JP2008008573A - Designing method for loop heat pipe - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for designing size of each component of a loop heat pipe from predetermined operation conditions and predetermined design parameters. <P>SOLUTION: In the designing method for the loop heat pipe, on the basis of the predetermined operation conditions and the predetermined design parameters, a steam pipe diameter, a liquid pipe diameter, bayonet pipe diameter, a wick inner diameter, a wick outer diameter, a wick thickness, and a cross-section area ratio between a steam channel and a liquid channel are calculated, an evaporator length is calculated, a loop pressure loss of adding all pressure losses caused by a steam passage, a liquid passage, a condenser, an evaporator, ports, and fittings of the loop heat pipe is calculated, a capillary tube radius and velocity of a wick are calculated, a condenser pipe diameter, a condenser length, reservoir volume, a reservoir diameter, and a reservoir length are calculated, and an area of a radiator, an interval of a feeder, and a thickness of fins are calculated. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ループヒートパイプの構成要素を設計する方法に関し、より詳細には、所定の運用条件および所定の設計パラメータに基づいてループヒートパイプの構成要素の寸法を算定する方法に関する。   The present invention relates to a method for designing components of a loop heat pipe, and more particularly to a method for calculating dimensions of components of a loop heat pipe based on predetermined operating conditions and predetermined design parameters.

従来、ループヒートパイプの設計は構成要素ごと別々に行われてきている。例えば、エバポレータに関しては、特許文献1において、ウイックが冷媒を吸収して外部へ移送する際の熱交換効率の向上を可能とするように設計されるエバポレータが提案されている。しかしながら、これはエバポレータのサイジングおよびウイックの形成構造を指定する方法を提供するものではない。また、ループヒートパイプ全体の設計として、エバポレータ、コンデンサ、蒸気管・液管、リザーバ等を、一貫した設計思想でサイジングしたものはこれまでに存在していない。そのため、現状のループヒートパイプでは各要素間に流熱的不整合が生じるので、本来的性能が得られていない。また、エバポレータ、ウイックの毛管半径およびポロシティの相関規定式も不詳なため、運用条件に即したウイック製作仕様を提示できていない。さらに、上記構成要素のサイジングにあたり共通的に使用し得る解析式が未整備なため、類似試作結果からウイックの内径および厚さ、コンデンサ長等を決めているのが実情である。このように、ループヒートパイプの設計解析法は、合理的なものは開発されていない。   Conventionally, the design of the loop heat pipe has been performed separately for each component. For example, regarding an evaporator, Patent Document 1 proposes an evaporator that is designed to improve heat exchange efficiency when a wick absorbs a refrigerant and transfers it to the outside. However, this does not provide a way to specify the evaporator sizing and wick formation structure. In addition, as a design of the entire loop heat pipe, there has been no sizing of an evaporator, a condenser, a steam pipe / liquid pipe, a reservoir, etc. with a consistent design concept. For this reason, in the current loop heat pipe, the thermal performance mismatch occurs between the elements, so that the original performance is not obtained. Moreover, since the correlation formula of the evaporator, the capillary radius of the wick and the porosity is unknown, the wick production specification that matches the operating conditions cannot be presented. Further, since analytical formulas that can be commonly used for sizing the above-described components are not yet developed, the actual situation is that the inner diameter and thickness of the wick, the capacitor length, and the like are determined from the similar prototype results. Thus, a rational design method for loop heat pipe has not been developed.

特開2005−106313号JP 2005-106313 A

本発明は、上記のような技術的背景に基づいてなされたものであり、その目的は、ループヒートパイプにおけるエバポレータをサイジングすることおよびウイックの形成構造を指定することである。加えて、ループヒートパイプ全体の構成に対して、ループヒートパイプを運用条件に適合するようにシステムとして設計するため、運用条件を計算入力とするトップダウン型設計計算アルゴリズムおよびそれを構成する設計解析式を提供することである。   The present invention has been made on the basis of the technical background as described above, and an object thereof is to size an evaporator in a loop heat pipe and to specify a formation structure of a wick. In addition, in order to design the loop heat pipe as a system that conforms to the operating conditions for the entire loop heat pipe configuration, a top-down design calculation algorithm that uses the operating conditions as a calculation input and the design analysis that constitutes it Is to provide an expression.

上記課題を解決するために、理論解析を特徴とする本発明によれば、
内部に管状のウイックを配置したエバポレータ、前記ウイックの内側に位置するリザーバ、冷媒蒸気を放熱して凝縮する蛇管状のコンデンサ・サブクーラ、該コンデンサ・サブクーラを内部に配置するラジエータ、前記エバポレータからの蒸気を前記コンデンサ・サブクーラに送る蒸気管、前記コンデンサ・サブクーラで放熱して凝縮され、さらに過冷却された冷媒液を前記リザーバに送るための液管、および該液管から延びており前記リザーバ内に開口部を有するバイオネット管から構成されるループヒートパイプにおいて、エバポレータのウイックの外径と内径の比を算定する方法であって、
エバポレータの液管側温度と蒸気管側温度との差であるエバポレータ軸方向温度差の、バイオネット管の温度とウイックの外径部温度との差であるエバポレータ径方向温度差に対する比を示すエバポレータの温度効率を1から減算した値の自然対数の負数として伝達ユニット数を算定するステップと、
ウイックの熱伝導と液透過に関するエネルギー方程式の解として得られた径方向温度分布のウイック内径における温度勾配からエバポレータの径方向コンダクタンスを求め、該径方向コンダクタンスから定まる、エバポレータの伝達ユニット数とウイックの外径と内径の比の関係式と、
前記エネルギー方程式の解に現れるウイックの径方向距離の冪数がエバポレータを熱交換器としてみなしたときの伝達ユニット数の逆数であるという関係式とからウイックの外径と内径の比を算定するステップとを備えたことを特徴とする方法が提供される。
In order to solve the above problems, according to the present invention characterized by theoretical analysis,
An evaporator having a tubular wick disposed therein, a reservoir located inside the wick, a serpentine condenser subcooler that dissipates and condenses refrigerant vapor, a radiator that disposes the condenser subcooler, and steam from the evaporator A steam pipe for sending the refrigerant liquid to the condenser subcooler, a liquid pipe for transferring the refrigerant liquid condensed and radiated by the condenser subcooler to the reservoir, and extending from the liquid pipe into the reservoir In a loop heat pipe composed of a bayonet tube having an opening, a method for calculating the ratio between the outer diameter and inner diameter of the evaporator wick,
The evaporator shows the ratio of the evaporator axial temperature difference, which is the difference between the evaporator liquid tube side temperature and the steam pipe side temperature, to the evaporator radial temperature difference, which is the difference between the bayonet tube temperature and the wick outer diameter temperature. Calculating the number of transmission units as the negative of the natural logarithm of the value obtained by subtracting the temperature efficiency of 1 from
The radial conductance of the evaporator is obtained from the temperature gradient at the wick inner diameter of the radial temperature distribution obtained as a solution of the energy equation for heat conduction and liquid permeation of the wick, and the number of evaporator transmission units and the wick Relational expression of ratio of outer diameter to inner diameter,
Calculating the ratio of the outer diameter and the inner diameter of the wick from the relational expression that the power of the radial distance of the wick appearing in the solution of the energy equation is the reciprocal of the number of transmission units when the evaporator is regarded as a heat exchanger. A method characterized by comprising:

また、本発明にかかる別の特徴によれば、
内部に管状のウイックを配置したエバポレータ、前記ウイックの内側に位置するリザーバ、冷媒蒸気を放熱して凝縮する蛇管状のコンデンサ・サブクーラ、該コンデンサ・サブクーラを内部に配置するラジエータ、前記エバポレータからの蒸気を前記コンデンサ・サブクーラに送る蒸気管、前記コンデンサ・サブクーラで放熱して凝縮され、さらに過冷却された冷媒液を前記リザーバに送るための液管、および該液管から延びており前記リザーバ内に開口部を有するバイオネット管から構成されるループヒートパイプにおいて、エバポレータのウイックの空孔率を示すポロシティを算定する方法であって、
ウイックの毛管半径、ウイックの毛管圧頭、ウイック圧損と毛管圧頭との比、液定圧比熱、飽和液の粘性係数と密度との比を示す液動粘性係数、エバポレータの液管側温度と蒸気管側温度との差であるエバポレータ軸方向温度差の、バイオネット管の温度とウイックの外径部温度との差であるエバポレータ径方向温度差に対する比を示すエバポレータ温度効率が設定値として与えられている状態で、
前記方法は、
前記エバポレータの温度効率を1から減算した値の自然対数の負数として伝達ユニット数を算定するステップと、
ウイックの熱伝導と液透過に関するエネルギー方程式の解として得られた径方向温度分布のウイック内径における温度勾配からエバポレータの径方向コンダクタンスを求め、該径方向コンダクタンスから求められる、エバポレータの伝達ユニット数とウイックの外径と内径の比の関係式と、前記エネルギー方程式の解に現れるウイックの径方向距離の冪数がエバポレータを熱交換器としてみなしたときの伝達ユニット数の逆数であるという関係式とからウイックの外径と内径の比を算定するステップと、
前記ウイックの外径と内径の比、前記伝達ユニット数、液定圧比熱、液動粘性係数、ウイック圧損と毛管圧頭との比、および毛管圧頭から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の解析値と、ウイック材の物性および構造から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の計算値とが等しくなるようにウイックのポロシティを算定するステップであって、
ウイックの形成構造に基づいて定められる、ウイックの毛管半径およびポロシティとウイックの材料固有の液透過率との関係式と、
ウイックの形成構造に基づいて定められる、ウイックの熱伝導率およびポロシティとウイックの実効熱伝導率との関係式と、
ウイックの熱伝導と液透過との相関性から定められる、ウイックの形状補正液透過率とウイックの実効熱伝導率との比とウイックの毛管半径とウイックの外径と内径の比との関係式からウイックのポロシティを算定するステップとを備えたことを特徴とする方法が提供される。
According to another feature of the present invention,
An evaporator having a tubular wick disposed therein, a reservoir located inside the wick, a serpentine condenser subcooler that dissipates and condenses refrigerant vapor, a radiator that places the condenser subcooler therein, and a vapor from the evaporator A steam pipe for sending the refrigerant liquid to the condenser subcooler, a liquid pipe for releasing the refrigerant liquid condensed by the condenser subcooler, and a supercooled refrigerant liquid to the reservoir, and extending from the liquid pipe into the reservoir In a loop heat pipe composed of a bayonet tube having an opening, a method for calculating a porosity indicating the porosity of an evaporator wick,
Capillary radius of wick, wick capillary head, ratio of wick pressure loss to capillary pressure head, liquid constant pressure specific heat, liquid viscosity coefficient indicating the ratio between viscosity coefficient and density of saturated liquid, evaporator liquid side temperature and steam Evaporator temperature efficiency indicating the ratio of the evaporator axial temperature difference, which is the difference from the pipe side temperature, to the evaporator radial temperature difference, which is the difference between the temperature of the bayonet tube and the outer diameter of the wick, is given as a set value. In the state
The method
Calculating the number of transmission units as the negative of the natural logarithm of the value obtained by subtracting the temperature efficiency of the evaporator from 1;
The radial conductance of the evaporator is obtained from the temperature gradient at the wick inner diameter of the radial temperature distribution obtained as a solution of the energy equation for heat conduction and liquid permeation of the wick, and the number of evaporator transmission units and the wick obtained from the radial conductance are obtained. From the relational expression of the ratio of the outer diameter and the inner diameter of the wick, and the relational expression that the power of the radial distance of the wick appearing in the solution of the energy equation is the reciprocal of the number of transmission units when the evaporator is regarded as a heat exchanger. Calculating the ratio of the outer diameter to the inner diameter of the wick;
The ratio of the outer diameter and inner diameter of the wick, the number of the transmission units, the constant fluid pressure specific heat, the fluid dynamic viscosity coefficient, the ratio between the wick pressure loss and the capillary pressure head, and the thermal conductivity and liquid permeability of the wick determined from the capillary pressure head. The step of calculating the porosity of the wick so that the calculated value of the ratio of the thermal conductivity of the wick determined by the physical properties and structure of the wick material and the ratio of the liquid permeability is equal,
The relationship between the capillary radius and porosity of the wick, which is determined based on the wick formation structure, and the liquid permeability specific to the wick material,
The relationship between the thermal conductivity of the wick and the porosity and the effective thermal conductivity of the wick, determined based on the wick formation structure,
The relationship between the ratio between the wick shape correction liquid permeability and the wick effective thermal conductivity, the wick capillary radius, and the ratio between the wick outer diameter and the inner diameter, determined from the correlation between wick heat conduction and liquid permeation. A wick porosity is calculated.

