JP6843158B2 - ウィック - Google Patents

Description

本明細書に開示する技術は、ループヒートパイプで用いられるウィックに関する。

高温部で流体を液相から気相に変化させ、低温部で気相から液相に変化させることにより、熱移動を行うループヒートパイプが知られている。特開２００２−１８１４６９号公報は、高温部で用いる蒸発器の構造を開示している。以下、特開２００２−１８１４６９号公報を、特許文献１と称する。蒸発器は、金属製の筒状ケースと、筒状ケース内に配置されているウィックを備えている。ウィックは、筒状の多孔質体であり、軸方向（長手方向）の一端が開口し、他端が閉口しているウィック内空間を備えている。液相の流体は、ウィックの開口よりウィック内空間に導入される。筒状ケースとウィックの間には、気相流体が移動する気相流路が設けられている。液相の流体は、毛細管現象により、ウィック内空間からウィック内部に移動する。流体は、ウィック内部で受熱することにより、液相から気相に変化し、気相流路に移動する。気相流体は、気相流路を通って低温部（凝縮部）に移動する。

流体が液相から気相に変化するときに、流体の体積が増加する。流体の体積増加に伴ってウィック内部（多孔質体の内部）の圧力が上昇すると、液相の流体がウィック内空間からウィック内部に移動しにくくなる。そのため、ウィック内部の圧力上昇を抑制する技術が求められている。本明細書は、内部圧力の上昇が抑制されたウィックを実現する技術を提供する。

本明細書で開示するウィックは、ループヒートパイプの蒸発器で用いることができる。ウィックは、第１層と、第２層と、第１層と第２層の間に配置されている中間層を備えていてよい。第２層は、第１層より気孔率が大きくてよい。中間層は、気孔率が第１層側から第２層側に向けて連続的に増加しており、気孔率の平均値が第１層より大きく第２層より小さくてよい。このウィックは、第１層の気孔率をＰ１（％）とし、第２層の気孔率をＰ２（％）とし、中間層の厚みをＬ（μｍ）としたときに、下記式（１）を満足していてよい。
０．３＜（Ｐ２−Ｐ１）／Ｌ＜５０・・・（１）

上記ウィックは、第１層を液相流体が存在する空間（液相流体空間）側に位置させ、第２層を気相流体が存在する空間（気相流体空間）側に位置させて使用する。すなわち、流体の移動方向の上流側に第１層を位置させ、下流側に第２層を位置させる。第２層の気孔率が第１層より大きいので、流体が液相から気相に変化したときに、流体の体積膨張に伴ってウィック内の圧力が上昇することを抑制することができる。また、中間層が設けられているので、ウィック内で発生した気泡（気相流体）が第１層の表面側に移動することを抑制することができる。すなわち、ウィック内で発生した気相流体が液相流体空間側に逆流することを抑制し、第１層の圧力上昇を抑制することができる。なお、上記ウィックでは、第１層と第２層の気孔率差（Ｐ２−Ｐ１）と中間層の厚みＬの比Ｘ、すななち、中間層における気孔率の増加率Ｘ（Ｘ＝（Ｐ２−Ｐ１）／Ｌ）が、０．３〜５０の範囲に調整されている。Ｘ≦０．３の場合、すなわち、中間層における気孔率の変化率が小さい場合、気泡が第２層に移動するまでの距離が長くなり、中間層の圧力が上昇し、結果としてウィック内の圧力が上昇することが起こり得る。また、５０≦Ｘの場合、気孔率の変化（第１層と第２層の気孔率差）に対する中間層の厚みが薄すぎ、上記した中間層の効果が活かされず、気泡が液相流体空間側に逆流することが起こり得る。０．３＜Ｘ＜５０とすることにより、ウィック内の圧力上昇を十分に抑制することができる。

上記ウィックは、第１層の厚みをＬ１とし、第２層の厚みをＬ２としたときに、下記式（２）を満足していてよい。
０．０１＜Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００＜１０・・・（２）

上記式（２）は、ウィックの厚み全体（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）に対する中間層の厚み（Ｌ）の割合Ｙ（％）が、０．０１〜１０％の範囲に調整されていることを示している。０．０１＜Ｙ＜１０に調整することにより、上記した中間層の効果がより確実に発揮される。

