JP2020186869A - ループヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器におけるウィック到達前の液相の作動流体への断熱性能の更なる向上を図ることが可能なループヒートパイプを提供する。【解決手段】このループヒートパイプ１００の蒸発器３は、入口開口１１および出口開口１２が形成され、周壁部１３と端面部１４とを有するケース１０と、ケース１０の内部に配置されるウィック２０と、ケース１０の内部の入口開口１１側に配置され、入口開口１１から流入する液相の作動流体１をウィック２０に導く筒状の案内部３０と、を含む。筒状の案内部３０は、入口開口１１を含む内周側の液相空間４１と、周壁部１３の内面１３ａとの間の外周側の気相空間４２と、を区画するように設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、ループヒートパイプに関する。

従来、ループヒートパイプが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１では、作動流体を循環させるように接続された液管、蒸発器、蒸気管及び凝縮器を有するループ型ヒートパイプが開示されている。蒸発器は、液流入口及び蒸気流出口を有するケースと、ケース内に配置され、ケースの内面に液相の作動流体を導く多孔質体（ウィック）と、ケース内に配置され、液流入口から多孔質体内に液相の作動流体を導くマニフォールド(液供給管)とを有する。

上記特許文献１では、ループ型ヒートパイプにおいて、作動液がウィックに到達する前に気化すると、気泡がウィックの両側に気相を生じさせることにより、ウィックの外周側へと向かう通常の表面張力を打ち消す表面張力を発生することが指摘されている。上記特許文献１では、表面張力が打ち消されることは、ウィックの毛細管力が働かなくなることを意味し、ループ型ヒートパイプの冷却性能の低下又は不安定な動作がもたらされると指摘している。そこで、上記特許文献１では、作動液がウィックに到達する前に気化することを防止するため、マニフォールドを設けている。マニフォールドは、ケースの内壁に沿って配置され、ケースの材料より低い熱伝導率の材料を有する。マニフォールドの材料の一例として、ＭＣナイロンが挙げられている。

特許第５６３７２１６号公報

上記のように、特許文献１では、ＭＣナイロンなどの樹脂材料からなるマニフォールドをケースの内壁に設けることによってウィック到達前の液相の作動流体への熱伝達の抑制を図っている。しかし、ループヒートパイプの動作の安定化、冷却性能の低下抑制のためには、蒸発器における液相の作動流体への断熱性能の更なる向上が望まれる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、蒸発器におけるウィック到達前の液相の作動流体への断熱性能の更なる向上を図ることが可能なループヒートパイプを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるループヒートパイプは、蒸発器と、蒸気管と、凝縮器と、液管とを備えたループヒートパイプであって、蒸発器は、液相の作動流体の入口開口および気相の作動流体の出口開口が形成され、周壁部と端面部とを有するケースと、入口開口側と出口開口側とを区画するようにケースの内部に配置され、液相の作動流体を毛細管力により周壁部の内面に移動させるウィックと、ケースの内部の入口開口側に配置され、入口開口から流入する液相の作動流体をウィックに導く筒状の案内部と、を含み、筒状の案内部は、入口開口を含む内周側の液相空間と、周壁部の内面との間の外周側の気相空間と、を区画するように設けられている。

なお、本明細書において「液相空間」は、入口開口から液相の作動流体が供給される空間であるが、厳密に液相の作動流体のみによって充填されている必要はなく、気相の作動流体が僅かに含まれていることを許容する。「気相空間」は、主として気相の作動流体が存在すればよく、液相を含まないことを意味するものではない。気相空間は、気液混相の状態であることを許容する概念である。

本発明によれば、上記のように、筒状の案内部が、入口開口を含む内周側の液相空間と、周壁部の内面との間の外周側の気相空間と、を区画するように設けられるので、入口開口から液相空間に供給される液相の作動流体とケース（周壁部）の内面との間（気相空間）に、気相の作動流体を配置することができる。すなわち、気相空間に存在する気相の作動流体を、液相空間内の液相の作動流体に対する断熱構造として利用することができる。ここで、たとえば作動流体を水と仮定すると、気相の水の熱伝導率は、約０．０１８Ｗ／ｍ・Ｋとなり、ＭＣナイロンの熱伝導率（約０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）と比較しても、１／１０程度の低値となる。そのため、上記構成によれば、樹脂（ＭＣナイロン）などの低熱伝導材料を用いる従来構造と比較して、蒸発器におけるウィック到達前の液相の作動流体への断熱性能の更なる向上を図ることが可能なループヒートパイプを提供することができる。

ループヒートパイプの全体構成を示した模式図である。 蒸発器を側面側から見た模式的な断面図である。 蒸発器の構成例を示した模式的な斜視図である。 図２の５００−５００線に沿ったウィックの模式的な端面図である。 図２の５０１−５０１線に沿った案内部の模式的な端面図である。 気相空間および液相空間を説明するための図２のＳＡ部を拡大した模式図である。 図２のＳＢ部に相当する、ウィックの内表面側に気泡が発生した場合を説明するための仮想的なウィックの拡大模式図である。 蒸発器の第１変形例を示した模式的な断面図である。 蒸発器の第２変形例を示した模式的な断面図である。 蒸発器の第３変形例によるウィックを示した模式的な端面図である。 蒸発器の第３変形例による案内部を示した模式的な端面図である。 蒸発器の第４変形例による案内部を示した模式的な端面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図７を参照して、一実施形態によるループヒートパイプ１００について説明する。ループヒートパイプ１００は、図１に示すように、液相の作動流体１を気相の作動流体１に気化させる際の気化熱により、発熱体２を冷却するように構成されたデバイスである。ループヒートパイプ１００は、蒸発器３と、蒸気管４と、凝縮器５と、液管６とが閉じたループ状経路を形成するように接続された構成を有する。ループヒートパイプ１００の内部には作動流体１が適正量封入されている。

