JP2020106210A - 蒸発器及びループ型ヒートパイプ - Google Patents
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Abstract
【課題】鉛直方向に延びる複数の熱交換流路を備えた蒸発器、及び、それを備えるループ型ヒートパイプにおいて、蒸発器の姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路間の液相の作動流体量の偏りを低減する。【解決手段】輸送機に搭載された蒸発器は、輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニットと、熱交換ユニットの各々と接続され、当該熱交換ユニットへ液相の作動流体を供給する分配管と、分配管の各々に設けられ、少なくとも熱交換ユニットの傾きが所定の閾値以上の間は、熱交換ユニットから分配管へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する弁とを備える。熱交換ユニットの各々は、分配管と接続された入口部と、入口部から上方へ直線状に延びる少なくとも1本の熱交換流路を含み熱交換流路を通過する作動流体と熱源とを熱交換させる熱交換部とを有する。【選択図】図2
Description
本発明は、蒸発器、及び、それを備えたループ型ヒートパイプに関する。
従来、作動流体の相変化を利用して高密度な熱輸送を行うループ型ヒートパイプの技術が知られている。このようなループ型ヒートパイプを利用した熱輸送システムは、例えば、コンピュータや家電などの電子機器の冷却に利用されてきた。ループ型ヒートパイプとしては、毛細管力及び/又は重力を利用して作動流体を循環させるものがある。
ループ型ヒートパイプは、蒸発器、凝縮器、蒸発器と凝縮器とを連絡する蒸気管、及び、凝縮器と蒸発器とを連絡する液管によって形成された閉ループを有する。閉ループには、作動流体が封入される。蒸発器では、液相の作動流体が発熱体から伝わる熱で加熱されて、その一部が気体に変化する。気液二相の作動流体は圧力差や浮力によって蒸気管内を移動し、凝縮器に到達する。凝縮器では、作動流体が冷却されて液体に変化する。液相の作動流体は毛細管力及び/又は重力によって蒸発器へ還流する。このようにして、ループ型ヒートパイプでは、作動流体が二相閉ループを循環することで蒸発器から凝縮器へ熱が輸送され、蒸発器と熱的に接続された発熱体が冷却される。
特許文献1では、車両に搭載される水冷式エンジンからの排熱を回収する排熱回収装置として構成されたループ型ヒートパイプが開示されている。このループ型ヒートパイプは、水冷式エンジンからの排気ガスと内部の作動流体(水)とを熱交換させる蒸発器を備える。この蒸発器は、鉛直方向へ直線状に延びる伝熱管とフィンとが積層されて成る熱交換部と、複数のチューブの下端部と接続された下パイプと、複数のチューブの上端部と接続された上パイプとを備える。
図7は、従来の蒸発器200の構成を示す図である。図7に示す従来の蒸発器200は、入口部22と、入口部22の上方に配置された出口部21と、入口部22と出口部21との間を連絡し、鉛直方向に延びる複数の熱交換流路23とを備える。この蒸発器200が傾いたときに、液相の作動流体は位置エネルギーの小さい方向へ流れるため、熱交換流路23の液相の作動流体量に偏りが生じる。その結果、液相の作動流体量が少ないために有効に利用されていない熱交換流路23が生じ、作動流体と熱源流体との十分な熱交換が行われないおそれがある。
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、鉛直方向に延びる複数の熱交換流路を備えた蒸発器、及び、それを備えるループ型ヒートパイプにおいて、蒸発器の姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路間の液相の作動流体量の偏りを低減することを目的とする。
本発明の一態様に係る蒸発器は、輸送機に搭載され、熱源からの受熱により液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させる蒸発器であって、
前記輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニットと、
前記熱交換ユニットの各々と接続され、当該熱交換ユニットへ液相の前記作動流体を供給する分配管と、
前記分配管の各々に設けられ、少なくとも前記熱交換ユニットの傾きが所定の閾値以上の間は、前記弁によって前記熱交換ユニットから前記分配管へ向かう前記作動流体の流れの通過を阻害する弁とを備え、
