JP3591339B2

JP3591339B2 - Loop type heat pipe

Info

Publication number: JP3591339B2
Application number: JP32506098A
Authority: JP
Inventors: 彰矢尾; 哲朗大串; 嘉泰加茂谷; 小林　　孝; 博光増本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-11-16
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2018-11-16
Also published as: JP2000146471A

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型ヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６（ａ）は例えばＵＳＰ４７６５３９６に記載された従来のループ型ヒートパイプの構成を示す図である。図１６（ｂ）は蒸発器の軸方向に垂直な断面を示す図である。図において、１は蒸発器であり、第１のウイック２、内壁面に溝山３を持つ蒸発器容器４、第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３の間に形成された蒸気流路５、液ため６、第１のウイック２に隣接して、液ため６の内部に設けられた第２のウイック７、ウイック２，７の両端部をシールするためのウイック端板８から構成される。９は蒸気管、１０は凝縮器、１１は液管、１２は印加される熱の流れを示す矢印、１３は作動流体で１３ａは作動流体液相、１３ｂは作動流体蒸気相、１４は作動流体１３の蒸気流を示す矢印、１５は凝縮器１０から流出する熱の流れを示す矢印、１６は凝縮した作動流体液相１３ａの流れを示す矢印、１７は蒸発器容器４の溝山３と第１のウイック２の接触部、１８は第１のウイック２の端部を通じて液ため６へ流れる熱リークの流れを示す矢印である。
【０００３】
上記のように構成された従来のループ型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１２に示されるように、蒸発器１に印加された熱は、蒸発器容器４に伝わり、第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３との接触部１７で作動流体液相１３ａに伝達され蒸発する。作動流体蒸気相１３ｂが蒸気流路５、蒸気管９を通り凝縮器１０に流れ込む。凝縮器１０に流入した作動流体蒸気相１３ｂは、凝縮器１０から流出する熱の流れを示す矢印１５に示されるように冷却されて凝縮し、作動流体液相１３ａとなる。凝縮した作動流体液相１３ａは矢印１６に示すように液管１１を通り、蒸発器１に戻る。蒸発器１に戻った作動流体液相１３ａは液ため６に溜まる。液ため６の底部に溜まった作動流体液相１３ａは、図１６（ｂ）中の矢印１６に示すように、第２のウイック７中を周方向に流れ、その後第１のウイック２に浸透する。第１のウイック２の毛細管力により第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３との接触部１７に運ばれ、再び加熱され蒸発する。第１のウイック２は第２のウイック７より気孔径が小さくなっていて、高い毛細管力が発生させ、作動流体を循環させる機能をもち、第２のウイック７は作動流体１３が蒸発器１の周方向へ流れるための毛細管力が発生し、しかも流路抵抗が小さくなるように配慮されている。
【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１０に輸送する。なお、蒸発器１の管径が小さい場合には第２のウイック７がなくても、液ため６中の作動流体液相１３ａは第１のウイック２を周方向に流れるため、同様に動作する。また、第１のウイック２に溝山３をもつ構造についても同様な効果をもつ。
【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型ヒートパイプでは、図１６（ａ）の矢印１８で示すように、蒸発器１へ印加された熱が大きいとその一部がウイック端部から液ため６へ流入し、液ため６中の作動流体液相１３ａは加熱されて蒸発し、その結果液ため６の圧力が上がり、ひいては凝縮器１０で凝縮した作動流体液相１３ａが凝縮器１０から液管１１を通って液ため６に還流できなくなり動作が停止するという課題があった。
【０００６】
また、接触部１７において第１のウイック２と蒸発器容器４の接触力が小さいため熱抵抗が大きく、蒸発器１に熱が印加された際、蒸発器１の管壁と作動流体の温度が大きくなり、蒸発熱伝達が小さくなるという課題もあった。
【０００７】
また、第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３との接触部１７で蒸発した作動流体蒸気相１３ｂは第１のウイック２の端部でのシールが完全でないと、端部を通って液ため６中に漏れることになる。その結果液ため６の圧力が上がり、凝縮器１０で凝縮した作動流体液相１３ａが凝縮器１０から液管１１を通って液ため６に還流できなくなり動作が停止するという課題もあった。
【０００８】
また、蒸発器管断面が円形のため、平板形状である電子発熱部品等の発熱体と蒸発器との伝熱面積を大きくとれなく、熱が効率よく蒸発器に伝導しないという課題もあった。
【０００９】
また、無重力下や重力変化する環境下では、液ため６において作動流体蒸気相１３ｂが作動流体液相１３ａの流れを阻止し、第２のウイック７に作動流体液相１３ａが流れなくなり、動作が停止するという課題もあった。
【００１０】
また、蒸発器１への印加熱量が小さい時に、凝縮器１０での液体が過冷却され許容温度を下回る低温部分ができてしまう課題があった。
【００１１】
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、加熱量の大小に拠らず小さな温度差にて動作するループ型ヒートパイプを得ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明によるループ型ヒートパイプは、蒸発器内ウイックの端部に金属リングを取り付けたものである。
【００１５】
この発明によるループ型ヒートパイプは、第２のウイックの作動流体入口部に邪魔板を設けたものである。
【００２７】
【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を示すループ型ヒートパイプの軸方向に平行な断面を示す図である。１〜７，９，１１〜１４及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。１９は蒸発器容器４の材質より熱伝導の小さくウイック２，７の両端部をシールするための断熱ウイック端板である。ウイック２，７と断熱ウイック端板１９は溶接、ロー付け、溶着、接着、カシメ、ネジ止め等により接合される。蒸発器容器４の材料としては、アルミニウム（熱伝導率２００Ｗ／ｍ２／Ｋ）、銅（熱伝導率３６０Ｗ／ｍ２／Ｋ）等があり、断熱ウイック端板１９の材料としては、ステンレス鋼（熱伝導率２０Ｗ／ｍ２／Ｋ）、チタニウム（熱伝導率１７Ｗ／ｍ２／Ｋ）、フッ素樹脂（熱伝導率０．３Ｗ／ｍ２／Ｋ）、ポリエチレン樹脂（熱伝導率０．３Ｗ／ｍ２／Ｋ）等がある。
