WO2020138082A1 - 蒸発器及びループ型ヒートパイプ - Google Patents

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evaporator
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heat
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悠 春木
佳司 坂川
和英 袴田
亮介 三谷
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川崎重工業株式会社
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    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes

Definitions

  • the present invention relates to an evaporator and a loop heat pipe including the evaporator.
  • loop type heat pipe that carries out high density heat transport using the phase change of the working fluid.
  • a heat transport system using such a loop heat pipe has been used for cooling electronic devices such as computers and home appliances.
  • As a loop heat pipe there is one that circulates a working fluid by utilizing capillary force and/or gravity.
  • the loop-type heat pipe has a closed loop formed by an evaporator, a condenser, a vapor pipe connecting the evaporator and the condenser, and a liquid pipe connecting the condenser and the evaporator.
  • the working fluid is enclosed in the closed loop.
  • the liquid-phase working fluid is heated by the heat transmitted from the heating element, and a part of the working fluid is changed to gas.
  • the gas-liquid two-phase working fluid moves in the steam pipe due to the pressure difference and buoyancy, and reaches the condenser.
  • the condenser the working fluid is cooled and converted into a liquid.
  • the liquid-phase working fluid is returned to the evaporator by capillary force and/or gravity. In this way, in the loop heat pipe, the working fluid circulates in the two-phase closed loop, whereby the heat is transported from the evaporator to the condenser, and the heating element thermally connected to the evaporator is cooled.
  • Patent Document 1 discloses a loop heat pipe configured as an exhaust heat recovery device for recovering exhaust heat from a water-cooled engine mounted on a vehicle.
  • This loop-type heat pipe includes an evaporator that exchanges heat between exhaust gas from a water-cooled engine and working fluid (water) inside.
  • This evaporator is connected to a heat exchange part formed by stacking heat transfer tubes and fins that extend linearly in the vertical direction, a lower pipe connected to the lower ends of a plurality of tubes, and an upper end of the plurality of tubes. It is equipped with a pipe.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional evaporator 200.
  • a conventional evaporator 200 shown in FIG. 7 includes a plurality of vertically extending inlet portions 22, an outlet portion 21 disposed above the inlet portion 22, a space between the inlet portion 22 and the outlet portion 21, and a vertically extending portion. And a heat exchange flow path 23.
  • the liquid-phase working fluid flows in the direction in which the potential energy is small, so that the amount of the liquid-phase working fluid in the heat exchange passage 23 is uneven.
  • the heat exchange flow path 23 is not effectively used due to the small amount of the working fluid in the liquid phase, and there is a possibility that sufficient heat exchange between the working fluid and the heat source fluid is not performed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and in an evaporator provided with a plurality of heat exchange passages extending in the vertical direction, and in a loop heat pipe provided with the same, when the posture of the evaporator is inclined. It is an object of the present invention to reduce the deviation in the amount of working fluid in the liquid phase between the plurality of heat exchange passages.
  • An evaporator is an evaporator that is mounted on a transportation machine and that converts at least a part of a working fluid in a liquid phase into a gas by receiving heat from a heat source, A plurality of heat exchange units that are arranged horizontally in a state in which the transport machine is placed on a horizontal plane, and whose postures are integrally changed; A distribution pipe that is connected to each of the heat exchange units and supplies the working fluid in a liquid phase to the heat exchange units, A valve that is provided in each of the distribution pipes and that blocks the passage of the flow of the working fluid from the heat exchange unit toward the distribution pipe by the valve while at least the inclination of the heat exchange unit is equal to or greater than a predetermined threshold value.
  • Each of the heat exchange units includes an inlet portion connected to the distribution pipe, and at least one heat exchange passage linearly extending upward from the inlet portion, and the working fluid passing through the heat exchange passage. And a heat exchange section for exchanging heat with the heat source.
  • the loop heat pipe connects the evaporator, a condenser that changes the working fluid in a vapor phase into a liquid, an outlet of the evaporator, and an inlet of the condenser.
  • a steam pipe and a liquid pipe connecting the outlet of the condenser and the inlet of the evaporator are provided.
  • the working fluid in the liquid phase tends to flow in the direction of smaller potential energy.
  • the valve blocks the flow of the working fluid from the heat exchange unit to the distribution pipe, the working fluid in the liquid phase in the heat exchange unit flows out to the distribution pipe or to another heat exchange unit through the distribution pipe. It does not leak.
  • the deviation of the amount of working fluid in the liquid phase between the heat exchange channels is small. Therefore, when the posture of the evaporator is tilted, it is possible to reduce the number of heat exchange passages in which there is no liquid-phase working fluid (or there is a small amount of liquid-phase working fluid).
  • the exchange channel can be effectively used.
  • an evaporator including a plurality of heat exchange passages extending in the vertical direction, and a loop heat pipe including the same, between the plurality of heat exchange passages when the posture of the evaporator is inclined. It is possible to provide the one that can reduce the deviation of the amount of the working fluid in the liquid phase.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an aircraft equipped with a loop heat pipe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the evaporator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the evaporator shown in FIG. 2 is tilted from the reference posture.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the evaporator according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view which shows the structure of the evaporator which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the internal structure of the evaporator shown in FIG.
  • FIG. 7 is a figure which shows the structure of the conventional evaporator.
  • FIG. 1 is a diagram showing an aircraft 50 as an example of a transportation machine equipped with a loop heat pipe 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the loop heat pipe 10 shown in FIG. 1 includes an evaporator 2, a steam pipe 4, a condenser 3, and a liquid pipe 5 that form a closed loop.
  • a working fluid is enclosed in the closed loop.
  • the working fluid naturally circulates in the loop heat pipe 10 by utilizing phase change and gravity.
  • the working fluid is not particularly limited, and is a condensable fluid that has been conventionally used as a working fluid for heat pipes (for example, water, alcohol, ammonia, fluorocarbon, hydrofluorocarbon, hydrofluoroether, and a mixed solution thereof). Etc.).
  • the liquid-phase working fluid absorbs heat from the heat source fluid, and part of it boils and changes to gas.
  • the gas-phase or gas-liquid two-phase working fluid moves in the steam pipe 4 connecting the outlet of the evaporator 2 and the inlet of the condenser 3 due to a pressure difference or buoyancy, and reaches the condenser 3.
  • the condenser 3 is installed above the evaporator 2.
  • a cooling flow path (not shown) is formed in the condenser 3, and the vapor-phase or two-phase working fluid radiates heat while passing through the cooling flow path and is cooled and changed to a liquid.
  • the liquid-phase working fluid descends by gravity in the liquid pipe 5 that connects the outlet of the condenser 3 and the inlet of the evaporator 2, and returns to the evaporator 2.
