JP2008180444A - ループヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】ループヒートパイプを平板状で単純な構造にして薄型でコンパクトサイズにしながらも高い熱交換効率を得る。
【解決手段】ループヒートパイプ１は、作動液５Ｌが気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器３と、この蒸発器３からの気体５Ｖが移動する蒸気管９と、この蒸気管９からの気体５Ｖを放熱して液化する凝縮器と、この凝縮器の作動液５Ｌを蒸発器３へ移動する液戻り管１３と、からなる。前記蒸発器３は、液戻り管１３に接続される底板部材１５と、蒸気管９に接続される蓋部材１７と、底板部材１５と蓋部材１７の間に配置される平板状をなすウィック１９であって、蒸気管９に連通する複数のグルーブ溝２７Ａからなるグルーブ部２７を蓋部材１７と接触する側の平板状の表面に設けると共に、液戻り管１３に連通して作動液５Ｌを保留するリザーバ部７を底板部材１５と接触する側の平板状の裏面に設けたウィック１９と、で構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ループヒートパイプに関し、特に省スペース化と大面積の集熱性能の向上の実現を可能とする蒸発器（Evaporator）を使用したループヒートパイプに関する。

従来、蒸発器は、例えばＬＨＰ（ループヒートパイプ）やＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）で使用されている。

図５を参照するに、例えば、従来のＬＨＰ１０１は、基本的には特許文献１と同様の構成であり、作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器１０３と、この蒸発器１０３で気化された気体が蒸気管１０５を経て移動すると共にこの気体を放熱して液化する凝縮器１０７（Condenser）と、この凝縮器１０７で液化した作動液が液戻り管１０９を経て移動すると共にこの作動液を前記蒸発器１０３に供給するために保留するリザーバ部１１１〔あるいは、アキュームレータ、ＣＣ（Compensation Chamber）など〕と、前記液戻り管１０９から戻ってきた作動液を前記蒸発器１０３の内部に供給するバイオネット管１１３と、から構成されるシステムで、一つのループを形成しており、前記蒸発器１０３とリザーバ部１１１は一体的に構成されている。

また、前記蒸発器１０３とリザーバ部１１１との間には前記蒸発器１０３で気化された気体がリザーバ部１１１に逆戻りしないようにするための作動液逆流防止用のＯリング１１５が装着されている。さらに、ＬＨＰ１０１の内部には作動液が投入されている。作動液としてはアルコール、アンモニア、水などがある。なお、ＣＰＬでは蒸発器１０３とリザーバ部１１１が別体で構成される。

ＬＨＰ１０１では、蒸発器１０３が周囲で発生した熱により加熱されると、作動液としての例えば水が蒸発器１０３内で蒸気となり、このときの潜熱を利用して周囲の温度を冷却するものである。蒸発器１０３内で生じた蒸気が蒸気管１０５を経て凝縮器１０７へ移動し、凝縮器１０７で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管１０９を経て再びリザーバ部１１１と蒸発器１０３へ移動することになり、上記の作用を繰り返すことになる。

図６及び図７を併せて参照するに、従来の蒸発器１０３は、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管１０５に連通して閉塞する円筒形状のグルーブ管１１７と、このグルーブ管１１７の円筒形状の内部に接触して挿入する円筒形状をなすと共にこの円筒形状の内部に作動液を供給するウィック１１９と、から構成される。

なお、前記グルーブ管１１７の内周面には、当該グルーブ管１１７の長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つ前記長手方向に延伸されるグルーブ部１２１が備えられている。一方、前記ウィック１１９の外周面は前記グルーブ管１１７のグルーブ部１２１の凸部１２１Ｂの内周面に接触する構成であり、前記グルーブ部１２１の凹部１２１Ａが蒸気流路１２３となる。

また、前記ウィック１１９の円筒形状の内部は上述したリザーバ部１１１に連通し且つ前端が閉塞した液貯留室１２５を構成している。また、液戻り管１０９に連通するバイオネット管１１３がリザーバ部１１１の内部を経て液貯留室１２５の前端部の少し手前まで挿入されているので、液戻り管１０９から戻ってきた水は、バイオネット管１１３の前端から液貯留室１２５に供給される。この水はバイオネット管１１３の前端から１８０°反転して液貯留室１２５とバイオネット管１１３の間を通過して液貯留室１２５内に充満する状態となり、リザーバ部１１１へ保留される。

