(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空平板状の密閉構造のコンテナの内部に、真空脱気した状態で凝縮性流体を作動流体として封入した平板状ヒートパイプにおいて、
前記コンテナの蒸発部と凝縮部とに繋がる溝部が、該コンテナの内面に形成されるとともに、毛細管圧力を生じる多孔質層が前記溝部の開口部分を覆い、かつ該溝部の内部空間を埋めない状態で前記コンテナの内面に取り付けられ、前記多孔質層は溶射粒子を前記溝部に溶射することにより形成されることを特徴とする平板状ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、作動流体の潜熱として熱輸送するヒートパイプに関し、特にコンテナが中空平板状を成す平板状ヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように平板状ヒートパイプは、中空平板構造のコンテナの内部に密閉した空間部を形成し、その空間部に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で凝縮性の流体を作動流体として封入したものである。この種のヒートパイプでは、表面が平坦になるので、熱交換対象物との接触面積が広くなり、熱伝達性能あるいは熱交換性能が向上する利点がある。
【０００３】
この平板状ヒートパイプは、従来一般には、金属素材を押し出し成形によって矩形断面のパイプ状に形成し、これを所定長さに切断するとともに、その切断片の両端部をキャップによって密閉し、このように形成した密閉空間の内部に作動流体を封入していた。また、これに替わる構造の平板状ヒートパイプが、特開平９−１３８０８３号公報に記載されている。この平板状ヒートパイプは、凹部を備えた面同士を対向させた２枚のアルミプレートの間に、平板状のブレージングシートを密着状態に挟み込んで密閉構造のコンテナを構成し、各凹部の内部に真空脱気した状態で所定量の作動流体をそれぞれ封入したものである。また、各凹部には、多数条の細溝がウィックとして形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の平板状ヒートパイプでは、開口断面積が小さいために、作動流体蒸気の流速が高速化するに伴って還流途中の作動液が飛散してしまい、蒸発部に対する作動液の還流量が不足して、熱輸送能力が低くくなるおそれがあった。また、細溝ウィックで得られる毛細管圧力が低いことから、上記従来の平板状ヒートパイプでは、熱流束が増大した場合には、作動液に対するポンプ作用が不充分になり、この点からも蒸発部において作動液が不足するドライアウト現象の生じるおそれが多分にあった。
【０００５】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、特にトップヒートパイプモードあるいはコンテナを傾斜させた状態においても熱輸送能力に優れる平板状ヒートパイプを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】
この発明は上記の目的を達成するために、中空平板状の密閉構造のコンテナの内部に、真空脱気した状態で凝縮性流体を作動流体として封入した平板状ヒートパイプにおいて、前記コンテナの蒸発部と凝縮部とに繋がる溝部が、該コンテナの内面に形成されるとともに、毛細管圧力を生じる多孔質層が前記溝部の開口部分を覆い、かつ該溝部の内部空間を埋めない状態で前記コンテナの内面に取り付けられ、前記多孔質層は溶射粒子を前記溝部に溶射することにより形成されることを特徴とするものである。
【０００７】
したがって、この発明のヒートパイプによれば、コンテナの一部に熱が伝達されると、その内面において液相作動流体が加熱されて蒸発する。その作動流体蒸気は、多孔質層内あるいは溝部の内部空間から抜け出すとともに、内部圧力の低い他端部、すなわち凝縮部となる端部に向けて流動し、そこで熱を奪われて凝縮する。
【０００８】
