner surface of the one plate-like body 11. That is, the first wick structure 33 is in contact with the bottom of the inner surface of the container 10 that forms the cavity 13.
  • a positioning member 34 is provided at the end of the partition wall 30 on the one plate-like body 11 side.
  • the partition wall 30 is fixed to a predetermined portion inside the tube body 20 by the positioning member 34.
  • the positioning member 34 is not specifically limited, For example, a spring board, screwing, a fitting member (fitting means) etc. can be mentioned.
  • a positioning member 34 including a base 35 integral with the partition wall 30 and a spring plate 36 installed on the base 35 is used in the vapor chamber 1.
  • a base 35 is placed on the bottom (that is, the inner surface of one plate-like body 11) among the inner surfaces of the container 10 constituting the hollow portion 13, and is attached from one plate-like body 11 toward the other plate-like body 12.
  • the partition wall 30 is fixed to a predetermined portion.
  • the first wick structure 33 extends from the partition wall 30 to the base 35.
  • Examples of the material of the container 10 and the pipe body 20 include copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, nickel, nickel alloy, stainless steel, and titanium.
  • Examples of the material of the partition wall 30 include copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, nickel, nickel alloy, stainless steel, titanium, and the like, and may be the same material as the container 10 and / or the tube body 20.
  • the working fluid sealed in the hollow space 13 and the internal space of the tube body 20 can be selected as appropriate according to the compatibility with the material of the partition wall 30, the container 10 and the tube body 20, for example, water, fluorocarbons, Examples thereof include cyclopentane, ethylene glycol, and mixtures thereof.
  • the thickness of the container 10 is not particularly limited, and examples thereof include 1.0 to 5.0 mm.
  • the thicknesses of the one plate-like body 11 and the other plate-like body 12 are not particularly limited.
  • one plate-like body 11 can be 0.9 to 4.7 mm
  • the other plate-like body 12 can be 0.1 to 0.3 mm.
  • the thickness of the cavity 13 is not particularly limited, and examples thereof include 0.4 to 4.8 mm.
  • the thickness of the partition wall 30 is not particularly limited, and examples thereof include 0.1 to 0.3 mm.
  • a heating element which is a body to be cooled, is thermally connected to the back surface of container 10 (the outer surface of one plate-like body 11).
  • the back surface of container 10 the outer surface of one plate-like body 11.
  • heat is transferred from the one plate-like body 11 to the liquid-phase working fluid L in the cavity 13, and the liquid-phase working fluid L is generated in the cavity 13.
  • the phase changes to a gas-phase working fluid G. Since the cavity 13 of the container 10 communicates with the internal space of the pipe body 20 connected to the container 10, the gas phase working fluid G changed in phase from the liquid phase working fluid L is piped from the cavity 13. It flows into the internal space of the body 20.
  • the gas-phase working fluid G that has flowed into the inner space of the tube body 20 releases latent heat inside the tube body 20 and changes into a liquid-phase working fluid L.
  • the working fluid phase-changed from the gas phase to the liquid phase inside the tube body 20 is moved from the central portion and the tip portion of the tube body 20 by the second wick structure 21 on the inner surface of the tube body 20. That is, it returns to the boundary 20 between the hollow portion 13 of the container 10 and the internal space of the tubular body 20 and the vicinity thereof in the tubular body 20.
  • the partition wall 30 provided at the base of the tubular body 20 has one surface 31 and the other surface 32, and the one surface 31 provided with the first wick structure 33 has a capillary force, and the wick The other surface 32 where no structure is provided has no capillary force. Therefore, one surface 31 of the partition wall 30 and one surface of the partition wall 30 in the internal space of the connecting portion between the container 10 and the tubular body 20 due to the difference in capillary force between the one surface 31 side and the other surface 32 side.
  • the liquid-phase working fluid L that is, the second wick structure 21 on the inner surface of the tube body 20 is refluxed from the central portion and the distal end portion to the base portion between the portion of the inner surface of the tube body 20 and the inner surface of the tube body 20.
  • the liquid phase working fluid L and the liquid phase working fluid L) condensed at the base of the tube body 20 are formed. Further, since the partition wall 30 having the first wick structure 33 extends to the bottom of the cavity portion 13, that is, the inner surface of one plate-like body 11, the liquid-phase working fluid L is Through the partition wall 30 having the wick structure 33, reflux is performed from the base of the tube body 20 to the bottom of the cavity 13.
  • the space between the other surface 32 of the partition wall 30 and the inner surface of the tube body 20 not facing the one surface 31 of the partition wall 30 in the internal space of the connection portion between the container 10 and the tube body 20 is a hollow portion.
  • 13 is a flow path of the working fluid G in a gas phase flowing from 13 to the internal space of the tube body 20. Therefore, in the vapor chamber 1, in the internal space of the tube body 20, the flow path of the liquid-phase working fluid L that flows back from the tube body 20 toward the cavity portion 13 and the gas phase flowing from the cavity portion 13 toward the tube body 20.
  • the working fluid G is reliably separated from the flow path.
  • the partition wall 30 also has a difference in permeability between the one surface 31 side and the other surface 32 side, and the flow of the liquid-phase working fluid L returning from the tube body 20 toward the cavity portion 13 and the cavity portion 13. Therefore, the gas-phase working fluid G can be reliably prevented from being scattered by the gas-phase working fluid G.
  • Examples of the third wick structure 15 include a sintered body of metal powder.
  • the magnitude of the capillary force of each wick structure is such that the liquid-phase working fluid L smoothly returns from the tube body 20 to the heat receiving portion of the container 10, so that the third wick structure 15, the first wick structure
  • the structure 33 and the second wick structure 21 are preferably larger in this order.
  • the partition wall 30 causes the liquid-phase working fluid L to flow back from the tube body 20 toward the cavity portion 13 and the gas phase flowing from the cavity portion 13 toward the tube body 20. Therefore, the flow resistance of the gas-phase working fluid G and the liquid-phase working fluid L is reduced in the internal space of the connection portion between the container 10 and the pipe body 20.
  • the liquid-phase working fluid L can be prevented from being scattered by the gas-phase working fluid G, and the liquid-phase working fluid L can be smoothly recirculated. Therefore, the vapor chamber 1 can exhibit excellent heat transport characteristics.
  • the flow path of the liquid-phase working fluid L and the flow path of the gas-phase working fluid G are reliably separated. The pool of the working fluid L of the phase can be prevented.
  • the capillary force of the first wick structure 33 of the partition wall 30 is the same as or greater than the capillary force of the second wick structure 21 of the tube 20.
  • the flow path of the liquid-phase working fluid L is more reliably formed between the one surface 31 of the partition wall 30 and the inner surface of the tubular body 20. Therefore, the flow path of the liquid-phase working fluid L and the flow path of the gas-phase working fluid G can be more reliably separated.
