(57)【要約】【課題】ウイックと蒸発器容器との間に、熱伸び差吸収部を設け、蒸発器容器及びウイックに過度の力が加わることを抑制して破損を防止する。【解決手段】蒸発器１は、中空筒状で液化した作動流体３を貯留する液溜め空間１３を内部に有する毛細管構造のウイック９と、ウイック９を収納するとともに作動流体３を密封する密封空間を形成し、ウイック９との間に気化した作動流体が流通する蒸気流路１７を形成する蒸発器容器８と、蒸発器容器８内のウイック９の両端部にそれぞれ設けられ、蒸発器容器８からウイック９を支持する支持部材１５とを有し、ウイック９、蒸発器容器８及び支持部材１５の少なくともいずれかに、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する熱伸び差吸収部１８を設けた。【選択図】図４
2005106430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器、凝縮器及び前記蒸発器と前記凝縮器との間で作動流体を循環させる循環路を有し、前記蒸発器で気化した作動流体を前記凝縮器で液化させるループ型ヒートパイプであって、
前記蒸発器は、
中空筒状で液化した作動流体を貯留する液溜め空間を内部に有する毛細管構造のウイックと、
前記ウイックを収納するとともに前記作動流体を密封する密封空間を形成し、前記ウイックとの間に気化した前記作動流体が流通する蒸気流路を形成する蒸発器容器と、
前記蒸発器容器内の前記ウイックの両端部にそれぞれ設けられ、前記蒸発器容器から前記ウイックを支持する支持部材とを有し、
前記ウイック、前記蒸発器容器及び前記支持部材の少なくともいずれかに、前記ウイックと前記蒸発器容器との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する熱伸び差吸収部を設けた
ことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記熱伸び差吸収部は、前記ウイック及び前記蒸発器容器の軸方向に伸縮可能な伸縮部材である
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】
前記伸縮部材は、断面くの字型薄板部材である
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】
前記伸縮部材は、ベローズである
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５】
前記支持部材は、前記液溜め空間と前記蒸気流路とを仕切るように設けられた接続管である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項６】
前記伸縮部材は、前記接続管に前記液溜め空間と前記蒸気流路との間を仕切るように設けられ、且つ前記液溜め空間内の前記作動流体と前記蒸気流路内の前記作動流体との間の熱の移動を抑制する断熱空間を形成するように二重にして設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項７】
前記断熱空間には、断熱物が密封されている
ことを特徴とする請求項６に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項８】
前記断熱空間には、前記蒸気流路から気化した作動流体が進入し、前記作動流体は前記断熱空間に液化して保持される
ことを特徴とする請求項６に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項９】
前記熱伸び差吸収部は、前記蒸発器容器および前記支持部材のいずれかに設けられた薄肉部である
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１０】
前記熱伸び差吸収部は、前記支持部材の小円筒部、前記小円筒部に重なる前記支持部材の大円筒部及び前記小円筒部と前記大円筒部との間に設けられ両者間を軸方向に移動可能に封止する封止部材を有する
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１１】
前記熱伸び差吸収部は、前記支持部材の前記蒸発器容器及び前記ウイックに対して直角に延びる部分である  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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高温側に設けられた蒸発器と低温側に設けられた凝縮器との間で作動流体を循環させ、これにより蒸発器と凝縮器との間で熱を移動させ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】
ループ型ヒートパイプは、蒸発器、凝縮器、及び蒸発器と凝縮器との間で作動流体を循環させる循環路を有している。蒸発器は、発熱機器等の冷却対象物に取り付けられ作動流体を気化させてその気化熱を利用して冷却対象物を冷却する。凝縮器は、蒸発器によって気化した作動流体を冷却して液体に戻す。
【０００３】
蒸発器は、長尺有底中空円筒状の蒸発器容器と、蒸発器容器の内部に収納される長尺中空円筒状のウイックとを有している。蒸発器容器は、円筒形の円筒体とこの円筒体の両端をシールする２枚の容器端板とから構成され、内部は密封された空間となっている。
【０００４】
ウイックは、流体を浸透させる毛細管構造で径方向に肉厚とされた円筒形を成している。そして、ウイックは、円筒形の両端を２枚のウイック端板にて封止されている。ウイックとウイック端板とは、内部に作動流体を貯留する液溜め空間を形成している。ウイックと蒸発器容器との間には、気化した作動流体が流通する蒸気流路が形成されている。
【０００５】
凝縮器から延びる液管が、蒸発器容器の一側の容器端板を貫通して蒸発器容器に進入し、さらにウイック端板を貫通して液溜め空間の内部まで延びている。また、蒸発器容器には蒸気流路に連通する蒸気管が接続され、この蒸気管は凝縮器に向かって延びている。
【０００６】
