(57)【要約】【課題】作動流体の蒸発速度が不均一になることを抑制することができる技術を提供する。【解決手段】ヒートパイプ１は、金属製の筒状のケース３と、筒状のケース３の内側に配置されているセラミックス製の筒状のウィック２と、を備えている。ヒートパイプ１は、筒状のケース３とウィック２の軸方向の一方側から他方側へ流れる作動流体を加熱する。ケース３の内周面３１がウィック２の外周面２２に接しており、ケース３からウィック２に熱が伝達される。筒状のケース３とウィック２の軸方向に沿ってケース３とウィック２の間の熱抵抗が変化している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の筒状のケースと、
筒状のケースの内側に配置されているセラミックス製の筒状のウィックと、を備え、
筒状のケースとウィックの軸方向の一方側から他方側へ流れる作動流体を加熱するヒートパイプであって、
ケースの内周面がウィックの外周面に接しており、ケースからウィックに熱が伝達される構成であって、
筒状のケースとウィックの軸方向に沿ってケースとウィックの間の熱抵抗が変化している、ヒートパイプ。
【請求項２】
ケースとウィックの間の熱抵抗が第１の熱抵抗である第１の部分と、
軸方向において第１の部分よりも作動流体の下流側に位置し、ケースとウィックの間の熱抵抗が第１の熱抵抗より低い第２の熱抵抗である第２の部分と、を備えている請求項１に記載のヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、ヒートパイプ関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているヒートパイプは、金属製の筒状のケースと、筒状のケースの内側に配置されているセラミックス製の筒状のウィックとを備えている。このヒートパイプでは、ケースの内周面がウィックの外周面に接しており、ケースからウィックに熱が伝達される。また、ウィックの内側には液体流路が形成されており、液体の作動流体がこの液体流路を流れる。また、ウィックとケースの間に形成されている空間には気体流路が形成されており、気体の作動流体がこの気体流路を流れる。
【０００３】
特許文献１のヒートパイプでは、液体の作動流体が液体流路を流れると、その作動流体が毛細管現象によってセラミックス製のウィックに浸透してゆく。ウィックに浸透した液体の作動流体は、ケースからウィックに伝達された熱によって加熱されて蒸発し、気体の作動流体に状態変化する。蒸発した作動流体は、ウィックから気体流路に流入して気体流路を流れてゆく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９０９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、ウィックに浸透した液体の作動流体がウィックで加熱されて蒸発するときに、ウィックの場所によって作動流体の蒸発速度が相違することがある。より詳細には、筒状のケースとウィックの軸方向に沿って作動流体の蒸発速度が相違することがある。そこで、本明細書は、筒状のケースとウィックの軸方向に沿って作動流体の蒸発速度が不均一になることを抑制することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示するヒートパイプは、金属製の筒状のケースと、筒状のケースの内側に配置されているセラミックス製の筒状のウィックと、を備えている。このヒートパイプでは、筒状のケースとウィックの軸方向の一方側から他方側へ流れる作動流体を加熱する。また、このヒートパイプでは、ケースの内周面がウィックの外周面に接しており、ケースからウィックに熱が伝達される。筒状のケースとウィックの軸方向に沿ってケースとウィックの間の熱抵抗が変化している。
【０００７】
