JP6406821B2 - ヒートパイプ - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両、自動車等の車両や、建設機械等向けの電源、電力変換装置等を冷却する熱輸送装置等に好適に使用されるヒートパイプに関する。

パソコン等の電子機器に搭載されるＭＰＵ（マイクロプロセッサ）冷却用の放熱機器（ヒートシンク）向けとして、ヒートパイプは、一般的に用いられてきている。
ヒートパイプは、放熱側に対して吸熱側に設けられる被冷却部品の位置は、被冷却部品が放熱側より上方に位置するトップヒートモードと、被冷却部品が放熱側より下方に位置するボトムヒートモードとに分けられる。トップヒートモードでは、重力に逆らってヒートパイプの作動液を還流させるため、通常はヒートパイプ内に設けられたウィックによる毛細管現象を利用し、ボトムヒートモードでは、重力によって作動液を吸熱側に還流させる。

ウィックを多孔質体粉末で形成したものは、ウィック内にできた空隙の大きさ（細孔半径）が相対的に小さくなるので、毛細管力が大きくなり、トップヒートモードでの熱輸送量が必要な場合に頻繁に使用されてきた。ただし、多孔質体ウィックでは、作動液の透過率が小さいために、作動液が吸熱側に移動する際の還流抵抗が大きくなる。
その対策として、平板型ヒートパイプにおいて、作動液の還流が必要な吸熱側に多孔質体ウィックを配置し、作動液の蒸気が凝縮する放熱側に、作動液の流動抵抗を抑えるために、流路断面積が大きく透過率の大きいメッシュ材からなるメッシュウィックを配置したものが提案されている（特許文献１参照）。

特許第４１９４２７６号公報

特許文献１では、コンテナが中空の平板状のヒートパイプであるため、吸熱部、放熱部では、コンテナの周方向で均一に吸熱又は放熱することが難しい。
本発明の目的は、コンテナの周方向でほぼ均一に吸熱又は放熱を行うとともに作動液の吸熱部への還流量を増やすことで熱輸送性を向上させることが可能なヒートパイプを提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、断面が円形、楕円形または長円形のヒートパイプであって、前記ヒートパイプは、吸熱部に設けられた第１ウィックと、放熱部に設けられた第２ウィックとを備え、前記第１ウィック及び前記第２ウィック内の空隙の大きさは、前記第１ウィックで相対的に小さく、前記第２ウィックで相対的に大きく、前記第２ウィックは、内周面に前記ヒートパイプの長手方向に延びる複数の溝部を備えたグルーブウィックであり、前記溝部は、前記内周面から外周面の方向に幅が次第に小さくなることを特徴とする。
この構成によれば、ヒートパイプの断面を円形、楕円形または長円形（平行線を円弧でつないだ形状）とすることで、ヒートパイプの周囲からほぼ均一に吸熱又は放熱することができ、熱輸送を効率良く行うことができる。また、少なくとも吸熱部と放熱部とで空隙の大きさを変更することにより、ウィックにおける吸熱部と放熱部とで毛細管力と作動液の流動抵抗とを変更することができる。例えば、放熱部で作動液の流動抵抗を小さくすれば、作動液の放熱部から吸熱部への還流抵抗を低減することができる。また、吸熱部で毛細管力を大きくすれば、放熱部から吸熱部への作動液の還流を促進させることができる。以上より、ヒートパイプの断面形状及びウィックの空隙の大きさによって、ヒートパイプの熱輸送性を向上させることができる。

ウィックにおける吸熱部の空隙の大きさを小さくすることで、吸熱部の毛細管力を向上させることができ、作動液の吸熱部への還流を促進して、液枯れによる熱輸送量の低下を防止することができる。更に、ウィックにおける放熱部の空隙の大きさを大きくすることで、放熱部の作動液の流動抵抗を小さくすることができ、作動液を吸熱部へスムーズに還流させることができる。

上記構成において、前記第１ウィックは、メッシュ、編組線、多孔質体のいずれかで設けても良い。この構成によれば、吸熱部に、メッシュ、編組線、多孔質体のウィック形態の中から空隙の大きさが小さなウィック形態を選択し、放熱部に、上記のウィック形態の中から空隙の大きさが吸熱部よりも大きなウィック形態を選択することにより、吸熱部の毛細管力を向上させることができ、作動液の吸熱部への還流を促進して、液枯れによる熱輸送量の低下を防止することができる。更に、ウィックにおける放熱部の空隙の大きさを大きくすることで、放熱部の作動液の流動抵抗を小さくすることができ、作動液の吸熱部への還流抵抗を低減して、作動液を吸熱部へスムーズに還流させることができる。

