(57)【要約】【課題】  どのような姿勢にあっても所望の熱輸送能力を発揮することができる熱輸送装置及びこれを搭載した電子機器を提供すること。【解決手段】  蒸発器が凝縮器より下方に配置された場合であって、かつ、蒸発器に熱負荷がかかっていない状態の場合であっても、図６（Ｂ）で説明したように、凝縮器では溝１４ａの毛細管力により作動流体１９が保持され、蒸発器側への作動流体１９の流出を防止できる。したがって、液相管内には常に液相作動流体のみがあることになる。その結果、後述する熱輸送装置の動作時において液切れ、あるいはドライアウトを防止し、所望の熱輸送能力を得ることができる。【選択図】図６
2006275302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により熱を吸収する蒸発部と、
前記作動流体を流通させるための第１の流路を有し、前記蒸発部に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、前記第１の流路にある前記作動流体が前記蒸発部へ向かうような力が働いている状態で、前記作動流体を毛細管力により保持することが可能であり、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮部と、
前記蒸発部で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させる第３の流路と、
前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部へ流通させる第４の流路と
を具備することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記第１の流路は、前記作動流体に毛細管力を発生させるために、前記蒸発部に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、前記第１の流路にある前記作動流体が前記蒸発部へ向かうような力が働いている状態で、液相状態にある前記作動流体の液の深さより深い複数の溝を有することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱輸送装置であって、
前記作動流体は、前記蒸発部に熱負荷がかかっている状態で、前記毛細管力を弱めるか、またはなくすために、前記作動流体の液の深さが前記各溝の深さより深くなることを特徴とする熱輸送装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記蒸発部は、前記第１の流路とほぼ同じ毛細管力を有する第２の流路を有することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱輸送装置であって、
前記第４の流路は、前記凝縮部に接続される接続端部を有し、
前記第１の流路は、前記接続端部付近に配置された端部を有することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項６】
作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により熱を吸収する蒸発器と、
前記作動流体を流通させるための流路を有し、前記蒸発器に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、前記第１の流路にある前記作動流体が前記蒸発部へ向かうような力が働いている状態で、前記作動流体に毛細管力により保持することが可能であり、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第１の管と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させる第２の管と
を具備することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項７】
発熱体と、
前記作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により前記発熱体の熱を吸収する蒸発部と、
前記作動流体を流通させ、前記蒸発部に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、前記第１の流路にある前記作動流体が前記蒸発部へ向かうような力が働いている状態で、前記作動流体を毛細管力により保持することが可能であり、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮部と、
