(57)【要約】【課題】作動液との熱抵抗を低減して熱輸送性能を向上させるとともに、圧力損失が増大することを抑制する。【解決手段】一方向性の開気孔を有する複数の発泡金属層２１と、所定間隔を空けて設けられた発泡金属層２１同士に挟まれた中間層２２とを有する複層構造２０を備えたループ型サーモサイホン１において、複層構造２０は蒸発部２に設けられ、発泡金属層２１は、密閉容器１０の内部で流路断面の全面に亘り設けられ、かつ開気孔が流路断面と直交する方向に貫通するように構成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器の内部に封入された作動流体の潜熱を利用して熱輸送するように構成され、前記密閉容器は、前記密閉容器の一部が冷却対象部材の熱を受け取ることにより作動液が蒸発する蒸発部と、前記蒸発部よりも高い位置に設けられ、かつ前記密閉容器外に放熱して前記蒸気を凝縮させる凝縮部と、前記蒸発部で生じた蒸気が前記凝縮部へ向けて流動する気体流路と、前記凝縮部で生じた作動液が重力により前記蒸発部へ向けて還流する液体流路とを備え、前記気体流路と前記液体流路とが分離して形成されているループ型サーモサイホンにおいて、
一方向性の開気孔を有する複数の発泡金属層と、
所定間隔を空けて設けられた前記発泡金属層同士に挟まれた中間層とを有する複層構造を備え、
前記発泡金属層は、前記密閉容器の内部で流路断面の全面に亘り設けられ、かつ前記開気孔が前記流路断面と直交する方向に貫通し、
前記複層構造は、前記蒸発部に設けられている
ことを特徴とするループ型サーモサイホン。
【請求項２】
前記発泡金属層は、前記中間層以上の厚さに形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のループ型サーモサイホン。
【請求項３】
前記複層構造は、さらに前記凝縮部に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のループ型サーモサイホン。
【請求項４】
前記蒸発部に設けられた複層構造では、作動時および非作動時において、全ての前記発泡金属層が前記作動液と接触するように構成されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のループ型サーモサイホン。
【請求項５】
前記密閉容器は、前記発泡金属層と同じ金属により形成され、
前記発泡金属の周縁部分は、前記密閉容器の内周壁面と一体化されている
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サーモサイホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、重力により作動液を還流させるサーモサイホンに関し、特に気体流路と液体流路とを分離したループ型の熱輸送経路を形成するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、潜熱を利用した熱輸送素子としてヒートパイプが周知である。ヒートパイプでは、密閉容器の内部に、熱輸送媒体として水やアルコールやアンモニアなどの作動流体（相変化物質）が封入されている。ヒートパイプが熱輸送する場合、蒸発部に供給された熱によって作動液を蒸発させ、その蒸気は蒸発部よりも温度および圧力が低い凝縮部に流動し、凝縮部で蒸気を放熱させて凝縮させる。そして、凝縮部で生じた作動液を蒸発部へ還流させる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、円筒状の密閉容器からなるヒートパイプが記載されている。そのヒートパイプでは、密閉容器の内周壁面に発泡金属を設け、発泡金属よりも内側が空洞に形成されている。
【０００４】
