(57)【要約】【課題】作動液がウィックを通過して蒸気管側に染み出すことを防止して冷却性能を向上せしめる。【解決手段】作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器５と、この蒸発器で気化された気体が蒸気管７を経て移動すると共にこの気体を放熱して液化する凝縮器９と、この凝縮器で液化した作動液が液戻り管１１を経て移動すると共にこの作動液を前記蒸発器に供給するために保留するリザーバ部１３と、を備えるループ型ヒートパイプ１が構成される。蒸発器は５、前端側を蒸気管７に連通し、かつ後端側をリザーバ部１３に連通する筒形状をなすグルーブ管２１と、このグルーブ管の筒形状の内部に接触して挿入すると共に前端側か閉塞された筒形状をなし、かつ細かい空隙を有する組織構造のウィック２３と、を備え、このウィックの円筒形状の内部に挿入される作動液の通過を防止する壁３１を前記ウィック２３の前端部に設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、この蒸発器で気化された気体が蒸気管を経て移動すると共にこの気体を放熱して液化する凝縮器と、この凝縮器で液化した作動液が液戻り管を経て移動すると共にこの作動液を前記蒸発器に供給するために保留するリザーバ部と、を備えるループ型ヒートパイプであって、
前記蒸発器は、前端側を蒸気管に連通し、かつ後端側をリザーバ部に連通する筒形状をなすグルーブ管と、このグルーブ管の筒形状の内部に接触して挿入すると共に前端側が閉塞された筒形状をなし、かつ細かい空隙を有する組織構造のウィックと、を備え、このウィックの円筒形状の内部に挿入される作動液の通過を防止する壁を前記ウィックの前端部に設けたことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記壁は、前記ウィックと別体の部材から構成されていることを特徴とする請求項１記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項３】
前記壁は、高分子体であることを特徴とする請求項２記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項４】
前記壁は、前記ウィックと同一部材で、ウィック内に形成されていることを特徴とする請求項１記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項５】
前記壁は、前記ウィックの前端部の細孔を閉塞した構造であることを特徴とする請求項４記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項６】
前記ウィックは、空隙を備える高分子体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項記載のループ型ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ループ型ヒートパイプに関し、作動液がウィックを通過して蒸気管側に染み出すことを防止することによって冷却性能を向上せしめるループ型ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ループ型ヒートパイプには、例えばＬＨＰ（ループヒートパイプ）やＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）がある。
【０００３】
例えば、従来のＬＨＰ１０１は、図６に示されているように、作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器１０３と、この蒸発器１０３で気化された気体が蒸気管１０５（Vapor Line）を経て移動すると共にこの気体を放熱して液化する凝縮器１０７（Condenser）と、この凝縮器１０７で液化した作動液が液戻り管１０９（Liquid Line）を経て移動すると共にこの作動液を前記蒸発器１０３に供給するために保留するリザーバ部１１１〔あるいは、アキュームレータ、ＣＣ（Compensation Chamber）など〕と、前記液戻り管１０９から戻ってきた作動液を前記蒸発器１０３の内部に供給するバイオネット管１１３と、を備えるシステムで、一つのループを形成しており、前記蒸発器１０３とリザーバ部１１１は一体的に構成されている。
【０００４】
また、前記蒸発器１０３とリザーバ部１１１との間には前記蒸発器１０３で気化された気体がリザーバ部１１１に逆戻りしないようにするための作動液逆流防止用のＯリング１１５が装着されている。さらに、ＬＨＰ１０１の内部には作動液が投入されている。作動液としてはアルコール、アンモニア、水などがある。なお、ＣＰＬでは蒸発器１０３とリザーバ部１１１が別体で構成される。
