WO2018235936A1

WO2018235936A1 - ヒートパイプ

Info

Publication number: WO2018235936A1
Application number: PCT/JP2018/023768
Authority: WO
Inventors: 義勝稲垣; 伊藤　信一; 高橋　和也; 秀太引地
Original assignee: 古河電気工業株式会社
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2018-12-27
Also published as: CN212253781U; US11313627B2; US20200141659A1; TW201905406A; TWI661171B; JPWO2018235936A1

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設置されても、作動流体の凍結を抑制することで、薄型形状のコンテナであっても、その変形を防止でき、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。　両端部が封止された管形状を有するコンテナと、該コンテナ内に収納されたウィック構造体と、該コンテナ内に封入された作動流体と、を備えたヒートパイプであり、前記コンテナの長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、前記コンテナの内面の２箇所において接し、且つ前記ウィック構造体の両側面は前記コンテナのどの内面にも接しておらず、前記ウィック構造体の接していない前記コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されているヒートパイプ。

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薄型形状のヒートパイプに関するものである。

　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、上記電子部品の高密度搭載等によるヒートパイプの設置場所の狭小化や上記電子部品の薄型化等から、扁平型ヒートパイプの使用が要求されることがある。扁平型ヒートパイプは、薄型化のために、コンテナの肉厚を薄くすることがある。

　一方で、ヒートパイプは寒冷地で使用されることがある。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、薄型のコンテナが変形、破壊し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、薄型のコンテナを用いた扁平型ヒートパイプでは、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、扁平型ヒートパイプの長手方向が重力方向に対して略平行に設置されると液相の作動流体がコンテナの底部に溜まりやすくなるので、やはり、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。

　一方で、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設置されても、作動流体の凍結を抑制することで、薄型形状のコンテナであっても、その変形を防止でき、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、両端部が封止された管形状を有するコンテナと、該コンテナ内に収納されたウィック構造体と、該コンテナ内に封入された作動流体と、を備えたヒートパイプであり、前記コンテナの長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、前記コンテナの内面の２箇所において接し、且つ前記ウィック構造体の両側面は前記コンテナのどの内面にも接しておらず、前記ウィック構造体の接していない前記コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されてい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の、少なくとも一部が扁平加工されているヒートパイプである。

　本発明の態様は、少なくとも一部が扁平加工されている前記断面において、前記ウィック構造体が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記凸状上辺部が、対向した内面のうちの一方の内面と接し、前記底辺部が他方の内面と接しているヒートパイプである。

　本発明の態様は、両端部が封止された管形状を有し、長手方向に垂直な断面において上下方向に相互に対向している内面のペアを有する扁平型コンテナと、該扁平型コンテナ内に収納されたウィック構造体と、該扁平型コンテナ内に封入された作動流体と、を備えたヒートパイプであり、前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記内面のペアの両方に接し、且つ前記ウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、前記ウィック構造体の接していない前記扁平型コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されているヒートパイプである。

　上記態様では、扁平型コンテナの内面は、ウィック構造体に接した部位と、金属焼結体層が形成されている部位とを有している。

　本発明の態様は、前記少なくとも一断面において、前記ウィック構造体の断面が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記凸状上辺部が、対向した前記内面のペアのうちの一方の内面と接し、前記底辺部が他方の内面と接しているヒートパイプである。

　本発明の態様は、前記金属焼結体層の厚さ／前記コンテナの肉厚の値が、３０％～１３０％であり、（前記コンテナに接し且つ前記金属焼結体層の厚さに対応した前記ウィック構造体の領域の断面積＋前記金属焼結体層の断面積）／（前記ウィック構造体の断面積＋前記金属焼結体層の断面積）の値が、４５％～９５％であるヒートパイプである。

　本発明の態様は、前記ウィック構造体が、金属焼結体であるヒートパイプである。

　本発明の態様は、両端部が封止された管形状を有するコンテナと、該コンテナ内に収納されたウィック構造体と、該コンテナ内に封入された作動流体と、を備えたヒートパイプであり、前記コンテナの長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、上下方向に配置された第１のウィック構造部と第２のウィック構造部からなり、前記第１のウィック構造部は、前記コンテナの内面の１箇所において接し、且つ前記第１のウィック構造部の両側面は前記コンテナのどの内面にも接しておらず、前記第２のウィック構造部は、前記コンテナの内面の他の１箇所において接し、且つ前記第２のウィック構造部の両側面は前記コンテナのどの内面にも接しておらず、前記ウィック構造体の接していない前記コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されているヒートパイプである。