  • the loop type heat pipe 10 described above is suitable for being mounted on a transport aircraft whose posture changes.
  • transport aircraft include ships (including submersibles), railway vehicles, automobiles, and aircraft.
  • FIG. 1 shows a part of the fuselage 51 and the main wing 53 of the aircraft 50.
  • the body 51 has a multi-layer structure including an outer plate 52 and an inner wall 54 provided on the passenger side of the outer plate 52.
  • a cooling chamber 55 is formed between the outer plate 52 and the inner wall 54.
  • the inside of the cooling chamber 55 has a low temperature due to the cold heat transmitted from the outer plate 52 which is exposed to the outside air having a temperature significantly lower than that of the ground during flight.
  • the outer plate 52 may be provided with an air inlet and an air outlet that communicate with the cooling chamber 55, and the outside air may be introduced into the cooling chamber 55 during flight.
  • the aircraft 50 is equipped with the heat source 99 and the loop heat pipe 10 that cools the heat source 99.
  • the heat source 99 is not particularly limited, but for example, electronic devices including heat generating components such as a control panel, an engine control unit (ECU), and other computers, mechanical components such as bearings that generate frictional heat, and heat generating elements such as batteries and the like. , Cabin air, etc.
  • the evaporator 2 is thermally connected to the heat source 99, and the condenser 3 is arranged in the cooling chamber 55. Inside the cooling chamber 55, a fan 56 for forcibly ventilating the condenser 3 is provided. In this condenser 3, the working fluid is condensed by using the cold heat of the outside air.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the evaporator 2A according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a state in which the posture of the evaporator 2A shown in FIG. 2 is changed.
  • the evaporator 2A shown in FIG. 2 exchanges heat between a gas-phase heat source fluid such as exhaust gas and a liquid-phase working fluid to change at least a part of the liquid-phase working fluid into a gas. ..
  • the evaporator 2A includes a plurality of heat exchange units 20, a distribution pipe 8 connected to each heat exchange unit 20, and a valve 85 provided in the distribution pipe 8.
  • the plurality of distribution pipes 8 are connected to one liquid pipe 5.
  • Each heat exchange unit 20 has an inlet portion 22 connected to the distribution pipe 8 and a heat exchange portion 24 including at least one heat exchange flow passage 23 extending linearly upward from the inlet portion 22.
  • the heat exchange flow path 23 is formed of a heat transfer tube, and the heat exchange section 24 has a plurality of heat exchange flow paths 23. The working fluid flowing from the inlet 22 into the heat exchange passage 23 exchanges heat with the heat source 99 while passing through the heat exchange passage 23, so that at least a part thereof is vaporized.
  • the plurality of heat exchange units 20 are arranged in rows in a substantially horizontal direction and are arranged at substantially the same level.
  • the "reference posture" of the evaporator 2A is an evaporator when the transporter equipped with the evaporator 2A or the transporter equipped with the loop heat pipe 10 including the evaporator 2A is placed on a horizontal surface. Say 2A posture.
  • the distribution pipe 8 is connected to the liquid pipe 5.
  • a valve 85 is provided in each distribution pipe 8.
  • the valve 85 blocks passage of the flow of the working fluid from the heat exchange unit 20 toward the distribution pipe 8 at least when the inclination of the heat exchange unit 20 is equal to or larger than a predetermined inclination threshold value.
  • a check valve 85A is used as the valve 85.
  • the check valve 85A always permits passage of the flow of the working fluid in the liquid phase toward the inlet portion 22 regardless of whether or not the posture of the evaporator 2A is inclined, and prevents the working fluid in the liquid phase in the opposite direction from passing therethrough. Obstruct the passage of flow.
  • the upper ends of the heat exchange sections 24 of all the heat exchange units 20 are connected to one outlet section 21.
  • the outlet portion 21 is composed of a tank extending in the horizontal direction.
  • the outlet portion 21 is connected to the steam pipe 4. That is, the working fluid that has passed through each heat exchange unit 20 merges at the outlet 21 and then flows into the steam pipe 4.
  • the evaporator 2A is an evaporator 2A that is mounted on a transportation machine and changes at least a part of the working fluid in the liquid phase into gas by receiving heat from the heat source 99.
  • a plurality of heat exchange units 20 that are arranged horizontally and have their postures integrally changed in a state where the machines are placed on a horizontal plane are connected to each of the heat exchange units 20, and a liquid phase operation is performed on the heat exchange units 20.
  • a distribution pipe 8 for supplying a fluid and each of the distribution pipes 8 are provided, and the flow of the working fluid from the heat exchange unit 20 to the distribution pipe 8 passes while the inclination of the heat exchange unit 20 is at least a predetermined threshold value or more.
  • Each of the heat exchange units 20 has an inlet section 22 connected to the distribution pipe 8 and a heat exchange section 24.
  • the heat exchange section 24 includes at least one heat exchange flow path 23 linearly extending upward from the inlet section 22, and the working fluid passing through the heat exchange flow path 23 and the heat source exchange heat.
  • valve 85 allows the passage of the flow of the working fluid from the distribution pipe 8 to the heat exchange unit 20, and blocks the passage of the flow of the working fluid in the opposite direction to the check valve. It may be valve 85A.
  • the liquid-phase working fluid flowing from the liquid pipe 5 into the distribution pipe 8 flows into the inlet 22 of the heat exchange unit 20.
  • the liquid-phase working fluid flowing into the inlet 22 is distributed to the plurality of heat exchange flow passages 23 connected to the inlet 22. Due to the head pressure caused by the difference in height between the condenser 3 and the evaporator 2, the liquid level of the working fluid is in the middle of the heat exchange passage 23 in the vertical direction.
  • the working fluid in the heat exchange passage 23 has a larger volume ratio of the gas existing in the liquid as it goes upward, so that the two-phase flow of the gas-liquid flow is increased.
  • a boundary surface where the volume ratio (void ratio) occupied by the gas is a predetermined ratio (for example, 50%) may be virtually set as the liquid surface.
  • the heat received from the heat source fluid flowing around the heat exchange section 24 is released to the working fluid flowing through the heat exchange flow path 23.
  • At least a part of the liquid-phase working fluid in the heat exchange channel 23 boils due to the heat.
  • the working fluid that has become a gas phase or a gas-liquid two-phase in the heat exchange flow path 23 in this way flows out from the heat exchange flow path 23, is focused at the outlet portion 21, and flows out to the steam pipe 4.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the posture of the evaporator 2A shown in FIG. 2 has changed.
