JP6547732B2 - 蒸発器 - Google Patents
蒸発器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6547732B2 JP6547732B2 JP2016241540A JP2016241540A JP6547732B2 JP 6547732 B2 JP6547732 B2 JP 6547732B2 JP 2016241540 A JP2016241540 A JP 2016241540A JP 2016241540 A JP2016241540 A JP 2016241540A JP 6547732 B2 JP6547732 B2 JP 6547732B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- working fluid
- layer
- evaporator
- heat
- wick
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 119
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 68
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 claims description 5
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 claims description 5
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 claims description 5
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 19
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 14
- VMUWIFNDNXXSQA-UHFFFAOYSA-N hypofluorite Chemical compound F[O-] VMUWIFNDNXXSQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 2
- LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2-tetrafluoroethane Chemical compound FCC(F)(F)F LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-Trichlorotrifluoroethane Chemical compound FC(F)(Cl)C(F)(Cl)Cl AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OHMHBGPWCHTMQE-UHFFFAOYSA-N 2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane Chemical compound FC(F)(F)C(Cl)Cl OHMHBGPWCHTMQE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VOPWNXZWBYDODV-UHFFFAOYSA-N Chlorodifluoromethane Chemical compound FC(F)Cl VOPWNXZWBYDODV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009760 electrical discharge machining Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
- F28D15/043—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure forming loops, e.g. capillary pumped loops
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
- F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
- F28F2255/18—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes sintered
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/16—Constructional details or arrangements
- G06F1/20—Cooling means
Description
本開示は、蒸発器に関する。本開示は、特に、作動流体の圧力損失の増加を抑制しつつ、熱輸送量の低下を抑制する蒸発器に関する。
ループヒートパイプシステムは、排熱回収等の熱輸送手段として用いられている。例えば、自動車の排気熱を、エンジン暖機及びエアコン等に利用するために、ループヒートパイプシステムは用いられている。また、自動車のインバータ冷却にも、ループヒートパイプシステムは用いられている。
ループヒートパイプシステムは、蒸発器と凝縮器を備えている。例えば、自動車の排気熱をエンジン暖機に利用する場合、蒸発器では、排気ガスの熱によって、液体の作動流体が蒸発して、作動流体の蒸気が得られる。作動流体の蒸気を凝縮器に搬送し、凝縮器で、作動流体の蒸気とエンジンの冷却水との間で熱交換を行い、冷却水の温度を急速に上昇させる。これにより、エンジンの暖機時間を短縮することができ、その結果、燃料消費率を改善することができる。 また、凝縮器で、液体の作動流体とエンジンの冷却水との間で熱交換することによって、作動流体は蒸気から液体に凝縮される。そして、液体の作動流体は、蒸発器に戻される。
特許文献１には、ループヒートパイプシステムの蒸発器に用いられる多層ウィックが記載されている。この多層ウィックは、第１の層と、第１の層を包囲する第２の層とを備え、第１の層が高熱伝導材料であり、第２の層が低熱伝導材料である。これにより、多層ウィックを加熱する熱が、液体の作動流体に伝わることを抑制している。
特許文献２には、ループヒートパイプ構造体が記載されている。このループヒートパイプ構造体の蒸発器は、第１ウィック層と、第１ウィック層の上方を被覆して設置された第２ウィック層とを備えている。そして、第２ウィック層の熱伝導率は、第１ウィック層の熱伝導率よりも低い。これにより、第１ウィック層から熱が漏洩して、液体の作動流体が加熱されることを抑制する。
特許文献１及び特許文献２に記載された蒸発器のいずれも、液体の作動流体に熱が伝わることは抑制できている。しかし、複数のウィック層を備えているため、ウィック層全体の厚さが増加している。これにより、作動流体の圧力損失が増加し、ループヒートパイプシステムの熱輸送距離が低下する。
本発明者らは、ウィック層全体の厚さが増加すると、液体の作動流体に熱が伝わることを抑制して、熱輸送量の低下を抑制することはできるが、作動流体の圧力損失が増加して、熱輸送距離が低下する、という課題を見出した。
本開示の蒸発器は、上記課題を解決するために完成されたものであり、作動流体の圧力損失の増加を抑制しつつ、熱輸送量の低下を抑制する蒸発器を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の蒸発器を完成させた。その要旨は、次のとおりである。
〈１〉容器と、
前記容器の内部を、液溜め室と蒸気室とに分割する分割層と、
を備え、
前記分割層は、液溜め室側の熱遮断層と蒸気室側のウィック層を備えており、
前記熱遮断層と前記ウィック層との間には隙間が形成されており、
前記液溜め室と前記隙間とは、前記熱遮断層に形成された貫通路で連通され、かつ、