【００２８】
動作原理は従来のループ型ヒートパイプと同様である。液ため６中の作動流体は、蒸発器１側面とは第１のウイック２及び第２のウイック７により、蒸発器１端面とは断熱ウイック端板１９により断熱されている。このため、蒸発器容器４から液ため６への熱の流入が小さく、液ため６中の作動流体液相１３ａが加熱されて蒸発することがない。この結果、液ため６の圧力があがらず、ひいては凝縮器１０で凝縮した作動流体液相１３ａが凝縮器１０から液管１１を通って液ため６に還流できなくなり動作が停止するということがなくなる。また、断熱ウイック端板１９がウイック端部のシールも兼ねているため、構造がシンプルになっている。
【００２９】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２を示すループ型ヒートパイプの軸方向に平行な断面を示す図である。１〜９，１１〜１４及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２０は蒸発器容器４の材質より熱伝導の小さく蒸発器１端部をシールするための断熱端板である。蒸発器１の管材と断熱端板２０は溶接、ロー付け、溶着、接着、カシメ、ネジ止め等により接合される。蒸発器容器４の材料としては、アルミニウム（熱伝導率２００Ｗ／ｍ２／Ｋ）、銅（熱伝導率３６０Ｗ／ｍ２／Ｋ）等があり、断熱端板２０の材料としては、ステンレス鋼（熱伝導率２０Ｗ／ｍ２／Ｋ）、チタニウム（熱伝導率１７Ｗ／ｍ２／Ｋ）、フッ素樹脂（熱伝導率０．３Ｗ／ｍ２／Ｋ）、ポリエチレン樹脂（熱伝導率０．３Ｗ／ｍ２／Ｋ）等がある。
【００３０】
液ため６中の作動流体は、蒸発器１側面とは第１のウイック２及び第２のウイック７により断熱され、また、蒸発器１端面は断熱端板２０により加熱源より断熱されているため蒸発器１端面から作動流体１３への加熱は小さい。このため、蒸発器容器４から液ため６への熱の流入が小さく、液ため６中の作動流体液相１３ａが加熱されて蒸発することがない。この結果、液ため６の圧力があがらず、ひいては凝縮器１０で凝縮した作動流体液相１３ａが凝縮器１０から液管１１を通って液ため６に還流できなくなり動作が停止するということがなくなる。また、断熱端板２０が蒸発器１端部のシールも兼ねているため、構造がシンプルになっている。
【００３１】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３を示すループ型ヒートパイプの軸方向に平行な断面を示す図である。１〜９，１１〜１４及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２１は蒸発器容器４を加熱しない非加熱領域、２２は非加熱領域２１の溝山３と第１のウイック２の間のみに設けた隙間である。
【００３２】
非加熱領域２１での液ため中の作動流体は、蒸発器１の側面とは第１のウイック２、第２のウイック７及び隙間２２により断熱されて、また、蒸発器１の端面とは断熱端板２０により加熱源より断熱されているため蒸発器１の端面から作動流体への加熱は小さい。このため、加熱量が大きくても、蒸発器容器４から液ため６への熱の流入が小さく、液ため６中の作動流体液相１３ａが加熱されて蒸発することがない。この結果、液ため６の圧力があがらず、ひいては凝縮器１０で凝縮した作動流体液相１３ａが凝縮器１０から液管１１を通って液ため６に還流できなくなり動作が停止するという欠点がなくなる。
【００３３】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４を示すループ型ヒートパイプの軸方向に垂直な断面を示す図である。２〜４，７，１３ａ及び１６〜１７は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。第１のウイック２はニッケル、ステンレス鋼、チタニウム、アルミニウム等の焼結材にて製作され、接触部１７で蒸発器容器４の溝山３と焼結にて接合されている。
【００３４】
蒸発器１に印加された熱は、蒸発器容器４に伝わり、第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３との接触部１７に伝わり、第１のウイック２中の作動流体液相１３ａに伝達され蒸発が生じる。この熱伝達経路において、熱抵抗が大きくなりやすい接触部１７に焼結での接合を使用しているため熱抵抗をほぼ０にでき、蒸発器管壁と作動流体の温度が小さくすることができる。
【００３５】
実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５を示すループ型ヒートパイプの軸方向に平行な断面を示す図である。１〜９，１１〜１４及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２３は第２のウイック７内に挿入した周方向に変形するばねである。ばね２３は、鋼線等でつくられたコイルばねになっており、挿入後第１のウイックと第２のウイックを周方向に広げるように作用し、第１のウイック２と溝山３の接触部１７での接触圧力を確保している。
【００３６】
蒸発器１に印加された熱は、蒸発器容器４に伝わり、第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３との接触部１７に伝わり、第１のウイック２中の作動流体液相１３ａに伝達され蒸発が生じる。この熱伝達経路において、接触部１７での接触圧力を高くするため周方向に変形するばね２３を使用しているので、接触部１７の熱抵抗が小さくでき、蒸発器管壁と作動流体の温度が小さくすることができる。特に、ウイックがクリープ等の塑性変形を生じる場合も熱抵抗を小さくできる。
【００３７】
実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６を示すループ型ヒートパイプの軸方向に平行な断面を示す図である。１〜９，１１〜１４及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２４は第２のウイック７内に挿入した周方向に変形する形状記憶合金ばねである。形状記憶合金ばね２４は、チタニウム／ニッケル／銅合金等でつくられたコイルばねになっており、加熱量が大きくなり、蒸発器１の温度が高温になり、ばね温度が高くなると、周方向の変形が大きくなり、接触圧力が大きくなる。加熱量が小さくなり、蒸発器１の温度が低温になり、ばね温度が低くなると、周方向の変形が小さくなり、接触圧力が小さくなる。
【００３８】
蒸発器１に印加された熱は、蒸発器容器４に伝わり、第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３との接触部１７に伝わり、第１のウイック２中の作動流体液相１３ａの液に伝達され作動流体が蒸発する。この熱伝達経路において、接触部１７では、形状記憶合金ばね２４により、加熱量が大きい時は接触圧力が高くなるために熱抵抗を小さくなり、加熱量が小さい時は接触圧力が低くなるために熱抵抗を大きくなる。このように、加熱量が変化しても、発熱体をある温度範囲に保つことができる、温度制御機能をもつ。
