(57)【要約】【課題】  スパイラルなどの弾性のある内装材を使用することなく、編祖からなるウイックをコンテナ内面に密着状態に維持できるヒートパイプを提供する。【解決手段】  気密状態に密閉されたコンテナ２の内部に、凝縮性の作動流体４が封入されるとともに、ウィック７を備えたヒートパイプ１であって、前記ウィック７が、細線６ａを網状に編んだ編組体８によって構成されるとともに、その細線６ａより弾性力の大きい弾発線６ｂが前記編組体８に編み込まれ、その弾発線６ｂの弾性力によって前記ウイック７が前記コンテナ２の内面に押し付けて固定している。【選択図】  図１
2006300395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密状態に密閉されたコンテナの内部に、凝縮性の作動流体が封入されるとともに、ウィックを備えたヒートパイプにおいて、
前記ウィックが、細線を網状に編んだ編組体によって構成されるとともに、その細線より弾性力の大きい弾発線が前記編組体に編み込まれ、その弾発線の弾性力によって前記ウイックが前記コンテナの内面に押し付けて固定していることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記編組体の網目が菱形状に形成されるとともに、前記コンテナ内部で前記作動流体の流動方向と平行に配置される前記菱形の頂点が５度〜８５度の鋭角とされていることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、作動流体の蒸発潜熱として熱輸送するヒートパイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、作動流体の潜熱として、熱の輸送を行うヒートパイプが広く知られている。この種のヒートパイプは密閉容器の内部から脱気した後、水などの凝縮性の流体を封入し、外部からの入熱によってその作動流体を蒸発させるとともに、その蒸気が低温・低圧の凝縮部に流動した後、放熱して凝縮することにより、作動流体の潜熱として熱を輸送するように構成した熱伝導素子である。したがって、ヒートパイプは、作動流体の潜熱として熱を輸送するために、熱伝導性がもっとも高いとされている銅による熱輸送量の数十倍ないし百数十倍の熱輸送能力を備えている。
【０００３】
この種のヒートパイプでは、蒸発した作動流体が低温・低圧側の凝縮部に流動することにより熱を輸送する。しかしながら、その熱の輸送の後、凝縮した作動流体を蒸発部（入熱部）に還流させる必要があり、従来一般には、その還流のための作用をウィックによって生じる毛細管圧力を利用して行っている。
【０００４】
ヒートパイプにおけるウィックの一般的な構造の一例として編組体から構成されるウィックがある。この編組体は、金属線などの細線を網状に編んだ構成のものであり、ヒートパイプコンテナの内面に沿うように円筒状などの適宜の形状に成形されてヒートパイプコンテナの内部に挿入されている。その編組体は、作動液を浸透させて毛細管圧力を生じさせるとともに、蒸発部に対する作動液の還流流路を形成するためのものである。したがって、編組体は、作動液とヒートパイプコンテナとの間の熱伝達を効率よく生じさせるために、ヒートパイプコンテナの内面に可及的に密着していることが好ましい。そのために、従来では、弾性に富む金属製帯状材（もしくはリボン状材）を螺旋状に成形したスパイラルを円筒状の編組体の内周側に挿入し、そのスパイラルの弾性力によって、編組体であるウイックをコンテナの内面に押し付けるように構成したヒートパイプも知られている。この種の構造のヒートパイプの例が、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に紹介されている。
【特許文献１】特許第３１４０４２５号公報
【特許文献２】実開昭５６−６１７８３号公報
【特許文献３】実開平２−８５２６７号公報
【特許文献４】特開平９−１７０８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、円筒状に成形した編組体をパイプ状のコンテナの内部に挿入した構成のヒートパイプにあっては、編組体であるウィックが、ヒートパイプの内壁全面に亘って必ずしも均一に、かつ確実に密着させられるとは限らず、部分的にしても密着性が悪く、その結果、いわゆる熱抵抗が増大してヒートパイプとしての機能が不十分になったり、あるいは再度、編組体のウィックの装着作業を最初からやり直さなければならない場合もあった。
【０００６】
また、上記のスパイラルを併用するとしても、例えば、スパイラルの装着の際に、スパイラルに伸び縮みが生じてピッチが乱れると、スパイラルのピッチが広がった部分は、ヒートパイプ内壁面への密着性が悪くなり、その結果、編組体のウィック全面の均一な密着性を補佐するというスパイラルの本来の使用目的が果たせなくなる場合があった。
