TW201930811A - 熱管 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的在於提供熱管，其即使是設置為上端熱的姿勢，亦具有良好的最大熱輸送量，且能抑制熱阻抗，發揮優良的熱輸送特性。
一種熱管，其包括：具有被密封的內部空間的容器；
設置於前述容器的內面的金屬纖維被燒結後的毛細結構構造體；被封入前述容器的內部空間的工作流體；前述金屬纖維含有纖維長為0.50mm以上1.8mm以下而且纖維徑為10μm以上50μm以下的金屬纖維。

Description

熱管
本發明係關於熱管，其具有良好的最大熱輸送量，熱阻抗小，即使是上端熱時，也具有優良的熱輸送特性。
搭載於桌上型個人電腦及伺服器等的電氣/電子機器的半導體元件等的電子零件，由於伴隨著高機能化的高密度搭載等，其發熱量增大，其冷卻變得更加重要。有使用熱管來作為電子零件的冷卻方法。另外，由於電氣/電子機器的小型化，有以蒸發部側較凝縮部側高的位置，即所謂的上端熱的姿勢，來設置熱管。
於是，已有提出一種熱移動體(專利文獻1)，其係為形成了用以將工作液體密封封入以及形成蒸氣流路並使工作液體回流的毛細結構(wick)的熱移動體，其中上述毛細結構由不織布構成，以作為即使以上端熱的姿勢設置熱管亦抑制熱輸送量的降低之熱管。專利文獻1中，使毛細結構為網目不均一的不織布，藉此能夠使毛細結構之工作液體回流力的設定範圍變廣，其結果為，提高毛細結構的工作液體回流力。
但是，由於作為冷卻對象的電子零件等的發熱量增大，就上端熱時的最大熱輸送量的提高和熱阻抗的降低而言，專利文獻1仍有改善的餘地。
先行技術文獻
專利文獻：
專利文獻1：日本特開2002-372387號公報
發明欲解決的問題
有鑑於上述情況，本發明的目的在於提供熱管，其即使是設置為上端熱的姿勢，亦具有良好的最大熱輸送量，且能抑制熱阻抗，發揮優良的熱輸送特性。
解決問題的手段
本發明的態樣為熱管，其包括：具有被密封的內部空間的容器；設置於前述容器的內面，金屬纖維被燒結後的毛細結構構造體；被封入前述容器的內部空間的工作流體；前述金屬纖維含有纖維長為0.50mm以上1.8mm以下而且纖維徑為10μm以上50μm以下的金屬纖維。
本發明的態樣為熱管，前述金屬纖維，其平均纖維長為0.50mm以上1.8mm以下而且平均纖維徑為10μm以上50μm以下。
本發明的態樣為熱管，前述毛細結構構造體的孔隙率為70%以上86%以下。
本發明的態樣為熱管，前述金屬纖維的金屬種類為從銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金及不鏽鋼構成的群當中選擇的至少1種。
本發明的態樣為熱管，前述容器為平面形狀或管形狀。
本發明的態樣為熱管，前述容器為金屬製，前述容器的金屬種類和前述金屬纖維的金屬種相同。
本發明的態樣為熱管，前述容器為裸管。上述態樣中，使用內面平滑管作為容器。
本發明的態樣為熱管，前述容器為溝管。上述態樣中，使用在內面沿著容器的長邊方向有複數細溝延伸存在的管材以作為容器。
本發明的態樣為熱管，前述毛細結構構造體於前述容器的長邊方向上從一方的端部到另一方的端部延伸存在。
本發明的態樣為熱管，前述毛細結構構造體係設置於前述容器的長邊方向的一部分。
本發明的態樣為熱管，其包括：設置於前述容器的長邊方向之一部分的前述毛細結構構造體、以及設置於前述容器的長邊方向的其他部分的金屬粉被燒結後的其他毛細結構構造體。
熱管，其具有毛細結構部，該毛細結構部具有：設置於前述容器的長邊方向之一部分的前述毛細結構構造體、以及設置於和前述毛細結構構造體在前述容器的長邊方向連接的前述容器之長邊方向的其他部分的金屬粉被燒結後的其他毛細結構構造體；前述毛細結構部，在前述容器的長邊方向上從一方的端部到另一方的端部延伸存在。
本發明的態樣為熱管，前述毛細結構構造體，係和前述其他毛細結構構造體於前述容器的長邊方向連接。
本發明的態樣為熱管，前述容器為溝管，在受熱部具備前述其他毛細結構構造體，在作為前述受熱部和放熱部之中間部的隔熱部具有前述毛細結構構造體。
本發明的態樣為熱管，前述容器為溝管，在受熱部具備前述其他毛細結構構造體。本發明的態樣為熱管，前述其他毛細結構構造體的部位中，在對於前述容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中的蒸氣流路的形狀為，至少一部分具有花瓣形狀、星形形狀、多角形狀或齒輪形狀。本發明的態樣為熱管，前述其他毛細結構構造體的對於前述容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度為，從前述隔熱部朝向前述受熱部的方向漸次變薄。本發明的態樣為熱管，前述其他毛細結構構造體的對於前述容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度為，從和前述毛細結構構造體連接的連接之一端朝向與該連接之一端相對的另一端的方向漸次變薄。
發明效果
依據本發明的態樣，藉由將含有纖維長為0.50mm以上1.8mm以下且纖維徑為10μm以上50μm以下的金屬纖維的金屬纖維燒結而形成的毛細結構構造體收容在容器中，能夠獲致一種熱管，其即使設置為上端熱的姿勢，也具有良好的最大熱輸送量，且能抑制熱阻抗，藉此以發揮優良的熱輸送特性。
依據本發明的態樣，毛細結構構造體的孔隙率為70%以上84%以下，藉此更提高最大熱輸送量，同時更抑制熱阻抗。
