JP5741361B2

JP5741361B2 - Loop heat pipe and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP5741361B2
Application number: JP2011222610A
Authority: JP
Inventors: 晋尾形; 内田　浩基; 浩基内田; 聖二日比野; 木村　孝浩; 孝浩木村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-10-07
Also published as: JP2013083385A

Description

本発明は、ループ型ヒートパイプ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a loop heat pipe and a method for manufacturing the same.

ループ型ヒートパイプ(Loop heat pipe)は作動流体の相変化を利用して熱を輸送する装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はその他の電子部品の冷却に使用されている。 A loop heat pipe is a device that transports heat using a phase change of a working fluid, and is used for cooling a CPU (Central Processing Unit) or other electronic components.

ループ型ヒートパイプは、蒸発器と、凝縮器と、それらの蒸発器と凝縮器との間を連絡して環状の流路を形成する蒸気管及び液管とを有し、内部には作動流体として水又はアルコール等が封入されている。また、蒸発器内には、多孔質体により形成されたウィックと呼ばれる部材が配置されている。 The loop heat pipe has an evaporator, a condenser, and a vapor pipe and a liquid pipe that form an annular flow path in communication between the evaporator and the condenser, and has a working fluid therein. Water or alcohol is enclosed. Further, a member called a wick formed of a porous body is disposed in the evaporator.

特開２００９−２７６０２２号公報JP 2009-276022 A 特開平１１−２９４９８０号公報JP 11-294980 A

ウィックと、そのウィックを収納する金属ケースとの間の熱抵抗が小さいループ型ヒートパイプ及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a loop heat pipe having a low thermal resistance between a wick and a metal case that houses the wick, and a method for manufacturing the same.

開示の技術の一観点によれば、多孔質体により形成されたウィックを金属ケース内に収納し、前記ウィックの一方の面側及び他方の面側にそれぞれ個別に空間を設ける工程と、前記ウィックの前記一方の面側の空間に前記ウィックの平均気孔径よりも小さいサイズの微粒子を懸濁させた懸濁液を供給し該懸濁液を前記ウィック内に浸透させ、前記金属ケースを加熱して前記ウィックの前記他方の面側で前記懸濁液中の液体成分を蒸発させて、前記微粒子を前記ウィックの前記他方の面と前記金属ケースとの接触部の隙間に堆積させる工程と、前記金属ケースに、前記ウィックの前記一方の面側の空間に連絡する液管と、前記ウィックの前記他方の面側の空間に連絡する蒸気管と、前記液管と前記蒸気管との間を連絡する凝縮器とを取り付けて環状の流路を形成し、該流路内に作動流体を封入する工程とを有するループ型ヒートパイプの製造方法が提供される。 According to one aspect of the disclosed technique, a step of storing a wick formed of a porous body in a metal case and individually providing spaces on one surface side and the other surface side of the wick, and the wick A suspension in which fine particles having a size smaller than the average pore diameter of the wick is suspended in the space on the one surface side of the wick, the suspension is infiltrated into the wick, and the metal case is heated. Evaporating a liquid component in the suspension on the other surface side of the wick, and depositing the fine particles in a gap between the other surface of the wick and the metal case; and A liquid pipe that communicates with the space on the one side of the wick, a steam pipe that communicates with the space on the other side of the wick, and a connection between the liquid pipe and the steam pipe to the metal case And attach a condenser Forming a Jo flow path, a manufacturing method of a loop heat pipe and a step of enclosing a working fluid in the flow path is provided.

開示の技術の他の一観点によれば、蒸発器と、凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続されて環状の流路を形成する蒸気管及び液管とを有し作動流体が封入されたループ型ヒートパイプにおいて、前記蒸発器は、多孔質体により形成されたウィックと、前記ウィックを収納する金属ケースとを有し、前記ウィックと前記金属ケースとの接触部の隙間に、前記ウィックの平均気孔径よりも小さなサイズの微粒子が堆積しているループ型ヒートパイプが提供される。 According to another aspect of the disclosed technique, an evaporator, a condenser, and a vapor pipe and a liquid pipe connected between the evaporator and the condenser to form an annular flow path are provided. In a loop heat pipe in which a working fluid is sealed, the evaporator includes a wick formed of a porous body and a metal case that houses the wick, and a contact portion between the wick and the metal case. A loop heat pipe is provided in which fine particles having a size smaller than the average pore diameter of the wick are deposited in the gap.

上記一観点に係るループ型ヒートパイプの製造方法によれば、ウィックと金属ケースとの接続部の隙間に微粒子を堆積させているので、ウィックと金属ケースとの接触面積が増大し、ウィックと金属ケースとの間の熱抵抗が小さいループ型ヒートパイプを得ることができる。 According to the manufacturing method of the loop heat pipe according to the above aspect, since the fine particles are deposited in the gap between the connection portion between the wick and the metal case, the contact area between the wick and the metal case increases, and the wick and the metal A loop heat pipe having a low thermal resistance with the case can be obtained.

図１は、ループ型ヒートパイプの一例を表した平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an example of a loop heat pipe. 図２（ａ），（ｂ）は、同じくそのループ型ヒートパイプの蒸発器の断面図である。2A and 2B are sectional views of the evaporator of the loop heat pipe. 図３（ａ），（ｂ）は、図１のループ型ヒートパイプの問題点を示す模式図である。FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams showing problems of the loop heat pipe of FIG. 図４は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法を説明する図（その１）である。Drawing 4 is a figure (the 1) explaining the manufacturing method of the loop type heat pipe concerning a 1st embodiment. 図５は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法を説明する図（その２）である。Drawing 5 is a figure (the 2) explaining the manufacturing method of the loop type heat pipe concerning a 1st embodiment. 図６は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法を説明する図（その３）である。FIG. 6 is a diagram (part 3) illustrating the method for manufacturing the loop heat pipe according to the first embodiment. 図７は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法を説明する図（その４）である。Drawing 7 is a figure (the 4) explaining the manufacturing method of the loop type heat pipe concerning a 1st embodiment. 図８は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法を説明する図（その５）である。FIG. 8 is a diagram (No. 5) for explaining the method of manufacturing the loop heat pipe according to the first embodiment. 図９は、第１の実施形態の変形例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a modification of the first embodiment. 図１０は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the evaporator of the loop heat pipe according to the second embodiment.

