(57)【要約】  蒸発器を作る方法は、蒸気障壁の方向を定め、液体障壁の方向を定め、そして蒸気障壁と液体障壁との間にウイックを位置決めすることを含む。蒸気障壁は、蒸気障壁の熱吸収面が蒸発器の外面の少なくも一部分を定めるように方向を定められる。外面は、熱を受け入れるように構成される。液体障壁は蒸気障壁と隣接するように方向を定められる。液体障壁は液体を封じ込めるように構成された面を持つ。ウイックと蒸気障壁との間の境界に蒸気除去通路が定められる。蒸気障壁と１次ウイックとの間に液体流路が定められる。
2007510125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器を作る方法であって：
蒸気障壁の熱吸収面が蒸発器の外面の少なくも一部分を定めるように蒸気障壁の方向を定め、外面は熱を受け入れるように構成され；
蒸気障壁に隣接して液体障壁の方向を定め、液体障壁は液体を封じ込めるように構成された表面を有し；
蒸気障壁と液体障壁との間にウイックを位置決めする
ことを含み；
蒸気障壁の方向定め、液体障壁の方向定め、及びウイックの位置決めの少なくも一つがウイックと蒸気障壁との間の境界における蒸気除去通路を定めることを含み；更に
蒸気障壁の方向定め、液体障壁の方向定め、及びウイックの位置決めの少なくも一つが液体障壁と１次ウイックとの間における液体流路を定めることを含む
方法。
【請求項２】
蒸気障壁の形成と液体障壁の形成とを更に含む請求項１の方法。
【請求項３】
蒸気障壁の形成が、蒸気障壁の平面形状への形成を含み、かつ液体障壁の形成が液体障壁の平面形状への形成を含む請求項２の方法。
【請求項４】
蒸気障壁の形成が、蒸気障壁の環状形状への形成を含み、かつ液体障壁の形成が液体障壁の環状形状への形成を含む請求項２の方法。
【請求項５】
ウイックの位置決めが、蒸気障壁上のウイックの熱収縮を含む請求項４の方法。
【請求項６】
ウイックの位置決めが、ウイック上の液体障壁の熱収縮を含む請求項４の方法。
【請求項７】
位置決めが、蒸気障壁と液体障壁の液体封じ込め面との間にウイックを位置決めすることを含む請求項１の方法。
【請求項８】
液体障壁に隣接してサブクーラーの方向を定めることを更に含む請求項１の方法。
【請求項９】
サブクーラーの方向定めが、液体障壁上へのサブクーラーの熱収縮を含む請求項８の方法。
【請求項１０】
蒸気障壁を形成し、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を電気腐食する
ことを更に含む請求項１の方法。
【請求項１１】
蒸気障壁を形成し、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を機械加工する
ことを更に含む請求項１の方法。
【請求項１２】
蒸気除去通路をウイック内に埋設することを更に含む請求項１の方法。
【請求項１３】
蒸気障壁を形成し、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を写真腐食する
ことを更に含む請求項１の方法。
【請求項１４】
蒸気障壁を円筒状にロール加工しかつ蒸気障壁材料の組み合っている縁を封着すること
により蒸気障壁を形成することを更に含む請求項１の方法。
【請求項１５】
液体障壁を円筒状にロール加工しかつ液体障壁材料の組み合っている縁を封着することにより液体障壁を形成することを更に含む請求項１の方法。
【請求項１６】
液体障壁の方向定めが液体障壁の熱収縮を含む請求項１の方法。
【請求項１７】
液体障壁を形成し、そして
液体障壁内に液体流路を電気腐食する
ことを更に含む請求項１の方法。
【請求項１８】
蒸発器を作る方法であって：
環状の形を有する液体障壁の方向を定め；
環状の形を有する蒸気障壁を液体障壁と同軸に方向を定め；そして
液体障壁と蒸気障壁との間にウイックを位置決めし、ウイックは液体障壁と同軸であることを含む方法。
【請求項１９】
蒸気障壁の形成と液体障壁の形成とを更に含む請求項１８の方法。
【請求項２０】
ウイックの位置決めが、蒸気障壁上のウイックの熱収縮を含む請求項１８の方法。
【請求項２１】
ウイックの位置決めが、ウイック上の液体障壁の熱収縮を含む請求項１８の方法。
【請求項２２】
位置決めが、蒸気障壁と液体障壁の液体封じ込め面との間のウイックの位置決めを含む請求項１８の方法。
【請求項２３】
液体障壁に隣接してサブクーラーの方向を定めることを更に含む請求項１８の方法。
【請求項２４】
サブクーラーの方向定めが、サブクーラーの液体障壁上への熱収縮を含む請求項２３の方法。
【請求項２５】
蒸気障壁を形成し、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を電気腐食する
ことを更に含む請求項１８の方法。
【請求項２６】
蒸気障壁を形成し、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を機械加工する
ことを更に含む請求項１８の方法。
【請求項２７】
ウイック内に蒸気除去通路を埋設することを更に含む請求項１８の方法。
【請求項２８】
蒸気障壁を形成し、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を写真腐食する
ことを更に含む請求項１８の方法。
【請求項２９】
蒸気障壁材料を円筒状の形にロール加工しそして蒸気障壁材料の組み合っている縁を封着することにより蒸気障壁を形成することを更に含む請求項１８の方法。
【請求項３０】
液体障壁材料を円筒状の形にロール加工しそして液体障壁材料の組み合っている縁を封着することにより液体障壁を形成することを更に含む請求項１８の方法。
【請求項３１】
液体障壁の方向定めが液体障壁を熱収縮することを含む請求項１８の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連特許とのクロスレファレンス】
【０００１】
本発明は、２００３年１０月２８日付け特許文献１の恩典を請求する。この出願は２００３年１０月２日付け特許文献２の一部継続出願であり、これは２００２年１０月２日付け特許文献３への優先権を請求する。この出願は２００３年１０月２８日付け特許文献４の一部継続出願でもあり、これは、２００２年１０月２８日付け特許文献５への優先権を請求する。この出願は、２００３年６月２４日付け特許文献６の一部継続出願でもあり、これは２００２年６月２４日付け特許文献の恩典を請求し、かつ２００１年６月２９日付け特許文献８の一部継続出願であり、これは２０００年６月３０日付け特許文献９の恩典を請求する。これら出願の全てが参考文献としてここに組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
この記述は、熱伝達システム及び熱伝達システムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
熱伝達システムは、熱をある位置（熱源）から別の位置（ヒートシンク）に輸送するために使用される。熱伝達システムは、地球上又は地球外において使用することができる。例えば、熱伝達システムを、無重力又は低重力環境内で作動する人工衛星設備に組み込むことができる。別の例として、熱伝達システムを、運転中に冷却を必要とすることの多い電子設備において使用することができる。
【０００４】
ループヒートパイプ（ＬＨＰ）及び毛管ポンプループ（ＣＰＬ）は受動型の２相式の熱伝達システムである。これらの各は、熱源に熱的に結合された蒸発器、ヒートシンクに熱的に結合された凝縮器、蒸発器と凝縮器との間を流れる流体、及び流体の膨張用の貯蔵器を備える。熱伝達システム内の流体は作動流体と呼ぶことができる。蒸発器は１次ウイック及び流体の流路を有するコアを備える。蒸発器により捕捉された熱は凝縮器に輸送されそしてこれにより放出される。これらシステムは、作動流体を蒸発器から凝縮器にそして蒸発器に戻るように循環を促進させるために、蒸発器内の細孔を設けられたウイックに発生する毛管圧力を利用する。ＬＨＰとＣＰＬとの間の基本的な顕著な特性は、運転中、ループから出される余分な流体を貯蔵するために使用されるループの貯蔵器の位置である。一般に、ＣＰＬの貯蔵器は蒸発器から遠くに置かれ、一方、ＬＨＰの貯蔵器は蒸発器と一緒に置かれる。
【特許文献１】米国特許暫定出願第６０／５１４，６７０号  明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／６７６，２６５号  明細書
【特許文献３】米国特許出願第６０／４１５，４２４号  明細書
【特許文献４】米国特許出願第１０／６９４，３８７号  明細書
【特許文献５】米国特許暫定出願第６０／４２１，７３７号  明細書
【特許文献６】米国特許出願第１０／６０２，０２２号  明細書
【特許文献７】米国特許暫定出願第６０／３９１，００６号  明細書
【特許文献８】米国特許出願第０９／８９６，５６１号  明細書
【特許文献９】米国特許暫定出願第６０／２１５，５８８号  明細書
【特許文献１０】米国特許第６，３８２，３０９号  明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般的な一態様においては、蒸発器を作る方法には、蒸気障壁の方向を定めること、液体障壁の方向を定めること、及び蒸気障壁と液体障壁との間にウイックを置くことが含まれる。蒸気障壁は、蒸気障壁の熱吸収面が蒸発器の外面の少なくも一部分を定めるように向けられる。外面は熱を受け入れるように構成される。液体障壁は、蒸気障壁に隣接するように向けられる。液体障壁は、液体を封じ込めるように構成された表面を持つであろう。蒸気障壁の方向定め、液体障壁の方向定め、及びウイックの位置決めの少なくも一つが、ウイックと蒸気障壁との間の境界に蒸気除去通路を定めることを含む。蒸気障壁の方向定め、液体障壁の方向定め、及びウイックの位置決めの少なくも一つが、液体障壁と１個ウイックとの間の液体流路を定めることを含む。
【０００６】
実施例は、以下の態様を一つ以上含むことができる。例えば、方法は、蒸気障壁の形成及び液体障壁の形成を含むこともできる。蒸気障壁の形成は蒸気障壁を平面状に形成すること、及び液体障壁の形成は液体障壁を平面状に形成することを含むことができる。蒸気障壁の形成は蒸気障壁を環状に形成することを含むことができ、そして液体障壁の形成は液体障壁を環状に形成することを含むことができる。
【０００７】
ウイックの位置決めは、蒸気障壁上のウイックの熱収縮を含むことができる。ウイックの位置決めはウイック上の液体収縮の熱収縮を含むことができる。
【０００８】
位置決めは蒸気障壁と液体障壁の液体封じ込め面との間のウイックの位置決めを含むことができる。
【０００９】
この方法は、液体障壁に隣接してサブクーラーの方向を定めることを含むことができる。サブクーラーの方向定めはサブクーラーを液体障壁上に熱収縮させることを含むことができる。
【００１０】
この方法は、蒸気障壁内への蒸気除去通路の電気腐食、機械加工、又は写真腐食を含むことができる。この方法は、ウイック内への蒸気除去通路の埋設を含むことができる。
【００１１】
この方法は、蒸気障壁材料を円筒状にロール掛けしそして蒸気障壁の縁に合わせて裁断することによる蒸気障壁の形成を含むこともできる。この方法は、液体障壁材料を円筒状にロール掛けしそして液体障壁に縁に合わせて裁断することによる液体障壁の形成を含むこともできる。
【００１２】
液体障壁の方向定めは液体障壁を熱収縮させることを含むことができる。
【００１３】
この方法は液体障壁を形成し、そして液体障壁内に液体流路を写真腐食することを含むことができる。
【００１４】
別の一般的な態様においては、蒸発器の製作方法は、環状の液体障壁の方向を定め、液体障壁と同心の環状の蒸気障壁の方向を定め、更に液体障壁と蒸気障壁との間における液体障壁と同心のウイックの方向を定めることを含む。
【００１５】
実施例は以下の態様の一つ以上を含むことができる。例えば、方法は、蒸気障壁の形成及び液体障壁の形成を含むことができる。
【００１６】
ウイックの位置決めは、蒸気障壁上のウイックの熱収縮を含むことができる。ウイックの位置決めはウイック上の液体収縮の熱収縮を含むことができる。位置決めは蒸気障壁と液体障壁の液体封じ込め面との間のウイックの位置決めを含むことができる。
【００１７】
この方法は、液体障壁に隣接してサブクーラーの方向を定めることを含むことができる。サブクーラーの方向定めは、サブクーラーの液体障壁上への熱収縮を含むことができる。
【００１８】
この方法は、蒸気障壁内への蒸気除去通路の電気腐食、機械加工、又は写真腐食を含むことができる。この方法は、ウイック内への蒸気除去通路の埋設を含むことができる。
【００１９】
この方法は、蒸気障壁材料を円筒状にロール掛けしそして蒸気障壁の縁に合わせて裁断することによる蒸気障壁の形成を含むこともできる。この方法は、液体障壁材料を円筒状にロール掛けしそして液体障壁に縁に合わせて裁断することによる液体障壁の形成を含むこともできる。
【００２０】
液体障壁の方向定めは液体障壁を熱収縮させることを含むことができる。
【００２１】
その他の特徴及び利点は説明、地面、及び特許請求の範囲より明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
種々の図面における同様な記号は同様な要素を示す。
【００２３】
上述のように、ループヒートパイプ（ＬＨＰ）においては、貯蔵器は蒸発器と共に置かれ、従って、貯蔵器はヒートパイプ状の導管を経て貯蔵器と熱的及び水力学的に連結される。この方法で、貯蔵器の液体を蒸発器に圧送でき、このため、始動中に蒸発器の１次ウイックを十分に濡らし又は「準備」を確実にできる。加えて、ＬＨＰの設計も、熱伝達システム内の蒸発器の定常運転中又は過渡的な運転の際の蒸発器の１次ウイックからの液体の消耗を減少させる。更に、蒸気及び／又は非凝縮ガスの泡（ＮＣＧ泡）は、ヒートパイプ状導管を通って蒸発器のコアから貯蔵器内に排出される。
【００２４】