作動流体１は、ループヒートパイプ１００の動作に伴って相変化しながらループヒートパイプ１００内を循環する。作動流体１は、蒸発器３での吸熱により気化し、蒸気管４を通って凝縮器５に移動し、凝縮器５での放熱により凝縮し、液管６を通って蒸発器３に移動する。作動流体１は、水、フロン、アンモニア、フルオロカーボン類などであり得る。以下では、便宜的に、液相の作動流体１を「作動液１ａ」といい、気相の作動流体１を「作動蒸気１ｂ」という。

発熱体２は、特に限定されない。発熱体２は、たとえば、電動アクチュエータなどの電気機械、プロセッサまたはスイッチング素子などを備えた電子機器、空調などの温度調節用の配管などでありうる。

図１に示すループヒートパイプ１００は、上記した蒸発器３と、蒸気管４と、凝縮器５と、液管６と、を備えている。また、ループヒートパイプ１００は、リザーバ７を備えている。

蒸発器３は、発熱体２から受け入れた熱８０により作動液１ａを気化させて作動蒸気１ｂを生成するように構成されている。蒸発器３は、ループヒートパイプ１００に少なくとも１つ設けられる。蒸発器３は、作動流体１を収容可能なケース１０を備える。ケース１０は、発熱体２と熱的に接続される少なくとも１つの受熱面を有する。蒸発器３は、受熱面から受け入れた熱８０を作動液１ａに伝える。

また、蒸発器３は、作動流体１の循環を駆動するポンプとしても機能するように構成されている。ループヒートパイプ１００は、コンプレッサなどを駆動するための外部電力の供給なしに、作動流体１を循環させることが可能な電力（外部動力）フリーの熱輸送装置である。蒸発器３は、作動流体１の駆動力の発生源として、毛細管力を発生させるウィック２０を備える。蒸発器３の詳細な構成は、後述する。

蒸気管４は、蒸発器３の出口開口１２と凝縮器５の入口５ａとを流体的に接続している。蒸気管４は、第１端部と第２端部とを有する管部材である。第１端部が蒸発器３に接続され、第２端部が凝縮器５に接続されている。蒸発器３で生成された作動蒸気１ｂは、出口開口１２から蒸気管４へ流入し、蒸気管４を通って凝縮器５の入口５ａへ流入する。

凝縮器５は、作動蒸気１ｂから熱を回収することにより、作動蒸気１ｂを凝縮させて作動液１ａを生成するように構成されている。凝縮器５は、ループヒートパイプ１００に少なくとも１つ設けられる。凝縮器５は、作動流体１を流す少なくとも１つの流路と、流路中の作動流体１から回収した熱を外部に放出するための少なくとも１つの放熱面を有する。具体的には、凝縮器５は、冷媒凝縮管５ｃと、冷媒凝縮管５ｃ内を流れる気液二相状態の作動流体１との熱交換を行うヒートシンク５ｄとを含んでいる。ヒートシンク５ｄは、たとえば表面に放熱面を有し、空冷または液冷により外部に熱を放出する。

液管６は、凝縮器５の出口５ｂとリザーバ７の入口７ａとを流体的に接続する第１管６ａと、リザーバ７の出口７ｂと蒸発器３の入口開口１１とを流体的に接続する第２管６ｂとを含む。液管６（第１管６ａ、第２管６ｂ）は、第１端部と第２端部とを有する管部材である。凝縮器５で生成された作動液１ａは、凝縮器５の出口５ｂから液管６（第１管６ａ）へ流入し、液管６（第１管６ａ）を通ってリザーバ７へ流入する。さらに、作動液１ａは、リザーバ７の出口７ｂから液管６（第２管６ｂ）へ流入し、液管６（第２管６ｂ）を通って蒸発器３へ流入する。

リザーバ７は、作動流体１を貯留する容器である。リザーバ７は、ループヒートパイプ１００内の余剰の作動流体１を貯留する。リザーバ７は、ループヒートパイプ１００の起動時（低温状態）には略気相と少量の液相の作動流体１を貯留し、ループヒートパイプ１００の動作中には液相の割合が増加した作動流体１を貯留する。リザーバ７により、蒸発器３内の作動液１ａが不足しないように液量調整が行われる。

（蒸発器）
図２に示すように、蒸発器３は、ケース１０、ウィック２０および案内部３０を含む。蒸発器３は、ケース１０内にウィック２０および案内部３０を収容した構造を有する。

〈ケース〉
ケース１０には、液相の作動流体１（作動液１ａ）の入口開口１１および気相の作動流体１（作動蒸気１ｂ）の出口開口１２が形成されている。ケース１０は、少なくとも１つの周壁部１３と少なくとも１つの端面部１４とを有する。周壁部１３および端面部１４は、ケース１０の内部空間１５を区画する。周壁部１３および端面部１４の形状は特に限定されない。ケース１０の構成材料は、たとえば金属または合金であり、銅、アルミニウムまたはこれらの合金、あるいはステンレス鋼などが用いられ得る。ケース１０の構成材料は、必要とされる機械的性質を有した上で、なるべく熱伝導率の高い材料が望ましい。

