JP6995673B2 - ループ型ヒートパイプ - Google Patents

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Description

ループ型ヒートパイプに関する。
従来、電子機器に搭載される半導体デバイス(例えば、CPU等)の発熱部品を冷却するデバイスとして、作動流体の相変化を利用して熱を輸送するヒートパイプが用いられる(例えば、特許文献1参照)。
特許第6146484号公報
ところで、上記の特許文献1のように、蒸気管の内部に、ブリッジにより連結された支柱を有したヒートパイプでは、蒸気管における蒸気の流量が低下し、熱輸送効率が低下する虞がある。このため、蒸気の流量を改善して熱輸送効率を向上することが求められる。
本発明の一観点によれば、一対の最外金属層と、前記一対の最外金属層の間に積層された複数の中間金属層からなり、作動流体を気化させる蒸発器と、作動流体を液化する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器を接続する蒸気管と、前記蒸発器と前記凝縮器を接続する液管と、を備え、前記複数の中間金属層はそれぞれ、前記蒸気管の管壁を互いに連結する連結梁を有し、前記複数の中間金属層の前記連結梁は、前記蒸気管の流路に沿って互いに異なる位置に配設され、前記連結梁の側面は、前記流路内を気化した前記作動流体の流れる方向に対して傾斜している。
本発明の一観点によれば、熱輸送効率を向上できる。
第一実施形態のループ型ヒートパイプの概略平面図。 最上層を除いたループ型ヒートパイプの概略平面図。 蒸気管の概略断面図。 蒸気管において連結梁が形成された部分の概略断面図。 蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 第二実施形態のループ型ヒートパイプの概略平面図。 最上層を除いたループ型ヒートパイプの概略平面図。 蒸気管の概略断面図。 蒸気管において連結梁が形成された部分の概略断面図。 蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。 変更例の蒸気管の流路に沿った概略断面図。
以下、添付図面を参照して各実施形態を説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、理解を容易にするために、平面図においてハッチング(梨地模様)を付し、断面図において一部の部材のハッチングを省略している場合がある。なお、本明細書において、「平面視」とは、対象物を図3等の断面図における鉛直方向(図中上下方向)から視ることを言い、「平面形状」とは、対象物を図3等の断面図における鉛直方向から視た形状のことを言う。
(第一実施形態)
以下、第一実施形態を説明する。
図1に示すように、ループ型ヒートパイプ101は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器2に収容される。
ループ型ヒートパイプ101は、蒸発器11と、蒸気管12と、凝縮器13と、液管14とを有している。
蒸発器11は、作動流体Cを気化させて蒸気Cvを生成する機能を有している。凝縮器13は、作動流体C(蒸気Cv)を液化する機能を有している。蒸気管12は蒸発器11と凝縮器13とを接続する。液管14は、蒸発器11と凝縮器13とを接続する。液化した作動流体Cは、液管14を介して蒸発器11に送られる。蒸気管12及び液管14は、作動流体C又は蒸気Cvを流すループ状の流路を形成する。
本実施形態において、液管14の長さと蒸気管12の長さは、例えば互いに同じである。なお、液管14の長さと蒸気管12の長さは、異なっていてもよい。例えば、液管14の長さに比べて蒸気管12の長さが短くてもよい。
蒸発器11は、図示しない発熱部品に密着して固定される。蒸発器11にはウィック11sが設けられている。ウィック11sは、作動流体Cに対して毛細管力を生じる構造体である。蒸発器11内の作動流体Cは、発熱部品にて発生した熱により気化し、蒸気Cvが生成される。なお、蒸発器11と発熱部品との間に、熱伝導部材(TIM:Thermal Interface Material)が介在されてもよい。熱伝導部材は、発熱部品と蒸発器11の間の接触熱抵抗を低減し、発熱部品から蒸発器11への熱伝導をスムーズにする。
蒸気管12は、幅方向(図1の上下方向)両側の管壁12wと、管壁12wの間の流路12rとを有している。流路12rは、蒸発器11の内部空間と連通している。流路12rは、上述のループ状の流路の一部である。蒸発器11にて発生した蒸気Cvは、蒸気管12の流路12rを通過して凝縮器13へと導かれる。
凝縮器13は、放熱用に面積を大きくした放熱プレート13pと、放熱プレート13pの内部において蛇行した流路13rとを有している。流路13rは、蒸気管12の流路12rと連通している。流路13rは、上述のループ状の流路の一部である。蒸気管12を介して導かれた蒸気Cvは、凝縮器13において液化する。
液管14は、幅方向(図1の上下方向)両側の壁部14wと、壁部14wとの間の流路14rと、流路14rに配設されたウィック14sとを有している。流路14rは、凝縮器13の流路13rと連通するとともに、蒸発器11の内部空間と連通している。流路14rは上述のループ状の流路の一部である。ウィック14sは、液管14に沿って凝縮器13から蒸発器11まで延びている。ウィック14sは、作動流体Cに対して毛細管力を生じる構造体である。ウィック14sは、そのウィック14sに生じる毛細管力によって、凝縮器13で液化した作動流体Cを蒸発器11へと導く。