依據本發明的態樣，容器的金屬種類和金屬纖維的金屬種類相同，藉此能夠更抑制容器和毛細結構構造體間的熱阻抗。
以下，使用圖1、2，說明本發明的第1實施形態例之熱管。圖1為本發明的第1實施形態例之熱管之正面剖面圖，圖2為說明本發明的第1實施形態例之熱管的側面剖面的圖1之A-A剖面圖。
如圖1、2所示，本發明的第1實施形態例之熱管1具備：一方的端部11之端面和另一方的端部12之端面被密封的管形狀之容器10、設置於容器10的內面之毛細結構構造體13、被封入作為容器10的內部空間之空洞部17的工作流體(未圖示)。
容器10為被密閉的管材。容器10的長邊方向之形狀為直線狀、具有曲部的形狀等，並未特別限定，在熱管1中係為略直線狀。對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面形狀為圓形狀、扁平形狀、四角形等的多角形狀等，並未特別限定，在熱管1係為略圓形狀。容器10的壁厚並未特別限定，其為例如50~1000μm。略圓形狀之容器10的徑方向之尺寸並未特別限定，其為例如5~20mm。另外，熱管1中，容器10，可以為內面平滑的裸管，亦可為內面沿著容器10的長邊方向有複數細溝(groove)延伸存在以賦予容器10內面毛細管力的溝管。
如圖2所示，在容器10的內面，從一方的端部11到另一方的端部12，沿著容器10的長邊方向設置了毛細結構構造體13。亦即，毛細結構構造體13在容器10的長邊方向延伸存在。另外，如圖1所示，在熱管1中，毛細結構構造體13形成於容器10的徑方向之內周面全體。因此，形成容器10的長邊方向的內周面係由層狀的毛細結構構造體13所被覆。
毛細結構構造體13為金屬纖維被燒結後的燒結體。因此，毛細結構構造體13使用金屬纖維材料作為原料。毛細結構構造體13為金屬纖維維持於纖維的狀態下燒結而固化後的態樣。構成燒結體的金屬纖維含有纖維長為0.50mm以上1.8mm以下的範圍、且纖維徑(直徑)為10μm以上50μm以下的範圍之金屬纖維。毛細結構構造體13包含具有上述的纖維長的範圍和纖維徑的範圍之金屬纖維，藉此，熱管1，即使設置於上端熱的姿勢，毛細結構構造體13仍能發揮優良的毛細管力，具有良好的最大熱輸送量，還能夠抑制熱阻抗。因此，能夠發揮優良的熱輸送特性。另外，纖維長係為將金屬纖維伸展為直線時的長度。
毛細結構構造體13，只要是包含纖維長為0.50mm以上1.8mm以下、纖維徑為10μm以上50μm以下的金屬纖維，並未特別限定，但就確實地提高最大熱輸送量同時確實地抑制熱阻抗的觀點而言，構成毛細結構構造體的金屬纖維，其平均纖維長為0.50mm以上1.8mm以下的範圍、平均纖維徑為10μm以上50μm以下的範圍為佳。另外，毛細結構構造體13，就確實地提高最大熱輸送量同時確實地抑制熱阻抗的觀點而言，其含有纖維長為0.80mm以上1.5mm以下的範圍、纖維徑為20μm以上40μm以下的範圍之金屬纖維為佳，構成毛細結構構造體13的金屬纖維，其平均纖維長為0.80mm以上1.5mm以下的範圍、平均纖維徑為20μm以上40μm以下的範圍尤佳。
作為金屬纖維的燒結體的毛細結構構造體13之金屬纖維的纖維長及纖維徑，可以藉由使用對應於燒結體的纖維長及纖維徑的金屬纖維材料作為燒結體的原料，來進行調整。
毛細結構構造體13的孔隙率，未特別限定，例如，就確實地提高最大熱輸送量同時確實地抑制熱阻抗的觀點而言，其為70%以上86%以下的範圍為佳，其為75%以上85%以下的範圍尤佳。毛細結構構造體13的孔隙率之範圍，可以金屬纖維的纖維長及纖維徑和金屬纖維的充填程度來調整。另外，毛細結構構造體的孔隙率，可由毛細結構構造體的質量和體積算出。
如圖1、2所示，容器10的內部空間為空洞部17，空洞部17成為氣相的工作流體流通的蒸氣流路。亦即，在容器10的長邊方向之內周面，作為金屬纖維的燒結體層之毛細結構構造體13的表面成為蒸氣流路的壁面。
容器10的材質並不特別限定，例如，就熱傳導率優良的觀點而言可使用銅、銅合金；就輕量性的觀點而言可使用鋁、鋁合金；就強度改善的觀點而言可使用不鏽鋼等。另外，亦可因應使用狀況，使用錫、錫合金、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金等。
構成毛細結構構造體13的金屬纖維之金屬種類並不特別限定，其可以為例如銅、銅合金、鋁、鋁合金、不鏽鋼、錫、錫合金、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金等。這些可以單獨使用，亦可將2種以上併用。金屬纖維的金屬種類和容器10的金屬種類，可以相同也可以相異，但就更抑制容器10和毛細結構構造體13間的熱阻抗的觀點而言，金屬纖維的金屬種類和容器10的金屬種類相同為佳。
另外，封入容器10的工作流體，係可以因應其與容器10的材料之適合性而適當選擇，其可以為例如水、代用氯氟碳化合物、過氟化合物、環戊烷等，另外，亦可為不凍液。
繼之，說明本發明的第1實施形態例之熱管1的熱輸送的機制。熱管1，當其從與設置在高於另一方的端部12的位置之一方的端部11熱接觸的發熱體(未圖示)受熱時，一方的端部11具有作為蒸發部(受熱部)的功能，工作流體在蒸發部從液相向氣相進行相變化。已經相變化為氣相的工作流體，於容器10的長邊方向從蒸發部朝向作為另一方的端部12之凝縮部(放熱部)，亦即，於重力方向從上方朝向下方流過作為空洞部17的蒸氣流路，藉此，來自發熱體的熱從蒸發部被傳往凝縮部。從蒸發部向凝縮部傳送的來自發熱體的熱，在設置了熱交換手段(未圖示)的凝縮部，氣相的工作流體向液相進行相變化，藉此將其放出為潛熱。在凝縮部被放出的潛熱，透過設置在凝縮部的熱交換手段，從凝縮部向熱管1的外部環境放出。另外，在凝縮部相變化為液相的工作流體，藉由毛細結構構造體13的毛細管力，從凝縮部流回蒸發部，亦即，於重力方向從下方流回上方。