放熱して再度液相になった作動流体は、多孔質層の気孔同士の隙間に浸透するとともに、それらの隙間と連通する溝部の内部空間に入り込む。それらの液相作動流体は、多孔質層の多数の気孔に生じる毛細管圧力によって、コンテナのうち蒸発部に向けて流動する。その場合、ウィックとして作用する多孔質層の気孔の実効毛細管半径が小さく、そのポンプ作用が大きいことに加えて、溝部の内部空間を移動する液相作動流体と蒸気流とが多孔質層によって隔絶されていて、飛散現象が生じにくいことから、例えばトップヒートモードであっても作動流体が蒸発部側に確実に還流し、そのため、熱輸送能力が良好になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の平板状ヒートパイプをパソコンに搭載されるＣＰＵの冷却に適用した具体例を、図１ないし図４を参照して説明する。図１は、平板状ヒートパイプの外観を示す概略図であり、この平板状ヒートパイプ１は、底板３と上方部材４とからなる中空平板状の密閉金属容器によってコンテナ２が構成されている。そして、コンテナ２の内部には、真空脱気した状態で図示しない作動流体が封入されている。
【００１０】
より詳細には、底板３は矩形の金属平板を材料としたものであり、図２および図３に示すように、その上面部には一例としてＶ字状の細溝からなる複数条の溝部５が長さ方向に亘って形成されている。なお、溝部５は、要は液相作動流体の流通可能な溝であればよく、例えば開口幅が大きくかつ深さの深い１条の溝を採用することもできる。各溝部５の上方には、各溝部５の開口部分を覆うようにして溶射皮膜（多孔質層）６が設けられている。
【００１１】
より具体的には、この溶射皮膜６は、互いに結合する溶射粒子７同士の間に気孔を備えた多孔構造となっており、大きい毛細管圧力を生じさせるようになっている。また、溶射粒子７としては、各溝部５の開口幅よりも粒径の小さいものが採用され、溝部５の内部空間に入り込まない状態で底板３の上面部に付着している。なお、多孔質層の他の例としては、例えば金属粒子あるいはセラミックス粒子を焼結させた多孔構造体などが挙げられる。
【００１２】
このような溶射皮膜６は、例えば底板３と上方部材４とを組み付ける以前にプラズマ溶射あるいはガス溶射等を行うことによって、簡単に形成することができる。すなわち、解放された空間において溶射工程を実施できるために、溶射トーチの操作性が良好であること、あるいは熱が籠らないことなどの利点がある。なお、溶射材料としては、熱伝導性および耐熱性に優れるものであれば異種金属またはセラミックスあるいはそれらを混合したサーメットでもよい。また、底板３の四隅には、平板状ヒートパイプ１を固定するためのネジ（図示せず）を導通させる取付け孔９が形成されている。
【００１３】
上方部材４は、矩形の金属板からなる天板２０と、その天板２０の４つの縁部からそれぞれ図２での下側に延びる側板２１と、それらの側板２１の縁部から同図での横方向にそれぞれ延びるフランジ部２２とによって構成された金属製のカップ状の部材である。また、天板２０の上面部には、その長さ方向に亘って底板３側に突出する２条の補強リブ１０が形成されている。この補強リブ１０は、ヒートパイプ動作時におけるコンテナ２の変形を防止するために、必要に応じて備えられるものであり、図示した溝形状の他に例えばドーム状または十文字状あるいは長円状を採用することもできる。上方部材４は、各フランジ部２２の縁部と底板３とを溶接することによって、溝部５および溶射皮膜６と天板２０とを対向させた姿勢で底板３に対して取り付けられている。
【００１４】
上記構成の平板状ヒートパイプ１は、図４に示すように、ノートブック型パソコンのケース１１の内部に設置されている。コンテナ２のうち一端部は、ケース１１のうちキーボード（図示せず）の裏面側に備えられる金属製の電子遮蔽板１２の下面部に密着した状態に配設されている。これに対して、コンテナ２の他端部は、ＣＰＵ１３の上面部に熱授受可能に配設されている。なお、ＣＰＵ１３に対して電子遮蔽板１２が僅かに高く配置されているため、コンテナ２自体は傾斜した状態となっている。また、コンテナ２は、ネジによってケース１１に取り付けられている。
【００１５】
つぎに、上記のように構成されたこの発明の作用について説明する。パソコンの使用に伴ってＣＰＵ１３が発熱すると、その熱は平板状ヒートパイプ１のコンテナ２のうち底板３に伝達される。その端部の内面は、溶射皮膜６の気孔に生じる毛細管圧力によって他端部から液相作動流体が汲み上げられて、既に濡れた状態となっているため、ＣＰＵ１３を熱源としたヒートパイプ動作が速やかに開始される。
【００１６】