液溜め室内の作動流体は、前記貫通路を通過し、毛細管力で前記隙間と前記ウィック層に浸透する、
蒸発器。
〈２〉前記液溜め室が、前記蒸気室の鉛直上方に設置されている、〈１〉項に記載の蒸発器。
〈３〉補助容器と、
前記補助容器と前記液溜め室とを連結する供給管を、さらに備え、
前記補助容器内の作動流体の液面が、前記供給管よりも鉛直上方にある、
〈１〉項又は〈２〉項に記載の蒸発器。
〈４〉前記作動流体を前記液溜め室内に圧送するポンプを、さらに備える、〈１〉項又は〈２〉項に記載の蒸発器。
〈５〉前記作動流体を前記補助容器内に圧送するポンプを、さらに備える、〈３〉項に記載の蒸発器。
〈６〉前記ウィック層が、金属及び半導体の少なくともいずれかの粉末の焼結体を備える、〈１〉項〜〈５〉項のいずれか一項に記載の蒸発器。
〈７〉前記金属及び前記半導体が、銅、亜鉛、ニッケル、黄銅、鉄、マグネシウム、及びシリコンからなる群より選択される、〈６〉項に記載の蒸発器。
〈８〉前記熱遮断層が、樹脂、合成ゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アルミナ、ガラス、及びステンレス鋼からなる群より選択される物質を含む、〈１〉〜〈７〉項のいずれか一項に記載の蒸発器。
〈９〉前記作動流体が、アンモニア、アセトン、メタノール、水、及びフッ素系溶媒からなる群より選択される物質を含む、〈１〉〜〈８〉項のいずれか一項に記載の蒸発器。
〈１〉容器と、
前記容器の内部を、液溜め室と蒸気室とに分割する分割層と、
を備え、
前記分割層は、液溜め室側の熱遮断層と蒸気室側のウィック層を備えており、
前記熱遮断層と前記ウィック層との間には隙間が形成されており、
前記液溜め室と前記隙間とは、前記熱遮断層に形成された貫通路で連通され、かつ、
液溜め室内の作動流体は、前記貫通路を通過し、毛細管力で前記隙間と前記ウィック層に浸透する、
蒸発器。
〈２〉前記液溜め室が、前記蒸気室の鉛直上方に設置されている、〈１〉項に記載の蒸発器。
〈３〉補助容器と、
前記補助容器と前記液溜め室とを連結する供給管を、さらに備え、
前記補助容器内の作動流体の液面が、前記供給管よりも鉛直上方にある、
〈１〉項又は〈２〉項に記載の蒸発器。
〈４〉前記作動流体を前記液溜め室内に圧送するポンプを、さらに備える、〈１〉項又は〈２〉項に記載の蒸発器。
〈５〉前記作動流体を前記補助容器内に圧送するポンプを、さらに備える、〈３〉項に記載の蒸発器。
〈６〉前記ウィック層が、金属及び半導体の少なくともいずれかの粉末の焼結体を備える、〈１〉項〜〈５〉項のいずれか一項に記載の蒸発器。
〈７〉前記金属及び前記半導体が、銅、亜鉛、ニッケル、黄銅、鉄、マグネシウム、及びシリコンからなる群より選択される、〈６〉項に記載の蒸発器。
〈８〉前記熱遮断層が、樹脂、合成ゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アルミナ、ガラス、及びステンレス鋼からなる群より選択される物質を含む、〈１〉〜〈７〉項のいずれか一項に記載の蒸発器。
〈９〉前記作動流体が、アンモニア、アセトン、メタノール、水、及びフッ素系溶媒からなる群より選択される物質を含む、〈１〉〜〈８〉項のいずれか一項に記載の蒸発器。
本開示の蒸発器によれば、熱遮断層によって、ウィック層側から、液溜め室内の作動流体に、蒸発器に加えられた熱が伝わることを抑制できる。それとともに、本開示の蒸発器によれば、作動流体が、熱遮断層に形成された貫通路を通過するため、熱遮断層を設置しても、作動流体の圧力損失の増加は、実用上問題とならない程度に抑制することができる。その結果、本開示の蒸発器によれば、作動流体の圧力損失の増加を抑制しつつ、熱輸送量の低下を抑制する蒸発器を提供することができる。
以下、本開示に係る蒸発器の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示を限定するものではない。
図１は、ループヒートパイプシステムの一態様を示す模式図である。ループヒートパイプシステム（１００）は、蒸発器（６０）と凝縮器（８０）を備える。
蒸発器（６０）の内部は、分割層（２０）によって、液溜め室（４０）と蒸気室（５０）とに分割されている。蒸気室（５０）と凝縮器（８０）は蒸気管（７０）で連結されている。凝縮器（８０）と液溜め室（４０）は液管（９０）で連結されている。凝縮器（８０）の内部で、蒸気管（７０）と液管（９０）が熱交換管（８２）に連結されている。
蒸発器（６０）の内部では、液溜め室（４０）の作動流体（９５）が、分割層（２０）内のウィック層に毛細管力で浸透し、蒸発器（６０）に加えられた熱で蒸発する。ウィック層については、後述する。作動流体の蒸気は、蒸気管（７０）を通って凝縮器に送られる。凝縮器（８０）の熱交換管（８２）の内部で、作動流体の蒸気は凝縮して液体となり、凝縮熱を放出する。液体の作動流体は液管（９０）を通って液溜め室（４０）に送られる。
熱輸送距離とは、蒸気管（７０）の長さに相当する。作動流体（９５）の圧力損失が大きいと、熱輸送距離が低下する。
図１に示したように、ループヒートパイプシステム（１００）は、作動流体（９５）が循環することによって、作動する。ループヒートパイプシステム（１００）の作動の駆動力、すなわち、作動流体（９５）が循環する駆動力は、次の（Ａ）式で表される。
（Ｐｇ−Ｐｓ）＋Ｐｃ ・・・（Ａ）
Ｐｇ：作動流体（９５）の蒸気の圧力
Ｐｓ：液溜め室（４０）内の作動流体（９５）の飽和蒸気圧
Ｐｃ：分割層（２０）内のウィック層を作動流体（９５）が浸透するときの毛細管力
（Ｐｇ−Ｐｓ）＋Ｐｃ ・・・（Ａ）
Ｐｇ：作動流体（９５）の蒸気の圧力
Ｐｓ：液溜め室（４０）内の作動流体（９５）の飽和蒸気圧
Ｐｃ：分割層（２０）内のウィック層を作動流体（９５）が浸透するときの毛細管力
作動流体（９５）が循環する駆動力（以下、単に「駆動力」ということがある。）が低下すると、熱輸送効率が低下するため、熱輸送量が低下する。（Ａ）式から、Ｐｓが上昇すると、駆動力が低下するため、熱輸送量が低下する。
液溜め室（４０）内の作動流体（９５）の温度が上昇すると、Ｐｓが上昇する。蒸発器（６０）に加えられた熱が、分割層（２０）内のウィック層を加熱する以外に、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）を加熱すると、液溜め室（４０）の作動流体（９５）の温度が上昇する。以下の説明で、蒸発器（６０）に加えられた熱が、分割層（２０）内のウィック層を加熱する以外に、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）を加熱することを「熱洩れ」ということがある。
熱洩れが発生すると、Ｐｓが上昇して駆動力が低下するだけでなく、ウィック層で作動流体（９５）を蒸発させるための熱量も不足する。これにより、蒸発器（６０）からの熱出力が低下して、ループヒートパイプシステム（１００）の熱輸送量が低下する。
従来の蒸発器（６０）では、熱洩れを防止するため、種々の方策がとられていた。分割層（２０）を、厚いウィック層にすると、熱洩れは抑制できるが、作動流体（９５）の圧力損失が増加し、熱輸送距離が低下した。分割層（２０）を、低熱伝導率材のウィック層にすると、熱洩れは抑制できるが、ウィック層に浸透した液体の作動流体が蒸発し難く、蒸発器（６０）として作動し難くなっていた。分割層（２０）を、多層ウィックとし、蒸気室（５０）側を高熱伝導材のウィック層、液溜め室（４０）側をウィック層とすると、熱洩れは抑制できるが、多層ウィック全体の厚さが増加して、作動流体（９５）の圧力損失が増大していた。
本発明者らは、分割層（２０）を次のようにすると、作動流体の圧力損失を抑制しつつ、熱洩れを抑制できる蒸発器（６０）が得られることを知見した。分割層（２０）は、液溜め室（４０）側の熱遮断層と蒸気室（５０）側のウィック層を備え、熱遮断層とウィック層との間には隙間を形成して、液溜め室と隙間とは、熱遮断層に形成された貫通路で連通する。
