(57)【要約】【課題】大型化を抑制しながら熱交換率を向上させた熱交換器などを提供する。【解決手段】本発明のループ型ヒートパイプは、外周面１３１に蒸気溝１３３を複数有するウィック１３０と、ウィック１３０を収容する蒸発器本体１１０とを有し、電子機器の作動時における発熱体が最も熱を発生する際に、ウィック１３０に形成された蒸気溝１３３内であって蒸気溝１３３の側面１３５と蒸発器本体１１０の内周面１１１とにより形成される隅部Ｃｎに液相の作動流体Ｌ１ｑが滲み出ることを特徴とする。【選択図】図３
2018170317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体と、
前記筺体に収容される発熱体と、
前記発熱体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有し、当該蒸発器から流出させ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させる熱交換器と
を備える電子機器において、
前記蒸発器は、
内部に液相の作動流体が流入する空間を有し、当該空間内の液相の作動流体を毛細管力により外周面へ導き蒸発させる空孔を複数有するとともに、当該外周面に溝部を複数有する蒸発体と、
前記蒸発体を収容するとともに、当該蒸発体の前記外周面を支持する内周面を備える収容体と
を有し、
前記電子機器の作動時における前記発熱体が最も熱を発生する際に、前記蒸発体に形成された前記溝部内であって当該溝部の側面と前記収容体の前記内周面とにより形成される隅部に液相の作動流体が滲み出る
ことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記隅部に滲み出た液相の作動流体は、当該隅部において前記内周面と前記側面との間に湾曲する界面を形成することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記溝部の幅は、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器。
【請求項４】
前記溝部は、当該溝部の深さを１とすると、当該溝部の幅が０．２〜１．０であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子機器。
【請求項５】
前記蒸発体の前記空孔の平均細孔径は、１．０μｍ〜２５μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子機器。
【請求項６】
前記溝部は、前記蒸発体の前記外周面において当該溝部の長手方向と交差する方向の長さ１５ｍｍあたり１４本〜３５本形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子機器。
【請求項７】
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有し、当該蒸発器から流出させ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させる熱交換器において、
前記蒸発器は、
内部に液相の作動流体が流入する空間を有し、当該空間内の液相の作動流体を毛細管力により外周面へ導き蒸発させる空孔を複数有するとともに、当該外周面に溝部を複数有する蒸発体を有し、
前記溝部は、
前記蒸発体の前記外周面において前記溝部の長手方向と交差する方向の長さ１５ｍｍあたり１４本〜３５本形成され、かつ
前記溝部の深さを１とすると当該溝部の幅が０．２〜０．５である
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項８】
内部に液相の作動流体が流入する空間を有し、当該空間内の液相の作動流体を毛細管力により外周面へ導き蒸発させる空孔を複数有するとともに、当該外周面に溝部を複数有する蒸発体であって、
前記溝部は、
前記蒸発体の前記外周面において前記溝部の長手方向と交差する方向の長さ１５ｍｍあたり１４本〜３５本形成され、かつ
前記溝部の深さを１とすると当該溝部の幅が０．２〜０．５である
ことを特徴とする蒸発体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器、熱交換器および蒸発体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、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開示されている。
【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】
ところで、近年、電子機器などが小型化および高性能化することにともない、機器の発熱密度が増大している。そのため、電子機器に設けられる発熱体からの高い熱流束を効率よく除去することが求められている。
