(57)【要約】【課題】小型化可能で応答性の高い可変コンダクタンスヒートパイプとする。【解決手段】溝５６を形成した板状の第１の低熱伝導部材５２の両端に第１、第２の高熱伝導部材５１、５４を、その間に第２の低熱伝導部材５３をそれぞれ重ねて溝を蓋し、作動流体流路２０Ｂを形成して、第１の高熱伝導部材が蒸発部の流路壁の一部を形成し、第２の高熱伝導部材が凝縮部の流路壁の一部を形成する。第１の高熱伝導部材には外部熱源２Ｂを接続し、第２の高熱伝導部材には外部流体流路を備える受熱ブロック３Ｂを接合する。作動流体流路２０Ｂに連通させた流体制御管１４にシリンジ１５を設けて、作動流体の量を可変とすることにより、作動流体流路内の振動発生を制御して、第１、第２の高熱伝導部材間の熱伝達率を瞬時に変化させ、受熱ブロックを流れる外部流体の温度を所定レベルに加熱制御する。【選択図】図８
2007333246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発部と凝縮部の間に配した作動流体流路に作動流体を封入した自励振動型のヒートパイプにおいて、
低熱伝導部材の一端を前記蒸発部、他端を前記凝縮部とし、
前記低熱伝導部材の一端および他端の少なくとも一方に高熱伝導部材を接合して、
該高熱伝導部材が前記作動流体流路における蒸発部または凝縮部の流路壁の少なくとも一部を形成し、
前記作動流体流路に封入される作動流体の量を調節する封入量調節手段を有して、
作動流体の量を調節することにより蒸発部と凝縮部間の熱伝達率を可変としたことを特徴とする可変コンダクタンスヒートパイプ。
【請求項２】
前記作動流体流路を形成する溝が前記低熱伝導部材のみに設けられ、前記低熱伝導部材に接合された前記高熱伝導部材が前記溝を蓋して、蒸発部または凝縮部の前記作動流体流路を閉断面とすることを特徴とする請求項１に記載の可変コンダクタンスヒートパイプ。
【請求項３】
前記作動流体流路が前記低熱伝導部材の厚み方向に往復し、
前記高熱伝導部材が前記低熱伝導部材の厚み方向両端に接合された第１の高熱伝導部材と、第２の高熱伝導部材とからなり、
第１の高熱伝導部材が前記作動流体流路における蒸発部の流路壁の少なくとも一部を形成し
第２の高熱伝導部材が前記作動流体流路における凝縮部の流路壁の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の可変コンダクタンスヒートパイプ。
【請求項４】
前記低熱伝導部材が板状であって、前記作動流体流路が低熱伝導部材の長手方向に往復し、
前記高熱伝導部材が前記低熱伝導部材の長手方向両端に接合された第１の高熱伝導部材と、第２の高熱伝導部材とからなり、
第１の高熱伝導部材が前記作動流体流路における蒸発部の流路壁の少なくとも一部を形成し
第２の高熱伝導部材が前記作動流体流路における凝縮部の流路壁の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の可変コンダクタンスヒートパイプ。
【請求項５】
前記低熱伝導部材が第１の低熱伝導部材と第２の低熱伝導部材からなり、
前記作動流体流路をなす溝が前記第１の低熱伝導部材に形成され、
該第１の低熱伝導部材上の、両端に前記第１の高熱伝導部材と第２の高熱伝導部材が接合され、当該第１の高熱伝導部材と第２の高熱伝導部材の間に前記第２の低熱伝導部材が接合されていることを特徴とする請求項４に記載の可変コンダクタンスヒートパイプ。
【請求項６】
前記高熱伝導部材が金属であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の可変コンダクタンスヒートパイプ。
【請求項７】
前記低熱伝導部材が樹脂またはセラミックであることを特徴とする請求項１から６いずれか１に記載の可変コンダクタンスヒートパイプ。
【請求項８】
前記高熱伝導部材が高熱伝導度のセラミックであり、前記低熱伝導部材が低熱伝導度のセラミックであり、前記低熱伝導部材と前記高熱伝導部材を当接させた状態で一括で焼結して互いに接合させたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の可変コンダクタンスヒートパイプ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１に記載の可変コンダクタンスヒートパイプの前記蒸発部側に高温度側部材を接続し、前記凝縮部側に低温度側部材を接続して、該可変コンダクタンスヒートパイプの熱伝達率を変化させることで、前記低温度側部材側の加熱度あるいは前記高温度側部材側の冷却度の調節を可能としたことを特徴とする温度調節装置。
【請求項１０】
前記加熱度を調節される低温度側部材または冷却度を調節される高温度側部材は、その接続部位に接合されて前記可変コンダクタンスヒートパイプと一体化されていることを特徴とする請求項９に記載の温度調節装置。
【請求項１１】
前記加熱度を調節される低温度側部材または冷却度を調節される高温度側部材が外部流体を通流させる外部流体流路を備えて、該外部流体流路を流れる外部流体を加熱または冷却することを特徴とする請求項９または１０に記載の温度調節装置。
