JP2012141094A - Flexible heat sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱源からの熱エネルギーを効率的に移動させて熱源から離れた位置で放熱さえることができるヒートパイプに関するものであり、特に、薄型化及び軽量化を図ることができ、上下方向に変形可能な柔軟性を備えているフレキシブルヒートシートに関する。 The present invention relates to a heat pipe that can efficiently dissipate heat energy from a heat source and dissipate heat even at a position away from the heat source, and in particular, can be reduced in thickness and weight, and in the vertical direction. The present invention relates to a flexible heat sheet having a deformable flexibility.
パーソナルコンピュータ、AV、家電等の各種電気機器に搭載された電子部品は使用時に熱を発生する。電子部品は過度な温度上昇があると性能が劣化するため、電気機器の動作が不安定になり、故障の要因となる。従って、電子部品が発生する熱の対策が必須であり、ファン等による放熱対策が行われている。 Electronic components mounted on various electric devices such as personal computers, AVs, and home appliances generate heat during use. When an electronic component is excessively heated, its performance deteriorates, so that the operation of the electric device becomes unstable and causes a failure. Therefore, it is essential to take measures against heat generated by the electronic components, and measures to dissipate heat by a fan or the like are taken.
近年の各種電気機器の高性能化により、電子部品の発熱量はさらに増加し、電気機器の薄型化や軽量化のために、電子部品は高密度に実装されており、発熱密度が高まっている。つまり、電子部品は従来以上に過度な温度上昇を発生する可能性がある上、他の電子部品が発生した熱によって高温にさらされる可能性がある。つまり、電気機器に搭載された電子部品が発生する熱をより効率よく放熱する放熱部品が必須となっている。高発熱部品として特徴的なCPUの発熱密度は2004年に空冷の限界といわれる60W/cm2を超え、金属で加工された従来のヒートパイプでは対応が困難であり、これに対応できる新しいヒートパイプが望まれている。その一つとして、ヒートパイプとCPU等の半導体の接触面における接着性または加工性の点で優れている樹脂を筐体としたヒートパイプが望まれている。また、従来では、高発熱機器を効率的に放熱するため、放熱効果が高い位置に高発熱機器を実装するなど、実装面において制限があった。このような観点からも、電子機器の実装位置を放熱部品にとらわれず実装できる、柔軟性のある放熱部品が強く望まれている。 Due to the recent high performance of various electrical devices, the amount of heat generated by electronic components has further increased, and electronic components have been mounted at a high density to reduce the thickness and weight of electrical devices, increasing the heat generation density. . That is, the electronic component may generate an excessive temperature rise more than before, and may be exposed to a high temperature by heat generated by other electronic components. That is, a heat dissipating component that efficiently dissipates heat generated by the electronic component mounted on the electric device is essential. The heat generation density of the CPU, which is characteristic as a high heat generation component, exceeded 60 W / cm 2, which is said to be the limit of air cooling in 2004, and it is difficult to cope with conventional heat pipes processed with metal, and a new heat pipe that can cope with this Is desired. As one of them, there is a demand for a heat pipe having a housing made of a resin excellent in adhesiveness or workability at a contact surface between a heat pipe and a semiconductor such as CPU. Conventionally, in order to efficiently dissipate high heat generating devices, there are limitations on the mounting surface, such as mounting high heat generating devices at positions where heat dissipation effect is high. From this point of view, a flexible heat dissipating component that can mount the mounting position of the electronic device without being constrained by the heat dissipating component is strongly desired.
例えば、パーソナルコンピュータでは、中央演算処理装置(CPU)等からの発熱を放熱するために、銅などの金属パイプ製のコンテナを用いたヒートパイプによる放熱対策を行っている(特許文献1参照)。また、近年の薄型化、軽量化、小型化した電子機器では、薄型であり、柔軟性に優れたシート状のヒートパイプによる放熱対策を行っている(特許文献2参照)。 For example, in a personal computer, in order to dissipate heat generated from a central processing unit (CPU) or the like, heat dissipation measures using a heat pipe using a metal pipe container such as copper are taken (see Patent Document 1). Further, in recent electronic devices that have been made thinner, lighter, and smaller, a heat dissipation measure is taken with a sheet-like heat pipe that is thin and excellent in flexibility (see Patent Document 2).
一般的なヒートパイプの構造は、発熱部に密接した一方の端部で作動媒体(作動液)が蒸発して蒸気となり、この蒸気がヒートパイプ内の流体流路を通って放熱部に密接した他方の端部に移動する。放熱部に移動した作動液の蒸気は冷却され凝縮して液体にもどり、再び発熱部に密接した他方の端部に移動する。この蒸発と凝縮による作動液の移動を繰り返すことによって、電子機器の発熱部で発生した熱を放熱部で効率よく冷却することができる。なお、ヒートパイプパイプ内部にはウィックと呼ばれる毛細管構造を持たせており、ウィックの毛細管力によって作動媒体の還流が連続的に行われている。 In a general heat pipe structure, the working medium (hydraulic fluid) evaporates at one end close to the heat generating part to become vapor, and this vapor is in close contact with the heat radiating part through the fluid flow path in the heat pipe. Move to the other end. The vapor of the working fluid that has moved to the heat radiating portion is cooled and condensed to return to the liquid, and again moves to the other end that is in close contact with the heat generating portion. By repeating the movement of the working fluid by evaporation and condensation, the heat generated in the heat generating part of the electronic device can be efficiently cooled by the heat radiating part. The heat pipe pipe has a capillary structure called a wick, and the working medium is continuously recirculated by the capillary force of the wick.