　本発明の態様は、前記第１のウィック構造部は、前記第２のウィック構造部と接しているヒートパイプである。

　本発明の態様は、少なくとも一部が扁平加工されている前記断面において、前記第１のウィック構造部が、凸形状の凸状底辺部と上辺部を有し、前記第２のウィック構造部が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記第１のウィック構造部の凸状底辺部が、前記第２のウィック構造部の凸状上辺部と接し、前記第１のウィック構造部の上辺部が、対向した内面のうちの一方の内面と接し、前記第２のウィック構造部の平坦な底辺部が、他方の内面と接しているヒートパイプである。

　本発明の態様は、両端部が封止された管形状を有し、長手方向に垂直な断面において上下方向に相互に対向している内面のペアを有する扁平型コンテナと、該扁平型コンテナ内に収納されたウィック構造体と、該扁平型コンテナ内に封入された作動流体と、を備えたヒートパイプであり、前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、上下方向に配置された第１のウィック構造部と第２のウィック構造部からなり、前記第１のウィック構造部は、前記扁平型コンテナの前記内面のペアのうちの一方の内面及び前記第２のウィック構造部とそれぞれ接し、且つ前記第１のウィック構造部の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、前記第２のウィック構造部は、前記扁平型コンテナの前記内面のペアのうちの他方の内面と接し、且つ前記第２のウィック構造部の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、前記ウィック構造体の接していない前記扁平型コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されているヒートパイプである。

　上記態様では、扁平型コンテナの内面は、第１のウィック構造部または第２のウィック構造部に接した部位と、金属焼結体層が形成されている部位とを有している。

　本発明の態様は、前記少なくとも一断面において、前記第１のウィック構造部の断面が、凸形状の凸状底辺部と平坦な上辺部を有し、前記第２のウィック構造部の断面が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記第１のウィック構造部の凸状底辺部が、前記第２のウィック構造体の凸状上辺部と接し、前記第１のウィック構造部の平坦な上辺部が、前記一方の内面と接し、前記第２のウィック構造部の平坦な底辺部が、前記他方の内面と接しているヒートパイプである。

　本発明の態様によれば、ウィック構造体の接していない前記コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されていることにより、液相の作動流体が金属焼結体層により分散されて、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設置されても作動流体の凍結を抑制できる。このように、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設置されても作動流体の凍結を抑制できるので、薄型形状の肉厚の薄いコンテナであっても変形を防止できる。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。さらに、コンテナの長手方向が重力方向に対して略平行に設置されても作動流体の凍結を抑制できるので、ヒートパイプの設置姿勢の自由度が向上する。

本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの断面図である。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断面図である。

　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、一方の平坦な内面１１と一方の平坦な内面１１に対向した他方の平坦な内面１２とを有する管形状の扁平型コンテナ１０と、他方の平坦な内面１２に配設されたウィック構造体２１と、扁平型コンテナ１０に封入された作動流体（図示せず）とを備えている。

　扁平型コンテナ１０は、一方の平坦な内面１１と、一方の平坦な内面１１に対向した他方の平坦な内面１２と、一方の平坦な内面１１と他方の平坦な内面１２との間に形成された曲面部１３、１３’と、を有する密閉された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、扁平形状となっている。すなわち、扁平型コンテナ１０は、長手方向に垂直な断面おいて上下方向に相互に対向している平坦な内面のペアを有している。扁平型コンテナ１０は、その長手方向の全域が扁平型となっている。また、扁平型コンテナ１０は、長手方向に対して直交方向の内部空間の断面積は、いずれの部位も同一となっており、一方の平坦な内面１１は、他方の平坦な内面１２に対して略平行方向に形成されている。さらに、一方の平坦な内面１１と他方の平坦な内面１２との距離は、特に限定されないが、扁平型コンテナ１０では１．５ｍｍ以下、特に１．０ｍｍ以下の薄型形状となっている。また、扁平型コンテナ１０の肉厚は、特に限定されないが、例えば、５０～５００μｍである。ヒートパイプ１の熱輸送方向は、扁平型コンテナ１０の長手方向である。ヒートパイプ１では、一方の平坦な内面１１と他方の平坦な内面１２との距離は、扁平型コンテナ１０の長手方向全体に渡って、略同一となっている。

　ウィック構造体２１は、他方の平坦な内面１２から突出した凸形状の凸状上辺部である曲部２２と平坦な底辺部２３とを有し、底辺部２３が他方の平坦な内面１２の一部領域と接している。ヒートパイプ１では、底辺部２３が他方の平坦な内面１２に固着されている。また、ウィック構造体２１は、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向（扁平型コンテナ１０の断面）について、その略中央部に設けられている。ヒートパイプ１では、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向におけるウィック構造体２１の断面形状は、略半楕円状となっている。