上記ウィックでは、第１層は、第１粒子を含んでいてよい。第２層は、第１粒子より大きな第２粒子を含んでいてよい。中間層は、第１粒子及び第２粒子を含んでいてよい。すなわち、中間層は、第１層を構成する粒子（第１粒子）と第２層を構成する粒子（第２粒子）が混在していてよい。

第２層が第１層に含まれる粒子（第１粒子）よりも粒径の大きな粒子（第２粒子）を含むことにより、容易に第２層の気孔率を第１層より大きくすることができる。また、中間層を第１粒子と第２粒子が混在する構成にすることにより、第１層から第２層に向けた気孔率の連続的な変化（増加）を容易に実現することができる。

ループヒートパイプの概略図を示す。 第１実施例の蒸発器の断面図を示す。 図２のIII−III線に沿った断面図を示す。 第２実施例の蒸発器の断面図を示す。 ウィックを構成する粒子の概略図を示す。 ウィックの厚み方向における気孔率の変化を示す。 実験例の結果を示す。

以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

本明細書で開示するウィックは、ループヒートパイプの蒸発器で用いることができる。ループヒートパイプは、蒸発器と、凝縮器と、蒸気管と、液管を備えていてよい。この場合、蒸気管は蒸発器の出口と凝縮器の入口に接続され、液管は凝縮器の出口と蒸発器の入口に接続される。蒸発器は高温部に配置され、凝縮器は低温部に配置される。ループヒートパイプ内には、流体（作動流体）が封入される。流体は、蒸発器で液相から気相に変化し、凝縮器で気相から液相に変化する。そのため、蒸気管を気相流体（蒸気）が通過し、液管を液相流体（液体）が通過する。なお、液管の中間に、液相流体を一時的に貯留するためのリザーバタンクを配置してもよい。

蒸発器は、ケースと、ケース内に配置されるウィックを備えている。ケース内には、液相の流体が移動する液相流体空間と、気相の流体が移動する気相流体空間が設けられている。液相流体空間と気相流体空間は、ウィックによって分離されている。すなわち、流体が移動する方向において、ウィックの上流に液相流体空間が設けられており、ウィックの下流に気相流体空間が設けられている。

ケースは、熱伝導率の高い材料、例えば、金属製であってよい。ケースの好ましい材料として、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、それらの合金、あるいは、ＳＵＳ（ステンレススチール）等が挙げられる。

ウィックは、多孔質体である。ウィックを構成する多孔質体は、流体に対して毛細管現象を発現する連通孔を含んでいる。ウィックの材料は、樹脂、金属、セラミックス等を用いることができる。良好な強度、耐久性が得られるという観点より、ウィックの材料は金属またはセラミックスが好ましい。また、良好な耐熱性、耐食性も得られるという観点よりウィックの材料はセラミックスが特に好ましい。

ウィックは、第１層と、気孔率が第１層より大きい第２層と、第１層と第２層の間に配置されている中間層を備えていてよい。中間層の気孔率は、第１層側から第２層側に向けて連続的に増加していてよい。また、中間層の気孔率の平均値は、第１層より大きく、第２層より小さくてよい。中間層の気孔率は、第１層側（第１層との境界近傍）では第1層の気孔率にほぼ等しく、第２層側（第２層との境界近傍）では第２層の気孔率にほぼ等しくてよい。中間層は、第１層と第２層の気孔率の差を緩和するためのバッファ層と捉えることもできる。ウィックは、第１層が液相流体空間に接し、第２層が気相流体空間と接するようにケース内に配置されてよい。

流体は、毛細管現象によって液相流体空間からウィック内（第１層）に移動し、第１層側から第２層側に移動しながら液相から気相に変化し、ウィック内（第２層）から気相流体空間に移動する。流体は、液相から気相に変化するときに体積膨張する。第２層の気孔率を第１層より大きくすることによって、気相流体によるウィック内の圧力上昇を抑制することができる。また、気相流体が第１層に圧力を加えて液相流体の移動が妨げられることを抑制することもできる。なお、第２層の気孔率は、第１層の気孔率より２％以上大きいことが好ましく、４％以上大きいことがより好ましく、６％以上大きいことが特に好ましい。