ウイックは、ニッケルなどの金属繊維を型に入れて円筒形に固めた後、この円筒が焼結することにより作製される。また、ウイックは、金属繊維に限らず金属の粉が型に入れられて円筒形に固められた後、焼結されて作製される場合もある。
さらには、セラミックなどの非金属の繊維や粉が焼結されて作製される場合もある。セラミックで作製する場合、焼結の温度は金属で作製する場合に較べて非常に高温にされる。
一方、このウイックを収納する蒸発器容器は、気密に作製される必要があるため、加工が容易なアルミニウム等で作製される。
【０００７】
このような構成のループ型ヒートパイプにおいては、蒸発器の液溜め空間に貯留された作動流体は、毛細管力にてウイック内に浸透しウイックの表面まで達している。このとき、外部から熱が伝わると作動流体はウイックの表面から気化する。この気化した作動流体は蒸気流路にて蒸気となる。発生した蒸気は蒸気流路から蒸気管を介して凝縮器に戻され、凝縮器で冷却されて液化される。液体となった作動流体は、液管を介して再び蒸発器の液溜め空間に戻される。このようにして、蒸発器と凝縮器との間で作動流体が循環しこれに伴い熱が移動する（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
上述のような構成のループ型ヒートパイプの作製工程においては、まず、ウイック、ウイック端板及び液管が、一体に組み立てられる。そして、この組立体が蒸発器容器に収納される。その後、蒸発器容器の両端が容器端板にて封止され密封された蒸発器容器となる。
【０００９】
このような作製工程において、液管がウイック端板を貫通する部分に関しては、液管とウイック端板とはろう付けによって接合される。一方、液管が容器端板を貫通する部分に関しては、液管と容器端板とは溶接によって接合される。そして従来、液管と容器端板とを溶接するときの熱によって、液管とウイック端板とのろう付け部分が外れてしまうという問題があった。
【００１０】
このような問題に対してコストアップすることなく解決する方法として、ウイック端板と容器端板とを所定の間隔離して配置する方法が提案されている。しかしながら、ウイック端板と容器端板との距離を単純に離すと、ウイック端板と容器端板との間に形成される空間において、液管の周囲が蒸気流路となってしまう。すなわち、液管の壁面を介して、壁面の外側には気体の蒸気の作動流体が流通し、壁面の内側には液体の作動流体が流通することとなる。
【００１１】
そして、このように液管の周囲が蒸気流路となった場合、気体の作動流体から液体の作動流体への熱の移動が問題となる。なぜならば、この熱の移動が大きくなると、ヒートパイプの本来の熱輸送能力が低下するからである。
【００１２】
この問題を解決する方法として、従来、ウイック端板と容器端板との間の空間において、液管の外周壁面が蒸気流路に直に接することが無いよう液管と蒸気流路との間に仕切り（接続管）を設ける提案がされている。
【００１３】
そしてさらに、この仕切り（接続管）にウイックを支持固定する働きを同時に持たせる提案がされている。すなわち、ウイック端板と容器端板との間の空間において、概略管状を成し液管を覆うように配置され一側がウイックの端部に固着され他側の端部が容器端板に固着された接続管を設ける提案がされている。
【００１４】
一方、一般に製造コストを安価とするためには蒸発器の構造を左右対称とすることが有効である。そのため、上述の接続管を蒸発器容器内のウイックの両端に設け、この２つの接続管にてウイックを両端から支持する提案がされている。
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−１４６４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このような構成のループ型ヒートパイプにおいて、ウイックと蒸発器容器とは、材料が違うので線膨張係数が異なり、温度変化に伴い両者間に熱による伸びの差が発生する。上述の提案のように、ウイックの両端部が接続管によって蒸発器容器から強固に支持固定されているタイプのものにおいては、この熱による伸びの差が発生するとウイックと蒸発器容器との間に応力が発生する。そして、この応力が過大になると多孔体で作製されているウイックが破損してしまう問題があった。特にウイックがセラミックなどの脆弱な材料の場合、この問題が顕著であった。
【００１７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、蒸発器容器及びウイックに過度の力が加わることを抑制し、機器の破損を防止するループ型ヒートパイプを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明に係るループ型ヒートパイプは、蒸発器は、中空筒状で液化した作動流体を貯留する液溜め空間を内部に有する毛細管構造のウイックと、ウイックを収納するとともに作動流体を密封する密封空間を形成し、ウイックとの間に気化した作動流体が流通する蒸気流路を形成する蒸発器容器と、蒸発器容器内のウイックの両端部にそれぞれ設けられ、蒸発器容器からウイックを支持する支持部材とを有し、ウイック、蒸発器容器及び支持部材の少なくともいずれかに、ウイックと蒸発器容器との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する熱伸び差吸収部を設けた。
【発明の効果】
【００１９】
この発明は、ウイック、蒸発器容器、支持部材の少なくともいずれかに、ウイックと蒸発器容器との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する熱伸び差吸収部を設けたので、蒸発器容器及びウイックに過度の力が加わることが抑制され破損が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１はループ型ヒートパイプの全体の構成を示す系統図である。図１において、ループ型ヒートパイプは、高温側に設けられる蒸発器１と、低温側に設けられる凝縮器２と、両者を接続する蒸気管４及び液管５とを有している。この蒸発器１、凝縮器２、蒸気管４及び液管５が構成する密封状態の循環経路内に作動流体３が封入されている。そして、これらの機器の間を作動流体３が図中矢印のように循環する。蒸気管４と液管５とは、蒸発器１と凝縮器２との間で作動流体を循環させる循環路を構成している。蒸発器１で気化された作動流体３は、凝縮器２で液化される。つまり、作動流体３は、蒸発器１と凝縮器２との間を循環しながら、気体の作動流体３ａと液体の作動流体３ｂの２つの状態の間で変化を繰返す。
