WO2018190375A1 - ヒートパイプ - Google Patents

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WO2018190375A1
WO2018190375A1 PCT/JP2018/015246 JP2018015246W WO2018190375A1 WO 2018190375 A1 WO2018190375 A1 WO 2018190375A1 JP 2018015246 W JP2018015246 W JP 2018015246W WO 2018190375 A1 WO2018190375 A1 WO 2018190375A1
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WO
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sintered
container
heat pipe
sintered body
powder
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PCT/JP2018/015246
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French (fr)
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義勝 稲垣
博史 青木
高橋　和也
伊藤　信一
秀太 引地
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古河電気工業株式会社
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Publication date
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Priority to US17/860,630 priority patent/US11828539B2/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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    • F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/18—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes sintered

Definitions

  • the present invention relates to a heat pipe having a good maximum heat transport amount and a low heat resistance and excellent heat transport characteristics.
  • a heat pipe may be used as a cooling method for electronic components.
  • heat pipes may be installed in cold regions.
  • the working fluid sealed in the container may freeze and the heat pipe may not operate smoothly. Therefore, when the working fluid is frozen by the heat pipe type cooler in which the amount of the working fluid of at least one of the plurality of heat pipes is 35 to 65% of the amount of the working fluid of the other heat pipes, First, it is proposed to shorten the time required for starting by first melting the working fluid of a heat pipe having a small amount of working fluid and a small heat capacity (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 since the working fluid is still easily frozen in a cold region, there is a problem that the volume may expand when the working fluid is frozen, and the container may be deformed or destroyed. Further, when the container is deformed, there is a problem that it may hit and damage other members such as a liquid crystal or a battery arranged around the heat pipe. Furthermore, since the clearance inside the container of the heat pipe is narrow, there has been a problem that deformation and destruction of the container may become more remarkable due to volume expansion due to freezing of the working fluid.
  • heat pipes may be installed in a cold area in a bottom heat state where the longitudinal direction of the container is approximately parallel to the direction of gravity.
  • the heat pipe When the heat pipe is installed in a bottom heat posture, particularly in a state where the heat pipe is not operating, the liquid-phase working fluid is stored in the bottom of the container.
  • the frequency with which the container is deformed and destroyed becomes higher.
  • antifreeze is used to prevent the working fluid from freezing, or if the container is thickened to prevent deformation or destruction of the container due to freezing of the working fluid, the heat transport characteristics of the heat pipe will be reduced. There was a problem that.
  • the present invention is installed in a bottom heat posture in which the longitudinal direction of the container is substantially parallel to the direction of gravity in a cold region, and can prevent deformation of the container even when the working fluid freezes.
  • An object of the present invention is to provide a heat pipe having excellent heat transport characteristics.
  • An aspect of the present invention is a container having a tubular shape in which an end face of one end and an end face of the other end are sealed, and an inner wall surface in which a groove is formed, and one end of the container
  • a heat pipe provided with a sintered body layer in which powder is sintered and a working fluid sealed in a cavity of the container, the sintered body layer, A first sintered portion located on the end face side of the one end portion, and a second sintered portion continuous with the first sintered portion and located on the other end portion side.
  • a heat pipe in which the average primary particle diameter of the first powder as the raw material of the first sintered part is smaller than the average primary particle diameter of the second powder as the raw material of the second sintered part It is.
  • the sintered body layer is provided on at least one end of the inner wall surface of the container. Further, the container inner wall surface has a portion where the groove portion is exposed and a portion covered with the sintered body layer.
  • the sintered body layer having the first sintered portion and the second sintered portion a boundary portion between the first sintered portion and the second sintered portion is formed.
  • the average primary particle diameter of the first powder serving as the raw material of the first sintered part is smaller than the average primary particle diameter of the second powder serving as the raw material of the second sintered part
  • the capillary force of the first sintered part is larger than the capillary force of the second sintered part, and the flow resistance against the liquid-phase working fluid in the second sintered part is the first sintered part. Smaller than inside.
  • the longitudinal direction of a container is installed in the attitude
  • the portion corresponding to the heat receiving portion functions as the heat receiving portion and the other end portion functions as the heat radiating portion
  • the liquid-phase working fluid recirculated from the heat radiating portion to the end surface of one end of the container and the vicinity thereof is relatively capillary Due to the capillary action of the first sintered part having a large diameter, the inside of the first sintered part is smoothly diffused from the end face of one end part and the vicinity thereof to the second sintered part direction (substantially opposite to the gravitational direction).
  • the liquid-phase working fluid diffused in the first sintered portion receives heat from the object to be cooled, and changes in phase from the liquid phase to the gas phase.
  • the working fluid whose phase has changed from the liquid phase to the gas phase flows from the heat receiving portion to the heat radiating portion and releases latent heat at the heat radiating portion.
  • the working fluid that has changed its phase from the gas phase to the liquid phase by releasing the latent heat is refluxed from the heat radiating portion of the container to the end surface of one end portion and the vicinity thereof by the capillary force and gravity of the groove portion.
  • the liquid-phase working fluid that has recirculated to the end surface of one end of the container and the vicinity thereof does not accumulate in the end surface of the one end and the vicinity thereof,
  • An aspect of the present invention includes a container having an inner wall surface in which an end surface of one end portion and an end surface of the other end portion are sealed and a groove portion is formed, and a longitudinal center portion of the container
  • a heat pipe provided with a sintered body layer in which powder is sintered and a working fluid sealed in a cavity of the container, the sintered body layer, A first sintered portion located in the central portion of the sintered body layer; and a second sintered portion that is continuous with the first sintered portion and located at both ends of the sintered body layer.
  • the average primary particle diameter of the first powder serving as the raw material of the first sintered part is smaller than the average primary particle diameter of the second powder serving as the raw material of the second sintered part It is a heat pipe.
  • An aspect of the present invention is a heat pipe in which a ratio of an average primary particle diameter of the first powder to an average primary particle diameter of the second powder is 0.3 to 0.9.
  • An aspect of the present invention is a heat pipe further provided with a convex sintered body in which a powder is sintered protruding from the sintered body layer in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the container.
  • An aspect of the present invention is a heat pipe in which the thickness (T1) of the container at the bottom of the groove / the thickness (T2) of the sintered body layer at the top of the groove is 0.30 to 0.80. is there.
  • An aspect of the present invention is a heat pipe in which the area of the sintered body layer (A1) / the area of the cavity (A2) is 0.30 to 0.80 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the container. is there.
  • An aspect of the present invention is a heat pipe in which the length of the first sintered portion / the length of the second sintered portion is 0.2 to 3.0 in the longitudinal direction of the container.
  • the average primary particle diameter of the first powder serving as the raw material for the first sintered portion is equal to the average primary particle diameter of the second powder serving as the raw material for the second sintered portion. Since the capillary force of the first sintered part is larger than the capillary force of the second sintered part, the longitudinal direction of the container is reduced by gravity by using the first sintered part as the heat receiving part. Even when installed in a bottom heat position substantially parallel to the direction, dry-out of the liquid-phase working fluid in the heat receiving section can be reliably prevented, and excellent heat transport characteristics can be exhibited.
  • the liquid-phase operation is performed even when the heat pipe is not operating.
  • the fluid quickly diffuses inside the second sintered part through the first sintered part. Therefore, even when the heat pipe is not in operation, the liquid phase working fluid can be prevented from accumulating in the end surface of one end of the container provided with the first sintered portion and in the vicinity thereof. Freezing of the working fluid is suppressed.
  • the liquid-phase working fluid freezes at one end of the container, local accumulation of the liquid-phase working fluid is prevented, so that local volume expansion of the working fluid is alleviated. , Can prevent deformation of the container.
  • the liquid phase working fluid can be prevented from collecting in the central portion of the container provided with the first sintered portion, so that freezing of the liquid phase working fluid is suppressed.
  • the liquid-phase working fluid freezes at the center of the container, the local accumulation of the liquid-phase working fluid is prevented, so the local volume expansion of the working fluid is alleviated and the container is deformed. Can be prevented.
  • the ratio of the average primary particle diameter of the first powder to the average primary particle diameter of the second powder is 0.3 to 0.9, the first sintering The capillary force inside the part and the flow resistance reduction performance inside the second sintered part can be improved in a balanced manner.
