(57)【特許請求の範囲】
【請求項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当該蒸発器に環流するループ型ヒートパイプにおいて、
前記蒸発器が、
外部からの熱を内部に存在する作動流体へ伝え作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部と、
前記蒸発部の端部と接続され、当該蒸発部よりも大きな内径であり内部に液相の作動流体を溜める液溜め部と、
前記液溜め部の内部から前記蒸発部の内部にわたって存在し、毛細管力を発生させることで作動流体を流通させるウィックと
を備え、
前記ウィックは、
外周面が前記蒸発部の内周面と接触する小径部と、当該小径部よりも外径が大きく外周面が前記液溜め部の内周面と接触する大径部とを備え、かつ
前記小径部および前記大径部の各々の内周面において、前記ウィックの軸方向と交差する方向にわたって存在するとともに、液相の作動流体の表面張力を利用し液相の作動流体を誘導する液溝を備える
ことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記ウィックは、前記大径部の実効空孔径が、前記小径部の実効空孔径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項３】
前記ウィックの前記液溝は、前記小径部および前記大径部の各々の前記内周面に沿ってらせん状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項４】
前記液溜め部における還流した作動流体が流入する側の端部から前記蒸発部の内部にわたって存在し、作動流体を当該蒸発部の内部に供給する供給管を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項５】
筐体と、
前記筐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て作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、かつ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する冷却素子と
を備える電子機器において、
前記蒸発器が、
外部からの熱を内部に存在する作動流体へ伝え作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部と、
前記蒸発部の端部と接続され、当該蒸発部よりも大きな内径であり内部に液相の作動流体を溜める液溜め部と、
前記液溜め部の内部から前記蒸発部の内部にわたって存在し、毛細管力を発生させることで作動流体を流通させるウィックと
を備え、
前記ウィックは、
外周面が前記蒸発部の内周面と接触する小径部と、当該小径部よりも外径が大きく外周面が前記液溜め部の内周面と接触する大径部とを備え、かつ
前記小径部および前記大径部の各々の内周面において前記ウィックの軸方向と交差する方向にわたって存在するとともに、液相の作動流体の表面張力を利用し液相の作動流体を誘導する液溝を備える
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループ型ヒートパイプ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
公報記載の従来技術として、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ループ型ヒートパイプが存在する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１５７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ループ型ヒートパイプでは、作動流体を蒸発させ、気化する際の潜熱を利用して冷却する。この作動流体は、蒸発部においてウィックに浸透し、発熱部品の熱を受けて気化される。そのため、作動流体とウィックとが触れている部分が広い方が、作動流体がウィックに浸透し易いため、液輸送が安定する。
本発明は、より安定した液輸送が可能なループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１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当該蒸発器に環流するループ型ヒートパイプにおいて、前記蒸発器が、外部からの熱を内部に存在する作動流体へ伝え作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部と、前記蒸発部の端部と接続され、当該蒸発部よりも大きな内径であり内部に液相の作動流体を溜める液溜め部と、前記液溜め部の内部から前記蒸発部の内部にわたって存在し、毛細管力を発生させることで作動流体を流通させるウィックとを備え、前記ウィックは、外周面が前記蒸発部の内周面と接触する小径部と、当該小径部よりも外径が大きく外周面が前記液溜め部の内周面と接触する大径部とを備え、かつ前記小径部および前記大径部の各々の内周面において、前記ウィックの軸方向と交差する方向にわたって存在するとともに、液相の作動流体の表面張力を利用し液相の作動流体を誘導する液溝を備えることを特徴とするループ型ヒートパイプである。
