(57)【要約】【課題】圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを提供する。【解決手段】本体１及び板体１ａから構成し、板体１ａは、本体１に対向接合されて内部の作動流体の流路を封止する。本体１の中央部分には、受熱領域１１が設けられその両側は、蓄圧領域１３と第１の流路群２１とを配置し、蓄圧領域１３の他端は作動流体の開放空間となる自由領域１２に接続され、自由領域１２は、第１の凝縮領域１４及び第２の凝縮領域１５に至り、それぞれ第２の流路群から第３の凝縮領域１６、第３の流路群から第４の凝縮領域１７を経て、第１の流路群に至る作動流体の循環経路を形成する。作動流体は、受熱領域１１で蒸発し、蓄圧領域１３から自由領域で開放されて蒸発し、各凝縮領域で凝縮する過程での圧力差により、循環駆動される。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
中央部分に発熱素子に接触する受熱領域が設けられ、該受熱領域の両側は、該受熱領域を間に介して蓄圧領域と第１の流路群とをそれぞれ有し、該蓄圧領域は、作動流体の開放空間となる自由領域に接続され、
さらに、作動流体から放熱する第１の凝縮領域、第２の凝縮領域、第３の凝縮領域及び第４の凝縮領域を四辺に配置し、
前記自由領域から作動流体を分ける第１の凝縮領域及び第２の凝縮領域に至り、それぞれ該第１の凝縮領域と第３の凝縮領域とを連通する第２の流路群、及び第２の凝縮領域と第４の凝縮領域とを連通する第３の流路群を経て作動流体を合流する前記第１の流路群に至る作動流体の循環経路を構成する本体と、
前記本体に対向接合されてこれらの領域を封止して本体との間に上記流路群を形成する板体と、を備えることを特徴とする圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記受熱領域は、間隔を空けて配列する複数の凸柱を有し、該複数の凸柱間には、冷媒を流通させる間隔を有することを特徴とする請求項１記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項３】
前記第１の流路群は、複数の第１の流路及び複数の第１の導流体を有し、前記複数の第１の導流体は、間隔を空けて配列して隣り合う２つの第１の導流体間に前記第１の流路が形成され、
前記第２の流路群は、複数の第２の流路及び複数の第２の導流体を有し、前記複数の第２の導流体は、間隔を空けて配列して、前記隣り合う２つの第２の導流体間に前記第２の流路が形成され、
前記第３の流路群は、複数の第３の流路及び複数の第３の導流体を有し、前記複数の第３の導流体は、間隔を空けて配列して、前記隣り合う２つの第３の導流体間に前記第３の流路が形成されることを特徴とする請求項１記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項４】
前記第１の導流体、前記第２の導流体及び前記第３の導流体は、直線状リブであることを特徴とする請求項３記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項５】
前記第１の流路間、前記第２の流路間及び前記第３の流路間は、複数の凹部を有することを特徴とする請求項１記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項６】
前記凹部は、円形、方形、三角形、うろこ状又は幾何学形であることを特徴とする請求項５記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項７】
前記本体内は、作動流体を有し、前記作動流体は、純水、メタノール、アセトン、Ｒ１３４Ａなどの冷媒であることを特徴とする請求項１記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項８】
前記蓄圧領域は、複数の蓄圧流路及び複数の蓄圧導流体を有し、前記複数の蓄圧導流体は、間隔を空けて配列し、前記蓄圧流路は、前記隣り合う２つの蓄圧導流体間に形成されることを特徴とする請求項１記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項９】
前記第１の導流体は、第１の角部、第１の刃部及び第２の刃部を有するリブであり、前記第１の刃部と前記第２の刃部とは、前記第１の角部において互いに交わり、前記複数の第１の流路は、前記複数のリブ間に形成され、前記複数の第１の導流体間は、該第１の流路を形成する間隔を有することを特徴とする請求項３記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項１０】
前記受熱領域、前記蓄圧領域及び前記第１の流路群を縦方向に貫通する凸リブをさらに有することを特徴とする請求項１記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【請求項１１】
