特許 7571211 ベイパーチャンバー装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-11

(45)【発行日】2024-10-22

(54)【発明の名称】ベイパーチャンバー装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/02 20060101AFI20241015BHJP

   F28D 15/04 20060101ALI20241015BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20241015BHJP

   H01L 23/427 20060101ALI20241015BHJP

【ＦＩ】

F28D15/02 102A

F28D15/02 L

F28D15/02 101H

F28D15/04 C

F28D15/04 E

F28D15/04 B

F28F21/08 A

H01L23/46 B

【請求項の数】 19

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023108212

(22)【出願日】2023-06-30

【審査請求日】2023-06-30

(31)【優先権主張番号】112113662

(32)【優先日】2023-04-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】501008945

【氏名又は名称】国立清華大学

【氏名又は名称原語表記】Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｓｉｎｇ Ｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１０１，Ｓｅｃｔｉｏｎ ２，Ｋｕａｎｇ－Ｆｕ Ｒｏａｄ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，３００１３，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】王 訓忠

【審査官】柳本 幸雄

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／０７３４９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１２９９６３３９（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０４６８２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０７３４１０９９（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】米国特許第１０５０２４９８（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】欧州特許出願公開第０４３２５１５４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０２８６５７６３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００１－０９４０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１６１４７３９１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｆ２８Ｄ １５／０４

Ｆ２８Ｆ ２１／０８

Ｈ０１Ｌ ２３／４２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源に熱的に結合されるように適合されたベイパーチャンバー装置であって、
第１の板部と、前記第１の板部の内面から突出する複数の第１の突出部と、前記内面から突出して前記第１の突出部を取り囲む第１の側壁とを備え、前記熱源は、前記第１の板部の外面と接触するように適合されている、第１の筐体と、
前記第１の板部の前記内面の上に配置され、前記第１の突出部を取り囲む第１の毛細管構造と、
前記第１の筐体上に積層される第２の筐体であって、前記第２の筐体は、第２の板部と、前記第２の板部から突出する複数の第２の突出部と、前記第２の板部から突出して前記第２の突出部を取り囲む第２の側壁と、を備え、前記第１の側壁は前記第２の側壁に接続され、複数の蒸気通路が前記第２の突出部の間に形成され、前記第２の板部は、前記第２の突出部によって譲り出される複数の接続領域を含み、前記第１の突出部は前記接続領域に接続され、前記第２の突出部は、前記第１の毛細管構造に当接する、第２の筐体と、
を備え、
前記第２の突出部の数は、前記第１の突出部の数よりも多く、前記第１の突出部のサイズは、前記第２の突出部のサイズよりも大きい、ベイパーチャンバー装置。

【請求項2】

前記第１の板部から突出する前記第１の突出部の高さと、前記第２の板部から突出する前記第２の突出部の高さとの差分値が、毛細管層の高さである、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項3】

各前記第１の突出部は、柱状または帯状であり、前記第１の突出部は、前記内面に均一に分布する、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項4】

前記第２の突出部は、複数の第１の支柱及び複数の第２の支柱を備え、前記第１の支柱の形状は、前記第２の支柱の形状と異なり、前記第１の支柱は、前記熱源に対応する位置に配置され、前記第２の支柱は、前記第１の支柱に隣接する位置にあり、軸方向に延びている、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項5】

前記第２の突出部の一部分が前記熱源に対応する位置に配置され、前記第２の突出部の他の部分が前記一部分の周囲に放射状に配置される、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項6】

前記第１の毛細管構造は、複数のワイヤによって織られたメッシュ構造、不織メッシュ構造、または金属発泡層及び焼結金属粉末であり、前記第１の毛細管構造は、複数の孔を備える、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項7】

前記第１の筐体は、前記第１の板部の前記内面から一体的に突出する第２の毛細管構造を備え、前記第２の毛細管構造は、流体流路として機能する複数の凸条の間に形成された複数の溝を備え、前記第１の毛細管構造は、前記第２の毛細管構造と前記第２の筐体の前記第２の突出部との間に配置される、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項8】

前記溝の少なくとも一部が放射状に配置される、請求項７に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項9】

前記第１の突出部と前記凸条の少なくとも一部とが放射状に配置される、請求項８に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項10】

前記熱源に対応する領域の前記溝に充填された第３の毛細管構造をさらに備え、前記第３の毛細管構造は、金属粉末、不織金属ウール、またはナノ構造を含む、請求項７に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項11】

前記第１の毛細管構造から延在し、前記第１の毛細管構造と一体化され、前記第１の突出部を取り囲む複数の延長毛細管層をさらに備える、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項12】

前記第１の毛細管構造から延在し、前記第１の毛細管構造と一体化され、前記第１の突出部を取り囲む複数の延長毛細管層をさらに備える、請求項７に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項13】

前記第１の毛細管構造から延在し、前記第１の毛細管構造と一体化され、前記第１の突出部を取り囲む複数の延長毛細管層をさらに備える、請求項１０に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項14】

前記第１の側壁及び前記第２の側壁の一方は、対応する第１の突出部または第２の突出部を取り囲む環状の凸条を備え、
前記第１の側壁及び前記第２の側壁の前記他方は、対応する第１の突出部または第２の突出部を取り囲む環状の溝を有し、前記環状の凸条は、前記環状の溝に埋め込まれる、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項15】

前記第１の側壁及び前記第２の側壁は、端部に封止領域を有し、前記封止領域は、ピンチシール、拡散接合、ろう付け、はんだ付け、レーザ溶接、またはアーク溶接によって、前記第１の側壁及び前記第２の側壁の端部を封止し、前記封止領域は、前記環状の凸条及び前記環状の溝を取り囲むかまたは覆う、請求項１４に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項16】

