JP7052999B2 - 熱交換器、電子機器、および熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、電子機器、および熱交換器の製造方法に関する。

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および２参照）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。

特開２００８－２１５７０２号公報 特開２００５－２３３４８０号公報

ところで、蒸発器における蒸発体の内部においては、作動流体が液相から気相へと蒸発する。この蒸発した気相の作動流体が、蒸発体から予め定めた方向に流出しないと、蒸発器における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、気相の作動流体が蒸発体から予め定めた方向以外に流出することを抑制し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に記載の発明は、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有し、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、液相の作動流体が収容される液溜め部と、当該液溜め部内に設けられ当該液溜め部に収容された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蒸発体を有し、前記蒸発体は、前記蒸発体の外周に形成され、当該蒸発体の内部に液相の作動流体を流入させる流入部と、前記蒸発体の外周で前記液溜め部に収容された液相の作動流体と対向する位置に形成され、当該蒸発体の内部から当該液溜め部に気相の作動流体が流出することを抑制する抑制部と、前記蒸発体の外周に形成され、当該蒸発体の内部から気相の作動流体を流出させる流出部とを有することを特徴とする熱交換器である。
請求項２に記載の発明は、前記蒸発器は、気相の作動流体を流出させる流出口を有し、前記抑制部は、前記蒸発体の内部において前記流出口に向かう作動流体の移動方向に沿う当該蒸発体の側面に形成されてい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に記載の発明は、前記抑制部は、前記側面全体を覆う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に記載の発明は、前記蒸発体は、内部に多数の孔を有する多孔質体であり、前記抑制部は、前記蒸発体の内部と比較して空孔率が小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱交換器である。
請求項５に記載の発明は、前記抑制部は、前記蒸発器の内面における前記流出部と対向する対向面に固定される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に記載の発明は、前記蒸発器は、内面に気相の作動流体が流れる凹部が形成され、前記蒸発体は、前記内面における前記凹部を覆う位置に設けられ、前記抑制部は、前記凹部を覆う位置に設けられた前記蒸発体において当該凹部よりも外周側に設けら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に記載の発明は、前記蒸発体は、平板状に形成され、前記蒸発器は、前記蒸発体を支持する支持面を有し、前記抑制部は、前記蒸発体における前記支持面によって支持される被支持面から立ち上がる当該蒸発体の立上面に形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の熱交換器である。
請求項８に記載の発明は、前記蒸発体は、複数の多孔質層により形成され、前記抑制部は、前記複数の多孔質層の積載方向に沿う前記蒸発体の側面に形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の熱交換器である。
請求項９に記載の発明は、筺体と、前記筺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蒸気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液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、液相の作動流体を収容し、気相の作動流体を流出させる流出口を有する蒸発器筺体と、平板状に形成され、前記蒸発器筺体の内部に設けられ、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蒸発体とを備え、前記蒸発体は、前記蒸発体の外周に形成され、当該蒸発体の内部に液相の作動流体を流入させる流入部と、前記蒸発体の外周で前記蒸発器筺体内に収容された液相の作動流体と対向し、当該蒸発体の内部において前記流出口に向かう作動流体の移動方向に沿う当該蒸発体の側面全体に形成され、当該蒸発体の内部から当該蒸発器筺体内に気相の作動流体が流出することを抑制し、かつ前記蒸発器筺体に対する当該蒸発体の内面における前記流出口が形成された面に固定される固定部と、前記蒸発体の外周に形成され、当該蒸発体の内部から気相の作動流体を流出させる流出部とを有することを特徴とする電子機器である。
請求項１０に記載の発明は、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有し、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の製造方法において、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蒸発体を形成する工程と、液相の作動流体および前記蒸発体を内部に収容する蒸発器筺体を構成する底部および覆い部を形成する工程と、前記底部における予め定めた位置で前記蒸発器筺体の内部となる位置に前記蒸発体を配置する工程と、前記底部に配置された前記蒸発体の外周に、当該蒸発体の内部から当該液溜め部に気相の作動流体が流出することを抑制し、かつ当該底部に対する当該蒸発体の位置を固定する固定部を形成する工程と、前記蒸発体が固定された前記底部に対して前記蒸発器筺体の前記覆い部を固定する工程とを有することを特徴とする熱交換器の製造方法である。