請求項２記載の発明は、前記ウィックは、前記大径部の実効空孔径が、前記小径部の実効空孔径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のループ型ヒートパイプ。
請求項３記載の発明は、前記ウィックの前記液溝は、前記小径部および前記大径部の各々の前記内周面に沿ってらせん状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のループ型ヒートパイプである。
請求項４記載の発明は、前記液溜め部における還流した作動流体が流入する側の端部から前記蒸発部の内部にわたって存在し、作動流体を当該蒸発部の内部に供給する供給管を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のループ型ヒートパイプである。
請求項５記載の発明は、筐体と、前記筐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て作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、かつ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する冷却素子とを備える電子機器において、前記蒸発器が、外部からの熱を内部に存在する作動流体へ伝え作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部と、前記蒸発部の端部と接続され、当該蒸発部よりも大きな内径であり内部に液相の作動流体を溜める液溜め部と、前記液溜め部の内部から前記蒸発部の内部にわたって存在し、毛細管力を発生させることで作動流体を流通させるウィックとを備え、前記ウィックは、外周面が前記蒸発部の内周面と接触する小径部と、当該小径部よりも外径が大きく外周面が前記液溜め部の内周面と接触する大径部とを備え、かつ前記小径部および前記大径部の各々の内周面において前記ウィックの軸方向と交差する方向にわたって存在するとともに、液相の作動流体の表面張力を利用し液相の作動流体を誘導する液溝を備えることを特徴とする電子機器である。
なお、本欄における上記符号は、本発明の説明に際して例示的に付したものであり、この符号により本発明が減縮されるものではない。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、より安定した液輸送が可能なループ型ヒートパイプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】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。
【図２】本実施の形態に係る蒸発器を示す概略構成図である。
【図３】他の実施形態に係る蒸発器を示す概略構成図である。
【図４】蒸発器の液溝の他の態様を説明するための説明図である。
【図５】蒸発器の液溝の代替例を説明するための説明図である。
【図６】第２の実施形態に係る蒸発器を示す概略構成図である。
【図７】他の態様に係る蒸発器を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜第１の実施形態＞
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。
＜全体の構成＞
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。ここで、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。
本実施の形態が適用されるループ型ヒートパイプ１００は、例えば電子機器等の内部に備えられる発熱体（例えばコンピュータのＣＰＵ）を、外部から動力を供給することなく冷却するよう、環状の装置内で作動流体を循環させるよう構成されている。
【０００９】
詳細に説明すると、冷却素子の一例である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内には作動流体が充填されている。なお、作動流体は、例えば水、アルコール、アンモニア等が用いられる。
【００１０】
＜蒸発器１０１の構成＞
次に、図１及び図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。ここで、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り、図２（ａ）は、蒸発器１０１の軸方向における断面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ面で切断した断面図である。
