(57)【要約】【課題】ヒートパイプにおける冷媒の循環の方向付けを強め、熱輸送を効率的に行うことを課題とする。【解決手段】ヒートパイプは、高温部に設置される蒸発部と、放熱部に設置される凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、前記液管と前記蒸発部との間に介在する第１の接続部と、を備え、前記第１の接続部は、前記液管から前記冷媒が流入し、前記蒸発部に向かって前記冷媒の流域を拡大する複数の分岐流路と、前記分岐流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第１の整流部と、を備える。【選択図】図１
2018194197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温部に設置される蒸発部と、
放熱部に設置される凝縮部と、
前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、
前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、
前記液管と前記蒸発部との間に介在する第１の接続部と、を備え、
前記第１の接続部は、前記液管から前記冷媒が流入し、前記蒸発部に向かって前記冷媒の流域を拡大する複数の分岐流路と、前記分岐流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第１の整流部と、を備えたヒートパイプ。
【請求項２】
前記凝縮部と前記液管との間に介在する第２の接続部をさらに備え、
前記第２の接続部は、前記凝縮部から前記冷媒が流入し、前記液管に向かって前記冷媒を集約する複数の合流流路と、前記合流流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する請求項１に記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記第１の整流部は、前記分岐流路に沿って、多段に設けられた請求項１又は２に記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記分岐流路は、前記液管から前記蒸発部に向かって段階的に流路径が縮小された請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
【請求項５】
前記合流流路の前記凝縮部に位置する開口の径は、前記分岐流路の前記蒸発部に位置する開口の径よりも大きい請求項２に記載のヒートパイプ。
【請求項６】
高温部に設置される蒸発部と、
放熱部に設置される凝縮部と、
前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、
前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、
前記凝縮部と前記液管との間に介在する第２の接続部と、を備え、
前記第２の接続部は、前記凝縮部から前記冷媒が流入し、前記液管に向かって前記冷媒を集約する複数の合流流路と、前記合流流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第２の整流部と、を備えたヒートパイプ。
【請求項７】
高温部と放熱部とが設定された基板と、前記基板に設置されたヒートパイプと、を備える電子機器であって、
前記ヒートパイプは、
前記高温部に設置される蒸発部と、
前記放熱部に設置される凝縮部と、
前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、
前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、
前記液管と前記蒸発部との間に介在する第１の接続部と、を備え、
前記第１の接続部は、前記液管から前記冷媒が流入し、前記蒸発部に向かって前記冷媒の流域を拡大する複数の分岐流路と、前記分岐流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第１の整流部と、
