(57)【要約】【課題】蒸発器に温度変動があってもウイックが破損し難い蒸発器を提供することを課題とする。【解決手段】蒸発器１は、作動液体入口２２と作動蒸気出口２３とを有する外部容器２の内側に、作動流体の作動蒸気出口２３に向かう蒸気通路を設けた状態で外部容器２に固定されたウイックを備えた蒸発器であって、ウイック３は、軸方向に分割された複数の多孔体３１とこれらを相互に連結する複数のリング体３２を有し、リング体３２は、ウイック３の軸方向における平均線膨張係数が外部容器２の同方向における線膨張係数に近づくような線膨張係数を有している。またウイック３は、軸方向に分割された複数の多孔体３１とこれらを相互に連結する伸縮性を有する複数のベローズ３７にて接続されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体入口と作動流体出口とを有する外部容器、上記外部容器の内側に、作動流体の蒸気の上記作動流体出口に向かう蒸気通路を設けた状態で上記外部容器に固定されたウイックを備えた蒸発器であって、上記ウイックは、軸方向に分割された複数の多孔体とこれらを相互に連結する複数の第一接続体を有し、上記第一接続体は、上記ウイックの軸方向における平均線膨張係数が上記外部容器の同方向における線膨張係数に近づくような線膨張係数を有していることを特徴とする蒸発器。
【請求項２】
上記ウイックにおける上記複数の第一接続体の合計長は、上記多孔体の合計長の１〜２０％程度であることを特徴とする請求項１記載の蒸発器。
【請求項３】
作動流体入口と作動流体出口とを有する外部容器、上記外部容器の内側に、作動流体の蒸気の上記作動流体出口に向かう蒸気通路を設けた状態で上記外部容器に固定されたウイックを備えた蒸発器であって、上記ウイックは、軸方向に分割された複数の多孔体とこれらを相互に連結すると共に軸方向に機械的に伸縮自在な複数の第二接続体を有することを特徴とする蒸発器。
【請求項４】
上記第二接続体は、内部に断熱部を含むベローズであることを特徴とする請求項３記載の蒸発器。
【請求項５】
上記ウイックにおける上記複数の第二接続体の合計長は、上記多孔体の合計長の１〜２０％程度であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸発器に関し、詳しくはループ型ヒートパイプと共に用いられて、宇宙用機器、工業用機器、家庭用機器、あるいはその他の発熱機器の冷却に好適な蒸発器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記の蒸発器は、後記する特許文献１および特許文献２から従来公知であり、上記した各種の発熱機器に取り付けられて発熱機器を冷却する機能をなすものであって、外部容器、上記外部容器の内面に固定されたウイックを備え、ウイックは多孔体から構成されており、その内部は作動流体を蓄えるための液溜となっている。作動流体としては、アンモニア、フロリナートなど、加熱および放熱により蒸発、凝縮する流体が用いられる。一方、ループ型ヒートパイプは、蒸気輸送管部、凝縮部、および液体輸送管部を含んでいて、蒸気輸送管部の一端は、上記ウイックの作動流体出口に接続されており、液体輸送管部の一端は、上記ウイックの作動流体入口に接続されている。
【０００３】
被冷却対象たる上記発熱機器の冷却に際し、蒸発器は、発熱機器から受熱し、この受熱によりウイック内の作動流体は加熱されて蒸発し、発生した蒸気（以下、作動蒸気）は蒸気輸送管部により輸送され、凝縮部において凝縮され、この凝縮により液化した作動流体の液体（以下、作動液体）は液体輸送管部により上記ウイック内に還流される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２０８８８３号公報（段落番号０００２〜０００８、図１１）
【特許文献２】
特開平１０−２４６５８３号公報（段落番号０００２〜０００４、図１４）
【０００５】
蒸発器に印加された熱は、蒸気輸送管部を通じて凝縮器まで輸送されるが、印加熱量が大きい場合には蒸発器から凝縮器までの距離、即ち蒸気輸送管部の長さが長くなり、そこに内封される作動流体の量が多くなる。一方、ループ型ヒートパイプと蒸発器とからなる系内では、作動流体の蒸気から液、液から蒸気への体積変化を伴う相変化が生じるが、作動流体のかかる体積変化があっても、ウイックは常に湿潤状態を維持する必要があって、このために上記の体積変化に対する緩衝となり得る充分な容量を有する液溜が不可欠となり、結果的にウイックは、その全長を大きくする必要がある。
