JP7386469B2

JP7386469B2 - ヒートパイプ

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Publication number: JP7386469B2
Application number: JP2017246103A
Authority: JP
Inventors: 敬水田; 賢司福田
Original assignee: Kagoshima University NUC; Shikoku Instrumentation Co Ltd
Current assignee: Kagoshima University NUC; Shikoku Instrumentation Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2023-11-27
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019113232A

Description

本発明は、ヒートパイプに関する。

減圧下の密閉空間に冷媒を封入し、熱源から伝えられた熱により蒸気となった冷媒が拡散する蒸気拡散通路と、凝縮した冷媒を毛細管現象により送る毛細管流路（ウィック）が設けられたヒートパイプが開示されている。

特開２００２－０３９６９３号公報特開２００４－０７７１２０号公報

上述のようなヒートパイプの熱交換比率において、重要なのは毛細管流路における凝縮した冷媒を送る能力である。この能力が高ければ高いほど、ヒートパイプの性能を向上することができる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高い熱交換比率を得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。

本発明の第１の観点に係るヒートパイプは、
全体として平板状のヒートパイプであって、
下面の面内方向に冷媒を送る溝部が形成された平板状の上部材と、
上面の面内方向に前記冷媒を送る溝部が形成された平板状の下部材と、
前記上部材と前記下部材とに挟まれ、積層された複数枚の中間部材と、
を備え、
前記中間部材を介して前記上部材と前記下部材とが接合されて形成され、前記冷媒が封入され、減圧された内部空間を有し、
前記中間部材により、
前記内部空間が形成された状態で、前記上部材の溝部と前記下部材の溝部とを連通し、気化した前記冷媒を通過させる蒸気拡散流路と、
前記上部材の溝部と前記下部材の溝部との間で、凝縮した前記冷媒を毛細管現象により送る毛細管流路と、
が構成され、
前記中間部材では、毛細管現象を生じさせずに前記冷媒が進入可能な大きさを有し、前記上部材及び前記下部材と対向する向きに形成された貫通孔が同一の配列ピッチで２次元配列され、
隣接する前記中間部材の前記貫通孔同士を連通する隙間が、前記冷媒に毛細管現象が発生する大きさとなるように、隣接する前記中間部材同士で前記貫通孔がずらして配置されて、前記毛細管流路が形成されており、
前記毛細管流路には、毛細管現象を生じさせずに前記冷媒が進入可能な第１の流路断面積を有する第１の部分と、前記冷媒を毛細管現象で送液可能な第２の流路断面積を有する第２の部分とが、前記冷媒の送液方向に交互に繰り返し形成されており、
前記第１の部分に進入した冷媒が、隣接する前記中間部材の前記貫通孔の縁に設けられ前記第２の部分を構成する角部に当接するように構成されており、
前記中間部材それぞれに、
隣接する前記中間部材同士で互いに接合して前記蒸気拡散流路と前記毛細管流路との間の冷媒の移動を防止するとともに前記中間部材の間隔が広がらないように補強する接合用突起が設けられ、
前記蒸気拡散流路の断面積が、蒸気の流れる方向に従って均一であるか大きくなっており、
隣接する前記中間部材の間で、前記貫通孔がその２次元配列方向に前記配列ピッチの半分ずれて配置されており、
前記接合用突起により、隣接する前記中間部材の間に隙間が形成されている。

本発明によれば、毛細管流路は、その流路方向に流路断面積が変化している。このため、凝縮した冷媒が毛細管流路に進入しにくい場所ではその流路の流路断面積を大きくしたり、毛細管現象を発生させるべき場所では、流路の流路断面積を小さくしたりすることができる。この結果、透水性を損なうことなく毛細管力を高めることができるので、高い熱交換比率を得ることができる。

