(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器、凝縮器、作動流体、上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し液相の作動流体が流れる液管及び上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し蒸気相の作動流体が流れる蒸気管とから構成されるループヒートパイプにおいて、上記蒸発器に有するウイックの蒸気流路部分に凹部を設けたことを特徴とするループヒートパイプ。
【請求項２】
蒸発器、凝縮器、作動流体、上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し液相の作動流体が流れる液管及び上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し蒸気相の作動流体が流れる蒸気管とから構成されるループヒートパイプにおいて、上記蒸発器に有するウイックの液環側でかつ上記蒸発器との接合部の隣に凹部を設けたことを特徴とするループヒートパイプ。
【請求項３】
蒸発器、凝縮器、作動流体、上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し液相の作動流体が流れる液管及び上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し蒸気相の作動流体が流れる蒸気管とから構成されるループヒートパイプにおいて、上記蒸発器の液管に取り付けた仕切り壁と、上記蒸発器に有するウイックの蒸発流路部分に設けた凹部とを有することを特徴とするループヒートパイプ。
【請求項４】
蒸発器、凝縮器、作動流体、上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し液相の作動流体が流れる液管及び上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し蒸気相の作動流体が流れる蒸気管とから構成されるループヒートパイプにおいて、上記蒸発器の液管に取り付けた仕切り壁と、上記蒸発器に有するウイックの液環側で、かつ蒸発器との接合部の隣に設けた凹部とを有することを特徴とするループヒートパイプ。
【請求項５】
蒸発器、凝縮器、作動流体、上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し液相の作動流体が流れる液管及び上記蒸発器と上記凝縮器とを連結し蒸気相の作動流体が流れる蒸気管とから構成されるループヒートパイプにおいて、上記蒸発器に有するウイックの蒸気流路部分に設けた凹部と、上記ウイックの液環側でかつ上記蒸発器との接合部の隣に設けた凹部とを有したことを特徴とするループヒートパイプ。
【請求項６】
ウイックの液環側でかつ蒸発器との接合部の隣に凹部を設けたことを特徴とする請求項３記載のループヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、宇宙用・工業用・家庭用の熱輸送装置として用いられるループヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来のループヒートパイプの断面図を示す図である。図１１は図１０の蒸発器の断面を示す図である。図において、１はウイック、蒸発器容器、蒸気流路、液管、液環、上部リザーバ、下部リザーバから構成される蒸発器、２は凝縮環、凝縮器容器から構成される凝縮器、３は印加される熱の流れを示す矢印、４はウイック、５は蒸発器容器、６は蒸発した作動流体の蒸気、７は蒸気流路、８は蒸気管、９は作動流体の蒸気の流れを示す矢印、１０は凝縮環、１１はループヒートパイプから流出する熱の流れを示す矢印、１２は凝縮器容器、１３は凝縮した作動流体の液、１４は液管、１５は液環、１６は上部リザーバ、１７は下部リザーバである。
【０００３】
上記のように構成された従来のループヒートパイプの動作原理について説明する。熱の流れを示す矢印３に示された蒸発器１に印加された熱は、蒸発器容器５に伝わり、ウイック４と蒸発器容器５の接合部で作動流体の液１３に伝達され作動流体が蒸発する。作動流体の蒸気６はウイック４、蒸気流路７、蒸気管８を通り凝縮環１０の流れ込む、凝縮環１０に流入した蒸気６は凝縮器容器１２に熱を伝達することにより凝縮し液１３となる。凝縮した液１３は液管１４を通り、蒸発器１に戻る。蒸発器１に戻った液１３は液環１５、上部リザーバ１６、下部リザーバ１７に溜まる。液１３は、液環１５からウイック４の毛細管力によりウイック４と蒸発器容器５との接合部に運ばれる。
【０００４】
上記のサイクルを繰り返すことにより熱を蒸発器１から凝縮器２に輸送する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のループヒートパイプでは、熱流束が大きくなり蒸発器容器５とウイック４との接触面近傍からの蒸発量だけでは熱が奪いきれなくなると、ウイック４の液環１５側の表面からも沸騰が起こる。地上では重力の影響により蒸気は上部リザーバ１６あるいは下部リザーバ１７に移動するが、ループヒートパイプを人工衛星に使用した場合、宇宙では無重力環境下であるため蒸発した作動流体である蒸気６がウイック４の表面を覆うと液１３はウイック内に流入できず、動作しなくなるという課題があった。
【０００６】
また、ウイック４と蒸発器容器５の接触部で蒸発した蒸気６はウイック４内を周方向に流れ、蒸気流路７に輸送される。ウイック厚さは構造強度、周方向及び半径方向の熱コンダクタンスにより決まるが、毛細管半径が小さいため圧力損失が大きく熱流束が大きくなると熱輸送能力が低下するという課題があった。
【０００７】
さらに、液１３は液環１５からウイック４を通り、ウイック４と蒸発器管壁５の接触部に輸送されるが、上記同様毛細管半径が小さいため圧力損失が大きく、熱流束が大きくなると熱輸送能力が低下するという課題があった。
【０００８】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、重力の有無、熱流束の大小に拠らず動作するループヒートパイプを得ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明のループヒートパイプは、ウイックの蒸気流路部分に凹部を設けたものである。
