WO2022185908A1 - ヒートパイプ - Google Patents

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WO2022185908A1
WO2022185908A1 PCT/JP2022/006060 JP2022006060W WO2022185908A1 WO 2022185908 A1 WO2022185908 A1 WO 2022185908A1 JP 2022006060 W JP2022006060 W JP 2022006060W WO 2022185908 A1 WO2022185908 A1 WO 2022185908A1
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WO
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wick
container
heat pipe
cross
section
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PCT/JP2022/006060
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English (en)
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Inventor
泰海 佐々木
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • 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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to a heat pipe that has excellent circulation characteristics for working fluid, exhibits excellent heat transport characteristics, and can prevent abnormal noise during circulation of the working fluid.
  • Heat pipes are sometimes used as cooling means for electronic components.
  • the internal space of the electrical and electronic equipment is becoming narrower and narrower. Therefore, thin heat pipes, which are made by flattening heat pipe containers, are sometimes used.
  • Patent Document 1 since a stay, which is a member different from the wick structure, is provided in the internal space of the heat pipe, the mounting amount of the wick structure is reduced and the vapor phase working fluid flows. Steam flow paths are also reduced. Further, in Patent Document 1, the steam flow path is also reduced by extending the wick structure over the entire width direction of the flat container. Therefore, in Patent Literature 1, there is a problem that sufficient flow characteristics of the working fluid cannot be obtained. Moreover, in Patent Document 1, there is a problem that the maximum heat transport amount cannot be sufficiently obtained due to insufficient flow characteristics of the working fluid, and excellent heat transport characteristics cannot be exhibited.
  • the liquid-phase working fluid may accumulate in the vapor flow path of the condensing portion of the heat pipe.
  • the wick structure is provided only in the central portion in the width direction of the container in order to secure the vapor flow path, the liquid phase may of the working fluid may accumulate.
  • the condensing portion of the heat pipe is positioned downward in the direction of gravity, the liquid-phase working fluid tends to accumulate in the vapor passage of the condensing portion of the heat pipe.
  • liquid-phase working fluid stored in the vapor flow path of the condensation section flows downward in the direction of gravity and collides with the gas-phase working fluid, causing pressure loss in the flow of the gas-phase working fluid. As a result, there is a problem that excellent heat transport properties cannot be exhibited.
  • a container which is a tubular body in which the end surface of one end and the end surface of the other end are sealed, and a wick structure provided inside the container; a working fluid enclosed inside the container;
  • a heat pipe comprising In at least one of the cross-sections perpendicular to the longitudinal direction of the container, the wick structure includes a first wick portion, and the wick structure is integral with and extends outwardly from the first wick portion. and a second wick that is thinner than the first wick, The heat pipe, wherein the second wick portion has a flat portion extending along a direction perpendicular to the height direction of the interior space of the container.
  • the first wick has a thickness of 50% or more of the height of the interior space of the container, and the second wick has a thickness of less than 50% of the height of the interior space of the container.
  • the heat pipe according to [1] or [2], wherein at least a partial region of the container has a flattened portion.
  • the flat portion has one inner surface and the other inner surface facing the one inner surface in the height direction of the inner space of the container, and in the one cross section, the first wick portion has a top portion in contact with the one inner surface and a bottom portion in contact with the other inner surface.
  • the wick structure is arranged between the top portion of the first wick portion and the flat portion along a direction perpendicular to the height direction of the internal space of the container.
  • the heat pipe according to any one of [1] to [4], which has a gradually changing portion in which the thickness of the body continuously decreases.
  • the second wick relative to the sum of the width of the second wick and the width from the tip of the second wick to the inner surface of the container facing the tip of the second wick
  • the ratio of the cross-sectional area of the internal space of the container not occupied by the wick structure to the cross-sectional area of the wick structure is 15% or more and 65% or less [1] to The heat pipe according to any one of [9].
  • the “flat portion” of the second wick portion in the above aspect means that the second wick is flat in the direction orthogonal to the height direction of the internal space of the container (hereinafter sometimes referred to as “the width direction of the internal space of the container”). It means a portion where the rate of change in the thickness of the portion is 5.0% or less of the height of the internal space of the container.
  • the “gradually changing portion” of the wick structure in the above aspect means that the change rate of the thickness of the wick structure with respect to the unit length in the width direction of the inner space of the container in the width direction of the inner space of the container is means a portion exceeding 5.0% of the height of the internal space of.
  • the wick structure has a first wick portion and a second wick portion that is thinner than the first wick portion, i.e., the second wick portion is relatively thick in the height direction of the interior space of the container.
  • the second wick portion which extends outward from the first wick portion and is relatively thin in the height direction of the interior space of the container, extends from the interior space of the container.
  • the liquid-phase working fluid flows into the wick structure by the capillary force of the flat portion while sufficiently securing the vapor flow path through which the gas-phase working fluid flows. be absorbed. Therefore, since the second wick portion has the flat portion, it is possible to prevent the liquid-phase working fluid from accumulating at the widthwise end portion of the internal space of the container in the condensing portion of the heat pipe. From the above, according to the aspect of the heat pipe of the present invention, the installation posture of the electric/electronic device equipped with the heat pipe of the present invention has excellent circulation characteristics of the working fluid and exhibits excellent heat transport characteristics. is changed, it is possible to prevent the generation of abnormal noise when the working fluid is circulated.
  • the wick structure has a first wick portion having a thickness of 50% or more of the height of the internal space of the container, whereby the liquid-phase working fluid is condensed. It has even better reflux characteristics from the section to the evaporator section. Further, in accordance with the heat pipe aspect of the present invention, less than 50% of the interior space height of the container extends outwardly from the first wick portion having a thickness greater than or equal to 50% of the interior space height of the container.
  • the second wick portion having a thickness of has a flat portion extending along the width direction of the internal space of the container, thereby sufficiently securing a vapor flow path through which the vapor-phase working fluid flows,
  • the liquid phase working fluid is absorbed into the wick structure by the capillary force of the plateau. Therefore, since the second wick portion having a thickness of less than 50% of the height of the internal space of the container has a flat portion, liquid is It is possible to prevent the phase working fluid from accumulating. From the above, according to the aspect of the heat pipe of the present invention, it is possible to manufacture electrical and electronic equipment equipped with the heat pipe of the present invention while exhibiting further excellent distribution characteristics of the working fluid and exhibiting further excellent heat transport characteristics. Even if the installation posture is changed, it is possible to prevent the generation of abnormal noise when the working fluid is circulated.
  • the first wick portion has a top portion in contact with one inner surface of the container and a bottom portion in contact with the other inner surface of the container, thereby forming a condensing portion of the liquid-phase working fluid. Reflux characteristics from to the evaporator are reliably improved.
  • the second When the ratio of the width of the wick portion is 50% or more, it is possible to more reliably prevent the liquid-phase working fluid from accumulating at the width direction end portions of the internal space of the container.
  • the tip of the second wick is not in contact with the inner surface of the container facing the tip of the second wick, the steam flow path is more reliably secured. , the flow characteristics of the gas-phase working fluid are further improved.
  • the working fluid since the ratio of the cross-sectional area of the second wick to the cross-sectional area of the first wick is 1.0% or more and 50% or less, the working fluid has excellent flow characteristics and Abnormal noise prevention during circulation of the working fluid can be improved in a well-balanced manner.
  • the thickness of the flat portion of the second wick portion in the evaporating portion is thicker than the thickness of the flat portion in the condensing portion, so that the capillary force of the second wick portion in the evaporating portion is further improved, the reflux characteristic of the liquid-phase working fluid from the condenser section to the evaporator section is further improved.
