JP2005077018A - ループ型サーモサイフォンおよびスターリング冷却庫ならびにループ型サーモサイフォンの組付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良を低減する。
【解決手段】 ループ型サーモサイフォン１００Ａは、蒸発器１１０と、凝縮器１３０Ａと、送り管１２０と、戻り管１４０とによって構成された閉回路を備えており、蒸発器１３０Ａは、送り管側母管１３１と、戻り管側母管１３２と、複数の並行管とを含む組立体からなる。複数の並行管の各々は、蒸発した作動流体を凝縮せしめる部位であり、複数段にわたって上下方向に平行に積層された直進部と、これら直進部を接続する湾曲部とを含む蛇行管からなる。蛇行管の直進部のうち最下段に位置する直進部が、戻り管側母管１３１側に向かうにつれて、このループ型サーモサイフォン１００Ａが搭載される筐体３００の底面３０１との距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、組立体からなる凝縮器１３０Ａの全体が、筐体３００の底面３０１に対して傾斜して配置されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ループ型サーモサイフォンおよびそのループ型サーモサイフォンを搭載したスターリング冷却庫ならびにループ型サーモサイフォンの組付け構造に関するものである。

熱源にて発生する熱を放熱する放熱システムとして、ヒートシンクやヒートパイプ、サーモサイフォン等を用いた放熱システムが知られている。ヒートシンクを用いた放熱システムにあっては、熱源に取り付けたヒートシンクに顕著な温度分布が生じるため、熱源から離れれば離れるほど放熱に寄与しなくなり、放熱性能の向上には自ずと限界がある。これに対し、ヒートパイプやサーモサイフォンを用いた放熱システムでは、熱源にて生じた熱を作動流体を用いて伝達するため、熱搬送能力がヒートシンクに比べて非常に高く、放熱性能を高く維持することが可能になる。

ヒートパイプは、閉回路内に配設されたウィック毛管力を用いて作動流体を循環させる毛管力駆動型熱輸送デバイスである。これに対しサーモサイフォンは、作動流体が蒸発および凝縮することによって生じる作動流体の密度差を利用した重力駆動型熱輸送デバイスである。なお、ループ型サーモサイフォンとはループ状に構成された閉回路内を作動流体が循環するように構成されたサーモサイフォンである。

図１７は、一般的なループ型サーモサイフォンの構造を示す模式図である。このうち、図１７（ａ）はループ型サーモサイフォンを正面から見た図であり、図１７（ｂ）は側方から見た図である。

図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、ループ型サーモサイフォン１００Ｉは、熱源から熱を奪う蒸発器１１０と、熱を外部へ放出する凝縮器１３０Ｉとを備えている。蒸発器１１０と凝縮器１３０Ｉは、送り管１２０および戻り管１４０によって接続されており、これら蒸発器１１０、送り管１２０、凝縮器１３０Ｉおよび戻り管１４０によって閉回路が構成されている。なお、凝縮器１３０Ｉは、蒸発器１１０よりも高い位置に設けられている。

蒸発器１１０内において熱源から熱を奪って蒸発した作動流体は、蒸発器１１０と凝縮器１３０Ｉとの蒸気圧力差によって重力に抗して上昇し、送り管１２０を通って凝縮器１３０Ｉに導入される。凝縮器１３０Ｉ内で冷却され凝縮した作動流体は、重力によって落下し、戻り管１４０を通って蒸発器１１０に導入される。以上のような相変化を伴う作動流体の対流作用により、熱源にて生じた熱を外部へと放熱することが可能になる。

このような構成のループ型サーモサイフォンを備えたスターリング冷却庫を開示した文献として、たとえば特開２００３−５００７３号公報（特許文献１）がある。また、スターリング冷凍機の高温部側ではないが、低温部側にループ型サーモサイフォンを適用した文献として、たとえば特開２００１−３３１３９号公報（特許文献２）がある。
特開２００３−５００７３号公報 特開２００１−３３１３９号公報

上述の構成のループ型サーモサイフォン１００Ｉにおいては、凝縮器１３０Ｉは各種の配管と放熱フィンとを組合わせた組立体としてユニット化されて製作される場合が多い。具体的には、送り管１２０によって導入された作動流体を分流する送り管側母管（送り管側ヘッダーパイプ）１３１と、分流された作動流体を再び合流させる戻り管側母管（戻り管側ヘッダーパイプ）１３２と、これら送り管側母管１３１と戻り管側母管１３２とを接続し、互いに並行するように配置された複数の並行管１３３（図１８参照）と、これら複数の並行管１３３に接触するように組付けられた放熱フィン（図示せず）とからなる組立体として製作される。

通常、図１８に示すように、複数の並行管１３３の各々は、一方向に向かって直線状に延びる直進部１３４ａ〜１３４ｄを上下方向に複数段（図１８に示す並行管においては４段）にわたって平行に積層し、積層されたこれら直進部１３４ａ〜１３４ｄ同士を湾曲部１３５ａ〜１３５ｃによって接続した形状として製作される。すなわち、複数の並行管１３３の各々は、図１８に示す如くの蛇行管として構成される。このように、複数の直進部１３４ａ〜１３４ｄが互いに平行に積層される理由は、主に組立て作業の容易性の観点からであり、また省スペースで最大限の伝熱面積を確保することができるようにもなる。

以上の構成の組立体からなる凝縮器１３０Ｉは、図１７に示すように、ループ型サーモサイフォン１００Ｉを搭載した機器（たとえばスターリング冷却庫）の筐体３００の底面３０１上に設置される。このとき、組立体からなる凝縮器１３０Ｉは、筐体３００の底面３０１と平行となるように設置される。

図１８に示すように、ループ型サーモサイフォン１００Ｉを搭載した機器の筐体３００の底面３０１が、設置面である床面４０１に対して平行に設置された場合には、凝縮器１３０Ｉの並行管１３３の直進部１３４ａ〜１３４ｄも設置面である床面４０１に対して平行に配置されることになる。この場合には、凝縮器１３０Ｉの並行管１３３中で凝縮し液化した作動流体は、並行管１３３中をスムーズに流動し、戻り管側母管１３２および戻り管１４０を介して蒸発器１１０へと送り出される。なお、図１８においては、作動流体の流動方向を矢印５００で表わしている。

このように、床面に対して筐体の底面が平行となるように機器が設置されている場合には特に問題は生じない。ところが、水平な床面に対して筐体の底面が傾斜して設置された場合や、床面自体が傾斜しており、この傾斜した床面と平行に筐体が設置された場合等においては、ループ型サーモサイフォンも水平面に対して傾斜して設置されることになり、作動流体の流動に大きな影響を与える場合がある。

たとえば、図１９に示すように、水平な床面４０１に対して機器の筐体３００が角度α₀だけ傾斜して設置された場合を考える。この場合、凝縮器１３０Ｉの並行管１３３の直進部１３４ａ〜１３４ｄも機器の筐体３００の底面３０１に対して平行に配置されているため、水平面から角度α₀だけ傾斜して配置されることになる。なお、図示する状態は、最下段における直進部１３４ｄの湾曲部１３５ｃ寄りの端部が、戻り管側母管１３２寄りの端部よりも低い位置となるように、機器の筐体３００が傾斜して設置された場合を示している。

このような状態で凝縮器１３０Ｉが設置された場合には、凝縮器１３０Ｉの最下段の直進部１３４ｄ中にて凝縮し液化した作動流体が重力によって逆流し、最下段に位置する直進部１３４ｄの湾曲部１３５ｃ側に滞留することになる。この凝縮した作動流体５０２は、戻り管側母管１３２へ流入することがないため、機器の動作に伴って徐々に増加し、遂には並行管１３３を閉塞する状態にまで凝縮した作動流体５０２の液面５０３が上昇することになる。

このような状態に至った場合には、並行管１３３の送り管側母管１３１側の圧力が相当程度上昇しない限り作動流体の流動が阻害されることになる。このため、作動流体の循環動作が予期せぬものとなり、熱源にて生じた熱を十分に放熱することができなくなる。この結果、ループ型サーモサイフォンの動作不良を引き起こし、最悪の場合にはループ型サーモサイフォンを搭載した機器本体の故障につながるおそれもある。

このように、従来のループ型サーモサイフォンにおいては、設置状態によって動作不良を引き起こす場合があり、この点が重大な問題となっていた。

また、従来、上述のスターリング冷凍機の高温部の如く、外形が略円筒形状である熱源に対して、ループ型サーモサイフォンの半円弧状に２分割された蒸発器を組付ける作業は非常に煩雑であり、より容易に組付けることが可能なループ型サーモサイフォンの組付け構造の開発が要求されていた。