図１（Ａ）は、本発明の実施の形態に係るヒートパイプの斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のヒートパイプの側面図である。図１のヒートパイプの分解斜視図である。上部材及び下部材の底面とＡ－Ａ断面を示す図である。上部材及び下部材の内部領域の拡大斜視図である。中間部材の上面とＢ－Ｂ断面を示す図である。中間部材の毛細管流路形成領域の拡大図である。毛細管流路の上面図である。図７のＣ－Ｃ断面図である。図１のヒートパイプの縦断面図である。内部空間における冷媒の循環を示す図である。蒸気拡散流路と毛細管流路との間の隔壁を示す図である。図１２（Ａ）～図１２（Ｃ）は、冷媒の封入方法を示す模式図である。図１のヒートパイプの製造方法のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図中、同一又は対応する部分には同一の符号を付している。

図１（Ａ）に示すように、本実施の形態に係るヒートパイプ１は、上下を厚み方向とする全体として矩形平板状の筐体５０を有する冷却装置である。ヒートパイプ１の底面中央部には、冷却対象となる熱源体２が取り付けられている。

熱源体２としては、ＩＣ（半導体集積装置）、ＬＳＩ（大規模集積回路装置）及びＣＰＵ（中央処理装置）等が想定される。ヒートパイプ１において、熱源体２が取り付けられた底面中央部を受熱部３ともいう。受熱部３で熱源体２から受けた熱は、ヒートパイプ１全体に伝えられ、放熱される。したがって、ヒートパイプ１としては、熱伝導性の高い材質のものが用いられる。このような材質には、例えば銅がある。

図１（Ｂ）に示すように、ヒートパイプ１の筐体５０内には、減圧された密閉空間（内部空間）２０が設けられている。内部空間２０には、冷媒Ｗが封入されている。受熱部３で受けた熱により、冷媒Ｗは気化し、内部空間２０全体に拡散する。拡散した冷媒Ｗは、ヒートパイプ１の外面に熱を伝達した後に凝縮し、受熱部３に戻る。熱は、ヒートパイプ１の外面から放熱される。このように、内部空間２０内における冷媒Ｗの循環により、ヒートパイプ１は、全体に熱を分散する。

図２に示すように、ヒートパイプ１は、上部材１０と、下部材１１と、中間部材１２Ａ～１２Ｄと、で構成される。なお、本実施の形態では、中間部材の数を４枚としたが、本発明はこれには限られない。中間部材は、１枚でも複数枚でもよい。

図３に示すように、上部材１０は、最も上側に配置された矩形平板状の部材である。この上部材１０の上面（＋ｚ面）がヒートパイプ１の上面を構成する。上部材１０の下面（－ｚ面）は、その外縁に沿って設けられた外縁部１０ａと、内部領域１０ｂとに分かれている。外縁部１０ａは、内部領域１０ｂよりも下側（－ｚ側）に突出した接合用突起を構成する。上部材１０は、図２に示すように、この外縁部１０ａで、中間部材１２Ａの上面の外縁と拡散接合される。

内部領域１０ｂは、内部空間２０の天井を構成する。内部領域１０ｂには、毛細管現象により、その下面の面内方向に冷媒を送る溝部１０ｃが設けられている。図４に示すように内部領域１０ｂには、多数のディンプル１０ｄが設けられており、ディンプル１０ｄ間に縦横の溝部１０ｃが形成されている。なお、溝部１０ｃは、内部領域１０ｂが垂直な面となったときであっても、重力に抗して毛細管力により冷媒Ｗを内部領域１０ｂ全面に送ることができるような流路幅及び深さとなっている。

下部材１１は、最も下側に配置された矩形平板状の部材であり、形状及び大きさが上部材１０と同じ部材であるため、上部材１０と同様に図３を用いて説明する。この下部材１１の下面がヒートパイプ１の底面を構成する。この下部材１１の下面中央部に受熱部３が設けられている。

図３に示すように、下部材１１の上面は、外縁部１１ａと、内部領域１１ｂとに分かれている。外縁部１１ａは、図２に示すように、中間部材１２Ｄの下面の外縁部と接合される。内部領域１１ｂは、内部空間２０の底面を構成する。内部領域１１ｂには、毛細管現象により、その下面の面内方向に冷媒Ｗを送る溝部１１ｃが設けられている。

