(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発部及び凝縮部を有し且つ内部に空間が形成された管体と、前記管体の内壁に設置されたウィック構造と、前記ウィック構造の中に吸着される作動流体と、を備えるヒートパイプにおいて、
前記蒸発部と前記凝縮部との間の管体内には、アクセラレータが設置され、前記アクセラレータは、前記蒸発部に対向する第一表面と、前記凝縮部に対向する第二表面と、第一表面及び第二表面を貫通する複数の貫通孔と、を備え、各貫通孔の直径は、蒸発部から凝縮部に向かって徐々に小さくなることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記アクセラレータは金属材料からなり、前記貫通孔はテーパ状を呈し、各貫通孔の前記第一表面及び前記第二表面に平行な断面は円形であり、各貫通孔の内表面は滑らかな表面であることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記管体は、前記蒸発部及び前記凝縮部を連接する断熱部をさらに備え、前記アクセラレータは、前記蒸発部と前記断熱部との間に設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記蒸発部は、前記管体の中央部に位置し、前記凝縮部は、前記蒸発部の両側にそれぞれ連接され、前記アクセラレータは、前記蒸発部と前記凝縮部との間に設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導部品に関し、特に電子部品から発生した熱を伝えるためのヒートパイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプは、優れた熱伝導性を有することから、熱伝導部品として様々な分野に広く利用されている。従来のヒートパイプは、熱伝導性材料からなり且つ内部に作動流体が封入されている密閉管である。ヒートパイプの一端は蒸発部と呼ばれ、ヒートパイプの他端は凝縮部と呼ばれる。また、ヒートパイプの内壁には、ウィック構造が形成されている。
【０００３】
ヒートパイプが作動する場合、ヒートパイプの蒸発部は、発熱電子部品と熱接触し、発熱電子部品から発生する熱を吸収する。次いで、蒸発部の作動流体は、発熱電子部品から発生した熱によって蒸気になった後、ヒートパイプの凝縮部に向かって移動する。その後、気化した作動流体は、ヒートパイプの凝縮部で放熱された後液体に凝縮される。最後に、凝縮された作動流体は、ヒートパイプの内壁のウィック構造によって蒸発部に戻るため、再利用することができる。しかし、蒸気の流れ方向と凝縮液の流れ方向とは相反するため、蒸気は凝縮液の流れを妨害しやすく、凝縮液が蒸発部に戻ることを阻止する。これにより、作動流体の蒸発部に戻る速度は低減され、ヒートパイプの蒸発部は、乾燥現象を発生する可能性がある。これにより、ヒートパイプの熱伝導性に影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記課題を解決するために、本発明は、熱伝導性に優れるヒートパイプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るヒートパイプは、蒸発部及び凝縮部を有し且つ内部に空間が形成された管体と、前記管体の内壁に設置されたウィック構造と、前記ウィック構造の中に吸着される作動流体と、を備える。前記蒸発部と前記凝縮部との間の管体内には、アクセラレータが設置され、前記アクセラレータは、前記蒸発部に対向する第一表面と、前記凝縮部に対向する第二表面と、第一表面及び第二表面を貫通する複数の貫通孔と、を備え、各貫通孔の直径は、蒸発部から凝縮部に向かって徐々に小さくなる。
【発明の効果】
【０００６】
従来の技術と比べて、本発明のヒートパイプの管体には、複数の貫通孔を有するアクセラレータが設置され、貫通孔の直径は、蒸発部から凝縮部に向かって徐々に小さくなるため、貫通孔を通過した蒸気の流速は速くなる。これにより、蒸気は凝縮部に向かって高速で流れることができ、ヒートパイプの熱伝導性を向上させることができる。また、貫通孔の直径が蒸発部から凝縮部に向かって徐々に小さくなるため、蒸気が周囲に向かって拡散する比率が減少する。これにより、蒸気が管体内のウィック構造の中の凝縮液体の流れを妨害する比率は減少する。従って、凝縮された液体は、蒸発部に高速で戻ることができ、ヒートパイプの熱伝導効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第一実施形態に係るヒートパイプの断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係るヒートパイプの断面図である。
【図３】本発明の第三実施形態に係るヒートパイプの断面図である。
【図４】図１に示したヒートパイプのアクセラレータの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１を参照すると、本発明の第一実施形態に係るヒートパイプ１０は、密閉の管体１００、管体１００の中に設置されるウィック構造２００及びアクセラレータ３００を備える。ウィック構造２００の内部には、作動流体（図示せず）が吸着される。
【００１０】
管体１００は、細長い管状を呈し、銅、銅合金又は他の適切な材料等の高い熱伝導性を有する金属又は金属合金からなる。管体１００は、蒸発部１１０と、凝縮部１２０と、蒸発部１１０及び凝縮部１２０を連接する断熱部１３０と、を備える。
【００１１】
ウィック構造２００は、銅、銀又はアルミ等の金属ワイヤからなる網目状構造、又は金属粉末を焼結して形成された焼結金属である。ウィック構造２００は、管体１００の内壁に形成され、作動流体を吸着し且つこの作動流体を凝縮部１２０から蒸発部１１０へ戻すために用いられる。ヒートパイプ１０の内部には、気化された作動流体が流動するための、ウィック構造２００によって囲まれた空間１４０が形成されている。