を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書開示の発明は、ヒートパイプ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器は、その動作に伴って発熱するため、これを冷却すべく、種々の冷却装置が提案されている。例えば、モータで駆動されるピストンを備えたＣＰＵ（Central Processing Unit）水冷装置が知られている（特許文献１参照）。また、冷媒の気化膨張による体積変化に応じて振動運動するベローズを備え、このベローズに生じた振動エネルギを電気エネルギに変換する発電／アクチュエータを備える電子デバイスの冷却システムが知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
ところで、昨今の電子機器は、小型化、高集積化が進んでおり、これに伴って、電子機器を冷却する装置についても、小型、薄型化が求められるようになってきている。しかしながら、引用文献１はモータで駆動されるピストンを備えなければならず、引用文献２はベローズを備えなければならない。このため、冷却装置の小型、薄型化に対し一定の制限がある。
【０００４】
これに対し、昨今、冷媒の相変化を利用して熱を効率よく輸送することができる装置として、ヒートパイプが知られている。ヒートパイプは、いくつかの種類に分類することができ、例えば、ループヒートパイプと称される形式や、自励振動ヒートパイプと称される形式が知られている。
【０００５】
従来のループヒートパイプは、被冷却体から熱を受けて冷媒を蒸発させる蒸発器を備える。蒸発器には、ウィックが内蔵されている。従来のループヒートパイプは、さらに、蒸発器で発生した蒸気を輸送する蒸気管、蒸気となった冷媒を凝縮し、液化させ外部に熱を放出する凝縮器、液化した冷媒を蒸発器に戻す液管を備える。このようなループヒートパイプは、ウィックと伝熱面との界面で冷媒が薄膜化することで相変化の効率が高く、また、ウィックを用いて蒸気と液の通り道を分離することで、一般的なウィック式ヒートパイプより長距離の熱輸送が可能である。しかしながら、その一方で、ループヒートパイプは、ウィックを内蔵しているため、その薄型化が難しい。
【０００６】
自励振動ヒートパイプは、加熱部と冷却部とを往復蛇行する複数の細径流路に、内容積の半分程度の冷媒が封入されており、加熱及び冷却による冷媒の相変化が冷媒の振動様の流れを引き起こし、これにより熱を輸送する。自励振動ヒートパイプは、ウィックなどの内蔵部品がなく、構造が簡便で薄型化しやすい利点を有する。また、自励振動ヒートパイプは、溝状の流路パターンのみで形成することができ、薄型構造とし易い。しかしながら、その一方で、自励振動ヒートパイプは、熱輸送の駆動力を蛇行流路内で発生する冷媒振動としており、隣接流路間で圧力がバランスすると、振動が鈍化して熱輸送性能が低下する問題がある。
【０００７】
ループヒートパイプにおいて、効率的に熱輸送を行うためには、冷媒を一定方向に効率よく循環させることが求められる。この点に着目した提案として、特許文献３が知られている。特許文献３は、受熱部と放熱部とを連結するヒートパイプに時計回り方向の管長と反時計回り方向の管長に長短を設けている。また、特許文献３は、環状に連結したヒートパイプの管の断面積の大きさより小さい断面積を有する狭窄部をヒートパイプの一部に設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−４６３０４号公報
【特許文献２】特開２００８−２３５５６５号公報
【特許文献３】特開平６−８８６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３であれば、ヒートパイプを薄型化することができ、冷媒の循環を一定の方向にすることで効率的に熱輸送を行うことができると考えられる。しかしながら、更なる薄型化が推し進められる状況下において、より冷媒の循環の方向付けを高めるための提案が求められている。
【００１０】
