JP2018141604A

JP2018141604A - 収容空間内の冷却構造、ヒートパイプ、及び、ヒートパイプの製造方法

Info

Publication number: JP2018141604A
Application number: JP2017036832A
Authority: JP
Inventors: 俊彦幸; Toshihiko Saiwai; 喜多　晃一; Koichi Kita; 晃一喜多; 純加藤; Jun Kato; 光太郎渡邊; Kotaro Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-09-13

Abstract

【課題】凝縮部において発生した作業流体の凝縮液を速やかに排出することができ、収容空間内に配置された発熱体の熱を収容空間の外装壁を介して効率良く放熱することができる収容空間内の冷却構造を提供する。【解決手段】ヒートパイプの凝縮部１１に配設された凝縮部ウィック２１の平均気孔率が、凝縮部ウィック２１と蒸発部ウィック２３とを連結する連結部ウィック２２の平均気孔率よりも高く、連結部ウィック２２の平均気孔率が蒸発部ウィック２３の平均気孔率よりも高く、凝縮部ウィック２１の平均気孔率が７０％以上９５％以下、連結部ウィック２２の平均気孔率が４０％以上９０％以下、蒸発部ウィック２３の平均気孔率が３０％以上８５％以下、凝縮部ウィック２１の平均気孔率と連結部ウィック２２の平均気孔率との差及び連結部ウィック２２の平均気孔率と蒸発部ウィック２３の平均気孔率との差が５％以上とされている。【選択図】図２

Description

本発明は、内部に発熱体が配置された収容空間内の冷却構造、及び、この収容空間内の冷却構造において用いられるヒートパイプ、このヒートパイプの製造方法に関するものである。

従来、エンジン等の発熱体が収容されたエンジンルーム等の収容空間内を冷却する際には、特許文献１，２等に記載されているように、走行による風やファンを用いた空冷方式の冷却構造や、冷却液を循環させる液冷方式のラジエータを利用した冷却構造が提供されている。
ここで、空冷方式の冷却構造の場合には、エンジンルーム等の収容空間内に通気部を設ける必要があり、収容空間の小型化を図ることが困難となるといった問題があった。
また、液冷方式のラジエータを用いた冷却構造の場合には、エンジンルーム等の収容空間内に比較的大型のラジエータが配設されることになり、やはり、収容空間の小型化を図ることが困難となるといった問題があった。

また、特許文献３には、ヒートパイプを用いてエンジンルーム内のインバータを冷却する車両用インバータの冷却構造が提案されている。
このヒートパイプを用いた車両用インバータの冷却構造においては、インバータで発生した熱を、ヒートパイプを介してボンネットへ伝達し、ボンネットから放熱する構成とされている。なお、ヒートパイプは、ラジエータ等に比べて小型であるため、エンジンルーム等の収容空間の小型化を図ることが可能となる。

特開２０１４−２１３６９３号公報特開２０１６−２１０３１０号公報特開平０８−０４７１１３号公報

ところで、特許文献３に記載されたヒートパイプを用いた冷却構造においては、ヒートパイプ内に封止された作動流体が、発熱体（インバータ）側が蒸発部となって気体となり、放熱体（ボンネット）が凝縮部となって液体となる。ここで、凝縮部において作業流体の液体（凝縮液）が滞留すると、熱伝導が妨げられることになり、放熱特性が低下するといった問題があった。このため、凝縮部から作業流体の液体（凝縮液）を速やかに排出することが求められている。

本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、凝縮部において発生した作業流体の凝縮液を速やかに排出することができ、収容空間内に配置された発熱体の熱を収容空間の外装壁を介して効率良く放熱することができる収容空間内の冷却構造、この収容空間内の冷却構造に用いられるヒートパイプ、及び、このヒートパイプの製造方法を提供することを目的としている。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の収容空間内の冷却構造は、内部に発熱体が配置された収容空間内を冷却する収容空間内の冷却構造であって、前記収容空間内には、前記発熱体に接触配置された蒸発部と前記収容空間の外装壁に接触配置された凝縮部とを備え、前記発熱体の熱を前記外装壁から放熱するヒートパイプが配置されており、前記ヒートパイプの内部には、多孔質体からなるウィックが配設されており、前記ウィックは、前記凝縮部に配設された凝縮部ウィックと、前記蒸発部に配置された蒸発部ウィックと、前記凝縮部ウィックと前記蒸発部ウィックとを連結する連結部ウィックと、を備え、前記凝縮部ウィックの平均気孔率が前記連結部ウィックの平均気孔率よりも高く設定され、前記連結部ウィックの平均気孔率が前記蒸発部ウィックの平均気孔率よりも高く設定されており、前記凝縮部ウィックの平均気孔率が７０％以上９５％以下の範囲内とされ、前記連結部ウィックの平均気孔率が４０％以上９０％以下の範囲内とされ、前記蒸発部ウィックの平均気孔率が３０％以上８５％以下の範囲内とされており、前記凝縮部ウィックの平均気孔率と前記連結部ウィックの平均気孔率との差が５％以上とされ、前記連結部ウィックの平均気孔率と前記蒸発部ウィックの平均気孔率との差が５％以上とされていることを特徴とすることを特徴としている。