蒸発器１０１は、図示しない電子機器の内部に備えられ、図示しない発熱体（例えばコンピュータのＣＰＵ）からの熱を伝達するよう設けられる蒸発器本体１０３と、この蒸発器本体１０３と接続され、内部に液相の作動流体を収容する液溜め部１１１とを有する。また、蒸発器１０１は、蒸発器本体１０３と液溜め部１１１との内部に接触して挿入されるウィック１１９とを有する。さらに、蒸発器１０１の前端は、蒸気管１０５と接続され、蒸発器１０１の後端は、液管１０９と接続される。
なお、本明細書において、前端とは作動流体が流出する側の端部をいい、後端とは作動流体が流入する側の端部をいう。例えば、図１に示す蒸発器１０１の前端は、図中左側の端部をいい、蒸発器１０１の後端は、図中右側の端部をいう。
【００１１】
蒸発部の一例である蒸発器本体１０３は、中空管状の金属からなり、前端が蒸気管１０５と接続される。また、蒸発器本体１０３は、後端が液溜め部１１１の前端と接続される。ここで、蒸発器本体１０３と液溜め部１１１とは一体的に形成されてもよい。
また、蒸発器本体１０３の内周面と、後述するウィック１１９の小径部１１９ａとの間には、蒸発器本体１０３において気化した作動流体を効率よく蒸気管１０５へ排出するために隙間が形成される。本実施形態では、この隙間を形成するため、蒸発器本体１０３の内周面に蒸気溝１２４を設けている。具体的には、蒸気溝１２４は、蒸発器本体１０３の軸方向に沿って複数本、並べて形成される。したがって、蒸発気本体１０３の軸方向に交差する面で観察すると、この蒸気溝１２４は、円周方向において交互に形成される凹凸形状となる（図２（ｂ）参照）。
【００１２】
液溜め部１１１は、中空管状の金属からなり、前端が蒸発器本体１０３の後端と接続され、後端が液管１０９と接続される。また、液溜め部１１１は、蒸発器本体１０３の内径よりも大きな内径であり、内部に液相の作動流体を収容する空間を有する。液溜め部１１１は、液管１０９から流入する作動流体を収容する。
【００１３】
ウィック１１９は、中空管状の多孔質金属（ポーラスメタル）からなる部材である。ウィック１１９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１１９の前端１１９ｃは閉塞され、ウィック１１９の後端１１９ｄは開放されている。そして、本実施の形態のウィック１１９は、液溜め部１１１の内部から蒸発器本体１０３の内部にかけて存在する。このウィック１１９は、液溜め部１１１の内周面及び蒸発器本体１０３の内周面に沿って接触して設けられる。
ここで、ウィック１１９のうち、蒸発器本体１０３の内部に存在する部分を小径部１１９ａとする。そして、この小径部１１９ａと軸方向に連続して設けられ、液溜め部１１１の内部に存在し、小径部１１９ａよりも径が大きい部分を大径部１１９ｂとする。例えば、蒸発器本体１０３及び液溜め部１１１の内部にウィック１１９を挿入する場合には、液溜め部１１１の後端側から挿入することができる。
【００１４】
さらに、小径部１１９ａ及び大径部１１９ｂは、それぞれの内周面に液溝１２１を有する。液誘導手段の一例であるこの液溝１２１は、ウィック１１９の内周面に沿って複数並べて設けられている。各液溝１２１は、中空管状の軸方向と交差する向きにわたって存在し、この実施例においては、円形状の溝である（後述する図４（ａ）参照）。この液溝１２１は、作動流体が表面張力により液溝１２１に沿って導かれ、作動流体とウィック１１９とが接する面を増やすように構成されている。いわば、液溝１２１に沿って作動流体が作動流体の液面から上昇するように、液溝１２１は構成されている。
液溝１２１の寸法は、作動流体の物性値、特に表面張力に応じて異なる。例えば、液溝１２１の幅は、作動流体として、水、アルコール、アンモニアが用いられる場合、０．１ｍｍ〜２ｍｍであると、液輸送が向上するため好ましい。また、液溝１２１の深さは、作動流体として、水、アルコール、アンモニアが用いられる場合、０．１ｍｍ〜２ｍｍであると、液輸送が向上するため好ましい。
なお、ウィック１１９の実効空孔径は０．１〜２０μｍである。ウィック１１９は、多孔質金属に限定されるものではなく、セラミック多孔質、樹脂多孔質、ガラス多孔質、多孔質繊維などから形成されてもよい。また、ウィック１１９の空孔率は、２５％〜７０％である。ウィック１１９として、熱伝導率が低い材質を用いると、蒸発器本体１０３から液溜め部１１１への熱リークを低減することができる。熱リークを低減する場合、例えば一般的に金属よりも非金属の方が、熱伝導率が低いためより好ましい。
【００１５】
＜蒸発器１０１の動作＞
次に、図１を参照しながらループ型ヒートパイプ１００内の動作を説明する。図示しない発熱体において発生する熱は、蒸発器１０１の蒸発器本体１０３に伝達される（矢印Ｃ１参照）。蒸発器本体１０３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Ｃ２参照）液化する。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）。