なお、前記ウィック１１９としては、例えば多孔質性の燒結金属体、金属繊維、ガラス繊維などが使用されている。

したがって、グルーブ管１１７が蒸発器１０３の周囲の熱で加熱されると、グルーブ管１１７の熱がグルーブ部１２１の凸部１２１Ｂの内周面との接触部分からウィック１１９に熱伝導し、ウィック１１９が加熱される。その結果、前記液貯留室１２５からウィック１１９の内部に浸透した水が加熱されて蒸気になり、グルーブ管１１７のグルーブ部１２１、すなわち蒸気流路１２３を経て前述したように蒸気管１０５へ移動することになる。
特開２００２−１７４４９２号公報

ところで、ＬＨＰ１０１は、図５に示されているように、蒸発器１０３は、主として円筒形状のグルーブ管１１７と、このグルーブ管１１７の円筒形状の内部に接触して挿入する円筒形状をなすウィック１１９で構成されるので、外形形状が円筒形状となるために大型になってしまい、大きなスペースを必要とするという問題点があった。

また、リザーバ部１１１のサイズはシステム全体の冷却性能に大きく影響を与えるものであり、リザーバ部１１１の外周径サイズを太くすることでリザーバ部１１１の容量を大きくする傾向があるために、ＬＨＰ１０１を装着する機器内では特にリザーバ部１１１を収納するためのスペースを立体的に大きく必要とするという問題点があった。

つまり、円筒形状をなすグルーブ管１１７とウィック１１９で構成されることで円筒形状をなす蒸発器１０３は３次元的な構造であるので、熱密度が高く、大面積に弱い、つまり、集熱効率が低くなってしまうという問題点があった。

特に、ＬＨＰが使用されるノートパソコンや他の電子機器は、近年、ますます薄型化並びに小型化の傾向があるので、これらの電子機器に発生する熱をより一層効率よく集熱して外部へ放熱するＬＨＰが求められていた。

上記発明が解決しようとする課題を達成するために、この発明のループヒートパイプは、作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、この蒸発器で気化された気体が移動する蒸気管と、この蒸気管からの気体を放熱して液化する凝縮器と、この凝縮器で液化した作動液が前記蒸発器へ移動する液戻り管と、から構成されるループヒートパイプにおいて、
前記蒸発器が、前記液戻り管に接続される底板部材と、前記蒸気管に接続される蓋部材と、前記底板部材と蓋部材の間に配置される平板状をなすウィックであって、前記蒸気管に連通する複数のグルーブ溝からなるグルーブ部を前記蓋部材と接触する側の平板状の表面に設けると共に、前記液戻り管に連通して作動液を保留するリザーバ部を前記底板部材と接触する側の平板状の裏面に設けたウィックと、で構成していることを特徴とするものである。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記リザーバ部を、前記ウィックの裏面に設けた複数の流路用のリザーバ溝で構成していることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記ウィックの外周部に、気体又は作動液の逆流防止機構を設けていることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記逆流防止機構が、前記ウィックの表面又は裏面の外周部全域に亘って前記グルーブ部を形成しない構成であることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記逆流防止機構が、前記ウィックの厚さを前記底板部材と蓋部材の間で形成される間隔よりも僅かに厚く形成した構成であることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記逆流防止機構が、前記ウィックの外周部を前記グルーブと前記リザーバ部の領域よりも僅かに厚く形成した構成であることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記ウィックの外周部と接触する前記蓋部材又は底板部材の内面に、前記グルーブ部に接する蓋部材の領域又は前記リザーバ部に接する底板部材の領域よりも僅かに高い逆流防止用凸部を設けていることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記液戻り管の端部を、底板部材から突出して前記リザーバ部の内部に挿入する構成であることが好ましい。

