JP2019190815A

JP2019190815A - 冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ

Info

Publication number: JP2019190815A
Application number: JP2018120782A
Authority: JP
Inventors: 曾惓祺; Quan Qi Ceng; 莊岳龍; Yue Long Zhuang; 呉小龍; xiao long Wu
Original assignee: Tai Sol Electronics Co Ltd
Current assignee: Tai Sol Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2019-10-31
Also published as: US20190331432A1; TW201945683A; TWI660151B

Abstract

【課題】冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプを提供する。【解決手段】冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプは、蒸発チャンバー、冷却部位、気流管および液流管を備える。蒸発チャンバーはハウジングと、ハウジング内に配置された第一毛細管材とを有する。第一毛細管材はハウジングに充満せず、ハウジングとの間に第一空間を形成する。冷却部位は中空の管体からなる。管体は相互に繋がる気体接続端部および液体接続端部を有し、内部に液体接続端部に対応する第二毛細管材および気体接続端部に対応する第二空間を有する。第二毛細管材は管体内の一部分に充填される。気流管は一端がハウジングに接続されて第一空間に繋がり、他端が冷却部位の気体接続端部に接続されて第二空間に繋がる。液流管は一端がハウジングに接続されてハウジングの内部に繋がり、他端が冷却部位の液体接続端部に接続されて冷却部位の内部に繋がる。液流管は内部に第三毛細管材を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、放熱装置に関し、詳しくは冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプに関するものである。

科学技術が日増しに発展することに伴って、現代の日常生活では電子装置を使用することがごく普通になってきた。多くの電子装置は稼働を維持するために高い電気エネルギーが必要である。長時間にわたって電子装置が稼働して生じた熱は電子装置を昇温させると同時に電子装置を損傷し、電子装置の稼働効率に影響を与える。

近年これに対して開発されたヒートパイプは熱伝導方式で熱伝導を迅速に促す冷却媒体を介して電子装置の熱エネルギーを外部に拡散させることが主な機能である。続いて開発されてきた還流ヒートパイプは内部に注入された作動流体、放熱装置、冷却装置、放熱装置および冷却装置の間に接続された気体管路および液体管路を備える。
電子装置に生じた熱エネルギーは放熱装置から作動流体に伝導する。作動流体は熱エネルギーを吸収し、蒸発して気体作動流体に変わる。続いて気体作動流体は気体管路を通って冷却装置に流入し、熱拡散、降温および冷却を行って液体作動流体に変わる。続いて液体作動流体は液体管路を通って放熱装置に還流し、再び放熱装置の表面に吸着した熱エネルギーを吸収し、蒸発（熱吸収）および冷却（熱放出）を繰り返すことによって電子装置を降温させる目的を達成する。

特許文献１により掲示された「還流ヒートパイプ」は、液体管路の内部に配置された可撓性のあるメッシュ状脈管を有する。可撓性のあるメッシュ状脈管はメッシュ状管壁からなる毛細管構造によって毛細管力を生じ、作動流体を蒸発部位の方向へ伝送する。作動流体は蒸発部によって熱を吸収し、蒸発して気体作動流体に変わり、そののち蒸気管路によって冷却部へ流動する。続いて冷却部に流入した気体作動液は冷却して液体作動流体に変わり、冷却部の内壁に凝結する。
しかしながら、特許文献１において、可撓性のあるメッシュ状脈管は冷却部および液流流路に充満せず、冷却部（即ち管体内部）の側壁に配置されるため、冷却部の内壁に凝結した液体作動流体は直ちに脈管からなる毛細管構造に吸収されないことが原因で蒸発部に還流する速度が遅くなる。つまり液体作動流体は還流効果がよくない。

上述した問題に対し、図１に示すように、液流部位および冷却部に液体作動流体を充満させるには大量の作動流体を注入することが必要であり、その一方で冷却部内の気体作動流体を入流させる空間を大幅に縮減する。つまり気体作動流体は転換空間および転換できる量が限定されるため、放熱効率を降下させてしまう。

台湾特開２００８１５７２５号公報

本発明は、冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプを提供することを主な目的とする。
本発明の冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプは、先行技術のように大量の作動液を注入する必要なく、液体作動液を確実に吸収し、液体作動液を迅速に還流させ、放熱効率を高めることができる。

