JP5664107B2 - ループ型ヒートパイプ及びそのようなループ型ヒートパイプを備えた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ループ型ヒートパイプに関する。

従来、電子装置等の冷却にヒートパイプが用いられている。ヒートパイプは、内部に封入された作動流体の相変化を利用して熱を輸送する伝熱装置である。

そして、電子装置の冷却能力を向上するために、熱の輸送量を増加し、且つ熱の輸送距離を増加したヒートパイプとして、ループ型ヒートパイプが開発されている。

ループ型ヒートパイプは、発熱体から受熱して液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させるウイック及び気相の作動流体を流通させる蒸気流路を有する蒸発部と、気相の作動流体を放熱により凝縮させる凝縮部とを備えている。また、ループ型ヒートパイプは、蒸発部で気相に変化した作動流体を凝縮部へ流通させる蒸気管と、凝縮部で液相に変化した作動流体を蒸発部へ流通させる液管とを備えている。また、ループ型ヒートパイプは、液管と蒸発部との間に配置されて、蒸発部へ供給される作動流体を保持する液溜め部を有する場合もある。そして、ループ型ヒートパイプは、蒸発部と、蒸気管と、凝縮部と、液管と、液溜め部とが直列に接続されたループ構造を有しており、内部に作動流体が封入されている。

ループ型ヒートパイプ内には、例えば、蒸発部の蒸気流路の容積と、凝縮部の容積と、蒸気管の容積と、液管の容積との和に等しい量の作動流体が封入される。そして、液溜め部の容積は、蒸気流路の容積と、凝縮部の容積と、蒸気管の容積との和に等しく設計される。

これは、ループ型ヒートパイプの理想的な動作状態では、蒸発部の蒸気流路及び蒸気管及び凝縮部内の作動液体は全て気相であり、蒸発部のウイック及び液管内の作動流体は全て液相であることが想定されているためである。

Ｊｅｎｔｕｎｇ Ｋｕ， Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｏｏｐ ｈｅａｔ ｐｉｐｅｓ， ＮＡＳＡ ｇｏｄｄａｒｄ ｓｐａｃｅ ｆｌｉｇｈｔ ｃｅｎｔｅｒ， ｉｎ： ２９ｔｈ Ｉｎｔｅｒ． Ｃｏｎｆ． Ｅｎｖｉｒｏｎ． Ｓｙｓ．， Ｊｕｌｙ １２-１５， １９９９， Ｄｅｎｖｅｒ， Ｃｏｌｏｒａｄｏ Ｋ． Ｇｏｎｃｈａｒｏｖ ｅｔ ａｌ．， Ｌｏｏｐ ｈｅａｔ ｐｉｐｅ ｗｉｔｈ ｓｅｖｅｒａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒｓ， ＴＡＩＳ Ｌｔｄ．， ｉｎ： ３０ｔｈ Ｉｎｔｅｒ． Ｃｏｎｆ． Ｅｎｖｉｒｏｎ． Ｓｙｓ．， Ｊｕｌｙ １０-１３， ２０００， Ｔｏｕｌｏｕｓｅ， Ｆｒｓａｎｃｅ Ｖｌａｄｉｍｉｒ Ｇ． Ｐａｓｔｕｋｈｏｖ， ｅｔ ａｌ．， Ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＰＣ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｌｏｏｐ ｈｅａｔ ｐｉｐｅｓ， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２７ （２００７） ８９４−９０１

ループ型ヒートパイプが動作していない状態で発熱体から蒸発部に流れた熱の一部が蒸発部に近い液管の部分に伝わって、蒸発部に近い液管内の作動流体が気相に変化する場合がある。このような状態では、液相の作動流体が蒸発部へうまく供給されないので、ループ型ヒートパイプが起動できないことがある。

そこで、本明細書は、液管内に気相の作動流体が存在しても起動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。