【０００５】
ＬＨＰ１０１では、蒸発器１０３が周囲で発生した熱により加熱されると、作動液としての例えば水が蒸発器１０３内で蒸気となり、このときの潜熱を利用して周囲の温度を冷却するものである。蒸発器１０３内で生じた蒸気が蒸気管１０５を経て凝縮器１０７へ移動し、凝縮器１０７で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管１０９を経て再びリザーバ部１１１と蒸発器１０３へ移動することになり、上記の作用を繰り返すことになる。
【０００６】
また、上記の蒸発器１０３は、基本的には、例えば特許文献１の中で示されている原理と同様であり、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管１０５に連通して閉塞する円筒形状のグルーブ管１１７と、このグルーブ管１１７の円筒形状の内部に接触して挿入する円筒形状をなすと共にこの円筒形状の内部に作動液を供給するウィック１１９と、を備えている。
【０００７】
なお、前記グルーブ管１１７の内周面には、当該グルーブ管１１７の長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つ前記長手方向に延伸されるグルーブ部１２１が備えられている。一方、前記ウィック１１９の外周面は前記グルーブ管１１７のグルーブ部１２１の凸部の内周面に接触する構成であり、前記グルーブ部１２１の凹部が蒸気流路１２３となる。
【０００８】
また、前記ウィック１１９の円筒形状の内部は上述したリザーバ部１１１に連通し且つ前端が閉塞した液貯留室１２５を構成している。また、液戻り管１０９に連通するバイオネット管１１３がリザーバ部１１１の内部を経て液貯留室１２５の前端部の少し手前まで挿入されているので、液戻り管１０９から戻ってきた水は、バイオネット管１１３の前端から液貯留室１２５に供給される。この水はバイオネット管１１３の前端から１８０°反転して液貯留室１２５とバイオネット管１１３の間を通過して液貯留室１２５内に充満する状態となり、リザーバ部１１１へ保留される。
【０００９】
なお、前記ウィック１１９には、例えば多孔質性の焼結金属体、金属繊維、ガラス繊維などが使用されている。
【００１０】
したがって、グルーブ管１１７が蒸発器１０３の周囲の熱で加熱されると、グルーブ管１１７の熱がグルーブ部１２１の凸部の内周面との接触部分からウィック１１９に熱伝導し、ウィック１１９が加熱される。その結果、前記液貯留室１２５からウィック１１９の内部に浸透した水が加熱されて蒸気になり、グルーブ管１１７のグルーブ部１２１、すなわち蒸気流路１２３を経て前述したように蒸気管１０５へ移動することになる。
【特許文献１】特開２００４−５３０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、従来のＬＨＰ１０１は、スタートアップ時および急激な入力熱量が増加した場合に、液戻り管１０９から戻る作動液の流速や圧力が増加し、図６の実線の矢印で示されているように、蒸発器１０３内のウィック１１９の前端部を通過して蒸気管１０５へ抜けるという問題点があった。つまり、従来のウィック１１９の構造では内部の作動液が前端部から蒸気管１０５側へ流れ込みやすいために、グルーブ管１１７への作動液の供給量や作動液の圧力が小さくなり、その結果、冷却性能が低下するという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記発明が解決しようとする課題を達成するために、この発明のループ型ヒートパイプは、作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、この蒸発器で気化された気体が蒸気管を経て移動すると共にこの気体を放熱して液化する凝縮器と、この凝縮器で液化した作動液が液戻り管を経て移動すると共にこの作動液を前記蒸発器に供給するために保留するリザーバ部と、を備えるループ型ヒートパイプであって、
前記蒸発器は、前端側を蒸気管に連通し、かつ後端側をリザーバ部に連通する筒形状をなすグルーブ管と、このグルーブ管の筒形状の内部に接触して挿入すると共に前端側が閉塞された筒形状をなし、かつ細かい空隙を有する組織構造のウィックと、を備え、このウィックの円筒形状の内部に挿入される作動液の通過を防止する壁を前記ウィックの前端部に設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明のループ型ヒートパイプは、前記ループ型ヒートパイプにおいて、前記壁は、前記ウィックと別体の部材から構成されていることが好ましい。
【００１４】
この発明のループ型ヒートパイプは、前記ループ型ヒートパイプにおいて、前記壁は、高分子体であることが好ましい。