特許文献1のヒートパイプは、銅などの熱伝導率の良い金属を用いてコンテナを形成しているため、効率良く熱を伝達することができる。しかし、金属パイプ製のコンテナは軽量化することが難しく、形状の自由度や柔軟性に乏しいという問題がある。従って、電子機器の実装位置はヒートパイプの位置に制限があり、また、電気機器の実装時にズレが生じ、ヒートパイプとの間で隙間が生じた場合、容易に修正することが難しいため十分な接触熱伝導を確保できないという問題がある。 Since the heat pipe of patent document 1 forms the container using metal with good heat conductivity, such as copper, it can transfer heat efficiently. However, it is difficult to reduce the weight of a metal pipe container, and there is a problem that the degree of freedom in shape and flexibility are poor. Therefore, the mounting position of the electronic device is limited in the position of the heat pipe, and when there is a gap between the mounting of the electric device and a gap is generated between the heat pipe, it is difficult to easily correct the mounting position. There is a problem that contact heat conduction cannot be secured.
特許文献2のシート状ヒートパイプでは、フィルム材料を用いてコンテナをシート状に形成しているため、薄型、軽量、かつ柔軟性を有しており、可動部にも使用可能である。しかし、このシート状ヒートパイプは、金属箔等の2枚のフィルムをシーラント層により貼り合わせてコンテナを形成したものであるため、折り曲げを繰り返し受けるとシール性能が劣化し、空気等のガスがコンテナ内部に流入する現象が生じやすい。この結果、コンテナ内部では所定の圧力を維持できなくなり、ヒートパイプの性能が大幅に劣化し、充分な信頼性を保証することが困難であるという問題がある。 In the sheet-like heat pipe of Patent Document 2, since the container is formed into a sheet shape using a film material, the sheet-like heat pipe is thin, lightweight, flexible, and can be used for a movable part. However, this sheet-like heat pipe is a container formed by laminating two films of metal foil or the like with a sealant layer. Therefore, when repeatedly bent, the sealing performance deteriorates, and gas such as air is discharged into the container. Phenomenon that flows into the interior tends to occur. As a result, there is a problem that a predetermined pressure cannot be maintained inside the container, the performance of the heat pipe is greatly deteriorated, and it is difficult to guarantee sufficient reliability.
さらに、上記したシート状ヒートパイプは、ウィックを用いて作動媒体を還流させている。このウィックには、金属のメッシュワイヤーあるいは多孔質金属焼結体あるいはコンテナ自体に微細な溝構造をもたせて毛細管力を付与したものが知られている。しかし、ウィックを用いると構造が複雑となるため、シート状の安定した量産が難しい。また、品質管理が困難なため、高価となる問題がある。また、ウィックはコンテナ内部でコンタミネーションを発生し易く、還流性能の劣化が起こりやすくなるため、汎用し難いという問題もある。 Further, the sheet-like heat pipe described above uses a wick to recirculate the working medium. As this wick, a metal mesh wire, a porous metal sintered body, or a container provided with a fine groove structure to give a capillary force is known. However, when a wick is used, the structure becomes complicated, so that stable mass production in a sheet form is difficult. Moreover, since quality control is difficult, there exists a problem which becomes expensive. In addition, the wick is liable to be contaminated inside the container, and the reflux performance is likely to be deteriorated.
また、上記のヒートパイプでは、フロンガス等の熱交換媒体が使用されており、高コストである。PC等の電子機器のように、狭い領域で高効率の熱交換が求められる場所にこれらのヒートパイプを使用する場合にはこれでよいが、例えば道路や屋根の融雪装置等に使用する場合、広い面積のヒートパイプが必要になり、従来のヒートパイプではコストが高くなり、これらの分野における実用化の障害となっている。 Further, in the above heat pipe, a heat exchange medium such as Freon gas is used, which is expensive. If these heat pipes are used in places where high-efficiency heat exchange is required in a narrow area, such as an electronic device such as a PC, this is sufficient, but for example, when used for a snow melting device on a road or roof, A heat pipe having a large area is required, and the cost of the conventional heat pipe is high, which is an obstacle to practical use in these fields.
本発明は、上記した課題に着目してなされたものであり、薄型、軽量かつ柔軟であり、折り曲げを繰り返しても性能を維持することができ、構造が簡単で廉価なフレキシブルヒートシートを提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and provides a flexible heat sheet that is thin, lightweight, flexible, can maintain its performance even after repeated bending, has a simple structure, and is inexpensive. For the purpose.
上記した目的を達成するために、本発明の第1の態様に係るフレキシブルヒートシートは、1種類又は2種類の可撓性を有するフィルム状のシートを重ねて袋状に密封した袋状のフィルム製シートと、前記袋状のフィルム製シートの内部に封入され、該袋状フィルム製シート上の対向する端部近傍に設けられた吸熱部及び放熱部の間を移動して熱エネルギーを移送する作動媒体と、前記袋状のフィルム製シートの少なくとも一方の内面に形成され、前記作動媒体の移動方向に沿って設けられた複数の溝と、前記袋状のフィルム製シートの内部に配置され、前記作動媒体が移動する流路を維持する複数のスペーサと、を備え、前記袋状のフィルム製シートの少なくとも前記複数の溝を有する部分は、前記作動媒体の表面張力を増加させるための表面処理が施されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the flexible heat sheet according to the first aspect of the present invention is a bag-like film in which one or two types of flexible film-like sheets are stacked and sealed in a bag shape. The sheet is enclosed within the bag-shaped film sheet and moved between a heat absorbing portion and a heat radiating portion provided in the vicinity of opposite ends on the bag-shaped film sheet to transfer thermal energy. A working medium, a plurality of grooves formed along the moving direction of the working medium, formed on the inner surface of at least one of the bag-like film sheet, and disposed inside the bag-like film sheet; A plurality of spacers for maintaining a flow path through which the working medium moves, and a portion having at least the plurality of grooves of the bag-like film sheet is for increasing the surface tension of the working medium. Wherein the surface treatment is applied.
