JP2003222481A - ヒートパイプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒度が大きい粉末も容易に入れることができ
るようにして製造を容易にしつつ、熱伝導度が従来の偏
心していない構造に比べて劣らない構造を提供する。 【解決手段】 蒸発部、断熱部、及び凝縮部に互いに異
なる物質、形状又は粒子の大きさを有する多孔質の焼結
粉末におけるウィックの構造を配置しようとするとき、
前記ウィック構造物の気孔度と透過率を増加させるため
に、大小の粒度の粉末を混合焼結して、気孔が二重に分
布して円周方向に非対称の断面形状を有するヒートパイ
プを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝達、冷却、及
び放熱用のヒートパイプに関するものであり、特に、小
型ヒートパイプ（ＭＨＰ：miniature heat pipe）の内
部構造に関するもの、及びそれを製造するための方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ヒートパイプは、ある場所か
ら他の場所に熱を効果的に移動させるための手段として
利用される熱輸送装置の核心的な部品として用いられて
いる。特に、小型ヒートパイプは、高密度の電子回路、
又は、電子チップの冷却のための熱輸送及び熱拡散に効
果的に用いることができる。

【０００３】図１は、前記ヒートパイプの内部構成を示
す断面図である。図示したとおり、ヒートパイプは、外
部の壁面と、熱輸送を行う作動流体（working fluid）
を流れるようにするための通路と、これらの間に形成さ
れた多孔質組織からなり、前記作動流体の熱輸送が動力
なしで連続的に行うことができるようにする機能を遂行
するウィック（wick）で構成されている。

【０００４】また、前記ヒートパイプは、長さ方向に沿
って、蒸発部、断熱部、及び凝縮部に区分されるが、こ
れは、図１に示すとおりである。

【０００５】前記ヒートパイプの作動原理は、蒸発部で
ウィック内に飽和されていた作動流体が外部熱源から加
熱蒸発すると、蒸気圧力差によって、蒸気は、凝縮部方
向への移動を介して熱輸送を行うようになり、凝縮部で
再び冷却凝縮しながら放熱される。このとき、凝縮され
た作動流体は、凝縮部のウィックに吸収され、凝縮部と
蒸発部の毛細管力の差によって凝縮部に回帰するように
なる。上記のような作動流体の移動及び回帰過程が反復
され、蒸発部から凝縮部に継続的に熱が移動するように
なるのである。

【０００６】一般的に、作動流体の移動は、ヒートパイ
プに加えられる熱伝達量、ウィックの毛細管力、ウィッ
ク内の作動流体の流れに対する抵抗である透過率（perm
eability）に主に依存するようになる。

【０００７】前記毛細管力（Pc）は、数式１のように決
められ、ここでｄ_０は平均水力学的な直径を示し、_０は
表面張力係数を示し、θはウィックのぬれ角（wetting
angle）を意味する。

【数１】

【０００８】ところが、前記毛細管力は、次のような関
係を有する。ここで、Ｐ_ｌ、Ｐ_ｖ、及びＰ_ｇは、各々、
液体通路の圧力損失、蒸気通路の圧力損失及び重力抵抗
を意味する。

【数２】

【０００９】前記各々の液体通路の圧力損失、蒸気通路
の圧力損失は、ダーシーの法則とＰｏｉｓｅｌｌｅ式に
よって数式３及び４に示される。

【数３】

【数４】

【００１０】また、重力抵抗による圧力損失は、次のと
おり示され、ここでｇは、重力係数を意味する。

【数５】

【００１１】また、ウィック内の作動流体の移動抵抗を
決める透過率ｋは、ウィックの気孔度ｎと次の数式６の
ような関係を有し、ここでＤは、粒子の直径を示す。

【数６】

【００１２】また、熱流体の流動による熱輸送量（Qma
x）は、次の仮定を前提として求めるようになる。

【００１３】ヒートパイプ内のウィックの特性因子は一
定で、焼結粉末ウィックは作動流体に飽和されていて、
蒸発部と凝縮部での熱流速は一定で、断熱部の蒸気通路
には温度Ｔｓの飽和蒸気が移動し、液体と蒸気の流動
は、ナビエ−ストークス方程式で表現される非圧縮性の
流体の流れであり、蒸気内には熱源や冷却源がなく、多
孔性のウィック内の液体流動はダーシーの法則にしたが
い、蒸気−液体の界面の摩擦力はウィック内の液体流動
抵抗に比べて非常に小さく無視することができ、蒸発部
の表面で作動流体の気化が発生する。