【００１５】
この発明のループ型ヒートパイプは、前記ループ型ヒートパイプにおいて、前記壁は、前記ウィックと同一部材で、ウィック内に形成されていることが好ましい。
【００１６】
この発明のループ型ヒートパイプは、前記ループ型ヒートパイプにおいて、前記壁は、前記ウィックの前端部の細孔を閉塞した構造であることが好ましい。
【００１７】
この発明のループ型ヒートパイプは、前記ループ型ヒートパイプにおいて、
前記ウィックは、空隙を備える高分子体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明のループ型ヒートパイプによれば、ウィックの前端部に前記ウィックの円筒形状の内部に挿入される作動液の通過を防止する壁が設けられているので、作動液がウィックの前端部を通過するのを防止し、ウィック内の作動液の流速や圧力の低下を防止することができる。その結果、グルーブ管への作動液の供給量や作動液圧を維持ないしは増加できるので、グルーブ管へ染み出す作動液の圧力を向上させることとなり、冷却性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１を参照するに、この実施の形態に係るループ型ヒートパイプには、例えばＬＨＰ（ループヒートパイプ）やＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）がある。
【００２１】
例えば、ＬＨＰ１は、冷媒としての作動液３Ｌが気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器５と、この蒸発器５で気化された気体３Ｖが蒸気管７（Vapor Line）を経て移動すると共にこの気体３Ｖを放熱して液化する凝縮器９（Condenser）と、この凝縮器９で液化した作動液３Ｌが液戻り管１１（Liquid Line）を経て移動すると共にこの作動液３Ｌを前記蒸発器５に供給するために保留するリザーバ部１３〔あるいは、アキュームレータ、ＣＣ（Compensation Chamber）など〕と、前記液戻り管１１から戻ってきた作動液３Ｌを前記蒸発器５の内部に供給するバイオネット管１５と、を備えるシステムで、一つのループを形成しており、前記蒸発器５とリザーバ部１３は一体的に構成されている。
【００２２】
また、前記蒸発器５とリザーバ部１３との間には前記蒸発器５で気化された気体３Ｖがリザーバ部１３に逆戻りしないようにするための作動液逆流防止用のＯリング１７が装着されている。さらに、ＬＨＰ１の内部には作動液３Ｌが投入されている。作動液３Ｌとしてはアルコール、アンモニア、水などがある。この実施の形態では、地球環境の観点から、作動液３Ｌは水としている。図１では作動液３Ｌである水の流れ方向は実線の矢印で示されており、作動液３Ｌが気化された気体３Ｖである蒸気の流れ方向は点線の矢印で示されている。
【００２３】
また、ＣＰＬとしては、上記の蒸発器５とリザーバ部１３が別体で構成されており、その他の基本的な構成はＬＨＰ１と同じである。
【００２４】
すなわち、ＬＨＰ１では、蒸発器５が周囲で発生した熱により加熱されると、作動液３Ｌとしての例えば水が蒸発器５内で蒸気となり、このときの潜熱を利用して周囲の温度を冷却するものである。蒸発器５内で生じた蒸気が蒸気管７を経て凝縮器９へ移動し、凝縮器９で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管１１を経て再びリザーバ部１３と蒸発器５へ移動することになり、上記の作用を繰り返すことになる。したがって、ＬＨＰ１やＣＰＬは潜熱を利用しており、外部電源無しに高い熱輸送能力を有している。また、蒸気管７、液戻り管１１の配管は自由であり、熱の伝送方向は蒸発器５から凝縮器９への一方向でダイオードのような振る舞いをするものである。
【００２５】
上記の蒸発器５は、前端側（図１において左端側）を蒸気管７に連通して閉塞し、かつ後端側を開口してリザーバ部１３に連通する円筒形状の蒸発器本体１９と、この蒸発器本体１９の内部に収容される円筒形状のグルーブ管２１と、このグルーブ管２１の円筒形状の内部に接触して挿入する円筒形状をなすと共にこの円筒形状の内部に作動液３Ｌを供給するウィック２３と、を備えている。
【００２６】
なお、前記グルーブ管２１の内周面には、図２及び図３に示されているように、当該グルーブ管２１の長手方向に垂直な断面において凹部２５Ａと凸部２５Ｂで円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つこの凹凸形状がグルーブ管２１の長手方向に延伸されるグルーブ部２５が備えられている。一方、前記ウィック２３の外周面は前記グルーブ管２１のグルーブ部２５の凸部２５Ｂの内周面に接触する構成であり、前記グルーブ部２５の凹部２５Ａが蒸気流路２７となる。
