WO2016051569A1 - Evaporator, cooling device, and electronic device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an evaporator, a cooling device, and an electronic device.
- a cooling device for cooling a heating element such as an electronic component provided in an electronic device such as a computer
- high cooling performance is obtained by utilizing latent heat of vaporization when a liquid-phase working fluid evaporates to become a gas-phase working fluid.
- a cooling device that uses a gas-liquid two-phase flow.
- an evaporator including a porous body (wick) and a condenser are provided, and an outlet of the evaporator and an inlet of the condenser are connected by a vapor pipe, and the outlet of the condenser and the evaporator
- LHP loop heat pipe
- the porous body and the heating surface are provided with irregularities, and the porous body is provided so that the concave portions between the convex portions of the heating surface and the convex portions are embedded,
- the heat generation amount of the heating element increases and the evaporation amount increases, it becomes difficult to supply the liquid-phase working fluid to the end portion on the heating surface side of the porous body.
- dryout occurs, the evaporation area decreases, and the cooling performance decreases.
- a plurality of protrusions are provided on the case serving as the heat transfer part, and a porous body is fitted into each of the plurality of protrusions, and around each protrusion where the porous body is fitted. It is conceivable to create a space in which a liquid-phase working fluid flows. However, if a space in which the liquid-phase working fluid flows is formed around each projection portion in which the porous body is fitted, the area of the wetted surface with which the liquid-phase working fluid of the porous body comes into contact increases. When the area of the liquid contact surface with which the liquid-phase working fluid of the porous body comes into contact increases, heat leak from the porous body to the liquid-phase working fluid increases, and the cooling performance decreases.
- the evaporator includes a porous body having a plurality of cylindrical convex portions, a vapor chamber and a liquid chamber separated by the porous body, a first portion to which a vapor pipe is connected and defining the vapor chamber, and a liquid pipe Are connected to each other, a second part defining the liquid chamber, and a plurality of protrusions provided in the first part, projecting toward the second part, and fitted into each of the plurality of cylindrical convex parts of the porous body And a plurality of masks covering the respective surfaces of the plurality of cylindrical protrusions so that the area of the liquid contact surface with which the liquid-phase working fluid of the plurality of cylindrical protrusions of the porous body comes into contact is reduced.
- the cooling device includes an evaporator in which a liquid-phase working fluid evaporates, a condenser in which a gas-phase working fluid condenses, a vapor pipe that connects the evaporator and the condenser and through which the gas-phase working fluid flows, The condenser and the evaporator are connected, and a liquid pipe through which a liquid-phase working fluid flows is provided.
- the evaporator includes a porous body having a plurality of cylindrical protrusions, a vapor chamber separated by the porous body, and A liquid chamber, a steam pipe is connected, a first part that defines the steam chamber, a liquid pipe is connected, a second part that defines the liquid chamber, and the first part are provided toward the second part.
- the electronic device includes an electronic component provided on a wiring board and a cooling device that cools the electronic component.
- the cooling device includes an evaporator that evaporates a liquid-phase working fluid and a vapor-phase working fluid that is condensed.
- the vessel is composed of a porous body having a plurality of cylindrical protrusions, a vapor chamber and a liquid chamber separated by the porous body, a vapor pipe connected, and a first portion defining the vapor chamber, and the liquid pipe connected.
- FIG. 4A and 4B are schematic views for explaining the problem of the present invention, and FIG. 4A is a cross-sectional view along the height direction of the protrusion provided in the case. FIG. 4B is a cross-sectional view along the radial direction of the protrusion provided on the case.
- FIG. 5A and 5B are schematic cross-sectional views for explaining the operation and effect of the mask provided in the evaporator provided in the cooling device according to the present embodiment.
- 6A and 6B show the results of a cooling experiment in the case where the mask of the first specific example is used in the cooling device of the specific configuration example of the present embodiment
- FIG. Indicates the result of measuring the evaporator bottom surface temperature
- FIG. 6B shows the result of measuring the evaporator top surface temperature.
- FIG. 8A and FIG. 8B show the results of a cooling experiment when the mask of the second specific example is used in the cooling device of the specific configuration example of the present embodiment, and FIG. Indicates the result of measuring the evaporator bottom surface temperature, and FIG. 8B shows the result of measuring the evaporator top surface temperature.
- FIG. 10A and FIG. 10B show the structure of the modification (mask of the 3rd specific example of a specific structural example) of the mask provided in the evaporator with which the cooling device concerning this embodiment.
- FIG. 10B show the results of a cooling experiment when the mask of the third specific example is used in the cooling device of the specific configuration example of the present embodiment. Indicates the result of measuring the evaporator bottom surface temperature, and FIG. 10B shows the result of measuring the evaporator top surface temperature. It is a typical perspective view which shows the structure of the modification of the mask provided in the evaporator with which the cooling device concerning this embodiment is provided. It is a typical perspective view which shows the structure of the modification of the mask provided in the evaporator with which the cooling device concerning this embodiment is provided. It is a typical perspective view which shows the structure of the modification of the mask provided in the evaporator with which the cooling device concerning this embodiment is provided.
- FIG. 16A and FIG. 16B are schematic views showing the configuration of a modification of the mask provided in the evaporator provided in the cooling device according to the present embodiment, and FIG. 16A is a perspective view. FIG. 16B is a cross-sectional view. It is a typical perspective view which shows the structure of the modification of the mask provided in the evaporator with which the cooling device concerning this embodiment is provided.
- the cooling device is a cooling device that cools a heating element such as an electronic component provided in an electronic device such as a computer (for example, a server or a personal computer).
- a heating element such as an electronic component provided in an electronic device such as a computer (for example, a server or a personal computer).
- the electronic device is also referred to as an electronic device.
- the electronic component is, for example, a CPU or an LSI chip.
- the electronic apparatus includes a wiring board 52 (for example, a printed wiring board) in which a plurality of electronic components 51 are mounted in a housing 50, and a wiring board 52.
- the electronic component which is a heat generating body, ie, the heat-emitting component 51X is contained in the some electronic component 51.
- a CPU (Central Processing Unit) 51X is included as a heat generating component. Since the CPU 51X as the heat generating component cannot be sufficiently cooled only by the air blowing by the blower fan 53, the cooling device 1 (here, a loop heat pipe) is mounted to cool the CPU 51X.
- the cooling device 1 realizes high cooling performance by using latent heat of evaporation when the liquid-phase (liquid state) working fluid evaporates to become a gas-phase (gas state) working fluid.
- a cooling device using a liquid two-phase flow That is, the cooling device 1 connects the evaporator 2 in which the liquid-phase working fluid evaporates, the condenser 3 in which the gas-phase working fluid condenses, the evaporator 2 and the condenser 3, and operates in the gas-phase operation.
- the evaporator 2 is provided with a porous body 6, and the working fluid is circulated by the capillary force of the porous body 6 to transport heat.
- the evaporator 2 is thermally connected to the CPU 51X as a heat generating component.
- the evaporator 2 is brought into close contact with the CPU 51X provided on the wiring board 52 via the thermal grease 56 so that the heat from the CPU 51X is transmitted to the evaporator 2.
- phase working fluid is evaporated (vaporized) by the heat transmitted from the CPU 51X as the heat generating component, and becomes a gas phase working fluid.
- This gaseous working fluid flows into the condenser 3 through the steam pipe 4 as shown in FIG. Thereby, the heat absorbed by the evaporator 2 is transported to the condenser 3.
- the gas-phase working fluid flowing into the condenser 3 is condensed (liquefied) by being cooled by the condenser 3 and becomes a liquid-phase working fluid. Thereby, the heat transported to the condenser 3 is radiated.
- the condenser 3 is provided in the vicinity of the blower fan 53, and the heat radiating fins 57 are provided in the condenser 3. Then, the heat transported to the condenser 3 is radiated through the radiation fins 57 and released to the outside of the housing 50 by the blast from the blower fan 53.
- heat radiating member such as a heat radiating plate may be provided in place of the heat radiating fins 57.
- you may make it cool by blowing air directly with respect to a pipe, without providing a heat radiating member.
- the air cooling type cooling means is used for cooling, but the water cooling type cooling means may be used for cooling. This liquid-phase working fluid flows into the evaporator 2 through the liquid pipe 5.
- the working fluid recirculates in the circulation path constituted by the evaporator 2, the steam pipe 4, the condenser 3, and the liquid pipe 5.
- the evaporator 2 is configured as follows.
- a thin plate evaporator suitable for efficiently cooling a flat plate heating element here, the CPU 51X as a heat generating component
- the thin plate evaporator is also referred to as a thin plate evaporator or a flat plate evaporator.
- the evaporator 2 of the present embodiment includes a porous body (wick made of a porous material) 6, a vapor chamber 7 and a liquid chamber 8 separated by the porous body 6, A case 9 and a mask 10 are provided.
- the porous body 6 is a porous body with low thermal conductivity. Specifically, it is a porous PTFE (polytetrafluoroethylene) resin molded body (resin porous body).
- the porous body 6 has a plurality of cylindrical convex portions 6A. That is, the porous body 6 includes a flat plate portion 6B and a plurality of cylindrical convex portions 6A provided on the flat plate portion 6B.
- each of the plurality of cylindrical convex portions 6A is provided so as to protrude toward the liquid chamber 8 side (that is, the upper portion 9B side of the case 9) with respect to the flat plate-like portion 6B.
- An insertion hole 6C into which a protrusion 9C provided on the lower portion 9A of the case 9 is inserted (that is, on the lower portion 9A side of the case 9 described later).
- a plurality of grooves 6D extending in the depth direction are provided on the side surface of the insertion hole 6C.
- the case 9 includes a lower part (first part) 9A that is connected to the steam pipe 4 and defines the steam chamber 7, and an upper part (second part) 9B that is connected to the liquid pipe 5 and defines the liquid chamber 8.
- the lower portion 9A of the case 9 is provided with a steam pipe connection opening 9D (an outlet of the evaporator 2), and the steam pipe 4 is connected to the steam pipe connection opening 9D.
- the steam pipe 4 is connected to the steam chamber 7 defined by the lower portion 9A of the case 9 constituting the evaporator 2.
- the lower portion 9A of the case 9 is composed of a bottom plate 9AX having a recess 9AY, and the steam pipe 4 is connected to a steam pipe connection opening 9D provided in the bottom plate 9AX.
- a liquid pipe connection opening 9E (an inlet of the evaporator 2) is provided in the upper portion 9B of the case 9, and the liquid pipe 5 is connected to the liquid pipe connection opening 9E.
- the liquid pipe 5 is connected to the liquid chamber 8 defined by the upper portion 9B of the case 9 constituting the evaporator 2.
- the upper portion 9B of the case 9 includes a frame body 9BX and a cover 9BY, and the liquid pipe 5 is connected to a liquid pipe connection opening 9E provided in the frame body 9BX.
- the steam pipe 4 and the liquid pipe 5 are connected to one side of the case 9, but the present invention is not limited to this, for example, the liquid pipe 5 is connected to one side of the case 9,
- the steam pipe 4 may be connected to the other side.
- the lower portion 9A of the case 9 is thermally connected to the CPU 51X as a heat generating component.
- the vapor chamber 7 defined by the lower portion 9A of the case 9 is provided at a position close to the CPU 51X
- the liquid chamber 8 defined by the upper portion 9B of the case 9 is provided at a position far from the CPU 51X. Yes.
- the thermal conductivity of the upper portion 9B of the case 9 is made lower than that of the lower portion 9A.
- the upper portion 9B of the case 9 is made of stainless steel, and the lower portion 9A of the case 9 is made of copper, so that the thermal conductivity of the upper portion 9B of the case 9 is lower than that of the lower portion 9A. Just do it.
- This makes it difficult for the heat of the CPU 51X as the heat generating component to be transmitted to the liquid-phase working fluid, and makes it difficult for the temperature of the liquid-phase working fluid to rise.
- the case 9 has a plurality of protrusions 9C provided on the lower portion 9A, projecting toward the upper portion 9B, and fitted into the plurality of cylindrical protrusions 6A of the porous body 6, respectively. That is, the lower portion 9A of the case 9 is provided with a plurality of protrusions 9C that protrude toward the upper portion 9B, and the plurality of protrusions 9C are formed of a plurality of tubes of the porous body 6. It fits in the insertion hole 6C provided in each of the convex portions 6A.
- a plurality of protrusions 9C are integrally formed on the surface of the recess 9AY of the bottom plate 9AX constituting the lower portion 9A of the case 9.
- the plurality of protrusions 9C have a plurality of protrusions 9C so that the center axis of the protrusion 9C coincides with the center axis of the cylindrical protrusion 6A of the porous body 6 (that is, the center axis of the insertion hole 6C). It fits in the insertion hole 6C provided in each cylindrical convex part 6A.
- the porous body 6 is accommodated in the case 9.
- a plurality of tubes of the porous body 6 are formed so that a space is formed between the back surface (the lower surface in FIG. 1) of the porous body 6 and the surface (the upper surface in FIG. 1) of the lower portion 9A of the case 9.
- a plurality of protrusions 9C are fitted into each of the convex portions 6A.
- a plurality of grooves 6D are formed on the side surfaces of the insertion holes 6C provided in each of the plurality of cylindrical protrusions 6A of the porous body 6, and a space formed between these grooves 6D, that is, The space between the bottom surface of the groove 6D formed in the insertion hole 6C and the side surface of the projection 9C also constitutes a part of the steam chamber 7.
- a space formed between the surface of the porous body 6 (upper surface in FIG. 1) and the surface of the upper portion 9B of the case 9 (lower surface in FIG. 1) becomes the liquid chamber 8.