この構成の収容空間内の冷却構造によれば、前記発熱体に接触配置された蒸発部と前記収容空間の外装壁に接触配置された凝縮部とを備え、前記発熱体の熱を前記外装壁から放熱するヒートパイプを用いており、前記ヒートパイプの凝縮部に配設された凝縮部ウィックの平均気孔率が、前記凝縮部ウィックと前記蒸発部ウィックとを連結する連結部ウィックの平均気孔率よりも高く設定されているので、凝縮部ウィックと連結部ウィックとの気孔率の差に起因する毛細管現象によって、凝縮部で生成した作動流体の凝縮液が連結部ウィック側へと速やかに排出されることになる。これにより、凝縮部ウィックに作動流体の凝縮液が滞留することを抑制でき、発熱体の熱を前記外装壁から効率良く放熱することが可能となる。

また、前記凝縮部ウィックの平均気孔率が７０％以上とされるとともに、前記連結部ウィックの平均気孔率が４０％以上とされ、前記凝縮部ウィックの平均気孔率と前記連結部ウィックの平均気孔率との差が５％以上とされているので、凝縮部で生成した作動流体の凝縮液を連結部ウィック側へと速やかに排出することができる。
また、前記凝縮部ウィックの平均気孔率が９５％以下とされているので、表面積が確保され、凝縮部における凝縮性能を確保することができる。
さらに、前記連結部ウィックの平均気孔率が９０％以下とされているので、蒸発部から凝縮部に向かう作動流体の気体によって作動流体の凝縮液が連結部ウィック中を凝縮部から蒸発部へ向かう流れを妨げられることを抑制できる。

さらに、前記連結部ウィックと前記蒸発部ウィックが連結されており、前記蒸発部ウィックの平均気孔率が前記連結部ウィックの平均気孔率よりも低く設定されているので、凝縮部で生成した作動流体の凝縮液を蒸発部へと速やかに移送することができ、蒸発部において作動流体の凝縮液を気化させることによって、発熱体をさらに効率良く冷却することができる。
また、前記蒸発部ウィックの平均気孔率が３０％以上とされているので、蒸発により生じた作動流体の気体が流動する際の抵抗を小さくすることができ、蒸発部における作動流体の気化を促進することができる。さらに、前記蒸発部ウィックの平均気孔率が８５％以下とされているので、作動流体の凝縮液を速やかに蒸発部へと移送することができる。

本発明のヒートパイプは、上述の収容空間内の冷却構造において用いられるヒートパイプであって、内部に多孔質体からなるウィックが配設されており、前記ウィックは、前記凝縮部に配設された凝縮部ウィックと、前記蒸発部に配置された蒸発部ウィックと、前記凝縮部ウィックと前記蒸発部ウィックとを連結する連結部ウィックと、を備え、前記凝縮部ウィックの平均気孔率が前記連結部ウィックの平均気孔率よりも高く設定され、前記連結部ウィックの平均気孔率が前記蒸発部ウィックの平均気孔率よりも高く設定されており、前記凝縮部ウィックの平均気孔率が７０％以上９５％以下の範囲内とされ、前記連結部ウィックの平均気孔率が４０％以上９０％以下の範囲内とされ、前記蒸発部ウィックの平均気孔率が３０％以上８５％以下の範囲内とされており、前記凝縮部ウィックの平均気孔率と前記連結部ウィックの平均気孔率との差が５％以上とされ、前記連結部ウィックの平均気孔率と前記蒸発部ウィックの平均気孔率との差が５％以上とされていることを特徴としている。

この構成のヒートパイプにおいては、凝縮部に配設された凝縮部ウィックの平均気孔率が、前記凝縮部ウィックに連結された連結部ウィックの平均気孔率よりも高く設定されているので、凝縮部ウィックと連結部ウィックとの気孔率の差に起因する毛細管現象によって、凝縮部で生成した作動流体の凝縮液が連結部ウィック側へと速やかに排出されることになり、凝縮部ウィックに作動流体の凝縮液が滞留することを抑制でき、発熱体の熱を効率良く放熱することが可能となる。
また、前記連結部ウィックの平均気孔率が前記蒸発部ウィックの平均気孔率よりも高く設定されているので、凝縮部で生成した作動流体の凝縮液を蒸発部へと速やかに移送することができ、再循環された作動流体を蒸発部において再び気化させることによって、発熱体をさらに効率良く冷却することができる。

