JP2002181469A - ループ型ヒートパイプ - Google Patents

ループ型ヒートパイプ

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JP2002181469A
JP2002181469A JP2000379831A JP2000379831A JP2002181469A JP 2002181469 A JP2002181469 A JP 2002181469A JP 2000379831 A JP2000379831 A JP 2000379831A JP 2000379831 A JP2000379831 A JP 2000379831A JP 2002181469 A JP2002181469 A JP 2002181469A
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JP
Japan
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working fluid
liquid
heat
pipe
evaporator
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JP2000379831A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Ishikawa
博章 石川
Akira Yao
彰 矢尾
Tetsuro Ogushi
哲朗 大串
Eiichi Ozaki
永一 尾崎
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/043Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure forming loops, e.g. capillary pumped loops

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ループ型ヒートパイプの動作停止を可能とす
る。 【解決手段】 蒸発器1により発熱源が冷却しすぎの際
には、ヒータ50をオンにする。これによって、液溜室
6内の気相または液相の作動流体13が加熱される。そ
こで、ウイック2の内側においても作動流体13の蒸発
が起こり、ウイック2の外側と、内側の圧力差が小さく
なり、駆動力が減少し、作動流体13の循環が止まり、
ループ型ヒートパイプの動作が停止する。

Description

【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型ヒートパイプ、特にその熱輸送
動作の停止制御に関する。
【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、ループ型ヒートパイプが知られてお
り、例えば米国特許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】このループ型ヒートパイプでは、蒸発器に
より発熱源から吸熱して作動流体を蒸発させて気相に
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、このようなループ型ヒー
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】このように、ループ型
ヒートパイプでは、蒸発器と凝縮器に温度差がある場合
に、蒸発器より蒸気が発生し、作動液がループ内を循環
される。一般に、凝縮器は放熱面に配置されるため、条
件によっては低温になりすぎる場合がある。従来のルー
プ型ヒートパイプの場合には動作を停止する機能がな
く、凝縮器の温度が低い場合にもループ型ヒートパイプ
が動作してしまい、低温の凝縮器から冷やされた液が蒸
発器に戻ることで、蒸発器に熱的に結合された電子機器
の温度が仕様温度より下がってしまう問題があった。
【0005】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、動作を能動的に停止させる機能を有するループ型
ヒートパイプを提供することを目的とする。
【0006】
【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型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、多孔体からなり、前記蒸発器内部を前記蒸気管に連
通される蒸気室と、前記液管に連通される液溜室に仕切
り、作動流体を蒸気室側に移動させるウイックと、前記
液溜室内の作動流体を加熱する加熱手段と、を有し、前
記加熱手段によって、作動流体を加熱することによって
作動流体の蒸気室側への移動を停止させるものである。
【0007】また、前記加熱手段は、前記液管内の作動
流体を加熱することによって前記液溜室内の差動流体を
加熱することが好適である。
【0008】また、前記加熱手段は、すでに前記液溜室
内にある作動流体を加熱することが好適である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて説明する。
【0010】実施の形態1.以下、この発明の実施の形
態について、図面に基づいて説明する。
【0011】実施の形態1.図1は、この実施形態にお
ける蒸発器の正面断面の概略構成を示し、図2は側面断
面の概略構成を示す。また、図3は蒸発器を含むループ
型ヒートパイプのシステムを示す。
【0012】図1、2において、蒸発器1の例えばアル
ミニウムで形成される円筒状の容器4の内部には、例え
ば金属やセラミックの多孔体で形成される円筒状のウイ
ック2が中心を同心状に収容されている。そして、蒸発
器1の容器4の内部は、ウイック2によってその外側の
蒸気室3と、内側の液溜室6とに仕切られている。
【0013】液溜室6に溜められた液相の作動流体13
aは多孔体であるウイック2の毛細管力により蒸発器1
の半径方向に外側に向けて輸送される。この時、図3に
おいて、矢印12で示されるように、蒸発器1に熱が印
加されると、印加された熱は、蒸発器1の容器4よりウ
イック2に伝達される。このために、ウイック2の外周
には、管軸方向の突条(リブ)26突条が設けられてお
り、このリブ26を介し、容器4の熱がウイック2に伝
導される。
【0014】そして、この伝導された熱により、ウイッ
ク2が高温となり、ウイック2の外周面では液相の作動
流体13aが蒸発し、気相(蒸気)の作動流体13bに
なる。発生した気相の作動流体13bは蒸気室3に至
る。この蒸気室3は、管軸方向の突条26によって複数
の外周溝35に仕切られており、この外周溝25内を気
相の作動流体13bが流れを示す矢印41のように流動
移動する。これによって、蒸気室3内の気相の作動流体
は、ここに接続されている蒸気管9中に流入する。
【0015】その後、気相の作動流体13bは蒸気管9
内を矢印14に示すように流動移動し、凝縮器20内に
流入する。この凝縮器20は、外側の吸熱源により気相
の作動流体13bより低温に保持されており、ここで気
相の作動流体13bの熱が放熱される。すなわち、放熱
される熱の流れを示す矢印21のように気相の作動流体
13bの熱が外部に放熱される。そのため、気相の作動
流体13bは凝縮し、再び液相の作動流体13aに相変
化する。さらに、相変化した液相の作動流体13aは液
管11内を矢印16のように流動移動し、液溜室6の中
に戻る。ここで、液溜室6の液相の作動流体の流入部分
には、液供給管17とこれに接続される円盤状の一対の
バッフル板24が設けられており、これによって、液溜
室6の周辺に向けて液相の作動流体が供給される。一対
のバッフル板24内の作動流体13aの流れは図1にお
いて矢印38で示してある。なお本実施例では、バッフ
ル板24を設けた例について示すが、バッフル板24は
無くてもよい。
【0016】このようにして、蒸発器1において発熱源
から得た熱によりウイック2の外周面で蒸発した気相の
作動流体13bが凝縮器20に至り、ここで吸熱源へ放
熱して凝縮し、液相の作動流体13aとして蒸発器1の
ウイック2の内側に至る。そして、このようなサイクル
を繰り返すことにより、熱が蒸発器1から凝縮器10に
輸送される。
【0017】このように、ループ型ヒートパイプは、蒸
発器1に取り付けられた機器等の発生熱を凝縮器へ輸送
し、排熱することなどに利用される熱輸送素子である。
【0018】ここで、ウイック2の外周面のみで蒸気が
発生するのは、凝縮器20にて冷却された作動液が液管
11を介し液溜室6に戻るため、液溜室内の液および蒸
気の温度がウイック2外周部に比べて低くなり、ウイッ
ク2の半径方向に温度分布が生じているためである。す
なわち、ウイック2の外周の温度が、内周の温度より高
いため、ウイック2外周のみにて蒸気が発生する。
【0019】そして、この実施の形態1のループ型ヒー
トパイプでは、液溜室6内の液相の作動流体13aの加
熱手段として、ヒータ50が端板51を貫通して設けら
れている。
【0020】また、蒸気管9には、温度センサ53が設
けられており、蒸気管9内の上記温度を検出する。そし
て、この温度センサ53には、コントローラ54が接続
されており、コントローラ54は、温度センサ53の検
出結果に従って、ヒータ50のオンオフを切り替える。
すなわち、蒸気管9の温度が所定値以下に低下した場合
には、ヒータ50をオンする。
【0021】これによって、ループ型ヒートパイプにお
ける作動流体の循環が停止し、ループ型ヒートパイプの
動作が停止する。
【0022】次に、この循環停止の動作について説明す
る。まず、ヒータ50をオンすることによって、液溜室
6内の作動流体13aの温度が上昇する。これによっ
て、ウイック2の半径方向の温度分布が小さくなり、ウ
イック2の外周のみでなく、内周からも蒸気が発生す
る。そこで、ウイック2内外の圧力差が減少し、ウイッ
ク2の内側から外側に向けて作動流体が移動する移動力
が減少し、作動流体の循環が停止する。すなわち、ルー
プ型ヒートパイプの動作が停止する。
【0023】このように、この実施の形態によれば、加
熱手段としてのヒータ50に通電し、ウイック2の内側
の作動流体を加熱することで、ループ型ヒートパイプの
動作を停止することができる。そこで、コントローラ5
4によって、蒸気管9内の蒸気が所定の低温になったと
きにヒータ50をオンして、動作を停止させ、所定時間
の通電の後、ヒータ50をオフする。このような動作停
止によって、蒸発器1の温度を所定のインドに維持して
蒸発器1により冷却する発熱源である電子機器などの過
冷却を防止することができる。
【0024】なお、温度の検出は、必ずしも蒸気管9内
の蒸気温度に限らず、液溜室6内の作動流体の蒸気また
は液の温度、液管11内の作動流体の温度や、電子機器
