JP2023100293A - 冷却装置及び宇宙構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプを用いた冷却装置において、放熱部での放熱能力の低下と、ポンプへの気泡流入とを抑制しつつ、ポンプに流入する冷媒の過冷却度を十分に確保可能にする。【解決手段】冷却装置１００は、液体の冷媒を循環させるポンプ１と、冷媒により電子機器２のような発熱機器を冷却する冷却器４と、冷媒を冷却する放熱器５とを順次接続して環状に構成された冷媒流路を備える。放熱器５には、冷却器４から流出した冷媒が流入し、流入した冷媒が複数に分岐して流れて放熱する凝縮流路６ａと、凝縮流路６ａから流出した冷媒が流入し、流入した冷媒が直列に流れて放熱するサブクール流路７ａとが設けられた。【選択図】図１

Description

本開示は、発熱機器を冷却する冷却装置と、冷却装置を備える宇宙構造物とに関する。

宇宙構造物では、内部に電子機器が格納された構体と、構体内部の電子機器を支持するパネルとに熱を伝導するヒートパイプ群が埋め込まれる。構体内部の電子機器から発生した熱は、ヒートパイプ群を介して構体の放熱面まで伝導される。放熱面に伝導された熱が放熱面から深宇宙に向けて放射される。これにより、電子機器が冷却される。
非特許文献１には、ヒートパイプ群を用いる代わりにポンプを用いて冷媒を強制的に輸送する冷却装置が記載されている。これにより、電子機器から放熱面まで熱が輸送されている。

"Ａ Ｒｏｂｕｓｔ Ｔｗｏ－Ｐｈａｓｅ Ｐｕｍｐｅｄ Ｌｏｏｐ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｒａｄｉａｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"， ４７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ １６－２０ Ｊｕｌｙ ２０１７， ＩＣＥＳ－２０１７－２２１

ヒートパイプ群を用いて宇宙構造物内部の電子機器を冷却する。この場合、電子機器から放熱面までの熱の経路上の複数の箇所でヒートパイプが連結される。そのため、ヒートパイプ間の接触熱抵抗が大きくなり、冷却効率が低下してしまう。また、宇宙構造物の質量が増加してしまう。
ヒートパイプ間の連結を少なくするには、電子機器を構体の放熱面近傍に配置する必要がある。そのため、ヒートパイプ間の連結を少なくしようとすると、構体内部の中心部に密集して発熱量が多い電子機器を配置することができない。

非特許文献１に記載されたようなポンプを用いた冷却装置を用いることにより、構体内部の中心部にある電子機器に冷媒を直接供給可能になる。しかし、このような冷却装置は、ポンプに蒸気が流入することによる動作不良を防ぐ必要がある。そのため、過冷却液状態の冷媒液をポンプに流入させる必要がある。
過冷却液状態の冷媒液をポンプに流入させる場合には、放熱部において、気相冷媒を十分に凝縮し、凝縮された液相冷媒をさらに温度低下させる必要がある。この液相冷媒をさらに温度低下させる際に、放熱部の温度が低下する。そのため、放熱部の温度が低下した部分では深宇宙への輻射放熱効率が低下する。そして、放熱部全体での放熱能力が低下する。その結果、ポンプに流入する冷媒の過冷却度を十分に確保できないことがある。また、冷却装置全体の温度と圧力とが増加して、発熱機器の温度上昇を招いてしまうことがある。

本開示は、放熱部での放熱能力の低下と、ポンプへの気泡流入とを抑制しつつ、ポンプに流入する冷媒の過冷却度を十分に確保可能にすることを目的とする。

本開示に係る冷却装置は、
搭載装置に搭載された発熱機器を冷却する冷却装置であり、
液体の冷媒を循環させるポンプと、前記冷媒により前記発熱機器を冷却する冷却器と、前記冷媒を冷却する放熱器とを順次接続して環状に構成された冷媒流路を備え、
前記放熱器には、前記冷却器から流出した前記冷媒が流入し、流入した前記冷媒が複数に分岐して流れて放熱する凝縮流路と、前記凝縮流路から流出した前記冷媒が流入し、流入した前記冷媒が直列に流れて放熱するサブクール流路とが設けられた。

本開示では、凝縮流路とサブクール流路とが設けられた。凝縮流路では冷媒が複数に分岐して流れる。そのため、気相比率の高い冷媒を効率的に放熱させることができる。これにより、冷媒がほぼ液単相になるまで放熱させることができる。一方、サブクール流路では冷媒が直列に流れる。そのため、放熱面積に対して流路を長くとることが可能になる。放熱面積に対して流路を長くとることにより、過冷却度を小さくしつつ、ほぼ液単相の冷媒に残存している気泡の熱交換を促進できる。過冷却度を小さくできるため、放熱部での放熱能力を低下させることを抑制可能になる。残存している気泡の熱交換を促進できるため、ポンプへの気泡流入を抑制可能になる。また、過冷却度を小さくしつつも、十分な過冷却度を確保することは可能である。

実施の形態１に係る冷却装置１００の冷媒回路図。 実施の形態１に係る冷却装置１００の冷媒回路図。 実施の形態１に係る冷却装置１００の冷媒回路図。 実施の形態１に係る冷却装置１００を備えた人工衛星２００の概略構成図。 従来の冷却装置の状態遷移模式図。 実施の形態１に係る冷却装置１００の状態遷移模式図。 実施の形態１に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態１に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態１に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態１に係る凝縮流路６ａの流路断面図。 実施の形態１に係る凝縮流路６ａの流路断面図。 実施の形態１に係る凝縮流路６ａの流路断面図。 実施の形態１に係る凝縮流路６ａの流路断面図。 実施の形態２に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態３に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態３に係る凝縮流路６ａの流路断面図。 実施の形態３に係る凝縮流路６ａの流路断面図。 実施の形態４に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態５に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態６に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態７に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態８に係る冷却装置１００の冷媒回路図。 実施の形態９に係る冷却装置１００の冷媒回路図。 実施の形態１０に係る冷却装置１００の冷媒回路図。 実施の形態１１に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造図。 実施の形態１１に係る凝縮流路６ａとヒートパイプ１７の流路断面図。 実施の形態１１に係る凝縮器６とヒートパイプ１７と凝縮器側放熱面３ａとの構造例を示す分解斜視図。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１から図４を参照して、実施の形態１に係る冷却装置１００及び冷却装置１００を搭載した搭載装置である人工衛星２００の構成を説明する。人工衛星２００は、宇宙構造物の一例である。
図１から図４において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

＜基本構成＞
冷却装置１００は、ポンプ１と冷却器４と放熱器５とを配管により順次接続して環状に構成された、冷媒が循環する閉ループの冷媒流路を備える。冷媒は、ポンプ１で液体の状態で昇圧される。昇圧された冷媒は、冷却器４で電子機器２から熱を受け取って電子機器２を冷却する。電子機器２を冷却した冷媒は、放熱器５で放熱して、再びポンプ１に戻る。このように、冷媒は、冷媒流路を循環する。
冷却器４は、電子機器２で発生した熱を受け取って内部の冷媒が加熱されるように、電子機器２の内部又は電子機器２に接するように設けられる。放熱器は、冷却器４において電子機器２を冷却することにより加熱された冷媒を冷却する。

図４に示すように、人工衛星２００は、本体２１の内部に、電子機器２と冷却装置１００とを備える。電子機器２と冷却装置１００とは、フレーム２１ａによって支持されている。電子機器２は、各種ミッションを実施するための機器類と、この機器類及び冷却装置１００の各電気稼働機器の制御を実施する機器類とを含む装置である。冷却装置１００は、電子機器２が動作する際に発生する熱を放熱面３まで輸送して、人工衛星２００の外側へ放熱することにより、電子機器２を冷却する装置である。
放熱器５は、冷却器４で加熱された冷媒が冷却されるように、本体２１の外面に設けられた放熱面３の内部又は放熱面３に接するように設けられる。放熱器５が冷媒から受け取った熱は、放熱面３から人工衛星２００外部の深宇宙に向けて輻射放熱される。

＜基本構成の補足＞
惑星を周回する人工衛星２００では、放熱面３が強い日射を受けて輻射放熱量が減少又は逆に受熱することがある。輻射放熱量が減少又は逆に受熱しないように、放熱面３は、南面と北面との両方又は南面と北面とのいずれか一方に備えられると良い。放熱器５及び放熱面３は、複数に分けて構成されても良い。複数に分けて構成された放熱器５及び放熱面３は、直列又は並列になるように流路に接続されても良い。
冷却装置１００は、冷却器４で加熱された冷媒を、日陰となっている放熱面３に設けられた放熱器５へ流すように流路を切り替えることが可能な構成であっても良い。この構成であれば、東面又は西面に放熱器５及び放熱面３を備え、日陰となっている側の放熱器５に冷却器４から加熱された冷媒を流して、放熱面３から放熱することができる。

＜特徴的構成＞
図１に示すように、冷却装置１００は、放熱器５には、内部流路が、凝縮流路６ａとサブクール流路７ａとに分かれて構成される。凝縮流路６ａは、冷却器４から流出した冷媒が流入し、流入した冷媒が複数に分岐して流れて放熱する。サブクール流路７ａは、凝縮流路６ａから流出した冷媒が流入し、流入した冷媒が直列に流れて放熱する。
図２に示すように、放熱器５は、凝縮器６と、凝縮器６とは分離したサブクール熱交換器７とを備える構成であっても良い。凝縮器６には、凝縮流路６ａが設けられる。サブクール熱交換器７には、サブクール流路７ａが設けられる。
図３に示すように、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂとに分割されても良い。そして、凝縮器側放熱面３ａが凝縮器６と接続され、サブクール熱交換器側放熱面３ｂがサブクール熱交換器７と接続されても良い。なお、図４では、図３と同様に放熱面３が分割された場合の人工衛星２００が示されている。