【００３９】
実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７を示すループ型ヒートパイプの軸方向に垂直な断面を示す図である。２〜４，７，１３ａ及び１６〜１７は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２５は第２のウイック７の軸方向に設けた切り欠きである。第２のウイック７は、第１のウイック２の内径よりも若干大きい外径を有しており、切り欠き２５を設けることにより第１のウイック２に挿入できるようにしてある。切り欠き２５がなくなる状態にて第２のウイック７を第１のウイック２に挿入することにより、第２のウイック７は周方向に広がるように作用し、第１のウイック２と溝山３の接触部１７での接触圧力を確保している。
【００４０】
蒸発器１に印加された熱は、蒸発器容器４に伝わり、第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３との接触部１７に伝わり、第１のウイック２中の作動流体液相１３ａに伝達され蒸発が生じる。この熱伝達経路において、接触部１７での接触圧力を高くするように、切り欠き２５を設けているため接触部１７の熱抵抗が小さくでき、簡単な構造で蒸発器１の管壁と作動流体の温度が小さくすることができる。
【００４１】
実施の形態８．
図８はこの発明の実施の形態８を示すループ型ヒートパイプの軸方向に平行な断面を示す図である。１〜９，１１〜１４及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２６は第１のウイック２の端部のシールを行うシール用ばねで、鋼線等でつくられたコイルばねになっている。
【００４２】
第１のウイック２にフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂等を使用した場合、ウイックがクリープをおこしても、シール用ばね２６を使用すると、ばね構造のため一定の締め付け力にてシールができ、長期間の使用でもシールが確保される。このため、第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３との接触部１７で蒸発した作動流体蒸気相１３ｂは、第１のウイック２の端部でシールされ、端部を通って液ため６中に漏れることがなくなり、長期間の使用でも正常に動作することができる。
【００４３】
実施の形態９．
図９はこの発明の実施の形態９を示すループ型ヒートパイプの軸方向に平行な断面を示す図である。１〜９，１１〜１４及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２７は第１のウイック２の端部のシールを行うシール用形状記憶合金ばねであり、チタニウム／ニッケル／銅合金等でつくられたコイルばねになっている。
【００４４】
実施形態８と同様に、シール用形状記憶合金ばね２７により、ウイック端部でのシールが行われ、長期間の使用でも正常に動作することができる。また、形状記憶合金にすることにより、例えば低温ではウイックが蒸発器管内に挿入しやすいようにシール用形状記憶合金ばね２７が端部に縮んでいて、使用時の常温下では、シール用形状記憶合金ばね２７が広がりシールが行われるように形状を記憶させると、組立作業が容易になる。
【００４５】
実施の形態１０．
図１０はこの発明の実施の形態１０を示すループ型ヒートパイプの軸方向に平行な断面を示す図である。１〜９，１０〜１３及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２８は第１のウイック２の両端部に取り付けられた金属リングである。第１のウイック２と金属リング２８はウイック製造時に焼結等にて取り付けられるため、金属リング２８の材質は、第１のウイック２と焼結が可能なものが選択される。
【００４６】
第１のウイック２の両端に金属リング２８が接合されているため、溶接やロー付けにより第１のウイック２の両端を確実にシールできるため、第１のウイック２と蒸発器容器４の溝山３との接触部１７で蒸発した作動流体蒸気相１３ｂは、第１のウイック２の端部でのシールされ、端部を通って液ため６中に漏れることがなくなり、長期間の使用でも正常に動作することができる。
【００４７】
実施の形態１１．
図１１はこの発明の実施の形態１１を示すループ型ヒートパイプの軸方向に垂直な断面を示す図である。２〜４，７，１３ａ及び１７は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２９は蒸発器１を加熱する平な伝熱面をもつ平板型の発熱体である。蒸発器容器４の断面形状及び第１のウイック２及び第２のウイック７の断面形状が楕円形になっている。
【００４８】
蒸発器容器４の断面が楕円形であるため、発熱体２９との伝熱面を大きくすることができ、発熱体２９と蒸発器１の外表面との熱コンダクタンスを小さくできる。
【００４９】
実施の形態１２．
図１２はこの発明の実施の形態１２を示すループ型ヒートパイプの軸方向に垂直な断面を示す図である。２〜４，７，１３ａ及び１６〜１７は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。２９は蒸発器１を加熱する平な伝熱面をもつ平板型の発熱体、３０は蒸発器容器４中にある２つの作動流体流路である。各作動流体流路３０は独立しており、個別のループ型ヒートパイプの系を形成している。
【００５０】
蒸発器容器４の断面が長方形であるため、発熱体２９との伝熱面を大きくすることができ、発熱体２９と蒸発器１の外表面との熱コンダクタンスを小さくできる。また、ループ型ヒートパイプるの一方が故障しても、他方にて熱輸送ができるという、冗長構成をとることができる。
【００５１】
実施の形態１３．
図１３（ａ）はこの発明の実施の形態１３を示すループ型ヒートパイプの軸方向に垂直な断面を示す図、図１３（ｂ）は軸方向に平行な断面を示す図である。１〜９，１１〜１３及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。３１は第２のウイック７内面に設けた軸方向溝である。
【００５２】
図１３（ｂ）に示すように、ループ型ヒートパイプが無重力下にあり、液ため６中の作動流体蒸気相１３ｂが表面張力により蒸気塊を形成し、液ため６中の作動流体液相１３ａの流れを阻止する場合、蒸気塊は表面張力により幅の狭い溝中の作動流体液相には入り込むことができないため、作動流体液相１３ａは軸方向溝３１を流れ、正常に動作することができる。
【００５３】
実施の形態１４．
図１４はこの発明の実施の形態１４を示すループ型ヒートパイプの軸方向に垂直な断面を示す図である。実施形態１３に付け加え、３２は第２のウイック７の作動流体入口部に設けた邪魔板である。
【００５４】