前記熱交換ユニットの各々は、前記分配管と接続された入口部と、前記入口部から上方へ直線状に延びる少なくとも1本の熱交換流路を含み前記熱交換流路を通過する前記作動流体と前記熱源とを熱交換させる熱交換部とを有するものである。
前記輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニットと、
前記熱交換ユニットの各々と接続され、当該熱交換ユニットへ液相の前記作動流体を供給する分配管と、
前記分配管の各々に設けられ、少なくとも前記熱交換ユニットの傾きが所定の閾値以上の間は、前記弁によって前記熱交換ユニットから前記分配管へ向かう前記作動流体の流れの通過を阻害する弁とを備え、
前記熱交換ユニットの各々は、前記分配管と接続された入口部と、前記入口部から上方へ直線状に延びる少なくとも1本の熱交換流路を含み前記熱交換流路を通過する前記作動流体と前記熱源とを熱交換させる熱交換部とを有するものである。
また、本発明の一態様に係るループ型ヒートパイプは、前記蒸発器と、気相の前記作動流体を液体に変化させる凝縮器と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入口とを連絡する蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口とを連絡する液管とを備えるものである。
上記蒸発器及びそれを備えるループ型ヒートパイプでは、蒸発器が傾いたとき、液相の作動流体は位置エネルギーの小さい方向へ流れようとする。ここで、弁によって熱交換ユニットから分配管へ向かう作動流体の流れが阻害されるので、熱交換ユニット内の液相の作動流体は分配管へ流出したり、分配管を通じて他の熱交換ユニットへ流出したりしない。これにより、複数の熱交換ユニットが弁を介さずに連通されている場合や全ての熱交換流路が弁を介さずに連通されている場合(図7、参照)と比較して、複数の熱交換流路間の液相の作動流体量の偏りは小さい。よって、蒸発器の姿勢が傾いたときに、液相の作動流体が存在しない(或いは、存在する液相の作動流体が微量である)熱交換流路の数を低減することができ、各熱交換流路を有効に利用することができる。
本発明によれば、鉛直方向に延びる複数の熱交換流路を含む蒸発器、及び、それを備えるループ型ヒートパイプであって、蒸発器の姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路間の液相の作動流体量の偏りを低減できるものを提供することができる。
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るループ型ヒートパイプ10が搭載された輸送機の一例としての航空機50を示す図である。
図1に示すループ型ヒートパイプ10は、閉ループを形成する蒸発器2、蒸気管4、凝縮器3、及び、液管5を備える。閉ループ内には、作動流体が封入されている。作動流体は、ループ型ヒートパイプ10を相変化と重力を利用して自然循環する。なお、作動流体は、特に限定されず、従来ヒートパイプの作動流体として使用されている凝縮性の流体(例えば、水、アルコール、アンモニア、フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、及び、それらの混合液など)であってよい。
蒸発器2では、液相の作動流体が熱源流体から吸熱し、その一部が沸騰して気体に変化する。気相又は気液二相の作動流体は、蒸発器2の出口と凝縮器3の入口とを連絡する蒸気管4を圧力差や浮力によって移動し、凝縮器3へ到達する。
凝縮器3は、蒸発器2よりも上方に設置される。凝縮器3には冷却流路(図示略)が形成されており、気相又は二相の作動流体は冷却流路を通過するうちに放熱し、冷却されて液体に変化する。液相の作動流体は、凝縮器3の出口と蒸発器2の入口とを連絡する液管5を重力によって降下し、蒸発器2へ還流する。
上記のループ型ヒートパイプ10は、姿勢が変化する輸送機に搭載されるのに適している。このような輸送機として、船舶(潜水艇を含む)、鉄道車両、自動車、及び航空機などが例示される。
図1には、航空機50の胴体51及び主翼53の一部が示されている。胴体51は、外板52と、外板52より客室側に設けられた内壁54とを含む複層構造を有する。外板52と内壁54との間には、冷却室55が形成されている。冷却室55内は、飛行中に地上よりも著しく低温の外気に晒される外板52から伝わる冷熱によって低温となっている。或いは、外板52に冷却室55と連通される空気入口と空気出口とが設けられ、飛行中の冷却室55に外気が導入されてもよい。
