(57)【要約】【課題】凝縮器から蒸発器に流動する液相の作動流体の圧力損失を低減して冷却効率を向上させるとともに作動流体の還流特性を向上させることができるループ型ヒートパイプを提供する。【解決手段】外部から熱が伝達されて液相の作動流体から気相の作動流体に相変化させる蒸発器２と、蒸発器２から気相の作動流体が供給されかつ気相の作動流体の熱を外部に放熱して液相の作動流体に相変化させる凝縮器３と、蒸発器２から凝縮器３に向けて気相の作動流体が流動する蒸気管１１と、凝縮器３から蒸発器２に向けて液相の作動流体が流動する液戻り管９とを備えたループ型ヒートパイプ１において、蒸発器２は、液戻り管９から供給される液相の作動流体が浸透する第１ウイック１３を有し、第１ウイック１３は、液戻り管９における蒸発器２側に開口した開口部１８に接触して設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から熱が伝達されて液相の作動流体から気相の作動流体に相変化させる蒸発器と、前記蒸発器から気相の作動流体が供給されかつ前記気相の作動流体の熱を外部に放熱して液相の作動流体に相変化させる凝縮器と、前記蒸発器から前記凝縮器に向けて前記気相の作動流体が流動する蒸気管と、前記凝縮器から前記蒸発器に向けて前記液相の作動流体が流動する液戻り管とを備えたループ型ヒートパイプにおいて、
前記蒸発器は、前記液戻り管から供給される液相の作動流体が浸透する第１ウイックを有し、
前記第１ウイックは、前記液戻り管における前記蒸発器側に開口した開口部に接触して設けられていることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記液戻り管の内壁面に、その液戻り管の内部を流動する液相の作動流体が浸透する第２ウイックが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項３】
前記第２ウイックは、前記液戻り管の内部を流動する液相の作動流体が鉛直方向における上方側に向けて流動する部分の内壁面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項４】
前記第１ウイックと前記第２ウイックとが連結されていることを特徴とする請求項２または３に記載のループ型ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、作動流体が潜熱として熱輸送することにより冷却対象部を冷却するループ型ヒートパイプに関するものであり、特に、作動流体が相変化しながら蒸発器と凝縮器とを循環して熱輸送するループ型ヒートパイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来知られたループ型ヒートパイプは、冷却対象部から蒸発器に熱を伝達し、その熱を作動流体が潜熱として熱輸送して、凝縮器から外部に放熱することにより、冷却対象部を冷却するように構成されている。そのように構成されたループ型ヒートパイプの構成の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたループ型ヒートパイプは、冷却対象部から蒸発器に伝達された熱により、蒸発器の内部に封入された作動流体が液相から気相に相変化して凝縮器に向けて流出するように構成されている。そのように作動流体が液相から気相に相変化するときに冷却対象部から蒸発器に伝達された熱が潜熱として作動流体に吸熱される。また、気相の作動流体が凝縮器に供給されて、その凝縮器から外気に熱を放熱することにより、作動流体が冷却されあるいはその作動流体の熱エネルギーが凝縮器から外気に放出されるように構成されている。その結果、作動流体は気相から液相に相変化する。そして、液相の作動流体は、比較的高圧になる気相の作動流体によって押圧され、あるいは蒸発器に設けられたウイックの毛管圧により吸引されて凝縮器から蒸発器に流動するように構成されている。具体的には、凝縮器と蒸発器とが液戻り管によって連通され、その液戻り管から蒸発器に供給された液相の作動流体が一旦貯留することができるように蒸発器にはリザーバ部が設けられている。そして、そのリザーバ部に貯留された作動流体をウイックによって吸引して、その吸引された作動流体に冷却対象部から熱が伝達されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７８２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたように凝縮器から蒸発器に流入された作動流体を、リザーバ部に貯留し、その貯留された作動流体をウイックによって吸引するように構成すると、ウイックにより生じる毛管圧が、液戻り管を流動する作動流体に作用しにくくなる可能性がある。そのため、鉛直方向において凝縮器よりも蒸発器が上側に配置される場合、具体的には、液相の作動流体が重直に反して流動するようにループ型ヒートパイプが配置される場合には、液戻り管を流動する作動流体の圧力損失が生じ、その結果、温度差が生じる可能性がある。すなわち、熱抵抗が大きくなりループ型ヒートパイプによる冷却効率が低下する可能性がある。また、そのように圧力損失が生じることにより、作動流体の還流特性が低下してしまう可能性がある。
