JP6775945B2 - 熱輸送システム - Google Patents

Description

本発明は、熱輸送システムに関するものである。

特許文献１には、流体を付勢して流体に脈動を発生させる脈動発生装置と、流体と熱媒体との間で熱を交換させる熱交換器と、流路を形成する流路形成部材と、を備え、脈動発生装置、流路、熱交換器を、この記載順に前記流体が通る技術が記載されている。また、特許文献１には、流体の脈動により流体の乱流が層流化されて流路の圧力損失を低減されることが記載されている。

特開２０１５−４５４７８号公報

しかし、本願発明者の検討によれば、熱交換器は脈動発生装置から伸びる流路の下流に配置されているので、熱交換器において流体の乱れが非常に小さくなってしまい、熱交換器において流体と熱媒体の間の熱伝達率が低くなってしまう。

本発明は上記点に鑑み、流体に脈動を発生させて流路の圧力損失を低減する技術において、熱交換器の熱伝達率低下を抑えることを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、流体を媒体として熱を輸送する熱輸送システムであって、前記流体を付勢して前記流体に脈動を発生させる脈動発生装置（１）と、前記流体と熱媒体（６、９）との間で熱を交換させる熱交換器（２、４）と、流路を形成する流路形成部材（３、５）と、を備え、前記脈動発生装置、前記熱交換器、および前記流路を、この順に前記流体が通り、前記流体の流れにおける前記脈動発生装置の直下流に前記熱交換器が配置されており、平均レイノルズ数が同じ定常流を流した場合に比べて、前記熱交換器では乱れた流れにより脈動の１周期平均圧力損失が増加し、平均レイノルズ数が同じ定常流を流した場合に比べて、前記熱交換器の下流にある前記流路では乱れが低減されて脈動の１周期平均圧力損失が低減されることを特徴とする熱輸送システムである。

発明者の鋭意検討の結果、脈動発生装置における流体の出口直後は、流体の乱れが依然として大きく、圧力損失があまり低下しないことがわかった。そこで、上記のように、脈動発生装置の直下流に熱交換器を配置することで、脈動発生装置における流体の出口直後の乱れた流れが、熱交換器の熱伝達率の低下を抑える。また、熱交換器下流の流路では、脈動により乱れが低減されて層流化した状態となるので、圧力損失が低減される。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る熱輸送システムの構成図である。 ポンプ１と放熱器２の接続形態を示す図である。 脈動の形態を示す図である。 脈動の範囲を示す図である。 圧力損失評価実験に用いた装置の構成を示す図である。 圧力損失評価実験の結果を示すグラフである。 ポンプからの距離と脈動流の状態を概念的に示す図である。 第２実施形態に係る熱輸送システムの構成図である。 ポンプ１と冷却器４の接続形態を示す図である。 第３実施形態におけるポンプ１と冷却器４の接続形態を示す図である。 第４実施形態におけるポンプ１と冷却器４の接続形態を示す図である。 第５実施形態におけるポンプ１と冷却器４の接続形態を示す図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。本実施形態の熱輸送システムは、作動流体を媒体として熱を輸送するシステムである。熱輸送システムは、車両に搭載されていてもよいし、車両外の位置に設置されていてもよい。作動流体は、液体であり、より具体的には、水やエチレングリコール水溶液である。図１に示すように、熱輸送システムは、ポンプ１、放熱器２、第１配管３、冷却器４、第２配管５、発熱体６、制御装置７、送風ファン８、送風空気９を有している。

ポンプ１は、作動流体を付勢して作動流体に脈動を発生させる脈動発生装置である。より具体的には、ポンプ１は、作動流体の流れの上流側から作動流体を吸入し、作動流体の流れの下流側に作動流体を吐出する装置である。以下、上流、下流とは、それぞれ、作動流体の流れの上流、下流をいう。ポンプ１は、例えば、ＤＣブラシレスモータと、ＤＣブラシレスモータによって駆動される可動部を有する。その場合、可動部がＤＣブラシレスモータによって駆動されることで、ポンプ１が上流側から作動流体を吸入し、下流側に作動流体を吐出する。ポンプ１としては、遠心ポンプ、ギヤポンプ、ピストンポンプ、ＥＨＤポンプ等、種々のポンプが利用可能である。