前記蒸発部で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させる第３の流路と、
前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部へ流通させる第４の流路と
を具備す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、毛細管力を推進力として作動流体を循環させることにより、発熱体の熱を吸収して熱を輸送する熱輸送装置及びこれを搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣ（Personal Computer）等の電子機器を冷却するために、その電子機器の発熱部から発生する熱を放熱部に輸送するデバイスとして、従来からヒートパイプが用いられている。ヒートパイプは、電子機器の高温の発熱部（または蒸発部）で発生する熱によって蒸発した気相の作動流体が、低温の放熱部へ移動し、その放熱部（または凝縮部）で凝縮して液体になって熱を放出するものであり、これにより、発熱体が冷却される。
【０００３】
従来から、例えば、作動流体の流路を構成するパイプ内にフィルタが内蔵されたヒートパイプがある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のヒートパイプは、車両に搭載されるものであるため、当該車両が傾斜したり、重力または遠心力の影響を受けたりする場合に、液体の冷媒がヒートパイプ内で一方に片寄る。このときに、凝縮部側の冷媒の蒸気が蒸発部側へ逆流を防止したり、凝縮部で凝縮した液体冷媒を迅速に蒸発部側へ戻すために、上記フィルタが設けられている。
【０００４】
また、従来から、ヒートパイプの原理を応用したＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）がある。その形状はパイプ状のものに限られない。例えば、ＣＰＬには、蒸発器と凝縮器とが物理的に分離され、蒸発器と凝縮器とが、気相の作動流体が流通する気相管と液相の作動流体が流通する液相管とによって接続された装置がある（例えば、特許文献２参照。）。ＣＰＬは、発熱体の熱により作動流体が蒸発するときの圧力及び流路の毛細管力を作動流体の推進力としているので、重力による影響が少ないという利点がある。
【特許文献１】特開２０００−２１６５７８号公報（段落[０００４]、[００２１]、第１図）
【特許文献２】特開２００４−８５１８６号公報（段落[００４１]、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の装置は、車両に搭載されることを前提にしているため、車両の傾斜や遠心力の影響を受けるにとどまり、当該装置が上下逆の姿勢になって凝縮部が蒸発部より下方に位置することは想定されていない。特に、ポータブルな機器等に内蔵される電子部品を冷却するための熱輸送デバイスは、ある一姿勢から上下方向、つまり重力方向に逆になることも想定される。このような場合でも、確実に作動流体を還流させて熱を輸送できることが望まれる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、どのような姿勢にあっても所望の熱輸送能力を発揮することができる熱輸送装置及びこれを搭載した電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る熱輸送装置は、前記作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により熱を吸収する蒸発部と、前記作動流体を流通させるための第１の流路を有し、前記蒸発部に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、前記第１の流路にある前記作動流体が前記蒸発部へ向かうような力が働いている状態で、前記作動流体を毛細管力により保持することが可能であり、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮部と、前記蒸発部で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させる第３の流路と、前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部へ流通させる第４の流路とを具備する。
