JPH1123167A - 平板状ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特にトップヒートパイプモードあるいはコン
テナを傾斜させた状態においても熱輸送能力に優れる平
板状ヒートパイプを提供する。 【解決手段】 中空平板状状の密閉構造のコンテナ２の
内部に、真空脱気した状態で凝縮性流体を作動流体とし
て封入した平板状ヒートパイプ１において、コンテナ２
の蒸発部１５と凝縮部１４とに繋がる溝部５が、そのコ
ンテナ２の内面に形成されている。また、毛細管圧力を
生じる多孔質層６が溝部５の開口部分を覆い、かつその
溝部５の内部空間を埋めない状態でコンテナ２の内面に
取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、作動流体の潜熱
として熱輸送するヒートパイプに関し、特にコンテナが
中空平板状を成す平板状ヒートパイプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように平板状ヒートパイプは、中
空平板構造のコンテナの内部に密閉した空間部を形成
し、その空間部に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状
態で凝縮性の流体を作動流体として封入したものであ
る。この種のヒートパイプでは、表面が平坦になるの
で、熱交換対象物との接触面積が広くなり、熱伝達性能
あるいは熱交換性能が向上する利点がある。

【０００３】この平板状ヒートパイプは、従来一般に
は、金属素材を押し出し成形によって矩形断面のパイプ
状に形成し、これを所定長さに切断するとともに、その
切断片の両端部をキャップによって密閉し、このように
形成した密閉空間の内部に作動流体を封入していた。ま
た、これに替わる構造の平板状ヒートパイプが、特開平
９−１３８０８３号公報に記載されている。この平板状
ヒートパイプは、凹部を備えた面同士を対向させた２枚
のアルミプレートの間に、平板状のブレージングシート
を密着状態に挟み込んで密閉構造のコンテナを構成し、
各凹部の内部に真空脱気した状態で所定量の作動流体を
それぞれ封入したものである。また、各凹部には、多数
条の細溝がウィックとして形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の平板状ヒートパイプでは、開口断面積が小さいため
に、作動流体蒸気の流速が高速化するに伴って還流途中
の作動液が飛散してしまい、蒸発部に対する作動液の還
流量が不足して、熱輸送能力が低くくなるおそれがあっ
た。また、細溝ウィックで得られる毛細管圧力が低いこ
とから、上記従来の平板状ヒートパイプでは、熱流束が
増大した場合には、作動液に対するポンプ作用が不充分
になり、この点からも蒸発部において作動液が不足する
ドライアウト現象の生じるおそれが多分にあった。

【０００５】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、特にトップヒートパイプモードあるいはコンテナ
を傾斜させた状態においても熱輸送能力に優れる平板状
ヒートパイプを提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用】この発明
は上記の目的を達成するために、中空平板状状の密閉構
造のコンテナの内部に、真空脱気した状態で凝縮性流体
を作動流体として封入した平板状ヒートパイプにおい
て、前記コンテナの蒸発部と凝縮部とに繋がる溝部が、
該コンテナの内面に形成されるとともに、毛細管圧力を
生じる多孔質層が前記溝部の開口部分を覆い、かつ該溝
部の内部空間を埋めない状態で前記コンテナの内面に取
り付けられているとを特徴とするものである。

【０００７】したがって、この発明のヒートパイプによ
れば、コンテナの一部に熱が伝達されると、その内面に
おいて液相作動流体が加熱されて蒸発する。その作動流
体蒸気は、多孔質層内あるいは溝部の内部空間から抜け
出すとともに、内部圧力の低い他端部、すなわち凝縮部
となる端部に向けて流動し、そこで熱を奪われて凝縮す
る。

【０００８】放熱して再度液相になった作動流体は、多
孔質層の気孔同士の隙間に浸透するとともに、それらの
隙間と連通する溝部の内部空間に入り込む。それらの液
相作動流体は、多孔質層の多数の気孔に生じる毛細管圧
力によって、コンテナのうち蒸発部に向けて流動する。
その場合、ウィックとして作用する多孔質層の気孔の実
効毛細管半径が小さく、そのポンプ作用が大きいことに
加えて、溝部の内部空間を移動する液相作動流体と蒸気
流とが多孔質層によって隔絶されていて、飛散現象が生
じにくいことから、例えばトップヒートモードであって
も作動流体が蒸発部側に確実に還流し、そのため、熱輸
送能力が良好になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の平板状ヒート
パイプをパソコンに搭載されるＣＰＵの冷却に適用した
具体例を、図１ないし図４を参照して説明する。図１
は、平板状ヒートパイプの外観を示す概略図であり、こ
の平板状ヒートパイプ１は、底板３と上方部材４とから
なる中空平板状の密閉金属容器によってコンテナ２が構
成されている。そして、コンテナ２の内部には、真空脱
気した状態で図示しない作動流体が封入されている。

