WO2019230385A1 - ベーパーチャンバ - Google Patents

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WO2019230385A1
WO2019230385A1 PCT/JP2019/019205 JP2019019205W WO2019230385A1 WO 2019230385 A1 WO2019230385 A1 WO 2019230385A1 JP 2019019205 W JP2019019205 W JP 2019019205W WO 2019230385 A1 WO2019230385 A1 WO 2019230385A1
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WO
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wick
vapor chamber
heat
heat receiving
plate
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/019205
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English (en)
French (fr)
Inventor
義勝 稲垣
博史 青木
大輝 竹村
岡田　博
和明 青谷
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority to US17/103,854 priority patent/US20210095930A1/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
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    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
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    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20336—Heat pipes, e.g. wicks or capillary pumps

Definitions

  • the present invention relates to a vapor chamber that can prevent dry-out in a heat receiving part even when a body to be cooled having a large calorific value is thermally connected, and can smoothly return a liquid-phase working fluid from the heat radiating part to the heat receiving part. .
  • the capillary force of the wick structure is improved.
  • a vapor chamber with improved capillary force of the wick structure a net-like member extending from the heat-dissipating part to the heat-receiving part, and a capillary force in the heat-receiving part fixed to the heat-receiving part of the net-like member, the capillary tube in the heat-dissipating part It has been proposed to arrange a wick having a powdered sintered body higher than the force inside the container (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 the powdery sintered body is pushed into the mesh member, so that the wick capillary force in the heat receiving portion is improved more than the wick capillary force in the heat radiating portion. As a result, dry out of the vapor chamber is prevented.
  • Patent Document 1 a heat treatment is required to sinter powder applied to a mesh member when manufacturing a wick.
  • the wick may function as a support member for maintaining the space inside the container subjected to the decompression process.
  • the mechanical strength of the wick decreases due to the heat, and the function as the support member may not be sufficiently obtained. is there.
  • the heat treatment for sintering the powder is performed after the powder is stored in the container, the mechanical strength of the container may decrease due to the influence of heat.
  • the present invention is excellent in mechanical strength and can prevent dry-out in the heat receiving part even when a body to be cooled having a large calorific value is thermally connected, and the liquid-phase working fluid can be smoothly discharged from the heat radiating part.
  • An object of the present invention is to provide a vapor chamber that can be refluxed to a heat receiving part.
  • the gist of the constituent elements of the present invention is as follows. [1] A container having a hollow cavity formed by laminating one plate-like member and the other plate-like member facing the one plate-like member, and a working fluid sealed in the cavity A vapor chamber including a wick structure provided in the hollow portion, wherein the wick structure extends from a heat receiving portion to a heat radiating portion, and a first wick member using a linear member is provided. A first wick portion having a second wick portion provided on the heat receiving portion and having a second wick member using a linear member; The linear member of the second wick member has an average diameter smaller than that of the linear member of the first wick member.
  • the vapor chamber is such that the second wick member has a smaller opening size than the first wick member.
  • the area in the plan view of the second wick portion is 2% to 60% wider than the area in the plan view of the body to be cooled thermally connected to the heat receiving portion.
  • the vapor chamber according to any one of the above.
  • a container having a hollow cavity formed by laminating one plate-like member and the other plate-like member facing the one plate-like member, and a working fluid sealed in the cavity A vapor chamber having a wick structure provided in the cavity, The wick structure extends from the heat receiving portion to the heat radiating portion, the first wick portion having the first wick member using the linear member, and the second wick structure provided on the heat receiving portion and using the linear member.
  • the second wick member has a vapor chamber whose opening size is smaller than that of the first wick member, and A heat dissipating fin thermally connected to the heat dissipating part of the paper chamber; Heat sink with.
  • the first wick portion and the second wick portion are provided in a portion of the wick structure located in the heat receiving portion.
  • the heat receiving portion is a region that receives heat from the body to be cooled by thermally connecting a heat source that is the body to be cooled.
  • the heat radiating portion corresponds to the periphery of the heat receiving portion, and is a portion where the gas phase working fluid changes into the liquid phase and releases latent heat.
  • the portion of the wick structure located in the heat receiving portion is a laminated structure of the second wick portion and the first wick portion.
  • plan view means the state visually recognized from the perpendicular direction with respect to the main surface of a container.
  • the linear member of the second wick member has an average diameter smaller than that of the linear member of the first wick member, or the opening dimension of the second wick member is larger than that of the first wick member. Is smaller, the second wick portion generates a larger capillary force than the first wick portion. Further, since the wick structure has the first wick portion extending from the heat receiving portion to the heat radiating portion and the second wick portion provided in the heat receiving portion, only the first wick portion is included in the heat receiving portion. Instead, a second wick portion that generates a large capillary force is also provided.
  • the wick structure of the heat receiving part produces an excellent capillary force, the liquid-phase working fluid is reliably recirculated from the heat radiating part to the heat receiving part even if a cooled object having a large calorific value is thermally connected. Drying out in the heat receiving part can be prevented.
  • the linear member of the first wick member has a larger average diameter than the linear member of the second wick member, or the first wick member has a larger opening dimension than the second wick member, so that the first wick member The part has a smaller flow path resistance to the working fluid than the second wick part.
  • the wick structure has a structure in which the first wick portion extends from the heat receiving portion to the heat radiating portion, and the second wick portion is provided in the heat receiving portion. The first wick portion having a small resistance is arranged, but the second wick portion is not arranged. Therefore, the liquid-phase working fluid can smoothly return from the heat radiating portion to the heat receiving portion.
  • the outstanding heat transport characteristic can be exhibited.
  • the vapor chamber of the present invention it is not necessary to use a powder sintered body as the material of the wick structure, so that the mechanical strength of the container or the wick structure is lowered due to the influence of heat. Can be prevented.
  • the second wick portion is stacked with the first wick portion, so that the connectivity between the second wick portion and the first wick portion is improved, and the wick in the heat receiving portion is improved.
  • the capillary force of the structure can be further improved.
  • the second wick portion is formed by laminating a plurality of second wick members, whereby the capillary force of the wick structure in the heat receiving portion can be further improved.
  • FIG. 2 is an AA cross-sectional view of the vapor chamber in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB of the vapor chamber in FIG.
  • FIG. 6 is a CC cross-sectional view of the vapor chamber in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a DD cross-sectional view of the vapor chamber in FIG. 5.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the vapor chamber according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the vapor chamber in FIG. 3 is a cross-sectional view of the vapor chamber taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the vapor chamber according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline from the plane direction of the vapor chamber according to the second embodiment of the present invention.
  • 6 is a cross-sectional view of the vapor chamber taken along the line CC in FIG.
  • FIG. 7 is a DD cross-sectional view of the vapor chamber in FIG.
