JP6433848B2 - 熱交換器、蒸発体、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、蒸発体、および電子機器に関する。

熱交換器としての一例として、下記のループヒートパイプ等（下記特許文献１乃至３参照）が知られている。
特許文献１には、ループ型ヒートパイプが開示されている。このループ型ヒートパイプは、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。

また、特許文献２には、ミニループヒートパイプ用蒸発器が開示されている。このミニループヒートパイプ用蒸発器は、管状体と、上部、側部、及び下部ウィックと、液注入手段と蒸気流路手段とを備える。そして、管状体は、扁平な円筒状で内部に液をためることのできる空間を有する。また、上部ウィック，上部円周ウィック、下部ウィックは、前記管状体上部内面に沿って、側部に円周に沿って、及び内側に液を溜めうる空間部を形成するために管状体下部内面に沿って施されている。

また、特許文献３には、マイクロループヒートパイプが開示されている。このマイクロループヒートパイプにおける蒸発器は、その内部を多孔質部材からなる隔壁部によって区画し、一方の区画をリザーバ部とし、他方の区画を多孔質部材によって形成され、作動流体を蒸気化させるマイクロチャンネル部とし、作動流体が隔壁部を隔てて液相と気相とを水平に分離できるように構成されている。

特開２００８−２１５７０２号公報 特開２００５−２３３４８０号公報 特開２０１０−７８２５９号公報

上述のように、ループ型ヒートパイプの蒸発器としては、円筒型および平板型が従来提案されている。そして、携帯電話（スマートフォン）やタブレット型端末など小型電子機器にループ型ヒートパイプを搭載する場合には、蒸発器の厚みがより低減され得る平板型を採用することがある。

ところで、平板型を採用した蒸発器におけるウィックおよび液溜めの配置としては、次の２つの構成のいずれかを採用し得る。第１は、蒸発器の内部空間における厚み方向の一方側にウィックを配置し、他方側に形成された空間を液溜めとする構成である。第２は、蒸発器の板面に沿う方向において、ウィックおよび液溜めを並べる構成である。
しかしながら、このように平板状に形成された蒸発器の厚み方向において、ウィックおよび液溜めを並べる構成では、蒸発器の厚みが厚くなり得る。一方で、平板状に形成された蒸発器の板面に沿う方向において、ウィックおよび液溜めを並べる構成では、熱交換効率が低下し得る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、熱交換効率の低下を抑制しつつ、装置の厚さが低減された熱交換器などを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、上記課題を解決する手段として、以下に記載の発明が挙げられる。すなわち、請求項１記載の発明は、外部から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として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、筐体と、平板状に形成されるとともに前記筐体内に設けられ、当該筺体の内周面と接触する一方側の板面と当該一方側の板面とは反対の板面であり当該筐体の内周面と接触する他方側の板面とを有し、当該一方側の板面に形成され気相の作動流体を案内する複数の気相流体溝と当該他方側の板面において当該気相流体溝に沿って形成され液相の作動流体を案内する複数の液相流体溝とを有するとともに、当該液相流体溝内の液相の作動流体を毛細管力により当該気相流体溝に向けて移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体とを備え、前記気相流体溝および前記液相流体溝は、幅方向において交互に並べて設けられることを特徴とする熱交換器である。
請求項２記載の発明は、前記蒸発器は、液相の作動流体が流入する流入口と、当該流入口と対向する位置に設けられ気相の作動流体が流出する流出口とを有し、前記液相流体溝は、前記蒸発体の前記他方側の板面において、前記流入口側の端部から前記流出口側に延びることを特徴とする請求項１記載の熱交換器である。
請求項３記載の発明は、前記気相流体溝は、前記蒸発体の前記一方側の板面において、前記流出口側の端部から前記流入口側に延び、前記気相流体溝および前記液相流体溝は、前記流入口から前記流出口に向かう方向における位置が重複するよう形成されることを特徴とする請求項２記載の熱交換器である。
請求項４記載の発明は、外部から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として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、液相の作動流体が流入する流入口と、前記流入口と対向する位置に設けられ気相の作動流体が流出する流出口と、平板状に形成され、一方側の板面に形成され気相の作動流体を案内する複数の気相流体溝と当該一方側の板面とは反対の他方側の板面において当該気相流体溝に沿って形成され液相の作動流体を案内する複数の液相流体溝とを有するとともに、当該液相流体溝内の液相の作動流体を毛細管力により当該気相流体溝に向けて移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体とを備え、前記気相流体溝および前記液相流体溝は、幅方向において交互に並べて設けられ、前記液相流体溝は、前記蒸発体の前記他方側の板面において前記流入口側の端部から前記流出口側に延びるとともに、前記他方側の板面において当該流入口から当該流出口に向かう方向と交差する方向の両端に設けられないことを特徴とする熱交換器である。
請求項５記載の発明は、前記液相流体溝は、前記気相流体溝よりも幅が広いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の熱交換器である。
請求項６記載の発明は、前記蒸発体は、前記蒸発器の内部に配置された状態で、前記一方側の板面における板面外周側が板面中央側よりも高い圧力で、当該蒸発器の内周面によって押圧されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱交換器である。
請求項７記載の発明は、熱交換器の蒸発器内に収容され、外部から熱を吸収して液相の作動流体を毛細管力により移動させながら気相へと蒸発させる平板状の蒸発体であって、筺体の内周面と接触する一方側の板面と、前記一方側の板面とは反対の板面であり前記筐体の内周面と接触する他方側の板面と、前記一方側の板面に形成され気相の作動流体を案内する複数の気相流体溝と、前記他方側の板面において前記気相流体溝に沿って形成され液相の作動流体を案内する複数の液相流体溝とを有し、前記液相流体溝内の液相の作動流体を毛細管力により前記気相流体溝に向けて移動させながら気相へと蒸発させるとともに、前記気相流体溝および前記液相流体溝は、幅方向において交互に並べて設けられることを特徴とする蒸発体である。
請求項８記載の発明は、筐体と、前記筐体の内部に収容される発熱部品と、前記発熱部品から熱を吸収し作動流体を液相から気相へと蒸発させ液管を介して流出させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として蒸気管を介して当該蒸発器に環流させる熱交換器とを備える電子機器において、前記蒸発器は、平板状に形成される蒸発器筺体と、平板状に形成され前記蒸発器筺体の内部に挿入されるとともに、当該蒸発器筺体の内周面と接触する一方側の板面と当該一方側の板面とは反対の板面であり当該蒸発器筐体の内周面と接触する他方側の板面とを有し、当該一方側の板面に形成され気相の作動流体を案内する複数の気相流体溝と当該他方側の板面において当該気相流体溝に沿って形成され液相の作動流体を案内する複数の液相流体溝とを有し、当該液相流体溝内の液相の作動流体を毛細管力により当該気相流体溝に向けて移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体とを備え、前記気相流体溝および前記液相流体溝は、幅方向において交互に並べて設けられ、かつ前記蒸発器内における前記液管から前記蒸気管に向かう方向に沿って設けられるとともに、当該液管から当該蒸気管に向かう方向における位置が重複するよう形成されることを特徴とする電子機器である。