  • the ratio of the cross-sectional area of the internal space of the container not occupied by the wick structure to the cross-sectional area of the wick structure is 10% or more and 50% or less, so that the liquid It is possible to improve the flow characteristics of the phase working fluid and the flow characteristics of the gas phase working fluid in a well-balanced manner.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a cross section in the longitudinal direction of the heat pipe according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a cross section in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the heat pipe according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an explanatory view showing an outline of a cross section in the longitudinal direction of a heat pipe according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing an outline of a cross section in the longitudinal direction of a heat pipe according to a third embodiment of the present invention
  • It is explanatory drawing which shows the outline
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a cross section in the longitudinal direction of the heat pipe according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a cross section in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the heat pipe according to the first embodiment of the invention.
  • the heat pipe 1 is a tubular body in which an end surface 12 of one end portion 11 and an end surface 14 of the other end portion 13 are sealed. It comprises a container 10 , a wick structure 20 provided inside the container 10 , and a working fluid (not shown) sealed inside the container 10 .
  • the container 10 has an elongated shape. The shape of the container 10 in the longitudinal direction can be appropriately selected according to the usage conditions and the like, and may be linear or may have a curved portion, but the heat pipe 1 is linear for convenience of explanation. . Further, the inside of the container 10 is a sealed space that has been decompressed.
  • the wick structure 20 extends along the longitudinal direction of the container 10 from one end 11 to the other end 13 of the container 10 . Also, the width of the wick structure 20 extends along the longitudinal direction of the container 10 with substantially the same dimension.
  • the heat pipe 1 functions as an evaporator by, for example, one end 11 being thermally connected to the heating element 100, and the other end 13 is thermally connected to heat exchange means (not shown). It functions as a condensing part. From the above, the wick structure 20 extends along the heat transport direction of the heat pipe 1 .
  • the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the container 10 is not particularly limited, but as shown in FIG. 2, the heat pipe 1 has a flattened flat shape. Therefore, the heat pipe 1 is a thin heat pipe having a flat portion.
  • the thickness of the container 10 is not particularly limited, it is, for example, 0.1 mm to 0.5 mm.
  • the height H of the internal space 15 of the container 10 is not particularly limited, but is, for example, 0.5 mm to 2.0 mm.
  • the dimension of the interior space 15 of the container 10 in the direction perpendicular to the direction of the height H (that is, the width direction W of the interior space 15 of the container 10) is not particularly limited, but is, for example, 5 mm to 30 mm.
  • the wick structure 20 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the container 10, includes a first wick portion 21 having a predetermined thickness and a and a thin second wick portion 22 . Therefore, in the cross section, the first wick portion 21 is thicker than the second wick portion 22 .
  • the wick structure 20 may have a first wick portion 21 which is a relatively thick portion and a second wick portion 22 which is a relatively thin portion in the above cross section.
  • the wick structure 20 is composed of the first wick part 21 having a thickness of 50% or more of the height H of the internal space 15 of the container 10 and the container 10.
  • the second wick portion 22 is integral with the first wick portion 21 and extends outwardly from the first wick portion 21 .
  • the first wick portion 21 is provided in the central portion in the width direction W of the internal space 15 of the container 10
  • the second wick portions 22 are provided continuously on both sides of the first wick portion 21 . It is
  • the second wick portions 22 are provided near both ends in the width direction W of the internal space 15 of the container 10 .
  • the flat portion of the container 10 has one inner surface 16 and the other inner surface 17 facing the one inner surface 16 in the height H direction of the internal space 15 of the container 10 .
  • the first wick portion 21 has a top portion 23 in contact with one inner surface 16 and a bottom portion 24 in contact with the other inner surface 17 . Therefore, in the heat pipe 1, the first wick portion 21 has a thickness corresponding to the height H of the internal space 15 of the container 10, that is, a thickness of 100% of the height H of the internal space 15 of the container 10. It has a part with From the above, the thickness of the portion corresponding to the top portion 23 of the first wick portion 21 maintains the thickness corresponding to the height H of the internal space 15 . In the heat pipe 1 , the top portion 23 of the first wick portion 21 is in surface contact with one inner surface 16 , and the bottom portion 24 of the first wick portion 21 is in surface contact with the other inner surface 17 .
  • the second wick part 22 is provided in contact with the other inner surface 17 and is not in contact with the one inner surface 16 and the inner surface 18 connecting the one inner surface 16 and the other inner surface 17 . Therefore, the second wick portion 22 is not provided on one of the inner surfaces 16 and 18 . A portion of the inner surface 16 that is not in contact with the first wick portion 21 and the inner surface 18 are both exposed to the internal space 15 .
  • the second wick portion 22 has a flat portion 30 extending along the width direction W of the internal space 15 of the container 10 .
  • the flat portions 30 are formed at both ends of the second wick portion 22 in the width direction W of the internal space 15 .
  • the flat portion 30 extends a predetermined length from the first wick portion 21 toward the inner surface 18 while maintaining a predetermined thickness that is less than 50% of the height H of the interior space 15. .
  • the flat portion 30 maintains a predetermined thickness that is less than 50% of the height H of the internal space 15, the liquid phase can be From the point of reliably preventing the working fluid from being accumulated, it is preferable to maintain a predetermined thickness that is less than 30% of the height H of the internal space 15, and less than 20% of the height H of the internal space 15 It is particularly preferred to maintain a predetermined thickness of .
  • the flat portion 30 is 10% or more of the height H of the internal space 15 in order to further reliably prevent the liquid-phase working fluid from accumulating at the width direction W end portion of the internal space 15 of the container 10. is preferably maintained at a predetermined thickness of . Since the flat portion 30 extends from the first wick portion 21 toward the inner side surface 18 while maintaining a predetermined thickness, the flat portion 30 has a substantially flat shape.
  • the width W1 of the second wick portion 22 and the inner surface of the container 10 (in FIG. 2, The ratio of the width W1 of the second wick portion 22 to the total width W2 to the inner surface 18) of the container 10 is not particularly limited, but in the heat pipe 1, it is 50% or more.
  • the tip 31 of the second wick portion 22 is not in contact with the inner side surface 18 of the container 10 . Therefore, the ratio of the width W1 of the second wick portion 22 to the total dimension of the width W1 of the second wick portion 22 and the width W2 from the tip 31 of the second wick portion 22 to the inner surface 18 facing the tip 31 is 100. %.
  • the second wick portion 22 including the flat portion 30 extends to the inner side surface 18 of the container 10 .
  • the tip 31 of the second wick portion 22 faces the inner side surface 18 with a predetermined gap therebetween. Therefore, the other inner surface 17 has a portion that is in contact with neither the first wick portion 21 nor the second wick portion 22 , and this portion is exposed to the internal space 15 .
  • the thickness of the flat portion 30 may extend with substantially the same thickness along the longitudinal direction of the container 10, or may have different thicknesses depending on the portion of the container 10 in the longitudinal direction.
  • the thickness of the flat portion 30 in the evaporating portion where the container 10 is thermally connected to the heating element 100 is the same as that of the container 10.
  • the capillary force of the second wick portion 22 in the evaporator portion is further improved, and the liquid phase operation This is preferable in that the reflux characteristic of the fluid from the condensing section to the evaporating section is further improved.
  • the wick structure 20 is arranged between the top portion 23 of the first wick portion 21 and the flat portion 30 along the width direction W of the internal space 15 of the container 10 . It has a gradual change portion 40 in which the intensity decreases continuously.
  • the gradually changing portion 40 is formed across the first wick portion 21 and the second wick portion 22 , and the thickness of the wick structure 20 increases from the first wick portion 21 toward the second wick portion 22 . is decreasing.
  • the change rate of the thickness of the wick structure 20 at the gradually changing portion 40 is greater than the change rate of the thickness of the wick structure 20 at the flat portion 30 .
