(57)【要約】  簡素な構造で熱伝達性能に優れたヒートパイプが提供される。ループ式ヒートパイプ１は、蒸発部２と蒸気リッチ管部４と、凝縮部３と液リッチ管部５とを順次接続してなるループ状の流体移動経路をもつ。このループ状の流体移動経路には、ノズル部６とディフューザ部７とが形成されている。これにより、ループ状の流体移動経路の順方向流体抵抗と逆方向流体抵抗とに差を設けて、ループ状の流体移動経路に一方向の蒸気流を形成する。
2009051001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部流体が一方向に流れるとともに外部と熱交換する流体管路をもつ一方向流体移動装置において、
前記流体管路の内面は、全周にわたって内側に突出するリング状の山部と、全周にわたって前記山部よりも外側に形成されたリング状の谷部と、前記一方向へ所定間隔を隔てて交互に有し、
前記一方向における前記リング状の谷部から前記リング状の山部への間の前記流体管路の内面は、流路断面積を連続的に減少させるリング状の先細状の傾斜面をもつノズル部を構成し、
前記一方向における前記リング状の山部から前記リング状の谷部への間の前記流体管路の内面は、流路断面積を連続的に増大させるリング状の末広がり状の傾斜面をもつディフューザ部を構成し、
前記ノズル部は、前記ディフューザ部よりも大きな前記一方向への単位長さ当たり流路断面積変化率をもつことを特徴とする一方向流体移動装置。
【請求項２】
前記流体管路は、前記内部流体を蒸発させる蒸発部と、前記内部流体を凝縮させる凝縮部と、前記凝縮部から前記蒸発部へ凝縮液成分が相対的に多い前記内部流体を移動させる蒸気リッチ管部と、前記蒸発部から前記凝縮部へ相対的に蒸気成分が多い流体を移動させる気体リッチ管部とにより構成されたループ状の流体移動経路を有して、ループ式ヒートパイプを構成する請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項３】
前記凝縮部の少なくとも一部は、前記蒸発部よりも上方に配置されている請求項２記載の一方向流体移動装置。
【請求項４】
前記ループ状の流体移動経路は、厚さ方向に重ねられて周縁部が接合された複数枚の金属板の内部に形成され、前記流路断面積の変更は、主として前記ループ状の流体移動経路の面方向幅の変更によりなされる請求項２記載の一方向流体移動装置。
【請求項５】
前記ループ状の流体移動経路は、周縁部が接合された複数枚の金属板の内部に複数形成され、面方向に隣接する２つの前記ループ状の流体移動経路は、前記ノズル部及びディフューザ部を逆向きに有する請求項２載の一方向流体移動装置。
【請求項６】
前記ループ状の流体移動経路は、厚さ方向に配置された複数枚の金属プレートにより厚さ方向に複数形成されている請求項２記載の一方向流体移動装置。
【請求項７】
前記複数枚の金属プレートのうちの前記蒸発部をなす部分は、冷却すべき発熱体に接触して固定され、前記複数枚の金属プレートの面方向端部は、前記凝縮部をなす請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項８】
前記複数の金属プレートのうち蒸発部をなす部分を厚さ方向に貫通する金属製の棒部と、前記棒部の一端に固定された金属製の台座部とを有し、前記発熱体は、前記台座部に固定されている請求項７記載の一方向流体移動装置。
【請求項９】
前記複数枚の金属プレートの面方向一端部が前記蒸発部を、面方向他端部が前記凝縮部をなす請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項１０】
前記蒸発部をなす前記複数枚の金属プレートの部分と、前記蒸発部に隣接して前記凝縮部をなす前記複数枚の金属プレートの部分との間に位置して、前記蒸発部を加熱する高温の二次流体と、前記凝縮部を冷却する低温の二次流体とを分離する二次流体遮断部を有す
る請求項９記載の一方向流体移動装置。
【請求項１１】
厚さ方向に隣接する２つの前記凝縮部の間、及び、厚さ方向に隣接する２つの前記蒸発部の間の少なくとも一方に位置して、二次流体が流れる二次流体流路を形成するスペーサを兼ねるとともに前記二次流体と熱交換するフィンを有する請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項１２】
前記蒸発部は、前記凝縮液を保持する液保持部を有する請求項２記載の一方向流体移動装置。
【請求項１３】
前記複数枚の金属プレートにより構成されたプレート型のループ式ヒートパイプは、モータのステータコアをなす積層鋼板の間に介設され、前記金属プレートの厚さ方向と前記積層鋼板の厚さ方向とは一致している請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項１４】
前記複数枚の金属プレートにより構成されたプレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部は、インナーロータ型モータのステータコアのスロットを貫通し、
前記プレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部の一主面は、前記スロットの底面に密着し、
前記プレート型のループ式ヒートパイプの凝縮部の一主面は、前記ステータコアを支持するフレームの内周面に密着している請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項１５】
前記ステータコイルのコイルエンドの少なくとも一部は、前記ステータコイルのスロット内導体部よりも上方に配置される請求項１４記載の一方向流体移動装置。
【請求項１６】
前記蒸発部は、エンジンのシリンダボアの周囲に螺旋状に巻回されて軽金属製の前記エンジンブロックに埋設された鋼管により構成されているループ式ヒートパイプからなる請求項２記載の一方向流体移動装置。
【請求項１７】
前記流体管路は、高融点で良熱伝導性の材料により形成された金属管からなり、前記金属管は、前記金属管よりも低融点の金属材料により形成されて被冷却体又は被加熱体をなす所定形状の金属鋳造体に埋設されている請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項１８】
前記流体管路は、前記一方向に対して振動して前記内部流体を前記一方向へ付勢する請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項１９】
前記流体管路の両端は開口され、前記内部流体は、前記流体管路の一端から前記流体管路内に流入した後、前記流体管路と熱授受し、その後、前記流体管路の一端から外部へ排出される請求項１記載の一方向流体移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
流体管路により構成されて一方向へ流体を移動させる一方向流体移動装置に関する。本発明の流体管路は、ポンプやタービンのような専用の回転式流体駆動装置を用いることなく流体管路内を一方向へ流体を移動させる。流体管路は外部と熱交換することができ、たとえばヒートパイプとして用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
種々の機器や機械の小型軽量化によりその放熱問題が深刻となっている。ヒートパイプは、小型軽量の発熱体から低温熱源への熱移動を容易とする。ヒートパイプにおける課題は、凝縮部から蒸発部への凝縮液の環流性能を向上することである。一般の有端型ヒートパイプでは、ウイックによる毛細管現象を用いて環流を行っている。特許文献１などに記載される管状又はプレート状の自励振動型ヒートパイプは、有端型ヒートパイプに比べて、簡単な構造と高い配置自由度とをもつ。この自励振動型ヒートパイプでは、ヒートパイプの流路は、その長手方向に凝縮液部と蒸気部とに交互に分離され、ヒートパイプの蒸発部で生じる間欠的な沸騰による圧力振動を利用している。しかしながら、特許文献１の自励振動型ヒートパイプでは、蒸発部（受熱部）における間欠的な沸騰に生じた圧力を各液部に良好に伝えるため、液部と気体部とがヒートパイプの長手方向（軸方向とも言う）へ交互かつ良好に区画分離されている必要がある。このため、たとえば直径１１ｍｍ未満という径小管を採用する必要があった。その結果、ヒートパイプ断面積の減少と、管の内周面における摩擦抵抗の増大により、液体移動量に相関をもつ熱移動量に制限があった。【０００３】
下記の特許文献２、３は、螺旋突起が内壁面に形成されたループ式ヒートパイプを提案している。螺旋突起の延在方向と直角方向において螺旋突起は左右非対称に形成されている。この螺旋突起付きヒートパイプでは、螺旋突起に隣接する螺旋溝の延在方向へは凹凸が無いため、流体の多くは螺旋方向へ流れることになる。特許文献３は、籠型誘導モータの籠型コイルをヒートパイプにより構成することを提案している。しかし、モータのステータコイルや静止コイルをヒートパイプとすることは、コイルが、上記籠型コイルに比べて始端から終端までのコイル長さが長いため実用化が困難であった。半導体チップは単位体積当たりの発熱量が大きいため、その冷却は特に重要な問題となっている。一般に、従来の半導体チップの冷却は、半導体チップを金属厚板製のヒートシンクに取り付け、このヒートシンクを冷却フィンする。ヒートシンクの冷却は、ヒートシンクに設けた多数のフィンを冷却風に接触させる空冷方法や、ヒートシンクに設けた冷却水孔に冷却水を流したり、ヒートシンクに水冷パイプを固定する水冷法が一般的である。【０００４】
特許文献５は、ヒートパイプの一端に電子装置を、他端に振動装置付きの放熱装置を取り付けることを提案している。この振動型の放熱装置は、放熱装置の伝熱面の空気境界層を破壊する効果をもつ。エンジンのシリンダブロックの冷却は、ラジエータで冷却した冷却水をシリンダブロックの冷却水孔に流すことにより行われる。ピストンの冷却は、主としてシリンダボアを通じての伝熱により行われている。【０００５】
下記の特許文献６、７は、発明者がこの出願の基礎となる日本出願を出願後に発見した先行技術である。【０００６】