作動流体Cとしては、蒸気圧が高く、蒸発潜熱が大きい流体を使用するのが好ましい。このような作動流体Cを用いることで、蒸発潜熱によって発熱部品を効率的に冷却できる。作動流体Cとしては、例えば、アンモニア、水、フロン、アルコール、アセトン、等を用いることができる。
ループ型ヒートパイプ101は、例えば、複数の金属層を積層した構造とすることができる。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、50μm~200μm程度とすることができる。なお、金属層は、銅層に限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。又、金属層の積層数は特に限定されない。なお、積層した金属層のうちの一部の金属層について、他の金属層と異なる材料が用いられてもよい。
複数の金属層が積層された構造について、蒸気管12を例にして説明する。
図3に示すように、蒸気管12は、例えば、最外金属層31、中間金属層32~35、最外金属層36が順次積層された構造とすることができる。なお、最外金属層と中間金属層とを区別する必要がない場合には、両者の総称として単に金属層と称する場合がある。なお、図3では、各金属層31~36を判り易くするため、実線にて区別するとともに、異なるハッチングを付している。例えば金属層31~36を拡散接合により一体化した場合、各金属層31~36の界面は消失していることがあり、境界は明確ではないことがある。
最外金属層31,36は、蒸気管12を構成する金属層の積層構造の両外側(上下方向両外側)に位置し、中間金属層32~35は、最外金属層31と最外金属層36とに挟まれている。つまり、蒸気管12を含むループ型ヒートパイプ101は、一対の最外金属層31,36と、一対の最外金属層31,36の間に積層された中間金属層32~35から構成される。最外金属層31は、孔や溝が形成されていないべた状とされている。中間金属層32~35は、蒸気管12の管壁12wを形成する壁部42,43,44,45を有している。
図1に示す蒸発器11、凝縮器13、及び液管14もこのように積層された金属層31~36により形成される。
図2には、一部の金属層(例えば、最上の金属層36)を除いたものが示されている。
蒸気管12は、流路12rを挟んで対向する一対の管壁12wを有している。蒸気管12の流路12rには、複数の連結梁52,53,54,55が配設されている。複数の連結梁52~55は、凝縮器13の流路13rにも形成されている。
蒸気管12において、各連結梁52~55は、流路12rを挟む管壁12wを互いに連結する。同様に、凝縮器13において、各連結梁52~55は、流路13rを挟む放熱プレート13pを互いに連結する。
各連結梁52~55は、平面視において、互いに重ならない位置に形成されている。つまり、各連結梁52~55は、図3に示す各金属層31~36の厚さ方向において、互いに重ならない位置に形成されている。これにより、蒸気管12の流路12r、凝縮器13の流路13rが閉塞されることはない。
各連結梁52~55について説明する。
先ず、連結梁55について説明する。
図4に示すように、連結梁55は、蒸気管12を構成する金属層31~36のうち、中間金属層32~35のうちの1つの金属層35により形成されている。本実施形態において、連結梁55は、中間金属層35の壁部45と同じ厚さにて形成されている。従って、この連結梁55が形成された部分において、流路12rは、蒸気管12の管壁12wと、最外金属層31と、連結梁55とにより囲まれた空間となる。
図5に示すように、連結梁55は、上面55a、下面55b、及び側面55cを有している。連結梁55において、上面55aの幅(図5において左右方向の長さ)は、下面55bの幅よりも狭く形成されている。つまり、連結梁55において、上面55aの面積は、下面55bの面積と比べて狭い。側面55cは、上側、つまり上面55a側に傾斜した斜面に形成されている。
連結梁52~54は、連結梁55と同様に形成されている。つまり、図5に示すように、連結梁52~54は、それぞれ金属層32~34により形成され、各金属層32~34の壁部42~44と同じ厚さにて形成されている。連結梁52~54はそれぞれ、上面52a~54a、下面52b~54b、側面52c~54cを有している。各連結梁52~54の側面52c~54cは、上側に傾斜した斜面に形成されている。
図5に示す蒸気管12において、蒸気Cv(気化した作動流体C)は、図5に矢印にて示すように、図5の左側から右側に向って流れる。従って、各連結梁52~55の側面52c~55cは、蒸気Cvが流れる方向に対して傾斜している。
蒸気Cvが流れる流路12rは、連結梁52が形成された部分において、蒸気管12の管壁12wと、連結梁52と、最外金属層36とにより囲まれた空間となる。同様に、連結梁53が形成された部分における流路12rは、蒸気管12の管壁12wと、最外金属層31と、連結梁53とにより囲まれた空間と、管壁12wと、連結梁53と最外金属層36とにより囲まれた空間となる。また、連結梁54が形成された部分における流路12rは、蒸気管12の管壁12wと、最外金属層31と、連結梁54とにより囲まれた空間と、管壁12wと、連結梁54と最外金属層36とにより囲まれた空間となる。
図2に示すように、凝縮器13は、蒸気管12と同様に、流路13rを挟んで対向する放熱プレート13pを互いに連結する複数の連結梁52,53,54,55を有している。
上述の金属層31~36は、例えば厚さが100μmの銅層を、例えばウエットエッチングにより所定の形状にパターニングすることで作成される。ウェットエッチングとしては、例えばスプレーエッチング方式のエッチング装置が採用される。また、ウェットエッチングのエッチング液としては、塩化第二鉄水溶液、塩化第二銅水溶液又は過硫酸アンモニウム水溶液などが使用される。なお、ウェットエッチングとして、ディップ方式、スピナー方式などの他のエッチング装置を採用してもよい。
