JP2001091172A - 平板状ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔構造のウィックを備えた平板状ヒートパ
イプにおけるウィックの圧潰を防止する。 【解決手段】 平板状ヒートパイプ１であって、コンテ
ナ４の厚さ方向で対向する平板部３，５のうちの少なく
とも一方５に、他方の平坦部３に向けて突出し、かつ先
端面１１が平板部３の内面に対して接触した複数本の支
柱７が設けられている。更に各平板部３，５の内面のう
ち支柱７の先端面１１との接合箇所を除く全域に、毛細
管圧力を生じる多孔質層８，１０がそれぞれ設けられて
いる。また多孔質層８，１０同士を連結する多孔構造の
液還流用部材９が、隣接する一対の支柱７同士を結ぶ線
上に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、作動流体の潜熱
として熱輸送するヒートパイプに関し、特にコンテナが
中空平板状を成す平板状ヒートパイプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】平板状ヒートパイプは、中空平板構造の
コンテナの内部に密閉した空間部を形成し、その空間部
に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で凝縮性の流
体を作動流体として封入したものである。この種のヒー
トパイプでは、表面が平坦になるので、熱交換対象物と
の接触面積が広くなり、熱伝達性能あるいは熱交換性能
が向上する利点がある反面、面方向での広がりを有する
蒸発部が空間部を介して凝縮部と対向しているから、ト
ップヒートモードでの良好な動作を可能にするためには
何等かの手段を講じる必要がある。

【０００３】その一例が、特願平８−１０６２９３号公
報に記載されている。この平板状ヒートパイプのコンテ
ナは、平板状の加熱部とこの加熱部と対向しかつ面積の
小さい平板状の放熱部とを備えており、このコンテナの
内壁面の全域には所定厚さの溶射皮膜が形成されてい
る。更に放熱部の内面と加熱部の内面との間には、焼結
金属または発泡金属からなるスペーサが配置されてい
る。このスペーサの両端部が、加熱部の内面と放熱部の
内面に対してそれぞれ接触していて、すなわちスペーサ
によって加熱部と放熱部とが連結されている。

【０００４】したがってこの平板状ヒートパイプによれ
ば、コンテナの底部にある液相作動流体がスペーサに生
じる毛細管圧力によって汲み上げられた後、溶射皮膜に
浸透して、その面方向に拡散される。つまりスペーサと
溶射皮膜とがウィックとして機能するから、トップヒー
トモードでも良好に動作する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、溶射皮膜とスペーサとが共に多孔構造を成
していて、それ自体の機械的強度が比較的低いばかり
か、平板状に形成されている加熱部および放熱部が、元
来、特にコンテナの内部圧力が真空圧となる非動作時に
撓み易いために、コンテナ外側からの荷重によってスペ
ーサおよび溶射皮膜が圧潰されるおそれが多分にあっ
た。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、多孔構造を成すウィックの圧潰を未然に防止する
ことのできる平板状ヒートパイプを提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の課
題を解決するための手段として、請求項１に記載した発
明は、中空平板状の金属製のコンテナの内部に、脱気し
た状態で凝縮性流体を作動流体として封入した平板状ヒ
ートパイプにおいて、前記コンテナの厚さ方向で対向す
る平板部のうちの少なくとも一方に、他方の平坦部に向
けて突出し、かつ先端面が該平板部の内面に対して接触
した複数本の支柱が設けられ、更に各前記平板部の内面
のうち前記先端面との接合箇所を除く全域に、毛細管圧
力を生じる多孔質層がそれぞれ設けられるとともに、該
多孔質層同士を連結する多孔構造の液還流用部材が、隣
接する一対の前記支柱同士を結ぶ線上に配置されている
ことを特徴とするものである。

【０００８】したがって請求項１の発明によれば、例え
ば一対の平板部を上下方向に向かい合う状態にコンテナ
を配置して、上側の平板部を加熱部として動作させる
と、その内面に備えられている多孔質層において液相の
作動流体が蒸発し、その作動流体蒸気が、支柱間および
液還流用部材間の空間を通じて内部圧力の低い他方の平
板部側に流動するとともに、多孔質層に放熱して凝縮す
る。そしてその熱が平板部の外面から外部に向けて放出
される。

