JP6622956B2 - ループ型ヒートパイプを備えた熱輸送装置 - Google Patents

Description

本発明は、密閉された循環経路内部に封入された作動流体の潜熱を利用して熱輸送をするループ型のヒートパイプを備えた熱輸送装置に関するものである。

近年、自動車等において、車載部品の電子化や電子部品の高性能化により排熱量が増え、例えば、エンジンルームにおける発熱量の増大化が進んでいる。さらに、車載部品の電子化や電子部品の高性能化により、搭載される発熱体の数も増加している。一方で、例えば、エンジンルームに搭載されたバッテリーの寿命を長期化等するためには、エンジンルームに搭載されるこれらの部品の温度管理が必要である。

上記から、従来では、各発熱体に放熱フィンをそれぞれ取り付けて発熱体を冷却する手法が用いられてきた。しかし、上記手法では、放熱フィンの設置空間を確保するために、特に、狭い空間では、レイアウトの制約を受けてしまうという問題があった。また、放熱フィンを強制冷却するために電動ファンを採用すると、搭載される発熱体の数の増加に応じて、電動ファンの搭載数も増えてしまうので、電動ファンの故障率が高くなり、冷却信頼性が低下してしまうという問題や、放熱フィンまでダクトにより冷却風を供給する方法では、ダクトスペースが、別途、必要となることから、特に、狭い空間では、ダクトの設置が困難であるという問題もあった。

上記から、増大化する発熱量に対応するために、発熱体の冷却装置について、熱源の熱を放熱部まで熱輸送するための熱輸送デバイスの熱輸送効率のさらなる向上が、ますます重要視されている。そこで、近年、熱輸送能力に優れていることから、内部が脱気された循環経路を有する冷却装置も提案されている。循環経路を有する冷却装置として、例えば、放熱部から受熱部の間に逆止弁を介在させ、さらに、放熱部から逆止弁の間に加圧室を介在させ、加圧室の内部が放熱部で液化した冷媒が貯留される構造にするとともに、加圧室内の水平方向断面積は、液相管の冷媒循環方向に対して直交方向の断面積よりも大きくした冷却装置がある（特許文献１）。

しかし、特許文献１の冷却装置では、冷却装置の低背化、すなわち、小型化を図ることができるが、熱輸送能力が十分とはいえず、また、複数の発熱体を一括して確実に冷却する信頼性も十分ではないという問題があった。

特開２０１３−８３３９９号公報

本発明は上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、熱輸送能力をより向上でき、さらに、複数の発熱体が狭い空間に設置されていても、各発熱体に対して優れた冷却信頼性を有する熱輸送装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、密閉された循環経路と、該循環経路の内部に減圧（脱気された）状態で封入され、該循環経路を一方向に流れる作動流体と、を有する、ループ配管を有するヒートパイプ式熱輸送装置であって、前記循環経路が、複数の、外部から熱が供給される入熱部と、前記入熱部の数より少ない数である、供給された前記熱が放出される放熱部と、前記入熱部の一方の端部と前記放熱部の一方の端部を連通した蒸気流路と、前記入熱部の他方の端部と前記放熱部の他方の端部を連通した液体流路とを有する熱輸送装置である。

上記態様では、入熱部が複数設けられており、複数の入熱部が、それぞれ、別の外部の熱源（発熱体）から熱を受熱すると、各入熱部にて、液相の作動流体が気化し、外部の熱源からの熱が潜熱として作動流体へ移動する。循環経路の内部は脱気されているので、それぞれの入熱部にて気化した作動流体の蒸気は、それぞれの入熱部から、蒸気流路を介して、前記入熱部の数より少ない数（例えば、１カ所）設けられた放熱部へ流れる。放熱部へ流れた作動流体の蒸気は、該放熱部にて凝縮し、前記潜熱を放出する。放熱部にて凝縮し液体状となった作動流体は、放熱部から液体流路を介して各入熱部へ戻される。

なお、各入熱部を循環経路中に直列に設置し、循環経路に封入された作動流体を、直線状等、通常のヒートパイプ（蒸気の作動流体の流れと液相の作動流体の流れが対向流になる、一端と他端が封止された構造のヒートパイプ）に封入される作動流体の量よりも多量とし、その量を適宜調節することで、それぞれの入熱部にて、液体状の作動流体を気化させることができる。また、放熱部から伸びる蒸気流路と液体流路が、入熱部の手前で、各入熱部ごとに分岐される態様、すなわち、各入熱部を循環経路中に並列に設置する態様とすることで、それぞれの入熱部にて、液体状の作動流体を気化させることもできる。

