JP2016211773A - Loop heat pipe - Google Patents

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勇輝 岩野
Yuki Iwano
勇輝 岩野
賢吾 田中
Kengo Tanaka
賢吾 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a loop heat pipe which is smooth in stop of a heat transport function while preventing deterioration of heat exchange efficiency and can prevent deformation and breakage of an evaporation part when restarting the heat transport function.SOLUTION: A loop heat pipe has an evaporation part, a condensation part, a steam flow passage in which working fluid of a gas phase flows from the evaporation part to the condensation part, and a liquid flow passage in which the working fluid of a liquid phase flows from the condensation part to the evaporation part. The liquid flow passage has a liquid reservoir part in which the working fluid of the liquid phase flowing from the condensation part to the evaporation part is retained, and a flow rate regulation part which regulates the flow rate of the working fluid of the liquid phase. A wick is provided from the liquid reservoir part to the inside of the evaporation part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、閉ループ構造を有し、ループ構造内を一方向に循環する作動流体の潜熱を利用して、蒸発部側から凝縮部側へ効率的に熱を輸送することができ、かつ円滑に熱輸送を停止することができるループヒートパイプに関する。   The present invention has a closed loop structure, and can efficiently transport heat from the evaporation section side to the condensation section side using the latent heat of the working fluid circulating in the loop structure in one direction, and smoothly. The present invention relates to a loop heat pipe capable of stopping heat transport.

ループヒートパイプは、内部空間に作動流体が封入されたパイプが閉ループ構造を形成し、相対的に高温の外部環境に配置された蒸発部にて、該外部環境から受熱して作動流体を蒸発させ、作動流体の蒸気が、蒸発部から相対的に低温の外部環境に配置された凝縮部へ導かれて凝縮し、凝縮した作動流体が凝縮部から蒸発部へ循環するヒートパイプである。従来のループヒートパイプとして、蒸発部外面の結露による熱交換の阻害を防止するために、高い方の温度の流体またはその成分が蒸発部によって冷却され該蒸発部の外表面へ固相体化することに応じて作動液の循環を停止しうるバルブを有するループヒートパイプが提案されている(特許文献1)。   In a loop heat pipe, a pipe in which a working fluid is sealed in an internal space forms a closed loop structure, and the working fluid is evaporated by receiving heat from the external environment at an evaporation section disposed in a relatively high temperature external environment. This is a heat pipe in which the vapor of the working fluid is led from the evaporating unit to the condensing unit arranged in a relatively low temperature external environment and condensed, and the condensed working fluid circulates from the condensing unit to the evaporating unit. As a conventional loop heat pipe, in order to prevent the heat exchange from being hindered by condensation on the outer surface of the evaporation section, the higher temperature fluid or its components are cooled by the evaporation section and become a solid phase on the outer surface of the evaporation section. A loop heat pipe having a valve that can stop the circulation of hydraulic fluid has been proposed (Patent Document 1).

つまり、特許文献1では、パイプに設けたバルブを閉鎖し作動液の循環を停止させることによって、ループヒートパイプの熱輸送機能を停止させる。これによって、蒸発部外面の結露は蒸発部内部から冷却されることがなくなり、蒸発部を取り囲む温暖な雰囲気によって、蒸発部外面の結露は自然に溶けて除去され、結果、エネルギーを投入せずに熱交換可能な状態に回復させる。   That is, in patent document 1, the heat | fever transport function of a loop heat pipe is stopped by closing the valve | bulb provided in the pipe and stopping the circulation of a hydraulic fluid. As a result, the condensation on the outer surface of the evaporation unit is not cooled from the inside of the evaporation unit, and the condensation on the outer surface of the evaporation unit is naturally melted and removed by the warm atmosphere surrounding the evaporation unit, resulting in no energy input. Restore heat exchangeable state.

そして、ループヒートパイプが熱交換可能な状態に回復したら、バルブを再び開けて熱輸送機能を再始動させるというものである。   Then, when the loop heat pipe is restored to a heat exchangeable state, the valve is opened again to restart the heat transport function.

しかし、特許文献1では、蒸発部と凝縮部の高さの関係によっては、効率的な熱輸送を行えないという問題があった。すなわち、凝縮部が蒸発部より低い位置にある、いわゆるトップヒート型では、ヒートパイプ作動中に蒸発部がドライアウトしないように作動液を増やす必要があるが、作動液を増やすと、凝縮部が作動液で満たされることになり、作動液の凝縮効率が極端に悪くなるという問題があった。さらに、特許文献1では、バルブを開けてループヒートパイプの熱輸送機能を再始動させると、ループヒートパイプの熱輸送機能を停止させている間に高温となった蒸発部に、低温の作動液が一気かつ多量に流入することとなるので、蒸発部に変形や破損が発生する恐れもあるという問題があった。   However, in patent document 1, there existed a problem that efficient heat transport could not be performed depending on the relationship between the height of an evaporation part and a condensation part. That is, in the so-called top heat type in which the condensing part is lower than the evaporating part, it is necessary to increase the working fluid so that the evaporating part does not dry out during operation of the heat pipe. There is a problem that the working fluid is filled with the working fluid and the condensing efficiency of the working fluid is extremely deteriorated. Furthermore, in Patent Document 1, when the heat transport function of the loop heat pipe is restarted by opening the valve, a low-temperature working fluid is added to the evaporation section that has become hot while the heat transport function of the loop heat pipe is stopped. However, there is a problem that deformation or breakage may occur in the evaporation section.

