特許 7420519 ヒートパイプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】ヒートパイプ

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/02 20060101AFI20240116BHJP

   F28D 15/04 20060101ALI20240116BHJP

【ＦＩ】

F28D15/02 102D

F28D15/02 101G

F28D15/02 102H

F28D15/04 G

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019179336

(22)【出願日】2019-09-30

(65)【公開番号】P2021055914

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2022-05-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114292

【弁理士】

【氏名又は名称】来間 清志

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(72)【発明者】

【氏名】上久保 将大

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１３１７９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５８－０１６１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９６１８２７５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２００７－２０５７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４６０２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｆ２８Ｄ １５／０４

(57)【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管状容器を備え、
前記管状容器は、
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
を有するヒートパイプにおいて、
前記管状容器の内周面に、前記管状容器の長手方向に沿って延在する複数の溝が形成され、
前記蒸発部は、
多孔質金属材料からなり、前記管状容器の内周面に、前記溝が埋まる状態で対向接触するように形成される管状のウィック構造体を備え、
前記中間部は、
非多孔質金属材料からなり、前記管状容器の内周面に対向接触する外周面を有し、一端が前記ウィック構造体の端部に埋設された状態で連接されている内管部材（ただし、外周面に溝を有する場合を除く。）を備え、かつ、
前記管状容器の前記内周面と前記内管部材の前記外周面の境界部分に、前記管状容器の長手方向に沿って前記液相の作動流体が流動可能な流路が形成され、
前記境界部分に形成される流路は、前記複数の溝と前記内管部材の外周面とで区画形成されることを特徴とするヒートパイプ。

【請求項2】

前記蒸発部は、前記管状容器の一端側部分に位置し、前記凝縮部は、前記管状容器の他端側部分に位置する、請求項１に記載のヒートパイプ。

【請求項3】

前記蒸発部は、前記管状容器の中央部分に位置し、前記凝縮部は、前記管状容器の両端側部分に位置する、請求項１に記載のヒートパイプ。

【請求項4】

前記凝縮部は、前記管状容器の内周面が露出した状態のまま存在している、請求項１から３までのいずれか１項に記載のヒートパイプ。

【請求項5】

前記ウィック構造体は、銅粉の焼結体で構成される、請求項１から４までのいずれか１項に記載のヒートパイプ。

【請求項6】

前記内管部材は、銅管である、請求項１から５までのいずれか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。

【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、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、粒子状の金属粉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）」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）は、液相の作動流体の保持力に優れているため、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】

また、本発明者は、特許文献１において、蒸発部と凝縮部の間にある中間部に、蒸発部のウィック構造体（金属粉）に連接するように、金属繊維の焼結体からなる別のウィック構造体（以下、「ウィック構造体（金属繊維）」という場合がある。）を形成し、中間部での毛細管力をより一層高めることによって、凝縮部から蒸発部側への液相の作動流体の還流を促進して熱輸送特性を向上させたヒートパイプを提案した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開２０１９／１３１７９０号（特に図６）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、蒸発部から凝縮部に向かう気相の作動流体の一部の流れが、ウィック構造体（金属繊維）の端部付近で、ウィック構造体（金属繊維）を通る液相の作動流体の流れとぶつかり合って、いわゆるカウンターフローが生じ、作動流体の循環流れに乱れが生じる可能性がある。かかる作動流体の循環流れの乱れを抑制するようにすれば、ヒートパイプの熱輸送特性は、さらに改善されるものと考えられる。

【0008】

本発明の目的は、蒸発部から凝縮部に向かう気相の作動流体の循環流れの乱れを抑制して、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にある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、液相の作動流体の保持力に優れている管状のウィック構造体（金属粉）を、管状容器（コンテナ）の蒸発部に備える構成を前提とし、熱輸送特性の更なる改善を図るための検討を行ったところ、ウィック構造体（金属粉）に連接（連結）するように、液相の作動流体が透過しない非多孔質構造材料からなる内管部材を設けることによって、上述したようなカウンターフローによる作動流体の流れの乱れが抑制されて、管状容器内の蒸発部と凝縮部の間で作動流体の良好な循環流れを形成できることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成させるに至った。