通常のＬＨＰは、始動前、即ちＬＨＰの蒸発器への熱の適用前に液体が貯蔵器内にあることを必要とする。しかし、ＬＨＰ内の作動流体がＬＨＰの始動前に臨界超過状態であるならば、液体は始動前に貯蔵器内に無いであろう。臨界超過状態は、ＬＨＰの温度が作動流体の臨界温度以上である状態である。流体の臨界温度は、流体が液相と気相の平衡を示し得る最高温度である。例えば、作動流体が低温流体、即ち、−１５０℃以下の沸点を有する流体である場合、又は作動流体がサブアンビエント（ｓｕｂ−ａｍｂｉｅｎｔ）流体、即ち、沸点がＬＨＰの作動環境温度以下である流体の場合は、ＬＨＰは臨界超過状態にあることがある。
【００２５】
通常のＬＨＰは、これをサブクーリングされた蒸発器、即ち作動流体の沸点より低い温度に冷却された蒸発器に戻すことも必要である。かかる制限のため、周囲温度以下でＬＨＰを運転することは非実際的である。例えば、作動流体が低温流体である場合は、ＬＨＰは、流体の沸点より高温の環境において同様に作動する。
【００２６】
図１を参照すれば、熱輸送システム１００は、通常のＬＨＰの限界を克服するように設計される。熱輸送システム１００は、熱伝達システム１０５及びプライムシステム１１０
を備える。プライムシステム１１０は、熱輸送システム１０５内の流体を液体に変換させ熱輸送システム１０５を始動待機状態にする（プライミングする）ように構成される。この説明において使用される用語「流体」は、飽和平衡状態において液体及び蒸気の両者である物質を呼ぶ一般的用語である。
【００２７】
熱輸送システム１０５は、主蒸発器１１５、及び液体管路１２５と蒸気管路１３０とにより主蒸発器１１５に結合された凝縮器１２０を備える。凝縮器１２０はヒートシンク１６５と熱を授受し、主蒸発器１１５は熱源Ｑｉｎ１１６と熱を授受する。システム１０５は、必要に応じて追加の圧力封じ込めのために蒸気管路１３０に結合された高温貯蔵器１４７も備えることができる。特に、高温貯蔵器１４７はシステム１００の容積を増加させる。作動流体がその臨界温度、即ち作動流体が液体−期待の平衡を示し得る最高温度より高い温度である場合は、その圧力はシステム１００内の質量（充填量）に比例しかつシステムの容積に反比例する。高温貯蔵器１４７による容積の増加が充填圧力を低下させる。
【００２８】
主蒸発器１１５は、容器１１７を備え、この容器は内部にコア１３５を定める１次ウイック１４０を収容する。主蒸発器１１５は、バイオネットチューブ１４２及びコア１３５内の２次ウイック１４５を備える。バイオネットチューブ１４２、１次ウイック１４０、及び２次ウイック１４５が、液体通路１４３、第１の蒸気通路１４４、及び第２の蒸気通路１４６を定める。第２のウイック１４５は、相の制御、即ち参考文献としてその全部がここに取り入れられた特許文献８に説明されたように、コア内の液体／蒸気の分離を提供する。示されるように、主蒸発器１１５は３個のポート、即ち、液体通路１４３内への液体入り口１３７、第２の蒸気通路１６４から蒸気管路１３０内への蒸気出口１３２、及び液体通路１４３（及び以下説明されるように恐らくは第１の蒸気通路１４４）からの流体出口１３９を持つ。３ポート式蒸発器の構造の更なる詳細は、図５Ａ及び５Ｂに関して以下説明される。
【００２９】
プライムシステム１１０は、蒸気管路１３０に結合された２次又は始動準備用蒸発器１５０、及び２次蒸発器１５０と一緒に置かれた貯蔵器１５５を備える。貯蔵器１５５は、２次流体管路１６０及び２次凝縮器１２２により主蒸発器１１５のコア１３５に結合される。２次流体管路１６０は、主蒸発器１１５の流体出口１３９と組み合う。プライムシステム１１０は、２次蒸発器１５０と熱を授受する管理された熱源Ｑｓｐ１５１も備える。
【００３０】
２次蒸発器１５０は容器１５２を備え、この容器は内部にコア１８５を定めている１次ウイック１９０を収容する。２次蒸発器１５０は、コア１８５から導管１７５を通って貯蔵器１５５内に伸びるバイオネットチューブ１５３及び２次ウイック１８０を備える。２次ウイック１８０は、貯蔵器１５５と２次蒸発器１５０との間の毛管結合を提供する。バイオネットチューブ１５３、１次ウイック１９０、及び２次ウイック１８０は、流体管路１６０に結合された液体通路１８２、貯蔵器１５５に結合された第１の蒸気通路１８１、及び蒸気管路１３０に結合された第２の蒸気通路１８３を定める。貯蔵器１５５は、液体通路１８２、第２のウイック１８０、及び第１の蒸気通路１８１を経て第２の蒸発器１５０と熱の授受可能でかつ水力学的に結合される。２次蒸発器１５０のコア１８５からの蒸気及び又はＮＣＧの泡は、第１の蒸気通路１８１を経て貯蔵器１５５に押し流され、凝縮可能な液体は容器１５５から２次ウイック１８０を通って２次蒸発器１５０に戻される。１次ウイック１９０はコア１８５内の液体を熱源Ｑｓｐ１５１に水力的に結合し、２次蒸発器１５０に熱が加えられたとき、１次ウイック１９０の外面の液体は、２次蒸気通路１８３内で蒸発して蒸気を形成することができる。
【００３１】
貯蔵器１５５は冷却面により冷却され低温にされ、加熱されなければ、熱伝達システム１０５の作動温度より低い温度で作動できるであろう。一実施例においては、貯蔵器１５５及び２次凝縮器１２２は、凝縮器１２０と熱的に結合されたヒートシンク１６５と熱の授受をする。例えば、貯蔵器１５５は、アルミニウム又は適宜の熱伝導性材料で作り得るシャント１７０を使用してヒートシンクに取り付けることができる。この方法で、貯蔵器１５５の温度は凝縮器１２０の温度に追従する。
【００３２】
図２は、熱輸送システム１００の実施例を示す。この実施例においては、凝縮器１２０と１２２とは低温冷却器２００に取り付けられ、これは冷凍機として作動し、熱を凝縮器１２０、１２２からヒートシンク１６５に伝達する。加えて、図２の実施例においては、熱輸送システム１００の所要空間を減らすために、管路１２５、１３０、１６０は、曲がりくねっている。
【００３３】
図１及び２には示されないが、例えば、貯蔵器１５５及び主蒸発器１１５のような構成要素に、診断用又は試験用の目的で使用し得る温度センサーを設けることができる。
【００３４】
図３を参照すれば、システム１００は、熱源Ｑｉｎ１１６から熱を輸送するため、及び始動前に主蒸発器１１５を液体で確実に濡らしておくための手順３００を実行する。手順３００は、熱伝達システム１０５が臨界超過状態にあるときに特に有用である。手順３００の開始前に、システム１００は、「充填圧力」と呼ばれるある特定圧力の作動流体で満たされる。
【００３５】
まず、貯蔵器１５５が、例えば、貯蔵器１５５をヒートシンク１６５に取り付けることにより冷却状態にされる（ステップ３０５）。貯蔵器１５５は、説明されたように作動流体が液体−蒸気平衡を示し得る最高温度である作動流体の臨界温度より低い温度に冷却される。例えば、流体が臨界温度３３℃のエタンである場合は、貯蔵器１５５は３３℃以下に冷却される。貯蔵器１５５の温度が作動流体の流体温度以下に低下すると、貯蔵器１５５は作動流体により形成された液状凝縮物で部分的に満たされる。貯蔵器１５５内の液体の形成が２次ウイック１８０及び２次蒸発器１５０の１次ウイック１９０を濡らす（ステップ３１０）。
【００３６】
同時に、熱伝達システム１０５内の流体の循環を強化し又は開始させるために、熱源Ｑｓｐ１５１からの熱を２次蒸発器１５０に加えることによりプライムシステム１１０に熱を与える（ステップ３１５）。２次蒸発器１５０による蒸気出力は、１次ウイック１９０と２次蒸気通路１８３との間の中間面における毛管圧力のため、蒸気管路１３０を通り更に凝縮器１２０を経て圧送される（ステップ３２０）。蒸気が凝縮器１２０に達すると、これは液体に変換される（ステップ３２５）。凝縮器１２０内で形成された液体は熱伝達システム１０５の主蒸発器１１５に圧送される（ステップ３３０）。主蒸発器１１５が流体の臨界温度より高温になると、主蒸発器１１５に入ってくる液体が蒸発し、主蒸発器１１５を冷却する。この過程（ステップ３１５−３３０）が続き、主蒸発器１１５を設定温度にさせ（ステップ３３５）、このとき、主蒸発器は液体を戻して濡らされ、毛管ポンプとして作動することができる。一実施例においては、設定温度は、貯蔵器１５５が冷却された温度である。別の実施例においては、設定温度は作動流体の臨界温度以下の温度である。更なる実施例においては、設定温度は貯蔵器１５５が冷却された温度より高い温度である。
【００３７】
設定温度に達する（ステップ３３５）と、システム１００は主モードで作動し（ステップ３４０）、このとき、熱源Ｑｉｎ１１６から主蒸発器１１５に加えられた熱は熱伝達システム１０５により伝達される。特に、主モードにおいては、主蒸発器１１５は熱伝達システム１０５を通る作動流体の循環を推進するように毛管ポンプ現象を発生する。更に、主モードにおいては、貯蔵器１５５の設定温度が下げられる。主モード中の熱伝達システム１０５の冷却速度は貯蔵器１５５を低温する程度に依存する、これは、主蒸発器１１５の温度が貯蔵器１５５の温度に密に追随するためである。従って、必須ではないが、主モ
ード中に貯蔵器１５５の温度を更に制御し又は調整するためにヒーターを使うことができる。更に、主モードにおいては、熱源Ｑｓｐ１５１により２次蒸発器１５０に加えられる熱量が減らされ、熱伝達システム１０５を流体に対する正常な作動温度に低下させる。例えば、主モードにおいて、熱源Ｑｓｐ１５１から２次蒸発器１５０への熱負荷は、下に定められるように、加熱条件に等しい値又はこれを越える値に保たれる。一実施例においては、熱源Ｑｓｐからの熱負荷は、熱源Ｑｉｎ１１６から主蒸発器１１５に加えられる熱負荷の約５から１０％に保たれる。
【００３８】
この特別な実施例においては、主モードは、設定温度に達したことの判定により開始される（ステップ３５５）。別の実施例においては、別のとき又は別の契機により開始させることができる。例えば、主モードを、プライムシステムが濡れた後（ステップ３１０）、又は貯蔵器が低温にされた後（ステップ３０５）で開始することができる。
【００３９】
熱伝達システム１０５は、作動中いつでも、１次ウイック１４０を横切る熱条件及び液体管路１２５に加えられる寄生熱から生ずるような熱条件に遭遇する可能性がある。両条件は蒸発器の液体側における蒸気の形成を引き起こす。特に、１次ウイック１４０を横切る熱条件はコア１３５内の液体に蒸気の泡を発生させる可能性があり、これがコア１３５内に残るとこれが増大し１次ウイック１４０への液体の供給を阻止し、主蒸発器１１５を破壊させることがある。液体管路１２５内への寄生熱の入力（「寄生熱ゲイン」と呼ばれる）は、液体管路１２５内の液体に蒸気を形成させる可能性がある。
【００４０】
上述の熱条件の不利な衝撃を減らすために、プライムシステム１１０は、熱条件及び寄生熱ゲインの和より大きいか又は等しい熱量レベルＱｓｐ１５１で作動する。例えば、前述のように、プライムシステムは、熱伝達システム１０５への熱量の５−１０％で作動することができる。特に、気泡と液体との組合せを含んだ流体は、これを２次凝縮器１２２に至る２次流体管路１６０内に排出させるためにコア１３５から押し流される。特に、コア１３５内で形成した蒸気はバイオネットチューブ１４３を回り流体出口ポート１３９内に直接移動する。第１の蒸気通路１４４内で形成した蒸気は、（２次ウイック１４５の細孔の大きさが気泡を受け入れるに十分に大きい場合は）２次ウイック１４５を通るか、或いは第１の蒸気通路１４４から出口ポート１３９への妨げのない通路を提供する出口ポートに近い２次ウイック１４５の端部の開口を通るかのいずれかで流体出口ポート１３９内に通る。２次凝縮器１２２が流体内の気泡を凝縮させ、この流体を熱伝達システム１０５内に再導入させるために貯蔵器１５５に圧送する。
【００４１】
同様に、液体管路１２５への寄生熱の入力を減らすために、２次流体管路１６０及び液体管路１２５は同軸構成を形成し、２次流体管路１６０が液体管路１２５を囲んでこれを周囲の熱から遮断することができる。この実施例は、図８Ａ及び８Ｂを参照し、以下、更に説明することとする。この構成の結果として、気泡を発生させる周囲の熱に対して、液体管路１２５に代わって２次流体管路１６０内で気泡を形成させることが可能である。説明されたように、２次ウイック１４５において作用する毛管作用のため、流体は主蒸発器１１５から２次凝縮器１２２に流れる。この流体の流れ及び２次凝縮器１２２の比較的低い温度が、２次流体管路１６０内の気泡を凝縮器１２２を通って押し流し、気泡はここで液体に凝縮しそして貯蔵器１５５内に圧送される。
【００４２】
図４に示されるように、試験運転からのデータが示される。この実施例においては、温度４１０における主蒸発器１１５の始動の前は、主蒸発器の温度４００は、設定温度に冷却された貯蔵器１５５の温度４０５よりかなり高い（ステップ３０５）。プライムシステム１１０が濡らされ（ステップ３１０）、時刻４５２において２次蒸発器１５０に熱量Ｑｓｐ４５０が加えられ（ステップ３１５）、液体を主蒸発器１１５に圧送させる（ステップ３３０）と、主蒸発器１１５の温度４００は、時刻４１０において貯蔵器１５５の温度
４０５に達するまで低下する。システム１００がＬＨＰモードで作動しているとき（ステップ３４０）、時刻４６２において熱量Ｑｉｎ４６０が主蒸発器１１５に加えられる。示されるように、主蒸発器１１５への熱入力Ｑｉｎ４６０は比較的低く保たれるが、主蒸発器１１５は冷却される。２次流体管路１６０の温度４７０及び液体管路１２５の温度４７５も示される。時刻４１０より後、温度４７０及び４７５は主蒸発器１１５の温度４００を追跡する。更に、２次蒸発器１５０と貯蔵器１５５との間の熱連絡のため、２次蒸発器１５０の温度４１５は貯蔵器１５５の温度４０５に密に追随する。
【００４３】