  • the evaporator 2A is tilted in the direction in which the plurality of heat exchange units 20 are arranged, the liquid-phase working fluid flows in the direction in which the potential energy is small.
  • the valve 85 check valve 85A
  • the liquid-phase working fluid in the heat exchange unit 20 flows out to the distribution pipe 8. And does not flow out to another heat exchange unit 20 through the distribution pipe 8.
  • the loop heat pipe 10 includes the evaporator 2A, the condenser 3 that changes the vapor-phase working fluid into a liquid, the outlet (outlet portion 21) of the evaporator 2A, and the condenser 3.
  • the steam pipe 4 is connected to the inlet of the condenser 3
  • the liquid pipe 5 is connected to the outlet of the condenser 3 and the inlet (distribution pipe 8) of the evaporator 2A.
  • the evaporator 2A As described above, according to the evaporator 2A according to the present embodiment, it is possible to reduce the deviation in the amount of the working fluid in the liquid phase between the plurality of heat exchange flow paths 23 when the posture of the evaporator 2A is inclined, and to perform each heat exchange.
  • the flow path 23 can be effectively used.
  • the loop heat pipe 10 including such an evaporator 2A it is possible to suppress a decrease in the heat transport amount when the posture of the loop heat pipe 10 is inclined.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the evaporator according to the second embodiment.
  • the same or similar members as those in the first embodiment described above will be denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted.
  • the evaporator 2B includes a control valve 85B controlled by the controller 9 as the valve 85 provided in the distribution pipe 8 in the evaporator 2A according to the first embodiment. , And the inclination sensor 7 is provided.
  • the inclination sensor 7 detects the inclination of the evaporator 2B from the reference posture. Since the plurality of heat exchange units 20 included in the evaporator 2B integrally change their postures, the inclination of the posture of the evaporator 2B is the inclination of the posture of the heat exchange unit 20.
  • the inclination sensor 7 may be attached to the evaporator 2B or the loop heat pipe 10 itself. Alternatively, the inclination sensor 7 may be attached to the evaporator 2B or a transportation machine equipped with the loop heat pipe 10. As the tilt sensor 7, a sensor using an acceleration sensor or a gyro sensor is known.
  • the controller 9 is electrically connected to the tilt sensor 7 by wire or wirelessly, and acquires the detection value of the tilt sensor 7. Further, the controller 9 is electrically connected to the control valve 85B by wire or wirelessly, and controls the operation of the control valve 85B.
  • the controller 9 includes functional units such as an inclination monitoring unit 91 and a valve control unit 92.
  • the controller 9 is a so-called computer, and has, for example, an arithmetic processing unit (processor) such as a microcontroller, a CPU, an MPU, a PLC, a DSP, an ASIC, or an FPGA, and a storage device such as a ROM or a RAM (both of which are illustrated in FIG. (Not shown).
  • the storage device stores programs executed by the arithmetic processing device, various fixed data, and the like.
  • the arithmetic processing unit reads out and executes software such as a program stored in the storage device, thereby performing processing for realizing the above-described functional unit.
  • the controller 9 may execute each process by centralized control by a single computer, or may execute each process by distributed control by cooperation of a plurality of computers.
  • the tilt monitoring unit 91 of the controller 9 acquires tilt information from the tilt sensor 7 and calculates the tilt of the evaporator 2B from the reference posture based on the acquired tilt information.
  • the inclination monitoring unit 91 monitors the inclination of the evaporator 2B by comparing the obtained inclination with a predetermined inclination threshold value.
  • each heat exchange flow path 23 extends linearly in the vertical direction.
  • the amount of working fluid in the liquid phase is unevenly distributed among the plurality of heat exchange flow passages 23.
  • there is no liquid-phase working fluid or there is a small amount of liquid-phase working fluid to the extent that gas-phase working fluid is blown through).
  • the inclination from the reference attitude that causes the exchange channel 23 may be used as the “inclination threshold”.
  • the inclination threshold value is a value specific to the evaporator 2B, is obtained in advance by a simulation result using a model of the evaporator 2B or by experiment, and is stored in the controller 9 in advance.
  • each control valve 85B is open.
  • the inclination monitoring unit 91 sends a closing signal to the valve control unit 92 if the calculated inclination exceeds the inclination threshold value, and the valve control unit 92 receiving the closing signal controls the control valve so that the flow of the working fluid is prohibited.
  • Close 85B the control valve 85B is opened in at least one heat exchange unit 20 of the plurality of heat exchange units 20 included in the evaporator 2B so that the working fluid in the liquid phase can move from the liquid pipe 5 to the evaporator 2B. Maintained.
  • the inclination monitoring unit 91 continues to monitor the inclination of the evaporator 2B, and when the calculated inclination becomes less than or equal to the inclination threshold value, sends an opening signal to the valve control unit 92, and the valve control unit 92 that has received the opening signal sends the working fluid to the working fluid.
  • the control valve 85B is opened so that the flow is allowed.
  • the evaporator 2B is an evaporator 2B that is mounted on a transportation machine and that changes at least a part of the working fluid in the liquid phase into gas by receiving heat from the heat source 99.
  • a plurality of heat exchange units 20 that are arranged in a horizontal direction in a state where the machines are placed on a horizontal plane and whose postures integrally change according to the inclination of the transportation machine, and are connected to each of the heat exchange units 20
  • the distribution pipes 8 for supplying the working fluid in the liquid phase to the unit 20 and the distribution pipes 8 are provided in each of the distribution pipes 8. From the heat exchange unit 20 to the distribution pipe 8 at least while the inclination of the heat exchange unit 20 is equal to or more than a predetermined threshold value.
  • Each of the heat exchange units 20 has an inlet section 22 connected to the distribution pipe 8 and a heat exchange section 24.
  • the heat exchange section 24 includes at least one heat exchange flow path 23 linearly extending upward from the inlet section 22, and the working fluid passing through the heat exchange flow path 23 and the heat source 99 exchange heat.
  • the valve 85 is the control valve 85B, the inclination sensor 7 that detects the inclination of the posture of the heat exchange unit 20, and the controller 9 that controls the operation of the control valve 85B based on the detected inclination. And are further provided. Then, the controller 9 operates the control valve 85B so that the control valve 85B is closed when the detected inclination exceeds a predetermined inclination threshold, and the control valve 85B is opened when the inclination is equal to or less than the inclination threshold.
  • the control fluid 85B that is closed causes the working fluid flowing from the heat exchange unit 20 toward the distribution pipe 8. Is blocked, the working fluid in the liquid phase in the heat exchange unit 20 does not flow out to the distribution pipe 8 or to another heat exchange unit 20 through the distribution pipe 8. Therefore, when the posture of the evaporator 2B is inclined, it is possible to suppress a decrease in the contact area between the liquid-phase working fluid and each heat exchange flow path 23 (heat transfer tube). Each heat exchange channel 23 can be effectively used.
