JP2010156533A - ループ式ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造と優れた熱伝達能力をもつループ式ヒートパイプを実現すること。
【解決手段】ループ式ヒートパイプ１は、蒸発部２と蒸気リッチ管部４と凝縮部３と液リッチ管部５とを順次接続して構成される。ループ式ヒートパイプの流体移動経路は、ノズル部６とディフューザ部７とをもつ。ループ式ヒートパイプ１は、外部震動源によりあるいは内部液体の沸騰による力により、ノズル部６により決定される方向へ流れる。これにより良好なヒートパイプを実現することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小さい流体抵抗損失により熱エネルギー又は振動エネルギーにより流体を循環させるループ式ヒートパイプ（以下、ヒートパイプとも略称される）に関する。

たとえばマイクロプロセッサ、インバータ、モータ、内燃機関及び二次電池は、強力な冷却手段を要求している。良く知られている自励振動型ヒートパイプは、液体の沸騰による液体の圧力振動を利用して液体及びバブルを移動させる。しかし、自励振動型ヒートパイプの流速及び流量が小さいため、その熱移動能力の増加は困難だった。

特許文献１（USＰ３５３２１５９）は、同軸２重管構造の非振動型ヒートパイプを記載している。このヒートパイプは、蒸発領域から凝縮領域への蒸気通路の途中に設けられたノズル３６と、凝縮領域の直後に設けられたリキッドディフユーザ３８とをもつ。蒸気を膨張させるノズル３６は、蒸発領域から凝縮領域への蒸気通路の途中に設けられている。リキッドディフユーザ３８は、凝縮領域で凝縮した液体を蒸発部に戻す液体通路の入口（凝縮領域の出口）に設けられている。

けれども、そのリキッドディフユーザ３８は先細形状となっている。気体の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するには進行方向に向けて流路断面積を連続的に増大させる必要があるので、このリキッドディフユーザ３８は液体だけを通過させると考えられる。つまり、このヒートパイプは、通常のヒートパイプと同様に、蒸発領域から凝縮領域へは蒸気流を流し、凝縮領域から蒸発領域へは液体流を流す。定圧の凝縮領域から高圧の蒸発領域へ液体流を戻すために、不足する液体圧力を補う必要がある。このため、毛細管現象が利用されると思われる。

特許文献２（USＰ４２８１７０９）は、特許文献１と同様の構造をもつ同軸２重管構造の非振動型ヒートパイプを記載する。このヒートパイプは、特許文献１と同様のノズル（JET）１５及びディフユーザ１９を蒸気通路にもつ。しかし、このディフユーザ１９は、その直前のノズル１５よりも大きな断面積変化率をもつ。その結果、ディフユーザ１９は大きな圧力損失を発生する。したがって、相対的に高圧のベーバライザ２１と相対的に低圧のコンデンサ２３との間の圧力差は、十分に回復されない。コンデンサ２３からベーバライザ２１へ液体を戻すために、毛細管現象が利用される必要がある。

特許文献３（USＰ３８０１８４３）は、ステータやロータのスロットを軸方向に貫通するヒートパイプを開示する。特許文献４（USＰ６９３４６７Ｂ２）は、互いに隣接する２つのティースの間に設けられたスロット開口近傍を軸方向に貫通するヒートパイプを開示している。

USＰ３５３２１５９ USＰ４２８１７０９ USＰ３８０１８４３ USＰ６９３４６７Ｂ２

（発明の目的）
本発明の目的は、簡素な構造と優れた熱輸送能力をもつループ式ヒートパイプを実現することである。

（発明の要約）
ループ式ヒートパイプに関する２つの独立発明が以下に説明される。
この２つのループ式ヒートパイプは、流体が一方向に流れる閉ループ状の管路を有する。管路は、外部に熱を放出する放熱部と、外部から熱を吸収する吸熱部と、放熱部から吸熱部へ流体を流す往き管と、吸熱部から放熱部へ前記流体を戻す戻り管とを有する。

第１発明の管路は、流れ方向前方へ向けて流路断面積を絞るノズル部を形成する少なくとも１つの急斜面部と、流れ方向前方へ向けて流路断面積を増大するディフューザ部を形成する少なくとも１つの緩斜面部とをもつ。ノズル部は、ディフューザ部よりも大きな長手方向単位長さ当たりの流路断面積変化量をもつ。ノズル部及びディフューザ部内の流体は、振動源により振動される。

すなわち、管路内で振動する流体は、急斜面部（ノズル部とも言う）と緩斜面部（ディフューザ部とも言う）とにより、管路の長手方向一方側へ付勢される。

好適な態様において、流体は、蒸気を含む液体流である気液２相流又は液体流からなる。振動源は、管路の外部に配置されて管路を通じて流体を強制振動させる外部振動源からなる。
好適な態様において、管路は、外部振動源により管路の長手方向へ振動される。好適な態様において、管路は、外部振動源により管路の長手方向と直角方向へ振動される。

好適には、ノズル部とディフューザ部とのペアは直列に複数設けられる。好適には、急斜面部及び緩斜面部は、流体管路の管壁の一断面に長手方向断面が略鋸歯状となるように形成される。

まず、液体を主成分とする流体が、管路の長手方向に対して直角に振動される例が以下に説明される。緩斜面部に近接する液体は、緩斜面部から流路直角断面積が増大する方向への振動分力により付勢される。反対に、急斜面部に近接する液体は、急斜面部から上記と逆方向への振動分力により付勢される。しかし、急斜面部に隣接する液体量は少ないため、受け取るエネルギー量が少ない。その結果、液体を主成分とする流体は、ディフューザ部の流路直角断面積増大方向へ付勢される。上記原理は、急斜面部を流路と直角方向へ設けた場合を考えるとわかりやすい。急斜面部は、もはや流体を流体管路の長手方向へ付勢しない。

次に、液体を主成分とする流体が、管路の長手方向へ振動される例が説明される。ノズル部内にて、流体が、流路直角断面積が小さい部分から流路直角断面積が大きい部分へと流れる振動期間に、渦の発生などにより大きな流体流体抵抗が発生する。ノズル部内にて、流体が、流路直角断面積が大きい部分から流路直角断面積が小さい部分へ流れる振動期間に、上記渦は発生せず、流体抵抗は小さい。すなわち、前方に向けて細くなるノズル部と、前方に向けて広がるディフューザ部とが設けられた管路の流体抵抗は、長手方向一方側に大きく、長手方向他方側に小さい。結局、外部から振動される管路内の流体は、流体抵抗が小さい方向へ循環する。

好適な態様において、流体は、蒸気を含む液体流からなり、振動源は、吸熱部における流体の沸騰により流体を自励振動させる。好適な態様において、急斜面部及び緩斜面部は、少なくとも吸熱部に設けられる。その結果、上記した強制振動の場合と同様に、流体は管路の長手方向一方側へ付勢される。たとえば、吸熱部において流体に局所的な沸騰が生じたり、放熱部において流体に局所的な凝縮が生じたりすると、圧力振動波が管路内に発生する。

極端に言えば、沸騰による泡の発生は、点状の爆発とみなすことができる。圧力波は、沸騰点からその周囲へ球状に伝播する。この球状の圧力波は、管路の壁面である急斜面部や緩斜面部で反射して再び流体を付勢する。急斜面部と緩斜面部との形状の違いにより、流体管路の一方向への圧力波伝達は、流体管路の一方向への圧力波伝達よりも強くなる。その結果、主として液体である流体は、この圧力波により管路の長手方向一方向側へ付勢される。