図３に示すように、ケース１０は、たとえば直方体（六面体）状の箱状形状を有する。図３の例では、ケース１０が矩形筒状の周壁部１３と、２つの矩形平板状の端面部１４とを有する。周壁部１３は、蒸発器３の上面３ａ、下面３ｂ、左側面３ｃおよび右側面３ｄを構成する。２つの端面部１４は、筒状の周壁部１３の両端をそれぞれ覆う。ケース１０は、周壁部１３と各端面部１４とによって区画された直方体状の内部空間１５を有する。一方の端面部１４に入口開口１１（図２参照）が形成され、他方の端面部１４に出口開口１２（図２参照）が形成されている。入口開口１１に液管６が接続され、出口開口１２に蒸気管４が接続されている。

図３の例では、周壁部１３の上面３ａおよび下面３ｂが左側面３ｃおよび右側面３ｄに比べて大きい平板型の蒸発器３の例を示している。この例では、上面３ａおよび下面３ｂの一方または両方が、発熱体２と熱的に接続される受熱面を構成する。なお、図３では、ケース１０が、入口開口１１側の第１部分１０ａと出口開口１２側の第２部分１０ｂとに分割されている例を示している。ケース１０は、第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂの内部に部品（ウィック２０および案内部３０など）を収容した状態で、溶接、ろう付け、接着その他の手法により第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂの端面同士を接合することにより形成される。図３では、第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂが周壁部１３の部分で分割されている例を示しているが、たとえば第１部分１０ａが周壁部１３の全体と一方の端面部１４とを含み、第２部分１０ｂが他方の端面部１４のみを含む構造であってもよい。

〈ウィック〉
図２に示すように、ウィック２０は、入口開口１１側と出口開口１２側とを区画するようにケース１０の内部に配置されている。つまり、ウィック２０は、ケース１０の内部空間１５を、入口開口１１側の領域と、出口開口１２側の領域とに分けている。ウィック２０は、作動液１ａ（液相の作動流体１）を毛細管力により周壁部１３の内面１３ａに移動させるように構成されている。すなわち、ウィック２０は、入口開口１１側の表面から作動液１ａを浸透させ、毛細管現象によって、出口開口１２側の表面まで作動液１ａを移動させる複数の毛細管（図示せず）が形成された多孔質材である。

ウィック２０は、金属、合金またはセラミックの多孔質材により形成されている。ウィック２０は、たとえば、金属繊維の焼結体、金属製の多孔質体（ポーラスメタルなど）、セラミック製の多孔質体などが用いられる。ウィック２０の平均孔径は、たとえば数μｍから数十μｍ程度の大きさである。

ウィック２０は、ケース１０の周壁部１３の内面１３ａと全周に亘って当接する外表面２１（図３参照）を有する。また、ウィック２０は、作動液１ａを貯留可能に窪んだ凹部２２を有する。作動液１ａは、凹部２２の内表面２３側から外表面２１まで輸送されて、周壁部１３の内面１３ａから発熱体２の熱８０を受け取ることにより気化される。ウィック２０の外表面２１において発生した作動蒸気１ｂが出口開口１２側に円滑に流れるように、ウィック２０の外表面２１および周壁部１３の内面１３ａの少なくとも一方には、出口開口１２に向けて延びる溝部２４が形成される。

本実施形態では、ウィック２０は、外表面２１に形成された溝部２４を有する。周壁部１３の内面１３ａは平坦面である。図３および図４に示すように、溝部２４は、ウィック２０の外表面２１において、入口開口１１側の端部の手前から、出口開口１２側の端部まで延びている。溝部２４は、ウィック２０の外表面２１の幅方向に並ぶように複数設けられている。ウィック２０の外表面２１のうち、溝部２４が形成されていない領域は、周壁部１３の内面１３ａと当接する当接面２５となっている。ウィック２０の外表面２１において、入口開口１１側の端部には、全周に亘って当接面２５が形成されている。図４では、ウィック２０の外表面２１のうち、ケース１０の上面３ａ側および下面３ｂ側の上下の外表面２１にのみ溝部２４が形成されている例を示しているが、左右の外表面２１にも溝部２４を形成してもよい。溝部２４は、深さ９１を有する。

〈案内部〉
図２に示すように、案内部３０は、入口開口１１から流入する液相の作動流体１をウィック２０に導くように構成されている。案内部３０は、ケース１０の内部の入口開口１１側に配置されている。つまり、案内部３０は、ウィック２０によって区画されたケース１０の内部空間１５のうちで、入口開口１１側に配置されている。案内部３０は、筒状形状（図３および図５参照）を有している。案内部３０は、入口開口１１の周囲を取り囲むように端面部１４の内面１４ａと当接し、内周側に作動液１ａを受け入れるように設けられている。案内部３０は、ウィック２０の凹部２２の周囲を取り囲むように設けられ、入口開口１１から受け入れた作動液１ａをウィック２０の凹部２２へと導く。

本実施形態では、筒状の案内部３０は、入口開口１１を含む内周側の液相空間４１と、周壁部１３の内面１３ａとの間の外周側の気相空間４２と、を区画するように設けられている。上記のように、案内部３０の内周面３１は、入口開口１１を取り囲むことにより、液相空間４１を区画している。案内部３０の外周面３２は、少なくとも一部が、周壁部１３の内面１３ａとの間に隙間を形成するように内面１３ａから離れている。案内部３０の外周面３２と、周壁部１３の内面１３ａとの間に、気相空間４２が形成されている。