  • control valve 85B is adopted as the valve 85 in the present embodiment, an arbitrary value can be set as the inclination threshold value according to the type of transport machine, the installation status of the evaporator 20B, and the like.
  • FIG. 5 is a perspective view of a vertically installed evaporator 2C according to the third embodiment
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an internal structure of the evaporator 2C shown in FIG.
  • the same or similar members as those in the first embodiment described above will be denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted.
  • the evaporator 2C includes a housing 6 in which at least one of the front wall 61 and the rear wall 62 has a rectangular parallelepiped shape having the maximum area, and the front wall 61 and the rear wall 62. And a heat receiving body 28 that is provided on at least one of the above and is thermally connected to the heat source 99.
  • the bottom wall 65 of the housing 6 is provided with a plurality of inlets 22, and the top wall 66 of the housing 6 is provided with one outlet 21.
  • a heat exchange section 24 including at least one heat exchange flow path 23 linearly extending upward from the inlet section 22 is provided inside the housing 6, a heat exchange section 24 including at least one heat exchange flow path 23 linearly extending upward from the inlet section 22 is provided inside the housing 6, a heat exchange section 24 including at least one heat exchange flow path 23 linearly extending upward from the inlet section 22 is provided inside the housing 6, a heat exchange section 24 including at least one heat exchange flow path 23 linearly extending upward from the inlet section 22 is provided.
  • the heat exchange unit 20 is formed by the inlet portion 22 and the heat exchange portion 24.
  • three sets of heat exchange units 20 are provided in the housing 6, and the heat exchange section 24 of each heat exchange unit 20 includes one heat exchange flow path 23.
  • At least one partition wall 60 extending in the vertical direction is provided inside the housing 6, at least one partition wall 60 extending in the vertical direction is provided.
  • the lower portion of the partition wall 60 is connected to the bottom wall 65 of the housing 6, and the upper portion of the partition wall 60 is separated from the upper wall 66.
  • the partition wall 60 divides the housing 6 into a plurality of parts except the upper portion, so that the housing 6 has a plurality of heat exchange channels 23 formed therein.
  • the plurality of heat exchange flow paths 23 are communicated with each other in the upper portion of the housing 6 where the partition wall 60 does not exist.
  • the distribution pipe 8 is connected to each of the inlets 22.
  • a valve 85 is provided in each distribution pipe 8.
  • the valve 85 blocks passage of the flow of the working fluid from the heat exchange unit 20 toward the distribution pipe 8 at least when the inclination of the heat exchange unit 20 is equal to or larger than a predetermined inclination threshold value.
  • the valve 85 may be the check valve 85A shown in the first embodiment or the control valve 85B shown in the second embodiment.
  • the liquid-phase working fluid is supplied from the liquid pipe 5 to the inlet portion 22 of each heat exchange unit 20 through the distribution pipe 8.
  • the liquid-phase working fluid exchanges heat with the heat source 99 while moving upward in the heat exchange passage 23 from the inlet portion 22, and at least a part thereof is vaporized.
  • the upper part inside the housing 6 is filled with a working fluid in a gas phase or a gas-liquid two phase, and this working fluid flows out to the steam pipe 4 through the outlet portion 21.
  • the posture of the evaporator 2C included in the loop heat pipe 10 when the posture of the transport machine equipped with the loop heat pipe 10 changes, the posture of the evaporator 2C included in the loop heat pipe 10 also changes.
  • the flow of the working fluid from the heat exchange unit 20 to the distribution pipe 8 is blocked by the valve 85, the liquid-phase working fluid in the heat exchange unit 20 flows out to the distribution pipe 8 or through the distribution pipe 8. It does not flow out to another heat exchange unit 20.
  • a plurality of heat exchange units 20 are communicated without the valve 85 or all the heat exchange flow paths 23 are communicated without the valve 85 (see FIG. 7).
  • the deviation of the amount of the working fluid in the liquid phase between the plurality of heat exchange passages 23 included in the evaporator 2C is small. That is, in the evaporator 2C of the present embodiment, it is possible to reduce the deviation in the amount of the working fluid in the liquid phase between the plurality of heat exchange flow paths 23 when the posture of the evaporator 2C is inclined. Therefore, when the posture of the evaporator 2C is inclined, the number of the heat exchange passages 23 in which the liquid-phase working fluid does not exist (or the amount of the existing liquid-phase working fluid is very small) can be reduced, Each heat exchange channel 23 can be effectively used.
  • the loop heat pipe 10 of the above embodiment is not limited to the thermosiphon type, but a wick type may be adopted.
  • a wick type In the wick type loop heat pipe, in order to recirculate the working fluid from the condenser 3 to the evaporator 2, the capillary force of the working fluid in the wick is used, but gravity is also used. Therefore, even when the present invention is applied to the heat transport system including the wick type loop heat pipe, the same effect as described above can be obtained.

