JPWO2012026221A1 - Loop type heat transport equipment - Google Patents
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Abstract
液体が逆流し難く、軽量で強度が高いループ型熱輸送機器を提供することを目的とする。循環液(25)を下方から上方へ通流させる複数の蒸発器内部流路(3)が内部に形成され、外部に発熱体(24)が設置された金属製の蒸発板(4)で構成される蒸発器(2)と、循環液の熱を放出する放熱器(5)と、熱交換器内部流路となる伝熱管(15)と、この伝熱管(15)の周囲に位置し、蒸発器内部流路上方に位置する二相流体送出口(28)から送出される循環液およびこの循環液の蒸気が収容される収容部(18)とを有して、伝熱管(15)の内部の循環液と収容部(18)の蒸気との間で熱交換させる熱交換器(12)とを備えたループ型熱輸送機器であって、蒸発器内部流路の循環液に接する内面は、蒸発板(4)の金属とは異なる金属で形成されたものである。An object of the present invention is to provide a loop-type heat transport device that is difficult to flow back, is lightweight, and has high strength. A plurality of evaporator internal flow paths (3) through which the circulating fluid (25) flows from below to above is formed, and is composed of a metal evaporation plate (4) in which a heating element (24) is installed outside. The evaporator (2), the radiator (5) that releases the heat of the circulating fluid, the heat transfer tube (15) that becomes the heat exchanger internal flow path, and the heat transfer tube (15) are located around the The heat transfer tube (15) has a circulating liquid sent out from the two-phase fluid outlet (28) located above the evaporator internal flow path and a storage part (18) in which the vapor of the circulating liquid is stored. A loop-type heat transport device including a heat exchanger (12) for exchanging heat between the circulating fluid inside and the steam in the storage section (18), and an inner surface of the evaporator internal flow passage in contact with the circulating fluid is The evaporation plate (4) is made of a metal different from the metal.
Description
本発明は、熱輸送機器に関するものであり、特に外部動力を必要としない気泡ポンプを利用したループ型熱輸送機器に関するものである。 The present invention relates to a heat transport device, and particularly to a loop heat transport device using a bubble pump that does not require external power.
エネルギ供給設備、情報通信設備、交通設備などのライフラインに係る重要設備において、近年、多くの電子機器が使用されている。これらの電子機器は、安定して確実に動作させる必要があり、電子機器からの発熱を効率良く放熱する必要がある。放熱する手段としては多種多様の形態があるが、高効率で省エネ・環境保全に即した高信頼性を有する放熱手段の一つとして、外部動力を必要としない気泡ポンプを利用した冷却装置がある(例えば、特許文献1参照。)。この冷却装置では、熱交換用循環溶液の相変化によって生じる循環溶液輸送パイプ内の密度差(密度差によって生じる浮力)を利用して、機器内を熱交換用循環溶液が循環するように構成しているので、ループ型熱輸送機器と呼ばれる。 In recent years, many electronic devices are used in important facilities related to lifelines such as energy supply facilities, information communication facilities, and traffic facilities. These electronic devices need to be operated stably and reliably, and heat generated from the electronic devices must be efficiently radiated. There are various types of means for dissipating heat, but there is a cooling device that uses a bubble pump that does not require external power as one of the highly efficient and highly reliable heat dissipating means suitable for energy saving and environmental conservation. (For example, refer to Patent Document 1). This cooling device is configured so that the circulating solution for heat exchange circulates in the equipment by utilizing the density difference (buoyancy generated by the density difference) in the circulating solution transport pipe generated by the phase change of the circulating solution for heat exchange. Because it is called loop type heat transport equipment.
特許文献1に記載されたループ型熱輸送機器では、加熱熱交換器から二相流体送入口までの気液二相流体送入パイプ内の気液二相流体の見かけの密度と、該区間と同じ高さの区間における循環溶液輸送パイプ内の熱交換用循環溶液の密度との密度差を利用して熱交換用循環溶液を循環させている。また、この循環を繰り返すことによって、加熱熱交換器から伝達された高温度の熱を顕熱放出熱交換器と放熱器とへ輸送し、顕熱放出熱交換器と放熱器とから熱を必要とする別の機器または低熱源に熱を輸送するようにしている。
In the loop heat transport device described in
このループ型熱輸送機器において、加熱熱交換器(蒸発器)をブロック状の金属で構成し、この金属ブロック内部に通流路を形成してこの通流路内を循環液が流れるようにすることで、強度が高く放熱特性が良いループ型熱輸送機器とするものがある(例えば特許文献2)。 In this loop heat transport device, the heating heat exchanger (evaporator) is made of a block-shaped metal, and a flow path is formed inside the metal block so that the circulating fluid flows in the flow path. Thus, there is a loop heat transport device that has high strength and good heat dissipation characteristics (for example, Patent Document 2).