【0010】

すなわち、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管状容器を備え、前記管状容器は、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を有するヒートパイプにおいて、前記蒸発部は、多孔質金属材料からなる管状のウィック構造体を有し、前記蒸発部と前記凝縮部の間に、前記管状容器の内周面に対向して位置する外周面を有し、非多孔質金属材料からなる内管部材を備え、前記管状容器の前記内周面と前記内管部材の前記外周面の境界部分に、前記管状容器の長手方向に沿って前記液相の作動流体が流動可能な流路が形成されていることを特徴とするヒートパイプ。
（２）前記蒸発部は、前記管状容器の一端側部分に位置し、前記凝縮部は、前記管状容器の他端側部分に位置する、上記（１）に記載のヒートパイプ。
（３）前記蒸発部は、前記管状容器の中央部分に位置し、前記凝縮部は、前記管状容器の両端側部分に位置する、上記（１）に記載のヒートパイプ。
（４）前記管状容器の内周面に、前記管状容器の長手方向に沿って延在する複数の溝が形成され、前記境界部分に形成される流路は、前記複数の溝と前記内管部材の外周面とで区画形成される、上記（１）、（２）または（３）に記載のヒートパイプ。
（５）前記ウィック構造体は、銅粉の焼結体で構成される、上記（１）から（４）までのいずれか１項に記載のヒートパイプ。
（６）前記内管部材は、銅管である、上記（１）から（５）までのいずれか１項に記載のヒートパイプ。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、管状容器内の蒸発部と凝縮部の間で作動流体の良好な循環流れを形成でき、優れた熱輸送特性を有する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、ヒートパイプ（比較例）の内部で生じる作動流体の流れを説明するための図である。

【図2】図２（ａ）～（ｄ）は、本発明に従う第１の実施形態のヒートパイプの内部構造を示した図であって、図２（ａ）が縦断面図、図２（ｂ）が図２（ａ）のｂ－ｂ断面図図２（ｃ）が図２（ａ）のｃ－ｃ断面図、図２（ｄ）が図２（ａ）のｄ－ｄ断面図である。

【図3】図３は、図２のヒートパイプの内部で生じる作動流体の流れを説明するための図である。

【図4】図４は、第２の実施形態のヒートパイプの内部構造を示した縦断面図である。

【図5】図５（a）、(b)は、内管部材の２つの変形例を示す横断面図である。

【図6】図６は、管状容器の内周面に形成した複数本の溝の形状の変形例を示したものであって、図２（b）と同じ位置で切断したときのヒートパイプのｂ－ｂ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、本発明の好ましい実施形態について、以下で説明する。

【0014】

まず、図１を用いて、ヒートパイプ（比較例）の内部で生じる作動流体の流れを説明する。なお、図１および図３では、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が流れる方向を、黒塗り矢印で示し、気相の作動流体Ｆ（ｇ）が流れる方向を、白抜き矢印で示している。

【0015】

ヒートパイプ１００は、蒸発部と凝縮部の間に位置する中間部での毛細管力を高めることによって熱輸送特性が向上する。しかし、ウィック構造体（金属粉）１０９とウィック構造体（金属繊維）１１０は、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が通る流路のサイズや性状などが異なり、ウィック構造体（金属粉）１０９の方が、ウィック構造体（金属繊維）１１０に比べて、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が移動する際の移動速度が遅くなる傾向がある。そのため、図１に示すように、毛細管力等によってウィック構造体（金属繊維）１１０を移動してきた液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が、ウィック構造体（金属粉）１０９に連接されたウィック構造体（金属繊維）１１０の端部１１０ａにまで到達しても、ウィック構造体（金属粉）１０９は、到達した液相の作動流体Ｆ（Ｌ）の全てを即座に取り込むことができない。その結果、一部の液相の作動流体Ｆ（Ｌ）は、ウィック構造体（金属粉）１０９に連接されたウィック構造体（金属繊維）１１０の端部１１０ａに溜まるようになる。

