JP2002303494A - 蒸発器およびこれを用いたループ型ヒートパイプ - Google Patents

蒸発器およびこれを用いたループ型ヒートパイプ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大容積の液ためをもつ場合であっても、重力
の有無、熱流束の大小に拠らず、熱輸送能力を増大する
ことができる蒸発器およびこれを用いたループ型ヒート
パイプを得る。 【解決手段】 蒸発器１は、内面壁に溝山２０を有する
容器３と、溝山２０に密着するように設けられたウイッ
ク２１と、ウイック２１と容器３の溝山２０との隙間に
形成された蒸気流路４と、ウイック２１に囲まれて液相
の作動流体をためる液ため５と、液ため５と蒸気流路４
間をシールするために設けたウイックシール体２５とか
ら構成される。蒸気管６は気相の作動流体１０を矢印の
方向に凝縮器７へ導き、液管８は液相の作動流体１３を
矢印の方向に蒸発器１へ還流させる。ウイック２１は、
線径が０．１〜１μｍのウイスカ状繊維２２と、このウ
イスカ状繊維２２同志を結合する結合部材２３から構成
されるウイスカ状繊維強化複合材からなり、多孔質材が
使用されている。

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、宇宙用・工業用
・家庭用の熱輸送装置として用いられる蒸発器およびこ
れを用いたループ型ヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１１は米国特許ＵＳＰ４７６５３９６
号公報に記載されている従来のループ型ヒートパイプの
構成を示す説明図である。図１２は図１１の蒸発器を径
方向に破断して示す断面図である。図１１，図１２にお
いて、蒸発器１は、内面壁に溝山２０を有する容器３
と、溝山２０に密着するように設けられたウイック２
と、ウイック２と容器３の溝山２０との隙間に形成され
た蒸気流路４と、ウイック２に囲まれて液相の作動流体
をためる液ため５とから構成される。蒸気管６は気相の
作動流体１０を矢印の方向に凝縮器７へ導き、液管８は
液相の作動流体１３を矢印の方向に蒸発器１へ還流させ
る。ウイック２には、全体に亘って気孔径１０〜１２μ
ｍの一様な気孔を有するポリエチレンサーモプラスチッ
クが使用されている。
【０００３】また、その他のウイック２の材料として
銅、ステンレス、モリブデン、タングステン、ニッケル
などからなる金属紛燒結体や２酸化ケイ素５０％、アル
ミナ５０％からなるフェルト状のセラミックウイックな
どが用いられている。
【０００４】また、図１２の構成とは異なる従来例とし
て、図１３には米国特許ＵＳＰ４８８３１１６号公報に
記載されている蒸発器の断面図を示している。図１３に
おいて、蒸気流路４および溝山２０がウイック２中に形
成されている。ウイック２には、繊維状で線径が大きな
２酸化ケイ素７８％、アルミナ２２％からなり、気孔径
５μｍ以下で等方的な気孔を有するフェルト状のセラミ
ックウイックが使用されている。
【０００５】上記のように構成された従来のループ型ヒ
ートパイプの動作原理について説明する。矢印９で示さ
れたように蒸発器１に印加された熱は、容器３に伝えら
れてウィック２と容器３の溝山２０との接触部１４にお
いて液相の作動流体を蒸発させる。気相の作動流体１０
は蒸気流路４を経由して、蒸気管６内を矢印の方向に流
れ、凝縮器７に流れ込む。凝縮器７に流入した気相の作
動流体１０は、熱が矢印１２で示されたように凝縮器７
から流出することにより、冷却されて凝縮し、液相の作
動流体１３が液管８内を矢印の方向に流れる。
【０００６】液相の作動流体１３は液管８内を矢印の方
向に流れ、蒸発器１に還流する。蒸発器１に戻った作動
流体は、液ため５の底部にたまり、液ため５中の液相の
作動流体１５となる。液ため５中の底部にたまった液相
の作動流体１５は、ウィック２の毛細管力により、矢印
１６で示されたようにウィック２中を周方向に流れ、ウ
ィック２と容器３の溝山２０との接触部１４に運ばれ
て、蒸発器１が吸収した熱によって気化して、再び気相
の作動流体１０が蒸気管６内を矢印の方向に流れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のル
ープ型ヒートパイプでは、蒸気流路４中の圧力が最も高
くなり、液ため５の圧力が最も低くなる。蒸気流路４と
液ため５の間には液体循環の駆動力となるウイック２に
よる毛管圧力差ΔＰｃが発生する。この毛管圧力差ΔＰ