  • the convex sintered body protruding from the sintered body layer is further provided, the local liquid pool of the liquid-phase working fluid is further reduced. Deformation can be prevented more reliably.
  • the thickness (T1) of the container at the bottom of the groove / the thickness (T2) of the sintered body layer at the top of the groove is 0.30 to 0.80.
  • the area (A1) of the sintered body layer / the area (A2) of the cavity is 0.30 to 0.80, or (the area (A1) of the sintered body layer + convex Gas-phase operation while reliably preventing the accumulation of liquid-phase working fluid by the area-shaped sintered body area (A3)) / cavity area (A2) being 1.2 to 2.0 Excellent fluidity of the fluid can be obtained.
  • (A) is a side sectional view of a heat pipe according to a first embodiment of the present invention
  • (b) is an AA sectional view of (a).
  • the heat pipe 1 is a tubular container 10 in which the end face of one end 11 and the end face of the other end 12 are sealed,
  • the powder provided on the inner wall surface of one end 11 of the container 10 and the groove 13 made of a plurality of fine grooves formed along the longitudinal direction of the container 10 on the inner wall of the container 10 was sintered.
  • a sintered body layer 14 and a working fluid (not shown) sealed in the cavity 17 of the container 10 are provided.
  • the container 10 is a sealed substantially straight tube material, and has a substantially circular cross-sectional shape in a direction perpendicular to the longitudinal direction (that is, perpendicular to the longitudinal direction).
  • the thickness of the container 10 is not particularly limited, but is, for example, 50 to 1000 ⁇ m.
  • the dimension in the radial direction of the container 10 is not particularly limited, but is, for example, 5 to 20 mm.
  • the inner wall surface of the container 10 has a groove portion formed of a plurality of narrow grooves along the longitudinal direction of the container 10 from one end portion 11 to the other end portion 12. That is, a groove is formed. Further, the groove 13 is formed on the entire inner peripheral surface of the container 10.
  • one end portion 11 is provided with a sintered body layer 14 in which powder is sintered.
  • the sintered body layer 14 is formed on the entire inner peripheral surface of the container 10. Therefore, the groove 13 is covered with the sintered body layer 14 on the inner wall surface of the one end 11.
  • the sintered body layer 14 is not provided at the other end portion 12 and the central portion 19 of the container 10. Therefore, the groove portion 13 is exposed to the internal space (the hollow portion 17) of the container 10 at the other end portion 12 and the central portion 19 of the container 10.
  • the sintered body layer 14 is continuous with the first sintered portion 15 adjacent to the end face of the one end portion 12 and the first sintered portion 15 and is located on the other end portion 12 side. And a sintered part 16. A boundary 18 is formed at the boundary between the first sintered portion 15 and the second sintered portion 16. In the heat pipe 1, the first sintered portion 15 is also provided on the end surface of the one end portion 12.
  • the first sintered portion 15 is a sintered body of the first powder
  • the second sintered portion 16 is a sintered body of the second powder.
  • the average primary particle diameter of the first powder that is the raw material of the first sintered portion 15 is smaller than the average primary particle diameter of the second powder that is the raw material of the second sintered portion 16. Therefore, the average value of the cross-sectional areas of the voids formed in the second sintered portion 16 is larger than the average value of the cross-sectional areas of the voids formed in the first sintered portion 15. ing. That is, since the average primary particle diameter of the first powder is smaller than the average primary particle diameter of the second powder, the capillary force of the first sintered portion 15 is greater than the capillary force of the second sintered portion 16.
  • the flow resistance of the liquid-phase working fluid in the second sintered portion 16 is smaller than the flow resistance of the liquid-phase working fluid in the first sintered portion 15.
  • the ratio of the average primary particle diameter of the first powder to the average primary particle diameter of the second powder is not particularly limited, but the capillary force inside the first sintered portion 15 and the second sintered portion 16 are not limited. From the viewpoint of reducing the internal channel resistance, 0.3 to 0.9 is preferable, and 0.4 to 0.8 is particularly preferable.
  • the average primary particle diameter of the first powder is smaller than the average primary particle diameter of the second powder, the average primary particle diameter of the first powder and the average primary particle of the second powder
  • the particle diameter is not particularly limited.
  • the average primary particle diameter of the first powder is preferably 10 ⁇ m or more and less than 90 ⁇ m
  • the average primary particle diameter of the second powder is preferably 90 ⁇ m or more and 250 ⁇ m or less.
  • a powder in the range of the average primary particle diameter can be obtained.
  • the internal space of the container 10 is a hollow portion 17, and the hollow portion 17 is a vapor flow path for a gas-phase working fluid. That is, the surface of the sintered body layer 14 is formed at one end 11 of the container 10, and the inner wall surface of the container 10 in which the groove 13 is formed at the other end 12 and the center 19 of the container 10, respectively. It is the wall surface of the flow path.
  • the value of the thickness (T1) of the container 10 at the bottom of the narrow groove constituting the groove 13 / the thickness (T2) of the sintered body layer 14 at the top of the fine groove constituting the groove is not particularly limited. Is preferably 0.30 or more, more preferably 0.40 or more, and particularly preferably 0.45 or more from the viewpoint of reliably preventing the accumulation of the working fluid. On the other hand, the upper limit of (T1) / (T2) is preferably 0.80 or less from the viewpoint of the flowability of the gas phase working fluid.
  • the value of the area (A 1) of the sintered body layer 14 / the area (A 2) of the cavity portion 17 is not particularly limited. From the point of prevention, 0.30 or more is preferable, 0.40 or more is more preferable, and 0.45 or more is particularly preferable. On the other hand, the above (A1) / (A2) is preferably 0.80 or less from the viewpoint of the flowability of the gas phase working fluid.
  • the value of the length of the first sintered portion 15 (L1) / the length of the second sintered portion 16 (L2) is not particularly limited. From the viewpoint of reliably preventing the liquid-phase working fluid from being dried out and collecting liquid, it is preferably 0.2 to 3.0, and particularly preferably 0.7 to 1.7.
  • the material of the container 10 is not particularly limited, and for example, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy from the viewpoint of lightness, stainless steel, etc. from the viewpoint of improvement in strength can be used from the viewpoint of excellent thermal conductivity. .
  • tin, a tin alloy, titanium, a titanium alloy, nickel, a nickel alloy, or the like may be used depending on the use situation.
  • the material of the first powder and the second powder that are the raw material of the sintered body layer 14 is not particularly limited, and examples thereof include powder containing metal powder. Specific examples include copper powder. And metal powder such as stainless steel powder, mixed powder of copper powder and carbon powder, nanoparticles of the powder, and the like.
  • examples of the sintered body layer 14 include a sintered body of powder containing metal powder, and specific examples include sintered bodies of metal powder such as copper powder and stainless steel powder, copper powder and carbon powder. And sintered powders of the above-mentioned powder nanoparticles.
  • the material of the first powder and the material of the second powder may be the same or different.
  • the working fluid sealed in the container 10 can be appropriately selected according to the compatibility with the material of the container 10, and examples thereof include water, alternative chlorofluorocarbon, perfluorocarbon, and cyclopentane.
  • the heat transport mechanism of the heat pipe 1 When the heat pipe 1 receives heat from a heating element (not shown) thermally connected at a portion of the one end portion 11 where the first sintered portion 15 is provided, Of these, the portion where the first sintered portion 15 is provided functions as a heat receiving portion, and the working fluid changes phase from the liquid phase to the gas phase at the heat receiving portion.
  • the working fluid that has changed to the gas phase flows through the vapor flow path that is the hollow portion 17 from the heat receiving portion to the heat radiating portion that is the other end portion 12 in the longitudinal direction of the container 10. It is transported from the heat receiving part to the heat radiating part.
  • Heat from the heating element transported from the heat receiving part to the heat radiating part is released as latent heat by the gas phase working fluid changing to the liquid phase at the heat radiating part provided with heat exchange means (not shown). Is done.
  • the latent heat released in the heat radiating part is released from the heat radiating part to the external environment of the heat pipe 1 by heat exchange means provided in the heat radiating part.
  • the working fluid that has changed to the liquid phase in the heat radiating portion is returned from the heat radiating portion to the heat receiving portion by the capillary force of the groove 13.
  • the groove portion 13 has a smaller flow path resistance to the working fluid than the sintered body layer 14, the working fluid phase-changed in the liquid phase at the heat radiating portion is smoothly returned from the heat radiating portion to the heat receiving portion. .
