JP2009041825A - ループヒートパイプの蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】本体内部で作動液体を十分に保持可能な蒸発器を提供する。
【解決手段】作動液体を案内する液管４と接続されて作動液体を内部に導くための液供給口２ａを有する筒状の容器２と、容器２の内周面２ｃに沿って配置されたグルーブ付ウィック３と、液供給口２ａから容器２内に容器２の軸線方向に沿って延びるように設けられ、その軸線方向に間隔をあけて設けられた複数の貫通孔５ａを有する液注入管５と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ループ型のヒートパイプに適用される蒸発器に関する。

ループヒートパイプの蒸発器では、蒸発器内部に送り込まれた作動液体が熱により蒸発して蒸気として送り出され、送り出された蒸気は凝縮部で放熱し凝縮して蒸発器に戻る。このようにしてループヒートパイプ内では熱が輸送される。蒸発器の内周面には、ウィックが設けられ、作動液体はそのウィックに浸透して蒸発する。例えば、ウィックの内周側の気孔径を外周側の気孔径よりも大きくすることで作動液体をウィックに均等に浸透させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２４６５８３号公報

ところが、蒸発器に送り込まれた作動液体が逆流することがあり、蒸発器の本体内部に作動液体が不足するおそれがある。

そこで、本発明は本体内部で作動液体を十分に保持可能な蒸発器を提供することを目的とする。

本発明のループヒートパイプの蒸発器は、作動液体を案内する液管（４）と接続されて該作動液体を内部に導くための液供給口（２ａ）を有する筒状の本体（２）と、前記本体の内周面（２ｃ）に沿って配置された筒状ウィック（３）と、前記液供給口から前記本体内に該本体の軸線方向に沿って延びるように設けられ、前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数の貫通孔（５ａ）を有する液注入管（５）と、を備えたことにより上記課題を解決する。

本発明の蒸発器によれば、液管により案内された作動液体は、液供給口を介して液注入管内へ供給される。作動液体は、液注入管内を移動して複数の貫通孔から本体内へ注入される。複数の貫通孔は本体の軸線方向に間隔をあけて設けられているため、作動液体を筒状ウィックへ本体の軸線方向に対して均等に供給することができる。よって、筒状ウィックに満遍なく作動液体が浸透し、作動液体を筒状ウィックで十分に保持することができる。また、複数の貫通孔から作動液体を注入するので、一旦注入された作動液体は貫通孔へ戻りにくくなり、作動液体の逆流を防止することができる。

本発明の蒸発器の一形態において、前記複数の貫通孔のうち少なくとも２つの貫通孔が、前記本体の周方向に対して互いにずれていてもよい。この形態によれば、筒状ウィックの周方向にも均等に作動液体を供給することができる。

本発明の蒸発器の一形態において、前記液注入管の軸線方向に隣り合う貫通孔の間に、外周が前記筒状ウィックの内周面と接触し、内周が前記液注入管の外周面と接触するリング形状の液保持ウィック（１２）をさらに備えてもよい。この形態によれば、各貫通孔から注入されて軸線方向へ移動する作動液体を液保持ウィックが保持することで軸線方向への移動を制限しつつ作動液体を筒状ウィックへ供給する。各貫通孔から筒状ウィックへの作動液体の直接的な移動による供給に加え、液保持ウィックを設置したことにより各貫通孔から液保持ウィックを介して供給することができる。これにより、安定して筒状ウィックへ作動液体を供給することができる。

本発明の蒸発器の一形態において、前記液注入管の軸線方向に隣り合う貫通孔の間に、外周が前記筒状ウィックの内周面と接触し、内周が前記液注入管の外周面と接触するリング形状の仕切板（１１）をさらに備えてもよい。この形態によれば、筒状ウィックにより囲まれる領域は仕切板により複数の領域に区切られる。これにより、作動液体の移動が制限されて、筒状ウィックの軸線方向に対して均等に作動液体を供給することができる。

仕切板を設けた形態において、前記仕切板の両面のそれぞれには、液保持ウィック（１２）が設けられていてもよい。この形態によれば、仕切板により区切られた領域のそれぞれに供給される作動液体は各領域の液保持ウィックに保持される。これにより、筒状ウィックの軸線方向に対して均等に、かつ安定して作動液体を供給することができる。