【０００８】
例えば、蒸発部に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、前記第１の流路にある前記作動流体が前記蒸発部へ向かうような力が働いている状態にあるときは、作動流体がすべて液相となって蒸発部内に溜まるようになる。このような状態から、熱負荷が開始されると（以下、熱輸送装置が起動する、という。）、従来では、第４の流路内に気相の作動流体が混入してしまうおそれがあった。しかしながら、本発明では、そのような状態であっても、凝縮部は作動流体に毛細管力を作用させる第１の流路を有しているので、熱輸送装置の起動中または動作停止中においても常に、第４の流路に確実に液相の作動流体を流入させ、第４の流路に気相の作動流体が混入することを防止することができる。これにより、蒸発部が凝縮部の下方に配置された場合であっても、第４の流路を介して確実に蒸発部へ作動流体を供給することができ、所望の熱輸送能力を発揮することができる。
【０００９】
第１の流路にある作動流体が蒸発部へ向かうような力とは、例えば、蒸発部が第１の流路より重力中心側に配置される場合の重力が挙げられる。あるいは遠心力のような体積力も含む概念である。重力中心とは、熱輸送装置が置かれる場で、熱輸送装置に働く最も大きな重力の発生源の中心である。例えば地球の中心である。
【００１０】
本発明のこの熱輸送装置は、蒸発部と凝縮部とが物理的に分離した構造であってもよいし、１枚のプレート状であってもよい。
【００１１】
本発明の一の形態によれば、前記第１の流路は、前記作動流体に毛細管力を発生させるために、前記蒸発部に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、前記第１の流路にある前記作動流体が前記蒸発部へ向かうような力が働いている状態で、液相状態にある前記作動流体の液の深さより深い複数の溝を有する。これにより、第１の流路によって毛細管力を作用させることができる。
【００１２】
本発明の一の形態によれば、前記作動流体は、前記蒸発部に熱負荷がかかっている状態で、前記毛細管力を弱めるか、またはなくすために、前記作動流体の液の深さが前記各溝の深さより深くなる。本発明を実現するには、作動流体の液の深さが前記各溝の深さより深くなるように、作動流体の量が予め調整されていればよい。
【００１３】
本発明の一の形態によれば、前記蒸発部は、前記第１の流路とほぼ同じ毛細管力を有する第２の流路を有する。これにより、第１の流路と第２の流路とで毛細管力がつり合うので、蒸発部が凝縮部より重力中心側にあっても、あるいはその逆であっても、作動流体を確実に還流させて所望の熱輸送能力を発揮することができる。
【００１４】
本発明の一の形態によれば、前記第４の流路は、前記凝縮部に接続される接続端部を有し、前記第１の流路は、前記接続端部付近に配置された端部を有する。例えば熱輸送装置の振動によって、液面が動いて第４の流路内に気泡が混入したり、熱負荷が過剰な場合に第４の流路内に気泡が混入したりする懸念がある。このように気泡が発生することにより、凝縮部からの液相作動流体の供給抵抗となるが、本発明によれば、安定して第１の流路の端部から液相の作動流体を第４の流路内に供給することができる。
【００１５】
本発明の他の観点に係る熱輸送装置は、作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により熱を吸収する蒸発器と、前記作動流体を流通させるための第１の流路を有し、前記蒸発器に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、前記第１の流路にある前記作動流体が前記蒸発部へ向かうような力が働いている状態で、前記作動流体に毛細管力により保持することが可能であり、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記蒸発器で蒸発した前記作動流体を前記凝縮器へ流通させる第１の管と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に接続され、前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を前記蒸発器へ流通させる第２の管とを具備する。
【００１６】