本発明のヒートパイプの製造方法は、上述の収容空間内の冷却構造において用いられるヒートパイプの製造方法であって、板材の一面に前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを形成するウィック形成工程と、前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックが配置された前記板材を管状に成形する管体成形工程と、成形された管体の内部に作動流体を封入する封入工程と、を備えていることを特徴としている。

この構成のヒートパイプの製造方法によれば、板材の一面に前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを形成するウィック形成工程を備えているので、平均気孔率が互いに異なる前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを精度良く形成することができる。なお、ウィック形成工程においては、予め形成したウィックを板材の一面に配置してもよいし、ウィックの原料を板材の一面に配置してウィックを形成してもよい。
また、前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックが形成された前記板材を管状に成形する管体成形工程と、成形された管体の内部に作動流体を封入する封入工程と、を備えているので、内部に多孔質体からなるウィックを備えたヒートパイプを製造することができる。

本発明のヒートパイプの製造方法は、上述の収容空間内の冷却構造において用いられるヒートパイプの製造方法であって、前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを形成するウィック形成工程と、管体を成形する管体成形工程と、前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを、前記管体の内部に装入するウィック配置工程と、前記管体内部に作動流体を封入する封入工程と、を備えていることを特徴としている。

この構成のヒートパイプの製造方法によれば、前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを形成するウィック形成工程と、管体を成形する管体成形工程と、前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを、前記管体の内部に装入するウィック配置工程と、を備えているので、平均気孔率が互いに異なる前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを、精度良く管体の内部に配置することができる。

本発明によれば、凝縮部において発生した作業流体の凝縮液を速やかに排出することができ、収容空間内に配置された発熱体の熱を収容空間の外装壁を介して効率良く放熱することができる収容空間内の冷却構造、この収容空間内の冷却構造に用いられるヒートパイプ、及び、このヒートパイプの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態である収容空間内の冷却構造の説明図である。図１に示す収容空間内の冷却構造で用いられるヒートパイプの断面説明図である。（ａ）が縦断面、（ｂ）がＸ−Ｘ断面である。図２に示すヒートパイプの製造方法のフロー図である。図２に示すヒートパイプの製造方法の説明図である。ウィックを構成する多孔質焼結体の概略説明図である。図２に示すヒートパイプの他の製造方法を示すフロー図である。図２に示すヒートパイプの他の製造方法説明図である。図２に示すヒートパイプの他の製造方法を示すフロー図である。図２に示すヒートパイプの他の製造方法説明図である。本発明の他の実施形態である収容空間内の冷却構造に用いられるヒートパイプの概略説明図である。本発明の他の実施形態である収容空間内の冷却構造に用いられるヒートパイプの概略説明図である。本発明の他の実施形態である収容空間内の冷却構造に用いられるヒートパイプの概略説明図である。本発明の他の実施形態である収容空間内の冷却構造に用いられるヒートパイプの概略説明図である。本発明の他の実施形態である収容空間内の冷却構造に用いられるヒートパイプの概略説明図である。本発明の他の実施形態である収容空間内の冷却構造に用いられるヒートパイプの概略説明図である。本発明の他の実施形態である収容空間内の冷却構造に用いられるヒートパイプの概略説明図である。図１５及び図１６に示すヒートパイプの製造方法の一例を示す説明図である。図１５及び図１６に示すヒートパイプの製造方法の他の例を示す説明図である。実施例の実験方法を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態である収容空間内の冷却構造、ヒートパイプ、ヒートパイプの製造方法について、添付した図面を参照して説明する。

本実施形態である収容空間内の冷却構造１は、図１（ａ）に示すように、内部に発熱体７が収容された収容空間２を冷却するものである。
この収容空間２は、外装壁３に囲まれており、本実施形態では、この発熱体７と外装壁３との間にヒートパイプ１０が配設されている。このヒートパイプ１０は、図１及び図２に示すように、収容空間２の外装壁３に接触配置された凝縮部１１と、発熱体７に接触配置された蒸発部１３と、を備えている。本実施形態では、図１に示すように、凝縮部１１が、接続部材９を介して外装壁３と接触するように配置されている。なお、図１（ｂ）に示すように外装壁３一部が軸支部４を中心に回動する開閉部３ａとされていてもよい。
なお、このような収容空間２としては、発熱体７としてエンジンやモーター等が収容されたエンジンルームが挙げられる。この場合、外装壁３はボディ、シャシー、開閉部３ａがボンネットやドアに該当する。

このヒートパイプ１０は、図２に示すように、パイプ本体１５と、このパイプ本体１５の内部に配設されたウィック２０と、を備えている。
ここで、パイプ本体１５は、熱伝導性に優れた金属、例えば銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等で構成されていることが好ましく、本実施形態では、Ｃ１０２０（無酸素銅）で構成されている。

