JP2020020566A - ループ型ヒートパイプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度の上昇に伴う熱輸送性能の低下を抑制することができるループ型ヒートパイプを提供する。【解決手段】ループ型ヒートパイプは、第１の流路と、前記第１の流路上の第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路の間に設けられた分割板と、を有し、前記第１の流路は、作動流体を気化させる第１の蒸発器と、前記作動流体を液化する第１の凝縮器と、前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器とを接続する第１の輸送管と、前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器とを接続し、前記第１の輸送管と共に第１のループ状の流路を形成する第２の輸送管と、を含み、前記第２の流路は、前記作動流体を気化させる第２の蒸発器と、前記作動流体を液化する第２の凝縮器と、前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器とを接続する第３の輸送管と、前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器とを接続し、前記第３の輸送管と共に第２のループ状の流路を形成する第４の輸送管と、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、ループ型ヒートパイプ及びその製造方法に関する。

電子機器に搭載されるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱部品を冷却するデバイスとして、ヒートパイプが知られている。ヒートパイプは、作動流体の相変化を利用して熱を輸送するデバイスである。

ヒートパイプの一例として、発熱部品の熱により作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体を冷却して液化する凝縮器とを備え、蒸発器と凝縮器とがループ状の流路を形成する液管と蒸気管で接続されたループ型ヒートパイプが挙げられる。ループ型ヒートパイプでは、作動流体はループ状の流路を一方向に流れる。

また、ループ型ヒートパイプの液管内には、多孔質体が設けられており、多孔質体に生じる毛細管力で液管内の作動流体を蒸発器に誘導し、蒸発器から液管に蒸気が逆流することを抑制している。多孔質体には多数の細孔が形成されている。各細孔は、貫通孔が形成された金属層同士を、貫通孔が部分的に重複するように積層することにより形成される（例えば、特許文献１参照）。

特許第６１４６４８４号公報

しかしながら、従来のループ型ヒートパイプでは、環境温度の上昇に伴って熱輸送性能が低下することがある。

本発明は、環境温度の上昇に伴う熱輸送性能の低下を抑制することができるループ型ヒートパイプ及びその製造方法を提供することを目的とする。

ループ型ヒートパイプの一態様は、第１の流路と、前記第１の流路上の第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路の間に設けられた分割板と、を有し、前記第１の流路は、作動流体を気化させる第１の蒸発器と、前記作動流体を液化する第１の凝縮器と、前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器とを接続する第１の輸送管と、前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器とを接続し、前記第１の輸送管と共に第１のループ状の流路を形成する第２の輸送管と、を含み、前記第２の流路は、前記作動流体を気化させる第２の蒸発器と、前記作動流体を液化する第２の凝縮器と、前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器とを接続する第３の輸送管と、前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器とを接続し、前記第３の輸送管と共に第２のループ状の流路を形成する第４の輸送管と、を含む。

開示の技術によれば、環境温度の上昇に伴う熱輸送性能の低下を抑制することができる。

第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器及びその周囲の断面図である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸気管の構成を例示する断面図である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管の構成を例示する断面図である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層の構成を例示する平面図（その１）である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層の構成を例示する平面図（その２）である。 貫通孔の配置を例示する平面図（その１）である。 貫通孔の配置を例示する平面図（その２）である。 図７Ａ中の２層の金属層を積層したときの各貫通孔の位置を例示する平面図である。 図７Ｂ中の２層の金属層を積層したときの各貫通孔の位置を例示する平面図である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その２）である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その３）である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その４）である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その５）である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その６）である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸気管の構成を例示する断面図である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管の構成を例示する断面図である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層の構成を例示する平面図（その１）である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層の構成を例示する平面図（その２）である。 有底孔の配置を例示する平面図（その１）である。 有底孔の配置を例示する平面図（その２）である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その１）である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その２）である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その３）である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その４）である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その５）である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その６）である。 第２の実施形態の変形例を例示する断面図である。 第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸気管の構成を例示する断面図である。 第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管の構成を例示する断面図である。 第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層の構成を例示する平面図（その１）である。 第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層の構成を例示する平面図（その２）である。 第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。 第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの第１の輸送管の構成を例示する断面図である。 第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの第２の輸送管の構成を例示する断面図である。 第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層の構成を示す平面図（その１）である。 第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層の構成を示す平面図（その２）である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器の構成を例示する断面図である。 第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの凝縮器の構成を例示する断面図である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器の構成を例示する断面図である。 第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの凝縮器の構成を例示する断面図である。 第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの凝縮器の構成を例示する断面図である。 第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器の構成を例示する断面図である。 第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの凝縮器の構成を例示する断面図である。

本発明者は、環境温度の上昇に伴って熱輸送性能が低下する原因を究明すべく鋭意検討を行った。そして、本発明者による詳細な解析の結果、環境温度の上昇に伴って液管内の作動流体が気化しようとし、これに伴って作動流体の流動性が低下し、熱輸送性能が低下することが明らかになった。

例えば、６０ｈＰａの圧力下での水の沸点は約４０℃であるため、作動流体として水が用いられ、ループ型ヒートパイプの内部の圧力が６０ｈＰａまで減圧されている場合、蒸発器は約４０℃の温度で作動し始める。しかし、環境温度がより高温、例えば５０℃以上になると、液管内の液相の作動流体も気化しようとし、これに伴って作動流体の流動性が低下し、熱輸送性能が低下してしまう。ループ型ヒートパイプの内部の圧力を高めることで、液管内での作動流体の気化を抑制することができるが、それでは、蒸発器が作動し始める温度も高くなってしまう。

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。第１の実施形態はループ型ヒートパイプに関する。

［ループ型ヒートパイプの構造］
図１は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプ１００は、蒸発器１１０と、凝縮器１２０と、蒸気管１３０と、液管１４０とを有する。ループ型ヒートパイプ１００は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器１０２に収容することができる。

ループ型ヒートパイプ１００において、蒸発器１１０は、作動流体Ｃを気化させて蒸気Ｃｖを生成する機能を有する。凝縮器１２０は、作動流体Ｃの蒸気Ｃｖを液化させる機能を有する。蒸発器１１０と凝縮器１２０は、蒸気管１３０及び液管１４０により接続されており、蒸気管１３０及び液管１４０によって作動流体Ｃ又は蒸気Ｃｖが流れるループである流路１０１が形成されている。蒸気管１３０は第１の輸送管及び第３の輸送管の一例であり、液管１４０は第２の輸送管及び第４の輸送管の一例である。

図２は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器及びその周囲の断面図である。図１及び図２に示すように、蒸発器１１０には、例えば４つの貫通孔１１０ｘが形成されている。蒸発器１１０に形成された各貫通孔１１０ｘと回路基板１０に形成された各貫通孔１０ｘにボルト１５を挿入し、回路基板１０の下面側からナット１６で止めることにより、蒸発器１１０と回路基板１０とが固定される。

回路基板１０には、例えば、ＣＰＵ等の発熱部品１２がバンプ１１により実装され、発熱部品１２の上面が蒸発器１１０の下面と密着する。蒸発器１１０内の作動流体Ｃは、発熱部品１２で発生した熱により気化し、蒸気Ｃｖが生成される。

図１に示すように、蒸発器１１０に生成された蒸気Ｃｖは、蒸気管１３０を通って凝縮器１２０に導かれ、凝縮器１２０において液化する。これにより、発熱部品１２で発生した熱が凝縮器１２０に移動し、発熱部品１２の温度上昇が抑制される。凝縮器１２０で液化した作動流体Ｃは、液管１４０を通って蒸発器１１０に導かれる。蒸気管１３０の幅Ｗ１は、例えば、８ｍｍ程度とすることができる。また、液管１４０の幅Ｗ２は、例えば、６ｍｍ程度とすることができる。蒸気管１３０の幅Ｗ１や液管１４０の幅Ｗ２は、これに限らず、例えば互いに等しくてもよい。