また、上記構成において、前記第１ウィック及び前記第２ウィックの厚さを、前記第１ウィックで薄く、前記第２ウィックで厚くなるようにテーパ形状としても良い。この構成によれば、放熱部では、作動液の流路断面積を増やすことができ、作動液を吸熱部へスムーズに還流させることができる。また、吸熱部では、多孔質体の厚みが薄くなるため、熱源からの熱伝達率を向上させることができる。

本発明は、断面が円形、楕円形または長円形のヒートパイプであって、ウィック内の空隙の大きさを、少なくとも吸熱部と放熱部とで変更したので、ヒートパイプの断面を円形、楕円形または長円形とすることで、ヒートパイプの周囲から均一に吸熱又は放熱することができ、熱輸送を効率良く行うことができる。また、少なくとも吸熱部と放熱部とで空隙の大きさを変更することにより、ウィックにおける吸熱部と放熱部とで毛細管力と作動液の流動抵抗とを変更することができる。例えば、放熱部で作動液の流動抵抗を小さくすれば、作動液の放熱部から吸熱部への還流抵抗を低減することができる。また、吸熱部で毛細管力を大きくすれば、放熱部から吸熱部への作動液の還流を促進させることができる。以上より、ヒートパイプの断面形状及びウィックの空隙の大きさによって、ヒートパイプの熱輸送性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態のヒートパイプを備えた熱輸送装置を示す斜視図である。 第１実施形態の熱輸送装置を示す縦断面図である。 第２実施形態のヒートパイプを備えた熱輸送装置を示す縦断面図である。 第３実施形態のヒートパイプを備えた熱輸送装置を示す縦断面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 第４実施形態及び第５実施形態のヒートパイプを示す横断面図である。 第６実施形態のヒートパイプを備えた熱輸送装置を示す縦断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 第７実施形態のヒートパイプを備えた熱輸送装置を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態のヒートパイプ１１を備えた熱輸送装置１０を示す斜視図である。
熱輸送装置１０は、直線状で断面が円形のヒートパイプ１１と、ヒートパイプ１１の一端１１Ａ側に設けられた受熱板１２と、他端１１Ｂ側に設けられた放熱フィン１３とを備える。受熱板１２には、冷却対象部品としての発熱素子１４が取付けられている。
熱輸送装置１０は、鉄道車両、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）用の電源、電力変換装置に使用されるヒートシンクであり、外径が１０ｍｍ以上の太径のヒートパイプ１１が採用される。特に、上記のＥＶ車及びＨＶ車において、車両が登坂等する際に傾斜してヒートパイプ１１の吸熱部が放熱部に対して上方に位置するトップヒートモードとなった場合でも、熱輸送装置１０は、高い熱輸送性を有する。

ヒートパイプ１１は、熱伝導性に優れた金属材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅等によって、内部が空洞状に構成されたコンテナ１６を備え、コンテナ１６内には作動液（不図示）が封入されている。コンテナ１６は、直線状で空洞を有する円筒形で、円筒の一端１１Ａ及び他端１１Ｂが塞がれた密閉容器である。
受熱板１２は、アルミニウム等の金属板により形成され、ヒートパイプ１１の一端１１Ａに、例えば、溶接、ろう付けや半田付け等の手段により取付けられている。
放熱フィン１３は、アルミニウム等の金属板の両側縁をそれぞれ略平行に折り曲げて、断面略コ字状に形成された複数のフィン板を備える。これらフィン板は、ヒートパイプ１１の延出方向に並べて配置され、各フィン板同士は半田付けによって一体に固定されている。
ヒートパイプ１１の他端１１Ｂは、放熱フィン１３に形成された孔部を貫通して固定されている。

図２は、第１実施形態の熱輸送装置１０を示す縦断面図である。
ヒートパイプ１１は、一端から他端に順に設けられた吸熱部２１、断熱部２２及び放熱部２３から構成されている。コンテナ１６の内部には、作動液が封入されるとともに、コンテナ１６の内壁面１６Ａには、封入された作動液を毛細管力によって移送する円筒状に形成された第１ウィック２５及び第２ウィック２６が設けられている。第１ウィック２５及び第２ウィック２６は、それぞれ円形断面のコンテナ１６に対して同心状に配置されている。なお、符号２７は、第１ウィック２５及び第２ウィック２６の半径方向内側に形成された蒸気通路である。