銅層をエッチングすることにより、金属層31~36と、この金属層31~36を支持する枠部(図示略)とが形成される。金属層31~36は、ブリッジ(連結部材)により枠部に連結されている。
図4に示すように、中間金属層35は、図1及び図2に示す蒸気管12の管壁12wを構成する一対の壁部45を有している。壁部45は、それぞれブリッジ(連結部材)により枠部等に連結されている。また、一対の壁部42は、それらの間の連結梁52により連結されている。中間金属層32~34は、中間金属層35と同様に形成されている。
最外金属層31,36の間に中間金属層32~35を配置する。そして、金属層31~36を所定温度(例えば、約900℃)に加熱しながら積層した金属層36~31をプレスすることにより、拡散接合にて金属層31~36を接合する。
その後、図示しない真空ポンプを用いて液管14等を排気し、図示しない注入口から作動流体C(例えば水)を液管14に注入し、注入口を封止してループ型ヒートパイプ101が完成する。
(作用)
本実施形態のループ型ヒートパイプ101は、作動流体Cを気化する蒸発器11と、気化した作動流体C(蒸気Cv)を液化する凝縮器13と、蒸発器11と凝縮器13とを接続する蒸気管12と、蒸発器11と凝縮器13とを接続する液管14とを有している。このループ型ヒートパイプ101は、最外金属層31,36と、中間金属層32~35とを積層して形成される。中間金属層32~35は、蒸気管12の管壁12wを構成する壁部42~45と、壁部42~45を互いに連結する連結梁52~55を有している。連結梁52~55は、蒸気管12の流路12rに沿って互いに異なる位置に配設されている。
図5に示すように、各連結梁52~55の側面52c~55cは、蒸気Cvの流れる方向に対して傾斜している。本実施形態では、連結梁52~54において、蒸気Cvは、側面52c~54cに沿って流れ易い。このため、蒸気管12において、蒸気Cvを流れ易くできる、つまり蒸気Cvの流量を改善できる。同様に、凝縮器13においても、蒸気Cvを流れ易くできる。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1-1)ループ型ヒートパイプ101は、作動流体Cを気化する蒸発器11と、気化した作動流体C(蒸気Cv)を液化する凝縮器13と、蒸発器11と凝縮器13とを接続する蒸気管12と、蒸発器11と凝縮器13とを接続する液管14とを有している。このループ型ヒートパイプ101は、最外金属層31,36と、中間金属層32~35とを積層して形成される。中間金属層32~35は、蒸気管12の管壁12wを構成する壁部42~45と、壁部42~45を互いに連結する連結梁52~54を有している。各連結梁52~55の側面52c~55cは、蒸気Cvの流れる方向に対して傾斜している。連結梁52~54において、蒸気Cvは、側面52c~54cに沿って流れ易い。このため、蒸気管12において、蒸気Cvを流れ易くでき、蒸気Cvの流量を改善できる。これにより、熱輸送効率を向上できる。
(1-2)各連結梁52~55は、凝縮器13の流路13rにも形成されている。従って、蒸気管12と同様に、凝縮器13においても、蒸気Cvを流れ易くできる。
(第一実施形態に対する変更例)
上記の第一実施形態は、以下のように変更することができる。
なお、以下に示す変更例は連結梁にかかるものであるため、その部分について図示し、他を省略する。また、上記の第一実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付し、その説明の一部又は全てを省略する。
・図6に示すように、各中間金属層32~35は、壁部42~45と、壁部42~45を連結する連結梁102~105とを有している。連結梁102~105の側面102c~105cは、凹曲面状である。この側面102c~104cにより、蒸気Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。
・図7に示すように、各中間金属層32~35において、金属層32~34の連結梁112~114は、上記の実施形態と同様に、図7において上側に傾斜した側面112c~114cを有している。中間金属層35の連結梁115は、上面115aの面積に比べ、下面115bの面積が狭く、図7において下側、つまり最下層の最外金属層31の側に傾斜した側面115cを有している。この中間金属層35は、最上層となる最外金属層36に隣接して設けられる。従って、下側に傾斜した側面115cとすることにより、蒸気Cvの流路に面している最外金属層36の下面と連結梁115の側面115cとが成す角度が鈍角となっている。このため、例えば図5に示す連結梁55や図6に示す連結梁105のように、最外金属層36の下面と連結梁55,105の側面55c,105cとが成す角度が鋭角となっている場合と比べ、最外金属層36に沿って流れる蒸気Cvを下方向に流すことができ、蒸気Cvの流れ性を向上できる。従って、上記Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。
・図8に示すように、中間金属層32,34の連結梁122,124は、上側、つまり最上層の最外金属層36の側に傾斜した側面122c,124cを有している。中間金属層33,35の連結梁123,125は、下側、つまり最下層の最外金属層31の側に傾斜した側面123c,125cを有している。このような構成によっても、蒸気Cvの流れを制御できる。また、図7に示す連結梁115と同様に、最外金属層36の下面と連結梁125の側面125cとが成す角度が鈍角であるため、蒸気Cvの流れ性をより向上させることができる。