- the liquid chamber 8 also serves as a liquid storage tank for storing a liquid-phase working fluid.
- the liquid-phase working fluid flowing into and stored in the liquid chamber 8 permeates from the periphery of each of the plurality of cylindrical convex portions 6A of the porous body 6 and oozes out to the vapor chamber 7 side by a capillary phenomenon.
- the CPU 51X as the heat generating component generates heat
- the heat is transmitted to the lower portion 9A of the case 9 and further to each of the plurality of protrusions 9C.
- the liquid-phase working fluid that oozes out to the vapor chamber 7 side is evaporated (vaporized) by the heat transmitted to each of the plurality of protrusions 9C, and becomes a gas-phase working fluid.
- the porous body 6 with a plurality of cylindrical protrusions 6A, the evaporation area is increased and the cooling performance is improved.
- the protrusion 9C is provided on the lower portion 9A of the case 9, and the cylindrical protrusion 6A is fitted into the protrusion 9C, so that the permeation distance of the liquid-phase working fluid is made uniform. Accordingly, even when the heat generation amount of the heating element increases and the evaporation amount increases, for example, when the CPU 51X which is a heat generating component becomes large and the heat generation amount increases and the evaporation amount increases, the vapor of the porous body 6 increases.
- the protruding portion 9C is provided on the lower portion 9A of the case 9, and the cylindrical convex portion 6A is fitted into the protruding portion 9C, and around each protruding portion 9C in which the cylindrical convex portion 6A is fitted.
- the area of the liquid contact surface 6X with which the liquid-phase working fluid 11 of the porous body 6 contacts as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). Becomes larger.
- heat leak from the porous body 6 to the liquid-phase working fluid 11 increases, and the cooling performance decreases.
- an arrow indicated by a symbol X indicates a heat flow
- an arrow indicated by a symbol Y indicates a flow of a liquid-phase working fluid.
- the protruding portion 9C is provided on the lower portion 9A of the case 9 that is thermally connected to the CPU 51X as the heat generating component, and the porous body is provided thereon.
- the evaporating area is expanded by fitting the 6 cylindrical convex portions 6A.
- the evaporation surface 6Y that comes into contact with the protruding portion 9C of the cylindrical body 6A of the porous body 6 that contacts the high temperature and the low-temperature liquid-phase working fluid 11 of the cylindrical protrusion 6A of the porous body 6 come into contact. Since the liquid contact surface 6X is integrated with the front and back, if the area of the evaporation surface 6Y of the porous body 6 is increased as described above, the area of the liquid contact surface 6X is further increased.
- heat transfer from the porous body 6 to the liquid-phase working fluid 11 is according to the following equation.
- Q is the heat leak heat quantity from the porous body 6 to the liquid-phase working fluid 11
- h is the heat transfer coefficient
- A is the contact area (wetted area) of the porous body 6 and the liquid-phase working fluid 11
- TW is the surface temperature of the porous body 6
- TL is the temperature of the liquid-phase working fluid 11.
- wetted area A is by expanding the surface temperature T W of the porous body 6 is increased. This is because the flow rate of the liquid-phase working fluid 11 flowing into the liquid contact surface 6X of the porous body 6 decreases as the liquid contact area A of the porous body 6 increases [FIG. 5A]. reference].
- the flow velocity of the liquid-phase working fluid 11 flowing into the porous body 6 is approximately several tens of ⁇ m / sec to several hundreds of ⁇ m / sec depending on the type of the working fluid and the heat generation amount. It greatly affects the heat conduction inside.
- the working fluid inside the loop heat pipe 1 is maintained in a saturated state, and the fluid is operated by a vapor pressure difference caused by a temperature difference between the vapor side and the liquid side separated by the porous body 6 in the evaporator 2. For this reason, when the amount of heat leak heat transferred from the vapor side of the evaporator 2 to the liquid side through the porous body 6 is large, the loop heat pipe 1 causes a significant performance deterioration. For this reason, it is desired to eliminate the cause of the performance degradation of the loop heat pipe 1 and to realize the loop heat pipe 1 having high cooling performance and an electronic device including the same.
- the area of the liquid contact surface 6 ⁇ / b> X with which the liquid-phase working fluid 11 of the plurality of cylindrical protrusions 6 ⁇ / b> A of the porous body 6 contacts is reduced.
- a plurality of masks 10 that cover the respective surfaces of the plurality of cylindrical protrusions 6A are provided.
- the mask 10 so that the liquid contact surface 6X of the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6 becomes small, the area where the liquid-phase working fluid 11 and the porous body 6 are in direct contact is reduced.
- the flow velocity of the liquid-phase working fluid 11 flowing into the porous body 6 can be increased.
- the mask 10 may have an opening 10A through which the liquid-phase working fluid 11 flows in a portion covering the side surface of the cylindrical convex portion 6A.
- the surface of the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6 is covered with the mask 10, and only the portion where the opening 10A of the mask 10 is located on the side surface of the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6 is the wetted surface. 6X, and the area of the liquid contact surface 6X of the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6 is reduced.
- the opening 10A may be a plurality of holes 10B.
- These holes 10B are preferably provided uniformly over the entire surface of the portion of the mask 10 that covers the side surface of the cylindrical projection 6A. Further, as shown in FIG. 7, it is preferable that these holes 10 ⁇ / b> B are larger on the flat plate-like portion 6 ⁇ / b> B side than the tip side of the cylindrical convex portion 6 ⁇ / b> A of the porous body 6. That is, it is preferable that these holes 10B are larger on the lower portion (first portion) 9A side than on the upper portion (second portion) 9B side of the case 9.
- the vapor chamber 7 side defined by the lower portion 9A is hotter than the liquid chamber 8 side defined by the upper portion 9B of the case 9, and the amount of evaporation is larger.
- the distribution of the size of the holes 10B reduces the area (liquid contact area) where the porous body 6 and the liquid-phase working fluid 11 are in direct contact, and flows into the porous body 6.
- the flow rate of the liquid-phase working fluid 11 can be increased uniformly, and heat leak from the porous body 6 to the liquid-phase working fluid 11 can be reduced uniformly.
- the shape of the hole 10B is circular here, it is not restricted to this, For example, it can be set as various shapes, such as a triangular shape and a square shape.
- the opening 10A may be a plurality of slits 10C as shown in FIG. These slits 10C are preferably provided uniformly over the entire surface of the portion of the mask 10 covering the side surface of the cylindrical projection 6A.
- these slits 10C have a wider width on the flat plate portion 6B side than on the tip side of the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6. That is, it is preferable that these slits 10 ⁇ / b> C have a wider width on the lower portion (first portion) 9 ⁇ / b> A side than on the upper portion (second portion) 9 ⁇ / b> B side of the case 9. This is because the vapor chamber 7 side defined by the lower portion 9A is hotter than the liquid chamber 8 side defined by the upper portion 9B of the case 9, and the amount of evaporation is larger.
- the width of the slit 10C by changing the width of the slit 10C, the area (liquid contact area) in which the porous body 6 and the liquid-phase working fluid 11 are in direct contact is reduced, and the operation of the liquid phase flowing into the porous body 6 is performed.
- the flow rate of the fluid 11 can be increased uniformly, and heat leak from the porous body 6 to the liquid phase working fluid 11 can be reduced uniformly.
- the slit 10C extends in the height direction of the cylindrical convex portion 6A, but is not limited thereto, and may extend in the circumferential direction of the cylindrical convex portion 6A, for example. Further, when the slit 10C extending in the height direction of the cylindrical convex portion 6A is used, the slit 10C can be manufactured with a mold in consideration of mass production and cost reduction, as shown in FIG. Is preferably extended to the lower end so as to form a slit extending from the lower end.
- the mask 10 is provided with the opening 10A so that the area of the liquid contact surface 6X on the side surface of the cylindrical convex portion 6A is 50% or less of the area of the side surface of the cylindrical convex portion 6A. It is preferable to do this.
- the area (opening area) of the opening 10A of the mask 10 is 50% or less of the area of the portion of the mask 10 that covers the side surface of the cylindrical protrusion 6A. That is, the portion covering the side surface of the cylindrical convex portion 6A of the mask 10 includes the opening 10A (the portion where the porous body 6 and the liquid-phase working fluid 11 are in contact) and the portion other than the opening 10A (the porous body 6).
- the area of the opening 10A is equal to or smaller than the area of the part other than the opening 10A.
- the ratio of the opening 10A in the portion covering the side surface of the cylindrical convex portion 6A of the mask 10, that is, the opening ratio of the mask 10 is preferably 50% or less.
- the area of the liquid contact surface 6X on the side surface of the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6 is 50% or less as compared with the case where the mask 10 is not provided.
- the area where the liquid-phase working fluid 11 (working fluid) and the porous body 6 are in direct contact with each other can be reduced to 1 ⁇ 2 or less, and the liquid-phase working fluid 11 flows into the porous body 6.
- the flow rate to be increased can be doubled or more.
- the aperture ratio of the mask 10 it is preferable to lower the aperture ratio of the mask 10 as the area of the liquid contact surface 6X of the cylindrical convex portion 6A increases, and in the case of a specific configuration example described below, for example, the aperture ratio of the mask 10 is increased. It is preferably about 35% or less. Further, the sizes of the plurality of holes 10B and the slits 10C as the opening 10A are set so that the upper portion (second portion) 9B side of the case 9 (the tip side of the cylindrical convex portion 6A; the liquid chamber 8 side; the projection 9C).
- the mask 10 If the lower part (first part) 9A side (the base side of the cylindrical projection 6A; the steam chamber 7 side; the high temperature side of the projection 9C) is larger than the lower part (first part) 9A, the mask 10
- the opening ratio of the lower portion (first portion) 9A is higher than that of the upper portion (second portion) 9B of the case 9.
- the average aperture ratio of the mask 10 may be 50% or less.
- the opening ratio of the mask 10 is 55% on the upper portion (first portion) 9B side of the case 9, and the opening ratio of the mask 10 is 35% near the center.
- the lower portion (second portion) of the case 9 The aperture ratio of the mask 10 is 15% on the 9A side, and the aperture ratio of the mask 10 may be distributed so that the average aperture ratio of the mask 10 is 50% or less.
- the mask 10 is a cylindrical mask having an opening 10A and is covered with the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6, but is not limited thereto.
- the mask 10 includes a first portion 101 that partially covers the side surface of the first cylindrical convex portion 61 ⁇ / b> A included in the four adjacent cylindrical convex portions 6 ⁇ / b> A, and four The second portion 102 partially covering the side surface of the second cylindrical convex portion 62A included in the cylindrical convex portion 6A and the side surface of the third cylindrical convex portion 63A included in the four cylindrical convex portions 6A are partially And a fourth portion 104 partially covering the side surface of the fourth cylindrical convex portion 64A included in the four cylindrical convex portions 6A, and four adjacent masks 10-1 ⁇
- the side surface of one cylindrical convex portion 61A is covered with four portions 101-1 to 101-4 provided one for each of 10-4, and between these four portions 101-1 to 101-4 Alternatively, a s
- the mask 10 includes a first portion 101 to a fourth portion 104 and a plate-like portion 105 that supports them, and the first portion 101 to the fourth portion 104 are adjacent to four cylindrical convex portions 6A. It is inserted into the area surrounded by (61A to 64A). With this configuration, the mask 10 can be installed even if the gap between the cylindrical convex portions 6A is narrow.
- the evaporator 2 provided with the mask 10 configured as described above is as shown in FIG.
- FIGS. 13 and 14 it is assumed that the portions 101 to 104 of the mask 10 are integrated, and a flow path 10E through which the liquid-phase working fluid 11 flows is provided at the center.
- the present invention is not limited to this, and it is assumed that the portions 101 to 104 of the mask 10 are separated from each other and independent, and the central region surrounded by these portions 101 to 104 is a liquid-phase working fluid. 11 may be used as a flow path.
- the slit 10D is preferably provided uniformly over the entire surface of the portion of the mask 10 covering the side surface of the cylindrical convex portion 6A.
- the slit 10D has a wider width on the lower portion (first portion) 9A side than on the upper portion (second portion) 9B side of the case 9.
- the mask 10 is provided with slits 10D so that the area of the liquid contact surface 6X on the side surface of the cylindrical convex portion 6A is 50% or less of the area of the side surface of the cylindrical convex portion 6A. preferable.
- the mask 10 may have a groove 10F through which the liquid-phase working fluid 11 flows in a portion covering the side surface of the cylindrical convex portion 6A. good.
- a plurality of grooves 10F may be provided.
- these grooves 10F are preferably provided uniformly over the entire surface of the portion covering the side surface of the cylindrical convex portion 6A of the mask 10. .
- the mask 10 is provided with grooves 10F so that the area of the liquid contact surface 6X on the side surface of the cylindrical convex portion 6A is 50% or less of the area of the side surface of the cylindrical convex portion 6A. preferable.
- the mask 10 is provided with a projection 10G on its end face, and the mask 10 is inserted into a region surrounded by the four adjacent cylindrical projections 6A so that the projection 10G is positioned downward.
- a gap is formed between the material 6 and the flat plate-like portion 6B. This is because the plate-like portion 6B side of the porous body 6 becomes hot and the amount of evaporation increases, so that the liquid-phase working fluid 11 is easily supplied thereto.
- the mask 10 is inserted into a region surrounded by four adjacent cylindrical convex portions 6A.
- a cylindrical mask having a groove 10 ⁇ / b> F through which the liquid-phase working fluid 11 flows on the outer peripheral surface may be covered with the cylindrical convex portion 6 ⁇ / b> A.
