JP2732763B2

JP2732763B2 - 二相流体ループ式排熱装置

Info

Publication number: JP2732763B2
Application number: JP4258437A
Authority: JP
Inventors: 康夫石井; 正夫古川; 功吉古浜
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1998-03-30
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JPH06109382A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、宇宙飛翔体の内部で発
生した熱を宇宙空間へ排出するときなどに用いられる二
相流体ループ式排熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】宇宙飛翔体では搭載機器、たとえば電子
機器や燃料電池等で発生した熱を放射伝熱によって宇宙
空間へ排出している。そして、飛翔体の大型化に伴い、
二相流体ループ式排熱装置の使用が考えられている。図
１５には従来の二相流体ループ式排熱装置の概略図が示
されている。

【０００３】この排熱装置は、コールドプレート１０
１、蒸気配管１０２、放熱装置１０３、液配管１０４、
ポンプ１０５を上記順に接続してなる閉ループと、この
閉ループ内に所定量封入された流体Ｌと、液配管１０４
に接続されたアキュムレータ１０６とで構成されてい
る。

【０００４】この装置では次のようにして排熱、つまり
熱輸送が行われる。すなわち、コールドプレート１０１
が図示しない電子機器などの発熱体に熱的に接続され
る。このコールドプレート１０１内に液相の流体Ｌが流
れると、この流体Ｌは発熱体の熱を奪って蒸発し、気相
または気液二相状態となり、蒸気配管１０２を通って放
熱装置１０３へ送られる。放熱装置１０３において、図
示しない放熱板の作用によって流体Ｌ中の蒸気が凝縮さ
れる。したがって、流体Ｌはここで液単相状態となる。
このとき、流体Ｌの保有していた熱が放熱板を介して放
射によって排熱される。液単相状態の流体Ｌは、液配管
１０４を通してポンプ１０５へ移動し、ここで加圧され
てコールドプレート１０１内へと還流する。

【０００５】このようにして熱輸送を行う二相流体ルー
プ式排熱装置において、コールドプレート１０１の表面
温度は流体Ｌの蒸発温度とほぼ等しくなる。また、流体
Ｌの蒸発温度は閉ループ内の圧力によって定まるので、
閉ループ内の圧力を制御する手段が必要となる。この役
目を果たしているのがアキュムレータ１０６である。ア
キュムレータ１０６は、図示しない加減圧装置を用いて
閉ループ内へ流体Ｌを出し入れすることにより、閉ルー
プ内の圧力を制御する機能を有している。この二相流体
ループ式排熱装置は、流体の顕熱を利用する単相流体ル
ープ式排熱装置に比べ、同量の熱を少ない流量の流体に
よって排熱できる利点がある。

【０００６】上記のように構成される二相流体ループ式
排熱装置にあっては、容量の小さいアキュムレータ１０
６を用いて応答性よくコールドプレート１０１の温度を
目標温度に制御できることが望まれる。しかしながら、
従来の二相流体ループ式排熱装置にあっては次のような
理由で上述した要望を満たすことが困難であった。すな
わち、発熱体と流体Ｌとの熱交換を行うコールドプレー
ト１０１としては、通常、図１６および図１７に示す構
造のものが使用されている。

【０００７】図１６中、２１１は図示しない発熱体に熱
的に接続される受熱部を示し、２１２は受熱部と一体に
形成された熱交換部を示している。熱交換部２１２には
流体入口２１３と流体出口２１４とが形成されており、
流体入口２１３が液配管１０４に接続され、流体出口２
１４が蒸気配管１０２に接続される。

【０００８】熱交換部２１２は、同図（ｂ）に示すよう
に、流体入口２１３に通じた液流通部２１５と、流体出
口２１４に通じた蒸気流通部２１６と、蒸気流通部２１
６の周囲に設けられた多孔質体２１７とから形成されて
いる。

【０００９】このコールドプレート１０１では、流体入
口２１３から液流通部２１５内に液相の流体Ｌが供給さ
れると、この流体Ｌが毛細管力によって多孔質体２１７
の全体に広がる。そして、多孔質体２１７の壁面に広が
った液相の流体Ｌが受熱部２１１を介して伝わった熱に
よって蒸発する。この蒸発熱によって受熱部２１１、つ
まり電子機器などの発熱体が冷却される。蒸発によって
生成された蒸気は蒸気流通部２１６から流体出口２１４
を通って蒸気配管１０２へと送られる。

【００１０】多孔質体２１７の全体に液が供給されてい
る場合、ほとんどすべての熱が多孔質体２１７から液相
の流体Ｌに伝わるので、発生する蒸気は概ね飽和蒸気で
ある。その飽和蒸気は、液面から飛散した液とともに、
蒸気流通部２１６を経て流体出口２１４に流出する。し
たがって、流体出口２１４における流体Ｌは気液二相流
となる。

【００１１】一方、図１７に示されたコールドプレート
１０１は、図１６に示されたものと同様に、受熱部２１
１ａと、熱交換部２１２ａとから構成されているが、熱
交換部２１２ａ内の構造が異なっている。すなわち、良
熱伝導材で形成された熱交換部２１２ａ内に蒸発管２１
８が埋め込まれており、この蒸発管２１８の一端側が流
体入口２１３を介して液配管１０４に接続され、他端側
が流体出口２１４を介して蒸気配管１０２に接続され
る。

【００１２】このコールドプレート１０１では、蒸発管
２１８内に流入した流体Ｌが受熱部２１１ａを介して伝
わった熱によって徐々に蒸発する。蒸発量よりも蒸発管
２１８に流入した液相の流体Ｌが多い場合には、コール
ドプレート１０１から蒸気配管１０２に流出する流体Ｌ
は気液二相流となる。

【００１３】ところで、発熱体を発熱量に関わらず、適
正な動作温度に保つために、閉ループ内の圧力をアキュ
ムレータ１０６によって制御する必要があるが、この場
合、小型のアキュムレータ１０６を用い、しかも安定し
た制御を実行できることが好ましい。

【００１４】一般的に、蒸気配管１０２内の流体Ｌを蒸
気単相流あるいは高クオリティの二相流に常に保つこと
ができれば、アキュムレータ１０６による流体Ｌの調整
量が少なくてすみ、アキュムレータ１０６を小型化でき
る。

【００１５】このようにアキュムレータ１０６の小型化
を図るには、コールドプレート１０１内での蒸発量とほ
ぼ同じ流量の流体Ｌをコールドプレート１０１に供給で
きるように流体Ｌの循環量を制御する必要がある。この
制御を実現するには、発熱量または蒸発量を計測し、こ
の計測値に基いて循環流量を制御する必要があるが、発
熱量や蒸発量を定量的に計測するのは非常に困難であ
る。

【００１６】そこで、コールドプレート１０１から流出
する流体Ｌを気相のみにすることが考えられる。コール
ドプレート１０１の出口における流体Ｌが気相のみであ
ればその過熱度、すなわち、そのときに計測された流体
Ｌの温度と飽和温度との差から蒸発量を知ることができ
る。このように、コールドプレート１０１の出口におけ
る流体Ｌの温度を計測し、この計測値に基いて過熱度が
一定となるように流体Ｌの流量を制御すれば、蒸気配管
１０２内の流体Ｌは常に気相となり、アキュムレータ１
０６の小型化を図ることができる。