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Abstract

輸送機に搭載された蒸発器は、輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニットと、熱交換ユニットの各々と接続され、当該熱交換ユニットへ液相の作動流体を供給する分配管と、分配管の各々に設けられ、少なくとも熱交換ユニットの傾きが所定の閾値以上の間は、熱交換ユニットから分配管へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する弁とを備える。熱交換ユニットの各々は、分配管と接続された入口部と、入口部から上方へ直線状に延びる少なくとも１本の熱交換流路を含み熱交換流路を通過する作動流体と熱源とを熱交換させる熱交換部とを有する。

Description

蒸発器及びループ型ヒートパイプ
　本発明は、蒸発器、及び、それを備えたループ型ヒートパイプに関する。
　従来、作動流体の相変化を利用して高密度な熱輸送を行うループ型ヒートパイプの技術が知られている。このようなループ型ヒートパイプを利用した熱輸送システムは、例えば、コンピュータや家電などの電子機器の冷却に利用されてきた。ループ型ヒートパイプとしては、毛細管力及び／又は重力を利用して作動流体を循環させるものがある。
　ループ型ヒートパイプは、蒸発器、凝縮器、蒸発器と凝縮器とを連絡する蒸気管、及び、凝縮器と蒸発器とを連絡する液管によって形成された閉ループを有する。閉ループには、作動流体が封入される。蒸発器では、液相の作動流体が発熱体から伝わる熱で加熱されて、その一部が気体に変化する。気液二相の作動流体は圧力差や浮力によって蒸気管内を移動し、凝縮器に到達する。凝縮器では、作動流体が冷却されて液体に変化する。液相の作動流体は毛細管力及び／又は重力によって蒸発器へ還流する。このようにして、ループ型ヒートパイプでは、作動流体が二相閉ループを循環することで蒸発器から凝縮器へ熱が輸送され、蒸発器と熱的に接続された発熱体が冷却される。
　特許文献１では、車両に搭載される水冷式エンジンからの排熱を回収する排熱回収装置として構成されたループ型ヒートパイプが開示されている。このループ型ヒートパイプは、水冷式エンジンからの排気ガスと内部の作動流体（水）とを熱交換させる蒸発器を備える。この蒸発器は、鉛直方向へ直線状に延びる伝熱管とフィンとが積層されて成る熱交換部と、複数のチューブの下端部と接続された下パイプと、複数のチューブの上端部と接続された上パイプとを備える。
特開２００７－３３３２９３号公報
　図７は、従来の蒸発器２００の構成を示す図である。図７に示す従来の蒸発器２００は、入口部２２と、入口部２２の上方に配置された出口部２１と、入口部２２と出口部２１との間を連絡し、鉛直方向に延びる複数の熱交換流路２３とを備える。この蒸発器２００が傾いたときに、液相の作動流体は位置エネルギーの小さい方向へ流れるため、熱交換流路２３の液相の作動流体量に偏りが生じる。その結果、液相の作動流体量が少ないために有効に利用されていない熱交換流路２３が生じ、作動流体と熱源流体との十分な熱交換が行われないおそれがある。
　本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、鉛直方向に延びる複数の熱交換流路を備えた蒸発器、及び、それを備えるループ型ヒートパイプにおいて、蒸発器の姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路間の液相の作動流体量の偏りを低減することを目的とする。
　本発明の一態様に係る蒸発器は、輸送機に搭載され、熱源からの受熱により液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させる蒸発器であって、
前記輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニットと、
前記熱交換ユニットの各々と接続され、当該熱交換ユニットへ液相の前記作動流体を供給する分配管と、
前記分配管の各々に設けられ、少なくとも前記熱交換ユニットの傾きが所定の閾値以上の間は、前記弁によって前記熱交換ユニットから前記分配管へ向かう前記作動流体の流れの通過を阻害する弁とを備え、
前記熱交換ユニットの各々は、前記分配管と接続された入口部と、前記入口部から上方へ直線状に延びる少なくとも１本の熱交換流路を含み前記熱交換流路を通過する前記作動流体と前記熱源とを熱交換させる熱交換部とを有するものである。
　また、本発明の一態様に係るループ型ヒートパイプは、前記蒸発器と、気相の前記作動流体を液体に変化させる凝縮器と、前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入口とを連絡する蒸気管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口とを連絡する液管とを備えるものである。
　上記蒸発器及びそれを備えるループ型ヒートパイプでは、蒸発器が傾いたとき、液相の作動流体は位置エネルギーの小さい方向へ流れようとする。ここで、弁によって熱交換ユニットから分配管へ向かう作動流体の流れが阻害されるので、熱交換ユニット内の液相の作動流体は分配管へ流出したり、分配管を通じて他の熱交換ユニットへ流出したりしない。これにより、複数の熱交換ユニットが弁を介さずに連通されている場合や全ての熱交換流路が弁を介さずに連通されている場合（図７、参照）と比較して、複数の熱交換流路間の液相の作動流体量の偏りは小さい。よって、蒸発器の姿勢が傾いたときに、液相の作動流体が存在しない（或いは、存在する液相の作動流体が微量である）熱交換流路の数を低減することができ、各熱交換流路を有効に利用することができる。
　本発明によれば、鉛直方向に延びる複数の熱交換流路を含む蒸発器、及び、それを備えるループ型ヒートパイプであって、蒸発器の姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路間の液相の作動流体量の偏りを低減できるものを提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るループ型ヒートパイプを搭載した航空機の概略構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る蒸発器の構成を示す図である。 図３は、図２に示す蒸発器が基準姿勢から傾いた様子を説明する図である。 図４は、第２実施形態に係る蒸発器の構成を示す図である。 図５は、第３実施形態に係る蒸発器の構成を示す斜視図である。 図６は、図５に示す蒸発器の内部構造を示す概略図である。 図７は、従来の蒸発器の構成を示す図である。
　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るループ型ヒートパイプ１０が搭載された輸送機の一例としての航空機５０を示す図である。
　図１に示すループ型ヒートパイプ１０は、閉ループを形成する蒸発器２、蒸気管４、凝縮器３、及び、液管５を備える。閉ループ内には、作動流体が封入されている。作動流体は、ループ型ヒートパイプ１０を相変化と重力を利用して自然循環する。なお、作動流体は、特に限定されず、従来ヒートパイプの作動流体として使用されている凝縮性の流体（例えば、水、アルコール、アンモニア、フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、及び、それらの混合液など）であってよい。