特許文献６は、蒸発領域から凝縮領域への蒸気通路の途中に設けられたノズル３６と、凝縮領域の直後に設けられたリキッドディフユーザ３８とをもつ同軸２重管構造のヒートパイプを記載している。蒸気を膨張させるノズル３６は、蒸発領域から凝縮領域への蒸気通路の途中に設けられている。リキッドディフユーザ３８は、凝縮領域で凝縮した液体を蒸発部に戻す液体通路の入り口、言い換えれば凝縮領域の出口に設けられている。けれども、リキッドディフユーザ３８は先細形状となっている。速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するには、通常は、進行方向に向けて流路断面積を連続的に増大させる必要がある。また、この発明のヒートパイプは、通常のヒートパイプと同じく、蒸発領域から凝縮領域へは蒸気流を流し、凝縮領域から蒸発領域へは液体流を流す。凝縮領域から圧力が高い蒸発領域へ液体流を戻すために、不足する液体流の圧力を補うために液体流通路の毛細管現象を利用せざるを得ない。【０００７】
特許文献７は、特許文献６と同様構造の同軸２重管構造のヒートパイプを記載している。このヒートパイプも特許文献６と同様構造のノズル（JET）１５及びディフユーザ１９を蒸気通路に有している。しかし、このディフユーザ１９はその直前のノズル１５よりも断面積変化率が大きく、流体損失が大きく、ディフユーザ１９において大きな圧力損失が発生する。このため、相対的に高圧のベーバライザ２１と相対的に低圧のコンデンサ２３との間の圧力差は、十分に回復されない。このため、コンデンサ２３からベーバライザ２１への液体戻しは、特許文献６と同様に主として毛細管現象により行われる。
【特許文献１】特許第１８８１１２２号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２１７９号公報
【特許文献３】特開平７−３１１１１号公報
【特許文献４】特開平１１ー６９７２２号公報
【特許文献５】特開２００７ー１４２３６０号公報
【特許文献６】US３５３２１５９
【特許文献７】US４２８１７０９
【発明の開示】
【０００８】
（発明の目的）
本発明は、熱移動性能をもつ一方向流体移動装置を提供することをその目的としている。本発明の一方向流体移動装置は、たとえば従来採用が困難であった高熱密度の発熱機器の熱をファンやポンプなどの専用流体駆動装置を用いることなく必要部位に移動可能な高性能なヒートパイプや伝熱管に適用可能である。
【０００９】
（発明の要約）
上記課題を解決するためになされた本発明は、内部流体が一方向に流れるとともに外部と熱交換する流体管路をもつ一方向流体移動装置において、前記流体管路の内面は、全周にわたって内側に突出するリング状の山部と、全周にわたって前記山部よりも外側に形成されたリング状の谷部と、前記一方向へ所定間隔を隔てて交互に有し、前記一方向における前記リング状の谷部から前記リング状の山部への間の前記流体管路の内面は、流路断面積を連続的に減少させるリング状の先細状の傾斜面をもつノズル部を構成し、前記一方向における前記リング状の山部から前記リング状の谷部への間の前記流体管路の内面は、流路断面積を連続的に増大させるリング状の末広がり状の傾斜面をもつディフューザ部を構成し、前記ノズル部は、前記ディフューザ部よりも大きな前記一方向への単位長さ当たり流路断面積変化率をもつことをその特徴としている。
【００１０】
すなわち、本発明の一方向流体移動装置は、いわゆるノズルであるノズル部といわゆるディフューザであるディフューザ部とを交互に設けた流体管路を有する。ノズル部とディフューザ部とのペアは直列に複数設けられることが望ましい。順方向におけるノズル部及びディフューザ部の流体抵抗、特に順方向におけるディフューザ部の流体抵抗を低減するために、ディフューザ部の長手方向単位長さ当たりの流路断面積増加率は十分に減少される。たとえば、流路断面の増加率ｋをディフューザ部の長手方向単位長さＬ当たりの流路断面の半径ｒとする時、ｋは０．０５〜０．１とされる。また、流路管路の急激な曲がりを緩やかとして流体損失を減らすことが好適である。圧力損失を一方向流体移動装置は、両端が外部に開口する有端型の流体管路とすることができ、その他、流体管路をループ状に形成した無端型の流体管路としてもよい。
【００１１】
本発明では、ノズル部の長手方向単位長さ当たりの流路断面積縮小量は、ディフューザ部のそれよりも大きくされる。ノズルの流体損失は、流路の単位長あたりの流路断面積減少率が大きくてもそれほど増加しない。これに対して、ディフューザの流体損失は、流路の単位長あたりの流路断面積減少率が大きくなると大幅に増大する。なんらかの方法で、流体管路内の内部流体には、流体管路の軸方向（長手方向）への付勢力が与えられる。禁止されるものではないが、ポンプやファンなどの専用の回転式流体駆動機械の使用は、モータを必要とし、電力供給の必要と全体体格の大型化を避けるため、望ましくない。本発明では、上記ノズル部とディフューザ部とによる流体管路の流体抵抗の特性を活かして内部流体が流体管路の長手方向一方側へ付勢される。
【００１２】
ノズル部の流路断面積減少方向かつディフューザ部の流路断面積増大方向である一方向における流体管路の流体抵抗は、上記一方向と逆方向における流路断面積の流体抵抗よりも小さくなる。これは、逆方向では、上記一方向におけるノズルがディフューザ部となるため、この逆方向におけるディフューザ部の長手方向単位長さ当たりの流路断面積増大量が大きくなるためである。ディフューザ部の流路断面積増加率が高いと境界層剥離などの影響により流体抵抗が大幅に増大することが知られている。その結果、上記付勢力により流体管路内の内部流体は一方向へ安定して流れることになる。これにより、簡単な構成により、優れた伝熱機能をもつ流体管路を実現することができる。なお、本発明は、気体が主成分である流体に対して特に有効であるが、液体を主成分とする場合でも同様の効果を奏することができる。
【００１３】
好適な態様において、前記流体管路は、前記内部流体を蒸発させる蒸発部と、前記内部流体を凝縮させる凝縮部と、前記凝縮部から前記蒸発部へ凝縮液成分が相対的に多い前記内部流体を移動させる蒸気リッチ管部と、前記蒸発部から前記凝縮部へ相対的に蒸気成分が多い流体を移動させる気体リッチ管部とにより構成されたループ状の流体移動経路を有して、ループ式ヒートパイプを構成する。すなわち、この態様では、流体管路は、ループ状に形成されて内部が密閉される。かつ、内部流体には、運転温度範囲にて液相状態と気相状態となる液体が採用させる。好適には、なるべく蒸発潜熱が大きい液体、たとえば水、アルコール、アンモニア、炭酸ガス又はそれらの混合溶液が採用される。
【００１４】
このループ式ヒートパイプは、流体移動方向へノズル部とディフューザ部とが交互に形成されている。好適には、ノズル部及びディフューザ部は、蒸気リッチ管部及び液リッチ管部に形成されるが、蒸発部や凝縮液に設けても良い。凝縮部の内圧（蒸気圧）と蒸発部の内圧（蒸気圧）との差は蒸気リッチ管部と液リッチ管部に均等に掛かる。したがって、蒸発部から凝縮部への蒸気移動は、これら２管を通じて行われ、蒸発部に凝縮液が無くなった時点でこの蒸気移動が停止するはずである。ところが、実際には、順方向におけるノズル部は、逆方向におけるディフューザ部となるため、渦損失の増大により非常に大きな流体損失を発生する。このため、蒸発部から液リッチ管部を通じての流体流れは蒸気リッチ管部のそれよりも強く抑圧される。
【００１５】
その結果として、蒸発部の入り口（液リッチ管部との接続部）と出口（蒸気リッチ管部との接続部）との間に圧力差が生まれ、蒸発部にはその入り口から出口への内部流体の流れが生じる。同様に、凝縮部の入り口（蒸気リッチ管部との接続部）と出口（液リッチ管部との接続部）との間に圧力差が生まれ、凝縮部にはその入り口部から出口への内部流体の流れが生じる。蒸気リッチ管部から凝縮部に流入した内部流体流がもつ速度エネルギーが、上記した蒸発部から液リッチ管部を通じて凝縮部に達する内部流体流の速度エネルギーよりも小さいため、凝縮部で凝縮しなかった蒸気を多く含む内部流体流は、その速度エネルギーにより凝縮部を通じて慣性的に凝縮部から液リッチ管部へ流入し、液リッチ管部を通じて蒸発部に戻る。結局、主として蒸気からなる内部流体の流れが蒸発部、蒸気リッチ管部及び凝縮部に形成され、この流れのエネルギーが、液リッチ管部において、凝縮部から蒸発部への圧力差に抗した流れを形成する仕事を行う。
【００１６】
好適には、蒸気リッチ管部の曲がりはなるべく避けられる。これは蒸発部で生じた蒸気流がなるべく蒸気リッチ管部を通じて良好に凝縮部に達するようにするためである。好適には、流体管路の順方向における流体抵抗を低減するために、ディフューザ部における流路断面の増加率ｋをディフューザ部の長手方向単位長さＬ当たりの流路断面の半径ｒとする時、ｋは、０．０５〜０．１５とされる。好適には、蒸発部、凝縮部、蒸発部と蒸気リッチ管部及び液リッチ管部との接続部、凝縮部と蒸気リッチ管部及び液リッチ管部との接続部において、流体管路の曲がりが形成されることが好適である。これにより蒸気リッチ管部を直線化してその流体損失を減らすことができるとともに、蒸気リッチ管部と液リッチ管部とを略平行に配置してループ式ヒートパイプのコンパクト化を実現することができる。更に、蒸発部で上記曲がりを設けることは、内部流体中の凝縮液粒を遠心力により蒸発部の管壁内面に押しつけてその蒸発を助ける効果を奏する。また、このループ式ヒートパイプでは、高速の循環蒸気流が凝縮部の内面に生じた凝縮液粒を巻き込んで蒸発部へ運ぶ効果をもつ。
【００１７】