作動流体Ｃの種類は特に限定されないが、蒸発潜熱によって発熱部品１２を効率的に冷却するために、蒸気圧が高く、かつ蒸発潜熱が大きい流体を使用することが好ましい。そのような流体としては、例えば、アンモニア、水、フロン、アルコール、及びアセトンを挙げることができる。

蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、及び液管１４０は、例えば、金属層が複数積層された構造とすることができる（図３及び図４参照）。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。

なお、金属層は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。

次に、蒸気管１３０及び液管１４０の構成について説明する。図３は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸気管１３０の構成を例示する断面図である。図４は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管１４０の構成を例示する断面図である。図３は、図１中のIII-III線に沿った断面図であり、図４は、図１中のIV-IV線に沿った断面図である。

蒸気管１３０及び液管１４０は、例えば、金属層１６１〜１６７の７層が積層された構造とすることができる。金属層１６１〜１６７は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層１６１〜１６７の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。金属層１６１〜１６４により第１の流路１０１Ａが構成され、金属層１６４〜１６７により第２の流路１０１Ｂが構成され、液管１４０内に多孔質体１５０が設けられている。なお、金属層１６１〜１６７は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。

次に、金属層１６１〜１６７の構成について説明する。図５は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層１６２、１６３、１６５及び１６６の構成を例示する平面図である。図６は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層１６１、１６４及び１６７の構成を例示する平面図である。以下、１層目（一方の最外層）の金属層１６１、４層目（中央の層）の金属層１６４、及び７層目（他方の最外層）の金属層１６７を総称して金属層１６０Ａということがある。また、その他の金属層１６２、１６３、１６５及び１６６を総称して金属層１６０Ｂということがある。

図５に示すように、金属層１６０Ｂには、作動流体Ｃの移動方向に沿って延びる開口部１６８が形成されている。また、液管１４０内では開口部１６８内に多孔質体１５０が設けられている。多孔質体１５０は液管１４０に沿って凝縮器１２０から蒸発器１１０まで延びている。多孔質体１５０は蒸発器１１０内にも設けられている。多孔質体１５０は、金属層１６０Ｂに形成された貫通孔を含む。多孔質体１５０の詳細については後述する。

図６に示すように、平面視で、金属層１６０Ａの輪郭は、金属層１６０Ｂの輪郭と一致する。ただし、金属層１６０Ａには開口部１６８が形成されておらず、金属層１６０Ａはべた状の金属層である。

ここで、多孔質体１５０の構成について説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、２層目（金属層１６２）、３層目（金属層１６３）、５層目（金属層１６５）及び６層目の金属層（金属層１６６）における貫通孔の配置を例示する平面図である。図８Ａ及び図８Ｂは、図７Ａ及び図７Ｂ中の２層の金属層（金属層１６２及び１６３の対、金属層１６５及び１６６の対）を積層したときの各貫通孔の位置を例示する平面図である。図７Ａは、２層目の金属層１６２における貫通孔１７２の配置と、３層目の金属層１６３における貫通孔１７３の配置とを例示する。図７Ｂは、５層目の金属層１６５における貫通孔１７５の配置と、６層目の金属層１６６における貫通孔１７６の配置とを例示する。図８Ａは、２層目及び３層目の金属層１６２、１６３を積層したときの各貫通孔の位置を例示し、図８Ｂは、５層目及び６層目の金属層１６５、１６６を積層したときの各貫通孔の位置を例示する。図４における多孔質体１５０の断面は、図８Ａ及び図８Ｂ中のIV-IV線に沿った断面に相当する。

なお、図７Ａ〜図８Ｂにおいて、金属層１６１〜１６７の積層方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直な平面内の任意の方向をＸ方向、この平面内においてＸ方向と直交する方向をＹ方向としている（以降の図も同様）。

図７Ａ〜図８Ｂに示すように、多孔質体１５０では、各金属層に平面形状が長方形状の貫通孔が複数形成されている。貫通孔は、例えば、Ｘ方向に延びる複数の仮想直線ＬｘとＹ方向に延びる複数の仮想直線Ｌｙとの交点に配置される。仮想直線Ｌｘ及び仮想直線Ｌｙは一定の間隔Ｋで配置されている。

平面視で、貫通孔の位置は、２層目の金属層１６２と３層目の金属層１６３との間で相違し、５層目の金属層１６５と６層目の金属層１６６との間で相違している。

図７Ａに示すように、例えば、金属層１６２に形成された貫通孔１７２は、長辺がＹ方向に平行で、短辺がＸ方向に平行な長方形状の平面形状を有する。例えば、貫通孔１７２の長辺の長さは２００μｍ〜３００μｍ、短辺の長さは１００μｍ〜２００μｍである。貫通孔１７２は、各仮想配線Ｌｘ上で仮想配線Ｌｙの１本おきに、かつ、各仮想配線Ｌｙ上で仮想配線Ｌｘの１本おきに配置されている。

図７Ａに示すように、例えば、金属層１６３に形成された貫通孔１７３は、長辺がＸ方向に平行で、短辺がＹ方向に平行な長方形状の平面形状を有する。例えば、貫通孔１７３の長辺の長さは２００μｍ〜３００μｍ、短辺の長さは１００μｍ〜２００μｍである。貫通孔１７３は、各仮想配線Ｌｘ上で仮想配線Ｌｙの１本おきに、かつ、各仮想配線Ｌｙ上で仮想配線Ｌｘの１本おきに配置されている。また、貫通孔１７３は、貫通孔１７２が配置された交点とは異なる交点に配置されている。

そして、図４及び図８Ａに示すように、貫通孔１７２及び１７３は、平面視で部分的に重なり合い、重なり合う部分は連通して細孔１７２３を形成している。例えば、細孔１７２３は長方形状の平面形状を有し、その長辺の長さは５０μｍ〜１５０μｍ、短辺の長さは１０μｍ〜５０μｍである。金属層１６２及び１６３内で細孔１７２３同士が互いに連通しており、互いに連通する細孔１７２３は多孔質体１５０内に三次元的に広がっている。そのため、作動流体Ｃは、毛細管力により、互いに連通する細孔１７２３内を三次元的に広がる。

図７Ｂに示すように、例えば、金属層１６５に形成された貫通孔１７５は、長辺がＹ方向に平行で、短辺がＸ方向に平行な長方形状の平面形状を有する。例えば、貫通孔１７５の長辺の長さは２００μｍ〜３００μｍ、短辺の長さは１００μｍ〜２００μｍである。貫通孔１７５は、各仮想配線Ｌｘ上で仮想配線Ｌｙの１本おきに、かつ、各仮想配線Ｌｙ上で仮想配線Ｌｘの１本おきに配置されている。

図７Ｂに示すように、例えば、金属層１６６に形成された貫通孔１７６は、長辺がＸ方向に平行で、短辺がＹ方向に平行な長方形状の平面形状を有する。例えば、貫通孔１７６の長辺の長さは２００μｍ〜３００μｍ、短辺の長さは１００μｍ〜２００μｍである。貫通孔１７６は、各仮想配線Ｌｘ上で仮想配線Ｌｙの１本おきに、かつ、各仮想配線Ｌｙ上で仮想配線Ｌｘの１本おきに配置されている。また、貫通孔１７６は、貫通孔１７５が配置された交点とは異なる交点に配置されている。

そして、図４及び図８Ｂに示すように、貫通孔１７５及び１７６は、平面視で部分的に重なり合い、重なり合う部分は連通して細孔１７５６を形成している。例えば、細孔１７５６は長方形状の平面形状を有し、その長辺の長さは５０μｍ〜１５０μｍ、短辺の長さは１０μｍ〜５０μｍである。金属層１６５及び１６６内で細孔１７５６同士が互いに連通しており、互いに連通する細孔１７５６は多孔質体１５０内に三次元的に広がっている。そのため、作動流体Ｃは、毛細管力により、互いに連通する細孔１７５６内を三次元的に広がる。