また、特許文献1や特許文献2に記載されているループ型熱輸送機器とは構成が異なる冷却システムとして、特許文献3に記載されたものがある。特許文献3には、受熱部、バブルポンプ、ラジエータ・コンデンサ、パイプ部をループ状に結合して熱を輸送する冷却システムが記載されている。この特許文献3に記載された冷却システムでは、受熱部の上方にパイプ状のバブルポンプを設けている。特許文献3に記載された冷却システムでは液体が逆流する恐れがあり、逆流を防止するためにバブルポンプの出口をラジエータの液体レベルよりも上になるように配置している。
Moreover, there exists what was described in
特許文献1に記載された従来のループ型熱輸送機器は、加熱熱交換器(蒸発器)に循環液を送入および送出する気液二相流体送入パイプを配管で構成しているので、強度が低いという問題があった。また、特許文献3に記載された冷却システムは、全体の詳細構造が明確ではないが、図面からは特許文献1に記載されたものと同様、パイプを主体とした構造となっており、やはり強度が低いという問題がある。
Since the conventional loop heat transport device described in
さらに特許文献3では、特許文献1や特許文献2に記載されたループ型熱輸送機器よりも液体が逆流し易いという問題もある。また、特許文献1や特許文献2に記載されたループ型熱輸送機器では放熱器の設置位置に制約は無いが、特許文献3に記載された冷却システムは放熱器を機器の上部に設置しなければならないという制約もある。
Furthermore, in
また、特許文献2に記載された従来のループ型熱輸送機器は、蒸発器が銅等の金属に穴加工をしたブロック状の金属で構成されているので、強度が高く放熱特性は良いが、重量が大きいという問題があった。
Moreover, since the conventional loop type heat transport device described in
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あり、液体が逆流し難く、軽量で強度が高いループ型熱輸送機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a loop type heat transport device that is difficult to reverse flow of liquid, is lightweight, and has high strength.
本発明は、循環液を下方から上方へ通流させる複数の蒸発器内部流路が内部に形成され、外部に発熱体が設置された金属製の蒸発板と、蒸発器内部流路下方に位置する予熱液送入口が接続される蒸発器ヘッダ管とで構成される蒸発器と、循環液の高温液体送入口と内部流路と低温液体送出口を有し循環液の熱を放出する放熱器と、放熱器の低温液体送出口から放出された循環液が送入される低温液体送入口を有する熱交換器入口ヘッダと、予熱液体流路を通じて蒸発器ヘッダ管へ循環液が送出される予熱液体送出口を有する熱交換器出口ヘッダと、熱交換器入口ヘッダと熱交換器出口ヘッダとを連結する熱交換器内部流路となる伝熱管と、この伝熱管の周囲に位置し、蒸発器内部流路上方に位置する二相流体送出口から送出される循環液およびこの循環液の蒸気が収容される収容部とを有して、伝熱管の内部の循環液と収容部の蒸気との間で熱交換させる熱交換器と、収容部から循環液が送出される高温液体送出口と放熱器の高温液体送入口とを連結する高温液体流路とを備えたループ型熱輸送機器であって、蒸発器内部流路の循環液に接する内面は、蒸発板の金属とは異なる金属で形成されたものである。 In the present invention, a plurality of evaporator internal flow paths through which circulating fluid flows from below to above are formed, a metal evaporation plate having a heating element installed outside, and a position below the evaporator internal flow path An evaporator composed of an evaporator header pipe to which a preheating liquid inlet is connected, a radiator having a high temperature liquid inlet, an internal flow path, and a low temperature liquid outlet for the circulating liquid and releasing the heat of the circulating liquid And a heat exchanger inlet header having a cryogenic liquid inlet into which the circulating liquid discharged from the cryogenic liquid outlet of the radiator is sent, and preheating in which the circulating liquid is sent to the evaporator header pipe through the preheating liquid channel A heat exchanger outlet header having a liquid outlet, a heat exchanger tube serving as a heat exchanger internal channel connecting the heat exchanger inlet header and the heat exchanger outlet header, and an evaporator located around the heat exchanger tube Circulating fluid delivered from the two-phase fluid outlet located above the internal flow path and A heat exchanger that has a storage portion in which the steam of the circulating fluid is stored and exchanges heat between the circulating fluid in the heat transfer tube and the steam in the storage portion, and the circulating fluid is sent out from the storage portion A loop-type heat transport device having a high-temperature liquid flow path that connects a high-temperature liquid delivery port and a high-temperature liquid feed port of a radiator, and the inner surface of the evaporator internal flow path that is in contact with the circulating liquid is a metal of the evaporation plate It is made of a different metal.
