JP5060785B2 - 熱伝達システムの製造 - Google Patents
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Description
を備える。プライムシステム110は、熱輸送システム105内の流体を液体に変換させ熱輸送システム105を始動待機状態にする(プライミングする)ように構成される。この説明において使用される用語「流体」は、飽和平衡状態において液体及び蒸気の両者である物質を呼ぶ一般的用語である。
ード中に貯蔵器155の温度を更に制御し又は調整するためにヒーターを使うことができる。更に、主モードにおいては、熱源Qsp151により2次蒸発器150に加えられる熱量が減らされ、熱伝達システム105を流体に対する正常な作動温度に低下させる。例えば、主モードにおいて、熱源Qsp151から2次蒸発器150への熱負荷は、下に定められるように、加熱条件に等しい値又はこれを越える値に保たれる。一実施例においては、熱源Qspからの熱負荷は、熱源Qin116から主蒸発器115に加えられる熱負荷の約5から10%に保たれる。
405に達するまで低下する。システム100がLHPモードで作動しているとき(ステップ340)、時刻462において熱量Qin460が主蒸発器115に加えられる。示されるように、主蒸発器115への熱入力Qin460は比較的低く保たれるが、主蒸発器115は冷却される。2次流体管路160の温度470及び液体管路125の温度475も示される。時刻410より後、温度470及び475は主蒸発器115の温度400を追跡する。更に、2次蒸発器150と貯蔵器155との間の熱連絡のため、2次蒸発器150の温度415は貯蔵器155の温度405に密に追随する。
0を実施することができる。小型化されたシステム800においては、管路125、130、160は、空間を節約するコイル構成805を許すために可撓性材料で作られる。小型化されたシステム800は、ネオン流体を使用して−238℃で作動することができる。熱入力Qin116は約0.3から2.5Wである。小型化されたシステム800は、低温構成要素(又は低温冷却を必要とする熱源)816を、凝縮器120、122の冷却のために結合された低温冷却器810のような低温冷却源に熱的に結合する。
蒸発器は、2相熱伝達システムにおける一体の構成要素である。例えば、図5A及び5Bに示されるように、蒸発器500は、コア510を囲む1次ウイック540と接触している蒸発器本体又は容器515を備える。コア510は作動流体用の流路を定める。1次ウイック540は、複数の周囲の流路又は蒸気溝545によりその周囲を囲まれる。通路545はウイック540と蒸発器本体515との間の境界面で蒸気を集める。通路545は蒸気出口550と接触し、この出口は、蒸発器115内で形成された蒸気を排出できるように凝縮器内に供給する蒸気管路内に供給する。
図10を参照すれば、熱伝達システム用の蒸発器1000は、蒸気障壁1005、液体障壁1010、蒸気障壁と液体障壁1010の内側との間の1次ウイック1015、蒸気除去通路1020、及び液体流路1025を備える。
えば金属板のような伝熱性材料より作られる。蒸気障壁1005用に選ばれた材料は、典型的に、作動流体の内圧に耐えることができる。
蔵器及び/又は蒸発器1000の液体障壁1010に熱交換用のファンを備える。これらファンの自然対流がサブクーリングを提供して熱伝達システムの凝縮器及び貯蔵器におけるストレスを減少させる。
の圧力封じ込めによる幾つかの問題が発生する可能性がある。蒸発器の壁を厚くするような圧力封じ込めに対する伝統的な解は、常に有効であるとは限らない。例えば、かなりの平坦面積を有する平面型蒸発器においては、壁が厚くなり、このため温度差が大きくなって蒸発器の熱伝導性が悪化する。更に、圧力封じ込めによる壁の顕微鏡的な撓みでも壁と1次ウイックとの間の接触の損失を生じる。かかる接触の損失は蒸発器を通しての熱伝達に衝撃を与える。更に壁の顕微鏡的撓みは、蒸発器と熱源、更に外部に冷却装置との間の伝達に伴う困難を生ずる。
図10−13を参照すれば、環状蒸発器1100は、1次ウイック1015がそれ自体をループ状に丸くなり環状を形成するように、平面型蒸発器1000を効果的にロール掛けすることにより形成される。蒸発器1100は、熱源が円筒状の外側形状を有する用途、又は熱源を円筒形に形成し得る用途に使用することができる。この環状の形は、圧力封じ込めに対する円筒体の強度と、円筒状に形成された熱源との可能な最良の接触のための湾曲した境界面とを組み合わせる。
周期的熱交換システムは、熱交換システムのある領域における温度を制御するために1個又は複数個の熱伝達システムを有し構成することができる。周期的熱交換システムは、例えば、周期的熱交換システム、スターリング熱交換システム(スターリングエンジンとしても知られる)、又は空調システムのような熱力学サイクルを使って作動する適宜のシステムとすることができる。
