(57)【要約】本発明は、一端が熱源に接触し他端が熱放出部に接触した状態で、熱源から発生した熱を水平方向に熱放出部に伝達する装置であって、熱源から熱を吸収しながら蒸発し熱放出部で熱を放出しながら凝縮する冷媒が収容された熱伝導性板型ケースと、板型ケースの内部に設けられ、ワイヤーが上下交互に交差して製織された粗いメッシュと細かいメッシュとが上下に接して積層された構造を有するメッシュ集合体とを含み、粗いメッシュは、冷媒の蒸発により生じた蒸気が、ワイヤーの交差地点からワイヤーの進行方向に沿って流動可能であり、断面積が相異なる主方向及び副方向の蒸気拡散流路を提供し、断面積が相対的に大きい主方向の蒸気拡散流路が熱伝達方向と平行であり、細かいメッシュは、ワイヤーの交差地点からワイヤーの進行方向に沿って液体流動流路を提供する。【選択図】図２
2007519877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が熱源に接触し他端が熱放出部に接触した状態で前記熱源から発生した熱を水平方向に前記熱放出部に伝達する装置であって、
前記熱源から熱を吸収しながら蒸発し前記熱放出部で熱を放出しながら凝縮する冷媒が収容された熱伝導性板型ケースと、
前記板型ケースの内部に設けられ、ワイヤーが上下交互に交差して製織された粗いメッシュと細かいメッシュとが上下に接して積層された構造を有するメッシュ集合体とを含み、
前記粗いメッシュは、前記冷媒の蒸発によって生じた蒸気が、前記ワイヤーの交差地点から前記ワイヤーの進行方向に沿って流動可能であって、断面積が相異なる主方向及び副方向の蒸気拡散流路を提供し、断面積が相対的に大きい主方向の蒸気拡散流路が熱伝達方向と平行であり、
前記細かいメッシュは、前記交差地点から前記ワイヤーの進行方向に沿って液体流動流路を提供することを特徴とする板型熱伝達装置。
【請求項２】
前記粗いメッシュの開口幅［Ｍ＝（１−Ｎｄ）／Ｎ、但し、Ｎはメッシュ数、ｄはワイヤーの直径（ｉｎｃｈ）］は、０．１９ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項３】
前記粗いメッシュを構成する前記ワイヤーの直径は、０．１７ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項４】
前記粗いメッシュの開口面積は、０．０３６ｍｍ２〜４．０ｍｍ２であることを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項５】
前記粗いメッシュのメッシュ数は、ＡＳＴＭ仕様Ｅ−１１−９５を基準として１０以上６０以下であることを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項６】
前記細かいメッシュの開口幅［Ｍ＝（１−Ｎｄ）／Ｎ、但し、Ｎはメッシュ数、ｄはワイヤーの直径（ｉｎｃｈ）］は、０．０１９ｍｍ〜０．１８ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項７】
前記細かいメッシュを構成する前記ワイヤーの直径は、０．０２ｍｍ〜０．１６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項８】
前記細かいメッシュの開口面積は、０．０００３６ｍｍ２〜０．０３２４ｍｍ２であることを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項９】
前記細かいメッシュのメッシュ数は、ＡＳＴＭ仕様Ｅ−１１−９５を基準として８０以上４００以下であることを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１０】
前記メッシュ集合体は、下部から上部に向いて、前記熱源に隣接して配置された前記細かいメッシュ及び、その上に前記熱放出部に隣接するように前記粗いメッシュが積層された構造を有することを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１１】
前記メッシュ集合体は、二つの前記細かいメッシュの間に前記粗いメッシュが介在して積層された構造を有することを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１２】
二つの前記細かいメッシュの間にある前記粗いメッシュの少なくとも一部の領域に、二つの前記細かいメッシュを連結して前記液体流動流路を提供するように少なくとも一層以上の細かいメッシュをさらに備えたことを特徴とする請求項１１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１３】
前記メッシュ集合体は、前記粗いメッシュのメッシュ数より相対的に大きく、前記細かいメッシュのメッシュ数より相対的に小さいメッシュ数を有する少なくても一層の中間メッシュをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１４】
前記粗いメッシュは、前記細かいメッシュと前記中間メッシュとの間に介在されて積層されたことを特徴とする請求項１３に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１５】
前記細かいメッシュと前記中間メッシュとの間にある前記粗いメッシュの少なくとも一部の領域に、前記細かいメッシュと前記中間メッシュとを連結して前記液体流動流路を提供する少なくとも一層以上の細かいメッシュをさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１６】
前記細かいメッシュと前記中間メッシュとの間にある前記粗いメッシュの少なくとも一部の領域に、前記細かいメッシュと前記中間メッシュとを連結して前記液体流動流路を提供する少なくとも一層以上の中間メッシュをさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１７】
前記細かいメッシュは前記熱源に隣接して配置され、前記中間メッシュは前記熱放出部に隣接するように配置されたことを特徴とする請求項１４に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１８】
前記細かいメッシュは前記熱源に隣接するように配置され、前記熱源から吸収された熱によって前記冷媒が蒸発して蒸気になり、
前記粗いメッシュは前記細かいメッシュと接触するように配置され、前記蒸気が流動する前記蒸気拡散流路を提供し、
前記中間メッシュは前記粗いメッシュと接触すると同時に前記熱放出部に隣接するように配置され、前記熱放出部に熱を放出することで前記蒸気を凝縮させることを特徴とする請求項１４に記載の板型熱伝達装置。
【請求項１９】
前記中間メッシュには、前記粗いメッシュから流入される前記蒸気が流動するように蒸気流動空間が形成されたことを特徴とする請求項１８に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２０】
前記板型ケース内に前記メッシュと接触するように設けられ、その表面には、前記冷媒が含体されて流動すると同時に、前記熱源から吸収された熱により蒸発して生じた蒸気が前記メッシュに向かうように凹凸が形成されたウィック構造体をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２１】