以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明によれば、平板状をなすウィックの表面にグルーブ溝と裏面にリザーバ部を設けたので、蒸発器を平板状にして薄型化並びに小型化を実現して省スペース化を図ることができる。また、蒸発器を平板状にすることで、グルーブ溝とリザーバ部の領域が平面上で大きくなるので、集熱効率及び吸水効率（熱交換効率）の向上を図ることができる。したがって、上記の蒸発器を使用しているので、このループヒートパイプが従来の蒸発器に比べてはるかに小型化して様々な機器に使用することができ、しかも薄型でコンパクトサイズでありながら集熱効率及び吸水効率（熱交換効率）の高い冷却を行うことができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１ないしは図３を参照するに、この実施の形態に係るループヒートパイプ１（ＬＨＰ）は、この実施の形態に係る蒸発器３が使用されている。

この蒸発器３は、作動液５Ｌが気化する際の潜熱を利用して冷却する機能と、内部に供給された前記作動液５Ｌを保留するリザーバ部７〔あるいは、アキュームレータ、ＣＣ（Compensation Chamber）など〕と、を有している。

また、ＬＨＰ１は、上記の蒸発器３と、この蒸発器３で気化された気体５Ｖを移動せしめる蒸気管９（Vapor Line）と、この蒸気管９を経て移動した気体５Ｖを放熱して液化する凝縮器１１（Condenser）と、この凝縮器１１で液化した作動液５Ｌを前記蒸発器３に移動せしめる液戻り管１３（Liquid Line）と、から構成されるシステムで、一つのループを形成している。

なお、ＬＨＰ１の内部には作動液５Ｌが投入されている。作動液５Ｌとしてはアルコール、アンモニア、水などがある。この実施の形態では、地球環境の観点から、作動液５Ｌは水としている。図１では作動液５Ｌである水の流れ方向は実線の矢印で示されており、作動液５Ｌが気化された気体５Ｖである水蒸気の流れ方向は点線の矢印で示されている。

すなわち、上記のＬＨＰ１では、蒸発器３が周囲で発生した熱により加熱されると、作動液５Ｌである水が蒸発器３内で蒸気となり、このときの潜熱を利用して周囲の温度を冷却するものである。蒸発器３の内部で生じた蒸気が蒸気管９を経て凝縮器１１へ移動し、凝縮器１１で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管１３を経て再び蒸発器３内のリザーバ部７へ移動することになり、上記の作用を繰り返すことになる。したがって、ＬＨＰ１は潜熱を利用しており、外部電源無しに高い熱輸送能力を有している。また、蒸気管９、液戻り管１３の配管は自由であり、熱の伝送方向は蒸発器３から凝縮器１１への一方向でダイオードのような振る舞いをするものである。

図１及び図２を参照するに、蒸発器３は、底板部材１５と蓋部材１７とウィック１９とが組み合わされて構成され、リザーバ部７を内蔵するものである。

底板部材１５は、基本的には平板状で前記液戻り管１３に接続されるものである。この実施の形態では、ほぼ円形状の開口部１５Ａを有し、かつ底部１５Ｂと側壁部１５Ｃで断面Ｕ字状をなす薄型の容器形状である。さらに、底部１５Ｂのほぼ中心位置には前記液戻り管１３を挿通するための液戻り管用穴部２１が設けられている。

蓋部材１７は、基本的には平板状で前記蒸気管９に接続されるものである。この実施の形態では、底板部材１５の開口部１５Ａを閉塞するようにほぼ円形の平板状をなしている。さらに、蓋部材１７の外周部の位置には前記蒸気管９を挿通するための蒸気管用穴部２３が設けられている。したがって、底板部材１５と蓋部材１７との間に空間２５が形成されることになる。

ウィック１９は、基本的には前記底板部材１５と蓋部材１７の間に配置される平板状をなすものである。この実施の形態では、ほぼ円形状の薄型の平板状で、上記の底板部材１５と蓋部材１７との空間２５内にピッタリと嵌合するように配置されるものである。

また、ウィック１９は、この実施の形態では、軽量化を図るために高分子体の材質が使用されている。この高分子体としては、例えば直径１０〜２０μｍのポリエチレンパウダを焼結したものが用いられる。このような高分子体は、一つ一つのパウダが親水基を有しているので、濡れ性の向上と表面張力に＋αのポンプ力が加えられるために、ウィック１９内の蒸気の移動する力が大きくなる。