また、特許文献２には、いわゆるボトムヒートモードで動作するヒートパイプが記載されている。そのヒートパイプでは、非動作時に密閉容器の厚さ方向に対する圧縮強度を向上するために、台形状に形成された密閉容器内部の全域に亘って、発泡金属が詰められている。その発泡金属は、気孔の大きさが異なる二種類のものが含まれる。気孔の細かい発泡金属は液体流路として密閉容器の内壁面の全周に亘って設けられ、その内側に気孔の粗い発泡金属が気体流路として設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−１１９７８９号公報
【特許文献２】特開平０９−３０３９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ヒートパイプには、凝縮部で生じた作動液を蒸発部へ還流させる方式として、ウィック式とサーモサイホン式との二種類がある。
【０００７】
ウィック式では、上記の特許文献１，２に記載された構成のように、密閉容器の内壁面に設けられたウィックによる毛細管力によって作動液を蒸発部へ還流させる。さらに、蒸気の流路（気体流路）と作動液の還流路（液体流路）とが密閉容器の同一領域内に形成されているので、蒸気流と液流とが対向流となって気液界面をなす。そのため、作動液の還流が蒸気流によって阻害されることがあり、蒸発部で作動液が不足し、熱輸送性能が低下する可能性がある。
【０００８】
一方、サーモサイホン式では、重力によって作動液を蒸発部へ還流させるため、熱の輸送方向が鉛直方向となり、凝縮部を蒸発部より高い位置に設けることになる。さらに、気体流路と液体流路とを分離させたループ型の熱輸送経路を形成するものが知られている。気体流路と液体流路とが分離している場合、液還流が蒸気流によって阻害されることがなく、熱輸送限界が増大して熱輸送性能が向上する。
【０００９】
しかしながら、ループ型においても、密閉容器と作動流体との熱抵抗を低減して、伝熱効率を向上させるためには改良の余地がある。特に、ループ型では作動流体の熱輸送経路が循環路となるため、密閉容器内部で大きな圧力損失が生じると、作動流体が閉ループ内を循環できずループ型サーモサイホンが作動しない可能性がある。
【００１０】
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、作動液との熱抵抗を低減して熱輸送性能を向上させるとともに、圧力損失が増大することを抑制するループ型サーモサイホン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】
【００１１】
上記の目的を達成するために、この発明は、密閉容器の内部に封入された作動流体の潜熱を利用して熱輸送するように構成され、前記密閉容器は、前記密閉容器の一部が冷却対象部材の熱を受け取ることにより作動液が蒸発する蒸発部と、前記蒸発部よりも高い位置に設けられ、かつ前記密閉容器外に放熱して前記蒸気を凝縮させる凝縮部と、前記蒸発部で生じた蒸気が前記凝縮部へ向けて流動する気体流路と、前記凝縮部で生じた作動液が重力により前記蒸発部へ向けて還流する液体流路とを備え、前記気体流路と前記液体流路とが分離して形成されているループ型サーモサイホンにおいて、一方向性の開気孔を有する複数の発泡金属層と、所定間隔を空けて設けられた前記発泡金属層同士に挟まれた中間層とを有する複層構造を備え、前記発泡金属層は、前記密閉容器の内部で流路断面の全面に亘り設けられ、かつ前記開気孔が前記流路断面と直交する方向に貫通し、前記複層構造は、前記蒸発部に設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明は、上記の発明において、前記発泡金属層は、前記中間層以上の厚さに形成されていることを特徴とするループ型サーモサイホンである。
【００１３】