本発明では、凝縮器は、作動流体に毛細管力を作用させる第１の流路を有しているので、熱輸送装置の起動中または動作停止中においても常に、第２の管内に確実に液相の作動流体を流入させ、第２の管内に気相の作動流体が混入することを防止することができる。これにより、蒸発器が凝縮器の下方に配置された場合であっても、第４の流路を介して確実に蒸発器へ作動流体を供給することができ、所望の熱輸送能力を発揮することができる。
【００１７】
本発明に係る電子機器は、発熱体と、前記作動流体を流通させ、前記作動流体の蒸発作用により前記発熱体の熱を吸収する蒸発部と、前記作動流体を流通させ、前記蒸発部に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、前記第１の流路にある前記作動流体が前記蒸発部へ向かうような力が働いている状態で、前記作動流体に毛細管力により保持することが可能であり、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する凝縮部と、前記蒸発部で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部へ流通させる第３の流路と、前記凝縮部で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部へ流通させる第４の流路とを具備する。
【００１８】
発熱体としては、例えばＩＣや抵抗等の電子部品、あるいは放熱フィン（ヒートシンク）等が挙げられるが、これらに限られず発熱するものなら何でもよい。電子機器としては、コンピュータ（パーソナルコンピュータの場合、ラップトップ型であっても、デスクトップ型であってもよい。）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子辞書、カメラ、ディスプレイ装置、オーディオ／ビジュアル機器、携帯電話、ゲーム機器、その他の電化製品等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、どのような姿勢にあっても所望の熱輸送能力を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態に係る熱輸送装置の平面図である。図２は、図１に示す熱輸送装置１０の側面図である。図３は、図１に示すＡ−Ａ線断面図であり、図４は、図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【００２１】
熱輸送装置１０は、内部に収容された作動流体を蒸発させて発熱体１５の熱を吸収する蒸発器１と、蒸発した作動流体を凝縮して熱を放出する凝縮器２とを備えている。発熱体１５としては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のＩＣが用いられる。蒸発器１と凝縮器２との間には、蒸発器１で蒸発した作動流体を凝縮器２に流通させる気相管３と、凝縮器２で凝縮した作動流体を蒸発器１に流通させる液相管４とが接続されている。気相管３及び液相管４はそれぞれ２本ずつ設けられている。通常は、これら２本ずつすべて用いられるが、例えば２本のうち１本がドライアウト等、何らかの原因で使用できなくなった場合でも、熱輸送装置１０が動作できるように２本ずつ設けられている。
【００２２】
作動流体としては、例えば純水、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、代替フロン、アンモニア等が用いられる。気相管３としては、例えば銅、アルミニウム、またはステンレス等の金属製の材料が用いられるが、必ずしも金属に限られず樹脂材料であってもよい。液相管４についても気相管３と同様の材料が用いられる。
【００２３】
図２に示すように、蒸発器１は、矩形の上部基板１１と下部基板１２とで構成されている。上部基板１１はガラスでなり、例えばパイレックス（登録商標）ガラスが用いられている。一方、下部基板１２はシリコンでなる。上述した気相管３や液相管４の一端部３ａ、４ａは、上部基板１１に設けられた接続穴１１ｂ（図２参照）に挿通されて接続される。例えば図示しない半田により、気相管３及び液相管４と、上部基板１１とが接合される。下部基板１２の上部基板１１に対面する側に、例えば液相管４の長手方向（Ｘ方向）に沿った、作動流体の流路を構成する複数の溝１２ａが形成されている。溝１２ａは、２本の液相管４に対応するように下部基板１２のＹ方向の両側にそれぞれ設けられている。上部基板１１の下部基板１２と対面する側に、溝１２ａと直交する方向（Ｙ方向）に作動流体の流路を構成する複数の溝１１ａが形成されている。さらに下部基板１２の上部基板１１に対面する側に、その両側の溝１２ａの間に空間１２ｂが凹状に形成されている。熱輸送装置１０の動作時には、この空間１２ｂには、溝１１ａを流通して蒸発した気相の作動流体が存在する。