【０００７】
また、編組体のウィックとスパイラルとを併用して用いる場合には、ヒートパイプの製造の際に、編組体のウィックとスパイラルとを組み合わせる工程が必要であり、組立作業の効率が悪くなるばかりか、スパイラルを用いる分、生産コストが高くなるという問題もあった。
【０００８】
さらにまた、スパイラルを挿入したヒートパイプに曲げ加工を施した場合、その曲げ部分においては、曲率半径の内側と外側とで伸縮作用が生じる。そして、ヒートパイプ内に収容された極細線からなるウィックに押圧力だけでなく、曲げに対する反発力も同時に受けることになる。その結果、前記編組体によるウィックが座曲して変形し、前記ヒートパイプの内壁面から剥離してしまい、それに伴ってヒートパイプ内の流路抵抗の増大や熱伝達に対する熱抵抗が生じ、作動流体を凝縮部から蒸発部へ移動させる機能に影響が及び、蒸発部に対して十分な量の作動液が供給されなくなって熱伝達特性が損なわれ、熱輸送能力が阻害されるおそれが多分にあった。
【０００９】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、ウイックとして機能する編組体を、従来のスパイラルを用いることなく、ヒートパイプコンテナの内面に確実に密着させて固定し、ひいては熱輸送能力に優れたヒートパイプを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、気密状態に密閉されたコンテナの内部に、凝縮性の作動流体が封入されるとともに、ウィックを備えたヒートパイプであって、前記ウィックが、細線を網状に編んだ編組体によって構成されるとともに、その細線より弾性力の大きい弾発線が前記編組体に編み込まれ、その弾発線の弾性力によって前記ウイックが前記コンテナの内面に押し付けて固定していることを特徴とするヒートパイプである。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記編組体の網目が菱形状に形成されるとともに、前記コンテナ内部で前記作動流体の流動方向と平行に配置される前記菱形の頂点が５度〜８５度の鋭角とされていることを特徴とするヒートパイプである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、第１に、弾発線を含む編組体によるウィックが、各弾発線の弾発力によってヒートパイプコンテナ内壁面に押し付けられているので、従来のスパイラルあるいはこれに類する内装材を用いることなく、編組体をヒートパイプコンテナの内面に密着させることができ、その結果、液相の作動流体とヒートパイプコンテナとの間の熱抵抗を低減し、ヒートパイプとしての熱輸送特性を向上させることができる。これは、ヒートパイプに曲げなどの変形を生じさせた場合も同様である。また、従来のスパイラルあるいはこれに類する内装材を併用する必要がないので、製作時に、編組体のウィックとスパイラルとを組み合わせる工程が不要であり、その結果、製造工数を低減し、生産性を向上させ、さらには、低コスト化を図ることができる。
【００１３】
また、請求項２の発明によれば、作動流体の流動方向と平行に配置される編組体の弾発線を含む網目の菱形の頂点が５度から８５度の鋭角とされているので、ヒートパイプ内の流動抵抗を低減でき、その結果、曲げ加工後や圧潰加工後も優れた熱輸送能力を得ることができ、従来一般のヒートパイプと比べて、熱伝達効率を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施した最良の形態について説明する。図１に示すヒートパイプ１のコンテナ２は、銅製のパイプ材を封止して中空密閉状態としたものである。コンテナ２の内壁には細溝が平行に設けられており、グルーブ管３が形成されている。このコンテナ２の内部には、真空脱気した状態で所定量の凝縮性の作動流体４が封入されている。なお、パイプの材料としては、熱伝導性に優れる純銅や銅合金もしくはアルミニウム、ニッケル等の金属が採用されている。
【００１５】
また、図１に示すように、コンテナ２の内壁面の例えば全面には、ウィック６がその長手方向に沿って装着されている。このウィック６は、多数本の極細線６ａ、および、適宜数本のバネ性のある弾発線６ｂからなる編組体８によって形成されている。各極細線６ａは例えば銅やアルミニウム等が適しており、各弾発線６ｂは濡れ性がよくかつ弾発力の強いワイヤ等を用いることが好ましく、例えばリン青銅、ステンレス、ピアノ線等が適している。
【００１６】
なお、各弾発線６ｂは、図１に示すように、作図上、差別化を図るため各極細線６ａよりも適宜に太く描かれているが、作動流体４の還流の効率を考慮した各極細線６ａの太さと同一の太さであることがグルーブ管３への均一な密着性を確保する上で好ましい。ただし、均一な密着性の確保が可能である限り、各弾発線６ｂの方を太線化して編組を編み込み、これにより、弾発力のより大きい編組体８を形成してもよい。