前記受熱領域、前記蓄熱領域及び前記第１の流路群を縦方向に貫通する上、前記本体に第１の区間及び第２の区間を画定する凸リブと、第１の出口と、第２の出口と、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、圧力勾配駆動式板型ヒートパイプに関し、特に、ウィック構造を設けなくても作動流体を駆動して熱を伝達させることができる上、熱伝導効率の高い圧力勾配駆動式板型ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体産業の発展、製造技術の進歩及び市場における需要増加に伴い、電子装置は、軽薄短小化が進んでおり、外形寸法が縮小されている一方で、機能及び演算能力は著しく向上している。データ産業において生産額が最も多いノート型パソコン及びデスクトップ型パソコンは、動作するとき、多くの電子素子から熱が発生するが、その中で、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）から発生する熱が最大である。このとき、放熱フィンとファンとを組み合わせた放熱器によってＣＰＵの放熱を行ってＣＰＵを保護することは、重要であり、放熱を行うことにより、ＣＰＵの正常な作動温度を維持し、ＣＰＵが有する機能を発揮させることができるようになる。従って、ＣＰＵの放熱器は、現代のデータ産業において重要な部材である。
【０００３】
近年、水冷システムがパソコンにも適用されるようになっている。水冷システムでは、体積の大きい放熱フィンが省略されたように見えるが、実際は、熱源からの熱が作動流体中で捕集された後、熱交換器（放熱フィン）によって空気との熱交換が行われる。水冷システムでは、管路の長さを自在に変更することができるため、熱交換器の配置位置も融通性を有する。また、熱交換器（放熱フィン）の設計も空間に制限されない。しかし、水冷システムは、ポンプを使用して作動流体を流動させる必要がある上、貯水タンクが必要である。そのため、水冷システムには、ポンプの信頼性の問題、管路の液漏れの問題などが存在する。しかし、パソコン内の発熱素子から発生する熱は、増大し続けているため、水冷式の放熱システムは、現在の市場における熱管理及び熱制御の最も優れた方式である。しかし、水冷システムは、体積が大きく、外部の空間にも制限がない場合には使用可能であるが、ノート型パソコンの場合、軽薄短小であるため、水冷式の放熱システムを使用することができない。従って、ノート型パソコンの場合、現在でもヒートパイプを使用して熱を伝達し、その後、放熱フィンを使用して熱交換を行う方式が採用されている。これ以外に、ＣＰＵの消費パワーをできる限り低減させる方式が採用されている。このことに鑑み、業者は、大きな放熱需要を満たすため、熱流束の大きい放熱技術を積極的に開発している。
【０００４】
他の従来技術において、ヒートパイプ、均温板などの放熱部材を熱伝導部材として使用するものが存在する。ヒートパイプ及び均温板を製造するとき、内壁に焼結体を形成し、それをウィック構造として使用する。主な製造工程としては、まず、金属（銅）顆粒又は金属粉末を内壁内に充填し、銅顆粒又は銅粉末を圧縮して固め、最後に焼結炉内で焼結加工し、銅顆粒又は銅粉末によって多孔質のウィック構造を形成する。焼結体によって毛細管現象を発生させることができるが、焼結体により、ヒートパイプ及び均温板に所定の厚さが形成されるため、ヒートパイプ及び均温板を薄型化することができない。また、ベーパチャンバ（Ｖａｐｏｒ  ｃｈａｍｂｅｒ）は、焼結された芯、網、溝などの構造によって発生する毛細管現象により、内部の作動流体が駆動されて循環する。しかし、これらの構造の製造方式は、非常に複雑であり、製造コストが増大してしまう。
【０００５】
また、蒸気コアの選択には、豊富な知識を要する。適当な蒸気コアを選択することは非常に重要であり、蒸気コアは、作動流体の流速を維持する上、十分な毛細管圧力を維持することにより、重力の影響を克服しなければならない。
【０００６】
即ち、従来のヒートパイプ又はベーパチャンバには、以下に示す欠点が存在する。
１．加工に不便である。
２．薄型化できない。
３．コストが高い
４．加工に時間が掛かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５９７９４号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
本考案の第１の目的は、ウィック構造を設けなくても作動流体を駆動して熱を伝達させることができる上、製造コストを大幅に低減させることができる圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを提供することにある。
本考案の第２の目的は、熱伝導効率の高い圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本考案の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプは、本体及び板体を備える。板体は、本体に対向接合される。本体の中央部分には、受熱領域が設けられる。受熱領域の両側は、蓄圧領域と第１の流路群とをそれぞれ有する。蓄圧領域は、自由領域に接続される。自由領域は、第１の凝縮領域及び第２の凝縮領域に接続される。第１の流路群は、第３の凝縮領域及び第４の凝縮領域に接続される。第１の凝縮領域と第３の凝縮領域との間は、第１の凝縮領域と第３の凝縮領域とを連通する第２の流路群を有する。また、第２の凝縮領域と第４の凝縮領域との間は、第２の凝縮領域と第４の凝縮領域とを連通する第３の流路群を有する。適当な減圧構造によって低圧部が発生することにより、圧力勾配駆動式板型ヒートパイプ内の作動流体を駆動して循環させるのに必要な圧力勾配が形成される。これにより、ウィック構造を設けなくても作動流体を駆動して熱を伝達させることができる上、製造コストを大幅に低減させることができる。