　ヒートパイプ１では、扁平型コンテナ１０の他方の平坦な内面１２のうちウィック構造体２１の底辺部２３と接していない領域、扁平型コンテナ１０の一方の平坦な内面１１のうちウィック構造体２１の曲部２２と接していない領域、及び扁平型コンテナ１０の曲面部１３、１３’は、いずれも、金属焼結体層２０が形成されている。すなわち、扁平型コンテナ１０の内面のうち、ウィック構造体２１と接していない領域は、金属焼結体層２０で被覆されている。金属焼結体層２０の内面（表面）は、扁平型コンテナ１０の内部空間に対して露出している。

　ウィック構造体２１は、曲部２２が、扁平型コンテナ１０の一方の平坦な内面１１と接している。ヒートパイプ１では、曲部２２の頂部が、一方の平坦な内面１１と接している。また、曲部２２の頂部が、一方の平坦な内面１１に圧接された状態となっている。従って、曲部２２の頂部は、圧縮されてつぶれた状態となっている。これにより、ウィック構造体２１の毛細管圧力がさらに向上し、液相の作動流体をより円滑に還流させることができる。

　ウィック構造体２１は、扁平型コンテナ１０の一方の端部から他方の端部まで延在している。ウィック構造体２１の、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の最大幅は、扁平型コンテナ１０の一方の端部、中央部、他方の端部のいずれにおいても、特に限定されないが、ヒートパイプ１では、一方の端部から他方の端部まで略同じ最大幅となっている。

　金属焼結体層２０は、扁平型コンテナ１０の一方の端部から他方の端部まで延在している。従って、金属焼結体層２０は、扁平型コンテナ１０の長手方向の全体に形成されている。また、金属焼結体層２０の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．３０ｍｍ以下である。扁平型コンテナ１０の断面における、金属焼結体層２０の厚さ／扁平型コンテナ１０の肉厚の比率は、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３０％以上が好ましく、４０％以上がより好ましく、６０％以上が特に好ましい。一方で、上記比率の上限値は、特に限定されないが、気相の作動流体の流通性の点から１３０％以下が好ましい。また、上記断面において、（扁平型コンテナ１０に接し且つ金属焼結体層２０の厚さに対応したウィック構造体２１の領域（図１の符号ａの領域）の断面積＋金属焼結体層２０の断面積）／（ウィック構造体２１の断面積＋金属焼結体層２０の断面積）の比率は、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４５％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上が特に好ましい。一方で、上記比率の上限値は、特に限定されないが、気相の作動流体の流通性の点から９５％以下が好ましい。

　ヒートパイプ１の扁平型コンテナ１０の内面には、凹凸状の細溝が形成されていてもよい。扁平型コンテナ１０の内面に凹凸状の細溝が形成されている場合には、扁平型コンテナ１０の肉厚は、細溝の底部（凹部の底部）における肉厚であり、金属焼結体層２０の厚さは、細溝の底部（凹部の底部）における厚さである。

　図１に示すように、扁平型コンテナ１０の内部空間のうち、ウィック構造体２１の配置されていない部位は、気相の作動流体の蒸気流路２４となっている。つまり、一方の平坦な内面１１のうちのウィック構造体２１と接していない領域（すなわち、一方の平坦な内面１１の金属焼結体層２０表面）と、ウィック構造体２１の曲部２２表面と、他方の平坦な内面１２のうちのウィック構造体２１と接していない領域（すなわち、他方の平坦な内面１２の金属焼結体層２０表面）と、扁平型コンテナ１０の曲面部１３、１３’（すなわち、曲面部１３、１３’の金属焼結体層２０表面）から、蒸気流路２４が形成されている。従って、蒸気流路２４は、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して平行方向に延在している。また、蒸気流路２４は、ウィック構造体２１の両側に設けられている。

　扁平型コンテナ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。ウィック構造体２１の材質は、特に限定されず、銅粉及びステンレス粉等の金属粉、カーボン粉、銅粉とカーボン粉との混合粉、上記粉体のナノ粒子、金属メッシュと金属粉を組み合わせた複合金属等の焼結体を使用することができる。焼結体は、上記粉体や複合金属を焼結して粉体を接合することにより製造でき、焼結によって、毛細管圧力を有する多孔質構造が形成される。金属焼結体層２０の材質は、金属粉を含む粉体の焼結体であれば、特に限定されず、例えば、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の焼結体を使用することができる。

　また、扁平型コンテナ１０に封入する作動流体としては、扁平型コンテナ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、受熱部にて熱的に接続された発熱体（図示せず）から受熱すると、受熱部にて作動流体が液相から気相へ相変化する。この気相の作動流体が、蒸気流路２４を、扁平型コンテナ１０の長手方向に受熱部から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（図示せず）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、ウィック構造体２１に取り込まれ、ウィック構造体２１の毛細管圧力によって、放熱部から受熱部へと返送される。