放熱器２は、ポンプ１の直下流に配置され、作動流体と熱媒体との間で熱を交換させる熱交換器である。ここでいう熱媒体は、送風ファン８によって送られる送風空気９である。放熱器２は、内部を作動流体が流通し、更に、放熱器２の周囲を送風空気９が通ることで、内部の作動流体の熱を空気に移動させる。

第１配管３は、第１配管３の直下流に配置された流路形成部材であり、内部に形成された流路を作動流体が流通する。

冷却器４は、第１配管３の直下流に配置され、作動流体と熱媒体との間で熱を交換させる熱交換器である。ここでいう熱媒体は、発熱体６である。冷却器４は、内部を作動流体が流通し、更に、冷却器４の外壁に発熱体６が接触することで、発熱体６から内部の作動流体に熱を移動させる。

第２配管５は、冷却器４の直下流に配置された流路形成部材であり、内部に形成された流路を作動流体が流通する。第２配管５の直下流には、ポンプ１における作動流体の入口が配置されている。

発熱体６は、冷却器４と接触して発熱する物である。例えば、インバータを構成するスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が収容されたパワーモジュールであってもよい。この場合、インバータは、例えば、ハイブリッド自動車または電気自動車に搭載された走行用バッテリからの電力を用いて車両駆動用モータを駆動するためのインバータであってもよい。

制御装置７は、ポンプ１の作動を制御するための装置である。例えば、制御装置７は、ポンプ１が有するモータを制御するインバータを有していてもよい。送風ファン８は、熱輸送システムの外部の空気を吸い込み、吸い込んだ空気を送風空気９として放熱器２に向けて吹き出す装置である。

熱輸送システムがこのように構成されているので、ポンプ１、放熱器２、第１配管３、冷却器４、第２配管５を、この順に作動流体が通る。したがって、作動流体は、ポンプ１、放熱器２、第１配管３、冷却器４、第２配管５によってできたループを、ポンプ１によって付勢されて循環する。

ここで、ポンプ１の直下流に放熱器２が配置されていることについて、より詳しく説明する。図２に示すように、ポンプ１は、ポンプ本体１１およびフランジ部１２を有している。ポンプ本体１１は、モータおよびモータによって駆動される可動部（例えば羽根車）を有する。更にポンプ本体１１は、モータおよび可動部を収容するケーシングを有している。このケーシングは、ポンプ本体１１内部における作動流体の流路を形成する。

フランジ部１２は、ポンプ本体１１のケーシングのうち、作動流体の流路の出口側端部（すなわち、下流側端部）を囲む部分に直接取り付けられている。フランジ部１２は、作動流体が流通する孔が空いた平板形状を有している。

フランジ部１２とポンプ本体１１のケーシングは、どちらか一方を破壊せずには分離できないよう、接続されている。例えば、フランジ部１２とポンプ本体１１のケーシングは一体成形されていてもよい。また例えば、フランジ部１２とポンプ本体１１のケーシングは、別部材で構成されており、溶接またはろう付けによって互いに接着されていてもよい。

放熱器２は、放熱器２１およびフランジ部２２を有している。放熱器２１は、放熱器２１内において作動流体が流通する通路を形成するケーシングを有している。

フランジ部２２は、放熱器２１のケーシングのうち、作動流体の流路の入口側端部（すなわち、上流側端部）を囲む部分に直接取り付けられている。フランジ部２２は、作動流体が流通する孔が空いた平板形状を有している。