請求項１記載の発明によれば、気相の作動流体が蒸発体から予め定めた方向以外に流出することを抑制し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、熱交換効率の低下を抑制することができる。
請求項３記載の発明によれば、熱交換効率の低下を抑制することができる。
請求項４記載の発明によれば、蒸発体内部における作動流体の移動が妨げられることを抑制できる。
請求項５記載の発明によれば、蒸発器の製造工程における作業効率を向上させることができる。
請求項６記載の発明によれば、凹部内の気相の作動流体が蒸発体の外周から流出することを抑制することができる。
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、蒸発器の厚さを低減することができる。
請求項８記載の発明によれば、多孔質層同士の間から気相の作動流体が流出することを抑制することができる。
請求項９記載の発明によれば、気相の作動流体が蒸発体から予め定めた方向以外に流出することを抑制した熱交換器を有する電子機器を提供することができる。
請求項１０記載の発明によれば、気相の作動流体が蒸発体から予め定めた方向以外に流出することを抑制した熱交換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。 筺体およびウィックの構成を説明する図である。 図２の矢印ＩＶからみたウィックの平面図である。 ウィックの封止領域を説明する図である。 ループ型ヒートパイプの製造方法を示すフローチャートである。 （ａ）はウィックにおけるリーク試験を説明する図であり、（ｂ）はリーク試験において観察された結果を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）はウィックを説明する図である。 （ａ）は蒸発器を示す概略構成図であり、（ｂ）はウィックを示す概略構成図である。 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＞
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。
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。

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、環状に構成された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の内部に設けられるウィック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およびウィック１３０は、概形が平板状である。また、この筺体１１０は、蒸気管１０５および液管１０９が接続される。さらに、筺体１１０には作動流体が充填されている。

また、筺体１１０の内部において、ウィック１３０よりも液管１０９側の空間（図中上側の空間）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。また、詳細は後述するが、筺体１１０内部のウィック１３０が搭載される面（上面１１１Ｔ）には、蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成されている。したがって、ウィック１３０は、筺体１１０の内部を、液溜め部１５０と、蒸気溝１１８および集約領域１１９内の空間との２つの空間に区画する。

＜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。
液溜め部１５０に収容された液相の作動流体は、ウィック１３０に浸透する。そして、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Ｃ４およびＣ５参照）、蒸気管１０５から流出し（矢印Ａ１参照）、凝縮器１０７（図１参照）へと送られる。

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、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（筺体１１０）の平面視長手方向、より具体的には、筺体１１０内部において液管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側を単に下流側ということがあり、液管１０９側を単に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、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。

＜筺体１１０の構成＞
図３は、筺体１１０およびウィック１３０の構成を説明する図である。より具体的には、図３は図２のＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。

次に、図２および図３を参照しながら、筺体１１０について説明をする。
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。筺体１１０の内部には、略直方体状の空間が形成される。この筺体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、筺体１１０は、厚み方向と交差する向きに設けられた板状部材である底部１１１と、底部１１１の幅方向両端部から厚み方向に延びる第１側部１１２および第２側部１１３と、底部１１１の移送方向下流側の端部から厚み方向に延びる下流側部１１４と、底部１１１の移送方向上流側の端部から厚み方向に延びる上流側部１１５と、厚み方向に空間を隔てて底部１１１と対向して設けられる天部１１６とを有する。言い替えると、底部１１１、第１側部１１２、第２側部１１３、下流側部１１４、上流側部１１５、および天部１１６によって、筺体１１０の内部空間が覆われた構成となる。

ここで、底部１１１は、貫通孔である流出口１２１を有する。この流出口１２１は、蒸気管１０５と内部が連続するように設けられる。また、図示の例における流出口１２１は、上流側部１１５の幅方向中央であって集約領域１１９（後述）に設けられている。
また、上流側部１１５は、貫通孔である流入口１２３を有する。この流入口１２３は、液管１０９と内部が連続するように設けられる。なお、流入口１２３は、筺体１１０内の液溜め部１５０に向けて開口する。また、図示の例における流入口１２３は、上流側部１１５の幅方向中央および厚み方向中央に設けられている。

付言すると、この筺体１１０は、例えば、板面の一辺が１０ｍｍ乃至４００ｍｍ程度であり、かつ厚みが２ｍｍ乃至２０ｍｍ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０．５～２０％程度の寸法で構成される。

＜底部１１１の構成＞
次に、図２および図３を参照しながら、底部１１１の構成について詳細に説明をする。
図２に示すように、底部１１１は、平板状（厚みが薄い略直方体）の部材である。図示の例の底部１１１は、平面視略長方形である。この底部１１１は、筺体１１０内側の面である上面（支持面）１１１Ｔに、蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成されている。

ここで、蒸気溝１１８は、上面１１１Ｔにおいて移送方向に延びる凹部、すなわち溝である。図示の例においては、複数の蒸気溝１１８が幅方向に予め定められた間隔で並んで形成されている。なお、この蒸気溝１１８の長手方向（移送方向）と交差する面における断面形状は、略長方形である（図３参照）。なお、蒸気溝１１８の幅Ｗ１（後述する図５参照）は、例えば０．２ｍｍ乃至３ｍｍ程度である。

