JP7299353B2 - ヒートパイプ - Google Patents

Description

本発明は、ヒートパイプに関する。
本願は、２０２０年１月２１日に日本に出願された特願２０２０－００７５８４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、熱輸送素子として、ヒートパイプが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載のヒートパイプは、作動流体が封入されたコンテナと、コンテナ内に設けられたウイックとを備える。前記ヒートパイプでは、作動流体の相変化を利用して、蒸発部から凝縮部へと熱を輸送することができる。

日本国特開２０１２－２２９８７９号公報

前記ヒートパイプでは、熱輸送性能のさらなる向上が求められていた。

本発明の一態様は、熱輸送性能を高めることができるヒートパイプを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るヒートパイプは、長手方向の両端部が封止された筒状のコンテナと、前記コンテナの内部に設けられたウイック構造体と、を備え、前記コンテナ内に、前記コンテナに封入された作動流体を蒸発させる蒸発部と、前記作動流体を凝縮させる凝縮部とが、前記コンテナの長手方向に位置を違えて形成され、前記ウイック構造体は、前記蒸発部から前記凝縮部に至るように延在する第１ウイックと、少なくとも一部が前記蒸発部に位置し、かつ前記凝縮部に達しないように前記長手方向に延びる第２ウイックと、を備え、前記第１ウイックと前記第２ウイックとは互いに接触しており、前記第２ウイックの前記長手方向に直交する断面の面積は、前記第１ウイックの前記長手方向に直交する断面の面積より小さく、前記第２ウイックの比表面積は、前記第１ウイックの比表面積より大きい。

前記構成によれば、第２ウイックの比表面積が、第１ウイックの比表面積より大きいため、第２ウイックにおける気液接触面積を大きくできる。そのため、蒸発部における熱抵抗を低くして作動流体の蒸発量を多くできる。よって、熱輸送量を大きくすることができる。
前記構成によれば、第２ウイックの横断面の面積が小さいため、蒸気流路の横断面積を大きくできる。よって、熱輸送量を大きくすることができる。

前記コンテナの内周面は、向かい合う２つの平坦な第１対向面および第２対向面を有し、前記第１ウイックは、前記第１対向面に設けられ、前記第２ウイックは、前記第２対向面に設けられていてもよい。

前記第１ウイックと前記第２ウイックとは、少なくとも前記コンテナの幅方向の中間位置で互いに接触していてもよい。

前記第１ウイックは、前記コンテナの内周面に接していてもよい。

前記第２ウイックの前記長手方向の長さは、前記蒸発部の前記長手方向の長さの１．５倍以下であってもよい。

前記第２ウイックは、金属繊維が無配向に集合されて構成された金属繊維シートであってもよい。

本発明の一態様によれば、熱輸送性能を高めることができるヒートパイプを提供することができる。

第１実施形態に係るヒートパイプの横断面図であって、蒸発部における横断面図である。 図１のヒートパイプの横断面図であって、凝縮部における横断面図である。 図１のヒートパイプの縦断面図である。 図１のヒートパイプに使用可能な金属繊維シートの模式図である。 図１のヒートパイプを備えた熱輸送装置の第１の例の構成図である。 図１のヒートパイプを備えた熱輸送装置の第２の例の構成図である。 第２実施形態に係るヒートパイプの横断面図であって、蒸発部における横断面図である。 前図のヒートパイプの横断面図であって、凝縮部における横断面図である。 第３実施形態に係るヒートパイプの横断面図であって、蒸発部における横断面図である。 前図のヒートパイプの横断面図であって、凝縮部における横断面図である。

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。

［ヒートパイプ］（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るヒートパイプ１の横断面図であって、蒸発部４における横断面図である。図２は、ヒートパイプ１の横断面図であって、凝縮部５における横断面図である。図１は、図３のＩ－Ｉ断面矢視図である。図２は、図３のＩＩ－ＩＩ断面矢視図である。図３は、ヒートパイプ１の縦断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面矢視図である。

（方向定義）
本実施形態では、ＸＹＺ直交座標系を設定して各構成の位置関係を説明する。図１～図３に示すように、Ｘ方向は、ヒートパイプ１およびコンテナ２の長手方向である。図３における右方向は、Ｘ方向の一方向であって、コンテナ２の第１端部２ｂから第２端部２ｃに向かう方向である。この方向を「＋Ｘ方向」という。＋Ｘ方向と反対の方向を「－Ｘ方向」という。
Ｙ方向は、図１における左右方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向に直交する方向であって、コンテナ２の長径方向である。Ｚ方向は、図１における上下方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向であって、コンテナ２の短径方向である。

Ｘ方向を長手方向ということがある。Ｙ方向を幅方向ということがある。Ｚ方向を上下方向または厚さ方向ということがある。長手方向に直交する断面（ＹＺ断面）を「横断面」という。以下、図１に即して各構成の位置関係を規定する。例えば、第２ウイック１２は、第１ウイック１１の上方に位置する。ここで定めた位置関係は、ヒートパイプ１の使用時の姿勢を限定しない。