本発明の態様は、前記入熱部が、第１ウィックと、該第１ウィックの前記作動流体の流れの下流側にて該第１ウィックと連通して配置された第２ウィックとを収容し、前記第２ウィックが、前記第１ウィックよりも小さい毛細管力を有する熱輸送装置である。

本発明の態様は、前記第２ウィックが、前記作動流体の流れの下流側に向けた開口部を有する凹部を備え、前記凹部が、前記開口部の開口面積が前記凹部の底部の面積よりも大きい形状である熱輸送装置である。

本発明の態様は、前記凹部の開口幅が、前記作動流体の流れの上流側に向けて次第に縮小している熱輸送装置である。

つまり、この態様では、凹部の内面形状は、開口部側が拡幅のテーパー形状となっている。

本発明の態様は、前記第１ウィックが、前記作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填されている熱輸送装置である。

本発明の態様は、前記入熱部の前記第１ウィックの前記作動流体の流れの上流側に、該第１ウィックと連通して配置された前記作動流体が貯留される空間部が設けられている熱輸送装置である。

本発明の態様は、前記入熱部に、外部の熱源と熱的に接続させる熱コネクタが設けられている熱輸送装置である。

本発明の態様は、前記放熱部が、車輛のボデーを構成する金属部材の一部と熱的に接続されている熱輸送装置である。

本発明の態様によれば、ループ型ヒートパイプが、発熱体と熱的に接続された入熱部を複数有し、複数の入熱部にて受熱した熱を入熱部の数より少ない数（例えば、１カ所）設けられた放熱部にて放熱する、すなわち、複数の発熱体からの熱を入熱部の数より少ない数の放熱部にて放出できるので、発熱体が多数あっても、発熱体の数がより少ない場合と同等の冷却信頼性を得ることができる。また、本発明の態様によれば、ループ型ヒートパイプが使用されている、すなわち、気化した作動流体の流路と液化した作動流体の流路が別の配管系として区別されているので、上記した通常のヒートパイプと比較して熱輸送能力が向上する。

また、本発明の態様によれば、複数の入熱部が、それぞれ、別の発熱体と熱的に接続され、各入熱部が１つの循環経路に接続されているので、自動車のエンジンルーム等、狭い空間に多数の発熱体が取り付けられている場合でも、確実に各発熱体を冷却でき、これらの車載部品の信頼性が向上する。また、各発熱体に対して優れた冷却信頼性を有するので、例えば、エンジンルーム内等の狭い空間であっても、発熱体を設置することができ、各発熱体のレイアウトの自由度が向上する。

本発明の態様によれば、第１ウィックと、該第１ウィックの前記作動流体の流れの下流側にて該第１ウィックと連通して第２ウィックが配置され、第２ウィックが、第１ウィックよりも小さい毛細管力を有するので、第１ウィックの毛細管力によって液体状の作動流体を確実に入熱部内へ吸収しつつ、第１ウィックから第２ウィックへ移動した液体状の作動流体が、第２ウィックから第１ウィックへ戻ること、すなわち、入熱部内にて液体状の作動流体が逆流することを防止できる。また、入熱部にウィックが設けられることにより、放熱部が入熱部より高い位置に配置しなくても、作動流体が循環経路を還流することが可能となる。

本発明の態様によれば、第２ウィックが作動流体の流れの下流側に向けた開口部を有する凹部を備え、開口部の開口面積が凹部の底部の面積よりも大きいので、第１ウィックにて吸収され、第１ウィックから第２ウィックへ移動した液体状の作動流体が、受熱して気化するにあたり、作動流体の蒸気が円滑に第２ウィックから放出される。作動流体の蒸気が円滑に第２ウィックから放出されるので、入熱部から放熱部への作動流体の蒸気の流れが円滑化し、熱輸送能力がさらに向上する。

本発明の態様によれば、凹部の開口幅が、作動流体の流れの上流側に向けて次第に縮小しているので、作動流体の蒸気がより円滑に第２ウィックから放出される。

本発明の態様によれば、第１ウィックが、作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填されているので、液体状の作動流体を十分に吸収でき、入熱部への液体状の作動流体の供給が容易となる。