特開平8−14775号公報JP-A-8-14775

本発明は上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、熱交換効率の低下を防止しつつ、熱輸送機能の停止が円滑であり、熱輸送機能を再始動させる際に、蒸発部の変形や破損を防止できるループヒートパイプを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. The heat transfer function can be smoothly stopped while preventing the heat exchange efficiency from being lowered. An object of the present invention is to provide a loop heat pipe that can prevent deformation and breakage.

本発明の態様は、蒸発部と、凝縮部と、前記蒸発部から前記凝縮部へ前記気相の作動流体が流通する蒸気流路と、前記凝縮部から前記蒸発部へ前記液相の作動流体が流通する液体流路と、を有するループヒートパイプであって、前記液体流路が、前記凝縮部から前記蒸発部へ流通している前記液相の作動流体が保持される液溜まり部と前記液相の作動流体の流量を調整する流量調整部とを有し、前記液溜まり部から前記蒸発部の内部まで、ウィックが設けられているループヒートパイプである。   The aspect of the present invention includes an evaporation unit, a condensing unit, a vapor channel through which the gas phase working fluid flows from the evaporation unit to the condensing unit, and the liquid phase working fluid from the condensing unit to the evaporating unit. A liquid heat flow path, wherein the liquid flow path is a liquid reservoir that holds the liquid-phase working fluid flowing from the condensing part to the evaporation part, and A loop heat pipe having a flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the liquid-phase working fluid and having a wick from the liquid reservoir to the inside of the evaporation unit.

この態様では、ループヒートパイプの液体流路に液溜まり部が存在し、この液溜まり部に流量調整部が配置されている。ループヒートパイプの稼働時、液溜まり部において、流量調整部は開放状態となっている。凝縮部から流出した液相の作動流体は、蒸発部へ導入される前に、一度、液溜まり部に滞留する。また、流量調整部は液溜まり部に配置されているので、開放状態の流量調整部の凝縮部側も蒸発部側も液相の作動流体で満たされた状態となっている。   In this aspect, a liquid reservoir exists in the liquid flow path of the loop heat pipe, and the flow rate adjuster is disposed in the liquid reservoir. When the loop heat pipe is in operation, the flow rate adjusting unit is open in the liquid reservoir. The liquid-phase working fluid that has flowed out of the condensing part once stays in the liquid reservoir part before being introduced into the evaporation part. In addition, since the flow rate adjusting unit is disposed in the liquid reservoir, both the condensing unit side and the evaporation unit side of the open flow rate adjusting unit are filled with the liquid-phase working fluid.

さらに、ウィックが、液溜まり部から蒸発部内部へと延びているので、液溜まり部に滞留した作動流体は、ウィックの毛細管力によって、蒸発部内部へ輸送される。一方で、流量調整部を閉鎖状態にすることで、凝縮部から蒸発部への液相の作動流体の供給が遮断され、ルートヒートパイプの熱輸送機能が停止される。   Further, since the wick extends from the liquid reservoir portion to the inside of the evaporation portion, the working fluid staying in the liquid reservoir portion is transported to the inside of the evaporation portion by the capillary force of the wick. On the other hand, by closing the flow rate adjusting unit, the supply of the liquid-phase working fluid from the condensing unit to the evaporation unit is shut off, and the heat transport function of the root heat pipe is stopped.

本発明の態様は、前記流量調整部が、バルブであるループヒートパイプである。   An aspect of the present invention is a loop heat pipe in which the flow rate adjusting unit is a valve.

本発明の態様は、前記バルブが、サーモスタットであるループヒートパイプである。   An aspect of the present invention is a loop heat pipe in which the valve is a thermostat.

本発明の態様は、前記ウィックが、多孔質体または粉末の焼結体であるループヒートパイプである。   An aspect of the present invention is a loop heat pipe in which the wick is a porous body or a powder sintered body.

本発明の態様は、前記蒸気流路の外面に断熱材が設けられているループヒートパイプである。   An aspect of the present invention is a loop heat pipe in which a heat insulating material is provided on the outer surface of the steam channel.