上述した課題を解決するため、冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプは、蒸発チャンバー、冷却部位、気流管および液流管を備える。蒸発チャンバーはハウジングと、ハウジング内に配置された第一毛細管材とを有する。第一毛細管材はハウジングに充満せず、ハウジングとの間に第一空間を形成する。冷却部位は内部が中空の管体からなる。放熱部材は管体の外部に配置される。管体は相互に繋がる気体接続端部および液体接続端部、内部の一部分に充填された第二毛細管材と、内部に形成された第二空間とを有する。第二毛細管材は管体の液体接続端部に対応するように配置される。第二空間は一端が第二毛細管材に接触し、他端が気体接続端部に繋がる。気流管は一端がハウジングに接続されて第一空間に繋がり、他端が冷却部位の気体接続端部に接続されて第二空間に繋がる。液流管は一端がハウジングに接続されてハウジングの内部に繋がり、他端が冷却部位の液体接続端部に接続されて冷却部位の内部に繋がる。液流管は第三毛細管材を有する。第三毛細管材は液流管の内部に充填され、第一毛細管材および第二毛細管材に別々に接触する。

上述したとおり、冷却部位は内部に形成された第二空間および内部の一部分に充填された第二毛細管材によって気体作動液を集結し、第二毛細管材の吸収作用によって冷却した液体作動液を蒸発チャンバーに迅速に還流させ、再び循環させるため、放熱を加速させることができる。

本発明の第１実施形態を示す斜視図である。本発明の第１実施形態を示す斜視断面図である。本発明の第１実施形態を示す別の斜視断面図である。本発明の第２実施形態を示す斜視断面図である。図４に基づいた平面図である。本発明の第２実施形態を示す別の斜視断面図である。本発明の第３実施形態を示す斜視断面図である。本発明の第４実施形態を示す斜視断面図である。本発明の第５実施形態を示す水平断面図である。

以下、本発明による冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプを図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１から図３に示すように、本発明の第１実施形態による冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ１０は、蒸発チャンバー１１、冷却部位１２、気流管１３および液流管１４から構成される。

蒸発チャンバー１１は、ハウジング１１１と、ハウジング１１１内に配置された第一毛細管材１１２とを有する。図面に示すように、ハウジング１１１は矩形を呈するのに対し、第一毛細管材１１２は矩形を呈し、長さがハウジング１１１の長さより小さい。
第一毛細管材１１２はハウジング１１１に充満せず、ハウジング１１１との間に第一空間１１３を形成する。作動液（図中未表示）はハウジング１１１内に注入され、第一毛細管材１１２を流動する。第一毛細管材１１２は焼結粉末、（ｓｉｎｔｅｒｅｄｐｏｗｄｅｒ）、メッシュ（ｍｅｓｈ）またはファイバー（ｆｉｂｅｒ）からなる毛細管構造であり、複数の流路１１２１を有する。流路１１２１は周知であるため、詳しい説明を省略する。複数の流路１１２１の開口部１１２２は第一空間１１３に対応する。

冷却部位１２は、内部が中空の管体からなり、相互に繋がる気体接続端部１２１および液体接続端部１２２、管体内部の一部分に充填された第二毛細管材１２３と、管体内部に形成された第二空間１２４とを有する。放熱部材１５は管体の外部に配置される、例えば放熱フィンから構成され、冷却部位１２の外側の周辺に配置され、放熱および降温作用を生じる。放熱部材は形および構造が特に限定されず、周知の技術であるため、詳細な説明を省略する。
第二毛細管材１２３は焼結粉末、（ｓｉｎｔｅｒｅｄｐｏｗｄｅｒ）、メッシュ（ｍｅｓｈ）またはファイバー（ｆｉｂｅｒ）からなる毛細管構造である。本実施形態において、第二毛細管材１２３は円柱形を呈し、管体の液体接続端部１２２に対応するように冷却部位１２内に配置される。第二空間１２４は一端が第二毛細管材１２３に接触し、他端が気体接続端部１２１に繋がる。

