JP4434773B2 - ミニループヒートパイプ用蒸発器 - Google Patents

Description

本発明はミニループヒートパイプ用蒸発器に関し、特に人工衛星やフリーフライヤ、及び宇宙ステーション等に使用されるミニループヒートパイプ用蒸発器に関する。

従来、この種のミニループヒートパイプ用蒸発器としては、特許文献１に開示されたものがある。図３は特許文献１に示すされた従来技術によるミニループヒートパイプ用蒸発器の上面図及び図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図をそれぞれ示している。図３において内部がわかる様に管状体１の外郭を二点鎖線で示している。

図３及び図４に示すように、従来技術によるミニループヒートパイプ用蒸発器１１０においては、液注入管３から熱交換媒体が供給されると、この熱交換媒体が液注入管３から管状体１内の上部空間１ｅ内に流れ管状体１内に挿入された上部ウィック２ａ、上部円周ウィック２ｂ、分離ウィック２ｇ内に浸透する。さらにウィックの毛細菅力により下部円周ウィック２ｆ、下部ウィック２ｃ´へと浸透していく。尚、符合１ｉは中心部，１ｊは螺子孔である。各ウイック２ａ，２ｂ，２ｃ´，２ｆ，２ｇ，としては、例えば、多孔質性の焼結金属体、金属繊維、ガラス繊維などが使用される。

この状態で、管状体１が外部から加熱（図４中、Ｃの矢印で示す）されると、下部ウィック２ｃ内に浸透した熱交換媒体が蒸発する。この蒸発した熱交換媒体は管状体１の下部空間１ｆに導入され、蒸気流路４から管状体１外に排出される。

ここで、下部ウィック２ｃ´は毛細管力を有する円板状上の物質で、管状体１内の下部に接触挿入されており、下部円周ウィック２ｆから上部空間１ｅ内の熱交換媒体を吸収している。また、分離ウィック２ｇは上部空間１ｅ内の液状の熱交換媒体内に下部空間１ｆ内の蒸気状の熱交換媒体が混入しないように構成している。

上述した従来のミニループヒートパイプ用蒸発器１１０では、熱交換媒体が下部円周ウィック２ｆさらに下部ウィック２ｃ´に流れ、下部ウィック２ｃ´内で蒸発するため、熱交換媒体を効率よく下部ウィック２ｃ´の中心まで運ぶことができず、管状体１に加えられた熱を効率よく熱交換媒体に伝えられない欠点がある。

また、上部空間１ｅと下部空間１ｆとを分離ウィック２ｇで分離しているため、分離ウィック２ｇ固定のための構造を有する欠点がある。

特開２００２−０２５０７９号公報

したがって、本発明の技術的課題は、上記欠点を除去し、蒸発器の構造を簡略化しコンパクトに吸熱体に設置でき、熱交換効率を向上させることができるミニループヒートパイプ用蒸発器を提供することにある。

本発明によるミニループヒートパイプ用蒸発器では、扁平な円筒状で内部に液をためることのできる空間を有する管状体と、前記管状体上部内面に沿って施された上部ウィック、前記管状体側部に円周に沿って施された円周ウィック、及び管状体内側に液を溜めうる空間部を形成するために管状体下部内面に沿って施されるとともに縦に施された太い溝と、横に施され、前記太い溝よりも細い、細い溝とを備えた下部ウィックと、前記の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段と、前記下部ウィックの毛細菅作用によって吸収された前記熱交換媒体が前記管状体の外部表面から加熱されたとき、前記溝で蒸発した前記熱交換媒体を外部に排出する蒸気流路手段とを備え、前記太い溝は、前記液注入手段側から前記蒸気流路手段側に向って、互いに隣合う溝間の間隔が次第にせばまるように形成されていることを特徴としている。

また、本発明のミニループヒートパイプ用蒸発器では、扁平な円筒状で内部に液をためることのできる空間を有する管状体の下部に施された下部ウィックの前記管状体側に蒸気の流出方向に太い溝を有し、その溝に交差する方向に前記太い溝よりも幅の狭い多数の細かい溝を有し、前記管状体の外面から加熱されたときに前記下部ウィックの縦横の溝において液が蒸発し、蒸気が太い溝を流れ、前記管状外に効率よく排出できるとともに、前記太い溝は、前記液注入手段側から前記蒸気流路手段側に向って、互いに隣合う溝間の間隔が次第にせばまるように形成されていることを特徴としている。