凝縮流路６ａは、内部を気液二相冷媒が高速で流れる。そのため、凝縮流路６ａは、高速の気液二相冷媒による圧力損失が少なくなるように１つの流路の断面積が広くとられる。さらに、凝縮流路６ａは、流路が複数に分岐して並列に流れ、再び合流してサブクール流路７ａに流入するように構成される。
サブクール流路７ａは、内部を圧力損失が少ない液相比率が多い冷媒が流れる。そのため、サブクール流路７ａは、液相比率が多い冷媒が長時間流れて放熱面３と熱交換できるように、流路の断面積が狭くされる。さらに、サブクール流路７ａは、直列に接続された流路が密集して構成される。
つまり、凝縮流路６ａの断面積は、サブクール流路７ａの断面積よりも広い。

凝縮流路６ａでは、冷却器４において冷媒液が蒸発することで受け取った多量の熱を、冷媒蒸気を再び冷媒液に凝縮させることで放熱する必要がある。そのため、放熱面３での放熱量を多くする必要がある。サブクール流路７ａでは、過冷却液と残存気泡との間で熱交換を促進できれば良い。そのため、放熱面３からの放熱量は凝縮流路６ａよりも少なくても良い。
凝縮流路６ａは、放熱器５における凝縮領域に設けられている。サブクール流路７ａは、放熱器５におけるサブクール領域に設けられている。凝縮流路６ａについて放熱面３での放熱量は多くするため、凝縮領域はサブクール領域よりも大きくとられる。また、凝縮流路６ａについて放熱面３での放熱量は多くするため、凝縮流路６ａは、サブクール流路７ａよりも疎らに設けられる。つまり、サブクール流路７ａは、凝縮流路６ａに比べて、密集して設けられる。言い換えると、凝縮領域において凝縮流路６ａが占める割合は、サブクール領域においてサブクール流路７ａが占める割合よりも低くなる。
そのため、凝縮流路６ａの単位長さ当たりの凝縮流路６ａを覆う部分の放熱面３の面積は、サブクール流路７ａの単位長さ当たりのサブクール流路７ａを覆う部分の放熱面３の面積よりも広い。言い換えると、凝縮流路６ａの流路長に対する放熱面積の比は、サブクール流路７ａの流路長に対する放熱面積の比よりも高い。凝縮流路６ａの流路長は、凝縮流路６ａの入口から出口までの流路の長さである。凝縮流路６ａの放熱面積は、凝縮流路６ａを覆う放熱面３の面積である。サブクール流路７ａの流路長は、サブクール流路７ａの入口から出口までの流路の長さである。サブクール流路７ａの放熱面積は、サブクール流路７ａを覆う放熱面３の面積である。

＜その他構成＞
冷媒流路には、冷媒がポンプ１から吐出されてから冷却器４に流入するまでの間に蒸気生成部８が設けられる。蒸気生成部８は、ポンプ１から吐出した冷媒液に蒸気泡を生成する。これにより、冷却器４での沸騰冷却が促進される。蒸気生成部８は、ヒーターとレーザーと電磁波と超音波等のいずれかの方法で蒸気泡を生成する。蒸気生成部８は、ポンプ１の昇圧量が大きい場合は、流路の急収縮及び急拡大等による減圧作用を利用して蒸気泡を生成しても良い。
蒸気生成部８において、ポンプ１から流出した過冷却液を飽和蒸気温度まで加熱すると容易に蒸気泡を生成できる。しかし、ポンプ１から流出する冷媒の過冷却度と流量とが大きいほど、飽和蒸気温度まで加熱するまでに必要な消費電力が多くなる。蒸気泡の生成には、流れる冷媒液を必ずしもすべて飽和蒸気温度前後まで加熱させる必要はない。局所的に蒸気泡を生成して、その他の冷媒液は過冷却状態を維持しても良い。

冷媒流路には、冷媒が放熱器５を流出してからポンプ１に吸入されるまでの間に、分岐するようにアキュムレータ９が設けられる。アキュムレータ９は、内部に冷媒液を貯留している。アキュムレータ９は、貯留する冷媒液の量により、冷却装置１００の各部を循環する冷媒について、気相と液相との比率と、圧力と、飽和蒸気温度とを調整する。アキュムレータ９は、内部の冷媒液量を調整可能なように、機械的に内部の容積を直接変化できる機械式で構成される。又は、アキュムレータ９は、加熱と冷却とによってアキュムレータ内部の冷媒の気相と液相の比率を変化させる熱式で構成される。

人工衛星２００の電子機器２とポンプ１とアキュムレータ９と蒸気生成部８等の動力源は電力である。
電力は、太陽電池パネル２２で太陽といった恒星から受け取った放射光から得られる。太陽電池パネル２２は、本体２１の南面と北面との両方又はどちらか一方に設けられる。太陽電池パネル２２は、太陽からの放射光に受光面が向くように東西方向に向きが制御される。
電力は、人工衛星２００内にある畜電池から供給されても良い。又は、電力は、発電装置を用いて燃料から生成されても良い。電力を変換又は制御する機器と、蓄電池と、発電装置とは発熱機器である電子機器２に含まれる。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
冷却装置１００を備えた人工衛星２００は、地球を周回し、軌道上で電子機器２による各種ミッションを実施する。電子機器２と、ポンプ１等の冷却装置１００の各構成要素との動作に必要な電力は、太陽電池パネル２２又は電子機器２に含まれる蓄電池等から供給される。太陽電池パネル２２の受光面は太陽へ向けられるように制御される。
電子機器２が動作して発熱した際に、ポンプ１が起動し、蒸気生成部８を通って冷却器４に冷媒が供給される。冷却器４を介して電子機器２から冷媒へ熱が移動することにより、電子機器２が冷却される。冷却器４から熱を受け取った冷媒は、放熱器５に流れて放熱面３に熱を供給し、再びポンプ１へ戻る。放熱器５を介して冷媒から放熱面３に供給された熱は、放熱面３から深宇宙に向けて輻射放熱される。

冷媒が冷却装置１００の各構成要素を循環する過程において、冷媒は冷却器４で熱を受け取る際に、冷媒液の一部が蒸発して冷媒蒸気になる。冷媒蒸気は、放熱器５において冷却されて再び冷媒液に戻る。このような潜熱輸送を伴うと、高い冷却能力及び冷却効率を得ることができる。
放熱面３での放熱量が不足して放熱器５の冷媒蒸気の一部が残存し、冷媒蒸気のままポンプ１へ流入すると、ポンプ１が動作不良を起こしてしまうことがある。
ポンプ１に蒸気が流入することを防ぐために、アキュムレータ９に溜めていた冷媒液を冷却装置１００の各構成要素に注入する。これにより、アキュムレータ９を除く冷却装置１００の各構成要素の冷媒液の量が増加して飽和蒸気圧力が上がる。すると、冷却器４において冷媒液が蒸発しにくくなり、放熱器５において冷媒蒸気が凝縮し易くなる。
但し、アキュムレータ９から冷却装置１００の各構成要素に冷媒液を注入すると、冷却器４で冷媒液が蒸発しにくくなり、冷媒の飽和蒸発温度が上がる。すると、冷却器４全体の温度が上がってしまい、冷却能力及び冷却効率が低下してしまう。したがって、アキュムレータ９内部の冷媒液量が適正な量になるようにアキュムレータ９が制御される。

また、アキュムレータ９から冷却装置１００の各構成要素に冷媒液を注入することにより、冷却器４に過冷却状態の冷媒液のみが流入するようになる。すると、冷却器４内部の伝熱面近傍の冷媒液が飽和蒸気温度を超えても沸騰を開始しない沸騰遅れが生じる場合がある。この場合には、沸騰を開始して潜熱冷却される場合よりも、伝熱面の温度が大幅に上昇してしまい、電子機器２に冷却ムラ又は冷却不足が生じる恐れがある。
冷却器４での沸騰遅れが生じないように、蒸気生成部８が予め蒸気泡を生成して、蒸気泡を含んだ冷媒を冷却器４に流入させる。これにより、冷却器４での蒸気泡の成長による液相から気相への相変化を利用した潜熱冷却が促され、沸騰遅れが防がれる。

放熱器５で凝縮しきれなかった気泡がポンプ１に流入しないように、アキュムレータ９から冷却装置１００の各構成要素に冷媒液を注入する。これにより、ポンプ１に吸入される冷媒液の過冷却度が大きなる。すると、ポンプ１から吐出する冷媒液の過冷却度も大きくなる。その結果、蒸気生成部８で蒸気泡を生成して冷却器４に流入するまで気泡を維持するのに必要な蒸気生成部８の消費電力が大きくなる。また、放熱器５において過冷却液が流れる領域が多くなると、過冷却液と熱交換する放熱面３の温度が低下し、放熱量が低下してしまう。

冷却装置１００は、放熱器５での放熱量の低下とポンプ１への気泡流入とを抑制しつつ、ポンプ１に流入する冷媒液の過冷却度を低めに抑える。これにより、蒸気生成部８の消費電力を少なくすることが可能になる。これを実現するために、冷却装置１００では、凝縮流路６ａとサブクール流路７ａとに分けて放熱する。

