JP2021099169A - 装置、熱交換器、および蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換率を向上させた装置などを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の装置は、発熱体と、蒸発器から流出した気相の作動流体を凝縮させ蒸発器に環流させる熱交換器とを備える。蒸発器は、予め定めた方向に沿って流入する作動流体を蒸発させる蒸発体と、蒸発体を収容するとともに、外面と対向する内面を有する収容体とを備える。蒸発体は、外面において収容体に向けて突出するとともに、この方向に沿って形成される蒸発体突出部を有し、収容体は、内面において蒸発体に向けて突出し蒸発体突出部と噛み合う収容体突出部を有し、蒸発体突出部および収容体突出部は、対向する内面あるいは外面から離間し蒸発した作動流体を案内する蒸気溝を形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、装置、熱交換器、および蒸発器に関する。

特許文献１には、設置角度の如何に関わらず効率的に発熱部品を冷却するべく、蒸発部、凝縮部、及び液戻り管の内部にそれぞれ設けられるとともに、毛細管力を生じさせるウィックを有するループ型ヒートパイプが開示されている。

特開２００８−２１５７０２号公報

ところで、近年、電子機器などの装置が小型化および高性能化することにともない、装置における発熱密度が増大している。そのため、装置に設けられる発熱体からの高い熱流束を効率よく除去することが求められている。
そこで、本発明は、熱交換率を向上させた装置などを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、発熱体と、前記発熱体から熱を吸収して液相の作動流体を蒸発させる蒸発器を有し、当該蒸発器から流出した気相の作動流体を凝縮させ当該蒸発器に環流させる熱交換器とを備える装置において、前記蒸発器は、予め定めた方向に沿って内部に流入する液相の作動流体を毛細管力により外面へ導き蒸発させる蒸発体と、前記蒸発体を収容するとともに、前記外面と対向する内面を有する収容体とを備え、前記蒸発体は、前記外面において前記収容体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成される蒸発体突出部を有し、前記収容体は、前記内面において前記蒸発体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成され、前記蒸発体突出部と噛み合う収容体突出部を有し、前記蒸発体突出部および前記収容体突出部の少なくとも一方の先端は、対向する前記内面あるいは前記外面から離間し、蒸発した作動流体を案内する蒸気溝を形成する装置である。
請求項２に記載の発明は、前記方向と直交する断面において、前記蒸発体突出部および前記収容体突出部が接触する接触領域の長さは、当該蒸発体突出部の先端の幅の半分の長さよりも長い請求項１記載の装置である。
請求項３に記載の発明は、前記蒸気溝内であって前記一方の先端と、前記蒸発体突出部および前記収容体突出部の他方の側面とにより形成される隅部に、液相の作動流体が滲み出る請求項１または２記載の装置である。
請求項４に記載の発明は、前記蒸発体突出部の先端は当該蒸発体突出部の根元よりも幅が広く、かつ前記収容体突出部の先端は当該収容体突出部の根元よりも幅が広い請求項１乃至３のいずれか１項記載の装置である。
請求項５に記載の発明は、前記蒸発体突出部および前記収容体突出部が接触する接触領域において当該蒸発体突出部および当該収容体突出部の一方が突出し他方が当該突出する部分と噛み合うよう凹む請求項１乃至４のいずれか１項記載の装置である。
請求項６に記載の発明は、前記蒸気溝は、前記収容体突出部の先端および前記外面の間の第１空間と、前記蒸発体突出部の先端および前記内面の間の第２空間とを有する請求項１乃至５のいずれか１項記載の装置である。
請求項７に記載の発明は、前記内面および前記外面の少なくとも一方に、前記方向と交差する方向に形成され、前記第１空間と前記第２空間とを連続させる交差溝を有する請求項６項記載の装置である。
請求項８に記載の発明は、発熱体と、前記発熱体から熱を吸収して液相の作動流体を蒸発させる蒸発器を有し、当該蒸発器から流出した気相の作動流体を凝縮させ当該蒸発器に環流させる熱交換器とを備える装置において、前記蒸発器は、予め定めた方向に沿って内部に流入する液相の作動流体を毛細管力により外面へ導き蒸発させる蒸発体と、前記蒸発体を収容するとともに、前記外面と対向する内面を有する収容体とを有し、前記蒸発体は、前記外面において前記収容体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成される蒸発体突出部を有し、前記収容体は、前記内面において前記蒸発体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成され、前記蒸発体突出部と噛み合う収容体突出部を有し、前記蒸発体突出部および前記収容体突出部が接触する接触領域が、当該収容体突出部の先端と当該蒸発体突出部の側面とにより形成され液相の作動流体が滲み出る空間である第１隅部と、当該蒸発体突出部の先端と当該収容体突出部の側面とにより形成され液相の作動流体が滲み出る空間である第２隅部との間に位置する装置である。
請求項９に記載の発明は、外部から熱を吸収して液相の作動流体を蒸発させる蒸発器を有し、当該蒸発器から流出した気相の作動流体を凝縮させ当該蒸発器に環流させる熱交換器において、前記蒸発器は、予め定めた方向に沿って内部に流入する液相の作動流体を毛細管力により外面へ導き蒸発させる蒸発体と、前記蒸発体を収容するとともに、前記外面と対向する内面を有する収容体とを備え、前記蒸発体は、前記外面において前記収容体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成される蒸発体突出部を有し、前記収容体は、前記内面において前記蒸発体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成され、前記蒸発体突出部と噛み合う収容体突出部を有し、前記蒸発体突出部および前記収容体突出部の少なくとも一方の先端は、対向する前記内面あるいは前記外面から離間し、蒸発した作動流体を案内する蒸気溝を形成する熱交換器である。
請求項１０に記載の発明は、予め定めた方向に沿って内部に流入する液相の作動流体を毛細管力により外面へ導き蒸発させる蒸発体と、前記蒸発体を収容するとともに、前記外面と対向する内面を有する収容体とを備え、前記蒸発体は、前記外面において前記収容体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成される蒸発体突出部を有し、前記収容体は、前記内面において前記蒸発体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成され、前記蒸発体突出部と噛み合う収容体突出部を有し、前記蒸発体突出部および前記収容体突出部の少なくとも一方の先端は、対向する前記内面あるいは前記外面から離間し、蒸発した作動流体を案内する蒸気溝を形成する蒸発器である。