気流管１３は一端がハウジング１１１に接続されて第一空間１１３に繋がり、他端が冷却部位１２の気体接続端部１２１に接続されて第二空間１２４に繋がる。

第１実施形態において、液流管１４は内径が気流管１３の内径より大きく、一端がハウジング１１１に接続されてハウジング１１１の内部に繋がり、他端が冷却部位１２の液体接続端部１２２に接続されて冷却部位１２の内部に繋がる。
液流管１４は第三毛細管材１４１を有する。第三毛細管材１４１は液流管１４の内部に充填され、焼結粉末、（ｓｉｎｔｅｒｅｄｐｏｗｄｅｒ）、メッシュ（ｍｅｓｈ）またはファイバー（ｆｉｂｅｒ）からなる毛細管構造であり、第一毛細管材１１２および第二毛細管材１２３に別々に接触する。

図２に示すように、第一毛細管材１１２、第二毛細管材１２３および第三毛細管材１４１は独立毛細管構造であってもよい。第一毛細管材１１２はハウジング１１１内に配置され、第二毛細管材１２３は冷却部位１２内に配置され、第三毛細管材１４１は液流管１４内に配置される。或いは、図３に示すように、第一毛細管材１１２、第二毛細管材１２３および第三毛細管材１４１は焼結成形によって一体になり、ハウジング１１１、冷却部位１２および液流管１４内に配置される。

上述した構造により、還流ヒートパイプ１０が作動する際、電子装置などの発熱源（図中未表示）は蒸発チャンバー１１の上に配置され、暫く稼働した後、熱エネルギーを生じ、熱伝導方式によって蒸発チャンバー１１に伝導させ、同時に第一毛細管材１１２へ拡散させる。作動液の大部分は液体状態で第一毛細管材１１２内に保存される。
熱エネルギーが第一毛細管材１１２に伝導する際、第一毛細管材１１２は昇温し、第一毛細管材１１２内の液体作動液に熱エネルギーを十分に吸収させ、蒸発反応を起こして気体作動液を生成させる。気体作動液は第一毛細管材１１２の複数の流路１１２１の開口部１１２２から第一空間１１３に流入し、集結した後、気流管１３を通って冷却部位１２へ流動する。
冷却部位１２の外部に配置される放熱部材１５は気流管１３から冷却部位１２に流入した気体作動液を冷却させて液体作動液を生成する。一方、気体作動液が気流管１３から冷却部位１２へ流入する際、冷却部位１２は第二空間１２４および冷却部位１２の一部分に充填された第二毛細管材１２３を有するため、気体作動液は第二空間１２４に集結および冷却し、液体作動液を凝結させることができる。

続いて、冷却部位１２内の第二毛細管材１２３が液流管１４内の第三毛細管材１４１に接触するため、液体作動液は毛細管力の吸着作用によって液流管１４へ持続的に流動し、蒸発チャンバー１１に還流することができる。上述したステップを繰り返せば、還流ヒートパイプの放熱効率を向上させる目的を達成することができる。

上述したとおり、本発明は冷却部位１２の一部分に第二毛細管材１２３が充填してあるため、液体作動液は第二毛細管材１２３に吸着し、第三毛細管材１４１によって蒸発チャンバー１１に迅速に還流することができる。従って、本発明の放熱効率は先行技術に優れる。

（第２実施形態）
図４から図６に示したのは本発明の第２実施形態による冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ１０’である。第１実施形態との違いは下記のとおりである。

第２実施形態において、第二毛細管材１２３’は円筒体である。円筒体は底部１２３１’が冷却部位１２’の液体接続端部１２２’に隣接し、身部１２３２’が円柱状を呈し、底部１２３１’の外周から冷却部位１２’の内壁に沿って冷却部位１２’の気体接続端部１２１’へ伸びていく。
第二毛細管材１２３’は冷却部位１２’内に配置されて第二空間１２４’を形成する。第二空間１２４’は長円柱状を呈し、密封端部１２４１’および開口端部１２４２’を有する。密封端部１２４１’は第二毛細管材１２３’に隣接する。開口端部１２４２’は気体接続端部１２１’に対応する。気体作動液は冷却部位１２’の内周壁面に配置された第二毛細管材１２３’によって熱エネルギーを冷却部位１２’の外部へ迅速かつ均等に拡散させ、放熱部材１５’とともに放熱および降温作用を発揮する。
冷却した液体作動液は第二毛細管材１２３’の毛細管作用によって液流管１４’へ迅速および順調に流動することができる。