本発明の態様によれば、第１ウィックの作動流体の流れの上流側に、第１ウィックと連通して、液体状の作動流体が貯留される空間部が配置されているので、入熱部への液体状の作動流体の供給不足を防止できる。

本発明の第１実施形態例に係る熱輸送装置の概要を断面にて示す説明図である。 本発明の第１実施形態例に係る熱輸送装置の入熱部内部の概要を断面にて示す説明図である。 本発明の第１実施形態例に係る熱輸送装置の使用方法例の説明図である。 本発明の熱輸送装置の他の使用方法例の説明図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係る熱輸送装置について、図面を用いながら説明する。図１に示すように、第１実施形態例に係る熱輸送装置１は、断面が円形である密閉された管から形成された循環経路２と、循環経路２の内部に封入され、循環経路２を反時計回りに一方向に流れる作動流体（図示せず）と、を有する。循環経路２の内部は脱気されているので、循環経路２と作動流体とから、ループ型のヒートパイプが形成されている。循環経路２には、複数（図１では４つ）の入熱部３と、入熱部３の数よりも少ない数（図１では１つ）の放熱部４と、入熱部３の一方の端部と放熱部４の一方の端部を連通した蒸気流路５と、入熱部３の他方の端部と放熱部４の他方の端部を連通した液体流路６とが形成されている。

入熱部３は、放熱部４の液体状の作動流体の流出側である他方の端部に近い側から順に、第１入熱部３−１、第２入熱部３−２、第３入熱部３−３及び第４入熱部３−４と、４つの入熱部３が、循環経路２に、直列に、配置されている。従って、第４入熱部３−４の、気体状の作動流体の流出側端部は、蒸気流路５を介して、放熱部４の、気体状の作動流体の流入側端部と接続されている。また、第１入熱部３−１の、液体状の作動流体の流入側端部は、液体流路６を介して、放熱部４の、液体状の作動流体の流出側端部と接続されている。また、第１入熱部３−１の作動流体の流出側端部と第２入熱部３−２の作動流体の流入側端部、第２入熱部３−２の作動流体の流出側端部と第３入熱部３−３の作動流体の流入側端部、第３入熱部３−３の作動流体の流出側端部と第４入熱部３−４の作動流体の流入側端部は、それぞれ、入熱部間流路７を介して、連通されている。

従って、循環経路２のうち、入熱部３でも放熱部４でもない部位が、蒸気流路５、液体流路６、入熱部間流路７のいずれかとなっている。

第１入熱部３−１、第２入熱部３−２、第３入熱部３−３、第４入熱部３−４は、それぞれ、別の発熱体（図示せず）と熱的に接続される。つまり、循環経路２のうち、熱源である発熱体と熱的に接続されて発熱体から受熱できる領域が、入熱部３となる。また、循環経路２の所定部位に熱交換手段（図１では、放熱フィン８）が取り付けられることで、循環経路２に放熱部４が形成される。つまり、循環経路２のうち、熱交換手段と熱的に接続された領域（図１では、放熱フィン８が取り付けられている領域）が、放熱部４となる。なお、図１では、放熱フィン８を冷却するために、放熱フィン８に隣接して電動ファン９が取り付けられている。

第１入熱部３−１、第２入熱部３−２、第３入熱部３−３、第４入熱部３−４が、それぞれ、熱的に接続された発熱体から受熱すると、第１入熱部３−１、第２入熱部３−２、第３入熱部３−３、第４入熱部３−４にて、それぞれ、液体状の作動流体が気化し、発熱体からの熱が潜熱として作動流体へ移動する。詳述すると、循環経路２の内部は脱気されているので、第１入熱部３−１にて気化した作動流体と第１入熱部３−１では気化せずに液体状態を維持した作動流体が、入熱部間流路７を介して、第１入熱部３−１から第２入熱部３−２へ移動する。次に、既に第１入熱部３−１にて気化していた作動流体と第１入熱部３−１では気化せずに第２入熱部３−２にて気化した作動流体と第２入熱部３−２でも気化せずに依然として液体状態を維持した作動流体が、第２入熱部３−２から第３入熱部３−３へ、入熱部間流路７を介して、移動する。以降、同様にして、既に第１入熱部３−１または第２入熱部３−２にて気化していた作動流体と第３入熱部３−３にて気化した作動流体と第３入熱部３−３でも気化せずに依然として液体状態を維持した作動流体が、第３入熱部３−３から第４入熱部３−４へ、入熱部間流路７を介して、移動する。従って、入熱部間流路７内には、液体状の作動流体と気体状の作動流体とが、ともに、同一方向へ流れることとなる。