  • the capillary force of the first wick structure 33 of the partition wall 30 is larger than the capillary force of the second wick structure 21 of the tube body 20, the flow path of the liquid-phase working fluid L and the operation of the gas phase Separation of the fluid G from the flow path can be further promoted.
  • the first wick structure 33 of the partition wall 30 is in contact with the bottom of the cavity 13 to which the heating element is thermally connected.
  • the fluid L can be reliably returned to the region where the heating element on the inner surface of the container 10 is thermally connected.
  • the partition wall 33 is not provided at the distal end portion and the central portion of the tube body 20, the flow of the liquid-phase working fluid L at the base portion of the tube body 20. It is possible to obtain excellent working fluid condensation efficiency in the tube body 20 (the front end portion and the center portion of the tube body 20) while reliably separating the passage and the flow path of the gas-phase working fluid G.
  • the partition wall 30 is not a block shape but a plate-like member, so that a sufficient flow path for the gas-phase working fluid G can be secured. Can smooth the flow.
  • the partition wall 30 is a flat plate-like member. That is, the shape on the one surface 31 side of the partition wall 30 is a member that does not correspond to the shape on the inner surface side of the portion of the tubular body 20 facing the one surface 31, but instead of this, FIG. ) And (b), in the vapor chamber 2 according to the second embodiment, the shape on the one surface 31 side of the partition wall 30 is the shape on the inner surface side of the portion of the tubular body 20 facing the one surface 31. It is the aspect corresponding to.
  • the inner surface side shape perpendicular to the longitudinal direction of the tube body 20 is a circle having a predetermined radius of curvature, and correspondingly, the plane on the one surface 31 side of the partition wall 30.
  • the shape in view is an arc shape having the same radius of curvature as the predetermined radius of curvature.
  • Examples of the partition wall 30 of the vapor chamber 2 include a member obtained by cutting a tubular member having an outer surface provided with the first wick structure 33 having the same radius of curvature as the predetermined radius of curvature along the longitudinal direction. it can.
  • the entire region of the first wick structure 33 of the partition wall 30 facing the second wick structure 21 of the tubular body 20 can be in contact with the second wick structure 21.
  • a vapor chamber according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the same components as those in the vapor chambers according to the first and second embodiments will be described using the same reference numerals.
  • the first wick structure 33 is provided as the partition wall 30.
  • a tubular member whose outer surface has the same radius of curvature as the predetermined radius of curvature may be used as it is. That is, as the partition wall 30, a member that does not cut a tubular member having an outer surface provided with the first wick structure 33 and having the same radius of curvature as the predetermined radius of curvature may be used.
  • the inner surface of the tubular member that is the partition wall 30 is the other surface 32. Therefore, the internal space of the tubular member becomes a flow path for the gas-phase working fluid G. Therefore, in order to allow the gas-phase working fluid G to flow from the cavity portion 13 into the inner space of the tube body 20, the tubular member has an opening 37 for communicating the cavity portion 13 and the inner space of the tube body 20. Is provided. Also in the vapor chamber 3, the entire region of the first wick structure 33 of the partition wall 30 that faces the second wick structure 21 of the tube body 20 is in contact with the second wick structure 21. .
  • the entire circumferential inner surface of the base portion of the tube body 20 serves as a flow path for the liquid-phase working fluid L. Therefore, the flow path for the liquid-phase working fluid L is changed from the flow path for the gas-phase working fluid G.
  • the flow path of the liquid-phase working fluid L can be more sufficiently ensured while separating more reliably.
  • a mode in which the partition wall 30 is inserted and fitted into the inner surface of the tube body 20 can be cited.
  • a vapor chamber according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the same components as those in the vapor chambers according to the first to third embodiments will be described using the same reference numerals.
  • the first wick structure 33 is provided on the one surface 31 in which the first wick structure 33 is provided in the partition wall 30 which is a plate-like member such as sheet metal or foil. 33 was in contact with the second wick structure 21 of the tube body 20.
  • a partition wall 50 is formed by laminating a plurality of flexible members 53, and one surface 31 is a tubular body. It is in contact with the 20 second wick structures 21 by pressure contact or the like. And the part extended to the bottom part of the cavity part 13 of one surface 31 can contact in the state which became familiar with the 3rd wick structure 15 because the member 53 has flexibility.
  • the partition wall 50 since the partition wall 50 has excellent contact with the third wick structure 15, the liquid-phase working fluid L smoothly returns from the base portion of the tube body 20 to the heat receiving portion of the container 10. it can.
  • the flow path of the liquid-phase working fluid L that recirculates from the tube body 20 toward the cavity portion 13 by the flexible partition wall 50 and the operation of the gas phase that flows from the cavity portion 13 toward the tube body 20.
  • the flow path of the fluid G is separated.
  • the partition wall 50 has one surface 31 and the other surface 32, and the permeability on the other surface 32 is smaller than the permeability on the one surface 31. Since the permeability on the other surface 32 is smaller than the permeability on the one surface 31, the flow of the gas-phase working fluid G flowing from the cavity 13 toward the tube 20 causes the tube 20 to move toward the cavity 13. It is possible to prevent the flow of the flowing liquid-phase working fluid L from being inhibited, and to prevent the liquid-phase working fluid L from being scattered.
  • the partition wall 50 is more flexible than the container 10. Therefore, when the partition wall 50 is installed at the boundary portion 22 between the cavity portion 13 and the internal space of the pipe body 20, the partition wall 50 has high accuracy. Even if a high dimension is not provided, by providing a predetermined dimension that is equal to or greater than the dimension between the base of the tube body 20 and the inner surface of the one plate-like body 11, the bottom of the cavity portion 13, that is, one plate-like shape.
  • the partition wall 50 can be reliably brought into contact with the inner surface of the body 11. Therefore, in the vapor chamber 4, the liquid-phase working fluid L can be reliably refluxed from the tube body 20 to the inner surface of the one plate-like body 11.
  • a mesh laminated member in which a plurality of (four in the vapor chamber 4) mesh members are laminated may be mentioned. That is, as the member 53 having flexibility, a mesh member can be exemplified. Moreover, as a mesh member, metal mesh members, such as copper, can be mentioned, for example, A metal mesh laminated member can be mentioned as a mesh laminated member.
  • the metal mesh laminated member has flexibility and elasticity, and the metal mesh laminated member is fixed over the inner surface of the tubular body 20 and one plate-like body 11 by its own elasticity. Therefore, it is not necessary to provide a positioning member, and the number of parts can be reduced.
  • one surface 31 of the partition wall 50 may or may not be bonded to the second wick structure 21 of the tubular body 20 as necessary.
  • the same metal mesh member may be laminated, or two or more metal mesh members may be laminated.
  • the permeability on the other surface 32 is made smaller than the permeability on the one surface 31.
  • the metal mesh member from which the porosity differs for example is mentioned.