【００１１】
この発明のループヒートパイプは、ウイックの液環側でかつ蒸発器容器との接合部の隣に凹部を設けたものである。
【００１２】
また、この発明のループヒートパイプは、液管に仕切り壁を設け、さらにウイックの蒸気流路部分に凹部を設けたものである。
【００１３】
この発明のループヒートパイプは、液管に仕切り壁を設け、さらにウイックの液環側でかつ蒸発器容器との接合部の隣に凹部を設けたものである。
【００１４】
また、この発明のループヒートパイプは、ウイックの蒸気流路部分とウイックの液環側でかつ蒸発器容器と接合部の隣のそれぞれに凹部を設けたものである。
【００１５】
この発明のループヒートパイプは、液管に仕切り壁を設けると同時に、ウイックの蒸気流路部分とウイックの液環側でかつ蒸発器容器との接合部の隣のそれぞれに凹部を設けたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すループヒートパイプの断面を示す図である。図２及び図３は実施の形態１を示す蒸発器の断面を示す図である。１〜１７は上記従来のループヒートパイプと同一である。１８は液管１４に取り付けた仕切り壁である。
【００１７】
図１、図２に示したループヒートパイプでは、ウイック４と同等またはそれ以下の熱伝導率の小さい材質、例えばセラミック、チタン、ステンレス等でできた液管１４に放射状に取り付けられた仕切り壁１８が液環１５内の液１３から熱を奪うため、液環１５内の液１３を過冷却することができる。これによりウイック４の液環１５側の表面から沸騰が起こらず、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気６がウイック４の表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力が低下しない。仕切り壁１８が液管１４と一体でも一体でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【００１８】
図３は液管１４に設けられた仕切り壁１８をウイック４にも接合することで、ウイック４の温度を図２よりも下げることができる。これによりウイック４及び液環１５内の液１３の温度を過冷却することができ、図２と同様熱流束が大きくても正常に動作することができ、熱輸送能力が低下しない。仕切り壁１８がウイック４または液管１４と一体でも一体でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【００１９】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。１９はウイック４の蒸気流路７の部分に設けられた凹部である。この凹の切り欠きにより作動流体が蒸発するウイック４と蒸発器容器５の接合部と蒸気流路７との距離が短くなり、ここでの圧力損失が小さくなる。また、蒸気流路７の断面積が大きくなり、圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができる。図では凹部を三角形を示したが、三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【００２０】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。２０はウイック４の液環１５側でかつ蒸発器容器５との接合部の隣に設けられた凹部である。この凹の切り欠きにより液環１５から作動流体が蒸発するウイック４と蒸発器容器５との接合部までの距離が短くなり、ここでの圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができる。図では凹部を三角形を示したが、三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【００２１】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。液管１４に仕切り壁１８を取り付けると同時にウイック４の蒸気流路７の部分に凹部を設ける。これにより無重力環境下である宇宙で熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力の向上が可能となる。また、作動流体が蒸発するウイック４から蒸発器容器５の接合部と蒸気流路７との間及び蒸気流路７での圧力損失が小さくなり、熱輸送能力を向上させることができる。図では仕切り壁１８がウイック４に接合されておらず、凹部が三角形の例を示したが、仕切り壁１８がウイック４に接合していても、凹部が三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【００２２】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。液管１４に仕切り壁１８を取り付けると同時にウイック４の液環１５側でかつ蒸発器容器５との接合部の隣にそれぞれ凹部を設ける。これにより無重力環境下である宇宙で熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力の向上が可能となる。また、液環１５から作動流体が蒸発するウイック４と蒸発器容器５との間の圧力損失が小さくなり、熱輸送能力を向上させることができる。図では仕切り壁１８がウイック４に接合されておらず、凹部が三角形の例を示したが、仕切り壁１８がウイック４に接合していても、凹部が三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【００２３】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。ウイック４の蒸気流路７の部分及びウイック４の液環１５側でかつ蒸発器容器５との接合部の隣にそれぞれ凹部を設けることにより、作動流体が蒸発するウイック４と蒸発器容器５の接合部から蒸気流路７までの距離及び液環１５から作動流体が蒸発するウイック４と蒸発器容器５との接合部までの距離がともに短くなり圧力損失が小さくなる。