【００２１】
このループ型ヒートパイプによって冷却される冷却対象物としての発熱機器６が、熱交換するのに十分な面積を接触させて蒸発器１の外周面に配設されている（尚、図１において発熱機器６は簡略化して一部分だけを示している）。
【００２２】
図２は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１を示す図１の蒸発器１の縦断面図である。図３は図２のIII-III線に沿う矢視断面図である。蒸発器１は、長尺有底中空円筒状の蒸発器容器８と、蒸発器容器８の内部に同心状に収納される長尺中空円筒状のウイック９とを有している。蒸発器容器８は、円筒形の円筒体８ａとこの円筒体８ａの両端を封止する容器端板８ｂ、８ｃとから構成され、内部は密封された空間となっている。蒸発器容器８はアルミニウムまたはステンレスで作製されている。
【００２３】
ウイック９は、径方向に肉厚とされた円筒形を成している。ウイック９の外周面には、長手方向全長にわたって延びる８本の蒸気溝１１が形成されている。ウイック９の蒸気溝１１以外の外周面は蒸発器容器８の内周面に接触している。また、この８本の蒸気溝１１は、周方向に等間隔に、軸方向に相互に平行となるように形成されている。この蒸気溝１１は、ウイック９と蒸発器容器８との間に長手方向に延びる空間を形成している。この空間は、気化（蒸発）した作動流体３ａが流通する蒸気流路１７の一部を構成している。円筒状のウイック９の内側の空間は、液体の作動流体３ｂが溜まる液溜め空間１３の一部を構成している。
【００２４】
ウイック９は、ニッケル、ステンレス、チタンなどの金属繊維を型に入れて円筒形に固めた後、この円筒を焼結することにより作製する。この焼結に関しては、金属繊維が完全溶融してしまうことなく、繊維形状が残るように且つ円筒の形状が保たれる程度に加熱される。具体的には、円筒の表面近傍の金属繊維の隣接して互いに接触する部分のみが相互に溶着する程度に加熱される。このように作製されたウイック９は、内部に直径１〜数十ミクロン程度の連通する通路が無数に形成された多孔体であり、液体を浸透させる毛細管構造を有している。すなわちウイック９は、毛細管力により作動流体を全体にわたって浸透させる。
尚、ウイック９は、繊維に限らず金属の粉が型に入れられて円筒形状に固められた後、焼結されて作製される場合もある。また、セラミックなどの非金属の繊維（ウイスカ繊維）や粉が焼結されて作製される場合もある。セラミックで作製される場合、焼結の温度は非常に高温にされる。
【００２５】
凝縮器２（図１）から延設された液管５が、蒸発器容器８の一側の容器端板８ｂを貫通して進入し液溜め空間１３内まで延びている。液管５は液溜め空間１３の内部において蒸発器容器８のほぼ全長に渡って延びている。
ここで説明を解りやすくする為に、蒸発器１の液管５が進入する側の容器端板を液管側容器端板８ｂ、これと反対側の容器端板を反液管側容器端板８ｃとする。
液管５は、液溜め空間１３の中央よりやや反液管側容器端板８ｃ側の位置にて側壁面に開口が穿孔されている。この開口は、液体の作動流体３ｂが流れ出る流出口５ａとなっている。
【００２６】
ウイック９は長手方向において蒸発器容器８よりも長さが短くされている。そして、蒸発器容器８の内部において、ウイック９の両端部には、所定の広さの空間が形成されている。この両空間にそれぞれ接続管１５が配設されている。接続管１５は、蒸発器容器８からウイック９を支持する働きをしている。接続管１５は、アルミニウムまたはステンレスで作製されている。接続管１５の外周面と蒸発器容器８との間に形成される密閉された空間は、上述の蒸気溝１１とともに気化（蒸発）した作動流体３ａが流通する蒸気流路１７を構成している。一方、接続管１５の内側の空間はウイック９の内側の空間とともに液化した作動流体３ｂを貯留する液溜め空間１３を構成している。蒸発器容器８の円筒体８ａの液管側容器端板８ｂ側端部には、蒸気流路１７に連通するように蒸気管４が接続されている。接続管１５の中間部には、伸縮部材である断面くの字型薄板部材１８（熱伸び差吸収部）が設けられている。断面くの字型薄板部材１８は、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱による伸びの差、すなわち熱伸び差を吸収する。
【００２７】
図４は図２の蒸発器容器８の液管側容器端板８ｂ側端部の拡大図である（図４では、蒸気管４を省略している）。図４において、接続管１５は、大径円筒部１５ａと、大径円筒部１５ａより小径の小径円筒部１５ｂとを有している。大径円筒部１５ａは、基部がウイック９の端部に封止して接合され先端が液管側容器端板８ｂ方向に延びている。小径円筒部１５ｂは、基部が蒸発器容器８の液管側容器端板８ｂに封止して接合され先端がウイック１方向に延びている。大径円筒部１５ａと小径円筒部１５ｂとは、互いの先端部を径方向に重ねるように配置されている。そして、大径円筒部１５ａの先端は、先端縁から中心方向に延びて形成された接合フランジ部１５ｃによって、小径円筒部１５ｂの外周面中間部に封止して接合されている。小径円筒部１５ｂの先端は、先端縁から中心方向に延びて形成された接合フランジ部１５ｄによって、液管５の外周面に封止して接合されている。このような構造とすることにより、小径円筒部１５ｂと液管５との間に円筒状の空間部２０が形成される。この空間部２０は蒸発器１の外部の空間と連通しており内部は空気で満たされている。そのため、空間部２０は断熱性を有している。空間部２０は、蒸気流路１７内の気体の作動流体３ａから液管５内の液体の作動流体３ｂへの熱の伝導を抑制している。
【００２８】