　第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、ウィック構造体２１の接していない扁平型コンテナ１０の内面に金属焼結体層２０が形成されていることにより、液相の作動流体が金属焼結体層２０の毛細管力により分散、すなわち、金属焼結体層２０により液相の作動流体の液溜まりが防止されるので、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設置されても液相の作動流体の凍結を抑制できる。このように、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設置されても液相の作動流体の凍結を抑制できるので、薄型形状の肉厚の薄い扁平型コンテナ１０であっても、その変形や破壊を防止できる。また、第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、作動流体として不凍液を使用する必要はなく、肉厚の薄い扁平型コンテナ１０を使用できるので、優れた熱輸送特性を発揮できる。さらに、扁平型コンテナ１０の長手方向が重力方向に対して略平行となるように設置されても作動流体の凍結を抑制できるので、ヒートパイプ１の設置姿勢の自由度が向上する。

　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。

　第１実施形態例に係るヒートパイプでは、曲部と底辺部を有するウィック構造体２１であって、曲部が扁平型コンテナの一方の平坦な内面と接し、底辺部が他方の平坦な内面と接していたが、これに代えて、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、ウィック構造体２１は、一方の平坦な内面１１に配設された第１のウィック構造部２１－１と、他方の平坦な内面１２に配設された第２のウィック構造部２１－２と、を有している。

　第１のウィック構造部２１－１は、一方の平坦な内面１１から突出した凸形状の凸状底辺部である第１の曲部２２－１と平坦な上辺部２３－１とを有し、平坦な上辺部２３－１が一方の平坦な内面１１の一部領域と接している。ヒートパイプ２では、平坦な上辺部２３－１が一方の平坦な内面１１に固着されている。また、第１のウィック構造部２１－１は、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向（扁平型コンテナ１０の断面）について、その略中央部に設けられている。ヒートパイプ２では、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向における第１のウィック構造部２１－１の断面形状は、略半楕円状となっている。

　また、第２のウィック構造部２１－２は、他方の平坦な内面１２から突出しかつ凸形状の凸状底辺部である第１の曲部２２－１と対向した、凸形状の凸状上辺部である第２の曲部２２－２と平坦な底辺部２３－２とを有し、平坦な底辺部２３－２が他方の平坦な内面１２の一部領域と接している。ヒートパイプ２では、平坦な底辺部２３－２が他方の平坦な内面１２に固着されている。また、第２のウィック構造部２１－２は、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向について、その略中央部に設けられている。ヒートパイプ２では、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向における第２のウィック構造部２１－２の断面形状は、略半楕円状となっている。

　ヒートパイプ２では、扁平型コンテナ１０の一方の平坦な内面１１のうち第１のウィック構造部２１－１の平坦な上辺部２３－１と接していない領域、扁平型コンテナ１０の他方の平坦な内面１２のうち第２のウィック構造部２１－２の平坦な底辺部２３－２と接していない領域、及び扁平型コンテナ１０の曲面部１３、１３’は、いずれも、金属焼結体層２０が形成されている。すなわち、扁平型コンテナ１０の内面のうち、ウィック構造体２１と接していない領域は、金属焼結体層２０で被覆されている。金属焼結体層２０の内面（表面）は、扁平型コンテナ１０の内部空間に対して露出している。

　第１のウィック構造部２１－１は、第１の曲部２２－１が、第２のウィック構造部２１－２の第２の曲部２２－２と接している。ヒートパイプ２では、第１の曲部２２－１の底部と第２の曲部２２－２の頂部が、相互に接している。また、第１の曲部２２－１の底部と第２の曲部２２－２の頂部が、いずれも圧接された状態となっている。従って、第１の曲部２２－１の底部と第２の曲部２２－２の頂部は、圧縮されてつぶれた状態となっている。これにより、第１のウィック構造部２１－１及び第２のウィック構造部２１－２の毛細管圧力がさらに向上し、液相の作動流体をより円滑に還流させることができる。

　扁平型コンテナ１０の断面における、金属焼結体層２０の厚さ／扁平型コンテナ１０の肉厚の比率は、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３０％以上が好ましく、４０％以上がより好ましく、６０％以上が特に好ましい。一方で、上記比率の上限値は、特に限定されないが、気相の作動流体の流通性の点から１３０％以下が好ましい。また、上記断面において、（扁平型コンテナ１０に接し且つ金属焼結体層２０の厚さに対応したウィック構造体２１の領域（図２の符号ａの領域）の断面積＋金属焼結体層２０の断面積）／（ウィック構造体２１の断面積＋金属焼結体層２０の断面積）の比率は、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４５％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上が特に好ましい。一方で、上記比率の上限値は、特に限定されないが、気相の作動流体の流通性の点から９５％以下が好ましい。