【００１４】上記のような仮定を前提として、ヒートパ
イプの熱輸送量Ｑは、次のとおり計算される。

【数７】

【００１５】一方、一般的なヒートパイプは、粘性限界
（viscous limit）、毛細管力限界（capillary limi
t）、飛散限界（entrain or flooding limit）、音速限
界（sonic limit）、及び沸騰限界（boiling limit）に
よってその性能が制限を受けるようになる。

【００１６】したがって、ヒートパイプを設計すると
き、これらの作動限界を考慮して各設計因子を決めなけ
ればならない。一般的に、２００℃以下で使われる低温
用ヒートパイプでは、特に、粘性限界と沸騰限界が考慮
され、ヒートパイプの熱的限界条件で作動能力を向上さ
せるために、ヒートパイプの蒸発部での過熱によるドラ
イ アウト（dry out）発生時にこれを回復する能力と時
間も考慮されなければならない。

【００１７】上述したドライアウトとは、ヒートパイプ
に入力された熱量が最大熱輸送量（Qmax）を超過するよ
うになって、蒸発部の作動流体の蒸発量が凝縮部で蒸発
部に回帰する量より多くなり、任意の時間の間、完全に
乾燥に状態になる場合をいう。 この場合、蒸発部の温
度は、急激に上昇するようになり、ウィックに作動流体
が回帰するに従い、温度が再度下降してヒートパイプで
の能力は回復するようになる。しかし、この能力の回復
機能が遅い場合、ヒートパイプの温度制御能力は、消滅
されるため、入力されている熱量以上では、該当ヒート
パイプを使用することができない限界に達することをい
う。

【００１８】図１に示したとおり、ヒートパイプは、長
さ方向の断面を蒸発部、断熱部、凝縮部に分けられるの
である。このとき、ヒートパイプの蒸発部では、毛細管
力と熱伝導度を高めることができるウィックの構造が望
ましく、断熱部では透過率が高いウィックの構造が望ま
しく、凝縮部では透過率と熱伝導度を高めることができ
るウィックの構造が望ましい。

【００１９】一般的なヒートパイプは、上述したような
要求条件に相応するためのウィックの構造を有するよう
にするため、次のような４種の形態及びこれらの複合形
態、又は変形した形態に構成されたウィックの構造を有
する。

【００２０】これらの特徴と長短所を比較してみると、
次のとおりである。

【００２１】焼結粉末ウィック（metal sintered powde
r wicks）は、毛細管力が大きく、これによって重力抵
抗に対して流体の移送能力が優れ、多孔質の焼結金属粉
末のピン（fin）効果により熱伝導度が優れており、沸
騰限界が漸進的に発生するため、急激な温度上昇現象少
ない。しかし、透過率が小さくて作動流体が移動すると
き、圧力損失が大きい。

【００２２】グルーブウィック（grooved wicks）は、
透過率が大きくて、作動流体が移動するときの圧力損失
が小さい。特に、単純なグルーブウィックは、ヒートパ
イプ壁（envelop 又は container）を製造するとき、一
体型で製作可能なため、価格面で有利である。しかし、
毛細管径が大きいため、毛細管力が小さく、部分過熱乾
燥状態で作動能力が劣り、沸騰限界が急激に発生し、急
激な温度上昇の現状が起きる短所がある。

【００２３】微細繊維ウィック（fine fiber bundle wi
cks）は、毛細管力は大きい点に特徴がある。しかし、
熱抵抗が大きく、透過率が小さくて作動流体の移動時に
圧力損失が大きく、部分過熱乾燥状態で作動能力が劣
る、という短所がある。

【００２４】スクリーンウィック（screen mesh wick
s）は、毛細管力が中間程度であるが、透過率が小さく
て作動流体の移動時に圧力損失が大きく、熱抵抗が大き
い、という短所がある。