そこで、本発明は、大型化を抑制しながら熱交換率を向上させた熱交換器など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、筺体と、前記筺体に収容される発熱体と、前記発熱体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有し、当該蒸発器から流出させ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させる熱交換器とを備える電子機器において、前記蒸発器は、内部に液相の作動流体が流入する空間を有し、当該空間内の液相の作動流体を毛細管力により外周面へ導き蒸発させる空孔を複数有するとともに、当該外周面に溝部を複数有する蒸発体と、前記蒸発体を収容するとともに、当該蒸発体の前記外周面を支持する内周面を備える収容体とを有し、前記電子機器の作動時における前記発熱体が最も熱を発生する際に、前記蒸発体に形成された前記溝部内であって当該溝部の側面と前記収容体の前記内周面とにより形成される隅部に液相の作動流体が滲み出ることを特徴とする電子機器である。
請求項２記載の発明は、前記隅部に滲み出た液相の作動流体は、当該隅部において前記内周面と前記側面との間に湾曲する界面を形成することを特徴とする請求項１記載の電子機器である。
請求項３記載の発明は、前記溝部の幅は、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器である。
請求項４記載の発明は、前記溝部は、当該溝部の深さを１とすると、当該溝部の幅が０．２〜１．０であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子機器である。
請求項５記載の発明は、前記蒸発体の前記空孔の平均細孔径は、１．０μｍ〜２５μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子機器である。
請求項６記載の発明は、前記溝部は、前記蒸発体の前記外周面において当該溝部の長手方向と交差する方向の長さ１５ｍｍあたり１４本〜３５本形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子機器である。
請求項７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有し、当該蒸発器から流出させ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させる熱交換器において、前記蒸発器は、内部に液相の作動流体が流入する空間を有し、当該空間内の液相の作動流体を毛細管力により外周面へ導き蒸発させる空孔を複数有するとともに、当該外周面に溝部を複数有する蒸発体を有し、前記溝部は、前記蒸発体の前記外周面において前記溝部の長手方向と交差する方向の長さ１５ｍｍあたり１４本〜３５本形成され、かつ前記溝部の深さを１とすると当該溝部の幅が０．２〜０．５であることを特徴とする熱交換器である。
請求項８記載の発明は、内部に液相の作動流体が流入する空間を有し、当該空間内の液相の作動流体を毛細管力により外周面へ導き蒸発させる空孔を複数有するとともに、当該外周面に溝部を複数有する蒸発体であって、前記溝部は、前記蒸発体の前記外周面において前記溝部の長手方向と交差する方向の長さ１５ｍｍあたり１４本〜３５本形成され、かつ前記溝部の深さを１とすると当該溝部の幅が０．２〜０．５であることを特徴とする蒸発体である。
【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、大型化を抑制しながら熱交換率を向上させた電子機器を提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、熱交換率を向上させた電子機器を提供することができる。
請求項３記載の発明によれば、製造コストを抑制しながら熱交換率を向上させた電子機器を提供することができる。
請求項４記載の発明によれば、熱交換率を向上させた電子機器を提供することができる。
請求項５記載の発明によれば、熱交換率を向上させた電子機器を提供することができる。
請求項６記載の発明によれば、製造コストを抑制しながら熱交換率を向上させた電子機器を提供することができる。
請求項７記載の発明によれば、製造コストを抑制しながら熱交換率を向上させた熱交換器を提供することができる。
請求項８記載の発明によれば、製造コストを抑制しながら熱交換率を向上させた蒸発体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】（ａ）は本実施の形態に係る蒸発器の軸方向における断面図を示し、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ面で切断した断面図である。
【図３】（ａ）は図２（ｂ）のＩＩＩａ内の拡大図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ内の拡大図である。
【図４】熱流束と熱伝達係数の関係を示す図である。