図１に示すように、ヒートパイプ１は、コンテナ２と、ウイック構造体３とを備える。ヒートパイプ１は、コンテナ２内に封入された作動流体の潜熱を利用して熱を輸送する熱輸送素子である。

コンテナ２は、筒状の中空容器である。コンテナ２は、例えば、金属で構成される。コンテナ２を構成する金属としては、銅、スチール、アルミニウムなどが挙げられる。
コンテナ２は、扁平形状、すなわち、幅（Ｙ方向の寸法）が厚み（Ｚ方向の寸法）より大きい形状である。コンテナ２の横断面は、概略、長円形状である。「長円形状」は、平行で向かい合う２つの直線と、これら２つの直線の端部どうしをそれぞれ結ぶ湾曲凸状（例えば半円状、楕円弧状など）の曲線とで構成される形状である。

コンテナ２は、一対の平坦部２０，２０と、一対の側壁部２３，２３とを備える。
２つの平坦部２０，２０のうち、図１において下に位置する平坦部２０を第１平坦部２１という。２つの平坦部２０，２０のうち、図１において上に位置する平坦部２０を第２平坦部２２という。平坦部２０の幅は、長手方向で一定である。２つの平坦部２０，２０は、厚さ方向（Ｚ方向）から見て同形であり、互いに重なる位置にある。

第１平坦部２１の内面（上面）を第１対向面２１ａという。第１対向面２１ａは、ＸＹ平面に沿う平坦面である。第１対向面２１ａは、コンテナ２の内周面２ａの一部である。第１対向面２１ａは、厚さ方向で対向する２つの対向面のうち一方に相当する。
第２平坦部２２の内面（下面）を第２対向面２２ａという。第２対向面２２ａは、ＸＹ平面に沿う平坦面である。第２対向面２２ａは、コンテナ２の内周面２ａの一部である。第２対向面２２ａは、厚さ方向において第１対向面２１ａと向かい合う。そのため、内周面２ａは、向かい合う２つの対向面２１ａ，２２ａを有する。第２対向面２２ａは、２つの対向面のうち他方に相当する。

２つの側壁部２３，２３は、横断面視において、互いに離れる方向に凸となる湾曲凸状（例えば半円状、楕円弧状など）である。側壁部２３，２３は、平坦部２０，２０と一体に形成されている。側壁部２３の内壁面２３ａは、湾曲凹状である。

第１平坦部２１の第１対向面２１ａと、第２平坦部２２の第２対向面２２ａと、側壁部２３，２３の内壁面２３ａとで囲まれた空間は、コンテナ２の内部空間２４である。内部空間２４は、気密に閉止された密閉空間である。

コンテナ２の内部空間２４には、作動流体が封入されている。作動流体は、周知の相変化物質からなる熱輸送媒体であって、コンテナ２内で液相と気相とに相変化する。作動流体としては、例えば、水、アルコール、アンモニアなどを採用できる。なお、作動流体については、液相の場合を「作動液」とし、気相の場合を「蒸気」として説明する。また、液相と気相とを特に区別しない場合には作動流体と記載する。作動流体は図示されていない。

図３に示すように、コンテナ２の長手方向の両端部（第１端部２ｂおよび第２端部２ｃ）は封止されている。コンテナ２内には、蒸発部４と、凝縮部５とが長手方向に位置を違えて形成されている。詳しくは、蒸発部４は、コンテナ２の第１端部２ｂを含む部分のコンテナ２内に形成されている。凝縮部５は、コンテナ２の第２端部２ｃを含む部分のコンテナ２内に形成されている。蒸発部４では、作動液が蒸発して蒸気が生じる。凝縮部５では、蒸発部４で生じた蒸気が凝縮して作動液が生じる。凝縮部５は、蒸発部４に対して、長手方向に間隔をおいて形成されている。

図１に示すように、ウイック構造体３は、第１ウイック１１と、第２ウイック１２とを備える。第１ウイック１１および第２ウイック１２は、コンテナ２の内部に設けられている。

第１ウイック１１は、凝縮部５で凝縮した作動液を蒸発部４に還流させる還流用ウイックである。第１ウイック１１は、第１平坦部２１の第１対向面２１ａに設けられている。第１ウイック１１の下面１１ｃは、その全領域が第１対向面２１ａに接触している。第１ウイック１１は、コンテナ２の内周面２ａ（すなわち、対向面２１ａ，２２ａおよび内壁面２３ａ，２３ａ）のうち、第１対向面２１ａのみと接触している。第１ウイック１１は、第１対向面２１ａに接合されている。

