(57)【要約】【課題】本発明は、対向流の抵抗を低減して優れた熱輸送特性を得ることができ、また、生産性に優れたヒートパイプを提供することを目的とする。【解決手段】熱輸送方向が長手方向であるコンテナと、該コンテナの内部に封入された作動流体と、前記コンテナの内面に設けられたウィック構造体と、該ウィック構造体の前記コンテナの中心軸側に設けられた蒸気流路と、該蒸気流路と前記ウィック構造体との間に配置され、前記コンテナの入熱部にも放熱部にも対応しない部位に設けられた隔離部材と、を有し、前記隔離部材が、前記ウィック構造体方向へ付勢された付勢部材であるヒートパイプ。【選択図】図１
2017146024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱輸送方向が長手方向であるコンテナと、該コンテナの内部に封入された作動流体と、前記コンテナの内面に設けられたウィック構造体と、該ウィック構造体の前記コンテナの中心軸側に設けられた蒸気流路と、該蒸気流路と前記ウィック構造体との間に配置され、前記コンテナの入熱部にも放熱部にも対応しない部位に設けられた隔離部材と、を有し、
前記隔離部材が、前記ウィック構造体方向へ付勢された付勢部材であるヒートパイプ。
【請求項２】
コンテナと、該コンテナの内部に封入された作動流体と、前記コンテナの内面に設けられたウィック構造体と、該ウィック構造体の前記コンテナの中心軸側に設けられた蒸気流路と、該蒸気流路と前記ウィック構造体との間に配置され、前記コンテナの入熱部にも放熱部にも対応しない部位から前記コンテナの一方の端部または前記コンテナの両端部に渡って設けられた隔離部材と、を有し、
前記隔離部材が、前記入熱部及び／または前記放熱部に対応する部位に開口部を有するヒートパイプ。
【請求項３】
前記隔離部材が、管状体の長手方向にスリットが設けられた付勢部材である請求項１または２に記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記隔離部材が、箔体、管体または平面状の編組体である請求項２に記載のヒートパイプ。
【請求項５】
前記隔離部材が、筒状に巻かれた箔体である請求項２または４に記載のヒートパイプ。
【請求項６】
前記隔離部材が、筒状に巻かれた平面状の編組体である請求項２または４に記載のヒートパイプ。
【請求項７】
前記隔離部材が、前記コンテナの入熱部にも放熱部にも対応しない部位から前記コンテナの一方の端部に渡って設けられ、前記コンテナの他方の端部と対向する前記隔離部材の端部が、前記ウィック構造体に設けられた段差部と当接している請求項２乃至６のいずれか１項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、熱抵抗の小さい、優れた熱輸送特性を有するヒートパイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高機能化に伴う高密度搭載等により、発熱量が増大し、その冷却がより重要となっている。電子部品の冷却方法として、ヒートパイプが使用されることがある。
【０００３】
ヒートパイプは、パイプ状のコンテナの内面に溝や金属焼結体等のウィック構造体を設け、該ウィック構造体の毛細管力を利用して重力の向きに関わらず、コンテナに封入された液相の作動流体を放熱部から入熱部まで戻すことで、作動流体の循環を促している。このため、熱抵抗を低減し、優れた熱輸送特性を得るには、ウィック構造体の毛細管力を確保し、対向流の関係にある気相の作動流体の流れと液相の作動流体の流れの抵抗を低減することが重要となる。
【０００４】
上記問題を解決するために、作動流体の流路が１方向となるループ式のヒートパイプが提案されている。しかし、ループ式のヒートパイプは、入熱部と放熱部との間に往路と復路の２系統のコンテナが必要となるので、配管経路が複雑となり、レイアウトの制約やコスト面等で問題があった。
【０００５】
１系統のコンテナにて、対向流の関係にある気相の作動流体の流れと液相の作動流体の流れの抵抗を低減するヒートパイプとして、コンテナの内周壁に配設されたウィックの軸心側に作動蒸気の流路をウィックから隔離する内管を配設することで、気相の作動流体の流れと液相の作動流体の流れを分離するものが提案されている（特許文献１）。
【０００６】
しかし、特許文献１では、外管の入熱部にも放熱部にも対応しない部位（以下、「断熱部」ということがある。）に、精度よく、内管を位置決めすることが難しく、内管が、入熱部や放熱部の部位へずれて、入熱部や放熱部における作動流体の相変化を阻害するという問題、該阻害を防止するために内管の長手方向の寸法を短縮化すると、断熱部において対向流の関係にある気相の作動流体の流れと液相の作動流体の流れ（以下、「対向流」ということがある。）の抵抗を十分低減できず、ひいては、優れた熱輸送特性を得ることはできないという問題があった。また、特許文献１では、前記位置決め工程後、別途、ウィックに対する内管の固定工程を設けなければならないので、ヒートパイプの生産性が低下してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平３−７９０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は、対向流の抵抗を低減して優れた熱輸送特性を得ることができ、また、生産性に優れたヒートパイプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様は、熱輸送方向が長手方向であるコンテナと、該コンテナの内部に封入された作動流体と、前記コンテナの内面に設けられたウィック構造体と、該ウィック構造体の前記コンテナの中心軸側に設けられた蒸気流路と、該蒸気流路と前記ウィック構造体との間に配置され、前記コンテナの入熱部にも放熱部にも対応しない部位に設けられた隔離部材と、を有し、前記隔離部材が、前記ウィック構造体方向へ付勢された付勢部材であるヒートパイプである。