これらの知見に基づく、本開示の蒸発器（６０）の構成を、次に説明する。図２は、本開示の蒸発器（６０）の一態様を示す縦断面図である。図３は、図２の破線で囲まれた部分を拡大した縦断面図である。図２及び図３は、平型蒸発器の一態様を示す。
本開示の蒸発器（６０）は、容器（１０）及び分割層（２０）を備えている。蒸発器（６０）は平型蒸発器であるため、容器（１０）の形状は箱型であり、分割層（２０）は板状である。本開示の蒸発器（６０）は、例えば、図１に示されたループヒートパイプシステム（１００）に組み込まれてもよい。以下、本開示の蒸発器（６０）を、構成要素ごとに説明する。
（容器）
容器（１０）は、蒸発器（６０）の本体である。容器（１０）の外部は、熱源から加熱される。容器（１０）の内部には、作動流体（９５）が装入される。容器（１０）は、耐熱性があり、作動流体（９５）に対して耐食性がある材料で造られる。容器（１０）の材料としては、ステンレス鋼、銅、銅合金、及びニッケル合金等が挙げられる。
容器（１０）は、蒸発器（６０）の本体である。容器（１０）の外部は、熱源から加熱される。容器（１０）の内部には、作動流体（９５）が装入される。容器（１０）は、耐熱性があり、作動流体（９５）に対して耐食性がある材料で造られる。容器（１０）の材料としては、ステンレス鋼、銅、銅合金、及びニッケル合金等が挙げられる。
図２に示した態様の場合、図２の下側から入熱する。図２に示した態様では、入熱部（１１）を厚くしているが、これに限られない。入熱部（１１）の厚さ及び形状等は、蒸発器（６０）と熱源（図示しない）等の位置関係によって適宜決定すればよい。
（分割層）
分割層（２０）は、容器（１０）の内部を、液溜め室（４０）と蒸気室（５０）とに分割する。蒸発器（６０）が、例えば、図１に示したループヒートパイプシステム（１００）に組み込まれる場合には、液溜め室（４０）は液管（９０）に連結され、蒸気室（５０）は蒸気管（７０）に連結される。
分割層（２０）は、容器（１０）の内部を、液溜め室（４０）と蒸気室（５０）とに分割する。蒸発器（６０）が、例えば、図１に示したループヒートパイプシステム（１００）に組み込まれる場合には、液溜め室（４０）は液管（９０）に連結され、蒸気室（５０）は蒸気管（７０）に連結される。
分割層（２０）は、液溜め室（４０）側の熱遮断層（３０）と蒸気室（５０）側のウィック層（３２）を備えている。熱遮断層（３０）とウィック層（３２）の間には、隙間（３４）が形成されている。
図４は、熱遮断層（３０）の構造を模式的に示した斜視図である。熱遮断層（３０）とウィック層（３２）の間に隙間（３４）を形成するため、図４に示した態様では、熱遮断層（３０）は、ウィック層（３２）側（図４で下側）に、支持柱（３８）を備える。隙間（３４）の形成方法はこれに限られない。別の態様としては、容器（１０）の内周面（１２）と、熱遮断層（３０）の厚さ方向の外周面（３９）とを、接着剤等で貼り付けてもよい。
熱遮断層（３０）には、貫通路（３６）が形成されている。貫通路（３６）は、板材を機械加工等することによって形成されるか、熱遮断層（３０）を構成する材料を溶融して、コアピンを有する金型に、その融液を注入することによって形成される。そのため、貫通路（３６）は、ウィック層（３２）が包含しているような、３次元網目構造を有する毛細孔とは異なる。
液溜め室（４０）と隙間（３４）は、貫通路（３６）で連通されている。図３に示したように、液溜め室（４０）内の液体の作動流体（９５）は、貫通路（３６）を通過する。貫通路（３６）は毛細孔ではないため、液体の作動流体（９５）が貫通路（３６）が通過するとき、液体の作動流体（９５）に毛細管力は働かない。
図３に示したように、貫通路（３６）を通過した液体の作動流体（９５）は、隙間（３４）へ流入する。この流入により、ウィック層（３２）の熱遮断層（３０）と対向する表面に、液体の作動流体（９５）が広がる。
ウィック層（３２）は、多数の毛細孔を有する。理論に拘束されないが、隙間（３４）の幅（熱遮断層（３０）とウィック層（３２）の離間距離）をウィック層（３２）の毛細孔の孔径程度にすると、毛細孔と隙間（３４）とが一体であるかのような状態になると考えられる。この状態により、貫通路（３６）を通過した液体の作動流体（９５）は、毛細管力で隙間（３４）の全域に広がりつつ、ウィック層（３２）の毛細孔に侵入していくと考えられる。このようにして、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）は、貫通路（３６）を通過し、毛細管力で隙間（３４）とウィック層（３２）に浸透する。
（液溜め室と蒸気室の位置関係）
図２に示した態様では、液溜め室（４０）は、蒸気室（５０）の鉛直上方に設置されている。これにより、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）は、重力の作用により、熱遮断層（３０）に接して滞留する。この滞留によって、作動流体（９５）が途切れることなく、貫通路（３６）を通過し、毛細管力で、隙間（３４）とウィック層（３２）に浸透する。
図２に示した態様では、液溜め室（４０）は、蒸気室（５０）の鉛直上方に設置されている。これにより、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）は、重力の作用により、熱遮断層（３０）に接して滞留する。この滞留によって、作動流体（９５）が途切れることなく、貫通路（３６）を通過し、毛細管力で、隙間（３４）とウィック層（３２）に浸透する。
液溜め室（４０）の大きさは、図２に示したように、作動流体（９５）の熱遮断層（３０）と反対側（図２の上側）に空間があるようにしてもよいし、作動流体（９５）が液溜め室（４０）を充満するようにしてもよい。
液溜め室（４０）と蒸気室（５０）の位置関係は、図２に示した態様に限られない。作動流体（９５）が、液溜め室（４０）内を充満するように、液溜め室（４０）の大きさを設定するとき、液溜め室（４０）は、蒸気室（５０）の鉛直上方になくてもよい。例えば、蒸気室（５０）は、液溜め室（４０）の鉛直上方にあってもよい。ループヒートパイプシステム（１００）の駆動力が大きいと、液体の作動流体（９５）が効率よく液溜め室（４０）に戻される。それによって、特段、別の手段を用いることなく、作動流体（９５）が液溜め室（４０）内を充満し易くなる。
蒸気室（５０）の大きさは、ウィック層（３２）で液体の作動流体（９５）が蒸発する量に応じて、適宜決定すればよい。蒸気室（５０）の大きさは、ウィック層（３２）に対向する容器（１０）の内周面（図２で、蒸気室（５０）の底面）とウィック層（３２）との離間距離（以下、「容器（１０）内面とウィック層（３２）との離間距離」ということがある。）で表してもよい。容器（１０）内面とウィック層（３２）との離間距離は、０．５ｍｍ以上、０．７ｍｍ以上、又は１．０ｍｍ以上であってよく、５．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下、又は２．０ｍｍ以下であってよい。
（補助容器及び供給管）
図５は、本開示の蒸発器（６０）の別の態様を示す縦断面図である。図５は、筒型蒸発器の一態様を示している。容器（１０）が筒型であると、液溜め室（４０）が、蒸気室（５０）の鉛直上方にない部位が存在するため、作動流体（９５）が、液溜め室（４０）内を充満している必要がある。図５に示した態様では、蒸発器（６０）は、補助容器（１６）と、補助容器（１６）と液溜め（４０）室とを連結する供給管（９１）を、さらに備える。そして、補助容器（１６）内の作動流体（９５）の液面は、供給管（９１）よりも鉛直上方にある。これにより、作動流体（９５）が液溜め室（４０）内を充満する。