電子機器２から熱を受け取って冷却器４から流出した気液二相冷媒が、まず凝縮流路６ａに流入する。凝縮流路６ａでは上流から下流にかけて、冷媒が飽和蒸気に近い高エンタルピー状態から飽和液状態又は飽和液状態に近い低エンタルピー状態まで冷却される。この際は、ほぼ気液二相状態が維持されるため、冷媒は一定の温度が保たれる。それにより、凝縮流路６ａと熱交換する放熱面３の一部分の温度がムラなく高い温度で維持される。凝縮流路６ａと熱交換する放熱面３の一部分は、図３の構成であれば、凝縮器側放熱面３ａである。以下の説明において、放熱面３が凝縮流路６ａと熱交換する放熱面３を意味する場合には、その放熱面３は凝縮器側放熱面３ａを含む。
凝縮流路６ａから流出した、飽和液状態に近い低エンタルピーの冷媒がサブクール流路７ａに流入する。サブクール流路７ａでは、上流から下流にかけて、放熱により次第に温度が低下するほぼ過冷却液状態の冷媒が流れる。それにより、サブクール流路７ａと熱交換する放熱面３の一部分の温度が低くなる。サブクール流路７ａと熱交換する放熱面３の一部分は、図３の構成であれば、サブクール熱交換器側放熱面３ｂである。以下の説明において、放熱面３がサブクール流路７ａと熱交換する放熱面３を意味する場合には、その放熱面３はサブクール熱交換器側放熱面３ｂを含む。

凝縮流路６ａの単位長さ当たりの凝縮流路６ａを覆う部分の放熱面３の面積は、サブクール流路７ａの単位長さ当たりのサブクール流路７ａを覆う部分の放熱面３の面積よりも広い。そのため、凝縮流路６ａから受け取った熱を深宇宙に向けて輻射放熱する温度の高い面積が広くとられる。これにより、放熱効率の低下が防がれる。
一方、サブクール流路７ａから受け取った熱を深宇宙に向けて輻射放熱する面積は狭くなる。この放熱面３の面積を広くとってしまうと、サブクール流路７ａを流れる冷媒の温度がますます低下してしまう。すると、図１又は図２の構成の場合には、凝縮流路６ａから受け取った熱を放熱する高温の放熱面３を圧迫して、放熱効率を低下させてしまう。また、サブクール流路７ａを流れる冷媒液の過冷却度が増加してしまう。しかし、サブクール流路７ａから受け取った熱を深宇宙に向けて輻射放熱する面積が狭いため、サブクール流路７ａを流れる冷媒液の過冷却度の過度な増加が防がれる。

凝縮流路６ａは、放熱面３での放熱面積に対する流路長さが短くなる。しかし、凝縮流路６ａの冷媒側と放熱器５又は凝縮器６の固体との間の管壁熱伝達は相変化を伴う凝縮熱伝達様式となっている。そのため、放熱面３での輻射放熱効率よりも圧倒的に熱交換効率が大きくなっているため、流路長さが短くなる影響はほとんどない。
冷却器４から流出した高エンタルピーの気液二相冷媒は低密度な気相が多い。そのため、流速が速くなり、圧力損失が大きくなりやすい。しかし、凝縮流路６ａが複数に分岐して流れることで、分岐流路１つあたりの冷媒流速が遅くなり流路長が短くなる。そのため、圧力損失も抑制される。
凝縮流路６ａが複数に分岐することで、偏流が起きやすくなる。しかし、特定の分岐流路に流れる冷媒流量が少ない場合、放熱量に対する流量が少なくなったことで、代わりにエンタルピーの減少量が多くなり、凝縮量が増える。特定の分岐流路に流れる冷媒流量が少ない場合とは、例えば液相に対する気相の比率が多くなる場合等である。その結果、液相比率が増加して流速が遅くなって圧力損失が低下する。そのため、その分岐流路に冷媒が流れやすくなる。したがって、凝縮流路６ａで偏流が起きそうになっても、自動的に流量の偏りが低減されるように調整される。

サブクール流路７ａは、放熱面３の面積が狭くなったことで冷媒の放熱量が少なくなる。しかし、過冷却液中に含まれる残存気泡を消失させることができればこの領域での放熱量は必要ではない。サブクール流路７ａは直列の流路が密に配置されて流路長さが長くなっている。そのため、上流から下流にかけて流路内の過冷却液と残存気泡との間での熱交換が長い時間促進されて、少ない過冷却度でも残存気泡が消失する。
サブクール流路７ａは低エンタルピーの冷媒液量の比率が多くなり、冷媒の流速が遅くなる。そのため、細い流路が密に直列に繋がれて流路が長くなっても、圧力損失の増加は抑えられる。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態１に係る冷却装置１００は、放熱器５の内部流路が凝縮流路６ａとサブクール流路７ａに分けて構成された。これにより、深宇宙への放熱効率が増加する。そして、電子機器２が高負荷時の冷却装置１００全体の冷媒の圧力、つまり冷却器４での冷媒温度の上昇が抑制される。また、ポンプ１に流入する冷媒の過冷却度が少なくても残存気泡の流入が防がれる。

図５及び図６を参照して、実施の形態１に係る冷却装置１００の効果を説明する。
図５は、従来技術の冷却装置の状態変化を示す模式図である。図６は、実施の形態１に係る冷却装置１００の状態変化を示す模式図である。図５及び図６のグラフにおいて、縦軸は圧力、横軸はエンタルピーを示している。図５及び図６のグラフにおいて、低エンタルピー側の実線Ｘは液相と二相との境界である飽和液曲線を示している。また、高エンタルピー側の実線Ｙは二相と気相との境界である飽和蒸気曲線を示している。
図５及び図６のグラフにおいて、実線矢印は冷媒の状態遷移を示している。図５に示す従来技術の冷却装置１００では、実線矢印は、ポンプ、蒸気生成部、冷却器、放熱器を順に経て、再びポンプへ戻る循環経路を示している。図６に示す実施の形態１に係る冷却装置１００では、実線矢印は、ポンプ１、蒸気生成部８、冷却器４、凝縮流路６ａ、サブクール流路７ａを順に経て、再びポンプ１へ戻る循環経路を示している。

潜熱利用の従来の冷却装置は、ポンプを用いて冷媒を循環させるとともに、冷却器で冷媒液の一部を蒸発させて、放熱器で冷媒蒸気を凝縮させる。潜熱利用の従来の冷却装置では、冷媒の循環量を増やすために液体の冷媒をポンプで昇圧させて循環させる。冷媒液用のポンプに蒸気が流入すると動作不良を起こす可能性がある。そのため、ポンプに流入する前の冷媒のエンタルピーが飽和凝縮エンタルピーよりも低くなるように、過冷却状態を確保する必要がある。
ポンプに流入する前の過冷却状態を確保すると、ポンプで昇圧後の冷媒液も過冷却が確保された状態となる。そして、ポンプで昇圧後の時点のエンタルピーと飽和凝縮エンタルピーとの差分に相当する熱量を加えないと蒸発が開始しない。そのため、冷却器の流入側では液単相での熱交換になってしまう。過冷却液が単相状態で冷却器に流入すると、冷却器の内側壁面近傍の冷媒液が飽和蒸気温度を超えても気泡核が生成及び成長せずに沸騰が遅れて、熱伝達率が低下してしまう。その結果、冷却器の入口側と出口側で冷却斑が生じ、冷却器の入口側に取り付けられた電子機器の温度が高くなってしまうことがある。

ポンプに流入する前の過冷却状態を確保しつつ、冷却器の流入側ですぐに沸騰が開始されるように、蒸気生成部で予め蒸気泡を発生させる。しかし、過冷却度が大きい冷媒液中に蒸気を生成しても、気泡が成長せずにすぐに凝縮してしまう場合がある。そこで、図５に示すように、ポンプ吐出直後の過冷却冷媒液を蒸気生成部で飽和凝縮曲線前後まで加熱した状態で蒸気泡を生成させる必要がある。しかしながら、この方法では、図５に示すように、ポンプで昇圧後の時点のエンタルピーと飽和凝縮エンタルピーとの差分に相当する熱量を蒸気生成部で加熱する必要がある。そのため、その熱量とほぼ同等の多くの電力を蒸気生成部で消費することになる。

また、ポンプに気泡が流入しないようにポンプに流入する前の過冷却度を大きくすると、その分だけ流入する前の冷媒温度がその圧力での飽和蒸気温度より低くなる。つまり、ポンプ入口のエンタルピーが飽和液エンタルピーより大幅に低くなる。そのため、放熱器において冷媒が飽和液エンタルピー以下になってからも、残存気泡を消滅させるために必要な放熱量が多くなる。放熱器での冷媒温度が下がると放熱面の温度が下がり、輻射放熱量が低下する。
さらに飽和液エンタルピー以下の液単相領域では凝縮潜熱による熱交換がほとんど生じない。そのため、放熱器の内側壁面近傍の冷媒液に温度勾配が生じる顕熱交換となって、気相の凝縮による潜熱交換よりも圧倒的に熱伝達率が低下する。その結果、放熱器の内部の冷媒の流路において、飽和液エンタルピー以下のほぼ液単相の領域が広がり、その領域と熱交換する放熱面の一部分では放熱量が低下する。その結果、放熱器での放熱効率が低下してしまう。

放熱器内部の冷媒流路が長くなるように構成すれば、冷媒が飽和液エンタルピー以下となった後に放熱器を流出するまでに内部流路を流れる時間が長くなる。その結果、冷媒液と残存気泡との間での熱交換が促進されて、過冷却度が低くても残存気泡が消失しやすくなる。しかし、上流側の飽和液エンタルピー以上の気液二相領域では流路が長くなったことで圧力損失が大きくなる。
放熱器での圧力損失が大きいと、ポンプで循環させる冷媒の流量が減少する。また、冷却器に対して放熱器での圧力が低下することで飽和蒸気温度が低下して冷媒の温度が下がり、放熱面の温度が下がることで放熱効率が低下する。放熱器での冷媒圧力が低下しないように、アキュムレータを制御して全体の圧力を上昇させると、冷却器内部の冷媒圧力が上昇する。そのため、冷却器での飽和蒸気温度が上昇して、電子機器の温度が上昇してしまう。

このように、従来の冷却装置ではポンプの動作不良を防ぐために、ポンプに気泡を流入させないようにアキュムレータを制御すると、冷却装置全体の冷却性能及び冷却効率が低下してしまう課題があった。