好適な態様において、ノズル部及びディフューザ部は、気体リッチ管部及び液リッチ管部に交互に複数形成されている。これにより、ループ状流体移動経路の一方向の流れを良好に形成することができる。好適な態様において、気体リッチ管部は、蒸発部側にディフューザ部に優先して最初のノズル部を、凝縮部側に最後のノズル部に優先して最後のディフューザ部をもち、液リッチ管部は、蒸発部側にディフューザ部に優先しての前記ノズル部を、凝縮部側に最後のノズル部に優先して最後のディフューザ部をもつ。このようにすれば、ループ状の流体移動経路の流体抵抗損失を減らすことができる。好適な態様において、蒸気リッチ管部の流路断面積は、凝縮部のそれよりも大きく形成される。これにより、循環する流れの推進力を向上することができる。好適な態様において、蒸発部及び凝縮部はそれぞれ、ノズル部及びディフューザ部を有する。これにより、流れの推進力を向上することができる。好適な態様において、流体移動経路は、蒸発部、気体リッチ管部、凝縮部及び液リッチ管部からなるセットを複数セット直列に有する。これにより、蒸発部と凝縮部との間の熱移動性能を向上することができる。好適な態様において、凝縮部の少なくとも一部は、蒸発部よりも上方に配置されている。これにより、凝縮部で生じた凝縮液を重力落下させることができるため、凝縮部への凝縮液回収性能を向上することができる。
【００１８】
好適な態様において、ノズル部及びディフューザ部は、管を縮径加工して形成されている。これにより、管型ループ式ヒートパイプのノズル部及びディフューザ部の成形を簡単に行うことができる。
【００１９】
好適な態様において、ループ状の流体移動経路は、厚さ方向に重ねられて周縁部が接合された複数枚の金属板の内部に形成され、流路断面積の変更は、主としてループ状の流体移動経路の面方向幅の変更によりなされる。これにより、プレート型のループ式ヒートパイプのノズル部及びディフューザ部の成形を簡単に行うことができる。好適な態様において、並列配置された複数の凝縮部と並列配置された複数の蒸発部とを有し、複数の蒸発部及び複数の凝縮部は、共通の蒸気リッチ管部及び液リッチ管部により接続される。これにより、蒸気リッチ管部及び液リッチ管部の総断面積を減らして小型化することができる。好適な態様において、ループ状の流体移動経路は、周縁部が接合された複数枚の金属板の内部にたとえば多重リング状に複数形成され、面方向に隣接する２つのループ状の流体移動経路は、ノズル部及びディフューザ部を逆向きに有する。これにより、ノズル部及びディフューザ部をもつループ状の流体移動経路を高密度に形成することができる。
【００２０】
好適な態様において、ループ状の流体移動経路は、厚さ方向に配置された複数枚の金属プレートにより厚さ方向に複数形成されている。これにより、熱移動性能を更に向上することができるとともに、金属プレートの両端部をなす複数の金属プレートの外表面積合計を増大して、熱抵抗を減らすことができる。好適な態様において、複数枚の金属プレートのうちの蒸発部をなす部分は、冷却すべき発熱体に接触して固定され、複数枚の金属プレートの面方向端部は、前記凝縮部をなす。これにより、発熱体を積層配置された複数のループ式ヒートパイプにより良好に冷却することができる。また、各ループ式ヒートパイプは、凝縮部において、複数平行配置されることになるため、それらの間に二次冷却流体たとえば空気流を形成することにより、凝縮部において簡素な構成にて良好に放熱することができる。好適な態様において、複数の金属プレートのうち蒸発部をなす部分を厚さ方向に貫通する金属製の棒部と、棒部の一端に固定された金属製の台座部とを有し、発熱体は、台座部に固定されている。このようにすれば、発熱体からすべてのループ式ヒートパイプへの熱伝達を良好に行うことができるため、更に一層、発熱体の熱を、積層配置された多数のループ式ヒートパイプにより放熱することができる。この態様は、特に半導体素子や半導体モジュールの放熱に適している。これらの熱は、棒部により各ループ状の流体移動経路（各ループ式ヒートパイプ）の蒸発部に良好に伝達されることができる。
【００２１】
好適な態様において、複数枚の金属プレートの面方向一端部が前記蒸発部を、面方向他端部が前記凝縮部をなす。このようにすれば、積層金属プレート内に厚さ方向に複数配置された各ループ状の流体移動経路（各ループ式ヒートパイプ）を用いて、蒸発部側から凝縮部側へ良好に熱移動させることができる。好適な態様において、蒸発部をなす複数枚の金属プレートの部分と、蒸発部に隣接して凝縮部をなす複数枚の金属プレートの部分との間に位置して、蒸発部を加熱する高温の二次流体と、凝縮部を冷却する低温の二次流体とを分離する二次流体遮断部を有する。このようにすれば、高温二次流体からそれと隣接する低温二次流体への良好な熱移動が可能となる。更に、高温二次流体と低温二次流体との間の圧力差が大きくても良好に耐圧伝熱壁を必要としないため、簡素な構造で良好な熱移動が可能となる。好適な態様において、厚さ方向に隣接する２つの凝縮部の間、及び、厚さ方向に隣接する２つの蒸発部の間の少なくとも一方に位置して、二次流体が流れる二次流体流路を形成するスペーサを兼ねるとともに二次流体と熱交換する冷却用のフィンを有する。このようにすれば、各ループ状の流体移動経路と良好に熱授受可能な二次流体流路を容易に構成することができるとともに、凝縮部や蒸発部における熱伝達効果を向上することができる。好適な態様において、スペーサは、山形に折り畳まれている金属薄板からなる。このようにすれば、このスペーサは、二次流体流路を確保するとともに伝熱フィンとして、熱抵抗が高い二次流体から蒸発部又は凝縮部への熱移動のための熱抵抗を簡素な構造で大幅に低減することができる。
【００２２】
好適な態様において、蒸発部は、凝縮液を保持する液保持部を有する。このようにすれば、蒸発部の凝縮液量不足による熱移動性能の低下を良好に防止することができる。好適な態様において、液保持部は、主面が蒸気の流れと平行に配置されたシートからなる。このようにすれば、液保持部によるループ状の流体移動経路内の流体抵抗増加を抑止しつつ蒸発部と凝縮部との間の熱移動量を向上することができる。好適な態様において、シートは、流体移動方向と直角方向に山形に折り畳まれている。これにより、液保持部によるループ状の流体移動経路内の流体抵抗増加を抑止しつつ液保持部の凝縮液保持量を増大させて蒸発部と凝縮部との間の熱移動量を向上することができる。好適な態様において、シートは、親水性の表層部を有する。これにより、シートの凝縮液保持量を容易に増大することができる。好適な態様において、シートは、ループ状の流体移動経路を内蔵する金属プレートに接触配置される金属製である。これにより、金属プレートからシートを通じての蒸気又は凝縮液への熱移動量を増大させることもできる。好適には、このシートは、不織布からなる。これにより、薄いシートにより良好に凝縮液を保持することができる。好適な態様において、流体移動経路に面する金属プレートの内面に、多孔性のアルミニウム陽極酸化膜が形成されている。これにより、金属プレートの内面の親水性を高めて蒸発部の内面の乾燥を抑止することができる。
【００２３】
好適態様において、互いに接合された複数枚の金属プレート内にループ状の流体移動経路が形成されたプレート型のループ式ヒートパイプが、モータのステータコアをなす積層鋼板の間に介設される。これら金属プレートの厚さ方向と積層鋼板の厚さ方向とは一致している。このようにすれば、ステータコアやステータコイルの熱をこのプレート型のループ式ヒートパイプにより良好に外側に移動させることができ、最も温度が高くなるスロット近傍の温度を低下させて、スロット内のステータコイルの温度を低下させることができる。これにより、モータを小型化することができる。好適には、ステータコアの反スロット側の表面は、ステータコア支持用の金属支持部材が配置され、プレート型のループ式ヒートパイプの凝縮部は、この金属支持部材に密着する。好適には、プレート型のループ式ヒートパイプを構成する複数の金属プレートは軟磁性金属板からなる。これにより、ステータコアの磁束量を増大することができる。
【００２４】
好適な態様において、複数枚の金属プレートにより構成されたプレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部は、インナーロータ型モータのステータコアのスロットを貫通し、プレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部の一主面はスロットの底面に密着し、プレート型のループ式ヒートパイプの凝縮部の一主面は、前記ステータコアを支持するフレームの内周面に密着している。このようにすれば、プレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部をステータコイルに邪魔されずに配置できるとともに、凝縮部をフレームの内周面に密着させるためにプレート型のループ式ヒートパイプを容易に曲げ加工することができる。また、プレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部は、スロット内のステータコイル導体に良好に面接触することができる。なお、好適には、プレート型のループ式ヒートパイプの凝縮部の一部は、蒸発部よりも上方に配置される。これにより、凝縮部で生じた凝縮液は、蒸発部に落下するため、プレート型のループ式ヒートパイプの運転始動時に蒸発部に液を確保することができる。
【００２５】
好適な態様において、蒸発部は、エンジンのシリンダボアの周囲に螺旋状に巻回されて軽金属製のエンジンブロックに埋設された鋼管により構成されているループ式ヒートパイプからなる。これにより、シリンダボアの周囲に大断面積の冷却水通路を設ける必要がないため、従来と比較して、エンジンブロックの強度を高め、かつ、小型軽量とすることができる。また、シリンダボアに近接してエンジンブロック内に複雑な形状のループ状の流体移動経路を簡素な製造工程で形成することができる。更に、エンジンブロックよりも高強度の鋼管によりエンジンブロックのシリンダボアの耐圧強度を良好に向上させることができる。また、各鋼管は小型であるため、鋼管とエンジンブロックの線膨張率の差による熱ストレスを低減することができる。好適な態様において、流体管路の両端は開口され、内部流体は、流体管路の一端から流体管路内に流入した後、流体管路と熱授受し、その後、前記流体管路の一端から外部へ排出される。このようにすれば、一方向に流体が流れる熱伝達性能に優れた伝熱管を実現することができる。この伝熱管は、たとえば、ピストンに内蔵され、伝熱管の両端は、クランクシャフト側に開口する。好適な態様において、流体管路は、高融点で良熱伝導性の材料により形成された金属管からなり、金属管は、金属管よりも低融点の金属材料により形成されて被冷却体又は被加熱体をなす所定形状の金属鋳造体に埋設されている。このようにすれば、複雑な形状のループ状の流体移動経路を金属体たとえばシリンダブロックやピストンや半導体阻止冷却用のヒートシンク内に容易に形成することができる。この態様は、ループ式ヒートパイプの他、両端開口の伝熱管にも採用することができる。