- the holes 10B, the slits 10C, 10D, and the grooves 10F are provided uniformly over the entire surface of the portion of the mask 10 that covers the side surface of the cylindrical convex portion 6A, so that the inside of the porous body 6 is in a liquid phase The distance traveled by the working fluid 11 can be shortened, and the pressure loss can be reduced.
- the mask 10 may be a porous body mask 10H having holes (pores) through which the liquid-phase working fluid 11 flows.
- the porous body mask 10H preferably has a porosity of 50% or less.
- the porous body mask 10H preferably has a pore diameter (porous diameter; pore diameter) larger than that of the porous body 6 (wick).
- a pore diameter porous diameter; pore diameter
- the porous body 6 as a wick is preferably one having a small diameter in order to obtain a capillary force, whereas the porous body mask 10H has low flow resistance and low fluidity.
- a material having a large hole diameter for improvement.
- the porous body mask 10H has a porous PTFE resin molded body (resin made of resin) having a larger porous diameter.
- a porous body may be used.
- the porous body mask 10H preferably has a hole diameter of 50 ⁇ m or more.
- the several mask 10 is integrated as shown, for example in FIG. As a result, the number of parts can be reduced and the cost can be kept low.
- an example in which the mask 10 shown in FIG. 13 is integrated is shown as an example, but the present invention is not limited to this, and the other mask 10 described above may be integrated.
- the material of the mask 10 is a material having low thermal conductivity.
- the thermal conductivity is about 0.2 to about 0.3 W / mK. That is, the material of the mask 10 is a material (resin material) having a thermal conductivity of 0.5 W / mK or less.
- the material of the mask 10 is preferably a material having a lower thermal conductivity than the liquid-phase working fluid 11.
- the liquid-phase working fluid 11 when the liquid-phase working fluid 11 is water, its thermal conductivity is about 0.6 W / mK. Therefore, the material of the mask 10 is a material having a thermal conductivity lower than 0.6 W / mK. It is preferable to do this.
- the liquid-phase working fluid 11 when the liquid-phase working fluid 11 is ethanol or acetone, its thermal conductivity is about 0.2 W / mK, so that the material of the mask 10 has a thermal conductivity lower than about 0.2 W / mK. It is preferable to use a material having
- the cooling device According to the evaporator, the cooling device, and the electronic device according to the present embodiment, heat leak from the porous body 6 to the liquid-phase working fluid 11 can be reduced, and a decrease in cooling performance can be suppressed. There is an advantage that the cooling performance can be obtained. In other words, the cooling performance of the loop heat pipe 1 is greatly improved, the heat generating components provided in the electronic device can be stably cooled, the electronic device can be improved in performance, and the reliability can be improved. is there.
- the evaporator 2 has an outer size of about 75 mm ⁇ about 75 mm and a height of about 25 mm. Since the lower portion 9A of the case 9 of the evaporator 2 is thermally connected to the heating element 51X, the upper portion 9B of the case 9 is made of stainless steel having a relatively low thermal conductivity. It shall be made. This makes it difficult for heat from the heating element 51X to be transmitted to the liquid-phase working fluid via the lower portion 9A of the case 9.
- non-porous PTFE polytetrafluoroethylene
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the porous body 6 is a molded article using a mold.
- a total of 36 cylindrical convex portions (cylindrical convex portions) 6 ⁇ / b> A are provided on the porous body 6 in a lattice shape with six in the vertical direction and six in the horizontal direction.
- These cylindrical convex portions 6A have an outer diameter of about 9 mm and an inner diameter of about 7 mm.
- the central axis of these cylindrical convex portions 6A that is, the central axis of the insertion hole 6C provided on the back surface side of the cylindrical convex portion 6A is respectively a projection 9C provided on the lower portion 9A of the case 9. It matches with the central axis of.
- each protrusion part 9C provided in the bottom face of 9 A of lower parts of the case 9 is inserted in the insertion hole 6C provided in the back surface side of these cylindrical convex parts 6A, respectively, and the porous body 6 is attached. It is attached to the lower part of the case 9 (see FIGS. 1 and 2).
- the depth of the insertion hole 6C provided on the back side of the cylindrical convex portion 6A is about 13 mm.
- the protrusions 9C provided on the bottom surface of the lower portion 9A of the case 9 are inserted into the insertion holes 6C provided on the back surface side of the cylindrical convex portions 6A, respectively, so that the porous body 6 Is attached to the lower portion 9A of the case 9, the bottom surface of the case 9 (that is, the bottom surface of the lower portion 9A of the case 9) and the back surface of the porous body 6 (that is, the flat plate portion 6B of the porous body 6). 2 mm), and a steam chamber 7 is formed (see FIG. 1).
- the diameter of the insertion hole 6C provided on the back surface side of the cylindrical convex portion 6A is made to be smaller by about 50 ⁇ m to about 200 ⁇ m than the outer diameter size of the protruding portion 9C of the case 9.
- a groove (groove) 6D having a width of about 1 mm, a depth of about 1 mm, and a pitch of about 2 mm extending in the depth direction (vertical direction) is uniformly provided on the side surface (inner wall) of the insertion hole 6C (see FIGS. 1 and 2).
- the space formed between the grooves 6D that is, the space between the bottom surface of the groove 6D formed on the side surface of the insertion hole 6C and the side surface of the projection 9C of the case 9 is also one of the steam chambers 7.
- the side surface of the insertion hole 6 ⁇ / b> C has a fin structure, and the tip of the fin is in close contact with the side surface of the protrusion 9 ⁇ / b> C of the case 9. Then, the liquid-phase working fluid 11 supplied from above the porous body 6 passes through the inside of the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6 and is provided on the side surface of the insertion hole 6C.
- the porous body 6 is accommodated in the case 9, That is, an internal space having a height of about 5 mm is formed between the upper surface of the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6 and the lower surface of the upper portion 9B of the case 9, and this internal space and a plurality of porous bodies 6 are formed.
- a space between the cylindrical convex portions 6A is defined as a liquid chamber 8 also serving as a liquid reservoir tank (see FIG. 1).
- the vapor chamber 7 of the evaporator 2 thus manufactured (that is, the lower portion 9A of the case 9 defining the vapor chamber 7 of the evaporator 2) and the inlet of the condenser 3 are connected by the vapor pipe 4 (see FIG. 3).
- the liquid chamber 8 of the evaporator 2 (that is, the upper portion 9B of the case 9 that defines the liquid chamber 8 of the evaporator 2) and the outlet of the condenser 3 are connected by a liquid pipe 5 (see FIG. 3).
- the steam pipe 4 is a copper pipe having an outer diameter of about 6 mm and an inner diameter of about 5 mm, and its length is about 300 mm.
- the liquid pipe 5 is a copper pipe having an outer diameter of about 4 mm and an inner diameter of about 3 mm, and its length is about 200 mm.
- the condenser 3 has a width of about 150 mm, a height of about 50 mm, and a length of about 45 mm.
- aluminum plate fins (radiating fins 57) are caulked and attached to a condenser tube provided in the condenser 3 (see FIG. 3).
- a copper groove tube having an outer diameter of about 6.35 mm is used, and the aluminum plate fins 57 have a thickness of about 0.2 mm and a pitch of about 1.5 mm.
- the working fluid is ethanol
- the inside of the loop heat pipe 1 is evacuated by a vacuum pump to be in a vacuum state, and then a predetermined amount of saturated ethanol degassed by vacuum is sealed and hermetically sealed.
- a protrusion 9C pin structure
- the evaporation area is increased by fitting the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6 into this, the area of the liquid contact surface 6X integrated with the evaporation surface 6Y is also increased.
- the heat exchange area between the porous body 6 and the liquid-phase working fluid 11 is large, and the liquid-phase working fluid 11 flowing into the porous body 6 has a large flow velocity.
- the heat leak to the working fluid 11 is very large. Due to this influence, the temperature (liquid temperature) of the liquid working fluid 11 above the porous body 6 rises, the temperature of the liquid working fluid 11 supplied to the porous body 6 increases, and the liquid phase The temperature of the gas-phase working fluid in which the working fluid 11 is evaporated and vaporized also increases. For this reason, the temperature of the case 9 provided with the protruding portion 9C is also high, and the CPU 51X as the heat generating component cannot be sufficiently cooled.
- the opening ratio is about 35% in each cylindrical protrusion 6 ⁇ / b> C of the porous body 6 described above.
- a mask 10 wick mask; heat insulating mask
- holes 10B having a diameter of about 1 mm were uniformly provided on the side surface was installed [see FIGS. 1, 2, and 5B].
- the mask 10 uses a PTFE resin (non-porous body) having a low thermal conductivity (about 0.23 W / mK here) and excellent heat resistance as its material, and its thickness is about 0.8 mm. To do.
- the area where the porous body 6 and the liquid working fluid 11 are in direct contact is reduced to about 35%, and the operation of the liquid phase flowing into the porous body 6 is performed.
- the flow rate of the fluid 11 can be increased about three times.
- FIG. 6A shows the result of performing these cooling experiments and measuring the heater temperature, that is, the evaporator bottom surface temperature (case bottom surface temperature).
- a solid line A indicates the bottom surface temperature of the evaporator 2 in contact with the heater when the heater is cooled using the loop heat pipe 1 including the evaporator 2 provided with the mask 10 as described above. Is shown.
- a solid line B indicates the bottom surface temperature of the evaporator in contact with the heater when the heater is cooled using a loop heat pipe including an evaporator without a mask.
- a solid line A indicates the upper surface temperature of the evaporator 2 when the heater is cooled using the loop heat pipe 1 including the evaporator 2 provided with the mask 10 as described above. Yes.
- a solid line B indicates the upper surface temperature of the evaporator when the heater is cooled using a loop heat pipe including an evaporator without a mask.
- the loop type heat pipe 1 including the evaporator 2 provided with the mask 10 as described above when the loop type heat pipe 1 including the evaporator 2 provided with the mask 10 as described above is used, an evaporator having no mask is provided for all the calorific values.
- the upper surface temperature of the evaporator is lower by about 5 to about 8 ° C., which means that the temperature of the liquid-phase working fluid 11 is reduced.
- the temperature of the liquid-phase working fluid 11 can be reduced, and the liquid-phase working fluid can be reduced from the porous body 6. It was confirmed that the heat leak to 11 could be reduced. In addition, it was confirmed that the heater temperature can be reduced, a decrease in cooling performance can be suppressed, and a stable cooling performance can be obtained.
- the average opening ratio of each cylindrical protrusion 6 ⁇ / b> A of the porous body 6 is about 35%.
- a mask 10 provided with holes 10B having a diameter of about 0.5 mm to about 1.5 mm on the side surface, that is, a mask 10 (wick mask; heat insulating mask) having a distribution in the aperture ratio is installed (see FIG. 7).
- the mask 10 uses a PTFE resin (non-porous body) having a low thermal conductivity (about 0.23 W / mK here) and excellent heat resistance as its material, and its thickness is about 0.8 mm. To do.
- the opening ratio of the mask 10 is 55% (opening diameter: about 1.5 mm) near the base of the protrusion 9C of the case 9, and the opening ratio of the mask 10 is 35% (opening diameter: 1.0 mm) near the center. ), And the aperture ratio of the mask 10 is 15% (the aperture diameter is about 0.5 mm) on the tip side of the projection 9C of the case 9, and the average aperture ratio of the mask 10 is about 35%.
- the aperture ratio of the mask 10 was distributed in the height direction of the portion 9C.
- the area where the porous body 6 and the liquid-phase working fluid 1 are in direct contact is reduced to about 35% as a whole, and the liquid phase flowing into the porous body 6 is reduced.
- the flow rate of the working fluid 11 can be increased uniformly about three times. In this way, the flow velocity of the liquid-phase working fluid 11 flowing into the liquid contact surface 6X of the cylindrical convex portion 6A of the porous body 6 can be made substantially uniform in the height direction, and from the surface of the porous body 6 It is possible to uniformly reduce heat leak to the liquid-phase working fluid 11 in the height direction.
- FIG. 8A shows the results of performing these cooling experiments and measuring the heater temperature, that is, the evaporator bottom surface temperature (case bottom surface temperature).
- a solid line A indicates the bottom surface temperature of the evaporator in contact with the heater when the heater is cooled using the loop heat pipe 1 including the evaporator 2 provided with the mask 10 as described above.
- a solid line B indicates the bottom surface temperature of the evaporator in contact with the heater when the heater is cooled using a loop heat pipe including an evaporator without a mask.
- a solid line A indicates the upper surface temperature of the evaporator when the heater is cooled using the loop heat pipe 1 including the evaporator 2 provided with the mask 10 as described above.
- a solid line B indicates the upper surface temperature of the evaporator when the heater is cooled using a loop heat pipe including an evaporator without a mask.
- the temperature of the liquid-phase working fluid 11 can be reduced, and the liquid-phase working fluid can be reduced from the porous body 6. It was confirmed that the heat leak to 11 could be reduced. In addition, it was confirmed that the heater temperature can be reduced, a decrease in cooling performance can be suppressed, and a stable cooling performance can be obtained.
- each cylindrical protrusion 6 ⁇ / b> A of the porous body 6 has a porosity of about 10 as a mask 10.
- a 35% porous body mask 10H (wick mask; heat insulating mask) was installed (see FIG. 9).
- the porous body mask 10H uses PTFE resin (porous body) having a low thermal conductivity (about 0.23 W / mK here) and excellent heat resistance as its material, and its thickness is about 0.00. 8 mm.
- the porous body mask 10H is about 100 ⁇ m.
- FIG. 10A shows the result of performing these cooling experiments and measuring the heater temperature, that is, the evaporator bottom surface temperature (case bottom surface temperature).