本発明の態様によれば、液溜まり部から蒸発部内部へと延びているウィックによって、液相の作動流体が液体流路から蒸発部へ供給される。よって、流量調整部を開けてループヒートパイプの熱輸送機能を再稼働または始動させる際に、ループヒートパイプの熱輸送機能を停止させている間に高温となった蒸発部に、低温の作動流体は毛細管力に応じて徐々に流入するので、蒸発部に変形や破損が発生することを防止できる。また、本発明の態様によれば、ウィックが液溜まり部から蒸発部内部へと延びているので、凝縮部と蒸発部の高低関係に関わらず、作動流体を確実に継続して凝縮部から蒸発部へ供給できる。特に、蒸発部が凝縮部よりも高い位置に配置されていても、作動流体を確実に凝縮部から蒸発部へ供給できる。さらに、本発明の態様によれば、ウィックにより、蒸発部へ供給される液相の作動流体の流量をウィックの毛細管力及び/または流量調整部で制御できるので、蒸発部の過剰な冷却を防止でき、ループヒートパイプの熱交換効率の低下を防止できる。   According to the aspect of the present invention, the liquid-phase working fluid is supplied from the liquid flow path to the evaporation unit by the wick extending from the liquid reservoir to the inside of the evaporation unit. Therefore, when the flow adjustment unit is opened and the heat transport function of the loop heat pipe is restarted or started, a low-temperature working fluid is added to the evaporation part that has become hot while the heat transport function of the loop heat pipe is stopped. Since the gas gradually flows in accordance with the capillary force, the evaporation part can be prevented from being deformed or damaged. Further, according to the aspect of the present invention, since the wick extends from the liquid reservoir portion to the inside of the evaporation portion, the working fluid is reliably and continuously evaporated regardless of the height relationship between the condensation portion and the evaporation portion. Can be supplied to the department. In particular, the working fluid can be reliably supplied from the condensing unit to the evaporating unit even if the evaporating unit is disposed at a position higher than the condensing unit. Furthermore, according to the aspect of the present invention, the flow rate of the liquid-phase working fluid supplied to the evaporation unit can be controlled by the wick's capillary force and / or the flow rate adjusting unit, thereby preventing excessive cooling of the evaporation unit. It is possible to prevent a decrease in heat exchange efficiency of the loop heat pipe.

さらに、本発明の態様によれば、液相の作動流体の液溜まり部に流量調整部が配置されているので、流量調整部を閉鎖することで、確実かつ速やかにルートヒートパイプの熱輸送機能を停止でき、また、流量調整部を開放することで確実かつ速やかにルートヒートパイプの熱輸送機能を再稼働できる。   Further, according to the aspect of the present invention, since the flow rate adjusting unit is disposed in the liquid phase working fluid reservoir, the heat transfer function of the root heat pipe can be reliably and quickly performed by closing the flow rate adjusting unit. In addition, the heat transport function of the root heat pipe can be restarted reliably and promptly by opening the flow rate adjusting unit.

本発明の態様によれば、バルブで液相の作動流体の流量を調整できるので、ルートヒートパイプの蒸発部から凝縮部への熱移動量の調整が容易である。また、流量調整部がバルブであることにより、より円滑に、ルートヒートパイプの熱輸送機能の停止と再稼働を行うことができる。   According to the aspect of the present invention, since the flow rate of the liquid-phase working fluid can be adjusted by the valve, it is easy to adjust the amount of heat transfer from the evaporation part to the condensation part of the root heat pipe. Further, since the flow rate adjusting unit is a valve, the heat transport function of the root heat pipe can be stopped and restarted more smoothly.

本発明の態様によれば、バルブが、サーモスタットであることにより、液相の作動流体の温度に応じてバルブの開閉を選択、調整できるので、蒸発部から凝縮部への熱移動量を作動流体の温度に応じて調整することができる。   According to the aspect of the present invention, since the valve is a thermostat, the opening and closing of the valve can be selected and adjusted according to the temperature of the liquid-phase working fluid, so the amount of heat transfer from the evaporation section to the condensation section can be adjusted. It can be adjusted according to the temperature.

本発明の態様によれば、ウィックが、多孔質体または粉末の焼結体であることにより、蒸発部へ供給される液相の作動流体の流量を容易に制御できる。   According to the aspect of the present invention, since the wick is a porous body or a powder sintered body, the flow rate of the liquid-phase working fluid supplied to the evaporation section can be easily controlled.