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。 Hereinafter, before describing the embodiment, a preliminary matter for facilitating understanding of the embodiment will be described.

図１はループ型ヒートパイプの一例を表した平面図、図２（ａ），（ｂ）は同じくそのループ型ヒートパイプの蒸発器の断面図である。なお、図２（ａ）は図１のＩ−Ｉ線による断面を表し、図２（ｂ）は図２（ａ）のII−II線の位置における断面を表している。 FIG. 1 is a plan view showing an example of a loop heat pipe, and FIGS. 2A and 2B are sectional views of the evaporator of the loop heat pipe. 2A shows a cross section taken along the line II of FIG. 1, and FIG. 2B shows a cross section taken along the line II-II of FIG. 2A.

図１のように、ループ型ヒートパイプ１０は、蒸発器１１と、凝縮器１２と、蒸発器１１と凝縮器１２との間を連絡して環状の流路を形成する蒸気管１３及び液管１４とを有する。凝縮器１２には多数の放熱用フィン１５が取り付けられており、それらのフィン１５間には送風ファン１６から冷風が供給される。また、ループ型ヒートパイプ１０の内部には作動流体として、水又はアルコール等が封入されている。 As shown in FIG. 1, the loop heat pipe 10 includes an evaporator 11, a condenser 12, and a steam pipe 13 and a liquid pipe that form an annular flow path by connecting the evaporator 11 and the condenser 12. 14. A large number of heat radiation fins 15 are attached to the condenser 12, and cold air is supplied from the blower fan 16 between the fins 15. Further, water, alcohol or the like is sealed inside the loop heat pipe 10 as a working fluid.

図２（ａ），（ｂ）のように、蒸発器１１は、ウィック２１と、ウィック２１を収納する金属ケース２２と、電子部品に接続して金属ケース２２に熱を伝達する伝熱ブロック２３とを有する。金属ケース２２の一方の側には蒸気管１３が接続され、他方の側には液管１４が接続される。なお、ここでは金属ケース２２と伝熱ブロック２３とを異なる部品としているが、両者が一体化して作製されていてもよい。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the evaporator 11 includes a wick 21, a metal case 22 that houses the wick 21, and a heat transfer block 23 that is connected to electronic components and transfers heat to the metal case 22. And have. The steam pipe 13 is connected to one side of the metal case 22 and the liquid pipe 14 is connected to the other side. Here, the metal case 22 and the heat transfer block 23 are different parts, but they may be integrally formed.

ウィック２１と液管１４との間には液相の作動流体が一時的に貯留される空間が設けられており、ウィック２１と蒸気管１３との間にはウィック２１の外周部で発生した気相の作動流体（蒸気）を蒸気管１３に導く空間が設けられている。金属ケース２２及び伝熱ブロック２３は、銅等のように熱伝導性が優れた金属により形成されている。 A space for temporarily storing a liquid-phase working fluid is provided between the wick 21 and the liquid pipe 14, and the air generated in the outer peripheral portion of the wick 21 is provided between the wick 21 and the steam pipe 13. A space for guiding the phase working fluid (steam) to the steam pipe 13 is provided. The metal case 22 and the heat transfer block 23 are formed of a metal having excellent thermal conductivity such as copper.

ウィック２１は例えば微細な金属粒を焼結させて形成された多孔質体であり、一端側が閉塞された円筒状の形状を有する。このウィック２１は、開放端側を液管１４に向け、閉塞端側を蒸気管１３に向けて配置される。また、ウィック２１の外周面には、ウィック２１の中心軸と平行な方向に延びて蒸気管１３に連絡する複数のグルーブ（蒸気排出溝）２１ａが設けられている。 The wick 21 is a porous body formed by sintering fine metal particles, for example, and has a cylindrical shape with one end side closed. The wick 21 is arranged with the open end side facing the liquid pipe 14 and the closed end side facing the steam pipe 13. A plurality of grooves (steam discharge grooves) 21 a extending in a direction parallel to the central axis of the wick 21 and communicating with the steam pipe 13 are provided on the outer peripheral surface of the wick 21.

このように構成されたループ型ヒートパイプ１０において、ウィック２１の中心部の空洞には、液管１４から液相の作動流体が流入する。この液相の作動流体は、ウィック２１内に浸透し、毛細管現象によって中心側から外周部に移動する。そして、ウィック２１の外周部に移動した作動流体は、電子部品から伝熱ブロック２３及び金属ケース２２を介して伝達される熱により蒸発して、気相に変化する。 In the loop heat pipe 10 configured as described above, the liquid-phase working fluid flows into the cavity at the center of the wick 21 from the liquid pipe 14. This liquid-phase working fluid penetrates into the wick 21 and moves from the center side to the outer peripheral portion by capillary action. And the working fluid which moved to the outer peripheral part of the wick 21 is evaporated by the heat transmitted from the electronic component through the heat transfer block 23 and the metal case 22, and changes into a gas phase.

作動流体が液相から気相に変化するときには、周囲から蒸発熱に相当する熱を吸収する。これにより金属ケース２２が冷却され、更に伝熱ブロック２３を介して伝熱ブロック２３に熱的に接続された電子部品が冷却される。 When the working fluid changes from the liquid phase to the gas phase, it absorbs heat corresponding to the heat of evaporation from the surroundings. As a result, the metal case 22 is cooled, and the electronic components thermally connected to the heat transfer block 23 via the heat transfer block 23 are further cooled.

