JP4863843B2

JP4863843B2 - 蒸発器及びこの蒸発器を使用したループヒートパイプ

Info

Publication number: JP4863843B2
Application number: JP2006299567A
Authority: JP
Inventors: 哲貞廣
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: JP2007315740A

Description

この発明は、蒸発器（Evaporator）及びこの蒸発器を使用したループヒートパイプに関し、特にＬＨＰ（ループヒートパイプ）で使用される蒸発器であって、作動液の逆流防止機構を備えてコンパクトサイズを実現可能とする蒸発器及びこの蒸発器を使用したループヒートパイプに関する。

従来、蒸発器は、例えばＬＨＰ（ループヒートパイプ）やＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）で使用されている。

例えば、ＬＨＰ１０１は、図１０に示されているように、作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器１０３と、この蒸発器１０３で気化された気体が蒸気管１０５を経て移動すると共にこの気体を放熱して液化する凝縮器１０７（Condenser）と、この凝縮器１０７で液化した作動液が液戻り管１０９を経て移動すると共にこの作動液を前記蒸発器１０３に供給するために保留するリザーバ部１１１〔あるいは、アキュームレータ、ＣＣ（Compensation Chamber）など〕と、前記液戻り管１０９から戻ってきた作動液を前記蒸発器１０３の内部に供給するバイオネット管１１３と、から構成されるシステムで、一つのループを形成しており、前記蒸発器１０３とリザーバ部１１１は一体的に構成されている。

また、前記蒸発器１０３とリザーバ部１１１との間には前記蒸発器１０３で気化された気体がリザーバ部１１１に逆戻りしないようにするための作動液逆流防止用のＯリング１１５が装着されている。さらに、ＬＨＰ１０１の内部には作動液が投入されている。作動液としてはアルコール、アンモニア、水などがある。なお、ＣＰＬでは蒸発器１０３とリザーバ部１１１が別体で構成される。

ＬＨＰ１０１では、蒸発器１０３が周囲で発生した熱により加熱されると、作動液としての例えば水が蒸発器１０３内で蒸気となり、このときの潜熱を利用して周囲の温度を冷却するものである。蒸発器１０３内で生じた蒸気が蒸気管１０５を経て凝縮器１０７へ移動し、凝縮器１０７で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管１０９を経て再びリザーバ部１１１と蒸発器１０３へ移動することになり、上記の作用を繰り返すことになる。

図１１及び図１２を参照するに、従来の蒸発器１０３は、基本的には、例えば特許文献１の中で示されている原理と同様であり、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管１０５に連通して閉塞する円筒形状のグルーブ管１１７と、このグルーブ管１１７の円筒形状の内部に接触して挿入する円筒形状をなすと共にこの円筒形状の内部に作動液を供給するウィック１１９と、から構成される。

なお、前記グルーブ管１１７の内周面には、当該グルーブ管１１７の長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つ前記長手方向に延伸されるグルーブ部１２１が備えられている。一方、前記ウィック１１９の外周面は前記グルーブ管１１７のグルーブ部１２１の凸部１２１Ｂの内周面に接触する構成であり、前記グルーブ部１２１の凹部１２１Ａが蒸気流路１２３となる。

また、前記ウィック１１９の円筒形状の内部は上述したリザーバ部１１１に連通し且つ前端が閉塞した液貯留室１２５を構成している。また、液戻り管１０９に連通するバイオネット管１１３がリザーバ部１１１の内部を経て液貯留室１２５の前端部の少し手前まで挿入されているので、液戻り管１０９から戻ってきた水は、バイオネット管１１３の前端から液貯留室１２５に供給される。この水はバイオネット管１１３の前端から１８０°反転して液貯留室１２５とバイオネット管１１３の間を通過して液貯留室１２５内に充満する状態となり、リザーバ部１１１へ保留される。

なお、前記ウィック１１９は、例えば多孔質性の燒結金属体、金属繊維、ガラス繊維などが使用されている。

したがって、グルーブ管１１７が蒸発器１０３の周囲の熱で加熱されると、グルーブ管１１７の熱がグルーブ部１２１の凸部１２１Ｂの内周面との接触部分からウィック１１９に熱伝導し、ウィック１１９が加熱される。その結果、前記液貯留室１２５からウィック１１９の内部に浸透した水が加熱されて蒸気になり、グルーブ管１１７のグルーブ部１２１、すなわち蒸気流路１２３を経て前述したように蒸気管１０５へ移動することになる。
特開２００４−５３０６２号公報

