扁平型热管
技术领域
本发明涉及扁平型热管。
本申请基于在2018年3月12日向日本申请的日本特愿2018-044627号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
以往，公知有专利文献1所示那样的扁平型的热管。该热管具备封入有工作流体的容器、和配置于容器内的管芯构造，利用工作流体的相变，能够从蒸发部向冷凝部反复输送热。
另外，在专利文献1中，通过捆扎铜线等金属细线(纤维)而形成管芯构造。
专利文献1：日本特开2012-229879号公报
然而，一般使用的铜纤维的线径即使小也是25μm左右。这是因为，若使铜纤维的线径比25μm小，则拉伸强度变得不充分，难以制造或使用铜纤维本身。
另一方面，近年来，要求热管的厚度极小(例如300μm以下)。在热管的厚度极小的情况下，容器的内部空间的厚度也变得极小(例如140μm以下)。
这里，在作为管芯构造使用与以往同样的铜纤维，减小容器的内部空间的厚度的情况下，能够配置于内部空间的铜纤维的根数变少。若铜纤维的根数少，则铜纤维彼此的间隙容易变得不均匀。其结果，作用于液相的工作流体的毛细管力产生偏差，热输送性能变得不稳定。
发明内容
本发明考虑这样的情况而完成，其目的在于提供一种即使在厚度极小的情况下，热输送性能也稳定的扁平型热管。
为了解决上述课题，本发明的第一方式所涉及的扁平型热管具备封入有工作流体的长条状的容器、和配置于上述容器内的管芯构造，上述管芯构造由铜合金制的多根纤维形成，在将上述容器的上壁与下壁之间的间隔设为L，并且将上述纤维的直径设为D时，L≦140[μm]且L/D≧8.75。
根据上述方式，使用铜合金制的纤维作为管芯构造。铜合金制的纤维与以往的铜制的纤维比较，能够维持拉伸强度且减小线径。因此，能够将更多的纤维配置于容器内，即使内部空间的厚度极小也能够使纤维彼此的间隙均匀。而且，通过使纤维彼此的间隙均匀，从而抑制作用于液相的工作流体的毛细管力的偏差，热输送性能稳定。
并且，由于L/D≧8.75，因此容器的厚度方向上的纤维的根数确保至少5根以上。因此，即使是L≦140[μm]的极薄的扁平型热管，也能够避免由于纤维的根数过少而导致纤维彼此的间隙变得不均匀。作为结果，能够使热输送性能更可靠地稳定。
另外，本发明的第二方式所涉及的扁平型热管具备封入有工作流体的长条状的容器、和配置于上述容器内的管芯构造，上述管芯构造由铜合金制的多根纤维形成，上述容器的上壁与下壁之间的间隔为140μm以下，上述纤维在上述管芯构造中的密度为1600[根/mm2]以上。
根据上述第二方式，上述纤维在管芯构造中的密度成为1600[根/mm2]以上。由此，即使是容器的上壁与下壁之间的间隔为140μm以下那样的极薄的扁平型热管，也能够避免由于纤维的根数过少而导致纤维彼此的间隙不均匀。因此，能够使热输送性能更可靠地稳定。
这里，也可以构成为，上述纤维的直径小于25μm。
该情况下，例如即使容器的内部空间的厚度为140μm以下，也能够为了使纤维彼此的间隙均等而将充分的根数的纤维容纳于容器内。
另外，也可以构成为，上述纤维的直径为16μm以下，并且拉伸强度为650MPa以上。
该情况下，通过将纤维的直径设为16μm以下，能够使可容纳于容器内的纤维的根数更多。
另外，纤维的拉伸强度为650MPa以上，从而能够抑制纤维意外断裂。
另外，也可以构成为，上述管芯构造构成为在上述容器的上壁与下壁之间填充上述多根纤维而成的构造，在上述容器的侧壁与上述管芯构造之间形成有蒸气流路。
该情况下，在容器的上壁与下壁之间填充有纤维，从而该纤维彼此的间隙变得更均匀。
另外，通过蒸气流路，能够使气相的工作流体可靠地移动。
另外，也可以构成为，上述管芯构造构成为在与上述容器的长度方向正交的横截面观察时编织多根上述纤维而形成为管状的多个管芯体配置为环状的构造。
该情况下，能够使环状的管芯构造的内侧的部分作为气相的工作流体的流路(蒸气流路)或者液相的工作流体的流路(液体流路)发挥功能。另外，由于构成该管芯构造的各管芯体形成为管状，因此能够使这些管芯体的内侧的部分作为液体流路发挥功能。根据该结构，能够将使液相的工作流体回流时的流动阻力抑制得比以往的热管小，使热管的热输送性能提高。