・図9に示すように、中間金属層32,33,34,35の連結梁132,133,134,135はそれぞれ、厚さ方向において上面から下面に向う第1の側面132c,133c,134c,135cと、下面から上面に向う第2の側面132d,133d,134d,135dとを有している。第1の側面132c~135cと第2の側面132d~135dの境界部分は、連結梁132~135の外側方向に突出する突出部132T~135Tとなっている。この突出部132T~135Tが突出する方向は、蒸気Cvが供給される方向である。従って、連結梁132~135に向って流れる蒸気Cvは、第1の側面132c~135cに沿って連結梁132~135の上方に向って流れるとともに、第2の側面132d~135dに沿って連結梁132~135の下方に向って流れる。このように、蒸気Cvが流れ易くなるため、蒸気Cvの流量を改善して熱輸送効率を向上できる。
・図10に示すように、中間金属層32~35の連結梁142~145において、第1の側面142c~145cと第2の側面142d~145dはそれぞれ凹曲面状に形成されている。このようにしても、図9に示す連結梁132~135と同様に、蒸気Cvを流れ易くできる。そして、突出部142T~145Tが図9に示す連結梁132~135と比べて鋭角となるため、蒸気Cvの流量をより改善でき、熱輸送効率をより向上できる。
・図11に示すように、連結梁152~155は、それぞれ第1の側面152c~155cと第2の側面152d~155dとを有している。第1の側面152c~155c及び第2の側面152d~155dは凹曲面状に形成されている。そして、第1の側面152c~155cの上端から下端までの距離は、第2の側面152d~155dの上端から下端までの距離よりも長くなっている。このような形状の連結梁152~155によっても、蒸気Cvの流量をより改善でき、熱輸送効率をより向上できる。
・図12に示すように、連結梁162~165は、連結梁162~165の上面から下面に向う第1の側面162c~165cと、下面から上面に向う第2の側面162d~165dとを有している。連結梁162,164において、第1の側面162c,164cの上端から下端までの距離は、第2の側面162d,164dの上端から下端までの距離よりも長くなっている。一方、連結梁163,165において、第1の側面163c,165cの上端から下端までの距離は、第2の側面163d,165dの上端から下端までの距離よりも短くなっている。このような形状の連結梁162~165によっても、蒸気Cvの流量をより改善でき、熱輸送効率をより向上できる。
(第二実施形態)
以下、第二実施形態を説明する。
図13に示すように、ループ型ヒートパイプ201は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器2に収容される。
ループ型ヒートパイプ201は、蒸発器11と、蒸気管12と、凝縮器13と、液管14とを有している。
蒸発器11は、作動流体Cを気化させて蒸気Cvを生成する機能を有している。凝縮器13は、作動流体C(蒸気Cv)を液化する機能を有している。蒸気管12は蒸発器11と凝縮器13とを接続する。液管14は、蒸発器11と凝縮器13とを接続する。液化した作動流体Cは、液管14を介して蒸発器11に送られる。蒸気管12及び液管14は、作動流体C又は蒸気Cvを流すループ状の流路を形成する。
本実施形態において、液管14の長さと蒸気管12の長さは、例えば互いに同じである。なお、液管14の長さと蒸気管12の長さは、異なっていてもよい。例えば、液管14の長さに比べて蒸気管12の長さが短くてもよい。
蒸発器11は、図示しない発熱部品に密着して固定される。蒸発器11にはウィック11sが設けられている。ウィック11sは、作動流体Cに対して毛細管力を生じる構造体である。蒸発器11内の作動流体Cは、発熱部品にて発生した熱により気化し、蒸気Cvが生成される。なお、蒸発器11と発熱部品との間に、熱伝導部材(TIM)が介在されてもよい。熱伝導部材は、発熱部品と蒸発器11の間の接触熱抵抗を低減し、発熱部品から蒸発器11への熱伝導をスムーズにする。
蒸気管12は、幅方向(図13の上下方向)両側の管壁12wと、管壁12wの間の流路12rとを有している。流路12rは、蒸発器11の内部空間と連通している。流路12rは、上述のループ状の流路の一部である。蒸発器11にて発生した蒸気Cvは、蒸気管12の流路12rを通過して凝縮器13へと導かれる。
凝縮器13は、放熱用に面積を大きくした放熱プレート13pと、放熱プレート13pの内部において蛇行した流路13rとを有している。流路13rは、蒸気管12の流路12rと連通している。流路13rは、上述のループ状の流路の一部である。蒸気管12を介して導かれた蒸気Cvは、凝縮器13において液化する。
液管14は、幅方向(図13の上下方向)両側の壁部14wと、壁部14wとの間の流路14rと、流路14rに配設されたウィック14sとを有している。流路14rは、凝縮器13の流路13rと連通するとともに、蒸発器11の内部空間と連通している。流路14rは上述のループ状の流路の一部である。ウィック14sは、液管14に沿って凝縮器13から蒸発器11まで延びている。ウィック14sは、作動流体Cに対して毛細管力を生じる構造体である。ウィック14sは、そのウィック14sに生じる毛細管力によって、凝縮器13で液化した作動流体Cを蒸発器11へと導く。
作動流体Cとしては、蒸気圧が高く、蒸発潜熱が大きい流体を使用するのが好ましい。このような作動流体Cを用いることで、蒸発潜熱によって発熱部品を効率的に冷却できる。作動流体Cとしては、例えば、アンモニア、水、フロン、アルコール、アセトン、等を用いることができる。