この発明は、上記の発明において、前記複層構造は、さらに前記凝縮部に設けられていることを特徴とするループ型サーモサイホンである。
【００１４】
この発明は、上記の発明において、前記蒸発部に設けられた複層構造では、作動時および非作動時において、全ての前記発泡金属層が前記作動液と接触するように構成されていることを特徴とするループ型サーモサイホンである。
【００１５】
この発明は、上記の発明において、前記密閉容器は、前記発泡金属層と同じ金属により形成され、前記発泡金属の周縁部分は、前記密閉容器の内周壁面と一体化されていることを特徴とするループ型サーモサイホンである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、蒸発部に発泡金属層を有する複層構造が設けられていることにより、蒸発部において伝熱面積が増大して熱抵抗を低減できるので、作動液への伝熱効率が向上する。したがって、熱輸送性能が向上する。その発泡金属層には、貫通孔として一方向性の開気孔が設けられているので、圧力損失が増大することを抑制できる。さらに、発泡金属層同士の間に中間層が設けられているので、複層構造による圧力損失の増大を抑制できる。つまり、伝熱面積を増大させるために流路断面の全面に亘って発泡金属層を設けても、作動流体が閉ループ内を流動可能であるため、ループ型サーモサイホンを作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】具体例のループ型サーモサイホンを模式的に示した断面図である。
【図２】蒸発部に設けられた複層構造を説明するための拡大断面図である。
【図３】発泡金属層の上下面を模式的に示した説明図である。
【図４】（ａ）は非作動時の蒸発部における作動液を模式的に示し、（ｂ）は作動時の蒸発部における作動液および蒸気を模式的に示した説明図である。
【図５】変形例のループ型サーモサイホンを模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明のループ型サーモサイホンにおける具体例について説明する。
【００１９】
図１は、この具体例のループ型サーモサイホンにおける内部構造を模式的に示した断面図である。図１に示すように、ループ型サーモサイホン１は、作動流体の潜熱を利用して熱輸送するものであり、内部に作動流体（図１には示さず）が封入された密閉容器１０を主体に構成されている。密閉容器１０の一部として、蒸発部２と凝縮部３と気体流路４と液体流路５とが構成されている。作動流体は、気体と液体の二相に変化する周知の相変化物質により構成された熱輸送媒体である。例えば、作動流体として水やアルコールやアンモニアなどを採用できる。
【００２０】
なお、この説明では、図１中の上下を鉛直方向とし、左右を水平方向として説明する。また、図１に示す白抜き矢印は入熱あるいは放熱を表し、黒矢印は密閉容器１０内の作動流体が流動する方向（流動方向）を表している。
【００２１】
密閉容器１０は、全体外形が四角形環状となる閉ループ構造に形成された金属管である。例えば、円筒状の銅管によって密閉容器１０が形成される。この具体例では、密閉容器１０は、蒸発部２が設けられた受熱管１１と、凝縮部３が設けられた放熱管１２と、気体流路４としての蒸気管１３と、液体流路５としての液管１４とにより形成されている。
【００２２】
受熱管１１および放熱管１２は鉛直方向に並行して延びる鉛直管である。蒸気管１３および液管１４は水平方向に並行して延びる水平管である。受熱管１１は、上端側が蒸気管１３の左端側と接続され、かつ下端側が液管１４の左端側と接続されている。放熱管１２は、上端側が蒸気管１３の右端側と接続され、かつ下端側が液管１４の右端側と接続されている。
【００２３】