  • the vapor chamber 1 has two opposing plate-like members, that is, one plate-like member 11 and one plate-like member 11 facing each other.
  • the container 10 having a rectangular shape in a plan view in which a cavity portion 13 is formed by overlapping the other plate-like member 12 is formed, and a working fluid (not shown) sealed in the cavity portion 13.
  • a wick structure 20 that generates capillary force is housed in the internal space of the cavity 13. Further, a space between the inner surface of the other plate-like member 12 and the wick structure 20 serves as a vapor flow path 18 through which a gas-phase working fluid flows.
  • One plate-like member 11 has a flat plate shape.
  • the other plate-like member 12 is also flat, but the central portion and the vicinity thereof are plastically deformed into a convex shape.
  • a portion of the other plate-like member 12 that protrudes outward and is plastically deformed into a convex shape is a convex portion 14 of the container 10, and the inside of the convex portion 14 is a hollow portion 13.
  • the cavity 13 is decompressed by a deaeration process.
  • the container 10 has a planar shape. The direction along the plane of the container 10 is the heat transport direction of the vapor chamber 1.
  • the wick structure 20 has a first wick portion 21 and a second wick portion 22.
  • the first wick portion 21 extends over the entire cavity portion 13 along the planar direction of the container 10. Accordingly, the first wick portion 21 extends from the heat receiving portion 15 of the container 10 to the heat radiating portion 16.
  • the 1st wick part 21 consists of the 1st wick member using a linear member which is a substantially sheet-like member. Accordingly, the first wick portion 21 has a substantially sheet shape.
  • Examples of the first wick member using a linear member include a metal mesh, a braided body of a metal wire, a wick member using a metal wire such as a stranded wire of a metal wire, a net-like member using linear carbon, and the like. be able to.
  • the metal species of the metal wire include copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, titanium, titanium alloy, and stainless steel.
  • a sintered body of metal powder is not used as the first wick member.
  • a metal mesh is used as the first wick member.
  • the thickness of the first wick portion 21 is not particularly limited, and can be selected as appropriate according to the dimension in the thickness direction of the cavity portion 13, for example, 0.05 mm to 0.20 mm. Further, the number of stacked first wick members is not particularly limited, but the first wick portion 21 is formed of one first wick member.
  • the second wick portion 22 is disposed in the heat receiving portion 15 of the container 10 along the plane direction of the container 10.
  • the second wick portion 22 is stacked so as to overlap the first wick portion 21.
  • the second wick portion 22 is stacked on the side to which the object to be cooled 100 is thermally connected. Since the second wick portion 22 forms a laminated structure with the first wick portion 21, the connectivity between the second wick portion 22 and the first wick portion 21 is improved, and the wick structure 20 in the heat receiving portion 15 is improved. Capillary force can be improved reliably.
  • the second wick portion 21 is composed of a second wick member using a linear member, which is a substantially sheet-like member. Accordingly, the second wick portion 22 has a substantially sheet shape. Further, the dimension in the width direction of the second wick part 22 is substantially the same as the dimension in the width direction of the first wick part 21.
  • the second wick member using the linear member include a metal mesh, a braided body of a metal wire, a wick member using a metal wire such as a stranded wire of a metal wire, a net-like member using linear carbon, and the like. be able to.
  • the metal species of the metal wire include copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, titanium, titanium alloy, and stainless steel.
  • a sintered body of metal powder is not used as the second wick member.
  • a metal mesh is used as the second wick member.
  • the thickness of the second wick portion 21 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the dimension in the thickness direction of the cavity portion 13, for example, 0.025 mm to 0.10 mm.
  • the second wick portion 22 is not disposed in the heat radiating portion 16 corresponding to a portion other than the heat receiving portion 15 of the container 10. Therefore, as shown in FIG. 2, the wick structure 20 has a structure in which the first wick portion 21 and the second wick portion 22 are stacked in a portion corresponding to the heat receiving portion 15, as shown in FIG. In addition, in the portion corresponding to the heat radiating portion 16, the second wick portion 22 is not disposed and only the first wick portion 21 is disposed.
  • the second wick portion 22 may be formed from one second wick member, or may be formed by laminating a plurality of second wick members. Since the second wick member 22 is formed by laminating a plurality of second wick members, the capillary force of the wick structure 20 in the heat receiving portion 15 can be improved more reliably. As shown in FIGS. 1 and 2, in the vapor chamber 1, two second wick members are laminated to form a second wick portion 22.
  • the average diameter of the linear member such as the metal wire of the second wick member is smaller than the average diameter of the linear member such as the metal wire of the first wick member, or the opening of the second wick member
  • the dimension is a mode smaller than the opening dimension of the first wick member. Therefore, the capillary force of the second wick part 22 is larger than the capillary force of the first wick part 21. Moreover, the flow path resistance with respect to the working fluid of the first wick part 21 is smaller than the flow path resistance with respect to the working fluid of the second wick part 22. Therefore, in the wick structure 20 extending over the entire cavity portion 13, the region located in the heat receiving portion 15 generates a greater capillary force than the region located in the heat radiating portion 16.
  • the liquid-phase working fluid is reliably recirculated from the heat radiating unit 16 to the heat receiving unit 15, thereby preventing dryout in the heat receiving unit 15. it can.
  • the region located in the heat radiating part 16 where only the first wick part 21 is arranged is located in the heat receiving part 15 where the first wick part 21 and the second wick part 22 are arranged.
  • the flow path resistance with respect to the working fluid is smaller than that of the region to be operated. Therefore, the working fluid that has changed in phase from the gas phase to the liquid phase in the heat radiating unit 16 can smoothly flow back from the heat radiating unit 16 toward the heat receiving unit 15. From the above, the vapor chamber 1 can exhibit excellent heat transport characteristics.
  • the vapor chamber 1 is thin and flat, mechanical strength is required. Since the metal powder sintered body is not used as the first wick member and the second wick member, the metal powder is used. It can prevent that the mechanical strength of the container 10 or the wick structure 20 falls by the thermal influence in the sintering process of a body.
  • the average diameter (wire diameter) of the linear member such as the metal wire of the second wick member is not particularly limited as long as it is smaller than the average diameter (wire diameter) of the linear member such as the metal wire of the first wick member.
  • the metal wire of the second wick member is used.
  • the average diameter of the linear members such as 30% to 70% is preferable with respect to the average diameter of the linear members such as the metal wire of the first wick member, and 40% to 60% is particularly preferable.
  • the average diameter of the linear member such as the metal wire of the first wick member which is a metal mesh is not particularly limited, but for example, 30 ⁇ m to 80 ⁇ m is preferable, and 40 ⁇ m to 60 ⁇ m is particularly preferable from the viewpoint of surely reducing the flow path resistance. preferable.
  • the average diameter of the linear member such as a metal wire of the second wick member which is a metal mesh is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m to 40 ⁇ m, and particularly preferably 25 ⁇ m to 35 ⁇ m from the viewpoint of further improving the capillary force, for example.
