JP2008215702A - Loop-type heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ループヒートパイプ(LHP)およびキャピラリーポンプループ(CPL:Capillary Pumped Loop)等のループ型ヒートパイプに関する。 The present invention relates to a loop heat pipe such as a loop heat pipe (LHP) and a capillary pump loop (CPL).
ループ型ヒートパイプの種類として、ループヒートパイプ(LHP)やキャピラリーポンプループ(CPL)等が知られている。 Known types of loop heat pipes include a loop heat pipe (LHP) and a capillary pump loop (CPL).
例えば、LHP101は、図3に示されているように、水、アルコール、アンモニア等の作動液を蒸発させて気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器103と、この蒸発器103で気化された気体を放熱して液化する凝縮器(Condenser)107と、蒸発器103で気化された気体を凝縮器107まで送る蒸気管(Vapor Line)105と、凝縮器107で液化された作動液を蒸発器103まで送る液戻り管(Liquid Line)109と、液戻り管109を介して蒸発器103まで供給される作動液を蒸発器103の手前で保留するリザーバ部111〔アキュームレータ、CC(Compensation Chamber)など〕とを備えている。図3のシステムでは、液戻り管109の先端に、作動液を蒸発器103の内部に送り込むためのバイオネット管113が設けられている。また、蒸発器103とリザーバ部111は一体的に構成されている。
For example, as shown in FIG. 3, the LHP 101 is composed of an
また、蒸発器103とリザーバ部111との間には、蒸発器103で気化された気体がリザーバ部111に逆戻りしないようにするための作動液逆流防止用のOリング115が装着されている。なお、LHP101の内部に投入される作動液としては、水、アルコール、アンモニア等がある。
In addition, an O-
このような構成のLHP101では、蒸発器103が、周囲で発生した熱により加熱されると、作動液が蒸発器103内で気化し、このときの潜熱で周囲の温度を冷却する。蒸発器103内で生じた蒸気は蒸気管105を経て凝縮器107へ移動し、凝縮器107で放熱されることにより、蒸気が液体に戻される。この液体は液戻り管109を経て再びリザーバ部111と蒸発器103へ移動することになり、上記の作用を繰り返す。
In the LHP 101 having such a configuration, when the
凝縮器107は、蒸気管105と液戻り管109が連通する管路107Aの外周に多数枚のフィン107Bを並列して設けた構成となっている。
The
また、蒸発器103は、基本的には、例えば特許文献1の中で示されている原理と同様の構造を持ち、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管105に連通して閉塞する円筒形状のグルーブ管117と、このグルーブ管117の円筒形状の内部に接触して挿入される円筒形状をなすと共にこの円筒形状の内部に作動液を供給するウィック119とを備えている。
Further, the
なお、グルーブ管117の内周面には、グルーブ管117の長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし且つ前記長手方向に延伸されたグルーブ部121が備えられている。一方、ウィック119の外周面は、グルーブ管117のグルーブ部121の凸部の内周面に接触する構成であり、グルーブ部121の凹部が蒸気流路123となっている。
In addition, on the inner peripheral surface of the
また、ウィック119の円筒形状の内部は、上述したリザーバ部111に連通し且つ前端が閉塞した液貯留室125として構成されている。また、液戻り管109に連通するバイオネット管113は、リザーバ部111の内部を経て、液貯留室125の前端部の少し手前まで挿入されている。これにより、液戻り管109から戻ってきた作動液は、バイオネット管113の前端から液貯留室125に供給され、バイオネット管113の前端から180°反転して液貯留室125とバイオネット管113の間を通過して、液貯留室125内に充満する状態となり、リザーバ部111に保留される。
In addition, the cylindrical interior of the
したがって、グルーブ管117が蒸発器103の周囲の熱で加熱されると、グルーブ管117の熱がグルーブ部121の凸部の内周面との接触部分からウィック119に熱伝導し、ウィック119が加熱され、その結果、液貯留室125からウィック119の内部に浸透した作動液が加熱されて気体になり、グルーブ管117のグルーブ部121、すなわち蒸気流路123を経て前述したように蒸気管105へ移動することになる。
Therefore, when the
なお、ウィック119には、例えば多孔質性の焼結金属体、金属繊維、ガラス繊維、ポリエチレン等の高分子体などが使用されている。
For the
しかしながら、上述のように、蒸発器103にリザーバ部111を一体に形成したループ型ヒートパイプでは、図4に示すように蒸発器103を垂直に設置した場合、あるいは、図5に示すように曲がり部に蒸発器103を設置した場合に、蒸発器103が上側に位置し、リザーバ部111が下側に位置することになるため、リザーバ部111の上半部の内壁面111aが液渇き状態となりやすい。そのため、リザーバ部111が蒸発器103からの熱の影響を受けて温度上昇し、その結果、ヒートパイプの性能低下を招いたり、最悪の場合は動作停止につながるおそれがある。
本発明は、上記事情を考慮し、蒸発器を垂直に設置する場合や曲がり部に設置する場合でも、性能を落とさずに、所定の機能を発揮できるようにしたループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a loop heat pipe that can exhibit a predetermined function without degrading performance even when the evaporator is installed vertically or in a bent portion. With the goal.