蒸発部２は、受熱管１１のうち下方部分の一部として、所定の鉛直方向長さを有するように形成されている。蒸発部２とは、受熱管１１の一部分が冷却対象部材（発熱体）で生じた熱を受け取ることにより、受熱管１１内部の液相の作動流体（以下「作動液」という）を蒸発させる構成のことである。受熱管１１の外面は発熱体と接触している。また、蒸発部２の下端は受熱管１１の下端よりも上方に設けられている。受熱管１１において、蒸発部２よりも上方部分は気体流路４となり、かつ蒸発部２よりも下方部分は液体流路５となる。
【００２４】
凝縮部３は、放熱管１２における上方部分の一部として、所定の鉛直方向長さを有するように形成されている。凝縮部３とは、放熱管１２の一部が蒸発部２で生じた気相の作動流体（以下「蒸気」という）の熱を放熱管１２外部へ放熱することにより、放熱管１２内部の蒸気を凝縮させる構成のことである。凝縮部３の上端は放熱管１２の上端よりも下方に設けられている。放熱管１２において、凝縮部３よりも下方部分は液体流路５となり、かつ凝縮部３よりも上方部分は気体流路４となる。また、鉛直方向において、凝縮部３は蒸発部２よりも上方（高い位置）に設けられている。なお、凝縮部３では、放熱管１２の外面にヒートシンクなどの放熱部材が設けられてもよい。
【００２５】
気体流路４と液体流路５とは、分離して形成されている。気体流路４は、蒸気管１３を主体に形成され、蒸発部２と凝縮部３とを接続する輸送管である。液体流路５は、液管１４を主体に形成され、凝縮部３と蒸発部２とを接続する輸送管である。密閉容器１０の内部は、閉ループ型の熱輸送経路（以下「循環路」という）を形成し、受熱管１１内、蒸気管１３内、放熱管１２内、液管１４内、再び受熱管１１内との順番に連通する。したがって、ループ型サーモサイホン１では、作動流体が密閉容器１０内を一方向へ（図１中では時計回りに）流動し、循環路内を循環することになる。
【００２６】
ループ型サーモサイホン１における熱輸送サイクルについて説明すると、まず、発熱体の熱を受け取った蒸発部２において作動液が蒸発する。蒸発部２で生じた蒸気は、受熱管１１内を上方へ流動し蒸気管１３内を右方へ流動した後、放熱管１２内へ流入して凝縮部３に到達する。そして、凝縮部３で凝縮された作動液は、重力により放熱管１２内を下方へ流動し、液管１４内を左方へ流動して蒸発部２に還流する。液管１４内に溜まった作動液は、放熱管１２側の気液界面が蒸気圧を受けながら、蒸発部２に接触している。蒸発部２に還流された作動液が再び蒸発することにより、上述した熱輸送サイクルを繰り返すことになる。
【００２７】
さらに、ループ型サーモサイホン１では、蒸発部２に複層構造２０が設けられている。複層構造２０とは、水平方向に広がる発泡金属層２１を複数有し、各発泡金属層２１を鉛直方向で所定間隔を空けて配置し、その発泡金属層２１同士に挟まれた空間として中間層２２が形成されている構造のことである。
【００２８】
図２に示すように、複層構造２０は、三層の発泡金属層２１と、二層の中間層２２とにより形成されている。発泡金属層２１同士が鉛直方向で所定間隔Δｈを空けて設けられていることにより、中間層２２は厚さΔｈに形成される。
【００２９】
発泡金属層２１は、所定の厚さ（鉛直方向長さ）Ｄで水平方向に広がるように形成され、受熱管１１における内周壁面１１ａの全周と接触している。言い換えれば、受熱管１１内における流路断面の全面に亘って円筒状の発泡金属層２１が設けられている。なお、受熱管１１は蒸発部２において鉛直方向に沿って延びているので、受熱管１１内の流路断面は水平面上に形成される。
【００３０】
具体的には、発泡金属層２１は、鉛直方向に延びる開気孔２１ｂを複数有する発泡金属２１ａによって形成されている。発泡金属２１ａには、ロータス型（蓮根型）ポーラス金属と称される、一方向に配列したマイクロからサブミリオーダーの気孔を有する発泡金属が含まれる。つまり、受熱管１１内では、流路断面に沿って設けられた発泡金属層２１において、開気孔２１ｂが流路断面に直交する方向（鉛直方向）に貫通している。
