JPS61265394A

JPS61265394A - サ−マルポンプ

Info

Publication number: JPS61265394A
Application number: JP10609485A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yasunaga; 安永　壽夫; Yoshiro Miyazaki; 芳郎宮崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1985-05-20
Publication date: 1986-11-25

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】［発明の技術分野］この発明は、宇宙ステーションの放熱システム等に供さ
れるサーマルポンプに関する。

［発明の技術的背景とその問題点］大型の人工衛生あるいは宇宙ステーション内で使用され
る電子機器等で発生する熱は、宇宙基地本体のラジェー
タにより宇宙空間へ排熱する必要がある。従って、宇宙
ステーション等の放熱システムは、いかに効率良く発熱
機器からラジェータへ熱を輸送するかが重要な技術要素
となる。

ところで、宇宙ス、チージョン等の熱輸送方式としては
、その火熱輸送能力の要求から液ループが有望である。

しかし、単相液ループでは熱輸送量の増加に伴い、ポン
プ、配管等の大型化が必要となり、重量等の点から実用
性が小さい。そこで、作動流体の相変化による潜熱を利
用して熱を輸送する二相液ループが有利と考えられてい
る。すなわち、二相液ループは潜熱を利用するため、作
動流体の循環量が小さくてすみ、配管、ポンプ、循環駆
動力等が小型・軽量化できる利点があり、充分実用性の
ある方式である。この二相液ループでは循環流体が電子
機器等の発熱部へ液相で送られ、ここで吸熱して蒸気相
に変化する。この蒸気相は放熱部へ送られ、ここで放熱
して再び液相に戻される。このように二相の平衡状態に
近い流体を循環させるため、二相液ループでの最大の技
術的課題は、液循環の駆動力を与えるポンプにある。通
常の機械式ポンプでは、作動液体のキャビテーション、
モータの潤滑及び信頼性の問題があり、この機械式ポン
プに代るものとして、キャピラリポンプ、サーマルポン
プ等が有望視され、その開発が活発化している。

そして従来サーマルポンプを用いた放熱システムとして
、例えば第２図に示すようなものがある。

すなわち、このシステムは、放熱部としての凝縮器１０
１．吸熱部としての蒸発器１０３．２個のアキュームレ
ータ１０５Ａ、１０５Ｂ、放熱側逆止弁１０７及び吸熱
側逆止弁１０９等により構成されている。

前記アキュームレータ１０５Ａ、１０５Ｂには、それぞ
れ補助ヒータ１１１Ａ、１１１Ｂが設けられており、一
定の周期で交互に０Ｎ１０ＦＦを繰返すように構成され
ている。

従って、吸熱部としての蒸発器１０３で電子機器等から
吸熱して蒸発した蒸気は、管路を径で放熱部としての凝
縮器１０１に輸送され、ここで熱を放出して凝縮される
。凝縮された液体は、放熱側逆止弁１０７を通り、補助
ヒータにより加熱されていない側のアキュームレータ、
例えばアキュームレータ１０５Ａ内に流入する。他方の
アキュームレータ１０５Ｂ内の液体は、補助ヒータ１１
１Ｂで加熱されて蒸気圧が上昇し、その結果アキューム
レータ１０５Ｂから蒸発器１０３への液循環の駆動力が
生じ、液体が吸熱側逆止弁１０９を通り還流゛される。

従って、アキュームレータ１０５Ａ、１０５Ｂの補助ヒ
ータ１１１Ａ、１１１Ｂによる加熱を交互に行なうこと
により、アキュームレータ１０５Ａ、１０５Ｂからの液
還流が交互に行なわれ、定常的な熱輸送が行なわれる。

このように構成されたサーマルポンプにおいて、吸熱部
としての蒸発器１０３へ液還流をするプロセスを効率良
く行なうためには、液相と蒸気相が完全に分離され、し
かも液相がアキュームレータの吸排口及び補助ヒータ１
１１Ａ、１１１Ｂによる加熱面に位置する状態でなけれ
ばならない。すなわち、アキュームレータ１０５Ａ、１
０５Ｂ内がこのような状態でない場合には、補助ヒータ
１１１Ａ、１１１Ｂによる効果的な加熱が保証されない
し、蒸発器１０３へ還流される流体が気液二相流となり
ポンプの効率が低下するか、最悪の場合、蒸気相のみが
還流されて、ポンプの機能が停止することとなるからで
ある。