【００１０】
上記態様では、コンテナの入熱部にも放熱部にも対応しない部位（すなわち、断熱部）において、隔離部材によって、蒸気流路とウィック構造体が連通しておらず、隔離された態様となっている。従って、コンテナの断熱部においては、隔離部材が、気相の作動流体の流れと該気相の作動流体の流れと対向する関係にある液相の作動流体の流れを分離する。一方で、コンテナの入熱部と放熱部は、蒸気流路とウィック構造体が連通した態様となっている。
【００１１】
本発明の態様は、コンテナと、該コンテナの内部に封入された作動流体と、前記コンテナの内面に設けられたウィック構造体と、該ウィック構造体の前記コンテナの中心軸側に設けられた蒸気流路と、該蒸気流路と前記ウィック構造体との間に配置され、前記コンテナの入熱部にも放熱部にも対応しない部位から前記コンテナの一方の端部または前記コンテナの両端部に渡って設けられた隔離部材と、を有し、前記隔離部材が、前記入熱部及び／または前記放熱部に対応する部位に開口部を有するヒートパイプである。
【００１２】
上記態様では、コンテナの断熱部においては、隔離部材に開口部は設けられておらず、従って、コンテナの断熱部において、隔離部材が、気相の作動流体の流れと該気相の作動流体の流れと対向する関係にある液相の作動流体の流れを分離する。
【００１３】
本発明の態様は、前記隔離部材が、管状体の長手方向にスリットが設けられた付勢部材であるヒートパイプである。
【００１４】
本発明の態様は、前記隔離部材が、箔体、管体または平面状の編組体であるヒートパイプである。
【００１５】
本発明の態様は、前記隔離部材が、筒状に巻かれた箔体であるヒートパイプである。
【００１６】
本発明の態様は、前記隔離部材が、筒状に巻かれた平面状の編組体であるヒートパイプである。
【００１７】
本発明の態様は、前記隔離部材が、前記コンテナの入熱部にも放熱部にも対応しない部位から前記コンテナの一方の端部に渡って設けられ、前記コンテナの他方の端部と対向する前記隔離部材の端部が、前記ウィック構造体に設けられた段差部と当接しているヒートパイプである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の態様によれば、隔離部材がウィック構造体方向へ付勢された付勢部材なので、隔離部材がコンテナの断熱部に精度よく位置決めされ、結果として、気相の作動流体の流れと該気相の作動流体の流れと対向する液相の作動流体の流れを、コンテナの断熱部において確実に分離できる。また、蒸気流路とウィック構造体とが連通した入熱部と放熱部においては、作動流体の相変化が円滑に生じる。従って、対向流の抵抗を低減して優れた熱輸送特性を得ることができる。
【００１９】
さらに、本発明の態様によれば、隔離部材がウィック構造体方向へ付勢された付勢部材であることにより、隔離部材が、蒸気流路とウィック構造体との間に配置されることで、ウィック構造体へ固定されるので、隔離部材の位置決め後、別途、ウィック構造体に対する固定工程を設ける必要がない。従って、ヒートパイプの生産性が向上する。
【００２０】
本発明の態様によれば、隔離部材がコンテナの一方の端部または両端部に渡って設けられていることにより、隔離部材がコンテナの断熱部に精度よく位置決め可能となり、結果、コンテナの断熱部においては、気相の作動流体の流れと該気相の作動流体の流れと対向する液相の作動流体の流れを確実に分離できる。また、隔離部材が入熱部及び／または放熱部に対応する部位に開口部を有するので、前記開口部を介して、蒸気流路とウィック構造体とが連通した入熱部と放熱部においては、作動流体の相変化が円滑に生じる。従って、対向流の抵抗を低減して優れた熱輸送特性を得ることができる。
【００２１】
さらに、本発明の態様によれば、隔離部材がコンテナの一方の端部または両端部に渡って設けられていることにより、隔離部材の端部がコンテナの端部と当接することで、ウィック構造体へ位置決め、固定されるので、隔離部材の位置決め後、別途、ウィック構造体に対する固定工程を設けなくともよい。従って、ヒートパイプの生産性が向上する。
【００２２】
本発明の態様によれば、隔離部材が、コンテナの断熱部からコンテナの一方の端部に渡って設けられ、コンテナの他方の端部と対向する隔離部材の端部が、ウィック構造体の段差部と当接していることにより、隔離部材をより精度よく位置決めできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）図は、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの長手方向の断面図、（ｂ）図は、（ａ）図のａ−ａ線の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの隔離部材として使用する管状部材の説明図である。