ｃはウイックの気孔径Ｒｐと作動流体の表面張力σを用
いて次式で表される。 ΔＰｃ＝２σ/ Ｒｐ ・・・・（１） 式（１）が示すように、ウイック２の気孔径Ｒｐが小さ
いほど大きな毛管圧力差ΔＰｃを得ることができる。従
来例では、気孔径Ｒｐが１０〜１２μｍと大きな気孔径
のものが使用されているため、毛管圧力差ΔＰｃが小さ
くなり、その結果熱輸送能力も小さくなるという問題点
があった。
【０００８】また、従来例にある繊維状の２酸化ケイ素
７８％，アルミナ２２％からなるフェルト状のセラミッ
クウイックは前記２酸化ケイ素とアルミナ表面を加熱融
合して気孔を形成するが、繊維の径が大きいため大きな
気孔となることから圧縮して気孔を小さくしており、気
孔径が５μｍ以下であっても孔の数が少なく、透過率が
小さいために流体が通るときの圧力損失が大きく、その
結果熱輸送量が小さくなるという問題点があった。
【０００９】また、銅やニッケルなど金属製のウイック
を使用した場合には熱伝導率が大きいため、容器３から
ウイック２を介して液ため５へ伝導された熱が、液ため
５中の液相の作動流体１５を加熱して蒸発させ、気相の
作動流体を液ため５内に発生させ液ため５内の圧力を徐
々に上昇させる。液ため５内の圧力の上昇は、液相また
は気相の作動流体の循環を妨げ、ひいてはループ型ヒー
トパイプの機能を停止させるという問題点があった。
【００１０】また、銅やニッケルなど金属製のウイック
を使用した場合には密度が大きいため、ウイックが重く
なるという問題点があった。
【００１１】また、銅製のウイックを使用し、作動流体
としてアンモニアを使用する場合、銅とアンモニアが化
学反応することにより銅が侵され、さらに水素などの非
凝縮ガスが発生したり、ポリエチレン製のウイックであ
ればアルコールと反応するなど、ウイック材料によって
は作動流体と化学反応し、非凝縮ガスが発生することに
よりループ型ヒートパイプの機能を停止させるという問
題点があった。
【００１２】また、上記のような従来のループ型ヒート
パイプでは、液ため５の容積が大きくなると液ため５の
径も大きくなる。液ため５の底部に溜まった液相の作動
流体１５は、図１２，図１３の矢印１６が示すように、
ウイック２の円周に沿ってウイック２の上部方向に浸透
するため、液ため５の径が大きくなるとウイック２の径
も大きくなり、周方向の浸透長さが長くなり液体中の圧
力損失が大きくなることにより、液相の作動流体１５が
容器３の上部１７に流れにくくなる。液相の作動流体１
５のウイック２への周方向への浸透速度とウイック２の
上部からの蒸発速度のバランスが崩れると、ウイック２
の周方向温度分布にばらつきが生じて部分的に過熱が進
み、蒸発器１と凝縮器７間の所定の温度差で得られる熱
輸送能力が低下する問題点があった。
【００１３】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたものであり、大容積の液ためをもつ場合であっ
ても、重力の有無、熱流束の大小に拠らず、熱輸送能力
を増大することができる蒸発器およびこれを用いたルー
プ型ヒートパイプを得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる蒸発器
は、内面壁に溝山を有する容器と、この容器の溝山に密
着するように設けられたウイックと、このウイックと容
器の溝山との隙間に形成された蒸気流路と、ウイックに
囲まれて液相の作動流体をためる液ためと、この液ため
と記蒸気流路との間をシールするために設けたウイック
シール体とを備えたものであり、該ウイックが極細線状
のウイスカ状繊維からなるものである。
【００１５】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クが極細線状のウイスカ状繊維同志を結合部材で結合し
たウイスカ状繊維強化複合材からなるものである。
【００１６】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クがウイスカの繊維状の長手方向に並行して周方向に揃
えるように成形されているものである。
【００１７】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クの外面部に多孔質材料からなる金属製ウイックが設け
られているものである。
【００１８】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイス
カ状繊維が線径０．１〜１μｍの繊維からなる多孔質材