また、ウィック１９の前記蓋部材１７と接触する側の平板状の表面には、前記蒸気管９に連通する多数のグルーブ溝からなるグルーブ部２７が設けられている。この実施の形態では、グルーブ部２７は、図１及び図２に示されているように、ウィック１９の平板状の表面の外周部２９を除く部分に、ウィック１９の表面に垂直な断面においてグルーブ溝としての例えば凹部２７Ａと凸部２７Ｂでウィック１９の幅方向に交互に凹凸形状をなし、且つこの凹凸形状がウィック１９の一方向に延伸されている。また、ウィック１９の平板状の表面の外周部２９は、その全域に亘って上記のグルーブ部２７を形成しないでグルーブ無し部３１が設けられている。

また、この実施の形態では上記の凹部２７Ａ（グルーブ溝）の数は多数設けられており、凹部２７Ａの断面形状が四角形状であるが、Ｖ溝形状などの他の断面形状でも良く、凹部２７Ａの数や断面形状は限定されない。つまり、凹部２７Ａの断面積の大きさは、グルーブ部２７の凹部２７Ａの数や形状等を変えることによって種々に設定することができる。

また、前記グルーブ部２７と外周部との境界には、前記グルーブ部２７の各凹部２７Ａと連通する円周側蒸気流路３３が円周方向に設けられている。つまり、前記各凹部２７Ａの蒸気が円周側蒸気流路３３へ流れる構成である。

さらに、上記のグルーブ部２７には、各グルーブ溝の蒸気圧力差をコントロールするために、前記各凹部２７Ａ（グルーブ溝）に連通する１本ないしは複数の蒸気圧調整用溝３５が上記のグルーブ部２７の凹部２７Ａ（グルーブ溝）に直交する方向に設けられており、前記各蒸気圧調整用溝３５は前記円周側蒸気流路３３に連通している。なお、この実施の形態では、図２に示されているように、２本の蒸気圧調整用溝３５が設けられている。また、前記各蒸気圧調整用溝３５は各凹部２７Ａ（グルーブ溝）より大きい溝であることが、効率よく蒸気を行き渡らせるという点で望ましい。

なお、前述した多数の凹部２７Ａ（グルーブ溝）は、ウィック１９の表面に一方向に並列に配置されているが、ウィック１９の表面の中心部から放射状に延びていても、あるいはランダムに配列されていてもよい。しかし、各凹部２７Ａは前記蒸気圧調整用溝３５や円周側蒸気流路３３に連通する構成である。

また、ウィック１９の前記底板部材１５と接触する側の平板状の裏面には、前記液戻り管１３に連通して作動液５Ｌを保留するリザーバ部７が設けられている。この実施の形態では、リザーバ部７は、図１及び図２に示されているように、ウィック１９の平板状の裏面の外周部３７を除く部分に設けた複数のリザーバ溝３９で構成されている。例えば、ウィック１９の平板状の裏面のほぼ中心部に前記液戻り管１３を挿入するための液導入用リザーバ溝３９Ａが設けられており、複数の円周リザーバ溝３９Ｂが前記液導入用リザーバ溝３９Ａの周囲を幾重にも囲むように円周方向に長く設けられている。さらに、前記複数の円周リザーバ溝３９Ｂはそれぞれ適当な箇所でバイパス用リザーバ溝３９Ｃにより互いに連通する構成である。これにより、複数のリザーバ溝３９がウィック１９の平板状の裏面の全体に張り巡らされており、作動液５Ｌがウィック１９の裏面のほぼ全体に行き渡る構成である。

なお、上記の複数のリザーバ溝３９は、上述した配置構成に限らず、作動液５Ｌがウィック１９の裏面のほぼ全体に行き渡る構成であれば、放射状、並列でも、その他の配置構成でも良い。また、上述したように各リザーバ溝３９は途中にバイパス用リザーバ溝３９で連通することにより、作動液５Ｌがより一層満遍なく全体に行き渡るので望ましい。

なお、リザーバ部７は、基本的にはウィック１９の平板状の裏面の外周部３７を除く部分のほぼ全体に渡る領域に、１つの凹部を設けても良いが、前述したように複数のリザーバ溝３９で構成することで、蒸発器３の傾きなどの影響を受け難くして、安定した集熱を行う効果がある。