【０００９】他方、液相に戻った作動流体が、多孔質層
に生じる毛細管圧力によって下側の平板部の内面から各
液還流用部材の基端部側に移動するとともに、液還流用
部材に生じる毛細管圧力によって先端部側に向けて移動
し、そこから更に多孔質層の広範囲に拡散されつつ、加
熱されて蒸発する。つまり液還流用部材と各多孔質層と
がウィックとして作用する。

【００１０】このように作動流体が、複数の液還流用部
材を通じて上側の蒸発部に対して直接供給される。その
うえ作動流体が、蒸発部の表面上に薄膜状に広げられて
いわゆる濡れ性の良好な状態となるから、蒸発部の実効
面積が大きくなる。その結果、トップヒートモードでも
熱輸送が良好に行なわれる。

【００１１】また請求項１の発明の平板状ヒートパイプ
では、元来、撓み易い一対の平板部が複数の支柱によっ
て内側から支持されているから、ヒートパイプ動作して
おらずにその内部圧力が真空圧であっても、コンテナが
所期の中空平板形状に維持され、またそれに伴って多孔
質層の損傷が未然に防止される。更に請求項１の発明に
よれば、各液還流用部材が、平面図上で一対の支柱の間
に配置されているから、各液還流用部材に対する平板部
外側からの荷重が過度には大きくならず、したがって各
液還流用部材および各多孔質層のうち各液還流用部材と
の当接箇所が圧潰するおそれがない。

【００１２】請求項２に記載した発明は、前記多孔質層
と前記液還流用部材とが同じ材料によって一体に形成さ
れていることを特徴とするものである。

【００１３】したがって請求項２の発明によれば、平板
部の外側からの荷重が集中し易い部分である多孔質層と
液還流用部材との境界部分の連結強度が向上し、それに
伴ってウィック全体として圧潰に対する強度が向上す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一具体例について説明する。平板状ヒートパイプ１は、
本体部２と封止板３とからなる中空平板状の密閉金属容
器によってコンテナ４が構成されている。コンテナ４の
内部には、非凝縮性ガスを脱気した状態で図示しない作
動流体が封入されている。

【００１５】より詳細には、本体部２は矩形状の平板体
からなる底壁部５と、その底壁部５の４つの辺（縁部）
からそれぞれ立ち上がる平板状の側壁部６とによって構
成されたカップ状の部材である。各側壁部６は、高さが
一定となっていて、底壁部５の長さおよび幅のいずれよ
りも小さく設定されている。すなわち本体部２は、その
深さ以上の開口幅を有している。また底壁部５には、各
側壁部６と同じ方向（図１での上方）に向けて突出する
４本の支柱７が備えられている。すなわち底壁部５が、
この発明の平板部に相当する。

【００１６】一例として各支柱７は、底壁部５を鉛直上
方に向けて円筒状または円錐状に窪ませた構造であり、
各側壁部と同じ高さに設定されている。また各支柱７
は、図２に示すように、対向するコーナー同士を結ぶ対
向線上で、かつ底壁部５の４辺（側壁部との境界部分）
よりも中央側の部分にそれぞれ配置されている。なお各
支柱７は、本体部２の材料である金属板材に対してプレ
ス加工または鍛造成形を施すことによって簡単に形成す
ることができる。

【００１７】また一方、底壁部５のうち各支柱７を除い
た範囲の表面には、所定厚さの溶射皮膜８が設けられて
いる。この溶射皮膜８は、互いに結合する溶射粒子同士
の間に気孔を備えた多孔構造であり、大きい毛細管圧力
が生じるようになっている。つまり溶射皮膜８が、この
発明の多孔質層に相当する。