実施の形態１に係る冷却装置１００は、放熱器５の内部流路が凝縮流路６ａとサブクール流路７ａに分けて構成された。そして、凝縮流路６ａに少ない圧力損失でも多量に放熱させ、サブクール流路７ａに少ない過冷却度でも残存気泡を消失させるように役割が分担された。これにより、従来技術よりも冷却装置１００の冷却性能及び冷却効率を向上できる。
凝縮流路６ａでは放熱しても温度が変わらない高温の気液二相冷媒が流れている。その高温冷媒から熱を受け取る放熱面３の部分の放熱面積が広く確保される。そのため、深宇宙に向けて放射できる熱量を増やすことができる。
温度が低下したほぼ冷媒液単相が流れるサブクール流路７ａと熱交換する放熱面３の部分では、温度が低下して放熱量が低下する。しかし、サブクール流路７ａと熱交換する放熱面３の部分の放熱面積が狭くなったことで、その分、凝縮流路６ａと熱交換する放熱面３の部分の放熱面積を広く確保できる。そのため、冷却装置１００全体としては放熱量を増やすことができる。

凝縮流路６ａは、冷媒が並列に流れ、熱交換する放熱面３の一部分の放熱面積に対して流路長が短くなる。そのため、密度が低くて高速になる気相の比率が多くなっても、圧力損失を少なくすることができる。深宇宙への放熱面積に対して、流路壁面の熱伝達面積の比率が小さくなる。しかし、凝縮流路６ａは気液二相の冷媒が流れるため、流路壁面の熱伝達率は十分高いので、熱交換性能が低下する影響は少ない。

サブクール流路７ａは、流路長さが長くなったことで、過冷却液と残存気泡とが熱交換する時間が長くなり、少ない過冷却度でも残存気泡が凝縮しやすくなる。流路長さが長くなるほど圧力損失は多くなる。しかし、サブクール流路７ａの内部は液相比率が多い低エンタルピーの気液二相流又は残存気泡を含む過冷却液となっている。そのため、流速が遅くなっても圧力損失の増加を抑えられる。
サブクール流路７ａの内部の管壁近傍はほぼ液体で覆われる。そのため、温度勾配が生じる顕熱交換となり、気液二相の場合の凝縮潜熱交換よりも熱伝達率が低下する。しかし、流路長を長くして密に配置したことで総管壁面積が広くなるので、放熱面３の一部の熱交換量の低下は抑えられる。
サブクール流路７ａでは、少ない過冷却度でも残存気泡を消失させやすくなった。そのため、サブクール流路７ａと熱交換する放熱面３の部分の放熱面積を狭くすることができる。その分だけ、凝縮流路６ａと熱交換する放熱面３の部分の放熱面積を広く確保できる。そのため、冷却装置１００全体としては放熱量を増やすことができる。
さらにポンプ１に流入する冷媒の過冷却度が少なくなれば、ポンプ１から流出する冷媒の過冷却度も少なくなる。その結果、蒸気生成部８において蒸気泡を発生させるために飽和液エンタルピー近くまで予加熱するのに必要な消費電力を減らすことができる。

以上のように実施の形態１に係る冷却装置１００は、少ない消費電力かつ高い冷却能力で電子機器２を冷却できる。

＊＊＊補足＊＊＊
図７から図９までを参照して、実施の形態１に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構造例を説明する。
図７から図９において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

図７は、図１と同様に、放熱器５に凝縮流路６ａとサブクール流路７ａが設けられた構成を示す。図８は、図２と同様に、放熱器５が、凝縮器６とサブクール熱交換器７とに分かれた構成を示す。図９は、図３と同様に、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂとに分かれた構成を示す。

図７に示すように、凝縮流路６ａは、冷媒が並列に流れる複数の並列流路によって構成される。サブクール流路７ａは、冷媒が直列に流れる流路が折り曲げられることにより、冷媒が第１方向Ｄ１に流れる第１流路７１と、冷媒が第１方向７１と対向する第２方向Ｄ２に流れる第２流路７２とが繰り返されて構成される。凝縮流路６ａを構成する複数の並列流路の間の間隔Ｉ１は、サブクール流路７ａを構成する第１流路７１と第２流路７２との間の間隔Ｉ２よりも広い。そして、凝縮流路６ａを流れる冷媒の熱を深宇宙へ放熱する放熱面３の部分の面積が広くなるように、放熱器５の大部分に凝縮流路６ａが構成される。一方、サブクール流路７ａを流れる冷媒の熱を深宇宙へ放熱する放熱面３の部分の面積が狭くなるように、放熱器５の小部分にサブクール流路７ａが構成される。

図８に示す構造例では、放熱器５が凝縮器６とサブクール熱交換器７に分かれた。これにより、凝縮器６とサブクール熱交換器７とを構成する固体部分が流路接続部を除いて不連続となる。そのため、高温の凝縮器６から低温のサブクール熱交換器７への熱の移動が抑えられる。凝縮器６と熱交換する放熱面３の部分の温度も高いまま維持される。そのため、深宇宙への放熱量がさらに増えるとともに、サブクール熱交換器７のサブクール流路７ａ内を流れる冷媒液の温度が低下しやすくなって残存気泡が消失しやすくなる。その結果、冷却装置１００の消費電力をより少なくして、冷却能力を向上できる。

図９に示す構造例では、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂに分かれた。固体部分が不連続となったことで、高温の凝縮器側放熱面３ａから低温のサブクール熱交換器側放熱面３ｂへの熱の移動が抑えられる。面積が広い凝縮器側放熱面３ａの温度が高いまま維持されるため、深宇宙への放熱量がさらに増える。また、サブクール熱交換器側放熱面３ｂと熱交換するサブクール流路７ａ内を流れる冷媒液の温度が低下しやすくなって残存気泡が消失しやすくなる。その結果、冷却装置１００の消費電力をさらに少なくして、冷却能力を向上できる。

図１０から図１３までを参照して、実施の形態１に係る凝縮流路６ａの周り及び内部の構造例を説明する。
ここでは、凝縮流路６ａが凝縮器６に設けられるものとして説明する。しかし、凝縮流路６ａは放熱器５に設けられても良い。

図１０は、凝縮器６の内部に凝縮流路６ａが形成された構造例を示す。このような構成では、凝縮流路６ａの流路壁面から直接凝縮器に熱が伝わる。そのため、凝縮流路６ａから凝縮器６と凝縮器側放熱面３ａを経て深宇宙に放熱するまでの熱抵抗が小さくなり、熱交換効率が向上する。

図１１は、凝縮器６が配管で構成された凝縮流路６ａの構造例を示す。凝縮流路６ａは、配管支持部６ｂで支持される。配管支持部６ｂは、熱交換基板６ｃに取り付けられる。熱交換基板６ｃは、配管支持部６ｂが取り付けられた面と反対側の面が凝縮器側放熱面３ａと接している。このような構成では、凝縮流路６ａから凝縮器６と凝縮器側放熱面３ａとを経て深宇宙に放熱するまでの経路に不連続部が増える。そのため、接触熱抵抗が増加して熱交換効率が低下する。しかし、凝縮器６の内部に凝縮流路６ａを設けるような複雑な加工を施さなくても凝縮器６を構成できる。

図１２は、凝縮流路６ａ内部の流路壁面に溝６ｄが設けられた構造例を示す。このような構成では、溝６ｄにより凝縮流路６ａ内部を流れる冷媒と接触する流路壁面の面積が増加する。また、境界層の流れが乱されることによって熱伝達が促進され、熱交換効率が向上する。

図１３は、凝縮流路６ａの流路断面が矩形となる構造例を示す。このような構成では、凝縮器６の厚みを増やすことなく、凝縮流路６ａの流路断面積を広くすることができる。そのため、各並列流路を流れる冷媒の流速が低下して圧損圧力損失を低減することができる。
さらに無重力又は微小重力の宇宙空間では気相が流路中央に丸くなって流れやすくなる。そのため、矩形流路断面の各辺の中央付近では液膜厚さが薄くなる。その結果、高温の気相との熱交換を促進して熱伝達が促進され、熱交換効率が向上する。

図１０から図１３までは凝縮流路６ａの構造例を示していた。しかし、直列に繋がれた流路が密に並んだ構造のものに置き換えれば、サブクール流路７ａも同様に構成しても良い。特に図１３のように、サブクール流路７ａの流路断面が矩形になれば、流路断面が円形の場合に比べて、直列に繋がれたサブクール流路７ａを密に並べて流路長さを長くすることができる。その結果、残存気泡との熱交換を促進できるため、より気泡を消失させやすくなる。
また、図１０から図１３の構造例では凝縮器６と凝縮器側放熱面３ａが接していて熱交換する構造例をもとに説明したが、凝縮器６と放熱面３の一部分が接している構造に置き換えても良い。

実施の形態２．
実施の形態２は、凝縮流路６ａには、冷媒を分岐させる複数の突起であるフィン１０が設けられた点が実施の形態１と異なる。実施の形態２では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１４を参照して、実施の形態２に係る凝縮流路６ａの周りの構造を説明する。
図１４において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

実施の形態２に係る冷却装置１００は、凝縮流路６ａが、放熱面３の一部分に沿って面上に設けられた流路に複数のフィン１０を設置した構成である。
フィン１０は円形又は多角形の構造でも、扁平な構造でも良い。フィン１０は放熱面３側の凝縮流路６ａの流路壁面から連続的に突き出た構造にする良い。この構造にすると、放熱面３までの不連続面が少なくなる。そのため、フィン１０を介して凝縮流路６ａを流れる冷媒から放熱面３まで熱が伝わりやすくなる。また、複数のフィン１０は、冷媒が衝突した後に流れた先に再びフィン１０が配置されて冷媒が繰り返し衝突しやすいように千鳥状等に配置すると良い。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態２に係る冷却装置１００は、凝縮流路６ａにおいて、冷媒がフィン１０に衝突し分岐して再び合流することを繰り返しながら面上の流路内に広がるように流れる。面上に広がるように流れるため、各部分の冷媒流速が低下して圧力損失が低下する。また、冷媒がフィン１０に衝突した際にフィン１０周りの境界層がリセットされて熱伝達率が向上する。凝縮流路６ａを流れる冷媒からフィン１０に伝わった熱は放熱器５又は凝縮器６を介して放熱面３に伝わり、深宇宙に放出される。

