(57)【要約】【課題】ループヒートパイプ用蒸発器において、面状の発熱体に効率よく取り付け、熱交換効率を向上する。【解決手段】扁平な円筒状の管状体１の扁平円筒状の内部空間周囲に上部ウィック２ａ、上部円周ウィック２ｂ、下部ウィック２ｃ、下部円周ウィック２ｄ、分離ウィック２ｅを各ウィックが接するように施す。分離ウィック２ｅにより上部空間１ｅ、下部空間１ｆを形成する。外部から液注入管３を介して上部空間１ｅに供給される液状の熱交換媒体は、上部ウィック２ａ、上部円周ウィック２ｂ、分離ウィック２ｅ、下部円周ウィック２ｄ、下部ウィック２ｃに順次浸透吸収される。外部熱源により下部平面１ｇがＣ方向から加熱されると、下部ウィック２ｃ内に吸収された熱交換媒体は下部空間１ｆ内で蒸発し、その蒸気は蒸気流路４から外部に排出される。平面状の加熱・蒸発により熱交換効率がよい。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平な円筒状で相対する二平面が密閉された形状の管状体と、前記管状体の内部空間の内周全面に施されたウィック体と、前記ウィック体が作る扁平円筒状の空間を相対する二平面の中央で二分する形で第１及び第２の空間部を形成する分離ウィックと、前記第１の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段と、前記ウィック体及び前記分離ウィックに毛細管作用によって吸収された前記熱交換媒体が前記第２の空間部に対応する前記管状体の外部平面から加熱されたとき、前記第２の空間部内で蒸発した前記熱交換媒体を外部に排出する排出手段とを備えることを特徴とするループヒートパイプ用蒸発器。
【請求項２】
扁平な円筒状で相対する二平面が密閉された形状の管状体と、前記管状体の内部空間の内周全面に施されたウィック体と、前記ウィック体が作る扁平円筒状の空間を相対する二平面の中央で二分する形で第１及び第２の空間部を形成する分離ウィックと、前記第１の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段とから構成されるループヒートパイプ用蒸発器において、前記液注入手段から前記第１の空間部に供給された前記熱交換媒体が前記ウィック体及び前記分離ウィックに毛細管作用によって吸収され、前記第２の空間部に対応する前記管状体の外部平面から加熱されて前記第２の空間部内で蒸発し、その蒸気が排出手段により外部に排出されることを特徴とするループヒートパイプ用蒸発器における熱交換方法。
【請求項３】
前記第１の空間部が液体空間、前記第２の空間部が蒸気空間を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のループヒートパイプ用蒸発器及びその熱交換方法。
【請求項４】
扁平な円筒状で相対する二平面が密閉された形状の管状体と、前記管状体の扁平円筒状の内部空間の上部平面及び下部平面にそれぞれ施された上部ウィック及び下部ウィックと、前記管状体の内部空間の内周面に施されてそれぞれ前記上部ウィックに接する上部円周ウィック及び前記下部ウィックに接する下部円周ウィックと、前記管状体の内部空間を前記上部平面と前記下部平面との中央にて上下に二分して第１及び第２の空間部を形成する形で前記上部円周ウィック及び前記下部円周ウィックに接する分離ウィックと、前記分離ウィックの上方の前記第１の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段と、前記分離ウィックを含む前記各ウィックに毛細管作用によって吸収された前記熱交換媒体が前記分離ウィックの下方の前記第２の空間部に対応する前記管状体の下部平面から加熱されたとき、前記第２の空間部内で蒸発した前記熱交換媒体を外部に排出する排出手段とを備えることを特徴とするループヒートパイプ用蒸発器。
【請求項５】
扁平な円筒状で相対する二平面が密閉された形状の管状体と、前記管状体の扁平円筒状の内部空間の上部平面及び下部平面にそれぞれ施された上部ウィック及び下部ウィックと、前記管状体の内部空間の内周面に施されてそれぞれ前記上部ウィックに接する上部円周ウィック及び前記下部ウィックに接する下部円周ウィックと、前記管状体の内部空間を前記上部平面と前記下部平面との中央にて上下に二分して第１及び第２の空間部を形成する形で前記上部円周ウィック及び前記下部円周ウィックに接する分離ウィックと、前記分離ウィックの上方の前記第１の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段とから構成されるループヒートパイプ用蒸発器において、前記液注入手段から前記第１の空間部に供給された前記熱交換媒体が前記分離ウィックを含む前記各ウィックに毛細管作用によって吸収され、前記分離ウィックの下方の前記第２の空間部に対応する前記管状体の下部平面から加熱されて前記第２の空間部内で蒸発し、その蒸気が排出手段により外部に排出されることを特徴とするループヒートパイプ用蒸発器における熱交換方法。
【請求項６】
前記分離ウィックの上方の前記第１の空間部が液体空間、前記分離ウィックの下方の前記第２の空間部が蒸気空間を形成することを特徴とする請求項４または５に記載のループヒートパイプ用蒸発器及びその熱交換方法。
【請求項７】
宇宙空間用の部材あるいは宇宙空間設備に使用される熱交換器に適用されるものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のループヒートパイプ用蒸発器及びその熱交換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はループヒートパイプ用蒸発器に関し、特に人工衛星やフリーフライヤ、及び宇宙ステーション等に使用されるループヒートパイプ用蒸発器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蒸発器の一例を図３及び図４に示す。図３は従来の蒸発器の一例を示す側断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線における縦断面図である。従来、この種の蒸発器は、図３及び図４に示すように、円筒形の管状体１１と、ウィック１２と、液注入管１３と、蒸気流路１４とを有してなり、管状体１１にはその外壁内周面に一定ピッチで刻設されて長手軸方向に延びるグルーブ１５を有する。ウィック１２は毛細管力を有するリング状の物質で、管状体１１内に積層されている。
【０００３】
液注入管１３から熱交換媒体（液体）が供給されると、この熱交換媒体が液注入管１３から管状体１１内に積層されたウィック１２内に毛細管力により浸透する。この状態で、管状体１１が外部から図３及び図４中の矢印Ｄで示すように加熱されると、ウィック１２内に浸透した熱交換媒体が蒸発する。この蒸発した熱交換媒体は管状体１１の外壁内周面上のグルーブ１５に導入され、グルーブ１５に導かれてその蒸気は蒸気流路１４から管状体１１外に排出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のループヒートパイプ用蒸発器では、円筒形の管状体１１内にてすべて構成され、軸方向に直線的に長く製作されているため、面状の吸熱体への取付けが効率良く行なわれないという欠点がある。
【０００５】
また、その形状が円筒形を主体にしていること、管状体１１の外壁にグルーブ１５が存在してウィック１２と管状体１１の外壁との接触面積が少ないこと、及び吸熱部への取付けに関してはフィン状のつばを介して行なうことなどのため、吸熱体の熱を効率良くウィック構造に伝えられないという欠点がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は上記欠点を除去し、面状の吸熱体にコンパクトに設置でき、熱交換効率を向上させることができるループヒートパイプ用蒸発器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のループヒートパイプ用蒸発器は、扁平な円筒状で相対する二平面が密閉された形状の管状体と、前記管状体の内部空間の内周全面に施されたウィック体と、前記ウィック体が作る扁平円筒状の空間を相対する二平面の中央で二分する形で第１及び第２の空間部を形成する分離ウィックと、前記第１の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段と、前記ウィック体及び前記分離ウィックに毛細管作用によって吸収された前記熱交換媒体が前記第２の空間部に対応する前記管状体の外部平面から加熱されたとき、前記第２の空間部内で蒸発した前記熱交換媒体を外部に排出する排出手段とを備えている。
【０００８】