図１４に示すように、ループ型ヒートパイプが無重力下にある場合、液管１１より供給された作動流体液相１３ａが邪魔板３２にぶつかり、第２のウイック７内面の軸方向溝３１に流れ、正常に動作することができる。特に、加熱量が大きくなり、作動流体の流速が早い場合でも確実に軸方向溝３１中を作動流体液相１３ａが流れる。
【００５５】
実施の形態１５．
図１５はこの発明の実施の形態１５を示すループ型ヒートパイプの構成を示す図である。１〜９，１１〜１４及び１６〜１８は上記従来のループ型ヒートパイプと同一である。凝縮器１０の作動流体入口部と出口部を熱的に接触させてある。
【００５６】
凝縮器１０での排熱能力が大きくなると、凝縮した作動流体液相１３ａが過冷却されるが、凝縮器１０の入口部と出口部を熱的に接触させているため、作動流体液相１３ａの過冷却される度合いが小さくてすみ、凝縮器１０の出口部が許容温度を下回る低温にならない。
【００５７】
【発明の効果】
この発明によれば、長期間動作できる効果がある。また、製造が容易になる効果もある。
【００６０】
この発明によれば、加熱量が大きくても無重力下でも動作できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態１を示す図である。
【図２】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態２を示す図である。
【図３】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態３を示す図である。
【図４】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態４を示す図である。
【図５】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態５を示す図である。
【図６】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態６を示す図である。
【図７】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態７を示す図である。
【図８】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態８を示す図である。
【図９】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態９を示す図である。
【図１０】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態１０を示す図である。
【図１１】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態１１を示す図である。
【図１２】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態１２を示す図である。
【図１３】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態１３を示す図である。
【図１４】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態１４を示す図である。
【図１５】この発明によるループ型ヒートパイプの実施の形態１５を示す図である。
【図１６】従来のループ型ヒートパイプを示す図である。
【符号の説明】
１蒸発器、２第１のウイック、３溝山、４蒸発器容器、５蒸気流路、６液ため、７第２のウイック、８ウイック端板、９蒸気管、１０凝縮器、１１液管、１２印加される熱の流れを示す矢印、１３作動流体、１４作動流体の蒸気流を示す矢印、１５凝縮器から流出する熱の流れを示す矢印、１６作動流体液の流れを示す矢印、１７接触部、１８熱リークの流れを示す矢印、１９断熱ウイック端板、２０断熱端板、２１非加熱領域、２２隙間、２３ばね、２４形状記憶合金ばね、２５軸方向の切り欠き、２６シール用ばね、２７形状記憶合金シール用ばね、２８金属リング、２９発熱体、３０作動流体流路、３１軸方向溝、３２邪魔板。[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. 16A is a diagram showing a configuration of a conventional loop heat pipe described in, for example, US Pat. No. 4,765,396. FIG. 16B is a diagram showing a cross section perpendicular to the axial direction of the evaporator. In the figure, reference numeral 1 denotes an evaporator, a first wick 2, an evaporator container 4 having a groove 3 on an inner wall surface, and steam formed between the first wick 2 and the groove 3 of the evaporator container 4. From the wick end plate 8 for sealing both ends of the second wick 7 and the wicks 2, 7 provided inside the liquid reservoir 6, adjacent to the flow path 5, the liquid reservoir 6, and the first wick 2. Be composed. 9 is a steam pipe, 10 is a condenser, 11 is a liquid pipe, 12 is an arrow indicating the flow of applied heat, 13 is a working fluid, 13a is a working fluid liquid phase, 13b is a working fluid vapor phase, and 14 is a working fluid. An arrow 13 indicates a steam flow, an arrow 15 indicates a flow of heat flowing out of the condenser 10, an arrow 16 indicates a flow of the condensed working fluid liquid phase 13a, and an arrow 17 indicates the groove 3 of the evaporator container 4 and the second. The contact portion 18 of the first wick 2 is an arrow indicating the flow of heat leak flowing to the liquid reservoir 6 through the end of the first wick 2.