フランジ部２２と放熱器２１のケーシングは、どちらか一方を破壊せずには分離できないよう、接続されている。例えば、フランジ部２２と放熱器２１のケーシングは一体成形されていてもよい。また例えば、フランジ部２２と放熱器２１のケーシングは、別部材で構成されており、溶接またはろう付けによって互いに接着されていてもよい。

また、フランジ部２２は直接フランジ部１２と接触していてもよい。あるいは、フランジ部２２は薄膜形状のガスケットの一面側に接触されており、フランジ部１２は当該ガスケットの他面側に接触されていてもよい。後者の場合、ガスケットの厚みは、フランジ部１２の厚みよりもフランジ部２２の厚みよりも小さい。フランジ部１２とフランジ部２２の間には、作動流体を通す配管は介在していない。

また、フランジ部１２とフランジ部２２は、互いの孔の位置が一致した状態で、互いに対して固定されている。したがって、ポンプ本体１１内の作動流体の流路と放熱器２１内の作動流体の流路が、フランジ部１２の孔およびフランジ部２２の孔を介して連通する。フランジ部１２とフランジ部２２の固定は、どちらも破壊せずに分離できるような方法で実現されている。例えば、フランジ部１２とフランジ部２２の固定は、フランジ部１２とフランジ部２２の両方を貫通する複数本のボルトと複数個のナットの締結によって実現されてもよい。

このように、ポンプ１のフランジ部１２と放熱器２のフランジ部２２は、配管を介さずに直接接続される。したがって、ポンプ１の直下流に放熱器２が配置されるという特徴が実現する。

次に、熱輸送システムの作動について説明する。制御装置７は、ポンプ１に印加する電圧を経時的に変化させることで、ポンプ１の出力を経時的に変化させる。例えば、ポンプ１に印加する電圧を周期的に変化させることで、ポンプ１の出力を周期的に変化させる。ポンプ１の出力が経時的に変化すると、作動流体は、ポンプ１に付勢されて、上記ループ内を循環しながら脈動を発生する。脈動が発生した流れ、すなわち脈動流は、周期的に流量が変化する流れであり、バルクとして一方向に流れる流れである。

ポンプ１の出力の周期的変化の例としては、例えば、図３に示すように、ポンプ１が有するモータの回転数および作動流体のレイノルズ数が同期して周期的に変化する。各周期において、時点Ｔ０から時点Ｔ１までの加速期間において、印加電圧が最小値から最大値まで上昇して、ポンプ回転数が最小値から最大値まで上昇する。

続いて、時点Ｔ１から時点Ｔ２までの最大維持期間において、印加電圧が最大値に維持され、ポンプ回転数が最大値に維持される。続いて、時点Ｔ２から時点Ｔ３までの減速期間において、印加電圧が最大値から最小値まで下降して、ポンプ回転数が最大値から最小値まで下降する。続いて、時点Ｔ３から時点Ｔ４までの最小維持期間において、印加電圧が最小値に維持され、ポンプ回転数が最小値に維持される。

作動流体のレイノルズ数も、加速期間において概ね上昇し、最大維持期間において加速期間よりも緩やかに上昇し、減速期間において概ね下降し、最小維持期間において減速期間よりも緩やかに下降する。加速期間、最大維持期間、減速期間、最小維持期間は、図３に示すように、同じ０．５秒であってもよいし、互いに異なる時間であってもよい。

脈動を発生させるよう制御されていない通常のポンプでも、図４の範囲１５内で作動流体に脈動を発生させる。しかし、脈動の周波数は制御されていない。範囲１５は、流量振幅を平均流量で除算した値（以下、流量振幅比という）が１０％未満であり、かつ、出力の変動周波数が１５Ｈｚ以上１ｋＨｚ未満である範囲である。このような場合の脈動の周波数［Ｈｚ］は、Ｎ×Ｚ／６０となる。ここで、Ｎはポンプの１分当たりの回転数、Ｚは羽根車が有する羽根の枚数である。Ｎは２００以上であることが殆どである。