  • the ratio of the cross-sectional area of the second wick portion 22 to the cross-sectional area of the first wick portion 21 is not particularly limited. 1.0% or more and 50% or less is preferable, and 10% or more and 30% or less is particularly preferable, from the point of reliably preventing accumulation of the liquid-phase working fluid while ensuring that.
  • the internal space 15 that is not occupied by the wick structure 20 is a vapor channel 50 through which the vapor-phase working fluid flows.
  • the vapor flow path 50 extends along the heat transport direction of the heat pipe 1 .
  • the ratio of the cross-sectional area of the internal space 15 (steam flow path 50) of the container 10 not occupied by the wick structure 20 to the cross-sectional area of the wick structure 20 is not particularly limited, but the heat pipe 1 15% or more and 65% or less are preferable, and 20% or more and 60% or less are particularly preferable, from the viewpoint that the flow characteristics of the liquid-phase working fluid and the flow characteristics of the gas-phase working fluid can be improved in a well-balanced manner. More specifically, in the heat pipe 1, the ratio of the cross-sectional area of the internal space 15 of the container 10 not occupied by the wick structure 20 to the cross-sectional area of the wick structure 20 is 30% or more and 50% or less. ing.
  • the material of the container 10 is not particularly limited, and examples thereof include metals such as copper and copper alloys from the viewpoint of excellent thermal conductivity, aluminum and aluminum alloys from the viewpoint of lightness, and stainless steel from the viewpoint of improvement in mechanical strength. be able to. Further, tin, tin alloys, titanium, titanium alloys, nickel, nickel alloys, and the like may be used depending on the usage conditions of the heat pipe 1 .
  • a powder sintered body containing metal powder can be mentioned.
  • a sintered body of metal powder such as copper powder and stainless steel powder
  • a sintered body of mixed powder of copper powder and carbon powder may be mentioned.
  • the first wick portion 21 and the second wick portion 22 may be made of powder of the same material type, or may be made of different material types.
  • the average particle size of the powder in the first wick portion 21 and the second wick portion 22 may be the same or different.
  • the average primary particle size of the powder containing metal powder, which is the raw material of the sintered body can be appropriately selected depending on the capillary force required for the wick structure 20 and the reflux characteristics of the liquid-phase working fluid. 50 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less can be mentioned.
  • the working fluid enclosed in the container 10 can be appropriately selected according to the material of the container 10, and examples thereof include water, CFC substitutes, perfluorocarbons, and cyclopentane.
  • the method for manufacturing the heat pipe of the present invention is not particularly limited. It can be manufactured by using a core rod provided with a notch portion of a predetermined shape. Specifically, for example, a core rod having the above shape is inserted from one end to the other end in the longitudinal direction of a circular tubular member. A gap based on the notch is formed between the inner wall surface of the tube and the outer surface of the core rod. A predetermined amount of powder, which is the raw material of the wick structure 20, is filled into the void from the end of the tube. The tubular material filled with the powder is heat-treated, the core rod is pulled out from the tubular material, and the tubular material is flattened. When the tube material is flattened, the wick structure 20 is formed from the powder filled in the notch.
  • the heat transport mechanism of the heat pipe 1 for example, by thermally connecting the heating element 100 to one end portion 11, one end portion 11 functions as an evaporating portion (heat receiving portion), and the other end portion 13 is provided with heat exchanging means. are thermally connected to each other, the other end 13 functions as a condensing section (radiating section).
  • a central portion 19 positioned between one end portion 11 and the other end portion 13 functions as a heat insulating portion.
  • the working fluid that has undergone a phase change to the vapor phase flows through the vapor passage 50 in the longitudinal direction of the container 10 from the evaporator to the condenser (in the heat pipe 1, from one end 11 to the other end 13). , heat from the heating element 100 is transported from the evaporator to the condenser. The heat from the heating element 100 transported from the evaporating section to the condensing section is released as latent heat by the phase change of the vapor-phase working fluid to the liquid phase in the condensing section provided with the heat exchange means. The latent heat released in the condensation section is released from the condensation section to the external environment of the heat pipe 1 by the heat exchange means provided in the condensation section. The working fluid that has undergone a phase change to a liquid phase in the condensing section is returned from the condensing section to the adiabatic section by the capillary force of the wick structure 20 .
  • the wick structure 20 has the first wick part 21 having a thickness of 50% or more of the height H of the internal space 15 of the container 10, It has excellent reflux characteristics for the liquid-phase working fluid from the condensing section to the evaporating section. Further, a second wick portion 22 extending outwardly from the first wick portion 21 and having a thickness of less than 50% of the height H of the interior space 15 of the container 10 extends in the width direction W of the interior space 15 of the container 10. By having the flat portion 30 extending along the width direction W The liquid-phase working fluid stored at the end is absorbed by the wick structure 20 .
  • the second wick portion 22 has the flat portion 30, it is possible to prevent the liquid-phase working fluid from accumulating in the width direction W end portion of the internal space 15 of the container 10 in the condensing portion of the heat pipe 1. can. From the above, the heat pipe 1 has excellent flow characteristics of the working fluid, exhibits excellent heat transport characteristics, and even if the installation posture of the electric/electronic device in which the heat pipe 1 is mounted is changed, the working fluid It is possible to prevent the occurrence of abnormal noise during distribution.
  • the second wick part 22 has the flat part 30 extending along the width direction W of the internal space 15 of the container 10, the working fluid evaporation area in the evaporation part is increased and the thermal resistance is reduced. can be made Further, in the heat pipe 1, since the liquid-phase working fluid can be prevented from accumulating in the condensing portion of the heat pipe 1, heat can be reliably transported from one end 11 to the other end 13 of the container 10. can contribute.
  • the heat pipe 1 a portion of the inner surface 16 that is not in contact with the first wick portion 21 and the inner surface 18 are exposed to the internal space 15 without forming a wick structure.
  • the flow path 50 is sufficiently secured, and the gas-phase working fluid can flow smoothly.
  • the first wick portion 21 has a top portion 23 in contact with one inner surface 16 of the container 10 and a bottom portion 24 in contact with the other inner surface 17 of the container 10. Since there is provided a portion having a thickness of 100% with respect to the height H of the internal space 15, the liquid-phase working fluid is excellent in reflux characteristics from the condensing portion to the evaporating portion.
  • the ratio of the width W1 of the second wick portion 22 to the sum of the width W1 of the second wick portion 22 and the width W2 from the tip 31 of the second wick portion 22 to the inner side surface 18 facing the tip 31. is 50% or more, it is possible to more reliably prevent the liquid-phase working fluid from accumulating at the widthwise end W of the internal space 15 of the container 10 .
  • the tip 31 of the second wick portion 22 is not in contact with the inner side surface 18 of the container facing the tip 31 of the second wick portion 22, so the vapor flow path 50 is more reliably secured, and the vapor phase is working fluid distribution characteristics are further improved.
  • the ratio of the cross-sectional area of the second wick portion 22 to the cross-sectional area of the first wick portion 21 is 1.0% or more and 50% or less. Abnormal noise prevention is improved in a well-balanced manner.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of a cross section in the longitudinal direction of the heat pipe according to the second embodiment of the invention.
  • the shape of the container 10 in the longitudinal direction is linear, but instead of this, as shown in FIG. , the shape of the container 10 in the longitudinal direction is a shape having a curved portion 51 .
  • the container 10 is L-shaped with one curved portion 51 .
  • the heat pipe 2 in which the container 10 is L-shaped it is possible to prevent the liquid-phase working fluid from accumulating at the widthwise end of the internal space 15 of the container 10 in the condensing portion of the heat pipe 2 . From the above, the heat pipe 2 also has excellent flow characteristics of the working fluid, and exhibits excellent heat transport characteristics. It is possible to prevent the occurrence of abnormal noise during distribution.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of a cross section in the longitudinal direction of a heat pipe according to a third embodiment of the invention.