集約領域１１９は、平面視略長方形であり、長手方向が幅方向に沿う凹部である。この集約領域１１９は、蒸気溝１１８よりも移送方向下流側において、蒸気溝１１８と連続して設けられる。また、図示の例における集約領域１１９の中央部には、流出口１２１が形成されている。さらに、集約領域１１９の蒸気溝１１８とは反対側の隅部は湾曲部１１９Ａにより形成されている。なお、集約領域１１９の幅Ｗ２（後述する図４参照）は、例えば４ｍｍ乃至２８０ｍｍ程度である。

ここで、底部１１１の上面１１１Ｔに、蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成されていることにより、ウィック１３０と底部１１１の上面１１１Ｔとの間に、空間が形成される。この空間は、ウィック１３０で気化した作動流体の流路として機能する。

＜ウィック１３０の構成＞
図４は、図２の矢印ＩＶからみたウィック１３０の平面図である。
次に、図２乃至図４を参照しながら、ウィック１３０の構成について説明をする。
図２に示すように、蒸発体の一例であるウィック１３０は平板状（厚みが薄い略直方体）の部材である。図示の例のウィック１３０は、平面視略長方形である。

ウィック１３０は、多孔質金属（ポーラスメタル）など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。

ウィック１３０の実効空孔径は、０．１～２０μｍである。また、ウィック１３０の空孔率は、２５～７０％である。なお、実効空孔径および空孔率の測定法は特に限定されない。例えば、水中含侵法による見かけ密度測定、水銀圧入法による気孔径分布測定、あるいはＸ線ＣＴによる気孔観察などにより測定してもよい。また、ウィック１３０は、上述の金属製の多孔質体に限定されるものではなく、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、セラミック多孔質体、ガラス多孔質体、多孔質繊維など、その内部に多数の孔、すなわち空隙１３０Ｐ（後述）が形成された材料であればよい。また、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、一辺が５ｍｍ乃至３００ｍｍ程度であり、かつ厚みが１ｍｍ乃至１０ｍｍ程度の寸法で構成される。また、ウィック１３０は、板面の一辺に対する厚みの割合が、例えば０．３～２０％程度の寸法で構成される。

以下の説明においては、図示の例におけるウィック１３０が有する外周面を、第１側面１３２、第２側面１３３、下流面１３４、上流面１３５、天面１３６、および底面１３７と呼ぶ。さらに説明をすると、ウィック１３０が筺体１１０の内部に配置された状態において、第１側部１１２と対向する面を第１側面１３２とする。同様に、第２側部１１３と対向する面を第２側面１３３、下流側部１１４と対向する面を下流面１３４、上流側部１１５と対向する面を上流面１３５、天部１１６と対向する面を天面１３６、底部１１１と対向する面を底面１３７とする。
また、以下の説明においては、第１側面１３２、第２側面１３３、下流面１３４、および上流面１３５を、単にウィック１３０の側面ということがある。なお、ウィック１３０の側面は蒸発体の立上面の一例であり、底面１３７は被支持面の一例である。

さて、ウィック１３０は、筺体１１０の内部において、底部１１１（上面１１１Ｔ）の中央部に設けられる。ここで、ウィック１３０は、底部１１１の上面１１１Ｔよりも小さな寸法である。したがって、筺体１１０の内面とウィック１３０の側面とは離間している。具体的には、筺体１１０の第１側部１１２とウィック１３０の第１側面１３２との間には空間が形成されている。同様に、筺体１１０の第２側部１１３およびウィック１３０の第２側面１３３、筺体１１０の下流側部１１４およびウィック１３０の下流面１３４、筺体１１０の上流側部１１５およびウィック１３０の上流面１３５、筺体１１０の天部１１６およびウィック１３０の天面１３６のそれぞれの間には空間が形成されている。一方、筺体１１０の底部１１１とウィック１３０の底面１３７は、互いに接触して配置されている。なお、筺体１１０の内面とウィック１３０の側面とが離間していることにより、ウィック１３０の寸法精度が低い場合であっても、筺体１１０内部にウィック１３０を確実に収容し得る。

また、図４に示すように、ウィック１３０は、底部１１１における蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成されている領域よりも大きな寸法である。言い替えると、ウィック１３０は、蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成されている領域よりも、移送方向および幅方向の長さが長い。そして、ウィック１３０は、蒸気溝１１８および集約領域１１９を覆う位置で底部１１１に対して固定される。

また、詳細は後述するが、ウィック１３０は、第１側面１３２と、第２側面１３３、下流面１３４、および上流面１３５の各々から所定の幅で封止領域１３０Ａを有する。すなわち、ウィック１３０は、図４に示すように平面視したウィック１３０の外周部に封止領域１３０Ａを有する。この封止領域１３０Ａは、底部１１１における蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成されている領域を囲う位置に設けられる。

＜ウィック１３０における作動流体の流れ＞
次に、図２乃至図４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詳細に説明する。