また、作動流体は、液相から気相に変化すると体積が増大する。このとき、ウィック２１内は液相の作動流体で満たされているため、気相となった作動流体はウィック２１内を通ることができず、蒸気管１３を通って凝縮器１２に向かう。 Further, when the working fluid changes from the liquid phase to the gas phase, the volume increases. At this time, since the inside of the wick 21 is filled with the liquid-phase working fluid, the working fluid that has become a gas phase cannot pass through the wick 21, but goes to the condenser 12 through the vapor pipe 13.

凝縮器１２に到達した作動流体は、送風ファン１６により冷却されて液相に戻る。そして、液相に戻った作動流体は、蒸発器１１から移動してくる気相の作動流体により凝縮器１２から押し出され、液管１４を通って蒸発器１１に移動する。 The working fluid that has reached the condenser 12 is cooled by the blower fan 16 and returned to the liquid phase. The working fluid that has returned to the liquid phase is pushed out of the condenser 12 by the vapor-phase working fluid moving from the evaporator 11, and moves to the evaporator 11 through the liquid pipe 14.

このようにして、ループ型ヒートパイプ１０内の作動流体は、気相と液相とに変化しながら、蒸発器１１、蒸発管１３、凝縮器１２、液管１４の順に移動する。そして、作動流体の移動にともなって蒸発器１１から凝縮器１２に熱が連続的に輸送され、蒸発器１１に熱的に接続された電子部品（発熱体）が冷却される。 In this way, the working fluid in the loop heat pipe 10 moves in the order of the evaporator 11, the evaporation pipe 13, the condenser 12, and the liquid pipe 14 while changing between the gas phase and the liquid phase. As the working fluid moves, heat is continuously transported from the evaporator 11 to the condenser 12, and the electronic component (heater) thermally connected to the evaporator 11 is cooled.

ところで、電子部品を効率よく冷却するためには蒸発器１１内で作動流体を効率よく蒸発させることが重要である。そのためには、ウィック２１と金属ケース２２との間の熱伝達効率がよいこと、言い換えればウィック２１と金属ケース２２とが密に接触していることが重要となる。 By the way, in order to efficiently cool the electronic component, it is important to efficiently evaporate the working fluid in the evaporator 11. For that purpose, it is important that the heat transfer efficiency between the wick 21 and the metal case 22 is good, in other words, the wick 21 and the metal case 22 are in close contact with each other.

一般的に、ウィック２１は、金属、セラミック又は樹脂等の粒子を焼結させて形成される。しかし、図３（ａ）に模式的に表したように、ウィック２１の表面の粒子が欠落して、ウィック２１と金属ケース２２との接触部に隙間（図３（ａ）中に網掛けした部分）が発生することがある。また、ウィック２１又は金属ケース２３の表面には、加工時に生じたうねりが存在することがある。これにより、図３（ｂ）に模式的に表したようにウィック２１と金属ケース２２との間にうねりによる隙間が発生することもある。 Generally, the wick 21 is formed by sintering particles such as metal, ceramic, or resin. However, as schematically shown in FIG. 3A, particles on the surface of the wick 21 are missing, and the contact portion between the wick 21 and the metal case 22 is shaded in the gap (FIG. 3A). Part) may occur. In addition, the surface of the wick 21 or the metal case 23 may have a swell generated during processing. As a result, a gap due to undulation may occur between the wick 21 and the metal case 22 as schematically shown in FIG.

これらの隙間により、伝熱ブロック２２とウィック２３との間の熱抵抗が大きくなり、ループ型ヒートパイプ１０の熱輸送能力が低下する。 Due to these gaps, the thermal resistance between the heat transfer block 22 and the wick 23 increases, and the heat transport capability of the loop heat pipe 10 decreases.

以下の実施形態では、ウィックと、そのウィックを収納する金属ケースとの間の熱抵抗が小さいループ型ヒートパイプの製造方法について説明する。 In the following embodiments, a method of manufacturing a loop heat pipe having a low thermal resistance between a wick and a metal case that houses the wick will be described.

（第１の実施形態）
図４〜図８は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法を説明する図である。 (First embodiment)
4-8 is a figure explaining the manufacturing method of the loop type heat pipe which concerns on 1st Embodiment.

まず、図４のように、ウィック４１、金属ケース４２及び伝熱ブロック４３を個別に形成し、これらのウィック４１、金属ケース４２及び伝熱ブロック４３により、図５に示す蒸発器３１を作製する。 First, as shown in FIG. 4, the wick 41, the metal case 42, and the heat transfer block 43 are individually formed, and the evaporator 31 shown in FIG. 5 is manufactured by using the wick 41, the metal case 42, and the heat transfer block 43. .

ウィック４１は、銅、ニッケル又はステンレス等の金属の粒子を焼結させて形成してもよいし、アルミナ等のセラミックの粒子や、ポリプロピレン又はＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）等の樹脂の粒子を焼結させて形成してもよい。ウィック４１の平均気孔径は例えば１μｍ〜２０μｍとし、空隙率は例えば３０％〜５０％とする。また、ウィック４１の形状は一端側が閉塞された円筒状とし、その外周面にはウィック４１の中心軸方向に延びるグルーブ４１ａ（蒸気排出溝）を複数設ける。 The wick 41 may be formed by sintering metal particles such as copper, nickel or stainless steel, or by sintering ceramic particles such as alumina or resin particles such as polypropylene or PTFE (polytetrafluoroethylene). It may be formed. The average pore diameter of the wick 41 is, for example, 1 μm to 20 μm, and the porosity is, for example, 30% to 50%. The wick 41 has a cylindrical shape with one end closed, and a plurality of grooves 41a (steam discharge grooves) extending in the central axis direction of the wick 41 are provided on the outer peripheral surface thereof.