前記第１の側壁及び前記第２の側壁は、端部に封止領域を有し、前記封止領域は、ピンチシール、拡散接合、ろう付け、はんだ付け、レーザ溶接、またはアーク溶接によって、前記第１の側壁及び前記第２の側壁の端部を封止する、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項17】

前記第１の側壁及び前記第２の側壁は、端部に封止領域を有し、前記封止領域は、ピンチシール、拡散接合、ろう付け、はんだ付け、レーザ溶接、またはアーク溶接によって、前記第１の側壁及び前記第２の側壁の端部を封止する、請求項７に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項18】

前記第１の側壁及び前記第２の側壁は、端部に封止領域を有し、前記封止領域は、ピンチシール、拡散接合、ろう付け、はんだ付け、レーザ溶接、またはアーク溶接によって、前記第１の側壁及び前記第２の側壁の端部を封止する、請求項１０に記載のベイパーチャンバー装置。

【請求項19】

前記第１の筐体及び前記第２の筐体の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である、請求項１に記載のベイパーチャンバー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ベイパーチャンバー装置に関し、特に、容易に変形しないベイパーチャンバー装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ベイパーチャンバーは、一般的な放熱装置である。ベイパーチャンバーは、主に、扁平密閉筐体と、扁平密閉筐体内に形成された毛細管構造と、扁平密閉筐体内に充填された作動流体とから構成されている。扁平密閉筐体は、中央処理装置（ＣＰＵ）などの熱源に曝され、熱源はベイパーチャンバー内の作動流体の気液相変化によって放散される。熱源が作動すると、ベイパーチャンバー内の作動流体が加熱されて膨張し、扁平密閉筐体内の圧力が１気圧を超えてベイパーチャンバーの筐体が変形する可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、良好な構造強度を有し、容易に変形せず、精密な位置合わせを必要としないため、上部プレートと下部プレートを封止する際に製造が容易なベイパーチャンバー装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明のベイパーチャンバー装置は、熱源に熱的に結合されるように適合されている。ベイパーチャンバー装置は、第１の筐体と、第１の毛細管構造と、第２の筐体と、を備える。第１の筐体は、第１の板部と、第１の板部の内面から突出する複数の第１の突出部と、内面から突出して第１の突出部を囲む第１の側壁と、を含む。熱源は、第１の板部の外面に接触するように適合されている。第１の毛細管構造は、第１の板部の内面の上に配置され、第１の突出部を取り囲む。第２の筐体は、第１の筐体上に積層され、第２の筐体は、第２の板部と、第２の板部から突出する複数の第２の突出部と、第２の板部から突出して第２の突出部を囲む第２の側壁と、を含む。第１の側壁は第２の側壁に接続され、複数の蒸気通路が第２の突出部の間に形成され、第２の板部は、第２の突出部によって譲り出される複数の接続領域を含み、第１の突出部は接続領域に接続され、第２の突出部は、第１の毛細管構造に当接する。

【0005】

本発明の一実施形態では、第２の突出部の数は第１の突出部の数よりも多く、第１の突出部のサイズは第２の突出部のサイズよりも大きい。

【0006】

本発明の一実施形態では、第１の板部から突出する第１の突出部の高さと第２の板部から突出する第２の突出部の高さの差分値が毛細管層の高さである。

【0007】

本発明の一実施形態では、各第１の突出部は柱状または帯状であり、第１の突出部は内面に均一に分布する。

【0008】

本発明の一実施形態では、前記第２の突出部は、複数の第１の支柱及び複数の第２の支柱を含み、第１の支柱の形状は、前記第２の支柱の形状と異なり、第１の支柱は、熱源に対応する位置に配置され、第２の支柱は、第１の支柱に隣接する位置にあり、軸方向に延びている。

【0009】

本発明の一実施形態では、第２の突出部の一部分は、熱源に対応する位置に配置され、第２の突出部の他の部分は、当該一部分の周囲に放射状に配置される。

【0010】

本発明の一実施形態では、第１の毛細管構造は、複数のワイヤによって織られたメッシュ構造、不織メッシュ構造、または金属発泡層、及び焼結金属粉末であり、第１の毛細管構造は複数の孔を含む。

【0011】

本発明の一実施形態では、前記第１の筐体は、第１の板部の内面から一体的に突出する第２の毛細管構造を含み、第２の毛細管構造は、流体流路として機能する複数の凸条の間に形成された複数の溝を含み、第１の毛細管構造は、第２の毛細管構造と第２の筐体の第２の突出部との間に配置される。

【0012】

本発明の一実施形態では、溝の少なくとも一部は放射状に配置される。

【0013】

本発明の一実施形態では、第１の突出部及び凸条の少なくとも一部は放射状に配置される。

【0014】

本発明の一実施形態では、ベイパーチャンバー装置は、熱源に対応する領域の溝に充填された第３の毛細管構造をさらに含み、第３の毛細管構造は、金属粉末、不織金属ウール、または化学的に生成されたナノ構造を含む。

【0015】

本発明の一実施形態では、ベイパーチャンバー装置は、第１の毛細管構造から延在し、第１の毛細管構造と一体化された複数の延長毛細管層をさらに含み、延長毛細管層は第１の突出部を取り囲む。

【0016】

本発明の一実施形態では、第１の側壁及び第２の側壁の一方は環状の凸条を含み、環状の凸条は対応する第１の突出部または第２の突出部を取り囲み、第１の側壁及び第２の側壁の他方は、対応する第１の突出部又は第２の突出部を囲む環状の溝を有し、環状の凸条は環状の溝に埋め込まれる。