【請求項１２】
前記加熱度を調節される低温度側部材が内燃機関に供給される燃料を通流させる外部流体流路を備え、
前記蒸発部側に内燃機関で発生する熱を放出する熱源を接続し、
前記燃料の温度を所定レベルに保持するように前記可変コンダクタンスヒートパイプの封入量調節手段を制御して作動流体の量を調節する制御手段を有していることを特徴とする請求項９または１０に記載の温度調節装置。
【請求項１３】
前記低熱伝導部材が長手方向にオフセットさせて接合した第１の低熱伝導部材と第２の低熱伝導部材からなり、
該第２の低熱伝導部材の第１の低熱伝導部材と接合していない面に前記第１の高熱伝導部材が接合され、第１の低熱伝導部材の第２の低熱伝導部材と接合していない面には前記第２の高熱伝導部材が接合され、
前記第１の低熱伝導部材と第２の低熱伝導部材にそれぞれ形成された溝が互いの接合面で連通して、前記作動流体流路を構成していることを特徴とする請求項４に記載の可変コンダクタンスヒートパイプ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の可変コンダクタンスヒートパイプの前記第１の高熱伝導部材に熱源を接続し、前記第２の低熱伝導部材上に低温度側部材を接続して、
前記第２の低熱伝導部材における熱伝導により前記低温度側部材を加熱するとともに、
前記可変コンダクタンスヒートパイプの熱伝達率を変化させることで、前記熱源から前記第２の高熱伝導部材への放熱を制御して、前記低温度側部材の加熱度を調節することを特徴とする温度調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変コンダクタンスヒートパイプおよびこれを用いた温度調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放熱や加熱のために一方の部材から他方の部材へ伝熱する手段として、内部に作動流体を封入したヒートパイプがある。
そして、その熱伝達特性を変化可能とした可変コンダクタンスヒートパイプとして、例えば、特許第２８９７３９０号公報に開示されたものがある。
これは、二相凝縮流体と非凝縮ガスを封入したもので、非凝縮ガスを水素とし、水素を貯蔵する合金をヒートパイプ内部と連通させてヒートパイプの外部に設置したものである。水素を貯蔵する合金の温度を変えることにより、合金内部に貯蔵される水素の量が増減し、この水素の増減によりヒートパイプ内部の圧力が増減するから、ヒートパイプの熱伝達量が変化することになる。つまり、水素を貯蔵する合金の温度を調節することによってヒートパイプの熱伝達特性を調整することができる。
【特許文献１】特許第２８９７３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の可変コンダクタンスヒートパイプは、ヒートパイプ内部にウィックを必要とするために所定の径より細くすることができず、ヒートパイプを小型化するには限度がある。
また、水素を貯蔵する合金の温度を変化させて水素吸収率を変化させ、これによりヒートパイプ内部の圧力を増減しようとするものであるため、熱伝達特性の変化の応答性は低いという問題がある。
【０００４】
したがって本発明は、上記の問題点に鑑み、より小型化が可能でしかも応答性の高い可変コンダクタンスヒートパイプおよびこれを用いた温度調節装置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】
このため本発明の可変コンダクタンスヒートパイプは、蒸発部と凝縮部の間に配した作動流体流路に作動流体を封入した自励振動型のヒートパイプにおいて、低熱伝導部材の一端を蒸発部、他端を凝縮部とし、低熱伝導部材の一端および他端の少なくとも一方に高熱伝導部材を接合して、該高熱伝導部材が作動流体流路における蒸発部または凝縮部の流路壁の少なくとも一部を形成するとともに、作動流体流路に封入される作動流体の量を調節する封入量調節手段を有して、作動流体の量を調節することにより蒸発部と凝縮部間の熱伝達率を可変としたものである。
【発明の効果】
【０００６】
作動流体流路における蒸発部または凝縮部の流路壁の少なくとも一部が高熱伝導部材で形成されているので、作動流体との熱の授受が効率よく行われる。
そして、封入量調節手段によって作動流体の量を調節することにより、作動流体流路内の作動流体の振動発生を制御できるから、蒸発部と凝縮部間の熱伝達率の変化により、熱伝達量の広いダイナミックレンジが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は、第１の実施例にかかる温度調節装置の全体構成を示す図である。
実施例の温度調節装置は外部熱源の熱を可変コンダクタンスヒートパイプにより外部流体へ運び、外部流体の温度を調節する。