請求項１記載の発明によれば、熱交換率を向上させた装置を提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、蒸発体突出部と収容体突出部との接触領域を確保することができる。
請求項３記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、熱交換率を向上させた装置を提供することができる。
請求項４記載の発明によれば、蒸発体突出部と収容体突出部とが接触した状態を維持することができる。
請求項５記載の発明によれば、蒸発体突出部と収容体突出部との接触面積を増加させることができる。
請求項６記載の発明によれば、収容体が受ける熱量が増加した場合においても、三相界線を形成することができる。
請求項７記載の発明によれば、収容体が受ける熱量が増加した場合においても、気相の作動流体の流路を確保することができる。
請求項８記載の発明によれば、熱交換率を向上させた装置を提供することができる。
請求項９記載の発明によれば、熱交換率を向上させた熱交換器を提供することができる。
請求項１０記載の発明によれば、熱交換率を向上させた蒸発器を提供することができる。

本実施の形態に係るループ型ヒートパイプを示す概略構成図である。 （ａ）は、本実施の形態に係る蒸発器の軸方向における断面図を示し、（ｂ）は、（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ面で切断した断面図である。 図２（ｂ）のＩＩＩ内の拡大図である。 図３のＩＶ内の拡大図である。 （ａ）乃至（ｃ）は変形例１を説明するための図である。 変形例２を説明するための図である。 （ａ）および（ｂ）は変形例３を説明するための図である。 （ａ）乃至（ｃ）は変形例３におけるウィックなどの斜視図である。 ループ型ヒートパイプを備える携帯電話を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態について詳細に説明する。
＜ループ型ヒートパイプ１００の構成＞
図１は、本実施の形態に係るループ型ヒートパイプ１００を示す概略構成図である。
まず、図１を参照して、本実施の形態が適用されるループ型ヒートパイプ１００の構成を説明する。本実施の形態が適用されるループ型ヒートパイプ１００は、例えば電子機器等の筺体の内部に備えられる、コンピュータのＣＰＵなどの発熱体２００を、外部から動力を供給することなく冷却するため、作動流体を循環させるよう構成されている。

詳細に説明すると、冷却素子の一例であるループ型ヒートパイプ１００は、作動流体が気化する際の潜熱を利用して発熱体２００を冷却するため作動流体を蒸発させる蒸発器（Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）１０１と、この蒸発器１０１で気化された作動流体を放熱して液化する凝縮器（Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）１０７とを有する。また、ループ型ヒートパイプ１００は、蒸発器１０１で気化された作動流体を凝縮器１０７まで送る蒸気管（Ｖａｐｏｒ Ｌｉｎｅ）１０５と、凝縮器１０７で液化された作動流体を蒸発器１０１まで送る液管（Ｌｉｑｕｉｄ Ｌｉｎｅ）１０９とを備えている。そして、ループ型ヒートパイプ１００内には液相および気相の間で相変化する作動流体が充填されている。なお、作動流体は、例えば、水、アルコール、アンモニア等が用いられる。

＜ループ型ヒートパイプ１００の動作＞
次に、図１を参照して、ループ型ヒートパイプ１００内の動作を説明する。
発熱体２００において発生する熱は、蒸発器１０１に伝達される（矢印Ｃ１参照）。蒸発器１０１において熱を吸収した作動流体は気化し、蒸気管１０５を通って（矢印Ａ１参照）凝縮器１０７へ送られる（矢印Ａ２参照）。凝縮器１０７へ送られた作動流体は、熱を放出して（矢印Ｃ２参照）液化する。そして、液化した作動流体は、液管１０９を通って（矢印Ａ３参照）再び蒸発器１０１へと送られる（矢印Ａ４参照）。

＜蒸発器１０１の構成＞
図２（ａ）は、本実施の形態に係る蒸発器１０１の軸方向における断面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ面で切断した断面図である。

次に、図１及び図２を参照して、本実施の形態が適用される蒸発器１０１の構成を説明する。
図２（ａ）に示すように、蒸発器１０１は、電子機器（図示せず）に備えられ、発熱体２００からの熱を伝達するよう設けられる蒸発器本体１１０と、この蒸発器本体１１０と接続され内部に液相および気相の作動流体を収容する液溜め部１２０とを有する。また、蒸発器１０１は、蒸発器本体１１０の内部に挿入されるウィック１３０と、一端がウィック１３０の内部に配置されるとともに他端が液管１０９と接続されウィック１３０内に液相の作動流体を導入する導入管（ベイオネット管）１５０とを有する。

蒸発器本体１１０は、中空管状の金属からなり、一端が蒸気管１０５（図１参照）と接続され他端が液溜め部１２０と接続される。
液溜め部１２０は、蒸発器本体１１０と内部が連続するように設けられた中空管状の部材を有する。なお、図示の例においては、液溜め部１２０には、液管１０９を挿入する挿入口１２９が設けられている。