　ヒートパイプ２の扁平型コンテナ１０の内面には、凹凸状の細溝が形成されていてもよい。扁平型コンテナ１０の内面に凹凸状の細溝が形成されている場合には、扁平型コンテナ１０の肉厚は、細溝の底部（凹部の底部）における肉厚であり、金属焼結体層２０の厚さは、細溝の底部（凹部の底部）における厚さである。

　第２実施形態例に係るヒートパイプ２でも、ウィック構造体２１の接していない扁平型コンテナ１０の内面に金属焼結体層２０が形成されていることにより、液相の作動流体が金属焼結体層２０の毛細管力により分散、すなわち、金属焼結体層２０により液相の作動流体の液溜まりが防止されるので、寒冷地においても液相の作動流体の凍結を抑制できる。

　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１実施形態例に係るヒートパイプのコンテナの断面形状は、対向した一方の平坦な内面と他方の平坦な内面を有する扁平型であったが、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、コンテナ１０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、ヒートパイプ３では、コンテナ１０の長手方向に垂直な断面について、その一部の領域だけが扁平加工されている。前記断面のうち、扁平加工された領域が他方の平坦な内面を形成し、扁平加工されていない領域が、他方の平坦な内面と対向する略半楕円形状の一方の内面となっている。

　ウィック構造体２１は、扁平加工された他方の平坦な内面から突出した凸形状の凸状上辺部である曲部と平坦な底辺部とを有し、平坦な底辺部が、扁平加工された他方の平坦な内面の一部領域と接している。ヒートパイプ３でも、平坦な底辺部が他方の平坦な内面に固着されている。また、ウィック構造体２１は、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向（コンテナ１０の断面）について、その略中央部に設けられている。ヒートパイプ３でも、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向におけるウィック構造体２１の断面形状は、略半楕円状となっている。

　また、ウィック構造体２１は、その曲部が、コンテナ１０の略半楕円形状である一方の内面と接している。ヒートパイプ３でも、曲部の頂部が、一方の内面と接している。

　ヒートパイプ３でも、コンテナ１０の他方の平坦な内面のうちウィック構造体２１の平坦な底辺部と接していない領域、略半楕円形状の一方の内面のうちウィック構造体２１の曲部と接していない領域は、いずれも、金属焼結体層２０が形成されている。すなわち、コンテナ１０の内面のうち、ウィック構造体２１と接していない領域は、金属焼結体層２０で被覆されている。金属焼結体層２０の内面（表面）は、コンテナ１０の内部空間に対して露出している。

　第３実施形態例に係るヒートパイプ３でも、ウィック構造体２１の接していないコンテナ１０の内面に金属焼結体層２０が形成されていることにより、液相の作動流体が金属焼結体層２０の毛細管力により分散されるので、寒冷地においても液相の作動流体の凍結を抑制できる。

　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２実施形態例に係るヒートパイプのコンテナの断面形状は、対向した一方の平坦な内面と他方の平坦な内面を有する扁平型であったが、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、ヒートパイプ４では、コンテナ１０の長手方向に垂直な断面について、その一部の領域だけが扁平加工されている。前記断面のうち、扁平加工された領域が他方の平坦な内面を形成し、扁平加工されていない領域が、他方の平坦な内面と対向する略半楕円形状の一方の内面となっている。

　第１のウィック構造部２１－１は、略半楕円形状である一方の内面１１から突出した凸形状の凸状底辺部である第１の曲部と上辺部とを有し、上辺部が略半楕円形状である一方の内面１１の一部領域と接している。ヒートパイプ４でも、上辺部が一方の内面に固着されている。また、第１のウィック構造部２１－１は、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向（コンテナ１０の断面）について、その略中央部に設けられている。

　また、第２のウィック構造部２１－２は、扁平加工された他方の平坦な内面から突出しかつ凸形状の凸状底辺部である第１の曲部と対向した、凸形状の凸状上辺部である第２の曲部と平坦な底辺部とを有し、平坦な底辺部が他方の平坦な内面の一部領域と接している。ヒートパイプ４でも、平坦な底辺部が他方の平坦な内面に固着されている。また、第２のウィック構造部２１－２は、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向について、その略中央部に設けられている。ヒートパイプ４でも、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向における第２のウィック構造部２１－２の断面形状は、略半楕円状となっている。

　第１のウィック構造部２１－１は、その第１の曲部が、第２のウィック構造部の第２の曲部と接している。ヒートパイプ４でも、第１の曲部の底部と第２の曲部の頂部が、相互に接している。