[0003]
The operation principle of the conventional loop heat pipe configured as described above will be described. As indicated by the arrow 12 indicating the flow of heat, the heat applied to the evaporator 1 is transmitted to the evaporator container 4 and is contacted at the contact portion 17 between the first wick 2 and the groove 3 of the evaporator container 4. It is transmitted to the working fluid liquid phase 13a and evaporates. The working fluid vapor phase 13b flows into the condenser 10 through the vapor flow path 5 and the vapor pipe 9. The working fluid vapor phase 13b that has flowed into the condenser 10 is cooled and condensed as shown by an arrow 15 indicating the flow of heat flowing out of the condenser 10, and becomes a working fluid liquid phase 13a. The condensed working fluid liquid phase 13a passes through the liquid pipe 11 as shown by the arrow 16, and returns to the evaporator 1. The working fluid liquid phase 13a that has returned to the evaporator 1 accumulates in the liquid reservoir 6. The working fluid liquid phase 13 a accumulated at the bottom of the liquid reservoir 6 flows in the second wick 7 in the circumferential direction as shown by an arrow 16 in FIG. 16B, and thereafter penetrates the first wick 2. . Due to the capillary force of the first wick 2, it is carried to the contact portion 17 between the first wick 2 and the groove 3 of the evaporator container 4, and is again heated and evaporated. The first wick 2 has a smaller pore diameter than the second wick 7 and has a function of generating a high capillary force and circulating the working fluid. Care is taken to generate a capillary force for flowing in the circumferential direction and to reduce the flow path resistance.
[0004]
Heat is transported from the evaporator 1 to the condenser 10 by repeating the above cycle. When the pipe diameter of the evaporator 1 is small, even if the second wick 7 is not provided, the working fluid liquid phase 13a in the liquid reservoir 6 flows in the first wick 2 in the circumferential direction, so that the same operation is performed. . The same effect can be obtained with a structure in which the first wick 2 has the groove 3.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional loop heat pipe as described above, when the heat applied to the evaporator 1 is large as shown by an arrow 18 in FIG. Then, the working fluid liquid phase 13a in the liquid reservoir 6 is heated and evaporates, and as a result, the pressure of the liquid reservoir 6 increases, and the working fluid liquid phase 13a condensed in the condenser 10 passes through the liquid pipe 11 from the condenser 10. Therefore, there is a problem that the liquid cannot be returned to the reservoir 6 and the operation stops.
[0006]
Further, since the contact force between the first wick 2 and the evaporator container 4 at the contact portion 17 is small, the thermal resistance is large, and when heat is applied to the evaporator 1, the temperature of the tube wall of the evaporator 1 and the temperature of the working fluid are reduced. There is also a problem that the heat transfer becomes large and the evaporation heat transfer becomes small.
[0007]
Further, the working fluid vapor phase 13b evaporated at the contact portion 17 between the first wick 2 and the groove 3 of the evaporator container 4 passes through the end portion if the seal at the end portion of the first wick 2 is not complete. And will leak into the reservoir. As a result, the pressure of the liquid 6 increases, and the working fluid liquid phase 13a condensed in the condenser 10 cannot flow back from the condenser 10 to the liquid 6 through the liquid pipe 11, so that the operation stops.
[0008]
Further, since the cross section of the evaporator tube is circular, a large heat transfer area between the evaporator and a heating element such as an electronic heating element having a flat plate shape cannot be obtained, and heat is not efficiently transmitted to the evaporator.
[0009]
Further, under zero gravity or in an environment where gravity changes, the working fluid vapor phase 13b prevents the flow of the working fluid liquid phase 13a in the liquid reservoir 6, and the working fluid liquid phase 13a stops flowing to the second wick 7, so that the operation is stopped. There was also a problem of stopping.
[0010]
Further, when the amount of heat applied to the evaporator 1 is small, the liquid in the condenser 10 is supercooled, and there is a problem that a low-temperature portion below the allowable temperature is formed.
[0011]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to obtain a loop heat pipe that operates with a small temperature difference regardless of the presence or absence of gravity and the amount of heating.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The loop heat pipe according to the present invention has a metal ring attached to an end of the wick in the evaporator.
[0015]
The loop heat pipe according to the present invention has a baffle provided at the working fluid inlet of the second wick.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a cross section parallel to the axial direction of a loop heat pipe according to a first embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 7, 9, 11 to 14 and 16 to 18 are the same as those of the conventional loop heat pipe. Reference numeral 19 denotes an adiabatic wick end plate for sealing both ends of the wicks 2 and 7 having a smaller heat conductivity than the material of the evaporator container 4. The wicks 2 and 7 and the heat insulating wick end plate 19 are joined by welding, brazing, welding, bonding, caulking, screwing, or the like. The material of the evaporator container 4 includes aluminum (thermal conductivity 200 W / m2 / K), copper (thermal conductivity 360 W / m2 / K), and the like. The material of the heat insulating wick end plate 19 is stainless steel (heat Conductivity 20W / m2 / K), Titanium (Thermal conductivity 17W / m2 / K), Fluororesin (Thermal conductivity 0.3W / m2 / K), Polyethylene resin (Thermal conductivity 0.3W / m2 / K) Etc.
[0028]
The operating principle is the same as that of the conventional loop heat pipe. The working fluid in the liquid reservoir 6 is insulated from the side surface of the evaporator 1 by the first wick 2 and the second wick 7 and from the end surface of the evaporator 1 by the heat insulating wick end plate 19. Therefore, the flow of heat from the evaporator container 4 into the liquid reservoir 6 is small, and the working fluid liquid phase 13a in the liquid reservoir 6 is not heated and evaporated. As a result, the pressure of the liquid 6 does not increase, and the working fluid liquid phase 13a condensed in the condenser 10 cannot be returned to the liquid 6 from the condenser 10 through the liquid pipe 11 and the operation does not stop. . Further, since the heat insulating wick end plate 19 also serves as a seal for the end of the wick, the structure is simple.