【0016】

また、蒸発部１０５で蒸発した蒸気（気相の作動流体Ｆ（ｇ））は、コンテナ１０３の内部空間Ｓ１００を通って、凝縮部へ向かう。ここで、図１に示すように、気相の作動流体Ｆ（ｇ）の一部が液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が通る流路（とくに、端部１１０ａ付近）に侵入すると考えられる。とくに、蒸発部１０５への入熱量が増えてくると、蒸発部１０５から発生する蒸気の勢いが増し、ウィック構造体（金属繊維）１１０の内面を通り抜けて、蒸気が液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が通る流路に侵入すると考えられる。

【0017】

端部１１０ａ付近では、一部の液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が溜まっているため、この液相の作動流体Ｆ（Ｌ）と気相の作動流体Ｆ（ｇ）が衝突（カウンターフローＣＦ）する可能性が高い。カウンターフローＣＦが生ずると、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）の蒸発部１０５への流入（供給）が阻害されてしまい、ヒートパイプ１００の熱輸送特性が悪化してしまう。

【0018】

本発明では、蒸発部から凝縮部に向かう気相の作動流体の循環流れの乱れを抑制して、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。以下に本発明にかかるヒートパイプの構成について説明する。

【0019】

＜第１の実施形態＞
図２（ａ）～（ｄ）は、本発明に従う第１の実施形態のヒートパイプの内部構造を示した図であって、図２（ａ）が縦断面図、図２（ｂ）が図２（ａ）のｂ－ｂ断面図、図２（ｃ）が図２（ａ）のｃ－ｃ断面図、図２（ｄ）が図２（ａ）のｄ－ｄ断面図である。なお、図２では、ヒートパイプの内部に封入されている作動流体の図示は省略している。

【0020】

図２に示すヒートパイプ１は、作動流体Ｆが封入された内部空間Ｓを有する管状容器であるコンテナ３を備えている。

【0021】

コンテナ３は、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）を蒸発させて気相の作動流体Ｆ（ｇ）に相変化させる蒸発部５と、蒸発部５から離隔した位置に配設され、気相の作動流体Ｆ（ｇ）を凝縮させて液相の作動流体Ｆ（Ｌ）に相変化させる凝縮部７とを有する。図２に示すコンテナ３は、一端側部分に蒸発部５、他端側部分に凝縮部７を有し、密閉された管として構成されている。コンテナ３の長手方向の延在形状は、図２（ａ）に示す直線状の他、曲部を有する形状など、特に限定されない。コンテナ３の長手方向に対して直交方向に切断したときのコンテナの外面輪郭形状は、図２（ｂ）～（ｄ）に示す略円形状の他、扁平形状、四角形等の多角形状など、特に限定されない。コンテナ３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３の外径寸法は、特に限定されないが、例えば、コンテナ３が略円形状の外面輪郭形状である場合には、５～２０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、コンテナ３は、内周面が凹凸のない平滑な面で形成されているベア管でもよいが、後述するように、内周面に、コンテナ３の長手方向に沿って延在する複数の溝（グルーブ）１５が形成されたグルーブ管であることが、コンテナの全長にわたって液相の作動流体を輸送するための毛細管力を発揮させる点で好ましい。

【0022】

コンテナ３の材質は、特に限定されない。優れた熱伝導率を有する点から、コンテナ３には、例えば、銅、銅合金等を使用することができる。軽量化の点から、コンテナ３には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等を使用することができる。高強度を有する点から、コンテナ３には、例えば、ステンレス鋼等を使用することができる。また、その他、使用状況に応じて、コンテナ３には、例えば、スズ、スズ合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金等を用いてもよい。

【0023】

蒸発部５は、図２では、コンテナ３の一端側部分に形成されており、熱的に接続された発熱体（図示せず）から受熱（吸熱）する機能を有する。具体的には、蒸発部５は、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）を蒸発させて気相の作動流体Ｆ（ｇ）に相変化させることで蒸発潜熱として発熱体から受けた熱を吸収する。蒸発部５は、コンテナ３の内周面側に管状のウィック構造体９を有している。