液相空間４１は、案内部３０の内周面３１と、ウィック２０の内表面２３と、入口開口１１の周囲の端面部１４の内面１４ａと、により区画された空間である。気相空間４２は、案内部３０の外周面３２と、周壁部１３の内面１３ａと、ウィック２０の端面２６と、端面部１４の内面１４ａと、により区画された空間である。気相空間４２は、これらの各面によって区画された閉じた空間である。

案内部３０は、第１端３３および第２端３４を有する。第１端３３がウィック２０の入口開口１１側の端面２６に当接し、第２端３４がケース１０の端面部１４の内面１４ａに当接している。図２の構成例では、ケース１０の端面部１４は、入口開口１１を取り囲むように形成され案内部３０の第２端３４が嵌る凹部１４ｂを有する。端面部１４の内面１４ａには、図３に示すように案内部３０の第２端３４の形状（矩形枠形状）に合わせた形状の環状（図示省略）の凹部１４ｂが形成されている。案内部３０の第２端３４は、凹部１４ｂ内に嵌り込んでいる。ウィック２０の端面２６の側にも、案内部３０の第１端３３が嵌り込む窪み（凹部）を設けてもよい。

案内部３０は、液体を浸透させる多孔質材または液体を浸透させない非多孔質材により形成されうる。本実施形態では、案内部３０は、多孔質材により形成されている。これにより、案内部３０は、毛細管力８１(図６参照)により、液相空間４１から案内部３０の外周面３２への液相の作動流体１の移動を許容するとともに気相空間４２から液相空間４１への気相の移動を阻むように構成されている。

図６に示すように、案内部３０が有する細孔３５内に浸透した作動液１ａには、外周面３２へ向かう毛細管力８１が作用する。案内部３０の内周面３１から外周面３２（気相空間４２）に浸みだした作動液１ａは、発熱体２からケース１０に伝わる熱８０により気化され作動蒸気１ｂとなる。閉じた気相空間４２内の作動蒸気１ｂは、出口開口１２側へ逃げる先がないため、気相空間４２内に留まる。案内部３０には、毛細管力８１により、作動液１ａを外周面３２側へ押し出そうとする力が生じるため、気相空間４２内の作動蒸気１ｂが液相空間４１へ移動することが抑止される。

ループヒートパイプ１００の作動中、案内部３０の内周側の液相空間４１は、実質的に作動液１ａによって満たされる。実質的に満たされるとは、不可避的に混入する気泡などが存在することを許容することを意味する。ループヒートパイプ１００の作動中、案内部３０の外周側の気相空間４２は、主として作動蒸気１ｂによって満たされるが、作動液１ａが含まれた二相混合状態であってもよい。

図３の例では、案内部３０は、ウィック２０とは別体で設けられている。この場合、案内部３０は、ウィック２０と同一の構成材料で形成されていてもよいし、ウィック２０とは異なる構成材料で形成されていてもよい。ウィック２０は、毛細管力により作動流体１を循環させる機能を有するので、毛細管力の発生に関わる構成材料、空隙率、平均孔径などの各種パラメータについて設計上の制約が多い。そのため、ウィック２０については、必ずしも熱伝導率を優先した構成材料を選定することができない。これに対して、案内部３０は、作動流体１を循環させる機能を有する必要がないため、構成材料、空隙率、平均孔径などの設計上の自由度が確保しやすい。そのため、案内部３０がウィック２０とは別体で設けられている場合、液相空間４１内の作動液１ａへの断熱性能を優先させた構成材料、空隙率、平均孔径などを選定することができる。

たとえば、本実施形態では、案内部３０は、ウィック２０の構成材料よりも熱伝導率の小さい構成材料により形成されている。具体的には、ウィック２０は、上記の通り、金属、合金またはセラミックの多孔質材により形成されている。案内部３０は、樹脂の多孔質材により形成されている。樹脂材料は、金属、合金またはセラミックと比較して熱伝導率が低い傾向があり、そのような樹脂の多孔質材を用いることにより、案内部３０の断熱性能を容易に向上させることができる。熱伝導率の一例として、銅は約３８０Ｗ／ｍＫ、ステンレス鋼は約１６Ｗ／ｍＫ、アルミナは約３０Ｗ／ｍＫ、ＰＴＦＥは約約０．２Ｗ／ｍＫである。案内部３０の構成材料の空隙率および平均孔径は、ウィック２０の構成材料の空隙率および平均孔径と同じでもよいし、異なっていてもよい。

気相空間４２による断熱性能を確保するためには、案内部３０と周壁部１３との接触面積を極力小さくすることが好ましい。図５の構成例では、案内部３０は、外周面３２の全周に亘って、周壁部１３の内面１３ａから非接触となるように設けられ、周壁部１３の内面１３ａとの間に環状の気相空間４２を形成している。気相空間４２は、案内部３０の外周面３２と周壁部１３の内面１３ａとの間で、全周にわたって連続した空間となっている。このため、周壁部１３の内面１３ａから案内部３０に対して、直接接触による熱伝導は発生せず、作動蒸気１ｂによる高い断熱性能が確保される。