１つの側面では、本明細書開示のヒートパイプ及び電子機器は、ヒートパイプにおける冷媒の循環の方向付けを強め、熱輸送を効率的に行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書開示のヒートパイプは、高温部に設置される蒸発部と、放熱部に設置される凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、前記液管と前記蒸発部との間に介在する第１の接続部と、を備え、前記第１の接続部は、前記液管から前記冷媒が流入し、前記蒸発部に向かって前記冷媒の流域を拡大する複数の分岐流路と、前記分岐流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第１の整流部と、を備えている。
【００１２】
本明細書開示の電子機器は、高温部と放熱部とが設定された基板と、前記基板に設置されたヒートパイプと、を備える電子機器であって、前記ヒートパイプは、前記高温部に設置される蒸発部と、前記放熱部に設置される凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、前記蒸発部で蒸発した冷媒を前記凝縮部へ向かって流す蒸気管と、前記凝縮部と前記蒸発部とを接続し、前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ向かって流す液管と、前記液管と前記蒸発部との間に介在する第１の接続部と、を備え、前記第１の接続部は、前記液管から前記冷媒が流入し、前記蒸発部に向かって前記冷媒の流域を拡大する複数の分岐流路と、前記分岐流路内において前記冷媒が流れる方向を、前記蒸気管を通じて前記蒸発部から前記凝縮部に向かう方向と一致する方向に規制する第１の整流部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本明細書開示のヒートパイプ及び電子機器によれば、ヒートパイプにおける冷媒の循環の方向付けを強め、熱輸送を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は第１実施形態のヒートパイプを備えた電子機器の概略構成を示す説明図である。
【図２】図２は第１実施形態のヒートパイプが備える第１の接続部の構造を示す説明図である。
【図３】図３（Ａ）は第１実施形態の蒸発部に液相の冷媒が供給され、その流域が拡がる様子を模式的に示す説明図であり、図３（Ｂ）は比較例の蒸発部に液相の冷媒が供給される様子を模式的に示す説明図である。
【図４】図４（Ａ）は整流部において冷媒が流れ易い状態を示す説明図であり、図４（Ｂ）は整流部において冷媒が流れ難くなった状態を示す説明である。
【図５】図５は第１実施形態が備える第２の接続部の構造を示す説明図である。
【図６】図６は整流効果を確認するためのヒートパイプの試験モデルを模式的に示す説明図である。
【図７】図７は試験モデルにおける入力熱量と圧力損失との関係を示すグラフである。
【図８】図８は第２実施形態における第１の接続部の構造を示す説明図である。
【図９】図９は流路径と圧力との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０（Ａ）は第３実施形態が備える第１の接続部の構造を示す説明図であり、図１０（Ｂ）は第３実施形態が備える第２の接続部の構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。
【００１６】
（第１実施形態）
まず、図１乃至図６を参照して、第１実施形態のヒートパイプ１０及び、これを搭載した電子機器１００について説明する。図１は第１実施形態のヒートパイプを備えた電子機器の概略構成を示す説明図である。図２は第１実施形態のヒートパイプが備える第１の接続部の構造を示す説明図である。図３（Ａ）は第１実施形態の蒸発部に液相の冷媒が供給され、その流域が拡がる様子を模式的に示す説明図であり、図３（Ｂ）は比較例の蒸発部に液相の冷媒が供給される様子を模式的に示す説明図である。図４（Ａ）は整流部において冷媒が流れ易い状態を示す説明図であり、図４（Ｂ）は整流部において冷媒が流れ難くなった状態を示す説明である。図５は第１実施形態が備える第２の接続部の構造を示す説明図である。図６は整流効果を確認するためのヒートパイプの試験モデルを模式的に示す説明図である。図７は試験モデルにおける入力熱量と圧力損失との関係を示すグラフである。