【００２６】
好適な態様において、流体管路は、一方向に対して振動して前記内部流体を前記一方向へ付勢する。振動方向としては、流体管路の長手方向の振動成分又は流体管路の径方向の振動成分をもつ。このようにすれば、ノズル部及びディフューザ部による一方向流動機能により、流体管路内に良好に流体を流動させることができる。たとえば、流体管路はエンジンのピストンとされる。往復振動するピストンに固定された流体管路は振動すると考えることができるため、簡単に内部流体を一方向に運動させることができる。たとえば、流体管路は、鋼板のように内部を流れる磁束の変化により磁歪効果により振動する軟磁性コアと一体に形成される。磁束変化は、コイルに交流電流を流すことにより、又は永久磁石を回転させることにより得られる。たとえば、エンジンブロックに埋設された流体管路は、シリンダボア内の間欠的なガス爆発により生じるエンジンブロックの振動により得られる。流体管路は、ループ式ヒートパイプとすることができる。また、流体管路の両端が冷却ガス存在空間に開口する両端開口伝熱管としてもよい。好適な態様において、流体管路は、エンジンのピストン内に形成されてピストンのヘッド部から受け取った熱をクランクシャフト側へ排出する。このようにすれば、ピストンの往復運動により内部流体を長手方向に付勢することができるため、内部流体の一方向への流動を促進することができる。
【００２７】
好適な態様において、蒸発部は、遠心冷却風発生用の翼部を両端面にもつモータのロータに埋設され、凝縮部は、前記翼部と一体に形成されているループ式ヒートパイプからなる。このようにすれば、ステータコイルなどを冷却するための遠心冷却風を形成する翼により凝縮部を構成するため、凝縮部はこの冷却風により非常に冷却されることができる。その結果、ロータ内を良好に冷却することができる。なお、蒸発部は、たとえば永久磁石埋め込み型同期モータのロータコアに埋設された永久磁石に隣接するフラックスバリアに配置されることができる。これにより、ロータのトルク性能を低下させることなく、温度上昇により磁気性能が低下する永久磁石をロータの電磁気性能の低下を抑止しつつ向上することができる。また、蒸発部は、凝縮部は、前記蒸発部よりも径方向内側に配置されることが好適である。このようにすれば、凝縮部で凝縮した液粒は、遠心力により蒸発部側へ付勢されるため、蒸発部への凝縮液のリターンを促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、実施形態１の管型のループ式ヒートパイプを示す模式断面図である。
【図２】図２は、実施形態２の管型のループ式ヒートパイプを内蔵する間接熱交換器を示す模式縦断面図である。
【図３】図３は、図２の間接熱交換器の模式横断面図である。
【図４】図４は、実施形態３を示す図であり、図４Ａは、プレート型のループ式ヒートパイプを示す模式横断面図、図４Ｂはその側面図である。
【図５】図５は、実施形態４のプレート型のループ式ヒートパイプを示す模式縦断面図である。
【図６】図６は、実施形態５のプレート型のループ式ヒートパイプを用いた間接熱交換器を示す模式縦断面図である。
【図７】図７は、実施形態６のループ状の流体移動経路の配置を示す模式説明図である。
【図８】図８は、実施形態７のプレート型のループ式ヒートパイプを用いる間接熱交換器を示す模式縦断面図である。
【図９】図９は、実施形態８の積層式プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態９の積層式プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態１０の積層式プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態１１のドラム状に巻いたプレート型のループ式ヒートパイプを示す模式図である。
【図１３】図１３は、実施形態１２のプレート型のループ式ヒートパイプ２１を示す模式平面図である。
【図１４】図１４は、実施形態１３のプレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部を示す模式断面図である。
【図１５】図１５は、実施形態１４の振動プレート型のループ式ヒートパイプ７を示す模式横断面図である。
【図１６】図１６は、実施形態１５、１６のループ式ヒートパイプ内蔵モータを示す模式軸方向断面図である。
【図１７】図１７は、実施形態１７のループ式ヒートパイプ内蔵エンジンを示す模式縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の好適な実施形態を以下に説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、本発明の技術思想を他の公知技術を組み合わせて実現してもよいことはもちろんである。【００３０】
（実施形態１）
実施形態１を図１を参照して説明する。図１は、管型のループ式ヒートパイプを示す模式断面図である。１は、両端が接合されたループ管であり、ループ状の流体移動経路１Ａがループ管１内に形成されている。少量の水がループ管１に密封されており、空気はできるかぎり除去されている。ループ管１の材質はアルミニウムや銅やステンレスやチタンなどの金属管が好適である。内部に導入する液体は、水の他、蒸発潜熱が大きく、蒸発凝縮のための温度及び圧力が使用環境に適し、かつ、安全性及び腐食性の問題が生じない液体が好適である。この種の液体としては、エタノール、アンモニア及び炭酸ガスやそれらと水との混合液などが好適である。ループ管１の少なくとも内面に陽極酸化膜や耐食膜を設けてもよい。【００３１】
ループ管１の一端部の外面は、高温の外部流体（二次流体とも言う）に曝されるか又は高温の固体又は液体に接触しており、蒸発部２とも呼ばれる。ループ管１の他端部の外面は、低温の外部流体に曝されるか又は低温の固体又は液体に接触しており、凝縮部３とも呼ばれる。４は、蒸発部２の一端（出口）と凝縮部３の一端（入口）とを接続する蒸気リッチ管部である。５は、凝縮部３の他端（出口）と蒸発部２の他端（入口）とを接続する液リッチ管部である。蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５はほぼ隣接して平行に配置されている。蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５の長さは、蒸発部２と凝縮部３との間の必要距離に依存する。蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５とが遠く離れていれば長い蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５が採用される。【００３２】
蒸発部２、蒸気リッチ管部４、凝縮部３及び液リッチ管部５の各平均流路断面積は適宜設定することができる。たとえば、それらの平均流路断面積は等しくされる。たとえば、液リッチ管部５の流路断面積を蒸気リッチ管部４よりも小さくすると、一方向への流れが良くなる。蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５の平均流路断面積を、蒸発部２や凝縮部３のそれより小さくしてもよい。これは、蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５は、外部との熱交換を要求されないため、それらの管表面積を増大する必要が無いためである。ここで言う流路断面積とは、流路方向に対して直角な方向における流路の断面積を言う。【００３３】
図１のループ式ヒートパイプの動作を更に詳しく説明する。蒸発部２は高温二次流体又は発熱体から熱を受け取って凝縮液を蒸発させる。蒸気リッチ管部４は蒸発部２で生じた蒸気流を凝縮部３に流す。凝縮部３は低温の二次流体や固体に放熱して蒸気を凝縮させる。液リッチ管部５は凝縮部３で凝縮しきれなかった蒸気流を蒸発部２に戻す。凝縮部３で凝縮した凝縮液は水滴状となって蒸気流に混じり、蒸発部２へ戻る。蒸発部２で蒸発しきれなかった凝縮液も蒸気流に混じって凝縮部３に戻る。結局、蒸気リッチ管部４内の蒸気流に含まれる凝縮液成分は、液リッチ管部５内の蒸気流に比べて相対的に凝縮液含有量が多い。【００３４】
蒸発部２、凝縮部３、蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５は、それぞれ、ノズル部６及びディフューザ部７をもつ。ノズル部６は、流路断面積が蒸気流移動方向８に向けて連続的に減少する形状をもち、ディフューザ部７は、流路断面積が蒸気流移動方向８に向けて連続的に増大する形状をもつ。ノズル部６の流路単位長さ当たりの流路断面積増加率ｋｎ及びディフューザ部７の流路単位長さ当たりの流路断面積増加率ｋｄは非常に重要であって、ｋｄはｋｎよりもかならず小さく設定される。好適には、ノズル部６の流路断面積減少率ｋｎは、ディフューザ部７の流路断面積増加率ｋｄの数倍とされる。ディフューザ部７の流路断面積増加率ｋｄの増加は、境界層剥離による渦損失増大を招く。ｋｎとｋｄとの比は、ノズル部６の流路長さとディフューザ部７のそれとの比の二乗値として示すことができる。たとえば、流路長の比率ｘは、１対３〜１対１００に設定される。比率ｘは、ループ状流体移動経路の順方向流体抵抗と逆方向流体抵抗との差を生じさせる。この流体抵抗の差は、蒸発部２から凝縮部３へ順方向へ流れる蒸気流を逆方向の蒸気流に対して優先させる効果を生じさせる。【００３５】