【0017】

本発明の一実施形態では、第１の側壁及び第２の側壁は端部に封止領域を有し、封止領域は、ピンチシール、拡散接合、ろう付け、はんだ付け、レーザ溶接、またはアーク溶接によって、第１の側壁及び第２の側壁の端部を封止し、封止領域は、環状の凸条及び環状の溝を取り囲むかまたは覆う。

【0018】

本発明の一実施形態では、第１の側壁及び第２の側壁は端部に封止領域を有し、封止領域は、ピンチシール、拡散接合、ろう付け、はんだ付け、レーザ溶接、またはアーク溶接によって、第１の側壁及び第２の側壁の端部を封止する。

【0019】

本発明の一実施形態では、第１の筐体及び第２の筐体の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。

【発明の効果】

【0020】

上記に基づいて、本発明のベイパーチャンバー装置の第１の側壁は第２の側壁に接続され、第１の筐体の第１の突出部は第２の板部の接続領域に接続されて、ベイパーチャンバー装置の構造強度を向上させ、運転中の内圧上昇に係る膨張や変形を防止する。冷間加工では、第１の突出部と第２の板部との接続領域におけるベイパーチャンバーの上部外壁と下部外壁に抵抗溶接を施すことによって、第１の突出部を第２の板部に接続することができる。熱間加工では、第１の突出部は、高温炉内での拡散接続工程によって第２の板部に接続されても良い。また、第１の突出部と第２の突出部とが千鳥状に配置されているため、第１の筐体と第２の筐体とを精密に位置合わせする必要がなく、たとえ製造工程において第１の筐体と第２の筐体との間にズレが生じても、第１の突出部と第２の板部の接続領域との接続に影響を与えることがなく、工程が便利である。さらに、第１の毛細管構造は第１の板部の内面の上に配置され、第２の筐体の第２の突出部は第１の毛細管構造に当接し、ベイパーチャンバー装置内部の真空の低圧に係る崩壊や変形を回避することができる。したがって、本発明のベイパーチャンバー装置は、より優れた構造強度を有し、製造が容易である。

【0021】

前述の内容をより包括的にするために、図面を伴ういくつかの実施形態を以下に詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、本発明の例示的な実施形態を示し、説明とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。

【図1A】本発明の一実施形態に係るベイパーチャンバー装置の外観を示す概略図である。

【図1B】Ａ－Ａ線に沿った図１Ａのベイパーチャンバー装置の概略断面図である。

【図1C】図１Ａのベイパーチャンバー装置の第１の筐体の概略上面図である。

【図1D】図１Ａのベイパーチャンバー装置の第２の筐体の内面の概略図である。

【図1E】本発明の他の実施形態に係る様々なベイパーチャンバー装置の第２の筐体の内面の概略図である。

【図1F】本発明の他の実施形態に係る様々なベイパーチャンバー装置の第２の筐体の内面の概略図である。

【図1G】本発明の他の実施形態に係る様々なベイパーチャンバー装置の第２の筐体の内面の概略図である。

【図2】本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。

【図3A】本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。

【図3B】図３Ａのベイパーチャンバー装置の第１の筐体の概略上面図である。

【図3C】本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の第１の筐体の内面の概略図である。

【図4A】本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。

【図4B】図４Ａのベイパーチャンバー装置の第１の筐体の概略上面図である。

【図5A】本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。

【図5B】図５Ａのベイパーチャンバー装置の第１の筐体の概略上面図である。

【図5C】図５Ａのベイパーチャンバー装置の第２の筐体の内面の概略図である。

【図6】本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１Ａは、本発明の一実施形態に係るベイパーチャンバー装置の外観を示す概略図である。図１Ｂは、Ａ－Ａ線に沿った図１Ａのベイパーチャンバー装置の概略断面図である。図１Ｃは、図１Ａのベイパーチャンバー装置の第１の筐体の概略上面図である。図１Ｄは、図１Ａのベイパーチャンバー装置の第２の筐体の内面の概略図である。

【0024】

図１Ａから図１Ｄを参照すると、本実施形態におけるベイパーチャンバー装置１００の外観形状は、例えば、長方形の板状であるが、ベイパーチャンバー装置１００の外観形状は、図示に限定されるものではなく、任意の形状であってよい。ベイパーチャンバー装置１００は、熱源１０（図１Ｂ）に熱的に結合されるように適合されている。熱源１０は、例えば、マザーボードの中央処理装置であるが、熱源１０は、他のチップであってもよく、熱源１０の種類及び数はこれに限定されない。

【0025】

図１Ｂに示されるように、本実施形態のベイパーチャンバー装置１００は、第１の筐体１１０と、第１の毛細管構造１３０と、第２の筐体１２０と、を含む。第１の筐体１１０及び第２の筐体１２０の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属であるが、これに限定されるものではない。他の実施形態では、第１の筐体１１０及び第２の筐体１２０の材料は、銅または銅合金などの他の金属を含んでもよい。

【0026】

第１の筐体１１０は、第１の板部１１１と、第１の板部１１１の内面１１１２から突出する複数の第１の突出部１１７ａと、内面１１１２から突出して第１の突出部１１７ａを取り囲む第１の側壁１１７と、を含む。熱源１０は、第１の板部１１１の外面１１１４に接触するように適合されており、熱源１０によって生成された熱エネルギーはベイパーチャンバー装置１００に伝達される。