吸熱部２１には第１ウィック２５が配置され、断熱部２２及び放熱部２３には第２ウィック２６が配置されている。第１ウィック２５と第２ウィック２６とは、吸熱部２１と断熱部２２との境界で接している。第１ウィック２５は、例えば、相対的に粒度の細かい銅粉から焼結されてできた多孔質体であり、その内部にできている無数の微小な空隙の大きさが相対的に小さいので、大きな毛細管力が得られる。第２ウィック２６は、例えば、相対的に粒度の粗い銅粉から焼結されて出来た多孔質体であり、その内部にできている無数の微小な空隙の大きさが相対的に大きいので、作動液の流動抵抗が低減され、大きな透過性が得られる。

吸熱部２１において第１ウィック２５内の空隙に飽和していた作動液が受熱板１２を介して発熱素子１４で加熱されて蒸発すると、その蒸気は、蒸気圧力差により放熱部２３側へ移動することによって熱輸送を行い、放熱部２３で再び冷却凝縮しながら放熱する。このとき、凝縮されてできた作動液は、放熱部２３の第２ウィック２６内の空隙に吸収され、毛細管力によって更に第２ウィック２６内から第１ウィック２５内に還流する。このようにして、吸熱部２１から放熱部２３へ継続的に熱移動が行われる。

吸熱部２１で第１ウィック２５の空隙の大きさを小さくしたことで、吸熱部２１での毛細管力を向上させて作動液の吸熱部２１への還流を促進させることができる。また、断熱部２２及び放熱部２３で第２ウィック２６の空隙の大きさを大きくしたことで、断熱部２２及び放熱部２３で作動液の流動抵抗（還流抵抗）を小さくして（即ち、透過性を大きくして）作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。
このように、作動液の吸熱部２１への還流を向上させることで、例えば、図示したようなヒートパイプ１１が水平な状態から、吸熱部２１側が放熱部２３側よりも高くなるトップヒートモードとした場合においても、十分な熱輸送性を確保することができる。

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態のヒートパイプ３１を備えた熱輸送装置３０を示す縦断面図である。図２に示した第１実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
熱輸送装置３０は、直線状で断面が円形のヒートパイプ３１と、ヒートパイプ３１の一端３１Ａ側に設けられた受熱板１２と、他端３１Ｂ側に設けられた放熱フィン１３とを備える。
ヒートパイプ３１は、コンテナ１６を備え、コンテナ１６の内部には、作動液が封入されるとともに、コンテナ１６の内壁面１６Ａには、封入された作動液を毛細管力によって移送するウィック３３が設けられている。ウィック３３は、筒状であり、コンテナ１６に対して同心状に配置されている。なお、符号３４は、ウィック３３の半径方向内側に形成された蒸気通路である。

ウィック３３は、その内周面３３Ａがテーパ形状に形成され、ウィック３３の厚さは、吸熱部２１側が薄く、放熱部２３側が厚く、吸熱部２１から放熱部２３にいくにつれて次第に厚くなっている。詳しくは、吸熱部２１におけるウィック３３の最小厚さはＴ１であり、放熱部２３におけるウィック３３の最大厚さはＴ２である（Ｔ１＜Ｔ２）。
ウィック３３は、例えば、銅粉から焼結されてできた多孔質体であり、内側にできている空隙は、全体においてほぼ一様に分布している。
このように、ウィック３３の厚さを、吸熱部２１側では薄く、放熱部２３側では厚くすることで、作動液の流路断面積を増やし、放熱部２３側での作動液の還流抵抗を低減して作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。また、吸熱部２１側でウィックを薄くすることで、発熱素子１４からヒートパイプ３１への熱伝達率を向上させることができる。

＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態のヒートパイプ４１を備えた熱輸送装置４０を示す縦断面図である。図２に示した第１実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
熱輸送装置４０は、直線状で断面が円形のヒートパイプ４１と、ヒートパイプ４１の一端４１Ａ側に設けられた受熱板１２と、他端４１Ｂ側に設けられた放熱フィン１３とを備える。
ヒートパイプ４１は、コンテナ１６を備える。コンテナ１６の内部には、封入された作動液を毛細管力によって移送する第１ウィック４３及び第２ウィック４４が設けられている。詳しくは、コンテナ１６の内壁面１６Ａに第１ウィック４３が設けられ、第１ウィック４３の内周面４３Ａに第２ウィック４４が設けられている。第１ウィック４３及び第２ウィック４４は、ウィック４５を構成している。なお、符号４６は第２ウィック４４の半径方向内側に形成された蒸気通路である。