【００１７】しかし、従来の二相流体ループ式排熱装置
にあっては、図１６あるいは図１７に示した構成のコー
ルドプレート１０１を用いているので、コールドプレー
ト１０１の出口における流体Ｌを気相のみにしようとす
ると、図１６に示すものでは多孔質体２１７に局部的に
液流体の消滅した部分が生じ、この部分での熱交換率が
大幅に低下し、また図１７に示すものでは、特に熱交換
部出口付近での熱交換率が著しく低くなる。

【００１８】このように熱交換率の低い部分は、他の部
分に較べて高温となる。このため、温度制御性能が大幅
に低下し、結局、アキュムレータ１０６を小型化し、し
かも安定した制御の実現が困難であった。一方、気相ま
たは気液二相状態の流体Ｌを凝縮させて放熱する放熱装
置１０３としては通常、図１８に示すものが使用されて
いる。

【００１９】図中、３１１は熱交換部を示している。こ
の熱交換部３１１内には流体Ｌを通流させる熱交換流路
３１２が設けられている。熱交換部３１１の入口３１３
には前述した蒸気配管１０２に通じる入口配管３１４が
接続されており、熱交換部３１１の出口３１５には前述
した液配管１０４に通じる出口配管３１６が接続されて
いる。そして、熱交換部３１１の外表面には良熱伝導材
で形成された連結部材３１７を介して放熱板３１８が接
続されている。

【００２０】このように構成された放熱装置１０３で
は、熱交換流路３１２内を流れる気相あるいは気液二相
状態の流体Ｌから、熱交換流路３１２の流路壁および連
結部材３１７を介して放熱板３１８に熱が伝わり、この
熱が放熱板３１８の表面から宇宙空間に放射される。こ
の結果、流体Ｌ中の蒸気が熱交換流路３１２内を流れつ
つ凝縮し、出口３１５に近い部分では液単相状態とな
る。したがって、熱交換流路３１２内は凝縮しつつある
流体Ｌが気相あるいは気液二相状態で存在する凝縮部
と、流体Ｌが液単相状態で存在する過冷却部とに分けら
れる。

【００２１】熱交換流路３１２内の凝縮部と過冷却部と
の占有比率、すなわち占有容積の割合は、主として入口
３１３での蒸気量と、放熱板３１８と流体Ｌとの温度差
とで定まる。例えば、発熱体の発熱量が減少すると、コ
ールドプレート１０１での流体Ｌの蒸発量が減少するの
で、入口３１３における蒸気量が減少し、その結果、熱
交換流路３１２内の凝縮部の占有比率が小さくなる。ま
た、何らかの原因で流体Ｌと放熱板３１８との温度差が
大きくなると、熱交換率の高い凝縮部の占有比率が小さ
くなるという現象が起きる。

【００２２】このように、発熱体の発熱量や流体Ｌと放
熱板との温度差によって、熱交換流路３１２内の凝縮部
と過冷却部との占有比率が変化する。このとき、ループ
内の圧力が変化するので、熱交換流路３１２内の状態に
かかわらず流体Ｌの蒸発温度を一定に保持するには、占
有比率の変化に伴う流体Ｌの充填量の変化をアキュムレ
ータ１０６によって調整する必要がある。しかし、この
調整は次のような範囲では極めて困難となる。

【００２３】すなわち、放熱板３１８から宇宙空間への
放熱は放射によって行われているので、発熱体の発熱量
が減少すると、放熱板３１８の温度が大幅に低下し、放
熱板３１８と流体Ｌとの温度差が大きくなる。したがっ
て、発熱体の発熱量が放熱装置１０３の排熱能力の最大
値より小さくなると、過冷却部の占有比率が急激に大き
くなる。過冷却部の占有比率が大きくなると、過冷却部
での交換熱量が増加し、放熱装置１０３の出口３１５に
おける液相の流体Ｌの温度が低下する。この結果、ポン
プ１０５によりコールドプレート１０１に送られる流体
Ｌの温度も低くなるので、発熱体の発熱量のうち流体Ｌ
の温度上昇に費やされる割合が増加し、流体Ｌの蒸発量
が減少し、これに伴って過冷却部の占有比率が大きくな
り、凝縮部の占有比率が一層小さくなる。

【００２４】図１９は、最大排熱量が５ｋＷに設計され
た従来の放熱装置１０３において、発熱体の発熱量の変
化に伴って排熱量が変化したときの凝縮部の占有比率を
示したグラフである。ここでは流体Ｌの蒸発温度を３５
℃に設定した場合と４５℃に設定した場合の２つの例を
示している。このグラフから明らかなように、排熱量が
少なくなると、凝縮部の占有比率が急激に減少し、排熱
量が設計最大値の１／２の場合には、凝縮部の占有比率
が５％以下となる。また、このグラフから排熱量の低下
に伴い蒸発温度３５℃と４５℃のときの凝縮部の占有比
率の差が小さくなることがわかる。そして、設計最大値
の１／２以下の排熱量では、両者の差はほとんどない。
両者の差が小さいということは、閉ループ内の流体Ｌの
充填量のわずかな差によって蒸発温度が変化することを
意味する。したがって、低排熱量の領域、すなわち図１
９において排熱量が設計最大値の１／２以下となるよう
な領域では、アキュムレータ１０６によって流体Ｌの充
填量を調整しようとしても、必要な調整量が微少なため
に適正な量の流体Ｌの充填ができず、蒸発温度が一定値
に定まらない虞があった。また、蒸発温度を変更する場
合にも大きなオーバーシュートやアンダーシュートが発
生し、安定した制御が困難であった。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の二
相流体ループ式排熱装置にあっては、アキュムレータの
小型化を図ろうとしたり、設計排熱能力最大値以下の条
件で使用したりした場合には安定した制御ができない問
題があった。そこで本発明は、上述した不具合を解消で
きる二相流体ループ式排熱装置を提供することを目的と
している。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の発明に係る二相流体ループ式排熱装
置では、コールドプレートとして、被冷却物を搭載する
受熱部と冷却流体が通流する熱交換部との間にヒートパ
イプを介在させてなるものを用いている。

【００２７】また、本発明の第２の発明に係る二相流体
ループ式排熱装置では、放熱装置として、実質的に分割
された複数の放熱器と、これら放熱器を介して流体を複
数の経路で通流させる流路手段とを具備したものを用い
ている。

【００２８】

【作用】上記構成のコールドプレートを組込むことによ
ってコールドプレートの温度制御性能を低下させること
なく熱交換部から流出する流体を過熱蒸気に保持するこ
とができ、アキュムレータの小型化に寄与できる。

【００２９】また、上記構成の放熱装置を組込むことに
よって、排熱量が放熱装置の設計最大値から低下した場
合に、たとえば一部の放熱器を一時的に切り離すことに
よって、残りの放熱器の温度を上昇させて凝縮部の占有
比率を一定範囲内に保持できる。この結果、低排熱量領
域においてもアキュムレータによって容易にかつ正確に
温度制御が可能となる。

【００３０】

【実施例】図１には本発明に係る二相流体ループ式排熱
装置に組込まれたコールドプレート３０１が示されてい
る。なお、この図では、図１６と同一機能部分に同一符
号が付されている。したがって、重複する部分の詳しい
説明は省略する。

【００３１】このコールドプレート３０１が従来のコー
ルドプレートと異なる点は、電子機器等の発熱体から熱
を受ける受熱部２１１と流体ループの一部を構成する熱
交換部２１２との間に相変化媒体Ｇの封入されたヒート
パイプ２２１を複数介在させたことにある。