- the solid line A indicates the bottom surface temperature of the evaporator 2 in contact with the heater when the heater is cooled using the loop heat pipe 1 including the evaporator 2 provided with the mask 10H as described above. Is shown.
- a solid line B indicates the bottom surface temperature of the evaporator in contact with the heater when the heater is cooled using a loop heat pipe including an evaporator without a mask.
- a solid line A indicates the upper surface temperature of the evaporator 2 when the heater is cooled using the loop heat pipe 1 including the evaporator 2 provided with the mask 10H as described above. Yes. Further, in FIG. 10B, a solid line B indicates the upper surface temperature of the evaporator when the heater is cooled using a loop heat pipe including an evaporator without a mask.
- the temperature of the liquid-phase working fluid 11 can be reduced, and the liquid-phase working fluid from the porous body 6 can be reduced. It was confirmed that the heat leak to 11 could be reduced. In addition, it was confirmed that the heater temperature can be reduced, a decrease in cooling performance can be suppressed, and a stable cooling performance can be obtained.
- Cooling device (loop heat pipe) DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Evaporator 3 Condenser 4 Steam pipe 5 Liquid pipe 6 Porous body 6A Cylindrical convex part 6B Flat plate part 6C Insertion hole 6D Groove 6X Liquid contact surface 6Y Evaporating surface 61A 1st cylindrical convex part 62A 2nd cylindrical convex part Part 63A Third cylindrical convex part 64A Fourth cylindrical convex part 7 Vapor chamber 8 Liquid chamber 9 Case 9A Lower part 9AX Bottom plate 9AY Recessed part 9B Upper part 9BX Frame body 9BY Cover 9C Protrusion part 9D Steam pipe connection opening 9E Liquid pipe connection opening 10 Mask 10A Opening 10B Hole 10C Slit 10D Slit 10E Flow path 10F Groove 10G Projection 10H Porous mask 101 First part 102 Second part 103 Third part 104 Fourth part 105 Plate-like part 10 -1 to 10-4 Four adjacent masks 101-1 to 101-4 Four parts, one
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Abstract
Description
本発明は、蒸発器、冷却装置及び電子装置に関する。 The present invention relates to an evaporator, a cooling device, and an electronic device.
例えばコンピュータなどの電子装置に備えられる電子部品などの発熱体を冷却する冷却装置として、液相の作動流体が蒸発して気相の作動流体になるときの蒸発潜熱を利用して高い冷却性能を実現する、気液二相流を用いた冷却装置がある。
このような冷却装置として、例えば、多孔質体(ウィック)を備える蒸発器と、凝縮器とを備え、蒸発器の出口と凝縮器の入口が蒸気管で接続され、凝縮器の出口と蒸発器の入口が液管で接続されており、内部に作動流体が封入されているループ型ヒートパイプ(LHP:Loop Heat Pipe)がある。
For example, as a cooling device for cooling a heating element such as an electronic component provided in an electronic device such as a computer, high cooling performance is obtained by utilizing latent heat of vaporization when a liquid-phase working fluid evaporates to become a gas-phase working fluid. There is a cooling device that uses a gas-liquid two-phase flow.
As such a cooling device, for example, an evaporator including a porous body (wick) and a condenser are provided, and an outlet of the evaporator and an inlet of the condenser are connected by a vapor pipe, and the outlet of the condenser and the evaporator There is a loop heat pipe (LHP) in which a working fluid is sealed inside.
このようなループ型ヒートパイプでは、例えば液輸送ポンプなどを用いずに多孔質体の毛管力によって作動流体を循環させて、熱を輸送することが可能である。
なお、上述のようなループ型ヒートパイプに備えられる蒸発器において、平板状の多孔質体を用いると、蒸発面積が小さく、十分な冷却性能が得られない。このため、蒸発面積を大きくし、冷却性能を向上させるために、多孔質体及び加熱面に凹凸を設け、相互に嵌め込むようにしたものがある。また、伝熱部となるケースに複数の突起部を設け、これらの複数の突起部のそれぞれに多孔質体を嵌め込むようにしたものもある。
In such a loop heat pipe, for example, it is possible to circulate the working fluid by the capillary force of the porous body without using a liquid transport pump or the like to transport heat.
In the evaporator provided in the loop heat pipe as described above, if a flat porous body is used, the evaporation area is small and sufficient cooling performance cannot be obtained. For this reason, in order to increase the evaporation area and improve the cooling performance, some porous bodies and the heating surface are provided with projections and recesses so as to be fitted to each other. In some cases, a plurality of protrusions are provided on a case serving as a heat transfer portion, and a porous body is fitted into each of the plurality of protrusions.
しかしながら、多孔質体及び加熱面に凹凸を設け、相互に嵌め込むようにした場合に、加熱面の凸部と凸部の間の凹部が埋め込まれるように多孔質体が設けられていると、例えば発熱体の発熱量が増加して蒸発量が増えた場合に、多孔質体の加熱面側の端部に液相の作動流体が供給されにくくなる。この結果、ドライアウトが生じ、蒸発面積が小さくなって、冷却性能が低下してしまう。 However, when the porous body and the heating surface are provided with irregularities, and the porous body is provided so that the concave portions between the convex portions of the heating surface and the convex portions are embedded, For example, when the heat generation amount of the heating element increases and the evaporation amount increases, it becomes difficult to supply the liquid-phase working fluid to the end portion on the heating surface side of the porous body. As a result, dryout occurs, the evaporation area decreases, and the cooling performance decreases.
これを防ぐために、伝熱部となるケースに複数の突起部を設け、これらの複数の突起部のそれぞれに多孔質体を嵌め込むようにし、多孔質体が嵌め込まれた各突起部の周囲に液相の作動流体が流れる空間ができるようにすることが考えられる。
しかしながら、多孔質体が嵌め込まれた各突起部の周囲に液相の作動流体が流れる空間ができるようにすると、多孔質体の液相の作動流体が接触する接液面の面積が大きくなる。そして、多孔質体の液相の作動流体が接触する接液面の面積が大きくなると、多孔質体から液相の作動流体へのヒートリークが増大し、冷却性能が低下してしまう。
In order to prevent this, a plurality of protrusions are provided on the case serving as the heat transfer part, and a porous body is fitted into each of the plurality of protrusions, and around each protrusion where the porous body is fitted. It is conceivable to create a space in which a liquid-phase working fluid flows.
However, if a space in which the liquid-phase working fluid flows is formed around each projection portion in which the porous body is fitted, the area of the wetted surface with which the liquid-phase working fluid of the porous body comes into contact increases. When the area of the liquid contact surface with which the liquid-phase working fluid of the porous body comes into contact increases, heat leak from the porous body to the liquid-phase working fluid increases, and the cooling performance decreases.
そこで、多孔質体から液相の作動流体へのヒートリークを低減し、冷却性能の低下を抑制することができるようにし、安定した冷却性能が得られるようにしたい。 Therefore, it is desired to reduce heat leak from the porous body to the liquid-phase working fluid, to suppress a decrease in cooling performance, and to obtain a stable cooling performance.
本蒸発器は、複数の筒状凸部を有する多孔質体と、多孔質体によって隔てられた蒸気室及び液室と、蒸気管が接続され、蒸気室を規定する第1部分と、液管が接続され、液室を規定する第2部分と、第1部分に設けられ、第2部分の側へ向けて突出し、多孔質体の複数の筒状凸部のそれぞれに嵌め込まれる複数の突起部とを有するケースと、多孔質体の複数の筒状凸部の液相の作動流体が接触する接液面の面積が小さくなるように複数の筒状凸部のそれぞれの表面を覆う複数のマスクとを備える。 The evaporator includes a porous body having a plurality of cylindrical convex portions, a vapor chamber and a liquid chamber separated by the porous body, a first portion to which a vapor pipe is connected and defining the vapor chamber, and a liquid pipe Are connected to each other, a second part defining the liquid chamber, and a plurality of protrusions provided in the first part, projecting toward the second part, and fitted into each of the plurality of cylindrical convex parts of the porous body And a plurality of masks covering the respective surfaces of the plurality of cylindrical protrusions so that the area of the liquid contact surface with which the liquid-phase working fluid of the plurality of cylindrical protrusions of the porous body comes into contact is reduced. With.
本冷却装置は、液相の作動流体が蒸発する蒸発器と、気相の作動流体が凝縮する凝縮器と、蒸発器と凝縮器とを接続し、気相の作動流体が流れる蒸気管と、凝縮器と蒸発器とを接続し、液相の作動流体が流れる液管とを備え、蒸発器は、複数の筒状凸部を有する多孔質体と、多孔質体によって隔てられた蒸気室及び液室と、蒸気管が接続され、蒸気室を規定する第1部分と、液管が接続され、液室を規定する第2部分と、第1部分に設けられ、第2部分の側へ向けて突出し、多孔質体の複数の筒状凸部のそれぞれに嵌め込まれる複数の突起部とを有するケースと、多孔質体の複数の筒状凸部の液相の作動流体が接触する接液面の面積が小さくなるように複数の筒状凸部のそれぞれの表面を覆う複数のマスクとを備える。 The cooling device includes an evaporator in which a liquid-phase working fluid evaporates, a condenser in which a gas-phase working fluid condenses, a vapor pipe that connects the evaporator and the condenser and through which the gas-phase working fluid flows, The condenser and the evaporator are connected, and a liquid pipe through which a liquid-phase working fluid flows is provided. The evaporator includes a porous body having a plurality of cylindrical protrusions, a vapor chamber separated by the porous body, and A liquid chamber, a steam pipe is connected, a first part that defines the steam chamber, a liquid pipe is connected, a second part that defines the liquid chamber, and the first part are provided toward the second part. And a liquid contact surface where the liquid-phase working fluid of the plurality of cylindrical projections of the porous body comes into contact with the case having a plurality of projections that are respectively projected into the plurality of cylindrical projections of the porous body And a plurality of masks covering respective surfaces of the plurality of cylindrical convex portions so that the area of the plurality of cylindrical convex portions is reduced.
本電子装置は、配線基板上に設けられた電子部品と、電子部品を冷却する冷却装置とを備え、冷却装置は、液相の作動流体が蒸発する蒸発器と、気相の作動流体が凝縮する凝縮器と、蒸発器と凝縮器とを接続し、気相の作動流体が流れる蒸気管と、凝縮器と蒸発器とを接続し、液相の作動流体が流れる液管とを備え、蒸発器は、複数の筒状凸部を有する多孔質体と、多孔質体によって隔てられた蒸気室及び液室と、蒸気管が接続され、蒸気室を規定する第1部分と、液管が接続され、液室を規定する第2部分と、第1部分に設けられ、第2部分の側へ向けて突出し、多孔質体の複数の筒状凸部のそれぞれに嵌め込まれる複数の突起部とを有するケースと、多孔質体の複数の筒状凸部の液相の作動流体が接触する接液面の面積が小さくなるように複数の筒状凸部のそれぞれの表面を覆う複数のマスクとを備える。 The electronic device includes an electronic component provided on a wiring board and a cooling device that cools the electronic component. The cooling device includes an evaporator that evaporates a liquid-phase working fluid and a vapor-phase working fluid that is condensed. A vapor pipe that connects the condenser and the evaporator and the vapor phase working fluid flows, and a liquid pipe that connects the condenser and the evaporator and flows the liquid phase working fluid. The vessel is composed of a porous body having a plurality of cylindrical protrusions, a vapor chamber and a liquid chamber separated by the porous body, a vapor pipe connected, and a first portion defining the vapor chamber, and the liquid pipe connected. A second portion that defines the liquid chamber, and a plurality of protrusions that are provided in the first portion, protrude toward the second portion, and are respectively fitted into the plurality of cylindrical protrusions of the porous body. And the area of the wetted surface where the liquid-phase working fluid of the plurality of cylindrical projections of the porous body comes into contact with each other is reduced And a plurality of mask covering the surface of each of the plurality of tubular projections on.
したがって、本蒸発器、冷却装置及び電子装置によれば、多孔質体から液相の作動流体へのヒートリークを低減し、冷却性能の低下を抑制することができ、安定した冷却性能が得られるという利点がある。 Therefore, according to the evaporator, the cooling device, and the electronic device, heat leak from the porous body to the liquid-phase working fluid can be reduced, and the deterioration of the cooling performance can be suppressed, and the stable cooling performance can be obtained. There is an advantage.
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる蒸発器、冷却装置及び電子装置について、図1~図17を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる冷却装置は、例えばコンピュータ(例えばサーバやパーソナルコンピュータ)などの電子装置に備えられる電子部品などの発熱体を冷却する冷却装置である。なお、電子装置は電子機器ともいう。また、電子部品は例えばCPUやLSIチップなどである。
Hereinafter, an evaporator, a cooling device, and an electronic device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The cooling device according to the present embodiment is a cooling device that cools a heating element such as an electronic component provided in an electronic device such as a computer (for example, a server or a personal computer). Note that the electronic device is also referred to as an electronic device. The electronic component is, for example, a CPU or an LSI chip.