上記の航空機50には、熱源99と、熱源99を冷却するループ型ヒートパイプ10が搭載されている。熱源99は、特に限定されないが、例えば、制御盤やエンジンコントロールユニット(ECU)やその他コンピュータなどの発熱部品を含む電子機器、軸受などの摩擦熱が生じる機械部品、及び、電池などの発熱体や、客室空気などであってよい。
蒸発器2は熱源99と熱的に接続され、凝縮器3は冷却室55内に配置されている。冷却室55内には、凝縮器3に強制的に通気させるためのファン56が設けられている。この凝縮器3では、外気の冷熱を利用して作動流体を凝縮させる。
以下、蒸発器2の第1〜3実施形態を説明する。
〔第1実施形態〕
図2は、第1実施形態に係る蒸発器2Aの構成を示す図であり、図3は、図2に示す蒸発器2Aの姿勢が変化した様子を説明する平面図である。図2に示す蒸発器2Aは、例えば排気ガスなどの、気相の熱源流体と液相の作動流体とを熱交換させて、液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させるものである。
図2は、第1実施形態に係る蒸発器2Aの構成を示す図であり、図3は、図2に示す蒸発器2Aの姿勢が変化した様子を説明する平面図である。図2に示す蒸発器2Aは、例えば排気ガスなどの、気相の熱源流体と液相の作動流体とを熱交換させて、液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させるものである。
蒸発器2Aは、複数の熱交換ユニット20と、各熱交換ユニット20と接続された分配管8と、分配管8に設けられた弁85とを備える。複数の分配管8は一つの液管5と接続されている。
各熱交換ユニット20は、分配管8と接続された入口部22と、入口部22から上方へ直線状に延びる少なくとも1本の熱交換流路23を含む熱交換部24とを有する。本実施形態において、熱交換流路23は伝熱管で形成されており、熱交換部24は複数の熱交換流路23を有する。入口部22から熱交換流路23に流入した作動流体は、熱交換流路23を通過するうちに熱源99と熱交換することによりその少なくとも一部が気化する。
複数の熱交換ユニット20は、略水平方向に列を成し、概ね同じレベルに配置されている。なお、蒸発器2Aの「基準姿勢」とは、蒸発器2Aを搭載した輸送機、又は、蒸発器2Aを含むループ型ヒートパイプ10を搭載した輸送機が、水平面に置かれたときの蒸発器2Aの姿勢を言う。
分配管8は、液管5と接続される。各分配管8には、弁85が設けられている。弁85は、少なくとも熱交換ユニット20の傾きが所定の傾き閾値以上の間において、熱交換ユニット20から分配管8へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する。本実施形態では、弁85として逆止弁85Aが採用されている。逆止弁85Aは、蒸発器2Aの姿勢の傾きの有無に関わらず、常時、入口部22へ向かう液相の作動流体の流れの通過を許容し、それとは逆向きの液相の作動流体の流れの通過を阻害する。
全ての熱交換ユニット20の熱交換部24の上端部は、一つの出口部21と接続されている。本実施形態において、出口部21は水平方向に延びるタンクで構成されている。出口部21は、蒸気管4と接続されている。つまり、各熱交換ユニット20を通過した作動流体は、出口部21で合流してから蒸気管4へ流入する。
以上に説明した通り、本実施形態に係る蒸発器2Aは、輸送機に搭載され、熱源99からの受熱により液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させる蒸発器2Aであって、輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニット20と、熱交換ユニット20の各々と接続され、当該熱交換ユニット20へ液相の作動流体を供給する分配管8と、分配管8の各々に設けられ、少なくとも熱交換ユニット20の傾きが所定の閾値以上の間は、熱交換ユニット20から分配管8へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する弁85とを備える。熱交換ユニット20の各々は、分配管8と接続された入口部22と、熱交換部24とを有する。熱交換部24は、入口部22から上方へ直線状に延びる少なくとも1本の熱交換流路23を含み、この熱交換流路23を通過する作動流体と熱源とが熱交換する。