図５は、本開示の蒸発器（６０）の別の態様を示す縦断面図である。図５は、筒型蒸発器の一態様を示している。容器（１０）が筒型であると、液溜め室（４０）が、蒸気室（５０）の鉛直上方にない部位が存在するため、作動流体（９５）が、液溜め室（４０）内を充満している必要がある。図５に示した態様では、蒸発器（６０）は、補助容器（１６）と、補助容器（１６）と液溜め（４０）室とを連結する供給管（９１）を、さらに備える。そして、補助容器（１６）内の作動流体（９５）の液面は、供給管（９１）よりも鉛直上方にある。これにより、作動流体（９５）が液溜め室（４０）内を充満する。
補助容器（１６）は、図２に示した蒸発器（６０）にも備えることができる。このとき、作動流体（９５）が液溜め室（４０）内を充満する。この態様は、熱輸送距離が非常に長いときに有用である。
（ポンプ）
図６は、図５の蒸発器（６０）の別の態様を示す縦断面図である。図６の蒸発器（６０）は、図５の蒸発器（６０）の補助容器（１６）に代えて、ポンプ（９６）を備える。ポンプ（９６）は液管（９０）の途中に設置される。ポンプ（９６）は、作動流体（９５）を液溜め室（４０）内に圧送する。これにより、作動流体（９５）が、液溜め室（４０）内を充満することができる。
図６は、図５の蒸発器（６０）の別の態様を示す縦断面図である。図６の蒸発器（６０）は、図５の蒸発器（６０）の補助容器（１６）に代えて、ポンプ（９６）を備える。ポンプ（９６）は液管（９０）の途中に設置される。ポンプ（９６）は、作動流体（９５）を液溜め室（４０）内に圧送する。これにより、作動流体（９５）が、液溜め室（４０）内を充満することができる。
ポンプ（９６）は、図２に示した蒸発器（６０）にも備えることができる。ポンプ（９６）は液管（９０）の途中に設置される。液溜め室（４０）の大きさは、作動流体（９５）が液溜め室（４０）を充満するようにしてもよいし、図２に示したように、作動流体（９５）の熱遮断層（３０）と反対側（図２の上側）に空間があるようにしてもよい。
図２に示した蒸発器（６０）を、蒸気室（５０）が液溜め室（４０）の鉛直上方になるように設置された場合であっても、ポンプ（９６）により、作動流体（９５）が、液溜め室（４０）内を充満することができる。
図２に示した蒸発器（６０）を、液溜め室（４０）が蒸気室（５０）の鉛直上方に設置され、かつ、熱輸送距離が非常に長い場合であっても、ポンプ（９６）によって、液溜め室（４０）内に作動流体（９５）が途切れることなく供給される。
ポンプ（９６）は、図５に示した蒸発器（６０）にも備えることができる。ポンプ（９６）は液管（９０）の途中に設置される。熱輸送距離が非常に長い場合であっても、ポンプ（９６）によって、補助容器（１６）内に作動流体（９５）が途切れることなく圧送される。
ポンプ（９６）は、作動流体（９５）に対して耐食性を有しており、かつ、作動流体（９５）を圧送することができれば、種類等に特に制限はない。ポンプ（９６）としては、マグネットポンプ、及びピストンポンプ等が挙げられる。
次に、熱遮断層（３０）、ウィック層（３２）、隙間（３４）、及び作動流体（９５）の態様について説明する。これから説明する熱遮断層（３０）等の態様は、これまでに説明したいずれの蒸発器（６０）にも適用することができる。
（熱遮断層）
熱遮断層（３０）は、低熱伝導率材を含む。これにより、ウィック層（３２）から、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）に熱が伝わることを遮断する。「熱遮断層（３０）は、低熱伝導率材を含む」とは、熱遮断層（３０）が低熱伝導材でできているか、低熱伝導率材を主成分としているかを意味する。熱遮断層（３０）の強度向上等、必要に応じて、あるいは不可避に、低熱伝導率材以外の材料を含有してもよい。低熱伝導率材の含有率は、熱遮断層（３０）全体に対して、９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがより好ましい。
熱遮断層（３０）は、低熱伝導率材を含む。これにより、ウィック層（３２）から、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）に熱が伝わることを遮断する。「熱遮断層（３０）は、低熱伝導率材を含む」とは、熱遮断層（３０）が低熱伝導材でできているか、低熱伝導率材を主成分としているかを意味する。熱遮断層（３０）の強度向上等、必要に応じて、あるいは不可避に、低熱伝導率材以外の材料を含有してもよい。低熱伝導率材の含有率は、熱遮断層（３０）全体に対して、９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがより好ましい。
熱遮断層（３０）を構成する材料の熱伝導率は、３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下、２０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下、又は１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であってよい。さらに、熱遮断層（３０）を構成する材料の熱伝導率は、１．０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下が好ましく、０．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下がより好ましく、０．３Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下がより一層好ましい。熱遮断層（３０）を構成する材料の熱伝導率は低いほどよいが、実用的には、０．０１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上である。
低熱伝導材は、樹脂、合成ゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アルミナ、ガラス、及びステンレス鋼からなる群より選択される物質を含んでよい。これらの材料を組み合せてもよい。これらの材料の熱伝導率を表１に示す。
熱遮断層（３０）は、貫通路（３６）を有する。貫通路（３６）は、樹脂、合成ゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アルミナ、ガラス、ステンレス鋼等でできた材料を、機械加工、超音波加工、レーザ加工、及び／又は打抜き加工等することによって形成されてもよい。貫通路（３６）は、ステンレス鋼でできた材料を、放電加工することによって形成されてもよい。貫通路（３６）は、樹脂、合成ゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アルミナ、ガラス、ステンレス鋼を溶融して、その融液を、コアピンを有する金型に注入することによって形成されてもよい。貫通路（３６）は、このように形成されるため、ウィック層（３２）が包含しているような、３次元網目構造を有する毛細孔とは異なる。
次に、貫通路（３６）の孔径、断面形状、空隙率、及び厚さについて説明する。これらは、作動流体（９５）の種類に依存しない。
貫通路（３６）の孔径が、０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以上、又は１．５ｍｍ以上であれば、圧力損失が生じ難く、もちろん、作動流体（９５）に毛細管力は働かない。一方、貫通路（３６）の孔径が、５．０ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下、又は３．０ｍｍ以下であれば、貫通路（３６）を通じて、ウィック層（３２）側から、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）に熱が伝わり難い。貫通路（３６）の孔径は、ウィック層（３２）の毛細孔径よりも大きい。
