JP6206389B2 - ヒートパイプ - Google Patents

Description

本発明は、ウィックを内面に備えたヒートパイプに関し、さらに詳しくは特定の基材からなるウィックを備えることにより飛散限界を向上し得るヒートパイプに関する。

従来、ウィックを備えたヒートパイプが開発されており、ウィック材として種々の形状、例えば金網状、繊維状、多孔質素材が知られている。このようなヒートパイプにおいては、パイプ内で作動流体の蒸気がパイプの特定方向に移動し、作動流体の凝縮液がウィックの毛細管作用により逆方向に還流され、蒸発／凝縮のサイクルが繰り返される。しかし、このようなウィックを備えたヒートパイプについて、作動蒸気による還流作動液の飛散限界が指摘されている。
このため、ウィックを備えたヒートパイプの構造について様々な提案がされている。

例えば、特許文献１には、内壁にグルーブ・ウィックを有すると共に、断面形状が扁平状のヒートパイプにおいて、扁平断面の幅方向の両方の内側に、軸方向に伸びる線状の補助ウィックを少なくとも各１本配置した扁平状ヒートパイプが記載されている。
また、特許文献２には、コンテナ内に封入されて気化と凝縮とを繰り返す作動液と、冷却端部から加熱端部へ作動液を移動させる薄いウィックとを備え、前記ウィックが、コンテナの内部壁面に沿って近接又は当接して配置され、少なくともコンテナの内部壁面に対向する面側に冷却端部から加熱端部へ向かう方向に沿った無数の溝状通路が形成され、ウィックの平面部の外側面が親水処理されているヒートパイプが記載されている。

しかし、前記の公知文献に記載の技術によっては、蒸気流とウィック中の作動液との相対速度が大きくなると作動液の一部が飛散して作動液が蒸発部に戻らなくなる飛散限界により、最大熱輸送量が低くなる。

特開２００２−０８１８７５号公報 特開２００４−０２８４０６号公報

本発明の目的は、従来のヒートパイプと比較して飛散限界を向上し得るヒートパイプを提供することである。

第１の発明は、片面に親水処理、他方の面に撥水処理を施した多孔膜で形成され、前記親水処理を施した面が作動液通路に、前記撥水処理を施した面が蒸気通路になるように、前記多孔膜によって前記作動液通路と前記蒸気通路とが分離されたウィックを内面に備えたヒートパイプに関する。
第２の発明は、片面に親水処理、他方の面に撥水処理を施した多孔膜を、同一種の処理を施した面が向かい合わせになるように少なくとも２枚積層し巻回してなるウィックを内面に備えたヒートパイプに関する。
第３の発明は、片面に親水処理、他方の面に撥水処理を施した多孔膜を、同一種の処理を施した面同士が向かい合せになるように複数回折りたたんでなるウィックを内面に備えたヒートパイプに関する。
第４の発明は、片面に親水処理、他方の面に撥水処理を施した多孔膜を、同一種の処理を施した面同士が向かい合わせになるように折りたたみ、巻回してなるウィックを内面に備えたヒートパイプに関する。

本発明によれば、従来のヒートパイプと比較して飛散限界を向上し得るヒートパイプを得ることができる。

図１は、第１〜４の発明の実施態様のヒートパイプを構成するウィックに用いられる多孔膜の概略模式図である。 図２は、第２の発明の実施態様のヒートパイプを構成するウィックを説明するための模式図であり、概略断面模式図を（ａ）に、その部分拡大図を（ｂ）に示す。 図３は、第３の発明の実施態様のヒートパイプを構成するウィックを説明するための断面模式図である。 図４は、第３の発明の実施態様のヒートパイプを説明するための概略模式図である。 図５は、第４の発明の実施態様のヒートパイプを構成するウィックを説明するための断面模式図である。 図６は、第４の発明の実施態様のヒートパイプを構成するウィックの部分拡大断面模式図を示す。 図７は、第４発明の実施態様のヒートパイプを説明するための概略模式図である。