【００１６】
次に、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。
まず、蒸発器１０１へと送られた液体の作動流体は、液溜め部１１１に供給され、液溜め部１１１内に保留されると共に、その一部は、蒸発器本体１０３内へと直接流入する。
【００１７】
ここで、蒸発器本体１０３内へと流入せず、重力下で液溜め部１１１の下方（図２における下方向）に保留された作動流体は、ウィック１１９を介して蒸発器本体１０３へ進入する。作動流体が、ウィック１１９を介して蒸発器本体１０３へ進入するとは、具体的には次のようになる。まず、液溜め部１１１に保留された作動流体は、液溜め部１１１内に備えられたウィック１１９の大径部１１９ｂに浸透する（矢印Ｂ１参照）。そして、作動流体は、大径部１１９ｂと連続して設けられるウィック１１９の小径部１１９ａに向けて浸透することによって、蒸発器本体１０３内へ進入する（矢印Ｂ２参照）。
【００１８】
さて、液溜め部１１１から蒸発器本体１０３内へ直接流入した作動流体は、蒸発器本体１０３内でウィック１１９の小径部１１９ａに浸透する。
そして、ウィック１１９の小径部１１９ａにおいて、蒸発器本体１０３内から浸透した作動流体と、大径部１１９ｂを介して蒸発器本体１０３内へ浸透して送られた作動流体とは、小径部１１９ａの外周面に向けて浸透する（矢印Ｂ３参照）。
小径部１１９ａの外周面に向けて浸透した作動流体は、発熱体の熱により加熱され気化し、蒸気溝１２４に沿って進入する（矢印Ｂ４参照）。蒸気溝１２４から流出した気体の作動流体は、蒸気管１０５へと進入する。
【００１９】
ここで、小径部１１９ａの外周面では、気化された作動流体が蒸気管１０５へと移動することに伴い、小径部１１９ａに浸透した液体の作動流体が、小径部１１９ａの外周面に向けて移動する。そして、外周面に浸透した液体の作動流体は、加熱され蒸気管１０５へと移動する。このようにして、小径部１１９ａの外周面において作動流体の流れが途切ることなく、上記のサイクルを繰り返しながら、発熱体において発生した熱を蒸発器１０１から凝縮器１０７へ輸送する。
【００２０】
ここで、液溜め部１１１内の作動流体が大径部１１９ｂに浸透する際に、作動流体の表面張力によって、大径部１１９ｂ内を上昇する（図２における上方向）。このとき、大径部１１９ｂの内周面に形成された液溝１２１が存在することにより、作動流体の浸透がより安定して行われる。すなわち、作動流体の表面張力によって、液溝１２１に沿って作動流体が上昇する。したがって、液溝１２１が存在しない場合と比較して、大径部１１９ｂにおいて作動流体が浸透し得る領域を増やすことができる。言い換えると、液溝１２１が存在しない場合と比較して、大径部１１９ｂのより多くの部分を、作動流体の浸透に活用することができる。
このことにより、蒸発器本体１０３内へ向けて浸透によって進入する作動流体の量を増加することができる。結果として、冷却のために必要な量の作動流体を蒸発器本体１０３内部に安定して供給することが可能となる。
【００２１】
同様の理由により、液溜め部１１１から蒸発器本体１０３内に直接流入した作動流体が、小径部１１９ａに浸透される際に、蒸発器本体１０３の内周面に形成された液溝１２１が存在することにより、作動流体の浸透がより安定して行われる。
なお、以上の構成により、ループ型ヒートパイプ１００を備える電子機器が配置された際に、重力環境で蒸発器本体１０３の下方に液溜め部１１１が配置された場合であっても、作動流体の液輸送が安定して行われる。
【００２２】
＜圧力損失＞
従来のループヒートパイプ１００の全体の圧力損失ΔＰｔｏｔは、以下に示す式（１）の関係で表わされる。
【００２３】
【数１】
0005636803.tif 000002
【００２４】
ここで、ΔＰｇｒｏｏｖｅ、ΔＰｖａｐ、ΔＰｃｏｎ、ΔＰｌｉｑ、ΔＰｗはそれぞれ、蒸気溝１２４、蒸気管１０５、凝縮器１０７、液管１０９、ウィック１１９内を流体が通過する際の摩擦圧力損失である。また、ΔＰｇは重力による静止圧力損失である。
そして、ループ型ヒートパイプ１００の動作が可能なのは，ウィック１１９内に生成できる最大毛細管圧力
【００２５】
【数２】
0005636803.tif 000003
が式(1)より大きい場合である。
そして、本実施の形態においては、液溜め部１１１内のウィック１１９である大径部１１９ｂによる圧力損失が加わるため、全体の圧力損失は以下に示す式（３）の関係で表わされる。
【００２６】
【数３】
0005636803.tif 000004
ここで、ΔＰ２ｗは大径部１１９ｂから小径部１１９ａまで作動流体が輸送される際の摩擦圧力損失で、ΔＰ２ｗの圧力損失増大分により，最大熱輸送能力が低下する。
そして、ΔＰ２ｗは、以下に示す式（４）の関係で表わされる。
【００２７】
【数４】
0005636803.tif 000005
ここで、ｖｌ、ｍはそれぞれ作動流体の動粘性係数、質量流量である。また、Πｗ、Ａｗ、Ｌｗはそれぞれ大径部１１９ｂのガス浸透率、断面積、及び長さであり、Π２ｗ、Ａ２ｗ、Ｌ２ｗは小径部１１９ａのガス浸透率、断面積、及び長さである。さらに、ガス浸透率は、以下に示す式（５）という実験式で表わされることが多い。