中間部材１２Ａ～１２Ｄは、上部材１０と下部材１１との間に配置された矩形平板状の部材である。中間部材１２Ａ～１２Ｄの外縁の形状及び大きさは上部材１０及び下部材１１と同じである。図５に示すように、中間部材１２Ａの下面の外縁部１２ａは、内部領域１２ｂに対して下側に突出する接合用突起を形成し、中間部材１２Ｂの上面の外縁部１２ａと接合される。また、中間部材１２Ｂの下面の外縁部１２ａは、内部領域１２ｂに対して下側に突出する接合用突起を形成し、中間部材１２Ｃの上面の外縁部１２ａと接合される。さらに、中間部材１２Ｃの下面の外縁部１２ａは、内部領域１２ｂに対して下側に突出する接合用突起を形成し、中間部材１２Ｄの上面の外縁部１２ａと接合される。中間部材１２Ｄの下面の外縁部１２ａは、内部領域１２ｂに対して下側に突出する接合用突起を形成し、下部材１１の外縁部１１ａと接合される。

このように、上部材１０の外縁部１０ａ、中間部材１２Ａ～１２Ｄの外縁部１２ａ及び下部材１１の外縁部１１ａは拡散接合される。これにより、ヒートパイプ１の側面が形成され、ヒートパイプ１の内部空間２０は密閉空間となる。

図５に示すように、中間部材１２Ａ～１２Ｄには、外縁部１２ａで囲まれた内部領域１２ｂには、空隙としての蒸気拡散流路形成領域１２ｃと、毛細管流路形成領域１２ｄとが設けられている。中間部材１２Ａ～１２Ｄの中央部には、毛細管流路形成領域１２ｄが配置されている。中間部材１２Ａ～１２Ｄでは、この中心の毛細管流路形成領域１２ｄから、蒸気拡散流路形成領域１２ｃと、毛細管流路形成領域１２ｄとが、放射状に延びている。

中間部材１２Ａ～１２Ｄが接合されると、それぞれの蒸気拡散流路形成領域１２ｃと、毛細管流路形成領域１２ｄとが一致するようになる。内部空間２０において、蒸気拡散流路形成領域１２ｃで蒸気拡散流路２１が構成され、毛細管流路形成領域１２ｄで毛細管流路２２が構成される。

蒸気拡散流路２１は、内部空間２０が形成された状態で、上部材１０の溝部１０ｃと下部材１１の溝部１１ｃとを連通する空隙である。蒸気拡散流路２１は、気化した冷媒Ｗを拡散させるために設けられており、気化した冷媒Ｗを通過させる。受熱部３で受けた熱により冷媒Ｗは気化し、蒸気拡散流路２１を介して内部空間２０内に拡散する。

毛細管流路２２は、拡散し凝縮した冷媒Ｗを熱源体２が取り付けられた受熱部３に戻すために設けられている。毛細管流路２２は、凝縮した冷媒Ｗを、上部材１０の溝部１０ｃと下部材１１の溝部１１ｃとの間で毛細管現象により送る。

図６に示すように、蒸気拡散流路形成領域１２ｃには、枠２４により、大きさが同じ複数の貫通孔（開口部）２３が形成されている。貫通孔２３の大きさは、冷媒Ｗによる界面張力・粘性力などの物性値と、表面への塗れ性により決まる接触角とに基づいて、凝縮した冷媒Ｗが容易に入り込むことができる大きさ（冷媒Ｗが流入可能な下限値よりも大きな径）となっている。すなわち、貫通孔２３の大きさは、冷媒Ｗに対して毛細管現象が生じない程度の大きさとなっている。中間部材１２Ａ～１２Ｄが接合されたときに、図７及び図８に示すように、上下の貫通孔２３の位置は、その貫通孔２３の配列ピッチの半分程度ずれるようになっている。これにより、上下に隣接する中間部材１２Ａ～１２Ｄのそれぞれ貫通孔２３によって構成される隙間の大きさは、冷媒Ｗに対して毛細管現象を発生させる大きさとなっている。

