(57)【要約】【課題】作動流体の蒸発や流動を促進して伝熱性能を向上させることのできるループヒートパイプ用蒸発器を提供する。【解決手段】作動流体を放熱させて凝縮させる凝縮器に循環路を介して連通されるとともに外部から加熱される容器８の内壁面に複数のフィン１０が設けられ、容器８の内部に設けられるウイック１２がフィン１０に熱的に接続されるループヒートパイプ用蒸発器であって、フィン１０の根元部１７がウイック１２から露出し、根元部１７の周囲に空間部２０が形成され、かつ、フィン１０の先端部１９がウイック１２に挿入され、フィン１０の先端部１９を露出させた他の空間部２１がウイック１２の内部に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を放熱させて凝縮させる凝縮器に循環路を介して連通されるとともに外部から加熱される容器の内壁面に複数のフィンが設けられ、前記容器の内部に設けられるウイックが前記フィンに熱的に接続されるループヒートパイプ用蒸発器において、
前記フィンの根元部が前記ウイックから露出し、前記根元部の周囲に空間部が形成され、かつ、前記フィンの先端部が前記ウイックに挿入され、前記フィンの先端部を露出させた他の空間部が前記ウイックの内部に形成されてい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】
前記空間部および前記他の空間部を連通する細溝が、前記フィンの表面に沿って前記ウイックに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のループヒートパイプ用蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱として熱を輸送する作動流体が流動する管路を環状の循環路に構成したループヒートパイプに関し、特にその蒸発器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種ループヒートパイプ用蒸発器の一例が特許文献１に記載されている。蒸発器は、蒸発器本体の内部に収容されるグルーブ部と、ウイックとを備えている。グルーブ部は蒸発器本体の下部に設けられていて、上面には凹部と凸部とが交互に形成されグルーブ凹凸部となっている。一方、ウイックはグルーブ部の上側に配置されている。ウイックの下面には、グルーブ凹凸部と同様な形状のウイック凹凸部が形成されている。そして、ウイック凹凸部がグルーブ凹凸部に噛み合っている。グルーブ凹凸部における凹部の底面とウイック凹凸部における凸部の先端部との間に隙間があけられており、隙間の部分が蒸気流路となっている。したがって、グルーブ凹凸部における凸部がフィンとなっており、蒸気流路は根元部分に形成されている。蒸気流路は蒸気管に連通されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された構成では、作動流体が蒸発する面の面積を拡大するために、各凹凸部を噛み合わせている。したがって、蒸発面積を更に拡大するべく各凹凸部の噛み合い深さを深くすると、グルーブ凹凸部における凸部の先端部分で蒸発した作動流体の蒸気が、当該凸部の根元部分に形成されている蒸気流路に到るまでの距離（長さ）が長くなってしまう。すなわち、グルーブとウイックとの接触面積を増大させることができるものの、作動流体が加熱されて生じた蒸気の流動が阻害され易くなる。つまり、接触面積の増大による効果が減殺され、熱伝達効率もしくは熱輸送特性を所期どおりに向上させることができない可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、作動流体の蒸発および蒸気の流動を促進して伝熱性能を向上させることのできるループヒートパイプ用蒸発器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の目的を達成するために、作動流体を放熱させて凝縮させる凝縮器に循環路を介して連通されるとともに外部から加熱される容器の内壁面に複数のフィンが設けられ、前記容器の内部に設けられるウイックが前記フィンに熱的に接続されるループヒートパイプ用蒸発器において、前記フィンの根元部が前記ウイックから露出し、前記根元部の周囲に空間部が形成され、かつ、前記フィンの先端部が前記ウイックに挿入され、前記フィンの先端部を露出させた他の空間部が前記ウイックの内部に形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明は、前記空間部および前記他の空間部を連通する細溝を、前記フィンの表面に沿って前記ウイックに形成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、液相の作動流体が浸透しているウイックにフィンが挿入されているので、両者の接触面積あるいは作動流体の蒸発面積を拡大することができる。フィンの先端側と根元側との両方に蒸気流路となる空間部が形成されているから、フィンの根元に近い箇所で生じた作動流体蒸気が蒸気流路に到るまでの距離はもちろんのこと、先端部側で生じた作動流体蒸気が蒸気流路に到るまでの距離が短くなる。その結果、フィンのウイックに対する挿入長さを長くしても、作動流体蒸気の圧力損失を低減して作動流体が蒸発しやすく、作動流体の流動が円滑になる。ひいては、蒸発器での熱伝達の効率やループヒートパイプ全体としての伝熱性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ループヒートパイプの一例を示す図である。