なお、ヒートパイプは温度の高い側から温度の低い側へ熱を伝達するもので、その目的によって、低温度の部材（低温度側部材）を加熱する手段と見ることができ、あるいは高温度の部材（高温度側部材）を冷却する手段と見ることもできる。
以下、高温度側部材を外部熱源、低温度側部材を受熱ブロックと呼び、低温度側部材を加熱する例で説明する。他の実施例でも同様である。
外部熱源２と受熱ブロック３の間に、可変コンダクタンスヒートパイプ１０がそれぞれ接合し挟まれて、温度調節装置１を構成する。
【０００８】
図２は可変コンダクタンスヒートパイプの要部を取り出して示す外観図である。可変コンダクタンスヒートパイプ１０は、上下のそれぞれ平板状の第２、第１の高熱伝導部材１３、１１の間に、当該高熱伝導部材と同一輪郭の外形をもつブロック状の低熱伝導部材１２を挟んで構成され、全体としてもブロック状となっている。
第１、第２の高熱伝導部材１１、１３は金属製である。たとえばとくに熱伝導率の高いＣｕを用いる。
低熱伝導部材１２は樹脂製である。後述するように低熱伝導部材１２には作動流体流路の貫通孔や溝を加工するが、樹脂は温度や化学変化によって硬化したり軟化するので、硬化前の加工性の優れた状態で細かい加工を行うことができる。
【０００９】
図３は上側の第２の高熱伝導部材１３を外し、下側の第１の高熱伝導部材１１と低熱伝導部材１２を分離して示す分解斜視図、図４は図２の切断面Ｐにおける断面図である。
とくに図４に示すように、低熱伝導部材１２には上面から下面にわたる貫通孔２２が所定間隔で複数設けられる。そして、低熱伝導部材１２の上面においては、１つ置きの貫通孔の開口とその一方側に隣接する貫通孔の開口とを結ぶ溝２３が形成され、低熱伝導部材１２の下面においても同様に、溝２３が上記１つ置きの貫通孔の開口とその他方側に隣接する貫通孔の開口とを結んで形成される。これが順次繰り返されて、低熱伝導部材１２の上面と下面にはそれぞれ破線状に延びる溝列が形成されている。図３には、上面における多数の溝２３からなる溝列２１が示されている。
【００１０】
図３に示されるように、低熱伝導部材１２には、同一の溝列２１が溝列の延びる方向に対して直角の方向に複数列形成される。また、各溝列２１はそれぞれの一端が横方向溝２４によって連通させてある。
第１、第２の高熱伝導部材１１、１３間に低熱伝導部材１２が挟まれた状態において、貫通孔２２および溝２３は低熱伝導部材１２の上面と下面間を往復蛇行する密閉された作動流体流路２０を形成する。
作動流体流路２０には、ヒートパイプ作動流体（以下、単に作動流体と呼ぶ）が封入される。
なお、作動流体流路２０の径は小さく設定されるが、図３、図４では、理解を容易にするため貫通孔２２の径や溝２３の幅を大きく誇張して描いている。
【００１１】
とくに図１に示すように、第２の高熱伝導部材１３からは、受熱ブロック３を避けた位置において、当該高熱伝導部材１３を貫通して作動流体流路２０に連通する流体制御管１４が立ち上がっており、流体制御管１４の上端にはシリンジ１５が設けられている。このようにシリンジ１５を備える流体制御管１４は各溝列２１ごとに設けることができるが、横方向溝２４によって連通させてある各溝列２１の作動流体流路２０は連通しているので任意の個数でよく、図１には１つのみ示してある。
【００１２】
シリンジ１５のスプール１５ａを押し込むことにより作動流体流路２０内の作動流体を増加させ、スプール１５ａを引くことにより作動流体流路２０内の作動流体を減少させることができる。図２にはシリンジを図示省略している。
受熱ブロック３は、銅（Ｃｕ）などの金属製で、第２の高熱伝導部材１３の上面に接合する下面と平行な複数の外部流体流路３２を備えている。外部流体流路３２は受熱ブロック３の対向する２つの端面間を貫通している。
【００１３】
以上のように構成された本実施例は次のように動作する。
まず、可変コンダクタンスヒートパイプ１０においては、作動流体流路２０が第１、第２の高熱伝導部材１１、１３間を蛇行して往復しており、作動流体流路２０の一部（すなわち溝２３部分）が第１の高熱伝導部材１１と第２の高熱伝導部材１３とに順次接触するようになっているので、作動流体流路２０に封入された作動流体は各高熱伝導部材１１、１３との間で熱交換を行う。
これにより、温度が高い外部熱源２と接する第１の高熱伝導部材１１側が蒸発部、温度が低い受熱ブロック３と接合する第２の高熱伝導部材１３側が凝縮部となる。すなわち、作動流体は蒸発部で第１の高熱伝導部材１１から熱を吸収して蒸発し、その蒸発による潜熱を凝縮部で第２の高熱伝導部材１３へ放熱する。
【００１４】
すなわち、図５に示すように、蒸発部中のある点で沸騰が起こると、沸騰により体積が急激に膨張した作動流体は、流路中の作動流体を凝縮部方向へ移動させる。また、別の点で起きた沸騰によっても、同様に作動流体は移動させられる。
例えば、図中のＸ点で起きた沸騰により、実線矢印方向に作動流体が移動し、時間をずらしてＹ点で起きた沸騰によっても、破線矢印方向に作動流体が移動する。こうして、Ｘ点、Ｙ点に限らず蒸発部の各点で沸騰がランダムに生じると、その沸騰により作動流体が移動するため、結果として作動流体は流路内を振動して、蒸発部と凝縮部の間を往復する自励振動型ヒートパイプを形成することになる。