【００１２】
図４を参照すると、アクセラレータ３００は、蒸発部１１０と断熱部１３０との間に設置される。ウィック構造２００の内表面は、アクセラレータ３００の周縁に当接され、アクセラレータ３００は、空間１４０を２つに分割する。アクセラレータ３００は、扁平状の本体３１０を備える。本体３１０は、互いに対向する第一表面３１１及び第二表面３１２を備える。第一表面３１１及び第二表面３１２は、互いに平行であり且つ蒸発部１１０及び凝縮部１２０にそれぞれ対向している。本体３１０には、第一表面３１１及び第二表面３１２を貫通する複数の貫通孔３２０が設けられている。各貫通孔３２０は、テーパ状を呈し且つ本体３１０の厚さ方向に沿って第一表面３１１及び第二表面３１２を貫通する。複数の貫通孔３２０は、ノズル構造に類似している。各貫通孔３２０の第一表面３１１及び第二表面３１２に平行な断面は円形である。また、各貫通孔３２０の内表面は滑らかな表面である。各貫通孔３２０の直径は、蒸発部１１０から凝縮部１２０に向かって徐々に小さくなる。即ち、各貫通孔３２０の蒸発部１１０に向かう入口のサイズは、各貫通孔３２０の凝縮部１２０に向かう出口のサイズより大きい。本実施形態において、アクセラレータ３００は、高い熱伝導性を有する金属又は金属合金からなる。
【００１３】
ヒートパイプ１０が作動する場合、ヒートパイプ１０の蒸発部１１０は、電子デバイス等の発熱部品４００と熱接触する。発熱部品４００が作動すると、蒸発部１１０のウィック構造２００内の作動流体は、発熱部品４００から発生する熱を吸収して蒸発する。この時、蒸気がアクセラレータ３００の貫通孔３２０を介して凝縮部１２０に向かって流れる。質量保存の法則によれば、蒸気の質量は、以下の式１を満たす。
【００１４】
式１：
ρｉｎＶｉｎＡｉｎ＝ρｏｕｔＶｏｕｔＡｏｕｔ
【００１５】
前記式１において、ρは蒸気の密度を表し、Ａは貫通孔３２０の断面積を表し、Ｖは蒸気の流速を表す。ρｉｎの値は、ρｏｕｔの値にほぼ等しい。貫通孔３２０の直径が入口から出口まで徐々に小さくなるため、Ａｉｎの値はＡｏｕｔの値より大きい。従って、Ｖｉｎの値はＶｏｕｔの値より小さい。これにより、蒸気の流速は、蒸気の流れ方向に沿って速くなり、蒸気は、凝縮部１２０に向かって高速で流れることができる。従って、ヒートパイプ１０の熱伝導性能を向上させることができる。
【００１６】
一方、アクセラレータ３００の各貫通孔３２０の直径は、蒸発部１１０から凝縮部１２０に向かって徐々に小さくなるため、各貫通孔３２０内の蒸気は、蒸気の流れ方向に沿って貫通孔３２０の中心軸に向かって圧縮される。従って、蒸気が周囲に向かって拡散する比率は減少する。即ち、蒸気が断熱部１３０及び凝縮部１２０内のウィック構造２００の中の凝縮液体の流れを妨害する比率が減少する。断熱部１３０及び凝縮部１２０で凝縮された液体は、蒸発部１１０に高速で戻ることができる。エネルギー保存の法則によれば、Ｖｉｎの値がＶｏｕｔの値より小さいため、貫通孔３２０の出口での蒸気の運動エネルギーは、貫通孔３２０の入口での蒸気の運動エネルギーより大きく、貫通孔３２０の出口での蒸気の熱エネルギーは、貫通孔３２０の入口での蒸気の熱エネルギーより小さい。これにより、蒸気の凝縮効率を向上することができる。
【００１７】
図２は、本発明の第二実施形態に係るヒートパイプ２０を示す図である。このヒートパイプ２０と第一実施形態に係るヒートパイプ１０とが異なる点は、ヒートパイプ２０は断熱部１３０を備えず、蒸発部５１０が凝縮部５２０と直接に連接し、アクセラレータ３００は、この蒸発部５１０と凝縮部５２０との間に設置される点である。本実施形態において、ヒートパイプ２０の凝縮部５２０の外周面には、複数のフィン５３０が設置されている。
【００１８】
図３は、本発明の第三実施形態に係るヒートパイプ３０を示す図である。このヒートパイプ３０と第一実施形態に係るヒートパイプ１０とが異なる点は、ヒートパイプ３０の蒸発部６１０は管体６００の中央部に位置し、２つの凝縮部６２０が蒸発部６１０の両側にそれぞれ連接され、２つのアクセラレータ３００が、蒸発部６１０と凝縮部６２０との間にそれぞれ設置される点である。本実施形態において、ヒートパイプ３０の凝縮部６２０の外周面には、複数のフィン６３０が設置されている。
【００１９】
従来の技術と比べて、本発明のヒートパイプ１０の管体１００には、複数の貫通孔３２０を有するアクセラレータ３００が設置され、貫通孔３２０の直径は、蒸発部１１０から凝縮部１２０に向かって徐々に小さくなるため、貫通孔３２０を通過した蒸気の流速は速くなる。これにより、蒸気は凝縮部１２０に向かって高速で流れることができ、ヒートパイプ１０の熱伝導性を向上させることができる。また、貫通孔３２０の直径が蒸発部１１０から凝縮部１２０に向かって徐々に小さくなるため、蒸気が周囲に向かって拡散する比率が減少する。これにより、蒸気が管体１００内のウィック構造２００の中の凝縮液体の流れを妨害する比率は減少する。従って、凝縮された液体は、蒸発部１１０に高速で戻ることができ、ヒートパイプ１０の熱伝導効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２０】
１０、２０、３０  ヒートパイプ
１００、５００、６００  管体
２００  ウィック構造
３００  アクセラレータ
１１０、５１０、６１０  蒸発部
１２０、５２０、６２０  凝縮部
１３０  断熱部
１４０  空間
３１０  本体
３２０  貫通孔
３１１  第一表面
３１２  第二表面
４００  発熱部品
５３０、６３０  フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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