  • the opening size of the second wick member is not particularly limited as long as it is smaller than the opening size of the first wick member.
  • the opening of the second wick member The dimension is preferably 20% or more and 70% or less, and particularly preferably 25% or more and 60% or less with respect to the opening size of the first wick member.
  • the opening size of the first wick member that is a metal mesh is not particularly limited, but for example, 0.034 mm to 0.132 mm is preferable, and 0.045 mm to 0. 109 mm is particularly preferred.
  • the opening size of the second wick member that is a metal mesh is not particularly limited, but for example, 0.020 mm to 0.062 mm is preferable and 0.026 mm to 0.043 mm is preferable from the viewpoint of further improving the capillary force. Particularly preferred.
  • the aperture ratio of the second wick member is smaller than the aperture ratio of the first wick member.
  • the rate is preferably 30% or more and 70% or less, and particularly preferably 40% or more and 60% or less with respect to the opening ratio of the first wick member.
  • the hole area ratio of the first wick member that is a metal mesh is not particularly limited, but is preferably 27.8% to 41.7%, for example, from the viewpoint of surely reducing the channel resistance.
  • the aperture ratio of the second wick member that is a metal mesh is not particularly limited, but is preferably 25.0% to 36.8%, for example, from the viewpoint of further improving the capillary force, and 25.8% to 30%. .5% is particularly preferred.
  • the second wick portion 22 is disposed so as to overlap the entire body to be cooled 100 in plan view.
  • the area of the second wick portion 22 in plan view is preferably larger than the area of the cooled object 100 thermally connected to the heat receiving portion 15 in plan view.
  • the area in the plan view of the second wick part 22 is larger than the area in the plan view of the cooled object 100 from the viewpoint of circulating a sufficient amount of the liquid-phase working fluid over the entire heat receiving unit 15. It is preferably 2% or more and 60% or less, and particularly preferably 15% or more and 30% or less.
  • a plurality of support members 17 are projected on the inner surface of the other plate-like member 12 corresponding to the cavity 13.
  • the column member 17 extends from the other plate-shaped member 12 toward the one plate-shaped member 11, and the tip thereof is in contact with the wick structure 20.
  • the column member 17 has a function of maintaining the internal space of the cavity 13 that is decompressed.
  • the support member 17 for example, a support formed by punching the other plate-like member 12, a support formed by etching the inner surface of the other plate-like member 12, and the other plate-like member 12.
  • Examples of the material of the container 10 include metals such as copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, nickel, nickel alloy, stainless steel, and titanium, and metal foil coated with a resin.
  • species of metal foil the metal which can be used for the said container 10 can be mentioned.
  • the thickness of the vapor chamber 1 is not particularly limited, and examples thereof include about 0.5 mm to 1.0 mm.
  • the thicknesses of the one plate-like member 11 and the other plate-like member 12 can be appropriately selected depending on the use conditions and the like.
  • one plate-like member 11 and the other plate-like member 12 are overlapped with each other.
  • the container 10 in which the internal space is sealed is formed.
  • the bonding method is not particularly limited, and examples thereof include diffusion bonding, brazing, laser welding, ultrasonic welding, friction bonding, and pressure welding.
  • examples of the bonding width include 0.3 mm to 2.5 mm.
  • the fixing method (thermal connection method) of the 2nd wick part 22 with respect to the 1st wick part 21 and the fixing method (thermal connection method) of 2nd wick parts 22 are not specifically limited,
  • welding such as resistance welding Means can be mentioned.
  • the wick structure 20 may be fixed (thermally connected) to the container 10, and examples of the fixing method include welding means such as resistance welding.
  • the working fluid to be sealed in the cavity 13 can be appropriately selected according to the compatibility with the material of the container 10, and examples thereof include water, alternative chlorofluorocarbon, fluorocarbon, cyclopentane, and ethylene glycol. it can.
  • a portion of the vapor chamber 1 that is thermally connected to a heating element that is the object to be cooled 100 functions as the heat receiving unit 15.
  • the vapor chamber 1 and the cooled object 100 are thermally connected via the heat receiving plate 101 between the cooled object 100 and the container 10.
  • the liquid-phase working fluid sealed in the cavity portion 13 changes from the liquid phase to the gas phase at the heat receiving portion 15, circulates through the vapor flow path 18, and the vapor. It moves to the heat radiating part 16 of the chamber 1.
  • the working fluid in the gas phase that has moved from the heat receiving unit 15 to the heat radiating unit 16 releases the latent heat in the heat radiating unit 16 and changes in phase from the gas phase to the liquid phase.
  • the latent heat released by the heat radiating unit 16 is further released to the external environment of the vapor chamber 1.
  • the working fluid phase-changed from the gas phase to the liquid phase in the heat radiating portion 16 is caused by the capillary force of the first wick portion 21 of the wick structure 20 from the heat radiating portion 16 to the vicinity of the heat receiving portion 15 in the first wick portion 21. Reflux.
  • the working fluid that has changed to the liquid phase can smoothly circulate from the heat radiating portion 16 to the vicinity of the heat receiving portion 15.
  • the liquid-phase working fluid recirculated to the vicinity of the heat receiving portion 15 is recirculated from the vicinity of the heat receiving portion 15 to the heat receiving portion 15 mainly by the capillary force of the second wick portion 22 of the wick structure 20. Since the capillary force of the second wick portion 22 is relatively large, the liquid-phase working fluid is reliably recirculated to the heat receiving portion 15, so that dryout in the heat receiving portion 15 can be prevented.
  • a vapor chamber according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the vapor chamber according to the second embodiment is common to the main portion of the vapor chamber according to the first embodiment. Therefore, the same components as those of the vapor chamber according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Will be described.
  • the dimension in the width direction of the second wick part 22 is substantially the same as the dimension in the width direction of the first wick part 21, but instead of this, FIG.
  • the dimension in the width direction of the second wick part 22 is larger than the dimension in the width direction of the first wick part 21.
  • the shape of the first wick portion 21 is long. From the above, in the vapor chamber 2, the container 10 has a shape in which the dimension in the width direction of the heat receiving part 15 is larger than the dimension in the width direction of the heat radiation part 16.
  • the thermal radiation part 16 of the container 10 is elongate.
  • the container 10 is formed by overlapping one plate-like member 11 and the other plate-like member 12 facing the one plate-like member 11.
  • the container 10 is thicker than the vapor chamber 1 according to the first embodiment, and the thickness direction of the cavity portion 13 is increased.
  • the frame-shaped intermediate member 30 is further disposed between the one plate-like member 11 and the other plate-like member 12 in response to the large size of the.
  • a frame-shaped intermediate member 30 forms a side wall of the container 10.