接続管１５の大径円筒部１５ａは、中間部にて軸に直交する面で２つに一旦分割されている。そして、この２つの分割面で環状の断面くの字型薄板部材１８を挟むように封止してつながれている。断面くの字型薄板部材１８は、全周に亘って断面くの字型を成している。詳細には、断面くの字型薄板部材１８は、テーパー状の２つのリングが互いに大径部を接合されたような形状を成し、断面くの字型の中央の角部を全周に亘って外方に向けながら１周するような形状を成している。そして、断面くの字型薄板部材１８は、テーパーの小径部にあたる両開口縁部をそれぞれ接続管１５の分割面に封止して接合されている。断面くの字型薄板部材１８は、アルミニウムまたはステンレスで作製されている。断面くの字型薄板部材１８は、接続管１５の他の部分のもっとも薄い部分よりさらに薄く作製され、また、断面くの字型にされているので、接続管１５に軸方向の所定の大きさの力が加わったとき、もっとも早く変形する。そして、断面くの字型薄板部材１８は、ウイック９と蒸発器容器８との間に線膨張係数の差により熱伸び差が発生したとき、接続管１５の断面くの字型薄板部材１８以外の部分、蒸発器容器８、及びウイック９のいずれよりも先に変形する。これにより、断面くの字型薄板部材１８は、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する。
【００２９】
次に、ループ型ヒートパイプの動作について説明する。発熱機器６から蒸発器１に伝導した熱は蒸発器容器８に伝えられる。この熱はウイック９の蒸気溝１１の溝内表面から液体の作動流体３ｂを蒸発させる。気体となった作動流体３ａは蒸気流路１７、蒸気管４を経由して凝縮器２（図１）に流れ込む。凝縮器２に流入した気体の作動流体３ａは、凝縮器２にて冷却されて凝縮し、液化して液体の作動流体３ｂとなる。
【００３０】
液体の作動流体３ｂは、液管５を経て蒸発器１に戻る。蒸発器１に戻った液体の作動流体３ｂは液溜め空間１３に溜まる。液体の作動流体３ｂは、ウイック９の毛細管力により蒸気溝１１の溝内表面まで運ばれる。そして、液体の作動流体３ｂは、蒸発器１が吸収した熱によって気化し気体の作動流体３ａとなる。
【００３１】
このように構成されたループ型ヒートパイプにおいては、蒸発器１の温度が変化すると、線膨張係数の差に比例した熱伸び差が蒸発器容器８とウイック１との間に発生する。通常、固体である蒸発器容器８より多孔体であるウイック１の強度が弱く、熱伸び差による応力がウイック１の強度より大きくなるとウイック１が破壊する。しかしながら、本実施の形態においては、接続管１５に熱伸び差吸収部である断面くの字型薄板部材１８を設けているので、熱伸び差が断面くの字型薄板部材１８に吸収される。そのため、ウイック１及び蒸発器容器８には所定の大きさ以上の応力が加わることがない。これにより、熱伸び差が生じてもいずれの部材も破壊することがなく、ループ型ヒートパイプの信頼性が向上する。
【００３２】
また、本実施の形態の熱伸び差吸収部は、ウイック９及び蒸発器容器９の軸方向に伸縮可能な断面くの字型薄板部材１８（伸縮部材）である。そのため、熱伸び差による応力が無理なく滑らかに吸収され信頼性が向上する。
【００３３】
さらに、本実施の形態の伸縮部材は、断面くの字型薄板部材１８である。そのため、ウイック９及び蒸発器容器８の軸方向に伸縮可能な構造を安価に実現できる。また、接続管１５の剛性が必要以上に小さくなることがなく構造的に安定する。
【００３４】
さらにまた、本実施の形態において、蒸発器容器８からウイック９を支持する支持部材は、液溜め空間１３と蒸気流路１７とを仕切るように設けられた接続管１５である。そのため、蒸気流路１７内の気体の作動流体３ａから液管５内の液体の作動流体３ｂへの熱の移動が抑制され、高性能なヒートパイプとすることができる。
【００３５】
実施の形態２．
図５は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態２を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態においては、蒸発器容器８の円筒体８ａは、容器端板８ｂ、８ｃに近い位置で軸に直交する面により一旦分割されている。そして、この２つの分割面で伸縮部材である環状の断面くの字型薄板部材２２（熱伸び差吸収部）を挟むように密封してつながれている。断面くの字型薄板部材２２は、実施の形態１の断面くの字型薄板部材１８のように、全周にわたって断面くの字型を成す環状の部材である。断面くの字型薄板部材２２は、両開口縁部をそれぞれ蒸発器容器８の２つの分割面に密封して接合されている。断面くの字型薄板部材２２は、アルミニウムまたはステンレスで作製されている。断面くの字型薄板部材２２は、蒸発器容器８の断面くの字型薄板部材２２以外の部分より容易に変形する。
【００３６】
本実施の形態のループ型ヒートパイプにおいては、蒸発器容器８は、円筒体８ａの一部が熱伸び差吸収部である断面くの字型薄板部材２２にされている。断面くの字型薄板部材２２は、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する。そのため、蒸発器容器８の断面くの字型薄板部材２２以外の部分、ウイック９、及び接続管１５に過度の応力が発生することが抑制される。これにより、蒸発器容器８、ウイック９、及び接続管１５の破壊が抑制される。
【００３７】
実施の形態３．
図６は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態３を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態においては、ウイック９は、軸に直交する面で一旦分割され、２つの分割面で伸縮部材である環状の断面くの字型薄板部材２３（熱伸び差吸収部）を挟むように密封してつながれている。断面くの字型薄板部材２３は、実施の形態１の断面くの字型薄板部材１８や実施の形態２の断面くの字型薄板部材２２と同じように、全周にわたって断面くの字型を成す環状の部材である。断面くの字型薄板部材２３は、両開口縁部をそれぞれウイック９の２つの分割面に接合されている。断面くの字型薄板部材２３は、アルミニウムまたはステンレスで作製されている。熱伸び差吸収部である断面くの字型薄板部材２３は、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する。本実施の形態においても、実施の形態１や２と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