また、本発明は、以下の反復計算不要な数式構成となっている。本発明にかかる更に別の特徴によれば、
内部に管状のウイックを配置したエバポレータ、前記ウイックの内側に位置するリザーバ、冷媒蒸気を放熱して凝縮する蛇管状のコンデンサ・サブクーラ、該コンデンサ・サブクーラを内部に配置するラジエータ、前記エバポレータからの蒸気を前記コンデンサ・サブクーラに送る蒸気管、前記コンデンサ・サブクーラで放熱して凝縮され、さらに過冷却された冷媒液を前記リザーバに送るための液管、および該液管から延びており前記リザーバ内に開口部を有するバイオネット管から構成されるループヒートパイプにおいて、該ループヒートパイプの設計仕様として指定される所定の運用条件および前記設計仕様に基づいて設定値として与えられる所定の設計パラメータからループヒートパイプの各構成要素の寸法を算定する方法であって、
前記各構成要素の寸法は、蒸気管径、液管径、バイオネット管径、ウイック内径、ウイック外径、ウイック厚、冷媒蒸気の通路である蒸気チャンネルと冷媒液の通路である液チャンネルとの断面積比、エバポレータ長、ウイック毛管半径、ウイックの空孔率を示すポロシティ、コンデンサ・サブクーラの管径、コンデンサ・サブクーラの長さ、リザーバの容積、リザーバの直径、ラジエータの面積、フィーダの半間隔、フィンの厚さであり、
前記所定の運用条件は、エバポレータに対する熱負荷、蒸気温度、エバポレータおよびリザーバの周辺環境温度であるアンビエント温度、ラジエータの放熱環境温度である熱シンク温度、蒸気路長、液路長、エバポレータとコンデンサとの間の高低差、および重力加速度のそれぞれの値が指定されており、
前記所定の設計パラメータは、エバポレータの液管側温度と蒸気管側温度との差であるエバポレータ軸方向温度差の、バイオネット管の温度とウイックの外径部温度との差であるエバポレータ径方向温度差に対する比を示すエバポレータ温度効率、安定凝縮させる重力の毛管力に対する比を示す臨界ボンド数、蒸気チャンネルと蒸気管の断面積比、ウイックの最大毛管圧力を決めるにあたってループ圧損の設計マージンを示す毛管圧頭ファクタ、エバポレータに対する単位面積当りの熱負荷、エバポレータのウイック装着可能な部分の長さであるエバポレータの有効長と全長の比、エバポレータのサドル幅とウイック外径の比、エバポレータの設置場所周辺であるアンビエントとウイックとの間の熱コンダクタンス、蒸気路の単位長さ当りの圧損を示す蒸気路圧損勾配、液路の単位長さ当りの圧損を示す液路圧損勾配、コンデンサの単位排熱量当りの圧損を示すコンデンサ圧損率、ウイック圧損と毛管圧頭との比、サブクーラの入口の液温度と出口の液温度との差であるサブクーラの軸方向温度差に対するサブクーラの入口の液温度と管壁の温度との差である径方向温度差の比を示すサブクーラ温度効率、リザーバ内で冷媒液が占める割合を示すリザーバ内の低温起動時液体積率、リザーバ内で冷媒蒸気が占める割合を示すリザーバ内の高温起動時蒸気体積率、ラジエータ・パネルの表裏両面のうち放熱に使用し得る割合を示すラジエータの実効面積率、およびラジエータ・パネルの温度がフィン・ルートから離れるに従って低下することを考慮した場合の放熱量と低下せず一様とした場合の放熱量との比を示すラジエータ・フィン効率のそれぞれの値が与えられており、
冷媒物性算定式を用いて、冷媒の所定温度での飽和蒸気圧、飽和蒸気圧曲線の温度微係数である圧力勾配、蒸気密度、蒸気定圧比熱と蒸気定積比熱との比を示す蒸気比熱比、蒸気粘性係数、液密度、液定圧比熱、液粘性係数、飽和液の粘性係数と密度との比を示す液動粘性係数、液表面張力、および気化潜熱を算定した状態で、
前記方法は、
熱負荷、蒸気管圧損勾配、液管圧損勾配、臨界ボンド数、エバポレータ温度効率、および蒸気チャンネルと蒸気管との断面積比に基づいて、蒸気管径、液管径、バイオネット管径、ウイック内径、ウイック外径、ウイック厚、および蒸気チャンネルと液チャンネルの断面積比を算定するエバポレータの径方向サイジングステップと、
熱負荷、エバポレータの有効長と全長の比、サドル幅とウイック外径の比、および単位面積当りの熱負荷に基づいて、エバポレータ長を算定するエバポレータの軸方向サイジングステップと、
ループヒートパイプの蒸気路、液路、コンデンサ、エバポレータ、ポート、およびフィッティングによる圧損を全て合算したループ圧損を算定するステップと、
エバポレータとコンデンサとの間の高低差、重力加速度、毛管圧頭ファクタ、およびウイック圧損と毛管圧頭との比に基づいて、毛管半径およびポロシティを算定するウイック特性指定ステップと、
熱負荷、アンビエント温度、コンデンサ圧損率、サブクーラ温度効率、リザーバ内の低温起動時液体積率、およびリザーバ内の高温起動時蒸気体積率に基づいて、コンデンサ管径、コンデンサ・サブクーラの長さ、リザーバの容積、リザーバの直径、およびリザーバの長さを算定するコンデンサおよびリザーバのサイジングステップと、
熱負荷、蒸気温度、熱シンク温度、ラジエータの実効面積率、およびラジエータ・フィン効率に基づいて、ラジエータの面積、フィーダの半間隔、およびフィンの厚さを算定するラジエータのサイジングステップとを備えており、
前記エバポレータの径方向サイジングステップにおいて、
蒸気管径は、蒸気管の流れが乱流であるとしたときの、蒸気粘性係数と蒸気密度と気化潜熱と熱負荷と蒸気路圧損勾配との関係から算定し、
液管径は、液管の流れが層流であるとしたときの、液動粘性係数と気化潜熱と熱負荷と液路圧損勾配との関係から算定し、
バイオネット管径は、液管径と同一であるとして算定し、
ウイック内径は、臨界ボンド数、液表面張力、液密度、蒸気密度および重力加速度によって定まる液チャンネルのアニュラ・スペース全幅とバイオネット管径とを加算することにより算定し、
ウイック外径は、エバポレータ温度効率を伝達ユニット数に変換し、該伝達ユニット数により定まるウイックの外径と内径の比とウイックの内径とを乗算することにより算定し、
ウイック厚は、ウイックの外径と内径の比から1を減算した値をウイック内径と乗算した値を2で除算した値として算定し、
蒸気チャンネルに対する液チャンネルの断面積比は、蒸気管径をウイック内径で除算した値の2乗を蒸気チャネルと蒸気管の面積比で除算した値として算定し、
前記エバポレータの軸方向サイジングステップにおいて、
エバポレータ長は、熱負荷を、エバポレータ・サドル幅とウイック外径の比とエバポレータの有効長と全長の比とウイック外径と単位面積当たりの熱負荷とを乗じたエバポレータの単位長さ当りの熱負荷で除算した値として算定し、
前記ループ圧損を算定するステップにおいて、
蒸気路圧損は、蒸気路圧損勾配と蒸気路長とを乗算することにより算定し、
液路圧損は、液路圧損勾配と液路長とを乗算することにより算定し、
コンデンサ圧損は、アンビエント温度から蒸気温度を減算した値と、アンビエントとウイックとの間の熱コンダクタンスとを乗算した値であるリザーバからの侵入熱をエバポレータに対する熱負荷と加算した値にコンデンサ圧損率を乗算することにより算定し、
エバポレータ圧損は、蒸気チャンネルと蒸気管の断面積比およびバイオネット管とウイック内径の比から定まるエバポレータ圧損係数に比例し、バイオネット管径の4乗に反比例し、熱負荷の2乗に比例し、液動粘性係数を気化潜熱で除算した値に比例し、熱負荷の2乗に比例し、エバポレータの単位長さ当りの熱負荷に反比例する関係から算定し、
ポート圧損は、蒸気チャンネルと蒸気管の断面積比から定まる蒸気ポート圧損係数と、蒸気チャンネルに対する液チャンネルの断面積比の1000分の1とする臨界マッハ数を2乗した値と、蒸気比熱比と、飽和蒸気圧とを乗算した値の2分の1の値として算定し、
フィティング圧損は、蒸気管とコンデンサの断面積比から定まる蒸気フィティング圧損係数を蒸気密度に蒸気管径の4乗を乗じた値で除算した値に、コンデンサと液管の断面積比から定まる液フィティング圧損係数にコンデンサ出口での断面変化ファクタの2乗を乗算した値を液密度に液管径の4乗を乗じた値で除算した値を加算した値に比例し、熱負荷を気化潜熱で除算した値の2乗に比例するという関係から算定し、
ループ圧損は、前記蒸気路圧損と前記液路圧損と前記コンデンサ圧損と前記エバポレータ圧損と前記ポート圧損と前記フィティング圧損とを合算することにより算定し、
前記ウイック特性指定ステップにおいて、
ウイック毛管半径は、液表面張力に比例し、ウイック圧損と毛管圧頭との比を1から減算した値に比例し、毛管圧頭ファクタとループ圧損とを乗算した値にエバポレータとコンデンサの間の高低差から定まる重力損を加算した値に比例する関係から算定し、
ウイックのポロシティは、
伝達ユニット数、液定圧比熱、液動粘性係数、ウイック圧損と毛管圧頭との比、および毛管圧頭から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の解析値と、ウイック材の物性および構造から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の計算値とが等しくなるように、
ウイックの形成構造に基づいて定められる、ウイックの毛管半径およびポロシティとウイックの材料固有の液透過率との関係式と、
ウイックの形成構造に基づいて定められる、ウイックの熱伝導率およびポロシティとウイックの実効熱伝導率との関係式と、
ウイックの熱伝導と液透過との相関性から定められる、ウイックの形状補正液透過率とウイックの実効熱伝導率との比とウイックの毛管半径とウイックの外径と内径の比との関係式から算定し、
前記コンデンサおよびリザーバのサイジングステップにおいて、
毛管圧頭ファクタとループ圧損とを乗算した値に重力損を加算した値を蒸気温度における圧力勾配で除算することによりウイック径方向温度差を求め、気化潜熱を液定圧比熱で除算した値を前記ウイック径方向温度差に加算し、その値をリザーバからの侵入熱を熱負荷で除算した値と乗算することにより過冷却度を求め、気化潜熱を液定圧比熱に前記サブクーラの過冷却度を乗算した値で除算することにより潜熱と顕熱の比を求め、前記潜熱と顕熱の比に、サブクーラ温度効率を乗算した値を、蒸気と液の密度比から定まる二相伝熱係数増倍乗数と、サブクーラの温度効率に1を加算した値と、サブクーラの温度効率に1を加算した値に対する自然対数とを乗算した値で除算することからコンデンサの二相と単相の領域比を求め、コンデンサ・サブクーラの管径は、前記コンデンサの二相と単相の領域比から定まる二相域割合を蒸気管径と乗算した値と、前記コンデンサの二相と単相の領域比から定まる単相域割合を液管径と乗算した値とを加算することにより算定し、
蒸気管の流れは乱流、液管の流れは層流であるとして蒸気粘性係数と蒸気密度と液動粘性係数と気化潜熱と熱負荷とコンデンサ・サブクーラの管径とから蒸気域圧損と液域圧損の比を求め、コンデンサ・サブクーラの長さは、該コンデンサ・サブクーラの長さが、コンデンサ圧損率に比例し、液路圧損勾配に反比例し、コンデンサ・サブクーラの管径を蒸気管径で除算した値の4乗に比例し、熱負荷にリザーバからの侵入熱を加算した値に比例し、平均二相摩擦係数増倍乗数、二相域割合、および蒸気域圧損と液域圧損の比を乗算した値を単相域割合と加算した値に反比例するという関係から算定し、
リザーバの容積は、コンデンサ・サブクーラの長さおよびコンデンサ・サブクーラの管径から定まるコンデンサ容積と蒸気管径から定まる蒸気管容積とを加算した値を、低温起動時液体積率と高温起動時蒸気体積率とを加算して1から減算した値と乗算することにより算定し、
リザーバ直径は、リザーバの容積から表面積が最小となるように算定し、
リザーバ長は、リザーバ直径と同じ値として算定し、
前記ラジエータのサイジングステップにおいて、
フィン・ルート温度を、サブクーラの温度効率の逆数に1を加算した値にサブクーラの過冷却度を乗算した値を飽和蒸気温度から減算することにより求め、ラジエータの面積は、熱負荷とリザーバからの侵入熱とを加算した値に比例し、ラジエータの実効面積率とラジエータ・フィン効率と輻射熱伝達係数とフィン・ルート温度から熱シンク温度を減算した値とを乗算した値に反比例するという関係から算定し、
フィーダの半間隔は、ラジエータの面積をコンデンサ・サブクーラの長さの2倍の値で除算した値として算定し、
フィンの厚さは、フィンの熱伝導率に反比例し、ラジエータの実効面積率に比例し、輻射熱伝達係数に比例し、フィーダの半間隔をフィン効率から定まるフィン伝導パラメータで除算した値の2乗に比例する関係から算定したことを特徴とする方法が提供される。
Further, the present invention has the following mathematical formula configuration that does not require iterative calculation. According to yet another feature of the invention,
An evaporator having a tubular wick disposed therein, a reservoir located inside the wick, a serpentine condenser subcooler that dissipates and condenses refrigerant vapor, a radiator that disposes the condenser subcooler, and steam from the evaporator A steam pipe for sending the refrigerant liquid to the condenser subcooler, a liquid pipe for releasing the refrigerant liquid condensed by the condenser subcooler, and a supercooled refrigerant liquid to the reservoir, and extending from the liquid pipe into the reservoir In a loop heat pipe composed of a bayonet tube having an opening, loop heat from a predetermined operating condition specified as a design specification of the loop heat pipe and a predetermined design parameter given as a set value based on the design specification A method for calculating the dimensions of each component of a pipe.
The dimensions of each of the constituent elements are as follows: vapor pipe diameter, liquid pipe diameter, bayonet pipe diameter, wick inner diameter, wick outer diameter, wick thickness, a vapor channel that is a refrigerant vapor passage and a liquid channel that is a refrigerant liquid passage. Cross-sectional area ratio, evaporator length, wick capillary radius, porosity indicating wick porosity, condenser subcooler tube diameter, condenser subcooler length, reservoir volume, reservoir diameter, radiator area, feeder half-spacing The thickness of the fins,
The predetermined operating conditions include the heat load on the evaporator, the steam temperature, the ambient temperature that is the ambient temperature of the evaporator and the reservoir, the heat sink temperature that is the heat dissipation environment temperature of the radiator, the steam path length, the liquid path length, the evaporator and the condenser The height difference between and the values of gravity acceleration are specified,
The predetermined design parameter is the difference between the temperature of the bayonet tube and the outer diameter temperature of the wick of the evaporator axial temperature difference, which is the difference between the liquid pipe side temperature and the vapor pipe side temperature of the evaporator. Evaporator temperature efficiency indicating the ratio to temperature difference, critical bond number indicating the ratio of gravity to stable capillary force to capillary force, cross-sectional area ratio of steam channel and steam tube, and design margin of loop pressure loss in determining the maximum capillary pressure of wick Capillary crush factor, heat load per unit area on the evaporator, the ratio of the evaporator's effective length to the total length, the ratio of the evaporator saddle width to the wick outer diameter, the location of the evaporator Thermal conductance between ambient ambient and wick, per unit length of steam path Vapor path pressure loss gradient indicating the loss, liquid pressure loss gradient indicating the pressure loss per unit length of the liquid path, condenser pressure loss ratio indicating the pressure loss per unit exhaust heat amount of the condenser, ratio of wick pressure loss to capillary pressure head, subcooler Subcooler temperature efficiency, which indicates the ratio of the radial temperature difference that is the difference between the subcooler inlet liquid temperature and the tube wall temperature to the subcooler axial temperature difference that is the difference between the inlet liquid temperature and the outlet liquid temperature, reservoir Used for heat dissipation of both the front and back sides of the radiator panel, the volume ratio of the liquid at the time of cold start in the reservoir indicating the ratio of the refrigerant liquid in the tank, the volume ratio of the steam at the high temperature start-up in the reservoir indicating the ratio of the refrigerant vapor in the reservoir Heat dissipation when considering the effective area ratio of the radiator that shows the possible ratio, and that the temperature of the radiator panel decreases with increasing distance from the fin root And each value given radiator fin efficiency indicating a ratio of the heat radiation amount if,
Vapor specific heat ratio indicating the ratio of the saturated vapor pressure at a given temperature of the refrigerant, the pressure gradient that is the temperature differential coefficient of the saturated vapor pressure curve, the vapor density, and the constant vapor specific heat and the constant vapor specific heat using the refrigerant physical property calculation formula. In a state where the vapor viscosity coefficient, liquid density, liquid constant pressure specific heat, liquid viscosity coefficient, liquid dynamic viscosity coefficient indicating the ratio of saturated liquid viscosity coefficient and density, liquid surface tension, and latent heat of vaporization are calculated.
The method
Steam pipe diameter, liquid pipe diameter, bayonet pipe diameter, wick based on heat load, steam pipe pressure drop slope, liquid pipe pressure drop slope, critical number of bonds, evaporator temperature efficiency, and cross-sectional area ratio between steam channel and steam pipe Evaporator radial sizing step to calculate inner diameter, wick outer diameter, wick thickness, and cross-sectional area ratio of vapor channel and liquid channel;
An axial sizing step of the evaporator that calculates the evaporator length based on the thermal load, the ratio between the effective length and total length of the evaporator, the ratio between the saddle width and the wick outer diameter, and the thermal load per unit area;
A step of calculating a loop pressure loss including the pressure loss due to the steam path, liquid path, condenser, evaporator, port, and fitting of the loop heat pipe, and
A wick characterization step that calculates the capillary radius and porosity based on the elevation difference between the evaporator and the capacitor, gravitational acceleration, capillary crest factor, and the ratio of wick pressure drop to capillary crest;
Based on heat load, ambient temperature, condenser pressure loss rate, subcooler temperature efficiency, cold start liquid volume ratio in the reservoir, and hot start steam volume ratio in the reservoir, condenser tube diameter, condenser subcooler length, reservoir A capacitor and reservoir sizing step to calculate the volume of the reservoir, the reservoir diameter, and the reservoir length;
Radiator sizing step to calculate radiator area, feeder half-space, and fin thickness based on heat load, steam temperature, heat sink temperature, radiator area ratio, and radiator fin efficiency And
In the radial sizing step of the evaporator,
The steam pipe diameter is calculated from the relationship between the steam viscosity coefficient, the steam density, the latent heat of vaporization, the heat load, and the steam path pressure drop gradient when the steam pipe flow is turbulent.
The liquid pipe diameter is calculated from the relationship between the liquid kinematic viscosity coefficient, latent heat of vaporization, heat load, and liquid pressure loss gradient when the flow of the liquid pipe is assumed to be laminar.
The bayonet tube diameter is calculated as being the same as the liquid tube diameter,
The wick inner diameter is calculated by adding the full width of the annular space of the liquid channel determined by the critical bond number, liquid surface tension, liquid density, vapor density, and gravitational acceleration, and the bayonet tube diameter,
The wick outer diameter is calculated by converting the evaporator temperature efficiency into the number of transmission units and multiplying the ratio of the outer diameter and inner diameter of the wick determined by the number of transmission units by the inner diameter of the wick,
The wick thickness is calculated as the value obtained by subtracting 1 from the wick outer diameter to inner diameter ratio multiplied by the wick inner diameter and dividing by two.
The cross-sectional area ratio of the liquid channel to the steam channel is calculated as a value obtained by dividing the square of the value obtained by dividing the steam pipe diameter by the wick inner diameter by the area ratio of the steam channel and the steam pipe,
In the axial sizing step of the evaporator,
The evaporator length is the heat per unit length of the evaporator multiplied by the ratio of the evaporator saddle width to the wick outer diameter, the ratio of the evaporator effective length to the total length, the wick outer diameter and the heat load per unit area. Calculated as the value divided by the load,
In the step of calculating the loop pressure loss,
Steam path pressure loss is calculated by multiplying the steam path pressure loss gradient and the steam path length,
The fluid pressure loss is calculated by multiplying the fluid pressure loss gradient by the fluid path length,
Capacitor pressure loss is the value obtained by subtracting the steam temperature from the ambient temperature and the thermal conductance between the ambient and the wick multiplied by the intrusion heat from the reservoir plus the heat load on the evaporator. Calculated by multiplying,
The evaporator pressure loss is proportional to the evaporator pressure loss coefficient determined from the ratio of the cross-sectional area of the steam channel to the steam tube and the ratio of the bayonet tube to the wick inner diameter, inversely proportional to the fourth power of the bayonet tube diameter, and proportional to the square of the heat load. , Proportional to the value obtained by dividing the liquid kinematic coefficient by the latent heat of vaporization, proportional to the square of the thermal load, and calculated from the relationship inversely proportional to the thermal load per unit length of the evaporator,
The port pressure loss is a value obtained by squaring the steam port pressure loss coefficient determined from the cross-sectional area ratio of the steam channel and the steam pipe, the critical Mach number that is 1/1000 of the cross-sectional area ratio of the liquid channel to the steam channel, and the steam specific heat ratio. And half the value obtained by multiplying the saturated vapor pressure,
Fitting pressure loss is determined from the cross-sectional area ratio of the condenser and the liquid pipe to the value obtained by dividing the steam fitting pressure loss coefficient determined from the cross-sectional area ratio of the steam pipe and the condenser by the value obtained by multiplying the vapor density by the fourth power of the steam pipe diameter. Vaporization of heat load is proportional to the sum of the value obtained by multiplying the liquid fitting pressure loss coefficient by the square of the cross-section change factor at the condenser outlet and the liquid density multiplied by the fourth power of the liquid pipe diameter. Calculated from the relationship that is proportional to the square of the value divided by the latent heat,
The loop pressure loss is calculated by adding the vapor path pressure loss, the liquid path pressure loss, the condenser pressure loss, the evaporator pressure loss, the port pressure loss, and the fitting pressure loss,
In the wick property specifying step,
The wick capillary radius is proportional to the liquid surface tension, is proportional to the ratio of the wick pressure drop to the capillary pressure head minus 1, and is multiplied by the capillary pressure head factor and the loop pressure drop between the evaporator and the capacitor. Calculate from the relationship proportional to the value obtained by adding the gravity loss determined from the height difference,
Wick's porosity is
Analytical values of the number of transmission units, liquid constant pressure specific heat, fluid dynamic viscosity coefficient, ratio of wick pressure loss to capillary pressure head, and ratio of thermal conductivity and liquid permeability of wick determined from capillary pressure head, physical properties of wick material and The calculated value of the ratio of thermal conductivity and liquid permeability of the wick determined from the structure is equal.
The relationship between the capillary radius and porosity of the wick, which is determined based on the wick formation structure, and the liquid permeability specific to the wick material,
The relationship between the thermal conductivity of the wick and the porosity and the effective thermal conductivity of the wick, determined based on the wick formation structure,
The relationship between the ratio between the wick shape correction liquid permeability and the wick effective thermal conductivity, the wick capillary radius, and the ratio between the wick outer diameter and the inner diameter, determined from the correlation between wick heat conduction and liquid permeation. Calculated from
In the sizing step of the capacitor and reservoir,
The value obtained by dividing the value obtained by adding the gravity loss to the value obtained by multiplying the capillary pressure head factor and the loop pressure loss by the pressure gradient at the steam temperature is obtained, and the value obtained by dividing the latent heat of vaporization by the specific heat of the liquid constant pressure is obtained. Add the temperature difference in the wick radial direction and multiply the value by the value obtained by dividing the intrusion heat from the reservoir by the heat load to obtain the degree of supercooling, and multiply the latent heat of vaporization by the liquid constant pressure specific heat by the supercooling degree of the subcooler. The ratio of the latent heat and the sensible heat is obtained by dividing by the obtained value, and the value obtained by multiplying the ratio of the latent heat and the sensible heat by the subcooler temperature efficiency is a two-phase heat transfer coefficient multiplication multiplier determined from the density ratio of the steam and liquid. By dividing the value obtained by adding 1 to the temperature efficiency of the subcooler and the natural logarithm of the value obtained by adding 1 to the temperature efficiency of the subcooler, the area ratio between the two phases of the capacitor and the single phase is obtained. The tube diameter of the subcooler is determined by multiplying the vapor pipe diameter by the two-phase area ratio determined from the two-phase and single-phase area ratio of the capacitor and the single-phase area ratio determined from the two-phase and single-phase area ratio of the capacitor. Is calculated by adding the value obtained by multiplying the liquid pipe diameter by
The steam pipe flow is turbulent and the liquid pipe flow is laminar, and the steam pressure loss and liquid area are determined from the steam viscosity coefficient, steam density, liquid dynamic viscosity coefficient, latent heat of vaporization, heat load, and condenser subcooler pipe diameter. Determine the ratio of pressure loss. The length of the condenser / subcooler is proportional to the condenser pressure loss ratio and inversely proportional to the liquid path pressure drop gradient, and the condenser / subcooler pipe diameter is divided by the steam pipe diameter. Proportional to the fourth power of the measured value, proportional to the value obtained by adding the intrusion heat from the reservoir to the heat load, the average two-phase friction coefficient multiplication multiplier, the ratio of the two-phase region, and the ratio of the vapor region pressure loss to the liquid region pressure loss. Calculated from the relationship that the multiplied value is inversely proportional to the single-phase region ratio and the added value,
The volume of the reservoir is the sum of the condenser volume determined from the length of the condenser / subcooler and the condenser / subcooler pipe diameter and the steam pipe volume determined from the steam pipe diameter, and the liquid volume ratio at low temperature startup and steam volume at high temperature startup. Calculate by adding the rate and multiplying it by the value subtracted from 1.
The reservoir diameter is calculated from the volume of the reservoir to minimize the surface area,
The reservoir length is calculated as the same value as the reservoir diameter,
In the sizing step of the radiator,
The fin root temperature is determined by subtracting the subcooler supercooling degree from the value obtained by adding 1 to the reciprocal of the subcooler's temperature efficiency, and subtracting it from the saturated steam temperature. Calculated from the relationship that is proportional to the value obtained by adding the intrusion heat and inversely proportional to the value obtained by multiplying the effective area ratio of the radiator, the radiator fin efficiency, the radiant heat transfer coefficient, and the value obtained by subtracting the heat sink temperature from the fin root temperature. And
The half-interval of the feeder is calculated as the value obtained by dividing the area of the radiator by twice the length of the capacitor / subcooler,
The thickness of the fin is inversely proportional to the thermal conductivity of the fin, proportional to the effective area ratio of the radiator, proportional to the radiant heat transfer coefficient, and the square of the value obtained by dividing the feeder half-space by the fin conduction parameter determined from the fin efficiency. A method characterized in that it is calculated from a relationship proportional to.

このように、本発明によれば、ループヒートパイプにおけるエバポレータをサイジングすることおよびウイックの形成構造を指定することができる。また、ループヒートパイプ全体の設計を行う場合には、運用条件および設計パラメータ値を与えるだけで、流熱的に一貫した設計計算がなされるので、過去の試作結果をもとに経験的にサイジングすることや、ウイックの特性を指定する必要がなく、各要素の設計結果はシステム的に整合のとれたものになる。したがって、本方法により設計されたループヒートパイプは、最適サイジングされているため、性能極大となる。   Thus, according to the present invention, the evaporator in the loop heat pipe can be sized and the wick formation structure can be specified. In addition, when designing the entire loop heat pipe, simply providing operating conditions and design parameter values enables consistent design calculations in terms of fluid heat, so sizing empirically based on past prototype results. There is no need to specify the characteristics of the wick, and the design results of each element are systematically consistent. Therefore, the loop heat pipe designed by this method has the maximum performance because it is optimally sized.

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下の説明は、あくまでも本発明の例示にすぎず、下記の記述によって発明の技術的範囲が限定されるものではない。本発明は、ループヒートパイプの構成要素のサイジングの合理的方法に関するものであり、その理解のため、まず、設計対象となるループヒートパイプについて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the following description is merely an example of the present invention, and the technical scope of the invention is not limited by the following description. The present invention relates to a rational method for sizing the components of a loop heat pipe, and for the understanding thereof, first, a loop heat pipe to be designed will be described.

[ループヒートパイプの構成の概略]
図1は、本発明において設計の対象となるループヒートパイプの構成をエバポレータの軸方向の断面について示した図である。また、図4は、ループヒートパイプの外観を示した図である。ループヒートパイプは、第1のウイック160、第2のウイック170を内蔵したエバポレータ100、それと一体となったリザーバ180、ラジエータ200を取り付けたコンデンサ・サブクーラ210、蒸気管150、および液管220から構成されている。図2は、エバポレータ100の径方向の断面を表したものである。エバポレータ100は、図2に示した径方向の断面を有する二重管構造となっており、内管側が液チャンネルで外管側が蒸気チャンネルである。内管は、厚肉円筒状の毛管力発生用ウイック(第1のウイック160)であり、その内壁には、図1上部の軸方向の断面に示したようにリザーバ180と液チャンネルとの間の液リンクのため、粗いウイック(第2のウイック170)が取り付けられている。また、バイオネット管190が液管の延長として液供給のため液チャンネルに挿入されている。外管はサドル110付き円管で、その内壁には蒸気グルーブ120が蒸気チャネル用に刻まれており、外管の出口が蒸気ポート130となっている。コンデンサ・サブクーラ210は、ラジエータ・フィーダとして機能するように蛇管状になっている。サドル110を介して熱がエバポレータ100に加えられると、第1のウイック160の外表面から冷媒液が蒸発する。発生蒸気は、蒸気グルーブ120を通って蒸気ポート130に集められ、蒸気管150を経由してコンデンサ210に入り、そこで放熱して凝縮する。凝縮液は、サブクーラ210で過冷却され、液管220およびバイオネット管190を経由してエバポレータ100に入る。液チャンネル内で冷媒液は第1のウイック160の内表面から毛管力により吸い上げられるので、熱駆動による冷媒循環ループが形成される。
[Outline of loop heat pipe configuration]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a loop heat pipe to be designed in the present invention with respect to an axial cross section of an evaporator. FIG. 4 is a view showing the appearance of the loop heat pipe. The loop heat pipe includes an evaporator 100 including a first wick 160, a second wick 170, a reservoir 180 integrated with the first wick 160, a condenser / subcooler 210 to which a radiator 200 is attached, a steam pipe 150, and a liquid pipe 220. Has been. FIG. 2 shows a cross section in the radial direction of the evaporator 100. The evaporator 100 has a double-pipe structure having the radial cross section shown in FIG. 2, and the inner tube side is a liquid channel and the outer tube side is a steam channel. The inner tube is a thick-walled cylindrical wick generating force wick (first wick 160), and the inner wall is provided between the reservoir 180 and the liquid channel as shown in the axial cross section at the top of FIG. A coarse wick (second wick 170) is attached to the liquid link. A bayonet tube 190 is inserted into the liquid channel for supplying liquid as an extension of the liquid pipe. The outer tube is a circular tube with a saddle 110, and a steam groove 120 is carved on the inner wall for a steam channel, and the outlet of the outer tube is a steam port 130. The condenser subcooler 210 has a serpentine shape so as to function as a radiator feeder. When heat is applied to the evaporator 100 via the saddle 110, the refrigerant liquid evaporates from the outer surface of the first wick 160. The generated steam is collected in the steam port 130 through the steam groove 120 and enters the condenser 210 via the steam pipe 150 where it dissipates heat and condenses. The condensed liquid is supercooled by the subcooler 210 and enters the evaporator 100 via the liquid pipe 220 and the bayonet pipe 190. In the liquid channel, the refrigerant liquid is sucked up by the capillary force from the inner surface of the first wick 160, so that a heat circulation refrigerant circulation loop is formed.

本発明は、上記のようなループヒートパイプの各構成要素の設計すなわち寸法の算定(サイジング)を行うものである。   The present invention performs design (sizing) of each component of the loop heat pipe as described above.

図1、図2および図3に、ループヒートパイプのサイジングの対象となる構成要素を示す。図3(a)は、図1に示したものと同じ形状断面のラジエータ200を表した図であり、図3(b)は、図3(a)のAAの断面図であり、図3(c)は、図3(a)のBBの断面図である。サイジングの対象となる構成要素は、蒸気管径DVL(符号k)、液管径DLL(符号g)、バイオネット管径Dbayo(符号f)、ウイック内径Dwin(符号c)、ウイック外径Dwout(符号b)、ウイック厚δw(符号d)、蒸気チャンネルに対する液チャンネルの断面積比εvch(図2において、Avchを全ての蒸気グルーブ120を合算した蒸気チャンネル面積とし(Avch=Av1+Av2+・・・+AvN)、Alchをアニュラ・スペースおよびバイオネット管からなる液チャンネル面積とすると、εvch=Avch/Alchと表される)、エバポレータ長Levap(符号e)、ウイックの毛管半径rc、ウイックのポロシティεw、コンデンサ・サブクーラの管径Dcond(符号j)、コンデンサ・サブクーラの長さLcond(符号m)、リザーバの容積Vres、リザーバの直径Dres(符号a)、ラジエータの面積AR、フィーダの半間隔WF(符号h)、フィンの厚さδR(符号l)である。
上記のサイジングを行うために、前提として、以下の運用条件および設計パラメータを用いる。
1, 2, and 3 show components that are the object of sizing a loop heat pipe. 3A is a view showing a radiator 200 having the same shape and cross section as that shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. c) is a cross-sectional view of BB in FIG. The components to be sizing are steam pipe diameter D VL (symbol k), liquid pipe diameter D LL (symbol g), bayonet pipe diameter D bayo (symbol f), wick inner diameter D win (symbol c), wick Outer diameter D wout (symbol b), wick thickness δ w (symbol d), liquid channel cross-sectional area ratio ε vch (in FIG. 2, A vch is the total steam channel area of all steam grooves 120 ( A vch = A v1 + A v2 +... + A vN ), where A lch is the liquid channel area consisting of an annular space and a bayonet tube, ε vch = A vch / A lch ), the evaporator length L evap (symbol e), wick capillary radius r c , wick porosity ε w , condenser subcooler tube diameter D cond (symbol j), condenser subcooler length L cond (symbol m), reservoir volume V res , Lizar The bar diameter D res (symbol a), the radiator area A R , the feeder half-interval W F (symbol h), and the fin thickness δ R (symbol l).
In order to perform the above sizing, the following operating conditions and design parameters are used as a premise.

運用条件は、エバポレータに対する熱負荷Q、蒸気温度Tυ、エバポレータおよびリザーバの周辺環境温度であるアンビエント温度Ta、ラジエータの放熱環境温度である熱シンク温度Ts、蒸気路長LVL、液路長LLL、エバポレータとコンデンサとの間の高低差△h、重力加速度gである。 The operating conditions are: heat load Q to the evaporator, steam temperature Tυ, ambient temperature Ta which is the ambient temperature of the evaporator and reservoir, heat sink temperature Ts which is the radiator environment temperature of the radiator, steam path length L VL , liquid path length L LL The height difference Δh between the evaporator and the capacitor, and the gravitational acceleration g.