【0027】

図１Ｂ及び図１Ｃからわかるように、本実施形態では、第１の突出部１１７ａは円柱状であり、第１の突出部１１７ａは内面１１１２上に均一に分布している。もちろん、他の実施形態では、第１の突出部１１７ａは帯状であってもよく、第１の突出部１１７ａは、非均一に分布していても良く、第１の突出部１１７ａの形状及び分布はこれに限定されない。図１Ｂ及び図１Ｃに示される実施形態では、第１の突出部１１７ａが熱源１０に対応する蒸発領域に配置されていないが、第１の突出部１１７ａの一部が熱源１０に対応する蒸発領域に配置され、第２の板部１２１上の第１の突出部１１７ａに対応する位置において、第２の突出部１２２を局所的に除去して、接続領域１２９を形成しても良い。

【0028】

本実施形態では、第１の板部１１１と第１の突出部１１７ａとが一体的に形成されており、このような設計により構造をより単純にすることができる。また、第１の板部１１１と第１の突出部１１７ａとの間に熱接触抵抗がないため、熱伝達効果がより良好となる。第１の板部１１１及び第１の突出部１１７ａは、例えば、スタンピング、化学エッチング、押出、鍛造、又はダイカスト工程によって製造されるが、これらに限定されない。

【0029】

第１の毛細管構造１３０は、第１の板部１１１の内面１１１２上に配置され、第１の突出部１１７ａを取り囲む。本実施形態では、第１の毛細管構造１３０は、複数のワイヤで編まれたメッシュ構造、例えば、銅メッシュやアルミニウムメッシュなどの金属メッシュである。もちろん、他の実施形態では、第１の毛細管構造１３０は、不織メッシュ、または多孔質の発泡金属型の毛細管構造であっても良い。第１の毛細管構造１３０は、焼結金属粉末毛細管であってもよく、第１の毛細管構造１３０の形態はこれに限定されない。第１の毛細管構造１３０は複数の孔を含むので、毛管力が孔内に提供され得る。

【0030】

第２の筐体１２０は、第１の筐体１１０上に積層される。第２の筐体１２０は、第２の板部１２１と、第２の板部１２１から突出する複数の第２の突出部１２２と、第２の板部１２１から突出して第２の突出部１２２を囲む第２の側壁１２８と、を含む。本実施形態では、第２の突出部１２２の高さが第２の側壁１２８と面一となっているが、第２の突出部１２２と第２の側壁１２８との関係はこれに限定されない。

【0031】

第１の側壁１１７は第２の側壁１２８に接続されている。本実施形態では、第１の側壁１１７と第２の側壁１２８は、封止効果を達成するために、ピンチシール、拡散接合、ろう付け、はんだ付け、レーザ溶接、またはアーク溶接によって接続されても良い。

【0032】

ベイパーチャンバー装置１００の構造強度を向上させるために、本実施形態のベイパーチャンバー装置１００には、第１の筐体１１０の第１の側壁１１７内の領域に第１の突出部１１７ａが意図的に設けられている。また、図１Ｄに示されるように、第２の板部１２１は、第２の突出部１２２によって譲り出される複数の接続領域１２９を含む。第１の側壁１１７が第２の側壁１２８に接続されると、第１の突出部１１７ａは第２の板部１２１の接続領域１２９に接続される。第１の突出部１１７ａと第２の板部１２１の接続領域１２９は、冷間加工時に抵抗溶接を施すことにより、第１の突出部１１７ａを第２の板部１２１に接続することができる。また、十分な抗膨張特性を達成するべく、第１の筐体１１０と第２の筐体１２０との間の接続性を強化するために、熱間加工における拡散接合によって接続されても良い。

【0033】

本実施形態では、第１の突出部１１７ａと第２の突出部１２２とが千鳥状に配置されているため、第１の筐体１１０と第２の筐体１２０とを精密に位置合わせする必要がなく、たとえ製造工程において第１の筐体１１０と第２の筐体 １２０との間にズレが生じても、第１の突出部１１７ａと第２の板部１２１の接続領域１２９との接続に影響を与えることがなく、工程が便利である。また、第１の突出部１１７ａを第２の板部１２１に直接接続することができるため、第１の筐体１１０と第２の筐体１２０との接続強度を維持しやすくなる。

【0034】

また、図１Ｂに示されるように、第２の突出部１２２は、第１の毛細管構造１３０に当接し、第１の板部１１１と第２の板部１２１との間の距離を固定するのに役立ち、これにより、第１の毛細管構造１３０の平坦性を確保することができるほか、内圧の変化によるベイパーチャンバー装置１００の崩壊及び変形を回避することができ、ベイパーチャンバー装置１００の耐用年数を効果的に向上させることができる。本実施形態では、第１の板部１１１から突出する第１の突出部１１７ａの高さＨ１と、第２の板部１２１から突出する第２の突出部１２２の高さＨ１との差分値は、毛細管層の高さＨ３である。

【0035】

図１Ｂから図１Ｄに示されるように、本実施形態では、第２の突出部１２２の数は、第１の突出部１１７ａの数よりも多い。第２の突出部１２２の間には、複数の蒸気流路１２４が形成されている。第２の突出部１２２は、蒸気流路を画定する構造、蒸気により凝縮した液体が第２の突出部１２２に沿って流下するためのガイド構造、及び、第１の筐体１１０と第２の筐体１２０の崩壊を回避するための支持構造として用いられる。したがって、第２の突出部１２２の数が多いほど、より多くの蒸気通路１２４、ガイド構造、及び支持構造を提供することができる。

【0036】

また、本実施形態では、第１の突出部１１７ａのサイズが第２の突出部１２２のサイズよりも大きい。第１の突出部１１７ａは主に第２の板部１２１を接続するための接続構造として用いられるため、第１の突出部１１７ａのサイズが大きいほど、より大きな接続領域を提供することができる。もちろん、第１の突出部１１７ａと第２の突出部１２２の大きさと数との関係はこれに限定されない。