ウィック１３０は、多孔質金属（ポーラスメタル）からなる部材である。ウィック１３０は、作動流体に毛細管力を発生させ、結果として作動流体を移動させる。

また、ウィック１３０は、一端が閉塞されているとともに、他端が開放されている中空管状の部材である。ウィック１３０は、蒸発器本体１１０の内周面（内面）１１１に接触して設けられる。なお、蒸発器１０１を組み立てる際には、例えば蒸発器本体１１０と液溜め部１２０とを接続する前に、ウィック１３０が蒸発器本体１１０の内部に挿入される。

ウィック１３０は、細孔径が５０ｎｍよりも大きい所謂マクロ孔を有する。具体的には、ウィック１３０の実効細孔径（あるいは平均細孔径）は、例えば０．１〜２５μｍである。なお、この平均細孔径は、バブルポイント法により測定されたものであるが、他の測定方法により測定されたものであってもよい。

なお、ウィック１３０は、多孔質金属に限定されるものではなく、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂多孔質、セラミック多孔質、ガラス多孔質、多孔質繊維などから形成されてもよい。また、ウィック１３０の空孔率は、２５％〜７０％である。さらに、ウィック１３０として、熱伝導率が低い材質を用いると、蒸発器本体１１０から液溜め部１２０への熱リークを低減することができる。なお、熱リークをより低減したい場合、一般的には、熱伝導率が金属よりも低い非金属を用いることが好ましい。

また、ウィック１３０の外径は、例えば３ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であり、好ましくは、４ｍｍ〜８０ｍｍの範囲であり、より好ましくは６ｍｍ〜６０ｍｍの範囲である。なお、図示の例におけるウィック１３０は円筒状の部材であるが、ウィック１３０の形状は板状（直方体）等他の形状であってもよい（後述）。

導入管１５０は、ウィック１３０内に設けられる中空管状の部材である。図示の例においては、蒸発器本体１１０と、ウィック１３０と、導入管１５０とは同軸に設けられている。

なお、以下の説明においては、ウィック１３０の周方向を、単に周方向ということがある。また、ウィック１３０の軸方向を、単に軸方向ということがある。この軸方向は、導入管１５０を通って液相の作動流体が流入する方向（矢印Ｂ１参照）、あるいは蒸気管１０５を通って気相の作動流体が流出する方向（矢印Ａ１参照）に沿う方向である。

＜蒸発器１０１の動作＞
次に、図２を参照しながら蒸発器１０１内の動作について説明する。
まず、液管１０９によって蒸発器１０１へと送られた液相の作動流体は、導入管１５０を介して蒸発器本体１１０内へと流入する（矢印Ｂ１参照）。

蒸発器本体１１０内へ流入した作動流体は、蒸発器本体１１０内でウィック１３０に浸透する。また、蒸発器本体１１０内へと流入した作動流体の一部は、液溜め部１２０に供給され（矢印Ｂ３参照）、液溜め部１２０内に保留される。
ウィック１３０に浸透した作動流体は、ウィック１３０の毛細管力により、外周面に向けて移動する（矢印Ｂ２参照）とともに、発熱体２００の熱により加熱され気化する。この気化した作動流体は、蒸発器本体１１０とウィック１３０との間隙（後述）を通過しながら、蒸気管１０５側へと移動する（矢印Ｂ４参照）。また、蒸発器本体１１０内の作動流体がウィック１３０に浸透することにともない、液溜め部１２０内の作動流体は蒸発器本体１１０へと供給される。

ここで、ウィック１３０の外周面（外面）１３１では、気化された作動流体が蒸気管１０５側へと移動することにともない、ウィック１３０に浸透した液相の作動流体がウィック１３０の外周面１３１に向けて移動する。そして、この液相の作動流体は、気化し蒸気管１０５へと移動する。このようにして、ウィック１３０の外周面１３１において作動流体の流れが途切れることなく、上記のサイクルが繰り返される。そして、発熱体２００において発生した熱が、上述のように蒸発器１０１から凝縮器１０７（図１参照）へ輸送される。

＜蒸発器本体１１０およびウィック１３０＞
図３は、図２（ｂ）のＩＩＩ内の拡大図である。言い替えると、図３は、軸方向と直交する面における断面図である。
図４は、図３のＩＶ内の拡大図である。
次に、図２乃至図４を参照して、本実施の形態が適用される蒸発器本体１１０およびウィック１３０について詳細に説明する。

まず、図２（ｂ）に示すように、蒸発器本体１１０は、ウィック１３０と対向する内周面１１１を有する。また、ウィック１３０は、蒸発器本体１１０と対向する外周面１３１を有する。ウィック１３０の外周面１３１は、蒸発器本体１１０の内周面１１１によって支持される。

ここで、図２（ｂ）に示すように、蒸発器本体１１０は、内周面１１１に容器凹部１１３を有する。この容器凹部１１３は、軸方向に延びる溝である。図示の容器凹部１１３は、蒸発器本体１１０の内周面１１１における軸方向全体にわたって形成されるが、軸方向における一部に設けられる構成であってもよい。また、容器凹部１１３は、蒸発器本体１１０の内周面１１１に複数設けられている。さらに説明をすると、容器凹部１１３は、周方向において所定の間隔で複数設けられている。

ここで、図３に示すように、蒸発器本体１１０は、内周面１１１に容器凹部１１３同士に挟まれる部分である容器凸部１１２が形成されている構成と捉えることができる。この容器凸部１１２は、容器凹部１１３に沿って形成される。すなわち、容器凸部１１２は軸方向に延びる突起である。