【００３２】すなわち、ヒートパイプ２２１の一端側２
２３は、図１に示すように受熱部２１１の発熱体搭載面
とは反対側の面に熱的に接続されており、ヒートパイプ
２２１の他端側２２４は熱交換部２１２の一方の面、つ
まり多孔質体２１７に接触している壁の外面２２２に熱
的に接続されている。

【００３３】ヒートパイプ２２１は、図１（ｂ）に示す
ように、両端の閉じられた管体２２５と、この管体２２
５の内面に設けられたウィック２２６と、ウィック２２
６で囲まれた空間に封入された相変化媒体Ｇとで構成さ
れている。

【００３４】このように構成されていると、受熱部２１
１に熱が伝わると、この熱はヒートパイプ２２１の一端
側２２３に伝わる。このため、一端側２２３内のウィッ
ク２２６に保持されている相変化媒体Ｇが蒸発する。そ
して、蒸気となった相変化媒体Ｇはヒートパイプ２２１
内を他端側２２４へと流れ、ヒートパイプ２２１の壁面
と熱交換部２１２の壁面とを介して多孔質体２１７に保
持されている流体Ｌと熱交換し、その結果、凝縮して液
化する。液相となった相変化媒体Ｇはヒートパイプ２２
１内のウイック２２６内を毛細管力の作用で一端側２２
３へと移動する。したがって、発熱体と流体Ｌとの熱交
換が行われることになる。

【００３５】ここで、熱交換部２１２から排出された流
体Ｌを発熱体の発熱量によらず、常に蒸気単相流に保持
するために、流体出口２１４における流体Ｌの温度が測
定され、ある一定の過熱度をもった過熱蒸気になるよう
に、流体Ｌの供給流量が制御される。

【００３６】このような制御が行われると、多孔質体２
１７の一部から液相が消滅し、この部分の表面に接続さ
れているヒートパイプ２２１内の相変化媒体Ｇの凝縮量
が減る場合もある。しかし、ヒートパイプ２２１の他の
部分では通常に凝縮が行われるため、全体の凝縮量が大
きく変化することがなく、発熱体の一部の温度が急激に
上昇するようなことはない。このため、受熱部２１１お
よび発熱体の温度を制御可能な範囲に保つことができ
る。すなわち、上記構成であると、アキュムレータの小
型化を図るために、流体出口２１４における流体Ｌを蒸
気単相流に保つようにしても受熱部２１１、つまり発熱
体に対する温度制御性能が低下するようなことはない。

【００３７】図２には変形例に係るコールドプレート３
０１ａが示されている。なお、この図では、図１および
図１７と同一機能部分に同一符号が付されている。した
がって、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００３８】この例では、熱交換部２１２ａが図１７に
示したものと同様に蒸発管２１８を用いた構成となって
いる。そして、ヒートパイプ２２１の他端側２２４は、
熱交換部２１２ａ内を通る蒸発管２１８の直線部分の延
びる方向とほぼ直角をなすように熱交換部２１２ａの外
面２２２ａに接続されている。

【００３９】このように構成されたコールドプレート３
０１ａを用いても、図１のコールドプレート３０１を用
いた場合と同じような効果が得られる。すなわち、排出
された流体Ｌを発熱体の発熱量によらず常に蒸気単相流
に保持するために、流体出口２１４での流体Ｌの温度を
計測しつつ、あるほぼ一定の過熱度をもった過熱蒸気に
なるように制御した場合、流体出口２１４に近い蒸発管
２１８内の流体Ｌも過熱蒸気あるいは飽和蒸気となり、
この部分の熱交換率が大幅に低下する。しかし、ヒート
パイプ２２１の他端側２２４が接続されている領域は、
蒸発管２１８とほぼ直交し、かつ熱交換部２１２ａの流
体入口２１３近傍から流体出口２１４の近傍までを含ん
でいる。このため、流体出口２１４に近い部分の熱交換
率が大幅に低下しても、その部分に接合された他端側２
２４の内部での相変化媒体Ｇの凝縮性能が低下するもの
の、他端側２２４の他の部分の内部での凝縮は正常に行
われ、相変化媒体Ｇの温度上昇は僅かであり、受熱部２
１１の温度上昇もほとんど起こらない。したがって、コ
ールドプレート３０１ａの温度制御性能を損なうことな
く流体出口２１４での流体Ｌを過熱蒸気に保持すること
が可能となり、アキュムレータの小型化を実現できる。

【００４０】例えば、コールドプレート３０１ａ全体が
正常な冷却状態にある場合、仮に蒸発管２１８の１／３
の部分が過熱蒸気となり、熱交換率が１／１０に低下し
た場合、熱交換部の熱抵抗が約１．５倍となるが、流体
Ｌと受熱部２１１との温度差の増加を２℃以下に抑える
ことができる。

【００４１】図３には異なる変形例に係るコールドプレ
ート３０１ｂが示されている。なお、この図では、図１
および図２と同一機能部分に同一符号が付されている。
したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００４２】この例では、受熱部２１１と熱交換部２１
２ａとを接続するヒートパイプ２２１ａの幅が受熱部２
１１および熱交換部２１２ａの幅とほぼ同じ大きさにな
っている。

【００４３】このように構成されたコールドプレート３
０１ｂを用いても図１および図２のコールドプレートを
用いた場合と同様の効果を得ることができる。また、こ
の場合には、熱交換部２１２ａ内の蒸発管２１８とヒー
トパイプ２２１ａとの配置関係を特に考慮することなく
コールドプレート３０１ｂを製作できる。

【００４４】図４にはさらに異なる変形例に係るコール
ドプレート３０１ｃが示されている。なお、この図で
は、図１と同一機能部分に同一符号が付されている。し
たがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００４５】この例では、ループ型のヒートパイプ２２
１ｂを用いている。ヒートパイプ２２１ｂは図４
（ｂ），（ｃ）に示すように、気相の相変化媒体Ｇを流
体Ｌと熱交換させ凝縮させる凝縮部２３０と、液相の相
変化媒体Ｇの液配管２３１と、気相の相変化媒体Ｇを発
熱体の熱によって蒸発させる蒸発部２３２と、気相の相
変化媒体Ｇを凝縮部２３０に送る蒸気配管２３３とから
構成されている。凝縮部２３０は、多孔質体２３４と、
蒸気流路２３５と、液流路２３６とから構成されてお
り、蒸気流路２３５側の外壁が熱交換部２１２と接触し
ている。

【００４６】また、蒸発部２３２は多孔質体２３４で周
囲を囲まれた蒸気流路２３５と、この蒸気流路２３５と
多孔質体２３４を隔てて設けられた液流路２３６とから
構成されている。この蒸発部２３２の蒸気流路２３５側
の外壁面を発熱体から吸熱するための受熱部２１１ａと
している。

【００４７】このように構成されていると、ヒートパイ
プ２２１ｂが図１乃至図３に示したヒートパイプと同じ
機能を発揮することには変わりないが、蒸気配管２３３
および液配管２３１の部分の形状を比較的自由に形成で
きるので、コールドプレート３０１ｃの設計・配置を自
由にできる。

【００４８】図５には本発明に係る二相流体ループ式排
熱装置に組込まれた放熱装置４０１が示されている。な
お、この図では、図１８と同一機能部分に同一符号が付
されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は
省略する。