上述第1實施形態例之熱管1中，毛細結構構造體13含有纖維長為0.50mm以上1.8mm以下且纖維徑為10μm以上50μm以下的金屬纖維，藉此，相較於金屬粉燒結後的燒結體，能夠降低流路阻抗，熱管1即使是設置為上端熱的姿勢，亦具有良好的最大熱輸送量，且能抑制熱阻抗，藉此能夠發揮優良的熱輸送特性。
繼之，使用圖3說明本發明的第2實施形態例之熱管。再者，對於與第1實施形態例之熱管相同的構成要素，係使用相同符號說明。圖3(a)圖為本發明的第2實施形態例之熱管之側面剖面圖、(b)圖為說明本發明的第2實施形態例之熱管之正面剖面的(a)圖之B-B剖面圖。
第1實施形態例之熱管中，對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面形狀為略圓形狀，但也可以替換為如圖3(a)、(b)所示般，第2實施形態例之熱管2中，容器10經過扁平加工成為扁平形狀。另外，係使用裸管(內面平滑管)作為容器10。在熱管2中，係與第1實施形態例之熱管相同，在容器10的內面，從一方的端部11到另一方的端部12，沿著容器10的長邊方向，設置作為金屬纖維被燒結後的燒結體之毛細結構構造體13。
熱管2中，相較於在容器內面沿著長邊方向有複數細溝(溝)延伸存在的溝管，藉由使用能夠將容器10的壁厚薄肉化的裸管，能夠確保作為蒸氣流路的空洞部17的尺寸。因此，在熱管2中，即使容器10為扁平形狀，也能獲致所欲的最大熱輸送量。另外，在熱管2中，因為容器10為扁平形狀，所以即使是狹小空間也能設置。
繼之，使用圖4說明本發明的第3實施形態例之熱管。再者，對於與第1、第2實施形態例之熱管相同的構成要素，係使用相同符號說明。圖4的(a)圖為本發明的第3實施形態例之熱管的側面剖面圖、(b)為說明本發明的第3實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖之C-C剖面圖。
第1實施形態例之熱管中，容器可為裸管亦可為溝管，並未特別限定，但也可以替換為如圖4(a)、(b)所示般，第3實施形態例之熱管3中，使用在其內面沿著容器10的長邊方向從一方的端部11到另一方的端部12有複數細溝18延伸存在的溝管，以作為容器10。因此，熱管3中，容器10內面被賦予毛細管力。另外，對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面形狀未經扁平加工，而成為略圓形狀。
和第1、第2實施形態例之熱管一樣，在熱管3中，於容器10的內面，從一方的端部11到另一方的端部12，沿著容器10的長邊方向，設置作為金屬纖維被燒結後的燒結體之毛細結構構造體13。熱管被設置於上端熱的姿勢時，有時候液相的工作流體無法僅憑溝管的毛細管力而順利地從重力方向之下方朝向上方回流。但是，在熱管3中，從容器10之一方的端部11到另一方的端部12設置了作為金屬纖維被燒結後的燒結體的毛細結構構造體13，因此熱管3的毛細管力提高。因此，即使熱管3被設置於上端熱的姿勢，也能發揮良好的熱輸送特性。另外，熱管3中，毛細結構構造體13包含纖維長為0.50mm以上1.8mm以下且纖維徑為10μm以上50μm以下的金屬纖維，藉此，相較於金屬粉被燒結後的燒結體，能夠降低其流路阻抗，即使熱管3被設置於上端熱的姿勢，也能發揮良好的最大熱輸送量。
繼之，使用圖5說明本發明的第4實施形態例之熱管。再者，對於與第1~第3實施形態例之熱管相同的構成要素，係使用相同符號說明。圖5的(a)圖為本發明的第4實施形態例之熱管之側面剖面圖、(b)圖為說明本發明的第4實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖之D-D剖面圖、(c)圖為說明本發明的第4實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖之E-E剖面圖。
第1~第3實施形態例之熱管中，在容器10之一方的端部11到另一方的端部12設置了作為金屬纖維被燒結後的燒結體的毛細結構構造體13，但也可以替換為如圖5(a)、(b)、(c)所示般，在第4實施形態例之熱管4中，作為金屬纖維的燒結體層之毛細結構構造體13係設置於容器10的長邊方向的一部分。另外，熱管4中，使用形成了複數細溝18的溝管以作為容器10。因此，未被毛細結構構造體13被覆的部分中，形成於容器10之內面的細溝18露出。
在容器10的長邊方向當中，設置毛細結構構造體13的部分和未設置毛細結構構造體13的部分，並不特別限定，而是因應熱管4的使用狀況來選擇。熱管4中，在容器10的長邊方向當中，從一方的端部11到作為一方的端部11和另一方的端部12之中間的中間部19設置了毛細結構構造體13，在另一方的端部12未設置毛細結構構造體。
毛細結構構造體13，形成於容器10的徑方向之內周面全體。因此，形成容器10的長邊方向的內周面，其從一方的端部11到中間部19係被層狀的毛細結構構造體13所被覆。亦即，容器10的長邊方向的內周面，在一方的端部11到中間部19，毛細結構構造體13的表面成為蒸氣流路的壁面，在另一方的端部12，容器10的內面成為蒸氣流路的壁面。