凝縮流路６ａを流れる気液二相の冷媒がフィン１０に衝突した際に、気相と液相とが偏って分岐する場合がある。この場合には、密度が低く高速の気相が多い側は圧力損失が大きくなって流れにくくなる。その間に高温の気相が長時間熱交換して凝縮し、液相が多くなって再び流れやすくなる。そのため、結果として、凝縮流路６ａ内部は万遍なく冷媒が流れる。

＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
実施の形態２に係る冷却装置１００は、凝縮流路６ａにおいて冷媒が面上に流れるため、圧力損失を低下させることができる。冷媒が複数のフィン１０に衝突しながら流れることでフィン１０を介して放熱面３まで熱が伝わりやすくなり、冷却性能をさらに向上させることができる。その結果、放熱器５又は凝縮器６の厚みを薄くするなどの小型化も可能となり、冷却装置１００の軽量化なども可能となる。

実施の形態３．
実施の形態３は、凝縮流路６ａに、液相冷媒を吸収する多孔質体１１が放熱面３と反対側の流路壁面に設置された点が実施の形態１，２と異なる。実施の形態３では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１５及び図１６を参照して、実施の形態３に係る凝縮流路６ａの周り構造を説明する。
図１５及び図１６において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

実施の形態３に係る冷却装置１００は、凝縮流路６ａの放熱面３と反対側の流路壁面に液相冷媒を吸収する多孔質体１１が設置される。多孔質体１１は、発泡金属とメッシュと繊維状といった冷媒が入り込める空隙が存在するもので構成される。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態３に係る冷却装置１００は、凝縮流路６ａにおいて、液相冷媒が多孔質体１１に捕らえられながら、多孔質体１１の内部をゆっくり流れる。一方、気相冷媒は多孔質体１１と放熱面３側の流路壁面との間の空間を早めに流れる。このとき、放熱面３側の流路壁面近傍では、流路壁面と気相との距離が近くなり、境界層の冷媒速度が速くなる。そのため、熱伝達率が向上し、気相を冷却しやすくなる。

＊＊＊実施の形態３の効果＊＊＊
実施の形態３に係る冷却装置１００は、凝縮流路６ａにおいて熱伝達率が向上し、気相を凝縮しやすくすることができる。凝縮流路６ａにおいて熱伝達率が向上したことで、放熱面３の温度が上昇して、深宇宙への放熱量が増え、冷却装置１００の冷却効率を向上する。その結果、放熱器５又は凝縮器６の厚みを薄くするなどの小型化も可能となり、冷却装置１００の軽量化なども可能となる。
サブクール流路７ａに流入する残存気泡の量も少なくなる。そのため、サブクール熱交換器７の縮小も可能となり、冷却装置１００の更なる小型化が可能となる。また、サブクール熱交換器７を縮小した分だけ凝縮器６を拡大して、冷却装置１００の更なる冷却効率の向上が可能となる。

＊＊＊他の構成＊＊＊
＜実施の形態３の変形例１＞
図１７に示すように、冷却装置１００は、凝縮器６の本体２１内部側の面に一部の電子機器２を設置しても良い。凝縮器６の本体２１内部側の面は、放熱面３が取り付けられた反対側の面である。つまり、凝縮器６の本体２１内部側の面は、凝縮流路６ａの多孔質体１１が設けられた側の面である。これにより、凝縮流路６ａの多孔質体１１を流れる液相冷媒と電子機器２とが熱交換される。

電子機器２は本体２１内部の様々な箇所に設置されるものである。放熱面３の近傍に電子機器２を設置し、その電子機器２を冷却する冷却器４を設置するとする。すると、冷却器４から凝縮流路６ａの入口まで流路を延ばす必要があるため、冷却装置１００の流路構成が長く、複雑なものになる。
そこで、放熱面３の近傍に設置する一部の電子機器２については、放熱器５又は凝縮器６に取りつけて、凝縮流路６ａの多孔質体１１を流れる液相冷媒により冷却させる。これにより、流路構成を長く、複雑な構成にする必要がなくなる。また、本体２１内部の電子機器２を設置可能なスペースがさらに増える。そのため、人工衛星２００に電子機器２を高密度実装して高機能化することが可能となる。又は、冷却装置１００や人工衛星２００を小型、軽量化することが可能となる。

電子機器２から受け取った熱で、凝縮流路６ａの多孔質体１１を流れる液相冷媒が気化しても、多孔質体１１の毛管力により絶えず液相冷媒が供給される。このように、多孔質体１１を電子機器２側の凝縮流路６ａの流路壁面に設置したことで、電子機器２近傍の凝縮流路６ａの一部分だけドライアウトすることを抑制できる。そのため、電子機器２を不足なく冷却することができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、冷却装置１００のサブクール熱交換器側放熱面３ｂが不連続に複数に分かれている点が実施の形態１～３と異なる。実施の形態４では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

実施の形態４では、図３に示すように、冷却装置１００は、放熱器５が凝縮器６とサブクール熱交換器７とを備え、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂとに分割されている構成である例を用いて説明する。しかし、冷却装置１００は、図１又は図２に示す構成であっても良い。冷却装置１００が図１又は図２に示す構成である場合には、サブクール熱交換器側放熱面３ｂを、放熱面３のサブクール流路７ａと熱交換される部分のように適宜読み替えすれば良い。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１８を参照して、実施の形態４に係るサブクール流路７ａの周りの構造を説明する。
図１８において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

実施の形態４に係る冷却装置１００は、サブクール熱交換器側放熱面３ｂが互いに接触しないように不連続に複数に分かれている。サブクール熱交換器側放熱面３ｂは、サブクール流路７ａの上流から下流にかけて順に熱交換するように、サブクール熱交換器７に取り付けられた構成となっている。つまり、少なくとも、サブクール流路７ａの上流側と下流側とで異なるサブクール熱交換器側放熱面３ｂに覆われるように設けられている。
複数に分かれたサブクール熱交換器側放熱面３ｂは、互いに直接熱交換しないように、間に空間が設けられるか、断熱材が設置されると良い。サブクール流路７ａの下流側と熱交換するサブクール熱交換器側放熱面３ｂほど、放射率が低く、低温での強度が強い素材又は取り付け部分の耐性が強い構成にすると良い。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態４に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａの上流から下流にかけて、冷媒液が各サブクール熱交換器側放熱面３ｂからの深宇宙への放熱によって温度が低下する。サブクール流路７ａの下流になるほど、その領域と熱交換するサブクール熱交換器側放熱面３ｂは温度が低下して、深宇宙への輻射放熱量が減少する。一方、サブクール流路７ａの上流側と熱交換するサブクール熱交換器側放熱面３ｂは温度が高いまま維持されて、輻射放熱量が多くなる。各サブクール熱交換器側放熱面３ｂは互いに不連続で断熱されたことで、この温度差が広がることになる。その結果、サブクール流路７ａの上流側では放熱による残存気泡の凝縮が促進される。サブクール流路７ａの下流側では十分に残存気泡が消失した後の放熱による不要な過冷却度の増加が抑えられ、気相と液相間での熱交換による残存気泡の消失量の比率が増える。

＊＊＊実施の形態４の効果＊＊＊
実施の形態４に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａにおいて、残存気泡がより消失しやすくなる。また、ポンプ１に流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えることができる。
残存気泡が消失しやすくなったことでサブクール熱交換器７及びサブクール熱交換器側放熱面３ｂ全体を縮小できる。その分、凝縮器６や凝縮器側放熱面３ａを拡大して、冷却装置１００の冷却性能を向上させることもできる。ポンプ１に流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えられる。そのため、蒸気生成部８での予加熱量を減らして、冷却装置１００の消費電力を減らして冷却効率を向上させることができる。

実施の形態５．
実施の形態５は、サブクール流路７ａにフィルター１２が設置された点が実施の形態１～４と異なる。実施の形態５では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

実施の形態５では、図３に示すように、冷却装置１００は、放熱器５が凝縮器６とサブクール熱交換器７とを備え、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂとに分割されている構成である例を用いて説明する。しかし、冷却装置１００は、図１又は図２に示す構成であっても良い。冷却装置１００が図１又は図２に示す構成である場合には、サブクール熱交換器側放熱面３ｂを、放熱面３のサブクール流路７ａと熱交換される部分のように適宜読み替えすれば良い。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１９を参照して、実施の形態５に係るサブクール流路７ａの周りの構造を説明する。
図１９において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

実施の形態５に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａにフィルター１２が設置される。フィルター１２は多孔質なもの、発泡金属、メッシュ、繊維状のものといった冷媒が通過可能な空隙が存在するものである。サブクール流路７ａにフィルター１２が複数個設置されて、冷媒が各フィルター１２を通過するように構成しても良い。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態５に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａにおいて、残存気泡を含む冷媒液がフィルター１２を通過する際に、毛管力によって冷媒液はフィルター１２を難なく通過するが、残存気泡は通過しにくくなる。フィルター１２を通過できなかった残存気泡は、後から流れてくる冷媒液と熱交換して凝縮して小さくなるか消失する。フィルター１２を通過できた残存気泡も、通過した際に細かい小さな気泡に分けられて冷媒液と撹拌されるため、その後の冷媒液と熱交換が促進されて凝縮しやすくなる。残存気泡が消失すると過冷却度も低下する。