図４および図５に示すように、第一毛細管材１１２’、第二毛細管材１２３’および第三毛細管材１４１’は独立毛細管構造であってもよい。第一毛細管材１１２’はハウジング１１１’内に配置され、第二毛細管材１２３’は冷却部位１２’内に配置され、第三毛細管材１４１’は液流管１４’内に配置される。
或いは、図６に示すように、第一毛細管材１１２’、第二毛細管材１２３’および第三毛細管材１４１’は焼結成形によって一体になり、ハウジング１１１’、冷却部位１２’および液流管１４’内に配置される。

第２実施形態のほかの構造および達成できる効果は第１実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

（第３実施形態）
図７に示したのは本発明の第３実施形態による冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ２０である。第１実施形態との違いは下記のとおりである。

第３実施形態において、気流管２３および液流管２４は内径が同じであり、それぞれ冷却部位２２に連結される。液流管２４は第三毛細管材２４１を有する。第三毛細管材２４１は液流管２４の内部に充填され、ハウジング２１１内の第一毛細管材２１２および冷却部位２２の第二毛細管材２２３に接触する。第二毛細管材２２３は円柱形を呈する。

第３実施形態において、第一毛細管材２１２、第二毛細管材２２３および第三毛細管材２４１は独立毛細管構造であってもよい。第一毛細管材２１２はハウジング２１１内に配置され、第二毛細管材２２３は冷却部位２２内に配置され、第三毛細管材２４１は液流管２４内に配置される。
或いは、図７に示すように第一毛細管材２１２、第二毛細管材２２３および第三毛細管材２４１は焼結成形によって一体になり、ハウジング２１１、冷却部位２２および液流管２４内に配置される。

第３実施形態のほかの構造および達成できる効果は第１実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

（第４実施形態）
図８に示したのは本発明の第４実施形態による冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ２０’である。第１実施形態との違いは下記のとおりである。

第４実施形態において、気流管２３’および液流管２４’は内径が同じであり、それぞれ冷却部位２２’に連結される。液流管２４’は第三毛細管材２４１’を有する。第三毛細管材２４１’は液流管２４’の内部に充填され、ハウジング２１１’内の第一毛細管材２１２’および冷却部位２２’内の第二毛細管材２２３’に接触する。
図８に示すように、第二毛細管材２２３’は円筒体である。円筒体は底部２２３１’が冷却部位２２’の液体接続端部２２２’に隣接し、身部２２３２’が円柱状を呈し、底部２２３１’の外周から冷却部位２２’の内壁に沿って冷却部位２２’の気体接続端部２２１’へ伸びていく。

第４実施形態において、第一毛細管材２１２’、第二毛細管材２２３’および第三毛細管材２４１’は独立毛細管構造であってもよい。第一毛細管材２１２’はハウジング２１１’内に配置され、第二毛細管材２２３’は冷却部位２２’内に配置され、第三毛細管材２４１’は液流管２４’内に配置される。
或いは、図８に示すように、第一毛細管材２１２’、第二毛細管材２２３’および第三毛細管材２４１’は焼結成形によって一体になり、ハウジング２１１’、冷却部位２２’および液流管２４’内に配置される。

第４実施形態のほかの構造および達成できる効果は第１実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

（第５実施形態）
図９に示したのは本発明の第５実施形態による冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ２０”である。第２実施形態との違いは下記のとおりである。

第５実施形態において、液流管２４”は内径が気流管２３”の内径より小さい。気流管２３”および液流管２４”はそれぞれ冷却部位２２”に連結される。液流管２４”は第三毛細管材２４１”を有する。第三毛細管材２４１”は液流管２４”の内部に充填され、ハウジング２１１”内の第一毛細管材２１２”および冷却部位２２”内の第二毛細管材２２３”に接触する。