このような構成によれば、筒状のケースとウィックの軸方向に沿ってケースとウィックの間の熱抵抗が変化しているので、ケースからウィックに熱が伝達されるときに、その熱伝達量を前記軸方向に沿って変化させることができる。そのため、ウィックの軸方向に沿って熱伝達量を調整することができ、ウィックの温度を揃えることができる。これによって、ウィックの熱によって液体の作動流体が加熱されるときに、その加熱温度をウィックの軸方向に沿って揃えることができる。その結果、液体の作動流体が蒸発するときの蒸発速度をウィックの軸方向に沿って揃えることができる。これにより、ウィックの軸方向に沿って液体の作動流体の蒸発速度が不均一になることを抑制することができる。例えば、液体の作動流体の蒸発速度が遅い部分では、ケースとウィックの間の熱抵抗を低くして、ケースからウィックに熱が伝わり易い状態にすることができる。これによって、液体の作動流体が蒸発し易い状態にすることができ、液体の作動流体の蒸発速度を速めることができる。一方、液体の作動流体の蒸発速度が速い部分では、ケースとウィックの間の熱抵抗を高くして、ケースからウィックに熱が伝わり難い状態にすることができる。これによって、液体の作動流体が蒸発し難い状態にすることができ、液体の作動流体の蒸発速度を遅くすることができる。このようにして、筒状のケースとウィックの軸方向に沿って液体の作動流体の蒸発速度が不均一になることを抑制することができる。
【０００８】
上記のヒートパイプは、ケースとウィックの間の熱抵抗が第１の熱抵抗である第１部分と、軸方向において第１の部分よりも作動流体の下流側に位置し、ケースとウィックの間の熱抵抗が第１の熱抵抗より低い第２の熱抵抗である第２の部分と、を備えている。
【０００９】
このような構成によれば、第１の部分よりも作動流体の下流側に位置している第２の部分においてケースからウィックに熱が伝わり易い状態にすることができる。そのため、第２の部分における作動流体の蒸発速度を、第１の部分における蒸発速度よりも速くすることができる。軸方向の一方側から他方側に作動流体が流れるヒートパイプでは、作動流体の下流側では上流側よりも作動流体が蒸発し難い場合がある。例えば、液体の作動流体の流れに対する抵抗が大きく、作動流体が軸方向の下流側まで流れにくい場合がある。このような場合は、作動流体の下流側では上流側よりも作動流体が蒸発し難くなる。したがって、作動流体の下流側が上流側よりも蒸発し易い構成が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例のヒートパイプの概略構成を示す図である。
【図２】ヒートパイプの軸方向に直交する断面の断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】ループヒートパイプの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施例について添付図面を参照して説明する。図１から図４に示すように、実施例のヒートパイプ１は、ケース３とウィック２を備えている。ヒートパイプ１は、作動流体を用いて熱を伝達する装置である。
【００１２】
ケース３は、金属製であり、例えば銅（Ｃｕ）から形成されている。ケース３は、円筒状に形成されている。ケース３は、一対の蓋体３５を備えている。筒状のケース３の軸方向の両端部に蓋体３５が配置されている。ケース３の内側にウィック２が配置されている。ケース３はウィック２を覆っている。
【００１３】
ケース３には、伝熱装置８０が取り付けられている。伝熱装置８０は、ケース３の外周面に固定されている。伝熱装置８０は、ケース３に熱を伝達する装置である。ケース３が伝熱装置８０によって加熱される。
【００１４】
ウィック２は、セラミックス製である。ウィック２には多数の気孔が形成されている。ウィック２は、有底筒状に形成されている。ウィック２は、円筒状に形成されている。
【００１５】
筒状のウィック２の内側には、液体流路５１が形成されている。図３及び図４に示すように、液体流路５１は、筒状のウィック２の軸方向（ｘ方向）に延びている。液体流路５１は、ウィック２の軸方向の一端部において開口している。液体流路５１は、ウィック２の軸方向の他端部において閉塞している。ウィック２の軸方向の一端部には、液体の作動流体の入口５１２が形成されている。液体の作動流体が入口５１２から液体流路５１に流入する。液体の作動流体がウィック２の内側の液体流路５１を流れる。作動流体はウィック２の軸方向の一方側から他方側へ流れる。また、液体の作動流体は、毛細管現象によって液体流路５１から多孔質のウィック２に浸透してゆく。ウィック２に浸透した液体の作動流体は、ウィック２の熱によって加熱されて蒸発する。
【００１６】