　ヒートパイプ４でも、コンテナ１０の略半楕円形状である一方の内面のうち、第１のウィック構造部２１－１の上辺部と接していない領域、コンテナ１０の他方の平坦な内面のうち第２のウィック構造部２１－２の平坦な底辺部と接していない領域は、いずれも、金属焼結体層２０が形成されている。すなわち、コンテナ１０の内面のうち、ウィック構造体２１と接していない領域は、金属焼結体層２０で被覆されている。金属焼結体層２０の内面（表面）は、コンテナ１０の内部空間に対して露出している。

　第４実施形態例に係るヒートパイプ４でも、ウィック構造体２１の接していないコンテナ１０の内面に金属焼結体層２０が形成されていることにより、液相の作動流体が金属焼結体層２０の毛細管力により分散されるので、寒冷地においても液相の作動流体の凍結を抑制できる。

　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。

　第２実施形態例に係るヒートパイプのコンテナの断面形状は扁平型であったが、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の断面形状は、円形状となっている。すなわち、ヒートパイプ５のコンテナ１０は、上記第１～第４実施形態例に係るヒートパイプのコンテナとは異なり、扁平加工されていない形状となっている。第５実施形態例に係るヒートパイプ５でも、上記第１～第４実施形態例に係るヒートパイプと同様に、ウィック構造体２１の接していないコンテナ１０の内面に金属焼結体層２０が形成されていることにより、液相の作動流体が金属焼結体層２０の毛細管力により分散されるので、寒冷地においても液相の作動流体の凍結を抑制できる。

　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。

　コンテナの断面形状が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第４実施形態例に係るヒートパイプでは、第１のウィック構造部２１－１は第２のウィック構造部２１－２と接していたが、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、第１のウィック構造部２１－１は第２のウィック構造部２１－２と接していない態様となっている。

　ヒートパイプ６では、第１のウィック構造部２１－１は、凸形状の凸状底辺部である第１の曲部が、第２のウィック構造部の、凸形状の凸状上辺部である第２の曲部とは、接していない態様となっている。

　第６実施形態例に係るヒートパイプ６でも、ウィック構造体２１の接していないコンテナ１０の内面に金属焼結体層２０が形成されていることにより、液相の作動流体が金属焼結体層２０の毛細管力により分散されるので、寒冷地においても液相の作動流体の凍結を抑制できる。

　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。ここでは、第１の実施形態例に係るヒートパイプの製造方法を例にとって説明する。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、円形状の管材の長手方向に沿って、所定形状の切り欠き部を有する芯棒を挿入する。管材の内面と切り欠き部外面との間に形成された空隙部にウィック構造体となる材料（例えば、粉末状の金属材料）を充填する。さらに、管材の内面と芯棒外面との間の隙間に、金属焼結体層となる材料（例えば、粉末状の金属材料）を充填する。次に、加熱処理して、ウィック構造体と金属焼結体層の前駆体を形成する。その後、芯棒を管材から引き抜き、管材を扁平加工することにより、ウィック構造体と金属焼結体層を有するヒートパイプを製造する。

　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２実施形態例に係るヒートパイプでは、扁平型コンテナは、その長手方向の全域が扁平型となっていたが、これに代えて、長手方向の一部を扁平型としてもよい。また、第１実施形態例に係るヒートパイプのウィック構造体、第２実施形態例に係るヒートパイプの第１のウィック構造部と第２のウィック構造部は、いずれも、略半楕円状となっていたが、形状は特に限定されず、例えば、略三角形状、略矩形状等でもよい。

　上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、コンテナの断面において、コンテナの内面のうちウィック構造体と接していない領域の全体が金属焼結体層で被覆されていたが、これに代えて、コンテナの内面のうち、ウィック構造体と接していない領域の一部に金属焼結体層が設けられてもよい。上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、金属焼結体層は、コンテナの一方の端部から他方の端部まで延在していたが、これに代えて、長手方向の一部領域に設けられていてもよい。特に、重力方向に液相の作動流体が貯留するので、液相の作動流体の貯留しやすい部分、すなわち、重力方向下方側となる部分に、ウィック構造体と金属焼結体層が設けられていればよい。上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、ウィック構造体の曲部の頂部は、圧接された状態となっていたが、圧接されていない状態でもよい。

　上記第１、第２実施形態例に係るヒートパイプでは、一方の平坦な内面と他方の平坦な内面との距離は、扁平型コンテナの長手方向全体に渡って略同一となっていたが、これに代えて、長手方向の一部において、一方の平坦な内面と他方の平坦な内面との距離が異なる扁平型コンテナを用いてもよい。