設計パラメータは、エバポレータの液管側温度と蒸気管側温度との差であるエバポレータ軸方向温度差の、バイオネット管の温度とウイックの外径部温度との差であるエバポレータ径方向温度差に対する比を示すエバポレータ温度効率Φevap、安定凝縮させる重力の毛管力に対する比を示す臨界ボンド数Bo*、蒸気チャンネルと蒸気管との断面積比(蒸気管/蒸気チャンネル断面積比)Φvch/VL、最大毛管圧力を決めるにあたってループ圧損の設計マージンを示す毛管圧頭ファクタfH、エバポレータに対する単位面積当りの熱負荷q、エバポレータのウイック装着可能な部分の長さである有効長とエバポレータの全長との比(エバポレータ有効/全長比)(L(a)/L)* evap、エバポレータのサドル幅とウイック外径との比(エバポレータ・サドル幅/ウイック外径比)(W/D)* evap、エバポレータの設置場所周辺であるアンビエントとウイックとの間の熱コンダクタンス(アンビエント/ウイック間コンダクタンス)Kaw、蒸気路の単位長さ当りの圧損を示す蒸気路圧損勾配(△PVL/LVL)*、液路の単位長さ当りの圧損を示す液路圧損勾配(△PLL/LLL)*、コンデンサの単位排熱量当りの圧損を示すコンデンサ圧損率(△Pcond/Q)*、ウイック圧損と毛管圧頭の比(ウイック圧損/毛管圧頭比)(△Pwick/△Pcap)*、サブクーラの入口の液温度と出口の液温度との差であるサブクーラの軸方向温度差の、サブクーラの入口の液温度と管壁の温度との差である径方向温度差に対する比を示すサブクーラ温度効率Φsub、リザーバ内で液体が占める割合を示すリザーバ内の低温起動時液体積率αL、リザーバ内で蒸気が占める割合を示す高温起動時蒸気体積率βV、ラジエータ・パネルの表裏両面のうち放熱に使用し得る割合を示すラジエータの実効面積率ηS、およびラジエータ・パネルの温度がフィン・ルートから離れるに従って低下することを考慮した場合の放熱量と低下せず一様とした場合の放熱量との比を示すラジエータ・フィン効率ηFである。 The design parameter is the difference between the evaporator axial temperature, which is the difference between the evaporator liquid tube temperature and the steam pipe side temperature, and the evaporator radial temperature difference, which is the difference between the bayonet tube temperature and the wick outer diameter temperature. The evaporator temperature efficiency Φ evap , the critical bond number Bo * , which indicates the ratio of gravity to the stable capillary force, the cross-sectional area ratio of the steam channel to the steam tube (steam tube / steam channel cross-sectional ratio) Φ vch / VL In determining the maximum capillary pressure, the capillary pressure head factor f H indicating the design margin of the loop pressure loss, the thermal load q per unit area for the evaporator, the effective length that is the length of the evaporator wick mountable portion, and the total length of the evaporator the ratio of (evaporator enable / full-length ratio) (L (a) / L ) * evap, the ratio of the saddle width and wick outer diameter of the evaporator (evaporator Sad Width / wick outside diameter ratio) (W / D) * evap , thermal conductance (between Ambient / wick conductance between the ambient and the wick is location near the evaporator) K aw, pressure loss per unit length of the steam path Vapor path pressure loss gradient (△ PVL / LVL) * , pressure loss per unit length of liquid path (△ PLL / LLL) * , capacitor pressure loss ratio indicating pressure loss per unit heat quantity of condenser (△ Pcond / Q) * , ratio of wick pressure drop to capillary pressure head (Wick pressure drop / capillary pressure head ratio) (△ Pwick / △ Pcap) * , difference between subcooler inlet liquid temperature and outlet liquid temperature Subcooler temperature efficiency Φ sub , which indicates the ratio of the axial temperature difference of the subcooler to the radial temperature difference, which is the difference between the liquid temperature at the inlet of the subcooler and the temperature of the tube wall, and the ratio of the liquid in the reservoir Liquid volume ratio α L at low temperature startup, steam in reservoir The steam volume ratio β V at the time of high-temperature start-up, which indicates the proportion of the radiator, the effective area ratio η S of the radiator, which indicates the proportion of the front and back surfaces of the radiator panel that can be used for heat dissipation, and the temperature of the radiator panel move away from the fin root The radiator fin efficiency η F indicates the ratio of the heat dissipation amount when considering the decrease in accordance with the above and the heat dissipation amount when the heat dissipation is uniform without decreasing.

なお、運用条件、設計パラメータ、およびその他関連する物理量は、後述する[用語説明]欄を参照することにより設計者には容易に理解されるものである。   The operating conditions, design parameters, and other related physical quantities can be easily understood by the designer by referring to the [Terminology] column described later.

[ループヒートパイプの設計理論(解析モデル化)]
ここで、本発明に係るトップダウン型のループヒートパイプ(LHP)の設計方法の基礎となるLHPの設計理論(解析モデル化)を説明する。
[Loop heat pipe design theory (analysis modeling)]
Here, the design theory (analysis modeling) of LHP, which is the basis of the design method of the top-down loop heat pipe (LHP) according to the present invention, will be described.

LHPの第1ウイックは、通常、相対的に長い厚壁円筒であるため、そこを通る流体および熱の流れは、半径方向に一次元的である。したがって、エネルギー方程式は、以下のようになる。

Figure 2008008573
(1) Since the LHP first wick is typically a relatively long thick-walled cylinder, the fluid and heat flow therethrough is one-dimensional in the radial direction. Therefore, the energy equation is as follows.
Figure 2008008573
(1)

ここで、rはシリンダー中心線からの半径距離であり、Tはウイックの局所温度、vrは液の径方向速度、Cplは液定圧比熱、ρlは液密度、keffはウイックの実効熱伝導率である。半径rの位置の円筒状の表面を通過する流量について考えると、質量流率は、式(2)のように表される。

Figure 2008008573
(2) Where r is the radial distance from the cylinder center line, T is the local temperature of the wick, v r is the radial velocity of the liquid, C pl is the specific heat of the liquid constant pressure, ρ l is the liquid density, and k eff is the effective wick Thermal conductivity. Considering the flow rate passing through the cylindrical surface at the position of the radius r, the mass flow rate is expressed as in equation (2).
Figure 2008008573
(2)

ここで、

Figure 2008008573
は、エバポレータ活動領域長であり、式(1)は以下のように書き換えられる。
Figure 2008008573
(3) here,
Figure 2008008573
Is the evaporator active region length, and equation (1) can be rewritten as follows.
Figure 2008008573
(3)

ここで、

Figure 2008008573
は定数であり、式(4)のように表すことができる。
Figure 2008008573
(4) here,
Figure 2008008573
Is a constant and can be expressed as in equation (4).
Figure 2008008573
(4)

T(rwin)=TwinおよびT(rwout)=Twoutの境界条件を満たす式(3)の解析解は、以下のように表される。

Figure 2008008573
(5) The analytical solution of Equation (3) that satisfies the boundary conditions of T (r win ) = T win and T (r wout ) = T wout is expressed as follows.
Figure 2008008573
(5)

routからrinへ向うウイックを横切る熱伝達量は、式(6)から決定される。

Figure 2008008573
(6) The amount of heat transfer across the wick from r out to r in is determined from equation (6).
Figure 2008008573
(6)

ここで、Kevapはエバポレータ径方向コンダクタンスであり、T’(rwinn)はウイック内面の温度勾配である。式(5)と式(6)から式(7)が導かれる。

Figure 2008008573
(7) Here, K evap is the evaporator radial conductance, and T ′ (r winn ) is the temperature gradient of the wick inner surface. Expression (7) is derived from Expression (5) and Expression (6).
Figure 2008008573
(7)

ここで、RWはウイックの外径と内径の比であり、以下のように表される。

Figure 2008008573
(8) Here, R W is the ratio of the outer diameter and the inner diameter of the wick, it is expressed as follows.
Figure 2008008573
(8)

LHPエバポレータは熱交換器とみなすことができるため、伝達ユニット数の概念がエバポレータの性能に対して利用可能となる。伝達ユニット数は、一般に、以下のように定義される。

Figure 2008008573
(9) Since the LHP evaporator can be regarded as a heat exchanger, the concept of the number of transfer units can be used for the performance of the evaporator. The number of transmission units is generally defined as follows:
Figure 2008008573
(9)

式(7)を式(9)に代入すると、以下のようになる。

Figure 2008008573
(10) Substituting equation (7) into equation (9) yields:
Figure 2008008573
(10)

また、そのコンダクタンスは、式(6)から以下のように導かれる。

Figure 2008008573
(11) Further, the conductance is derived from the equation (6) as follows.
Figure 2008008573
(11)

式(4)を式(9)および(11)に適用すると、以下の式(12)が得られる。

Figure 2008008573
(12) When Expression (4) is applied to Expressions (9) and (11), the following Expression (12) is obtained.
Figure 2008008573
(12)

この関係によると、式(10)は以下のように表される。

Figure 2008008573
(13) According to this relationship, Expression (10) is expressed as follows.
Figure 2008008573
(13)

したがって、ウイックの外径と内径の比は、以下の式(14)から決定される。

Figure 2008008573
(14) Therefore, the ratio between the outer diameter and the inner diameter of the wick is determined from the following equation (14).
Figure 2008008573
(14)

NTUevapより便利な性能指数は、エバポレータの温度効率Φevapである。これら2つの関係を表す式は、式(15)として知られている。

Figure 2008008573
(15) A more convenient figure of merit than NTU evap is the evaporator temperature efficiency Φ evap . The equation representing these two relationships is known as equation (15).
Figure 2008008573
(15)

また、式(15)から、NTUevapは以下のように表すことができる。

Figure 2008008573
(16) Further, from the equation (15), NTU evap can be expressed as follows.
Figure 2008008573
(16)

LHPエバポレータは2重の管構造のため、ウイック内径Dwinは以下のように表される。

Figure 2008008573
(17) Since the LHP evaporator has a double pipe structure, the wick inner diameter Dwin is expressed as follows.
Figure 2008008573
(17)

このとき、バイオネット管径は以下のように表すことができる。

Figure 2008008573
(18a) At this time, the bayonet tube diameter can be expressed as follows.
Figure 2008008573
(18a)

ここで、DLLは液管径である。ボンド数の大きさは円筒状のウイックとバイオネット管の間に形成されるアニュラ・スペースWannに依存する。臨界ボンド数の定義から以下の式が得られる。

Figure 2008008573
(18b) Here, D LL is the diameter of the liquid pipe. The size of the number of bonds depends on annular space W ann formed between the cylindrical wick and bayonet tube. From the definition of the critical bond number, the following equation is obtained.
Figure 2008008573
(18b)

ここで、Bo*は安定凝縮させるための臨界ボンド数、σlは液表面張力、ρlは蒸気密度、gは重力加速度である。ウイック外径Dwoutおよびウイック厚δwは以下の式から決定される。

Figure 2008008573
(19a)
Figure 2008008573
(19b) Here, Bo * is the critical number of bonds for stable condensation, σ l is the liquid surface tension, ρ l is the vapor density, and g is the gravitational acceleration. The wick outer diameter D wout and the wick thickness δ w are determined from the following equations.
Figure 2008008573
(19a)
Figure 2008008573
(19b)

エバポレータ長Levapは、熱負荷Qに比例させて以下のようなサイズになる。

Figure 2008008573
(20) The evaporator length L evap is proportional to the heat load Q and has the following size.
Figure 2008008573
(20)

サドル付エバポレータに対して、サイジングパラメータ

Figure 2008008573
は、以下の式によって与えられる。
Figure 2008008573
(21) Sizing parameters for evaporator with saddle
Figure 2008008573
Is given by:
Figure 2008008573
(21)

ここで、

Figure 2008008573
は全長に対する活動領域長の割合であり、
Figure 2008008573
はエバポレータのサドル幅とウイックの外径との比であり、qは単位面積当りの熱負荷である。したがって、LHPエバポレータの寸法は、別途決定されるDLL値に対して1つの値が特定され得る。 here,
Figure 2008008573
Is the ratio of the active area length to the total length,
Figure 2008008573
Is the ratio between the evaporator saddle width and the wick outer diameter, and q is the heat load per unit area. Accordingly, one value can be specified for the dimension of the LHP evaporator with respect to the DLL value determined separately.

ここで、ループ圧損の推定は、必要とされる毛管圧頭を見出すためになされるものである。図1に示されるレイアウトにおいて生じるループ圧損ΔPloopは、以下のように表される。

Figure 2008008573
(22) Here, the estimation of the loop pressure loss is made in order to find the necessary capillary pressure head. The loop pressure loss ΔP loop that occurs in the layout shown in FIG. 1 is expressed as follows.
Figure 2008008573
(22)

ここで、ΔPVLは蒸気路圧損、ΔPLLは液路圧損、ΔPcondはコンデンサ圧損、

Figure 2008008573
はエバポレータ液チャネル圧損、
Figure 2008008573
はエバポレータ蒸気グルーブ圧損、ΔPportはエバポレータポート圧損、ΔPfittはエバポレータ/コンデンサのフィッティング圧損である。このとき、蒸気路圧損、液路圧損、およびコンデンサ圧損は、以下のようにそれぞれ見積られる。
Figure 2008008573
(23a)
Figure 2008008573
(23b)
Figure 2008008573
(23c) Where ΔP VL is vapor path pressure loss, ΔP LL is liquid path pressure loss, ΔP cond is capacitor pressure loss,
Figure 2008008573
Is the evaporator liquid channel pressure drop,
Figure 2008008573
Is the evaporator steam groove pressure loss, ΔP port is the evaporator port pressure loss, and ΔP fitt is the evaporator / condenser fitting pressure loss. At this time, the vapor path pressure loss, the liquid path pressure loss, and the condenser pressure loss are estimated as follows.
Figure 2008008573
(23a)
Figure 2008008573
(23b)
Figure 2008008573
(23c)

ここで、LVLは蒸気路長、LLLは液路長、Q’はリザーバからの熱入力である。
式(23a−23c)を計算するにあたっては、蒸気路圧損勾配(ΔPVL/LVL)*、液路圧損勾配(ΔPLL/LLL)*、およびコンデンサ圧損率(△Pcond/Q)*はシステム要求に基づき指定される。式(22)の最後の4項は以下のように表すことができる。

Figure 2008008573
(24a)
Figure 2008008573
(24b)
Figure 2008008573
(24c) Here, L VL is the vapor path length, L LL is the liquid path length, and Q ′ is the heat input from the reservoir.
In calculating the equation (23a-23c), the vapor pressure loss gradient (ΔP VL / L VL ) * , the liquid pressure loss gradient (ΔP LL / L LL ) * , and the condenser pressure loss rate (ΔPcond / Q) * Specified based on system requirements. The last four terms of equation (22) can be expressed as:
Figure 2008008573
(24a)
Figure 2008008573
(24b)
Figure 2008008573
(24c)

ここで、νlは液動粘性係数、λは気化潜熱、γυは蒸気比熱比、ρυは蒸気密度である。各圧損係数ζevap、ζport、ζfitt (v)、およびζfitt (l)は、付録の式(A1a)、(A2a)、(A3a)、および(A4a)でそれぞれ与えられる。最後の3項は、同じく式(A5a)として共通的に表される。それぞれの係数を導く際には、式(A1b)、(A2b)、(A3b)、および(A4b)を用いて関連する断面積比を定義する。式(24c)のファクタφcond/LLは、式(A4b)で定義され、コンデンサ出口での断面変化を示している。マッハ数の2乗を含む式(24b)は、圧損が蒸気速度の2乗に比例するという関係から生じるものである。蒸気速度は、通常、非常に低いことから、Ma*は1/1000εvchとしている。このとき、断面積比εvchは式(A2c)で定義される。ウイック圧損Δpwickおよび重力圧損Δpgravを考慮すると、必要とされる毛管圧頭Δpcapは以下によって与えられる。

Figure 2008008573
(25) Here, ν l is the fluid dynamic viscosity coefficient, λ is the latent heat of vaporization, γυ is the steam specific heat ratio, and ρυ is the vapor density. The respective pressure loss coefficients ζ evap , ζ port , ζ fitt (v) , and ζ fitt (l) are respectively given by the equations (A1a), (A2a), (A3a), and (A4a) in the appendix. The last three terms are also commonly expressed as formula (A5a). In deriving the respective coefficients, the related cross-sectional area ratios are defined using equations (A1b), (A2b), (A3b), and (A4b). The factor φ cond / LL in the equation (24c) is defined by the equation (A4b), and indicates a cross-sectional change at the capacitor outlet. Expression (24b) including the square of the Mach number is derived from the relationship that the pressure loss is proportional to the square of the vapor velocity. Since the vapor velocity is usually very low, Ma * is 1 / 1000ε vch . At this time, the cross-sectional area ratio ε vch is defined by the equation (A2c). Considering the wick pressure drop Δp wick and the gravity pressure drop Δp grav , the required capillary pressure head Δp cap is given by:
Figure 2008008573
(25)

ここで、fHは圧損算定マージンを示す毛管圧頭ファクタである。式(25)で表される圧力均衡下でウイック外面に形成されるメニスカスが毛管孔内に完全に縮退している場合には、毛管圧頭は以下のようになる。

Figure 2008008573
(26) Here, f H is a capillary crest factor indicating a pressure loss calculation margin. When the meniscus formed on the outer surface of the wick is completely degenerated in the capillary hole under the pressure balance represented by the equation (25), the capillary pressure head is as follows.
Figure 2008008573
(26)

ここで、rcは毛管半径(平均毛管孔径の1/2)である。毛管圧頭に対するウイック圧損の比(Δpwick/Δpcap*を与えると、以下の式が得られる。

Figure 2008008573
(27) Here, r c is the capillary radius (1/2 of the average capillary pore size). Given the ratio of the wick pressure loss to the capillary head (Δp wick / Δp cap ) * , the following equation is obtained:
Figure 2008008573
(27)

式(26)および(27)を式(25)に代入すると、以下の式が得られる。

Figure 2008008573
(28) Substituting equations (26) and (27) into equation (25) yields the following equation:
Figure 2008008573
(28)

このようにして必要とされる毛管半径は求められる。   In this way, the required capillary radius is determined.

ダルシーの法則をウイック浸透液流に適用し、式(2)を考慮すると、径方向圧力勾配dp/drを得ることができる。それをrwinからrwoutまで積分すると以下のようになる。

Figure 2008008573
(29) Applying Darcy's law to the wick permeate flow and considering equation (2), a radial pressure gradient dp / dr can be obtained. Integrating it from r win to r wout gives:
Figure 2008008573
(29)

ここで、

Figure 2008008573
はウイック材固有の液透過率Kpとは異なり、以下のように定義される。
Figure 2008008573
(30) here,
Figure 2008008573
Is defined as follows, unlike the liquid permeability K p inherent to the wick material.
Figure 2008008573
(30)

式(27)および(29)から以下の式が得られる。

Figure 2008008573
(31) From the equations (27) and (29), the following equation is obtained.
Figure 2008008573
(31)

Kpに対する実験式には様々なものがあるが、それらの多くは以下に示すブレイク・コズニ型である。なお、ウイックの形成構造がファイバ、パウダ、ビーズ、フォウム等のいずれに該当するかによって適用する実験式が異なる。

Figure 2008008573
(32) There are various empirical formulas for K p , many of which are of the Break-Kozni type shown below. Note that the empirical formula to be applied differs depending on whether the wick formation structure corresponds to a fiber, powder, bead, foam, or the like.
Figure 2008008573
(32)

ここで、εwはウイックのポロシティ(空孔率)であり、nは羃数であり、cwは定数である。Kpとkeffの間の関係は、以下のようにして求められる。すなわち、式(11)を式(9)に代入すると以下のようになる。

Figure 2008008573
(33) Here, ε w is the wick porosity, n is a power, and c w is a constant. The relationship between K p and k eff is obtained as follows. That is, substituting equation (11) into equation (9) results in the following.
Figure 2008008573
(33)

式(33)を式(31)で除すると、以下のようになる。

Figure 2008008573
(34) When Expression (33) is divided by Expression (31), the result is as follows.
Figure 2008008573
(34)

式(30)は、このとき、以下のように書き換えることができる。

Figure 2008008573
(35) Equation (30) can then be rewritten as follows:
Figure 2008008573
(35)

式(35)の右辺は、Φevap、(Δpwick/Δpcap*、fHに依存し、式(14)、(28)、および(34)から算出される。keffの実験式は付録Bに示されるものである。メッシュ/スクリーンに対しては式(B1a)が、焼結ファイバに対しては式(B1b)が、パウダに対しては式(B2a)が、焼結パウダに対しては式(B2b)が、ビーズに対しては式(B3)が、フォウムに対しては式(B4)が使用される。必要とされるウイックのポロシティは、式(32)および付録Bの適切な式を用いて式(35)から算定される。 The right side of Expression (35) depends on Φ evap , (Δp wick / Δp cap ) * , and f H and is calculated from Expressions (14), (28), and (34). The empirical formula for k eff is shown in Appendix B. Formula (B1a) for mesh / screen, Formula (B1b) for sintered fiber, Formula (B2a) for powder, Formula (B2b) for sintered powder, The formula (B3) is used for beads and the formula (B4) is used for foum. The required wick porosity is calculated from equation (35) using equation (32) and the appropriate equation in Appendix B.

圧力対温度の関係から、LHP内には3つの飽和状態が存在する。それらはコンデンサ、エバポレータ、およびリザーバにおいて見受けられるが、注目すべきは、後の2つの状態に関するものである。液圧plに注目すると、設計条件下でpevap=pl+Δpcapおよびpres=pl+Δpwickの関係がある。したがって、エバポレータとリザーバとの間の圧力差は、Δpcap-Δpwickになる。このことが第2ウイックに以下に示すわずかな温度差を生じさせる。

Figure 2008008573
(36) From the pressure versus temperature relationship, there are three saturation states in the LHP. Although they are found in capacitors, evaporators, and reservoirs, it should be noted that they relate to the latter two states. Focusing on the hydraulic pressure p l , there is a relationship of p evap = p l + Δp cap and p res = p l + Δp wick under the design conditions. Therefore, the pressure difference between the evaporator and the reservoir is Δp cap −Δp wick . This causes the slight temperature difference shown below in the second wick.
Figure 2008008573
(36)

ここで、Tv '(pv)は圧力軸に対するp-T曲線の傾きである。式(36)は、式(25)を用いると、ウイックの径方向の温度差は以下のように表すことができる。

Figure 2008008573
(37) Here, T v (p v ) is the slope of the pT curve with respect to the pressure axis. When Expression (25) is used in Expression (36), the temperature difference in the radial direction of the wick can be expressed as follows.
Figure 2008008573
(37)

ここで、pv '(Tv)は、Tv '(pv)に対して逆数の関係にあり、蒸気温度Tvのときのp-T曲線の傾きであり、クラウジウス・クラペイロン式から算出することができる。定常状態では、加えた熱量Qの大きさは、冷媒の相変化によってエバポレータから除去することができるが、その一部は、リザーバに漏れ出す。したがって、以下の式が得られる。

Figure 2008008573
(38) Here, p v (T v ) is inversely related to T v (p v ), is the slope of the pT curve at the steam temperature T v , and is calculated from the Clausius-Clapeyron equation Can do. In the steady state, the magnitude of the applied heat quantity Q can be removed from the evaporator by the refrigerant phase change, but part of it leaks into the reservoir. Therefore, the following equation is obtained.
Figure 2008008573
(38)

また、リザーバを介した熱の流入および流出は、概して以下の式によって与えられる。

Figure 2008008573
(39) Also, the heat inflow and outflow through the reservoir is generally given by:
Figure 2008008573
(39)

ここで、Kawはアンビエント(周辺環境)とウイックとの間の熱コンダクタンスであり、Taはアンビエント温度である。式(39)は、Ta<Tvの場合には負の値になるが、そのような場合にはQ'をゼロとする。これは、コンデンサおよびラジエータは多少大きくするべきであるという設計思想から生じるものである。サブクーラは、熱流入Q'を過冷却された還流液によって吸収させるために必要である。その関係は、以下のように表される。

Figure 2008008573
(40) Here, K aw is the thermal conductance between the ambient (ambient environment) and the wick, and T a is the ambient temperature. Equation (39) takes a negative value when T a <T v , but in such a case, Q ′ is set to zero. This stems from the design philosophy that capacitors and radiators should be somewhat larger. The subcooler is necessary to absorb the heat inflow Q by the supercooled reflux liquid. The relationship is expressed as follows.
Figure 2008008573
(40)

ここで、ΔTsubは過冷却度である。式(40)を式(38)で除すると以下の式が与えられる。

Figure 2008008573
(41) Here, ΔT sub is the degree of supercooling. Dividing equation (40) by equation (38) gives the following equation:
Figure 2008008573
(41)

このとき、潜熱と顕熱の比は、以下のように表される。

Figure 2008008573
(42) At this time, the ratio of latent heat to sensible heat is expressed as follows.
Figure 2008008573
(42)