このように、液管１４０には多孔質体１５０が設けられており、液管１４０内の液相の作動流体Ｃは、多孔質体１５０に生じる毛細管力によって蒸発器１１０まで誘導される。

その結果、蒸発器１１０からのヒートリーク等によって液管１４０内を蒸気Ｃｖが逆流しようとしても、多孔質体１５０から液相の作動流体Ｃに作用する毛細管力で蒸気Ｃｖを押し戻すことができ、蒸気Ｃｖの逆流を防止することが可能となる。

更に、上記のように、多孔質体１５０は蒸発器１１０内にも設けられている。蒸発器１１０内の多孔質体１５０のうち、液管１４０寄りの部分には液相の作動流体Ｃが浸透する。この際、多孔質体１５０から作動流体Ｃに作用する毛細管力が、ループ型ヒートパイプ１００内で作動流体Ｃを循環させるポンピング力となる。

しかも、この毛細管力は蒸発器１１０内の蒸気Ｃｖに対抗するため、蒸気Ｃｖが液管１４０に逆流するのを抑制することが可能となる。

なお、液管１４０には作動流体Ｃを注入するための注入口（図示せず）が形成されているが、注入口は塞がれており、ループ型ヒートパイプ１００内は気密に保たれる。

ループ型ヒートパイプ１００は、このように、蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、液管１４０及び多孔質体１５０を有する。蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、液管１４０及び多孔質体１５０は、金属層１６１〜１６７を積層して構成されている。金属層１６１〜１６７のうち、金属層１６０Ｂ（金属層１６２、１６３、１６５及び１６６）に開口部１６８が形成されており、金属層１６０Ａ（金属層１６１、１６４及び１６７）は、開口部が形成されない、べた状の金属層である。従って、金属層１６１〜１６４により、一つのループ状の第１の流路１０１Ａが構成され、金属層１６４〜１６７により、一つのループ状の第２の流路１０１Ｂが構成される。すなわち、ループ型ヒートパイプ１００では、蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０及び液管１４０が厚さ方向で金属層１６４により２つの部分に分割されている。すなわち、図３、図４、図２６及び図２７に示すように、蒸発器１１０は第１の蒸発器１１０Ａと第２の蒸発器１１０Ｂに分割され、凝縮器１２０は第１の凝縮器１２０Ａと第２の凝縮器１２０Ｂとに分割され、蒸気管１３０は第１の蒸気管１３０Ａと第２の蒸気管１３０Ｂとに分割され、液管１４０は第１の液管１４０Ａと第２の液管１４０Ｂとに分割されている。また、多孔質体１５０は、第１の流路１０１Ａ内で液管１４０に設けられた第１の多孔質体１５０Ａと、第２の流路１０１Ｂ内で液管１４０に設けられた第２の多孔質体１５０Ｂとを有する。図２６は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器１１０の構成を例示する断面図である。図２７は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの凝縮器１２０の構成を例示する断面図である。図２６は、図１中のXXVI-XXVI線に沿った断面図に相当し、図２７は、図１中のXXVII-XXVII線に沿った断面図に相当する。金属層１６４は分割板の一例である。図３に示すように、金属層１６４は、第１の流路１０１Ａに露出する上面（第１の面）１６４ａと、第２の流路１０１Ｂに露出する下面（第２の面）１６４ｂとを有する。

言い換えると、金属層１６１〜１６４により、第１の蒸発器１１０Ａ、第１の凝縮器１２０Ａ、第１の蒸気管１３０Ａ、第１の液管１４０Ａ及び第１の多孔質体１５０Ａが構成され、金属層１６４〜１６７により、第２の蒸発器１１０Ｂ、第２の凝縮器１２０Ｂ、第２の蒸気管１３０Ｂ、第２の液管１４０Ｂ及び第２の多孔質体１５０Ｂが構成される。そして、板状のループ型ヒートパイプ１００の厚さ方向で、第１の蒸発器１１０Ａと第２の蒸発器１１０Ｂとが重なり合い、第１の凝縮器１２０Ａと第２の凝縮器１２０Ｂとが重なり合い、第１の蒸気管１３０Ａと第２の蒸気管１３０Ｂとが重なり合い、第１の液管１４０Ａと第２の液管１４０Ｂとが重なり合う。

そして、第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂには、互いに作動温度の範囲が相違する作動流体Ｃを封入することができる。

例えば、第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂの内部の圧力を相違させ、同一の物質を封入することで作動温度の範囲を異ならせることができる。例えば、第１の流路１０１Ａに２００ｈＰａの内部圧力で水を封入し、第２の流路１０１Ｂに４０ｈＰａの内部圧力で水を封入することができる。２００ｈＰａの圧力下での水の沸点は約６０℃であり、４０ｈＰａの圧力下での水の沸点は約３０℃であるため、この場合、第１の流路１０１Ａでは、第１の蒸発器１１０Ａが約６０℃から作動し、第２の流路１０１Ｂでは、第２の蒸発器１１０Ｂが約３０℃から作動する。従って、蒸発器１１０は約３０℃の温度で作動し始める。また、環境温度がより高温、例えば６０℃になると、第２の流路１０１Ｂでの作動流体Ｃの流動性が低下するが、第１の蒸発器１１０Ａが作動し始める。このため、ループ型ヒートパイプ１００は作動を継続することができる。つまり、第１の実施形態によれば、作動温度の範囲を広げ、環境温度の上昇に伴う熱輸送性能の低下を抑制することができる。

また、例えば、第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂの内部の圧力を同一にし、異なる物質を封入することで作動温度の範囲を異ならせることができる。例えば、第１の流路１０１Ａに２００ｈＰａの内部圧力で水を封入し、第２の流路１０１Ｂに２００ｈＰａの内部圧力で水及びエタノールの混合液を封入することができる。水及びエタノールの混合液の沸点は水の沸点よりも低い。従って、この場合も、作動温度の範囲を広げ、環境温度の上昇に伴う熱輸送性能の低下を抑制することができる。

なお、図２に示すように、発熱部品１２の上面が蒸発器１１０の下面と密着するが、このとき、第１及び第２の蒸発器１１０Ａ及び１１０Ｂのうちで発熱部品１２側の一方の作動温度が低く、第１及び第２の蒸発器１１０Ａ及び１１０Ｂのうちで反対側の他方の作動温度が高くなるように、作動流体Ｃが第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂに封入されていることが好ましい。しかし、これに限らず、第１及び第２の蒸発器１１０Ａ及び１１０Ｂのうちで発熱部品１２側の一方の作動温度が高く、第１及び第２の蒸発器１１０Ａ及び１１０Ｂのうちで反対側の他方の作動温度が低くなるように、作動流体Ｃが第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂに封入されていてもよい。

［ループ型ヒートパイプの製造方法］
次に、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプ１００の製造方法について、多孔質体の製造工程を中心に説明する。図９Ａ〜図９Ｆは、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図であり、図４に対応する断面を示している。

先ず、図９Ａに示す工程では、図１の平面形状に形成された金属シート１６２ｂを準備する。そして、金属シート１６２ｂの上面にレジスト層１８０を形成する。金属シート１６２ｂは、最終的に金属層１６２となる部材であり、例えば、銅、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等から形成することができる。金属シート１６２ｂの厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。レジスト層１８０としては、例えば、感光性のドライフィルムレジスト等を用いることができる。

次に、図９Ｂに示す工程では、金属シート１６２ｂの多孔質体１５０を形成する領域（例えば液管１４０となる領域）において、レジスト層１８０を露光及び現像して、金属シート１６２ｂの上面を選択的に露出する開口部１８０ｘを形成する。開口部１８０ｘの形状及び配置は、図７Ａに示した貫通孔１７２の形状及び配置に対応するように形成する。