たとえば、吸熱部（蒸発部）における液体の沸騰により吸熱部内で発生した圧力振動は、液体を管路の長手方向一方側へ付勢したり、液体を管路の長手方向他方側へ付勢したりする。ノズル部の順方向と逆方向との流体抵抗の差が大きいため、液体は、ノズル部を順方向へ流れる。なお、順方向とは、ノズル部の流路断面積が小さくなる方向である。ディフューザ部の順方向と逆方向との流体抵抗の差は、ノズル部より小さい。この流れは流体流の慣性効果により安定に維持される。
好適な態様において、金属管を押しつぶす向きに塑性変形することにより、急斜面部（ノズル部）及び緩斜面部（ディフューザ部）は簡単に形成される。

好適な態様において、急斜面部の斜角の最大値は、緩斜面部の斜角の最大値の２倍以上１０倍以下とされる。これにより、ノズル部における順方向への流体抵抗と、逆方向への流体抵抗との差を大きくすることができる。
好適な態様において、管路は、厚さ方向に重ねられる複数枚の金属プレートの内部に形成される。複数枚の金属プレートの周縁部は、接合される。流路断面積の変更は、前記金属プレートの幅の変更による前記管路の流路幅の変更によりなされる。その結果、プレート型のループ式ヒートパイプにノズル部（急斜面部）及びディフューザ部（緩斜面部）を容易に形成することができる。
好適な態様において、往き管及び戻り管は、金属プレートの幅方向に隣接し、往き管の緩斜面部と戻り管の緩斜面部とは、金属プレートの幅方向に隣接する。このようにすれば、流体管路を高密度に形成することができる。

好適な態様において、装置は、プレート状に形成された複数のループ式ヒートパイプの吸熱部を厚さ方向に貫通する金属製の棒部と、棒部の一端に固定された底面を有する金属製の台座部と、記台座部の頂面に固定された半導体素子とをもつ。
半導体素子の熱は、台座部及び棒部を通じてループ式ヒートパイプの蒸発部に伝達される。したがって、半導体素子から複数のプレート型のループ式ヒートパイプへ良好に熱伝達することができる。
好適な態様において、管路の吸熱部は、交流モータのステータコアに直接又は熱伝導部材を介して接触することにより、ステータコアから吸熱する。管路の吸熱部は、磁気振動する前記ステータコアから受け取った振動を内部の流体に伝達する。

好適な態様において、管路は、Ｃ字状の断面を有する。管路は、ステータコアのスロットの内面に密着する。管路は、端部がステータコアのスロットの長手方向端部から突出する。すなわち、交流モータのステータコアは、内部を流れる磁束の周期変化に応じて磁歪効果により径方向及び周方向へ振動するので、外部振動源となることができる。
したがって、ループ式ヒートパイプの吸熱部（蒸発部）は、吸熱すべきステータコアから受け取る振動力により内部の流体を管路の長手方向一方側へ付勢することができる。その結果、ループ式ヒートパイプを強制振動させる振動装置を省略することができる。モータの発熱が大きい時、ステータコアの振動は大きくなる。したがって、モータ発熱量が大きい時、ループ式ヒートパイプの熱伝達量を自動的に増大することができる。

好適な態様において、Ｃ字状の断面を有する管路が、ステータコアのスロットの内面に密着する。この管路は、端部がスロットの長手方向端部から突出するプレート型のループ式ヒートパイプを構成する。
好適な態様において、管路の吸熱部は、外部振動源を構成する内燃機関のシリンダブロックに直接又は熱伝導部材を介して接触乃至内蔵される。管路の吸熱部は、シリンダブロックから吸熱する。好適には、吸熱部は急斜面部（ノズル部）と緩斜面部（ディフューザ部）とを有する。
被冷却対象であるシリンダブロックが振動体であるので、ループ式ヒートパイプを振動させる振動装置を省略することができる。更に、シリンダブロックの発熱量は、シリンダブロックの振動振幅が大きい場合、又は、振動周波数が大きい場合に増大する。したがって、シリンダブロックに吸熱部が内蔵されたループ式ヒートパイプの熱伝達量を、シリンダブロックの発熱量に略比例して増加させることができる。

好適な態様において、管路の吸熱部は、低融点の軽金属（たとえばアルミニウム合金）により鋳造されたシリンダブロックのシリンダボアを螺旋状に巻回される。管路の吸熱部は、シリンダブロックよりも強度及び融点が大きい金属材料（たとえば鋼管）により形成される。
シリンダボアを囲んで配置された螺旋巻き状の鋼管からなる吸熱部は、シリンダブロックを強化することができる。したがって、シリンダブロックを小型軽量化することができる。更に、シリンダブロックは流路断面積が大きな冷却水通路を必要としないため、更に小型化されることができる。

好適な態様において、圧電振動素子又は振動モータからなる外部振動源へ印加する駆動電圧の振幅又は周波数の少なくとも一方を制御する制御部をもつ。この制御部は、駆動電圧の振幅又は周波数の少なくとも一方を増大させて放熱量を増大させる。この制御部は、駆動電圧の振幅又は周波数の少なくとも一方を減少させて放熱量を減少させる。その結果、必要な冷却性能に応じて強制振動型ループ式ヒートパイプの熱移動能力を精密に制御することができる。

好適な態様において、プレート状の管路の吸熱部は、ハウジングに固定されて内部において電流が流れる電気装置に密着乃至内蔵される。放熱部は、急斜面部及び前記緩斜面部を内蔵して外部冷却流体に放熱する。外部振動源は、電気装置から所定距離離れて配置されたプレート状の管路の前記放熱部をその厚さ方向へ振動させる。

好適には、電気装置は、ＣＰＵやパワースイッチング回路などの電力半導体回路装置からなる。好適には、電気装置は、バッテリや電気二重層キャパシタなどの蓄電装置からなる。すなわち、外部振動源は、電気装置に固定された吸熱部から離れて配置される放熱部を振動させる。放熱部は、急斜面部及び緩斜面部をもつ。その結果、外部振動源から電気装置への振動力の伝達を低減することができる。更に、管路の放熱部の内面又は外面に形成される境界層が、振動により破壊されるため、放熱部の熱抵抗を大幅に増大することができる。

好適な態様において、吸熱部と放熱部との間のプレート状の管路の中間部は、往き管及び前記戻り管を内蔵する。更に、プレート状の管路の中間部は、厚さ方向へ波形状に曲げられている。放熱部の厚さ方向への振動は、この波形の中間部により良好に吸収される。したがって、管路の破損を防止し、かつ、電気装置の振動を低減することができる。
好適な態様において、プレート状の管路の中間部と吸熱部との境界部は、ハウジングに固定されている。ハウジングに固定された境界部は、放熱部から電気装置への振動伝達を遮断する。

好適な態様において、１つの外部振動源は、平行に配列された複数のプレート型のループ式ヒートパイプの放熱部をその厚さ方向へ振動させる。
好適な態様において、複数のプレート状の流体管路の放熱部は、厚さ方向へ冷却風通路を挟んで配列されて冷却風通路を流れる冷却風により冷却される。

第２発明のループ式ヒートパイプは、管路の所定位置に磁界を貫通させるヨークと、ヨークに巻かれたソレノイドコイルとを有するソレノイドバルブを有する。管路内の液体は、軟磁性粉末を含む。軟磁性粉末としては、ソフトフェライト粉末や軟鉄粉末を採用することができる。界面活性剤を液体に混ぜることにより、軟磁性粉末を分散させることができる。ソレノイドコイルが通電される場合に、ソレノイドバルブは流体内の軟磁性粉末を前記所定位置に集積する。集積した軟鉄粉末は、流体の流れを抑制する。その結果、簡素で信頼性が高いループ式ヒートパイプの流量制御機構を実現することができる。軟磁性粉末は、流体内の熱移動及び流体から流体管路への熱移動を促進する。