ところで、ＬＨＰ１０１は、グルーブ管１１７とウィック１１９が金属製で構成されているので、重量が増えるという問題点があった。また、図１０に示されているように、前記蒸発器１０３とリザーバ部１１１との間には作動液逆流防止用のＯリング１１５が装着されている。このＯリング１１５を保持するためのフランジ１２７が設けられている。このために部品点数が増えて構造が複雑になるという問題点があった。また、ウィック１１９は金属製であるために弾性がなく、グルーブ部１２１の凸部１２１Ｂとの界面に隙間が生じやすいので、熱伝達効率が低下するという問題点があった。

また、リザーバ部１１１のサイズはシステム全体の冷却性能に大きく影響を与えるものであり、リザーバ部１１１の外周径サイズを太くすることでリザーバ部１１１の容量を大きくする傾向があるために、ＬＨＰ１０１を装着する機器内では特にリザーバ部１１１を収納するためのスペースを立体的に大きく必要とするという問題点があった。

以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明の蒸発器は、前端側を蒸気管に連通し且つ後端側を液戻り管に連結して閉塞する中空円筒形状の蒸発器本体と、この蒸発器本体の中空円筒形状の内部に挿入すると共に前端側を前記蒸発器本体の中空円筒形状の前端側に位置せしめ、かつ前端側を閉塞した円筒形状のウィックと、前記蒸発器本体の中空円筒形状の内部における前記ウィックの後端側に設けられ、作動液を保留するリザーバ部と、後端側を前記液戻り管に連通すると共に前端側を前記リザーバ部と前記ウィックの円筒形状の内部とに挿入して前記液戻り管からの作動液を供給するバイオネット管と、を備えた作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器であって、前記ウィックが、その長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つこの凹凸形状が前記長手方向に向けて設けられ、前記凹部と蒸発器本体との間に蒸気流路を形成したグルーブ部と、このグルーブ部の後端に一体化されていると共に外周面に前記蒸気流路を形成しないグルーブ無し部と、を備え、前記グルーブ無し部は、前記グルーブ部と同じ長さか又は前記グルーブ部より長く形成されていることを特徴とするものである。
この発明の蒸発器は、前記グルーブ無し部と前記蒸発器本体との界面の面圧を前記作動液の蒸気圧以上とするために、前記グルーブ無し部の外径が前記蒸発器本体の中空円筒形状の内径より大きく形成され、前記グルーブ無し部が前記蒸発器本体に圧入されていることが好ましい。

また、この発明の蒸発器は、前記蒸発器において、前記グルーブ無し部が前記蒸発器本体の後端の端部又は端部近傍まで伸びていることを特徴とするものである。

また、この発明の蒸発器は、前記蒸発器において、前記蒸発器本体と前記ウィックのグルーブ無し部との間に、作動液逆流防止用部材を設けていることが好ましい。

また、この発明の蒸発器は、前記蒸発器において、前記グルーブ無し部が、高分子体で構成されていることが好ましい。

また、この発明の蒸発器は、前記蒸発器において、前記グルーブ部と前記グルーブ無し部との境界部に、ウィックの長手方向に垂直で円周方向に円周グルーブ溝を設けていることが好ましい。

この発明のループヒートパイプは、前端側を蒸気管に連通し且つ後端側を液戻り管に連結して閉塞する中空円筒形状をなす蒸発器本体と、この蒸発器本体の中空円筒形状の内部に挿入すると共に前端側を前記蒸発器本体の中空円筒形状の前端側に位置せしめ、かつ前端側を閉塞した円筒形状のウィックと、前記蒸発器本体の中空円筒形状の内部における前記ウィックの後端側に設けられ、作動液を保留するリザーバ部と、後端側を前記液戻り管に連通すると共に前端側を前記リザーバ部と前記ウィックの円筒形状の内部とに挿入して前記液戻り管からの作動液を供給するバイオネット管と、を備えた作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、この蒸発器で気化された気体を移動せしめる蒸気管と、この蒸気管を経て移動した気体を放熱して液化する凝縮器と、この凝縮器で液化した作動液を前記蒸発器のバイオネット管に移動せしめる液戻り管と、を備えたループヒートパイプであって、前記ウィックが、その長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つこの凹凸形状が前記長手方向に向けて設けられ、前記凹部と蒸発器本体との間に蒸気流路を形成したグルーブ部と、このグルーブ部の後端に一体化されていると共に外周面に前記蒸気流路を形成しないグルーブ無し部と、を備え、前記グルーブ無し部は、前記グルーブ部と同じ長さか又は前記グルーブ部より長く形成され、前記蒸発器本体と、前記蒸気管と、前記液戻り管とは、同じ管径で構成されていることを特徴とするものである。
この発明のループヒートパイプは、前記グルーブ無し部と前記蒸発器本体との界面の面圧を前記作動液の蒸気圧以上とするために、前記グルーブ無し部の外径が前記蒸発器本体の中空円筒形状の内径より大きく形成され、前記グルーブ無し部が前記蒸発器本体に圧入されていることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記グルーブ無し部が前記蒸発器本体の後端の端部又は端部近傍まで伸びていることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記蒸発器本体と前記ウィックのグルーブ無し部との間に、作動液逆流防止用部材を設けていることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記グルーブ無し部が、高分子体で構成されていることが好ましい。

