(57)【要約】【課題】  熱輸送能力の高い熱輸送装置を提供する。【解決手段】  蒸発部コンテナ２に連通した蒸気管６が凝縮部３に連通するとともに、蒸発部コンテナ２に連通した液戻り管４が凝縮部３に連通することにより、全体として環状の流路が形成され、その環状の流路に凝縮性の作動流体７が封入されており、さらに蒸発部コンテナ２の内部に、作動流体７を浸透させて毛細管圧力を生じさせるウイック１１，１２が配置された熱輸送装置であって、液戻り管４から蒸発部コンテナ２の内部に至る液流路の少なくとも一部が、蒸発部コンテナ２よりも熱伝導率が低いガラス管８によって形成され、このガラス管８の一端部がウイック１１と連通している。【選択図】  図１
2006308264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発部容器に連通した蒸気管が凝縮部に連通するとともに、前記蒸発部容器に連通した液戻り管が前記凝縮部に連通することにより、全体として環状の流路が形成され、その環状の流路に凝縮性の作動流体が封入されており、さらに前記蒸発部容器の内部に、前記作動流体を浸透させて毛細管圧力を生じさせるウイックが配置された熱輸送装置であって、
前記液戻り管から前記蒸発部容器の内部に至る液流路の少なくとも一部が、前記蒸発部容器よりも熱伝導率が低い管状部材によって形成され、この管状部材の一端部が前記ウイックと連通していることを特徴とする熱輸送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、潜熱として熱を輸送する作動流体を蒸発させる蒸発部容器と、その作動流体の蒸気を凝縮させる凝縮部とが、循環管路によって連結された熱輸送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
密閉した容器（コンテナ）や管路の内部に流体を封入し、外部から供給した熱を低温の箇所に輸送して、冷却する装置が、従来、知られている。この種の一例として、前記容器や管路の内部に、水やアルコール、アンモニアなどの液体を充填した構造のヒートパイプがある。このようなヒートパイプでは、内部の液体がいわゆる作動流体として作用するため、入熱のある箇所から低温の箇所に効率よく熱が輸送されて冷却が行われる。
【０００３】
また、トップヒートモードを動作態様とするヒートパイプの一例として、コンテナの内部にウィックを備えたものがある。このウィックとしては、例えばコンテナの内壁面にその長さ方向に向けて形成された多数条の細溝（グルーブ）、あるいはブロンズなどの微小粉末をコンテナの内壁面に焼結させて成る多孔構造の粉末焼結体が挙げられる。
【０００４】
上記の構造では、容器や管路の内部に作動流体の蒸気および液相の作動流体が同時に存在している。この液相の作動流体は、容器や管路に配置されるウイックの毛細管圧力などによって、ヒートパイプの内部を蒸発部側に向けて還流する。これに対して作動流体の蒸気は、蒸発部側から作動流体の凝縮の生じる凝縮部（コンデンサ）に向けて流動する。したがって、前記容器や管路の内部において、還流する液相の作動流体の流動方向と作動流体の蒸気の流動方向とが互いに反対となる。そのために、液相の作動流体が作動流体の蒸気によって吹き飛ばされ、あるいは吹き戻され、これがいわゆる飛散限界となってヒートパイプの熱輸送能力が制限されることがある。
【０００５】
従来、このような不都合を解消できる熱輸送装置としてヒートパイプをループ型としたものが開発されている。これは、外部から入熱のある蒸発部と作動流体が放熱して凝縮する凝縮部とを分離して構成し、かつこれらの液相の作動流体が蒸発部に向けて還流する液戻り管と作動流体の蒸気の流動する蒸気管とによって環状（ループ状）に連結した構造のヒートパイプである。この種の構造の一例が特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１６０３６８号公報
【特許文献２】特開２００３−１４８８８２号公報
【特許文献３】特開２００２−１６８５７９号公報
【特許文献４】特開２００１−６６０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、地上において、トップヒートモードでルート型ヒートパイプを使用する場合、凝縮部の内部に供給された液相の作動流体がその凝縮部よりも上方に向かって流動する際にその重力によって下方に引き戻される。すなわち、凝縮部の内部に在る液相の作動流体が移動しない、いわゆるバックフローが起こる。
【０００７】