【００４９】この放熱装置４０１は、実質的に分割され
た４つの放熱器４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃ，４０４
ｄを備えている。各放熱器４０３ａ〜４０３ｄは、それ
ぞれ熱交換部３１１ａ〜３１１ｄを有しており、これら
各熱交換部３１１ａ〜３１１ｄ内には熱交換流路３１２
ａ〜３１２ｄが設けられている。また、各熱交換部３１
１ａ〜３１１ｄには連結部材３１７ａ〜３１７ｄを介し
て放熱板３１８ａ〜３１８ｄが接合されている。この例
において、各放熱板の面積比（３１８ａ：３１８ｂ：３
１８ｃ：３１８ｄ）は１：２：２：１としてある。一
方、前述した蒸気配管に通じる配管３１４は入口配管３
１４ａと入口配管３１４ｂとに分岐されている。

【００５０】入口配管３１４ａは遮断弁３２３ａ、放熱
器４０３ａの熱交換流路３１２ａ、接続配管３２１ａ、
遮断弁３２３ｃ、放熱器４０３ｂの熱交換流路３１２
ｂ、出口配管３１６ａを直列に介して前述した液配管に
通じる配管３１６に接続され、また入口配管３１４ｂは
遮断弁３２３ｂ、放熱器４０３ｃの熱交換流路３１２
ｃ、接続配管３２１ｂ、放熱器４０３ｄの熱交換流路３
１２ｄ、出口配管３１６ｂを直列に介して配管３１６に
接続されている。

【００５１】そして、放熱器４０３ａにおける熱交換流
路３１２ａの出口と放熱器４０３ｂにおける熱交換流路
３１２ｂの出口との間にはバイパス管３２２が接続され
ており、このバイパス管３２２には遮断弁３２３ｄが挿
設されている。一方、放熱器４０３ａにおける熱交換流
路３１２ａの出口部、出口配管３１６ａ、３１６ｂに
は、これらの内部を通流する流体Ｌの温度を検出するた
めの温度センサ３２５ａ，３２５ｂ，３２５ｃが設けら
れている。

【００５２】温度センサ３２５ａ，３２５ｂ，３２５ｃ
の出力はそれぞれコントローラ３２０に導入される。コ
ントローラ３２０は、温度センサ３２５ａ，３２５ｂ，
３２５ｃの出力レベルに対応させて各遮断弁３２３ａ，
３２３ｂ，３２３ｃ，３２３ｄを後述する関係に開閉制
御するように構成されている。

【００５３】このように構成されていると、二相流体ル
ープ式排熱システムの運転に伴って発熱体で発生した熱
が放熱装置４０１に輸送される。このとき、コントロー
ラ３２０は、各温度センサ３２５ａ〜３２５ｃの出力に
基いて遮断弁３２３ａ〜３２３ｄを制御するが、この動
作を説明する前に各放熱器４０３ａ〜４０３ｄ内を流れ
る流体Ｌの挙動について説明する。

【００５４】今、遮断弁３２３ａ〜３２３ｃが開、遮断
弁３２３ｄが閉であるとし、直列接続された熱交換部３
１１ａと３１１ｂとからなる流路に注目すると、排熱量
が設計最大値に近い状態では、熱交換流路３１２ａ内の
全体が凝縮部となり、また熱交換流路３１２ｂ内も出口
に近い部分を除いて凝縮部となる。

【００５５】次に、排熱量が設計最大値を若干下回る運
転条件の場合には、熱交換流路３１２ａ内の全体が凝縮
部に保たれ、熱交換流路３１２ｂ内の凝縮部が減少す
る。すなわち、放熱板３１８ａからの排熱量や放熱板３
１８ａの温度は、排熱量が設計最大値に近い場合とほぼ
同じであるが、放熱板３１８ｂの温度は低下する。熱交
換流路３１２ｂ内の凝縮部が減少すると、従来例と同様
に排熱量の変化による凝縮部の占有比率の変化が小さく
なる。

【００５６】排熱量が更に低下すると、熱交換流路３１
２ｂ内の凝縮部が完全に消滅し、熱交換流路３１２ａ内
は過冷却部で占められる。このような状態になると、排
熱量の変化よる凝縮部の占有比率の変化が再び大きくな
る。熱交換流路３１２ａ内の大部分が過冷却部で占有さ
れるまでこの状態が続く。

【００５７】このような凝縮部の挙動において、熱交換
流路３１２ｂが完全に過冷却部で占有され、熱交換流路
３１２ａが完全に凝縮部で占有されるような排熱量Ｑｃ
₁が存在する。この排熱量Ｑｃ₁は、放熱板３１８ａと
放熱板３１８ｂの面積の比によって定まり、放熱板３１
８ｂの面積が小さいほど、上述の条件を満たす排熱量Ｑ
ｃ₁は設計最大値に近くなる。

【００５８】これは、熱交換部３１１ｃと３１１ｄとの
直列流路でも存在し、この直列流路の排熱量をＱｃ₂と
する。もしもＱｃ₁とＱｃ₂とが等しい場合には、排熱
量がＱｃ₁（Ｑｃ₂）よりもやや大きい領域において熱
交換流路３１２ｂ、３１２ｄがほとんど過冷却部で占有
され、排熱量の変化による凝縮部の占有比率の変化は小
さくなる。このような状態では、前述したようにアキュ
ムレータによる閉ループ内の圧力制御が極めて困難とな
る。

【００５９】しかし、この例では放熱板３１８ａ〜３１
８ｄの面積を前述のような比率に設定しているので、Ｑ
ｃ₁とＱｃ₂が異なっている。すなわち、直列接続され
た熱交換部３１１ａ，３１１ｂの側でのＱｃ₁は低排熱
量の領域にあり、直列接続された熱交換部３１１ｃ，３
１１ｄの側でのＱｃ₂は高排熱量の領域にある。したが
って、Ｑｃ₂よりもやや大きい排熱量では、熱交換流路
３１２ｄ内はほとんど過冷却部に占有されるが、熱交換
流路３１２ｂ内には十分に凝縮部が残り、Ｑｃ₁よりも
やや大きい排熱量では、熱交換流路３１２ｂ内はほとん
ど過冷却部に占有されるが、熱交換流路３１２ｃ内には
十分に凝縮部が残ることになる。そして、排熱量がＱｃ
₁よりも十分に小さくなると、熱交換流路３１２ａや熱
交換流路３１２ｃもほとんど過冷却部に占有されること
になる。

【００６０】そこで、入口配管３１４ａ，３１４ｂに取
付けられた遮断弁３２３ａ，３２３ｂのいずれか一方を
閉鎖すると、閉鎖された遮断弁を有する配管に結合され
た熱交換流路には流体Ｌが流れなくなるので、放熱を行
う放熱板の総面積がおよそ１／２になる。この結果、流
体Ｌの流れる熱交換部に接合された放熱板の温度が上昇
し、熱交換流路内の凝縮部も拡大する。このような運転
は、低排熱量の領域で行うので、主に入口配管に結合さ
れた熱交換部内の熱交換流路に凝縮部が存在することに
なる。