そこで、本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであり、設置状態の如何を問わず動作不良を防止することが可能なループ型サーモサイフォンおよびこのループ型サーモサイフォンを備えたスターリング冷却庫を提供するものである。

また、本発明の他の目的は、組付け作業が容易に行なえるループ型サーモサイフォンの組付け構造を提供することにある。

本発明の第１の局面に基づくループ型サーモサイフォンは、熱源を有する機器の筐体に搭載される（ここで、「搭載される」とは、ループ型サーモサイフォンの全体が筐体の内部に収容されている場合と、ループ型サーモサイフォンの一部が筐体の外部に露出して搭載された場合とを含むものとする。）ものであり、閉回路内に封入された作動流体を用いて熱源から熱を外部へ放熱するものである。上記閉回路は、蒸発器と、凝縮器と、送り管と、戻り管とによって構成される。蒸発器は、熱源から熱を奪い、作動流体を蒸発させる部位であり、凝縮器は、蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮させる部位である。送り管は、蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮器へ導入する部位であり、戻り管は、凝縮器にて凝縮した作動流体を蒸発器へ導入する部位である。凝縮器は、一方向に向かって延びる直進部が上下方向に複数段にわたって積層されかつ複数段にわたって積層された直進部同士が湾曲部によって接続されてなる蛇行管を有している。この蛇行管の直進部のうち最下段に位置する直進部が、戻り管側に向かうにつれて、上記筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されている。

このように構成することより、凝縮して液化した作動流体が蛇行管中に滞留するおそれが低くなるため、設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良を低減することができるようになる。

本発明の第２の局面に基づくループ型サーモサイフォンは、熱源を有する機器の筐体に搭載されるものであり、閉回路内に封入された作動流体を用いて熱源から熱を外部へ放熱するものである。上記閉回路は、蒸発器と、凝縮器と、送り管と、戻り管とによって構成される。蒸発器は、熱源から熱を奪い、作動流体を蒸発させる部位であり、凝縮器は、蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮させる部位である。送り管は、蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮器へ導入する部位であり、戻り管は、凝縮器にて凝縮した作動流体を蒸発器へ導入する部位である。凝縮器は、送り管側母管と、戻り管側母管と、複数の並行管とを含む組立体からなる。送り管側母管は、上記送り管に接続されており、導入された作動流体を分流する部位である。戻り管側母管は、上記戻り管に接続されており、分流された作動流体を合流せしめる部位である。複数の並行管は、送り管側母管と戻り管側母管とを接続し、互いに並行するように配置されている。上記並行管の各々は、第１の方向に向かって延びる直進部が上下方向に複数段にわたって平行に積層されかつ複数段にわたって積層された直進部同士が湾曲部によって接続されてなる蛇行管によって構成されている。上記蛇行管の直進部のうち最下段に位置する直進部が、戻り管側母管側に向かうにつれて、筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、組立体からなる凝縮器の全体が、筐体の底面に対して傾斜して配置されている。

このように構成とすることにより、蛇行管の直進部が上下方向に平行に積層されるように凝縮器をユニット化して製作した場合にも、凝縮して液化した作動流体が蛇行管中に滞留するおそれが低くなるため、設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良を低減することができるようになる。

上記本発明の第２の局面に基づくループ型サーモサイフォンにあっては、傾斜して配置された組立体からなる凝縮器の筐体の底面に対する傾斜角が０°より大きく６°以下であることが好ましい。

このような条件を満たすように、凝縮器を予め傾斜させて配置することにより、設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良を大幅に抑制することが可能になる。

上記本発明の第２の局面に基づくループ型サーモサイフォンにあっては、上記戻り管側母管が第１の方向と交差する第２の方向に向かって延びており、上記戻り管が第２の方向に向かって延びる戻り管側母管の一方端近傍に接続されており、かつ上記戻り管側母管が上記一方端とは反対側に位置する他方端側から上記一方端側に向かうにつれて、筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されていることが好ましい。

このように構成することにより、凝縮して液化した作動流体が戻り管側母管中に滞留するおそれが低くなるため、設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良を低減することができるようになる。

本発明の第３の局面に基づくループ型サーモサイフォンは、熱源を有する機器の筐体に搭載されるものであり、閉回路内に封入された作動流体を用いて熱源から熱を外部へ放熱するものである。上記閉回路は、蒸発器と、凝縮器と、送り管と、戻り管とによって構成される。蒸発器は、熱源から熱を奪い、作動流体を蒸発させる部位であり、凝縮器は、蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮させる部位である。送り管は、蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮器へ導入する部位であり、戻り管は、凝縮器にて凝縮した作動流体を蒸発器へ導入する部位である。凝縮器は、送り管側母管と、戻り管側母管と、複数の並行管とを含む組立体からなる。送り管側母管は、上記送り管に接続されており、導入された作動流体を分流する部位である。戻り管側母管は、上記戻り管に接続されており、分流された作動流体を合流せしめる部位である。複数の並行管は、送り管側母管と戻り管側母管とを接続し、互いに並行するように配置されている。戻り管側母管は、一方向に向かって延びており、上記戻り管は、上記一方向に向かって延びる戻り管側母管の一方端近傍に接続されている。戻り管側母管は、上記一方端とは反対側に位置する他方端側から上記一方端側に向かうにつれて、上記筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されている。

このように構成することにより、凝縮して液化した作動流体が戻り管側母管中に滞留するおそれが低くなるため、設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良を低減することができるようになる。

本発明の第４の局面に基づくループ型サーモサイフォンは、熱源を有する機器の筐体に搭載されるものであり、閉回路内に封入された作動流体を用いて熱源から熱を外部へ放熱するものである。上記閉回路は、蒸発器と、凝縮器と、送り管と、戻り管とによって構成される。蒸発器は、熱源から熱を奪い、作動流体を蒸発させる部位であり、凝縮器は、蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮させる部位である。送り管は、蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮器へ導入する部位であり、戻り管は、凝縮器にて凝縮した作動流体を蒸発器へ導入する部位である。凝縮器は、送り管側母管と、戻り管側母管と、複数の直行管とを含む組立体からなる。送り管側母管は、上記送り管に接続されており、導入された作動流体を分流する部位である。戻り管側母管は、上記戻り管に接続されており、分流された作動流体を合流せしめる部位である。複数の直行管は、送り管側母管と戻り管側母管とを接続し、互いに並行するように配置されている。上記直行管の各々は、上記戻り管側母管側に向かうについて上記筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されている。

このように構成することにより、蛇行管ではなく直行管にて送り管側母管と戻り管側母管とが接続された凝縮器を採用した場合にも、作動流体が管中に対流することがなくなるため、設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良を低減することができるようになる。

本発明に基づくスターリング冷却庫は、スターリング冷凍機を搭載したスターリング冷却庫である。スターリング冷凍機は上述のいずれかのループ型サーモサイフォンを備えており、このループ型サーモサイフォンの蒸発器がスターリング冷凍機の高温部と熱交換するように構成されている。

このようにな構成のスターリング冷却庫とすることにより、筐体の設置状態によって性能が左右されることのない高性能のスターリング冷却庫を提供することが可能になる。

本発明に基づくループ型サーモサイフォンの組付け構造は、外形が略円筒状の熱源に対して組付けられるループ型サーモサイフォンの組付け構造であって、半円弧状に２分割されてなる第１および第２の蒸発器と、第１および第２の蒸発器が円形に組み合わされた状態にてこれら第１および第２の蒸発器を受入れる載置部を有する載置台と、この載置台に少なくとも一箇所が固定されてなる締着バンドとを備えている。そして、第１および第２の蒸発器のそれぞれの内周面が熱源の外周面に当接した状態にてこれら第１および第２の蒸発器が載置部に載置されており、かつ上記締着バンドによってこれら第１および第２の蒸発器が載置台に固定されている。

このような組付け構造を採用することにより、ループ型サーモサイフォンの蒸発器を熱源に対して固定する作業と、これら熱源およびループ型サーモサイフォンの蒸発器を同時に載置台に組付けることが可能になるため、容易にループ型サーモサイフォンを組付けることが可能になるとともに、作業の効率化が図られるようになる。

上記本発明に基づくループ型サーモサイフォンの組付け構造にあっては、一端が載置台に固定されてなる第１および第２バンド部によって上記締着バンドが構成されていることが好ましく、またこれら第１および第２バンド部の他端側が締結手段によって締め付けられることにより、第１および第２の蒸発器が載置台に固定されていることが好ましい。