また、図３に示すように、容器凸部１１２および容器凹部１１３は、各々の断面が略長方形である。また、蒸発器本体１１０の内周面１１１は、径方向に沿う面である容器側面１１４と、容器凸部１１２の頂面であり周方向に沿う面である容器頂面１１６と、容器凹部１１３の底面であり周方向に沿う面である容器底面１１８とにより形成される。ここで、容器凸部１１２の周方向長さを容器凸部幅Ｘ１とし、容器凹部１１３の周方向長さを容器凹部幅Ｘ２とし、容器凸部１１２の径方向長さ（高さ）を容器凸部高さＸ３とする。

また、図２（ｂ）に示すように、ウィック１３０は、外周面１３１にウィック凹部１３３を有する。このウィック凹部１３３は、軸方向に延びる溝である。図示のウィック凹部１３３は、ウィック１３０の外周面１３１における軸方向全体にわたって形成されるが、軸方向における一部に設けられる構成であってもよい。また、ウィック凹部１３３は、ウィック１３０の外周面１３１に複数設けられている。さらに説明をすると、ウィック凹部１３３は、周方向において所定の間隔で複数設けられている。

ここで、ウィック１３０は、外周面１３１にウィック凹部１３３同士に挟まれる部分であるウィック凸部１３２が形成されている構成と捉えることができる。このウィック凸部１３２は、ウィック凹部１３３に沿って形成される。すなわち、ウィック凸部１３２は、軸方向に延びる突起である。

また、図３に示すように、ウィック凸部１３２およびウィック凹部１３３は、各々の断面が略長方形である。また、ウィック１３０の外周面１３１は、径方向に沿う面であるウィック側面１３４と、ウィック凸部１３２の頂面であり周方向に沿う面であるウィック頂面１３６と、ウィック凹部１３３の底面であり周方向に沿う面であるウィック底面１３８とにより形成される。ここで、ウィック凸部１３２の周方向長さをウィック凸部幅Ｗ１とし、ウィック凹部１３３の周方向長さをウィック凹部幅Ｗ２とし、ウィック凸部１３２の径方向長さ（高さ）をウィック凸部高さＷ３とする。また、ウィック１３０の内周面１３７からウィック底面１３８までの径方向長さをウィック厚さＷ４とする。

ここで、図３に示すように、蒸発器本体１１０内にウィック１３０を配置した状態においては、容器凹部１１３内にウィック凸部１３２が挿入される。また、ウィック凹部１３３内に容器凸部１１２が挿入された状態と捉えることができる。すなわち、ウィック凸部１３２および容器凸部１１２が互いに挟みこまれる構成となる。

また、ウィック側面１３４と容器側面１１４とは互いに接触した配置となる。一方で、ウィック頂面１３６と容器底面１１８とは互いに離間した配置となる。同様に、ウィック底面１３８と容器頂面１１６とは互いに離間した配置となる。ここで、ウィック側面１３４と容器側面１１４とが接触する領域を接触領域１４５（図４参照）とする。また、接触領域１４５の径方向長さを接触領域長さＥ１とする。

さて、容器凹部１１３およびウィック凹部１３３の各々の内部は、気化した作動流体の流路である蒸気溝１４０として機能する。図示の蒸気溝１４０は、容器凹部１１３内に形成される外周溝１４１と、ウィック凹部１３３内に形成される内周溝１４３とを有する。さらに説明をすると、外周溝１４１は、容器側面１１４と、ウィック頂面１３６と、容器底面１１８とによって囲まれた（形成された）空間である。また、内周溝１４３は、ウィック側面１３４と、ウィック底面１３８と、容器頂面１１６とによって囲まれた空間である。また、外周溝１４１および内周溝１４３は、周方向において交互に配置される。また、外周溝１４１は、径方向において内周溝１４３よりも外側に配置される。

ここで、図４に示すように、外周溝１４１の内部であって、蒸発器本体１１０の容器側面１１４と、ウィック１３０のウィック頂面１３６とが交差する部分を第１隅部Ｃｎ１とする。また、内周溝１４３の内部であって、蒸発器本体１１０の容器頂面１１６と、ウィック１３０のウィック側面１３４とが交差する部分を第２隅部Ｃｎ２とする。

次に、作動流体の流れについて説明をする。毛細管力によりウィック１３０の内周面１３７から外周面１３１に向けて移動する作動流体は、加熱され気化するとともに、蒸発器本体１１０とウィック１３０との間に形成された蒸気溝１４０に流出する。そして、作動流体は、蒸気溝１４０に沿って移動し蒸気管１０５（図１参照）側へと抜ける。

ここで、ループ型ヒートパイプ１００が動作している際、図４に示すように、外周溝１４１の内部の第１隅部Ｃｎ１に、液相の作動流体Ｌｑが滲み出る、すなわち進出することがある。第１隅部Ｃｎ１に進出した液相の作動流体Ｌｑは、蒸発器本体１１０の容器側面１１４と、ウィック１３０のウィック頂面１３６との間をつなぐ面を形成する。そして、この面は、蒸発器本体１１０の容器側面１１４と、ウィック１３０のウィック頂面１３６と、外周溝１４１との共通の境界において形成される、液相の作動流体Ｌｑの架橋、すなわち液架橋Ｌｑ１として捉えることができる。なお、この液相の作動流体Ｌｑの面（界面）は、液相の作動流体Ｌｑの表面張力の作用により湾曲する。

同様に、内周溝１４３の内部の第２隅部Ｃｎ２に液相の作動流体Ｌｑが進出することがある。第２隅部Ｃｎ２に進出した液相の作動流体Ｌｑは、蒸発器本体１１０の容器頂面１１６と、ウィック１３０のウィック側面１３４との間をつなぐ面を形成する。また、この面は、蒸発器本体１１０の容器頂面１１６と、ウィック１３０のウィック側面１３４と、内周溝１４３との共通の境界において形成される、液架橋Ｌｑ２として捉えることができる。