請求項１記載の発明によれば、熱交換効率の低下を抑制しつつ、装置の厚さが低減された熱交換器を提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、液相の作動流体を収容する空間を広げることができる。
請求項３記載の発明によれば、蒸発体における輸送抵抗を抑制することができる。
請求項４記載の発明によれば、気相の作動流体が液相の作動流体が収容されている空間側へ漏れることを抑制できる。
請求項５記載の発明によれば、熱交換効率が低減することを抑制しつつ、輸送抵抗を抑制することができる。
請求項６記載の発明によれば、気相の作動流体が液相の作動流体が収容されている空間側へ漏れることを抑制できる。
請求項７記載の発明によれば、熱交換効率の低下を抑制しつつ、装置の厚さが低減された蒸発体を提供することができる。
請求項８記載の発明によれば、熱交換効率の低下を抑制しつつ、装置の厚さが低減された電子機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。 本実施の形態に係る蒸発器を示す概略構成図である。 （ａ）および（ｂ）は、筺体を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、ウィックの斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、ウィックの詳細図である。 ウィックにおける熱負荷と圧力損失との関係のシミュレーション結果である。 （ａ）乃至（ｃ）は、他の実施の形態におけるウィックを説明する図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、ウィックの変形例を説明する図である。 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＞
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。ここで、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。
本実施の形態が適用されるループ型ヒートパイプ１００は、例えば携帯電話（スマートフォン）やタブレット型端末など電子機器等の筺体の内部に備えられる図示しない発熱体（発熱部品、例えばコンピュータのＣＰＵ）を、外部から動力を供給せずに冷却するべく、環状の装置内で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、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（図示せず）を冷却するため作動流体を蒸発させる蒸発器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、本発明の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、作動流体としては、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、熱交換器の一例であるループ型ヒートパイプ１００内の動作を説明する。
まず、発熱体（図示せず）において発生する熱は、蒸発器１０１に伝達される（矢印Ｈ１参照）。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Ｈ２参照）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は、本実施の形態に係る蒸発器１０１を示す概略構成図である。
次に、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に示すように、蒸発器１０１は、電子機器（図示せず）の内部に備えられ、発熱体（図示せず）からの熱を受ける筺体１１０と、筺体１１０の内部に挿入されるウィック１３０とを有する。

なお、詳細は後述するが、本実施の形態に係る筺体１１０は、概形が平板状である。また、この筺体１１０は、平板の厚み方向に沿う一側面（端面）１１０ａに蒸気管１０５が接続され、この一側面１１０ａと対向する対向面１１０ｂに液管１０９が接続される。
また、筺体１１０の内部には、作動流体が充填されている。そして、筺体１１０の内部空間のうち、ウィック１３０よりも液管１０９側の空間は、液相の作動流体が収容される液溜め部１５０として機能する。