【００２５】このような基本的なウィックの構造は、そ
れぞれ長短所があり、また、使用目的によって短所を補
完することができる構造に変形可能なため、これらを一
律の尺度で比較することはできない。しかし、ヒートパ
イプの基本的な性能である熱輸送と重力抵抗への対応能
力の面で、焼結粉末のウィックが他のウィックに比べて
より好適である。焼結粉末のウィックの場合、構成され
る粒子と粒子との間が非常に周密しており、一般的にグ
ルーブウィック（grooved wick）やスクリーンウィック
（mesh screen wick）よりも毛細管力が大きく、スクリ
ーンウィックよりも熱伝導度が高い、という長所を有
し、熱流速が比較的大きいという性能を備えている。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、グルーブ（gr
oove）及びメッシュスクリーン（mesh screen）方式な
ど他のウィックの構造に比べて焼結粉末製のウィック
は、重力抵抗に応じた作動能力が優れているにもかかわ
らず、液体の流動抵抗が大きくなり、最大熱伝達量で比
較優位を有することができない問題点を抱いている。

【００２７】また、従来の焼結粉末のウィックに適用さ
れている構造は、一般的に単一の気孔分布をなしてい
る。したがって、小型ヒートパイプの場合、ウィックの
透過率を大きくするために、比較的大きい粒度の金属粉
末の使用が求められる。しかし、ウィック内部の構造及
び製造工程上の問題でウィック気孔の大きさを最適化す
ることができず、焼結粉末のウィックが基本的に持って
いる優位性を充分に生かすことができない状況である。

【００２８】したがって、上述したように、ウィックの
最適化された形態を得るため、従来の米国特許第６、０
５６、０４４号では、ＭＥＭＳ工程を利用して微細な多
重毛細管（capillary）を利用したウィックの構造を提
供し、大きさが互いに異なる粒子を有するウィックの構
造を提案することによって、毛細管力と透過率を改善し
ようとしている。

【００２９】しかし、前記構造の場合、製造工程が難し
く、これによる製造コストの上昇という問題点がある。
即ち、スクリーンメッシュを敷いてボンディングを塗布
した後、再びスクリーンメッシュを巻いて入れなければ
ならない多重管の製造に多くの困難性を伴うのである。

【００３０】このような問題点を解決するために、二重
管構造を使用せずに、各機能部のウィックの構造物にお
ける気孔の大きさ、気孔形状、熱伝導度、及び作動流体
の吸収能力を異なるように構成しようとしたが、この場
合、大きさが互いに異なる粒度の粉末を混ぜ、気孔を二
重分布させたウィックを構成するのに、現実的な難しさ
が伴う。

【００３１】これは、既存の小型ヒートパイプの外壁内
径は、大きさが限られているということを考慮すると
き、粒度が大きい粉末の場合、取り入れるのが難しいと
いう問題点が生じるのである。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述したよう
に、単一のウィックを有する従来の小型ヒートパイプ及
び多重の毛細管構造の問題点を解決するためのものであ
って、ウィックの構造物の気孔度（porosity）と透過率
（permeability）を増加させるために、蒸発部、 断熱
部及び凝縮部でそれぞれの要求条件に適合した互い異な
る物質、形状又は粒子の大きさにおける多孔質焼結粉末
のウィック構造を配置するところに特徴がある。

【００３３】したがって、互いに異なる物質、 形状又
は粒子の大きさにおける多孔質焼結粉末のウィック構造
を配置するため、これら粉末を混合焼結して気孔が二重
（biporous）に分布するようにする。このため、結局、
円周方向に非対称の断面形状を有する偏心構造のヒート
パイプを提供することを特徴とする。

【００３４】本発明では、これに伴って、ヒートパイプ
の熱的な限界条件で作動能力を向上させるために、ヒー
トパイプの蒸発部での過熱によるドライアウト（dry ou
t）発生時に、これを回復する能力と時間を改善する方
法を提案する。

【００３５】さらに、本発明では、このような過熱乾燥
状態から迅速にヒートパイプ機能を回復する方式とし
て、焼結粉末のウィックの気孔の大きさを最適化し、ま
た、作動流体に水化物などを添加して蒸発部のウィック
表面に吸着被膜を形成させる方法を提案する。

【００３６】

【発明の実施の形態】このような目的を達成するため、
本発明では、蒸発部、断熱部、及び凝縮部に互いに異な
る物質、形状、又は粒子の大きさにおける多孔質焼結粉
末のウィックの構造を配置し、前記ウィックの構造物の
気孔度（porosity）と透過率（permeability）を高める
ため、大小の粒度の粉末を混合焼結して、気孔が二重
（biporous）に分布するもので、円周方向に非対称の断
面形状を有するヒートパイプを開示する。