本発明のループヒートパイプの蒸発器は、作動液体を案内する液管（４）と接続されて該作動液体を内部に導くための液供給口（２ａ）を有する筒状の本体（２）と、前記本体の内周面（２ｃ）に沿って配置された第１のウィック（３）と、前記液供給口に隣接して設けられ、前記第１のウィックの内周面（３ａ）により囲まれる領域（Ａ）の一部に空間（Ｅ）を形成し、かつ前記第１のウィックの内周面の周方向全域に密着する第２のウィック（２１）と、を備えたことにより上記課題を解決する。

本発明の蒸発器によれば、作動液体は液供給口を介して第２のウィックに直接供給される。作動液体は、第２のウィックに浸透し、その外周側へ広がりながら液供給口に対して奥側へ移動する。このようにして第２のウィックには作動液体が保持されて、作動液体は第２のウィックから第１のウィックに供給される。一方、第２のウィックから空間に移動した作動液体は空間に溜められて、第１のウィックに直接供給されるか、あるいは第２のウィックに浸透する。従って、第２のウィックにより作動液体を保持することができ、かつ第２のウィックに保持されない作動液体も空間に溜めることができるので、第１のウィックへ安定して作動液体を供給することができる。よって、第１のウィックに不足なく作動液体が浸透し、作動液体が第１のウィックでも保持されるので、本体内部で作動液体を十分に保持することができる。また、第２のウィックが液供給口に隣接して設けられているので、液供給口を介して液管へ作動液体が逆流することを防止することができる。

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

以上に説明したように、本発明のループヒートパイプの蒸発器によると、液管により案内された作動液体は、液供給口を介して液注入管内へ供給されて移動し、複数の貫通孔から本体内へ注入される。複数の貫通孔は本体の軸線方向に間隔をあけて設けられているため、作動液体を筒状ウィックへ本体の軸線方向に対して均等に供給することができる。また、複数の貫通孔から作動液体を注入するので、一旦注入された作動液体は貫通孔へ戻りにくくなり、作動液体の逆流を防止することができる。

［第１の形態］
図１は本発明の第１の形態に係る蒸発器の軸線方向の断面図、図２は図１のII−II線に沿った断面図である。蒸発器１は、ループ型のヒートパイプに適用される。ヒートパイプは、例えば、パーソナルコンピュータやサーバー等の冷却や冷暖房用機器の熱交換に利用され、蒸発器１はそれらの熱源付近に設置される。蒸発器１は、本体としての容器２と、容器２の内部に配置されるグルーブ付ウィック３と、容器２の液供給口２ａに接続される液管４と、液供給口２ａから容器２内に延びるように設けられた液注入管５と、容器２の蒸気排出口２ｂに接続される蒸気管６と、液管４及び蒸気管６に対して作動液体の蒸気による熱をそれぞれ断熱する断熱材７、８とを備えている。作動液体には、例えば、アンモニアやアルコール等が利用され、熱交換媒体として機能する。容器２は円筒形状で、液供給口２ａ、及び蒸気排出口２ｂはその容器２の両端面上に同軸的に設けられている。グルーブ付ウィック３は、容器２の内周面２ｃに沿って配置される。グルーブ付ウィック３は多孔質性の焼結金属や、金属繊維、ガラス繊維等で構成される。グルーブ付ウィック３の外周には、容器２の軸線方向に沿って複数の溝３ｂが設けられている。溝３ｂは、グルーブ付ウィック３の全長に亘って延びている。図２に示すように、複数の溝３ｂは互いに等間隔に設けられ、２つの溝３ｂの間の凸部３ｃは、容器２の内周面２ｃと接触している。液管４及び蒸気管６は、蒸発器１と、作動液体の蒸気を凝縮させる凝縮部とを連結する。蒸発器１と凝縮部とはループ状に連結され、作動液体及びその蒸気が互いに相転移しながら循環することで熱を輸送する。液管４は、凝縮部から蒸発器１へ作動液体を案内する。蒸気管６は、蒸発器１から凝縮部へ作動液体の蒸気を案内する。

