JP2008215702A - ループ型ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器を垂直に設置する場合や曲がり部に設置する場合でも、性能を落とさずに、所定の機能を発揮できるようにしたループ型ヒートパイプを提供する。
【解決手段】作動液を気化する蒸発器１０３と、気化した気体を液化する凝縮器１０７と、蒸発器１０３から凝縮器１０７へ接続された蒸気管１０５と、凝縮器１０７から蒸発器１０３へ接続された液戻り管１０９と、蒸発器１０３に供給される作動液を蒸発器１０３の手前で保留するリザーバ部１１１とを備えるループ型ヒートパイプにおいて、蒸発器１０３は、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管１０５に連通して閉塞するグルーブ管１１７と、グルーブ管１１７の内部に挿入されたウィック１１９と、ウィック１１９の内部及びリザーバ部１１１に作動液を供給するバイオネット管１１３とを備え、リザーバ部１１１の内壁面の少なくとも一部には、作動液を吸水する吸水性部材１２０が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ループヒートパイプ（ＬＨＰ）およびキャピラリーポンプループ（ＣＰＬ：Capillary Pumped Loop）等のループ型ヒートパイプに関する。

ループ型ヒートパイプの種類として、ループヒートパイプ（ＬＨＰ）やキャピラリーポンプループ（ＣＰＬ）等が知られている。

例えば、ＬＨＰ１０１は、図３に示されているように、水、アルコール、アンモニア等の作動液を蒸発させて気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器１０３と、この蒸発器１０３で気化された気体を放熱して液化する凝縮器（Condenser）１０７と、蒸発器１０３で気化された気体を凝縮器１０７まで送る蒸気管（Vapor Line）１０５と、凝縮器１０７で液化された作動液を蒸発器１０３まで送る液戻り管（Liquid Line）１０９と、液戻り管１０９を介して蒸発器１０３まで供給される作動液を蒸発器１０３の手前で保留するリザーバ部１１１〔アキュームレータ、ＣＣ（Compensation Chamber）など〕とを備えている。図３のシステムでは、液戻り管１０９の先端に、作動液を蒸発器１０３の内部に送り込むためのバイオネット管１１３が設けられている。また、蒸発器１０３とリザーバ部１１１は一体的に構成されている。

また、蒸発器１０３とリザーバ部１１１との間には、蒸発器１０３で気化された気体がリザーバ部１１１に逆戻りしないようにするための作動液逆流防止用のＯリング１１５が装着されている。なお、ＬＨＰ１０１の内部に投入される作動液としては、水、アルコール、アンモニア等がある。

このような構成のＬＨＰ１０１では、蒸発器１０３が、周囲で発生した熱により加熱されると、作動液が蒸発器１０３内で気化し、このときの潜熱で周囲の温度を冷却する。蒸発器１０３内で生じた蒸気は蒸気管１０５を経て凝縮器１０７へ移動し、凝縮器１０７で放熱されることにより、蒸気が液体に戻される。この液体は液戻り管１０９を経て再びリザーバ部１１１と蒸発器１０３へ移動することになり、上記の作用を繰り返す。

凝縮器１０７は、蒸気管１０５と液戻り管１０９が連通する管路１０７Ａの外周に多数枚のフィン１０７Ｂを並列して設けた構成となっている。

また、蒸発器１０３は、基本的には、例えば特許文献１の中で示されている原理と同様の構造を持ち、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管１０５に連通して閉塞する円筒形状のグルーブ管１１７と、このグルーブ管１１７の円筒形状の内部に接触して挿入される円筒形状をなすと共にこの円筒形状の内部に作動液を供給するウィック１１９とを備えている。

なお、グルーブ管１１７の内周面には、グルーブ管１１７の長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし且つ前記長手方向に延伸されたグルーブ部１２１が備えられている。一方、ウィック１１９の外周面は、グルーブ管１１７のグルーブ部１２１の凸部の内周面に接触する構成であり、グルーブ部１２１の凹部が蒸気流路１２３となっている。

また、ウィック１１９の円筒形状の内部は、上述したリザーバ部１１１に連通し且つ前端が閉塞した液貯留室１２５として構成されている。また、液戻り管１０９に連通するバイオネット管１１３は、リザーバ部１１１の内部を経て、液貯留室１２５の前端部の少し手前まで挿入されている。これにより、液戻り管１０９から戻ってきた作動液は、バイオネット管１１３の前端から液貯留室１２５に供給され、バイオネット管１１３の前端から１８０°反転して液貯留室１２５とバイオネット管１１３の間を通過して、液貯留室１２５内に充満する状態となり、リザーバ部１１１に保留される。