第１層の気孔率は、３５％以上であることが好ましい。第１層は、液相流体空間に露出しており、液相流体と接触する。第１層の気孔率が３５％未満の場合、ウィック内における液相流体の移動抵抗が大きくなり、流体がスムーズに移動しにくくなることがある。第１層の気孔率は、４０％以上であることがより好ましく、４５％以上であることが特に好ましい。また、第１層の気孔率は、６５％以下であることが好ましい。第１層の気孔率が６５％を超えると、ウィックの強度が低下し、液相流体が移動する際の抵抗によってウィックが損傷することが起こり得る。第１層の気孔率は、５５％以下であることがより好ましく、５０％以下であることが特に好ましい。なお、第２層の気孔率は、７０％以下であることが好ましい。

第２層の気孔径は、第１層の気孔径より大きくてよい。第２層の気孔径を第１層より大きくすることによっても、気相流体が第１層に圧力を加えることを抑制することができる。好ましくは、ウィックは、第２層の気孔率が第１層より大きいとともに、第２層の気孔径が第１層より大きい。第２層の気孔径は、第１層より０．２μｍ以上大きいことが好ましく、０．５μｍ以上大きいことがより好ましく、１．０μｍ以上大きいことが特に好ましい。なお、気孔径は、細孔径分布を測定し、平均細孔径を計算することによって得られる。気孔径（平均細孔径）は、水銀圧入法を用いて測定することができる。

第１層の気孔径は、液相流体の移動抵抗が増大することを抑制するため、０．１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、特に好ましくは１．０μｍ以上である。また、第１層の気孔径は、毛細管力を維持するために、５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４μｍ以下であり、特に好ましくは３μｍ以下である。なお、第２層の気孔径は、７μｍ以下であることが好ましい。

中間層は、気孔率が第１層から第２層に向けて連続的に変化し、気孔径も第１層から第２層に向けて連続的に変化していてよい。この場合、中間層の気孔率の平均値は、第１層の気孔率より大きく、第２層の気孔率より小さい。また、中間層の気孔径の平均値も、第１層の気孔径より大きく、第２層の気孔径より小さい。流体は、中間層付近で液相から気相に変化する。すなわち、中間層付近で、液相流体から気泡が生じ始める。第１層側から第２層側に向けて中間層の気孔率が連続的に変化していると、気泡が第１層側から第２層側に移動しやすくなる。気泡が第１層側に移動することを抑制することができ、すなわち、気泡が第１層側に逆流してウィック（第１層）に圧力を加えることが抑制され、液相流体空間から第１層内への液相流体の移動をスムーズにすることができる。

上記ウィックでは、第１層の気孔率と第２層の気孔率と中間層の厚みが、以下の関係を満たしていてよい。
０．３＜（Ｐ２−Ｐ１）／Ｌ＜５０・・・（１）
Ｐ１：第１層の気孔率（単位：％）、Ｐ２：第２層の気孔率（単位：％）、Ｌ：中間層の厚み（単位：μｍ）を示す。

上記式（１）は、中間層における気孔率の増加率Ｘの範囲を示している。なお、中間層における気孔率の増加率Ｘは、５（％／μｍ）より大きくてよく、１０（％／μｍ）より大きくてもよく、４０（％／μｍ）より大きくてもよい。

中間層の厚み（第１層と第２層を結ぶ方向における中間層が存在する距離）は、第１層及び第２層の厚みより薄くてよい。また、中間層の厚みは、ウィック全体の厚みに対して、０．０１％より大きく、１０％より小さくてよい。具体的には、ウィックは、第１層の厚みをＬ１とし、第２層の厚みをＬ２としたときに、下記式（２）を満足していてよい。
０．０１＜Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００＜１０・・・（２）

また、中間層の厚みＬは、ウィック全体の厚みに対して、０．０１％より大きくてよく、０．０２％より大きくてよく、０．０３％より大きくてもよい。また、中間層の厚みＬは、９％より小さくてよく、０．９％より小さくてよく、０．０９％より小さくてよく、０．０５％より小さくてもよい。

第１層を構成する原料と、第２層を構成する原料は異なっていてよい。例えば、第２層を構成する原料の粒子サイズは、第１層を構成する原料の粒子サイズより大きくてよい。すなわち、第１層は第１粒子を含み、第２層は第１粒子より大きな第２粒子を含んでいてよい。具体的には、第１層は、第１粒子を主体とする原料（第１層に占める第１粒子の体積が５０ｖｏｌ％以上）で構成されていてよい。第２層は、第２粒子を主体とする原料（第２層に占める第２粒子の体積が５０ｖｏｌ％以上）で構成されていてよい。この場合、中間層は第１粒子及び第２粒子を含んでいてよい。換言すると、中間層は、第１粒子と第２粒子が混在していてよい。