＜蒸発器１０１の動作＞
次に、図１および図２を参照しながら蒸発器１０１内の動作について説明する。
ウィック１３０に浸透した液相の作動流体は、ウィック１３０の毛細管力により、ウィック１３０内を移動しながら、発熱体（図示せず）の熱により加熱され気化する。この気化した作動流体は、蒸気管１０５側へと移動した後（矢印Ｃ３参照）、蒸気管１０５を介して凝縮器１０７（図１参照）へ送られる。

一方、凝縮器１０７（図１参照）で液化した作動流体は、液管１０９を介して筺体１１０内へと流入する（矢印Ａ４参照）。筺体１１０内へ流入した作動流体は、液溜め部１５０を経てウィック１３０に浸透する。このようにして、ウィック１３０の外周面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（図示せず）において発生した熱が、蒸発器１０１から凝縮器１０７（図１参照）へと輸送される。

なお、以下の説明においては、蒸発器１０１内で液管１０９側から蒸気管１０５側に向けて作動流体が移送される方向を、単に移送方向ということがある（図２参照）。また、蒸発器１０１の内部空間における位置を説明する際に、移送方向における蒸気管１０５側を下流側ということがあり、液管１０９側を上流側ということがある。

また、図２に示すように、平板状の部材である筺体１１０の厚み方向を、単に厚み方向ということがある。また、この厚み方向において発熱体（図示せず）が設けられる側（図中上側）を受熱面側ということがあり、この受熱面側と反対の側を対向面側ということがある。
また、移送方向および厚み方向と交差する方向、すなわち筺体１１０の幅方向を、単に幅方向ということがある。また、この幅方向における一方側および他方側を、各々単に一方側および他方側ということがある。

＜筺体１１０の構成＞
図３（ａ）および（ｂ）は、筺体１１０を説明する図である。より具体的には、図３（ａ）は筺体１１０の本体１１１の斜視図であり、図３（ｂ）は筺体１１０の蓋体１１３の斜視図である。

次に、図２、図３（ａ）および（ｂ）を参照しながら、筺体１１０について説明をする。
まず、図２に示すように、筺体（蒸発器筺体）１１０は、概形が略直方体状（板状）で中空の部材であるとともに一側面が開口する本体１１１と、この本体１１１の開口を覆う蓋体１１３とを有する。筺体１１０は、例えばアルミなどの金属や樹脂などにより形成される。

また、図３（ａ）に示すように、本体１１１の内部には、略直方体状の空間が形成される。本体１１１における開口１１１ａと対向する側面（底面）には、貫通孔である流出口１１１ｂが形成されている。
また、図３（ｂ）に示すように、蓋体１１３は、本体１１１の開口１１１ａを覆う寸法で形成された板状部材であり、板面中央に、貫通孔である流入口１１３ａが形成されている。なお、図示の例においては、蓋体１１３における本体１１１と対向する側の面に突出部１１３ｂを備える。

付言すると、この筺体１１０は、例えば、板面の一辺が５ｍｍ乃至１００ｍｍ程度であり、かつ厚みが１ｍｍ乃至５ｍｍ程度の寸法で構成される。また、筺体１１０は、板面の一辺に対する厚みの割合が、例えば１〜２０％程度の寸法で構成される。

次に、図示の例における筺体１１０の組み立て工程について説明をする。まず、前段階として、本体１１１の流出口１１１ｂには蒸気管１０５が接続され、蓋体１１３の流入口１１３ａには液管１０９が接続される。その後、本体１１１の開口１１１ａを通して、本体１１１の内部にウィック１３０が挿入される。そして、本体１１１の開口１１１ａを蓋体１１３によって覆い、例えば溶接や接着剤などの周知の固定技術により、本体１１１に対して蓋体１１３が固定される。この固定により、筺体１１０の内部の作動流体の漏れが抑制される。

なお、図２に示すように、ウィック１３０は、本体１１１の内部において蓋体１１３から離間した位置に配置される。また、ウィック１３０と蓋体１１３とを離間することにより、本体１１１に対して蓋体１１３を固定する際に生じる熱や歪みの影響により、ウィック１３０が損傷を受けることが抑制される。

＜ウィック１３０の構成＞
図４（ａ）および（ｂ）は、ウィック１３０の斜視図である。より具体的には、図４（ａ）はウィック１３０を受熱面側からみた斜視図であり、図４（ｂ）はウィック１３０を対向面側からみた斜視図である。
図５（ａ）および（ｂ）は、ウィック１３０の詳細図である。より具体的には、図５（ａ）はウィック１３０の受熱板面１３０ａ側の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂにおける断面図である。

次に、図４（ａ）および（ｂ）、図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、ウィック１３０の構成について説明をする。
蒸発体の一例であるウィック１３０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂製の多孔質体により形成される。このウィック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、平板状（厚みが薄い略直方体）の部材である。このウィック１３０は、厚み方向の受熱面側を向く板面である受熱板面１３０ａと、受熱板面（表面）１３０ａに沿う面である対向板面（裏面）１３０ｂと、幅方向の一方側を向く端面である一方端面１３０ｃと、一方端面１３０ｃに沿う面である他方端面１３０ｄと、移送方向の下流側を向く側面である下流端面１３０ｅと、下流端面１３０ｅに沿う面である上流端面１３０ｆとを備える。