【0024】

ウィック構造体９は、多孔質金属材料で構成され、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が通過できる多数の細孔を有している。ウィック構造体９は、銅粉の焼結体で構成されていることが好ましい。このような構成によれば、ウィック構造体９は、熱伝導性が高く、耐ドライアウト性などを発揮し、逆作動性を有する。逆作動性とは、蒸発部５の位置が凝縮部７の位置よりも高い場合でも機能を発揮する性能をいう。

【0025】

ウィック構造体９の原料である金属粉の金属種は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金等を挙げることができる。また、金属粉の平均一次粒子径は、特に限定されないが、例えば、１０～３００μｍの範囲にすることが好ましい。

【0026】

凝縮部７は、図２では、コンテナ３の他端側部分に形成されており、蒸発部５で相変化して輸送されてきた気相の作動流体Ｆ（ｇ）を、熱交換手段（図示せず）によって放熱する機能を有している。具体的には、凝縮部７は、気相の作動流体Ｆ（ｇ）を凝縮させて液相の作動流体Ｆ（Ｌ）に相変化させることで凝縮潜熱として輸送された作動流体Ｆ（ｇ）の熱をヒートパイプ１の外部に放出する。

【0027】

また、本実施形態のヒートパイプ１は、コンテナ３の内周面側であって、蒸発部５と凝縮部７の間（の中間部）に、内管部材１１を備えている。

【0028】

内管部材１１は、コンテナ３の内周面３ａに対向して位置する外周面１１ａを有し、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が通過できない非多孔質構造材料で構成されている。内管部材１１は、銅管で構成することが好ましい。また、コンテナ３の内周面３ａと内管部材１１の外周面１１ａとで区画される境界部分に、コンテナ３の長手方向Ｌに沿って液相の作動流体Ｆ（Ｌ）を流動させる流路１３が形成されている。

【0029】

内管部材１１は、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が通過できない非多孔質構造材料で構成されている。そのため、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）は、内管部材１１を径方向に通過することができずに、内管部材１１との外周面１１ａとコンテナ３の内周面との間に形成された流路１３を通って、内管部材１１に連接（連結）されたウィック構造体９の端部位置まで毛細管力等によって移動する。

【0030】

また、ウィック構造体９と内管部材１１との連結部は、連接（連結）されている。よって、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）は、連結部から内部空間Ｓに漏れることはなく、ウィック構造体９の内部に確実に移動させることが可能になる。その結果、蒸発部５で熱を吸収した気相の作動流体Ｆ（ｇ）の凝縮部7へ向かう流れが、連結部で乱れることがなくなり、ヒートパイプ１の蒸発部５と凝縮部7との間で、作動流体Ｆの良好な循環流れを形成することができる。

【0031】

内管部材１１は、特許文献１や図１に記載したウィック構造体（金属繊維）１１０よりも薄くしても、作動流体Ｆの気液分離を確実に行うことができる。内管部材１１の厚さは、特に限定はしないが、例えば０．１～１．０ｍｍで形成することができる。また、内管部材は、特許文献１や図１に記載したウィック構造体（金属繊維）１１０に比べて、コンテナ３内に簡単に装着できるので、生産性や歩留まりも高くすることができる。

【0032】

コンテナ３の内周面３ａには、コンテナ３の長手方向Ｌに沿って延在する複数の溝１５が形成されていることが好ましい。複数の溝１５の形成によって、ヒートパイプ１の内部で液相の作動流体Ｆ（Ｌ）を輸送する際に、毛細管力を発揮することができる。このため、ヒートパイプ１がトップヒートの姿勢で設置されたとしても、凝縮部７から蒸発部５への液相の作動流体Ｆ（Ｌ）の輸送を確実に行うことができる。

【0033】

また、コンテナ３の内周面３ａと内管部材１１の外周面１１ａとで区画される境界部分に形成される流路１３は、複数の溝１５と内管部材１１の外周面１１ａとで区画形成されることが好ましい。これによって、蒸発部５と凝縮部７の間に位置する中間部での毛細管力がより一層高まり、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）の輸送速度を大きくすることができる。