凝縮器は、放熱によって流体が気相から液相に変化する構造を備えている。特に限定されるものではないが、凝縮器は、金属製の単管であってよい。あるいは、凝縮器は、蒸発器と同様に、ケースと、ケース内に配置されるウィックを備えた構造であってもよい。この場合、凝縮器のケース及びウィックは、上記した蒸発器のケース及びウィックで説明した範囲内のものを適宜選択することができる。

蒸気管および液管の材料は、流体の種類、ループヒートパイプを使用する環境（温度等）に応じて、適宜選択することができる。例えば、蒸気管および液管の各々は、樹脂製、、金属製、あるいはセラミックス（セラミックス緻密体）製であってよい。なお、流体は、水、アンモニア、有機溶媒を用いることができる。有機溶媒の一例として、アセトン、アルコール、フロン、グリコールエーテル類、ナフタレン、ジエチルジフェニル等を用いることができる。流体は、ループヒートパイプが使用される温度域で液相から気相に変化するものを適宜選択することができる。

（第１実施例）
図１を参照し、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、蒸発器２と、蒸気管４と、凝縮器６と、液管８と、リザーバ１０を備えている。蒸気管４は、蒸発器２の出口２ｂと凝縮器６の入口６ａの間を接続している。また、液管８は、凝縮器６の出口２ｂと蒸発器２の入口２ａの間を接続している。リザーバ１０は、液管８の中間に接続されている。ループヒートパイプ１００内には、流体（作動流体）が封止されている。

蒸発器２は、高温部に配置される。蒸発器２には、液管８より液相流体が導入される。蒸発器２では、液相流体が加熱されて気相流体に変化する。気相流体は、蒸気管４内を矢印２０方向に移動し、凝縮器６に導入される。蒸発器２の詳細は後述する。

凝縮器６は、低温部に配置される。凝縮器６では、気相流体が冷却されて液相流体に変化する。液相流体は、液管８内を矢印３０方向に移動し、蒸発器２に導入される。なお、液相流体は、リザーバ１０に一時的に貯留された後、蒸発器２に導入される。リザーバ１０により、蒸発器２への液相流体の導入量が安定する。流体がループヒートパイプ１００内を循環することによって、高温部から低温部に熱が移動する。

図２及び図３を参照し、蒸発器２について説明する。蒸発器２は、ケース５０とウィック５２を備えている。蒸発器２では、円筒状のケース５０と、円筒状のウィック５２を利用している。ケース５０は金属製であり、ウィック５２はセラミックス製である。ケース５０は、長手方向（Ｙ軸方向）の一端に入口２ａが設けられており、他端に出口２ｂが設けられている。入口２ａは液管８と接続しており、出口２ｂは蒸気管４と接続している（図１も参照）。ウィック５２は、ケース５０内に配置されている。ウィック５２は、Ｙ軸方向の一方の端部５２ａが開口しており、他方の端部５２ｂが閉口している。端部５２ａは、入口２ａ側で、入口２ａを囲った状態でケース５０に接触している。そのため、ウィック５２の内部は、液管８と連通している。ウィック５２の内部に、液相流体空間５８が形成される。なお、端部５２ｂは、ケース５０と非接触である。

ウィック５２の外周は、ケース５０の内周と接触している（図３を参照）。ウィック５２は、焼きばめによって、ケース５０内に嵌められている。また、複数の溝６０が、ウィック５２の外周に設けられている。図３は、一例として、４個の溝６０を示している。溝６０は、Ｙ軸方向の一端から他端まで伸びている。溝６０によって、ケース５０の内周とウィック５２の外周の間に、気相流体空間５４が形成される。気相流体空間５４は、気相流体の流路であり、出口２ｂと連通している。