  • the average primary particle diameter of the first powder that is the raw material of the first sintered portion 15 is the second powder that is the raw material of the second sintered portion 16. Since it is smaller than the average primary particle diameter of the body, the capillary force of the first sintered portion 15 is larger than the capillary force of the second sintered portion 16. Therefore, by setting the first sintered portion 15 as the heat receiving portion, even if the container 10 is installed in a bottom heat posture in a direction parallel to the gravity direction, the liquid-phase working fluid in the heat receiving portion Dryout can be reliably prevented and excellent heat transport properties can be exhibited.
  • the flow path resistance with respect to the liquid-phase working fluid in the second sintered portion 16 is smaller than that in the first sintered portion 15, the liquid-phase operation is performed even when the heat pipe 1 is not operating.
  • the fluid quickly diffuses from the end surface of the one end portion 11 of the container 10 and the vicinity thereof into the second sintered portion 16 through the first sintered portion 15. Therefore, even when the heat pipe 1 is not in operation, the liquid phase working fluid can be prevented from accumulating at the end face of the one end portion 11 of the container 10 and in the vicinity thereof, so that freezing of the liquid phase working fluid is suppressed.
  • the liquid-phase working fluid is frozen, the local accumulation of the liquid-phase working fluid (the end surface of the one end portion 11 and the liquid pool in the vicinity thereof) is prevented.
  • the volume expansion can be relaxed and the deformation of the container 10 can be prevented.
  • the convex sintering is performed by projecting powder from the sintered body layer 14.
  • a body 24 is further provided.
  • the sintered body layer 14 and the convex sintered body 24 are continuous.
  • one convex sintered body 24 is provided, and the tip (top) portion of the convex sintered body 24 is not in contact with the opposing sintered body layer 14.
  • the convex sintered body 24 extends from the first sintered portion 15 to the second sintered portion 16. That is, the convex sintered body 24 is provided in the first sintered portion 15 and the second sintered portion 16.
  • the convex sintered body 24 in the first sintered portion 15 is a sintered body using the first powder as a raw material.
  • the convex sintered body 24 in the second sintered portion 16 is a sintered body using the second powder as a raw material.
  • (area of the sintered body 14 (A1) + area of the convex sintered body 24 (A3)) / area of the cavity 17 (A2) is not particularly limited. From the viewpoint of reliably preventing the liquid phase working fluid from being retained, 1.2 or more is preferable, and 1.3 or more is particularly preferable. On the other hand, the upper limit of the value of ((A1) + (A3)) / (A2) is preferably 2.0 or less from the viewpoint of the flowability of the gas phase working fluid.
  • the convex sintered body 24 is further provided, not only the sintered body layer 14 disposed in the vicinity of the outer periphery of the container 10 but also the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the container 10 Since it also diffuses into the convex sintered body 24 extending in the center direction, local liquid accumulation is further reduced, and deformation of the container can be prevented more reliably.
  • the heat pipe 3 according to the third embodiment has a convex shape.
  • a plurality of (two in FIG. 3) shaped sintered bodies are provided. That is, in the heat pipe 3, the convex sintered body 24 includes a first convex sintered body 24-1 and a second convex sintered body facing the first convex sintered body 24-1. 24-2. In the heat pipe 3, the first convex sintered body 24-1 and the second convex sintered body 24-2 are not in contact with each other.
  • the convex sintered body 24 is further provided, so that the liquid-phase working fluid has a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the container 10 as well as the sintered body layer 14 in the vicinity of the outer periphery of the container 10. , The diffusion also occurs in the convex sintered body 24 extending in the direction of the center thereof, so that the local liquid pool is further reduced and the deformation of the container can be prevented more reliably.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the container is substantially circular, but instead of this, as shown in FIG.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the container 10 is a flat shape including a flat portion and a semi-elliptical portion. That is, the container 10 is flattened. Even in the state where the heat pipe 4 or the heat pipe 4 is not operating, the liquid phase working fluid can be prevented from being accumulated in the end surface of the one end portion 11 of the container 10 and in the vicinity thereof.
  • the container 10 of the heat pipe 4 has a flat part, the thermal connectivity with the heat generating body which is a to-be-cooled body improves.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the container was substantially circular, but instead of this, FIG.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the container 10 is a flat shape including a flat portion and a semi-elliptical portion.
  • the liquid phase working fluid can be prevented from collecting in the end surface of the one end portion 11 of the container 10 and in the vicinity thereof.
  • the container 10 of the heat pipe 5 has a flat part, the thermal connectivity with the heat generating body which is a to-be-cooled body improves.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the container was substantially circular, but instead of this, FIG. 6, in the heat pipe 6 according to the sixth embodiment, the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the container 10 is a flat shape including a flat portion and a semi-elliptical portion. . Even in the state where the heat pipe 6 or the heat pipe 6 is not operating, the liquid phase working fluid can be prevented from being accumulated in the end surface of the one end portion 11 of the container 10 and in the vicinity thereof. Moreover, since the container 10 of the heat pipe 6 has a flat part, the thermal connectivity with the heat generating body which is a to-be-cooled body improves.
  • the sintered body layer was provided at one end of the heat pipe, but instead of this, as shown in FIG. 7, in the heat pipe 7 according to the seventh embodiment, The sintered body layer 14 is provided at the center portion in the longitudinal direction of the container 10, and the sintered body layer 14 is not provided at both ends in the longitudinal direction of the container 10. Therefore, at both ends of the container 10, the groove 13 is exposed to the internal space (the hollow portion 17) of the container 10.
  • the shape of the container 10 in the longitudinal direction is substantially U-shaped, and two bent portions 70 are formed in the longitudinal direction of the container 10.
  • the sintered body layer 14 is provided in two bent portions 70 (one bent portion 70-1 and the other bent portion 70-2) that form a substantially U shape and in the vicinity thereof. Accordingly, the sintered body layer 14 is provided at least from one bent portion 70-1 to the other bent portion 70-2.
  • the first sintered portion 15 is provided at the center in the longitudinal direction of the sintered body layer 14, and the second sintered portion 16 that is continuous with the first sintered portion 15 includes the sintered body layer 14.
  • the same effect as described above is obtained when the central portion of the container 10 in the longitudinal direction is a heat receiving portion thermally connected to the heating element 100, and both end portions in the longitudinal direction of the container 10 are heat radiating portions. Demonstrate.
  • the position of the first sintered portion 15 is not particularly limited as long as it is a central portion in the longitudinal direction of the sintered body layer 14.
  • the first sintered portion 15 includes one bent portion 70-1 and the first sintered portion 15. It is provided between the other bent portions 70-2. Accordingly, two boundary portions 18 that are boundaries between the first sintered portion 15 and the second sintered portion 16 are formed between the one bent portion 70-1 and the other bent portion 70-2. ing.
  • the second sintered portion 16 that is continuous with both ends of the first sintered portion 15 extends to the end portion direction of the container 10 from the two bent portions 70. That is, the second sintered portion 16 extends from the bent portion 70 of the container 10 toward the end portion of the container 10 by a predetermined length. Accordingly, the inner peripheral surfaces of the two bent portions 70 are both covered with the second sintered portion 16.
  • the thickness is not particularly limited.
  • the length of the second sintered portion 16 extending from the inner bent portion 71 in FIG. 7 toward the end of the container 10 is, for example, the outer diameter of the container 10. 0.20 times to 5.0 times is preferable, and 0.5 times to 2.0 times is particularly preferable. Even when the heat pipe 7 is not in operation, the length of the second sintered portion 16 extending from the bent portion 71 inside the container 10 toward the end of the container 10 is in the above range.
  • the container 10 is sufficiently secured with the groove portions 13 having a small flow resistance at both ends in the longitudinal direction of the container 10 while reliably preventing the liquid-phase working fluid from collecting in the center in the longitudinal direction of the container 10.
  • the working fluid having undergone a phase change from the gas phase to the liquid phase at both ends in the longitudinal direction can be more smoothly refluxed to the central portion in the longitudinal direction of the container 10.
  • a core having a predetermined shape is formed at one end portion in the longitudinal direction of the circular tube material in which the groove portion is formed on the inner wall surface. Insert a stick.
  • the first powder that is the raw material of the first sintered portion and the second raw material that is the raw material of the second sintered portion The powder is sequentially filled.