言い換えると、図９に示すように、毛細管流路２２は、凝縮した冷媒Ｗが進入可能な第１の流路断面積を有する第１の部分２２ａと、凝縮した冷媒Ｗを毛細管現象で送液可能な第２の流路断面積を有する第２の部分２２ｂと、を有している。また、毛細管流路２２には、第１の部分２２ａから第２の部分２２ｂとの間に、凝縮した冷媒Ｗに気液界面振動を生じさせるエッジ２２ｃが設けられている。このようにすれば、凝縮した冷媒Ｗは、第１の部分２２ａに進入して、容易にエッジ２２ｃに到達し、エッジ２２ｃで気液界面振動を生じさせ、第２の部分２２ｂに進入し、毛細管現象によりさらにその下流へ送られ易くなっている。

すなわち、本実施の形態では、毛細管流路２２は、上下方向、水平方向及び斜め方向に流路方向を設定した場合、どの方向についても、流路断面積が変化している流路であると言える。

このような構成を有するヒートパイプ１の動作について説明する。図１０に示すように、熱源体２から発せられた熱は受熱部３に伝わり、この熱により、減圧下にある内部空間２０の下部材１１の内部領域１１ｂに存在する冷媒Ｗは気化し、蒸気拡散流路２１を通って、内部空間２０全体に拡散する。そして、気化した冷媒Ｗの大部分は、上部材１０の内部領域１０ｂに到達し、熱を伝達するとともに、凝縮する。

上部材１０の内部領域１０ｂで凝縮した冷媒Ｗは、内部領域１０ｂの溝部１０ｃで毛細管現象により、毛細管流路２２まで送られる。毛細管流路２２では、毛細管現象により、凝縮した冷媒Ｗが、再び下部材１１の内部領域１１ｂまで送られる。

下部材１１の内部領域１０ｂまで到達した凝縮した冷媒Ｗは、内部領域１０ｂに形成された溝部１０ｃに入り込み、毛細管現象により、受熱部３に戻る。

以上、この内部空間２０内において、上述の冷媒Ｗの循環サイクルが形成され、これにより、熱源体２の冷却が実現される。

また、本実施の形態では、図１１に示すように、中間部材１２Ａ～１２Ｄそれぞれにおいて、蒸気拡散流路２１と毛細管流路２２との境界部分に、冷媒Ｗの移動を防止する隔壁２５が設けられている。より具体的には、中間部材１２Ａ～１２Ｄのそれぞれについて、蒸気拡散流路２１と毛細管流路２２との境界部分に、接合用突起１２ｅが設けられている。この接合用突起１２ｅが相手の中間部材１２Ａ～１２Ｄと拡散接合して、隔壁２５が形成される。

なお、図１０に示すように、蒸気拡散流路２１の断面積は、冷媒Ｗの蒸気の流れる方向に従って均一となっている。

なお、上部材１０の内部領域１０ｂと下部材１１の内部領域１１ｂとには、重力に抗して毛細管現象を起こす溝部１０ｃ，１１ｃが形成されているので、ヒートパイプ１を水平置きにしても、縦置きにしても、上部材１０の内部領域１０ｂと、下部材１１の内部領域１１ｂとを凝縮した冷媒Ｗが移動し易くなる。このため、上述の循環サイクルに従って冷媒Ｗを効率的に循環させることができる。

なお、これら中間部材１２Ａ～１２Ｄ及び下部材１１には、熱源体２と対向する中央部分の四辺外郭位置にもそれぞれ突起を設け、周辺部のみならず、熱源体２の周辺領域の位置等においても突起が形成され、それらの突起の直接接合により補強部が形成されている。このように、ヒートパイプ１では、周辺領域等にも補強部を設けて機械的強度を向上させることにより、熱源体から発生する熱で冷媒が熱膨張して略中央部が外方へ膨らもうとする現象（以下、これを「ポップコーン現象」と呼ぶ）が発生するのが防止されている。

また、上部材１０には、図３等では不図示であるが、図１２（Ａ）に示すように、冷媒Ｗを封入するための冷媒注入孔５及び空気排出孔６が設けられている。この状態では、上部材１０に形成された冷媒注入孔５及び空気排出孔６を介してのみ内部空間２０と外部とが連通した状態になる。