説明されたように、一実施例においては、熱伝達システム１０５の流体としてエタンを使用することができる。エタンの臨界温度は３３℃であるが、一般的に上述された理由のため、システム１００は、システム１００が温度７０℃にある臨界超過状態から始動することができる。２次蒸発器１５０に熱量Ｑｓｐが加えられると、凝縮器１２０及び貯蔵器１５５の温度は（時刻４５２と４１０との間で）急速に低下する。貯蔵器１５５、従って凝縮器１２０の温度を−１０℃に管理するためにトリムヒーターを使用することができる。主蒸発器１１５を臨界超過温度７０℃から始動させるために、２次蒸発器１５０に１０Ｗの熱負荷又は熱入力Ｑｓｐが適用される。主蒸発器１１５が始動準備状態にされると熱源Ｑｓｐ１５１から２次蒸発器１５０への熱入力及びトリムヒーターを経て供給された熱量の両者が、システム１００の温度を約−５０℃の正常の作動温度に下げることができる。例えば、主モード中、主蒸発器１１５に４０Ｗの熱入力Ｑｉｎが適用された場合は、（上述された）熱条件を通して３Ｗの損失を軽減するために−４５℃で作動している間に、２次蒸発器１５０への熱入力Ｑｓｐを約３Ｗに減らすことができる。別の例として、主蒸発器１１５は、２次蒸発器１５０に５Ｗ加えられかつ貯蔵器１５５の温度４０５が約−４５℃という条件で、約１０Ｗから約４０Ｗの熱入力Ｑｉｎで作動できる。
【００４４】
図５Ａ及び５Ｂを参照すれば、一実施例においては、主蒸発器１５５は３ポート式の蒸発器５００（これは図１に示された設計である）として設計される。一般に、３ポート蒸発器５００においては、液体は液体入り口５０５内に流れ更に１次ウイック５４０により定められたコア５１０内に流れ、そしてコア５１０からの流体は流体出口５１２から低温の（貯蔵器１５５のような）貯蔵器に流れる。流体及びコア５１０は、例えばアルミニウム製の貯蔵器５１５内に収容される。特に、液体入り口５０５からコア５１０内に流れる流体は、バイオネットチューブ５２０を通り、バイオネットチューブ５２０及びその周りを流れて液体通路５２１内に入る。流体は、ウイック材料５３０で作られた（蒸発器１１５の２次ウイック１４５のような）２次ウイック通路５２５及び環状のアーテリイ（ａｒｔｅｒｙ）幹線５３５を通って流れることができる。ウイック材料５３０は、第１の蒸気通路５６０から環状幹線５３５を分離する。熱源Ｑｉｎ１１６からの熱量が蒸発器５００に加えられると、コア５１０からの液体は１次ウイック５４０に入り蒸発し、１個以上の蒸気溝５４５を有する第２の蒸気通路５６５に沿って自由に流れ、そして蒸気出口５５０から出て蒸気管路１３０に入る。コア５１０の第１の蒸気管路５６０内で形成した蒸気の泡は、コア５１０から出て第１の蒸気通路５６０を通って流体出口５１０内に押し流される。上述のように、第１の蒸気通路５６０内の蒸気の泡は、２次ウイック５２５の細孔サイズが蒸気の泡を収容するに十分に大きい場合は２次ウイック５２５を通過することができる。これに代わり、又はこれに追加して、第１の蒸気通路５６０内の蒸気の泡は、２次ウイック５２５に沿った適宜の位置に形成された２次ウイック５２５の開口を通過し、液体通路５２１又は流体出口５１２に入ることができる。
【００４５】
図６を参照すれば、別の実施例においては、主蒸発器１１５は、特許文献８に説明されたデザインの４ポート式蒸発器６００として設計される。３ポート式の蒸発器構造との差を強調しつつ略述すると、液体は、流体入り口６０５を通り、バイオネット６１０を通り、コア６１５内に入り、蒸発器６００内に流れる。コア６１５内の液体は１次ウイック６２０及び蒸発器に入り、蒸気を形成し、この蒸気は蒸気溝６２５に沿って自由に流れ、そして蒸気出口６３０を出て蒸気管路１３０に入る。コア６１５内の２次ウイック６３３がコア内の蒸気又は気泡（これはコア６１５が加熱されたときに作られる）とコア内の液体とを分離する。２次ウイック６３３の内側の第１の流体通路６３５内で形成された気泡を運ぶ液体は、流体出口６４０から流れ出し、２次ウイック６３３と１次ウイック６２０との間に置かれた蒸気通路６４２内で形成された蒸気又は気泡は蒸気出口６４５から流れ出る。
【００４６】
図７も参照すれば、主蒸発器が４ポート蒸発器６００である熱輸送システム７００が示される。システム７００は、１個又はそれ以上の熱伝達システム７０５、及び熱伝達システム７１０５内の流体を、熱伝達システム７０５を始動準備状態にするための液体に変換するように構成されたプライムシステム７１０を備える。４ポート蒸発器６００は、蒸気管路７２０及び流体管路７２５により１個以上の凝縮器７１５に結合される。プライムシステム７１０は、始動準備用蒸発器７３５に水力学的及び熱的に連結され低温にされた貯蔵器７３０を備える。
【００４７】
熱輸送システム１００の設計の際の考慮点には、臨界超過状態からの主蒸発器１１５の始動、寄生熱漏洩の管理、１次ウイック１４０を横切る熱条件、冷温貯蔵器１５５を低温にしておくこと、及び熱伝達システム１０５内の作動流体の臨界温度より高い周囲温度における圧力封じ込めが含まれる。これら設計の考慮点に配慮するために、蒸発器１１５又は１５０の（容器５１５のような）ボデイ又は容器は押し出しの６０６３アルミニウムで作ることができ、また１次ウイック１４０及び／又は１９０は細孔を有するウイックで作ることができる。一実施例においては、蒸発器１１５又は１５０の外径は約１５．８７５ｍｍ（０．６２５インチ）、そして容器の長さは約１５２．４ｍｍ（６インチ）である。貯蔵器１５５は、低温になるようにアルミニウムシャント１７０を使用して放熱器１６５の端部板に取り付けることができる。更に、（カプトンヒーターのような）ヒーターを貯蔵器１５５の側面に取り付けることができる。
【００４８】
一実施例においては、蒸気管路１３０は、４．７６３ｍｍ（３／１６インチ）の外径（ＯＤ）を有し壁面が滑らかなステンレス鋼管より作られ、液体管路１２５及び２次流体管路１６０は、３．１７５ｍｍ（１／８インチ）のＯＤを有し壁面が滑らかなステンレス鋼管より作られる。管路１２５、１３０、１６０は蛇行した経路に曲げられ、そして寄生熱ゲインを最小にするために金メッキされる。加えて、管路１２５、１３０、１６０は、試験中、ある特定の環境を模擬するためにヒーター付きのステンレス鋼の箱の中に囲うことができる。ステンレス鋼の箱は、ヒートシンク１６５のパネルを通過する熱漏洩を最小にするために、多層断熱材（ＭＬＩ）で断熱することができる。
【００４９】
一実施例においては、凝縮器１２２及び２次流体管路１６０は、６．３５ｍｍ（０．２５インチ）のＯＤを有する管で作られる。この管は、例えばエポキシを使用してヒートシンク１６５のパネルに接合される。ヒートシンク１６５の各パネルは１．５８８ｍｍ（１／１６インチ）厚の板材を使用した２０３．２×４８２．６ｍｍ（８×１９インチ）の直接凝縮式のアルミニウム放熱器である。作動流体の不注意による氷結を防ぐために、凝縮器１２０の近くでヒートシンク１６５のパネルにカプトンヒーターを取り付けることができる。作動中、ステンレス鋼１００全体の温度を看視するために熱電対のような温度センサーを使用することができる。
【００５０】
熱輸送システム１００は、熱伝達システム１０５の作動流体の臨界温度がシステム１００の作動している環境温度より低い適宜の環境において実施することができる。熱輸送システム１００は、低温冷却が必要な構成要素を冷却するために使用することができる。
【００５１】
図８Ａ−８Ｄを参照し、小型化された低温システム８００において熱輸送システム１０
０を実施することができる。小型化されたシステム８００においては、管路１２５、１３０、１６０は、空間を節約するコイル構成８０５を許すために可撓性材料で作られる。小型化されたシステム８００は、ネオン流体を使用して−２３８℃で作動することができる。熱入力Ｑｉｎ１１６は約０．３から２．５Ｗである。小型化されたシステム８００は、低温構成要素（又は低温冷却を必要とする熱源）８１６を、凝縮器１２０、１２２の冷却のために結合された低温冷却器８１０のような低温冷却源に熱的に結合する。
【００５２】
小型化されたシステム８００は、伝統的な熱応動開閉可能な振動絶縁システムと比較し、質量が小さく、融通性が大きく、かつ熱応動開閉性能を提供する。伝統的な熱応動開閉可能な振動絶縁システムは、低温の構成要素から低温冷却源に熱を伝達するようにループを形成する２個の可撓性の伝熱性リンク（ＦＣＬ）、低温熱応動開閉器（ＣＴＳＷ）、及び伝熱棒（ＣＢ）を必要とする。小型化されたシステム８００においては、機械的な中間面の数が減らされるため熱的性能が強化される。機械的な中間面における熱条件が、伝統的な熱応動開閉可能で振動絶縁されたシステム内の熱ゲインの大きなパーセンテージを占める。ＣＢ及び２個のＦＣＬは、小型化されたシステム８００のコイル構成８０５に使用される質量の小さい可撓性の薄壁の管と置換される。
【００５３】
更に、小型化されたシステム８００は、広範囲の熱輸送距離に機能でき、（低温冷却機８１０のような）冷却源を低温の構成要素８１６から遠くに置くことを許す。コイル構成８０５は、質量が小さくかつ表面積が小さく、これにより管路１２５及び１６０を通しての寄生熱ゲインを減らす。小型化されたシステム８００内の冷却源８１０の構成が、システム８００の一体化及びパッケージングを容易にしかつ冷却源８１０の振動を減らす。これは赤外線センサーの応用において特に重要となる。一実施例においては、小型化されたシステム８００は、２５−４０Ｋにおいて作動するネオンを用いて試験された。
【００５４】
図９Ａ−９Ｃを参照すれば、熱輸送システム１００は、調整可能な取り付けシステム又はジンバルシステム１００５において実行することができる。これにおいては、主蒸発器１１５及び管路１２５、１６０、及び１３０の一部分は、縦軸１０２０の周りを±４５゜の範囲内で回転できるように取り付けられ、また管路１２５、１６０、及び１３０の一部分は方位軸１０２５の周りを±２２０゜の範囲内で回転できるように取り付けられる。管路１２５、１６０、１３０は薄壁の管から形成されそして各回転軸の周りでコイル状にされる。システム１００５は、低温望遠鏡のセンサーのような低温構成要素（又は低温冷却を必要とする熱源）を、凝縮器１２０、１２２の冷却用に結合された低温冷却器１０１０のような低温冷却源に結合する。冷却源１０１０は静止した宇宙船１０６０に置かれ、こうして低温望遠鏡の質量を減らす。管路１２５、１３０、１６０の回転を制御するためのモーターのトルク、システム１００５の所要動力量、宇宙船１０６０のための制御の要求、及びセンサー１０１６の指向精度が改善される。低温冷却機１０１０及び放熱器又はヒートシンク１６５をセンサー１０１６から動かすことができ、センサー１０１６内の振動を減らす。一実施例においては、作動流体が窒素であるとき７０−１１５Ｋの範囲内で作動するためにシステム１００５が試験された。
【００５５】
熱伝達システム１０５は、医療用、又は設備を環境温度以下に冷却しなければならない用途に使用することができる。別の例として、環境ノイズを減らすために低温において作動する赤外線（ＩＲ）センサーを冷却するために熱伝達システム１０５を使用することができる。熱伝達システム１０５は、周囲温度以下に冷やされることが好ましい品目をしばしば収容する自販機を冷却するために使用することができる。熱伝達システム１０５は、ラップトップ型コンピューター、手持ち式コンピューター、又はディスクトップ型コンピューターのようなコンピューターのディスプレイ又はハードドライブのような構成部品を冷却するために使用することができる。熱伝達システム１０５は、自動車又は飛行機のような輸送機械の１個又はそれ以上の構成部品を冷却するために使用することができる。
【００５６】
その他の実施例も以下の請求項の範囲内にある。例えば、凝縮器１２０及びヒートシンク１６５は、例えば放熱器のような一体のシステムとして設計することができる。同様に、２次凝縮器１２２及びヒートシンク１６５を放熱器から形成することができる。ヒートシンク１６５は、（放熱器のような）受動的なヒートシンク或いは凝縮器１２０、１２２を能動的に冷却する低温冷却機とすることができる。
【００５７】
別の実施例においては、貯蔵器１５５の温度はヒーターを使用して制御される。更なる実施例においては、貯蔵器１５５は寄生熱を使って加熱される。
【００５８】
別の実施例においては、断熱材の同軸リングが形成され、そして液体管路１２５と２次流体管路１６０との間に置かれ、後者が断熱リングを囲む。
【００５９】
［蒸発器のデザイン］
蒸発器は、２相熱伝達システムにおける一体の構成要素である。例えば、図５Ａ及び５Ｂに示されるように、蒸発器５００は、コア５１０を囲む１次ウイック５４０と接触している蒸発器本体又は容器５１５を備える。コア５１０は作動流体用の流路を定める。１次ウイック５４０は、複数の周囲の流路又は蒸気溝５４５によりその周囲を囲まれる。通路５４５はウイック５４０と蒸発器本体５１５との間の境界面で蒸気を集める。通路５４５は蒸気出口５５０と接触し、この出口は、蒸発器１１５内で形成された蒸気を排出できるように凝縮器内に供給する蒸気管路内に供給する。
【００６０】
上述の蒸発器５００及びその他の蒸発器は円筒形であり、即ち、蒸発器のコアは作動流体が通過する円筒通路を形成する。蒸発器の円筒形は熱獲得面が中空円筒である冷却用途に有用である。多くの冷却用途では、平面を有する熱源から熱を取り去って輸送することが必要である。この種の応用においては、蒸発器は、平面を有する熱源の設置面に適合するように平らな導電性のサドルを備えるように変更することができる。かかるデザインは、例えば特許文献１０に示される。
【００６１】
蒸発器の円筒状の形は、ＬＨＰ作動の熱力学的な制限（即ち、貯蔵器内への熱漏洩の最小化）に対する順応を容易にする。正常な平衡作動のために、ＬＨＰのサブクーリング量に起因するＬＨＰ作動の制限が必要である。更に、蒸発器の円筒形は、組立、取り扱い、機械加工、及び処理を比較的容易にする。
【００６２】
しかし、後述されるであろうように、蒸発器は、より自然に平らな熱源に取り付けるように平らな形に設計することができる。
【００６３】
［平面デザイン］
図１０を参照すれば、熱伝達システム用の蒸発器１０００は、蒸気障壁１００５、液体障壁１０１０、蒸気障壁と液体障壁１０１０の内側との間の１次ウイック１０１５、蒸気除去通路１０２０、及び液体流路１０２５を備える。
【００６４】
蒸気障壁１００５は１次ウイック１０１５と密に接触している。液体障壁１０１０は、液体障壁１０１０の内側の作動流体と接触し、作動流体は液体障壁１０１０の内側に沿ってのみ流れる。液体障壁１０１０は蒸発器の周囲を閉鎖し、液体流路１０２５を通る作動流体の組織化と分布とを支援する。蒸気除去通路１０２０は、１次ウイック１０１５の蒸発面１０１７と蒸気障壁１００５との間の境界に置かれる。液体流路１０２５は、液体障壁１０１０と１次ウイック１０１５との間に置かれる。
