JP2003185370A - 毛細管力駆動型二相流体ループ、その蒸発器及び熱輸送方法 - Google Patents
毛細管力駆動型二相流体ループ、その蒸発器及び熱輸送方法Info
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Abstract
リークを低減する。 【解決手段】 ウィック2の端板として、液管6との接
合部近傍が蒸発器コア8方向にくぼんだ端板14Aを用
いる。このくぼみのない端板を用いた場合に比べて、く
ぼみの分だけ熱伝達経路が長くなるため、ウィック2か
ら端板14Aを介して液管6側にリークする熱が少なく
なる。ウィック2の端板として、液管6との接合部近傍
が蒸気通路3側に突出した端板を用いてもよい。蒸発器
容器1の端板として、液管6との接合部近傍が蒸発器外
に向け突出した端板や、液管6との接合部近傍が蒸気通
路3側にくぼんだ端板を用いてもよい。液管6のうち蒸
発器容器1又はウィック2の端板との接合部近傍を多重
壁構造としてもよい。
Description
より作動流体液を吸引するウィックを蒸発器容器内部に
収納した構造を有する蒸発器、この蒸発器を用いた二相
流体ループである毛細管力駆動型二相流体ループ、並び
にこの毛細管力駆動型二相流体ループにおける蒸発器か
ら凝縮器への熱輸送方法に関する。
れ作動流体を液相から蒸気相に相変化させる蒸発器と、
吸熱源により吸熱され作動流体を蒸気相から液相に相変
化させる凝縮器とを、管路によりループ状に接続したも
のである。毛細管力駆動型二相流体ループは、毛細管力
を利用した仕組みによる蒸発器を使用する二相流体ルー
プである。蒸発器内に組み込まれ毛細管力を発生させる
多孔質構造の部材はウィックと呼ばれる。ウィックに関
しては米国特許第4765396号等を、毛細管力駆動
型二相流体ループに関しては米国特許第4515209
号、特開平10−246583号公報等を参照された
い。
流体ループの一例構成を示す。図中、蒸発器11と凝縮
器5との間の管路は、液相の作動流体即ち作動流体液9
aを送給するための液管6と、蒸気相の作動流体即ち作
動流体蒸気9bを送給するための蒸気管4とにより、ル
ープ状に構成されている。蒸発器11は、加熱源12か
らの熱を受け、液管6から流入する作動流体液9aを作
動流体蒸気9bに相変化させて、蒸気管4に送出する。
凝縮器5は、吸熱源13に潜熱を吸わせることにより、
蒸気管4から流入する作動流体蒸気9bを作動流体液9
aに相変化させて、液管6に送出する。作動流体液9a
は液管6を通じて蒸発器11に至る。二相流体ループで
は、このように二相間の相変化を伴いつつ作動流体が循
環することにより、熱輸送が行われる。なお、リザーバ
10は、凝縮器5内の作動流体液9aと作動流体蒸気9
bの割合に応じて作動流体液9aの量を調整するため、
作動流体を溜める。
管力駆動型、即ち蒸発器11で毛細管力を利用するタイ
プである。蒸発器11は、中空有底筒状かつ多孔質構造
を有するウィック2を蒸発器容器1内に収納した構造を
有している。液管6は蒸発器容器1を貫通しウィック2
内部のベイオネット管7に連通しており、液管6からの
作動流体液9aはベイオネット管7を介してウィック2
の内部空間である蒸発器コア8に流入する。蒸発器コア
8に流入した作動流体液9aはウィック2の毛細管力に
よりウィック2に吸い込まれる。他方、加熱源12から
の熱は蒸発器容器1を介してウィック2に伝わる。その
ため、伝わった熱によりウィック2内の作動流体液9a
が蒸発する。それによって発生した作動流体蒸気9b
は、ウィック2と蒸発器容器1の内壁面との間隙である
蒸気通路3を通り、蒸発器容器1に接合している蒸気管
4に送出される。
凝縮器5間の温度差は、蒸発器11内で作動流体蒸気9