  • the aspect in which the porosity of the metal mesh member constituting the other surface 32 is smaller than the porosity of the metal mesh member constituting the one surface 31 is exemplified. According to this aspect, the permeability on the other surface 32 can be surely made smaller than the permeability on the one surface 31.
  • a capillary force is applied to one surface 31 and the other surface 32, respectively.
  • the manufacturing method of a metal mesh laminated member is not specifically limited, For example, it can manufacture by compressing and bonding the laminated metal mesh member.
  • the partition 50 may be other mesh laminated members such as synthetic fibers in addition to the metal mesh laminated member.
  • the partition wall 50 may be a member obtained by laminating a plurality of metal braids such as copper or a member obtained by laminating a plurality of nonwoven fabrics, instead of the mesh laminated member.
  • a sintered body of a metal powder such as copper powder, a metal mesh such as copper, a metal braid such as copper, a nonwoven fabric, glass fiber, copper, etc. Metal fibers may be provided.
  • the partition wall 50 may be more flexible than the container 10, and may have a mode in which the permeability on the other surface 32 is smaller than the permeability on the one surface 31.
  • a heating element (not shown) is thermally connected to the outer surface of one plate-like body 11 of the container 10, that is, the back surface of the container 10, and the other plate-like body 12 of the container 10.
  • the aspect which attaches a heat exchanging means (in FIG. 5, the several thermal radiation fin 100) to the several pipe body 20 attached to (1) is mentioned. That is, the usage method which connects a heat exchange means to the pipe body 20 of the vapor chamber 1 is mentioned.
  • a method for attaching the radiating fin 100 to the vapor chamber 1 for example, there is a method in which a hole corresponding to the size, shape and position of the tubular body 20 is provided in the radiating fin 100 and the tubular body is fitted into the hole. Can be mentioned. Heat from the heating element transported from the container 10 to the tube body 20 is released to the outside environment of the vapor chamber 1 through the radiation fins 100.
  • the wick structure is not provided on the other surface of the partition wall, but instead, the capillary tube is more than the first wick structure on one surface. If the wick structure has a small force, a wick structure may be provided on the other surface as necessary.
  • the partition wall does not extend at the distal end portion and the central portion of the tubular body.
  • the tubular body You may extend a partition to the front-end
  • the shape of the tube body in the longitudinal direction is linear, but instead of this, a shape having a bent portion such as an L shape may be used.
  • the shape perpendicular to the longitudinal direction of the tube body is circular, but may be flat, elliptical, or the like.
  • the shape of the container in plan view is rectangular, but can be changed as appropriate according to usage conditions and the like, and may be, for example, circular.
  • the container is a flat type.
  • a tubular container may be used, and the shape perpendicular to the longitudinal direction of the tubular container is There is no particular limitation, and examples thereof include a circle, an ellipse, a polygon, and a rounded rectangle.
  • the tubular container may be a flat container that has been flattened.
