JP2019007725A - ループ型ヒートパイプ、冷却装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性ウィックが劣化やクリープにより多少の塑性変形を生じたとしても、弾性ウィックと蒸発部の壁部との密着性を確保できる。【解決手段】外部から熱を壁部２ａで吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部２と、前記蒸発部から導かれた気相の作動流体を液相へと凝縮させる凝縮部３と、前記蒸発部の内壁に接触する弾性ウィック６とを備え、前記弾性ウィックの弾性力により該弾性ウィックを前記蒸発部の内壁に当接させたループ型ヒートパイプ１であって、前記蒸発部の内壁に接触する前記弾性ウィックの接触領域を前記蒸発部の内壁に向けて付勢するためのウィック変形部材９を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ループ型ヒートパイプ、冷却装置及び電子機器に関する。

従来、外部から熱を壁部で吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部と、蒸発部から導かれた気相の作動流体を液相へと凝縮させる凝縮部と、蒸発部の壁部に接触する弾性ウィックとを備え、弾性ウィックの弾性力により弾性ウィックを蒸発部の壁部に当接させたループ型ヒートパイプが知られている。

例えば、特許文献１には、中空円筒状の蒸発部の内径よりも大きな径をもつ弾性ウィックを蒸発部の中空部内に圧入して、弾性ウィックの弾性力により弾性ウィックを蒸発部の内壁に当接させたループ型ヒートパイプが開示されている。

ところが、弾性ウィックの弾性力により弾性ウィックを蒸発部の壁部に当接させる構成においては、弾性ウィックの劣化やクリープにより塑性変形が生じ、経時において蒸発部の壁部と弾性ウィックとの密着性が低下するおそれがある。

上述した課題を解決するため、本発明は、外部から熱を壁部で吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部と、前記蒸発部から導かれた気相の作動流体を液相へと凝縮させる凝縮部と、前記蒸発部の内壁に接触する弾性ウィックとを備え、前記弾性ウィックの弾性力により該弾性ウィックを前記蒸発部の内壁に当接させたループ型ヒートパイプであって、前記蒸発部の内壁に対する前記弾性ウィックの当接圧が高まるように該弾性ウィックを変形させるウィック変形部材を有することを特徴とする。

本発明によれば、弾性ウィックが劣化やクリープにより多少の塑性変形を生じたとしても、弾性ウィックと蒸発部の内壁との密着性を確保できる。

実施形態におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。 同ループ型ヒートパイプによる熱の移動の様子を示す説明図である。 同ループ型ヒートパイプにおける蒸発部を、図１における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。 変形例１におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。 変形例２におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。 変形例３におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。 実施形態に係るループ型ヒートパイプを備える電子機器の一例を示す説明図である。 第二の実施形態におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。 第二の実施形態のループ型ヒートパイプにおける蒸発部を、図８における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。 変形例４におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。 変形例４のループ型ヒートパイプにおける蒸発部を、図１０における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。 変形例５におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。 変形例５のループ型ヒートパイプにおける蒸発部を、図１２における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。 変形例６におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。 変形例６のループ型ヒートパイプにおける蒸発部を、図１４における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。

〔第一の実施形態〕
以下、本発明に係るループ型ヒートパイプを、電子機器の冷却装置に適用した一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。
図２は、本実施形態におけるループ型ヒートパイプによる熱の移動の様子を示す説明図である。

本実施形態のループ型ヒートパイプ１は、内部に作動流体が封入されており、外部から熱を壁部で吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部２と、蒸発部２から導かれた気相の作動流体を液相へと凝縮させる凝縮部３と、蒸発部２から凝縮部３へ気相の作動流体を流通させる蒸気管４と、凝縮部３から蒸発部２へ液相の作動流体を流通させる液管５とを備える。本実施形態では、作動流体としてエタノールを用いているが、アンモニア、水、アルコール、アセトン、代替フロン等の他の凝縮性流体を用いてもよい。また、本実施形態のループ型ヒートパイプ１を備えた冷却装置による冷却対象は、蒸発部２と熱交換可能に配置される。

蒸発部２は、銅、銅合金、ステンレス等の熱伝導性の良好な金属で形成された円筒状部材であり、内部にウィック６が収容された受熱部７と、液相の作動流体を貯留するリザーバ部８とで構成されている。受熱部７には蒸気管４の一端部が連結され、リザーバ部８には液管５の一端部が連結されている。また、蒸気管４と液管５のぞれぞれの他端部は凝縮部３に連結されている。

凝縮部３は、外周面にアルミニウム製の薄板状のフィンが多数設けられた偏平型パイプで構成され、その偏平型パイプの内部を作動流体が通ることで、作動流体の熱が偏平型パイプ壁部及びフィンを通じて放出される。複数の偏平型パイプは互いに両端で連結され、一端側に位置する偏平型パイプの一端部は蒸気管４に連結され、他端側に位置する偏平型パイプの一端部は液管５に連結されている。

図３は、本実施形態のループ型ヒートパイプにおける蒸発部を、図１における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。
ウィック６は、多孔質材からなる中空部材であり、蒸気管４側が閉塞され、リザーバ部８側は開放されている。また、ウィック６の外周面には、蒸気管４側の端部からリザーバ部８側の端部の手前までの領域にわたって長手方向に延びる複数のグルーブ（溝）１１が設けられている。図３に示すように、複数のグルーブ１１は、ウィック６の周方向に渡って等間隔に設けられている。グルーブ１１が設けられたウィック部分は、蒸発部２の壁部２ａとの間に空間部が形成される。