液相流体空間５８には、液管８から液相流体が導入される。矢印３２は、液相流体の流れを示している。液相流体は、毛細管現象によって、液相流体空間５８からウィック５２の内部に移動する。流体は、矢印３４方向（ウィック５２の厚み方向）に移動し、気相流体空間５４に達する。ウィック５２の内部では、液相流体が受熱し、液相流体が気相流体に変化する。そのため、気相流体空間５４には気相流体が供給される。気相流体は、出口２ｂに向かって、気相流体空間５４を矢印３６方向に移動する。なお、気相流体は、矢印３８に示すように、出口２ｂを通じて蒸気管４（図１を参照）に移動する。

（第２実施例）
図４を参照し、蒸発器２０２について説明する。蒸発器２０２は、蒸発器２の変形例である。図４は、蒸発器２における図３に相当する断面を示している。すなわち、図４は、蒸発器２０２の長手方向に直交する断面を示している。蒸発器２０２について、蒸発器２と同様の構成には、同一又は下二桁が同一の参照番号を付し、説明を省略することがある。蒸発器２０２は、蒸発器２に代えて、ループヒートパイプ１００の蒸発器として利用することができる。

蒸発器２０２は、角筒状のケース２５０と角筒状のウィック２５２を備えており、ケース２５０内にウィック２５２が嵌め込まれている。蒸発器２０２においても、流体は、液相流体空間２５８からウィック２５２内に移動し、ウィック内で液相から気相に変化し、気相流体空間２５４に移動する。

（ウィックの構造）
図５及び図６を参照し、ウィック５２，２５２の内部構造について説明する。図５は、ウィック５２，２５２を構成する粒子を模式的に示している。また、図６は、ウィック５２，２５２の厚み方向の位置（横軸：単位μｍ）と気孔率（縦軸：単位％）の関係を示している。横軸の参照番号５８，５４は、各々液相流体空間と気相流体空間に相当する。

図５に示すように、ウィック５２，２５２は、複数の粒子７０ｐ、７４ｐで構成された多孔質体である。気相流体空間５４，２５４側を構成する粒子７４ｐの径は、液相流体空間５８，２５８側を構成する粒子７０ｐの径より大きい。ウィック５２，２５２は、小径の粒子７０ｐで構成された第１層７０と、大径の粒子７４ｐで構成された第２層７４を備えている。なお、図６の曲線８０に示すように、第１層７０の気孔率Ｐ１は、第２層７４の気孔率Ｐ２より小さい。また、図示は省略するが、第１層７０の気孔径も、第２層７４の気孔径より小さい。

第１層７０と第２層７４の間には、粒子７０ｐ，７４ｐが混在した中間層７２が設けられている。中間層７２では、第１層７０側から第２層７４側に向かうに従って、粒子７０ｐ（第１層７０を構成する粒子）の割合が小さくなっている。そのため、図６に示すように、中間層７２では、気孔率は、第１層７０側から第２層７４側に向かうに従って連続的に増加している。具体的には、中間層７２の気孔率は、第１層７０側から第２層７４側に向かうに従って、気孔率Ｐ１からＰ２に連続的に増加している。そのため、中間層７２における気孔率の増加率Ｘは、Ｘ＝（Ｐ２−Ｐ１）／Ｌで示される。ウィック５２，２５２では、気孔率の増加率Ｘが、下記式（１）を満足するように、気孔率Ｐ１，Ｐ２及び中間層の厚みＬが調整されている。さらに、ウィック５２，２５２では、ウィック５２，２５２の厚み全体に対する中間層の厚みＬの割合Ｙ（Ｙ＝Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００）が、下記式（２）を満足するように、第１層の厚みＬ１、第２層の厚みＬ２及び中間層の厚みＬが調整されている。
０．３＜（Ｐ２−Ｐ１）／Ｌ＜５０・・・（１）
０．０１＜Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００＜１０・・・（２）

上記したように、中間層７２は、粒子７０ｐ，７４ｐが混在している。第１層７０，中間層７２，第２層７４を備えるウィックは、例えば焼成後の第２層７４の表面に第１層７０を構成する原料を乾式で吸引し、第２層７４の表面に第１層７０が形成された多孔質体を焼成することにより製造することができる。具体的には、粒子７４ｐを含む原料を用いて押出成型、プレス成型等を利用して第２層７４を形成した後、焼成し、第２層７４の焼成体を作成する。その後、焼成体（第２層７４）の一方の面に粒子７０ｐを含む原料を形成し、さらに焼成する。第２層７４を焼成することによって生じた隙間に粒子７０ｐが侵入し、第１層７０と第２層７４の間に、粒子７０ｐと７４ｐが混在した層（中間層７２）が形成される。