また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記グルーブ部と前記グルーブ無し部との境界部に、ウィックの長手方向に垂直で円周方向に円周グルーブ溝を設けていることが好ましい。

以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明の蒸発器によれば、従来のようなＯリングなどの作動液逆流防止用の部材を使用することなく、ウィックのグルーブ無し部により蒸発器で発生する蒸気の逆流を防止できると共に、単純な銅パイプ等の中空円筒形状の蒸発器本体とウィックの組み合わせで単純な構造でありながら蒸発器本体の内部の空洞部をリザーバ部の一部とした蒸発器を提供できる。その結果、従来の蒸発器に比べてはるかにコンパクトサイズにでき、かつ熱交換効率の高い冷却を行うことができる。また、リザーバ部の長さの調整は、単純に蒸発器本体の長さを調整することで簡単にできる。

また、この発明の蒸発器によれば、前記グルーブ無し部が前記蒸発器本体の後端の端部又は端部近傍まで伸びて設けられていることで、上述した発明の蒸発器と比べて、グルーブ無し部を長くすることにより、より一層の作動液逆流防止効果を増し加えることができる。その他の効果は上述した発明の蒸発器と同様である。

この発明のループヒートパイプによれば、上述した１番目の発明の蒸発器を使用しているので、このループヒートパイプが従来の蒸発器に比べてはるかにコンパクトサイズで様々な機器に使用することができ、しかもコンパクトサイズでありながら熱交換効率の高い冷却を行うことができる。また、リザーバ部の長さの調整は、単純に蒸発器本体の長さを調整することで簡単にできる。

また、この発明のループヒートパイプによれば、上述した２番目の発明の蒸発器を使用しているので、より一層の作動液逆流防止効果を増し加えることができ、このループヒートパイプが従来の蒸発器に比べてはるかにコンパクトサイズで様々な機器に使用することができ、しかもコンパクトサイズでありながら熱交換効率の高い冷却を行うことができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図７を参照するに、この実施の形態に係るループヒートパイプ１（ＬＨＰ）には、この実施の形態に係る蒸発器３が使用されている。

この蒸発器３は、作動液５Ｌが気化する際の潜熱を利用して冷却する機能と、前記作動液５Ｌを内部に供給するバイオネット管７と、このバイオネット管７で供給された作動液５Ｌを保留するリザーバ部９〔あるいは、アキュームレータ、ＣＣ（Compensation Chamber）など〕と、を有している。

また、ＬＨＰ１は、上記の蒸発器３と、この蒸発器３で気化された気体５Ｖを移動せしめる蒸気管１１と、この蒸気管１１を経て移動した気体５Ｖを放熱して液化する凝縮器１３（Condenser）と、この凝縮器１３で液化した作動液５Ｌを前記蒸発器３の前記バイオネット管７に移動せしめる液戻り管１５と、から構成されるシステムで、一つのループを形成している。

なお、ＬＨＰ１の内部には作動液５Ｌが投入されている。作動液５Ｌとしてはアルコール、アンモニア、水などがある。この実施の形態では、地球環境の観点から、作動液５Ｌは水としている。図７では作動液５Ｌである水の流れ方向は実線の矢印で示されており、作動液５Ｌが気化された気体５Ｖである水蒸気の流れ方向は点線の矢印で示されている。

すなわち、上記のＬＨＰ１では、蒸発器３が周囲で発生した熱により加熱されると、作動液５Ｌである水が蒸発器３内で蒸気となり、このときの潜熱を利用して周囲の温度を冷却するものである。蒸発器３の内部で生じた蒸気が蒸気管１１を経て凝縮器１３へ移動し、凝縮器１３で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管１５を経て再び蒸発器３とリザーバ部９へ移動することになり、上記の作用を繰り返すことになる。したがって、ＬＨＰ１は潜熱を利用しており、外部電源無しに高い熱輸送能力を有している。また、蒸気管１１、液戻り管１５の配管は自由であり、熱の伝送方向は蒸発器３から凝縮器１３への一方向でダイオードのような振る舞いをするものである。