第１ウイック１１は、例えば、複数本の金属細線、例えば銅細線１１Ａを束ねて形成されている。銅細線１１Ａは、コンテナ２の長手方向に延在する線条体である。第１ウイック１１は、例えば、複数本の銅細線１１Ａの焼結体である。銅細線１１Ａの外径は、例えば、数μｍ～数百μｍである。

銅細線１１Ａどうしの間には長手方向に延びる隙間が形成される。その隙間は作動液を流動させる液体流路として、作動液を凝縮部５から蒸発部４へ還流させるための還流路（以下「第一流路」という）となる。第一流路内の作動液は、毛管力によって長手方向に流動する。
第１ウイック１１としては、金属細線に限らず、金属メッシュ（網状体）、および金属粉末の焼結体なども使用できる。

第１ウイック１１を構成する金属としては、銅、アルミニウム、ステンレス、これらの合金などが挙げられる。第１ウイック１１は、金属製に限らず、カーボン材などで構成されていてもよい。例えば、第１ウイック１１は、カーボン細線、カーボンメッシュなどで構成されていてもよい。

第１ウイック１１は、例えば、複数の銅細線１１Ａが第１対向面２１ａに堆積して形成される。第１ウイック１１の横断面形状は、概略、Ｙ方向に沿う直線状の下縁１１ｅと、上方に凸となる湾曲凸状の上縁１１ｆとを有する弓形状となっている。上縁１１ｆは、例えば、円弧状、楕円弧状などとされ、幅方向（Ｙ方向）の中央に最高点１１ｆ１を有する。

図３に示すように、第１ウイック１１は、コンテナ２（コンテナ２の内部空間２４）の長手方向に、全長にわたって延在している。そのため、第１ウイック１１は、蒸発部４から凝縮部５に至るように延在している。
第１ウイック１１の長手方向（Ｘ方向）の一方の端部（第１端部１１ａ）は、コンテナ２の内部空間２４の長手方向（Ｘ方向）の一方の端部（第１端部２４ａ）に近接している。第１端部１１ａは、第１端部２４ａに達していてもよい。第１ウイック１１の一部（第１端部１１ａを含む部分）は、蒸発部４に位置する。
第１ウイック１１の長手方向（Ｘ方向）の他方の端部（第２端部１１ｂ）は、コンテナ２の内部空間２４の長手方向（Ｘ方向）の他方の端部（第２端部２４ｂ）に近接している。第２端部１１ｂは、第２端部２４ｂに達していてもよい。第１ウイック１１の他の一部（第２端部１１ｂを含む部分）は、凝縮部５に位置する。

図１に示すように、第２ウイック１２は、シート状に形成されている。第２ウイック１２は、第２平坦部２２の第２対向面２２ａに設けられている。第２ウイック１２は、第２対向面２２ａに重ねられている。第２ウイック１２の上面１２ｃは、その全領域が第２対向面２２ａに接触している。第２ウイック１２は、コンテナ２の内周面２ａ（対向面２１ａ，２２ａおよび内壁面２３ａ，２３ａ）のうち、第２対向面２２ａのみと接触している。第２ウイック１２は、第２対向面２２ａに接合されている。

第２ウイック１２としては、例えば、シート状の金属製の多孔質体、例えば、金属繊維で構成された金属繊維シートを使用できる。金属繊維シートは、例えば、多数の金属繊維が三次元に無配向に集合されて構成されたシート体である。金属繊維シートは、金属繊維が絡み合って構成されている。金属繊維シートは、金属繊維の焼結体であってもよい。金属繊維シートは、金属繊維の集合体にニードルパンチ加工が施されることで形成されていてもよい。

金属繊維シートの金属繊維の外径は、例えば、１０μｍ～１５０μｍである。金属繊維の平均径は、第１ウイック１１を構成する銅細線１１Ａの平均径より小さくてもよい。金属繊維シートの目付量は、例えば、２００～３００００ｇ／ｍ^２である。金属繊維シートの空隙率は、例えば、５０～８０％である。

金属繊維が無配向に集合されて構成された金属繊維シートは、厚さを抑制しつつ、比表面積を大きくすることができる。また、第２ウイック１２の比表面積は、第１ウイック１１の比表面積より大きくしてもよい。これにより、内部空間２４内の蒸気流路を狭くすることなく、蒸発部４における熱抵抗を低くして作動液の蒸発量を大きくできる。そのため、熱輸送量を大きくすることができる。
金属繊維シートは、金属繊維が無配向に集合された構造であるため金属繊維どうしの隙間を大きくしやすい。そのため、空隙率を大きくすることができ、作動液の保持量を大きくできる。よって、作動液の蒸発量を大きくするうえで有利となる。