本発明の実施形態例に係るループヒートパイプの作動時の説明図である。It is explanatory drawing at the time of the action | operation of the loop heat pipe which concerns on the example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態例に係るループヒートパイプの停止時の説明図である。It is explanatory drawing at the time of the stop of the loop heat pipe which concerns on the example of embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施形態例に係るループヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。まず、図1を用いて、本発明の実施形態例に係るループヒートパイプの熱輸送システムについて説明する。   Hereinafter, a loop heat pipe according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a heat transport system for a loop heat pipe according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示すように、本発明の実施形態例に係るループヒートパイプ1は、第1の外部環境からの入熱により液相の作動流体Lを気相に相変化させる蒸発部2と、蒸発部2から気相の作動流体Gが導入されて、気相の作動流体Gから第2の外部環境への放熱によって、気相の作動流体Gを液相の作動流体Lに相変化させる凝縮部3と、一方の端部が蒸発部2と連通し、他方の端部が凝縮部3と連通した、管状体である蒸気流路4と、一方の端部が凝縮部3と連通し、他方の端部が蒸発部2と連通した、管状体である液体流路5と、を有する。蒸気流路4内は、蒸発部2から凝縮部3へ気相の作動流体Gが流動する。液体流路5内は、凝縮部3から蒸発部2へ液相の作動流体Lが流動する。   As shown in FIG. 1, a loop heat pipe 1 according to an embodiment of the present invention includes an evaporation unit 2 that changes a liquid-phase working fluid L to a gas phase by heat input from a first external environment, and evaporation. A condensing unit that introduces a gas-phase working fluid G from the unit 2 and changes the phase of the gas-phase working fluid G to a liquid-phase working fluid L by releasing heat from the gas-phase working fluid G to the second external environment. 3, one end communicates with the evaporation unit 2, the other end communicates with the condensation unit 3, a steam channel 4 that is a tubular body, one end communicates with the condensation unit 3, and the other The liquid flow path 5 which is a tubular body and whose end is in communication with the evaporation section 2. The vapor-phase working fluid G flows from the evaporation section 2 to the condensation section 3 in the vapor flow path 4. In the liquid flow path 5, the liquid-phase working fluid L flows from the condensation unit 3 to the evaporation unit 2.

ループヒートパイプ1のコンテナは、ループ管からなる密閉された循環経路であり、該循環経路の内部に減圧(脱気された)状態で、作動流体が封入されている。上記の通り、作動流体が、相変化を繰り返しながら、循環経路を一方向(図1では、反時計回り)に循環する。   The container of the loop heat pipe 1 is a closed circulation path composed of a loop pipe, and the working fluid is sealed inside the circulation path in a depressurized (degassed) state. As described above, the working fluid circulates in one direction (counterclockwise in FIG. 1) while repeating the phase change.

凝縮部3が配置された第2の外部環境の流体F2は、蒸発部2が配置された第1の外部環境の流体F1よりも低い温度となっている。従って、蒸発部2内において、液相の作動流体Lは相対的に流体F2よりも高い温度を有する流体F1から受熱して蒸発し、気相の作動流体Gに相変化する。気相の作動流体Gが、圧力差を利用して、蒸発部2と凝縮部3を連絡する蒸気流路4を介して、蒸発部2から凝縮部3へ輸送される。凝縮部3内において、気相の作動流体Gは、相対的に流体F1よりも低い温度を有する流体F2へ放熱して凝縮し液相の作動流体Lに相変化する。   The fluid F2 in the second external environment in which the condensing unit 3 is disposed has a lower temperature than the fluid F1 in the first external environment in which the evaporation unit 2 is disposed. Accordingly, in the evaporation unit 2, the liquid-phase working fluid L receives heat from the fluid F1 having a relatively higher temperature than the fluid F2, evaporates, and changes into a gas-phase working fluid G. The working fluid G in the gas phase is transported from the evaporation unit 2 to the condensation unit 3 through the vapor flow path 4 that connects the evaporation unit 2 and the condensation unit 3 using a pressure difference. In the condensing unit 3, the gas-phase working fluid G dissipates heat to the fluid F <b> 2 having a relatively lower temperature than the fluid F <b> 1, and is condensed into a liquid-phase working fluid L.

上記作用により、ループヒートパイプ1は、蒸発部2から凝縮部3へ熱輸送をする。すなわち、ループヒートパイプ1は、相対的に高い温度を有する第1の外部環境の熱を相対的に低い温度を有する第2の外部環境へ輸送をする。凝縮部3にて凝縮した液相の作動流体Lは、凝縮部3と蒸発部2を連絡する液体流路5を介して、凝縮部3から蒸発部2へ還流する。   Due to the above action, the loop heat pipe 1 transports heat from the evaporator 2 to the condenser 3. That is, the loop heat pipe 1 transports the heat of the first external environment having a relatively high temperature to the second external environment having a relatively low temperature. The liquid-phase working fluid L condensed in the condensing unit 3 is refluxed from the condensing unit 3 to the evaporating unit 2 via the liquid flow path 5 connecting the condensing unit 3 and the evaporating unit 2.