これに対し、積極的に作動流体に脈動を発生させるようポンプ１の出力の周波数、振幅を制御した場合、図５の範囲１６内で作動流体に脈動が生じる。範囲１６は、流量振幅比が１０％以上４００％以下であり、かつ、出力の変動周波数が０．０１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下である範囲である。

ここで、ポンプが脈動流を発生した場合の、ポンプの下流の流路における位置と圧力損失の関係について、実験結果を示す。実験に用いられた実験装置は、図５に示すように、ポンプ１と同等のポンプ１０１と、ポンプ１の直下流に接続された配管１０２と、３つの圧力センサＰ１、Ｐ２、Ｐ３と、制御装置１０８と、を有している。また、この実験装置では、作動流体は２５℃の水である。

配管１０２は、全長が２０００ｍｍ、内径が１０ｍｍの直円管である。そして、配管１０２は、ポンプ１０１と接続する上流端から１３００ｍｍ下流まで伸びる上流部１０３と、上流部１０３の下流端から５００ｍｍ下流まで伸びる下流部１０４と、を有する。圧力センサＰ１は、上流部１０３の上流端における作動流体の圧力を検出する。圧力センサＰ２は、上流部１０３と下流部１０４の境目における作動流体の圧力を検出する。圧力センサＰ３は、下流部１０４の下流端における作動流体の圧力を検出する。

このような実験装置において、以下の（１）、（２）、（３）、（４）の場合について、圧損低減効果が測定された。
（１）制御装置１０８がポンプ１０１を制御してレイノルズ数７０００の定常流を発生させた場合
（２）制御装置１０８がポンプ１０１を制御してレイノルズ数が８０００の定常流を発生させた場合、
（３）制御装置１０８がポンプ１０１を図３のように制御して平均レイノルズ数が７０００、レイノルズ数の振幅（図３参照）を平均レイノルズ数で除算した値（以下、レイノルズ数振幅比）が１．５、周波数が０．５Ｈｚの脈動流を発生させた場合
（４）制御装置１０８がポンプ１０１を図３のように制御して平均レイノルズ数が８０００、レイノルズ数の振幅（図３参照）を平均レイノルズ数で除算した値（以下、レイノルズ数振幅比）が１．５、周波数が０．５Ｈｚの脈動流を発生させた場合
そして、図６では、この実験結果に基づいて、同じ部分（上流部また下流部）および同じ平均レイノルズ数の定常流に対して脈動流の圧損低減効果がどれくらい高いかを示している。ある部分（上流部また下流部）およびある平均レイノルズ数における脈動流の１周期平均圧力損失をＱとし、同じ部分および同じ平均レイノルズ数における定常流の平均圧力損失をＲとすると、図６の縦軸は（１−Ｑ）／Ｒを示している。

そして、バーＢ１は、平均レイノルズ数７０００における上流部１０３の圧力損失低減効果を現しており、バーＢ２は、平均レイノルズ数７０００における下流部１０４の圧力損失低減効果を現している。また、バーＢ３は、平均レイノルズ数８０００における上流部１０３の圧力損失低減効果を現しており、バーＢ４は、平均レイノルズ数８０００における下流部１０４の圧力損失低減効果を現している。

この実験結果によれば、脈動流により下流部１０４では圧力損失が低減するが、上流部１０３では圧力損失が低下せず増加していることがわかる。これより、図７に示すように、ポンプが作動流体に脈動を発生させた場合、ポンプ１０１の下流の配管１０２においては、一周期平均圧力損失ＤＰは、ポンプ１０１から離れるほど低下することがわかる。また、ポンプが作動流体に脈動を発生させた場合、ポンプ１０１の下流の配管１０２においては、一周期平均熱伝達率αも、ポンプ１０１から離れるほど低下することがわかる。つまり、ポンプ１０１から吐出されてすぐの作動流体は流れが乱れており、熱伝達率が高いのに対し、ポンプ１０１から吐出された後しばらくした後の作動流体は乱れが消失し層流化されている。