図２に示すように、ウィック２の外周面２２には複数の溝２３が形成されている。複数の溝２３は、筒状のウィック２の周方向に沿って並んで形成されている。図３に示すように、複数の溝２３は、筒状のウィック２の軸方向（ｘ方向）に延びている。各溝２３によって気体流路５２が形成されている。気体の作動流体が気体流路５２を流れる。ウィック２で加熱されて蒸発した作動流体が気体流路５２を流れる。気体の作動流体はウィック２の軸方向の一方側から他方側へ流れる。気体流路５２は、ウィック２の軸方向の一端部において蓋体３５によって閉塞している。気体流路５２は、ウィック２の軸方向の他端部において開口している。ウィック２の軸方向の他端部には、気体の作動流体の出口５２３が形成されている。気体の作動流体が出口５２３から流出する。
【００１７】
ケース３とウィック２は合体している。ケース３とウィック２を合体させる方法は特に限定されるものではない。例えば、ケース３とウィック２は、焼き嵌めによって合体させることができる。ケース３の内周面３１がウィック２の外周面２２に接している。ケース３とウィック２は密着しており、ケース３からウィック２に熱が伝達されるように構成されている。
【００１８】
筒状のケース３とウィック２の軸方向（ｘ方向）に沿って、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が変化している。ケース３とウィック２の間の熱抵抗は、ケース３からウィック２に熱が伝達されるときの伝達され易さ（または、伝達され難さ）を示す量である。ケース３とウィック２の間の熱抵抗が低い場合は、ケース３からウィック２に熱が伝達され易い。ケース３とウィック２の間の熱抵抗が高い場合は、ケース３からウィック２に熱が伝達され難い。
【００１９】
ケース３とウィック２の間の熱抵抗の高低は、例えば、ケース３からウィック２に熱が伝達されたときのウィック２の温度、ケース３とウィック２の界面の表面粗さ、または、ケース３とウィック２を焼き嵌めによって合体させるときの焼き嵌めしろによって判断することができる。
【００２０】
ケース３からウィック２に熱が伝達されたときのウィック２の温度が相対的に高い場合は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が相対的に低い。一方、ケース３からウィック２に熱が伝達されたときのウィック２の温度が相対的に低い場合は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が相対的に高い。
【００２１】
また、ケース３の内周面３１の表面粗さおよび／またはウィック２の外周面２２の表面粗さが相対的に大きい場合は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が相対的に高い。一方、ケース３の内周面３１の表面粗さおよび／またはウィック２の外周面２２の表面粗さが相対的に小さい場合は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が相対的に低い。
【００２２】
また、ケース３とウィック２を焼き嵌めによって合体させるときの焼き嵌めしろが相対的に小さい場合は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が相対的に高い。一方、ケース３とウィック２を焼き嵌めによって合体させるときの焼き嵌めしろが相対的に大きい場合は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が相対的に低い。焼き嵌めしろを小さくする場合は、ケース３の内径Ｄ３を大きくする、および／または、ウィック２の外径Ｄ２を小さくする（図２参照）。焼き嵌めしろを大きくする場合は、ケース３の内径Ｄ３を小さくする、および／または、ウィック２の外径Ｄ２を大きくする。
【００２３】
ヒートパイプ１は、その軸方向（ｘ方向）に沿って、高熱抵抗部６１（第１の部分の一例）と、中熱抵抗部６２（第２の部分の一例）と、低熱抵抗部６３を備えている。高熱抵抗部６１は、筒状のケース３とウィック２の軸方向の一端部（液体流路５１の入口５１２側）に位置している。高熱抵抗部６１は、作動流体の流れの上流側に位置している。中熱抵抗部６２は、筒状のケース３とウィック２の軸方向の中央部に位置している。中熱抵抗部６２は、高熱抵抗部６１よりも作動流体の流れの下流側に位置している。低熱抵抗部６３は、筒状のケース３とウィック２の軸方向の他端部（液体流路５１の底部側）に位置している。低熱抵抗部６３は、中熱抵抗部６２よりも作動流体の流れの下流側に位置している。
【００２４】