貫通路（３６）の断面形状は円形でなくてもよい。貫通路（３６）の断面形状が円形でない場合、貫通路（３６）の孔径は、その断面積の円相当径である。貫通路（３６）の断面積が深さ方向で異なる場合、貫通路（３６）の孔径は、最小断面積の円相当径で代表する。圧力損失は、最小断面積部分に依存するためである。このように定めた貫通路（３６）の孔径は、後述するウィック層（３２）の毛細孔径と直接比較することができる。なお、本明細書で、貫通路（３６）の断面形状及び断面積は、それぞれ、貫通路（３６）内を流れる作動流体（９５）の進行方向に垂直な断面の形状及び面積である。
熱遮断層（３０）の空隙率が、１％以上、５％以上、１０％以上、又は１５％以上であれば、圧力損失が生じ難い。一方、熱遮断層（３０）の空隙率が、５０％以下、４０％以下、３０％以下、又は２５％以下であれば、貫通路（３６）を通じて、ウィック層（３２）側から、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）に熱が伝わり難い。
熱遮断層（３０）の空隙率（％）は、貫通路（３６）がないときの熱遮断層（３０）の断面積に対する、貫通路（３６）の断面積の割合（％）である。貫通路（３６）の断面積が深さ方向で異なる場合、最小断面積の割合（％）である。圧力損失は、最小断面積部分に依存するためである。貫通路（３６）が複数個ある場合、貫通路（３６）がないときの熱遮断層（３０）の断面積に対する、各貫通路（３６）の合計断面積の割合（％）である。このようにして求めた熱遮断層（３０）の空隙率（％）は、ウィック層（３２）の空隙率（％）と直接比較することができる。なお、本明細書で、熱遮断層（３０）の断面積は、熱遮断層（３０）の厚さ方向に垂直な面の面積である。
熱遮断層（３０）の厚さが、１．０ｍｍ以上、１．３ｍｍ以上、又は１．６ｍｍ以上であれば、ウィック層（３２）側から、液溜め室（４０）内の作動流体（９５）に熱が伝わり難い。一方、熱遮断層（３０）の厚さが、５．０ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下、又は３．０ｍｍ以下であれば、圧力損失が生じ難い。熱遮断層（３０）の厚さが部位によって異なる場合には、熱遮断層（３０）の厚さは、各部位の平均である。
（ウィック層）
熱遮断層（３０）によってウィック層（３２）からの熱を遮断するため、ウィック層（３２）の熱伝導率は、熱遮断層（３０）を構成する材料の熱伝導率よりも高くてよい。これにより、蒸発器（６０）に加えられた熱を、ウィック層（３２）内で、効率よく、作動流体（９５）に伝えることができる。
熱遮断層（３０）によってウィック層（３２）からの熱を遮断するため、ウィック層（３２）の熱伝導率は、熱遮断層（３０）を構成する材料の熱伝導率よりも高くてよい。これにより、蒸発器（６０）に加えられた熱を、ウィック層（３２）内で、効率よく、作動流体（９５）に伝えることができる。
ウィック層（３２）の熱伝導率が、５０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上、７５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上、又は１００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であれば、ウィック層（３２）内で、効率よく、作動流体（９５）に熱を伝えることができる。一方、ウィック層（３２）の熱伝導率は、４００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下が実用的である。
ループヒートパイプシステム（１００）の分野において、ウィック層（３２）の熱伝導率は、ウィック層（３２）を構成する物質の熱伝導率と同じとすることが一般的である。その理由は、理論に拘束されないが、液体の作動流体（９５）がウィック層（３２）の内部に浸透したとき、毛細孔は３次元網目構造を有することから、毛細孔中の液体の作動流体（９５）は、ウィック層（３２）を構成する物質に包囲されているためである。したがって、ウィック層（３２）の熱伝導率の上述した範囲は、ウィック層（３２）を構成する物質の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）の範囲と同じと考えてよい。
次に、ウィック層（３２）の毛細孔径、空隙率、及び厚さについて説明する。これらは、作動流体（９５）の種類に依存する。
作動流体（９５）が水の場合には、毛細孔径が、０．５μｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、又は２０μｍ以上であれば、圧力損失が大きくなり難い。一方、毛細孔径が、１００μｍ以下、８０μｍ以下、６０μｍ以下、又は４０μｍ以下であれば、作動流体（９５）が、液体のまま、蒸気室（５０）へ排出され難い。
作動流体（９５）が次亜フッ素酸（ＨＦＯ）の場合には、毛細孔径が、０．７μｍ以上、１．０μｍ以上、又は１．３μｍ以上あれば、圧力損失が大きくなり難い。一方、毛細孔径が、４．０μｍ以下、３．０μｍ以下、又は２．０μｍ以下であれば、作動流体（９５）が液体のまま、蒸気室（５０）へ排出され難い。なお、毛細孔径は、水銀圧入法で測定した値である。
作動流体（９５）が水又は次亜フッ素酸（ＨＦＯ）の場合には、ウィック層（３２）の空隙率が、３０％以上、４０％以上、５０％以上、又は６０％以上であれば、圧力損失が大きくなり難い。一方、ウィック層（３２）の空隙率が、９５％以下、９０％以下、８０％以下、又は７０％以下であれば、作動流体（９５）が、液体のまま、蒸気室（５０）へ排出され難い。なお、ウィック層（３２）の空隙率（％）は、水銀圧入法で測定した値である。
作動流体（９５）が水の場合には、ウィック層（３２）の厚さが、０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上、又は２．０ｍｍ以上であれば、作動流体（９５）が、液体のまま、蒸気室（５０）へ排出され難い。一方、ウィック層（３２）の厚さが、５．０ｍｍ以下、４．５ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下、又は３．５ｍｍ以下であれば、圧力損失が大きくなり難い。
作動流体（９５）が次亜フッ素酸（ＨＦＯ）の場合には、ウィック層（３２）の厚さが、０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以上、又は０．４ｍｍ以上であれば、作動流体（９５）が、液体のまま、蒸気室（５０）へ排出され難い。一方、ウィック層（３２）の厚さが、３．０ｍｍ以下、２．０ｍｍ以下、又は１．０ｍｍ以下であれば、圧力損失が大きくなり難い。なお、ウィック層（３２）の厚さが部位によって異なる場合には、ウィック層（３２）の厚さは、各部位の平均値である。
上述した範囲の熱伝導率、毛細孔径、及び空隙率を有するウィック層（３２）は、金属及び半導体の少なくともいずれかの粉末の焼結体を備えていてよい。ウィック層（３２）は、すべてが焼結体であってもよいが、作動流体（９５）の浸透を妨げない範囲で、焼結体中に補強材等を有していてもよい。
金属又は半導体の少なくともいずれかの粉末の焼結体は、作動流体（９５）の浸透及び焼結体の強度確保を妨げない範囲で、潤滑剤及び／又は結着剤を少量含有していてもよい。粉末を圧縮成形して圧粉体を得るとき、潤滑剤が添加されてもよい。結着剤は、圧縮成形及び／又は焼結時に、添加されてもよい。焼結体中の金属及び半導体の含有量は、９０質量％以上が好ましく、９５質量％以上がより好ましい。
金属及び半導体としては、銅（３９８）、亜鉛（１２１）、ニッケル（９０）、黄銅（１２０）、鉄（８４）、マグネシウム（１５１）、及びシリコン（２００）からなる群より選択することができる。金属又は半導体名のあとの括弧内の数字は、その金属又は半導体の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）の値である。