【０００５】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、凝縮器から蒸発器に流動する液相の作動流体の圧力損失を低減して冷却効率を向上させるとともに作動流体の還流特性を向上させることができるループ型ヒートパイプを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、外部から熱が伝達されて液相の作動流体から気相の作動流体に相変化させる蒸発器と、前記蒸発器から気相の作動流体が供給されかつ前記気相の作動流体の熱を外部に放熱して液相の作動流体に相変化させる凝縮器と、前記蒸発器から前記凝縮器に向けて前記気相の作動流体が流動する蒸気管と、前記凝縮器から前記蒸発器に向けて前記液相の作動流体が流動する液戻り管とを備えたループ型ヒートパイプにおいて、前記蒸発器は、前記液戻り管から供給される液相の作動流体が浸透する第１ウイックを有し、前記第１ウイックは、前記液戻り管における前記蒸発器側に開口した開口部に接触して設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記液戻り管の内壁面に、その液戻り管の内部を流動する液相の作動流体が浸透する第２ウイックが設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第２ウイックは、前記液戻り管の内部を流動する液相の作動流体が鉛直方向における上方側に向けて流動する部分の内壁面に設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項２または３の発明において、前記第１ウイックと前記第２ウイックとが連結されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、液戻り管の開口部と第１ウイックとを接触させることにより、液戻り管の内部の作動流体に毛管圧が直接作用する。そのため、液戻り管の内部を作動流体が流動する場合に、その作動流体に作用する吸引力を向上させることができる。その結果、凝縮器から蒸発器に流動する液相の作動流体の圧力損失を低減して作動流体の還流特性を向上させることができる。また、そのように圧力損失を低減することにより、液戻り管を流動する液相の作動流体に温度差が生じることを抑制もしくは防止することができるので、ループ型ヒートパイプの冷却効率を向上させることができる。さらに、液戻り管の開口部に第１ウイックを接触して設けることにより、気相の作動流体が液戻り管側に流動することを抑制もしくは防止することができる。その結果、気相の作動流体における圧力が、作動流体を還流させる方向に作用しやすくなるので、作動流体の還流特性を向上させることができる。
【００１１】
さらに、液戻り管の内部に第２ウイックを設けた場合には、液相の作動流体が、第２ウイックに浸透して蒸発器に流動する。その結果、液相の作動流体の圧力損失を低減して作動流体の還流特性を向上させることができる。また、そのように圧力損失を低減することにより、液戻り管を流動する液相の作動流体に温度差が生じることを抑制もしくは防止することができるので、ループ型ヒートパイプの冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係るループ型ヒートパイプの構成の一例を説明するための断面図である。
【図２】この発明に係るループ型ヒートパイプの他の構成例を説明するための断面図である。
【図３】この発明に係るループ型ヒートパイプの更に他の構成例を説明するための断面図である。
【図４】図２におけるIV-IV線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明に係るループ型ヒートパイプは、冷却対象部から伝達された熱により液相の作動流体を気相の作動流体に相変化させる蒸発器と、その蒸発器から気相の作動流体が供給され、外部に放熱することにより気相の作動流体を液相の作動流体に相変化させる凝縮器と、蒸発器から凝縮器に向けて気相の作動流体が流動する蒸気管と、凝縮器から蒸発器に向けて液相の作動流体が流動する液戻り管とを備え、内部に非圧縮性の作動流体が封入されている。そのように構成されたループ型ヒートパイプの構成の一例を図１に示している。図１に示すループ型ヒートパイプ１は、蒸発器２が凝縮器３よりも鉛直方向において上方に設けられた、いわゆるトップヒート型のループ型ヒートパイプである。