そして、４つの入熱部３のうち作動流体の流れの最も下流側に位置する第４入熱部３−４にて、第３入熱部３−３でも気化せずに依然として液体状態を維持した作動流体が、第４入熱部３−４と熱的に接続された発熱体から受熱して気化する。

上記のようにして第１入熱部３−１、第２入熱部３−２、第３入熱部３−３または第４入熱部３−４にて気化した作動流体は、蒸気として一括して、第４入熱部３−４から蒸気流路５を介して放熱部４へ移動することで、各発熱体からの熱が、第１入熱部３−１、第２入熱部３−２、第３入熱部３−３、第４入熱部３−４から一括して放熱部４へ移動する。放熱部４へ移動した熱は、熱交換手段である放熱フィン８によって、熱輸送装置１の外部へ放出される。それとともに、放熱部４へ移動した作動流体の蒸気は、凝縮して液体状となり、放熱部４から液体流路６を介して第１入熱部３−１へ戻される。

次に、入熱部３の構造について説明する。例えば、放熱部４を入熱部３よりも高い位置に設置することにより、作動流体が循環経路２内を循環することができる。よって、放熱部４よりも低い循環経路２の位置にて熱源である発熱体と熱的に接続させることにより、入熱部３とすることができ、熱輸送装置１の入熱部３から放熱部４へ発熱体の熱が輸送される。

また、入熱部３の位置に対応する循環経路２の内部に毛細管力を有するウィックを収容することにより、液体状の作動流体が入熱部３へ還流することができるので、放熱部４と入熱部３間の高低の関係に関わらず、熱輸送装置１の入熱部３として機能することができる。

入熱部３に設けるウィックの態様としては、特に限定されないが、例えば、第１ウィックと、第１ウィックとは別体であって第１ウィックの作動流体の流れの下流側にて第１ウィックと連通して配置された第２ウィックと、を入熱部３内に収容し、第２ウィックが第１ウィックよりも小さい毛細管力を有する実施形態を挙げることができる。この態様では、作動流体の流れの下流側にて第１ウィックと連通した第２ウィックが、作動流体の流れの上流側に配置された第１ウィックよりも小さい毛細管力を有することにより、第１ウィックにて液体状の作動流体を確実に吸収しつつ、第２ウィックの毛細管力によって第１ウィックから第２ウィックへ移動した液体状の作動流体が、第２ウィックから第１ウィックへ戻ること、すなわち、入熱部３内にて液体状の作動流体が逆流することを防止できる。よって、循環経路２における熱輸送能力の低下を防止できる。

第２ウィックに生じる毛細管力を第１ウィックに生じる毛細管力よりも小さくする手法には、例えば、第２ウィックの空孔率を第１ウィックの空孔率よりも大きくする手法を挙げることができる。ここで、空孔率とは、ウィックが占める体積に対する、ウィック材料が存在しない空間の体積の比率を意味する。

熱輸送装置１の入熱部３に用いる第１ウィックと第２ウィックの構造の実施形態例を、図２を用いて説明する。なお、説明の便宜上、入熱部３は１つに省略し、また、入熱部３を拡大して、入熱部３の構成要素の概要を説明する。図２に示すように、第２ウィック１２の、循環経路２を反時計回りに一方向に流れる作動流体（図示せず）の流れの上流側端部が、該上流側端部と対向する第１ウィック１１の前記作動流体の流れの下流側端部と当接することで、第１ウィック１１と第２ウィック１２が連通している。

第１ウィック１１は、循環経路２の入熱部３内部において、作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填された状態で収容されている。すなわち、第１ウィック１１の外面のうち、入熱部３を形成する循環流路２の内面と対向する外面は、入熱部３を形成する循環流路２の内面と接触した状態となっている。第１ウィック１１が作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填されているので、第１ウィック１１が液体状の作動流体を十分に吸収でき、ひいては、入熱部３内への液体状の作動流体の供給量を十分に確保できる。第１ウィック１１について、作動流体の流れ方向に対して直交方向の長さ：作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さの比率は、特に限定されず、第２ウィック１２で蒸発した作動流体の蒸気が後述する空間部１６へ逆流せず、空間部１６に収容された液体状の作動流体１０を第２ウィック１２へ供給できる長さであればよい。