　蒸発器２では、液相の作動流体が熱源流体から吸熱し、その一部が沸騰して気体に変化する。気相又は気液二相の作動流体は、蒸発器２の出口と凝縮器３の入口とを連絡する蒸気管４を圧力差や浮力によって移動し、凝縮器３へ到達する。
　凝縮器３は、蒸発器２よりも上方に設置される。凝縮器３には冷却流路（図示略）が形成されており、気相又は二相の作動流体は冷却流路を通過するうちに放熱し、冷却されて液体に変化する。液相の作動流体は、凝縮器３の出口と蒸発器２の入口とを連絡する液管５を重力によって降下し、蒸発器２へ還流する。
　上記のループ型ヒートパイプ１０は、姿勢が変化する輸送機に搭載されるのに適している。このような輸送機として、船舶（潜水艇を含む）、鉄道車両、自動車、及び航空機などが例示される。
　図１には、航空機５０の胴体５１及び主翼５３の一部が示されている。胴体５１は、外板５２と、外板５２より客室側に設けられた内壁５４とを含む複層構造を有する。外板５２と内壁５４との間には、冷却室５５が形成されている。冷却室５５内は、飛行中に地上よりも著しく低温の外気に晒される外板５２から伝わる冷熱によって低温となっている。或いは、外板５２に冷却室５５と連通される空気入口と空気出口とが設けられ、飛行中の冷却室５５に外気が導入されてもよい。
　上記の航空機５０には、熱源９９と、熱源９９を冷却するループ型ヒートパイプ１０が搭載されている。熱源９９は、特に限定されないが、例えば、制御盤やエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）やその他コンピュータなどの発熱部品を含む電子機器、軸受などの摩擦熱が生じる機械部品、及び、電池などの発熱体や、客室空気などであってよい。
　蒸発器２は熱源９９と熱的に接続され、凝縮器３は冷却室５５内に配置されている。冷却室５５内には、凝縮器３に強制的に通気させるためのファン５６が設けられている。この凝縮器３では、外気の冷熱を利用して作動流体を凝縮させる。
　以下、蒸発器２の第１～３実施形態を説明する。
〔第１実施形態〕
　図２は、第１実施形態に係る蒸発器２Ａの構成を示す図であり、図３は、図２に示す蒸発器２Ａの姿勢が変化した様子を説明する平面図である。図２に示す蒸発器２Ａは、例えば排気ガスなどの、気相の熱源流体と液相の作動流体とを熱交換させて、液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させるものである。
　蒸発器２Ａは、複数の熱交換ユニット２０と、各熱交換ユニット２０と接続された分配管８と、分配管８に設けられた弁８５とを備える。複数の分配管８は一つの液管５と接続されている。
　各熱交換ユニット２０は、分配管８と接続された入口部２２と、入口部２２から上方へ直線状に延びる少なくとも１本の熱交換流路２３を含む熱交換部２４とを有する。本実施形態において、熱交換流路２３は伝熱管で形成されており、熱交換部２４は複数の熱交換流路２３を有する。入口部２２から熱交換流路２３に流入した作動流体は、熱交換流路２３を通過するうちに熱源９９と熱交換することによりその少なくとも一部が気化する。
　複数の熱交換ユニット２０は、略水平方向に列を成し、概ね同じレベルに配置されている。なお、蒸発器２Ａの「基準姿勢」とは、蒸発器２Ａを搭載した輸送機、又は、蒸発器２Ａを含むループ型ヒートパイプ１０を搭載した輸送機が、水平面に置かれたときの蒸発器２Ａの姿勢を言う。
　分配管８は、液管５と接続される。各分配管８には、弁８５が設けられている。弁８５は、少なくとも熱交換ユニット２０の傾きが所定の傾き閾値以上の間において、熱交換ユニット２０から分配管８へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する。本実施形態では、弁８５として逆止弁８５Ａが採用されている。逆止弁８５Ａは、蒸発器２Ａの姿勢の傾きの有無に関わらず、常時、入口部２２へ向かう液相の作動流体の流れの通過を許容し、それとは逆向きの液相の作動流体の流れの通過を阻害する。
　全ての熱交換ユニット２０の熱交換部２４の上端部は、一つの出口部２１と接続されている。本実施形態において、出口部２１は水平方向に延びるタンクで構成されている。出口部２１は、蒸気管４と接続されている。つまり、各熱交換ユニット２０を通過した作動流体は、出口部２１で合流してから蒸気管４へ流入する。
　以上に説明した通り、本実施形態に係る蒸発器２Ａは、輸送機に搭載され、熱源９９からの受熱により液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させる蒸発器２Ａであって、輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニット２０と、熱交換ユニット２０の各々と接続され、当該熱交換ユニット２０へ液相の作動流体を供給する分配管８と、分配管８の各々に設けられ、少なくとも熱交換ユニット２０の傾きが所定の閾値以上の間は、熱交換ユニット２０から分配管８へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する弁８５とを備える。熱交換ユニット２０の各々は、分配管８と接続された入口部２２と、熱交換部２４とを有する。熱交換部２４は、入口部２２から上方へ直線状に延びる少なくとも１本の熱交換流路２３を含み、この熱交換流路２３を通過する作動流体と熱源とが熱交換する。
　本実施形態に示されるように、上記弁８５は、分配管８から熱交換ユニット２０へ向かう作動流体の流れの通過を許容し、それとは逆向きの作動流体の流れの通過を阻害する逆止弁８５Ａであってよい。
　上記構成の蒸発器２Ａでは、液管５から分配管８へ流入した液相の作動流体は、熱交換ユニット２０の入口部２２へ流入する。入口部２２へ流入した液相の作動流体は、当該入口部２２と接続された複数の熱交換流路２３へ分配される。凝縮器３と蒸発器２との高低差に起因するヘッド圧によって、作動流体の液面は熱交換流路２３の上下中途部にある。なお、二相流体では厳密に液面は存在しないが、熱交換流路２３内の作動流体は上方に向かうに従って液体中に存在する気体の体積の割合が大きくなるので、気液二相流の中で気体の占める体積比率（ボイド率）が所定比率（例えば５０％）となる境界面を仮想的に液面としてもよい。
　熱交換部２４では、その周囲を流れる熱源流体から受け取った熱が、熱交換流路２３を流れる作動流体へ放出される。熱交換流路２３内の液相の作動流体の少なくとも一部はその熱によって沸騰する。このようにして熱交換流路２３で気相又は気液二相となった作動流体は、熱交換流路２３から流れ出て出口部２１で集束され、蒸気管４へ流出する。
　上記蒸発器２Ａを含むループ型ヒートパイプ１０を搭載した輸送機の姿勢が変化すると、ループ型ヒートパイプ１０の全体の姿勢も変化する。図３は、図２に示す蒸発器２Ａの姿勢が変化した様子を説明する図である。図３に示すように、蒸発器２Ａが複数の熱交換ユニット２０の並ぶ方向へ傾いたときに、液相の作動流体は位置エネルギーの小さい方向へ流れる。ここで、弁８５（逆止弁８５Ａ）よって熱交換ユニット２０から分配管８へ向かう作動流体の流れが阻害されるので、熱交換ユニット２０内の液相の作動流体は分配管８へ流出したり、分配管８を通じて他の熱交換ユニット２０へ流出したりしない。これにより、複数の熱交換ユニット２０が弁８５を介さずに連通されている場合や全ての熱交換流路２３が弁８５を介さずに連通されている場合（図７、参照）と比較して、蒸発器２Ａに含まれる複数の熱交換流路２３間の液相の作動流体量の偏りは小さい。つまり、本実施形態の蒸発器２Ａでは、蒸発器２Ａの姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路２３間の液相の作動流体量の偏りを低減できる。よって、蒸発器２Ａの姿勢が傾いたときに、液相の作動流体が存在しない（或いは、存在する液相の作動流体が微量である）熱交換流路２３の本数を低減することができ、各熱交換流路２３を有効に利用することができる。