このように、袋状のフィルム製シートの少なくとも一方の面の内側に形成した溝部分に表面処理を施すことで、溝の表面の濡れ性が向上し、作動媒体を効率良く還流することができる。また、作動媒体の還流を溝によって行うため、品質管理が容易な構成とすることができる。さらに袋状のフィルム製シートの内面にスペーサが設けられているため、フィルム製シート内部の内圧が低い場合であっても、作動媒体の流路を維持することが可能となる。 In this way, by performing surface treatment on the groove portion formed on the inside of at least one surface of the bag-like film sheet, the wettability of the groove surface is improved and the working medium can be efficiently refluxed. . In addition, since the working medium is refluxed by the groove, the quality control can be easily performed. Furthermore, since the spacer is provided on the inner surface of the bag-like film sheet, the flow path of the working medium can be maintained even when the internal pressure inside the film sheet is low.
本発明の第2の態様に係るフレキシブルヒートシートは、複数の前記スペーサが、前記溝に沿って整列して配置されることを特徴とする。このように、スペーサが溝に沿って設けられているため、スペーサが作動媒体を案内するガイドと機能し、より効率的な熱移送が可能となる。 The flexible heat sheet according to the second aspect of the present invention is characterized in that a plurality of the spacers are arranged along the groove. Thus, since the spacer is provided along the groove, the spacer functions as a guide for guiding the working medium, thereby enabling more efficient heat transfer.
本発明の第3の態様に係るフレキシブルヒートシートは、前記袋状のフィルム製シート内が大気圧以下に減圧されていることを特徴とする。これにより、常温近辺での熱交換効率をより向上させることが可能となる。 The flexible heat sheet according to the third aspect of the present invention is characterized in that the inside of the bag-shaped film sheet is depressurized to an atmospheric pressure or lower. Thereby, it becomes possible to improve the heat exchange efficiency in the vicinity of normal temperature.
本発明の第4の態様に係るフレキシブルヒートシートは、 前記フィルム状のシートが、前記袋状のフィルム製シートを大気圧以下に減圧しても、前記スペーサにより、前記作動媒体の移動通路を形成可能な剛性を備えることを特徴とする。これにより、フィルムの柔軟性を維持しつつ、袋状のフィルム製シート内部を減圧状態に保つことが可能となる。 The flexible heat sheet according to the fourth aspect of the present invention is such that, even if the film-like sheet depressurizes the bag-like film sheet to an atmospheric pressure or less, the movement path of the working medium is formed by the spacer. It is characterized by having possible rigidity. Thereby, it becomes possible to maintain the inside of a bag-shaped film sheet in a reduced pressure state while maintaining the flexibility of the film.
本発明の第5の態様に係るフレキシブルヒートシートは、前記袋状のフィルム製シートの少なくとも前記溝が形成された面の一部または全部が、プラズマを照射されて、表面の親和性を高くするよう加工処理されていることを特徴とする。プラズマ照射することにより、フィルム製シート表面の作動液との濡れ性が向上し、表面張力を高めることが可能となる。 In the flexible heat sheet according to the fifth aspect of the present invention, at least part or all of the surface of the bag-shaped film sheet on which the groove is formed is irradiated with plasma to increase the surface affinity. It is characterized by being processed. By irradiating with plasma, the wettability with the working fluid on the film sheet surface is improved, and the surface tension can be increased.
本発明の第6の態様に係るフレキシブルヒートシートは、前記作動媒体が、水からなることを特徴とする。環境破壊が懸念されるフロンガス等を使用せずに、水を作動媒体とすることにより、漏れ、充填において安易なフレキシブルシートを提供できる。このように水を使用する場合、動作温度が100℃より低い場合には、フレキシブルヒートシート内部を大気圧以下に保持する必要があり内圧が大気圧となるのを防止するために本願発明では複数のスペーサが設けられているため、作動媒体が移動する流路は維持される。 The flexible heat sheet according to the sixth aspect of the present invention is characterized in that the working medium is made of water. By using water as a working medium without using chlorofluorocarbon or the like, which may cause environmental damage, a flexible sheet that is easy to leak and fill can be provided. When water is used in this way, when the operating temperature is lower than 100 ° C., it is necessary to keep the inside of the flexible heat sheet at atmospheric pressure or lower, and in the present invention, in order to prevent the internal pressure from becoming atmospheric pressure, Therefore, the flow path through which the working medium moves is maintained.
本発明の第7の態様に係るフレキシブルヒートシートは、前記フィルム製シートの前記溝が形成されたシートの外面の少なくとも吸熱部及び放熱部の位置に、高い熱伝導率の材料からなる薄い熱伝達部を設けたことを特徴とする。 The flexible heat sheet according to the seventh aspect of the present invention is a thin heat transfer made of a material having a high thermal conductivity at least at the position of the heat absorption part and the heat radiation part of the outer surface of the sheet on which the groove of the film sheet is formed. A feature is provided.