まず、本実施形態にかかる電子装置は、例えば図3に示すように、筐体50内に、複数の電子部品51が搭載された配線基板52(例えばプリント配線板など)と、配線基板52上の電子部品51を空冷する送風ファン53と、電源54と、補助記憶装置であるHDD(Hard Disk Drive)55とを備える。
そして、複数の電子部品51の中には、発熱体である電子部品、即ち、発熱部品51Xが含まれている。ここでは、発熱部品としてCPU(Central Processing Unit)51Xが含まれている。この発熱部品としてのCPU51Xは、送風ファン53による送風だけでは十分に冷却できないため、これを冷却するために、冷却装置1(ここではループ型ヒートパイプ)が実装されている。
First, as shown in FIG. 3, for example, the electronic apparatus according to the present embodiment includes a wiring board 52 (for example, a printed wiring board) in which a plurality of
And in the some
本実施形態では、冷却装置1は、液相(液体状態)の作動流体が蒸発して気相(気体状態)の作動流体になるときの蒸発潜熱を利用して高い冷却性能を実現する、気液二相流を用いる冷却装置である。
つまり、本冷却装置1は、液相の作動流体が蒸発する蒸発器2と、気相の作動流体が凝縮する凝縮器3と、蒸発器2と凝縮器3とを接続し、気相の作動流体が流れる蒸気管4と、凝縮器3と蒸発器2とを接続し、液相の作動流体が流れる液管5とを備え、これらがループ状に接続され、内部に作動流体(例えばエタノールなど)が封入されているループ型ヒートパイプである。
In the present embodiment, the cooling device 1 realizes high cooling performance by using latent heat of evaporation when the liquid-phase (liquid state) working fluid evaporates to become a gas-phase (gas state) working fluid. A cooling device using a liquid two-phase flow.
That is, the cooling device 1 connects the
このループ型ヒートパイプ1では、図1に示すように、蒸発器2に多孔質体6が備えられており、この多孔質体6の毛管力によって作動流体を循環させて、熱を輸送することが可能である。
つまり、ここでは、蒸発器2は、発熱部品としてのCPU51Xに熱的に接続されている。例えば、蒸発器2は、配線基板52上に設けられているCPU51X上にサーマルグリース56を介して密着させて、CPU51Xからの熱が蒸発器2へ伝わるようにしている。
In this loop heat pipe 1, as shown in FIG. 1, the
That is, here, the
これにより、蒸発器2に供給された液相の作動流体の一部は、蒸発器2に備えられている多孔質体6の表面から染み出し、この多孔質体6の表面から染み出した液相の作動流体は、発熱部品としてのCPU51Xから伝わった熱によって蒸発(気化)して、気相の作動流体となる。
この気相の作動流体は、図3に示すように、蒸気管4を経て凝縮器3に流入する。これにより、蒸発器2で吸収した熱が凝縮器3まで輸送される。
Thereby, a part of the liquid-phase working fluid supplied to the
This gaseous working fluid flows into the condenser 3 through the
そして、凝縮器3に流入した気相の作動流体は、凝縮器3で冷却されることで凝縮(液化)して、液相の作動流体となる。これにより、凝縮器3まで輸送された熱が放熱される。ここでは、凝縮器3は、送風ファン53の近傍に設けられており、また、凝縮器3には放熱フィン57が設けられている。そして、凝縮器3まで輸送された熱は放熱フィン57を介して放熱され、送風ファン53からの送風によって筐体50の外部へ放出される。
The gas-phase working fluid flowing into the condenser 3 is condensed (liquefied) by being cooled by the condenser 3 and becomes a liquid-phase working fluid. Thereby, the heat transported to the condenser 3 is radiated. Here, the condenser 3 is provided in the vicinity of the blower fan 53, and the heat radiating fins 57 are provided in the condenser 3. Then, the heat transported to the condenser 3 is radiated through the radiation fins 57 and released to the outside of the
なお、放熱フィン57に代えて放熱板などの他の放熱部材を設けても良い。また、放熱部材を設けずに、パイプに対して直接空気を送風して冷却するようにしても良い。また、ここでは、空冷式の冷却手段によって冷却するようにしているが、水冷式の冷却手段によって冷却するようにしても良い。
この液相の作動流体は、液管5を経て蒸発器2に流入する。
Note that another heat radiating member such as a heat radiating plate may be provided in place of the heat radiating fins 57. Moreover, you may make it cool by blowing air directly with respect to a pipe, without providing a heat radiating member. In addition, here, the air cooling type cooling means is used for cooling, but the water cooling type cooling means may be used for cooling.
This liquid-phase working fluid flows into the
このようにして、作動流体は、蒸発器2、蒸気管4、凝縮器3、液管5によって構成される循環経路を還流する。
特に、本実施形態では、蒸発器2は、以下のように構成されている。
ここでは、蒸発器2として、平板型発熱体(ここでは発熱部品としてのCPU51X)を効率良く冷却するのに適した薄型平板状蒸発器を例に挙げて説明する。なお、薄型平板状蒸発器を、薄型蒸発器又は平板型蒸発器ともいう。
In this way, the working fluid recirculates in the circulation path constituted by the
In particular, in the present embodiment, the
Here, a thin plate evaporator suitable for efficiently cooling a flat plate heating element (here, the
本実施形態の蒸発器2は、図1、図2に示すように、多孔質体(多孔質材料からなるウィック)6と、多孔質体6によって隔てられた蒸気室7及び液室8と、ケース9と、マスク10とを備える。
ここでは、多孔質体6は、低熱伝導率の多孔質体である。具体的には多孔質のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)樹脂成形体(樹脂製多孔質体)である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
Here, the
特に、本実施形態では、多孔質体6は、複数の筒状凸部6Aを有する。つまり、多孔質体6は、平板状部分6Bと、平板状部分6B上に設けられた複数の筒状凸部6Aとを備える。ここで、複数の筒状凸部6Aは、それぞれ、平板状部分6Bに対して液室8側(即ち、ケース9の上側部分9B側)に突出するように設けられており、蒸気室7側(即ち、後述のケース9の下側部分9A側)にケース9の下側部分9Aに設けられた突起部9Cが挿入される挿入穴6Cを有する。また、挿入穴6Cの側面には、その深さ方向へ延びる複数の溝6Dが設けられている。
In particular, in the present embodiment, the
ケース9は、蒸気管4が接続され、蒸気室7を規定する下側部分(第1部分)9Aと、液管5が接続され、液室8を規定する上側部分(第2部分)9Bとを備える。
つまり、ケース9の下側部分9Aに、蒸気管接続用開口部9D(蒸発器2の出口)が設けられており、この蒸気管接続用開口部9Dに蒸気管4が接続されている。このようにして、蒸発器2を構成するケース9の下側部分9Aによって規定される蒸気室7に蒸気管4が接続されている。ここでは、ケース9の下側部分9Aは、凹部9AYを備える底板9AXからなり、この底板9AXに設けられた蒸気管接続用開口部9Dに蒸気管4が接続されている。
The
That is, the
また、ケース9の上側部分9Bに、液管接続用開口部9E(蒸発器2の入口)が設けられており、この液管接続用開口部9Eに液管5が接続されている。このようにして、蒸発器2を構成するケース9の上側部分9Bによって規定される液室8に液管5が接続されている。ここでは、ケース9の上側部分9Bは、枠体9BXと、カバー9BYとからなり、この枠体9BXに設けられた液管接続用開口部9Eに液管5が接続されている。
Further, a liquid pipe connection opening 9E (an inlet of the evaporator 2) is provided in the
なお、ここでは、ケース9の一方の側に蒸気管4及び液管5を接続しているが、これに限られるものではなく、例えば、ケース9の一方の側に液管5を接続し、他方の側に蒸気管4を接続するようにしても良い。
そして、ケース9の下側部分9Aが、発熱部品としてのCPU51Xに熱的に接続される。これにより、ケース9の下側部分9Aによって規定される蒸気室7がCPU51Xに近い位置に設けられ、ケース9の上側部分9Bによって規定される液室8がCPU51Xから遠い位置に設けられるようにしている。また、ケース9の上側部分9Bの熱伝導率を、下側部分9Aよりも低くしている。例えば、後述するように、ケース9の上側部分9Bをステンレス製とし、ケース9の下側部分9Aを銅製とすることで、ケース9の上側部分9Bの熱伝導率を下側部分9Aよりも低くすれば良い。これにより、発熱部品としてのCPU51Xの熱が液相の作動流体に伝わりにくくし、液相の作動流体の温度が上がりにくくしている。
Here, the
The
また、ケース9は、下側部分9Aに設けられ、上側部分9Bの側へ向けて突出し、多孔質体6の複数の筒状凸部6Aのそれぞれに嵌め込まれる複数の突起部9Cを有する。つまり、ケース9の下側部分9Aには、上側部分9Bの側へ向けて突出する複数の突起部9Cが設けられており、これらの複数の突起部9Cは、多孔質体6の複数の筒状凸部6Aのそれぞれに設けられた挿入穴6Cに嵌め込まれる。ここでは、ケース9の下側部分9Aを構成する底板9AXの凹部9AYの表面上に複数の突起部9Cが一体形成されている。そして、突起部9Cの中心軸が多孔質体6の筒状凸部6Aの中心軸(即ち挿入穴6Cの中心軸)に一致するように、複数の突起部9Cが多孔質体6の複数の筒状凸部6Aのそれぞれに設けられた挿入穴6Cに嵌め込まれている。
The
このようにして、多孔質体6がケース9内に収納される。特に、多孔質体6の裏面(図1中、下面)とケース9の下側部分9Aの表面(図1中、上面)との間に空間ができるように、多孔質体6の複数の筒状凸部6Aのそれぞれに複数の突起部9Cを嵌め込む。これにより、多孔質体6の裏面とケース9の下側部分9Aの表面との間に形成された空間が蒸気室7となる。ここでは、多孔質体6の複数の筒状凸部6Aのそれぞれに設けられた挿入穴6Cの側面に複数の溝6Dが形成されており、これらの溝6Dの間に形成された空間、即ち、挿入穴6Cに形成された溝6Dの底面と突起部9Cの側面との間の空間も蒸気室7の一部を構成することになる。一方、多孔質体6の表面(図1中、上面)とケース9の上側部分9Bの表面(図1中、下面)との間に形成された空間が液室8となる。この液室8は、液相の作動流体を貯留する液溜めタンクを兼ねる。
In this way, the
そして、液室8に流入し、貯留される液相の作動流体は、毛細管現象で、多孔質体6の複数の筒状凸部6Aのそれぞれの周囲から浸透し、蒸気室7側へ染み出す。一方、発熱部品としてのCPU51Xが発熱すると、その熱はケース9の下側部分9A、さらには、複数の突起部9Cのそれぞれに伝わる。そして、複数の突起部9Cのそれぞれに伝わった熱によって、蒸気室7側に染み出した液相の作動流体は蒸発(気化)して、気相の作動流体となる。特に、多孔質体6に複数の筒状凸部6Aを設けることで、蒸発面積を大きくし、冷却性能を向上させている。さらに、ケース9の下側部分9Aに突起部9Cを設け、これに筒状凸部6Aを嵌め込むようにすることで、液相の作動流体の浸透距離が均等になるようにしている。これにより、例えば発熱部品であるCPU51Xが大型化し発熱量が増加して蒸発量が増えるなど、発熱体の発熱量が増加して蒸発量が増えた場合であっても、多孔質体6の蒸気室7側の表面(即ち、加熱面側の端部)に液相の作動流体が供給されにくくなるのを防止し、ドライアウトが生じ、蒸発面積が小さくなって、冷却性能が著しく低下してしまうのを防止している。このように、筒状凸部6Aを設けて蒸発面積を拡大した多孔質体6において、その厚さを均一にし、突起部9Cに接する多孔質体6の濡れ状態を均一にし、蒸発面積を拡大した多孔質体6から効率よく液相の作動流体を蒸発させて、安定した冷却性能が得られるようにしている。
Then, the liquid-phase working fluid flowing into and stored in the
ところで、上述のように、ケース9の下側部分9Aに突起部9Cを設け、これに筒状凸部6Aを嵌め込むようにし、筒状凸部6Aが嵌め込まれた各突起部9Cの周囲に液相の作動流体が流れる空間ができるようにすると、図4(A)、図4(B)に示すように、多孔質体6の液相の作動流体11が接触する接液面6Xの面積が大きくなる。そして、多孔質体6の液相の作動流体11が接触する接液面6Xの面積が大きくなると、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリークが増大し、冷却性能が低下してしまう。なお、図4(A)、図4(B)中、符号Xで示す矢印は熱の流れを示しており、符号Yで示す矢印は液相の作動流体の流れを示している。
By the way, as described above, the protruding
つまり、上述のループ型ヒートパイプ1では、冷却性能を向上させるために、発熱部品としてのCPU51Xに熱的に接続されるケース9の下側部分9Aに突起部9Cを設け、これに多孔質体6の筒状凸部6Aを嵌め込むようにして、蒸発面積を拡大している。この場合、多孔質体6の筒状凸部6Aの高温となる突起部9Cに接触する蒸発面6Yと、多孔質体6の筒状凸部6Aの低温の液相の作動流体11に接触する接液面6Xとは、表裏一体であるため、上述のようにして多孔質体6の蒸発面6Yの面積を拡大すると、それ以上に接液面6Xの面積が拡大することになる。
That is, in the loop heat pipe 1 described above, in order to improve the cooling performance, the protruding
ここで、多孔質体6から液相の作動流体11への熱伝達は、以下の式による。
Here, heat transfer from the
ここで、Qは多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリーク熱量、hは熱伝達係数、Aは多孔質体6と液相の作動流体11の接触面積(接液面積)、TWは多孔質体6の表面温度、TLは液相の作動流体11の温度である。
このため、接液面積Aの拡大によって、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリーク熱量Qが増大する。
Here, Q is the heat leak heat quantity from the
For this reason, the heat leak heat quantity Q from the
また、接液面積Aが拡大することで、多孔質体6の表面温度TWが上昇する。これは、多孔質体6の接液面積Aが拡大することで、多孔質体6の接液面6Xに流入する液相の作動流体11の流速が低下するためである[図5(A)参照]。ここで、多孔質体6に流入する液相の作動流体11の流速は、作動流体の種類や発熱量によるが、おおむね数十μm/sec~数百μm/sec程度であり、多孔質体6内の熱伝導に大きく影響する。多孔質体6の接液面6Xへの流入速度が早い場合、多孔質体6中を進む熱量(ヒートリーク)は押し戻されるが、流入速度が遅い場合は熱伝導によって多孔質体6中を進む熱量が大きくなり、液相の作動流体11側へのヒートリークが増大する。このように、多孔質体6の接液面積が拡大すると、熱交換面積(A)が増大するのみでなく、熱交換面の温度(TW)も増加するため、ヒートリークは非常に大きくなる。
Also, wetted area A is by expanding the surface temperature T W of the
そして、ループ型ヒートパイプ1の内部の作動流体は飽和状態に保たれており、蒸発器2内の多孔質体6で隔てた蒸気側と液側の温度差による蒸気圧差によって流体が作動する。このため、蒸発器2の蒸気側から多孔質体6を経て液側に伝熱するヒートリーク熱量が大きいと、ループ型ヒートパイプ1は著しい性能低下を引き起こす。
このため、ループ型ヒートパイプ1の性能低下の原因を取り除き、高い冷却性能を持つループ型ヒートパイプ1及びこれを備える電子装置を実現したい。
The working fluid inside the loop heat pipe 1 is maintained in a saturated state, and the fluid is operated by a vapor pressure difference caused by a temperature difference between the vapor side and the liquid side separated by the
For this reason, it is desired to eliminate the cause of the performance degradation of the loop heat pipe 1 and to realize the loop heat pipe 1 having high cooling performance and an electronic device including the same.