金属繊維シートでは、金属繊維どうしの隙間が連続構造の細孔となっている。この隙間は、作動液を流動させる液体流路（以下「第二流路」という）になる。第２ウイック１２は第１ウイック１１と接触しているため、第１ウイック１１の第一流路内に浸透している作動液に、第２ウイック１２により生じる毛管力を作用させることができる。そのため、第２ウイック１２は、ウイック構造体３において、作動液を蒸発部４へ還流させるポンプ力（毛管力）が生じるように機能するといえる。

図４は、第２ウイック１２に使用可能な金属繊維シート１３の模式図である。図４に示すように、金属繊維シート１３は、複数の金属繊維１４が無配向に集合されて構成されている。複数の金属繊維１４はランダムな方向に延在し、絡み合っている。金属繊維１４は、直線的に延在していてもよいし、１または複数の曲げ箇所があってもよい。金属繊維１４どうしの隙間１５は、作動液を流動させる液体流路（第二流路）となる。

第２ウイック１２は、第１ウイック１１と同様に、金属細線が束ねられて形成されていてもよい。第２ウイック１２としては、金属メッシュを使用してもよい。第２ウイック１２としては、金属粉末の焼結体なども使用できる。金属メッシュを構成する金属繊維の平均径は、第１ウイック１１を構成する銅細線１１Ａの平均径より小さくてもよい。金属粉末の平均径は、第１ウイック１１を構成する銅細線１１Ａの平均径より小さくてもよい。
第２ウイック１２を構成する金属としては、銅、アルミニウム、ステンレス、これらの合金などが挙げられる。第２ウイック１２は、金属製に限らず、カーボン材などで構成されていてもよい。

第２ウイック１２の横断面の面積（第２ウイック１２の長手方向に直交する断面の面積）は、第１ウイック１１の横断面の面積（第１ウイック１１の長手方向に直交する断面の面積）より小さい。そのため、蒸発部４を含む部分の内部空間２４に十分な蒸気流路を確保できる。

第２ウイック１２の比表面積（単位体積当たりの表面積）は、第１ウイック１１の比表面積より大きい。これにより、第２ウイック１２における気液接触面積を大きくできる。第２ウイック１２の比表面積は、例えば、金属繊維の外径、目付量などを適宜選択することにより調整できる。

図３に示すように、第２ウイック１２は、コンテナ２の長手方向に延在する。第２ウイック１２は、少なくとも一部が蒸発部４に位置し、かつ凝縮部５に達しないように設けられる。この実施形態では、第２ウイック１２の長手方向（Ｘ方向）の一方の端部（第１端部１２ａ）は、コンテナ２の内部空間２４の第１端部２４ａに近接している。第１端部１２ａは、第１端部２４ａに達していてもよい。第２ウイック１２の一部（第１端部１２ａを含む部分）は、蒸発部４に位置する。

第２ウイック１２は、蒸発部４より＋Ｘ方向に延出している。第２ウイック１２の長手方向（Ｘ方向）の他方の端部（第２端部１２ｂ）は、蒸発部４よりも＋Ｘ方向寄りに位置する。
第２ウイック１２の第２端部１２ｂは、凝縮部５よりも－Ｘ方向寄りに位置する。第２ウイック１２は、凝縮部５に達していないため、凝縮部５には、第２ウイック１２は設けられていない。凝縮部５では、ウイック構造体３は、第１ウイック１１のみによって構成される（図２参照）。
なお、第２ウイック１２は、一部のみではなく、全体が蒸発部４に配置されていてもよい。すなわち、第２ウイック１２は、蒸発部４のみに配置されていてもよい。

第２ウイック１２の長さＬ２は、蒸発部４の長さＬ１の１．５倍以下であることが望ましい。第２ウイック１２の長さＬ２が蒸発部４の長さＬ１の１．５倍以下であると、コンテナ２の内部空間２４に蒸気流路を十分に確保できるため、熱輸送量を大きくすることができる。なお、蒸発部４の長さＬ１は、図５に示す加熱部１１０の長さと等しい。

第２ウイック１２の長さＬ２は、蒸発部４の長さＬ１の１．０倍以上であってよい。これにより、第２ウイック１２に十分な長さを与えることができる。そのため、第１ウイック１１から第２ウイック１２に流れる作動液の量を多くできる。よって、作動液を蒸発部４へ還流させるポンプ力（毛管力）を高め、熱輸送性能を向上させることができる。

第２ウイック１２は、一部が蒸発部４に位置し、かつ凝縮部５に達しないように設けられているため、凝縮部５を含む部分（第２端部２ｃ側）の内部空間２４に広い蒸気流路を確保することができる。そのため、ヒートパイプ１における熱輸送性能を向上させることができる。

図１に示すように、第２ウイック１２の下面１２ｄは、幅方向（Ｙ方向）の中央部１２ｅにおいて、第１ウイック１１の上面１１ｄに接触している。詳しくは、第２ウイック１２の下面１２ｄの中央部１２ｅは、第１ウイック１１の上面１１ｄのうち、幅方向の中央部１１ｇ（最高点１１ｆ１を含む部分）に、長手方向にわたって接触している。