【００１７】
編組体８は、具体的には、前記多数本の極細線６ａが菱形に編み込まれるとともに、所定数（一本を含む）の極細線６ａの間隔毎に、例えば１本ずつのバネ性のある弾発線６ｂが同じく菱形の一部を形成するように編み込まれている。編組体８の各菱形の網目８Ａは、図２に示すように、菱形の四つの角のうち上下に対向する二つの角の角度が５度から８５度の鋭角とされている。コンテナ２の内部において、編組体８は、前記菱形における二つの鋭角が作動流体４の作動方向、この例では、コンテナ２の長手方向に対して平行に配置されている。また、編組体８は、周知の通り毛細管圧力によって作動流体４をコンテナ２の広範囲に分布させるウィックとして設けられているものであって、前述のようにパイプが円形断面であるから、この編組体８の概観としてはほぼ円筒形を成している。なお、編組体８の極細線６ａは、銅線に替えて銅メッキもしくは酸化銅の被覆を施したカーボン繊維を用いれば、軽量化を図ることができる。
【００１８】
編組体８は、コンテナ２内に装備した場合、適宜数の弾発線６ｂのバネ性、すなわち外周の外側に向う弾発力（反発力）で、全外周がコンテナ２の内壁のグルーブ管３のウィック７に一様に押し付けられる。適宜数の弾発線６ｂは、作動流体４を還流させる作用があるとともに、いわゆるスパイラルとしての働きを兼ね備えるものである。
【００１９】
上記のように構成されたヒートパイプ１では、まず、図示しない発熱体などから熱が伝達され、ヒートパイプ１のコンテナ２の一端部（蒸発部）が加熱昇温される。するとコンテナ２内部の作動流体４が蒸発し、円筒形の編組体８の内側空間に流入し、内部圧力の低い端部に向けて流動する。その作動流体の蒸気は、コンテナ２の他端部（凝縮部）側の内壁面において熱を奪われて凝縮する。換言すれば、熱源で生じた熱がこの端部から放出される。凝縮した作動流体４は、編組体８からなるウィック６、およびグルーブ管３のウィック７を伝わりコンテナ２の一端部（蒸発部）に還流する。
【００２０】
ヒートパイプ１のコンテナ２内部では、適宜数の弾発線６ｂを含む編組体８によって形成されたウィック６が、各弾発線６ｂの弾発力によってコンテナ２の内壁面に形成されたグルーブ管３に押し付けられているので、前記ヒートパイプ１に曲げ加工や圧潰加工を施した場合、編組体８を構成している少なくとも極細線６ａ等の間隔が変化しても、コンテナ２の内周面からウィック６が離れず、その結果、ウィック６の均一な配置が確保できる。したがって、ウィック６の偏在による流路抵抗の増大が生じず、作動流体４の還流が阻害されない。
【００２１】
さらに、曲げ加工や圧潰加工によって、ウィック６を構成する編組体８と、コンテナ２の内周面との間に仮に隙間が生じた場合でも、コンテナ２の内周面に形成されたグルーブ管３によって、作動流体４が吸引されるため流動がとぎれない。その結果、ヒートパイプ１のうち内部圧力の低い側の一端部となる凝縮部で再度液相になった作動流体４は、ウィック６となる編組体８に吸い上げられて、一方の熱源側の他端部となる蒸発部に運ばれる。すなわち、編組体８が液流路として作用するため、前記ヒートパイプ１に曲げ加工が施された後でも、均一にウィック６が配置されているとともに、いわゆるポンプ力が大きいことと、該編組体８がコンテナ２内に、その長手方向に亘って配設されていることにより、蒸発部に作動流体４が確実に還流する。
【００２２】
また、ヒートパイプ１では、各弾発線６ｂの弾発力により、編組体８の各極細線６ａをコンテナ２の内周面に対し所定の押力で押し付けて支持するので、蒸気流路が十分に大きく確保され、蒸気流路と液流路が分離されている。そして、ウィック６としての編組体８およびグルーブ管３が備えられ、曲げ加工に対する曲率半径の外周側と内周側とで、編組体８を構成している極細線６ａ等の間隔が変化しても、全周に亘ってウィック６が存在し、曲げ加工部においても編組体８が偏らずに均一な配置が確保できる。
【００２３】
さらに、作動流体４の流動方向と平行に配置される編組体８の弾発線６ｂを含む菱形の頂点が５度から８５度の鋭角とされているので、ヒートパイプ１内の流動抵抗を低減できる。その結果、曲げ加工後も優れた熱輸送能力を得ることができ、従来一般のヒートパイプと比べて、熱伝達効率を大幅に向上させることができる。
【００２４】
また、上記のような適宜数の弾発線６ｂを含む編組体８をウィック６に利用した円筒形のヒートパイプ１から、フラットタイプのヒートパイプを作成した場合、圧潰加工された部分においても、ウィックとなる編組体８がその内周面に均一に配置され、巻回半径方向での弾発力に富んだ各弾発線６ｂによって、コンテナ２の内壁面に押し付けられ固定されるから、圧潰加工された後でも、ウィックとなる編組体８が偏らず、ウィックの偏在による流路抵抗の増大は生じず、作動流体４の還流能力が阻害されない。したがって、ヒートパイプ１の性能を低下させることにはならず、圧潰加工前と同様な熱伝達特性を得ることができる。