さらに、本発明のミニループヒートパイプ用蒸発器では、扁平な円筒状で内部に液をためることのできる空間を有する管状体の下部に施された下部ウィックに熱交換媒体が流入し、さらに熱交換媒体が前記下部ウィック内を前記管状体の加熱面方向に流れていき、太い溝及び多数細い溝において液交換媒体を蒸発させるとともに、前記太い溝は、前記液注入手段側から前記蒸気流路手段側に向って、互いに隣合う溝間の間隔が次第にせばまるように形成されていることを特徴としている。

ここで、本発明においては、前記ミニループヒートパイプ用蒸発器において、前記太い溝は、前記液注入手段側から前記蒸気流路手段側に向って、互いに隣合う溝間の間隔が次第にせばまるように形成されていることが好ましい。

本発明によれば、管状体１内に上部ウィック、円周ウィック、及び下部ウィックを設置し、下部ウィックに太い溝及び多数の細い溝を施すことにより、製造工程を簡素化することができ、熱交換効率を向上させることができるという効果がある。

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施の形態によるミニループヒートパイプ用蒸発器の断面図で、図２は図１のミニループヒートパイプ用蒸発器のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視方向の断面図である。図１及び図２においては、従来技術と同様な名称の部品は同様な符合で示され、また、図１において管状体１の外郭は内部をみせることができるように二点鎖線で示されている。図１及び図２を参照すると、ミニループヒートパイプ用蒸発器１００は、ベース体１ａ及び蓋体１ｂとで内部に上部空間１ｅ及び液をためることができる下部空間１ｆを備えた扁平な円板状の内部空間１ｈを形成する管状体１と、管状体１の一側の外部から上部空間１ｅに連絡する液注入管３と、管状体１の一側に対向する他側の外部から下部空間に連絡する蒸気流路４とを備えている。管状体１は断面形状が長方形であり、上方から見ると円筒形の形をしている。管状体１の円周方向、及び上下方向にウィック構造を施している。

即ち、管状体１の内部空間を構成する天井面である内側上部に密着して上部ウィック２ａが施され、管状体１の内部空間を構成する内周面に沿うように、内側円周方向上部に、上部円周ウィック２ｂが施され、管状体１の内部空間の下側である内側下部に密着して、下部ウィック２ｃが施されている。各々のウィック２ａ，２ｂ，２ｃは、多孔質性の焼結金属体、金属繊維、金網、ガラス繊維などやグルーブ（溝）を備えた材料等の毛細管力を発生する材料から構成されている。

管状体１外から供給される熱交換媒体は上部ウィック２ａ、上部円周ウィック２ｂ、下部ウィック２ｃの毛細菅力により各々のウィック２ａ，２ｂ，２ｃに流れていく。

下部ウィック２ｃには、管状体１が外部から加熱された時に、下部ウィック２ｃの管状体側に施され、熱交換媒体が蒸発し流れるように、液注入管３側の内周面付近から蒸気流路４側へと向うとともに、次第に互いの間隔が狭まるように形成された複数の太い溝２ｄ（図１において、点を施された破線で示される）と、この太い溝２ｄに交差する方向で且つ互いに平行に施された多数の細い溝２ｅ（図１において、一点鎖線で示される）とを備えている。本発明において、熱交換媒体としては、アンモニア、フレオン、メタノール、水、メタン、エタン、イソブタン等を用いることができる。また、管状体１の上部空間１ｅと、下部空間１ｆと、前記ウィック２ａ、２ｂ、及び２ｃに熱交換媒体を供給する手段として液流入管３が設けられている。液注入管３は管状体１外に接続され、管状体１に液を導いている。

一方、管状体１の下部ウィック２ｃで蒸発した前記熱交換媒体を排出する手段として蒸気流路４が設けられている。蒸気流路４は管状体１外に接続され、管状体１から蒸気を排出している。尚、符合１ｊは螺子孔である。

次に、図１及び図２のミニループヒートパイプ用蒸発器１００の動作について説明する。

熱交換媒体が液注入管３を介して管状体１内に導かれると、上部ウィック２ａ、上部円周ウィック２ｂ、下部ウィック２ｃは熱交換媒体を毛細管力により吸収する。前記ウィックが管状体１内に施されているため、熱交換媒体は菅状体１の上部空間１ｅに常時供給される。

この状態で、管状体１が外部から加熱されると、その熱が下部ウィック２ｃに伝導される。これによって、下部ウィック２ｃ内に吸収されている熱交換媒体が加熱されて、多数の細い溝２ｅ及び太い溝２ｄで蒸発し、蒸発した熱交換媒体は多数の細い溝２ｅ、太い溝２ｄから下部空間１ｆに流れ、蒸気流路４によって管状体１外に排出される。