  • the vapor chamber of the present invention reduces the flow resistance of the liquid-phase working fluid, prevents the liquid-phase working fluid from being scattered by the gas-phase working fluid, and facilitates the recirculation of the liquid-phase working fluid. Since it exhibits excellent heat transport characteristics, it can be used in a wide range of fields. For example, it can be used for cooling a heating element mounted on an electronic device such as a vehicle or a personal computer.

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Abstract

気相の作動流体及び液相の作動流体の流動抵抗を低減し、また、気相の作動流体による液相の作動流体の飛散を防止して、優れた熱輸送特性を発揮するベーパーチャンバを提供する。　中空の空洞部が形成されたコンテナと、前記コンテナに接続された、前記空洞部と内部空間の連通した管体と、前記空洞部から前記管体内部までの空間に封入された作動流体と、を有し、前記コンテナと前記管体との接続部に、前記コンテナ及び前記管体と別体である隔壁が設けられているベーパーチャンバ。

Description

ベーパーチャンバ
　本発明は、液相の作動流体と気相の作動流体の流動抵抗を低減することで、優れた熱輸送特性を発揮するベーパーチャンバに関するものである。
　電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高機能化に伴う高密度搭載等により、発熱量が増大し、近年、その冷却がより重要となっている。電子部品等の発熱体の冷却方法として、ベーパーチャンバが使用されることがある。
　発熱体を効率的に冷却するためには、ベーパーチャンバの放熱効率を向上させることが要求される。そこで、平面型コンテナである第１のチャンバと、該第１のチャンバの内部と連通した熱伝導性のシリンダーである複数の第２のチャンバと、該第１のチャンバと該第２のチャンバ内部を流通できる作動流体と、を備えたベーパーチャンバが提案されている（特許文献１）。
　特許文献１では、第２のチャンバの基部から先端部の方向へ気相の作動流体が流れる間に、作動流体が気相から液相へ相変化することで、第１のチャンバと熱的に接続された発熱体由来の熱が第２のチャンバからベーパーチャンバの外部へ放出される。第２のチャンバにて気相から液相へ相変化した作動流体は、第２のチャンバ内面に形成されたウィック構造体によって、第２のチャンバの先端部から基部の方向へ還流されて第１のチャンバへ返送される。
　しかしながら、特許文献１では、第２のチャンバ内部における、気相の作動流体の流路と液相の作動流体の流路との分離が不十分であることから、作動流体の流れに抵抗が生じてしまい、また、液相の作動流体は気相の作動流体の流れの勢いによって飛散してしまうことがあるので、熱輸送効率が十分ではないという問題があった。
米国特許出願公開第２０１６／０２２７６７２号明細書
　上記事情に鑑み、本発明は、気相の作動流体及び液相の作動流体の流動抵抗を低減し、また、気相の作動流体による液相の作動流体の飛散を防止して、液相の作動流体の還流を円滑化することで、優れた熱輸送特性を発揮するベーパーチャンバを提供することを目的とする。
　本発明の態様は、中空の空洞部が形成されたコンテナと、前記コンテナに接続された、前記空洞部と内部空間の連通した管体と、前記空洞部から前記管体内部までの空間に封入された作動流体と、を有し、前記コンテナと前記管体との接続部に、前記コンテナ及び前記管体と別体である隔壁が設けられているベーパーチャンバである。
　上記態様では、コンテナ外面に被冷却体である発熱体が熱的に接続され、また、コンテナには管体が取り付けられている。コンテナの内部空間である空洞部と管体の内部空間は連通しているので、作動流体は、空洞部から管体内部にわたって形成された空間に封入されることとなる。また、管体の内部空間は、空洞部と同様に、脱気処理により減圧された状態となっている。
　また、上記態様では、ベーパーチャンバの内部空間のうち、コンテナと管体との接続部に、コンテナ及び管体に対して別体である隔壁が設けられている。ここで、「別体」とは、コンテナと管体に対して別部材であることを意味する。
　本発明の態様は、前記隔壁が、可撓性を有するベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記隔壁が、一方の面と他方の面を有し、前記他方の面における透過性が前記一方の面における透過性よりも小さいベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記隔壁が、複数のメッシュ部材が積層されたメッシュ積層部材であるベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記メッシュ積層部材が、同一のメッシュ部材で形成されたベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記メッシュ積層部材が、少なくとも２種のメッシュ部材で形成されたベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記隔壁は、一方の面と他方の面を有し、前記一方の面に毛細管力を生じるウィック構造体が形成され、前記一方の面の毛細管力が、前記他方の面の毛細管力よりも大きいベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記コンテナが、一方の板状体と該一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成されたベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記隔壁の前記他方の面に、ウィック構造体が形成されていないベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記隔壁の前記一方の面の毛細管力の大きさが、前記管体内面の毛細管力の大きさ以上であるベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記隔壁の前記一方の面側の形状が、該一方の面と対向する前記管体の部位の内面側形状に対応しているベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記隔壁の前記一方の面のウィック構造体が、前記コンテナ内面の底部に接しているベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記隔壁の前記一方の面のウィック構造体が、熱源から遠い側の前記管体内面と接しているベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記管体の先端部に、前記隔壁が設けられていないベーパーチャンバである。
　本発明の態様は、前記管体の先端部及び中央部に、前記隔壁が設けられていないベーパーチャンバである。
　上記態様では、隔壁は、管体がコンテナに取り付けられている部位、すなわち、管体の基部にのみ隔壁が設けられている。
　本発明の態様によれば、コンテナと管体との接続部に、コンテナ及び管体と別体である隔壁が設けられていることにより、液相の作動流体の流路と気相の作動流体の流路とが分離される。よって、気相の作動流体及び液相の作動流体の流動抵抗を低減し、また、気相の作動流体による液相の作動流体の飛散を防止して、液相の作動流体の還流を円滑化することで、優れた熱輸送特性を発揮する。
　本発明の態様によれば、隔壁の他方の面における透過性が一方の面における透過性よりも小さいことにより、空洞部から管体へ流れる気相の作動流体の流れによって、管体から空洞部へ還流する液相の作動流体の流れが阻害されることをより確実に防止でき、また、液相の作動流体が飛散してしまうことをより確実に防止できる。
　本発明の態様によれば、ベーパーチャンバの内部空間のうち、コンテナと管体との接続部に、コンテナ及び管体とは別体の部材である、一方の面と他方の面とを有する隔壁が設けられ、一方の面の毛細管力が他方の面の毛細管力よりも大きいことにより、コンテナと管体との接続部の内部空間のうち、隔壁の一方の面と隔壁の一方の面に対向する管体内面の部位との間に、液相の作動流体の流路が形成される。また、それ以外の部位、すなわち、隔壁の他方の面と隔壁の一方の面に対向しない管体内面の部位との間、または隔壁の他方の面によって周面が形成される部位が、気相の作動流体の流路となる。よって、コンテナと管体との接続部の内部空間において、液相の作動流体の流路と気相の作動流体の流路とが確実に分離される。従って、コンテナと管体との接続部の内部空間において、気相の作動流体及び液相の作動流体の流動抵抗を低減でき、また、気相の作動流体による液相の作動流体の飛散を防止して、液相の作動流体の還流を円滑化するので、優れた熱輸送特性を発揮できる。また、コンテナと管体との接続部の内部空間において、液相の作動流体の流路と気相の作動流体の流路とが確実に分離されるので、上記接続部における液相の作動流体の液溜まりを防止できる。