第１ウィック４３は、その内周面４３Ａがテーパ形状に形成され、第１ウィック４３の厚さは、吸熱部２１側が薄く、放熱部２３側が厚く、吸熱部２１から放熱部２３にいくにつれて次第に厚くなっている。詳しくは、吸熱部２１における第１ウィック４３の最小厚さはＴ３であり、放熱部２３における第１ウィック４３の最大厚さはＴ４である（Ｔ３＜Ｔ４）。
第１ウィック４３は、例えば、粒度が粗い銅粉から焼結されてできた多孔質体であり、内側にできている空隙は、全体においてほぼ一様に分布し、その空隙の大きさが相対的に大きいので、作動液の流動抵抗が小さくなる。

第２ウィック４４は、その内周面４４Ａ及び外周面４４Ｂがテーパ形状に形成され、第２ウィック４４の厚さは、吸熱部２１側が薄く、放熱部２３側が厚く、吸熱部２１から放熱部２３にいくにつれて次第に厚くなっている。詳しくは、吸熱部２１における第２ウィック４４の最小厚さはＴ５であり、放熱部２３における第２ウィック４４の最大厚さはＴ６である（Ｔ５＜Ｔ６）。
第２ウィック４４は、例えば、粒度が細かい銅粉から焼結されてできた多孔質体であり、内側にできている空隙は、全体においてほぼ一様に分布し、その空隙の大きさが相対的に小さいので、大きな毛細管力が得られる。

このように、第１ウィック４３及び第２ウィック４４の厚さを放熱部２３側で厚くすることで、放熱部２３側での作動液の還流抵抗を低減して作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。また、吸熱部２１側でウィックを薄くすることで、発熱素子１４からヒートパイプ３１への熱伝達率を向上させることができる。

図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。
コンテナ１６の外径Ｄは、例えば、１０〜２０ｍｍである。
ヒートパイプ４１は、ドーナツ型のウィック４５を備える。第１ウィック４３及び第２ウィック４４は、コンテナ１６に対してそれぞれ同心状に配置され、第１ウィック４３及び第２ウィック４４の厚さは、周方向で一定である。ウィック４５の半径方向の外側部分は、粒度の粗い銅粉から形成された多孔質体からなる第１ウィック４３であり、ウィック４５の半径方向の内側部分は、粒度の細かい銅粉から形成された多孔質体からなる第２ウィック４４である。

このように、ウィック４５における内側部分の空隙の大きさを小さくすることで、毛細管力を向上させて作動液の吸熱部２１への還流を促進させることができる。また、ウィック４５における外側部分の空隙の大きさを大きくすることで、作動液の還流抵抗を低減し、作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。
また、コンテナ１６と、第１ウィック４３と、第２ウィック４４とを同心状に配置することで、図４に示した発熱素子１４から吸熱部２１への熱の受け取りと、放熱部２３から放熱フィン１３への熱の受け渡しをヒートパイプ４１の周方向において均等に行うことができ、ヒートパイプ４１による熱輸送をより効率的に行うことができる。

＜第４実施形態、第５実施形態＞
図６は、第４実施形態及び第５実施形態のヒートパイプ５１，６１を示す横断面図であり、図６（Ａ）は第４実施形態のヒートパイプ５１を示す横断面図、図６（Ｂ）は第５実施形態のヒートパイプ６１を示す横断面図ある。
図６（Ａ）に示すように、ヒートパイプ５１は、断面が楕円形で、コンテナ５２の内部に第１ウィック５３及び第２ウィック５４が設けられている。詳しくは、楕円筒状のコンテナ５２の内壁面５２Ａに第１ウィック５３が設けられ、第１ウィック５３の内周面５３Ａに第２ウィック５４が設けられている。

コンテナ５２に対して第１ウィック５３及び第２ウィック５４は同心状に配置され、第１ウィック５３及び第２ウィック５４の厚さは、周方向で一定である。第１ウィック５３及び第２ウィック５４の厚さは、ヒートパイプ５１の長手方向で変化している。即ち、図４に示した第３実施形態の第１ウィック４３及び第２ウィック４４と同様に、吸熱部２１側で薄く、放熱部２３側で厚くなるように徐々に厚さが変化している。なお、符号５６は第２ウィック５４の半径方向内側に形成された蒸気通路である。
コンテナ５２の長径をＤＬ１、短径をＤＳ１とすると、ＤＬ１＝１０〜２０ｍｍ、ＤＳ１＝５〜１５ｍｍである。また、ヒートパイプ５１の周囲からほぼ均一に吸熱又は放熱する観点から、長径ＤＬ１は、短径ＤＳ１の２倍以下であることが好ましい。