本実施形態において、ウィック４１の内径は１０ｍｍ、外径は１５ｍｍ、長さは３５ｍｍであり、中心部の空洞の深さは３０ｍｍであるとする。また、ウィック４１の外周面には５本のグルーブ４１ａが設けられており、それらのグルーブ４１ａの幅は１．５ｍｍ、深さは１．５ｍｍ、長さは２２ｍｍであるとする。 In this embodiment, it is assumed that the inner diameter of the wick 41 is 10 mm, the outer diameter is 15 mm, the length is 35 mm, and the depth of the central cavity is 30 mm. Further, five grooves 41a are provided on the outer peripheral surface of the wick 41. The width of the grooves 41a is 1.5 mm, the depth is 1.5 mm, and the length is 22 mm.

金属ケース４２は銅のように熱伝導性が良好な金属により形成する。金属ケース４２は、内径がウィック４１の外径と同一の円筒状に形成された筒部４２ａと、筒部４２ａの両端に接合される蓋部４２ｂ，４２ｃとを有する。そして、筒部４２ａ内にウィック４１を挿入した後、両端に蓋部４２ｂ，４２ｃを接合する。 The metal case 42 is formed of a metal having good thermal conductivity such as copper. The metal case 42 includes a cylindrical portion 42a having an inner diameter that is the same as the outer diameter of the wick 41, and lid portions 42b and 42c that are joined to both ends of the cylindrical portion 42a. And after inserting the wick 41 in the cylinder part 42a, the cover parts 42b and 42c are joined to both ends.

なお、蓋部４２ｂ，４２ｃには、それぞれ液管又は蒸気管と連絡する孔を設けておく。また、ウィック４１と蓋部４２ｂとの間には液相の作動流体を一時的に貯留する空間を設け、ウィック４１と蓋部４２ｃとの間にはウィック４１の外周部で発生した気相の作動流体を蒸気管に導く空間を設けておく。 The lid portions 42b and 42c are provided with holes communicating with the liquid pipe or the steam pipe, respectively. Further, a space for temporarily storing a liquid-phase working fluid is provided between the wick 41 and the lid portion 42b, and a gas phase generated at the outer peripheral portion of the wick 41 is provided between the wick 41 and the lid portion 42c. A space for guiding the working fluid to the steam pipe is provided.

本実施形態において、金属ケース４２の外径は１７ｍｍ、内径は１５ｍｍ、長さは６０ｍｍであるとする。 In the present embodiment, the outer diameter of the metal case 42 is 17 mm, the inner diameter is 15 mm, and the length is 60 mm.

伝熱ブロック４３も、金属ケース４２と同様に熱伝導性が良好な金属により形成する。伝熱ブロック４３の中央部には孔を設け、この孔内に金属ケース４２を挿入する。本実施形態では、伝熱ブロック４３は一辺が３０ｍｍの直方体形状であるとする。伝熱ブロック４３の一つの面が、電子部品と熱的に接続される接続面となる。 Similarly to the metal case 42, the heat transfer block 43 is also formed of a metal having good thermal conductivity. A hole is provided in the center of the heat transfer block 43, and a metal case 42 is inserted into the hole. In the present embodiment, it is assumed that the heat transfer block 43 has a rectangular parallelepiped shape with a side of 30 mm. One surface of the heat transfer block 43 serves as a connection surface that is thermally connected to the electronic component.

このようにして蒸発器３１（図５参照）を作製した後、ウィック４１と金属ケース４２との間の隙間に微粒子を堆積させる微粒子堆積工程を実施する。以下に、微粒子堆積工程について説明する。 After producing the evaporator 31 (see FIG. 5) in this way, a fine particle deposition step is performed in which fine particles are deposited in the gap between the wick 41 and the metal case 42. Hereinafter, the fine particle deposition step will be described.

まず、図６のように、蒸発器３１の周囲に加熱ブロック４４を取り付ける。加熱ブロック４４は複数の電熱ヒータ４５を有し、これらの電熱ヒータ４５に給電することにより伝熱ブロック４３を所定温度に加熱することができる。 First, as shown in FIG. 6, the heating block 44 is attached around the evaporator 31. The heating block 44 has a plurality of electric heaters 45, and by supplying power to these electric heaters 45, the heat transfer block 43 can be heated to a predetermined temperature.

一方、Ａｇ（銀）又はＣｕ（銅）等の金属の微粒子を水又はアルコール等の液体中に懸濁させた懸濁液４６を用意する。金属の微粒子に替えて、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミック等の微粒子を用いてもよく、その他の熱伝導性が良好な材料により形成された微粒子を用いてもよい。 On the other hand, a suspension 46 is prepared in which fine particles of metal such as Ag (silver) or Cu (copper) are suspended in a liquid such as water or alcohol. Instead of metal fine particles, fine particles such as ceramics such as alumina (Al ₂ O ₃ ) may be used, and fine particles formed of other materials having good thermal conductivity may be used.

微粒子のサイズ（球形の場合は直径、その他の場合は外接円の直径）はウィック４１の平均気孔径よりも小さければよく、ウィック４１の平均気孔径の約１／１０又はそれ以下とすることが好ましい。例えばウィック４１の平均気孔径が１μｍの場合、微粒子のサイズは１００ｎｍ程度とすればよい。懸濁液４６中の微粒子の含有量が多すぎると微粒子によりウィック４１の気孔が閉塞されることが考えられるため、懸濁液４６中の微粒子の含有量は１０重量％以下とすることが好ましい。 The size of the fine particles (the diameter in the case of a sphere, the diameter of the circumscribed circle in the other cases) may be smaller than the average pore diameter of the wick 41, and may be about 1/10 or less than the average pore diameter of the wick 41. preferable. For example, when the average pore diameter of the wick 41 is 1 μm, the size of the fine particles may be about 100 nm. If the content of the fine particles in the suspension 46 is too large, it is conceivable that the pores of the wick 41 are blocked by the fine particles. Therefore, the content of the fine particles in the suspension 46 is preferably 10% by weight or less. .