ーバル・クーリング・マニュファクチャリング、94N.コロンバスロード、アテナ、オハイオ、Global Cooling Manufacturing, 94N. Columbus Rd., Athens, Ohio)より入手可能)のようなフリーピストンスターリングクーラー(FPSC)として設計される。FPSC2000は、AC電源入力2010を受け入れる直線運動モーター(図示せず)を収容している直線運動モーター部分2005を備える。FPSC2000は、熱受容器2015、再生機2020、及び熱排出機2025を備える。FPSC2000は、FOSCの運転中の振動を吸収するために直線運動モーター部分2005内に直線運動モーターの本体に結合された平衡質量2030を備える。FPSC2000は、充填ポート2035も備える。FPSC2000は図21のFPSC2100に示されるような内部構成要素を備える。
40は蒸気を液体に凝縮させ、この液体は凝縮器2540の下方部分に集められる。貯蔵器2525と凝縮器2540の下方部分との間の圧力差のため、液体は貯蔵器2525内に強制される。貯蔵器2525からの液体は、蒸発器2520の液体流路に入る。蒸発器2520の液体流路は蒸発器1100の通路1125と同様に構成され、蒸発した液体の適切な液体置換を提供するように適切な寸法にされかつ位置決めされる。1次ウイック2560により作られた毛管圧力は、LHPの全圧力低下に抵抗しかつ気泡が1次ウイック2560を通って液体流路に向かって動くことを防止するに十分である。
の蒸発器が周期的熱交換システムの高温側と熱的に結合された場合は、蒸発器は高温側を囲みかつこれと接触することができ、更に熱的な結合は高温側と蒸発器との間に塗布されたサーマルグリスコンパウンドにより行うことができる。別の実施例において、熱伝達システムの蒸発器が周期的熱交換システムの高温側に熱的に結合された場合、蒸発器は、周期的熱交換システムの高温側の中に蒸気直接通路を形成することにより、周期的熱交換システムの高温側と一体に構成することができる。
3505の熱排出面3502上で滑る。蒸発器3500は、蒸気障壁3510、液体障壁3515、及び障壁3510と3515との間に挟まれたウイック3520を備える。ウイック3520には蒸気通路3525が設けられ、更に液体障壁3515には、明瞭のため単純化された形式で示される液体流路3530が形成される。
あろう。熱放出面内に蒸気通路を直接形成することにより蒸発器が前記部分と一体に構成されたときは、この熱放出面は、かなり小さい熱交換面積によりサーマルグリス境界の熱放出面の最高温度以下で作動するであろう。
可逆であるならば、このサイクルは可逆であり、熱の変換は反対方向において発生し、なされた仕事は符号が切り替わる。最も単純な可逆サイクルはカルノサイクルであり、これは2個の熱貯蔵器により熱を交換する。
図47を参照すれば、熱力学システム4700は、例えば周期的熱交換システム4705のような熱源、及び周期的熱交換システム4705の部分4715に熱的に結合された熱伝達システム4710を備える。熱伝達システム4710は、例えば、図11の環状蒸発器のような環状蒸発器4713を有し設計される。蒸発器4713は、部分4715から熱を排出するように周期的熱交換システム4705の部分4715を囲むような形状にされる。熱力学システム4700は、熱伝達システム4710の凝縮器4712上方で空気を経路5100(図51)に沿うように強制して追加の対流冷却を提供するように位置決めされたファン4720も備える。
8ミクロンの微孔半径、約105.18mm(4.141インチ)の外径、約101.22mm(3.985インチ)の内径、及び約44.45mm(1.75インチ)の長さを持つ。蒸気障壁5315は、例えば、各通路が半径約0.635mm(0.025インチ)を有する半円形として形成された蒸気除去通路5325を186個持つ(図53B)。蒸気障壁5315は約0.889mm(0.035インチ)の厚さを持つ。
5805に熱的に結合された液体障壁5305を、障壁5305の外径がサブクーラー5310の内径より小さい温度に冷却する(ステップ5905)。例えば、液体障壁5305を約−120℃以下に冷却することができる。温度制御ブロック5805は液体窒素を使って冷却することができる。図60Cを参照すれば、冷却された温度制御ブロック5805及び液体障壁5305が加熱されたサブクーラー5310の中に挿入され、外側サブ組立体6001を形成する(ステップ5910)。次に、図60Dに示されるように、制御ブロック5805が挿入される(ステップ5910)と、サブクーラー5310から熱が奪われ、温度制御ブロック5805の温度が上昇し、外側サブ組立体6001の温度は安定する(ステップ5915)。外側サブ組立体6001の温度が安定した(5915)後、図60Eに示されるように、液体障壁5305から温度制御ブロック5805が取り出される(ステップ5920)。
Claims (31)
- 蒸発器を作る方法であって、
蒸気障壁の熱吸収面が蒸発器の外面の少なくも一部分を定めるように蒸気障壁の方向を定め、外面は熱を受け入れるように構成され、