したがって、トップヒートモードにおいて、コンテナの内部にウイックがある場合には、その液相の作動流体がウイックの内部に止まってしまうため、ウイックに十分な毛細管圧力が生じず、作動流体の供給が不足してループ型ヒートパイプの内部にいわゆるドライアウト（表面張力の遮断、機能停止）が発生する。
【０００８】
このような現象は、上方に向かって流動する液相の作動流体の重力の影響によって顕著になり、ヒートパイプの性能が低下したり、ヒートパイプの不動作が生じる場合などがあり、結局は熱輸送能力が劣る不都合が生じる。
【０００９】
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、熱輸送能力の高い熱輸送装置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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、蒸発部容器に連通した蒸気管が凝縮部に連通するとともに、前記蒸発部容器に連通した液戻り管が前記凝縮部に連通することにより、全体として環状の流路が形成され、その環状の流路に凝縮性の作動流体が封入されており、さらに前記蒸発部容器の内部に、前記作動流体を浸透させて毛細管圧力を生じさせるウイックが配置された熱輸送装置であって、前記液戻り管から前記蒸発部容器の内部に至る液流路の少なくとも一部が、前記蒸発部容器よりも熱伝導率が低い管状部材によって形成され、この管状部材の一端部が前記ウイックと連通していることを特徴とする装置である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、液戻り管から蒸発部容器の内部に至る液流路の少なくとも一部が、蒸発部容器よりも熱伝導率が低い管状部材によって形成され、この管状部材の一端部がウイックと連通しているので、蒸発部容器からの熱の影響を小さくすることができる。したがって、蒸発部コンテナの内部では、管状部材の内部に移動した作動流体は液相の状態となる。そのため、ウイックに十分な毛細管圧力が生じるので、その重力の影響により液相の作動流体がウイックの内部に止まることがない。その結果、作動流体の供給が促進されるので、ドライアウトの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施した最良の形態について説明する。この発明によるループ型ヒートパイプ１は、図１に示すように、蒸発部コンテナ２の流入口２Ａと凝縮部３の流出口３Ｂとが、液戻り管（リキッドライン）４によって接続され、さらに蒸発部コンテナ２の流出口２Ｂと凝縮部３の流入口３Ａとが、蒸気管（ベーパライン）６によって接続され、全体として密閉された環状（ル−プ状）に形成されている。この蒸発部コンテナ２の内壁には細溝５が軸線方向に沿って形成されている。したがって、蒸発部コンテナ２は、液戻り管４および蒸気管６に熱を伝達することができる。
【００１３】
上記凝縮部３の内部には、凝縮部３の内部に輸送された蒸気を積極的に冷却するための冷却水が流通するコンデンサチューブなどの冷却機構（図示せず）が設けられている。このループ型ヒートパイプ１の内部は、ほぼ完全に脱気された後に、水やアルコールなどの凝縮性の流体が作動流体７として封入されている。さらに、蒸発部コンテナ２および液戻り管４の各内部は液流路となっており、その液流路がガラス管８によって形成されている。なお、蒸発部コンテナ２の内面とガラス管８の外面との間に断熱材を設けてもよい。この断熱材は、蒸発部コンテナ２の熱を保持することができるので、液相の作動流体７の高温、高圧を維持することができる。また、ループ型ヒートパイプ１の材質としては、熱伝導性に優れる純銅や銅合金もしくはアルミニウム、ニッケル等の金属が採用されている。
【００１４】
蒸発部コンテナ２は円筒形状に構成されており、その内部にウイック１１とウイック１２とが収納されている。具体的には、蒸発部コンテナ２の内部において、ウイック１２の内部にはウイック１１が設けられており、蒸発部コンテナ２の流出口２Ｂ側では、ウイック１２の端部１２Ａが、ウイック１１の端部１１Ａを覆っている。また、ウイック１２の端部１２Ａと蒸発部コンテナ２の流出口２Ｂとの間には空間部１３が形成されている。さらに、蒸発部コンテナ２の流入口２Ａ側では、蒸発部コンテナ２の外周面が半径方向に突出するように形成されており、その突出部２Ｃの内面とウイック１２の他端部１２Ｂとの間にも空間部１４が形成されている。
【００１５】