【００２８】
【数５】
0005636803.tif 000006
ここで、ｄｗはウィック１１９の細孔直径、Φｗは空隙率である。
そして、本発明は、以下に示す式（６）が成立する範囲であることが好ましい。
【００２９】
【数６】
0005636803.tif 000007
【００３０】
＜代替例＞
次に、図３乃至図５を用いて、本実施の形態の代替例を示す。ここで、図３は、他の実施形態に係る蒸発器１０１を示す概略構成図であり、図４は、蒸発器１０１に形成される液溝１２１の他の態様を説明するための説明図であり、図４（ａ）は円形状の液溝１２１ａ、図４（ｂ）はらせん状の液溝１２１ｂ、図４（ｃ）は円弧状の液溝１２１ｃをそれぞれ示す。図５は、蒸発器１０１の液溝１２１の代替例を説明するための説明図であり、図５（ａ）はスプリング１２３を用いた態様、図５（ｂ）は図５（ａ）の円で示した部分を拡大した拡大図であり、図５（ｃ）は不織布１２５を用いた態様、図５（ｄ）は図５（ｃ）のＶ−Ｖ面で切断した断面図をそれぞれ示す。
【００３１】
まず、図３に示すように、ウィック１１９を特性が異なる２つ以上の材料から構成してもよい。例えば、小径部１１９ａと大径部１１９ｂとを異なる材料によって形成してもよい。具体的には、小径部１１９ａを多孔質金属によって形成し、大径部１１９ｂを多孔質樹脂によって形成してもよい。あるいは小径部１１９ａと、大径部１１９ｂとを、それぞれ製造方法が異なる多孔質金属によって形成してもよい。
特性の異なる材料を用いることによって、例えば、大径部１１９ｂの熱伝導率を、小径部１１９ａの熱伝導率よりも、低くすることができる。これにより、図示しない発熱体から液溜め部１１１内へ熱が伝わることを低減できる。結果として、ループ型ヒートパイプ１００全体の作動温度を低減することにより、ループ型ヒートパイプ１００の冷却効率が向上する。
また、大径部１１９ｂの実効空孔径を、小径部１１９ａの実効空孔径よりも大きくなるよう形成してもよい。例えば、小径部１１９ａの実効空孔径を０．１〜１０μｍとするのに対し、大径部１１９ｂの実効空孔径を１〜２０μｍとする。好ましくは、小径部１１９ａの実効空孔径を５〜１０μｍとするのに対し、大径部１１９ｂの実効空孔径を１０〜２０μとする。ここで、大径部１１９ｂの実効空孔径が、小径部１１９ａの実効空孔径よりも大きくてもよい理由としては、例えば以下のものがあげられる。すなわち、ウィック１１９の大径部１１９ｂは、上述のように作動流体を大径部１１９ｂから小径部１１９ａまで浸透させる。一方、ウィック１１９の小径部１１９ａは、作動流体を外周面に向けて浸透させ発熱体の熱により気化させる。したがって、小径部１１９ａと比較して、大径部１１９ｂは大きな毛細管力を必要としない。さらに、仮に小径部１１９ａと比較して、大径部１１９ｂにより大きな毛細管力を持たせると、対向して流れてくる蒸気との摩擦損失により、液供給が妨げられる場合がある。
【００３２】
さて、液溝１２１は、ウィック１１９の内周面に沿う円形状の液溝１２１が、軸方向に複数形成されている（図４（ａ）の１２１ａ参照）ことを説明したが、これに限定されない。例えば、図４（ｂ）に示すように、ウィック１１９の内周面に沿ってらせん状に形成されたらせん状の液溝１２１ｂや、図４（ｃ）に示すように、ウィック１１９の内周面に沿って形成された円弧状の液溝１２１ｃであってもよい。
円弧状の液溝１２１ｃの場合、ウィック１１９の内周面全体に円弧状の液溝１２１ｃが分布していることが望ましい。このことにより、ループ型ヒートパイプ１００がいずれの方向に設置された場合であっても液輸送をより安定させることができる。例えば、図４（ｃ）に示す例では、円弧状の液溝１２１ｃの切れた箇所が軸方向に揃わないように、円弧状の液溝１２１ｃは互いに異なる向きに設けられる。
【００３３】
また、図５に示すように、液溝１２１の代替例として次のような構成であってもよい。
具体的には、図５（ａ）に示すように、液溝１２１を細かなスプリング１２３をウィック１１９の内周面に沿って配置してもよい。このスプリング１２３は、ひと巻き部分１２３ａと連続する他のひと巻き部分１２３ｂと接して配置されている。このスプリング１２３は、例えば線径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの金属からなる部材をコイル状にすることにより構成される。
スプリング１２３は、次のように作用する。まず、スプリング１２３のひと巻き部分１２３ａと、隣接する他のひと巻き部分１２３ｂとが、スプリング１２３の内周側に内周空間１２３ｃを形成する。そして、この内周空間１２３ｃに沿うひと巻き部分１２３ａと他のひと巻き部分１２３ｂとに沿って、作動流体が表面張力により上昇し、作動流体とウィック１１９とが接する面が増加する。すなわち、スプリング１２３のひと巻き部分１２３ａと、隣接する他のひと巻き部分１２３ｂとが、上述の液溝１２１の代替として作用する。さらに、スプリング１２３のひと巻き部分１２３ａと、隣接する他のひと巻き部分１２３ｂと、ウィック１１９の内周面とで形成する外周空間１２３ｄも、上述の液溝１２１の代替として作用する。すなわち、この外周空間１２３ｄに沿うひと巻き部分１２３ａと他のひと巻き部分１２３ｂとに沿って、作動流体が表面張力により上昇し、作動流体とウィック１１９とが接する面が増加する。