  • the shape of the container 10 in the longitudinal direction is linear, but instead of this, as shown in FIG. , the shape of the container 10 in the longitudinal direction is a shape having a plurality of curved portions 51 (two in the case of the heat pipe 3).
  • the liquid-phase working fluid is accumulated in the width direction end portion of the internal space 15 of the container 10 among the condensing portions of the heat pipe 3. can be prevented.
  • the heat pipe 3 also has excellent flow characteristics of the working fluid, and exhibits excellent heat transport characteristics. It is possible to prevent the occurrence of abnormal noise during distribution.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of a cross section in the longitudinal direction of the heat pipe according to the fourth embodiment of the invention.
  • the shape in the longitudinal direction of the container 10 is linear, but instead of this, as shown in FIG. , the shape of the container 10 in the longitudinal direction is a shape having a plurality of curved portions 51 (four in the case of the heat pipe 4).
  • the heating element 100 is thermally connected to one end 11 of the container 10, but instead of this, as shown in FIG.
  • the heating element 100 is thermally connected to the central portion 19 of the container 10, and the central portion 19 of the container 10 functions as an evaporating portion (heat receiving portion).
  • the one end 11 and the other end 13 of the container 10 function as condensation sections (radiation sections).
  • the condensing portion of the heat pipe 4 has a portion of the container 10 . It is possible to prevent the liquid-phase working fluid from accumulating at the width direction end portions of the internal space 15 . From the above, the heat pipe 4 also has excellent circulation characteristics of the working fluid, and exhibits excellent heat transport characteristics, and even if the installation posture of the electric / electronic device equipped with the heat pipe 4 is changed, the working fluid It is possible to prevent the occurrence of abnormal noise during distribution.
  • the wick structure 20 has a thickness of 50% or more of the height H of the internal space 15 of the container 10 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the container 10.
  • 1 wick portion 21 and a second wick portion 22 having a thickness of less than 50% of the height H of the interior space 15 of the container 10, but in the above cross section, the first wick portion 21 is the second wick portion. 22 (the second wick portion 22 is thinner than the first wick portion 21), the thickness of the first wick portion 21 and the second wick portion 22 with respect to the height H of the internal space 15 is It is not particularly limited.
  • the width of the second wick portion 22 with respect to the sum of the width W1 of the second wick portion 22 and the width W2 from the tip 31 of the second wick portion 22 to the inner surface 18 facing the tip 31 is
  • the ratio of the width W1 of the portion 22 is 50% or more and less than 100%, it may be, for example, 30% or more and less than 50%.
  • the top portion 23 of the first wick portion 21 is in contact with one inner surface 16.
  • the first wick portion 21 may The top portion 23 may be configured so as not to contact the inner surface of the container 10 . That is, the first wick portion 21 may have a thickness of 50% or more of the height H of the internal space 15 of the container 10, and less than 100% of the height H of the internal space 15 of the container 10. thickness.
  • the heat pipe of the present invention has excellent circulation characteristics of the working fluid, exhibits excellent heat transport characteristics, and can prevent the generation of abnormal noise during the circulation of the working fluid. It has a high utility value in the field of cooling electronic parts such as semiconductor elements installed in electrical and electronic equipment.

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Abstract

本発明は、作動流体の優れた流通特性を有し、優れた熱輸送特性を発揮しつつ、作動流体の流通の際の異音発生を防止できるヒートパイプを提供する。　一方の端部の端面と他方の端部の端面とが封止された、管体であるコンテナと、前記コンテナの内部に設けられたウィック構造体と、前記コンテナの内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、前記コンテナの長手方向に対して直交方向の断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体が、前記コンテナの内部空間の高さの５０％以上の厚さを有する第１ウィック部と、前記第１ウィック部と一体であり、前記第１ウィック部から外方向へ伸びる、前記コンテナの内部空間の高さの５０％未満の厚さを有する第２ウィック部と、を有し、前記第２ウィック部が、前記コンテナの内部空間の高さ方向に直交する方向に沿って延在する平坦部を有するヒートパイプ。

Description