次に、電熱ヒータ４５に通電して伝熱ブロック４３を所定温度に加熱する。加熱温度は、例えば懸濁液溶媒の沸点の温度とする。懸濁液に水を使用し、大気圧環境下で加熱する場合、伝熱ブロック４３の加熱温度は１００℃程度にすればよい。 Next, the electric heater 45 is energized to heat the heat transfer block 43 to a predetermined temperature. The heating temperature is, for example, the boiling point of the suspension solvent. When water is used for the suspension and heating is performed under an atmospheric pressure environment, the heating temperature of the heat transfer block 43 may be about 100 ° C.

また、伝熱ブロック４３の加熱開始とほぼ同時に、懸濁液４６を、図６のようにポンプ４７を使用して液管接続側から蒸発器内３１に注入する。 Further, almost simultaneously with the start of heating of the heat transfer block 43, the suspension 46 is injected into the evaporator 31 from the liquid pipe connection side using the pump 47 as shown in FIG.

図７は、蒸発器３１内に注入された懸濁液に含まれる微粒子がウィック４１と金属ケース４２との接触部の隙間に堆積していく過程を表した模式図である。なお、図７中、符号４８ａはウィック４１を形成する焼結粒子を示し、符号４８ｂは懸濁液中に含まれる微粒子を示している。 FIG. 7 is a schematic diagram showing a process in which fine particles contained in the suspension injected into the evaporator 31 are accumulated in the gap between the contact portions of the wick 41 and the metal case 42. In FIG. 7, reference numeral 48a indicates sintered particles forming the wick 41, and reference numeral 48b indicates fine particles contained in the suspension.

図７（ａ）は懸濁液４６を注入する前のウィック４１と金属ケース４２との接触部を示している。蒸発器３１内に懸濁液４６を注入すると、図７（ｂ）のように懸濁液４６は毛細管力によりウィック４１内に進入し、それにともなって懸濁液４６中の微粒子４８ｂもウィック４１の内部に進入する。 FIG. 7A shows a contact portion between the wick 41 and the metal case 42 before the suspension 46 is injected. When the suspension 46 is injected into the evaporator 31, the suspension 46 enters the wick 41 by capillary force as shown in FIG. 7B, and accordingly the fine particles 48 b in the suspension 46 are also wick 41. Enter inside.

一方、金属ケース４２は加熱ブロック４４内に配置された電熱ヒータ４５により所定温度に加熱されているので、ウィック４１と金属ケース４２との接触部で懸濁液４６中の液体成分が蒸発する。蒸発により生じた蒸気は、グルーブ４１ａ又はウィック４１の外周部の乾燥した部分を通って蒸気管接続側の孔（蓋部４２ｃの孔）から外部に放出され、ウィック４１と金属ケース４２との間の隙間に微粒子４８ｂが残る。 On the other hand, since the metal case 42 is heated to a predetermined temperature by the electric heater 45 disposed in the heating block 44, the liquid component in the suspension 46 evaporates at the contact portion between the wick 41 and the metal case 42. Vapor generated by evaporation passes through a dried portion of the outer periphery of the groove 41a or the wick 41 and is discharged to the outside through a hole on the steam pipe connection side (hole of the lid portion 42c), and between the wick 41 and the metal case 42. Fine particles 48b remain in the gaps.

そして、ウィック４１の外周部での液体成分の蒸発にともない、ウィック４１の外周部に乾燥した部分が生じると、毛細管力によりウィック４１の内側から乾燥した部分に懸濁液４６が浸透する。このようにして、懸濁液４６の供給と懸濁液４６中の液体成分の蒸発とが繰り返されることにより、図７（ｃ）のように、ウィック４１と金属ケース４２との間の隙間に微粒子４８ｂが堆積していく。 When a dry portion is generated on the outer peripheral portion of the wick 41 as the liquid component is evaporated on the outer peripheral portion of the wick 41, the suspension 46 penetrates into the dried portion from the inside of the wick 41 by capillary force. In this manner, the supply of the suspension 46 and the evaporation of the liquid component in the suspension 46 are repeated, so that the gap between the wick 41 and the metal case 42 is formed as shown in FIG. The fine particles 48b are deposited.

ウィック４１と金属ケース４２との隙間に微粒子４８ｂを十分に堆積させたら、電熱ヒータ４５への給電及び蒸発器３１への懸濁液４６の供給を停止し、加熱ブロック４４を取り外す。そして、水又はアルコールを蒸発器３１内に注入して蒸発器３１内を洗浄し、ウィック４１内に残存する懸濁液４６を除去する。図７（ｄ）は、洗浄後のウィック４１の状態を示している。 When the fine particles 48b are sufficiently accumulated in the gap between the wick 41 and the metal case 42, the power supply to the electric heater 45 and the supply of the suspension 46 to the evaporator 31 are stopped, and the heating block 44 is removed. Then, water or alcohol is injected into the evaporator 31 to clean the inside of the evaporator 31 and the suspension 46 remaining in the wick 41 is removed. FIG. 7D shows the state of the wick 41 after cleaning.

次いで、図８のように、蒸発器３１に、蒸気管３３、凝縮器３２及び液管３４となる銅パイプをろう付けして環状の流路を形成し、その流路内に作動流体として水又はアルコール等を封入する。また、凝縮器３２となる部分に放熱用フィン３５を取り付ける。このようにして、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ３０が完成する。 Next, as shown in FIG. 8, a copper pipe that becomes the vapor pipe 33, the condenser 32, and the liquid pipe 34 is brazed to the evaporator 31 to form an annular flow path, and water is used as a working fluid in the flow path. Or enclose alcohol or the like. Further, a heat radiating fin 35 is attached to a portion to be the condenser 32. In this way, the loop heat pipe 30 according to the present embodiment is completed.

