ループ型ヒートパイプ
【課題】蒸発器に液相の作動流体を安定的に供給できるループ型ヒートパイプを提供する。
【解決手段】蒸発器１６が第１ウィック３０と第１ウィック３０上に接触するように配置された第２ウィック３１と有し、第２ウィック３１の一部が、蒸発器１６に接続された第１液管１９内に突出している。これにより、第１ウィック３０へ液相の作動流体が安定して供給され、蒸発器１６のドライアウトの発生が回避される。
【解決手段】蒸発器１６が第１ウィック３０と第１ウィック３０上に接触するように配置された第２ウィック３１と有し、第２ウィック３１の一部が、蒸発器１６に接続された第１液管１９内に突出している。これにより、第１ウィック３０へ液相の作動流体が安定して供給され、蒸発器１６のドライアウトの発生が回避される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループ型ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプは作動流体の相変化を利用して発熱体（例えばＣＰＵやその他の電子部品）で発生した熱を移動させる装置であり、その一例としてループ型ヒートパイプが知られている。
【０００３】
ループ型ヒートパイプは、蒸発器と、凝縮器と、蒸発器の出口と凝縮器の入り口とを連結する蒸気管と、凝縮器の出口と蒸発器の入り口とを連結する液管とを備え、内部に水又はフロン等の作動流体が封入されている。
【０００４】
作動流体は、蒸発器で発熱体からの熱を吸収して液相から気相に変化する。蒸発器で気相となった作動流体は、蒸気管を通って凝縮器に移動し、凝縮器で放熱して気相から液相に変化する。そして、凝縮器で液相になった作動流体は、液管を通って蒸発器に戻る。
【０００５】
このように、作動流体が気相と液相とに変化しながらパイプ内を循環することにより、蒸発部から凝縮部に熱が移動する。このとき、蒸発部における相変化に発熱体の熱が使われるので、蒸発部の近傍に配置された発熱体が冷却される。
【０００６】
ところで、蒸発器内には、一端が開口した円筒形状の多孔質体で形成されたウィックが設けられている。液管から蒸発器に送り込まれた液相の作動流体は、まずウィックの開口側から流入してウィックの中心部の空間を満たし、毛細管現象によってウィック内に浸透する。そして、ウィックの外周側で発熱体からの熱により気相が発生する。
【０００７】
作動流体が液相から気相に変化するときには体積が膨張するため、ウィックの外側では圧力が高くなる。このとき、ウィック内は液相の作動流体で満たされ、ウィックの内周側から外周側に向かって毛細管力が働くため、気相となった作動流体はウィック内を通ることができず、蒸気管を通って凝縮器に向かう。そして、この蒸気管を通る気体の圧力により凝縮器で液相になった作動流体が押し出されて、液管を通り蒸発器に向かう。このようにして、ヒートパイプ内の作動流体は、前述したように蒸発器、蒸発管、凝縮器、液管の順に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４７６５３９６
【特許文献２】特開２０００−１４６４７１号公報
【特許文献３】特開２００９−１３９０８３号公報
【特許文献４】特開２００２−２２３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
蒸発器に液相の作動流体を安定的に供給できるループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示の技術の一観点によれば、蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックとを有し、前記第２ウィックの一部が、前記液管内に突出しているループ型ヒートパイプが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
前記一観点のループ型ヒートパイプは、蒸発器のドライアウトの発生を回避でき、蒸発器に液相の作動流体を安定的に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、ループ型ヒートパイプの蒸発器の一例を表した図である。
【図２】図２は、ループ型ヒートパイプの蒸発器の他の例を表した図である。
【図３】図３は、第１の実施形態のループ型ヒートパイプの模式図である。
【図４】図４（ａ）は第１の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【図５】図５は、第２の実施形態のループ型ヒートパイプの模式図である。
【図６】図６（ａ）は第２の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【図７】図７（ａ）は第３の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【図８】図８（ａ）は第４の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【図９】図９は、第４の実施形態のループ型ヒートパイプの蒸発器の上面図である。
【図１０】図１０は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その１）である。
【図１１】図１１は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その２）である。
【図１２】図１２は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その３）である。
【図１３】図１３は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その４）である。
【図１４】図１４は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その５）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１４】
図１はループ型ヒートパイプの蒸発器の一例を表した図である。図１（ａ）は蒸発器の軸方向に平行な断面を示しており、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図を示している。
【００１５】
蒸発器１は、円筒状の蒸発器容器４と、蒸発器容器４内に配置されたウィック５とを有している。蒸発器容器４の内周面には、中心軸に平行な方向に延びる複数のグルーブ（溝）６が設けられている。また、ウィック５は多孔質体により形成されており、一端側が開口し、他端側が閉塞した円筒状の形状を有している。
【００１６】
蒸発器容器４の中心軸方向の一方の端部は液管２に接続されており、この液管２からウィック５の開口端側に液相の作動流体が流入する。また、蒸発器容器４の他端側は蒸気管３に接続されており、蒸発器１内で発生した気相の作動流体は、この蒸気管３を通って凝縮器（図示せず）に移動する。
【００１７】
液管２から蒸発器１に流入した液相の作動流体は、ウィック５の中心部の空間７を満たし、次いで毛細管現象によりウィック５の内壁の微細な孔から外周側へと浸透する。
【００１８】
一方、発熱体（図示せず）で発生した熱は蒸発器容器４に伝達され、この熱によりウィック５の外周側が熱せられて、作動流体は気相に変化する。そして、この気相の作動流体は、グルーブ６を通って蒸気管３に導かれる。
【００１９】
ところで、発熱体の発熱量が大きい場合には、ウィック５の内部にまで熱が伝わってしまい、液相の作動流体がウィック５の外周側に浸透する前に内周側で気相に変化してしまうことがある。このとき、ウィック中心部の空間７内の圧力が上昇し、中心部の空間７内に液相の作動流体が流入しなくなる。その結果、ウィック５の外周部に液相の作動流体が浸透しなくなり、ウィック５の外周部が発熱体からの熱によって乾いてしまう。このような現象はドライアウトと呼ばれている。ドライアウトが発生すると、発熱体を冷却することができなくなる。
【００２０】
図２は、ループ型ヒートパイプの蒸発器の他の例を表した図である。図２（ａ）は蒸発器の軸方向に平行な断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。なお、図２中、図１と同一物には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
蒸発器８の円筒状の蒸発器容器４内には、多孔質体により形成された第１ウィック５ａと、第１ウィック５ａよりも気孔径が大きい多孔質体により形成された第２ウィック５ｂとが配置されている。第１ウィック５ａは、一端側が開口し、他端側が閉塞した円筒状の形状を有する。また、第２ウィック５ｂは、第１ウィック５ａの内側に配置され、第１ウィック５ａと同様に、一端側が開口し、他端側が閉塞した円筒状の形状を有する。
