(57)【要約】【課題】  ドライアウトの発生を抑制し、熱の移動能力を高められるヒートパイプを提供する。【解決手段】  熱を移動させたい方向を長手方向とする筒状の容器(10)と、  その容器(10)内で熱を移動させるための作動液と、  その作動液を熱移動方向に循環させるためのウィック機能部材(20)とを備える。  そのウィック機能部材(20)は、コイル状部材(21)を備える。  そのコイル状部材(21)は、蒸発温度域にて巻数が密となり、且つ凝縮温度域にて巻数が疎となるように形成された形状記憶合金(22)にて一部または全部を形成したヒートパイプとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を移動させたい方向を長手方向とする筒状の容器と、  その容器内で熱を移動させるための作動液と、  その作動液を熱移動方向に循環させるために前記容器の内側において長手方向に配置されるウィック機能部材とを備え、
そのウィック機能部材は、コイル状部材を備え、
そのコイル状部材は、蒸発温度域にて巻数が密となり、且つ凝縮温度域にて巻数が疎となるように形成された形状記憶合金にて一部または全部を形成したヒートパイプ。
【請求項２】
前記コイル状部材は、蒸発温度域側を形状記憶合金とし、  凝縮温度域側をリン青銅製とした請求項１に記載のヒートパイプ。
【請求項３】
コイル状部材は、蒸発温度域側を凝縮温度域側よりも熱伝導率が低くなるように形成した請求項１または請求項２のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記のウィック機能部材には、筒網状のウィックを含むこととし、その筒網の筒内に前記コイル状部材を位置させた請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項５】
前記のウィック機能部材には、長手方向に垂直な軸に対する螺旋を描く形状に形成したねじり板を含み、
そのねじり板は、前記コイル状部材の内側に位置させた請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項６】
熱を移動させたい方向を長手方向とする筒状の容器と、
その容器内で熱を移動させるための作動液と、
その作動液を熱移動方向に循環させるために前記容器の内側において長手方向に配置されるウィック機能部材と、を備え、
そのウィック機能部材は、長手方向に垂直な軸に対する螺旋を描く形状に形成したねじり板を含み、そのねじり板は、前記筒網状のウィックの筒内中心に位置させたヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートパイプに関する。特に、ドライアウトの発生を抑制し、熱の移動能力を高められるヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプは、熱を移動させたい方向を長手方向とする筒状の容器と、その容器内で熱を移動させるための作動液と、その作動液を熱移動方向に循環させるための筒網状ウィックと、を備える。
前記の容器における一端側が高温部（蒸発部）、他端側が低温部（凝縮部）であり、前記の作動液は、高温部で蒸発し、低温部で凝結して液化する。
液化したら前記のウィックを伝って（毛細管現象）高温側に戻る、という循環を繰り返し、結果として、高温側の熱を低温側に移動させ、冷却している。
熱の移動量が最大となると、前記作動液は全て蒸発し、熱が移動できなくなる。これを「ドライアウト」と言う。
【０００３】
ヒートパイプには、流体の蒸発及び凝縮を利用した自励振動型ヒートパイプと、蛇行する閉ループ流路に強制振動を与える逆位相式強制振動型ヒートパイプとがある。
自励振動型ヒートパイプは、自励振動に依存するため熱輸送量の制御が困難である。一方、逆位相式強制振動型ヒートパイプは、熱輸送能力を高めるためにターン数を増やす必要があるため、装置の小型化などには更なる熱輸送能力の向上が必要である。
【０００４】
両タイプのヒートパイプに存在した課題を解決するため、特許文献１では、『第１ の流路を形成する細管と、振動機構と、オリフィス板、内管、円板と、前記細管内に充填される作動流体と、を有するヒートパイプであり、前記第１の流路内に、内管を挿入することで特殊二重管流路を形成するヒートパイプ』を開示している。
この技術により、『特殊二重管内に脈動流を発生させることができるため、従来技術に比べ高い熱輸送量を実現することができ、更に、装置を小型化することが可能となる』としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７７６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した特許文献１に開示された技術でも、ドライアウトが発生してしまっては、熱を移動させることはできない。