ループ型ヒートパイプ201は、例えば、複数の金属層を積層した構造とすることができる。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、50μm~200μm程度とすることができる。なお、金属層は、銅層に限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。又、金属層の積層数は特に限定されない。なお、積層した金属層のうちの一部の金属層について、他の金属層と異なる材料が用いられてもよい。
複数の金属層が積層された構造について、蒸気管12を例にして説明する。
図15に示すように、蒸気管12は、例えば、最外金属層31、中間金属層32~35、最外金属層36が順次積層された構造とすることができる。なお、最外金属層と中間金属層とを区別する必要がない場合には、両者の総称として単に金属層と称する場合がある。なお、図15では、各金属層31~36を判り易くするため、実線にて区別するとともに、異なるハッチングを付している。例えば金属層31~36を拡散接合により一体化した場合、各金属層31~36の界面は消失していることがあり、境界は明確ではないことがある。
最外金属層31,36は、蒸気管12を構成する金属層の積層構造の両外側(上下方向両外側)に位置し、中間金属層32~35は、最外金属層31と最外金属層36とに挟まれている。つまり、蒸気管12を含むループ型ヒートパイプ201は、一対の最外金属層31,36と、一対の最外金属層31,36の間に積層された中間金属層32~35から構成される。最外金属層31,36は、孔や溝が形成されていないべた状とされている。中間金属層32~35は、蒸気管12の管壁12wを形成する壁部42,43,44,45を有している。
図13に示す蒸発器11、凝縮器13、及び蒸気管12もこのように積層された金属層31~36により形成される。
図14には、一部の金属層(例えば、最上の金属層36)を除いたものが示されている。
蒸気管12は、流路12rを挟んで対向する一対の管壁12wを有している。蒸気管12の流路12rには、複数の連結梁212,213,214,215が配設されている。複数の連結梁212~215は、凝縮器13の流路13rにも形成されている。
蒸気管12において、各連結梁212~215は、流路12rを挟む管壁12wを互いに連結する。同様に、凝縮器13において、各連結梁212~215は、流路13rを挟む放熱プレート13pを互いに連結する。
各連結梁212~215は、平面視において、互いに重ならない位置に形成されている。つまり、各連結梁212~215は、図15に示す各金属層32~35の厚さ方向において、互いに重ならない位置に形成されている。これにより、蒸気管12の流路12r、凝縮器13の流路13rが閉塞されることはない。
各連結梁212~215について説明する。
先ず、連結梁215について説明する。
図16に示すように、連結梁215は、蒸気管12を構成する金属層31~36のうち、中間金属層32~35のうちの1つの金属層35により形成されている。本実施形態において、連結梁215は、中間金属層35の壁部45より薄く形成されている。従って、この連結梁215が形成された部分において、流路12rは、蒸気管12の管壁12wと、最外金属層31と、連結梁215とにより囲まれた空間と、蒸気管12の管壁12wと、連結梁215と、最外金属層36とにより囲まれた空間となる。従って、上述の第一実施形態と比べ、蒸気Cvが流れる方向と直交する面における流路12rの断面積を大きくできる。
図17に示すように、連結梁215は、上面215a、下面215b、及び側面215cを有している。連結梁215において、上面215aの幅(図17において左右方向の長さ)は、下面215bの幅よりも狭く形成されている。側面215cは、上側、つまり上面215a側に傾斜した斜面に形成されている。
連結梁212~214は、連結梁215と同様に形成されている。つまり、図17に示すように、連結梁212~214は、それぞれ金属層32~34により形成され、各金属層32~34の壁部42~44より薄く形成されている。連結梁212~214はそれぞれ、上面212a~214a、下面212b~214b、側面212c~214cを有している。各連結梁212~214の側面212c~214cは、上側に傾斜した斜面に形成されている。
図17に示す蒸気管12において、蒸気Cv(気化した作動流体C)は、図17に矢印にて示すように、図17の左側から右側に向って流れる。従って、各連結梁212~215の側面212c~215cは、蒸気Cvが流れる方向に対して傾斜している。
蒸気Cvが流れる流路12rは、連結梁212が形成された部分において、蒸気管12の管壁12wと、連結梁212と、最外金属層36とにより囲まれた空間となる。同様に、連結梁213が形成された部分における流路12rは、蒸気管12の管壁12wと、最外金属層31と、連結梁213とにより囲まれた空間と、管壁12wと、連結梁213と最外金属層36とにより囲まれた空間となる。また、連結梁214が形成された部分における流路12rは、蒸気管12の管壁12wと、最外金属層31と、連結梁213とにより囲まれた空間と、管壁12wと、連結梁213と最外金属層36とにより囲まれた空間となる。なお、連結梁212について、連結梁212と最外金属層31との間に空間を形成するようにしてもよい。
図14に示すように、凝縮器13は、蒸気管12と同様に、流路13rを挟んで対向する放熱プレート13pを互いに連結する複数の連結梁212,213,214,215を有している。
(作用)