ウィック６のグルーブ１１が設けられていない部分の外径は、蒸発部２の筐体あるいは壁部２ａの内径よりも若干大きい寸法に設定されている。このため、蒸発部２内にウィック６が収容された状態では、グルーブ１１が設けられていないウィック６の部分がその復元力により蒸発部２の壁部２ａの内周面（内壁）に対して密着する。このように、ウィック６が蒸発部２の壁部２ａに対して密着していることで、外部の熱が蒸発部２の壁部２ａを通してウィック６に効率良く伝達される。

また、ウィック６は、液相と気相とを分離して気相の作動流体がリザーバ部８に逆流するのを防止する機能も果たす。

また、ウィック６は、多孔質材で構成されているため、リザーバ部８内に貯留される液相の作動流体は毛細管現象によってウィック６内に浸透する。この毛細管現象によってウィック６は液相の作動流体を凝縮部３から蒸発部２へ送るポンプの役割も果たす。また、ウィック６は作動流体を浸透させやすいように作動流体との濡れ性が良好なものが良い。濡れ性はウィック６と作動流体との接触角で測定することができる。接触角が９０°以上であると、作動流体がウィック６に浸透することができないため、接触角は９０°未満である必要がある。

本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１においては、外部からの熱が蒸発部２の壁部２ａを通してウィック６内の液相の作動流体に伝達されると、その熱で作動流体が蒸発して気相に変化する。蒸発して気相に変化した作動流体はグルーブ１１を通って蒸気管４へと送られる。そして、気相の作動流体は蒸気管４を通って凝縮部３へと送られる。凝縮部３においては、扁平型パイプの内部を通過する作動流体の熱がフィンを介して外部に放出されることで、作動流体の温度が低下して凝縮し、気相から液相へと変化する。液相に変化した作動流体は液管５を通って蒸発部２へ移動し、リザーバ部８からウィック６内に毛細管現象によって浸透する。このような作動流体の循環が行われることで、外部の熱を連続して放出することができ、冷却対象が冷却される。

次に、ウィック６について詳しく説明する。
本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１に用いられるウィック６は、弾性を有する弾性ウィックであり、本実施形態では多孔質ゴムにより構成されている。このようにウィック６を多孔質ゴムにより構成することで、多孔質樹脂に比べて高い弾性力が得られるようになる。これにより、上述したように蒸発部２の壁部２ａの内径よりも若干大きい寸法でウィック６を形成することで、蒸発部２内に収容されたウィック６の弾性力（復元力）により、蒸発部２の壁部２ａに対するウィック６の高い密着性が得られる。これにより、蒸発部２の壁部２ａからウィック６への熱伝達効率が高まり、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能が向上する。

また、ウィック６が多孔質ゴムにより構成されていることで、ウィック６の弾性領域が大きくなるため、製造時の寸法誤差などによる局所的な空孔のつぶれを抑制することができる。すなわち、ウィック６が蒸発部２の壁部２ａ内に収容された際にウィック６が圧縮されたとしても、ウィック６の圧縮変形に伴う空孔のつぶれが広い範囲に渡って分散するため、空孔が外周面近傍などの局所的な領域で大きくつぶされるのを抑制できる。これにより、空孔が局所的に大きくつぶされることによる作動流体の流れ阻害が生じにくくなるので、作動流体の円滑な流れを確保することができ、冷却性能をより確実に発揮することができるようになる。

ウィック６に用いられる多孔質ゴムとしては、水発泡シリコーンゴムが挙げられるが、発泡ウレタンゴムなどの他の多孔質ゴムであってもよい。多孔質ゴムは、内部に作動流体を浸透させ、作動流体に対して毛細管力を良好に生じさせるために、連通した複数の空孔が形成されている。

また、本実施形態においては、蒸発部２の壁部２ａに接触するウィック６の外周部（接触領域）を蒸発部２の壁部２ａに向けて付勢するためのウィック変形部材が設けられている。本実施形態のウィック変形部材は、中空部材のウィック６の中空部内に、その中空部の内径よりも大きな外径をもつセラミックス等からなるリング部材９であり、ウィック６それ自体の弾性を利用して蒸発部２の壁部２ａに向けてウィック６の外周部を付勢するものである。すなわち、このようなリング部材９を設けることで、リング部材９によりウィック６の中空部が径方向外方すなわち蒸発部２の壁部２ａに向けて拡がり、これによりウィック６の外周部が径方向外方すなわち蒸発部２の壁部２ａに向けて拡げられる結果、ウィック６の外周部が蒸発部２の壁部２ａに押し付けられる。

このようなリング部材９を設けることで、経時使用によるウィック６の劣化（水発泡シリコーンゴム材料の劣化等）やクリープにより多少の塑性変形が生じても、ウィック６を蒸発部２の壁部２ａに押し付け続けることが可能となる。よって、経時においても、ウィック６と蒸発部２の壁部２ａとの密着を確保でき、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能を維持することができる。

〔変形例１〕
次に、本実施形態のループ型ヒートパイプ１の一変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
図４は、本変形例１におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。
本変形例１のループ型ヒートパイプ１は、図４に示すように、ウィック変形部材としてのリング部材９が複数設けられ、これによりウィック６の外周部（接触領域）にわたってウィック６の外周部が蒸発部２の壁部２ａに向けて付勢されるようにしている。

このようにウィック６の外周部にわたって全体的に蒸発部２の壁部２ａへ付勢されることで、経時使用によるウィック６の劣化やクリープにより多少の塑性変形が生じても、ウィック６の外周部をその全域にわたって蒸発部２の壁部２ａに押し付け続けることができる。よって、経時においても、ウィック６と蒸発部２の壁部２ａとの密着をウィック６の外周部全域にわたって確保でき、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能を維持することができる。