図６（Ｂ）に示すように、ヒートパイプ６１は、断面が扁平な長円形で、コンテナ６２の内部に第１ウィック６３及び第２ウィック６４が設けられている。詳しくは、長円筒状のコンテナ６２の内壁面６２Ａに第１ウィック６３が設けられ、第１ウィック６３の内周面６３Ａに第２ウィック６４が設けられている。コンテナ６２に対して第１ウィック６３及び第２ウィック６４は同心状に配置され、第１ウィック６３及び第２ウィック６４の厚さは、周方向で一定である。

第１ウィック６３及び第２ウィック６４の厚さは、ヒートパイプ６１の長手方向で変化している。即ち、図４に示した第３実施形態の第１ウィック４３及び第２ウィック４４と同様に、吸熱部２１側で薄く、放熱部２３側で厚くなるように徐々に厚さが変化している。なお、符号６６は第２ウィック５４の半径方向内側に形成された蒸気通路である。
コンテナ６２の長径をＤＬ２、短径をＤＳ２とすると、ＤＳ１＝１０〜５０ｍｍ、ＤＳ１＝５〜３０ｍｍである。また、ヒートパイプ６１の周囲からほぼ均一に吸熱又は放熱する観点から、長径ＤＬ２は、短径ＤＳ２の２倍以下であることが好ましい。
以上の図６（Ａ），（Ｂ）に示したヒートパイプ５１，６１を断面楕円形、断面長円形としたが、この実施形態を除く第１実施形態から第７実施形態においても、ヒートパイプを断面楕円形又は断面長円形として良い。

＜第６実施形態＞
図７は、第６実施形態のヒートパイプ７１を備えた熱輸送装置７０を示す縦断面図、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。図２に示した第１実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
図７に示すように、熱輸送装置７０は、直線状で断面が円形のヒートパイプ７１と、ヒートパイプ７１の一端７１Ａ側に設けられた受熱板１２と、他端７１Ｂ側に設けられた放熱フィン１３とを備える。
ヒートパイプ７１は、コンテナ１６を備える。コンテナ１６の内部には、作動液が封入されるとともに、コンテナ１６の内壁面１６Ａに、封入された作動液を毛細管力によって移送する第１ウィック７３及び第２ウィック７４が設けられている。なお、符号７６は、第１ウィック５３及び第２ウィック５４の半径方向内側に形成された蒸気通路である。
吸熱部２１には第１ウィック７３が配置され、断熱部２２及び放熱部２３には第２ウィック７４が配置されている。第１ウィック７３と第２ウィック７４とは、吸熱部２１と断熱部２２との境界で接している。

第１ウィック７３は、例えば、相対的に粒度の細かい銅粉から焼結されてできた多孔質体であり、その空隙の大きさが相対的に小さいので、大きな毛細管力が得られる。
図７及び図８に示すように、コンテナ１６に対して第１ウィック７３及び第２ウィック７４は同心状に配置され、第１ウィック７３及び第２ウィック７４の厚さが、周方向で一定である。
第２ウィック７４は、その内周面７４Ａに、コンテナ１６の長手方向に延びる複数の溝部７４Ｂを備えたグルーブウィックとして構成されている。溝部７４Ｂは、第１ウィック７３内にできた空隙の大きさに比べて大きな空隙を有し、相対的に作動液の流動抵抗が小さく透過性が高くなっている。上記した空隙の大きさとは、各溝部７４Ｂの断面積である。

このように、吸熱部２１に空隙の大きさが小さい第１ウィック７３を設けたことで、吸熱部２１での毛細管力を向上させて作動液の吸熱部２１への還流を促進させることができる。また、断熱部２２及び放熱部２３にグルーブウィックである第２ウィック７４を設けたことで、断熱部２２及び放熱部２３での作動液の流動抵抗を小さくして作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。