【００２４】
下部基板１２の溝１２ａ、上部基板１１の溝１１ａや接続穴１１ｂ等は、例えばフォトリソグラフィ技術、切削加工、あるいはレーザ加工等によって作製される。
【００２５】
凝縮器２は、蒸発器１と同様に、矩形の上部基板１３と下部基板１４とで構成されている。上部基板１３はガラスでなり、例えばパイレックス（登録商標）ガラスが用いられている。一方、下部基板１４はシリコンでなる。
【００２６】
図１、図３及び図４に示すように、上部基板１３の下部基板１４に対面する側には、気相管３の他端部３ｂから流出する作動流体を流通させる流路１３ａ、また流路を構成する空間１３ｂが形成されている。流路１３ａは、気相管３の他端部３ｂから流出する気相の作動流体をなるべく長距離で流通させて凝縮させるために、Ｕ字状に形成されている。上部基板１３には、液相の作動流体を貯溜するリザーバ１３ｄが設けられている。つまり、凝縮器２とリザーバ１３ｄとが一体的に設けられている。このリザーバ１３ｄは、下部基板１４に形成された複数の溝１４ｃに連通している。溝１４ｃは、図３に示すように、流路１３ａの下方で当該流路１３ａと交差するようにＸ方向に延びている。液相管４の他端部４ｂは、接続穴１３ｅに挿通されて例えば半田１６により上部基板１３に接合されており、上記溝１４ｃはその接続穴１３ｅに連通している。また、下部基板１４にはその溝１４ｃに直交する方向（Ｙ方向）に流路となる複数の溝１４ａが形成され、溝１４ａも空間１３ｂに連通している。さらに、上部基板１３には、熱輸送装置１０の製造時に、作動流体を凝縮器２内に注入するための注入孔１３ｃが設けられている。リザーバ１３ｄには、この注入孔１３ｃと連通しており、作動流体が注入孔１３ｃから注入されると作動流体はリザーバ１３ｄに貯溜される。
【００２７】
上部基板１３の上面には、注入孔１３ｃを覆い凝縮器２内を密閉するための蓋５が装着されている。蓋５は、例えば図示しない接着剤やネジ等によって上部基板１３に取り付けられている。蓋５の材料としては、例えば銅、アルミニウム、あるいはステンレス等の金属が用いられるが、必ずしも金属に限られず樹脂材料であってもよい。
【００２８】
流路１３ａ、空間１３ｂ、接続穴１３ｅ、溝１４ｃ及びリザーバ１３ｄ等は、例えば、液相管４及び気相管３が２本ずつ設けられていることに対応して、それぞれ２つずつ設けられている。下部基板１４の溝１４ａ、溝１４ｃ、上部基板１３の流路１３ａ、空間１３ｂ、接続穴１３ｅ、リザーバ１３ｄ、注入孔１３ｃ等は、例えばフォトリソグラフィ技術、切削加工、あるいはレーザ加工等によって作製される。
【００２９】
図３及び図４に示すように、下部基板１４の１つの溝１４ａの幅ｐは、１つの溝１４ｃの幅ｑと同じか、もしくはより大きくなるように設計されている。これにより、溝１４ｃの毛細管力を、溝１４ａや流路１３ａのそれに比較して同じか、もしくは大きくすることができる。
【００３０】
また、幅ｐは、蒸発器１の下部基板１２に形成された溝１２ａの幅や深さはほぼ同じに設定されている。これにより、溝１２ａと溝１４ｃとで毛細管力がつり合うので、蒸発器１が凝縮器２より重力中心側にあっても、あるいはその逆であっても、作動流体を確実に作動流体を還流させて所望の熱輸送能力を発揮することができる。
【００３１】
なお、毛細管力は、下部基板１２または１４の材質と作動流体との組み合わせにより異なる。毛細管力は界面における圧力差であり、一般にある表面における内外の圧力差ΔＰは、その液体が球形の一部を形成する場合、次式（１）で表される。  
ΔＰ＝[（１／ｒｘ）＋（１／ｒｙ）]σ・・・（１）
ｒｘはｘ方向における曲率半径、ｒｙはy方向における曲率半径、σは表面張力である（図５参照）。
【００３２】
図５に示すように、例えば溝１４ａにある作動流体１９の場合、溝の１４ａの幅ｐをｒｘとした場合、ｒｙは壁１４ｄの奥行きに沿う方向（図５の紙面に垂直方向）であるので、ｒｘより十分に大きい、つまり１／ｒｙ＝０と考える。さらに鉛直方向（図５の上下方向）に働く表面張力の分力に液体の接触角θを用いれば作動流体内外の圧力差は次の式（２）のように表される。
【００３３】
ΔＰ＝（２／ｑ）σｃｏｓθ・・・（２）