另外，各管芯体通过编织纤维而形成。因此，例如与通过捻线形成管芯体的情况比较，能够抑制由于扭转状态的偏差而使在管芯体内流动的液相的工作流体的流动阻力产生偏差。由此，能够将由流动阻力的偏差引起的热管的热输送性能的制造上的偏差抑制得小。并且，编织线与捻线、烧结铜粉等比较能够增大透过率以及孔隙率，因此能够使液相的工作流体的流动阻力更小。
另外，也可以构成为，多根上述纤维由含有银的铜合金形成。
该情况下，通过使用含有银的铜合金，能够在发挥铜所具有的热传导特性的同时提高纤维的拉伸强度。因此，能够进一步减小纤维的线径。
另外，也可以构成为，多根上述纤维由含有3wt％以上银的铜合金形成。
该情况下，例如能够将纤维的直径设为16μm以下，并且将拉伸强度设为650MPa以上。
根据本发明的上述方式，能够提供即使是厚度极小的情况，热输送性能也稳定的扁平型热管。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的扁平型热管的横剖视图。
图2是第二实施方式所涉及的扁平型热管的横剖视图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照图1对第一实施方式所涉及的扁平型热管的结构进行说明。
如图1所示，本实施方式所涉及的扁平型热管1A具备封入有工作流体的容器2、和配置于容器2内的管芯构造10A。在管芯构造10A中浸渍有液相的工作流体。作为工作流体，例如能够使用水、乙醇类、或者氨水等公知的流体。
(方向定义)
容器2形成为长条状。以下，将容器2的长度方向简称为长度方向，将与长度方向正交的截面简称为横截面。
另外，将容器2的厚度方向简称为厚度方向，将容器2的宽度方向简称为宽度方向。
容器2是在横截面观察时宽度方向比厚度方向长的扁平型容器。容器2具有上壁2a、下壁2b、以及侧壁2c。上壁2a和下壁2b在横截面观察时相互大致平行。管芯构造10A配置于容器2的宽度方向上的中央部。由此，在管芯构造10A与容器2的侧壁2c之间设置有空间(蒸气流路SG)。蒸气流路SG以在容器2的宽度方向上夹持管芯构造10A的方式设置在两处。这些蒸气流路SG作为气相的工作流体的流路发挥功能。
管芯构造10A以连接扁平型热管1A中的蒸发部和冷凝部(未图示)之间的方式沿长度方向延伸。
管芯构造10A成为在容器2的上壁2a与下壁2b之间填充有多根纤维11的构造。多根纤维11可以相互捻合，也可以仅捆扎。
在这里，本实施方式的扁平型热管1A成为厚度例如是300μm左右的极薄的形状。因此，在由上壁2a与下壁2b之间的间隔例如为140μm以下、线径为25μm以上的以往的铜纤维形成管芯构造10A的情况下，厚度方向上的铜纤维的根数不足。其结果，铜纤维彼此的间隙变得不均匀。也就是说，优选构成管芯构造10A的纤维的线径(直径)小于25μm。
因此，本实施方式的纤维11由含有银的铜合金形成。通过使用含有银的铜合金，能够在发挥铜所具有的热传导特性的同时，提高纤维11的拉伸强度。在拉伸强度高的情况下，即使减小纤维11的线径也能保持强度，因此能够使用线径极小的纤维11。线径越小，容纳于容器2内的纤维11的根数越多，能够使纤维11彼此的间隙均匀。
在一个例子中，在使用含有3wt％以上银的铜合金的情况下，能够将纤维11的线径设为16μm以下，并且将拉伸强度设为650MPa以上。
接下来，对如以上那样构成的扁平型热管1A的作用进行说明。
在浸渍于管芯构造10A的液相的工作流体中作用有毛细管力。在扁平型热管1A工作时，液相的工作流体通过外部热在蒸发部蒸发而成为气体，该气体在蒸气流路SG流通并向冷凝部移动。在冷凝部中，气相的工作流体通过放热而冷凝，液相的工作流体浸渍于管芯构造10A。而且，由于管芯构造10A的毛细管力，液相的工作流体从冷凝部朝向蒸发部回流。到达蒸发部的液相的工作流体再次蒸发。这样，扁平型热管1A能够从蒸发部向冷凝部反复输送热。