本実施形態のループ型ヒートパイプ201は、作動流体Cを気化する蒸発器11と、気化した作動流体C(蒸気Cv)を液化する凝縮器13と、蒸発器11と凝縮器13とを接続する蒸気管12と、蒸発器11と凝縮器13とを接続する液管14とを有している。このループ型ヒートパイプ201は、最外金属層31,36と、中間金属層32~35とを積層して形成される。中間金属層32~35は、蒸気管12の管壁12wを構成する壁部42~45と、壁部42~45を互いに連結する連結梁212~215を有している。
本実施形態の連結梁212~215は、各金属層32~35の壁部42~45より薄くなっている。従って、上述の第一実施形態と比べ、蒸気Cvが流れる方向と直交する面における流路12rの断面積を大きくできる。このため、蒸気Cvがより流れ易くなる、つまり蒸気Cvの流量を改善できる。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(2-1)連結梁212~215は、各金属層32~35の壁部42~45より薄くなっている。従って、上述の第一実施形態と比べ、蒸気Cvが流れる方向と直交する面における流路12rの断面積を大きくできる。このため、蒸気Cvをより流れ易くでき、蒸気Cvの流量を改善できる。従って、熱輸送効率を向上できる。
(2-2)連結梁213~215は、各連結梁213~215と最外金属層31との間、及び各連結梁213~215と最外金属層36との間にそれぞれ空間を形成する。このため、仮に蒸気Cvが蒸気管12内で液化した場合でも、空間によって液溜りが生じ難く、作動流体の循環を確保できるため、熱輸送効率を向上できる。
(第二実施形態に対する変更例)
上記の第二実施形態は、以下のように変更することができる。
なお、以下に示す変更例は連結梁にかかるものであるため、その部分について図示し、他を省略する。また、上記の第二実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付し、その説明の一部又は全てを省略する。
・図18に示すように、各中間金属層32~35は、壁部42~45と、壁部42~45を連結する連結梁302~305とを有している。連結梁302~305の側面302c~305cは、凹曲面状である。この側面302c~305cにより、蒸気Cvを流れ易くできる。このため、蒸気Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。また、上記第二実施形態と同様に空間を形成することで、作動流体の循環を確保し、熱輸送効率を向上できる。なお、中間金属層32の連結梁302について、最外金属層31との間に空間を形成するようにしてもよい。
・図19に示すように、連結梁312~315は、金属層32~35の厚さ方向に延びる側面312c~315cを有している。つまり、この連結梁312~315の側面312c~315cは、蒸気Cvが流れる方向と直交している。このように連結梁312~315を形成しても、連結梁312~315が薄いため、蒸気Cvが連結梁312~315の上方及び下方を通り易くできる。このため、蒸気Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。また、上記第二実施形態と同様に空間を形成することで、作動流体の循環を確保し、熱輸送効率を向上できる。なお、中間金属層32の連結梁312について、最外金属層31との間に空間を形成するようにしてもよい。
・図20に示すように、中間金属層32,33,34,35の連結梁322,323,324,325はそれぞれ、厚さ方向において上面から下面に向う第1の側面322c,323c,324c,325cと、下面から上面に向う第2の側面322d,323d,324d,325dとを有している。第1の側面322c~325cと第2の側面322d~325dはそれぞれ凹曲面状に形成されている。
第1の側面322c~325cと第2の側面322d~325dの境界部分は、連結梁322~325の外側方向に突出する突出部322T~325Tとなっている。この突出部322T~325Tが突出する方向は、蒸気Cvが供給される方向である。従って、連結梁322~325に向って流れる蒸気Cvは、第1の側面322c~325cに沿って連結梁322~325の上方に向って流れるとともに、第2の側面322d~325dに沿って連結梁322~325の下方に向って流れる。このため、蒸気Cvが流れ易くなり、蒸気Cvの流れを制御できる。従って、蒸気Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。また、上記第二実施形態と同様に空間を形成することで、作動流体の循環を確保し、熱輸送効率を向上できる。
・図21に示すように、金属層32の連結梁332は、その金属層32の壁部42より薄い基部332Bと、基部332Bの上の突起部332Tとを有している。突起部332Tは、基部332Bの幅方向(図20の左右方向)の中央に形成されている。この基部332Bと突起部332Tとを合わせた厚さは、金属層32の壁部42の厚さと等しい。なお、基部332Bと突起部332Tとを合わせた厚さを壁部42の厚さより薄くしてもよい。突起部332Tは、壁部42を連結する方向の延び、壁部42と接続されている。
金属層33~35の連結梁333~335は、金属層32の連結梁332と同様に、基部333B~335Bと突起部333T~335Tとを有している。このように構成された連結梁332~335では、金属層32~35の壁部42~45より薄い基部332B~335Bと突起部332T~335Tにより蒸気Cvの流れを調整できる。従って、蒸気Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。そして、基部332B~335Bと突起部332T~335Tにより、連結梁332~335の強度を確保できる。