【0037】

さらに、本実施形態における第１の突出部１１７ａは、第２の板部１２１に直接接続されているので、第１の突出部１１７ａを蒸気通路の一部を画定する構造としても利用でき、蒸気によって凝縮した液体を第１の突出部１１７ａに沿って流下させる機能を有することもできる。第１の突出部１１７ａと第２の突出部１２２は、液体還流の経路長を大幅に短縮し、流れ抵抗を効果的に低減することができる。

【0038】

また、図１Ｂ及び図１Ｄに示されるように、本実施形態では、第２の突出部１２２は、例えば円柱であり、第２の突出部１２２の形状は一定であるが、第２の突出部１２２の形状はこれに限定されない。他の実施形態では、第２の突出部１２２は、長方形の柱、正方形の柱、楕円形の柱、多角形の柱、先細りの柱、不規則な柱、または／及びそれらの組み合わせであっても良い。第２の突出部１２２の形状や分布形態はこれに限定されない。また、本実施形態では、第２の突出部１２２と第２の板部１２１とは一体的に形成されており、第２の板部１２１及び第２の突出部１２２は、例えば、スタンピング、化学エッチング、押出、鍛造、又はダイカスト工程によって製造されるが、これらに限定されない。

【0039】

また、本実施形態では、図１Ｂの断面からわかるように、第２の突出部１２２の断面は長方形であるが、他の実施形態では、第２の突出部１２２の断面は逆台形であってもよく、したがって、構成される蒸気通路１２４は台形の断面形状を有する。他の実施形態では、第２の突出部１２２は、複数の先細りの柱、複数の台形の柱、複数の円柱、または複数の不規則な柱を含んでもよい。したがって、第２の突出部１２２の断面形状は、三角形、円弧状、または他の形状であっても良い。同様に、蒸気通路１２４の断面形状は、三角形、円弧状、または他の形状であっても良い。

【0040】

なお、本実施形態では、第１の筐体１１０と第２の筐体１２０とで取り囲まれた内部空間は、適量の作動流体ｇ（図１Ｄで図示、図１Ｄの作動流体ｇは気体）で充填される。作動流体ｇは、例えば、アルミ容器に適合するアセトンであるが、作動流体ｇの種類はこれに限定されない。他の実施形態では、作動流体ｇは、ベイパーチャンバー装置の材料と適合できる限り、水または他の種類の作動流体であっても良い。作動流体ｇは、例えば液体の状態で第１の筐体１１０内を流れる。

【0041】

ベイパーチャンバー装置１００の第１の筐体１１０の外面１１１４（図１Ｂに図示）は熱源１０と接触し、熱源１０から放出された熱は第１の筐体１１０に伝達される。熱源１０に対応するベイパーチャンバー装置１００の領域は蒸発領域という。蒸発領域では、作動流体ｇ（液体）が熱を吸収し、気体（蒸気）に蒸発する。作動流体ｇ（気体）は、第２の筐体１２０の蒸気通路１２４に向かって上向きに流れ、第２の筐体１２０内で拡散し、ベイパーチャンバーの凝縮領域（例えば、ベイパーチャンバー装置１００の第２の筐体１２０の領域または第１の筐体１１０における熱源１０の投影の外側の領域）で凝縮して液体となり、ベイパーチャンバー装置１００からの熱を排出する。作動流体ｇが気体から液体に凝縮する際、作動流体ｇは第２の突出部１２２及び第１の突出部１１７ａの側壁に沿って流下することができる。凝縮した作動流体ｇ（液体）は、熱源１０付近まで還流して蒸発し、熱サイクルが完了する。

【0042】

本実施形態では、第２の筐体１２０の蒸気通路１２４を真空にして、空気などの非凝縮性気体を排除することができる。

【0043】

なお、本実施形態では、第２の突出部１２２が第１の毛細管構造１３０に当接し、第２の板部１２１を支持して、真空引きの際に第１の筐体１１０、第２の筐体１２０、及び蒸気通路１２４の崩壊を効果的に回避できる。また、第１の突出部１１７ａは、対応する接合領域１２９と接続することができるため、第１の板部１１１と第２の板部１２１との間の圧力が１気圧を超えるとき（つまり、ベイパーチャンバーの動作温度に相当する飽和圧力が周囲圧力よりも高い）、第１の板部１１１と第２の板部１２１との間の距離が一定に維持され、ベイパーチャンバー装置１００の膨張及び変形が防止される。

【0044】

他の実施形態のベイパーチャンバー装置またはその第２の筐体を以下に紹介する。先の実施形態と同一または類似の構成要素については同一または類似の符号を付して重複を省略し、主な相違点のみを説明する。

【0045】

図１Ｅから図１Ｇは、本発明の他の実施形態に係る様々なベイパーチャンバー装置の第２の筐体の内面の概略図である。まず、図１Ｅを参照して、図１Ｅの第２の筐体１２０ａと図１Ｄの第２の筐体１２０との主な相違点は、第２の突出部１２２、１２２ａの形状である。本実施形態では、第２の突出部１２２ａは角柱であるが、第２の突出部１２２ａの形状はこれに限定されない。

【0046】

図１Ｆを参照すると、図１Ｆの第２の筐体１２０ｂと図１Ｄの第２の筐体１２０との主な相違点は、本実施形態では、第２の突出部１２２が複数の第１の支柱１２２ｂ及び複数の第２の支柱１２３を含み、第１の支柱１２２ｂの形状は、第２の支柱１２３の形状と異なり、第１の支柱１２２ｂは、熱源１０に対応する位置に配置されており、第２の支柱１２３は、第１の支柱１２２ｂに隣接する位置にあり、軸方向Ａ１に延びている。