例えばウィック５２，２５２の場合、まず、粒子７４ｐを含む原料を用いて押出成型によって筒状の層（第２層７４）を形成する。その後、筒状の層を焼成することにより、筒状の焼成体を形成する。その後、粒子７０ｐを含む原料を焼成体の内側に形成し、筒状の層（第１層７０）を形成する。第２層７４の内側に第１層７０が形成された多孔質体を焼成することにより、第１層７０と第２層７４の間に中間層７２が設けられたウィック５２，２５２が得られる。なお、ウィック５２，２５２の場合、第２層７４の気孔率は約６０％であり、第１層７０の気孔率は約４０％であり、中間層７２の気孔率は第１層７０から第２層７４に向けて４０〜６０％の間で連続的に変化（増加）している。また、第２層７４は第１層７０よりも気孔径が大きい。具体的には、第２層７４の気孔径は約３μｍであり、第１層７０の気孔径は約２μｍであり、中間層７２の気孔径は第１層７０から第２層に向けて２〜３μｍの間で連続的に変化（増加）している。なお、中間層７２の厚みは、ウィック５２，２５２の厚みに対して０．０１〜１０％の範囲で調整されている。

ウィック５２，２５２の利点を説明する。上記したように、第２層７４の気孔率は、
第１層７０より大きい。そのため、流体が液相流体空間５８から気相流体空間５４向けて移動しながら液相から気相に変化したときに、流体の体積膨張に起因してウィック５２，２５２内部の圧力が上昇することを抑制できる。液相流体が存在する部分（第１層７０）に圧力が加わることが抑制され、液相流体空間５８からウィック５２，２５２内への液相流体の移動が妨げられることが抑制される。さらに、第１層７０と第２層７４の間に中間層７２が設けらていることにより、気相流体が第１層７０に移動する（気泡が逆流する）ことを抑制することもできる。第１層７０の圧力上昇をさらに抑制することができる。

また、ウィック５２，２５２では、第２層７４の気孔径は第１層７０より大きく、中間層７２の気孔径は第１層７０から第２層に向けて連続的に変化（増加）している。このような構造によって、ウィック５２，２５２内の圧力上昇を抑制するこことができるとともに、流体の体積膨張に伴うウィック５２，２５２の構造破壊も抑制することができる。また、第２層７４を構成する粒子７４ｐのサイズ（粒子径）は、第１層７０を構成する粒子７０ｐのサイズより大きい。第１層７０と第２層７４の粒子サイズを変化させることにより、容易に第１層７０と第２層７４の気孔率、気孔径を変化させることができる。また、第１層７０と第２層７４の粒子サイズを変化させることにより、第１層７０から第２層に向けて気孔率、気孔径が連続的に増加する層（中間層７２）を容易に形成することができる。

（実験例）
第１層と第２層の間に中間層を有するウィックを作成し、ループヒートパイプへの適応性について評価した。具体的には、まず、押出成型を用いて筒状の多孔質体を形成した後、多孔質体を焼成し、気孔率６０％の筒状焼成体（第２層）を作成した。その後、筒状焼成体の内側に、第２層を構成する粒子よりも小径の粒子を含む原料を乾式で吸引し、内側層（第１層）を形成した。その後、この成形体を焼成することにより、ウィックを作成した。なお、第１層は、気孔率が４０％となるように原料を調整した。また、本実験例では、第２層の厚みＬ２、及び、第１層を形成する際の吸引条件を調整し、５種類の試料（試料１〜５）を作成した。

図７に、試料１〜５について、各層の厚み、気孔率、気孔率の増加率Ｘ（Ｘ＝（Ｐ２−Ｐ１）／Ｌ）、全体の厚みに占める中間層の厚み割合Ｙ（Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００）を示す。なお、中間層の気孔率Ｐは、中間層全体の気孔率の平均値を示している。試料１〜５は、上記式（１）及び（２）を満足する結果であった。