【００２７】
また、前記ウィック２３の円筒形状の内部は、上述したリザーバ部１３に連通し且つ前端が閉塞した液貯留室２９を構成しており、この液貯留室２９はバイオネット管１５が挿入可能である。このバイオネット管１５の後端側は液戻り管１１に連通してリザーバ部１３の内部に挿入されており、バイオネット管１５の前端側はウィック２３の液貯留室２９の前端部の少し手前まで挿入されている。
【００２８】
また、前記ウィック２３は、この実施の形態では、軽量化を図るために高分子体の材質が使用されており、この高分子体は細かい空隙（以下、単に「細孔」という）を有する組織構造をなしている。さらに、上記の高分子体としては、例えば直径１０〜２０μｍのポリエチレンパウダを焼結したものが用いられる。その他に、ニッケル金属からなる例えば直径５μｍのパウダを焼結したニッケル焼結体、銅のパウダを焼結した銅焼結体、あるいはその他の金属からなる金属焼結体も用いられる。このような高分子体は、一つ一つのパウダが親水基を有しているので、濡れ性の向上と表面張力に＋αのポンプ力が加えられるために、ウィック２３内の蒸気の移動する力が大きくなる。
【００２９】
なお、その他のウィック２３の材質としては、多孔質性の焼結金属体、金属繊維、ガラス繊維などが使用されてもよいが、上述した理由で高分子体が望ましい。
【００３０】
次に、この実施の形態の主要部を構成するウィック２３の作動液３Ｌの通過を防止する防止方法及びその構造について詳しく説明する。
【００３１】
その１つの方法としては、図１に示されているように、作動液３Ｌとしての例えば水の通過（染出し）を防止可能な壁３１がウィック２３の前端面に設けられる。この壁３１は前記ウィック２３と別体の部材で構成されている。これにより、前記ウィック２３と別体の壁３１でウィック２３の前端部２３Ａを通過する水の流速や圧力の低下を防止することができる。
【００３２】
例えば、上記の壁３１としては、厚さが例えば２〜３ｍｍの平板状の部材であって、この平板状の部材である壁３１がウィック２３の前端面に接触して取り付けられる。この平板状の部材である壁３１の取付け方法としては、例えば前記平板状の部材である壁３１をウィック２３の前端面に接着剤で固着することができる。
【００３３】
あるいは、図４に示されているように、前記平板状の部材である壁３１をウィック２３の前端面に当接し、かつ平板状の部材である壁３１と蒸発器本体１９の前端壁１９Ａとの間に複数本の棒状の押圧用シャフト３３を介在せしめて平板状の部材である壁３１をウィック２３の前端面に押圧することができる。
【００３４】
あるいは、図５に示されているように、前記平板状の部材である壁３１をウィック２３の前端面に当接し、かつ平板状の部材である壁３１と蒸発器本体１９の前端壁１９Ａとの間の複数箇所でスプリング３５等の付勢手段により前記平板状の部材である壁３１をウィック２３の前端面に常時押圧する方向に付勢することもできる。
【００３５】
また、上記の平板状の部材である壁３１は、低い熱伝導率を有するガラス、テフロン（登録商標）、プラスチック、ポリエチレンなどの高分子体の材料で構成することができる。これにより、たとえ平板状の部材である壁３１がグルーブ管２１のグルーブ部２５の凸部２５Ｂの内周面に接触しても、平板状の部材である壁３１が低熱伝導率の材料であることにより、グルーブ管２１の熱がウィック２３の前端部２３Ａに伝導しにくくなるので、ウィック２３の前端部２３Ａでは水が蒸気に変化しにくくなり、真空引きされる力が発生しにくくなる。つまり、水がウィック２３の前端部２３Ａから染み出す力すなわち、通過する力を弱くすることに寄与する。
【００３６】
しかし、平板状の部材である壁３１が低熱伝導率を有する高分子体の材料であっても、より一層、グルーブ管２１の熱がウィック２３の前端部２３Ａに伝導しないようにするために、平板状の部材である壁３１がグルーブ管２１の内周面に接触しないようにすることが望ましい。
【００３７】
また、前記平板状の部材である壁３１は、蒸発器本体１９やグルーブ管２１と同じ材料、例えば、銅などの金属材料で構成することもできる。この場合は、上記の高分子体の材料よりも水がウィック２３の前端部２３Ａから染み出すのを阻止できるが、上述した理由で、グルーブ管２１の熱がウィック２３の前端部２３Ａに伝導しないようにするために、平板状の部材である壁３１がグルーブ管２１のグルーブ部２５の凸部２５Ｂの内周面に接触しないようにする必要がある。
【００３８】
また、他の作動液の通過を防止する方法としては、作動液３Ｌの通過を防止する壁がウィック２３と同一材料で、ウィック２３内に形成される。そして、この壁が例えばウィック２３の前端部２３Ａの細孔を閉塞した組織構造とすることができる。例えば、ウィック２３の前端部２３Ａを加熱することにより、ウィック２３を構成する高分子体のパウダを溶解して細孔を閉塞して壁とすることができる。あるいは、前記壁としては、ウィック２３の前端部２３Ａの細孔に接着剤を流し込み充填して、細孔を閉塞した組織構造とすることもできる。