【図５】（ａ）は図４の領域（Ａ）における液相の作動流体の状態を示す図であり、（ｂ）は図４の領域（Ｂ）における液相の作動流体の状態を示す図であり、（ｃ）は図４の領域（Ｃ）における液相の作動流体の状態を示す図である。
【図６】（ａ）は測定試料に共通する概略構成を示す図であり、（ｂ）は各測定試料の仕様を示す図である。
【図７】（ａ）は各測定試料の熱伝達係数を示す図であり、（ｂ）は図７（ａ）に示す各測定試料の溝幅と最大熱流束との関係を示す図である。
【図８】（ａ）は各測定試料の仕様を示す図であり、（ｂ）は図８（ａ）に示す各測定試料の細孔半径（平均細孔半径）と最大熱流束との関係を示す図である。
【図９】細孔半径（平均細孔半径）と溝幅との関係を示す図である。
【図１０】ループ型ヒートパイプを備える携帯電話を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
＜ループ型ヒートパイプ１００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筺体の内部に備えられる図示しない発熱体（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ため、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発熱体（図示せず）を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内には液相および気相の間で相変化する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】
＜ループ型ヒートパイプ１００の動作＞
次に、図１を参照して、ループ型ヒートパイプ１００内の動作を説明する。
発熱体（図示せず）において発生する熱は、蒸発器１０１に伝達される（矢印Ｃ１参照）。蒸発器１０１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。そして、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）。
【００１１】
＜蒸発器１０１の構成＞
図２（ａ）は、本実施の形態に係る蒸発器１０１の軸方向における断面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ面で切断した断面図である。
【００１２】
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。
図２（ａ）に示すように、蒸発器１０１は、電子機器（図示せず）の内部に備えられ、発熱体（図示せず）からの熱を伝達するよう設けられる蒸発器本体１１０と、この蒸発器本体１１０と接続され内部に液相および気相の作動流体を収容する液溜め部１２０とを有する。また、蒸発器１０１は、蒸発器本体１１０の内部に挿入されるウィック１３０と、一端がウィック１３０の内部に配置されるとともに他端が液管１０９と接続されウィック１３０内に液相の作動流体を導入する導入管（ベイオネット管）１５０とを有する。
【００１３】
収容体の一例である蒸発器本体１１０は、中空管状の金属からなり、一端が蒸気管１０５（図１参照）と接続され他端が液溜め部１２０と接続される。
液溜め部１２０は、蒸発器本体１１０と内部が連続するように設けられた中空管状の部材を有する。なお、図示の例においては、液溜め部１２０には、液管１０９を挿入する挿入口１２９が設けられている。
【００１４】
蒸発体の一例であるウィック１３０は、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１３０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。
また、ウィック１３０は、一端が閉塞されているとともに、他端が開放されている中空管状の部材である。ウィック１３０は、蒸発器本体１１０の内周面（内面）１１１に接触して設けられる。図示の例におけるウィック１３０は円筒状の部材であるが、その形状は板状（直方体）等他の形状であってもよい。
なお、蒸発器１０１を組み立てる際には、例えば蒸発器本体１１０と液溜め部１２０とを接続する前に、ウィック１３０が蒸発器本体１１０の内部に挿入される。
【００１５】
ウィック１３０は、細孔径が５０ｎｍよりも大きい所謂マクロ孔を有する。具体的には、ウィックの実効細孔径（あるいは平均細孔径）は、例えば０．１〜２５μｍである。なお、この平均細孔径は、バブルポイント法により測定されたものであるが、他の測定方法により測定されたものであってもよい。ウィック１３０は、多孔質金属に限定されるものではなく、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂多孔質、セラミック多孔質、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１３０の空孔率は、２５％〜７０％である。さらに、ウィック１３０として、熱伝導率が低い材質を用いると、蒸発器本体１１０から液溜め部１２０への熱リークを低減することができる。なお、熱リークをより低減したい場合、一般的には、熱伝導率が金属よりも低い非金属を用いることが好ましい。