実施形態１の管型のループ式ヒートパイプを示す模式断面図である。 実施形態２の管型のループ式ヒートパイプを内蔵する間接熱交換器を示す模式縦断面図である。 図２の間接熱交換器の模式横断面図である。 実施形態３を示す図であり、図４Ａは、プレート型のループ式ヒートパイプを示す模式横断面図、図４Ｂはその側面図である。 実施形態４のプレート型のループ式ヒートパイプを示す模式縦断面図である。 実施形態５のプレート型のループ式ヒートパイプを用いた間接熱交換器を示す模式縦断面図である。 実施形態６のループ状の流体移動経路の配置を示す模式説明図である。 実施形態７のプレート型のループ式ヒートパイプを用いる間接熱交換器を示す模式縦断面図である。 実施形態８の積層式プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す図である。 実施形態９の積層式プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す図である。 実施形態１０の積層式プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す図である。 実施形態１１のドラム状に巻いたプレート型のループ式ヒートパイプを示す模式図である。 実施形態１２のプレート型のループ式ヒートパイプ２１を示す模式平面図である。 実施形態１３のプレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部を示す模式断面図である。 実施形態１４、２０のループ式ヒートパイプ７を示す模式横断面図である。 実施形態１５のループ式ヒートパイプ７を示す模式横断面図である。 実施形態１６のループ式ヒートパイプ内蔵エンジンを示す模式縦断面図である。 実施形態１７のループ式ヒートパイプ内蔵モータを示す模式軸方向断面図である。 実施形態１７のループ式ヒートパイプ内蔵モータのスロット近傍を示す拡大模式部分径方向断面図である。 実施形態１７のループ式ヒートパイプ内蔵モータのコイルエンド近傍を示す拡大模式部分軸方向断面図である。 実施形態１８のループ式ヒートパイプを用いる冷却装置の模式断面図である。 実施形態１９の自励振動型ループ式ヒートパイプの吸熱部を示す模式断面図である。 実施形態２０のループ式ヒートパイプのバルブ設置部分の流体移動方向の断面図である。図２３（Ａ）は、Ａ−Ａ線矢視断面図である。図２３（Ｂ）は、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。図２３（Ｃ）は、ループ式ヒートパイプの長手方向と直角方向の断面図である。

本発明のループ式ヒートパイプの好適な実施形態を以下に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではない。本発明の技術思想を他の公知技術を組み合わせて実現することも可能である。
（実施形態１）
本発明の基本的な技術思想を表す実施形態１が、図１を参照して説明される。図１は、管型のループ式ヒートパイプを示す模式断面図である。１は、両端が接合されたループ管である。ループ管１中の流体は、後述する振動源により振動される。ループ状の流体移動経路１Ａがループ管１内に形成されている。液体がループ管１に密封されている。液体の封入量は、必要に応じて適宜設定される。空気はできるかぎり除去される。ループ管１は、アルミニウム又は銅又はステンレス又はチタンで形成される。大きな蒸発潜熱又は大きな比熱をもつ液体を採用することが好ましい。たとえばエタノール、アンモニア及び炭酸ガス、水又はそれらの混合物が上記液体として採用される。

ループ管１の一端部からなる蒸発部（吸熱部）２の外面は、高温の外部流体（二次流体とも言う）に接触するか、又は高温の固体又は液体に接触する。ループ管１の他端部からなる凝縮部（放熱部）３の外面は、低温の外部流体に曝されるか又は低温の固体又は液体に接触する。
４は、蒸発部２の出口と凝縮部３の入口とを接続する蒸気リッチ管部（往き管）である。５は、凝縮部３の出口と蒸発部２の入口とを接続する液リッチ管部（戻り管）である。管部４及び管部５は隣接して平行に配置されている。管部４及び管部５の長さは、蒸発部２と凝縮部３との間の距離により決定される。蒸発部２、凝縮部３、管部４、５の流路断面積（流路と直角な方向の断面積）は必要に応じて決定される。管部４の流路断面積は、管部５の流路断面積よりも大きくされることができる。流路断面積は、流路方向に対して直角な方向における流路の断面積を意味する。

蒸発部２は、高温二次流体又は発熱体から熱を受け取って液体を蒸発させる。管部４は、蒸発部２で生じた蒸気を含む流体を凝縮部３に流す。凝縮部３は、低温の二次流体や固体に放熱して蒸気を凝縮させる。管部５は、凝縮部３で凝縮しなかった蒸気流を蒸発部２に戻す。凝縮部３で凝縮した水滴は、流体の流れにより蒸発部２へ戻る。

管部４は、３つのノズル部６と３つのディフューザ部７とを交互にもつ。管部５は、３つのノズル部６と３つのディフューザ部７とを交互にもつ。管部４、５に設けられるノズル部６及びディフューザ部７の数は自由である。ノズル部６及びディフューザ部７を蒸発部２又は凝縮部３に設けることも可能である。ノズル部６の流路断面積は、流体流移動方向８へ向けて連続的に減少する。
ディフューザ部７の流路断面積は、流体流移動方向８へ向けて連続的に増大する。ディフューザ部７の流路単位長さ当たりの流路断面積変化率ｋｄは、ノズル部６の流路単位長さ当たりの流路断面積変化率ｋｎよりも小さく設定される。ｋｎはｋｄの数倍とされることが好ましい。ｋｄの減少は、境界層の剥離による渦損失を低減する。ノズル部６の流体移動方向（図１の矢印により示す膨張方向）の流体抵抗は、ノズル部６の逆方向の流体抵抗よりも大幅に小さいので、流体は図１に矢印のように流れる。

蒸発部２及び凝縮部３における金属管と流体との間の熱抵抗は、金属管内表面に接する境界層の厚さに正相関をもつ。高速の蒸気流がループ管１の内面の境界層の厚さを減らすので、ループ管１の熱抵抗が低減される。
ディフューザ部７における流路断面の増加率をｋ、ディフューザ部７の長手方向単位長さをＬ、流路断面の半径をｒとする時、ｋ＝Ｌ／ｒは０．０５〜０．１５とされることが好ましい。その結果、ディフューザ部７の流体損失を減らすことができる。

ループ式ヒートパイプの運転開始時点において、蒸発部２が凝縮液を保持することが重要である。良い方法は、蒸発部２を凝縮部３よりも上方に配置することである。これにより、凝縮液は、運転開始時点において凝縮部３の内表面に確保される。ノズル部６及びディフューザ部７は、銅管やアルミ管の加工により形成されることができる。銅やアルミニウムなどの高熱伝導性金属は軟質であり、塑性変形加工は容易である。ループ管１内の流体を一方向に付勢する方法は、後で説明される。
（変形態様）
並列に設けられた多数の蒸発部２及び凝縮部３が、１つ管部４と１つの管部５との間に配置されることができる。蒸発部２及び凝縮部３は、ノズル部６やディフューザ部７をもつことができる。

（実施形態２）
実施形態２が図２、図３を参照して説明される。図２は、実施形態１で説明した管型のループ式ヒートパイプを内蔵する間接熱交換器を示す模式縦断面図である。図３は、このヒートパイプの模式横断面図である。
この間接熱交換器は、高温流体１１及び低温流体１２が流れる円筒１３をもつ。１４は、高温流体１１と低温流体１２とを分離する隔壁である。ループ管１は、螺旋コイル状に形成されている。ループ管１は、半周ごとに隔壁１４を貫通している。図示省略されたループ管１の両端は、円筒１３の軸方向に配置された戻り管により接続されている。ループ管１は、全体としてループ状に形成されている。ループ管１に板状の金属フィンを設けることが好ましい。この間接熱交換器は、たとえばインタークーラーやＥＧＲクーラーなどに採用することができる。