【００６５】
蒸気障壁１００５は、熱源に対する熱獲得面として作用する。蒸気障壁１００５は、例
えば金属板のような伝熱性材料より作られる。蒸気障壁１００５用に選ばれた材料は、典型的に、作動流体の内圧に耐えることができる。
【００６６】
蒸気除去通路１０２０は、通路１０２０の流体抵抗と、蒸気障壁１００５を通って１次ウイック１０１５に入る熱条件とが釣り合うように設計される。通路１０２０は電食、機械加工、又はその他の適宜の方法で表面に形成することができる。
【００６７】
蒸気除去通路１０２０は、蒸気障壁１０５０の内側の溝として示される。しかし、選定された設計方針に従って幾つかの別の方法で設計し設けることができる。例えば、別の実施例によれば、蒸気除去通路１０２０は、１次ウイック１０１５の外面に設けられた溝であり、或いはこれらが１次ウイックの表面下にあるように１次ウイック１０１５内に埋設される。蒸気除去通路１０２０のデザインは、製造の容易さと便利さとを増すように、かつ次のガイダンスの一つ又はそれ以上にほぼ近いように選定される。
【００６８】
第１に、蒸気除去通路１０２０の水力学的直径は、１次ウイック１０１５の蒸発面１０７において作られる蒸気の流量を大きな圧力低下なしに扱うに十分であるべきである。第２に、熱源から１次ウイック１０１５の蒸発面への能率的な伝熱を提供するために、蒸気障壁１００５と１次ウイック１０１５との間の接触面を最大化すべきである。第３に、１次ウイック１０１５と接触している蒸気障壁１００５の厚さ１０３０を最小にすべきである。厚さ１０３０が増加すると１次ウイック１０１５の表面における蒸発が減少し、蒸気除去通路１０２０を通る蒸気の輸送が減少する。
【００６９】
蒸発器１０００は別々の部品から組み立てることができる。或いは、蒸発器１０００はウイックの両側に通路を形成するために特別の心金を有する二つの壁の間で１次ウイック１０１５をその位置で焼結させることにより単一部品として作ることができる。
【００７０】
１次ウイック１０１５は蒸発面１０１７を提供しかつ作動流体を液体通路１０２５から１次ウイック１０１５の蒸発面に圧送し又は供給する。
【００７１】
１次ウイック１０１５の大きさと設計には幾つかの考慮が含まれる。１次ウイック１０１５の熱伝導性は、蒸発面１０１７から１次ウイック１０１５を経て液体流路１０２５に至る熱漏洩を減らすに十分に低くすべきである。熱漏洩は、１次ウイック１０１５の直線寸法にも影響される。このため、１次ウイック１０１５の直線寸法は熱漏洩を減らすように適正に最適化されるべきである。例えば、１次ウイック１０１５の厚さ１０１９の増加は熱漏洩を減らす。しかし、厚さ１０１９の増加は作動流体の流れに対する１次ウイック１０１５の水力学的抵抗を大きくさせる。ＬＨＰの設計においては、１次ウイック１０１５による作動流体の水力学的抵抗は重要であり、これら要因の適正な釣り合いを取ることが重要である。
【００７２】
熱伝達システムの作動流体を駆動又は圧送する力は１次ウイックの蒸気側及び液体側の間の温度差又は圧力差である。圧力差は１次ウイックにより支持され、そしてこれは入ってくる作動流体の熱勘定の適正な管理により維持される。
【００７３】
液体は、凝縮器から液体戻り管路を通過して蒸発器に戻りかつ僅かにサブクーリングされる。一定量のサブクーリングが１次ウイックを通る熱漏洩及び周囲から貯蔵器に入る熱漏洩を液体戻り管路内で相殺する。液体のサブクーリングが蒸発器の熱勘定を維持する。しかし、蒸発器の熱勘定を維持するための別の有用な方法がある。
【００７４】
一つの方法は、蒸発器と環境との間の組織化された熱交換である。地上の用途に対してよく使用されるような平面型デザインを有する蒸発器においては、熱伝達システムは、貯
蔵器及び／又は蒸発器１０００の液体障壁１０１０に熱交換用のファンを備える。これらファンの自然対流がサブクーリングを提供して熱伝達システムの凝縮器及び貯蔵器におけるストレスを減少させる。
【００７５】
貯蔵器の温度又は貯蔵器と１次ウイック１０１５の蒸発面１０１７との間の温度差が、熱伝達システムを通る作動流体の循環を支持する。ある種の熱伝達システムは、追加のサブクーリングを必要とする。要求量は、凝縮器が完全に封鎖された場合でも凝縮器の作り得る量より大きいことがある。
【００７６】
蒸発器１０００の設計に当たっては３個の変数を管理することが必要である。第１に、液体流路１０２５の構成及び設計を決めることが必要である。第２に、液体流路１０２５からの蒸気の放出を考慮しなければならない。第３に、蒸発器１０００は、液体が確実に液体流路１０２５を完全に満たすように設計すべきである。これら３個の変数は相互に関係し、従って効率的な熱伝達システムを形成するためにこれらを併せて考慮し最適化しなければならない。
【００７７】
説明されたように、蒸発器の液体側に入る熱漏洩と１次ウイックのポンピング能力との間の適正な熱勘定を得ることが重要である。この熱勘定の処理は、サブクーリングを提供する蒸発器の最適化とは無関係に行うことはできない。それは、蒸発器の設計の際に許容熱漏洩を大きくすると、凝縮器において作らねばならないサブクーリングが大きくなるためである。凝縮器が長くなると流体管路における水力学的損失が大きくなり、これはより良いポンピング能力を有する別のウイック材料を必要とする。
【００７８】
作動時において、熱源からの熱が蒸発器１０００に加えられると、液体流路１０２５からの液体は１次ウイック１０１５及び蒸発器に入って蒸発し、蒸気除去通路１０２０に沿って自由に流れる蒸気を形成する。蒸発器１０００に流入する液体は、液体流路１０２５により提供される。液体流路１０２５が、１次ウイック１０１５に、１次ウイック１０１５の蒸気側で蒸発した液体を置換するに十分な液体を供給し、１次ウイック１０１５の液体側で蒸発した液体を置換する。
【００７９】
蒸発器１０００は２次ウイック１０４０を備えることでき、これは蒸発器１０００の内側の相の管理を提供し、そして（前述のような）作動の臨界モードにおける１次ウイック１０１５の供給を支持する。２次ウイック１０４０は、液体流路１０２５と１次ウイック１０１５との間に形成される。２次ウイックは（図１０に示されるような）メッシュスクリーンとし、或いは進歩した複雑なアーテエリイ、又はスラブ状のウイック構造とすることができる。更に、蒸発器１０００は、１次ウイック１０１５と２次ウイック１０４０との間の境界面に蒸気放出通路１０４５を備えることができる。
【００８０】
１次ウイック１０１５を通る熱伝導が、誤った場所−蒸発器１０００の内側でかつ液体流路１０２５の付近又はこの中で、作動流体の蒸発を開始させることがある。蒸気放出通路１０４５は、望ましくない蒸気をウイックから２相貯蔵器内に送る。
【００８１】
１次ウイック１０１５の細孔構造が液体に対する大きな抵抗を作る。このため、液体流路１０２５の数、形状、及び設計を最適にすることが重要である。この最適化の目標は蒸発面１０１７への均一な、又は均一に近い供給流量を支持することである。更に、１次ウイック１０１５の厚さ１０１９が減らされると、液体流路１０２５を更に間隔を空けることができる。
【００８２】
蒸発器１０００は、蒸発器１０００内のある特定の作動流体で運転するためにはかなりの蒸気圧を必要とすることがある。高い蒸気圧を有する作動流体の使用は、蒸発器の囲い
の圧力封じ込めによる幾つかの問題が発生する可能性がある。蒸発器の壁を厚くするような圧力封じ込めに対する伝統的な解は、常に有効であるとは限らない。例えば、かなりの平坦面積を有する平面型蒸発器においては、壁が厚くなり、このため温度差が大きくなって蒸発器の熱伝導性が悪化する。更に、圧力封じ込めによる壁の顕微鏡的な撓みでも壁と１次ウイックとの間の接触の損失を生じる。かかる接触の損失は蒸発器を通しての熱伝達に衝撃を与える。更に壁の顕微鏡的撓みは、蒸発器と熱源、更に外部に冷却装置との間の伝達に伴う困難を生ずる。
【００８３】
［環状デザイン］
図１０−１３を参照すれば、環状蒸発器１１００は、１次ウイック１０１５がそれ自体をループ状に丸くなり環状を形成するように、平面型蒸発器１０００を効果的にロール掛けすることにより形成される。蒸発器１１００は、熱源が円筒状の外側形状を有する用途、又は熱源を円筒形に形成し得る用途に使用することができる。この環状の形は、圧力封じ込めに対する円筒体の強度と、円筒状に形成された熱源との可能な最良の接触のための湾曲した境界面とを組み合わせる。
【００８４】
蒸発器１１００は、蒸気障壁１１０５、液体障壁１１１０、蒸気障壁１１０５と液体障壁１１１０の内側との間に置かれた１次ウイック１１１５、蒸気除去通路１１２０、及び液体流路１１２５を備える。液体障壁１１１０は１次ウイック１１１５及び蒸気障壁１１０５と同軸である。
【００８５】
蒸気障壁１１０５は１次ウイック１１１５と密に接触する。液体障壁１１１０は、作動流体が液体障壁１１１０の内側に沿ってのみ流れるように液体障壁１１１０の内側に作動流体を収容する。液体障壁１１１０は蒸発器の周りを閉鎖し、液体流路１１２５を通る作動流体の組織化と分布とを支援する。
【００８６】
蒸気除去通路１１２０は、１次ウイック１１１５の蒸発面１１１７と蒸気障壁１１０５との間の境界に置かれる。液体流路１１２５は液体障壁１１１０と１次ウイック１１１５との間に置かれる。蒸気障壁１１０５は熱獲得面として作用し、この面において作られた蒸気は蒸気除去通路１１２０により除去される。
【００８７】
１次ウイック１１１５は、確かな逆メニスチ（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｍｅｎｉｓｃｉ）蒸発を提供するように、液体障壁１１１０と蒸発器１１１０の蒸発障壁１１０５との間を満たす。
【００８８】
蒸発器１１００は、液体障壁１１１０を低温状態にするために液体障壁１１１０と接触する熱交換フィン１１５０を装備することもできる。液体流路１１２５は液体入り口１１５５から液体を受け入れ、蒸気除去通路１１２０は蒸気出口１１６０に伸びてここに蒸気を提供する。
【００８９】
蒸発器１１００は、１次ウイック１１１５に隣接する環状貯蔵器１１６５を備えた熱伝達システムにおいて使用することができる。貯蔵器１１６５は、貯蔵器１１６５を横切って伸びる熱交換フィン１１５０により低温状態にされる。貯蔵器１１６５を低温にすることにより、凝縮器におけるサブクーリングを行う必要なしに蒸発器の全面積を利用することが許される。貯蔵器１１６５及び蒸発器１１００を低温にすることにより提供された超過冷却が、１次ウイック１１１５を通って蒸発器１１００の液体側に入る寄生熱漏洩を補償する。
【００９０】
別の実施例においては、蒸発器の設計を逆にして、蒸発装置を外周部に置き液体戻り装置を内周部に置くことができる。
【００９１】
蒸発器１１００の円筒状の形は、一つ又はそれ以上の次の利点又は追加の利点を提供できる。第１に、環状蒸発器１１００における圧力封じ込めに伴う問題を減らし又は無くすことができる。第２に、１次ウイック１１１５を内部で焼結させる必要がなく、これにより１次ウイック１１１５の蒸気側及び液体側のより洗練された設計のために、より広い空間を提供することができる。
【００９２】
図１４Ａ−Ｈを参照すれば、液体入り口１４５５及び蒸気出口１４６０を有する環状蒸発器１４００が示される。環状蒸発器１４００は、蒸気障壁１７００（図１４Ｇ、１４Ｈ、及び１７Ａ−Ｄ）、液体障壁１５００（図１４Ｇ、１４Ｈ、及び１７Ａ−１７Ｄ）、蒸気障壁１７００と液体障壁１５００の内側との間に置かれた１次ウイック１６００（図１４Ｇ、１４Ｈ、及び１６Ａ−Ｄ）、蒸気除去通路１４６５（図１４Ｈ、１５Ａ、１５Ｂ）、及び液体流路１５０５（図１４Ｈ）を備える。環状蒸発器１４００は、蒸気障壁１７００と液体障壁１５００との間の間隔を確保するためのリング１８００（図１４Ｇ及び１８Ａ−Ｄ）、及び液体障壁１５００と１次ウイック１６００のための支持を提供する蒸発器１４００の底部のリング１９００（図１４Ｇ、１４Ｈ、及び１９Ａ−Ｄ）も備える。蒸気障壁１７００、液体障壁１５００、リング１８００、リング１９００、及びウイック１６００は、ステンレス鋼で形成されることが好ましい。
【００９３】
蒸発器１４００の上方部分（即ち、ウイック１６００の上方）は膨張容積１４７０（図１４Ｈ）を備える。液体障壁１５００内に形成された液体流路１５０５は、液体入り口１４５５により供給される。ウイック１６００は、蒸気除去通路１４６５から液体流路１５０５を分離する。この通路は、リング１９００に形成された蒸気環状路１４７５（図１４Ｈ）を経て蒸気出口１４６０に至る。蒸気通路１４６５は、以下詳細に説明されるように、蒸気障壁１７００の表面に写真腐食することができる。
【００９４】
ここに明らかにされた蒸発器は、上述された特徴を具体化する限り、材料、寸法及び配置のいかなる組合せにおいても作動することができる。ここに説明された限界以外の制限は無い；蒸発器は適宜の形状、寸法、及び材料で作ることができる。設計上の制限は、適用可能な材料が互いに両立できること、及び作動流体が構造上の制限、腐食性、非凝結ガスの発生、及び使用寿命を考慮して選定されることだけである。
【００９５】
多くの地上用途に環状蒸発器１１００を有するＬＨＰを組み込むことができる。重力の場における環状蒸発器の方向定めは、用途の性質及び高温面の形状により予め定められる。
【００９６】
［周期的熱交換システム］
周期的熱交換システムは、熱交換システムのある領域における温度を制御するために１個又は複数個の熱伝達システムを有し構成することができる。周期的熱交換システムは、例えば、周期的熱交換システム、スターリング熱交換システム（スターリングエンジンとしても知られる）、又は空調システムのような熱力学サイクルを使って作動する適宜のシステムとすることができる。
【００９７】
図２０を参照すれば、スターリング熱交換システム２０００は環境に優しくかつ効率的な公知形式の冷凍サイクルを利用する。スターリングシステム２０００は、４種の繰り返し作用；即ち、一定温度において熱を加える作用、一定体積において熱を排出する作用、一定温度において熱を排出する作用、及び一定体積において熱を加える作用の繰り返しをするように作動流体（例えば、ヘリウム）を管理することにより機能する。