このように構成することにより、締結手段によって簡便にループ型サーモサイフォンの固定が実現されるようになる。

本発明によれば、設置状態の如何を問わずループ型サーモサイフォンの動作不良を防止することが可能なループ型サーモサイフォンおよびこれを備えたスターリング冷却庫を提供することが可能になる。

また、本発明によれば、ループ型サーモサイフォンの組付けが容易に行なえるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるループ型サーモサイフォンの設置構造を示す概略斜視図である。また、図２は、図１に示すループ型サーモサイフォンの凝縮器の構成を示す模式図である。なお、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォンは、スターリング冷凍機の高温側熱搬送システムとして利用されるものである。

まず、図１を参照して、ループ型サーモサイフォンおよびこのループ型サーモサイフォンが取り付けられたスターリング冷凍機の設置構造について説明する。

図１に示すように、スターリング冷凍機２００は、支持台２５０上に載置され、支持台２５０の底板２５２に設けられた支持部２５４ａ，２５４ｂによって支持されている。また、ループ型サーモサイフォン１００Ａも支持台２５０上に載置され、支持台２５０の底板２５２に設けられた支持部２５４ａ，２５４ｃによって支持されている。支持台２５０にて支持されたスターリング冷凍機２００およびループ型サーモサイフォン１００Ａは、所定の機器（たとえば、冷却庫等）の筐体に設置される。ここで、支持台２５０の底板２５２は、機器の筐体の底面に対して平行になるように設置される。

次に、スターリング冷凍機２００の構造および動作について説明する。

図１に示すように、スターリング冷凍機２００は、圧力容器２０２を備えている。圧力容器２０２内には、ピストンおよびディスプレーサが嵌装されたシリンダが設けられている。シリンダ内はヘリウム等の作動媒体によって充填されている。シリンダ内の空間は、ピストンおよびディスプレーサによって圧縮室と膨張室に区画されている。圧縮室の周囲には高温部２０４が設けられており、膨張室の周囲には低温部２０６が設けられている。

シリンダ内に嵌装されたピストンは、リニアアクチュエータによって駆動され、シリンダ内を往復動する。ディスプレーサは、ピストンが往復動することによって生じる圧力変化により、シリンダ内をピストンの往復動と一定の位相差をもって往復動する。このピストンおよびディスプレーサの往復動により、シリンダ内に逆スターリングサイクルが実現される。これにより、圧縮室を取り囲むように設けられた高温部２０４は昇温し、膨張室を取り囲むように設けられた低温部２０６は極低温にまで冷却される。

次に、ループ型サーモサイフォン１００Ａの構造および動作について説明する。

図１に示すように、ループ型サーモサイフォン１００Ａは、蒸発器１１０と凝縮器１３０Ａとを備える。蒸発器１１０は、スターリング冷凍機２００の高温部２０４と接するように配置され、高温部２０４に生じる熱を奪い、蒸発器１１０内に充填された作動流体を蒸発させる部位である。凝縮器１３０Ａは、蒸発器１１０よりも高所に配置され、蒸発器１１０にて蒸発した作動流体を凝縮させる部位である。蒸発器１１０と凝縮器１３０Ａとは、送り管１２０および戻り管１４０によって接続されており、これらによって閉回路が構成されている。なお、図示するループ型サーモサイフォン１００Ａにあっては、熱源である高温部２０４の外形が円筒形状であるため、蒸発器１１０は円弧状に分割された２つの部位から構成されている。

図１および２を参照して、凝縮器１３０Ａは、送り管側母管（送り管側ヘッダーパイプ）１３１と、戻り管側母管（戻り管側ヘッダーパイプ）１３２と、これら送り管側母管１３１と戻り管側母管１３２とを接続する複数の並行管１３３と、並行管１３３に接触して設けられた放熱フィン１３６とからなる組立体としてユニット化されて構成されている。

送り管側母管１３１は、送り管１２０に接続され、導入された作動流体を分流する分配器である。これに対して、戻り管側母管１３２は、戻り管１４０に接続され、分流された作動流体を合流させる管寄せである。

図２に示すように、個々の並行管１３３は、第１の方向（図中矢印Ａ方向）に向かって直線状に延びる直進部１３４ａ〜１３４ｄ（本実施の形態における凝縮器１３０Ａにおいては４段）と、これら直進部１３４ａ〜１３４ｄを接続する湾曲部１３５ａ〜１３５ｃとによって構成されている。直進部１３４ａ〜１３４ｄの各々は、平行に上下方向に積層して配置されており、湾曲部１３５ａ〜１３５ｃは、これら直進部１３４ａ〜１３４ｄの端部同士を連結している。すなわち、凝縮器１３０Ａは、蛇行管からなる並行管１３３を横方向に並べて配置した構成を有している。この複数の並行管１３３の直進部１３４ａ〜１３４ｄには、放熱フィン１３６が複数枚組付けられている。

蒸発器１１０内においてスターリング冷凍機２００の高温部２０４から熱を奪って蒸発した作動流体は、蒸発器１１０と凝縮器１３０Ａとの蒸気圧力差によって重力に抗して上昇し、送り管１２０を通って凝縮器１３０Ａに導入される。凝縮器１３０Ａ内で冷却され凝縮した作動流体は、重力によって落下し、戻り管１４０を通って蒸発器１１０に導入される。以上のような相変化を伴う作動流体の対流作用により、スターリング冷凍機２００の高温部２０４にて生じる熱を外部へと放熱することが可能になる。

次に、上記構造のスターリング冷凍機２００およびループ型サーモサイフォン１００Ａを支持台２５０に組付ける際の組付け構造について説明する。図３は、図１に示すスターリング冷凍機およびループ型サーモサイフォンの組付け構造を示す模式図である。ここで、図３（ａ）は組付け前を示しており、図３（ｂ）は組付け後を示している。

図１および図３に示すように、支持台２５０は、底板２５２と、この底板２５２から上方に向かって延びる支持部２５４ａ，２５４ｂ，２５４ｃとを備える。底板２５２および支持部２５４ａ，２５４ｂ，２５４ｃは、たとえば肉厚の鋼板をプレス加工等することによって形成される。また、支持部２５４ａ上には、締着バンド２５５が取り付けられている。締着バンド２５５は、たとえばフレキシブルな鋼板からなり、支持部２５４ａに固定された円弧状部２５５ａと、自在に移動可能なように取り付けられた締め付け部２５５ｂと、締め付け部２５５ｂの先端に位置する締結部２５５ｃとを有する。締結部２５５ｃには、締結手段であるボルトナット２６０が挿通する孔が設けられている。

以上の構造の支持台２５０に対して、スターリング冷凍機２００およびループ型サーモサイフォン１００Ａを組付ける作業について説明する。

図３（ａ）を参照して、まず、ループ型サーモサイフォン１００Ａの半円弧状に二分割された第１蒸発器および第２蒸発器の２つの部分からなる蒸発器１１０を外形が円筒形状であるスターリング冷凍機２００の高温部２０４に組付ける。このとき、蒸発器１１０の内周面１１２が円筒状の高温部２０４の外周面に接触するように、高温部２０４を両側から蒸発器１１０で挟み込むように組付ける。なお、この状態においては、蒸発器１１０と高温部２０４の直接的な固定は行なわない。

次に、高温部２０４の外周面に蒸発器１１０の内周面１１２が接触した状態のまま、これらを支持台２５０の載置部である円弧状部２５５ａに嵌め入れる。そして、図３（ｂ）に示すように、支持台２５０に取り付けられた締着バンド２５５を蒸発器１１０に巻き付け、締結手段であるボルトナット２６０によって締着バンド２５５の締結部２５５ｃを締め付ける。

以上により、スターリング冷凍機２００とループ型サーモサイフォン１００Ａの蒸発器１１０との固定が完了することになる。すなわち、円弧状に二分割されたループ型サーモサイフォン１００Ａの蒸発器１１０は、その内周面１１２が熱源であるスターリング冷凍機２００の高温部２０４に当接するように組み合わされた状態にて支持台２５０の円弧状部２５５ａ上に載置され、円弧状部２５５ａの両端から延びる締め付け部２５５ｂによって締め付けられて支持台２５０に固定される。

次に、支持台２５０上に固定されたスターリング冷凍機２００の上方に、組立体としてユニット化されて製作された凝縮器１３０Ａを組付ける。凝縮器１３０Ａの送り管側母管１３１には予め送り管１２０を溶接等によって組付けておき、また戻り管側母管１３２には戻り管１４０を溶接等によって組付けておく。そして、これら送り管１２０および戻り管１４０が組付けられた凝縮器１３０Ａを支持台２５０上に位置決めして載置し、凝縮器１３０Ａの後方端を支持台２５０の支持部２５４ｃに固定するとともに、送り管１２０および戻り管１４０を蒸発器１１０に溶接等によって接続することにより、凝縮器１３０Ａを支持台２５０上に固定する。