【００２２】
上述したように、第２ウィック５ｂは、気孔径が第１ウィック５ａよりも大きく設定されているので、液体に対する浸透性が優れている。従って、中心部の空間７を満たした液相の作動流体は、第２ウィック５ｂに吸収されて半径方向及び周方向に浸透し、第２ウィック５ｂから第１ウィック５ａに供給される。
【００２３】
このような二層構造のウィックを有する蒸発器を有するループ型ヒートパイプにおいては、内側の第２ウィック５ｂ内に多くの作動液が保持されるため、一層構造のウィックを有する蒸発器に比べて液相の作動流体を安定して第１ウィック５ａに供給できる。
【００２４】
しかし、二層構造のウィックを有する蒸発器は、ウィック中心部の空間７が一層構造のウィックを有する蒸発管に比べて小さくなるため、外部から過剰な熱が伝達され、第２ウィック５ｂの内側で気相が発生した場合に、ウィック中心部の空間７が気相によって閉塞されやすく、中心部の空間７の圧力が上昇して、第１ウィックへの液相の供給が滞り、やがてドライアウトが発生する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図３は第１の実施形態のループ型ヒートパイプの模式図である。また、図４（ａ）は第１の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【００２６】
図３のように、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１５は、蒸発器１６、凝縮器１８、蒸気管１７、及び第１液管１９を有し、その内部には水又はフロン等の作動流体が封入されている。
【００２７】
作動流体は、蒸発器１６において発熱体（図示せず）からの熱を吸収して液相から気相に変化し、熱を伴ったまま蒸気管１７を通って凝縮器１８に移動し、凝縮器１８において放熱して気相から液相に変化し、第１液管１９を通って蒸発器１６に戻る。
【００２８】
蒸発器１６は、図４のように、蒸発器容器２１と、蒸発器容器２１内に配置された平板型の第１ウィック３０と、第１ウィック３０の上に配置された第２ウィック３１とを有する。
【００２９】
蒸発器容器２１は、上側の蓋部材２３と、下側の底部材２２とを有する。これらの蓋部材２３と底部材２２とにより、第１ウィック３０及び第２ウィック３１が配置される空間と、第１ウィック３０の下面側で発生した蒸気（気相の作動流体）が通る空間とが形成される。
【００３０】
蓋部材２３の上面側には、第１液管１９及び蒸気管１７が接続されている。蒸発器容器２１の内部は、例えば容器上面から深さ方向に延びる仕切り２７により、ウィック３０，３１が配置される部位と、ウィック３０の下側で発生した蒸気（気相の作動流体）を蒸気管１７に導く蒸気流路２８となる部位とに仕切られている。
【００３１】
底部材２２の内側底面には、蒸気が通るグルーブ２４が設けられている。底部材２２の材料としては、発熱体からの熱を伝えやすい銅等の熱伝導率が高い金属を用いることが好ましい。
【００３２】
蓋部材２３には、第２ウィック３１が配置された空間と第１液管１９とを連絡する第１液管用穴２５と、蒸発器容器２１内の蒸気流路と蒸気管１７とを連絡する蒸気管用穴２６とが設けられている。蓋部材２３の材料としては、発熱体から液相への伝熱を抑制する観点から、ステンレス鋼等の熱伝導率の低い金属を用いることが好ましい。
【００３３】
底部材２２と蓋部材２３とは、作動流体が漏れないように、はんだ付け、ロー付け又はねじ止め等により接合されている。
【００３４】
第１ウィック３０は、その下面が底部材２２のグルーブ２４形成面に接触し、且つ側面が底部材２２の側面及び仕切り２７に接している。また、第２ウィック３１は、第１ウィック３０の上面に接触して配置されており、その一部は第１液管１９の内部に突出している。第１ウィック３０及び第２ウィック３１はいずれも多孔質体により形成されている。本実施形態では、第２ウィック３１は、第１ウィック３０よりも平均気孔径が大きい多孔質体により形成されている。
【００３５】
ここで、第１液管１９は、蒸発器１６に液相の作動流体を供給する管であり、本実施形態では凝縮器１８と蒸発器１６を連結する液管の一部を第１液管１９としている。但し、後述する第２の実施形態で説明するように、液管の途中にリザーバタンクを配置する場合は、リザーバタンクと蒸発器１６との間の液管が第１液管１９となる。
【００３６】
このような蒸発器１６を有するループ型ヒートパイプ１５は以下のように動作する。ここでは、蒸発器１６の下側（底部材２２の下面）に図示しない発熱体（ＣＰＵ又はその他の電子部品等）が熱的に接続されているものとする。
【００３７】
液相の作動流体が第１液管１９から蒸発器１６に流入する際には、まず第２ウィック３１の突出部３１ａに浸入し、次いで毛細管現象により第２ウィック３１内を厚さ方向及び横方向に移動する。そして、作動流体は、第２ウィックの３１下面から第１ウィック３０の上面に移動し、更に第１ウィック３０内を厚さ方向（図４では下方向）に移動する。
【００３８】
このとき蒸発器１６の底面側には、発熱体から熱が伝達されている。この熱は、底部材２２から第１ウィック３０に伝達される。そして、第１ウィック３０内に浸透した液相の作動流体が下側から熱せられて蒸発し、気相の作動流体が発生する。
【００３９】
その後、発生した気相の作動流体は、グルーブ２４から排出されて蒸気流路２８を通り蒸気管１７に導かれる。
【００４０】
なお、第２ウィック３１の突出部３１ａは、第１液管１９の内壁に接触していてもよいし、接触していなくてもよい。また、突出部３１ａを濡れやすくする観点からは、表面に凹凸形状を設けて表面積を大きくすることが好ましい。
【００４１】
効率的に外部の熱を吸収する観点からは、第１ウィック３０の下面の広い範囲で作動流体が相変化することが好ましい。そのために作動流体は、第２ウィック３１の面方向にできるだけ広く濡れ広がった上で、第１ウィック３０に移動すればよい。よって、このような観点から、それぞれのウィック３０，３１を形成する多孔質体の平均気孔径、空隙率、熱伝導率及び材料を選択することが好ましい。
【００４２】
本実施形態では、前述したように、第２ウィック３１を形成する多孔質体の平均気孔径が、第１ウィック３０のものよりも大きい。第２ウィック３１の平均気孔径が大きいと浸透力が高まり、作動流体（液相）がより面方向に浸透しやすくなる。その結果、作動流体が第１ウィック３０の上面全体から浸入できるので、第１ウィック３０全体に作動流体を濡れ広げることができる。また、第１ウィック３０の平均気孔径を小さくすることにより、毛細管力が大きくなり、より速く作動流体を下側に移動させることができる。
【００４３】
また、第２ウィック３１の平均気孔径が大きいと、第２ウィック３１内で作動流体を多く保持できるので、作動流体が蒸発しにくく、蒸発器上部で圧力が上昇しにくくなる。特に、第２ウィック３１の突出部３１ａで蒸発が起こりにくくなることにより、第１液管１９内部の圧力上昇を抑制できる。
【００４４】
更に、第２ウィック３１での蒸発抑制により蒸発器１６の上部で圧力が上がらない一方、蒸発器１６の下部では第１ウィック３０の下部で起こる蒸発により圧力が上昇する。従って、蒸発器１６内の上部と下部との圧力差により、作動流体が上部から下部へと移動しやすくなり、正常な循環が促進される。
【００４５】
本実施形態では、第１ウィック３０の平均気孔径を数μｍ（例えば２μｍ〜３μｍ）とし、第２ウィック３１の平均気孔径を１０μｍ〜数１０μｍ（例えば、１０μｍ〜２０μｍ）としている。
【００４６】
また、第２ウィック３１の熱伝導率は、第１ウィック３０のものよりも小さいことが好ましい。第２ウィック３１の熱伝導率が小さいと、第１ウィック３０から伝わる熱が第２ウィック３１の上部に伝わりにくくなるので、第２ウィック３１の上部での蒸気発生を抑制できる。特に、第２ウィック３１の突出部３１ａで蒸気が発生しにくいことにより、第１液管１９内部の圧力上昇を抑制することができる。
【００４７】
更に、第２ウィック３１での蒸気発生の抑制により蒸発器１６内の上下で圧力差が生じ、作動流体の正常な循環が促進される。
【００４８】
第１ウィック３０の材料として、例えばニッケル等の焼結金属やアルミナ等の多孔質セラミックスを用いることができる。また、第２ウィック３１の材料として、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリエチレン等の焼結樹脂を用いることができる。
【００４９】