【０００７】
そのドライアウトの発生を抑えられる構造があれば、熱を移動させられる最大量を増加させることができる。しかし、ドライアウトの発生を抑制するための構造を実現したヒートパイプは、従来技術からは発見できなかった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、ドライアウトの発生を抑制するための構造を備えたヒートパイプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（第一の発明）
本願の第一の発明は、  熱を移動させたい方向を長手方向とする筒状の容器(10)と、  その容器(10)内で熱を移動させるための作動液と、  その作動液を熱移動方向に循環させるために前記容器(10)の内側において長手方向に配置されるウィック機能部材(20)とを備える。  そのウィック機能部材(20)は、コイル状部材(21)を備える。  そのコイル状部材(21)は、蒸発温度域にて巻数が密となり、且つ凝縮温度域にて巻数が疎となるように形成された形状記憶合金(22)にて一部または全部を形成したヒートパイプである。
【００１０】
（用語説明）
形状記憶合金(22)にてコイル状部材(21)の全部を形成しない場合、すなわちコイル状部材(21)の一部を形状記憶合金(22)とした場合には、他の部分は、たとえばリン青銅にて形成する。  なお、コイルを形成する線の径は、０．１〜１．０ミリメートル程度である。
【００１１】
（作用）
通常の状態では、コイル状部材(21)などのウィック機能部材(20)によって、蒸発温度域（吸熱領域）において作動液が気化し、蒸発温度域（吸熱領域）に接する容器(10)の外表面を介して熱を奪う。気化した作動液は、凝縮温度域（排熱領域）にて液化し、凝縮温度域（排熱領域）に接する容器(10)の外表面から熱を排出する。液化した作動液は、コイル状部材(21)などのウィック機能部材(20)を伝わって蒸発温度域（吸熱領域）に移動し、また気化する。
【００１２】
排熱の速度を超えて蒸発温度域が高熱になると、ドライアウト状態となる。その場合、形状記憶合金(22)にて形成された蒸発温度域のコイル状部材(21)は、縮んで巻数が密になる。形状記憶合金(22)は熱伝導率が低いため、容器(10)の外表面からの入熱が制限され、容器(10)内部の温度が低下する。その結果、ドライアウト状態が解消し、通常の状態に戻る。
【００１３】
（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明に係るヒートパイプにおいて、前記コイル状部材は、蒸発温度域側(吸熱域コイル22)を形状記憶合金とし、  凝縮温度域側(排熱域コイル23)をリン青銅製とすることが、より望ましい。
【００１４】
（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明に係るヒートパイプにおいて、コイル状部材は、蒸発温度域側を凝縮温度域側よりも熱伝導率が低くなるように形成すると、より望ましい。ドライアウト時に入熱が、更に制限されるからである。
【００１５】
（第一の発明のバリエーション３）
第一の発明に係るヒートパイプにおいて、前記のウィック機能部材(20)に、筒網状のウィック（図示を省略）を含むこととし、その筒網の筒内に前記コイル状部材(21)を位置させることもできる。
【００１６】
（作用）
ウィック機能部材(20)が、一般に用いられる網筒状のウィックと、前記のコイル状部材(21)との組み合わせであるので、条件によっては排熱効率を高められる。
【００１７】
（第一の発明のバリエーション４）
第一の発明に係るヒートパイプにおいて、前記のウィック機能部材(20)には、長手方向に垂直な軸に対する螺旋を描く形状に形成したねじり板(25)を含み、  そのねじり板(25)は、前記コイル状部材(21)の内側に位置させることもできる。
【００１８】
（第二の発明）
本願における第二の発明は、  熱を移動させたい方向を長手方向とする筒状の容器(10)と、  その容器(10)内で熱を移動させるための作動液と、  その作動液を熱移動方向に循環させるために前記容器(10)の内側において長手方向に配置されるウィック機能部材(20)と、を備え、  そのウィック機能部材(20)は、長手方向に垂直な軸に対する螺旋を描く形状に形成したねじり板(25)を含み、  そのねじり板(25)は、前記筒網状のウィックの筒内中心に位置させたヒートパイプに係る。
【００１９】
（作用）