また、図４に示すように、蒸発器本体１１０の容器側面１１４において、作動流体の気液界面が形成される。同様に、蒸発器本体１１０の容器頂面１１６、ウィック１３０のウィック側面１３４、およびウィック１３０のウィック頂面１３６の各々において、作動流体の気液界面が形成される。そして、固相である容器側面１１４、容器頂面１１６、ウィック側面１３４、およびウィック頂面１３６のいずれかと、液相の作動流体Ｌｑと、気相の作動流体との３つの相の境界線を、三相界線Ｂｄと呼ぶことがある。この三相界線Ｂｄの長さが長いほど、より蒸発面積が増大し、蒸発器本体１１０の熱伝達性能が向上する。これは、液架橋Ｌｑ１、Ｌｑ２が形成されることにより、液相の作動流体Ｌｑの蒸発面が増加するためと考えられる。また、熱抵抗の小さな液膜（ウィック凹部１３３に進出した液相の作動流体Ｌｑ）を介して熱輸送が行われるためと考えることもできる。

ここで、図示の例においては、ウィック凸部１３２および容器凸部１１２が互いに噛み合うことにより、第１隅部Ｃｎ１および第２隅部Ｃｎ２が形成される。この第１隅部Ｃｎ１および第２隅部Ｃｎ２が形成されることにより、三相界線Ｂｄが形成される箇所が増加し、蒸発器本体１１０の熱伝達性能が向上し得る。

また、図示の例においては、第１隅部Ｃｎ１および第２隅部Ｃｎ２が径方向において互いに異なる位置となる。すなわち、ウィック１３０内部から蒸発器本体１１０に向かう向きにおいて、互いに異なる位置で三相界線Ｂｄが形成される構成である。ここで、例えば蒸発器本体１１０からウィック１３０に伝達される熱量が増加すると、液相の作動流体がウィック１３０内部から搬送される距離がより長い第１隅部Ｃｎ１において、三相界線Ｂｄが形成されない状態となることがある。この場合においても、径方向内側に位置する第２隅部Ｃｎ２に三相界線Ｂｄが形成されることによって、蒸発器本体１１０の熱伝達性能が維持され得る。すなわち、外周溝１４１において液相の作動流体が枯渇したとしても、内周溝１４３で三相界線Ｂｄを確保することが可能となる。

次に、蒸発器本体１１０およびウィック１３０の各々における寸法について説明をする。まず、容器凸部幅Ｘ１は、ウィック凹部幅Ｗ２と略等しい。ここで容器凸部幅Ｘ１とウィック凹部幅Ｗ２とが略等しいとは、長さが一致することだけでなく、容器凹部１１３とウィック凸部１３２とが嵌め合いの関係となり得る範囲で互いに異なる長さであることを含む。同様に、容器凹部幅Ｘ２は、ウィック凸部幅Ｗ１と略等しい。なお、図示の例においては、容器凸部幅Ｘ１、容器凹部幅Ｘ２、ウィック凸部幅Ｗ１、ウィック凹部幅Ｗ２は、互いに一致する長さである。また、図示の例においては、容器凸部高さＸ３とウィック凸部高さＷ３とは、互いに一致する長さであるが、異なる長さでもよい。

また、接触領域１４５の接触領域長さＥ１は、容器凸部幅Ｘ１の１／２以上の長さであることが好ましい。このことにより、蒸発器本体１１０とウィック１３０との接触面積を大きく確保し得る。さらに説明をすると、例えば図示の例とは異なり、蒸発器本体１１０の内周面１１１に容器凸部１１２を設けない構成として、ウィック凸部１３２の容器頂面１１６が蒸発器本体１１０の内周面１１１と接触させる構成例が考えられる。この構成例と比較して、図示の例のように接触領域１４５の接触領域長さを容器凸部幅Ｘ１の１／２より長い長さとすると、蒸発器本体１１０とウィック１３０との接触面積をより大きく確保することが可能となる。

また、図示の例においては、ウィック厚さＷ４がウィック凸部高さＷ３よりも小さい。例えば、ウィック厚さＷ４は、ウィック凸部高さＷ３の１／２以下の長さである。また、例えば熱伝導率が金属よりも低い非金属でウィック１３０が構成される場合、ウィック厚さＷ４は、ウィック凸部高さＷ３の１／１０以下の長さでもよい。ウィック厚さＷ４が短くなることにより、液相の作動流体がウィック１３０を通過する距離が短くなり、蒸発器本体１１０の熱伝達性能が向上し得る。

また、図示の例においては、ウィック側面１３４と容器側面１１４とが接触し互いに押圧することで、蒸発器本体１１０内におけるウィック１３０の位置が固定される。また、上述のようにウィック頂面１３６および容器底面１１８が離間し、ウィック底面１３８および容器頂面１１６が離間する。このことにより、蒸発器本体１１０およびウィック１３０の寸法にばらつきがあったとしても、蒸発器本体１１０内へウィック１３０を配置しやすくなる。

なお、容器凹部１１３およびウィック凹部１３３は、例えば切削加工、レーザ加工、エッチング加工など周知の技術により形成される。また、蒸発器本体１１０およびウィック１３０を３Ｄプリンタにより製造することにともない、容器凹部１１３およびウィック凹部１３３を形成してもよい。

また、容器凹部１１３およびウィック凹部１３３各々の溝幅である容器凹部幅Ｘ２およびウィック凹部幅Ｗ２が小さいほど、熱伝達係数および最大熱流束が増加する。一方で、容器凹部幅Ｘ２およびウィック凹部幅Ｗ２が小さいと、気相の作動流体が受ける抵抗が増加する。また、容器凹部幅Ｘ２およびウィック凹部幅Ｗ２が小さいと、製造コストが増加する。そこで、容器凹部幅Ｘ２およびウィック凹部幅Ｗ２は、例えば０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲が好ましい。