【００１６】
ここで、ウィック１３０の外径について説明をする。ウィック１３０の外径は、例えば３ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であり、好ましくは、４ｍｍ〜８０ｍｍの範囲であり、より好ましくは６ｍｍ〜６０ｍｍの範囲である。
【００１７】
導入管１５０は、ウィック１３０内に設けられる中空管状の部材である。図２（ｂ）に示す例においては、蒸発器本体１１０と、ウィック１３０と、導入管１５０とは同軸に設けられている。
【００１８】
＜蒸発器１０１の動作＞
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、液管１０９によって蒸発器１０１へと送られた液相の作動流体は、導入管１５０を介して蒸発器本体１１０内へと流入する（矢印Ｂ１参照）。
【００１９】
蒸発器本体１１０内へ流入した作動流体は、蒸発器本体１１０内でウィック１３０に浸透する。また、蒸発器本体１１０内へと流入した作動流体の一部は、液溜め部１２０に供給され（矢印Ｂ３参照）、液溜め部１２０内に保留される。
ウィック１３０に浸透した作動流体は、ウィック１３０の毛細管力により、外周面に向けて移動する（矢印Ｂ２参照）とともに、発熱体（図示せず）の熱により加熱され気化する。この気化した作動流体は、蒸発器本体１１０とウィック１３０との間隙（後述）を通過しながら、蒸気管１０５側へと移動する（矢印Ｂ４参照）。また、蒸発器本体１１０内の作動流体がウィック１３０に浸透することにともない、液溜め部１２０内の作動流体は蒸発器本体１１０へと供給される。
【００２０】
ここで、ウィック１３０の外周面（外面）１３１では、気化された作動流体が蒸気管１０５側へと移動することにともない、ウィック１３０に浸透した液相の作動流体がウィック１３０の外周面１３１に向けて移動する。そして、この液相の作動流体は、気化し蒸気管１０５へと移動する。このようにして、ウィック１３０の外周面１３１において作動流体の流れが途切ることなく、上記のサイクルが繰り返される。そして、発熱体（図示せず）において発生した熱が、上述のように蒸発器１０１から凝縮器１０７（図１参照）へ輸送される。
【００２１】
＜蒸発器本体１１０およびウィック１３０＞
図３（ａ）は図２（ｂ）のＩＩＩａ内の拡大図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ内の拡大図である。
次に、図２および図３を参照して、本実施の形態が適用される蒸発器本体１１０およびウィック１３０について詳細に説明する。
【００２２】
まず、図３（ａ）に示すように、蒸発器本体１１０は、ウィック１３０と接触する内周面１１１を有する。また、ウィック１３０は、蒸発器本体１１０と接触する外周面１３１を有する。言い替えると、ウィック１３０の外周面１３１は、蒸発器本体１１０の内周面１１１によって支持されている。
【００２３】
また、ウィック１３０は、外周面１３１に蒸気溝１３３を有する。この蒸気溝１３３は、蒸発器本体１１０あるいはウィック１３０の軸方向に延びる。言い替えると、蒸気溝１３３は、蒸気管１０５を通って流出する気相の作動流体の流出する方向（矢印Ａ１参照）、あるいは導入管１５０を通って流入する液相の作動流体の流入する方向（矢印Ｂ１参照）に沿って形成されている。
【００２４】
ここで、図２（ｂ）に示すように、図示の蒸気溝１３３は、ウィック１３０の外周面１３１に複数設けられている。さらに説明をすると、蒸気溝１３３は、ウィック１３０の周方向において、所定の間隔で複数設けられている。また、ウィック１３０に蒸気溝１３３が設けられることにより、蒸発器本体１１０の内周面１１１には、ウィック１３０と接触する領域（接触領域）と、ウィック１３０から離間する領域（離間領域）とが形成される。この接触領域と離間領域とは、蒸発器本体１１０の周方向において、交互に配置される。
【００２５】
また、図３（ａ）に示すように、蒸気溝１３３は、各々断面が略長方形である。さらに説明をすると、蒸気溝１３３は、ウィック１３０の径方向に沿う面である側面１３５と、ウィック１３０の周方向に沿う面である底面１３７とにより形成される。
【００２６】
ここで、蒸気溝１３３の開口部は、蒸発器本体１１０の内周面１１１によって覆われる。そして、蒸気溝１３３の内部空間、すなわち蒸発器本体１１０の内周面１１１と、ウィック１３０の側面１３５と、ウィック１３０の底面１３７とによって囲まれた（形成された）空間は、後述するように気化した作動流体の流路として機能する。
【００２７】
なお、以下の説明においては、図３（ｂ）に示すように、蒸気溝１３３の内部であって、蒸発器本体１１０の内周面１１１とウィック１３０（蒸気溝１３３）の側面１３５とが交差する部分を隅部Ｃｎと呼ぶことがある。また、蒸発器本体１１０の内周面１１１とウィック１３０の側面１３５との交線を、三相界線Ｂｄと呼ぶことがある。この三相界線Ｂｄは、蒸発器本体１１０とウィック１３０と蒸気溝１３３との共通の境界線として捉えることができる。