＜第７実施形態＞
図９は、第７実施形態のヒートパイプ８１を備えた熱輸送装置８０を示す縦断面図である。図２に示した第１実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
熱輸送装置８０は、直線状で断面が円形のヒートパイプ８１と、ヒートパイプ８１の一端８１Ａ側に設けられた受熱板１２と、他端８１Ｂ側に設けられた放熱フィン１３とを備える。
ヒートパイプ８１は、コンテナ１６を備える。コンテナ１６の内部には、作動液が封入されるとともに、コンテナ１６の内壁面１６Ａに、封入された作動液を毛細管力によって移送する第１ウィック７３及び第２ウィック８４が設けられている。

コンテナ１６に対して第２ウィック８４は同心状に配置され、第２ウィック８４の厚さは、周方向で一定である。なお、符号８６は、第１ウィック７３及び第２ウィック８４の半径方向内側に形成された蒸気通路である。
吸熱部２１には第１ウィック７３が配置され、断熱部２２及び放熱部２３には第２ウィック８４が配置されている。第１ウィック７３と第２ウィック８４とは、吸熱部２１と断熱部２２との境界で接している。

第２ウィック８４は、複数本の金属製線材を織る又は編んで形成されたメッシュ材からなるメッシュウィックで構成されている。メッシュ材では、各金属製線材間に比較的大きな空隙を有するため、作動液の流動抵抗が小さく透過性が高くなっている。上記した空隙の大きさとは、隣り合う金属製線材間の空間の大きさである。
このように、吸熱部２１に空隙の大きさが小さい第１ウィック７３を設けたことで、吸熱部２１での毛細管力を向上させて作動液の吸熱部２１への還流を促進させることができる。また、断熱部２２及び放熱部２３にメッシュウィックである第２ウィック８４を設けたことで、断熱部２２及び放熱部２３での作動液の流動抵抗を小さくして作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。
また、第２ウィック８４を、複数本の金属製線材を編んで帯状とした金属編組線からなる編組線ウィックで構成しても良い。金属編組線は、メッシュ材と同様に各金属製線材間に比較的大きな空隙を有するため、作動液の流動抵抗が小さく透過性が高くなっている。

以上に述べた各実施形態の実施例について次に詳細に説明する。
（実施例１）…図２参照
吸熱部に粒度の細かい銅粉からできた多孔質体のウィック、放熱部に粒度の粗い銅粉からできた多孔質体のウィックを設けた。
第１ウィック２５は、平均粒径が４０〜１００μｍの銅粉を焼結して形成された多孔質体である。第２ウィック２６は、平均粒径１００〜２００μｍの銅粉を焼結して形成された多孔質体である。第１ウィック２５を形成する銅粉の平均粒径より、第２ウィック２６を形成する銅粉の平均粒径を大きくした。このことで、第１ウィック２５の空隙は、第２ウィック２６の空隙より小さい状態となった。

（実施例２）…図３参照
吸熱部の多孔質体のウィック厚さを相対的に薄く、放熱部の多孔質体のウィック厚さを相対的に厚くした。
ウィック３３は、平均粒径４０〜２００μｍの銅粉を焼結して形成された多孔質体である。ここでは、ウィック３３の最小厚さＴ１は２．０ｍｍ、最大厚さＴ２は４．０ｍｍとした。

（実施例３）…図４参照
吸熱部の多孔質体のウィック厚さを相対的に薄く、放熱部の多孔質体のウィック厚さを相対的に厚くした。
第１ウィック４３は、平均粒径が１００〜２００μｍの銅粉を焼結して形成された多孔質体である。第２ウィック４４は、平均粒径が４０〜１００μｍの銅粉を焼結して形成された多孔質体である。第１ウィック４３を形成する銅粉の平均粒径より、第２ウィック４４を形成する銅粉の平均粒径を小さくした。第１ウィック４３の最小厚さＴ３は１．０ｍｍ、最大厚さＴ４は２．０ｍｍである。第２ウィック４４の最小厚さＴ５は１．０ｍｍ、最大厚さＴ６は２．０ｍｍである。

（実施例４）…図５参照
円筒ヒートパイプのドーナツ型ウィックにおいて、半径方向の外側部分に粒度の粗い銅粉からできた多孔質体のウィック、半径方向内側部分に粒度の細かい銅粉からできた多孔質体のウィックを設けた。
第１ウィック４３は、平均粒径が１００〜２００μｍの銅粉を焼結して形成された多孔質体である。第２ウィック４４は、平均粒径が４０〜１００μｍの銅粉を焼結して形成された多孔質体である。第１ウィック４３を形成する銅粉の平均粒径より、第２ウィック４４を形成する銅粉の平均粒径を小さくした。このことで、第１ウィック４３の空隙は、第２ウィック４４の空隙より大きい状態となった。