【0047】

本実施形態では、第２の筐体１２０の熱源１０に対応する位置に高密度の第１の支柱１２２ｂが配置されており、良好な構造強度を提供する。第２の支柱１２３は、第１の支柱１２２ｂの両側に配置され、軸方向Ａ１に延びて、作動流体ｇ（気体）の流れ方向をガイドする。さらに、本実施形態では、第２の支柱１２３は、第１の突出部１１７ａの接続のために、接続領域１２９まで部分的に譲り出す（図１Ｂに示す通り）。

【0048】

図１Ｇを参照すると、図１Ｇの第２の筐体１２０ｃと図１Ｄの第２の筐体１２０との主な相違点は、本実施形態では、第２の突出部１２２ｂが熱源１０に対応する位置に配置されており、第２の突出部１２３、１２５、１２７の他の部分が、熱源１０に対応するその部分の周囲に放射状に配置されることである。この設計により、作動流体ｇ（気体）の流れ方向を適切にガイドすることもできる。

【0049】

上記実施形態では、第２の筐体１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの一部の第２の突出部１２２、１２２ａ、１２２ｂ、１２３、１２５、１２７を除去して、居所的に接続領域１２９を形成し、この接続領域１２９を利用して、第１の突出部１１７ａと第２の板部１２１とを接続することができる。

【0050】

図２は、本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。図２を参照すると、図２のベイパーチャンバー装置１００ｄと図１Ｂのベイパーチャンバー装置１００との主な相違点は、本実施形態では、第１の突出部１１７ｄのサイズが第２の突出部１２２のサイズと同じであることである。

【0051】

同様に、第１の突出部１１７ｄが第２の板部１２１に直接接続されており、第１の突出部１１７ｄと第２の突出部１２２とが千鳥状に配置されているため、第１の筐体１１０と第２の筐体１２０との間の精密な位置合わせの必要がなく、接続工程に便利である。第２の突出部１２２は、第１の毛細管構造１３０に当接し、真空引き中の第１の筐体１１０、第２の筐体１２０、及び蒸気通路１２４の崩壊を効果的に回避する。

【0052】

図３Ａは、本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。図３Ｂは、図３Ａのベイパーチャンバー装置の第１の筐体の概略上面図である。なお、図３Ａの断面図は、図３ＢのＢ－Ｂ線に沿った断面図であり、つまり、ベイパーチャンバー装置の幅方向の断面は、図１Ｂにおけるベイパーチャンバー装置の長さ方向の断面とは異なる。さらに、図３Ｂにおいて、凸条１１２を細線で示し、第１の突出部１１７ｅを太線で示している。

【0053】

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、図３Ａのベイパーチャンバー装置１００ｅと図１Ｂのベイパーチャンバー装置１００との主な相違点は、本実施形態では、第１の筐体１１０ｅは、第１の板部１１１の内面１１１２から一体的に突出する第２の毛細管構造１１３を含むことである。第２の毛細管構造１１３は、複数の凸条１１２の間に形成され、流体流路として機能する複数の溝１１４を含む。

【0054】

より具体的には、凸条１１２は第１の板部の内面１１１２から突出しているので、隣接する２つの凸条１１２の間に溝１１４が形成されている。本実施形態では、第１の板部１１１は凸条１１２と一体的に形成され、そのような設計により、比較的単純な構造を有することができる。第１の板部１１１と凸条１１２との間（つまり、第１の板部１１１と溝１１４との間）との間に熱接触抵抗がないため、熱伝達効果がより良好となる。

【0055】

例えば、作動流体ｇ（図３Ｂ）は、液体の形態で、第１の筐体１１０ｅの第２の毛細管構造１１３の溝１１４内を流れる。第２の毛細管構造１１３は、より低い流れ抵抗を提供するように溝１１４を備えて設計されている。本実施形態では、溝１１４の幅は、例えば、５０ミクロンから２００ミクロンの間であり、溝１１４の深さは、例えば、５０ミクロンから２００ミクロンの間であるが、溝１１４の幅及び深さは、これに限定されない。

【0056】

図３Ａに示されるように、第１の突出部１１７ｅの高さは、凸条１１２の高さよりも高い。第１の毛細管構造１３０は、第１の突出部１１７ｅを通過し、第２の毛細管構造１１３と第２の筐体１２０の第２の突出部１２２との間に配置される。第１の毛細管構造１３０は第２の毛細管構造１１３の溝１１４上に配置されているため、第２の毛細管構造１１３の溝１１４の上部は第１の毛細管構造１３０によって覆われ、溝１１４の延在方向（図面に入射するまたは図面から出射する方向）に毛細管状構造が形成される。この構造により、溝１１４内の作動流体ｇは重力に抵抗することができるので、ベイパーチャンバー装置１００は非水平状態で熱サイクルを良好に完了することができる。

【0057】

したがって、本実施形態では、第２の毛細管構造１１３の開放的な溝１１４は、メッシュ状の第１の毛細管構造１３０で覆われており、これにより、溝１１４の低い流れ抵抗の利点が維持されるだけでなく、毛管力が大幅に強化され、これにより、ベイパーチャンバー装置１００ｅは非水平配置に適したものとなる。

【0058】

図３Ｃは、本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の第１の筐体の内面の概略図である。なお、図３Ｃでは、凸条１１２を細線で示し、第１の突出部１１７ｆを太線で示している。また、図３Ｃの第１の筐体１１０ｆに対応する第２の筐体は、例えば、図１Ｇの第２の筐体１２０ｃであっても良い。図３Ｃ及び図１Ｇから分かるように、図３Ｃの第１の突出部１１７ｆの位置は、図１Ｇの接続領域１２９の位置に対応する。しかしながら、図３Ｃの第１の筐体１１０ｆに対応する第２の筐体は、これに限定されない。