であるものである。
【００１９】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クが熱伝導率の小さな無機質材からなるものである。
【００２０】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クが密度の小さな無機質材からなるものである。
【００２１】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クがアンモニアまたはアルコールと反応しない無機質材
からなるものである。
【００２２】また、この発明にかかる蒸発器は、内面壁
に溝山を有する容器と、この容器の溝山に密着するよう
に設けられたウイックと、このウイックと上記容器の溝
山との隙間に形成された蒸気流路と、上記ウイックに囲
まれて液相の作動流体をためる液ためと、この液ためと
上記蒸気流路との間をシールするために設けたウイック
シール体とを備えたものであり、該ウイックが金属製の
粒子または繊維と、無機質で線径が０．１〜１μｍの極
細線状のウイスカとを混合し、焼成して成形したウイス
カ状繊維強化複合材からなるものである。
【００２３】また、この発明にかかる蒸発器は、蒸発器
が方形状になっているものである。
【００２４】また、この発明にかかるループ型ヒートパ
イプは、蒸発器と、この蒸発器から気相の作動流体を導
く蒸気管と、この蒸気管と接続された凝縮器と、この凝
縮器から液相の作動流体を蒸発器に還流する液管とを備
えるものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１にかかるループ型ヒートパイプの蒸発器の
構成を示す説明図、図２は図１の蒸発器を径方向から示
す断面図、図３は図２の蒸発器に設けられているウイッ
クとして用いられているウイスカ状繊維強化複合材の拡
大図である。図１，図２，図３において、蒸発器１は、
内面壁に溝山２０を有する容器３と、溝山２０に密着す
るように設けられたウイック２１と、ウイック２１と容
器３の溝山２０との隙間に形成された蒸気流路４と、ウ
イック２１に囲まれて液相の作動流体をためる液ため５
と、液ため５と蒸気流路４間をシールするために設けた
ウイックシール体２５とから構成される。蒸気管６は気
相の作動流体１０を矢印の方向に凝縮器７へ導き、液管
８は液相の作動流体１３を矢印の方向に蒸発器１へ還流
させる。
【００２６】ウイック２１は、チタン酸カリウム、ある
いはホウ酸アルミニウム、あるいはチッ化珪素などの無
機質で線径が０．１〜１μｍ、長さが１〜２μｍのウイ
スカ状繊維２２と、このウイスカ状繊維２２をフェノー
ル樹脂あるいはシアネート樹脂とともに混合し、フェノ
ール樹脂あるいはシアネート樹脂が炭素化する程度の高
温で焼成して無機質化してウイスカ状繊維２２同志を結
合する結合部材（バインダとも呼ばれる）２３から構成
されるウイスカ状繊維強化複合材からなり、多孔質材が
使用されている。
【００２７】上記のように構成された実施の形態１のル
ープ型ヒートパイプの動作原理について説明する。矢印
９で示されたように蒸発器１に印加された熱は、容器３
に伝えられてウイスカ状繊維強化複合材からなるウィッ
ク２１と容器３の溝山２０との接触部１４において、ウ
イック２１に浸透した液相の作動流体に伝達されて、液
相の作動流体を蒸発させる。液相の作動流体は、蒸発す
ることで相変化して気相の作動流体となり、この気相の
作動流体１０が蒸気流路４を経由して、蒸気管６内を矢
印の方向に流れ、凝縮器７に流れ込む。
【００２８】凝縮器７に流入した気相の作動流体１０
は、熱が矢印１２で示されたように凝縮器７から流出す
ることにより、冷却されて凝縮し、凝縮して相変化した
液相の作動流体１３が液管８内を矢印の方向に流れ、蒸
発器１に還流する。蒸発器１に戻った作動流体は、液た
め５の底部にたまり、液ため５中の液相の作動流体１５
となる。液ため５中の底部にたまった液相の作動流体１
５は、ウイスカ状繊維強化複合材からなるウイック２１
中を周方向に浸透する。ウイック２１に浸透した液相の
作動流体１５は、ウィック２１の毛細管力によりウィッ
ク２１と容器３の溝山２０との接触部１４に運ばれ、熱
を吸収して蒸発して、再び気相の作動流体１０が蒸気管
６内を矢印の方向に流れる。上記のサイクルを繰り返す
ことにより、熱を蒸発器１から凝縮器７に輸送する。
【００２９】この実施の形態１においては、ウイックの
気孔径Ｒｐが１０〜１２μｍである従来例と異なり、線