したがって、この実施の形態の蒸発器３としては、図１及び図２に示されているように、ウィック１９を底板部材１５の内部に嵌入してから前記底板部材１５の開口部１５Ａを蓋部材１７で被蓋して前記ウィック１９を収納し、底板部材１５と蓋部材１７がロー付（又は半田付け）で閉塞される。あるいは、図示しない締結具で前記底板部材１５と蓋部材１７の外周部を外側から押さえて底板部材１５とウィック１９と蓋部材１７を固定することもできる。

以上のように底板部材１５とウィック１９と蓋部材１７が固定されると、蓋部材１７とウィック１９の表面側では、前記グルーブ部２７において凹部２７Ａと蓋部材１７の内面との間に蒸気流路４３が形成され、また蒸気圧調整用溝３５や円周側蒸気流路３３も形成される。一方、底板部材１５の底部１５Ｂとウィック１９の裏面側では、前記リザーバ部７において底板部材１５の底面と各リザーバ溝３９で液流路４１が形成される。

また、液戻り管１３は底板部材１５の液戻り管用穴部２１に挿通されて、ウィック１９の平板状の裏面のほぼ中心部の液導入用リザーバ溝３９Ａにその深さのほぼ１／２の高さまで挿入されてから、前記液戻り管用穴部２１にロー付（又は半田付け）で連結されている。一方、蒸気管９は蓋部材１７の蒸気管用穴部２３にロー付（又は半田付け）で連結されている。このとき、蒸気管９は上記の円周側蒸気流路３３に連通する位置にある。

また、上記のウィック１９の平板状の表面の外周部２９では、グルーブ無し部３１と蓋部材１７との界面の隙間を小さく接触せしめることにより面圧を高くすることによって、グルーブ無し部３１が水蒸気（気体５Ｖ）の逆流防止機構４５の構成となる。

上記のグルーブ無し部３１と蓋部材１７との界面の隙間の裕度は、蒸発器３の加熱により発生する蒸気圧とリザーバ部７内の蒸気圧の差と作動液５Ｌの表面張力から決まるが、ウィック１９の材料としてポリエチレンの高分子体が使用されているので、ポリエチレンの弾性により隙間無く設置されることになる。したがって、グルーブ無し部３１と蓋部材１７との界面の面圧を高く保持することができる。

この点についてより詳しく説明すると、蓋部材１７とウィック１９のグルーブ無し部３１の外周面との界面の面圧が、前記グルーブ部２７で発生する蒸気圧力以上となるように設定することが望ましい。

例えば、ウィック１９の厚さを底板部材１５と蓋部材１７で形成される空間２５の高さ寸法（底板部材１５と蓋部材１７の間隔寸法）よりも僅かに厚くしておくことで、上記の界面の面圧を上げることができるので、グルーブ部２７で発生した水蒸気の逆流を抑制することができる。

また、他の実施の形態の逆流防止機構４５としては、外周部２９の厚さをグルーブ部２７の領域の厚さより僅かに厚くしておくことで、水蒸気の逆流を防止することができる。

また、他の実施の形態の逆流防止機構４５としては、上記のウィック１９の表面の外周部２９には、図１に示されているように、全周に亘ってＯリング用溝４７を設け、Ｏリング用溝４７に装着したＯリング４９により水蒸気の逆流を抑制することができる。この実施の形態では１本のＯリング４９が設けられているが、２本以上であってもよい。

また、上記のウィック１９の平板状の裏面の外周部３７では、作動液５Ｌの逆流防止機構５１が設けられている。この逆流防止機構５１としては、例えば、図２（Ｂ）に示されているように、外周部３７の全域に亘って上記のリザーバ溝３９が設けられておらず、この外周部３７におけるウィック１９の中心から半径方向の長さＬを長くすることで、作動液５Ｌの逆流を防止することができる。より詳しくは、ウィック１９の裏面の外周部３７と底板部材１５の底部１５Ｂとの接触面積、つまり接触部分の長さＬが加熱部からの熱の影響で作動液５Ｌの相変化が起こりえない長さに対して十分長いことで、作動液５Ｌの逆流を防止することができる。