この発明によれば、循環液が逆流せず、軽量で強度が高いループ型熱輸送機器を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a loop-type heat transport device that is free from circulating fluid, is lightweight, and has high strength.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図であり、図2は、図1に示すA−A断面における断面図、図3は、図1に示すB−B断面における断面図である。ループ型熱輸送機器1は蒸発器2と放熱器5と熱交換器12を有し、流路がループ状になるようにそれぞれが配管で接続されており、内部を循環液25が循環することで熱を輸送する構成となっている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a loop heat transport device according to
図3に示すように、蒸発器2は、蒸発板4の内部に蒸発器内部流路となる蒸発管3を有しており、図4の部分拡大図に示すように、固定材29としてはんだやろう材などを用いて蒸発管3が蒸発板4に接合される。実施の形態1では蒸発管3の本数と同数の穴を蒸発板4にあけ、蒸発管3を挿入し固定材29で接合しているが、この構成に限らず蒸発管3を蒸発板4で固定できる構成であればよい。蒸発管3の下端となる予熱液体送入口22は、蒸発管3の本数と同数の穴を設けた蒸発器ヘッダ管23と、ろう付け、溶接などを用いて接合される。また、蒸発板4の外面には複数の発熱体24が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
放熱器5は、高温液体送入口6を有した放熱器入口ヘッダ7と低温液体送出口10を有した放熱器出口ヘッダ9の間を放熱器内部流路8で連結され、放熱器内部流路間には複数の放熱フィン11が設けられている。なお、放熱器5は図1の形状に限らず、循環液25の熱を外部に放出できればよく、その形状、寸法、構造に特に制限はない。
The
熱交換器12は、熱交換器入口ヘッダ14と収容部18と熱交換器出口ヘッダ17が接合された円筒状の容器であり、熱交換器入口ヘッダ14と熱交換器出口ヘッダ17は熱交換器内部流路となる複数の伝熱管15により連結されている。
The
熱交換器入口ヘッダ14は低温液体送入口13を有しており、放熱器5の低温液体送出口10と接合されている。熱交換器出口ヘッダ17は予熱液体送出口16を有しており、予熱液体流路21を介して蒸発器ヘッダ管23と接合されている。収容部18は高温液体送出口19を有しており、高温液体流路20を介して放熱器の高温液体送入口6と接続されている。また、収容部18の下方には蒸発器2が配置されており、収容部18の下方に蒸発管3の本数と同数の穴を設け、蒸発管3上方の二相流体送出口28と接合される。なお、接合方法としては、ろう付け、溶接などを用いる。放熱器5と熱交換器12の間には取り付け板27が設けられており、所定の箇所に取り付けが可能となっている。
The heat
以下に動作原理を示す。ループ型熱輸送機器の内部は真空排気されて循環液25が封入されている。蒸発器2では、発熱体24で発生した熱により、蒸発管3を流れる循環液25が加熱されて昇温し、循環液25の一部が蒸気26となり、高温の循環液25と蒸気26の気液二相流体を生成する(図2参照)。蒸発管3内では気液二相流体の見かけの密度と循環液25の密度との差から生じる浮力によって気液二相流体を上昇させ二相流体送出口28から気液二相流体が熱交換器12の収容部18へ送入される。
The operating principle is shown below. The inside of the loop heat transport device is evacuated and filled with a circulating
収容部18内部では放熱器5から伝熱管15内に送出された低温の循環液25と、伝熱管15外部の蒸気26とが伝熱管15の壁を介して熱交換し、蒸気26が凝縮されて液体へと相変化し、高温の循環液25と共に液単相となり高温液体送出口19から送出される。
Inside the
高温の循環液25は高温液体流路20を通り、高温液体送入口6から放熱器5の放熱器入口ヘッダ7へ送入される。放熱器入口ヘッダ7は高温の循環液25を放熱器内部流路に分配する機能を有している。分配された高温の循環液25は複数設けられている放熱器内部流路8を通流し、放熱フィン11から熱を放出することで低温の循環液25となり放熱器出口ヘッダ9で合流し、低温液体送出口10から送出される。
The high-temperature circulating liquid 25 passes through the high-temperature
低温の循環液25は低温液体送入口13から熱交換器12の熱交換器入口ヘッダ14へ送入され、伝熱管15へと分配される。伝熱管15では、前述のように低温の循環液25が収容部18内の蒸気26と伝熱管15の壁面で熱交換し、伝熱管15を通流する循環液25は昇温する。昇温した循環液25は熱交換器出口ヘッダ17で合流し、予熱液体送出口16から送出される。
The low-
熱交換器出口ヘッダ17から送出された循環液25は予熱液体流路21を通流し、蒸発器ヘッダ管23へ流入する。蒸発器ヘッダ管23は循環液25を蒸発管3へ分配する機能を有している。循環液25は予熱液体送入口22から蒸発管3へ送入され、一連のループを形成している。
The circulating
以上の構成により、二相流体送出口28から送出される循環液25の気液二相流体の蒸気26は熱交換器12の収容部18内で伝熱管15の壁を介して熱交換されて液体となるので、収容部18内部(蒸発管3の二相流体送出口28周辺)の圧力は低く保たれ、蒸発管3へ循環液25が逆流し難い構成となっている。