したがって、グルーブ管１１７が蒸発器１０３の周囲の熱で加熱されると、グルーブ管１１７の熱がグルーブ部１２１の凸部の内周面との接触部分からウィック１１９に熱伝導し、ウィック１１９が加熱され、その結果、液貯留室１２５からウィック１１９の内部に浸透した作動液が加熱されて気体になり、グルーブ管１１７のグルーブ部１２１、すなわち蒸気流路１２３を経て前述したように蒸気管１０５へ移動することになる。

なお、ウィック１１９には、例えば多孔質性の焼結金属体、金属繊維、ガラス繊維、ポリエチレン等の高分子体などが使用されている。

しかしながら、上述のように、蒸発器１０３にリザーバ部１１１を一体に形成したループ型ヒートパイプでは、図４に示すように蒸発器１０３を垂直に設置した場合、あるいは、図５に示すように曲がり部に蒸発器１０３を設置した場合に、蒸発器１０３が上側に位置し、リザーバ部１１１が下側に位置することになるため、リザーバ部１１１の上半部の内壁面１１１ａが液渇き状態となりやすい。そのため、リザーバ部１１１が蒸発器１０３からの熱の影響を受けて温度上昇し、その結果、ヒートパイプの性能低下を招いたり、最悪の場合は動作停止につながるおそれがある。
特開２００４−５３０６２号公報

本発明は、上記事情を考慮し、蒸発器を垂直に設置する場合や曲がり部に設置する場合でも、性能を落とさずに、所定の機能を発揮できるようにしたループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、作動液を蒸発させて気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、蒸発器で気化された気体を放熱して液化する凝縮器と、蒸発器と凝縮器を接続し、蒸発器で気化された気体を凝縮器まで送る蒸気管と、凝縮器と蒸発器を接続し、凝縮器で液化された作動液を蒸発器まで送る液戻り管と、蒸発器の端部に設けられ、凝縮器で液化されて液戻り管を経て蒸発器に供給される作動液を蒸発器の手前で保留するリザーバ部とを備えるループ型ヒートパイプにおいて、蒸発器は、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管に連通して閉塞するグルーブ管と、グルーブ管の内部に挿入されたウィックと、ウィックの内部及びリザーバ部に作動液を供給するバイオネット管とを備え、リザーバ部の内壁面の少なくとも一部には、作動液を吸水する吸水性部材が配置されているループ型ヒートパイプであることを要旨とする。

本発明によれば、蒸発器を垂直に設置する場合や曲がり部に設置する場合でも、性能を落とさずに、所定の機能を発揮できるようにしたループ型ヒートパイプを提供することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの要部概略構成を示している。第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの全体的な構成は、図３に示したものとほぼ同様であるので、全体の構成については、図３を用いて簡単に説明する。

第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプは、作動液を蒸発させて気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器１０３と、蒸発器１０３で気化された気体を放熱して液化する凝縮器１０７と、蒸発器１０３と凝縮器１０７を接続し、蒸発器１０３で気化された気体を凝縮器１０７まで送る蒸気管１０５と、凝縮器１０７と蒸発器１０３を接続し、凝縮器１０７で液化された作動液を蒸発器１０３まで送る液戻り管１０９と、蒸発器１０３の端部に設けられ、凝縮器１０７で液化されて液戻り管１０９を経て蒸発器１０３に供給される作動液を蒸発器１０３の手前で保留するリザーバ部１１１とを備える。蒸発器１０３は、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管１０５に連通して閉塞するグルーブ管１１７と、グルーブ管１１７の内部に挿入されたウィック１１９と、ウィック１１９の内部及びリザーバ部１１１に作動液を供給するバイオネット管１１３とを備える。

そして、このループ型ヒートパイプでは、特徴的な点として、図１に示すように、水渇き状態になりやすいリザーバ部１１１の内壁面１１１ａの少なくとも一部には、作動液を吸水する吸水性部材１２０を備えている。吸水性部材１２０は、水、アルコール、アンモニア等の液体（作動液）を給水することができるウィック１１９と同じ部材が用いられる。そして、吸水性部材１２０は、リザーバ部１１１の内壁面１１１ａと接触していることで、リザーバ内作動液を内壁面１１１ａにつなぐ役割を果たしている。

この第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの場合は、ウィック１１９の一部がリザーバ部１１１内に延長されて、吸水性部材１２０として利用されている。なお、ウィック１１９の材質としては、多孔質性の焼結金属体、金属繊維、ガラス繊維、ポリエチレン等の高分子体などが利用可能である。

第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプによれば、吸水性部材１２０がリザーバ部１１１の内壁面１１１ａに接するように設けられているので、蒸発器１０３が垂直に設置されていても、リザーバ部１１１の内壁面１１１ａを常に作動液で濡れた状態に保つことが可能なので、液渇き状態になることを防止することができる。したがって、蒸発器１０３からの熱の影響でリザーバ部１１１が加熱されるのを防ぐことができ、リザーバ部１１１が加熱されることによる性能低下や最悪の場合の動作停止を未然に回避することができる。

また、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプのように、グルーブ管１１７内に挿入したウィック１１９の一部をリザーバ部１１１内に延長して吸水性部材１２０として利用している場合、ウィック１１９の形状の変更のみで、部品点数を増やすことなく、上述の効果を奏することができる
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施形態のループ型ヒートパイプの要部概略構成を示している。このループ型ヒートパイプの蒸発器１０３は、曲がり部に設けられているので、リザーバ部１１１の形状が若干複雑になっている。

このループ型ヒートパイプの特徴的な点は、湾曲したリザーバ部１１１の内部に、水渇き状態になりやすい内壁面１１１ａに接するように吸水性部材１２２が設けられていることである。この場合の吸水性部材１２２は、ウィック１１９とは別部材として設けられている。具体的には、ノニオン／スルホン酸系樹脂、アクリル酸系樹脂、及びアクリル酸塩系樹脂等の高吸水性樹脂を用いることができる。

第２の実施の形態に係るループ型ヒートパイプによれば、吸水性部材１２２がリザーバ部１１１の内壁面１１１ａに接するように設けられているので、蒸発器１０３が曲がり部に設置されていても、リザーバ部１１１の内壁面１１１ａを常に作動液で濡れた状態に保つことが可能なので、液渇き状態になることを防止することができる。したがって、蒸発器１０３からの熱の影響でリザーバ部１１１が加熱されるのを防ぐことができ、リザーバ部１１１が加熱されることによる性能低下や最悪の場合の動作停止を未然に回避することができる。

また、第２の実施の形態に係るループ型ヒートパイプによれば、リザーバ部１１１内に配置した吸水性部材１２２がウィック１１９とは別体に形成されているので、特に曲がり部に蒸発器１０３を設置する場合の設計の自由度を増すことができる。つまり、曲がり部に蒸発器１０３を設置する場合、リザーバ部１１１の形状が複雑になりがちであるが、その場合でも、設計の自由度を確保しながら、リザーバ部１１１が加熱されることによる性能低下や最悪の場合の動作停止を未然に回避する効果を奏することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの要部概略構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの要部概略構成を示す断面図である。 ループ型ヒートパイプの全体構成を示す図である。 蒸発器が垂直に設置されている場合の従来の問題点の説明に用いる要部断面図である。 蒸発器が曲がり部に設置されている場合の従来の問題点の説明に用いる要部断面図である。

符号の説明

１０１…ループ型ヒートパイプ
１０３…蒸発器
１０５…蒸気管
１０７…凝縮器
１０７Ａ…管路
１０７Ｂ…フィン
１０９…液戻り管
１１１…リザーバ部
１１１ａ…内壁面
１１３…バイオネット管
１１５…Ｏリング
１１７，１２１…グルーブ管
１１９…ウィック
１２０，１２２…吸水性部材
１２３…蒸気流路
１２５…液貯留室

Claims (3)

1. 作動液を蒸発させて気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、
   前記蒸発器で気化された気体を放熱して液化する凝縮器と、
   前記蒸発器と前記凝縮器を接続し、前記蒸発器で気化された気体を前記凝縮器まで送る蒸気管と、
   前記凝縮器と前記蒸発器を接続し、前記凝縮器で液化された作動液を前記蒸発器まで送る液戻り管と、
   前記蒸発器の端部に設けられ、前記凝縮器で液化されて前記液戻り管を経て前記蒸発器に供給される作動液を前記蒸発器の手前で保留するリザーバ部
   とを備えるループ型ヒートパイプにおいて、
   前記蒸発器は、一端側を開口し且つ他端側を前記蒸気管に連通して閉塞するグルーブ管と、前記グルーブ管の内部に挿入されたウィックと、前記ウィックの内部及び前記リザーバ部に作動液を供給するバイオネット管とを備え、
   前記リザーバ部の内壁面の少なくとも一部には、作動液を吸水する吸水性部材が配置されていることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
2. 前記ウィックの一部が前記リザーバ部内に延長されて前記吸水性部材として利用されていることを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
3. 前記吸水性部材は、前記ウィックとは別体の部材として設けられていることを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。

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