の温度でもよい。さらに、ヒータ50をオフするタイミ
ングも温度検出結果に応じて設定してもよい。
【0025】実施の形態2.実施の形態2では、図4に
示すように、ヒーター50を液管11に取り付けてい
る。このため、凝縮器20により冷却された液相の作動
流体を再度加熱することができる。そして、この加熱に
よって、液溜室6への戻る作動流体の液温が上昇され
る。
【0026】これによって、液溜室6内の液および蒸気
の温度が上昇し、ウイック2の半径方向に温度分布が小
さくなる。そこで、蒸発器1に熱が印加されると、作動
流体の蒸気はウイック2の外周のみからではなく、内周
からも発生する。したがって、ウイック内外の圧力差が
小さくなり、駆動力も生じなくなる。
【0027】このように、実施の形態2では、ヒーター
50の取り付け場所が異なっているだけであって、その
他は実施の形態1と同様である。そして、この実施の形
態2では、ヒータ50を液管11の外側に取り付けたた
め、液管11内の作動流体13aを液管11を介し加熱
することができる。そこで、ヒーター50を容易に取り
付けることができる。
【0028】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。
【0029】加熱手段によって、ループ型ヒートパイプ
の液溜室ー内(ウイック内側)の蒸気および液の温度を
高くするたせることで、蒸発器の半径方向の温度分布を
小さくすることができる。そのため、蒸気がウイックの
外周からのみでなく、内側からも発生し、ウイック内外
の圧力差を小さくできる。
【0030】したがって、作動流体に駆動力が働かなく
なり、ループ型ヒートパイプを停止させることができ
る。このため、蒸発器に熱的に結合された電子機器の温
度が仕様温度より下がってしまうことはない。また、バ
ルブなどの機械的な動作部を設ける必要が無いため、信
頼性が高い。
【0031】また、前記液管内の作動流体を加熱するこ
とにより、容易に作動流体を加熱することができる。特
に、ヒータを液管の周囲に設けることによって、液管内
部の作動流体を加熱することができ、ヒータの取り付け
が容易である。
【0032】また、前記液溜室内の作動流体を加熱する
ことで、確実な作動流体の加熱による動作停止が行え
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1の正面断面を示す図である。
【図2】 実施の形態1の側面断面を示す図である。
【図3】 実施の形態1の全体システムを示す図であ
る。
【図4】 実施の形態2の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 蒸発器、2 ウイック、4、9 蒸気管、11 液
管、13 作動流体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大串 哲朗 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 尾崎 永一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発熱源から吸熱源へ熱を輸送するループ
    型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、 多孔体からなり、前記蒸発器内部を前記蒸気管に連通さ
    れる蒸気室と、前記液管に連通される液溜室に仕切り、
    作動流体を蒸気室側に移動させるウイックと、 前記液溜室内の作動流体を加熱する加熱手段と、 を有し、 前記加熱手段によって、前記液溜室内の作動流体を加熱
    することによって作動流体の蒸気室側への移動を停止さ
    せることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
  2. 【請求項2】 前記加熱手段は、前記液管内の作動流体
    を加熱することによって前記液溜室内の作動流体を加熱
    することを特徴とする請求項1に記載のループ型ヒート
    パイプ。
  3. 【請求項3】 前記加熱手段は、すでに前記液溜室内に
    ある作動流体を加熱することを特徴とする請求項1に記
    載のループ型ヒートパイプ。
JP2000379831A 2000-12-14 2000-12-14 ループ型ヒートパイプ Pending JP2002181469A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009250516A (ja) * 2008-04-04 2009-10-29 Fujitsu Ltd 冷却装置
JP2011069546A (ja) * 2009-09-25 2011-04-07 Fujitsu Ltd ループ型ヒートパイプ及び電子機器
JP2012198019A (ja) * 2012-06-18 2012-10-18 Fujitsu Ltd ループ型ヒートパイプおよび電子機器
JP2012255577A (ja) * 2011-06-08 2012-12-27 Fujitsu Ltd ループヒートパイプ及び該ヒートパイプを備えた電子機器
JPWO2017212652A1 (ja) * 2016-06-10 2019-04-04 日本碍子株式会社 ウィック

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