まず、図３に示すように、液溜め部１５０内の液相の作動流体は、天面１３６からウィック１３０内部に浸透する（矢印Ｃ１参照）。そして、ウィック１３０に浸透した作動流体は、ウィック１３０の毛細管力により、ウィック１３０厚み方向に浸透する（流れる）。言い替えると、ウィック１３０の厚み方向に沿う方向が作動流体の移動方向（予め定めた方向）となる。そして、発熱体（図示せず）の熱により加熱され気化した作動流体は、一部が厚み方向に流れ（矢印Ｃ２参照）ながら、蒸気溝１１８内へ流れ出る（矢印Ｃ３参照）。

そして、図４に示すように、蒸気溝１１８内へ流れ出た気相の作動流体は、移送方向下流側に向かう（矢印Ｃ４参照）。さらに、気相の作動流体は、複数設けられる蒸気溝１１８の各々から集約領域１１９に一度集約された後に、流出口１２１へと向かう（矢印Ｃ５参照）。そして、気相の作動流体は、流出口１２１を介して蒸気管１０５へと流出する（図２の矢印Ａ１参照）。

ここで、本実施の形態においては、筺体１１０の底部１１１とウィック１３０の底面１３７との界面に、蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成されている。この蒸気溝１１８および集約領域１１９がウィック１３０で気化した作動流体の流路として機能することにより、作動流体の圧力損失（圧力抵抗、輸送抵抗）が低減される。したがって、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。

＜封止領域１３０Ａ＞
図５は、ウィック１３０の封止領域１３０Ａを説明する図である。より具体的には、図５は図３の領域Ｖ内の拡大図である。
次に、図３乃至図５を参照しながら、ウィック１３０の封止領域１３０Ａについて説明をする。

抑制部および固定部の一例である封止領域１３０Ａは、気相の作動流体がウィック１３０内部から流出することを抑制する領域である。すなわち、封止領域１３０Ａは、気相の作動流体がウィック１３０から予め定めた方向以外に流出することを抑制する。そして、ウィック１３０の側面（外周）は、封止領域１３０Ａが形成されていることにより封止された状態となる。この封止領域１３０Ａにおいては、ウィック１３０における封止領域１３０Ａ以外の領域、すなわちウィック１３０の中央部と比較して、気相の作動流体の移動抵抗が大きい。図示の例の封止領域１３０Ａは、ウィック１３０の封止領域１３０Ａ以外の領域と比較して、空孔率が小さい。なお、気相の作動流体の流出を抑制することには、気相の作動流体の流出がない、すなわち気相の作動流体の流出を禁止することや、ウィック１３０の封止領域１３０Ａ以外の領域と比較して気相の作動流体が流出し難い、すなわち気相の作動流体の流出を許容することを含む。なお、ウィック１３０の外周とは、ウィック１３０の外側の部分をいう。さらに説明をすると、ウィック１３０の外周とは、ウィック１３０の外側の面であってもよいし、ウィック１３０をとりまくウィック１３０以外の部分（領域）であってもよい。

ここで、ウィック１３０は、上述のように多孔質材料であり、製造上のばらつきによって空隙１３０Ｐの分布に偏りが生じることがある。言い替えると、空隙１３０Ｐの細孔径の分布ムラが発生することがある。例えば、ウィック１３０の厚み方向には細孔径が小さい空隙１３０Ｐが並び、ウィック１３０の厚み方向と直交する方向（平面方向）には細孔径が大きい空隙１３０Ｐが並ぶことがある。あるいは、平面方向に多数の空隙１３０Ｐが並ぶことがある。このようなウィック１３０を用いた場合、気相の作動流体（気泡）がウィック１３０の側面から流出し得る。すなわち、気相の作動流体が液溜め部１５０内に流出（逆流）することがある。このような気相の作動流体の流出は、熱交換効率を低下させる。そこで、本実施の形態においては、封止領域１３０Ａを設け、ウィック１３０における側面側の空隙１３０Ｐを小さくする（潰す）。

図示の例における封止領域１３０Ａは、ウィック１３０の一部を加工することにより形成される。例えば、ウィック１３０の側面およびその周辺に加熱処理を施すことで、封止領域１３０Ａが形成される。具体的には、ウィック１３０における側面を、電気加熱（抵抗加熱）、レーザー光加熱などで温度上昇させ、ウィック１３０を溶融させた後に固化させることで、封止領域１３０Ａが形成される。溶融にともない空隙１３０Ｐの体積（容積）が小さくなり、結果として封止領域１３０Ａの空隙率が他の領域よりも小さくなる。なお、空隙１３０Ｐの体積が小さくなることには、空隙１３０Ｐの体積がゼロとなる、すなわち空隙１３０Ｐが消滅することを含む。