・図22に示すように、金属層32の連結梁342は、その金属層32の壁部42より薄い基部342Bと、基部342Bの上の突起部342Tとを有している。突起部342Tは、基部342Bの幅方向(図21の左右方向)の中央に形成されている。この基部342Bと突起部342Tとを合わせた厚さは、金属層32の壁部42の厚さと等しい、なお、基部342Bと突起部342Tとを合わせた厚さを壁部42の厚さより薄くしてもよい。突起部342Tの側面342cは、突起部342Tの上端から基部342Bの先端まで延びるように傾斜している。金属層33~35の連結梁343~345は、金属層32の連結梁342と同様に、基部343B~345Bと突起部343T~345Tとを有している。このように構成された連結梁342~345では、金属層32~35の壁部42~45より薄い基部342B~345Bと、突起部342T~345Tの側面342c~345cにより、蒸気Cvを流れ易くできる。従って、蒸気Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。そして、基部342B~345Bと突起部342T~345Tにより、連結梁342~345の強度を確保できる。
・図23に示すように、金属層32の連結梁352は、その金属層32の壁部42より薄い基部352Bと、基部352Bの上の突起部352Tとを有している。突起部352Tは、基部352Bの幅方向(図21の左右方向)の中央に形成されている。この基部352Bと突起部352Tとを合わせた厚さは、金属層32の壁部42の厚さと等しい、なお、基部352Bと突起部352Tとを合わせた厚さを壁部42の厚さより薄くしてもよい。突起部352Tの表面は、基部352Bの幅方向の両端部から連続的な曲面となるように形成されている。
金属層33~35の連結梁353~355は、金属層32の連結梁352と同様に、基部353B~355Bと突起部353T~355Tとを有している。このように構成された連結梁352~355では、金属層32~35の壁部42~45より薄い基部352B~355Bと、突起部352T~355Tの表面により、蒸気Cvを流れ易くできる。従って、蒸気Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。そして、基部352B~355Bと突起部352T~355Tにより、連結梁352~355の強度を確保できる。
・図24に示すように、金属層32の連結梁362は、その金属層32の壁部42より薄い基部362Bと、基部362Bの上の突起部362Tとを有している。突起部362Tは、基部362Bの幅方向(図21の左右方向)の中央に形成されている。この基部362Bと突起部362Tとを合わせた厚さは、金属層32の壁部42の厚さと等しい、なお、基部362Bと突起部362Tとを合わせた厚さを壁部42の厚さより薄くしてもよい。突起部362Tの側面362cは、突起部362Tの上端から基部362Bの先端まで延びる凹曲面に形成されている。
金属層33~35の連結梁363~365は、金属層32の連結梁362と同様に、基部363B~365Bと突起部363T~365Tとを有している。このように構成された連結梁362~365では、金属層32~35の壁部42~45より薄い基部362B~365Bと、突起部362T~365Tの側面362c~365cにより、蒸気Cvを流れ易くできる。従って、蒸気Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。そして、基部362B~365Bと突起部362T~365Tにより、連結梁362~365の強度を確保できる。
・図25に示すように、金属層35の連結梁401は、その金属層35の壁部45より薄い基部402と、基部402の上の突起部403とを有している。突起部403は、基部402の上面において、幅方向の両端部まで延びている。このような基部402と突起部403とを有する連結梁401により、蒸気Cvを流れ易くできる。従って、蒸気Cvの流量を改善でき、熱輸送効率を向上できる。
・図26に示すように、基部402の上面と下面とにそれぞれ突起部403a,403bを形成してもよい。図26では、金属層35の厚さ方向において、重なる位置に形成された突起部403a,403bを示しているが、一部が重なる、又は重ならない位置に形成されてもよい。
・図27に示すように、連結梁411の幅方向に延びる溝部412を形成することにより、連結梁411に、金属層35の壁部45より薄い部分を形成してもよい。溝部412は、例えば、半円状に形成される。
・図28に示すように、連結梁421の幅方向に延びる溝部422を形成することにより、連結梁421に、金属層35の壁部45より薄い部分を形成してもよい。溝部422は、側面422aと底面422bとが円弧状に連続するように形成される。
・図29に示すように、金属層35の連結梁431は、その金属層35の壁部45より薄い基部432と、基部432の上の突起部433とを有している。複数の突起部433は、基部432の上面において、両壁部45の間に配列されている。また、複数の突起部433は、連結梁431の幅方向の長さよりも短く形成されている。図29では、蒸気Cvが流れる方向において、基部432の後端に配設されている。なお、蒸気Cvが流れる方向における複数の突起部433の位置は、前端、中央、等のように適宜変更されてもよい。また、蒸気Cvが流れる方向において互いに異なる位置に突起部433が形成されていてもよい。このような基部432と突起部433とを有する連結梁431により、蒸気Cvを流れ易くできる。なお、突起部433は、基部432の下面側に形成されていてもよく、また上面と下面とに形成されていてもよい。