ヒートパイプ
　本発明は、作動流体の優れた流通特性を有し、優れた熱輸送特性を発揮しつつ、作動流体の流通の際の異音発生を防止できるヒートパイプに関するものである。
　ノート型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、高機能化等により発熱量が増大し、その冷却がいっそう重要となっている。電子部品の冷却手段として、ヒートパイプが使用されることがある。また、電気・電子機器の小型化により、電気・電子機器の内部空間はますます狭小化していることから、ヒートパイプもさらなる小型化が要求されている。そこで、ヒートパイプのコンテナを扁平化した薄型ヒートパイプが使用されることがある。
　また、扁平化した薄型ヒートパイプは、作動流体の流路を確保するために、減圧処理されている内部空間を確実に維持することが要求されることがある。そこで、扁平な容器本体の内部中央に、該容器本体の潰れを阻止する高さの少なくとも１本のスティを長手方向に向けて固定するとともに、前記容器本体の内部一半に、作動液還流用のウィックを前記スティの高さよりも低い厚みをもって一体的に敷設したヒートパイプが提案されている（特許文献１）。特許文献１では、扁平化したコンテナの内部にスティを立設させることでコンテナの潰れを防止して、作動流体の流路を確保している。
　しかし、特許文献１では、ヒートパイプの内部空間に、ウィック構造体とは異なる部材であるスティを設けているので、ウィック構造体の搭載量が減少し、また、気相の作動流体が流通する蒸気流路も減少する。また、特許文献１では、扁平なコンテナの幅方向全体にウィック構造体が延在していることでも、蒸気流路が減少する。従って、特許文献１では、作動流体の流通特性が十分に得られないという問題があった。また、特許文献１では、作動流体の流通特性が十分に得られないことで、最大熱輸送量が十分に得られず、優れた熱輸送特性を発揮できないという問題があった。
　さらに、特許文献１のように、作動流体の流通特性が十分に得られない場合には、液相の作動流体が、ヒートパイプの凝縮部の蒸気流路に貯留してしまうことがある。また、蒸気流路を確保するためにコンテナの幅方向の中央部にのみウィック構造体を設ける場合には、ヒートパイプの凝縮部のうち、コンテナの幅方向端部の蒸気流路に、液相の作動流体が貯留してしまうことがある。特に、ヒートパイプの凝縮部が重力方向下方に位置すると、液相の作動流体がヒートパイプの凝縮部の蒸気流路に貯留しやすくなる。
　例えば、液相の作動流体が、重力方向下方に位置する凝縮部の蒸気流路に貯留した状態で、ノート型パソコン等の電気・電子機器の設置姿勢を変えて、凝縮部が重力方向上方へ移動すると、凝縮部に貯留していた液相の作動流体が重力方向下方へ流れる。液相の作動流体が重力方向下方へ流れると、ヒートパイプの蒸発部から重力方向上方の凝縮部へ蒸気流路を流通している気相の作動流体に液相の作動流体がぶつかり、液相の作動流体が気相の作動流体よって吹き飛ばされることで異音が発生することがあるという問題があった。
　また、凝縮部の蒸気流路に貯留していた液相の作動流体が、重力方向下方へ流れ、気相の作動流体にぶつかることで、気相の作動流体の流れに圧力損失が生じて、結果、優れた熱輸送特性を発揮できないという問題があった。
特開２００２－２１３８８７号公報
　上記事情に鑑み、本発明は、作動流体の優れた流通特性を有し、優れた熱輸送特性を発揮しつつ、作動流体の流通の際の異音発生を防止できるヒートパイプを提供することを目的とする。
　本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
　［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、管体であるコンテナと、前記コンテナの内部に設けられたウィック構造体と、
前記コンテナの内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、
　前記コンテナの長手方向に対して直交方向の断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体が、第１ウィック部と、前記第１ウィック部と一体であり、前記第１ウィック部から外方向へ伸びる、前記第１ウィック部よりも薄い第２ウィック部と、を有し、
　前記第２ウィック部が、前記コンテナの内部空間の高さ方向に直交する方向に沿って延在する平坦部を有するヒートパイプ。
　［２］前記第１ウィック部が、前記コンテナの内部空間の高さの５０％以上の厚さを有し、前記第２ウィック部が、前記コンテナの内部空間の高さの５０％未満の厚さを有する［１］に記載のヒートパイプ。
　［３］前記コンテナの少なくとも一部領域が、扁平加工された扁平部を有する［１］または［２］に記載のヒートパイプ。
　［４］前記扁平部が、前記コンテナの内部空間の高さ方向に、一方の内面と、前記一方の内面と対向した他方の内面と、を有し、前記一断面において、前記第１ウィック部が、前記一方の内面と接した頂部と前記他方の内面に接した底辺部を有する［３］に記載のヒートパイプ。
　［５］前記一断面において、前記ウィック構造体が、前記第１ウィック部の頂部と前記平坦部との間に、前記コンテナの内部空間の高さ方向に直交する方向に沿って、前記ウィック構造体の厚さが連続的に減少していく徐変部を有する［１］乃至［４］のいずれか１つに記載のヒートパイプ。
　［６］前記一断面において、前記第２ウィック部の幅と前記第２ウィック部の先端から前記第２ウィック部の先端に対向する前記コンテナの内面までの幅との合計に対する、前記第２ウィック部の幅の割合が、５０％以上である［１］乃至［５］のいずれか１つに記載のヒートパイプ。
　［７］前記第２ウィック部の先端が、前記第２ウィック部の先端に対向する前記コンテナの内面と接していない［１］乃至［６］のいずれか１つに記載のヒートパイプ。
　［８］前記一断面において、前記第１ウィック部の断面積に対する前記第２ウィック部の断面積の割合が、１．０％以上５０％以下である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のヒートパイプ。
　［９］前記コンテナが、発熱体と熱的に接続される蒸発部と、熱交換手段と熱的に接続される凝縮部とを有し、前記蒸発部における前記平坦部の厚さが、前記凝縮部における前記平坦部の厚さよりも厚い［１］乃至［８］のいずれか１つに記載のヒートパイプ。
　［１０］前記一断面において、前記ウィック構造体の断面積に対する、前記ウィック構造体で占められていない前記コンテナの内部空間の断面積の割合が、１５％以上６５％以下である［１］乃至［９］のいずれか１つに記載のヒートパイプ。
　［１１］前記ウィック構造体が、金属粉の焼結体である［１］乃至［１０］のいずれか１つに記載のヒートパイプ。
　上記態様における第２ウィック部の「平坦部」とは、コンテナの内部空間の高さ方向に直交する方向（以下、「コンテナの内部空間の幅方向」ということがある。）において、第２ウィック部の厚さの変化率が、コンテナの内部空間の高さの５．０％以下の部位を意味する。また、上記態様におけるウィック構造体の「徐変部」とは、コンテナの内部空間の幅方向において、コンテナの内部空間の幅方向の単位長さに対するウィック構造体の厚さの変化率が、コンテナの内部空間の高さの５．０％超の部位を意味する。
　本発明のヒートパイプの態様によれば、ウィック構造体が第１ウィック部と第１ウィック部よりも薄い第２ウィック部を有する、すなわち、コンテナの内部空間の高さ方向において相対的に厚い第１ウィック部を有することにより、液相の作動流体の凝縮部から蒸発部への優れた還流特性を有している。さらに、本発明のヒートパイプの態様によれば、第１ウィック部から外方向へ伸びる、コンテナの内部空間の高さ方向において相対的に厚さの薄い第２ウィック部が、コンテナの内部空間の幅方向に沿って延在する平坦部を有することにより、気相の作動流体の流通する蒸気流路を十分に確保しつつ、平坦部の毛細管力によって、液相の作動流体がウィック構造体に吸収される。従って、第２ウィック部が平坦部を有することにより、ヒートパイプの凝縮部のうち、コンテナの内部空間の幅方向端部に、液相の作動流体が貯留することを防止できる。上記から、本発明のヒートパイプの態様によれば、作動流体の優れた流通特性を有し、優れた熱輸送特性を発揮しつつ、本発明のヒートパイプを搭載した電気・電子機器の設置姿勢を変えても、作動流体の流通の際の異音発生を防止できる。また、本発明のヒートパイプの態様によれば、ウィック構造体が、コンテナの内部空間の高さの５０％以上の厚さを有する第１ウィック部を有することにより、液相の作動流体の凝縮部から蒸発部へのさらに優れた還流特性を有している。さらに、本発明のヒートパイプの態様によれば、コンテナの内部空間の高さの５０％以上の厚さを有する第１ウィック部から外方向へ伸びる、コンテナの内部空間の高さの５０％未満の厚さを有する第２ウィック部が、コンテナの内部空間の幅方向に沿って延在する平坦部を有することにより、気相の作動流体の流通する蒸気流路をさらに十分に確保しつつ、平坦部の毛細管力によって、液相の作動流体がウィック構造体に吸収される。従って、コンテナの内部空間の高さの５０％未満の厚さを有する第２ウィック部が平坦部を有することにより、ヒートパイプの凝縮部のうち、コンテナの内部空間の幅方向端部に、液相の作動流体が貯留することを防止できる。上記から、本発明のヒートパイプの態様によれば、作動流体のさらに優れた流通特性を有し、さらに優れた熱輸送特性を発揮しつつ、本発明のヒートパイプを搭載した電気・電子機器の設置姿勢を変えても、作動流体の流通の際の異音発生を防止できる。
　本発明のヒートパイプの態様によれば、第１ウィック部が、コンテナの一方の内面と接した頂部とコンテナの他方の内面に接した底辺部を有することにより、液相の作動流体の凝縮部から蒸発部への還流特性が確実に向上する。
　本発明のヒートパイプの態様によれば、第２ウィック部の幅と前記第２ウィック部の先端から前記第２ウィック部の先端に対向するコンテナの内面までの幅との合計に対する、前記第２ウィック部の幅の割合が、５０％以上であることにより、コンテナの内部空間の幅方向端部に液相の作動流体が貯留することをさらに確実に防止できる。