【００６１】この例では、放熱板３１８ｃの面積が放熱
板３１８ａの面積より大きいので、同一の排熱量で比較
すると、遮断弁３２３ａを閉鎖した場合の凝縮部の占有
比率は遮断弁３２３ｂを閉鎖した場合の凝縮部の占有比
率よりも小さくなる。したがって、排熱量がＱｃ₁より
も十分に小さくなり、熱交換流路３１２ａや熱交換流路
３１２ｃもほとんど過冷却部に占有された後、まず遮断
弁３２３ａを閉鎖し、流体Ｌを熱交換流路３１２ｃおよ
び３１２ｄに流す。さらに、排熱量が低下し、熱交換流
路３１２ｃがほとんど過冷却部に占有された後には、遮
断弁３２３ａを開放し、遮断弁３２３ｂを閉鎖する。さ
らに排熱量が低下し、熱交換流路３１２ａがほとんど過
冷却部に占有された後には、遮断弁３２３ｄを開放し、
遮断弁３２３ｃを閉鎖する。この結果、流体Ｌは熱交換
流路３１２ｂを流れる代わりに、バイパス管３２２を流
れ、放熱板３１８ａのみから放熱が行われることとな
り、放熱板３１８ａの温度が上昇し、熱交換流路３１２
ａ内の凝縮部を拡大させることができる。

【００６２】このような制御を行えば、設計最大排熱量
より十分に小さい排熱量領域においても排熱量の変化に
よる凝縮部の占有比率の変化を大きくでき、アキュムレ
ータによる閉ループ内の圧力制御を安定して実行でき
る。

【００６３】そこで、この例においては、温度センサ３
２５ａ〜３２５ｃで熱交換流路３１２ａ，３１２ｂ，３
１２ｄの出口温度を測定し、この計測値に基いてコント
ローラ３２０で過冷却部の進行程度、つまり排熱量の変
動を判定し、この判定結果に基いて各遮断弁３２３ａ〜
３２３ｄを前記関係に制御しているのである。したがっ
て、排熱量が変化してもアキュムレータによる圧力制御
が可能となり、安定して温度制御を行うことができる。

【００６４】なお、遮断弁３２３ａを出口配管３１６ａ
側に、遮断弁３２３ｂを出口配管３１６ｂ側に取り付け
ることもできる。また、遮断弁３２３ａを出口配管３１
６ａとバイパス管３２２の合流点と熱交換部３１１ｂの
出口との間に取付けることにより、遮断弁３２３ｃの役
割を合わせ持たせることもできる。図６は、図５の如く
構成された放熱装置４０１を最大設計排熱量５ｋＷとし
た場合の各排熱量における凝縮部の占有比率を計算した
結果が示されている。

【００６５】ここでは、放熱板３１８ａ〜３１８ｄの総
面積を、図１９の計算で用いた従来例の場合と等しくし
てある。この計算結果から明らかなように、排熱量１ｋ
Ｗ以下まで、排熱量に対する凝縮部の変化が確認でき
る。また、蒸発温度３５℃と蒸発温度４５℃の２つの結
果を比較すると、同一の排熱量における２つの蒸発温度
に対する凝縮部の占有比率の差が、排熱量１ｋＷ以下ま
ではっきりと確認できる。このことは、アキュムレータ
によってループ内の流体Ｌの充填量を調整する際に、従
来のような微妙な調整を強いられることなく、排熱量１
ｋＷ以下まで蒸発温度の制御が容易に可能となることを
示している。

【００６６】図７には変形例に係る放熱装置４０１ａが
示されている。なお、この図では、図５と同一機能部分
に同一符号が付されている。したがって、重複する部分
の詳しい説明は省略する。

【００６７】この放熱装置４０１ａは、実質的に分割さ
れた６つの放熱器５０３ａ〜５０３ｆを備えている。各
放熱器５０３ａ〜５０３ｆは、それぞれ熱交換部３１１
ａ〜３１１ｆを有しており、これら各熱交換部３１１ａ
〜３１１ｆ内には熱交換流路３１２ａ〜３１２ｆが設け
られている。また、各熱交換部３１１ａ〜３１１ｆには
連結部材３１７ａ〜３１７ｆを介して放熱板３１８ａ〜
３１８ｆが接合されている。放熱板３１８ａ〜３１８ｆ
の面積比（３１８ａ：３１８ｂ：３１８ｃ：３１８ｄ：
３１８ｅ：３１８ｆ）は２：４：３：３：４：２として
ある。一方、前述した蒸気配管に通じる配管３１４は、
入口配管３１４ａ〜３１４ｃに分岐されている。

【００６８】入口配管３１４ａは、遮断弁３２３ａ、放
熱器５０３ａにおける熱交換流路３１２ａ、接続配管３
２１ａ、放熱器５０３ｂにおける熱交換流路３１２ｂ、
出口配管３１６ａを直列に介して配管３１６に接続され
ている。入口配管３１４ｂは、遮断弁３２３ｂ、放熱器
５０３ｃにおける熱交換流路３１２ｃ、接続配管３２１
ｂ、放熱器５０３ｄにおける熱交換流路３１２ｄ、出口
配管３１６ｂを直列に介して配管３１６に接続されてい
る。また入口配管３１４ｃは、遮断弁３２３ｃ、放熱器
５０３ｅにおける熱交換流路３１２ｅ、接続配管３２１
ｃ、放熱器５０３ｆにおける熱交換流路３１２ｆ、出口
配管３１６ｃを直列に介して前述した液配管に通じる配
管３１６に接続されている。

【００６９】そして、出口配管３１６ａ，３１６ｂ，３
１６ｃには、これらの内部を通流する流体Ｌの温度を検
出する温度センサ３２５ａ，３２５ｂ，３２５ｃが設け
てあり、これら温度センサ３２５ａ，３２５ｂ，３２５
ｃの出力はコントローラ３２０ａに導入されている。

【００７０】コントローラ３２０ａは、計測された温度
から過冷却の進行度、つまり排熱量の変動を判定し、こ
の判定結果に基いて遮断弁３２３ａ，３２３ｂ，３２３
ｃを次のように開閉制御する。すなわち、遮断弁３２３
ａ，３２３ｂ，３２３ｃの全てが開の条件において、上
流側に位置している熱交換流路３１２ａ，３１２ｃ，３
１２ｅのほとんどが過冷却部で占められたと判定された
時点で遮断弁３２３ａを閉に制御する。この状態でさら
に放熱量が減少し、上流側に位置している熱交換流路３
１２ｃ，３１２ｅのほとんどが過冷却部で占められたと
判定された時点で、遮断弁３２３ｂを閉に、遮断弁３２
３ａを開に制御する。このとき遮断弁３２３ｃは開に保
持されているので、流体Ｌは遮断弁３２３ａ，３２３ｃ
だけを通流する。さらに放熱量が低下し、上流側に位置
している熱交換流路３１２ａ，３１２ｅのほとんどが過
冷却部で占められたと判定された時点で遮断弁３２３ａ
だけを閉に制御する。そして、さらに放熱量が低下し、
上流側に位置している熱交換流路３１２ｅのほとんどが
過冷却部で占められたと判定された時点で遮断弁３２３
ｃを閉じ、代わりに遮断弁３２３ａを開に制御する。上
述した動作は放熱量が徐々に減少する場合の動作である
が、放熱量が徐々に増加する場合には、上記とは逆の順
序を行うようにしている。図８には図７の如く構成され
た放熱装置４０１ａを最大設計排熱量５ｋＷとした場合
の各排熱量における凝縮部の占有比率を計算した結果が
示されている。