また、第１ウィック３０及び第２ウィック３１の相互に接触する面には、互いに嵌め合わせることができる凹凸形状が形成されていることが好ましい。第１ウィック３０の上面及び第２ウィック３１の下面に凹凸形状が形成されていることにより、第１ウィック３０と第２ウィック３１の接触面積が増加し、第２ウィック３１内を浸透した液相の作動流体を第１ウィック３０の全面に効率的に濡れ広げることができる。この凹凸形状は、切削加工や金型成型により形成することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプを示す模式図である。また、図６（ａ）は第２の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【００５１】
なお、図５及び図６においては、図３及び図４で示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００５２】
本実施形態のループ型ヒートパイプ３５では、蒸発器３２の近傍にリザーバタンク３３が設けられている。また、凝縮器１８とリザーバタンク３３とが第２液管３６で連結されており、リザーバタンク３３と蒸発器３２とが第１液管３４で連結されている。更に、本実施形態では、第２ウィック４１の一部が、第１液管３４内に突出している。それ以外の構成は、基本的に第１の実施形態と同様である。
【００５３】
リザーバタンク３３は、凝縮器１８から送られた液相の作動流体を一時的に貯留する構造を有し、ループ型ヒートパイプ３５の起動時に、作動流体を蒸発器３２に供給するものである。これにより、蒸発器３２に液相の作動流体をより確実に供給することができる。
【００５４】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第２ウィック４１の一部が第１液管３４内に突出している。これにより、リザーバタンク３３が設けられていることと相まって、ループ型ヒートパイプ３５の起動時にドライアウトをより確実に防止することができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
図７（ａ）は第３の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【００５６】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、複数の第１液管４４が蒸発器４２に接続されており、且つ第２ウィック５１の一部が複数の第１液管４４のうちの少なくとも１つの第１液管４４内に突出している。それ以外の構成は、基本的に第１の実施形態と同様であるので、図７において図４と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
本実施形態の蒸発器４２では、複数の第１液管４４から液相の作動流体が供給されるので、蒸発器４２に侵入した作動流体が、第２ウィック５１上面の広い範囲に供給される。よって、作動流体を第２ウィック５１の面方向により早く濡れ広げることができる。従って第２ウィック５１全体が濡れやすくなり、外部から高温の熱が供給された際に、第２ウィック５１上部で蒸気が発生しにくい。
【００５８】
また、例えば第２ウィック５１内で蒸気が発生して蒸発器４２上部の圧力が上昇したとしても、第２ウィック５１の一部が第１液管４４内に突出しているので、第２ウィック５１が作動流体に濡れやすい。これにより、第１の実施形態と同様に蒸発器４２内に作動流体を供給することができ、ドライアウトの発生を回避することができる。
【００５９】
更に、本実施形態では、複数の第１液管４４から第２ウィック５１に液相の作動流体が供給されるので、第２ウィック５１全体が面方向に広く濡れやすくなり、ドライアウトの発生をより確実に回避することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、蒸発器容器４６の蓋部材５３は、その上面に複数の第１液管用穴５５を備えている。その個数は特に限定されないが、作動流体を第２ウィック５１上面に広く濡れ広げる観点からは、できるだけ多いほうが好ましい。
【００６１】
第１液管用穴５５の配置は特に限定されないが、第１液管４４から供給される液相の作動流体が第２ウィック５１上面に広く濡れ広がるように配置されていることが好ましい。
【００６２】
接続される第１液管４４の形態は特に限定されないが、元が１つの管が途中で分岐している形態でもよいし、元から複数の管であってもよい。
【００６３】
第２ウィック５１の突出部５１ａは、少なくとも１つの第１液管４４内に突出していればよいが、複数の第１液管４４内のそれぞれに突出していてもよい。
【００６４】
図７に示す蒸発器４２では、蒸発器４２を上面から蒸気管１７が下になるように見た場合に、６本の第１液管４４が横２列縦３行の配置に接合されている。なお、この６本の第１液管４４は、元が２本の第１液管４４がそれぞれ３つに分岐したものである。
【００６５】
（第４の実施形態）
図８（ａ）は第４の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。また、図９は、同じくその蒸発器の上面図である。なお、図８及び図９において、図６及び図７で示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００６６】
本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、複数の第１液管６４が蒸発器８２に接続されており、且つ第２ウィック６１が複数の第１液管６４の少なくとも１つに形成されていることであり、それ以外は第１の実施形態と同様である。
【００６７】
本実施形態では、リザーバタンク３３と連結した複数の第１液管６４から蒸発器６２に液相の作動流体が供給されるので、第３の実施形態と同様に、作動流体を第２ウィック６１の面方向により早く濡れ広げることができる。よって、第２ウィック５１全体が濡れやすくなるので、外部から高温の熱が供給された際に第２ウィック５１上部で蒸気が発生しにくい。
【００６８】
また、第２ウィック６１が、複数の第１液管６４の少なくとも１つの第１液管６４内に突出しているので、第２ウィック６１が作動流体に濡れやすく、リザーバタンク３３から第２ウィック６１に確実に作動流体を供給することができる。これにより、ドライアウトの発生を回避することができる。
【００６９】
蒸発器６２としては、第３の実施形態で用いたものを使用できる。従って、第１液管用穴５５の配置及び個数についても、第３の実施形態と同様である。
【００７０】
また、接続される第１液管４４の形態についても、第３の実施形態と同様に特に限定されない。
【００７１】
図８に示す蒸発器６２では、蒸発器６２を上面から蒸気管１７が下になるように見た場合に、図９に示すように６本の第１液管６４が横２列縦３行の配置に接合されている。この６本の第１液管６４は、リザーバタンク３３の側面に接続されて水平方向に伸びた２本の第１液管６４が途中で３本ずつに分岐し、それぞれが下方向に曲げられて蒸発器６２上面に接続されている。
【００７２】
（実施例１）
実施例１として、以下のように第４の実施形態で説明した蒸発器を作製した。
【００７３】
図１０〜図１４は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明するための平面図及び断面図である。なお、図１０〜図１２において、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。また、図１４（ａ）は図１３の上面図のＡ−Ａ線の位置における断面図、図１４（ｂ）は図１３の上面図のＢ−Ｂ線の位置における断面図である。図１０〜図１４において、図８及び図９で示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。
【００７４】
まず、図１０（ａ），（ｂ）のように、平面形状がほぼ正方形の開口部を有する箱型で銅製の底部材２２を用意した。底部材２２は、側面の上端から連続して形成されて開口部を囲む枠状の接合部７３を有する。接合部の上面には開口部を取り囲むようにＯリング７４が埋め込まれており、Ｏリング７４の外側には蓋部材と連結するための複数のねじ穴７５が設けられている。また、底部材２２の底面の蒸気流路を除く面には、凹部２４ａの幅が１ｍｍ、深さが１ｍｍのグルーブ２４が形成されている。
【００７５】
その後、図１１（ａ），（ｂ）のように、平板型の第１ウィック３０を底部材２２のグルーブ２４の上に設置した。第１ウィック３０は、例えば平均気孔径３μｍ、空隙率５０％のニッケル製焼結金属で形成されている。第１ウィック３０は、例えばグルーブ２４の延伸方向に平行な辺の長さが３５ｍｍ、垂直な辺の長さが３５ｍｍ、厚さが３ｍｍである。
【００７６】
