JP2003172589A - ループ型ヒートパイプ及び蒸発器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成により、液ため内の作動流体の自
然対流を防止し、作動流体間の熱交換を促進する安定し
てループ型ヒートパイプを動作させる。 【解決手段】 凝縮器２０にて冷却された液が液供給管
１７を介して内部に流入するが、液供給管１７は平板５
０と熱的に接合されているため、平板５０が冷却され
る。この時、平板５０は液ため６内の作動流体の液１３
ａに浸っているため、効率よく作動流体の液１３ａが冷
却されるとともに、平板５０により作動流体の液１３ａ
の自然対流も抑制される。すなわち、液ため６内の温度
はさらに均一に、十分ウイック２外周面の温度より低く
なり、作動流体の蒸気１３ｂはウイック２の外周面のみ
から発生するためループ型ヒートパイプに安定した動作
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、宇宙用・工業用
・家庭用の熱輸送装置として用いられるループ型ヒート
パイプ及びその蒸発器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】宇宙用・工業用・家庭用の熱輸送装置と
して用いられるループ型ヒートパイプにおいて、例えば
従来、特開平１０−２４６５８３号公報などに記載の構
成のものが広く使用されている。

【０００３】図４は従来のループ型ヒートパイプの構成
を示す図である。図において、１は熱の印加を行うため
の蒸発器、２は作動流体の液を毛細管力により蒸発器外
周近傍まで輸送するためのウイック、４は蒸発器容器、
６は作動流体を蒸発器１の内部に溜め込むための液た
め、９は作動流体の蒸気が通るための蒸気管、１１は作
動流体の液が通るための液管、１２は蒸発器１に印加さ
れる熱の流れを示す矢印、１３ａは作動流体の液、１３
ｂは作動流体の蒸気、１４は蒸気管９中を流動する作動
流体の蒸気流を示す矢印、１６は液管１１中の作動流体
の液の流れを示す矢印、１７は液管１１に接続され、作
動流体の液１３ａを液ため６内に供給するための液供給
管、２０は蒸発器１に印加された熱を放熱するための凝
縮器、２１は凝縮器２０より放熱される熱の流れを示す
矢印である。

【０００４】ループ型ヒートパイプは、熱の印加を行う
蒸発器１および印加された熱を放熱するための凝縮器２
０の間を蒸気管９および液管１１により接続する構成と
なっており、その内部に作動流体が封入されている。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。

【０００５】また、図５は図４において蒸発器１の構造
をより詳細に説明するため、その半径および軸方向に垂
直な断面を示した図である。図において、蒸発器１の外
郭を形成する蒸発器容器４の内部には複数の突起部２６
を介してウイック２が配置される。突起部２６の間には
作動流体の蒸気１３ｂが流動するための蒸気流路２５が
設けられている。なお、ウイック２は毛細管力で作動流
体の液１３ａを輸送必要があるため、一般に気孔の径が
０．５〜数十ミクロン程度の多孔体が使用される。 ウ
イック２の内周部には作動流体の液１３ａが溜められる
液ため６が設けられており、液供給管１７を介して液管
１１より作動流体の液が供給される構造となっている。
さらに、蒸発器容器４には蒸発器１内の作動流体の蒸気
１３ｂを排出するための蒸気管９が設けられている。

【０００６】上記のように構成された従来のループ型ヒ
ートパイプの動作原理について説明する。図５におい
て、液ため６に溜められた作動流体の液１３ａは初めに
ウイック２の毛細管力によりウイック２の半径方向に輸
送される。この時、印加される熱の流れを示す矢印１２
に示されるように、蒸発器１の外周より熱が印加される
と、印加された熱は、ウイック２と蒸発器容器４との間
に配置された外周突起部２６を通してウイック２に伝導
される。

【０００７】この伝導された熱により、ウイック２の外
周面では作動流体の液１３ａが蒸発し、作動流体の蒸気
１３ｂになる。発生した作動流体の蒸気１３ｂは外周溝
２５内を外周溝内の蒸気の流れを示す矢印４１のように
流動し、蒸気管９中に流入する。