〔変形例２〕
次に、本実施形態のループ型ヒートパイプ１の他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
図５は、本変形例２におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。
上述した変形例１では、中空形状のウィック６の中空軸方向に沿って配置された複数のリング部材９によって、ウィック６の外周部（接触領域）にわたってウィック６の外周部が蒸発部２の壁部２ａに向けて付勢されるようにした。本変形例２では、円筒状メッシュ部材９０のような単一のウィック変形部材によって、ウィック６の外周部（接触領域）にわたってウィック６の外周部が蒸発部２の壁部２ａに向けて付勢されるようにしている。

本変形例２のウィック変形部材は、中空部材であるウィック６の中空部の内径よりも大きな外径をもつステンレス等からなる円筒状メッシュ部材９０であり、主にウィック６それ自体の弾性を利用して蒸発部２の壁部２ａに向けてウィック６の外周部を付勢するものである。すなわち、このような円筒状メッシュ部材９０を設けることで、円筒状メッシュ部材９０によりウィック６の中空部が径方向外方すなわち蒸発部２の壁部２ａに向けて拡がり、これによりウィック６の外周部が径方向外方すなわち蒸発部２の壁部２ａに向けて拡げられる結果、ウィック６の外周部が蒸発部２の壁部２ａに押し付けられる。これにより、経時使用によるウィック６の劣化やクリープにより多少の塑性変形が生じても、上述した変形例１と同様、ウィック６の外周部をその全域にわたって蒸発部２の壁部２ａに押し付け続けることができる。よって、経時においても、ウィック６と蒸発部２の壁部２ａとの密着をウィック６の外周部全域にわたって確保でき、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能を維持することができる。

また、本変形例２の円筒状メッシュ部材９０は、作動流体の移送経路上に配置されていて、円筒状メッシュ部材９０の開口部（通過孔）を作動流体が通過する。この円筒状メッシュ部材９０の開口部の開口率（単位面積当たりに開口部が占める割合）が前記ウィックの空隙率よりも大きくなるように設定されている。例えば、円筒状メッシュ部材９０の開口率は、ウィック６の空隙率（５０％）よりも大きい８０％に設定する。このようにすることで、リザーバ部８内に貯留される液相の作動流体が毛細管現象によってウィック６内に浸透する際における作動流体の流動が円筒状メッシュ部材９０に阻害されない。

また、本変形例２では、蒸発部２の壁部２ａをステンレス製とし、円筒状メッシュ部材９０も、蒸発部２の壁部２ａと同じくステンレス製としている。これにより、円筒状メッシュ部材９０は、イオン化傾向が蒸発部２の壁部２ａと同等の材質で構成され、蒸発部２の壁部２ａと円筒状メッシュ部材９０との間で電位差が生じにくく、腐食が抑制される。なお、イオン化傾向が同等の材質であれば、円筒状メッシュ部材９０と蒸発部２の壁部２ａとは異なる材料であってもよい。

〔変形例３〕
次に、本実施形態のループ型ヒートパイプ１の更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例３」という。）について説明する。
図６は、本変形例３におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。
本変形例３も、上述した変形例２と同様、コイルバネ部材９１のような単一のウィック変形部材によって、ウィック６の外周部（接触領域）にわたってウィック６の外周部が蒸発部２の壁部２ａに向けて付勢されるようにしている。

また、上述した変形例１や変形例２では、ウィック変形部材により主にウィック６それ自体の弾性を利用して蒸発部２の壁部２ａに向けてウィック６の外周部を付勢するものであった。本変形例３は、ウィック変形部材それ自体が弾性を有し、ウィック変形部材の復元力も利用して蒸発部２の壁部２ａに向けてウィック６の外周部を付勢する。

本変形例３のウィック変形部材であるコイルバネ部材９１は、非圧縮、非引張時における直径が、中空部材であるウィック６の中空部の内径よりも大きくなるように設定されている。このようなコイルバネ部材９１を用いることで、コイルバネ部材９１の復元力によってウィック６の中空部が径方向外方すなわち蒸発部２の壁部２ａに向けて拡がり、これによりウィック６の外周部が径方向外方すなわち蒸発部２の壁部２ａに向けて拡げられる結果、ウィック６の外周部が蒸発部２の壁部２ａに押し付けられる。これにより、経時使用によるウィック６の劣化やクリープにより多少の塑性変形が生じても、上述した変形例１や２と同様、ウィック６の外周部をその全域にわたって蒸発部２の壁部２ａに押し付け続けることができる。よって、経時においても、ウィック６と蒸発部２の壁部２ａとの密着をウィック６の外周部全域にわたって確保でき、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能を維持することができる。

また、本変形例３のコイルバネ部材９１は、上述した変形例２と同様、作動流体の移送経路上に配置されていて、コイルバネ部材９１のコイル間の間隙部（通過孔）を作動流体が通過する。このコイルバネ部材９１の間隙部の開口率が前記ウィックの空隙率よりも大きくなるように設定されている。このようにすることで、リザーバ部８内に貯留される液相の作動流体が毛細管現象によってウィック６内に浸透する際における作動流体の流動が円筒状メッシュ部材９０に阻害されない。

また、本変形例３では、蒸発部２の壁部２ａを銅製とし、コイルバネ部材９１も、蒸発部２の壁部２ａと同じく銅製としている。これにより、コイルバネ部材９１は、イオン化傾向が蒸発部２の壁部２ａと同等の材質で構成され、蒸発部２の壁部２ａとコイルバネ部材９１との間で電位差が生じにくく、腐食が抑制される。なお、イオン化傾向が同等の材質であれば、コイルバネ部材９１と蒸発部２の壁部２ａとは異なる材料であってもよい。