また、蒸気流路７の断面積が大きくなり、ここでの圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができる。図では凹部を三角形を示したが、三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【００２４】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。液管１４に仕切り壁１８を取り付け、ウイック４の蒸気流路７の部分に凹部を設ける。さらに、ウイック４の液環１５側でかつ蒸発器容器５との接合部の隣にそれぞれ凹部を設ける。これにより無重力環境下である宇宙で熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力の向上が可能となる。同時に作動流体が蒸発するウイック４から蒸発器容器５の接合部と蒸気流路７との間及び液環１５から作動流体が蒸発するウイック４と蒸発器容器５との接合部との間の圧力損失がともに小さくなる。また、蒸気流路７の断面積が大きくなり、ここでの圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができる。図では仕切り壁１８がウイック４に接合されておらず、凹部１９、２０が三角形の例を示したが、仕切り壁１８がウイック４に接合していても、凹部が三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、ウイック及び液環内の作動流体の液温度が下がり、ウイックの液環側表面から沸騰が起こらない。従って、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気がウイックの表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【００２６】
この発明によれば、ウイックと蒸発器容器の接合部から蒸気流路間での圧力損失と蒸気流路での圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【００２７】
この発明によれば、液環から作動流体が蒸発するウイックと蒸発器容器との接合部間の圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【００２８】
この発明によれば、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気がウイックの表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力を向上させることができるという効果があると同時に、ウイックと蒸発器容器の接合部から蒸気流路間での圧力損失と蒸気流路での圧力損失を小さくすることができ、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【００２９】
この発明によれば、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気がウイックの表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力を向上させることができるという効果があると同時に、液環から作動流体が蒸発するウイックと蒸発器容器の接合部間の圧力損失を小さくすることができ、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【００３０】
この発明によれば、ウイックと蒸発器容器の接合部から蒸気流路までの圧力損失、蒸気流路での圧力損失及び液環から作動流体が蒸発するウイックと蒸発器容器との接合部までの圧力損失がともに小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【００３１】
この発明によれば、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気がウイックの表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。さらに、ウイックと蒸発器容器の接合部から蒸気流路までの圧力損失、蒸気流路での圧力損失及び液環から作動流体が蒸発するウイックと蒸発器容器との接合部までの圧力損失がともに小さくなり、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるループヒートパイプの実施の形態１を示す断面図である。
【図２】この発明によるループヒートパイプの実施の形態１を示す蒸発器の断面図である。
【図３】この発明によるループヒートパイプの実施の形態１を示す蒸発器の断面図である。
【図４】この発明によるループヒートパイプの実施の形態２を示す蒸発器の断面図である。
【図５】この発明によるループヒートパイプの実施の形態３を示す蒸発器の断面図である。
【図６】この発明によるループヒートパイプの実施の形態４を示す蒸発器の断面図である。
【図７】この発明によるループヒートパイプの実施の形態５を示す蒸発器の断面図である。
【図８】この発明によるループヒートパイプの実施の形態６を示す蒸発器の断面図である。
【図９】この発明によるループヒートパイプの実施の形態７を示す蒸発器の断面図である。
【図１０】従来のループヒートパイプを示す断面図である。
【図１１】従来のループヒートパイプの蒸発器を示す断面図である。
【符号の説明】
１  蒸発器、２  凝縮器、３  印加される熱の流れを示す矢印、４  ウイック、５  蒸発器容器、６  作動流体の蒸気、７  蒸気流路、８  蒸気管、９  蒸気の流れを示す矢印、１０  凝縮環、１１  流出する熱の流れを示す矢印、１２  凝縮器容器、１３  作動流体の液、１４  液管、１５  液環、１６  上部リザーバ、１７  下部リザーバ、１８  仕切り壁、１９  ウイックの凹部、２０  ウイックの凹部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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