あるいは、前述した逆流防止機構４５と同様に、ウィック１９の厚さを底板部材１５と蓋部材１７で形成される空間２５の高さ寸法（底板部材１５と蓋部材１７の間隔寸法）よりも僅かに厚くしておくことで、作動液５Ｌの逆流を防止することができる。あるいは、外周部３７の厚さをリザーバ部７の部分の厚さより僅かに厚くしておくことで、作動液５Ｌの逆流を防止することができる。

また、他の実施の形態の逆流防止機構５１としては、上記のウィック１９の裏面の外周部３７に、図１に示されているように、全周に亘ってＯリング用溝５３を設け、Ｏリング用溝５３に装着したＯリング５５により作動液５Ｌの逆流を抑制することができる。この実施の形態では２本のＯリング５５が設けられているが、１本であっても、あるいは３本以上であってもよい。

また、他の実施の形態の逆流防止機構４５，５１としては、図４に示されているように、前記ウィック１９の外周部２９，３７と接触する前記蓋部材１７と底板部材１５の一方、あるいは両方の内面に、前記グルーブ部２７に接する蓋部材１７の領域又は前記リザーバ部７に接する底板部材１５の領域よりも僅かに高い逆流防止用凸部５７，５９を設けることができる。

これにより、前述したように底板部材１５とウィック１９と蓋部材１７を固定すると、ウィック１９の材料としてポリエチレンの高分子体が使用されているために、上記の逆流防止用凸部５７，５９が他の領域の部分よりウィック１９をより強く押圧することになるので、ポリエチレンの弾性により隙間無く設置されて界面の面圧を高く保持することができる。その結果、水蒸気や作動液５Ｌの逆流を防止することができる。

なお、前述した実施の形態では、底板部材１５がウィック１９を収納する容器形状であるが、他の実施の形態としては、底板部材１５と蓋部材１７が単なる平板状に構成され、かつ、前記底板部材１５と蓋部材１７の間にウィック１９を挟み込む形態であっても良い。この場合、図示しない締結具で前記底板部材１５と蓋部材１７の外周部を外側から押さえて底板部材１５とウィック１９と蓋部材１７とを固定することになる。

上記構成により、この実施の形態のＬＨＰ１の作用を説明すると、図３に示されているように、蒸発器３の蓋部材１７が周囲の熱で加熱されると、蓋部材１７とウィック１９のグルーブ部２７の接触面から蓋部材１７の熱が効率よく熱伝導してウィック１９が加熱される。

一方、複数のリザーバ溝３９で構成されているリザーバ部７の水は、上述したようにウィック１９のポリエチレンの高分子体の各パウダが親水基を有しているために濡れ性の向上と表面張力に＋αのポンプ力が加えられて真空引きされる。この真空引きにより浸透したウィック１９の内部の水は圧力が下がっているので、加熱されると水が低い沸点で沸騰して蒸気になる。水が蒸気になるときの潜熱により周囲の温度が冷却されることになる。

この蒸気は前述したように水がウィック１９の高分子体内に真空引きされる力により押し出されてウィック１９の高分子体内を移動し、グルーブ部２７の凹部２７Ａの表面から蒸気流路４３へ流れることになる。

さらに、蒸気流路４３内の蒸気は、各凹部２７Ａ（グルーブ溝）に連通する２本の蒸気圧調整用溝３５を経て円周側蒸気流路３３へ流れる。このとき、２本の蒸気圧調整用溝３５が設けられているので、各凹部２７Ａ（グルーブ溝）の蒸気圧力差が容易にコントロールされるので、蒸気が安定した状態で効率よく流れることになる。

また、円周側蒸気流路３３の蒸気は、前述したように蒸気管９を経て凝縮器１１へ移動し、この凝縮器１１で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管１３を経て再び蒸発器３の内部のリザーバ部７へ戻って保留されることとなる。このとき、液導入用リザーバ溝３９Ａがウィック１９のほぼ中心部に設けられているために、液戻り管１３の水はウィック１９のほぼ中心部の液導入用リザーバ溝３９Ａからバイパス用リザーバ溝３９Ｃを介して外周側の幾重もの円周リザーバ溝３９Ｂへ効率よくウィック１９の裏面のほぼ全体に行き渡ることになるので、安定した熱交換を行うことができる。また、前述したように、リザーバ部７を複数のリザーバ溝３９で構成したので、蒸発器３の傾きなどの影響を受け難くして、安定した集熱を行うことができる。そして、上記の作用を繰り返すことになる。