【００１５】
すなわち、振動は作動流体の蒸発と凝縮による圧力変化の結果である。
自励振動型ヒートパイプの動作は例えば特許第２７１４８８３号に詳しい。これにより、流路内にウイックがなくとも作動流体が移動して熱を運ぶ。
ウィックを必要としないため小型化が可能で、実験では、流路の径が０．１ｍｍ以下であっても、作動流体が振動することが確認できている。
【００１６】
作動流体流路２０には流体制御管１４を介してシリンジ１５を連結してあるので、作動流体流路２０内部の作動流体の量を調節することが可能である。作動流体の量によって熱交換される熱量が変化するので、ヒートパイプのコンダクタンス（熱伝達率）が可変になる。
すなわち、作動流体の量が所定の適量範囲である場合は、前述のとおり、作動流体流路２０内で作動流体の振動が生じて多量の熱が蒸発部から凝縮部へ運ばれるが、シリンジ１５のスプール１５ａを抜き方向にストロークさせて作動流体の量を極端に少なくした場合は、作動流体流路２０内の作動流体は全て蒸発してしまったあと急激な体積膨張がなくなるので振動が発生せず、また潜熱のやり取りもなくなるので熱交換が行われない。この結果、作動流体が蒸発部から凝縮部に運ぶ熱量はなくなる。
【００１７】
逆に、シリンジ１５のスプール１５ａを押し込んで作動流体の量を多くした場合は、作動流体流路２０内の作動流体の圧力が高くなる。作動流体の量が多過ぎて圧力が作動流体の蒸気圧よりも高くなると、蒸発部では蒸発が起こらなくなるから、この場合も振動が生じず、潜熱の発生もなくなり、作動流体が蒸発部から凝縮部に運ぶ熱量はなくなる。
【００１８】
したがって、シリンジ１５による作動流体流路２０への作動流体の封入量調節によって、ヒートパイプとしてのコンダクタンスが制御される。
すなわち、作動流体流路２０内で作動流体の振動が生じない状態での熱移動は、第１、第２の高熱伝導部材１１、１３間に挟まれた低熱伝導部材１２における熱伝導によるものだけとなり、振動が生じているときに比較して極端に小さくなる。したがって、シリンジ１５によって熱伝達特性を大幅に変化させることができ、熱伝達量のダイナミックレンジが拡大される。
【００１９】
なお、シリンジ１５の制御容量はせいぜい作動流体流路２０の容積と同程度でよい。作動流体流路２０の径は前述のように小さくできるので、作動流体流路２０の容積、ひいては作動流体の量も極微量にすることが可能であり、シリンジ１５も小さくすることができる。作動流体が極微量であることは、コンダクタンスの切り替え速度を早くすることができ、制御の応答性が高いことになる。
【００２０】
以上のような、可変コンダクタンスヒートパイプ１０の作動により、温度調節装置１では、外部熱源２から第１の高熱伝導部材１１に熱が供給されると、作動流体の振動が起きている場合には潜熱として瞬時に伝達され、低熱伝導部材１２を挟んだ反対側の第２の高熱伝導部材１３の温度を上昇させて、これに接している受熱ブロック３の温度を急速に上昇させる。一方、作動流体の振動が起きていない場合には、潜熱による熱伝達はないから、外部熱源２からの熱は低熱伝導部材１２における熱伝導に制約され、極めてゆっくりとしか受熱ブロック３に伝達されない。
これにより、受熱ブロック３側を加熱するときはその加熱度を調節することができ、外部熱源２側を冷却するときはその冷却度を調節することができる。
【００２１】
本実施例では、外部熱源２が発明における高温度側部材あるいは熱源に該当し、受熱ブロック３が低温度側部材に該当する。また、作動流体流路２０に連通する流体制御管１４と、その上端に設けられたシリンジ１５とで、封入量調節手段を構成している。
【００２２】
本実施例は以上のように構成され、蒸発部と凝縮部の間に作動流体流路を配した自励振動型のヒートパイプにおいて、第１、第２の高熱伝導部材１１、１３の間に低熱伝導部材１２を挟んで、当該低熱伝導部材１２に作動流体流路２０を形成し、一方の第１の高熱伝導部材１１が蒸発部の流路壁の少なくとも一部を形成し、他方の第２の高熱伝導部材１３が凝縮部の流路壁の少なくとも一部を形成するものとしたので、外部熱源２からの熱を直ちに作動流体に与え、あるいは作動流体からの熱を直ちに受熱ブロック３に伝えて、効率よく作動流体の蒸発、凝縮が行われる。しかもウイックを用いないために小型に構成される。
さらに、作動流体流路２０に封入される作動流体の量を調節するシリンジ１５を設けたので、作動流体の量を調節することによって第１の高熱伝導部材１１と第２の高熱伝導部材１３の間の熱伝達特性を変化させることができ、熱伝達量の広いダイナミックレンジが得られる。
【００２３】
とくに作動流体流路２０を形成する溝２３が低熱伝導部材１２のみに設けられ、溝２３が低熱伝導部材１２を挟む第１、第２の高熱伝導部材１１、１３で蓋されることにより閉断面の流路とされるので、第１、第２の高熱伝導部材１１、１３の合わせ面は単純な平坦面でよく、精密な位置合わせを要求されないから両高熱伝導部材１１、１３と低熱伝導部材１２の接合組み立てが簡単である。
