(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空平板状のコンテナ内に、毛細管力を発生させるとともにその毛細管圧力によって作動流体を流通させる通路を構成するウイックを配置した平板型ヒートパイプにおいて、
入熱部側に実効毛細管半径が小さく、それに伴い毛細管圧力の大きい焼結金属ウイックが配置され、かつ放熱部側に前記作動流体の流通する流路の断面積が大きく実効毛細管半径が大きく、それに伴い毛細管圧力が相対的に小さいメッシュ材ウイックが配置され、さらにこれら各ウイックの流路が互いに連通されていることを特徴とする平板型ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、潜熱として熱を輸送する作動流体およびその作動流体を還流させるためのウイックを収容したコンテナが、中空の平板状をなす平板型ヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどの電子装置に内蔵されている各種の電子部品は、不可避的な内部抵抗があるので、通電して動作させることにより発熱し、その結果、ある程度以上に温度が上昇すると、動作が不安定になり、ついには動作不良を起こしてしまう。そのため、電子部品の冷却のための種々の装置が開発されており、例えば電子部品にヒートシンクを直接取り付けて放熱面積を増大させる装置や、そのヒートシンクにマイクロファンを取り付けて強制空冷する装置などが開発されている。
【０００３】
これらの冷却装置は、電子部品の実質的な放熱面積をヒートシンクによって増大させることにより、電子部品からの放熱量を増大させて、電子部品の過熱を防止する構造である。したがって、冷却に使用される空気は、電子部品の周囲の空気に限られる。そのため、電子部品が収容されている筐体の内容積が小さい場合には、その内部温度が次第に上昇し、電子部品を充分に冷却できなくなる事態が生じる。
【０００４】
その典型的な例が、携帯電話などのいわゆるモバイルといわれる小型のデータ処理装置であり、この種の装置では、携帯性や搬送性を重視して可及的に小容積の筐体を使用するから、電子部品の周囲の空間部分が極めて限られたものとなる。そのために、電子部品の周囲に放熱するのでは、筐体内の空気の熱容量が少ないことにより充分な冷却をおこなうことができない。言い換えれば、使用可能な電子部品が冷却器の冷却能力で制限されてしまう。
【０００５】
そこで従来では、電子部品などの発熱体から離れた箇所で、外気に放熱させることにより、電子部品の冷却をおこなう冷却器が開発されている。この種の冷却器は、冷却対象物である電子部品と放熱部とが離隔しているので、両者の間で効率よく熱を伝達する必要がある。そのために、アルミニウムなどの熱伝導性の高い伝熱板の上に発熱体を接触させるとともに、その伝熱板の他の部分にヒートシンクを取り付けた構成としている。また、その伝熱板による熱の伝導を補助するために、伝熱板にヒートパイプを沿わせて配置することもおこなわれている。
【０００６】
そのヒートパイプは、密閉した容器（コンテナ）の内部に、水やアルコールなどの凝縮性の流体を作動流体として封入し、外部からの入熱によってその作動流体を蒸発させるとともに、その蒸気を低温・低圧部に流動させた後、放熱させて凝縮させ、さらにその液化した作動流体を蒸発の生じる箇所に、毛細管圧力などによって還流させるように構成した伝熱装置である。そのコンテナとしては必要に応じて各種のものを採用することができ、例えば平板型ヒートパイプは、中空平板構造のコンテナによって密閉された空間部を形成し、その空間部に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で凝縮性の流体を作動流体として封入したものである。この種のヒートパイプは、表面が平坦になるので、熱交換対象物との接触面積が広くなり、その結果、熱伝達性能あるいは熱交換性能が向上し、また冷却のための手段として使用する場合には、広い放熱面積を確保することができるなどの利点がある。
【０００７】