上記課題を解決するために、本明細書で開示するループ型ヒートパイプの一形態によれば、液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させるウイックと、相変化した気相の作動流体を流通させる蒸気流路とを有する蒸発部と、気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、蒸発部で気相に変化した作動流体を凝縮部へ流通させる蒸気管と、凝縮部で液相に変化した作動流体を蒸発部へ流通させる液管と、液管と蒸発部との間に配置されて、蒸発部へ供給される作動流体を保持する液溜め部と、少なくともウイックを含浸させる量の作動流体と、を備え、液溜め部の容積は、蒸気流路の容積と、蒸気管の容積と、凝縮部の容積との和よりも大きい。

上述した本明細書で開示するループ型ヒートパイプの一形態によれば、液管内に気相の作動流体が存在しても起動できる。

本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。

前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。

本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第１実施形態を示す図である。 従来の例によるループ型ヒートパイプの起動時を示す図である。 図１のループ型ヒートパイプの起動時の一例を示す図である。 図１のループ型ヒートパイプの起動時の他の例を示す図である。 図１のループ型ヒートパイプの起動時のまた他の例を示す図である。 図１のループ型ヒートパイプの起動時の更に他の例を示す図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第２実施形態を示す図である。

以下、本明細書で開示するループ型ヒートパイプの好ましい第１実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１は、本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第１実施形態を示す図である。

本実施形態のループ型ヒートパイプ１０は、蒸発部１１と、凝縮部１２と、蒸気管１３と、液管１４とを備える。蒸発部１１は、ＣＰＵ等の発熱体から受熱して液相の作動流体１６を蒸発させて気相の作動流体１６に相変化させるウイック１１ａ及び気相の作動流体１６を流通させる蒸気流路１１ｂを有する。凝縮部１２は、気相の作動流体１６を放熱により凝縮させて液相の作動流体１６に相変化させる。蒸気管１３は、蒸発部１１で気相に変化した作動流体１６を凝縮部１２へ流通させる。液管１４は、凝縮部１２で液相に変化した作動流体１６を蒸発部１１へ流通させる。ループ型ヒートパイプ１０は、例えば、電子機器に組み込まれて用いられ得る。

また、ループ型ヒートパイプ１０は、液管１４と蒸発部１１との間に配置されて、蒸発部１１へ供給される作動流体１６を保持する液溜め部１５を備える。

ループ型ヒートパイプ１０は、蒸発部１１が、液相の作動流体１６を気相に相変化させる気化熱を発熱体３０から受熱することによって、発熱体３０を冷却する。気相に変化した作動流体１６は、凝縮部１２で冷却されて液相に相変化する。

作動流体は、上記ループ状の流路内に密封されている。作動流体１６は、ループ型ヒートパイプ１０内において、液相及び気相との間で相変化を行いながら、熱の移動を担う。作動流体１６は、飽和蒸気圧でループ型ヒートパイプ１０内に封入される。

作動流体１６としては、例えば、水、アルコール、アンモニア、又はフロン等を用いることができる。

蒸発部１１は、平板型のウイック１１ａと、ウイック１１ａの下側に配置されて蒸気流路１１ｂを形成するグルーブ１１ｃと、ウイック１１ａ及び蒸気流路１１ｂ及びグルーブ１１ｃを収納する筐体１１ｄを有する。筐体１１ｄは、直方体形状の中空の容器である。図１では、筐体１１ｄは、部分的に破断して示されている。

筐体１１ｄには、例えば、ＣＰＵ等の発熱体３０が、サーマルグリース等の熱接合材（図示せず）を介して、熱的に接続される。ウイック１１ａには、筐体１１ｄ又はグルーブ１１ｃを介して、発熱体３０の熱が伝わる。筐体１１ｄは、銅等の熱伝導性の高い金属を用いて形成されることが好ましい。

ウイック１１ａは、多孔質の材料を用いて形成されており、多数の細孔を有している。ウイック１１ａの細孔は、液溜め部１５側から蒸気流路１１ｂ側へ連通している。ウイック１１ａは、平面視が矩形の形状を有している。ウイック１１ａは、例えば、ステンレス又は銅粉末等を焼結した多孔質体を用いて形成される。