図１ないしは図３を参照するに、この発明の実施の形態に係る蒸発器３は、蒸発器本体１７とウィック１９とバイオネット管７とが組み合わされて構成され、リザーバ部９が蒸発器本体１７内の一部を構成するものである。

すなわち、蒸発器本体１７は、前端側を蒸気管１１に連通し且つ後端側を液戻り管１５に連結して閉塞する中空円筒形状をなしており、この中空円筒形状の内部に例えば後端側から前記ウィック１９が挿入されることにより、前記ウィック１９の前端側が中空円筒形状の内部の前端側に位置せしめて、前記中空円筒形状の前端側から後端側の途中までの範囲で前記ウィック１９を挿入するウィック挿入部２０と、このウィック挿入部２０以外の残りの空洞部が形成される。その結果として、前記空洞部が作動液５Ｌを保留するためのリザーバ部９となるのである。

なお、この実施の形態では蒸発器本体１７は外径が例えばφ８．２ｍｍで、内径が例えばφ７．４ｍｍの銅管からなり、全長が例えば１００ｍｍである。なお、蒸発器本体１７の前端の部分は蒸気管１１にロー付で連結されており、蒸発器本体１７の後端の部分は液戻り管１５に半田付けで連結されている。

ウィック１９は、前記蒸発器本体１７の中空円筒形状の内部に接触して挿入する円筒形状をなすと共に前記円筒形状の内部の前端側が例えば３〜４ｍｍ程度の壁面で閉塞されている。この実施の形態ではウィック１９は外径が例えばφ７．４ｍｍであり、蒸発器本体１７の内周面との界面の隙間を小さくして面圧を高くしている。また、ウィック１９の円筒形状の内部は、内径が例えばφ４〜５ｍｍで、作動液５Ｌを供給する液貯留室２１を構成している。

また、ウィック１９は、この実施の形態では、軽量化を図るために高分子体の材質が使用されている。この高分子体としては、例えば直径１０〜２０μｍのポリエチレンパウダを焼結したものが用いられる。このような高分子体は、一つ一つのパウダが親水基を有しているので、濡れ性の向上と表面張力にさらに＋αのポンプ力が加えられるために、ウィック１９内の蒸気の移動する力が大きくなる。

また、前記ウィック１９の外周面には、当該ウィック１９の前端側から後端側の途中までの範囲でウィック１９の長手方向に垂直な断面において凹部２３Ａと凸部２３Ｂで円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つこの凹凸形状がウィック１９の長手方向に向けて設けられ、例えばほぼ直線的に延伸されるグルーブ部２３が備えられている。さらに、前記ウィック１９の外周面には、上記のグルーブ部２３を形成しないグルーブ部２３と一体化されたグルーブ無し部２５が設けられている。この実施の形態では、ウィック１９は全長が例えば５０ｍｍで、グルーブ部２３の全長が例えば２５ｍｍで、グルーブ無し部２５の全長が例えば２５ｍｍである。

なお、この実施の形態ではグルーブ部２３の凹凸形状がウィック１９の長手方向に向けて設けられ、例えばほぼ直線的に延伸されているが、これに限定されることなく、例えば、上記の凹凸形状がウィック１９の長手方向に向けて螺旋状あるいは他の形態の曲線で曲線的に延伸されていても良い。

また、この実施の形態では上記の凹部２３Ａの数が例えば２４個であり、凹部２３Ａの断面形状が四角形状であるがＶ溝形状などの他の断面形状でも良く、凹部２３Ａの数や断面形状は限定されない。つまり、凹部２３Ａの断面積の大きさは、グルーブ部２３の凹部２３Ａの数や形状等を変えることによって種々に設定することができる。

したがって、図１、図２及び図３に示されているように、ウィック１９が蒸発器本体１７の内部に接触して挿入されると、前記グルーブ部２３では凹部２３Ａと蒸発器本体１７との間に蒸気流路２７が形成される構成である。また、グルーブ無し部２５と蒸発器本体１７との界面の隙間を小さく接触せしめることにより面圧を高くすることによって、グルーブ無し部２５が従来の蒸発器のＯリングに相当する作動液逆流防止の機能を有する構成である。したがって、従来のＯリング等の作動液逆流防止用の部材は不要となる。