【図２】本発明に係るループヒートパイプ用蒸発器の一例を示す断面図であって、図１のII−II線に沿う一部省略した断面図である。
【図３】図２のIIIーIII線に沿う一部省略した断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿う一部省略した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を具体的に説明する。図１は本発明に係るループヒートパイプ１を示す。ループヒートパイプ１は、外部から加熱されて作動流体を蒸発させるループヒートパイプ用蒸発器（以下、「蒸発器」という）２と、作動流体を放熱させて凝縮させる凝縮器３とが、蒸気管４と液戻り管５とによって循環路を形成するように連結されている。蒸発器２は図示しない冷却対象物との間で熱授受するように冷却対象物に熱的に接続されている。そして、蒸発器２は冷却対象物の熱を奪って、すなわち冷却対象物によって加熱されて、作動流体を蒸発させる。蒸発した作動流体（作動流体蒸気）は蒸気管４を介して温度および圧力の低い凝縮器３に流動する。凝縮器３は放熱面積を広くするため図示しないヒートシンクやフィンなどに熱的に接続され、ヒートシンクやフィンを介して放熱させて作動流体蒸気を凝縮させる。また、凝縮器３は重力方向で蒸発器２とほぼ同じ高さの位置（つまり、ほぼ水平）に配置され、凝縮した作動流体は後述するウイックによる毛細管力よって液戻り管５を介して蒸発器２に還流する。蒸発器２および凝縮器３は、内外での熱伝導を良好に行うとともに所定の強度を有するように構成されていることが好ましく、例えば銅やステンレス鋼を素材として構成されていることが好ましい。なお、蒸気管４は液戻り管５より大径になっている。
【００１１】
液相の作動流体を貯留する後述するリザーバ部６が蒸発器２に一体に設けられている。リザーバ部６には液戻り管５が連通されている。また、ループヒートパイプ１に対する作動流体の供給はリザーバ部６に接続された液供給管７を介して行われる。作動流体は上述したように加熱されて蒸発し、かつ放熱して凝縮することにより、潜熱の形で熱を輸送する流体であり、一例を挙げると、水やアルコール、代替フロンなどが使用される。
【００１２】
図２は、蒸発器２の一例を示す断面図であり、蒸発器２は扁平な中空の容器８を備える。容器８は冷却対象物と熱的に接続もしくは接触している。容器８における厚さ方向で対向する２つの内壁面９，１３のうちの一方の内壁面９に複数のフィン１０が一定の間隔で立設されている。なお、一方の内壁面９の裏面（外面）が、冷却対象物から熱を受ける伝熱面１１となっている。
【００１３】
図２における、各フィン１０の上側に平板状のウイック１２が配置されている。ウイック１２は一例としてニッケル、銅、銅酸化物などの粉体を焼結した多孔質体である。ウイック１２は粉体同士の隙間が狭いため、液相の作動流体が浸透して毛細管力を生じ、毛細管力によって隙間の内部に液相の作動流体を保持するようになっている。なお、ウイック１２は容器８の内側の側壁面８Ａに密着している。また、内壁面９に対向する他方の内壁面１３と、内壁面１３に対向するウイック１２の一方の面１４との間に所定の空間が形成され、この空間部分が上述したリザーバ部６である。図１および図２に示すように、リザーバ部６に前記液戻り管５が連通されている。
【００１４】
ウイック１２における一方の面１４とは反対側の他方の面１５に、すなわちフィン１０側を向く面に、複数の溝部１６が形成されている。各溝部１６にフィン１０がそれぞれ挿入され、フィン１０が各溝部１６の内面に密着している。これにより、フィン１０と溝部１６との接触面積が拡大されている。ウイック１２は前述したように液相の作動流体を保持している。ウイック１２にフィン１０が溝部１６の内面で密着しているから、フィン１０と溝部１６との接触面が作動流体の蒸発面となっており、蒸発面および蒸発面の近傍で作動流体が蒸発する。なお、図２に、作動流体が蒸発する領域を点線で囲った領域として記載してある。
【００１５】
フィン１０のウイック１２に対する挿入深さについて説明する。ウイック１２の他方の面１５が容器８の一方の内壁面９から離隔して両者の間に所定の空間部（隙間）が形成され、作動流体蒸気を流動させる主蒸気流路２０となっている。かつ、フィン１０の先端部１９が各溝部１６の底部１８から離隔して両者の間に所定の他の空間部（隙間）が形成され、作動流体蒸気の副蒸気流路２１となっている。したがって、フィン１０の根元部１７の周囲に主蒸気流路２０が形成されている。また、フィン１０の先端部１９が副蒸気流路２１に露出している。
【００１６】