  • the second wick portion 22 has a structure in which the second wick portion 22-1 having a relatively small area and the second wick portion 22-2 having a relatively large area are stacked. .
  • the second wick part 22-1 is arranged on one plate-like member 11 side, and the second wick part 22-2 is arranged on the other plate-like member 12 side.
  • the heat receiving portion 15 of one plate-like member 11 is formed with a concave throttle portion 31 on the inner surface.
  • the shape and size of the throttle unit 31 in plan view substantially correspond to the shape and size of the cooled object 100.
  • the portion of the second wick portion 22-1 is inserted into the throttle portion 31.
  • the second wick part 22-2 is not inserted in the throttle part 31, but extends on the inner surface of one plate-like member 11 from the throttle part 31 to the outer region. Due to the second wick part 22-2, the area of the second wick part 22 in plan view is larger than the area of the cooled object 100 thermally connected to the heat receiving part 15 in plan view. Therefore, a sufficient amount of liquid-phase working fluid can be recirculated throughout the heat receiving unit 15.
  • the cooled object 100 can be directly and thermally connected to the container 10 without using a heat receiving plate between the cooled object 100 and the container 10. .
  • a heat exchanging means for example, flat heat dissipating fins (not shown) (not shown) is attached to the heat dissipating part 16 whose width dimension is smaller than that of the heat receiving part 15.
  • the sheet sink may be thermally connected.
  • a cooling fan (not shown) in the vicinity of the heat dissipating unit 16 to which the heat exchanging means is attached, the heat exchange efficiency of the sheet sink can be improved by forced cooling by the cooling fan.
  • the first wick portion is formed from one first wick member, but may be formed from a laminate of a plurality of first wick members.
  • the dimension in the width direction of the second wick part is substantially the same as the dimension in the width direction of the first wick part 21, but the dimension in the width direction of the first wick part.
  • the size of the second wick portion in the width direction is not particularly limited.
  • the dimension in the width direction of the first wick part may be larger than the dimension in the width direction of the second wick part, and the dimension in the width direction of the second wick part is larger than the dimension in the width direction of the first wick part. May be.
  • the shape of the container is rectangular in plan view, but the shape of the container in plan view is not particularly limited.
  • a trapezoid, a pentagon or more polygon, a circle It may be a shape or the like.
  • the to-be-cooled body was thermally connected to one place of a vapor chamber
  • the 2nd wick part was provided in one place, but several places of a vapor chamber
  • the second wick portion may be provided at the plurality of locations.
  • the width direction dimension of the second wick portion is larger than the width direction dimension of the first wick portion, but the width direction dimension of the first wick portion.
  • the size of the second wick portion in the width direction is not particularly limited.
  • the width direction size of the second wick portion may be the same as the width direction size of the first wick portion.
  • the vapor chamber of the present invention is excellent in mechanical strength and can prevent dry-out in the heat receiving part even when a body to be cooled having a large calorific value is thermally connected. Can be used in a wide range of fields.