ウィック１３０の実効空孔径は、０．１〜２０μｍである。このウィック１３０は、上述の樹脂製の多孔質体に限定されるものではなく、多孔質金属（ポーラスメタル）、セラミック多孔質、ガラス多孔質、多孔質繊維など、その内部に多数の空隙（孔）が形成された材料であればよい。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１０１における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、一般的に熱伝導率が金属よりも低い非金属製の材料を用いることが好ましい。

付言すると、このウィック１３０は、例えば、板面の長辺が３ｍｍ乃至９５ｍｍ程度であり、短辺が２ｍｍ乃至５０ｍｍ程度であり、かつ厚みが１ｍｍ乃至４ｍｍ程度の寸法で構成される。また、ウィック１３０は、板面の長辺に対する厚みの割合が、例えば１〜２０％程度の寸法で構成される。

また、図４（ａ）に示すように、ウィック１３０は、受熱板面（一方側の板面）１３０ａおよび対向板面（他方側の板面）１３０ｂの各々に、作動流体を通す複数の溝が形成されている。具体的に説明をすると、ウィック１３０は、受熱板面１３０ａに、移送方向に沿って形成された縦溝１３１と、受熱板面１３０ａに幅方向に沿って形成され縦溝１３１と交差する横溝１３３と、受熱板面１３０ａにおける横溝１３３よりも移送方向の下流側で幅方向に沿って形成され、縦溝１３１と交差する排出溝１３５とを備える。
また、図４（ｂ）に示すように、ウィック１３０は、対向板面１３０ｂに、移送方向に沿って形成された液溝１３７を備える。なお、この液溝１３７の構成については後述する。

さて、図４（ａ）に示すように、気相流体溝の一例である縦溝１３１は、幅方向において予め定められた間隔で複数（図示の例では４本）並べて形成される。また、横溝１３３は移送方向において予め定められた間隔で複数（図示の例では２本）並べて形成される。さらに、排出溝１３５は、受熱板面１３０ａにおける移送方向の下流側端部に、１本形成される。

さて、図示の例における縦溝１３１、横溝１３３、排出溝１３５、および液溝１３７は、各々の幅および深さが一定である。ここで、各溝の寸法を比較すると、排出溝１３５の移送方向長さ（幅）Ｗ１は、横溝１３３の移送方向長さＷ２よりも大きい。また、縦溝１３１の幅方向長さＷ３は、液溝１３７の幅方向長さ（幅）Ｗ４（図４（ｂ）参照）よりも小さい。また、排出溝１３５の厚み方向長さ（深さ）Ｄ１は、横溝１３３の厚み方向長さＤ２よりも大きい。

さて、図４（ａ）に示すように、上記のような縦溝１３１、横溝１３３、および排出溝１３５が形成されることにより、受熱板面１３０ａには、外周部１４０、および第１接触部１４１乃至第９接触部１４９が形成される。この外周部１４０は、受熱板面１３０ａにおける幅方向の両端部および移送方向における上流側の端部にわたって連続して形成される略Ｕ字状の部分である。また、第１接触部１４１乃至第９接触部１４９は、各々略長方形状の部分である。さらに、第７接触部１４７乃至第９接触部１４９は、外周部１４０と連続して設けられる。付言すると、第１接触部１４１乃至第６接触部１４６は、互いに離間して設けられる。

ここで、第１接触部１４１乃至第９接触部１４９の寸法を説明すると、第１接触部１４１乃至第９接触部１４９の各々は、幅方向長さＷ５でその長さが互いに一致する。一方、第１接触部１４１乃至第３接触部１４３の各々における移送方向長さＷ６は、第４接触部１４４乃至第９接触部１４９の各々における移送方向長さＷ７よりも大きい。すなわち、図示の例においては、第１接触部１４１乃至第３接触部１４３の面積は、第４接触部１４４乃至第９接触部１４９よりも大きい。

さて、このように構成されたウィック１３０は、筺体１１０の本体１１１（図２参照）内部に挿入して設けられる。さらに説明をすると、ウィック１３０は、筺体１１０の内部に嵌まり込むことにより固定される。すなわち、図示の例のウィック１３０は、ウィック１３０と筺体１１０との間に、シール部材（不図示）を用いることなく固定される。なお、図示の例とは異なり、ウィック１３０は、シール部材を用いて固定されてもよい。

このように構成されたウィック１３０は、本体１１１（図２参照）内に配置されると、ウィック１３０における上流端面１３０ｆ以外の面、すなわち、受熱板面１３０ａ、対向板面１３０ｂ、一方端面１３０ｃ、他方端面１３０ｄ、および下流端面１３０ｅの５面が本体１１１の内周面と接触する。
付言すると、ウィック１３０は、厚み方向における両側面が本体１１１によって挟まれるとともに、幅方向の両側面が本体１１１によって挟まれて配置される。