次に、図９Ｃに示す工程では、開口部１８０ｘ内に露出する金属シート１６２ｂを金属シート１６２ｂの上面側からエッチングする。これにより、金属シート１６２ｂに貫通孔１７２が形成される。金属シート１６２ｂのエッチングには、例えば、塩化第二鉄溶液を用いることができる。

次に、図９Ｄに示す工程では、レジスト層１８０を剥離液により剥離する。これにより、金属層１６２が完成する。

次に、図９Ｅに示す工程では、孔や溝が形成されていないベタ状の金属層１６１、１６４及び１６７を準備する。また、金属層１６２と同様の方法により、金属層１６３、１６５及び１６６を形成する。金属層１６３、１６５及び１６６に形成される貫通孔の位置は、例えば、図７Ａ及び図７Ｂに示した通りである。

次に、図９Ｆに示す工程では、図９Ｅに示す順番で各金属層を積層し、加圧及び加熱により固相接合を行う。これにより、隣接する金属層同士が直接接合されて構成された蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、及び液管１４０が形成され、液管１４０内や蒸発器１１０内に多孔質体１５０が形成される。その後、真空ポンプ等を用いて液管１４０内を排気した後、注入口（図示せず）から第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂ内に個別に作動流体Ｃを注入し、その後、注入口を封止する。

このとき、例えば、第１の流路１０１Ａと第２の流路１０１Ｂとの間で内部の圧力を相違させ、作動流体Ｃとして、同一の物質を注入することができる。また、第１の流路１０１Ａと第２の流路１０１Ｂとの間で内部の圧力を同一し、当該圧力下での沸点が相違する物質を注入することができる。

ここで、固相接合とは、接合対象物同士を溶融させることなく固相（固体）状態のまま加熱して軟化させ、更に加圧して塑性変形を与えて接合する方法である。なお、固相接合によって隣接する金属層同士を良好に接合できるように、金属層１６１〜１６７の全ての材料を同一にすることが好ましい。

このようにして、ループ型ヒートパイプ１００を製造することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態はループ型ヒートパイプに関する。第２の実施形態は、多孔質体の構成の点で第１の実施形態と相違している。

［ループ型ヒートパイプの構造］
第２の実施形態における蒸気管１３０及び液管１４０の構成について説明する。図１０は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸気管１３０の構成を例示する断面図である。図１１は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管１４０の構成を例示する断面図である。図１０は、図１中のIII-III線に沿った断面図に相当し、図１１は、図１中のIV-IV線に沿った断面図に相当する。

蒸気管１３０及び液管１４０は、例えば、金属層２６１〜２６５の５層が積層された構造とすることができる。金属層２６１〜２６５は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層２６１〜２６５の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。金属層２６１〜２６３により第１の流路１０１Ａが構成され、金属層２６３〜２６５により第２の流路１０１Ｂが構成され、液管１４０内に多孔質体２５０が設けられている。なお、金属層２６１〜２６５は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。

次に、金属層２６１〜２６５の構成について説明する。図１２は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層２６２及び２６４の構成を例示する平面図である。図１３は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層２６１、２６３及び２６５の構成を例示する平面図である。以下、１層目（一方の最外層）の金属層２６１、３層目（中央の層）の金属層２６３、及び５層目（他方の最外層）の金属層２６５を総称して金属層２６０Ａということがある。また、その他の金属層２６２及び２６４を総称して金属層２６０Ｂということがある。

図１２に示すように、金属層２６０Ｂには、作動流体Ｃの移動方向に沿って延びる開口部２６８が形成されている。また、液管１４０内では開口部２６８内に多孔質体２５０が設けられている。多孔質体２５０は液管１４０に沿って凝縮器１２０から蒸発器１１０まで延びている。多孔質体２５０は蒸発器１１０内にも設けられている。多孔質体２５０は、金属層２６０Ｂに形成された有底孔を含む。多孔質体２５０の詳細については後述する。

図１３に示すように、平面視で、金属層２６０Ａの輪郭は、金属層２６０Ｂの輪郭と一致する。ただし、金属層２６０Ａには開口部２６８が形成されておらず、金属層２６０Ａはべた状の金属層である。

ここで、多孔質体２５０の構成について説明する。図１４Ａ及び図１４Ｂは、２層目及び４層目の金属層２６２、２６４における有底孔の配置を例示する平面図である。図１４Ａは、２層目の金属層２６２における有底孔の配置を例示し、図１４Ｂは、４層目の金属層２６４における有底孔の配置を例示する。図１１における多孔質体２５０の断面は、図１４Ａ及び図１４Ｂ中のXI-XI線に沿った断面に相当する。

図１１及び図１４Ａに示すように、２層目の金属層２６２には、多孔質体２５０内で、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔２７２ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔２７２ｙとが、それぞれ複数個形成されている。

有底孔２７２ｘは、長辺がＹ方向に平行で、短辺がＸ方向に平行な長方形状の平面形状を有する。例えば、有底孔２７２ｘの長辺の長さは２００μｍ〜３００μｍ、短辺の長さは１００μｍ〜２００μｍである。有底孔２７２ｘは、各仮想配線Ｌｘ上で仮想配線Ｌｙの１本おきに、かつ、各仮想配線Ｌｙ上で仮想配線Ｌｘの１本おきに配置されている。

有底孔２７２ｙは、長辺がＸ方向に平行で、短辺がＹ方向に平行な長方形状の平面形状を有する。例えば、有底孔２７２ｙの長辺の長さは２００μｍ〜３００μｍ、短辺の長さは１００μｍ〜２００μｍである。有底孔２７２ｙは、各仮想配線Ｌｘ上で仮想配線Ｌｙの１本おきに、かつ、各仮想配線Ｌｙ上で仮想配線Ｌｘの１本おきに配置されている。また、有底孔２７２ｙは、有底孔２７２ｘが配置された交点とは異なる交点に配置されている。

そして、図１１及び図１４Ａに示すように、有底孔２７２ｘ及び２７２ｙは、平面視で部分的に重なり合い、重なり合う部分は連通して細孔２７２ｚを形成している。例えば、細孔２７２ｚは長方形状の平面形状を有し、その長辺の長さは５０μｍ〜１５０μｍ、短辺の長さは１０μｍ〜５０μｍである。金属層２６２内で細孔２７２ｚ同士が互いに連通しており、互いに連通する細孔２７２ｚは多孔質体２５０内に三次元的に広がっている。そのため、作動流体Ｃは、毛細管力により、互いに連通する細孔２７２ｚ内を三次元的に広がる。

図１１及び図１４Ｂに示すように、４層目の金属層２６４には、多孔質体２５０内で、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔２７４ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔２７４ｙとが、それぞれ複数個形成されている。

有底孔２７４ｘは、長辺がＹ方向に平行で、短辺がＸ方向に平行な長方形状の平面形状を有する。例えば、有底孔２７４ｘの長辺の長さは２００μｍ〜３００μｍ、短辺の長さは１００μｍ〜２００μｍである。有底孔２７４ｘは、各仮想配線Ｌｘ上で仮想配線Ｌｙの１本おきに、かつ、各仮想配線Ｌｙ上で仮想配線Ｌｘの１本おきに配置されている。

有底孔２７４ｙは、長辺がＸ方向に平行で、短辺がＹ方向に平行な長方形状の平面形状を有する。例えば、有底孔２７４ｙの長辺の長さは２００μｍ〜３００μｍ、短辺の長さは１００μｍ〜２００μｍである。有底孔２７４ｙは、各仮想配線Ｌｘ上で仮想配線Ｌｙの１本おきに、かつ、各仮想配線Ｌｙ上で仮想配線Ｌｘの１本おきに配置されている。また、有底孔２７４ｙは、有底孔２７４ｘが配置された交点とは異なる交点に配置されている。