その後、図１２（ａ），（ｂ）のように、第２ウィック６１を第１ウィック３０の上に設置した。第２ウィック６１は、例えば平均気孔径１０μｍ、空隙率４０％のＰＴＦＥ多孔質体で形成されている。第２ウィック６１は、上面の第１液管６４が配置される位置に６個の突出部６１ａが形成された平板型をしている。第２ウィック６１の平板部分は、グルーブ２４の延伸方向に平行な辺の長さが３０ｍｍ、垂直な辺の長さが３０ｍｍ、厚さが２ｍｍである。また、第２ウィック６１の突出部６１ａは、例えば直径４ｍｍ、高さ６ｍｍの円柱型である。
【００７７】
続いて、図１３及び図１４のように、第２ウィック６１が嵌合するように開口した箱型の蓋部材５３を用意した。
【００７８】
蓋部材５３の上面には、底部材２２のねじ穴７５に対応したねじ穴７６が、開口部を囲むように側面を貫通して形成されている。また、蓋部材６３には、蒸発器容器２１の内部に蒸気流路を確保するための仕切り２７が設けられており、仕切り２７には第１ウィック３０を下方向に押さえつけるための切り欠きが設けられている。また、蓋部材５３には、上面に設けられた蒸気管用穴２６にステンレス鋼で形成された蒸気管１７が溶接されている。
【００７９】
更に、蓋部材５３の上面には６個の第１液管用穴５５が設けられ、それぞれの第１液用穴５５にステンレス鋼で形成された第１液管６４（内径：５ｍｍ）６本が溶接されている。この６本の供給管６４は、元は２本の第１液管が３本に分岐したもので、この元の２本の第１液管６４にはステンレス鋼で形成されたリザーバタンク３３が溶接されている。
【００８０】
最後に、図１３及び図１４のように、第２ウィック６１の６個の突出部６１ａがそれぞれ６本の第１液管６４内に挿入され、且つ蓋部材５３の開口部に第２ウィック６１が嵌合するように蓋部材５３を底部材２２に被せ、ねじ止めにより蓋部材５３と底部材２２を接合して、実施例１の蒸発器６２を作製した。
【００８１】
（実施例２）
実施例２として、アルミナ粉末を用いて平均気孔径２μｍ、空隙率６０％の第１ウィック３０を形成し、ポリエチレンを用いて平均気孔径２０μｍ、空隙率５０％の第２ウィック６１を形成し、且つ第１ウィック３０と第２ウィック６１の接触する両面に互いに嵌め合わせることのできる凹凸形状を形成した以外は実施例１と同様にして、蒸発器６２を作製した。
【００８２】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００８３】
（付記１）蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックとを有し、前記第２ウィックの一部が、前記液管内に突出していることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【００８４】
（付記２）前記蒸発器に前記液管が複数本接続されており、該複数本の液管のうちの少なくとも１つの液管内に前記第２ウィックの一部が突出していることを特徴とする付記１に記載のループ型ヒートパイプ。
【００８５】
（付記３）蒸発器と、凝縮器と、リザーバタンクと、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記リザーバタンクの入り口を連結して前記液相の作動流体を前記リザーバタンクに送る液管と、前記リザーバタンクと前記蒸発器とを連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に供給する供給管とを有し、
前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックを有し、
前記第２ウィックの一部が、前記供給管内に突出していることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【００８６】
（付記４）前記蒸発器に前記供給管が複数本接続されており、該複数本の供給管のうちの少なくとも１つの供給管内に前記第２ウィックの一部が突出していることを特徴とする付記３に記載のループ型ヒートパイプ。
【００８７】
（付記５）前記第１ウィックの前記第２ウィック側の面に第１凹凸を有し、且つ、前記第２ウィックの前記第１ウィック側の面に、前記第１凹凸に嵌合する第２凹凸を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載のループ型ヒートパイプ。
【００８８】
（付記６）前記第２ウィックの熱伝導率が、前記第１ウィックの熱伝導率よりも小さいことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【００８９】
（付記７）前記第２ウィックの平均気孔径が、前記第１ウィックの平均気孔径よりも大きいことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【００９０】
（付記８）電子部品と、
ループ型ヒートパイプとを有し、
前記ループ型ヒートパイプは、
前記電子部品に熱的に接続された蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置され、その一部が前記液管内に突出している第２ウィックとを有する
ことを特徴とする電子機器。
【符号の説明】
【００９１】
１…蒸発器、２…液管、３…蒸気管、４…蒸発器容器、５…ウィック、５ａ…第１ウィック、５ｂ…第２ウィック、６…グルーブ、８…蒸発器、１５…ループ型ヒートパイプ、１６…蒸発器、１７…蒸気管、１８…凝縮器、１９…第１液管、２１…蒸発器容器、２２…底部材、２３…蓋部材、２４…グルーブ、２７…仕切り、２８…蒸気流路、３０…第１ウィック、３１…第２ウィック、３１ａ…突出部、３２…蒸発器、３３…リザーバタンク、３４…第１液管、３５…ループ型ヒートパイプ、３６…第２液管、４１…第２ウィック、４１ａ…突出部、４２…蒸発器、４４…第１液管、４６…蒸発器容器、５１…第２ウィック、５１ａ…突出部、５３…蓋部材、５５…第１液管用穴、６１…第２ウィック、６１ａ…突出部、６２…蒸発器、７３…接合部、７４…Ｏリング、７５…ねじ穴、７６…ねじ穴。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループ型ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプは作動流体の相変化を利用して発熱体（例えばＣＰＵやその他の電子部品）で発生した熱を移動させる装置であり、その一例としてループ型ヒートパイプが知られている。
【０００３】
ループ型ヒートパイプは、蒸発器と、凝縮器と、蒸発器の出口と凝縮器の入り口とを連結する蒸気管と、凝縮器の出口と蒸発器の入り口とを連結する液管とを備え、内部に水又はフロン等の作動流体が封入されている。
【０００４】
作動流体は、蒸発器で発熱体からの熱を吸収して液相から気相に変化する。蒸発器で気相となった作動流体は、蒸気管を通って凝縮器に移動し、凝縮器で放熱して気相から液相に変化する。そして、凝縮器で液相になった作動流体は、液管を通って蒸発器に戻る。
【０００５】
このように、作動流体が気相と液相とに変化しながらパイプ内を循環することにより、蒸発部から凝縮部に熱が移動する。このとき、蒸発部における相変化に発熱体の熱が使われるので、蒸発部の近傍に配置された発熱体が冷却される。
【０００６】
ところで、蒸発器内には、一端が開口した円筒形状の多孔質体で形成されたウィックが設けられている。液管から蒸発器に送り込まれた液相の作動流体は、まずウィックの開口側から流入してウィックの中心部の空間を満たし、毛細管現象によってウィック内に浸透する。そして、ウィックの外周側で発熱体からの熱により気相が発生する。
【０００７】
作動流体が液相から気相に変化するときには体積が膨張するため、ウィックの外側では圧力が高くなる。このとき、ウィック内は液相の作動流体で満たされ、ウィックの内周側から外周側に向かって毛細管力が働くため、気相となった作動流体はウィック内を通ることができず、蒸気管を通って凝縮器に向かう。そして、この蒸気管を通る気体の圧力により凝縮器で液相になった作動流体が押し出されて、液管を通り蒸発器に向かう。このようにして、ヒートパイプ内の作動流体は、前述したように蒸発器、蒸発管、凝縮器、液管の順に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４７６５３９６
【特許文献２】特開２０００−１４６４７１号公報
【特許文献３】特開２００９−１３９０８３号公報
【特許文献４】特開２００２−２２３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