【００１７】
図１を参照すると、電子機器１００には、ヒートパイプ１０が搭載されている。本実施形態における電子機器１００は、ノート型ＰＣ（Personal Computer）の本体部分であるが、これは、一例であり、他の電子機器としてもよい。電子機器１００は、筐体１０１を備え、その内部に基板１０２が内蔵されている。基板１０２には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やその他の電子素子が実装されている。電子素子は、使用に際し、発熱するものがある。本実施形態では、このような発熱素子の周囲が高温部１０３として設定されている。また、本実施形態では、高温部１０３から離れた位置に放熱部１０４が設定されている。放熱部１０４は、筐体１０１内のレイアウトに応じて、適宜設定することができる。放熱部１０４は、ヒートシンク等を備えていてもよい。
【００１８】
ヒートパイプ１０は、蒸発部１１と凝縮部１２を備える。また、ヒートパイプ１０は、蒸発部１１と凝縮部１２とを接続し、蒸発部１１で蒸発した冷媒２０を凝縮部１２へ向かって流す蒸気管１３を備える。本実施例では、４本の蒸気管１３を備えているが、蒸気管１３の本数は、これに限定されない。ヒートパイプ１０は、凝縮部１２と蒸発部１１とを接続し、凝縮部１２で凝縮した冷媒２０を蒸発部１１へ向かって流す液管１４を備える。このようなヒートパイプ１０の内部に封入されている冷媒２０は、ヒートパイプ１０内で液相冷媒２０ａと気相冷媒２０ｂとの間で相変化することができる。蒸気管１３内には、液相冷媒２０ａが混じることもあるが、主として気相冷媒２０ｂが流れている。液管１４内には、主として液相冷媒２０ａが流れている。本実施形態では、ｎ−ペンタンを含む冷媒２０が用いられているが、水やエタノール等、従来、公知の冷媒を用いることができる。
【００１９】
蒸発部１１には、複数のフィン１１ａが設けられている。フィン１１ａは、液相冷媒２０ａとの接触面積を増やし、蒸発効率を向上させる。また、凝縮部１２にも、複数のフィン１２ａが設けられている。フィン１２ａは、気相冷媒２０ｂとの接触面積を増やし、凝縮効率を向上させる。
【００２０】
ヒートパイプ１０は、液管１４と蒸発部１１との間に介在する第１の接続部１５を備える。図２を参照すると、第１の接続部１５は、液管１４から冷媒２０が流入し、蒸気管１３に向かって冷媒２０の流域を拡大する複数の分岐流路１５１〜１５５を備える。第１の接続部１５は、１か所の開口部で液管１４と接続されるが、内部で複数の分岐流路１５１〜１５５に分岐している。この結果、図３（Ａ）に示すように、液管１４から流れ込んだ液相冷媒２０ａを図１に示す幅方向にその流域を拡大させることができる。液相冷媒２０ａの流域を拡大させることで、液相冷媒２０ａを薄膜化させることができる。液相冷媒２０ａは、薄膜化することで、活発に蒸発することができるようになる。液相冷媒２０ａが活発に蒸発するようになると、冷却効率が向上する。なお、液相冷媒２０ａの蒸発を促進するためには、基板１０２に設定された高温部１０３に接触する面積を拡げることが効果的である。そこで、本実施形態では、基板１０２の実装面と平行となる面内に液相冷媒２０ａが拡がるように、分岐流路１５１〜１５５を扇状に配置し、図１や図３（Ａ）に示す幅方向に液相冷媒２０ａが拡がるようにしている。
【００２１】
ここで、図３（Ｂ）を参照して、比較例について説明する。比較例の蒸発部５は、本実施形態と同様にフィン５ａを備え、液相冷媒２０ａの蒸発促進が図られているが、その中央部付近に単一の開口５１のみを備える。このため、開口５１から蒸発部５に流れ込んだ液相冷媒２０ａは、開口５１付近での嵩が高く、厚膜状になっている。液相冷媒２０ａは厚膜状になっていると蒸発しにくく、冷却効率が低下する。また、図３（Ｂ）を参照すると、蒸発部５の両側の端部５ｂに液相冷媒２０ａが到達しておらず、枯渇しており、いわゆるドライアウト領域が形成されている。この結果、蒸発部５における冷却効率が低下する。
【００２２】