したがって、例えば溝１１ａ、溝１２ａ、溝１４ａ、溝１４ｃで毛細管力をほぼ同じにしたい場合、下部基板１２と１４とが同じ材料の場合には、各溝１１ａ、１２ａ、１４ａ及び１４ｃの幅をほぼ同じにすればよい。
【００３４】
図６は、凝縮器２の溝１４ａ付近の拡大断面図である。図４においては、図を理解しやすくするため、溝１４ａ等の大きさや幅ｐ等を大きく描いている。実際には、例えば管３や４の外径が１〜５ｍｍである場合、図６（Ａ）に示すように、溝１４ａの幅ｐは、例えば１０〜５０μｍに設定され、具体的には２０μｍ程度である。壁１４ｄの幅もｐとほぼ同じ値であり、壁１４ｄと溝１４ａのラインアンドスペースは１：１である。また、溝の深さｈは、例えば５０〜３００μｍであり、具体的には２００μｍ程度である。この程度の大きさであれば、溝１４ａ等への気泡の混入を防止することができる。
【００３５】
例えば蒸発器１と凝縮器２とが地面からほぼ同じ高さになるように熱輸送装置１０が置かれる場合、または、凝縮器２が蒸発器１より下方に置かれる場合、図６（Ａ）に示すように、作動流体１９は、溝１４ａより液体の深さが深くなるように、熱輸送装置１０の製造時にその量が調整されている。このように、作動流体の量が過度に多い場合、逆に熱輸送能力が低下するおそれがある。しかし、作動流体量が多くても、溝１４ａのように比較的細かい溝があることにより、凝縮器２での放熱面積をその分増やすことができるため問題ない。本発明者の実験において、むしろ放熱効率が向上したことが確認されている。
【００３６】
一方、蒸発器１に熱負荷がかかっていない状態で、かつ、蒸発器１が凝縮器２より下方に配置された状態では、溝１４ａに存在する液相作動流体が図６（Ｂ）に示す量になるように設定されている。すなわち、熱輸送装置１０の非動作時に、重力により、作動流体に蒸発器１側へ向かう力が働くような場合であっても、作動流体１９は、溝１４ａにある当該作動流体１９に毛細管力を発生させることができるような量に設定される。これにより、蒸発器１側へ作動流体が流れ出てしまうことを防止することができる。
【００３７】
また、蒸発器１に熱負荷がかかっている場合には、どのような熱輸送装置１０の姿勢であっても、図６（Ａ）に示す状態のように作動流体１９の領域が多い方が好ましい。
【００３８】
なお、蒸発器１が凝縮器２よりも重力中心側にある、とは、凝縮器２が蒸発器１より地面に近ければよく、熱輸送装置１０が斜めに配置される場合も当然含む。
【００３９】
熱輸送装置１０に熱負荷がかかっていない非動作時の状態を説明する。
【００４０】
例えば、上述したように、蒸発器１が凝縮器２より下方に配置された場合であって、かつ、蒸発器１に熱負荷がかかっていない状態の場合、従来では液相作動流体は蒸発器側へ流出するおそれがある。しかし、図６（Ｂ）で説明したように、また、図７（Ａ）に示すように、凝縮器２では溝１４ａの毛細管力により作動流体１９が保持され、蒸発器１側への作動流体１９の流出を防止できる。したがって、液相管４内には常に液相作動流体のみがあることになる。その結果、後述する熱輸送装置１０の動作時において液切れ、あるいはドライアウトを防止し、所望の熱輸送能力を得ることができる。特に、液相管４の接続端部４ｂ付近まで、溝１４ｃが延びている。つまりリザーバ１３ｄに連通する溝１４ｃの端部が当該接続端部４ｂ付近にあるので、安定して溝１４ｃから液相の作動流体を液相管４内に供給することができる。
【００４１】
また、蒸発器１内の溝１２ａ等と凝縮器２内の溝１４ａ等とがほぼ同じ毛細管力を有しているので、上記とは逆に、凝縮器２が蒸発器１より下方に配置された場合であっても問題ない。すなわち、上述したように、両者の毛細管力がつり合うことにより、熱輸送装置１０がどのような姿勢に置かれても、作動流体１９を確実に還流させて所望の熱輸送能力を発揮することができる。
【００４２】
一方、従来においては、図７（Ｂ）に示すように、蒸発器１０１が凝縮器１０２より下方に配置された場合であって、かつ、蒸発器１０１に熱負荷がかかっていない状態の場合、液相作動流体１９が重力によって蒸発器１０１、気相管１０３及び液相管１０４に溜まる。この図７（Ｂ）に示す状態では、液相管１０４内に液相作動流体以外の空間あるいは気泡が生成されてしまう。この状態から、蒸発器１に熱負荷がかけられ、熱輸送装置１０が起動すると、熱負荷が過大である場合には、図７（Ｃ）に示すように、液相管１０４内には液相作動流体がなくなるおそれがある。あるいは、このような状況だけでなく、熱輸送装置の姿勢によって、例えば凝縮器１０２が蒸発器より下方に配置されて気相の作動流体が液相管１０４内に混入するおそれがある。液相管１０４内に気相作動流体が存在すると、作動流体がうまく還流せず、所望の熱輸送能力が得られない場合がある。しかしながら、本実施の形態に係る熱輸送装置１０は、こういった問題を解決している。