【図３】（ａ）図は、本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプの長手方向の断面図、（ｂ）図は、本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプの隔離部材として使用する管状部材の説明図である。
【図４】本発明の第３実施形態例に係るヒートパイプの長手方向の断面図である。
【図５】（ａ）図は、本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプの長手方向の断面図、（ｂ）図は、（ａ）図のａ−ａ線の断面図、（ｃ）図は、本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプの隔離部材として使用する箔体の説明図である。
【図６】（ａ）図は、本発明の第５実施形態例に係るヒートパイプの長手方向の断面図、（ｂ）図は、本発明の第５実施形態例に係るヒートパイプの隔離部材として使用する箔体の説明図である。
【図７】（ａ）図は、本発明の第６実施形態例に係るヒートパイプの長手方向の説明図、（ｂ）図は、本発明の第６実施形態例に係るヒートパイプの隔離部材として使用する編組体の説明図、（ｃ）図は、（ａ）図のａ−ａ線の断面図、（ｄ）図は、（ａ）図のｂ−ｂ線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。
【００２５】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１実施形態例に係るヒートパイプ１は、熱輸送方向が長手方向であるコンテナ１１と、コンテナ１１の内部に封入された作動流体と、コンテナ１１の内面に設けられた、毛細管力を有するウィック構造体１２と、ウィック構造体１２のコンテナ１１の中心軸側に設けられた蒸気流路１３とを備えている。また、蒸気流路１３とウィック構造体１２との間には、隔離部材１４が設けられている。
【００２６】
コンテナ１１は、内部が密閉された管材であり、コンテナ１１の長手方向の形状は、特に限定されないが、ヒートパイプ１では直線状である。コンテナ１１の径方向、すなわち、長手方向に対して直交方向の断面形状は、特に限定されないが、ヒートパイプ１では円形である。
【００２７】
ヒートパイプ１では、ウィック構造体１２は、銅粉等の金属粉の焼結体であり、コンテナ１１の内周面全体に設けられている。また、ウィック構造体１２は、コンテナ１１の長手方向全体にわたって、径方向の断面形状が所定の肉厚を有する筒状体（ヒートパイプ１では、ウィック構造体１２の形状は円筒形）となっている。筒状体の内部空間が、気相の作動流体が流通する蒸気流路１３となっている。従って、筒状体であるウィック構造体１２の内面が、蒸気流路１３を形成している。ヒートパイプ１では、ウィック構造体１２の上記形状に対応して、蒸気流路１３の径方向の断面形状は、コンテナ１１の長手方向全体にわたって、所定の内径を有する円形状となっている。
【００２８】
入熱部、放熱部の位置は特に限定されないが、図１（ａ）に示すように、ヒートパイプ１では、コンテナ１１の長手方向の一方の端部が入熱部１５、コンテナ１１の長手方向の他方の端部が放熱部１６、入熱部１５と放熱部１６との間の中央部（すなわち、コンテナ１１の入熱部１５にも放熱部１６にも対応しない部位）が、気相の作動流体Ｇが蒸気流路１３を入熱部１５から放熱部１６へ流れ、液相の作動流体Ｌがウィック構造体１２を放熱部１６から入熱部１５へ流れることで、作動流体の対向流が形成される断熱部１７となっている。
【００２９】
なお、ヒートパイプ１では、コンテナ１１の一方の端部を発熱体（図示せず）と熱的に接続することで、コンテナ１１の一方の端部が入熱部１５として機能し、コンテナ１１の他方の端部を放熱フィン等の熱交換手段（図示せず）と熱的に接続することで、コンテナ１１の他方の端部が放熱部１６として機能する。
【００３０】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒートパイプ１では、蒸気流路１３とウィック構造体１２との間に、隔離部材１４が設けられている。ヒートパイプ１では、隔離部材１４の外面がウィック構造体１２の内面と接した態様となっている。また、隔離部材１４は、断熱部１７に配置され、入熱部１５と放熱部１６には隔離部材１４は配置されていない。従って、断熱部１７においては、隔離部材１４の内面が、蒸気流路１３を形成している。
【００３１】