以上により、スターリング冷凍機２００およびループ型サーモサイフォン１００Ａの支持台２５０上への組付け作業が完了する。

このような組付け構造を採用することにより、スターリング冷凍機２００の高温部２０４にループ型サーモサイフォン１００Ａの蒸発器１１０を固定する作業と、これらスターリング冷凍機２００およびループ型サーモサイフォン１００Ａの蒸発器１１０を支持台２５０に固定する作業とが、単一の固定作業によって同時に行なわれるようになる。これにより、固定作業が容易に行えるようになるとともに作業の効率化が図られるようになる。

なお、図３においては、支持台２５０が鋼板によって形成された場合を例示したが、特にこれに限定されるものではない。たとえば、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、支持台２５０が円弧状の受け部２５７ａを有する台座２５７によって構成されており、この台座２５７の受け部２５７ａの両端にその一端が固定されている第１バンド部および第２バンド部からなる一対の締着バンド２５５が取り付けられていてもよい。この場合には、図３の構造に比べてスターリング冷凍機２００の設置安定性が増す効果が得られるようになる。

次に、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ａの凝縮器１３０Ａの設置状態について説明する。図５は、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォンの凝縮器の設置状態を示す模式図であり、図５（ａ）はループ型サーモサイフォンを正面から見た場合を示す図であり、図５（ｂ）は側方から見た場合を示す図である。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ａの凝縮器１３０Ａは、冷却庫等の機器の筐体３００の底面３０１に対して傾斜して配置されている。具体的には、筐体３００の底面３０１に対して、戻り管側母管１３２が位置する方の凝縮器１３０Ａの端部が戻り管側母管１３２が位置しない方の端部よりもより近い位置に配置されるように、組立体からなる凝縮器１３０Ａの全体が角度θ₁だけ傾斜して配置されている。

すなわち、組立体からなる凝縮器１３０Ａの蛇行管からなる並行管１３３の直進部１３４ａ〜１３４ｄのうち最下段に位置する直進部１３４ｄが、戻り管側母管１３２側に向かうにつれて筐体３００の底面３０１との距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、凝縮器１３０Ａの全体が角度θ₁だけ傾斜して配置されている。ここで、筐体３００の底面３０１に対する凝縮器１３０Ａの傾斜角θ₁は、好ましくは０°より大きく６°以下であり、さらに好ましくは３°程度とする。なお、このように凝縮器１３０Ａを筐体３００の底面３０１に対して傾斜させて設置するためには、たとえば、支持台２５０の支持部２５４ｃの高さを調節することによって実現可能である（図１参照）。

このように、凝縮器１３０Ａを筐体３００の底面３０１に対して角度θ₁だけ傾斜させて配置した場合には、筐体３００の設置状態の如何に関わらず、安定してループ型サーモサイフォン１００Ａが動作するようになる。以下にその理由について説明する。

まず、水平な床面に対して筐体３００の底面３０１が平行に配置された場合を考える。この場合、筐体３００の底面３０１に対して凝縮器１３０Ａは予め角度θ₁だけ傾斜して配置されているため、水平面に対しても角度θ₁だけ傾斜した状態で設置されることになる。

凝縮器１３０Ａの並行管１３３内を流動する作動流体は、主に最下段に位置する直進部１３４ｄにて凝縮し液化する。このため、直進部１３４ｄ内で液化した作動流体は、重力の作用により傾斜して配置された直進部１３４ｄ内を戻り管側母管１３２側に向かって流動し、並行管１３３から流出する。この結果、並行管１３３内に作動流体が滞留することはない。このため、作動流体のスムーズな流動が実現され、安定したループ型サーモサイフォン１００Ａの動作が実現される。

次に、水平な床面に対して筐体３００の底面３０１が傾斜して設置された場合を４つの場合にケース分けして考える。

第１のケースとして、図５（ｂ）中の矢印Ｂ方向に機器の筐体３００が傾斜して設置された場合を考える。この場合、設置後の凝縮器１３０Ａは、水平面に対して角度θ₁よりもさらに大きい角度傾斜した状態で配置されることになる。

上述のように、凝縮器１３０Ａの並行管１３３内を流動する作動流体は、主に最下段に位置する直進部１３４ｄにて凝縮し液化するため、直進部１３４ｄ内で液化した作動流体は、重力の作用により傾斜して配置された直進部１３４ｄ内を戻り管側母管１３２側に向かって流動し、並行管１３３から流出する。このため、並行管１３３内に作動流体が滞留することはない。この結果、作動流体のスムーズな流動が実現され、安定したループ型サーモサイフォン１００Ａの動作が実現されるようになる。

しかしながら、ある所定の角度以上に傾斜して凝縮器１３０Ａが設置されることとなった場合には、環境温度の変化等により、並行管１３３の最下段に位置する直進部１３４ｄのみならず、この最下段の直進部１３４ｄ上に位置する直進部１３４ｃにおいても作動流体が凝縮し液化する現象が稀に発生する。この場合、直進部１３４ｃの湾曲部１３５ｂ近傍において凝縮した作動流体が滞留し、並行管１３３を閉塞させてしまう場合も考えられる。このような現象が発生する臨界角は、凝縮器１３０Ａの設計寸法等によって多少異なるが、概ね６°程度であることが発明者によって確認されている。

しかし、通常、機器が設置される床面が３°以上傾いていることは考え難く、また、水平な床面に対して機器の筐体が３°以上傾斜して設置されることも考え難いため、凝縮器１３０Ａの底面３０１に対する傾斜角θ₁を３°程度に設定しておけばこのような事態に陥ることはほとんど皆無と考えてよい。したがって、大部分の場合において、安定したループ型サーモサイフォン１００Ａの動作が実現されるようになる。

第２のケースとして、図５（ｂ）中の矢印Ｃ方向に機器の筐体３００が角度α₁（ただし、α₁＜θ₁）だけ傾斜して設置された場合を考える。このような状態にて機器の筐体３００が設置された場合には、設置後の凝縮器１３０Ａは水平面に対して角度θ₁−α₁だけ傾斜して配置されることになる。なお、図６は、この場合の作動流体の流れを示す模式図である。

上述のように、凝縮器１３０Ａの並行管１３３内を流動する作動流体は、主に最下段に位置する直進部１３４ｄにて凝縮し液化する。しかしながら、図６に示すように、凝縮器１３０Ａは水平面に対して傾斜角θ₁−α₁だけ傾斜しているため、最下段に位置する直進部１３４ｄにて液化した作動流体は直進部１３４ｄ内を戻り管側母管１３２側に向かって流動し、平行管１３３から流出する。このため、作動流体が並行管１３３内に滞留することはない。この結果、作動流体のスムーズな流動が実現され、安定したループ型サーモサイフォン１００Ａの動作が実現されるようになる。

第３のケースとして、図５（ｂ）中の矢印Ｃ方向に機器の筐体３００が角度α₂（ただし、α₂＝θ₁）だけ傾斜して設置された場合を考える。このような状態にて機器の筐体３００が設置された場合には、設置後の凝縮器１３０Ａは水平に配置されることになる。

上述のように、凝縮器１３０Ａの並行管１３３内を流動する作動流体は、主に最下段に位置する直進部１３４ｄにて凝縮し液化する。この場合、最下段に位置する直進部１３４ｄは水平に配置されているため、並行管１３３内に生じる作動流体の対流作用により、液化した作動流体は戻り管側母管１３２側へと向かって流動し、並行管１３３から流出する。このため、並行管１３３内に作動流体が滞留することはない。この結果、作動流体のスムーズな流動が実現され、安定したループ型サーモサイフォン１００Ａの動作が実現される。

第４のケースとして、図５（ｂ）中の矢印Ｃ方向に機器の筐体３００が角度α₃（ただし、α₃＞θ₁）だけ傾斜して設置された場合を考える。このような状態にて機器の筐体３００が設置された場合には、設置後の凝縮器１３０Ａは、水平面に対して角度α₃−θ₁だけ傾斜して配置されることになる。なお、図７は、この場合の作動流体の流れを示す模式図である。

上述のように、凝縮器１３０Ａの並行管１３３内を流動する作動流体は、主に最下段に位置する直進部１３４ｄにて凝縮し液化する。このため、図７に示すように、直進部１３４ｄ内で液化した作動流体は、重力の作用により傾斜して配置された直進部１３４ｄ内を戻り管側母管１３２側とは反対側に向かって流動する。この結果、最下段に位置する直進部１３４ｄの湾曲部１３５ｃ側に液化した作動流体５０２が滞留することになる。