【００４３】
次に、熱輸送装置１０に熱負荷がかかったときの熱輸送の動作を説明する。
【００４４】
発熱体１５が発する熱は下部基板１２に伝えられ、この熱により蒸発器１の溝１１ａ等を流通する作動流体が蒸発する。蒸発した作動流体は、気相管３を流通し、凝縮器２内の流路１３ａに流入する。作動流体は、流路１３ａを流通し、さらに溝１４ａを介して空間１３ｂに溜まることで熱を上部基板１３及び下部基板１４に伝えて凝縮する。上部基板１３がガラス、下部基板１４がシリコンでなる場合、両者の熱伝導率の差により、下部基板１４の方が特に熱伝導に寄与する。上部基板１３や下部基板１４に伝達された熱は、凝縮器２の外部に放出される。空間１３ｂに溜まった液相の作動流体は溝１４ａを介して接続穴１３ｅに流入し、さらに液相管４に流入する。
【００４５】
凝縮器２内で凝縮した作動流体は、液相管４を流通し、蒸発器１内の溝１２ａに流入し、例えば溝１１ａ等で作動流体に発生する毛細管力によって、作動流体は再び溝１１ａを流通しながら発熱体１５の熱により蒸発する。このように、発熱体１５の熱を凝縮器２側へ輸送し、以上のような動作が繰り返されることで、発熱体１５が発する熱を凝縮器２の外部に放出して発熱体１５を冷却することができる。
【００４６】
本実施の形態に係る熱輸送装置１０は、さらに、凝縮器２内にリザーバ１３ｄがあることによって、以下のような作用効果を奏する。
【００４７】
例えば、リザーバ１３ｄに貯溜された作動流体が、熱輸送装置１０の非動作時にリザーバ１３ｄから蒸発器１へ流れ出ることを極力防止できる。これにより、液相の作動流体が重力によって蒸発器１に溜まり過ぎてしまうことを防止することができる。その結果、スタータを要することなく熱輸送装置が動作することができる。
【００４８】
凝縮器２内にリザーバ１３ｄがあることにより、熱輸送装置１０の製造時において作動流体の量を調整しやすくなるというメリットもある。その理由は、凝縮器２内にある作動流体はほぼ液相であるので、リザーバ１３ｄの容積が液相状態の作動流体量を直接左右すると考えてよいからである。つまり、リザーバ１３ｄの容積を調整することにより、作動流体量を調整し、これにより熱輸送装置１０の動作温度範囲や最大熱輸送量等が設定できるからである。
【００４９】
また、リザーバ１３ｄがある場合、凝縮器２内の内容積を増やせるので作動流体量のばらつきや非凝縮性ガス（例えば、作動流体とシリコンとの化学反応によって生成されるガス等）の存在に対する熱輸送装置１０のロバスト性が向上するが、従来のリザーバ１３ｄでは液相の作動流体と気相の作動流体とが混在していた。リザーバが蒸発器に近い場合、その温度は高く気相の割合が増えるため、凝縮器２内の液相作動流体の量が増えて放熱効率を下げてしまう。しかし、本実施の形態に係る熱輸送装置１０のリザーバ１３ｄの温度は、凝縮器２に付随することで熱輸送装置１０において最低温度になる凝縮器２の放熱部（例えば下部基板１４）の温度に近くなりほぼ液相で満たされることになる。その結果、凝縮器２の凝縮効率を落とすことなく高いロバスト性を実現することができる。
【００５０】
あるいは、凝縮効率の維持または改善のために凝縮器２内の液相作動流体の量を減らすと、従来では外乱（振動等）によって液切れを起こしやすかったが、本実施の形態の場合、リザーバ１３ｄは凝縮器２内にあるため液切れを起こしにくい。
【００５１】
さらに、上述したように、溝１４ｃを他の部位より毛細管力が大きくすれば、例えば、流路１３ａを流通する作動流体を溝１４ｃへ誘導させて、リザーバ１３ｄへ導くことが可能となる。これにより、熱輸送装置１０の姿勢によらず、常に作動流体を貯溜部に貯溜しておくことが可能となる。
【００５２】
図８は、本発明の他の実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。図９は、図８に示す熱輸送装置２０の平面図である。図１０は、図９に示すＣ−Ｃ線断面図である。この実施の形態では、上記実施の形態に係る熱輸送装置１０の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００５３】