図７は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１を備える電子機器の一例を示す説明図である。
図７に示す電子機器は、光学ユニット２１を備えるプロジェクタ２０の例である。なお、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１を適用可能な電子機器は、プロジェクタに限らず、プリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置、パーソナルコンピュータ、サーバ、電子黒板、テレビ、ブルーレイレコーダ、ゲーム機等の種々の電子機器にも適用可能である。

ループ型ヒートパイプ１の蒸発部２（特に受熱部７）は、光学ユニット２１の発熱箇所に対して接触するように配置されている。蒸発部２は、光学ユニット２１の発熱箇所から熱を吸収して冷却対象（光学ユニット２１の発熱箇所、光学ユニット２１あるいはプロジェクタ２０）を冷却する。凝縮部３は、プロジェクタ本体の筐体側面に設けられた排気ファン２２の近傍に配置されている。排気ファン２２が外部に空気を排出することで、凝縮部３の周囲に気流が発生し、当該気流によって凝縮部３が冷却され、凝縮部３における放熱効果が向上する。また、排気ファン２２が設けられた筐体側面とは反対側の側面には、給気口２３が設けられており、給気口２３から吸気された空気がプロジェクタ内を通って排気ファン２２から排出される。

この例では、プロジェクタを冷却する冷却装置として、ループ型ヒートパイプ１と、ループ型ヒートパイプ１の放熱効果を高めるための排気ファン２２とを備えているが、排気ファン２２の代わりに凝縮部３へ空気を送風する送風ファンを設けてもよい。また、ファンを備えず、ループ型ヒートパイプのみを備える冷却装置であってもよい。

また、本実施形態に係るループ型ヒートパイプやこれを備えた冷却装置は、電子機器以外のものにも広く適用可能である。例えば、反応炉を備える化学プラント等を冷却する冷却装置に、本実施形態に係るループ型ヒートパイプや冷却装置を適用してもよい。

〔第二の実施形態〕
図８は、第二の実施形態におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図である。
図８に示す第二の実施形態のループ型ヒートパイプ１は、図１を用いて上述した第一の実施形態のループ型ヒートパイプ１と同様に、内部に作動流体が封入されており、蒸発部２、凝縮部３、蒸気管４及び液管５を備える。
図１に示す第一の実施形態のループ型ヒートパイプ１は、蒸発部２の形状が円筒状であるのに対して、図８に示す第二の実施形態のループ型ヒートパイプ１は、蒸発部２の形状が平板状である点で両者は異なる。蒸発部２の形状、及び、蒸発部２の内部に配置された部材の形状以外は共通であるため、第二の実施形態のループ型ヒートパイプ１について、第一の実施形態のループ型ヒートパイプ１と共通する構成については適宜省略して説明する。

図９は、第二の実施形態のループ型ヒートパイプ１における蒸発部２を、図８における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。
図８及び図９に示すように、第二の実施形態の蒸発部２は、平板状の中空部材であり、内部を移動する作動流体の移動方向（図８中の左右方向、図９中の手前奥方向）の一端側の壁部に蒸気管４が接続され、他端側の壁部に液管５が接続されている。

蒸発部２の作動流体の移動方向に延在する四つの壁部のうちの一つとして、冷却対象に向けて配置される受熱面２ｆを形成する受熱壁部２５を備える。上記四つの壁部のうちの他の三つの壁部として、受熱壁部２５と対向する位置に配置された受熱裏側壁部２７と、受熱壁部２５と受熱裏側壁部２７との幅方向（図９中の左右方向）の両端を接続する二つの側壁部２６とを備える。

第二の実施形態のウィック６は、多孔質材からなる平板状の中空部材であり、蒸気管４側が閉塞され、リザーバ部８側は開放されている。ウィック６における受熱壁部２５の側の面には、蒸気管４側の端部からリザーバ部８側の端部の手前までの領域にわたって作動流体の移動方向に延びる複数のグルーブ（溝）１１が設けられている。図９に示すように、複数のグルーブ１１は、ウィック６の受熱面２ｆ側の面の幅方向（グルーブ１１の延在方向に直行する方向、図９中の左右方向）に等間隔に設けられている。
ウィック６の受熱面２ｆ側の面のグルーブ１１以外の部分は、受熱面２ｆを形成する受熱壁部２５の内壁面に接触し、ウィック６の受熱面２ｆ側の面のグルーブ１１が設けられた部分は、蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面との間に空間部が形成される。
グルーブ１１の配置としては、ウィック６の受熱壁部２５の内壁面に接触する面だけにグルーブ１１を設ける構成に限らず、ウィック６の受熱裏側壁部２７や側壁部２６と接触する面にもグルーブ１１を設ける構成としてもよい。

図９に示す断面におけるウィック６の外形寸法は、蒸発部２の内形寸法よりも若干大きい寸法に設定されている。ここで、ウィック６の外形寸法とは、図９中の上下方向の長さと左右方向の長さであり、蒸発部２の内形寸法とは、受熱壁部２５の内壁面から受熱裏側壁部２７の内壁面までの距離と二つの側壁部２６の内壁面同士の距離である。

このため、蒸発部２内にウィック６が収容された状態では、ウィック６の復元力により、受熱壁部２５、受熱裏側壁部２７及び二つの側壁部２６の各壁部の内壁面に対してウィック６が密着する。このように、ウィック６が蒸発部２の壁部（２５、２６及び２７）に対して密着していることで、外部の熱が蒸発部２の壁部（２５、２６及び２７）を通してウィック６に効率良く伝達される。

