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公開番号2023158332
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-10-30
出願番号2022068107
出願日2022-04-18
発明の名称ヒートパイプ
出願人古河電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類F28D 15/04 20060101AFI20231023BHJP(熱交換一般)
要約【課題】蒸発部と中間部で異なる粒径を有する金属粉末の焼結体層を用いる場合であっても、安定して熱抵抗の小さいヒートパイプを提供する。
【解決手段】ヒートパイプ1は、コンテナ2の蒸発部3の内面3a上に位置し、第1の金属粉末を焼結して形成される第1焼結体層6と、第1焼結体層6の中間部5側の第1端面61に接触状態で配置され、第1の金属粉末よりも大きな平均粒径をもつ第2の金属粉末を焼結して形成される第2焼結体層7とを有し、第1焼結体層6は、第1端面61の面積が、第1焼結体層6の垂直断面62の面積よりも大きい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
作動流体が封入された内部空間を有するコンテナに、
液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させる蒸発部と、
前記蒸発部から離隔した位置に配設され、気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、
前記蒸発部と前記凝縮部の間に位置する中間部と
を備えるヒートパイプにおいて、
前記コンテナの前記蒸発部の内面上に位置し、第１の金属粉末を焼結して形成されている第１焼結体層と、
前記第１焼結体層の、前記中間部側の第１端面に対して、接触状態で配置される第２端面を有し、前記第２端面から少なくとも前記中間部にわたって延在し、前記第１の金属粉末よりも大きな平均粒径をもつ第２の金属粉末を焼結して形成されている第２焼結体層と
を有し、
前記第１焼結体層は、
前記第１端面の面積が、前記コンテナの長手方向に対して垂直に切断したときの前記第１焼結体層の垂直断面の面積よりも大きい、ヒートパイプ。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第１焼結体層は、前記第１端面を区画する、第１内面側周線、第１外面側周線、ならびに、前記コンテナの長手方向に沿って切断したときの縦断面における、前記第１内面側周線の位置および前記第１外面側周線の位置を結ぶ第１連結線の寸法と、前記垂直断面を区画する、第２内面側周線、第２外面側周線、ならびに、前記縦断面における、前記第２内面側周線の位置および前記第２外面側周線の位置を結ぶ第２連結線の寸法とをそれぞれ比べるとき、前記第１端面における前記第１連結線の寸法のうち少なくとも１つの寸法が、前記垂直断面における前記第２連結線の寸法よりも大きい、請求項１に記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記第１焼結体層は、前記第１連結線の寸法が、前記第２連結線の寸法よりも大きく、かつ、前記第１連結線が、前記第２連結線に対して傾斜している、請求項２に記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記第１焼結体層は、前記第１内面側周線の周長が、前記第２内面側周線の周長よりも大きい、請求項２に記載のヒートパイプ。
【請求項５】
前記第１焼結体層は、前記第１内面側周線の周長が、前記第２内面側周線の周長に対して、１．０１倍以上３．００倍以下の範囲である、請求項４に記載のヒートパイプ。
【請求項６】
前記第１内面側周線および前記第１外面側周線は、前記コンテナの長手方向に沿った２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内に位置する、請求項４に記載のヒートパイプ。
【請求項７】
前記コンテナが、扁平面を有する扁平管によって構成され、
前記第１内面側周線は、前記凝縮部に向かって凸になる部分を複数有する、請求項４に記載のヒートパイプ。
【請求項８】
前記第２焼結体層は、さらに、前記第１焼結体層の内面の少なくとも一部を覆うように積層配置される追加焼結部を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
【請求項９】
前記コンテナの前記中間部または前記凝縮部の内面上に、前記第２焼結体層に隣接して位置し、前記第２の金属粉末よりも大きな平均粒径をもつ第３の金属粉末を焼結して形成されている第３焼結体層をさらに有する、請求項１から７のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
【請求項１０】
前記コンテナの内面に、前記コンテナの長手方向に延在する複数の溝が形成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のヒートパイプ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱輸送特性を有するヒートパイプに関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年のノートパソコンをはじめとした、デジタルカメラ、携帯電話などの電気・電子機器に搭載されている半導体素子などの電子部品は、高機能化に伴う高密度搭載などにより、発熱量が増大する傾向があることから、効率よく冷却できるような構成を採用することが重要である。電子部品を冷却するための手段としては、例えばヒートパイプを用いて冷却する方法が挙げられる。
【０００３】
ここでヒートパイプは、一般的に、作動流体が封入された内部空間を有する管状容器（コンテナ）を備える。管状容器は、一端側部分に、液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させる蒸発部を有し、他端側部分に、気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部を有する。蒸発部で液相から気相に相変化させた作動流体は、蒸発部から凝縮部に流れる。凝縮部で気相から液相に相変化させた作動流体は、凝縮部から蒸発部に流れる。このようにして、管状容器内の蒸発部と凝縮部の間で作動流体の循環流れが形成されることによって、管状容器内の蒸発部と凝縮部の間で熱輸送を行っている。