LHPを熱ポンプとみなすと、熱入力はQ+Q’となるが、ポンピングのために

Figure 2008008573
が費される。ポンプ効率は、そのため以下のように定義される。
Figure 2008008573
(43) If LHP is regarded as a heat pump, the heat input is Q + Q '.
Figure 2008008573
Is spent. Pump efficiency is therefore defined as:
Figure 2008008573
(43)

式(38)および(40)を式(43)に代入すると、以下の式が得られる。

Figure 2008008573
(44) Substituting equations (38) and (40) into equation (43) yields the following equation:
Figure 2008008573
(44)

蒸気管の流れは乱流で、液管の流れは層流であるとし、コルバーンの摩擦係数によって特徴づけられているとすると、以下の式が得られる。

Figure 2008008573
(45a)
Figure 2008008573
(45b) Assuming that the steam pipe flow is turbulent and the liquid pipe flow is laminar, and is characterized by Colburn's coefficient of friction, the following equation is obtained.
Figure 2008008573
(45a)
Figure 2008008573
(45b)

ここで、μvは蒸気粘性係数であり、DVLは蒸気管径である。冷媒質量流率

Figure 2008008573
は式(38)から以下のように導かれる。
Figure 2008008573
(46) Here, mu v is the vapor viscosity coefficient, D VL is steam pipe diameter. Refrigerant mass flow rate
Figure 2008008573
Is derived from equation (38) as follows.
Figure 2008008573
(46)

式(46)を式(45a)および(45b)に適用すると、以下の式が得られる。

Figure 2008008573
(47a)
Figure 2008008573
(47b) Applying equation (46) to equations (45a) and (45b) yields:
Figure 2008008573
(47a)
Figure 2008008573
(47b)

したがって、式(18a)に示されているバイオネット管径は、式(47b)から決定できる。また、式(47a)および(47b)は、コンデンサ管径およびコンデンサ長のサイジングに用いられる。サイジングの実用的方法を開発するために、凝縮蒸気域および過冷却域からなる2領域モデルを使用する。このとき、規格化した長さηおよびηを用いて二相域および単相域を定義する。熱は、ηの領域から

Figure 2008008573
の割合で、ηの領域から
Figure 2008008573
の割合で取り除かれる。軸方向の熱の除去は、作動流体からコンデンサ管への径方向の熱伝達に等しいため、それぞれの割合は、以下のように表される。
Figure 2008008573
(48a)
Figure 2008008573
(48b) Therefore, the bayonet tube diameter shown in the equation (18a) can be determined from the equation (47b). Equations (47a) and (47b) are used for sizing the capacitor tube diameter and the capacitor length. In order to develop a practical method of sizing, a two-zone model consisting of a condensed vapor zone and a supercooling zone is used. At this time, the two-phase region and the single-phase region are defined using the standardized lengths η and η . Heat from the area of η
Figure 2008008573
From the region of η
Figure 2008008573
Removed at a rate of Since the removal of heat in the axial direction is equal to the radial heat transfer from the working fluid to the condenser tube, the respective proportions are expressed as follows:
Figure 2008008573
(48a)
Figure 2008008573
(48b)

ここで、Ahは熱伝達表面積、Uは活動コンデンサ域(二相域)の総括熱伝達係数、Uはサブクーラ域(単相域)の総括熱伝達係数、

Figure 2008008573
は二相域出口の液とラジエータとの間の温度差、ΔTlmは対数平均温度差であり、それらは、ΔTsubに依存し、以下のように表される。
Figure 2008008573
(49a)
Figure 2008008573
(49b) Where A h is the heat transfer surface area, U is the overall heat transfer coefficient in the active condenser area (two phase area), U is the overall heat transfer coefficient in the subcooler area (single phase area),
Figure 2008008573
Is the temperature difference between the liquid at the two-phase zone outlet and the radiator, ΔT lm is the logarithmically averaged temperature difference, which depends on ΔT sub and is expressed as:
Figure 2008008573
(49a)
Figure 2008008573
(49b)

ここで、Φsubはサブクーラの温度効率である。UおよびUは、それぞれ、二相および単相の熱伝達係数hおよびhとみなされるので、U/Uは概して以下のように表される。

Figure 2008008573
(50) Here, Φ sub is the temperature efficiency of the subcooler. Since U and U are regarded as two-phase and single-phase heat transfer coefficients h and h , respectively, U / U is generally expressed as:
Figure 2008008573
(50)

平均二相伝熱係数増倍乗数

Figure 2008008573
は、式(A6b)のもとで式(A7b)から算出される。式(48a)を式(48b)で除すれば、二相・単相領域比が得られる。式(49a)、(49b)、および(50)から、その比は、以下のようになる。
Figure 2008008573
(51) Average two-phase heat transfer coefficient multiplier
Figure 2008008573
Is calculated from equation (A7b) under equation (A6b). By dividing equation (48a) by equation (48b), a two-phase / single-phase region ratio can be obtained. From equations (49a), (49b), and (50), the ratio is as follows:
Figure 2008008573
(51)

このとき、二相域割合および単相域割合は、それぞれ、

Figure 2008008573
(52a)
Figure 2008008573
(52b)
である。 At this time, the two-phase region ratio and the single-phase region ratio are respectively
Figure 2008008573
(52a)
Figure 2008008573
(52b)
It is.

DVLはDLLより大きくすべきであるため、DVL>Dcond>DLLの関係がある。したがって、コンデンサ管径は、以下のように決められる。

Figure 2008008573
(53) Since D VL should be greater than D LL, a relationship of D VL> D cond> D LL . Therefore, the capacitor tube diameter is determined as follows.
Figure 2008008573
(53)

また、2領域モデルは、活動コンデンサ圧損およびサブクーラ圧損を求めるのに用いられる。その2つの和により、コンデンサの全圧損が与えられる。

Figure 2008008573
(54a)
ここで、Ψは平均二相摩擦係数増倍乗数であり、式(A8b)から算出される。
Figure 2008008573
および
Figure 2008008573
は、それぞれ、表現が式(45a)および(45b)と同様であり、式(46)が成り立つので、蒸気域圧損と液域圧損の比(コンデンサの二相域/単相域圧損比)は、以下のようになる。
Figure 2008008573
(54b) The two-region model is also used to determine the active capacitor pressure loss and the subcooler pressure loss. The sum of the two gives the total pressure loss of the capacitor.
Figure 2008008573
(54a)
Here, Ψ is an average two-phase friction coefficient multiplication multiplier, and is calculated from the equation (A8b).
Figure 2008008573
and
Figure 2008008573
Respectively, the expressions are the same as the expressions (45a) and (45b), and the expression (46) is established, so the ratio of the vapor pressure loss to the liquid pressure loss (the two-phase / single-phase pressure loss ratio of the capacitor) is It becomes as follows.
Figure 2008008573
(54b)

Figure 2008008573
および
Figure 2008008573
の設計仕様値が決まると、必要とされる除去熱量はQ+Q’であるので、以下の式を得る。
Figure 2008008573
(55a)
Figure 2008008573
and
Figure 2008008573
When the design specification value of is determined, the amount of heat to be removed is Q + Q ′, so the following equation is obtained.
Figure 2008008573
(55a)

式(45b)および、

Figure 2008008573

Figure 2008008573
との類似性を考慮すると、その比は、以下のように与えられる。
Figure 2008008573
(55b) Formula (45b) and
Figure 2008008573
When
Figure 2008008573
The ratio is given as follows, considering the similarity to:
Figure 2008008573
(55b)

Figure 2008008573
に関しては、式(54a)、式(55a)および式(55b)から導かれ、それら2つを等置すると、以下のように必要とされる全コンデンサ長が求められる。
Figure 2008008573
(56)
Figure 2008008573
Is derived from Equation (54a), Equation (55a) and Equation (55b), and when they are placed equally, the total required capacitor length is determined as follows.
Figure 2008008573
(56)

コンデンサ容積Vcondは式(53)および(56)から、蒸気管容積VVLは式(47a)から、液管容積VLLは式(47b)から算出することができる。必要とされるリザーバ容積Vresは、ループヒートパイプ内の液移動の大きさに依存しており、コンデンサおよび蒸気管が低温ではフラッド状態になっているが、高温ではフラッド状態になることはないということから決められる。このとき、ある程度の液体が低温起動時にリザーバに残っており、ある程度の蒸気が高温起動時にそこに残っていなければならない。この要求は、液充填量が保存されるので、以下のようになる。

Figure 2008008573
(57a)
Figure 2008008573
(57b) The condenser volume V cond can be calculated from the equations (53) and (56), the vapor pipe volume V VL can be calculated from the equation (47a), and the liquid pipe volume V LL can be calculated from the equation (47b). The required reservoir volume V res depends on the amount of liquid movement in the loop heat pipe, and the condenser and steam pipe are flooded at low temperatures but not flooded at high temperatures. It is decided from that. At this time, some liquid must remain in the reservoir during cold start and some steam must remain there during hot start. This request is as follows because the liquid filling amount is preserved.
Figure 2008008573
(57a)
Figure 2008008573
(57b)

ここで、

Figure 2008008573
はエバポレータ液チャンネルの体積であり、αLはリザーバ体積に対する液体積の割合(リザーバ内の低温起動時液体積率)であり、βVは蒸気体積の割合(高温起動時蒸気体積率)である。式(57a)および(57b)をまとめると、以下のように表すことができる。
Figure 2008008573
(58) here,
Figure 2008008573
Is the volume of the evaporator liquid channel, α L is the ratio of the liquid volume to the reservoir volume (low volume startup liquid volume ratio in the reservoir), and β V is the ratio of the vapor volume (high temperature startup steam volume ratio) . The formulas (57a) and (57b) can be summarized as follows.
Figure 2008008573
(58)

αL=βV=0.1である場合、式(57b)および(58)は、以下のようになる。

Figure 2008008573
(59a)
Figure 2008008573
(59b) When α L = β V = 0.1, equations (57b) and (58) are as follows:
Figure 2008008573
(59a)
Figure 2008008573
(59b)

リザーバの管径および長さのサイジングに関しては、その方法はまだ確立されていないが、本発明では、以下のように決めることができる。

Figure 2008008573
(60a)
Figure 2008008573
(60b) Regarding the sizing of the tube diameter and length of the reservoir, the method has not yet been established, but in the present invention, it can be determined as follows.
Figure 2008008573
(60a)
Figure 2008008573
(60b)

式(60a)および(60b)は、体積一定の円柱状リザーバの全表面積を最小化させる。リザーバは周辺環境にさらされており、第2ウイックと接続されているので、Q’を定義するために式(39)で導入された熱コンダクタンスKawは、以下のように表される。

Figure 2008008573
(61) Equations (60a) and (60b) minimize the total surface area of the constant volume cylindrical reservoir. Since the reservoir is exposed to the surrounding environment and connected to the second wick, the thermal conductance K aw introduced in equation (39) to define Q ′ is expressed as:
Figure 2008008573
(61)

Ka/resおよびKres/wは実用的には以下のように与えられる。

Figure 2008008573
(62a)
Figure 2008008573
(62b) K a / res and K res / w are practically given as follows.
Figure 2008008573
(62a)
Figure 2008008573
(62b)

ここで、上付き記号マクロンは、参照値を意味している。ラジエータ温度TRは正確には一様ではないが、コンデンサ出口でのフィン・ルート温度を代用して、ラジエータのサイジングを行うことができる。ここで、ラジエータの径方向の温度差は、

Figure 2008008573
である。式(49a)を
Figure 2008008573
に代入して、Tvを飽和液温度とすると、以下の式が導かれる。
Figure 2008008573
(63) Here, the superscript macron means a reference value. Radiator temperature T R is not uniform exactly, but substituting the fin root temperature at condenser outlet, can be performed sizing of the radiator. Here, the temperature difference in the radial direction of the radiator is
Figure 2008008573
It is. Equation (49a)
Figure 2008008573
And substituting Tv for the saturated liquid temperature, the following equation is derived.
Figure 2008008573
(63)

熱シンク温度Tsを指定すればラジエータの面積ARは以下の式から決定される。

Figure 2008008573
(64) By specifying the heat sink temperature T s area A R of the radiator is determined from the following equation.
Figure 2008008573
(64)

ηSはラジエータ・パネル表裏両面のうち放熱に使用し得る割合を示すラジエータの実効面積率であり、ηFはラジエータ・パネルの温度がフィーダすなわちフィン・ルートから離れるに従って低下することを考慮した場合の放熱量と低下せず一様とした場合の放熱量との比を示すラジエータのフィン効率であり、hSは輻射熱伝達係数である。 If eta S is the effective area ratio of the radiator showing the percentage which may be used for heat dissipation of the double-sided front and rear radiator panels, eta F is obtained by considering that decreases as the temperature of the radiator panel is moved away from the feeder i.e. fin root Is the fin efficiency of the radiator showing the ratio of the amount of heat released and the amount of heat released when it is uniform without decreasing, and h S is the radiant heat transfer coefficient.

このとき、輻射の温度4乗則は、以下の式を与える。

Figure 2008008573
(65) At this time, the fourth power law of radiation gives the following equation.
Figure 2008008573
(65)

ここで、εtは表面赤外輻射率、

Figure 2008008573
はステファン・ボルツマン定数である。矩形状フィンのηFは以下のように表される。
Figure 2008008573
(66) Where ε t is the surface infrared emissivity,
Figure 2008008573
Is the Stefan-Boltzmann constant. The η F of the rectangular fin is expressed as follows.
Figure 2008008573
(66)

ここで、ωFはフィン伝導パラメータである。式(66)の数値的逆変換は式(A9)で与えられ、ηFをωFに変換することができる。式(56)および(64)において、フィーダ半幅WFは、以下の式から算定される。

Figure 2008008573
(67) Here, ω F is a fin conduction parameter. The numerical inverse transform of equation (66) is given by equation (A9), and η F can be converted to ω F. In the formula (56) and (64), the feeder half width W F is calculated from the following equation.
Figure 2008008573
(67)

ωFはフィンの線形化熱伝導方程式の解から得られ、以下のように与えられる。

Figure 2008008573
(68) ω F is obtained from the solution of the fin linearized heat conduction equation and is given by
Figure 2008008573
(68)

ここで、kRはフィンの熱伝導率であり、δRはフィンの厚さである。kRδRは必要とされるフィンの熱コンダクタンスを示している。設計者は寸法と同様に重量にも配慮するため、LHP質量モデルを参照のために付録Cに示した。 Here, k R is the thermal conductivity of the fin, is [delta] R is the thickness of the fins. k R δ R represents the required fin thermal conductance. The LHP mass model is shown in Appendix C for reference because the designers consider weight as well as size.

[本発明の一実施形態に係るループヒートパイプの設計方法]
次に、上述のLHPの設計理論に基づいて、本発明の一実施形態に係るループヒートパイプの各種寸法を設計する方法について説明する。

まず、本発明の一実施形態に係るLHPのエバポレータのウイックを設計する方法について説明する。ウイックの設計では、ウイックの外径と内径の比およびウイックの空孔率を示すポロシティを算定する。
[Method of designing a loop heat pipe according to an embodiment of the present invention]
Next, a method for designing various dimensions of a loop heat pipe according to an embodiment of the present invention based on the above-described LHP design theory will be described.

First, a method for designing an LHP evaporator wick according to an embodiment of the present invention will be described. In the design of the wick, the porosity indicating the ratio of the outer diameter and the inner diameter of the wick and the porosity of the wick is calculated.

ウイックの外径と内径の比は、以下のように算定することができる。すなわち、まず、エバポレータの液管側温度と蒸気管側温度との差であるエバポレータ軸方向温度差の、バイオネット管の温度とウイックの外径部温度との差であるエバポレータ径方向温度差に対する比を示すエバポレータの温度効率を1から減算した値の自然対数の負数として伝達ユニット数を算定する(上記式(16))。次に、ウイックの熱伝導と液透過に関するエネルギー方程式の解(上記式(5))として得られた径方向温度分布のウイック内径における温度勾配(上記式(6))からエバポレータの径方向コンダクタンスを求め(上記式(7))、該径方向コンダクタンスから定まる、エバポレータの伝達ユニット数とウイックの外径と内径の比の関係式(上記式(10))と、前記エネルギー方程式の解に現れるウイックの径方向距離の冪数がエバポレータを熱交換器としてみなしたときの伝達ユニット数の逆数であるという関係式(上記式(12))とを導く。最終的に、これらの関係式を用いて、ウイックの外径と内径の比を算定することができる(上記式(14))。   The ratio of the outer diameter to the inner diameter of the wick can be calculated as follows. That is, first, the evaporator axial temperature difference, which is the difference between the evaporator liquid pipe side temperature and the steam pipe side temperature, with respect to the evaporator radial temperature difference, which is the difference between the bayonet tube temperature and the wick outer diameter temperature. The number of transmission units is calculated as the negative value of the natural logarithm of the value obtained by subtracting the temperature efficiency of the evaporator indicating the ratio from 1 (the above equation (16)). Next, the radial conductance of the evaporator is calculated from the temperature gradient (formula (6)) at the wick inner diameter of the radial temperature distribution obtained as a solution of the energy equation for wick heat conduction and liquid permeation (formula (5) above). The wick appearing in the solution of the energy equation (the above formula (7)), the relational expression (the above formula (10)) of the ratio between the number of transmission units of the evaporator and the outer diameter and the inner diameter of the wick, which is determined from the radial conductance The relational expression (the above formula (12)) is derived that the power of the radial distance is the reciprocal of the number of transmission units when the evaporator is regarded as a heat exchanger. Finally, using these relational expressions, the ratio of the outer diameter and the inner diameter of the wick can be calculated (the above formula (14)).

また、ウイックの空孔率を示すポロシティは、前提として、ウイックの毛管半径、ウイックの毛管圧頭、ウイック圧損と毛管圧頭との比、液定圧比熱、飽和液の粘性係数と密度との比を示す液動粘性係数、エバポレータ温度効率が設定値として与えられているものとすると、以下のように算定することができる。すなわち、まず、上記のウイックの外形と内径の比を算定する場合と同様に、伝達ユニット数を算定し(上記式(16))、ウイックの外径と内径の比を算定する(上記式(14))。そして、前記ウイックの外径と内径の比、前記伝達ユニット数、液定圧比熱、液動粘性係数、ウイック圧損と毛管圧頭との比、および毛管圧頭から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の解析値と、ウイック材の物性および構造から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の計算値とが等しくなるようにウイックのポロシティを算定する。より詳細には、ウイックの形成構造に基づいて定められるウイックの毛管半径およびポロシティとウイック材固有の液透過率Kpとの関係式(上記式(32))と、ウイックの形成構造に基づいて定められるウイックのポロシティとウイック材および冷媒液の熱伝導率とウイックの実効熱伝導率keffとの関係式(付録Bの式)と、ウイックの熱伝導と液透過との相関性から定められるウイックの形状補正液透過率とウイックの実効熱伝導率とウイックの毛管半径の2乗とウイックの外径と内径の比の自然対数との関係を示した式(上記式(34)および(35))からウイックのポロシティを算定することができる。 In addition, the porosity indicating the porosity of the wick is based on the assumption that the wick capillary radius, the wick capillary head, the ratio between the wick pressure drop and the capillary pressure head, the constant pressure specific heat, the ratio between the viscosity coefficient and the density of the saturated liquid. Assuming that the dynamic viscosity coefficient and the evaporator temperature efficiency are given as set values, it can be calculated as follows. That is, first, as in the case of calculating the ratio between the outer diameter and the inner diameter of the wick, the number of transmission units is calculated (the above formula (16)), and the ratio between the outer diameter and the inner diameter of the wick is calculated (the above formula ( 14)). And the ratio of the outer diameter and inner diameter of the wick, the number of transmission units, the specific heat of liquid constant pressure, the fluid viscosity coefficient, the ratio of the wick pressure loss to the capillary pressure head, and the thermal conductivity and liquid permeability of the wick determined from the capillary pressure head The porosity of the wick is calculated so that the analytical value of the ratio of the ratio and the calculated value of the ratio of thermal conductivity and liquid permeability of the wick determined from the physical properties and structure of the wick material are equal. More specifically, based on the wick's capillary radius and porosity determined based on the wick formation structure and the relationship between the liquid permeability K p specific to the wick material (formula (32) above) and the wick formation structure. It is determined from the correlation between the wick's porosity, the thermal conductivity of the wick material and the refrigerant liquid, and the effective thermal conductivity k eff of the wick (the formula in Appendix B), and the correlation between the wick's thermal conductivity and liquid permeation. Equations showing the relationship between the wick shape correction liquid permeability, the effective thermal conductivity of the wick, the square of the wick capillary radius, and the natural logarithm of the ratio of the outer diameter and the inner diameter of the wick (the above formulas (34) and (35 )) Can be used to calculate the wick porosity.

次に、本発明の一実施形態に係るLHP全体の設計方法について説明する。図5は、本発明の一実施形態に係るLHP全体の設計方法の概略フローを示したものである。これは、上述のLHPの設計理論に基づいてLHPの各構成要素の寸法を算出するために必須となる物理量を抽出し、その物理量の各々の関係から各構成要素の寸法の決定順序を特定してトップダウンでLHPを設計することを実現したものである。設計フローでは、まず、流体の物性値を算定し(S1)、次に、エバポレータの径方向および軸方向それぞれのサイジングを行い(S2)、次に、圧損を算定し(S3)、次に、ウイック特性を算定し(S4)、次に、コンデンサおよびリザーバのサイジングを行い(S5)、最後に、ラジエータのサイジングを行う(S6)。以下、本発明に係る設計方法を上述のLHPの設計理論で用いた式と対応させて具体的に説明する。   Next, a method for designing the entire LHP according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows a schematic flow of an entire LHP design method according to an embodiment of the present invention. This is based on the above-described LHP design theory, extracting physical quantities that are essential for calculating the dimensions of each component of the LHP, and specifying the order in which the dimensions of each component are determined from the relationship between the physical quantities. In this way, the LHP can be designed top-down. In the design flow, first, the physical property value of the fluid is calculated (S1), then the sizing in the radial direction and the axial direction of the evaporator is performed (S2), then the pressure loss is calculated (S3), The wick characteristic is calculated (S4), then the capacitor and the reservoir are sized (S5), and finally the radiator is sized (S6). Hereinafter, the design method according to the present invention will be described in detail in correspondence with the equations used in the above LHP design theory.

まず、流体の物性値を算出するステップ(S1)について説明する。   First, the step (S1) of calculating the physical property value of fluid will be described.

上述のLHPの各構成要素を設計するには流体の物性値を算出しておく必要がある。ここで、流体の物性値は、冷媒の所定温度Tυでの飽和蒸気圧Pυ、飽和蒸気圧曲線の温度微分である圧力勾配P'υ、蒸気密度ρυ、蒸気(定圧/定積)比熱比γυ、蒸気粘性係数μυ、液密度ρl、液定圧比熱Cpl、液熱伝導率kl、液粘性係数μl、飽和液の粘性係数と密度との比を示す液動粘性係数νl、液表面張力σl、気化潜熱λである。これらの物性値は、冷媒物性算定式を用いて、臨界温度から求まる換算温度、臨界圧力から求まる換算圧力に基づいて求めることができる。なお、流体の物性値の算定方法には流体ごとに様々なものが存在するが、それらのいずれの方法に基づいて求めてもよい。 In order to design each component of the LHP described above, it is necessary to calculate the physical property value of the fluid. Here, the physical property values of the fluid are the saturated vapor pressure Pυ at a predetermined temperature Tυ of the refrigerant, the pressure gradient P′υ which is the temperature derivative of the saturated vapor pressure curve, the vapor density ρυ, the steam (constant pressure / constant product) specific heat ratio γυ. , steam viscosity Myuupushiron, liquid density [rho l, liquid specific heat at constant pressure Cp l, Ekinetsu conductivity k l, liquid viscosity coefficient mu l, Ekido viscosity coefficient showing a ratio between the viscous modulus and the density of the saturated liquid [nu l, liquid The surface tension σ l and the latent heat of vaporization λ. These physical property values can be obtained based on the converted temperature obtained from the critical temperature and the converted pressure obtained from the critical pressure, using the refrigerant physical property calculation formula. There are various methods for calculating the physical property value of the fluid for each fluid, but the method may be obtained based on any of these methods.