【0034】

本実施形態のヒートパイプ１は、コンテナ３の内周面３ａが、蒸発部５が形成されている箇所では、ウィック構造体９で覆われており、蒸発部５が形成されている箇所と凝縮部7が形成されている箇所の間（の中間部）では、内管部材１１で覆われており、凝縮部７が形成されている箇所では、コンテナ３の内周面が露出した状態のまま存在している。

【0035】

＜第２の実施形態＞
図４は、第２の実施形態のヒートパイプ１Ａの内部構造を示した縦断面図である。なお、図４に示す各構成部材は、図２に示す構成部材と同じ場合には、同じ符号を付している。

【0036】

図４に示すヒートパイプ１Ａは、作動流体Ｆが封入された内部空間Ｓを有する管状容器であるコンテナ３を備えている。コンテナ３は、蒸発部５Ａが、コンテナ３の中央部分に位置し、２つの凝縮部７Ａ、７Ｂが、コンテナ３の両端に位置し、蒸発部５Ａと２つの凝縮部７Ａ、７Ｂの間に形成される２カ所の中間部は、断熱部として構成され、コンテナ全体としては、密閉された管として構成されている。蒸発部５Ａは、コンテナ３の内周面側に管状のウィック構造体９Ａを有している。

【0037】

また、本実施形態のヒートパイプ１Ａは、コンテナ３の内周面側であって、蒸発部５と凝縮部７Ａ、７Ｂとの間に形成される２カ所の中間部（断熱部）に、それぞれ内管部材１１Ａ、１１Ｂを備えている。

【0038】

また、コンテナ３の内周面３ａと内管部材１１の外周面１１ａとで区画される境界部分に、コンテナ３の長手方向Ｌに沿って液相の作動流体Ｆ（Ｌ）を流動させる流路１３が形成されている。

【0039】

内管部材１１は、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が通過できない非多孔質構造材料で構成されている。そのため、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）は、内管部材１１を径方向に通過することができずに、内管部材１１との外周面１１ａとコンテナ３の内周面３ａとの間に形成された流路１３を通って、内管部材１１に連接（連結）されたウィック構造体９の端部位置まで毛細管力等によって移動する。

【0040】

また、ウィック構造体９と内管部材１１との連結部は、連接（連結）されている。よって、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）は、連結部から内部空間Ｓに漏れることはなく、ウィック構造体９の内部に確実に移動させることが可能になる。その結果、コンテナ３の中央部に位置する蒸発部５Ａで熱を吸収した気相の作動流体Ｆ（ｇ）は、コンテナ３の両端側部分に位置する凝縮部７Ａ、７Ｂの双方へ分かれて向かう２方向の流れが、連結部で乱れることがなくなり、ヒートパイプ１の蒸発部５と凝縮部7Ａ、７Ｂとの間で、作動流体Ｆの異なる経路となる２つの循環流れを良好な状態で形成することができる。

【0041】

＜その他の実施形態＞
その他の実施形態として、内管部材１１は、第１および第２の実施形態では銅管を用いた場合を示したが、かかる構成だけには限定されず、例えば図５（ａ）に示すように、銅箔を丸めてＣ形の断面形状に形成した内管部材１１Ａや、図５（ｂ）に示すように、銅箔の両端を重ね合わせた円形の断面形状に形成した内管部材１１Ｂを用いるなど、種々の態様にすることができる。また、溝１５の断面形状は、第１および第２の実施形態では、略三角形状である場合を示したが、かかる構成だけには限定されず、例えば、図６に示す他の実施形態のヒータパイプ１Ｂの溝１５Ａのような台形状の他、矩形状など種々の形状を採用することができる。

【0042】

＜ヒートパイプの熱輸送メカニズム＞
次に、本発明のヒートパイプ１の熱輸送のメカニズムを、図２および図３に示す第１の実施形態のヒートパイプ１を用いて以下で説明する。まず、ヒートパイプ１の蒸発部５が、熱的に接続された発熱体（図示せず）から受熱すると、蒸発部５において、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）を蒸発させて気相の作動流体Ｆ（ｇ）に相変化することによって、蒸発潜熱として発熱体から受けた熱を吸収する。次に、蒸発部５で熱を吸収した気相の作動流体Ｆ（ｇ）は、コンテナ３の内部空間Ｓである蒸気流路を通り、コンテナ３の長手方向Ｌに蒸発部（受熱部）５から凝縮部（放熱部）７へ流れることで、発熱体から受けた熱が、蒸発部５から凝縮部７へと輸送される。