bから作動流体液9aに伝わる熱、即ち熱リークに大き
く左右される。図8に示すように、この熱リークの経路
には三種類の経路がある。第1の経路は、蒸発器容器1
からウィック2を介して蒸発器コア8に熱がリークする
経路である。第2の経路は、蒸発器容器1及びその端板
15から、又は蒸発器容器1からウィック2及びその端
板14を介し、液管6に熱がリークする経路である。第
3の経路は、蒸気通路3内の作動流体蒸気9bから直接
液管6に熱がリークする経路である。このように多岐に
わたる熱リーク経路があるため、従来における毛細管力
駆動型二相流体ループは充分な熱輸送性能を発揮できな
い場合があった。
になされたものであり、蒸発器における作動流体液への
熱リークを低減すること、ひいては毛細管力駆動型二相
流体ループにおける熱輸送性能を向上させることを、そ
の目的としている。
め、この発明に係る蒸発器においては、蒸発器容器又は
ウィックと液管との接合部に、蒸発器容器又はウィック
又は蒸気通路内に存在する作動流体蒸気から液管内の作
動流体液への熱リークを阻害する熱リーク阻害部材を設
けることとしている。
ましくは、蒸発器容器又はウィック又は蒸気通路内に存
在する作動流体蒸気から液管への熱リーク経路を湾曲さ
せる経路湾曲化部材によって、熱リーク阻害部材を実現
する。
ましくは、蒸発器容器及びウィックのうち少なくとも一
方の一部としてかつ液管との接合部を取り巻くよう設け
られたくぼみ又は突出、液管のうち蒸発器容器及びウィ
ックのうち少なくとも一方と接合する部位に設けられた
多重壁、或いはこれらくぼみ又は突出と多重壁との組合
せによって、経路湾曲化部材を実現する。
流体ループにおいては、蒸発器をこの発明に係る蒸発器
とする。
ては、蒸発器容器又はウィック又は蒸気通路内に存在す
る作動流体蒸気から液管内の作動流体液への熱リークを
蒸発器容器又はウィックとの接合部における熱リーク経
路の湾曲化により妨害する。
態に関し図面に基づき説明する。なお、図7及び図8に
示した従来技術と同様の又は対応する構成には同一の符
号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施の形
態間で共通する構成には同一の符号を付し、重複する説
明を省略する。更に、この発明は図7に示した毛細管力
駆動型二相流体ループにおける蒸発器11を変形するこ
とにより実施可能であるため、以下の説明では蒸発器以
外の図示及び説明を省略する。そして、毛細管力駆動型
二相流体ループとしてはCPL(Capillary Pumped Loo
p)やLHP(Loop Heat Pipe)があり、これらはリザーバ
の位置及び蒸発器/リザーバの連結方式が異なるが、本
発明は双方に適用できる。また、ベイオネット管無しの
構成にも本発明を適用できる。
態1を図1に、実施の形態2を図2に、それぞれ示す。
実施の形態1における蒸発器11Aは、ウィック2の端
板のうち液管6と接合される端板として、液管6との接
合部近傍が蒸発器コア8方向に向けくぼんだ端板14A
を備えるものであり、実施の形態2における蒸発器11
Bはそれとは逆側に突出した端板14Bを備えるもので
ある。図8に示した従来技術にてウィック2の端板14
に沿い液管6に至っていた熱リーク経路に比べると、ウ
ィック2の端板14A又は14Bに沿って液管6に至る
熱リーク経路は長いため、液管6への熱リークが小さく
なる。その結果、蒸発器11から凝縮器5への熱輸送性
能が向上する。
態3を図3に、実施の形態4を図4に、それぞれ示す。
実施の形態3における蒸発器11Cは、蒸発器容器1の
端板のうち液管6と接合される端板として、液管6との
接合部近傍が外側に突出した端板15Aを備えるもので
あり、実施の形態4における蒸発器11Dはそれとは逆