次に、エバポレータの径方向および軸方向それぞれのサイジングを行うステップ(S2)について説明する。まず、エバポレータの径方向のサイジングについて説明する。   Next, the step (S2) of performing sizing in the radial direction and the axial direction of the evaporator will be described. First, the radial sizing of the evaporator will be described.

蒸気管径DVLは、蒸気管の流れが乱流であるとしたときの、蒸気粘性係数と蒸気密度と気化潜熱と蒸気管径と熱負荷と蒸気路圧損勾配との関係を示す上記式(47a)から求めることができる。 The steam pipe diameter D VL is the above equation (representing the relationship among the steam viscosity coefficient, the steam density, the latent heat of vaporization, the steam pipe diameter, the heat load, and the steam path pressure drop gradient when the steam pipe flow is turbulent. 47a).

また、液管径DLLは、液管の流れが層流であるとしたときの、液動粘性係数と気化潜熱と液管径と熱負荷と液路圧損勾配との関係を示す上記式(47b)から求めることができる。 Further, Ekikan径D LL is the expression that indicates when a flow of the liquid pipe and to be laminar flow, the relationship between the latent heat of vaporization and the liquid pipe diameter and the thermal load and the fluid passages pressure loss gradient Ekido viscosity ( 47b).

また、バイオネット管径Dbayoは、液管径DLLと等しいので、式(18a)から求めることができる。 Further , the bayonet tube diameter D bayo is equal to the liquid tube diameter D LL, and can be obtained from the equation (18a).

このとき、ウイック内径Dwinは、臨界ボンド数Bo*、液表面張力、液密度、蒸気密度および重力加速度によって定まる液チャンネルのアニュラ・スペース全幅Wannとバイオネット管径Dbayoとを加算することにより、上記式(17)から求められる。 At this time, the wick inner diameter D win is obtained by adding the total width W ann of the liquid channel determined by the critical bond number Bo * , the liquid surface tension, the liquid density, the vapor density and the gravitational acceleration, and the bayonet tube diameter D bayo. From the above equation (17).

また、ウイック外径Dwoutは、エバポレータ温度効率を伝達ユニット数に変換し、該伝達ユニット数により定まるウイック外径/内径比とウイックの内径とを乗算することにより、上記式(19a)から求められる。 The wick outer diameter D wout is obtained from the above equation (19a) by converting the evaporator temperature efficiency into the number of transmission units and multiplying the wick outer diameter / inner diameter ratio determined by the number of transmission units by the inner diameter of the wick. It is done.

次に、ウイック厚δwは、ウイック外径/内径比から1を減算した値にウイック内径Dwinを乗算した値を2で除算した値として、上記式(19b)から求められる。 Next, the wick thickness δ w is obtained from the above equation (19b) as a value obtained by dividing a value obtained by subtracting 1 from the wick outer diameter / inner diameter ratio by the wick inner diameter D win by 2.

また、液チャンネルに対する蒸気チャンネルの断面積比εvchは、蒸気管径をウイック内径で除算した値の2乗を蒸気チャネルと蒸気管の断面積比で除算した値として、付録の式(A2c)から決定することができる。 Further, the cross-sectional area ratio ε vch of the steam channel to the liquid channel is expressed by the formula (A2c) in the appendix as a value obtained by dividing the square of the value obtained by dividing the steam pipe diameter by the wick inner diameter by the cross-sectional area ratio of the steam channel and the steam pipe. Can be determined from

次に、エバポレータの軸方向のサイジングを行うステップ(S2)について説明する。   Next, the step (S2) of performing axial sizing of the evaporator will be described.

エバポレータ長Levapは、熱負荷を、単位面積当り熱負荷とウイック外径とエバポレータ・サドル幅/ウイック外径比とエバポレータ有効/全長比とを乗じたエバポレータの単位長さ当りの熱負荷で除算した値として、上記式(20)のように求めることができる。 Evaporator length L evap is the heat load divided by the heat load per unit area of the evaporator multiplied by the heat load per unit area, wick outer diameter, evaporator saddle width / wick outer diameter ratio, and evaporator effective / full length ratio. The obtained value can be obtained as in the above equation (20).

このようにして、エバポレータの径方向および軸方向のサイジングを行うステップ(S2)では、蒸気管径DVL、液管径DLL、バイオネット管径Dbayo、ウイック内径Dwin、ウイック外径Dwout、ウイック厚δw、蒸気チャンネルの液チャンネルに対する断面積比εvch、およびエバポレータ長Levapを決めることができる。 Thus, in the step of sizing the evaporator in the radial direction and the axial direction (S2), the steam pipe diameter D VL , the liquid pipe diameter D LL , the bayonet pipe diameter D bayo , the wick inner diameter D win , and the wick outer diameter D The wout , the wick thickness δ w , the cross-sectional area ratio ε vch of the vapor channel to the liquid channel, and the evaporator length L evap can be determined.

次に、圧損を算定するステップ(S3)について説明する。   Next, the step (S3) for calculating the pressure loss will be described.

まず、蒸気路圧損は、蒸気路圧損勾配(△PVL/LVL)*と蒸気路長LVLとを乗算することにより、上記式(23a)から求めることができる。 First, the steam path pressure loss can be obtained from the above equation (23a) by multiplying the steam path pressure loss gradient (ΔPVL / LVL) * and the steam path length L VL .

また、液路圧損は、液路圧損勾配(△PLL/LLL)*と液路長LLLとを乗算することにより、上記式(23b)から求めることができる。 Further, the liquid passage pressure loss can be obtained from the above equation (23b) by multiplying the liquid passage pressure loss gradient (ΔPLL / LLL) * by the liquid passage length L LL .

また、コンデンサ圧損は、アンビエント温度から蒸気温度を減算した値とアンビエント/ウイック間コンダクタンスKawとを乗算した値であるリザーバからの侵入熱Q'(上記式(39))をエバポレータに対する熱負荷Qと加算した値をコンデンサ圧損率(△Pcond/Q)*と乗算することにより、上記式(23c)として求めることができる。 Further, the condenser pressure loss is obtained by multiplying the intrusion heat Q (formula (39)) from the reservoir, which is a value obtained by multiplying the ambient temperature by subtracting the steam temperature from the ambient temperature and the conductance K aw between the ambient and wick, into the heat load Q on the evaporator. Is multiplied by the capacitor pressure loss rate (ΔPcond / Q) * to obtain the above equation (23c).

また、エバポレータ圧損は、蒸気チャンネル/蒸気管断面積比およびバイオネット管/ウイック内径比から定まるエバポレータ圧損係数に比例し、バイオネット管径の4乗に反比例し、液動粘性係数を気化潜熱で除算した値に比例し、熱負荷の2乗に比例し、エバポレータの単位長さ当りの熱負荷に反比例するという関係から、上記式(24a)として求めることができる。   The evaporator pressure loss is proportional to the evaporator pressure loss coefficient determined from the steam channel / steam pipe cross-sectional area ratio and the bayonet pipe / wick inner diameter ratio, and is inversely proportional to the fourth power of the bayonet pipe diameter. From the relationship that it is proportional to the divided value, proportional to the square of the thermal load, and inversely proportional to the thermal load per unit length of the evaporator, it can be obtained as the above equation (24a).

また、ポート圧損は、蒸気チャンネル/蒸気管断面積比から定まる蒸気ポート圧損係数と、蒸気チャンネルに対する液チャンネルの断面積比の1000分の1である臨界マッハ数を2乗した値と、蒸気(定圧/定積)比熱比と、飽和蒸気圧とを乗算した値の2分の1として、上記式(24b)のように求められる。   The port pressure loss is a value obtained by squaring a steam port pressure loss coefficient determined from the steam channel / steam pipe cross-sectional area ratio, a critical Mach number that is 1/1000 of the cross-sectional area ratio of the liquid channel to the steam channel, The constant pressure / constant product) specific heat ratio and the saturated vapor pressure are obtained as one half of the value obtained by multiplying the saturated vapor pressure by the above equation (24b).

また、フィティング圧損は、蒸気管/コンデンサ断面積比から定まる蒸気フィティング圧損係数を蒸気密度に蒸気管径の4乗を乗じた値で除算した値と、コンデンサ/液管断面積比から定まる液フィティング圧損係数にコンデンサ出口での断面変化ファクタ(式(A4b))の2乗を乗算した値を液密度に液管径の4乗を乗じた値で除算した値とを加算した値に比例し、熱負荷を気化潜熱で除算した値の2乗に比例するという関係から、上記式(24c)として求めることができる。   The fitting pressure loss is determined from the value obtained by dividing the steam fitting pressure loss coefficient determined from the steam pipe / capacitor cross-sectional area ratio by the value obtained by multiplying the vapor density by the fourth power of the steam pipe diameter, and the capacitor / liquid pipe cross-sectional area ratio. A value obtained by multiplying the value obtained by multiplying the liquid fitting pressure loss coefficient by the square of the cross-section change factor (formula (A4b)) at the outlet of the capacitor and the value obtained by dividing the liquid density by the value obtained by multiplying the liquid pipe diameter by the fourth power. From the relationship that it is proportional and proportional to the square of the value obtained by dividing the thermal load by the latent heat of vaporization, it can be obtained as the above equation (24c).

よって、ループ圧損は、前記それぞれの圧損を合算することにより、上記式(22)として求めることができる。なお、ループ圧損は、以下のウイックの特定指定を行うステップ(S4)において利用するものである。   Therefore, the loop pressure loss can be obtained as the above equation (22) by adding the respective pressure losses. The loop pressure loss is used in the following step (S4) for specifying a wick.

次に、ウイックの特性指定を行うステップ(S4)について説明する。   Next, the step (S4) for specifying the characteristics of the wick will be described.

まず、ウイック毛管半径rcは、液表面張力に比例し、ウイック圧損/毛管圧頭比を1から減算した値に比例し、毛管圧損ファクタとループ圧損とを乗算した値にエバポレータとコンデンサの間の高低差△hから△Pgrav=ρlg△hとして定まる重力損を加算した値に反比例するという関係から、上記式(28)として算定することができる。 First, the wick capillary radius r c, proportional to the liquid surface tension, wick pressure loss / capillary圧頭ratio proportional to the value obtained by subtracting from 1, between the capillary pressure loss factor value to the evaporator and condenser and a loop pressure loss obtained by multiplying From the relationship that it is inversely proportional to the value obtained by adding the gravity loss determined as ΔPgrav = ρ l gΔh from the height difference Δh, the above equation (28) can be calculated.

ウイックのポロシティは、伝達ユニット数、液定圧比熱、液動粘性係数、ウイック圧損と毛管圧頭との比、および毛管圧頭から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の解析値と、ウイック材の物性および構造から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の計算値とが等しくなるように決められる。すなわち、ウイックの形成構造に基づいて定められるウイックの毛管半径およびポロシティとウイック材固有の液透過率Kpとの関係式(上記式(32))と、ウイックの形成構造に基づいて定められるウイックのポロシティとウイック材および冷媒液の熱伝導率とウイックの実効熱伝導率keffとの関係式(付録Bの式)と、ウイックの熱伝導と液透過との相関性から定められるウイックの形状補正液透過率とウイックの実効熱伝導率とウイックの毛管半径の2乗とウイックの外径と内径の比の自然対数との関係を示した式(上記式(35))から求めることができる。 The wick's porosity is the analytical value of the number of transmission units, liquid constant pressure specific heat, fluid dynamic viscosity coefficient, the ratio of wick pressure loss to capillary pressure head, and the ratio of thermal conductivity and liquid permeability of wick determined from the capillary pressure head, The calculated value of the ratio between the thermal conductivity of the wick and the liquid permeability determined from the physical properties and structure of the wick material is determined to be equal. That is, the relational expression (the above formula (32)) between the capillary radius and porosity of the wick determined based on the wick formation structure and the liquid permeability K p specific to the wick material, and the wick determined based on the wick formation structure Of the wick determined by the correlation between the porosity of the wick, the thermal conductivity of the wick material and the refrigerant liquid, and the effective thermal conductivity k eff of the wick (the formula in Appendix B), and the correlation between the thermal conductivity of the wick and liquid permeation The correction liquid permeability, the effective thermal conductivity of the wick, the square of the wick capillary radius, and the natural logarithm of the ratio of the outer diameter and the inner diameter of the wick (the above formula (35)) can be obtained. .

このように、ウイックの特性指定を行うステップ(S4)では、ウイック毛管半径rcおよびウイックのポロシティεwを決めることができる。 Thus, in step (S4) of performing characteristics specified wick, it can be determined wick capillary radius r c and a wick porosity epsilon w.

次に、コンデンサおよびリザーバのサイジングを行うステップ(S5)について説明する。   Next, the step of sizing the capacitor and the reservoir (S5) will be described.

コンデンサ管径を求めるにあたって、まず、ウイック径方向温度差を、毛管圧頭ファクタとループ圧損とを乗算した値に重力損を加算した値を蒸気温度における圧力微分で除算する(上記式(37))ことにより求める。次に、気化潜熱を液定圧比熱で除算した値を前記ウイック径方向温度差に加算し、その値をリザーバからの侵入熱を熱負荷で除算した値と乗算する(上記式(41))ことにより過冷却度を求める。次に、潜熱/顕熱比を、気化潜熱を液定圧比熱と前記サブクーラの過冷却度とを乗算した値で除算する(上記式(42))ことにより求める。そして、コンデンサの二相/単相領域比を、前記潜熱/顕熱比とサブクーラの温度効率とを乗算した値を、蒸気/液密度比から定まる二相伝熱係数増倍乗数

Figure 2008008573
と、サブクーラの温度効率に1を加算した値と、サブクーラの温度効率に1を加算した値に対する自然対数とを乗算した値で除算すること(上記式(51))から求める。最終的に、コンデンサ管径は、前記コンデンサの二相/単相領域比から定まる二相域割合(上記式(52a))を蒸気管径と乗算した値と、前記コンデンサの二相/単相領域比から定まる単相域割合(上記(52b))を液管径と乗算した値とを加算することにより、上記式(53)として求めることができる。 In obtaining the condenser tube diameter, first, the temperature difference in the wick radial direction is divided by a value obtained by multiplying the capillary pressure head factor and the loop pressure loss by the gravity loss by the pressure derivative at the steam temperature (the above formula (37)). ) Next, the value obtained by dividing the latent heat of vaporization by the specific heat of the liquid constant pressure is added to the temperature difference in the wick radial direction, and the value is multiplied by the value obtained by dividing the intrusion heat from the reservoir by the heat load (the above formula (41)). Obtain the degree of supercooling. Next, the latent heat / sensible heat ratio is obtained by dividing the latent heat of vaporization by the value obtained by multiplying the specific heat of the liquid constant pressure and the degree of subcooling of the subcooler (the above formula (42)). Then, the two-phase / single-phase region ratio of the capacitor is multiplied by the latent heat / sensible heat ratio and the temperature efficiency of the subcooler to obtain a two-phase heat transfer coefficient multiplication multiplier determined from the steam / liquid density ratio.
Figure 2008008573
And the value obtained by multiplying the value obtained by adding 1 to the temperature efficiency of the subcooler and the natural logarithm of the value obtained by adding 1 to the temperature efficiency of the subcooler (the above formula (51)). Finally, the condenser tube diameter is obtained by multiplying the vapor pipe diameter by the two-phase region ratio (the above formula (52a)) determined from the two-phase / single-phase region ratio of the capacitor, and the two-phase / single-phase capacitor. By adding the value obtained by multiplying the liquid pipe diameter by the single-phase region ratio (above (52b)) determined from the region ratio, the above equation (53) can be obtained.

蒸気管の流れは乱流であり、液管の流れは層流であるとして蒸気粘性係数と蒸気密度と液動粘性係数と気化潜熱と熱負荷とコンデンサ管径とから蒸気域圧損と液域圧損の比を求め(上記式(54b))、コンデンサ長Lcondは、該コンデンサ長が、コンデンサ圧損率に比例し、液路圧損勾配に反比例し、コンデンサ管径を蒸気管径で除算した値を4乗した値に比例し、熱負荷にリザーバからの侵入熱を加算した値に比例し、平均二相摩擦係数増倍乗数Ψ、二相域割合、および蒸気域圧損と液域圧損との比を乗算した値を単相域割合と加算した値に反比例するという関係から、上記式(56)として求めることができる。 The steam pipe flow is turbulent, and the liquid pipe flow is laminar, and the vapor pressure loss and liquid pressure loss are calculated from the vapor viscosity coefficient, vapor density, liquid dynamic viscosity coefficient, latent heat of vaporization, heat load, and condenser tube diameter. The capacitor length L cond is a value obtained by dividing the capacitor tube diameter by the steam tube diameter, the capacitor length being proportional to the capacitor pressure loss rate and inversely proportional to the liquid path pressure loss gradient. Proportional to the value raised to the fourth power, proportional to the value obtained by adding the intrusion heat from the reservoir to the heat load, the average two-phase friction coefficient multiplication multiplier ψ, the ratio of the two-phase region, and the ratio of the vapor region pressure loss to the liquid region pressure loss From the relationship that the value obtained by multiplying is inversely proportional to the value obtained by adding the single-phase region ratio, the above equation (56) can be obtained.

また、リザーバの容積Vresは、コンデンサ長およびコンデンサ管径から定まるコンデンサ容積(上記式(53)および(56))と蒸気管径から定まる蒸気管容積(上記式(47a))とを加算した値を、リザーバ体積に対する液体積の割合とリザーバ体積に対する蒸気体積の割合とを加算して1から減算した値で除算することにより、上記式(58)として求めることができる。 The reservoir volume V res is obtained by adding the condenser volume determined from the condenser length and condenser pipe diameter (the above formulas (53) and (56)) and the vapor pipe volume determined from the steam pipe diameter (the above formula (47a)). By dividing the value by the value obtained by adding the ratio of the liquid volume to the reservoir volume and the ratio of the vapor volume to the reservoir volume and subtracting it from 1, it can be obtained as the above equation (58).

また、リザーバ直径Dresは、リザーバの容積の1/3乗に比例するとして求めることができる(上記式(60)a)。 The reservoir diameter D res can be obtained as being proportional to the 1/3 power of the volume of the reservoir (the above formula (60) a).

また、リザーバ長は、リザーバ直径と同じ値として定めることができる(上記式(60)b)。   The reservoir length can be determined as the same value as the reservoir diameter (the above formula (60) b).

このように、コンデンサおよびリザーバのサイジングを行うステップ(S5)では、コンデンサ・サブクーラの管径Dcond、コンデンサ・サブクーラの長さLcond、リザーバの容積Vres、リザーバの直径Dresを決めることができる。 Thus, in the step of sizing the condenser and the reservoir (S5), the condenser subcooler tube diameter D cond , the condenser subcooler length L cond , the reservoir volume V res , and the reservoir diameter D res are determined. it can.

最後に、ラジエータのサイジングを行うステップ(S6)について説明する。   Finally, the step of sizing the radiator (S6) will be described.

フィン・ルート温度を、サブクーラの温度効率の逆数に1を加算した値にサブクーラの過冷却度を乗算した値を飽和蒸気温度から減算することにより求め(上記式(63))、ラジエータの面積は、熱負荷とリザーバからの侵入熱を加算した値に比例し、ラジエータの実効面積率とラジエータのフィン効率と輻射熱伝達係数とフィン・ルート温度から熱シンク温度を減算した値とを乗算した値に反比例する関係から、上記式(64)として求めることができる。   The fin root temperature is obtained by subtracting the value obtained by adding 1 to the reciprocal of the subcooler temperature efficiency and the subcooler subcooling degree from the saturated steam temperature (formula (63) above), and the area of the radiator is The value obtained by multiplying the value obtained by subtracting the heat sink temperature from the effective area ratio of the radiator, the fin efficiency of the radiator, the radiant heat transfer coefficient, and the fin root temperature It can obtain | require as said Formula (64) from the inversely proportional relationship.

また、フィーダの半間隔WFは、ラジエータ面積をコンデンサ長の2倍の値で除算した値として求めることができる(上記式(67))。 Further, semi-interval W F of the feeder can be obtained radiator area as a value obtained by dividing by two times the value of the capacitor length (the formula (67)).

また、フィンの厚さδRは、フィンの熱伝導率に反比例し、ラジエータの実効面積率に比例し、輻射熱伝達係数に比例し、フィーダの半間隔をフィン効率から定まるフィン伝導パラメータで除算した値の二乗に比例する関係から、上記式(68)として求めることができる。 The fin thickness δ R is inversely proportional to the thermal conductivity of the fin, proportional to the effective area ratio of the radiator, proportional to the radiant heat transfer coefficient, and the feeder half-distance divided by the fin conduction parameter determined from the fin efficiency. From the relationship proportional to the square of the value, it can be obtained as the above equation (68).

このように、ラジエータのサイジングを行うステップ(S6)では、ラジエータの面積AR、フィーダの間隔WF、フィンの厚さδRを決めることができる。 Thus, in the step of sizing the radiator (S6), the area A R of the radiator, the feeder interval W F , and the fin thickness δ R can be determined.

これまで述べてきたLHPの各構成要素の設計において用いた数式に関しては、必ずしも同一の数式でなければならないとは限らない。上記の算定式によれば理想的な設計値が得られるが、本発明を適用する実際の場面を想定して、上記の各算定式に所定の誤差範囲を指定してもよい。また、実験式に基づく係数等は実験誤差を伴うこともあることを考慮すれば、所定範囲の誤差を許容するためのパラメータを導入することにより、各構成要素の設計値を得るようにしてもよい。   The mathematical formulas used in the design of each component of the LHP described so far do not necessarily have to be the same mathematical formula. Although an ideal design value can be obtained according to the above calculation formula, a predetermined error range may be specified in each of the above calculation formulas assuming an actual scene to which the present invention is applied. Also, considering that coefficients based on empirical formulas may involve experimental errors, design values for each component may be obtained by introducing parameters for allowing errors within a predetermined range. Good.

今まで述べてきたように、本発明に係るループヒートパイプの設計方法は、エバポレータの熱交換器としての能力すなわち温度効率に基づいてモデル化することにより、ウイックの外径と内径の比が得られること、臨界ボンド数を導入することにより、エバポレータ・液チャンネルのアニュラ・スペース全幅が定まること、設計条件から各部圧損を求めてループ圧損を算定すればウイックの毛管半径が決まること、ウイックの形状補正液透過率および材料固有液透過率ならびに熱伝導率の実験式からウイックのポロシティが規定されること、リザーバからの流入熱およびウイック径方向温度差から冷媒過冷却度が決まること、それにより、コンデンサ二相域および単相域の割合が定まり、コンデンサの管径・長さが決まること等を見出したことにより実現されたものである。   As described above, the design method of the loop heat pipe according to the present invention is obtained by modeling the evaporator as a heat exchanger, that is, based on the temperature efficiency, thereby obtaining the ratio between the outer diameter and the inner diameter of the wick. By introducing the critical bond number, the entire annular space of the evaporator / liquid channel can be determined, and the capillary pressure radius of the wick can be determined by calculating the loop pressure loss by calculating the pressure loss of each part from the design conditions, the shape of the wick The wick porosity is defined from the empirical formulas for correction liquid permeability, material intrinsic liquid permeability and thermal conductivity, and the refrigerant subcooling degree is determined from the inflow heat from the reservoir and the wick radial temperature difference. It has been found that the ratio of capacitor two-phase region and single-phase region is determined, and the tube diameter and length of the capacitor are determined. Those that have been realized by.

すなわち、本発明は、ウイックの熱・質量伝達方程式の解からエバポレータの伝達ユニット数とウイックの外径/内径比との関係を、エバポレータの温度効率から逆に伝達ユニット数を、圧損勾配、圧損率等から各部圧損を、ウイックの液透過方程式の解から形状補正液透過率を、ループ圧損および飽和蒸気圧曲線勾配からウイック径方向温度差を、平均二相伝熱係数増倍乗数からコンデンサ二相/単相領域比を与える解析式を導入し、それらにより理論的裏付けを有するループヒートパイプの解析モデルを作成したものである。   That is, the present invention relates the relationship between the number of transmission units of an evaporator and the outer diameter / inner diameter ratio of the wick from the solution of the wick's heat / mass transfer equation, and the number of transmission units on the contrary from the temperature efficiency of the evaporator. The pressure loss of each part from the rate, the shape-corrected liquid permeability from the solution of the wick's liquid permeation equation, the temperature difference in the wick radial direction from the loop pressure loss and saturated vapor pressure curve gradient, and the condenser two-phase from the average two-phase heat transfer coefficient multiplier / Introduces analytical formulas that give single-phase region ratios, and creates analytical models for loop heat pipes with theoretical support.