【０００８】その後、図４に示す様、作動流体の蒸気１
３ｂは凝縮器２０内に流入するが、凝縮器２０は放熱さ
れる熱の流れを示す矢印２１のように作動流体の蒸気１
３ｂの温度に比べて低い温度に保持されている。そのた
め、作動流体の蒸気１３ｂは凝縮し、再び作動流体の液
１３ａに相変化する。この時、放熱が行われる。

【０００９】さらに、相変化した作動流体の液１３ａは
液管１１内を作動流体の液の流れを示す矢印１６のよう
に流動し、再び液供給管１７を介して液ため６の中に供
給される。凝縮器２０により冷却された作動流体の液１
３ａが液ため６内に流入するため、ウイック２の外周面
の温度が内周面の温度より低くなり、作動流体の蒸気１
３ｂはウイック２の外周面のみから発生し、安定して一
方向に流れる。

【００１０】上記のサイクルを繰り返すことにより熱を
蒸発器１から凝縮器２０に輸送することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のル
ープ型ヒートパイプでは、蒸発器１に熱が印加されるこ
とで熱を凝縮器２０に輸送することができるが、蒸発器
１に熱が印加されることで、液ため６内の作動流体の液
１３ａに自然対流が生じ、作動流体の液１３ａへウイッ
ク２から熱が伝わり作動流体の液１３ａ、すなわち液た
め６内の温度が上昇する問題があった。液ため６内は、
凝縮器２０にて冷却された液が液供給管１７を介して内
部に流入するため冷却される。ウイック２外周面の温度
が内周面の温度より十分低い場合には、安定して作動流
体の蒸気１３ｂはウイック２の外周面のみから発生し、
安定して一方向に流れる。しかしながら、液ため６内の
温度が上昇し、ウイック２の外周面に対して十分低い温
度とならない場合には、作動流体の蒸気１３ｂがウイッ
ク２の内周面からも生じ、安定した動作を得られない問
題があった。

【００１２】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたものであり、上記液ため内の作動流体の自然対
流を防止できるループ型ヒートパイプ及び蒸発器を提供
するものである。

【００１３】また、この発明は、上記液ため内において
作動流体間の熱交換を促進することにより、さらに安定
した動作が可能なループ型ヒートパイプ及び蒸発器を提
供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明のループ型ヒ
ートパイプは、液体の作動流体を収容する液ためを有
し、液体を加熱して蒸気にするための蒸発器、前記蒸気
を冷却して液体にする凝縮器とを有し、前記蒸発器と前
記凝縮器とを前記液体が流れる液管及び前記蒸気が流れ
る蒸気管とによって連結して構成されるループ型ヒート
パイプであって、前記液ため内に前記液体の対流抑制手
段を具備したものである。

【００１５】また、第２の発明のループ型ヒートパイプ
は、前記対流抑制手段を、平板で構成したものである。

【００１６】第３の発明のループ型ヒートパイプは、前
記対流抑制手段を、交差した平板で構成したものであ
る。

【００１７】第４の発明のループ型ヒートパイプは、液
体の作動流体を収容する液ため及び前記液体の作動流体
を前記液ために供給するための液供給管とを有し、液体
を加熱して蒸気にするための蒸発器、前記蒸気を冷却し
て液体にする凝縮器とを有し、前記蒸発器と前記凝縮器
とを前記液体が流れる液管及び前記蒸気が流れる蒸気管
とによって連結して構成されるループ型ヒートパイプで
あって、前記液ため内に、前記液体供給管に結合するよ
うに設けられ、前記液ため内で前記作動流体間の熱交換
を促進するための手段を具備したものである。