【考案の効果】
【００１０】
本考案の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプは、蒸発（加圧）及び凝縮（減圧）を応用することにより、作動流体が循環するのに必要な圧力勾配及び循環流路が形成され、ウィック構造を使用する必要がない。また、圧力勾配駆動式板型ヒートパイプの厚さを大幅に低減することができ、均温性を大幅に改善することができる上、熱抵抗が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の第１実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す斜視分解図である。
【図２】本考案の第１実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す斜視図である。
【図３】本考案の第１実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す上面図である。
【図４】本考案の第２実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す上面図である。
【図５】本考案の第３実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す上面図である。
【図６】本考案の第４実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す上面図である。
【図７】本考案の第５実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す上面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
本考案の目的、特徴及び効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１〜図３を参照する。図１〜図３に示すように、本考案の第１実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプは、本体１及び板体１ａから構成する。
【００１４】
板体１ａは、本体１に対向接合されて両者間の空間を封止する。
【００１５】
本体１は、受熱領域１１、第１の流路群２１、第２の流路群２２、第３の流路群２３、自由領域１２、蓄圧領域１３、第１の凝縮領域１４、第２の凝縮領域１５、第３の凝縮領域１６、第４の凝縮領域１７を有する。
【００１６】
受熱領域１１は、本体１の中央部分に設けられる。受熱領域１１の両側は、受熱領域１１を間に介して第１の流路群２１と蓄圧領域１３とにそれぞれ接続される。蓄圧領域１３は、複数の蓄圧流路１３１及び複数の蓄圧導流体１３２を有する。複数の蓄圧流路１３１は、隣り合う２つの蓄圧導流体１３２間に形成される。蓄圧流路１３１の他端側は自由領域１２に接続されて開放される。
【００１７】
受熱領域１１は、間隔を空けて配列する複数の凸柱１１１を有する。複数の凸柱１１１間は、第１の間隔１１２を有する。
【００１８】
自由領域１２は、第１の凝縮領域１４及び第２の凝縮領域１５にそれぞれ接続される。第１の流路群２１は、第３の凝縮領域１６及び第４の凝縮領域１７に接続される。
【００１９】
第２の流路群２２は、第１の凝縮領域１４と第３の凝縮領域１６との間に位置する。また、第２の流路群２２により、第１の凝縮領域１４と第３の凝縮領域１６とは連通する。
【００２０】
第３の流路群２３は、第２の凝縮領域１５と第４の凝縮領域１７との間に位置する。また、第３の流路群２３により、第２の凝縮領域１５と第４の凝縮領域１７とは連通する。
【００２１】
第１の流路群２１は、複数の第１の流路２１１及び複数の第１の導流体２１２を有する。複数の第１の導流体２１２は、間隔を空けて配列する。第１の流路２１１は、隣り合う２つの第１の導流体２１２間に形成される。
【００２２】
第２の流路群２２は、複数の第２の流路２２１及び複数の第２の導流体２２２を有する。複数の第２の導流体２２２は、間隔を空けて配列する。第２の流路２２１は、隣り合う２つの第２の導流体２２２間に形成される。
【００２３】
第３の流路群２３は、複数の第３の流路２３１及び複数の第３の導流体２３２を有する。複数の第３の導流体２３２は、間隔を空けて配列する。第３の流路２３１は、隣り合う２つの第３の導流体２３２間に形成される。
【００２４】
本実施形態における第１の導流体２１２、第２の導流体２２２及び第３の導流体２３２は、直線状リブである。
【００２５】
（第２実施形態）
図４を参照する。図４は、本考案の第２実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す。本実施形態の構造及び部材間の関連性は、前述の実施形態と同一であるため、ここでは説明を繰返さない。本実施形態において、第１の導流体２１２は、第１の角部２１２１、第１の刃部２１２２及び第２の刃部２１２３を有するリブである。第１の刃部２１２２と第２の刃部２１２３とは、第１の角部２１２１において互いに交わる。
【００２６】
（第３実施形態）
図５を参照する。図５は、本考案の第３実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す。本実施形態の構造及び部材間の関連性は、前述の実施形態と同一であるため、ここでは説明を繰返さない。本実施形態において、本体１は、受熱領域１１、蓄圧領域１３及び第１の流路群２１を縦方向に貫通する凸リブ５をさらに有する。