蒸気障壁に隣接して液体障壁の方向を定め、液体障壁は液体を封じ込めるように構成された表面を有し、
蒸気障壁と液体障壁との間にウイックを位置決めすることを含み、
蒸気障壁の方向定め、液体障壁の方向定め、及びウイックの位置決めの少なくも一つがウイックと蒸気障壁との間の境界における蒸気除去通路を定めることを含み、更に
蒸気障壁の方向定め、液体障壁の方向定め、及びウイックの位置決めの少なくも一つが液体障壁と1次ウイックとの間における液体流路を定めることを含む方法。 - 蒸気障壁を形成する過程と、液体障壁を形成する過程とを更に有する
請求項1記載の方法。 - 蒸気障壁を形成する過程が、蒸気障壁の平面形状への形成を含み、か
つ液体障壁を形成する過程が液体障壁の平面形状への形成を含む請求項2記載の方法。 - 蒸気障壁を形成する過程が、蒸気障壁の環状形状への形成を含み、か
つ液体障壁を形成する過程が液体障壁の環状形状への形成を含む請求項2記載の方法。 - ウイックを位置決めする過程が、蒸気障壁上のウイックの熱収縮を含
む請求項4記載の方法。 - ウイックを位置決めする過程が、ウイック上の液体障壁の熱収縮を含
む請求項4記載の方法。 - ウイックを位置決めする過程が、蒸気障壁と液体障壁の液体封じ込め
面との間にウイックを位置決めすることを含む請求項1記載の方法。 - 液体障壁に隣接してサブクーラーの方向を定める過程を更に有する請
求項1記載の方法。 - サブクーラーを方向定めする過程が、液体障壁上へのサブクーラーの
熱収縮を有する請求項8記載の方法。 - 蒸気障壁を形成する過程と、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を電気腐食する過程と、を更に有する請求項1記載の方法。 - 蒸気障壁を形成する過程と、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を機械加工する過程と、を更に有する請求項1記載の方法。 - 蒸気除去通路をウイック内に埋設する過程を更に有する請求項1記
載の方法。 - 蒸気障壁を形成する過程と、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を写真腐食する過程と、を更に有する請求項1記載の方法。 - 蒸気障壁材料を円筒状にロール加工し、かつ蒸気障壁材料の組み合
っている縁を封着することにより蒸気障壁を形成する過程を更に有する請求項1記載の方法。 - 液体障壁材料を円筒状にロール加工し、かつ液体障壁材料の組み合
っている縁を封着することにより液体障壁を形成する過程を更に有する請求項1記載の方法。 - 液体障壁を方向定めする過程が、液体障壁の熱収縮を有する請求項
1記載の方法。 - 液体障壁を形成する過程と、そして
液体障壁内に液体流路を電気腐食する過程と、
を有する請求項1記載の方法。 - 蒸発器を作る方法であって、
環状の形を有する液体障壁を方向定めする過程と、
環状の形を有する蒸気障壁を液体障壁と同軸に方向を定めする過程と、そして
液体障壁と蒸気障壁との間に液体障壁と同軸にウイックを位置決めする過程と、を有する方法。 - 蒸気障壁を形成する過程と液体障壁を形成する過程とを更に有する
請求項18記載の方法。 - ウイックを位置決めする過程が、蒸気障壁上のウイックの熱収縮を
有する請求項18記載の方法。 - ウイックを位置決めする過程が、ウイック上の液体障壁の熱収縮を
有する請求項18記載の方法。 - ウイックを位置決めする過程が、蒸気障壁と液体障壁の液体封じ込
め面との間のウイックの位置決めを有する請求項18記載の方法。 - 液体障壁に隣接してサブクーラーを方向定めする過程を更に有する
請求項18記載の方法。 - サブクーラーを方向定めする過程が、サブクーラーの液体障壁上へ
の熱収縮を有している請求項23記載の方法。 - 蒸気障壁を形成する過程、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を電気腐食する過程、
を更に有する請求項18記載の方法。 - 蒸気障壁を形成する過程、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を機械加工する過程、
を更に有する請求項18記載の方法。 - ウイック内に蒸気除去通路を埋設する過程を更に有する請求項18
記載の方法。 - 蒸気障壁を形成する過程、そして
蒸気障壁内に蒸気除去通路を写真腐食する過程、
を更に有する請求項18記載の方法。 - 蒸気障壁材料を円筒状の形にロール加工して蒸気障壁材料の組み合
っている縁を封着することにより蒸気障壁を形成する過程を更に有する請求項18記載の方法。 - 液体障壁材料を円筒状の形にロール加工し、そして液体障壁材料の
組み合っている縁を封着することにより液体障壁を形成する過程を更に有する請求項18記載の方法。 - 液体障壁を方向定めする過程が液体障壁の熱収縮を有する請求項1
8記載の方法。
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