【0059】

図３Ｃを参照すると、本実施形態では、第１の突出部１１７ｆと凸条１１２の少なくとも一部とが放射状に配置されるので、溝１１４、１１５、１１８の少なくとも一部が放射状に配置される。また、熱源１０に対応する第１の筐体１１０ｆの溝１１９は、格子状に配置されている。もちろん、一実施形態では、図面に限定されず、凸条１１２のみを放射状に配置しても良い。

【0060】

具体的には、本実施形態では、第１の筐体１１０ｆに、方向の異なる各種の溝１１４、１１５、１１８、１１９を放射状に配置することで、流れ抵抗を低減し、凝縮した作動流体ｇ（液体）は速やかに還流することができる。第１の筐体１１０ｆの内面１１１２の溝１１４、１１５、１１８の配置は放射状に限定されず、作動流体ｇ（液体）をガイドするのに十分な配置であれば良い。

【0061】

なお、一実施形態において、第１の突出部は、蒸発領域以外の領域に均一に分布していても良い。別の実施形態では、第１の突出部は、蒸発領域以外の領域に不均一に分布していても良い。第１の突出部の形状及び大きさは限定されない。他の実施形態では、第１の突出部は蒸発領域内に部分的に配置されても良く、図面によって限定されない。

【0062】

図４Ａは、本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。図４Ｂは、図４Ａのベイパーチャンバー装置の第１の筐体の概略上面図である。同様に、図４Ａの断面は、図３Ａと同様にベイパーチャンバー装置の幅方向である。

【0063】

図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、図４Ａのベイパーチャンバー装置１００ｇと図３Ａのベイパーチャンバー装置１００ｅとの主な相違点は、本実施形態では、ベイパーチャンバー装置１００ｇが、熱源１０に対応する領域の溝１１４に充填された第３の毛細管構造１４０をさらに含むことである。

【0064】

第３の毛細管構造１４０は、金属粉末、不織金属ウール、または化学的または物理的に生成されたナノ構造を含む。本実施形態では、第３の毛細管構造１４０は、焼結毛細管構造を例として挙げており、例えば、溝１１４の局所領域で金属粉末が焼結されている。もちろん、他の実施形態では、第３の毛細管構造１４０の形態は、これに限定されない。第１の毛細管構造１３０は、多数の内部孔を有する発泡金属層であっても良く、第３の毛細管構造１４０（金属粉末、または化学的または物理的に生成されたナノ構造）は、金属発泡層の孔に充填されても良い。

【0065】

本実施形態では、熱源１０近傍の第２の毛細管構造１１３に毛管力の強い金属粉末または金属ウールを添加することにより、毛管力が増大し、乾燥耐性が向上する。また、第３の毛細管構造１４０は、第２の毛細管構造１１３のうち熱源１０に対応する位置にのみ配置されているため、液体の還流経路が妨げられることがない。

【0066】

なお、本実施形態では、熱源１０の領域に対応する第３の毛細管構造１４０はより強い毛管力を有し、第１の毛細管構造１３０によって覆われた第２の毛細管構造１１３の溝１１４は、より低い流れ抵抗とより強い毛管力の両方を有するので、３つの毛細管構造を適切に組み合わせると、作動流体が熱源１０に近い蒸発領域により迅速に戻るため、ベイパーチャンバー装置の蒸発領域が乾燥しにくくなり、放熱効率が好ましくなる。

【0067】

図５Ａは、本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。図５Ｂは、図５Ａのベイパーチャンバー装置の第１の筐体の概略上面図である。図５Ｃは、図５Ａのベイパーチャンバー装置の第２の筐体の内面の概略図である。

【0068】

図５Ａから図５Ｃを参照すると、図５Ａのベイパーチャンバー装置１００ｈと図１Ｂのベイパーチャンバー装置１００との主な相違点は、本実施形態では、第１の側壁１１７及び第２の側壁１２８の一方が環状の凸条１５０を含み、第１の側壁１１７及び第２の側壁１２８の他方が環状の溝１５２を含むことである。例えば、第１の側壁１１７は環状の凸条１５０を含み、第２の側壁１２８は環状の溝１５２を含む。環状の凸条１５０は第１の突出部１１７ａを取り囲み、環状の溝１５２は第２の突出部 １２２を取り囲む。環状の溝１５２には、環状の凸条１５０が埋め込まれている。

【0069】

本実施形態では、第１の筐体１１０及び第２の筐体１２０は金属であり、環状の凸条１５０及びリ環状の溝１５２は、製造工程において予め作製され得る。環状の凸条１５０の幅は、環状の溝１５２の幅より若干大きくても良く、環状の凸条１５０が環状の溝１５２に埋め込まれると、環状の凸条１５０が環状の溝１５２内にしっかりと押し込まれ、圧縮による変形によって封止を提供することができる。この工程は、延性に優れたアルミニウム製の第１の筐体１１０及び第２の筐体１２０に特に適している。

【0070】

また、図５Ａに示されるように、本実施形態では、ベイパーチャンバー装置１００の封止を強化するために、第１の側壁１１７及び第２の側壁１２８は、端部に封止領域１５４を有する。封止領域１５４は、環状の凸条１５０及び環状の溝１５２を取り囲み、また、環状の凸条１５０及び環状の溝１５２を取り囲む領域を覆っても良い。つまり、ベイパーチャンバー装置１００の端部は、ピンチシール、拡散接合、ろう付け、はんだ付け、レーザ溶接、またはアーク溶接をさらに採用して、第２の真空封止の効果を達成する。