熱管4中，因為使用了溝管，所以在一方的端部11到中間部19，在複數細溝18上被覆了毛細結構構造體13。另外，在熱管4中，對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面形狀未經扁平加工，而成為略圓形狀。
熱管4中，例如，在一方的端部11作用為受熱部、另一方的端部12作用為放熱部、中間部19作用為隔熱部的情況下，另一方的端部12之細溝18對於氣相的工作流體相變化為液相有所貢獻，在另一方的端部12從氣相相變化為液相的工作流體，藉由細溝18具有的毛細管力和毛細結構構造體13具有的毛細管力，從放熱部(另一方的端部12)向受熱部(一方的端部11)回流。在熱管4中，從容器10的一方之端部11到中間部19設置了作為金屬纖維被燒結後的燒結體之毛細結構構造體13，在另一方的端部12，具有毛細管力的細溝18露出於其內面，因此，在整個容器10之長邊方向全體都具有毛細管力。因此，熱管4發揮良好的熱輸送特性。
另外，在熱管4中，在中間部19中，氣相的工作流體和液相的工作流體為對向流。但是，毛細結構構造體13能夠防止液相的工作流體因為氣相的工作流體的流動而從細溝18飛散的情況。因此，在熱管4中，提高液相的工作流體之回流特性，結果提高最大熱輸送量。
繼之，使用圖6說明本發明的第5實施形態例之熱管。再者，對於與第1~第4實施形態例之熱管相同的構成要素，係使用相同符號說明。圖6的(a)圖為本發明的第5實施形態例之熱管的側面剖面圖、(b)為說明本發明的第5實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖的F-F剖面圖、(c)圖為說明本發明的第5實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖之G-G剖面圖、(d)圖為說明本發明的第5實施形態例之熱管的正面剖面之(a)圖的H-H剖面圖。
第1~第4實施形態例之熱管中，設置了作為金屬纖維被燒結後的燒結體之毛細結構構造體13，但也可以替換為如圖6(a)、(b)、(c)、(d)所示般，在第5實施形態例之熱管5中，設置了作為金屬纖維被燒結後之燒結體的毛細結構構造體13、以及作為粒子狀的金屬粉被燒結後的燒結體的其他毛細結構構造體23。
在熱管5中具備：設置於容器10的長邊方向之一部分的毛細結構構造體13、以及設置於容器10的長邊方向的其他部分之金屬粉被燒結後的其他毛細結構構造體23。在容器10的長邊方向當中，設置毛細結構構造體13的部分和設置其他毛細結構構造體23的部分並未特別限定，可以因應熱管的使用狀況來選擇。在熱管5中，容器10的長邊方向當中，於一方的端部11設置其他毛細結構構造體23，於中間部19設置毛細結構構造體13。毛細結構構造體13和其他毛細結構構造體23係於容器10的長邊方向連接。
另外，在另一方的端部12，既未設置毛細結構構造體13亦未設置其他毛細結構構造體23。因此，在既未被毛細結構構造體13被覆亦未被其他毛細結構構造體23被覆的另一方的端部12，露出了容器10的內面。
毛細結構構造體13和其他毛細結構構造體23都是形成於容器10的徑方向之內周面全體。因此，形成容器10的長邊方向的內周面，在一方的端部11係被層狀的其他毛細結構構造體23所被覆，在中間部19則被層狀的毛細結構構造體13所被覆。亦即，容器10的長邊方向的內周面，在一方的端部11，其他毛細結構構造體23的表面成為蒸氣流路的壁面，在中間部19，毛細結構構造體13的表面成為蒸氣流路的壁面。另外，在另一方的端部12，容器10的內面成為蒸氣流路的壁面。另外，如圖6(b)所示，其他毛細結構構造體23，其對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面中的厚度約略相同，其對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面中的蒸氣流路之形狀為圓形狀。
作為其他毛細結構構造體23的原料之金屬粉的金屬種類並不特別限定，其可以為例如銅、銅合金等。另外，金屬粉的平均一次粒子徑並不特別限定，其可以為例如10~300μm。
熱管5中，使用形成了複數細溝18的溝管以作為容器10。因此，在一方的端部11中係於複數細溝18上被覆其他毛細結構構造體23，在中間部19中係於複數細溝18上被覆毛細結構構造體13。另外，熱管5中，對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面形狀未經扁平加工，而成為略圓形狀。
熱管5中，例如，在一方的端部11作用為受熱部、另一方的端部12作用為放熱部、中間部19作用為隔熱部的情況下，另一方的端部12之細溝18對於氣相的工作流體相變化為液相有所貢獻，在另一方的端部12從氣相相變化為液相的工作流體，藉由細溝18具有的毛細管力和毛細結構構造體13具有的毛細管力以及其他毛細結構構造體23具有的毛細管力，而從放熱部(另一方的端部12)向受熱部(一方的端部11)回流。在熱管5中，在容器10之一方的端部11設置作為金屬粉被燒結後的燒結體之其他毛細結構構造體23，在中間部19設置和其他毛細結構構造體23連接的作為金屬纖維被燒結後的燒結體的毛細結構構造體13，在另一方的端部12，於其內面露出具有毛細管力的細溝18，因此，在整個容器10之長邊方向全體都具有毛細管力。再者，如圖6(a)所示，其他毛細結構構造體23，其對於容器10的長邊方向垂直相交方向的平均厚度，從隔熱部側到受熱部側都是約略相同。