本実施形態では、容器８の伝熱面１１と冷却対象物との接触面積Ｓａに対するフィン１０とウイック１２との全接触面積Ｓｂの比が予め定めた値となるように、各接触面積Ｓａ，Ｓｂが設計されている。上記の比を以下の説明では蒸発面積比ＡＲと記す。蒸発面積比ＡＲは下記の算出式によって求められる。蒸発面積比ＡＲは、ここに示す例では、「１．５」ないし「２．０」に設計されている。
ＡＲ＝Ｓｂ／Ｓａ
蒸発器２に伝達される熱量が一定であるとすれば、蒸発面積比ＡＲが大きいほどすなわち伝熱面１１の単位面積当たりのフィン１０とウイック１２との接触面積が大きいほど蒸発器２での熱抵抗が低下し、伝熱性能が向上する。
【００１７】
溝部１６の溝幅はフィン１０の厚さより若干狭く製造することが好ましい。ウイック１２は上述したように多孔質材であるためフィン１０と比較して変形しやすく、そのため、溝部１６にフィン１０を差し込むと、各溝部１６の溝幅を広げるようにウイック１２が弾性変形する。その結果、フィン１０の側面に対して溝部１６の側面を押しつける方向の荷重が生じ、これによりフィン１０と溝部１６とが密着させられ、また密着状態が維持される。
【００１８】
図３は、図２のIII−III線に沿う断面図でる。フィン１０の長さ方向での一方の端部側において主蒸気流路２０が蒸気管４に連通している。主蒸気流路２０を流動する作動流体蒸気はフィン１０の長さ方向での一方の端部側で集合し、その後、蒸気管４に流出する。なお、フィン１０の長さ方向での両方の端部は容器８の内側の側壁面８Ａに接触させられている。
【００１９】
図４は、図２のIV−IV線に沿う断面図の一部であり、図４に示すように、溝部１６の側面２２に、フィン１０の表面に沿って溝部１６の深さ方向に延びる複数の細溝２３が形成されている。各細溝２３は上述した主蒸気流路２０と副蒸気流路２１とに連通している。
【００２０】
本実施形態の蒸発器２の作用について説明する。冷却対象物の熱が蒸発器２に伝達されると、その熱はフィン１０を介してウイック１２やウイック１２に保持されている作動流体に伝達され、蒸発面および蒸発面の近傍で作動流体が蒸発する。フィン１０の根元部１７付近で生じた作動流体蒸気は主として主蒸気流路２０に向けて流動する。また、フィン１０の先端部１９および先端部１９付近で生じた作動流体蒸気は主として副蒸気流路２１に向けて流動する。したがって、フィン１０の先端部１９も蒸発面として機能する。また、フィン１０の高さ方向での中央部付近で生じた作動流体蒸気は主蒸気流路２０または副蒸気流路２１または細溝２３に向けて流動する。作動流体蒸気は、フィン１０のウイック１２に対する挿入長さの全長に亘って流動せずにいずれかの蒸気流路２０，２１に到るから、流路長が短いことにより圧力損失が少なくなる。また、フィン１０の高さ方向での中央部付近で生じた作動流体蒸気は前述した細溝２３に流入し、ここを通っていずれかの蒸気流路２０，２１に流れるので、ウイック１２内の空隙などの狭い箇所を流れる距離が短くなって圧力損失が抑制される。さらに、副蒸気流路２１の作動流体蒸気は、いずれかの細溝２３を通って主蒸気流路２０に流入する。その場合、熱伝達量の偏りにより作動流体の蒸発が特には活発ではない細溝２３が存在する場合には、その細溝２３を通って副蒸気流路２１から主蒸気流路２１に作動流体蒸気が流れるので、作動流体蒸気の圧力損失が抑制される。結局、加熱されて発生した作動流体蒸気の圧力損失が抑制されることにより、作動流体の蒸発が促進される。主蒸気流路２０の作動流体蒸気は、蒸気管４を介して温度および圧力の低い凝縮器３に移動し、その後、放熱して凝縮する。凝縮した作動流体は液戻り管５を介してリザーバ部６に供給される。さらに、ウイック１２で生じる毛細管力によって当該ウイック１２の全体に分散させられて保持される。
【００２１】
本発明では、フィン１０の先端側の部分を所定の長さに亘ってウイック１２と副蒸気流路２１を有して密着させるから、ウイック１２とフィン１０との接触面積が広くなる。また上述したようにフィン１０の先端部１９付近および中央部付近で生じた作動流体蒸気は、それぞれに近い方向の蒸気流路２０，２１および細溝２３に流れるから、蒸発の生じる箇所から流路断面積の大きい蒸気流路２０，２１に到るまでの距離が短くなって、作動流体蒸気の流動抵抗すなわち圧力損失を低下させることができる。そのため、フィン１０の挿入深さを深くしたとしても、作動流体蒸気の流動が良好になり、蒸発器２での熱伝達の効率を向上できる。ひいてはループヒートパイプ１の全体としての伝熱性能を向上できる。
【符号の説明】
【００２２】
１…ループヒートパイプ、  ２…蒸発器、  ３…凝縮器、  ４…蒸気管、  ５…液戻り管、  ８…容器、  ９…容器の一方の内壁面、  １０…フィン、  １２…ウイック、  １６…溝部、  １７…フィンの根元部、  １８…溝部の底部、  １９…フィンの先端部、  ２０…空間部（主蒸気流路）、  ２１…他の空間部（副蒸気流路）、  ２３…細溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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