しかしながら、予め凝縮器１３０Ａを筐体３００の底面３０１に対して傾斜して配置しているため、筐体３００の底面３０１に対して凝縮器１３０Ａを平行に配置した場合よりも、並行管１３３内にて滞留した作動流体５０２の液面５０３が並行管１３３を閉塞する可能性は低くなる。すなわち、図７に示すように、最下段に位置する直進部１３４ｄと湾曲部１３５ｃの接続部における並行管１３３の上部（図７中のＤ点）が、最下段に位置する直進部１３４ｄと戻り管側母管１３２との接続部の下部よりも上方に位置している限りは、逆流して滞留した作動流体５０２によって並行管１３３が閉塞されることはない。この結果、作動流体の流動が阻害されることがなくなり、結果として作動流体のスムーズな流動が実現されるようになる。

ただし、凝縮器１３０Ａがさらに傾斜して配置されることとなった場合（すなわち、最下段に位置する直進部１３４ｄと湾曲部１３５ｃの接続部における並行管１３３の上部（図７中のＤ点）が、最下段に位置する直進部１３４ｄと戻り管側母管１３２との接続部の下部よりも下方に位置することとなった場合）には、並行管１３３が液化した作動流体によって閉塞されるため、作動流体の流動が阻害されることになる。しかし、通常、水平な床面に対して機器の筐体が３°以上傾斜して設置されることも考え難いため、凝縮器１３０Ａの底面３０１に対する傾斜角θ₁を３°程度に設定しておけばこのような事態に陥ることはほとんど皆無と考えてよい。したがって、大部分の場合において、安定したループ型サーモサイフォン１００Ａの動作が実現されるようになる。

なお、上記においては、水平な床面に対して筐体が傾斜して配置された場合を例示して説明を行なったが、元々傾斜している床面に対して筐体が平行に設置された場合にも同様のことが言える。

以上において説明したように、本実施の形態の如く、予め組立体からなる凝縮器を所定方向に所定角度だけ傾斜して配置させておくことにより、設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良が生じなくなり、安定したループ型サーモサイフォンの動作が実現されるようになる。この結果、予期せぬ動作不良によるスターリング冷凍機の破損が回避されるようになるとともに、スターリング冷凍機の高温部を安定して冷却することが可能になるため、スターリング冷凍機の高効率運転が実現されるようになる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２におけるループ型サーモサイフォンの凝縮器の設置状態を示す模式図であり、図８（ａ）はループ型サーモサイフォンを正面から見た場合を示す図であり、図８（ｂ）は側方から見た場合を示す図である。なお、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｂも、上述の実施の形態１と同様にスターリング冷凍機の高温側熱搬送システムとして利用されるものである。このため、上述の実施の形態１と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図８（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｂの凝縮器１３０Ｂは、上述の実施の形態１におけるループ型サーモサイフォン１００Ａの凝縮器１３０Ａと同様に、送り管側母管１３１と、戻り管側母管１３２と、これら送り管側母管１３１と戻り管側母管１３２とを接続する複数の並行管１３３と、並行管１３３に接触して設けられた放熱フィン１３６とからなる組立体としてユニット化されて構成されている。

戻り管側母管１３２は、並行管１３３の直進部の延伸方向である第１の方向（図中矢印Ａ方向）と交差する第２の方向（図中矢印Ｅ方向）に向かって延びている。戻り管１４０は、この一方向に向かって延びる戻り管側母管１３２の一方端近傍に接続されている。

凝縮器１３０Ｂは、冷却庫等の機器の筐体３００の底面３０１に対して傾斜して配置されている。具体的には、筐体３００の底面３０１に対して、戻り管１４０が接続された一方端が、この一方端とは反対側の端部である他方端よりも近い位置に配置されるように、組立体からなる凝縮器１３０Ｂの全体が角度θ₂だけ傾斜して配置されている。

すなわち、組立体からなる凝縮器１３０Ａの戻り管側母管１３２が、戻り管１４０が接続された一方端とは反対側に位置する他方端側から当該一方端側に向かうにつれて、筐体３００の底面３０１との距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、凝縮器１３０Ｂの全体が角度θ₂だけ傾斜して配置されている。ここで、筐体３００の底面３０１に対する凝縮器１３０Ｂの傾斜角θ₂は特に限定されるものではないが、好ましくは数度〜十数度程度とする。なお、このように凝縮器１３０Ｂを筐体３００の底面３０１に対して傾斜させて設置するためには、たとえば、支持台２５０の支持部２５４ｃの上端の形状を調節することによって実現可能である（図１参照）。

このように、凝縮器１３０Ｂを筐体３００の底面３０１に対して角度θ₂だけ傾斜させて配置し、筐体３００の底面３０１との距離が小さい方の戻り管側母管１３２の端部に戻り管１４０を接続することにより、筐体３００の設置状態の如何に関わらず、安定してループ型サーモサイフォン１００Ｂが動作するようになる。以下にその理由について説明する。

複数の並行管１３３内にて凝縮し液化した作動流体は、それぞれの並行管１３３から戻り管側母管１３２に流入して合流する。戻り管側母管１３２にて合流した作動流体は、戻り管１４０を介して蒸発器１１０へと導入される。

ここで、戻り管側母管１３２が筐体３００の底面３０１に対して平行に配置された場合には、筐体３００の床面に対する設置状態や床面の傾斜等により、戻り管側母管１３２が水平に配置されるとは限らない。このため、従来のループ型サーモサイフォンにあっては、図１７に示すように、戻り管１４０を各並行管１３３との距離が最も短くなる戻り管側母管１３２の中央部に接続する構成をとり、作動流体の流動が阻害されないように設計されていた。

しかしながら、このような構成を採用した場合には、実際に戻り管側母管１３２が傾斜して配置された場合に、戻り管側母管１３２と戻り管１４０との接続箇所より低所に位置する戻り管側母管１３２内における作動流体の流動が、戻り管側母管１３２と戻り管１４０との接続箇所より高所に位置する戻り管側母管１３２内における作動流体の流動に比べて著しく阻害されるため、結果として複数の並行管１３３内における作動流体の流動抵抗にそれぞれ差が生じ、効率のよいループ型サーモサイフォンの動作が実現されなかった。

本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｂにあっては、予め戻り管側母管１３２を機器の筐体３００の底面３０１に対して傾斜させて配置し、より底面３０１との距離が小さい方の戻り管側母管１３２の端部に戻り管１４０を接続することにより、作動流体のスムーズな流動が実現されている。この結果、設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良が生じなくなり、安定したループ型サーモサイフォンの動作が実現されるようになる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３におけるループ型サーモサイフォンの凝縮器の設置状態を示す模式図であり、図９（ａ）はループ型サーモサイフォンを正面から見た場合を示す図であり、図９（ｂ）は側方から見た場合を示す図である。なお、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｃも、上述の実施の形態１または２と同様にスターリング冷凍機の高温側熱搬送システムとして利用されるものである。このため、上述の実施の形態１または２と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図９（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｃの凝縮器１３０Ｃは、上述の実施の形態１または２におけるループ型サーモサイフォン１００Ａ，１００Ｂの凝縮器１３０Ａ，１３０Ｂと同様に、送り管側母管１３１と、戻り管側母管１３２と、これら送り管側母管１３１と戻り管側母管１３２とを接続する複数の並行管１３３と、並行管１３３に接触して設けられた放熱フィン１３６とからなる組立体としてユニット化されて構成されている。

本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｃの凝縮器１３０Ｃは、蛇行管からなる並行管１３３の直進部１３４ａ〜１３４ｄが、戻り管側母管１３２側に向かうにつれて筐体３００の底面３０１との距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、凝縮器１３０Ａの全体が角度θ₁だけ傾斜して配置されている。また、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｃにあっては、戻り管側母管１３２が戻り管１４０が接続された一方端とは反対側に位置する他方端側から当該一方端側に向かうにつれて、筐体３００の底面３０１との距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、凝縮器１３０Ｂの全体が角度θ₂だけ傾斜して配置されている。

以上の構成とすることにより、上述の実施の形態１および２の効果の両立が実現されるようになる。この結果、設置状態に起因するループ型サーモサイフォンの動作不良の発生を大幅に減少させることが可能になる。このため、安定したループ型サーモサイフォンの動作が実現されるようになり、スターリング冷凍機の高効率運転が実現されるようになる。