  • the tube material filled with the first powder and the second powder is heat-treated, and the core rod is removed from the tube material, so that the first sintered portion and the second sintered portion are connected to one end.
  • the heat pipe which has in a part can be manufactured.
  • the heat pipe provided with the convex sintered body is not only a gap formed between the inner wall surface of the tube and the outer surface of the core rod, by inserting a core rod having a predetermined notch,
  • the first powder, which is the raw material of the first sintered part, and the second material, which is the raw material of the second sintered part, are also formed in the gap formed between the inner wall surface of the tube and the notch.
  • the powder can be manufactured by sequentially filling and then heat-treating.
  • FIG. 8 in the heat pipe 1 according to the first embodiment, instead of the container 10 having a substantially straight shape in the longitudinal direction, a container having a substantially L shape in the longitudinal direction.
  • a heat pipe 8 using 10 and having a plurality of heat radiation fins 30 provided on the other end 12 (heat sink) will be described.
  • the dimension of the first sintered portion 15 in the longitudinal direction of the container 10 is generated from the one end portion 11 of the container 10 to the other end portion 12 side. If the dimension up to the end of the body 100 or 10 to 50% of the dimension of the heating element 100 in the longitudinal direction of the container 10 even beyond the end of the heating element 100 on the other end 12 side, It is possible to more effectively exhibit the effect of preventing the accumulation of the working fluid of the phase and the heat transport effect.
  • the heat pipe 8 is thermally connected to the heating element 100 via the heat receiving plate 101, at least a part of the second sintered portion 16 is applied to the heat receiving plate 101 in the longitudinal direction of the container 10.
  • the sintered body layer is provided only at one end of the container, but instead, extends from one end of the container to the center. It is good also as a mode which exists.
  • the shape of the container in the longitudinal direction is substantially linear, but the shape is not particularly limited. For example, the shape is U-shaped, L-shaped, etc. The shape may have a bent portion.
  • the first convex sintered body and the second convex sintered body were not in contact with each other, but instead, the top ( The tip portions may be in contact with each other. In this case, one vapor channel (cavity) is formed on each side of the convex sintered body.
  • the convex sintered body extends from the first sintered portion to the second sintered portion. Alternatively, the convex sintered body may be provided only in the second sintered part.
  • Examples 1 to 3 As the heat pipe, the heat pipe of the aspect according to the first embodiment shown in FIG. 1 was used. Copper powder having an average primary particle diameter of 75 ⁇ m as the first powder that is a raw material of the first sintered part (length 20 mm), and second powder that is a raw material of the second sintered part (length 25 mm) A copper powder having an average primary particle size of 140 ⁇ m was used.
  • As the container a pipe material (stainless steel) having a circular cross section having a length of 200 mm was used. Water was used as the working fluid sealed in the container. The heat pipe is installed so that the longitudinal direction is vertical and the sintered body layer is on the gravity direction side, and is subjected to a heat shock test at ⁇ 40 ° C. ⁇ 23 minutes ⁇ 85 ° C. ⁇ 23 minutes. The ratio of those in which no deformation was observed was measured as an OK rate (%).
  • Example 4 Example 1 is the same as Example 1 except that the heat pipe according to the second embodiment shown in FIG. 2 is used instead of the heat pipe according to the first embodiment shown in FIG. It was.
  • Comparative Examples 1 to 3 were the same as those of Example 1 except that the first powder was used in place of the second powder as the raw material powder for the second sintered portion.
  • T1 / T2 and A1 / A2 are the same as T1 / T2 in Examples 1 to 3, respectively. Although it was substantially the same as A1 / A2, even in 50 cycles, a good heat shock OK rate could not be obtained.