  • the vapor chamber of the present invention has high utility value in the field of cooling a heating element having a large calorific value installed in a small space such as a central processing unit mounted on an electronic device such as an electronic computer.

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Abstract

機械的強度に優れ、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されても受熱部におけるドライアウトを防止でき、液相の作動流体が円滑に放熱部から受熱部へ還流できるベーパーチャンバを提供する。　 一方の板状部材と該一方の板状部材と対向する他方の板状部材が積層されて形成された、中空の空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に設けられた、ウィック構造体と、を備えたベーパーチャンバであって、前記ウィック構造体が、受熱部から放熱部まで延在した、線状部材を用いた第１ウィック部材を有する第１ウィック部と、前記受熱部に設けられた、線状部材を用いた第２ウィック部材を有する第２ウィック部と、を有し、前記第２ウィック部材の線状部材が、前記第１ウィック部材の線状部材よりも平均直径が小さい、または、前記第２ウィック部材が、前記第１ウィック部材よりも目開き寸法が小さい、ベーパーチャンバ。

Description

ベーパーチャンバ
　本発明は、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されても受熱部におけるドライアウトを防止でき、液相の作動流体が円滑に放熱部から受熱部へ還流でき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、その冷却がさらに重要となっている。また、電気・電子機器の小型化から、電気・電子機器の内部空間は狭小化され、狭小化された空間に半導体素子等の電子部品が搭載されている。狭小化された空間に搭載された電子部品の冷却方法として、ベーパーチャンバ（平面型のヒートパイプ）が使用されることがある。
　上記のように、被冷却体の発熱量が増大していることから、ベーパーチャンバの受熱部におけるドライアウトを防止することが重要となっている。ドライアウトを防止するための手段として、ウィック構造体の毛細管力を向上させることが行われている。ウィック構造体の毛細管力を向上させたベーパーチャンバとして、放熱部から受熱部に至るように延在する網状部材と、網状部材の受熱部に固着された、受熱部における毛細管力を放熱部における毛細管力よりも高める粉末の焼結体と、を有するウィックをコンテナの内部に配置することが提案されている（特許文献１）。
　特許文献１では、網状部材の内部まで粉末の焼結体が押し込まれていることで、受熱部におけるウィックの毛細管力が放熱部におけるウィックの毛細管力よりも向上する。その結果、ベーパーチャンバのドライアウトが防止されるというものである。
　特許文献１では、ウィックの製造にあたり、網状部材に施与した粉末を焼結するための加熱処理が必要となる。一方で、ウィックは、減圧処理されたコンテナ内部の空間を維持するための支持部材としても機能することがある。しかし、特許文献１のように、ウィックを構成する網状部材に熱が負荷されると、熱の影響でウィックの機械的強度が低下して、支持部材としての機能が十分に得られない場合がある。また、粉末をコンテナへ収容後、粉末を焼結するための加熱処理を行うと、熱の影響でコンテナの機械的強度が低下してしまう場合がある。
特開２０１８－４１０８号公報
　上記事情に鑑み、本発明は、機械的強度に優れ、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されても受熱部におけるドライアウトを防止でき、液相の作動流体が円滑に放熱部から受熱部へ還流できるベーパーチャンバを提供することを目的とする。
　本発明の構成要素の要旨は、以下の通りである。
［１］一方の板状部材と該一方の板状部材と対向する他方の板状部材が積層されて形成された、中空の空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に設けられた、ウィック構造体と、を備えたベーパーチャンバであって、前記ウィック構造体が、受熱部から放熱部まで延在した、線状部材を用いた第１ウィック部材を有する第１ウィック部と、前記受熱部に設けられた、線状部材を用いた第２ウィック部材を有する第２ウィック部と、を有し、
前記第２ウィック部材の線状部材が、前記第１ウィック部材の線状部材よりも平均直径が小さい、
または、前記第２ウィック部材が、前記第１ウィック部材よりも目開き寸法が小さい、ベーパーチャンバ。
［２］前記第２ウィック部が、前記第１ウィック部と積層されている［１］に記載のベーパーチャンバ。
［３］複数の前記第２ウィック部材が積層されて、前記第２ウィック部が形成されている［１］または［２］に記載のベーパーチャンバ。
［４］前記第２ウィック部の平面視における面積が、前記受熱部に熱的に接続された被冷却体の平面視における面積よりも２％以上６０％以下広い［１］乃至［３］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［５］前記第２ウィック部材の線状部材の平均直径が、前記第１ウィック部材の線状部材の平均直径よりも３０％以上７０％以下小さい［１］乃至［４］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［６］前記第２ウィック部材の目開き寸法が、前記第１ウィック部材の目開き寸法よりも２０％以上７０％以下小さい［１］乃至［５］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［７］前記第１ウィック部材及び前記第２ウィック部材が、金属メッシュである［１］乃至［６］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［８］一方の板状部材と該一方の板状部材と対向する他方の板状部材が積層されて形成された、中空の空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に設けられた、ウィック構造体と、を備えたベーパーチャンバであって、
前記ウィック構造体が、受熱部から放熱部まで延在した、線状部材を用いた第１ウィック部材を有する第１ウィック部と、前記受熱部に設けられた、線状部材を用いた第２ウィック部材を有する第２ウィック部と、を有し、
前記第２ウィック部材の線状部材が、前記第１ウィック部材の線状部材よりも平均直径が小さい、
または、前記第２ウィック部材が、前記第１ウィック部材よりも目開き寸法が小さい、ベーパーチャンバと、
　前記ペーパーチャンバの前記放熱部に熱的に接続された放熱フィンと、
　を備えたヒートシンク。
　上記［１］のベーパーチャンバでは、ウィック構造体のうち、受熱部に位置する部分には、第１ウィック部と第２ウィック部が設けられている。また、受熱部とは、被冷却体である熱源が熱的に接続されて、被冷却体から熱を受ける領域である。放熱部とは、受熱部の周囲に相当し、気相の作動流体が液相へ相変化して潜熱を放出する部分である。
　上記［２］のベーパーチャンバでは、ウィック構造体のうち、受熱部に位置する部分は、第２ウィック部と第１ウィック部との積層構造体となっている。
　上記［４］のベーパーチャンバでは、第２ウィック部の平面視における面積が被冷却体の平面視における面積よりも広いので、第２ウィック部は、平面視において、被冷却体の外側まで延在している部位を有している。また、本明細書中、「平面視」とは、コンテナの主表面に対し鉛直方向から視認した状態を意味する。
　本発明のベーパーチャンバの態様によれば、第２ウィック部材の線状部材が第１ウィック部材の線状部材よりも平均直径が小さい、または第２ウィック部材が第１ウィック部材よりも目開き寸法が小さいことにより、第２ウィック部は、第１ウィック部よりも大きな毛細管力を生じる。また、ウィック構造体が、受熱部から放熱部まで延在した第１ウィック部と受熱部に設けられた第２ウィック部とを有していることにより、受熱部には、第１ウィック部だけではなく、大きな毛細管力を生じる第２ウィック部も設けられている。従って、受熱部のウィック構造体では優れた毛細管力を生じるので、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されても、液相の作動流体が確実に放熱部から受熱部へ還流されて、受熱部におけるドライアウトを防止できる。