以下、本発明の実施態様について、図面を参照して詳説する。
第１〜４の発明の実施態様のヒートパイプを構成するウィックに用いられる多孔膜２０は、図１に示すように、親水処理を施した片面１１と、撥水処理を施した他方の面１２を有している。
第１の発明のヒートパイプは、片面に親水処理、他方の面に撥水処理を施した多孔膜２０で形成され、前記親水処理を施した面が作動液通路に、前記撥水処理を施した面が蒸気通路になるように、前記多孔膜によって前記作動液通路と前記蒸気通路とが分離されたウィックを内面に備えてなり、好適には前記多孔膜の少なくとも一部が折り返されている。
第１の発明の実施形態のヒートパイプにおいては、内面に備えられているウィックの親水処理を施した面に作動液、例えば水、アルコール等が存在し、撥水処理を施した面には作動液が入り込めず蒸気のみが存在し、多孔膜によって蒸気通路と作動液通路とを分離することができるので、飛散限界が向上し輸送限界が向上し得る。

第２の発明の実施態様のヒートパイプは、図２に示すように、前記多孔膜２０を同一種の処理を施した面、例えば親水処理を施した面１１が向かい合わせになるように少なくとも２枚積層して巻回してなるウィック１０を内面に備えてなる。
第２の発明の実施態様のヒートパイプにおいては、図２の（ｂ）に示すように、内面に備えられているウィックの親水処理を施した面１１に囲まれた領域に作動液、例えば水、アルコールなどが存在し、撥水処理を施した面１２に囲まれた領域では作動液が入り込めず蒸気のみが存在するので、蒸気通路と作動液通路とが膜によって隔てられることになり、飛散限界が向上し、輸送限界が向上し得る。

第３の発明の実施態様のヒートパイプを構成するウィックは、図３に示すように、親水処理を施した片面１１と、撥水処理を施した他方の面１２を有する多孔膜２０を同一種の処理を施した面同士が向かい合わせになるように複数回、例えば２〜１０回の範囲の偶数回、典型的には４回折りたたむために外側から加圧されて形成されている。

第３の発明の実施態様のヒートパイプ１は、図４に示すように上記方法によって形成されて圧縮されたウィック１０がケース１３に挿入されてなる。

第３の発明の実施態様のヒートパイプにおいては、撥水面側の蒸気通路と親水面側の作動液通路が２方向に分かれているため、沸騰面を蒸気側に、凝縮面を作動液側に設置する、すなわち加熱部３０が蒸発部であって冷却部４０が凝縮部である場合、蒸気と作動液間の通気抵抗を大幅に低減可能である。例えば、図４に示す平板型のヒートパイプにおいては、第２の発明の構造に比べて通路間隔を保持しやすいため、通気抵抗をさらに低減し得て、飛散限界のさらなる向上が可能である。

第４の発明の実施態様のヒートパイプを構成するウィックは、図５に示すように、親水処理を施した片面１１と撥水処理を施した他方の面１２とを有する多孔膜２０を、図５に示すように、同一種の処理を施した面同士、例えば親水処理を施した面同士が向かい合わせになるように折りたたまれ、図６に示すように巻回されて形成されている。

第４の発明の実施態様のヒートパイプ１は、図７に示すように、上記方法によって形成されて圧縮されたウィック１０がケース１３に挿入されてなる。

第４の発明の実施態様のヒートパイプにおいては、親水面側の作動液通路の一方の端部が閉じているので、沸騰面を蒸気側に、凝縮面を作動液側に設置する、すなわち加熱部３０が蒸発部であって冷却部４０が凝縮部である場合、作動液が蒸気通路側に漏れにくくなっている。例えば、図７に示すパイプ型のヒートパイプにおいては、第２の発明の構造に比べて、飛散限界のさらなる向上が可能である。

なお、本発明の実施態様のヒートパイプにおいて、ウィックの閉じていない端部は耐熱性の熱融着性ポリマー、例えば熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂などによって熱融着して閉鎖されていてもよい。前記の閉鎖は耐熱性の熱融着性ポリマーのみによってなされてもよく、あるいは耐熱性フィルム、例えば耐熱性樹脂フィルム又は金属箔、例えばポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルムなどを介在させて前記耐熱性の熱融着性ポリマーによって端部を熱融着してもよい。

本発明の各実施態様におけるウィックの親水処理としては、特に限定されず、例えばグラフト処理、コーティング処理、又は酸化処理の何れかが挙げられる。
前記のグラフト処理とは、多孔膜への放射線の照射によりポリマー分子中に生成したラジカルに、親水性官能基を有するモノマーを反応させる処理のことである。
前記のコーティング処理とは、自己親水性を有する薬剤やポリマーを多孔膜にコートすることにより、ポリマーのマトリクスの表層に親水性を有するコート層を形成させる処理のことである。
また、前記の酸化処理とは、例えばオゾンや酸などの酸化剤を使用してあるいは紫外線やプラズマ等を使用して、多孔膜を構成するポリマー分子に直接的に酸素含有官能基を導入する処理のことである。