＜変形例１＞
図５（ａ）乃至（ｃ）は、変形例１を説明するための図である。なお、図５（ａ）乃至（ｃ）の各々は上記実施の形態を示す図３に対応する図である。また、図５（ａ）乃至（ｃ）以降の説明においては、上記実施の形態と同一の構成には同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略する。
次に、図５（ａ）乃至（ｃ）を参照しながら変形例１について説明をする。

上記実施の形態においては、容器凸部１１２、容器凹部１１３、ウィック凸部１３２、およびウィック凹部１３３の断面が略長方形であることを説明したが、ウィック凸部１３２および容器凸部１１２が互いに噛み合う構成であれば、これに限定されない。

例えば、図５（ａ）に示す蒸発器本体２１０およびウィック２３０のように、断面略Ｖ字形の容器凹部２１３と、断面略台形状の容器凸部２１２と、断面略Ｖ字形のウィック凹部２３３と、断面略台形状のウィック凸部２３２としてもよい。図５（ａ）に示す例においては、容器凸部２１２およびウィック凸部２３２は、各々の先端よりも根元が幅広くなるよう所謂テーパ状に形成されている。このテーパ状の面が互いに噛み合うことで、蒸発器本体２１０内におけるウィック２３０の位置が定まる。その結果、蒸発器本体２１０およびウィック２３０が互いに接触している状態が維持され得る。

また、例えば、図５（ｂ）に示す蒸発器本体３１０およびウィック３３０のように、容器凸部３１２およびウィック凸部３３２にさらに凹凸が形成される構成であってもよい。具体的には、蒸発器本体３１０は、断面略長方形状の容器凹部３１３および容器凸部３１２を有する。この容器凸部３１２の容器側面３１４には、断面略長方形状の容器側面凹部３１６および容器側面凸部３１７が形成されている。また、ウィック３３０は、断面略長方形状のウィック凹部３３３およびウィック凸部３３２を有する。このウィック凸部３３２のウィック側面３３４には、ウィック側面凹部３３６およびウィック側面凸部３３７が形成されている。いわば、容器凸部３１２およびウィック凸部３３２に、マイクロ溝構造を形成し、フラクタル状に噛合せ構造を増加させる。

そして、容器側面凸部３１７とウィック側面凸部３３７とが噛み合う配置となることにより、蒸発器本体３１０およびウィック３３０の接触面積が増えるとともに、三相界線Ｂｄが形成される箇所が増加し得る。また、容器側面３１４およびウィック側面３３４の間に空間が形成されることにより、蒸気圧力損失を低減させ得る。なお、図示の例においては、容器側面３１４は、容器側面凹部３１６を２つ有し、ウィック側面３３４は、ウィック側面凹部３３６を２つ有するが、１つまたは３つ以上であってもよい。

また、例えば、図５（ｃ）に示す蒸発器本体４１０およびウィック４３０のように、容器凸部４１２およびウィック凸部４３２などが長方形状以外に形成されてもよい。具体的には、蒸発器本体４１０は、断面略台形状の容器凹部４１３および容器凸部４１２を有する。この容器凸部４１２の容器側面４１４には、断面略台形状の容器側面凸部４１７が形成されている。また、ウィック４３０は、断面略台形状のウィック凹部４３３およびウィック凸部４３２を有する。このウィック凸部４３２のウィック側面４３４には、断面略Ｖ字状のウィック側面凹部４３６が形成されている。なお、図示の例においては、接触する容器側面４１４およびウィック側面４３４において、容器側面凸部４１７およびウィック側面凹部４３６を各々１つ有するが、２つ以上であってもよい。

また、図示は省略するが、上記実施の形態においては、外周溝１４１および内周溝１４３が形成されることを説明したが、これに限定されない。例えば外周溝１４１および内周溝１４３のいずれか一方のみが形成される構成でもよい。すなわち、ウィック頂面１３６と容器底面１１８とが接触する構成や、ウィック底面１３８と容器頂面１１６とが接触する構成であってもよい。

＜変形例２＞
図６は、変形例２を説明するための図である。なお、図６は変形例２におけるウィック５３０の斜視図である。
上記実施の形態においては、ウィック凹部１３３が軸方向に沿って延びる溝であることを説明したが、ウィック凹部１３３が軸方向と交差する方向に延びる部分を有してもよい。具体的には、図６に示すウィック５３０のように、外周面５３１に、軸方向に延びるウィック凹部５３３およびウィック凸部５３２が形成されていることに加えて、周方向に延びるウィック周方向凹部５３５が形成されてもよい。このウィック周方向凹部５３５により、図３に示すように蒸発器本体１１０内へウィック５３０が配置された状態において、外周溝１４１の内部と内周溝１４３の内部とが連続する構成となる。したがって、例えば外周溝１４１において液相の作動流体が到達しない状態であっても、ウィック周方向凹部５３５を介して、内周溝１４３からの気相の作動流体が外周溝１４１に流れ込むことで、気相の作動流体の流路が確保される。

なお、ここではウィック５３０の外周面５３１にウィック周方向凹部５３５を形成することを説明したが、ウィック周方向凹部５３５とともに、あるいはウィック周方向凹部５３５に替えて、蒸発器本体１１０の内周面１１１に周方向に延びる凹部を形成してもよい。