そして、図１１及び図１４Ｂに示すように、有底孔２７４ｘ及び２７４ｙは、平面視で部分的に重なり合い、重なり合う部分は連通して細孔２７４ｚを形成している。例えば、細孔２７４ｚは長方形状の平面形状を有し、その長辺の長さは５０μｍ〜１５０μｍ、短辺の長さは１０μｍ〜５０μｍである。金属層２６４内で細孔２７４ｚ同士が互いに連通しており、互いに連通する細孔２７４ｚは多孔質体２５０内に三次元的に広がっている。そのため、作動流体Ｃは、毛細管力により、互いに連通する細孔２７４ｚ内を三次元的に広がる。

このように、液管１４０には多孔質体２５０が設けられており、液管１４０内の液相の作動流体Ｃは、多孔質体２５０に生じる毛細管力によって蒸発器１１０まで誘導される。

その結果、蒸発器１１０からのヒートリーク等によって液管１４０内を蒸気Ｃｖが逆流しようとしても、多孔質体２５０から液相の作動流体Ｃに作用する毛細管力で蒸気Ｃｖを押し戻すことができ、蒸気Ｃｖの逆流を防止することが可能となる。

更に、上記のように、多孔質体２５０は蒸発器１１０内にも設けられている。蒸発器１１０内の多孔質体２５０のうち、液管１４０寄りの部分には液相の作動流体Ｃが浸透する。この際、多孔質体２５０から作動流体Ｃに作用する毛細管力が、ループ型ヒートパイプ１００内で作動流体Ｃを循環させるポンピング力となる。

しかも、この毛細管力は蒸発器１１０内の蒸気Ｃｖに対抗するため、蒸気Ｃｖが液管１４０に逆流するのを抑制することが可能となる。

なお、液管１４０には作動流体Ｃを注入するための注入口（図示せず）が形成されているが、注入口は塞がれており、ループ型ヒートパイプ１００内は気密に保たれる。

第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプは、このように、蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、液管１４０及び多孔質体２５０を有する。蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、液管１４０及び多孔質体２５０は、金属層２６１〜２６５を積層して構成されている。金属層２６１〜２６５のうち、金属層２６０Ｂ（金属層２６２及び２６４）に開口部２６８が形成されており、金属層２６０Ａ（金属層２６１、２６３及び２６５）は、開口部が形成されない、べた状の金属層である。従って、金属層２６１〜２６３により、一つのループ状の第１の流路１０１Ａが構成され、金属層２６３〜２６５により、一つのループ状の第２の流路１０１Ｂが構成される。すなわち、第２の実施形態では、図１０、図１１、図２８及び図２９に示すように、蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０及び液管１４０が厚さ方向で金属層２６３により２つの部分に分割されている。また、多孔質体２５０は、第１の流路１０１Ａ内で液管１４０に設けられた第１の多孔質体２５０Ａと、第２の流路１０１Ｂ内で液管１４０に設けられた第２の多孔質体２５０Ｂとを有する。図２８は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器１１０の構成を例示する断面図である。図２９は、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの凝縮器１２０の構成を例示する断面図である。図２８は、図１中のXXVI-XXVI線に沿った断面図に相当し、図２９は、図１中のXXVII-XXVII線に沿った断面図に相当する。金属層２６３は分割板の一例である。図１０に示すように、金属層２６３は、第１の流路１０１Ａに露出する上面（第１の面）２６３ａと、第２の流路１０１Ｂに露出する下面（第２の面）２６３ｂとを有する。

言い換えると、金属層２６１〜２６３により、第１の蒸発器１１０Ａ、第１の凝縮器１２０Ａ、第１の蒸気管１３０Ａ、第１の液管１４０Ａ及び第１の多孔質体２５０Ａが構成され、金属層２６３〜２６５により、第２の蒸発器１１０Ｂ、第２の凝縮器１２０Ｂ、第２の蒸気管１３０Ｂ、第２の液管１４０Ｂ及び第２の多孔質体２５０Ｂが構成される。そして、板状のループ型ヒートパイプの厚さ方向で、第１の蒸発器１１０Ａと第２の蒸発器１１０Ｂとが重なり合い、第１の凝縮器１２０Ａと第２の凝縮器１２０Ｂとが重なり合い、第１の蒸気管１３０Ａと第２の蒸気管１３０Ｂとが重なり合い、第１の液管１４０Ａと第２の液管１４０Ｂとが重なり合う。

そして、第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂには、互いに作動温度の範囲が相違する作動流体Ｃを封入することができる。第１の実施形態と同様に、第１及び第２の蒸発器１１０Ａ及び１１０Ｂのうちで発熱部品１２側の一方の作動温度が低く、第１及び第２の蒸発器１１０Ａ及び１１０Ｂのうちで反対側の他方の作動温度が高くなるように、作動流体Ｃが第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂに封入されていてもよい。しかし、これに限らず、第１及び第２の蒸発器１１０Ａ及び１１０Ｂのうちで発熱部品１２側の一方の作動温度が高く、第１及び第２の蒸発器１１０Ａ及び１１０Ｂのうちで反対側の他方の作動温度が低くなるように、作動流体Ｃが第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂに封入されていてもよい。

従って、第２の実施形態によっても、ループ型ヒートパイプ１００と同様に、作動温度の範囲を広げ、環境温度の上昇に伴う熱輸送性能の低下を抑制することができる。また、第１の実施形態と比較して、金属層の数を低減して薄型化することができる。

［ループ型ヒートパイプの製造方法］
次に、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法について、多孔質体の製造工程を中心に説明する。図１５Ａ〜図１５Ｆは、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図であり、図１１に対応する断面を示している。

まず、図１５Ａに示す工程では、図１の平面形状に形成された金属シート２６２ｂを準備する。そして、金属シート２６２ｂの上面にレジスト層２８０を形成し、金属シート２６２ｂの下面にレジスト層２９０を形成する。金属シート２６２ｂは、最終的に金属層２６２となる部材であり、例えば、銅、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等から形成することができる。金属シート２６２ｂの厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。レジスト層２８０及び２９０としては、例えば、感光性のドライフィルムレジスト等を用いることができる。

次に、図１５Ｂに示す工程では、金属シート２６２ｂの多孔質体２５０を形成する領域（例えば液管１４０となる領域）において、レジスト層２８０を露光及び現像して、金属シート２６２ｂの上面を選択的に露出する開口部２８０ｘを形成する。また、レジスト層２９０を露光及び現像して、金属シート２６２ｂの下面を選択的に露出する開口部２９０ｘを形成する。開口部２８０ｘ及び２９０ｘの形状及び配置は、図１４Ａに示した有底孔２７２ｘ及び２７２ｙの形状及び配置に対応するように形成する。

次に、図１５Ｃに示す工程では、開口部２８０ｘ内に露出する金属シート２６２ｂを金属シート２６２ｂの上面側からハーフエッチングすると共に、開口部２８０ｘ内に露出する金属シート２６２ｂを金属シート２６２ｂの下面側からハーフエッチングする。これにより、金属シート２６２ｂの上面側に有底孔２７２ｘが形成され、下面側に有底孔２７２ｙが形成される。また、表裏でＸ方向に交互に配置された開口部２８０ｘと開口部２９０ｘとは、平面視で部分的に重複しているため、重複する部分が連通して細孔２７２ｚが形成される。金属シート２６２ｂのハーフエッチングには、例えば、塩化第二鉄溶液を用いることができる。

次に、図１５Ｄに示す工程では、レジスト層２８０及び２９０を剥離液により剥離する。これにより、金属層２６２が完成する。

次に、図１５Ｅに示す工程では、孔や溝が形成されていないベタ状の金属層２６１、２６３及び２６７を準備する。また、金属層２６２と同様の方法により、金属層２６４を形成する。金属層２６４に形成される有底孔及び細孔の位置は、例えば、図１４Ｂに示した通りである。