ウイック１１ａには、液溜め部１５から作動流体１６が供給される。作動流体１６は毛細管現象によってウイック１１ａ内に浸み込み、ウイック１１ａは作動流体１６で濡れた状態になる。この毛細管現象によって液溜め部１５の作動流体１６がウイック１１ａに引き込まれる力が、ループ型ヒートパイプ１０内の作動流体１６の駆動力を形成する。ウイック１１ａに浸み込んだ液相の作動流体１６は、発熱体３０から供給される熱で加熱されて蒸発（気化）する。

平板型のウイック１１ａは、ＣＰＵ等の平板状の発熱体３０からの集熱効率が高い。また、平板型のウイック１１ａは、液溜め部１５からの作動流体１６の吸液効率も高い。従って、平板型のウイック１１ａは、液相の作動流体１６を気相に相変化する熱交換率が高い。

ウイック１１ａと筐体１１ｄの内面との間の空間は、気相の作動流体１６の移動する方向に向かう複数のグルーブ１１ｃによって仕切られており、蒸気流路１１ｂが形成されている。ウイック１１ａで気相に変化した作動流体１６は、蒸気流路１１ｂを通って、蒸気管１３内に進む。

蒸気管１３内を流通した気相の作動流体１６は、凝縮部１２内へ移動する。凝縮部１２では、作動流体１６は放熱して再び液相に相変化する。液相に変化した作動流体１６は、液管１４内に進む。凝縮部１２は、作動流体１６からの放熱を促進するべく放熱板等を有していることが好ましい。また、凝縮部１２は、作動流体１６からの放熱を更に促進するために、ファン等により送風されて冷却されることが好ましい。

ループ型ヒートパイプ１０では、蒸気管１３及び液管１４は、管内を流通する作動流体１６の流れの向きが、鉛直方向と交差するように配置されることが好ましい。即ち、蒸気管１３及び液管１４と、蒸発部１１及び凝縮部１２とにより形成されるループ状の経路は、略鉛直方向と直交するように配置される。なお、蒸気管１３又は液管１４の内何れか一方が、管内を流通する作動流体１６の流れの向きが、鉛直方向と交差するように配置されても良い。

ループ型ヒートパイプ１０では、蒸発部１１と、蒸気管１３と、凝縮部１２と、液管１４と、液溜め部１５とが、直列に接続されてループ状の流路が形成されている。

液溜め部１５が、筐体１１ｄを用いて、蒸発部１１と一体に形成されている。液溜め部１５は、筐体１１ｄのウイック１１ａよりも上側の部分である。液溜め部１５は、筐体１１ｄ内の矩形のウイック１１ａの上側の直方体形状の空間を有しており、この空間に液相の作動流体１６を蓄積する。液溜め部１５は、液管１４から流入した液相の作動流体１６を一時的に蓄積して、蒸発部１１のウイック１１ａに対して、液相の作動流体１６を安定して供給する。そのため、ウイック１１ａの細孔内には、常に液相の作動流体１６が充填された状態が維持される。

液管１４から液溜め部１５に流入する作動流体１６の量は、一定しているとは限らず、脈動したり、間欠的であったりする。そこで、ループ型ヒートパイプ１０では、液管１４から流出する作動流体１６を、一旦液溜め部１５に蓄積し、液溜め部１５に蓄積された作動流体１６をウイック１１ａに供給する。

ループ型ヒートパイプ１０内に封入される液体の作動流体１６の容積の下限は、ウイック１１ａにおいて液体の作動流体１６が蒸発するように、少なくともウイック全体を含浸させる量である。