ディフューザ部７における順方向流体抵抗と逆方向流体抵抗との差を大きくために、蒸気流の流速ｖをある程度以上確保することが望ましい。蒸気流の流速は、蒸気流量を流路断面積で割った値に等しい。蒸気流量は、蒸発部２で生じて凝縮部３で消滅する単位時間当たりの発生消滅蒸気量に正相関関係をもつ。発生消滅蒸気量当たりの流路断面積を所定値以下とすることにより、平均流速を所定値以上とすることができる。単位時間当たりの発生消滅蒸気量は、蒸発部２の単位当たりの受熱量を蒸発部２の内側表面積で割った値、及び、凝縮部３の単位当たりの放熱量を凝縮部３の内側表面積で割った値に正相関関係をもつ。したがって、蒸発部２及び凝縮部３の内側表面積を増大することが好ましい。蒸発部２及び凝縮部３のノズル部６及びディフューザ部７は省略してもよい。【００３６】
蒸発部２では、その入口から出口へ蒸気流量が増大するため、流路断面積を入り口から出口に向けて増大させることができる。凝縮部３では、その入口から出口へ蒸気流量が減少するため、流路断面積を入り口から出口に向けて減少させることができる。流路断面積総和が大きい蒸発部２と流路断面積が小さい蒸気リッチ管部４との境界部、及び、同様に流路断面積総和が大きい凝縮部３と流路断面積が小さい液リッチ管部５との境界部には、蒸気リッチ管部４や液リッチ管部５の最初のノズル部６を設けることが好適である。これにより、蒸発部２から蒸気リッチ管部４への流路断面積縮小、及び、凝縮部３から液リッチ管部５への流路断面積縮小を、流体抵抗増加を抑止しつつ円滑に行うことができる。【００３７】
流路断面積が小さい液リッチ管部５と流路断面積総和が大きい蒸発部２との境界部、及び、同様に流路断面積が小さい蒸気リッチ管部４と流路断面積総和が大きい凝縮部３との境界部には、蒸気リッチ管部４や液リッチ管部５の最後のディフューザ部７を設けることが好適である。これにより、液リッチ管部５から蒸発部２への流路断面積増大、及び、蒸気リッチ管部４から凝縮部３への流路断面積増大を、流体抵抗増加を抑止しつつ円滑に行うことができる。更に、流路断面積が小さい両管部４、５は、ループ式ヒートパイプの熱移動部をコンパクトに構成できる利点をもつ。【００３８】
蒸発部２及び凝縮部３における金属管と蒸気流との間の熱抵抗は、金属管内表面に滞留する蒸気又は液からなるいわゆる境界層の厚さに正相関をもつ。幸運なことに、液リッチ管部５から蒸発部２へ流れ込み、蒸気リッチ管部４へ流出する蒸気流の流速は高い。また、蒸気リッチ管部４から凝縮部３へ流れ込み、液リッチ管部５へ流出する蒸気流の流速も高い。その結果、蒸発部２や凝縮部３を構成する金属管の内面に滞留する上記境界層はこの高速の蒸気流に吹き飛ばされ、境界層は非常に薄くなり、その結果として蒸発部２や凝縮部３を構成する金属管と蒸気流との間の熱抵抗は非常に小さくなる。【００３９】
ただし、蒸発部２における金属管からの蒸気流の受熱量、及び、凝縮部３における金属管への蒸気流の放熱量は、外部の二次流体や発熱体と蒸発部２及び凝縮部３としての金属管との間の熱抵抗に依存する。したがって、外部の二次流体や発熱体と金属管との間の熱抵抗の低減は重要である。二次流体と金属管との間の熱抵抗低減のために、金属管に熱交換器のようにフィンを多数設けることは良い解決策である。また、蒸発部２又は凝縮部３の入口と出口とで蒸気流の方向を反転させることは、蒸発部２又は凝縮部３を流れる蒸気流に遠心力が生じるため好適である。蒸発部２において、この遠心力は、蒸気流に混入する凝縮液粒を蒸気流から分離してループ管１の内面に付着させる。また、凝縮部３において、この遠心力は、ループ管１の内面で生じた凝縮液粒を上記流に巻き込む。【００４０】
図１における一方向循環流れについて更に詳しく説明する。いま、蒸発部２にて凝縮液が蒸発し、凝縮部３にて蒸気が凝縮している状態を考える。蒸発部２と凝縮部３とには微少な圧力差が生まれる。この圧力差は、本質的に蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５に逆方向に掛かる。順方向（図１の矢印の方向）の蒸気リッチ管部４の流体抵抗と、逆方向（図１の矢印と反対方向）の液リッチ管部５の流体抵抗とがたとえば１０倍異なると仮定する。これにより、蒸気リッチ管部４の順方向流量は液リッチ管部５の逆方向流量の１０倍となるはずである。【００４１】
凝縮部３に流入した蒸気の一部のみが凝縮し、残りは凝縮しない状態を考える。この時、凝縮部３に流入した蒸気リッチ流の運動エネルギー（速度エネルギー）により、この蒸気リッチ流れは凝縮部３を通過して液リッチ管部５に流入使用とする。つまり、液リッチ管部５の入り口において、蒸気リッチ管部４から到達した未凝縮の蒸気リッチ流の速度エネルギーがこの未凝縮の蒸気リッチ流を液リッチ管部５の入り口に押し込もうとする。一方、液リッチ管部５の出口部は蒸発部２から上記圧力差により蒸発部２から液リッチ管部５の出口部に蒸気リッチ流を押し込もうとする。しかし、蒸気リッチ管部４から凝縮部３を通じて液リッチ管部５に至る未凝縮の蒸気リッチ流の速度エネルギー（動圧）が大きいため、全体として図１に示す一方向循環流が形成される。液リッチ管部５から蒸発部２に流入する蒸気流は、凝縮部３での凝縮液粒を含んで蒸気リッチ管部４よりも液粒が相対的に多い液リッチ流となっている。この液粒は、蒸発部２にて蒸発し、流体体積が増大する。この増大は、蒸発部２の下流に向かうにつれて増大する。つまり、蒸発部２では、蒸気リッチ管部４の大きな蒸気リッチ流の吸い込みにより、図１に図示する流れが形成される。【００４２】
同じく、蒸気リッチ管部４から凝縮部３に流入する蒸気流は、凝縮部３で次第に凝縮する。したがって、凝縮部３の入り口から出口へ向けて蒸気流の流量（液粒を除く）が減少する。これにより、凝縮部３においても、蒸気リッチ管部４から液リッチ管部５への流れが形成される。これらの作用の合計として、生じた蒸気流の速度エネルギーが液リッチ管部５での順方向の流れ（図１の矢印方向）を維持する。【００４３】
つまり、蒸気リッチ管部から凝縮部に流入した内部流体流がもつ速度エネルギーが、上記した蒸発部から液リッチ管部を通じて凝縮部に達する内部流体流の速度エネルギーよりも小さいため、凝縮部で凝縮しなかった蒸気を多く含む内部流体流は、その速度エネルギーにより凝縮部を通じて慣性的に凝縮部から液リッチ管部へ流入し、液リッチ管部を通じて蒸発部に戻る。【００４４】
蒸発部２や凝縮部３にノズル部６やディフューザ部７を同様に配置してもよい。蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５の長さは短くしてもよい。好適には、蒸気リッチ管部の曲がりはなるべく避けられる。流体管路の順方向における流体抵抗を低減するために、ディフューザ部における流路断面の増加率ｋをディフューザ部の長手方向単位長さＬ当たりの流路断面の半径ｒとする時、ｋ＝Ｌ／ｒはたとえば０．０５〜０．１５とされる。液リッチ管部５の流路断面積を蒸気リッチ管部４のそれより小さくするとき、液リッチ管部５内の流速は蒸気リッチ管部４のそれよりも大きくなる。蒸気流の方向変換は、なるべく蒸発部２や凝縮部３にて行われることが好適である。蒸発部２で流体管路に曲がりを設けることは、内部流体中の凝縮液粒を遠心力により蒸発部の管壁内面に押しつけてその蒸発を助ける効果を奏する。また、凝縮部３にて高速の循環蒸気流は凝縮部３の内面に生じた凝縮液粒を巻き込んで蒸発部２へ運ぶ。【００４５】
ループ式ヒートパイプの運転開始時点に蒸発部２に凝縮液を保持することは非常に重要である。良い方法は、蒸発部２を凝縮部３よりも上方に配置することである。これにより、凝縮液は、運転開始時点において凝縮部３の内表面に確保される。【００４６】
ノズル部６やディフューザ部７は、たとえば銅管の縮径加工により形成されることができる。銅やアルミニウムなどの高熱伝導性金属は軟質であり、塑性変形加工は容易である。たとえば、縦割りした４分の１円筒形状の凹部をそれぞれもつ４つの金型を銅管に縮径方向に押しつけて上記塑性加工を行うことができる。塑性加工された銅管は、その長手方向に所定量移動され、その後で再びこれらの金型が銅管に押しつけられる。これにより、管型ループ式ヒートパイプのノズル部及びディフューザ部の成形を連続的に行うことができる。【００４７】
並列に設けた多数の蒸発部２及び凝縮部３を各１本又は少数の蒸気リッチ管部４及び液リッチ管部５で接続してもよい。このようにすれば、蒸発部２及び凝縮部３での単位時間の発生消滅蒸気量を増大させ、両管部４、５での蒸気流の流速を増大させる。蒸発部２、蒸気リッチ管部４、凝縮部及び液リッチ管部からなるセットを複数セット直列に接続して閉ループとなるように、ループ式ヒートパイプを構成しても良い。これにより、蒸発部２と凝縮部３との間の熱移動性能を向上することができる。【００４８】
その他の態様を以下に説明する。蒸発部及び凝縮部はそれぞれ、ノズル部及びディフューザ部を有することができる。ノズル部及びディフューザ部は、管を縮径加工して形成してもよい。流体移動経路に面する金属プレートの内面に封孔処理をしていないアルミニウム陽極酸化膜を形成して親水性を向上させてもよい。多数の凝縮部３を並列に配置し、多数の蒸発部２を並列に配置さし、これら蒸発部２と凝縮部３とを一本の蒸気リッチ管部４及び一本の液リッチ管部５で接続してもよい。【００４９】
（実施形態２）
実施形態２を図２、図３を参照して説明する。図２は管型のループ式ヒートパイプを内蔵する間接熱交換器を示す模式縦断面図、図３はその模式横断面図である。この間接熱交換器は、高温流体１１と低温流体１２とが流れる円筒１３をもつ。１４は高温流体１１と低温流体１２とを分離する隔壁である。ループ管１は、螺旋コイル形状をもち、半周ごとに隔壁１４を貫通している。図示省略されたループ管１の両端は円筒１３の軸方向に配置された戻り管により接続され、ループ管１は全体としてループ状に形成されている。明らかに、ループ管１に板状の金属フィンを設けることは可能であり好ましい。この種の間接熱交換器は、たとえばインタークーラーやＥＧＲクーラーなどに採用することができる。【００５０】
（実施形態３）