高い熱伝導率を有するウィック層（３２）が得られるため、銅粉末の焼結体、シリコン粉末の焼結体、及びマグネシウム粉末の焼結体が、特に好ましい。なお、上述したように、例えば、銅粉末の焼結体の熱伝導率は、銅の熱伝導率と等しい。銅以外の金属又は半導体についても同様である。
（隙間）
隙間（３４）の厚さは、熱遮断層（３０）とウィック層（３２）との離間距離（以下、単に「離間距離」ということがある。）である。離間距離は、作動流体（９５）の種類に依存する。
隙間（３４）の厚さは、熱遮断層（３０）とウィック層（３２）との離間距離（以下、単に「離間距離」ということがある。）である。離間距離は、作動流体（９５）の種類に依存する。
作動流体（９５）が水又はフッ素系溶媒の場合には、離間距離が、１０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、又は４００μｍ以上であってよく、１０００μｍ以下、９００μｍ以下、８００μｍ以下、７００μｍ以下、又は６００μｍ以下であってよい。離間距離をこのようにすると、作動流体（９５）は、毛細管力で隙間（３４）に浸透する。なお、離間距離が部位によって異なる場合には、離間距離は、各部位の平均値である。
（作動流体）
ループヒートパイプシステム（１００）が正常に作動すれば、作動流体（９５）は、特に限定されない。作動流体（９５）は、アンモニア、アセトン、メタノール、水、及びフッ素系溶媒からなる群より選択される物質を含む。「群より選択される物質を含む」とは、作動流体（９５）が、その群より選択される物質からなるか、その群より選択される物質を主成分としているかを意味する。作動流体（９５）は、熱交換の安定性等の向上のため、必要に応じて、あるいは不可避に、その群より選択される物質以外を含んでもよい。その群より選択される物質の含有率は、作動流体（９５）全体に対して、９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがより好ましい。
ループヒートパイプシステム（１００）が正常に作動すれば、作動流体（９５）は、特に限定されない。作動流体（９５）は、アンモニア、アセトン、メタノール、水、及びフッ素系溶媒からなる群より選択される物質を含む。「群より選択される物質を含む」とは、作動流体（９５）が、その群より選択される物質からなるか、その群より選択される物質を主成分としているかを意味する。作動流体（９５）は、熱交換の安定性等の向上のため、必要に応じて、あるいは不可避に、その群より選択される物質以外を含んでもよい。その群より選択される物質の含有率は、作動流体（９５）全体に対して、９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがより好ましい。
フッ素系溶媒は、不凍溶媒であるため、寒冷地等で使用できる。しかし、フッ素系溶媒は、高い粘性を有するため、圧力損失が大きくなり易い。また、フッ素系溶媒の潜熱は小さいため、ループヒートパイプシステム（１００）中で、フッ素系溶媒の還流速度を高める必要がある。本開示の蒸発器（６０）は、熱遮断層（３０）を備えているため、ウィック層（３２）を厚くしたり、多層にしなくてもよい。これにより、本開示の蒸発器（６０）は圧力損失を生じ難いため、フッ素系溶媒を使用することができる。また、圧力損失を生じ難いため、還流速度を高めることができる。
フッ素系溶媒としては、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）、クロロジフルオロメタン（フレオン２２）、１，１，２−トリクロロ-１，２，２−トリフルオロエタン（フレオン１１３）、２，２−ジクロロ−１，１，１−トリフルオロエタン（ＨＣＦＣ−１２３）、及び次亜フッ素酸（ＨＦＯ）（バートレルシネラ）等が挙げられる。
本開示の蒸発器（６０）は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更をすることができる。例えば、蒸気室（５０）は、次のように変形してもよい。図７は、図２の蒸発器（６０）の蒸気室（５０）を変形した一態様を示す縦断面図である。
図７に示したように、蒸気室（５０）の内部に、複数の突起部（１４）を設置してもよい。突起部（１４）は、容器（１０）の入熱部（１１）から延在している。
突起部（１４）の設置によって、蒸気室（５０）のウィック層（３２）に対向する面の面積を増加させ、ウィック層（３２）に、より効率的に熱を伝えることができる。突起部（１４）の先端は、できるだけウィック層（３２）に近づけ、かつ、突起部（１４）の先端がウィック層（３２）に接しないことが好ましい。このようにすることによって、突起部（１４）の先端からウィック層（３２）に熱が伝わり易く、かつ、ウィック層（３２）から作動流体（９５）の蒸気が排出されることを妨げない。
以下、本開示の蒸発器を実施例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示の蒸発器は、これらに限定されるものではない。
（蒸発器の準備）
図２に示した蒸発器（６０）を準備した。この蒸発器（６０）を図１に示したループヒートパイプシステム（１００）に組み込んだ。
図２に示した蒸発器（６０）を準備した。この蒸発器（６０）を図１に示したループヒートパイプシステム（１００）に組み込んだ。
熱遮断層（３０）は、四フッ化エチレン・エチレン共重合体（ＰＴＦＴ）を用いて作製した。四フッ化エチレン・エチレン共重合体の熱伝導率は、０．１９Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。貫通路（３６）は円柱形であり、その孔径は２ｍｍであった。熱遮断層（３０）の空隙率及び厚さは、それぞれ、２０％及び２ｍｍであった。
ウィック層（３２）は、シリコン粉末の焼結体であった。ウィック層（３２）の熱伝導率、毛細孔径、空隙率、及び厚さは、それぞれ、２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、１．５μｍ、６２％、０．５ｍｍであった。
隙間（３４）の厚さ（離間距離）は、５００μｍであった。また、蒸気室の大きさは、容器（１０）内面とウィック層（３２）との離間距離で、１ｍｍであった。
作動流体（９５）としては、次亜フッ素酸（ＨＦＯ）（デュポン社製バートレルシネラ）を用いた。
（評価）
電力量計を用いて入力電圧と入力電流を測定し、その測定値から熱輸送量を算出した。また、圧力損失は、ウィック層（３２）の液溜め室（４０）側と蒸気室（５０）側に設置した圧力計を用いて測定した。熱遮断層（３０）を設置した蒸発器（６０）（実施例）と、熱遮断層（３０）を取り除いた蒸発器（６０）（比較例）とについて、熱輸送量及び圧力損失それぞれを測定した。
電力量計を用いて入力電圧と入力電流を測定し、その測定値から熱輸送量を算出した。また、圧力損失は、ウィック層（３２）の液溜め室（４０）側と蒸気室（５０）側に設置した圧力計を用いて測定した。熱遮断層（３０）を設置した蒸発器（６０）（実施例）と、熱遮断層（３０）を取り除いた蒸発器（６０）（比較例）とについて、熱輸送量及び圧力損失それぞれを測定した。
（結果）
実施例と比較例で、圧力損失に差は認められなかった。これにより、熱遮断層（３０）を設置しても、圧力損失が発生しないことを確認できた。熱輸送量については、実施例が２６２３Ｗ、比較例が２０５５Ｗであった。これらの結果から、本開示の蒸発器（６０）は、作動流体の圧力損失の増加を抑制しつつ、熱輸送量の低下を抑制できることを確認できた。
実施例と比較例で、圧力損失に差は認められなかった。これにより、熱遮断層（３０）を設置しても、圧力損失が発生しないことを確認できた。熱輸送量については、実施例が２６２３Ｗ、比較例が２０５５Ｗであった。これらの結果から、本開示の蒸発器（６０）は、作動流体の圧力損失の増加を抑制しつつ、熱輸送量の低下を抑制できることを確認できた。
すなわち、以上の結果から、本開示の蒸発器の効果を確認できた。
１０ 容器
１１ 入熱部
１２ 内周面
１４ 突起部
１６ 補助容器
２０ 分割層
