(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、作動流体液を吸入するための液管が蒸発器容器を貫通してウィックに接合され、作動流体蒸気を送出するための蒸気管が蒸気通路に連通する蒸発器であって、液管から蒸発器コアに供給された作動流体液が毛細管力によりウィックに吸引され、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ウィック内の作動流体液が作動流体蒸気へと相変化し、この作動流体蒸気がウィックから蒸気通路を介して蒸気管に送出される蒸発器において、蒸気通路から蒸発器コアへウィックを介して作動流体蒸気が貫通することを防ぐ蒸気貫通阻害部材を設け、上記蒸気貫通阻害部材が、ウィック内の作動流体液の流動による圧力損失を低減する圧力損失低減化部材であり、上記圧力損失低減化部材が、ウィックの一部としてかつウィック内面との間に間隙を有して蒸発器コア内へ突出していることを特徴とする蒸発器。
【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、この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。ウィックに関しては米国特許第４７６５３９６号等を、毛細管力駆動型二相流体ループに関しては米国特許第４５１５２０９号、特開平１０−２４６５８３号公報等を参照されたい。
【０００３】
図５は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、１は蒸発器容器、２はウィック、３は蒸気通路、４は蒸気管、５は凝縮器、６は液管、７はベイオネット管、８は蒸発器コア、９aは作動流体液、９bは作動流体蒸気、１０はリザーバ、１１は蒸発器、１２は加熱源、１３は吸熱源である。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
作動流体液９aは液管６を通じて蒸発器１１に至る。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。なお、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の割合に応じて作動流体液９aの量を調整するため、作動流体を溜める。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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長手方向に作動流体液が流れるのに比べ、ウィックの厚み方向に作動流体液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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここに、作動流体を循環させるためには、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で保持する必要がある。多孔質構造のウィック２内では作動流体液９aが毛細管力により保持され、作動流体液９aと作動流体蒸気９bを分離させることにより圧力差を保持する。ウィック端板１４は蒸発器コア８を密閉し圧力差を保持するためのもので、溶接、ロー付けまたはガスケット、ネジ等によりウィック２と接合されている。図６に示すように、ウィック２とウィック端板１４を接合するために、ウィック端板１４が蒸発器コア８内に突出している形状では、ウィック端板１４に接しているウィック２端部には蒸発器コア８からの液供給が阻害されるため、ウィック２の中央部から端部へ軸方向に作動流体液９aを供給する必要がある。しかし、一般に毛細管力を大きくすると、流体の流れ易さである透過率が小さくなり、ウィック２端部の作動流体液９aの圧力が低下し、毛細管力により作動流体液９aをウィック２内に保持することができなくなる。また作動流体液９aの圧力低下に伴いその飽和温度も下がるため、ウィック２内で沸騰が起こり易くなる。これらの要因により圧力の高い蒸気通路３内の作動流体蒸気９bが蒸発器コア８に連通し、作動流体を循環させるための圧力差が維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。このように作動流体蒸気９bがウィック２を貫通する場合、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ないという問題があった。
【００１１】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたのもであり、蒸発器内における蒸気通路から蒸発器コアへの作動流体蒸気の貫通を防ぐこと、ひいては毛細管力駆動型二相流体ループにおける動作温度を安定化させ、かつ熱輸送性能を向上させることを、その目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の蒸発器は、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、作動流体液を吸入するための液管が蒸発器容器を貫通してウィックに接合され、作動流体蒸気を送出するための蒸気管が蒸気通路に連通する蒸発器であって、液管から蒸発器コアに供給された作動流体液が毛細管力によりウィックに吸引され、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ウィック内の作動流体液が作動流体蒸気へと相変化し、この作動流体蒸気がウィックから蒸気通路を介して蒸気管に送出される蒸発器において、蒸気通路から蒸発器コアへウィックを介して作動流体蒸気が貫通することを防ぐ蒸気貫通阻害部材を設け、上記蒸気貫通阻害部材が、ウィック内の作動流体液の流動による圧力損失を低減する圧力損失低減化部材であり、上記圧力損失低減化部材が、ウィックの一部としてかつウィック内面との間に間隙を有して蒸発器コア内へ突出するものである。
【００２０】
【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及び図６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。また、実施の形態及び参考例間で共通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。更に、この発明は図５に示した毛細管力駆動型二相流体ループにおける蒸発器１１を変形することにより実施可能であるため、以下の説明では蒸発器以外の図示及び説明を省略する。そして、毛細管力駆動型二相流体ループとしてはCPL(Capillary Pumped Loop)やLHP(Loop Heat Pipe)があり、これらはリザーバの位置及び蒸発器／リザーバの連結方式が異なるが、本発明は双方に適用できる。またベイオネット管無しの構成にも本発明を適用できる。
【００２１】
参考例．
参考例を図１に示す。この参考例に係わる蒸発器１１Aは、ウィック２の端板として、ウィック２とウィック端面で接合されているウィック端板１４Aを備えるものである。図６に示した従来技術にてウィック２の中央から端部へと軸方向に流れていた作動流体液９aは、ウィック端板１４A近傍でウィック２を蒸発器コア８内の作動流体液９aと接触させることにより半径方向に流れ、ウィック２内の圧力損失が小さくなり作動流体蒸気９bの蒸発器コア８内への貫通を防ぐことができる。その結果、蒸発器１１から凝縮器５への熱輸送性能が向上する。
【００２２】
参考例.