実施形態３を図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは、プレート型のループ式ヒートパイプを示す模式横断面図、図４Ｂはその側面図である。このプレート型のループ式ヒートパイプは、図１に示す管型のループ式ヒートパイプを扁平としただけで図１に示す実施形態１の管型のループ式ヒートパイプと基本的に同じ特徴をもつ。２１は、銅板を５枚積層して周縁部を接合した金属板積層体であり、金属板積層体２１の内部には、ループ状の流体移動経路２１Ａが形成されている。ループ状の流体移動経路２１Ａは、蒸発部２２、凝縮部２３、蒸気リッチ管部２４及び液リッチ管部２５を図１と同様に有する。なお、図１と図４とでは蒸気流の方向が逆である点に注意されたい。【００５１】
金属板積層体２１は、大面積の大型銅板２８と小面積でかつループ状の流体移動経路２１Ａが形成された小型銅板２９Ａ、２９Ｂのペア（斜線図示）を交互に積層してなる。扁平なループ状の流体移動経路２１Ａが、面方向外側の小型銅板２９Ａと面方向内側の小型銅板２９Ｂとの間に形成され、ループ状の流体移動経路２１Ａの厚さ方向両側は大型銅板２８により区画されている。大型銅板２８は、小型銅板２９Ａから面方向外側に飛び出して外部の二次流体との熱交換用のフィン２８Ａを構成している。このように構成されたプレート型のループ式ヒートパイプが、図１に示す管型のループ式ヒートパイプと同じ動作原理で熱移動機能をもつことは明らかである。【００５２】
（実施形態４）
実施形態４を図５を参照して説明する。図５はプレート型のループ式ヒートパイプを示す模式縦断面図である。このプレート型のループ式ヒートパイプは、図４Ａ、図４Ｂに示すプレート型のループ式ヒートパイプを２枚の銅板３１、３２を塑性加工した後、接合して形成したものである。銅板３１、３２は、ループ状の流体移動経路の厚さ方向半分がプレス成形によりそれぞれ形成された平板からなる。銅板３１は半円筒部３１１と平板部３１２とからなり、銅板３２は半円筒部３２１と平板部３２２とからなる。平板部３１２、３２２は接合されている。半円筒部３１１、３２１は向かい合わせに配置されて円形断面のループ状の流体移動経路を構成している。図５は、ループ状の流体移動経路のうちの蒸気リッチ管部１Ｂと、液リッチ管部１Ｃとを示す。平板部３１２、３２２は外部の二次流体との伝熱フィンを構成している。図５に示すプレート型のループ式ヒートパイプを厚さ方向Ｔに複数積層して積層構造のプレート型のループ式ヒートパイプとしてもよいことは明らかである。【００５３】
（実施形態５）
実施形態５を図６を参照して説明する。図６は多数のプレート型のループ式ヒートパイプ１０１の蒸発部１０２をその厚さ方向に積層した間接熱交換器を示す模式縦断面図である。この間接熱交換器は、外部二次流体である高温ガスＧを冷却する装置で角箱形状のケース１００を有しており、図６はケース１００の前端面から後端面に流れる高温ガスＧの流れ方向と直角断面を示している。Ｈは水平方向、Ｖは垂直方向である。ケース１００の右端壁からケース１００内に５本のプレート型のループ式ヒートパイプ１０１の蒸発部１０２が互いに所定間隔を隔てて水平に挿入されている。１０３は、蒸気リッチ管部及び液リッチ管部がそれぞれ形成された５枚のプレートからなる両管部であり、５枚の両管部１０３は図略の凝縮部に達している。凝縮部も蒸発部１０２と同様の形状を有している。Ｖ方向において互いに隣接する２枚の蒸発部１０２の間のスペースには、山形に折られた金属薄板からなるフィン（スペーサプレート）１０４が配置されている。高温ガスＧはフィン１０４と蒸発部１０２との間のギャップからなる高温ガス通路を流れる。高温ガスの熱は、フィン１０４を通じてあるいは直接蒸発部１０２に与えられ、蒸発部１０２内の凝縮液を蒸発させる。このようにすれば、コンパクトで熱移動性能が高い熱交換器を実現することができる。【００５４】
（実施形態６）
実施形態６を図７を参照して説明する。図７は一枚のプレート型のループ式ヒートパイプ内に面方向に隣接して多数のループ状の流体移動経路１１１を並列に形成した状態を示す図である。図７では４本のループ状の流体移動経路１１１が図示されている。１１０は面方向に隣接する２本のループ状の流体移動経路１１１を隔てる隔壁である。この実施形態の特徴は、面方向に隣接する２本のループ状の流体移動経路１１１は逆方向に蒸気流を流す点にある。ある一つのループ状の流体移動経路１１１のノズル部は、面方向に隣接するループ状の流体移動経路１１１のノズル部に隣接している。このようにすれば、薄い隔壁により、両側のループ状の流体移動経路１１１を区画することができるため、一枚のプレート型のループ式ヒートパイプに多数のループ状の流体移動経路１１１を配置することができる。なお、この実施形態では、各ループ状の流体移動経路１１１は多重ループ状に配置されることが好適であるが、蛇行状に配置してもよい。【００５５】
（実施形態７）
実施形態７を図８を参照して説明する。図８は４枚のプレート型のループ式ヒートパイプ１０１をＶ方向（厚さ方向）へ互いに所定間隔を隔てて積層した間接熱交換器を示す模式縦断面図である。この間接熱交換器は、外部二次流体である高温ガスＧを外気流ＡＩＲにより冷却する装置であって、角箱形状のケース１００を有している。図８は高温ガスＧ及び外気流ＡＩＲの流れ方向と直角断面を示している。Ｈは水平方向、Ｖは垂直方向である。各プレート型のループ式ヒートパイプ１０１は隔壁１０５を貫通して水平に配置されており、蒸発部１０２は隔壁１０５の左側の高温ガス通路に、凝縮部１０４は隔壁１０５の右側の外気室に配置されている。１０４は山形に折られた金属薄板からなるフィン（スペーサ）である。このようにすれば、圧力が異なる高温ガスと外気流との間の熱交換を良好に行うことができる。【００５６】
（実施形態８）
実施形態８を図９を参照して説明する。図９は積層式プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す図である。２００は半導体モジュール（半導体チップでもよい）、２０１はヒートシンクである。ヒートシンク２０１は、ボルト状に形成されており、径大な頭部２０２と、頭部２０２からまっすぐに延びる棒部２０３とからなる。半導体モジュール２００は、頭部２０２の先端面に固定されている。１０４は４枚のプレート型のループ式ヒートパイプであり、その中央部には棒部２０３が貫通する貫通孔をもつ。２０４はリング状の金属スペーサである。棒部２０３は、プレート型のループ式ヒートパイプ１０４及び金属スペーサ２０４に交互に貫通している。【００５７】
２０５は最終のリング状の金属スペーサであるが、ナットとしてもよい。最終の金属スペーサ２０５はプレート型のループ式ヒートパイプ１０４及び金属スペーサ２０４を頭部２０２へ押しつけた状態にて棒部２０３に接合されている。このようにすれば、発熱体である半導体モジュール２００の熱は、ボルト状のヒートシンク２０１を通じて、又は、金属スペーサ２０４とループ式ヒートパイプ１０４とを通じて順次、最も遠隔のループ式ヒートパイプ１０４まで良好に伝達される。また、各プレート型のループ式ヒートパイプ１０４の周辺部は、プレート型のループ式ヒートパイプ１０４の面と平行に流れる冷却空気流によりそれぞれ良好に冷却される。隣り合う２枚のプレート型のループ式ヒートパイプの間に山形に折られた金属薄板からなるフィン（スペーサプレート）を配置すれば更に放熱性能を改善することができる。このようにすれば、ＣＰＵ、ＬＥＤ、レーザー素子、パワー半導体チップ、更には高発熱部品の熱を良好に空気に放散することができる。なお、ボルト状のヒートシンクをヒートパイプ構造としてもよい。【００５８】
（実施形態９）
実施形態９を図１０を参照して説明する。図１０は図９に示す積層式プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置において、金属スペーサ２０４を省略したものである。このようにすれば、コンパクト化を実現することができる。ただし、この場合、各ループ式ヒートパイプ１０４の間の冷却空気流の通路を確保できないので、各ループ式ヒートパイプ１０４を曲げてこの通路を確保する必要がある。図１０では、この通路を確保するためにプレート型のループ式ヒートパイプ１０４の先端部を直角に折り曲げているが、各ループ式ヒートパイプ１０４を湾曲させてもよく、あるいは図１０のように各プレート型のループ式ヒートパイプ１０４の折り曲げ位置を異ならせてもよい。これにより、図９のように金属スペーサ２０４を用いることなく、各プレート型のループ式ヒートパイプの間のスペースを確保することができ、このスペースに冷却空気流を流すことができる。したがって、この実施形態では、ヒートシンク２０１の棒部２０３の長さを短縮することができ、発熱体である半導体モジュール２００から各プレート型のループ式ヒートパイプ１０４への熱分散を均一化することができる。図１０においても、隣り合う２枚のプレート型のループ式ヒートパイプの間に山形に折られた金属薄板からなるフィン（スペーサプレート）を配置してもよい。【００５９】
（実施形態１０）
実施形態１０を図１１を参照して説明する。図１１は積層式プレート型のループ式ヒートパイプを用いた半導体素子冷却装置を示す図である。２００は半導体モジュール（半導体チップでもよい）、３００は大面積で厚板状のヒートシンクである。ヒートシンク３００の裏側には、一枚のプレート型のループ式ヒートパイプが接合されている。このプレート型のループ式ヒートパイプは、厚さ方向に延在する縦板部３０１と、ヒートシンク３００の裏側に接合された横板部３０２とを交互に有している。縦板部３０１は横板部３０２に対して直角に曲げられている。これにより、横板部３０２の幅に等しいギャップを隔てて各縦板部３０１は平行に配置されることになる。このギャップには縦板部３０１と平行に冷却空気流が流れている。各縦板部３０１の長さはＬである。縦板部３０１の長さ方向一端は、横板部３０２を通じてヒートシンク３００から熱を受け取る。受け取った熱は、各縦板部３０１を長さ方向に流れて冷却空気流に放熱する。各縦板部３０１にはそれぞれ独立のループ状の流体移動経路が形成されている。したがって、縦板部３０１のうちヒートシンク３００側の端部は蒸発部をなし、縦板部３０１のうちヒートシンク３００から離れた部分は凝縮部をなす。このようにすれば、簡素な構成により、半導体素子などの発熱体の熱を良好に放散することができる。【００６０】
（実施形態１１）