（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４におけるループ型サーモサイフォンの凝縮器の構成を示す模式図である。また、図１１は、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォンの設置状態を示す模式図であり、ループ型サーモサイフォンを側方から見た場合の図である。なお、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｄも、上述の実施の形態１〜３と同様にスターリング冷凍機の高温側熱搬送システムとして利用されるものである。このため、上述の実施の形態１〜３と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１０に示すように、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｄの凝縮器１３０Ｄにおいては、複数の並行管１３３の各々は、第１の方向（図中矢印Ａ方向）に向かって直線状に延びる直進部１３４ａ〜１３４ｅと、これら直進部１３４ａ〜１３４ｅを接続する湾曲部１３５ａ〜１３５ｄとによって構成されている。直進部１３４ａ〜１３４ｅの各々は、平行に上下方向に積層して配置されており（本実施の形態における凝縮器１３０Ｄにおいては５段）、湾曲部１３５ａ〜１３５ｄは、これら直進部１３４ａ〜１３４ｅの端部同士を連結している。すなわち、凝縮器１３０Ｄは、蛇行管からなる並行管１３３を横方向に並べて配置した構成を有している。この複数の並行管１３３の直進部１３４ａ〜１３４ｅには、放熱フィン１３６が複数枚組付けられている。

このように、蛇行管からなる並行管１３３を奇数段有する組立体からなる凝縮器を採用した場合には、送り管側母管１３１と戻り管側母管１３２とが凝縮器の相対する端部に別々に配置されることになる。このため、上述の実施の形態１または３の場合とは異なり、凝縮器１３０Ｄの後部側が機器の筐体３００の底面３０１に対してより近い位置に配置されるように、凝縮器１３０Ｄを傾斜させて配置する必要がある。このように配置することにより、蛇行管からなる並行管１３３の直進部１３４ａ〜１３４ｅが、戻り管側母管１３２側に向かうにつれて筐体３００の底面３０１との距離が減ずる方向に傾斜して配置されるようになる。なお、このように凝縮器１３０Ｄを筐体３００の底面３０１に対して傾斜させて設置するためには、たとえば、支持台２５０の支持部２５４ｃの高さを調節することによって実現可能である（図１参照）。

このように、並行管１３３が奇数段積層された凝縮器にあっても、凝縮器全体を筐体の底面に対して角度θ₁だけ傾斜させて配置することにより、筐体の設置状態の如何に関わらず、安定したループ型サーモサイフォンの動作が実現されるようになる。

（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５におけるループ型サーモサイフォンの構成を示す模式図である。なお、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｅも、上述の実施の形態１〜４と同様にスターリング冷凍機の高温側熱搬送システムとして利用されるものである。このため、上述の実施の形態１〜４と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１２に示すように、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｅの凝縮器１３０Ｅにおいては、複数の並行管１３３の各々は、機器の筐体３００の底面３０１と平行な方向である第１の方向（図中矢印Ａ方向）に向かって直線状に延びる直進部１３４ａ〜１３４ｃと、最下段に位置し、機器の筐体３００の底面３０１に対して傾斜するように配置された直進部１３４ｄと、これら直進部１３４ａ〜１３４ｄを接続する湾曲部１３５ａ〜１３５ｃとによって構成されている。直進部１３４ａ〜１３４ｄの各々は、湾曲部１３５ａ〜１３５ｃによってその端部同士が連結されている。この複数の並行管１３３の直進部１３４ａ〜１３４ｄには、放熱フィン１３６が複数枚組付けられている。

ここで、凝縮器１３０Ｅの最下段に位置する直進部１３４ｄは、戻り管側母管１３２側に向かうにつれ、筐体３００の底面３０１との距離が減ずる方向に傾斜して配置されている。すなわち、最下段に位置する直進部１３４ｄは、筐体３００の底面３０１に対して角度θ₃だけ傾斜して配置されている。

凝縮器１３０Ｅの並行管１３３内を流動する作動流体は、主に最下段に位置する直進部１３４ｄにて凝縮し液化する。このため、直進部１３４ｄ内で液化した作動流体は、重力の作用により傾斜して配置された直進部１３４ｄ内を戻り管側母管１３２側へと向かって流動し、並行管１３３から流出する。このため、並行管１３３内に液化した作動流体が滞留することはない。この結果、予め最下段に位置する直進部１３４ｄのみを筐体３００の底面３０１に対して所定角度傾斜させて配置しておくことにより、筐体の設置状態の如何を問わずスムーズな作動流体の流動が実現され、安定したループ型サーモサイフォン１００Ｅの動作が実現されるようになる。

（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６におけるループ型サーモサイフォンの構成を示す模式図である。なお、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｆも、上述の実施の形態１〜５と同様にスターリング冷凍機の高温側熱搬送システムとして利用されるものである。このため、上述の実施の形態１〜５と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１３に示すように、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｆの凝縮器１３０Ｆにおいては、複数の並行管１３３の各々は、直線状に延びる直進部１３４ａ〜１３４ｄと、これら直進部１３４ａ〜１３４ｄを接続する湾曲部１３５ａ〜１３５ｃとによって構成されている。直進部１３４ａ〜１３４ｅの各々は、湾曲部１３５ａ〜１３５ｃによってその端部同士が連結されている。この複数の並行管１３３の直進部１３４ａ〜１３４ｅには、放熱フィン１３６が複数枚組付けられている。

ここで、凝縮器１３０Ｅの各々の直進部１３４ａ〜１３４ｄは、作動流体の流動方向において、上流側から下流側（すなわち、送り管側母管１３１側から戻り管側母管１３２側）に向かうにつれて、機器の筐体３００の底面３０１に対する距離が減ずる方向に傾斜して配置されている。特に、最下段に位置する直進部１３４ｄは、筐体３００の底面３０１に対して角度θ₄だけ傾斜して配置されている。

凝縮器１３０Ｅの並行管１３３内を流動する作動流体は、主に最下段に位置する直進部１３４ｄにて凝縮し液化する。しかしながら、環境温度の変化等により、最下段の直進部１３４ｄより上段に位置する直進部１３４ａ〜１３４ｃにおいても作動流体が凝縮し液化する場合がある。このため、直進部１３４ａ〜１３４ｄ内で凝縮し液化した作動流体が、重力の作用により傾斜して配置された直進部１３４ａ〜１３４ｃ内を戻り管側母管１３２側へと向かって流動するように、予め各々の直進部１３４ａ〜１３４ｄを所定角度傾斜させて配置しておくことにより、並行管１３３内に作動流体が滞留することが回避されるようになる。

このように、予め直進部１３４ａ〜１３４ｄを筐体３００の底面３０１に対して所定角度傾斜させて配置しておくことにより、筐体３００の設置状態の如何を問わずスムーズな作動流体の流動が実現されるようになり、結果として安定したループ型サーモサイフォン１００Ｆの動作が実現されるようになる。

（実施の形態７）
図１４は、本発明の実施の形態７におけるループ型サーモサイフォンの構成を示す模式図である。なお、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｇも、上述の実施の形態１〜６と同様にスターリング冷凍機の高温側熱搬送システムとして利用されるものである。このため、上述の実施の形態１〜６と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１４に示すように、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｇの凝縮器１３０Ｇにおいては、上下方向に延びる送り管側母管１３１と、同じく上下方向に延びる戻り管側母管１３２と、これら送り管側母管１３１と戻り管側母管１３２とを接続する複数の並行管１３３とを有する。複数の並行管１３３の各々は直線状に延びる直行管からなり、これら複数の直行管が上下方向に平行に積層されて凝縮器１３０Ｇが構成されている。この複数の並行管１３３には、放熱フィン１３６が複数枚組付けられている。なお、凝縮器１３０Ｇにおいては、送り管側母管１３１の延伸方向と各々の並行管１３３の延伸方向とが直交しかつ戻り管側母管１３２の延伸方向と各々の並行管１３３の延伸方向とが直交するように構成されている。

ここで、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｇにおいては、凝縮器１３０Ｇの各々の並行管１３３が、作動流体の流動方向において、上流側から下流側（すなわち、送り管側母管１３１側から戻り管側母管１３２側）に向かうにつれ、機器の筐体３００の底面３０１に対する距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、凝縮器１３０Ｇの全体が機器の筐体３００の底面３０１に対して角度θ₅だけ傾斜して配置されている。

このように、並行管１３３内にて凝縮し液化した作動流体が、重力の作用により並行管１３３内を戻り管側母管１３２側へと向かって流動するように、予め凝縮器１３０Ｇ全体を傾斜させて配置しておくことにより、並行管１３３内に作動流体が滞留することが回避されるようになる。これにより、筐体３００の設置状態の如何を問わずスムーズな作動流体の流動が実現されるようになり、安定したループ型サーモサイフォン１００Ｇの動作が実現されるようになる。