上記のグルーブ無し部２５と蒸発器本体１７との界面の隙間の裕度は、蒸発器３の加熱により発生する蒸気圧とリザーバ部９内の蒸気圧の差と作動液の表面張力から決まるが、ウィック１９の材料としてポリエチレンの高分子体が使用されているので、ポリエチレンの弾性により隙間無く設置されることになる。したがって、グルーブ無し部２５と蒸発器本体１７との界面の面圧を高く保持される。

この点についてより詳しく説明すると、例えば、ウィック１９のグルーブ無し部２５の外径が蒸発器本体１７の内径と同じか、あるいは大きく形成されることによって、ウィック１９のグルーブ無し部２５を蒸発器本体１７に例えば圧入する形態とすることで、上記の界面の面圧を蒸気圧以上の面圧に上げることができるので、グルーブ部２３で発生した水蒸気の逆流を抑制することができる。

また、上記の例では、Ｏリング等の作動液逆流防止用の部材を無しにしているが、例えば、図４に示されているように、蒸発器本体１７とウィック１９のグルーブ無し部２５との間に、作動液逆流防止用部材としての例えばＯリング２９を併用して設けることは、水蒸気の逆流防止効果を増し加えることになるので、上記のグルーブ無し部２５の長さを短くすることができる。

この実施の形態では、ウィック１９は蒸発器本体１７の前端側から後端側の途中までの範囲のウィック挿入部２０で蒸発器本体１７の内部に接触して挿入されており、このウィック挿入部２０以外の空洞部で、すなわち前記ウィック１９の後端と蒸発器本体１７の後端に連結した液戻り管との間で、前述したリザーバ部９が形成されることになる。つまり、全長１００ｍｍの蒸発器本体１７の図１の左端から５０ｍｍまでがウィック１９が挿入されている状態であり、残りの右側の５０ｍｍの間の空洞部がリザーバ部９を構成するのである。

また、上述したウィック１９の液貯留室２１はリザーバ部９に連通する構成となる。

また、バイオネット管７の後端側が液戻り管１５から徐々に細くなるように漏斗状に絞られる状態で連通されており、前端側が蒸発器本体１７のリザーバ部９内と前記ウィック１９の液貯留室２１の前端部の壁面の例えば２〜３ｍｍ手前まで挿入されている。なお、この実施の形態では、上記のウィック１９の液貯留室２１の内径ｄ_２が例えばφ４〜５ｍｍであるのに対してバイオネット管７は外径ｄ_１が例えばφ３〜４ｍｍで、内径が例えばφ２〜３ｍｍであり、液貯留室２１とバイオネット管７との間は作動液５Ｌを十分に貯留できる隙間が生じるようにｄ_２＞ｄ_１となる構成である。

なお、このリザーバ部９の位置の定義としては、図１に示されているように蒸発器本体１７の後端からグルーブ無し部２５の全長を含むその前端までの範囲で構成されるものとする。すなわち、上記のグルーブ無し部２５の範囲内での液貯留室２１とバイオネット管７との間の隙間も、広い意味で、作動液５Ｌを貯留するリザーバ部９となる。

上記構成により、この実施の形態のＬＨＰ１および蒸発器３の作用を説明すると、図７に示されているように、蒸発器３の蒸発器本体１７が周囲の熱で加熱されると、蒸発器本体１７とウィック１９のグルーブ部２３の接触面から蒸発器本体１７の熱が効率よく熱伝導してウィック１９が加熱される。

一方、前記液貯留室２１の水は、上述したようにウィック１９のポリエチレンの高分子体の各パウダが親水基を有しているために濡れ性の向上と表面張力に＋αのポンプ力が加えられて真空引きされる。この真空引きにより浸透したウィック１９の内部の水は圧力が下がっているので、加熱されると水が低い沸点で沸騰して蒸気になる。水が蒸気になるときの潜熱により周囲の温度が冷却されることになる。

この蒸気は前述したように水がウィック１９の高分子体内に真空引きされる力により押し出されてウィック１９の高分子体内を移動し、グルーブ部２３の凹部２３Ａの表面から蒸気流路２７へ流れることになる。

さらに、蒸気流路２７内の蒸気は、前述したように蒸気管１１を経て凝縮器１３へ移動し、この凝縮器１３で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管１５を経て再びバイオネット管７からウィック１９の液貯留室２１へ戻ることになる。バイオネット管７は液貯留室２１の前端部の壁面の少し手前まで挿入されているので、バイオネット管７の前端から液貯留室２１に供給された水は、バイオネット管７の前端から１８０°反転して液貯留室２１とバイオネット管７の間を通過して液貯留室２１内に充満する状態となり、リザーバ部９へ保留されることとなる。そして、上記の作用を繰り返すことになる。