隔離部材１４は、ウィック構造体１２の方向（すなわち、外側方向）へ付勢された付勢部材である。すなわち、隔離部材１４は、バネ性を備えた部材である。図２に示すように、ヒートパイプ１では、隔離部材１４は、長手方向に対して直交方向の断面形状が所定形状の管材（ヒートパイプ１では、上記断面形状が円形状の管材）に、その長手方向に沿って貫通したスリット１８を設けた管状部材１４’である。スリット１８の設けられた管状部材１４’（図２の（ａ））は、把持されて縮径した状態（図２の（ｂ））にて、ウィック構造体１２の設けられたコンテナ１１の断熱部１７に挿入される。挿入後、管状部材１４’の縮径状態を解くことにより、スリット１８の設けられた管状部材１４’が、ウィック構造体１２の方向へ付勢された付勢部材として機能し、管状部材１４’の外面がウィック構造体１２の方向へ付勢しながらウィック構造体１２の内面に接触する。従って、コンテナ１１内部におけるスリット１８の幅は、コンテナ１１への挿入前の該幅と比較して小さくなっている（図２の（ｃ））か、または、縮径によりスリット１８が無くなった態様となっている。上記から、管状部材１４’の肉厚は、付勢部材として機能する厚さであれば、適宜選択可能である。
【００３２】
隔離部材１４の材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス等の金属材料を挙げることができる。コンテナ１１の材料としては、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス等を挙げることができる。隔離部材１４の材料とコンテナ１１の材料は、同じでも、異なっていてもよい。また、コンテナ１１に封入する作動流体としては、コンテナ１１や隔離部材１４の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等を挙げることができる。
【００３３】
隔離部材１４は、ウィック構造体１２の方向へ付勢されているので、そのバネ作用により、ウィック構造体１２の内面に固定される。スリット１８が設けられた管状部材１４’（すなわち、隔離部材１４）の縮径状態を解くことで、隔離部材１４はウィック構造体１２の内面に固定されるので、精度よくかつ容易に、断熱部１７に位置決めできる。
【００３４】
隔離部材１４は、断熱部１７において、蒸気流路１３を流れる気相の作動流体Ｇの流れと気相の作動流体Ｇの流れと対向する関係にあり、ウィック構造体１２を流れる液相の作動流体Ｌの流れを分離する。一方で、コンテナ１１の入熱部１５と放熱部１６には、隔離部材１４が設けられていないので、入熱部１５と放熱部１６では、蒸気流路１３とウィック構造体１２とが連通した態様となっている。従って、入熱部１５と放熱部１６においては、作動流体の相変化が円滑に生じる。上記から、ヒートパイプ１では、断熱部１７における対向流の抵抗を確実に低減でき、また、入熱部１５と放熱部１６にて円滑に作動流体が相変化するので、優れた熱輸送特性を得ることができる。
【００３５】
また、隔離部材１４は付勢部材なので、ヒートパイプ１を製造するにあたり、隔離部材１４の位置決め後、別途、ウィック構造体１２に隔離部材１４を固定する工程を設けなくてもよく、結果、優れた生産性を得ることができる。
【００３６】
次に、本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、断熱部１７に配置され、入熱部１５と放熱部１６には配置されていない第１実施形態例に係るヒートパイプ１の隔離部材１４に代えて、第２実施形態例に係るヒートパイプ２では、隔離部材２４は、コンテナ１１の入熱部１５にも放熱部１６にも対応しない部位（すなわち、断熱部１７）である中央部からコンテナ１１の長手方向の片方の端部（図３（ａ）では、放熱部１６である他方の端部）まで設けられている。すなわち、隔離部材２４の片方の端部（他方の端部）の端面は、コンテナ１１の他方の端部の端面に当接した態様となっている。一方で、コンテナ１１の入熱部１５に対応する部位には、隔離部材２４は配置されておらず、隔離部材２４のもう片方の端部（一方の端部）の端面は、コンテナ１１の入熱部１５である一方の端部の端面と当接していない態様となっている。
【００３８】
また、図３（ｂ）に示すように、ヒートパイプ２の隔離部材２４として、管材の長手方向に沿って貫通したスリット１８は形成されておらず、また、コンテナ１１の放熱部１６の部位に対応する他方の端部、すなわち、コンテナ１１の断熱部１７に対応しない部位に開口部２５の設けられた管状部材２４’が用いられている。開口部２５は、管状部材２４’の周面に設けられている。また、管状部材２４’は、コンテナ１１の断熱部１７の部位に対応する一方の端部と中央部には、開口部は設けられていない。
【００３９】
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、隔離部材２４には、放熱部１６に対応する部位に開口部２５が設けられている。開口部２５は、１つでも複数でもよく、また、複数の開口部２５を設ける場合の相互の開口部２５の配置関係は、蒸気流路１３とウィック構造体１２が連通した態様であれば、特に限定されず、適宜選択可能である。なお、ヒートパイプ２では、複数の開口部２５が千鳥状に配置されている。隔離部材２４のうち、コンテナ１１の断熱部１７に対応する部位には、開口部２５は設けられていない。
【００４０】