【００３７】また、 本発明の望ましい実施のため、ウ
ィック内の性能改善を目的とする最適な条件を提示し、
このための方法を記載する。

【００３８】本発明では、焼結粉末のウィックの性能を
改善するために、多孔質媒体の毛細管力、透過率、及び
気孔容量と作動流体の熱流動との関係を設計解析し、こ
れを介して最適な気孔の大きさと、これを具現するため
の金属粉末における粒子の大きさを導き出している。ヒ
ートパイプの各機能部におけるウィックの焼結の最適な
条件のため、次のような最適な設計技法について、説明
する。

【００３９】即ち、焼結粉末のウィックがグルーブウィ
ック（grooved wick）やスクリーンウィック（mesh scr
een wick） より毛細管力が大きく、スクリーンウィッ
クより熱伝導度が高い、という長所を有し、比較的大き
い熱流速性能が示されるとしても、このような長所を生
かしつつ、透過率の低さなどの短所を補完して優れた性
能のヒートパイプを設計するためには、ウィックの作動
因子（working parameters）を最適化することが求めら
れる。

【００４０】前記最適化されたウィックを構成するため
の気孔（pore）の因子には、構成粒子の大きさと形態、
多孔性ウィックの比容積（specific volume）、気孔の
直径（ pore diameter）、及び空隙率（porocity）など
があって、これらは互いに関連してヒートパイプ設計に
影響を及ぼすようになる。

【００４１】本発明では、ヒートパイプの重要な設計因
子である、前記数式６での透過率ｋを次の数式８を介し
て実験的に求めることができることを示す。

【数８】

【００４２】ここで、ｄ_０は、平均水力の直径を示す。
その他の異なる熱流体的な因子は、次のとおり、実験を
介して得ることができる。

【００４３】毛細管力（capillary head）は、相当気孔
直径（equivalent pore diameter）の多孔性媒体試片の
評価を介して得ることができる。

【００４４】液体圧力損失（liquid hydraulic head）
は、ウィック内の液体圧力損失の測定を介して得ること
ができる。

【００４５】透過率（permeability）は、液体圧力損失
の測定とダーシーの法則を介して得ることができる。

【００４６】熱流速（heat flux）は、二相（two-phas
e）圧力損失の計算により、蒸発過程中の質量流速を評
価して得ることができる。

【００４７】気孔率（wick porosity）は、液体で飽和
されたウィックの熱伝導度の測定評価を介して得ること
ができる。

【００４８】ヒートパイプの熱輸送量を左右する熱流速
は、次のようなヒートパイプの適用条件に大きく依存す
るのである。蒸発部と凝縮部の間の長さ、ヒートパイプ
壁面の過熱度（superheating）と作動流体の過冷却度
（subcooling）、発熱源とウィックの熱接触状態などで
ある。

【００４９】上述したとおり、ウィックの作動因子とヒ
ートパイプの適用条件についての情報を基に、特定のヒ
ートパイプの作動因子を設計することができる。

【００５０】例えば、長さｌ、外径（Ｄｐ）４mm、内径
（Ｄｃｈ）２mm、焼結のウィックの断面積Ｓであるシリ
ンダ型小型ヒートパイプについて、蒸発部の長さｌｅ、
断熱部の長さｌｔ、凝縮部の長さｌｃである場合、最大
熱輸送量Ｑｍａｘを、前記数式７を介して求めることが
できる。

【００５１】本発明による前記熱輸送量Ｑは、実際のヒ
ートパイプの蒸気通路での通路直径（vapor channel di
ameter）Ｄｃｈと液体通路での平均水力学的な直径（me
an hydraulic pore diameter）に主に依存するが、最大
熱輸送量Ｑｍａｘは、作動流体の熱的・物理的特性の温
度依存性のため、ヒートパイプの断熱部での温度（又は
作動温度）Ｔｓａｔによって変わるようになる。また、
重力長に対するヒートパイプの設置傾斜角（φ）につい
ても最大熱輸送量Ｑｍａｘは大きく変わる。

【００５２】一般的に、水平設置（φ= ０゜）を基準に
蒸発部が凝縮部の上側に配置されると、φは−で、蒸発
部が凝縮部の下側に配置されると、＋に示し、φが−９
０゜になると、最大熱輸送量Ｑｍａｘは、重力抵抗によ
り最も大きく制限を受けるようになる。