[0029]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a cross section parallel to the axial direction of a loop heat pipe according to a second embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 9, 11 to 14 and 16 to 18 are the same as the above-mentioned conventional loop heat pipe. Reference numeral 20 denotes a heat-insulating end plate for sealing the end of the evaporator 1 having a lower heat conductivity than the material of the evaporator container 4. The tube material of the evaporator 1 and the heat insulating end plate 20 are joined by welding, brazing, welding, bonding, caulking, screwing, or the like. Examples of the material of the evaporator container 4 include aluminum (thermal conductivity 200 W / m2 / K), copper (thermal conductivity 360 W / m2 / K), and the like. Rate: 20 W / m2 / K), titanium (thermal conductivity: 17 W / m2 / K), fluororesin (thermal conductivity: 0.3 W / m2 / K), polyethylene resin (thermal conductivity: 0.3 W / m2 / K), etc. There is.
[0030]
The working fluid in the liquid reservoir 6 is insulated from the side surface of the evaporator 1 by the first wick 2 and the second wick 7, and the end surface of the evaporator 1 is insulated from the heat source by the heat insulating end plate 20. Heating from the end face of the evaporator 1 to the working fluid 13 is small. Therefore, the flow of heat from the evaporator container 4 into the liquid reservoir 6 is small, and the working fluid liquid phase 13a in the liquid reservoir 6 is not heated and evaporated. As a result, the pressure of the liquid 6 does not increase, and the working fluid liquid phase 13a condensed in the condenser 10 cannot be returned to the liquid 6 from the condenser 10 through the liquid pipe 11 and the operation does not stop. . Further, since the heat insulating end plate 20 also serves as a seal for the end of the evaporator 1, the structure is simplified.
[0031]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a cross section parallel to the axial direction of a loop heat pipe according to a third embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 9, 11 to 14 and 16 to 18 are the same as the above-mentioned conventional loop heat pipe. Reference numeral 21 denotes a non-heating area where the evaporator container 4 is not heated, and reference numeral 22 denotes a gap provided only between the groove 3 of the non-heating area 21 and the first wick 2.
[0032]
The working fluid in the liquid in the non-heating area 21 is insulated from the side surface of the evaporator 1 by the first wick 2, the second wick 7 and the gap 22, and is insulated from the end surface of the evaporator 1. Since the end plate 20 is insulated from the heating source, the heating of the working fluid from the end face of the evaporator 1 is small. Therefore, even if the heating amount is large, the flow of heat from the evaporator container 4 into the liquid reservoir 6 is small, and the working fluid liquid phase 13a in the liquid reservoir 6 is heated and does not evaporate. As a result, the drawback that the pressure of the liquid 6 does not rise and the working fluid liquid phase 13a condensed in the condenser 10 cannot be returned to the liquid 6 from the condenser 10 through the liquid pipe 11 and the operation is stopped is eliminated. .
[0033]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 4 is a view showing a cross section perpendicular to the axial direction of a loop heat pipe according to Embodiment 4 of the present invention. Reference numerals 2 to 4, 7, 13a and 16 to 17 are the same as those of the above-mentioned conventional loop heat pipe. The first wick 2 is made of a sintered material such as nickel, stainless steel, titanium, or aluminum, and is joined to the groove 3 of the evaporator container 4 at the contact portion 17 by sintering.
[0034]
The heat applied to the evaporator 1 is transmitted to the evaporator container 4, is transmitted to the contact portion 17 between the first wick 2 and the groove 3 of the evaporator container 4, and the working fluid phase in the first wick 2 is 13a and evaporation occurs. In this heat transfer path, the joining by sintering is used for the contact portion 17 where the thermal resistance tends to be large, so that the thermal resistance can be made almost zero, and the temperature of the evaporator tube wall and the working fluid can be reduced. .
[0035]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 5 is a view showing a cross section parallel to the axial direction of a loop heat pipe according to a fifth embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 9, 11 to 14 and 16 to 18 are the same as the above-mentioned conventional loop heat pipe. Reference numeral 23 denotes a spring inserted in the second wick 7 and deforming in the circumferential direction. The spring 23 is a coil spring made of a steel wire or the like, and acts to spread the first wick and the second wick in the circumferential direction after insertion, so that the first wick 2 and the groove 3 are in contact with each other. The contact pressure at the part 17 is ensured.
[0036]
The heat applied to the evaporator 1 is transmitted to the evaporator container 4, is transmitted to the contact portion 17 between the first wick 2 and the groove 3 of the evaporator container 4, and the working fluid phase in the first wick 2 is 13a and evaporation occurs. In this heat transfer path, the spring 23 that deforms in the circumferential direction is used to increase the contact pressure at the contact portion 17, so that the thermal resistance of the contact portion 17 can be reduced, and the temperature of the evaporator tube wall and the working fluid can be reduced. Can be reduced. In particular, even when the wick causes plastic deformation such as creep, the thermal resistance can be reduced.