ヒートパイプ２では、隔離部材２４がコンテナ１１の他方の端部まで設けられていることにより、スリットが形成されていない管状部材２４’が用いられても、隔離部材２４（開口部２５が設けられていない隔離部材２４の部位）はコンテナ１１の断熱部１７に精度よく位置決め可能となる。よって、断熱部１７においては、気相の作動流体Ｇの流れと該気相の作動流体Ｇの流れと対向する液相の作動流体Ｌの流れを確実に分離できる。また、隔離部材２４には、放熱部１６に対応する部位に開口部２５が形成されているので、開口部２５を介して、蒸気流路１３とウィック構造体１２が連通した放熱部１６においては、作動流体の相変化が円滑に生じる。従って、ヒートパイプ２でも、対向流の抵抗を低減して優れた熱輸送特性を得ることができる。
【００４１】
さらに、本発明の態様によれば、隔離部材２４がコンテナ１１の他方の端部まで設けられていることにより、隔離部材２４の端部がコンテナ１１の端部と当接することで、ウィック構造体１２へ位置決め、固定されるので、隔離部材２４の位置決め後、別途、ウィック構造体１２に対する固定工程を設けなくともよい。
【００４２】
次に、本発明の第３実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１、第２実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
【００４３】
図４に示すように、第３実施形態例に係るヒートパイプ３では、第２実施形態例に係るヒートパイプ２のウィック構造体１２の内面に、さらに段差部３３が設けられたウィック構造体３２となっている。段差部３３は、入熱部１５の部位と断熱部１７の部位の境界に設けられている。コンテナ１１の入熱部１５である一方の端部の端面は、隔離部材２４の一方の端部の端面と対向しており、隔離部材２４の一方の端部の端面は、コンテナ１１の一方の端部の端面とは当接せずに、段差部３３と当接した態様となっている。すなわち、ヒートパイプ３では、隔離部材２４は、ウィック構造体３２の段差部３３とコンテナ１１の他方の端部の端面との間で挟持されている。
【００４４】
従って、ヒートパイプ３では、隔離部材２４が、より精度よく断熱部１７に位置決めされている。また、段差部３３を境に、入熱部１５の部位のウィック構造体３２は、他の部位のウィック構造体３２よりも厚さが増大するので、作動流体の蒸発時のドライアウトを抑制することができる。
【００４５】
次に、本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１〜第３実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
【００４６】
図５（ａ）、（ｃ）に示すように、第４実施形態例に係るヒートパイプ４では、長手方向にスリット１８を設けた管状部材１４’や開口部２５が形成された管状部材２４’に代えて、隔離部材４４として、平面状の箔体４４’が用いられている。また、図５（ｂ）に示すように、ヒートパイプ４では、箔体４４’が筒状に巻かれることで、隔離部材４４が形成されている。
【００４７】
図５（ａ）に示すように、箔体４４’が筒状に巻かれて形成された隔離部材４４は、コンテナ１１の断熱部１７からコンテナ１１の両端部まで、すなわち、コンテナ１１の一方の端部である入熱部１５から他方の端部である放熱部１６まで、配置されている。また、隔離部材４４には、コンテナ１１の入熱部１５に対応する部位とコンテナ１１の放熱部１６に対応する部位に、それぞれ、開口部４５（図５（ａ）では、上記それぞれの部位に、複数の開口部４５）が設けられている。開口部４５は、隔離部材４４の周面となる位置に設けられている。一方で、隔離部材４４では、コンテナ１１の断熱部１７（すなわち、コンテナ１１の入熱部１５と放熱部１６との間の中央部）に対応する部位には、開口部４５は形成されていない。
【００４８】
ヒートパイプ４では、筒状に巻かれた箔体４４’（すなわち、隔離部材４４）の内面が、蒸気流路１３を形成している。また、ヒートパイプ４では、金属粉の焼結体に代えて、コンテナ１１の内周面に形成された複数の溝構造であるグルーブのウィック構造体４２が設けられている。従って、隔離部材４４の外面は、ウィック構造体４２を形成する、コンテナ１１の内周面に設けられた溝構造の頂部と、直接接した態様となっている。また、筒状に巻かれた箔体４４’は、ウィック構造体４２の方向へ付勢された付勢部材としての機能も備えている。
【００４９】
箔体４４’の材質は、作動流体との適合性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス等の金属材料を挙げることができる。箔体４４’の材料とコンテナ１１の材料は、同じでも、異なっていてもよい。箔体４４’の厚さは、筒状に巻かれた形状を維持しつつ、付勢部材としての機能も備える厚さであれば、特に限定されず、例えば、上記金属材料の場合には、０．０１〜０．１０ｍｍ等を挙げることができる。
【００５０】
上記から、隔離部材４４は、コンテナ１１の両端部で挟持されつつ、ウィック構造体４２の方向へ付勢された付勢部材としても機能するので、ウィック構造体４２の内面に容易に固定されつつ、開口部４５が設けられていない隔離部材４４の部位が、精度よく断熱部１７に位置決めされる。上記から、ヒートパイプ４でも、断熱部１７における対向流の抵抗を確実に低減でき、また、入熱部１５と放熱部１６にて円滑に作動流体が相変化するので、優れた熱輸送特性を得ることができる。