ループ型ヒートパイプ１０内に封入される液体の作動流体１６の容積の上限は、蒸発部１１の蒸気流路１１ｂの容積と、蒸気管１３の容積と、凝縮部１２の容積と、液管１４の容積との和に加えて、液溜め部１５の一部分に空間を残してそれ以外の液溜め部１５の部分が作動流体１６により満たされる容積との和である。この際に、作動流体１６によって液溜め部１５の部分が満たされる容積は、例えば、液溜め部１５の容積の１０％、３０％又は５０％とすることができる。

特に、ループ型ヒートパイプ１０内に封入される液体の作動流体１６の容積は、蒸発部１１の蒸気流路１１ｂの容積と、蒸気管１３の容積と、凝縮部１２の容積と、液管１４の容積との和に等しいことが好ましい。これは、ループ型ヒートパイプ１０の理想的な動作状態では、蒸発部１１の蒸気流路１１ｂ及び蒸気管１３及び凝縮部１２内の作動液体１６は全て気相であり、蒸発部１１のウイック１１ａ及び液管１４内の作動流体は全て液相であることが想定されているためである。

しかし、ループ型ヒートパイプ１０が動作していない状態で、発熱体３０から蒸発部１１に流れた熱の一部が、蒸発部１１に近い液管１４の部分に伝わって（いわゆる、ヒートリーク）、蒸発部１１に近い液管１４内の作動流体１６が気相に変化する場合がある。このような状態では、液相の作動流体１６が蒸発部１１へうまく供給されないので、ループ型ヒートパイプ１０が起動されないことがある。

そこで、ループ型ヒートパイプ１０では、液管１４内に気相の作動流体１６が存在しても起動できるように、液溜め部１５の容積Ｖ_rが、蒸気流路１１ｂの容積Ｖ_gと、蒸気管１３の容積Ｖ_vと、凝縮部１２の容積Ｖ_cとの和よりも大きくなっている。特に、液溜め部１５の容積Ｖ_rは、蒸気流路１１ｂの容積Ｖ_gと、蒸気管１３の容積Ｖ_vと、凝縮部１２の容積Ｖ_cと、液管１４の容積Ｖ_lとの和と等しいことが好ましい。

次に、ループ型ヒートパイプ１０が、液管１４内に気相の作動流体１６が存在しても起動できることを、図面を参照して以下に説明する。

まず、従来の例によるループ型ヒートパイプでは、液管１４内に気相の作動流体１６が存在する場合、うまく起動できないことを以下に説明する。

図２は、従来の例によるループ型ヒートパイプの起動時を示す図である。

図２に示すループ型ヒートパイプ１００は、液溜め部１５０の容積Ｖ_bが、蒸気流路１１ｂの容積Ｖ_gと、蒸気管１３の容積Ｖ_vと、凝縮部１２の容積Ｖ_cとの和と等しい。そして、ループ型ヒートパイプ１００内に封入される作動流体１６の容積は、蒸発部１１の蒸気流路１１ｂの容積と蒸気管１３の容積と凝縮部１２の容積と液管１４の容積との和に等しい。ループ型ヒートパイプ１００は、液溜め部１５０の容積が異なる点を除いては、図１に示すループ型ヒートパイプと同様の構造を有する。

ループ型ヒートパイプ１００では、液溜め部１５０の容積Ｖ_bが、次式（１）で表される。

Ｖ_b＝Ｖ_g＋Ｖ_v＋Ｖ_c （１）

ループ型ヒートパイプ１００は、起動する前の状態にある。即ち、作動流体１６のループ内の循環はまだ開始していない。ループ型ヒートパイプ１００は、いわゆるヒートリークが生じており、発熱体３０から蒸発部１１に流れた熱の一部が、蒸発部１１に近い液管１４の部分に伝わって、蒸発部１１に近い液管１４内の作動流体１６が気相に変化している。液管１４内には、作動流体１６の液相と気相との界面が位置している。同様に、蒸気管１３内には、作動流体１６の液相と気相との界面が位置している。液溜め部１５０及び蒸気流路１１ｂ内は気相の作動流体１６で満たされている。凝縮部１２内は、液相の作動流体１６で満たされている。ウイック１１ａの細孔内は、作動流体１６が含浸しているとする。

