JP3552395B2 - Loop heat pipe - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、宇宙用・工業用・家庭用の熱輸送装置として用いられるループヒートパイプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10は従来のループヒートパイプの断面図を示す図である。図11は図10の蒸発器の断面を示す図である。図において、1はウイック、蒸発器容器、蒸気流路、液管、液環、上部リザーバ、下部リザーバから構成される蒸発器、2は凝縮環、凝縮器容器から構成される凝縮器、3は印加される熱の流れを示す矢印、4はウイック、5は蒸発器容器、6は蒸発した作動流体の蒸気、7は蒸気流路、8は蒸気管、9は作動流体の蒸気の流れを示す矢印、10は凝縮環、11はループヒートパイプから流出する熱の流れを示す矢印、12は凝縮器容器、13は凝縮した作動流体の液、14は液管、15は液環、16は上部リザーバ、17は下部リザーバである。
【0003】
上記のように構成された従来のループヒートパイプの動作原理について説明する。熱の流れを示す矢印3に示された蒸発器1に印加された熱は、蒸発器容器5に伝わり、ウイック4と蒸発器容器5の接合部で作動流体の液13に伝達され作動流体が蒸発する。作動流体の蒸気6はウイック4、蒸気流路7、蒸気管8を通り凝縮環10の流れ込む、凝縮環10に流入した蒸気6は凝縮器容器12に熱を伝達することにより凝縮し液13となる。凝縮した液13は液管14を通り、蒸発器1に戻る。蒸発器1に戻った液13は液環15、上部リザーバ16、下部リザーバ17に溜まる。液13は、液環15からウイック4の毛細管力によりウイック4と蒸発器容器5との接合部に運ばれる。
【0004】
上記のサイクルを繰り返すことにより熱を蒸発器1から凝縮器2に輸送する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のループヒートパイプでは、熱流束が大きくなり蒸発器容器5とウイック4との接触面近傍からの蒸発量だけでは熱が奪いきれなくなると、ウイック4の液環15側の表面からも沸騰が起こる。地上では重力の影響により蒸気は上部リザーバ16あるいは下部リザーバ17に移動するが、ループヒートパイプを人工衛星に使用した場合、宇宙では無重力環境下であるため蒸発した作動流体である蒸気6がウイック4の表面を覆うと液13はウイック内に流入できず、動作しなくなるという課題があった。
【0006】
また、ウイック4と蒸発器容器5の接触部で蒸発した蒸気6はウイック4内を周方向に流れ、蒸気流路7に輸送される。ウイック厚さは構造強度、周方向及び半径方向の熱コンダクタンスにより決まるが、毛細管半径が小さいため圧力損失が大きく熱流束が大きくなると熱輸送能力が低下するという課題があった。
【0007】
さらに、液13は液環15からウイック4を通り、ウイック4と蒸発器管壁5の接触部に輸送されるが、上記同様毛細管半径が小さいため圧力損失が大きく、熱流束が大きくなると熱輸送能力が低下するという課題があった。
【0008】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、重力の有無、熱流束の大小に拠らず動作するループヒートパイプを得ることを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明のループヒートパイプは、ウイックの蒸気流路部分に凹部を設けたものである。
【0011】
この発明のループヒートパイプは、ウイックの液環側でかつ蒸発器容器との接合部の隣に凹部を設けたものである。
【0012】
また、この発明のループヒートパイプは、液管に仕切り壁を設け、さらにウイックの蒸気流路部分に凹部を設けたものである。
【0013】
この発明のループヒートパイプは、液管に仕切り壁を設け、さらにウイックの液環側でかつ蒸発器容器との接合部の隣に凹部を設けたものである。
【0014】
また、この発明のループヒートパイプは、ウイックの蒸気流路部分とウイックの液環側でかつ蒸発器容器と接合部の隣のそれぞれに凹部を設けたものである。
【0015】
この発明のループヒートパイプは、液管に仕切り壁を設けると同時に、ウイックの蒸気流路部分とウイックの液環側でかつ蒸発器容器との接合部の隣のそれぞれに凹部を設けたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1を示すループヒートパイプの断面を示す図である。図2及び図3は実施の形態1を示す蒸発器の断面を示す図である。1〜17は上記従来のループヒートパイプと同一である。18は液管14に取り付けた仕切り壁である。
【0017】
図1、図2に示したループヒートパイプでは、ウイック4と同等またはそれ以下の熱伝導率の小さい材質、例えばセラミック、チタン、ステンレス等でできた液管14に放射状に取り付けられた仕切り壁18が液環15内の液13から熱を奪うため、液環15内の液13を過冷却することができる。これによりウイック4の液環15側の表面から沸騰が起こらず、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気6がウイック4の表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力が低下しない。仕切り壁18が液管14と一体でも一体でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【0018】
図3は液管14に設けられた仕切り壁18をウイック4にも接合することで、ウイック4の温度を図2よりも下げることができる。これによりウイック4及び液環15内の液13の温度を過冷却することができ、図2と同様熱流束が大きくても正常に動作することができ、熱輸送能力が低下しない。仕切り壁18がウイック4または液管14と一体でも一体でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【0019】
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。19はウイック4の蒸気流路7の部分に設けられた凹部である。この凹の切り欠きにより作動流体が蒸発するウイック4と蒸発器容器5の接合部と蒸気流路7との距離が短くなり、ここでの圧力損失が小さくなる。また、蒸気流路7の断面積が大きくなり、圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができる。図では凹部を三角形を示したが、三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【0020】
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。20はウイック4の液環15側でかつ蒸発器容器5との接合部の隣に設けられた凹部である。この凹の切り欠きにより液環15から作動流体が蒸発するウイック4と蒸発器容器5との接合部までの距離が短くなり、ここでの圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができる。図では凹部を三角形を示したが、三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【0021】
実施の形態4.