次に、ヒートパイプの製造方法について説明する。

図１３に示すように、まず、下部材１１、中間部材１２Ａ～１２Ｄ及び上部材１０を順番に最適な位置で重ね合わせて積層し、融点以下の温度で加熱しつつプレスして、それぞれに設けられた外縁部１０ａ等の接合用突起１２ｅを直接接合させる（ステップＳ１）。これにより、一体化したヒートパイプ１が形成される。

また、このステップにより、ヒートパイプ１の内部空間２０には、中間部材１２Ａ～１２Ｄの各蒸気拡散流路形成領域１２ｃが重なり合うことにより蒸気拡散流路２１が形成され、各毛細管流路形成領域１２ｄが重なり合うことにより毛細管流路２２が複数形成される。すなわちこの工程で、蒸気拡散流路２１及び毛細管流路２２からなる冷媒Ｗの循環経路が形成される。

このとき冷媒注入孔５及び空気排出孔６の周辺領域の下方には、上部材１０、中間部材１２Ａ～１２Ｄ、下部材１１に補強部３０が設けられ、それらが接合することにより支柱構造が形成される。補強部３０には、冷媒注入孔５及び空気排出孔６と内部空間２０とを連通する貫通孔３１が設けられている。

続いて、内部空間２０には、冷媒注入孔５から不図示のノズルを用いて冷媒Ｗ（例えば水）を大気圧下で所定量注入する（ステップＳ２）。この際、空気排出孔６は、冷媒Ｗ供給時における空気の排出口となり、内部空間２０への冷媒Ｗの注入はスムーズに行なわれる。なお、冷媒Ｗは、例えば水の場合、封入量は貫通孔３１の総体積と同等相当とするのが好ましい。また、冷媒Ｗとしては、ヒートパイプ１の高寿命化のために、特にイオン汚染の無い超純水を用いるのが好ましい。また、この際、空気排出孔６にて真空引きをすれば、より円滑に冷媒Ｗを注入することができる。

次に、例えば球状体でなる封止部材７を予め所定数用意しておき、図１２（Ｂ）に示すように、冷媒注入孔５及び空気排出孔６上に封止部材７を載置する（ステップＳ３）。ここで、冷媒注入孔５及び空気排出孔６と縁と封止部材７との隙間により、ヒートパイプ１の内部空間２０と外部とは連通した状態に維持されている。このため、この隙間から内部空間２０内のガス抜きを行なうことができる。

そして、この状態のまま隙間を通じて減圧による真空脱気を、例えば１０分程度行なう（ステップＳ４）。この工程では、隙間を介して真空脱気を行なうことで、内部空間２０内の空気が抜かれ、当該空気と共に内部空間２０内から有害成分を除去することができる。なお、図中の矢印は脱気（ガス抜き）の方向を示す。

その後、常温状態のまま、数分間封止部材７を上からプレスして低温加圧変形させる（ステップＳ５）。このようにして低温真空加圧処理することにより、封止部材７で冷媒注入孔５及び空気排出孔６を仮封止する。このとき冷媒注入孔５及び空気排出孔６が封止部材７で閉塞される。

ここで、冷媒注入孔５及び空気排出孔６の周辺領域に対向する部分には、補強部３０が密着することにより、支柱構造が形成されていることから、プレスにより封止部材７を加圧する際、当該プレスからの外力を補強部３０が受け止め、内部空間２０が潰れることなく、プレスによって封止部材７を必要な外力で確実に加圧できる。

なお、常温より高い温度にして封止部材７を加圧した場合には、冷媒Ｗの蒸気、例えば水蒸気が外部にリークし易くなるため好ましくない。従って真空脱気が行なわれる温度としては、２５℃程度の常温が好ましい。

次に、低温真空加圧処理が終わると、例えば１０分間程度、高温下で真空度を例えば０．５ＫＰａとした後、さらにプレスによって封止部材７を上から加圧する（ステップＳ６）。これにより、封止部材７が高温加圧変形し、冷媒注入孔５及び空気排出孔６内に深く侵入して封止部材７でさらに強固に圧着され閉塞した状態になる。