そこで、本実施形態では、図1、図2に示すように、多孔質体6の複数の筒状凸部6Aの液相の作動流体11が接触する接液面6Xの面積が小さくなるように複数の筒状凸部6Aのそれぞれの表面を覆う複数のマスク10を設けている。このようにして、マスク10を設けることによって、多孔質体6の筒状凸部6Aの表面の液相の作動流体11が接触する接液面6Xに液相の作動流体11が流入する際の面積(通過面積)を絞り込むようにしている。このように、多孔質体6の筒状凸部6Aの接液面6Xが小さくなるようにマスク10を設けることで、液相の作動流体11と多孔質体6が直接接触する面積を低減することができ、また、多孔質体6に流入する液相の作動流体11の流速を高めることができる。これらの相乗効果によって、多孔質体6から液相の作動流体11への伝熱量を小さくし、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリークを低減することができ、蒸発器2の冷却効率を高め、さらにはループ型ヒートパイプ1の冷却能力を高めることが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the area of the
例えば、マスク10は、筒状凸部6Aの側面を覆う部分に液相の作動流体11が流れる開口部10Aを有するものとすれば良い。この場合、多孔質体6の筒状凸部6Aの表面はマスク10で覆われ、多孔質体6の筒状凸部6Aの側面のマスク10の開口部10Aが位置する部分のみが接液面6Xとなり、多孔質体6の筒状凸部6Aの接液面6Xの面積が小さくなる。
For example, the
ここで、開口部10Aは、複数の穴10Bとすれば良い。
これらの穴10Bは、マスク10の筒状凸部6Aの側面を覆う部分の全面にわたって均一に設けられるようにするのが好ましい。
また、これらの穴10Bは、図7に示すように、多孔質体6の筒状凸部6Aの先端側よりも平板状部分6B側の方が大きくなっているものとするのが好ましい。つまり、これらの穴10Bは、ケース9の上側部分(第2部分)9Bの側よりも下側部分(第1部分)9Aの側の方が大きくなっているものとするのが好ましい。これは、ケース9の上側部分9Bによって規定される液室8側よりも下側部分9Aによって規定される蒸気室7側の方が高温になっており、蒸発量が多いからである。このようにして、穴10Bの大きさに分布を持たせることで、多孔質体6と液相の作動流体11が直接接触する面積(接液面積)を低減し、多孔質体6に流入する液相の作動流体11の流速を均一に増加させることができ、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリークを一様に低減することが可能となる。
Here, the
These
Further, as shown in FIG. 7, it is preferable that these
なお、ここでは、穴10Bの形状を円形状としているが、これに限られるものではなく、例えば三角形状、四角形状などの種々の形状とすることができる。
また、開口部10Aは、図11に示すように、複数のスリット10Cとしても良い。
これらのスリット10Cは、マスク10の筒状凸部6Aの側面を覆う部分の全面にわたって均一に設けられるようにするのが好ましい。
In addition, although the shape of the
Further, the
These
また、これらのスリット10Cは、多孔質体6の筒状凸部6Aの先端側よりも平板状部分6B側の方が広い幅になっているものとするのが好ましい。つまり、これらのスリット10Cは、ケース9の上側部分(第2部分)9Bの側よりも下側部分(第1部分)9Aの側の方が広い幅になっているものとするのが好ましい。これは、ケース9の上側部分9Bによって規定される液室8側よりも下側部分9Aによって規定される蒸気室7側の方が高温になっており、蒸発量が多いからである。このようにして、スリット10Cの幅を変えることで、多孔質体6と液相の作動流体11が直接接触する面積(接液面積)を低減し、多孔質体6に流入する液相の作動流体11の流速を均一に増加させることができ、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリークを一様に低減することが可能となる。
Further, it is preferable that these
なお、ここでは、スリット10Cを、筒状凸部6Aの高さ方向に延びるものとしているが、これに限られるものではなく、例えば、筒状凸部6Aの周方向に延びるものとしても良い。また、筒状凸部6Aの高さ方向に延びるスリット10Cとする場合、量産化・低コスト化を考慮して金型での作製を可能とするために、図12に示すように、スリット10Cを下端まで延ばして、下端から延びる切れ込みのようにするのが好ましい。
Here, the
これらの場合、マスク10は、筒状凸部6Aの側面の接液面6Xの面積が筒状凸部6Aの側面の面積の50%以下になるように開口部10Aが設けられているものとするのが好ましい。この場合、マスク10の開口部10Aの面積(開口面積)は、マスク10の筒状凸部6Aの側面を覆う部分の面積の50%以下になる。つまり、マスク10の筒状凸部6Aの側面を覆う部分は、開口部10A(多孔質体6と液相の作動流体11が接触する部分)と、開口部10A以外の部分(多孔質体6とマスク10が接触する部分)とからなり、開口部10Aの面積が、開口部10A以外の部分の面積以下になる。このように、マスク10の筒状凸部6Aの側面を覆う部分における開口部10Aの割合、即ち、マスク10の開口率は50%以下とするのが好ましい。このようにして、マスク10を設けない場合と比較して、多孔質体6の筒状凸部6Aの側面の接液面6Xの面積が50%以下になるようにするのが好ましい。これにより、液相の作動流体11(作動液)と多孔質体6が直接接触する面積を1/2以下に低減することができ、また、液相の作動流体11が多孔質体6に流入する流速を2倍以上に大きくすることができる。
In these cases, the
なお、筒状凸部6Aの接液面6Xの面積が大きくなるほど、マスク10の開口率を低くするのが好ましく、後述の具体的な構成例の場合には、例えば、マスク10の開口率を35%程度又はそれ以下にするのが好ましい。
また、開口部10Aとしての複数の穴10Bやスリット10Cの大きさを、ケース9の上側部分(第2部分)9Bの側(筒状凸部6Aの先端側;液室8側;突起部9Cの低温側)よりも下側部分(第1部分)9Aの側(筒状凸部6Aの付け根側;蒸気室7側;突起部9Cの高温側)の方が大きくなるようにすると、マスク10の開口率はケース9の上側部分(第2部分)9Bの側よりも下側部分(第1部分)9Aの側の方が高くなる。この場合、マスク10の開口率の平均が50%以下になるようにすれば良い。例えば、ケース9の上側部分(第1部分)9Bの側でマスク10の開口率を55%とし、中央付近でマスク10の開口率を35%とし、ケース9の下側部分(第2部分)9Aの側でマスク10の開口率を15%とし、マスク10の開口率の平均が50%以下になるようにマスク10の開口率に分布を持たせれば良い。
In addition, it is preferable to lower the aperture ratio of the
Further, the sizes of the plurality of
なお、ここでは、マスク10は、開口部10Aを有する円筒状マスクであり、多孔質体6の筒状凸部6Aに被せられているが、これに限られるものではない。
例えば、図13、図14に示すように、マスク10は、隣接する4つの筒状凸部6Aに含まれる第1筒状凸部61Aの側面を部分的に覆う第1部分101と、4つの筒状凸部6Aに含まれる第2筒状凸部62Aの側面を部分的に覆う第2部分102と、4つの筒状凸部6Aに含まれる第3筒状凸部63Aの側面を部分的に覆う第3部分103と、4つの筒状凸部6Aに含まれる第4筒状凸部64Aの側面を部分的に覆う第4部分104とを有し、隣接する4つのマスク10-1~10-4のそれぞれに1つずつ備えられる4つの部分101-1~101-4で1つの筒状凸部61Aの側面が覆われ、これらの4つの部分101-1~101-4の相互間に液相の作動流体11が流れるスリット10Dが形成されているものとしても良い。
Here, the
For example, as shown in FIGS. 13 and 14, the
この場合、マスク10は、第1部分101~第4部分104と、これらを支持する板状部分105とを備え、第1部分101~第4部分104が、隣接する4つの筒状凸部6A(61A~64A)に囲まれた領域に挿入される。
このように構成することで、筒状凸部6A間の隙間が狭くてもマスク10を設置することが可能となる。
In this case, the
With this configuration, the
このように構成されるマスク10を設けた蒸発器2は、図15に示すようになる。
なお、図13、図14では、マスク10の各部分101~104が一体化されたものとし、中央部に液相の作動流体11が流れる流路10Eが設けられたものとしている。但し、これに限られるものではなく、マスク10の各部分101~104が互いに分離されて独立されているものとし、これらの各部分101~104で囲まれた中央の領域が液相の作動流体11が流れる流路になるようにしても良い。
The
In FIGS. 13 and 14, it is assumed that the
この場合も、上述の開口部10Aとしてのスリット10Cと同様に、スリット10Dは、マスク10の筒状凸部6Aの側面を覆う部分の全面にわたって均一に設けられるようにするのが好ましい。また、スリット10Dは、ケース9の上側部分(第2部分)9Bの側よりも下側部分(第1部分)9Aの側の方が広い幅になっているものとするのが好ましい。また、マスク10は、筒状凸部6Aの側面の接液面6Xの面積が筒状凸部6Aの側面の面積の50%以下になるようにスリット10Dが設けられているものとするのが好ましい。
Also in this case, similarly to the
また、例えば、図16(A)、図16(B)に示すように、マスク10は、筒状凸部6Aの側面を覆う部分に液相の作動流体11が流れる溝10Fを有するものとしても良い。この場合、複数の溝10Fを設ければ良い。そして、上述の開口部10Aとしての穴10Bやスリット10Cと同様に、これらの溝10Fは、マスク10の筒状凸部6Aの側面を覆う部分の全面にわたって均一に設けられるようにするのが好ましい。また、これらの溝10Fは、ケース9の上側部分(第2部分)9Bの側よりも下側部分(第1部分)9Aの側の方が広い幅になっているものとするのが好ましい。また、マスク10は、筒状凸部6Aの側面の接液面6Xの面積が筒状凸部6Aの側面の面積の50%以下になるように溝10Fが設けられているものとするのが好ましい。
Further, for example, as shown in FIGS. 16A and 16B, the
また、ここでは、マスク10は、その端面に突起10Gを備えるものとし、この突起10Gが下方になるように、隣接する4つの筒状凸部6Aに囲まれた領域に挿入することで、多孔質体6の平板状部分6Bとの間に隙間ができるようにしている。これは、多孔質体6の平板状部分6Bの側は、高温になり、蒸発量が多くなるため、ここに液相の作動流体11が供給されやすくするためである。
In addition, here, the
なお、図16(A)、図16(B)では、マスク10は、隣接する4つの筒状凸部6Aに囲まれた領域に挿入されるものとしているが、これに限られるものではなく、外周面に液相の作動流体11が流れる溝10Fを有する円筒状のマスクとし、筒状凸部6Aに被せるようにしても良い。
なお、上述のように、穴10B、スリット10C、10D、溝10Fをマスク10の筒状凸部6Aの側面を覆う部分の全面にわたって均一に設けることで、多孔質体6の内部を液相の作動流体11が移動する距離を短くすることができ、圧力損失を小さくすることが可能である。
In FIGS. 16A and 16B, the
In addition, as described above, the
また、図9に示すように、マスク10は、液相の作動流体11が流れる孔(細孔)を有する多孔質体マスク10Hとしても良い。この場合、多孔質体マスク10Hは、空孔率が50%以下であるものとするのが好ましい。なお、筒状凸部6Aの接液面6Xの面積が大きくなるほど、空孔率が低いものを用いるのが好ましく、後述の具体的な構成例の場合には、例えば、空孔率が35%程度又はそれ以下のものを用いるのが好ましい。また、多孔質体マスク10Hは、圧力損失を小さくするために、孔の直径が大きいものを用いるのが好ましい。例えば、多孔質体マスク10Hは、孔の直径(ポーラス径;細孔径)が多孔質体6(ウィック)よりも大きいものとするのが好ましい。これは、ウィックとしての多孔質体6は、毛細管力を得るために、径の直径が小さいものを用いるのが好ましいのに対し、多孔質体マスク10Hは、流動抵抗を低くし、流動性を良くするために、孔の直径が大きいものを用いるのが好ましいからである。例えば、多孔質体6に、多孔質のPTFE樹脂成形体(樹脂製多孔質体)を用いる場合、多孔質体マスク10Hは、これよりもポーラス径の大きい多孔質のPTFE樹脂成形体(樹脂製多孔質体)を用いれば良い。具体的には、多孔質体マスク10Hは、孔の直径が50μm以上であることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 9, the
また、複数のマスク10は、例えば図17に示すように、一体化されていることが好ましい。これにより、部品点数を少なくし、コストを低く抑えることが可能となる。なお、ここでは、図13に示すマスク10が一体化されたものを例に挙げて示しているが、これに限られるものではなく、上述した他のマスク10を一体化したものとしても良い。
また、マスク10の材料は、低熱伝導率の材料であり、例えばPTFE樹脂を用いる場合、その熱伝導率は約0.2~約0.3W/mK程度である。つまり、マスク10の材料は、0.5W/mK以下の熱伝導率を有する材料(樹脂材料)である。例えば、マスク10の材料は、液相の作動流体11よりも熱伝導率が低い材料とするのが好ましい。ここで、液相の作動流体11が水の場合、その熱伝導率は約0.6W/mKであるため、マスク10の材料は、0.6W/mKよりも低い熱伝導率を有する材料とするのが好ましい。また、例えば、液相の作動流体11がエタノールやアセトンの場合、その熱伝導率は約0.2W/mKであるため、マスク10の材料は、約0.2W/mKよりも低い熱伝導率を有する材料とするのが好ましい。
Moreover, it is preferable that the
The material of the
したがって、本実施形態にかかる蒸発器、冷却装置及び電子装置によれば、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリークを低減し、冷却性能の低下を抑制することができ、安定した冷却性能が得られるという利点がある。つまり、ループ型ヒートパイプ1の冷却性能が大幅に向上し、電子装置に備えられる発熱部品を安定的に冷却することが可能となり、電子装置を高性能化でき、信頼性を高めることが可能である。
Therefore, according to the evaporator, the cooling device, and the electronic device according to the present embodiment, heat leak from the
以下、本実施形態にかかる冷却装置1としてのループ型ヒートパイプの具体的な構成例について説明する。
まず、蒸発器2は、その外形サイズを約75mm×約75mmとし、高さを約25mmとする。この蒸発器2のケース9の下側部分9Aは、発熱体51Xに熱的に接続されるため、熱伝導率が高い銅製とし、ケース9の上側部分9Bは、熱伝導率が比較的低いステンレス製とする。これにより、発熱体51Xからの熱がケース9の下側部分9Aを介して液相の作動流体に伝わりにくくする。さらに、ここでは、ケース9の上側部分9Bの内壁面、即ち、液相の作動流体に直接接触する液室8の壁面に、非多孔質のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を取り付け、ケース9の上側部分9Bから液相の作動流体への熱リークを遮断している。
Hereinafter, a specific configuration example of a loop heat pipe as the cooling device 1 according to the present embodiment will be described.