なお、本実施の形態においては、送り管側母管と戻り管側母管とが上下方向に延在するように配置された凝縮器を例示して説明を行なったが、送り管側母管と戻り管側母管とが水平方向に延在するように配置することも可能である。このように配置した場合には、送り管側母管と戻り管側母管とを接続する並行管である直行管は、水平方向に平行に配列されることになる。この場合にも、凝縮器の各々の並行管が、作動流体の流動方向において、上流側から下流側（すなわち、送り管側母管側から戻り管側母管側）に向かうにつれ、機器の筐体の底面に対する距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、凝縮器の全体を機器の筐体の底面に対して所定角度だけ傾斜して配置することにより、安定したループ型サーモサイフォンの動作が実現されるようになる。

また、送り管側母管と戻り管側母管とを接続する並行管は、必ずしも一列に配置されている必要はない。たとえば、並行管の延伸方向と交差する方向において、並行管が千鳥状に配置されていてもよい。

（実施の形態８）
図１５は、本発明の実施の形態８におけるループ型サーモサイフォンの構成を示す模式図である。なお、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｈも、上述の実施の形態１〜７と同様にスターリング冷凍機の高温側熱搬送システムとして利用されるものである。このため、上述の実施の形態１〜７と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１５に示すように、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｈの凝縮器１３０Ｈにおいては、上下方向に延びる送り管側母管１３１と、同じく上下方向に延びる戻り管側母管１３２と、これら送り管側母管１３１と戻り管側母管１３２とを接続する複数の並行管１３３とを有する。複数の並行管１３３の各々は直線状に延びる直行管からなり、これら複数の直行管が上下方向に平行に積層されて凝縮器１３０Ｈが構成されている。この複数の並行管１３３には、放熱フィン１３６が複数枚組付けられている。なお、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｈにおいては、送り管側母管１３１および戻り管側母管１３２の延伸方向が機器の筐体３００の底面３０１の法線方向と重なるように、送り管側母管１３１および戻り管側母管１３２が配置されている。

ここで、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１００Ｇにおいては、凝縮器１３０Ｇの直行管からなる並行管１３３の各々が、作動流体の流動方向において、上流側から下流側（すなわち、送り管側母管１３１側から戻り管側母管１３２側）に向かうにつれ、機器の筐体３００の底面３０１に対する距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、直行管からなる並行管１３３が機器の筐体３００の底面３０１に対して角度θ₆だけ傾斜して配置されている。

このように、並行管１３３内にて凝縮し液化した作動流体が、重力の作用により並行管１３３内を戻り管側母管１３２側へと向かって流動するように、予め並行管１３３を傾斜させて配置しておくことにより、並行管１３３内に作動流体が滞留することが回避されるようになる。これにより、筐体３００の設置状態の如何を問わずスムーズな作動流体の流動が実現されるようになり、安定したループ型サーモサイフォン１００Ｇの動作が実現されるようになる。

なお、本実施の形態においては、送り管側母管と戻り管側母管とが上下方向に延在するように配置された凝縮器を例示して説明を行なったが、送り管側母管と戻り管側母管とが水平方向に延在するように配置することも可能である。このように配置した場合には、送り管側母管と戻り管側母管とを接続する並行管である直行管は、水平方向に平行に配列されることになる。この場合にも、凝縮器の各々の並行管が、作動流体の流動方向において、上流側から下流側（すなわち、送り管側母管側から戻り管側母管側）に向かうにつれ、機器の筐体の底面に対する距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、凝縮器の全体を機器の筐体の底面に対して所定角度だけ傾斜して配置することにより、安定したループ型サーモサイフォンの動作が実現されるようになる。

また、送り管側母管と戻り管側母管とを接続する並行管は、必ずしも一列に配置されている必要はない。たとえば、並行管の延伸方向と交差する方向において、並行管が千鳥状に配置されていてもよい。

（実施の形態９）
図１６は、本実施の形態におけるスターリング冷却庫の構造を示す模式断面図である。本実施の形態におけるスターリング冷却庫は、筐体内部に設置されるスターリング冷凍機の高温側熱搬送システムとして、上述の実施の形態１から８のいずれかに記載のループ型サーモサイフォンを搭載している。

図１６に示すように、本実施の形態におけるスターリング冷却庫１０は、冷却空間として冷凍空間２８と冷蔵空間２９とを備える。スターリング冷却庫１０は、スターリング冷凍機２００の高温部２０４の冷却を行なう高温側熱搬送システムとしてループ型サーモサイフォン１００を備えている。なお、スターリング冷凍機２００の低温部２０６に発生する極低温は、低温側熱搬送システム２０（図１６中の破線部分参照）によって庫内の冷却に利用される。この低温側の熱搬送システムとしては、高温側熱搬送システムと同様にループ型サーモサイフォンによって構成してもよいし、強制対流型の熱搬送システムとしてもよい。

ここで、高温側熱搬送システムであるループ型サーモサイフォン１００は、スターリング冷凍機２００の高温部２０４の周囲に接触して取り付けられた蒸発器１１０と、送り管および戻り管によって上記蒸発器１１０と接続された凝縮器１３０とから構成される。この蒸発器１１０、凝縮器１３０、送り管１２０および戻り管１４０からなる循環回路内には、たとえばエタノールが添加された水などが冷媒として封入される。そして、冷媒の蒸発と凝縮による自然対流を利用して高温部２０４で発生した熱を伝達することができるように、凝縮器１３０が蒸発器１１０より上方（高所）に配置されている。

図１６に示すように、スターリング冷凍機２００は、スターリング冷却庫１０の背面上部に配置される。また、低温側熱搬送システム２０は、スターリング冷却庫１０の背面側に配置される。これに対し、高温側熱搬送システムであるループ型サーモサイフォン１００は、スターリング冷却庫１０の上部に配置される。なお、ループ型サーモサイフォン１００の凝縮器１３０はスターリング冷却庫１０の上部に設けたダクト２４に内設される。

スターリング冷凍機２００を動作させると、高温部２０４で発生した熱が、ループ型サーモサイフォン１００の凝縮器１３０を介してダクト２４内の空気と熱交換される。このとき、送風ファン２５により、ダクト２４内の暖かい空気がスターリング冷却庫１０の庫外へ排出されるとともに、スターリング冷却庫１０の庫外の空気が取り込まれ、熱交換が促進される。

一方、低温部２０６で発生した極低温は、冷気ダクト２３内の気流（図１６中の矢印）と熱交換される。このとき、冷凍空間側ファン２６および冷蔵空間側ファン２７により、冷却された冷気がそれぞれ冷凍空間２８および冷蔵空間２９に送風される。各冷却空間２８，２９からの暖かくなった気流は再び冷気ダクト２３に導入され、繰り返し冷却される。

上記のスターリング冷却庫に搭載されたループ型サーモサイフォン１００は、上述の実施の形態１〜８のいずれかに記載のループ型サーモサイフォンであるため、スターリング冷却庫１０の筐体の設置状態の如何を問わず安定して動作する。このため、スターリング冷凍機２００を高効率で運転させることが可能になるため、スターリング冷却庫１０の性能も向上するようになる。

なお、上述の実施の形態においては、ループ型サーモサイフォンをスターリング冷凍機の高温側熱搬送システムに採用した場合を例示して説明を行なったが、熱源を有する他のデバイスにも当然に適用可能である。

このように、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の実施の形態１におけるループ型サーモサイフォンの設置構造を示す概略斜視図である。 図１に示すループ型サーモサイフォンの凝縮器の構成を示す模式図である。 図１に示すスターリング冷凍機およびループ型サーモサイフォンの組付け構造を示す模式図であり、（ａ）は組付け前を示す図であり、（ｂ）は組付け後を示す図である。 図１に示すスターリング冷凍機およびループ型サーモサイフォンの組付け構造の他の例を示す模式図であり、（ａ）は組付け前を示す図であり、（ｂ）は組付け後を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるループ型サーモサイフォンの凝縮器の設置状態を示す模式図であり、（ａ）はループ型サーモサイフォンを正面から見た場合を示す図であり、（ｂ）は側方から見た場合を示す図である。 本発明の実施の形態１において、凝縮器が水平面に対して傾斜して配置された場合の作動流体の流れを示す図である。 本発明の実施の形態１において、凝縮器が水平面に対して傾斜して配置された場合の作動流体の流れを示す図である。 本発明の実施の形態２におけるループ型サーモサイフォンの凝縮器の設置状態を示す模式図であり、（ａ）はループ型サーモサイフォンを正面から見た場合を示す図であり、（ｂ）は側方から見た場合を示す図である。 本発明の実施の形態３におけるループ型サーモサイフォンの凝縮器の設置状態を示す模式図であり、（ａ）はループ型サーモサイフォンを正面から見た場合を示す図であり、（ｂ）は側方から見た場合を示す図である。 本発明の実施の形態４におけるループ型サーモサイフォンの凝縮器の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態４におけるループ型サーモサイフォンの設置状態を示す模式図であり、ループ型サーモサイフォンを側方から見た場合の図である。 本発明の実施の形態５におけるループ型サーモサイフォンの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態６におけるループ型サーモサイフォンの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態７におけるループ型サーモサイフォンの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態８におけるループ型サーモサイフォンの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態９におけるスターリング冷却庫の構造を示す模式断面図である。 一般的なループ型サーモサイフォンの構造を示す模式図であり、（ａ）はループ型サーモサイフォンを正面から見た図であり、（ｂ）は側方から見た図である。 一般的な凝縮器の構成を示す模式図であり、凝縮器が水平に設置された場合の作動流体の流れを示す図である。 凝縮器が水平面に対して傾斜して配置された場合の作動流体の流れを示す図である。

符号の説明

１０ スターリング冷却庫、２０ 低温側熱搬送システム、２３ 冷気ダクト、２４ ダクト、２５ 送風ファン、２６ 冷凍空間側ファン、２７ 冷蔵空間側ファン、２８ 冷凍空間、２９ 冷蔵空間、１００，１００Ａ〜１００Ｉ ループ型サーモサイフォン、１１０ 蒸発器、１１２ 内周面、１２０ 送り管、１３０，１３０Ａ〜１３０Ｉ 凝縮器、１３１ 送り管側母管、１３２ 戻り管側母管、１３３ 並行管、１３４ａ〜１３４ｅ 直進部、１３５ａ〜１３５ｄ 湾曲部、１３６ 放熱フィン、１４０ 戻り管、２００ スターリング冷凍機、２０２ 圧力容器、２０４ 高温部、２０６ 低温部、２５０ 支持台、２５２ 底板、２５４ａ〜２５４ｃ 支持部、２５５ 締着バンド、２５５ａ 円弧状部、２５５ｂ 巻き付け部、２５５ｃ 締結部、２５７ 台座、２５７ａ 受け部、２６０ ボルトナット、３００ 筐体、３０１ 底面、４０１ 床面、５００ 作動流体の流動方向、５０２ 液化した作動流体、５０３ 液面。

Claims (9)

1. 熱源を有する機器の筐体に搭載され、閉回路内に封入された作動流体を用いて前記熱源から熱を伝達するループ型サーモサイフォンであって、
   前記閉回路は、
   前記熱源から熱を奪い、前記作動流体を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮器と、
   前記蒸発器にて蒸発した作動流体を前記凝縮器へ送る送り管と、
   前記凝縮器にて凝縮した作動流体を前記蒸発器へ戻す戻り管とによって構成されており、
   前記凝縮器は、一方向に向かって延びる直進部が上下方向に複数段にわたって積層されかつ前記複数段にわたって積層された直進部同士が湾曲部によって接続されてなる蛇行管を有し、
   前記蛇行管の直進部のうち最下段に位置する直進部が、前記戻り管側に向かうにつれて、前記筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されている、ループ型サーモサイフォン。
2. 熱源を有する機器の筐体に搭載され、閉回路内に封入された作動流体を用いて前記熱源から熱を伝達するループ型サーモサイフォンであって、
   前記閉回路は、
   前記熱源から熱を奪い、前記作動流体を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮器と、
   前記蒸発器にて蒸発した作動流体を前記凝縮器へ送る送り管と、
   前記凝縮器にて凝縮した作動流体を前記蒸発器へ戻す戻り管とによって構成されており、
   前記凝縮器は、
   前記送り管に接続され、導入された作動流体を分流する送り管側母管と、
   前記戻り管に接続され、分流された作動流体を合流させる戻り管側母管と、
   前記送り管側母管と前記戻り管側母管とを接続し、互いに並行するように配置された複数の並行管とを含む組立体からなり、
   前記並行管の各々は、第１の方向に向かって延びる直進部が上下方向に複数段にわたって平行に積層されかつ前記複数段にわたって積層された直進部同士が湾曲部によって接続されてなる蛇行管によって構成されており、
   前記蛇行管の直進部のうち最下段に位置する直進部が、前記戻り管側母管側に向かうにつれて、前記筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されるように、前記凝縮器の全体が前記筐体の底面に対して傾斜して配置されている、ループ型サーモサイフォン。
3. 前記傾斜して配置された凝縮器の前記筐体の底面に対する傾斜角が、０°より大きく６°以下である、請求項２に記載のループ型サーモサイフォン。
4. 前記戻り管側母管は、前記第１の方向と交差する第２の方向に向かって延びており、
   前記戻り管は、前記第２の方向に向かって延びる戻り管側母管の一方端近傍に接続されており、
   前記戻り管側母管が、前記一方端とは反対側に位置する他方端側から前記一方端側に向かうにつれて、前記筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されている、請求項２または３に記載のループ型サーモサイフォン。
5. 熱源を有する機器の筐体に搭載され、閉回路内に封入された作動流体を用いて前記熱源から熱を伝達するループ型サーモサイフォンであって、
   前記閉回路は、
   前記熱源から熱を奪い、前記作動流体を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮器と、
   前記蒸発器にて蒸発した作動流体を前記凝縮器へ送る送り管と、
   前記凝縮器にて凝縮した作動流体を前記蒸発器へ戻す戻り管とによって構成されており、
   前記凝縮器は、
   前記送り管に接続され、導入された作動流体を分流する送り管側母管と、
   前記戻り管に接続され、分流された作動流体を合流させる戻り管側母管と、
   前記送り管側母管と前記戻り管側母管とを接続し、互いに並行するように配置された複数の並行管とを含む組立体からなり、
   前記戻り管側母管は、一方向に向かって延びており、
   前記戻り管は、前記一方向に向かって延びる戻り管側母管の一方端近傍に接続されており、
   前記戻り管側母管が、前記一方端とは反対側に位置する他方端側から前記一方端側に向かうにつれて、前記筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されている、ループ型サーモサイフォン。
6. 熱源を有する機器の筐体に搭載され、閉回路内に封入された作動流体を用いて前記熱源から熱を伝達するループ型サーモサイフォンであって、
   前記閉回路は、
   前記熱源から熱を奪い、前記作動流体を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器にて蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮器と、
   前記蒸発器にて蒸発した作動流体を前記凝縮器へ送る送り管と、
   前記凝縮器にて凝縮した作動流体を前記蒸発器へ戻す戻り管とによって構成されており、
   前記凝縮器は、
   前記送り管に接続され、導入された作動流体を分流する送り管側母管と、
   前記戻り管に接続され、分流された作動流体を合流させる戻り管側母管と、
   前記送り管側母管と前記戻り管側母管とを接続し、互いに並行するように配置された複数の直行管とを含む組立体からなり、
   前記直行管の各々が、前記戻り管側母管側に向かうにつれて、前記筐体の底面との距離が減ずる方向に傾斜して配置されている、ループ型サーモサイフォン。
7. スターリング冷凍機を搭載したスターリング冷却庫であって、
   前記スターリング冷凍機は、請求項１から６のいずれかに記載のループ型サーモサイフォンを備えており、
   前記蒸発器が、前記スターリング冷凍機の高温部と熱交換させるように構成された、スターリング冷却庫。
8. 外形が略円筒状の熱源に対して組付けられるループ型サーモサイフォンの組付け構造であって、
   半円弧状に２分割されてなる第１および第２の蒸発器と、
   前記第１および第２の蒸発器が円形に組み合わされた状態にて、前記第１および第２の蒸発器を受入れる載置部を有する載置台と、
   前記載置台に少なくとも一箇所が固定されてなる締着バンドとを備え、
   前記第１および第２の蒸発器のそれぞれの内周面が前記熱源の外周面に当接した状態にて、前記第１および第２の蒸発器が前記載置部に載置され、かつ前記締着バンドによって前記第１および第２の蒸発器が前記載置台に固定されてなる、ループ型サーモサイフォンの組付け構造。
9. 前記締着バンドは、一端が前記載置台に固定されてなる第１および第２バンド部からなり、前記第１および第２バンド部の他端側が締結手段によって締め付けられることにより、前記第１および第２の蒸発器が前記載置台に固定されている、請求項８に記載のループ型サーモサイフォンの組付け構造。

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