図6はこの発明の実施の形態4を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。液管14に仕切り壁18を取り付けると同時にウイック4の蒸気流路7の部分に凹部を設ける。これにより無重力環境下である宇宙で熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力の向上が可能となる。また、作動流体が蒸発するウイック4から蒸発器容器5の接合部と蒸気流路7との間及び蒸気流路7での圧力損失が小さくなり、熱輸送能力を向上させることができる。図では仕切り壁18がウイック4に接合されておらず、凹部が三角形の例を示したが、仕切り壁18がウイック4に接合していても、凹部が三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【0022】
実施の形態5.
図7はこの発明の実施の形態5を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。液管14に仕切り壁18を取り付けると同時にウイック4の液環15側でかつ蒸発器容器5との接合部の隣にそれぞれ凹部を設ける。これにより無重力環境下である宇宙で熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力の向上が可能となる。また、液環15から作動流体が蒸発するウイック4と蒸発器容器5との間の圧力損失が小さくなり、熱輸送能力を向上させることができる。図では仕切り壁18がウイック4に接合されておらず、凹部が三角形の例を示したが、仕切り壁18がウイック4に接合していても、凹部が三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【0023】
実施の形態6.
図8はこの発明の実施の形態6を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。ウイック4の蒸気流路7の部分及びウイック4の液環15側でかつ蒸発器容器5との接合部の隣にそれぞれ凹部を設けることにより、作動流体が蒸発するウイック4と蒸発器容器5の接合部から蒸気流路7までの距離及び液環15から作動流体が蒸発するウイック4と蒸発器容器5との接合部までの距離がともに短くなり圧力損失が小さくなる。また、蒸気流路7の断面積が大きくなり、ここでの圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができる。図では凹部を三角形を示したが、三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【0024】
実施の形態7.
図9はこの発明の実施の形態7を示すループヒートパイプの蒸発器の断面を示す図である。液管14に仕切り壁18を取り付け、ウイック4の蒸気流路7の部分に凹部を設ける。さらに、ウイック4の液環15側でかつ蒸発器容器5との接合部の隣にそれぞれ凹部を設ける。これにより無重力環境下である宇宙で熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力の向上が可能となる。同時に作動流体が蒸発するウイック4から蒸発器容器5の接合部と蒸気流路7との間及び液環15から作動流体が蒸発するウイック4と蒸発器容器5との接合部との間の圧力損失がともに小さくなる。また、蒸気流路7の断面積が大きくなり、ここでの圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができる。図では仕切り壁18がウイック4に接合されておらず、凹部19、20が三角形の例を示したが、仕切り壁18がウイック4に接合していても、凹部が三角形でなくとも所期の目的を達成し得ることはいうまでもない。
【0025】
【発明の効果】
この発明によれば、ウイック及び液環内の作動流体の液温度が下がり、ウイックの液環側表面から沸騰が起こらない。従って、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気がウイックの表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【0026】
この発明によれば、ウイックと蒸発器容器の接合部から蒸気流路間での圧力損失と蒸気流路での圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【0027】
この発明によれば、液環から作動流体が蒸発するウイックと蒸発器容器との接合部間の圧力損失が小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【0028】
この発明によれば、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気がウイックの表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力を向上させることができるという効果があると同時に、ウイックと蒸発器容器の接合部から蒸気流路間での圧力損失と蒸気流路での圧力損失を小さくすることができ、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【0029】
この発明によれば、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気がウイックの表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力を向上させることができるという効果があると同時に、液環から作動流体が蒸発するウイックと蒸発器容器の接合部間の圧力損失を小さくすることができ、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【0030】
この発明によれば、ウイックと蒸発器容器の接合部から蒸気流路までの圧力損失、蒸気流路での圧力損失及び液環から作動流体が蒸発するウイックと蒸発器容器との接合部までの圧力損失がともに小さくなる。これにより熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【0031】
この発明によれば、無重力環境下である宇宙でも蒸発した作動流体である蒸気がウイックの表面を覆うことがなく、熱流束が大きくても正常に動作し、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。さらに、ウイックと蒸発器容器の接合部から蒸気流路までの圧力損失、蒸気流路での圧力損失及び液環から作動流体が蒸発するウイックと蒸発器容器との接合部までの圧力損失がともに小さくなり、熱輸送能力を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるループヒートパイプの実施の形態1を示す断面図である。
【図2】この発明によるループヒートパイプの実施の形態1を示す蒸発器の断面図である。