【００３１】
例えば、発泡金属２１ａの作製方法として、高圧水素ガスの雰囲気下で、銅などの金属を溶解し、かつ一方向凝固し、融点におけるガス原子の溶解度差を利用した作製方法がある。あるいは、水素化物や窒化物などのガス化合物を、溶融金属に添加することにより発泡金属２１ａが作製される。そのように作製された発泡金属２１ａでは、内部に一方向へ延びる気孔が配列されている。気孔が一方向に延びる場合、泡状の気孔同士が複数繋がることにより一方向に延びる形状になるため、鉛直方向に沿って直線状に延びている気孔や、曲がりくねった形状ではあるものの鉛直方向へ延びている気孔などが含まれる。さらに、全体形状や直線状の気孔や、全体形状が曲がりくねった形状の気孔や、部分的に曲がりくねった形状や直線状になっている気孔が含まれる。そして、その発泡金属２１ａを、気孔が延びている方向に対する直交方向に切断することにより、上述した所定厚さＤの発泡金属層２１を形成することができる。その切断と同時に、各気孔は、発泡金属層２１を鉛直方向に貫通する貫通孔として開気孔２１ｂを形成する。
【００３２】
開気孔２１ｂは、鉛直方向に延び、その両端部分が開口部として、発泡金属層２１における下面２１ｃおよび上面２１ｄに開口している。上下面２１ｄ，２１ｃは、受熱管１１内の流路断面に平行な水平面であって、発泡金属層２１と中間層２２との積層界面を形成する境界面上に形成されている。すなわち、下面２１ｃは下方の中間層２２に露出し、上面２１ｄは上方の中間層２２に露出していることになる。要するに、開気孔２１ｂは鉛直方向での両端部分側が開口していればよく、上述したように発泡金属２１ａ内の気孔形状は直線状のものに限定されない。
【００３３】
図３は、発泡金属層２１の下面２１ｃあるいは上面２１ｄを示している。図３に示すように、上下面２１ｄ，２１ｃには、開気孔２１ｂにおける一方端側の開口部が複数形成されている。例えば、下面２１ｃおよび上面２１ｄでは、開気孔２１ｂの開口部による開口面積の総面積が、発泡金属２１ａにより形成された部分の全面積よりも大きくなるように形成されている。このように、上下面２１ｄ，２１ｃにおいて開気孔２１ｂによる開口面積が大きく形成されていることにより、圧力損失が増大することを抑制できる。
【００３４】
また、発泡金属層２１の周縁部分は、受熱管１１の内周壁面１１ａの全周と接触している。発泡金属２１ａが銅であり、かつ受熱管１１が銅製の場合、発泡金属層２１の周縁部分と内周壁面１１ａとが一体化（接合）されている。詳細には、発泡金属層２１の周縁部分のうち、発泡金属２１ａが内周壁面１１ａと密着していることになる。このように、発泡金属２１ａと受熱管１１とが同一金属により形成されていることにより、熱抵抗を低減することができ、より効率的に作動液に熱伝達することができる。
【００３５】
中間層２２は、鉛直方向で、上層の発泡金属層２１の下面２１ｃと、下層の発泡金属層２１の上面２１ｄとに挟まれている。つまり、その上下面２１ｄ，２１ｃと、受熱管１１の内周壁面１１ａとにより、中間層２２が区画されている。したがって、開気孔２１ｂの開口部は、中間層２２に開口していることになる。
【００３６】
また、複層構造２０は、流動方向の上流側すなわち鉛直方向で下方から順に、最下層となる第一層Ｌ１としての発泡金属層２１、第二層Ｌ２としての中間層２２、第三層Ｌ３としての発泡金属層２１、第四層Ｌ４としての中間層２２、最上層となる第五層Ｌ５としての発泡金属層２１を有している。
【００３７】
この場合に、第一層Ｌ１となる発泡金属層２１の下面２１ｃは、複層構造２０の最下面となり、複層構造２０と液体流路５との境界面上に設けられて、液体流路５に面している。さらに、第五層Ｌ５となる発泡金属層２１の上面２１ｄは、複層構造２０の最上面となり、複層構造２０と気体流路４との境界面上に設けられて、気体流路４に面している。