前記ウィック構造体は、銅、ステンレススチール、アルミニウムまたはニッケルパウダーを焼結することで形成されたことを特徴とする請求項２０に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２２】
前記ウィック構造体は、ポリマー、シリコン、シリカ、銅板、ステンレススチール、ニッケルまたはアルミニウム板をエッチング加工することで形成されたことを特徴とする請求項２０に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２３】
前記板型ケースは電解銅箔で製造され、この電解銅箔の粗い面が前記板型ケースの内面になるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２４】
前記メッシュは、金属、ポリマーまたはプラスチックのうちのいずれか１つで形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２５】
前記金属は、銅、アルミニウム、ステンレススチールまたはモリブデンのうちのいずれか１つまたはこれらの合金であることを特徴とする請求項２４に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２６】
前記板型ケースは、金属、ポリマーまたはプラスチックのうちのいずれか１つで形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２７】
前記金属は、銅、アルミニウム、ステンレススチールまたはモリブデンのうちのいずれか１つまたはこれらの合金であることを特徴とする請求項２６に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２８】
前記冷媒は、水、エタノール、アンモニア、メタノール、窒素またはフレオンのうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の板型熱伝達装置。
【請求項２９】
前記冷媒の充填量は、ウィック気孔度（ｗｉｃｋ  ｐｏｒｏｓｉｔｙ）の８０％〜１５０％であることを特徴とする請求項２８に記載の板型熱伝達装置。
【請求項３０】
前記細かいメッシュは、断面積が相異なる主方向及び副方向の液体流動流路を有し、主方向の液体流動流路が熱伝達方向と平行であることを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の板型熱伝達装置。
【請求項３１】
前記中間メッシュは断面積が相異なる主方向及び副方向の液体流動流路を有し、主方向の液体流動流路が熱伝達方向と平行であることを特徴とする請求項１３〜請求項１９のいずれか１項に記載の板型熱伝達装置。
【請求項３２】
熱伝導性板型ケース内にメッシュ集合体が実装され、前記メッシュ集合体を媒介にした冷媒の循環メカニズムを用いて水平方向に熱を伝達する板型熱伝達装置を製造する方法において、
（ａ）前記板型ケースの上板及び下板をそれぞれ形成するステップと、
（ｂ）ワイヤーが上下交互に交差して製織された、冷媒蒸気の拡散流路を提供する粗いメッシュ及び、液状冷媒の液体流動流路を提供する細かいメッシュが上下に接して積層された構造を有するメッシュ集合体を用意するが、前記粗いメッシュは、前記ワイヤーの進行方向を基準として、前記冷媒蒸気の流動断面積が相異なる主方向及び副方向の蒸気拡散流路を備えるものを選択するステップと、
（ｃ）前記メッシュ集合体を前記上板と前記下板との間に挿入するが、前記粗いメッシュの主方向の蒸気拡散流路が熱伝達方向と一致するように前記メッシュ集合体の方向を調節するステップと、
（ｄ）冷媒注入口だけを残し前記上板と前記下板とを接合させて前記板型ケースを形成するステップと、
（ｅ）前記冷媒注入口を介して接合された前記板型ケースの内部を真空状態に減圧し冷媒を注入させるステップと、
（ｆ）前記冷媒が注入された前記板型ケースを密封するステップと、
を含むことを特徴とする板型熱伝達装置の製造方法。
【請求項３３】
前記（ｂ）ステップにおいて、前記細かいメッシュは、前記ワイヤーの進行方向に沿って、液状冷媒の流動断面積が異なる主方向及び副方向の液体流動流路を有するものを選択し、前記メッシュ集合体は、前記細かいメッシュの主方向の液体流動流路と前記粗いメッシュの主方向の蒸気拡散流路とが同じ方向を向くように構成して用意することを特徴とする請求項３２に記載の板型熱伝達装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の気化及び凝縮を通じた冷媒の循環で熱源から熱を放出できる板型熱伝達装置及びその製造方法に関し、熱伝達装置ケースの変形を防止し、最大の熱伝達効率を提供する方向に蒸気拡散流路及び液体流動流路を確保する板型熱伝達装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンやＰＤＡのような電子機器は、高集積化技術の発展に伴い大きさが小型化され、厚さも徐々に薄くなっている。同時に、電子機器の高応答性（ｈｉｇｈｅｒ  ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｎｅｓｓ）及び機能向上に対する要求が高まることにより、消費電力も徐々に増加している傾向にある。したがって、電子機器の作動中に、その内部の電子部品から多くの熱が発生するが、このような熱を外部に放出するために多様な板型熱伝達装置が採用されてきた。
【０００３】
前記のように電子部品を冷却する装置の一例として、ヒートパイプが広く知られている。ヒートパイプは、空気が遮断されるように密封された容器の内部を真空状態に減圧し冷媒（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｆｌｕｉｄ）を注入した後、密封した構造を有する。動作において、前記ヒートパイプが設けられた熱源の付近で冷媒は加熱され蒸気化された後、冷却部に流動する。冷却部において、前記蒸気は熱を外部に放出しながら再び凝縮し液体状態になり、本来の位置に復帰する。このような循環構造によって熱源から発生した熱は、外部に放出されることで機器が冷却できる。
【０００４】
赤地（Ａｋａｃｈｉ）に許与された米国特許第５６４２７７５号は、毛細管トンネル（ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｔｕｎｎｅｌｓ）と呼ばれる微細なチャンネルを有した薄板及びその内部に冷媒が詰められた平板ヒートパイプの構造を開示する。前記板の一端が加熱されると、冷媒は加熱され蒸気になった後、各チャンネル他端の冷却部に移動し、冷却しながら再び凝縮し加熱部に移動する。赤地の板型ヒートパイプはマザーボード（ｍｏｔｈｅｒｂｏａｒｄ）のプリント基板（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄｓ）の間に採用できる。しかし、製造上、押出（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）によって前記のような小さく細かい毛細管チャンネルを多数形成することは非常に難しい。
【０００５】