図1に示すように、ループヒートパイプ1は、液体流路5に、凝縮部3から蒸発部2へ還流する液相の作動流体Lが、蒸発部2へ導入される前に一時的に滞留する液溜まり部6を有している。液溜まり部6では、液体流路5の配管内部は液相の作動流体Lによって充填された状態となっている。例えば、ループヒートパイプ1では、液体流路5の配管は、側面視略U状となっており、略U状のうち、水平方向に形成された底部全体と、垂直方向に形成された2つの側部のうち蒸発部2近傍と凝縮部3近傍を除いた部位とが、液相の作動流体Lによって充填された液溜まり部6となっている。従って、液体流路5のうち、液溜まり部6の蒸発部側端面9と液体流路5の蒸発部2側端部との間及び液溜まり部6の凝縮部側端面10と液体流路5の凝縮部3側端部との間は、いずれも、液相の作動流体Lは滞留していないので、空間部となっている。   As shown in FIG. 1, the loop heat pipe 1 temporarily stays in the liquid flow path 5 before the liquid-phase working fluid L flowing back from the condensing unit 3 to the evaporation unit 2 is introduced into the evaporation unit 2. It has a liquid reservoir 6 to be used. In the liquid reservoir 6, the inside of the pipe of the liquid flow path 5 is filled with a liquid-phase working fluid L. For example, in the loop heat pipe 1, the pipe of the liquid flow path 5 has a substantially U shape in a side view, and of the substantially U shape, the entire bottom portion formed in the horizontal direction and the two formed in the vertical direction. A portion of the side portion excluding the vicinity of the evaporation portion 2 and the vicinity of the condensation portion 3 is a liquid reservoir portion 6 filled with a liquid-phase working fluid L. Therefore, in the liquid flow path 5, between the evaporation part side end surface 9 of the liquid reservoir 6 and the evaporation part 2 side end of the liquid flow path 5 and the condensation part side end face 10 of the liquid storage part 6 and the liquid flow path 5. Since the liquid-phase working fluid L does not stay between the two end portions on the condensing unit 3 side, a space is formed.

また、液体流路5のうち、液溜まり部6の、液相の作動流体Lの流程の中央部に、流量調整部としてバルブ7が設けられている。従って、バルブ7は、蒸発部2側も凝縮部3側も液溜まり部6に滞留した液相の作動流体Lによって閉塞された状態となっている。   Further, in the liquid flow path 5, a valve 7 is provided as a flow rate adjusting unit at the center of the liquid reservoir 6 in the flow of the liquid-phase working fluid L. Therefore, the valve 7 is closed by the liquid-phase working fluid L that has accumulated in the liquid reservoir 6 on both the evaporation section 2 side and the condensation section 3 side.

さらに、液溜まり部6の蒸発部側端面9よりも液体流路5の配管の上記底部側から蒸発部2の内部までの領域に、長尺に形成されたウィック8が設置されている。すなわち、バルブ7が開放されてループヒートパイプ1が稼働している状態では、ウィック8の液溜まり部6側端部は、その先端11を含め、液相の作動流体Lに浸漬した状態となっている。また、上記した蒸発部側端面9と液体流路5の蒸発部2側端部との間に形成された空間部は、ウィック8の中央部が位置している。従って、液体流路5の上記空間部内に位置するウィック8の部位は、空間部内にて露出した状態となっている。さらに、蒸発部2内には、ウィック8の蒸発部2側端部が位置している。   Further, a long wick 8 is installed in a region from the bottom side of the pipe of the liquid flow path 5 to the inside of the evaporation unit 2 with respect to the evaporation unit side end surface 9 of the liquid reservoir 6. That is, in a state where the valve 7 is opened and the loop heat pipe 1 is operating, the liquid pool 6 side end of the wick 8 is immersed in the liquid phase working fluid L including the tip 11 thereof. ing. Further, the central portion of the wick 8 is located in the space formed between the evaporation portion side end face 9 and the evaporation portion 2 side end portion of the liquid flow path 5. Accordingly, the portion of the wick 8 located in the space portion of the liquid flow path 5 is exposed in the space portion. Furthermore, the evaporation unit 2 side end of the wick 8 is located in the evaporation unit 2.

図1では、ウィック8は、液体流路5の径方向の断面積よりも、小さな断面積(長尺方向に対して直交方向の断面積)を有している。ウィック8の毛細管力によって、液溜まり部6の蒸発部側端面9近傍から蒸発部2内部へ液相の作動流体Lが輸送される。従って、凝縮部3と蒸発部2の間の高低差に関わらず、液相の作動流体Lを確実に継続して液溜まり部6から蒸発部2へ供給できる。   In FIG. 1, the wick 8 has a smaller cross-sectional area (cross-sectional area in the direction orthogonal to the longitudinal direction) than the cross-sectional area in the radial direction of the liquid flow path 5. Due to the capillary force of the wick 8, the liquid-phase working fluid L is transported from the vicinity of the evaporation portion side end face 9 of the liquid reservoir portion 6 into the evaporation portion 2. Therefore, the liquid-phase working fluid L can be reliably and continuously supplied from the liquid reservoir 6 to the evaporator 2 regardless of the difference in height between the condenser 3 and the evaporator 2.

また、ウィック8の毛細管力の強弱により、蒸発部2へ輸送される液相の作動流体Lの流量を調整することができる。さらに、蒸発部2への液相の作動流体Lの供給をウィック8によって行うことで、蒸発部2が凝縮部3よりも高い位置にあっても、液相の作動流体Lを蒸発部2へ確実に供給することができ、効率的に熱輸送をすることができる。   Further, the flow rate of the liquid-phase working fluid L transported to the evaporation unit 2 can be adjusted by the strength of the capillary force of the wick 8. Further, by supplying the liquid-phase working fluid L to the evaporation unit 2 by the wick 8, the liquid-phase working fluid L is supplied to the evaporation unit 2 even when the evaporation unit 2 is located higher than the condensing unit 3. It can supply reliably and can carry out heat transport efficiently.