実施形態１１を図１２を参照して説明する。図１２は一枚のプレート型のループ式ヒートパイプの両端部をそれぞれ螺旋状に巻いて円筒状のドラムとしたものである。右側の円筒状のドラムには冷却空気流ＣＡが軸方向に流れている。左側の円筒状のドラムには高温のガス流れが軸方向に流れている。左側の円筒状のドラム内に螺旋状に巻かれたプレート型のループ式ヒートパイプは高温のガス流を冷却し、その熱は、プレート型のループ式ヒートパイプ内の蒸気リッチ管部を通じて右側の円筒状のドラムに供給される。右側の円筒状のドラム内に螺旋状に巻かれたプレート型のループ式ヒートパイプは、冷却空気流ＣＡにより冷却され、凝縮した凝縮液は、プレート型のループ式ヒートパイプ内の液リッチ管部を通じて左側の円筒状のドラムに戻る。このようにすれば、蒸発部及び凝縮部を円筒状に形成することができるため、円筒パイプに取り付けやすくなる。【００６１】
（実施形態１２）
実施形態１２を図１３を参照して説明する。図１３は一枚のプレート型のループ式ヒートパイプ２１を示す。このプレート型のループ式ヒートパイプ２１は、周縁部が接合された金属プレート２０からなり、２個のループ状の流体移動経路２２、２３が多重リング状に形成されている。このようにすれば、多くのループ状の流体移動経路が高密度に形成されたプレート型のループ式ヒートパイプを実現することができる。【００６２】
（実施形態１３）
実施形態１３を図１４を参照して説明する。図１４は一枚のプレート型のループ式ヒートパイプ４００の蒸気流と直角方向における蒸発部の断面図である。プレート型のループ式ヒートパイプ４００は、２枚の金属プレート４０１、４０２の周縁部を接合して形成されている。この蒸発部の中には、山形に折られた金属シート４０３が収容されている。金属シート４０３は、本発明で言う液保持部をなす。金属シート４０３の平坦な表面は、蒸気流の流れと平行に設定されている。金属シート４０３は、不織布からなり、毛細管現象により凝縮液を保持する。これにより、ヒートパイプの運転開始時に蒸発部に液が不足することを防止することができる。不織布をなす繊維の表面は公知の親水性加工されている。これにより、シートの凝縮液保持量を容易に増大することができる。なお、シートは、不織布の代わりに金属板製としてもよい。【００６３】
（実施形態１４）
実施形態１４を図１５を参照して説明する。図１５は一枚のプレート型のループ式ヒートパイプ２１を示す。このプレート型のループ式ヒートパイプ２１は、周縁部が接合された２枚の金属プレートからなり、内部にノズル部６とディフューザ部７とが交互に形成されている。２１Ａはループ状の流体移動経路である。この実施形態では、ループ式ヒートパイプ２１は、流体移動経路２１Ａの長手方向と直角かつプレート型のループ式ヒートパイプ２１の厚さ方向と直角に振動している。振動力は振動モータや超音波振動子などの振動機器の他、結果的に振動する機器に取り付けるだけでもよい。【００６４】
ループ式ヒートパイプ２１をＸ方向に振動させた場合の管内壁の一部の振動状態を図１５に点線で示す。ディフューザ部７に面する管内壁及びノズル部６に面する管内壁は点線の位置まで矢印の方向に変位すると仮定する。図１５において、ディフューザ部７に面する管内壁の振動は、管内壁に接する内部流体を付勢する。この流体に与えられる力により、ディフューザ部７内の内部流体Ａは、図１５の右側へ付勢される。同様に、ノズル部６に面する管内壁の振動は、管内壁に接する内部流体を付勢する。この流体に与えられる力により、ノズル部６内の内部流体Ｂは、図１５の左側へ付勢される。【００６５】
しかし、ディフューザ部７に隣接する内部流体の質量は、ノズル部６に隣接する内部流体の質量より大きいため、ループ状の流体移動経路２１Ａ内の内部流体は、図１５において右方向に移動する。この内部流体の移動方向は、ループ式ヒートパイプ２１における蒸気流と同じであるため、ループ式ヒートパイプ２１内の蒸気流は、このＸ方向の振動による力と、蒸発凝縮による力との両方により良好に一方向へ流れる。【００６６】
（変形態様）
図１５では、Ｘ方向にループ式ヒートパイプ２１を振動させたが、その代わりに流体移動経路２１Ａの長手方向すなわちＹ方向に振動させても良い。この場合、ループ式ヒートパイプ２１が図１５の左方向に変位する場合には流体移動経路２１Ａの流体抵抗は小さくなり、図１５の右方向に変位する場合には流体移動経路２１Ａの流体抵抗は大きくなる。このため、ループ式ヒートパイプ２１Ａの図１５の左方向への移動期間に相対的に流体は右方向へ大きく移動し、ループ式ヒートパイプ２１Ａの図１５の右方向への移動期間に相対的に流体は左方向へ小さいく移動する。結果的に、内部流体は図１５に示す矢印の方向に付勢され、流体移動経路２１Ａ内を右方向へ循環する。【００６７】
なお、図１５に示すようなノズル部６及びディフューザ部７を交互に並べた流体管路を振動させる方式では、振動による流体速度が小さい場合には、流体として液体が好適である。この場合には、図１５に示す流体管路は実質的にポンプとして機能する。また、図１５の流体管路は、両端開口形式でもよい。液体の場合でもディフューザ部７における順方向と逆方向との流体抵抗差は、逆方向移動時の渦損失や境界層剥離損失によりノズル部６の流体抵抗差よりも大きくなる。【００６８】
（変形態様）
図１５の振動による内部流体の一方向付勢技術は、両端が開口した伝熱管にも適用することができる。この場合でも、内部流体として液体を採用することができる。【００６９】
（実施形態１５）
図１６を参照して実施形態１５を説明する。図１６は、エンジン６００の模式縦断面図である。６０１はシリンダブロック、６０２はシリンダヘッド、６０３はピストン、６０４はループ式ヒートパイプの蒸発部、６０５は蒸気リッチ管部、６０６は凝縮部、６０７は液リッチ管部である。蒸発部６０４は、コイル状に形成されてシリンダボアの近傍に位置してシリンダブロック６０１に埋設されている。ループ式ヒートパイプの少なくとも蒸発部６０４は、鋼管又は銅管により形成されており、アルミ合金製の鋳造シリンダブロック内に埋設されている。凝縮部６０６はいわゆるラジエータとして車両走行風ＷＩＮＤが当たる部位に配置されている。【００７０】
これにより、シリンダボアに近接してシリンダブロック６０１内に複雑な形状のループ状の蒸発部６０４を形成することができる。また、蒸発部６０４として鋼管を採用する場合、径方向に生じるシリンダボア内の爆発力に対するシリンダブロック６０１の強度を高めることができるため、シリンダブロックを小型軽量化することができる。特に従来の水冷エンジンでは、シリンダボア周りの大型の冷却水孔がシリンダブロックの歪みを増大させていた。蒸発部６０４は冷却水孔よりも小さくすることができるため、この問題を解決することができる。この効果はディーゼルエンジンをアルミ合金により製造する場合に有効である。特に、多気筒エンジンにおいて冷却水孔占有スペースの大部分を減らしてシリンダブロックを小型化できる効果は、クランクシャフトの短縮やエンジンスペースの縮小、燃費の向上など優れた派生効果を生み出す。冷却水ポンプを省略することができる。【００７１】
この効果は、本発明のノズルディフューザ型のループ式ヒートパイプとは異なる他の構造のループ式ヒートパイプたとえば自励振動型ヒートパイプなどでも同じである。つまり、従来の冷却水強制通水方式に比べてループ式ヒートパイプによりエンジンブロックやシリンダヘッドを冷却する場合、従来に比べて格段に優れた効果を期待できる。従来、このようなループ式ヒートパイプを用いたエンジン冷却システムは公知ではなかった。好適な態様において、蒸発部６０４は鋼管とされる。プレート型のループ式ヒートパイプではないため、アルミ製のシリンダブロックとの線膨張率の差による熱ストレスを低減することができる。【００７２】
その他、シリンダブロックに冷却水通水孔とこの実施例のループ式ヒートパイプとの両方を設けても良い。この場合でも冷却水通水孔の小型化を図ることができる。この併用方式の利点は、従来の冷却水によるエンジン冷却方式は、冷却水流量の制御が容易なため、エンジン低温時に冷却水を止めたり流量を減らすことによりエンジン温度の急速な立ち上げに有利である点にある。その他、ヒートパイプは、小型であるため、その凝縮部を車体に密着させることにより、車体を通じて放熱することも可能である。【００７３】
（実施形態１６）
図１７を参照して実施形態１６を説明する。図１７は、モータの軸方向断面図である。７００は、インナーロータ型モータのフレーム（金属支持部材）、７０１はステータコア、７０２はステータコイル、７０３はロータ、７０４は回転軸、７０５は軸受けである。７１０は既述したプレート型のループ式ヒートパイプであり、７１１は蒸発部、７１２は凝縮部、７１３は蒸気リッチ管部及び液リッチ管部である。プレート型のループ式ヒートパイプ７１０は、２枚の金属プレートの周縁部を接合して内部にループ状の流体移動経路を形成し、この流体移動経路に適当な冷媒を所定量封入して形成されている。プレート型のループ式ヒートパイプ７１０の構造や動作については既述した実施例と同じである。【００７４】
この実施形態では、プレート型のループ式ヒートパイプ７１０は、インナーロータ型モータのステータコア７０１のスロットを軸方向に貫通している。プレート型のループ式ヒートパイプ７１０の蒸発部７１１の一主面は径方向最外側に位置するスロット底面に密着している。プレート型のループ式ヒートパイプ７１０の端部はスロットから飛び出した後、径方向外側に曲げられている。この曲げは、プレート型のループ式ヒートパイプ７１０の厚さ方向であるため、比較的容易である。その後、プレート型のループ式ヒートパイプ７１０の端部は再度曲げられてフレーム７００の内周面に密着して、凝縮部７１２を構成している。凝縮部７１２とフレーム７００の内周面との間に良熱伝導性材料を配置してもよい。フレーム７００の内周面を凝縮部７１２と良好に密着させるため、平坦化しても良い。このようにすれば、プレート型のループ式ヒートパイプ７１０をステータコイル７０２に邪魔されずに配置できるとともに、凝縮部７１２をフレーム７００の内周面に密着させているためプレート型のループ式ヒートパイプ７１０を容易に曲げ加工することができる。また、蒸発部７１１は、スロット内のステータコイル導体に良好に面接触することができる。また、凝縮部７１２の一部は、蒸発部７１１より上方に配置されるため、運転始動時に蒸発部に液を確保することもできる。【００７５】