伊藤（Ｉｔｏｈ）に許与された米国特許第５３０９９８６号には、エアシールされた長方形の容器及び前記容器内に詰められたヒートキャリア（冷媒）が開示されている。前記特許において、容器の内側面には傾いた溝が形成され、前記容器の隅部は突き出て形成されているため、凝縮した冷媒が容器の全領域にわたってもれなく分布でき、したがって熱を効果的に吸収して放出できる。
【０００６】
リ（Ｌｉ）らに許与された米国特許第６１４８９０６号には、電子機器の本体の内部に位置した熱源から外部にあるヒートシンク（ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ）に熱を伝達する板型ヒートパイプが開示されている。前記ヒートパイプは多数のロッド（ｒｏｄｓ）が収納される凹部（ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ）が形成された金属製の底板、及び、前記底板を覆う上部板で構成される。前記底板と上部板、そしてロッドとの間の空間は減圧されて冷媒で詰められる。上述と同様に、前記冷媒はチャンネル内部において加熱部から熱を吸収して蒸気状態で冷却部に移動し、冷却部で熱を放出しながら凝縮した冷媒は再び加熱部へ循環する動作を経て装置を冷却させる。
【０００７】
図１は、従来の板型熱伝達装置のさらに他の例である熱拡散機１０が熱源２０とヒートシンク３０との間に設けられた様子を示す。熱拡散機１０は薄くて密閉された金属ケース５０の内部４０に冷媒が充填された構造であり、金属ケース５０の内面にはウィック構造体（ｗｉｃｋ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）６０が設けられている。熱源２０から発生した熱は熱源２０と接している熱拡散機１０内部のウィック構造体６０に伝達される。この領域において、ウィック構造体６０に含体されていた冷媒が蒸発して内部空間４０を通って四方に拡散した後、ヒートシンク３０が設けられた冷却領域のウィック構造体６０で熱を放出した後凝縮する。このような凝縮過程において放出された熱はヒートシンク３０に伝達され、冷却ファン７０による強制対流方式で外部に放出される。
【特許文献１】米国特許５６４２７７５号公報
【特許文献２】米国特許５３０９９８６号公報
【特許文献３】米国特許６１４８９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記のような板型熱伝達装置は、液体状態の冷媒が熱源から熱を吸収して蒸発し、蒸発によって生じた蒸気は再び冷却領域に移動せねばならないため、冷媒蒸気が流動できる空間が確保されねばならない。ところが、薄い板型熱伝達装置１０において、蒸気拡散流路の確保は楽ではなく、特に板型熱伝達装置ケース５０の内部は真空状態（減圧状態）に保持されるため、製造過程においてケース５０上板と下板が潰れたり歪んだりする現象が生じ、製品の信頼性を低下させる。
【０００９】
本発明は、前記のような背景から創案されたものであり、厚さが徐々に薄くなっていく板型熱伝達装置において、板型ケースを堅固に支持し装置の変形を防止することで製品の信頼性を確保できるとともに、効果的な熱伝達のための最適化された方向に蒸気拡散流路及び液体流動流路を確保する幾何学的な構造を有した、改善された板型熱伝達装置を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の技術的な課題を達成するための本発明による板型熱伝達装置は、一端が熱源に接触し他端が熱放出部に接触した状態で前記熱源から発生した熱を水平方向に前記熱放出部に伝達する装置であって、前記熱源から熱を吸収しながら蒸発し前記熱放出部で熱を放出しながら凝縮する冷媒が収容された熱伝導性板型ケースと、前記板型ケースの内部に設けられ、ワイヤーが上下交互に交差し製織された粗いメッシュと細かいメッシュとが上下に接して積層された構造を有するメッシュ集合体とを含み、前記粗いメッシュは、前記冷媒の蒸発によって生じた蒸気が、前記ワイヤーの交差地点から前記ワイヤーの進行方向に沿って流動可能であって、断面積が相異なる主方向及び副方向の蒸気拡散流路を提供し、断面積が相対的に大きい主方向の蒸気拡散流路が熱伝達方向と平行であり、前記細かいメッシュは前記交差地点から前記ワイヤーの進行方向に沿って液体流動流路を提供することを特徴とする。
【００１１】
望ましくは、前記粗いメッシュはその開口幅［Ｍ＝（１−Ｎｄ）／Ｎ、但し、Ｎはメッシュ数、ｄはワイヤーの直径（ｉｎｃｈ）］が０．１９ｍｍ〜２．０ｍｍであり、ワイヤーの直径が０．１７ｍｍ〜０．５ｍｍであり、メッシュ格子の面積は０．０３６ｍｍ２〜４．０ｍｍ２であることが望ましい。前記粗いメッシュのメッシュ数は、ＡＳＴＭ仕様（ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）Ｅ−１１−９５を基準として１０以上６０以下であることが望ましい。
【００１２】
望ましくは、前記細かいメッシュはその開口幅［Ｍ＝（１−Ｎｄ）／Ｎ、但し、Ｎはメッシュ数、ｄはワイヤーの直径（ｉｎｃｈ）］が０．０１９ｍｍ〜０．１８ｍｍであり、ワイヤーの直径が０．０２ｍｍ〜０．１６ｍｍであり、メッシュ格子の面積は０．０００３６ｍｍ２〜０．０３２４ｍｍ２であることが望ましい。前記細かいメッシュのメッシュ数はＡＳＴＭ仕様Ｅ−１１−９５を基準として８０以上４００以下であることが望ましい。
【００１３】
望ましくは、前記細かいメッシュは前記熱源に隣接するように配置され、前記粗いメッシュは前記熱放出部に隣接するように配置される。
【００１４】
本発明の一態様によれば、前記メッシュ集合体は二つの細かいメッシュの間に粗いメッシュを介在して積層された構造を有する。このとき、二つの細かいメッシュの間に介在された粗いメッシュの少なくとも一部の領域には、二つの細かいメッシュを連結して液体流動流路を提供するように、少なくとも一層以上の細かいメッシュをさらに備えることができる。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、前記メッシュ集合体は下部から上部に向かい細かいメッシュ、粗いメッシュ及び中間メッシュが順次積層された構造を有する。ここで、前記中間メッシュは前記粗いメッシュのメッシュ数より相対的に大きく、前記細かいメッシュのメッシュ数より相対的に小さいメッシュ数を有する。このとき、前記細かいメッシュと前記中間メッシュとの間に介在された粗いメッシュの少なくとも一部の領域には、前記細かいメッシュと前記中間メッシュとを連結して液体流動流路を提供する少なくとも一層以上の細かいメッシュまたは中間メッシュをさらに備えることができる。
【００１６】
本発明のさらに他の態様によれば、前記メッシュ集合体は下部層として細かいメッシュを、上部層として粗いメッシュ及び中間メッシュを同時に有する構造を備えるが、前記中間メッシュは熱放出部と隣接するように配置される。このとき、前記中間メッシュには前記粗いメッシュから流入される蒸気の流動を助ける蒸気流動空間が備えられることができる。
【００１７】
本発明によれば、前記板型ケース内には前記メッシュ集合体と接触するように設けられ、その表面には前記冷媒が含体されて流動すると同時に、前記熱源から吸収された熱により蒸発して生じた蒸気が前記メッシュに向かうように凹凸が形成されたウィック構造体をさらに備えることができる。