パイプ本体１５の内部に配設されたウィック２０は、凝縮部１１に配設された凝縮部ウィック２１と、蒸発部１３に配置された蒸発部ウィック２３と、凝縮部ウィック２１及び蒸発部ウィック２３に連接する連結部ウィック２２と、を備えている。
本実施形態では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、外装壁３（開閉部３ａ）と接触配置された長さ領域において、断面円形のヒートパイプ１０のうち接触配置された外装壁３（開閉部３ａ）側を向く半周分が凝縮部ウィック２１とされ、接触配置された外装壁３（開閉部３ａ）とは反対側の半周分が連結部ウィック２２とされている。
また、図２（ａ）に示すように、連結部ウィック２２は蒸発部１３側へ延在しており、その一端が蒸発部ウィック２３と接続されている。

ここで、凝縮部ウィック２１の平均気孔率Ａが連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂよりも高く設定され、連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂが蒸発部ウィック２３の平均気孔率Ｃよりも高く設定されており、凝縮部ウィック２１の平均気孔率Ａと連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂとの差Ａ−Ｂが５％以上とされ、連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂと蒸発部ウィック２３の平均気孔率Ｃとの差Ｂ−Ｃが５％以上とされている。
また、凝縮部ウィック２１の平均気孔率Ａが７０％以上９５％以下の範囲内とされ、連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂが４０％以上９０％以下の範囲内とされ、蒸発部ウィック２３の平均気孔率Ｃが３０％以上８５％以下の範囲内とされている。

ここで、ウィック２０を構成する多孔質体として、本実施形態では、図５に示すように、金属繊維を焼結させた多孔質焼結体３０を用いている。金属繊維としては、熱伝導性に優れた金属、例えば銅又は銅合金から成る銅繊維、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム繊維を用いることが好ましい。本実施形態では、パイプ本体１５と同様に、Ｃ１０２０（無酸素銅）で構成された銅繊維を用いている。

図５に示す多孔質焼結体３０は、複数の銅繊維３１が焼結された骨格部３２を有しており、その気孔率は、以下の式で算出される。
気孔率（％）＝（１−（ｍ／（Ｖ×Ｄ_Ｔ）））×１００
ｍ：多孔質焼結体の質量（ｇ）
Ｖ：多孔質焼結体の体積（ｃｍ^３）
Ｄ_Ｔ：多孔質焼結体を構成する銅繊維の真密度（ｇ／ｃｍ^３）

骨格部３２を構成する銅繊維３１は、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされている。なお、本実施形態では、銅繊維３１には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。

なお、銅繊維の直径Ｒは、各繊維の断面積Ａを元に算出される値であり、より具体的には焼結原料となる銅繊維、及び、銅多孔質焼結体から取り出した銅繊維の長さ方向に直交する断面を光学顕微鏡で観察し、撮影された画像を用いて画像処理によって断面積Ａを算出し、得られた断面積Ａから次式により算出される円換算径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径）Ｒ＝（Ａ／π）^０．５×２の単純平均値として定義される。
また、銅繊維の長さＬは、焼結原料となる銅繊維、及び、銅多孔質焼結体から取り出した銅繊維に対してマルバーン社製粒子解析装置「ＭｏｒｐｈｏｌｏｇｉＧ３」を用いて画像解析し、算出された単純平均値を用いた。これを用いて、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを算出した。

ここで、銅繊維３１の直径Ｒが０．０２ｍｍ未満の場合には、銅繊維３１、３１同士の接合面積が小さく、焼結強度が不足するおそれがある。一方、銅繊維３１の直径Ｒが１．０ｍｍを超える場合には、銅繊維３１、３１同士が接触する接点の数が不足し、やはり、焼結強度が不足するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、銅繊維３１の直径Ｒを０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内に設定している。

また、銅繊維３１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４未満の場合には、気孔率の高い多孔質焼結体３０を得ることが困難となるおそれがある。一方、銅繊維３１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが２００を超える場合には、積層配置したときに銅繊維３１を均一に分散させることができなくなり、均一な気孔率を有する多孔質焼結体３０を得ることが困難となるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、銅繊維３１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを４以上、２００以下の範囲内に設定している。

次に、本実施形態であるヒートパイプ１０の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。

（ウィック形成工程Ｓ０１）
まず、散布機を用いて、無酸素銅の板材５５の一面の凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３となる部分に、Ｌ／Ｒを調整し嵩密度が異なる銅繊維３１を散布する（ウィック原料配置工程Ｓ１１）。
次に、無酸素銅の板材５５の一面に散布された銅繊維３１を、雰囲気加熱炉に装入し、還元雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気において加熱して焼結する（ウィック焼結工程Ｓ１２）。
本実施形態におけるウィック焼結工程Ｓ１２の加熱条件は、保持温度が５００℃以上、１０５０℃以下、保持時間が５分以上、３００分以下の範囲内とされている。