ループ型ヒートパイプ１０は、熱的に平衡状態にあり、次式（２）で表すように、液管１４内の気相の作動流体１６の圧力Ｐ_aと、蒸気管１３内の気相の作動流体１６の圧力Ｐ_bとが釣り合っている。

Ｐ_a＝Ｐ_b （２）

ここで、液管１４内の気相の作動流体１６の圧力Ｐ_aは、次式（３）で表される。

Ｐ_a＝ｎ_a・Ｒ・Ｔ_a／Ｖ_a （３）

ここで、ｎ_aは液管１４内の気相の作動流体１６のモル数、Ｒは気体定数、Ｔ_aは液管１４及び液溜め部１５０内の気相の作動流体１６の温度、Ｖ_aは液管１４内の気相の作動流体１６の体積と液溜め部１５０の容積Ｖ_bとの和である。ここで、液管１４内の気相の作動流体１６の体積をＶ_av0と表すと、体積Ｖ_aは、次式（４）で表される。

Ｖ_a＝Ｖ_b＋Ｖ_av0 （４）

また、蒸気管１３内の気相の作動流体１６の圧力Ｐ_bは、次式（５）によって表される。

Ｐ_b＝ｎ_b・Ｒ・Ｔ_b／Ｖ_b （５）

ここで、ｎ_bは蒸気管１３及び蒸気流路１１ｂ内の気相の作動流体１６のモル数、Ｒは気体定数、Ｔ_bは蒸気管１３及び蒸気流路１１ｂ内の気相の作動流体１６の温度、Ｖ_bは蒸気管１３内の気相の作動流体１６の体積と蒸気流路１１ｂの容積Ｖ_gとの和である。

このように、熱的に平衡状態にあるループ型ヒートパイプ１００では、液管１４内の気相の作動流体１６の圧力Ｐ_aと、蒸気管１３内の気相の作動流体１６の圧力Ｐ_bとが釣り合っている。そのため、液管１４内に気相の作動流体１６が存在していると、ループ型ヒートパイプ１００は、液管１４内の作動流体１６の液相と気相との界面の位置が移動しないので、液相の作動流体１６が蒸発部１１側に進まないため、ループ型ヒートパイプ１００はうまく起動することができない。

次に、本実施形態のループ型ヒートパイプ１０は、液管１４内に気相の作動流体１６が存在していても、起動できることを以下に説明する。

図３は、図１のループ型ヒートパイプの起動時の一例を示す図である。

液溜め部１５の容積Ｖ_ｒは、蒸気流路１１ｂの容積Ｖ_gと蒸気管１３の容積Ｖ_vと凝縮部１２の容積Ｖ_cとの和よりも大きくなっており、この和よりも大きい部分の容積を追加される容積Ｖ_addとすると、液溜め部１５の容積Ｖ_rは次式（６）で表される。

Ｖ_r＝Ｖ_g＋Ｖ_v＋Ｖ_c＋Ｖ_add＝Ｖ_b＋Ｖ_add （６）

図３に示すループ型ヒートパイプ１０は、図２に示す状態のループ型ヒートパイプ１００に対して、液溜め部１５０の容積Ｖ_bを、容積Ｖ_r＝Ｖ_b＋Ｖ_addに増加させた状態に対応する。

そして、液管１４内の気相の作動流体１６の圧力Ｐ_cは、次式（７）で表される。

Ｐ_c＝ｎ_a・Ｒ・Ｔ_a／Ｖ_c （７）

ここで、Ｖ_cは、次式（８）で表される。

Ｖ_c＝Ｖ_b＋Ｖ_add＋Ｖ_av （８）

ここで、Ｖ_avは液管１４内の気相の作動流体１６の体積である。図３に示すループ型ヒートパイプ１０では、Ｖ_avはＶ_av0と等しい。

一方、式（５）で表される蒸気管１３内の気相の作動流体１６の圧力Ｐ_bの値は変化しないので、図３に示すループ型ヒートパイプ１０の状態ではＰ_c＜Ｐ_bとなる。そのため、液相の作動流体１６には蒸発部１１側に移動するように力が働くので、液管１４内の作動流体１６の液相と気相との界面の位置が蒸発部１１側へ移動する。従って、液管１４内の気相の作動流体１６の体積Ｖ_avが減少する。