【００１８】
前記ウィック構造体は、銅、ステンレススチール、アルミニウムまたはニッケルパウダーを焼結することで形成されたものであるか、ポリマー、シリコン、シリカ、銅板、ステンレススチール、ニッケルまたはアルミニウム板をエッチング加工することで形成される。代案的には、前記板型ケースは電解銅箔から構成されるが、電解銅箔の粗い面がケースの内面になるようにする。
【００１９】
本発明によれば、前記細かいメッシュ及び中間メッシュは断面積が相異なる主方向及び副方向の流体流動流路を有するが、前記主方向の流体流動流路が熱伝達方向と平行するように配置することが望ましい。
【００２０】
本発明によれば、前記冷媒は、水、エタノール、アンモニア、メタノール、窒素またはフレオンのうちのいずれか１つである。前記冷媒の充填量は前記板型ケースの内部体積の２０〜８０％であることが望ましい。
【００２１】
本発明によれば、前記メッシュは、金属、ポリマーまたはプラスチックのうちのいずれか１つで形成されることが望ましい。ここで、前記金属は、銅、アルミニウム、ステンレススチールまたはモリブデンのうちのいずれか１つまたはこれらの合金を含む。
【００２２】
また、前記板型ケースは、金属、ポリマーまたはプラスチックのうちのいずれか１つで形成されることが望ましい。ここで、前記金属は、銅、アルミニウム、ステンレススチールまたはモリブデンのうちのいずれか１つまたはこれらの合金を含む。
【００２３】
本発明のさらに他の側面によれば、板型熱伝達装置の製造方法が提供される。まず、熱伝導性板型ケースの上板及び下板をそれぞれ形成する。その後、前記板型ケース内に、ワイヤーが上下交互に交差して製織された粗いメッシュと細かいメッシュとが上下に接して積層された構造を有するメッシュ集合体を挿入する。ここで、前記粗いメッシュは冷媒蒸気の拡散流路を主に提供し、前記細かいメッシュは液体流動流路を主に提供する。前記粗いメッシュは、前記冷媒の蒸発により生じた蒸気が、ワイヤーの交差地点からワイヤーの進行方向に沿って流動可能であって、断面積が相異なる正方向及び副方向の蒸気拡散流路を有するが、前記メッシュ集合体を挿入する際には断面積が相対的に大きい粗いメッシュの主方向の蒸気拡散流路が熱伝達方向と一致するようにその方向を調節することが重要である。次いで、冷媒の注入口だけを残して前記上板と下板とを接合させ、板型ケースを形成する。その後、前記冷媒注入口を介して前記接合された板型ケースの内部を真空状態に減圧し、冷媒を注入させる。最後に、前記冷媒が注入された板型ケースを密封して板型熱伝達装置を完成する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、メッシュを用いて平面状の薄さを有しながら多様な形状に具現できる板型熱伝達装置が製造できる。特に、ＭＥＭＳ工程やエッチング工程のような高いコストが必要となる工程を要せず、安価なメッシュ及びケースを用いて非常に低いコストで板型熱伝達装置を提供できる。また、装置内に備えられたメッシュは製造工程中の真空処理や工程の後にケースが潰れたり歪んだりすることを防止するため、製品の信頼性を向上できるメリットがある。さらに、本発明の板型熱伝達装置は、蒸気拡散流路及び液体流動流路の方向が効果的な熱伝達のために最適化されており、高い熱伝達性能を示す。本発明の板型熱伝達装置は、携帯電子機器を含む各種電子機器の冷却に効率的に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付された図面を参照に本発明の望ましい実施の形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施の形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好適な一実施の形態に過ぎず、本発明の技術的な思想をすべて代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに取り替えられる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。本発明は図面によって具体的に説明されるが、これらの図面は本発明の望ましい実施の形態を示したものであるので、本発明の技術的な思想がその図面だけに限定されて解釈されてはならない。
【００２６】
図２には、本発明の望ましい実施の形態による板型熱伝達装置１００の断面図が示されている。図面を参照すれば、本発明の板型熱伝達装置１００は、熱源１１０とヒートシンクのような熱放出部１２０との間に設けられ、上板１３０ａ及び下板１３０ｂで構成された板型ケース１３０と、板型ケース１３０の内部に挿入されたメッシュ集合体Ｇと、板型ケース１３０の内部において熱を伝達する媒介体になる冷媒と、を含む。ここで、メッシュ集合体Ｇは、ワイヤーが上下交互に交差し製織された細かいメッシュ１４０と粗いメッシュ１５０とが上下に接して積層された構造を有する。細かいメッシュ１４０及び粗いメッシュ１５０という用語は、メッシュ格子稠密度の相対的な大きさによって命名されたものであり、細かいメッシュ１４０のメッシュ数が粗いメッシュ１５０のメッシュ数より大きいことをあらかじめ明らかにしておく。
【００２７】
板型ケース１３０は、熱源１１０から熱を吸収し再び熱放出部１２０で熱を放出し易いように熱伝導性に優れる金属、伝導性ポリマー、または熱伝導プラスチックなどからなる。
【００２８】
メッシュ集合体Ｇに備えられたメッシュのうち粗いメッシュ１５０の全体平面図及びメッシュ１５０格子の拡大平面図が、それぞれ、図４及び図６に詳しく示されている。図面を参照すれば、粗いメッシュ１５０は横ワイヤー１５０ａ、１５０ｂと縦ワイヤー１５０ｃ、１５０ｄとが互いに交互するように交差しながら製織される。このような粗いメッシュ１５０は金属、ポリマー、またはプラスチックのうちのいずれか１つで作製され得る。望ましくは、前記金属は銅、アルミニウム、ステンレススチール、またはモリブデンのうちいずれか１つまたはこれらの合金である。さらに、粗いメッシュ１５０は後述するように正方形、長方形、または所望の熱伝達装置ケースの形態によって多様な形状で作製可能である。
【００２９】
メッシュ集合体Ｇに備えられたメッシュのうち細かいメッシュ１４０の全体平面図は、図５に詳しく示されている。細かいメッシュ１４０は、粗いメッシュ１５０と対向しつつ接することが望ましい。細かいメッシュ１４０は、上述した粗いメッシュ１５０と同じ材質のワイヤーであり、同じ方式によって製織される。
【００３０】
一方、本発明によるメッシュ集合体Ｇは、図３に示されたように三重の粗いメッシュが積層されてなる粗いメッシュ層１５０Ｌ、及び三重の細かいメッシュが積層されてなる細かいメッシュ層１４０Ｌを含むように構成することも可能である。しかし、前記メッシュの層数はこれに限定されず、冷却容量や電子機器の厚さなどを考慮して適切に選択できる。
【００３１】
再び図６を参照すれば、一般的にメッシュ１４０、１５０の開口（ｏｐｅｎｉｎｇ）幅Ｍは下記の数式１のように表される。
【００３２】
【数１】
2007519877.tif 000003
【００３３】
ここで、ｄはワイヤーの直径（ｉｎｃｈ）を示し、Ｎはメッシュ数（１インチの長さに存在するメッシュ格子数）を示す。
【００３４】