本実施形態に示されるように、上記弁85は、分配管8から熱交換ユニット20へ向かう作動流体の流れの通過を許容し、それとは逆向きの作動流体の流れの通過を阻害する逆止弁85Aであってよい。
上記構成の蒸発器2Aでは、液管5から分配管8へ流入した液相の作動流体は、熱交換ユニット20の入口部22へ流入する。入口部22へ流入した液相の作動流体は、当該入口部22と接続された複数の熱交換流路23へ分配される。凝縮器3と蒸発器2との高低差に起因するヘッド圧によって、作動流体の液面は熱交換流路23の上下中途部にある。なお、二相流体では厳密に液面は存在しないが、熱交換流路23内の作動流体は上方に向かうに従って液体中に存在する気体の体積の割合が大きくなるので、気液二相流の中で気体の占める体積比率(ボイド率)が所定比率(例えば50%)となる境界面を仮想的に液面としてもよい。
熱交換部24では、その周囲を流れる熱源流体から受け取った熱が、熱交換流路23を流れる作動流体へ放出される。熱交換流路23内の液相の作動流体の少なくとも一部はその熱によって沸騰する。このようにして熱交換流路23で気相又は気液二相となった作動流体は、熱交換流路23から流れ出て出口部21で集束され、蒸気管4へ流出する。
上記蒸発器2Aを含むループ型ヒートパイプ10を搭載した輸送機の姿勢が変化すると、ループ型ヒートパイプ10の全体の姿勢も変化する。図3は、図2に示す蒸発器2Aの姿勢が変化した様子を説明する図である。図3に示すように、蒸発器2Aが複数の熱交換ユニット20の並ぶ方向へ傾いたときに、液相の作動流体は位置エネルギーの小さい方向へ流れる。ここで、弁85(逆止弁85A)よって熱交換ユニット20から分配管8へ向かう作動流体の流れが阻害されるので、熱交換ユニット20内の液相の作動流体は分配管8へ流出したり、分配管8を通じて他の熱交換ユニット20へ流出したりしない。これにより、複数の熱交換ユニット20が弁85を介さずに連通されている場合や全ての熱交換流路23が弁85を介さずに連通されている場合(図7、参照)と比較して、蒸発器2Aに含まれる複数の熱交換流路23間の液相の作動流体量の偏りは小さい。つまり、本実施形態の蒸発器2Aでは、蒸発器2Aの姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路23間の液相の作動流体量の偏りを低減できる。よって、蒸発器2Aの姿勢が傾いたときに、液相の作動流体が存在しない(或いは、存在する液相の作動流体が微量である)熱交換流路23の本数を低減することができ、各熱交換流路23を有効に利用することができる。
また、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ10は、上記の蒸発器2Aと、気相の作動流体を液体に変化させる凝縮器3と、蒸発器2Aの出口(出口部21)と凝縮器3の入口とを連絡する蒸気管4と、凝縮器3の出口と蒸発器2Aの入口(分配管8)とを連絡する液管5とを備えるものである。
前述の通り、本実施形態に係る蒸発器2Aによれば、蒸発器2Aの姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路23間の液相の作動流体量の偏りを低減でき、各熱交換流路23を有効に利用することができる。このような蒸発器2Aを備えるループ型ヒートパイプ10では、ループ型ヒートパイプ10の姿勢が傾いたときの熱輸送量の低下を抑えることができる。
〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態に係る蒸発器2Bについて説明する。図4は、第2実施形態に係る蒸発器の構成を示す図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第1実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、第2実施形態に係る蒸発器2Bについて説明する。図4は、第2実施形態に係る蒸発器の構成を示す図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第1実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
図4に示すように、本実施形態に係る蒸発器2Bは、第1実施形態に係る蒸発器2Aにおいて分配管8に設けられた弁85として、コントローラ9によって制御される制御弁85Bを備える点、及び、傾斜センサ7を備える点で特徴づけられる。