　本発明の態様によれば、隔壁の他方の面にはウィック構造体が形成されていないことにより、液相の作動流体の流路と気相の作動流体の流路とをより確実に分離できる。
　本発明の態様によれば、隔壁の一方の面の毛細管力が、管体内面の毛細管力と同じか、または大きいことにより、隔壁の一方の面と隔壁の一方の面に対向する管体内面の部位との間に、より確実に液相の作動流体の流路が形成される。従って、液相の作動流体の流路と気相の作動流体の流路をより確実に分離できる。
　本発明の態様によれば、隔壁の一方の面のウィック構造体が、コンテナ内面の底部に接していることにより、液相の作動流体を管体からコンテナ内面の底部まで確実に還流させることができる。従って、コンテナの受熱部に円滑に液相の作動流体を還流させることができる。
　本発明の態様によれば、隔壁の一方の面のウィック構造体が、熱源から遠い側の管体内面と接していることにより、より確実に液相の作動流体の流路が形成できる。
　本発明の態様によれば、管体の先端部及び中央部には、隔壁が設けられていないことにより、液相の作動流体の流路と気相の作動流体の流路とを確実に分離しつつ、作動流体の凝縮効率の低下を防止できる。
（a）図は、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの部分側面断面図、（b）図は、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバ内部の説明図である。 （a）図は、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの部分側面断面図、（b）図は、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバ内部の説明図である。 （a）図は、本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバの部分側面断面図、（b）図は、本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバ内部の説明図である。 本発明の第４実施形態例に係るベーパーチャンバ内部の部分説明図である。 本発明のベーパーチャンバの使用方法例の説明図である。
　以下に、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。図１（a）、（b）に示すように、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１は、対向する２枚の板状体、すなわち、一方の板状体１１と一方の板状体１１と対向する他方の板状体１２とを重ねることにより空洞部１３が形成されたコンテナ１０と、他方の板状体１２に接続された、空洞部１３と内部空間の連通した管体２０と、空洞部１３から管体２０内部までの空間に封入された作動流体とを有している。一方の板状体１１の底面外側に、被冷却体である発熱体（図示せず）が、熱的に接続される。
　一方の板状体１１は平板状であり、また、他方の板状体１２も平板状である。従って、コンテナ１０の形状は平面型である。一方の板状体１１には、その中央部に、凹部が形成されている。一方の板状体１１の凹部がコンテナ１０の空洞部１３を形成している。コンテナ１０の形状は、特に限定されないが、ベーパーチャンバ１では、平面視（ベーパーチャンバ１の平面部に対して鉛直方向からの視認）が矩形状となっている。空洞部１３は、脱気処理により減圧されている。
　空洞部１３に対応する他方の板状体１２の部位には、管体２０が設けられている。管体２０の形状は、特に限定されないが、ベーパーチャンバ１では、長手方向の形状は直線状であり、長手方向に対して直交方向の形状は円形となっている。管体２０は、他方の板状体１２の表面に対して鉛直に立設されている。
　管体２０の空洞部１３側端部（以下、「基部」ということがある。）は開口しており、空洞部１３とは反対の端部（以下、「先端部」ということがある。）は閉塞している。また、空洞部１３と管体２０の内部空間は連通しており、管体２０の内部空間は、空洞部１３と同様に、脱気処理により減圧されている。
　図１（a）、（b）に示すように、他方の板状体１２には、管体２０をコンテナ１０に取り付けるための貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４の形状と寸法は、管体２０の形状と寸法に対応しており、管体２０の基部が、他方の板状体１２の貫通孔１４に嵌挿されることで、管体２０が他方の板状体１２に接続されている。従って、管体２０とコンテナ１０は、別の部材からなっている。コンテナ１０に取り付けた管体２０を他方の板状体１２に固定する方法としては、特に限定されないが、例えば、溶接、はんだ付け、ろう付け等を挙げることができる。
　管体２０とコンテナ１０は別の部材からなっているので、管体２０の配置や形状、寸法等を自由に選択でき、ベーパーチャンバ１の設計の自由度が向上する。また、ベーパーチャンバ１では、他方の板状体１２の貫通孔１４に管体２０を嵌挿することで、管体２０をコンテナ１０に取り付けることができるので、組み立てが容易である。
　また、図１（a）、（b）に示すように、管体２０の空洞部１３側端部は、一方の板状体１１と接していない。従って、作動流体は、コンテナ１０の空洞部１３と管体２０の内部空間との間で流通可能となっている。
　図１（a）、（b）に示すように、コンテナ１０と管体２０との接続部、すなわち、コンテナ１０の空洞部１３と管体２０の内部空間との境界部２２及び境界部２２の近傍に、コンテナ１０と別体であり、且つ管体２０とも別体である隔壁３０が配置されている。従って、隔壁３０は、コンテナ１０に対しても、また、管体２０に対しても、別部材（ベーパーチャンバ１では、コンテナ１０に対しても、また、管体２０に対しても、一体成形も一体化もされておらず、着脱可能な別部材）となっている。隔壁３０は、例えば、板金、箔等の表面が平滑な板状部材（ベーパーチャンバ１では、平板状の板状部材）であり、板状部材の表面に相当する一方の面３１と板状部材の裏面に相当する他方の面３２とを有している。
　隔壁３０は、管体２０の長手方向に対して略平行方向に延在している。なお、ベーパーチャンバ１では、コンテナ１０と管体２０との接続部、すなわち、管体２０の内部空間のうち、管体２０の基部に隔壁３０が配置されているが、管体２０の先端部及び中央部（先端部と基部の間の部位）には、隔壁３０は延在していない態様となっている。
　隔壁３０の一方の面３１には、毛細管力を生じる第１のウィック構造体３３が設けられている。一方で、隔壁３０の他方の面３２には、ウィック構造体は設けられていない。従って、隔壁３０の２つの面のうち、一方の面３１の毛細管力は、他方の面３２の毛細管力よりも大きい態様となっている。第１のウィック構造体３３としては、特に限定されないが、例えば、銅粉等の金属粉の焼結体、銅等の金属線からなる金属メッシュ、グルーブ、不織布、銅等の金属編組体、ガラス繊維、銅等の金属繊維等を挙げることができる。なお、ベーパーチャンバ１では、第１のウィック構造体３３として、金属粉の焼結体が用いられている。
　また、ベーパーチャンバ１では、隔壁３０は、表面が平滑な板状部材なので、他方の面３２には板状部材が露出している。よって、隔壁３０の他方の面３２の透過性は、一方の面３１に設けられた第１のウィック構造体３３の透過性よりも小さい態様となっている。なお、「透過性」とは、気相の作動流体及び液相の作動流体に対する透過度の程度を意味する。
　一方で、管体２０の内面には、第１のウィック構造体３３とは異なる、毛細管力を生じる第２のウィック構造体２１が設けられている。ベーパーチャンバ１では、第２のウィック構造体２１は、管体２０の内面全体を覆うように形成されている。隔壁３０の第１のウィック構造体３３の毛細管力は、管体２０内面の第２のウィック構造体２１の毛細管力と同等以上の大きさとなっている。第２のウィック構造体２１としては、特に限定されないが、例えば、銅粉等の金属粉の焼結体、金属線からなる金属メッシュ、グルーブ、不織布等を挙げることができる。なお、ベーパーチャンバ１では、第２のウィック構造体２１として、管体２０の長手方向に沿って形成された細溝であるグルーブが用いられている。