With the above configuration, the
循環液25としては、熱伝導率や比熱の大きい熱特性のよい流体や粘性係数が小さく流動特性が良い流体を用いることが好ましい。気体の密度に対する液体の密度の比が大きい流体が好ましく、蒸留水、アルコール、液体金属などの単一成分からなる流体、または不凍液、アルコール水溶液等の多成分流体が使用される。多成分流体を用いた場合には、気化する成分と気化しない成分があるが、収容部18内で蒸気26が凝縮して生成された液体成分が収容部18内で撹拌・混合され、循環液25として高温液体送出口19から送出される。
As the circulating
従来の、特許文献2に開示されたループ型熱輸送機器では、蒸発器が穴加工をしたブロック状の金属体で構成されていた。ブロック状の金属体である蒸発器全体は、蒸留水や不凍液などの水を含む循環液を用いる場合に不凝縮ガスの発生を抑えるため銅で構成する必要があり重量が大きくなるという問題があった。しかし、本実施の形態1のループ型熱輸送機器1では、蒸発器2を、循環液25に接触する蒸発管3と、循環液25に接触しない蒸発板4とで構成したため、循環液25と接触する蒸発管3のみを銅とし、重量の多くを占める蒸発板4をアルミニウムなど軽い金属とすることで、蒸発器2全体を軽量化することが可能となる。また、蒸発管3をアルミニウムなど銅以外の金属のパイプとして、内面を銅メッキしても良い。
In the conventional loop-type heat transport device disclosed in
なお、ループ型熱輸送機器の部品の材質としては熱伝導性のよい金属が好ましい。前記のように実施の形態1では蒸発板4をアルミニウムとし、それ以外を銅としている。蒸留水や不凍液などの水を含む循環液25を用いる場合は、接液部を銅とすることで不凝縮ガスの発生を抑え、冷却性能の劣化を防ぐことができる。なお、アルミニウムで構成される部品の外側表面をメッキ加工することで耐食性を向上させても良い。
In addition, as a material of the components of the loop heat transport device, a metal having good thermal conductivity is preferable. As described above, in the first embodiment, the
また、ループ型熱輸送機器1の全ての部品の材質をアルミニウムとしても良い。このとき、循環液25として蒸留水や不凍液などの水を含む循環液25を用いる場合は、アルミニウム製部品の接液面を銅メッキすることで不凝縮ガスの発生を抑え、冷却性能の劣化を防ぐことができる。部品を全てアルミニウム化することで、銅製の部品を用いた場合と比較して大幅に軽量化することが可能となる。また、蒸発管3を設けずに、蒸発板4をアルミニウム板で構成し、このアルミニウム板に貫通穴を形成し、貫通穴の内面を銅メッキすることで、貫通穴自身を蒸発器内部流路としてもよい。
Moreover, it is good also considering the material of all the components of the loop type
以上のように、蒸発器内部流路の循環液25に接する内面は、循環液25に対して腐食し難い金属で形成するのが好ましい。循環液25が、蒸留水や不凍液のように水を含む液体の場合、腐食し難い金属として、水素よりも標準電極電位が大きい(イオン化傾向が小さい)金属を選択するのが好ましい。また、蒸発板4は軽い金属、すなわち、蒸発器内部流路の循環液25に接する内面を形成する金属よりも密度が小さい金属材料により構成するのが好ましい。
As described above, it is preferable to form the inner surface of the evaporator internal flow passage in contact with the circulating
発熱体24は図2や図3に示すように蒸発板4の両面に設けてもよいし、片面に設けてもよい。本実施の形態1では蒸発板4の内部に管状の蒸発管3が配置されているので、発熱体24を両面に設けても、発熱体24の熱を効率よく循環液25に移送することができ、複数の発熱体を同時に冷却できる。
The
また、複数の発熱体を設ける場合、発熱量が大きい発熱体や、温度をより低くする必要がある発熱体など、より効率高く冷却する必要がある発熱体240を、図3の断面図における中央付近に設けてもよい。すなわち、図3において、中央付近に設置されている発熱体240が、周辺に設置されている発熱体24よりも高効率冷却が必要な発熱体である。蒸発器2の中央付近は蒸発管3の通流特性が良いため、高効率冷却が必要な発熱体240を中央付近に配置することで、放熱特性を向上させることが可能となる。
When a plurality of heating elements are provided, a
実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。また、図6は、図5のA−A断面での断面図である。図5および図6において、図1および図2と同一符号は同一または相当する部分を示す。図5および図6に示すように、実施の形態5によるループ型熱輸送機器1では、蒸発管3の二相流体送出口28は、収容部18の下面からの突き出し高さhが3mm以上となるように配置されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a loop heat transport device according to
高さhが小さいと、蒸発管3の二相流体送出口28が循環液25で満たされるため、収容部18へ送出される循環液25の二相流体の流動抵抗が大きく、循環流量が低下し放熱特性が悪化する。
When the height h is small, the two-phase