傾斜センサ7は、蒸発器2Bの基準姿勢からの傾きを検出する。蒸発器2Bに含まれる複数の熱交換ユニット20は一体的に姿勢を変化させることから、蒸発器2Bの姿勢の傾きは即ち熱交換ユニット20の姿勢の傾きである。傾斜センサ7は、蒸発器2B、又は、ループ型ヒートパイプ10自身に取り付けられていてよい。或いは、傾斜センサ7は、蒸発器2B、又は、ループ型ヒートパイプ10が搭載された輸送機に取り付けられていてよい。傾斜センサ7として、加速度センサ、又はジャイロセンサを利用したものが知られている。
コントローラ9は、傾斜センサ7と有線又は無線で電気的に接続されており、傾斜センサ7の検出値を取得する。また、コントローラ9は、制御弁85Bと有線又は無線で電気的に接続されており、制御弁85Bの動作を制御する。コントローラ9は、傾き監視部91と、弁制御部92との各機能部を含む。
コントローラ9は、いわゆるコンピュータであって、例えば、マイクロコントローラ、CPU、MPU、PLC、DSP、ASIC又はFPGA等の演算処理装置(プロセッサ)と、ROM、RAM等の記憶装置とを有する(いずれも図示せず)。記憶装置には、演算処理装置が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。コントローラ9では、記憶装置に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理装置が読み出して実行することにより、前述の機能部を実現するための処理が行われる。なお、コントローラ9は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。
ここで、コントローラ9による制御弁85Bの制御の流れを説明する。コントローラ9の傾き監視部91は、傾斜センサ7から傾き情報を取得し、取得した傾き情報に基づいて蒸発器2Bの基準姿勢からの傾きを求める。傾き監視部91は、求めた傾きと所定の傾き閾値とを比較することにより、蒸発器2Bの傾きを監視する。
基準姿勢にある蒸発器2Bにおいて、各熱交換流路23は鉛直方向に直線状に延びている。蒸発器2Bがこの基準姿勢から、複数の熱交換ユニット20の並ぶ方向に傾くと、複数の熱交換流路23間で液相の作動流体量に偏りが生じる。このようにして、少なくとも1本の熱交換流路23において、液相の作動流体が存在しない(或いは、気相の作動流体の吹き抜けが生じる程度に微量の液相の作動流体が存在する)熱交換流路23が生じるような基準姿勢からの傾きを「傾き閾値」としてよい。また、複数の熱交換流路23間で液相の作動流体量に偏りが生じることによって、蒸発器2Bに所望の熱交換性能が得られなくなるような基準姿勢からの傾きを「傾き閾値」としてよい。傾き閾値は、蒸発器2Bに固有の値であり、蒸発器2Bのモデルを利用したシミュレーション結果、又は、実験により予め求められ、コントローラ9に予め記憶される。
定常状態の蒸発器2Bでは、各制御弁85Bは開放されている。傾き監視部91は、求めた傾きが傾き閾値を超える値であれば弁制御部92へ閉止信号を送り、閉止信号を受けた弁制御部92は作動流体の流れが禁止されるように制御弁85Bを閉止させる。ここで、液管5から蒸発器2Bへ液相の作動流体が移動できるように、蒸発器2Bが備える複数の熱交換ユニット20のうち少なくとも1つの熱交換ユニット20においては制御弁85Bの開放が維持される。傾き監視部91は、蒸発器2Bの傾きの監視を継続し、求めた傾きが傾き閾値以下となれば、弁制御部92へ開放信号を送り、開放信号を受けた弁制御部92は作動流体の流れが許容されるように制御弁85Bを開放させる。
以上に説明した通り、本実施形態に係る蒸発器2Bは、輸送機に搭載され、熱源99からの受熱により液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させる蒸発器2Bであって、輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、輸送機の傾きに伴って一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニット20と、熱交換ユニット20の各々と接続され、当該熱交換ユニット20へ液相の作動流体を供給する分配管8と、分配管8の各々に設けられ、少なくとも熱交換ユニット20の傾きが所定の閾値以上の間は、熱交換ユニット20から分配管8へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する弁85とを備える。熱交換ユニット20の各々は、分配管8と接続された入口部22と、熱交換部24とを有する。熱交換部24は、入口部22から上方へ直線状に延びる少なくとも1本の熱交換流路23を含み、この熱交換流路23を通過する作動流体と熱源99とが熱交換する。