また、第１、第２の高熱伝導部材１１、１３および低熱伝導部材１２が厚み方向に積層されているので、全体として塊状の小型に構成できる。
【００２４】
上述した温度調節装置１は、その適用例として例えば内燃機関の燃料の温度調節に用いることができる。
この場合、外部熱源２は内燃機関のシリンダブロック壁とする。
図６に示すように、受熱ブロック３は図示しない燃料タンクから内燃機関のインジェクタへの燃料配管４０の途中に挿入され、外部流体流路３２の一端は燃料配管４０の上流側に接続され、他端は下流側に接続されている。燃料配管４０には燃料の流量を計測する流量センサ４２を設ける。
流量センサ４２からの信号は制御装置４４に入力される。
シリンジ１５のスプール１５ａはアクチュエータ４６に連結されている。
【００２５】
シリンジ１５につながる流体制御管１４が接続している作動流体流路２０では、作動流体が液体あるいは気体にランダムに変化しているが、作動流体を適量範囲内および適量範囲外にするためのスプール１５ａの変化位置を予め実験により求めておく。
制御装置４４は流量センサ４２が検出した燃料の流量に基づいてアクチュエータ４６を制御し、これにより、シリンジ１５のスプール位置を変化させる。
【００２６】
ここで制御装置４４は次のようにアクチュエータ４６を制御する。
燃料の流れが速い場合は、燃料は短時間のうちに受熱ブロック３を通過してしまうため、その間の受熱量が少なく、温度は上昇しにくい。そこで制御装置４４は、流量センサ４２で検出した燃料の流量が多いときは、アクチュエータ４６を制御して、可変コンダクタンスヒートパイプの作動流体流路２０内の作動流体が所定の適量範囲となる位置にシリンジ１５のスプール１５ａを移動させ、作動流体の振動を生じさせる。これにより、外部熱源２（シリンダブロック壁）からの熱が多量に燃料へ伝達されて燃料を所定温度に維持する。
【００２７】
一方、燃料の流れが遅い場合は、受熱ブロック３をゆっくり流れるため、その間の受熱量が多くなり、温度が上昇しやすい。そこで制御装置４４は、流量センサ４２で検出した燃料の流量が少ないときは、アクチュエータ４６を制御して、スプール１５ａを作動流体流路２０内の作動流体が上記の適量範囲外となる位置に移動させて、作動流体の振動を止める。これにより、外部熱源２からの熱は低熱伝導部材１２における熱伝導による伝達量に制限されるので、燃料温度の過度な上昇が防止される。
上記の流量センサ４２、制御装置４４およびアクチュエータ４６が、発明における制御手段を構成している。
これにより、燃料配管４０を流れる燃料の流量に関わらず、燃料の温度が適切な所定レベルに調節することができる。
【００２８】
つぎに図７は第１の実施例の変形例を示す。これは、流体制御管１４の設置態様を異ならせたものである。
すなわち、流体制御管１４は第１、第２の高熱伝導部材１１、１３と低熱伝導部材１２の重ね方向に対して横向きに、低熱伝導部材１２から延びており、その内端は作動流体流路（２０）に連通し、外端にはシリンジ１５が設けられている。
その他の構成は上述の実施例と同じである。
これにより、受熱ブロック３Ａは流体制御管１４を避ける必要がなく、第２の高熱伝導部材１３の上面領域の全面を占めて、広い面積で接合できるから、受熱ブロック３Ａの受熱性能が実施例に比較して一層向上するとともに、外部流体流路３２も多数設けることができるという利点を有する。
なお、受熱ブロック３Ａが低温度側部材に該当する。また、作動流体流路（２０）に連通する流体制御管１４と、その先端に設けられたシリンジ１５とで、封入量調節手段を構成している。
【００２９】
つぎに第２の実施例について説明する。
図８は第２の実施例にかかる温度調節装置の全体構成を示す図である。
温度調節装置１Ｂにおいて、平板状の第１の低熱伝導部材５２上の両端部に第１、第２の高熱伝導部材５１、５４が接合され、これらの高熱伝導部材５１、５４の間には第２の低熱伝導部材５３が第１の低熱伝導部材５２上に接合されている。なお、図８では、理解を容易にするため、第１の低熱伝導部材５２を他から分離させて示してある。
第１の実施例におけると同様に、第１、第２の高熱伝導部材５１、５４は金属製、第１、第２の低熱伝導部材５２、５３は樹脂製である。
【００３０】
第１の低熱伝導部材５２の、第１、第２の高熱伝導部材５１、５４および第２の低熱伝導部材５３との合わせ面には、両高熱伝導部材５１、５４に対応する部位間を往復蛇行する溝５６が設けられて、第１、第２の高熱伝導部材５１、５４および第２の低熱伝導部材５３と接合されたとき、密閉された作動流体流路２０Ｂを形成する。
作動流体流路２０Ｂには、作動流体が封入される。
【００３１】
第２の低熱伝導部材５３からは、当該低熱伝導部材を貫通して作動流体流路２０Ｂに連通する流体制御管１４が立ち上がっており、流体制御管１４の上端にはシリンジ１５が設けられて、シリンジ１５のスプール位置を変化させることにより作動流体流路２０Ｂ内の作動流体を増減可能となっている。