案内部３０の外周面３２は、周壁部１３の内面１３ａから距離９２だけ離れるように設けられている。距離９２は、気相空間４２の厚みに相当する。案内部３０と周壁部１３との間の気相空間４２の厚み９２は、溝部２４の深さ９１（図４参照）よりも大きい。一例として、溝部２４の深さ９１が約１ｍｍ〜約２ｍｍ程度である場合、気相空間４２の厚み９２が約２ｍｍ〜約４ｍｍ程度としてよい。

また、気相空間４２の容積は、ウィック２０と周壁部１３の内面１３ａとの間の各溝部２４の内部容積の合計よりも、大きい。また、図４および図５に示したように、蒸発器３の入口開口１１から出口開口１２に向かう方向から見た断面において、気相空間４２の断面積は、各溝部２４により形成される空間２７（図４参照）の総面積よりも大きい。これにより、気相空間４２を大きくできるので、高い断熱性能を得ることが可能である。

（蒸発器の作用）
次に、本実施形態の蒸発器３の作用を説明する。

蒸発器３のケース１０に発熱体２から熱８０が加えられると、ウィック２０の外表面２１（溝部２４の内面も含む）において作動液１ａが熱８０を吸収して気化し、溝部２４の空間２７（図４参照）を通って出口開口１２へ移動する。図７に示すように、ウィック２０には、多数の細孔２８が形成されており、毛細管力８２によって、凹部２２内の作動液１ａを細孔２８を介して外表面２１に輸送する。ウィック２０の外表面２１での作動液１ａの気化と、毛細管力８２による凹部２２内から外表面２１への作動液１ａの輸送とによって、作動流体１がループヒートパイプ１００内を循環する。

ここで、本実施形態の案内部３０がなく作動液１ａがケース１０の内面１３ａに直接触れる場合、ケース１０の内面１３ａからの伝熱（図２参照）によって作動液１ａがウィック２０に達する前に加熱され、この部分で沸騰して気泡６１が生じ、気泡６１がウィック２０の凹部２２に流入して内表面２３に付着する現象が生じうる。図７は、説明のため便宜的に、作動液１ａの中に発生した気泡６１が凹部２２の内側に流入した状況を仮想的に示している。この場合、細孔２８内の作動液１ａには、内表面２３側および外表面２１側にそれぞれ毛細管力８２が作用することとなり、作動液１ａを外表面２１側に移動させる作用が阻害される。ウィック２０の内表面２３に作動液１ａの気泡６１が流入することを抑制するためには、ウィック２０に作動液１ａが流入する前に、作動液１ａに発熱体２の熱８０が伝わることを抑制することが重要である。

本実施形態では、図２に示したように、筒状の案内部３０によって、入口開口１１から供給される作動液１ａがウィック２０の内表面２３まで導かれる。図６に示したように、ケース１０（周壁部１３）に与えられた熱８０は、気相空間４２、案内部３０を介して、案内部３０の液相空間４１内の作動液１ａに伝達するが、気相空間４２内の作動蒸気１ｂは、気体（気相）であるため、低い熱伝導率を有する。作動流体１を水と仮定すると、気相の水の熱伝導率は、約０．０１８Ｗ／ｍ・Ｋとなる。たとえばＭＣナイロンなどの低熱伝導率の樹脂材料を断熱材として使用する場合でも、ＭＣナイロンは熱伝導率（約０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、作動蒸気１ｂの熱伝導率はさらに１／１０程度の低値となる。そのため、気相空間４２により、ケース１０の周壁部１３から気相空間４２を介して液相空間４１内に熱８０が伝わることが効果的に抑制される。すなわち、図７に仮想的に示した気泡６１の発生、及び流入が抑制される。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、筒状の案内部３０が、入口開口１１を含む内周側の液相空間４１と、周壁部１３の内面１３ａとの間の外周側の気相空間４２と、を区画するように設けられるので、入口開口１１から液相空間４１に供給される液相の作動流体１（作動液１ａ）とケース１０（周壁部１３）の内面１３ａとの間（気相空間４２）に、気相の作動流体１を配置することができる。すなわち、気相空間４２に存在する気相の作動流体１（作動蒸気１ｂ）を、液相空間４１内の液相の作動流体１に対する断熱構造として利用することができる。これにより、樹脂（ＭＣナイロン）などの低熱伝導材料を用いる従来構造と比較して、蒸発器３におけるウィック２０到達前の液相の作動流体１への断熱性能の更なる向上を図ることが可能なループヒートパイプを提供することができる。

また、上記実施形態では、以下のように構成したことによって、更なる効果が得られる。

すなわち、本実施形態では、上記のように、案内部３０は、多孔質材により形成され、毛細管力８１により、液相空間４１から案内部３０の外周面３２への作動液１ａの移動を許容するとともに気相空間４２から液相空間４１への気相の移動を阻むように構成されている。このように構成すれば、案内部３０の外表面に浸透した作動液１ａが、ケース１０への入熱に伴い蒸発して気相空間４２内に留まる。一方、気相空間４２の蒸気は、毛細管力８１によって、案内部３０を通過して液相空間４１へ進入することが妨げられる。このため、気相空間４２を気密封止することなく、気相空間４２を作動蒸気１ｂで満たすことができる。そのため、蒸発器３の構成を複雑にすることなく作動蒸気１ｂによる高い断熱性能を得ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、案内部３０は、外周面３２の全周に亘って、周壁部１３の内面１３ａから非接触となるように設けられ、周壁部１３の内面１３ａとの間に環状の気相空間４２を形成している。このように構成すれば、案内部３０の外周の全周が気相空間４２によって取り囲まれる。そのため、案内部３０と周壁部１３の内面１３ａとの接触による熱伝導を極力抑制し、気相空間４２（作動蒸気１ｂ）による断熱作用を最大限確保することができる。