第２ウイック１２の中央部１２ｅは、第２ウイック１２の長手方向に沿う帯状領域である。中央部１２ｅは、下面１２ｄの幅方向の中間位置（第２ウイック１２の幅方向の２つの端部同士の間の位置）にある。第１ウイック１１の上面１１ｄのうち幅方向の中央部１１ｇは、第１ウイック１１の長手方向に沿う帯状領域である。中央部１１ｇは、上面１１ｄの幅方向の中間位置（第１ウイック１１の幅方向の２つの端部同士の間の位置）にある。そのため、第１ウイック１１と第２ウイック１２とは、コンテナ２の幅方向の中間位置で互いに接触しているといえる。

図１に示すように、蒸発部４では、ウイック構造体３は第１ウイック１１と第２ウイック１２の両方を備える。図２に示すように、凝縮部５では、ウイック構造体３は第１ウイック１１のみで構成される。そのため、蒸発部４におけるウイック構造体３の断面積（第１ウイック１１と第２ウイック１２の合計断面積）は、凝縮部５におけるウイック構造体３の断面積より大きい。

［熱輸送装置］（第１の例）
図５は、ヒートパイプ１を備えた熱輸送装置の第１の例である熱輸送装置１００の構成図である。
図５に示すように、熱輸送装置１００は、ヒートパイプ１と、加熱部１１０と、冷却部１２０とを備える。
加熱部１１０は、ヒートパイプ１のコンテナ２（詳しくは、第１平坦部２１の外面）のうち、蒸発部４に相当する領域に接触している。加熱部１１０は、蒸発部４に相当する部分のコンテナ２を加熱する。加熱部１１０は、例えば、ヒータである。加熱部１１０は、電子機器の電子部品、例えばＣＰＵなどであってもよい。加熱部１１０とコンテナ２との間には、グリース層１１１が形成されていてもよい。

冷却部１２０は、ヒートパイプ１のコンテナ２（詳しくは、第１平坦部２１の外面）のうち、凝縮部５に相当する領域に接触している。冷却部１２０は、凝縮部５に相当する部分のコンテナ２を冷却する。冷却部１２０は、例えば、ヒートシンクなどの放熱構造体である。冷却部１２０とコンテナ２との間には、グリース層１２１が形成されていてもよい。

［熱輸送サイクル］
次に、ヒートパイプ１による熱輸送サイクルについて説明する。ヒートパイプ１が加熱部１１０で加熱されることによって、蒸発部４内の作動液は蒸発する。蒸発部４では、第１ウイック１１の第一流路内および第２ウイック１２の第二流路内に浸透している作動液が蒸発する。

蒸発部４におけるウイック構造体３の横断面の面積（第１ウイック１１と第２ウイック１２の合計断面積）は、凝縮部５におけるウイック構造体３の横断面の面積より大きいため、蒸発部４における作動液の蒸発量を多くできる。

第２ウイック１２では、比表面積が、第１ウイック１１の比表面積より大きいため、第２ウイック１２における気液接触面積を大きくできる。そのため、蒸発部４における熱抵抗を低くできる。よって、蒸発部４における作動液の蒸発量をさらに多くできる。

蒸発部４で生じた蒸気は、蒸発部４よりも圧力および温度が低い凝縮部５へ向けて内部空間２４を流動する。凝縮部５では、蒸気の一部は凝縮する。凝縮部５で生じた作動液は、第１ウイック１１の第一流路内に浸透し、第一流路内を流動して凝縮部５から蒸発部４へ還流される。

第１ウイック１１は、第２ウイック１２に比べて比表面積が小さいため、還流路（第一流路）の流路断面積を大きく確保しやすい。そのため、還流路内で生じる圧力損失を小さくできる。
第２ウイック１２は、第１ウイック１１よりも比表面積が大きく、第１ウイック１１よりも微細な隙間を多数有する。このため、第２ウイック１２では、第二流路内の作動液に作用する毛管力（ポンプ力）を、第１ウイック１１の第一流路内の作動液に作用する毛管力よりも大きくしやすい。一般に、流路となる各隙間の断面積（毛細管の内径）が小さいほど、毛管力も大きくなる。このため、第二流路は、隙間（流路）１個あたりの平均断面積が第一流路よりも小さく、第一流路よりも毛管力を大きくしやすい、とも言える。
このように、ウイック構造体３では、第２ウイック１２によってポンプ力が増大し、かつ第１ウイック１１によって圧力損失が低減されるため、作動液の還流性能が向上する。

蒸発部４に還流した作動液は、第１ウイック１１と第２ウイック１２とが互いに接触している箇所を介して、一部が第１ウイック１１の第一流路内から第２ウイック１２の第二流路内へ流動する。第一流路内および第二流路内に浸透している作動液は、蒸発部４において再び蒸発する。作動液は、蒸発部４で蒸発し、凝縮部５で凝縮して蒸発部４に還流するサイクル（熱輸送サイクル）を繰り返す。