以上の第１、第２の低熱伝導部材５２、５３と第１、第２の高熱伝導部材５１、５４、流体制御管１４ならびにシリンジ１５とで、可変コンダクタンスヒートパイプ５０が構成されている。とくに、作動流体流路２０Ｂに連通する流体制御管１４と、その上端に設けられたシリンジ１５とで、封入量調節手段を構成している。
【００３２】
可変コンダクタンスヒートパイプ５０の第１の高熱伝導部材５１上には外部熱源２Ｂが接合され、第２の高熱伝導部材５４上には受熱ブロック３Ｂが接合されて、温度調節装置１Ｂが構成されている。
作動流体流路２０Ｂが両高熱伝導部材５１、５４間を蛇行して往復しており、第１、第２の高熱伝導部材はそれぞれ作動流体流路２０Ｂの壁面の一部を構成しているので、作動流体流路２０Ｂに封入された作動流体は各高熱伝導部材５１、５４との間で熱交換を行う。
【００３３】
これにより、温度が高い外部熱源２Ｂと接する第１の高熱伝導部材５１側が蒸発部、温度が低い受熱ブロック３Ｂと接する第２の高熱伝導部材５４側が凝縮部となり、作動流体が蒸発部と凝縮部の間を往復する自励振動型ヒートパイプが形成される。
そして、作動流体流路２０Ｂには流体制御管１４を介してシリンジ１５を連結してあるので、作動流体流路２０Ｂ内部の作動流体の量を調節することが可能で、第１の実施例と同様に、ヒートパイプのコンダクタンス（熱伝達率）を変化させることができる。
【００３４】
本実施例では、外部熱源２Ｂが発明における高温度側部材あるいは熱源に該当し、受熱ブロック３Ｂが低温度側部材に該当する。また、作動流体流路２０Ｂに連通する流体制御管１４と、その上端に設けられたシリンジ１５とで、封入量調節手段を構成している。
【００３５】
本実施例は以上のように構成され、蒸発部と凝縮部の間に作動流体流路を配した自励振動型のヒートパイプにおいて、第１、第２の高熱伝導部材５１、５４の間に第１、第２の低熱伝導部材５２、５３を挟んで、両低熱伝導部材５２、５３間に作動流体流路２０Ｂを形成するとともに、一方の第１の高熱伝導部材５１が蒸発部の流路壁の少なくとも一部を形成し、他方の第２の高熱伝導部材５４が凝縮部の流路壁の少なくとも一部を形成するものとしたので、作動流体の振動時には、外部熱源２Ｂからの熱を直ちに作動流体に与え、あるいは作動流体からの熱を直ちに受熱ブロック３Ｂに伝えて、効率よく作動流体の蒸発、凝縮が行われる。
さらに、作動流体流路２０Ｂに封入される作動流体の量を調節するシリンジ１５を設けたので、作動流体の量を調節することによって第１の高熱伝導部材５１と第２の高熱伝導部材５４の間の熱伝達特性を変化させることができ、熱伝達量の広いダイナミックレンジが得られる。
【００３６】
作動流体流路２０Ｂを形成する溝５６は第１の低熱伝導部材５２のみに設けられ、溝５６が第１、第２の高熱伝導部材５１、５４および第２の低熱伝導部材５３で蓋されることにより閉断面の流路とされるので、両高熱伝導部材５１、５４および第２の低熱伝導部材５３の第１の低熱伝導部材５２との合わせ面は単純な平坦面でよく、精密な位置合わせを要求されないから各部材の接合組み立てが簡単である。
【００３７】
そしてとくに、可変コンダクタンスヒートパイプ５０の第１、第２の高熱伝導部材５１、５４は、第１の低熱伝導部材５２（および第２の低熱伝導部材５３）をその厚み方向ではなく、長手方向（面に沿った方向）に挟んでおり、蛇行する作動流体流路２０Ｂの往復方向も長手方向であるから、温度調節装置１Ｂ全体として扁平状に構成され、薄いスペースに配置するのに好適である。
【００３８】
本実施例の温度調節装置１Ｂも、第１の実施例と同様に、内燃機関の燃料の温度調節に用いることができる。
なお、流体制御管１４は図８中において第２の低熱伝導部材５３から外部熱源２Ｂと受熱ブロック３Ｂの間の空間を上方へ延ばしてあるが、設置環境に応じて第１の低熱伝導部材５２から下方へ延ばしてもよい。
【００３９】
つぎに第３の実施例について説明する。
図９は第３の実施例にかかる温度調節装置の全体構成を示す図である。
可変コンダクタンスヒートパイプ６０は、それぞれ平板状の第１の低熱伝導部材６２と第２の低熱伝導部材６３を長手方向にオフセットさせて重ね合わせて接合し、第２の低熱伝導部材６３の第１の低熱伝導部材６２と接合していない面には第１の高熱伝導部材６１を接合し、第１の低熱伝導部材６２の第２の低熱伝導部材６３と接合していない面には第２の高熱伝導部材６４を接合してある。
第１の実施例と同様に、第１、第２の高熱伝導部材６１、６４は金属製、第１、第２の低熱伝導部材６２、６３は樹脂製である。
【００４０】
図１０には、下側の第１の低熱伝導部材６２の合わせ面（上面）を実線で示し、上側の第２の低熱伝導部材６３の合わせ面（下面）を仮想線で示す。
第１の低熱伝導部材６２の、第２の高熱伝導部材６４および第２の低熱伝導部材６３との合わせ面には、第１の高熱伝導部材６１側の端縁近傍から第２の高熱伝導部材６４に対応する部位間に延びるとともに第２の高熱伝導部材６４側でＵ字状に折り返された溝を含む複数の溝６６が設けられている。また、第２の低熱伝導部材６３の、第１の高熱伝導部材６１および第１の低熱伝導部材６２との合わせ面には、第２の高熱伝導部材６４側の端縁近傍から第１の高熱伝導部材６１に対応する部位間に延びるとともに第１の高熱伝導部材６１側でＵ字状に折り返された溝を含む複数の溝６８が設けられている。