本発明の第8の態様に係るフレキシブルヒートシートは、前記スペーサが、前記溝に沿って伸び、一定間隔で切欠を備える細長いスペーサ部材であり、該スペーサ部材は、少なくとも前記袋状のフィルム製シートの上下方向に撓む可撓性を有することを特徴とする。このように溝に沿って延びる細長いスペーサ部材を用いることにより、フレキシブルヒートシート外部の大気圧圧に耐えて内部を100℃以下で動作する減圧状態として作動媒体の移送効率を上げることが可能となる。また、スペーサ部材を上下方向に可撓性を持たせることにより、フレキシブルヒートシートの柔軟性を維持することが可能となる。 The flexible heat sheet according to an eighth aspect of the present invention is an elongated spacer member in which the spacer extends along the groove and has notches at regular intervals, and the spacer member is at least the bag-shaped film sheet. It has the flexibility which bends in the up-down direction. By using an elongated spacer member extending along the groove in this way, it is possible to increase the efficiency of transferring the working medium in a reduced pressure state that withstands atmospheric pressure outside the flexible heat sheet and operates at 100 ° C. or lower. In addition, the flexibility of the flexible heat sheet can be maintained by providing the spacer member with flexibility in the vertical direction.
本発明の第9の態様に係るフレキシブルヒートシートは、前記スペーサ部材が複数設けられ、該複数のスペーサ部材は可撓性を有する細い保持部材により連結されていることを特徴とする。 The flexible heat sheet according to a ninth aspect of the present invention is characterized in that a plurality of the spacer members are provided, and the plurality of spacer members are connected by thin holding members having flexibility.
本発明の第10の態様に係るフレキシブルヒートシートは、前記熱伝達部が、金属材料を所望のフィルム外面に真空蒸着することにより形成されていることを特徴とする。真空蒸着した熱伝達部により、発熱部または放熱部の熱抵抗を小さくすることができるとともに、作動液の漏れをより効率的に抑制することが可能となる。 The flexible heat sheet according to the tenth aspect of the present invention is characterized in that the heat transfer section is formed by vacuum-depositing a metal material on a desired film outer surface. The heat transfer portion that is vacuum-deposited can reduce the heat resistance of the heat generating portion or the heat radiating portion, and can more effectively suppress the leakage of the working fluid.
本発明の他の態様に係るフレキシブルヒートシートは、1種類又は2種類の可撓性を有するフィルム状のシートを重ねて袋状に密封した袋状のフィルム製シートと、前記袋状のフィルム製シートの内部に封入され、該袋状フィルム製シート上の対向する端部近傍に設けられた吸熱部及び放熱部の間を移動して熱エネルギーを移送する作動媒体と、前記袋状のフィルム製シート内に封入された柔軟性を有する薄い板状部材と、前記薄い板状部材の少なくとも一方の面に形成され、前記作動媒体の移動方向に沿って設けられた複数の溝と、前記薄い板状部材と袋状のフィルム製シートの間に配置され、前記作動媒体が移動する流路を維持する複数のスペーサと、
を備え、前記薄い板状部材の少なくとも前記複数の溝を有する部分には、前記溝の表面エネルギーを高めるための表面処理が施されていることを特徴とする。
The flexible heat sheet according to another aspect of the present invention includes a bag-shaped film sheet in which one or two types of flexible film-shaped sheets are stacked and sealed in a bag shape, and the bag-shaped film-made sheet. A working medium that is sealed inside the sheet and moves between a heat absorbing portion and a heat radiating portion provided in the vicinity of opposing ends on the bag-shaped film sheet, and transfers heat energy; and the bag-shaped film A flexible thin plate-like member enclosed in a sheet, a plurality of grooves formed on at least one surface of the thin plate-like member and provided along a moving direction of the working medium, and the thin plate A plurality of spacers that are disposed between the sheet-like member and the bag-shaped film sheet, and maintain a flow path through which the working medium moves;
And at least a portion of the thin plate-like member having the plurality of grooves is subjected to a surface treatment for increasing the surface energy of the grooves.
本発明のさらに他の態様に係るフレキシブルヒートシートは、1種類又は2種類の可撓性を有するフィルム状のシートを重ねて袋状に密封した袋状のフィルム製シートと、前記袋状のフィルム製シートの内部に封入され、該袋状フィルム製シート上の対向する端部近傍に設けられた吸熱部及び放熱部の間を移動して熱エネルギーを移送する作動媒体と、前記袋状のフィルム製シートの少なくとも一方の内面、及び前記袋状のフィルム製シート内に封入された柔軟性を有する薄い板状部材の少なくとも一方の面に形成され、前記作動媒体の移動方向に沿って設けられた複数の溝と、前記袋状のフィルム製シートと前記薄い板状部材の間に配置され、前記作動媒体が移動する流路を維持する複数のスペーサと、を備え、前記袋状のフィルム製シート及び前記薄い板状部材の少なくとも前記複数の溝を有する部分は、前記作動媒体の表面張力を増加させるための表面処理が施されていることを特徴とする。 The flexible heat sheet according to still another aspect of the present invention includes a bag-like film sheet in which one or two types of flexible film-like sheets are stacked and sealed in a bag shape, and the bag-like film. A working medium encapsulated inside a sheet-made sheet and moved between a heat-absorbing part and a heat-radiating part provided in the vicinity of opposing ends on the sheet-like film-like sheet, and the bag-like film Formed on at least one inner surface of at least one sheet-made sheet and at least one surface of a flexible thin plate-like member enclosed in the bag-shaped film sheet, and provided along the moving direction of the working medium A plurality of grooves, and a plurality of spacers arranged between the bag-shaped film sheet and the thin plate-like member and maintaining a flow path through which the working medium moves, and the bag-shaped film sheet And a portion having at least the plurality of grooves of said thin plate-like member, characterized in that the surface treatment to increase the surface tension of the working medium is applied.