【００７１】ここでは、放熱板３１８ａ〜３１８ｆの総
面積を、図１９の計算に用いた従来例の場合と等しくし
ている。この計算結果から明らかなように、排熱量１ｋ
Ｗ以下まで、排熱量に対する凝縮部の変化が確認でき
る。また、蒸発温度３５℃と蒸発温度４５℃の２つの結
果を比較すると、同一の排熱量における２つの蒸発温度
に対する凝縮部の占有比率の差が、排熱量１ｋＷ以下ま
ではっきりと確認できる。このことはアキュムレータに
よってループ内の流体Ｌの充填量を調整する際に、従来
のような微妙な調整を強いられることなく、排熱量１ｋ
Ｗ以下まで蒸発温度の制御が容易に可能となることを示
している。また、この例の場合には熱交換部の数や入口
配管の分岐数が増えているので、バイパス管がなくとも
十分な性能が得られる。

【００７２】図９にはさらに異なる変形例に係る放熱装
置４０１ｂが示されている。なお、この図では、図５と
同一機能部分に同一符号が付されている。したがって、
重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００７３】この放熱装置４０１ｂは、実質的に１０個
に分割された放熱器６０３ａ〜６０３ｊを備えている。
各放熱器６０３ａ〜６０３ｊはそれぞれ熱交換部３１１
ａ〜３１１ｊを有しており、これら各熱交換部３１１ａ
〜３１１ｊ内には熱交換流路３１２ａ〜３１２ｊが設け
られている。また各熱交換部３１１ａ〜３１１ｊには連
結部材３１７ａ〜３１７ｊを介して放熱板３１８ａ〜３
１８ｊが接合されている。

【００７４】この例の場合、各放熱板の面積比（３１８
ａ：３１８ｂ：３１８ｃ：３１８ｄ：３１８ｅ：３１８
ｆ：３１８ｇ：３１８ｈ：３１８ｊ）は２：１８：３：
１７：５：１５：９：１１：１３：７に設定されてい
る。一方、前述した蒸気配管に接続される配管３１４は
４つの入口配管３１４ａ〜３１４ｅに分岐されている。

【００７５】入口配管３１４ａは、放熱器６０３ａにお
ける熱交換流路３１２ａ、接続配管３２１ａ、放熱器６
０３ｂにおける熱交換流路３１２ｂ、出口配管３１６ａ
を直列に介して前述した液配管に通じる配管３１６に接
続されている。入口配管３１４ｂは、放熱器６０３ｃに
おける熱交換流路３１２ｃ、接続配管３２１ｂ、放熱器
６０３ｄにおける熱交換流路３１２ｄ、出口配管３１６
ｂを直列に介して配管３１６に接続されている。入口配
管３１４ｃは、放熱器６０３ｅにおける熱交換流路３１
２ｅ、接続配管３２１ｃ、放熱器６０３ｆにおける熱交
換流路３１２ｆ、出口配管３１６ｃを直列に介して配管
３１６に接続されている。入口配管３１４ｄは、放熱器
６０３ｇにおける熱交換流路３１２ｇ、接続配管３２１
ｄ、放熱器６０３ｈにおける熱交換流路３１２ｈ、出口
配管３１６ｄを直列に介して配管３１６に接続されてい
る。また入口配管３１４ｅは、放熱器６０３ｉにおける
熱交換流路３１２ｉ、接続配管３２１ｅ、放熱器６０３
ｊにおける熱交換流路３１２ｊ、出口配管３１６ｅを直
列に介して配管３１６に接続されている。この例の場
合、配管３１４を通して流入した流体Ｌは、入口配管３
１４ａ〜３１４ｅにほぼ五等分される。

【００７６】ここで直列に接続された２つの熱交換部３
１１ａと３１１ｂに注目すると、配管３１４に近い熱交
換流路３１２ａ内の全体が凝縮部となり、また配管３１
６に近い熱交換流路３１２ｂ内の全体が過冷却部となる
排熱量Ｑｃ₁が存在する。同様に他の４つの流路におい
てもＱｃ₂，Ｑｃ₃，Ｑｃ₄，Ｑｃ₅が存在する。

【００７７】このような排熱量は放熱板の面積比からＱ
ｃ₁＜Ｑｃ₂＜Ｑｃ₃＜Ｑｃ₄＜Ｑｃ₅という関係にあ
る。したがって、Ｑｃ₅よりもやや大きい排熱量では、
熱交換流路３１２ｊ内はほとんど過冷却部に占有される
が、他の熱交換流路内には十分に凝縮部が残る。また、
Ｑｃ₄よりもやや大きい排熱量では、熱交換流路３１２
ｊ、３１２ｈ内はほとんど過冷却部に占有されるが、他
の熱交換流路内には十分に凝縮部が残ることになる。し
たがって、排熱量がＱｃ₁よりも小さくなるまで、いず
れかの熱交換流路内に十分に凝縮部が残ることになる。
このように、この放熱装置４０１ｂにおいても、排熱量
が低下したときに、いずれかの熱交換流路内にある程度
の凝縮部を確保することができる。図１０は図９の如く
構成された放熱装置４０１ｂを最大設計排熱量５ｋＷと
した場合の各排熱量における凝縮部の占有比率を計算し
た結果が示されている。

【００７８】ここでは、放熱板３１８ａ〜３１８ｊの総
面積を、図１９の計算に用いた従来例の場合と等しくし
てある。この計算結果から明らかなように、排熱量１ｋ
Ｗ以下まで、排熱量に対する凝縮部の変化が確認でき
る。また、蒸発温度３５℃と蒸発温度４５℃の２つの結
果を比較すると、同一の排熱量における、２つの蒸発温
度に対する凝縮部の占有比率の差が、排熱量１ｋＷ以下
まではっきりと確認できる。このことは、アキュムレー
タによってループ内の流体Ｌの充填量を調整する際に、
従来のような微妙な調整を強いられることなく、排熱量
１ｋＷ以下まで蒸発温度の制御が容易に可能となること
を示している。

【００７９】なお、この例の場合には、熱交換部の数や
入口配管の分岐数が増えているので、遮断弁やバイパス
管を設けなくとも十分な性能が得られる。したがって、
図５、図７に示した例に比べ、構成がやや複雑になる
が、運用は容易になるという特徴をも有している。

【００８０】図１１にはさらに別の変形例に係る放熱装
置４０１ｃが示されている。なお、この図では、図５と
同一機能部分に同一符号が付されている。したがって、
重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００８１】この放熱装置４０１ｃは３個に分割された
放熱器７０３ａ〜７０３ｃを備えている。各放熱器７０
３ａ〜７０３ｃはそれぞれ熱交換部３１１ａ〜３１１ｃ
を有しており、これら各熱交換部３１１ａ〜３１１ｃは
熱交換流路３１２ａ〜３１２ｃを備えている。また各熱
交換部３１１ａ〜３１１ｃには連結部材３１７ａ〜３１
７ｃを介して放熱板３１８ａ〜３１８ｃが接合されてい
る。この例において、各放熱板３１８ａ〜３１８ｃの面
積は等しく設定されている。一方、前述した蒸気配管に
接続される配管３１４は入口配管３１４ａ〜３１４ｃに
よって３つに分岐されている。

【００８２】入口配管３１４ａは、放熱器７０３ａの熱
交換流路３１２ａ、出口配管３１６ａを直列に介して前
述した液配管に通じる配管３１６に接続され、また入口
配管３１４ｂは遮断弁３２３ａ、放熱器７０３ｂの熱交
換流路３１２ｂ、出口配管３１６ｂを直列に介して配管
３１６に接続されている。同様に、入口配管３１４ｃ
は、遮断弁３２３ｂ、放熱器７０３ｃの熱交換流路３１
２ｃ、出口配管３１６ｃを直列に介して配管３１６に接
続されている。そして、各出口配管３１６ａ，３１６
ｂ，３１６ｃには、これらの内部を通流する流体Ｌの温
度を検出するための温度センサ３２５ａ，３２５ｂ，３
２５ｃが設けられている。