另外，作為粒子狀的金屬粉被燒結後的燒結體之其他毛細結構構造體23，其液相工作流體的保持力良好，所以，即使熱管5設置於上端熱的姿勢，也能確實地防止其乾掉。
繼之，使用圖7說明本發明的第6實施形態例之熱管。再者，對於與第1~第5實施形態例之熱管相同的構成要素，係使用相同符號說明。圖7為本發明的第6實施形態例之熱管的其他毛細結構構造體之部位的正面剖面。
第5實施形態例之熱管中，對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面中的蒸氣流路的形狀係為圓形狀，但亦可替換之，在第6實施形態例之熱管6中，形成作為空洞部17的蒸氣流路的壁面之其他毛細結構構造體23的表面具有凹凸部60。亦即，其他毛細結構構造體23的對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面形狀具有凹凸部60。凹凸部60中的其他毛細結構構造體23的厚度為，在凸部61處較凹部62處為厚。因此，熱管6中，係為其他毛細結構構造體23表面的面積大於第5實施形態例之熱管的其他毛細結構構造體表面的面積之態樣。
凹凸部60，可以形成在容器10的徑方向的內周面全體，也可以形成在容器10的徑方向的內周面的一部分。在熱管6中，係於容器10的徑方向的內周面全體形成凹凸部60。另外，就其他毛細結構構造體23的容器10之長邊方向而言，凹凸部60可以形成於長邊方向全體，也可以形成於長邊方向的一部分。
對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面中的凹凸部60之形狀並不特別限定，但在熱管6中，凸部61為圓弧狀，凹部62亦為圓弧狀。因此，在熱管6中，在蒸氣流路的壁面上，沿著容器10的內周面，形成圓弧狀突出的凸部61和圓弧狀凹陷的凹部62。基於上述，其他毛細結構構造體23的部位中，對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面中的蒸氣流路之形狀成為花瓣形狀。
在熱管6中，和第5實施形態例之熱管一樣，在一方的端部11作用為受熱部、另一方的端部作用為放熱部、中間部作用為隔熱部的情況下，另一方的端部之細溝18對於氣相的工作流體相變化為液相有所貢獻，在另一方的端部從氣相相變化為液相的工作流體，藉由細溝18具有的毛細管力、作為金屬纖維被燒結後的燒結體的毛細結構構造體具有的毛細管力、以及其他毛細結構構造體23具有的毛細管力，從放熱部(另一方的端部)向受熱部(一方的端部11)回流。和第5實施形態例之熱管一樣，在熱管6中，在容器10的一方之端部11設置作為金屬粉被燒結後的燒結體之其他毛細結構構造體23；在中間部設置和其他毛細結構構造體23連接的作為金屬纖維被燒結後的燒結體的毛細結構構造體；在另一方的端部，於其內面露出具有毛細管力的細溝18，因此，在整個容器10的長邊方向全體都具有毛細管力。
另外，在熱管6中，在其他毛細結構構造體23的凹凸部60當中，在其他毛細結構構造體23的厚度較凸部61薄的凹部62，液相的工作流體朝向氣相之相變化獲得促進。另外，其他毛細結構構造體23具有凹凸部60，藉此，其他毛細結構構造體23表面的面積增大，亦即，液相的工作流體之蒸發面積增大，液相的工作流體向氣相之相變化獲得促進。而且，在其他毛細結構構造體23的厚度較凹部62還要厚的凸部61，對於液相的工作流體發揮優良的回流特性。因此，在熱管6中，由於具有優良的最大熱輸送量，同時還能夠抑制熱阻抗，所以能夠發揮優良的熱輸送特性。
繼之，使用圖8說明本發明的第7實施形態例之熱管。再者，對於與第1~第6實施形態例之熱管相同的構成要素，係使用相同符號說明。圖8為本發明的第7實施形態例之熱管的其他毛細結構構造體之部位的正面剖面。
在第6實施形態例之熱管中，其他毛細結構構造體的凸部為圓弧狀，凹部亦為圓弧狀，在其他毛細結構構造體的部位中的對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中的蒸氣流路的形狀為花瓣形狀，但如圖8所示般，在第7實施形態例之熱管7中，在其他毛細結構構造體23的部位中的對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面中的蒸氣流路(空洞部17)的形狀係為星形形狀。在熱管7中，對於容器10的長邊方向垂直相交方向的剖面中的凹凸部60之凸部61的形狀為V字狀、凹部62的形狀亦為V字狀。
和第6實施形態例之熱管一樣，在熱管7中，其他毛細結構構造體23的凹凸部60當中，在其他毛細結構構造體23的厚度較凸部61還要薄的凹部62，液相的工作流體向氣相之相變化獲得促進。另外，其他毛細結構構造體23具有凹凸部60，藉此其他毛細結構構造體23表面的面積增大，液相的工作流體向氣相之相變化獲得促進。再者，其他毛細結構構造體23的厚度較凹部62還要厚的凸部61，對於液相的工作流體發揮了優良的回流特性。因此，在熱管7中，也和第6實施形態例之熱管一樣，由於具有優良的最大熱輸送量，同時還能夠抑制熱阻抗，所以能夠發揮優良的熱輸送特性。
繼之，說明本發明的熱管之製造方法例。在此係說明上述第1實施形態例之熱管的製造方法例。前述製造方法並未特別限定，例如，將既定形狀的芯棒(例如不鏽鋼製的芯棒)從作為徑方向的剖面形狀為略圓形狀的管材之長邊方向的一方的端部插入。將作為毛細結構構造體的原料之金屬纖維填充於形成在管材的內面和芯棒的外面之間的孔隙部中。繼之，將已填充金屬纖維的管材在還原環境下進行加熱處理以將金屬纖維燒結，藉此製作毛細結構構造體，將芯棒從管材拔出。繼之，留下一方的封入口並將容器(管材)之一方的端部密封，將工作流體從上述封入口注入後，使容器內部進行加熱脫氣、真空脫氣等地脫氣處理以使其成為減壓狀態。之後，可以藉由將封入口密封而製造熱管。