図5に示す突き出し高さhを3mm以上とすることで、収容部18下面の蒸発管3の外周部分が高温循環液専用通路34となり、蒸発管3の二相流体送出口28が循環液25で満たされず、蒸発管3から収容部18へ送出される循環液25の二相流体の流動抵抗が小さくなり、循環流量が向上し放熱特性が改善する。特に、本ループ型熱輸送機器1では、蒸発管3が複数並列に配置されているため、高温循環液専用通路34を設けることで、高温の循環液25が高温液体流路20に到達するまでの流れが、蒸発管3から噴出する循環液25の気液二相流体に妨げられ難く、循環流量が向上する。また、発熱量が極端に小さい場合や、発熱体24が取り付けられない箇所の、蒸発管3からの逆流を抑制することもできる。さらに、hを大きくすれば、本体が傾斜した場合にも二相流体送出口28が循環液25で満たされず循環流量が低下しないので放熱特性が向上する。
By setting the protrusion height h shown in FIG. 5 to 3 mm or more, the outer peripheral portion of the
以上のように、蒸発管3の収容部18への突き出し高さhを3mm以上としたことで、放熱特性が向上し、ループ型熱輸送機器が小型化でき軽量化が可能となる。
As described above, by setting the protrusion height h of the
実施の形態3.
図7は本実施の形態3によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。また、図8は、図7のA−A断面での断面図である。図7および図8において、図1および図2と同一符号は同一または相当する部分を示す。図7および図8で示すように、蒸発管3の二相流体送出口28の両サイドにガイド35を設けて、ガイド35で分離された空間の二相流体送出口28を含まない空間が高温循環液専用通路34として形成されるようにした。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the loop heat transport device according to the third embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 7 and 8, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same or corresponding parts. As shown in FIGS. 7 and 8, guides 35 are provided on both sides of the two-phase
このような構成によれば、噴出した循環液25や蒸気26から伝熱管15で凝縮した循環液25の大部分は、収容部18とガイド35とで形成される高温循環液専用通路34を流れる。このため、二相流体送出口28上を流れる循環液25は少なくなり、流動抵抗が小さく放熱特性を向上させることができる。
According to such a configuration, most of the circulating
以上のように、ガイド35を設けることで、実施の形態2と同様、放熱特性が向上し、ループ型熱輸送機器が小型化でき軽量化が可能となる。
As described above, by providing the
実施の形態4.
図9は本実施の形態4によるループ型熱輸送機器の要部の構成を示す断面図であり、実施の形態1における図2に相当する図である。図9において図2と同一符号は同一または相当する部分を示す。図9に示すように、本実施の形態4によるループ型熱輸送機器の伝熱管15は、熱交換器12の収容部18内の隣接する伝熱管15同士の隙間sが3mm以上となるように配置されている。隙間sが小さいと、隣接する伝熱管15の外側に形成される凝縮液が連結し、伝熱管15の周囲に蒸気26の移動を妨げる凝縮液のブリッジが形成される。そのため、蒸気26と伝熱管15とが接する熱交換面積が小さくなり、放熱特性が悪化する。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the loop heat transport device according to the fourth embodiment, which corresponds to FIG. 2 in the first embodiment. 9, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts. As shown in FIG. 9, in the
一例として、図10に、φ16mmの銅管151を、隙間s=3mm(図10(a))、および2mm(図10(b))で平行に並べ、その隙間に不凍液の水溶液(エチレングリコール50%)を流して形成された液ブリッジを観察した結果の模式図を示す。隙間3mmでは、図10(a)に示すように、短辺(25mm程度)の液ブリッジ251が形成されるが、これ以上成長しようとすると流下する。これに対し、隙間2mmでは、図10(b)に示すように、長辺の液ブリッジ252が形成される。よって、隙間sを3mm以上とすることで液ブリッジが形成されにくくなる。
As an example, in FIG. 10,
図9のように隙間sを3mm以上とすることで、凝縮液が流下しやすくなり、隣接する伝熱管15同士の隙間に液ブリッジが形成されにくくなる。このようにして、熱交換面積が拡大するため放熱特性が向上し、ループ型熱輸送機器を小型化することができ軽量化が可能となる。
When the gap s is 3 mm or more as shown in FIG. 9, the condensate easily flows down, and a liquid bridge is hardly formed in the gap between the adjacent
実施の形態5.