実施の形態４．
図７は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態４を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態においは、実施の形態１の断面くの字型薄板部材１８に替わって、伸縮部材であるベローズ２５（熱伸び差吸収部）が配設されている。すなわち、接続管１５の大径円筒部１５ａは、中間部にて軸に直交する面で２つに一旦分割され、この２つの分割面でベローズ２５を挟むように密封してつながれている。ベローズ２５は、アルミニウムまたはステンレスで作製され、軸方向の力により容易に伸縮する。これにより、ベローズ２５は、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する。そのため、熱伸び差が生じてもいずれの部材も破壊することがなく、ループ型ヒートパイプの信頼性が向上する。
【００３９】
本実施の形態においは、伸縮部材としてベローズ２５を用いているので、ウイック９及び蒸発器容器９の軸方向に伸縮可能な構造を容易に実現することができる。また、熱伸び差による応力が無理なく滑らかに吸収され信頼性が向上する。
【００４０】
実施の形態５．
図８は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態５を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態のループ型ヒートパイプにおいては、蒸発器容器８の容器端板が軸線方向に厚さを薄くされ、薄肉部である薄板容器端板２６（熱伸び差吸収部）が形成されている。通常の容器端板が１〜３ｍｍであるのに対して、本実施の形態の薄板容器端板２６は０．３〜０．５ｍｍとされている。
【００４１】
薄板容器端板２６は、ウイック９と蒸発器容器８との間に線膨張係数の差により熱伸び差が発生したとき、蒸発器容器８の円筒体８ａ、ウイック９、及び接続管１５のいずれよりも先に変形する。これにより、薄板容器端板２６は、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する。そのため、熱伸び差が生じてもいずれの部材も破壊することがなく、ループ型ヒートパイプの信頼性が向上する。
【００４２】
実施の形態６．
図９は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態６を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態のウイック９の支持部材である接続管１５においては、接続管１５の大径円筒部１５ａの接続フランジ部が軸線方向に厚さを薄くされ、薄肉部である薄板接続フランジ部２７（熱伸び差吸収部）が形成されている。通常の接続フランジ部が１〜２ｍｍであるのに対して、本実施の形態の薄板接続フランジ部２７は０．２〜０．４ｍｍとされている。
【００４３】
薄板接続フランジ部２７は、ウイック９と蒸発器容器８との間に線膨張係数の差により熱伸び差が発生したとき、接続管１５の薄板接続フランジ部２７以外の部分、蒸発器容器８、及びウイック９のいずれよりも先に変形する。これにより、薄板容器端板２６は、ウイック９と蒸発器容器８との間の熱伸び差を吸収する。そのため、熱伸び差が生じてもいずれの部材も破壊することがなく、ループ型ヒートパイプの信頼性が向上する。
【００４４】
実施の形態７．
図１０は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態７を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態のウイック９の支持部材である接続管１５の大径円筒部は、２つの円筒部に分かれている。すなわち、接続管１５の大径円筒部は、直径の小さい小円筒部２８ａと直径の大きい大円筒部２８ｂとに分かれている。小円筒部２８ａと大円筒部２８ｂとは、軸方向に所定の長さ重なって配置されている。２つの円筒部２８ａ、２８ｂの間には、封止部材である２つのＯリング２８ｃが挟まれている。２つのＯリング２８ｃは、小円筒部２８ａと大円筒部２８ｂとの間を封止している。このような構造によって、２つの円筒部２８ａ、２８ｂは、相互に封止された状態で軸方向にスライド可能とされている。
【００４５】
気化した作動流体３ａが、蒸気流路１７から液溜め空間１３に漏れ出ると、ループ型ヒートパイプの熱輸送能力が低下する。そのため、作動流体３ａが液溜め空間１３側に漏れ出ることがないように、２つのＯリング２８ｃは、作動流体３ａが漏れ出ようとする方向に二重となるように配設されている。
Ｏリング２８ｃは、小円筒部２８ａの外周面に全周にわたって形成されたＯリング溝に嵌められて軸方向の移動が抑制されている。小円筒部２８ａ、大円筒部２８ｂ及びＯリング２８ｃは、本実施の形態の熱伸び差吸収部を構成している。
【００４６】
本実施の形態のループ型ヒートパイプにおいては、接続管１５の大径円筒部が２つの円筒部２８ａ、２８ｂに分割され、軸方向に相互にスライド可能とされているので、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収することができる。
【００４７】
実施の形態８．
図１１は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態８を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態においては、蒸発器１の端部において、液管５が直角に曲がっている。これに伴い支持部材である接続管１５の大径円筒部１５ｅも直角に曲がっている。さらに、蒸発器容器８の円筒部８ａの端部８ｄも直角に曲がっている。そのため、接続管１５の小径円筒部１５ｂは、蒸発器１の軸線に対して直交する方向に延びている。