再者，管材的內面，在填充金屬纖維之前，亦可因應需要而進行洗淨處理。藉由洗淨管材的內面能夠防止因為汙染等而造成熱傳導特性的降低。洗淨方法可以為例如溶劑脫脂、電解脫脂、蝕刻、氧化處理等。另外，密封的方法並未特別限定，其可以為例如TIG熔接、阻抗熔接、壓接、焊接等。
繼之，說明本發明的其他實施形態例之熱管。在上述實施形態例中，熱管的容器為管形狀，但容器的形狀並未特別限定，亦可替換為例如平面形狀，亦即平面型熱管。在此情況下，可以藉由將一對板狀部材重疊而形成容器。
另外，在上述第1實施形態例中，形成容器的長邊方向的內周面全體係被毛細結構構造體所被覆，但亦可替換為：形成容器的長邊方向的內周面之一部份被毛細結構構造體所被覆，而在其他部分則露出容器的內面。
另外，在上述第6實施形態例中，在其他毛細結構構造體的部位中的對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中之蒸氣流路的形狀為花瓣形狀，在上述第7實施形態例中，在其他毛細結構構造體的部位中的對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中之蒸氣流路的形狀為星形形狀。但是，前述蒸氣流路的形狀並未特別限定，上述形狀亦可替換為例如：對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中的其他毛細結構構造體的凹凸部之凹部和凸部都是梯形的齒輪形狀。另外，對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中的前述蒸氣流路之形狀亦可為三角形狀、四角形狀、五角形狀等的多角形狀。
另外，在上述第5~第7實施形態例中，其他毛細結構構造體的對於容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度係為從隔熱部(中間部)側到受熱部(一方的端部)側都是約略相同，但也可以將此替換為：其他毛細結構構造體的對於容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度係為從隔熱部(中間部)朝向受熱部(一方的端部)的方向漸次變薄的態樣。亦即，亦可為後述樣態：其他毛細結構構造體的對於容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度為從做為和毛細結構構造體連接的端部的其他毛細結構構造體的連接之一端朝向與該連接之一端相對向的其他毛細結構構造體的另一端的方向漸次變薄。
另外，在上述第1~第3實施形態例中，作為金屬纖維的燒結體之毛細結構構造體係從容器的一方之端部到另一方的端部延伸存在，但此亦可替換為：使得作為金屬纖維的燒結體之毛細結構構造體的一部分為做為粒子狀的金屬粉被燒結後的燒結體之其他毛細結構構造體。在此情況下，毛細結構構造體和其他毛細結構構造體連接，由毛細結構構造體和其他毛細結構構造體構成的毛細結構部係從容器的一方之端部到另一方的端部延伸存在。
另外，由毛細結構構造體和其他毛細結構構造體構成的毛細結構部係為從容器的一方之端部到另一方的端部延伸存在的上述態樣中，其他毛細結構構造體的對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中的厚度約略相同，對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中的蒸氣流路的形狀為圓形狀亦可。另外，其他毛細結構構造體的對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面形狀具有凹凸部亦可。在此情況下，對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中的其他毛細結構構造體的厚度係為凸部較凹部還要厚，形成蒸氣流路的壁面之其他毛細結構構造體的表面具有凹凸部。其成為如下的樣態：具有凹凸部的其他毛細結構構造體表面之面積較平均厚度略同的其他毛細結構構造體表面的面積還要增加。
在毛細結構部從容器的一方之端部到另一方的端部延伸存在的態樣中，凹凸部可以形成於容器的徑方向的內周面全體，也可以形成於容器的徑方向的內周面之一部份。另外，對於其他毛細結構構造體的容器之長邊方向，凹凸部可以形成於長邊方向全體，也可以形成於長邊方向的一部。
毛細結構部從容器的一方之端部到另一方的端部延伸存在的態樣中，其他毛細結構構造體的部位中的對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中之蒸氣流路的形狀，並未特別限定，但可以為例如花瓣形狀、星形形狀、齒輪形狀等的具有凹凸部的形狀。另外，其他毛細結構構造體的部位中的對於容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中之蒸氣流路的形狀亦可為三角形狀、四角形狀、五角形狀等的多角形狀。
其他毛細結構構造體可以設置在例如作用為受熱部的部位。在此態樣中，即使被設置為上端熱的姿勢，毛細結構部亦發揮優良的毛細管力，具有優良的最大熱輸送量。