側にくぼんだ端板15Bを備えるものである。図8に示
した従来技術にて蒸発器容器1の端板15に沿い液管6
に至っていた熱リーク経路に比べると、蒸発器容器1の
端板15A又は15Bに沿って液管6に至る熱リーク経
路は長いため、液管6への熱リークが小さくなる。その
結果、蒸発器11から凝縮器5への熱輸送性能が向上す
る。
図5に示す。この実施の形態に係る蒸発器11Eにおけ
る液管6は、少なくとも端板14及び15との接合部及
び近傍に二重壁16を設けたものである。このように液
管6を二重壁構造(より一般には多重壁構造)にするこ
とにより、液管6の外壁(二重壁の外側の壁)と作動流
体蒸気9bが直接接触することがなくなる。そのため、
作動流体蒸気9bから液管6への熱リークを小さくする
ことができる。また、端板15を介した熱リークも抑え
られる。なお、二重壁16の内部間隙は、地上では空気
による伝導断熱、真空中では放射断熱構造となる。特
に、液管6と蒸気管4が蒸発器容器1の同じ端部に接続
されている構成では、この効果は大きい。また、二重壁
16内で隙間を介して向かい合う二面は、放射断熱効果
を向上させるために、例えば金属蒸着やメッキ等の表面
処理により、低赤外放射率面にすることもできる。
図6に示す。この実施の形態に係る蒸発器11Fは実施
の形態1と実施の形態5とを組み合わせたものである。
このように上述の各実施の形態を組み合わせることによ
って、更に熱リークを小さくして熱輸送性能を向上させ
ること、即ちより小さな温度差で蒸発器11Fから凝縮
器5へ熱を輸送することができる。
れば、蒸発器容器又はウィックと液管との接合部にて、
蒸発器容器又はウィック又は蒸気通路内に存在する作動
流体蒸気から液管内の作動流体液への熱リークを阻害す
るようにしたため、熱リークを低減することができる。
発器容器又はウィック又は蒸気通路内に存在する作動流
体蒸気から液管への熱リーク経路を湾曲させる経路湾曲
化部材として実現することにより、上記効果を簡便に得
ることができる。
及びウィックのうち少なくとも一方の一部としてかつ液
管との接合部を取り巻くよう設けられたくぼみ又は突
出、液管のうち蒸発器容器及びウィックのうち少なくと
も一方と接合する部位に設けられた多重壁、或いはこれ
らくぼみ又は突出と多重壁との組合せとすることによ
り、従来から使用されていた部材の変形のみで上記効果
を得ることができる。
体ループによれば、本発明に係る蒸発器を用いたため、
蒸発器から凝縮器への熱輸送性能を向上させることがで
きる。
蒸発器容器又はウィック又は蒸気通路内に存在する作動
流体蒸気から液管内の作動流体液への熱リークを蒸発器
容器又はウィックとの接合部における熱リーク経路の湾
曲化により妨害するようにしたため、熱リークの低減に
よる熱輸送性能の向上という効果を比較的簡便な手段に
より得ることができる。
成を示す縦断面図である。
成を示す縦断面図である。
成を示す縦断面図である。
成を示す縦断面図である。
成を示す縦断面図である。
成を示す縦断面図である。
の一例構成を示す図であり、特に(a)は蒸発器の縦断
面及び管路配置を示す図、(b)は蒸発器の横断面を示
す図である。
る。
気管、5 凝縮器、6液管、7 ベイオネット管、8
蒸発器コア、9a 作動流体液、9b 作動流体蒸気、
10 リザーバ、11A〜11F 蒸発器、12 加熱
源、13 吸熱源、14,14A,14B ウィック端
板、15,15A,15B 蒸発器容器端板、16 液
管二重壁。
Claims (5)
- 【請求項1】 その内部に蒸発器コアたる空間を有し中
空有底筒状かつ多孔質構造を有するウィックと、作動流
体蒸気流通用の間隙である蒸気通路がウィックと蒸発器
容器内壁面との間に生じるようウィックを収納する蒸発