上述したように、本実施形態では、ウィック４１の内側に懸濁液４６を供給しつつ、ウィック４１の外周部で懸濁液４６中の液体成分を蒸発させる。これにより、ウィック４１と金属ケース４２との接触部の隙間に微粒子４８ｂが堆積し、ウィック４１と金属ケース４２との間の接触面積が増加する。その結果、ウィック４１と金属ケース４２との間の熱抵抗が小さく、熱輸送効率が高いループ型ヒートパイプ３０が得られる。 As described above, in the present embodiment, the liquid component in the suspension 46 is evaporated at the outer peripheral portion of the wick 41 while supplying the suspension 46 to the inside of the wick 41. Thereby, the fine particles 48b are deposited in the gap between the contact portions of the wick 41 and the metal case 42, and the contact area between the wick 41 and the metal case 42 is increased. As a result, the loop heat pipe 30 having a low thermal resistance between the wick 41 and the metal case 42 and high heat transport efficiency is obtained.

また、ループ型ヒートパイプ３０を実際に使用する際に、作動流体はウィック４１の中心側から外周側に向かう方向に移動し、逆方向には移動しないため、ウィック４１と金属ケース４２との間に堆積した微粒子がウィック４１の内側に移動することが回避される。このため、上述した効果は長期間にわたって持続する。 Further, when the loop heat pipe 30 is actually used, the working fluid moves in the direction from the center side of the wick 41 toward the outer peripheral side and does not move in the reverse direction. It is avoided that the fine particles deposited on the inside of the wick 41 move inside. For this reason, the above-mentioned effect is sustained over a long period of time.

なお、本実施形態では蒸発器３１の周囲に加熱ブロック４４を配置して蒸発器３１を加熱しているが、蒸発器３１の加熱方法はこれに限定されるものではなく、他の方法で蒸発器３１を加熱してもよい。また、本実施形態ではポンプ４７により蒸発器３１内に懸濁液４６を注入しているが、他の方法で蒸発器３１内に懸濁液４６を注入してもよい。 In the present embodiment, the heating block 44 is disposed around the evaporator 31 to heat the evaporator 31, but the heating method of the evaporator 31 is not limited to this, and evaporation is performed by other methods. The vessel 31 may be heated. In this embodiment, the suspension 46 is injected into the evaporator 31 by the pump 47, but the suspension 46 may be injected into the evaporator 31 by other methods.

更に、懸濁液４６は毛細管現象によりウィック４１内に浸透するため、蒸発器３１内に注入された懸濁液４６に圧力を印加する必要はない。しかし、懸濁液４６のウィック４１内への浸透を促進するために、蒸発器３１内に注入された懸濁液４６に例えば１ｋＰａ〜１０ｋＰａ程度の圧力を印加してもよい。 Furthermore, since the suspension 46 penetrates into the wick 41 by capillary action, it is not necessary to apply pressure to the suspension 46 injected into the evaporator 31. However, in order to promote the penetration of the suspension 46 into the wick 41, a pressure of about 1 kPa to 10 kPa, for example, may be applied to the suspension 46 injected into the evaporator 31.

更にまた、本実施形態ではウィック４１の外周面にグルーブ４１ａを形成しているが、ウィック４１の外周面にグルーブ４１ａを形成する替わりに金属ケース４２の内面にグルーブを形成してもよい。 Furthermore, in the present embodiment, the groove 41 a is formed on the outer peripheral surface of the wick 41, but instead of forming the groove 41 a on the outer peripheral surface of the wick 41, a groove may be formed on the inner surface of the metal case 42.

（変形例）
上述した実施形態において、蒸発器３１の加熱を続けると、ウィック４１自体の温度が上昇し、ウィック４１の内部で懸濁液４６の液体成分が蒸発することがある。ウィック４１の内部で懸濁液４６の液体成分が蒸発すると、ウィック４１の内部の空隙に微粒子４８ｂが堆積して、ウィック４１の外周部への微粒子４８ｂの移動が阻害されてしまう。 (Modification)
In the embodiment described above, when the evaporator 31 is continuously heated, the temperature of the wick 41 itself increases, and the liquid component of the suspension 46 may evaporate inside the wick 41. When the liquid component of the suspension 46 evaporates inside the wick 41, the fine particles 48b accumulate in the voids inside the wick 41, and the movement of the fine particles 48b to the outer periphery of the wick 41 is hindered.

そこで、ウィック４１の外周部以外の部分での懸濁液４６の蒸発を抑制するために、蒸発器３１に供給する懸濁液４６の温度を低くすることが好ましい。例えば、図９のように、懸濁液４６を入れた容器４９内に熱交換器５２を設け、冷却器５１と熱交換器５２との間に冷却水を循環させて、蒸発器３１に供給する懸濁液４６を室温以下に冷却する。これにより、ウィック４１の内部での微粒子４８ｂの堆積を抑制することができる。 Therefore, in order to suppress the evaporation of the suspension 46 in a portion other than the outer peripheral portion of the wick 41, it is preferable to lower the temperature of the suspension 46 supplied to the evaporator 31. For example, as shown in FIG. 9, a heat exchanger 52 is provided in a container 49 containing the suspension 46, and cooling water is circulated between the cooler 51 and the heat exchanger 52 and supplied to the evaporator 31. The suspension 46 to be cooled is cooled below room temperature. Thereby, deposition of the fine particles 48b inside the wick 41 can be suppressed.

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器６１の断面図である。なお、第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は蒸発器の構造が異なることにあり、その他の構造は基本的に第１の実施形態と同様であるので、ここでは重複する部分の説明を省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the evaporator 61 of the loop heat pipe according to the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the structure of the evaporator is different, and the other structures are basically the same as those in the first embodiment. The description of is omitted.