この熱輸送装置２０は、例えば２枚の基板２１及び２２を有している。上部基板２１は、例えばガラスでなり、下部基板２２は例えばシリコンでなる。熱輸送装置２０は、内部に蒸発部２５、気相の作動流体が流通する気相流路２２ａ、凝縮部２７、液相の作動流体が流通する液相流路２２ｂ及びリザーバ２１ｄを一体的に有している。リザーバ２１ｄ、蒸発部２５に設けられた蒸発流路２１ａ、凝縮部２７に設けられた凝縮流路２１ｂは、上部基板２１に形成されている。気相流路２２ａ、液相流路２２ｂ、リザーバ２１ｄと凝縮流路２１ｂとの間に設けられた溝２２ｃ、蒸発部２５に設けられた溝２２ｄ、凝縮部２７に設けられた溝２２ｅは、それぞれ下部基板２２に形成されている。
【００５４】
溝２２ｃや溝２２ｅは、凝縮部２７の中で最も流路体積が小さく形成されている。これにより、凝縮部２７の中で最も大きな毛細管力を発生させる。蒸発部２５の溝２２ｄは、例えば溝２２ｃや溝２２ｅとほぼ同じ毛細管力を有するような深さや幅に形成されている。
【００５５】
また、本実施の形態に係る熱輸送装置２０においても、非動作時であって、蒸発部２５が凝縮部２７よりも下方に配置される場合、図６（Ｂ）で示したような液相作動流体の量に設定される。すなわち、熱輸送装置２０がそのような状態にある場合に、溝２２ｅまたは溝２２ｃより液相作動流体の深さが浅くなるように作動流体の量が予め製造時に設定される。これにより、熱輸送装置２０がどのような姿勢に置かれても、液切れ、またはドライアウトを防止することができる。そして、動作時には、熱輸送装置２０がどのような姿勢にあっても、上記熱輸送装置１０と同様に、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の状態となり得る。
【００５６】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５７】
上記各実施の形態で説明した蒸発器１、凝縮器２、熱輸送装置２０等の形状は矩形板状とした。しかし、形状や大きさは限定されず、例えば円板状、楕円板状に形成することもできる。また、板状でなく立体的な厚みがあるものであってもよい。
【００５８】
また、作動流体の流路を構成する溝１１ａ、１３ａ、１４ａ、１４ｃ等の配置、形状、長さ等も実施の形態に限られない。例えば溝１４ｃ等の断面形状をＶ字状とすることもできる。ただＶ字状にした場合、その溝の上部ほど幅が広くなるため、気泡が混入しない程度の幅を持つＶ字溝を形成することが好ましい。その他、壁１４ｄを階段状にして上部の幅がより広くすることもできる。
【００５９】
また、上部基板１１等をガラス基板、下部基板１２等をシリコン基板としたが、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等、あるいはこれらの組み合わせ等の材料が用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る熱輸送装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す熱輸送装置の側面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】作動流体に働く表面張力を説明するための図である。
【図６】凝縮器の毛細管力を発生させる溝付近の拡大断面図であり、（Ａ）は液面が壁の上端より上にある状態、（Ｂ）は液面が壁の上端より下にある状態を示す。
【図７】熱輸送装置の動作を従来技術と本実施の形態とで比較した模式図であり、（Ａ）は本実施の形態、（Ｂ）及び（Ｃ）は従来のものを示す。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。
【図９】図８に示す熱輸送装置の平面図である。
【図１０】図９に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…蒸発器
２…凝縮器
３…気相管
４…液相管
３ａ、４ａ…一端部
３ｂ、４ｂ…他端部
１０、２０…熱輸送装置
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、１４ｃ、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ…溝（流路）
１２ｂ、１３ｂ…空間（流路）
１５…発熱体
１９…作動流体
２５…蒸発部
２７…凝縮部
【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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