【００２８】
さて、毛細管力によりウィック１３０の内部から外周面１３１に向けて移動した作動流体は、加熱され気化するとともに、蒸発器本体１１０とウィック１３０との間に形成された蒸気溝１３３に流出する。そして、作動流体は、蒸気溝１３３に沿って移動し、蒸気管１０５（図１参照）側へと抜ける。
【００２９】
ここで、ループ型ヒートパイプ１００が動作している際、図３（ｂ）に示すように、蒸気溝１３３内の隅部Ｃｎへ液相の作動流体Ｌｑが滲み出る、すなわち進出することがある。この隅部Ｃｎに進出した液相の作動流体Ｌｑは、蒸発器本体１１０の内周面１１１と、ウィック１３０の側面１３５との間をつなぐ面を有する。また、この内周面１１１と側面１３５との間をつなぐ面は、液相の作動流体Ｌｑの表面張力の作用により湾曲する。ここで、液相の作動流体Ｌｑの湾曲した面（界面）は、蒸発器本体１１０の内周面１１１と、ウィック１３０の側面１３５と、蒸気溝１３３との共通の境界において形成される、液相の作動流体Ｌｑの架橋（液架橋Ｌｑ１）として捉えることができる。
【００３０】
＜ウィック１３０の動作モード＞
図４は、熱流束と熱伝達係数の関係を示す図である。なお、図４において、横軸は熱流束（Ｗ／ｃｍ２）を示し、縦軸は熱伝達係数（Ｗ／ｍ２／Ｋ）を示す。また、図４は、細孔半径が１．０μｍであり、空隙率が５７％のステンレス鋼の試料を用いた実験結果である。
図５（ａ）は図４の領域（Ａ）における液相の作動流体Ｌｑの状態を示す図であり、図５（ｂ）は図４の領域（Ｂ）における液相の作動流体Ｌｑの状態を示す図であり、図５（ｃ）は図４の領域（Ｃ）における液相の作動流体Ｌｑの状態を示す図である。
【００３１】
次に、図４および図５を参照しながら、熱流束の変化に伴うウィック１３０の動作モードの変化について説明をする。
まず、図４に示すように、ウィック１３０は、熱流束の変化に応じて、熱伝達係数が変化する。図４に示す例において、熱流束が低い領域から高い領域を、順に領域（Ａ）、領域（Ｂ）、領域（Ｃ）とすると、熱流束が高い領域（Ｃ）と比較して、領域（Ａ）および領域（Ｂ）における熱伝達係数が高い。また、領域（Ａ）と比較して、領域（Ｂ）における熱伝達係数がより高い。言い替えると、熱伝達係数は、領域（Ｂ）において最も高くなる。
【００３２】
上記のような熱伝達係数の変化は、ウィック１３０の動作モードが変化することにより生じるものと考え得る。以下、図５（ａ）乃至（ｃ）に示すように、図４の領域（Ａ）〜（Ｃ）の各々におけるウィック１３０の動作モードを、液相の作動流体Ｌｑの状態に着目しながら説明をする。
【００３３】
まず、図４における領域（Ａ）の動作モードである第１動作モードについて説明をする。図５（ａ）に示すように、第１動作モードでは、蒸気溝１３３に進出した液相の作動流体Ｌｑによって液架橋Ｌｑ１が形成される。そして、この液架橋Ｌｑ１の界面を介して液相の作動流体Ｌｑが蒸発する（矢印Ｄ１参照）。ここで、上記のように図４における領域（Ａ）は、領域（Ｃ）と比較して熱伝達係数が高い。これは、上記液架橋Ｌｑ１が形成されることにより、液相の作動流体Ｌｑの蒸発面が増加するためと考え得る。また、熱抵抗の小さな液膜（蒸気溝１３３に進出した液相の作動流体Ｌｑ）を介して熱輸送が行われるためと考えることもできる。
【００３４】
次に、図４における領域（Ｂ）の動作モードである第２動作モードについて説明をする。図５（ｂ）に示すように、第２動作モードでは、液相の作動流体Ｌｑによって液架橋Ｌｑ１が形成される。なお、この液架橋Ｌｑ１は、図５（ａ）に示す液架橋Ｌｑ１と比較して、小さい（短い）。また、図５（ｂ）に示す状態においては、蒸発器本体１１０の内周面１１１と、ウィック１３０の外周面１３１との界面において、核沸騰が生じる。すなわち、蒸発器本体１１０の内周面１１１と、ウィック１３０の外周面１３１との接触面において、気相の作動流体Ｇｓが発生する。このとき、図５（ｂ）に示すように、蒸発器本体１１０の内周面１１１と、ウィック１３０の外周面１３１との接触面には、発生した気相の作動流体Ｇｓが存在する領域と、液相の作動流体Ｌｑが存在する領域とが形成される。
【００３５】
ここで、上記のように気相の作動流体Ｇｓが発生することにより、気相の作動流体Ｇｓと、蒸発器本体１１０の内周面１１１と、ウィック１３０の外周面１３１との共通の境界において、液相の作動流体Ｌｑの架橋である接触面液架橋Ｌｑ２が形成される。このように、液架橋Ｌｑ１とともに接触面液架橋Ｌｑ２が形成されることにより、液架橋Ｌｑ１および接触面液架橋Ｌｑ２の両者を介して液相の作動流体Ｌｑが蒸発する（矢印Ｄ１、Ｄ２参照）。
【００３６】
すなわち、図５（ｂ）に示す状態においては、図５（ａ）に示す状態と比較して作動流体Ｌｑの蒸発面が増加する。言い替えると、液架橋Ｌｑ１および接触面液架橋Ｌｑ２の総数が、図５（ａ）に示す状態の液架橋Ｌｑ１の数よりも多く、結果としてより大きな作動流体Ｌｑの蒸発面が形成された状態となる。