なお、図示の例における封止領域１３０Ａは、ウィック１３０の外周部においてウィック１３０の厚み方向全体に形成されている。言い替えると、封止領域１３０Ａは、第１側面１３２と、第２側面１３３、下流面１３４、および上流面１３５各々の面全体を覆う。さらに言い替えると、ウィック１３０内部から流出口１２１に向かう厚み方向に沿うウィックの側面に封止領域１３０Ａが形成される。

付言すると、封止領域１３０Ａは、天面１３６の中央部には設けられていない。言い替えると、封止領域１３０Ａは天面１３６全体を覆うようには設けられていない。このことにより、液相の作動流体が天面１３６からウィック１３０内に浸透する流路が確保される。
また、封止領域１３０Ａは、底面１３７の中央部には設けられていない。言い替えると、封止領域１３０Ａは底面１３７全体を覆うようには設けられていない。このことにより、気相の作動流体がウィック１３０内から底面１３７を介して流出する流路が確保される。なお、天面１３６の中央部は流入部の一例であり、底面１３７の中央部は流出部の一例である。

さて、上記のように、封止領域１３０Ａは、一旦成形されたウィック１３０の一部を加工することで形成される。ここで、ウィック１３０の側面を封止するため、図示の例とは異なり、例えばウィック１３０とは別体のシール部材や枠体などを、ウィック１３０の側面に嵌め合わせる（組み合わせる）構成が採用され得る。このような構成と比較して、ウィック１３０の一部を加工して封止領域１３０Ａを形成すると、別部材との嵌め合いがないため、ウィック１３０の寸法精度が低くてもよい。また、例えばこれらのシール部材や枠体を別体として設ける場合と比較して、ウィック１３０自体に封止領域１３０Ａを設けると、蒸発器１０１をコンパクトにすることが可能である。

なお、封止領域１３０Ａを形成する加熱処理としては、例えば溶接を用いてもよい。さらに説明をすると、ウィック１３０および底部１１１を厚み方向に挟み込んでシーム溶接を施すことで、封止領域１３０Ａが形成され得る。

ここで、上述のように封止領域１３０Ａは底部１１１における蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成されている領域を囲う位置に設けられる。さらに説明をすると、図５に示すように、封止領域１３０Ａは蒸気溝１１８よりも外側（液溜め部１５０側）に設けられる。図示の例では、封止領域１３０Ａおよび蒸気溝１１８（集約領域１１９）の幅方向における距離Ｌ１を０ｍｍよりも大きくすることで、封止領域１３０Ａが蒸気溝１１８（集約領域１１９）の開口部１１８Ａを覆うことが抑制される。このことにより、気相の作動流体が蒸気溝１１８（集約領域１１９）へ流れ出る流路が確保される。

また、図示の例においては、封止領域１３０Ａの幅Ｌ２は３～２０ｍｍであり、好ましくは５～１０ｍｍである。例えば、封止領域１３０Ａの幅Ｌ２が２０ｍｍよりも大きくなると、ウィック１３０を厚み方向に移動する作動流体の流路面積が小さくなり、作動流体の移動が妨げられ得る。また、封止領域１３０Ａの幅Ｌ２が３ｍｍよりも小さくなると、気相の作動流体がウィック１３０の側面から流出し得る。

＜ループ型ヒートパイプ１００の製造方法＞
図６は、ループ型ヒートパイプ１００の製造方法を示すフローチャートである。
次に、図２および図６を参照して、本実施の形態におけるループ型ヒートパイプ１００の動作を説明する。

まず、ウィック１３０を形成する（ステップ６０１）。次に、筺体１１０を構成する部材を形成する（ステップ６０２）。図示の例においては、第１側部１１２、第２側部１１３、下流側部１１４、上流側部１１５、および天部１１６からなる覆い部と、底部１１１とをそれぞれ形成する。なお、底部１１１の上面１１１Ｔには、蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成される。

次に、底部１１１における所定の位置、すなわち蒸気溝１１８および集約領域１１９を覆う位置にウィック１３０を配置（搭載）する（ステップ６０３）。
そして、ウィック１３０の外周面に封止領域１３０Ａを形成する（ステップ６０４）。このとき、ウィック１３０とともに底部１１１を加熱することにより、底部１１１に対するウィック１３０の位置が固定される。

次に、ウィック１３０が供えられた底部１１１に対して覆い部を固定することで、筺体１１０を形成する（ステップ６０５）。
そして、形成された筺体１１０に対して、蒸気管１０５、凝縮器１０７および液管１０９を固定する（ステップ６０６）。

さて、上記のように、ウィック１３０を筺体１１０の底部１１１に配置した後に封止領域１３０Ａを形成することにより、ウィック１３０の外周部（封止領域１３０Ａ）および底部１１１の一部（図５、加熱領域１１１Ａ参照）が溶融し固化する。そして、加熱領域１１１Ａおよび封止領域１３０Ａにより、ウィック１３０が筺体１１０の底部１１１に対して固定される。すなわち、封止領域１３０Ａを形成することにともない、空隙１３０Ｐが小さくなり、かつウィック１３０および底部１１１が互いに接合される。なお、ウィック１３０および底部１１１が一体となることにより、蒸発器１０１製造の後工程における作業効率が向上し得る。また、ここでは便宜上、加熱領域１１１Ａと封止領域１３０Ａとを区別して説明したが、加熱領域１１１Ａと封止領域１３０Ａとは溶融および固化にともない一体となる部分（領域）である。