以上のように、この実施の形態の蒸発器３は、作動液５Ｌとしての例えば水を蒸気にして熱を奪って冷却する装置であり、このように潜熱を利用する蒸発器３の冷却容量は単位面積あたりの水の蒸発速さと蒸発潜熱の積から求められるので、ウィック１９と蓋部材１７との接触状態が良く熱伝導効率が高いほど冷却容量が大きくなる。この点では、グルーブ部２７と蓋部材１７との界面の隙間が小さく接触しており、さらにはウィック１９の材料として例えばポリエチレンの高分子体を使用することで、ポリエチレンの弾性により隙間無く設置されるので、ウィック１９と蓋部材１７との熱伝導効率は高いものである。

また、グルーブ部２７が加熱されることで発生する水蒸気はリザーバ部７へ逆流してはいけないし、グルーブ部２７の熱が蓋部材１７を熱伝導してリザーバ部７へ伝わって当該リザーバ部７内の水が水蒸気に変化してはいけない。

この点では、この実施の形態では逆流防止機構４５として、ウィック１９の表面にはグルーブ部２７と外周部２９のグルーブ無し部３１が設けられているので、構造が単純でありながら、グルーブ無し部３１によりグルーブ部２７で発生する蒸気の逆流を防止できる。しかも、上述したようにウィック１９のポリエチレンの弾性により蓋部材１７との接触状態が隙間無く設置されるので、グルーブ無し部３１と蓋部材１７との界面の面圧を高く保持されることから、確実に蒸気の逆流防止となる。

特に、ウィック１９の厚さを底板部材１５と蓋部材１７で形成される空間２５の高さ寸法よりも僅かに厚くしておくことで、蓋部材１７とウィック１９のグルーブ無し部３１の外周面との界面の面圧が、前記グルーブ部２７で発生する蒸気圧力以上となるように設定できるので、確実な蒸気の逆流防止となる。

また、ウィック１９の表面の外周部２９に全周に亘って設けたＯリング４９により水蒸気の逆流を抑制することができる。

また、ウィック１９の裏面の外周部３７には、前述したように種々の逆流防止機構５１が設けられているので、確実に作動液５Ｌの逆流を防止することができる。なお、種々の逆流防止機構５１の作用、効果については前述している通りであるので説明を省略する。

また、液戻り管１３の端部はリザーバ部７を構成する液導入用リザーバ溝３９Ａにその深さのほぼ１／２の高さまで挿入されているので、リザーバ部７の複数のリザーバ溝３９、すなわち液導入用リザーバ溝３９Ａの周囲を幾重にも囲む複数の円周リザーバ溝３９Ｂ及び各円周リザーバ溝３９Ｂを連通するバイパス用リザーバ溝３９Ｃの内部の水面の高さが、各リザーバ溝３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃの深さのほぼ１／２の高さとなることで、各リザーバ溝３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃの上部には空間６１が生じる。この空間６１は蒸気管９との蒸気圧力差のための蒸気空間となる。

また、この実施の形態の蒸発器３は、ウィック１９を平板状にしたので極めて薄くすることができ、しかも、ウィック１９の表面にグルーブ部２７と裏面にリザーバ部７を設けたので、従来の蒸発器のような大きなスペースを要する円筒形状ではなく、かつ、バイオネット管などの部材を設ける必要がなく、構成部材の点数を減らすことができる。その結果、蒸発器３を安価で、かつ薄型化並びに小型化を実現して省スペース化を図ることができると共に、グルーブ部２７の領域とリザーバ部７の領域が平面上で大きいために集熱効率と吸水効率（熱交換効率）の向上を図ることができる。

また、蒸発器３の内部にリザーバ部７を収納した簡単な構造であるので、この蒸発器３を使用したＬＨＰ１は従来の蒸発器とリザーバ部７とを別に設けたＬＨＰ１に比べてはるかにコンパクトサイズにできる。