本発明によれば、熱交換媒体として例えば水を使用することも可能であり、薄型、軽量かつ柔軟であり、折り曲げを繰り返しても性能を維持し、構造が容易かつ製造コストを抑えたフレキシブルヒートシートが得られるようになる。 According to the present invention, it is possible to use, for example, water as a heat exchange medium, and it is thin, lightweight and flexible, maintains its performance even after repeated bending, has a simple structure, and has a low manufacturing cost. A sheet can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態に係るフレキシブルヒートシートの外観を示し、図2(a)は図1に示すフレキシブルヒートシートの短辺方向の断面図、図2(b)は図2(a)のA部分の部分拡大図、図2(c)は図2(b)に熱交換用の作動媒体(作動液)を入れた状態を示す部分拡大断面図である。図3は長尺方向の断面図であり、図4は図1のフレキシブルシートの内部構造を示す図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the appearance of a flexible heat sheet according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a cross-sectional view of the flexible heat sheet shown in FIG. 1, and FIG. 2 (b) is FIG. FIG. 2C is a partially enlarged cross-sectional view showing a state where a heat exchange working medium (working fluid) is put in FIG. 2B. 3 is a cross-sectional view in the longitudinal direction, and FIG. 4 is a view showing the internal structure of the flexible sheet in FIG.
図1乃至図3に示すように、本実施形態に係るフレキシブルヒートシート10は、袋状のフィルム製シート形状となっており、その内部に熱交換を行うための作動媒体29が封入されている。袋状のフィルム製シート19は、矩形のフィルム製シート17a、17bを重ね合わせ、斜線で示す周辺部13a、13b、13cを、例えばヒートバー等によって熱溶着することにより作製される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
フィルム製シート17a、17bは、密封性と一定の柔軟性を有する合成樹脂製のシートで形成されるのが好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等を用いることができる。ここで、「一定の柔軟性」とは、袋状のフィルム製シート19を大気圧以下にしても、内部のスペーサ(後述する)との間に大気圧以下の減圧された空間を維持することができる程度の剛性を有しており、かつ少なくとも袋状フィルム製シートの平面を上下方向に柔軟に変形可能である程度の柔軟性をいう。また、「密封性」とは、水その他の作動媒体が気化(蒸発)したときに、当該気体が外部に漏れず、かつ外部から気体が侵入しない程度の密封性をいう。
The
本実施形態では、図2(b)の部分拡大図に示すように、袋状のフィルム製シート19の片側の内面に、溝20が形成されている。この溝20に沿って液状の作動媒体29が毛細管力により熱源の方向(吸熱部の方向)に移動する。作動媒体29は吸熱部近傍において、熱源からの熱エネルギーを受けて蒸発する。蒸発した作動媒体29は袋状のフィルム製シート19内を冷却部の方に移動して、冷却部で冷やされることにより熱エネルギーを放出(放熱)して凝縮(液化)する。このようにして、作動媒体29による吸熱と放熱による熱交換が繰り返されて、熱源からの熱エネルギーを冷却部の方へ移動させ、熱源を効率的に冷却することができる。
なお、本実施形態では、溝20を袋状のフィルム製シートの片面のみに設けたが、袋状フィルム製シートの内面の両面に溝20を設けるように構成しても良い。
In this embodiment, as shown in the partially enlarged view of FIG. 2B, a
In this embodiment, the
図2(b)、(c)では、溝20の断面形状はV字状の溝を設けているが、溝の底面が水平なコの字状の溝または半円としても良く、作動液が溝に全体を充足する断面であれば拘らない。溝断面積は0.03〜0.5mm2程度が好ましい。溝の断面積及び形状、幅、深さは、フレキシブルヒートシートの熱負荷、作動媒体、毛細管力等考慮して、適宜最適な値及び形状を用いることができる。
2 (b) and 2 (c), the
また、袋状のフィルム製シート19の溝20は、例えばプラズマ処理等の表面処理により、が施されている。この表面処理により、溝界面におけるシートと作動液との接触角が鋭角となり、溝20の内面は表面張力が強くなり、作動媒体29の移動を活発にさせることができる。この現象は、プラズマ処理により、フィルム製シート17a、17bの表面の表面エネルギーが高まるため、作動液29が表面に触れた時に、エネルギーが低い方向へ力が作用することによるものである。本発明におけるプラズマ処理は、例えば、Ar、N2,O2、CF4またはこれらの混合ガス雰囲気中で行う。上記ガス雰囲気中にフィルム製シート17aを載置する。この状態で1000〜6000Wのマイクロ波により、上記ガスがプラズマ化し、溝20の表面のエネルギーが増す。これにより、溝20での作動流体との接触角が鋭角となり表面張力が大幅に向上する。なお、溝20の処理はプラズマ処理に限らず、表面エネルギーが高い金属メッキなど表面張力を向上させる表面改質をすることのできる処理であれば、他の方法を採用しても良い。
Further, the
溝20が形成されたフィルム製シート17aの外面側の一部には、金属板材等の熱抵抗の低い高熱伝導率材料からなる熱伝達部材15が取り付けられている。熱伝達部材15は、必ずしも外面の全面に設けられている必要はないが、少なくとも吸熱部と放熱部の位置に取り付けられている。また、熱伝達部材15は、例えば、薄膜金属(ステンレスなど)を17aの外面一面に蒸着する等により、フィルムの柔軟性を維持できることが望ましい。
A
従来のヒートパイプでは高効率化のために、作動液として、フロンガスのように使用動作温度である常温〜50度ほどの100度以下の比較的低い温度で気化(蒸発)及び凝縮(液化)する(相変化する)ものが使用されている。しかし、本願発明では、作動液として水を用いることができる構成としている。作動媒体として水を用いることによりコストの低減が可能となり、さらに作動液の漏れや、充填に際しても容易に実施し、環境にも適応でき、道路や屋根等の大面積部分への敷設が可能となる。これにより、融雪用ヒートシート等の利用分野の拡大が可能となる。 In the conventional heat pipe, in order to increase efficiency, the working fluid is vaporized (evaporated) and condensed (liquefied) as a working fluid at a relatively low temperature of 100 ° C. or less, which is a normal operating temperature of about 50 ° C., such as CFC gas. (Phase change) is used. However, in this invention, it is set as the structure which can use water as a hydraulic fluid. By using water as the working medium, it is possible to reduce the cost, and it can be easily applied to the leakage and filling of the working fluid, can be adapted to the environment, and can be installed on large areas such as roads and roofs. Become. This makes it possible to expand the field of use such as a heat melting snow sheet.