  • the heat pipe of the present invention is installed in a bottom heat posture in which the longitudinal direction of the container is substantially parallel to the direction of gravity, and can prevent deformation of the container even when the working fluid freezes, and has excellent heat transport characteristics. Therefore, for example, the utility value is high in a field used in a cold region.

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Abstract

本発明は、寒冷地において、コンテナの長手方向が重力方向に対して略平行にボトムヒートの姿勢で設置され、作動流体が凍結しても、コンテナの変形を防止でき、また、優れた熱輸送特性を有するヒートパイプを提供することを目的とする。　一方の端部の端面と他方の端部の端面とが封止された管形状を有し、溝部が形成された内壁面を有するコンテナと、前記コンテナの一方の端部の内壁面に設けられた、粉体が焼結された焼結体層と、前記コンテナの空洞部に封入された作動流体と、を備えたヒートパイプであって、前記焼結体層が、前記一方の端部の端面側に位置する第１の焼結部と、該第１の焼結部と連続し、前記他方の端部側に位置する第２の焼結部と、を有し、前記第１の焼結部の原料となる第１の粉体の平均一次粒子径が、前記第２の焼結部の原料となる第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さいヒートパイプ。

Description

ヒートパイプ
　本発明は、良好な最大熱輸送量を有し、さらには熱抵抗の小さい、優れた熱輸送特性を有するヒートパイプに関するものである。
　デスクトップパソコンやサーバ等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高機能化に伴う高密度搭載等により、発熱量が増大し、その冷却がより重要となっている。電子部品の冷却方法として、ヒートパイプが使用されることがある。
　また、ヒートパイプは寒冷地に設置されることがある。ヒートパイプを寒冷地に設置すると、コンテナに封入されている作動流体が凍結して、円滑にヒートパイプが稼働しない場合がある。そこで、複数のヒートパイプのうちの少なくとも１本の作動流体の量を他のヒートパイプの作動流体の量の３５～６５％としたヒートパイプ式冷却器により、作動流体が凍結した場合には、まず、作動流体の量が少なくて熱容量の小さいヒートパイプの作動流体を先ず融解させることで、起動に要する時間を短縮することが提案されている（特許文献１）。
　しかし、特許文献１では、依然として、寒冷地において作動流体は凍結しやすいので、作動流体の凍結時に体積が膨張して、コンテナが変形、破壊されてしまう場合があるという問題があった。また、コンテナが変形してしまうと、ヒートパイプの周囲に配置された液晶やバッテリ等、他の部材に当たって損傷させてしまう場合があるという問題があった。さらに、ヒートパイプは、コンテナ内部のクリアランスが狭小なので、作動流体の凍結による体積膨張により、コンテナの変形、破壊がより顕著になってしまう場合があるという問題があった。
　また、ヒートパイプは寒冷地において、コンテナの長手方向が重力方向に対して略平行にボトムヒートの状態で設置されることがある。ヒートパイプがボトムヒートの姿勢で設置されると、特に、ヒートパイプが稼働していない状態では、液相の作動流体がコンテナの底部に貯留する。寒冷地において、コンテナの底部に貯留した液相の作動流体が凍結して作動流体の体積が膨張すると、コンテナが変形、破壊されてしまう頻度がより高くなるという問題があった。また、作動流体の凍結を防止するために不凍液を使用したり、作動流体の凍結によるコンテナの変形、破壊を防止するためにコンテナの肉厚を厚くすると、ヒートパイプの熱輸送特性が低下してしまうという問題があった。
特開平１０－２７４４８７号公報
　上記事情に鑑み、本発明は、寒冷地において、コンテナの長手方向が重力方向に対して略平行にボトムヒートの姿勢で設置され、作動流体が凍結しても、コンテナの変形を防止でき、また、優れた熱輸送特性を有するヒートパイプを提供することを目的とする。
　本発明の態様は、一方の端部の端面と他方の端部の端面とが封止された管形状を有し、溝部が形成された内壁面を有するコンテナと、前記コンテナの一方の端部の内壁面に設けられた、粉体が焼結された焼結体層と、前記コンテナの空洞部に封入された作動流体と、を備えたヒートパイプであって、前記焼結体層が、前記一方の端部の端面側に位置する第１の焼結部と、該第１の焼結部と連続し、前記他方の端部側に位置する第２の焼結部と、を有し、前記第１の焼結部の原料となる第１の粉体の平均一次粒子径が、前記第２の焼結部の原料となる第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さいヒートパイプである。
　上記態様では、コンテナ内壁面の少なくとも一方の端部に、焼結体層が設けられている。また、コンテナ内壁面には、溝部が露出した部位と、焼結体層で被覆された部位とがある。第１の焼結部と第２の焼結部とを有する焼結体層には、第１の焼結部と第２の焼結部との境界部が形成されている。また、第１の焼結部の原料となる第１の粉体の平均一次粒子径が、第２の焼結部の原料となる第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さいので、第１の焼結部の毛細管力は第２の焼結部の毛細管力よりも大きく、第２の焼結部内部における液相の作動流体に対しての流路抵抗は、第１の焼結部内部よりも小さい。
　また、上記態様では、コンテナの長手方向が重力方向に対して略平行にボトムヒートの姿勢で設置され、焼結体層の設けられたコンテナの一方の端部のうち、第１の焼結部に対応する部位を受熱部、他方の端部を放熱部として機能させると、放熱部からコンテナの一方の端部の端面とその近傍へ還流された液相の作動流体は、相対的に毛細管力の大きい第１の焼結部の毛細管作用により、第１の焼結部内部を一方の端部の端面とその近傍から第２の焼結部方向（重力方向の略反対方向）へ円滑に拡散していく。第１の焼結部内部を拡散した液相の作動流体は、被冷却体から受熱して、液相から気相へ相変化する。液相から気相へ相変化した作動流体は、受熱部から放熱部へ流通し、放熱部で潜熱を放出する。潜熱を放出して気相から液相へ相変化した作動流体は、溝部の毛細管力と重力によって、コンテナの放熱部から一方の端部の端面とその近傍へ還流される。また、ヒートパイプが稼働していない状態では、コンテナの一方の端部の端面とその近傍に還流した液相の作動流体は、一方の端部の端面とその近傍に液溜まりせずに、第１の焼結部内部を第２の焼結部方向（重力方向の略反対方向）へ円滑に拡散し、さらに、第１の焼結部内部から第２の焼結部内部へ拡散した作動流体は、第１の焼結部内部よりも速い拡散速度で第２の焼結部内部を拡散する。従って、ヒートパイプが稼働していない状態では、液相の作動流体は、円滑に第２の焼結部内部を拡散する。
　本発明の態様は、一方の端部の端面と他方の端部の端面とが封止された管形状を有し、溝部が形成された内壁面を有するコンテナと、前記コンテナの長手方向中央部の内壁面に設けられた、粉体が焼結された焼結体層と、前記コンテナの空洞部に封入された作動流体と、を備えたヒートパイプであって、前記焼結体層が、前記焼結体層の中央部に位置する第１の焼結部と、該第１の焼結部と連続し、前記焼結体層の両端部に位置する第２の焼結部と、を有し、前記第１の焼結部の原料となる第１の粉体の平均一次粒子径が、前記第２の焼結部の原料となる第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さいヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記第２の粉体の平均一次粒子径に対する前記第１の粉体の平均一次粒子径の比が、０．３～０．９であるヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記コンテナの長手方向に垂直な断面において、前記焼結体層から突出した、粉体が焼結された凸状焼結体が、さらに設けられているヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記溝部の底部における前記コンテナの肉厚（Ｔ１）／前記溝部の頂部における前記焼結体層の厚さ（Ｔ２）が、０．３０～０．８０であるヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記コンテナの長手方向に垂直な断面において、前記焼結体層の面積（Ａ１）／前記空洞部の面積（Ａ２）が、０．３０～０．８０であるヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記コンテナの長手方向に垂直な断面において、（前記焼結体層の面積（Ａ１）＋前記凸状焼結体の面積（Ａ３））／前記空洞部の面積（Ａ２）が、１．２～２．０であるヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記コンテナの長手方向において、第１の焼結部の長さ／第２の焼結部の長さが、０．２～３．０であるヒートパイプである。
