JPH0484088A - 蒸発器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、相変化を伴う作動液体（冷媒）の循環によ
り、熱を加熱部から冷却部へ輸送する、宇宙で使用する
熱輸送装置の蒸発器に関するものである。

［従来の技術］ 第５図は例えば、Ｈｅａｔ　　Ｐ　ｉｐｅ　　Ｔ　ｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　　ｏｆ　　
ｔｈｅ　　ＶＩｔｈ　　ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａＨｅ
ａｔ　　Ｐ　ｉｐｅ　　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　１９
８１）に示された従来の熱輸送装置を示す構成図であり
、図において、（１）は蒸発器、（２）は凝縮器、（３
）は液体リザーバ、（４）はポンプ、（５）はこれらの
機器を連結している配管である。配管（５）の内部には
例えばアンモニア、フロンなどの冷媒（６）が封入され
ている。（７）は電子機器などの加熱源、（８）はラジ
ェータなどの冷却源である。蒸発器（１）は蒸発管（９
）からなり、蒸発管（９）内部を冷媒（６）が流れるよ
うになっている。

ポンプ（４）により駆動され液体リザーバ（３）から排
出された低温の冷媒（６）の液体は図中実線矢印で示す
ように、配管（５）を通って蒸発管（９）内に流入し、
加熱源（７）により加熱されて高温となり蒸発する。蒸
発した冷媒蒸気は図中点線矢印で示すように、配管（５
）を通って凝縮器（２）へ流れそこで冷却されて凝縮し
、更に冷却されて低温の冷媒液体となる。凝縮した低温
の冷媒液体は液体リザーバ（３）へ流入する。以上のよ
うな冷媒の循環により、熱が蒸発器から凝縮器へ小さな
温度差て輸送される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の蒸発器（１）は以上のように構成されているので
、ポンプ（４）による冷媒液体の循環量よりも加熱源（
７）からの加熱量が大きい場合、蒸発管（９）内の中途
で冷媒液体が蒸発して無くなり、その結果蒸発管（９）
が過熱し温度が急激に上昇するため、加熱ｉｔ！　（７
）である電子機器の温度が上昇し、機器が故障したり、
機器の信頼性が低下する問題があった。

また、冷媒液体の循環量よりも加熱源（７）からの加熱
量が小さい場合、蒸発管（９）内で蒸発して蒸気となる
冷媒液体の量が循環量よりも小さいため、蒸発管出口か
ら冷媒の蒸気ばかりではなく、液体も流出する。これは
ポンプ（４）の冷媒液体循環に必要な動力が無駄に使用
されていることを意味しており、ポンプ（４）の動力が
必要以上に大きくなっているという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、蒸発管内の冷媒液体の量を検出することがで
き、しかも蒸発管内における冷媒液量の変動を吸収緩和
し、その液量を適正に保つことができるできる蒸発器を
得ることを目的としており、ひいては、冷媒液体の循環
量を制御し蒸発器の加熱やポンプ動力の無駄を防止し、
信頼性の高い熱輸送り置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る蒸発器は、蒸発管にこれをバイパスする
上記蒸発管内径よりも小さな内径を有する液体検知管と
、この液体検知管の冷媒液体の有無を検知する液体検知
センサを設け、この液体検知センサの信号により上記蒸
発管内部の冷媒液体の量を制御するようにしたものであ
る。

［作用］ この発明における液体検知管は、蒸発管よりも内径を小
さくしであるため、蒸発管内部に冷媒液体があれば、宇
宙の無重力環境では、液体の表面張力の作用により毛管
現象により液体検知管内部にも冷媒液体が流入してくる
。而して、液体検知管内部の液体の有無により、対応し
た蒸発管内の冷媒液体の有無を知ることができる。

液体検知管内部の冷媒液体の有無は、例えば液体検知管
内部が冷媒の液体であればその部分の温度は低く、液体
検知管内部が冷媒の蒸気であればその部分の温度は高温
になることから、熱電対のような液体検知センサて液体
検知管内部あるいは液体検知管表面の温度を測定するこ
とにより、液体検知管内部の冷媒液体の有無を知ること
ができる。