【００３７】
次に、図４における領域（Ｃ）の動作モードである第３動作モードについて説明をする。図５（ｃ）に示すように、第３動作モードでは、液相の作動流体Ｌｑによって液架橋Ｌｑ１が形成されない。また、ウィック１３０の外周面１３１は、気相の作動流体Ｇｓが存在する領域に覆われ、ウィック１３０の内部（図中下側）から移動してくる液相の作動流体Ｌｑが蒸発器本体１１０の内周面１１１に到達しない状態となる。すなわち、液相の作動流体Ｌｑが、蒸発器本体１１０の内周面１１１から離間した位置で蒸発する（矢印Ｄ３参照）。このように、ウィック１３０の内部で液相の作動流体Ｌｑが蒸発することにより、蒸発器本体１１０の熱が液相の作動流体Ｌｑへ直接伝達されなくなり、結果として熱伝達係数が低下するとも考えられる。
【００３８】
さて、ループ型ヒートパイプ１００を設計する際に、上記のように図５（ａ）および（ｂ）に示す状態、すなわち液架橋Ｌｑ１が形成されるようにウィック１３０を構成すると、熱伝達係数を高め得る。付言すると、例えばコンピュータのＣＰＵなどの発熱体が最も熱を発生させる状態において、液架橋Ｌｑ１が形成されるようにウィック１３０を設計してもよい。言い替えると、発熱体からの熱を受けるウィック１３０が、第３動作モードとならずに、第１動作モードあるいは第２動作モードで動作するように設計してもよい。さらに言い替えると、図４における領域（Ｂ）と領域（Ｃ）とが切り替わる熱流束Ｈｍよりも低い範囲の熱流束で動作するように、ウィック１３０を設計してもよい。なお、熱流束Ｈｍは、ウィック１３０に伝えられる熱流束を変化させた際に、熱伝達係数が最も大きくなる点として捉えることができる。
【００３９】
なお、ここでは説明の都合上、第１動作モード乃至第３動作モードを各々独立して動作するモードとして説明をした。しかしながら、各動作モードは必ずしも明確に切り替わるものではなく、第１動作モード乃至第３動作モードのうちの複数が同時に動作する態様であってもよい。
【００４０】
＜測定結果１＞
図６（ａ）は測定試料に共通する概略構成を示す図であり、図６（ｂ）は各測定試料の仕様を示す図である。
図７（ａ）は各測定試料の熱伝達係数を示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す各測定試料の溝幅と最大熱流束との関係を示す図である。なお、ここでの最大熱流束は、各測定試料において、上記図４の領域（Ｂ）から領域（Ｃ）に遷移する熱流束、言い換えると第２動作モードから第３動作モードに切り替わる熱流束を示す。また、図７（ａ）において、横軸は熱流束（Ｗ／ｃｍ２）を示し、縦軸は熱伝達係数（Ｗ／ｍ２／Ｋ）を示す。また、図７（ｂ）において、横軸は溝幅（ｍｍ）を示し、縦軸は最大熱流束（Ｗ／ｃｍ２）を示す。
【００４１】
次に、図６および図７を参照しながら、蒸気溝１３３の溝幅（図６（ａ）の長さＷ１参照）の寸法を変更することにともなう、熱伝達係数および最大熱流束の変化について説明をする。
【００４２】
ここでは、図６（ａ）に示すように上記ウィック１３０のモデルとして、平板状のウィック２３０を用いた実験結果を説明する。このウィック２３０は、ステンレス鋼により形成され、熱伝導率が１６．３Ｗ／ｍ／Ｋ、細孔半径（平均細孔半径）が４．４μｍである。ウィック２３０には、蒸気溝１３３をモデルとした蒸気溝２３３が形成されている。ウィック２３０の幅Ｌ１は１５ｍｍであり、長さＬ２は１０ｍｍ、高さＬ３は５ｍｍである。そして、ウィック２３０の上面に平板状の発熱体（図示せず）からの熱が伝達され（矢印Ｃ１参照）、ウィック２３０の下面に液相の作動流体（矢印Ｂ２参照）が供給される。また、ウィック２３０の上面と発熱体との接触面積は７５ｍｍ２である。
【００４３】
そして、図６（ｂ）に示すように、ウィック２３０における蒸気溝２３３の寸法などが互いに異なる３つの測定試料を用いて測定を行った。
まず、第１の測定試料（図中Ｎｏ．１）は、蒸気溝２３３の溝幅が０．２ｍｍである。また、蒸気溝２３３同士の間隔（フィン幅、図６（ａ）の長さＷ２参照）は０．２ｍｍ、蒸気溝２３３の溝深さ（図６（ａ）の長さＷ３参照）は１．０ｍｍ、蒸気溝２３３の本数は３５本である。そして、加熱面積あたりの液架橋Ｌｑ１の長さは、４６６７ｍ−１である。なお、加熱面積あたりの液架橋Ｌｑ１とは、対象とする測定試料（この例では第１の測定試料）に形成される三相界線Ｂｄの長さの総和（第１の測定試料では１０×３５×２（ウィック２３０の長さＬ２×溝本数×１本の蒸気溝２３３に形成される液架橋Ｌｑ１の本数））を、加熱面積（図示の例では１５×１０（ウィック２３０の長さＬ１×ウィック２３０の長さＬ２））によって割った値である。この数値が大きいほど、三相界線Ｂｄがより長く形成されていることを示す。
【００４４】
また、第２の測定試料（図中Ｎｏ．２）は、蒸気溝２３３の溝幅が０．５ｍｍ、フィン幅は０．５ｍｍ、蒸気溝２３３の溝深さは１．０ｍｍ、蒸気溝２３３の本数は１４本、加熱面積あたりの液架橋Ｌｑ１の長さは、１８６７ｍ−１である。