First, the
そして、多孔質体6を取り付けるために、ケース9の下側部分9Aの底面(銅ベース)に、縦方向に6個、横方向に6個、格子状に並べて、合計36個の突起部(円柱;凸部;銅ピン)9Cを設け(図2参照)、各突起部9Cの寸法を、直径(外径)φ約5mm、高さ約15mmとする。
多孔質体6は、金型を用いた成形品であり、ここでは、空孔率約40%、ポーラス径の平均値が約10μmである多孔質のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)樹脂成形体(樹脂製多孔質体)とする。この多孔質体6に、縦方向に6個、横方向に6個、格子状に並べて、合計36個の円筒状凸部(筒状凸部)6Aを設ける。これらの円筒状凸部6Aの寸法は、外径φ約9mm、内径φ約7mmとする。これらの円筒状凸部6Aの中心軸、即ち、円筒状凸部6Aの裏面側に設けられた挿入穴6Cの中心軸は、それぞれ、ケース9の下側部分9Aに設けられた各突起部9Cの中心軸に一致するようにしている。そして、これらの円筒状凸部6Aの裏面側に設けられた挿入穴6Cに、それぞれ、ケース9の下側部分9Aの底面に設けられた各突起部9Cを挿入して、多孔質体6をケース9の下側部分に取り付ける(図1、図2参照)。
Then, in order to attach the
The
ここでは、これらの円筒状凸部6Aの裏面側に設けられた挿入穴6Cの深さは約13mmとする。これにより、これらの円筒状凸部6Aの裏面側に設けられた挿入穴6Cに、それぞれ、ケース9の下側部分9Aの底面に設けられた各突起部9Cを挿入して、多孔質体6をケース9の下側部分9Aに取り付けた場合に、ケース9の底面(即ち、ケース9の下側部分9Aの底面)と多孔質体6の裏面(即ち、多孔質体6の平板状部分6Bの裏面)との間に約2mmの空間ができるようにし、これを蒸気室7とする(図1参照)。
Here, the depth of the
また、これらの円筒状凸部6Aの裏面側に設けられた挿入穴6Cの直径は、ケース9の突起部9Cの外径寸法よりも約50μm~約200μm程度小さくする。これにより、多孔質体6をケース9の下側部分9Aに取り付けた場合に、十分な密着性が得られるようにする。
また、挿入穴6Cの側面(内壁)に、幅約1mm、深さ約1mm、ピッチ約2mmの深さ方向(垂直方向)に延びる溝(グルーブ)6Dを均一に設ける(図1、図2参照)。これにより、これらの溝6Dの間に形成された空間、即ち、挿入穴6Cの側面に形成された溝6Dの底面とケース9の突起部9Cの側面との間の空間も蒸気室7の一部として機能するようにしている。このように、挿入穴6Cの側面はフィン構造になっており、フィン先端がケース9の突起部9Cの側面に密着している。そして、多孔質体6の上方から供給された液相の作動流体11が、多孔質体6の筒状凸部6Aの内部を通過し、挿入穴6Cの側面に設けられ、かつ、ケース9の突起部9Cに接触するフィン先端において蒸発・気化し、フィン先端において発生した蒸気はフィン間の溝を下方に向かって流れ、多孔質体6の裏面とケース9の底面との間の空間を通過し、蒸気管4に至るようになっている。
Further, the diameter of the
Further, a groove (groove) 6D having a width of about 1 mm, a depth of about 1 mm, and a pitch of about 2 mm extending in the depth direction (vertical direction) is uniformly provided on the side surface (inner wall) of the
そして、多孔質体6が取り付けられたケース9の下側部分9Aに、ケース9の上側部分9Bを結合することで、ケース9内に多孔質体6を収納した状態で、多孔質体6、即ち、多孔質体6の円筒状凸部6Aの上面からケース9の上側部分9Bの下面との間に約5mmの高さの内部空間ができるようにし、この内部空間及び多孔質体6の複数の筒状凸部6Aの間の空間を、液溜めタンクを兼ねる液室8とする(図1参照)。
Then, by connecting the
このようにして作製した蒸発器2の蒸気室7(即ち、蒸発器2の蒸気室7を規定するケース9の下側部分9A)と凝縮器3の入口とを蒸気管4で接続する(図3参照)。また、蒸発器2の液室8(即ち、蒸発器2の液室8を規定するケース9の上側部分9B)と凝縮器3の出口を液管5で接続する(図3参照)。
ここでは、蒸気管4は、外径約6mm、内径約5mmの銅管であり、その長さは約300mmとする。また、液管5は、外径約4mm、内径約3mmの銅管であり、その長さは約200mmとする。また、凝縮器3は、サイズが幅約150mm、高さ約50mm、長さ約45mmとする。ここでは、凝縮器3に備えられる凝縮管にアルミ製プレートフィン(放熱フィン57)をかしめて取り付けている(図3参照)。この凝縮管としては、外径約6.35mmの銅製グルーブ管を使用し、アルミ製プレートフィン57は、厚さ約0.2mm、ピッチ約1.5mmとする。
The
Here, the
また、作動流体はエタノールとし、ループ型ヒートパイプ1の内部を真空ポンプによって真空引きして真空状態にした後、真空脱泡した飽和状態のエタノールを所定量封入し、密閉封止する。
ところで、上述のような構造を有する蒸発器2の場合、冷却性能を高めるために、図5(A)に示すように、ケース9の下側部分9Aの底面に突起部9C(ピン構造)を設け、これに多孔質体6の筒状凸部6Aを嵌め込むようにして、蒸発面積を拡大しているため、蒸発面6Yと表裏一体である接液面6Xの面積も拡大している。このため、多孔質体6と液相の作動流体11の熱交換面積が大きく、また、多孔質体6に流入する液相の作動流体11の流速も大きいため、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリークが非常に大きい。この影響によって、多孔質体6の上方の液体の作動流体11の温度(液温)が上昇し、多孔質体6に供給される液相の作動流体11の温度が高くなって、液相の作動流体11が蒸発・気化した気相の作動流体の温度も高くなる。このため、突起部9Cを備えるケース9の温度も高温となり、発熱部品としてのCPU51Xを十分に冷却できないことになる。
The working fluid is ethanol, and the inside of the loop heat pipe 1 is evacuated by a vacuum pump to be in a vacuum state, and then a predetermined amount of saturated ethanol degassed by vacuum is sealed and hermetically sealed.
Incidentally, in the case of the
そこで、第1具体例として、多孔質体6から液相の作動流体11への熱流を防止するため、上述の多孔質体6の各筒状凸部6Cに、開口率が約35%となるように直径が約1mmの穴10Bを側面に均一に設けたマスク10(ウィックマスク;断熱マスク)を設置した[図1、図2、図5(B)参照]。
ここでは、マスク10は、その材料に低熱伝導率(ここでは約0.23W/mK)、かつ、耐熱性に優れるPTFE樹脂(非多孔質体)を用い、その厚さは約0.8mmとする。このマスク10を設けることで、多孔質体6と液相の作動流体11が直接接触する面積(接液面積)を約35%に削減し、かつ、多孔質体6に流入する液相の作動流体11の流速を約3倍に増加することができる。
Therefore, as a first specific example, in order to prevent heat flow from the
Here, the
そして、このようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いて電子装置内の発熱部品51Xを模したヒータを冷却する実験を行なった。また、比較のために、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いた冷却実験も行なった。
ここで、図6(A)は、これらの冷却実験を行ない、ヒータ温度、即ち、蒸発器底面温度(ケース底面温度)を測定した結果を示している。
And the experiment which cools the heater imitating the heat-emitting
Here, FIG. 6A shows the result of performing these cooling experiments and measuring the heater temperature, that is, the evaporator bottom surface temperature (case bottom surface temperature).