すなわち、封止部材７は、主として加圧により塑性変形するとともに、補助的に加熱により塑性変形し、冷媒注入孔５及び空気排出孔６を閉塞する。こうして、球状体であった封止部材７は、図１２（Ｃ）に示すように、塑性変形により冷媒注入孔５及び空気排出孔６の形となって、当該冷媒注入孔５及び空気排出孔６に圧着して実質的に封止栓となり、ヒートパイプ１の内部空間２０を封止する。このようにして冷媒注入孔５及び空気排出孔６を封止部材７で閉塞し終えると、加温停止、真空引き停止及びプレスによる加圧解除を行ない、当該加圧、加熱、真空引き処理を終える。

なお、そのとき封止部材７の外表面は、ヒートパイプ１の外表面と略同一平面上に形成することが好ましい。というのは、ヒートパイプ１の外表面の平坦性を保ち、これによりヒートパイプ１自身とそれに取り付けられる例えばフィン等のラジエータとの密着性を良くし、その間の熱伝導性を支障なく高めることができるからである。

その後、ヒートパイプ１の外表面は防錆等のため、ニッケルメッキされる（ステップＳ７）。ここで仮に半田からなる封止部材７を用いて冷媒注入孔５及び空気排出孔６を閉塞した場合には、半田に対して良好なニッケルメッキをすることは困難を伴うので、冷媒注入孔５及び空気排出孔６を閉塞した部分が良好にニッケルメッキされにくいという不都合が生じる。

これに対して本実施の形態では、ヒートパイプ１と同じ銅系金属でなる封止部材７を用いて冷媒注入孔５及び空気排出孔６を閉塞するので、そのような不都合は生ぜず、冷媒注入孔５及び空気排出孔６を閉塞した部分も良好にニッケルメッキすることができる。

このようなヒートパイプ１の製造方法（冷媒封入方法）によれば、真空下に複数のヒートパイプ１を並べ、各ヒートパイプ１の冷媒注入孔５及び空気排出孔６上に封止部材７を載置し、これら複数のヒートパイプ１に対して一度にガス抜きや、封止部材７の加圧及び加熱をし、全ての封止部材７を塑性変形させて一斉に冷媒Ｗを密封することができる。かくして冷媒注入孔５毎に個別に行われる従来のカシメ作業や溶接、接着等の面倒な作業を行なう封止方法に比較してヒートパイプ１の量産性を高めることができ、また量産性を高めることでヒートパイプ１の低価格化を図ることもできる。

なお、冷媒注入孔５において、封止部材７との隙間の大きさが不十分である場合には、冷媒注入孔５又は封止部材７にガス抜き溝を設けるようにしてもよい。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、毛細管流路２２は、その流路方向に流路断面積が変化している。このため、凝縮した冷媒Ｗが毛細管流路２２に進入しにくい場所ではその流路の流路断面積を大きくしたり、毛細管現象を発生させるべき場所では、流路の流路断面積を小さくしたりすることができる。この結果、透水性を損なうことなく毛細管力を高めることができるので、高い熱交換比率を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、第１の部分２２ａに凝縮した冷媒Ｗを進入させて気液界面振動を生じさせる第１の部分２２ａと第２の部分２２ｂとの間にあるエッジ２２ｃに速やかに到達させることができるので、凝縮した冷媒Ｗを毛細管流路２２に進入し易くすることができる。このため、高い熱交換比率を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、蒸気拡散流路２１と毛細管流路２２との間は、隔壁２５で仕切られている。これにより、気化した冷媒Ｗと凝縮した冷媒Ｗとの間で交換される熱量を低減することができるので、熱交換効率をさらに高めることができる。

また、本実施の形態によれば、蒸気拡散流路２１の断面積が、冷媒Ｗの蒸気の流れる方向に従って均一となっている。これにより、冷媒Ｗの移動による圧力変化により、蒸気拡散流路２１及び毛細管流路２２が変形するのを抑制することができる。なお、蒸気拡散流路２１の断面積が、冷媒Ｗの蒸気の流れる方向に従って大きくなるようにしてもよい。このようにすれば、冷媒Ｗの移動による圧力変化により、蒸気拡散流路２１及び毛細管流路２２が変形するのを抑制することができる。