【００４８】
一般に、力が管に対して直交する方向から作用する場合には、管に対して長手方向に働く力よりも小さな力で管を変形させる。本実施の形態においては、蒸発器容器８の温度が変化し、ウイック９と蒸発器容器８との間に熱伸び差が発生した場合、発生する応力は、例えば接続管１５の小径円筒部１５ｂには、軸線に対して直交する方向に作用する。すなわち、蒸発器容器８に対してウイック９が延びた場合には、小径円筒部１５ｂの図１１の上側は図１１の右方向に押され、蒸発器容器８に対してウイック９が縮んだ場合には、小径円筒部１５ｂの図１１の上側は図１１の左方向に引かれる。蒸発器容器８及びウイック９に対して直角に延びる部分である小径円筒部１５ｂは、本実施の形態の熱伸び差吸収部を構成している。
【００４９】
本実施の形態のループ型ヒートパイプにおいては、接続管１５が直角に折れ曲がり、接続管１５の小径円筒部１５ｂが、蒸発器容器８及びウイック９に対して直交する方向に延びているので、蒸発器容器８の温度が変化し、ウイック９と蒸発器容器８の間に熱伸び差が発生した場合に、小径円筒部１５ｂが弾性変形し熱伸び差を吸収する。そのため、熱伸び差が生じてもいずれの部材も破壊することがなく、ループ型ヒートパイプの信頼性が向上する。
【００５０】
実施の形態９．
図１２は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態９を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態では、実施の形態８のループ型ヒートパイプにおいて、支持部材である接続管１５の小径円筒部１５ｂの一部が伸縮部材であるベローズ２７（熱伸び差吸収部）になっている。すなわち、小径円筒部１５ｂは、中間部にて軸に直交する面で２つに分割され、この２つの分割面でベローズ２７を挟むように密封してつながれている。ベローズ２７は、アルミニウムまたはステンレスで作製され、軸方向の力により容易に伸縮する。これにより、ベローズ２７は、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する。これにより、熱伸び差が生じてもいずれの部材も破壊することがなく、ループ型ヒートパイプの信頼性は向上する。
【００５１】
実施の形態１０．
図１３は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１０を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態においては、実施の形態４のベローズ２５に替えて、伸縮部材として径方向に二重に重なる第１、第２のベローズ３０ａ、３０ｂ（熱伸び差吸収部）が配設されている。第１のベローズ３０ａの大径円筒部１５ａとの接合部から、フランジ部３０ｃ、３０ｄが径方外方に延びて形成されている。第２のベローズ３０ｂは、このフランジ部３０ｃ、３０ｄに支持されている。第１、第２のベローズ３０ａ、３０ｂ相互間に断熱空間３０ｅが形成されている。
【００５２】
本実施の形態においては、断熱空間３０ｅは密閉された空間であり、内部は真空にされている。すなわち、この断熱空間３０ｅは、液溜め空間１３の周囲に円筒状の真空空間を形成している。この真空の空間は、液溜め空間１３と蒸気流路１７との間で熱の移動を抑制する働きをする。
【００５３】
蒸発器１内において、蒸気流路１７を流れる蒸気の作動流体から液溜め空間１３内の液体の作動流体へ熱が移動すると、蒸発器１から凝縮器２への熱輸送が半減し、ループ型ヒートパイプの熱輸送能力は低下する。
【００５４】
意図したものとは別に発生する熱の移動経路の一つとして接続管１５の外面から内面への熱伝導の経路がある。接続管１５の外面と内面との間で温度差がある場合、移動する熱量の大きさは、熱流断面積（熱移動方向に直交する断面積）および接続管１５の熱伝導率に比例し、伝熱距離に反比例する。
【００５５】
例えば、実施の形態４のように熱伸び差吸収部としてベローズ２５を設けた場合、熱流断面積が増加するので、移動する熱量が増大し、熱輸送能力が低下する。この点を改善するため、本実施の形態のループ型ヒートパイプにおいては、ベローズを二重構造とし２つのベローズ３０ａ、３０ｂ間に真空の断熱空間３０ｅを形成している。これにより、意図しない熱の移動を抑制して良好な熱輸送能力を得ている。
【００５６】
本実施の形態のループ型ヒートパイプにおいては、熱伸び差吸収部である二重構造のベローズ３０ａ、３０ｂにより断熱空間３０ｅを構成したので、ウイック９と蒸発器容器８との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収することができるとともに、蒸気流路１７を流れる蒸気の作動流体から液溜め空間１３内の液体の作動流体への熱の移動を抑制することができ、高性能なヒートパイプを実現することができる。
【００５７】
尚、本実施の形態の断熱空間３０ｅは真空とされているが、これに限られるものではなく、例えば、窒素ガスやアルゴンガスのような熱伝導率が低く化学的に安定な物質である断熱物を封入するとより高い断熱効果を得ることができる。
【００５８】
実施の形態１１．
図１４は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１１を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態においては、伸縮部材である二重構造のベローズ３１ａ、３１ｂ（熱伸び差吸収部）の蛇腹部分が、相互に径方向に重ならないように軸方向において異なる位置に設けられている。そのため、外側のベローズ３１ａの外径を小さくすることができる。そして、蒸発器容器８の径方向の寸法増大を抑制することができる。その他の構成は、実施の形態１０と同様である。
【００５９】
実施の形態１２．