以上のように、この実施の形態の蒸発器３は、作動液５Ｌとしての例えば水を蒸気にして熱を奪って冷却する装置であり、このように潜熱を利用する蒸発器３の冷却容量は単位面積あたりの水の蒸発速さと蒸発潜熱の積から求められるので、ウィック１９と蒸発器本体１７との接触状態が良く熱伝導効率が高いほど冷却容量が大きくなる。この点では、グルーブ部２３と蒸発器本体１７との界面の隙間が小さく接触しており、さらにはウィック１９の材料として例えばポリエチレンの高分子体を使用することで、ポリエチレンの弾性により隙間無く設置されるので、ウィック１９と蒸発器本体１７との熱伝導効率は高いものである。

図８は、ＬＨＰ１におけるパワー（Ｗ）の変化に対する蒸発器３の周囲の加熱温度と蒸発器３の温度の変化を示すグラフである。このグラフから分かるように、パワー（Ｗ）が上がると蒸発器３の周囲の加熱温度が５０°Ｃから７０°Ｃに上昇しているが、蒸発器３自体の温度変化は４５°Ｃから５２°Ｃ程度であり、ほぼ横ばいであることから、蒸発器３の冷却効率が高いことを示している。

図９は、ＬＨＰ１におけるパワー（Ｗ）の変化に対する蒸発器３の熱抵抗の変化を示すグラフである。このグラフからも分かるように、パワー（Ｗ）が上がると、蒸発器３の熱抵抗は逆に減少することから、蒸発器３の周囲の熱量が上がってくるにつれて蒸発器３の熱抵抗が益々改善されてくる現象、すなわち、益々高い熱輸送能力を有してくることが分かる。

また、グルーブ部２３が加熱されることで発生する水蒸気はリザーバ部９へ逆流してはいけないし、グルーブ部２３の熱が蒸発器本体１７を熱伝導してリザーバ部９へ伝わって当該リザーバ部９内の水が水蒸気に変化してはいけない。

この点では、ウィック１９にはグルーブ部２３とグルーブ無し部２５が設けられているので、構造が単純でありながら、グルーブ無し部２５によりグルーブ部２３で発生する蒸気の逆流を防止できる。しかも、上述したようにウィック１９のポリエチレンの弾性により蒸発器本体１７との接触状態が隙間無く設置されるので、グルーブ無し部２５と蒸発器本体１７との界面の面圧を高く保持されることから、確実に蒸気逆流の防止となり、従来のＯリング等の作動液逆流防止用の部材は不要となる。特に、ウィック１９のグルーブ無し部２５の外径が蒸発器本体１７の内径と同じか、あるいは大きく形成されることによって、蒸発器本体１７とウィック１９のグルーブ無し部２５の外周面との界面の面圧が、前記グルーブ部２３で発生する蒸気圧力以上となるように設定できるので、確実な蒸気逆流の防止となる。

なお、ウィック１９のグルーブ無し部２５の長さを長くすることで、前記界面の界面長が長くなるので、蒸発器３で発生する蒸気の逆流をより一層確実に防止できる。

しかしながら、蒸発器本体１７とウィック１９のグルーブ無し部２５との間に、Ｏリング２９等の作動液逆流防止用部材を併用して設けることは、Ｏリング２９が作動液を含まないためにＯリング２９自体からの蒸気発生がないので、より一層の作動液逆流防止効果を増し加えることができ、そのために、グルーブ無し部２５の長さを短くすることができる。

したがって、Ｏリング２９を併用せずにグルーブ無し部２５を長くするか、あるいはＯリング２９を併用してグルーブ無し部２５を短くするかにより、蒸発器本体１７の全長、すなわち蒸発器３の全長を調整することで、ループヒートパイプ１及び蒸発器３が設置される環境に応じて設計を行うことができる。

また、この実施の形態の蒸発器３は、中空円筒形状の蒸発器本体１７の中にリザーバ部９を収納した簡単な構造であるので、この蒸発器３を使用したＬＨＰ１は従来の蒸発器とリザーバ部とを別に設けたＬＨＰに比べてはるかにコンパクトサイズにできる。

したがって、この実施の形態の蒸発器３を使用したＬＨＰ１は、例えばノートパソコン等のＯＡ機器やデジタル家電あるいは他の様々な機器で発生する熱の冷却に使用されることにより、コンパクトサイズでありながら熱交換効率の高い冷却を行うことができる。