平板型ヒートパイプは、ベーパーチャンバーと称されることがあり、モバイルに使用されるものは特に、モバイルベーパーチャンバーと称される。したがって、前記モバイルベーパーチャンバーによれば、作動流体の蒸発潜熱によって熱を輸送できるので、これを伝熱板に沿わせて配置することにより、電子部品からヒートシンクへの熱の輸送量が格段に増大して電子部品をより効率よく冷却することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように電子部品で発生する熱が冷却板を介して、もしくは直接、熱輸送能力に優れるヒートパイプに伝達されて放熱機構まで運ばれ、その後、空気流によって電子部品から離れた箇所に放熱されるので、電子部品の温度上昇を抑制することができる。
【０００９】
しかしながら、最近では、モバイルコンピュータなどの電子機器の性能向上が顕著なため、電子部品の性能も向上し、それに伴って、電子部品の発熱量も増加している。このため、上記平板型ヒートパイプの放熱性を更に向上させることが望まれている。
【００１０】
また、モバイルコンピュータなどの電子機器の小型化により、電子部品等を取り付けるスペースも限られた狭い範囲となっている。そのため上記平板型ヒートパイプも、熱輸送特性を損なうことなく小型化することが強く望まれている。
【００１１】
この発明は、上記の事情を背景にしてなされたものであり、冷却効率が高く、コンパクトな平板型ヒートパイプを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、中空平板状のコンテナ内に、毛細管力を発生させるとともにその毛細管圧力によって作動流体を流通させる通路を構成するウイックを配置した平板型ヒートパイプにおいて、入熱部側に実効毛細管半径が小さく、それに伴い毛細管圧力の大きい焼結金属ウイックが配置され、かつ放熱部側に前記作動流体の流通する流路の断面積が大きく実効毛細管半径が大きく、それに伴い毛細管圧力が相対的に小さいメッシュ材ウイックが配置され、さらにこれら各ウイックの流路が互いに連通されていることを特徴とする平板型ヒートパイプである。
【００１３】
したがって、請求項１の発明によれば、前記入熱部に熱が伝えられると、コンテナの内部の作動流体が蒸発し、その蒸気が温度および圧力の低い放熱部側に流動する。そして前記放熱部で作動流体の有する熱が放熱され、その作動流体が凝縮して液化する。液化した作業流体は、その後、ウイックの毛細管作用によって入熱部側に還流される。その際、入熱部側のウイックの実効毛細管半径が小さく、これに対して放熱部側のウイックにおける実効毛細管半径が大きいので、入熱部で発生する毛細管圧力が、放熱部で生じる毛細管圧力に対して高くなる。すなわち液相の作動流体を吸引するポンプ圧が高くなる。そして、各ウイックが連通しているので、放熱部で凝縮した液相の作動流体を還流させる作用が強くなり、言い換えれば、液相の作動流体が確実に入熱部側に還流されてヒートパイプとしての熱輸送能力が高くなる。さらに、放熱部側のウイックにおける流路断面積が大きくその流路抵抗が相対的に小さくなり、この点でも液相作動流体の還流特性が向上してヒートパイプとしての特性が良好になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照して説明する。図１は請求項１の発明に係る平板型ヒートパイプの一具体例を示す斜視図であり、図２はその断面図である。この平板型ヒートパイプ１は、気密状態に密閉したコンテナ（中空密閉容器）２の内部に、空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で水などの凝縮性の流体を作動流体として封入し、さらに実効毛細管半径の小さいウイック３を入熱部側に配置し、かつ実効毛細管半径が大きいウイック４を放熱部側に配置した熱伝導装置である。
【００１７】
コンテナ２は直方体に形成されており、コンテナ２の上面は長方形に形成されている。その長手方向の一方の端部付近には、電子部品５が取り付けられるようになっており、入熱部６とされている。入熱部６の反対側の端部には、熱伝導率が大きくかつ加工性の良好なアルミニウム等の板材を九十九折りして形成された放熱フィン７が設置され、この部分が放熱部８とされている。放熱部８に設置されている放熱フィン７は、コンテナ２の外面にハンダ付けやロー付けなどの手段で直接固着されている。