径が０．１〜１μｍ程度のウイスカ状繊維２２で構成す
ることにより、ウイックの気孔径Ｒｐが０．１〜数μｍ
と小さなものを形成でき、式（１）から計算される毛管
圧力差が数倍から数百倍大きくすることが可能となる。
このため、液体循環の駆動力を大きくできるので、ルー
プ型ヒートパイプの熱輸送能力をはるかに大きくするこ
とが可能となる。
【００３０】また、ウイック２１は極細線状のウイスカ
状繊維とこのウイスカ状繊維どうしを結合する結合部材
とから構成ているため、よりウイックの強度を強くする
ことが可能となる。
【００３１】また、ウイック２１は熱伝導率が小さな無
機質材で構成することにより、容器３に印加された熱が
液ため５内に流れにくくなるので、この熱による液ため
５内の液相の作動流体１５の蒸発を低減でき、液ため５
内の圧力を上昇させることを抑制できる。このため、圧
力の上昇に伴い作動流体の循環を妨げてループ型ヒート
パイプの動作を停止させるという問題を、防止すること
が可能となる。
【００３２】また、ウイック２１を密度が小さな無機質
材で構成することにより、金属製のウイックに比べて軽
量にすることができる。
【００３３】また、銅製のウイックを使用し、作動流体
としてアンモニアを使用する場合、銅とアンモニアが化
学反応して銅が侵され、さらに水素などの非凝縮ガスが
発生したり、ポリエチレン製のウイックであればアルコ
ールと反応するなど、ウイック材料によっては作動流体
と化学反応し、非凝縮ガスが発生してループ型ヒートパ
イプの機能を停止させるという従来技術の問題点が、こ
の発明の実施の形態では、ウイック２１をアンモニアや
アルコールなどの作動流体と反応しない無機質で構成す
ることにより、非凝縮ガスが発生しなくなるので、ルー
プ型ヒートパイプの機能を停止させることを防止でき
る。
【００３４】さらに、ウイック２１はウイスカ状繊維２
２で構成することにより、同じ気孔径であっても気孔率
が大きいので、ウイック２１中を液が流れるときの透過
率が大きくなり、ウイック２１中を周方向に浸透してい
くときの液体中の圧力損失を小さくすることができる。
このため、液相の作動流体が容器３の上部１７に流れや
すくなり、ウイック２１の周方向温度分布にばらつきが
生じることを抑制することができ、蒸発器１と凝縮器７
間の所定の温度差で得られる熱輸送能力を増大させるこ
とが可能となる。
【００３５】なお、ウイック２１は、ウイスカ状繊維２
２と、このウイスカ状繊維２２同志を結合する結合部材
（バインダとも呼ばれる）２３とから構成されるウイス
カ状繊維強化複合材からなるものを示したが、結合部材
２３を用いずに、チタン酸カリウム、あるいはホウ酸ア
ルミニウム、あるいはチッ化珪素などの無機質で線径が
０．１〜１μｍ、長さが１〜２μｍの極細線状のウイス
カ状繊維２２のみからなるものでもよく、上記と同様の
作用効果を奏する。
【００３６】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２にかかるループ型ヒートパイプの蒸発器を径方向か
ら示す断面図、図５は図４の蒸発器に設けられているウ
イックとして用いられている並行ウイスカ状繊維強化複
合材の拡大図である（図４のＡ部の拡大図）。この発明
の実施の形態２にかかるループ型ヒートパイプの蒸発器
の構成を示す説明図は図１と同じであり、ウイックを除
く符号１〜２０，２２〜２５は実施の形態１における構
成要素と同じものであるので、その説明を省略する。
【００３７】図４，図５において、ウイック３１は、実
施の形態１のウイック２１と同じ材料で構成されたウイ
スカ状繊維２２とウイスカ状繊維２２同志を結合する結
合部材２３から構成されるウイスカ状繊維強化複合材か
らなるウィックであるが、ウイスカの繊維状の長手方向
に並行して周方向に揃えるように成形されている、いわ
ゆる、並行ウイスカ状繊維強化複合材からなるウイック
である。このため、周方向および周方向に直交する径方
向の気孔径が異なったものが形成され、繊維の長手方向
である周方向の気孔径を大きく、また、繊維の長手方向
に直交する径方向の気孔径を小さくできるので、径方向
の気孔径Ｒｐが０．１〜数μｍと小さいままで、周方向
の透過率が大きなウイックとすることが可能となる。
【００３８】また、この実施の形態２における熱を蒸発
器１から凝縮器７に輸送する動作原理は、実施の形態１
における動作原理と同様であるので、その説明を省略す
る。凝縮器７から蒸発器１に戻った作動流体は、液ため
５の底部にたまり、液ため５中の液相の作動流体１５と