また、液体検知管は過剰の冷媒液体を溜める液溜機能を
も持っており、循環する冷媒液体の変動を液体検知管で
吸収緩和でき、蒸発管内の冷媒液量が適正に保たれる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれこの発明の一実施
例の蒸発器の蒸発管（９）部分の構成及び動作を示す軸
方向断面構成図で、（ａ）は蒸発管（９）内に適量の液
体がある場合、（ｂ）は液体が多すぎる場合、（Ｃ）は
液体が少なすぎる場合を示している。図において、（２
１）は蒸発管（９）の内径よりも小さい内径を持つ、蒸
発管（９）に連通して設けられた蒸発管（９）をバイパ
スする液体検知管、（２２）ζよこの液体検知管（２Ｉ
）に複数個設けられた液体検知管（２１）内の冷媒液体
の有無を検知する液体検知センサで、この場合は液体検
知管内部あるいは液体検知管表面の温度を測定すること
により、液体検知管内部の液体の有無を知る温度測定用
センサの熱電対である。

蒸発管（９）内の冷媒液体は　無重力下においては表面
張力の作用による毛管現象により、蒸発管（９）よりも
より内径の小さな液体検知管（２１）に浸透していく。

そのため液体検知管（２１）を例えば蒸発管（９）の蒸
気出口付近に設けると、蒸発管（９）内に冷媒液体が適
量ある場合は蒸発管（９）の蒸気出口付近では冷媒液体
がほぼなくなりかけているため、第１図（ａ）に示すよ
うに、液体検知管（２Ｉ）内の大部分は液体部（２３）
となるが、残りは蒸気部（２４）になる。

従来例で示したように、蒸発管内（９）には温度の低い
冷媒液体が流入するため液体部（２３）は温度が低く、
加熱されて高温の冷媒蒸気となっている蒸気部（２４）
は温度が高い。そのため、液体検知管（２１）に設けた
複数個の温度測定用センサの熱電対（２２）で温度を測
定するといくつかの熱電対（２２）は温度が低く、他の
熱電対（２２）は高い温度を示すことになる。このよう
に、液体検知管（２１）の温度を測定することにより、
液体検知管（２１）内に冷媒液体がとの程度存在するか
を知ることができる。

蒸発管（９）内の冷媒液体が多すぎる場合は蒸発管（９
）の蒸気出口付近にも冷媒液体は十分あるため、第１図
（ｂ）に示すように、液体検知管（２１）内全体は液体
部（２３）となり、複数個の温度測定用センサの熱電対
（２２）全てが低い温度を示すことになる。

蒸発管（９）内の冷媒液体が少なすぎる場合は蒸発管（
９）の蒸気出口付近は冷媒蒸気ばかりとなるため、第１
図（Ｃ）に示すように、液体検知管（２１）内全体は蒸
気部（２４）となり、複数個の温度測定用センサの熱電
対（２２）全てが高い温度を示すことになる。

このように、液体検知管（２１）の温度を測定すること
により、液体検知管（２１）内に冷媒液体がどの程度存
在するかを知ることができ、その結果蒸発管（９）内の
冷媒液体の量を知ることができ、蒸発管（９）内の冷媒
液体の量を適量に保つように制御器等によりポンプ（４
）の回転数を制御して冷媒液体流量を調節することが可
能になる。その結果、蒸発器の過熱や、ポンプ動力の無
駄を防止することが可能となる。

また、ポンプ（４）による冷媒液体流量が多少変動して
も、液体検知管（２１）内の冷媒液量のみが変動するだ
けで、即ち液体検知管（２１）が液溜の役目をもち、こ
こで変動が吸収緩和されるので、蒸発管（９）内の冷媒
液量の過不足を防止し、適正に保つことができる。液体
検知管（２１）の容積が大きい程この効果は大きい。

なお、この発明において蒸発管（９）内の冷媒液体の量
を検知するのζこ、直接蒸発管（９）の温度を測定せず
、液体検知管（２１）を介して行うのは、液体検知管（
２１）の冷媒液体流量変動の緩衝作用を期すためばかり
ではなく、蒸発管（９）内の冷媒液体が例えば気泡プラ
グを含むスラグ流となるなど均一ではなく偏在し、正確
な検知が困難となるためである。

第２図はこの発明の他の実施例に係わる蒸発管（９）部
分の軸方向断面構成図で、上記実施例では液体検知管（
２１）に内径が一定の管を用いた場合を示したが、この
実施例では内径が軸方向に変化しているテーパ状液体検
知管（３１）を使用しており、同様の効果が得られる。