[用語説明(物理量関係)]
ここで、各種物理量についてそれぞれ説明すると以下の通りである。
熱負荷:エバポレータに加える熱量。実機の場合はサドル上の電子機器発熱量、実験では一般にヒータ熱量を指す。
液透過率:ウイックの液透過の難易度、単位m2、この値が小さいほど液は透過しにくい。
温度効率:エバポレータまたはサブクーラの軸(流れ)方向温度差の径(管厚)方向温度差に対する比、単位無次元、熱交換器とみなしたときのエネルギー交換率に相当する。
過冷却度:冷媒の飽和状態での温度とそれよりさらに冷却された状態(過冷却状態)での温度との差である。
実効熱伝導率:空孔部すべてに液が含浸した状態でのウイックの熱伝導率である。
重力損:エバポレータとコンデンサとの間の高低差および重力加速度による圧力増減、単位Pa、無重力下ではゼロである。
単相域割合:コンデンサのうち冷媒が過冷却状態(液単相状態)になっている領域の長さの全長に対する比である。
伝導パラメータ:フィン効率を決めるファクタ、等厚平板フィンの場合には輻射コンダクタンスと伝導コンダクタンスとの比の平方根である。
伝達ユニット数:熱コンダクタンスと流れキャパシタンスとの比、単位は無次元である。
二相域割合:コンデンサのうち冷媒が飽和状態(気/液二相状態)になっている領域の長さの全長に対する比である。
二相圧損係数増倍乗数:同一流率下で二相状態で流れた場合の圧損と単相状態で流れた場合の圧損との比である。
二相伝熱係数増倍乗数:同一流率下で凝縮しながら流れた場合の熱伝達係数と相変化せず流れた場合の熱伝達係数との比である。
フィン効率:ラジエータ・パネルの温度がフィーダ(フィン・ルート)から離れるに従って低下することを考慮した場合の放熱量と低下せず一様とした場合の放熱量との比である。
ポロシティ:ウイックの空孔率(空孔占有体積の全体積に対する比)。
ボンド数:重力の毛管力に対する比、微小重力下ではそれが臨界値以上になると凝縮不安定となる。
マッハ数:流速の音速に対する比。
毛管圧頭:最大毛管圧力(ウイック空孔内の液メニスカスの孔壁に対する接触角が0degのときの毛管圧力)。
毛管半径:ウイックの空孔を微細円筒とみなしたときの半径、発生毛管力はその逆数に比例する。
[Glossary of terms (physical quantities)]
Here, various physical quantities will be described as follows.
Heat load: The amount of heat applied to the evaporator. In the case of an actual machine, the heat generation amount of the electronic device on the saddle, and in the experiment, generally indicates the heat amount of the heater.
Liquid permeability: degree of difficulty of liquid permeation of wick, unit m 2 , the smaller this value, the harder the liquid penetrates.
Temperature efficiency: The ratio of the temperature difference in the axial (flow) direction of the evaporator or sub-cooler to the temperature difference in the diameter (tube thickness) direction, unitless dimension, corresponding to the energy exchange rate when regarded as a heat exchanger.
Degree of supercooling: the difference between the temperature in a refrigerant saturated state and the temperature in a further cooled state (supercooled state).
Effective thermal conductivity: It is the thermal conductivity of the wick in a state where all the pores are impregnated with the liquid.
Gravity loss: Pressure difference due to the height difference between the evaporator and the condenser and gravitational acceleration, unit Pa, zero under zero gravity.
Single-phase region ratio: The ratio of the length of the region of the condenser where the refrigerant is in a supercooled state (liquid single-phase state) to the total length.
Conduction parameter: a factor that determines fin efficiency, in the case of constant thickness plate fins, it is the square root of the ratio of radiation conductance to conduction conductance.
Number of transfer units: ratio of thermal conductance to flow capacitance, unit is dimensionless.
Two-phase region ratio: The ratio of the length of the region of the condenser where the refrigerant is saturated (gas / liquid two-phase state) to the total length.
Two-phase pressure loss coefficient multiplier: The ratio of the pressure loss when flowing in the two-phase state under the same flow rate to the pressure loss when flowing in the single-phase state.
Two-phase heat transfer coefficient multiplication multiplier: The ratio between the heat transfer coefficient when flowing while condensing under the same flow rate and the heat transfer coefficient when flowing without phase change.
Fin efficiency: The ratio of the heat dissipation when considering that the temperature of the radiator panel decreases as it moves away from the feeder (fin route) and the heat dissipation when it is uniform without decreasing.
Porosity: The wick porosity (ratio of the total volume occupied by the holes).
Bond number: Ratio of gravity to capillary force. Under microgravity, condensation becomes unstable when it exceeds a critical value.
Mach number: Ratio of flow velocity to sound velocity.
Capillary pressure head: Maximum capillary pressure (capillary pressure when the contact angle with respect to the pore wall of the liquid meniscus in the wick hole is 0 deg).
Capillary radius: Radius when the wick hole is regarded as a fine cylinder, the generated capillary force is proportional to its reciprocal.

[用語説明(構成要素関係)]
ここで、ループヒートパイプの構成要素についてそれぞれ説明すると以下の通りである。
アニュラ・スペース:円筒状ウイックとバイオネット管との間に形成されたエバポレータ・液チャンネル内の円環状部分のこと。
アンビエント:エバポレータ・リザーバの設置されている周辺環境。
ウイック:毛管力発生(第1ウイック)・液供給(第2ウイック)用多孔質材。特に明記しない限り、第1ウイックのこと。
エバポレータ:液チャンネルと蒸気チャンネルとから構成される蒸発器。
コンデンサ:蛇管状凝縮器。
サドル:エバポレータに直結された発熱機器取付板。
サブクーラ:コンデンサの液過冷却用部分。
蒸気グルーブ:蒸気チャンネルを構成する溝。
蒸気チャンネル:全ての蒸気グルーブを合わせたもの。
液チャンネル:アニュラ・スペースおよびバイオネット管を合わせたもの。
蒸気ポート:発生蒸気の集積部。
熱シンク:ラジエータの放熱環境。
バイオネット管:液チャンネルに液戻り管の延長として挿入された円管、チャンネル内の液温を均一化する。
フィーダ:ラジエータの幅方向に平行に等間隔に蛇行させた管状コンデンサの1蛇行セグメント。
ラジエータ:フィーダ、フィン、およびパネルから構成される平板状放熱器。
リザーバ:液供給ウイックによりエバポレータ・液チャンネルと連結した液溜、起動条件の相違によるループ内液分布の変化分を補償する。
[Glossary of terms (components)]
Here, each component of the loop heat pipe will be described as follows.
Annular space: An annular portion in the evaporator / liquid channel formed between the cylindrical wick and the bayonet tube.
Ambient: The surrounding environment where the evaporator and reservoir are installed.
Wick: Porous material for generating capillary force (first wick) and supplying liquid (second wick). The first wick unless otherwise stated.
Evaporator: An evaporator composed of a liquid channel and a vapor channel.
Condenser: Snake tubular condenser.
Saddle: A heating device mounting plate directly connected to the evaporator.
Subcooler: A part for condenser supercooling.
Steam groove: A groove that forms a steam channel.
Steam channel: Combines all steam grooves.
Liquid channel: Combined annular space and bayonet tube.
Steam port: An accumulation part of generated steam.
Heat sink: Radiation environment of the radiator.
Bionette tube: A circular tube inserted as an extension of the liquid return pipe into the liquid channel, equalizing the liquid temperature in the channel.
Feeder: One meandering segment of a tubular condenser meandered at equal intervals parallel to the width direction of the radiator.
Radiator: A flat radiator that consists of a feeder, fins, and panels.
Reservoir: The liquid supply wick compensates for changes in the liquid distribution in the loop due to the difference between the liquid reservoir connected to the evaporator and liquid channel, and the starting conditions.

[数値結果]
次に、本発明に係るLHPの設計方法を適用することにより各構成要素の寸法を決定した一実施例について説明する。すなわち、以下では、上述の解析モデルに基づいて基本的構成のLHPに対して作成した設計コードについて説明する。LHPは、Q、Tv、TS、Ta、LVLおよびLLLが運用条件として与えられると、サイジングすることができる。モデルの設計パラメータ値としては以下を用いた。
Φevap=0.90
Bo*=10.0
Φvch/VL=0.833
q=10.0kW/m2
(L(a)/L)* evap=1.0
(W/D)* evap=4.0
H=10.0
(△Pwick/△Pcap)*=0.60
Φsub=0.90
ηF=0.90
εt=0.85
(△Pcond/Q)*=1.0Pa/W
(△PVL/LVL)*=40.0Pa/m
(△PLL/LLL)*=10.0Pa/m
Δh=Δpgravlg=0.10m
このとき運用条件は、特に指定しない限り以下の値とする。
Ts=43K
Ta=313K
VL=LLL=3.0m
一般的なタイプであるため、両面放熱のラジエータを有するアンモニア冷媒/チタン・パウダ・ウイックのLHPをサイジング計算の対象とした。計算の数値結果は、グラフとして図に示す。各図は、結果をコンパクトに示すため、2つのグループの曲線を含んでいる。太い曲線は、左縦軸座標に対して描かれており、一方、細い曲線は、右縦軸座標に対して描かれている。LHPは、通常、QとTvの特定の組み合わせに対して設計されるので、図6から11では、Qを横軸座標として0Wから800Wまでとり、Tvを曲線識別パラメータとして273Kから10Kごとに333Kまでとしている。図6は、必要とされる毛管半径rcおよび所望のウイック・ポロシティεwを表示している。予想されるように、図6は、Qが増加しTvが上がるにつれて、細かい孔径で高多孔性のウイックが必要とされることを示している。代表的な設計点Q=300WおよびTv=308Kに対して、図6の曲線B4/5およびF4/5からrC=2.85μmおよびεw=0.354であることがわかる。開発されたウイックは、rc=1.6μmから3.2μmであり、εw=0.33である。図7および8は、LHPの半径方向/軸方向の寸法を示している。バイオネット管径Dbayoおよびウイック内径Dwinは図7に表示される。一方、図8は、ウイックの厚さδWおよびエバポレータの長さLevapを示している。図7および8から、必要とされる径方向の大きさは、Qが増加し、Tvが減少するにつれて大きくなることがわかる。このとき、図8は、LevapがQおよびTvと共にほぼ線形的に変化することを示している。このことは、式(19a)、(20)および(21)から結果として生じることである。図7および8における曲線B4/5およびF4/5は、Q=300WおよびTv=308Kのとき、
Dbayo=4.0mm、Dwin=9.7mm、δW=6.3mmおよびLevap=0.34mとなることを示している。
[Numeric result]
Next, an embodiment in which the dimensions of each component are determined by applying the LHP design method according to the present invention will be described. That is, hereinafter, the design code created for the LHP having the basic configuration based on the above analysis model will be described. LHP is, Q, T v, T S , T a, when L VL and L LL is given as operating conditions, it is possible to sizing. The following were used as design parameter values for the model.
Φ evap = 0.90
Bo * = 10.0
Φ vch / VL = 0.833
q = 10.0kW / m 2
(L (a) / L) * evap = 1.0
(W / D) * evap = 4.0
f H = 10.0
(△ Pwick / △ Pcap) * = 0.60
Φ sub = 0.90
η F = 0.90
ε t = 0.85
(△ Pcond / Q) * = 1.0Pa / W
(△ PVL / LVL) * = 40.0Pa / m
(△ PLL / LLL) * = 10.0Pa / m
Δh = Δp grav / ρ l g = 0.10m
At this time, the operating conditions are as follows unless otherwise specified.
Ts = 43K
Ta = 313K
L VL = L LL = 3.0m
Since it is a general type, the LHP of ammonia refrigerant / titanium powder wick having a double-sided radiator is used for sizing calculation. The numerical results of the calculation are shown in the figure as a graph. Each figure contains two groups of curves to show the results in a compact manner. The thick curve is drawn with respect to the left vertical axis coordinate, while the thin curve is drawn with respect to the right vertical axis coordinate. Since LHP is usually designed for a specific combination of Q and T v , in FIGS. 6 to 11, Q is taken from 0 W to 800 W with the horizontal axis coordinate, and T v is taken as a curve identification parameter every 273K to 10K. Up to 333K. FIG. 6 displays the required capillary radius r c and the desired wick porosity ε w . As expected, FIG. 6, as Q increases and T v is increased, highly porous wick indicates that it is required a fine pore diameter. It can be seen from the curves B4 / 5 and F4 / 5 in FIG. 6 that r C = 2.85 μm and ε w = 0.354 for a typical design point Q = 300 W and T v = 308 K. The developed wick has r c = 1.6 μm to 3.2 μm and ε w = 0.33. 7 and 8 show the radial / axial dimensions of the LHP. The bayonet tube diameter D bayo and the wick inner diameter D win are displayed in FIG. On the other hand, FIG. 8 shows the thickness δ W of the wick and the length L evap of the evaporator. 7 and 8, it can be seen that the required radial size increases as Q increases and Tv decreases. At this time, FIG. 8 shows that L evap changes almost linearly with Q and T v . This is what results from equations (19a), (20) and (21). Curves B4 / 5 and F4 / 5 in FIGS. 7 and 8 are obtained when Q = 300 W and T v = 308K.
This shows that D bayo = 4.0 mm, D win = 9.7 mm, δ W = 6.3 mm, and L evap = 0.34 m.

また、LHPのエバポレータ設計において必要とされるものは、液チャネルに対する蒸気チャネルの断面積比εvchおよびリザーバ容積Vresである。図9は、適切なこれらの組み合わせを見出すのに用いられ、例えば、Q=300WおよびTv=308Kのとき、εvch=0.38およびVres=0.22lである。式(47a)および(47b)によると、図9の曲線は、εvchおよびVresは、Qが増し、Tvが下がると共に大きくなるという傾向を示している。図10はLHPのコンデンサ設計のためのものであり、適切な管径Dcondおよび必要とされる管の全長Lcondを与えるものである。Dcond=5.4mmおよびLcond=4.6mの値は、Q=300WおよびTv=308Kのとき、図10の曲線B4/5およびF4/5から得られる。図の曲線の上昇傾向は、式(53)および(56)から生じるものである。図11は、推定される熱侵入Q’および必要とされる過冷却度ΔTsubを示している。曲線B1−4からQ’を見出すことができ、Tv>Taのとき、曲線F1−4からΔTsubを見出すことができる。LHPは、

Figure 2008008573
の場合には
Q’=0としてモデル化されるので、曲線B5−7およびF5−7は図には現われていない。このように、Q’およびΔTsubはTvに依存する。図11の曲線B1/4およびF1/4から推論されるのは、Q=300KのときにQ’=6.2WおよびΔTsub=5.6Kであり、Q=300KおよびTv=303KのときにQ’=1.1WおよびΔTsub=0.88Kであるということである。 Also required in the LHP evaporator design are the cross-sectional area ratio ε vch of the vapor channel to the liquid channel and the reservoir volume V res . FIG. 9 is used to find a suitable combination of these, for example, when Q = 300 W and T v = 308K, ε vch = 0.38 and V res = 0.22l. According to equations (47a) and (47b), the curves in FIG. 9 show that ε vch and V res tend to increase as Q increases and T v decreases. FIG. 10 is for LHP capacitor design and provides the appropriate tube diameter D cond and the required tube total length L cond . The values D cond = 5.4 mm and L cond = 4.6 m are obtained from the curves B4 / 5 and F4 / 5 in FIG. 10 when Q = 300 W and T v = 308K. The upward trend of the curve in the figure results from equations (53) and (56). FIG. 11 shows the estimated heat penetration Q ′ and the required degree of subcooling ΔT sub . Can be found Q 'from the curve B1-4, when T v> T a, can be found [Delta] T sub from the curve F1-4. LHP is
Figure 2008008573
In Case of
Since it is modeled as Q ′ = 0, curves B5-7 and F5-7 do not appear in the figure. Thus, Q ′ and ΔT sub depend on T v . Inferred from the curves B1 / 4 and F1 / 4 in FIG. 11 are Q ′ = 6.2 W and ΔT sub = 5.6 K when Q = 300K, and Q when Q = 300 K and T v = 303K. '= 1.1 W and ΔT sub = 0.88K.

ウイックの特性を特定するために、図12および13は、rcおよびεwを図6と異なる方法で表示したものである。横軸は、QではなくLFL/2で0.0mから8.0mになっており、全流路長の半分としたときの蒸気/液管の長さである。図12の曲線は、熱負荷Qをパラメータとして、50W、100W、...、600Wまたは800Wの値をとる。ここで、蒸発温度Tvは、303Kとして固定されている。図12の曲線B1/8およびF1/8は、rcおよびεwの可能な範囲がQ=50Wのとき、それぞれ11.3μmから3.0μmおよび0.26から0.35であり、Q=800Wのとき、それぞれ1.7μmから1.2μmおよび0.39から0.42であることを示している。図13は、このとき、対象とする8種類のウイックに対して必要とされるrcおよび望ましいεwの値を示している。形成構造においてファイバ、パウダ、ビーズまたはフォウムが、材料としてはニッケルまたはチタニウムが考慮されている。図13の全ての曲線は、Q=300WおよびTv=313Kとして特定されるLHPに適用可能である。rcがウイックのタイプに依存しないことは当然であるが、εwはそれにかなり依存している。図13の曲線NIPW/TIPW(ニッケル・パウダ/チタン・パウダ)およびNIFI/TIFI(ニッケル・ファイバ/チタン・ファイバ)から導かれる結論は、より高いポロシティがファイバ・ウイックよりもパウダ・ウイックに対して必要とされるということである。 In order to specify the characteristics of the wick, FIGS. 12 and 13 show r c and ε w in a different way from FIG. The horizontal axis is the length of the steam / liquid pipe when L FL / 2, not Q, is 0.0 m to 8.0 m and is half the total flow path length. The curve in FIG. 12 shows 50 W, 100 W,. . . , Takes a value of 600W or 800W. Here, the evaporation temperature T v is fixed as 303 K. Curve B1 / 8 and F1 / 8 in FIG. 12, when the possible range of r c and epsilon w is Q = 50 W, 0.35 from 3.0μm and 0.26 from 11.3μm respectively, when Q = 800 W, respectively 1.7 It is shown to be from μm to 1.2 μm and from 0.39 to 0.42. FIG. 13 shows the values of r c and desirable ε w required for the eight types of wicks at this time. In the forming structure, fibers, powders, beads or foams are considered, and nickel or titanium are considered as materials. All curves in FIG. 13 are applicable to LHP specified as Q = 300 W and T v = 313K. Of course, r c does not depend on the type of wick, but ε w is very dependent on it. The conclusions drawn from the curves NIPW / TIPW (Nickel Powder / Titanium Powder) and NIFI / TIFI (Nickel Fiber / Titanium Fiber) in FIG. It is necessary.

実際の設計では、主要変数としてQの代わりにTvをとる方が便利な場合がある。このとき、図7から図9は、図14から図16に置換され、Tvは横軸で273から333Kまでとられ、Qは曲線識別パラメータとしてとられる。使用パラメータ値は図12と同様である。LHPのサイズを大まかに見積る場合、図14からDbayoおよびDwimを、図15からδwおよびLevapを、図16からεvchおよびVresを決定する。第1ウイックの設計では、重要なサイジングパラメータは、δwおよびLevapが式(19a)、(19b)、(20)および(21)で定義された仕方でRwに依存するので、Φevapである。したがって、図17は、δwおよびLevapをΦevapの関数として0.78から0.98までの可能性のある範囲で表示する。このとき、曲線は、Q=50W、100Wまたは500WおよびTv=313Kの状況下で描かれている。図17の2つのグループの曲線は、ウイックを厚くしてわずかに短くすることがΦevap値を高くするために必要とされ、δwおよびLevapはQを上げるにつれて当然に増大するということを示している。図17のQ=300Wの場合を考えると、このことは、δwは5.5mmから6.8mmであることが曲線B4から、Levapは0.37mから0.32mであることが曲線F4からわかる。 In actual design, it may be more convenient to take T v as the primary variable instead of Q. In this case, FIGS. 7-9, is replaced in FIG. 16 from FIG. 14, T v is taken from 273 in the horizontal axis to 333 K, Q is taken as the curve identification parameter. Use parameter values are the same as in FIG. When roughly estimating the size of LHP, D bayo and D wim are determined from FIG. 14, δ w and L evap are determined from FIG. 15, and ε vch and V res are determined from FIG. In the first wick design, the important sizing parameters are Φ evap because δ w and L evap depend on R w in the manner defined by equations (19a), (19b), (20) and (21). It is. Thus, FIG. 17 displays δ w and L evap as a function of Φ evap with a possible range from 0.78 to 0.98. At this time, the curve is drawn under the condition of Q = 50 W, 100 W or 500 W and T v = 313K. The two groups of curves in FIG. 17 show that thicker and slightly shorter wicks are needed to increase the Φ evap value, and δ w and L evap naturally increase as Q is increased. Show. Considering the case of Q = 300 W in FIG. 17, this is, [delta] w from it curves B4 is 6.8mm from 5.5 mm, L evap is understood that it is 0.32m from the curve F4 from 0.37 m.

LHPは式(39)から算出される割合で熱を得るので、LHP設計に関するアンビエント温度の影響を理解することは非常に重要である。Q=300WおよびTv=283K、293K、...、または333Kの状況下で求められる前記影響の程度が、図18および図19に概念的に示される。ここで、曲線は283Kから323Kの範囲のTaに対して描かれている。図18は必要とされる過冷却度ΔTsubおよび結果として生じるポンプ効率ηPを示している。図18から、Taが上がりTvが下がるにつれてηPが下降する一方でΔTsubは上昇することがわかる。また、Tv=323Kまたは333KのときΔTsub=0.0Kであることが図からわかる。これは、

Figure 2008008573
ならばQ’=0であるという計算モデルによるものである。このとき、図19は、必要とされるコンデンサ管径Dcondおよび必要とされる全コンデンサ長Lcondを示す。この図からわかることは、TaおよびTvの上昇と共にDcondおよびLcondの両方が減少することである。この下降傾向は、式(42)、(51)、(52a)、(52b)および(53)はΔTsubが大きくなるときにDcond/DLLを小さくするように半径をサイジングした結果として生じるものである。しかしながら、式(56)のQ+Q’のために、Lcondの上昇傾向が、熱侵入が我々の推定よりかなり大きい場合に現れることもある。 Since LHP obtains heat at a rate calculated from equation (39), it is very important to understand the effect of ambient temperature on LHP design. Q = 300W and T v = 283K, 293K,. . . 18 or 19 conceptually shows the degree of the influence obtained under the condition of 333K. Here, the curve is drawn with respect to T a in the range of 323K from 283 K. FIG. 18 shows the required degree of subcooling ΔT sub and the resulting pump efficiency η P. From FIG. 18, it can be seen that as T a increases and T v decreases, η P decreases while ΔT sub increases. It can also be seen from the figure that ΔT sub = 0.0K when T v = 323K or 333K. this is,
Figure 2008008573
Then, it is based on the calculation model that Q ′ = 0. At this time, FIG. 19 shows the required capacitor tube diameter D cond and the required total capacitor length L cond . It can be seen from this figure that both the D cond and L cond decreases with increasing T a and T v. This downward trend occurs as a result of sizing the radius so that D cond / D LL is reduced when ΔT sub is increased in equations (42), (51), (52a), (52b) and (53). Is. However, because of Q + Q ′ in equation (56), the upward trend in L cond may appear when the heat penetration is significantly greater than our estimate.