【００１８】溶射皮膜８の上部には、一例として円柱状
を成す粉末焼結ブロック９が５個設けられている。この
発明の液還流用部材に相当する各粉末焼結ブロック９
は、例えば多数の銅粒子またはブロンズ粒子を焼結させ
て結合させた多孔構造であり、大きい毛細管圧力が生じ
るようになっている。なお各粉末焼結ブロック９の上端
面は、封止板３の内面に備えられた後述する溶射皮膜１
０に接触している。

【００１９】各粉末焼結ブロック９の配置について説明
すると、底壁部５の平面図上での中央位置、図２での右
側に位置する一対の支柱７の中心軸線同士を結んだ線上
から僅かに右側にずれた位置、図２での左側に位置する
一対の支柱７の中心軸線同士を結んだ線上から僅かに左
側にずれた位置に、粉末焼結ブロック９がそれぞれ１個
ずつ設けられている。また図２での上側に位置する一対
の支柱７の中心軸線同士を結んだ線上から僅かに上側に
ずれた位置、図２での下側に位置する一対の支柱７の中
心軸線同士を結んだ線上から僅かに下側にずれた位置
に、粉末焼結ブロック９がそれぞれ１個設けられてい
る。つまりいずれの粉末焼結ブロック９も隣接する一対
の支柱７同士に挟まれた配置となっている。

【００２０】これに対して封止板３は、底壁部５と平面
図上で一致する大きさの金属平板であり、各側壁部６の
上縁部からなる開口部分を閉じる状態で本体部２に組み
付けられている。すなわち封止板３の内面と各支柱７の
先端面１１とが互いに密着している。また封止板３と本
体部２との接合部分が、例えば溶接によって密閉されて
いて、矩形平板状を成すコンテナ４が形成されている。
なお封止板３が、この発明の平板部に相当する。

【００２１】更に封止板３の内面のうち各支柱７の先端
面１１との突合せ部分および各側壁部との突合せ部分を
除いた箇所には、溶射皮膜１０が形成されている。この
溶射皮膜１０は、本体部２に備えられるものと同じ組成
となっている。つまり溶射皮膜１０が、この発明の多孔
質層に相当している。なお特には図示しないがコンテナ
４には、従来知られた構造の注入ノズルが取り付けられ
ている。

【００２２】ここで溶射皮膜８，１０は、例えば本体部
２と封止板３とを組み付ける以前にプラズマ溶射あるい
はガス溶射等を行うことによって、簡単に形成すること
ができる。すなわち解放された空間において溶射工程が
実施されるために、溶射トーチの操作性が良好であるこ
と、あるいは熱が籠らないこと、更には洗浄が容易であ
ること等の利点がある。また溶射材料としては、熱伝導
性および耐熱性に優れるものであれば異種金属またはセ
ラミックスあるいはそれらを混合したサーメットでもよ
く、好ましくはそれ自体が熱伝導性および耐熱性に優
れ、かつ長期に亘って作動流体と接触させても溶解しな
いものを採用する。

【００２３】つぎに上記具体例の作用について説明す
る。例えば封止板３を水平に向けた姿勢にコンテナ４を
保持し、その状態で底壁部５の下側を加熱させると、コ
ンテナ４における本体部２の底部に溜まる作動流体が加
熱されて蒸発する。したがって底壁部５の内面が蒸発部
１６となる。蒸気となった作動流体が、圧力および温度
の低い上方に向けて各支柱７と液還流用部材との間の空
隙を流動して、封止板３の内面に設けられた溶射皮膜１
０に放熱して凝縮する。したがって封止板３側の溶射皮
膜１０が凝縮部１７となる。放出された熱は、封止板３
の外面から周囲の空間などに放散される。

【００２４】凝縮した作動流体は、溶射粒子同士の隙間
に生じる毛細管圧力によって封止板３の内面に保持され
つつ、近傍の粉末焼結ブロック９の端部に流動し、その
まま毛細管圧力によって粉末焼結ブロック９の他端部、
つまり底壁部５側に向けて流動する。更にその作動流体
が、各粉末焼結ブロック９の端部からその周囲の溶射皮
膜８に浸透するとともに、蒸発部の面方向に拡散され
る。そして５個の粉末焼結ブロック９が、底壁部５の面
方向に分散されて配置されているから、必要充分な量の
作動流体が蒸発部の全域に供給され、その結果、熱輸送
能力が良好になる。