【００１８】第５の発明の蒸発器は、液体の作動流体を
収容する液ためを有する蒸発器であって、前記液ため内
に前記液体の対流抑制手段を具備したものである。

【００１９】第６の発明の蒸発器は、前記対流抑制手段
を平板で構成したものである。

【００２０】第７の発明の蒸発器は、前記対流抑制手段
を、交差した平板で構成したものである。

【００２１】第８の発明の蒸発器は、液体の作動流体を
収容する液ため及び前記液体の作動流体を前記液ために
供給するための液供給管とを有する蒸発器であって、前
記液ため内に、前記液体供給管に結合するように設けら
れ、前記液ため内で前記作動流体間の熱交換を促進する
ための手段を具備したものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示すループ型ヒートパイプの蒸発器の構
成図である。図では蒸発器１の半径および軸方向に垂直
な断面を示した。図において、１は熱の印加を行うため
の蒸発器、２は作動流体の液を毛細管力により蒸発器外
周近傍まで輸送するためのウイック、４は蒸発器容器、
６は作動流体を蒸発器１の内部に溜め込むための液た
め、９は作動流体の蒸気が通るための蒸気管、１１は作
動流体の液が通るための液管、１３ａは作動流体の液、
１３ｂは作動流体の蒸気、２６は蒸発器容器４と第１の
ウイックとの間に配置され、外周溝２５を形成する外周
突起部である。

【００２３】蒸発器１の外郭を形成する蒸発器容器４の
内部には複数の突起部２６を介してウイック２が配置さ
れる。突起部２６の間には作動流体の蒸気１３ｂが流動
するための蒸気流路２５が設けられている。なお、突起
部２６は、ウイック２または蒸発器容器４と同一部材に
て一体化した構造であってもよい。

【００２４】また、第１のウイック２は毛細管力で作動
流体の液１３ａを輸送必要があるため、一般に気孔の径
が０．５〜数十ミクロン程度の多孔体が使用される。ウ
イック２の内周部には作動流体の液１３ａが溜められる
液ため６が設けられており、液供給管１７を介して液管
１１より作動流体の液１３ａが供給される構造となって
いる。また、蒸発器容器４には蒸発器１内の作動流体の
蒸気１３ｂを排出するための蒸気管９が設けられてい
る。液ため６の内部には複数または単数からなる平板５
０が設けられている。当該平板５０は、液ため６内に作
動流体の自然対流を防止（抑制）するための手段を構成
するものである。

【００２５】上記のように構成されたループ型ヒートパ
イプの動作原理について説明する。図１において、液管
１１から蒸発器１内に流入した作動流体の液１３ａは、
ウイック２の毛細管力により蒸発器１の半径方向に輸送
される。

【００２６】この時、蒸発器１に熱が印加されると、印
加された熱は蒸発器容器４よりウイック２と蒸発器容器
４との間に配置された外周突起部２６を通してウイック
２に伝導される。この伝導された熱により、ウイック２
の外周面では作動流体の液１３ａが蒸発し、作動流体の
蒸気１３ｂになる。発生した作動流体の蒸気１３ｂは外
周溝２５内を外周溝内の蒸気の流れを示す矢印４１のよ
うに流動し、蒸気管９中に流入する。その後、作動流体
の蒸気１３ｂは図１０の場合と同様に凝縮器２０にて凝
縮し、再び作動流体の液１３ａに相変化した後、蒸発器
１中に供給される。

【００２７】液ため６内は、凝縮器２０にて冷却された
液が液供給管１７を介して内部に流入するため冷却され
る。この時、平板５０が液ため６内に存在するため、自
然対流が抑制されウイック２の熱が作動流体の液１３ａ
に伝わりにくくなる。すなわち、液ため６内の温度は十
分ウイック２外周面の温度より低くなり、作動流体の蒸
気１３ｂはウイック２の外周面のみから発生し、ループ
型ヒートパイプに安定した動作が得られる。

【００２８】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示すループ型ヒートパイプの蒸発器の構成図にお
けるさらにその他の例を説明するための図である。図で
は蒸発器１の半径および軸方向に垂直な断面を示した。
図において、作動流体の対流を抑制するための手段とし
て、交差した平板５０を配置した場合の例である。

【００２９】図１の例では,複数または単数の平板５０
を平行に配置した場合の例を示したが、この場合には平
板５０が作動流体の液１３ａの中に浸っていなければな
らず、蒸発器１の方向によっては平板５０が作動流体の
液１３ａから出てしまう課題があった。すなわち、蒸発
器１に上下方向がある。図２のように平板５０の形状を
交差した平板とすることで蒸発器１に上下方向ができ
ず、常に平板５０の一部が作動流体の液１３ａに浸り、
自然対流を抑制することができる。

【００３０】この様に、自然対流を防止するための作動
流体の液１３ａの流動を抑制するものであればどのよう
な形状であってもよく、平板でなくてもよいことは言う
までもない。