　本発明のヒートパイプの態様によれば、第２ウィック部の先端が、前記第２ウィック部の先端に対向するコンテナの内面と接していないことにより、蒸気流路がより確実に確保されるので、気相の作動流体の流通特性がさらに向上する。
　本発明のヒートパイプの態様によれば、第１ウィック部の断面積に対する第２ウィック部の断面積の割合が１．０％以上５０％以下であることにより、作動流体の優れた流通特性と作動流体の流通の際の異音防止をバランスよく向上させることができる。
　本発明のヒートパイプの態様によれば、蒸発部における第２ウィック部の平坦部の厚さが、凝縮部における前記平坦部の厚さよりも厚いことにより、蒸発部における第２ウィック部の毛細管力がより向上するので、液相の作動流体の凝縮部から蒸発部への還流特性がより向上する。
　本発明のヒートパイプの態様によれば、ウィック構造体の断面積に対する、前記ウィック構造体で占められていないコンテナの内部空間の断面積の割合が１０％以上５０％以下であることにより、液相の作動流体の流通特性と気相の作動流体の流通特性をバランスよく向上させることができる。
本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの長手方向における断面の概要を示す説明図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの長手方向に対して直交方向における断面の概要を示す説明図である。 本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプの長手方向における断面の概要を示す説明図である。 本発明の第３実施形態例に係るヒートパイプの長手方向における断面の概要を示す説明図である。 本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプの長手方向における断面の概要を示す説明図である。
　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。なお、図１は、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの長手方向における断面の概要を示す説明図である。図２は、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの長手方向に対して直交方向における断面の概要を示す説明図である。
　図１に示すように、本発明の第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１２と他方の端部１３の端面と１４が封止された、管体であるコンテナ１０と、コンテナ１０の内部に設けられたウィック構造体２０と、コンテナ１０の内部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の形状は、長尺状となっている。コンテナ１０の長手方向の形状は、使用状況等に応じて適宜選択可能であり、直線状でもよく、曲部を有する形状でもよいが、ヒートパイプ１は、説明の便宜上、直線状となっている。また、コンテナ１０の内部は、減圧処理された密閉空間となっている。
　ウィック構造体２０は、コンテナ１０の長手方向に沿って、コンテナ１０の一方の端部１１から他方の端部１３まで延在している。また、ウィック構造体２０の幅は、コンテナ１０の長手方向に沿って、略同じ寸法にて延在している。ヒートパイプ１は、例えば、一方の端部１１に発熱体１００が熱的に接続されることで蒸発部として機能し、他方の端部１３に熱交換手段（図示せず）が熱的に接続されることで凝縮部として機能する。上記から、ウィック構造体２０は、ヒートパイプ１の熱輸送方向に沿って延在している。
　コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の断面形状は、特に限定されないが、図２に示すように、ヒートパイプ１では、扁平加工された扁平形状となっている。従って、ヒートパイプ１は、扁平部を有する薄型ヒートパイプとなっている。コンテナ１０の肉厚は、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ～０．５ｍｍである。コンテナ１０の内部空間１５の高さＨは、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ～２．０ｍｍである。コンテナ１０の内部空間１５の高さＨの方向に直交する方向（すなわち、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗ）の寸法は、特に限定されないが、例えば、５ｍｍ～３０ｍｍである。
　図２に示すように、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の断面において、ウィック構造体２０は、所定の厚さを有する第１ウィック部２１と、第１ウィック部２１よりも厚さの薄い第２ウィック部２２と、を有している。従って、上記断面において、第１ウィック部２１は、第２ウィック部２２よりも厚い態様となっている。ウィック構造体２０は、上記断面において、相対的に厚い部位である第１ウィック部２１と、相対的に薄い部位である第２ウィック部２２と、を有していればよいが、ヒートパイプ１では、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の断面において、ウィック構造体２０は、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨの５０％以上の厚さを有する第１ウィック部２１とコンテナ１０の内部空間１５の高さＨの５０％未満の厚さを有する第２ウィック部２２とを有している。第２ウィック部２２は、第１ウィック部２１と一体であり、第１ウィック部２１から外方向へ伸びている。ヒートパイプ１では、上記断面において、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗにおける中央部に第１ウィック部２１が設けられ、第１ウィック部２１の両側に連続して第２ウィック部２２が設けられている。第２ウィック部２２は、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗの両端部近傍に設けられている。
　コンテナ１０の扁平部は、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨ方向に、一方の内面１６と、一方の内面１６に対向した他方の内面１７とを有している。第１ウィック部２１は、一方の内面１６と接した頂部２３と他方の内面１７に接した底辺部２４を有する。従って、ヒートパイプ１では、第１ウィック部２１は、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨに相当した厚さ、すなわち、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨに対して１００％の厚さを有する部位を備えている。上記から、第１ウィック部２１のうち、頂部２３に対応する部位の厚さは、内部空間１５の高さＨに相当した厚さを維持している。ヒートパイプ１では、第１ウィック部２１の頂部２３は一方の内面１６と面接触しており、第１ウィック部２１の底辺部２４は、他方の内面１７と面接触している。
　第２ウィック部２２は、他方の内面１７に接した状態で設けられており、一方の内面１６と、一方の内面１６と他方の内面１７を繋ぐ内側面１８には、接していない。従って、一方の内面１６と内側面１８には、第２ウィック部２２は設けられていない。一方の内面１６のうちの第１ウィック部２１と接していない部位と内側面１８は、いずれも、内部空間１５に露出している。
　第２ウィック部２２は、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗに沿って延在する平坦部３０を有する。平坦部３０は、第２ウィック部２２のうち、内部空間１５の幅方向Ｗの両端部に形成されている。平坦部３０は、内部空間１５の高さＨの５０％未満である所定厚さを維持しながら、第１ウィック部２１から内側面１８の方向へと、所定の長さにわたって延在している。平坦部３０は、内部空間１５の高さＨの５０％未満である所定厚さを維持しているが、気相の作動流体の流通する蒸気流路５０をさらに十分に確保しつつ、液相の作動流体の貯留を確実に防止する点から、内部空間１５の高さＨの３０％未満である所定の厚さを維持しているのが好ましく、内部空間１５の高さＨの２０％未満である所定の厚さを維持していているのが特に好ましい。一方で、平坦部３０は、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗ端部に液相の作動流体が貯留することをさらに確実に防止する点から、内部空間１５の高さＨの１０％以上である所定の厚さを維持しているのが好ましい。平坦部３０は、所定の厚さを維持しながら第１ウィック部２１から内側面１８の方向へと延在していることから、略平坦形状となっている。
　上記断面において、第２ウィック部２２の幅Ｗ１と第２ウィック部２２の内部空間１５の幅方向Ｗにおける先端３１から第２ウィック部２２の先端３１に対向するコンテナ１０の内面（図２では、コンテナ１０の内側面１８）までの幅Ｗ２との合計に対する、第２ウィック部２２の幅Ｗ１の割合は、特に限定されないが、ヒートパイプ１では、５０％以上となっている。一方で、ヒートパイプ１では、第２ウィック部２２の先端３１は、コンテナ１０の内側面１８には接していない。従って、第２ウィック部２２の幅Ｗ１と第２ウィック部２２の先端３１から先端３１に対向する内側面１８までの幅Ｗ２との合計寸法に対する、第２ウィック部２２の幅Ｗ１の割合は１００％未満となっている。
　このように、第２ウィック部２２の先端３１は、コンテナ１０の内側面１８には接していないことから、平坦部３０を含めて第２ウィック部２２は、コンテナ１０の内側面１８までは延在しておらず、第２ウィック部２２の先端３１は、所定の間隔をおいて内側面１８と対向している。従って、他方の内面１７は、第１ウィック部２１にも第２ウィック部２２にも接していない部位を有し、該部位は、内部空間１５に露出している。