図4に示す通り、袋状のフィルム製シート19は、両フイルムシート17a、17bの間に複数のスペーサ25が設けられている。これは、袋状フィルム製シートの内部を大気圧よりも低い減圧状態に維持するとともに、袋状フィルム製シート内の空間(流体流路27)を確保する機能を有する。作動液は、上述したとおり、常温〜50度程度の比較的低い温度で蒸発・凝縮の相変化をすることが好ましいため、袋状フィルム製シートの内部圧を大気圧以下に減圧して使用することが望ましい。
As shown in FIG. 4, the bag-shaped
特に作動液として水を用いる場合には、袋状フィルム製シートの内部空間を大気圧より減圧することにより、水(作動液)を100℃以下で作動液を蒸発させることが望ましい。このように内部圧を大気圧以下に減圧すると、袋状シートが柔軟性を有するために大気圧により収縮してしまい、流体流路27を維持することができないのみならず、シートの内部の蒸気が大気圧となり、100℃以下での動作ができなくなる。そのため、作動液として水を用いる場合には特に、シート内の内部空間の減圧を維持するため、一定の剛性を備える柔軟性のあるシートを用いて袋状のフィルム製シートを形成するとともに、内部に所定の空間を保つためのスペーサを設けるのが望ましい。
In particular, when water is used as the working fluid, it is desirable to evaporate the working fluid at 100 ° C. or less by reducing the internal space of the bag-shaped film sheet from atmospheric pressure. If the internal pressure is reduced below the atmospheric pressure in this way, the bag-like sheet is contracted by the atmospheric pressure because it has flexibility, and not only the
なお、複数のスペーサは作動媒体の流れる方向に整列して配置することが望ましい。本実施例では、図3に示すように、長手方向に連続する長いスペーサ部材25が一定間隔で整列配置されている。スペーサ部材25には、図5に示すように、一定間隔で切り欠き部30が設けられている。切り欠き部30は、長いスペーサ部材25を、作動液の流れる方向(図4、5、6に示す矢印Bの方向)と直行する方向に沿って上下方向への変形を可能にするものであり、フィルム製ヒートシートの柔軟性を確保するために設けられているものである。従って、切り欠き部の形状は長いスペース部材の上下方向への変形を可能にする形状を適宜選択可能である。
The plurality of spacers are desirably arranged in alignment with the direction in which the working medium flows. In the present embodiment, as shown in FIG. 3,
図5等からわかるように、連続する長いスペーサ部材25は、複数の保持部材23により連結されている。保持部材23は、例えば鋼線のように細くて弾力を有する丈夫な材料であることが好ましい。保持部材23は、複数のスペーサ部材25同士の間隔を一定に保持するとともに、フィルム製ヒートシートを作動媒体29の移動方向(矢印B方向)と同じ方向に沿って上下方向に変形させることを可能にする。保持部材23は、流体流路27横切るので、できるだけ細くして、流体流路27をできるだけ遮蔽しないようにすることが望ましい。
As can be seen from FIG. 5 and the like, the continuous
複数のスペーサ部材25と保持部材23は、複数のスペーサ部材25を作動媒体の移動方向と平行に配置し、複数のスペーサ部材25に対し一定間隔で直角方向に設置するのが好ましい。このような構成にすることで、作動媒体29が還流する流体流路27が形成される。なお、複数のスペーサ部材25、及び複数の保持部材23は弾性材料で形成されることが好ましく、本実施形態ではスペーサ部材25はプラスチック樹脂を使用し、保持部材23としては細い鋼線を補強として使用している。スペーサ部材25は撥水処理により、作動液が停留しないように処理するのが好ましい。
The plurality of
上述のように、保持用部材23とスペーサ部材25を図3に示すように組み合わせ、袋状フィルム製シート19を長手方向に沿って内部へ封入し、作動媒体29で袋状フィルム製シート19内部を充填した後、開口された周縁部13dを溶着することにより、図1(a)に示す本実施形態に係るフレキシブルヒートシート10を形成することができる。なお、本実施形態における作動媒体29として水を用いた例を説明したが、水に限定することなく、樹脂との耐性が良い作動液であれば公知の作動液を使用しても良い。
As described above, the holding
また、スペーサとしては、図5のように長く連続した形状でなくとも、例えば、図6に示すように、短いスペーサ部材33を流体流路27に沿って複数配列してもよい。スペーサは、スペーサを一方のフィルム状シートに接着して配置しても良いが、フィルム面にレーザ光等を用いて深さ0.5mm程度の穴をあけ、その穴にプラスチック等からなる短いスペーサ部材33を嵌入することにより、フィルム内面から内側に向かって数mm程度突出させることにより固定することが望ましい。スペーサは、これらの形状に限定されるものではなく、上述したように、フレキシブルヒートシートの2次元的な柔軟性(後述する)を阻害しない形状であれば良い。
Further, as the spacers, a plurality of