第５実施形態のほかの構造および達成できる効果は第２実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

上述したとおり、本発明は冷却部位１２、１２’、２２、２２’、２２”内に第二毛細管材１２３、１２３’、２２３、２２３’、２２３”および第二空間１２４、１２４’、２２４、２２４’、２２４”を配置し、液流管１４、１４’、２４、２４’、２４”内に第三毛細管材１４１、１４１’、２４１、２４１’、２４１”を配置する空間形態によって還流ヒートパイプの放熱効率を向上させる目的を達成できることが判明した。

１０、１０’、２０、２０’、２０” 還流ヒートパイプ
１１、１１’ 蒸発チャンバー
１１１、１１１’、２１１、２１１’、２１１” ハウジング
１１２、１１２’、２１２、２１２’、２１２” 第一毛細管材
１１２１、１１２１’ 流路
１１２２、１１２２’ 開口部
１１３、１１３’ 第一空間
１２、１２’、２２、２２’、２２” 冷却部位
１２１、１２１’ 気体接続端部
１２２、１２２’ 液体接続端部
１２３、１２３’、２２３、２２３’、２２３” 第二毛細管材
１２３１’、２２３１’ 底部
１２３２’、２２３２’ 身部
１２４、１２４’、２２４、２２４’、２２４” 第二空間
１２４１’ 密封端部
１２４２’ 開口端部
１３、１３’、２３、２３’、２３” 気流管
１４、１４’、２４、２４’、２４” 液流管
１４１、１４１’、２４１、２４１’、２４１” 第三毛細管材
１５、１５’ 放熱部材

Claims

蒸発チャンバー、冷却部位、気流管および液流管を備え、
前記蒸発チャンバーは、ハウジングと、前記ハウジング内に配置された第一毛細管材とを有し、前記第一毛細管材は前記ハウジングの内部に充満せず、前記ハウジングとの間に第一空間を形成し、
前記冷却部位は、内部が中空の管体からなり、放熱部材は前記管体の外部に配置され、前記管体は相互に繋がる気体接続端部および液体接続端部と、内部の一部分に充填された第二毛細管材と、内部に形成された第二空間とを有し、前記第二毛細管材は前記管体の前記液体接続端部に対応するように配置され、前記第二空間は一端が前記第二毛細管材に接触し、他端が前記気体接続端部に繋がり、
前記気流管は、一端が前記ハウジングに接続されて前記第一空間に繋がり、他端が前記冷却部位の前記気体接続端部に接続されて前記第二空間に繋がり、
前記液流管は、内部に第三毛細管材を有し、一端が前記ハウジングに接続されて前記ハウジングの内部に繋がり、他端が前記冷却部位の前記液体接続端部に接続されて前記冷却部位の内部に繋がり、前記第三毛細管材は前記液流管の内部に充填され、前記第一毛細管材および前記第二毛細管材に別々に接触することを特徴とする、
冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ。
前記液流管の内径は前記気流管の内径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ。
前記液流管の内径は前記気流管の内径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ。
前記液流管の内径は前記冷却部位の内径より小さいことを特徴とする請求項２に記載の冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ。
前記第二毛細管材は円筒体であり、前記円筒体は底部が前記冷却部位の前記液体接続端部に隣接し、身部が円柱状を呈し、前記底部の外周から前記冷却部位の内壁に沿って前記冷却部位の前記気体接続端部へ伸び、前記第二毛細管材は前記冷却部位の中に配置されて前記第二空間を形成し、前記第二空間は長円柱状を呈し、密封端部および開口端部を有し、前記密封端部は前記第二毛細管材に隣接し、前記開口端部は前記気体接続端部および前記気流管に対応することを特徴とする請求項１に記載の冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ。
前記第一毛細管材、前記第二毛細管材および前記第三毛細管材は焼結成形によって一体になることを特徴とする請求項１に記載の冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ。
前記第一毛細管材、前記第二毛細管材および前記第三毛細管材は、焼結粉末、（ｓｉｎｔｅｒｅｄｐｏｗｄｅｒ）、メッシュ（ｍｅｓｈ）またはファイバー（ｆｉｂｅｒ）からなる毛細管構造であることを特徴とする請求項１に記載の冷却部位の一部分に毛細管材が充填してある還流ヒートパイプ。