蒸発器に液相の作動流体を安定的に供給できるループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示の技術の一観点によれば、蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックとを有し、前記第２ウィックの一部が、前記液管内に突出しているループ型ヒートパイプが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
前記一観点のループ型ヒートパイプは、蒸発器のドライアウトの発生を回避でき、蒸発器に液相の作動流体を安定的に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、ループ型ヒートパイプの蒸発器の一例を表した図である。
【図２】図２は、ループ型ヒートパイプの蒸発器の他の例を表した図である。
【図３】図３は、第１の実施形態のループ型ヒートパイプの模式図である。
【図４】図４（ａ）は第１の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【図５】図５は、第２の実施形態のループ型ヒートパイプの模式図である。
【図６】図６（ａ）は第２の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【図７】図７（ａ）は第３の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【図８】図８（ａ）は第４の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【図９】図９は、第４の実施形態のループ型ヒートパイプの蒸発器の上面図である。
【図１０】図１０は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その１）である。
【図１１】図１１は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その２）である。
【図１２】図１２は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その３）である。
【図１３】図１３は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その４）である。
【図１４】図１４は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明する図（その５）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１４】
図１はループ型ヒートパイプの蒸発器の一例を表した図である。図１（ａ）は蒸発器の軸方向に平行な断面を示しており、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図を示している。
【００１５】
蒸発器１は、円筒状の蒸発器容器４と、蒸発器容器４内に配置されたウィック５とを有している。蒸発器容器４の内周面には、中心軸に平行な方向に延びる複数のグルーブ（溝）６が設けられている。また、ウィック５は多孔質体により形成されており、一端側が開口し、他端側が閉塞した円筒状の形状を有している。
【００１６】
蒸発器容器４の中心軸方向の一方の端部は液管２に接続されており、この液管２からウィック５の開口端側に液相の作動流体が流入する。また、蒸発器容器４の他端側は蒸気管３に接続されており、蒸発器１内で発生した気相の作動流体は、この蒸気管３を通って凝縮器（図示せず）に移動する。
【００１７】
液管２から蒸発器１に流入した液相の作動流体は、ウィック５の中心部の空間７を満たし、次いで毛細管現象によりウィック５の内壁の微細な孔から外周側へと浸透する。
【００１８】
一方、発熱体（図示せず）で発生した熱は蒸発器容器４に伝達され、この熱によりウィック５の外周側が熱せられて、作動流体は気相に変化する。そして、この気相の作動流体は、グルーブ６を通って蒸気管３に導かれる。
【００１９】
ところで、発熱体の発熱量が大きい場合には、ウィック５の内部にまで熱が伝わってしまい、液相の作動流体がウィック５の外周側に浸透する前に内周側で気相に変化してしまうことがある。このとき、ウィック中心部の空間７内の圧力が上昇し、中心部の空間７内に液相の作動流体が流入しなくなる。その結果、ウィック５の外周部に液相の作動流体が浸透しなくなり、ウィック５の外周部が発熱体からの熱によって乾いてしまう。このような現象はドライアウトと呼ばれている。ドライアウトが発生すると、発熱体を冷却することができなくなる。
【００２０】
図２は、ループ型ヒートパイプの蒸発器の他の例を表した図である。図２（ａ）は蒸発器の軸方向に平行な断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。なお、図２中、図１と同一物には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
蒸発器８の円筒状の蒸発器容器４内には、多孔質体により形成された第１ウィック５ａと、第１ウィック５ａよりも気孔径が大きい多孔質体により形成された第２ウィック５ｂとが配置されている。第１ウィック５ａは、一端側が開口し、他端側が閉塞した円筒状の形状を有する。また、第２ウィック５ｂは、第１ウィック５ａの内側に配置され、第１ウィック５ａと同様に、一端側が開口し、他端側が閉塞した円筒状の形状を有する。
【００２２】
上述したように、第２ウィック５ｂは、気孔径が第１ウィック５ａよりも大きく設定されているので、液体に対する浸透性が優れている。従って、中心部の空間７を満たした液相の作動流体は、第２ウィック５ｂに吸収されて半径方向及び周方向に浸透し、第２ウィック５ｂから第１ウィック５ａに供給される。
【００２３】
このような二層構造のウィックを有する蒸発器を有するループ型ヒートパイプにおいては、内側の第２ウィック５ｂ内に多くの作動液が保持されるため、一層構造のウィックを有する蒸発器に比べて液相の作動流体を安定して第１ウィック５ａに供給できる。
【００２４】
しかし、二層構造のウィックを有する蒸発器は、ウィック中心部の空間７が一層構造のウィックを有する蒸発管に比べて小さくなるため、外部から過剰な熱が伝達され、第２ウィック５ｂの内側で気相が発生した場合に、ウィック中心部の空間７が気相によって閉塞されやすく、中心部の空間７の圧力が上昇して、第１ウィックへの液相の供給が滞り、やがてドライアウトが発生する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図３は第１の実施形態のループ型ヒートパイプの模式図である。また、図４（ａ）は第１の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【００２６】
図３のように、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１５は、蒸発器１６、凝縮器１８、蒸気管１７、及び第１液管１９を有し、その内部には水又はフロン等の作動流体が封入されている。
【００２７】
作動流体は、蒸発器１６において発熱体（図示せず）からの熱を吸収して液相から気相に変化し、熱を伴ったまま蒸気管１７を通って凝縮器１８に移動し、凝縮器１８において放熱して気相から液相に変化し、第１液管１９を通って蒸発器１６に戻る。
【００２８】
蒸発器１６は、図４のように、蒸発器容器２１と、蒸発器容器２１内に配置された平板型の第１ウィック３０と、第１ウィック３０の上に配置された第２ウィック３１とを有する。
【００２９】
蒸発器容器２１は、上側の蓋部材２３と、下側の底部材２２とを有する。これらの蓋部材２３と底部材２２とにより、第１ウィック３０及び第２ウィック３１が配置される空間と、第１ウィック３０の下面側で発生した蒸気（気相の作動流体）が通る空間とが形成される。
【００３０】
蓋部材２３の上面側には、第１液管１９及び蒸気管１７が接続されている。蒸発器容器２１の内部は、例えば容器上面から深さ方向に延びる仕切り２７により、ウィック３０，３１が配置される部位と、ウィック３０の下側で発生した蒸気（気相の作動流体）を蒸気管１７に導く蒸気流路２８となる部位とに仕切られている。
【００３１】
底部材２２の内側底面には、蒸気が通るグルーブ２４が設けられている。底部材２２の材料としては、発熱体からの熱を伝えやすい銅等の熱伝導率が高い金属を用いることが好ましい。
【００３２】
蓋部材２３には、第２ウィック３１が配置された空間と第１液管１９とを連絡する第１液管用穴２５と、蒸発器容器２１内の蒸気流路と蒸気管１７とを連絡する蒸気管用穴２６とが設けられている。蓋部材２３の材料としては、発熱体から液相への伝熱を抑制する観点から、ステンレス鋼等の熱伝導率の低い金属を用いることが好ましい。