ウィック６は、液相と気相とを分離して、気相の作動流体がリザーバ部８に逆流するのを防止する機能も果たす。また、ウィック６は、多孔質材で構成されているため、リザーバ部８内に貯留される液相の作動流体は、作動流体自身の圧力差や毛細管現象によってウィック６内に浸透する。これによってウィック６は液相の作動流体を凝縮部３から蒸発部２へ送るポンプの役割も果たす。

第二の実施形態に係るループ型ヒートパイプ１においては、外部からの熱が蒸発部２の受熱面２ｆから受熱壁部２５を通してウィック６内の液相の作動流体に伝達され、その熱で作動流体が蒸発して気相に変化する。蒸発して気相に変化した作動流体はグルーブ１１を通って蒸気管４へと送られる。

第二の実施形態のウィック６は、第一の実施形態と同様に、多孔質ゴムにより構成されており、多孔質樹脂に比べて高い弾性力が得られるようになる。さらに、上述したように蒸発部２の壁部（２５、２６及び２７）の内形寸法よりも若干大きい外形寸法でウィック６を形成する。これらの構成により、蒸発部２内に収容されたウィック６の弾性力（復元力）により、蒸発部２の壁部（２５、２６及び２７）に対するウィック６の高い密着性が得られる。これにより、蒸発部２の壁部（２５、２６及び２７）からウィック６への熱伝達効率が高まり、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能が向上する。

また、ウィック６が多孔質ゴムにより構成されていることで、ウィック６の弾性領域が大きくなるため、製造時の寸法誤差などによる局所的な空孔のつぶれを抑制することができる。すなわち、ウィック６が蒸発部２の壁部（２５、２６及び２７）内に収容された際にウィック６が圧縮されたとしても、ウィック６の圧縮変形に伴う空孔のつぶれが広い範囲に渡って分散する。このため、空孔が壁部（２５、２６及び２７）と接触する外側表面近傍などの局所的な領域で大きくつぶされるのを抑制できる。これにより、空孔が局所的に大きくつぶされることによる作動流体の流れ阻害が生じにくくなるので、作動流体の円滑な流れを確保することができ、冷却性能をより確実に発揮することができるようになる。
ウィック６に用いられる多孔質ゴムは、第一の実施形態と同様のものを用いることができる。

図８及び図９に示すループ型ヒートパイプ１の蒸発部２の内側に配置されたウィック６は、平板状の中空部材であり、その内側の中空部がウィック変形部材を設置するウィック変形部材設置空間８０となっている。

平板状の蒸発部２は、外壁面に、平面部である受熱面２ｆを備える。
上述した第一の実施形態のように、蒸発部２が円筒状であると、冷却対象に対して、円形の断面の外周における点で接触し、蒸発部２全体では円筒の高さ方向に沿った線状の接触部となるため、接触面積を広く確保することが困難となる。接触面積が狭いと冷却対象から蒸発部２への熱の移動の効率が悪くなり、冷却効率が悪くなる。
これに対して、第二の実施形態の蒸発部２は平面状の受熱面２ｆを備えるため、受熱面２ｆを冷却対象に接触させることで、接触部が面状となり、広い接触面積を確保することが可能となり、冷却効率の向上を図ることができる。

また、光学ユニット２１等の筐体で覆われた装置は、筐体の外壁面に平面を有するものが多い。そして、冷却対象となる装置が外壁面に平面を有する場合、第二の実施形態の受熱面２ｆを冷却対象の外壁面の平面に接触させることにより、広い接触面積を確保することが可能となり、冷却効率の向上を図ることができる。

第二の実施形態では、受熱面２ｆを形成する受熱壁部２５の内壁面に対向するウィック６の表面を、受熱壁部２５に向けて付勢するようにウィック変形部材を配置する。第二の実施形態では、中空状のウィック６の中空部内に、ウィック６における受熱壁部２５の内壁面に接触する部分と、受熱裏側壁部２７の内壁面に接触する部分との内壁同士の距離（図９中の上下方向の距離）よりも長い寸法を有するウィック変形部材を用いる。このようなウィック変形部材により、ウィック６における受熱壁部２５の内壁面に接触する部分と、受熱裏側壁部２７の内壁面に接触する部分との距離が離れるようにウィック６を変形させることができる。これにより、ウィック変形部材がウィック６を挟んで受熱壁部２５の内壁面と、受熱裏側壁部２７の内壁面とに突き当たる状態となり、ウィック６自体の弾性を利用して蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面にウィック６の外側表面を押し付けることができる。

以下に説明する変形例４乃至６のウィック変形部材は、受熱壁部２５から受熱裏側壁部２７に向かう方向（図９中の上下方向）の寸法が、ウィック変形部材設置空間８０を形成する内側壁面同士の距離よりも大きい構成である。これにより、ウィック６の対向する二面（図８及び図９に示すウィック変形部材設置空間８０の上面と下面）の距離が離れるように、ウィック６を変形させ、受熱壁部２５の内壁面にウィック６を押し付ける。

〔変形例４〕
次に、平板状の蒸発部２を有する第二の実施形態のループ型ヒートパイプ１にウィック変形部材を配置した一変形例（以下、本変形例を「変形例４」という。）について説明する。
図１０は、本変形例４におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図であり、図１１は、本変形例４のループ型ヒートパイプ１における蒸発部２を、図１０における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。