また、本実施形態では、上記のように、案内部３０は、第１端３３および第２端３４を有し、第１端３３がウィック２０の入口開口１１側の端面２６に当接し、第２端３４がケース１０の端面部１４の内面１４ａに当接している。このように構成すれば、案内部３０がウィック２０と端面部１４との間で挟まれるので、案内部３０を周壁部１３の内面１３ａと接触させなくても、案内部３０をケース１０内に容易に保持することができる。また、案内部３０が入口開口１１の内部に挿入される場合と比べて、入口開口１１の開口面積を容易に確保できる。

また、本実施形態では、上記のように、ケース１０の端面部１４は、入口開口１１を取り囲むように形成され案内部３０の第２端３４が嵌る凹部１４ｂを有する。このように構成すれば、端面部１４の凹部１４ｂに案内部３０の第２端３４を嵌め込むことによって、案内部３０を容易に位置決めおよび保持することができる。さらに、案内部３０の第２端３４が凹部１４ｂ内に嵌り込むため、簡単な構造で、作動流体１が通過する隙間が案内部３０と端面部１４との間に形成されることを容易に回避できる。

また、本実施形態では、上記のように、案内部３０は、ウィック２０とは別体で設けられ、ウィック２０の構成材料よりも熱伝導率の小さい構成材料により形成されている。ここで、ウィック２０は、ループヒートパイプ１００内で作動流体１を循環させる駆動力となる毛細管力８２を発生させるため、孔径、空隙率、構成材料などの制約が大きく、低熱伝導率を優先した材料選定は困難である。これに対して、案内部３０は、ウィック２０のような制約がないため、ウィック２０の構成材料よりも熱伝導率の小さい構成材料により形成することができる。その結果、気相空間４２による断熱性能に加えて、案内部３０自体の低い熱伝導率によって、より断熱性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ウィック２０は、金属、合金またはセラミックの多孔質材により形成され、案内部３０は、樹脂の多孔質材により形成されている。ここで、樹脂材料は金属、合金またはセラミックと比較して一桁以上低い熱伝導率を容易に得ることができる。そのため、案内部３０を樹脂の多孔質材により形成することによって、ウィック２０よりも低い熱伝導率を有する案内部３０を容易に得ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ウィック２０は、外表面２１に形成された溝部２４を有し、案内部３０と周壁部１３との間の気相空間４２の厚み９２は、溝部２４の深さ９１よりも大きい。このように構成すれば、気相空間４２の厚み９２を大きく確保することができるので、より効果的に、作動液１ａへの断熱性能を向上させることができる。

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

〈第１変形例〉
上記実施形態では、案内部３０を、ウィック２０とは別体で設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。図８に示したウィック２０とは別々に設けられた案内部３０に代えて、図８に示す第１変形例では、案内部１３０が、ウィック２０と一体で設けられている。

図８では、案内部１３０が、ウィック２０の一部として形成されている。案内部１３０は、ウィック２０と同一の構成材料によって形成されている。案内部１３０は、ウィック２０の入口開口１１側の端面２６から、入口開口１１側へ延びている。つまり、案内部１３０の第１端３３が、ウィック２０の端面２６から立ち上がるように連続している。案内部１３０の第２端３４は、入口開口１１が形成された端面部１４の内面１４ａに当接している。これにより、案内部１３０は、内周面３１側の液相空間４１と外周面３２側の気相空間４２とを区画している。

このように、案内部は、ウィックと一体形成されていてもよい。案内部は、案内部とウィックとを一体で形成するか別体で形成するかに関わらず、ウィックの構成材料と同一の構成材料によって形成されていてもよい。

この第１変形例では、案内部１３０が、ウィック２０と一体で設けられているので、案内部１３０によって気相空間４２を設ける構成であっても、蒸発器３の部品点数が増大することがない。そのため、気相空間４２により蒸発器３の構造が複雑化することを抑制しつつ、蒸発器３における液相の作動流体１への断熱性能を向上させることができる。

〈第２変形例〉
また、上記実施形態では、案内部３０の第１端３３がウィック２０の端面２６に当接し、第２端３４がケース１０の端面部１４の内面１４ａに当接する例を示したが、本発明はこれに限られない。図９に示した第１端３３がウィック２０の端面２６に当接する案内部３０に代えて、図９に示す第２変形例では、案内部２３０が、ウィック２０の凹部２２内に挿入されるように設けられている。案内部２３０は、ウィック２０の凹部２２の内表面２３の断面形状と略同一の外形形状を有し、ウィック２０の凹部２２の内側に嵌め込まれている。

案内部２３０は、ケース１０の端面部１４の内面１４ａから、ウィック２０の凹部２２の底面まで延びている。案内部２３０の外周面３２は、ウィック２０の端面２６よりも入口開口１１側の部分で気相空間４２を区画し、ウィック２０の端面２６よりも出口開口１２側の部分がウィック２０の凹部２２の内部でウィック２０の内表面２３と接触している。この構成では、凹部２２内の液相空間４１内の作動液１ａが、毛細管力によって、案内部２３０を通過してウィック２０の外表面２１まで輸送される。