なる。液ため５中の底部にたまった液相の作動流体１５
は、並行ウイスカ状繊維強化複合材からなるウイック３
１中を周方向に浸透する。ウイック３１は周方向の透過
率が大きいため、液相の作動流体がウイック３１中を周
方向に浸透していくときの液体中の圧力損失を小さくで
きる。このため、液相の作動流体が容器３の上部１７に
流れやすくなり、ウイック３１の周方向温度分布にばら
つきが生じることを抑制でき、蒸発器１と凝縮器７間の
所定の温度差で得られる熱輸送能力を増大させることが
可能となる。
【００３９】実施の形態３．図６はこの発明の実施の形
態３にかかるループ型ヒートパイプの蒸発器を径方向か
ら示す断面図、図７は図６の蒸発器に設けられているウ
イックとして用いられているウイスカ状繊維強化複合材
の拡大図である（図６のＡ部の拡大図）。この発明の実
施の形態２にかかるループ型ヒートパイプの蒸発器の構
成を示す説明図は図１と同じであり、ウイックを除く符
号１〜２０，２２〜２５は実施の形態１における構成要
素と同じものであるので、その説明を省略する。
【００４０】図６，図７において、ウイック４１は、実
施の形態１のウイック２１と同じ材料で構成されたウイ
スカ状繊維２２とウイスカ状繊維２２同志を結合する結
合部材２３から構成されるウイスカ状繊維強化複合材か
らなるウィックであるが、例えばニッケルやチタンなど
粉末を焼成してなる多孔質材料からなる金属製ウイック
４２がウイスカ状繊維強化複合材からなるウイック４１
の外面部に設けられている。
【００４１】また、この実施の形態３における熱を蒸発
器１から凝縮器７に輸送する動作原理は、実施の形態１
における動作原理と同様であるので、その説明を省略す
る。凝縮器７から蒸発器１に戻った作動流体は、液ため
５の底部にたまり、液ため５中の液相の作動流体１５と
なる。液ため５中の底部にたまった液相の作動流体１５
は、ウイスカ状繊維強化複合材からなるウイック４１中
を周方向に浸透する。その後、ウイック４１から金属製
ウイック４２に径方向に浸透した液相の作動流体１５
は、金属製ウィック４２の毛細管力により金属製ウィッ
ク４２と容器３の溝山２０との接触部１４近傍に運ば
れ、金属製ウイック４２中に生じる蒸発面において熱を
吸収して蒸発する。
【００４２】接触部１４近傍の蒸発面に熱が流れこむ場
合、金属製ウイック４２が熱伝導率の大きな金属製であ
るため、金属製ウイック４２中の接触面１４近傍から蒸
発面への熱伝導に要する温度差が小さくなり、蒸発器１
と凝縮器７間の所定の温度差で得られる熱輸送能力を増
大することができる。また、ウィック４２は金属製であ
るため、ウイスカ強化複合材からなるウイック４１より
も強度が大きいので、振動や衝撃に対して金属製ウイッ
ク４２がウイック４１を回りから保護する形となってお
り、信頼性を大きくできる。
【００４３】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形
態４にかかるループ型ヒートパイプの蒸発器を径方向か
ら示す断面図、図９は図８の蒸発器に設けられているウ
イックとして用いられているウイスカ状繊維強化複合材
の拡大図である（図８のＡ部の拡大図）。この発明の実
施の形態４にかかるループ型ヒートパイプの蒸発器の構
成を示す説明図は図１と同じであり、ウイックを除く符
号１〜２０，２２〜２５は実施の形態１における構成要
素と同じものであるので、その説明を省略する。図８，
図９において、ウイック５１は、金属製の粒子５２とチ
タン酸カリウム、あるいはホウ酸アルミニウム、あるい
はチッ化珪素などの無機質で線径が０．１〜１μｍ程度
の極細線状のウイスカ５３を混合し，焼成して成形した
ウイスカ状繊維強化複合材からなる。
【００４４】また、この実施の形態４における熱を蒸発
器１から凝縮器７に輸送する動作原理は、実施の形態１
における動作原理と同様であるので、その説明を省略す
る。この実施の形態４においても、実施の形態１と同様
に、線径が０．１〜１μｍ程度の極細線状のウイスカ５
３で構成することにより、ウイックの気孔径Ｒｐが０．
１〜数μｍと小さなものを形成でき、式（１）から計算
される毛管圧力差が数倍から数百倍大きくすることが可
能となる。このため、液体循環の駆動力を大きくできる
ので、ループ型ヒートパイプの熱輸送能力をはるかに大
きくすることが可能となる。
【００４５】また、ウィック５１は金属製粒子５２が互
いに溶着した構成となっているので、ウイスカ５３のみ
からなる場合に比べて、強度が大きいため、振動や衝撃
に対して壊れにくく信頼性の大きなものが得ることがで