【００９８】
スターリングシステム２０００は、グローバルクーリング社のモデルＭ１００Ｂ（グロ
ーバル・クーリング・マニュファクチャリング、９４Ｎ．コロンバスロード、アテナ、オハイオ、Ｇｌｏｂａｌ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，  ９４Ｎ．  Ｃｏｌｕｍｂｕｓ  Ｒｄ．，  Ａｔｈｅｎｓ，  Ｏｈｉｏ）より入手可能）のようなフリーピストンスターリングクーラー（ＦＰＳＣ）として設計される。ＦＰＳＣ２０００は、ＡＣ電源入力２０１０を受け入れる直線運動モーター（図示せず）を収容している直線運動モーター部分２００５を備える。ＦＰＳＣ２０００は、熱受容器２０１５、再生機２０２０、及び熱排出機２０２５を備える。ＦＰＳＣ２０００は、ＦＯＳＣの運転中の振動を吸収するために直線運動モーター部分２００５内に直線運動モーターの本体に結合された平衡質量２０３０を備える。ＦＰＳＣ２０００は、充填ポート２０３５も備える。ＦＰＳＣ２０００は図２１のＦＰＳＣ２１００に示されるような内部構成要素を備える。
【００９９】
ＦＰＳＣ２１００は、直線運動モーター部分２１１０内に収容された直線運動モーター２１０５を備える。直線運動モーター部分２１１０はピストン２１１５を収容し、このピストンは、一方の端部において平バネ２１２０に結合され、他方の端部においてディスプレーサー２１２５に結合される。ディスプレーサー２１２５は、それぞれ低温側及び高温側を形成する膨張空間２１３０及び圧縮空間２１３５と組み合う。熱受容器２０１５は低温側２１３０に取り付けられ、熱排出機は高温側２１３５に取り付けられる。ＦＰＳＣ２１００も、ＦＰＳＣ２１００の運転中の振動を吸収するために直線運動モーター部分２１１０に結合された平衡質量２１４０も備える。
【０１００】
図２２も参照すれば、一実施例においては、ＦＰＳＣ２２００は、銅スリーブで作られた熱排出機２２０５及び銅スリーブで作られた熱受容器２２１０を備える。熱排出機２２０５は、１６６ｃｍ２の熱排出面積を提供し得る約１００ｍｍの外径（ＯＤ）と約５３ｍｍの幅とを有し、温度範囲２０−７０℃で運転したとき熱流量６Ｗ／ｃｍ２を提供できる。熱受容器２２１０は、１１５ｃｍ２を提供する約１００ｍｍのＯＤと約３７ｍｍの長さとを有し、温度範囲−３０−５℃において５．２Ｗ／ｃｍ２の熱流量を提供する。
【０１０１】
略述すれば、運転の際、ＦＰＳＣは（例えば、ヘリウムガスのような）冷媒で満たされ、これはピストンとディスプレーサーとの組合せ運動により前後に往復動させられる。理想的なシステムにおいては、熱エネルギーが熱排出機により環境に排出され、同時に、冷媒がピストンにより圧縮されそして冷媒の膨張時に熱エネルギーが熱受容器を経て環境から取り入れられる。
【０１０２】
図２３を参照すれば、熱力学システム２３００は、周期的熱交換システム２３０５（例えばシステム２０００、２１００、２２００）のような周期的熱交換システム、及び周期的熱交換システム２３０５の部分２３１５に熱的に結合された熱伝達システム２３１０を備える。周期的熱交換システム２３０５は円筒状であり、熱伝達システム２３１０は部分２３１５から熱を排出するために周期的熱交換システム２３０５の部分２３１５を取り巻く形にされる。この実施例においては、部分２３１５は周期的熱交換システムの高温側（即ち、熱排出機）である。熱力学システム２３００は周期的熱交換システム２３０５の高温側に置かれたファン２３２０も備え、熱伝達システムの凝縮器上に送風し、追加の対流冷却を提供する。
【０１０３】
周期的熱交換システム２３０５の低温側２３３５（即ち、熱受容器）は、サーモサイフォン２３４５のＣＯ２環流器２３４０に熱的に結合される。サーモサイフォン２３４５は、ファン２３５５により熱交換器２３５０を横切るように強制される熱力学システム２３００内の空気を冷却するように構成された冷温側熱交換器２３５０を備える。サーモサイフォンは、環流器内の液体の自然循環と冷却とを許す冷却用機関（この場合は、熱交換器２３５０）に連結されたチューブの閉鎖ループシステムである。
【０１０４】
図２４を参照すれば、別の実施例においては、熱力学システム２４００は、周期的熱交換システム２４０５（例えば、システム２０００、２１００、２２００）のような周期的熱交換システム、及び周期的熱交換システム２４０５の高温側２４１５に熱的に結合された熱伝達システム２４１０を備える。熱力学システム２４００は、周期的熱交換システム２４０５の低温側２４２５に熱的に結合された熱伝達システム２４２０を備える。熱力学システム２４００はファン２４３０、２４３５も備える。ファン２４３０は高温側２４１５に置かれ、空気を強制して熱伝達システム２４１０の蒸発器を通過させる。ファン２４３５は低温側２４２５に置かれ、空気を強制して熱伝達システム２４２０の凝縮器を通過させる。
【０１０５】
図２５を参照すれば、一実施例においては、熱力学システム２５００は、周期的熱交換システム２５１０のような周期的熱交換システムに結合された熱伝達システム２５０５を備える。熱伝達システム２５０５は、周期的熱交換システム２５１０の高温側２５１５を冷却するために使用される。熱伝達システム２５０５は環状蒸発器２５２０を備え、この蒸発器は、膨張容積（又は貯蔵器）２５２５、液体出口２５３５と凝縮器２５４０の液体入り口との間の連通を提供する液体戻り管路２５３０を備える。熱出口システム２５０５は、蒸発器２５２０の蒸気出口と凝縮器２５４０の蒸気入り口２５５０との間の連通を提供する蒸気管路２５４５も備える。
【０１０６】
凝縮器２５４０は滑らかな壁のチューブから構成され、チューブ外側における熱交換を強化するために熱交換用のフィン２５５５が装備される。
【０１０７】
蒸発器２５２０は、蒸気障壁２５６５と液体障壁２５７０との間に挟まれかつ液体と蒸気とを分離している１次ウイック２５６０を備える。液体障壁２５７０は、障壁２５６５の外側面に沿って形成された熱交換フィン２５７５により低温状態にされる。熱交換フィン２５７５は、貯蔵器２５２５及び蒸発器２５２０の液体側全部をサブクーリングする。蒸発器２５２０の熱交換フィン２５７５は、凝縮器２５４０の熱交換フィン２５５５とは別に設計することができる。
【０１０８】
液体戻り管路２５３０が１次ウイック２５６０の上方に置かれた貯蔵器２５２５内に延び、液体戻り管路２５３０及び１次ウイック２６５０と蒸気障壁２５６５との境界面の蒸気戻り通路からの気泡がある場合はこれを貯蔵器２５２５内に放出する。熱伝達システム２５０５用の典型的な作動流体は（限定するものではないが）メタノール、ブタン、ＣＯ２、プロピレン、及びアンモニアを含む。
【０１０９】
蒸発器２５２０は周期的熱交換システム２５１０の高温側２５１５に取り付けられる。一実施例においては、この取付けは、蒸発器２５２０が周期的熱交換システム２５１０の一体部品であるように一体化する。別の実施例においては、取付は非一体式であり、蒸発器２５２０を高温側２５１０の表面にクランプするようにすることができる。熱伝達システム２５０５は、単純なファン２５８０により提供し得る強制対流シンクにより冷却される。或いは、熱伝達システム２５０５は自然対流又は通風対流により冷却される。
【０１１０】
最初に、液相の作動流体が、蒸発器２５２０の下方部分、液体戻り管路２５３０、及び凝縮器２５４０内で集められる。毛管力のため１次ウイック２５６０が濡らされる。熱が適用されると（例えば、周期的熱交換システム２５１０が作動すると）直ちに１次ウイック２５６０が蒸気を作り始め、この蒸気は蒸発器２５２０（蒸発器１１００の蒸気除去通路１１２０と同様な）の蒸気除去通路を通り、蒸発器２５２０の蒸気出口を通り蒸気管路２５４５内に移動する。
【０１１１】
次いで、蒸気は凝縮器２５４０の上方部分において凝縮器２５４０に入る。凝縮器２５
４０は蒸気を液体に凝縮させ、この液体は凝縮器２５４０の下方部分に集められる。貯蔵器２５２５と凝縮器２５４０の下方部分との間の圧力差のため、液体は貯蔵器２５２５内に強制される。貯蔵器２５２５からの液体は、蒸発器２５２０の液体流路に入る。蒸発器２５２０の液体流路は蒸発器１１００の通路１１２５と同様に構成され、蒸発した液体の適切な液体置換を提供するように適切な寸法にされかつ位置決めされる。１次ウイック２５６０により作られた毛管圧力は、ＬＨＰの全圧力低下に抵抗しかつ気泡が１次ウイック２５６０を通って液体流路に向かって動くことを防止するに十分である。
【０１１２】
上述の低温状態にすることが環状体の熱交換面の表面積対流体流路の表面積の増加により生ずる１次ウイック２５６０を横切る熱漏洩の増加を補償するに十分な場合は、蒸発器２５２０の流体流路は単純な環状体で置換することができる。
【０１１３】
図２６−２８を参照すれば、熱伝達システム２６００は、周期的熱交換システム２６１０に結合された蒸発器２６０５及び蒸発器２６０５に結合された膨張容積２６１５を備える。蒸発器２６０５の蒸気通路が、凝縮器２６３０の一連の通路２６２５に供給する蒸気管路２６２０に供給する。凝縮器２６３０からの凝縮した液体は液体戻り管路２６３５に集められる。熱伝達システム２６００は、凝縮器２６３０に熱的に結合されたフィン２６４０も備える。
【０１１４】
蒸発器２６０５は、蒸気障壁２７００、液体障壁２７０５、蒸気障壁２７００と液体障壁２７０５の内側との間に置かれた１次ウイック２７１０、蒸気除去通路２７１５、及び液体流路２７２０を備える。液体障壁２７０５は、１次ウイック２７１０及び蒸気障壁２７００と同軸である。液体流路２７２０は、液体戻り通路２７２５及び蒸気出口２７３０内に供給する蒸気戻り通路２７１５により供給される。
【０１１５】
蒸気障壁２７００は１次ウイック２７１０と密に接触する。液体障壁２７０５は、作動流体が液体障壁２７０５の内側に沿ってのみ流れるように液体障壁２７０５の内側に作動流体を収容する。液体障壁２７０５は蒸発器の囲いを閉鎖し、液体流路２７２０を通る作動流体を組織化し分布させる。
【０１１６】
一実施例においては、蒸発器２６０５は高さが約５０．８ｍｍ（２インチ）、そして膨張容積２６１５は高さ約２５．４ｍｍ（１インチ）である。蒸発器２６０５及び膨張容積２６１５は、直径１０１．６ｍｍ（４インチ）の周期的熱交換システム２６１０の一部分の周りに巻かれる。蒸気管路２６２０は、半径が３．１７５ｍｍ（１／８インチ）である。周期的熱交換システム２６１０は約５８個の凝縮通路２６２５を備え、各凝縮通路２６２５は長さ５０．８ｍｍ（２インチ）及び半径０．３０５ｍｍ（０．０１２インチ）を有し、通路２６２５は蒸発器２６３０の幅が約１０１６ｍｍ（４０インチ）となるように広げられる。液体戻り通路２７２５は１．５８８ｍｍ（１／１６インチ）の半径を持つ。（凝縮器２６３０とフィン２６４０を備えた）熱交換器２８００は、約１０１６ｍｍ（４０インチ）の長さでありかつ内側ループ及び外側ループに巻かれ（図３０、３３及び３４参照）、外径約２０３．５ｍｍ（８インチ）の円筒状熱交換器を提供する。蒸発器２６０５は、蒸気障壁２７００と液体障壁２７０５とにより定められた約３．１７５ｍｍ（１／８インチ）の断面幅２７５０を持つ。蒸気除去通路２７１５は、約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）の幅と約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）の深さとを有し、そして２５．４ｍｍ（１インチ）当たり２５個の通路を造るように互いに約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）だけ離される。
【０１１７】
上述のように、（システム２３１０のような）熱伝達システムは、周期的熱交換システムの（部分２３１５のような）部分に熱的に結合される。熱伝達システムとこの部分との間の熱的結合は適宜適切な方法によることができる。一実施例において、熱伝達システム
の蒸発器が周期的熱交換システムの高温側と熱的に結合された場合は、蒸発器は高温側を囲みかつこれと接触することができ、更に熱的な結合は高温側と蒸発器との間に塗布されたサーマルグリスコンパウンドにより行うことができる。別の実施例において、熱伝達システムの蒸発器が周期的熱交換システムの高温側に熱的に結合された場合、蒸発器は、周期的熱交換システムの高温側の中に蒸気直接通路を形成することにより、周期的熱交換システムの高温側と一体に構成することができる。
【０１１８】
図３０−３２を参照すれば、熱伝達システム３０００は、周期的熱交換システム３００５の周りに一括される。熱伝達システム３０００は、蒸発器３０１５を囲んでいる凝縮器３０１０を備える。蒸発した作動流体は、凝縮器３０１０に連結された蒸気出口３０２０を通って蒸発器３０１５を出る。凝縮器３０１０はループ状に丸くされそして接合点３０２５においてそれ自体の内側に二重になって戻る。
【０１１９】
周期的熱交換システム３００５は、その熱放出面３１００を蒸発器３０１５により囲まれる。蒸発器３０１５は、熱除去面３１００と密に接触する。冷凍組立体（これは周期的熱交換システム３００５と熱伝達システム３０００との組合せである）がチューブ３２０５の端部に取り付けられ、チューブ３２０５の端部にフィン３２１０が取り付けられ、空気を凝縮器３０１０のフィン３０３０を経て排出通路３０３５に強制する。
【０１２０】
蒸発器３０１５はウイック３２１５を有し、ここで作動流体は熱除去面３１００からの熱を吸収して液相から蒸気層に変化する。熱伝達システム３０００は、膨張容積を提供する蒸発器３０１５の頂部の貯蔵器３２２０を備える。図面を簡単にするために、蒸発器３０１５は、この図面においては、単純にハッチされたブロックで示され内部の詳細は示されない。かかる内部詳細は、この説明の他の場所で説明される。
【０１２１】
蒸気になった作動流体は、蒸気出口３０２０を通って蒸発器３０１５から出て凝縮器３０１０の蒸気管路３０４０に入る。作動流体は蒸気管路３０４０から流下し、凝縮器３０１０の通路３０４５を経て液体戻り管路３０５０に至る。作動流体が凝縮器３０１０の通路３０４５を通って流れるとき、これは、フィンの間を通過している空気にフィン３０３０を通して熱が失われ、蒸気相から液相に変化する。凝縮器３０１０のフィン３０３０の間を通過する空気は排出通路３０３５を経て流れ去る。液化した作動流体（及び有り得る幾分かの未凝縮蒸気）は、液体戻り管路３０５０から液体戻りポート３０５５を通って蒸発器３０１５内に戻る。