　また、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１０は、上記の蒸発器２Ａと、気相の作動流体を液体に変化させる凝縮器３と、蒸発器２Ａの出口（出口部２１）と凝縮器３の入口とを連絡する蒸気管４と、凝縮器３の出口と蒸発器２Ａの入口（分配管８）とを連絡する液管５とを備えるものである。
　前述の通り、本実施形態に係る蒸発器２Ａによれば、蒸発器２Ａの姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路２３間の液相の作動流体量の偏りを低減でき、各熱交換流路２３を有効に利用することができる。このような蒸発器２Ａを備えるループ型ヒートパイプ１０では、ループ型ヒートパイプ１０の姿勢が傾いたときの熱輸送量の低下を抑えることができる。
〔第２実施形態〕
　次に、第２実施形態に係る蒸発器２Ｂについて説明する。図４は、第２実施形態に係る蒸発器の構成を示す図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
　図４に示すように、本実施形態に係る蒸発器２Ｂは、第１実施形態に係る蒸発器２Ａにおいて分配管８に設けられた弁８５として、コントローラ９によって制御される制御弁８５Ｂを備える点、及び、傾斜センサ７を備える点で特徴づけられる。
　傾斜センサ７は、蒸発器２Ｂの基準姿勢からの傾きを検出する。蒸発器２Ｂに含まれる複数の熱交換ユニット２０は一体的に姿勢を変化させることから、蒸発器２Ｂの姿勢の傾きは即ち熱交換ユニット２０の姿勢の傾きである。傾斜センサ７は、蒸発器２Ｂ、又は、ループ型ヒートパイプ１０自身に取り付けられていてよい。或いは、傾斜センサ７は、蒸発器２Ｂ、又は、ループ型ヒートパイプ１０が搭載された輸送機に取り付けられていてよい。傾斜センサ７として、加速度センサ、又はジャイロセンサを利用したものが知られている。
　コントローラ９は、傾斜センサ７と有線又は無線で電気的に接続されており、傾斜センサ７の検出値を取得する。また、コントローラ９は、制御弁８５Ｂと有線又は無線で電気的に接続されており、制御弁８５Ｂの動作を制御する。コントローラ９は、傾き監視部９１と、弁制御部９２との各機能部を含む。
　コントローラ９は、いわゆるコンピュータであって、例えば、マイクロコントローラ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＰＬＣ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の演算処理装置（プロセッサ）と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置とを有する（いずれも図示せず）。記憶装置には、演算処理装置が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。コントローラ９では、記憶装置に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理装置が読み出して実行することにより、前述の機能部を実現するための処理が行われる。なお、コントローラ９は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。
　ここで、コントローラ９による制御弁８５Ｂの制御の流れを説明する。コントローラ９の傾き監視部９１は、傾斜センサ７から傾き情報を取得し、取得した傾き情報に基づいて蒸発器２Ｂの基準姿勢からの傾きを求める。傾き監視部９１は、求めた傾きと所定の傾き閾値とを比較することにより、蒸発器２Ｂの傾きを監視する。
　基準姿勢にある蒸発器２Ｂにおいて、各熱交換流路２３は鉛直方向に直線状に延びている。蒸発器２Ｂがこの基準姿勢から、複数の熱交換ユニット２０の並ぶ方向に傾くと、複数の熱交換流路２３間で液相の作動流体量に偏りが生じる。このようにして、少なくとも１本の熱交換流路２３において、液相の作動流体が存在しない（或いは、気相の作動流体の吹き抜けが生じる程度に微量の液相の作動流体が存在する）熱交換流路２３が生じるような基準姿勢からの傾きを「傾き閾値」としてよい。また、複数の熱交換流路２３間で液相の作動流体量に偏りが生じることによって、蒸発器２Ｂに所望の熱交換性能が得られなくなるような基準姿勢からの傾きを「傾き閾値」としてよい。傾き閾値は、蒸発器２Ｂに固有の値であり、蒸発器２Ｂのモデルを利用したシミュレーション結果、又は、実験により予め求められ、コントローラ９に予め記憶される。
　定常状態の蒸発器２Ｂでは、各制御弁８５Ｂは開放されている。傾き監視部９１は、求めた傾きが傾き閾値を超える値であれば弁制御部９２へ閉止信号を送り、閉止信号を受けた弁制御部９２は作動流体の流れが禁止されるように制御弁８５Ｂを閉止させる。ここで、液管５から蒸発器２Ｂへ液相の作動流体が移動できるように、蒸発器２Ｂが備える複数の熱交換ユニット２０のうち少なくとも１つの熱交換ユニット２０においては制御弁８５Ｂの開放が維持される。傾き監視部９１は、蒸発器２Ｂの傾きの監視を継続し、求めた傾きが傾き閾値以下となれば、弁制御部９２へ開放信号を送り、開放信号を受けた弁制御部９２は作動流体の流れが許容されるように制御弁８５Ｂを開放させる。
　以上に説明した通り、本実施形態に係る蒸発器２Ｂは、輸送機に搭載され、熱源９９からの受熱により液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させる蒸発器２Ｂであって、輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、輸送機の傾きに伴って一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニット２０と、熱交換ユニット２０の各々と接続され、当該熱交換ユニット２０へ液相の作動流体を供給する分配管８と、分配管８の各々に設けられ、少なくとも熱交換ユニット２０の傾きが所定の閾値以上の間は、熱交換ユニット２０から分配管８へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する弁８５とを備える。熱交換ユニット２０の各々は、分配管８と接続された入口部２２と、熱交換部２４とを有する。熱交換部２４は、入口部２２から上方へ直線状に延びる少なくとも１本の熱交換流路２３を含み、この熱交換流路２３を通過する作動流体と熱源９９とが熱交換する。
　本実施形態において、上記の弁８５は制御弁８５Ｂであって、熱交換ユニット２０の姿勢の傾きを検出する傾斜センサ７と、検出された傾きに基づいて制御弁８５Ｂの動作を制御するコントローラ９とを、更に備える。そして、コントローラ９は、検出された傾きが所定の傾き閾値を超えると、制御弁８５Ｂが閉止され、傾きが前記傾き閾値以下では前記制御弁８５Ｂが開放されるように制御弁８５Ｂを動作させる。
