(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱源から吸熱源へ熱を輸送するループヒートパイプであって、
発熱源から吸熱して作動流体を蒸発する蒸発器と、
吸熱源へ放熱し作動流体を凝縮する凝縮器と、
蒸発した気相の作動流体を蒸発器から凝縮器に輸送する蒸気管と、
凝縮した液相の作動流体を凝縮器から蒸発器に輸送する液管と、
加熱手段および冷却手段を有し前記液管内の作動流体を加熱または冷却して温度調節する温度調節手段と、
前記液管内の温度を検出する温度検出手段と、
を有し、
前記温度検出手段の温度検出結果に応じ、前記温度調節手段によって、蒸発器に流れ込む作動流体の温度を所定の温度に調整するループヒートパイプ。
【請求項２】
請求項１に記載のループヒートパイプにおいて、
前記温度調節手段は、ヒータおよびペルチェ素子を有する加熱冷却手段であるループヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱源から吸熱源へ熱を輸送するループヒートパイプ、特に発熱源の温度を効果的に制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、宇宙用・工業用・家庭用の熱輸送装置として、ループヒートパイプが知られており、例えば米国特許第４，７６５，３９６号公報や特開平１０−２４６５８３号公報などに示されている。
【０００３】
このループヒートパイプでは、蒸発器により発熱源から吸熱して作動流体を蒸発し気相にし、得られた蒸気を凝縮器に供給しここで吸熱源へ放熱して液相にする。このため、例えば宇宙船などにおいて、内部の各種機器の発熱を蒸発器により吸熱し、この熱を凝縮器において宇宙に放熱して、各種機器の温度を制御することができる。特に、このようなループヒートパイプは、機械的な駆動部分がないため、無人の宇宙船などで長期間安定して使用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例では、吸熱源の温度が変化すると、凝縮器からの作動流体の温度が変化し、これによって蒸発器に流入する作動流体の温度が変化してしまう。そこで、蒸発器における吸熱が変化して発熱源の温度が変化し、発熱源の温度調節を所望のものにできないという問題があった。
【０００５】
また、米国特許第４，５１５，２０９号公報には、ループヒートパイプと同様の熱交換システムであって、凝縮器と蒸発器を接続する液管に接続して作動流体を保持するリザーバを有するキャピラリポンプループが示されている。このキャピラリポンプループでは、吸熱源の温度が低下すると、ガスによる加圧やヒータによる加熱によりリザーバ内の圧力を上昇させ作動流体をリザーバから押しだし、これによって凝縮器内における液相の作動流体の領域を増加させて、蒸気相の作動流体の温度を上昇させる。
【０００６】
しかし、ループヒートパイプにおいては、キャピラリポンプループと異なり蒸発器から独立したリザーバなどは設けず、蒸発器および凝縮器における熱交換により、作動流体を循環させている。従って、リザーバを設けるとしても、これは蒸発器に隣接一体化して設けるか、蒸発器内部に内蔵される。
【０００７】
従って、リザーバは熱的に蒸発器と強く結合しており、このリザーバの圧力を直接制御することはできない。そこで、ループヒートパイプにおいて、発熱源の温度を効率的に制御することが求められる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、発熱源のループヒートパイプにおいて効率的な発熱源温度制御が行えるループヒートパイプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発熱源から吸熱源へ熱を輸送するループヒートパイプであって、発熱源から吸熱して作動流体を蒸発する蒸発器と、吸熱源へ放熱し作動流体を凝縮する凝縮器と、蒸発した気相の作動流体を蒸発器から凝縮器に輸送する蒸気管と、凝縮した液相の作動流体を凝縮器から蒸発器に輸送する液管と、加熱手段および冷却手段を有し前記液管内の作動流体を加熱または冷却して温度調節する温度調節手段と、前記液管内の温度を検出する温度検出手段と、を有し、前記温度検出手段の温度検出結果に応じ、前記温度調節手段によって、蒸発器に流れ込む作動流体の温度を所定の温度に調整することを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明によれば、温度調節手段により、蒸発器への作動流体の温度を調節することができる。従って、吸熱源の温度変化の影響を排除して、発熱源からの吸熱を制御することができる。また、温度検出手段の温度検出結果に応じて前記温度調節手段により温度調節を制御することで、作動流体の温度を所定の温度に確実に制御することができる。
【００１１】
また、前記温度調節手段は、ヒータおよびペルチェ素子を有する加熱冷却手段であることが好適である。ヒータ、ペルチェ素子のいずれかを利用することによって、蒸発器へ流入する作動流体の温度を任意に制御することができる。
【００１２】
また、液管内の温度を検出する温度検出手段をさらに有し、この温度検出手段の温度検出結果に応じて前記温度調節手段により温度調節を制御することが好適である。このように、温度を検出して制御することで、作動流体の温度を所定の温度に確実に制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、実施形態に係るループヒートパイプの一構成例を示す図である。図において、蒸発器１は、発熱源からの熱を吸収し、内部の作動流体５を加熱蒸発する。ここで、発熱源は、蒸発器１に直接接触していてもよいが、通常は蒸発器１から物理的に離れており、熱媒などを介し熱伝達がなされる。凝縮器２は、給熱源へ熱を放熱し、内部の作動流体５を冷却凝縮する。吸熱源は、通常直接凝縮器２に接触しているが、蒸発器１の場合と同様に熱媒などで熱伝達してもよい。