きる。
【００４６】なお、ウイック５１は、金属製の粒子５２
とウイスカ５３を混合し，焼成して成形したウイスカ状
繊維強化複合材からなるものを示しているが、金属製の
繊維と、チタン酸カリウム、あるいはホウ酸アルミニウ
ム、あるいはチッ化珪素などの無機質で線径が０．１〜
１μｍ程度の極細線状のウイスカ５３を混合し，焼成し
て成形したウイスカ状繊維強化複合材からなるものでも
よく、上記と同様の作用効果を奏する。
【００４７】実施の形態５．図１０（ａ）はこの発明の
実施の形態５にかかるループ型ヒートパイプの蒸発器を
示す断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の蒸発器を径
方向から示す断面図である。この発明の実施の形態５に
かかるループ型ヒートパイプの蒸発器の構成を示す説明
図は図１と同じである。図１０（ａ），図１０（ｂ）に
おいて、図１と同じ符号は、実施の形態１における構成
要素と同じまたは相当のものであるので、その説明を省
略する。
【００４８】他の実施の形態の容器が環状であるのに対
して、この実施の形態５では、内面壁に溝山２０を有す
る容器３が方形状になっている。このため、溝山２０に
密着するように設けられたウイスカ状繊維強化複合材か
らなるウイック２１も方形状となっており、また、ウイ
ック２１に囲まれて液相の作動流体をためる液ため５
と、液ため５と蒸気流路４間をシールするために設けた
ウイックシール体２５も方形状となっている。
【００４９】本実施例においては、容器３の形状が方形
状となるため、加熱源である例えば電子機器のＣＰＵな
どの半導体素子に装着しやすくなる。
【００５０】
【発明の効果】この発明は以上のように構成されている
ので，以下に示すような効果を奏する。
【００５１】この発明にかかる蒸発器は、内面壁に溝山
を有する容器と、この容器の溝山に密着するように設け
られたウイックと、このウイックと容器の溝山との隙間
に形成された蒸気流路と、ウイックに囲まれて液相の作
動流体をためる液ためと、この液ためと記蒸気流路との
間をシールするために設けたウイックシール体とを備え
たものであり、該ウイックが極細線状のウイスカ状繊維
からなることにより、同じ気孔径であっても気孔率が大
きいので、ウイック中を液が流れるときの透過率が大き
くなり、ウイック中を周方向に浸透していくときの液体
中の圧力損失を小さくすることができる。このため、液
ため中の底部にたまった液相の作動流体が容器の上部に
流れやすくなり、ウイックの周方向温度分布にばらつき
が生じることを抑制することができ、熱輸送能力を増大
させることが可能となる。
【００５２】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クが極細線状のウイスカ状繊維同志を結合部材で結合し
たウイスカ状繊維強化複合材からなることにより、同じ
気孔径であっても気孔率が大きいので、ウイック中を液
が流れるときの透過率が大きくなり、ウイック中を周方
向に浸透していくときの液体中の圧力損失を小さくする
ことができる。このため、液ため中の底部にたまった液
相の作動流体が容器の上部に流れやすくなり、ウイック
の周方向温度分布にばらつきが生じることを抑制するこ
とができ、熱輸送能力を増大させることが可能となる。
【００５３】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クがウイスカの繊維状の長手方向に並行して周方向に揃
えるように成形されていることにより、周方向および周
方向に直交する径方向の気孔径が異なったものが形成さ
れ、繊維の長手方向である周方向の気孔径を大きく、ま
た、繊維の長手方向に直交する径方向の気孔径を小さく
できるので、周方向の透過率が大きなウイックとするこ
とが可能となる。このため、液ため中の底部にたまった
液相の作動流体がウイック中を周方向に浸透していくと
きの液体中の圧力損失を小さくできるので、液相の作動
流体が容器の上部に流れやすくなり、ウイックの周方向
温度分布にばらつきが生じることを抑制でき、熱輸送能
力を増大させることが可能となる。
【００５４】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クの外面部に多孔質材料からなる金属製ウイックが設け
られていることにより、液ため中の底部にたまった液相
の作動流体が、ウイック中を周方向に浸透した後、ウイ
ックから金属製ウイックに径方向に浸透し、金属製ウィ