図１０のように、本実施形態のループ型ヒートパイプの蒸発器６１は、直方体形状の金属ケース６２と、金属ケース６２内に配置された平板状のウィック６５とを有する。また、金属ケース６２は、その下面側に電子部品が熱的に接続される下部材６２ａと、下部材６２ａの上に接合される上部材６２ｂとを有する。下部材６２ａには、ウィック６５の下面側で発生した作動流体の蒸気を蒸気管３３に導く複数のグルーブ（蒸気排出溝）６４が設けられている。また、上部材６２ｂには、液管３４からウィック６５の上面側に供給される液相の作動流体を一時的に貯留するための空間が設けられている。 As shown in FIG. 10, the evaporator 61 of the loop heat pipe of the present embodiment includes a rectangular parallelepiped metal case 62 and a flat plate-like wick 65 disposed in the metal case 62. In addition, the metal case 62 includes a lower member 62a on the lower surface side of which the electronic component is thermally connected and an upper member 62b joined on the lower member 62a. The lower member 62 a is provided with a plurality of grooves (steam discharge grooves) 64 that guide the steam of the working fluid generated on the lower surface side of the wick 65 to the steam pipe 33. The upper member 62b is provided with a space for temporarily storing the liquid-phase working fluid supplied from the liquid pipe 34 to the upper surface side of the wick 65.

このような平板状のウィック６５を有するループ型ヒートパイプにおいて、金属ケース６２内にウィック６５を収納した後、液管接続側から懸濁液を注入しつつ、下部材６２ａの下面側をヒータ等により加熱する。これにより、下部材６２ａとウィック６５との接触部で懸濁液中の液体成分が蒸発し、下部材６２ａとウィック６５との接触部の隙間に微粒子が堆積して、下部材６２ａとウィック６５との間の熱抵抗が低減される。 In such a loop heat pipe having a flat wick 65, after the wick 65 is housed in the metal case 62, the lower surface side of the lower member 62a is placed on the lower surface side of the lower member 62a while injecting the suspension from the liquid pipe connection side. To heat. As a result, the liquid component in the suspension evaporates at the contact portion between the lower member 62a and the wick 65, and fine particles accumulate in the gap between the contact portions between the lower member 62a and the wick 65, and the lower member 62a and the wick 65 The thermal resistance between the two is reduced.

その後、第１の実施形態と同様に、蒸気管６１に、蒸気管、凝縮器及び液管となる銅パイプを接続し、作動流体として水又はアルコール等を封入する。また、凝縮器となる部分にフィンを取り付ける。このようにして、本実施形態に係るループ型ヒートパイプが完成する。 Thereafter, similarly to the first embodiment, a steam pipe, a condenser, and a copper pipe serving as a liquid pipe are connected to the steam pipe 61, and water or alcohol is sealed as a working fluid. Moreover, a fin is attached to the part used as a condenser. In this way, the loop heat pipe according to the present embodiment is completed.

本実施形態においても、ウィック６５と金属ケース６２との接触部の隙間に懸濁液を供給して微粒子を堆積させるので、ウィック６５と金属ケース６２との間の熱抵抗が小さく、熱輸送効率が高いループ型ヒートパイプが得られる。また、本実施形態では、平板状のウィック５１を使用しているので、蒸発器６１の厚みを薄くすることができる。このため、電子機器の薄型化が可能であるという利点もある。 Also in this embodiment, since the suspension is supplied to the gap between the contact portions of the wick 65 and the metal case 62 to deposit the fine particles, the thermal resistance between the wick 65 and the metal case 62 is small, and the heat transport efficiency is reduced. A loop type heat pipe having a high height can be obtained. Moreover, in this embodiment, since the flat wick 51 is used, the thickness of the evaporator 61 can be made thin. For this reason, there also exists an advantage that thickness reduction of an electronic device is possible.

なお、第２の実施形態では下部材６２ａにグルーブ６３を形成しているが、下部材６２ａにグルーブ６３を形成する替わりにウィック６５の下面側にグルーブを形成してもよい。 In the second embodiment, the groove 63 is formed on the lower member 62a. However, instead of forming the groove 63 on the lower member 62a, a groove may be formed on the lower surface side of the wick 65.

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 The following additional notes are disclosed with respect to the above embodiments.

（付記１）多孔質体により形成されたウィックを金属ケース内に収納し、前記ウィックの一方の面側及び他方の面側にそれぞれ個別に空間を設ける工程と、
前記ウィックの前記一方の面側の空間に前記ウィックの平均気孔径よりも小さいサイズの微粒子を懸濁させた懸濁液を供給し該懸濁液を前記ウィック内に浸透させ、前記金属ケースを加熱して前記ウィックの前記他方の面側で前記懸濁液中の液体成分を蒸発させて、前記微粒子を前記ウィックの前記他方の面と前記金属ケースとの接触部の隙間に堆積させる工程と、
前記金属ケースに、前記ウィックの前記一方の面側の空間に連絡する液管と、前記ウィックの前記他方の面側の空間に連絡する蒸気管と、前記液管と前記蒸気管との間を連絡する凝縮器とを取り付けて環状の流路を形成し、該流路内に作動流体を封入する工程と
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプの製造方法。 (Appendix 1) A step of storing a wick formed of a porous body in a metal case, and separately providing a space on one side and the other side of the wick,
Supplying a suspension in which fine particles having a size smaller than the average pore diameter of the wick are suspended in the space on the one surface side of the wick, and penetrating the suspension into the wick; Heating and evaporating a liquid component in the suspension on the other surface side of the wick, and depositing the fine particles in a gap between a contact portion between the other surface of the wick and the metal case; ,
A liquid pipe that communicates with the space on the one surface side of the wick, a steam pipe that communicates with the space on the other surface side of the wick, and a space between the liquid pipe and the steam pipe. A method of manufacturing a loop heat pipe, comprising: attaching a condenser to be connected to form an annular flow path, and enclosing a working fluid in the flow path.

（付記２）前記微粒子のサイズが、前記ウィックの平均気孔径の１／１０以下であることを特徴とする付記１に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。 (Additional remark 2) The manufacturing method of the loop type heat pipe of Additional remark 1 characterized by the size of the said microparticle being 1/10 or less of the average pore diameter of the said wick.

（付記３）前記微粒子が、金属又はセラミックにより形成されていることを特徴とする付記１又は２に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。 (Additional remark 3) The said microparticle is formed with the metal or the ceramic, The manufacturing method of the loop type heat pipe of Additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned.