本発明の各実施態様におけるウィックの撥水処理としては、特に限定されず、市販のフッ素系やシリコン系の撥水処理剤を用いることができ、撥水処理剤をそのまま、又は水溶液や有機溶剤に溶解や懸濁させた状態で、多孔膜の片面に吹き付けたり塗布したりして行うことができる。

本発明の各実施態様における多孔膜としては、耐熱性樹脂、例えばポリアミドイミド、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエステル、ポリアクリロニトリルなどの樹脂からなる多孔膜、好適にはポリイミド多孔膜が挙げられる。
前記の多孔膜としては、厚みが１０〜１００μｍの範囲、例えば２５〜７５μｍで、０．１〜２ｍｍφの範囲、例えば０．２〜１．５ｍｍφの孔を０．１〜１０ｍｍの範囲、例えば１〜５ｍｍのピッチで形成したものが挙げられる。

本発明の各実施態様におけるウィックは、前記の多孔膜に形成した０．１〜２ｍｍ程度の凸形状の高さによってフィルム間の間隔が０．１〜２ｍｍ間隔になるように膜の間隔を設定し得る。
本発明の実施態様によれば、従来のヒートパイプと比較して飛散限界を向上し得るヒートパイプを得ることができる。

以下、本発明の実施例を示す。
以下に示す例は、本発明のヒートパイプにおけるウィックの作製工程を確認するためのものであって、本発明を限定するものではない。

実施例１
親水／撥水処理した多孔膜巻回ウィックの作製
多孔膜（厚さ５０μｍのポリイミドフィルムにプレスで１ｍｍφの孔を２ｍｍピッチで形成したもの）の片面に親水処理してチオール系ＳＡＭ膜（ＳＡＭ膜：自己組織化単分子膜（ Self-Assembled Monolayer）とし、別の片面に撥水処理を施してフッ素系膜としたものを２枚用意し、親水膜が向かい合わせになるように配置する。
膜の間隔はポリイミドフィルムに施した凸形状の大きさにより制御し、例えば凸形状の高さを１ｍｍにして、各フィルム間の間隔が１ｍｍ間隔になるように設定し得る。
次いで、２枚積層して巻回してなるウィックを作成し、このウィックを内面に備えるヒートパイプを作製する。

前記の多孔膜巻回ウィックにおいては、親水膜に囲まれた領域（１ｍｍ幅）には作動液が存在し、撥水膜に囲まれた領域（１ｍｍ幅）では作動液（水等）が入り込めず、蒸気のみがする。この構成によって、蒸気通路と作動液通路とが膜によって隔てられているので、飛散限界が向上し、輸送限界が向上し得る。

本発明によって、従来のヒートパイプと比較して飛散限界を向上し得るヒートパイプを提供し得る。

１ 本発明のヒートパイプ
１０ ウィック
１１ 親水処理を施した片面
１２ 撥水処理を施した他方の面
１３ ケース
２０ 多孔膜
３０ 加熱部
４０ 冷却部

Claims (4)

1. 片面に親水処理、他方の面に撥水処理を施した多孔膜を、同一種の処理を施した面が向かい合わせになるように少なくとも２枚積層し巻回してなり、前記親水処理を施した面が作動液通路に、前記撥水処理を施した面が蒸気通路になるように、前記多孔膜によって前記作動液通路と前記蒸気通路とが分離されたウィックを内面に備えたヒートパイプ。
2. 片面に親水処理、他方の面に撥水処理を施した多孔膜を、同一種の処理を施した面同士が向かい合わせになるように折りたたみ、巻回してなり、前記親水処理を施した面が作動液通路に、前記撥水処理を施した面が蒸気通路になるように、前記多孔膜によって前記作動液通路と前記蒸気通路とが分離されたウィックを内面に備えたヒートパイプ。
3. 前記ウィックが、前記多孔膜が親水処理を施した面同士が向かい合わせになるように折りたたまれ、巻回されてなる請求項２に記載のヒートパイプ。
4. 前記ウィックが、閉じていない端部を耐熱性の熱融着性ポリマーによって熱融着して閉鎖されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートパイプ。

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