【００８３】温度センサ３２５ａ，３２５ｂ，３２５ｃ
の出力はそれぞれコントローラ３２０ｂに導入される。
コントローラ３２０ｂは、温度センサ３２５ａ，３２５
ｂ，３２５ｃの出力レベルに対応させて各遮断弁３２３
ａ，３２３ｂを後述する関係に開閉制御するように構成
されている。上記のように構成された放熱装置４０１ｃ
は次のように動作する。

【００８４】まず、排熱量が設計最大値に近い状態で
は、遮断弁３２３ａ，３２３ｂが開に制御され、この結
果、配管３１４を介して流入した流体Ｌは、熱交換流路
３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃにほぼ三等分して流れ
る。

【００８５】排熱量が低下すると、熱交換流路３１２ａ
〜３１２ｃ内での凝縮部の占有比率が小さくなる。この
占有比率の減少は温度センサ３２５ａ〜３２５ｃによっ
て検出される。コントローラ３２０ｂは遮断弁３２３ｂ
を閉鎖して、放熱器７０３ｃを切り離す。この結果、熱
交換流路３１２ａ，３１２ｂ内での凝縮部の占有比率が
拡大する。さらに、排熱量が低下すると、熱交換流路３
１２ａ，３１２ｂ内での凝縮部の占有比率が小さくな
る。そこで、コントローラ３２０ｂは遮断弁３２３ｂに
加えて遮断弁３２３ａも閉鎖して、放熱器７０３ｃ，７
０３ｂを切り離す。この結果、残りの熱交換流路３１２
ａ内での凝縮部の占有比率が拡大する。したがって、こ
の例においても、排熱量の変化に対応させてアキュムレ
ータによる圧力制御が可能となり、温度制御を安定に行
うことができる。図１２は図１１の如く構成された放熱
装置４０１ｃを最大設計排熱量５ｋＷとした場合の各排
熱量における凝縮部の占有比率を計算した結果が示され
ている。

【００８６】ここでは、放熱板３１８ａ〜３１８ｃの総
面積を、図１９の計算に用いた従来例の場合と等しくし
てある。この計算結果から明らかなように、排熱量１ｋ
Ｗ以下まで、排熱量に対する凝縮部の変化が確認でき
る。また、蒸発温度３５℃と蒸発温度４５℃の２つの結
果を比較すると、同一の排熱量における、２つの蒸発温
度に対する凝縮部の占有比率の差が、排熱量１ｋＷ以下
まではっきりと確認できる。このことは、アキュムレー
タによってループ内の流体Ｌの充填量を調整する際に、
従来のような微妙な調整を強いられることなく、排熱量
１ｋＷ以下まで蒸発温度の制御が容易に可能となること
を示している。

【００８７】図１３にはさらに異なる変形例に係る放熱
装置４０１ｄが示されている。なお、この図では、図５
と同一機能部分に同一符号が付されている。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００８８】この放熱装置４０１ｄでは、実質的に分割
された５つの放熱器８０３ａ〜８０３ｅを備えている。
各放熱器８０３ａ〜８０３ｅは、それぞれ熱交換部３１
１ａ〜３１１ｅを有しており、これら熱交換部３１１ａ
〜３１１ｅは熱交換流路３１２ａ〜３１２ｅを備えてい
る。また各熱交換部３１１ａ〜３１１ｅには連結部材３
１７ａ〜３１７ｅを介して放熱板３１８ａ〜３１８ｅが
接合されている。各放熱板の面積比は１：２：２：２：
１に設定されている。

【００８９】一方、前述した蒸気配管に接続される配管
３１４は、放熱器８０３ａの熱交換流路３１２ａ、接続
管３２１ａ、遮断弁３２３ａ、放熱器８０３ｂの熱交換
流路３１２ｂ、接続管３２１ｂ、遮断弁３２３ｂ、放熱
器８０３ｃの熱交換流路３１２ｃ、接続管３２１ｃ、遮
断弁３２３ｃ、放熱器８０３ｄの熱交換流路３１２ｄ、
接続管３２１ｄ、遮断弁３２３ｄ、放熱器８０３ｅの熱
交換流路３１２ｅを直列に介して前述した液配管に接続
される配管３１６に接続されている。

【００９０】熱交換流路３１２ａ〜３１２ｄの出口は、
それぞれ遮断弁３２４ａ〜３２４ｄを介してバイパス管
３２２に通じており、このバイパス管３２２は配管３１
６に通じている。

【００９１】各熱交換流路３１２ａ〜３１２ｅの出口に
は、これらの出口を通流する流体Ｌの温度を検出するた
めの温度センサ３２５ａ〜３２５ｅが設けられている。
そして、これら温度センサ３２５ａ〜３２５ｅの出力は
コントローラ３２０ｃに導入される。

【００９２】コントローラ３２０ｃは、温度センサ３２
５ａ〜３２５ｅの出力レベルに対応させて各遮断弁３２
３ａ〜３２３ｄ，３２４ａ〜３２４ｄを後述する関係に
開閉制御するように構成されている。このように構成さ
れた放熱装置４０１ｄは次のように動作する。

【００９３】まず、排熱量が設計最大値に近い状態で
は、コントローラ３２０ｃによって遮断弁３２４ａ〜３
２４ｄが閉鎖され、３２３ａ〜３２３ｄが開放される。
この結果、配管３１４に供給される流体Ｌは、熱交換流
路３１２ａ〜３１２ｅを順次経由して配管３１６へと流
れる。

【００９４】排熱量が設計最大値に近い状態では、熱交
換流路３１２ａ〜３１２ｄ内はすべて凝縮部となり、熱
交換流路３１２ｅ内の一部が過冷却部となる。排熱量が
低下するにしたがい、熱交換流路３１２ｅ内の全体が過
冷却部となり、以下、熱交換流路３１２ｄ，３１２ｃ，
３１２ｂの順に過冷却部に占有される。

【００９５】そこで、排熱量が減少したときコントロー
ラ３２０ｃは、次のような制御を行う。温度センサ３２
５ｅの出力レベルから熱交換流路３１２ｄ内の凝縮部の
占有比率が十分に小さくなったこと、つまり熱交換流路
３１２ｄ内が過冷却部で占められたことを検出し、この
検出結果に基いて遮断弁３２３ｄを閉鎖し、遮断弁３２
４ｄを開放する。この制御によって、流体Ｌが熱交換流
路３１２ｅの替わりにバイパス管３２２を流れる。この
結果、放熱器８０３ｅが放熱装置４０１ｄから切り離さ
れ、放熱板３１８ｄの温度が上昇して熱交換流路３１２
ｄ内の凝縮部が拡大する。

【００９６】さらに排熱量が低下すると、熱交換流路３
１２ｄ内が過冷却部で占められ、続いて熱交換流路３１
２ｃ内も過冷却部で占められる。この現象は温度センサ
３２５ｄ，３２５ｃの出力によって検出される。コント
ローラ３２０ｃは、遮断弁３２３ｃを閉鎖し、遮断弁３
２４ｃを開放する。この結果、放熱器８０３ｄ、８０３
ｅが放熱装置４０１ｄから切り離され、放熱板３１８ｃ
の温度が上昇して熱交換流路３１２ｃ内の凝縮部が拡大
する。以下、同様の動作を行う。