＊＊＊実施の形態５の効果＊＊＊
実施の形態５に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａにおいて、残存気泡がより消失しやすくなる。また、ポンプ１に流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えることができる。残存気泡が消失しやすくなったことでサブクール熱交換器７及びサブクール熱交換器側放熱面３ｂ全体を縮小できる。その分、凝縮器６及び凝縮器側放熱面３ａを拡大して、冷却装置１００の冷却性能を向上させることもできる。ポンプに流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えられるため、蒸気生成部８での予加熱量を減らして、冷却装置１００の消費電力を減らして冷却効率を向上させることができる。

実施の形態６．
実施の形態６は、サブクール流路７ａが上流から下流に向かうにつれ、徐々に流路の断面積が小さくなる点が実施の形態１～５と異なる。実施の形態６では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

実施の形態６では、図３に示すように、冷却装置１００は、放熱器５が凝縮器６とサブクール熱交換器７とを備え、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂとに分割されている構成である例を用いて説明する。しかし、冷却装置１００は、図１又は図２に示す構成であっても良い。冷却装置１００が図１又は図２に示す構成である場合には、サブクール熱交換器側放熱面３ｂを、放熱面３のサブクール流路７ａと熱交換される部分のように適宜読み替えすれば良い。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２０を参照して、実施の形態６に係るサブクール流路７ａの周りの構造を説明する。
図２０において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。
実施の形態６に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａが上流から下流に向かうにつれ、徐々に流路の断面積が小さくなるように構成される。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態６に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａが上流から下流に向かうにつれ、密度の低い残存気泡が徐々に消失し、ボイド率が低下する。
上流から下流にかけて流路断面積が同じであれば、上流側の方が下流側に比べて冷媒の流速が速くなり、圧力損失が大きくなる。サブクール流路７ａを上流から下流に向かうにつれ、徐々に流路断面積が狭くなるように構成されている。そのため、上流側の流速の増加が抑えられて圧力損失が低減される。また、下流側については、サブクール熱交換器７を縮小できる。

＊＊＊実施の形態６の効果＊＊＊
実施の形態６に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａ上流側の圧力損失を抑えられる。そのため、より冷却装置１００の冷却性能と冷却効率とを向上できる。また、サブクール流路７ａの下流側についてサブクール熱交換器７の領域を縮小できる。その分、凝縮器６や凝縮器側放熱面３ａを拡大して、冷却装置１００の冷却性能を向上させることもできる。

実施の形態７．
実施の形態７は、サブクール流路７ａに複数の偏向板１３が設けられた点が実施の形態１～６と異なる。実施の形態７では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

実施の形態７では、図３に示すように、冷却装置１００は、放熱器５が凝縮器６とサブクール熱交換器７とを備え、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂとに分割されている構成である例を用いて説明する。しかし、冷却装置１００は、図１又は図２に示す構成であっても良い。冷却装置１００が図１又は図２に示す構成である場合には、サブクール熱交換器側放熱面３ｂを、放熱面３のサブクール流路７ａと熱交換される部分のように適宜読み替えすれば良い。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２１を参照して、実施の形態７に係るサブクール流路７ａの周りの構造を説明する。
図２１において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

実施の形態７に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａに複数の偏向板１３が設けられている。サブクール流路７ａでは、複数の偏向板１３により、冷媒が何度も流れの向きを変えながら流れる。偏向板１３は、流路が分岐しないように流れの方向を変えるものである。偏向板１３は、サブクール流路７ａの流路壁面に取り付けたものでも、サブクール熱交換器７の固体部分と一体として、周りにサブクール流路７ａを設けて構成したものでも良い。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態７に係る冷却装置１００では、複数の偏向板１３により、冷媒が何度も流れの向きを変えながら流れる。凝縮流路６ａに比べてサブクール流路７ａの方が密度の低い気相の量が少なくて流速が遅い。そのため、複数の偏向板１３を設けて、何度も流れ方向が変わるように曲がっても圧力損失があまり大きくならない。一方、サブクール流路７ａでは、複数の偏向板１３により何度も流れが曲げられることで、内部の二次流れが強くなり、冷媒液と残存気泡が撹拌される。その結果、熱交換が促進され、残存気泡が消失しやすくなる。

＊＊＊実施の形態７の効果＊＊＊
実施の形態７に係る冷却装置１００は、サブクール流路７ａにおいて、残存気泡がより消失しやすくなる。また、ポンプに流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えることができる。残存気泡が消失しやすくなったことでサブクール熱交換器７及びサブクール熱交換器側放熱面３ｂ全体を縮小できる。その分、凝縮器６及び凝縮器側放熱面３ａを拡大して、冷却装置１００の冷却性能を向上させることもできる。ポンプ１に流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えられるため、蒸気生成部８での予加熱量を減らして、冷却装置１００の消費電力を減らして冷却効率を向上させることができる。

実施の形態８．
実施の形態８は、ポンプ１と冷却器４との間の冷媒の一部を、凝縮流路６ａとサブクール流路７ａとの間に流す点が実施の形態１～７と異なる。実施の形態８では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

実施の形態８では、図３に示すように、冷却装置１００は、放熱器５が凝縮器６とサブクール熱交換器７とを備え、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂとに分割されている構成である例を用いて説明する。しかし、冷却装置１００は、図１又は図２に示す構成であっても良い。冷却装置１００が図１又は図２に示す構成である場合には、サブクール熱交換器側放熱面３ｂを、放熱面３のサブクール流路７ａと熱交換される部分のように適宜読み替えすれば良い。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２２を参照して、実施の形態８に係る冷却装置１００の構成を説明する。
図２２において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

実施の形態８に係る冷却装置１００は、冷媒流路におけるポンプ１と冷却器４との間の流路から分岐して、凝縮流路６ａとサブクール流路７ａとの間の流路に合流する支流路を備える。支流路には、途中に冷媒の流量を調整する流量調整装置１４が設けられる。流量調整装置１４は、例えば、開度を調整可能な弁である。ポンプ１と冷却器４との間における分岐箇所は、蒸気生成部８の上流側でも下流側でも良い。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態８に係る冷却装置１００は、循環する冷媒の温度が下がりやすい場合には、流量調整装置１４の開度を上げる。これにより、支流路に流れる冷媒量が増え、冷却器４側の主流路を流れる冷媒量が減る。循環する冷媒の温度が下がりやすい場合とは、発熱機器の発熱量が少ない場合又は凝縮器側放熱面３ａが日陰となって放熱効率が高い場合が考えられる。

冷却器４を流れる冷媒量が減少することで、発熱機器の発熱量が少ない場合でも冷却器４において冷媒液が沸騰しやすくなって、温度を一定に制御しやすくなる。また、凝縮流路６ａを流れる冷媒量を少なくすることで熱伝達率を低くして、凝縮器側放熱面３ａからの放熱量を低減できる。
流量調整装置１４が設置された支流路は主に冷媒液が流れる。そのため、凝縮流路６ａの下流で合流する際に冷媒液と残存気泡が撹拌される。その結果、残存気泡が消失しやすくなる。

蒸気生成部８の上流側で支流路が分岐する場合は、蒸気生成部８を流れる冷媒量が減少する。そのため、蒸気生成部８において飽和液エンタルピーまで冷媒を加熱するための消費電力が減少する。
蒸気生成部８の下流側で支流路が分岐する場合は、凝縮流路６ａから流出した過冷却冷媒に、蒸気生成部８で飽和液エンタルピーまで加熱された冷媒が合流する。これにより、サブクール流路７ａに流入する冷媒が温められる。そのため、ポンプ１に流入する冷媒が低温限界を下回って、ポンプ１が故障することが防がれる。

＊＊＊実施の形態８の効果＊＊＊
実施の形態８に係る冷却装置１００は、ポンプ１を制御してポンプ１を流れる冷媒の流量を調整しなくても、流量調整装置１４の制御によって冷却器４と凝縮流路６ａを流れる冷媒の流量を調整できる。
ポンプ１で流量を調整する場合は、回転数制御又は電力変換等が必要になる場合がある。そのため、ポンプ１の電力量が多いほど冷却装置１００のシステムが複雑となる場合がある。流量調整装置１４で流量を制御することによって、ポンプ１での流量制御が不要となる。その結果、冷却装置１００のシステムを簡素化することができる。

流量調整装置１４のある支流路には、ほぼ飽和温度以下の冷媒液が流れる。そのため、凝縮流路６ａから流出した冷媒との合流により残存気泡が一部消失する。その結果、サブクール流路７ａが短くなっても十分に残存気泡を消失させることができるので、サブクール流路７ａを短くできる。サブクール流路７ａを短くした分、サブクール熱交換器７及びサブクール熱交換器側放熱面３ｂ全体を縮小できる。その分、凝縮器６及び凝縮器側放熱面３ａを拡大して、冷却装置１００の冷却性能を向上させることもできる。

サブクール流路７ａを短くすることで、ポンプ１に流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えられる。そのため、蒸気生成部８での予加熱量を減らして、冷却装置１００の消費電力を減らして冷却効率を向上させることができる。また、蒸気生成部８の上流側で支流路を分岐させることで、蒸気生成部８の消費電力をさらに削減できる。
蒸気生成部８の下流側で支流路が分岐する場合には、ポンプ１に流入する冷媒が低温限界を下回らないように、蒸気生成部８での加熱を利用してポンプ１が故障することが防ぐことが可能となる。これは、発熱機器の発熱量が非常に少ない場合又は凝縮器側放熱面３ａが日陰となって放熱効率が非常に高い場合等に有効である。

実施の形態９．
実施の形態９は、凝縮流路６ａとサブクール流路７ａとの間の気相冷媒を冷却器４と凝縮流路６ａとの間に戻す点が実施の形態１～８と異なる。実施の形態９では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