また、比較例として、第１層と第２層の間に中間層を有していないウィックを作成し、ループヒートパイプへの適応性について評価した（試料６）。試料６は、まず、押出成型を用いて筒状の多孔質体（第２層）を形成した後、多孔質体を焼成することなく、スリップキャスト法を用いて多孔質体の内側に内側層（第１層）を形成した。試料６は、多孔質体（第２層）を形成した後に焼成していないので、第１層と第２層の間に中間層は形成されない。図７に、試料６の各層の厚み、気孔率を示す。

試料１〜６のウィックを用いて図１に示すループヒートパイプ１００を作成し、ループヒートパイプ１００が動作するか否かの評価を行った。すなわち、蒸発器２を加熱し、流体がループヒートパイプ１００内を循環するか否かの評価を行った。図７に、流体が１ｈｒ以上循環した試料に「○」、１ｈｒ以内に流体の循環が停止した試料に「×」を付している。図７に示すように、試料１〜５のウィックを用いたループヒートパイプは、いずれも流体がループヒートパイプ内を循環する結果が得られた。それに対し、試料６のウィックを用いたループヒートパイプは、流体がループヒートパイプ内を循環せず、ループヒートパイプとして機能しなかった。この結果は、中間層を設けることにより、気泡（気相流体）が気相流体空間にスムーズに移動し、ウィック内の圧力上昇が抑制され、液相流体が液相流体空間からウィック内へスムーズに移動したことを示している。

上記実施例では、円筒状のウィック（ウィック５２）と角筒状のウィック（ウィック２５２）について説明した。円筒状のウィックは、高強度であり、ウィック内における均一な熱伝導を実現することができるという特徴を有している。また、角筒状のウィックは、熱源に対してウィック（蒸発器）の受熱面積を増加させることができるという特徴を有している。

また、上記実施例では円筒状、あるいは、角筒状のウィックの外面（第２層の表面）に複数の溝（気相流体空間）を形成し、ウィックをケース内に嵌め込む形態について説明した。しかしながら、本明細書で開示する技術は、第１層の表面が液相流体空間に面し、第２層の表面が気相流体空間に面していればよく、必ずしも実施例で説明した形態に限定されるものではない。

例えば、ウィックの外面に１個の溝（気相流体空間）が設けられていてもよい。あるいは、ウィックの外面に複数の突起を設け、突起と突起の間の空間によって気相流体の流路（気相流体空間）が形成されていてもよい。また、例えば、筒状（円筒状、角筒状）のウィックとケースの間にスペーサを配置し、ウィックとケースの間に気相流体空間を形成してもよい。この場合、ウィックの外面に溝を形成することを省略することができる。

また、上記実施例では、気孔率等（気孔率，気孔径，粒子サイズ）が異なる第１層と第２層の間に中間層が設けられているウィックについて説明した。しかしながら、本明細書で開示する技術は、少なくとも気孔率等が異なる２層の間に中間層が設けれていればよく、気孔率等が異なる層が複数（３層以上）設けられたウィックに適用することもできる。例えば、第２層の表面（中間層と反対側の面）に、第２層と気孔率等が異なる第３層が設けられていてもよい。この場合、第２層と第３層の間に、さらに第２の中間層が設けられていてもよい。第２の中間層の特徴は、上記した中間層と同様に、気孔率が第２層側から第３層側に向けて連続的に増加しており、気孔率の平均値が第２層より大きく第３層より小さくてよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (3)

1. ループヒートパイプの蒸発器で用いるウィックであって、
   第１層と、
   第１層より気孔率が大きい第２層と、
   第１層と第２層の間に配置されており、気孔率が第１層側から第２層側に向けて連続的に増加しており、気孔率の平均値が第１層より大きく第２層より小さい中間層と、を備えており、
   第１層の気孔率をＰ１（％）とし、第２層の気孔率をＰ２（％）とし、中間層の厚みをＬ（μｍ）としたときに、下記式（１）を満足する、ウィック。
   ０．３＜（Ｐ２−Ｐ１）／Ｌ＜５０・・・（１）
2. 第１層の厚みをＬ１とし、第２層の厚みをＬ２としたときに、下記式（２）を満足する請求項１に記載のウィック。
   ０．０１＜Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００＜１０・・・（２）
3. 第１層は、第１粒子を含み、
   第２層は、第１粒子より大きな第２粒子を含み、
   中間層は、第１粒子及び第２粒子を含む、請求項１又は２に記載のウィック。

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