さて、封止領域１３０Ａの構成は、ウィック１３０の側面が封止されていれば特に限定されない。例えば、上記の例とは異なり、封止領域１３０Ａによってウィック１３０を底部１１１に固定しなくてもよい。さらに説明をすると、例えば底部１１１に対するウィック１３０の固定は、別の部材や構造により実行されてもよい。具体的には、筺体１１０の天部１１６がウィック１３０の天面１３６を押圧する構成であってもよい。あるいは天部１１６などに設けられた部材（凸部）などが天面１３６を押圧する構成であってもよい。すなわち、ウィック１３０が筺体１１０の底部１１１以外の部分と接触することで固定されてもよい。付言すると、ウィック１３０を底部１１１に固定した上で、さらにウィック１３０が筺体１１０の底部１１１以外の部分と接触してもよい。

＜リーク試験＞
図７（ａ）はウィック１３０におけるリーク試験を説明する図であり、図７（ｂ）はリーク試験において観察された結果を説明する図である。
次に、図７（ａ）および（ｂ）を参照しながら、ウィック１３０におけるリーク試験について説明をする。すなわち、ウィック１３０に形成された封止領域１３０Ａにより、気相の作動流体がウィック１３０の側面から流出（漏れ、リーク）することが抑制されるかの試験について説明をする。

図７に示すように、このリーク試験においては、液相の作動流体を収容する容器５００と、窒素ガスを供給するボンベ５０１と、供給される窒素ガスの流量を制御するレギュレータ５０２と、供給される窒素ガスの圧力を示す圧力計５０３と、ウィック１３０へ窒素ガスを供給する供給管５０４と、窒素ガスを装置外へ排出するドレイン５０５とを用いる。

本リーク試験は、以下の手順により行う。まず、ウィック１３０に封止領域１３０Ａを形成することでウィック１３０を底部１１１に接合し固定したものを試験体５１０とする。そして、この試験体５１０を容器５００内の作動流体に沈め、ウィック１３０内に作動液を十分に吸収させる。この状態において、底部１１１の流出口１２１から気相の作動流体の代替である窒素ガスを供給する。図示の例においては、ボンベ５０１からレギュレータ５０２を用いて、ウィック１３０内に一定の割合で封入する。そして、ウィック１３０の外周部から窒素ガスがリークしていないか確認を行う。

ここで、ウィック１３０前後の圧力差がウィック１３０に作用するキャピラリー圧を超えると、ウィック１３０内に吸収されている液相の作動流体はウィック１３０外に放出される。そのため、ウィック１３０でドライアウトが発生し蒸発器１０１は停止する。そこで、リーク試験においては、キャピラリー圧に達したときのウィック１３０の外周部からのリークの有無を確認することにより、封止領域１３０Ａの気密性を検証することができる。

本リーク試験では、ウィック１３０のキャピラリー圧まで窒素ガスを一定の割合で増加させ、その圧力上昇過程においてウィック１３０の外周部でのリークの有無の確認を行った。
そして、図７（ｂ）に示すように、ウィック１３０のキャピラリー圧に達したときにおける封止領域１３０Ａ近傍のウィック１３０の表面から、多数の窒素ガス気泡Ａｒが放出されている様子は確認できた。一方で、封止領域１３０Ａ近傍のウィック１３０内部から湧き出た窒素ガス気泡Ａｓが封止領域１３０Ａ上に確認されたものの、封止領域１３０Ａ外周から窒素ガスがリークしていないことが確かめられた。

＜他の実施形態１＞
図８（ａ）はウィック２３０を説明する図であり、図８（ｂ）はウィック３３０を説明する図である。
次に、図８（ａ）および（ｂ）を参照しながら、他の実施の形態１におけるウィック２３０、３３０の構成について説明をする。なお、図８（ａ）および（ｂ）は、上記図５に対応する図であり、図５に示すウィック１３０および底部１１１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８（ａ）に示すように、ウィック２３０は、厚みが薄い薄板状の多孔質層であるウィック片２３１を積層して形成される。このように積層されたウィック２３０は、層間に間隙２３２が形成され得る。この間隙２３２を介して、気相の作動流体がウィック２３０の側面から流出（抜け）し得る。このウィック２３０の側面からの気相の作動流体の抜けが、封止領域２３０Ａによって抑制され得る。