【００４１】
第１の低熱伝導部材６２の溝６６と第２の低熱伝導部材６３の溝６８とはそれぞれ整合させてあり、第１の低熱伝導部材６２と第２の低熱伝導部材６３とを重ねて接合したとき、両低熱伝導部材が重なる領域において溝６６と６８がそれぞれ連通して、第１、第２の高熱伝導部材６１、６４に対応する部位間を往復蛇行する密閉された作動流体流路２０Ｃを形成する。
作動流体流路２０Ｃには、作動流体が封入される。
【００４２】
第２の低熱伝導部材６３からは、当該低熱伝導部材を貫通して作動流体流路２０Ｃに連通する流体制御管１４が立ち上がっており、流体制御管１４の上端にはシリンジ１５が設けられて、シリンジ１５のスプール位置を変化させることにより作動流体流路２０Ｃ内の作動流体を増減可能となっている。
【００４３】
これにより、温度が高い第１の高熱伝導部材６１の温度が高く、第２の高熱伝導部材６４の温度が低いときには、第１の高熱伝導部材６１側が蒸発部、第２の高熱伝導部材６４側が凝縮部となり、作動流体が蒸発部と凝縮部の間を往復する自励振動型ヒートパイプが形成される。
そして、作動流体流路２０Ｃには流体制御管１４を介してシリンジ１５を連結してあるので、作動流体流路２０Ｃ内部の作動流体の量を調節することが可能で、第１の実施例と同様に、ヒートパイプのコンダクタンス（熱伝達率）を変化させることができる。
【００４４】
以上のように構成された可変コンダクタンスヒートパイプ６０の第１の高熱伝導部材６１には、第２の低熱伝導部材６３と反対側の面に外部熱源２Ｃが接合され、また、第２の低熱伝導部材６３には、第１の高熱伝導部材６１と対応する部位で、当該第１の高熱伝導部材と反対側の面に受熱ブロック３Ｃが接合されて、温度調節装置１Ｃが形成される。第２の高熱伝導部材６４にはとくに図示しないが放熱フィンなどを取り付ける。
【００４５】
外部熱源２Ｃから第１の高熱伝導部材６１に熱が供給されると、作動流体の振動が起きている場合には潜熱として瞬時に伝達され、第１、第２の低熱伝導部材６２、６３を挟んだ反対側の第２の高熱伝導部材６４の温度を上昇させて放熱する。
一方、作動流体の振動が起きていない場合には、潜熱による熱伝達はないから、外部熱源２Ｃからの熱は低熱伝導部材６２、６３における熱伝導に制約され、第２の高熱伝導部材６４からの放熱は極端に小さくなる。そして、外部熱源２Ｃから第１の高熱伝導部材６１に入った熱は、第２の低熱伝導部材６３における熱伝導によって受熱ブロック３Ｃへ伝達される。
【００４６】
本実施例では、外部熱源２Ｃが発明における高温度側部材に該当し、受熱ブロック３Ｃが低温度側部材に該当する。また、作動流体流路２０Ｃに連通する流体制御管１４と、その上端に設けられたシリンジ１５とで、封入量調節手段を構成している。
【００４７】
本実施例は以上のように構成され、外部熱源２Ｃに重ねた第１の高熱伝導部材６１と受熱ブロック３Ｃの間に第２の低熱伝導部材６３を挟んで、当該低熱伝導部材における熱伝導によって外部熱源２Ｃから受熱ブロック３Ｃへ熱を移動させるよう構成するとともに、外部熱源２Ｃから受熱ブロック３Ｃへの熱移動方向とは異なる方向に第１、第２の低熱伝導部材６２、６３を延ばしてその先端部に第２の高熱伝導部材６４を設け、第１、第２の低熱伝導部材６２、６３に、第１の高熱伝導部材６１に対応する部位から第２の高熱伝導部材６４に対応する部位にわたる作動流体流路２０Ｃを配した自励振動型のヒートパイプを形成し、第１の高熱伝導部材６１が蒸発部の流路壁の少なくとも一部を形成し、第２の高熱伝導部材６４が凝縮部の流路壁の少なくとも一部を形成するものとしたので、外部熱源２Ｃからの熱を直ちに作動流体に与え、あるいは作動流体からの熱を直接受けて放熱し、効率よく作動流体の蒸発、凝縮が行われる。
さらに、作動流体流路２０Ｃに封入される作動流体の量を調節するシリンジ１５を設けたので、作動流体の量を調節することによって第１の高熱伝導部材６１と第２の高熱伝導部材６４の間の熱伝達特性を変化させることができ、熱伝達量の広いダイナミックレンジが得られる。
【００４８】
これにより、通常は作動流体の振動を起こさせずに、外部熱源２Ｃからの熱を積層された第１の高熱伝導部材６１および第２の低熱伝導部材６３を介して、第２の低熱伝導部材に直接接合された受熱ブロック３Ｃへ熱伝導によって伝達させ、受熱ブロックを流れる外部流体を加熱する一方、外部流体の温度が上昇しすぎる場合には、シリンジ１５の操作によって作動流体の量を適量範囲とし、作動流体の振動を起こさせる。
作動流体の振動が起きると、外部熱源２Ｃから第１の高熱伝導部材６１に伝達された熱は潜熱として瞬時に第２の高熱伝導部材６４へ伝達され、第２の高熱伝導部材の温度を上昇させて放熱される。この結果、多量の熱が第２の高熱伝導部材６４へ逃げて放熱されて、受熱ブロック３Ｃへの熱伝達量が低減する。また受熱ブロック３Ｃは作動流体流路が形成された第２の低熱伝導部材に直接接合されているので、受熱ブロック３Ｃの熱も第２の高熱伝導部材６４へ放熱される。