[0037]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a cross section parallel to the axial direction of a loop heat pipe according to Embodiment 6 of the present invention. Reference numerals 1 to 9, 11 to 14 and 16 to 18 are the same as the above-mentioned conventional loop heat pipe. Reference numeral 24 denotes a shape memory alloy spring inserted in the second wick 7 and deforming in the circumferential direction. The shape memory alloy spring 24 is a coil spring made of a titanium / nickel / copper alloy or the like, and the amount of heating increases, the temperature of the evaporator 1 increases, and when the spring temperature increases, the circumferential direction increases. The deformation increases and the contact pressure increases. When the heating amount decreases, the temperature of the evaporator 1 decreases, and the spring temperature decreases, the circumferential deformation decreases, and the contact pressure decreases.
[0038]
The heat applied to the evaporator 1 is transmitted to the evaporator container 4, is transmitted to the contact portion 17 between the first wick 2 and the groove 3 of the evaporator container 4, and the working fluid phase in the first wick 2 is The working fluid is transmitted to the liquid 13a to evaporate. In this heat transfer path, in the contact portion 17, the shape memory alloy spring 24 increases the contact pressure when the heating amount is large, so that the thermal resistance is small, and when the heating amount is small, the contact pressure is low. Increases thermal resistance. Thus, even if the heating amount changes, the heating element has a temperature control function capable of maintaining the heating element in a certain temperature range.
[0039]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a cross section perpendicular to the axial direction of a loop heat pipe according to Embodiment 7 of the present invention. Reference numerals 2 to 4, 7, 13a and 16 to 17 are the same as those of the above-mentioned conventional loop heat pipe. 25 is a notch provided in the axial direction of the second wick 7. The second wick 7 has an outer diameter slightly larger than the inner diameter of the first wick 2, and is provided with a notch 25 so that it can be inserted into the first wick 2. By inserting the second wick 7 into the first wick 2 in a state where the notch 25 is eliminated, the second wick 7 acts so as to expand in the circumferential direction, and the first wick 2 and the groove 3 The contact pressure at the contact portion 17 is ensured.
[0040]
The heat applied to the evaporator 1 is transmitted to the evaporator container 4, is transmitted to the contact portion 17 between the first wick 2 and the groove 3 of the evaporator container 4, and the working fluid phase in the first wick 2 is 13a and evaporation occurs. In this heat transfer path, the notch 25 is provided so as to increase the contact pressure at the contact portion 17, so that the thermal resistance of the contact portion 17 can be reduced, and the pipe wall of the evaporator 1 and the working fluid can be formed with a simple structure. Temperature can be reduced.
[0041]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a cross section parallel to the axial direction of a loop heat pipe according to an eighth embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 9, 11 to 14 and 16 to 18 are the same as the above-mentioned conventional loop heat pipe. Reference numeral 26 denotes a sealing spring for sealing the end of the first wick 2, which is a coil spring made of steel wire or the like.
[0042]
When the first wick 2 is made of a fluororesin, polyethylene resin or the like, even if the wick is creeped, if the sealing spring 26 is used, the sealing can be performed with a constant tightening force because of the spring structure. A seal is ensured even when used. For this reason, the working fluid vapor phase 13b evaporated at the contact portion 17 between the first wick 2 and the groove 3 of the evaporator container 4 is sealed at the end of the first wick 2 and passes through the end to form a liquid. Therefore, it does not leak during 6, and can operate normally even when used for a long time.
[0043]
Embodiment 9 FIG.
FIG. 9 is a view showing a cross section parallel to the axial direction of a loop heat pipe according to Embodiment 9 of the present invention. Reference numerals 1 to 9, 11 to 14 and 16 to 18 are the same as the above-mentioned conventional loop heat pipe. Reference numeral 27 denotes a sealing shape memory alloy spring for sealing the end of the first wick 2, which is a coil spring made of a titanium / nickel / copper alloy or the like.
[0044]
As in the eighth embodiment, the seal is performed at the end of the wick by the seal shape memory alloy spring 27, and normal operation can be performed even when used for a long time. Further, by using a shape memory alloy, for example, at low temperatures, the shape memory alloy spring 27 for sealing is shrunk to the end so that the wick can be easily inserted into the evaporator tube, and at room temperature during use, the shape memory for sealing is used. If the shape of the alloy spring 27 is memorized so as to be spread and sealed, the assembling work becomes easy.
[0045]
Embodiment 10 FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a cross section parallel to the axial direction of a loop heat pipe according to Embodiment 10 of the present invention. Reference numerals 1 to 9, 10 to 13 and 16 to 18 are the same as those of the conventional loop heat pipe. Reference numeral 28 denotes a metal ring attached to both ends of the first wick 2. Since the first wick 2 and the metal ring 28 are attached by sintering or the like at the time of manufacturing the wick, a material of the metal ring 28 that can be sintered with the first wick 2 is selected.
[0046]
Since the metal rings 28 are joined to both ends of the first wick 2, both ends of the first wick 2 can be reliably sealed by welding or brazing, so that the groove between the first wick 2 and the evaporator container 4 is formed. The working fluid vapor phase 13b evaporated at the contact portion 17 with the seal 3 is sealed at the end of the first wick 2, and does not leak into the liquid 6 due to the liquid passing through the end. Can work.
[0047]
Embodiment 11 FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a cross section perpendicular to the axial direction of a loop heat pipe according to Embodiment 11 of the present invention. Reference numerals 2 to 4, 7, 13a and 17 are the same as those of the conventional loop heat pipe. Reference numeral 29 denotes a flat heating element having a flat heat transfer surface for heating the evaporator 1. The cross-sectional shape of the evaporator container 4 and the cross-sectional shapes of the first wick 2 and the second wick 7 are elliptical.
[0048]
Since the cross section of the evaporator container 4 is elliptical, the heat transfer surface with the heating element 29 can be increased, and the thermal conductance between the heating element 29 and the outer surface of the evaporator 1 can be reduced.