図1に示すように、バルブ7を開放状態とすることで、凝縮部3にて凝縮した液相の作動流体Lは、液体流路5を介して凝縮部3から蒸発部2へ還流するので、ループヒートパイプ1の蒸発部2から凝縮部3への熱輸送機能が継続して作動する。また、バルブ7が開放状態の場合には、液溜まり部6の凝縮部側端面10と蒸発部側端面9は概ね同じ高さとなっている。   As shown in FIG. 1, by opening the valve 7, the liquid-phase working fluid L condensed in the condensing unit 3 is refluxed from the condensing unit 3 to the evaporating unit 2 through the liquid channel 5. The heat transport function from the evaporation section 2 to the condensation section 3 of the loop heat pipe 1 is continuously operated. When the valve 7 is in the open state, the condensing part side end face 10 and the evaporation part side end face 9 of the liquid pool part 6 are substantially the same height.

次に、ループヒートパイプ1の熱輸送機能の停止について、図2を用いて説明する。   Next, the stop of the heat transport function of the loop heat pipe 1 will be described with reference to FIG.

図2に示すように、バルブ7を閉鎖状態とすることで、凝縮部3にて凝縮した液相の作動流体Lは、凝縮部3から蒸発部2へ還流することができなくなる。よって、凝縮部3にて凝縮した液相の作動流体Lは、液溜まり部6の凝縮部側端面10と液体流路5の凝縮部3側端部との間に貯留されていく。すなわち、バルブ7を閉鎖すると、ループヒートパイプ1の蒸発部2から凝縮部3への熱輸送機能が依然として作動している間は、液溜まり部6の凝縮部側端面10の位置は上昇していき、液溜まり部6の蒸発部側端面9の位置は下降していく。凝縮部側端面10の上昇と蒸発部側端面9の下降が進んでいくと、ある時点で、ウィック8の液溜まり部6側の先端11が液溜まり部6から露出する。   As shown in FIG. 2, by closing the valve 7, the liquid-phase working fluid L condensed in the condensing unit 3 cannot be recirculated from the condensing unit 3 to the evaporation unit 2. Therefore, the liquid-phase working fluid L condensed in the condensing unit 3 is stored between the condensing unit side end surface 10 of the liquid reservoir 6 and the condensing unit 3 side end of the liquid channel 5. That is, when the valve 7 is closed, the position of the condensing part side end face 10 of the liquid pool part 6 rises while the heat transport function from the evaporation part 2 to the condensing part 3 of the loop heat pipe 1 is still operating. Then, the position of the end surface 9 on the evaporation portion side of the liquid pool portion 6 is lowered. As the condensing unit side end surface 10 rises and the evaporation unit side end surface 9 descends, the tip 11 on the liquid reservoir 6 side of the wick 8 is exposed from the liquid reservoir 6 at a certain point.

ウィック8の液溜まり部6側の先端11が液溜まり部6から露出すると、蒸発部2への液相の作動流体Lの供給が阻害されるで、ループヒートパイプ1の熱輸送機能が停止される。   When the tip 11 on the liquid reservoir 6 side of the wick 8 is exposed from the liquid reservoir 6, the supply of the liquid-phase working fluid L to the evaporator 2 is inhibited, and the heat transport function of the loop heat pipe 1 is stopped. The

このように、ルートヒートパイプ1では、バルブ7を閉鎖することで、熱輸送機能を確実かつ速やかに停止できる。また、液溜まり部6の蒸発部側端面9に対するウィック8の先端11の位置を調整することで、バルブ7の閉鎖操作と熱輸送機能の停止との間の時間を調整できる。   Thus, in the root heat pipe 1, the heat transport function can be stopped reliably and quickly by closing the valve 7. Further, by adjusting the position of the tip 11 of the wick 8 with respect to the evaporation portion side end surface 9 of the liquid reservoir 6, the time between the closing operation of the valve 7 and the stop of the heat transport function can be adjusted.

一方、閉鎖状態のバルブ7を開放状態とすることで、バルブ7の閉鎖時には上昇していた液溜まり部6の凝縮部側端面10の位置は下降し、下降していた液溜まり部6の蒸発部側端面9の位置は上昇して、凝縮部側端面10と蒸発部側端面9は同じ高さに戻る。すると、ウィック8の液溜まり部6側端部は、その先端11を含め、液溜まり部6に浸漬された状態に戻るので、ウィック8の毛細管力によって、液溜まり部6の蒸発部側端面9近傍から蒸発部2内部へ、液相の作動流体Lが、再び、輸送されることとなる。従って、閉鎖状態のバルブ7を開放状態とすることで、液相の作動流体Lの凝縮部3から蒸発部2への還流が可能となり、ルートヒートパイプ1の熱輸送機能を再稼働させることができる。   On the other hand, by closing the valve 7 in the closed state, the position of the condensing portion side end face 10 of the liquid reservoir 6 that has been raised when the valve 7 is closed is lowered, and the evaporation of the liquid reservoir 6 that has been lowered is lowered. The position of the part side end face 9 rises, and the condensation part side end face 10 and the evaporation part side end face 9 return to the same height. Then, the liquid reservoir 6 side end portion of the wick 8 returns to the state of being immersed in the liquid reservoir portion 6 including the tip 11, and therefore the evaporation portion side end surface 9 of the liquid reservoir portion 6 by the capillary force of the wick 8. The liquid-phase working fluid L is transported again from the vicinity into the evaporation unit 2. Therefore, by opening the valve 7 in the closed state, the liquid-phase working fluid L can be recirculated from the condensing unit 3 to the evaporating unit 2, and the heat transport function of the root heat pipe 1 can be reactivated. it can.