上述した説明では、Ｐ_a＝Ｐ_bという圧力関係を有する状態の図２に示すループ型ヒートパイプ１００に対して、液溜め部の容積を容積Ｖ_addだけ増加して、図３に示すループ型ヒートパイプに変更した場合に、Ｐ_c＜Ｐ_bの圧力関係が得られることを述べた。しかし、液溜め部１５の容積Ｖ_rがＶ_g＋Ｖ_ｖ＋Ｖ_c＋Ｖ_lと等しければ、起動前の図３に示すループ型ヒートパイプ１０において液管１４内に気相の作動流体１６が存在していても、同様にＰ_c＜Ｐ_bの圧力関係が得られる。

Ｐ_c＜Ｐ_bの圧力関係を有するループ型ヒートパイプ１０では、液管１４内の気相の作動流体１６の体積が減少すると共に、液管１４内の気相の作動流体１６の部分が蒸気管１３内に移動して、蒸気管１３内の気相の作動流体１６の体積が増加して行く。この状態の推移は、ループ型ヒートパイプ１０の図３から図４への変化として示される。

この際、作動流体を含浸しているウイック１１ａ内の液相の作動流体１６が蒸発することにより、蒸気管１３内の気相の作動流体１６のモル数が増加するので、蒸気管１３内の圧力Ｐ_bは一定に保たれる。なお、ウイック１１ａ内の液相の作動流体１６が蒸発することにより、ウイック１１ａの細孔には、気相の作動流体１６が含まれることになるが、ウイック１１ａの細孔容積は、蒸気流路１１ｂの容積Ｖ_g及び蒸気管１３の容積Ｖ_vよりも十分に小さいので、無視することができる。

また、液管１４内では、発熱体３０から液管１４へのヒートリークが続いているので、液相の作動流体１６から気相への相変化も続いて生じている。一方、液管１４内では、作動流体１６の液相と気相との界面では、気相の作動流体１６が冷却されて再び液相に相変化しており、新たに気相に変化した作動流体１６の量と同じ量の気相の作動流体１６が、液相に相変化する。従って、液管１４内の気相の作動流体１６のモル数ｎ_aは、作動流体１６の液相と気相との界面の位置には影響を受けない。

従って、Ｐ_c＜Ｐ_bの圧力関係によって、ループ型ヒートパイプ１０の状態が図３から図４へ変化すると、液管１４内では、気相の作動流体１６の容積Ｖ_avが減少するが、モル数ｎ_aが一定であるので気相の作動流体１６の圧力Ｐ_cが増加する。

そして、液管１４内の気相の作動流体１６の体積Ｖ_avが減少していくと、やがて体積Ｖ_avがゼロになる。この時、液管１４内は、全て液相の作動流体１６に満たされることになる。このループ型ヒートパイプ１０の状態を、図５に示す。この時の液溜め部１５内の圧力Ｐ_cは、式（７）及び（８）を用いて、次式（９）で表される。