而且在本实施方式中，使用铜合金制的纤维11来作为管芯构造10A。铜合金制的纤维11与以往的铜制的纤维(例如，线径30μm，拉伸强度700MPa)比较，能够维持强度的同时减小线径。因此，能够将更多的纤维11配置于容器2内，即使上壁2a与下壁2b之间的间隔极小，也能够使纤维11彼此的间隙均匀。而且，通过使纤维11彼此的间隙均匀，从而抑制作用于液相的工作流体的毛细管力的偏差，扁平型热管1A的热输送性能稳定。
另外，通过使用含有银的铜合金作为纤维11的材质，从而能够发挥铜所具有的热传导特性，提高纤维11的拉伸强度。因此，能够进一步减小纤维11的线径，例如设为小于25μm。
另外，例如在由含有3wt％以上银的铜合金形成纤维11的情况下，能够将纤维11的线径(直径)设为16μm以下，并且将拉伸强度设为650MPa以上。
在这里，基于下述表1对关于纤维11在容器2内的根数和热输送性能的关系进行研究的结果进行说明。
[表1]
如表1所示，在这里，对比较例和实施例的两个扁平型热管的热输送性能进行了比较。比较例的纤维11的线径D为25μm，材质为铜。实施例的纤维11的线径D为16μm，材质为含有银的铜合金。表1的“间隔L”表示容器2的上壁2a与下壁2b之间的间隔。实施例、比较例均为L＝140μm。在比较例中，L/D＝5.6，在实施例中，L/D＝8.75。
表1的ΔPC表示由纤维11产生的毛细管力。表1的ΔPL表示液相的工作流体的压力损失。表1的ΔPV表示气相的工作流体的压力损失。热管的工作条件通过以下的条件式(1)或者(2)来表示。
ΔPC≧ΔPL+ΔPV···(1)
ΔPC－(ΔPL+ΔPV)≧0···(2)
即，如果式(2)的左边为正值，则条件(1)和(2)成立，热管正常工作。
在这里，如表1所示，关于比较例的热管，式(2)的左边成为负值。因此，认为比较例的热管不能正常工作。与此相对，关于实施例的热管，式(2)的左边为正值。因此，实施例的热管正常工作。
若对比较例和实施例的条件进行比较，则纤维11的线径D不同，因此ΔPC以及ΔPL的值也不同。更详细而言，由于实施例比比较例线径D小，因此纤维11彼此的间隙小，毛细管力(ΔPC)变大。由此，能够将式(2)的左边的值变大，成为正值。此外，由于实施例比比较例纤维11彼此的间隙小，因此液相的工作流体的压力损失(ΔPL)也变大。ΔPL的增加使式(2)的左边减少，但ΔPC的增加量超过该减少，因此实施例满足条件式(2)。
根据以上，通过将线径D设为小于25μm，更优选为16μm以下，从而确认能够确保扁平型热管的热输送性能。
另外，本申请发明人进一步进行了研究，结果判断容纳于容器2内的纤维11的根数在确保扁平型热管的热输送性能方面是重要的。
更详细而言，优选在将容器2的上壁2a与下壁2b之间的间隔设为L、将纤维11的直径设为D时，L/D≧8.75。由此，由纤维产生的毛细管力比液相的工作流体的压力损失和气相的工作流体的压力损失的合计大，因此液相的工作流体从冷凝部朝向蒸发部回流。因此，即使是L≦140[μm]那样的极薄的扁平型热管，也能够避免由于纤维11的根数过少而纤维彼此的间隙不均匀。作为结果，能够使热输送性能更可靠地稳定。如表1所示，在实施例中，L/D＝8.75，由此，能够形成为ΔPC－(ΔPL+ΔPV)＝770(正值)。根据以上，确认设为L/D≧8.75带来的效果。
另外，优选纤维11在管芯构造10A中的密度为1600[根/mm2]以上。本实施方式中的“纤维11的密度”是指容器2内的纤维11的根数除以横截面中的管芯构造10A的专有面积(图1中中央的长方形区域的面积)而得到的值。即使是上壁2a与下壁2b之间的间隔为140μm以下那样的极薄的扁平型热管，通过将纤维11的密度设为1600[根/mm2]以上，也能够避免由于纤维11的根数过少而导致纤维11彼此的间隙不均匀。因此，能够使热输送性能更可靠地稳定。
(第二实施方式)
接下来，对本发明所涉及的第二实施方式进行说明，但基本的结构与第一实施方式同样。因此，同样的结构标注相同的附图标记并省略其说明，仅对不同的点进行说明。
如图2所示，本实施方式的扁平型热管1B的管芯构造的结构与第一实施方式不同。