また、このウィック１３０は、本体１１１の内部空間における移送方向下流側に配置された状態で、移送方向上流側に空間を残す寸法で形成される（図２参照）。すなわち、ウィック１３０は、移送方向において蓋体１１３から離間する寸法で形成される。そして、ウィック１３０と蓋体１１３との間に形成される間隙が、上述のように液溜め部１５０（図２参照）を構成する。

ここで、図示の例のウィック１３０における縦溝１３１は、受熱板面１３０ａにおける幅方向中央部に形成され、幅方向の両端部には形成されていない。また、横溝１３３は、受熱板面１３０ａにおける移送方向中央部に形成され、移送方向の上流側端部には形成されていない。
このことにより、ウィック１３０の受熱板面１３０ａにおける幅方向の両端部および幅方向の上流側端部と、本体１１１の内周面とが接触する面積が確保される。その結果、ウィック１３０の受熱板面１３０ａと本体１１１の内周面との間におけるシール性が向上する。

ここで、液溝１３７の構成について詳細に説明をする。
図４（ｂ）に示すように、液相流体溝の一例である液溝１３７は、幅方向における予め定められた間隔で複数（図示の例では３本）並べて形成される。また、液溝１３７は、対向板面１３０ｂにおける移送方向上流側端部から下流側に向けて延びる。すなわち、液溝１３７の内部空間は、液溜め部１５０（図２参照）と連続する。このことにより、液溝１３７内に、液溜め部１５０に収容された液相の作動流体が流入し得る。その結果、ウィック１３０の対向板面１３０ｂが筺体１１０の内周面と接触する面積を確保しつつ、液溜め部１５０から流入する液相の作動流体を収容する空間が確保される。いわば、液溝１３７を形成することにより、液溜め部１５０の容量が増加する。

また、図５（ａ）に示すように、この液溝１３７は、幅方向において、縦溝１３１と交互に並ぶ位置に形成される。付言すると、縦溝１３１と液溝１３７とが、幅方向において、予め定められた間隔で交互に並ぶ。
ここで、縦溝１３１は、ウィック１３０の移送方向下流側の端部から上流側に向けて延びるように形成される。一方で、液溝１３７は、ウィック１３０の移送方向上流側の端部から下流側に向けて延びるように形成される。そして、液溝１３７は、移送方向において、縦溝１３１と重複する位置まで延びて形成される（図中領域Ｒ参照）。付言すると、液溝１３７は、移送方向において、横溝１３３よりも下流側まで延びる。

なお、図示の例においては、液溝１３７は、対向板面１３０ｂにおける幅方向中央部に形成され、幅方向の両端部には形成されていない。このことにより、ウィック１３０の幅方向の両側面である一方端面１３０ｃおよび他方端面１３０ｄが、本体１１１の内周面と接触する面積が確保される。その結果、ウィック１３０の一方端面１３０ｃおよび他方端面１３０ｄと、本体１１１の内周面との間におけるシール性が向上する。

＜ウィック１３０における作動流体の流れ＞
次に、図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、ウィック１３０における作動流体の流れについて説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、ウィック１３０において気化した作動流体は、縦溝１３１を移送方向下流側に向けて流れる（矢印Ｃ１参照）。また、気化した作動流体は、横溝１３３を幅方向に沿って流れる（矢印Ｃ２参照）。さらに、縦溝１３１（あるいは横溝１３３）を通過した気相の作動流体は、排出溝１３５を通り、排出溝１３５に向けて開口する流出口１１１ｂに向かう（矢印Ｃ５参照）。

一方、液溜め部１５０（図２参照）から供給される液相の作動流体は、液溝１３７を移送方向下流側に流れ（矢印Ｃ３参照）、ウィック１３０に浸透する。そして、ウィック１３０に浸透した作動流体は、ウィック１３０の移送方向および幅方向に加えて、厚み方向に浸透する（流れる）。

より具体的には、図５（ｂ）に示すように、作動流体は、液溝１３７から厚み方向における受熱面側に向かう方向に移動する。言い替えると、作動流体は、液溝１３７から縦溝１３１（あるいは横溝１３３）に向かう向き（ウィック１３０を厚み方向に横切る向き）に移動する（矢印Ｃ７参照）。

ここで、本実施の形態においては、液溝１３７および縦溝１３１が、幅方向に交互に並ぶことにより、作動流体がウィック１３０を厚み方向あるいは幅方向に横切る長さが短くなる。このことにより、作動流体の圧力損失（圧力抵抗、輸送抵抗）が低減され、結果としてループ型ヒートパイプ１００における熱交換効率の低下が抑制される。付言すると、図示の例においては、液溝１３７の幅方向長さＷ４を大きくすることにより、液溝１３７および縦溝１３１の間の距離（作動流体がウィック１３０を横切る長さ）が短くなり、熱交換効率の低下が抑制される。