３０ 熱遮断層
３２ ウィック層
３４ 隙間
３６ 貫通路
３８ 支持柱
３９ 外周面
４０ 液溜め室
５０ 蒸気室
６０ 蒸発器
７０ 蒸気管
８０ 凝縮器
８２ 熱交換管
９０ 液管
９１ 供給管
９５ 作動流体
９６ ポンプ
１１ 入熱部
１２ 内周面
１４ 突起部
１６ 補助容器
２０ 分割層
３０ 熱遮断層
３２ ウィック層
３４ 隙間
３６ 貫通路
３８ 支持柱
３９ 外周面
４０ 液溜め室
５０ 蒸気室
６０ 蒸発器
７０ 蒸気管
８０ 凝縮器
８２ 熱交換管
９０ 液管
９１ 供給管
９５ 作動流体
９６ ポンプ
Claims (9)
- 容器と、
前記容器の内部を、液溜め室と蒸気室とに分割する分割層と、
を備え、
前記分割層は、液溜め室側の熱遮断層と蒸気室側のウィック層を備えており、
前記熱遮断層と前記ウィック層との間には隙間が形成されており、
前記熱遮断層と前記ウィック層との離間距離は１０μｍ以上１０００μｍ以下であり、
前記液溜め室と前記隙間とは、前記熱遮断層に形成された貫通路で連通され、かつ、
液溜め室内の作動流体は、前記貫通路を通過し、毛細管力で前記隙間と前記ウィック層に浸透する、
蒸発器。 - 前記液溜め室が、前記蒸気室の鉛直上方に設置されている、請求項１に記載の蒸発器。
- 補助容器と、
前記補助容器と前記液溜め室とを連結する供給管を、さらに備え、
前記補助容器内の作動流体の液面が、前記供給管よりも鉛直上方にある、
請求項１又は２に記載の蒸発器。 - 前記作動流体を前記液溜め室内に圧送するポンプを、さらに備える、請求項１又は２に記載の蒸発器。
- 前記作動流体を前記補助容器内に圧送するポンプを、さらに備える、請求項３に記載の蒸発器。
- 前記ウィック層が、金属及び半導体の少なくともいずれかの粉末の焼結体を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸発器。
- 前記金属及び前記半導体が、銅、亜鉛、ニッケル、黄銅、鉄、マグネシウム、及びシリコンからなる群より選択される、請求項６に記載の蒸発器。
- 前記熱遮断層が、樹脂、合成ゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アルミナ、ガラス、及びステンレス鋼からなる群より選択される物質を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蒸発器。
- 前記作動流体が、アンモニア、アセトン、メタノール、水、及びフッ素系溶媒からなる群より選択される物質を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の蒸発器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016241540A JP6547732B2 (ja) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | 蒸発器 |
| CN201710967759.0A CN108613578B (zh) | 2016-12-13 | 2017-10-18 | 蒸发器 |
| US15/838,495 US10443951B2 (en) | 2016-12-13 | 2017-12-12 | Evaporator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016241540A JP6547732B2 (ja) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | 蒸発器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018096615A JP2018096615A (ja) | 2018-06-21 |
| JP6547732B2 true JP6547732B2 (ja) | 2019-07-24 |
Family
ID=62488748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016241540A Expired - Fee Related JP6547732B2 (ja) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | 蒸発器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10443951B2 (ja) |
| JP (1) | JP6547732B2 (ja) |
| CN (1) | CN108613578B (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10746475B2 (en) * | 2016-08-01 | 2020-08-18 | California Institute Of Technology | Multi-phase thermal control apparatus, evaporators and methods of manufacture thereof |
| GB201809208D0 (en) * | 2018-06-05 | 2018-07-25 | Univ Brunel | Thermal transfer loop |
| JP2020020495A (ja) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社リコー | ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、多孔質体製造方法、及びウィック製造方法 |
| JP2020148410A (ja) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | セイコーエプソン株式会社 | 冷却装置およびプロジェクター |
| JP7302207B2 (ja) * | 2019-03-14 | 2023-07-04 | セイコーエプソン株式会社 | 冷却装置及びプロジェクター |
| CN109870053B (zh) * | 2019-03-22 | 2020-11-20 | 北京航空航天大学 | 一种用于空间站科学载荷柜的多柔性蒸发器环路热管控温系统和方法 |
| JP2020200977A (ja) * | 2019-06-07 | 2020-12-17 | 株式会社リコー | 蒸発器、ループ型ヒートパイプ及び電子機器 |
| US20210410331A1 (en) * | 2020-06-25 | 2021-12-30 | Intel Corporation | Integrated circuit die thermal solutions with a contiguously integrated heat pipe |
| CN117537642B (zh) * | 2024-01-10 | 2024-03-19 | 四川力泓电子科技有限公司 | 热管、散热器及电子设备 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7082778B2 (en) | 2001-02-22 | 2006-08-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Self-contained spray cooling module |
| JP2004022682A (ja) | 2002-06-13 | 2004-01-22 | Sony Corp | 液体流通構造体、冷却装置、電子機器装置及び多孔質アルミナの製造方法。 |
| JP4128986B2 (ja) * | 2003-09-04 | 2008-07-30 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 自立型噴霧冷却モジュール |