高熱抵抗部６１と中熱抵抗部６２と低熱抵抗部６３では、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が相違している。高熱抵抗部６１における熱抵抗（第１の熱抵抗の一例）が最も高い。中熱抵抗部６２における熱抵抗（第２の熱抵抗の一例）は、高熱抵抗部６１における熱抵抗より低い。低熱抵抗部６３における熱抵抗は、中熱抵抗部６２における熱抵抗より低い。
【００２５】
次に、上記のヒートパイプ１を備えているループヒートパイプ１０１について説明する。図５に示すように、ループヒートパイプ１０１は、蒸発器１１１と蒸気管１２２と凝縮器１１２と液管１２１を備えている。蒸発器１１１と蒸気管１２２と凝縮器１１２と液管１２１は、ループを形成するように接続されている。また、ループヒートパイプ１０１は、リザーバ１２５を備えている。
【００２６】
蒸発器１１１は、上記のヒートパイプ１によって構成されている。蒸発器１１１では、液体の作動流体が加熱されて蒸発し、気体の作動流体に状態変化する。作動流体は蒸発器１１１で受熱する。蒸発器１１１は、作動流体を加熱する機器である。
【００２７】
凝縮器１１２では、気体の作動流体が冷却されて凝縮し、液体の作動流体に状態変化する。作動流体は凝縮器１１２で放熱する。凝縮器１１２は、作動流体から受熱する機器である。
【００２８】
液管１２１は、液体の作動流体を凝縮器１１２から蒸発器１１１に案内する。液管１２１の上流端部が凝縮器１１２に接続されており、下流端部が蒸発器１１１に接続されている。液体の作動流体が液管１２１内を流れる。
【００２９】
蒸気管１２２は、気体の作動流体を蒸発器１１１から凝縮器１１２に案内する。蒸気管１２２の上流端部が蒸発器１１１に接続されており、下流端部が凝縮器１１２に接続されている。気体の作動流体が蒸気管１２２内を流れる。
【００３０】
リザーバ１２５は、液管１２１に設置されている。液管１２１を流れる液体の作動流体の一部を貯留する。これによって、液管１２１から蒸発器１１１に流れる液体の作動流体の流量を調整している。
【００３１】
次に上記のループヒートパイプ１０１の動作について説明する。上記のループヒートパイプ１０１では、ヒートパイプ１のケース３が加熱されており、その熱によってウィック２が加熱されている。この状態で、液管１２１内を流れた液体の作動流体が、液管１２１から蒸発器１１１に導入される。すなわち、液体の作動流体が液管１２１からヒートパイプ１に導入される。ヒートパイプ１に導入された液体の作動流体は、ウィック２の内側の液体流路５１に流入して液体流路５１を流れる。液体流路５１を流れる液体の作動流体は、毛細管現象によって多孔質のウィック２に浸透してゆく。
【００３２】
液体の作動流体は、ウィック２に浸透するとウィック２から受熱して蒸発し、気体の作動流体に状態変化する。蒸発した作動流体は、多孔質のウィック２から複数の気体流路５２に流入して気体流路５２を流れる。そして、気体流路５２を流れた気体の作動流体は、ヒートパイプ１から流出して蒸気管１２２内に流入する。すなわち、気体の作動流体が蒸発器１１１から蒸気管１２２内に流入する。
【００３３】
蒸気管１２２内に流入した気体の作動流体は、蒸気管１２２内を流れて、蒸気管１２２から凝縮器１１２に導入される。凝縮器１１２に導入された気体の作動流体は、凝縮器１１２で放熱して凝縮し、液体の作動流体に状態変化する。凝縮した液体の作動流体は、凝縮器１１２から液管１２１内に流入して再び液管１２１内を流れる。そして、液管１２１内を流れた液体の作動流体は、再び液管１２１からヒートパイプ１に導入される。このようにして、作動流体が液体と気体の間で状態変化しながらループヒートパイプ１０１を循環して流れる。作動流体によって熱が輸送される。
【００３４】
以上、ヒートパイプ１の構成と動作について説明した。上記の説明から明らかなように、上記のヒートパイプ１は、金属製の筒状のケース３と、筒状のケース３の内側に配置されているセラミックス製の筒状のウィック２とを備えている。ケース３とウィック２の軸方向（ｘ方向）の一方側から他方側へ作動流体が流れる。液体の作動流体をウィック２で加熱する。ケース３の内周面３１がウィック２の外周面２２に接しており、ケース３からウィック２に熱が伝達される。また、筒状のケース３とウィック２の軸方向に沿ってケース３とウィック２の間の熱抵抗が変化している。
【００３５】