　また、ベーパーチャンバ１では、一方の面３１と一方の面３１に対向する管体２０内面の部位との間の寸法が、他方の面３２と他方の面３２に対向する管体２０内面の部位との間の寸法よりも小さくなるように、隔壁３０が配置されている。すなわち、一方の面３１が管体２０の周方向の中心軸よりも管体２０の内面方向に配置されるように、隔壁３０が設置されている。なお、ベーパーチャンバ１では、一方の面３１上に設けられた第１のウィック構造体３３の少なくとも一部領域は、管体２０の第２のウィック構造体２１と接している。ベーパーチャンバ１では、第１のウィック構造体３３のうち、管体２０の第２のウィック構造体２１と対向する領域が、管体２０の第２のウィック構造体２１と接している。従って、第２のウィック構造体２１と第２のウィック構造体２１に対向する第１のウィック構造体３３との間には、隙間部は形成されていない。
　また、隔壁３０は、管体２０の内部空間のうち、熱源である発熱体から遠くなるように配置されている。従って、コンテナ１０の中央部に発熱体が熱的に接続される場合には、図１（a）、（b）に示すように、管体２０の内部空間のうち、コンテナ１０の周縁部側に、隔壁３０が配置される。
　第１のウィック構造体３３は、一方の面３１を覆うように設けられている。一方の面３１上に設けられた第１のウィック構造体３３は、一方の板状体１１の内面に接している。すなわち、第１のウィック構造体３３は、空洞部１３を構成するコンテナ１０内面のうち、底部に接している。
　図１（a）に示すように、隔壁３０の、一方の板状体１１側の端部には、位置決め部材３４が備えられている。位置決め部材３４によって、隔壁３０が、管体２０内部の所定部位に固定される。位置決め部材３４は、特に限定されないが、例えば、バネ板、ネジ止め、嵌合部材（嵌合手段）等を挙げることができる。ベーパーチャンバ１では、隔壁３０と一体であるベース３５とベース３５上に設置されたバネ板３６とを備えた位置決め部材３４を用いている。空洞部１３を構成するコンテナ１０内面のうち、底部（すなわち、一方の板状体１１の内面）に、ベース３５を載置し、一方の板状体１１から他方の板状体１２方向へ付勢されたバネ板３６を他方の板状体１２の内面に当接させることで、隔壁３０が所定部位に固定されている。なお、図１（a）では、隔壁３０からベース３５まで第１のウィック構造体３３が延在している。
　コンテナ１０及び管体２０の材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス、チタン等を挙げることができる。また、隔壁３０の材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス、チタン等を挙げることができ、コンテナ１０及び／または管体２０と同じ材料としてもよい。空洞部１３及び管体２０の内部空間に封入する作動流体としては、隔壁３０、コンテナ１０及び管体２０の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、フルオロカーボン類、シクロペンタン、エチレングリコール、これらの混合物等を挙げることができる。
　コンテナ１０の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、１．０～５．０ｍｍを挙げることができ、一方の板状体１１と他方の板状体１２の厚さは、特に限定されないが、例えば、一方の板状体１１は０．９～４．７ｍｍ、他方の板状体１２は０．１～０．３ｍｍを挙げることができる。また、空洞部１３の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．４～４．８ｍｍを挙げることができる。隔壁３０の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１～０．３ｍｍを挙げることができる。
　次に、図１（a）、（b）を用いて、ベーパーチャンバ１の熱輸送システムについて説明する。コンテナ１０の裏面（一方の板状体１１の外面）に被冷却体である発熱体が熱的に接続される。一方の板状体１１が発熱体から受熱すると、一方の板状体１１から空洞部１３の液相の作動流体Ｌへ熱が伝達されて、空洞部１３にて、液相の作動流体Ｌが気相の作動流体Ｇへと相変化する。コンテナ１０の空洞部１３とコンテナ１０に接続された管体２０の内部空間とが連通しているので、液相の作動流体Ｌから相変化した気相の作動流体Ｇは、空洞部１３から管体２０の内部空間へ流入する。管体２０の内部空間へ流入した気相の作動流体Ｇは、管体２０内部にて潜熱を放出して、液相の作動流体Ｌへ相変化する。管体２０内部にて気相から液相に相変化した作動流体は、管体２０内面の第２のウィック構造体２１によって、管体２０の中央部及び先端部から、管体２０の基部（すなわち、管体２０のうち、コンテナ１０の空洞部１３と管体２０の内部空間との境界部２２及びその近傍）へ還流する。
　管体２０の基部に設けられた隔壁３０は、一方の面３１と他方の面３２とを有し、第１のウィック構造体３３が設けられた一方の面３１は毛細管力を有し、ウィック構造体が設けられていない他方の面３２は毛細管力を有さない。よって、一方の面３１側と他方の面３２側の毛細管力の差により、コンテナ１０と管体２０との接続部の内部空間のうち、隔壁３０の一方の面３１と隔壁３０の一方の面３１に対向する管体２０内面の部位との間に、液相の作動流体Ｌ（すなわち、管体２０内面の第２のウィック構造体２１によって管体２０の中央部及び先端部から基部へ還流された液相の作動流体Ｌ、及び管体２０の基部にて凝結した液相の作動流体Ｌ）の流路が形成される。また、第１のウィック構造体３３を有する隔壁３０は、空洞部１３の底部、すなわち、一方の板状体１１の内面まで延在しているので、液相の作動流体Ｌは、第１のウィック構造体３３を有する隔壁３０を介して、管体２０の基部から空洞部１３の底部まで還流する。
　一方で、コンテナ１０と管体２０との接続部の内部空間のうち、隔壁３０の他方の面３２と隔壁３０の一方の面３１に対向しない管体２０内面の部位との間が、空洞部１３から管体２０の内部空間へ流入する気相の作動流体Ｇの流路となる。従って、ベーパーチャンバ１では、管体２０基部の内部空間において、管体２０から空洞部１３方向へ還流する液相の作動流体Ｌの流路と、空洞部１３から管体２０方向へ流れる気相の作動流体Ｇの流路と、が確実に分離されている。
　また、ウィック構造体が設けられていない他方の面３２の透過性は、一方の面３１に設けられた第１のウィック構造体３３の透過性よりも小さい。よって、隔壁３０は、一方の面３１側と他方の面３２側の透過性の差の点でも、管体２０から空洞部１３方向へ還流する液相の作動流体Ｌの流れと、空洞部１３から管体２０方向へ流れる気相の作動流体Ｇの流れとを確実に分離でき、気相の作動流体Ｇによって、液相の作動流体Ｌが飛散してしまうことを確実に防止できる。
　空洞部１３の内部には、第１のウィック構造体３３及び第２のウィック構造体２１とは異なる第３のウィック構造体１５が設けられているので、管体２０の基部から空洞部１３の底部まで還流した液相の作動流体Ｌは、第３のウィック構造体１５を介して、空洞部１３の、発熱体が熱的に接続された領域まで還流する。
　第３のウィック構造体１５としては、例えば、金属粉の焼結体等を挙げることができる。なお、各ウィック構造体の毛細管力の大きさは、液相の作動流体Ｌが管体２０からコンテナ１０の受熱部へ円滑に還流する点から、第３のウィック構造体１５、第１のウィック構造体３３、第２のウィック構造体２１の順に大きいことが好ましい。
　第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、隔壁３０によって、管体２０から空洞部１３方向へ還流する液相の作動流体Ｌの流路と、空洞部１３から管体２０方向へ流れる気相の作動流体Ｇの流路と、が確実に分離されているので、コンテナ１０と管体２０との接続部の内部空間において、気相の作動流体Ｇ及び液相の作動流体Ｌの流動抵抗を低減でき、また、気相の作動流体Ｇによる液相の作動流体Ｌの飛散を防止して、液相の作動流体Ｌの還流を円滑化できる。よって、ベーパーチャンバ１では、優れた熱輸送特性を発揮できる。また、コンテナ１０と管体２０との接続部の内部空間において、液相の作動流体Ｌの流路と気相の作動流体Ｇの流路とが確実に分離されるので、上記接続部における液相の作動流体Ｌの液溜まりを防止できる。