【０００６】
ところで一般的に、蒸発器の外部容器は、熱伝導性が高く軽い材料、例えばアルミニウムで形成されることが好ましく、これに対してウイックは、毛細管現象により作動液体にて湿潤させるために多孔体から形成されているので、外部容器とウイックとは、軸方向の平均線膨張係数が互いに異なる。このためにウイックは、蒸発器の温度変動により且つ上記したウイックの大きな全長と相まって、線膨張の差に基づく内部応力により壊れ易い問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における蒸発器の如上の実情に鑑み、蒸発器に温度変動があってもウイックが破損し難い蒸発器を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸発器は、作動流体入口と作動流体出口とを有する外部容器、上記外部容器の内側に、作動流体の蒸気の上記作動流体出口に向かう蒸気通路を設けた状態で上記外部容器に固定されたウイックを備えた蒸発器であって、上記ウイックは、上記第一接続体は、上記ウイックの軸方向における平均線膨張係数が上記外部容器の同方向における線膨張係数に近づくような線膨張係数を有していることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係る蒸発器は、作動流体入口と作動流体出口とを有する外部容器、上記外部容器の内側に、作動流体の蒸気の上記作動流体出口に向かう蒸気通路を設けた状態で上記外部容器に固定されたウイックを備えた蒸発器であって、上記ウイックは、軸方向に分割された複数の多孔体とこれらを相互に連結すると共に軸方向に機械的に伸縮自在な複数の第二接続体を有することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下において、同じ部位に就いては同じ符号や表示を用いて、図１に後続する諸図においては同じ符号および表示についての説明を省略することがある。
【００１１】
実施の形態１．
図１および図２は、本発明の蒸発器における実施の形態１を説明するものであって、図１は実施の形態１の概略的な軸方向断面図であり、図２は実施の形態１の概略的な径方向断面図である。なお図１は、図２に示すＩ−Ｉ線に沿った断面図であり、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１および図２において、実施の形態１の蒸発器１は、主要部として、外部容器２、およびウイック３を含んでいる。外部容器２は、外部容器本体管２１、外部容器本体管２１の両端のそれぞれに設けられた作動流体（液体）入口２２と作動流体（蒸気）出口２３、外部容器本体管２１の内面に設けられて放射方向に向かう共に軸方向に延在する複数の突起２４を含む。外部容器本体管２１および突起２４は、アルミニウム合金（線膨脹係数；２３．５×１０−６／℃）製のアルミニウム合金にて一体的に形成されている。上記の線膨脹係数は２０℃での値であって、以下の諸線膨脹係数も同様である。
【００１２】
ウイック３は、軸方向に分割された複数の多孔体３１と、これらを相互に連結する第一接続体の一例としてのリング体３２とから構成されている。図１上での左端の多孔体３１の左側開口端は、作動液体入口３３を有する封止板３４にて封止され、右端の多孔体３１の右側開口端は、封止板３５にて封止されている。またウイック３の内部は、液溜３６となっていて適当量の作動液体ＯＬが溜められており、前記したループ型ヒートパイプの液体輸送管部４の端部が外部容器本体管２１の作動液体入口２２と作動液体入口３３を貫通して設置され、その先端部は液溜３６内に露出している。さらにウイック３は、その外面が複数の突起２４の先端面と加熱冷却ばめにより外部容器２に固定されており、しかして外部容器２の内面、複数の突起２４、およびウイック３の外面にて囲まれ複数の軸方向通路は、ウイック３の外面から放出された作動蒸気の作動蒸気出口２３に向かう蒸気通路として機能する。図１において、矢印Ａは液体輸送管部４内における作動液体の流動方向を、矢印Ｂは上記軸方向通内における作動蒸気の流動方向を、また矢印Ｃは蒸気輸送管部５内における作動蒸気の流動方向を、それぞれ示す。
【００１３】