本願発明の一態様によれば、作動液を蒸発させて気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、蒸発器で気化された気体を放熱して液化する凝縮器と、蒸発器と凝縮器を接続し、蒸発器で気化された気体を凝縮器まで送る蒸気管と、凝縮器と蒸発器を接続し、凝縮器で液化された作動液を蒸発器まで送る液戻り管と、蒸発器の端部に設けられ、凝縮器で液化されて液戻り管を経て蒸発器に供給される作動液を蒸発器の手前で保留するリザーバ部とを備えるループ型ヒートパイプにおいて、蒸発器は、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管に連通して閉塞するグルーブ管と、グルーブ管の内部に挿入されたウィックと、ウィックの内部及びリザーバ部に作動液を供給するバイオネット管とを備え、リザーバ部の内壁面の少なくとも一部には、作動液を吸水する吸水性部材が配置されているループ型ヒートパイプであることを要旨とする。 According to one aspect of the present invention, an evaporator that cools by using latent heat when the working fluid is evaporated and vaporized, a condenser that dissipates and liquefies the gas vaporized by the evaporator, and an evaporator. A vapor pipe that connects the condenser and sends the gas vaporized by the evaporator to the condenser, a liquid return pipe that connects the condenser and the evaporator and sends the working liquid liquefied by the condenser to the evaporator, and evaporation In a loop heat pipe provided at the end of the evaporator, and having a reservoir section that holds the working liquid liquefied by the condenser and supplied to the evaporator via the liquid return pipe before the evaporator, the evaporator is A groove tube that opens at one end and is closed by communicating with the steam tube at the other end; a wick inserted into the groove tube; and a bayonet tube that supplies a working fluid to the inside of the wick and the reservoir. At least part of the inner wall surface of the reservoir. And summarized in that the water-absorbing member to absorb water liquid is loop heat pipe is disposed.
本発明によれば、蒸発器を垂直に設置する場合や曲がり部に設置する場合でも、性能を落とさずに、所定の機能を発揮できるようにしたループ型ヒートパイプを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when installing an evaporator vertically or when installing in a bending part, the loop type heat pipe which enabled it to exhibit a predetermined function can be provided, without reducing performance.
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの要部概略構成を示している。第1の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの全体的な構成は、図3に示したものとほぼ同様であるので、全体の構成については、図3を用いて簡単に説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of a loop heat pipe according to a first embodiment of the present invention. Since the overall configuration of the loop heat pipe according to the first embodiment is substantially the same as that shown in FIG. 3, the overall configuration will be briefly described with reference to FIG.
第1の実施の形態に係るループ型ヒートパイプは、作動液を蒸発させて気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器103と、蒸発器103で気化された気体を放熱して液化する凝縮器107と、蒸発器103と凝縮器107を接続し、蒸発器103で気化された気体を凝縮器107まで送る蒸気管105と、凝縮器107と蒸発器103を接続し、凝縮器107で液化された作動液を蒸発器103まで送る液戻り管109と、蒸発器103の端部に設けられ、凝縮器107で液化されて液戻り管109を経て蒸発器103に供給される作動液を蒸発器103の手前で保留するリザーバ部111とを備える。蒸発器103は、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管105に連通して閉塞するグルーブ管117と、グルーブ管117の内部に挿入されたウィック119と、ウィック119の内部及びリザーバ部111に作動液を供給するバイオネット管113とを備える。
The loop heat pipe according to the first embodiment liquefies the
そして、このループ型ヒートパイプでは、特徴的な点として、図1に示すように、水渇き状態になりやすいリザーバ部111の内壁面111aの少なくとも一部には、作動液を吸水する吸水性部材120を備えている。吸水性部材120は、水、アルコール、アンモニア等の液体(作動液)を給水することができるウィック119と同じ部材が用いられる。そして、吸水性部材120は、リザーバ部111の内壁面111aと接触していることで、リザーバ内作動液を内壁面111aにつなぐ役割を果たしている。
In this loop heat pipe, as a characteristic point, as shown in FIG. 1, a water absorbing member that absorbs hydraulic fluid is provided on at least a part of the
この第1の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの場合は、ウィック119の一部がリザーバ部111内に延長されて、吸水性部材120として利用されている。なお、ウィック119の材質としては、多孔質性の焼結金属体、金属繊維、ガラス繊維、ポリエチレン等の高分子体などが利用可能である。