【００３８】
ここで、図４を参照して、ループ型サーモサイホン１の非作動時および作動時について詳細に説明する。図４（ａ）は非作動時の蒸発部２における作動液を示し、図４（ｂ）は作動時の蒸発部２における作動液と複層構造２０内で生じる蒸気とを示している。なお、図４（ｂ）に示す白丸は蒸気を表している。さらに、ここでは説明の便宜上、各発泡金属層２１を、第一層Ｌ１，第三層Ｌ３，第五層Ｌ５と記載し、各中間層２２を、第二層Ｌ２，第四層Ｌ４と記載する。
【００３９】
図４（ａ）に示すように、非作動時には、複層構造２０の全層Ｌ１〜Ｌ５が作動液内に浸かっており、作動液が各開気孔２１ｂ内に保持されている。つまり、全ての上下面２１ｄ，２１ｃが作動液に触れている。また、開気孔２１ｂは鉛直方向に沿って延びる一方向性のマイクロからサブミリオーダーの気孔により形成されているので、作動液が開気孔２１ｂ内を流動する際に生じる圧力損失を抑制することができる。
【００４０】
そして、受熱管１１が発熱体から熱を受け取ることにより、受熱管１１から発泡金属層２１に熱伝導し、発泡金属２１ａのうち作動液と触れている表面部分は蒸発面（伝熱面）となる。つまり、発泡金属２１ａの表面部分のうち、開気孔２１ｂの孔内を形成する部分と、下面２１ｃを形成する部分と、上面２１ｄを形成する部分とが蒸発面となる。さらに、蒸発部２の蒸発面には、各中間層２２を区画する受熱管１１の内周壁面１１ａが含まれる。
【００４１】
図４（ｂ）に示すように、作動時には、複層構造２０の全層Ｌ１〜Ｌ５が作動液内に浸かっている状態で作動液が蒸発する。開気孔２１ｂ内の作動液は、発泡金属２１ａからの熱伝達によって蒸発する。開気孔２１ｂ内で生じた蒸気は、開気孔２１ｂ内を上方へ向けて一方向に流動して、開気孔２１ｂの上方開口部から中間層２２へ、あるいは気体流路４へ流出する。また、作動流体は、放熱管１２側の気液界面で受ける蒸気圧によって、開気孔２１ｂの下方開口部から開気孔２１ｂ内に流入し、開気孔２１ｂ内を上方へ向けて流動する。開気孔２１ｂは鉛直方向に沿って延びる一方向性のマイクロ気孔であるため、作動時に開気孔２１ｂ内を蒸気が流動する際に生じる圧力損失を抑制することができる。
【００４２】
また、開気孔２１ｂ内から中間層２２へ流出した蒸気は、中間層２２内を上方へ向けて流動しつつ、水平方向に拡散する。このように、中間層２２内では、蒸気を水平方向に自由に拡散できるため、複層構造２０内で生じる圧力損失を抑制することができる。例えば、複層構造２０を備えるループ型サーモサイホン１と、中間層２２を有さず蒸発部３分（複層構造２０分）の鉛直方向長さ全域が発泡金属層２１のみにより構成された場合のループ型サーモサイホンとを比較すると、複層構造２０を備えるループ型サーモサイホン１のほうが圧力損失を小さくでき熱輸送性能がよい。そして、第五層Ｌ５の開気孔２１ｂ内から気体流路４へ流出された蒸気は、気体流路４内を上方へ流動しつつ、水平方向に拡散する。
【００４３】
ここで、作動時に、第一層Ｌ１で生じた蒸気が、気体流路４に流出するまでの流動過程について、詳細に説明する。
【００４４】
第一層Ｌ１内では、開気孔２１ｂ内で作動液が蒸発する。第一層Ｌ１内の蒸気（以下「第一層蒸気」という）は、開気孔２１ｂ内を上方へ流動し、上方開口部から第二層Ｌ２へ流出する。なお、第一層Ｌ１の下面２１ｃと、複層構造２０よりも下方の受熱管１１における内周壁面１１ａとで、作動液が蒸発してもよい。その蒸気は、第一層Ｌ１の下面２１ｃに設けられた下方開口部から開気孔２１ｂ内（第一層Ｌ１内）に流入する。
【００４５】