図１５は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１２を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態は、伸縮部材である二重構造にした２つのベローズ３２ａ、３２ｂ（熱伸び差吸収部）のうち、外側のベローズ３２ａに小径の空気穴３２ｃが穿孔されている。空気穴３２ｃは、二重構造にした２つのベローズ３２ａ、３２ｂの間に形成された断熱空間３２ｅと蒸気流路１７とを連通している。
【００６０】
ヒートパイプの動作時には、ウイック９より蒸発した作動流体が蒸気流路１７を通り蒸気管４へ移動する。この時、蒸気の飽和温度より接続管１５の温度が低い条件では、蒸気は接続管１５により冷やされて接続管１５の表面で凝縮して水滴となる。そして、この作動流体の凝縮により発生する潜熱が接続管１５の内面に移動するため、蒸気流路１７から液溜め空間１３への熱の移動量が増えてヒートパイプの熱輸送能力が一時的に低下する。
【００６１】
本実施の形態においては、二重構造のベローズ３２ａ、３２ｂが形成する断熱空間３２ｅに空気穴３２ｃを介して蒸発した作動流体が進入する。そして、この蒸発した作動流体は、内側のベローズ３２ｂの表面で凝縮して水滴となる。この水滴は相互に連結して液膜を形成する。この液膜は、断熱空間３２ｅがある程度閉塞ざされた空間なので表面張力の働きによってベローズ３２ｂから滴り落ちずに断熱空間３２ｅ内に保持される。この現象が引き続き行われ液体となった作動流体が断熱空間３２ｅに満たされる。このように、液体の作動流体が断熱空間３２ｅに保持されると、この作動流体が断熱作用を有するため、蒸気となった作動流体の接続管１５表面へのさらなる凝縮は抑制される。そして、蒸気流路１７から液溜め空間１３への漏れ熱量が減少し、ヒートパイプの熱輸送特性の低下が抑えられる。
【００６２】
このような構造のループ型ヒートパイプにおいては、断熱空間３２ｅを真空にしたりガスを封入したりすることなく、蒸気流路１７と液溜め空間１３との間の断熱性を向上させることができる。これは、構造が簡単になる安価にすることができるだけでなく、ヒートパイプの使用中に二重構造のベローズが破損して、断熱能力が損なわれたり、封入したガスがヒートパイプ内に漏れ出て熱輸送能力が低下したりすると言った不具合を無くすことができる。
【００６３】
実施の形態１３．
図１６は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１３を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態においては、伸縮部材である二重構造にした２つのベローズ３０ａ、３０ｂ（熱伸び差吸収部）を支えるフランジ部３０ｃ、３０ｄにそれぞれ小径の空気穴３３ｃ、３３ｄが形成されている。
その他の構成は、実施の形態１２と同様である。
【００６４】
本実施の形態のように、ベローズ３０ａ以外の部分に空気穴３３ｃ、３３ｄを設けて断熱空間３２ｅと蒸気流路１７との連通を図っても実施の形態１２と同様な効果を得ることができる。
【００６５】
実施の形態１４．
図１７は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１４を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態は、実施の形態１１の二重構造にした２つのベローズ３１ａ、３１ｂ（熱伸び差吸収部）を支えるフランジ部３０ａ、３０ｂに、それぞれ空気穴３３ｃ、３３ｄが形成されている。このような構成のループ型ヒートパイプにおいても実施の形態１２と同様な効果を得ることができる。
【００６６】
実施の形態１５．
図１８は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１５を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態は、実施の形態１１の二重構造にした２つのベローズ３１ａ、３１ｂ（熱伸び差吸収部）のうち、外側のベローズ３１ｂの蛇腹部以外の部分に空気穴３５が形成されている。このような構成のループ型ヒートパイプにおいても実施の形態１２と同様な効果を得ることができる。
【００６７】
実施の形態１６．
図１９は本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１６を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。本実施の形態においては、伸縮部材であるベローズ２５（熱伸び差吸収部）の周囲に全周に亘って金網３６が設けらている。金網３６は円筒状を成し、ベローズ２５の接続部から径方向外方に延びるフランジ部３０ｃ、３０ｄにより支持され、ベローズ２５を覆うように設けらている。ベローズ２５と金網３６との間には、断熱空間３２ｅが形成されている。金網３６のから断熱空間３２ｅに進入した蒸気の作動流体３ａは、実施の形態１２と同様にベローズ２５の表面で凝縮して液体となる。この液体は、表面張力によって断熱空間３２ｅ内に保持される。このような構成のループ型ヒートパイプにおいても実施の形態１２と同様な効果を得ることができる。
【００６８】
尚、実施の形態１から１６において、蒸発器容器８からウイック９を支持する支持部材は、接続管１５である。しかしながら、支持部材は、蒸発器容器８からウイック９を支持する部材であれば、特に接続管１５に限られるものではない。例えば、容器端板８ｂ、８ｃに立設されウイック９方向に延び先端がウイック９の端部に固着されるようなロッドであってもよい。このような場合においても、ウイック９、蒸発器容器８及び支持部材であるロッドの少なくともいずれかに、熱伸び差吸収部が設けられれば、本願発明の効果を得ることができる。そして、支持部材がこのようなロッドである場合には、ウイック９の端部に従来と同じようなウイック端板が設けられることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】ループ型ヒートパイプの全体の構成を示す系統図である。