ループヒートパイプ1の熱輸送機能を停止させている間も、蒸発部2は、流体F1から受熱しているので、蒸発部2内は昇温していき、高温状態となっている。上記のように、ルートヒートパイプ1の熱輸送機能を再稼働させるとき、低温の液相の作動流体Lは、ウィック8の毛細管力に応じて緩やかに高温状態の蒸発部2内へ流入していくので、蒸発部2に変形や破損が発生することを防止できる。   Even while the heat transport function of the loop heat pipe 1 is stopped, the evaporation unit 2 receives heat from the fluid F1, so that the temperature in the evaporation unit 2 is increased and is in a high temperature state. As described above, when the heat transport function of the root heat pipe 1 is reactivated, the low-temperature liquid-phase working fluid L slowly flows into the high-temperature evaporation unit 2 according to the capillary force of the wick 8. Therefore, it is possible to prevent the evaporation unit 2 from being deformed or damaged.

ループヒートパイプ1のコンテナの材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、ステンレス鋼等の金属を挙げることができる。また、長尺に形成されたウィック8は、毛細管構造を有する物質であれば、特に限定されず、例えば、金属等の粉末を用いた焼結体、多孔質体、金属メッシュ、金属ワイヤ等を挙げることができる。さらに、ループヒートパイプ1の作動流体は、特に限定されず、例えば、水、アルコール、代替フロン等を挙げることができる。ここで、コンテナの材質と作動流体の種類は、どちらも熱交換効率が良くなるように選択することが好ましく、また、コンテナの材質と作動流体の組み合わせは、互いに影響を及ぼして劣化や分解や変性等が発生することを防止するように選択することが好ましい。   The material of the container of the loop heat pipe 1 is not specifically limited, For example, metals, such as copper, a copper alloy, and stainless steel, can be mentioned. Further, the long wick 8 is not particularly limited as long as it is a substance having a capillary structure. For example, a sintered body using a powder of metal, a porous body, a metal mesh, a metal wire, etc. Can be mentioned. Furthermore, the working fluid of the loop heat pipe 1 is not particularly limited, and examples thereof include water, alcohol, and alternative chlorofluorocarbon. Here, it is preferable that both the material of the container and the type of the working fluid are selected so as to improve the heat exchange efficiency, and the combination of the material of the container and the working fluid has an influence on each other, causing deterioration and decomposition. It is preferable to select such that denaturation or the like is prevented.

また、バルブは、液相の作動流体Lの循環を停止できるものであれば、特に限定されず、開閉のみの機能を有するものでもよく、開閉だけではなく液相の作動流体Lの流量調整機能を有するものでもよい。バルブの例としては、電磁弁、サーモスタット、仕切り弁、玉形弁、ニードルバルブ等を挙げることができる。サーモスタットを使用すると、液相の作動流体の温度に応じて、バルブの開閉を選択、調整できる。   Further, the valve is not particularly limited as long as the circulation of the liquid-phase working fluid L can be stopped. The valve may have only a function of opening and closing. It may have. Examples of the valve include a solenoid valve, a thermostat, a gate valve, a ball valve, and a needle valve. When a thermostat is used, the opening and closing of the valve can be selected and adjusted according to the temperature of the liquid-phase working fluid.

次に、本発明のループヒートパイプの使用方法例について、説明する。本発明のループヒートパイプは、熱輸送機能の搭載が要求されうる装置であれば、いずれも使用可能であり、例えば、車両に搭載された内燃機関に接続された排気管内にループヒートパイプの蒸発部を設置し、ループヒートパイプの凝縮部をエンジンの暖気装置と熱的に接続することにより、車両の省エネルギー化を図ることができる。   Next, an example of how to use the loop heat pipe of the present invention will be described. The loop heat pipe of the present invention can be used as long as it can be equipped with a heat transport function. For example, the evaporation of the loop heat pipe into an exhaust pipe connected to an internal combustion engine mounted on a vehicle. It is possible to achieve energy saving of the vehicle by installing the section and thermally connecting the condensing section of the loop heat pipe with the warming device of the engine.