〈第３変形例〉
また、上記実施形態では、矩形箱状（直方体状）の蒸発器３の例を示したが、本発明はこれに限られない。図３に示した矩形箱状のケース１０に代えて、図１０および図１１に示す第３変形例では、円筒状形状を有するケース１１０が設けられている。図１０は、第３変形例におけるウィック２０の断面を示し、図１１は、第３変形例における案内部３０の断面を示している。

図１０および図１１に示す第３変形例では、ケース１１０が円筒形状を有する。つまり、周壁部１３が円筒形状を有する。ウィック２０は、ケース１１０に合わせて円形断面を有し、外表面２１に複数の溝部２４が設けられている。案内部３０は、端面部１４の入口開口１１の周囲を囲むように円筒形状に形成されている。円筒形状の案内部３０は、ケース１１０の内部を、内周面３１側の液相空間４１と外周面３２側の気相空間４２とに区画している。蒸発器３は、たとえばケース１１０の外径に略一致する穴が形成されたヒートシンク（図示せず）に挿入されることにより、発熱体２からヒートシンクを介して周壁部１３の全周に亘って伝熱される。

〈第４変形例〉
また、上記実施形態では、案内部３０が、外周面３２の全周に亘って、周壁部１３の内面１３ａから非接触となるように設けられ、周壁部１３の内面１３ａとの間に環状の気相空間４２を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、案内部３０の外周面３２が、部分的に、周壁部１３の内面１３ａと接触してもよい。この場合、周壁部１３との接触部からの直接的な（気相空間４２を介さない）伝熱をなるべく小さくすることが好ましい。そのためには、案内部３０の外周面３２のうち、周壁部１３の内面１３ａとの接触部の面積が、周壁部１３の内面１３ａとの非接触部の面積よりも小さいことが好ましい。

たとえば図１２に示す第４変形例では、図５に示した全周に亘って周壁部１３の内面１３ａから非接触となる案内部３０に代えて、周壁部１３の内面１３ａと局所的に接触する接触部３３１を有する案内部３３０が設けられている。案内部３３０の外周面３２には、周壁部１３に向けて突出する突起３３２が設けられている。案内部３３０の突起３３２は、矩形断面を有する周壁部１３の各辺を構成する４つの内面１３ａにそれぞれ接触するように、４つ設けられている。突起３３２の先端部が、周壁部１３の内面１３ａと接触する接触部３３１である。案内部３３０の外周面３２のうち、接触部３３１以外の領域では、周壁部１３の内面１３ａとは非接触となっている。案内部３３０の外周面３２のうち、周壁部１３の内面１３ａとの接触部３３１の面積は、周壁部１３の内面１３ａとの非接触部の面積よりも小さく、たとえば非接触部の面積の１／３以下、１／５以下、１／１０以下、１／２０以下、１／５０以下、または１／１００以下である。

この構成では、突起３３２の先端部が周壁部１３の各内面１３ａと接触することにより、ケース１０内における案内部３３０の位置決めを容易かつ正確に行うことができる。案内部３３０と周壁部１３との接触面積が十分に小さいため、案内部３３０の内周側の液相空間４１に対する十分な断熱性能が確保できる。

なお、本明細書では、図１２に示したように、案内部３３０が、外周面３２の大部分で周壁部１３の内面１３ａから非接触となり、局所的に周壁部１３の内面１３ａと接触する構成は、外周面３２の「略全周」に亘って、周壁部１３の内面１３ａから非接触となる構成に該当するものとする。この構成によっても、案内部３０の外周の略全周が気相空間４２によって取り囲まれるため、案内部３０と周壁部１３の内面１３ａとの接触による熱伝導を極力抑制し、気相空間４２（気相の作動流体１）による高い断熱作用を確保できる。

〈その他の変形例〉
上記実施形態では、案内部３０を多孔質材により形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、案内部３０を多孔質材以外の材料によって構成してもよい。つまり、液相空間４１内の作動液１ａを気相空間４２側へ浸透しないように案内部３０が構成されていてもよい。案内部３０は、非多孔質の樹脂材料などにより構成されうる。

また、上記実施形態では、ケース１０の端面部１４に、入口開口１１を取り囲むように形成され案内部３０の第２端３４が嵌る凹部１４ｂを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では凹部１４ｂを設けなくてもよい。端面部１４の内面１４ａが平坦面であってよい。

また、上記実施形態では、案内部３０と周壁部１３との間の気相空間４２の厚み９２が、溝部２４の深さ９１よりも大きい例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、気相空間４２の厚み９２が、溝部２４の深さ９１以下でもよい。ただし、気相空間４２の厚み９２が大きいほど、周壁部１３と液相空間４１との間の断熱領域が大きく確保されるので、作動液１ａに対する断熱性能の観点では気相空間４２の厚み９２が溝部２４の深さ９１よりも大きいことが好ましい。

また、上記実施形態では、リザーバ７を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば入口開口側の領域に適正量の作動流体を貯留可能に蒸発器を構成すれば、リザーバを設ける必要はない。