　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１～１０及び比較例１では、ヒートパイプとして、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。ただし、比較例１では、金属焼結体層は設けないヒートパイプとした。コンテナとして、実施例１～１０及び比較例１では、いずれも、長さ２００ｍｍ×外径１０ｍｍの断面が円形状の管材を、１．３ｍｍに扁平加工したものを使用した。コンテナに封入される作動流体として、水を使用した。なお、実施例２と実施例６は、金属焼結体層の材質の点で相違するヒートパイプである。実施例１と実施例５は金属焼結体層の材質の点で相違し、実施例１と実施例３はウィック構造体の断面における最大幅の点で相違するヒートパイプである。上記ヒートパイプを長手方向が垂直になるように設置し、－２０℃×２３分→６５℃×２３分でヒートサイクル試験にかけた後、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、ヒートサイクルＯＫ率（％）として測定した。

　熱特性評価は、以下のように測定した。
　発熱体として、１０ｍｍ×２０ｍｍ、６０Ｗのものを使用した。この発熱体を、実施例１～１０及び比較例１で用いたものと同じ構造のコンテナ（ヒートパイプ）の他方の端部に接触させ、コンテナ（ヒートパイプ）の一方の端部から１５ｍｍの部位に熱電対を設置し、ΔＴを計測して、以下の４段階で評価した。
ΔＴが０℃以上５℃以下を「Ａ」
ΔＴが５℃超８℃以下を「Ｂ」
ΔＴが８℃超１０℃以下を「Ｃ」
ΔＴが１０℃超を「Ｄ」

　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。

　表１から、金属焼結体層を設けた実施例１～１０のヒートパイプでは、寒冷な環境においてヒートサイクル数５０回でもコンテナ形状の変形が確実に抑制されて、優れたヒートサイクルＯＫ率を得た。金属焼結体層の厚さ／コンテナの肉厚の比率が６０％～１２０％、（扁平型コンテナに接し且つ金属焼結体層の厚さに対応したウィック構造体の領域（図２の符号ａの領域）の断面積＋金属焼結体層の断面積）／（ウィック構造体の断面積＋金属焼結体層の断面積）の比率が７３％～９２％である実施例２、６、８～１０は、ヒートサイクル数１００回でもコンテナ形状の変形が確実に抑制されて、より優れたヒートサイクルＯＫ率が得られた。さらに、金属焼結体層の厚さ／コンテナの肉厚の比率が８０％～１２０％、（扁平型コンテナに接し且つ金属焼結体層の厚さに対応したウィック構造体の領域の断面積＋金属焼結体層の断面積）／（ウィック構造体の断面積＋金属焼結体層の断面積）の比率が７８％～９２％である実施例８～１０では、ヒートサイクル数２００回でもコンテナ形状の変形が確実に抑制されて、特に優れたヒートサイクルＯＫ率が得られた。

　また、表１から、金属焼結体層を設けた実施例１～１０のヒートパイプでは、ΔＴが５℃超と優れた熱輸送特性を発揮した。特に、金属焼結体層の厚さ／コンテナの肉厚の比率が４０％、（扁平型コンテナに接し且つ金属焼結体層の厚さに対応したウィック構造体の領域（図２の符号ａの領域）の断面積＋金属焼結体層の断面積）／（ウィック構造体の断面積＋金属焼結体層の断面積）の比率が４９％である実施例１、３、５、金属焼結体層の厚さ／コンテナの肉厚の比率が１２０％、（扁平型コンテナに接し且つ金属焼結体層の厚さに対応したウィック構造体の領域（図２の符号ａの領域）の断面積＋金属焼結体層の断面積）／（ウィック構造体の断面積＋金属焼結体層の断面積）の比率が９２％である実施例１０では、ΔＴが１０℃超と、より優れた熱輸送特性を発揮した。

　一方で、金属焼結体層を設けなかった比較例１のヒートパイプでは、ヒートサイクル数５０回でヒートサイクルＯＫ率が０％となってしまい、寒冷な環境におけるコンテナ形状の変形を抑制できなかった。

　また、比較例１では、ΔＴが０℃以上５℃以下であり、実施例１～１０と比較して優れた熱輸送特性は得られなかった。

　本発明のヒートパイプは、寒冷な環境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設置されても、作動流体の凍結を抑制することで、薄型形状の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　　　　　　ヒートパイプ
　１０　　　　　　　　　　　　　　　コンテナ
　２０　　　　　　　　　　　　　　　金属焼結体層
　２１　　　　　　　　　　　　　　　ウィック構造体