【００９７】図１４には図１３の如く構成された放熱装
置４０１ｄを最大設計排熱量５ｋＷとした場合の各排熱
量における凝縮部の占有比率を計算した結果が示されて
いる。

【００９８】ここでは、放熱板３１８ａ〜３１８ｅの総
面積を、図１９の計算に用いた従来例の場合と等しくし
てある。この計算結果から明らかなように、排熱量１ｋ
Ｗ以下まで、排熱量に対する凝縮部の変化が確認でき
る。また、蒸発温度３５℃と蒸発温度４５℃の２つの結
果を比較すると、同一の排熱量における、２つの蒸発温
度に対する凝縮部の占有比率の差が、排熱量１ｋＷ以下
まではっきりと確認できる。このことは、アキュムレー
タによってループ内の流体Ｌの充填量を調整する際に、
従来のような微妙な調整を強いられることなく、排熱量
１ｋＷ以下まで蒸発温度の制御が容易に可能となること
を示している。

【００９９】なお、本発明は前記各例に限定されるもの
ではない。すなわち、上述した例では、温度センサの出
力に基いて遮断弁を開閉制御しているが、排熱量の大小
によって開閉制御するようにしてもよい。また、熱交換
部の数、放熱板の面積比、遮断弁の位置や数、バイパス
管の有無等は放熱装置の最大排熱能力や必要な制御特性
に応じて変更してもよい。さらに、本発明は、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿
論である。

【０１００】

【発明の効果】本発明によれば、アキュムレータを使っ
て被冷却物の温度を安定に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る二相流体ループ式排熱装
置に組込まれたコールドプレートの斜視図で、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た
断面図。

【図２】（ａ）は変形例に係るコールドプレートの斜視
図で、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿って切断し
矢印方向に見た断面図。

【図３】別の変形例に係るコールドプレートの斜視図。

【図４】（ａ）はさらに別の変形例に係るコールドプレ
ートの斜視図で、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿
って切断し矢印方向に見た断面図で、（ｃ）は（ａ）に
おけるＤ−Ｄ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図。

【図５】本発明に係る二相流体ループ式排熱装置に組込
まれた放熱装置の構成図。

【図６】同放熱装置の排熱量に対する凝縮部の占有比率
の変化を示す図。

【図７】変形例に係る放熱装置の構成図。

【図８】同放熱装置の排熱量に対する凝縮部の占有比率
の変化を示す図。

【図９】別の変形例に係る放熱装置の構成図。

【図１０】同放熱装置の排熱量に対する凝縮部の占有比
率の変化を示す図。

【図１１】さらに別の変形例に係る放熱装置の構成図。

【図１２】同放熱装置の排熱量に対する凝縮部の占有比
率の変化を示す図。

【図１３】さらに異なる変形例に係る放熱装置の構成
図。

【図１４】同放熱装置の排熱量に対する凝縮部の占有比
率の変化を示す図。

【図１５】二相流体ループ式排熱装置の概略図。

【図１６】（ａ）は同装置に組込まれた従来のコールド
プレートの斜視図で、（ｂ）は（ａ）おけるＥ−Ｅ線に
沿って切断し矢印方向に見た断面図。

【図１７】（ａ）は従来の別のコールドプレートの斜視
図で、（ｂ）は（ａ）おけるＦ−Ｆ線に沿って切断し矢
印方向に見た断面図。

【図１８】二相流体ループ式排熱装置に組込まれた従来
の放熱装置の構成図。

【図１９】同放熱装置の排熱量に対する凝縮部の占有比
率の変化を示す図。

【符号の説明】

２１１，２１１ａ…受熱部２１２，２１２
ａ，…熱交換部２１７…多孔質体２１８…蒸発管２２１，２２１ａ，２２１ｂ…ヒートパイプ２２５…管体２２６…ウィック２３０…凝縮部２３１…液配管２３２…蒸発部２３３…蒸気配
管、２３４…多孔質体２３５…蒸気流
路、２３６…液流路３０１，３０１ａ〜３０１ｃ…コールドプレート、３１１ａ〜３１１ｈ…熱交換部３１２ａ〜３１２
ｈ…熱交換流路３１４ａ〜３１４ｅ…入口配管３１６ａ〜３１６
ｅ…出口配管３１７ａ〜３１７ｈ…連結部材３１８ａ〜３１８
ｈ…放熱板３２０，３２０ａ〜３２０ｃ…コントローラ３２１ａ〜３２１ｅ…接続配管３２２…バイパス
管３２３ａ〜３２１ｄ，３２４ａ〜３２４ｄ…遮断弁３２５ａ〜３２５ｅ…温度センサ４０１，４０１ａ〜４０１ｅ…放熱装置４０３ａ〜４０３ｄ，５０３ａ〜５０３ｆ，６０３ａ〜
６０３ｊ，７０３ａ〜７０３ｃ，８０３ａ〜８０３ｅ…
放熱器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被冷却物に熱的に接続して設けられるとと
もに内部に熱交換流路を備えたコールドプレートと、放
熱装置と、この放熱装置と前記コールドプレートとを閉
ループに接続する手段と、前記閉ループ内に封入された
流体と、この流体を前記コールドプレートに導いて蒸発
させた後に前記放熱装置に導いて凝縮液化させて再び上
記コールドプレートに導く循環力供給手段と、前記閉ル
ープ内の圧力を調整して前記コールドプレート内での前
記流体の蒸発温度を制御するアキュムレータとを備えて
なる二相流体ループ式排熱装置において、前記コールドプレートは、前記被冷却物に熱的に接続さ
れる受熱部と、この受熱部で吸収した熱を前記流体に伝
える熱交換部と、この熱交換部と前記受熱部との間に介
挿されたヒートパイプとを具備してなることを特徴とす
る二相流体ループ式排熱装置。
【請求項２】被冷却物に熱的に接続して設けられるとと
もに内部に熱交換流路を備えたコールドプレートと、放
熱装置と、この放熱装置と前記コールドプレートとを閉
ループに接続する手段と、前記閉ループ内に封入された
流体と、この流体を前記コールドプレートに導いて蒸発
させた後に前記放熱装置に導いて凝縮液化させて再び上
記コールドプレートに導く循環力供給手段と、前記閉ル
ープ内の圧力を調整して前記コールドプレート内での前
記流体の蒸発温度を制御するアキュムレータとを備えて
なる二相流体ループ式排熱装置において、前記放熱装置は、前記流体が通流する熱交換部および上
記熱交換部に熱的に接続された放熱板からなる実質的に
分割された複数の放熱器と、これら放熱器の前記熱交換
部を介して前記流体を複数の経路で通流させる流路手段
とを具備してなることを特徴とする二相流体ループ式排
熱装置。
【請求項３】前記流路手段は、前記各放熱器での放熱量
の変化を検出する手段と、この手段で得られた情報に基
いて前記流体の通流経路を切換える切換手段とを具備し
てなることを特徴とする請求項２に記載の二相流体ルー
プ式排熱装置。
【請求項４】前記放熱器での放熱量の変化を検出する手
段は、前記各放熱器における前記熱交換部の出口流体温
度に基いて判定していることを特徴とする請求項３に記
載の二相流体ループ式排熱装置。
【請求項５】前記各放熱器は、前記放熱板の放熱面積が
不揃いであることを特徴とする請求項２、３または４に
記載の二相流体ループ式排熱装置。