本実施形態のヒートパイプ１によれば、第２ウイック１２の比表面積が第１ウイック１１の比表面積より大きいため、第２ウイック１２における気液接触面積を大きくできる。そのため、蒸発部４における熱抵抗を低くして作動液の蒸発量を多くできる。よって、ヒートパイプ１における熱輸送量を大きくすることができる。
ヒートパイプ１では、第２ウイック１２の横断面の面積が小さいため、蒸発部４を含む部分の内部空間２４における蒸気流路の横断面積を大きく確保できる。そのため、ヒートパイプ１における熱輸送量を大きくすることができる。

ヒートパイプ１では、第１ウイック１１が第１対向面２１ａに設けられ、第２ウイック１２が第２対向面２２ａに設けられている。そのため、第１ウイックおよび第２ウイックが同じ対向面に設けられている場合に比べて、ウイック構造体３における気液接触面積を確保しやすい。よって、熱輸送量を大きくするうえで有利となる。

ヒートパイプ１では、上述のように、第１ウイック１１と第２ウイック１２とは、幅方向の中間位置で互いに接触している。そのため、第１ウイック１１と第２ウイック１２との接触面積を大きく確保しやすい。第１ウイック１１と第２ウイック１２との接触面積が大きいと、第１ウイック１１によって蒸発部４に還流した作動液の一部は、第１ウイック１１から第２ウイック１２に流動しやすくなる。蒸発部４では、第１ウイック１１だけでなく第２ウイック１２でも作動液の蒸発が起きるため、作動液の蒸発量を多くできる。よって、蒸発部４における熱抵抗を低くし、熱輸送量を大きくすることができる。

第１ウイック１１は、コンテナ２の内周面２ａ（詳しくは第１対向面２１ａ）に接しているため、第１ウイック１１とコンテナ２との間の熱伝達率を高めることができる。これにより、蒸発部４における作動液の蒸発量を多くできる。よって、ヒートパイプ１における熱輸送量を大きくすることができる。

次に、熱輸送性能の試験結果について説明する。
（実施例１）
図１～図３に示すヒートパイプ１を作製した。コンテナ２は銅製である。コンテナ２の外形寸法は、長さ１５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、幅９．１ｍｍである。内部空間２４の厚さは０．６ｍｍである。第１ウイック１１を構成する銅細線１１Ａの平均外径は約０．０５ｍｍである。図３に示す蒸発部４の長さＬ１は１５ｍｍである。

第２ウイック１２は、金属繊維（銅繊維）が無配向に集合された金属繊維シートで構成されている。金属繊維の平均外径は約０．０２ｍｍである。第２ウイック１２の厚さは０．０５ｍｍである。第２ウイック１２の長さＬ２は２２ｍｍである。長さＬ２は長さＬ１の約１．４７倍である。

（比較例１）
第２ウイックの長さが３２ｍｍであること以外は実施例１と同じ構成のヒートパイプを作製した。第２ウイックの長さＬ２’は蒸発部の長さＬ１’の約２．１３倍である。

（比較例２）
第２ウイックが設けられていないこと以外は実施例１と同様のヒートパイプを作製した。

実施例１および比較例１，２のヒートパイプを用いて、それぞれ熱輸送装置（図５参照）を作製した。加熱部１１０は、電気ヒータ（長さ１５ｍｍ）である。ヒートパイプに入力される熱量（入熱量）Ｑ［Ｗ］は、電気ヒータに通電した際の電力量によって定められる。冷却部１２０は、金属製の放熱板（長さ５０ｍｍ）である。

加熱部１１０（電気ヒータ）によってヒートパイプを加熱し、その際の入熱量Ｑ［Ｗ］と、電気ヒータの表面温度Ｔｈ［℃］と、凝縮部５の表面温度Ｔｃ［℃］とを測定した。これらの測定値に基づいて、最大熱輸送量Ｑｍａｘ［Ｗ］、蒸発部における熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］、蒸発部以外の部分における熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］、およびトータルの熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］を算出した。なお、トータルの熱抵抗Ｒは、「Ｒ＝（Ｔｈ－Ｔｃ）／Ｑ」によって求められる。最大熱輸送量Ｑｍａｘは、ヒートパイプが正常に作動することができる入熱量Ｑの最大値である。結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１では、第２ウイックがない比較例２に比べて、蒸発部４の熱抵抗が大幅に小さくなった。そのため、実施例１では、比較例２に比べてトータルの熱抵抗が小さくなった。