【０１２２】
図３３及び３４を参照すれば、熱輸送システム３３００は周期的熱交換システム３３０２の一部分を囲み、一方、周期的熱交換システムは排出通路３３０５により囲まれる。熱輸送システム３３００は、周期的熱交換システム３３０２を囲む上方部分を有する蒸発器３３１０を備える。蒸気ポート３３１５が、蒸発器３３１０を凝縮器３３２０の蒸気管路３３１２に連結する。蒸気管路３３１２は外側部分を備え、この部分は、蒸発器３３１０の周りを回り、次いで結合部３３２５においてそれ自体の上に二重になるように戻り、蒸発器３３１０を反対方向に回って戻る内側領域を形成する。熱輸送システム３３００は、凝縮器３３２０上の冷却用フィン３３３０も備える。
【０１２３】
熱輸送システム３３００は、凝縮した作動流体用を、凝縮器３３２０の液体管路３４０５から蒸発器３３１０に戻す経路を提供する液体戻りポート３４００も備える。
【０１２４】
上述のように、幾つかの代置可能な実施例の一つにより、蒸発器３３１０と周期的熱交換システムの熱排出面３３０２との間の境界面を具体化することができる。
【０１２５】
図３５を参照すれば、一実施例においては、蒸発器３５００は、周期的熱交換システム
３５０５の熱排出面３５０２上で滑る。蒸発器３５００は、蒸気障壁３５１０、液体障壁３５１５、及び障壁３５１０と３５１５との間に挟まれたウイック３５２０を備える。ウイック３５２０には蒸気通路３５２５が設けられ、更に液体障壁３５１５には、明瞭のため単純化された形式で示される液体流路３５３０が形成される。
【０１２６】
蒸発器３５００は周期的熱交換システム３０５０上で滑り、そして（図３６に示される）クランプ３６００の使用により定位置に保持することができる。熱伝達を助けるために、周期的熱交換システム３０５０と蒸発器３５００の蒸気障壁３５１０との間の熱伝導性グリス３５３５が配置される。別の実施例においては、蒸気通路３５２５は、ウイック３５２０にではなくて蒸気障壁３５１０に形成される。
【０１２７】
図３７を参照すれば、別の実施例においては、蒸発器３７００は、周期的熱交換システム３７０５の熱排出面３７０２上に締まり嵌めで適合する。蒸発器３７００は、蒸気障壁３７１０、液体障壁３７１５、及び障壁３７１０との３７１５との間に挟まれたウイック３７２０を備える。蒸発器３７００は、周期的熱交換システム３７０５の熱排出面３７０２と締まり嵌めをするような寸法にされる。
【０１２８】
蒸発器３７００は、未加熱の熱排出面３７０２上で滑り得るようにその内径が広がるように加熱される。蒸発器３７００の温度が低いときは、周期的熱交換システム３７０５上に締まり嵌めで固定するように引き締まる。適合のきつさのため、熱伝導を強化するための熱伝導性グリスは不要である。ウイック３７２０には蒸気通路３７２５が設けられる。別の実施例においては、ウイック３７２０の代わりに蒸気障壁３７１０に蒸気通路が形成される。明瞭のため単純化された形式においては、液体流路３７３０は液体障壁３７１５に形成される。
【０１２９】
図３８を参照すれば、別の実施例においては、蒸発器３８００は周期的熱交換システム３８０５の熱排出面３８０２上に適合し、蒸発器３８００内の前述された諸部品は、ここでは熱排出面３８０２内に一体に形成される。特に、蒸発器３８００及び熱排出面３８０２は、一体化された組立体として一緒に構成される。熱排出面３８０２は蒸気通路３８２５を有するように変更され、この方法において、熱排出面３８０２は蒸発器３８００の蒸気障壁として作用する。
【０１３０】
蒸発器３８００は、変更された熱排出面３８０２の周りに形成されたウイック３８２０と液体障壁３８１５を備え、ウイック３８２０と液体障壁３８１５とは熱排出面３８０２と一体に接合されて封鎖された蒸発器３８００を形成するように熱排出面３８０２に一体に接合される。液体流路３８３０は、明瞭にするために単純化された形で描かれる。この方法で、一体化された蒸発器を有するハイブリッド形周期的熱交換システムが形成される。この一体構造は、周期的熱交換システムと蒸発器との間の熱抵抗が小さくなるため、クランプ式構造及び締まり嵌め構造と比較して強化された熱的性能を提供する。
【０１３１】
図２９を参照すれば、グラフ２９００及び２９０５は、熱伝達システムにより冷却される周期的熱交換システムの部分の表面の最高温度、及び熱伝達システムと冷却される周期的熱交換システムのその部分との間の境界の面積の間の相互関係を示す。最高温度は熱の最大排出量を示す。グラフ２９００において、前記部分と熱伝達システムとの間の境界はサーマルグリスコンパウンドにより仕上げられる。グラフ２９０５においては、熱伝達システムは前記部分と一体に作られる。
【０１３２】
示されるように、空気流量が毎分８．５ｍ３（３００ｆｔ３）の場合、境界がサーマルグリス境界であるときは、最大熱排出量は、熱交換面積２９１０（例えば、９．２９ｍ２（１００ｆｔ２））により、熱放出面の最高温度２９０７（例えば７０℃）内に落ちるで
あろう。熱放出面内に蒸気通路を直接形成することにより蒸発器が前記部分と一体に構成されたときは、この熱放出面は、かなり小さい熱交換面積によりサーマルグリス境界の熱放出面の最高温度以下で作動するであろう。
【０１３３】
図３９を参照すれば、蒸発器３９００にはフィン３９０５が形成され、これが、空気又は環境と凝縮器３９００の蒸気管路３９１０との間の熱の連絡を提供する。蒸気管路３９１０は、凝縮器３９００内に置かれた蒸発器３９２０に連結する蒸気出口３９１５と組み合う。
【０１３４】
図４０−４３を参照すれば、一実施例においては、凝縮器３９００は積層にされ、そして、蒸気ヘッド３９２５と液体ヘッド３９３０との間を凝縮器３９００の平板４０００を通って延びる流路が形成される。積層の凝縮器の製造に使用するに適した材料は銅である。積層構造の凝縮器３９００は内部に形成された流体流路４２０５（想像線で示される）を有するベース４２００を備え、一番上の層４２１０はベース４２００に接合され流体流路４２０５を覆いかつ封鎖する。流体流路４２０５は、ベース４２００に形成された溝として設計され、そして一番上の層４２１０の下に封鎖される。流体流路４２０５用の溝は、薬品腐食、電気腐食、機械加工、又は放電加工により形成することができる。
【０１３５】
図４４及び４５を参照すれば、別の実施例においては、凝縮器３９００は押し出し成型され、凝縮器３９００の平板４４０５を通って小さい流路４４００が伸びる。かかる押し出し成型の凝縮器における使用に適切な材料はアルミニウムである。押し出し成型され微小通路を有する平板４４０５は、蒸気ヘッダー４４１０と液体ヘッダー４４１５との間を伸びる。更に、平板４４０５の両側に波形のフィン材料４４２０が接合される（例えば、ロウ付け又はエポキシで固着される）。
【０１３６】
図４６を参照すれば、周期的熱交換システム４６０５と組み合わせられた熱伝達システム４６００の一方の側の断面図が示される。この図は、熱輸送システムを特に小型にパッケージングするための相対寸法を示す。この図においては、フィン４６１０は、図を容易にするために位相を９０°外して描かれる。直径１０１．６ｍｍ（４インチ）の周期的熱交換システム４６０５の熱放出面４６１５を冷却するために、蒸発器４６２０は、６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の厚さを有し、また凝縮器の半径方向の厚さは４４．４５ｍｍ（１．７５インチ）である。これが、パッケージ（熱伝達システム４６００と２０３．２ｍｍ（８インチ）の周期的熱交換システム４６０５との組み合わせ）の全体寸法を提供する。
【０１３７】
説明されたように、熱伝達システムに使用される蒸発器にはウイックが装備される。熱伝達システムの蒸発器内でウイックが使用されるため、凝縮器を、蒸発器に関し、及び重力に関して任意の位置に置くことができる。例えば、凝縮器を、蒸発器の（重力の方向に関して）上方に、蒸発器の（重力の方向に関して）下方に、或いは蒸発器に隣接して置くことができ、これにより重力の方向に関して蒸発器と同じにすることができる。
【０１３８】
請求項の範囲内にその他の実施例がある。
【０１３９】
以上の数種の実施例において用語スターリングエンジン、スターリング熱交換システム、及びフリーピストンスターリングクーラーが引用されたことに注意すべきである。しかし、これら実施例に関して説明された特徴及び原理は、機械エネルギーと熱エネルギーとの間の変換をなし得るその他の機械に適用することができる。
【０１４０】
更に、上述された特徴及び原理は、あるサイクル、即ち最終的にその最初の状態に戻る一連の変換を受け得る熱力学的システムに適用することができる。サイクル中の各変換が
可逆であるならば、このサイクルは可逆であり、熱の変換は反対方向において発生し、なされた仕事は符号が切り替わる。最も単純な可逆サイクルはカルノサイクルであり、これは２個の熱貯蔵器により熱を交換する。
【０１４１】
［製造］
図４７を参照すれば、熱力学システム４７００は、例えば周期的熱交換システム４７０５のような熱源、及び周期的熱交換システム４７０５の部分４７１５に熱的に結合された熱伝達システム４７１０を備える。熱伝達システム４７１０は、例えば、図１１の環状蒸発器のような環状蒸発器４７１３を有し設計される。蒸発器４７１３は、部分４７１５から熱を排出するように周期的熱交換システム４７０５の部分４７１５を囲むような形状にされる。熱力学システム４７００は、熱伝達システム４７１０の凝縮器４７１２上方で空気を経路５１００（図５１）に沿うように強制して追加の対流冷却を提供するように位置決めされたファン４７２０も備える。
【０１４２】
図４８−５１も参照すれば、熱伝達システム４７１０は、液体を凝縮器４７１２から蒸発器４７１３に圧送する液体管路４８００、及び蒸気を凝縮器４７１２内に送るための蒸気管路４８０５を備える。熱伝達システムの作動の説明は、ここでは繰り返さない。熱伝達システム４７１０は、要求に応じた追加の圧力封じ込めのため、ポート４８１２を経て蒸気管路４８０５に結合された貯蔵器４８１０を備えることもできる。特に、貯蔵器４８１０は、前述と同様に熱伝達システム４７１０の容積を増加させる。
【０１４３】
示されるように、周期的熱交換システム４７０５は円筒形である。周期的熱交換システム４７０５は、低温側４７３５、即ち、熱受容器、及び高温側、即ち、熱放出器又は部分４７１５を備え、これは蒸発器４７１３により囲まれる。
【０１４４】
図５２を参照すれば、周期的熱交換システム４７０５の低温側４７３５は、サーモサイフォン４７４５の還流側４７４０に熱的に組み合わせられる。サーモサイフォン４７４５は低温側熱交換器４７５０を備え、この交換器は、サーモサイフォンファン（図５０及び５２には示されないが、熱交換器４７５０に隣接して取り付けられる）により熱交換器４７５０を横切るように強制される熱力学システム内の空気を冷却するように構成される。サーモサイフォンファンは経路５０００に沿って空気をサーモサイフォン内に吹き込み、更に経路５００５に沿ってサーモサイフォンから吹き出す（図５０）。サーモサイフォンは、還流側４７４０から熱交換器４７５０に至る蒸気管路５２００、及び熱交換器４７５０から還流側４７４０に至る液体管路５２０５を備える。低温側４７３５において加熱された蒸気は管路５２００から熱交換器を通って流れ、ここで凝縮されそしてサーモサイフォンファンにより冷却される。凝縮した液体は管路５２０５を経て還流器４７４０に戻る。
【０１４５】
図４８及び図５３Ａ−Ｅも参照すれば、蒸発器４７１３は、外側のサブ組立体により囲まれたウイックサブ組立体５３００を備える。外側サブ組立体は、外側リング又は液体障壁５３０５及びサブクーラー５３１０を備える。サブクーラー５３１０は、液体障壁５３０５からの熱の放散を支援するフィンのアレイである。ウイック組立体５３００は、内側リング、又は例えば、図１４Ａ−Ｈ、１５Ａ、１５Ｂ、及び１７Ａ−Ｄの蒸気障壁１７００のような蒸気障壁５３１５である。ウイック組立体５３００は、図１４Ｇ、１４Ｈ、及び１６Ａ−Ｄのウイック１６００のようなウイック５３２０を備える。蒸気障壁５３１５は、例えば図１４Ａ−Ｈ、１５Ａ、１５Ｂ、及び１７Ａ−Ｄの通路１４６５のような蒸気除去通路５３２５を備える。蒸気障壁５３１５は、ウイック５３２０により囲まれる。
【０１４６】
蒸発器１４００に関して上述されたように、一実施例においては、ウイック５３２０及び蒸気障壁５３１５はステンレス鋼で作られる。ウイック５３２０は、製造前に、約９．
８ミクロンの微孔半径、約１０５．１８ｍｍ（４．１４１インチ）の外径、約１０１．２２ｍｍ（３．９８５インチ）の内径、及び約４４．４５ｍｍ（１．７５インチ）の長さを持つ。蒸気障壁５３１５は、例えば、各通路が半径約０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）を有する半円形として形成された蒸気除去通路５３２５を１８６個持つ（図５３Ｂ）。蒸気障壁５３１５は約０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）の厚さを持つ。
【０１４７】
液体障壁５３０５は、例えば、図１４Ａ−Ｈの障壁１５００の液体流路１５０５のような液体流路５３３０を１個又は複数個持つ。液体流路５３３０は、障壁５３０５の内面に沿って形成される。液体障壁５３０５は、液体に追加の対流冷却を提供するように、障壁５３０５の外面に沿って形成された冷却用通路５３３５も備えることができる。液体障壁５３０５は、液体管路４８００から液体を受け入れるための液体ポート５３４０も備える。
【０１４８】
液体障壁５３０５はステンレス鋼で作ることができ、そして各液体通路５３３０が半径約０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）を有する通路５３３０を７個持つことができる。液体障壁５３０５は、製造前に、約１０４．１２５ｍｍ（４．２４インチ）の外径、約１０４．９０２ｍｍ（４．１３インチ）の内径、及び約４２．９２５ｍｍ（１．６９インチ）の長さを持つことができる。