図２では、入熱部３の第１ウィック１１の作動流体の流れの上流側、すなわち、入熱部３の液体状の作動流体の入口部に、第１ウィック１１と連通して配置された、作動流体が貯留される空間部１６が設けられている。空間部１６は、循環経路２の蒸気流路、液体流路及び入熱部間流路よりも空間が拡幅されていることで、液体状の作動流体の液溜めとして機能する。入熱部３の入口部に空間部１６を設けることにより、空間部１６に収容された液体状の作動流体１０が、作動流体の流れの第１ウィック１１の上流側で貯留できるので、第１ウィック１１への液体状の作動流体の供給不足を確実に防止できる。

第２ウィック１２も、第１ウィック１１との接触部においては、作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填された状態で、循環経路２の入熱部３内部に収容されている。また、第２ウィック１２の外面のうち、入熱部３を形成する循環流路２の内面と対向する外面は、入熱部３を形成する循環流路２の内面と接触した状態となっている。つまり、第２ウィック１２の作動流体の流れ方向に対して直交方向の寸法は、第１ウィック１１の該寸法と同じとなっている。一方で、第２ウィック１２には、作動流体の流れの下流側に開口を向けた開口部１４を有する凹部１３が形成されている。凹部１３は、開口部１４の作動流体の流れ方向に対して直交方向における断面積が、凹部１３の底部１５の前記断面積よりも大きい形状となっている。

凹部１３が上記形状を有することにより、第１ウィック１１から第２ウィック１２へ移動した液体状の作動流体が、入熱部３内部にて受熱して気化し、第２ウィック１２から放出されるにあたり、作動流体の蒸気が、第２ウィック１２の構造によって受ける圧力損失が低減される。よって、作動流体の蒸気が円滑に第２ウィック１２内部から作動流体の流れの下流側へ放出される。

また、図２に示すように、第２ウィック１２では、開口部１４の上記断面積が最も大きく、底部１５の上記断面積が最も小さい凹部１３形状となっている。さらに、第２ウィック１２では、凹部１３の開口幅が、作動流体の流れの下流側から上流側へ向けて次第に縮小しており、凹部１３の内面形状は、開口部１４側が拡幅のテーパー形状となっている。開口部１４側が拡幅のテーパー形状となっていることにより、作動流体の蒸気が第２ウィック１２から作動流体の流れの下流側へより円滑に放出されるので、入熱部３から放熱部４への作動流体の蒸気の流れがより円滑化する。よって、循環経路２の熱輸送能力がさらに向上する。

また、第２ウィック１２では、凹部１３の底部１５が第１ウィック１１との接触部近傍に形成されている。従って、第２ウィック１２全体から円滑に作動流体の蒸気が放出される。

第２ウィック１２について、作動流体の流れ方向に対して直交方向の長さ：作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さ（すなわち、作動流体の流れの上流側端部から開口部１４までの長さ）の比は、特に限定されない。また、凹部１３について、開口部１４から底部１５までの長さ：開口部１４の作動流体の流れ方向に対して直交方向における断面の開口幅の比は、特に限定されない。また、凹部１３の内面形状は、例えば、図２に示すように、第２ウィック１２の構造によって作動流体の蒸気が受ける圧力損失を確実に低減する点から、作動流体の流れ方向に対して平行方向の断面が略放物線形状であることが好ましい。さらに、第２ウィック１２の作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さ：凹部１３の作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さの比は、特に限定されず、第２ウィック１２のいずれの部位でも作動流体の蒸気が受ける圧力損失を確実に低減できればよい。

また、第１ウィック１１の作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さ：第２ウィック１２の作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さの比は、特に限定されないが、例えば、液体状の作動流体の供給量と作動流体の気化効率とのバランスの点から１：５〜１：９０が好ましい。さらに、作動流体の流れ方向に対して平行方向の第１ウィック１１の長さと空間部１６の長さの比は、特に限定されないが、第１ウィック１１が第２ウィック１２で蒸発した作動流体の逆流を防ぎつつ、空間部１６に収容された作動流体を第２ウィック１２へ確実に供給する点から、作動流体の流れ方向に対して平行方向の第１ウィック１１の長さ：作動流体の流れ方向に対して平行方向の空間部１６の長さの比は、１：１０〜１：５０が好ましい。なお、熱輸送装置１の入熱部３では、作動流体の流れ方向に対して平行方向の第１ウィック１１の長さ：作動流体の流れ方向に対して平行方向の空間部１６の長さの比は１：４０である。