なお、冷媒Ｗとしては、潜熱の大きな水（純水、蒸留水等）が最適であると言えるが、必ずしも水に限定されず、例えばエタノール、メタノール、アセトン等が好適である。また、ヒートパイプの本体を成す上部材、中間板及び下部材は熱伝導性の良好な銅、銅合
金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレス等が好適である。

なお、各部材の外縁部の割合、補強部の大きさ等は、これらが大きくなれば対応可能な内圧は上がるが、冷却効率は低下する。したがって、必要な内圧や冷却効率に基づいて、それらの設計指標は決定される。

また、冷媒注入孔５及び空気排出孔６の大きさ、位置、数などは、排気に要する時間ができるだけ早くなるように定められる。冷媒注入孔５及び空気排出孔６の形状は、初期状態では十分な空隙を有するが、封止部材変形後においては、完全に封止できるような構造であるのが望ましい。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

本発明は、熱源体を冷却するヒートパイプに適用することができる。

１ヒートパイプ、２熱源体、３受熱部、５冷媒注入孔、６空気排出孔、７封止部材、１０上部材、１０ａ外縁部、１０ｂ内部領域、１０ｃ溝部、１０ｄディンプル、１１下部材、１１ａ外縁部、１１ｂ内部領域、１１ｃ溝部、１１ｄディンプル、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ中間部材、１２ａ外縁部、１２ｂ内部領域、１２ｃ蒸気拡散流路形成領域、１２ｄ毛細管流路形成領域、１２ｅ接合用突起、２０内部空間、２１蒸気拡散流路、２２毛細管流路、２２ａ第１の部分、２２ｂ第２の部分、２２ｃエッジ、２３貫通孔（開口部）、２４枠、２５隔壁、３０補強部、３１貫通孔、５０筐体、Ｗ冷媒

Claims

全体として平板状のヒートパイプであって、
下面の面内方向に冷媒を送る溝部が形成された平板状の上部材と、
上面の面内方向に前記冷媒を送る溝部が形成された平板状の下部材と、
前記上部材と前記下部材とに挟まれ、積層された複数枚の中間部材と、
を備え、
前記中間部材を介して前記上部材と前記下部材とが接合されて形成され、前記冷媒が封入され、減圧された内部空間を有し、
前記中間部材により、
前記内部空間が形成された状態で、前記上部材の溝部と前記下部材の溝部とを連通し、気化した前記冷媒を通過させる蒸気拡散流路と、
前記上部材の溝部と前記下部材の溝部との間で、凝縮した前記冷媒を毛細管現象により送る毛細管流路と、
が構成され、
前記中間部材では、毛細管現象を生じさせずに前記冷媒が進入可能な大きさを有し、前記上部材及び前記下部材と対向する向きに形成された貫通孔が同一の配列ピッチで２次元配列され、
隣接する前記中間部材の前記貫通孔同士を連通する隙間が、前記冷媒に毛細管現象が発生する大きさとなるように、隣接する前記中間部材同士で前記貫通孔がずらして配置されて、前記毛細管流路が形成されており、
前記毛細管流路には、毛細管現象を生じさせずに前記冷媒が進入可能な第１の流路断面積を有する第１の部分と、前記冷媒を毛細管現象で送液可能な第２の流路断面積を有する第２の部分とが、前記冷媒の送液方向に交互に繰り返し形成されており、
前記第１の部分に進入した冷媒が、隣接する前記中間部材の前記貫通孔の縁に設けられ前記第２の部分を構成する角部に当接するように構成されており、
前記中間部材それぞれに、
隣接する前記中間部材同士で互いに接合して前記蒸気拡散流路と前記毛細管流路との間の冷媒の移動を防止するとともに前記中間部材の間隔が広がらないように補強する接合用突起が設けられ、
前記蒸気拡散流路の断面積が、蒸気の流れる方向に従って均一であるか大きくなっており、
隣接する前記中間部材の間で、前記貫通孔がその２次元配列方向に前記配列ピッチの半分ずれて配置されており、
前記接合用突起により、隣接する前記中間部材の間に隙間が形成されている、
ヒートパイプ。