【００５３】上記のような理論により、小型ヒートパイ
プ（ＭＨＰ）に対する焼結銅粉末（sintered copper po
wer）のウィックにおける主要設計の因子についての設
計解析結果を図２乃至図６でのように示すことができ
る。

【００５４】図２の平均水力学的直径（mean hydraulic
pore diameter）と透過率との関係で、ウィックの気孔
の大きさが大きくなるに従い、透過率が増加することが
わかる。

【００５５】ただ、気孔の大きさが大きくなるにしたが
って、毛細管力は減少するため、毛細管力の低下を防ぐ
ため、本発明では二重分布を有する金属粉末や互いに異
なる粒子形態の粉末、又は繊維を混合した粉末を利用す
るウィックの構造を用いるようにする。

【００５６】このような方法を用いることによって、ウ
ィックの透過率を大きくしながら毛細管力の減少を最小
化することができる。

【００５７】図３は、同一のヒートパイプにおいて、あ
る固定された熱輸送量について、ヒートパイプの作動温
度（working temperature）に対するウィックの気孔の
最適な大きさを示している。この図３から、ウィックの
気孔の最適な大きさが１００〜１６０μｍであることが
わかる。

【００５８】図４は、ウィックの内径（vapor channel
diameter、Ｄｃｈ）と作動温度との関係を示し、図５
は、最大熱輸送量（Qmax）と作動温度との関係を示して
いる。これら図面から、与えられた熱量に対してウィッ
クの最適な内径を導き出すことができる。

【００５９】図６は、このような大きさのウィックの気
孔が３００〜５００μｍの銅粉末焼結により作られるこ
と示している。しかし、ヒートパイプ製造時、このよう
に大きい粒径の銅粉末を外径４mmの中空銅管（envelop
or container）とその中心に設置された外径２mm程度の
鉄心との間に満たして入れることは非常に難しい。その
ため、前述したように、従来では、小型ヒートパイプ
（MHP）に適用される焼結粉末のウィックの気孔を最適
化するのに多くの困難があった。

【００６０】したがって、本発明では、ウィックの気孔
の最適の水力学的な直径を具現する最初の方法として、
鉄心を中空銅管の円周方向に中心から偏心して設置し、
銅粉末を満たして入れて焼結するのである。特に、図７
に示すように、円周方向の断面が非対称になるようにし
て、ウィックの気孔の最適化を可能にした。

【００６１】図８は、上述したとおりに作られたウィッ
クの構造を有するヒートパイプの外径面から円周方向へ
測定された熱伝導度を示している。このように、ウィッ
クの厚さが相対的に薄い部分で強い熱伝逹が起きている
ことがわかる。これは、ヒートパイプの適用時、蒸発部
と凝縮部で熱源とヒートシンクとの接触面を選択的に適
用して、熱伝達の効率を高めることができる、という付
加的な機能を提供できるようになる。

【００６２】ウィックの気孔の最適の水力学的な直径を
具現する２番目方法として、粒度が互いに異なる銅粉末
を混合焼結して得られるウィックの構造で、二重分布の
気孔構造（biporous structure）のウィックを提案す
る。

【００６３】図９に主要な気孔の大きさが二重に分布し
ている形状を示した。

【００６４】ウィックの気孔の最適の水力学的な直径を
具現する３番目方法として、微粒な銅粉末に、ある液体
又は固体化合物を添加してウィックの焼結工程で銅粉末
の焼結温度より低い温度でこれら添加物が熱反応又は熱
分解するときに、発生するガスを利用して銅粉末の粒子
間の気孔の大きさを大きくする方法を提案する。ウィッ
クの 透過度を増加させるための添加剤は、焼結過程で
完全に溶融気化して除去されるが、微量の添加剤が残留
するおそれがあるため、添加剤は、ウィックの構成成分
及び作動流体と熱反応を介してガスを発生させないよう
にしなければならない。こうした性質を満足する有用な
添加剤としては、Ｃｏ（ＮＨ_２）_２がある。この方法で
製造されたウィックの形状は、図１０に示されている。