ここで、ウィック２３０の外周部を溶融させた後に固化させることで、封止領域２３０Ａが形成される。この封止領域２３０Ａが形成されることにより、ウィック片２３１同士の固定がより強固となる。すなわち、ウィック片２３１が剥がれることが抑制され得る。言い替えると、ウィック２３０の耐久性が向上する。また、上記図５などに示す実施形態と同様に、封止領域２３０Ａを形成することにより、ウィック２３０が底部１１１に固定され、蒸発器１０１製造の後工程における作業効率が向上し得る。

さて、上記図５などに示す実施形態においては、ウィック１３０の一部を加工することにより封止領域１３０Ａを形成することを説明したが、これに限定されない。図８（ｂ）に示すウィック３３０のように、ウィック本体３３１とは別体の封止部材３３２により、ウィック本体３３１の側面を封止してもよい。例えば、ロウ付け、接着剤など他の材質や手法を用いて、ウィック本体３３１の側面を封止してもよい。さらに説明をすると、例えば接着剤などの樹脂をウィック本体３３１の側面に塗布する構成であってもよい。また、例えば接着剤などの樹脂をウィック本体３３１の側面から浸透させ、空隙１３０Ｐの体積を小さくする構成であってもよい。

＜他の実施形態２＞
図９（ａ）は蒸発器４０１を示す概略構成図であり、図９（ｂ）はウィック４３０を示す概略構成図である。

次に、図９（ａ）および（ｂ）を参照しながら、他の実施の形態２における蒸発器４０１およびウィック４３０の構成について説明をする。なお、図９（ａ）および（ｂ）は、上記図１乃至５に示す蒸発器１０１（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。

上記図１乃至５に示す実施形態においては、筺体１１０の底部１１１に、蒸気溝１１８、集約領域１１９、および流出口１２１を設け、これらを覆う位置にウィック１３０を設けることを説明したが、これに限定されない。
例えば、図９（ａ）に示す蒸発器４０１が有する筺体４１０のように、筺体４１０の移送方向の下流側側面に流出口４２１を設けてもよい。

ここで、図９（ｂ）に示すように、ウィック４３０は、第１側面４３２、第２側面４３３、下流面４３４、上流面４３５、天面４３６、および底面４３７を有する。そして、ウィック４３０は、上記図１乃至５に示す実施形態とは異なり、下流面４３４および上流面４３５、すなわち移送方向の上流側の側面および下流側の側面以外は、筺体４１０の内周面と接触して設けられている。そして、ウィック４３０は、筺体４１０の内部を２つの空間に区画する。ここで、区画された２つの空間のうち、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４５０として機能する。

また、ウィック４３０は、厚み方向の一方側の面、より具体的には、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）の面である天面４３６に、気相の作動流体を流すウィック溝４３１が設けられている。図示のウィック溝４３１は、移送方向および幅方向に沿って複数設けられている。

また、図９（ｂ）に示すように、ウィック４３０は、第１側面４３２および第２側面４３３、すなわち幅方向の両側の側面に沿って封止領域４３０Ａを有する。すなわち、ウィック４３０においては、幅方向両側の側面が封止される一方で、移送方向の両側の側面（下流面４３４および上流面４３５）、厚み方向の両側の側面（天面４３６および底面４３７）は封止されない。

このように構成された蒸発器４０１においては、液管１０９から液溜め部４５０に流入した作動流体が、ウィック４３０に浸透する。そして、発熱体（図示せず）の熱により加熱され気化した作動流体は、一部がウィック溝４３１を流れながら（矢印Ｃ１１参照）、流出口４２１を介して蒸気管１０５へと流れ出る。そして、ウィック４３０においては、第１側面４３２および第２側面４３３に封止領域４３０Ａを有することから、気相の作動流体が第１側面４３２および第２側面４３３から流出することが抑制される。

なお、図示の例とは異なり、第１側面４３２および第２側面４３３に加えて、下流面４３４に封止領域４３０Ａを設けてもよい。さらに、下流面４３４に替えて、あるいは下流面４３４とともに、天面４３６および底面４３７に封止領域４３０Ａを設けてもよい。

＜電子機器＞
図１０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１０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１０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。

なお、ここでは電子機器の一例として、携帯電話１０００を用いて説明をしたが、パーソナルコンピュータやタブレット型端末、プロジェクタなどに上記ループ型ヒートパイプ１００を設けてもよい。また、自動車や人工衛星などの種々の他の装置にもループ型ヒートパイプ１００を設け得る。

＜変形例＞
さて、上記の説明においては、筺体１１０およびウィック１３０は、概形が平板状であることを説明したが、これに限定されない。すなわち、蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成される筺体１１０の内周面（底部１１１の上面１１１Ｔ）と、ウィック１３０がともに合致する形状であれば円筒状など他の形状であってもよい。