実施例１（Ｌ２／Ｌ１＝約１．４７）では、比較例１（Ｌ２’／Ｌ１’＝約２．１３）に比べて、蒸発部以外の部分における熱抵抗が小さくなった。そのため、実施例１では、比較例１に比べてトータルの熱抵抗が小さくなった。この結果より、第２ウイック１２の長さＬ２は、蒸発部４の長さＬ１の１．５倍以下が好ましいことがわかった。

［熱輸送装置］（第２の例）
図６は、ヒートパイプ１を備えた熱輸送装置の第２の例である熱輸送装置２００の構成図である。なお、図５に示す熱輸送装置１００と共通の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図６に示すように、熱輸送装置２００は、ヒートパイプ１と、加熱部１１０と、受熱プレート１１２と、冷却部１２０とを備える。

受熱プレート１１２は、例えば、金属などの高熱伝導率材料で構成される。受熱プレート１１２を構成する金属としては、銅、アルミニウム、ステンレス、これらの合金などが挙げられる。長手方向において、受熱プレート１１２の第１端部１１２ａは、加熱部１１０の第１端部１１０ａに達している。受熱プレート１１２の第２端部１１２ｂは、加熱部１１０よりも＋Ｘ方向寄り、かつ、凝縮部５よりも－Ｘ方向寄りに位置する。
受熱プレート１１２の上面は、ヒートパイプ１のコンテナ２の外面（詳しくは、第１平坦部２１の外面）の一部に接触している。蒸発部３４は、受熱プレート１１２が接触する部分に相当する。受熱プレート１１２の下面は、加熱部１１０に接触している。受熱プレート１１２と加熱部１１０との間には、グリース層１１１が形成されていてもよい。

加熱部１１０からの熱は、受熱プレート１１２を介してコンテナ２に伝えられる。そのため、熱輸送装置２００では、第２ウイック１２の長さＬ４は、受熱プレート１１２の長さＬ３を基準にして定めることができる。第２ウイック１２の長さＬ４は、受熱プレート１１２の長さＬ３の１．５倍以下とすることができる。これにより、コンテナ２の内部空間２４に蒸気流路を十分に確保できるため、ヒートパイプ１のトータルの熱抵抗を小さくできる。第２ウイック１２の長さＬ４は、受熱プレート１１２の長さＬ３の１．０倍以上であってよい。

［ヒートパイプ］（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係るヒートパイプ５１の横断面図であって、蒸発部５４における横断面図である。図８は、ヒートパイプ５１の横断面図であって、凝縮部５５における横断面図である。なお、図１および図２に示すヒートパイプ１と共通の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、ヒートパイプ５１は、コンテナ５２と、ウイック構造体５３とを備える。
コンテナ５２は、長手方向の両端部が封止された円筒状の中空容器である。

ウイック構造体５３は、第１ウイック６１と、第２ウイック６２とを備える。
第１ウイック６１は、コンテナ５２の内周面５２ａのうち周方向の一部領域である形成領域５２ｂに形成されている。第１ウイック６１は、例えば、複数の銅細線１１Ａが内周面５２ａに堆積して形成される。第１ウイック６１は、図１に示す第１実施形態の第１ウイック１１と同様の構成を採用できる。
図７および図８に示すように、第１ウイック６１は、蒸発部５４から凝縮部５５に至るように延在している。

第２ウイック６２は、横断面視において、内周面５２ａに沿って形成領域５２ｂを除く周方向範囲にわたって弧状に形成されている。第２ウイック６２は、第１ウイック６１の周方向の両端において第１ウイック６１に接触している。
第２ウイック６２は、図１に示す第１実施形態の第２ウイック１２と同様の構成を採用できる。第２ウイック６２の横断面の面積は、第１ウイック６１の横断面の面積より小さい。第２ウイック６２の比表面積は、第１ウイック６１の比表面積より大きい。
第２ウイック６２は、少なくとも一部が蒸発部５４に位置し（図７参照）、かつ凝縮部５５に達しないように設けられる（図８参照）。

本実施形態のヒートパイプ５１によれば、第２ウイック６２の比表面積が第１ウイック６１の比表面積より大きいため、蒸発部５４における熱抵抗を低くできる。よって、ヒートパイプ５１における熱輸送量を大きくすることができる。
ヒートパイプ５１では、第２ウイック６２の横断面の面積が小さいため、蒸気流路の横断面積を大きくできる。よって、熱輸送量を大きくすることができる。
ヒートパイプ５１は、第２ウイック６２が、第１ウイック６１の周方向の両端において第１ウイック６１に接触する構成であるため、コンテナ５２の内部空間に蒸気流路を確保しやすい。

［ヒートパイプ］（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係るヒートパイプ７１の横断面図であって、蒸発部７４における横断面図である。図１０は、ヒートパイプ７１の横断面図であって、凝縮部７５における横断面図である。なお、図１および図２に示すヒートパイプ１と共通の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、ヒートパイプ７１は、コンテナ５２と、ウイック構造体７３とを備える。
コンテナ５２は、長手方向の両端部が封止された円筒状の中空容器である。