本実施形態の熱輸送システムでは、作動流体の流れが乱れているポンプ１の直下流に放熱器２が配置されているので、作動流体の流量を増加させることなく、放熱器２内における作動流体と空気の熱伝達率を増加させることができる。一方、放熱器２の下流の第１配管３では、脈動流により乱れが消失し層流化することで圧損低減効果を得ることができる。

発明者の鋭意検討の結果、ポンプ１における流体の出口直後は、流体の乱れが依然として大きく、圧力損失があまり低下しないことがわかった。そこで、上記のように、ポンプ１の直下流に放熱器２を配置することで、ポンプ１における流体の出口直後の乱れた流れで放熱器２の熱伝達率の低下が抑えられる。また、放熱器２下流の流路では、脈動により乱れが低減されて層流化した状態となるので、圧力損失が低減される。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。図８に示すように、本実施形態の熱輸送システムは、第１実施形態の熱輸送システムに対して、ポンプ１の位置を変えたものである。

より具体的には、第１実施形態ではポンプ１の直下に放熱器２が配置されているが、本実施形態においては、ポンプ１の直下に冷却器４が配置されるよう、ポンプ１の位置が辺変更されている。

この変更により、第２配管５の下流側端部は放熱器２の上流側端部と接続し、第１配管３の下流側端部はポンプ１の上流側（すなわち、吸込側）端部と接続する。

ここで、ポンプ１の直下流に冷却器４が配置されていることについて、より詳しく説明する。

図９に示すように、ポンプ１は、ポンプ本体１１およびフランジ部１２を有している。ポンプ本体１１、フランジ部１２は、第１実施形態のポンプ本体１１、フランジ部１２と同じ構成である。

冷却器４は、冷却器本体４１およびフランジ部４２を有している。冷却器本体４１は、冷却器本体４１内において作動流体が流通する通路を形成すると共に発熱体６と接触するケーシングを有している。

フランジ部４２は、冷却器本体４１のケーシングのうち、作動流体の流路の入口側端部（すなわち、上流側端部）を囲む部分に直接取り付けられている。フランジ部４２は、作動流体が流通する孔が空いた平板形状を有している。

フランジ部４２と冷却器本体４１のケーシングは、どちらか一方を破壊せずには分離できないよう、接続されている。例えば、フランジ部４２と冷却器本体４１のケーシングは一体成形されていてもよい。また例えば、フランジ部４２と冷却器本体４１のケーシングは、別部材で構成されており、溶接またはろう付けによって互いに接着されていてもよい。

また、フランジ部４２は直接フランジ部１２と接触している。あるいは、フランジ部４２は薄膜形状のガスケットの一面側に接触されており、フランジ部１２は当該ガスケットの他面側に接触されている。この場合、ガスケットの厚みは、フランジ部１２の厚みよりもフランジ部４２の厚みよりも小さい。フランジ部１２とフランジ部４２の間には、作動流体を通す配管は介在していない。

また、フランジ部１２とフランジ部４２は、互いの孔の位置が一致した状態で、互いに対して固定されている。したがって、ポンプ本体１１内の作動流体の流路と冷却器本体４１内の作動流体の流路が、フランジ部１２とフランジ部４２を介して連通する。フランジ部１２とフランジ部４２の固定は、どちらも破壊せずに分離できるような方法で実現されている。例えば、フランジ部１２とフランジ部４２の固定は、フランジ部１２とフランジ部４２の両方を貫通する複数本のボルトと複数個のナットの締結によって実現されてもよい。

このように、ポンプ１のフランジ部１２と冷却器４のフランジ部４２は、配管を介さずに直接接続される。したがって、ポンプ１の直下流に冷却器４が配置されるという特徴が実現する。