| US6948556B1 (en) * | 2003-11-12 | 2005-09-27 | Anderson William G | Hybrid loop cooling of high powered devices |
| JP2007071425A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Fujikura Ltd | 冷却装置 |
| US8720530B2 (en) | 2006-05-17 | 2014-05-13 | The Boeing Company | Multi-layer wick in loop heat pipe |
| WO2008153071A1 (ja) | 2007-06-15 | 2008-12-18 | Asahi Kasei Fibers Corporation | ループヒートパイプ型伝熱装置 |
| JP5720338B2 (ja) * | 2011-03-17 | 2015-05-20 | 富士通株式会社 | ループ型ヒートパイプ |
| CN202216595U (zh) * | 2011-05-12 | 2012-05-09 | 北京工业大学 | 一种自然冷却用的液泵驱动热管冷却装置 |
| JP3169587U (ja) * | 2011-05-26 | 2011-08-04 | アジア ヴァイタル コンポーネンツ（シェンツェン）カンパニー リミテッドＡｓｉａ Ｖｉｔａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（Ｓｈｅｎ Ｚｈｅｎ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | ループヒートパイプ構造体 |
| JP6191137B2 (ja) * | 2012-05-14 | 2017-09-06 | 富士通株式会社 | 冷却装置 |
| CN102767980B (zh) * | 2012-07-26 | 2016-04-13 | 北京德能恒信科技有限公司 | 一种二相流动力热管系统 |
| WO2016051569A1 (ja) * | 2014-10-02 | 2016-04-07 | 富士通株式会社 | 蒸発器、冷却装置及び電子装置 |
| JP2016156534A (ja) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | 株式会社フジクラ | ループヒートパイプ用蒸発器 |
-
2016
- 2016-12-13 JP JP2016241540A patent/JP6547732B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2017
- 2017-10-18 CN CN201710967759.0A patent/CN108613578B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2017-12-12 US US15/838,495 patent/US10443951B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2018096615A (ja) | 2018-06-21 |
| CN108613578A (zh) | 2018-10-02 |
| US10443951B2 (en) | 2019-10-15 |
| CN108613578B (zh) | 2020-07-10 |
| US20180164040A1 (en) | 2018-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6547732B2 (ja) | 蒸発器 | |
| JP4627212B2 (ja) | ループ型ヒートパイプを備えた冷却装置 | |
| JP5196631B2 (ja) | ループヒートパイプのための多層ウィック、ループヒートパイプ、および多層ウィックを製造する方法 | |
| CN103712498B (zh) | 一种应用于平板型lhp系统的双毛细芯蒸发器 | |
| CN100561108C (zh) | 热管 | |
| Xu et al. | Experimental investigation and visual observation of loop heat pipes with two-layer composite wicks | |
| Xu et al. | Modulated porous wick evaporator for loop heat pipes: Experiment | |
| US10976112B2 (en) | Heat pipe | |
| KR101225704B1 (ko) | 루프형 히트파이프 시스템용 증발기 및 그의 제조방법 | |
| CN105352349B (zh) | 一种二次芯蒸发器及其应用 | |
| JP2006284167A (ja) | 内面コーティングを備えたヒートパイプヒューザロール | |
| CN108507384A (zh) | 一种二维梯度孔隙复合毛细芯及其制备方法 | |
| JP2019116990A (ja) | 熱交換器、電子機器、および熱交換器の製造方法 | |
| KR101329886B1 (ko) | 상변화 열전달 시스템용 증발기 | |
| Wu et al. | Manufacture of a biporous nickel wick and its effect on LHP heat transfer performance enhancement | |
| JP2009115346A (ja) | ヒートパイプ | |
| Diao et al. | Experimental investigation of the Cu/R141b nanofluids on the evaporation/boiling heat transfer characteristics for surface with capillary micro-channels | |
| Phan et al. | Novel hybrid structures to improve performance of miniature flat evaporator loop heat pipes for electronics cooling | |
| CN109964093A (zh) | 热管 | |
| JP6960651B2 (ja) | 電子機器、熱交換器および蒸発体 | |
| JPWO2019016873A1 (ja) | ウィック | |
| JP2008008511A (ja) | ループ型ヒートパイプ | |
| CN209978684U (zh) | 一种能增强毛细吸力的热管 | |
| CN108225074A (zh) | 一种挠性热管 | |
| CN209978683U (zh) | 一种能减小传热阻碍的热管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181120 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190110 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190528 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190610 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6547732 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |