(57)【要約】【課題】蒸発器コアからウィックへの作動流体液の供給を安定化させる。【解決手段】ウィック２の端板として、蒸発器コア８の逆側に突出したウィック端板１４Ａを用いる。加熱源１２や吸熱源１３の温度が一時的に上昇し凝縮器５から蒸発器１１Ａに作動流体蒸気９ｂが流入する場合や、一時的に加わる加速度によりリザーバ１０から蒸発器１１Ａに作動流体蒸気９ｂが流入する場合、この突出のないウィック端板を用いた従来の蒸発器１１に比べ、突出部に作動流体蒸気９ｂを溜めることができるため、蒸発器コア８からウィック２の全長にわたって作動流体液９ａを安定して供給することができる。【選択図】　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、作動流体を溜めるリザーバとを備え、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、液管が蒸発器容器を貫通してウィックに接合され、蒸気管が蒸気通路に連通する蒸発器である毛細管力駆動型二相流体ループにおいて、蒸発器内に流入した作動流体蒸気を溜める副リザーバを蒸発器コア内に設けた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２】
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、作動流体を溜めるリザーバとを備え、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、液管が蒸発器容器を貫通してウィック内部のベイオネット管に接合され、蒸気管が蒸気通路に連通する蒸発器である毛細管力駆動型二相流体ループにおいて、蒸発器内に流入した作動流体蒸気を溜める副リザーバが、蒸発器コアの液管側に位置す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３】
加熱源により加熱された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、蒸発器内に流入した作動流体蒸気を蒸発器コア内に設けた副リザーバに溜めることを特徴とする熱輸送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、その毛細管力に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。
【０００２】
【従来の技術】
二相流体ループは、加熱源により加熱された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の部材はウィックと呼ばれる。
【０００３】
図５に、従来における毛細管力駆動型二相流体ループの一例構成を示す（例えば、特許文献１参照。）。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９ａ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９ａ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に還流する。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。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９ｂの割合を調整し、蒸発器１１の温度制御をするために作動流体を溜める。
【０００４】
また、図５に示した二相流体ループは毛細管力駆動型、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ならびにウィック端板１４を貫通しウィック２内部の蒸発器コア８に連通しており、液管６からの作動流体液９ａは蒸発器コア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。
【０００５】
このように、毛細管力駆動型二相流体ループでは、従来形のヒートパイプがウィックの面内方向に作動流体液が流れるのに比べ、ウィックの面外方向に作動流体が流れるため圧力損失が小さく、従ってより大量の熱を輸送することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２４６５８３号公報（第３頁、第１４図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ウィック２の厚み方向に作動流体液９ａを流すためには、蒸発器コア８内の作動流体液９ａはウィック２内面と全面接触している必要がある。そのため毛細管力駆動型二相流体ループでは凝縮器５と液管６の接合部が常に作動流体液９ａで満たされるように作動流体充填量とリザーバ１０容積が決められる。しかし、図６に示すように、一時的に加熱源１２からの熱負荷が増加したり、吸熱源１３温度が高くなると、凝縮器５内の作動流体蒸気９ｂの締める割合が増加し、作動流体蒸気９ｂが液管６を通って凝縮器５から蒸発器１１に流れる。液管６から蒸発器１１に至った作動流体蒸気９ｂは、蒸発器コア８内に溜まり、作動流体蒸気９ｂと接する部分のウィック２には蒸発器コア８内の作動流体液９ａを供給することができず、ウィック２内で毛細管力を発生できなくなる。この状態では作動流体を循環させるための圧力の高い蒸気通路３と圧力の低い蒸発器コア８間の圧力差を、ウィック２の毛細管力で保持できなくなり、作動流体の循環が円滑になされなくなる。また図７に示すように、リザーバ１０にかかる一時的な加速度の方向によってもリザーバ１０内の作動流体蒸気９ｂが液管６を通って蒸発器コア８内に流れ、作動流体蒸気９ｂと接する部分のウィック２に蒸発器コア８内の作動流体液９ａを供給することができなくなる。このように作動流体蒸気９ｂが蒸発器コア８に流入する場合、従来における毛細管力駆動型二相流体ループは、蒸発器１１の温度が変動したり充分な熱輸送性能を発揮できず、さらには動作が停止するという問題があった。
【０００８】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、作動流体液９ａのウィック２への供給を確実にすること、ひいては毛細管力駆動型二相流体ループにおける動作を安定化させることを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、この発明に係わる毛細管力駆動型二相流体ループにおいては、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、作動流体を溜めるリザーバとを備え、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、液管が蒸発器容器を貫通してウィックに接合され、蒸気管が蒸気通路に連通する蒸発器であり、蒸発器内に流入した作動流体蒸気を溜める副リザーバを蒸発器コア内に設けることとしている。
【００１０】
この発明に係わる毛細管力駆動型二相流体ループにおいては、より好ましくは、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、作動流体を溜めるリザーバとを備え、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、液管が蒸発器容器を貫通してウィック内部のベイオネット管に接合され、蒸気管が蒸気通路に連通する蒸発器であり、蒸発器内に流入した作動流体蒸気を溜める副リザーバを蒸発器コアの液管側に設けることとしている。
【００１１】
そして、この発明に係わる熱輸送方法においては、加熱源により加熱された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、蒸発器内に流入した作動流体蒸気を蒸発器コア内に設けた副リザーバに溜めることにより熱輸送を安定化する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施の形態に関し図面に基づき説明する。なお、図５、図６及び図７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。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１にかかわる毛細管力駆動型二相流体ループを示す図である。１〜１３は蒸発器１１Ａを除いて上記従来の毛細管力駆動型二相流体ループと同一である。この実施の形態１に係わる毛細管力駆動型二相流体ループの蒸発器１１Ａは、ウィック２の端板のうち液管６と接合されない端板として、蒸発器コア８の逆側に突出したウィック端板１４Ａを備えるものである。
【００１４】
上記のように構成された実施の形態１の毛細管力駆動型二相流体ループの動作原理について説明する。蒸発器１１Ａ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９ａ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１１Ａに還流する。上記のサイクルを繰り返すことにより熱を蒸発器１１Ａから凝縮器５に輸送するのは従来例と同様である。
【００１５】
液管６は蒸発器容器１を貫通しウィック２内部の蒸発器コア８に連通しており、液管６からの作動流体液９ａは蒸発器コア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。加熱源１２から蒸発器容器１を介してウィック２に伝わった熱により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。
【００１６】
一時的に加熱源１２からの熱負荷が増加したり、吸熱源１３温度が高くなると、凝縮器５内の作動流体蒸気９ｂの締める割合が増加し、作動流体蒸気９ｂが液管６を通って凝縮器５から蒸発器１１Ａに流れる。液管６から蒸発器１１Ａに至った作動流体蒸気９ｂは、蒸発器コア８内に溜まる。またリザーバ１０にかかる一時的な加速度の方向によってもリザーバ１０内の作動流体蒸気９ｂが液管６を通って蒸発器コア８内に流れる。
【００１７】
本実施例においては従来例と異なって、液管６から蒸発器１１Ａに至った作動流体蒸気９ｂは圧力の低いウィック端板１４Ａの突出部に溜る。したがってウィック２の内面が蒸発器コア８内の作動流体液９ａと全面接触するため、ウィック２全長にわたって作動流体液９ａを供給することができる。その結果、蒸発器１１Ａから凝縮器５への熱輸送を安定して行うことができる。
【００１８】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２にかかわる毛細管力駆動型二相流体ループを示す図である。１〜１３はベイオネット管７と蒸発器１１Ｂを除いて上記従来の毛細管力駆動型二相流体ループと同一である。この実施の形態２に係わる毛細管力駆動型二相流体ループの蒸発器１１Ｂ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の逆側に突出したウィック端板１４Ｂを備えるものである。
【００１９】
上記のように構成された実施の形態２の毛細管力駆動型二相流体ループの動作原理について説明する。蒸発器１１Ｂ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９ａ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１１Ｂに還流する。上記のサイクルを繰り返すことにより熱を蒸発器１１Ｂから凝縮器５に輸送するのは従来例と同様である。
【００２０】
液管６は蒸発器容器１ならびにウィック端板１４Ｂ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。加熱源１２から蒸発器容器１を介してウィック２に伝わった熱により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。
【００２１】
図３に示すように、一時的に加熱源１２からの熱負荷が増加したり、吸熱源１３温度が高くなると、凝縮器５内の作動流体蒸気９ｂの締める割合が増加し、作動流体蒸気９ｂが液管６を通って凝縮器５から蒸発器１１Ｂに流れる。液管６から蒸発器１１Ｂに至った作動流体蒸気９ｂは、蒸発器コア８内に溜まる。また図４に示すように、リザーバ１０にかかる一時的な加速度の方向によってもリザーバ１０内の作動流体蒸気９ｂが液管６を通って蒸発器コア８内に流れる。
【００２２】
本実施例においては従来例と異なって、液管６から蒸発器１１Ｂに至った作動流体蒸気９ｂは圧力の低いウィック端板１４Ｂの突出部に溜り、かつ温度の低いベイオネット管７外表面で凝縮するため、ウィック端板１４Ｂの突出部に溜まる作動流体蒸気９ｂの体積を小さく維持することができる。したがってウィック２の内面が蒸発器コア８内の作動流体液９ａと全面接触するため、ウィック２全長にわたって作動流体液９ａを供給することができる。その結果、蒸発器１１Ｂから凝縮器５への熱輸送を安定して行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
このように、この発明に係わる毛細管力駆動型二相流体ループによれば、蒸発器コア内の副リザーバに、蒸発器コア内に流入した作動流体蒸気を溜めるようにしたため、ウィック全長にわたって作動流体液を供給することができる。
【００２４】
また、上記副リザーバをウィック端板の形状を蒸発器コアと反対側に突出させることで実現することにより、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。
【００２５】
そして、本発明に係わる熱輸送方法によれば、蒸発器に流入した作動流体蒸気を蒸発器コア内の副リザーバに溜めるようにしたため、熱輸送性能の安定化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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における毛細管力駆動型二相流体ループの一例構成を示す図であり、（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。
【図２】この発明の実施の形態２における毛細管力駆動型二相流体ループの一例構成を示す図であり、（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。
【図３】この発明の実施の形態２における毛細管力駆動型二相流体ループの熱輸送方法を示す図であり、一時的に加熱源や吸熱源の温度が高くなった場合を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２における毛細管力駆動型二相流体ループの熱輸送方法を示す図であり、一時的にリザーバに加速度がかかった場合を示す図である。
【図５】従来における毛細管力駆動型二相流体ループの一例構成を示す図であり、（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。
【図６】従来技術の毛細管力駆動型二相流体ループの問題点を示す図であり、一時的に加熱源や吸熱源の温度が高くなった場合を示す図である。
【図７】従来技術の毛細管力駆動型二相流体ループの問題点を示す図であり、一時的にリザーバに加速度がかかった場合を示す図である。
【符号の説明】
１　　蒸発器容器、２　　ウィック、３　　蒸気通路、４　　蒸気管、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、１１、１１Ａ　、１１Ｂ　蒸発器、１２　　加熱源、１３　　吸熱源、１４、１４Ａ、１４Ｂ　ウィック端板。
【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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