　また、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、隔壁３０の第１のウィック構造体３３の毛細管力が、管体２０の第２のウィック構造体２１の毛細管力と同じか、または大きいので、隔壁３０の一方の面３１と管体２０内面との間に、より確実に液相の作動流体Ｌの流路が形成される。従って、より確実に、液相の作動流体Ｌの流路と気相の作動流体Ｇの流路を分離できる。なお、隔壁３０の第１のウィック構造体３３の毛細管力が、管体２０の第２のウィック構造体２１の毛細管力より大きいことにより、液相の作動流体Ｌの流路と気相の作動流体Ｇの流路との分離をより促進できる。
　また、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、隔壁３０の第１のウィック構造体３３が、発熱体が熱的に接続される空洞部１３の底部に接しているので、液相の作動流体Ｌを確実にコンテナ１０内面の発熱体が熱的に接続される領域に還流させることができる。
　さらに、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、管体２０の先端部及び中央部には、隔壁３３が設けられていないので、管体２０の基部にて液相の作動流体Ｌの流路と気相の作動流体Ｇの流路とを確実に分離しつつ、管体２０（管体２０の先端部及び中央部）において優れた作動流体の凝縮効率を得ることができる。
　また、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、隔壁３０は、ブロック状ではなく板状部材なので、気相の作動流体Ｇの流路を十分に確保でき、結果、気相の作動流体Ｇの流れを円滑化できる。
　次に、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　隔壁３０の第１のウィック構造体３３が管体２０の第２のウィック構造体２１と接している第１実施形態例に係るベーパーチャンバでは、隔壁３０は、平板状の板状部材であった、すなわち、隔壁３０の一方の面３１側の形状は一方の面３１と対向する管体２０の部位の内面側形状に対応していない部材であったが、これに代えて、図２（a）、（b）に示すように、第２実施形態例に係るベーパーチャンバ２では、隔壁３０の一方の面３１側の形状は、一方の面３１と対向する管体２０の部位の内面側形状に対応した態様となっている。
　つまり、ベーパーチャンバ２では、管体２０の長手方向に対して直交方向の内面側形状は、所定の曲率半径を有する円形であり、これに対応して、隔壁３０の一方の面３１側の平面視における形状は、上記所定の曲率半径と同じ曲率半径を有する円弧状となっている。
　ベーパーチャンバ２の隔壁３０としては、例えば、第１のウィック構造体３３を設けた外面が上記所定の曲率半径と同じ曲率半径を有する管状部材を、長手方向に沿って切断した部材を挙げることができる。
　ベーパーチャンバ２では、隔壁３０の第１のウィック構造体３３のうち、管体２０の第２のウィック構造体２１と対向する領域の全体が、第２のウィック構造体２１と接することができるので、気相の作動流体Ｇの流路から液相の作動流体Ｌの流路をより確実に分離しつつ、液相の作動流体Ｌの流路を十分に確保できる。
　なお、ベーパーチャンバ２では、隔壁３０の固定方法として、例えば、隔壁３０の端部を空洞部１３の底部に形成した溝部（図示せず）に嵌合する態様を挙げることができる。
　次に、本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。なお、第１～第２実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　第２実施形態例に係るベーパーチャンバでは、隔壁３０として、第１のウィック構造体３３を設けた外面が上記所定の曲率半径と同じ曲率半径を有する管状部材を、長手方向に沿って切断した部材を用いたが、これに代えて、図３（a）、（b）に示すように、第３実施形態例に係るベーパーチャンバ３では、隔壁３０として、第１のウィック構造体３３を設けた外面が上記所定の曲率半径と同じ曲率半径を有する管状部材を、そのまま用いてもよい。すなわち、隔壁３０として、第１のウィック構造体３３を設けた外面が上記所定の曲率半径と同じ曲率半径を有する管状部材を長手方向に沿って切断しない部材を用いてもよい。
　ベーパーチャンバ３では、隔壁３０である管状部材の内面が、他方の面３２となる。従って、管状部材の内部空間が、気相の作動流体Ｇの流路となる。よって、気相の作動流体Ｇを空洞部１３から管体２０の内部空間へ流入させるために、管状部材には、空洞部１３と管体２０の内部空間とを連通させるための開口部３７が設けられている。また、ベーパーチャンバ３でも、隔壁３０の第１のウィック構造体３３のうち、管体２０の第２のウィック構造体２１と対向する領域の全体が、第２のウィック構造体２１と接している。
　ベーパーチャンバ３では、管体２０基部の周方向の内面全体が、液相の作動流体Ｌの流路となるので、気相の作動流体Ｇの流路から液相の作動流体Ｌの流路をより確実に分離しつつ、液相の作動流体Ｌの流路をより十分に確保できる。
　なお、ベーパーチャンバ３では、隔壁３０の固定方法として、例えば、隔壁３０を管体２０の内面に挿入して嵌める態様が挙げられる。
　次に、本発明の第４実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。なお、第１～第３実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　第１実施形態例に係るベーパーチャンバでは、板金、箔等の板状部材である隔壁３０に第１のウィック構造体３３が設けられ、一方の面３１上に設けられた第１のウィック構造体３３は管体２０の第２のウィック構造体２１と接していた。これに代えて、図４に示すように、第４実施形態例に係るベーパーチャンバ４では、可撓性を有する部材５３が複数積層された隔壁５０となっており、一方の面３１が管体２０の第２のウィック構造体２１と圧接等により接している。そして、一方の面３１の空洞部１３の底部まで延在している部分は、部材５３が可撓性を有することにより、第３のウィック構造体１５に馴染んだ状態で接触することができる。従って、隔壁５０は、第３のウィック構造体１５に対し、優れた接触性を有しているので、液相の作動流体Ｌは、管体２０の基部からコンテナ１０の受熱部へ円滑に還流できる。ベーパーチャンバ４では、可撓性を有する隔壁５０によって、管体２０から空洞部１３方向へ還流する液相の作動流体Ｌの流路と、空洞部１３から管体２０方向へ流れる気相の作動流体Ｇの流路とが分離されている。
　また、隔壁５０が、一方の面３１と他方の面３２を有し、他方の面３２における透過性が一方の面３１における透過性よりも小さい態様となっている。他方の面３２における透過性が一方の面３１における透過性よりも小さいことにより、空洞部１３から管体２０方向へ流れる気相の作動流体Ｇの流れによって、管体２０から空洞部１３方向へ還流する液相の作動流体Ｌの流れが阻害されることを防止でき、また、液相の作動流体Ｌが飛散してしまうことを防止できる。
　また、ベーパーチャンバ４では、隔壁５０はコンテナ１０よりも可撓性を有するので、空洞部１３と管体２０の内部空間との境界部２２に隔壁５０を設置する際に、隔壁５０に精度の高い寸法を付与しなくても、管体２０の基部と一方の板状体１１の内面との間の寸法以上の所定寸法を付与することで、空洞部１３の底部、すなわち、一方の板状体１１の内面に確実に隔壁５０を当接させることができる。従って、ベーパーチャンバ４では、液相の作動流体Ｌを管体２０から一方の板状体１１の内面に確実に還流させることができる。
　隔壁５０としては、例えば、複数（ベーパーチャンバ４では、４枚）のメッシュ部材が積層されたメッシュ積層部材を挙げることができる。すなわち、可撓性を有する部材５３として、メッシュ部材を挙げることができる。また、メッシュ部材としては、例えば、銅等の金属メッシュ部材を挙げることができ、メッシュ積層部材としては金属メッシュ積層部材を挙げることができる。金属メッシュ積層部材は、可撓性と弾性を有し、自らの弾性によって、金属メッシュ積層部材は管体２０と一方の板状体１１の内面にわたって固定される。従って、位置決め部材を設ける必要はなく、部品点数を低減できる。
　なお、ベーパーチャンバ４では、必要に応じて、隔壁５０の一方の面３１が管体２０の第２のウィック構造体２１と接合されていても、接合されていなくてもよい。