本実施形態のフレキシブルヒートシート10は、袋状フィルム製シート19の内部圧力を調整することで適用温度領域の調整が可能であり、常温から100度まで適用可能となっている。なお、袋状フィルム製シート19の内部に複数のスペーサ部材25を設けているため、袋状フィルム製シート19の内部圧力を減圧しても、内部圧力が維持され、維持流体流路27による作動媒体29の還流が可能となる。
The
さらに、複数のスペーサ部材25に一定間隔で切り欠き部30を設けたことで袋状フィルム製シート17の長尺方向と直行する上下方向(短尺方向)に屈曲可能である。さらに、袋状フィルム製シート17の短尺方向に沿って、柔軟性を有する補強部材からなる複数の保持部材23を一定間隔で設置することにより、複数のスペーサ部材25を接続固定しているため、袋状フィルム製シート17を長尺方向と平行な方向に沿って屈曲することも可能となる。なお、このように袋状フィルム製シート17の長尺方向と平行及び直行する方向に屈曲変形可能な特性を、本願明細書では、2次元的な柔軟性と称している。
Furthermore, by providing the plurality of
袋状のフィルム製シートとしては、樹脂フィルム、合成樹脂フィルム、金属箔、金属箔と樹脂の複合フィルム、金属箔とゴムの複合フィルム、金属箔と高電熱性フィルムの複合フィルム、無機フィラーあるいは金属粉を充填した樹脂フィルム、または無機フィラーあるいは金属粉を充填したゴムからなる群から選ばれた少なくとも1種を用いて形成することができる。
また、溝を設けるとともにウィックを併用する構成とし、袋状フィルム製シート内にウィックを封入する構成としても良い。
Bag-like film sheets include resin film, synthetic resin film, metal foil, composite film of metal foil and resin, composite film of metal foil and rubber, composite film of metal foil and high electrothermal film, inorganic filler or metal It can be formed using at least one selected from the group consisting of a resin film filled with powder, or a rubber filled with inorganic filler or metal powder.
Moreover, it is good also as a structure which provides a groove | channel and uses a wick together, and encloses a wick in a bag-like film sheet.
このように本実施形態のフレキシブルヒートシート10は柔軟性があるため、電子機器の実装位置が放熱部品の実装位置に多少の段差が生じても、フレキシブルヒートシート10を屈曲させることで十分な接触熱伝導を確保可能となる。また、電子機器と放熱部品の実装時に生じる微妙な熱接触面のずれに関しても、屈曲させることで十分な接触熱伝導を確保できる。
As described above, since the
さらに、溝20に表面処理を施すことで、溝20の表面が改質され、濡れ性が向上されるため、図1(e)に示すように、溝20に作動媒体29が密着するため還流が効果的に行われる。また、溝20が成型された同一側の袋状フィルム製シート17aの外面に薄膜金属15を蒸着したことで、発熱部材の熱を効率良く本発明のフレキシブルヒートシート10に伝導できる。つまり、発熱部材の熱がフレキシブルヒートシート10に伝導されると、内部に封入された作動媒体29が蒸発する。そして、蒸発した作動媒体29が他方の端部に向かって移動し、凝縮されて再び液相に戻り、溝20により再度もう一方の端部へ戻る。つまり、作動媒体29還流を効率良く行うことができる。
Furthermore, the surface treatment of the
このように溝20により作動媒体29を還流するという、容易な構成であり、品質管理が容易となり、量産がしやすいため、製造コストを抑えたフレキシブルヒートシート10を提供できる。
In this way, the working
上述した実施形態では、袋状のフィルム製シートの内面の片面または両面に作動液を毛細管力により移動させる溝20を設けた例を説明した。しかし、本願発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、袋状のフィルム製シートの内面に溝20を設ける代わりに、同様の機能を有する溝20を設けた薄い柔軟性のある板状部材を、袋状のフィルム製シートの中に挿入するよう構成することも可能である。溝20は、薄い板状部材の片面のみ又は両面の双方に設けることができる。板状部材を袋状のフィルム製シートの内部に挿入する場合、溝20の形成される面側(両面に溝を設けた場合は両方)とフィルム製シートの間にスペーサ部材及び補強部材を設けることが望ましい。このような柔軟性を有する薄い板状部材は樹脂または金属等の材料で形成することができる。
In the above-described embodiment, the example in which the
なお、本発明の上記した実施形態における特徴は、実施形態に限定することなく、適宜適用することが可能であり、上記した実施形態に限定されず種々変形例を採用することが可能である。
例えば、複数のスペーサ部材は一連で形成されるものとしたが、流体流路が確実に形成される構造であれば、一連で形成されなくても良い。
Note that the features of the above-described embodiment of the present invention can be applied as appropriate without being limited to the embodiment, and various modifications can be adopted without being limited to the above-described embodiment.