　平坦部３０の厚さは、コンテナ１０の長手方向に沿って、略同じ厚さで延在していてもよく、コンテナ１０の長手方向の部位に応じて異なる厚さとしてもよい。平坦部３０の厚さがコンテナ１０の長手方向の部位に応じて異なる厚さである場合、コンテナ１０が発熱体１００と熱的に接続される蒸発部における平坦部３０の厚さが、コンテナ１０が熱交換手段（図示せず）と熱的に接続される凝縮部における平坦部３０の厚さよりも厚い方が、蒸発部における第２ウィック部２２の毛細管力がより向上し、液相の作動流体の凝縮部から蒸発部への還流特性がより向上する点で好ましい。
　図２に示すように、ウィック構造体２０は、第１ウィック部２１の頂部２３と平坦部３０との間に、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗに沿って、ウィック構造体２０の厚さが連続的に減少していく徐変部４０を有している。徐変部４０は、第１ウィック部２１と第２ウィック部２２に跨がって形成されており、第１ウィック部２１から第２ウィック部２２へ向かうに従って、ウィック構造体２０の厚さが減少している。コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗにおいて、徐変部４０におけるウィック構造体２０の厚さの変化率は、平坦部３０におけるウィック構造体２０の厚さの変化率よりも大きくなっている。
　上記断面において、第１ウィック部２１の断面積に対する第２ウィック部２２の断面積の割合は、特に限定されないが、ヒートパイプ１では、気相の作動流体の流通する蒸気流路５０を十分に確保しつつ、液相の作動流体の貯留を確実に防止する点から、１．０％以上５０％以下が好ましく、１０％以上３０％以下が特に好ましい。
　コンテナ１０の内部空間１５のうち、ウィック構造体２０で占められていない内部空間１５は、気相の作動流体の流通する蒸気流路５０である。ウィック構造体２０がヒートパイプ１の熱輸送方向に沿って延在していることに対応して、蒸気流路５０は、ヒートパイプ１の熱輸送方向に沿って延在している。
　上記断面において、ウィック構造体２０の断面積に対する、ウィック構造体２０で占められていないコンテナ１０の内部空間１５（蒸気流路５０）の断面積の割合は、特に限定されないが、ヒートパイプ１では、液相の作動流体の流通特性と気相の作動流体の流通特性をバランスよく向上させることができる点から、１５％以上６５％以下が好ましく、２０％以上６０％以下が特に好ましい。より具体的には、ヒートパイプ１では、ウィック構造体２０の断面積に対する、ウィック構造体２０で占められていないコンテナ１０の内部空間１５の断面積の割合は、３０％以上５０％以下となっている。
　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、機械的強度の改善の点からステンレス等の金属を挙げることができる。また、ヒートパイプ１の使用状況に応じて、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。
　ウィック構造体としては、例えば、金属粉を含む粉体の焼結体を挙げることができる。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等を挙げることができる。第１ウィック部２１と第２ウィック部２２は、同じ材料種の粉体でもよく、異なる材料種の粉体でもよい。また、第１ウィック部２１と第２ウィック部２２は、粉体の平均粒径は同じでもよく、異なっていてもよい。焼結体の原料である金属粉を含む粉体の平均一次粒子径は、ウィック構造体２０に要求される毛細管力及び液相の作動流体の還流特性等により、適宜選択可能であり、例えば、５０μｍ以上１００μｍ以下が挙げられる。
　また、コンテナ１０に封入される作動流体としては、コンテナ１０の材質に応じて、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、本発明のヒートパイプの製造方法例について説明する。本発明のヒートパイプの製造方法は、特に限定されないが、例えば、ウィック構造体２０が粉体の焼結体の場合、ウィック構造体２０の原料となる粉体を充填するために設けられた、所定形状の切り欠き部を設けた芯棒を用いることで製造することができる。具体的には、例えば、円形状の管材の長手方向のうち一方の端部から他方の端部まで、上記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は、切り欠き部に基づいた空隙部が形成される。上記空隙部に、ウィック構造体２０の原料である所定量の粉体を、管材の端部から充填する。粉体が充填された管材を加熱処理し、芯棒を管材から引き抜き、管材を扁平加工する。管材を扁平加工すると、切り欠き部に充填された粉体から、ウィック構造体２０が形成される。
　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では、例えば、一方の端部１１に発熱体１００を熱的に接続させることで、一方の端部１１が蒸発部（受熱部）として機能し、他方の端部１３に熱交換手段を熱的に接続させることで、他方の端部１３が凝縮部（放熱部）として機能する。また、一方の端部１１と他方の端部１３の間に位置する中央部１９が、断熱部として機能する。ヒートパイプ１の蒸発部にて発熱体１００から受熱すると、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、蒸気流路５０を、コンテナ１０の長手方向に蒸発部から凝縮部（ヒートパイプ１では、一方の端部１１から他方の端部１３へ）へ流れることで、発熱体１００からの熱が蒸発部から凝縮部へ輸送される。蒸発部から凝縮部へ輸送された発熱体１００からの熱は、熱交換手段の設けられた凝縮部にて、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。凝縮部にて放出された潜熱は、凝縮部に設けられた熱交換手段によって、凝縮部からヒートパイプ１の外部環境へ放出される。凝縮部にて液相に相変化した作動流体は、ウィック構造体２０の毛細管力によって凝縮部から断熱部へと還流される。
　本発明の第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２０が、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨの５０％以上の厚さを有する第１ウィック部２１を有することにより、液相の作動流体の凝縮部から蒸発部への優れた還流特性を有している。さらに、第１ウィック部２１から外方向へ伸びる、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨの５０％未満の厚さを有する第２ウィック部２２が、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗに沿って延在する平坦部３０を有することにより、気相の作動流体の流通する蒸気流路５０を十分に確保しつつ、平坦部３０の毛細管力によって、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗ端部に貯留した液相の作動流体がウィック構造体２０に吸収される。従って、第２ウィック部２２が平坦部３０を有することにより、ヒートパイプ１の凝縮部のうち、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗ端部に、液相の作動流体が貯留することを防止できる。上記から、ヒートパイプ１では、作動流体の優れた流通特性を有し、優れた熱輸送特性を発揮しつつ、ヒートパイプ１が搭載された電気・電子機器の設置姿勢を変えても、作動流体の流通の際の異音発生を防止できる。
　また、第２ウィック部２２が、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗに沿って延在する平坦部３０を有することにより、蒸発部における作動流体の蒸発面積が増大して、熱抵抗を低下させることができる。また、ヒートパイプ１では、ヒートパイプ１の凝縮部において液相の作動流体が貯留することを防止できるので、コンテナ１０の一方の端部１１から他方の端部１３までを、確実に熱輸送に寄与させることができる。
　また、ヒートパイプ１では、一方の内面１６のうちの第１ウィック部２１と接していない部位と内側面１８は、ウィック構造体が形成されておらず内部空間１５に露出しているので、蒸気流路５０が十分に確保されており、気相の作動流体が円滑に流通できる。
　また、ヒートパイプ１では、第１ウィック部２１が、コンテナ１０の一方の内面１６に接した頂部２３と他方の内面１７に接した底辺部２４を有する、すなわち、第１ウィック部２１が、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨに対して１００％の厚さを有する部位を備えているので、液相の作動流体の凝縮部から蒸発部への還流特性に優れている。
　ヒートパイプ１では、第２ウィック部２２の幅Ｗ１と第２ウィック部２２の先端３１から先端３１に対向する内側面１８までの幅Ｗ２との合計に対する、第２ウィック部２２の幅Ｗ１の割合が５０％以上となっていることで、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向Ｗ端部に液相の作動流体が貯留することをさらに確実に防止できる。
　ヒートパイプ１では、第２ウィック部２２の先端３１が、第２ウィック部２２の先端３１に対向するコンテナの内側面１８と接していないので、蒸気流路５０がより確実に確保され、気相の作動流体の流通特性がさらに向上する。
　ヒートパイプ１では、第１ウィック部２１の断面積に対する第２ウィック部２２の断面積の割合が１．０％以上５０％以下なので、作動流体の優れた流通特性と作動流体の流通の際の異音防止がバランスよく向上する。
　次に、本発明のヒートパイプの第２実施形態例について説明する。なお、第２実施形態例に係るヒートパイプは、第１実施形態例に係るヒートパイプと主要な構成要素は共通しているので、同じ構成要素については同じ符号を用いて説明する。図３は、本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプの長手方向における断面の概要を示す説明図である。