この場合テーパ状液体検知管（３１）内部の液体部（２
３）は内径の小さな部分から存在するようになるため、
複数個の液体検知センサである温度測定用センサの熱電
対（２２）の数を２個にまで減らすことができる。即ち
、２個の温度測定用センサ（２２）の一つは温度が低く
、他の一つは温度が高くなるように、即ち２個の温度測
定用センサ（２２）の間に液体部（２３）と蒸気部（２
４）の境界（２５）がくるように液流量を調節すること
により、蒸発管（９）内の冷媒液量を適量に保つことが
できまた、第３図の他の実施例に係わる蒸発管（９）部
分の軸方向断面構成図に示すように蒸発管（９）よりも
内径が小さく、それぞれ内径が異なる大小の２個の液体
検知管（４１）と（４２）を用いても同様な効果が得ら
れる。この場合、蒸発管（９）内の冷媒液体は内径の小
さな液体検知管（４１）から先に冷媒液体が浸透するた
め内径の小さな液体検知管（４１）は温度が低く、他の
内径の大きな液体検知管（４２）は温度が高くなるよう
に、即ち内径の小さな液体検知管（４１）には液体部（
２３）が他の内径の大きな液体検知管（４２）は蒸気部
（２４）があるように冷媒液流量を調節することにより
、蒸発管（９）内の冷媒液量を適量に保つことができる
。なお、この場合液体検知管（４１）と（４２）は第２
図に示したようなテーパ管を使用しても同様な効果が得
られることは勿論である。

また第１図、第２図、第３図では液体検知管が蒸発管（
９）と連通された別の管を使用した場合を示したが、第
４図のさらに他の実施例に係わる蒸発管（９）の径方向
要部断面構成図に示すように蒸発管（９）と液体検知管
（４１）、　　（４２）が一つの固体中に設けられ、こ
れらがスリッ）　（５１）で連通されていても同様な効
果が得られることは勿論である。

なお、上記実施例では、液体検知センサとして熱電対等
の温度測定センサを用い、液体検知管内部あるいは表面
の温度を測定することにより、液体検知管内部の冷媒液
体の有無を知る方法について示したが、気泡センサ等地
の方法を使用しても同様な効果が得られることは勿論で
ある。

また、液体検知管及び液体検知センサの数、設置場所等
、上記実施例に限定されるものではなく、例えば蒸発管
（９）の冷媒液体入口付近、中間部、冷媒蒸気出口付近
に、それぞれ液体検知センサが一つ設けられた短い液体
検知管を設けるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明の蒸発器は、蒸発管にこれをバ
イパスする上記蒸発管内径よりも小さな内径を有する液
体検知管と、この液体検知管の冷媒液体の有無を検知す
る液体検知センサを設けたので、蒸発管内の液量を知り
、冷媒液体流量が変動しても蒸発管内の液量な適正に保
つことができるとともに、この液体検知センサの信号に
より上記蒸発管内部の冷媒液体量を制御するようにした
ので、蒸発器の過熱やポンプ動力の憲駄を防止でき、ひ
いては信頼性の高い熱輸送装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれこの発明の一実施
例に係わる蒸発管部分の構成と動作を示す断面構成図、
第２図、第３図、第４図はそれぞれこの発明の他の実施
例に係わる蒸発管部分を示す断面構成図、第５図は従来
の蒸発器とそれが用いられている熱輸送装置の構成図で
ある。 （１）は蒸発器、（２）は凝縮器、（４）はポンプ、（
６）は冷媒、（９）は蒸発管、（２１Ｘ３１）（４１）
（４２）は液体検知管、（２２）は液体検知センサ、こ
の場合は温度測定用センサの熱電対である。 なお、図中、同一符号は同一　又は相当部分を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸発管内を流れる冷媒液体を加熱して蒸発させる蒸発器
   において、上記蒸発管にこれをバイパスする上記蒸発管
   内径よりも小さな内径を有する液体検知管と、この液体
   検知管の冷媒液体の有無を検知する液体検知センサを設
   け、この液体検知センサの信号により上記蒸発管内部の
   冷媒液体量を制御するようにしたことを特徴とする蒸発
   器。