　本発明の態様によれば、第１の焼結部の原料となる第１の粉体の平均一次粒子径が、第２の焼結部の原料となる第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さいことから、第１の焼結部の毛細管力は第２の焼結部の毛細管力よりも大きいので、第１の焼結部を受熱部とすることで、コンテナの長手方向が重力方向に対して略平行にボトムヒートの姿勢で設置されても、受熱部における液相の作動流体のドライアウトを確実に防止でき、優れた熱輸送特性を発揮できる。また、第２の焼結部内部における液相の作動流体に対しての流路抵抗は、第１の焼結部内部よりも小さいので、ヒートパイプが稼働していない状態でも、液相の作動流体は、速やかに、第１の焼結部を介して、第２の焼結部内部を拡散していく。よって、ヒートパイプが稼働していない状態でも、第１の焼結部が設けられたコンテナの一方の端部の端面とその近傍における液相の作動流体の液溜まりを防止できるので、液相の作動流体の凍結が抑制される。また、コンテナの一方の端部において液相の作動流体が凍結しても、液相の作動流体の局所的な液溜まりが防止されているので、作動流体の局所的な体積膨張が緩和されて、コンテナの変形を防止できる。また、ヒートパイプが稼働していない状態でも、第１の焼結部が設けられたコンテナの中央部における液相の作動流体の液溜まりを防止できるので、液相の作動流体の凍結が抑制される。コンテナの中央部において液相の作動流体が凍結しても、液相の作動流体の局所的な液溜まりが防止されているので、作動流体の局所的な体積膨張が緩和されて、コンテナの変形を防止できる。
　また、不凍液を使用する必要はなく、肉厚の薄いコンテナを使用できるので、優れた熱輸送特性を発揮する。
　本発明の態様によれば、第２の粉体の平均一次粒子径に対する第１の粉体の平均一次粒子径の比が、０．３～０．９であることにより、第１の焼結部内部の毛細管力と、第２の焼結部内部の流路抵抗の低減性能をバランスよく向上させることができる。
　本発明の態様によれば、焼結体層から突出した凸状焼結体がさらに設けられていることにより、液相の作動流体の局所的な液溜まりがさらに低減されているので、コンテナの変形をより確実に防止できる。
　本発明の態様によれば、溝部の底部におけるコンテナの肉厚（Ｔ１）／溝部の頂部における焼結体層の厚さ（Ｔ２）が０．３０～０．８０であることにより、液相の作動流体の液溜まりを確実に防止しつつ、気相の作動流体の優れた流通性を得ることができる。
　本発明の態様によれば、焼結体層の面積（Ａ１）／空洞部の面積（Ａ２）が０．３０～０．８０であること、または（焼結体層の面積（Ａ１）＋凸状焼結体の面積（Ａ３））／空洞部の面積（Ａ２）が１．２～２．０であることにより、液相の作動流体の液溜まりを確実に防止しつつ、気相の作動流体の優れた流通性を得ることができる。
（a）図は、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの側面断面図、（b）図は、（a）図のA－A断面図である。 本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプの正面断面図である。 本発明の第３実施形態例に係るヒートパイプの正面断面図である。 本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプの正面断面図である。 本発明の第５実施形態例に係るヒートパイプの正面断面図である。 本発明の第６実施形態例に係るヒートパイプの正面断面図である。 本発明の第７実施形態例に係るヒートパイプの側面断面図である。 本発明の実施形態例に係るヒートパイプの使用方法例の説明図である。
　以下に、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。
　図１（a）に示すように、第１実施形態例に係るヒートパイプ１は、一方の端部１１の端面と他方の端部１２の端面とが封止された管形状のコンテナ１０と、コンテナ１０の内壁面にコンテナ１０の長手方向に沿って形成された複数の細溝からなる溝部１３と、コンテナ１０の一方の端部１１の内壁面に設けられた、粉体が焼結された焼結体層１４と、コンテナ１０の空洞部１７に封入された作動流体（図示せず）と、を備えている。
　コンテナ１０は、密閉された略直線状の管材であり、長手方向に対して直交方向（すなわち、長手方向に垂直）の断面形状が、略円形状となっている。コンテナ１０の肉厚は、特に限定されないが、例えば、５０～１０００μｍである。コンテナ１０の径方向の寸法は、特に限定されないが、例えば、５～２０ｍｍである。
　　図１（a）、（b）に示すように、コンテナ１０の内壁面には、一方の端部１１から他方の端部１２まで、コンテナ１０の長手方向に沿って複数の細溝からなる溝部１３、すなわち、グルーブが形成されている。また、溝部１３は、コンテナ１０の内周面全体に形成されている。
　溝部１３が形成されているコンテナ１０の内壁面のうち、一方の端部１１には、粉体が焼結された焼結体層１４が設けられている。焼結体層１４は、コンテナ１０の内周面全体に形成されている。従って、一方の端部１１の内壁面では、溝部１３は焼結体層１４で被覆されている。なお、ヒートパイプ１では、コンテナ１０の他方の端部１２と中央部１９には、焼結体層１４は設けられていない。よって、コンテナ１０の他方の端部１２と中央部１９では、溝部１３がコンテナ１０の内部空間（空洞部１７）に対して露出している。
　また、焼結体層１４は、一方の端部１２の端面に隣接した第１の焼結部１５と、第１の焼結部１５と連続し、他方の端部１２側に位置する第２の焼結部１６とを有している。第１の焼結部１５と第２の焼結部１６との境には境界部１８が形成されている。なお、ヒートパイプ１では、一方の端部１２の端面にも、第１の焼結部１５が設けられている。
　第１の焼結部１５は第１の粉体の焼結体であり、第２の焼結部１６は第２の粉体の焼結体である。第１の焼結部１５の原料である第１の粉体の平均一次粒子径は、第２の焼結部１６の原料である第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さい。従って、第２の焼結部１６内部に形成される各空隙の断面積の平均値は、第１の焼結部１５内部に形成される各空隙の断面積の平均値よりも大きい態様となっている。すなわち、第１の粉体の平均一次粒子径は第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さいので、第１の焼結部１５の毛細管力は第２の焼結部１６の毛細管力よりも大きく、第２の焼結部１６内部における液相の作動流体の流路抵抗は、第１の焼結部１５内部における液相の作動流体の流路抵抗よりも小さい態様となっている。
　第２の粉体の平均一次粒子径に対する第１の粉体の平均一次粒子径の比は、特に限定されないが、第１の焼結部１５内部の毛細管力と、第２の焼結部１６内部の流路抵抗を低減する点から、０．３～０．９が好ましく、０．４～０．８が特に好ましい。また、第１の粉体の平均一次粒子径が第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さい値であれば、第１の粉体の平均一次粒子径及び第２の粉体の平均一次粒子径は、特に限定されないが、例えば、第１の粉体の平均一次粒子径は１０μｍ以上９０μｍ未満が好ましく、第２の粉体の平均一次粒子径は９０μｍ以上２５０μｍ以下が好ましい。例えば、粉体を篩で分別することで、上記平均一次粒子径の範囲の粉体を得ることができる。
　図１（a）、（b）に示すように、コンテナ１０の内部空間は空洞部１７であり、空洞部１７は気相の作動流体の蒸気流路となっている。すなわち、コンテナ１０の一方の端部１１では、焼結体層１４の表面が、コンテナ１０の他方の端部１２と中央部１９では、溝部１３の形成されたコンテナ１０内壁面が、それぞれ、蒸気流路の壁面となっている。
　溝部１３を構成する細溝の底部におけるコンテナ１０の肉厚（Ｔ１）／溝部を構成する細溝の頂部における焼結体層１４の厚さ（Ｔ２）の値は、特に限定されないが、液相の作動流体の液溜まりを確実に防止する点から０．３０以上が好ましく、０．４０以上がより好ましく、０．４５以上が特に好ましい。一方で、上記（Ｔ１）／（Ｔ２）の上限値は、気相の作動流体の流通性の点から０．８０以下が好ましい。
　コンテナ１０の長手方向に垂直な断面において、焼結体層１４の面積（Ａ１）／空洞部１７の面積（Ａ２）の値は、特に限定されないが、液相の作動流体の液溜まりを確実に防止する点から０．３０以上が好ましく、０．４０以上がより好ましく、０．４５以上が特に好ましい。一方で、上記（Ａ１）／（Ａ２）は、気相の作動流体の流通性の点から０．８０以下が好ましい。
　コンテナ１０の長手方向において、第１の焼結部１５の長さ（Ｌ１）／第２の焼結部１６の長さ（Ｌ２）の値は、特に限定されないが、一方の端部１１において、液相の作動流体のドライアウトと液溜まりを確実に防止する点から、０．２～３．０が好ましく、０．７～１．７が特に好ましい。
　コンテナ１０の材質は、特に限定されず、例えば、熱伝導率に優れた点から銅、銅合金、軽量性の点からアルミニウム、アルミニウム合金、強度の改善の点からステンレス等を使用することができる。その他、使用状況に応じて、スズ、スズ合金、チタン、チタン合金、ニッケル及びニッケル合金等を用いてもよい。焼結体層１４の原料である第１の粉体及び第２の粉体の材質は、特に限定されず、例えば、金属粉を含む粉体を挙げることができ、具体例としては、銅粉及びステンレス粉等の金属粉、銅粉とカーボン粉との混合粉、上記粉体のナノ粒子等を挙げることができる。従って、焼結体層１４としては、金属粉を含む粉体の焼結体を挙げることができ、具体例としては、銅粉及びステンレス粉等の金属粉の焼結体、銅粉とカーボン粉との混合粉の焼結体、上記粉体のナノ粒子の焼結体等を挙げることができる。第１の粉体の材質と第２の粉体の材質は、同じでも異なっていてもよい。
　また、コンテナ１０に封入する作動流体としては、コンテナ１０の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等を挙げることができる。
　次に、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプ１の熱輸送のメカニズムについて説明する。ヒートパイプ１が、一方の端部１１のうち、第１の焼結部１５の設けられた部位にて熱的に接続された発熱体（図示せず）から受熱すると、一方の端部１１のうち第１の焼結部１５の設けられた部位が受熱部として機能し、受熱部にて作動流体が液相から気相へ相変化する。気相に相変化した作動流体が、空洞部１７である蒸気流路を、コンテナ１０の長手方向に受熱部から他方の端部１２である放熱部へと流れることで、発熱体からの熱が受熱部から放熱部へ輸送される。受熱部から放熱部へ輸送された発熱体からの熱は、熱交換手段（図示せず）の設けられた放熱部にて、気相の作動流体が液相へ相変化することで潜熱として放出される。放熱部にて放出された潜熱は、放熱部に設けられた熱交換手段によって、放熱部からヒートパイプ１の外部環境へ放出される。放熱部にて液相に相変化した作動流体は、溝部１３の毛細管力によって、放熱部から受熱部へと還流される。このとき、溝部１３は、焼結体層１４よりも作動流体に対する流路抵抗が小さいので、放熱部にて液相に相変化した作動流体は、円滑に放熱部から受熱部へと還流される。