ウィック機能部材(20)が、一般に用いられる網筒状のウィックと、前記のねじり板(25)との組み合わせであるので、条件によっては排熱効率を高められる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項６に記載の発明によれば、ドライアウトの発生を抑制するための構造を備えたヒートパイプを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第一の実施形態のヒートパイプにおける通常の状態を示す概略的断面図である。
【図２】第一の実施形態のヒートパイプにおけるドライアウトの状態を示す概略的断面図である。
【図３】第二の実施形態のヒートパイプにおける通常の状態を示す概略的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。ここで使用する図面は、図１から図３である。図１および図２が第一の実施形態を示し、図３が第二の実施形態を示す。  図１は通常時、すなわち熱の移動が順調に行われている状態のヒートパイプを示し、図２はドライアウト時、すなわち熱の移動が行われにくくなっている状態のヒートパイプを示す。
【００２３】
（第一の実施形態）
図１において容器１０のヒートパイプ内が淡い色で内壁が濃い色で示されているのは、気化している作動液と液化した作動液のバランスがとれていることを示しており図２において容器１０のヒートパイプ内の淡い色が消滅しているのは、一旦ドライアウト（すなわち作動液がすべて気化）したあと、本発明の形状記憶合金の作用による入熱の制限の効果により気化している作動液の割合が低い（蒸発した作動液の液化を促進した）ことを示している。
【００２４】
そのコイル状部材２１は、容器１０の内壁に接するように配置され、蒸発温度域にて巻数が密となり、且つ凝縮温度域にて巻数が疎となるように形成されている。具体的には蒸発温度域に位置する吸熱域コイル２２は形状記憶合金にて形成し、排熱域コイル２３はリン青銅にて、一体に形成している。全体の長さにおいて、吸熱域コイル２２である形状記憶合金を約四分の一とし、リン青銅にて形成する部位が残りとなるのが、費用対効果の面で合理的である。
【００２５】
通常時の吸熱領域においては、吸熱域のコイル２２の巻数が疎であり、ドライアウト時の吸熱領域においては、吸熱域のコイル２２の巻数が密となる。換言すれば、通常時の排熱領域のコイル２３は、吸熱域のコイル２２が伸張し、相対的に縮められており、ドライアウト時の排熱領域のコイル２３は伸張し、吸熱域のコイル２２を縮めている。
【００２６】
ドライアウト時においては、吸熱域コイル２２の巻数が密になり、一時的に入熱が制限されるため排熱の効果が高まり、ヒートパイプ内の温度が低下する。このため、ドライアウト状態を解消することができる。
【００２７】
なお、吸熱域コイル２２を形成している形状記憶合金は、収縮時の入熱制限をより行いやすくするため、熱伝導率の低い、たとえばテフロン（登録商標）など非常に熱伝導率が低い耐熱性高分子材料によって被覆されていることが望ましい。
【００２８】
（第二の実施形態）
第二の実施形態は、第一の実施形態にて示したヒートパイプに対して、ウィック機能部材２０を複合的に用いたものである。すなわち、前述のコイル状部材２１の内側に、長手方向に垂直な軸に対する螺旋を描く形状に形成したねじり板２５を備えたものである。
ねじり板２５の存在により、容器内の流れが旋回流となり単に軸方向の流れだったものが径方向の速度成分が加わることになる。その結果、境界層厚さが減少し熱伝達率が向上するため、吸熱及び排熱の両方の伝熱が促進される。その結果、冷却能率が上がることになる。
【００２９】
（第三の実施形態）
図示は省略するが、前述のねじり板２５を単独のウィック機能部材２０としたヒートパイプを提供することもできる。
【００３０】
（第四の実施形態）
図示は省略するが、第一から第三の実施形態におけるウィック機能部材２０に、一般のヒートパイプに用いられる筒網を組み合わせたヒートパイプを提供することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本願発明は、ヒートパイプの製造業、ヒートパイプのメンテナンス業、ヒートパイプを用いるコンピュータや内燃機関の製造業などにおいて利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００３２】
１０  容器
２０  ウィック機能部材
２１  コイル状部材                ２２  高温域コイル
２３  排熱域コイル                ２５  ねじり板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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