本実施形態によれば、液相冷媒２０ａが広範囲に薄膜状に拡がっているので、冷却効率が高い。液相冷媒２０ａが活発に相変化を起こし、蒸気が生成されると、冷媒２０の循環の勢いを増し、熱輸送効率が向上する。
【００２３】
第１の接続部１５内に形成されている複数の分岐流路１５１〜１５５は、それぞれ、第１の整流部としてのテスラバルブ１７を備えている。第１の整流部は、流体ダイオードを採用することができ、本実施形態では、テスラバルブ１７が採用されている。テスラバルブ１７は、各分岐流路１５１〜１５５内において冷媒２０が流れる方向を、蒸気管１３を通じて蒸発部１１から凝縮部１２に向かう方向と一致する方向に規制する。
【００２４】
ここで、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照しつつ、テスラバルブ１７による整流効果について説明する。テスラバルブ１７は、主流路１７１に設けられた第１分岐点１７１ａと第２分岐点１７１ｂとを接続するバイパス流路１７２を備える。図４（Ａ）に示す矢示１８のように、主流路１７１に、図４（Ａ）における左方から流体が流れ込む場合、流体（冷媒２０）が、第１分岐点１７１ａにおいてバイパス流路１７２に流れ込むためには、流れ方向が大きく屈曲することになる。これは、第１分岐点１７１ａにおいて、第１分岐点１７１ａを通過した後の主流路１７１とバイパス流路１７２とのなす角が鈍角となっており、折り返すような経路となっているためである。このため、主流路１７１を流れる流体は、バイパス流路１７２に流れ込みにくい。また、仮に、流体がバイパス流路１７２に流れ込んだとしても、バイパス流路１７２を通過した流体は、第２分岐点１７１ｂにおいて、主流路１７１の流れに滑らかに合流するため、主流路１７１の流れの抵抗となることはない。
【００２５】
一方、図４（Ｂ）に示す矢示１９ａのように、主流路１７１に、図４（Ｂ）における右方から流体が流れ込む場合、流体（冷媒２０）が第２分岐点１７１ｂにおいて、バイパス流路１７２に流れ込む。これは、第２分岐点１７１ｂにおいて、第２分岐点１７１ｂを通過した後の主流路１７１とバイパス流路１７２とがなす角が鋭角となっているからである。バイパス流路１７２に流れ込んだ流体は、矢示１９ｂで示すようにバイパス流路１７２内でその流れの方向を変え、第１分岐点１７１ａにおいて主流路１７１に合流するときに、主流路１７１の流体の流れと衝突する。このため、主流路１７１の流れの抵抗が増す。
【００２６】
ヒートパイプ１０では、蒸発部１１を中心とした領域で液相冷媒２０ａが気相冷媒２０ｂに相変化する。このような相変化に伴って、冷媒２０は膨張し、これにより、冷媒２０は、ヒートパイプ１０内を移動しようとする。ここで、流体は、流れやすい方向に流れようとするため、図４（Ａ）で示す矢示１８のように流れようとする。テスラバルブ１７は、分岐流路１５１〜１５５に設けられているため、各分岐流路１５１〜１５５において、冷媒２０の流れ方向は、蒸気管１３を通じて蒸発部１１から凝縮部１２に向かう方向と一致する方向に規制される。このように、本実施形態では、ヒートパイプ１０における冷媒２０の循環の方向付けが強められている。
【００２７】
しかも、本実施形態では、各分岐流路１５１〜１５５において、その流れ方向に沿って、直列的に複数のテスラバルブ１７が多段に配置されているので、ヒートパイプ１０における冷媒２０の循環の方向付けがより強められている。
【００２８】
ヒートパイプ１０は、凝縮部１２と液管１４との間に介在する第２の接続部１６をさらに備える。図５を参照すると、第２の接続部１６は、凝縮部１２から冷媒２０が流入し、液管１４に向かって冷媒２０を集約する複数の合流流路１６１〜１６５を備える。第２の接続部１６は、１か所の開口部で液管１４と接続されるが、内部に複数の合流流路１６１〜１６５を備えている。図１を参照すると、凝縮部１２は、幅方向に広がっており、第２の接続部１６の凝縮部１２と接続される側は、凝縮部１２と同様に幅広に形成されている。第２の接続部１６は、このように幅広に形成されている端部から、液管１４に向かって、一本の流路となるように合流流路１６１〜１６５が設けられている。このように、複数の合流流路１６１〜１６５が設けられることで、気相冷媒２０ｂの接触面積が増大する。気相冷媒２０ｂの接触面積が増大すると、気相冷媒２０ｂから放熱部１０４への熱移動が促進され、気相冷媒２０ｂから液相冷媒２０ａへ相変化し易くなる。これにより、ヒートパイプ１０の冷却効率が向上する。