For example, the plurality of spacer members are formed in series, but may not be formed in series as long as the fluid flow path is reliably formed.
10 フレキシブルヒートシート
13a、13b、13c、13d 周縁部
15 薄膜金属
17a、17b フィルム製シート
19 袋状フィルム製シート
20 溝
23 保持部材
25、33 スペーサ部材
27 流体流路
29 作動媒体
30 切り欠き
DESCRIPTION OF
Claims (21)
前記袋状のフィルム製シートの内部に封入され、該袋状フィルム製シート上の対向する端部近傍に設けられた吸熱部及び放熱部の間を移動して熱エネルギーを移送する作動媒体と、
前記袋状のフィルム製シートの少なくとも一方の内面に形成され、前記作動媒体の移動方向に沿って設けられた複数の溝と、
前記袋状のフィルム製シートの内部に配置され、前記作動媒体が移動する流路を維持する複数のスペーサと、
を備え、
前記袋状のフィルム製シートの少なくとも前記複数の溝を有する部分は、前記溝形成部分の表面エネルギーを高くするための表面処理が施されていることを特徴とするフレキシブルヒートシート。 A bag-shaped film sheet in which one or two types of flexible film-shaped sheets are stacked and sealed in a bag shape;
A working medium encapsulated inside the bag-shaped film sheet, moving between a heat absorbing portion and a heat radiating portion provided in the vicinity of opposing ends on the bag-shaped film sheet, and transferring thermal energy;
A plurality of grooves formed on the inner surface of at least one of the bag-shaped film sheets and provided along the moving direction of the working medium;
A plurality of spacers arranged inside the bag-shaped film sheet and maintaining a flow path through which the working medium moves; and
With
The flexible heat sheet, wherein at least a portion of the bag-shaped film sheet having the plurality of grooves is subjected to a surface treatment for increasing the surface energy of the groove forming portion.
前記袋状のフィルム製シートの内部に封入され、該袋状フィルム製シート上の対向する端部近傍に設けられた吸熱部及び放熱部の間を移動して熱エネルギーを移送する作動媒体と、
前記袋状のフィルム製シート内に封入された柔軟性を有する薄い板状部材と、
前記薄い板状部材の少なくとも一方の面に形成され、前記作動媒体の移動方向に沿って設けられた複数の溝と、
前記薄い板状部材と袋状のフィルム製シートの間に配置され、前記作動媒体が移動する流路を維持する複数のスペーサと、
を備え、
前記薄い板状部材の少なくとも前記複数の溝を有する部分には、前記溝の表面エネルギーを高めるための表面処理が施されていることを特徴とするフレキシブルヒートシート。 A bag-shaped film sheet in which one or two types of flexible film-shaped sheets are stacked and sealed in a bag shape;
A working medium encapsulated inside the bag-shaped film sheet, moving between a heat absorbing portion and a heat radiating portion provided in the vicinity of opposing ends on the bag-shaped film sheet, and transferring thermal energy;
A thin plate-like member having flexibility enclosed in the bag-shaped film sheet;
A plurality of grooves formed on at least one surface of the thin plate-like member and provided along a moving direction of the working medium;
A plurality of spacers arranged between the thin plate-like member and the bag-shaped film sheet to maintain a flow path in which the working medium moves;
With
A surface of the thin plate-like member having the plurality of grooves is subjected to a surface treatment for increasing the surface energy of the grooves.
前記袋状のフィルム製シートの内部に封入され、該袋状フィルム製シート上の対向する端部近傍に設けられた吸熱部及び放熱部の間を移動して熱エネルギーを移送する作動媒体と、
前記袋状のフィルム製シートの少なくとも一方の内面、及び前記袋状のフィルム製シート内に封入された柔軟性を有する薄い板状部材の少なくとも一方の面に形成され、前記作動媒体の移動方向に沿って設けられた複数の溝と、
前記袋状のフィルム製シートと前記薄い板状部材の間に配置され、前記作動媒体が移動する流路を維持する複数のスペーサと、
を備え、
前記袋状のフィルム製シート及び前記薄い板状部材の少なくとも前記複数の溝を有する部分は、前記作動媒体の表面張力を増加させるための表面処理が施されていることを特徴とするフレキシブルヒートシート。
A bag-shaped film sheet in which one or two types of flexible film-shaped sheets are stacked and sealed in a bag shape;
A working medium encapsulated inside the bag-shaped film sheet, moving between a heat absorbing portion and a heat radiating portion provided in the vicinity of opposing ends on the bag-shaped film sheet, and transferring thermal energy;
Formed on at least one inner surface of the bag-shaped film sheet and at least one surface of a flexible thin plate-like member enclosed in the bag-shaped film sheet, in the moving direction of the working medium A plurality of grooves provided along,
A plurality of spacers arranged between the bag-shaped film sheet and the thin plate-like member to maintain a flow path in which the working medium moves;
With
The flexible heat sheet, wherein the bag-shaped film sheet and the thin plate-shaped member have at least a portion having the plurality of grooves, and are subjected to a surface treatment for increasing the surface tension of the working medium. .
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Cited By (3)
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JP2019120755A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | セイコーエプソン株式会社 | Cooling device and projector |
JP2022177037A (en) * | 2017-08-24 | 2022-11-30 | 大日本印刷株式会社 | Wick sheet for vapor chamber, vapor chamber, and method for producing vapor chamber |
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