　上記構成の蒸発器２Ｂ及びこれを搭載したループ型ヒートパイプ１０では、蒸発器２Ｂの傾きが傾き閾値を超えると、閉止された制御弁８５Ｂによって、熱交換ユニット２０から分配管８へ向かう作動流体の流れが阻害されるので、熱交換ユニット２０内の液相の作動流体は分配管８へ流出したり、分配管８を通じて他の熱交換ユニット２０へ流出したりしない。よって、蒸発器２Ｂの姿勢が傾いたときに、液相の作動流体と各熱交換流路２３(伝熱管)との接触面積の減少を抑制でき。各熱交換流路２３を有効に利用することができる。
　また、本実施形態では弁８５として制御弁８５Ｂが採用されているので、傾き閾値として輸送機の種類や蒸発器２０Ｂの設置状況等に応じて任意の値を設定することができる。
〔第３実施形態〕
　図５は、第３実施形態に係る垂直設置型の蒸発器２Ｃの斜視図、図６は、図５に示す蒸発器２Ｃの内部構造を説明する図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
　図５及び図６に示すように、本実施形態に係る蒸発器２Ｃは、前壁６１及び後壁６２の少なくとも一方が最大面積の直方体形状を呈する筐体６と、前壁６１及び後壁６２の少なくとも一方に設けられ、熱源９９と熱的に接続される受熱体２８とを備える。
　筐体６の底壁６５には複数の入口部２２が設けられており、筐体６の上壁６６には一つの出口部２１が設けられている。筐体６の内部には、入口部２２から上方へ直線状に延びる少なくとも１本の熱交換流路２３を含む熱交換部２４が設けられている。この入口部２２と熱交換部２４とによって、熱交換ユニット２０が形成されている。本例では、筐体６内に３組の熱交換ユニット２０が設けられており、各熱交換ユニット２０の熱交換部２４は１本の熱交換流路２３を含む。
　筐体６の内部には、少なくとも１つの上下方向に延びる仕切り壁６０が設けられている。仕切り壁６０の下部は筐体６の底壁６５を接続されており、仕切り壁６０の上部は上壁６６から離間している。このような仕切り壁６０で筐体６内の上部を除く部分が複数に区画されることによって、筐体６内に複数の熱交換流路２３が形成されている。複数の熱交換流路２３は、仕切り壁６０の存在しない筐体６内の上部で連通されている。
　入口部２２には、それぞれ分配管８が接続されている。各分配管８には、弁８５が設けられている。弁８５は、少なくとも熱交換ユニット２０の傾きが所定の傾き閾値以上の間において、熱交換ユニット２０から分配管８へ向かう作動流体の流れの通過を阻害する。弁８５は、前述の第１実施形態に示した逆止弁８５Ａであってもよいし、第２実施形態に示した制御弁８５Ｂであってもよい。
　上記構成の蒸発器２Ｃでは、液相の作動流体が、液管５から分配管８を通じて各熱交換ユニット２０の入口部２２へ供給される。液相の作動流体は、入口部２２から熱交換流路２３を上方へ向かって移動するうちに熱源９９と熱交換し、少なくとも一部が気化する。筐体６内の上部は気相又は気液二相の作動流体で満たされており、この作動流体が出口部２１を通じて蒸気管４へ流れ出る。
　本実施形態に係る蒸発器２Ｃにおいても、ループ型ヒートパイプ１０を搭載した輸送機の姿勢が変化すると、ループ型ヒートパイプ１０に含まれる蒸発器２Ｃの姿勢も変化する。ここで、弁８５よって熱交換ユニット２０から分配管８へ向かう作動流体の流れが阻害されるので、熱交換ユニット２０内の液相の作動流体は分配管８へ流出したり、分配管８を通じて他の熱交換ユニット２０へ流出したりしない。これにより、複数の熱交換ユニット２０が弁８５を介さずに連通されている場合や全ての熱交換流路２３が弁８５を介さずに連通されている場合（図７、参照）と比較して、蒸発器２Ｃに含まれる複数の熱交換流路２３間の液相の作動流体量の偏りは小さい。つまり、本実施形態の蒸発器２Ｃでは、蒸発器２Ｃの姿勢が傾いたときの複数の熱交換流路２３間の液相の作動流体量の偏りを低減できる。よって、蒸発器２Ｃの姿勢が傾いたときに、液相の作動流体が存在しない（或いは、存在する液相の作動流体が微量である）熱交換流路２３の本数を低減することができ、各熱交換流路２３を有効に利用することができる。
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。
　例えば、上記実施形態のループ型ヒートパイプ１０はサーモサイフォン式に限られずウィック式が採用されてもよい。ウィック式のループ型ヒートパイプでは、凝縮器３から蒸発器２への作動流体を還流させるために、ウィックにおける作動流体の毛細管力を利用するが、重力も利用する。よって、本発明をウィック式のループ型ヒートパイプを備える熱輸送システムに適用しても前述と同様の効果が得られる。
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ　：蒸発器
３　　　：凝縮器
４　　　：蒸気管
５　　　：液管
７　　　：傾斜センサ
８　　　：分配管
９　　　：コントローラ
１０　　：ループ型ヒートパイプ
２０　　　：熱交換ユニット
２１　　：出口部
２２　　：入口部
２３　　：熱交換流路
２４　　：熱交換部
６　　　：筐体
６１　　：前壁
６２　　：後壁
６５　　：底壁
６６　　：上壁
８５　　：弁
８５Ａ　　：逆止弁
８５Ｂ　　：制御弁
９１　　：傾き監視部
９２　　：弁制御部

Claims (4)

  1. 　輸送機に搭載され、熱源からの受熱により液相の作動流体の少なくとも一部を気体に変化させる蒸発器であって、
    　前記輸送機が水平面に置かれた状態で、水平方向に並び、一体的に姿勢が変化する複数の熱交換ユニットと、
    　前記熱交換ユニットの各々と接続され、当該熱交換ユニットへ液相の前記作動流体を供給する分配管と、
    　前記分配管の各々に設けられ、少なくとも前記熱交換ユニットの傾きが所定の閾値以上の間は、前記熱交換ユニットから前記分配管へ向かう前記作動流体の流れの通過を阻害する弁とを備え、
    　前記熱交換ユニットの各々は、前記分配管と接続された入口部と、前記入口部から上方へ直線状に延びる少なくとも１本の熱交換流路を含み前記熱交換流路を通過する前記作動流体と前記熱源とを熱交換させる熱交換部とを有する、
    蒸発器。
  2. 　前記弁は、前記分配管から前記熱交換ユニットへ向かう前記作動流体の流れの通過を許容し、それとは逆向きの前記作動流体の流れの通過を阻害する逆止弁である、
    請求項１に記載の蒸発器。
  3. 　前記弁は制御弁であって、
    　前記熱交換ユニットの姿勢の傾きを検出する傾斜センサと、検出された前記傾きに基づいて前記制御弁の動作を制御するコントローラとを、更に備え、
    　前記コントローラは、前記傾きが前記傾き閾値を超えると、前記制御弁が閉止され、前記傾きが前記傾き閾値以下では前記制御弁が開放されるように前記制御弁を動作させる、請求項１又は２に記載の蒸発器。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の蒸発器と、
    　気相の前記作動流体を液体に変化させる凝縮器と、
    　前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入口とを連絡する蒸気管と、
    　前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口とを連絡する液管とを備える、
    ループ型ヒートパイプ。
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