【００５１】
次に、本発明の第５実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１〜第４実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、コンテナ１１の一方の端部に入熱部１５、他方の端部に放熱部１６、コンテナ１１の入熱部１５と放熱部１６の間である中央部に断熱部１７が配置された第４実施形態例に係るヒートパイプ４に代えて、第５実施形態例に係るヒートパイプ５では、コンテナ１１の中央部に入熱部１５、コンテナ１１の一方の端部に第１の放熱部１６−１、コンテナ１１の他方の端部に第２の放熱部１６−２が配置されている。従って、ヒートパイプ５では、放熱部が複数（２箇所）設けられている。また、入熱部１５と第１の放熱部１６−１との間に第１の断熱部１７−１、入熱部１５と第２の放熱部１６−２との間に第２の断熱部１７−２が設けられている。従って、ヒートパイプ５では、断熱部が複数（２箇所）設けられている。
【００５３】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒートパイプ５では、箔体５４’が筒状に巻かれることで隔離部材５４が形成されている。また、隔離部材５４は、コンテナ１１の入熱部１５に対応する部位、コンテナ１１の第１の放熱部１６−１に対応する部位及びコンテナ１１の第２の放熱部１６−２に対応する部位に、それぞれ、開口部５５（図６（ａ）、（ｂ）では、上記それぞれの部位に、複数の開口部５５）が設けられている。開口部５５は、隔離部材５４の周面となる位置に設けられている。一方で、隔離部材５４では、コンテナ１１の第１の断熱部１７−１に対応する部位及びコンテナ１１の第２の断熱部１７−２に対応する部位には、開口部５５は形成されていない。
【００５４】
ヒートパイプ５に示すように、本発明のヒートパイプは、入熱部と放熱部の位置及び設置数を、使用状況に応じて適宜選択することができる。
【００５５】
次に、本発明の第６実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１〜第５実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
【００５６】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第６実施形態例に係るヒートパイプ６では、箔体４４’に代えて、隔離部材６４として、平面状の編組体６４’が用いられている。また、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、ヒートパイプ６では、編組体６４’が筒状に巻かれることで、隔離部材６４が形成されている。
【００５７】
図７（ａ）に示すように、編組体６４’が筒状に巻かれて形成された隔離部材６４は、コンテナ１１の断熱部１７からコンテナ１１の両端部まで、すなわち、コンテナ１１の一方の端部である入熱部１５から他方の端部である放熱部１６まで、配置されている。また、隔離部材６４には、コンテナ１１の入熱部１５に対応する部位とコンテナ１１の放熱部１６に対応する部位は、それぞれ、蒸気流路１３とウィック構造体１２が連通した目の粗いメッシュ部６５である。
【００５８】
コンテナ１１の断熱部１７に対応する部位は、蒸気流路１３とウィック構造体１２が連通していない目の詰まったメッシュ部６６となっている。目の詰まったメッシュ部６６は閉塞しているので、蒸気流路１３は、目の詰まったメッシュ部６６によってウィック構造体１２と隔離されている。断熱部１７において、目の詰まったメッシュ部６６が、蒸気流路１３を流れる気相の作動流体Ｇの流れと気相の作動流体Ｇの流れと対向する関係にあり、ウィック構造体１２を流れる液相の作動流体Ｌの流れを分離する。
【００５９】
なお、ヒートパイプ６では、ウィック構造体１２として、毛細管力を生じる構造であれば、特に限定されないが、金属粉の焼結体が設けられている。
【００６０】
ヒートパイプ６でも、断熱部１７における対向流の抵抗を確実に低減でき、また、入熱部１５と放熱部１６にて円滑に作動流体が相変化するので、優れた熱輸送特性を得ることができる。
【００６１】
次に、本発明の他の実施形態例について説明する。第２実施形態例に係るヒートパイプでは、隔離部材は、コンテナの断熱部からコンテナの片方の端部（図では、放熱部である他方の端部）まで設けられていたが、これに代えて、コンテナの断熱部からコンテナのもう片方の端部（図では、入熱部である一方の端部）まで設けられている隔離部材としてもよい。また、第２実施形態例に係るヒートパイプでは、隔離部材は、コンテナの断熱部からコンテナの片方の端部（図では、放熱部である他方の端部）まで設けられていたが、これに代えて、コンテナの断熱部からコンテナの両端部まで隔離部材を配置し、入熱部に対応する部位にも開口部が設けられている隔離部材としてもよい。つまり、隔離部材の一方の端部の端面も、コンテナの入熱部である一方の端部の端面に当接した態様としてもよい。
【００６２】
第２実施形態例に係るヒートパイプでは、隔離部材として、管材の長手方向に沿って貫通したスリットが形成されていない管状部材が用いられていたが、これに代えて、上記スリットが形成された管状部材が用いられてもよい。