ここで、ウィック焼結工程Ｓ１２における保持温度が５００℃未満の場合には、焼結速度が遅く焼結が十分に進行しないおそれがある。一方、ウィック焼結工程Ｓ１２における保持温度が１０５０℃を超える場合には、銅の融点近傍にまで加熱されることになり、強度及び気孔率の低下がおこるおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、ウィック焼結工程Ｓ１２における保持温度を５００℃以上、１０５０℃以下に設定している。なお、銅繊維３１の焼結を確実に行うためには、ウィック焼結工程Ｓ１２における保持温度の下限を６００℃以上、保持温度の上限を１０００℃以下、とすることが好ましい。

また、ウィック焼結工程Ｓ１２における保持時間が５分未満の場合には、焼結速度が遅く焼結が十分に進行しないおそれがある。一方、ウィック焼結工程Ｓ１２における保持時間が３００分を超える場合には、焼結による熱収縮が大きくなるとともに強度が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、ウィック焼結工程Ｓ１２における保持時間を５分以上、３００分以下の範囲内に設定している。なお、銅繊維３１の焼結を確実に行うためには、ウィック焼結工程Ｓ１２における保持時間の下限を１０分以上、保持時間の上限を１００分以下とすることが好ましい。

さらに、ウィック焼結工程Ｓ１２における雰囲気は、水素ガス、ＲＸガス、アンモニア分解ガス、窒素−水素混合ガス、アルゴン−水素混合ガス等の還元性ガスを用いてもよいし、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いても良い。さらに、１０ｋＰａ以下の真空雰囲気としてもよい。

このウィック焼結工程Ｓ１２により、銅繊維３１、３１同士の接触部分で焼結が進行し、銅繊維３１、３１同士が結合されて骨格部３２が形成され、ウィック２０を構成する多孔質焼結体３０が製造される。
また、板材５５上で銅繊維３１を焼結するため、板材５５と銅繊維３１は金属的に接合し、より強固で熱伝導性が高くなる。

ここで、銅繊維３１の直径Ｒ、長さＬ、形状、ウィック原料配置工程Ｓ１１における充填密度、焼結における焼結条件等を調整することによって、ウィック２０となる多孔質焼結体３０の気孔率を調整することが可能であり、平均気孔率Ａが７０％以上９５％以下の範囲内とされた凝縮部ウィック２１、平均気孔率Ｂが４０％以上９０％以下の範囲内とされた連結部ウィック２２、平均気孔率Ｃが３０％以上８５％以下の範囲内とされた蒸発部ウィック２３を、それぞれ構成することが可能となる。

本実施形態では、図４に示すように、板材５５の長手方向一端側（図４において左側）の幅方向半分が凝縮部ウィック２１となるように銅繊維が配置され、この凝縮部ウィック２１の幅方向に隣接するとともに板材５５の長手方向他方側（図４において右側）に向けて延在するように連結部ウィック２２が配置され、この連結部ウィック２２のうち板材５５の長手方向他端側に連なるように蒸発部ウィック２３となる原料が配置される。

（管体成形工程Ｓ０２）
次に、凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３が配置された板材５５を管状に成形する。本実施形態では、図４に示すように、板材５５を幅方向に丸めてその幅方向端部同士を溶接することで、溶接部１６を有する断面円形のパイプ本体１５が成形されることになる。

（封入工程Ｓ０３）
次に、パイプ本体１５内部に対して減圧処理を行いながら作動流体を注入し、パイプ本体１５の両端開口部を封止する。
これにより、本実施形態であるヒートパイプ１０が製造されることになる。

本実施形態である収容空間内の冷却構造１においては、収容空間２の内部に配設された発熱体７の熱がヒートパイプ１０の蒸発部１３に伝達され、蒸発部１３において作動流体が気化する。また、例えば走行する車両等によって収容空間２の外装壁３（開閉部３ａ）の外側に気流が生じており、外装壁３（開閉部３ａ）に接触配置された凝縮部１１において作動流体が凝縮して凝縮液が生成する。これによって、発熱体７の熱が外装壁３を通じて放熱されることになる。

以上のような構成とされた本実施形態である収容空間内の冷却構造１及びヒートパイプ１０によれば、ヒートパイプ１０の凝縮部１１に配設された凝縮部ウィック２１の平均気孔率Ａが、凝縮部ウィック２１に連接する連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂよりも高く設定されているので、凝縮部ウィック２１と連結部ウィック２２との気孔率の差に起因する毛細管現象によって、凝縮部１１で生成した作動流体の凝縮液が連結部ウィック２２側へと速やかに排出される。これにより、凝縮部ウィック２１に作動流体の凝縮液が滞留することを抑制でき、発熱体７の熱を外装壁３（開閉部３ａ）から効率良く放熱することが可能となる。