器容器とを備え、作動流体液を吸入するための液管が蒸
発器容器を貫通してウィックに接合され、作動流体蒸気
を送出するための蒸気管が蒸気通路に連通する蒸発器で
あって、液管から蒸発器コアに供給された作動流体液が
毛細管力によりウィックに吸引され、加熱源から蒸発器
容器を介してウィックに加わった熱によりウィック内の
作動流体液が作動流体蒸気へと相変化し、この作動流体
蒸気がウィックから蒸気通路を介して蒸気管に送出され
る蒸発器において、蒸発器容器又はウィックと液管との
接合部に、蒸発器容器又はウィック又は蒸気通路内に存
在する作動流体蒸気から液管内の作動流体液への熱リー
クを阻害する熱リーク阻害部材を設けたことを特徴とす
る蒸発器。 - 【請求項2】 上記熱リーク阻害部材が、蒸発器容器又
はウィック又は蒸気通路内に存在する作動流体蒸気から
液管への熱リーク経路を湾曲させる経路湾曲化部材であ
ることを特徴とする請求項1記載の蒸発器。 - 【請求項3】 上記経路湾曲化部材が、蒸発器容器及び
ウィックのうち少なくとも一方の一部としてかつ液管と
の接合部を取り巻くよう設けられたくぼみ又は突出、液
管のうち蒸発器容器及びウィックのうち少なくとも一方
と接合する部位に設けられた多重壁、或いはこれらくぼ
み又は突出と多重壁との組合せであることを特徴とする
請求項2記載の蒸発器。 - 【請求項4】 加熱源により加熱され作動流体液を作動
流体蒸気へと相変化させる蒸発器と、吸熱源により吸熱
され作動流体蒸気を作動流体液へと相変化させる凝縮器
と、蒸発器から凝縮器へと作動流体蒸気を送給する蒸気
管と、凝縮器から蒸発器へと作動流体液を送給する液管
とを備え、蒸発器が、その毛細管力により作動流体液を
吸い上げるウィックを有する毛細管力駆動型二相流体ル
ープにおいて、更に、蒸発器が請求項1乃至3のいずれ
か記載の蒸発器であることを特徴とする毛細管力駆動型
二相流体ループ。 - 【請求項5】 加熱源により加熱され作動流体液を作動
流体蒸気へと相変化させる蒸発器から、吸熱源により吸
熱され作動流体蒸気を作動流体液へと相変化させる凝縮
器へと、蒸気管を介した作動流体蒸気の送給により熱を
輸送する熱輸送方法であって、蒸発器が、その内部に蒸
発器コアたる空間を有し中空有底筒状かつ多孔質構造を
有するウィックと、作動流体蒸気流通用の間隙である蒸
気通路がウィックと蒸発器容器内壁面との間に生じるよ
うウィックを収納する蒸発器容器とを備え、この蒸発器
容器を貫通してウィックに接合された液管から蒸発器コ
アに供給され毛細管力によりウィックに吸引させた作動
流体液を、加熱源から蒸発器容器を介してウィックに加
わった熱により作動流体蒸気へと相変化させ蒸気通路を
介して蒸気管に送出する熱輸送方法において、蒸発器容
器又はウィック又は蒸気通路内に存在する作動流体蒸気
から液管内の作動流体液への熱リークを蒸発器容器又は
ウィックとの接合部における熱リーク経路の湾曲化によ
り妨害することを特徴とする熱輸送方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001384944A JP2003185370A (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 毛細管力駆動型二相流体ループ、その蒸発器及び熱輸送方法 |
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Publications (1)
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JP (1) | JP2003185370A (ja) |
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