本発明において、粗いメッシュ１５０は熱源１１０によって蒸発した冷媒蒸気が流動できる蒸気拡散流路を提供する手段になる。より具体的には、図６のＡ−Ａ’線に沿って粗いメッシュ１５０の一部分の側断面図を示した図７を参照すれば、横ワイヤー１５０ａが縦ワイヤー１５０ｃの下面と接触し、さらに他の縦ワイヤー１５０ｄの上面と接触する方式で配列されている。図示していないが、図６に示された他の横ワイヤー１５０ｂはこれと逆である。このとき、横ワイヤー１５０ａの上面及び下面の付近にはそれぞれ空き空間が生じるが、これが蒸気拡散流路Ｐｖとして機能する。蒸気拡散流路Ｐｖは、横ワイヤー１５０ａと縦ワイヤー１５０ｃ、１５０ｄとが接触する地点（交差地点）Ｊから縦ワイヤー１５０ｃ、１５０ｄの進行方向に沿って、その断面積は交差地点Ｊから遠くなるほど次第に狭くなる。
【００３５】
ひいては、図６に示されたように、蒸気拡散流路Ｐｖは横ワイヤー１５０ａ、１５０ｂと縦ワイヤー１５０ｃ、１５０ｄとが互いに交差するすべての交差地点Ｊから上下左右のすべての方向に形成され、したがって、これら流路を通って冷媒蒸気が四方にスムーズに拡散できる。図６において、蒸気拡散流路Ｐｖを通った冷媒蒸気の拡散は矢印（←→）で図式化されている。
【００３６】
蒸気拡散流路Ｐｖの最大断面積Ａは次のように計算される。
【００３７】
【数２】
2007519877.tif 000004
【００３８】
前記数式１及び数式２から分かるように、蒸気拡散流路Ｐｖの最大断面積Ａはメッシュ数Ｎが減少するほど、ワイヤーの直径ｄが大きくなるほど、増加する。
【００３９】
ところが、最大断面積Ａは横ワイヤー１５０ａ、１５０ｂの進行方向Ｙからみるか、それとも、縦ワイヤー１５０ｃ、１５０ｄの進行方向Ｘからみるかによって変わる。何故ならば、織造スクリーンメッシュは、一般的に横ワイヤー１５０ａ、１５０ｂまたは縦ワイヤー１５０ｃ、１５０ｄを先に固定した状態で、残りのワイヤーで織物を組むように製織することで製造されるので、メッシュの方向によってテンションが変わるためである。
【００４０】
もし、図６に示された粗いメッシュ１５０が縦ワイヤー１５０ｃ、１５０ｄを固定させた状態で製織されたスクリーンメッシュであれば、蒸気拡散流路Ｐｖの最大断面積ＡはＸ方向からみた場合がＹ方向からみた場合より大きい。
【００４１】
具体的に、Ｘ方向からみた蒸気拡散流路Ｐｖは図７に、そしてＹ方向からみた蒸気拡散流路Ｐｖは図８に示されている。したがって、粗いメッシュ１５０はＸ方向への蒸気拡散流量がＹ方向への蒸気拡散流量より多い。以下、蒸気拡散流量の多い方向を「主方向」と称し、蒸気拡散流量の相対的に少ない方向を「副方向」と称する。これによって、主方向が副方向より、同じ圧力で流体（蒸気または液体）が通過できる量が多いため、通気性（Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）にさらに優れる。
【００４２】
このような点を鑑みて、本発明では図２または図３のようにメッシュ集合体Ｇを構成するとき、粗いメッシュ１５０の主方向を熱伝達方向、すなわち熱源１１０から熱放出部１２０への方向と一致させる。これにより、熱伝達方向への冷媒蒸気流動がスムーズに行われ、板型熱伝達装置１００の熱伝達性能が最適化される。
【００４３】
一方、板型熱伝達装置１００が作動する過程において、実際、図９に示されたように、粗いメッシュ１５０の横ワイヤー１５０ａ、１５０ｂと縦ワイヤー１５０ｃ、１５０ｄとの交差地点Ｊにある蒸気拡散流路Ｐｖには、冷媒の表面張力のために液膜１７０が形成される。これにより、実際に冷媒蒸気が流動できる実際の蒸気拡散流路Ｐｖの断面積は液膜１７０が占める面積ほど減ることになる。ここで、最大蒸気拡散流路Ｐｖの断面積Ａに対する液膜１７０の面積比はメッシュ数Ｎが減少するほど、そしてワイヤーの直径ｄが増加するほど減少する。
【００４４】
もし、粗いメッシュ１５０のメッシュ数Ｎが非常に多く、ワイヤーの直径ｄが非常に小さければ、最大蒸気拡散流路Ｐｖの断面積Ａがかなり小さくなって流動抵抗が増加し、また表面張力によって蒸気拡散流路Ｐｖが液体で詰まるようになり、蒸気が流動できなくなる。本発明者の実験によれば、ＡＳＴＭ仕様（ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）Ｅ−１１−９５に従うスクリーンメッシュの場合に、メッシュ数Ｎが１０以上６０以下であれば、粗いメッシュ１５０として採用可能である。このとき、ワイヤーの直径ｄが０．１７ｍｍ以上であれば、蒸気拡散流路Ｐｖを通って冷媒蒸気が流動することには差し支えがない。
【００４５】
本発明者の実験によれば、粗いメッシュ１５０のワイヤーの直径ｄは０．１７〜０．５ｍｍ、メッシュ開口幅Ｍは０．１９〜２．０ｍｍ、メッシュの開口面積は０．０３６〜４．０ｍｍ２であることが望ましい。
【００４６】
同時に、板型熱伝達装置１００の作動過程において、図１０に示されたように、粗いメッシュ１５０の横ワイヤー１５０ａ、１５０ｂと縦ワイヤー１５０ｃ、１５０ｄとが交差する交差地点Ｊの平面上にも冷媒の表面張力によって液膜１７０が形成される。液膜１７０はすぐ隣に隣接する交差地点Ｊに形成された液膜１７０と互いに繋がれる（図１０の１８０参照）。
【００４７】
図示していないが、細かいメッシュ１４０にも横ワイヤーと縦ワイヤーとの交差地点に液膜が形成される。そして、細かいメッシュ１４０は、熱伝達装置１００の作動過程において後述するように液体流動流路を主に提供することになるので、格子の空き空間が液膜によって全て詰められてもよい。
【００４８】
液膜１７０の連結は、粗いメッシュ１５０のパラメーターのうちメッシュ格子の幅Ｍ及び／またはワイヤーの直径ｄを制御すれば可能であり、後述するように毛細管力によって冷媒の水平流動を引き起す。したがって、粗いメッシュ１５０においては主に蒸気拡散流路Ｐｖを通って蒸発した冷媒蒸気の拡散が引き起されるが、繋がれた液膜１７０に引き起される毛細管力によって液状冷媒の水平流動が引き起されることもある。このとき、水平流動の平均的な方向は熱伝達方向と逆方向になる。そして、水平流動量は細かいメッシュ１４０を通って引き起される液体冷媒の水平流動量よりは相対的に少ない。
【００４９】
再び図２を参照すれば、粗いメッシュ１５０が蒸気拡散流路Ｐｖを提供することに対し、細かいメッシュ１４０は液体流動流路を提供する。これにより、熱放出部１２０で凝縮した冷媒が液体流動流路を通って再び熱源１１０付近に帰還する。具体的には、細かいメッシュ１４０の領域のうちの熱源１１０の直上方付近にある領域においては、熱伝達過程で冷媒の蒸発が持続的に行われる。蒸発した冷媒蒸気は粗いメッシュ１５０の蒸気拡散流路Ｐｖを通り、冷媒の蒸発温度より低い温度に保持される熱放出部１２０に拡散する。その後、熱放出部１２０の直下方付近で凝縮した後、主に細かいメッシュ１４０の液膜に含体される。
【００５０】
ところで、熱源１１０付近の細かいメッシュ１４０においては冷媒の蒸発が引き起されて冷媒の不足現象が生じ、逆に熱放出部１２０の直下方付近の細かいメッシュ１４０においては冷媒の凝縮で冷媒の過剰現象が生じる。これにより、細かいメッシュ１４０に存在する繋がれた液膜においては、毛細管力が生じ熱伝達方向と逆方向に液状冷媒の持続的な流動が引き起される。すなわち、細かいメッシュ１４０は熱放出部１２０で凝縮した冷媒が熱源１１０に供給される際に、液体流動流路を提供することになる。細かいメッシュ１４０の場合は、メッシュ格子が小さいため、含体された冷媒の表面張力によってメッシュ格子の空き空間が液体冷媒で詰められる。これにより、細かいメッシュ１４０は蒸気拡散流路としての機能よりは液体流動流路としての機能を果たす。