本変形例４のループ型ヒートパイプ１は、図１０及び図１１に示すように、ウィック６における受熱壁部２５の側の面を、蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面に向けて付勢するためのウィック変形部材として、セラミック等からなる複数枚の板部材８１を備える。
本変形例４の板部材８１は、ウィック変形部材設置空間８０の受熱壁部２５の側の面から対向する面（受熱裏側壁部２７の側の面）に向かう方向（図１１中の上下方向）の寸法が、ウィック変形部材設置空間８０よりも大きく設定されている。

板部材８１は、ウィック６自体の弾性を利用してウィック６の受熱壁部２５側の面を蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面に向けて付勢するものである。すなわち、このような板部材８１を設けることで、板部材８１によりウィック６の中空部の受熱壁部２５側の内面（図１１中のウィック変形部材設置空間８０の上面）と、この内面に対向する面（図１１中のウィック変形部材設置空間８０の下面）との距離が拡がる。これにより、ウィック６の受熱壁部２５側の面とその裏面（受熱裏側壁部２７側の面）との距離が拡げられる。この結果、ウィック６の受熱壁部２５の側の面が受熱壁部２５の内壁面に押し付けられる。

このような板部材８１を設けることで、経時使用によるウィック６の劣化（水発泡シリコーンゴム材料の劣化等）やクリープにより多少の塑性変形が生じても、ウィック６を蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面に押し付け続けることが可能となる。よって、経時においても、ウィック６と蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面との密着を確保でき、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能を維持することができる。

〔変形例５〕
次に、平板状の蒸発部２を有する第二の実施形態のループ型ヒートパイプ１にウィック変形部材を配置した他の変形例（以下、本変形例を「変形例５」という。）について説明する。
図１２は、本変形例５におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図であり、図１３は、本変形例５のループ型ヒートパイプ１における蒸発部２を、図１２における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。

本変形例５のループ型ヒートパイプ１は、上述した変形例４のループ型ヒートパイプ１とはウィック変形部材の形状が異なるものである。本変形例５のウィック変形部材は、変形例４と同様の複数枚の板部材を、これらの板部材と垂直に配置された板部材で連結した連結板部材８２である。
本変形例５の連結板部材８２は、ウィック６の中空部であるウィック変形部材設置空間８０の受熱壁部２５の側の面から対向する面（受熱裏側壁部２７）に向かう方向（図１３中の上下方向）の寸法が、ウィック変形部材設置空間８０よりも大きい。
本変形例５は、上述した変形例４と同様によって、経時においても、ウィック６と蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面との密着を確保でき、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能を維持することができる。
さらに、本変形例５は、連結板部材８２を構成する板部材であって受熱壁部２５の側から受熱裏側壁部２７の側に延在する複数枚の板部材を、これらに対して垂直に配置された板部材で連結することで、ウィック変形部材を安定的に精度よく配置することができる。

〔変形例６〕
次に、平板状の蒸発部２を有する第二の実施形態のループ型ヒートパイプ１にウィック変形部材を配置した更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例６」という。）について説明する。
図１４は、本変形例６におけるループ型ヒートパイプの構成を示す説明図であり、図１５は、本変形例６のループ型ヒートパイプ１における蒸発部２を、図１４における符号Ａ−Ａで示す断面で切断したときの断面図である。

本変形例６のループ型ヒートパイプ１は、上述した変形例４のループ型ヒートパイプ１とはウィック変形部材の形状と材質が異なるものである。本変形例６のウィック変形部材は、多孔質金属等からなる柱部材８３である。本変形例６の柱部材８３は、ウィック６の中空部であるウィック変形部材設置空間８０の受熱壁部２５の側の面から対向する面（受熱裏側壁部２７）に向かう方向（図１５中の上下方向）の寸法が、ウィック変形部材設置空間８０よりも大きく設定されている。

柱部材８３は、ウィック６自体の弾性を利用してウィック６の受熱壁部２５側の面を蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面に向けて付勢するものである。すなわち、このような柱部材８３を設けることで、柱部材８３によりウィック６の中空部の受熱壁部２５側の内面と、この内面に対向する面との距離が拡がる。これにより、ウィック６の受熱壁部２５側の面とその裏面（受熱裏側壁部２７側の面）との距離が拡げられる。この結果、ウィック６の受熱壁部２５の側の面が受熱壁部２５の内壁面に押し付けられる。

また、ウィック変形部材である柱部材８３が多孔質であることから、ウィック変形部材の空孔中も作動流体が移動することが可能となる。
よって、経時においても、ウィック６と蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面との密着を確保でき、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能を維持することができるのに加えて、作動流体の流動が確保でき、ループ型ヒートパイプ１の動作を安定させることが可能である。

〔変形例７〕
次に、平板状の蒸発部２を有する第二の実施形態のループ型ヒートパイプ１にウィック変形部材を配置した更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例７」という。）について説明する。
本変形例７のループ型ヒートパイプ１は、上述した変形例６のループ型ヒートパイプ１とはウィック変形部材である柱部材８３の材質が異なるものである。本変形例７では、柱部材８３として、ゴム部材を用いる。

本変形例７においては、ウィック６の弾性とウィック変形部材（柱部材８３）の弾性とにより、ウィック６の中空部の受熱壁部２５側の面を蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面に向けて付勢するものである。ゴム部材からなる柱部材８３を設けることで、柱部材８３によりウィック６の中空部の受熱壁部２５側の内面と、この内面に対向する面との距離が拡がる。これにより、ウィック６の受熱壁部２５側の面とその裏面（受熱裏側壁部２７側の面）との距離が拡げられる。この結果、ウィック６の受熱壁部２５の側の面が受熱壁部２５の内壁面に押し付けられる。