また本発明のループヒートパイプ用蒸発器における熱交換方法は、扁平な円筒状で相対する二平面が密閉された形状の管状体と、前記管状体の内部空間の内周全面に施されたウィック体と、前記ウィック体が作る扁平円筒状の空間を相対する二平面の中央で二分する形で第１及び第２の空間部を形成する分離ウィックと、前記第１の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段とから構成されるループヒートパイプ用蒸発器において、前記液注入手段から前記第１の空間部に供給された前記熱交換媒体が前記ウィック体及び前記分離ウィックに毛細管作用によって吸収され、前記第２の空間部に対応する前記管状体の外部平面から加熱されて前記第２の空間部内で蒸発し、その蒸気が排出手段により外部に排出されるようになっている。
【０００９】
これらのループヒートパイプ用蒸発器及びその熱交換方法において、前記第１の空間部が液体空間、前記第２の空間部が蒸気空間を形成するものとする。
【００１０】
また本発明のループヒートパイプ用蒸発器の具体的な態様として、扁平な円筒状で相対する二平面が密閉された形状の管状体と、前記管状体の扁平円筒状の内部空間の上部平面及び下部平面にそれぞれ施された上部ウィック及び下部ウィックと、前記管状体の内部空間の内周面に施されてそれぞれ前記上部ウィックに接する上部円周ウィック及び前記下部ウィックに接する下部円周ウィックと、前記管状体の内部空間を前記上部平面と前記下部平面との中央にて上下に二分して第１及び第２の空間部を形成する形で前記上部円周ウィック及び前記下部円周ウィックに接する分離ウィックと、前記分離ウィックの上方の前記第１の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段と、前記分離ウィックを含む前記各ウィックに毛細管作用によって吸収された前記熱交換媒体が前記分離ウィックの下方の前記第２の空間部に対応する前記管状体の下部平面から加熱されたとき、前記第２の空間部内で蒸発した前記熱交換媒体を外部に排出する排出手段とを備えているのが好ましい。
【００１１】
また本発明のループヒートパイプ用蒸発器における熱交換方法の具体的な態様として、扁平な円筒状で相対する二平面が密閉された形状の管状体と、前記管状体の扁平円筒状の内部空間の上部平面及び下部平面にそれぞれ施された上部ウィック及び下部ウィックと、前記管状体の内部空間の内周面に施されてそれぞれ前記上部ウィックに接する上部円周ウィック及び前記下部ウィックに接する下部円周ウィックと、前記管状体の内部空間を前記上部平面と前記下部平面との中央にて上下に二分して第１及び第２の空間部を形成する形で前記上部円周ウィック及び前記下部円周ウィックに接する分離ウィックと、前記分離ウィックの上方の前記第１の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段とから構成されるループヒートパイプ用蒸発器において、前記液注入手段から前記第１の空間部に供給された前記熱交換媒体が前記分離ウィックを含む前記各ウィックに毛細管作用によって吸収され、前記分離ウィックの下方の前記第２の空間部に対応する前記管状体の下部平面から加熱されて前記第２の空間部内で蒸発し、その蒸気が排出手段により外部に排出されるようになっているのが好ましい。
【００１２】
またこれらのループヒートパイプ用蒸発器及びその熱交換方法において、前記分離ウィックの上方の前記第１の空間部が液体空間、前記分離ウィックの下方の前記第２の空間部が蒸気空間を形成することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のループヒートパイプ用蒸発器について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態の構成を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図である。この実施の形態においては、本発明のループヒートパイプ用蒸発器の代表的な具体例として、扁平な円筒形状を呈する蒸発器の二平面が上下方向に設置される形態について説明するものとする。
【００１５】
この実施の形態のループヒートパイプ用蒸発器は、外部熱源より熱エネルギーを受ける扁平円筒状の管状体１と、この管状体１の内面部に施されたウィック２ａないし２ｄ及び分離ウィック２ｅと、これら各ウィック間に液状の熱交換媒体を供給する液注入手段としての液注入管３と、ウィック間で蒸発した熱交換媒体の蒸気を外部に排出する排出手段としての蒸気流路４とを有して構成される。
【００１６】