こうして、外部流体の過熱を防止することができる。
【００４９】
なお、第１の実施例では、第１、第２の高熱伝導部材１１、１３と低熱伝導部材１２の接合組み立てを容易とするため、作動流体流路を形成する貫通孔２２や溝２３を低熱伝導部材１２にのみ設けるものとし、また第２の実施例では、第１の低熱伝導部材５２に対する第１、第２の高熱伝導部材５１、５４および第２の低熱伝導部材５３の接合組み立てを容易とするため、作動流体流路を形成する溝５６を第１の低熱伝導部材５２にのみ設けるものとたが、本発明はこれに限定されず、接合する相手部材にも作動流体流路のための溝等を形成してよい。
【００５０】
また、各実施例では、各高熱伝導部材を金属製、低熱伝導部材を樹脂製としたが、高熱伝導部材と低熱伝導部材の少なくとも一方にセラミックを用いることができる。セラミックは例えばガラスなどのように熱伝導度が１Ｗ／ｍ・Ｋと低いものから、窒化アルミなどのように熱伝導度が１７０Ｗ／ｍ・Ｋと高いものまで特性の異なるものが得られるから、熱伝導度を選択して用いる。
セラミックは焼結前のグリーンシート状態では比較的やわらかく、加工が容易であるが、焼結すると硬化して変形しないという製作に好ましい特性を有する。
そしてとくに、高熱伝導部材と低熱伝導部材の両方にセラミックを用いる場合には、両部材の位置合わせ後に一括で焼結することにより個別に焼結する手間が省けるとともに、そのまま接合されるという利点がある。さらには、セラミックの熱膨張係数は一般に小さい上に、セラミック同士ということから異種材料同士の場合に生じやすい温度変化による割れや剥がれの心配もない。
【００５１】
また、各実施例の外部熱源や受熱ブロックは、可変コンダクタンスヒートパイプをなしている各高熱伝導部材、あるいは低熱伝導部材に接合して一体化されているものとしたが、伝熱グリスなどを介して接続することもできる。しかし、熱伝達に対する無駄な抵抗が極力省かれる点で、接合による一体化が好ましい。
なお、可変コンダクタンスヒートパイプの蒸発部側および凝縮部側の両方に高熱伝導部材を設けたが、例えば加熱対象または冷却対象となる一方側にだけ高熱伝導部材を設けることとしてもよい。
【００５２】
また、本発明の具体的な適用例として、内燃機関の燃料の加熱に用いて、燃料の流量に応じて作動流体の振動の発生を制御する例を示したが、流量の代わりに直接燃料の温度を検知して、温度に応じて作動流体の振動の発生を制御するようにしてもよい。
さらに、燃料など流体の加熱に限定されず、本発明は半導体装置の放熱装置そのほか種々の温度調節装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施例の全体構成を示す図である。
【図２】可変コンダクタンスヒートパイプの外観図である。
【図３】第１の高熱伝導部材と低熱伝導部材を分離して示す分解斜視図である。
【図４】図２の切断面Ｐにおける断面図である。
【図５】ヒートパイプにおける振動の発生を示す説明図である。
【図６】内燃機関の燃料温度調節に適用した例を示す全体構成図である。
【図７】第１の実施例の変形例を示す図である。
【図８】第２の実施例の全体構成を示す図である。
【図９】第３の実施例の全体構成を示す図である。
【図１０】第１、第２の低熱伝導部材の合わせ面の溝形状を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１、１Ｂ、１Ｃ    温度調節装置
２、２Ｂ、２Ｃ    外部熱源
３、３Ｂ、３Ｃ    受熱ブロック
１０、５０、６０    可変コンダクタンスヒートパイプ
１１    第１の高熱伝導部材
１２    低熱伝導部材
１３    第２の高熱伝導部材
１４    流体制御管
１５    シリンジ
１５ａ    スプール
２０、２０Ｂ、２０Ｃ    作動流体流路
２１    溝列
２２    貫通孔
２３    溝
２４    横方向溝
３２    外部流体流路
４０    燃料配管
４２    流量センサ
４４    制御装置
４６    アクチュエータ
５２、６２    第１の低熱伝導部材
５３、６３    第２の低熱伝導部材
５１、６１    第１の高熱伝導部材
５４、６４    第２の高熱伝導部材
５６、６６、６８    溝
【図１】
2007333246.tif 000003
【図２】
2007333246.tif 000004
【図３】
2007333246.tif 000005
【図４】
2007333246.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007333246.tif 000008
【図７】
2007333246.tif 000009
【図８】
2007333246.tif 000010
【図９】
2007333246.tif 000011
【図１０】
2007333246.tif 000012