（実施形態３）
実施形態３が、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明される。図４Ａは、プレート型のループ式ヒートパイプを示す模式横断面図である。図４Ｂは、その側面図である。このヒートパイプの特徴は、図１に示されるヒートパイプを扁平に形成した点にある。
２１は、銅板を５枚積層して周縁部を接合した金属板積層体である。ループ状の流体移動経路２１Ａが、金属板積層体２１の内部に形成されている。ループ状の流体移動経路２１Ａは、蒸発部２２、凝縮部２３、蒸気リッチ管部２４及び液リッチ管部２５をもつ。金属板積層体２１は、大型銅板２８と、斜線で図示される小型銅板２９Ａ、２９Ｂとを交互に積層した後、接合することにより形成されている。ループ状の流体移動経路２１Ａは、小型銅板２９Ａ、２９Ｂを打ち抜いて形成される。ループ状の流体移動経路２１Ａは、その厚さ方向両側の大型銅板２８、２８により密閉されている。大型銅板２８は、小型銅板２９Ａから面方向外側に飛び出すことにより、冷却用のフィン２８Ａを構成している。フィン２８Ａは、外部の二次流体（たとえば空気）に放熱する。

（実施形態４）
実施形態４が図５を参照して説明される。図５はプレート型のループ式ヒートパイプを示す模式縦断面図である。このヒートパイプは、２枚の銅板３１、３２により構成されている。
銅板３１、３２は、ループ状の流体移動経路の厚さ方向半分がプレス成形によりそれぞれ形成された平板からなる。銅板３１は半円筒部３１１と平板部３１２とからなる。銅板３２は半円筒部３２１と平板部３２２とからなる。平板部３１２、３２２は接合されている。半円筒部３１１、３２１は向かい合わせに配置されて円形断面のループ状の流体移動経路を構成している。図５は、ループ状の流体移動経路のうちの蒸気リッチ管部１Ｂと、液リッチ管部１Ｃとを示す。平板部３１２、３２２は、外部の二次流体との伝熱フィンを構成している。図５に示すヒートパイプを厚さ方向Ｔに複数積層して積層構造のヒートパイプとしてもよい。

（実施形態５）
実施形態５が図６を参照して説明される。図６は、間接熱交換器を示す模式縦断面図である。この間接熱交換器は、多数のプレート型のループ式ヒートパイプ１０１の蒸発部１０２を積層することにより作製されている。
間接熱交換器は、二次流体である高温ガスＧを冷却する装置である。間接熱交換器は、角箱形状のケース１００を有する。図６は、ケース１００の前端面から後端面に流れる高温ガスＧの流れ方向と直角な断面を示す。Ｈは水平方向、Ｖは垂直方向である。ケース１００の右端壁からケース１００内に５本のプレート型のループ式ヒートパイプ１０１の蒸発部１０２が互いに所定間隔を隔てて水平に挿入されている。
１０３は、蒸気リッチ管部及び液リッチ管部がそれぞれ形成されたプレートからなる管部である。管部１０３は５枚設けられている。５枚の管部１０３はそれぞれ蒸発部１０２と図略の凝縮部とを接続している。凝縮部（図示せず）は、蒸発部１０２と同様の形状を有している。フィン（スペーサプレート）１０４が、Ｖ方向において互いに隣接する２枚の蒸発部１０２の間のスペースに配置されている。フィン１０４は、山形に折られた金属薄板からなる。
高温ガスＧは、フィン１０４と蒸発部１０２との間のギャップからなる高温ガス通路を流れる。高温ガスの熱は、フィン１０４を通じて、又は、直接に蒸発部１０２に与えられる。蒸発部２に与えられた熱は、蒸発部１０２内の凝縮液を蒸発させる。この熱交換器は、コンパクトで高い熱移動性能をもつ。

（実施形態６）
実施形態６が、図７を参照して説明される。図７は、多数のループ状の流体移動経路１１１をもつ一枚のプレート型のループ式ヒートパイプを示す部分模式図である。各流体移動経路１１１は、互いにプレートの面方向へ隣接している。図７は、４本の流体移動経路１１１を示す。
１１０は、互いに隣接する２つの流体移動経路１１１を隔てる隔壁である。互いに隣接する２つの流体移動経路１１１は、互いに逆方向へ流体を流す。一つの流体移動経路１１１のノズル部は、隣接する流体移動経路１１１のノズル部に隣接している。このヒートパイプは、薄い隔壁により、２つの流体移動経路１１１を分離することができる。したがって、この一つのヒートパイプは、多数の流体移動経路１１１をもつことができる。各流体移動経路１１１は、互いに独立する複数のループを構成することができる。各流体移動経路１１１を順次接続することにより、１つの蛇行状のループ式ヒートパイプを構成することができる。

（実施形態７）
実施形態７が、図８を参照して説明される。図８は、角箱形状のケース１００を有する間接熱交換器を示す模式縦断面図である。この間接熱交換器は、４枚のプレート型のループ式ヒートパイプ１０１をもつ。４枚のヒートパイプ１０１は、Ｖ方向（厚さ方向）において、互いに所定間隔を隔てて積層されている。この間接熱交換器は、高温ガスＧを外気流ＡＩＲにより冷却する。
図８において、高温ガスＧ及び外気流ＡＩＲは、紙面と直角方向へ流れる。Ｈは水平方向である。Ｖは垂直方向である。４枚のプレート型のループ式ヒートパイプ１０１は、隔壁１０５を貫通して水平に配置されている。蒸発部１０２は、隔壁１０５の左側の高温ガス通路に配置されている。凝縮部１０４は、隔壁１０５の右側の外気室に配置されている。１０４は、山形に折られた金属薄板からなるフィン（スペーサ）である。この熱交換器は、圧力が異なる高温ガスと外気流との間の熱交換を良好に行う。

（実施形態８）
実施形態８が図９を参照して説明される。図９は、積層されたプレート型のループ式ヒートパイプをもつ半導体素子冷却装置を示す。２００は、半導体モジュールであるが、半導体チップでもよい。
２０１は、ボルト状のヒートシンクである。ヒートシンク２０１は、径大な頭部２０２と、頭部２０２からまっすぐに延びる棒部２０３とからなる。半導体モジュール２００は、頭部２０２の先端面に固定されている。１０４は４枚のヒートパイプである。ヒートパイプ１０４の中央部は、棒部２０３が貫通する貫通孔をもつ。
２０４は、リング状の金属スペーサである。棒部２０３は、ヒートパイプ１０４及び金属スペーサ２０４を交互に貫通している。ナット２０５は、ヒートパイプ１０４及び金属スペーサ２０４を頭部２０２へ押しつけた状態にて棒部２０３に嵌められている。半導体モジュール２００の熱は、ボルト状のヒートシンク２０１又は金属スペーサ２０４を通じて各ループ式ヒートパイプ１０４に良好に伝達される。
各ヒートパイプ１０４の周辺部は、ヒートパイプ１０４と平行に流れる冷却空気流により冷却される。互いに隣り合う２枚のヒートパイプの間に山形に折られた冷却フィンを設けることができる。半導体モジュール２００は、ＣＰＵ、ＬＥＤ、レーザー素子、パワートランジスタ及びパワーダイオードを内蔵する。ボルト状のヒートシンク２０１は、ヒートパイプを内蔵することができる。

（実施形態９）
実施形態９が図１０を参照して説明される。図１０は、図９と類似する積層プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す。ただし、図９に示される金属スペーサ２０４は省略される。各ヒートパイプ１０４は、各ヒートパイプ１０４の間の冷却空気流の通路を確保するために、曲げられている。ヒートパイプ１０４は、波状に曲げられることができる。各ヒートパイプ１０４は、互いに異なる位置で曲げられることができる。
この実施例の冷却装置は、図９に示される金属スペーサ２０４を用いることなく、ヒートパイプ１０４間の冷却空気通路を確保することができる。この冷却装置は短いヒートシンク２０１の棒部２０３をもつので、最も外側のヒートパイプ１０４の放熱が良好となる。