　第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、コンテナ１０の長手方向の形状は直線状であったが、これに代えて、図３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の長手方向の形状は、曲部５１を有する形状となっている。具体的には、ヒートパイプ２では、コンテナ１０は、曲部５１を１つ有するＬ字状となっている。
　コンテナ１０がＬ字状となっているヒートパイプ２でも、ヒートパイプ２の凝縮部のうち、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向端部に、液相の作動流体が貯留することを防止できる。上記から、ヒートパイプ２でも、作動流体の優れた流通特性を有し、優れた熱輸送特性を発揮しつつ、ヒートパイプ２が搭載された電気・電子機器の設置姿勢を変えても、作動流体の流通の際の異音発生を防止できる。
　次に、本発明のヒートパイプの第３実施形態例について説明する。なお、第３実施形態例に係るヒートパイプは、第１、第２実施形態例に係るヒートパイプと主要な構成要素は共通しているので、同じ構成要素については同じ符号を用いて説明する。図４は、本発明の第３実施形態例に係るヒートパイプの長手方向における断面の概要を示す説明図である。
　第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、コンテナ１０の長手方向の形状は直線状であったが、これに代えて、図４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の長手方向の形状は、曲部５１を複数（ヒートパイプ３では、２つ）有する形状となっている。
　コンテナ１０が曲部５１を２つ有する形状となっているヒートパイプ３でも、ヒートパイプ３の凝縮部のうち、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向端部に、液相の作動流体が貯留することを防止できる。上記から、ヒートパイプ３でも、作動流体の優れた流通特性を有し、優れた熱輸送特性を発揮しつつ、ヒートパイプ３が搭載された電気・電子機器の設置姿勢を変えても、作動流体の流通の際の異音発生を防止できる。
　次に、本発明のヒートパイプの第４実施形態例について説明する。なお、第４実施形態例に係るヒートパイプは、第１～第３実施形態例に係るヒートパイプと主要な構成要素は共通しているので、同じ構成要素については同じ符号を用いて説明する。図５は、本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプの長手方向における断面の概要を示す説明図である。
　第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、コンテナ１０の長手方向の形状は直線状であったが、これに代えて、図５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の長手方向の形状は、曲部５１を複数（ヒートパイプ４では、４つ）有する形状となっている。また、第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、コンテナ１０の一方の端部１１に発熱体１００が熱的に接続されていたが、これに代えて、図５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の中央部１９に発熱体１００が熱的に接続され、コンテナ１０の中央部１９が、蒸発部（受熱部）として機能している。上記から、ヒートパイプ４では、コンテナ１０の一方の端部１１と他方の端部１３が、凝縮部（放熱部）として機能する。
　コンテナ１０が曲部５１を４つ有する形状となっており、コンテナ１０の中央部１９に発熱体１００が熱的に接続されるヒートパイプ４でも、ヒートパイプ４の凝縮部のうち、コンテナ１０の内部空間１５の幅方向端部に、液相の作動流体が貯留することを防止できる。上記から、ヒートパイプ４でも、作動流体の優れた流通特性を有し、優れた熱輸送特性を発揮しつつ、ヒートパイプ４が搭載された電気・電子機器の設置姿勢を変えても、作動流体の流通の際の異音発生を防止できる。
　次に、本発明のヒートパイプの他の実施形態例について説明する。ヒートパイプの上記各実施形態例では、コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の断面において、ウィック構造体２０は、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨの５０％以上の厚さを有する第１ウィック部２１とコンテナ１０の内部空間１５の高さＨの５０％未満の厚さを有する第２ウィック部２２とを有していたが、上記断面において、第１ウィック部２１が第２ウィック部２２よりも厚い（第２ウィック部２２が第１ウィック部２１よりも薄い）態様であれば、第１ウィック部２１と第２ウィック部２２の内部空間１５の高さＨに対する厚さは、特に限定されない。また、ヒートパイプの上記各実施形態例では、第２ウィック部２２の幅Ｗ１と第２ウィック部２２の先端３１から先端３１に対向する内側面１８までの幅Ｗ２との合計に対する、第２ウィック部２２の幅Ｗ１の割合は、５０％以上１００％未満であったが、これに代えて、例えば、３０％以上５０％未満としてもよい。
　ヒートパイプの上記各実施形態例では、第１ウィック部２１の頂部２３は、一方の内面１６と接していたが、これに代えて、ヒートパイプの使用条件等によっては、第１ウィック部２１の頂部２３は、コンテナ１０の内面と接していない態様としてもよい。すなわち、第１ウィック部２１は、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨの５０％以上の厚さを有していればよく、コンテナ１０の内部空間１５の高さＨに対して１００％未満の厚さでもよい。
　本発明のヒートパイプは、作動流体の優れた流通特性を有し、優れた熱輸送特性を発揮しつつ、作動流体の流通の際の異音発生を防止できるので、設置姿勢の変わりやすい携帯用の電気・電子機器に搭載されている、半導体素子等の電子部品を冷却する分野で利用価値が高い。
　１、２、３、４　　　　　　　　　ヒートパイプ
　１０　　　　　　　　　　　　　　コンテナ
　１１　　　　　　　　　　　　　　一方の端部
　１３　　　　　　　　　　　　　　他方の端部
　２０　　　　　　　　　　　　　　ウィック構造体
　２１　　　　　　　　　　　　　　第１のウィック部
　２２　　　　　　　　　　　　　　第２のウィック部
　３０　　　　　　　　　　　　　　平坦部
　４０　　　　　　　　　　　　　　徐変部

Claims (11)

  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、管体であるコンテナと、
    前記コンテナの内部に設けられたウィック構造体と、
    前記コンテナの内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、
    　前記コンテナの長手方向に対して直交方向の断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体が、第１ウィック部と、前記第１ウィック部と一体であり、前記第１ウィック部から外方向へ伸びる、前記第１ウィック部よりも薄い第２ウィック部と、を有し、
    　前記第２ウィック部が、前記コンテナの内部空間の高さ方向に直交する方向に沿って延在する平坦部を有するヒートパイプ。
  2. 　前記第１ウィック部が、前記コンテナの内部空間の高さの５０％以上の厚さを有し、前記第２ウィック部が、前記コンテナの内部空間の高さの５０％未満の厚さを有する請求項１に記載のヒートパイプ。
  3. 　前記コンテナの少なくとも一部領域が、扁平加工された扁平部を有する請求項１または２に記載のヒートパイプ。
  4. 　前記扁平部が、前記コンテナの内部空間の高さ方向に、一方の内面と、前記一方の内面と対向した他方の内面と、を有し、前記一断面において、前記第１ウィック部が、前記一方の内面と接した頂部と前記他方の内面に接した底辺部を有する請求項３に記載のヒートパイプ。
  5. 　前記一断面において、前記ウィック構造体が、前記第１ウィック部の頂部と前記平坦部との間に、前記コンテナの内部空間の高さ方向に直交する方向に沿って、前記ウィック構造体の厚さが連続的に減少していく徐変部を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  6. 　前記一断面において、前記第２ウィック部の幅と前記第２ウィック部の先端から前記第２ウィック部の先端に対向する前記コンテナの内面までの幅との合計に対する、前記第２ウィック部の幅の割合が、５０％以上である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  7. 　前記第２ウィック部の先端が、前記第２ウィック部の先端に対向する前記コンテナの内面と接していない請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  8. 　前記一断面において、前記第１ウィック部の断面積に対する前記第２ウィック部の断面積の割合が、１．０％以上５０％以下である請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  9. 　前記コンテナが、発熱体と熱的に接続される蒸発部と、熱交換手段と熱的に接続される凝縮部とを有し、前記蒸発部における前記平坦部の厚さが、前記凝縮部における前記平坦部の厚さよりも厚い請求項１乃至８のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  10. 　前記一断面において、前記ウィック構造体の断面積に対する、前記ウィック構造体で占められていない前記コンテナの内部空間の断面積の割合が、１５％以上６５％以下である請求項１乃至９のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  11. 　前記ウィック構造体が、金属粉の焼結体である請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
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