　第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、第１の焼結部１５の原料となる第１の粉体の平均一次粒子径が、第２の焼結部１６の原料となる第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さいことから、第１の焼結部１５の毛細管力は第２の焼結部１６の毛細管力よりも大きい。よって、第１の焼結部１５を受熱部とすることで、コンテナ１０の長手方向が重力方向に対して略平行にボトムヒートの姿勢で設置されても、受熱部における液相の作動流体のドライアウトを確実に防止でき、優れた熱輸送特性を発揮できる。また、第２の焼結部１６内部における液相の作動流体に対する流路抵抗は、第１の焼結部１５内部よりも小さいので、ヒートパイプ１が稼働していない状態でも、液相の作動流体は、コンテナ１０の一方の端部１１の端面とその近傍から、速やかに、第１の焼結部１５を介して第２の焼結部１６内部へ拡散していく。よって、ヒートパイプ１が稼働していない状態でも、コンテナ１０の一方の端部１１の端面とその近傍における液相の作動流体の液溜まりを防止できるので、液相の作動流体の凍結が抑制される。また、液相の作動流体が凍結した場合でも、液相の作動流体の局所的な液溜まり（一方の端部１１の端面とその近傍の液溜まり）が防止されているので、作動流体の局所的な体積膨張が緩和されて、コンテナ１０の変形を防止できる。
　また、ヒートパイプ１では、作動流体の凍結による局所的な体積膨張が緩和されるので、不凍液を使用する必要はなく、また、肉厚の薄いコンテナ１０を使用できる点でも、優れた熱輸送特性を発揮する。
　次に、本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　図２に示すように、第２実施形態例に係るヒートパイプ２では、コンテナ１０の長手方向に垂直な断面において、焼結体層１４から突出した、粉体が焼結された凸状焼結体２４が、さらに設けられている。焼結体層１４と凸状焼結体２４は連続した態様となっている。ヒートパイプ２では、凸状焼結体２４が一つ設けられ、凸状焼結体２４の先端部（頂部）は、対向する焼結体層１４とは接していない態様となっている。
　ヒートパイプ２では、凸状焼結体２４は、第１の焼結部１５から第２の焼結部１６まで延在している。すなわち、凸状焼結体２４は、第１の焼結部１５と第２の焼結部１６に設けられている。第１の焼結部１５における凸状焼結体２４は、第１の粉体を原料とした焼結体である。第２の焼結部１６における凸状焼結体２４は、第２の粉体を原料とした焼結体である。
　コンテナ１０の長手方向に垂直な断面において、（焼結体層１４の面積（Ａ１）＋凸状焼結体２４の面積（Ａ３））／空洞部１７の面積（Ａ２）は、特に限定されないが、液相の作動流体の液溜まりを確実に防止する点から１．２以上が好ましく、１．３以上が特に好ましい。一方で、（（Ａ１）＋（Ａ３））／（Ａ２）の値の上限値は、気相の作動流体の流通性の点から２．０以下が好ましい。
　凸状焼結体２４がさらに設けられていることにより、液相の作動流体は、コンテナ１０外周近傍に配置された焼結体層１４だけでなく、コンテナ１０の長手方向に垂直な断面においてその中心部方向へ延在した凸状焼結体２４にも拡散するので、局所的な液溜まりがさらに低減され、コンテナの変形をより確実に防止できる。
　次に、本発明の第３実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１、第２実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　第２実施形態例に係るヒートパイプでは、凸状焼結体が一つ設けられていたが、これに代えて、図３に示すように、第３実施形態例に係るヒートパイプ３では、凸状焼結体が複数（図３では二つ）設けられている。すなわち、ヒートパイプ３では、凸状焼結体２４は、第１の凸状焼結体２４－１と、第１の凸状焼結体２４－１と対向する第２の凸状焼結体２４－２からなっている。ヒートパイプ３では、第１の凸状焼結体２４－１と第２の凸状焼結体２４－２は、相互に接していない態様となっている。
　ヒートパイプ３でも、凸状焼結体２４がさらに設けられていることにより、液相の作動流体は、コンテナ１０外周近傍の焼結体層１４だけでなく、コンテナ１０の長手方向に垂直な断面においてその中心部方向へ延在した凸状焼結体２４にも拡散するので、局所的な液溜まりがさらに低減され、コンテナの変形をより確実に防止できる。
　次に、本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１～第３実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　第１実施形態例に係るヒートパイプでは、コンテナの長手方向に対して直交方向の断面形状は略円形状であったが、これに代えて、図４に示すように、第４実施形態例に係るヒートパイプ４では、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の断面形状は、平坦部と半楕円状の部位とからなる扁平形状となっている。すなわち、コンテナ１０が扁平加工されている。ヒートパイプ４でも、ヒートパイプ４が稼働していない状態でも、コンテナ１０の一方の端部１１の端面とその近傍における液相の作動流体の液溜まりを防止できる。また、ヒートパイプ４のコンテナ１０は、平坦部を有するので、被冷却体である発熱体との熱的接続性が向上する。
　次に、本発明の第５実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１～第４実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　凸状焼結体が一つ設けられている第２実施形態例に係るヒートパイプでは、コンテナの長手方向に対して直交方向の断面形状は略円形状であったが、これに代えて、図５に示すように、第５実施形態例に係るヒートパイプ５では、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の断面形状は、平坦部と半楕円状の部位とからなる扁平形状となっている。ヒートパイプ５でも、ヒートパイプ５が稼働していない状態でも、コンテナ１０の一方の端部１１の端面とその近傍における液相の作動流体の液溜まりを防止できる。また、ヒートパイプ５のコンテナ１０は、平坦部を有するので、被冷却体である発熱体との熱的接続性が向上する。
　次に、本発明の第６実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１～第５実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　凸状焼結体が二つ設けられている第３実施形態例に係るヒートパイプでは、コンテナの長手方向に対して直交方向の断面形状は略円形状であったが、これに代えて、図６に示すように、第６実施形態例に係るヒートパイプ６では、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の断面形状は、平坦部と半楕円状の部位とからなる扁平形状となっている。ヒートパイプ６でも、ヒートパイプ６が稼働していない状態でも、コンテナ１０の一方の端部１１の端面とその近傍における液相の作動流体の液溜まりを防止できる。また、ヒートパイプ６のコンテナ１０は、平坦部を有するので、被冷却体である発熱体との熱的接続性が向上する。
　次に、本発明の第７実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１～第６実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　上記各実施形態例では、焼結体層はヒートパイプの一方の端部に設けられていたが、これに代えて、図７に示すように、第７実施形態例に係るヒートパイプ７では、コンテナ１０の長手方向の中央部に、焼結体層１４が設けられ、コンテナ１０の長手方向の両端部には焼結体層１４が設けられていない。よって、コンテナ１０の両端部では、溝部１３がコンテナ１０の内部空間（空洞部１７）に対して露出している。第７実施形態例に係るヒートパイプ７では、コンテナ１０の長手方向の形状は略Ｕ字状であり、コンテナ１０の長手方向において曲げ部７０が２箇所形成されている。略Ｕ字状を形成する２箇所の曲げ部７０（一方の曲げ部７０－１と他方の曲げ部７０－２）とその近傍に焼結体層１４が設けられている。従って、少なくとも一方の曲げ部７０－１から他方の曲げ部７０－２までの部位には、焼結体層１４が設けられている。また、第１の焼結部１５は、焼結体層１４の長手方向の中央部に設けられ、第１の焼結部１５と連続した第２の焼結部１６は、焼結体層１４の長手方向の両端部に設けられている。ヒートパイプ７では、コンテナ１０の長手方向の中央部が、発熱体１００と熱的に接続される受熱部となり、コンテナ１０の長手方向の両端部が放熱部となる場合に、上記と同様の効果を発揮する。
　第１の焼結部１５の位置は、焼結体層１４の長手方向の中央部であれば、特に限定されず、例えば、第１の焼結部１５は、一方の曲げ部７０－１と他方の曲げ部７０－２の間に設けられている。従って、一方の曲げ部７０－１と他方の曲げ部７０－２の間に、第１の焼結部１５と第２の焼結部１６との境である境界部１８が、２つ形成されている。
　また、第１の焼結部１５の両端と連続している第２の焼結部１６は、２箇所の曲げ部７０よりもコンテナ１０の端部方向まで延在している。すなわち、第２の焼結部１６は、コンテナ１０の曲げ部７０からコンテナ１０の端部方向へ、所定の長さ延在している。従って、２箇所の曲げ部７０の内周面は、いずれも、第２の焼結部１６で被覆されている。