次に、図１５Ｆに示す工程では、図１５Ｅに示す順番で各金属層を積層し、加圧及び加熱により固相接合を行う。これにより、隣接する金属層同士が直接接合されて構成された蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、及び液管１４０が形成され、液管１４０内に多孔質体２５０が形成される。その後、真空ポンプ等を用いて液管１４０内を排気した後、注入口（図示せず）から第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂ内に個別に作動流体Ｃを注入し、その後、注入口を封止する。

このとき、例えば、第１の流路１０１Ａと第２の流路１０１Ｂとの間で内部の圧力を相違させ、作動流体Ｃとして、同一の物質を注入することができる。また、第１の流路１０１Ａと第２の流路１０１Ｂとの間で内部の圧力を同一し、当該圧力下での沸点が相違する物質を注入することができる。

このようにして、第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプを製造することができる。

なお、第２の実施形態において、金属層２６２及び２６４が２層ずつ含まれていてもよい。図１６は、第２の実施形態の変形例を例示する断面図である。

この変形例では、金属層２６１と金属層２６３との間に２層の金属層２６２が設けられ、金属層２６３と金属層２６５との間に２層の金属層２６４が設けられている。

この変形例によれば、より多くの細孔２７２ｚ及び２７４ｚが含まれるため、より優れた熱輸送性能を得ることができる。蒸発器１１０、凝縮器１２０及び蒸気管１３０は第１の実施形態と同様の構成を有してもよい。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態はループ型ヒートパイプに関する。第３の実施形態は、第１の流路及び第２の流路の配置の点で第１の実施形態と相違している。

［ループ型ヒートパイプの構造］
第３の実施形態における２層目（金属層３６２）、３層目（金属層３６３）、５層目（金属層３６５）及び６層目（金属層３６６）の金属層の構成について説明する。図１７は、第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸気管１３０の構成を例示する断面図である。図１８は、第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管１４０の構成を例示する断面図である。図１７は、図１中のIII-III線に沿った断面図に相当し、図１８は、図１中のIV-IV線に沿った断面図に相当する。図３０は、第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの凝縮器の構成を示す断面図である。図３０は、図１中のXXVII-XXVII線に沿った断面図に相当する。蒸発器１１０は第１の実施形態と同様の構成を有してもよい。

蒸気管１３０及び液管１４０は、例えば、金属層３６１〜３６７の７層が積層された構造とすることができる。金属層３６１〜３６７は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層３６１〜３６７の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。金属層３６１〜３６４により第１の流路１０１Ａが構成され、金属層３６４〜３６５により第２の流路１０１Ｂが構成され、液管１４０内に多孔質体１５０が設けられている。なお、金属層３６１〜３６７は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。

次に、金属層３６１〜３６７の構成について説明する。図１９は、第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層３６２及び３６３の構成を例示する平面図である。図２０は、第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層３６５及び３６６の構成を例示する平面図である。以下、２層目の金属層３６２及び３層目の金属層３６３を総称して金属層３６０Ａということがある。また、５層目の金属層３６５及び６層目の金属層３６６を総称して金属層３６０Ｂということがある。

図１９に示すように、金属層３６０Ａには、作動流体Ｃの移動方向に沿って延びる開口部３６８Ａが形成されている。また、液管１４０内では開口部３６８Ａ内に多孔質体１５０が設けられている。多孔質体１５０は液管１４０に沿って凝縮器１２０から蒸発器１１０まで延びている。第３の実施形態では、金属層３６０Ａの開口部３６８Ａは、蒸気管１３０ではループの外寄りに、液管１４０ではループの内寄りに設けられている。

図２０に示すように、金属層３６０Ｂには、作動流体Ｃの移動方向に沿って延びる開口部３６８Ｂが形成されている。また、液管１４０内では開口部３６８Ｂ内に多孔質体１５０が設けられている。多孔質体１５０は液管１４０に沿って凝縮器１２０から蒸発器１１０まで延びている。第３の実施形態では、金属層３６０Ｂの開口部３６８Ｂは、蒸気管１３０ではループの内寄りに、液管１４０ではループの外寄りに設けられている。

平面視で、金属層３６１、３６４及び３６７の輪郭は、金属層３６０Ａ及び３６０Ｂの輪郭と一致する。ただし、金属層３６１、３６４及び３６７には開口部３６８Ａ及び３６８Ｂが形成されておらず、金属層３６１、３６４及び３６７はべた状の金属層である。

そして、第３の実施形態では、金属層３６１〜３６４により、一つのループ状の第１の流路１０１Ａが構成され、金属層３６４〜３６７により、一つのループ状の第２の流路１０１Ｂが構成される。

また、図１７〜図２０に示すように、第３の実施形態では、蒸気管１３０及び液管１４０において、平面視で第１の流路１０１Ａと第２の流路１０１Ｂとが互いからずれた位置に設けられている。例えば、第１の流路１０１Ａ及び第２の流路１０１Ｂは、図１７又は図１８に示す断面において、分割板の一例である金属層３６４を境に互いに斜めに設けられていてもよい。図１７に示すように、金属層３６４は、第１の流路１０１Ａに露出する上面（第１の面）３６４ａと、第２の流路１０１Ｂに露出する下面（第２の面）３６４ｂとを有する。

更に、図１９及び図２０に示すように、第３の実施形態では、凝縮器１２０内で開口部３６８Ａ及び３６８Ｂが蛇行するが、第１、第２の実施形態とは異なり、開口部３６８Ａ及び３６８Ｂの間で蛇行の周期がずれている。従って、凝縮器１２０内において平面視で第１の流路１０１Ａと第２の流路１０１Ｂとが重なり合う部分の面積は、第１、第２の実施形態よりも少ない。しかし、これに限らず、凝縮器１２０内の開口部３６８Ａ及び３６８Ｂの蛇行の周期が互いに同一であってもよい。

このように、第３の実施形態では、平面視での第１の流路１０１Ａと第２の流路１０１Ｂとの重なり合いが第１、第２の実施形態よりも小さい。流路の内部の圧力が高くなると、主に蒸気Ｃｖが通流する蒸気管１３０及び凝縮器１２０に膨れが生じることがあるが、第３の実施形態によれば、第１の流路１０１Ａの変形は金属層３６４〜３６７により抑制され、第２の流路１０１Ｂの変形は金属層３６１〜３６４により抑制される。従って、第１の流路１０１Ａ又は第２の流路１０１Ｂの内部の圧力が高くなった場合でも、膨れの発生を抑制することができる。

そして、第１の流路１０１Ａと第２の流路１０１Ｂには、互いに作動温度の範囲が相違する作動流体Ｃを封入することができる。従って、第３の実施形態によっても、ループ型ヒートパイプ１００と同様に、作動温度の範囲を広げ、環境温度の上昇に伴う熱輸送性能の低下を抑制することができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態はループ型ヒートパイプに関する。第４の実施形態は、蒸気管及び液管の配置の点で第１の実施形態と相違している。

［ループ型ヒートパイプの構造］
図２１は、第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。

図２１に示すように、第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプ４００は、蒸発器４１０と、凝縮器４２０と、第１の輸送管４３０と、第２の輸送管４４０とを有する。ループ型ヒートパイプ４００は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器４０２に収容することができる。

ループ型ヒートパイプ４００において、蒸発器４１０は、作動流体Ｃを気化させて蒸気Ｃｖを生成する機能を有する。凝縮器４２０は、作動流体Ｃの蒸気Ｃｖを液化させる機能を有する。蒸発器４１０と凝縮器４２０は、第１の輸送管４３０及び第２の輸送管４４０により接続されており、第１の輸送管４３０及び第２の輸送管４４０によって作動流体Ｃ又は蒸気Ｃｖが流れるループである流路４０１が形成されている。

蒸発器４１０、凝縮器４２０、第１の輸送管４３０、及び第２の輸送管４４０は、例えば、金属層が複数積層された構造とすることができる。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。