ックの毛細管力により金属製ウィックと容器の溝山との
接触部近傍に運ばれ、金属製ウイック中に生じる蒸発面
において熱を吸収して蒸発する。接触部近傍の蒸発面に
熱が流れこむ場合、金属製ウイックが熱伝導率の大きな
金属製であるため、金属製ウイック中の接触面近傍から
蒸発面への熱伝導に要する温度差が小さくなり、熱輸送
能力を増大させることができる。また、金属製ウイック
であるため、ウイスカ強化複合材からなるウイックより
も強度が大きいので、振動や衝撃に対して金属製ウイッ
クがウイックを回りから保護する形となっており、信頼
性を大きくできる。
【００５５】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイス
カ状繊維が線径０．１〜１μｍの繊維からなる多孔質材
であることより、ウイックの気孔径が０．１〜数μｍと
小さなものを形成でき、毛管圧力差が数倍から数百倍大
きくすることが可能となる。このため、液体循環の駆動
力を大きくできるので、熱輸送能力を大きくすることが
可能となる。
【００５６】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クが熱伝導率の小さな無機質材からなることにより、容
器に印加された熱が液ため内に流れにくくなるので、こ
の熱による液ため内の液相の作動流体の蒸発を低減で
き、液ため内の圧力を上昇させることを抑制することが
可能となり、このため、作動流体の循環を妨げることが
防止できる。
【００５７】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クが密度の小さな無機質材からなることにより、金属製
のウイックに比べて軽量にできる。
【００５８】また、この発明にかかる蒸発器は、ウイッ
クがアンモニアまたはアルコールと反応しない無機質材
からなることにより、非凝縮ガスの発生を防止できる。
【００５９】また、この発明にかかる蒸発器は、内面壁
に溝山を有する容器と、この容器の溝山に密着するよう
に設けられたウイックと、このウイックと上記容器の溝
山との隙間に形成された蒸気流路と、上記ウイックに囲
まれて液相の作動流体をためる液ためと、この液ためと
上記蒸気流路との間をシールするために設けたウイック
シール体とを備えたものであり、該ウイックが金属製の
粒子または繊維と、無機質で線径が０．１〜１μｍの極
細線状のウイスカとを混合し、焼成して成形したウイス
カ状繊維強化複合材からなることにより、ウイックの気
孔径が０．１〜数μｍと小さなものを形成でき、毛管圧
力差が数倍から数百倍大きくすることが可能となる。こ
のため、液体循環の駆動力を大きくできるので、熱輸送
能力を大きくすることが可能となる。また、ウィックは
金属製粒子または繊維が互いに溶着した構成となってい
るので、ウイスカのみからなる場合に比べて、強度が大
きいため、振動や衝撃に対して壊れにくくなり、信頼性
を大きくできる。
【００６０】また、この発明にかかる蒸発器は、蒸発器
が方形状になっていることにより、例えば電子機器のＣ
ＰＵなどの半導体素子に装着しやくできる。
【００６１】また、この発明にかかるループ型ヒートパ
イプは、蒸発器と、この蒸発器から気相の作動流体を導
く蒸気管と、この蒸気管と接続された凝縮器と、この凝
縮器から液相の作動流体を蒸発器に還流する液管とを備
えることにより、熱輸送能力を増大させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１にかかるループ型ヒ
ートパイプの蒸発器の構成を示す説明図である。
【図２】 図１の蒸発器を径方向から示す断面図であ
る。
【図３】 図２の蒸発器に設けられているウイックとし
て用いられているウイスカ状繊維強化複合材の拡大図で
ある。
【図４】 この発明の実施の形態２にかかるループ型ヒ
ートパイプの蒸発器を径方向から示す断面図である。
【図５】 図４の蒸発器に設けられているウイックとし
て用いられている並行ウイスカ状繊維強化複合材の拡大
図である。
【図６】 この発明の実施の形態３にかかるループ型ヒ
ートパイプの蒸発器を径方向から示す断面図である。
【図７】 図６の蒸発器に設けられているウイックとし
て用いられているウイスカ状繊維強化複合材の拡大図で
ある。
【図８】 この発明の実施の形態４にかかるループ型ヒ
ートパイプの蒸発器を径方向から示す断面図である。
【図９】 図８の蒸発器に設けられているウイックとし
て用いられているウイスカ状繊維強化複合材の拡大図で
ある。