【００１８】
また、入熱部６側に配置されているウイック３は、液相の作動流体を還流させるためのポンプ圧を高くすることを主眼として構成されており、そのために実効毛細管半径が小さく、それに伴って毛細管圧力が大きくなる構造とされている。具体的には、燒結金属などの多孔質材料によって構成され、あるいは金属ファイバーやカーボンファイバーなどの極細線を結束して構成されている。
【００１９】
これに対して放熱部８側に配置されているウイック４は、入熱部６側への作動流体の還流を促進することを主眼として構成されており、そのために実効毛細管半径が大きく、それに伴って毛細管圧力が低いうえに液相の作動流体が流通する流路断面積が広くなる構造とされている。具体的には、メッシュ材やコンテナ２の内面に形成した溝、あるいは入熱部６側のウイック３に用いられ極細線より太い線条体を結束した構成とされている。
【００２０】
上記の平板型ヒートパイプ１において、電子部品５が動作することにより生じた熱が、まずコンテナ２の入熱部６に伝達される。そして入熱部６の内部の水などの作動流体が、伝達された熱によって加熱されて蒸発し、その蒸気が放熱部８の内側に流動する。流動で移動した熱は放熱部８から放熱フィン７に熱伝達され外部に放熱して凝縮する。すなわち電子部品５の熱が、作動流体の潜熱の形で放熱部８に運ばれ、さらに放熱フイン７から外部に放散させられ、こうして電子部品５が冷却される。
【００２１】
コンテナ２の内面には、ウイック３，４が密着して配置されており、これに対して作動流体の放熱・凝縮は、その蒸気がウイック４やコンテナ２の内面に接触することにより生じるので、凝縮して液化した作動流体はウイック４に浸透する。また、このウイック４と入熱部６側のウイック３とが連通しているので、放熱部８でウイック４に浸透した液相の作動流体は、入熱部６側で生じる毛細管圧力によって吸引される。
【００２２】
その場合、放熱部８側のウイック４においても液相作動流体のメニスカスが生じ、毛細管圧力が発生する場合があるが、このウイック４における実効毛細管半径が大きく、その毛細管圧力が入熱部６側の毛細管圧力より低くなるので、液相作動流体が積極的に入熱部６側に吸引される。また、放熱部８側のウイック４が形成している流路の断面積が広く、その流路抵抗が小さいので、作動流体を入熱部６側に向けて還流させることに対する圧力損失が少なく、この点でも液相の作動流体が入熱部６側に積極的に還流させられる。
【００２３】
したがって、上記の実施例においては、コンテナ２における入熱部６側の内部に、実効毛細管半径の小さいウイック３と、放熱部８側に圧損の小さいウイック４の構造の違う二種類のウイックが設けられていることにより、毛細管作用が顕著に働く。そのため、コンテナ２内部に封入してある作業流体の還流性が向上し、熱輸送量が増加する。
【００２４】
図３は請求項２の発明の一具体例を示す平面図である。ここに示す平板型ヒートパイプ９は、そのコンテナがＬ字型に形成され、その屈曲した内側の側面に沿わせて、平面視で正方形状のマイクロファン１０が組み合わされ、装置全体の形状が、平面視で、前記正方形状よりも大きい正方形状とされている。
【００２５】
すなわちその平板型ヒートパイプ９は、気密状態に密閉したコンテナ（中空密閉容器）１１の内部に、空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で水などの凝縮性の流体を作動流体として封入し、さらに図示しないウイックを内部に設けて構成されている。
【００２６】
また、コンテナ１１は、上記のようにＬ字型に形成されている。そのＬ字の一辺の先端付近には、電子部品１２が取り付けられるようになっており、入熱部１３とされている。他辺の先端付近には、熱伝導率が高くかつ加工性の良好なアルミニウム等の板材を九十九折りして形成した放熱フィン１４が設置されており、放熱部１５とされている。なお、その放熱フィン１４は、コンテナ１１の外面に、ハンダ付け等の手段で直接固着されている。
【００２７】