なお、図6(A)中、実線Aは、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いてヒータを冷却した場合のヒータに接する蒸発器2の底面温度を示している。また、図6(A)中、実線Bは、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いてヒータを冷却した場合のヒータに接する蒸発器の底面温度を示している。
In FIG. 6A, a solid line A indicates the bottom surface temperature of the
図6(A)に示すように、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いた場合、すべての発熱量において、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いた場合と比較して、蒸発器底面温度、即ち、ヒータ温度を約10℃前後低減できた。
また、液溜めタンクを兼ねる蒸発器2の上面温度は、液相の作動流体11の温度を反映していると考えられるため、蒸発器2の上面温度(ケース上面温度)も測定したところ、図6(B)に示すような測定結果が得られた。
As shown in FIG. 6A, when the loop type heat pipe 1 including the
Further, since the upper surface temperature of the
なお、図6(B)中、実線Aは、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いてヒータを冷却した場合の蒸発器2の上面温度を示している。また、図6(B)中、実線Bは、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いてヒータを冷却した場合の蒸発器の上面温度を示している。
図6(B)に示すように、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いた場合、すべての発熱量において、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いた場合と比較して、蒸発器上面温度が約5~約8℃程度低くなっており、これは液相の作動流体11の温度が低減していることを意味する。
In FIG. 6B, a solid line A indicates the upper surface temperature of the
As shown in FIG. 6B, when the loop type heat pipe 1 including the
このように、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いることで、液相の作動流体11の温度を低減でき、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリークを低減できることが確認できた。また、ヒータ温度を低減でき、冷却性能の低下を抑制することができ、安定した冷却性能が得られることが確認できた。
As described above, by using the loop heat pipe 1 including the
また、第2具体例として、多孔質体6から液相の作動流体11への熱流を防止するため、上述の多孔質体6の各筒状凸部6Aに、開口率が平均で約35%となるように直径が約0.5mm~約1.5mmの穴10Bを側面に設けたマスク10、即ち、開口率に分布を持たせたマスク10(ウィックマスク;断熱マスク)を設置した(図7参照)。
ここでは、マスク10は、その材料に低熱伝導率(ここでは約0.23W/mK)、かつ、耐熱性に優れるPTFE樹脂(非多孔質体)を用い、その厚さは約0.8mmとする。また、ケース9の突起部9C(銅ピン)の温度は、付け根部分が高く、先端部分は低いため、蒸発量は、突起部9Cの付け根部分が多く、先端部分が少ないと推測される。そこで、ケース9の突起部9Cの付け根の側でマスク10の開口率を55%(開口部直径約1.5mm)とし、中央付近でマスク10の開口率を35%(開口部直径1.0mm)とし、ケース9の突起部9Cの先端の側でマスク10の開口率を15%(開口部直径約0.5mm)とし、マスク10の開口率の平均が35%程度になるように、突起部9Cの高さ方向にマスク10の開口率に分布を持たせた。このマスクを設けることで、多孔質体6と液相の作動流体1が直接接触する面積(接液面積)を全体で約35%に削減し、かつ、多孔質体6に流入する液相の作動流体11の流速を均一に約3倍に増加することができる。このように、多孔質体6の筒状凸部6Aの接液面6Xに流入する液相の作動流体11の流速を高さ方向にほぼ均一とすることができ、多孔質体6の表面から液相の作動流体11へのヒートリークを高さ方向に一様に低減することが可能となる。
Further, as a second specific example, in order to prevent heat flow from the
Here, the
そして、このようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いて電子装置内の発熱部品51Xを模したヒータを冷却する実験を行なった。また、比較のために、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いた冷却実験も行なった。
ここで、図8(A)は、これらの冷却実験を行ない、ヒータ温度、即ち、蒸発器底面温度(ケース底面温度)を測定した結果を示している。なお、図8(A)中、実線Aは、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いてヒータを冷却した場合のヒータに接する蒸発器の底面温度を示している。また、図8(A)中、実線Bは、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いてヒータを冷却した場合のヒータに接する蒸発器の底面温度を示している。
And the experiment which cools the heater imitating the heat-emitting
Here, FIG. 8A shows the results of performing these cooling experiments and measuring the heater temperature, that is, the evaporator bottom surface temperature (case bottom surface temperature). In FIG. 8A, a solid line A indicates the bottom surface temperature of the evaporator in contact with the heater when the heater is cooled using the loop heat pipe 1 including the
図8(A)に示すように、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いた場合、すべての発熱量において、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いた場合と比較して、蒸発器底面温度、即ち、ヒータ温度を約12℃前後低減できた。
また、液溜めタンクを兼ねる蒸発器2の上面温度は、液相の作動流体11の温度を反映していると考えられるため、蒸発器2の上面温度(ケース上面温度)も測定したところ、図8(B)に示すような測定結果が得られた。なお、図8(B)中、実線Aは、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いてヒータを冷却した場合の蒸発器の上面温度を示している。また、図8(B)中、実線Bは、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いてヒータを冷却した場合の蒸発器の上面温度を示している。
As shown in FIG. 8A, when the loop heat pipe 1 including the
Further, since the upper surface temperature of the
図8(B)に示すように、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いた場合、すべての発熱量において、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いた場合と比較して、蒸発器上面温度が約6~約9℃程度低くなっており、これは液相の作動流体11の温度が低減していることを意味する。
As shown in FIG. 8B, when the loop type heat pipe 1 including the
このように、上述のようなマスク10を設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いることで、液相の作動流体11の温度を低減でき、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリークを低減できることが確認できた。また、ヒータ温度を低減でき、冷却性能の低下を抑制することができ、安定した冷却性能が得られることが確認できた。
As described above, by using the loop heat pipe 1 including the
また、第3具体例として、多孔質体6から液相の作動流体11への熱流を防止するため、上述の多孔質体6の各筒状凸部6Aに、マスク10として空孔率が約35%の多孔質体マスク10H(ウィックマスク;断熱マスク)を設置した(図9参照)。ここでは、多孔質体マスク10Hは、その材料に低熱伝導率(ここでは約0.23W/mK)、かつ、耐熱性に優れるPTFE樹脂(多孔質体)を用い、その厚さは約0.8mmとする。ここで、ウィックとしての多孔質体6が作動流体を流動させるために微細なポーラス径による大きな毛管力の発生が必要であるのに対して、マスク10の多孔質体は毛管力を発生する必要がなく、液相の作動流体11がマスク10を通過する際の圧力損失が小さい方が安定作動に有利であるため、ポーラス径はできるだけ大きいほうが好ましい。このため、ここでは、多孔質体マスク10Hのポーラス径は約100μmとする。この多孔質体マスク10Hを設けることで、多孔質体6と液相の作動流体11が直接接触する面積(接液面積)を約35%に削減し、かつ、多孔質体6に流入する液相の作動流体11の流速を約3倍に増加することができる。
Further, as a third specific example, in order to prevent heat flow from the
そして、このようなマスク10Hを設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いて電子装置内の発熱部品51Xを模したヒータを冷却する実験を行なった。また、比較のために、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いた冷却実験も行なった。
ここで、図10(A)は、これらの冷却実験を行ない、ヒータ温度、即ち、蒸発器底面温度(ケース底面温度)を測定した結果を示している。なお、図10(A)中、実線Aは、上述のようなマスク10Hを設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いてヒータを冷却した場合のヒータに接する蒸発器2の底面温度を示している。また、図10(A)中、実線Bは、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いてヒータを冷却した場合のヒータに接する蒸発器の底面温度を示している。
And the experiment which cools the heater imitating the heat-emitting
Here, FIG. 10A shows the result of performing these cooling experiments and measuring the heater temperature, that is, the evaporator bottom surface temperature (case bottom surface temperature). In FIG. 10A, the solid line A indicates the bottom surface temperature of the
図10(A)に示すように、上述のようなマスク10Hを設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いた場合、すべての発熱量において、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いた場合と比較して、蒸発器底面温度、即ち、ヒータ温度を約10℃前後低減できた。
また、液溜めタンクを兼ねる蒸発器2の上面温度(ケース上面温度)は、液相の作動流体11の温度を反映していると考えられるため、蒸発器2の上面温度も測定したところ、図10(B)に示すような測定結果が得られた。なお、図10(B)中、実線Aは、上述のようなマスク10Hを設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いてヒータを冷却した場合の蒸発器2の上面温度を示している。また、図10(B)中、実線Bは、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いてヒータを冷却した場合の蒸発器の上面温度を示している。
As shown in FIG. 10 (A), when the loop heat pipe 1 including the
Further, since the upper surface temperature (case upper surface temperature) of the
図10(B)に示すように、上述のようなマスク10Hを設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いた場合、すべての発熱量において、マスクを設置していない蒸発器を備えるループ型ヒートパイプを用いた場合と比較して、蒸発器上面温度が約5~約8℃程度低くなっており、これは液相の作動流体11の温度が低減していることを意味する。
As shown in FIG. 10B, when the loop heat pipe 1 including the
このように、上述のようなマスク10Hを設置した蒸発器2を備えるループ型ヒートパイプ1を用いることで、液相の作動流体11の温度を低減でき、多孔質体6から液相の作動流体11へのヒートリークを低減できることが確認できた。また、ヒータ温度を低減でき、冷却性能の低下を抑制することができ、安定した冷却性能が得られることが確認できた。
Thus, by using the loop heat pipe 1 including the
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。 The present invention is not limited to the configuration described in the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 冷却装置(ループ型ヒートパイプ)
2 蒸発器
3 凝縮器
4 蒸気管
5 液管
6 多孔質体
6A 筒状凸部
6B 平板状部分
6C 挿入穴
6D 溝
6X 接液面
6Y 蒸発面
61A 第1筒状凸部
62A 第2筒状凸部
63A 第3筒状凸部
64A 第4筒状凸部
7 蒸気室
8 液室
9 ケース
9A 下側部分
9AX 底板
9AY 凹部
9B 上側部分
9BX 枠体
9BY カバー
9C 突起部
9D 蒸気管接続用開口部
9E 液管接続用開口部
10 マスク
10A 開口部
10B 穴
10C スリット
10D スリット
10E 流路
10F 溝
10G 突起
10H 多孔質体マスク
101 第1部分
102 第2部分
103 第3部分
104 第4部分
105 板状部分
10-1~10-4 隣接する4つのマスク
101-1~101-4 隣接する4つのマスクのそれぞれに1つずつ備えられる4つの部分
11 液相の作動流体(作動液)
50 筐体
51 電子部品
51X CPU(発熱体;発熱部品;電子部品)
52 配線基板
53 送風ファン
54 電源
55 HDD
56 サーマルグリース
57 放熱フィン
1 Cooling device (loop heat pipe)
DESCRIPTION OF
50
52 Wiring board 53 Blower fan 54
56 Thermal grease 57 Heat dissipation fin
Claims (20)
前記多孔質体によって隔てられた蒸気室及び液室と、
蒸気管が接続され、前記蒸気室を規定する第1部分と、液管が接続され、前記液室を規定する第2部分と、前記第1部分に設けられ、前記第2部分の側へ向けて突出し、前記多孔質体の前記複数の筒状凸部のそれぞれに嵌め込まれる複数の突起部とを有するケースと、
前記多孔質体の前記複数の筒状凸部の液相の作動流体が接触する接液面の面積が小さくなるように前記複数の筒状凸部のそれぞれの表面を覆う複数のマスクとを備えることを特徴とする蒸発器。 A porous body having a plurality of cylindrical protrusions;
A vapor chamber and a liquid chamber separated by the porous body;
A steam pipe is connected, the first part defining the steam chamber, a liquid pipe is connected, the second part defining the liquid chamber, and provided in the first part, toward the second part side A case having a plurality of protrusions fitted into each of the plurality of cylindrical protrusions of the porous body,
A plurality of masks covering respective surfaces of the plurality of cylindrical protrusions so as to reduce an area of a liquid contact surface with which a liquid-phase working fluid of the plurality of cylindrical protrusions of the porous body comes into contact. An evaporator characterized by that.
隣接する4つの前記マスクのそれぞれに1つずつ備えられる4つの部分で1つの前記筒状凸部の側面が覆われ、前記4つの部分の相互間に液相の作動流体が流れるスリットが形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の蒸発器。 The mask includes a first portion that partially covers a side surface of the first cylindrical convex portion included in the four adjacent cylindrical convex portions, and a second cylindrical convex portion included in the four cylindrical convex portions. A second portion partially covering the side surface of the first cylindrical portion, a third portion partially covering the side surface of the third cylindrical convex portion included in the four cylindrical convex portions, and the four cylindrical convex portions. A fourth portion partially covering the side surface of the fourth cylindrical convex portion,
The side surfaces of one cylindrical convex portion are covered with four portions, one for each of the four adjacent masks, and a slit through which a liquid-phase working fluid flows is formed between the four portions. The evaporator according to claim 1, wherein
気相の作動流体が凝縮する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、気相の作動流体が流れる蒸気管と、
前記凝縮器と前記蒸発器とを接続し、液相の作動流体が流れる液管とを備え、
前記蒸発器は、
複数の筒状凸部を有する多孔質体と、
前記多孔質体によって隔てられた蒸気室及び液室と、
蒸気管が接続され、前記蒸気室を規定する第1部分と、液管が接続され、前記液室を規定する第2部分と、前記第1部分に設けられ、前記第2部分の側へ向けて突出し、前記多孔質体の前記複数の筒状凸部のそれぞれに嵌め込まれる複数の突起部とを有するケースと、
前記多孔質体の前記複数の筒状凸部の液相の作動流体が接触する接液面の面積が小さくなるように前記複数の筒状凸部のそれぞれの表面を覆う複数のマスクとを備えることを特徴とする冷却装置。 An evaporator for evaporating the liquid-phase working fluid;
A condenser that condenses the gas-phase working fluid;
A vapor pipe connecting the evaporator and the condenser and through which a gas-phase working fluid flows;
Connecting the condenser and the evaporator, and a liquid pipe through which a liquid-phase working fluid flows,
The evaporator is
A porous body having a plurality of cylindrical protrusions;
A vapor chamber and a liquid chamber separated by the porous body;
A steam pipe is connected, the first part defining the steam chamber, a liquid pipe is connected, the second part defining the liquid chamber, and provided in the first part, toward the second part side A case having a plurality of protrusions fitted into each of the plurality of cylindrical protrusions of the porous body,
A plurality of masks covering respective surfaces of the plurality of cylindrical protrusions so as to reduce an area of a liquid contact surface with which a liquid-phase working fluid of the plurality of cylindrical protrusions of the porous body comes into contact. A cooling device characterized by that.
前記電子部品を冷却する冷却装置とを備え、
前記冷却装置は、
液相の作動流体が蒸発する蒸発器と、
気相の作動流体が凝縮する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、気相の作動流体が流れる蒸気管と、
前記凝縮器と前記蒸発器とを接続し、液相の作動流体が流れる液管とを備え、
前記蒸発器は、
複数の筒状凸部を有する多孔質体と、
前記多孔質体によって隔てられた蒸気室及び液室と、
蒸気管が接続され、前記蒸気室を規定する第1部分と、液管が接続され、前記液室を規定する第2部分と、前記第1部分に設けられ、前記第2部分の側へ向けて突出し、前記多孔質体の前記複数の筒状凸部のそれぞれに嵌め込まれる複数の突起部とを有するケースと、
前記多孔質体の前記複数の筒状凸部の液相の作動流体が接触する接液面の面積が小さくなるように前記複数の筒状凸部のそれぞれの表面を覆う複数のマスクとを備えることを特徴とする電子装置。 Electronic components provided on the wiring board;
A cooling device for cooling the electronic component,
The cooling device is
An evaporator for evaporating the liquid-phase working fluid;
A condenser that condenses the gas-phase working fluid;
A vapor pipe connecting the evaporator and the condenser and through which a gas-phase working fluid flows;
Connecting the condenser and the evaporator, and a liquid pipe through which a liquid-phase working fluid flows,
The evaporator is
A porous body having a plurality of cylindrical protrusions;
A vapor chamber and a liquid chamber separated by the porous body;
A steam pipe is connected, the first part defining the steam chamber, a liquid pipe is connected, the second part defining the liquid chamber, and provided in the first part, toward the second part side A case having a plurality of protrusions fitted into each of the plurality of cylindrical protrusions of the porous body,
A plurality of masks covering respective surfaces of the plurality of cylindrical protrusions so as to reduce an area of a liquid contact surface with which a liquid-phase working fluid of the plurality of cylindrical protrusions of the porous body comes into contact. An electronic device characterized by that.
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