【図１０】 図１０（ａ）はこの発明の実施の形態５に
かかるループ型ヒートパイプの蒸発器を示す断面図、図
１０（ｂ）は図１０（ａ）の蒸発器を径方向から示す断
面図である。
【図１１】 従来のループ型ヒートパイプの構成を示す
説明図である。
【図１２】 図１１の蒸発器を径方向に破断して示す断
面図である。
【図１３】 従来の他のループ型ヒートパイプの蒸発器
を径方向に破断して示す断面図である。
【符号の説明】
１ 蒸発器 ３ 容器 ４ 蒸気流路 ５ 液ため ６ 蒸気管 ７ 凝縮器 ８ 液管 １０ 気相の作動流体 １１ 液相の作動流体 １４ ウイックと溝山の接触部 １５ 液ため中の液相の作動流体 ２０ 溝山 ２１，３１，４１，５１ ウイック ２２ ウイスカ状繊維 ２３ 結合部材 ２５ ウイックシール体 ４２ 金属製ウイック ５２ 金属粒子 ５３ ウイスカ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/427 Ｈ０１Ｌ 23/46 Ｂ Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA08 BA23 BB53 BB60

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内面壁に溝山を有する容器と、この容器
    の溝山に密着するように設けられたウイックと、このウ
    イックと上記容器の溝山との隙間に形成された蒸気流路
    と、上記ウイックに囲まれて液相の作動流体をためる液
    ためと、この液ためと上記蒸気流路との間をシールする
    ために設けたウイックシール体とを備えた蒸発器であっ
    て、 上記ウイックは、極細線状のウイスカ状繊維からなるこ
    とを特徴とする蒸発器。
  2. 【請求項２】 ウイックは、極細線状のウイスカ状繊維
    同志を結合部材で結合したウイスカ状繊維強化複合材か
    らなることを特徴とする請求項１記載の蒸発器。
  3. 【請求項３】 ウイックは、ウイスカの繊維状の長手方
    向に並行して周方向に揃えるように成形されていること
    を特徴とする請求項１または２記載の蒸発器。
  4. 【請求項４】 ウイックの外面部に多孔質材料からなる
    金属製ウイックが設けられていることを特徴とする請求
    項１または２記載の蒸発器。
  5. 【請求項５】 ウイスカ状繊維は、線径が０．１〜１μ
    ｍの繊維からなる多孔質材であることを特徴とする請求
    項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発器。
  6. 【請求項６】 ウイックは、熱伝導率が小さな無機質材
    からなることを特徴とする請求項１または２記載の蒸発
    器。
  7. 【請求項７】 ウイックは、密度が小さな無機質材から
    なることを特徴とする請求項１または２記載の蒸発器。
  8. 【請求項８】 ウイックは、アンモニアまたはアルコー
    ルと反応しない無機質材からなることを特徴とする請求
    項１または２記載の蒸発器。
  9. 【請求項９】 内面壁に溝山を有する容器と、この容器
    の溝山に密着するように設けられたウイックと、このウ
    イックと上記容器の溝山との隙間に形成された蒸気流路
    と、上記ウイックに囲まれて液相の作動流体をためる液
    ためと、この液ためと上記蒸気流路との間をシールする
    ために設けたウイックシール体とを備えた蒸発器であっ
    て、 上記ウイックは、金属製の粒子または繊維と、無機質で
    線径が０．１〜１μｍの極細線状のウイスカとを混合
    し、焼成して成形したウイスカ状繊維強化複合材からな
    ることを特徴とする蒸発器。
  10. 【請求項１０】 蒸発器が方形状になっていることを特
    徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の蒸発器。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか１項に記載
    の蒸発器と、この蒸発器から気相の作動流体を導く蒸気
    管と、この蒸気管と接続された凝縮器と、この凝縮器か
    ら液相の作動流体を蒸発器に還流する液管とを備えたこ
    とを特徴とするループ型ヒートパイプ。
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