本変形例７では、ウィック変形部材（柱部材８３）として、ウィック６よりも弾性率が低い材料を用いることで、ウィック変形部材の変形量がウィック６の変形量よりも大きくなっている。これにより、経時使用によるウィック６の劣化（水発泡シリコーンゴム材料の劣化等）やクリープにより多少の塑性変形が生じても、ウィック変形部材である柱部材８３の変形量により吸収することができる。よって、経時においても、ウィック６と蒸発部２の受熱壁部２５の内壁面との密着を、より安定的に確保でき、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能を維持することができる。

本変形例７では、ゴム部材からなるウィック変形部材（柱部材８３）を多孔質部材にすることも可能である。これにより、上述した効果に加えて、作動流体の流動が確保でき、ループ型ヒートパイプ１の動作の安定性の向上を図ることが可能とある。
本変形例７では、変形例６のウィック変形部材（柱部材８３）としてゴム部材を用いる構成について説明したが、上述した第一の実施形態や変形例１乃至５に記載のウィック変形部材としてゴム部材を用いる構成としてもよい。

第二の実施形態のループ型ヒートパイプ１も図７に示すプロジェクタ２０等の電子機器に適用可能である。また、第二の実施形態に係るループ型ヒートパイプ１やこれを備えた冷却装置は、電子機器以外のものにも広く適用可能である。例えば、反応炉を備える化学プラント等を冷却する冷却装置に、第二の実施形態に係るループ型ヒートパイプや冷却装置を適用してもよい。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
外部から熱を壁部２ａで吸収してエタノール等の作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部２と、前記蒸発部から導かれた気相の作動流体を液相へと凝縮させる凝縮部３と、前記蒸発部の内壁に接触する弾性ウィック（ウィック６）とを備え、前記弾性ウィックの弾性力により該弾性ウィックを前記蒸発部の内壁に当接させたループ型ヒートパイプ１であって、前記蒸発部の内壁に対する前記弾性ウィックの当接圧が高まるように該弾性ウィックを変形させるリング部材９、円筒状メッシュ部材９０、コイルバネ部材９１等のウィック変形部材を有することを特徴とする。
本態様によれば、弾性ウィックが劣化やクリープにより経時で多少の塑性変形を生じたとしても、ウィック変形部材により弾性ウィックを変形した部分の弾性力によって、弾性ウィックを蒸発部の内壁に押し付け続けることが可能となる。これにより、弾性ウィックに塑性変形が生じた後も、弾性ウィックと蒸発部の内壁との密着性を確保でき、蒸発部の壁部から弾性ウィックへの熱伝達効率を維持することができる。その結果、外部からの熱を蒸発部の壁部を通じて弾性ウィックへ伝達する伝達効率を維持でき、作動流体の蒸発効率の低下を抑制し、ループ型ヒートパイプの冷却性能の低下を抑制することができる。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記弾性ウィックは、多孔質ゴムにより構成されていることを特徴とする。
本態様によれば、弾性ウィックが多孔質ゴムにより構成されていることで高い弾性力が得られるようになり、蒸発部の内壁に対する弾性ウィックの密着性を高めやすい。また、弾性ウィックが多孔質ゴムにより構成されていることで、弾性ウィックの弾性領域が大きくなるため、製造時の寸法誤差などによる局所的な空孔のつぶれを抑制することができる。すなわち、弾性ウィックが蒸発部内で圧縮されたとしても、弾性ウィックの圧縮変形に伴う空孔のつぶれが広い範囲にわたって分散され、空孔が局所的な領域で大きくつぶされるのを抑制できる。

（態様Ｃ）
前記態様Ａ又はＢにおいて、前記ウィック変形部材は、前記蒸発部の内壁に対する前記弾性ウィックの当接領域にわたって当接圧が高まるように、該弾性ウィックを変形させることを特徴とする。
これによれば、弾性ウィックに塑性変形が生じた後も、蒸発部の内壁に対する弾性ウィックの当接領域を全体的に蒸発部の内壁へ押し付け続けることができる。

（態様Ｄ）
前記態様Ａ〜Ｃのいずれかの態様において、前記ウィック変形部材は、前記作動流体の移送経路上に配置され、該作動流体を通過させる通過孔を前記弾性ウィックの空隙率よりも大きい開口率となるように備えたもの（円筒状メッシュ部材９０やコイルバネ部材９１等）であることを特徴とする。
これによれば、液相の作動流体が毛細管現象によって弾性ウィック内に浸透する際における作動流体の流動がウィック変形部材に阻害されにくい。

（態様Ｅ）
前記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、前記ウィック変形部材は、前記蒸発部の前記壁部とイオン化傾向が同等の材質で構成されていることを特徴とする。
これによれば、蒸発部の壁部とウィック変形部材との間で電位差が生じにくく、腐食が抑制される。

（態様Ｆ）
前記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、前記蒸発部の外壁には受熱面２ｆ等の平面部が備わっていることを特徴とする。
これによれば、冷却対象に対する蒸発部の接触部について、広い接触面積を確保することが可能となり、冷却効率の向上を図ることができる。

（態様Ｇ）
前記態様Ｆにおいて、板部材８１、連結板部材８２及び柱部材８３等のウィック変形部材は、前記蒸発部における前記平面部の内壁側に対する前記弾性ウィックの当接圧が高まるように、前記弾性ウィックを変形させることを特徴とする。
これによれば、弾性ウィックが劣化やクリープにより経時で多少の塑性変形を生じたとしても、ウィック変形部材により弾性ウィックを変形した部分の弾性力によって、蒸発部における平面部の内壁に弾性ウィックを押し付け続けることが可能となる。これにより、経時においても、蒸発部における平面部の内壁と弾性ウィックとの密着性を確保できる。このため、平面部を形成する壁部を通じて弾性ウィックへ伝達する伝達効率を維持でき、作動流体の蒸発効率の低下を抑制し、ループ型ヒートパイプの冷却性能の低下を抑制することができる。