次に、第１実施形態例に係る熱輸送装置１の入熱部３の外面について説明する。熱輸送装置１では、入熱部３の外面が、そのまま熱コネクタとして機能することができる。従って、入熱部３の外面が、熱源である発熱体と熱的に接続されることで、熱コネクタとしても作用する。入熱部３の外面が、熱源である発熱体と熱的に接続される実施態様としては、例えば、入熱部３の外面に発熱体を直接接触させる態様を挙げることができる。

また、蒸気流路５、液体流路６、入熱部間流路７の構造は、特に限定されないが、例えば、直線部及び／または曲線部を有する形状の固定された管を使用してもよく、必要に応じて、上記各流路の配管にフレキシブル性を持たせるために、ベロズ管（蛇腹構造を持った管）を使用してもよい。

循環経路２の材質については、特に限定されないが、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等を使用することができる。また、第１ウィック１１、第２ウィック１２の材質は、特に限定されないが、例えば、メッシュ、ワイヤ、金属粉を焼結したもの等を挙げることができる。循環経路２の内部空間に封入する作動流体としては、循環経路２の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水を挙げることができる。その他の作動流体としては、例えば、代替フロン、フロリーナ、シクロペンタン等を挙げることができる。

次に、本発明の第１実施形態例に係る熱輸送装置１の使用方法例について、図面を用いながら以下に説明する。

図３に示すように、熱輸送装置１を自動車のエンジンルーム２０内に設置して、１つの熱輸送装置１にて、循環経路２を作動流体（図示せず）が反時計回りに流れ、エンジンルーム２０内に取り付けられた複数の発熱体を同時に冷却することができる。熱輸送装置１と熱的に接続される発熱体は特に限定されないが、図３では、第１入熱部３−１が電子制御燃料噴射装置２１、第２入熱部３−２がＤＣ／ＤＣコンバータ２２、第３入熱部３−３がエンジンコントロールユニット２３、第４入熱部３−４がヘッドランプ２４と、それぞれ、熱的に接続されている。また、ヘッドランプ２４と熱的に接続された第４入熱部３−４と電子制御燃料噴射装置２１と熱的に接続された第１入熱部３−１との間（図３では、エンジンルーム２０の前部の位置）の循環経路２の位置に、複数の放熱フィン８が循環経路２の外面に取り付けられていることで、放熱フィン８と熱的に接続された放熱部４が１つ形成されている。なお、図３では、放熱フィン８を冷却するために、放熱フィン８に隣接して電動ファン９が取り付けられている。

第１入熱部３−１が電子制御燃料噴射装置２１から、第２入熱部３−２がＤＣ／ＤＣコンバータ２２から、第３入熱部３−３がエンジンコントロールユニット２３から、第４入熱部３−４がヘッドランプ２４から、それぞれ受熱し、液体状の作動流体が気化して、各発熱体から受熱した熱が潜熱として作動流体へ移動する。それぞれの入熱部３−１、３−２、３−３、３−４にて気化した作動流体の蒸気は、それぞれの入熱部３−１、３−２、３−３、３−４から蒸気流路５を介して１カ所の放熱部４へ流れる。放熱部４へ流れた作動流体の蒸気は、該放熱部４にて凝縮し、潜熱を放出する。凝縮して液体状となった作動流体は、液体流路６を介して各入熱部３−１、３−２、３−３、３−４へ戻される。

次に、本発明の他の実施形態例について説明する。上記第１実施形態例に係る熱輸送装置１では、上記の通り、入熱部３の外面が熱コネクタとしても作用できるが、上記した通常のヒートパイプ、伝熱性の金属ブロック、サーマルシートを金属板で挟んだもの等を熱コネクタとして用いて、入熱部３の外面と発熱体との間を、熱的に接続してもよい。また、必要に応じて、熱コネクタと発熱体との間に熱伝導性に優れたサーマルシートを設けて、熱コネクタと発熱体との間の熱的接続性を向上させてもよい。なお、サーマルシートの材質には、例えば、シリコン等を挙げることができる。

上記第１実施形態例に係る熱輸送装置１では、各入熱部３を循環経路２中に直列に形成したが、これに代えて、放熱部から伸びる蒸気流路と液体流路が、それぞれ、各入熱部の手前で、各入熱部ごとに分岐される態様にすることで、各入熱部を循環経路中に並列に形成してもよい。