図１及び図２に示すように、管状体１は上方から平面的に見ると円筒形であり、また中心線における断面形状で見ると長方形を呈する扁平円筒状のものであって、上下の二平面が蓋状に密閉された形である。図２を参照すると、円形凹部を有する下方のベース体１ａに対し、上方から蓋をかぶせるような形で蓋体１ｂを嵌め合せ、両者の接合部１ｄをビーム溶接などで接合することにより、上下の二平面が密閉された扁平円筒状の管状体１が構成される。同時に管状体１の内部には、扁平円筒状の内部空間が形成される。ベース体１ａ及び蓋体１ｂの外部の上下面は平面状であり、またベース体１ａの円筒部周囲には方形となる如きフランジ部１ｃが延出し、外部熱源などの取り付け装着に供される。なお、ベース体１ａの外部の下面を下部平面１ｇとする。
【００１７】
管状体１の扁平円筒状の内部空間には次のようにウィックが施される。内部空間の上部平面には上部ウィック２ａが施され、内部空間の円周内面の上方には上部円周ウィック２ｂが施され、上部ウィック２ａと上部円周ウィック２ｂは互いに接する。また内部空間の下部平面には下部ウィック２ｃが施され、内部空間の円周内面の下方には下部円周ウィック２ｄが施され、下部ウィック２ｃと下部円周ウィック２ｄは互いに接する。内部空間の中央には内部空間を上下に二分する形で分離ウィック２ｅが施される。分離ウィック２ｅはその端部で上部円周ウィック２ｂ及び下部円周ウィック２ｄと接する。これにより上下に二分された内部空間は、分離ウィック２ｅの上方に上部空間１ｅが、また分離ウィック２ｅの下方に下部空間１ｆが形成される。
【００１８】
ウィック２ａないし２ｄ及び分離ウィック２ｅは毛細管力を発生する。即ち、これらのウィックは毛細管力により液状の熱交換媒体を内部に浸透吸収できる機能を有するものであって、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できる。
【００１９】
液注入手段としての液注入管３は、管状体１の円筒外周部を介して外部に接続され、管状体１内の上部空間１ｅに液状の熱交換媒体を供給する。また排出手段としての蒸気流路４は、管状体１の円筒外周部を介して外部に接続され、管状体１内の下部空間１ｆから熱交換媒体の蒸気を排出する。
【００２０】
このようにして、管状体１の外部から供給される液状の熱交換媒体は、毛細管力によって上部ウィック２ａ、上部円周ウィック２ｂ、分離ウィック２ｅ、下部円周ウィック２ｄ、下部ウィック２ｃへと順次浸透して流れて行く。
【００２１】
次に、上述したような構成の実施の形態の動作について説明する。
【００２２】
液状の熱交換媒体が外部から液注入管３を介して管状体１内の上部空間１ｅに導かれると、上部空間１ｅの上方にある上部ウィック２ａはその熱交換媒体を毛細管力により吸収する。次に、上部ウィック２ａに接続している上部円周ウィック２ｂは熱交換媒体を毛細管力により吸収する。次に、上部円周ウィック２ｂに接続している分離ウィック２ｅは熱交換媒体を毛細管力により吸収する。次に、分離ウィック２ｅに接続して下部空間１ｆ内にある下部円周ウィック２ｄは熱交換媒体を毛細管力により吸収する。次に、下部円周ウィック２ｄに接続している下部ウィック２ｃは熱交換媒体を毛細管力により吸収する。このようにして、外部から管状体１内に供給された液状の熱交換媒体は、毛細管力によって上部ウィック２ａから下部ウィック２ｃへと順次浸透して行く。
【００２３】
この状態において、管状体１の外部の下面である下部平面１ｇが加熱されるものとする。下部平面１ｇにはフランジ部１ｃを利用して外部熱源などの発熱体が取り付け装着され、図２中の矢印Ｃで示すように下部平面１ｇが加熱される。
【００２４】
このように、管状体１が外部熱源などにより下部平面１ｇにて加熱されると、その熱はベース体１ａを介し、下部空間１ｆの下部全面に施されている下部ウィック２ｃに伝導される。これによって、下部ウィック２ｃ内に浸透吸収されている熱交換媒体が加熱されて蒸発する。下部空間１ｆ内で蒸発した熱交換媒体の蒸気は、蒸気流路４によって管状体１外に排出される。
【００２５】
上述したように、管状体１の内部空間の円周全面に施されたウィック２ａないし２ｄ及び分離ウィック２ｅが連続的に接していることにより、熱交換媒体を下部ウィック２ｃに均等にかつすばやく流入させることができ、また下部ウィック２ｃが管状体１の下部内面全体に設置されていると共に、管状体１の下部平面において加熱されることにより、熱交換媒体を管状体１の下面全体で蒸発させることができるので、熱交換効率を向上させることができる。