毛細結構部從容器的一方之端部到另一方的端部延伸存在的態樣中，在其他毛細結構構造體的凹凸部當中，在其他毛細結構構造體的厚度較凸部薄的凹部，液相的工作流體向氣相之相變化獲得促進。另外，其他毛細結構構造體具有凹凸部，藉此，其他毛細結構構造體表面的面積增大，液相的工作流體向氣相之相變化獲得促進。而且，在其他毛細結構構造體的厚度較凹部還要厚的凸部，對於液相的工作流體發揮優良的回流特性。因此，毛細結構部從容器的一方之端部到另一方的端部延伸存在的熱管中，因為也具有優良的最大熱輸送量，且能夠抑制熱阻抗，所以能夠發揮優良的熱輸送特性。
另外，蒸氣流路的形狀為三角形狀、四角形狀、五角形狀等的多角形狀時，也形成其他毛細結構構造體的厚度厚的部位和薄的部位，因此，其他毛細結構構造體表面的面積增大，液相的工作流體向氣相進行之相變化獲得促進。而且，在其他毛細結構構造體的厚度厚的部位，對於液相的工作流體發揮優良的回流特性。
另外，毛細結構部從容器的一方之端部到另一方的端部延伸存在的態樣中，其他毛細結構構造體，其對於容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度亦可為：從另一方的端部側到一方的端部側都是約略相同。另外，對於容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度亦可為：從另一方的端部朝向一方的端部的方向漸次變薄。亦即，亦可為如後的樣態：其他毛細結構構造體的對於容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度為：從作為與毛細結構構造體連接之端部的其他毛細結構構造體的連接之一端朝向與該連接之一端相對向的其他毛細結構構造體的另一端的方向漸次變薄。
[實施例]
繼之，說明本發明的實施例，但本發明只要未脫離其主旨，並不限定於這些例子。
實施例的熱管
使用圖1、2所示的本發明之第1實施形態例之態樣的熱管作為熱管。假設熱管的徑方向之剖面為圓形，熱管的長度為300mm，直徑為10mm，毛細結構構造體的平均厚度為1.7mm。毛細結構構造體設置於形成銅製容器的長邊方向的內周面全體。構成毛細結構構造體的金屬纖維為銅的纖維，假設有纖維長0.9mm×纖維徑30μm、纖維長1.4mm×纖維徑30μm之2種。
比較例的熱管
除了使金屬纖維的尺寸為纖維長0.4mm×纖維徑30μm、纖維長1.9mm×纖維徑30μm、纖維長2.9mm×纖維徑30μm之外，係與實施例相同。
參考例的熱管
不使用金屬纖維，而將平均粒子徑0.1mm的銅粉燒結，製作由銅粉的燒結體構成的毛細結構構造體。
在熱管的一方之端部安裝發熱體(發熱量30W~150W)作為蒸發部，在另一方的端部安裝熱交換手段作為凝縮部，在蒸發部和凝縮部之間安裝隔熱材作為隔熱部，以相對於水平方向呈現22°之傾斜將其設置為蒸發部側位於高於凝縮部側的位置。在此使用條件下，如後述般測定最大熱輸送量(Qmax)和熱阻抗。
孔隙率(%)
測定收容在作為容器的銅管中的金屬纖維之質量，從該銅管和芯棒的大小算出金屬纖維的燒結體的體積，使用金屬纖維的質量和金屬纖維的燒結體之體積算出填充率，從(100-填充率)算出孔隙率。
(1)最大熱輸送量(Qmax)(W)
將輸入熱量從30W開始逐次增加10W，蒸發部的溫度即將變為非固定之前的輸入熱量的大小作為最大熱輸送量。
評價
相對於參考例的熱管，已得到優良的最大熱輸送量：○
相對於參考例的熱管，最大熱輸送量已降低：×
(2)熱阻抗(℃/W)
輸入熱量為最大熱輸送量時的蒸發部之溫度和隔熱部之溫度的差除以輸入熱量後的值作為蒸發部的熱阻抗，凝縮部之溫度和隔熱部之溫度的差除以輸入熱量後的值作為凝縮部的熱阻抗、蒸發部之溫度和凝縮部之溫度的差除以輸入熱量後的值作為熱管全體的熱阻抗。
評價
相對於參考例的熱管，熱管全體的熱阻抗已降低：○
相對於參考例的熱管，熱管全體的熱阻抗已增大：×
測定結果的實測值顯示於下記表1，基於表1的實測值之評價結果顯示於下記表2，測定結果的實測值的圖表顯示於圖9。
[表1]
[表2]
從表1、2及圖9的結果可知：在金屬纖維徑30μm×金屬纖維長0.9mm的實施例1及金屬纖維徑30μm×金屬纖維長1.4mm的實施例2中，具有優良的最大熱輸送量，而且能夠抑制熱阻抗，因此能夠發揮優良的熱輸送特性。另一方面，在金屬纖維徑30μm×金屬纖維長0.4mm的比較例1中，最大熱輸送量降低，在金屬纖維徑30μm×金屬纖維長1.9mm的比較例2及金屬纖維徑30μm×金屬纖維長2.9mm的比較例3中，無法抑制熱阻抗。
[產業上的利用可能性]
本發明的熱管，其即使是設置為上端熱的姿勢，亦具有良好的最大熱輸送量，且能抑制熱阻抗，結果發揮優良的熱輸送特性，因此能夠利用於例如搭載於電氣/電子機器的半導體元件等的電子零件的領域中。
1、2、3、4、5、6、7‧‧‧熱管
10‧‧‧容器
11‧‧‧端部
12‧‧‧端部
13‧‧‧毛細結構構造體
17‧‧‧空洞部
18‧‧‧細溝
19‧‧‧中間部
23‧‧‧其他毛細結構構造體
60‧‧‧凹凸部
61‧‧‧凸部
62‧‧‧凹部
[圖1] 為本發明的第1實施形態例之熱管之正面剖面圖。
[圖2] 為說明本發明的第1實施形態例之熱管的側面剖面的圖1之A-A剖面圖。
[圖3] (a)圖為本發明的第2實施形態例之熱管之側面剖面圖、(b)圖為說明本發明的第2實施形態例之熱管之正面剖面的(a)圖之B-B剖面圖。