したがって、この実施の形態の蒸発器３を使用したＬＨＰ１は、例えばノートパソコン等のＯＡ機器やデジタル家電、自動車のダッシュボード、あるいは他の様々な機器で発生する熱の冷却に使用されることにより、薄型でコンパクトサイズでありながら熱交換効率の高い冷却を行うことができる。

この発明の実施の形態の蒸発器の概略的な断面図である。 （Ａ）は、この発明の実施の形態の蒸発器の概略的な分解斜視図で、（Ｂ）はウィックの裏面から視た概略的な斜視図である。 この発明の実施の形態のループヒートパイプの概略的な正面図である。 他の実施の形態の逆流防止機構を示す部分的な断面図である。 従来のループヒートパイプの概略的な正面図である。 従来の蒸発器の要部断面を含む概略的な斜視図である。 図６の矢視ＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図である。

符号の説明

１ ループヒートパイプ（ＬＨＰ）
３ 蒸発器
５Ｌ 作動液（液体の）
５Ｖ 気体（気化した作動液）
７ リザーバ部
９ 蒸気管
１１ 凝縮器
１３ 液戻り管
１５ 底板部材
１７ 蓋部材
１９ ウィック
２１ 液戻り管用穴部
２３ 蒸気管用穴部
２５ 空間
２７ グルーブ部
２７Ａ 凹部（グルーブ溝）
２７Ｂ 凸部
２９ 外周部（ウィックの表面側の）
３１ グルーブ無し部
３３ 円周側蒸気流路
３５ 蒸気圧調整用溝
３７ 外周部（ウィックの裏面側の）
３９ リザーバ溝
３９Ａ 液導入用リザーバ溝
３９Ｂ 円周リザーバ溝
３９Ｃ バイパス用リザーバ溝
４１ 液流路
４３ 蒸気流路
４５ 逆流防止機構
４９ Ｏリング
５１ 逆流防止機構
５５ Ｏリング
５７ 逆流防止用凸部
５９ 逆流防止用凸部
６１ 空間

Claims (8)

1. 作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、この蒸発器で気化された気体が移動する蒸気管と、この蒸気管からの気体を放熱して液化する凝縮器と、この凝縮器で液化した作動液が前記蒸発器へ移動する液戻り管と、から構成されるループヒートパイプにおいて、
   前記蒸発器が、前記液戻り管に接続される底板部材と、前記蒸気管に接続される蓋部材と、前記底板部材と蓋部材の間に配置される平板状をなすウィックであって、前記蒸気管に連通する複数のグルーブ溝からなるグルーブ部を前記蓋部材と接触する側の平板状の表面に設けると共に、前記液戻り管に連通して作動液を保留するリザーバ部を前記底板部材と接触する側の平板状の裏面に設けたウィックと、で構成していることを特徴とするループヒートパイプ。
2. 前記リザーバ部を、前記ウィックの裏面に設けた複数の流路用のリザーバ溝で構成したことを特徴とする請求項１記載のループヒートパイプ。
3. 前記ウィックの外周部に、気体又は作動液の逆流防止機構を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のループヒートパイプ。
4. 前記逆流防止機構が、前記ウィックの表面又は裏面の外周部全域に亘って前記グルーブ部を形成しない構成であることを特徴とする請求項３記載のループヒートパイプ。
5. 前記逆流防止機構が、前記ウィックの厚さを前記底板部材と蓋部材の間で形成される間隔よりも僅かに厚く形成した構成であることを特徴とする請求項３記載のループヒートパイプ。
6. 前記逆流防止機構が、前記ウィックの外周部を前記グルーブと前記リザーバ部の領域よりも僅かに厚く形成した構成であることを特徴とする請求項３記載のループヒートパイプ。
7. 前記ウィックの外周部と接触する前記蓋部材又は底板部材の内面に、前記グルーブ部に接する蓋部材の領域又は前記リザーバ部に接する底板部材の領域よりも僅かに高い逆流防止用凸部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のループヒートパイプ。
8. 前記液戻り管の端部を、底板部材から突出して前記リザーバ部の内部に挿入する構成であることを特徴とする請求項１、２、３又は７記載のループヒートパイプ。

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