このような構成によれば、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が変化しているので、ケース３からウィック２に熱が伝達されるときに、熱伝達量を軸方向（ｘ方向）に沿って変化させることができる。その結果、ウィック２に熱が伝達されたときに、ウィック２の軸方向に沿ってウィック２の温度を調節することができ、温度を揃えることができる。これによって、液体の作動流体がウィック２の熱によって加熱されるときに、加熱温度をウィック２の軸方向に沿って揃えることができる。その結果、液体の作動流体がウィック２によって加熱されて蒸発するときの蒸発速度をウィック２の軸方向に沿って揃えることができる。これにより、軸方向に沿って液体の作動流体の蒸発速度が不均一になることを抑制することができる。
【００３６】
例えば、液体の作動流体の蒸発速度が遅い部分では、ケース３とウィック２の間の熱抵抗を低くして、ケース３からウィック２に熱が伝わり易い状態にする。これによって、液体の作動流体が蒸発し易い状態にすることができ、液体の作動流体の蒸発速度を速めることができる。一方、液体の作動流体の蒸発速度が速い部分では、ケース３とウィック２の間の熱抵抗を高くして、ケース３からウィック２に熱が伝わり難い状態にする。これによって、液体の作動流体が蒸発し難い状態にすることができ、液体の作動流体の蒸発速度を遅くすることができる。
【００３７】
また、作動流体に熱を伝達したくない場合は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗をあえて高くすることによって、液体の作動流体が蒸発し難い状態にすることができる。例えば、ループヒートパイプ１０１の蒸発器１１１から凝縮器１１２にあまり熱を伝達したくない場合は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗を高くする。
【００３８】
また、ヒートパイプ１のウィック２をセラミックス製ではなく仮に金属製にすると、ケース３とウィック２の材質が同じになるので、ケース３とウィック２の間の熱抵抗を変えることが難しくなる。セラミックス製のウィック２を用いることによって、ケース３とウィック２の間の熱抵抗を容易に変えることができる。
【００３９】
また、上記のヒートパイプ１は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が第１の熱抵抗である高熱抵抗部６１（第１の部分の一例）を備えている。また、ヒートパイプ１は、ケース３とウィック２の間の熱抵抗が第２の熱抵抗である中熱抵抗部６２（第２の部分の一例）を備えている。中熱抵抗部６２は、前記軸方向（ｘ方向）において高熱抵抗部６１よりも作動流体の下流側に位置する。第２の熱抵抗は、第１の熱抵抗より低い。
【００４０】
このような構成によれば、高熱抵抗部６１よりも作動流体の下流側に位置している中熱抵抗部６２においてケース３からウィック２に熱が伝わり易い状態にすることができる。そのため、中熱抵抗部６２において液体の作動流体が蒸発するときの蒸発速度を、高熱抵抗部６１における蒸発速度よりも速くすることができる。よって、作動流体の下流側において蒸発速度を速くすることができる。この構成は、液体の作動流体を液体流路５１に導入し難い場合に特に有効である。
【００４１】
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
例えばケース３とウィック２の軸方向（ｘ方向）に直交する断面における形状は特に限定されるものではない。ケース３とウィック２は、角筒状に形成されており、軸方向（ｘ方向）に直交する断面において四角形状に形成されていてもよい。
【００４３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４４】
１      ：ヒートパイプ
２      ：ウィック
３      ：ケース
２２    ：外周面
２３    ：溝
３１    ：内周面
３５    ：蓋体
５１    ：液体流路
５２    ：気体流路
６１    ：高熱抵抗部
６２    ：中熱抵抗部
６３    ：低熱抵抗部
８０    ：伝熱装置
１０１  ：ループヒートパイプ
１１１  ：蒸発器
１１２  ：凝縮器
１２１  ：液管
１２２  ：蒸気管
１２５  ：リザーバ
５１２  ：入口
５２３  ：出口
【図１】
2017227384.tif 000003
【図２】
2017227384.tif 000004
【図３】
2017227384.tif 000005
【図４】
2017227384.tif 000006
【図５】
2017227384.tif 000007