第二層Ｌ２内では、第一層Ｌ１の上面２１ｄと、受熱管１１の内周壁面１１ａと、第三層Ｌ３の下面２１ｃとで作動液が蒸発する。つまり、第二層Ｌ２内の蒸気（以下「第二層蒸気」という）には、第二層Ｌ２内で発生した蒸気に加えて、第一層Ｌ１から流入した第一層蒸気が含まれる。第二層蒸気は、第二層Ｌ２内を上方へ流動しつつ、水平方向には自由に流動できる。そして、第二層Ｌ２と第三層Ｌ３との積層界面に到達した第二層蒸気は、第三層Ｌ３の下面２１ｃに設けられた下方開口部から開気孔２１ｂ内（第三層Ｌ３内）に流入する。
【００４６】
第三層Ｌ３内では、開気孔２１ｂ内で作動液が蒸発する。つまり、第三層Ｌ３内の蒸気（以下「第三層蒸気」という）には、第三層Ｌ３で発生した蒸気に加えて、第二層Ｌ２から流入した第二層蒸気が含まれる。第三層蒸気は、開気孔２１ｂ内を上方へ流動し、上方開口部から第四層Ｌ４へ流出する。
【００４７】
第四層Ｌ４内では、第三層Ｌ３の上面２１ｄと、受熱管１１の内周壁面１１ａと、第五層Ｌ５の下面２１ｃとで作動液が蒸発する。つまり、第四層Ｌ４内の蒸気（以下「第四層蒸気」という）には、第四層Ｌ４内で発生した蒸気に加えて、第三層Ｌ３から流入した第三層蒸気が含まれる。第四層蒸気は、第四層Ｌ４内を上方へ流動しつつ、水平方向には自由に流動できる。そして、第四層Ｌ４と第五層Ｌ５との積層界面に到達した第四層蒸気は、第五層Ｌ５の下面２１ｃに設けられた下方開口部から開気孔２１ｂ内（第五層Ｌ５内）に流入する。
【００４８】
第五層Ｌ５内では、開気孔２１ｂ内で作動液が蒸発する。つまり、第五層Ｌ５内の蒸気（以下「第五層蒸気」という）には、第五層Ｌ５で発生した蒸気に加えて、第四層Ｌ４から流入した第四層蒸気が含まれる。第五層蒸気は、開気孔２１ｂ内を上方へ流動し、上方開口部から気体流路４へ流出する。
【００４９】
このように、蒸発部２で生じた蒸気が気体流路４内に放出されることにより、密閉容器１０内に蒸気圧が発生する。その蒸気圧によって密閉容器１０内の圧力が上昇する。そして、蒸気圧は、液管１４内の作動液に対して、放熱管１２側の気液界面（水面）に作用する。作動液に蒸気圧が作用することにより、液管１４内の作動液は、受熱管１１内の蒸発部２側へ流動して、蒸発部２側で水位を上昇させようとする。すなわち、ループ型サーモサイホン１の作動時に、蒸発部２内の作動液が蒸発して受熱管１１側の水位が低下しても、蒸気圧によって蒸発部２内の水位を上昇させることができるので、発泡金属層２１の開気孔２１ｂ内に作動液が存在することになる。例えば、作動時に蒸発部２の発泡金属層２１で作動液が蒸発しても、全ての発泡金属層２１が作動液に浸かるように受熱管１１側の水位が上昇する。そのため、ループ型サーモサイホン１を作動させるために必要な量の作動液が蒸発しても、蒸発部２の複層構造２０において、ドライアウトが生じることを抑制できる。したがって、蒸発部２における蒸発面積（伝熱面積）を有効に利用することができ、熱輸送性能を向上させることができる。蒸発部２に複層構造２０が設けられていることにより、発泡金属層２１によって蒸発面が増大するので、作動流体との熱抵抗を低減でき、熱輸送性能が向上する。
【００５０】
さらに、ループ型サーモサイホン１では、上述したように、第一層Ｌ１から第五層Ｌ５の順に、層内に存在する蒸気量が増大することになる。すなわち、複層構造２０内において、作動流体の流動経路で下流側に行くにつれて、作動液の割合が低下することになる。これにより、複層構造２０内で生じる圧力損失を低減することができる。
【００５１】
ここで、ループ型サーモサイホン１の寸法例について説明する。例えば、発泡金属層２１の厚さＤは、５〜３０ｍｍ程度に形成される。開気孔２１ｂの径は、０．５〜３ｍｍ程度に形成される。発泡金属層２１同士の鉛直方向間隔Δｈ、すなわち中間層２２の厚さは、１〜５ｍｍ程度に形成される。このように、発泡金属層２１が、中間層２２よりも厚く形成されていることにより、開気孔２１ｂを長く形成することができ、伝熱面積を増大させることができる。