【００５１】
細かいメッシュ１４０は、粗いメッシュ１５０と同様の理由により液体流動流路の最大断面積は方向によって差がある。したがって、細かいメッシュ１４０も同じ圧力条件の下で液状冷媒の流動流量の多い「主方向」と、この主方向よりは液状冷媒の流動流量の相対的に少ない「副方向」を有している。本発明において、板型熱伝達装置１００の熱伝達性能を極大化するためには、細かいメッシュ１４０の主方向が熱伝達方向と平行するようにメッシュ集合体Ｇを構成することがより望ましい。このようになれば、粗いメッシュ１５０の蒸気拡散性能だけではなく細かいメッシュ１４０の液体流動性能まで最適化されることによって、板型熱伝達装置１００の熱伝達性能がさらに増進されることになる。
【００５２】
上述のような細かいメッシュ１４０の機能に鑑みるとき、細かいメッシュ１４０としてＡＳＴＭ仕様Ｅ−１１−９５に従う織造スクリーンメッシュが採用される場合、メッシュ数Ｎが８０以上４００以下であることが望ましい。本発明者の実験によれば、細かいメッシュ１４０のワイヤーの直径ｄは０．０２〜０．１６ｍｍ、メッシュ開口幅Ｍは０．０１９〜０．１８ｍｍ、メッシュの開口面積は０．０００３６〜０．０３２４ｍｍ２であることが望ましい。
【００５３】
本発明において、液体状態である冷媒の含体、凝縮及び円滑な流動のために板型ケース１３０の内面にウィック構造体（ｗｉｃｋ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を提供することができる。望ましくは、前記ウィック構造体は銅、ステンレススチール、アルミニウムまたはニッケルパウダーを焼結して製造されたものであり得る。他の例として、前記ウィック構造体はポリマー、シリコン、シリカ（ＳｉＯ２）、銅板、ステンレススチール、ニッケルまたはアルミニウム板をエッチング加工することで製造されたものでもあり得る。
【００５４】
代案として、板型ケース１３０は外部の表面は滑らかである一方、その内部の表面はおよそ１０μｍの小さい凹凸でなる粗いウィック構造体を自ら有した電解銅箔で構成することもできる。
【００５５】
なお、本発明の板型ケース１３０に採用され得るウィック構造体は、ベンスン（Ｂｅｎｓｏｎ）らに許与された米国特許第６０５６０４４号に開示されたマイクロ加工（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）方法によって作製された多様な形態のウィック構造を含むこととして理解されねばならない。
【００５６】
本発明による板型熱伝達装置１００は、望ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚さを有するように作製されるが、必要によっては、２．０ｍｍ以上に作製されることもできる。また、板型熱伝達装置１００は、図１１〜図１３に示されたように、正方形、長方形、Ｔ字形など多様な形状で構成できる。そして、板型熱伝達装置１００の板型ケース１３０は、図１４及び図１５に示されたように、上板１３０ａと下板１３０ｂとを別途組合わせて構成することもでき、図１６に示されたように１つのケースだけで構成することもできる。
【００５７】
望ましくは、板型ケース１３０の上板１３０ａ及び下板１３０ｂは、０．５ｍｍ以下の厚さを有する金属、ポリマー及びプラスチックなどを用いて作製でき、金属の場合は銅、ステンレススチール、アルミニウム及びモリブデンなどを、ポリマーの場合は熱伝導性ポリマーを含む熱伝導性の優れたポリマー材質を、プラスチックの場合にも熱伝導性の優れたプラスチックを、それぞれ採用可能である。板型ケース１３０は上述のような材料を所望の形状に切断し上板１３０ａ及び下板１３０ｂを作製した後、ブレージング（ｂｒｅａｚｉｎｇ）、ＴＩＧ熔接、はんだ付け（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）、レーザー熔接、電子ビーム熔接、摩擦熔接及びボンディングなど多様な方法を用いて接合できる。接合された板型ケース１３０の内部には、真空状態または低圧状態に減圧された後、水、エタノール、アンモニア、メタノール、窒素またはフレオンのような冷媒を充填して密封する。望ましくは、前記冷媒の充填量はウィック気孔度（ｗｉｃｋ  ｐｏｒｏｓｉｔｙ）の８０〜１５０％範囲に設定される。
【００５８】
それでは、本発明の望ましい実施の形態による板型熱伝達装置１００の動作を図２を参照に詳しく説明する。
【００５９】
図２に示されたように、本発明による板型熱伝達装置１００の下板１３０ａの一端は熱源１１０と隣接し、上板１３０ｂの一端にはヒートシンクや冷却ファンのような熱放出部１２０が備えられる。このような状態で、熱源１１０の温度が冷媒の蒸発温度より上昇すると熱伝達動作が始まる。具体的に、熱源１１０から発生した熱はケース１３０の下板１３０ａを通じて細かいメッシュ１４０に伝達される。すると、細かいメッシュ１４０に含体されていた冷媒が加熱され蒸発し、蒸発した冷媒蒸気は粗いメッシュ１５０の蒸気拡散流路を通って冷却装置の内部で四方に拡散する。ところで、平均的に蒸発した冷媒蒸気は熱放出部１２０方向に拡散する。このとき、粗いメッシュ１５０の主方向が熱伝達方向、すなわち熱源１１０から熱放出部１２０への方向と一致するため、蒸発した冷媒蒸気の拡散が最適化されて起きることになる。
【００６０】
拡散した蒸気は冷媒の凝縮温度より低い領域、実質的には熱放出部１２０の直下方にある細かいメッシュ１４０及び粗いメッシュ１５０で凝縮する。このような凝縮過程で発生した凝縮熱はケースの上板１３０ｂに伝達され、続いて伝導熱伝達、自然対流あるいは例えば、冷却ファンによる強制対流方式によって外部に放出される。
【００６１】
凝縮した液体状態の冷媒は細かいメッシュ１４０及び粗いメッシュ１５０に含体された後、熱源１１０付近における持続的な冷媒の蒸発によって繋がれた液膜１７０に引き起された毛細管力により、熱源１１０付近に流動して帰還する。このとき、冷媒液体の流動は主に細かいメッシュ１４０を通って行われる。粗いメッシュ１５０に含体された凝縮冷媒は水平方向へ流動することもあるが、図１０に示された粗いメッシュ１５０の交差地点Ｊを通って垂直流動し、主に細かいメッシュ１４０に流入される。理想的な場合、このような冷媒の循環は、熱源の温度が冷媒の蒸発温度と実質的に同じであるかそれ以下になるまで繰り返される。
【００６２】
好適な実施の形態において、細かいメッシュ１４０の主方向は粗いメッシュ１５０と同様に熱伝達方向と平行であるため、冷媒液体の流動も最適化され凝縮した冷媒がスムーズに熱源１１０付近に供給される。
【００６３】
前記の記載から分かるように、細かいメッシュ１４０は熱源１１０の直上方では蒸発部、熱放出部１２０の直下方では凝縮部、及び全体としては繋がれた液膜に引き起される毛細管力による最適化された液体流動流路の役割を果たす。
【００６４】