【０００４】
従来のヒートパイプとしては、例えば、コンテナの蒸発部に、金属粉などの材料の焼結体からなるウィック構造体（以下、「ウィック構造体（金属粉焼結体）」という場合がある。）を備える構成が挙げられる。蒸発部を構成するウィック構造体（金属粉焼結体）は、液相の作動流体の保持力に優れている。このとき、ヒートパイプが、例えば蒸発部側が凝縮部側よりも高い位置にある姿勢、いわゆるトップヒートの姿勢で設置されたとしても、ドライアウト（作動流体が枯渇する現象）を防止することができる。
【０００５】
ここで、ヒートパイプの熱輸送特性を向上させるため、外径の異なる材料の焼結体からなるウィック構造体を長手方向に積層させたヒートパイプが知られている。例えば、特許文献１には、上側が加熱部、下側が放熱部となっているヒートパイプとして、上方側に配置され、外径が比較的小さいことにより空隙の断面積が小さくなる第１材料を焼結して形成された第１焼結ウィックと、その下方側に配置され、外径が比較的大きいことにより空隙の断面積が大きくなる第２材料を焼結して形成された第２焼結ウィックとを備えたウィック構造において、第１焼結ウィックと、第２焼結ウィックが焼結して連結されているヒートパイプが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６０３３０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されるヒートパイプは、配置される発熱体の位置や大きさに応じて、第１焼結ウィックと第２焼結ウィックが接触する位置を変える必要があり、第１焼結ウィックおよび第２焼結ウィックが接触する位置と、発熱体が配置される位置の関係が、ヒートパイプの熱抵抗や他の熱輸送性能に影響を及ぼす。
【０００８】
特許文献１に記載されるヒートパイプでは、図２の点線のグラフに示されるように、第１焼結ウィックおよび第２焼結ウィックが接触する位置が、発熱体が配置される部分である発熱部の端と重なったとき（図２のグラフで、横軸が０の位置のとき）に、熱抵抗を最も小さくすることができ、高い熱輸送性能を得ることができる。しかし、第１焼結ウィックおよび第２焼結ウィックが接触する位置が、発熱部の端から外れると、熱抵抗が高まり、熱輸送性能が低下する。特に、第１焼結ウィックと第２焼結ウィックは、金属粉などの材料を焼結した際に沈み込みが発生することで大きさに誤差が生じやすく、これらの大きさを管理することが困難なため、特許文献１に記載されるヒートパイプでは、所望の高い熱輸送性能を得ることが困難であった。
【０００９】
よって、本発明の目的は、蒸発部と中間部で異なる粒径を有する金属粉末の焼結体層を用いる場合であっても、安定して熱抵抗の小さいヒートパイプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
（１）作動流体が封入された内部空間を有するコンテナに、液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させる蒸発部と、前記蒸発部から離隔した位置に配設され、気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部の間に位置する中間部とを備えるヒートパイプにおいて、前記コンテナの前記蒸発部の内面上に位置し、第１の金属粉末を焼結して形成されている第１焼結体層と、前記第１焼結体層の、前記中間部側の第１端面に対して、接触状態で配置される第２端面を有し、前記第２端面から少なくとも前記中間部にわたって延在し、前記第１の金属粉末よりも大きな平均粒径をもつ第２の金属粉末を焼結して形成されている第２焼結体層とを有し、前記第１焼結体層は、前記第１端面の面積が、前記コンテナの長手方向に対して垂直に切断したときの前記第１焼結体層の垂直断面の面積よりも大きい、ヒートパイプ。
（２）前記第１焼結体層は、前記第１端面を区画する、第１内面側周線、第１外面側周線、ならびに、前記コンテナの長手方向に沿って切断したときの縦断面における、前記第１内面側周線の位置および前記第１外面側周線の位置を結ぶ第１連結線の寸法と、前記垂直断面を区画する、第２内面側周線、第２外面側周線、ならびに、前記縦断面における、前記第２内面側周線の位置および前記第２外面側周線の位置を結ぶ第２連結線の寸法とをそれぞれ比べるとき、前記第１端面における前記第１連結線の寸法のうち少なくとも１つの寸法が、前記垂直断面における前記第２連結線の寸法よりも大きい、上記（１）に記載のヒートパイプ。
（３）前記第１焼結体層は、前記第１連結線の寸法が、前記第２連結線の寸法よりも大きく、かつ、前記第１連結線が、前記第２連結線に対して傾斜している、上記（２）に記載のヒートパイプ。
（４）前記第１焼結体層は、前記第１内面側周線の周長が、前記第２内面側周線の周長よりも大きい、上記（２）または（３）に記載のヒートパイプ。
（５）前記第１焼結体層は、前記第１内面側周線の周長が、前記第２内面側周線の周長に対して、１．０１倍以上３．００倍以下の範囲である、上記（４）に記載のヒートパイプ。
（６）前記第１内面側周線および前記第１外面側周線は、前記コンテナの長手方向に沿った２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内に位置する、上記（４）または（５）に記載のヒートパイプ。
（７）前記コンテナが、扁平面を有する扁平管によって構成され、前記第１内面側周線は、前記凝縮部に向かって凸になる部分を複数有する、上記（４）から（６）のうちいずれか１項に記載のヒートパイプ。
（８）前記第２焼結体層は、さらに、前記第１焼結体層の内面の少なくとも一部を覆うように積層配置される追加焼結部を有する、上記（１）から（７）のうちいずれか１項に記載のヒートパイプ。
（９）前記コンテナの前記中間部または前記凝縮部の内面上に、前記第２焼結体層に隣接して位置し、前記第２の金属粉末よりも大きな平均粒径をもつ第３の金属粉末を焼結して形成されている第３焼結体層をさらに有する、上記（１）から（８）のうちいずれか１項に記載のヒートパイプ。
（１０）前記コンテナの内面に、前記コンテナの長手方向に延在する複数の溝が形成されている、上記（１）から（９）のうちいずれか１項に記載のヒートパイプ。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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