【００６５】ヒートパイプのウィックの透過率、 毛細
管力、及び熱伝導度を増加させる方法として、銅粉末と
粉砕された炭素（黒鉛）又は、セルロース（coconut sh
ells、 peach pits）から作られた活性炭の混合粉末や
銅粉末と非セルロース系であるＰＶＤＣ（polyvinylide
ne chloride）の混合粉末を使用して製造されたウィッ
クの構造を提案する。

【００６６】図１１には、金属粉末と炭素繊維で構成さ
れたウィックの構造が示されている。図示されたとお
り、ウィックには大小の気孔が分布していて、これを介
してウィックの毛細管力と透過率改善を達成することが
でき、また、炭素繊維により熱伝導性を向上させること
ができる。

【００６７】ヒートパイプの蒸発部への入力熱量の増加
によるウィックの部分乾燥（partial dry-out）の状態
からヒートパイプの機能回復時間を減らすための方法と
して、作動流体に作動流体吸着又は吸水性物質（sorben
t materials）を添加する方法が提案される。作動流体
が水の場合、このような能力をもった物質としては、Ｍ
ｎＣｌ_２、ＮｉＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＢａＣｌ_２、及び
ＬｉＢｒなどの水化物（hydrate）がある。このような
水化物は、室温で水と同じ作動流体の水溶液状態で存在
したが、蒸発部のウィックが加熱されるにしたがって、
水溶液から分離されて、図１２に示されたとおり、蒸発
部のウィックの粒子表面に塗布された後、再度、水を吸
収して蒸発部のウィックに作動流体の回帰又は供給を補
助する役割を果たす。上述したとおり、作動流体に添加
された水化物成分は、大部分が蒸発部のウィックの粒子
の表面に塗布されるため、凝縮部で蒸発部への作動流体
の環流を加速させるようになる。

【００６８】図１２は、断面四角形状のヒートパイプに
おける蒸発部のウィックの表面粒子に水化物が塗布され
ている状態を示している。このような添加剤の役割によ
って、蒸発部の過熱乾燥状態の回復時間が速くなり、ヒ
ートパイプの温度制御特性と作動限界を向上させること
ができる。

【００６９】ウィックの熱伝導度を高めるために、互い
に異なる金属などの混合粉末を利用してウィックを焼結
することができる。

【００７０】図１３には、銅（copper）粉末にニッケル
（nickle）、黒鉛（graphite）又はダイアモンド（diam
ond）結晶粉末を混合して焼結されたウィックの構造が
示されている。こうしたウィックは、凝縮部と蒸発部の
円周方向の熱伝導度が高まり、ヒートパイプの熱交換性
能を向上させることができる。

【００７１】また、本発明では、ヒートパイプの熱輸送
能力を最大化して外部との熱伝達性能を最大化するため
に、図１４のように、ヒートパイプの各機能部の遂行機
能に合うようにウィックの構造を互いに異なるようにす
ることができる。蒸発部では、毛細管力と熱伝導度を高
めることができる構造を、断熱部では透過率の大きい構
造を、そして、凝縮部では透過率と熱伝導度を高めるこ
とができる構造を有するウィックを適用してヒートパイ
プの特性を最適化するのである。

【００７２】こうした構造は、互いに異なる粒度の金属
粉末や銅とニッケル、又は炭素繊維など、互いに異なる
種類の混合粉末を、上述したような特性を生かし、ヒー
トパイプの各機能部におけるウィックの焼結に適用して
実現するのを可能にする。

【００７３】また、前記ウィックの構造物及び被膜は、
平坦型（planar）又は円筒形（cylindrical）である構
造のどれでも可能である。図１５は、平坦型のウィック
構造物を示すもので、断面が長方形を成している。

【００７４】

【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明によるヒ
ートパイプで焼結粉末製のウィックに最適化された二重
（biprous）分布の構造とする場合、最大の熱輸送能力
が大きく改善され、例えば、外径４mmのヒートパイプに
適用すると、既存の焼結粉末製のウィック方式より最大
１．３倍以上、グルーブ（groove）ウィック方式より２
倍以上の熱輸送能力が改善されることを確認することが
できる。

【００７５】また、最大の熱輸送能力及び重力抵抗の対
応能力が改善されて、既存製品との差別化が図られる、
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来技術によるヒートパイプの構造を示す図
面。

【図２】平均水力学的な直径（mean hydraulic pore di
ameter）と透過率との関係を示すグラフ。

【図３】 同一のヒートパイプにおいて、ある固定され
た熱輸送量について、ヒートパイプの作動温度（workin
g temperature）に対するウィックの気孔の最適な大き
さを示すグラフ。