次に、本発明のループヒートパイプについて、他の実施形態例について説明する。上記実施形態例では、ウィック8を設置したが、これに代えて、管状体である液体流路5の、液溜まり部6の蒸発部側端面9近傍から蒸発部2内部までの領域の内面に、毛細管力を有する溝(グルーブ)を形成してもよい。また、上記実施形態例では、ウィック8は、液体流路5の径方向の断面積よりも小さな長尺方向に対して直交方向の断面積を有していたが、これに代えて、液体流路5の径方向の断面積と同じ断面積であり、かつ液体流路5の径方向の断面形状と同じ断面形状としてもよい。つまり、ウィックの配置された液体流路の領域は、ウィックで充填されていてもよい。また、上記実施形態例では、流体F1から蒸発部2へ、直接、入熱していたが、これに代えて、ヒートシンクやその他の伝熱部材を介して入熱してもよい。さらに、上記実施形態例では、凝縮部3から流体F2へ、直接、放熱していたが、これに代えて、ヒートシンクやその他の伝熱部材を介して放熱してもよい。   Next, another embodiment of the loop heat pipe of the present invention will be described. In the above embodiment example, the wick 8 is installed, but instead of this, on the inner surface of the region of the liquid flow path 5 that is a tubular body from the vicinity of the end surface 9 of the liquid reservoir 6 to the inside of the evaporator 2. A groove having a capillary force may be formed. In the above embodiment, the wick 8 has a cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction that is smaller than the cross-sectional area in the radial direction of the liquid flow path 5. The cross-sectional area may be the same as the cross-sectional area in the radial direction of the channel 5 and the same cross-sectional shape as the cross-sectional shape in the radial direction of the liquid channel 5. That is, the region of the liquid flow path in which the wick is disposed may be filled with the wick. In the above embodiment, heat is directly input from the fluid F1 to the evaporation unit 2, but heat may be input via a heat sink or other heat transfer member instead. Further, in the above embodiment, heat is radiated directly from the condensing unit 3 to the fluid F2, but instead, heat may be radiated via a heat sink or other heat transfer member.

さらに、上記実施形態例のループヒートパイプでは、蒸気流路の外面に断熱部材を備えてもよい。断熱部材を蒸気流路の外面に設けることにより、蒸発部から凝縮部への熱輸送を効率的に行うことができる。   Furthermore, in the loop heat pipe of the above embodiment, a heat insulating member may be provided on the outer surface of the steam flow path. By providing the heat insulating member on the outer surface of the steam flow path, heat can be efficiently transported from the evaporation section to the condensation section.

本発明のループヒートパイプは、熱輸送機能の停止が円滑であり、熱輸送機能を再始動させる際に、蒸発部の変形や破損を防止できるので、例えば、車両に搭載して排ガスの排熱を冷却水やオイルの暖気に再利用する分野や、レーザー発振器やバッテリーの温度調整の分野等、広汎な分野で利用価値が高い。   The loop heat pipe of the present invention has a smooth stopping of the heat transport function, and can prevent deformation and breakage of the evaporation section when restarting the heat transport function. It is highly useful in a wide range of fields, such as the field of reusing water for cooling water and oil warming, and the field of laser oscillator and battery temperature control.

1 ループヒートパイプ
2 蒸発部
3 凝縮部
4 蒸気流路
5 液体流路
6 液溜まり部
7 バルブ
8 ウィック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Loop heat pipe 2 Evaporating part 3 Condensing part 4 Steam flow path 5 Liquid flow path 6 Liquid accumulation part 7 Valve 8 Wick

Claims (5)

蒸発部と、凝縮部と、前記蒸発部から前記凝縮部へ前記気相の作動流体が流通する蒸気流路と、前記凝縮部から前記蒸発部へ前記液相の作動流体が流通する液体流路と、を有するループヒートパイプであって、
前記液体流路が、前記凝縮部から前記蒸発部へ流通している前記液相の作動流体が保持される液溜まり部と前記液相の作動流体の流量を調整する流量調整部とを有し、前記液溜まり部から前記蒸発部の内部まで、ウィックが設けられているループヒートパイプ。
An evaporating unit, a condensing unit, a vapor channel through which the gas-phase working fluid flows from the evaporating unit to the condensing unit, and a liquid channel through which the liquid-phase working fluid flows from the condensing unit to the evaporating unit A loop heat pipe having
The liquid flow path includes a liquid reservoir that holds the liquid-phase working fluid flowing from the condensing unit to the evaporation unit, and a flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the liquid-phase working fluid. A loop heat pipe provided with a wick from the liquid reservoir to the inside of the evaporator.
前記流量調整部が、バルブである請求項1に記載のループヒートパイプ。   The loop heat pipe according to claim 1, wherein the flow rate adjusting unit is a valve. 前記バルブが、サーモスタットである請求項2に記載のループヒートパイプ。   The loop heat pipe according to claim 2, wherein the valve is a thermostat. 前記ウィックが、多孔質体または粉末の焼結体である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のループヒートパイプ。   The loop heat pipe according to any one of claims 1 to 3, wherein the wick is a porous body or a powder sintered body. 前記蒸気流路の外面に断熱材が設けられている請求項1乃至4のいずれか1項に記載のループヒートパイプ。
The loop heat pipe according to any one of claims 1 to 4, wherein a heat insulating material is provided on an outer surface of the steam channel.
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