【００３４】
さらに、液溝１２１の代替例として、ウィック１１９の内周面に沿って設けた不織布等であってもよい。内周面に沿って設けた不織布内を、作動流体が浸透することにより、ウィック１１９の内周面と作動流体が接する部分が増加する。すなわち、大径部１１９ｂにおいて作動流体が浸透し得る領域を増やすことができる。
【００３５】
さらにまた、液溝１２１の代替例として、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ウィック１１９と同軸に設けられた細管１３１の外周からウィック１１９の内周に向けて設けられた不織布１２５を形成してもよい。この直径方向に設けられた不織布１２５を、作動流体が浸透することにより、小径部１１９ａ及び大径部１１９ｂにおいて、作動流体の液面から離れた領域にあるウィック１１９と作動流体が接触することにより、作動流体が浸透し得る領域を増やすことができる。
【００３６】
さらにまた、液溜め部１１１の後端から蒸発器本体１０３の内部にかけて存在し、作動流体を蒸発器本体１０３の内部に直接送り込むためのべイオネット管が設けられてもよい。ベイオネット管を設けることにより、ベイオネット管が蒸発器本体１０３に直接作動流体を供給することにより、蒸発器本体１０３内に確実に作動流体が存在することになるためさらに安定して作動流体を循環させることが可能となる。なお、上述の図５（ｂ）及び（ｃ）に示す態様においては、細管１３１をベイオネット管としてもよい。
【００３７】
さて、上述の実施形態においては、蒸気溝１２４が蒸発器本体１０３に形成されることを説明したがこれに限定されない。例えば、蒸発器本体１０３の内周ではなく、ウィック１０９の外周に蒸気溝１２４が設けられてもよい。あるいは、蒸発器本体１０３の内周及びウィック１０９の外周の両者に設けられてもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態においては、ウィック１１９の小径部１１９ａの外周面と蒸発器本体１０３の内周面とが直接接触する構成を用いて説明したが、これに限定されない。例えば、別部材として構成される他のウィックを、ウィック１１９と蒸発器本体１０３との間に設けてもよい。具体的には、他のウィックの内周面が、小径部１１９ａの外周面に沿って接触して設けられ、他のウィックの外周面が蒸発器本体１０３の内周面と接触して設けられる。すなわち、二重のウィックを設ける構成であってもよい。
【００３９】
上述の各構成を採用することによって、液相の作動流体が小径部１１９ａに存在する可能性を高め、小径部１１９ａが濡れた状態を維持ことができる。したがって、ループ型ヒートパイプ１００の起動および動作が安定する。このことは、微小重力環境においても同様であり、上述の各構成を採用することによってループ型ヒートパイプ１００の起動および動作が安定する。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
＜蒸発器１０１の構成＞
さて、二重にウィックを設ける構成としては、次のような実施形態がある。以下で、図６及び図７を用いて第２の実施形態について説明をする。
ここで、図６は、第２の実施形態に係る蒸発器１０１を示す概略構成図であり、図６（ａ）は、第２の実施形態に係る蒸発器１０１の軸方向における断面図を示し、図６（ｂ）は、後述する支持部材（１３３、１３５）を取り除いた蒸発器１０１の軸方向における断面図である。また、図７は、他の態様に係る蒸発器１０１を説明するための説明図であり、図７（ａ）は、後述する外周ウィック１２９の代替例を示し、図７（ｂ）は、支持部材（１３３、１３５）の代替例を示す。
【００４１】
まず、上述の図１及び図２に示す実施の形態と、図６及び図７に示す実施の形態との主な違いについて説明すると、次のようになる。
図１及び図２に示す実施形態においては、蒸発器本体１０３と液溜め部１１１との内周面に接触して挿入されるウィック１１９を説明した。これに対して、図６及び図７に示す実施形態においては、二重に設けられたウィック（図６の１２９、１３９参照）を設ける構成である。具体的には、蒸発器本体１０３の内部に接触して挿入される外周ウィック１２９と、外周ウィック１２９の内部に接触して設けられる内周ウィック１３９とを有する。また、内周ウィック１３９の内部には、内周ウィック１３９を支持する第１スプリング１３３と第２スプリング１３５とを有する。
【００４２】