　コンテナ１０の長手方向の両端部に焼結体層１４が設けられていなければ、第２の焼結部１６の、コンテナ１０の曲げ部７０からコンテナ１０の端部方向へ延在している長さは、特に限定されない。コンテナ１０の曲げ部７０のうち、図７における内側の曲げ部位７１からコンテナ１０の端部方向へ延在している第２の焼結部１６の長さは、例えば、コンテナ１０の外径の０．２０倍～５．０倍が好ましく、０．５倍～２．０倍が特に好ましい。コンテナ１０の内側の曲げ部位７１からコンテナ１０の端部方向へ延在している第２の焼結部１６の長さが上記範囲であることにより、ヒートパイプ７が稼働していない状態でもコンテナ１０の長手方向の中央部における液相の作動流体の液溜まりを確実に防止しつつ、コンテナ１０の長手方向の両端部おいて流路抵抗の小さい溝部１３が十分確保されることで、コンテナ１０の長手方向の両端部にて気相から液相へ相変化した作動流体を、より円滑にコンテナ１０の長手方向の中央部へ還流させることができる。
　次に、本発明のヒートパイプの製造方法例について説明する。まず、第１の実施形態例に係るヒートパイプの製造方法例について説明する。前記製造方法は特に限定されないが、例えば、第１の実施形態例に係るヒートパイプは、溝部が内壁面に形成された円形状の管材の長手方向のうち一方の端部に、所定形状の芯棒を挿入する。管材の内壁面と芯棒の外面との間に形成された空隙部に、第１の焼結部の原料である第１の粉体と、第２の焼結部の原料である第２の粉体とを、順次充填する。次に、第１の粉体と第２の粉体が充填された管材を加熱処理し、芯棒を管材から抜くことにより、第１の焼結部と第２の焼結部を一方の端部に有するヒートパイプを製造することができる。
　また、凸状焼結体が設けられたヒートパイプは、所定の切り欠き部を有する芯棒を挿入し、管材の内壁面と芯棒の外面との間に形成された空隙部だけでなく、管材の内壁面と切り欠き部との間に形成された空隙部にも、第１の焼結部の原料である第１の粉体と、第２の焼結部の原料である第２の粉体とを、順次充填後、加熱処理することにより製造することができる。
　次に、本発明のヒートパイプの使用方法例について説明する。ここでは、図８に示すように、第１実施形態例に係るヒートパイプ１において、長手方向の形状が略直線状であるコンテナ１０に代えて、長手方向の形状が略Ｌ字状であるコンテナ１０を用いたヒートパイプ８であって、他方の端部１２に、さらに、複数の放熱フィン３０を設けたもの（ヒートシンク）を用いて説明する。
　ヒートパイプ８にて、発熱体を冷却するにあたり、例えば、コンテナ１０の長手方向における第１の焼結部１５の寸法が、コンテナ１０の一方の端部１１から、他方の端部１２側の発熱体１００の端までの寸法、または他方の端部１２側の発熱体１００の端を超えてもコンテナ１０の長手方向における発熱体１００の寸法の１０～５０％分までの寸法に設定すると、液相の作動流体の液溜まり防止効果と熱輸送効果をより効率よく発揮できる。また、ヒートパイプ８が受熱板１０１を介して発熱体１００と熱的に接続される場合には、コンテナ１０の長手方向において、第２の焼結部１６の少なくとも一部が受熱板１０１にかかるように、焼結体層１４の寸法を設定すると、液相の作動流体の液溜まり防止効果と熱輸送効果をより効率よく発揮できる。
　次に、本発明の他の実施形態例に係るヒートパイプについて説明する。上記第１～第６実施形態例に係るヒートパイプでは、焼結体層はコンテナの一方の端部にのみ設けられていたが、これに代えて、コンテナの一方の端部から中央部まで延在する態様としてもよい。また、上記第１～第６実施形態例に係るヒートパイプでは、コンテナの長手方向の形状は略直線状であったが、該形状は特に限定されず、例えば、Ｕ字状、Ｌ字状等、曲げ部を有する形状としてもよい。
　上記第３、第６実施形態例に係るヒートパイプでは、第１の凸状焼結体と第２の凸状焼結体は、相互に接していなかったが、これに代えて、その頂部（先端部）が相互に接する態様としてもよい。この場合、蒸気流路（空洞部）は、凸状焼結体の両側にそれぞれ１つずつ形成されることとなる。また、上記第２、第３、第５、第６実施形態例に係るヒートパイプでは、凸状焼結体は第１の焼結部から第２の焼結部まで延在していたが、これに代えて、凸状焼結体は第２の焼結部にのみ設けられてもよい。
　次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、これらの例に限定されるものではない。
　実施例１～３
　ヒートパイプとして、図１に示す第１実施形態例に係る態様のヒートパイプを用いた。第１の焼結部（長さ２０ｍｍ）の原料である第１の粉体として平均一次粒子径７５μｍの銅粉、第２の焼結部（長さ２５ｍｍ）の原料である第２の粉体として平均一次粒子径１４０μｍの銅粉を使用した。コンテナとして、長さ２００ｍｍの断面が円形状の管材（ステンレス鋼）を使用した。コンテナに封入する作動流体として、水を使用した。上記ヒートパイプを長手方向が垂直、且つ焼結体層が重力方向側になるように設置し、－４０℃×２３分→８５℃×２３分でヒートショック試験にかけた後、目視でコンテナ形状に変形が見られなったものの割合を、ＯＫ率（％）として測定した。
　実施例４
　ヒートパイプとして、図１に示す第１実施形態例に係る態様のヒートパイプに代えて、図２に示す第２実施形態例に係る態様のヒートパイプを用いた以外は実施例１～３と同様とした。
　比較例１～３
　第２の焼結部の原料粉として、第２の粉体に代えて、第１の粉体を使用した以外は、それぞれ、実施例１～３と同様とした。
　実施例及び比較例の具体的な試験条件と試験結果を下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から、焼結体層として第１の焼結部と第２の焼結部の２種類の焼結部を設けた実施例１～４では、１００サイクルでも、優れたヒートショックＯＫ率が得られた。特に、Ｔ１／Ｔ２が４７～５６％（０．４７～０．５６）でありＡ１／Ａ２が５８～６９％（０．５８～０．６９）である実施例１、２では、Ｔ１／Ｔ２が６８％（０．６８）でありＡ１／Ａ２が４７％（０．４７）である実施例３と比較して、ヒートショックＯＫ率がさらに向上した。
　一方で、第２の焼結部を設けずに１種類の焼結部を形成した比較例１～３では、Ｔ１／Ｔ２及びＡ１／Ａ２は、それぞれ、実施例１～３のＴ１／Ｔ２及びＡ１／Ａ２と略同じでも、５０サイクルでも良好なヒートショックＯＫ率が得られなかった。
　本発明のヒートパイプは、コンテナの長手方向が重力方向に対して略平行にボトムヒートの姿勢で設置され、作動流体が凍結しても、コンテナの変形を防止でき、また、優れた熱輸送特性も発揮するので、例えば、寒冷地にて使用する分野で利用価値が高い。
　１、２、３、４、５、６、７　　　ヒートパイプ
　１０　　　　　　　　　　　　　　コンテナ
　１１　　　　　　　　　　　　　　一方の端部
　１３　　　　　　　　　　　　　　溝部
　１４　　　　　　　　　　　　　　焼結体層
　１５　　　　　　　　　　　　　　第１の焼結部
　１６　　　　　　　　　　　　　　第２の焼結部
　１７　　　　　　　　　　　　　　空洞部
　２４　　　　　　　　　　　　　　凸状焼結体

Claims (8)

  1. 　一方の端部の端面と他方の端部の端面とが封止された管形状を有し、溝部が形成された内壁面を有するコンテナと、
    前記コンテナの一方の端部の内壁面に設けられた、粉体が焼結された焼結体層と、
    前記コンテナの空洞部に封入された作動流体と、
    を備えたヒートパイプであって、
    前記焼結体層が、前記一方の端部の端面側に位置する第１の焼結部と、該第１の焼結部と連続し、前記他方の端部側に位置する第２の焼結部と、を有し、
    前記第１の焼結部の原料となる第１の粉体の平均一次粒子径が、前記第２の焼結部の原料となる第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さいヒートパイプ。
  2. 　一方の端部の端面と他方の端部の端面とが封止された管形状を有し、溝部が形成された内壁面を有するコンテナと、
    前記コンテナの長手方向中央部の内壁面に設けられた、粉体が焼結された焼結体層と、
    前記コンテナの空洞部に封入された作動流体と、
    を備えたヒートパイプであって、
    前記焼結体層が、前記焼結体層の中央部に位置する第１の焼結部と、該第１の焼結部と連続し、前記焼結体層の両端部に位置する第２の焼結部と、を有し、
    前記第１の焼結部の原料となる第１の粉体の平均一次粒子径が、前記第２の焼結部の原料となる第２の粉体の平均一次粒子径よりも小さいヒートパイプ。
  3. 　前記第２の粉体の平均一次粒子径に対する前記第１の粉体の平均一次粒子径の比が、０．３～０．９である請求項１または２に記載のヒートパイプ。
  4. 　前記コンテナの長手方向に垂直な断面において、前記焼結体層から突出した、粉体が焼結された凸状焼結体が、さらに設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  5. 　前記溝部の底部における前記コンテナの肉厚（Ｔ１）／前記溝部の頂部における前記焼結体層の厚さ（Ｔ２）が、０．３０～０．８０である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  6. 　前記コンテナの長手方向に垂直な断面において、前記焼結体層の面積（Ａ１）／前記空洞部の面積（Ａ２）が、０．３０～０．８０である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  7. 　前記コンテナの長手方向に垂直な断面において、（前記焼結体層の面積（Ａ１）＋前記凸状焼結体の面積（Ａ３））／前記空洞部の面積（Ａ２）が、１．２～２．０である請求項４に記載のヒートパイプ。
  8. 　前記コンテナの長手方向において、第１の焼結部の長さ／第２の焼結部の長さが、０．２～３．０である請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
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