【００２５】
また、この発明における編組体８の弾発線６ｂを含む各網目の形状は図３に示すような形状とすることができる。すなわち、極細線６ａおよび弾発線６ｂを用いて、作動流体４の流動方向に対し、相対的に先が細く後が太い形状とすることができる。このような形状に網目８Ａが形成された場合でも、上述の具体例における菱形状に形成された場合と同一、あるいは同等の効果を得ることができる。
【００２６】
さらに、この発明における編組体の弾発線６ｂを含む網目は、正方形状、いわゆるメッシュ形状とすることができる。このような場合、流路抵抗が増大してしまうので、前記編組体のいわゆるメッシュを小さくして毛細管圧力を増大する必要がある。本発明者等の実験によれば、ヒートパイプに曲げ加工を行った場合でも、前記編組体を１００メッシュ、および２００メッシュとすることで、上述の具体例と同一、あるいは同等の効果を得ることができることが確認された。
【００２７】
一方、ヒートパイプ１に、曲げ加工や圧潰加工を施さず、当初の形状ままで使用する場合であっても、従来一般の編組体のウィックを単独のままで用いる場合は、ヒートパイプ内壁面に均一の編組状態で密着できない場合もあった。しかし、本発明の編組体８からなるウィック６は、剛性（バネ性）のある適宜数の弾発線６ｂを含めて編み込んでいるので、編組体８自体がスパイラルのように高い一定形状を保つ構成を備えている。したがって、製作時に、密着の均一性（網目８Ａの均一性）がよく、簡易かつ確実に、ヒートパイプ内壁面に均一の編組状態で密着させることが可能である。このため、曲げ加工等を施さず、編組体８のウィック６を単独のまま用いるヒートパイプ１であっても、確実に最適な毛細管圧力を得て、流路抵抗の増大現象が生じることもなく、熱輸送の効率を向上させる。すなわち、スパイラルを用いる場合と同等以上のヒートパイプ性能を発揮するとともに、製作時の歩留まりが向上し、製品の信頼性も向上する。
【００２８】
また、本発明のヒートパイプ１は、編組体８からなるウィック６を単独で用いればよく、スパイラルを併用する必要がないので、製作時に、編組体８のウィック６とスパイラルとを組み合わせる工程が不要であり、その結果、製造工数を低減し、生産性を向上させるとともに、スパイラルを不要にする分、低コスト化をも図ることができる。
【００２９】
一方、本発明のヒートパイプ１には、所定のスパイラルを併用することも当然に可能である。編組体８のウィック６と所定のスパイラルとを組み合わせ、コンテナ２内に装備する場合でも、各弾発線６ｂが編組体８の形状を一定に保つことが容易であるから、スパイラルとの組み合わせ性、すなわち、組み合わせの効率性および安定性がよい。したがって、スパイラルを併用しても、コンテナ２への装備時に、スパイラルに延び縮みに伴うピッチの乱れ（密着性の悪い部分）等が生じることはなく、ヒートパイプ１として、上述と同様に、確実に最適な毛細管圧力を得て、流路抵抗の増大現象が生じることもなく、熱輸送の効率を向上させる。同じく製作時の歩留まりを向上させ、かつ製品の信頼性をも向上させる。
【００３０】
なお、この発明におけるヒートパイプコンテナは、編組体がウイックとして機能するので、内面に溝の形成されていないコンテナであってもよい。また、この発明における上記弾発線６ｂは、例えばリン青銅、ステンレス、ピアノ線等のワイヤで形成されているが、濡れ性がよくかつ弾発力（反発力）の強いものであれば、他の弾性材料から形成してもよく、しかも完全なワイヤ状でなはく、適宜任意の断面形状の弾性材料から形成されたものでもよい。上記弾発線６ｂの径寸法には特段の制限はなく、編組体に編み込む方向や編み込む使用数、および編み込み方にも特段の制限はない。また一方、本発明の編組体（メッシュ）からなるウィック６は、全て所定の弾発線（６ｂ）で編み込んで形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明のヒートパイプにおける内部構造を示す部分断面図である。
【図２】この発明の編組体の一例を示す図である。
【図３】この発明の編組体の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…ヒートパイプ、  ２…コンテナ、  ３…グルーブ管、  ４…作動流体、  ６…ウィック、  ６ａ…極細線、  ６ｂ…弾発線、  ７…ウィック、  ８…編組体。
【図１】
2006300395.tif 000003
【図２】
2006300395.tif 000004
【図３】
2006300395.tif 000005