ここで、外周ウィック１２９は、中空管状の多孔質金属である。そして外周ウィック１２９の一方の端部、すなわち前端１２９ｃは閉塞され、外周ウィック１２９の他方の端部、すなわち後端１２９ｄは開放されている。外周ウィック１２９は、蒸発器本体１０３の内部に存在し、蒸発器本体１０３の内周面に沿って接触して設けられる。なお、外周ウィック１２９は、通常のヒートパイプで用いられるように、硬質の材質によって構成されている。本実施の形態における外周ウィック１２９は、多孔質繊維を円筒形に積層して形成される。この多孔質繊維の実効空孔径は、０．１〜１０μｍである。また、この多孔質繊維の空孔率は２５％〜７０％である。
【００４３】
内周ウィック１３９は、中空管状の多孔質樹脂からなり、柔軟で可撓性を有する部材として形成される。内周ウィック１３９の部材としては、例えばファブリック、不織布、シート状の部材などがある。そして内周ウィック１３９の両端部（図６の１２９ｃ及び１２９ｄ参照）は開放されている。また、内周ウィック１３９は、液溜め部１１１の内部から蒸発器本体１０３の内部にかけて存在し、液溜め部１１１の内周面及び外周ウィック１２９の内周面とそれぞれ接触して設けられる。
さらに、この内周ウィック１３９は、径方向に変形可能である。具体的には、内周ウィック１３９の直径方向に拡大または縮小することが可能である。なお、本実施の形態においては、内周ウィック１３９は、内周ウィック１３９の直径方向に縮小することが可能である。ここで、直径方向の縮小には、円周方向の形状（この例では、円形）を維持したまま、直径方向で縮小することだけでなく、円周方向の形状を変化させ、例えば一部を折りたたむことによって、直径方向で縮小することを含む。本実施例における内周ウィック１３９は、多孔質繊維を不織布状にすることで形成される。具体的には、内周ウィック１３９は、多孔質繊維を円筒形に積層して形成される。この多孔質繊維の実効空孔径は、０．１〜１０μｍ以下である。また、内周ウィック１３９の空孔率は２５％〜７０％である。なお、内周ウィック１３９として、熱伝導率が低い材質を用いると、蒸発器本体１０３から液溜め部１１１への熱リークを低減することができる。熱リークを低減する場合、例えば一般的に金属よりも非金属の方が、熱伝導率が低いためより好ましい。
【００４４】
第１スプリング１３３は、コイルばね状の部材である。第１スプリング１３３は、例えば金属や樹脂からなる。そして、第１スプリング１３３は、蒸発器本体１０３の内部であって、外周ウィック１２９の内周面との間に内周ウィック１３９を挟むよう配置される。すなわち、第１スプリング１３３は、外周ウィック１２９の内周面に内周ウィック１３９を押しつけるよう支持する。この第１スプリング１３３は、例えば線径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの金属からなる部材をコイル状にすることにより構成される。そして、第１スプリング１３３の連続するひと巻き部分の距離、すなわちピッチは、例えば０．３〜５ｍｍとなる。好ましくは、第１スプリング１３３のピッチは、線径の２倍程度となる。
【００４５】
第２スプリング１３５は、コイルばね状の部材である。第２スプリング１３５は、例えば金属や樹脂からなる。そして、第２スプリング１３５は、液溜め部１１１の内部であって、液溜め部１１１の内周面との間に内周ウィック１３９を挟むよう配置される。すなわち、第２スプリング１３５は、液溜め部１１１の内周面に内周ウィック１３９を押しつけるよう支持する。この第２スプリング１３５は、例えば線径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの金属からなる部材をコイル状にすることにより構成される。そして、第２スプリング１３５の連続するひと巻き部分の距離、すなわちピッチは、例えば３〜１５ｍｍとなる。好ましくは、第２スプリング１３５のピッチは、線径の１０倍程度となる。
【００４６】
ここで、第１スプリング１３３と第２スプリング１３５とを比較すると、まず、第１スプリング１３３のコイルの外径は、第２スプリング１３３のコイルの外径よりも小さい。
さらに、第１スプリング１３３のピッチは、第２スプリング１３３のピッチよりも小さい。すなわち、第１スプリング１３３が軸方向の単位長さ当たりに内周ウィック１３９と接触する部分の個数は、第２スプリング１３５が軸方向の単位長さ当たりに内周ウィック１３９と接触する部分の個数よりも大きい。
この構成は以下の理由による。まず、蒸発器本体１０３の内部において、外周ウィック１２９と内周ウィック１３９とが接触する部分においては、後述するように内周ウィック１３９から外周ウィック１２９に作動流体の浸透が行われる。それに対して、液溜め部１１１の内部において、液溜め部１１１と内周ウィック１３９とが接触する部分においては、外周側にウィックが存在しないため、内周ウィック１３９から液溜め部１１１に作動流体の浸透は行われない。
したがって、蒸発器本体１０３の内部において、外周ウィック１２９と内周ウィック１３９とが接触する部分は、十分に接触している必要がある。一方、液溜め部１１１の内部において、液溜め部１１１と内周ウィック１３９とが接触する部分隙間があっても良い。このことから、第２スプリング１３５は第１スプリング１３３よりもピッチが大きい。
【００４７】