Ｐ_c＝ｎ_a・Ｒ・Ｔ_a／Ｖ_c ＝ｎ_a・Ｒ・Ｔ_a／（Ｖ_b＋Ｖ_add） （９）

ここで、蒸気管１３内の気相の作動流体１６の圧力Ｐ_bは、式（２）〜（４）を用いて、次式（１０）で表される。

Ｐ_b＝Ｐ_a＝ｎ_a・Ｒ・Ｔ_a／Ｖ_a＝ｎ_a・Ｒ・Ｔ_a／（Ｖ_b＋Ｖ_av0） （１０）

式（９）及び（１０）を参照すると、Ｖ_add＞Ｖ_av0であれば、Ｐ_c＜Ｐ_bの圧力関係を満足することが分かる。なお、ループ型ヒートパイプ１０の状態が図３から図４へ変化する際に、Ｖ_add＞Ｖ_av0であれば、Ｐ_c＜Ｐ_bの圧力関係を満足しつつ、気相の作動流体１６の容積Ｖ_avが減少すると共に、モル数ｎ_aが一定であるので気相の作動流体１６の圧力Ｐ_cが増加することになる。

ここで、Ｖ_av0は、図２のループ型ヒートパイプ１００における液管１４内の気相の作動流体１６の体積である。従って、液溜め部１５の容積Ｖ_rを、図２のループ型ヒートパイプ１００の液溜め部１５０の容積Ｖ_bに対して、液管１４内の気相の作動流体１６の体積Ｖ_av0よりも大きくすれば、液管１４内の気相の作動流体１６の体積Ｖ_avをゼロにして、ループ型ヒートパイプを起動することができることが分かる。

ただし、起動する前のループ型ヒートパイプにおける平衡状態の液管１４内の気相の作動流体１６の体積Ｖ_av0は、一定ではない。そこで、体積Ｖ_av0が最大になる場合を考えると、図６に示すように、液管１４内の全てが気相の作動流体１６で満たされている状態となる。

図６に示すループ型ヒートパイプ１０では、体積Ｖ_av0の値は、液管の容積Ｖ_lと等しい。従って、追加される容積Ｖ_addを、液管の容積Ｖ_lよりも大きくすることにより、起動する前のループ型ヒートパイプにおける液管１４内の気相の作動流体１６の量にかかわらず、Ｐ_c＜Ｐ_bの関係を得ることできる。従って、液管内に気相の作動流体１６が存在しているループ型ヒートパイプ１０を確実に起動することができる。

ここで、追加される容積Ｖ_addを液管の容積Ｖ_lと等しくした場合、Ｐ_c＝Ｐ_bという圧力関係が得られた時には、液管１４内の液相の作動流体１６が、液溜め部１５に到達した状態となる。そこで、追加される容積Ｖ_addを少なくとも液管の容積Ｖ_lと等しくすれば、液管内に気相の作動流体が存在しているループ型ヒートパイプ１０を確実に起動することができる。

なお、ヒートリークの程度によって、起動する前のループ型ヒートパイプにおける液管１４内の気相の作動流体１６の体積Ｖ_av0が、高々、液管１４の容積の半分である場合には、追加される容積Ｖ_addを液管１４の容積Ｖ_lの半分とすれば良い。即ち、液溜め部１５の容積Ｖ_rを、少なくとも、蒸気流路１１ｂの容積Ｖ_gと蒸気管１３の容積Ｖ_vと凝縮部１２の容積Ｖ_cと液管１４の容積Ｖ_ｌの半分との和と等しくすれば良い。

上述した本実施形態のループ型ヒートパイプ１０によれば、液管内に気相の作動流体が存在しても起動できる。

次に、第２実施形態のループ型ヒートパイプを、図面を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。

図７は、本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第２実施形態を示す断面図である。

本実施形態のループ型ヒートパイプ２０は、ウイック１１ａが円筒状である。ウイック１１ａは、同様に円筒状の筐体１１ｄの中に配置されている。液溜め部１５から供給される液相の作動流体１６は、ウイック１１ａの内側に流入し、ウイック１１ａ内で気相に相変化した作動流体１６が、ウイック１１ａの外周面から筐体１１ｄ内に流出する。ウイック１１ａから流出した気相の作動流体１６は、筐体１１ｄとウイック１１ａとの間の蒸気流路１１ｂを通って、蒸気管２０へ移動する。

図７に示すように、液溜め部１５は、液管１６の蒸発部１１側の部分の径が大きくなって形成されている。このように、ループ型ヒートパイプ２０では、液溜め部１５が、液管１６と一体に形成されている。