【００２７】
（第４実施形態）
図６を参照する。図６は、本考案の第４実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す。本実施形態の構造及び部材間の関連性は、前述の実施形態と同一であるため、ここでは説明を繰返さない。本実施形態において、本体１は、凸リブ５、第１の出口１８及び第２の出口１９をさらに有する。凸リブ５は、受熱領域１１、蓄熱領域１３及び第１の流路群２１を縦方向に貫通する上、本体１に第１の区間６及び第２の区間７を画定する。
【００２８】
（第５実施形態）
図７を参照する。図７は、本考案の第５実施形態による圧力勾配駆動式板型ヒートパイプを示す。本実施形態の構造及び部材間の関連性は、前述の実施形態と同一であるため、ここでは説明を繰返さない。本実施形態において、複数の第１の導流体２１１間、複数の第２の導流体２２１間及び複数の第３の導流体２３１間は、複数の凹部３を有する。凹部３は、円形、方形、三角形、うろこ状又は幾何学形状である。本実施形態においては、うろこ状の態様を例示して説明するが、これに限定されない。また、前述の第１実施形態〜第４実施形態においても、複数の凹部３を設けることができる。
【００２９】
図３を再び参照する。本考案の第１実施形態〜第５実施形態は、圧力勾配によって板型ヒートパイプの作動流体を循環させる技術を提供するものである。本考案の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプは、作動流体が自発的に循環する方式であり、使用される作動流体は、純水、メタノール、アセトン、Ｒ１３４Ａなどの冷媒である。圧力勾配駆動式板型ヒートパイプの内部は真空状態にされるため、内部に充填された作動流体の蒸気飽和温度は、２０℃〜３０℃である。凸柱１１１が設けられた受熱領域に発生した蒸発気体４は、自由領域１２を通過する瞬間に減圧される。これにより、作動流体が循環するのに必要な圧力勾配が発生する。また、第１の凝縮領域１４、第２の凝縮領域１５、第３の凝縮領域１６及び第４の凝縮領域１７の作動流体は、第１の流路群２１、第２の流路群２２及び第３の流路群２３によって導かれ、受熱領域１１（即ち、凸柱１１１を有する領域）に回流し、循環する。
【００３０】
即ち、本考案の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプは、発熱素子（図示せず）と接触する受熱領域１１に発生する蒸気によって作動流体を駆動して循環させる。即ち、熱が本体１の受熱領域１１の表面から受熱領域１１内の作動流体に伝達されることにより、作動流体の一部が気化される。次に、作動流体が気化されることによって発生する圧力により（蓄圧領域１３の圧力が高い）、作動流体が受熱領域１１から開放空間となる自由領域１２に至り、次に、第１の凝縮領域１４、第２の凝縮領域１５、第３の凝縮領域１６及び第４の凝縮領域１７に移動して放熱する。凝縮された後の作動流体は、蓄圧領域１３からの圧力を受けて受熱領域１１に回流し、発熱素子（図示せず）に接触する受熱領域１１において再び熱を吸収し、循環する。
【００３１】
本考案の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプは、蒸発（加圧）及び凝縮（減圧）を応用することにより、作動流体が循環するのに必要な圧力勾配及び循環流路が形成され、ウィック構造を使用する必要がない。また、圧力勾配駆動式板型ヒートパイプの厚さを大幅に低減することができ、均温性を大幅に改善することができる上、熱抵抗が低減される。
【００３２】
また、本考案の圧力勾配駆動式板型ヒートパイプには、作動流体の蓄圧領域又は受熱領域への回流を促進するために、メッシュ構造などのウィック構造を設けることができる。
【００３３】
近年、各放熱器の業者がポンプによって作動流体を循環させる水冷システムの開発に参加している。しかし、この水冷システムには、ポンプバルブの信頼性及び寿命の問題が存在する。本考案の開示する圧力勾配駆動式板型ヒートパイプの長所は、システム中に動力部材がないため、部材が破損する問題も寿命の問題もない。さらに、ポンプやウィック構造を加える必要もないため、エネルギーを節約することができる上、騒音の問題もない。
【符号の説明】
【００３４】
１  本体
１ａ  板体
１１  受熱領域
１１１  凸柱
１１２  第１の間隔
１２  自由領域
１３  蓄圧領域
１３１  蓄圧流路
１３２  蓄圧導流体
１４  第１の凝縮領域
１５  第２の凝縮領域
１６  第３の凝縮領域
１７  第４の凝縮領域
１８  第１の出口
１９  第２の出口
２１  第１の流路群
２１１  第１の流路
２１２  第１の導流体
２１２１  第１の角部
２１２２  第１の刃部
２１２３  第２の刃部
２２  第２の流路群
２２１  第２の流路
２２２  第２の導流体
２３  第３の流路群
２３１  第３の流路
２３２  第３の導流体
３  凹部
４  蒸発気泡
５  凸リブ
６  第１の区間
７  第２の区間
【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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