[圖4] (a)圖為本發明的第3實施形態例之熱管的側面剖面圖、(b)圖為說明本發明的第3實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖之C-C剖面圖。
[圖5] (a)圖為本發明的第4實施形態例之熱管之側面剖面圖、(b)圖為說明本發明的第4實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖之D-D剖面圖、(c)圖為說明本發明的第4實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖之E-E剖面圖。
[圖6] (a)圖為本發明的第5實施形態例之熱管的側面剖面圖、(b)圖為說明本發明的第5實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖的F-F剖面圖、(c)圖為說明本發明的第5實施形態例之熱管的正面剖面的(a)圖之G-G剖面圖、(d)圖為說明本發明的第5實施形態例之熱管的正面剖面之(a)圖的H-H剖面圖。
[圖7] 為本發明的第6實施形態例之熱管之正面剖面圖。
[圖8] 為本發明的第7實施形態例之熱管之正面剖面圖。
[圖9] 為表示本發明的實施例及比較例之測定結果之表格。

Claims (18)

  1. 一種熱管，其包括： 具有被密封的內部空間的容器； 設置於前述容器的內面之金屬纖維被燒結後的毛細結構構造體； 被封入前述容器的內部空間的工作流體； 前述金屬纖維含有纖維長為0.50mm以上1.8mm以下而且纖維徑為10μm以上50μm以下的金屬纖維。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的熱管，前述金屬纖維，其平均纖維長為0.50mm以上1.8mm以下而且平均纖維徑為10μm以上50μm以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載的熱管，前述毛細結構構造體的孔隙率為70%以上86%以下。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所記載的熱管，前述金屬纖維的金屬種類為從銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金及不鏽鋼構成的群當中選擇的至少1種。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所記載的熱管，前述容器為管形狀或平面形狀。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所記載的熱管，前述容器為金屬製，前述容器的金屬種類和前述金屬纖維的金屬種類相同。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所記載的熱管，前述容器為裸管。
  8. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所記載的熱管，前述容器為溝管。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項所記載的熱管，前述毛細結構構造體於前述容器的長邊方向上從一方的端部到另一方的端部延伸存在。
  10. 如申請專利範圍第1至8項中任一項所記載的熱管，前述毛細結構構造體係設置於前述容器的長邊方向的一部分。
  11. 如申請專利範圍第1至8項及第10項中任一項所記載的熱管，其包括： 設置於前述容器的長邊方向之一部分的前述毛細結構構造體、以及設置於前述容器的長邊方向的其他部分的金屬粉被燒結後的其他毛細結構構造體。
  12. 如申請專利範圍第1至8項及第10項中任一項所記載的熱管，其具有毛細結構部， 該毛細結構部具有： 設置於前述容器的長邊方向之一部分的前述毛細結構構造體、以及設置於和前述毛細結構構造體在前述容器的長邊方向連接的前述容器之長邊方向的其他部分的金屬粉被燒結後的其他毛細結構構造體； 前述毛細結構部，在前述容器的長邊方向上從一方的端部到另一方的端部延伸存在。
  13. 如申請專利範圍第11項所記載的熱管，前述毛細結構構造體，係和前述其他毛細結構構造體於前述容器的長邊方向連接。
  14. 如申請專利範圍第11或13項所記載的熱管，前述容器為溝管，在受熱部具備前述其他毛細結構構造體，在作為前述受熱部和放熱部之中間部的隔熱部具有前述毛細結構構造體。
  15. 如申請專利範圍第12項所記載的熱管，前述容器為溝管，在受熱部具備前述其他毛細結構構造體。
  16. 如申請專利範圍第14或15項所記載的熱管，前述其他毛細結構構造體的部位中，在對於前述容器的長邊方向垂直相交方向的剖面中的蒸氣流路的形狀為，至少一部分具有花瓣形狀、星形形狀、多角形狀或齒輪形狀。
  17. 如申請專利範圍第14項所記載的熱管，前述其他毛細結構構造體的對於前述容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度為，從前述隔熱部朝向前述受熱部的方向漸次變薄。
  18. 如申請專利範圍第15項所記載的熱管，前述其他毛細結構構造體的對於前述容器的長邊方向垂直相交方向的平均厚度為，從和前述毛細結構構造體連接的連接之一端朝向與該連接之一端相對的另一端的方向漸次變薄。
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