また、図示の例におけるウィック１３０においては、横溝１３３が形成されていることにより、気化した作動流体の縦溝１３１における流れが促進される。また、ウィック１３０においては、移送方向下流側に流出口１１１ｂと連続する排出溝１３５が形成されることで、作動流体の縦溝１３１の流れを促進する。

＜圧力損失＞
図６は、ウィック１３０における熱負荷と圧力損失との関係のシミュレーション結果である。
次に、図６を参照しながら、ウィック１３０における圧力損失のシミュレーション結果について説明をする。なお、図６においては、本実施の形態のように液溝１３７を備えるウィック１３０のシミュレーション結果を、「液溝有り」として実線で示し、本実施の形態とは異なる比較例として液溝１３７を備えないウィック１３０のシミュレーション結果を、「液溝無し」として破線で示す。

図６に示すように、液溝有りおよび液溝無しの両者において、熱負荷が増加するに従い、圧力損失が増加することが確認された。一方で、液溝有りは、液溝無しと比較して、圧力損失が抑えられることが確認された。すなわち、ウィック１３０に液溝１３７を設けることにより、ウィック１３０における圧力損失が低減されることが確認された。
例えば、図６においては、熱負荷が１２Ｗの場合に、ウィック１３０に液溝１３７を設けることにより、ウィック１３０に液溝１３７を設けない場合（図中液溝無し）と比較して、ウィック１３０における圧力損失が約８割程低減されることが確認された。

＜他の実施形態＞
図７（ａ）乃至（ｃ）は、他の実施の形態におけるウィック２３０を説明する図である。より具体的には、図７（ａ）はウィック２３０の斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂにおける断面図であり、図７（ｃ）はウィック２３０を厚み方向の受熱面側からみた平面図である。
次に、図７（ａ）乃至（ｃ）を参照しながら、他の実施の形態におけるウィック２３０の構成について説明をする。なお、上記図４に示すウィック１３０と同一の部分には同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略する。

まず、図７（ａ）に示すように、ウィック２３０は、受熱板面２３０ａに移送方向に沿う縦溝１３１と、各々幅方向に沿う横溝１３３および排出溝１３５とを備える。ここで、図７（ａ）に示すウィック２３０においては、横溝１３３は、移送方向において予め定められた間隔で３本並べて形成される。

また、ウィック２３０は、外周部２４０、および第１接触部２４１乃至第９接触部２４９を備える。なお、図示のウィック２３０においては、外周部２４０と、第７接触部２４７乃至第９接触部２４９との間に横溝１３３が形成されていることにより、外周部２４０と、第７接触部２４７乃至第９接触部２４９とは互いに離間して形成される。

また、第１接触部２４１乃至第３接触部２４３は、厚み方向受熱面側に突出する第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａを備える。この第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａは、第１接触部２４１乃至第３接触部２４３各々における移送方向下流側の領域に設けられる。なお、以下においては、第１接触部２４１乃至第３接触部２４３各々における第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａ以外の部分を、第１基部２４１ｂ乃至第３基部２４３ｂとする。

ここで、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、第１基部２４１ｂ乃至第３基部２４３ｂ、および第４接触部２４４乃至第９接触部２４９の厚み方向の位置（厚さ）は、互いに一致する。
一方で、第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａの厚さは、第１基部２４１ｂ乃至第３基部２４３ｂ、および第４接触部２４４乃至第９接触部２４９よりも厚い。

付言すると、外周部２４０は、第１基部２４１ｂ乃至第３基部２４３ｂ、および第４接触部２４４乃至第９接触部２４９よりも、厚み方向受熱面側に突出する（図中矢印参照）。また、外周部２４０の厚さは、第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａと同一の厚さである。

さて、図７（ｃ）に示すように、ウィック２３０を筺体１１０の内部に配置した状態においては、ウィック２３０に形成された外周部２４０、および第１接触部２４１乃至第９接触部２４９の各々は、筺体１１０の内周面と接触し、この筺体１１０の内周面から、厚み方向に圧縮される向きの力を受ける。

ここで、外周部２４０および第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａは、第１基部２４１ｂ乃至第３基部２４３ｂ、および第４接触部２４４乃至第９接触部２４９よりも厚く形成されているため、より圧縮された状態となる。言い替えると、受熱板面２３０ａにおける板面外周側が、受熱板面２３０ａにおける板面中央側と比較して、より強く筺体１１０の内周面に押しつけられる。

なお、ウィック２３０が筺体１１０の内部に配置した状態においては、外周部２４０および第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａは、第１基部２４１ｂ乃至第３基部２４３ｂ、および第４接触部２４４乃至第９接触部２４９と、同一の厚みとなる。言い替えると、外周部２４０および第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａが、筺体１１０の内部に配置される状態においては押し潰される。その結果として、外周部２４０および第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａにおいて、第１基部２４１ｂ乃至第３基部２４３ｂ、および第４接触部２４４乃至第９接触部２４９よりも突出している部分は、存在しなくなる。