ウイック構造体７３は、第１ウイック８１と、第２ウイック８２とを備える。
蒸発部７４の少なくとも一部では、図９に示すように、第２ウイック８２は、横断面視において、内周面５２ａに全周にわたって形成されている。
第１ウイック８１は、第２ウイック８２の内周面のうち周方向の一部領域に形成されている。第１ウイック８１は、図１に示す第１実施形態の第１ウイック１１と同様の構成を採用できる。

図９および図１０に示すように、第１ウイック８１は、蒸発部７４から凝縮部７５に至るように延在している。第２ウイック８２は、少なくとも一部が蒸発部７４に位置し（図９参照）、かつ凝縮部７５に達しないように設けられる（図１０参照）。

第２ウイック８２の横断面の面積は、第１ウイック８１の横断面の面積より小さい。第２ウイック８２の比表面積は、第１ウイック８１の比表面積より大きい。

本実施形態のヒートパイプ７１によれば、第２ウイック８２の比表面積が第１ウイック８１の比表面積より大きいため、蒸発部７４における熱抵抗を低くできる。よって、ヒートパイプ１における熱輸送量を大きくすることができる。
ヒートパイプ７１では、第２ウイック８２の横断面の面積が小さいため、蒸気流路の横断面積を大きくできる。よって、熱輸送量を大きくすることができる。
ヒートパイプ７１は、第１ウイック８１が、第２ウイック８２の内周面に接触する構成であるため、第１ウイック８１と第２ウイック８２との接触面積を大きくできる。よって、還流した作動液は、第１ウイック８１から第２ウイック８２に流動しやすくなる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、第１実施形態および第２実施形態のヒートパイプ１，５１のコンテナ２，５２の横断面形状は、それぞれ長円形状、円形状であるが、コンテナの横断面形状は特に限定されない。コンテナの横断面形状は、例えば、矩形状などの多角形状、楕円形状などでもよい。
第１実施形態において、第１ウイックは、コンテナの内周面のうち、第１対向面だけでなく側壁部の内壁面に接触していてもよい。第２ウイックは、コンテナの内周面のうち、第２対向面だけでなく側壁部の内壁面に接触していてもよい。

１，５１、７１…ヒートパイプ、２，５２…コンテナ、２ａ，５２ａ…内周面、２ｂ…第１端部、２ｃ…第２端部、３，５３、７３…ウイック構造体、４，５４、７４…蒸発部、５，５５、７５…凝縮部、１１，６１、８１…第１ウイック、１１ｇ…中央部（幅方向の中間位置）、１２，６２、８２…第２ウイック、１２ｅ…中央部（幅方向の中間位置）、２１ａ…第１対向面（２つの対向面のうち一方）、２２ａ…第２対向面（２つの対向面のうち他方）、Ｌ１，Ｌ３…蒸発部の長さ、Ｌ２，Ｌ４…第２ウイックの長さ。

Claims (5)

1. 長手方向の両端部が封止された筒状のコンテナと、
   前記コンテナの内部に設けられたウイック構造体と、を備え、
   前記コンテナ内に、前記コンテナに封入された作動流体を蒸発させる蒸発部と、前記作動流体を凝縮させる凝縮部とが、前記コンテナの長手方向に位置を違えて形成され、
   前記ウイック構造体は、
   前記蒸発部から前記凝縮部に至るように延在する第１ウイックと、
   少なくとも一部が前記蒸発部に位置し、かつ前記凝縮部に達しないように前記長手方向に延びる第２ウイックと、を備え、
   前記コンテナの内周面は、向かい合う２つの平坦な第１対向面および第２対向面を有し、
   前記第１ウイックは、前記第１対向面に設けられ、
   前記第２ウイックは、前記第２対向面に設けられ、
   前記第１ウイックの前記第２対向面を向く面と前記第２ウイックの前記第１対向面を向く面とは一部において互いに接触しており、
   前記第２ウイックの前記長手方向に直交する断面の面積は、前記第１ウイックの前記長手方向に直交する断面の面積より小さく、
   前記第２ウイックの比表面積は、前記第１ウイックの比表面積より大きい、ヒートパイプ。
2. 前記第１ウイックと前記第２ウイックとは、少なくとも前記コンテナの幅方向の中間位置で互いに接触している、請求項１に記載のヒートパイプ。
3. 前記第１ウイックは、前記コンテナの内周面に接している、請求項１または２に記載のヒートパイプ。
4. 前記第２ウイックの前記長手方向の長さは、前記蒸発部の前記長手方向の長さの１．５倍以下である、請求項１～３のうちいずれか１項に記載のヒートパイプ。
5. 前記第２ウイックは、金属繊維が無配向に集合されて構成された金属繊維シートである、請求項１～４のうちいずれか１項に記載のヒートパイプ。

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