【００１４】
図１に示す蒸発器２は、冷却対象部４と熱伝達可能に設けられた有底円筒状のコンテナ５を有している。このコンテナ５は、銅などの熱伝達率の良好な金属材料によって構成された円筒部６と、その円筒部６の一方の端部を閉じるように設けられた側壁部７とを備えている。図１に示す例では、円筒部６の左側の端部に側壁部７が設けられている。また、側壁部７の中心には貫通孔８が形成されていて、その貫通孔８に液戻り管９の端部が挿入されている。なお、図１に示す例では、側壁部７の外面には、環状に形成されたワッシャー１０が設けられている。このワッシャー１０は、液戻り管９とコンテナ５とを連結しかつ気密性を維持するために設けられており、内径が液戻り管９の外径とほぼ同一に形成されている。そして、ワッシャー１０とコンテナ５の側壁部７および液戻り管９とが溶接などにより一体化されている。さらに、図１に示す例では、蒸気管１１の一方の端部が溶接などにより気密状にコンテナ５の開口部１２に連結されている。この蒸気管１１は、コンテナ５の内部で液相から気相に相変化した作動流体が流動するためのものであり、図１に示す例では、蒸発器２の外径と同一の外径に形成されている。なお、図１に示す例では、蒸発器２の中心軸線が水平になるように設けられている。
【００１５】
また、コンテナ５の内部には、有底円筒状に形成されたウイック１３が設けられている。このウイック１３は、従来知られたウイックと同様にニッケルや銅などの熱伝達率の良好な材料の粉体を焼結して形成された多孔質材や、それら熱伝達率の良好な材料の細線を束ねてあるいは捩って形成されていて、コンテナ５の内部に挿入され、あるいはコンテナ５の内壁面と焼結されている。また、図１に示す例では、ウイック１３の底部１４が側壁部７の内面と接触して設けられ、中空状に形成された円筒部１５の外周面とコンテナ５における円筒部６の内周面とが接触するように設けられている。なお、ウイック１３における底部１４および円筒部１５の外周面あるいはコンテナ５における円筒部６の内周面には、軸線方向に沿って図示しない複数のスリットが形成されていて、そのスリットを気相の作動流体が流動することができるように構成されている。言い換えると、底部１４および円筒部１５の外周面とコンテナ５の内周面とが部分的に接触している。また、ウイック１３の開口部１６の位置とコンテナ５の開口部１２の位置とが軸線方向で一致するように構成されている。
【００１６】
一方、蒸発器２に連結された蒸気管１１の他方側の端部には、気相の作動流体を液相の作動流体に相変化させる凝縮器３が設けられている。この凝縮器３は、気相の作動流体の熱を放出するように構成されていて、図１に示す例では、外壁面にヒートシンクなどの放熱装置１７が連結されている。
【００１７】
そして、凝縮器３から蒸発器２に向けて液相の作動流体が流動する液戻り管９が設けられている。具体的には、液戻り管９の一方の端部が凝縮器３に連結され、かつ他方の端部が蒸発器２に連結されている。また、図１に示す例では、液戻り管９の他方の端部の開口部１８がウイック１３の底部１４と接触するように構成されている。
【００１８】
つぎに、図１に示すループ型ヒートパイプ１の作用について説明する。図１に示すループ型ヒートパイプ１は、まず、冷却対象部４から蒸発器２のコンテナ５に熱が伝達される。そのため、コンテナ５と接触して設けられたウイック１３にその熱が伝達されて、ウイック１３に浸透している液相の作動流体が気相の作動流体に相変化する。すなわち、作動流体が相変化することにより冷却対象部４から伝達された熱が潜熱として作動流体に吸熱される。そして、気相の作動流体が比較的高圧になるので、上記スリットやウイック１３の中空部１９を介して蒸気管１１に排出され、更に凝縮器３に供給される。そのように凝縮器３に供給された気相の作動流体は、凝縮器３で冷却されて液相の作動流体に相変化する。言い換えると、作動流体が相変化するときに放出される熱が凝縮器３から外部に放熱される。そのため、蒸発器２で吸熱された熱が、作動流体に潜熱として熱輸送されて、凝縮器３から放熱される。その結果、冷却対象部４が冷却される。なお、図１には、気相の作動流体の流れを破線で示し、液相の作動流体の流れを実線で示している。
【００１９】