そして、粗いメッシュ１５０は最適化された蒸気拡散流路としての役割とともに、熱放出部１２０の直下方では凝縮部、及び熱放出部１２０の直下方では凝縮した液体冷媒がその下にある細かいメッシュ１４０へ垂直流動して帰還できるようにする帰還路の役割を兼ねることになる。特に、粗いメッシュ１５０は蒸気拡散流路の役割をするため、別途の蒸気拡散流路を確保するために冷却装置のケース１３０の内部に空き空間を設ける必要がない。
【００６５】
本発明において、メッシュ集合体Ｇは上板１３０ｂと下板１３０ａとの間に介在されこれらを支持するため、冷媒充填のための真空作業時や装置の取扱い時に板型ケース１３０が潰れる現象が発生しなくなる。
【００６６】
本発明によれば、図２に示されたメッシュ集合体Ｇは多様な変形が可能であるが、これらに関する実施例が図１７〜図２３に示されている。以下、これら図面において同じ構成要素は同じ参照符号で表記される。
【００６７】
本発明の好適な実施の形態による他の板型熱伝達装置が図１７に示されている。図面を参照すれば、板型熱伝達装置のケース１３０の上板１３０ａ及び下板１３０ｂの内面には細かいメッシュ層１４０Ｌ、１４０Ｈが設けられ、細かいメッシュ層１４０Ｌ、１４０Ｈの間には蒸気拡散流路の役割をする粗いメッシュ層１５０が介在される。図面において、細かいメッシュ層１４０Ｌ、１４０Ｈは少なくとも一層以上の細かいメッシュを含みハッチングで図式的に示されており、粗いメッシュ層１５０は少なくとも一層以上の粗いメッシュでなりドットで示されている。
【００６８】
例えば、下板１３０ｂが熱源１１０と接触すると同時に上板１３０ａに熱放出部１２０が備えられる場合、下板１３０ｂと接触する下部細かいメッシュ層１４０Ｌから蒸発した冷媒蒸気は粗いメッシュ層１５０の蒸気拡散流路を通って四方に拡散した後、望ましくは上板１３０ａと接触する上部細かいメッシュ層１４０Ｈで熱を放出し凝縮され、液体状態になる。細かいメッシュ層１４０Ｈ、１４０Ｌのメッシュ数Ｎが粗いメッシュ層１５０に比べ相対的に大きいため、その分冷媒蒸気が凝縮できる凝縮点が多くなり熱放出効率が向上する。さらに、粗いメッシュ層１５０は上部細かいメッシュ層１４０Ｈで凝縮した冷媒が下部細かいメッシュ層１４０Ｌに流動できるように復帰流路を提供する。
【００６９】
望ましくは、粗いメッシュ層１５０及び細かいメッシュ層１４０Ｈ、１４０Ｌはその主方向が冷却装置の熱伝達方向と平行するように配置され、蒸気拡散と液体流動を最適化させる。
【００７０】
本発明のさらに他の実施の形態を示した図１８には、熱放出部１２０で熱を放出し上部細かいメッシュ層１４０Ｈで凝縮した冷媒が下部細かいメッシュ層１４０Ｌに容易に移動できるように、細かいメッシュ層１４０Ｈ、１４０Ｌの間にある粗いメッシュ層１５０の少なくとも一部の領域に、細かいメッシュ層１４０Ｈ、１４０Ｌを相互連結して液体流動流路を提供する少なくとも一層以上の細かいメッシュ１４０Ｍが示されている。
【００７１】
望ましくは、粗いメッシュ層１５０及び細かいメッシュ層１４０Ｈ、１４０Ｍ、１４０Ｌはその主方向が冷却装置の熱伝達方向と平行するように配置され、蒸気拡散と液体流動を最適化させる。
【００７２】
本発明によれば、３種以上のメッシュ数を有する相異なるメッシュ層が複合的に備えられることもできるが、このような例は図１９に示されている。図１９の熱伝達装置において、熱源１１０が隣接したケース１３０の下板１３０ｂ内面には液体冷媒に熱を伝達し、これを蒸発させる少なくとも一層以上の細かいメッシュでなる細かいメッシュ層１４０が備えられ、細かいメッシュ層１４０上には蒸発した冷媒蒸気の流路を提供するために少なくとも一層以上の粗いメッシュでなる粗いメッシュ層１５０が設けられる。また、熱放出部１２０が位置するケース上板１３０ａの内面には、前記粗いメッシュのメッシュ数より相対的に大きく、細かいメッシュのメッシュ数より相対的に小さいメッシュ数を有する少なくても一層の中間メッシュでなる中間メッシュ層１４０’が備えられる。ここで、中間メッシュ層１４０’は冷媒蒸気の凝縮熱伝達をさらに向上させる。
【００７３】
望ましくは、粗いメッシュ層１５０、細かいメッシュ層１４０及び中間メッシュ層１４０’はその主方向が冷却装置の熱伝達方向と平行になるように配置され、蒸気拡散と液体流動を最適化させる。
【００７４】
さらに、図２０に示されたように、中間メッシュ層１４０’で凝縮した冷媒の細かいメッシュ層１４０への液体流動流路を提供するため、中間メッシュ層１４０’と細かいメッシュ層１４０との間にある粗いメッシュ層１５０の少なくとも一部領域に、中間メッシュ層１４０’と細かいメッシュ層１５０とを連結する少なくとも一層以上の中間メッシュ層１４０’’がさらに備えられることができる。図示していないが、中間メッシュ層１４０’’は細かいメッシュ層１４０をもって代替されることもできる。
【００７５】
図２１〜図２３は、本発明のさらに他の実施の形態による板型熱伝達装置の構造を示す。図２２は図２１の冷却装置のＢ−Ｂ’線に沿った平断面図であり、図２３は図２２のＣ−Ｃ’線に沿った側断面図である。本実施の形態は板型ヒートパイプとしてさらに好適である。
【００７６】
図面を参照すれば、熱源１１０と隣接する板型ケース１３０の内部には細かいメッシュ層１４０が設けられ、熱を放出して冷媒が凝縮する熱放出部１２０には中間メッシュ層１４０’が備えられる。また、細かいメッシュ層１４０と中間メッシュ層１４０’とは粗いメッシュ層１５０によって連結される。ここで、細かいメッシュ層１４０は冷媒の蒸発部として、粗いメッシュ層１５０は蒸気の流動通路として、そして中間メッシュ層１４０’は冷媒の凝縮部として、主に機能する。したがって、熱源１１０から細かいメッシュ層１４０に伝達された熱によって冷媒が蒸発し、冷媒蒸気は粗いメッシュ層１５０の蒸気流路を通って中間メッシュ層１４０’に流動する。次いで、中間メッシュ層１４０’で蒸気は熱放出部１２０に熱を放出し凝縮する。凝縮した液体状態の冷媒は再び細かいメッシュ層１４０を通って毛細管力により蒸発部に復帰する。
【００７７】
望ましくは、粗いメッシュ層１５０、細かいメッシュ層１４０及び中間メッシュ層１４０’はその主方向が冷却装置の熱伝達方向と平行するように配置され、蒸気拡散と液体流動を最適化させる。
【００７８】
本実施の形態によれば、凝縮熱伝達を促し液膜形成による蒸気拡散流路の遮断を防止するため、中間メッシュ層１４０’には、粗いメッシュ層１５０から流入される冷媒蒸気が流動するように蒸気流動空間（図２２及び図２３の２００）が形成されることが望ましい。この場合、粗いメッシュ層１５０を通過した蒸気が中間メッシュ層１４０’の隅々までさらに拡散し、凝縮及び放熱効果がさらに向上できる。
【００７９】
代案として、中間メッシュ層１４０’を細かいメッシュ層１４０をもって代替でき、この場合、細かいメッシュ層１４０にも上述と同じ形態の蒸気流動空間が形成できる。さらに、前記蒸気流動空間は本実施の形態に限定されるものではなく、粗いメッシュと連通され、粗いメッシュの蒸気流路を通過した冷媒蒸気を凝縮部または熱放出部に誘導できるようにケースの内部に適切に設計できる。
【実施例】
【００８０】
本発明者は０．１ｍｍの厚さを有する電解銅箔で、図１５に示されたようにケース１３０の上板１３０ａ及び下板１３０ｂを構成した後、図１７に示されたように２つの細かいメッシュ１４０Ｈ、１４０Ｌの間に１つの粗いメッシュ１５０が介在された構造のメッシュ集合体をケース１３０内に実装させることで、板型熱伝達装置を下記の表１のように３つのタイプで用意した。