＜蒸発器１０１の動作＞  
図６に示す蒸発器１０１内での作動流体の動きは、上述の図２に示す蒸発器１０１内での作動流体の動きと概略は同様である。すなわち、作動流体はまず液溜め部１１１に供給され、液溜め部１１１内に保留される。そして、重力下で液溜め部１１１の下方に保留された作動流体は、蒸発器本体１０３内へ直接流入することに加え、ウィック１１９を介することによっても蒸発器本体１０３へ送られる。
【００４８】
ここで、液溜め部１１１に保留された作動流体は、液溜め部１１１内に備えられた内周ウィック１３９に浸透される。そして、液溜め部１１１内に備えられた部分から蒸発器本体１０３内に備えられた部分に向けて内周ウィック１３９内を浸透することによって送られる（矢印Ｄ１参照）。
さて、蒸発器本体１０３内へ直接流入した作動流体は、内周ウィック１３９の蒸発器本体１０３内に備えられた部分に浸透される（矢印Ｄ２参照）。
そして、蒸発器本体１０３内から浸透した作動流体と、内周ウィック１３９の液溜め部１１１内に備えられた部分を介して浸透した作動流体とは、内周ウィック１３９と直径方向に連続して設けられた外周ウィック１２９に向けて浸透する（矢印Ｄ３参照）。そして、外周ウィック１２９の外周面に向けて浸透した作動流体は、発熱体の熱により加熱され気化し、蒸気溝１２４に沿って送られる（矢印Ｄ４参照）。
【００４９】
＜代替例＞
ここで、外周ウィック１２９は、一定形状を維持する硬質の構成として説明したがこれに限定されない。図７（ａ）に示すように、例えば、外周ウィック１２９は、内周ウィック１３９と同様に径方向に変形可能であってもよい。この外周ウィック１２９は、中空管状の多孔質樹脂からなるファブリック状あるいはシート状の部材で形成される。このような構成を採用することにより、外周ウィック１２９の設置が容易になる。
また、外周ウィック１２９を径方向に変形可能とする場合、図７（ａ）に示すように、蒸発器１０１にくびれ部１４１を設けることが可能である。このくびれ部１４１を設けることで、発熱体（図示せず）から液溜め部１１１内への伝熱が低減できる。
なお、図７（ａ）に示すように、外周ウィック１２９の後端にシール部材１３７を設けることによって、蒸気溝１２４内に存在する気化された作動流体が液溜め部１１１内へ移動すること防止する。さらに、温度が上昇した作動流体が液溜め部１１１に流入することによって、液溜め部１１１内への伝熱が低減できる。
【００５０】
さて、上述の内周ウィック１３９を支持する部材として、第１スプリング１３３と第２スプリング１３５とを用いて説明したが、これに限定されない。第１スプリング１３３及び第２スプリング１３５は、外周ウィック１２９及び液溜め部１１１それぞれの内周面に内周ウィック１３９を押しつけるよう支持する部材であればよい。例えば、図７（ｂ）に示すように、傘骨状の部材（１４３、１４５）でもよい。この傘骨状の部材１４５は、内周ウィック１３９と同軸に配置された軸部１４３ａ、１４５ａと、この軸部１４５から径方向外側、すなわち内周ウィック１３９の内周面に向けて伸びる支持部１４３ｂ、１４５ｂとからなる。そして、この支持部１４３ｂ、１４５ｂは径方向外側に向かうに従い、内周ウィック１３９の後端側へ向かうように構成されている。支持部１４３ｂ、１４５ｂが、内周ウィックの後端側へ向かうように構成されていることによって、支持部１４３ｂ、１４５ｂが内周ウィック１３９を支持する面積が増加し、内周ウィック１３９を確実に支持することができる。なお、液溜め部１１１内の支持部１４５ｂ間のピッチは、蒸発器本体１０３内の支持部１４３ｂ間のピッチよりも大きい。
【００５１】
また、上述の実施形態においては、第１スプリング１３３と第２スプリング１３５とが別体の構成として説明したが、これに限定されない。例えば、第１スプリング１３３と第２スプリング１３５とが一体として構成されてもよい。
また、傘骨状の部材１４３、１４５に関しても別体の構成として説明したが、これに限定されず、一体として構成してもよい。
【００５２】
さらに、図６及び７に示す実施の形態においても、液溜め部１１１の後端から蒸発器本体１０３の内部にかけて存在し、作動流体を蒸発器本体１０３の内部に送り込むためのべイオネット管が設けられてもよい。
【００５３】
上述の各構成を採用することによって、液相の作動流体が外周ウィック１２９に存在する可能性を高め、外周ウィック１２９が濡れた状態を維持ことができる。したがって、ループ型ヒートパイプ１００の起動および動作が安定する。このことは、微小重力環境においても同様であり、上述の各構成を採用することによってループ型ヒートパイプ１００の起動および動作が安定する。
【符号の説明】
【００５４】
１００…ループ型ヒートパイプ、１０１…蒸発器、１０５…蒸気管、１０７…凝縮器、１０９…液菅、１１９…ウィック、１２１…液溝、１２９…外周ウィック、１３９…内周ウィック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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