【００３９】
したがって、ウィック２３の前端部２３Ａ内に形成される壁が上記のいずれの組織構造であっても、細孔が閉塞されているので、水がウィック２３の前端部２３Ａを通過するのを防止し、ウィック２３の液貯留室２９内の水の流速や圧力の低下を防止することができる。
【００４０】
上記構成により、ＬＨＰ１では、蒸発器５のグルーブ管２１が周囲の熱で加熱されると、ウィック２３とグルーブ管２１のグルーブ部２５の凸部２５Ｂとの接触面からグルーブ管２１の熱が熱伝導してウィック２３が加熱される。
【００４１】
一方、前記液貯留室２９の水は、上述したようにウィック２３の高分子体の各パウダが親水基を有しているために濡れ性の向上と表面張力に＋αのポンプ力が加えられて真空引きされる。この真空引きにより浸透したウィック２３の内部の水は圧力が下がっているので、加熱されると水が低い沸点で沸騰して蒸気になる。水が蒸気になるときの潜熱により周囲の温度が冷却されることになる。
【００４２】
この蒸気は前述したように水がウィック２３の高分子体内に真空引きされる力により押し出されてウィック２３の高分子体内を移動し、ウィック２３の表面からグルーブ管２１のグルーブ部２５との接触面を経て蒸気流路２７へ流れることになる。さらに、蒸気流路２７内の蒸気は、前述したように蒸気管７を経て凝縮器９へ移動し、この凝縮器９で放熱されることにより蒸気が水に戻される。
【００４３】
次いで、凝縮器９内の水は液戻り管１１を経て再び蒸発器５へ戻ってくる。すなわち、液戻り管１１に連通するバイオネット管１５がウィック２３の液貯留室２９の前端部の少し手前まで挿入されているので、液戻り管１１から戻ってきた水は、バイオネット管１５の前端からウィック２３の液貯留室２９に供給される。この水はバイオネット管１５の前端から１８０°反転して液貯留室２９とバイオネット管１５の間を通過して液貯留室２９内に充満する状態となり、リザーバ部１３へ保留される。
【００４４】
このとき、例えば、ＬＨＰ１のスタートアップ時および急激な入力熱量が増加した場合に、液戻り管１１から戻る水の流速や圧力が増加しても、前述したようにウィック２３の前端面に作動液３Ｌの通過を防止する平板状の部材である壁３１が設けられているので、ウィック２３の前端部２３Ａを通過する水の流速や圧力を阻止することができ、冷却性能の低下を防止できる。
【００４５】
つまり、ウィック２３の液貯留室２９の水は、再びウィック２３とグルーブ管２１にて上述した熱交換作用を繰り返すことになるが、上記の理由で、グルーブ管２１への水の供給量や水圧を維持ないしは増加することができるので、グルーブ管２１のグルーブ部２５へ染み出す水の圧力を向上させることとなり、冷却性能の向上につながる。
【００４６】
なお、上記の平板状の部材である壁３１とは異なる他のウィック２３と同一部材で、ウィック２３内に形成された壁の場合も、上記の平板状の部材である壁３１の場合と同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の実施の形態のループヒートパイプの概略的な構成図である。
【図２】図１のループヒートパイプにおける蒸発器の要部断面を含む概略的な斜視図である。
【図３】図２の矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
【図４】この発明の他の実施の形態のウィックの前端部から作動液の通過を防止する防止構造の拡大断面図である。
【図５】この発明の別の実施の形態のウィックの前端部から作動液の通過を防止する防止構造の拡大断面図である。
【図６】従来のループヒートパイプの概略的な構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  ＬＨＰ（ループヒートパイプ）
３Ｌ  作動液
３Ｖ  気体
５  蒸発器
７  蒸気管
９  凝縮器
１１  液戻り管
１３  リザーバ部
１５  バイオネット管
１７  Ｏリング（作動液逆流防止用の）
１９  蒸発器本体
１９Ａ  前端壁（蒸発器本体１９の）
２１  グルーブ管
２３  ウィック
２３Ａ  前端部
２５  グルーブ部
２５Ａ  凹部
２５Ｂ  凸部
２７  蒸気流路
２９  液貯留室
３１  壁
３３  押圧用シャフト
３５  スプリング（付勢手段）
【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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