そして、凝縮器３で相変化した液相の作動流体は、液戻り管９を流動して蒸発器２に供給される。このとき、図１に示すように液戻り管９の開口部１８とウイック１３とを接触させることにより、液戻り管９の内部の作動流体に、ウイック１３で生じる毛管圧が直接作用することとなる。したがって、液戻り管９におけるウイック１３と接触した開口部１８の内圧が、凝縮器３に連結された端部の内圧よりも低圧になるので、その圧力差によって液相の作動流体がウイック１３に吸引される。そして、ウイック１３に吸引された液相の作動流体は、ウイック１３の毛管圧により、ウイック１３の内部を図１に示す右側に流動しつつコンテナ５から伝達された熱により気相の作動流体に相変化する。
【００２０】
上述したように液戻り管９の開口部１８とウイック１３とを接触させることにより、液戻り管９の内部の作動流体に毛管圧が直接作用する。そのため、液戻り管９の内部を重力に反して作動流体が流動する場合であっても、その作動流体に作用する吸引力を向上させることができる。その結果、凝縮器３から蒸発器２に流動する液相の作動流体の圧力損失を低減して作動流体の還流特性を向上させることができる。また、そのように圧力損失を低減することにより、液戻り管９を流動する液相の作動流体に温度差が生じることを抑制もしくは防止することができるので、ループ型ヒートパイプ１の冷却効率を向上させることができる。さらに、液戻り管９の開口部１８にウイック１３を接触して設けることにより、気相の作動流体が液戻り管９側に流動することを抑制もしくは防止することができる。その結果、気相の作動流体における圧力が、作動流体を還流させる方向に作用しやすくなるので、作動流体の還流特性を向上させることができる。
【００２１】
さらに、液相の作動流体の圧力損失を低減することができるループ型ヒートパイプの構成例を図２に示している。なお、図１と同様の構成については同一の参照符号を付してその説明を省略する。図２に示すループ型ヒートパイプ１では、液戻り管９の内部にウイック２０が設けられている。具体的には、液戻り管９の内部を作動流体が、重力に反して流動する箇所にウイック２０が設けられている。より具体的には、図２に示す例では、凝縮器３から排出された液相の作動流体が、鉛直方向における下方側に流動し、その後、水平に流動するように液戻り管９が形成されている。そして、水平に流動した液相の作動流体を鉛直方向における上方側に設けられた蒸発器２に流動させるために、液戻り管９が垂直に形成されている。また、垂直に形成された液戻り管９と蒸発器２とが水平に連結されている。したがって、図２に示す例では、液戻り管９が垂直に形成された部分の内壁面に、図４に示すように円筒状に形成されたウイック２０が設けられている。そして、そのウイック２０の開口部２１と蒸発器２に設けられたウイック１３の底部１４とが連結されている。なお、ウイック２０は、上記ウイック１３と同様にニッケルや銅などの熱伝達率の良好な材料の粉体を焼結して形成された多孔質材や、それら熱伝達率の良好な材料の細線を束ねてあるいは捩って形成されている。
【００２２】
このように液戻り管９の内部にウイック２０を設けることにより、液相の作動流体が、ウイック２０に浸透して蒸発器２に流動するとともに、ウイック１３の中空部２１を流動して蒸発器２に供給される。その結果、図１と同様の効果を奏することができるとともに、液相の作動流体の圧力損失をより一層低減することができる。
【００２３】
なお、ウイック２０は、そのウイック２０の毛管圧を液相の作動流体に作用させて蒸発器２に流動させることができればよく、したがって、図３に示すように液戻り管９が鉛直方向における上方側に向けて形成された部分に加えて、水平に形成された内壁面に設けられていてもよい。このように水平に形成された液戻り管９の内壁面にもウイック２０を設けることにより、液相の作動流体をより一層蒸発器２に流動させることができる。
【００２４】
なお、この発明に係るループ型ヒートパイプは、蒸発器に設けられたウイックと液戻り管の開口部とが接触していればよい。そのため、図１に示すように有底円筒状に形成されたウイックに限らない。また、蒸発器は、中心軸線が水平に配置されたものに限らず、中心軸線が鉛直方向に向けて配置されたものであってもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１…ループ型ヒートパイプ、  ２…蒸発器、  ３…凝縮器、  ９…液戻り管、  １１…蒸気管、  １３，２０…ウイック、  １８…開口部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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