【０１４９】
サブクーラー５３１０は、内部本体５３５０を囲むフィン５３４５のアレイを備える。フィン５３４５及び内側本体５３５０は、蒸気管路４８０５用の開口５３５５、及び貯蔵器ポート４８１２用の開口５３６０を備える。サブクーラー５３１０は、銅又はその他の適切な熱伝導性金属から作ることができる。サブクーラー５３１０は、例えば１１９個のフィンを有するように設計することができる。内側本体５３５０は、例えば、約１０７．９５ｍｍ（４．２５インチ）の外径を持つことができ、また３９．８７８ｍｍ（１．５７８インチ）の長さを持つことができる。
【０１５０】
蒸発器４７１３は、以下、より詳細に示されるように液体障壁５３０５の縁に封着された貯蔵器板５３６５（図５３Ｅ）も備える。貯蔵器板５３６５は貯蔵器４８１０及び蒸気管路４８０５と連通している。
【０１５１】
図５４を参照し、図４７の熱力学システム４７００を製造するための手順５４００が実行される。最初に、ウイックサブ組立体５３００（即ち、蒸気障壁５３１５とウイック５３２０）が作られる（ステップ５４０５）。次に、液体障壁５３０５が作られる（ステップ５４１０）。次に、外側サブ組立体（即ち、液体障壁５３０５とサブクーラー５３１０）が作られ（ステップ５４１５）、そして蒸発器本体を形成するために、作られた外側サブ組立体がウイック組立体と連結される（ステップ５４２０）。次に、蒸発器４７１３を形成するために蒸発器本体が仕上げられ（ステップ５４２５）、そして蒸発器４７１３が熱源（例えば、周期的熱交換システム）と組み合わせられる（ステップ５４３０）。
【０１５２】
図５５を参照し、ウイックサブ組立体５３００を作るための手順５４０５が実行される。まず、ウイックサブ組立体５３００が組み立てられる（ステップ５５００）。ウイックサブ組立体５３００の組み立ては、蒸気障壁５３１５を形成する材料に蒸気除去通路５３２５を形成することを含む（図１５Ａ及びＢに蒸気障壁５３１５の形成に使用される材料が示される）。例えば、蒸気除去通路５３２５は、この材料内に写真腐食することができる。写真腐食された材料は、蒸気障壁５３１５を形成するために円筒形に巻かれ、次いでその縁が溶接される。適切な長さに切断され、巻かれ、そして蒸気障壁５３１５の周りに形成されたウイック材料からウイック５３２０が形成される。ウイック５３２０は蒸気障壁５３１５上に機械的に押しつけられ、ウイック５３２０と蒸気障壁５３１５との間をよく適合させ、そしてウイック５３２０と障壁５３１５との間の空間を減らし、これによりウイック５３２０と蒸気障壁５３１５との間の熱伝達を良くする。次に、ウイックがその継ぎ目において溶接され完成した円筒形を形成する。
【０１５３】
別の実施例においては、ウイック５３２０は、ウイック５３２０及び障壁５３１５に使用される材料の熔融温度以下の温度でウイック５３２０と障壁５３１５とを加熱することにより蒸気障壁５３１５上に焼結される。この加熱中、ウイック５３２０及び障壁５３１５に圧力を加えて焼結接合の形成を助けることができる。焼結は、ウイック５３２０と蒸気障壁５３１５との間の熱伝達を更に改良するために使用することができる。
【０１５４】
ウイックサブ組立体５３００が組み立てられた（ステップ５５００）後、ウイックサブ組立体は熱収縮され、ステップ５４２０における外側サブ組立体との適正な接合に要するように確実に丸くされる。まず、熱収縮工程中に、ウイックサブ組立体５３００が加熱される（ステップ５５０５）。一実施例においては、サブ組立体５３００は、サブ組立体を４６０℃±１５℃に加熱する炉５６００（図５６Ａ及びＢに示される）内に置かれる。次に、同じく図５６Ａに示されるように、温度制御ブロック５６０５を、その外径が加熱されたサブ組立体５３００の内径より小さい温度に冷却する（ステップ５５１０）。温度制御ブロック５６０５は液体窒素を使って冷却することができる。図５６Ｃ及びＤを参照すれば、冷却された温度制御ブロック５６０５が加熱されたウイックサブ組立体５３００の中に挿入される（ステップ５５１５）。次に、図５６Ｅに示されるように、制御ブロック５６０５が挿入される（ステップ５５１５）と、ウイックサブ組立体５３００から熱が奪われ、温度制御ブロック５６０５の温度が上昇し、ウイックサブ組立体５３００の温度が安定する（ステップ５５２０）。ウイックサブ組立体５３００の温度が安定した（５５２０）後、ウイックサブ組立体５３００の外径が要求されるように丸くなっていることを確かめるためにウイックサブ組立体５３００が検査される（ステップ５５２５）。
【０１５５】
図５７を参照し、液体障壁５３０５を作るための手順５４１０が行われる。最初に、ほぼ円筒の形状（図５３Ｃ）を形成するために、材料を丸くし、次いで材料を継ぎ目で溶接することにより液体障壁５３０５が形成される（ステップ５７００）。次いで、溶接された材料は、液体流路５３３０を形成するためにその内側面に写真腐食が行われ、更に冷却用の溝５３３５を形成するためにその外側面に写真腐食が行われる（図５３Ｃ）。
【０１５６】
形成された液体障壁５３０５は、ステップ５４１５において、外側サブ組立体を正しく作るために必要なように確実に丸くするために熱収縮される。熱収縮工程中、まず液体障壁５３０５が加熱される（ステップ５７０５）。一実施例においては、液体障壁５３０５が、障壁５３０５を４６０℃±１５℃に加熱する炉５８００（図５８Ａ及びＢに示される）内に置かれる。次に、図５８Ａにも示されるように、温度制御ブロック５８０５を、その外径が蒸気障壁５３０５の内径より小さい温度に冷却する（ステップ５７１０）。温度制御ブロック５８０５は、液体窒素を使用して冷却することができる。図５８Ｃ及びＤを参照すれば、冷却された温度制御ブロック５６０５は、加熱された液体障壁５３０５内に挿入される（ステップ５７１５）。次に、図５８Ｅに示されるように、制御ブロック５８０５が挿入されると、液体障壁５３０５から熱が除去され、温度制御ブロック５８０５の温度が上昇し、液体障壁５３０５の温度は安定する（ステップ５７２０）。液体障壁５３０５の温度が安定した後、液体障壁５３０５は、障壁５３０５の外径が要求されたように丸いことを確かめるために検査される（ステップ５７２５）。
【０１５７】
図５９を参照し、外側サブ組立体、即ち、液体障壁５３０５とサブクーラー５３１０を作るための手順５４１５が行われる。まず、サブクーラー５３１０が加熱される（ステップ５９００）。一実施例においては、サブクーラー５３１０は、サブクーラー５３１０を２３５℃±１５℃に加熱する炉６０００（図６０Ａ及びＢに示される）内に置かれる。次に、同じく図６０Ａ及びＢに示されるように、温度制御ブロック５８０５、及びブロック
５８０５に熱的に結合された液体障壁５３０５を、障壁５３０５の外径がサブクーラー５３１０の内径より小さい温度に冷却する（ステップ５９０５）。例えば、液体障壁５３０５を約−１２０℃以下に冷却することができる。温度制御ブロック５８０５は液体窒素を使って冷却することができる。図６０Ｃを参照すれば、冷却された温度制御ブロック５８０５及び液体障壁５３０５が加熱されたサブクーラー５３１０の中に挿入され、外側サブ組立体６００１を形成する（ステップ５９１０）。次に、図６０Ｄに示されるように、制御ブロック５８０５が挿入される（ステップ５９１０）と、サブクーラー５３１０から熱が奪われ、温度制御ブロック５８０５の温度が上昇し、外側サブ組立体６００１の温度は安定する（ステップ５９１５）。外側サブ組立体６００１の温度が安定した（５９１５）後、図６０Ｅに示されるように、液体障壁５３０５から温度制御ブロック５８０５が取り出される（ステップ５９２０）。
【０１５８】
次に、図６０Ｆ及びＧを参照し、外側サブ組立体６００１の種々の部品が組み付けられる（ステップ５９２５）。第１に、図６０Ｆに示されるように、貯蔵機板６００５が液体障壁５３０５に取り付けられかつサブクーラー５３１０に隣接される。板６００５は、溶接継ぎ目６０１０を形成するように、板６００５を障壁５３０５上に溶接することにより取り付けることができる。第２に、図６０Ｇに示されるように、液体管路４８００が、例えば溶接により、液体障壁５３０５に封着される。組み立て完了後、継ぎ目が封鎖されたこと及び障壁５３０５の内径が工程中にウイックサブ組立体と互いに適合するに要求されるように丸くされたことを確かめるために、外側サブ組立体及び全ての溶接継ぎ目が検査される（ステップ５９３０）。
【０１５９】
図６１を参照し、蒸発器本体を形成するために外側サブ組立体とウイックサブ組立体とを連結するための手順５４２０が行われる。一般に、この工程中、外側サブ組立体６００１は、諸部品が正しく確実に連結されるようにウイックサブ組立体５３００上に熱収縮される。最初に、外側サブ組立体６００１が加熱される（ステップ６１００）。一実施例においては、外側サブ組立体６００１は、外側サブ組立体６００１を３５０℃±１０℃に加熱する炉６２００（図６２Ａに示される）内に置かれる。次に、図６２Ｂに示されるように、温度制御ブロック５６０５を、ウイックサブ組立体５３００の外径が加熱された外側サブ組立体６００１の内径より小さい温度に冷却する（ステップ６１０５）。温度制御ブロック５６０５は液体窒素を使って冷却することができる。図６２Ｃ及びＤを参照すれば、冷却された温度制御ブロック５６０５及びウイックサブ組立体５３００が加熱された外側サブ組立体６００１の中に挿入され、蒸発器本体６１０１を形成する（ステップ６１１０）。次に、図６２Ｄに示されるように、制御ブロック５６０５及びウイックサブ組立体５３００が挿入されると、外側サブ組立体６００１から熱が奪われ、温度制御ブロック５６０５の温度が上昇し、蒸発器本体６１０１の温度は安定する（ステップ６１１５）。図６２Ｅを参照すれば、蒸発器本体６１０１の温度が安定した後、熱収縮工程が成功したことを確かめるために、蒸発器本体６１０１が検査される。
【０１６０】
図６３を参照し、蒸発器４７１３を形成するために蒸発器本体６１０を仕上げるための手順５４２５が実行される。図４９及び６４を参照し、蒸気ポートが蒸発器本体６１０１に組み付けられる（ステップ６３００）。例えば、容積板６４００が液体障壁５３０５に留められ、そしてウイック５３２０及びチューブが貯蔵機板６００５及び容積板６４００に溶接される。貯蔵機４８１０は貯蔵器板６００５に溶接され、蒸気障壁板６４０５は貯蔵機板６００５及びウイックサブ組立体５３００に溶接される。キャップ６４１０及び６４１５がそれぞれ容積板６４００及び蒸気障壁板６４０５の上に置かれる。次に、蒸発器本体６１０１が検査され試験され（ステップ６３０５）、次いで追加の諸部品が蒸発器本体６１０１に取り付けられる（ステップ６３１０）。例えば、蒸気管路４８０５がキャップ６４１０に溶接され、キャップ６４１０は溶接中に曲げ得るように必要なように機械加工される。キャップ６４１０は容積板６４００及び蒸気障壁板５３１５に溶接され、キャップ６４１５は貯蔵機板６００５及び蒸気障壁５３１５に溶接される。次に、蒸発器本体６１０１が漏洩に対して検査される（ステップ６３１５）。
【０１６１】
図６５を参照し、熱源又は周期的熱交換システム４７０５に蒸発器４７１３を結合するための手順５４３０が行われる。最初に、蒸発器４７１３が熱源の上に確実に適合するに要するように、熱源の外径が機械加工される（ステップ６５００）。次に、図６６Ａ及びＢを参照し、蒸気管路及び流体管路を蒸発器本体に溶接し次いで適切な整列用システムの使用により蒸発器４７１３とシステム４７０５とを整列させることにより蒸発器４７１３が作られる（ステップ６５０５）。
【０１６２】
次いで、蒸発器４７１３がシステム４７０５上に熱収縮され諸部品を正しく結合させる。始めに、蒸発器４７１３が加熱される（ステップ６５１０）。一実施例においては、蒸発器４７１３は、蒸発器４７１３を約３７５℃に加熱する炉６６００（図６６Ａ及びＢに示される）内に置かれる。次に、システム４７０５及び特に高温側の端部４７１５を、高温側の端部４７１５の外径が、加熱された蒸発器４７１３の内径より小さい温度に冷却する（ステップ６５１５）。システム４７０５は、液体窒素を使用して冷却することができる。冷却されたシステム４７０５が、加熱された蒸発器４７１３内に挿入される（ステップ６５２０）。冷却されたシステム４７０５が挿入されると、蒸発器４７１３から熱が取り去られ、システム４７０５の温度が上昇し、蒸発器４７１３及びシステム４７０５の温度が安定する（ステップ６５２５）。
【０１６３】
図４７を参照し、温度が安定した（ステップ６５２５）後、蒸発器４７１３及びシステム４７０５が整列及び炉の機構から外され、炉が設定され、熱伝達システム４７１０が組み立てられる（ステップ６５３０）。例えば、液体管路４８００及び蒸気管路４８０５が凝縮器４７１２に連結される。次いで、熱伝達システム４７１０及び周期的熱交換システム４７０５が、図５０及び５２に示されるようにハウジング５０９０内に設置される（ステップ６５３５）。
【０１６４】
別の実施例は以下の請求範囲内にある。例えば、ウイックサブ組立体５３００は、ウイック５３２０を蒸気障壁５３１５上に熱収縮させることにより組み立てることができる。この実施例においては、ウイック５３２０は、ウイック材料を適切な長さに切断し、円筒状の形に丸くされ、そして円筒を形成するようにその組み合っている縁で溶接することにより形成される。次いで、この円筒状ウイック５３２０を加熱し、蒸気障壁５３１３上に置く。円筒状ウイック５３２０が冷えた後、ウイック５３２０と蒸気障壁５３１３との間に熱的な境界面が形成される。この際、ウイック５３２０と蒸気障壁５３１５との間の熱伝達を更に改良するために焼結を使うことができる。
【０１６５】
ウイックサブ組立体及び外側サブ組立体の部品は、材料間の熱接触を達成し得る限りその他の材料を使用することができる。例えば、サブクーラー５３１０をステンレス鋼で作り、或いは液体障壁５３０５及び蒸気障壁５３１５を銅で作ることができる。
【０１６６】