図11は本実施の形態5によるループ型熱輸送機器の蒸発管3付近の構成を示す部分拡大断面図であり、実施の形態1における図4に相当する図である。図11において図4と同一符号は同一または相当する部分を示す。図11に示すように、実施の形態5によるループ型熱輸送機器では蒸発管3内部にフィン33を設けている。
FIG. 11 is a partial enlarged cross-sectional view showing a configuration in the vicinity of the
このように構成されたループ型熱輸送機器によれば、蒸発管3内部にフィン33を設けることで気泡核が形成されやすくなり、低発熱時でも沸騰が促進され循環液を適正に循環させることが可能となる。また、蒸発管3内部にフィン33を設けることで伝熱面積も拡大し、蒸発部の熱抵抗を低減でき冷却性能が向上するため、ループ型熱輸送機器を小型化することができ軽量化が可能となる。
According to the loop heat transport device configured as described above, by providing the
実施の形態6.
図12および図13は、本実施の形態6によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。図12は、放熱器5や、熱交換器12、高温液体流路20を取り付け板27に取り付ける前の状態を示し、図13は取り付けた後の状態を示している。図12および図13において、図1と同一符号は同一または相当する部分を示す。図12および図13に示すように、実施の形態6によるループ型熱輸送機器では、放熱器5の高温液体送入口6と低温液体送出口10に、取り付け板27を貫通するようにパイプ30、31を取り付け、高温液体送入パイプ30を高温液体流路20に、低温液体送出パイプ31を熱交換器入口ヘッダ14の低温液体送入口13に接続する。
12 and 13 are cross-sectional views showing the configuration of the loop heat transport device according to the sixth embodiment. FIG. 12 shows a state before the
このように構成されたループ型熱輸送機器によれば、蒸発器2および熱交換器12を接合させた部品と、放熱器5とを別々に製作しておき、最後に高温液体送入パイプ30と低温液体送出パイプ31を通す穴を設けた取り付け板27を挟み込む。取り付け板27を挟み込んだ後、高温液体送入パイプ30と高温液体流路20を、ろう付けや溶接で接合し、低温液体送出パイプ31と低温液体送入口13を、ろう付けや溶接で接合できるので製造が容易になる。
According to the loop-type heat transport device configured as described above, the component to which the
また、図1のループ型熱輸送機器では取り付け板27も接液しているため、蒸留水や不凍液の水溶液などの循環液25を用いる場合は、取り付け板27に銅材を使用する必要があるため重量が大きくなるという問題があった。本実施の形態6の構成であれば取り付け板27は接液しないため、重量の軽いアルミニウム等の材料を使用することが可能となり、ループ型熱輸送機器全体を軽量化することが可能となる。
In addition, since the mounting
実施の形態7.
図14は実施の形態7によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。また、図15は、図14のA−A断面での断面図である。図14および図15において、図1および図2と同一符号は同一または相当する部分を示す。図14および図15に示すように、本実施の形態7によるループ型熱輸送機器では、蒸発板4と蒸発器ヘッダ管23の間に固定部材32を設けている。固定部材32は、少なくとも蒸発板4を支えるように設けられている。図1に示すループ型熱輸送機器では、蒸発器2の蒸発板4は蒸発管3の外周面と、はんだやろう材等の固定材29で接合されているのみであるため、蒸発器2に重量の大きい電子機器等の発熱体が取り付けられた場合に、蒸発器の耐久性、耐振動性が低いという問題があった。Embodiment 7 FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a loop heat transport device according to the seventh embodiment. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 14 and 15, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same or corresponding parts. As shown in FIGS. 14 and 15, in the loop heat transport apparatus according to the seventh embodiment, a fixing
本実施の形態7では、はんだやろう材などの固定材29で接合するだけでなく、蒸発器2の下部に蒸発板4を支えるように固定部材32を設けているので、固定部材32の上面で蒸発器2を固定することで、耐久性、耐振動性を向上させることが可能である。また、ループ型熱輸送機器を、固定部材32を用いて、機器を設置する装置の箱の床面等に固定することも可能である。耐久性、耐振動性を向上させることで部品を薄肉化でき、ループ型熱輸送機器の軽量化が可能となる。
In the seventh embodiment, since the fixing
実施の形態8.