【００３３】
底部材２２と蓋部材２３とは、作動流体が漏れないように、はんだ付け、ロー付け又はねじ止め等により接合されている。
【００３４】
第１ウィック３０は、その下面が底部材２２のグルーブ２４形成面に接触し、且つ側面が底部材２２の側面及び仕切り２７に接している。また、第２ウィック３１は、第１ウィック３０の上面に接触して配置されており、その一部は第１液管１９の内部に突出している。第１ウィック３０及び第２ウィック３１はいずれも多孔質体により形成されている。本実施形態では、第２ウィック３１は、第１ウィック３０よりも平均気孔径が大きい多孔質体により形成されている。
【００３５】
ここで、第１液管１９は、蒸発器１６に液相の作動流体を供給する管であり、本実施形態では凝縮器１８と蒸発器１６を連結する液管の一部を第１液管１９としている。但し、後述する第２の実施形態で説明するように、液管の途中にリザーバタンクを配置する場合は、リザーバタンクと蒸発器１６との間の液管が第１液管１９となる。
【００３６】
このような蒸発器１６を有するループ型ヒートパイプ１５は以下のように動作する。ここでは、蒸発器１６の下側（底部材２２の下面）に図示しない発熱体（ＣＰＵ又はその他の電子部品等）が熱的に接続されているものとする。
【００３７】
液相の作動流体が第１液管１９から蒸発器１６に流入する際には、まず第２ウィック３１の突出部３１ａに浸入し、次いで毛細管現象により第２ウィック３１内を厚さ方向及び横方向に移動する。そして、作動流体は、第２ウィックの３１下面から第１ウィック３０の上面に移動し、更に第１ウィック３０内を厚さ方向（図４では下方向）に移動する。
【００３８】
このとき蒸発器１６の底面側には、発熱体から熱が伝達されている。この熱は、底部材２２から第１ウィック３０に伝達される。そして、第１ウィック３０内に浸透した液相の作動流体が下側から熱せられて蒸発し、気相の作動流体が発生する。
【００３９】
その後、発生した気相の作動流体は、グルーブ２４から排出されて蒸気流路２８を通り蒸気管１７に導かれる。
【００４０】
なお、第２ウィック３１の突出部３１ａは、第１液管１９の内壁に接触していてもよいし、接触していなくてもよい。また、突出部３１ａを濡れやすくする観点からは、表面に凹凸形状を設けて表面積を大きくすることが好ましい。
【００４１】
効率的に外部の熱を吸収する観点からは、第１ウィック３０の下面の広い範囲で作動流体が相変化することが好ましい。そのために作動流体は、第２ウィック３１の面方向にできるだけ広く濡れ広がった上で、第１ウィック３０に移動すればよい。よって、このような観点から、それぞれのウィック３０，３１を形成する多孔質体の平均気孔径、空隙率、熱伝導率及び材料を選択することが好ましい。
【００４２】
本実施形態では、前述したように、第２ウィック３１を形成する多孔質体の平均気孔径が、第１ウィック３０のものよりも大きい。第２ウィック３１の平均気孔径が大きいと浸透力が高まり、作動流体（液相）がより面方向に浸透しやすくなる。その結果、作動流体が第１ウィック３０の上面全体から浸入できるので、第１ウィック３０全体に作動流体を濡れ広げることができる。また、第１ウィック３０の平均気孔径を小さくすることにより、毛細管力が大きくなり、より速く作動流体を下側に移動させることができる。
【００４３】
また、第２ウィック３１の平均気孔径が大きいと、第２ウィック３１内で作動流体を多く保持できるので、作動流体が蒸発しにくく、蒸発器上部で圧力が上昇しにくくなる。特に、第２ウィック３１の突出部３１ａで蒸発が起こりにくくなることにより、第１液管１９内部の圧力上昇を抑制できる。
【００４４】
更に、第２ウィック３１での蒸発抑制により蒸発器１６の上部で圧力が上がらない一方、蒸発器１６の下部では第１ウィック３０の下部で起こる蒸発により圧力が上昇する。従って、蒸発器１６内の上部と下部との圧力差により、作動流体が上部から下部へと移動しやすくなり、正常な循環が促進される。
【００４５】
本実施形態では、第１ウィック３０の平均気孔径を数μｍ（例えば２μｍ〜３μｍ）とし、第２ウィック３１の平均気孔径を１０μｍ〜数１０μｍ（例えば、１０μｍ〜２０μｍ）としている。
【００４６】
また、第２ウィック３１の熱伝導率は、第１ウィック３０のものよりも小さいことが好ましい。第２ウィック３１の熱伝導率が小さいと、第１ウィック３０から伝わる熱が第２ウィック３１の上部に伝わりにくくなるので、第２ウィック３１の上部での蒸気発生を抑制できる。特に、第２ウィック３１の突出部３１ａで蒸気が発生しにくいことにより、第１液管１９内部の圧力上昇を抑制することができる。
【００４７】
更に、第２ウィック３１での蒸気発生の抑制により蒸発器１６内の上下で圧力差が生じ、作動流体の正常な循環が促進される。
【００４８】
第１ウィック３０の材料として、例えばニッケル等の焼結金属やアルミナ等の多孔質セラミックスを用いることができる。また、第２ウィック３１の材料として、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリエチレン等の焼結樹脂を用いることができる。
【００４９】
また、第１ウィック３０及び第２ウィック３１の相互に接触する面には、互いに嵌め合わせることができる凹凸形状が形成されていることが好ましい。第１ウィック３０の上面及び第２ウィック３１の下面に凹凸形状が形成されていることにより、第１ウィック３０と第２ウィック３１の接触面積が増加し、第２ウィック３１内を浸透した液相の作動流体を第１ウィック３０の全面に効率的に濡れ広げることができる。この凹凸形状は、切削加工や金型成型により形成することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプを示す模式図である。また、図６（ａ）は第２の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【００５１】
なお、図５及び図６においては、図３及び図４で示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００５２】
本実施形態のループ型ヒートパイプ３５では、蒸発器３２の近傍にリザーバタンク３３が設けられている。また、凝縮器１８とリザーバタンク３３とが第２液管３６で連結されており、リザーバタンク３３と蒸発器３２とが第１液管３４で連結されている。更に、本実施形態では、第２ウィック４１の一部が、第１液管３４内に突出している。それ以外の構成は、基本的に第１の実施形態と同様である。
【００５３】
リザーバタンク３３は、凝縮器１８から送られた液相の作動流体を一時的に貯留する構造を有し、ループ型ヒートパイプ３５の起動時に、作動流体を蒸発器３２に供給するものである。これにより、蒸発器３２に液相の作動流体をより確実に供給することができる。
【００５４】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第２ウィック４１の一部が第１液管３４内に突出している。これにより、リザーバタンク３３が設けられていることと相まって、ループ型ヒートパイプ３５の起動時にドライアウトをより確実に防止することができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
図７（ａ）は第３の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。
【００５６】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、複数の第１液管４４が蒸発器４２に接続されており、且つ第２ウィック５１の一部が複数の第１液管４４のうちの少なくとも１つの第１液管４４内に突出している。それ以外の構成は、基本的に第１の実施形態と同様であるので、図７において図４と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
本実施形態の蒸発器４２では、複数の第１液管４４から液相の作動流体が供給されるので、蒸発器４２に侵入した作動流体が、第２ウィック５１上面の広い範囲に供給される。よって、作動流体を第２ウィック５１の面方向により早く濡れ広げることができる。従って第２ウィック５１全体が濡れやすくなり、外部から高温の熱が供給された際に、第２ウィック５１上部で蒸気が発生しにくい。
【００５８】
また、例えば第２ウィック５１内で蒸気が発生して蒸発器４２上部の圧力が上昇したとしても、第２ウィック５１の一部が第１液管４４内に突出しているので、第２ウィック５１が作動流体に濡れやすい。これにより、第１の実施形態と同様に蒸発器４２内に作動流体を供給することができ、ドライアウトの発生を回避することができる。