【００２９】
なお、気相冷媒２０ｂの凝縮を促進するためには、基板１０２に設定された放熱部１０４に接触する面積を拡げることが効果的である。そこで、本実施形態では、基板１０２の実装面と平行となる面内に気相冷媒２０ｂが拡がるように、合流流路１６１〜１６５を扇状に配置している。
【００３０】
第２の接続部１６内に形成されている複数の合流流路１６１〜１６５は、それぞれ、第２の整流部としてのテスラバルブ１７を備えている。第２の整流部は、第１の整流部と同様の構造を採用することができる。第２の接続部１６に装備されるテスラバルブ１７は、各合流流路１６１〜１６５内において冷媒２０が流れる方向を、蒸気管１３を通じて蒸発部１１から凝縮部１２に向かう方向と一致する方向に規制する。すなわち、第２の接続部としてのテスラバルブ１７は、冷媒２０を第１の整流部としてのテスラバルブ１７と同一方向に流すようにする。すなわち、第２の接続部としてのテスラバルブ１７は、冷媒２０を凝縮部１２から液管１４へ向かう方向へ流す。
【００３１】
なお、本実施形態では、第２の接続部１６を備えているが、第２の接続部１６を廃止した形態としてもよい。この場合、冷媒２０の流れの方向付けは、第１の接続部１５に設けられたテスラバルブ１７によって行われる。また、第１の接続部１５を廃止し、第２の接続部１６のみを装備した形態とすることもできる。この場合も、第２の接続部１６には、テスラバルブ１７が装備されているため、冷媒２０の流れの方向付けを行うことができる。
【００３２】
このようなヒートパイプ１０は、１枚の銅薄板に蒸発部１１、凝縮部１２、蒸気管１３、液管１４、第１の接続部１５及び第２の接続部１６をハーフエッチング加工により形成し、他の銅薄板を積層して拡散接合することで形成されている。これにより、ヒートパイプ１０を薄型化することができる。ハーフエッチング加工によれば、複雑な経路を容易に形成することができ、テスラバルブ１７の流路も形成することができる。本実施形態では、銅薄板を用いたが、他の素材を用いてもよい。
【００３３】
なお、本実施形態では、液管１４も同様に銅薄板に形成しているが、例えば、チューブ状の他の部材を装着して液管１４としてもよい。
【００３４】
このようなヒートパイプ１０は、蒸発部１１が基板１０２に設定された高温部１０３の位置に合わせられ、凝縮部１２が基板１０２に設定された放熱部１０４の位置に合わせられて電子機器１００に搭載されている。
【００３５】
ここで、図６及び図７を参照して、ヒートパイプ１０が備える構造による整流効果についてより詳細に説明する。図６は整流効果を確認するためのヒートパイプの試験モデルを模式的に示す説明図である。図７は試験モデルにおける入力熱量と圧力損失との関係を示すグラフである。
【００３６】
図６に示す試験モデル５０は、実施形態のヒートパイプ１０の主要な要素を備えている。試験モデル５０において、ヒートパイプ１０と共通する要素については、同一の参照番号を付して説明する。
【００３７】
本実施形態における冷媒２０の循環の方向付けの効果を検証するために、図６に示すような試験モデル５０を準備した。試験モデル５０は、蒸発部１１と凝縮部１２を備える。また、試験モデル５０は、蒸発部１１と凝縮部１２とを接続し、蒸発部１１で蒸発した冷媒２０を凝縮部１２へ向かって流す蒸気管１３を備える。また、試験モデル５０は、凝縮部１２と蒸発部１１とを接続し、凝縮部１２で凝縮した冷媒２０を蒸発部１１へ向かって流す液管１４を備える。さらに、試験モデル５０は、液管１４と蒸発部１１との間に介在する第１の接続部１５を備える。第１の接続部１５には、整流部としてのテスラバルブ１７が装備されている。このような試験モデル５０を用いて、図６において矢示２１で示す順方向と、矢示２２で示す逆方向との圧力損失を比較した。なお、順方向は、蒸発部１１から蒸気管１３を通じて凝縮部１２へ向かい、液管１４とテスラバルブ１７を通じて再度蒸発部１１へ戻る流れの方向である。逆方向は、蒸発部１１からテスラバルブ１７と液管１４を通じて凝縮部１２へ向かい、蒸気管１３を通じて再び蒸発部１１に戻る流れの方向である。