図16〜図19は本実施の形態8によるループ型熱輸送機器の構成の一部を示す断面図で、蒸発器2と熱交換器12の部分を示している。図16〜図19において、図1と同一符号は同一または相当する部分を示す。図16〜図19に示すように、実施の形態8によるループ型熱輸送機器では、循環液の封止パイプ36を設けた。封止パイプ36は、図16に示すループ型熱輸送機器では収容部18に、図17では熱交換器入口ヘッダ14に、図18では熱交換器出口ヘッダ17に、図19では予熱液体流路21に設けられている。
16-19 is sectional drawing which shows a part of structure of the loop type heat transport apparatus by this
このように構成されたループ型熱輸送機器によれば、封止パイプ36からループ型熱輸送機器内部を真空排気し、循環液25を適量封入し、バルブ等で仮封止した状態で仮動作を行うことができる。封止パイプ36を図17〜図19で示すように配置した場合、封止パイプ36取り付け部は循環液25で満たされている箇所であるので、低発熱から高発熱まで仮動作で放熱特性を確認しながら液量を調整し、最終的に封止パイプ36を封じ切ることにより安定動作させることが可能となる。また、これにより液量の最適値を決定することができる。
According to the loop heat transport device configured as described above, the inside of the loop heat transport device is evacuated from the sealing
また、ループ型熱輸送機器では装置内部の残留ガス、循環液25内に含まれる残留ガス、循環液25注入後内部で発生する不凝縮ガスは収容部18に蓄積される構成であるため、図16のように収容部18の上部に封止パイプ36を設けることで、循環液25の封入後に封止パイプ36から内部ガスを真空排気することが可能となる。もちろん、図17〜図19に示すような液量調節用の封止パイプ36と、図16に示すような内部ガス真空排気用の封止パイプ36を組み合わせて配置しても良い。
Further, in the loop type heat transport device, the residual gas inside the apparatus, the residual gas contained in the circulating
1:ループ型熱輸送機器 2:蒸発器
3:蒸発管(蒸発器内部流路) 4:蒸発板
5:放熱器 6:高温液体送入口
7:放熱器入口ヘッダ 8:放熱器内部流路
9:放熱器出口ヘッダ 10:低温液体送出口
11:放熱フィン 12:熱交換器
13:低温液体送入口 14:熱交換器入口ヘッダ
15:伝熱管 16:予熱液体送出口
17:熱交換器出口ヘッダ 18:収容部
19:高温液体送出口 20:高温液体流路
21:予熱液体流路 22:予熱液体送入口
23:蒸発器ヘッダ管 24:発熱体
25:循環液 26:蒸気
27:取り付け板 28:二相流体送出口
29:固定材 30:高温液体送入パイプ
31:低温液体送出パイプ 32:固定部材
33:フィン 34:高温液体専用通路
35:ガイド 36:封止パイプ1: Loop type heat transport device 2: Evaporator 3: Evaporator tube (evaporator internal flow path) 4: Evaporator plate 5: Radiator 6: High temperature liquid inlet 7: Radiator inlet header 8: Radiator internal flow path 9 : Heater outlet header 10: Cryogenic liquid outlet 11: Radiation fin 12: Heat exchanger 13: Cryogenic liquid inlet 14: Heat exchanger inlet header 15: Heat transfer pipe 16: Preheated liquid outlet 17: Heat exchanger outlet header 18: Container 19: High temperature liquid outlet 20: High temperature liquid flow path 21: Preheated liquid flow path 22: Preheated liquid inlet 23: Evaporator header pipe 24: Heating element 25: Circulating liquid 26: Steam 27: Mounting plate 28 : Two-phase fluid delivery port 29: Fixing material 30: High temperature liquid delivery pipe 31: Low temperature liquid delivery pipe 32: Fixing member 33: Fin 34: High temperature liquid dedicated passage 35: Guide 36: Sealing pipe
本発明は、循環液を下方から上方へ通流させる複数の蒸発器内部流路が内部に形成され、外部に発熱体が設置された金属製の蒸発板と、蒸発器内部流路下方に位置する予熱液送入口が接続される蒸発器ヘッダ管とで構成される蒸発器と、循環液の高温液体送入口と内部流路と低温液体送出口を有し循環液の熱を放出する放熱器と、放熱器の低温液体送出口から放出された循環液が送入される低温液体送入口を有する熱交換器入口ヘッダと、予熱液体流路を通じて蒸発器ヘッダ管へ循環液が送出される予熱液体送出口を有する熱交換器出口ヘッダと、熱交換器入口ヘッダと熱交換器出口ヘッダとを連結する熱交換器内部流路となる伝熱管と、この伝熱管の周囲に位置し、蒸発器内部流路上方に位置する二相流体送出口から送出される循環液およびこの循環液の蒸気が収容される収容部とを有して、伝熱管の内部の循環液と収容部の蒸気との間で熱交換させる熱交換器と、収容部から循環液が送出される高温液体送出口と放熱器の高温液体送入口とを連結する高温液体流路とを備えたループ型熱輸送機器であって、複数の蒸発器内部流路は、蒸発板の内部に形成された複数の貫通穴に、それぞれ蒸発板の材料とは異なる材料の蒸発管を挿入して形成され、蒸発管の一方の端部である複数の蒸発器内部流路上方の二相流体送出口は収容部の底面より高く突き出ており、かつ伝熱管より低い位置に配置されたものである。 In the present invention, a plurality of evaporator internal flow paths through which circulating fluid flows from below to above are formed, a metal evaporation plate having a heating element installed outside, and a position below the evaporator internal flow path An evaporator composed of an evaporator header pipe to which a preheating liquid inlet is connected, a radiator having a high temperature liquid inlet, an internal flow path, and a low temperature liquid outlet for the circulating liquid and releasing the heat of the circulating liquid And a heat exchanger inlet header having a cryogenic liquid inlet into which the circulating liquid discharged from the cryogenic liquid outlet of the radiator is sent, and preheating in which the circulating liquid is sent to the