なお、前述した実施の形態のウィック１９のグルーブ部２３の少なくとも１箇所に、例えば図５に示されているように、ウィック１９の長手方向に対して垂直で円周方向に一周する円周グルーブ溝３１を設けることができる。好ましくは、グルーブ部２３とグルーブ無し部２５の境界部およびグルーブ部２３に数箇所の前記円周グルーブ溝３１を設けることが良い。

これにより、例えば、蒸発器３の下側から加熱されたときはウィック１９のグルーブ部２３の下側の蒸気流路２７に蒸気が多く発生するが、この下側の蒸気は円周グルーブ溝３１により上側の蒸気流路２７に流れるので、蒸気流路２７の全体が円周方向で均一化されることになり、より一層熱交換効率の高い冷却を行うことができる。

次に、この発明の他の実施の形態に係る蒸発器３３について図面を参照して説明する。なお、前述した実施の形態の蒸発器３とほぼ同様であるので、主として異なる部分のみを説明し、同様の部材は同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図６を参照するに、この蒸発器３３が前述した蒸発器３と異なる点は、グルーブ無し部２５の後端が蒸発器本体１７の後端まで伸びている。すなわち、ウィック１９が蒸発器本体１７の中空円筒形状の内部の全長に亘って挿入して構成されていることにある。したがって、この場合は、図１のように、蒸発器本体１７の中空円筒形状の内部に、蒸発器本体１７の前端側から後端側の途中までの範囲で挿入されたウィック挿入部２０以外の残りの空洞部からなるリザーバ部９は形成されない。グルーブ無し部２５の範囲の液貯留室２１とバイオネット管７との間の隙間が、作動液５Ｌを貯留するリザーバ部３５となる。

他は、前述した実施の形態の蒸発器３と同様である。例えば、ウィック１９のグルーブ部２３はその長手方向に垂直な断面において凹凸形状がウィック１９の長手方向に向けて設けられ、例えばほぼ直線的に、あるいは螺旋状のように曲線的に延伸されている点や、ウィック１９の外径が前記蒸発器本体１７の中空円筒形状の内径と同じか又は大きく形成されている点や、図４に示されているように蒸発器本体１７とウィック１９のグルーブ無し部２５との間に作動液逆流防止用部材であるＯリング２９を設けてもよい点や、図５に示されているようにグルーブ部２３の少なくとも１箇所に円周グルーブ溝３１を設けてもよい点などが、同様に適用することができる。

上記構成により、前述した実施の形態の蒸発器３と比べて、グルーブ無し部２５を長くすることができるので、より一層の作動液逆流防止効果を増し加えることができる。特に、図６の場合はグルーブ無し部２５の後端が半田付けで閉塞されているので、より一層確実な作動液逆流防止となる。なお、その他の効果は、前述した実施の形態の蒸発器３と同様である。

なお、上記の図６の蒸発器３３は、前述した図７のループヒートパイプ１（ＬＨＰ）における蒸発器３と替えて使用されることにより、他の実施の形態のループヒートパイプとして構成されることになる。

この発明の実施の形態の蒸発器の要部断面を含む概略的な断面図である。図１の概略的な斜視図である。図１の矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。他の実施の形態の蒸発器の要部断面を含む部分的な断面図である他の実施の形態のウィックを示す概略的な斜視図である。この発明の他の実施の形態の蒸発器の要部断面を含む概略的な断面図である。この発明の実施の形態のループヒートパイプの概略的な構成図である。この発明の実施の形態のループヒートパイプにおけるパワー（Ｗ）の変化に対する蒸発器周囲の加熱温度と蒸発器の温度の変化を示すグラフである。この発明の実施の形態のループヒートパイプにおけるパワー（Ｗ）の変化に対する蒸発器の熱抵抗の変化を示すグラフである。従来のループヒートパイプの概略的な構成図である。従来の蒸発器の要部断面を含む概略的な斜視図である。図１１の矢視ＸＩＩ−ＸＩＩ線の断面図である。

符号の説明

１ＬＨＰ（ループヒートパイプ）
３蒸発器
５Ｌ作動液（液体の）
５Ｖ気体（気化した作動液）
７バイオネット管
９リザーバ部
１１蒸気管
１３凝縮器
１５液戻り管
１７蒸発器本体
１９ウィック
２０ウィック挿入部
２１液貯留室
２３グルーブ部
２３Ａ凹部
２３Ｂ凸部
２５グルーブ無し部
２７蒸気流路
２９Ｏリング（作動液逆流防止用部材）
３１円周グルーブ溝
３３蒸発器
３５リザーバ部