[付録A]係数表現
(A1a)

Figure 2008008573
(A1b)
Figure 2008008573
(A2a)
Figure 2008008573
(A2b)
Figure 2008008573
(A2C)
Figure 2008008573
(A3a)
Figure 2008008573
(A3b)
Figure 2008008573
(A4a)
Figure 2008008573
(A4b)
Figure 2008008573
(A5a)
Figure 2008008573
(A5b)
Figure 2008008573
(A6a)
Figure 2008008573
(A6b)
Figure 2008008573
(A7a)
Figure 2008008573
(A7b)
Figure 2008008573
(A8a)
Figure 2008008573
(A8b)
Figure 2008008573
(A9)
Figure 2008008573
[付録B]実効熱伝導率
(B1a)
Figure 2008008573
(B1b)
Figure 2008008573
(B2a)
Figure 2008008573
(B2b)
Figure 2008008573
(B3)
Figure 2008008573
(B4)
Figure 2008008573
(B5)
Figure 2008008573
[付録C]質量モデル
(C1a)
Figure 2008008573
(C1b)
Figure 2008008573
(C1c)
Figure 2008008573
(C1d)
Figure 2008008573
(C2a)
Figure 2008008573
(C2b)
Figure 2008008573
(C2c)
Figure 2008008573
(C2d)
Figure 2008008573
(C2e)
Figure 2008008573
(C3a)
Figure 2008008573
(C3b)
Figure 2008008573
[Appendix A] Coefficient representation
(A1a)
Figure 2008008573
(A1b)
Figure 2008008573
(A2a)
Figure 2008008573
(A2b)
Figure 2008008573
(A2 C )
Figure 2008008573
(A3a)
Figure 2008008573
(A3b)
Figure 2008008573
(A4a)
Figure 2008008573
(A4b)
Figure 2008008573
(A5a)
Figure 2008008573
(A5b)
Figure 2008008573
(A6a)
Figure 2008008573
(A6b)
Figure 2008008573
(A7a)
Figure 2008008573
(A7b)
Figure 2008008573
(A8a)
Figure 2008008573
(A8b)
Figure 2008008573
(A9)
Figure 2008008573
[Appendix B] Effective thermal conductivity
(B1a)
Figure 2008008573
(B1b)
Figure 2008008573
(B2a)
Figure 2008008573
(B2b)
Figure 2008008573
(B3)
Figure 2008008573
(B4)
Figure 2008008573
(B5)
Figure 2008008573
[Appendix C] Mass Model
(C1a)
Figure 2008008573
(C1b)
Figure 2008008573
(C1c)
Figure 2008008573
(C1d)
Figure 2008008573
(C2a)
Figure 2008008573
(C2b)
Figure 2008008573
(C2c)
Figure 2008008573
(C2d)
Figure 2008008573
(C2e)
Figure 2008008573
(C3a)
Figure 2008008573
(C3b)
Figure 2008008573

一般的なループヒートパイプの構成をエバポレータの軸方向の断面として示した図である。It is the figure which showed the structure of the general loop heat pipe as a cross section of the axial direction of an evaporator. エバポレータの径方向の断面を示した図である。It is the figure which showed the cross section of the radial direction of an evaporator. ラジエータの各断面を示した図である。It is the figure which showed each cross section of the radiator. 一般的なループヒートパイプの構成の外観を示した図である。It is the figure which showed the external appearance of the structure of a general loop heat pipe. 本発明の一実施形態に係るループヒートパイプの設計のフローを示した図である。It is the figure which showed the flow of the design of the loop heat pipe which concerns on one Embodiment of this invention. 熱負荷に対するウイックの毛管半径およびポロシティを示したグラフである(#B/F1:Tv=273K、#B/F2:Tv=283K、・・・、#B/F7:Tv=333K(10Kステップ))。Is a graph showing the capillary radius and porosity of the wick relative to the thermal load (# B / F1: T v = 273K, # B / F2: T v = 283K, ···, # B / F7: T v = 333K ( 10K step)). 熱負荷に対するバイオネット管径およびウイック内径を示したグラフである(#B/F1:Tv=273K、#B/F2:Tv=283K、・・・、#B/F7:Tv=333K(10Kステップ))。Is a graph showing the bayonet tube diameter and wick inside diameter to thermal loads (# B / F1: T v = 273K, # B / F2: T v = 283K, ···, # B / F7: T v = 333K (10K step)). 熱負荷に対するウイックの厚さおよびエバポレータの長さを示したグラフである(#B/F1:Tv=273K、#B/F2:Tv=283K、・・・、#B/F7:Tv=333K(10Kステップ))。Is a graph showing the thickness and length of the evaporator wick to thermal loads (# B / F1: T v = 273K, # B / F2: T v = 283K, ···, # B / F7: T v = 333K (10K steps)). 熱負荷に対する蒸気/液チャンネル断面積比およびリザーバ体積を示したグラフである(#B/F1:Tv=273K、#B/F2:Tv=283K、・・・、#B/F7:Tv=333K(10Kステップ))。Vapor / liquid channel cross-sectional area ratio against thermal load and is a graph showing the reservoir volume (# B / F1: T v = 273K, # B / F2: T v = 283K, ···, # B / F7: T v = 333K (10K steps)). 熱負荷に対するコンデンサ管径およびコンデンサ長を示したグラフである(#B/F1:Tv=273K、#B/F2:Tv=283K、・・・、#B/F7:Tv=333K(10Kステップ))。Is a graph showing the capacitor tube diameter and condenser length to thermal load (# B / F1: T v = 273K, # B / F2: T v = 283K, ···, # B / F7: T v = 333K ( 10K step)). 熱負荷に対するリザーバからの侵入熱および過冷却度を示したグラフである(#B/F1:Tv=273K、#B/F2:Tv=283K、・・・、#B/F7:Tv=333K(10Kステップ))。Is a graph showing the heat intrusion and supercooling degree from the reservoir to heat the load (# B / F1: T v = 273K, # B / F2: T v = 283K, ···, # B / F7: T v = 333K (10K steps)). 蒸気管/液管の長さに対するウイックの毛管半径およびポロシティを示したグラフである(#B/F1:Q=50W:#B/F2:Q=100W、・・・、#B/F7:Q=600W(100Wステップ)、#B/F8:Q=800W)。It is the graph which showed the capillary radius and porosity of the wick with respect to the length of a vapor tube / liquid tube (# B / F1: Q = 50W: # B / F2: Q = 100W, ..., # B / F7: Q = 600 W (100 W step), # B / F8: Q = 800 W). 蒸気管/液管の長さに対するウイックの毛管半径およびポロシティを示したグラフである(NI/TIFI:Ni/Tiファイバ、NI/TIPW:Ni/Tiパウダ、NI/TIBD:Ni/Tiビーズ、NI/TIFO:Ni/Tiフォウム)。FIG. 4 is a graph showing the capillary radius and porosity of a wick against the length of a vapor tube / liquid tube (NI / TIFI: Ni / Ti fiber, NI / TIPW: Ni / Ti powder, NI / TIBD: Ni / Ti beads, NI / TIFO: Ni / Ti Foum). 蒸気温度に対するバイオネット管径およびウイック内径を示したグラフである(#B/F1:Q=50W、#B/F2:Q=100W、・・・、#B/F7:Q=600W(100Wステップ)、#B/F8:Q=800W)。It is the graph which showed the bayonet tube diameter with respect to steam temperature, and a wick internal diameter (# B / F1: Q = 50W, # B / F2: Q = 100W, ..., # B / F7: Q = 600W (100W step) ), # B / F8: Q = 800 W). 蒸気温度に対するウイック厚およびエバポレータ長さを示したグラフである(#B/F1:Q=50W、#B/F2:Q=100W、・・・、#B/F7:Q=600W(100Wステップ)、#B/F8:Q=800W)。It is the graph which showed the wick thickness with respect to steam temperature, and the evaporator length (# B / F1: Q = 50W, # B / F2: Q = 100W, ..., # B / F7: Q = 600W (100W step) # B / F8: Q = 800 W). 蒸気温度に対する蒸気/液チャンネル断面積比およびリザーバ体積を示したグラフである(#B/F1:Q=50W、#B/F2:Q=100W、・・・、#B/F7:Q=600W(100Wステップ)、#B/F8:Q=800W)。It is the graph which showed the vapor / liquid channel cross-sectional area ratio with respect to vapor | steam temperature, and a reservoir volume (# B / F1: Q = 50W, # B / F2: Q = 100W, ..., # B / F7: Q = 600W) (100 W step), # B / F8: Q = 800 W). エバポレータ温度効率に対するウイック厚さおよびエバポレータ長を示したグラフである(#B/F1:Q=50W、#B/F2:Q=100W、・・・、#B/F6:Q=500W(100Wステップ))。It is the graph which showed the wick thickness with respect to evaporator temperature efficiency, and the evaporator length (# B / F1: Q = 50W, # B / F2: Q = 100W, ..., # B / F6: Q = 500W (100W step) )). アンビエント温度に対する過冷却度およびポンプ効率を示したグラフである(#B/F1:Tv=283K、#B/F2:Tv=293K、・・・、#B/F6:Tv=333K(10Kステップ))。A supercooling degree and graph showing pump efficiency for ambient temperature (# B / F1: T v = 283K, # B / F2: T v = 293K, ···, # B / F6: T v = 333K ( 10K step)). アンビエント温度に対するコンデンサ管径およびコンデンサ長を示したグラフである(#B/F1:Tv=283K、#B/F2:Tv=293K、・・・、#B/F6:Tv=333K(10Kステップ))。It is a graph showing the condenser tube diameter and condenser length with respect to ambient temperature (# B / F1: T v = 283K, # B / F2: T v = 293K,..., # B / F6: T v = 333K ( 10K step)).

符号の説明Explanation of symbols

100 エバポレータ
110 サドル
120 蒸気グルーブ
130 蒸気ポート
140 アニュラ・スペース
150 蒸気管
160 第1のウイック
170 第2のウイック
180 リザーバ
190 バイオネット管
200 ラジエータ
210 サブクーラ/コンデンサ
220 液管
230 フィーダ
240 フィン
100 evaporator 110 saddle 120 steam groove 130 steam port 140 annular space 150 steam pipe 160 first wick 170 second wick 180 reservoir 190 bayonet pipe 200 radiator 210 subcooler / condenser 220 liquid pipe 230 feeder 240 fin

Claims (3)