（実施形態１７）
図１７を参照して実施形態１７を説明する。この実施形態では、ステータコア７０１を構成する積層電磁鋼板は、隣接する２枚づつ周縁部を接合されてプレート型のループ式ヒートパイプとされる。このようにすれば、ステータコア７０１やステータコイル７０２の熱をプレート型のループ式ヒートパイプ７１０によりフレーム７００に良好に伝達することができる。なお、非磁性金属板を重ねて形成したプレート型のループ式ヒートパイプをステータコア内に電磁鋼板と重ねて積層してもよい。【００７６】
（実施形態１８）
ループ式ヒートパイプをモータのロータに設ける態様について以下に説明する。既述したループ式ヒートパイプの蒸発部は、永久磁石埋め込み型同期モータのロータコアに埋設された永久磁石に隣接するフラックスバリアに配置され、凝縮部は、ロータの両端に形成される。これにより、ロータのトルク性能を低下させることなく、温度上昇により磁気性能が低下する永久磁石をロータの電磁気性能の低下を抑止しつつ向上することができる。凝縮部は、遠心冷却風発生用の翼部内に固定される。このようにすれば、ステータコイルを冷却するための遠心冷却風を形成するためにロータの端面に固定された翼部に凝縮部を固定するため、凝縮部はこの冷却風に接触して非常に冷却されることができる。その結果、ロータ内を良好に冷却することができる。凝縮部は、蒸発部よりも径方向内側に配置されている。このようにすれば、凝縮部で凝縮した液粒は、遠心力により蒸発部側へ付勢されるため、蒸発部への凝縮液のリターンを促進することができる。なお、凝縮部を冷却翼に固定する構成及び凝縮部を蒸発部よりも径方向内側に配置する構成は、既述したノズルディフューザ型のループ式ヒートパイプ以外のループ式ヒートパイプにも利用することができる。【００７７】
（実施形態１９）
ループ式ヒートパイプをピストンに設ける態様について以下に説明する。既述したループ式ヒートパイプは、エンジンのピストン内に埋設される。ピストンはアルミ合金鋳造品とし、ループ式ヒートパイプは鋼管又は銅管製とする。ループ式ヒートパイプの蒸発部はピストンのヘッド部に設けられ、凝縮部は、ピストンのクランクシャフト側の端面からクランクシャフト側に突出する。このようにすれば、既述したループ式ヒートパイプ自体の作用の他、ピストンの往復運動により内部流体を長手方向に付勢することができるため、内部流体の一方向への流動を促進することができる。なお、既述したノズルディフューザ型のループ式ヒートパイプ以外のループ式ヒートパイプにも利用することができる。【００７８】
下記の記載は、発明者がこの出願の基礎となる日本出願に新たに追加された記載である。【００７９】
上記したループ管１のうち、運転開始時点にて蒸発部２に水が存在することが重要である。このため、蒸発部２又はその近傍に液体ストレージ層を設けても良い。この液体ストレージ層としては公知の種々の吸湿材料や吸水材料を採用できる。蒸発部２から凝縮部３へ蒸気成分が相対的に多い蒸気リッチな気液混合２相流を流す蒸気リッチ管部４の流路直角断面積は、凝縮部３から蒸発部２へ液体成分が相対的に多い液体リッチ２相流を流す液体リッチな気液混合２相流を流す液リッチ管部５の流路直角断面積に比べて大きくされることが好適である。上記説明したループ管に加えて、凝縮部３から蒸発部２へ、従来のヒートパイプで採用する重力又は毛細管現象を用いた液体環流構造を追加してもよい。蒸気リッチ管部及び液リッチ管部は、従来のように同軸２重管構造としてもよい。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月4日(2009.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部流体が一方向に流れるとともに外部と熱交換する流体管路をもつ一方向流体移動装置において、
前記流体管路の内面は、全周にわたって内側に突出するリング状の山部と、全周にわたって前記山部よりも外側に形成されたリング状の谷部と、前記一方向へ所定間隔を隔てて交互に有し、
前記一方向における前記リング状の谷部から前記リング状の山部への間の前記流体管路の内面は、流路断面積を連続的に減少させるリング状の先細状の傾斜面をもつノズル部を構成し、
前記一方向における前記リング状の山部から前記リング状の谷部への間の前記流体管路の内面は、流路断面積を連続的に増大させるリング状の末広がり状の傾斜面をもつディフューザ部を構成し、
前記ノズル部は、前記ディフューザ部よりも大きな前記一方向への単位長さ当たり流路断面積変化率をもち、
前記流体管路は、前記内部流体を蒸発させる蒸発部と、前記内部流体を凝縮させる凝縮部と、前記凝縮部から前記蒸発部へ凝縮液成分が相対的に多い前記内部流体を移動させる蒸気リッチ管部と、前記蒸発部から前記凝縮部へ相対的に蒸気成分が多い流体を移動させる気体リッチ管部とにより構成されたループ状の流体移動経路を有して、ループ式ヒートパイプを構成することを特徴とする一方向流体移動装置。
【請求項２】
前記流体管路は、振動して前記内部流体を前記一方向へ付勢する請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項３】
前記凝縮部の少なくとも一部は、前記蒸発部よりも上方に配置されている請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項４】
前記ループ状の流体移動経路は、厚さ方向に重ねられて周縁部が接合された複数枚の金属板の内部に形成され、前記流路断面積の変更は、主として前記ループ状の流体移動経路の面方向幅の変更によりなされる請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項５】
前記ループ状の流体移動経路は、周縁部が接合された複数枚の金属板の内部に複数形成され、面方向に隣接する２つの前記ループ状の流体移動経路は、前記ノズル部及びディフューザ部を逆向きに有する請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項６】
前記ループ状の流体移動経路は、厚さ方向に配置された複数枚の金属プレートにより厚さ方向に複数形成されている請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項７】
前記複数枚の金属プレートのうちの前記蒸発部をなす部分は、冷却すべき発熱体に接触して固定され、前記複数枚の金属プレートの面方向端部は、前記凝縮部をなす請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項８】
前記複数の金属プレートのうち蒸発部をなす部分を厚さ方向に貫通する金属製の棒部と、前記棒部の一端に固定された金属製の台座部とを有し、前記発熱体は、前記台座部に固定されている請求項７記載の一方向流体移動装置。
【請求項９】
前記複数枚の金属プレートの面方向一端部が前記蒸発部を、面方向他端部が前記凝縮部をなす請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項１０】
前記蒸発部をなす前記複数枚の金属プレートの部分と、前記蒸発部に隣接して前記凝縮部をなす前記複数枚の金属プレートの部分との間に位置して、前記蒸発部を加熱する高温の二次流体と、前記凝縮部を冷却する低温の二次流体とを分離する二次流体遮断部を有す
る請求項９記載の一方向流体移動装置。
【請求項１１】
厚さ方向に隣接する２つの前記凝縮部の間、及び、厚さ方向に隣接する２つの前記蒸発部の間の少なくとも一方に位置して、二次流体が流れる二次流体流路を形成するスペーサを兼ねるとともに前記二次流体と熱交換するフィンを有する請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項１２】
前記蒸発部は、前記凝縮液を保持する液保持部を有する請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項１３】
前記複数枚の金属プレートにより構成されたプレート型のループ式ヒートパイプは、モータのステータコアをなす積層鋼板の間に介設され、前記金属プレートの厚さ方向と前記積層鋼板の厚さ方向とは一致している請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項１４】
前記複数枚の金属プレートにより構成されたプレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部は、インナーロータ型モータのステータコアのスロットを貫通し、
前記プレート型のループ式ヒートパイプの蒸発部の一主面は、前記スロットの底面に密着し、
前記プレート型のループ式ヒートパイプの凝縮部の一主面は、前記ステータコアを支持するフレームの内周面に密着している請求項６記載の一方向流体移動装置。
【請求項１５】
前記ステータコイルのコイルエンドの少なくとも一部は、前記ステータコイルのスロット内導体部よりも上方に配置される請求項１４記載の一方向流体移動装置。
【請求項１６】
前記蒸発部は、エンジンのシリンダボアの周囲に螺旋状に巻回されて軽金属製の前記エンジンブロックに埋設された鋼管により構成されているループ式ヒートパイプからなる請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項１７】
前記流体管路は、高融点で良熱伝導性の材料により形成された金属管からなり、前記金属管は、前記金属管よりも低融点の金属材料により形成されて被冷却体又は被加熱体をなす所定形状の金属鋳造体に埋設されている請求項１記載の一方向流体移動装置。
【請求項１８】
（削除）
【請求項１９】
（削除）
【国際調査報告】
2009051001.tif 000020
2009051001.tif 000021
2009051001.tif 000022
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