（実施形態１０）
実施形態１０が図１１を参照して説明される。図１１は、積層プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す。２００は半導体モジュールであるが、半導体チップでもよい。３００は厚板状のヒートシンクである。一枚のヒートパイプが、ヒートシンク３００の裏側に接合されている。
このヒートパイプは、厚さ方向に延在する縦板部３０１と、ヒートシンク３００の裏側に接合された横板部３０２とを交互に有している。
縦板部３０１は、横板部３０２に対して直角に曲げられている。各縦板部３０１は、横板部３０２の幅に等しいギャップを隔てて平行に配置される。冷却空気流が、このギャップ内において縦板部３０１に対して平行に流れている。
各縦板部３０１の長さはＬである。縦板部３０１の長さ方向の一端は、横板部３０２を通じてヒートシンク３００から熱を受け取る。
受け取った熱は、各縦板部３０１を長さ方向へ流れた後、冷却空気流に放熱する。各縦板部３０１は、それぞれループ状の流体移動経路が形成されている。縦板部３０１のうちヒートシンク３００に近い部分は蒸発部をなす。縦板部３０１のうちヒートシンク３００から離れた部分は凝縮部をなす。 この冷却装置は、簡素な構造により小型発熱体を良好に冷却することができる。

（実施形態１１）
実施形態１１が図１２を参照して説明される。図１２は、一枚のプレート型のループ式ヒートパイプを示す。このヒートパイプの両端部は、螺旋状に巻かれた円筒ドラムからなる。冷却空気流ＣＡが、右側の円筒状のドラム内を軸方向に貫通する。
高温のガス流れが、左側の円筒状のドラム内を軸方向に貫通する。左側の円筒状のドラムが高温のガス流から得た熱は、蒸気リッチ管部を通じて右側の円筒状のドラムに伝達される。右側の円筒状のドラムは、冷却空気流ＣＡにより冷却される。右側の円筒状のドラムにより冷却された流体は、液リッチ管部を通じて左側の円筒状のドラムに戻る。吸熱部（蒸発部）及び放熱部（凝縮部）が円筒状のドラム形状をもつので、円筒パイプ内への収容が容易となる。

（実施形態１２）
実施形態１２が図１３を参照して説明される。図１３は、プレート状に形成されたループ式ヒートパイプ２１を示す。このヒートパイプ２１は、重ね合わせた３枚の金属プレート２０の周縁部を接合して構成されている。中央の金属プレート２０は、２個のループ状の流体移動経路２２、２３をもつ。流体移動経路２２、２３は、多重リング状に形成されている。このヒートパイプ２１は、更に多くの流体移動経路をもつことができる。
（実施形態１３）
実施形態１３は図１４を参照して説明される。図１４は、一枚のプレート型のループ式ヒートパイプ４００の蒸発部の断面図である。ヒートパイプ４００は、２枚の金属プレート４０１、４０２の周縁部を接合して形成されている。山形に折られた金属シート４０３が２枚の金属プレート４０１、４０２の間に収容されている。金属シート４０３の平坦な表面は、蒸気流の流れと平行に設定されている。金属シート４０３は、毛細管現象により凝縮液を保持することができる金属ファイバーからなる不織布により構成されている。不織布の表面は親水性をもつ。

（実施形態１４）
実施形態１４が図１５を参照して説明される。図１５は、一枚のプレート型のループ式ヒートパイプ２１を示す。このヒートパイプ２１は、周縁部が接合された２枚の金属プレートからなる。
ノズル部６及びディフューザ部７を含むループ状の流体移動経路（管部）２１Ａが、２枚の金属プレートのプレス成形により形成されている。すなわち、２枚の金属プレートに形成されたループ状の凹部を重ねることにより、ノズル部６及びディフューザ部７を含むループ状の流体移動経路２１Ａが形成されている。ノズル部６及びディフューザ部７は、ループ状の管部の長手方向に交互に形成されている。
ヒートパイプ２１は、図略の外部振動源により強制的に振動させられる。振動方向は、流体移動経路２１Ａの長手方向と直角方向、かつ、ヒートパイプ２１の厚さ方向と直角方向である。すなわち、ヒートパイプ２１は、長板状のループ式ヒートパイプ２１の幅方向へ振動される。

振動周波数は、騒音低減のために超音波周波数とされることが好ましい。外部振動源は、振動モータや超音波振動子などの振動機器とされることができる。放熱すべき機器が振動する場合、この放熱すべき機器を外部振動震動源として採用することができる。
ヒートパイプ２１のノズル部６は、ヒートパイプ２１の長手方向に対して傾斜する管内壁（急斜面部）６０をもつ。ディフューザ部７は、ヒートパイプ２１の長手方向に対して傾斜する管内壁（緩斜面部）７０をもつ。急斜面部は、緩斜面部よりも大きな斜角をもつ。
ノズル部６の急斜面部６０及びディフューザ部７の緩斜面部７０は、ヒートパイプ２１の幅方向（Ｘ方向）への振動により、幅方向に往復する。図１５の点線は、急斜面部６０及び緩斜面部７０の変位状態を示す。緩斜面部７０及び急斜面部６０が矢印（図１５参照）の方向へ変位することにより、急斜面部６０及び緩斜面部７０に接する流体が付勢される。
その結果、ディフューザ部７内の流体Ａは図１５の右へ付勢される。ノズル部６内の流体Ｂは左へ付勢される。
ディフューザ部７に隣接する流体Ａの質量は、ノズル部６に隣接する流体Ｂの質量より大きいため、ループ状の流体移動経路２１Ａ内の流体は、全体として右方向へ付勢される。これは、急斜面部６０がＸ方向へ延在していると考えると理解が容易となる。この場合には、流体は左側へ付勢されない。液体成分が多い気液２相流又は液体流が、流体として採用されることが好ましい。この実施形態の強制振動型ヒートパイプは、ヒートパイプの幅方向の強制振動を利用するので、幅方向振動型ヒートパイプと呼ばれる。ヒートパイプ２１はプレート型でなくてもよい。

（実施形態１５）
実施形態１５が図１６を参照して説明される。図１６は、強制振動されるプレート型のループ式ヒートパイプを示す。図１６のヒートパイプの構造は、図１５に示されるヒートパイプ２１と同じである。ただし、図略の外部振動源は、ヒートパイプ２１をその長手方向Ｙへ強制振動させる。
（ａ）は、ヒートパイプ２１が右側へ振動させられた状態を示す。これは、ヒートパイプ２１が静止し、かつ、流体が左側へ移動する場合に等しい。その結果、ノズル部６はディフューザとなり、ディフューザ部７はノズルとなる。ディフューザとして動作するノズル部６が急斜面部６０をもつので、その流体抵抗は大きい。結局、流体の左方向移動速度は小さい。
（ｂ）は、ヒートパイプ２１を左側へ振動させる状態を示す。これは、ヒートパイプ２１が静止し、かつ、流体が右側へ移動する場合に等しい。
その結果、ノズル部６はノズルとなり、ディフューザ部７はディフューザとなる。ディフューザとして動作するディフューザ部７は緩斜面部７０をもつのでその流体損失は小さくなる。ノズル部６は急斜面部６０をもつが、その流体損失は非常に小さい。結局、流体の右方向移動速度は大きい。

（ｃ）は、ヒートパイプをＹ方向へ高速振動させる状態を示す。つまり、（ａ）の動作と（ｂ）の動作とが交互に実施される。（ｂ）の動作期間に流体は強力に右方向へ移動するため、流体の慣性により、流体は、（ａ）の動作期間に右方向へ移動する。
この実施形態の強制振動型ヒートパイプは、ヒートパイプの長手方向の強制振動を利用するので、長手方向振動型ヒートパイプと呼ばれる。液体成分が多い気液２相流又は液体流が、流体として採用されることが好ましい。ヒートパイプ２１はプレート型でなくてもよい。
（変形態様）
上記幅方向強制振動及び長手方向強制振動は、実施例１〜１３に適用されることができる。上記幅方向強制振動及び長手方向強制振動を同時にヒートパイプ２１に与えることも可能である。