　前記金属メッシュ積層部材は、同一の金属メッシュ部材を積層させてもよく、２種以上の金属メッシュ部材を積層させてもよい。同一の金属メッシュ部材を積層させる場合には、例えば、積層される金属メッシュの目の位置を調整することで、他方の面３２における透過性を、一方の面３１における透過性よりも小さくすることができる。また、２種以上の金属メッシュ部材を積層させる態様としては、例えば、空隙率が異なる金属メッシュ部材を用いることが挙げられる。具体的には、他方の面３２を構成する金属メッシュ部材の空隙率が、一方の面３１を構成する金属メッシュ部材の空隙率よりも小さい態様が挙げられる。該態様により、他方の面３２における透過性を、確実に一方の面３１における透過性よりも小さくすることができる。
　金属メッシュ積層部材である隔壁５０は、一方の面３１及び他方の面３２に、それぞれ、毛細管力が付与されている。金属メッシュ積層部材の製造方法は、特に限定されず、例えば、積層した金属メッシュ部材を圧縮接合することで製造することができる。
　なお、隔壁５０は、金属メッシュ積層部材の他に、合成繊維等、他のメッシュ積層部材でもよい。また、隔壁５０は、メッシュ積層部材に代えて、銅等の金属編組体を複数積層させた部材、不織布を複数積層させた部材でもよい。また、隔壁５０としては、銅箔等の箔の一方の面に、銅粉等の金属粉の焼結体、銅等の金属メッシュ、銅等の金属編組体、不織布、ガラス繊維、銅等の金属繊維を設けたものでもよい。上記各態様でも、隔壁５０はコンテナ１０よりも可撓性を有しつつ、他方の面３２における透過性が一方の面３１における透過性よりも小さい態様とすることができる。
　次に、本発明のベーパーチャンバの使用方法例について、図面を用いながら説明する。ここでは、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１を例にとって説明する。
　図５に示すように、例えば、発熱体（図示せず）をコンテナ１０の一方の板状体１１外面、すなわち、コンテナ１０の裏面に熱的に接続させ、コンテナ１０の他方の板状体１２に取り付けられた複数の管体２０に、熱交換手段（図５では、複数の放熱フィン１００）を取り付ける態様が挙げられる。すなわち、ベーパーチャンバ１の管体２０に熱交換手段を接続する使用方法が挙げられる。放熱フィン１００のベーパーチャンバ１への取り付け方法としては、例えば、放熱フィン１００に、管体２０の寸法・形状及び位置に対応した孔部を設け、該孔部に管体を嵌挿する方法が挙げられる。コンテナ１０から管体２０へ輸送された発熱体からの熱は、放熱フィン１００を介して、ベーパーチャンバ１の外部環境へ放出される。
　次に、本発明のベーパーチャンバの他の実施形態例について説明する。上記第１～第３実施形態例のベーパーチャンバでは、隔壁の他方の面にはウィック構造体が設けられていなかったが、これに代えて、一方の面の第１のウィック構造体よりも毛細管力の小さいウィック構造体であれば、必要に応じて、他方の面にもウィック構造体を設けてもよい。
　また、上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、管体の先端部及び中央部には、隔壁は延在していなかったが、これに代えて、ベーパーチャンバの使用条件等に応じて、管体の先端部または中央部まで隔壁を延在させてもよい。
　また、上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、管体の長手方向の形状は直線状であったが、これに代えて、Ｌ字状等、曲げ部を有する形状でもよい。また、上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、管体の長手方向に対して直交方向の形状は円形であったが、扁平形状、楕円形等でもよい。さらに、上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、コンテナの平面視の形状が矩形状であったが、使用条件等に応じて適宜変更可能であり、例えば、円形状等でもよい。
　また、上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、コンテナは平面型であったが、これに代えて、管状のコンテナを用いてもよく、上記管状のコンテナの長手方向に対して直交方向の形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、多角形、角丸長方形等が挙げられる。また、上記管状のコンテナは、扁平加工された扁平型コンテナでもよい。
　本発明のベーパーチャンバは、液相の作動流体の流動抵抗を低減し、気相の作動流体による液相の作動流体の飛散を防止して、液相の作動流体の還流を円滑化することで、優れた熱輸送特性を発揮できるので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、車両やパーソナルコンピュータなどの電子機器に搭載された発熱体の冷却用として利用することができる。
１、２、３、４　　　　　　　　　　ベーパーチャンバ
１０　　　　　　　　　　　　　　　コンテナ
１１　　　　　　　　　　　　　　　一方の板状体
１２　　　　　　　　　　　　　　　他方の板状体
２０　　　　　　　　　　　　　　　管体
３０、５０　　　　　　　　　　　　隔壁
３１　　　　　　　　　　　　　　　一方の面
３２　　　　　　　　　　　　　　　他方の面
３３　　　　　　　　　　　　　　　第１のウィック構造体
５３　　　　　　　　　　　　　　　可撓性を有する部材

Claims (15)

  1. 　中空の空洞部が形成されたコンテナと、前記コンテナに接続された、前記空洞部と内部空間の連通した管体と、前記空洞部から前記管体内部までの空間に封入された作動流体と、を有し、
    前記コンテナと前記管体との接続部に、前記コンテナ及び前記管体と別体である隔壁が設けられているベーパーチャンバ。
  2. 　前記隔壁が、可撓性を有する請求項１に記載のベーパーチャンバ。
  3. 　前記隔壁が、一方の面と他方の面を有し、前記他方の面における透過性が前記一方の面における透過性よりも小さい請求項１または２に記載のベーパーチャンバ。
  4. 　前記隔壁が、複数のメッシュ部材が積層されたメッシュ積層部材である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  5. 　前記メッシュ積層部材が、同一のメッシュ部材で形成された請求項４に記載のベーパーチャンバ。
  6. 　前記メッシュ積層部材が、少なくとも２種のメッシュ部材で形成された請求項４に記載のベーパーチャンバ。
  7. 　前記隔壁は、一方の面と他方の面を有し、前記一方の面に毛細管力を生じるウィック構造体が形成され、前記一方の面の毛細管力が、前記他方の面の毛細管力よりも大きい請求項１に記載のベーパーチャンバ。
  8. 　前記コンテナが、一方の板状体と該一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成された請求項１乃至７のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  9. 　前記隔壁の前記他方の面に、ウィック構造体が形成されていない請求項７または８に記載のベーパーチャンバ。
  10. 　前記隔壁の前記一方の面の毛細管力の大きさが、前記管体内面の毛細管力の大きさ以上である請求項７乃至９のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  11. 　前記隔壁の前記一方の面側の形状が、該一方の面と対向する前記管体の部位の内面側形状に対応している請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  12. 　前記隔壁の前記一方の面のウィック構造体が、前記コンテナ内面の底部に接している請求項７乃至１１のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  13. 　前記隔壁の前記一方の面のウィック構造体が、熱源から遠い側の前記管体内面と接している請求項７乃至１２のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  14. 　前記管体の先端部に、前記隔壁が設けられていない請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  15. 　前記管体の先端部及び中央部に、前記隔壁が設けられていない請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
PCT/JP2018/002793 2017-01-30 2018-01-29 ベーパーチャンバ WO2018139656A1 (ja)

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