【００２５】更に上記具体例によれば、平板状を成す封
止板３と底壁部５とが支柱７によって内側から支持され
ているから、コンテナ４の内部圧力が真空となる状態、
つまり非動作状態でも、封止板３と底壁部５とが接近す
る方向に撓むことがなく、コンテナ４の所期形状を維持
することができる。また上記具体例によれば、互いに隣
接する支柱７と支柱７との中間部に各粉末焼結ブロック
９が配置されているから、液還流用部材に対する底壁部
５および封止板３の外側からの荷重が過度には大きくな
らず、そのため各粉末焼結ブロック９および各多孔質層
８，１０のうち各粉末焼結ブロック９と当接する部分の
圧潰を未然に防ぐことができる。

【００２６】なお各支柱７が、プレス加工または鍛造成
形等によって底壁部５を窪ませてなる構造であるから、
簡単に形成することができ、それに伴って平板状ヒート
パイプとしての生産性を向上させることができる。また
各支柱７がコンテナ４の一部分を構成しているから、平
板状ヒートパイプとして軽量になる利点も生じる。

【００２７】なお支柱と粉末焼結ブロックとの数ならび
に底壁部５の平面図上での配置は、上記具体例には限定
されず、対象とするコンテナの大きさなどに基づいて適
宜設定することができる。更に多孔質層は溶射皮膜に限
定されず、例えば金属粒子を焼結させたものであっても
よく、また一方、液還流用部材は粉末焼結ブロックには
限定されず、例えば溶射皮膜によって形成してもよい。
つまり液還流用部材と多孔質層とを例えば焼結金属また
は溶射皮膜によって一体に形成してもよく、このように
構成することによって両者の境界部分における連結強度
が向上し、その結果、ウィック全体としての圧潰に対す
る強度が向上する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、いずれの請求項に
記載した発明においても、コンテナの厚さ方向で対向す
る平板部の少なくとも一方に、他方に向けて突出しかつ
先端面がその平板部の内面に接触した複数本の支柱が設
けられ、各平板部の内面のうち先端面との接合箇所を除
く全域に多孔質層が設けられ、多孔質層同士を連結する
多孔構造の液還流用部材が隣接する一対の支柱同士を結
ぶ線上に配置されていて、平板部を内側から支持する支
柱同士の間に液還流用部材が配置されているから、液還
流用部材に対して過度の荷重が作用せず、したがって液
還流用部材および多孔質層のうち各液還流用部材との当
接箇所の圧潰を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一具体例を示す概略的な断面図で
ある。

【図２】 封止板の一部切り欠いた状態を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

１…平板状ヒートパイプ、 ３…封止板、 ４…コンテ
ナ、 ５…底壁部、７…支柱、 ８、１０…溶射皮膜、
９…粉末焼結ブロック、 １１…先端面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空平板状の金属製のコンテナの内部
   に、脱気した状態で凝縮性流体を作動流体として封入し
   た平板状ヒートパイプにおいて、 前記コンテナの厚さ方向で対向する平板部のうちの少な
   くとも一方に、他方の平坦部に向けて突出し、かつ先端
   面が該平板部の内面に対して接触した複数本の支柱が設
   けられ、更に各前記平板部の内面のうち前記先端面との
   接合箇所を除く全域に、毛細管圧力を生じる多孔質層が
   それぞれ設けられるとともに、該多孔質層同士を連結す
   る多孔構造の液還流用部材が、隣接する一対の前記支柱
   同士を結ぶ線上に配置されていることを特徴とする平板
   状ヒートパイプ。
2. 【請求項２】 前記多孔質層と前記液還流用部材とが同
   じ材料によって一体に形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載した平板状ヒートパイプ。