（実施形態１６）
実施形態１６が、図１７を参照して説明される。図１７は、エンジン６００の模式縦断面図である。６０１はシリンダブロックである。６０２はシリンダヘッドである。６０３はピストンである。６０４はループ式ヒートパイプの蒸発部（吸熱部）である。６０５は蒸気リッチ管部（往き管）である。６０６は凝縮部（放熱部）である。６０７は液リッチ管部（戻り管）である。このループ式ヒートパイプは、既述した強制振動型ループ式ヒートパイプである。図１５、図１６に示される急斜面部６０及び緩斜面部７０は、螺旋巻きされた蒸発部６０４に設けられる。シリンダブロック６０１の振動は、急斜面部６０及び緩斜面部７０に良好に伝達される。
鋼管又は銅管により形成されてた蒸発部６０４は、コイル状に形成されている。蒸発部６０４は、アルミ合金製のシリンダブロック６０１に埋設されている。蒸発部６０４は、シリンダボアを囲んでいる。凝縮部６０６は、いわゆるラジエータとして車両走行風ＷＩＮＤが当たる部位に配置されている。コイル状の蒸発部６０４がシリンダボアに近接して配置されているので、シリンダボアの内面は、蒸発部６０４により良好に冷却される。シリンダボア内の爆発力は、シリンダブロック６０１を径方向外側へ付勢する。シリンダボアを囲むコイル状の蒸発部６０４がこの爆発力を受け止めるので、シリンダブロック６０１の強度が増大する。その結果、シリンダブロック６０１の体積及び重量を低減することができる。

従来の水冷エンジンは、シリンダボアの近傍に大きい冷却水孔をもつ。この冷却水孔は、シリンダブロック６０１の強度を低下させる。この問題は、この実施例のコイル状の蒸発部６０４により解決される。たとえば、この実施例のシリンダブロックは、大きな爆発力を発生するディーゼルエンジンのシリンダブロック６０１の体積及び重量を低減することができる。更に、エンジンルームの小型化や燃費の向上が可能となり、冷却水ポンプの省略も可能となる。

この実施例の強制振動型ヒートパイプの動作が以下に説明される。
シリンダボア内の燃焼（爆発）により、シリンダブロック６０１は強く振動される。振動するシリンダブロック６０１は、ループ式ヒートパイプの蒸発部６０４をその長手方向又は幅方向へ強く振動させる。冷却対象であるシリンダブロック６０１が、強制振動型ループ式ヒートパイプの蒸発部を振動させるための外部振動源を構成する。つまり、このループ式ヒートパイプは、実施例１４又は実施例１５で説明した幅方向振動型ループ式ヒートパイプ又は長手方向振動型ループ式ヒートパイプの原理により内部の気液２相流又は液体流を一方向へ移動させる。
このヒートパイプは、独立の外部振動源を必要としないため、コストダウンが可能となる。一般的に、シリンダブロックの冷却必要性は、エンジンが高速回転する場合、及び、その爆発力が大きい場合に増大する。エンジンが高速回転する場合、及び、その爆発力が大きい場合、このヒートパイプの流体移動量すなわち熱輸送量は増大する。つまり、このヒートパイプは、放熱負荷の増大に応じて自動的に熱移動量を増大することができる。
シリンダブロックは、上記ヒートパイプの他に、従来の冷却水通水孔をもつこともできる。ヒートパイプは小型であるので、その凝縮部（放熱部）は車体に容易に密着させることができる。その結果、エンジンの熱を車体を通じて放熱することもできる。

（実施形態１７）
実施形態１７が、図１８を参照して説明される。図１８はモータの軸方向断面図である。７００はインナーロータ型モータのフレーム（金属支持部材）である。７０１はステータコアである。７０２はステータコイルである。７０３はロータである。７０４は回転軸である。７０５は軸受けである。
７１０は既述した強制振動型のループ式ヒートパイプである。ヒートパイプ７１０は、プレート型のヒートパイプである。７１１は蒸発部（吸熱部）である。７１２は凝縮部（放熱部）である。７１３は蒸気リッチ管部（往き管）及び液リッチ管部（戻り管）である。ヒートパイプ７１０は、２枚の金属プレートの周縁部を接合して形成される。ループ状の流体移動経路が２枚の金属プレートの間に形成される。たとえば水である所定量の流体が流体移動経路に封入されている。強制振動型のヒートパイプの構造や動作については既述した実施形態１４、１５と同じである。

ヒートパイプ７１０は、インナーロータ型モータのステータコア７０１のスロットを軸方向に貫通している。ヒートパイプ７１０の蒸発部７１１の一主面は、径方向最外側に位置するスロット底面に密着している。ヒートパイプ７１０の両端部は、スロットから飛び出した後、径方向外側へ曲げられている。この曲げは、ヒートパイプ７１０の厚さ方向であるため、比較的容易である。
更に曲げられたヒートパイプ７１０の両端部は、フレーム７００の内周面に密着している。この両端部は、凝縮部７１２を構成している。良熱伝導性材料が、凝縮部７１２とフレーム７００の内周面との間に配置される。フレーム７００の内周面は、プレート型の凝縮部７１２との密着のために平坦に形成されている。プレート型の凝縮部７１２は、フレーム７００の円筒状の内周面に合わせて部分円筒状に形成されることができる。ヒートパイプ７１は、容易に曲げることができる。

このヒートパイプの動作が以下に説明される。ヒートパイプ７１０は、図１５、図１６に示す実施例１４、１５で説明した強制振動型のループ式ヒートパイプである。交流モータのステータコア７０１は、交流磁束の変化により磁歪振動する。振動方向は、主として径方向又は周方向である。すなわち、冷却されるべきステータコア７０１が、この強制振動型のヒートパイプの蒸発部７１１を振動させる外部振動源を兼ねる。
蒸発部７１１は、既述した急斜面部（ノズル部）及び緩斜面部（ディフューザ部）をもつ。外部振動装置を必要としないので、コストダウンを実現することができる。交流モータのステータコア７０１の鉄損は高速回転時に増大する。この高速回転時に、ステータコア７０１の振動が増大するため、ループ式ヒートパイプ７１０の熱移動量も自動的に増大する。

ヒートパイプ７１０の更なる詳細構造が図１９を参照して説明される。図１９は、ステータコアのスロット部分を図示する模式径方向断面図である。プレート型のループ式ヒートパイプ７１０の蒸発部７１１は、Ｃ字状の断面をもつ。蒸発部７１１は、スロットＳに面するステータコア７０１のほぼ全表面を覆っている。
蒸発部７１１の底面部７１１Ａは、スロットＳの底面を覆う。蒸発部７１１の側面部７１１Ｂ、７１１Ｃは、ティースの側面を覆う。蒸発部７１１の先端部７１１Ｄ、７１１Ｅは、スロットＳの開口を狭めるティースの鍔部に密着する。ヒートパイプ７１０は、たとえば１〜２ｍｍの厚さをもつ。電気絶縁層が、蒸発部７１１の外表面に形成されている。ヒートパイプ７１０は、ステータコイル７０２を保護するインシュレータシートを兼ねる。

図２０は、ステータコイル７０２のコイルエンド近傍を示す模式軸方向部分断面図である。ヒートパイプ７１０の蒸気リッチ管部（往き管）及び液リッチ管部（戻り管）７１３は、ステータコア７０１の端面に密着しつつ径方向外側へ延在する。ヒートパイプ７１０は、フレーム７００の孔７１４を貫通してフレーム７００の外側に延長されている。
ヒートパイプ７１０は、フレーム７００の外周面に固定された凝縮部（図示せず）に達している。ヒートパイプ７１０の凝縮部は、フレーム７００の外面に密着している。ヒートパイプ７１０の凝縮部は、外気流又は冷却液体又はフレーム７００により良好に冷却される。フレーム７００は、ステータコア７０１により振動される。ヒートパイプ７１０の全体は、ステータコア７０１及びフレーム７００により強く強制振動される。その結果、ヒートパイプ７１０の流体輸送能力が向上する。