【図２】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１を示す図１の蒸発器の部分の縦断面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿う矢視断面図である。
【図４】図２の蒸発器容器の容器端板側端部の拡大図である。
【図５】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態２を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図６】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態３を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図７】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態４を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図８】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態５を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図９】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態６を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１０】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態７を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１１】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態８を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１２】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態９を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１３】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１０を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１４】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１１を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１５】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１２を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１６】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１３を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１７】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１４を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１８】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１５を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【図１９】本発明のループ型ヒートパイプの実施の形態１６を示す蒸発器容器の部分的な縦断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  蒸発器、２  凝縮器、４  蒸気管（循環路）、５  液管（循環路）、８  蒸発器容器、９  ウイック、１１  蒸気溝、１３  液溜め空間、１５  接続管（支持部材）、１５ｂ  小径円筒部（熱伸び差吸収部）、１７  蒸気流路、１８、２２、２３  断面くの字型薄板部材（伸縮部材：熱伸び差吸収部）、２５、２９  ベローズ（伸縮部材：熱伸び差吸収部）、２６  薄板容器端板（熱伸び差吸収部）、２７  薄板接続フランジ部（熱伸び差吸収部）、２８ａ  小円筒部（熱伸び差吸収部）、２８ｂ  大円筒部（熱伸び差吸収部）、２８ｃ  Ｏリング（熱伸び差吸収部）、３０ｅ  断熱空間、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ  ベローズ（伸縮部材：熱伸び差吸収部）、３２ｅ  断熱空間、３６  金網。
【図１】
2005106430.tif 000003
【図２】
2005106430.tif 000004
【図３】
2005106430.tif 000005
【図４】
2005106430.tif 000006
【図５】
2005106430.tif 000007
【図６】
2005106430.tif 000008
【図７】
2005106430.tif 000009
【図８】
2005106430.tif 000010
【図９】
2005106430.tif 000011
【図１０】
2005106430.tif 000012
【図１１】
2005106430.tif 000013
【図１２】
2005106430.tif 000014
【図１３】
2005106430.tif 000015
【図１４】
2005106430.tif 000016
【図１５】
2005106430.tif 000017
【図１６】
2005106430.tif 000018
【図１７】
2005106430.tif 000019
【図１８】
2005106430.tif 000020
【図１９】
2005106430.tif 000021