【００３８】
なお、試験モデル５０には、第２の接続部１６は、装備されていない。これは、第１の接続部１５にテスラバルブ１７を備えており、基本的な構成要素は備えているため、冷媒２０の循環の方向付けの効果の検証として十分だからである。
【００３９】
テスラバルブ１７は、幅１ｍｍ、深さ１ｍｍの矩形断面の流路としている。第１の接続部１５には、３本の分岐流路１５１〜１５３が並列配置されている。各分岐流路１５１〜１５３には、それぞれ流れ方向に沿って、５つのテスラバルブ１７が設けられている。
【００４０】
蒸気管１３は、幅１０ｍｍ、深さ１ｍｍの流路を５本並列配置して形成されている。液管１４は、幅２０ｍｍ、深さ１ｍｍの流路を一本配置している。冷媒には、ｎ−ペンタンを想定し、入熱条件は３０〜１００Ｗとした。
【００４１】
蒸発部１１で冷媒２０が蒸発し、そのときの温度を６０℃と仮定する。また、凝縮部１２で冷媒２０が凝縮し、そのときの温度を２５℃と仮定する。そして、蒸気管１３には、気相冷媒２０ｂである蒸気が流通し、液管１４及び第１の接続部１５には、液相冷媒２０ａが流通するものとして、矢示２１で示す順方向と、矢示２２で示す逆方向の圧力損失を計算した。
【００４２】
入熱量の増大に伴い、冷媒の蒸発量が増え、流量が増大する。図７を参照すると、熱量の増大に伴い、各方向の圧力損失も増加しているが、順方向が緩やかに増大するのに対し、逆方向が急激に増大することがわかる。このような順方向と逆方向の圧力差が冷媒２０を順方向へ流す整流効果を生む。順方向と逆方向とでは、経路の構成は同じであり、テスラバルブ１７を通過する向きが異なっていることから、これが、整流効果を生み出す圧力差を生じていることが確認できる。このように、テスラバルブ１７を設けることで、冷媒２０の循環の方向付けがされることが確認された。
【００４３】
このように、ヒートパイプ１０は、冷媒の循環の方向付けを強め、熱輸送を効率的に行うことができる。また、本実施形態では、ウィック等の構造を含まないため、ヒートパイプ１０を薄型化することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
つぎに、図８及び図９を参照して、第２実施形態について説明する。図８は第２実施形態における第１の接続部の構造を示す説明図である。図９は流路径と圧力との関係を示すグラフである。
【００４５】
第２実施形態では、第１実施形態における第１の接続部１５に代えて、第１の接続部２５を備える。図８を参照すると、第１の接続部２５は、液管１４から蒸発部１１に向かって段階的に流路径が縮小された分岐流路２５１ａ、２５２ａ及び２５３ａを備えている。具体的に、第１の接続部２５は、液管１４から蒸発部１１に向かって順に第１階層２５１、第２階層２５２及び第３階層２５３を備えている。
【００４６】
第１階層２５１には、４本の分岐流路２５１ａが含まれる。各分岐流路２５１ａには、テスラバルブ２５１ａ１が設けられている。各分岐流路２５１ａの流路径はｄ１である。テスラバルブ２５１ａ１の構造は、第１実施形態におけるテスラバルブ１７と共通している。
【００４７】
第２階層２５２には、それぞれの分岐流路２５２ａから二股に分岐した合計８本の分岐流路２５２ａが含まれる。各分岐流路２５２ａには、テスラバルブ２５２ａ１が設けられている。各分岐流路２５２ａの流路径はｄ２である。テスラバルブ２５２ａ１の構造は、第１実施形態におけるテスラバルブ１７と共通している。
【００４８】
第３階層２５３には、それぞれの分岐流路２５２ａから二股に分岐した合計１６本の分岐流路２５３ａが含まれる。各分岐流路２５３ａには、テスラバルブ２５３ａ１が設けられている。各分岐流路２５３ａの流路径はｄ３である。テスラバルブ２５３ａ１の構造は、第１実施形態におけるテスラバルブ１７と共通している。
【００４９】
ここで、各流路径の関係は、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３である。このようにして、第１の接続部２５は、液管１４から蒸発部１１に向かって段階的に流路径が縮小された分岐流路を備えている。一方、第３階層２５３に属する分岐流路２５３ａが開口する蒸発部１１の流路径はｄｅであり、この流路径ｄｅは、ｄ１乃至ｄ３よりも大きい。