実施の形態９では、図３に示すように、冷却装置１００は、放熱器５が凝縮器６とサブクール熱交換器７とを備え、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂとに分割されている構成である例を用いて説明する。しかし、冷却装置１００は、図１又は図２に示す構成であっても良い。冷却装置１００が図１又は図２に示す構成である場合には、サブクール熱交換器側放熱面３ｂを、放熱面３のサブクール流路７ａと熱交換される部分のように適宜読み替えすれば良い。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２３を参照して、実施の形態９に係る冷却装置１００の構成を説明する。
図２３において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

実施の形態９に係る冷却装置１００は、冷媒流路における凝縮流路６ａとサブクール流路７ａとの間に気液分離器１５が設けられる。冷却装置１００は、冷媒流路における冷却器４と凝縮流路６ａとの間にエジェクタ１６が設けられる。冷却装置１００は、気液分離器１５の冷媒出口の内、気相比率が多い冷媒が流出する冷媒出口と、エジェクタ１６とを接続する第２支流路を備える。
気液分離器１５は、遠心分離式のような遠心力などの慣性力を利用する、又は、フィルター式のように毛管力等を利用することにより、気相と液相とを分離する。気液分離器１５で分離された気相冷媒は、エジェクタ１６に第２支流路を介して流入する。エジェクタ１６に第２支流路を介して流入した気相冷媒は、冷却器４から流出した気液二相冷媒と合流して再び、凝縮流路６ａに流入する。エジェクタ１６は、冷却器４から流出した気液二相冷媒を縮流して、高速流による剪断力と、静圧を動圧に変換して再び静圧回復させる効果とを利用して、気液分離器１５で分離された気相を引き込むように構成される。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態９に係る冷却装置１００は、凝縮流路６ａから流出した気液二相流が気液分離器１５によって、気相比率が多い側の冷媒と液相比率が多い側の冷媒に分離して流出する。気相比率が多い側の冷媒はエジェクタ１６によって引き込まれる。そして、エジェクタ１６に引き込まれた冷媒は、冷却器４から流出した気液二相冷媒と合流して、再び凝縮流路６ａに流入する。一方、液相比率が多い側の冷媒は、サブクール流路７ａに流入する。
その結果、凝縮流路６ａでは冷媒全体の流量と気相の比率とが増加する。一方、サブクール流路７ａでは冷媒全体の流量は変わらないが液相の比率が増加する。凝縮流路６ａでは気相比率と冷媒流速とが増加したことで熱伝達率が向上する。サブクール流路７ａでは残存気泡が少なくなって、残存気泡が消失しやすくなる。

＊＊＊実施の形態９の効果＊＊＊
実施の形態９に係る冷却装置１００は、凝縮流路６ａを流れる気相の量が増えて熱伝達率が向上する。これにより、冷却装置１００の冷却能力と冷却効率とが向上する。
また、サブクール流路７ａに流入する残存気泡の量が減少したことで、サブクール流路７ａで残存気泡が消失しやすくなる。そのため、ポンプ１に流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えることができる。残存気泡が消失しやすくなったことでサブクール熱交換器７及びサブクール熱交換器側放熱面３ｂ全体を縮小できる。その分、凝縮器６及び凝縮器側放熱面３ａを拡大して、冷却装置１００の冷却性能をさらに向上させることもできる。ポンプ１に流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えられるため、蒸気生成部８での予加熱量を減らして、冷却装置１００の消費電力を減らして冷却効率を向上させることができる。

実施の形態１０．
実施の形態１０は、冷却器４と凝縮流路６ａとの間の液相冷媒を、凝縮流路６ａとサブクール流路７ａとの間に流す点が実施の形態１～９と異なる。実施の形態１０では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

実施の形態１０では、図３に示すように、冷却装置１００は、放熱器５が凝縮器６とサブクール熱交換器７とを備え、放熱面３が凝縮器側放熱面３ａとサブクール熱交換器側放熱面３ｂとに分割されている構成である例を用いて説明する。しかし、冷却装置１００は、図１又は図２に示す構成であっても良い。冷却装置１００が図１又は図２に示す構成である場合には、サブクール熱交換器側放熱面３ｂを、放熱面３のサブクール流路７ａと熱交換される部分のように適宜読み替えすれば良い。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２４を参照して、実施の形態１０に係る冷却装置１００の構成を説明する。
図２４において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。

実施の形態１０に係る冷却装置１００は、冷媒流路における冷却器４と凝縮流路６ａとの間に気液分離器１５が設けられる。また、冷却装置１００は、気液分離器１５の冷媒出口の内、液相比率が多い冷媒が流出する冷媒出口と、凝縮流路６ａとサブクール流路７ａとの間の流路とを接続する第３支流路を備える。第３支流路には、途中に冷媒の流量を調整する流量調整装置１４が設けられる。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態１０に係る冷却装置１００は、電子機器２での発熱量と、凝縮器側放熱面３ａでの放熱量とに応じて、凝縮流路６ａを流れる冷媒の流量を流量調整装置１４の開度で調整する。具体的には、電子機器２での発熱量が少ない場合に、流量調整装置１４を開放して、凝縮流路６ａに流さない液相冷媒の量を増やす。電子機器２での発熱量が少ない場合には、冷却器４から流出する冷媒の液相比率が多い。そのため、気液分離器１５で分離して凝縮流路６ａに流す液相の量を減らすことで、凝縮流路６ａでの冷媒流速の増加が抑えられて熱伝達率が減少する。
さらに凝縮器側放熱面３ａが日陰となって放熱効率が高くなる場合には、凝縮流路６ａでの熱伝達率が高いと冷却装置１００全体の冷媒温度が低下してしまう。そのため、凝縮流路６ａでの熱伝達率を低下させて放熱量を減らすことで、ポンプ１に最低許容温度を下回る冷媒が流入することを防ぐ。

また、気液分離器１５で分離された液相比率が多い冷媒と、凝縮流路６ａから流出した残存気泡を含む過冷却冷媒が合流する際に、冷媒液と残存気泡が撹拌される。これにより、一部の残存気泡が消失してサブクール流路７ａに流入する。

＊＊＊実施の形態１０の効果＊＊＊
実施の形態１０に係る冷却装置１００は、ポンプ１を制御してポンプ１を流れる冷媒の流量を調整しなくても、流量調整装置１４の制御によって凝縮流路６ａを流れる冷媒の流量を調整できる。
ポンプ１で流量を調整する場合は、回転数制御又は電力変換等が必要になる場合がある。そのため、ポンプ１の電力量が多いほど冷却装置１００のシステムが複雑となる場合がある。流量調整装置１４で流量を制御することによって、ポンプ１での流量制御が不要となる。その結果、冷却装置１００のシステムを簡素化することができる。

気液分離器１５で分離されて流量調整装置１４に流れる流路には、ほぼ飽和温度以下の冷媒液が流れる。そのため、凝縮流路６ａから流出した冷媒との合流により残存気泡が一部消失する。その結果、サブクール流路７ａが短くなっても十分に残存気泡を消失させることができる。サブクール流路７ａを短くした分、サブクール熱交換器７及びサブクール熱交換器側放熱面３ｂ全体を縮小できる。その分、凝縮器６や凝縮器側放熱面３ａを拡大して、冷却装置１００の冷却性能を向上させることもできる。

サブクール流路７ａが短くすることで、ポンプ１に流入する冷媒の過冷却度の増加を抑えられる。そのため、蒸気生成部８での予加熱量を減らして、冷却装置１００の消費電力を減らして冷却効率を向上させることができる。ポンプ１に流入する冷媒が低温限界を下回らないように、蒸気生成部８での加熱を利用してポンプ１が故障することが防ぐことが可能となる。これは、発熱機器の発熱量が非常に少ない場合又は凝縮器側放熱面３ａが日陰となって放熱効率が非常に高い場合等に有効である。

実施の形態１１．
実施の形態１１は、凝縮器６と凝縮器側放熱面３ａとの間に複数のヒートパイプ１７が設けられた点が実施の形態１～１０と異なる。実施の形態１１では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２５から図２７を参照して、実施の形態１１に係る凝縮流路６ａとサブクール流路７ａ周りの構成を説明する。
図２５及び図２７において、実線の矢印は冷媒の主流方向を示している。図２６において、実線の矢印はヒートパイプ１７内部を流れる気相冷媒の主流方向を示し、破線の矢印はヒートパイプ１７内部を流れる液相冷媒の主流方向を示している。

実施の形態１１に係る冷却装置１００は、凝縮器６と凝縮器側放熱面３ａとの間に挟むように複数のヒートパイプ１７が設けられる。複数のヒートパイプ１７は、凝縮流路６ａを流れる冷媒から受け取った熱を凝縮器側放熱面３ａに万遍なく広げるように配置される。各ヒートパイプ１７は、内部の密閉空間に気相と液相との冷媒が混入されている。各ヒートパイプ１７の内部の流路壁面には、発泡金属、メッシュ、繊維状等の多孔質体で、冷媒が流れることができる空隙が存在するウィック１７ａが設けられている。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態１１に係る冷却装置１００は、凝縮流路６ａを流れる冷媒から放出された熱が、まず凝縮器６に取り付けられた複数のヒートパイプ１７に運ばれる。
ヒートパイプ１７では、凝縮器６が取り付けられている面近傍の近傍にあるウィック１７ａを流れる冷媒液が熱を受け取って蒸発する。すると、ウィック１７ａに囲まれた空間を蒸気が流れて、凝縮器側放熱面３ａが取り付けられている面近傍にあるウィック１７ａにおいて、凝縮器側放熱面３ａに向けて熱を放出する。これにより、再び蒸気が冷媒液となり、ウィック１７ａの毛管力により凝縮器６が取り付けられている面近傍の近傍にあるウィック１７ａに向かって流れる。以上のように、冷媒が繰り返し循環する。
その後、万遍なく取り付けられた複数のヒートパイプ１７から熱を受け取った凝縮器側放熱面３ａから深宇宙に向けて熱が放出される。