次に、熱輸送システムの作動について説明する。制御装置７がポンプ１を作動させる態様は、第１実施形態と同じである。したがって、作動流体は、ポンプ１に付勢されて、ポンプ１、冷却器４、第２配管５、放熱器２、第１配管３の順に流れて循環しながら脈動を発生する。

本実施形態の熱輸送システムでは、作動流体の流れが乱れているポンプ１の直下流に冷却器４が配置されているので、作動流体の流量を増加させることなく、冷却器４内における作動流体と発熱体６の熱伝達率を増加させることができる。一方、冷却器４の下流の第２配管５では、脈動流により乱れが消失し層流化することで圧損低減効果を得ることができる。

上記のように、ポンプ１の直下流に冷却器４を配置することで、ポンプ１における流体の出口直後の乱れた流れで冷却器４の熱伝達率の低下が抑えられる。また、冷却器４下流の流路では、脈動により乱れが低減されて層流化した状態となるので、圧力損失が低減される。

また、流体が液体であり、放熱器２が液体の熱を空気に移動させるので、熱伝達率の低い空気側の熱抵抗を低下させるために伝熱面積が大きくなっている。そのため，液体側の熱抵抗は非常に小さい。したがって、放熱器２において流体の流れを乱すよりも、冷却器４において流体の流れを乱す方が、全体の熱抵抗を低下させることができる。

（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。本実施形態の熱輸送システムは、第１実施形態の熱輸送システムに対して、ポンプ１と放熱器２の接続構造を変更したものである。

ここで、本実施形態においても、第１実施形態と同様、ポンプ１の直下流に放熱器２が配置されている。

図１０に示すように、ポンプ１は、ポンプ本体１１および取付端部１３を有している。ポンプ本体１１は、第１実施形態のポンプ本体１１と同じものである。

取付端部１３は、ポンプ本体１１のケーシングのうち、作動流体の流路の出口側端部（すなわち、下流側端部）を囲む部分に直接取り付けられており、作動流体が流通する孔が空いた形状を有している。

取付端部１３とポンプ本体１１のケーシングは、どちらか一方を破壊せずには分離できないよう、接続されている。例えば、取付端部１３とポンプ本体１１のケーシングは一体成形されていてもよい。また例えば、取付端部１３とポンプ本体１１のケーシングは、別部材で構成されており、溶接またはろう付けによって互いに接着されていてもよい。

放熱器２は、放熱器２１および先端テーパー部２３を有している。放熱器２１は、放熱器２１内において作動流体が流通する通路を形成するケーシングを有している。先端テーパー部２３は、放熱器２１のケーシングのうち、作動流体の流路の入口側端部（すなわち、上流側端部）を囲む部分に直接取り付けられている。先端テーパー部２３は、作動流体が流通する孔が空き、かつ、外形が、先端側（上流側）に向かって先細っている。

先端テーパー部２３と放熱器２１のケーシングは、どちらか一方を破壊せずには分離できないよう、接続されている。例えば、先端テーパー部２３と放熱器２１のケーシングは一体成形されていてもよい。また例えば、先端テーパー部２３と放熱器２１のケーシングは、別部材で構成されており、溶接またはろう付けによって互いに接着されていてもよい。

取付端部１３と先端テーパー部２３の固定は、どちらも破壊せずに分離できるような方法で実現されている。具体的には、先端テーパー部２３は、取付端部１３の内部に圧入されることで、取付端部１３に固定される。取付端部１３と先端テーパー部２３の間には、作動流体を通す配管は介在していない。

このようになっていることで、ポンプ本体１１内の作動流体の流路と放熱器２１内の作動流体の流路が、取付端部１３の孔および先端テーパー部２３の孔を介して連通する。

このように、ポンプ１の取付端部１３と放熱器２の先端テーパー部２３は、配管を介さずに直接接続される。したがって、ポンプ１の直下流に放熱器２が配置されるという特徴が実現する。

（第４実施形態）
次に第４実施形態について説明する。本実施形態の熱輸送システムは、第１実施形態の熱輸送システムに対して、ポンプ１と放熱器２の接続構造を変更したものである。