また、本発明の実施形態例に係る熱輸送装置１を自動車のエンジンルーム２０内において電子制御燃料噴射装置２１等に熱的に接続する他に、図４に示すように、本発明の他の実施形態例に係る熱輸送装置１’では、複数の入熱部３’（図４では７つの入熱部３’）を、それぞれ、熱コネクタ２８を介して、バッテリセル２５と熱的に接続することで、複数のバッテリセル２５（図４では７つのバッテリセル２５）を同時に冷却することができる。図４では、複数の放熱フィン８’と受熱板２６を有するヒートシンク２７が循環経路２’の外面と熱的に接続されることで、循環経路２’におけるヒートシンク２７の熱的接続部に、放熱部４’が形成されている。

また、本発明の熱輸送装置１を自動車のエンジンルーム２０内にて使用する場合に、熱交換手段として放熱フィン８を用いて循環経路２に放熱部４を形成したが、これに代えて、ヒートシンクを使用して放熱部を形成してもよく、循環経路の所望の部位を、エンジンルーム２０を形成する板金である金属部材と熱的に接続することで放熱部を形成してもよい。また、本発明の実施形態例に係る熱輸送装置１では、放熱部４は１カ所であったが、放熱部の設置数は入熱部の数より少ない数であれば、特に限定されない。従って、液体状の作動流体について最上流側の入熱部と最下流側の入熱部との間の循環経路に、２カ所以上の放熱部を直列に形成してもよい。この場合、放熱部は、放熱フィン、ヒートシンク、金属部材と熱的に接続すること等、いずれの手段で形成してもよく、該手段を併用してもよい。

本発明の熱輸送装置は、複数の発熱体が狭い空間に設置されていても、各発熱体に対して優れた冷却信頼性を有するので、例えば、自動車のエンジンルーム等、狭い空間内に取り付けられた複数の発熱体を一括して冷却する必要がある分野で、利用価値が高い。

１、１’ 熱輸送装置
２、２’ 循環経路
３、３’ 入熱部
４、４’ 放熱部
５ 蒸気流路
６ 液体流路
１０ 空間部に収容された液体状の作動流体
１１ 第１ウィック
１２ 第２ウィック
１３ 凹部
１６ 空間部

Claims (6)

1. 密閉された循環経路と、該循環経路の内部に封入され、該循環経路を一方向に流れる作動流体と、を有する、１つのループ配管を有するヒートパイプ式熱輸送装置であって、
   前記循環経路が、複数の、外部から熱が供給される入熱部と、前記入熱部の数より少ない数である、供給された前記熱が放出される放熱部と、前記入熱部の一方の端部と前記放熱部の一方の端部を連通した蒸気流路と、前記入熱部の他方の端部と前記放熱部の他方の端部を連通した液体流路とを有し、
   複数の前記入熱部が、前記循環経路に、直列に配置され、
   前記入熱部が、第１ウィックと、該第１ウィックの前記作動流体の流れの下流側にて該第１ウィックと連通して配置された第２ウィックとを収容し、
   前記第２ウィックが、前記第１ウィックよりも小さい毛細管力を有し、
   前記放熱部と複数の前記入熱部間の高さ関係は、高低両方であり、
   前記入熱部の前記第１ウィックの前記作動流体の流れの上流側に、該第１ウィックと連通して配置された前記作動流体が貯留される空間部が設けられ、
   前記第２ウィックから前記第１ウィックへ液体状の前記作動流体が戻ることが防止されて、複数の前記入熱部のうち、前記作動流体の流れの最も下流側に位置する前記入熱部にて液体状態を維持した前記作動流体が存在する熱輸送装置。
2. 前記第２ウィックが、前記作動流体の流れの下流側に向けた開口部を有する凹部を備え、前記凹部が、前記開口部の開口面積が前記凹部の底部の面積よりも大きい形状である請求項１に記載の熱輸送装置。
3. 前記凹部の開口幅が、前記作動流体の流れの上流側に向けて次第に縮小している請求項２に記載の熱輸送装置。
4. 前記第１ウィックが、前記作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
5. 前記入熱部に、外部の熱源と熱的に接続させる熱コネクタが設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
6. 前記放熱部が、車輛のボデーを構成する金属部材の一部と熱的に接続されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱輸送装置。

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