また、凝縮部ウィック２１の平均気孔率Ａが７０％以上とされてとともに、連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂが４０％以上とされ、凝縮部ウィック２１の平均気孔率Ａと連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂとの差Ａ−Ｂが５％以上とされているので、凝縮部１１で生成した作動流体の凝縮液を連結部ウィック２２側へと速やかに排出させることができ、凝縮部ウィック２１に作動流体の凝縮液が滞留することを抑制できる。
また、凝縮部ウィック２１の平均気孔率Ａが９５％以下とされているので、凝縮部ウィック２１の表面積が確保され、凝縮性能を確保することができる。
さらに、連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂが９０％以下とされているので、蒸発部から凝縮部に向かう作動流体の気体によって作動流体の凝縮液が連結部ウィック中を凝縮部から蒸発部へ向かう流れを妨げられることを抑制できる。

さらに、連結部ウィック２２と蒸発部ウィック２３が連接されており、蒸発部ウィック２３の平均気孔率Ｃが連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂよりも低く設定されているので、凝縮部１１で生成した作動流体の凝縮液を蒸発部１３へと速やかに移送することができ、蒸発部１３において作動流体を気化させることによって、発熱体７を効率良く冷却することができる。

また、蒸発部ウィック２３の平均気孔率Ｃが３０％以上とされているので、蒸発により生じた作動流体の気体が流動する際の抵抗を小さくすることができ、蒸発部１３における作動流体の気化を促進することができる。
さらに、蒸発部ウィック２３の平均気孔率Ｃが８５％以下とされ、連結部ウィック２２の平均気孔率Ｂと蒸発部ウィック２３の平均気孔率Ｃとの差Ｂ−Ｃが５％以上とされているので、作動流体の凝縮液を速やかに蒸発部１３へと移送することができる。

また、本実施形態であるヒートパイプ１０の製造方法によれば、板材５５の一面に凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３の原料である嵩密度を調整した銅繊維３１を配置するウィック原料配置工程Ｓ１１を備えているので、平均気孔率が互いに異なる凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３を位置精度良く配置することができる。
また、凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３が配置された板材５５を管状に成形する管体成形工程Ｓ０２と、パイプ本体１５内部に作動流体を封入する封入工程Ｓ０３と、を備えているので、内部に多孔質焼結体３０からなるウィック２０を備えたヒートパイプ１０を製造することができる。

さらに、本実施形態では、凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３となる多孔質体として、銅繊維３１を焼結させた多孔質焼結体３０を用いているので、凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３に用いるそれぞれの原料である銅繊維３１のＬ／Ｒを調整することで任意の嵩密度にすることができるため、凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３の平均気孔率が互いに異なるように精度良く製造することができ、上述のように規定された平均気孔率を有する凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３をパイプ本体１５内に配置することができる。
さらに、本実施形態では、凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３となる多孔質体として、銅繊維３１を焼結させた多孔質焼結体３０を用いているので、焼結した際に銅繊維３１の嵩密度と連動した気孔率の多孔質焼結体３０を製造できるため、凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３の気孔率を精度良く製造することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、パイプ本体及びウィックを構成する多孔質体を銅又は銅合金で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の他の金属で構成されたものであってもよい。アルミニウム又はアルミニウム合金としては、例えばＡ１０７０合金を用いることができる。板材をアルミ合金として、ウィック原料にアルミ繊維を用いることで、上述の実施形態と同様にウィックを備えたヒートパイプを作製することができる。

また、本実施形態では、板材５５の一面に銅繊維３１を散布（ウィック原料配置工程Ｓ１１）した後に焼結（ウィック焼結工程Ｓ１２）しているが、図６及び図７に示すように銅繊維３１だけで焼結を行うことで気孔率の異なる凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３を先に作製（ウィック単体焼結工程Ｓ２１）し、後から板材５５の一面の適切な位置に凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３を配置（ウィック配置工程Ｓ２２）したのち、接合(ウィック接合工程Ｓ２３)してもよい。

また、図８及び図９に示すように、溶接に限らず、押出や引抜などで製造されたパイプ１５を予め用意し、パイプ形状に沿う形状で気孔率に差を設けて、一体で成形・焼結（ウィック単体焼結工程Ｓ３１）されたウィック２０、または別々に成形・焼結（ウィック単体焼結工程Ｓ３１）された気孔率の異なる凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３をパイプ内に挿入（ウィック配置工程Ｓ３２）したのち、接合(ウィック接合工程Ｓ３３)することで、管体成形工程Ｓ０２を省略し、ウィック形成工程Ｓ０１から直接封入工程Ｓ０３とすることができる。
さらに、板材５５やパイプ１５とウィックの接合方法は、拡散接合、ろう材を用いたろう接、機械的接合（ネジ止め、ばねなどの外力による抑え付けなど）を用いることができる。