ここで、本実施形態においても、第１実施形態と同様、ポンプ１の直下流に放熱器２が配置されている。ただし、本実施形態では、ポンプ１と放熱器２は、直接接続されるのではなく、両者を間接的に接続するための短い配管部品のみを介して、互いに接続されている。

図１１に示すように、ポンプ１は、ポンプ本体１１および先端部１４を有している。ポンプ本体１１は、第１実施形態のポンプ本体１１と同じものである。先端部１４は、ポンプ本体１１のケーシングのうち、作動流体の流路の出口側端部（すなわち、下流側端部）を囲む部分に直接取り付けられており、作動流体が流通する孔が空いた形状を有している。

先端部１４とポンプ本体１１のケーシングは、どちらか一方を破壊せずには分離できないよう、接続されている。例えば、先端部１４とポンプ本体１１のケーシングは一体成形されていてもよい。また例えば、先端部１４とポンプ本体１１のケーシングは、別部材で構成されており、溶接またはろう付けによって互いに接着されていてもよい。

放熱器２は、放熱器２１および先端部２４を有している。放熱器２１は、放熱器２１内において作動流体が流通する通路を形成するケーシングを有している。先端部２４は、放熱器２１のケーシングのうち、作動流体の流路の入口側端部（すなわち、上流側端部）を囲む部分に直接取り付けられている。先端部２４は、作動流体が流通する孔が空いた形状を有している。

先端部２４と放熱器２１のケーシングは、どちらか一方を破壊せずには分離できないよう、接続されている。例えば、先端部２４と放熱器２１のケーシングは一体成形されていてもよい。また例えば、先端部２４と放熱器２１のケーシングは、別部材で構成されており、溶接またはろう付けによって互いに接着されていてもよい。

先端部１４と先端部２４は、伸縮変形可能なフレキシブル継手８１を介して互いに接続されている。具体的には、先端部１４はフレキシブル継手８１の一端に圧入され、先端部２４はフレキシブル継手８１の他端に圧入される。

このようになっていることで、ポンプ本体１１内の作動流体の流路と放熱器２１内の作動流体の流路が、先端部１４の孔、フレキシブル継手８１、および先端部２４の孔を介して連通する。

ここで、フレキシブル継手８１内における先端部１４の流路中央から先端部２４の流路中央までの最短距離Ｌについて説明する。この距離Ｌは、放熱器２がポンプ１の直下流にあると言える程短い。例えば、距離Ｌは、フレキシブル継手８１の水力直径Ｄの５倍以下（例えば５０ｍｍ以下）でもよいし、１０倍以下（例えば１００ｍｍ以下）でもよいし、２０倍以下（例えば２００ｍｍ以下）でもよい。

ポンプ１が作動流体に脈動を発生せる場合、ポンプ１の下流においては、ポンプ１内の最下流端から助走距離分の直下流領域では、作動流体の流れが乱れているので周期的にならず、直下流領域よりも下流において、作動流体の流れが層流になると共に周期的になる。この直下流領域内に、放熱器２の上流側端部があれば、ポンプ１の直下流に放熱器２があると言える。

助走距離は、ほぼ作動流体のレイノルズ数と流路の水力直径に応じて決まる。また、作動流体のレイノルズ数も概ね流路の水力直径に応じて決まる。したがって、助走距離は、流路の水力直径に強く依存する。したがって、上記のように、距離Ｌをフレキシブル継手８１の水力直径Ｄの５倍以下、１０倍以下、または２０倍以下とすることで、ポンプ１の直下流に放熱器２を配置することができる。

ポンプ１の直下流に放熱器２を配置することによって得られる効果は、第１実施形態と同じである。

（第５実施形態）
次に第５実施形態について説明する。本実施形態の熱輸送システムは、図１２に示すように、第４実施形態の熱輸送システムに対して、フレキシブル継手８１を継手８２に置き換えたものである。