凝縮器側放熱面３ａから深宇宙までの輻射放熱による熱コンダクタンスに対して、凝縮流路６ａ及びヒートパイプ１７での気液二相対流熱伝達による熱コンダクタンスの方が圧倒的に大きい。そのため、凝縮器６及び凝縮流路６ａを縮小して複数のヒートパイプ１７に取り付けられる面積が小さくなっても、凝縮器側放熱面３ａには温度があまり低下することなく万遍なく熱が伝わる。

＊＊＊実施の形態１１の効果＊＊＊
実施の形態１１に係る冷却装置１００は、複数のヒートパイプ１７を介して凝縮器６から凝縮器側放熱面３ａに熱を伝える。これにより、凝縮流路６ａを縮小することができる。
凝縮流路６ａを縮小したことで、凝縮流路６ａを流れる冷媒の圧力損失が減少する。そして、冷却装置１００を循環する冷媒の流量が増えて、冷却効率を向上させることができる。また、凝縮流路６ａを縮小したことで、冷却装置１００全体の流路容積が減って、冷媒量を減らして軽量化することができる。

例えば、冷却装置１００が人工衛星２００に搭載されているとする。このとき、人工衛星２００の本体２１にスペースデブリが衝突したとする。凝縮器６は、面積が広い凝縮器側放熱面３ａに直接取り付けられた部分が無く、接している面積も少ない。そのため、衝突したスペースデブリにより凝縮流路６ａに穴が開いて冷却装置１００が故障する確率を減らすことができる。
複数のヒートパイプ１７のいずれかにスペースデブリの衝突によって穴が開いて多少熱交換効率が低下しても他のヒートパイプ１７がカバーする。そのため、冷却装置１００の機能が完全に停止することは無い。

従来のように、本体２１内部において凝縮器側放熱面３ａと反対側の複数のヒートパイプ１７の面に一部の電子機器２を取りつけて冷却することも可能となる。そのため、本体２１内部に電子機器２を高密度に設置して人工衛星２００を高機能化することも可能である。

実施の形態１２．
実施の形態１２では、冷却装置１００を人工衛星２００以外の搭載装置に搭載する場合について説明する。

実施の形態１～１１では、冷却装置１００を人工衛星２００に搭載した場合について説明した。しかし、冷却装置１００は、人工衛星２００に限らず、他の搭載装置に搭載されても良い。具体的には、探査機及び宇宙船といった、人工衛星以外の宇宙構造物に搭載しても良いし、地上の設備に搭載しても良い。
例えば、放熱面３、凝縮器側放熱面３ａ又はサブクール熱交換器側放熱面３ｂを空気及び水といった低温の各種流体と接する放熱フィンに置き換える。これにより、地上の設備で電子機器２を、低消費電力かつ高い放熱能力で冷却することができる。

冷却装置１００は、重力方向に依らず、使用可能である。そのため、冷却装置１００は、様々な姿勢で地上の設備に搭載可能である。冷却装置１００は、使用中に姿勢が変わっても故障することなく、長寿命に使用することができる。例えば、自動車と、航空機と、鉄道車両と、エレベータといった、重力以外の慣性力が加わる移動する機器でも正常に動作するため、適用することができる。

また、例えば、エンジンで駆動する自動車を搭載装置とすることが考えられる。この場合には、電子機器２の代わりにエンジンで駆動する自動車の内燃機関といった発熱機器を冷却対象として使用することができる。また、ポンプ１を、自動車のエンジン又は電力装置から動力を得て駆動する回転駆動装置に取り付けて冷媒を循環させる構成としても良い。

以上、本開示の実施の形態及び変形例について説明した。これらの実施の形態及び変形例のうち、いくつかを組み合わせて実施しても良い。また、いずれか１つ又はいくつかを部分的に実施しても良い。なお、本開示は、以上の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１ ポンプ、２ 電子機器、３ 放熱面、３ａ 凝縮器側放熱面、３ｂ サブクール熱交換器側放熱面、４ 冷却器、５ 放熱器、６ 凝縮器、６ａ 凝縮流路、６ｂ 配管支持部、６ｃ 熱交換基板、６ｄ 溝、７ サブクール熱交換器、７ａ サブクール流路、８ 蒸気生成部、９ アキュムレータ、１０ フィン、１１ 多孔質体、１２ フィルター、１３ 偏向板、１４ 流量調整装置、１５ 気液分離器、１６ エジェクタ、１７ ヒートパイプ、１７ａ ウィック、２１ 本体、２１ａ フレーム、２２ 太陽電池パネル、１００ 冷却装置、２００ 人工衛星。

Claims (20)

1. 搭載装置に搭載された発熱機器を冷却する冷却装置であり、
   液体の冷媒を循環させるポンプと、前記冷媒により前記発熱機器を冷却する冷却器と、前記冷媒を冷却する放熱器とを順次接続して環状に構成された冷媒流路を備え、
   前記放熱器には、前記冷却器から流出した前記冷媒が流入し、流入した前記冷媒が複数に分岐して流れて放熱する凝縮流路と、前記凝縮流路から流出した前記冷媒が流入し、流入した前記冷媒が直列に流れて放熱するサブクール流路とが設けられた冷却装置。
2. 前記凝縮流路の断面積は、前記サブクール流路の断面積よりも広い
   請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記凝縮流路は、前記放熱器における凝縮領域に設けられており、
   前記サブクール流路は、前記放熱器におけるサブクール領域に設けられており、
   前記凝縮領域は、前記サブクール領域よりも大きい。
   請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 前記凝縮流路は、前記放熱器における凝縮領域に設けられており、
   前記サブクール流路は、前記放熱器におけるサブクール領域に設けられており、
   前記凝縮領域において前記凝縮流路が占める割合は、前記サブクール領域において前記サブクール流路が占める割合よりも低い
   請求項１から３までのいずれか１項の冷却装置。
5. 前記凝縮流路は、前記冷媒が並列に流れる複数の並列流路によって構成され、
   前記サブクール流路は、前記冷媒が直列に流れる流路が折り曲げられることにより、前記冷媒が第１方向に流れる第１流路と、前記冷媒が前記第１方向と対向する第２方向に流れる第２流路とが繰り返されて構成され、
   前記凝縮流路を構成する前記複数の並列流路の間の間隔は、前記サブクール流路を構成する前記第１流路と前記第２流路との間の間隔よりも広い
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 前記放熱器は、前記搭載装置の放熱面によって前記凝縮流路と前記サブクール流路とが覆われるように設けられており、
   前記凝縮流路の単位長さ当たりの前記凝縮流路を覆う部分の前記放熱面の面積は、前記サブクール流路の前記単位長さ当たりの前記サブクール流路を覆う部分の前記放熱面の面積よりも広い
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の冷却装置。
7. 前記放熱器は、
   前記凝縮流路が設けられた凝縮器と、
   前記凝縮器とは分離したサブクール熱交換器であって、前記サブクール流路が設けられたサブクール熱交換器と
   を備える請求項１から６までのいずれか１項に記載の冷却装置。
8. 前記搭載装置には、分離した複数の放熱面があり、
   前記凝縮器と前記サブクール熱交換器とは、それぞれ異なる放熱面に覆われるように設けられた
   請求項７に記載の冷却装置。
9. 前記凝縮流路には、前記冷媒を分岐させる複数の突起が設けられた
   請求項１から８までのいずれか１項に記載の冷却装置。
10. 前記凝縮流路には、放熱する側と反対側の流路壁面に多孔質体が設けられた
    請求項１から９までのいずれか１項に記載の冷却装置。
11. 前記搭載装置には、前記凝縮流路における前記多孔質体が設けられた側に前記発熱機器が搭載された
    請求項１０に記載の冷却装置。
12. 前記サブクール熱交換器は、前記サブクール流路の上流側と下流側とで異なる放熱面に覆われるように設けられた
    請求項８に記載の冷却装置。
13. 前記サブクール流路には、前記冷媒が通過可能な空隙を有するフィルターが設けられた
    請求項１から１２までのいずれか１項に記載の冷却装置。
14. 前記サブクール流路は、上流から下流へ向かって徐々に断面積が狭くなる
    請求項１から１３までのいずれか１項に記載の冷却装置。
15. 前記サブクール流路には、前記冷媒の流れる方向を変える複数の偏向板が設けられた
    請求項１から１４までのいずれか１項に記載の冷却装置。
16. 前記冷却装置は、さらに、
    前記冷媒流路における前記ポンプと前記冷却器との間の流路から分岐して、前記凝縮流路と前記サブクール流路との間の流路に合流する支流路であって、途中に流量調整装置が設けられた支流路
    を備える請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の冷却装置。
17. 前記冷媒流路には、前記凝縮流路と前記サブクール流路との間に気液分離器が設けられ、前記冷却器と前記凝縮流路との間にエジェクタが設けられ、
    前記冷却装置は、さらに、
    前記気液分離器の冷媒出口の内、気相比率が多い冷媒が流出する冷媒出口と、前記エジェクタとを接続する第２支流路
    を備える請求項１から１６までのいずれか１項に記載の冷却装置。
18. 前記冷媒流路には、前記冷却器と前記凝縮流路との間に気液分離器が設けられ、
    前記冷却装置は、さらに、
    前記気液分離器の冷媒出口の内、液相比率が多い冷媒が流出する冷媒出口と、前記凝縮流路と前記サブクール流路との間の流路とを接続する第３支流路であって、途中に流量調整装置が設けられた第３支流路
    を備える請求項１から１７までのいずれか１項に記載の冷却装置。
19. 前記凝縮器は、ヒートパイプを介して前記放熱面に覆われた
    請求項８に記載の冷却装置。
20. 請求項１から１９までのいずれか１項に記載の冷却装置を備える前記搭載装置である宇宙構造物。

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