　一方で、第１ウィック部材の線状部材が第２ウィック部材の線状部材よりも平均直径が大きい、または第１ウィック部材が第２ウィック部材よりも目開き寸法が大きいことにより、第１ウィック部は、第２ウィック部よりも作動流体に対する流路抵抗が小さい。また、ウィック構造体は、第１ウィック部は受熱部から放熱部まで延在し、第２ウィック部は受熱部に設けられている構造を有することにより、放熱部には、作動流体に対する流路抵抗が小さい第１ウィック部が配置されているが、第２ウィック部は配置されていない。従って、液相の作動流体は、円滑に放熱部から受熱部へ還流できる。上記から、本発明のベーパーチャンバの態様によれば、優れた熱輸送特性を発揮できる。
　また、本発明のベーパーチャンバの態様によれば、ウィック構造体の材料として、粉体の焼結体を用いる必要はないので、熱の影響でコンテナやウィック構造体の機械的強度が低下してしまうことを防止できる。
　本発明のベーパーチャンバの態様によれば、第２ウィック部が第１ウィック部と積層されていることにより、第２ウィック部と第１ウィック部の接続性が向上し、また、受熱部におけるウィック構造体の毛細管力をさらに向上させることができる。
　本発明のベーパーチャンバの態様によれば、複数の第２ウィック部材が積層されて第２ウィック部が形成されていることにより、受熱部におけるウィック構造体の毛細管力をさらに向上させることができる。
本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの分解斜視図である。 図１におけるベーパーチャンバのＡ－Ａ断面図である。 図１におけるベーパーチャンバのＢ－Ｂ断面図である。 本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの分解斜視図である。 本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの平面方向からの概要を示す説明図である。 図５におけるベーパーチャンバのＣ－Ｃ断面図である。 図５におけるベーパーチャンバのＤ－Ｄ断面図である。
　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。なお、図１は、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの分解斜視図である。図２は、図１におけるベーパーチャンバのＡ－Ａ断面図である。図３は、図１におけるベーパーチャンバのＢ－Ｂ断面図である。図４は、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの分解斜視図である。図５は、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの平面方向からの概要を示す説明図である。図６は、図５におけるベーパーチャンバのＣ－Ｃ断面図である。図７は、図５におけるベーパーチャンバのＤ－Ｄ断面図である。
　図１～３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枚の板状部材、すなわち、一方の板状部材１１と一方の板状部材１１と対向する他方の板状部材１２とを重ねることにより空洞部１３が形成された平面視矩形状のコンテナ１０と、空洞部１３内に封入された作動流体（図示せず）とを有している。また、空洞部１３の内部空間には、毛細管力を生ずるウィック構造体２０が収納されている。また、他方の板状部材１２の内面とウィック構造体２０との間の空間部が、気相の作動流体が流通する蒸気流路１８となっている。
　一方の板状部材１１は平板状である。他方の板状部材１２も平板状であるが、中央部とその近傍が凸状に塑性変形されている。他方の板状部材１２の、外側に向かって突出し、凸状に塑性変形された部位が、コンテナ１０の凸部１４であり、凸部１４の内部が空洞部１３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。コンテナ１０は、平面形状となっている。コンテナ１０の平面に沿った方向が、ベーパーチャンバ１の熱輸送方向となっている。
　ウィック構造体２０は、第１ウィック部２１と第２ウィック部２２を有している。第１ウィック部２１は、コンテナ１０の平面方向に沿って、空洞部１３全体にわたって延在している。従って、第１ウィック部２１は、コンテナ１０の受熱部１５から放熱部１６まで延在している。第１ウィック部２１は、略シート状の部材である、線状部材を用いた第１ウィック部材からなる。従って、第１ウィック部２１は、略シート状である。線状部材を用いた第１ウィック部材としては、例えば、金属メッシュ、金属線の編組体、金属線の撚り線等の金属線を用いたウィック部材、線状カーボンを用いた網状部材等を挙げることができる。また、金属線の金属種としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、ステンレス等を挙げることができる。
　すなわち、第１ウィック部材として、金属粉体の焼結体は用いられない。ウィック構造体２０では、第１ウィック部材として金属メッシュが用いられている。
　第１ウィック部２１の厚さは、特に限定されず、空洞部１３の厚さ方向の寸法に応じて適宜選択可能であり、例えば、０．０５ｍｍ～０．２０ｍｍが挙げられる。また、第１ウィック部材の積層枚数は特に限定されないが、第１ウィック部２１では、１枚の第１ウィック部材から形成されていている。
　図１、２に示すように、第２ウィック部２２は、コンテナ１０の平面方向に沿って、コンテナ１０の受熱部１５に配置されている。第２ウィック部２２は、第１ウィック部２１と重ね合わされて積層されている。ベーパーチャンバ１では、被冷却体１００が熱的に接続される側に、第２ウィック部２２が位置するように積層されている。第２ウィック部２２が第１ウィック部２１と積層構造を形成することで、第２ウィック部２２と第１ウィック部２１との接続性が向上し、また、受熱部１５におけるウィック構造体２０の毛細管力を確実に向上させることができる。
　第２ウィック部２１は、略シート状の部材である、線状部材を用いた第２ウィック部材からなる。従って、第２ウィック部２２は、略シート状である。また、第２ウィック部２２の幅方向の寸法は、第１ウィック部２１の幅方向の寸法と略同じとなっている。線状部材を用いた第２ウィック部材としては、例えば、金属メッシュ、金属線の編組体、金属線の撚り線等の金属線を用いたウィック部材、線状カーボンを用いた網状部材等を挙げることができる。また、金属線の金属種としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、ステンレス等を挙げることができる。
　すなわち、第２ウィック部材として、金属粉体の焼結体は用いられない。ウィック構造体２０では、第２ウィック部材として金属メッシュが用いられている。
　第２ウィック部２１の厚さは、特に限定されず、空洞部１３の厚さ方向の寸法に応じて適宜選択可能であり、例えば、０．０２５ｍｍ～０．１０ｍｍが挙げられる。
　一方で、第２ウィック部２２は、コンテナ１０の受熱部１５以外の部位に相当する放熱部１６には配置されていない。従って、図２に示すように、ウィック構造体２０は、受熱部１５に対応する部分では、第１ウィック部２１と第２ウィック部２２が積層された構造となっており、図３に示すように、放熱部１６に対応する部分では、第２ウィック部２２は配置されずに、第１ウィック部２１のみが配置されている構造となっている。
　第２ウィック部２２は、１枚の第２ウィック部材から形成されていてもよく、複数枚の第２ウィック部材が積層されて形成されていてもよい。複数枚の第２ウィック部材が積層されて第２ウィック部２２が形成されていることにより、受熱部１５におけるウィック構造体２０の毛細管力をより確実に向上させることができる。なお、図１、２に示すように、ベーパーチャンバ１では、２枚の第２ウィック部材が積層されて第２ウィック部２２が形成されている。