なお、金属層は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。

次に、第１の輸送管４３０及び第２の輸送管４４０の構成について説明する。図２２は、第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの第１の輸送管４３０の構成を例示する断面図である。図２３は、第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの第２の輸送管４４０の構成を例示する断面図である。図２２は、図２１中のXXII-XXII線に沿った断面図であり、図２３は、図２１中のXXIII-XXIII線に沿った断面図である。

第１の輸送管４３０及び第２の輸送管４４０は、例えば、金属層４６１〜４６７の７層が積層された構造とすることができる。金属層４６１〜４６７は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層４６１〜４６７の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。金属層４６１〜４６４により第１の流路４０１Ａが構成され、金属層４６４〜４６７により第２の流路４０１Ｂが構成される。また、第１の流路４０１Ａでは、図２３に示すように、第２の輸送管４４０内に多孔質体４５０が設けられ、第２の流路４０１Ｂでは、図２２に示すように、第１の輸送管４３０内に多孔質体４５０が設けられている。図２２及び図２３に示すように、多孔質体４５０は、例えば多孔質体１５０と同様の構成を有する。例えば、図２２に示すように、第１の輸送管４３０内の多孔質体４５０は、金属層４６５に形成された貫通孔４７５、金属層４６６に形成された貫通孔４７６、及び貫通孔４７５と貫通孔４７６とが連通して形成された細孔４７５６を含む。例えば、図２３に示すように、第２の輸送管４４０内の多孔質体４５０は、金属層４６２に形成された貫通孔４７２、金属層４６３に形成された貫通孔４７３、及び貫通孔４７２と貫通孔４７３とが連通して形成された細孔４７２３を含む。なお、金属層４６１〜４６７は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。

次に、金属層４６１〜４６７の構成について説明する。図２４は、第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層４６２及び４６３の構成を例示する平面図である。図２５は、第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの金属層４６５及び４６６の構成を例示する平面図である。以下、２層目の金属層４６２及び３層目の金属層４６３を総称して金属層４６０Ａということがある。また、５層目の金属層４６５及び６層目の金属層４６６を総称して金属層４６０Ｂということがある。

図２４に示すように、金属層４６０Ａには、作動流体Ｃの移動方向に沿って延びる開口部４６８Ａが形成されている。また、第２の輸送管４４０内では開口部４６８Ａ内に多孔質体４５０が設けられている。多孔質体４５０は第２の輸送管４４０に沿って凝縮器４２０から蒸発器４１０まで延びている。多孔質体４５０は蒸発器４１０内にも設けられている。

図２５に示すように、金属層４６０Ｂには、作動流体Ｃの移動方向に沿って延びる開口部４６８Ｂが形成されている。また、第１の輸送管４３０内では開口部４６８Ｂ内に多孔質体４５０が設けられている。多孔質体４５０は第１の輸送管４３０に沿って凝縮器４２０から蒸発器４１０まで延びている。多孔質体４５０は蒸発器４１０内にも設けられている。

平面視で、金属層４６１、４６４及び４６７の輪郭は、金属層４６０Ａ及び４６０Ｂの輪郭と一致する。ただし、金属層４６１、４６４及び４６７には開口部４６８Ａ及び４６８Ｂが形成されておらず、金属層４６１、４６４及び４６７はべた状の金属層である。

ループ型ヒートパイプ４００では、このように、金属層４６１〜４６４により、一つのループ状の第１の流路４０１Ａが構成され、金属層４６４〜４６７により、一つのループ状の第２の流路４０１Ｂが構成される。すなわち、ループ型ヒートパイプ４００では、蒸発器４１０、凝縮器４２０、第１の輸送管４３０及び第２の輸送管４４０が厚さ方向で金属層４６４により２つの部分に分割されている。すなわち、図２２、図２３、図３１及び図３２に示すように、蒸発器４１０は第１の蒸発器４１０Ａと第２の蒸発器４１０Ｂとに分割され、凝縮器４２０は第１の凝縮器４２０Ａと第２の凝縮器４２０Ｂとに分割され、第１の輸送管４３０は第１の蒸気管４３０Ａと第２の液管４３０Ｂとに分割され、第２の輸送管４４０は第１の液管４４０Ａと第２の蒸気管４４０Ｂとに分割されている。また、多孔質体４５０は、第１の流路４０１Ａ内で第２の輸送管４４０に設けられた第１の多孔質体４５０Ａと、第２の流路４０１Ｂ内で第１の輸送管４３０に設けられた第２の多孔質体４５０Ｂとを有する。第１の流路４０１Ａでは、第１の輸送管４３０が蒸気管として機能し、第２の輸送管４４０が液管として機能する。また、第２の流路４０１Ｂでは、第１の輸送管４３０が液管として機能し、第２の輸送管４４０が蒸気管として機能する。従って、第１の流路４０１Ａと第２の流路４０１Ｂとの間で作動流体Ｃは逆向きに流動する。図３１は、第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器４１０の構成を例示する断面図である。図３２は、第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプの凝縮器４２０の構成を例示する断面図である。図３１は、図２１中のXXXI-XXXI線に沿った断面図に相当し、図３２は、図２１中のXXXII-XXXII線に沿った断面図に相当する。金属層４６４は分割板の一例である。図２２及び図２３に示すように、金属層４６４は、第１の流路４０１Ａに露出する上面（第１の面）４６４ａと、第２の流路４０１Ｂに露出する下面（第２の面）４６４ｂとを有する。

言い換えると、金属層４６１〜４６４により、第１の蒸発器４１０Ａ、第１の凝縮器４２０Ａ、第１の蒸気管４３０Ａ、第１の液管４４０Ａ及び第１の多孔質体４５０Ａが構成され、金属層４６４〜４６７により、第２の蒸発器４１０Ｂ、第２の凝縮器４２０Ｂ、第２の蒸気管４４０Ｂ、第２の液管４３０Ｂ及び第２の多孔質体４５０Ｂが構成される。そして、板状のループ型ヒートパイプ４００の厚さ方向で、第１の蒸発器４１０Ａと第２の蒸発器４１０Ｂとが重なり合い、第１の凝縮器４２０Ａと第２の凝縮器４２０Ｂとが重なり合い、第１の液管４４０Ａと第２の蒸気管４４０Ｂとが重なり合い、第１の蒸気管４３０Ａと第２の液管４３０Ｂとが重なり合う。

そして、第１の流路４０１Ａ及び第２の流路４０１Ｂには、互いに作動温度の範囲が相違する作動流体Ｃを封入することができる。

従って、第４の実施形態によっても、ループ型ヒートパイプ１００と同様に、作動温度の範囲を広げ、環境温度の上昇に伴う熱輸送性能の低下を抑制することができる。

更に、第１の流路４０１Ａの変形は金属層４６４〜４６７により抑制され、第２の流路４０１Ｂの変形は金属層４６１〜４６４により抑制される。従って、第３の実施形態と同様に、第１の流路４０１Ａ又は第２の流路４０１Ｂの内部の圧力が高くなった場合でも、膨れの発生を抑制することができる。

第３、第４の実施形態を第２の実施形態に適用してもよい。すなわち、有底孔を用いて多孔質体が構成されたループ型ヒートパイプに、第３、第４の実施形態を適用してもよい。

なお、ループ型ヒートパイプを構成する金属層の数は上記の実施形態のものに限定されない。また、分割板が２以上設けられて、流路が３以上に分割されてもよい。

また、貫通孔及び有底孔のサイズ及び間隔は、ループ型ヒートパイプに要求される熱輸送量と熱輸送距離や、液管の高さ等によって適宜選択され得る。

また、貫通孔及び有底孔の平面形状は長方形状に限定されず、円形、楕円形又は他の多角形等の任意の平面形状とすることができる。また、金属層の間で貫通孔及び有底孔の大きさが相違していてもよい。また、これらの実施形態では、断面視における貫通孔及び有底孔の内壁は、底面に対して垂直な形状で示されている。しかし、これに限らず、貫通孔及び有底孔の内壁は、湾曲する半円形状や、テーパー形状、逆テーパー形状であっても構わない。