（実施形態１８）
実施形態１８が、図２１を参照して説明される。図２１は、電気装置８を冷却する冷却装置９をループ式ヒートパイプの厚さ方向に切断した状態を示す模式断面図である。
電気装置８は、自動車用の３相インバータ装置である。電気装置８は、６つのパワースイッチングモジュール板８１〜８６を図略のバスバーにより接続することにより構成されている。モジュール板８１〜８６は、両面電極型のカードモジュールである。このカードモジュールは、パワーＭＯＳトランジスタを挟んで平行に配置された２枚の電極板兼用の放熱板を有する。
２枚の放熱板は、カードモジュールの２つの主面に露出している。６つのパワースイッチングモジュール板８１〜８６は、Ｕ相上アーム板、Ｕ相下アーム板、Ｖ相上アーム板、Ｖ相下アーム板、Ｗ相上アーム板、及びＷ相下アーム板からなる。８０は電気装置８を収容するハウジングである。ハウジング８０は、ハッチングされていない。ハッチングされている８７は、ハウジング８０の開口を塞ぐ６つのスペーサである。スペーサ８７は、パワースイッチングモジュール板８１〜８６の厚さ方向に積層されている。

冷却装置９は、７枚のプレート型のループ式ヒートパイプ９１〜９７と、圧電振動装置９Ａとをもつ。圧電振動装置９Ａは、これらループ式ヒートパイプ９１〜９７をその厚さ方向へ超音波振動させる。９８は、パワースイッチングモジュール板８１〜８６の厚さ方向に積層されている６つのスペーサである。６つのスペーサ９８は、ハッチングされている。ループ式ヒートパイプ９１〜９７は、太線状に略示されている。ハウジング８０は、右方向が開口したボックスである。積層されたパワースイッチングモジュール板８１〜８６が、ハウジング８０に収容されている。

７つのヒートパイプ９１〜９７の各内端部９９Ａと６つのパワースイッチングモジュール板８１〜８６とは交互に積層されている。
ヒートパイプ９１〜９７及びモジュール板８１〜８６は、ハウジング８０の上板８０Ａと下板８０Ｂとの間に圧入されている。７つのプレート状のループ式ヒートパイプ９１〜９７の内端部９９Ａは、６つのスペーサ８７の間と、上板８０Ａとスペーサ８７との間と、スペーサ８７と下板８０Ｂとの間とを通じて右側に延長されている。上板８０Ａ及びスペーサ８７と下板８０Ｂとループ式ヒートパイプ９１〜９７とは接着されている。

ハウジング８０から出たヒートパイプ９１〜９７は、中間部９９Ｂと、外端部９９Ｃとをもつ。７つの中間部９９Ｂは、厚さ方向に波形に曲がっている。７つの外端部９９Ｃは、中間部９０から更に右側に延長されている。７つの内端部９９Ａは、流体管路の吸熱部をそれぞれ内蔵する。７つの外端部９９Ｃは、流体管路の放熱部をそれぞれ内蔵する。７つの中間部９９Ｂは、それぞれ往き管と戻り管とを内蔵する。
各吸熱部、往き管、放熱部及び戻り管は、既述したヒートパイプにより構成されている。ヒートパイプ９１〜９７の外端部９９Ｃに内蔵された流体管路の放熱部は、既述した緩斜面部（ディフューザ部）と急斜面部（ノズル部）とのペアを少なくとも１つ有している。ヒートパイプ９１〜９７と６つのスペーサ９８とは交互に積層されている。 ヒートパイプ９１〜９７と６つのスペーサ９８とは接着されている。ヒートパイプ９７の外端部９９Ｃの下面は、圧電振動装置９Ａに接着されている。圧電振動装置９Ａの下面は、図略のハウジング８０に固定されている。

ヒートパイプ９１〜９７の中間部９９Ｂ及び外端部９９Ｃは、スペーサ８７、９８により隔てられている。図略のファンが、中間部９９Ｂ及び外端部９９Ｃと平行方向に冷却風を流している。この冷却装置９の動作が以下に説明される。コントローラ（制御部）９Ｂは、圧電振動装置９Ａを振動させる。圧電振動装置９Ａは、ヒートパイプ９１〜９７の各外端部９９Ｃ及びスペーサ９８は上下に振動させる。その結果、外端部９９Ｃ内のディフューザ部及びノズル部内の液体は一方向へ流れる。液体は、中間部９９Ｂを経てハウジング８０の内部の内端部９９Ａ内の吸熱部を循環する。波状に形成された中間部９９Ｂは振動を吸収する。更に、ハウジング８０に固定されたスペーサ８７も、中間部９９Ｂから内端部９９Ａへの振動伝達を防止する。

（変形態様）
コントローラ（制御部）９Ｂは、モジュール板８１〜８６の電流に応じて圧電振動装置９Ａの振動数又は振幅を制御する。従って、モジュール板８１〜８６の発熱量が小さい時、圧電振動装置９Ａの消費電力が節約される。モジュール板８１〜８６は、三相インバータ以外のパワー半導体に置換されることができる。モジュール板８１〜８６は、バッテリ又は電気二重層キャパシタ又は燃料電池のセルに置換されることができる。
ヒートパイプ９１〜９７は、これらセルを収容する電池ケースに密着して使用されることができる。この電池ケースは、ループ式ヒートパイプ９１〜９７を内蔵することができる。ループ式ヒートパイプ９１〜９７は、電池のセル内の電極板を構成することができる。

（実施形態１９）
実施形態１９が図２２を参照して説明される。この実施形態は、自励振動型のループ式ヒートパイプにより構成されている。図２２は、このヒートパイプ２１の蒸発部を示す。このヒートパイプ２１の蒸発部は、ノズル部６の急斜面部６０及びディフューザ部７の緩斜面部７０をもつ。ノズル部６及びディフューザ部７内の水は、加熱されて局部的に沸騰する。
図２２は、１つの核沸騰が沸騰点Ｂで生じている状態を示す。圧力波は、沸騰点Ｂから球状に伝播する。圧力波は、流体管路の管壁面である急斜面部６０及び緩斜面部７０で反射するので、複雑な圧力変化がノズル部６及びディフューザ部７内の液体に与えられる。急斜面部６０と緩斜面部７０との形状の違いにより、流体管路の一方向への圧力波が他方向のそれよりも強くなる。その結果、流体は流体管路の一方向へ付勢される。
たとえば沸騰点Ｂで発生した圧力波は、急斜面部６０の反射などにより、内部の液体を図２２の右方向へ付勢する。放熱部において気液２相流中に局所的な凝縮が生じる場合にも、圧力波が流体管路内に発生する。その結果、内部の気液２相流中は一方向へ付勢される。つまり、急斜面部６０及び緩斜面部７０をもつ流体管路は、その長手方向一方側と他方側とで異なる流体抵抗をもつので、局所沸騰又は局所凝縮により生じた圧力波は、流体管路内の液体を流体管路の長手方向一方側へ付勢する。
内部液体の核沸騰により内部の液体を駆動する自励振動型ループ式ヒートパイプは従来公知ではある。しかし、急斜面部６０（ノズル部６）及び緩斜面部７０（ディフューザ部７）を用いることにより、各沸騰エネルギーを液体駆動エネルギーに変換することは従来知られていない。

（実施形態２０）
実施形態２０が図２３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明される。図２３（Ａ）は、Ａ−Ａ線矢視断面図である。図２３（Ｂ）は、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。図２３（Ｃ）は、ループ式ヒートパイプの長手方向と直角方向の断面図である。この実施形態は、既述した強制振動型又は自励振動型のループ式ヒートパイプが、流量調整用のバルブ８００をもつ点をその特徴としている。
バルブ８００は、公知の従来のループ式ヒートパイプに設けられることができる。１は、プレート型のループ管である。１Ａは、ループ管１内に形成されたループ状の流体移動経路１Ａである。液体がループ管１に密封されている。たとえば、液体は水である。鉄粉からなる軟鉄粉末が液体に混入されている。液体に界面活性剤を混入してもよい。ループ管１はアルミニウムや銅やステンレスやチタンなどの非磁性の金属管により構成されている。ループ管１は、既述した蒸発部２、凝縮部３、管部４、管部５を構成している。

