名大、高熱に対応する厚さ0.3mmの「超薄型ループヒートパイプ」を開発

名古屋大学(名大)は4月2日、電力を用いず半永久的に熱を輸送できる受動的冷却技術であるループヒートパイプ(LHP)において、10W(10W/cm²)の高熱フラックスに対応可能な、厚さがわずか0.3mmの「超薄型ループヒートパイプ」(UTLHP)の開発に成功したと発表した。

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  UTLHPの概要(出所:名大プレスリリースPDF)

同成果は、名大大学院 工学研究科の長野方星教授、同・渡邉紀志特任准教授、同・佐々木純大学院生らと、ポーライトとの共同研究チームによるもの。詳細は、熱プロセスを扱う学術誌「Applied Thermal Engineering」に掲載された。

高性能化が進むスマートフォンなどのモバイル機器では発熱量が増加しており、小型・薄型化も同時に求められているため、限られた空間で効率的な冷却を実現する高度な熱マネジメント技術が不可欠となっている。熱の蓄積は、デバイスの性能低下や寿命の短縮のみならず、安全性の問題にもつながりかねないため、効果的な冷却技術の開発は喫緊の課題だ。

現在モバイル機器に広く用いられているグラファイトシートは、薄型で柔軟性があるものの、固体熱伝導による拡散型の放熱方式であり、高熱密度(高熱フラックス)への対応には限界がある。それに対しヒートパイプ(HP)やベイパーチャンバー(VC)は、液体の蒸発潜熱を利用した高効率な熱輸送が可能で、高い実効熱伝導率を示す。しかしHPやVCは、極薄化に伴い内部の液体供給が困難になり、熱輸送性能が著しく低下する傾向がある。そこで研究チームは今回、それらの課題を克服するため、世界最薄クラスのUTLHPの開発に取り組んだという。

LHPは、ウィックの毛細管力を駆動源とすることで、電力を消費せずに多方向に熱を輸送できる熱輸送デバイスである。ウィックは無数の細孔で構成され、液体を吸収することで毛細管力を得る仕組みだ。またLHPは、蒸発器内のウィックでのみ毛細管力を機能させる構造を持ち、液体と蒸気の流路を分離しているため、従来のHPやVCと比較して圧力損失が少なく、長距離かつ高熱密度な熱輸送が可能であるという特徴を有する。