【００５２】
以上説明した通り、この具体例のループ型サーモサイホンによれば、蒸発部に一方向性の開気孔を有する発泡金属層が設けられていることにより、蒸発部において伝熱面積が増大して熱抵抗を低減できるので、作動液への伝熱効率が向上して、熱輸送性能が向上する。その開気孔によって、圧力損失が増大することを抑制できる。さらに、発泡金属層同士の間に中間層が設けられているので、複層構造による圧力損失の増大を抑制できる。つまり、伝熱面積を増大させるために流路断面の全面に亘って発泡金属層を設けても、作動流体が閉ループ内を流動可能であるため、ループ型サーモサイホンを作動させることができる。
【００５３】
なお、この発明に係るループ型サーモサイホンは、上述した具体例に限定されず、この発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００５４】
例えば、上述した具体例では、蒸発部に複層構造が設けられた例について説明したが、複層構造とは、作動流体との熱抵抗を抑制するためのものであるため、上述した具体例の変形例として、凝縮部に複層構造が設けられてもよい。この変形例によれば、凝縮部での作動流体と密閉容器との伝熱性能を向上させることができる。その変形例の一例を図５に示してある。なお、この変形例の説明において、上述した具体例と同様の構成は説明を省略しその参照符号を引用する。
【００５５】
図５に示すように、この変形例のループ型サーモサイホン１００では、上述したループ型サーモサイホン１とは異なり、凝縮部３の放熱管１２内部に複層構造３０が設けられている。複層構造３０は、水平方向に広がる発泡金属層３１を鉛直方向に複数層に重ね、その発泡金属層３１同士の間に中間層３２が設けられている構造である。なお、発泡金属層３１は発泡金属層２１と同様に構成され、かつ中間層３２は中間層２２と同様に形成されている。したがって、複層構造３０は、三層の発泡金属層３１と、二層の中間層３２とにより形成されている。発泡金属層３１同士が鉛直方向で所定間隔Δｈを空けて設けられていることにより、中間層３２は厚さΔｈに形成される。
【００５６】
この変形例では、ループ型サーモサイホン１００の作動時、各発泡金属層３１の表面部分のうち密閉容器１０内に露出する部分、および放熱管１２の内周壁面が凝縮面となる。したがって、複層構造３０によって凝縮面積（伝熱面積）を増大させることができるので、作動流体との熱抵抗を低減することができる。例えば、発泡金属層３１の開気孔内で生じた作動液は、蒸気圧および重力によって開気孔内を下方へ向けて一方向に流動し、下方開口部から中間層３２へ、あるいは液体流路５へ流出する。
【００５７】
さらに、上述した具体例および変形例では、三層の発泡金属層と、二層の中間層とを有する複層構造について説明したが、この発明はこれに限定されない。つまり、発泡金属層と中間層とを有する複層構造であればよく、二層の発泡金属層や、四層以上の発泡金属層を有する複層構造であってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…ループ型サーモサイホン、  ２…蒸発部、  ３…凝縮部、  ４…気体流路、  ５…液体流路、  １０…密閉容器、  １１…受熱管、  １１ａ…内周壁面、  １２…放熱管、  １３…蒸気管、  １４…液管、  ２０…複層構造、  ２１…発泡金属層、  ２１ａ…発泡金属、  ２１ｂ…開気孔、  ２１ｃ…下面、  ２１ｄ…上面、  ２２…中間層。
【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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