【0043】

その後、凝縮部７へ輸送された気相の作動流体Ｆ（ｇ）は、凝縮部７にて、熱交換手段（図示せず）によって、液相へ相変化させられる。また、輸送されてきた発熱体の熱は、凝縮潜熱としてヒートパイプ１の外部に放出される。そして、凝縮部７で熱を放出して液相に相変化した液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が、コンテナ３の内周面に沿って、凝縮部７から蒸発部５へ還流することで、蒸発部５と凝縮部７の間の作動流体の循環流れを形成することができる。この際、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が、凝縮部７から蒸発部５に還流する途中である中間部では、コンテナ３の内周面３ａと内管部材１１の外周面１１ａとで区画される境界部分に、流路１３が形成されている。この流路１３によって、中間部での毛細管力がより一層高まり、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）の輸送速度を大きくすることができる。また、特許文献１に記載のヒートパイプのように、中間部にウィック構造体（金属繊維）を配置した場合と比べて、作動流体Ｆ（Ｌ）の循環流れの乱れが抑制でき、この結果、熱輸送特性を格段に向上させることができる。

【0044】

＜ヒートパイプの製造方法＞
以下、本発明のヒートパイプの製造方法の具体的な例について説明する。まず、コンテナ基材を用意する。コンテナ基材の形状は、ヒートパイプの形状に合わせて管材、板材、箔材等から適宜選択すれば良い。コンテナ基材の表面に付着した汚れ等は、ヒートパイプの熱伝達能の低下に繋がる恐れがあるため、洗浄することが好ましい。洗浄は一般的な方法で実施すれば良く、例えば溶剤脱脂、電解脱脂、エッチング、酸化処理等を行えば良い。

【0045】

次に、コンテナ基材の内部中心位置に、所定形状の芯棒（例えば、ステンレス製の芯棒）を挿入配置してから、コンテナ基材の内面と芯棒の外面との間に形成された空隙部に、ウィック構造体の原料である金属粉（例えば銅粉）を装填する。

【0046】

次いで、金属粉を焼結する工程（焼結工程）と、コンテナ基材内に内管部材を装填する工程（装填工程）を行うが、かかる工程を行う順番は、順不同であり、特に限定はしない。

【0047】

例えば、焼結工程後に装填工程を行う場合には、まず、水素ガスや、水素ガスと不活性ガス（Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ等）との水素含有ガスなどの還元雰囲気下で、加熱処理を施し、金属粉を焼結させることでウィック構造体（金属粉）を作製する。次いで、コンテナ基材内の芯棒を引き抜いて取り外してから、内管部材（例えば銅管）をコンテナ基材内に、焼結された金属粉の焼結体に突き当たる位置まで押し込んで装填する。

【0048】

また、装填工程後に焼結工程を行う場合には、まず、内管部材を、コンテナ基材内に装填された金属粉に突き当たる位置まで押し込んで装填する。このとき、内管部材の突き当てた端部が、金属粉に、例えば１～３ｍｍ程度、埋設されるように強く押し込むことが、その後に行う焼結工程で形成される焼結体と、内管部材との強固な接合が得られる点で好ましい。その後、水素ガスや、水素ガスと不活性ガス（Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ等）との水素含有ガスなどの還元雰囲気下で、加熱処理を施し、金属粉を焼結させることでウィック構造体（金属粉）を作製する。

【0049】

内管部材の装填後、一方の端部である封入口を残してコンテナ（管材）の他方の端部だけを封止し、封入口から作動流体を注入する。作動流体を注入した後、コンテナ内部を、加熱脱気、真空脱気等の脱気処理をして減圧状態にする。その後、封入口を封止することでヒートパイプを製造する。