制御ブロック５６０５の挿入より前に、ウイックサブ組立体５３００から熱を取り去り、制御ブロック５６０５の温度を上げることができる。同様に、液体障壁５３０５への制御ブロック５８０５の挿入前に、液体障壁５３０５から熱を取り去り、制御ブロック５８０５の温度を上げることができる。同様に、外側サブ組立体６００１内への制御ブロック５６０５及びウイックサブ組立体５３００の挿入前に、外側サブ組立体６００１から熱を取り去り、温度制御ブロック５６０５の温度を上げることができる。最後に、加熱された蒸発器４７１３内へのシステム４７０５の挿入前に蒸発器４７１３から熱を取り去りシステム４７０５の温度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】熱輸送システムの図式的な図である。
【図２】図１に図式的に示された熱輸送システムの実施例の図である。
【図３】熱輸送システムを使用した熱輸送のための手順の流れ図である。
【図４】図３の工程の流れ内における熱輸送システムの種々の構成要素の温度プロフィルを示しているグラフである。
【図５Ａ】図１の熱輸送システム内に示された３ポート形の主蒸発器の図である。
【図５Ｂ】図５Ａの５Ｂ−５Ｂに沿って得られる主蒸発器の断面図である。
【図６】図１に示された熱輸送システム内に一体化し得る４ポート形の主蒸発器の図である。
【図７】熱輸送システムの実施例のスケジュール線図である。
【図８Ａ−９Ｂ】それぞれ、熱輸送システムを使用している応用例の斜視図である。
【図８Ｃ】図８Ａの８Ｃ−８Ｃに沿って得られる液体ラインの断面図である。
【図８Ｄ−９Ｃ】それぞれ図８Ａ及び９Ａの熱輸送システムの実施例の図式的な図である。
【図１０】平形蒸発器の断面図である。
【図１１】環状蒸発器の軸方向断面図である。
【図１２】図１１の環状蒸発器の半径方向断面図である。
【図１３】図１２の環状蒸発器の半径方向断面図の一部分の拡大図である。
【図１４Ａ】図１１の環状蒸発器の斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの環状蒸発器の部分的に切り取られた平面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｂの環状蒸発器の一部分の拡大断面図である。
【図１４Ｄ】線１４Ｄ−１４Ｄに沿って得られた図１４Ｂの環状蒸発器の断面図である。
【図１４Ｅ−１４Ｆ】図１４Ｄの環状蒸発器の諸部分の拡大図である。
【図１４Ｇ】図１４Ａの環状蒸発器の斜視切断図である。
【図１４Ｈ】図１４Ｇの環状蒸発器の斜視切断詳細図である。
【図１５Ａ】図１４Ａの環状蒸発器の外殻リング要素内に形成された蒸気障壁の展開詳細図である。
【図１５Ｂ】線１５Ｂ−１５Ｂに沿って得られた図１５Ａの蒸気障壁の断面図である。
【図１６Ａ】図１４Ａの環状蒸発器の１次ウイックの斜視図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａの１次ウイックの平面図である。
【図１６Ｃ】線１６Ｃ−１６Ｃに沿って得られた図１６Ｂの１次ウイックの断面図である。
【図１６Ｄ】図１６Ｃの１次ウイックの一部分の拡大図である。
【図１７Ａ】図１４Ａの環状蒸発器の環状リングに形成された液体障壁の斜視図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａの蒸気障壁の平面図である。
【図１７Ｃ】線１７Ｃ−１７Ｃに沿って得られた図１７Ｂの蒸気障壁の断面図である。
【図１７Ｄ】図１７Ｃの蒸気障壁の一部分の拡大図である。
【図１８Ａ】図１５Ａの蒸気障壁から図１７Ａの液体障壁を分離しているリングの斜視図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａのリングの平面図である。
【図１８Ｃ】線１８Ｃ−１８Ｃに沿って得られた図１８Ｂのリングの断面図である。
【図１８Ｄ】図１８Ｃのリングの一部分の拡大図である。
【図１９Ａ】図１４Ａの環状蒸発器のリングの斜視図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａのリングの平面図である。
【図１９Ｃ】線１９Ｃ−１９Ｃに沿って得られた図１９Ｂのリングの断面図である。
【図１９Ｄ】図１９Ｃのリングの一部分の拡大図である。
【図２０】熱伝達システムを使用して冷却し得る周期的熱交換システムの斜視図である。
【図２１】図２０の周期的熱交換システムのような周期的熱交換システムの断面図である。
【図２２】図２０の周期的熱交換システムのような周期的熱交換システムの側面図である。
【図２３】周期的熱交換システムと熱伝達システムとを有する熱力学システムの第１の実施例の図式的な図である。
【図２４】周期的熱交換システムと熱伝達システムとを有する熱力学システムの第２の実施例の図式的な図である。
【図２５】図１０−１３の原理により設計された蒸発器を使用している熱伝達システムの図式的な図である。
【図２６】図２５の熱伝達システムの機能的な分解図である。
【図２７】図２５の熱伝達システムに使用される蒸発器の部分的に断面にされた詳細図である。
【図２８】図２５の熱伝達システムに使用される熱交換器の斜視図である。
【図２９】周期的熱交換システムの熱源の温度対熱交換システムと周期的熱交換システムの熱源との間のインターフェースの表面積のグラフである。
【図３０】周期的熱交換システムの一部分を囲んでパッケージされた熱伝達システムの平面図である。
【図３１】図３０の周期的熱交換システムを囲んでパッケージされた熱伝達システムの（線３１−３１に沿って得られた）部分的断面にされた立面図である。
【図３２】図３０の周期的熱交換システムと熱伝達システムとの間の境界の（詳細３２００において得られた）部分的断面にされた立面図である。
【図３３】周期的熱交換システムに取り付けられた熱伝達システムの上方からの斜視図である。
【図３４】図３３の周期的熱交換システムに取り付けられた熱伝達システムの下方からの斜視図である。
【図３５】熱伝達システムの蒸発器と周期的熱交換システムとの間の境界部の部分的断面図であり、これにおいては蒸発器は周期的熱交換システム上にクランプされる。
【図３６】図３５の周期的熱交換システム上に蒸発器をクランプするために使用されるクランプの側面図である。
【図３７】熱伝達システムの蒸発器と周期的熱交換システムとの間の境界部の部分的断面図であり、これにおいては境界は蒸発器と周期的熱交換システムとの間の締まり嵌めにより形成される。
【図３８】熱伝達システムの蒸発器と周期的熱交換システムとの間の境界の部分的断面図であり、これにおいては境界は蒸発器と周期的熱交換システムとを一体に形成することにより形成される。
【図３９】熱伝達システムの凝縮器の平面図である。
【図４０】図３９の凝縮器の線４０−４０に沿って得られる部分的断面図である。
【図４１−４３】積層構造を有する凝縮器の詳細断面図である。
【図４４】押し出し構造を有する凝縮器の詳細断面図である。
【図４５】押し出し構造を有する凝縮器の斜視詳細断面図である。
【図４６】周期的熱交換システムを囲んでパッケージされた熱伝達システムの一方の側の断面図である。
【図４７】周期的熱交換システムと熱伝達システムとを有する熱力学システムの斜視図である。
【図４８】図４７の熱伝達システムの一部分の図式的な図である。
【図４９】図４７の熱伝達システムの一部分の斜視図である。
【図５０】図４７の熱力学システムの側方斜視図である。
【図５１】図４７の熱伝達システムの一部分の図式的な図である。
【図５２】図４７の熱力学システムの斜視図である。
【図５３Ａ】図４７の熱伝達システムの蒸発器の一部であるウイックサブ組立部品の斜視図である。
【図５３Ｂ】図５３Ａのウイックサブ組立体の一部分の斜視図である。
【図５３Ｃ】図４７の熱伝達システムの蒸発器の一部である液体障壁の斜視図である。
【図５３Ｄ】図４７の熱伝達システムの蒸発器の一部であるサブクーラーの斜視図である。
【図５３Ｅ】図４７の熱伝達システムの蒸発器の斜視図である。
【図５４】図４７の熱伝達システムの製造手順を含んだ図４７の熱力学システムの製造手順の流れ図である。
【図５５】図５３Ａ及びＢのウイックサブ組立体の調製手順の流れ図である。
【図５６Ａ−５６Ｅ】図５５の手順の諸ステップを示す概観斜視図である。
【図５７】図５３Ｃの液体障壁の調製手順の流れ図である。
【図５８Ａ−５８Ｅ】図５７の手順の諸ステップを示す概観斜視図である。
【図５９】図４７の熱伝達システムの蒸発器の外側サブ組立体の調製手順の流れ図である。
【図６０Ａ−６０Ｇ】図５９の手順の諸ステップを示す斜視図である。
【図６１】図４７の熱伝達システムの蒸発器のウイックサブ組立体と外側サブ組立体とを連結する手順の流れ図である。
【図６２Ａ−６２Ｅ】図６１の手順の諸ステップを示す斜視図である。
【図６３】図６１の手順中に形成された蒸発器本体の最終仕上げ手順の流れ図である。
【図６４Ａ】図６３の手順の諸ステップを示す蒸発器本体の側方断面図である。
【図６５】図６３の手順中に最終仕上げされた蒸発器を図４７の周期的熱交換システムに結合するための手順の流れ図である。
【図６６Ａ−６６Ｂ】図６５の手順の諸ステップを示す斜視図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【図１４Ｈ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３Ａ】
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【図５３Ｂ】
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【図５３Ｃ】
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【図５３Ｄ】
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【図５３Ｅ】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６Ａ】
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【図５６Ｂ】
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【図５６Ｃ】
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【図５６Ｄ】
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【図５６Ｅ】
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【図５７】
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【図５８Ａ】
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【図５８Ｂ】
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【図５８Ｃ】
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【図５８Ｄ】
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【図５８Ｅ】
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【図５９】
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【図６０Ａ】
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【図６０Ｂ】
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【図６０Ｃ】
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【図６０Ｄ】
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【図６０Ｅ】
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【図６０Ｆ】
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【図６０Ｇ】
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【図６１】
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【図６２Ａ】
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【図６２Ｂ】
2007510125.tif 000109
【図６２Ｃ】
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【図６２Ｄ】
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【図６２Ｅ】
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【図６３】
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【図６４Ａ】
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【図６５】
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【図６６Ａ】
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【図６６Ｂ】
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【国際調査報告】
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