【図3】この発明によるループヒートパイプの実施の形態1を示す蒸発器の断面図である。
【図4】この発明によるループヒートパイプの実施の形態2を示す蒸発器の断面図である。
【図5】この発明によるループヒートパイプの実施の形態3を示す蒸発器の断面図である。
【図6】この発明によるループヒートパイプの実施の形態4を示す蒸発器の断面図である。
【図7】この発明によるループヒートパイプの実施の形態5を示す蒸発器の断面図である。
【図8】この発明によるループヒートパイプの実施の形態6を示す蒸発器の断面図である。
【図9】この発明によるループヒートパイプの実施の形態7を示す蒸発器の断面図である。
【図10】従来のループヒートパイプを示す断面図である。
【図11】従来のループヒートパイプの蒸発器を示す断面図である。
【符号の説明】
1 蒸発器、2 凝縮器、3 印加される熱の流れを示す矢印、4 ウイック、5 蒸発器容器、6 作動流体の蒸気、7 蒸気流路、8 蒸気管、9 蒸気の流れを示す矢印、10 凝縮環、11 流出する熱の流れを示す矢印、12 凝縮器容器、13 作動流体の液、14 液管、15 液環、16 上部リザーバ、17 下部リザーバ、18 仕切り壁、19 ウイックの凹部、20 ウイックの凹部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a loop heat pipe used as a heat transport device for space, industry, and home use.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 is a sectional view of a conventional loop heat pipe. FIG. 11 is a diagram showing a cross section of the evaporator of FIG. In the figure, 1 is an evaporator composed of a wick, an evaporator container, a vapor flow path, a liquid pipe, a liquid ring, an upper reservoir and a lower reservoir, 2 is a condensing ring and a condenser composed of a condenser container, and 3 is Arrows indicating the flow of applied heat, 4 indicates a wick, 5 indicates an evaporator container, 6 indicates vapor of the working fluid evaporated, 7 indicates a steam flow path, 8 indicates a steam pipe, and 9 indicates the flow of steam of the working fluid. Arrows, 10 are condensing rings, 11 is an arrow indicating the flow of heat flowing out of the loop heat pipe, 12 is a condenser vessel, 13 is a liquid of the condensed working fluid, 14 is a liquid pipe, 15 is a liquid ring, and 16 is an upper part. The
[0003]
The operation principle of the conventional loop heat pipe configured as described above will be described. The heat applied to the
[0004]
Heat is transported from the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional loop heat pipe as described above, when the heat flux becomes large and the heat cannot be taken away only by the amount of evaporation from the vicinity of the contact surface between the
[0006]
The
[0007]
Further, the
[0008]
The present invention has been made to solve such a problem, and has as its object to obtain a loop heat pipe that operates regardless of the presence or absence of gravity and the magnitude of heat flux.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The loop heat pipe of the present invention has a wick provided with a concave portion in a steam flow path portion.
[0011]
The loop heat pipe of the present invention has a concave portion provided on the liquid ring side of the wick and adjacent to the joint with the evaporator container.
[0012]
Further, in the loop heat pipe of the present invention, a partition wall is provided in the liquid tube, and a concave portion is provided in a vapor flow path portion of the wick.
[0013]
In the loop heat pipe of the present invention, a partition wall is provided in the liquid tube, and a concave portion is provided on the liquid ring side of the wick and adjacent to the joint with the evaporator container.