【００５９】
更に、本実施形態では、複数の第１液管４４から第２ウィック５１に液相の作動流体が供給されるので、第２ウィック５１全体が面方向に広く濡れやすくなり、ドライアウトの発生をより確実に回避することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、蒸発器容器４６の蓋部材５３は、その上面に複数の第１液管用穴５５を備えている。その個数は特に限定されないが、作動流体を第２ウィック５１上面に広く濡れ広げる観点からは、できるだけ多いほうが好ましい。
【００６１】
第１液管用穴５５の配置は特に限定されないが、第１液管４４から供給される液相の作動流体が第２ウィック５１上面に広く濡れ広がるように配置されていることが好ましい。
【００６２】
接続される第１液管４４の形態は特に限定されないが、元が１つの管が途中で分岐している形態でもよいし、元から複数の管であってもよい。
【００６３】
第２ウィック５１の突出部５１ａは、少なくとも１つの第１液管４４内に突出していればよいが、複数の第１液管４４内のそれぞれに突出していてもよい。
【００６４】
図７に示す蒸発器４２では、蒸発器４２を上面から蒸気管１７が下になるように見た場合に、６本の第１液管４４が横２列縦３行の配置に接合されている。なお、この６本の第１液管４４は、元が２本の第１液管４４がそれぞれ３つに分岐したものである。
【００６５】
（第４の実施形態）
図８（ａ）は第４の実施形態のループ型ヒートパイプに用いられる蒸発器の一例を示す断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。また、図９は、同じくその蒸発器の上面図である。なお、図８及び図９において、図６及び図７で示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００６６】
本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、複数の第１液管６４が蒸発器８２に接続されており、且つ第２ウィック６１が複数の第１液管６４の少なくとも１つに形成されていることであり、それ以外は第１の実施形態と同様である。
【００６７】
本実施形態では、リザーバタンク３３と連結した複数の第１液管６４から蒸発器６２に液相の作動流体が供給されるので、第３の実施形態と同様に、作動流体を第２ウィック６１の面方向により早く濡れ広げることができる。よって、第２ウィック５１全体が濡れやすくなるので、外部から高温の熱が供給された際に第２ウィック５１上部で蒸気が発生しにくい。
【００６８】
また、第２ウィック６１が、複数の第１液管６４の少なくとも１つの第１液管６４内に突出しているので、第２ウィック６１が作動流体に濡れやすく、リザーバタンク３３から第２ウィック６１に確実に作動流体を供給することができる。これにより、ドライアウトの発生を回避することができる。
【００６９】
蒸発器６２としては、第３の実施形態で用いたものを使用できる。従って、第１液管用穴５５の配置及び個数についても、第３の実施形態と同様である。
【００７０】
また、接続される第１液管４４の形態についても、第３の実施形態と同様に特に限定されない。
【００７１】
図８に示す蒸発器６２では、蒸発器６２を上面から蒸気管１７が下になるように見た場合に、図９に示すように６本の第１液管６４が横２列縦３行の配置に接合されている。この６本の第１液管６４は、リザーバタンク３３の側面に接続されて水平方向に伸びた２本の第１液管６４が途中で３本ずつに分岐し、それぞれが下方向に曲げられて蒸発器６２上面に接続されている。
【００７２】
（実施例１）
実施例１として、以下のように第４の実施形態で説明した蒸発器を作製した。
【００７３】
図１０〜図１４は、実施例１の蒸発器の作製方法を説明するための平面図及び断面図である。なお、図１０〜図１２において、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の位置における断面図である。また、図１４（ａ）は図１３の上面図のＡ−Ａ線の位置における断面図、図１４（ｂ）は図１３の上面図のＢ−Ｂ線の位置における断面図である。図１０〜図１４において、図８及び図９で示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。
【００７４】
まず、図１０（ａ），（ｂ）のように、平面形状がほぼ正方形の開口部を有する箱型で銅製の底部材２２を用意した。底部材２２は、側面の上端から連続して形成されて開口部を囲む枠状の接合部７３を有する。接合部の上面には開口部を取り囲むようにＯリング７４が埋め込まれており、Ｏリング７４の外側には蓋部材と連結するための複数のねじ穴７５が設けられている。また、底部材２２の底面の蒸気流路を除く面には、凹部２４ａの幅が１ｍｍ、深さが１ｍｍのグルーブ２４が形成されている。
【００７５】
その後、図１１（ａ），（ｂ）のように、平板型の第１ウィック３０を底部材２２のグルーブ２４の上に設置した。第１ウィック３０は、例えば平均気孔径３μｍ、空隙率５０％のニッケル製焼結金属で形成されている。第１ウィック３０は、例えばグルーブ２４の延伸方向に平行な辺の長さが３５ｍｍ、垂直な辺の長さが３５ｍｍ、厚さが３ｍｍである。
【００７６】
その後、図１２（ａ），（ｂ）のように、第２ウィック６１を第１ウィック３０の上に設置した。第２ウィック６１は、例えば平均気孔径１０μｍ、空隙率４０％のＰＴＦＥ多孔質体で形成されている。第２ウィック６１は、上面の第１液管６４が配置される位置に６個の突出部６１ａが形成された平板型をしている。第２ウィック６１の平板部分は、グルーブ２４の延伸方向に平行な辺の長さが３０ｍｍ、垂直な辺の長さが３０ｍｍ、厚さが２ｍｍである。また、第２ウィック６１の突出部６１ａは、例えば直径４ｍｍ、高さ６ｍｍの円柱型である。
【００７７】
続いて、図１３及び図１４のように、第２ウィック６１が嵌合するように開口した箱型の蓋部材５３を用意した。
【００７８】
蓋部材５３の上面には、底部材２２のねじ穴７５に対応したねじ穴７６が、開口部を囲むように側面を貫通して形成されている。また、蓋部材６３には、蒸発器容器２１の内部に蒸気流路を確保するための仕切り２７が設けられており、仕切り２７には第１ウィック３０を下方向に押さえつけるための切り欠きが設けられている。また、蓋部材５３には、上面に設けられた蒸気管用穴２６にステンレス鋼で形成された蒸気管１７が溶接されている。
【００７９】
更に、蓋部材５３の上面には６個の第１液管用穴５５が設けられ、それぞれの第１液用穴５５にステンレス鋼で形成された第１液管６４（内径：５ｍｍ）６本が溶接されている。この６本の供給管６４は、元は２本の第１液管が３本に分岐したもので、この元の２本の第１液管６４にはステンレス鋼で形成されたリザーバタンク３３が溶接されている。
【００８０】
最後に、図１３及び図１４のように、第２ウィック６１の６個の突出部６１ａがそれぞれ６本の第１液管６４内に挿入され、且つ蓋部材５３の開口部に第２ウィック６１が嵌合するように蓋部材５３を底部材２２に被せ、ねじ止めにより蓋部材５３と底部材２２を接合して、実施例１の蒸発器６２を作製した。
【００８１】
（実施例２）
実施例２として、アルミナ粉末を用いて平均気孔径２μｍ、空隙率６０％の第１ウィック３０を形成し、ポリエチレンを用いて平均気孔径２０μｍ、空隙率５０％の第２ウィック６１を形成し、且つ第１ウィック３０と第２ウィック６１の接触する両面に互いに嵌め合わせることのできる凹凸形状を形成した以外は実施例１と同様にして、蒸発器６２を作製した。
【００８２】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００８３】
（付記１）蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックとを有し、前記第２ウィックの一部が、前記液管内に突出していることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【００８４】
（付記２）前記蒸発器に前記液管が複数本接続されており、該複数本の液管のうちの少なくとも１つの液管内に前記第２ウィックの一部が突出していることを特徴とする付記１に記載のループ型ヒートパイプ。
【００８５】
（付記３）蒸発器と、凝縮器と、リザーバタンクと、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記リザーバタンクの入り口を連結して前記液相の作動流体を前記リザーバタンクに送る液管と、前記リザーバタンクと前記蒸発器とを連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に供給する供給管とを有し、