[0049]
Embodiment 12 FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a cross section perpendicular to the axial direction of a loop heat pipe according to a twelfth embodiment of the present invention. Reference numerals 2 to 4, 7, 13a and 16 to 17 are the same as those of the above-mentioned conventional loop heat pipe. 29 is a flat heating element having a flat heat transfer surface for heating the evaporator 1, and 30 is two working fluid flow paths in the evaporator container 4. Each working fluid channel 30 is independent and forms an individual loop heat pipe system.
[0050]
Since the cross section of the evaporator container 4 is rectangular, the heat transfer surface with the heating element 29 can be increased, and the thermal conductance between the heating element 29 and the outer surface of the evaporator 1 can be reduced. Moreover, even if one of the loop heat pipes fails, heat can be transported on the other, so that a redundant configuration can be adopted.
[0051]
Embodiment 13 FIG.
FIG. 13A is a diagram showing a cross section perpendicular to the axial direction of a loop heat pipe showing a thirteenth embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a diagram showing a cross section parallel to the axial direction. Reference numerals 1 to 9, 11 to 13 and 16 to 18 are the same as those of the conventional loop heat pipe. Reference numeral 31 denotes an axial groove provided on the inner surface of the second wick 7.
[0052]
As shown in FIG. 13 (b), the loop heat pipe is under zero gravity, the working fluid vapor phase 13b in the liquid reservoir 6 forms a vapor mass due to surface tension, and the working fluid liquid phase 13a in the liquid reservoir 6 When the flow is stopped, the vapor mass cannot enter the working fluid liquid phase in the narrow groove due to surface tension, so that the working fluid liquid phase 13a flows through the axial groove 31 and operates normally. it can.
[0053]
Embodiment 14 FIG.
FIG. 14 is a view showing a cross section perpendicular to the axial direction of a loop heat pipe according to Embodiment 14 of the present invention. In addition to the thirteenth embodiment, reference numeral 32 denotes a baffle provided at the working fluid inlet of the second wick 7.
[0054]
As shown in FIG. 14, when the loop heat pipe is under zero gravity, the working fluid liquid phase 13 a supplied from the liquid pipe 11 collides with the baffle plate 32 and flows into the axial groove 31 on the inner surface of the second wick 7. , Can work normally. In particular, the working fluid liquid phase 13 a reliably flows through the axial groove 31 even when the heating amount is large and the flow rate of the working fluid is high.
[0055]
Embodiment 15 FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a loop heat pipe according to a fifteenth embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 9, 11 to 14 and 16 to 18 are the same as the above-mentioned conventional loop heat pipe. The working fluid inlet and outlet of the condenser 10 are in thermal contact.
[0056]
When the exhaust heat capacity in the condenser 10 increases, the condensed working fluid liquid phase 13a is supercooled. However, since the inlet and outlet of the condenser 10 are in thermal contact, the working fluid liquid phase 13a The degree of supercooling can be small, and the outlet of the condenser 10 does not become lower than the allowable temperature.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is an effect that the operation can be performed for a long time. In addition, there is an effect that the manufacturing becomes easy .
[0060]
According to the present invention, there is an effect that operation can be performed even under a large amount of heating or under zero gravity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing Embodiment 1 of a loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing Embodiment 2 of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing Embodiment 3 of a loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing Embodiment 4 of a loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing Embodiment 5 of a loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing Embodiment 6 of a loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing Embodiment 7 of a loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing Embodiment 8 of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 9 is a view showing a ninth embodiment of a loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a tenth embodiment of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an eleventh embodiment of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a twelfth embodiment of a loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a thirteenth embodiment of the loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a fourteenth embodiment of a loop heat pipe according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a fifteenth embodiment of the loop heat pipe according to the present invention;
FIG. 16 is a view showing a conventional loop heat pipe.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 evaporator, 2 first wick, 3 groove ridge, 4 evaporator container, 5 vapor flow path, 6 liquids, 7 second wick, 8 wick end plate, 9 vapor pipe, 10 condenser, 11 liquid pipe , 12 arrows indicating the flow of applied heat, 13 working fluid, 14 arrows indicating the vapor flow of the working fluid, 15 arrows indicating the flow of heat flowing out of the condenser, 16 arrows indicating the flow of the working fluid liquid, 17 Contact part, 18 Arrow indicating heat leak flow, 19 Insulated wick end plate, 20 Insulated end plate, 21 Non-heated area, 22 Gap, 23 Spring, 24 Shape memory alloy spring, 25 Notch in axial direction, 26 For seal Spring, 27 Shape memory alloy sealing spring, 28 Metal ring, 29 heating element, 30 Working fluid flow path, 31 Axial groove, 32 Baffle plate.

Claims

An evaporator, a condenser, a working fluid, a liquid pipe connecting the evaporator and the condenser and flowing a liquid-phase working fluid, and a steam pipe connecting the evaporator and the condenser and flowing a vapor-phase working fluid Wherein a metal ring is attached to an end of the wick in the evaporator.

An evaporator, a condenser, a working fluid, a liquid pipe connecting the evaporator and the condenser and flowing a liquid-phase working fluid, and a steam pipe connecting the evaporator and the condenser and flowing a vapor-phase working fluid A wick in contact with the inner wall of the container of the evaporator and a second wick so as to be in contact with the inner surface of the wick, the inner surface of the second wick having an axial groove. A loop heat pipe having a structure, wherein a baffle plate is provided at a working fluid inlet portion of the second wick.