また、第３の測定試料（図中Ｎｏ．３）は、蒸気溝２３３の溝幅が１．０ｍｍ、フィン幅は１．０ｍｍ、蒸気溝２３３の溝深さは１．０ｍｍ、蒸気溝２３３の本数は７本、加熱面積あたりの液架橋Ｌｑ１の長さは、９３３ｍ−１である。
【００４５】
さて、図７（ａ）に示すように、測定された熱伝達係数が測定試料ごとに異なることが確認される。図７（ａ）においては、蒸気溝２３３の溝幅に応じて、熱伝達係数が変化することが確認される。具体的には、蒸気溝２３３の溝幅が小さくなるほど、熱伝達係数が増加する。
【００４６】
また、図７（ｂ）に示すように、蒸気溝２３３の溝幅に応じて、各測定試料における最大熱流束が変化することが確認される。具体的には、蒸気溝２３３の溝幅が小さくなるほど、最大熱流束が増加する。
【００４７】
また、図６（ｂ）および図７（ａ）においては、蒸気溝２３３の本数に応じて、熱伝達係数が変化することが確認される。具体的には、蒸気溝２３３の本数が多くなるほど、最大の熱伝達係数が増加する。この熱伝達係数の増加は、例えば液架橋Ｌｑ１の数が増加することや、作動流体の流動抵抗の低下などによるものと考えることができる。
【００４８】
また、図６（ｂ）および図７（ａ）においては、フィン幅に応じて、熱伝達係数が変化することが確認される。具体的には、フィン幅が小さくなるほど、最大の熱伝達係数が増加する。この熱伝達係数の増加は、例えば作動流体の流動抵抗の低下によるものと考えることができる。
【００４９】
＜測定結果２＞
図８（ａ）は各測定試料の仕様を示す図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す各測定試料の細孔半径（平均細孔半径）と最大熱流束との関係を示す図である。また、図８（ｂ）において、横軸は細孔半径（μｍ）を示し、縦軸は最大熱流束（Ｗ／ｃｍ２）を示す。
【００５０】
次に、図８を参照しながら、ウィック１３０の細孔半径を変更することにともなう、最大熱流束の変化について説明をする。
ここでは、ウィック１３０のモデルとして、上記図６（ａ）と同様の平板状のウィック２３０を用いる。これらのウィック２３０は、ステンレス鋼により形成されている。なお、このウィック２３０の基本的な寸法は、上記図６（ｂ）の第３の測定試料（図中Ｎｏ．３）で説明したものと同様であり、ここでは説明を省略する。
【００５１】
そして、図８（ａ）に示すように、ウィック２３０における細孔半径が互いに異なる３つの測定試料を用いた。
まず、第４の測定試料（図中Ｎｏ．４）は、細孔半径が１．０μｍである。また、作動流体の浸透率は１．３×１０−１３ｍ２である。また、空隙率は０．５７である。
また、第５の測定試料（図中Ｎｏ．５）は、細孔半径が４．４μｍである。また、作動流体の浸透率は２．５×１０−１３ｍ２である。また、空隙率は０．５６である。
また、第６の測定試料（図中Ｎｏ．６）は、細孔半径が２２．５μｍである。また、作動流体の浸透率は１．０×１０−１１ｍ２である。また、空隙率は０．７１である。
【００５２】
ここで、図８（ｂ）に示すように、ウィック２３０の細孔半径に応じて、各測定試料における最大熱流束が変化することが確認される。より具体的には、細孔半径が大きくなるほど、最大熱流束が増加する。
【００５３】
＜蒸気溝１３３の寸法＞
さて、上記のように、蒸気溝１３３（蒸気溝２３３）の溝幅が小さいほど、熱伝達係数および最大熱流束が増加する。一方で、蒸気溝１３３の溝幅が小さいと、気相の作動流体が受ける抵抗が増加する。また、溝幅が小さな蒸気溝１３３を形成すると、製造コストが増加する。そこで、蒸気溝１３３の溝幅は、例えば０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。
【００５４】
ここで、ウィック１３０の外径が３〜１００ｍｍであるとすると、上記好ましいウィック１３０の溝幅とウィック１３０の外径との比は、０．００２〜０．１７となる。また、ウィック１３０の外径が４〜８０ｍｍであるとすると、上記好ましいウィック１３０の溝幅とウィック１３０の外径との比は、０．００２５〜０．１３となる。また、ウィック１３０の外径が６〜６０ｍｍであるとすると、上記好ましいウィック１３０の溝幅とウィック１３０の外径との比は、０．００３３〜０．０８３となる。
【００５５】
また、上記のように、単位長さ当りの蒸気溝１３３（蒸気溝２３３）の本数が多いほど、熱伝達係数および最大熱流束が増加する。一方で、蒸気溝１３３の数が多いと、蒸気溝１３３の溝幅が小さい場合と同様、気相の作動流体が受ける抵抗が増加し、製造コストが増加する。そこで、蒸気溝の本数は、蒸気溝と交差方向における１５ｍｍあたり、１４本〜３５本であることが好ましい。
【００５６】
ここで、蒸気溝１３３（蒸気溝２３３）の深さは浅いほど気相の作動流体が受ける抵抗が増加する一方で、熱損失は小さくなる。そこで、蒸気溝１３３の溝幅と深さの寸法を、予め定めた範囲内とすることで、気相の作動流体が受ける抵抗と、熱損失とを抑制できる。例えば、蒸気溝１３３の深さと溝幅との比が、深さを１とすると、０．２〜１．０であることが好ましい。
【００５７】