＜変形例３＞
図７（ａ）および（ｂ）は、変形例３を説明するための図である。なお、図７（ａ）および（ｂ）は、変形例３における蒸発器本体６１０などの斜視図である。また、明瞭化のため図７（ａ−１）および（ｂ−１）においては、蒸発器本体６１０、７１０の一部のみを示す。
図８（ａ）乃至（ｃ）は、変形例３におけるウィック８３０などの斜視図である。

次に、図７（ａ）および（ｂ）を参照しながら、変形例３を説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、蒸発器本体６１０およびウィック６３０を平板状に形成してもよい。そして、図７（ａ−１）に示すように、蒸発器本体６１０におけるウィック６３０と対向する面である内面６１１には、容器凹部６１３および容器凸部６１２が形成されている。また、図７（ａ−２）に示すように、ウィック６３０における容器本体６１０と対向する面である外面６３１には、容器凸部６１２と対向する位置にウィック凹部６３３が形成され、容器凹部６１３と対向する位置にウィック凸部６３２が形成されている。ここで、容器凹部６１３、容器凸部６１２、ウィック凹部６３３、およびウィック凸部６３２は、導入管１５０（図１参照）を通って流入する液相の作動流体の流入する方向である流れ方向（矢印Ｂ１参照）に沿って形成されている。この蒸発器本体６１０の内面６１１と、ウィック６３０の外面６３１とが対向するように配置されることで、容器凸部６１２およびウィック凸部６３２が互いに噛み合う配置となる。

なお、容器凹部６１３、容器凸部６１２、ウィック凹部６３３、およびウィック凸部６３２は、流れ方向（矢印Ｂ１参照）に沿って連続して形成されていなくてもよい。例えば、図７（ｂ−１）に示すように、平板状の蒸発器本体７１０の内面７１１に、流れ方向（矢印Ｂ１参照）において互いに分離して設けられる複数の容器凸部７１２を設けてもよい。この容器凸部７１２は略直方体状である。また、図７（ｂ−２）に示すように、平板状のウィック７３０の外面７３１に、流れ方向（矢印Ｂ１参照）において互いに分離して設けられる複数のウィック凹部７３３を設けてもよい。このウィック凹部７３３の各々は、容器凸部７１２の各々と対向する位置に設けられている。また、ウィック凹部７３３は略直方体状の空間である。この蒸発器本体７１０の内面７１１と、ウィック７３０の外面７３１とが対向するように配置されることで、容器凸部７１２の先端がウィック凹部７３３内に挿入された配置となる。

さらに、図８（ａ）に示すウィック８３０のように、ウィック凹部８３３同士が連続する構成であってもよい。具体的に説明をすると、ウィック８３０の外面８３１において、ウィック凹部８３３同士を接続する接続溝８３５を形成してもよい。この接続溝８３５内を気相の作動流体が流れることにより、作動流体の流路が確保される。

ここで、ウィック凹部８３３は、外面８３１において平面視略長方形状に開口する。そして、接続溝８３５は、平面視略長方形状のウィック凹部８３３各辺の中央同士を接続するよう形成されている。なお、接続溝８３５は、ウィック凹部８３３同士を連続するものであれば、形成される位置や向き、あるいは形状などは特に限定されない。

例えば、図８（ｂ）に示すウィック９３０のように、外面９３１に接続溝９３５を形成してもよい。この接続溝９３５は、平面視略長方形状のウィック凹部９３３各辺の端部同士、言い替えると略長方形状の角部同士を接続するよう形成されている。さらに説明をすると、図示の接続溝９３５は、各ウィック凹部９３３が備える複数（４つ）の角部のうちの一部の角部には接続されていない。

また、例えば、図８（ｃ）に示すウィック１０３０のように、外面１０３１に接続溝１０３５を形成してもよい。この接続溝１０３５は、平面視略長方形状のウィック凹部１０３３の対角線に沿う向きで、ウィック凹部１０３３各辺の端部同士を接続するよう形成されている。

付言すると、例えば蒸発器本体７１０に形成される容器凸部７１２と、ウィック７３０に形成されるウィック凹部７３３とを入れ替え、蒸発器本体７１０に凹部を設け、ウィック７３０に凸部を設ける構成であってもよい。さらに説明をすると、上記実施の形態や変形例で説明した構成、例えば蒸発器本体１１０およびウィック１３０の各々に設けられる凹凸の一部または全部を入れ替えてもよい。

＜電子機器＞
図９は、ループ型ヒートパイプ１００を備える携帯電話８００を説明する図である。
次に、図９を参照しながら、ループ型ヒートパイプ１００を備える携帯電話８００について説明をする。

図９に示すように、ループ型ヒートパイプ１００は、携帯電話８００などの電子機器に設けられる。図示の携帯電話８００は、平板状の形状を有する所謂スマートフォンである。この携帯電話８００は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）８０１と、中央演算処理装置８０１を冷却するループ型ヒートパイプ１００と、これらを内部に収容する筺体８０３とを備える。そして、発熱体の一例である中央演算処理装置８０１において発生する熱が、蒸発器１０１に伝達されるとともに、凝縮器１０７にて放出される。なお、図示の例における凝縮器１０７は、放熱面積を確保するため、複数の折り返し部を有する。

ここで、熱交換器の一例であるループ型ヒートパイプ１００が設けられる装置は、上記の携帯電話８００に限定されない。例えば、ループ型ヒートパイプ１００は、パーソナルコンピュータやプロジェクタなどの電子機器、自動車などの輸送機器など発熱源となる部品を備えた種々の装置に設けられてもよい。

ここで、蒸発器本体１１０は、収容体の一例である。ウィック１３０は、蒸発体の一例である。流れ方向は、予め定めた方向の一例である。容器凸部１１２は、収容体突出部の一例である。ウィック凸部１３２は、蒸発体突出部の一例である。外周溝１４１は、第１空間の一例である。内周溝１４３は、第２空間の一例である。第１隅部Ｃｎ１は、隅部の一例である。ウィック周方向凹部５３５は、交差溝の一例である。