ところで、重力がある地上においては、比重差によって
液相と蒸気相とは簡単に分離され、液相はアキュームレ
ータ１０５Ａ、１０５Ｂの下側に位置する状態となる。

従って、蒸発器１０３へ接続する管路をアキュームレー
タの下側に接続すると、補助ヒータ１１１Ａ、１１１Ｂ
を同下側を加熱するように設ければ上記した効率の良い
液還流を行なわせることができる。

しかしながら、宇宙空間のような無重力状態においては
、液相と蒸気相とを分離するメカニズムが無いので、第
２図に示した従来のサーマルポンプでの駆動では、補助
ヒータ１１１Ａ、１１１Ｂによる効果的な加熱は保証さ
れず蒸発器１０３へ還流される流体が気液二相流となる
恐れがあり、効率の良い動作は保証されないという問題
点があった。

［発明の目的］この発明は、この、ような従来の問題点に鑑み創案され
たもので゛、宇宙空間のような無重力場においても、安
定した動作を行なうことができるサーマルポンプの提供
を目的とする。

［発明の概要コ上記目的を達成するために、この発明は、流体が放熱部
と吸熱部とを循環する流体ループの放熱部から吸熱部に
向う管路の途中に設けられ、該吸熱部から放熱部へ向う
流れを阻止する流れ方向複数の逆止弁と、これら逆止弁
間にて管路に連通され該管路の流体を吸排するアキュー
ムレータとを備え、前記アキュームレータの内壁に液相
としての流体を保持可能な液体保持部材を付設した。

［発明の効果］この発明の構成によれば、液相を保持可能な液体保持部
材の配設により、アキュームレータの液吸排部及び加熱
部に充分な量の液相流体が保持されるため、安定したポ
ンプ動作を得ることができ、極めて効率のよい熱輸送を
行なわせることができる。

［発明の実施例］以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
。

第１図は放熱システムの概略構成図を示し、この放熱シ
ステムは、流体が循環する流体ループとして構成され、
宇宙空間へ放熱する放熱部としての凝縮器１と、電子機
器等から吸熱して液相の循環流体を蒸発させる吸熱部と
しての蒸発器３．一対のアキュームレータ５Ａ、５Ｂ、
一対の放熱側逆止弁７及び吸熱側逆止弁９とを有してい
る。

前記アキュームレータ５Ａ、５Ｂは双方とも同様に構成
され、第２図に示すように、−側端に循環流体を吸排す
る吸排口１１が開口され、この吸排口１１側内壁及び内
周壁には液相としての流体を保持可能な液体保持部材と
してのウィック１３が全体に渡って付設されている。前
記ウィック１３は、毛細管作用を呈する多孔質材（例え
ば金網、グラスウール等）により形成されている。

前記アキュームレータ５Ａ、５Ｂには、ヒータ１５が配
設されており、両アキュームレータ５Ａ。

５Ｂ間で一定の周期により交互に０Ｎ１０ＦＦを繰返す
ように構成されている。

前記アキュームレータ５Ａ、５Ｂの吸排口１１゜は吸排
管１７．放熱側逆止弁７．管路１９を介して凝縮器１に
接続されるとともに、吸排管１７゜吸熱側逆止弁９．管
路２１を介して蒸発器３に接続されている。従って、凝
縮器１と蒸発器３とを循環す、る流体ループの凝縮器１
から蒸発器３へ向う管路の途中に蒸発器３から凝縮器１
へ向う循環流体の流れを阻止する流れ方向複数の逆止弁
７゜９が設けられた構成となり、アキューム、レータ１
５Ａ、１５Ｂはこれら逆止弁７，９間にて管路に連通さ
れた構成となっている。また、蒸発器３と凝縮器１とは
、管路２３を介して接続されている。

つぎに、上記一実施例の作用について述べる。

両アキュームレータ５Ａ、５Ｂ単独の機能について述べ
ると、アキュームレータ５Ａ　（５Ｂ＞がヒータ１５に
より加熱されていないときには、アキュームレータ５Ａ
　（５Ｂ）には、凝縮器’ｒｍから管路１９．放熱側逆
止弁７を通り、吸排管１７から吸排口１１を経て流体ル
ープの液相としての流体が流入する。