本実施形態において、上記の弁85は制御弁85Bであって、熱交換ユニット20の姿勢の傾きを検出する傾斜センサ7と、検出された傾きに基づいて制御弁85Bの動作を制御するコントローラ9とを、更に備える。そして、コントローラ9は、検出された傾きが所定の傾き閾値を超えると、制御弁85Bが閉止され、傾きが前記傾き閾値以下では前記制御弁85Bが開放されるように制御弁85Bを動作させる。
上記構成の蒸発器2B及びこれを搭載したループ型ヒートパイプ10では、蒸発器2Bの傾きが傾き閾値を超えると、閉止された制御弁85Bによって、熱交換ユニット20から分配管8へ向かう作動流体の流れが阻害されるので、熱交換ユニット20内の液相の作動流体は分配管8へ流出したり、分配管8を通じて他の熱交換ユニット20へ流出したりしない。よって、蒸発器2Bの姿勢が傾いたときに、液相の作動流体と各熱交換流路23(伝熱管)との接触面積の減少を抑制でき。各熱交換流路23を有効に利用することができる。
また、本実施形態では弁85として制御弁85Bが採用されているので、傾き閾値として輸送機の種類や蒸発器20Bの設置状況等に応じて任意の値を設定することができる。
〔第3実施形態〕
図5は、第3実施形態に係る垂直設置型の蒸発器2Cの斜視図、図6は、図5に示す蒸発器2Cの内部構造を説明する図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第1実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
図5は、第3実施形態に係る垂直設置型の蒸発器2Cの斜視図、図6は、図5に示す蒸発器2Cの内部構造を説明する図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第1実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
図5及び図6に示すように、本実施形態に係る蒸発器2Cは、前壁61及び後壁62の少なくとも一方が最大面積の直方体形状を呈する筐体6と、前壁61及び後壁62の少なくとも一方に設けられ、熱源99と熱的に接続される受熱体28とを備える。
筐体6の底壁65には複数の入口部22が設けられており、筐体6の上壁66には一つの出口部21が設けられている。筐体6の内部には、入口部22から上方へ直線状に延びる少なくとも1本の熱交換流路23を含む熱交換部24が設けられている。この入口部22と熱交換部24とによって、熱交換ユニット20が形成されている。本例では、筐体6内に3組の熱交換ユニット20が設けられており、各熱交換ユニット20の熱交換部24は1本の熱交換流路23を含む。
筐体6の内部には、少なくとも1つの上下方向に延びる仕切り壁60が設けられている。仕切り壁60の下部は筐体6の底壁65を接続されており、仕切り壁60の上部は上壁66から離間している。このような仕切り壁60で筐体6内の上部を除く部分が複数に区画されることによって、筐体6内に複数の熱交換流路23が形成されている。複数の熱交換流路23は、仕切り壁60の存在しない筐体6内の上部で連通されている。
入口部22には、それぞれ分配管8が接続されている。各分配管8には、弁85が設けられている。弁85は、少なくとも熱交換ユニット20の傾きが所定の傾き閾値以上の間において、熱交換ユニット20から分配管8へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する。弁85は、前述の第1実施形態に示した逆止弁85Aであってもよいし、第2実施形態に示した制御弁85Bであってもよい。
上記構成の蒸発器2Cでは、液相の作動流体が、液管5から分配管8を通じて各熱交換ユニット20の入口部22へ供給される。液相の作動流体は、入口部22から熱交換流路23を上方へ向かって移動するうちに熱源99と熱交換し、少なくとも一部が気化する。筐体6内の上部は気相又は気液二相の作動流体で満たされており、この作動流体が出口部21を通じて蒸気管4へ流れ出る。