【００８１】
【表１】
2007519877.tif 000005
【００８２】
サンプル１〜３の横、縦及び高さは、それぞれ１２０ｍｍ、５０ｍｍ及び１．３ｍｍであり、メッシュは銅含有量が９９％以上である銅スクリーンメッシュを用いた。粗いメッシュの場合、ワイヤーの直径ｄは０．２２５ｍｍ、メッシュの厚さは０．４１ｍｍ、メッシュ数Ｎは１５であり、細かいメッシュの場合は、ワイヤーの直径ｄは０．１１ｍｍ、厚さは０．２２ｍｍ、メッシュ数Ｎは１００であった。ケース上板１３０ａ及び下板１３０ｂは日本デンカ（ＤＥＮＫＡ）社製の変性アクリル系二成分ボンド（商品名はＨＡＲＤＬＯＣである）を使用し、冷媒注入口だけを残し密封した。冷媒を注入する前、ケース１３０の内部をロータリーポンプ及び拡散真空ポンプを用いて１．０×１０−７ｔｏｒｒまで減圧した後、冷媒である蒸溜水を充填し最終的に密封した。
【００８３】
上述のようにサンプル１〜３を用意した後、図１７に示されたように、それぞれのサンプルのケース下板１３０ｂの左側に横及び縦がそれぞれ１２ｍｍである銅熱源１１０を取り付け、それぞれのサンプルのケース上板１３０ａの右側にフィンヒートシンク１２０を取り付け、ファンを用いて強制冷却させた。このような状態で、熱源１１０にエネルギーを供給しながら熱源１１０中央部の温度を測定し、熱源１１０の温度と大気の温度差を用いて各サンプルの熱抵抗を下記の数式３のように計算し、その結果を図２４に示した。
【００８４】
【数３】
2007519877.tif 000006
【００８５】
図２４を参照すれば、細かいメッシュの主方向と粗いメッシュの主方向すべてを熱伝達方向と平行に一致させたサンプル２の場合が、熱伝達性能に最も優れるということが分かる。そして、サンプル１がサンプル３より良い熱伝達性能を示したが、これで粗いメッシュの方向性が細かいメッシュの方向性より熱伝達性能に支配的な影響を及ぼすことが分かる。これで、蒸気拡散と液体流動が最適化された本発明による熱伝達装置は、優れた熱伝達性能を有するため電子機器の冷却のための熱伝達装置として採用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、メッシュを用いて平面状の薄さを有しながら多様な形状に具現できる板型熱伝達装置が製造できる。特に、ＭＥＭＳ工程やエッチング工程のような高いコストが必要となる工程を要せず、安価なメッシュ及びケースを用いて非常に低いコストで板型熱伝達装置を提供できる。また、装置内に備えられたメッシュは製造工程中の真空処理や工程の後にケースが潰れたり歪んだりすることを防止するため、製品の信頼性を向上できるメリットがある。さらに、本発明の板型熱伝達装置は、蒸気拡散流路及び液体流動流路の方向が効果的な熱伝達のために最適化されており、高い熱伝達性能を示す。本発明の板型熱伝達装置は、携帯電子機器を含む各種電子機器の冷却に効率的に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】従来技術に係る板型熱伝達装置の一例を示した断面図である。
【図２】本発明の望ましい実施の形態に係る板型熱伝達装置を示した断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る板型熱伝達装置を示した断面図である。
【図４】本発明の望ましい実施の形態によって採用された粗いメッシュの構造を示した平面図である。
【図５】本発明の望ましい実施の形態によって採用された細かいメッシュの構造を示した平面図である。
【図６】本発明の望ましい実施の形態によって採用されたメッシュの一部詳細構造を示す平面図である。
【図７】本発明の望ましい実施の形態によってメッシュに蒸気拡散流路が形成された様子をＸ方向から示した側断面図である。
【図８】本発明の望ましい実施の形態によってメッシュに蒸気拡散流路が形成された様子をＹ方向から示した側断面図である。
【図９】本発明の望ましい実施の形態によってメッシュに液膜が形成された様子を示した側断面図である。
【図１０】図９と同様に液膜が形成されたメッシュを示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態による板型熱伝達装置の外観を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態による板型熱伝達装置の外観を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態による板型熱伝達装置の外観を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態によって板型ケースを構成する方法を示した断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態によって板型ケースを構成する方法を示した断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態によって板型ケースを構成する方法を示した断面図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態に係る板型熱伝達装置の構造を示した断面図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施の形態に係る板型熱伝達装置の構造を示した断面図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施の形態に係る板型熱伝達装置の構造を示した断面図である。
【図２０】本発明のさらに他の実施の形態に係る板型熱伝達装置の構造を示した断面図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施の形態に係る板型熱伝達装置の構造を示した断面図である。
【図２２】図２１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図２３】図２２のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【図２４】本発明の実施例による板型熱伝達装置の熱伝達性能を調べるために行われた比較実験の結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１００    板型熱伝達装置
１１０    熱源
１２０    熱放出部
１３０    板型ケース
１３０ａ    上板
１３０ｂ    下板
１４０    細かいメッシュ
１４０Ｈ    細かいメッシュ層
１４０Ｌ    細かいメッシュ層
１４０Ｍ    細かいメッシュ
１４０’    中間メッシュ
１４０’’    中間メッシュ
１５０    粗いメッシュ
１５０ａ    横ワイヤー
１５０ｂ    横ワイヤー
１５０ｃ    縦ワイヤー
１５０ｄ    縦ワイヤー
１５０Ｌ    粗いメッシュ層
２００    蒸気流動空間
Ｇ    メッシュ集合体
Ｊ    交差地点
Ｐｖ    蒸気拡散流路
Ｘ    主方向
Ｙ    副方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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