＜細孔半径と溝幅の関係＞
図９は細孔半径（平均細孔半径）と溝幅との関係を示す図である。なお、図９において各ドットに付された数値は、最大熱流束（Ｗ／ｃｍ２）を示す。
【００５８】
次に、図９を参照しながら、細孔半径と溝幅との関係について説明をする。
まず、上述のように蒸気溝１３３の溝幅が小さいほど、熱伝達係数および最大熱流束が増加する一方で、蒸気溝１３３の溝幅が小さいと、気相の作動流体が受ける抵抗が増加し製造コストが増加する。また、ウィック１３０の細孔半径が大きいほど、最大熱流束が増加する一方で、ウィック１３０の細孔が大きいと、ウィック１３０のポンプ能力が低下する。
【００５９】
したがって、例えばウィック１３０の設計時に、細孔半径と溝幅との関係を考慮して選定をする必要がある。
例えば、図中ドットＰ１で示すように、細孔半径１μｍで溝幅１ｍｍの場合、最大熱流束は５．０Ｗ／ｃｍ２となる。これと同じ最大熱流束となる構成としては、図中ドットＰ１１で示すように、細孔半径２２μｍで溝幅３．２ｍｍとしてもよい。ここで、図９における直線Ｓ１は、最大熱流束が５．０Ｗ／ｃｍ２となる細孔半径と溝幅との関係を示す。言い替えると、直線Ｓ１よりも図中下側の領域で細孔半径と溝幅とを選定することにより、最大熱流束を５．０Ｗ／ｃｍ２以上とすることが可能となる。
【００６０】
同様に、図中ドットＰ２で示すように、細孔半径４．５μｍで溝幅０．５ｍｍの場合、最大熱流束は１６．０Ｗ／ｃｍ２となる。そして、直線Ｓ２よりも図中下側の領域で細孔半径と溝幅とを選定することにより、最大熱流束を１６．０Ｗ／ｃｍ２以上とすることが可能となる。
【００６１】
また、図中ドットＰ３で示すように、細孔半径２２μｍで溝幅２ｍｍの場合、最大熱流束は３０．０Ｗ／ｃｍ２となる。そして、直線Ｓ３よりも図中下側の領域で細孔半径と溝幅とを選定することにより、最大熱流束を３０．０Ｗ／ｃｍ２以上とすることが可能となる。
【００６２】
また、図中ドットＰ４で示すように、細孔半径２２μｍで溝幅１ｍｍの場合、最大熱流束は４６．０Ｗ／ｃｍ２となる。そして、直線Ｓ４よりも図中下側の領域で細孔半径と溝幅とを選定することにより、最大熱流束を４６．０Ｗ／ｃｍ２以上とすることが可能となる。
【００６３】
なお、細孔半径は４．５μｍ〜１０μｍであることが実用的である。また、蒸気溝１３３の溝幅は、例えば０．２ｍｍ〜１．０ｍｍであることが実用的である。したがって、例えば、細孔半径に対する溝幅の比率が、細孔半径を１とすると２０〜２２０とすることが好ましい。
【００６４】
＜電子機器＞
図１０は、ループ型ヒートパイプ１００を備える携帯電話８００を説明する図である。
次に、図１０を参照しながら、ループ型ヒートパイプ１００を備える携帯電話８００について説明をする。
【００６５】
図１０に示すように、ループ型ヒートパイプ１００は、携帯電話８００などの電子機器に設けられる。図示の携帯電話８００は、平板状の形状を有する所謂スマートフォンである。この携帯電話８００は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）８０１と、中央演算処理装置８０１を冷却するループ型ヒートパイプ１００と、これらを内部に収容する筺体８０３とを備える。そして、発熱体の一例である中央演算処理装置８０１において発生する熱が、蒸発器１０１に伝達されるとともに、凝縮器１０７にて放出される。なお、図示の例における凝縮器１０７は、放熱面積を確保するため、複数の折り返し部を有する。
【００６６】
ここで、熱交換器の一例であるループ型ヒートパイプ１００が設けられる装置は、上記の携帯電話８００に限定されない。例えば、ループ型ヒートパイプ１００は、パーソナルコンピュータやプロジェクタなどの電子機器、自動車などの輸送機器など発熱源となる部品を備えた種々の装置に設けられてもよい。
【００６７】
また、ウィック１３０は、上述のように板状の部材として構成してもよい。ここで、ウィック１３０および蒸発器１０１を平板状に形成することにより、ループ型ヒートパイプ１００の厚み方向の寸法を抑制し得る。付言すると、例えば図１０に示す携帯電話８００内に設けられる蒸発器１０１を平板状に形成することにより、携帯電話８００の厚みが抑制され得る。
【００６８】
さて、上記では種々の実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態や変形例同士を組み合わせて構成してももちろんよい。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１００…ループ型ヒートパイプ、１０１…蒸発器、１０５…蒸気管、１０７…凝縮器、１０９…液管、１１０…蒸発器本体、１１１…内周面、１３０…ウィック、１３１…外周面、１３３…蒸気溝、１３５…側面、Ｃｎ…隅部、Ｌｑ…液相の作動流体、Ｌｑ１…液架橋
【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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