Claims

前端側を蒸気管に連通し且つ後端側を液戻り管に連結して閉塞する中空円筒形状の蒸発器本体と、
この蒸発器本体の中空円筒形状の内部に挿入すると共に前端側を前記蒸発器本体の中空円筒形状の前端側に位置せしめ、かつ前端側を閉塞した円筒形状のウィックと、
前記蒸発器本体の中空円筒形状の内部における前記ウィックの後端側に設けられ、作動液を保留するリザーバ部と、
後端側を前記液戻り管に連通すると共に前端側を前記リザーバ部と前記ウィックの円筒形状の内部とに挿入して前記液戻り管からの作動液を供給するバイオネット管と、
を備えた作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器であって、
前記ウィックが、その長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つこの凹凸形状が前記長手方向に向けて設けられ、前記凹部と蒸発器本体との間に蒸気流路を形成したグルーブ部と、このグルーブ部の後端に一体化されていると共に外周面に前記蒸気流路を形成しないグルーブ無し部と、を備え、
前記グルーブ無し部は、前記グルーブ部と同じ長さか又は前記グルーブ部より長く形成されていることを特徴とする蒸発器。
前記グルーブ無し部と前記蒸発器本体との界面の面圧を前記作動液の蒸気圧以上とするために、前記グルーブ無し部の外径が前記蒸発器本体の中空円筒形状の内径より大きく形成され、前記グルーブ無し部が前記蒸発器本体に圧入されていることを特徴とする請求項１記載の蒸発器。
前記グルーブ無し部が前記蒸発器本体の後端の端部又は端部近傍まで伸びていることを特徴とする請求項１又は２記載の蒸発器。
前記蒸発器本体と前記ウィックのグルーブ無し部との間に、作動液逆流防止用部材を設けていることを特徴とする請求項１記載の蒸発器。
前記グルーブ無し部が、高分子体で構成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の蒸発器。
前記グルーブ部と前記グルーブ無し部との境界部に、ウィックの長手方向に垂直で円周方向に円周グルーブ溝を設けていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の蒸発器。
前端側を蒸気管に連通し且つ後端側を液戻り管に連結して閉塞する中空円筒形状をなす蒸発器本体と、この蒸発器本体の中空円筒形状の内部に挿入すると共に前端側を前記蒸発器本体の中空円筒形状の前端側に位置せしめ、かつ前端側を閉塞した円筒形状のウィックと、前記蒸発器本体の中空円筒形状の内部における前記ウィックの後端側に設けられ、作動液を保留するリザーバ部と、後端側を前記液戻り管に連通すると共に前端側を前記リザーバ部と前記ウィックの円筒形状の内部とに挿入して前記液戻り管からの作動液を供給するバイオネット管と、を備えた作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、
この蒸発器で気化された気体を移動せしめる蒸気管と、
この蒸気管を経て移動した気体を放熱して液化する凝縮器と、
この凝縮器で液化した作動液を前記蒸発器のバイオネット管に移動せしめる液戻り管と、
を備えたループヒートパイプであって、
前記ウィックが、その長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つこの凹凸形状が前記長手方向に向けて設けられ、前記凹部と蒸発器本体との間に蒸気流路を形成したグルーブ部と、このグルーブ部の後端に一体化されていると共に外周面に前記蒸気流路を形成しないグルーブ無し部と、を備え、
前記グルーブ無し部は、前記グルーブ部と同じ長さか又は前記グルーブ部より長く形成され、
前記蒸発器本体と、前記蒸気管と、前記液戻り管とは、同じ管径で構成されていることを特徴とするループヒートパイプ。
前記グルーブ無し部と前記蒸発器本体との界面の面圧を前記作動液の蒸気圧以上とするために、前記グルーブ無し部の外径が前記蒸発器本体の中空円筒形状の内径より大きく形成され、前記グルーブ無し部が前記蒸発器本体に圧入されていることを特徴とする請求項７記載のループヒートパイプ。
前記グルーブ無し部が前記蒸発器本体の後端の端部又は端部近傍まで伸びていることを特徴とする請求項７又は８記載のループヒートパイプ。
前記蒸発器本体と前記ウィックのグルーブ無し部との間に、作動液逆流防止用部材を設けていることを特徴とする請求項７記載のループヒートパイプ。
前記グルーブ無し部が、高分子体で構成されていることを特徴とする請求項７、８、９又は１０記載のループヒートパイプ。
前記グルーブ部と前記グルーブ無し部との境界部に、ウィックの長手方向に垂直で円周方向に円周グルーブ溝を設けていることを特徴とする請求項７、８、９、１０又は１１記載のループヒートパイプ。