（付記４）前記懸濁液中の前記微粒子の含有量が１０重量％以下であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。 (Additional remark 4) Content of the said fine particle in the said suspension is 10 weight% or less, The manufacturing method of the loop type heat pipe of any one of Additional remark 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.

（付記５）前記ウィックが、一端側が閉塞された円筒状の形状を有し、前記一方の面が前記ウィックの内周面であり、前記他方の面が前記ウィックの外周面であることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。 (Appendix 5) The wick has a cylindrical shape with one end closed, the one surface is an inner peripheral surface of the wick, and the other surface is an outer peripheral surface of the wick. The manufacturing method of the loop type heat pipe according to any one of appendices 1 to 4.

（付記６）前記ウィックが板状の形状を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。 (Additional remark 6) The said wick has plate shape, The manufacturing method of the loop type heat pipe of any one of Additional remark 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned.

（付記７）前記ウィックの前記一方の面側の空間に供給する懸濁液を、室温以下に冷却することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。 (Supplementary note 7) The manufacturing of the loop heat pipe according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein the suspension supplied to the space on the one surface side of the wick is cooled to room temperature or lower. Method.

（付記８）前記ウィックの前記一方の面側の空間に供給する懸濁液に、１Ｐａ以上、１０ｋＰａ以下の圧力を印加することを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。 (Appendix 8) The loop according to any one of appendices 1 to 7, wherein a pressure of 1 Pa or more and 10 kPa or less is applied to the suspension supplied to the space on the one surface side of the wick. Type heat pipe manufacturing method.

（付記９）蒸発器と、凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続されて環状の流路を形成する蒸気管及び液管とを有し作動流体が封入されたループ型ヒートパイプにおいて、
前記蒸発器は、多孔質体により形成されたウィックと、前記ウィックを収納する金属ケースとを有し、前記ウィックと前記金属ケースとの接触部の隙間に、前記ウィックの平均気孔径よりも小さなサイズの微粒子が堆積していることを特徴とするループ型ヒートパイプ。 (Supplementary Note 9) A loop type in which a working fluid is enclosed, having an evaporator, a condenser, a vapor pipe and a liquid pipe connected between the evaporator and the condenser to form an annular flow path In heat pipes,
The evaporator has a wick formed of a porous body and a metal case that houses the wick, and is smaller than an average pore diameter of the wick in a gap between contact portions of the wick and the metal case. A loop-type heat pipe characterized by the accumulation of fine particles of size.

（付記１０）前記微粒子のサイズが、前記ウィックの平均気孔径の１／１０以下であることを特徴とする付記９に記載のループ型ヒートパイプ。 (Additional remark 10) The loop type heat pipe of Additional remark 9 characterized by the size of the said fine particle being 1/10 or less of the average pore diameter of the said wick.

１０…ヒートパイプ、１１，３１，６１…蒸発器、１２，３２…凝縮器、１３，３３…蒸気管、１４，３４…液管、１５，３５…放熱用フィン、１６…送風ファン、２１，４１，６５…ウィック、２１ａ，４１ａ，６４…グルーブ（蒸気排出溝）、２２，４２，６２…金属ケース、２３，４３…伝熱ブロック、４２ａ…筒部、４２ｂ，４２ｃ…蓋部、４４…加熱ブロック、４５…電熱ヒータ、４６…懸濁液、４７…ポンプ、４８ａ…焼結粒子、４８ｂ…微粒子、４９…容器、５１…冷却器、５２…熱交換器、６２ａ…下部材、６２ｂ…上部材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Heat pipe 11, 31, 61 ... Evaporator, 12, 32 ... Condenser, 13, 33 ... Steam pipe, 14, 34 ... Liquid pipe, 15, 35 ... Radiation fin, 16 ... Blower fan, 21, 41, 65 ... wick, 21a, 41a, 64 ... groove (steam discharge groove), 22, 42, 62 ... metal case, 23, 43 ... heat transfer block, 42a ... cylindrical portion, 42b, 42c ... lid portion, 44 ... Heating block, 45 ... electric heater, 46 ... suspension, 47 ... pump, 48a ... sintered particles, 48b ... fine particles, 49 ... vessel, 51 ... cooler, 52 ... heat exchanger, 62a ... lower member, 62b ... Upper member.

Claims

Storing a wick formed of a porous body in a metal case, and individually providing a space on one side and the other side of the wick; and
Supplying a suspension in which fine particles having a size smaller than the average pore diameter of the wick are suspended in the space on the one surface side of the wick, and penetrating the suspension into the wick; Heating and evaporating a liquid component in the suspension on the other surface side of the wick, and depositing the fine particles in a gap between a contact portion between the other surface of the wick and the metal case; ,
A liquid pipe that communicates with the space on the one surface side of the wick, a steam pipe that communicates with the space on the other surface side of the wick, and a space between the liquid pipe and the steam pipe. A method of manufacturing a loop heat pipe, comprising: attaching a condenser to be connected to form an annular flow path, and enclosing a working fluid in the flow path.

The method of manufacturing a loop heat pipe according to claim 1, wherein the size of the fine particles is 1/10 or less of the average pore diameter of the wick.

The method for producing a loop heat pipe according to claim 1 or 2, wherein the content of the fine particles in the suspension is 10 wt% or less.

The method for manufacturing a loop heat pipe according to any one of claims 1 to 3, wherein the suspension supplied to the space on the one surface side of the wick is cooled to room temperature or lower.

In a loop heat pipe having an evaporator, a condenser, and a steam pipe and a liquid pipe connected between the evaporator and the condenser to form an annular flow path and having a working fluid sealed therein,
The evaporator has a wick formed of a porous body and a metal case that houses the wick, and is smaller than an average pore diameter of the wick in a gap between contact portions of the wick and the metal case. A loop-type heat pipe characterized by the accumulation of fine particles of size.