ここで、外周部２４０および第１突出部２４１ａ乃至第３突出部２４３ａは、ウィック２３０の受熱板面２３０ａにおける外周を囲うように配置される（図中の楕円参照）。このことにより、ウィック２３０の受熱板面２３０ａ側に存在する気相の作動流体が、漏れる（リークする）ことが抑制される。さらに説明をすると、受熱板面２３０ａの縦溝１３１、横溝１３３、および排出溝１３５を流れる気相の作動流体が、対向板面２３０ｂ側あるいは液溜め部１５０に向けてリークすることが抑制される。

＜変形例＞
図８（ａ）乃至（ｃ）は、ウィック１３０の変形例を説明する図である。
次に、図８（ａ）乃至（ｃ）を参照しながら、ウィック１３０の変形例を説明する。なお、上記図４に示すウィック１３０と同一の部分には同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略する。

まず、上記図４（ａ）に示すウィック１３０においては、各々が一定の幅である縦溝１３１、横溝１３３、排出溝１３５、および液溝１３７を設けることを説明した。ここで、横溝１３３および排出溝１３５を設けない構成であってもよい。また、縦溝１３１および液溝１３７の幅が変化する構成であってもよい。

例えば、図８（ａ）に示すウィック３３０のように、縦溝３３１、排出溝１３５、および液溝３３７を形成する一方で、横溝１３３（図４（ａ）参照）を設けない構成であってもよい。また、図示の縦溝３３１は、その幅が、移送方向下流側に進むに従い広くなるよう形成されている。また、図示の液溝３３７は、その幅が、移送方向下流側に進むに従い狭くなるよう形成されている。

さて、上記図４（ａ）に示すウィック１３０においては、受熱板面１３０ａに縦溝１３１および排出溝１３５を形成し、対向板面１３０ｂに液溝１３７を形成することを説明した。ここで、縦溝１３１、排出溝１３５および液溝１３７が、同一の面に形成されてもよい。
具体的には、図８（ｂ）に示すウィック４３０のように、受熱板面１３０ａに縦溝４３１、排出溝１３５および液溝４３７が形成されてもよい。ウィック４３０の同一面（受熱板面１３０ａ）に縦溝４３１、排出溝１３５および液溝４３７が形成されることにより、ウィック４３０の加工が容易となる。

さて、上記図４（ａ）に示すウィック１３０においては、縦溝１３１、排出溝１３５および液溝１３７が、ウィック１３０の厚み方向の一部となるような深さで形成されることを説明した。ここで、縦溝１３１、排出溝１３５および液溝１３７は、ウィック１３０の厚み方向全体に形成されてもよい。

具体的には、図８（ｃ）に示すウィック５３０のように、縦溝５３１、排出溝５３５および液溝５３７が、ウィック５３０の厚み方向全体に形成されてもよい。言い替えると、縦溝５３１、排出溝５３５および液溝５３７が、受熱板面１３０ａから対向板面１３０ｂまで貫通する深さで形成される。
なお、図示の例においては、ウィック５３０に排出溝５３５が形成されることにより、ウィック５３０の移送方向下流側を向く下流端面５３０ｅにおいて、幅方向中央部側に位置する端面５３６は、ウィック５３０の幅方向両端側に位置する端面５３８よりも、移送方向上流側に位置する。
このように、縦溝５３１、排出溝５３５および液溝５３７が、ウィック５３０の厚み方向全体に形成されることにより、ウィック５３０の厚みを抑制し得る。

さて、図示は省略するが、縦溝１３１、横溝１３３、排出溝１３５、および液溝１３７が伸びる方向は、特に限定されない。例えば、縦溝１３１および液溝１３７は、移送方向に対して斜めに形成されてもよい。また、横溝１３３および排出溝１３５は、幅方向に対して斜めに形成されてもよい。
また、上記の説明においては、筺体１１０およびウィック１３０を厚みの薄い略直方体状の部材として説明したが、筺体１１０およびウィック１３０は、平板状であれば、他の形状であってもよい。例えば、円形の平板（円板）や、多角形の平板などであってもよい。

また、上記の説明においては、説明の都合上、ウィック１３０の受熱板面１３０ａとこれに対向する対向板面１３０ｂという名称でウィック１３０の両板面を説明したが、ウィック１３０に対する発熱体（不図示）が設けられる位置は特に限定されない。例えば、上記の説明における対向板面１３０ｂ側に、発熱体が設けられてもよい。言い替えると、上記対向板面１３０ｂが、発熱体からの熱を受けてもよい。あるいは、受熱板面１３０ａおよび対向板面１３０ｂの両面が、発熱体からの熱を受けてもよい。

図９は、ループ型ヒートパイプ１００を備える携帯電話１０００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を備える電子機器の一例である携帯電話１０００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１０００などの電子機器に設けられる。図示の携帯電話１０００は、所謂スマートフォンであり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１００１と、この中央演算処理装置１００１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１００３とを備える。そして、発熱部品の一例である中央演算処理装置１００１が発生させる熱が、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して構成される。
図示の例のように、携帯電話１０００内に設けられる蒸発器１０１を平板状に形成することにより、携帯電話１０００の厚みが抑制され得る。