（実施例５）…図７、図８参照
吸熱部に多孔質体のウィック、断熱部及び放熱部にグルーブウィックを設けた。
第１ウィック７３は、平均粒径が４０〜２００μｍの銅粉を焼結して形成された多孔質体である。第２ウィック７４は、溝部７４Ｂの断面、即ち空隙の大きさが２００〜７００μｍのグルーブウィックである。このことで、第１ウィック７３の空隙は、第２ウィック７４の空隙より小さい状態となった。

（実施例６）…図９参照
吸熱部に多孔質体のウィック、断熱部及び放熱部にメッシュウィック又は編組線ウィックを設けた。
第２ウィック８４の隣り合う金属製線材間の空間の大きさ、即ち空隙の大きさは、１００〜２００μｍであり、かつ、第１ウィック７３である多孔質体の空隙の大きさより大きい状態とした。

以上の図２に示したように、断面が円形、楕円形または長円形のヒートパイプ１１であって、ウィックとしての第１ウィック２５及び第２ウィック２６内の空隙の大きさを、少なくとも吸熱部２１と放熱部２３とで変更した。
この構成によれば、ヒートパイプ１１の断面を円形、楕円形または長円形とすることで、ヒートパイプ１１の周囲からほぼ均一に吸熱又は放熱することができ、熱輸送を効率良く行うことができる。また、少なくとも吸熱部２１と放熱部２３とで第１ウィック２５及び第２ウィック２６の空隙の大きさを変更することにより、第１ウィック２５及び第２ウィック２６における吸熱部２１と放熱部２３とで毛細管力と作動液の流動抵抗とを変更することができる。

例えば、放熱部２３で作動液の流動抵抗を小さくすれば、作動液の放熱部２３から吸熱部２１への還流抵抗を低減することができる。また、吸熱部２１で毛細管力を大きくすれば、放熱部２３から吸熱部２１への作動液の還流を促進させることができる。以上より、ヒートパイプ１１の断面形状及び第１ウィック２５及び第２ウィック２６の空隙の大きさによって、ヒートパイプ１１の熱輸送性を向上させることができる。

また、第１ウィック２５における吸熱部２１の空隙の大きさを小さくすることで、吸熱部２１の毛細管力を向上させることができ、作動液の吸熱部２１への還流を促進して、液枯れによる熱輸送量の低下を防止することができる。更に、第２ウィック２６における放熱部２３の空隙の大きさを大きくすることで、放熱部２３の作動液の流動抵抗を小さくすることができ、作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。

また、図５に示したように、断面が円形、楕円形または長円形のヒートパイプ４１であって、ウィック４５の半径方向における、コンテナ１６に接する外側部分の第１ウィック４３と蒸気通路４６に面する内側部分の第２ウィック４４とで空隙の大きさを変更したので、ヒートパイプ４１の断面を円形、楕円形または長円形とすることで、ヒートパイプ４１の周囲からほぼ均一に吸熱又は放熱することができ、熱輸送を効率良く行うことができる。

また、ウィック４５の半径方向における外側部分と内側部分とで空隙の大きさを変更したことにより、ウィック４５における外側部分と内側部分とで毛細管力及び作動液の流動抵抗を変更することができる。例えば、外側部分で作動液の流動抵抗を小さくすれば、作動液の放熱部２３から吸熱部２１への還流抵抗を低減することができる。また、内側部分で毛細管力を大きくすれば、作動液の放熱部２３から吸熱部２１への還流を促進させることができる。

また、ウィック４５における内側部分の空隙の大きさを小さくすることで、毛細管力を向上させることができ、作動液の吸熱部２１への還流を促進して、液枯れによる熱輸送量の低下を防止することができる。更に、ウィック４５における外側部分の空隙の大きさを大きくすることで、作動液の流動抵抗を小さくすることができ、作動液の吸熱部２１への還流抵抗が低減されて、作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。