また、蒸気溝１１８および集約領域１１９が形成される筺体１１０と、ウィック１３０とが、同じ曲率を有するように加工し、筺体１１０およびウィック１３０の接合面も接合法に適した粗さに仕上げた後、筺体１１０およびウィック１３０を接合してもよい。

また、上記の説明においては、筺体１１０に蒸気溝１１８および集約領域１１９が設けられることを説明したが、これに限定されない。例えば、ウィック１３０に蒸気溝１１８および集約領域１１９を設けてもよい。あるいは、筺体１１０およびウィック１３０の両者に凹部を形成することで、蒸気溝１１８および集約領域１１９を構成してもよい。

また、上記説明においては、封止領域１３０Ａは、ウィック１３０などの外周部においてウィック１３０の厚み方向全体に形成されていることを説明したが、これに限定されない。封止領域１３０Ａをウィック１３０の側面の一部、例えばウィック１３０における厚み方向における流出口１２１側および／または移送方向の下流側の側面にのみ封止領域１３０Ａを設けてもよい。あるいは、第１側面１３２、第２側面１３３、下流面１３４、および上流面１３５のうちの一部にのみ封止領域１３０Ａを設けてもよい。

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、１１１…底部、１１８…蒸気溝、１１９…集約領域、１３０…ウィック、１３０Ａ…封止領域

Claims (10)

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有し、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、液相の作動流体が収容される液溜め部と、当該液溜め部内に設けられ当該液溜め部に収容された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蒸発体を有し、
   前記蒸発体は、
   前記蒸発体の外周に形成され、当該蒸発体の内部に液相の作動流体を流入させる流入部と、
   前記蒸発体の外周で前記液溜め部に収容された液相の作動流体と対向する位置に形成され、当該蒸発体の内部から当該液溜め部に気相の作動流体が流出することを抑制する抑制部と、
   前記蒸発体の外周に形成され、当該蒸発体の内部から気相の作動流体を流出させる流出部と
   を有する
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記蒸発器は、気相の作動流体を流出させる流出口を有し、
   前記抑制部は、前記蒸発体の内部において前記流出口に向かう作動流体の移動方向に沿う当該蒸発体の側面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記抑制部は、前記側面全体を覆うことを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 前記蒸発体は、内部に多数の孔を有する多孔質体であり、
   前記抑制部は、前記蒸発体の内部と比較して空孔率が小さい
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱交換器。
5. 前記抑制部は、前記蒸発器の内面における前記流出部と対向する対向面に固定される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. 前記蒸発器は、内面に気相の作動流体が流れる凹部が形成され、
   前記蒸発体は、前記内面における前記凹部を覆う位置に設けられ、
   前記抑制部は、前記凹部を覆う位置に設けられた前記蒸発体において当該凹部よりも外周側に設けられる
   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. 前記蒸発体は、平板状に形成され、
   前記蒸発器は、前記蒸発体を支持する支持面を有し、
   前記抑制部は、前記蒸発体における前記支持面によって支持される被支持面から立ち上がる当該蒸発体の立上面に形成される
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の熱交換器。
8. 前記蒸発体は、複数の多孔質層により形成され、
   前記抑制部は、前記複数の多孔質層の積載方向に沿う前記蒸発体の側面に形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の熱交換器。
9. 筺体と、
   前記筺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蒸気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液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、液相の作動流体を収容し、気相の作動流体を流出させる流出口を有する蒸発器筺体と、
   平板状に形成され、前記蒸発器筺体の内部に設けられ、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蒸発体と
   を備え、
   前記蒸発体は、
   前記蒸発体の外周に形成され、当該蒸発体の内部に液相の作動流体を流入させる流入部と、
   前記蒸発体の外周で前記蒸発器筺体内に収容された液相の作動流体と対向し、前記蒸発体の内部において前記流出口に向かう作動流体の移動方向に沿う当該蒸発体の側面全体に形成され、当該蒸発体の内部から当該蒸発器筺体内に気相の作動流体が流出することを抑制し、かつ前記蒸発器筺体の内面における前記流出口が形成された面に固定される固定部と、
   前記蒸発体の外周に形成され、当該蒸発体の内部から気相の作動流体を流出させる流出部と
   を有する
   ことを特徴とする電子機器。
10. 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有し、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の製造方法において、
    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蒸発体を形成する工程と、
    液相の作動流体および前記蒸発体を内部に収容する蒸発器筺体を構成する底部および覆い部を形成する工程と、
    前記底部における予め定めた位置で前記蒸発器筺体の内部となる位置に前記蒸発体を配置する工程と、
    前記底部に配置された前記蒸発体の外周に、当該蒸発体の内部から当該液溜め部に気相の作動流体が流出することを抑制し、かつ当該底部に対する当該蒸発体の位置を固定する固定部を形成する工程と、
    前記蒸発体が固定された前記底部に対して前記蒸発器筺体の前記覆い部を固定する工程と
    を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。

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