　ウィック構造体２０では、第２ウィック部材の金属線等の線状部材の平均直径が第１ウィック部材の金属線等の線状部材の平均直径よりも小さい、または、第２ウィック部材の目開き寸法が、第１ウィック部材の目開き寸法よりも小さい態様となっている。従って、第２ウィック部２２の毛細管力は、第１ウィック部２１の毛細管力よりも大きい。また、第１ウィック部２１の作動流体に対する流路抵抗は、第２ウィック部２２の作動流体に対する流路抵抗よりも小さい。従って、空洞部１３全体にわたって延在しているウィック構造体２０のうち、受熱部１５に位置する領域では、放熱部１６に位置する領域よりも大きな毛細管力を生じる。よって、発熱量の大きい被冷却体１００がコンテナ１０に熱的に接続されても、液相の作動流体が確実に放熱部１６から受熱部１５まで還流されて、受熱部１５におけるドライアウトを防止できる。さらに、ウィック構造体２０のうち、第１ウィック部２１のみが配置されている放熱部１６に位置する領域は、第１ウィック部２１と第２ウィック部２２が配置されている受熱部１５に位置する領域よりも作動流体に対する流路抵抗が小さい。よって、放熱部１６にて気相から液相へ相変化した作動流体は、放熱部１６から受熱部１５方向へ円滑に還流することができる。上記から、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、ベーパーチャンバ１の形状は薄型の平面状なので、機械的強度が要求されるところ、第１ウィック部材及び第２ウィック部材として、金属粉体の焼結体は用いられていないので、金属粉体の焼結工程における熱影響によってコンテナ１０やウィック構造体２０の機械的強度が低下してしまうことを防止できる。
　第２ウィック部材の金属線等の線状部材の平均直径（線径）は、第１ウィック部材の金属線等の線状部材の平均直径（線径）よりも小さければ、特に限定されない。例えば、受熱部１５に位置するウィック構造体２０の毛細管力をさらに向上させつつ、放熱部１６に位置するウィック構造体２０の流路抵抗を確実に低減させる点から、第２ウィック部材の金属線等の線状部材の平均直径は第１ウィック部材の金属線等の線状部材の平均直径に対して、３０％以上７０％以下が好ましく、４０％以上６０％以下が特に好ましい。
　金属メッシュである第１ウィック部材の金属線等の線状部材の平均直径は、特に限定されないが、例えば、流路抵抗を確実に低減させる点から、３０μｍ～８０μｍが好ましく、４０μｍ～６０μｍが特に好ましい。金属メッシュである第２ウィック部材の金属線等の線状部材の平均直径は、特に限定されないが、例えば、毛細管力をさらに向上させる点から、２０μｍ～４０μｍが好ましく、２５μｍ～３５μｍが特に好ましい。
　第２ウィック部材の目開き寸法は、第１ウィック部材の目開き寸法よりも小さければ、特に限定されない。例えば、受熱部１５に位置するウィック構造体２０の毛細管力をさらに向上させつつ、放熱部１６に位置するウィック構造体２０の流路抵抗を確実に低減させる点から、第２ウィック部材の目開き寸法は第１ウィック部材の目開き寸法に対して、２０％以上７０％以下が好ましく、２５％以上６０％以下が特に好ましい。
　また、金属メッシュである第１ウィック部材の目開き寸法は、特に限定されないが、例えば、流路抵抗を確実に低減させる点から、０．０３４ｍｍ～０．１３２ｍｍが好ましく、０．０４５ｍｍ～０．１０９ｍｍが特に好ましい。また、金属メッシュである第２ウィック部材の目開き寸法は、特に限定されないが、例えば、毛細管力をさらに向上させる点から、０．０２０ｍｍ～０．０６２ｍｍが好ましく、０．０２６ｍｍ～０．０４３ｍｍが特に好ましい。
　第２ウィック部材の開孔率は、第１ウィック部材の開孔率よりも小さいことが好ましい。例えば、受熱部１５に位置するウィック構造体２０の毛細管力をさらに向上させつつ、放熱部１６に位置するウィック構造体２０の流路抵抗を確実に低減させる点から、第２ウィック部材の開孔率は第１ウィック部材の開孔率に対して、３０％以上７０％以下が好ましく、４０％以上６０％以下が特に好ましい。
　また、金属メッシュである第１ウィック部材の開孔率は、特に限定されないが、例えば、流路抵抗を確実に低減させる点から、２７．８％～４１．７％が好ましい。また、金属メッシュである第２ウィック部材の開孔率は、特に限定されないが、例えば、毛細管力をさらに向上させる点から、２５．０％～３６．８％が好ましく、２５．８％～３０．５％が特に好ましい。
　図１に示すように、ベーパーチャンバ１では、平面視において、第２ウィック部２２は、被冷却体１００全体と重なり合うように配置されている。また、第２ウィック部２２の平面視における面積は、受熱部１５に熱的に接続された被冷却体１００の平面視における面積よりも大きいことが好ましい。具体的には、例えば、受熱部１５全体にわたって十分な量の液相の作動流体を還流させる点から、第２ウィック部２２の平面視における面積は、被冷却体１００の平面視における面積よりも２％以上６０％以下広いことが好ましく、１５％以上３０％以下広いことが特に好ましい。
　図１～３に示すように、空洞部１３に対応する他方の板状部材１２の内面には、複数の支柱部材１７が凸設されている。支柱部材１７は、他方の板状部材１２から一方の板状部材１１方向へ伸延し、その先端がウィック構造体２０と接している。支柱部材１７は、減圧されている空洞部１３の内部空間を維持する機能を有する。支柱部材１７としては、例えば、他方の板状部材１２をパンチング処理することで形成された支柱、他方の板状部材１２の内面をエッチング加工することで形成された支柱、他方の板状部材１２をプレス成形することで形成されたボス形状の支柱、金属メッシュ等のメッシュ部材を成形した支柱、金属粉や金属短繊維の焼結体で形成した支柱、棒状の金属部材等を挙げることができる。
　コンテナ１０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、チタン等の金属、金属箔に樹脂がコーティングされたもの等を挙げることができる。金属箔の金属種としては、上記コンテナ１０に用いることができる金属を挙げることができる。ベーパーチャンバ１の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ～１．０ｍｍ程度を挙げることができる。一方の板状部材１１と他方の板状部材１２の厚さは、使用条件等により、適宜選択可能であるが、例えば、それぞれ、０．１ｍｍ程度を挙げることができる。
　また、コンテナ１０の周縁部では、一方の板状部材１１と他方の板状部材１２が接した状態で重ね合わされている。この一方の板状部材１１と他方の板状部材１２の周縁部を接合することで、内部空間の密閉されたコンテナ１０が形成される。接合方法としては、特に限定されず、例えば、拡散接合、ろう付け、レーザー溶接、超音波溶接、摩擦接合、圧接接合等を挙げることができる。また、接合幅としては、例えば、０．３ｍｍ～２．５ｍｍを挙げることができる。
　第１ウィック部２１に対する第２ウィック部２２の固定方法（熱的接続方法）及び第２ウィック部２２同士の固定方法（熱的接続方法）は、特に限定されないが、例えば、抵抗溶接等の溶接手段を挙げることができる。また、ウィック構造体２０はコンテナ１０に固定（熱的接続）されていてもよく、固定方法として、例えば、抵抗溶接等の溶接手段を挙げることができる。
　また、空洞部１３に封入する作動流体としては、コンテナ１０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、代替フロン、フルオロカーボン、シクロペンタン、エチレングリコール等を挙げることができる。
　次に、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１の動作について、図１～３を用いながら説明する。ベーパーチャンバ１のうち、被冷却体１００である発熱体と熱的に接続された部位が受熱部１５として機能する。ベーパーチャンバ１では、例えば、被冷却体１００とコンテナ１０との間に受熱プレート１０１を介して、ベーパーチャンバ１と被冷却体１００を熱的に接続する。ベーパーチャンバ１が被冷却体１００から受熱すると、空洞部１３に封入された液相の作動流体が、受熱部１５にて液相から気相へ相変化し、蒸気流路１８を流通してベーパーチャンバ１の放熱部１６へ移動する。受熱部１５から放熱部１６へ移動した気相の作動流体は、放熱部１６にて潜熱を放熱して、気相から液相に相変化する。放熱部１６にて放出された潜熱は、さらにベーパーチャンバ１の外部環境へ放出される。放熱部１６にて気相から液相に相変化した作動流体は、ウィック構造体２０の第１ウィック部２１の毛細管力にて、第１ウィック部２１中を放熱部１６から受熱部１５近傍まで還流する。第１ウィック部２１の作動流体に対する流路抵抗は相対的に小さいので、液相に相変化した作動流体は、放熱部１６から受熱部１５近傍まで円滑に還流できる。受熱部１５近傍まで還流された液相の作動流体は、主に、ウィック構造体２０の第２ウィック部２２の毛細管力によって、受熱部１５近傍から受熱部１５まで還流される。第２ウィック部２２の毛細管力は相対的に大きいことから、液相の作動流体が確実に受熱部１５まで還流されるので、受熱部１５におけるドライアウトを防止できる。
　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２実施形態例に係るベーパーチャンバは、第１実施形態例に係るベーパーチャンバと主要部分で共通しているので、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。