・図30に示すように、金属層35の連結梁441は、その上面441aに複数の凹部442を有している。凹部442は、例えば、側面と底面とを有するもの、テーパ状に側面が形成されているもの、球状の面を有するもの、等適宜の形状とすることができる。このように凹部442が形成された連結梁441によっても、連結梁441の強度を確保でき、蒸気Cvの流れを向上できる。
・図21に示す、金属層35の連結梁335については、図7に示す連結梁115と同様に、面積の大きな面、つまり基部335Bを最外金属層36の下面に接続するようにすることで、突起335Tが最外金属層36に接続する場合と比べて、蒸気Cvの流れ性をより向上させることができる。図22,図23,図24に示す連結梁345,355,365についても、連結梁335と同様に、基部345B,355B,365Bを最外金属層36の下面に接続するようにすることで、蒸気Cvの流れ性をより向上させることができる。
(その他の変更例)
上記各実施形態及び各変更例は、以下のように変更することができる。
・上記各実施形態及び各変更例では、蒸気Cvの流れに沿って金属層32~35の連結梁(例えば、図5に示す連結梁52~55)を配列したが、配列順序は適宜変更されてもよい。
・上記各実施形態及び各変更例において、金属層31~36は、固相接合等により直接接合される。このため、積層方向に隣接する金属層において、互いに対向する面の面積が広い方がより高強度で接合可能となる。例えば、図7に示す連結梁112,115のように、最外金属層31に隣接する中間金属層32の連結梁112は、上面より面積の広い下面が最外金属層31に接続され、最外金属層36に隣接する中間金属層35の連結梁115は、下面より面積の広い上面が最外金属層36に接続される。これらにより、より高強度で接合可能となる。また、図17に示す連結梁212のように、上面212aより面積の広い下面212bを最外金属層31に接続することにより、より高強度で接合可能となる。なお、図17に示す連結梁215の上面215aを最外金属層36に接続するように形成することで、より高強度で接合可能となる。さらに、連結梁215の上面を下面と比べて広くすることにより、より高強度で接合可能となる。
・上記各実施形態及び各変更例は、それらの一部を適宜公知の構成で置き換えても良い。また、上記実施形態及び上記変更例は、適宜その一部又は全部を他の形態、変更例と組み合わせてもよい。
1 ループ型ヒートパイプ
11 蒸発器
12 蒸気管
12w 管壁
13 凝縮器
14 液管
31,36 最外金属層
32~35 中間金属層
42~45 壁部
52~55 連結梁
52a~55a 上面(第1の面)
52b~55b 下面(第2の面)
52c~55c 側面

Claims (10)

  1. 一対の最外金属層と、前記一対の最外金属層の間に積層された複数の中間金属層からなり、
    作動流体を気化させる蒸発器と、
    作動流体を液化する凝縮器と、
    前記蒸発器と前記凝縮器を接続する蒸気管と、
    前記蒸発器と前記凝縮器を接続する液管と、
    を備え、
    前記複数の中間金属層はそれぞれ、前記蒸気管の管壁を互いに連結する連結梁を有し、前記複数の中間金属層の前記連結梁は、前記蒸気管の流路に沿って互いに異なる位置に配設され、
    前記連結梁の側面は、前記流路内を気化した前記作動流体の流れる方向に対して傾斜していること、を特徴とするループ型ヒートパイプ。
  2. 前記側面は、凹曲面状であること、を特徴とする請求項1に記載のループ型ヒートパイプ。
  3. 前記連結梁は、厚さ方向の第1の面と、前記第1の面と反対側の第2の面とを備え、
    前記第1の面は、前記第2の面と比較して面積が狭く、
    前記連結梁の側面は、前記第1の面から前記第2の面に向って傾斜していること、
    を特徴とする請求項1又は2に記載のループ型ヒートパイプ。
  4. 前記連結梁の前記第2の面が前記最外金属層と接続されていること、を特徴とする請求項3に記載のループ型ヒートパイプ。
  5. 前記連結梁は、厚さ方向の第1の面と、前記第1の面と反対側の第2の面とを備え、
    前記連結梁の側面は、前記第1の面から前記第2の面に向かう第1の側面、及び前記第2の面から前記第1の面に向う第2の側面を有し、前記第1の側面と前記第2の側面との境界部分が外側方向に突出する突出部となっていること、を特徴とする請求項1又は2に記載のループ型ヒートパイプ。
  6. 前記中間金属層の厚さ方向において、前記第1の側面の長さと前記第2の側面の長さとが異なること、を特徴とする請求項5に記載のループ型ヒートパイプ。
  7. 前記第1の側面は、前記第2の側面よりも長く、前記連結梁の前記第2の面が前記最外金属層と接続されていること、を特徴とする請求項6に記載のループ型ヒートパイプ。
  8. 前記連結梁は、前記蒸気管の管壁を構成する壁部よりも薄い部分を有していること、を特徴とする請求項1~7のうちの何れか1項に記載のループ型ヒートパイプ。
  9. 前記連結梁は、前記蒸気管の管壁を構成する壁部よりも薄い部分を有し、
    前記最外金属層と直接接続される中間金属層に設けられた前記連結梁において、前記連結梁と前記最外金属層との間に空間が設けられていること、を特徴とする請求項1~3のうちの何れか1項に記載のループ型ヒートパイプ。
  10. 前記連結梁は、前記壁部よりも薄い基部と、前記基部の上方及び下方の少なくとも一方に設けられた突起部とを含むこと、を特徴とする請求項8又は9に記載のループ型ヒートパイプ。
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