参考例を図２に示す。この参考例に係わる蒸発器１１Bは、ウィック２の端板として、ウィック２とウィック２外面で接合されているウィック端板１４Bを備えるものである。図６に示した従来技術にてウィック２の中央から端部へと軸方向に流れていた作動流体液９aは、ウィック端板１４B近傍でウィック２を蒸発器コア８内の作動流体液９aと接触させることにより半径方向に流れ、かつ接合部からの蒸気流出が無くなることにより、ウィック２内の圧力損失が小さくなり作動流体蒸気９bの蒸発器コア８内への貫通を防ぐことができる。その結果、蒸発器１１から凝縮器５への熱輸送性能が向上する。
【００２３】
参考例.
参考例を図３に示す。この参考例における蒸発器１１Cは、ウィック２の端板として、蒸発器コア８内部に突出し、かつウィック２外面にも蒸発器コアへの突出量と同程度の長さを有する蒸気流出阻害構造を併せ持つウィック端板１４Cを備えるものである。図６に示した従来技術にてウィック２の中央から端部に至っていた作動流体液９aの流れが、蒸気流出阻害構造により無くなり、ウィック２内の圧力損失が小さくなり作動流体蒸気９bの蒸発器コア８内への貫通を防ぐことができる。その結果、蒸発器１１から凝縮器５への熱輸送性能が向上する。なお、ウィック端板１４Cは、蒸気流出阻害構造と一体でなくてもよい。
【００２４】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図４に示す。実施の形態１における蒸発器１１Dは、ウィック２の端板として、蒸発器コア８内部に突出し、かつその蒸発器コア８内への突出部とウィック２内面に隙間を有しているウィック端板１４Dを備えるものである。図６に示した従来技術にてウィック２の中央から端部に至っていた作動流体液２aの供給に比べると、突出部とウィック２内面の隙間から作動流体液９aがウィック２へ供給されるため、ウィック２内の圧力損失が小さくなり作動流体蒸気９bの蒸発器コア８内への貫通を防ぐことができる。その結果、蒸発器１１から凝縮器５への熱輸送性能が向上する。
【００２５】
【発明の効果】
このように、この発明に係わる蒸発器によれば、ウィックとウィック端板との接合部にて、蒸気通路内に存在する作動流体蒸気がウィックを介して蒸発器コア内に貫通することを阻害するようにしたため、蒸気通路と蒸発器コア間の圧力差を保持することができる。
【００２６】
また、そのための蒸気貫通阻害部材を、ウィックとウィック端板との接合部にて、ウィック内の作動流体液の圧力損失を低減する圧力損失低減化部材として実現することにより、上記効果を簡便に得ることができる。
【００２７】
特に、上記圧力損失低減化部材を、ウィック端板形状とウィックとウィック端板の接合位置との組合わせ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例における蒸発器の構成を示す縦断面図である。
【図２】  参考例における蒸発器の構成を示す縦断面図である。
【図３】  参考例における蒸発器の構成を示す縦断面図である。
【図４】  この発明の実施の形態１における蒸発器の構成を示す縦断面図である。
【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、特に（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】  従来技術の問題点を示す蒸発器縦断面図である。
【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、  ９  作動流体、  １０  リザーバ、  １１  蒸発器、  １２  加熱源、  １３  吸熱源、  １４、  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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