（態様Ｈ）
態様Ｈにおいて、前記蒸発部は外壁には、前記平面部の反対側に位置する反対側平面部（受熱裏側壁部２７の外壁面等）が備わっており、前記ウィック変形部材は、前記弾性ウィックにおける平面部の内壁に接触する部分と、反対側平面部の内壁に接触する部分との距離が離れるように、弾性ウィックを変形させることを特徴とする。
これによれば、ウィック変形部材が弾性ウィックを挟んで平面部の内壁と反対側平面部の内壁とに突き当たる状態となる。よって、弾性ウィックの反対側平面部の内壁に接触する部分の反力によってウィック変形部材が弾性ウィックの平面部の内壁に接触する部分に向けて付勢され、この付勢によって蒸発部の平面部の内壁に弾性ウィックの外側表面を押し付けることができる。

（態様Ｉ）
前記態様Ｆ〜Ｈのいずれかの態様において、前記蒸発部は、平板型であることを特徴とする。
これによれば、外壁に前記平面部を備える形状を実現できる。また、円柱状の一部を削って平面部を設けた形状に比べて、蒸発部の外壁全体に対する平面部の面積の割合を大きくすることができ、平面部と接触する冷却対象に対する冷却性能の向上を図ることができる。

（態様Ｊ）
前記態様Ａ〜Ｉのいずれかの態様において、前記ウィック変形部材は、多孔質材料からなることを特徴とする。
これによれば、ウィック変形部材の空孔中も作動流体が移動することが可能となり、作動流体の流動が確保でき、ループ型ヒートパイプの動作を安定させることが可能となる。

（態様Ｋ）
前記態様Ａ〜Ｊのいずれかの態様において、前記ウィック変形部材は、弾性材料からなることを特徴とする。
これによれば、ウィック変形部材と弾性ウィックとの弾性力によって、弾性ウィックを蒸発部の内壁に押し付け続けることが可能となる。

（態様Ｌ）
冷却装置において、前記態様Ａ〜Ｋのいずれかの態様に係るループ型ヒートパイプ１を備えることを特徴とする。
これによれば、弾性ウィックに塑性変形が生じ得る経時においても、冷却性能の低下が抑制される冷却装置を実現できる。

（態様Ｍ）
電子機器において、前記態様Ａ〜Ｋのいずれかの態様に係るループ型ヒートパイプを備えることを特徴とする。
これによれば、弾性ウィックに塑性変形が生じ得る経時においても、冷却性能の低下が抑制され、安定した動作が可能な電子機器を実現できる。

１ ループ型ヒートパイプ
２ 蒸発部
２ａ 壁部
２ｆ 受熱面
３ 凝縮部
４ 蒸気管
５ 液管
６ ウィック
７ 受熱部
８ リザーバ部
９ リング部材
１１ グルーブ
２０ プロジェクタ（電子機器）
２１ 光学ユニット
２２ 排気ファン
２３ 給気口
２５ 受熱壁部
２６ 側壁部
２７ 受熱裏側壁部
８０ ウィック変形部材設置空間
８１ 板部材
８２ 連結板部材
８３ 柱部材
９０ 円筒状メッシュ部材
９１ コイルバネ部材

特開２０１１−１９０９９６号公報

Claims (13)

1. 外部から熱を壁部で吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部と、前記蒸発部から導かれた気相の作動流体を液相へと凝縮させる凝縮部と、前記蒸発部の内壁に接触する弾性ウィックとを備え、前記弾性ウィックの弾性力により該弾性ウィックを前記蒸発部の内壁に当接させたループ型ヒートパイプであって、
   前記蒸発部の内壁に対する前記弾性ウィックの当接圧が高まるように該弾性ウィックを変形させるウィック変形部材を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。
2. 請求項１に記載のループ型ヒートパイプにおいて、
   前記弾性ウィックは、多孔質ゴムにより構成されていることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
3. 請求項１又は２に記載のループ型ヒートパイプにおいて、
   前記ウィック変形部材は、前記蒸発部の内壁に対する前記弾性ウィックの当接領域にわたって当接圧が高まるように、該弾性ウィックを変形させることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプにおいて、
   前記ウィック変形部材は、前記作動流体の移送経路上に配置され、該作動流体を通過させる通過孔を前記弾性ウィックの空隙率よりも大きい開口率となるように備えたものであることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
5. 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において、
   前記ウィック変形部材は、前記蒸発部の前記壁部とイオン化傾向が同等の材質で構成されていることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
6. 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において、
   前記蒸発部の外壁には平面部が備わっていることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
7. 請求項６のループ型ヒートパイプにおいて、
   前記ウィック変形部材は、前記蒸発部における前記平面部の内壁側に対する前記弾性ウィックの当接圧が高まるように、前記弾性ウィックを変形させることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
8. 請求項７のループ型ヒートパイプにおいて、
   前記蒸発部は外壁には、前記平面部の反対側に位置する反対側平面部が備わっており、
   前記ウィック変形部材は、前記弾性ウィックにおける前記平面部の内壁に接触する部分と、前記反対側平面部の内壁に接触する部分との距離が離れるように、前記弾性ウィックを変形させることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプにおいて、
   前記蒸発部は、平板型であることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプにおいて、
    前記ウィック変形部材は、多孔質材料からなることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプにおいて、
    前記ウィック変形部材は、弾性材料からなることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプを備えることを特徴とする冷却装置。
13. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプを備えることを特徴とする電子機器。

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