また、図７及び図９に示したように、第１ウィック７３及び第２ウィック７４（又は第１ウィック７３及び第２ウィック８４）の吸熱部２１と放熱部２３とで、グルーブ、メッシュ、編組線、多孔質体等のウィック形態の中から互いに異なるものを設けたので、吸熱部２１に、グルーブ、メッシュ、編組線、多孔質体等のウィック形態の中から空隙の大きさが小さなウィック形態である第１ウィック７３の多孔質体を選択し、放熱部２３に、上記のウィック形態の中から空隙の大きさが吸熱部２１よりも大きなウィック形態である第２ウィック７４のグルーブウィック（又は第２ウィック８４のメッシュウィック）を選択する。これにより、吸熱部２１の毛細管力を向上させることができ、作動液の吸熱部２１への還流を促進して、液枯れによる熱輸送量の低下を防止することができ、また、第２ウィック７４（又は第２ウィック８４）における放熱部２３の空隙の大きさを大きくすることで、放熱部２３の作動液の流動抵抗を小さくすることができ、作動液の吸熱部２１への還流抵抗を低減して、作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。

また、図２に示したように、多孔質体は、第１ウィック２５及び第２ウィック２６の吸熱部２１と放熱部２３とで、互いに異なる材料、形状、粒径の分布、粒径の大きさのものを焼結して形成することができるので、第１ウィック２５及び第２ウィック２６の空隙の大きさを容易に変更することができる。例えば、多孔質体を形成する粒子の形状を、放熱部２３で大きくし、吸熱部２１で小さくすることにより、より一層容易に第１ウィック２５及び第２ウィックの空隙の大きさを変更することができる。

また、図３に示したように、多孔質体のウィック３３の厚さを、吸熱部２１で薄く、放熱部２３で厚くなるようにウィック３３の内周面３３Ａ又は外周面をテーパ形状としたので、放熱部２３では、作動液の流路断面積を増やすことができ、作動液を吸熱部２１へスムーズに還流させることができる。また、吸熱部２１では、多孔質体の厚さが薄くなるため、熱源からの熱伝達率を向上させることができる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施形態において、図１、図２に示したように、ヒートパイプ１１は、全体が断面円形であるが、これに限らず、少なくとも吸熱部２１を断面円形としても良い。例えば、放熱部２３の放熱フィン１３が取付けられる部分は断面が扁平でも良い。
また、図２、図７及び図９に示した実施形態では、２つのウィックの厚さを同一としたが、これに限らず、２つのウィックの厚さを異ならせても良い。

また、図３に示したように、ウィック３３の厚さを吸熱部２１側から放熱部２３側へ徐々に厚くなるように形成したが、これに限らず、ウィック３３の内周面を階段状にして厚さを吸熱部２１側から放熱部２３側へ段階的に厚くなるようにしても良い。
また、図４では、厚さが吸熱部２１側から放熱部２３側へ次第に厚くなるウィックを２層設けたが、これに限らず、３層、４層・・・というように多層設けても良い。この場合も、半径方向内側のウィックほど空隙の大きさが小さくなるようにする。

本実施形態の熱輸送装置では、例えば、ヒートパイプのトップヒートモードとなる最大傾斜角度（車両の最大登坂角度に相当する。）が２５°程度であっても所定の熱輸送量を確保することが可能である。

１０，３０，４０，７０，８０ 熱輸送装置
１１，３１，４１，５１，６１，７１，８１ ヒートパイプ
１６，５２，６２ コンテナ
２１ 吸熱部
２３ 放熱部
２５，４３，５３，６３，７３ 第１ウィック（ウィック）
２６，４４，５４，６４，７４，８４ 第２ウィック（ウィック）
３３，４５ ウィック
４６，５６，６６ 蒸気通路
Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５ ウィックの最小厚さ（ウィックの厚さ）
Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６ ウィックの最大厚さ（ウィックの厚さ）

Claims (3)

1. 断面が円形、楕円形または長円形のヒートパイプであって、
   前記ヒートパイプは、吸熱部に設けられた第１ウィックと、放熱部に設けられた第２ウィックとを備え、
   前記第１ウィック及び前記第２ウィック内の空隙の大きさは、前記第１ウィックで相対的に小さく、前記第２ウィックで相対的に大きく、
   前記第２ウィックは、内周面に前記ヒートパイプの長手方向に延びる複数の溝部を備えたグルーブウィックであり、
   前記溝部は、前記内周面から外周面の方向に幅が次第に小さくなることを特徴とするヒートパイプ。
2. 前記第１ウィックは、メッシュ、編組線、多孔質体のいずれかで設けたことを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
3. 前記第１ウィック及び前記第２ウィックの厚さを、前記第１ウィックで薄く、前記第２ウィックで厚くなるようにテーパ形状としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートパイプ。

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