平板型ヒートパイプ９に組み合わされているマイクロファン１０は、設置状態での厚さ（高さ）が、放熱部１５の高さよりも小さい中空平板状のハウジングと、ハウジングの内部に収容された回転駆動するブレードとを備えたいわゆる横型軸流ファンである。図３での上面部には、円形状に開口した吸込口１６が形成されており、またにマイクロファン１０おける同図での一側面部には、矩形状に開口した吐出口１７が形成されている。この吐出口１７の開口幅は、コンテナ１１の内側のＬ字の一辺の長さとほぼ等しい長さに設定されている。すなわちブレードの回転面での半径方向に送風するようになっている。
【００２８】
このマイクロファン１０は、各放熱フィン１の側縁部に吐出口１７が対向している。また吐出口１７の吐出方向の両縁部は、コンテナ１１のＬ字型の内側の両縁部に対して揃えられている。
【００２９】
したがってマイクロファン１０を駆動させると、内部の空気が、吸込口１６からマイクロファン１０内部に入り込むとともに、吐出口１７から放熱フィン１４に向けて供給され、各放熱フィン１４同士の間ならびにコンテナ１１の上面部を通過して外部に送り出される。
【００３０】
この図３に示す構成では、まず電子部品１２から発生した熱がコンテナ１１の入熱部１３に伝達される。それに伴って平板型ヒートパイプ９の両端部において温度差が生じ、ヒートパイプ動作が自動的に開始される。
【００３１】
すなわち、内部に封入してある作動流体が蒸発し、その蒸気が温度の低い図示しないコンテナ１１内の凝縮部に流動して放熱する。このようにして、コンテナ１１から放熱フィン１４への熱伝達が良好に行われる。
【００３２】
放熱フィン１４に伝達された熱は、マイクロファン１０からの送風による空気流に伝達され、その高温の空気流は外部に排出される。なお、放熱して凝縮した作動流体は、コンテナ内部の蒸発部に向けて流下し、電子部品１２の熱によって再度蒸発する。
【００３３】
したがって、上記の構造では、平板型ヒートパイプ９をＬ字型にし、前記平板型ヒートパイプ９のＬ字型内側のスペースに、正方形状のマイクロファン１０を設けることにより、全体をコンパクト化することができる。そのため、電気機器等の内部の限られたスペースに設置される場合において、配置の自由度を向上させることができる。さらに、前記限られたスペースにおいて、他の部品の配置スペースを大きくとることもできるので、設計の自由度を向上させることができる。
【００３４】
なお、上記の構造では、平板型ヒートパイプ９をＬ字型としたが、この発明は上記の構造に限定されず、例えばＣ字型など、要は、側面の一部がファンの輪郭に合わせて屈曲もしくは湾曲していればよい。換言すれば、ファンの周縁部を包持できて、収納できる形状であればよい。また、ファンをマイクロファン１０としたが、これは上記に限定されず、要は、吹き出し方向が半径方向のものであればよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、入熱部側のウイックの実効毛細管半径が小さく、これに対して放熱部側のウイックにおける実効毛細管半径が大きいので、入熱部で発生する毛細管圧力が、放熱部で生じる毛細管圧力に対して高くなる。すなわち液相の作動流体を吸引するポンプ圧が高くなる。そして、各ウイックが連通しているので、放熱部で凝縮した液相の作動流体を還流させる作用が強くなる。言い換えれば、液相の作動流体を確実かつ多量に入熱部側に還流させてヒートパイプとしての熱輸送能力を向上させることができる。さらに、放熱部側のウイックにおける流路断面積が大きくその流路抵抗が相対的に小さくなり、この点でも液相作動流体の還流特性が向上してヒートパイプとしての特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１の発明に係る平板型ヒートパイプの一具体例を示す斜視図である。
【図２】  図１に示すヒートパイプの断面図である。
【図３】  請求項２の発明に係る平板型ヒートパイプの一具体例を示す平面図である。
【符号の説明】
１，９…平板型ヒートパイプ、  ２，１１…コンテナ、  ３，４…ウイック、
６，１３…入熱部、  ８，１５…放熱部、  １０…マイクロファン。
【図１】
0004194276.tif 000002
【図２】
0004194276.tif 000003
【図３】
0004194276.tif 000004