In the case of the loop heat pipe according to the first embodiment, a part of the
第1の実施の形態に係るループ型ヒートパイプによれば、吸水性部材120がリザーバ部111の内壁面111aに接するように設けられているので、蒸発器103が垂直に設置されていても、リザーバ部111の内壁面111aを常に作動液で濡れた状態に保つことが可能なので、液渇き状態になることを防止することができる。したがって、蒸発器103からの熱の影響でリザーバ部111が加熱されるのを防ぐことができ、リザーバ部111が加熱されることによる性能低下や最悪の場合の動作停止を未然に回避することができる。
According to the loop heat pipe according to the first embodiment, since the
また、第1の実施の形態に係るループ型ヒートパイプのように、グルーブ管117内に挿入したウィック119の一部をリザーバ部111内に延長して吸水性部材120として利用している場合、ウィック119の形状の変更のみで、部品点数を増やすことなく、上述の効果を奏することができる
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施形態のループ型ヒートパイプの要部概略構成を示している。このループ型ヒートパイプの蒸発器103は、曲がり部に設けられているので、リザーバ部111の形状が若干複雑になっている。
Further, as in the case of the loop heat pipe according to the first embodiment, when a part of the
FIG. 2 shows a schematic configuration of a main part of a loop heat pipe according to the second embodiment of the present invention. Since the
このループ型ヒートパイプの特徴的な点は、湾曲したリザーバ部111の内部に、水渇き状態になりやすい内壁面111aに接するように吸水性部材122が設けられていることである。この場合の吸水性部材122は、ウィック119とは別部材として設けられている。具体的には、ノニオン/スルホン酸系樹脂、アクリル酸系樹脂、及びアクリル酸塩系樹脂等の高吸水性樹脂を用いることができる。
A characteristic point of this loop type heat pipe is that a
第2の実施の形態に係るループ型ヒートパイプによれば、吸水性部材122がリザーバ部111の内壁面111aに接するように設けられているので、蒸発器103が曲がり部に設置されていても、リザーバ部111の内壁面111aを常に作動液で濡れた状態に保つことが可能なので、液渇き状態になることを防止することができる。したがって、蒸発器103からの熱の影響でリザーバ部111が加熱されるのを防ぐことができ、リザーバ部111が加熱されることによる性能低下や最悪の場合の動作停止を未然に回避することができる。
According to the loop heat pipe according to the second embodiment, since the
また、第2の実施の形態に係るループ型ヒートパイプによれば、リザーバ部111内に配置した吸水性部材122がウィック119とは別体に形成されているので、特に曲がり部に蒸発器103を設置する場合の設計の自由度を増すことができる。つまり、曲がり部に蒸発器103を設置する場合、リザーバ部111の形状が複雑になりがちであるが、その場合でも、設計の自由度を確保しながら、リザーバ部111が加熱されることによる性能低下や最悪の場合の動作停止を未然に回避する効果を奏することができる。
Further, according to the loop heat pipe according to the second embodiment, the
101…ループ型ヒートパイプ
103…蒸発器
105…蒸気管
107…凝縮器
107A…管路
107B…フィン
109…液戻り管
111…リザーバ部
111a…内壁面
113…バイオネット管
115…Oリング
117,121…グルーブ管
119…ウィック
120,122…吸水性部材
123…蒸気流路
125…液貯留室
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記蒸発器で気化された気体を放熱して液化する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器を接続し、前記蒸発器で気化された気体を前記凝縮器まで送る蒸気管と、
前記凝縮器と前記蒸発器を接続し、前記凝縮器で液化された作動液を前記蒸発器まで送る液戻り管と、
前記蒸発器の端部に設けられ、前記凝縮器で液化されて前記液戻り管を経て前記蒸発器に供給される作動液を前記蒸発器の手前で保留するリザーバ部
とを備えるループ型ヒートパイプにおいて、
前記蒸発器は、一端側を開口し且つ他端側を前記蒸気管に連通して閉塞するグルーブ管と、前記グルーブ管の内部に挿入されたウィックと、前記ウィックの内部及び前記リザーバ部に作動液を供給するバイオネット管とを備え、
前記リザーバ部の内壁面の少なくとも一部には、作動液を吸水する吸水性部材が配置されていることを特徴とするループ型ヒートパイプ。 An evaporator that cools using the latent heat generated when the hydraulic fluid is evaporated and vaporized;
A condenser that radiates and liquefies the gas vaporized in the evaporator;
A steam pipe connecting the evaporator and the condenser, and sending the gas vaporized in the evaporator to the condenser;
A liquid return pipe that connects the condenser and the evaporator, and sends the working liquid liquefied by the condenser to the evaporator;
A loop heat pipe provided at an end of the evaporator, and a reservoir section that holds the working liquid liquefied by the condenser and supplied to the evaporator through the liquid return pipe before the evaporator In
The evaporator operates in a groove tube that opens at one end side and closes the other end side in communication with the steam tube, a wick inserted into the groove tube, the inside of the wick, and the reservoir unit. A bayonet tube for supplying liquid,
A loop type heat pipe, wherein a water absorbing member that absorbs hydraulic fluid is disposed on at least a part of an inner wall surface of the reservoir portion.
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