バルブ８００は、ループ管１の外側に設けられた電磁弁である。バルブ８００は、Ｃ字形のヨークと８０１と、ソレノイドコイル８０２とからなる。ヨーク８０１は軟磁性のフェライトにより構成されている。ソレノイドコイル８０２は、ヨーク８０１に巻かれている。ソレノイドコイル８０２への通電により、ヨーク８０１は、非磁性のループ管１を貫通してループ管１内に磁界を形成する。磁界は、直流磁界であることが好ましい。磁界は、ノズル部６の近傍にてプレート型のループ管１の厚さ方向に流れる。
ソレノイドコイル８０２に通電しない場合、軟鉄粉末は液体とともに流れる。ソレノイドコイル８０２に通電すると、軟鉄粉末はヨーク８０２の近傍に集積し、液体の流れを阻害する。ソレノイドコイル８０２の電流の増大とともに軟鉄粉末の集積量は増大し、液体の流れを阻害する。結局、ソレノイドコイル８０２の電流を制御することにより、液体の流量が制御される。その結果、ループ管１の熱移動量が制御される。
たとえば、エンジンが冷たい時にソレノイドコイル８０２の電流を増大することにより、エンジンの温度上昇が実現される。エンジンの温度上昇の後、ソレノイドコイル８０２の電流を遮断することにより液体流量が増大する。ループ式ヒートパイプの熱移動量が増大する。

（変形態様）
ヒートパイプを磁性体で形成するか、又は、ヒートパイプに磁性体を結合することにより、ヒートパイプを電磁振動させることも可能である。すなわち、この磁性体を磁歪振動させれば、ヒートパイプに振動を与えることができる。また、外部からこの磁性体に磁界変化を与えることにより、ヒートパイプを振動させることができる。

Claims (17)

1. 流体が一方向に流れる閉ループ状の管路を有するループ式ヒートパイプにおいて、
   前記管路は、外部に熱を放出する放熱部と、外部から熱を吸収する吸熱部と、前記放熱部から前記吸熱部へ前記流体を流す往き管と、前記吸熱部から前記放熱部へ前記流体を戻す戻り管とを有し、
   前記管路は、流れ方向前方に向けて流路断面積を絞るノズル部を形成する少なくとも１つの急斜面部と、流れ方向前方に向けて流路断面積を増大するディフューザ部を形成する少なくとも１つの緩斜面部とをもち、
   前記ノズル部は、前記ディフューザ部よりも大きな流路断面積の変化率をもち、
   前記ノズル部及び前記ディフューザ部内の前記流体は、振動源により振動されることを特徴とするループ式ヒートパイプ。
2. 前記流体は、蒸気を含む液体流又は液体流からなり、
   前記振動源は、前記管路の外部に配置されて前記管路を通じて前記流体を強制振動させる外部振動源からなる請求項１記載のループ式ヒートパイプ。
3. 前記管路は、前記外部振動源により前記管路の長手方向へ振動される請求項２記載のループ式ヒートパイプ。
4. 前記管路は、前記外部振動源により前記管路の長手方向と直角方向へ振動される請求項２記載のループ式ヒートパイプ。
5. 前記流体は、蒸気を含む液体流からなり、
   前記振動源は、前記吸熱部における前記流体の沸騰により前記流体を自励振動させる請求項１記載のループ式ヒートパイプ。
6. 前記急斜面部及び前記緩斜面部は、少なくとも前記吸熱部に設けられる請求項５記載のループ式ヒートパイプ。
7. 前記管路は、厚さ方向に重ねられる複数枚の金属プレートの内部に形成され、
   前記複数枚の金属プレートの周縁部は、接合され、
   前記流路断面積の変更は、前記金属プレートの幅の変更による前記管路の流路幅の変更によりなされる請求項１記載のループ式ヒートパイプ。
8. プレート状に形成された複数の前記ループ式ヒートパイプの吸熱部を厚さ方向に貫通する金属製の棒部と、前記棒部の一端に固定された底面を有する金属製の台座部と、前記台座部の頂面に固定された半導体素子とを有する請求項１記載のループ式ヒートパイプ。
9. 前記管路の吸熱部は、交流モータのステータコアに直接又は熱伝導部材を介して接触することにより、前記ステータコアから吸熱し、
   前記管路の吸熱部は、磁気振動する前記ステータコアから受け取った振動を内部の流体に伝達する請求項２記載のループ式ヒートパイプ。
10. 前記管路は、Ｃ字状の断面を有し、
    前記管路は、前記ステータコアのスロットの内面に密着し、
    前記管路は、端部が前記スロットの長手方向端部から突出するプレート型のループ式ヒートパイプを構成する請求項９記載のループ式ヒートパイプ。
11. 前記管路の吸熱部は、前記外部振動源を構成する内燃機関のシリンダブロックに直接又は熱伝導部材を介して接触乃至内蔵され、
    前記管路の吸熱部は、前記シリンダブロックから吸熱する請求項２記載のループ式ヒートパイプ。
12. 前記管路の吸熱部は、低融点の軽金属により鋳造されたシリンダブロックのシリンダボアを螺旋状に巻回され、
    前記管路の吸熱部は、前記シリンダブロックよりも強度及び融点が大きい金属材料により形成される請求項１１記載のループ式ヒートパイプ。
13. 圧電振動素子又は振動モータからなる前記外部振動源へ印加する駆動電圧の振幅又は周波数の少なくとも一方を制御する制御部をもち、
    前記制御部は、駆動電圧の振幅又は周波数の少なくとも一方を増大させて放熱量を増大させ、
    前記制御部は、駆動電圧の振幅又は周波数の少なくとも一方を減少させて放熱量を減少させる請求項４記載のループ式ヒートパイプ。
14. プレート状の前記管路の前記吸熱部は、ハウジングに固定されて内部において電流が流れる電気装置に密着乃至内蔵され、
    前記放熱部は、前記急斜面部及び前記緩斜面部を内蔵して外部冷却流体に放熱し、
    前記外部振動源は、前記電気装置から所定距離離れて配置された前記プレート状の管路の前記放熱部をその厚さ方向へ振動させる請求項２記載のループ式ヒートパイプ。
15. 前記プレート状の管路の中間部は、前記吸熱部と前記放熱部との間に配置されて前記往き管及び前記戻り管を内蔵し、
    前記プレート状の管路の中間部は、厚さ方向へ波形状に曲げられている請求項１４記載のループ式ヒートパイプ。
16. 前記プレート状の管路の前記中間部と前記吸熱部との境界部は、前記ハウジングに固定される請求項１４記載のループ式ヒートパイプ。
17. 流体が一方向に流れる閉ループ状の管路を有するループ式ヒートパイプにおいて、
    前記管路は、外部に熱を放出する放熱部と、外部から熱を吸収する吸熱部と、前記放熱部から前記吸熱部へ前記流体を流す往き管と、前記吸熱部から前記放熱部へ前記流体を戻す戻り管とを有し、
    前記管路の所定位置に磁界を貫通させるヨークと、前記ヨークに巻かれたソレノイドコイルとを有するソレノイドバルブを有し、
    前記流体は、軟磁性粉末を含み、
    前記ソレノイドバルブは、前記ソレノイドコイルの通電により、前記流体内の軟磁性粉末を前記所定位置に集積し、
    前記集積した軟鉄粉末は、前記流体の流れを抑制することを特徴とするループ式ヒートパイプ。

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