【0071】

もちろん、本実施形態の環状の溝１５２に埋め込まれた環状の凸条１５０の構造と、封止領域１５４としてのベイパーチャンバー装置１００の端部の設計は、上述した他の実施形態のベイパーチャンバー装置１００から１００ｇにも適用することができ、図５Ａに限定されるものではない。

【0072】

上記実施形態のベイパーチャンバー装置では、第１の筐体の第１の突出部が第２の板部の接続領域に接続されているので、第１の筐体と第２の筐体とを良好に接続することができ、大面積、低コストのベイパーチャンバーを製造することができる。ベイパーチャンバー装置は、アルミニウムを冷間加工で接続して、強力な放熱性能を備えた薄型ベイパーチャンバーを製造するのに適しており、５Ｇ基地局、高出力ファンレスコンピューターケースの表面での自然対流放熱、エネルギー貯蔵または自動車用リチウム電池モジュールの温度制御に応用され、大面積の熱放散に用いられる。

【0073】

図６は、本発明の別の実施形態に係るベイパーチャンバー装置の概略断面図である。図６を参照すると、図６のベイパーチャンバー装置１００ｉと図１Ｂのベイパーチャンバー装置１００との主な相違点は、本実施形態では、ベイパーチャンバー装置１００ｉが、第１の毛細管構造１３０から延在する複数の延長毛細管層１３２をさらに含み、第１の毛細管構造１３０と一体化されており、延長毛細管層１３２が第１の突出部１１７ａを取り囲んでいることである。延長毛細管層１３２の設計により、第２の筐体１２０の凝縮液体が、第１の筐体１１０上の第１の毛細管構造１３０内の熱源１０の上の蒸発領域に還流することが容易になるので、熱サイクルが形成される。もちろん、延長毛細管層１３２は、図６に限定されることなく、上述の他の実施形態にも適用することができる。

【0074】

また、図５Ａにおける環状の溝１５２に埋め込まれた環状の凸条１５０の構造及び封止領域１５４の設計は、本実施形態のベイパーチャンバー装置１００ｉにも適用することができる。

【0075】

まとめると、本発明のベイパーチャンバー装置の第１の側壁は第２の側壁に接続され、第１の筐体の第１の突出部は第２の板部の接続領域に接続されて、第１の筐体と第２の筐体の構造強度を向上させ、内圧の変化による変形を防止する。また、第１の突出部と第２の突出部とが千鳥状に配置されているため、第１の筐体と第２の筐体とを精密に位置合わせする必要がなく、たとえ製造工程において第１の筐体と第２の筐体との間にズレが生じても、第１の突出部と第２の板部の接続領域との接続に影響を与えることがなく、工程が便利である。さらに、第１の毛細管構造は第１の板部の内面の上に配置され、第２の筐体の第２の突出部は第１の毛細管構造に当接し、ベイパーチャンバー装置内部の真空の低圧に係る崩壊や変形を回避することができる。したがって、本発明のベイパーチャンバー装置は、より優れた構造強度を有し、製造が容易である。

【0076】

本発明の範囲または精神から逸脱することなく、開示された実施形態に対してさまざまな修正及び変形を行うことができることは、当業者には明らかである、今後のことを考慮して、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある限り、修正及び変形を包含することが意図されている。

【産業上の利用可能性】

【0077】

本発明のベイパーチャンバー装置は、５Ｇ基地局、高出力ファンレスコンピューターケースの表面での自然対流放熱、エネルギー貯蔵または自動車用リチウム電池モジュールの温度制御に応用され、大面積の熱放散に用いられる。

【符号の説明】

【0078】

Ａ１： 軸方向
ｇ： 作動流体
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３： 高さ
１０： 熱源
１００、１００ｄ、１００ｅ、１００ｇ、１００ｈ、１００ｉ： ベイパーチャンバー装置
１１０、１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｈ： 第１の筐体
１１１： 第１の板部
１１１２： 内面
１１１４： 外面
１１２： 凸条
１１３： 第２の毛細管構造
１１４、１１５、１１８、１１９： 溝
１１７： 第１の側壁
１１７ａ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ： 第１の突出部
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｈ： 第２の筐体
１２１： 第２の板部
１２２、１２２ａ、１２２ｂ： 第２の突出部
１２２ｂ： 第１の支柱
１２３、１２５、１２７： 第２の支柱
１２４： 蒸気通路
１２８： 第２の側壁
１２９： 接続領域
１３０： 第１の毛細管構造
１３２： 延長毛細管層
１４０： 第３の毛細管構造
１５０： 環状の凸条
１５２： 環状の溝
１５４： 封止領域

【要約】      （修正有）

【課題】良好な構造強度を有し、容易に変形せず、精密な位置合わせを必要としない、製造が容易なベイパーチャンバー装置を提供する。
【解決手段】ベイパーチャンバー装置１００は、第１の筐体１１０と、第１の毛細管構造１３０と、第２の筐体１２０と、を含む。第１の毛細管構造１３０は、第１の板部１１１の内面１１１２の上に配置され、第１の突出部１１７ａ取り囲む。第２の筐体１２０は、第２の板部１２１と、複数の第２の突出部１２２と、第２の側壁１２８と、を含む。第１の側壁１１７は、第２の側壁１２８に接続されており、第２の突出部１２２の間に複数の蒸気通路が形成されている。第２の板部１２１は、第２の突出部１２２によって譲り出される複数の接続領域を含み、第１の突出部１１７ａは接続領域に接続される。第２の突出部１２２は、第１の毛細管構造１３０に当接する。
【選択図】図１Ｂ

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図1G】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】