継手８２は、フレキシブル継手８１よりも剛性が高い。より具体的には継手８２は、フレキシブル継手８１よりもヤング率が高い。ポンプ１と放熱器２は、直接接続されるのではなく、両者を間接的に接続するための短い配管部品として、継手８２のみを介して、互いに接続されている。

先端部１４と先端部２４は、伸縮変形可能でない継手８２を介して互いに接続されている。具体的には、先端部１４はフレキシブル継手８１の一端に圧入され、先端部２４はフレキシブル継手８１の他端に圧入される。

このようになっていることで、ポンプ本体１１内の作動流体の流路と放熱器２１内の作動流体の流路が、先端部１４の孔、継手８２、および先端部２４の孔を介して連通する。

ここで、継手８１内における先端部１４の流路中央から先端部２４の流路中央までの最短距離Ｌについて説明する。この距離Ｌは、放熱器２がポンプ１の直下流にあると言える程短い。例えば、距離Ｌは、フレキシブル継手８１の水力直径Ｄの５倍以下（例えば５０ｍｍ以下）でもよいし、１０倍以下（例えば１００ｍｍ以下）でもよいし、２０倍以下（例えば２００ｍｍ以下）でもよい。距離Ｌを水力直径Ｄと比較することの意義は、既に説明した通りである。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。特に、ある量について複数個の値が例示されている場合、特に別記した場合および原理的に明らかに不可能な場合を除き、それら複数個の値の間の値を採用することも可能である。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。また、本発明は、上記各実施形態に対する以下のような変形例も許容される。なお、以下の変形例は、それぞれ独立に、上記実施形態に適用および不適用を選択できる。すなわち、以下の変形例のうち任意の組み合わせを、上記実施形態に適用することができる。

（変形例１）
上記各実施形態では、脈動発生装置の例としてポンプ１が挙げられているが、脈動発生装置としては、ポンプ１に限らず、作動流体を付勢して作動流体に脈動を発生させる装置であれば、どのようなものでもよい。

（変形例２）
上記第３、第４、第５、第６実施形態は、第１実施形態のポンプ１と放熱器２の接続構造に対する変形として記載されているが、第３、第４、第５、第６実施形態と同等の変形を、第２実施形態のポンプ１と冷却器４の接続構造に適用してもよい。その場合、第３、第４、第５、第６実施形態における放熱器２の上流側端部の構造は、冷却器４の上流側端部の構造に置き換える。

（変形例３）
上記各実施形態では、作動流体として水が例示されている。しかし、作動流体は、水以外の液体であってもよいし、気体であってもよい。

１ ポンプ
２ 放熱器
３、５ 配管
４ 冷却器

Claims (2)

1. 流体を媒体として熱を輸送する熱輸送システムであって、
   前記流体を付勢して前記流体に脈動を発生させる脈動発生装置（１）と、
   前記流体と熱媒体（６、９）との間で熱を交換させる熱交換器（２、４）と、
   流路を形成する流路形成部材（３、５）と、を備え、
   前記脈動発生装置、前記熱交換器、および前記流路を、この順に前記流体が通り、
   前記流体の流れにおける前記脈動発生装置の直下流に前記熱交換器が配置されており、
   平均レイノルズ数が同じ定常流を流した場合に比べて、前記熱交換器では乱れた流れにより脈動の１周期平均圧力損失が増加し、
   平均レイノルズ数が同じ定常流を流した場合に比べて、前記熱交換器の下流にある前記流路では乱れが低減されて脈動の１周期平均圧力損失が低減されることを特徴とする熱輸送システム。
2. 前記流体の熱を空気に移動させる放熱器（２）を備え、
   前記脈動発生装置の直下流に配置された前記熱交換器は、前記熱媒体から前記流体に熱を移動させる冷却器（４）であり、
   前記流体は液体であることを特徴とする請求項１に記載の熱輸送システム。

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