[0014]
Further, the loop heat pipe of the present invention is provided with a concave portion in each of the vapor flow path portion of the wick and the liquid ring side of the wick and adjacent to the evaporator container and the joint.
[0015]
The loop heat pipe of the present invention is provided with a partition wall in the liquid pipe, and at the same time, a concave portion is provided in each of the vapor flow path portion of the wick and the liquid ring side of the wick and adjacent to the junction with the evaporator container. is there.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a loop heat pipe according to
[0017]
In the loop heat pipe shown in FIGS. 1 and 2, a
[0018]
FIG. 3 shows that the temperature of the
[0019]
FIG. 4 is a view showing a cross section of an evaporator of a loop heat pipe according to a second embodiment of the present invention.
[0020]
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of an evaporator of a loop heat pipe according to
[0021]
FIG. 6 is a diagram showing a cross section of an evaporator of a loop heat pipe according to a fourth embodiment of the present invention. At the same time as attaching the
[0022]
FIG. 7 is a view showing a cross section of an evaporator of a loop heat pipe according to a fifth embodiment of the present invention. At the same time as the
[0023]
FIG. 8 is a diagram showing a cross section of an evaporator of a loop heat pipe according to a sixth embodiment of the present invention. By providing concave portions on the
[0024]
FIG. 9 is a view showing a cross section of an evaporator of a loop heat pipe according to a seventh embodiment of the present invention. A
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, the liquid temperature of the working fluid in the wick and the liquid ring is reduced, and boiling does not occur from the liquid ring side surface of the wick. Therefore, there is an effect that the vapor which is the working fluid evaporated in the space under the zero gravity environment does not cover the surface of the wick, and even if the heat flux is large, it operates normally and the heat transport ability can be improved. .
[0026]
According to the present invention, the pressure loss between the joint between the wick and the evaporator vessel and between the steam flow path and the steam flow path is reduced. This has the effect that the heat transport capability can be improved.
[0027]
According to the present invention, the pressure loss between the joint between the wick where the working fluid evaporates from the liquid ring and the evaporator container is reduced. This has the effect that the heat transport capability can be improved.
[0028]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vapor | steam which is the working fluid evaporated in the space under a zero gravity environment does not cover the surface of a wick, operates normally even if a heat flux is large, and can improve heat transport ability. At the same time, it is possible to reduce the pressure loss between the wick and the evaporator vessel from the joint between the steam flow path and the steam flow path, and to improve the heat transfer capacity. There is.
[0029]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vapor | steam which is the working fluid evaporated in the space under a zero gravity environment does not cover the surface of a wick, operates normally even if a heat flux is large, and can improve heat transport ability. At the same time, the pressure loss between the wick where the working fluid evaporates from the liquid ring and the junction of the evaporator container can be reduced, and the heat transport ability can be improved.
[0030]
According to the present invention, the pressure loss from the junction between the wick and the evaporator vessel to the vapor flow path, the pressure loss in the vapor flow path, and the pressure loss from the liquid ring to the junction between the wick and the evaporator vessel where the working fluid evaporates Both pressure losses are reduced. This has the effect that the heat transport capability can be improved.
[0031]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vapor | steam which is the working fluid which evaporated even in space under a zero-gravity environment does not cover the surface of a wick, it can operate normally even if a heat flux is large, and can improve heat transport ability. This has the effect. Furthermore, the pressure loss from the junction between the wick and the evaporator vessel to the steam flow path, the pressure loss in the steam flow path, and the pressure loss from the liquid ring to the junction between the wick and the evaporator vessel where the working fluid evaporates are all reduced. This has the effect that the heat transfer capacity can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
FIG. 4 is a sectional view of an evaporator showing a second embodiment of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of an evaporator showing a third embodiment of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of an evaporator showing a fourth embodiment of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of an evaporator showing a fifth embodiment of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of an evaporator showing a sixth embodiment of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of an
FIG. 10 is a sectional view showing a conventional loop heat pipe.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a conventional loop heat pipe evaporator.
[Explanation of symbols]
1 evaporator, 2 condenser, 3 arrow indicating heat flow applied, 4 wick, 5 evaporator vessel, 6 steam of working fluid, 7 steam flow path, 8 steam pipe, 9 arrow indicating steam flow, 10 Condenser ring, 11 Arrow indicating the flow of heat flowing out, 12 Condenser container, 13 Liquid of working fluid, 14 liquid pipe, 15 liquid ring, 16 Upper reservoir, 17 Lower reservoir, 18 Partition wall, 19 Recess of wick, 20 Wick recess.
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