　第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、第２ウィック部２２の幅方向の寸法は、第１ウィック部２１の幅方向の寸法と略同じとなっていたが、これに代えて、図４～６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、第２ウィック部２２の幅方向の寸法は、第１ウィック部２１の幅方向の寸法よりも大きくなっている。また、図４、５に示すように、第１ウィック部２１の形状は、長尺となっている。上記から、ベーパーチャンバ２では、コンテナ１０は、受熱部１５の幅方向の寸法が、放熱部１６の幅方向の寸法よりも大きい形状となっている。また、コンテナ１０の放熱部１６は、長尺状となっている。
　また、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、一方の板状部材１１と一方の板状部材１１と対向する他方の板状部材１２とを重ねることによりコンテナ１０が形成されていたが、これに代えて、図４～７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、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１よりもコンテナ１０が厚く、空洞部１３の厚さ方向の寸法が大きいことに対応して、一方の板状部材１１と他方の板状部材１２との間に、さらに枠状の中間部材３０が配置されている。枠状の中間部材３０が、コンテナ１０の側壁を形成している。
　ベーパーチャンバ２では、第２ウィック部２２は、相対的に面積の小さい第２ウィック部２２－１と相対的に面積の大きい第２ウィック部２２－２とが積層された構造体となっている。第２ウィック部２２－１が一方の板状部材１１側、第２ウィック部２２－２が他方の板状部材１２側に配置されている。また、一方の板状部材１１の受熱部１５には、内面に、凹状の絞り部３１が形成されている。絞り部３１の平面視の形状と寸法は、被冷却体１００の形状と寸法に略対応している。
　図６に示すように、第２ウィック部２２では、第２ウィック部２２－１の部分が絞り部３１に装入されている。一方で、第２ウィック部２２－２は、絞り部３１に装入されておらず、一方の板状部材１１の内面上を、絞り部３１からその外側の領域まで延在している。第２ウィック部２２－２によって、第２ウィック部２２の平面視における面積は、受熱部１５に熱的に接続された被冷却体１００の平面視における面積よりも大きい態様となっている。従って、受熱部１５全体にわたって十分な量の液相の作動流体を還流させることができる。
　絞り部３１が形成されているベーパーチャンバ２では、被冷却体１００とコンテナ１０との間に受熱プレートを介さずに、被冷却体１００をコンテナ１０に、直接、熱的に接続することができる。
　また、ベーパーチャンバ２では、幅方向の寸法が受熱部１５よりも小さい放熱部１６に、図示しない熱交換手段（例えば、平板状の放熱フィン）を取り付け、すなわち、放熱部１６に熱交換手段を熱的に接続して、シートシンクとしてもよい。熱交換手段を取り付けた放熱部１６近傍に冷却ファン（図示せず）を設置し、冷却ファンによる強制冷却により、シートシンクの熱交換効率を向上させることができる。
　次に、本発明の他の実施形態例について説明する。第１実施形態例に係るベーパーチャンバでは、第１ウィック部は、１枚の第１ウィック部材から形成されていたが、複数枚の第１ウィック部材の積層体から形成されていてもよい。第１実施形態例に係るベーパーチャンバでは、第２ウィック部の幅方向の寸法は、第１ウィック部２１の幅方向の寸法と略同じとなっていたが、第１ウィック部の幅方向の寸法と第２ウィック部の幅方向の寸法の大小は、特に限定されない。例えば、第１ウィック部の幅方向の寸法が第２ウィック部の幅方向の寸法よりも大きくてもよく、第２ウィック部の幅方向の寸法が第１ウィック部の幅方向の寸法よりも大きくてもよい。また、第１実施形態例に係るベーパーチャンバでは、コンテナの形状は平面視矩形状であったが、コンテナの平面視の形状は、特に限定されず、例えば、台形、五角形以上の多角形、丸形状等でもよい。
　また、上記各実施形態例では、ベーパーチャンバの１箇所に被冷却体が熱的に接続されることに対応して、第２ウィック部は１箇所に設けられていたが、ベーパーチャンバの複数箇所に被冷却体が熱的に接続される場合には、第２ウィック部は当該複数箇所に設けられてもよい。
　また、第２実施形態例に係るベーパーチャンバでは、第２ウィック部の幅方向の寸法は、第１ウィック部の幅方向の寸法よりも大きくなっていたが、第１ウィック部の幅方向の寸法と第２ウィック部の幅方向の寸法の大小は、特に限定されず、例えば、第２ウィック部の幅方向の寸法は、第１ウィック部の幅方向の寸法と同じでもよい。
　本発明のベーパーチャンバは、機械的強度に優れ、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されても受熱部におけるドライアウトを防止でき、液相の作動流体が円滑に放熱部から受熱部へ還流できるので、広汎な分野で利用可能である。特に、本発明のベーパーチャンバは、電子計算機等の電子機器に搭載される中央演算処理装置等、狭小空間に設置される発熱量の大きい発熱体を冷却する分野で利用価値が高い。
１、２　　　　　　ベーパーチャンバ
１０　　　　　　　コンテナ
１１　　　　　　　一方の板状部材
１２　　　　　　　他方の板状部材
１３　　　　　　　空洞部
２０　　　　　　　ウィック構造体
２１　　　　　　　第１ウィック部
２２　　　　　　　第２ウィック部

Claims (8)

  1. 　一方の板状部材と該一方の板状部材と対向する他方の板状部材が積層されて形成された、中空の空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に設けられた、ウィック構造体と、を備えたベーパーチャンバであって、
    前記ウィック構造体が、受熱部から放熱部まで延在した、線状部材を用いた第１ウィック部材を有する第１ウィック部と、前記受熱部に設けられた、線状部材を用いた第２ウィック部材を有する第２ウィック部と、を有し、
    前記第２ウィック部材の線状部材が、前記第１ウィック部材の線状部材よりも平均直径が小さい、
    または、前記第２ウィック部材が、前記第１ウィック部材よりも目開き寸法が小さい、ベーパーチャンバ。
  2. 　前記第２ウィック部が、前記第１ウィック部と積層されている請求項１に記載のベーパーチャンバ。
  3. 　複数の前記第２ウィック部材が積層されて、前記第２ウィック部が形成されている請求項１または２に記載のベーパーチャンバ。
  4. 　前記第２ウィック部の平面視における面積が、前記受熱部に熱的に接続された被冷却体の平面視における面積よりも２％以上６０％以下広い請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  5. 　前記第２ウィック部材の線状部材の平均直径が、前記第１ウィック部材の線状部材の平均直径よりも３０％以上７０％以下小さい請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  6. 　前記第２ウィック部材の目開き寸法が、前記第１ウィック部材の目開き寸法よりも２０％以上７０％以下小さい請求項１乃至５のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  7. 　前記第１ウィック部材及び前記第２ウィック部材が、金属メッシュである請求項１乃至６のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
  8. 　一方の板状部材と該一方の板状部材と対向する他方の板状部材が積層されて形成された、中空の空洞部を有するコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に設けられた、ウィック構造体と、を備えたベーパーチャンバであって、
    前記ウィック構造体が、受熱部から放熱部まで延在した、線状部材を用いた第１ウィック部材を有する第１ウィック部と、前記受熱部に設けられた、線状部材を用いた第２ウィック部材を有する第２ウィック部と、を有し、
    前記第２ウィック部材の線状部材が、前記第１ウィック部材の線状部材よりも平均直径が小さい、
    または、前記第２ウィック部材が、前記第１ウィック部材よりも目開き寸法が小さい、ベーパーチャンバと、
    　前記ペーパーチャンバの前記放熱部に熱的に接続された放熱フィンと、
    　を備えたヒートシンク。
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