また、蒸気管内にも多孔質体が設けられていてもよい。液管内と蒸発器内に設けられる多孔質体は、貫通孔及び有底孔の平面形状や断面形状、貫通孔及び有底孔の配置が互いに同一であってもよいし、互いに相違していてもよい。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

１００、４００ ループ型ヒートパイプ
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、４０１、４０１Ａ、４０１Ｂ 流路
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、４１０、４１０Ａ、４１０Ｂ 蒸発器
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、４２０、４２０Ａ、４２０Ｂ 凝縮器
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、４３０Ａ、４４０Ｂ 蒸気管
１４０、１４０Ａ、１４０Ｂ、４３０Ｂ、４４０Ａ 液管
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ、２５０、２５０Ａ、２５０Ｂ、４５０、４５０Ａ、４５０Ｂ 多孔質体
１６１〜１６７、２６１〜２６５、３６１〜３６７、４６１〜４６７ 金属層
１６４ａ、１６４ｂ、２６３ａ、２６３ｂ、３６４ａ、３６４ｂ、４６４ａ、４６４ｂ 面
１７２、１７３、１７５、１７６、４７２、４７３、４７５、４７６ 貫通孔
２７２ｘ、２７２ｙ、２７４ｘ、２７４ｙ 有底孔
２７２ｚ、２７４ｚ、１７２３、１７５６、４７２３、４７５６ 細孔
４３０、４４０ 輸送管

Claims (13)

1. 第１の流路と、
   前記第１の流路上の第２の流路と、
   前記第１の流路と前記第２の流路の間に設けられた分割板と、を有し、
   前記第１の流路は、
   作動流体を気化させる第１の蒸発器と、
   前記作動流体を液化する第１の凝縮器と、
   前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器とを接続する第１の輸送管と、
   前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器とを接続し、前記第１の輸送管と共に第１のループ状の流路を形成する第２の輸送管と、を含み、
   前記第２の流路は、
   前記作動流体を気化させる第２の蒸発器と、
   前記作動流体を液化する第２の凝縮器と、
   前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器とを接続する第３の輸送管と、
   前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器とを接続し、前記第３の輸送管と共に第２のループ状の流路を形成する第４の輸送管と、を含む、ループ型ヒートパイプ。
2. 前記第１の流路に封入された第１の作動流体と、
   前記第２の流路に封入され、前記第１の作動流体とは作動温度の範囲が相違する第２の作動流体と、
   を更に有する請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
3. 前記分割板は、前記第１の流路に露出する第１の面と、前記第２の流路に露出する、前記第１の面とは反対側にある第２の面と、を有する請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
4. 前記第１の流路及び前記第２の流路の各々は複数の金属層が積層された構造を有し、
   前記分割板は、前記複数の金属層のうちの一の金属層である請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
5. 前記第１の流路において前記第１の輸送管内又は前記第２の輸送管内に設けられ、前記第１の凝縮器により液化された前記作動流体を前記第１の蒸発器に誘導し、前記第２の流路において前記第３の輸送管内又は前記第４の輸送管内に設けられ、前記第２の凝縮器により液化された前記作動流体を前記第２の蒸発器に誘導する多孔質体を更に有する請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
6. 前記第１の流路において前記第１の輸送管内又は前記第２の輸送管内に設けられ、前記第１の凝縮器により液化された前記作動流体を前記第１の蒸発器に誘導し、前記第２の流路において前記第３の輸送管内又は前記第４の輸送管内に設けられ、前記第２の凝縮器により液化された前記作動流体を前記第２の蒸発器に誘導する多孔質体を更に有し、
   前記第１の流路及び前記第２の流路の各々は複数の金属層が積層された構造を有し、
   前記分割板は、前記複数の金属層のうちの一の金属層である請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
7. 前記多孔質体は、前記複数の金属層のうち１以上の金属層から構成され、
   前記１以上の金属層は第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、
   前記１以上の金属層において、第１の底部を有し前記第１の面側から窪む第１の孔と、第２の底部を有し前記第２の面側から窪む第２の孔と、前記第１の底部と前記第２の底部の間にあり、前記第１の孔と前記第２の孔とが連通する細孔が形成されている請求項６に記載のループ型ヒートパイプ。
8. 前記多孔質体は、前記複数の金属層のうち２以上の金属層から構成され、
   前記複数の金属層の各々において、厚さ方向に前記複数の金属層の各々を貫通する複数の貫通孔が形成され、
   前記複数の貫通孔は、前記複数の金属層のうち隣接する第１の金属層及び第２の金属層にそれぞれ形成された第１の貫通孔と第２の貫通孔を含み、
   前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔は、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔が平面視で部分的に重なり合うところに形成される細孔を介して相互に連通する請求項６に記載のループ型ヒートパイプ。
9. 前記第１の流路及び前記第２の流路は、平面視で互いからずれたそれぞれの領域を有する請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
10. 前記それぞれの領域は、前記第１及び第３の輸送管、前記第２及び第４の輸送管、前記第１及び第２の凝縮器、又はこれらの任意の組み合わせに位置する請求項９に記載のループ型ヒートパイプ。
11. 第１の作動流体が流れる第１の流路を有する、複数の金属層の第１の積層構造体と、
    第２の作動流体が流れる第２の流路を有し、前記第１の積層構造体上にある複数の金属層の第２の積層構造体と、
    前記第１の積層構造体と前記第２の積層構造体の間に設けられ、前記第１の流路と前記第２の流路とを分ける金属層と、を有し
    前記第１の積層構造体は、
    前記第１の作動流体を気化する第１の蒸発器と、
    前記第１の作動流体を液化する第１の凝縮器と、
    前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器を接続する第１の輸送管と、
    前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器を接続し、前記第１の輸送管と第１のループ状の流路を形成する第２の輸送管と、を有し、
    前記第１の蒸発器、前記第１の凝縮器、前記第１の輸送管及び前記第２の輸送管により前記第１の流路が形成され、
    前記第２の積層構造体は、
    前記第２の作動流体を気化する第２の蒸発器と、
    前記第２の作動流体を液化する第２の凝縮器と、
    前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器を接続する第３の輸送管と、
    前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器を接続し、前記第３の輸送管とループ状の流路を形成する第４の輸送管と、を有し、
    前記第２の蒸発器、前記第２の凝縮器、前記第３の輸送管及び前記第４の輸送管により前記第２の流路が形成される、ループ型ヒートパイプ。
12. 第１の流路と、前記第１の流路上の第２の流路と、を形成する工程を有し、
    前記第１の流路と、前記第２の流路と、を形成する工程は、前記第１の流路と前記第２の流路とを分ける分割板を形成する工程を有し、
    前記第１の流路は、作動流体を気化させる第１の蒸発器と、前記作動流体を液化する第１の凝縮器と、前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器とを接続する第１の輸送管と、前記第１の蒸発器と前記第１の凝縮器とを接続し、前記第１の輸送管と共に第１のループ状の流路を形成する第２の輸送管と、を含み、
    前記第２の流路は、前記作動流体を気化させる第２の蒸発器と、前記作動流体を液化する第２の凝縮器と、前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器とを接続する第３の輸送管と、前記第２の蒸発器と前記第２の凝縮器とを接続し、前記第３の輸送管と共に第２のループ状の流路を形成する第４の輸送管と、を含む、ループ型ヒートパイプの製造方法。
13. 前記第１の流路に第１の作動流体を封入する工程と、
    前記第２の流路に、前記第１の作動流体とは作動温度の範囲が相違する第２の作動流体を封入する工程と、
    を更に有する請求項１２に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。

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