【００６３】
上記各実施形態例では、ヒートパイプの長手方向の形状は直線状であったが、該形状は特に限定されず、使用状況に応じて、Ｕ字状、Ｌ字状等、曲部を有する形状としてもよい。また、上記各実施形態例では、コンテナの径方向の断面形状は円形であったが、扁平形状、矩形状等、特に限定されない。
【００６４】
また、上記各実施形態例において、必要に応じて、さらに、隔離部材をウィック構造体に、溶接や焼結によって固定してもよい。また、上記各実施形態例においては、入熱部、放熱部及び断熱部の各ウィック構造体は、金属粉の焼結体またはグルーブ構造であったが、毛細管力を生じる構造であれば、特に限定されず、また、入熱部、放熱部及び断熱部のウィック構造体を、それぞれ異なる構造としてもよい。
【００６５】
上記各実施形態例においては、隔離部材は、断熱部の内周面全体に設けられていたが、これに代えて、断熱部の内周面の一部領域にのみ設けてもよい。
【実施例】
【００６６】
以下に、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６７】
実施例１
本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプを用いた。外径８ｍｍ、内径７．５ｍｍ、長さ２００ｍｍの銅製コンテナの内面全体に、銅粉の焼結体（厚さ１ｍｍ）を設けてウィック構造体とした。ヒートパイプは、コンテナの長手方向において、一方の端部から３０ｍｍまでを発熱体と熱的に接続した入熱部、他方の端部から５０ｍｍまでを放熱フィンと熱的に接続した放熱部とした。従って、断熱部は一方の端部から３０ｍｍの部位〜他方の端部から５０ｍｍの部位の長さ１２０ｍｍの領域とした。断熱部のウィック構造体と蒸気流路との境界に、ウィック構造体と接して隔離部材を設けた。
【００６８】
隔離部材として、外径５．５ｍｍ、内径５．１ｍｍ、長さ１２０ｍｍの銅管で長手方向に幅１．５ｍｍのスリットを設けた管状部材（付勢部材）を用いた。スリット部を重ねるように縮径した状態で、隔離部材をコンテナの一方の端部（入熱部）の開口端から挿入し、隔離部材の後端が入熱部の開口端から３０ｍｍとなる位置で縮径した状態を解放した。隔離部材は、ウィック構造体方向へのバネ性によってウィック構造体の表面に固定された。挿入後の隔離部材の外径は５．５ｍｍであった。また、挿入後の隔離部材のスリット幅は、隙間がなくなる状態とした。コンテナ内には作動流体として適量の水を封入した。
【００６９】
発熱体からの入熱により入熱部にて液相から気相へ相変化した作動流体は、ウィック構造体から蒸気流路へ流出し、隔離部材のコンテナの中心軸側の蒸気流路を流通して、入熱部から放熱部へ流れ、放熱部で潜熱を放出して気相から液相へ相変化した。液相の作動流体は、ウィック構造体の毛細管力によって放熱部から入熱部へ返送されて、発熱体からの熱が輸送された。断熱部においては気相の作動流体と液相の作動流体が完全に隔離されていたので、ループ式ヒートパイプと同様に、対向流の抵抗が低減され、また、最大熱輸送量が増加して、熱輸送特性が向上した。さらに、断熱部において、液相の作動流体の飛散が抑制される点でも、熱輸送特性が向上した。
【００７０】
実施例２
本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプを用いた。外径８ｍｍ、内径７．５ｍｍ、長さ２００ｍｍの銅製コンテナの内面全体に、銅粉の焼結体（厚さ１ｍｍ）を設けてウィック構造体とした。ヒートパイプは一方の端部から３０ｍｍまでを発熱体と熱的に接続した入熱部、他方の端部から５０ｍｍまでを放熱フィンと熱的に接続した放熱部とした。従って、断熱部は一方の端部から３０ｍｍの部位〜他方の端部から５０ｍｍの部位の長さ１２０ｍｍの領域とした。断熱部のウィック構造体と蒸気流路との境界に、ウィック構造体と接して隔離部材を設けた。
【００７１】
隔離部材として、外径５．５ｍｍ、内径５．１ｍｍ、長さ１７０ｍｍの銅管の、放熱部の５０ｍｍに対応する部位に、周上に略半周に渡って幅５ｍｍの開口部を、２ｍｍの連接部を介して、７列、並列に形成した管状部材を用いた。この開口部によって、放熱部では、蒸気流路とウィック構造体が連通した態様とした。隔離部材は、コンテナの一方の端部（入熱部）の開口端から挿入し、コンテナの他方の端部（放熱部）に当接することで位置決めされるので、開口部の形成されていない部位（コンテナの断熱部に対応する部位）では、隔離部材が、蒸気流路とウィック構造体を分離した。加熱処理することで、隔離部材をウィック構造体と焼結させて、隔離部材をウィック構造体に固定した。コンテナ内には作動流体として適量の水を封入した。
【００７２】
発熱体からの入熱により入熱部にて液相から気相へ相変化した作動流体は、ウィック構造体から蒸気流路へ流出し、隔離部材のコンテナの中心軸側の蒸気流路を流通して、入熱部から放熱部へ流れ、放熱部で潜熱を放出して気相から液相へ相変化した。液相の作動流体は、ウィック構造体の毛細管力によって放熱部から入熱部へ返送されて、発熱体からの熱が輸送された。断熱部においては気相の作動流体と液相の作動流体が完全に隔離されていたので、ループ式ヒートパイプと同様に、対向流の抵抗が低減され、また、最大熱輸送量が増加して、熱輸送特性が向上した。さらに、断熱部において、液相の作動流体の飛散が抑制される点でも、熱輸送特性が向上した。