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、１０５…蒸気管、１０７…凝縮器、１０９…液管、１１０…筺体、１３０…ウィック、１３１…縦溝、１３３…横溝、１３５…排出溝、１３７…液溝

Claims (8)

1. 外部から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として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、
   筐体と、
   平板状に形成されるとともに前記筐体内に設けられ、当該筺体の内周面と接触する一方側の板面と当該一方側の板面とは反対の板面であり当該筐体の内周面と接触する他方側の板面とを有し、当該一方側の板面に形成され気相の作動流体を案内する複数の気相流体溝と当該他方側の板面において当該気相流体溝に沿って形成され液相の作動流体を案内する複数の液相流体溝とを有するとともに、当該液相流体溝内の液相の作動流体を毛細管力により当該気相流体溝に向けて移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体と
   を備え、
   前記気相流体溝および前記液相流体溝は、幅方向において交互に並べて設けられることを特徴とする熱交換器。
2. 前記蒸発器は、液相の作動流体が流入する流入口と、当該流入口と対向する位置に設けられ気相の作動流体が流出する流出口とを有し、
   前記液相流体溝は、前記蒸発体の前記他方側の板面において、前記流入口側の端部から前記流出口側に延びる
   ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記気相流体溝は、前記蒸発体の前記一方側の板面において、前記流出口側の端部から前記流入口側に延び、
   前記気相流体溝および前記液相流体溝は、前記流入口から前記流出口に向かう方向における位置が重複するよう形成される
   ことを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 外部から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として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、
   液相の作動流体が流入する流入口と、
   前記流入口と対向する位置に設けられ気相の作動流体が流出する流出口と、
   平板状に形成され、一方側の板面に形成され気相の作動流体を案内する複数の気相流体溝と当該一方側の板面とは反対の他方側の板面において当該気相流体溝に沿って形成され液相の作動流体を案内する複数の液相流体溝とを有するとともに、当該液相流体溝内の液相の作動流体を毛細管力により当該気相流体溝に向けて移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体と
   を備え、
   前記気相流体溝および前記液相流体溝は、幅方向において交互に並べて設けられ、
   前記液相流体溝は、前記蒸発体の前記他方側の板面において前記流入口側の端部から前記流出口側に延びるとともに、前記他方側の板面において当該流入口から当該流出口に向かう方向と交差する方向の両端に設けられない
   ことを特徴とする熱交換器。
5. 前記液相流体溝は、前記気相流体溝よりも幅が広いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の熱交換器。
6. 前記蒸発体は、前記蒸発器の内部に配置された状態で、前記一方側の板面における板面外周側が板面中央側よりも高い圧力で、当該蒸発器の内周面によって押圧されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱交換器。
7. 熱交換器の蒸発器内に収容され、外部から熱を吸収して液相の作動流体を毛細管力により移動させながら気相へと蒸発させる平板状の蒸発体であって、
   筺体の内周面と接触する一方側の板面と、
   前記一方側の板面とは反対の板面であり前記筐体の内周面と接触する他方側の板面と、
   前記一方側の板面に形成され気相の作動流体を案内する複数の気相流体溝と、
   前記他方側の板面において前記気相流体溝に沿って形成され液相の作動流体を案内する複数の液相流体溝と
   を有し、
   前記液相流体溝内の液相の作動流体を毛細管力により前記気相流体溝に向けて移動させながら気相へと蒸発させるとともに、
   前記気相流体溝および前記液相流体溝は、幅方向において交互に並べて設けられることを特徴とする蒸発体。
8. 筐体と、
   前記筐体の内部に収容される発熱部品と、
   前記発熱部品から熱を吸収し作動流体を液相から気相へと蒸発させ液管を介して流出させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として蒸気管を介して当該蒸発器に環流させる熱交換器と
   を備える電子機器において、
   前記蒸発器は、
   平板状に形成される蒸発器筺体と、
   平板状に形成され前記蒸発器筺体の内部に挿入されるとともに、当該蒸発器筺体の内周面と接触する一方側の板面と当該一方側の板面とは反対の板面であり当該蒸発器筐体の内周面と接触する他方側の板面とを有し、当該一方側の板面に形成され気相の作動流体を案内する複数の気相流体溝と当該他方側の板面において当該気相流体溝に沿って形成され液相の作動流体を案内する複数の液相流体溝とを有し、当該液相流体溝内の液相の作動流体を毛細管力により当該気相流体溝に向けて移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体とを備え、
   前記気相流体溝および前記液相流体溝は、幅方向において交互に並べて設けられ、かつ前記蒸発器内における前記液管から前記蒸気管に向かう方向に沿って設けられるとともに、当該液管から当該蒸気管に向かう方向における位置が重複するよう形成される
   ことを特徴とする電子機器。

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