[態様]
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（項目１）
蒸発器と、蒸気管と、凝縮器と、液管とを備えたループヒートパイプであって、
前記蒸発器は、
液相の作動流体の入口開口および気相の作動流体の出口開口が形成され、周壁部と端面部とを有するケースと、
前記入口開口側と前記出口開口側とを区画するように前記ケースの内部に配置され、前記液相の作動流体を毛細管力により前記周壁部の内面に移動させるウィックと、
前記ケースの内部の前記入口開口側に配置され、前記入口開口から流入する前記液相の作動流体を前記ウィックに導く筒状の案内部と、を含み、
筒状の前記案内部は、前記入口開口を含む内周側の液相空間と、前記周壁部の内面との間の外周側の気相空間と、を区画するように設けられている、ループヒートパイプ。
（項目２）
前記案内部は、多孔質材により形成され、毛細管力により、前記液相空間から前記案内部の外周面への前記液相の作動流体の移動を許容するとともに前記気相空間から前記液相空間への気相の移動を阻むように構成されている、項目１に記載のループヒートパイプ。
（項目３）
前記案内部は、外周面の略全周に亘って、前記周壁部の内面から非接触となるように設けられ、前記周壁部の内面との間に環状の前記気相空間を形成している、項目１または２に記載のループヒートパイプ。
（項目４）
前記案内部は、第１端および第２端を有し、
前記第１端が前記ウィックの前記入口開口側の端面に当接し、前記第２端が前記ケースの前記端面部の内面に当接している、項目１〜３のいずれか１項に記載のループヒートパイプ。
（項目５）
前記ケースの前記端面部は、前記入口開口を取り囲むように形成され前記案内部の前記第２端が嵌る凹部を有する、項目４に記載のループヒートパイプ。
（項目６）
前記案内部は、前記ウィックとは別体で設けられ、前記ウィックの構成材料よりも熱伝導率の小さい構成材料により形成されている、項目１〜５のいずれか１項に記載のループヒートパイプ。
（項目７）
前記ウィックは、金属、合金またはセラミックの多孔質材により形成され、
前記案内部は、樹脂の多孔質材により形成されている、項目６に記載のループヒートパイプ。
（項目８）
前記案内部は、前記ウィックと一体で設けられている、項目１〜５のいずれか１項に記載のループヒートパイプ。
（項目９）
前記ウィックは、外表面に形成された溝部を有し、
前記案内部と前記周壁部との間の前記気相空間の厚みは、前記溝部の深さよりも大きい、項目１〜８のいずれか１項に記載のループヒートパイプ。

１ 作動流体
１ａ 作動液（液相の作動流体）
１ｂ 作動蒸気（気相の作動流体）
３ 蒸発器
４ 蒸気管
５ 凝縮器
６ 液管
１０、１１０ ケース
１１ 入口開口
１２ 出口開口
１３ 周壁部
１３ａ 内面
１４ 端面部
１４ａ 内面
１４ｂ 凹部
２０ ウィック
２１ 外表面
２４ 溝部
２６ 端面
３０、１３０、２３０、３３０ 案内部
３１ 内周面
３２ 外周面
３３ 第１端
３４ 第２端
４１ 液相空間
４２ 気相空間
８０ 熱
８１、８２ 毛細管力
９１ 深さ
９２ 厚み
１００ ループヒートパイプ

Claims (9)

1. 蒸発器と、蒸気管と、凝縮器と、液管とを備えたループヒートパイプであって、
   前記蒸発器は、
   液相の作動流体の入口開口および気相の作動流体の出口開口が形成され、周壁部と端面部とを有するケースと、
   前記入口開口側と前記出口開口側とを区画するように前記ケースの内部に配置され、前記液相の作動流体を毛細管力により前記周壁部の内面に移動させるウィックと、
   前記ケースの内部の前記入口開口側に配置され、前記入口開口から流入する前記液相の作動流体を前記ウィックに導く筒状の案内部と、を含み、
   筒状の前記案内部は、前記入口開口を含む内周側の液相空間と、前記周壁部の内面との間の外周側の気相空間と、を区画するように設けられている、ループヒートパイプ。
2. 前記案内部は、多孔質材により形成され、毛細管力により、前記液相空間から前記案内部の外周面への前記液相の作動流体の移動を許容するとともに前記気相空間から前記液相空間への気相の移動を阻むように構成されている、請求項１に記載のループヒートパイプ。
3. 前記案内部は、外周面の略全周に亘って、前記周壁部の内面から非接触となるように設けられ、前記周壁部の内面との間に環状の前記気相空間を形成している、請求項１または２に記載のループヒートパイプ。
4. 前記案内部は、第１端および第２端を有し、
   前記第１端が前記ウィックの前記入口開口側の端面に当接し、前記第２端が前記ケースの前記端面部の内面に当接している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のループヒートパイプ。
5. 前記ケースの前記端面部は、前記入口開口を取り囲むように形成され前記案内部の前記第２端が嵌る凹部を有する、請求項４に記載のループヒートパイプ。
6. 前記案内部は、前記ウィックとは別体で設けられ、前記ウィックの構成材料よりも熱伝導率の小さい構成材料により形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のループヒートパイプ。
7. 前記ウィックは、金属、合金またはセラミックの多孔質材により形成され、
   前記案内部は、樹脂の多孔質材により形成されている、請求項６に記載のループヒートパイプ。
8. 前記案内部は、前記ウィックと一体で設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のループヒートパイプ。
9. 前記ウィックは、外表面に形成された溝部を有し、
   前記案内部と前記周壁部との間の前記気相空間の厚みは、前記溝部の深さよりも大きい、請求項１〜８のいずれか１項に記載のループヒートパイプ。

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