液溜め部１５の容積は、蒸気流路１１ｂの容積と、蒸気管１３の容積と、凝縮部１２の容積と、液管１４の容積との和よりも大きい。

本発明では、上述した各実施形態のループ型ヒートパイプは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。

上述した各実施形態のループ型ヒートパイプは、ＣＰＵ等の発熱体を有する電子機器に組み込まれて、発熱体を冷却するために用いられても良い。このように、ループ型ヒートパイプを備えた電子機器によれば、液管内に気相の作動流体が存在してもループ型ヒートパイプが起動できるので、発熱体が確実に冷却される。

以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させるウイックと、相変化した気相の作動流体を流通させる蒸気流路とを有する蒸発部と、
気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、
前記蒸発部で気相に変化した作動流体を前記凝縮部へ流通させる蒸気管と、
前記凝縮部で液相に変化した作動流体を前記蒸発部へ流通させる液管と、
前記液管と前記蒸発部との間に配置されて、前記蒸発部へ供給される作動流体を保持する液溜め部と、
少なくとも前記ウイックを含浸させる量の作動流体と、
を備え、
前記液溜め部の容積は、前記蒸気流路の容積と、前記蒸気管の容積と、前記凝縮部の容積との和よりも大きいループ型ヒートパイプ。

（付記２）
前記液溜め部の容積は、前記蒸気流路の容積と、前記蒸気管の容積と、前記凝縮部の容積と、前記液管の容積の半分との和と等しい付記１に記載のループ型ヒートパイプ。

（付記３）
前記液溜め部の容積は、前記蒸気流路の容積と、前記蒸気管の容積と、前記凝縮部の容積と、前記液管の容積との和と等しい付記２に記載のループ型ヒートパイプ。

（付記４）
前記蒸気管又は前記液管は、管内を流通する作動流体の流れの向きが、鉛直方向と交差するように配置される付記１〜３の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。

（付記５）
前記蒸気流路の容積と、前記凝縮部の容積と、前記蒸気管の容積と、前記液管の容積との和に等しい容積の作動流体が封入される付記１〜４の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。

（付記６）
前記ウイックは平板状である付記１〜５の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。

（付記７）
起動する前の前記ウイックは作動流体に含浸されている付記１〜６の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。

（付記８）
付記１〜７の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプを備えた電子機器。

ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を、技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。

１０、２０ ループ型ヒートパイプ
１１ 蒸発部
１１ａ ウイック
１１ｂ 蒸発流路
１１ｃ グルーブ
１１ｄ 筐体
１２ 凝縮部
１３ 蒸気管
１４ 液管
１５ 液溜め部
１６ 作動流体
３０ 発熱体

Claims (5)

1. 液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させるウイックと、相変化した気相の作動流体を流通させる蒸気流路とを有する蒸発部と、
   気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、
   前記蒸発部で気相に変化した作動流体を前記凝縮部へ流通させる蒸気管と、
   前記凝縮部で液相に変化した作動流体を前記蒸発部へ流通させる液管と、
   前記液管と前記蒸発部との間に配置されて、前記蒸発部へ供給される作動流体を保持する液溜め部と、
   少なくとも前記ウイックを含浸させる量の作動流体と、
   を備え、
   前記液溜め部の容積は、前記蒸気流路の容積と、前記蒸気管の容積と、前記凝縮部の容積と、前記液管の容積との和と等しいループ型ヒートパイプ。
2. 前記蒸気管又は前記液管は、管内を流通する作動流体の流れの向きが、鉛直方向と交差するように配置される請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
3. 前記蒸気流路の容積と、前記凝縮部の容積と、前記蒸気管の容積と、前記液管の容積との和に等しい容積の作動流体が封入される請求項１又は２に記載のループ型ヒートパイプ。
4. 前記ウイックは平板状である請求項１〜３の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプを備えた電子機器。

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