実施の形態１においては、外部容器本体管２１および突起２４は、アルミニウム合金から、多孔体３１は焼結ステンレスから、またリング体３２は、外部容器本体管２１と同じアルミニウム合金から、それぞれ形成されており、焼結ステンレス多孔体３１とリング体３２とはロウ付けにより接続されている。本発明において、リング体３２としては、ウイック３の軸方向における平均線膨張係数α１が外部容器２の同方向における線膨張係数α２に近づくような、換言するとΔα（＝α２−α１）の絶対値が減少するような線膨張係数を有するものが用いられる。実施の形態１では外部容器２がアルミニウム合金製であり、ウイック３の主要要素たる多孔体３１がアルミニウム合金より線膨脹係数の小さい焼結ステンレス製であるので、リング体３２として焼結ステンレスより線膨脹係数の大きいアルミニウム合金から形成されたものを使用することによりΔαの減少が達成される。
【００１４】
つぎに実施の形態１の蒸発器に就いて、温度変動試験を行った結果を示す。この試験における蒸発器は、ウイック３として、長さ２０ｃｍの焼結ステンレス（線膨脹係数；１６．４×１０−６／℃）製多孔体３１の５個を長さ１ｃｍのアルミニウム合金（線膨脹係数；２３．５×１０−６／℃）製のリング体３２を用いて相互にロウ付けにより接続して作成された全長約１１０ｃｍのものを有する。また比較のために、上記リング体３２を含まない全長約１１０ｃｍの従来の焼結ステンレス（線膨脹係数；同上）製多孔体３１を用いたウイック３を備えた蒸発器も用意した。外部容器本体管２１の外面に設けられた温度計の示度で、２０℃と６０℃との間を約５時間かけて温度変動する低温ヒートサイクルを１０サイクルする試験を行ったところ、実施の形態１および比較例の両蒸発器とも、ウイック３に異常は認められなかった。そこで２０℃と８５℃との間を約５時間かけて温度変動する高温ヒートサイクルを１０サイクルする試験を行ったところ、実施の形態１の蒸発器ではウイック３に異常は認められなかったが、比較例の蒸発器ではウイック３にひび割れが発生した。この結果、リング体３２を用いることの効果が明らかであった。
【００１５】
実施の形態２．
実施の形態２の蒸発器は、ウイック３として前記実施の形態１とはアルミニウム合金製リング体３２に代えて、銅（線膨脹係数；１６．５×１０−６／℃）製リング体３２が用いられた点が異なり、その他の構成は同様であって、前記した高温ヒートサイクルを１０サイクルする試験を行ったところ、ウイック３に異常は認められず、上記銅製リング体３２を用いることの効果が明らかであった。
【００１６】
実施の形態３．
実施の形態３の蒸発器は、長さ２０ｃｍの焼結セラミックス（線膨脹係数；６．５×１０−６／℃）製多孔体３１の５個を長さ１ｃｍのアルミニウム合金（線膨脹係数；２３．５×１０−６／℃）製リング体３２を用いて相互にロウ付けにより接続して作成されて、全長が約１１０ｃｍのウイック３を備えたものである点において前記実施の形態１の蒸発器はと異なり、その他の構成は同じである。比較のために、上記接続体３２を含まない全長約１１０ｃｍの従来の焼結セラミックス（線膨脹係数；同上）製多孔体３１を用いたウイック３を備えた蒸発器も用意した。それらに就き、前記の低温ヒートサイクルを１０サイクルする試験を行ったところ、実施の形態３および比較例の両蒸発器とも、ウイック３に異常は認められなかったが、前記の高温ヒートサイクルを１０サイクルする試験を行ったところ、実施の形態３の蒸発器ではウイック３に異常は認められなかったが、比較例の蒸発器ではウイック３にひび割れが発生した。この結果、上記第一接続体３２を用いることの効果が明らかであった。
【００１７】
実施の形態４．
実施の形態４の蒸発器は、ウイック３として前記実施の形態３とはアルミニウム合金製リング体３２に代えて、銅（線膨脹係数；１６．５×１０−６／℃）製リング体３２が用いられた点が異なり、その他の構成は同様であって、前記した高温ヒートサイクルを１０サイクルする試験を行ったところ、ウイック３に異常は認められず、上記リング体３２を用いることの効果が明らかであった。
【００１８】
本発明の請求項１の発明は、実施の形態１〜実施の形態４に限定されるものではなく、種々の変形形体を包含する。例えば外部容器本体管２１は、上記した線膨脹係数を有するもの以外の、電気用純アルミニウム、高力性アルミニウム合金、耐熱性アルミニウム合金、一般構造用アルミニウム合金などのアルミニウムおよびアルミニウム合金類、銅および銅合金類、ニッケルおよびニッケル合金類、あるいはその他の構造用材料であってもよいが、熱伝導性の良好な金属類、就中、アルミニウおよびアルミニウム合金類が好ましい。多孔体３１としては、ニッケル、ステンレス、チタンなどの金属あるいはセラミックなどの非金属の繊維や粉の焼結により作られたもの、就中、気孔直径が１μｍ〜数十μｍ程度のものが好ましい。
【００１９】
リング体３２としては、外部容器２を構成する材料の線膨脹係数と多孔体３１を構成する材料の線膨脹係数との関係を考慮して、一般的に前記したΔαの絶対値を減少させるように作用する各種の材料、例えば外部容器２の構成材料として用いられた上記した金属類にて形成されたものが用いられる。リング体３２と多孔体３１とは、金ロウ、ニッケルロウ、あるいはその他のロウ材を用いたロウ付け、各種の半田材を用いた半田付け、溶接あるいはその他任意の方法にて接続してよい。なおリング体３２としては、かかるロウ材や半田材にて構成されたものであってもよい。
【００２０】
実施の形態１〜実施の形態４から明らかな通り、多孔体３１がステンレスやセラミックの焼結体のように、かなり線膨脹係数の異なるものを使用した場合でも、長さ２０ｃｍの多孔体３１に対して、長さ１ｃｍのリング体３２を用いて前記Δαの減少が生じることによりウイック３が破損し難くなる。
【００２１】
ところで、一般的に、多孔体３１の長さに対するリング体３２の長さを大きくすると、Δαの絶対値の減少度が増大してウイック３が破損し難くなるが、リング体３２の長さを大きくすると多孔体３１の長さの減少となって蒸発器における作動流体の蒸発量の低下を招くので、ウイック３における複数のリング体３２の合計長は、一般的に多孔体３１の合計長の１〜２０％程度、特に２〜１０％程度とすることが好ましい。かくすると、作動流体の蒸発量の低下を実質的に招くことなくウイック３が破損し難くなる。
【００２２】
実施の形態５．
図３は、本発明の蒸発器における実施の形態５の概略的な軸方向断面図である。実施の形態５の蒸発器１は、主要部として、外部容器２、およびウイック３を含んでいる。外部容器２は、前記実施の形態１と同じく、外部容器本体管２１、外部容器本体管２１の両端のそれぞれに設けられた作動液体入口２２と作動蒸気出口２３、外部容器本体管２１の内面に設けられて放射方向に向かう共に軸方向に延在する複数の突起２４（図２参照）を含む。外部容器本体管２１および突起２４の形成材料も実施の形態１の場合と同じである。
【００２３】
ウイック３は、軸方向に分割された複数の多孔体３１と、請求項２における前記第二接続体の一例としてのベローズ３７を有する。多孔体３１とベローズ３７とは、実施の形態１〜実施の形態４で説明した方法のいずれかにより接続されている。しかして実施の形態５は、実施の形態１〜実施の形態４とはリング体３２に代えてベローズ３７が用いらた点において異なり、外部容器２の構造と構成材料、ウイック３の構成材料、ウイック３とベローズ３７との接続方法、外部容器２とウイック３との固定方法などのその他の構成は同じである。
【００２４】
つぎに実施の形態５の蒸発器に就いて、温度変動試験を行った結果を示す。この試験において用いられた蒸発器は、長さ２０ｃｍの焼結ステンレス製多孔体３１の５個を長さ１ｃｍのアルミニウム合金製ベローズ３７を用いて相互にロウ付けにより接続して作成されて、全長が約１１０ｃｍのウイック３を備えたものである。前記した高温ヒートサイクルを１０サイクルする試験を行ったところ、ウイック３に異常は認められず、ベローズ３７を用いることの効果が明らかであった。
【００２５】
実施の形態６．
図４および図５は、本発明の蒸発器における実施の形態６を説明するものであって、図４は実施の形態６の概略的な軸方向断面図であり、図５は図４の概略的な一部拡大図である。図４および図５において、ウイック３は、軸方向に分割された複数の多孔体３１と、請求項３における前記第二接続体の一例としての内部が断熱部３８となっているベローズ３７を有する。
しかして実施の形態６は、前記実施の形態５とは、ベローズ３７が２重壁となっていて、２重壁の内部が断熱部３８となっている点において異なり、その他の構成は同じである。
【００２６】
蒸発器１に印加された熱はウイック３の外周に伝達されて作動流体の蒸気が発生するが、ベローズ３７内に断熱部３８が無く、且つベローズ３７が薄肉の金属材にて形成されていると、熱伝導性が良好なために、ベローズ３７を通して上記印加熱が液溜３６内に伝達される割合が増大して多孔体３１からの蒸気の発生量が低下し、熱の輸送量が低下する。したがってベローズ３７内の断熱部３８は、かかる問題を解決して、多孔体３１からの蒸気の発生量を増大させて熱の輸送量が向上する効果がある。断熱部３８は、例えば真空とする、断熱材や空気を封入する、あるいはその他、熱が伝わり難いようにする手段であれば良い。
【００２７】
本発明の請求項３の発明は、実施の形態５および実施の形態６に限定されるものではなく、種々の変形形体を包含する。例えば第二接続体としては、ベローズ３７以外にも軸方向に機械的に伸縮自在なものであっても良く、外部容器２およびウイック３に関する変形事項については、本発明の請求項１の発明において説明したことがここでも該当し、ウイック３と第二接続体との接続方法や、ウイック３と第二接続体との長さ比についても、本発明の請求項１の発明において説明したことがここでも該当する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る蒸発器は、以上説明した通り、作動流体入口と作動流体出口とを有する外部容器、上記外部容器の内側に、作動流体の蒸気の上記作動流体出口に向かう蒸気通路を設けた状態で上記外部容器に固定されたウイックを備えた蒸発器であって、上記ウイックは、軸方向に分割された複数の多孔体とこれらを相互に連結する複数の第一接続体を有し、上記第一接続体は、上記ウイックの軸方向における平均線膨張係数が上記外部容器の同方向における線膨張係数に近づくような線膨張係数を有していることを特徴とするものであるので、第一接続体を設けない従来技術の場合と比較して、蒸発器の稼動中における外部容器とウイックと上軸方向における線膨張係数の差が小さくなって、線膨張係数差の基づくウイックの内部応力を小さくなって、前記した高温ヒートサイクル下においてもウイックの破損問題が解決する。
【００２９】
また、本発明に係る蒸発器は、以上説明した通り、作動流体入口と作動流体出口とを有する外部容器、上記外部容器の内側に、作動流体の蒸気の上記作動流体出口に向かう蒸気通路を設けた状態で上記外部容器に固定されたウイックを備えた蒸発器であって、上記ウイックは、軸方向に分割された複数の多孔体とこれらを相互に連結すると共に軸方向に機械的に伸縮自在な複数の第二接続体を有することを特徴とするものであるので、第二接続体の軸方向への機械的な伸縮自在性に基づいて、前記した高温ヒートサイクル下においてもウイックの破損問題が解決する。
また、第二接続体の伸縮自在性に基づいてウイックの耐振性も向上する効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１〜実施の形態４による蒸発器の概略的な軸方向断面図である。
【図２】実施の形態１〜実施の形態４による蒸発器の概略的な径方向断面図である。
【図３】実施の形態５による蒸発器の概略的な軸方向断面図である。
【図４】実施の形態６による蒸発器の概略的な軸方向断面図である。
【図５】図４の概略的な一部拡大図である。
【符号の説明】
１  蒸発器１                          ２  外部容器
３  ウイック                        ４  液体輸送管部
５  蒸気輸送管部                  ２１  外部容器本体管
２２  作動流体（液体）入口        ２３  作動流体（蒸気）出口
２４  突起                        ３１  多孔体
３２  リング体（第一接続体）      ３３  作動液体入口
３４  封止板                      ３５  封止板
３６  液溜                        ３７  ベローズ（第二接続体）
３８  断熱部                      ＯＬ  作動液体。
【図１】
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【図２】
2004257682.tif 000004
【図３】
2004257682.tif 000005
【図４】
2004257682.tif 000006
【図５】
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