【００７３】
実施例３
本発明の第３実施形態例に係るヒートパイプを用いた。実施例２のヒートパイプと同様の構成であるが、入熱部のウィック構造体（銅粉の焼結体）の部分のみ、厚み１．５ｍｍとした。これにより、作動流体の蒸発時のドライアウトを抑制する効果と、隔離部材の先端が段差部で位置決めできる構造とした。隔離部材はコンテナの他方の端部（放熱部）から段差部に当接するまで挿入した。隔離部材の他方の端部は、ヒートパイプ加工時に絞り工程や溶接（封止）工程を経て位置決めされるため、ヒートパイプの作動中に位置ずれすることはなかった。また、実施例３でも、実施例１、２と同様の効果を得ることができた。
【００７４】
実施例４
本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプを用いた。外径６ｍｍ、長さ２００ｍｍの銅製コンテナの内周面の長手方向に、複数の溝（３２溝で略矩形（山部は略台形）の断面形状）を設けてウィック構造体とした。長さはコンテナの長さと同じであって、厚さ０．０５ｍｍである平面状の銅の箔体を、１周半、筒状に巻かれたものをコンテナ内に挿入し、隔離部材（付勢部材）とした。箔体がウィック構造体方向へ開こうとする付勢によって、コンテナ内の所望の箇所に隔離部材が固定された。入熱部はコンテナの一方の端部から３０ｍｍまで、放熱部はコンテナの他方の端部から５０ｍｍまでなので、箔体の両端の入熱部と放熱部に対応する部位には、矩形状の開口部を設けた。従って、入熱部と放熱部では、開口部を介して、蒸気流路とウィック構造体が連通した態様とした。隔離部材は、その長さがコンテナの長さと同じなので、隔離部材の両端で位置決めがされるため、ヒートパイプの作動中に位置ずれすることはなかった。また、実施例４でも、実施例１〜３と同様の効果を得ることができた。
【００７５】
実施例５
本発明の第５実施形態例に係るヒートパイプを用いた。入熱部はコンテナの中央部に５０ｍｍ、第１の放熱部はコンテナの一方の端部に２５ｍｍ、第２の放熱部はコンテナの他方の端部に２５ｍｍ、第１の断熱部、第２の断熱部は、それぞれ、５０ｍｍ、隔離部材の厚さを０．１ｍｍとした以外は、実施例４と同様とした。隔離材料には、入熱部、第１の放熱部、第２の放熱部に対応する部位に、矩形状の開口部を設けた。入熱部と放熱部の位置及び設置数を変更した実施例５でも、実施例４と同様の効果を得ることができた。
【００７６】
実施例６
本発明の第６実施形態例に係るヒートパイプを用いた。外径６ｍｍ、内径５．５ｍｍ、長さ２５０ｍｍの銅製コンテナの内面全体に、銅粉の焼結体（厚さ１ｍｍ）を設けてウィック構造体とした。ヒートパイプは、一方の端部から３０ｍｍまでを発熱体と熱的に接続した入熱部、他方の端部から５０ｍｍまでを放熱フィンと熱的に接続した放熱部とした。従って、断熱部は一方の端部から３０ｍｍの部位〜他方の端部から５０ｍｍの部位の長さ１７０ｍｍの領域とした。ウィック構造体と蒸気流路との境界に、ウィック構造体と接して隔離部材を設けた。
【００７７】
銅製の細線（ワイヤー）を編み込んでメッシュ形状にした平面状の編組体を、筒状に巻かれたものをコンテナ内に挿入し、隔離部材とした。隔離部材のうち、コンテナの断熱部に対応する部位は、メッシュが密集して目が詰まった閉塞状態とした。隔離部材のうち、コンテナの入熱部と放熱部に対応する部位は、メッシュの目が大きく気相の作動流体も液相の作動流体も通過する開口状態とした。従って、隔離部材のうち、コンテナの断熱部に対応する部位では、気相の作動流体も液相の作動流体も隔離部材を実質的に透過せず、気相の作動流体と液相の作動流体が完全に隔離された。従って、ループ式ヒートパイプと同様に、対向流の抵抗が低減された。一方で、隔離部材のうち、コンテナの入熱部と放熱部に対応する部位は、開口状態となっているので、円滑に作動流体が相変化した。従って、実施例６でも、実施例４と同様の効果を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のヒートパイプは、作動流体の対向流の抵抗を低減して優れた熱輸送特性を得ることができるので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、車両に搭載された発熱体の冷却用として利用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１、２、３、４、５、６            ヒートパイプ
１１                              コンテナ
１２、３２、４２                  ウィック構造体
１３                              蒸気流路
１４、２４、４４、５４、６４      隔離部材
２５、４５、５５                  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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