さて、上記では種々の実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態や変形例同士を組み合わせて構成してももちろんよい。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。

１００…ループ型ヒートパイプ、１０１…蒸発器、１０７…凝縮器、１１０…蒸発器本体、１１２…容器凸部、１１３…容器凹部、１３０…ウィック、１３２…ウィック凸部、１３３…ウィック凹部、１４１…外周溝、１４３…内周溝、Ｌｑ…液相の作動流体

Claims (10)

1. 発熱体と、
   前記発熱体から熱を吸収して液相の作動流体を蒸発させる蒸発器を有し、当該蒸発器から流出した気相の作動流体を凝縮させ当該蒸発器に環流させる熱交換器と
   を備える装置において、
   前記蒸発器は、
   予め定めた方向に沿って内部に流入する液相の作動流体を毛細管力により外面へ導き蒸発させる蒸発体と、
   前記蒸発体を収容するとともに、前記外面と対向する内面を有する収容体と
   を備え、
   前記蒸発体は、前記外面において前記収容体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成される蒸発体突出部を有し、
   前記収容体は、前記内面において前記蒸発体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成され、前記蒸発体突出部と噛み合う収容体突出部を有し、
   前記蒸発体突出部および前記収容体突出部の少なくとも一方の先端は、対向する前記内面あるいは前記外面から離間し、蒸発した作動流体を案内する蒸気溝を形成する
   装置。
2. 前記方向と直交する断面において、前記蒸発体突出部および前記収容体突出部が接触する接触領域の長さは、当該蒸発体突出部の先端の幅の半分の長さよりも長い
   請求項１記載の装置。
3. 前記蒸気溝内であって前記一方の先端と、前記蒸発体突出部および前記収容体突出部の他方の側面とにより形成される隅部に、液相の作動流体が滲み出る
   請求項１または２記載の装置。
4. 前記蒸発体突出部の先端は当該蒸発体突出部の根元よりも幅が広く、かつ前記収容体突出部の先端は当該収容体突出部の根元よりも幅が広い
   請求項１乃至３のいずれか１項記載の装置。
5. 前記蒸発体突出部および前記収容体突出部が接触する接触領域において当該蒸発体突出部および当該収容体突出部の一方が突出し他方が当該突出する部分と噛み合うよう凹む
   請求項１乃至４のいずれか１項記載の装置。
6. 前記蒸気溝は、前記収容体突出部の先端および前記外面の間の第１空間と、前記蒸発体突出部の先端および前記内面の間の第２空間とを有する
   請求項１乃至５のいずれか１項記載の装置。
7. 前記内面および前記外面の少なくとも一方に、前記方向と交差する方向に形成され、前記第１空間と前記第２空間とを連続させる交差溝を有する
   請求項６項記載の装置。
8. 発熱体と、
   前記発熱体から熱を吸収して液相の作動流体を蒸発させる蒸発器を有し、当該蒸発器から流出した気相の作動流体を凝縮させ当該蒸発器に環流させる熱交換器と
   を備える装置において、
   前記蒸発器は、
   予め定めた方向に沿って内部に流入する液相の作動流体を毛細管力により外面へ導き蒸発させる蒸発体と、
   前記蒸発体を収容するとともに、前記外面と対向する内面を有する収容体と
   を有し、
   前記蒸発体は、前記外面において前記収容体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成される蒸発体突出部を有し、
   前記収容体は、前記内面において前記蒸発体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成され、前記蒸発体突出部と噛み合う収容体突出部を有し、
   前記蒸発体突出部および前記収容体突出部が接触する接触領域が、当該収容体突出部の先端と当該蒸発体突出部の側面とにより形成され液相の作動流体が滲み出る空間である第１隅部と、当該蒸発体突出部の先端と当該収容体突出部の側面とにより形成され液相の作動流体が滲み出る空間である第２隅部との間に位置する
   装置。
9. 外部から熱を吸収して液相の作動流体を蒸発させる蒸発器を有し、当該蒸発器から流出した気相の作動流体を凝縮させ当該蒸発器に環流させる熱交換器において、
   前記蒸発器は、
   予め定めた方向に沿って内部に流入する液相の作動流体を毛細管力により外面へ導き蒸発させる蒸発体と、
   前記蒸発体を収容するとともに、前記外面と対向する内面を有する収容体と
   を備え、
   前記蒸発体は、前記外面において前記収容体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成される蒸発体突出部を有し、
   前記収容体は、前記内面において前記蒸発体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成され、前記蒸発体突出部と噛み合う収容体突出部を有し、
   前記蒸発体突出部および前記収容体突出部の少なくとも一方の先端は、対向する前記内面あるいは前記外面から離間し、蒸発した作動流体を案内する蒸気溝を形成する
   熱交換器。
10. 予め定めた方向に沿って内部に流入する液相の作動流体を毛細管力により外面へ導き蒸発させる蒸発体と、
    前記蒸発体を収容するとともに、前記外面と対向する内面を有する収容体と
    を備え、
    前記蒸発体は、前記外面において前記収容体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成される蒸発体突出部を有し、
    前記収容体は、前記内面において前記蒸発体に向けて突出するとともに、前記方向に沿って形成され、前記蒸発体突出部と噛み合う収容体突出部を有し、
    前記蒸発体突出部および前記収容体突出部の少なくとも一方の先端は、対向する前記内面あるいは前記外面から離間し、蒸発した作動流体を案内する蒸気溝を形成する
    蒸発器。
    

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