如图2所示，本实施方式的管芯构造10B成为多个管芯体12在横截面观察时配置为大致椭圆形的环状的构造。由此，在管芯构造10B的内侧形成有沿长度方向延伸的空间(液体流路SL1)。管芯构造10B与容器2的上壁2a及下壁2b接触。
另外，各管芯体12通过编织铜合金制的多根纤维11而形成的编织线形成为管状。由此，在各管芯体12的内侧形成有沿长度方向延伸的空间(液体流路SL2)。在纤维11彼此间的间隙浸渍有液相的工作流体，该间隙的大小被设定为毛细管力作用于液相的工作流体。即，纤维11彼此间的间隙作为液相的工作流体的流路发挥功能。
优选液体流路SL1在容器2的厚度方向上的厚度t1比管芯构造10B的从内周面到外周面的厚度t2小。此外，如图2那样，在厚度t1在宽度方向上不恒定的情况下，将宽度方向上的平均值定义为厚度t1。同样地，在厚度t2在宽度方向上不恒定的情况、厚度t2在上侧和下侧不同的情况下，将整体的平均值定义为厚度t2。
接下来，关于以上那样构成的扁平型热管1B的作用，对与第一实施方式不同的点进行说明。
本实施方式的管芯构造10B在横截面观察时形成为环状，因此能够使该管芯构造10B的内侧的空间作为供液相的工作流体流通的第一液体流路SL1发挥功能。并且，由于构成管芯构造10B的各管芯体12形成为管状，因此能够使这些管芯体12的内侧的空间作为供液相的工作流体流通的第二液体流路SL2发挥功能。根据该结构，能够将使液相的工作流体回流时的流动阻力抑制得比以往的热管小，使热输送性能提高。
另外，即使管芯构造10B的截面积小，由于液相的工作流体在该管芯构造10B内顺畅地流动，因此能够减小管芯构造10B在容器2内的专有面积，增大蒸气流路SG的流路截面积。由此，能够将在蒸气流路SG内流通的气相的工作流体的流动阻力抑制得小。
并且，由于管芯体12由编织线形成，因此例如与由捻线形成管芯体12的情况比较，能够抑制由于扭转状态的偏差而使在管芯体12内流动的液相的工作流体的流动阻力产生偏差。由此，能够将由于流动阻力的偏差引起的扁平型热管1B的热输送性能的制造上的偏差抑制得小。并且，编织线由于与捻线、烧结铜粉等比较能够增大透过率和孔隙率，因此能够使液相的工作流体的流动阻力变得更小。
另外，与第一实施方式同样，优选纤维11是例如含有3wt％以上银的铜合金制。由此，能够提高纤维11的拉伸强度，并且减小纤维11的线径。
另外，优选液体流路SL1在容器2的厚度方向上的厚度t1比管芯构造10B的从内周面到外周面的厚度t2小。这样，通过减小液体流路SL1的厚度t1，能够使液体流路SL1内的液相的工作流体的毛细管半径变小，将液相的工作流体更可靠地保持在液体流路SL1内。由此，在冷凝部冷凝的液相的工作流体在液体流路SL1内顺畅地朝向蒸发部移动，因此热输送效率进一步提高。
本实施方式的情况也与第一实施方式同样，优选L/D≧8.75。另外，纤维11在管芯构造10B中的密度优选为1600[根/mm2]以上。本实施方式中的“纤维11的密度”是指容器2内的纤维11的根数除以横截面中的管芯构造10B的专有面积而得到的值。此外，管芯构造10B的专有面积不包括管芯体12的内侧的空间(图2的液体流路SL2)和管芯体12彼此间的间隙。换言之，“纤维11的密度”是管芯体12所包含的纤维11的根数除以管芯体12的环状的壁的专有面积而得到的值。
此外，本发明的技术范围不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。
例如，在图1中，也可以将管芯构造10A在宽度方向上进行分割。该情况下，能够将通过分割而形成的间隙用作气相或者液相的工作流体的流路。
另外，在图2中，也可以不将管芯体12配置为环状，而是在上壁2a与下壁2b之间填充管芯体12。
另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内，适当地将上述的实施方式中的构成要素置换成公知的构成要素，另外，也可以适当地组合上述的实施方式、变形例。
附图标记说明
1A、1B…扁平型热管；2…容器；2a…上壁；2b…下壁；2c…侧壁；10A、10B…管芯构造；11…纤维；12…管芯体；SG…蒸气流路。