【0050】

封止の方法は、特に限定されず、例えば、ＴＩＧ溶接、抵抗溶接、圧接、はんだ等を挙げることができる。なお、最初に行う封止（他方の端部だけの封止）は、その後に行う脱気の際に内部の気体が抜ける部分以外を封止するために行う工程であり、また、２回目の封止（封入口の封止）は、脱気の際に内部の気体が抜ける部分を封止するために行う工程である。

【0051】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

【実施例】

【0052】

以下に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

【0053】

（実施例１）
実施例1のヒートパイプは、図２に示す内部構造を有する円筒状のヒートパイプ１である。コンテナ３は、例えば、長さが４００ｍｍ、直径が８ｍｍである。コンテナ３の内周面３ａには、コンテナ３の全長にわたって延在し、断面が三角形状を有する６０本の溝（溝幅が０．２ｍｍ、溝深さが０．２ｍｍ）を形成した。ウィック構造体（金属粉）９は、金属粉として平均粒径が０．１ｍｍの銅粉を用い、水素ガス雰囲気下で加熱処理を施した。コンテナ３の内部の一端側部分（蒸発部５）には、長さが１００ｍｍ、厚さ１ｍｍの円環状の銅焼結体を、コンテナ３の内周面３ａの溝が埋まるような状態で形成した。また、蒸発部５と凝縮部７の間には、コンテナ３の内周面３ａに対向接触する外周面１１ａを有する内管部材１１である銅管（直径が７ｍｍ、長さが１００ｍｍ、厚さが０．５ｍｍ）を、ウィック構造体（金属粉）９の一端に突き当たるまでコンテナ３の内部に押し込んで装填した。コンテナ３の内周面３ａに形成された複数の溝１５と、内管部材１１の外周面１１ａとで区画される境界部分には、コンテナ３の長手方向Ｌに沿って液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が流動可能な流路１３を形成した。内管部材１１の装填後、一方の端部である封入口を残してコンテナ３の他方の端部だけを封止し、封入口から作動流体Ｆ（Ｌ）である水を注入した後、コンテナ３の内部を脱気して減圧状態とし、その後、封入口を封止することでヒートパイプ１を作製した。

【0054】

（比較例１）
比較例１のヒートパイプ１００は、銅管の代わりに、図１に示すウィック構造体（金属繊維）１１０を配置したこと以外は実施例１のヒートパイプと同様な構成になるようにして作製した。なお、金属繊維としては、銅繊維を用いた。金属繊維の寸法を、繊維長が１．４ｍｍ、繊維径が３０μｍとし、ウィック構造体（金属粉）とともに加熱処理して焼結した。

【0055】

（性能評価）
ヒートパイプの性能評価は以下の条件で行った。
１．ヒートパイプの一端側部分である蒸発部（受熱部）の外面に発熱体（発熱量３０Ｗ～１５０Ｗ）を装着した。
２．ヒートパイプの他端側部分である凝縮部（放熱部）に熱交換手段を装着した。
３．蒸発部と凝縮部の間の中間部は、断熱材を装着して断熱部とした。
４．水平方向に設置した状態で、蒸発部での入熱量を３０Ｗから１０Ｗずつ増加させていき、蒸発部の温度が非定常となる直前の入熱量の大きさを測定し、この測定した入熱量を最大熱輸送量Ｑｍａｘ（Ｗ）とした。

【0056】

その結果、実施例１のヒートパイプ１は、比較例１のヒートパイプに比べて最大熱輸送量が１０％増加し、ヒートパイプの性能が向上していることが分かった。

【符号の説明】

【0057】

１、１Ａ、１Ｂ ヒートパイプ
３、３Ａ 管状容器（またはコンテナ）
５、５Ａ 蒸発部
７、７Ａ、７Ｂ 凝縮部
９、９Ａ、９Ｂ ウィック構造体
１１、１１Ａ、１１Ｂ 内管部材（または銅管）
１３ 流路
１５、１５Ａ 溝
Ｆ 作動流体
Ｆ（Ｌ） 液相の作動流体
Ｆ（ｇ） 気相の作動流体
Ｌ 管状容器の長手方向
Ｓ 内部空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】