前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックを有し、
前記第２ウィックの一部が、前記供給管内に突出していることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【００８６】
（付記４）前記蒸発器に前記供給管が複数本接続されており、該複数本の供給管のうちの少なくとも１つの供給管内に前記第２ウィックの一部が突出していることを特徴とする付記３に記載のループ型ヒートパイプ。
【００８７】
（付記５）前記第１ウィックの前記第２ウィック側の面に第１凹凸を有し、且つ、前記第２ウィックの前記第１ウィック側の面に、前記第１凹凸に嵌合する第２凹凸を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載のループ型ヒートパイプ。
【００８８】
（付記６）前記第２ウィックの熱伝導率が、前記第１ウィックの熱伝導率よりも小さいことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【００８９】
（付記７）前記第２ウィックの平均気孔径が、前記第１ウィックの平均気孔径よりも大きいことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【００９０】
（付記８）電子部品と、
ループ型ヒートパイプとを有し、
前記ループ型ヒートパイプは、
前記電子部品に熱的に接続された蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置され、その一部が前記液管内に突出している第２ウィックとを有する
ことを特徴とする電子機器。
【符号の説明】
【００９１】
１…蒸発器、２…液管、３…蒸気管、４…蒸発器容器、５…ウィック、５ａ…第１ウィック、５ｂ…第２ウィック、６…グルーブ、８…蒸発器、１５…ループ型ヒートパイプ、１６…蒸発器、１７…蒸気管、１８…凝縮器、１９…第１液管、２１…蒸発器容器、２２…底部材、２３…蓋部材、２４…グルーブ、２７…仕切り、２８…蒸気流路、３０…第１ウィック、３１…第２ウィック、３１ａ…突出部、３２…蒸発器、３３…リザーバタンク、３４…第１液管、３５…ループ型ヒートパイプ、３６…第２液管、４１…第２ウィック、４１ａ…突出部、４２…蒸発器、４４…第１液管、４６…蒸発器容器、５１…第２ウィック、５１ａ…突出部、５３…蓋部材、５５…第１液管用穴、６１…第２ウィック、６１ａ…突出部、６２…蒸発器、７３…接合部、７４…Ｏリング、７５…ねじ穴、７６…ねじ穴。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、
前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックとを有し、
前記第２ウィックの一部が、前記液管内に突出していることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記蒸発器に前記液管が複数本接続されており、該複数本の液管のうちの少なくとも１つの液管内に前記第２ウィックの一部が突出していることを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項３】
蒸発器と、凝縮器と、リザーバタンクと、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記リザーバタンクの入り口を連結して前記液相の作動流体を前記リザーバタンクに送る液管と、前記リザーバタンクと前記蒸発器とを連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に供給する供給管とを有し、
前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックとを有し、
前記第２ウィックの一部が、前記供給管内に突出していることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項４】
前記蒸発器に前記供給管が複数本接続されており、該複数本の供給管のうちの少なくとも１つの供給管内に前記第２ウィックの一部が突出していることを特徴とする請求項３に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項５】
前記第２ウィックの熱伝導率が、前記第１ウィックの熱伝導率よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項６】
前記第２ウィックの平均気孔径が、前記第１ウィックの平均気孔径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項７】
電子部品と、
ループ型ヒートパイプとを有し、
前記ループ型ヒートパイプは、
前記電子部品に熱的に接続された蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置され、その一部が前記液管内に突出している第２ウィックとを有する
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、
前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックとを有し、
前記第２ウィックの一部が、前記液管内に突出していることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記蒸発器に前記液管が複数本接続されており、該複数本の液管のうちの少なくとも１つの液管内に前記第２ウィックの一部が突出していることを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項３】
蒸発器と、凝縮器と、リザーバタンクと、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記リザーバタンクの入り口を連結して前記液相の作動流体を前記リザーバタンクに送る液管と、前記リザーバタンクと前記蒸発器とを連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に供給する供給管とを有し、
前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置された第２ウィックとを有し、
前記第２ウィックの一部が、前記供給管内に突出していることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項４】
前記蒸発器に前記供給管が複数本接続されており、該複数本の供給管のうちの少なくとも１つの供給管内に前記第２ウィックの一部が突出していることを特徴とする請求項３に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項５】
前記第２ウィックの熱伝導率が、前記第１ウィックの熱伝導率よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項６】
前記第２ウィックの平均気孔径が、前記第１ウィックの平均気孔径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項７】
電子部品と、
ループ型ヒートパイプとを有し、
前記ループ型ヒートパイプは、
前記電子部品に熱的に接続された蒸発器と、凝縮器と、作動流体と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入り口を連結して気相の前記作動流体を前記凝縮器に送る蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入り口を連結して液相の前記作動流体を前記蒸発器に送る液管とを有し、前記蒸発器は、平板型の第１ウィックと、前記第１ウィック上に配置され、その一部が前記液管内に突出している第２ウィックとを有する
ことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１９３９１２（Ｐ２０１２−１９３９１２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８８０４（Ｐ２０１１−５８８０４）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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