【００１０】より詳細には、底板３は矩形の金属平板を
材料としたものであり、図２および図３に示すように、
その上面部には一例としてＶ字状の細溝からなる複数条
の溝部５が長さ方向に亘って形成されている。なお、溝
部５は、要は液相作動流体の流通可能な溝であればよ
く、例えば開口幅が大きくかつ深さの深い１条の溝を採
用することもできる。各溝部５の上方には、各溝部５の
開口部分を覆うようにして溶射皮膜（多孔質層）６が設
けられている。

【００１１】より具体的には、この溶射皮膜６は、互い
に結合する溶射粒子７同士の間に気孔を備えた多孔構造
となっており、大きい毛細管圧力を生じさせるようにな
っている。また、溶射粒子７としては、各溝部５の開口
幅よりも粒径の小さいものが採用され、溝部５の内部空
間に入り込まない状態で底板３の上面部に付着してい
る。なお、多孔質層の他の例としては、例えば金属粒子
あるいはセラミックス粒子を焼結させた多孔構造体など
が挙げられる。

【００１２】このような溶射皮膜６は、例えば底板３と
上方部材４とを組み付ける以前にプラズマ溶射あるいは
ガス溶射等を行うことによって、簡単に形成することが
できる。すなわち、解放された空間において溶射工程を
実施できるために、溶射トーチの操作性が良好であるこ
と、あるいは熱が籠らないことなどの利点がある。な
お、溶射材料としては、熱伝導性および耐熱性に優れる
ものであれば異種金属またはセラミックスあるいはそれ
らを混合したサーメットでもよい。また、底板３の四隅
には、平板状ヒートパイプ１を固定するためのネジ（図
示せず）を導通させる取付け孔９が形成されている。

【００１３】上方部材４は、矩形の金属板からなる天板
２０と、その天板２０の４つの縁部からそれぞれ図２で
の下側に延びる側板２１と、それらの側板２１の縁部か
ら同図での横方向にそれぞれ延びるフランジ部２２とに
よって構成された金属製のカップ状の部材である。ま
た、天板２０の上面部には、その長さ方向に亘って底板
３側に突出する２条の補強リブ１０が形成されている。
この補強リブ１０は、ヒートパイプ動作時におけるコン
テナ２の変形を防止するために、必要に応じて備えられ
るものであり、図示した溝形状の他に例えばドーム状ま
たは十文字状あるいは長円状を採用することもできる。
上方部材４は、各フランジ部２２の縁部と底板３とを溶
接することによって、溝部５および溶射皮膜６と天板２
０とを対向させた姿勢で底板３に対して取り付けられて
いる。

【００１４】上記構成の平板状ヒートパイプ１は、図４
に示すように、ノートブック型パソコンのケース１１の
内部に設置されている。コンテナ２のうち一端部は、ケ
ース１１のうちキーボード（図示せず）の裏面側に備え
られる金属製の電子遮蔽板１２の下面部に密着した状態
に配設されている。これに対して、コンテナ２の他端部
は、ＣＰＵ１３の上面部に熱授受可能に配設されてい
る。なお、ＣＰＵ１３に対して電子遮蔽板１２が僅かに
高く配置されているため、コンテナ２自体は傾斜した状
態となっている。また、コンテナ２は、ネジによってケ
ース１１に取り付けられている。

【００１５】つぎに、上記のように構成されたこの発明
の作用について説明する。パソコンの使用に伴ってＣＰ
Ｕ１３が発熱すると、その熱は平板状ヒートパイプ１の
コンテナ２のうち底板３に伝達される。その端部の内面
は、溶射皮膜６の気孔に生じる毛細管圧力によって他端
部から液相作動流体が汲み上げられて、既に濡れた状態
となっているため、ＣＰＵ１３を熱源としたヒートパイ
プ動作が速やかに開始される。

【００１６】すなわち、各溝部５の内部および多数の溶
射粒子７同士の隙間において作動流体が加熱されて蒸気
となり、上側の空間に流動するとともに、内部圧力の低
い電磁遮蔽板１２に配設された端部に向けて流動し、溶
射皮膜６を含むコンテナ２の内壁面において熱を奪われ
て凝縮する。つまり、作動流体を介してＣＰＵ１３の熱
が電磁遮蔽板１２に伝達される。その熱は、電磁遮蔽板
１２中を伝導するとともに、その表面からケース１１の
内部空間に放散される。その結果、ＣＰＵ１３が冷却さ
れる。