【図４】 ウィックの内径（vapor channel diameter、
Ｄｃｈ）と作動温度との関係を示すグラフ。

【図５】 最大熱輸送量（Qmax）と作動温度と関係を示
すグラフ。

【図６】 平均粒子の大きさとウィックの気孔の直径と
の間の関係を示すグラフ。

【図７】 円周方向の断面が非対称になるウィックの構
造を示す図面。

【図８】 図７とともに非対称の断面形状のウィックの
構造を有するヒートパイプの外径面から円周方向へ測定
された熱伝導度を示すグラフ。

【図９】 主要な気孔の大きさが二重に分布している形
状を示した図面。

【図１０】 微粒の銅粉末に、ある液体又は固体化合物
を添加したウィック構造を示す図面。

【図１１】 金属粉末と炭素繊維で構成されたウィック
の構造を示す図面。

【図１２】 断面四角形状をなすヒートパイプの蒸発部
におけるウィックの表面粒子に水化物が塗布されている
状態を示す図面。

【図１３】 銅（copper）粉末にニッケル（nickle）、
黒鉛（graphite）又はダイアモンド（diamond）結晶粉
末を混合焼結されたウィックの構造を示す図面。

【図１４】 長さ方向に沿って互いに異なるウィックの
構造を有するヒートパイプを示す断面図。

【図１５】 平坦型のウィックの構造物を示す図面。

【符号の説明】

１ ヒートパイプ壁 ２ ウィック １２ チャンネル（蒸気通路） ｌｅ 蒸発部の長さ ｌａ 断熱部の長さ ｌｃ 凝縮部の長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レオナルド・エル・バシリーフ ベラルーシ220072ミンスク、アイティエム オー、ピー・ブローフカ・ストリート15番

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質の焼結粉末で構成されるウィック
   構造において、ヒートパイプの各機能部（蒸発部、断熱
   部、及び凝縮部）に互いに異なる物質、形状、又は粒子
   の大きさにおける焼結粉末のウィックの構造を配置して
   ヒートパイプの熱伝導度、熱輸送量、及び温度制御性能
   を向上させる方法。
2. 【請求項２】 焼結用粉末にＣｏ（ＮＨ_２）_２等の添加
   剤を入れてウィックの焼結過程で添加剤の熱分解による
   ガス発生を介してウィック構造物の気孔度と透過率を増
   加させる請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 大小の粒度の粉末を混合焼結して、気孔
   が二重に分布するウィックをヒートパイプの円周方向に
   非対称に配置してウィックの構造物の気孔度と透過率を
   増加させる請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 互いに異なる形状と熱伝導度を有する物
   質（銅、ニッケル、黒鉛、カーボン、ダイアモンド等）
   の混合粉末で焼結粉末のウィックを構成してヒートパイ
   プの円周方向の熱伝達性能を向上させる請求項１に記載
   の方法。
5. 【請求項５】 ウィックの構造物における作動流体の吸
   着能力を増加させるために、ウィックの構造物又は構造
   物の構成の粒子表面に吸着性被膜を被覆させる請求項１
   に記載の方法。
6. 【請求項６】 ウィックの構造物における作動流体の吸
   着能力を増加させる吸着性被膜を被覆させるために、水
   化物（hydrates）、水酸化物（hydroxides）、炭酸塩
   （carbonates）及びＬｉＢｒ物質の群から選択された物
   質を使用する請求項１〜５のいずれか一項に記載の方
   法。
7. 【請求項７】 ウィックの構造物及び被膜が平坦型又は
   円筒形である請求項１〜５のいずれか一項に記載の構
   造。
8. 【請求項８】 ヒートパイプの蒸発部におけるウィック
   の構造物又は構造物の粒子の表面に吸着性被膜を被覆さ
   せた請求項１〜５のいずれか一項に記載の構造。
9. 【請求項９】 蒸発部、断熱部、及び凝縮部に互いに異
   なる物質、形状、又は粒子の大きさにおける多孔質の焼
   結粉末のウィックの構造を配置して、前記ウィックの構
   造物の気孔度と透過率を増加させるために、大小の粒度
   の粉末を混合焼結して気孔が二重に分布することで、円
   周方向に非対称の断面形状を有するヒートパイプ。