また、本実施形態では、ウィックを構成する多孔質体として、複数の銅繊維を焼結した多孔質焼結体を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、凝縮部ウィック、連結部ウィック及び蒸発部ウィックの平均気孔率を上述のように調整可能であれば、その他の多孔質体を用いてもよい。
さらに、本実施形態では、ヒートパイプの凝縮部が接続部材を介して外装壁に接触する構成として説明したが、これに限定されることはなく、ヒートパイプの凝縮部が、直接、外装壁に接触配置されていてもよい。

また、図１０から図１４に示すように、ヒートパイプに対して曲げ加工を施したものであってもよい。発熱体に接触配置された蒸発部、及び、外装壁に接触配置された凝縮部の配置は、それぞれ任意に設定することができる。なお、図１４では、３次元で曲げ加工を行ったものである。このように、曲げ加工を施すことで、ヒートパイプに可撓性が付与され、開閉される外装壁に直接接触させることも可能となる。

さらに、図１５及び図１６に示すように、断面が矩形状をなすパイプ本体を備えたヒートパイプであってもよく、このヒートパイプに対して曲げ加工を施したものであってもよい。
このようなヒートパイプは、図１７に示すように、上板材５５ａの一面に凝縮部ウィック２１、下板材５５ｂの一面に連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３を配置し、この上板材５５ａと下板材５５ｂを側面枠材５７で囲い、上板材５５ａ及び下板材５５ｂと側面枠材５７の接続部を溶接することで製造することができる。

また、図１８に示すように、板材５５の一面に凝縮部ウィック２１、連結部ウィック２２及び蒸発部ウィック２３を配置し、板材５５を適切に折り曲げたのち、端部同士および、側面部と側面板５８，５８とを溶接することで製造することができる。なお、作動流体は、封入用パイプ５９を用いて封入する。

また、図４に示すように製造した断面が円形状のヒートパイプや図１７、図１８に示すように製造した断面が矩形状のヒートパイプの全体または一部をプレスすることによって、外装壁３や発熱体７の形状、配置する経路に沿った任意の形状にしてもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
表１に示す材質でパイプ本体及びウィックとなる多孔質体を構成し、本実施形態で説明した製造方法により、ヒートパイプを製造した。
ここで、ヒートパイプは、外径を１０ｍｍ（径方向厚さ１ｍｍ）、長さを３００ｍｍに成形した。
また、ウィックとなる多孔質体の厚さを０．５ｍｍ、凝縮部ウィックの長さを１００ｍｍ、蒸発部ウィックの長さを５０ｍｍ、連結部ウィックの長さを２５０ｍｍとした。さらに、凝縮部ウィック、蒸発部ウィック及び連結部ウィックの平均気孔率は、表１に示すものとした。
なお、従来例としては、多孔質体からなるウィックの代わりに、銅製の金網を配置したものを用いた。

図１９に示すように、得られたヒートパイプの蒸発部に４５０Ｗのヒータを配設して加熱し、凝縮部は２５℃の水で水冷した。
そして、加熱開始から１０分経過後に蒸発部の温度を測定した。なお、室温は２５℃に設定し、蒸発部及び凝縮部以外の領域には断熱材を配設した。評価結果を表１に示す。

比較例１では、凝縮部ウィックの平均気孔率が９５％を超えていたため、凝縮部の凝縮性能が低く、蒸発部の温度が１０９℃となった。
比較例２では、連結部ウィックの平均気孔率が９０％を超えていたため、作動流体の気体流の影響により、凝縮部で生成した作動流体の凝縮液が蒸発部に移送されず、蒸発部の１２８℃となった。
比較例３では、蒸発部ウィックの平均気孔率が８５％を超えていたため、連結部ウィックにおいて効率的に作動流体の凝縮液を移送することができず、蒸発部の温度が１１９℃となった。

比較例４では、凝縮部ウィックの平均気孔率が７０％未満のため、凝縮部に作動流体の凝縮液が滞留してしまい、蒸発部の温度が１４０℃となった。
比較例５では、連結部ウィックの平均気孔率が４０％未満のため、作動流体の凝縮液の流動が阻害されて蒸発部に移送されず、蒸発部の１３８℃となった。
比較例６では、蒸発部ウィックの平均気孔率が３０％未満のため、作動流体が気化する際の気泡の抜けが阻害されてドライアウトし、蒸発部の温度が１２６℃となった。

比較例７では、凝縮部ウィックの平均気孔率と連結部ウィックの平均気孔率との差、及び、連結部ウィックの平均気孔率と蒸発部ウィックの平均気孔率との差が、それぞれ５％未満であったため、凝縮部から蒸発部への作動流体の凝縮液の移送が促進されず、蒸発部の温度が１１９℃となった。
比較例８では、凝縮部ウィックの平均気孔率と連結部ウィックの平均気孔率との差が５％未満であったため、作動流体の凝縮液が凝縮部から速やかに排出されず、蒸発部の温度が１１２℃となった。
比較例９では、連結部ウィックの平均気孔率と蒸発部ウィックの平均気孔率との差が５％未満であったため、蒸発部への作動流体の凝縮液の移送が促進されず、蒸発部の温度が１０５℃となった。
比較例１０では、連結部ウィックの平均気孔率が凝縮部ウィックの平均気孔率よりも高くなったため、凝縮部に作動流体の凝縮液が滞留し、蒸発部の温度が１４４℃となった。