この状態でアキュームレータ５Ａ（５Ｂ）がヒータ１５
のＯＮにより加熱されると、アキュームレータ５Ａ　（
５Ｂ）内の流体が蒸発し、蒸気圧力が上昇してアキュー
ムレータ５Ａ　（５Ｂ）内の液相流体が吸排口１１から
流出され、吸排管２３、吸熱側逆止弁９．管路２１を通
って蒸発器３へ還流される。このとき、アキュームレー
タ５Ａ（５Ｂ）内の流体のうち、液相は常にウィック１
３によって保持される。従って、無重力状態であっても
ヒータ１５が対向するアキュームレータ５Ａ（５Ｂ）の
内壁部に液相の作動流体が保持され、ヒータ１５よる加
熱が効果的に行なわれる。また、アキュームレータ５Ａ
　（５Ｂ）の吸排日１１周囲にも液相の作動流体が保持
されるから、アキュームレータ５Ａ　（５Ｂ）内の蒸気
圧力が高くなると吸排口１１から液相のみが流出され、
蒸気相が流出されることによるポンプ効率の低下等が防
止される。従って、無重力場においても安定したポンプ
動作を得ることができ、極めて効率のよい熱輸送を行な
うこと違可能である。

そして、アキュームレータ５Ａ　（５Ｂ）の加熱をヒー
タ１５のＯＦＦによって止めると、放熱によってアキュ
ームレータ５Ａ（５Ｂ）の温度が低下し、アキュームレ
ータ５Ａ　＜５８）内の流体が凝縮して前記凝縮器１側
から循環流体を再び導入する。

従って、アキュームレータ５Ａ、５Ｂを加熱するヒータ
１５の０Ｎ１０ＦＦを両アキュームレータ５Ａ、５Ｂ間
において一定の周期で交互に繰返すことにより、両アキ
ュームレータ５Ａ、５Ｂからの液還流が交互に行なわれ
、定常的な熱輸送が行なわれる。

そして、蒸発器３に還流された液相としての循環流体は
電子機器等・から吸熱して蒸発し、管路２１を通って凝
縮器１に至り、この凝縮器１において放熱凝縮して再び
液相となるものである。

第３図は、この発明の他の実施例を示すもので、液体保
持部材２５を複数のフィンで構成したもので、複数のフ
ィンをアキュームレータ５Ａ　（５Ｂ）の内壁全体に沿
って小ピツチ間隔で配列した。従って、各フィン間の毛
管現象により、上記実施例と略同様な効果が期待できる
。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではない
。例えば液体保持部材をアキュームレータの下部側にの
み設けるようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るサーマルポンプを適
用した放熱システムの概略構成図、第２図はこの発明の
一実施例に係る要部拡大断面図、第３図は他の実施例に
係る一部省略要部拡大断面図、第４図は従来例によるサ
ーマルポンプシステムの概略構成図である。図面の主要部を表わす符号の説明１・・・放熱部（凝縮器）３・・・吸熱部（蒸発器）５Ａ、５Ｂ・・・アキュームレータ７・・・放熱側逆止弁（逆止弁）９・・・吸熱側逆止弁（逆止弁）１３・・・液体保持部材（ウィック）２５・・・液体保持部材（フィン）１・・−孜黙％ｌ竣趨釦　　　　３・吸髭辞（基、先側
５Ａ、５Ｂ・　ンλぺＬ−夕　　　　　　　　　７−・
−孜悲する゛ｌｉｚ負注止老）９−ｉｙ、１ｓ’３＊ｒ
升（ＬＬ＋　）　　　　　　　１３−　ｊＬ体ｅ、ｉｈ
”、Ｎｊ　（’７４，７）２５−　；？−ミイ本８＋’
ｒ　％ＰＪｈ　ｔ’７ｔ　＞）第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

流体が放熱部と吸熱部とを循環する流体ループの放熱部
から吸熱部へ向う管路の途中に設けられ、該吸熱部から
放熱部へ向う流れを阻止する流れ方向複数の逆止弁と、
これら逆止弁間にて管路に連通され該管路の流体を吸排
するアキュームレータとを備え、前記アキュームレータ
の内壁に液相としての流体を保持可能な液体保持部材を
付設したことを特徴とするサーマルポンプ。