上記ウイック１１は、作動流体７をループ型ヒートパイプ１の内部に循環させるための毛細管圧力を生じるものであり、例えばセラミックやニッケル、銅、銅酸化物等を原料とした多孔質材、あるいはポリエチレン樹脂（例えばUltra High Molecular Weightポリエチレン）などの高分子材料を原料とした多孔質材であって、ウイック１２よりも実効毛細管半径が小さく、ウイック１２の毛細管圧力よりも大きい毛細管圧力を生じる構成となっている。一方、ウイック１２は、例えば金網やファイバーウイックであって、ウイック１１よりも相対的に流路が大きい構成となっており、ウイック１１の外周方向に沿って設けられている。また、ウイック１１の内周方向には中空部分が形成されており、その中空部分に管状のガラス管８が挿入されている。つまり、ウイック１１とガラス管８の一端部８Ａとが連通している。なおこの具体例では、蒸発部コンテナ２の材質を銅としており、その蒸発部コンテナ２よりも熱伝導率が低い管状部材としてガラス管が採用されている。
【００１６】
次にこの発明の作用について具体的に説明する。
【００１７】
先ず、蒸発部コンテナ２に対して熱Ｑが伝達されると、蒸発部コンテナ２の内部に供給された液相の作動流体７が加熱されて蒸発する。具体的には、空間部１４の内部に在る液相の作動流体７が蒸発部コンテナ２の熱Ｑによって蒸発した状態となっており、その作動流体７の蒸気は、細溝５の間に形成された間隙を通って、空間部１３に充満する。一方、細溝５の内側に設けられたウイック１２には、液相の作動流体７の蒸発に伴うメニスカスの低下が生じ、それに伴って毛細管圧力が生じる。ウイック１１は、ウイック１２よりも大きい毛細管圧力を生じる構成となっているので、液相の作動流体７をウイック１１からウイック１２へ流動させる。すなわち、ガラス管８の内部に在る液相の作動流体７は蒸発部コンテナ２の内部に流出する。
【００１８】
ループ型ヒートパイプ１は重力のある環境で使用されているので、液戻り管４の内部に供給される作動流体７には常に重力（流動方向と反対の方向に作用する力）がかかっている。具体的には、ガラス管８の内部に在る液相の作動流体７には常に重力がかかっている。
【００１９】
ところで、上述したようにガラス管８は蒸発部コンテナ２よりも熱伝導率が低い部材であるので、蒸発部コンテナ２に伝達された熱Ｑは、ガラス管８に伝わり難い。例えば、蒸発部コンテナ２から液戻り管４に熱が伝達された場合でも、ガラス管８の内部を移動する液相の作動流体７に対して熱の影響を小さくすることができる。そのため、そのガラス管８の内部に移動した作動流体７を常に液相の状態とすることができるので、例えば液戻り管４の内部で液相の作動流体７がその重力により下方に引き戻された場合でも、ウイックに対する濡れ性が良好になる。その結果、ウイックに十分な毛細管圧力が生じるので、その重力の影響により液相の作動流体７がウイックの内部に止まることがない。そのため、蒸発部コンテナ２の内部への液相の作動流体７の供給が促進されるので、ドライアウトの発生を防止することができる。
【００２０】
その後、空間部１３に充満した作動流体７の蒸気は蒸気管６の内部を通って凝縮部３に至り、ここで外部に熱を放出して凝縮する。なお、蒸発部コンテナ２に伝達された熱Ｑは、作動流体７の蒸気の潜熱として凝縮部３に効率よく輸送される。その結果生じた液相の作動流体７は、上記毛細管圧力によるポンプ力によって液戻り管４の内部を通って蒸発部コンテナ２に還流する。
【００２１】
ここで、この実施例の構成と、特許請求の範囲に記載された構成との対応関係を説明すれば、ループ型ヒートパイプ１がこの発明の熱輸送装置に相当し、蒸発部コンテナ２がこの発明の蒸発部容器に相当し、ガラス管８がこの発明の管状部材に相当する。
【００２２】
なお、上述の具体例では、蒸発部コンテナおよび液戻り管の各内部にガラス管が設けられているが、この発明では上記具体例に限定されない。要は、液戻り管から蒸発部コンテナの内部に至る液流路の少なくとも一部が、蒸発部コンテナよりも熱伝導率が低い管状部材によって形成されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明のループ型ヒートパイプの一具体例を簡略的に示す平面図である。
【図２】図１のガラス管を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…ループ型ヒートパイプ（熱輸送装置）、  ２…蒸発部コンテナ（蒸発部容器）、  ３…凝縮部、  ４…液戻り管、  ６…蒸気管、  ７…作動流体、  ８…ガラス管（管状部材）、  １１，１２…ウイック。
【図１】
2006308264.tif 000003
【図２】
2006308264.tif 000004