【００３１】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３を示すループ型ヒートパイプの蒸発器を示す図であ
る。図では蒸発器１の半径および軸方向に垂直な断面を
示した。平板５０の構成以外は実施の形態１、２と同様
の構成をとる。図において、平板５０は液供給管１７と
熱的に接合された構造をもつ。

【００３２】凝縮器２０にて冷却された液が液供給管１
７を介して内部に流入するが、この時、液供給管１７は
平板５０と熱的に接合されているため、平板５０が冷却
される。この時、平板５０は液ため６内の作動流体の液
１３ａに浸っているため、効率よく作動流体の液１３ａ
が冷却される。この時、平板５０により作動流体の液１
３ａの自然対流も抑制される。

【００３３】すなわち、液ため６内の温度は実施例１の
場合よりさらに均一に、十分ウイック２外周面の温度よ
り低くなり、作動流体の蒸気１３ｂはウイック２の外周
面のみから発生し、ループ型ヒートパイプに安定した動
作が得られる。

【００３４】

【発明の効果】この発明にによれば、蒸発器の液ため内
において生じる作動流体の自然対流を防止することがで
きる。

【００３５】また、蒸発器の液ため内において作動流体
間の熱交換を促進することにより、さらに安定した動作
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示すループ型ヒー
トパイプの蒸発器の概略図である。

【図２】 この発明の実施の形態２を示すループ型ヒー
トパイプの蒸発器の概略図である。

【図３】 この発明の実施の形態３を示すループ型ヒー
トパイプの蒸発器の概略図である。

【図４】 従来のループ型ヒートパイプの概略図であ
る。

【図５】 従来のループ型ヒートパイプの蒸発器の概略
図である。

【符号の説明】

１ 蒸発器、２ ウイック、４ 蒸発器容器、６ 液ため、
９ 蒸気管、１１ 液管、１７ 液供給管、２０ 凝縮器、
２４ 液分配部、２５ 外周溝、５０ 平板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅本 俊行 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 矢尾 彰 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体の作動流体を収容する液ためを有
   し、液体を加熱して蒸気にするための蒸発器、前記蒸気
   を冷却して液体にする凝縮器とを有し、前記蒸発器と前
   記凝縮器とを前記液体が流れる液管及び前記蒸気が流れ
   る蒸気管とによって連結して構成されるループ型ヒート
   パイプにおいて、前記蒸発器は、前記液ため内に前記液
   体の対流抑制手段を有することを特徴とするループ型ヒ
   ートパイプ。
2. 【請求項２】 前記対流抑制手段を、平板で構成したこ
   とを特徴とする請求項１記載のループ型ヒートパイプ。
3. 【請求項３】 前記対流抑制手段を、交差した平板で構
   成したことを特徴とする請求項２記載のループ型ヒート
   パイプ。
4. 【請求項４】 液体の作動流体を収容する液ため及び
   前記液体の作動流体を前記液ために供給するための液供
   給管とを有し、液体を加熱して蒸気にするための蒸発
   器、前記蒸気を冷却して液体にする凝縮器とを有し、前
   記蒸発器と前記凝縮器とを前記液体が流れる液管及び前
   記蒸気が流れる蒸気管とによって連結して構成されるル
   ープ型ヒートパイプにおいて、前記液ため内に、前記液
   体供給管に結合するように設けられ、前記液ため内で前
   記作動流体間の熱交換を促進するための手段を有するこ
   とを特徴とするループ型ヒートパイプ。
5. 【請求項５】 液体の作動流体を収容する液ためを有す
   る蒸発器において、前記液ため内に前記液体の対流抑制
   手段を有することを特徴とする蒸発器。
6. 【請求項６】 前記対流抑制手段を平板で構成したこと
   を特徴とする請求項５記載の蒸発器。
7. 【請求項７】 前記対流抑制手段を、交差した平板で構
   成したことを特徴とする請求項６記載のループ型ヒート
   パイプ。
8. 【請求項８】 液体の作動流体を収容する液ため及び
   前記液体の作動流体を前記液ために供給するための液供
   給管とを有する蒸発器において、前記液ため内に、前記
   液体供給管に結合するように設けられ、前記液ため内で
   前記作動流体間の熱交換を促進するための手段を有する
   ことを特徴とする蒸発器。