【００１７】したがって、平板状ヒートパイプ１のうち
電磁遮蔽板１２に配設された端部の内面が凝縮部１４と
され、これに対して、ＣＰＵ１３側に配設された端部の
内面のうちの底面部が蒸発部１５とされる。放熱して液
相になった作動流体は、コンテナ２の底板３側に集めら
れて溶射皮膜６内に浸透するとともに、各溝部５の内部
にそれぞれ入り込む。溶射粒子７同士の隙間には毛細管
圧力が生じるから、溶射皮膜６に浸透した作動流体は、
上方に位置する蒸発部１５に向けて流動する。

【００１８】また、各溝部５の内部空間と溶射粒子７同
士の隙間とが互いに連通していて、各溝部５内の液相作
動流体に対しても溶射皮膜６の毛細管圧力が作用するか
ら、溶射皮膜６内に浸透した作動流体と共に各溝部５の
作動流体も蒸発部１５に向けて流動する。その場合、各
溝部５が介在物のない構成、換言すれば、断面変形のな
い空間として構成されているため、溶射皮膜６に比べて
流動抵抗が小さい。その結果、蒸発部１５に必要充分な
量の作動流体が供給される。

【００１９】前述の通り、溶射皮膜６および各溝部５
が、コンテナ２の長手方向に亘って形成されているか
ら、液相作動流体が上方の蒸発部１５に還流する。この
ように、コンテナ２のうち溶射皮膜６および各溝部５が
液流路となり、これに対して、溶射皮膜６よりも上方側
の空間が蒸気流路となる。すなわち、各溝部５は、溶射
皮膜６によって蒸気流路から隔てられた独立した空間と
して構成されており、これらの溝部５に入り込んだ液相
作動流体が、対向流となる蒸気流と直接には接触しない
ため、還流中に飛散現象が生じにくい。そして、蒸発部
１５に供給された作動流体は、ＣＰＵ１３に加熱されて
再度蒸発し、以降、上記と同じ熱輸送サイクルを継続す
る。その結果、ＣＰＵ１３の過熱が防止される。

【００２０】このように、上記の平板状ヒートパイプ１
では、ウィックが多数の微小な溶射粒子７から構成され
ていて、いわゆるポンプ力が大きいことに加えて、各溝
部５が溶射皮膜６を隔てて蒸気流路から独立した構成で
あって、溝部５内を通る液相作動流体に飛散現象が生じ
にくいことから、トップヒートモードあるいはコンテナ
２が傾斜した状態においても優れた熱輸送能力を発揮
し、その結果、従来よりもＣＰＵ１３に対する冷却能力
を向上させることができる。

【００２１】なお、上記の具体例では、底板の上面部の
みに溝部および溶射皮膜を備えた構成を例示したが、こ
の発明は上記具体例に限定されるものではなく、溝部と
溶射皮膜は、要は凝縮部の液相作動流体と接触するよう
に構成されていればよく、したがって、例えば上方部材
の下面部に設けることできる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、蒸発部と凝縮部とに繋がる溝部がコンテナ
の内面に形成されるとともに、毛細管圧力を生じる多孔
質層が溝部の開口部分を覆い、かつその溝部の内部空間
を埋めない状態でコンテナの内面に取り付けられている
から、特にトップヒートモードあるいはコンテナを傾斜
させた状態での熱輸送能力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る平板状ヒートパイプの外観を示
す概略図である。

【図２】その平板状ヒートパイプの断面図である。

【図３】溝部と溶射粒子との構成を示す断面図である。

【図４】平板状ヒートパイプをパソコンに配設させた状
態を示す概略図である。

【符号の説明】

１…平板状ヒートパイプ、 ２…コンテナ、 ５…溝
部、 ６…溶射皮膜、７…溶射粒子、 １１…ケース、
１２…電磁遮蔽板、 １３…ＣＰＵ、 １４…凝縮
部、 １５…蒸発部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空平板状の密閉構造のコンテナの内部
   に、真空脱気した状態で凝縮性流体を作動流体として封
   入した平板状ヒートパイプにおいて、 前記コンテナの蒸発部と凝縮部とに繋がる溝部が、該コ
   ンテナの内面に形成されるとともに、毛細管圧力を生じ
   る多孔質層が前記溝部の開口部分を覆い、かつ該溝部の
   内部空間を埋めない状態で前記コンテナの内面に取り付
   けられていることを特徴とする平板状ヒートパイプ。