Claims

　両端部が封止された管形状を有するコンテナと、
該コンテナ内に収納されたウィック構造体と、
該コンテナ内に封入された作動流体と、
を備えたヒートパイプであり、
前記コンテナの長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、前記コンテナの内面の２箇所において接し、且つ前記ウィック構造体の両側面は前記コンテナのどの内面にも接しておらず、
前記ウィック構造体の接していない前記コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されているヒートパイプ。
　前記コンテナの長手方向に垂直な断面の、少なくとも一部が扁平加工されている請求項１に記載のヒートパイプ。
　少なくとも一部が扁平加工されている前記断面において、前記ウィック構造体が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記凸状上辺部が、対向した内面のうちの一方の内面と接し、前記底辺部が他方の内面と接している請求項２に記載のヒートパイプ。
　両端部が封止された管形状を有し、長手方向に垂直な断面において上下方向に相互に対向している内面のペアを有する扁平型コンテナと、
該扁平型コンテナ内に収納されたウィック構造体と、
該扁平型コンテナ内に封入された作動流体と、
を備えたヒートパイプであり、
前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記内面のペアの両方に接し、且つ前記ウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、
前記ウィック構造体の接していない前記扁平型コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されているヒートパイプ。
　前記少なくとも一断面において、前記ウィック構造体の断面が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記凸状上辺部が、対向した前記内面のペアのうちの一方の内面と接し、前記底辺部が他方の内面と接している請求項４に記載のヒートパイプ。
　前記金属焼結体層の厚さ／前記コンテナの肉厚の値が、３０％～１３０％であり、（前記コンテナに接し且つ前記金属焼結体層の厚さに対応した前記ウィック構造体の領域の断面積＋前記金属焼結体層の断面積）／（前記ウィック構造体の断面積＋前記金属焼結体層の断面積）の値が、４５％～９５％である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
　前記ウィック構造体が、金属焼結体である請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
　両端部が封止された管形状を有するコンテナと、
該コンテナ内に収納されたウィック構造体と、
該コンテナ内に封入された作動流体と、
を備えたヒートパイプであり、
前記コンテナの長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、上下方向に配置された第１のウィック構造部と第２のウィック構造部からなり、
前記第１のウィック構造部は、前記コンテナの内面の１箇所において接し、且つ前記第１のウィック構造部の両側面は前記コンテナのどの内面にも接しておらず、前記第２のウィック構造部は、前記コンテナの内面の他の１箇所において接し、且つ前記第２のウィック構造部の両側面は前記コンテナのどの内面にも接しておらず、
前記ウィック構造体の接していない前記コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されているヒートパイプ。
　前記第１のウィック構造部は、前記第２のウィック構造部と接している請求項８に記載のヒートパイプ。
　前記コンテナの長手方向に垂直な断面の、少なくとも一部が扁平加工されている請求項８または９に記載のヒートパイプ。
　少なくとも一部が扁平加工されている前記断面において、前記第１のウィック構造部が、凸形状の凸状底辺部と上辺部を有し、前記第２のウィック構造部が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記第１のウィック構造部の凸状底辺部が、前記第２のウィック構造部の凸状上辺部と接し、前記第１のウィック構造部の上辺部が、対向した内面のうちの一方の内面と接し、前記第２のウィック構造部の平坦な底辺部が、他方の内面と接している請求項１０に記載のヒートパイプ。
　両端部が封止された管形状を有し、長手方向に垂直な断面において上下方向に相互に対向している内面のペアを有する扁平型コンテナと、
該扁平型コンテナ内に収納されたウィック構造体と、
該扁平型コンテナ内に封入された作動流体と、
を備えたヒートパイプであり、
前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、上下方向に配置された第１のウィック構造部と第２のウィック構造部からなり、前記第１のウィック構造部は、前記扁平型コンテナの前記内面のペアのうちの一方の内面及び前記第２のウィック構造部とそれぞれ接し、且つ前記第１のウィック構造部の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、前記第２のウィック構造部は、前記扁平型コンテナの前記内面のペアのうちの他方の内面と接し、且つ前記第２のウィック構造部の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、
前記ウィック構造体の接していない前記扁平型コンテナの内面に、金属焼結体層が形成されているヒートパイプ。
　前記少なくとも一断面において、前記第１のウィック構造部の断面が、凸形状の凸状底辺部と平坦な上辺部を有し、前記第２のウィック構造部の断面が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記第１のウィック構造部の凸状底辺部が、前記第２のウィック構造体の凸状上辺部と接し、前記第１のウィック構造部の平坦な上辺部が、前記一方の内面と接し、前記第２のウィック構造部の平坦な底辺部が、前記他方の内面と接している請求項１２に記載のヒートパイプ。
　前記金属焼結体層の厚さ／前記コンテナの肉厚の値が、３０％～１３０％であり、（前記コンテナに接し且つ前記金属焼結体層の厚さに対応した前記ウィック構造体の領域の断面積＋前記金属焼結体層の断面積）／（前記ウィック構造体の断面積＋前記金属焼結体層の断面積）の値が、４５％～９５％である請求項８乃至１３のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
　前記ウィック構造体が、金属焼結体である請求項８乃至１４のいずれか１項に記載のヒートパイプ。