【００１５】
蒸発器１の出口と、凝縮器２の入口には、蒸気管３が接続されており、凝縮器２の出口と蒸発器１の入口は液管４で接続されている。作動流体５は、熱の授受によって、液相と気相の間で相変化を起こす流体であり、図中５ａは液相、５ｂは蒸気相（気相）を示している。なお、図において液相５ａと気相５ｂは、異なるハッチングで示してある。
【００１６】
また、蒸発器１の内部には、特開平１０−２４６５８３号公報に示されるような、円筒状多孔体からなるウィック１ａが設けられており、これによって、内部側の液相の作動流体５ａの室と、外周側の気相の作動流体５ｂの室に仕切られている。なお、ウィック１ａと蒸発器１のケーシング（容器）の間には外部からの熱をウィック１ａに良好に伝達するためのスペーサなどが配置される。
【００１７】
特に、本実施形態では、蒸発器１内の図における左側の空間がウィック１ａ内部と連通するリザーバ６となっており、ここに所定量の液相の作動流体５ａが貯留される。
【００１８】
なお、熱の輸送に蒸発潜熱を利用するため、作動流体としては気化特性の良い流体が一般に選ばれ、例えば、アンモニア、アルコールなどが使用される。
【００１９】
このような装置において、蒸発器１においては、外部の発熱源からの熱を吸熱して、ウィック１ａが加熱され、ウィック１ａの表面から液相の作動流体５ａが蒸発する。蒸気となった作動流体５ｂは、蒸気管３を通り凝縮器２に流れる。凝縮器２内では、作動流体５ｂは、外部の吸熱源に熱を放熱し、凝縮して液体になる。液体になった作動流体５ａは、液管４を通って蒸発器１に還流する。
【００２０】
このようにして、ループヒートパイプによって、発熱源の熱を吸熱源に放熱することができる。
【００２１】
ここで、本実施形態では、液管４にヒータおよびペルチェ素子からなる温度調節器７が設けられている。なお、温度調節器７は、ヒータまたはペルチェ素子のいずれか一方のみを有し、加熱または冷却のいずれかのみを行うものでもよい。また、加熱手段として、直接加熱するヒータに代えて熱媒などを介して加熱するものを採用したり、冷却手段としてもペルチェ素子に代えて、冷媒を介し冷却するものを採用してもよい。また、この実施形態では、液管４の外側に温度調節器７を取り付け、液管４を介し作動流体５ａを加熱したが、これに限定されることはなく、液管４の内部の作動流体５ａを直接加熱するようにしてもよい。
【００２２】
さらに、蒸発器１の入口付近には、作動流体の温度を検出する温度センサ８が設けられており、この検出結果はコントローラ９に供給される。そして、このコントローラ９は、温度センサ８の検出結果に従い、温度調節器７による加熱または冷却を制御する。
【００２３】
ここで、凝縮器２出口における液相の作動流体５ａと、蒸発器１出口での気相の作動流体５ｂの温度差は、蒸発器１への熱負荷量と、蒸発器１での相変化量の比で決定される。すなわち、熱負荷量と相変化量の差に相当する顕熱分の温度差が凝縮器２出口と、蒸発器１出口とで生じる。
【００２４】
そして、本実施形態の装置では、液管４においてその内部の作動流体に熱の供給もしくは除去を行うことにより、見かけ上の蒸発器１への熱負荷量と相変化量の比を変化させ、蒸発器１の温度制御を行う。
【００２５】
すなわち、吸熱源の温度低下を液管４内の作動流体の温度低下として温度センサ８が検知すると、コントローラ９は温度調節器７（例えばヒータ）により液管４を加熱する。これによって、凝縮器２出口からの作動流体の温度が上昇され、見かけ上の相変化量と熱負荷量の比を小さくし、顕熱分の温度差を大きくする。反対に、吸熱源温度の上昇を液管４内の作動流体温度上昇として温度センサ８が検知すると、温度調節器７（例えばペルチェ素子）によって液管４を冷却し、見かけ上の相変化量と熱負荷量の比を大きくして顕熱分の温度差を小さくする。
【００２６】
このように、本実施形態においては、温度調節器７により、蒸発器１入口の作動流体５ａの温度を調節することができる。従って、蒸発器１における発熱源からの吸熱を任意に制御することができる。例えば、温度センサ８において検出される温度が一定温度になるように、温度調節器７による加熱または冷却を制御することによって、蒸発器１入口の作動流体５ａの温度を常に一定に保持できる。従って、吸熱源の温度変化の影響を排除して、発熱源からの吸熱を制御することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、温度調節手段により、蒸発器へ流入する作動流体の温度を調節することができる。従って、吸熱源の温度変化の影響を排除して、発熱源からの吸熱を制御することができる。
【００２８】
また、温度調節手段がヒータおよびペルチェ素子を有することで、ヒータ、ペルチェ素子のいずれかを利用することによって、蒸発器へ流入する作動流体の温度を任意に制御することができる。
【００２９】
また、温度を検出して温度調節手段による温度調節を制御することで、作動流体の温度を所定の温度に確実に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態に係るループヒートパイプの構成を示す図である。
【符号の説明】
１  蒸発器、１ａ  ウィック、２  凝縮器、３  蒸気管、４  液管、５  作動流体、６  リザーバ、７  温度調節器、８  温度センサ、９  コントローラ。
【図１】
0004204187.tif 000002