内部に管状のウイックを配置したエバポレータ、前記ウイックの内側に位置するリザーバ、冷媒蒸気を放熱して凝縮する蛇管状のコンデンサ・サブクーラ、該コンデンサ・サブクーラを内部に配置するラジエータ、前記エバポレータからの蒸気を前記コンデンサ・サブクーラに送る蒸気管、前記コンデンサ・サブクーラで放熱して凝縮され、さらに過冷却された冷媒液を前記リザーバに送るための液管、および該液管から延びており前記リザーバ内に開口部を有するバイオネット管から構成されるループヒートパイプにおいて、エバポレータのウイックの外径と内径の比を算定する方法であって、
エバポレータの液管側温度と蒸気管側温度との差であるエバポレータ軸方向温度差の、バイオネット管の温度とウイックの外径部温度との差であるエバポレータ径方向温度差に対する比を示すエバポレータの温度効率を1から減算した値の自然対数の負数として伝達ユニット数を算定するステップと、
ウイックの熱伝導と液透過に関するエネルギー方程式の解として得られた径方向温度分布のウイック内径における温度勾配からエバポレータの径方向コンダクタンスを求め、該径方向コンダクタンスから定まる、エバポレータの伝達ユニット数とウイックの外径と内径の比の関係式と、前記エネルギー方程式の解に現れるウイックの径方向距離の冪数がエバポレータを熱交換器としてみなしたときの伝達ユニット数の逆数であるという関係式とからウイックの外径と内径の比を算定するステップとを備えたことを特徴とする方法。
An evaporator having a tubular wick disposed therein, a reservoir located inside the wick, a serpentine condenser subcooler that dissipates and condenses refrigerant vapor, a radiator that disposes the condenser subcooler, and steam from the evaporator A steam pipe for sending the refrigerant liquid to the condenser subcooler, a liquid pipe for transferring the refrigerant liquid condensed and radiated by the condenser subcooler to the reservoir, and extending from the liquid pipe into the reservoir In a loop heat pipe composed of a bayonet tube having an opening, a method for calculating the ratio between the outer diameter and inner diameter of the evaporator wick,
The evaporator shows the ratio of the evaporator axial temperature difference, which is the difference between the evaporator liquid tube side temperature and the steam pipe side temperature, to the evaporator radial temperature difference, which is the difference between the bayonet tube temperature and the wick outer diameter temperature. Calculating the number of transmission units as the negative of the natural logarithm of the value obtained by subtracting the temperature efficiency of 1 from
The radial conductance of the evaporator is obtained from the temperature gradient at the wick inner diameter of the radial temperature distribution obtained as a solution to the energy equation for heat conduction and liquid permeation of the wick, and the number of evaporator transmission units and the wick of the wick determined from the radial conductance are obtained. From the relational expression of the ratio of the outer diameter to the inner diameter and the relational expression that the power of the radial distance of the wick appearing in the solution of the energy equation is the reciprocal of the number of transmission units when the evaporator is regarded as a heat exchanger. And a step of calculating a ratio of the outer diameter and the inner diameter.
内部に管状のウイックを配置したエバポレータ、前記ウイックの内側に位置するリザーバ、冷媒蒸気を放熱して凝縮する蛇管状のコンデンサ・サブクーラ、該コンデンサ・サブクーラを内部に配置するラジエータ、前記エバポレータからの蒸気を前記コンデンサ・サブクーラに送る蒸気管、前記コンデンサ・サブクーラで放熱して凝縮され、さらに過冷却された冷媒液を前記リザーバに送るための液管、および該液管から延びており前記リザーバ内に開口部を有するバイオネット管から構成されるループヒートパイプにおいて、エバポレータのウイックの空孔率を示すポロシティを算定する方法であって、
ウイックの毛管半径、ウイックの毛管圧頭、ウイック圧損と毛管圧頭との比、液定圧比熱、飽和液の粘性係数と密度との比を示す液動粘性係数、エバポレータの液管側温度と蒸気管側温度との差であるエバポレータ軸方向温度差の、バイオネット管の温度とウイックの外径部温度との差であるエバポレータ径方向温度差に対する比を示すエバポレータ温度効率が設定値として与えられている状態で、
前記方法は、
前記エバポレータの温度効率を1から減算した値の自然対数の負数として伝達ユニット数を算定するステップと、
ウイックの熱伝導と液透過に関するエネルギー方程式の解として得られた径方向温度分布のウイック内径における温度勾配からエバポレータの径方向コンダクタンスを求め、該径方向コンダクタンスから求められる、エバポレータの伝達ユニット数とウイックの外径と内径の比の関係式と、前記エネルギー方程式の解に現れるウイックの径方向距離の冪数がエバポレータを熱交換器としてみなしたときの伝達ユニット数の逆数であるという関係式とからウイックの外径と内径の比を算定するステップと、
前記ウイックの外径と内径の比、前記伝達ユニット数、液定圧比熱、液動粘性係数、ウイック圧損と毛管圧頭との比、および毛管圧頭から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の解析値と、ウイック材の物性および構造から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の計算値とが等しくなるようにウイックのポロシティを算定するステップであって、
ウイックの形成構造に基づいて定められる、ウイックの毛管半径およびポロシティとウイックの材料固有の液透過率との関係式と、
ウイックの形成構造に基づいて定められる、ウイックの熱伝導率およびポロシティとウイックの実効熱伝導率との関係式と、
ウイックの熱伝導と液透過との相関性から定められる、ウイックの形状補正液透過率とウイックの実効熱伝導率との比とウイックの毛管半径とウイックの外径と内径の比との関係式からウイックのポロシティを算定するステップとを備えたことを特徴とする方法。
An evaporator having a tubular wick disposed therein, a reservoir located inside the wick, a serpentine condenser subcooler that dissipates and condenses refrigerant vapor, a radiator that places the condenser subcooler therein, and a vapor from the evaporator A steam pipe for sending the refrigerant liquid to the condenser subcooler, a liquid pipe for releasing the refrigerant liquid condensed by the condenser subcooler, and a supercooled refrigerant liquid to the reservoir, and extending from the liquid pipe into the reservoir In a loop heat pipe composed of a bayonet tube having an opening, a method for calculating a porosity indicating the porosity of an evaporator wick,
Capillary radius of wick, wick capillary head, ratio of wick pressure loss to capillary pressure head, liquid constant pressure specific heat, liquid viscosity coefficient indicating the ratio between viscosity coefficient and density of saturated liquid, evaporator liquid side temperature and steam Evaporator temperature efficiency indicating the ratio of the evaporator axial temperature difference, which is the difference from the pipe side temperature, to the evaporator radial temperature difference, which is the difference between the temperature of the bayonet tube and the outer diameter of the wick, is given as a set value. In the state
The method
Calculating the number of transmission units as the negative of the natural logarithm of the value obtained by subtracting the temperature efficiency of the evaporator from 1;
The radial conductance of the evaporator is obtained from the temperature gradient at the wick inner diameter of the radial temperature distribution obtained as a solution of the energy equation for heat conduction and liquid permeation of the wick, and the number of evaporator transmission units and the wick obtained from the radial conductance are obtained. From the relational expression of the ratio of the outer diameter and the inner diameter of the wick, and the relational expression that the power of the radial distance of the wick appearing in the solution of the energy equation is the reciprocal of the number of transmission units when the evaporator is regarded as a heat exchanger. Calculating the ratio of the outer diameter to the inner diameter of the wick;
The ratio of the outer diameter and inner diameter of the wick, the number of the transmission units, the constant fluid pressure specific heat, the fluid dynamic viscosity coefficient, the ratio between the wick pressure loss and the capillary pressure head, and the thermal conductivity and liquid permeability of the wick determined from the capillary pressure head. The step of calculating the porosity of the wick so that the calculated value of the ratio of the thermal conductivity of the wick determined by the physical properties and structure of the wick material and the ratio of the liquid permeability is equal,
The relationship between the capillary radius and porosity of the wick, which is determined based on the wick formation structure, and the liquid permeability specific to the wick material,
The relationship between the thermal conductivity of the wick and the porosity and the effective thermal conductivity of the wick, determined based on the wick formation structure,
The relationship between the ratio between the wick shape correction liquid permeability and the effective thermal conductivity of the wick and the ratio between the wick capillary radius and the wick outer diameter and inner diameter, determined from the correlation between the wick thermal conductivity and the liquid permeation. Calculating a wick porosity from the method.
内部に管状のウイックを配置したエバポレータ、前記ウイックの内側に位置するリザーバ、冷媒蒸気を放熱して凝縮する蛇管状のコンデンサ・サブクーラ、該コンデンサ・サブクーラを内部に配置するラジエータ、前記エバポレータからの蒸気を前記コンデンサ・サブクーラに送る蒸気管、前記コンデンサ・サブクーラで放熱して凝縮され、さらに過冷却された冷媒液を前記リザーバに送るための液管、および該液管から延びており前記リザーバ内に開口部を有するバイオネット管から構成されるループヒートパイプにおいて、該ループヒートパイプの設計仕様として指定される所定の運用条件および前記設計仕様に基づいて設定値として与えられる所定の設計パラメータからループヒートパイプの各構成要素の寸法を算定する方法であって、
前記各構成要素の寸法は、蒸気管径、液管径、バイオネット管径、ウイック内径、ウイック外径、ウイック厚、冷媒蒸気の通路である蒸気チャンネルと冷媒液の通路である液チャンネルとの断面積比、エバポレータ長、ウイック毛管半径、ウイックの空孔率を示すポロシティ、コンデンサ・サブクーラの管径、コンデンサ・サブクーラの長さ、リザーバの容積、リザーバの直径、ラジエータの面積、フィーダの半間隔、フィンの厚さであり、
前記所定の運用条件は、エバポレータに対する熱負荷、蒸気温度、エバポレータおよびリザーバの周辺環境温度であるアンビエント温度、ラジエータの放熱環境温度である熱シンク温度、蒸気路長、液路長、エバポレータとコンデンサとの間の高低差、および重力加速度のそれぞれの値が指定されており、
前記所定の設計パラメータは、エバポレータの液管側温度と蒸気管側温度との差であるエバポレータ軸方向温度差の、バイオネット管の温度とウイックの外径部温度との差であるエバポレータ径方向温度差に対する比を示すエバポレータ温度効率、安定凝縮させる重力の毛管力に対する比を示す臨界ボンド数、蒸気チャンネルと蒸気管の断面積比、ウイックの最大毛管圧力を決めるにあたってループ圧損の設計マージンを示す毛管圧頭ファクタ、エバポレータに対する単位面積当りの熱負荷、エバポレータのウイック装着可能な部分の長さであるエバポレータの有効長と全長の比、エバポレータのサドル幅とウイック外径の比、エバポレータの設置場所周辺であるアンビエントとウイックとの間の熱コンダクタンス、蒸気路の単位長さ当りの圧損を示す蒸気路圧損勾配、液路の単位長さ当りの圧損を示す液路圧損勾配、コンデンサの単位排熱量当りの圧損を示すコンデンサ圧損率、ウイック圧損と毛管圧頭との比、サブクーラの入口の液温度と出口の液温度との差であるサブクーラの軸方向温度差に対するサブクーラの入口の液温度と管壁の温度との差である径方向温度差の比を示すサブクーラ温度効率、リザーバ内で冷媒液が占める割合を示すリザーバ内の低温起動時液体積率、リザーバ内で冷媒蒸気が占める割合を示すリザーバ内の高温起動時蒸気体積率、ラジエータ・パネルの表裏両面のうち放熱に使用し得る割合を示すラジエータの実効面積率、およびラジエータ・パネルの温度がフィン・ルートから離れるに従って低下することを考慮した場合の放熱量と低下せず一様とした場合の放熱量との比を示すラジエータ・フィン効率のそれぞれの値が与えられており、
冷媒物性算定式を用いて、冷媒の所定温度での飽和蒸気圧、飽和蒸気圧曲線の温度微係数である圧力勾配、蒸気密度、蒸気定圧比熱と蒸気定積比熱との比を示す蒸気比熱比、蒸気粘性係数、液密度、液定圧比熱、液粘性係数、飽和液の粘性係数と密度との比を示す液動粘性係数、液表面張力、および気化潜熱を算定した状態で、
前記方法は、
熱負荷、蒸気管圧損勾配、液管圧損勾配、臨界ボンド数、エバポレータ温度効率、および蒸気チャンネルと蒸気管との断面積比に基づいて、蒸気管径、液管径、バイオネット管径、ウイック内径、ウイック外径、ウイック厚、および蒸気チャンネルと液チャンネルの断面積比を算定するエバポレータの径方向サイジングステップと、
熱負荷、エバポレータの有効長と全長の比、サドル幅とウイック外径の比、および単位面積当りの熱負荷に基づいて、エバポレータ長を算定するエバポレータの軸方向サイジングステップと、
ループヒートパイプの蒸気路、液路、コンデンサ、エバポレータ、ポート、およびフィッティングによる圧損を全て合算したループ圧損を算定するステップと、
エバポレータとコンデンサとの間の高低差、重力加速度、毛管圧頭ファクタ、およびウイック圧損と毛管圧頭との比に基づいて、毛管半径およびポロシティを算定するウイック特性指定ステップと、
熱負荷、アンビエント温度、コンデンサ圧損率、サブクーラ温度効率、リザーバ内の低温起動時液体積率、およびリザーバ内の高温起動時蒸気体積率に基づいて、コンデンサ管径、コンデンサ・サブクーラの長さ、リザーバの容積、リザーバの直径、およびリザーバの長さを算定するコンデンサおよびリザーバのサイジングステップと、
熱負荷、蒸気温度、熱シンク温度、ラジエータの実効面積率、およびラジエータ・フィン効率に基づいて、ラジエータの面積、フィーダの半間隔、およびフィンの厚さを算定するラジエータのサイジングステップとを備えており、
前記エバポレータの径方向サイジングステップにおいて、
蒸気管径は、蒸気管の流れが乱流であるとしたときの、蒸気粘性係数と蒸気密度と気化潜熱と熱負荷と蒸気路圧損勾配との関係から算定し、
液管径は、液管の流れが層流であるとしたときの、液動粘性係数と気化潜熱と熱負荷と液路圧損勾配との関係から算定し、
バイオネット管径は、液管径と同一であるとして算定し、
ウイック内径は、臨界ボンド数、液表面張力、液密度、蒸気密度および重力加速度によって定まる液チャンネルのアニュラ・スペース全幅とバイオネット管径とを加算することにより算定し、
ウイック外径は、エバポレータ温度効率を伝達ユニット数に変換し、該伝達ユニット数により定まるウイックの外径と内径の比とウイックの内径とを乗算することにより算定し、
ウイック厚は、ウイックの外径と内径の比から1を減算した値をウイック内径と乗算した値を2で除算した値として算定し、
蒸気チャンネルに対する液チャンネルの断面積比は、蒸気管径をウイック内径で除算した値の2乗を蒸気チャネルと蒸気管の面積比で除算した値として算定し、
前記エバポレータの軸方向サイジングステップにおいて、
エバポレータ長は、熱負荷を、エバポレータ・サドル幅とウイック外径の比とエバポレータの有効長と全長の比とウイック外径と単位面積当たりの熱負荷とを乗じたエバポレータの単位長さ当りの熱負荷で除算した値として算定し、
前記ループ圧損を算定するステップにおいて、
蒸気路圧損は、蒸気路圧損勾配と蒸気路長とを乗算することにより算定し、
液路圧損は、液路圧損勾配と液路長とを乗算することにより算定し、
コンデンサ圧損は、アンビエント温度から蒸気温度を減算した値と、アンビエントとウイックとの間の熱コンダクタンスとを乗算した値であるリザーバからの侵入熱をエバポレータに対する熱負荷と加算した値にコンデンサ圧損率を乗算することにより算定し、
エバポレータ圧損は、蒸気チャンネルと蒸気管の断面積比およびバイオネット管とウイック内径の比から定まるエバポレータ圧損係数に比例し、バイオネット管径の4乗に反比例し、熱負荷の2乗に比例し、液動粘性係数を気化潜熱で除算した値に比例し、熱負荷の2乗に比例し、エバポレータの単位長さ当りの熱負荷に反比例する関係から算定し、
ポート圧損は、蒸気チャンネルと蒸気管の断面積比から定まる蒸気ポート圧損係数と、蒸気チャンネルに対する液チャンネルの断面積比の1000分の1とする臨界マッハ数を2乗した値と、蒸気比熱比と、飽和蒸気圧とを乗算した値の2分の1の値として算定し、
フィティング圧損は、蒸気管とコンデンサの断面積比から定まる蒸気フィティング圧損係数を蒸気密度に蒸気管径の4乗を乗じた値で除算した値に、コンデンサと液管の断面積比から定まる液フィティング圧損係数にコンデンサ出口での断面変化ファクタの2乗を乗算した値を液密度に液管径の4乗を乗じた値で除算した値を加算した値に比例し、熱負荷を気化潜熱で除算した値の2乗に比例するという関係から算定し、
ループ圧損は、前記蒸気路圧損と前記液路圧損と前記コンデンサ圧損と前記エバポレータ圧損と前記ポート圧損と前記フィティング圧損とを合算することにより算定し、
前記ウイック特性指定ステップにおいて、
ウイック毛管半径は、液表面張力に比例し、ウイック圧損と毛管圧頭との比を1から減算した値に比例し、毛管圧頭ファクタとループ圧損とを乗算した値にエバポレータとコンデンサの間の高低差から定まる重力損を加算した値に比例する関係から算定し、
ウイックのポロシティは、
伝達ユニット数、液定圧比熱、液動粘性係数、ウイック圧損と毛管圧頭との比、および毛管圧頭から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の解析値と、ウイック材の物性および構造から定まるウイックの熱伝導率と液透過率の比の計算値とが等しくなるように、
ウイックの形成構造に基づいて定められる、ウイックの毛管半径およびポロシティとウイックの材料固有の液透過率との関係式と、
ウイックの形成構造に基づいて定められる、ウイックの熱伝導率およびポロシティとウイックの実効熱伝導率との関係式と、
ウイックの熱伝導と液透過との相関性から定められる、ウイックの形状補正液透過率とウイックの実効熱伝導率との比とウイックの毛管半径とウイックの外径と内径の比との関係式から算定し、
前記コンデンサおよびリザーバのサイジングステップにおいて、
毛管圧頭ファクタとループ圧損とを乗算した値に重力損を加算した値を蒸気温度における圧力勾配で除算することによりウイック径方向温度差を求め、気化潜熱を液定圧比熱で除算した値を前記ウイック径方向温度差に加算し、その値をリザーバからの侵入熱を熱負荷で除算した値と乗算することにより過冷却度を求め、気化潜熱を液定圧比熱に前記サブクーラの過冷却度を乗算した値で除算することにより潜熱と顕熱の比を求め、前記潜熱と顕熱の比に、サブクーラ温度効率を乗算した値を、蒸気と液の密度比から定まる二相伝熱係数増倍乗数と、サブクーラの温度効率に1を加算した値と、サブクーラの温度効率に1を加算した値に対する自然対数とを乗算した値で除算することからコンデンサの二相と単相の領域比を求め、コンデンサ・サブクーラの管径は、前記コンデンサの二相と単相の領域比から定まる二相域割合を蒸気管径と乗算した値と、前記コンデンサの二相と単相の領域比から定まる単相域割合を液管径と乗算した値とを加算することにより算定し、
蒸気管の流れは乱流、液管の流れは層流であるとして蒸気粘性係数と蒸気密度と液動粘性係数と気化潜熱と熱負荷とコンデンサ・サブクーラの管径とから蒸気域圧損と液域圧損の比を求め、コンデンサ・サブクーラの長さは、該コンデンサ・サブクーラの長さが、コンデンサ圧損率に比例し、液路圧損勾配に反比例し、コンデンサ・サブクーラの管径を蒸気管径で除算した値の4乗に比例し、熱負荷にリザーバからの侵入熱を加算した値に比例し、平均二相摩擦係数増倍乗数、二相域割合、および蒸気域圧損と液域圧損の比を乗算した値を単相域割合と加算した値に反比例するという関係から算定し、
リザーバの容積は、コンデンサ・サブクーラの長さおよびコンデンサ・サブクーラの管径から定まるコンデンサ容積と蒸気管径から定まる蒸気管容積とを加算した値を、低温起動時液体積率と高温起動時蒸気体積率とを加算して1から減算した値と乗算することにより算定し、
リザーバ直径は、リザーバの容積から表面積が最小となるように算定し、
リザーバ長は、リザーバ直径と同じ値として算定し、
前記ラジエータのサイジングステップにおいて、
フィン・ルート温度を、サブクーラの温度効率の逆数に1を加算した値にサブクーラの過冷却度を乗算した値を飽和蒸気温度から減算することにより求め、ラジエータの面積は、熱負荷とリザーバからの侵入熱とを加算した値に比例し、ラジエータの実効面積率とラジエータ・フィン効率と輻射熱伝達係数とフィン・ルート温度から熱シンク温度を減算した値とを乗算した値に反比例するという関係から算定し、
フィーダの半間隔は、ラジエータの面積をコンデンサ・サブクーラの長さの2倍の値で除算した値として算定し、
フィンの厚さは、フィンの熱伝導率に反比例し、ラジエータの実効面積率に比例し、輻射熱伝達係数に比例し、フィーダの半間隔をフィン効率から定まるフィン伝導パラメータで除算した値の2乗に比例する関係から算定したことを特徴とする方法。
An evaporator having a tubular wick disposed therein, a reservoir located inside the wick, a serpentine condenser subcooler that dissipates and condenses refrigerant vapor, a radiator that disposes the condenser subcooler, and steam from the evaporator A steam pipe for sending the refrigerant liquid to the condenser subcooler, a liquid pipe for releasing the refrigerant liquid condensed by the condenser subcooler, and a supercooled refrigerant liquid to the reservoir, and extending from the liquid pipe into the reservoir In a loop heat pipe composed of a bayonet tube having an opening, loop heat from a predetermined operating condition specified as a design specification of the loop heat pipe and a predetermined design parameter given as a set value based on the design specification A method for calculating the dimensions of each component of a pipe.
The dimensions of each of the constituent elements are as follows: vapor pipe diameter, liquid pipe diameter, bayonet pipe diameter, wick inner diameter, wick outer diameter, wick thickness, a vapor channel that is a refrigerant vapor passage and a liquid channel that is a refrigerant liquid passage. Cross-sectional area ratio, evaporator length, wick capillary radius, porosity indicating wick porosity, condenser subcooler tube diameter, condenser subcooler length, reservoir volume, reservoir diameter, radiator area, feeder half-spacing The thickness of the fins,
The predetermined operating conditions include the heat load on the evaporator, the steam temperature, the ambient temperature that is the ambient temperature of the evaporator and the reservoir, the heat sink temperature that is the heat dissipation environment temperature of the radiator, the steam path length, the liquid path length, the evaporator and the condenser The height difference between and the values of gravity acceleration are specified,
The predetermined design parameter is the difference between the temperature of the bayonet tube and the outer diameter temperature of the wick of the evaporator axial temperature difference, which is the difference between the liquid pipe side temperature and the vapor pipe side temperature of the evaporator. Evaporator temperature efficiency indicating the ratio to temperature difference, critical bond number indicating the ratio of gravity to stable capillary force to capillary force, cross-sectional area ratio of steam channel and steam tube, and design margin of loop pressure loss in determining the maximum capillary pressure of wick Capillary crush factor, heat load per unit area on the evaporator, the ratio of the evaporator's effective length to the total length, the ratio of the evaporator saddle width to the wick outer diameter, the location of the evaporator Thermal conductance between ambient ambient and wick, per unit length of steam path Vapor path pressure loss gradient indicating the loss, liquid pressure loss gradient indicating the pressure loss per unit length of the liquid path, condenser pressure loss ratio indicating the pressure loss per unit exhaust heat amount of the condenser, ratio of wick pressure loss to capillary pressure head, subcooler Subcooler temperature efficiency, which indicates the ratio of the radial temperature difference that is the difference between the subcooler inlet liquid temperature and the tube wall temperature to the subcooler axial temperature difference that is the difference between the inlet liquid temperature and the outlet liquid temperature, reservoir Used for heat dissipation of both the front and back sides of the radiator panel, the volume ratio of the liquid at the time of cold start in the reservoir indicating the ratio of the refrigerant liquid in the tank, the volume ratio of the steam at the high temperature start-up in the reservoir indicating the ratio of the refrigerant vapor in the reservoir Heat dissipation when considering the effective area ratio of the radiator that shows the possible ratio, and that the temperature of the radiator panel decreases with increasing distance from the fin root And each value given radiator fin efficiency indicating a ratio of the heat radiation amount if,
Vapor specific heat ratio indicating the ratio of the saturated vapor pressure at a given temperature of the refrigerant, the pressure gradient that is the temperature differential coefficient of the saturated vapor pressure curve, the vapor density, and the constant vapor specific heat and the constant vapor specific heat using the refrigerant physical property calculation formula. In a state where the vapor viscosity coefficient, liquid density, liquid constant pressure specific heat, liquid viscosity coefficient, liquid dynamic viscosity coefficient indicating the ratio of saturated liquid viscosity coefficient and density, liquid surface tension, and latent heat of vaporization are calculated.
The method
Steam pipe diameter, liquid pipe diameter, bayonet pipe diameter, wick based on heat load, steam pipe pressure drop slope, liquid pipe pressure drop slope, critical number of bonds, evaporator temperature efficiency, and cross-sectional area ratio between steam channel and steam pipe Evaporator radial sizing step to calculate inner diameter, wick outer diameter, wick thickness, and cross-sectional area ratio of vapor channel and liquid channel;
An axial sizing step of the evaporator that calculates the evaporator length based on the thermal load, the ratio between the effective length and total length of the evaporator, the ratio between the saddle width and the wick outer diameter, and the thermal load per unit area;
A step of calculating a loop pressure loss including the pressure loss due to the steam path, liquid path, condenser, evaporator, port, and fitting of the loop heat pipe, and
A wick characterization step that calculates the capillary radius and porosity based on the elevation difference between the evaporator and the capacitor, gravitational acceleration, capillary crest factor, and the ratio of wick pressure drop to capillary crest;
Based on heat load, ambient temperature, condenser pressure loss rate, subcooler temperature efficiency, cold start liquid volume ratio in the reservoir, and hot start steam volume ratio in the reservoir, condenser tube diameter, condenser subcooler length, reservoir A capacitor and reservoir sizing step to calculate the volume of the reservoir, the reservoir diameter, and the reservoir length;
Radiator sizing step to calculate radiator area, feeder half-space, and fin thickness based on heat load, steam temperature, heat sink temperature, radiator area ratio, and radiator fin efficiency And
In the radial sizing step of the evaporator,
The steam pipe diameter is calculated from the relationship between the steam viscosity coefficient, the steam density, the latent heat of vaporization, the heat load, and the steam path pressure drop gradient when the steam pipe flow is turbulent.
The liquid pipe diameter is calculated from the relationship between the liquid kinematic viscosity coefficient, latent heat of vaporization, heat load, and liquid pressure loss gradient when the flow of the liquid pipe is assumed to be laminar.
The bayonet tube diameter is calculated as being the same as the liquid tube diameter,
The wick inner diameter is calculated by adding the full width of the annular space of the liquid channel determined by the critical bond number, liquid surface tension, liquid density, vapor density, and gravitational acceleration, and the bayonet tube diameter,
The wick outer diameter is calculated by converting the evaporator temperature efficiency into the number of transmission units and multiplying the ratio of the outer diameter and inner diameter of the wick determined by the number of transmission units by the inner diameter of the wick,
The wick thickness is calculated as the value obtained by subtracting 1 from the wick outer diameter to inner diameter ratio multiplied by the wick inner diameter and dividing by two.
The cross-sectional area ratio of the liquid channel to the steam channel is calculated as a value obtained by dividing the square of the value obtained by dividing the steam pipe diameter by the wick inner diameter by the area ratio of the steam channel and the steam pipe,
In the axial sizing step of the evaporator,
The evaporator length is the heat per unit length of the evaporator multiplied by the ratio of the evaporator saddle width to the wick outer diameter, the ratio of the evaporator effective length to the total length, the wick outer diameter and the heat load per unit area. Calculated as the value divided by the load,
In the step of calculating the loop pressure loss,
Steam path pressure loss is calculated by multiplying the steam path pressure loss gradient and the steam path length,
The fluid pressure loss is calculated by multiplying the fluid pressure loss gradient by the fluid path length,
Capacitor pressure loss is the value obtained by subtracting the steam temperature from the ambient temperature and the thermal conductance between the ambient and the wick multiplied by the intrusion heat from the reservoir plus the heat load on the evaporator. Calculated by multiplying,
The evaporator pressure loss is proportional to the evaporator pressure loss coefficient determined from the ratio of the cross-sectional area of the steam channel to the steam tube and the ratio of the bayonet tube to the wick inner diameter, inversely proportional to the fourth power of the bayonet tube diameter, and proportional to the square of the heat load. , Proportional to the value obtained by dividing the liquid kinematic coefficient by the latent heat of vaporization, proportional to the square of the thermal load, and calculated from the relationship inversely proportional to the thermal load per unit length of the evaporator,
The port pressure loss is a value obtained by squaring the steam port pressure loss coefficient determined from the cross-sectional area ratio of the steam channel and the steam pipe, the critical Mach number that is 1/1000 of the cross-sectional area ratio of the liquid channel to the steam channel, and the steam specific heat ratio. And half the value obtained by multiplying the saturated vapor pressure,
Fitting pressure loss is determined from the cross-sectional area ratio of the condenser and the liquid pipe to the value obtained by dividing the steam fitting pressure loss coefficient determined from the cross-sectional area ratio of the steam pipe and the condenser by the value obtained by multiplying the vapor density by the fourth power of the steam pipe diameter. Vaporization of heat load is proportional to the sum of the value obtained by multiplying the liquid fitting pressure loss coefficient by the square of the cross-section change factor at the condenser outlet and the liquid density multiplied by the fourth power of the liquid pipe diameter. Calculated from the relationship that is proportional to the square of the value divided by the latent heat,
The loop pressure loss is calculated by adding the vapor path pressure loss, the liquid path pressure loss, the condenser pressure loss, the evaporator pressure loss, the port pressure loss, and the fitting pressure loss,
In the wick property specifying step,
The wick capillary radius is proportional to the liquid surface tension, is proportional to the ratio of the wick pressure drop to the capillary pressure head minus 1, and is multiplied by the capillary pressure head factor and the loop pressure drop between the evaporator and the capacitor. Calculate from the relationship proportional to the value obtained by adding the gravity loss determined from the height difference,
Wick's porosity is
Analytical values of the number of transmission units, liquid constant pressure specific heat, fluid dynamic viscosity coefficient, ratio of wick pressure loss to capillary pressure head, and ratio of thermal conductivity and liquid permeability of wick determined from capillary pressure head, physical properties of wick material and The calculated value of the ratio of thermal conductivity and liquid permeability of the wick determined from the structure is equal.
The relationship between the capillary radius and porosity of the wick, which is determined based on the wick formation structure, and the liquid permeability specific to the wick material,
The relationship between the thermal conductivity of the wick and the porosity and the effective thermal conductivity of the wick, determined based on the wick formation structure,
The relationship between the ratio between the wick shape correction liquid permeability and the wick effective thermal conductivity, the wick capillary radius, and the ratio between the wick outer diameter and the inner diameter, determined from the correlation between wick heat conduction and liquid permeation. Calculated from
In the sizing step of the capacitor and reservoir,
The value obtained by dividing the value obtained by adding the gravity loss to the value obtained by multiplying the capillary pressure head factor and the loop pressure loss by the pressure gradient at the steam temperature is obtained, and the value obtained by dividing the latent heat of vaporization by the specific heat of the liquid constant pressure is obtained. Add the temperature difference in the wick radial direction and multiply the value by the value obtained by dividing the intrusion heat from the reservoir by the heat load to obtain the degree of supercooling, and multiply the latent heat of vaporization by the liquid constant pressure specific heat by the supercooling degree of the subcooler. The ratio of the latent heat and the sensible heat is obtained by dividing by the obtained value, and the value obtained by multiplying the ratio of the latent heat and the sensible heat by the subcooler temperature efficiency is a two-phase heat transfer coefficient multiplication multiplier determined from the density ratio of the steam and liquid. By dividing the value obtained by adding 1 to the temperature efficiency of the subcooler and the natural logarithm of the value obtained by adding 1 to the temperature efficiency of the subcooler, the area ratio between the two phases of the capacitor and the single phase is obtained. The tube diameter of the subcooler is determined by multiplying the vapor pipe diameter by the two-phase area ratio determined from the two-phase and single-phase area ratio of the capacitor and the single-phase area ratio determined from the two-phase and single-phase area ratio of the capacitor. Is calculated by adding the value obtained by multiplying the liquid pipe diameter by
The steam pipe flow is turbulent and the liquid pipe flow is laminar, and the steam pressure loss and liquid area are determined from the steam viscosity coefficient, steam density, liquid dynamic viscosity coefficient, latent heat of vaporization, heat load, and condenser subcooler pipe diameter. Determine the ratio of pressure loss. The length of the condenser / subcooler is proportional to the condenser pressure loss ratio and inversely proportional to the liquid path pressure drop gradient, and the condenser / subcooler pipe diameter is divided by the steam pipe diameter. Proportional to the fourth power of the measured value, proportional to the value obtained by adding the intrusion heat from the reservoir to the heat load, the average two-phase friction coefficient multiplication multiplier, the ratio of the two-phase region, and the ratio of the vapor region pressure loss to the liquid region pressure loss. Calculated from the relationship that the multiplied value is inversely proportional to the single-phase region ratio and the added value,
The volume of the reservoir is the sum of the condenser volume determined from the length of the condenser / subcooler and the condenser / subcooler pipe diameter and the steam pipe volume determined from the steam pipe diameter, and the liquid volume ratio at low temperature startup and steam volume at high temperature startup. Calculate by adding the rate and multiplying it by the value subtracted from 1.
The reservoir diameter is calculated from the volume of the reservoir to minimize the surface area,
The reservoir length is calculated as the same value as the reservoir diameter,
In the sizing step of the radiator,
The fin root temperature is determined by subtracting the subcooler supercooling degree from the value obtained by adding 1 to the reciprocal of the subcooler's temperature efficiency, and subtracting it from the saturated steam temperature. Calculated from the relationship that is proportional to the value obtained by adding the intrusion heat and inversely proportional to the value obtained by multiplying the effective area ratio of the radiator, the radiator fin efficiency, the radiant heat transfer coefficient, and the value obtained by subtracting the heat sink temperature from the fin root temperature. And
The half-interval of the feeder is calculated as the value obtained by dividing the area of the radiator by twice the length of the capacitor / subcooler,
The thickness of the fin is inversely proportional to the thermal conductivity of the fin, proportional to the effective area ratio of the radiator, proportional to the radiant heat transfer coefficient, and the square of the value obtained by dividing the feeder half-space by the fin conduction parameter determined from the fin efficiency. A method characterized by being calculated from a relationship proportional to
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101379192B1 (en) 2012-06-19 2014-04-02 주식회사 지우기술 Heating system of refining apparatus using heat pipe for mass production
KR101400246B1 (en) 2012-06-19 2014-05-30 주식회사 지우기술 Refining apparatus using heat pipe for mass production
CN110472352A (en) * 2019-08-20 2019-11-19 大连海事大学 The starting critical pipe diameter design method of pulsating heat pipe under plumbness
CN113776371A (en) * 2020-11-03 2021-12-10 山东交通学院 Linear wall guide loop heat pipe
CN113776370A (en) * 2020-11-03 2021-12-10 山东交通学院 Curved arc wall drainage loop heat pipe
WO2022093158A1 (en) 2020-10-26 2022-05-05 Aselsan Elektroni̇k Sanayi̇ Ve Ti̇caret Anoni̇m Şi̇rketi̇ A fast heat pipe design and analysis methodology
WO2022101024A1 (en) * 2020-11-12 2022-05-19 Nokia Technologies Oy Apparatus and systems for cooling
CN114527847A (en) * 2022-02-11 2022-05-24 北京微焓科技有限公司 Design method of heat dissipation device, heat dissipation device and manufacturing method of heat dissipation device
CN114593621A (en) * 2022-02-25 2022-06-07 上海格熵航天科技有限公司 Design method for working medium filling amount and gas reservoir volume of low-temperature loop heat pipe
CN114923357A (en) * 2022-02-22 2022-08-19 上海格熵航天科技有限公司 Design method for normal-temperature loop heat pipe working medium filling amount and reservoir volume
CN116561917A (en) * 2023-04-28 2023-08-08 山东亚特尔集团股份有限公司 Coal pile heat dissipation flame retardant and selection design method and layout method thereof

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101400246B1 (en) 2012-06-19 2014-05-30 주식회사 지우기술 Refining apparatus using heat pipe for mass production
KR101379192B1 (en) 2012-06-19 2014-04-02 주식회사 지우기술 Heating system of refining apparatus using heat pipe for mass production
CN110472352B (en) * 2019-08-20 2022-10-25 大连海事大学 Method for designing starting critical pipe diameter of pulsating heat pipe in vertical state
CN110472352A (en) * 2019-08-20 2019-11-19 大连海事大学 The starting critical pipe diameter design method of pulsating heat pipe under plumbness
WO2022093158A1 (en) 2020-10-26 2022-05-05 Aselsan Elektroni̇k Sanayi̇ Ve Ti̇caret Anoni̇m Şi̇rketi̇ A fast heat pipe design and analysis methodology
US11872660B2 (en) 2020-10-26 2024-01-16 Aselsan Elektronik Sanayi Ve Ticaret Anonim Sirketi Fast heat pipe design and analysis methodology
CN113776371A (en) * 2020-11-03 2021-12-10 山东交通学院 Linear wall guide loop heat pipe
CN113776370A (en) * 2020-11-03 2021-12-10 山东交通学院 Curved arc wall drainage loop heat pipe
WO2022101024A1 (en) * 2020-11-12 2022-05-19 Nokia Technologies Oy Apparatus and systems for cooling
EP4001819A1 (en) * 2020-11-12 2022-05-25 Nokia Technologies Oy Apparatus and systems for cooling
CN114527847A (en) * 2022-02-11 2022-05-24 北京微焓科技有限公司 Design method of heat dissipation device, heat dissipation device and manufacturing method of heat dissipation device
CN114923357A (en) * 2022-02-22 2022-08-19 上海格熵航天科技有限公司 Design method for normal-temperature loop heat pipe working medium filling amount and reservoir volume
CN114593621A (en) * 2022-02-25 2022-06-07 上海格熵航天科技有限公司 Design method for working medium filling amount and gas reservoir volume of low-temperature loop heat pipe
CN116561917A (en) * 2023-04-28 2023-08-08 山东亚特尔集团股份有限公司 Coal pile heat dissipation flame retardant and selection design method and layout method thereof
CN116561917B (en) * 2023-04-28 2024-04-05 山东亚特尔集团股份有限公司 Coal pile heat dissipation flame retardant and selection design method and layout method thereof

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