このように、管状体１の内側の下部ウィック２ｃが加熱面、及び上部空間１ｅ内の熱交換媒体の両方に均一に接触しており、さらに下部ウィック２ｃに太い溝２ｄ、及び多数の細い溝２ｅが施されていることにより、熱交換媒体を均等に、かつすばやく加熱面に移動でき、蒸発させることができるため、熱交換効率を向上させることができる。

また、管状体１の内側に３種類のウィック２ａ，２ｂ，２ｃを設置するだけなので、ミニループヒートパイプ用蒸発器の製造工程を一層簡素化することができる。

このように、本発明の一実施の形態においては、管状体１内に上部ウィック２ａ、上部円周ウィック２ｂ、及び下部ウィック２ｃを設置し、下部ウィック２ｃに太い溝２ｄ及び多数の細い溝２ｅを施すことにより、製造工程を簡素化することができ、熱交換効率を向上させることができる。

以上説明した本発明の実施の形態によるミニループヒートパイプは、衛星搭載用の電子機器の冷却、ステーション搭載電子機器の冷却、ロケット搭載用電子機器の冷却等に用いられるが、本発明のミニヒートパイプはこれらに限定されるものではないことは勿論である。

以上説明したように、本発明に係るミニループヒートパイプ用蒸発器は、人工衛星や、フリーフライヤ、及び宇宙ステーション等のミニループヒートパイプ蒸発器に最適である。

本発明の一実施の形態によるミニループヒートパイプ用蒸発器の上面図である。 図１のミニループヒートパイプ用蒸発器のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視方向の断面図である。 従来技術によるヒートパイプ用蒸発器の上面図である。 図３のヒートパイプのＩＶ−ＩＶ線に沿う矢視方向断面図である。

符号の説明

１ 管状体
１ａ ベース体
１ｂ 蓋体
１ｄ 接合部
１ｅ 上部空間
１ｆ 下部空間
１ｇ 下部平面
１ｈ 内部空間
１ｉ 中心部
１ｊ 螺子孔
２ａ 上部ウィック
２ｂ 上部円周ウィック
２ｃ，２ｃ´ 下部ウィック
２ｄ 太い溝
２ｅ 細い溝
２ｆ 下部円周ウィック
２ｇ 分離ウィック
３ 液注入管
４ 蒸気流路
１００，１１０ 蒸発器

Claims (3)

1. 扁平な円筒状で内部に液をためることのできる空間を有する管状体と、前記管状体上部内面に沿って施された上部ウィック、前記管状体側部に円周に沿って施された円周ウィック、及び管状体内側に液を溜めうる空間部を形成するために管状体下部内面に沿って施されるとともに縦に施された太い溝と、横に施され、前記太い溝よりも細い、細い溝とを備えた下部ウィックと、前記の空間部に熱交換媒体を供給する液注入手段と、前記下部ウィックの毛細菅作用によって吸収された前記熱交換媒体が前記管状体の外部表面から加熱されたとき、前記溝で蒸発した前記熱交換媒体を外部に排出する蒸気流路手段とを備え、前記太い溝は、前記液注入手段側から前記蒸気流路手段側に向って、互いに隣合う溝間の間隔が次第にせばまるように形成されていることを特徴とするミニループヒートパイプ用蒸発器。
2. 扁平な円筒状で内部に液をためることのできる空間を有する管状体の下部に施された下部ウィックの前記管状体側に蒸気の流出方向に太い溝を有し、その溝に交差する方向に前記太い溝よりも幅の狭い多数の細かい溝を有し、前記管状体の外面から加熱されたときに前記下部ウィックの縦横の溝において液が蒸発し、蒸気が太い溝を流れ、前記管状外に効率よく排出できるとともに、前記太い溝は、前記液注入手段側から前記蒸気流路手段側に向って、互いに隣合う溝間の間隔が次第にせばまるように形成されていることを特徴とするミニループヒートパイプ用蒸発器。
3. 扁平な円筒状で内部に液をためることのできる空間を有する管状体の下部に施された下部ウィックに熱交換媒体が流入し、さらに熱交換媒体が前記下部ウィック内を前記管状体の加熱面方向に流れていき、太い溝及び多数細い溝において液交換媒体を蒸発させるとともに、前記太い溝は、前記液注入手段側から前記蒸気流路手段側に向って、互いに隣合う溝間の間隔が次第にせばまるように形成されていることを特徴とするミニループヒートパイプ用蒸発器。

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