これに対して、本発明例においては、すべて蒸発部の温度が１００℃未満にまで低下しており、ヒートパイプによって十分に放熱されていることが確認された。
また、凝縮部ウィックの平均気孔率と連結部ウィックの平均気孔率の差、または、連結部ウィックの平均気孔率と蒸発部ウィックの平均気孔率の差、のいずれか一方または両方が１０％以上である場合には、蒸発部の温度が９０℃未満となっており、さらに放熱特性に優れていた。

以上のことから、本発明によれば、凝縮部において発生した作動流体の凝縮液を速やかに排出することができ、収容空間内の発熱体の熱を収容空間の外装壁から効率良く放熱することができる収容空間内の冷却構造を提供可能であることが確認された。

１収容空間内の冷却構造
２収容空間
３外装壁
３ａ開閉部（外装壁）
７発熱体
１０ヒートパイプ
１１凝縮部
１３蒸発部
１５パイプ本体
２０ウィック
２１凝縮部ウィック
２２連結部ウィック
２３蒸発部ウィック
３０多孔質焼結体（多孔質体）
５５板材

Claims

内部に発熱体が配置された収容空間内を冷却する収容空間内の冷却構造であって、
前記収容空間内には、前記発熱体に接触配置された蒸発部と前記収容空間の外装壁に接触配置された凝縮部とを備え、前記発熱体の熱を前記外装壁から放熱するヒートパイプが配置されており、
前記ヒートパイプの内部には、多孔質体からなるウィックが配設されており、前記ウィックは、前記凝縮部に配設された凝縮部ウィックと、前記蒸発部に配置された蒸発部ウィックと、前記凝縮部ウィックと前記蒸発部ウィックとを連結する連結部ウィックと、を備え、
前記凝縮部ウィックの平均気孔率が前記連結部ウィックの平均気孔率よりも高く設定され、前記連結部ウィックの平均気孔率が前記蒸発部ウィックの平均気孔率よりも高く設定されており、
前記凝縮部ウィックの平均気孔率が７０％以上９５％以下の範囲内とされ、前記連結部ウィックの平均気孔率が４０％以上９０％以下の範囲内とされ、前記蒸発部ウィックの平均気孔率が３０％以上８５％以下の範囲内とされており、
前記凝縮部ウィックの平均気孔率と前記連結部ウィックの平均気孔率との差が５％以上とされ、前記連結部ウィックの平均気孔率と前記蒸発部ウィックの平均気孔率との差が５％以上とされていることを特徴とする収容空間内の冷却構造。
請求項１に記載の収容空間内の冷却構造において用いられるヒートパイプであって、
内部に多孔質体からなるウィックが配設されており、前記ウィックは、前記凝縮部に配設された凝縮部ウィックと、前記蒸発部に配置された蒸発部ウィックと、前記凝縮部ウィックと前記蒸発部ウィックとを連結する連結部ウィックと、を備え、
前記凝縮部ウィックの平均気孔率が前記連結部ウィックの平均気孔率よりも高く設定され、前記連結部ウィックの平均気孔率が前記蒸発部ウィックの平均気孔率よりも高く設定されており、
前記凝縮部ウィックの平均気孔率が７０％以上９５％以下の範囲内とされ、前記連結部ウィックの平均気孔率が４０％以上９０％以下の範囲内とされ、前記蒸発部ウィックの平均気孔率が３０％以上８５％以下の範囲内とされており、
前記凝縮部ウィックの平均気孔率と前記連結部ウィックの平均気孔率との差が５％以上とされ、前記連結部ウィックの平均気孔率と前記蒸発部ウィックの平均気孔率との差が５％以上とされていることを特徴とするヒートパイプ。
請求項１に記載の収容空間内の冷却構造において用いられるヒートパイプの製造方法であって、
板材の一面に前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを形成するウィック形成工程と、
前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックが配置された前記板材を管状に成形する管体成形工程と、
前記管体内部に作動流体を封入する封入工程と、
を備えていることを特徴とするヒートパイプの製造方法。
請求項１に記載の収容空間内の冷却構造において用いられるヒートパイプの製造方法であって、
前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを形成するウィック形成工程と、
管体を成形する管体成形工程と、
前記凝縮部ウィック、前記連結部ウィック及び前記蒸発部ウィックを、前記管体の内部に装入するウィック配置工程と、
前記管体内部に作動流体を封入する封入工程と、
を備えていることを特徴とするヒートパイプの製造方法。