【００２６】
また、蓋をかぶせるような形で扁平円筒状を呈する管状体１の内部空間にウィック２ａないし２ｄ及び分離ウィック２ｅを設置するだけなので、ループヒートパイプ用蒸発器の製造工程を一層簡素化することができる。
【００２７】
また、本発明による他の実施の形態のループヒートパイプ用蒸発器における熱交換方法としては、上述した構成から明らかなように、扁平な円筒状で相対する二平面が密閉された形状の管状体１と、管状体１の扁平円筒状の内部空間の上部平面及び下部平面にそれぞれ施された上部ウィック２ａ及び下部ウィック２ｃと、管状体１の内部空間の内周面に施されてそれぞれ上部ウィック２ａに接する上部円周ウィック２ｂ及び下部ウィック２ｃに接する下部円周ウィック２ｄと、管状体１の内部空間を上部平面と下部平面との中央にて上下に二分して上部空間１ｅ及び下部空間１ｆを形成する形で上部円周ウィック２ｂ及び下部円周ウィック２ｄに接する分離ウィック２ｅと、分離ウィック２ｅの上方の上部空間１ｅに熱交換媒体を供給する液注入管３とから構成されるループヒートパイプ用蒸発器において、液注入管３から上部空間１ｅに供給された熱交換媒体が毛細管作用によって上部ウィック２ａ、上部円周ウィック２ｂ、分離ウィック２ｅ、下部円周ウィック２ｄ、下部ウィック２ｃへと順次吸収され、分離ウィック２ｅの下方の下部空間１ｆに対応する管状体１の下部平面１ｇから加熱されたとき熱交換媒体が下部空間１ｆ内で蒸発し、その蒸気が蒸気流路４により外部に排出されるようにしたループヒートパイプ用蒸発器における熱交換方法である。
【００２８】
なお、以上説明した実施の形態においては、扁平円筒状の管状体１の二平面が上下方向に設置される場合を例示したが、これに限定することなく、方向性にとらわれずに任意の方向に設置される形態においても本発明は適用できる。例えば、図２に示した加熱面である下部平面１ｇを９０度起こして垂直面となるような設置状態においても適用できるものである。特に、宇宙空間などにおける無重力状態においては、内部に供給された液状の熱交換媒体が任意位置をとり、また外部熱源も任意の方向性をとることから、方向性にとらわれない設置形態に適用できることは有効である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ループヒートパイプ用蒸発器において、扁平円筒状の管状体の内部空間の内周全面にウィック及び分離ウィックを設置する構成とすることにより、次のような効果が得られる。
【００３０】
（１）扁平円筒状の管状体の外部の一平面に外部熱源などの発熱体を容易にかつ多くの接触面積をもって取り付け装着することができ、面状の発熱体への取り付け効率がよい。
【００３１】
（２）内部に設置した各ウィックが連続的に接していて熱交換媒体を蒸発側ウィックに均等にすばやく流入でき、蒸発側内面全体に設置されているウィックを介し熱交換媒体を面全体で蒸発させることができるので、熱交換効率を向上させることができる。
【００３２】
（３）管状体の内部空間に各ウィックを設置するだけなので、ループヒートパイプ用蒸発器の製造工程を一層簡素化することができる。
【００３３】
（４）蒸発器（管状体）の設置形態が方向性にとらわれることなく、任意の方向に設置できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のループヒートパイプ用蒸発器の構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】従来の蒸発器の一例の構成を示す側断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線における縦断面図である。
【符号の説明】
１、１１　　管状体
１ａ　　ベース体
１ｂ　　蓋体
１ｃ　　フランジ部
１ｄ　　接合部
１ｅ　　上部空間
１ｆ　　下部空間
１ｇ　　下部平面
２ａ　　上部ウィック
２ｂ　　上部円周ウィック
２ｃ　　下部ウィック
２ｄ　　下部円周ウィック
２ｅ　　分離ウィック
３、１３　　液注入管
４、１４　　蒸気流路
１２　　ウィック
１５　　グルーブ
【図１】
2004053062.tif 000003
【図２】
2004053062.tif 000004
【図３】
2004053062.tif 000005
【図４】
2004053062.tif 000006