evaporator header pipe through the preheating liquid channel A heat exchanger outlet header having a liquid outlet, a heat exchanger tube serving as a heat exchanger internal channel connecting the heat exchanger inlet header and the heat exchanger outlet header, and an evaporator located around the heat exchanger tube Circulating fluid delivered from the two-phase fluid outlet located above the internal flow path and A heat exchanger that has a storage portion in which the steam of the circulating fluid is stored and exchanges heat between the circulating fluid in the heat transfer tube and the steam in the storage portion, and the circulating fluid is sent out from the storage portion A loop-type heat transport device having a high-temperature liquid flow path connecting a high-temperature liquid delivery port and a high-temperature liquid feed port of a radiator, and a plurality of evaporator internal flow paths are formed inside the evaporation plate Formed by inserting evaporation pipes of materials different from the material of the evaporation plate into the plurality of through holes, respectively, and accommodates the two-phase fluid outlets above the plurality of evaporator internal flow paths, which are one end of the evaporation pipes It protrudes higher than the bottom surface of the part and is disposed at a position lower than the heat transfer tube .
Claims (18)
上記循環液の高温液体送入口と放熱器内部流路と低温液体送出口とを有し、循環液の熱を放出する放熱器と、
上記放熱器の低温液体送出口から放出された循環液が送入される低温液体送入口を有する熱交換器入口ヘッダと、予熱液体流路を通じて上記蒸発器ヘッダ管へ循環液が送出される予熱液体送出口を有する熱交換器出口ヘッダと、上記熱交換器入口ヘッダと上記熱交換器出口ヘッダとを連結する熱交換器内部流路となる伝熱管と、この伝熱管の周囲に位置し、上記蒸発器内部流路上方に位置する二相流体送出口から送出される循環液とこの循環液の蒸気とが収容される収容部とを有して、上記伝熱管の内部の循環液と上記収容部の蒸気との間で熱交換させる熱交換器と、
上記収容部から循環液が送出される高温液体送出口と上記放熱器の高温液体送入口とを連結する高温液体流路と
を備えたループ型熱輸送機器であって、
上記蒸発器内部流路の上記循環液に接する内面は、上記蒸発板の金属とは異なる金属で形成されたことを特徴とするループ型熱輸送機器。A plurality of evaporator internal flow paths through which the circulating liquid flows upward from below, a metal evaporation plate having a heating element installed outside, and a preheating liquid positioned below the evaporator internal flow path An evaporator composed of an evaporator header pipe to which the inlet is connected;
A radiator having a high-temperature liquid inlet, a radiator internal flow path, and a low-temperature liquid outlet of the circulating liquid, and releasing the heat of the circulating liquid;
A heat exchanger inlet header having a cryogenic liquid inlet into which the circulating liquid discharged from the cryogenic liquid outlet of the radiator is sent, and preheating in which the circulating liquid is sent to the evaporator header pipe through a preheating liquid channel A heat exchanger outlet header having a liquid delivery outlet, a heat transfer pipe serving as a heat exchanger internal flow path connecting the heat exchanger inlet header and the heat exchanger outlet header, and located around the heat transfer pipe, A circulating liquid sent out from the two-phase fluid delivery port located above the evaporator internal flow path, and a storage part for storing the vapor of the circulating liquid, and the circulating liquid inside the heat transfer tube and the above A heat exchanger for exchanging heat with the steam in the housing,
A loop type heat transport device comprising a high-temperature liquid flow path for connecting a high-temperature liquid delivery port through which the circulating fluid is delivered from the housing part and a high-temperature liquid delivery port of the radiator,
A loop type heat transport device, wherein an inner surface of the evaporator internal flow passage in contact with the circulating fluid is formed of a metal different from the metal of the evaporation plate.
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