【００５０】
第１の接続部２５が、液管１４から蒸発部１１に向かって段階的に流路径が縮小された分岐流路２５１ａ、２５２ａ及び２５３ａを備えているのは、蒸発部１１との間に生じる毛細管力を利用するためである。ここで、図９を参照して、流路径と圧力との関係について説明する。図９を参照すると、流路径が小さいほど、圧力が大きくなり、流路径が大きいほど、圧力が小さくなることがわかる。冷媒２０が異なる流路径の領域に流れ込む際、その圧力差が毛細管力として作用する。すなわち、圧力差が大きいほど、逆流防止効果が高いことになる。
【００５１】
本実施形態では、蒸発部１１の流路径はｄｅであることから、蒸発部１１へ流れ込む分岐流路の径と、この流路径ｄｅとの差が大きいほど、毛細管力が大きく、液相冷媒２０ａは、蒸発部１１側へ浸透しやすくなる。このような毛細管力は、冷媒２０の循環の方向付けを強めることとなる。
【００５２】
本実施形態では、流路径ｄ３のときの圧力と、蒸発部１１の流路径ｄｅのときの圧力との差が逆流防止の圧力差となり、冷媒２０を一定の方向に流す作用を得ることができる。
【００５３】
なお、流路径を段階的に縮小しているのは、流路径を徐々に狭くすることで、圧力損失を抑えつつ、所望の流路径に到達するためである。
【００５４】
（第３実施形態）
つぎに、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）を参照して、第３実施形態について説明する。図１０（Ａ）は第３実施形態が備える第１の接続部の構造を示す説明図であり、図１０（Ｂ）は第３実施形態が備える第２の接続部の構造を示す説明図である。
【００５５】
第３実施形態では、第２実施形態と同様に第１の接続部２５を備えると共に、第１実施形態における第２の接続部１６に代えて、第２の接続部２６を備える。
【００５６】
図１０（Ｂ）を参照すると、第２の接続部２６は、凝縮部１２から液管１４に向かって順に第１階層２６１及び第２階層２６２を備えている。
【００５７】
第１階層２６１には、４本の合流流路２６１ａが含まれる。各合流流路２６１ａには、テスラバルブ２６１ａ１が設けられている。各合流流路２６１ａの流路径はｄ１である。テスラバルブ２６１ａ１の構造は、第１実施形態におけるテスラバルブ１７と共通している。
【００５８】
第２階層２６２には、それぞれ２本の合流流路２６１ａが合流した２本の合流流路２６２ａが含まれる。各合流流路２６２ａには、テスラバルブ２６２ａ１が設けられている。各合流流路２６２ａの流路径はｄ１である。テスラバルブ２６１ａ１の構造は、第１実施形態におけるテスラバルブ１７と共通している。２本の合流流路２６２ａは最終的に１本に合流している。
【００５９】
このように、第２の接続部２６が備える合流流路２６１ａの流路径はｄ１であり、一方、第１の接続部２５が備える分岐流路の２５３ａの流路径はｄ３である。ここで、ｄ１＞ｄ３の関係がある。
【００６０】
このように、本実施形態では、合流流路の凝縮部１２に位置する開口の径を、分岐流路の蒸発部１１に位置する開口の径よりも大きく設定している。これにより、第１の接続部２５と第２の接続部２６との間での毛細管力と圧力損失差の両面で冷媒２０の循環の方向付けを強化することができる。
【００６１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  ヒートパイプ
５、１１  蒸発部
５ａ、１１ａ  フィン
１２  凝縮部
１２ａ  フィン
１３  蒸気管
１４  液管
１５  第１の接続部
１６  第２の接続部
１７  テスラバルブ（整流部）
２０ａ  液相冷媒
２０ｂ  気相冷媒
２５  第１の接続部
２５１  第１階層
２５２  第２階層
２５３  第３階層
１００  電子機器
１０１  筐体
１０２  基板
１０３  高温部
１０４  放熱部
【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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