本実施形態に係る蒸発器2Cにおいても、ループ型ヒートパイプ10を搭載した輸送機の姿勢が変化すると、ループ型ヒートパイプ10に含まれる蒸発器2Cの姿勢も変化する。ここで、弁85よって熱交換ユニット20から分配管8へ向かう作動流体の流れが阻害されるので、熱交換ユニット20内の液相の作動流体は分配管8へ流出したり、分配管8を通じて他の熱交換ユニット20へ流出したりしない。これにより、複数の熱交換ユニット20が弁85を介さずに連通されている場合や全ての熱交換流路23が弁85を介さずに連通されている場合(図7、参照)と比較して、蒸発器2Cに含まれる複数の熱交換流路23間の液相の作動流体量の偏りは小さい。つまり、本実施形態の蒸発器2Cでは、蒸発器2Cの姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路23間の液相の作動流体量の偏りを低減できる。よって、蒸発器2Cの姿勢が傾いたときに、液相の作動流体が存在しない(或いは、存在する液相の作動流体が微量である)熱交換流路23の本数を低減することができ、各熱交換流路23を有効に利用することができる。
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び/又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。
例えば、上記実施形態のループ型ヒートパイプ10はサーモサイフォン式に限られずウィック式が採用されてもよい。ウィック式のループ型ヒートパイプでは、凝縮器3から蒸発器2への作動流体を還流させるために、ウィックにおける作動流体の毛細管力を利用するが、重力も利用する。よって、本発明をウィック式のループ型ヒートパイプを備える熱輸送システムに適用しても前述と同様の効果が得られる。
2,2A,2B,2C :蒸発器
3 :凝縮器
4 :蒸気管
5 :液管
7 :傾斜センサ
8 :分配管
9 :コントローラ
10 :ループ型ヒートパイプ
20 :熱交換ユニット
21 :出口部
22 :入口部
23 :熱交換流路
24 :熱交換部
6 :筐体
61 :前壁
62 :後壁
65 :底壁
66 :上壁
85 :弁
85A :逆止弁
85B :制御弁
91 :傾き監視部
92 :弁制御部
3 :凝縮器
4 :蒸気管
5 :液管
7 :傾斜センサ
8 :分配管
9 :コントローラ
10 :ループ型ヒートパイプ
20 :熱交換ユニット
21 :出口部
22 :入口部
23 :熱交換流路
24 :熱交換部
6 :筐体
61 :前壁
62 :後壁
65 :底壁
66 :上壁
85 :弁
85A :逆止弁
85B :制御弁
91 :傾き監視部
92 :弁制御部
Claims (4)
- 輸送機に搭載され、熱源からの受熱により液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させる蒸発器であって、
前記輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニットと、
前記熱交換ユニットの各々と接続され、当該熱交換ユニットへ液相の前記作動流体を供給する分配管と、
前記分配管の各々に設けられ、少なくとも前記熱交換ユニットの傾きが所定の閾値以上の間は、前記熱交換ユニットから前記分配管へ向かう前記作動流体の流れの通過を阻害する弁とを備え、
前記熱交換ユニットの各々は、前記分配管と接続された入口部と、前記入口部から上方へ直線状に延びる少なくとも1本の熱交換流路を含み前記熱交換流路を通過する前記作動流体と前記熱源とを熱交換させる熱交換部とを有する、
蒸発器。 - 前記弁は、前記分配管から前記熱交換ユニットへ向かう前記作動流体の流れの通過を許容し、それとは逆向きの前記作動流体の流れの通過を阻害する逆止弁である、
請求項1に記載の蒸発器。 - 前記弁は制御弁であって、
前記熱交換ユニットの姿勢の傾きを検出する傾斜センサと、検出された前記傾きに基づいて前記制御弁の動作を制御するコントローラとを、更に備え、
前記コントローラは、前記傾きが前記傾き閾値を超えると、前記制御弁が閉止され、前記傾きが前記傾き閾値以下では前記制御弁が開放されるように前記制御弁を動作させる、
請求項1又は2に記載の蒸発器。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の蒸発器と、
気相の前記作動流体を液体に変化させる凝縮器と、
前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入口とを連絡する蒸気管と、
前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口とを連絡する液管とを備える、
ループ型ヒートパイプ。
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