すなわち、各溝部５の内部および多数の溶射粒子７同士の隙間において作動流体が加熱されて蒸気となり、上側の空間に流動するとともに、内部圧力の低い電磁遮蔽板１２に配設された端部に向けて流動し、溶射皮膜６を含むコンテナ２の内壁面において熱を奪われて凝縮する。つまり、作動流体を介してＣＰＵ１３の熱が電磁遮蔽板１２に伝達される。その熱は、電磁遮蔽板１２中を伝導するとともに、その表面からケース１１の内部空間に放散される。その結果、ＣＰＵ１３が冷却される。
【００１７】
したがって、平板状ヒートパイプ１のうち電磁遮蔽板１２に配設された端部の内面が凝縮部１４とされ、これに対して、ＣＰＵ１３側に配設された端部の内面のうちの底面部が蒸発部１５とされる。放熱して液相になった作動流体は、コンテナ２の底板３側に集められて溶射皮膜６内に浸透するとともに、各溝部５の内部にそれぞれ入り込む。溶射粒子７同士の隙間には毛細管圧力が生じるから、溶射皮膜６に浸透した作動流体は、上方に位置する蒸発部１５に向けて流動する。
【００１８】
また、各溝部５の内部空間と溶射粒子７同士の隙間とが互いに連通していて、各溝部５内の液相作動流体に対しても溶射皮膜６の毛細管圧力が作用するから、溶射皮膜６内に浸透した作動流体と共に各溝部５の作動流体も蒸発部１５に向けて流動する。その場合、各溝部５が介在物のない構成、換言すれば、断面変形のない空間として構成されているため、溶射皮膜６に比べて流動抵抗が小さい。その結果、蒸発部１５に必要充分な量の作動流体が供給される。
【００１９】
前述の通り、溶射皮膜６および各溝部５が、コンテナ２の長手方向に亘って形成されているから、液相作動流体が上方の蒸発部１５に還流する。このように、コンテナ２のうち溶射皮膜６および各溝部５が液流路となり、これに対して、溶射皮膜６よりも上方側の空間が蒸気流路となる。すなわち、各溝部５は、溶射皮膜６によって蒸気流路から隔てられた独立した空間として構成されており、これらの溝部５に入り込んだ液相作動流体が、対向流となる蒸気流と直接には接触しないため、還流中に飛散現象が生じにくい。そして、蒸発部１５に供給された作動流体は、ＣＰＵ１３に加熱されて再度蒸発し、以降、上記と同じ熱輸送サイクルを継続する。その結果、ＣＰＵ１３の過熱が防止される。
【００２０】
このように、上記の平板状ヒートパイプ１では、ウィックが多数の微小な溶射粒子７から構成されていて、いわゆるポンプ力が大きいことに加えて、各溝部５が溶射皮膜６を隔てて蒸気流路から独立した構成であって、溝部５内を通る液相作動流体に飛散現象が生じにくいことから、トップヒートモードあるいはコンテナ２が傾斜した状態においても優れた熱輸送能力を発揮し、その結果、従来よりもＣＰＵ１３に対する冷却能力を向上させることができる。
【００２１】
なお、上記の具体例では、底板の上面部のみに溝部および溶射皮膜を備えた構成を例示したが、この発明は上記具体例に限定されるものではなく、溝部と溶射皮膜は、要は凝縮部の液相作動流体と接触するように構成されていればよく、したがって、例えば上方部材の下面部に設けることできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、蒸発部と凝縮部とに繋がる溝部がコンテナの内面に形成されるとともに、毛細管圧力を生じる多孔質層が溝部の開口部分を覆い、かつその溝部の内部空間を埋めない状態でコンテナの内面に取り付けられているから、特にトップヒートモードあるいはコンテナを傾斜させた状態での熱輸送能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る平板状ヒートパイプの外観を示す概略図である。
【図２】その平板状ヒートパイプの断面図である。
【図３】溝部と溶射粒子との構成を示す断面図である。
【図４】平板状ヒートパイプをパソコンに配設させた状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１…平板状ヒートパイプ、  ２…コンテナ、  ５…溝部、  ６…溶射皮膜、  ７…溶射粒子、  １１…ケース、  １２…電磁遮蔽板、  １３…ＣＰＵ、  １４…凝縮部、  １５…蒸発部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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