図３は、液注入管５の拡大図である。液注入管５の一端は液供給口２ａと接続され、他端は断熱材８に塞がれている。液注入管５には、軸線方向に沿って複数の貫通孔５ａが等間隔で設けられている。しかも、軸線方向の同一位置に複数の貫通孔５ａが周方向に等間隔で設けられている。なお、貫通孔５ａの位置及び個数は適宜変更してよい。断熱材７は、リング形状でグルーブ付ウィック３の液供給口２ａ側の端部に設けられている。断熱材７の外周は容器２の内周面２ｃと密着している。これにより、断熱材７は、作動液体の蒸気の液管４への流れ込み、及び容器２から液管４への熱伝達に起因する液管４内での作動液体の蒸発を防止している。断熱材８は、円盤形状に形成され、作動液体の蒸気管６への流れ込み、及び蒸気管６への加熱を防止している。断熱材８の外周にはグルーブ付ウィック３の溝３ｂと同様の形状に凹凸が形成され、グルーブ付ウィック３の溝３ｂ及び容器２の内周面２ｃによって蒸気の通路９が形成される。通路９の一端は断熱材７で閉じられ、かつ他端は断熱材８の外周の凹部に対応し開放されているので、蒸気は通路９を経て蒸気管６へ導かれる。

次に、蒸発器１の作用を説明する。ループヒートパイプの凝縮部にて凝縮された作動液体が液管４から液供給口２ａを介して液注入管５に供給されると、その作動液体は液注入管５の各貫通孔５ａからグルーブ付ウィック３の内周面３ａにより囲まれる領域Ａに導入される。液注入管５の軸線方向及び周方向に複数の貫通孔５ａが設けられているので、作動液体はグルーブ付ウィック３に対して偏りなく供給される。領域Ａに導入された作動液体は、グルーブ付ウィック３に浸透し、毛細管現象によりグルーブ付ウィック３内を外周側に向けて移動する。容器２には外部の熱源から熱が加えられているので、作動液体はその移動過程で熱を受けて蒸発する。作動液体の蒸発により生じた蒸気は通路９を介して蒸気管６へ導かれて排出される。以上説明したように、本形態の蒸発器１においては、液注入管５によりグルーブ付ウィック３の軸線方向及び周方向に対して複数の箇所から作動液体が供給されるので、グルーブ付ウィック３へ作動液体を均等に供給することができる。よって、グルーブ付ウィック３に満遍なく作動液体が浸透し、作動液体がグルーブ付ウィック３にて十分に保持される。貫通孔５ａを介して作動液体が供給されるため、一旦領域Ａに供給された作動液体が貫通孔５ａに戻りにくい。これにより、蒸発器１の傾斜、振動等による作動液体の逆流を防止することができる。

［第２の形態］
図４は、本発明の第２の形態に係る蒸発器の軸線方向の断面図を示している。なお、図４の蒸発器１０において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。蒸発器１０は、液注入管５の軸線方向に並ぶ貫通孔５ａの間に設置されたリング形状の仕切板１１と、仕切板１１の両側に設置された液保持ウィック１２とを備えている点で蒸発器１と相違する。

仕切板１１は、グルーブ付ウィック３の内周面３ａ及び液注入管５の外周面と密着して設置され、グルーブ付ウィック３の内周面３ａにより囲まれる領域を３つの領域Ｂ、Ｃ、Ｄに区切る。液保持ウィック１２は、仕切板１１の両側にグルーブ付ウィック３の内周面３ａ及び液注入管５の外周面と密着して設けられている。液保持ウィック１２も多孔質性の焼結金属や、金属繊維、ガラス繊維等で構成されるが、グルーブ付ウィック３よりも毛細管現象による毛細管力が小さくなるようにして形成される。例えば、グルーブ付ウィック３及び液保持ウィック１２がそれぞれ多孔質性の焼結金属で構成されている場合、液保持ウィック１２の方がグルーブ付ウィック３よりも大きい気孔径とする。これにより、液保持ウィック１２は気孔径が大きいため毛細管力は小さいが作動液体の輸送量が多くなり、一方、グルーブ付ウィック３は毛細管力が大きいため外周方向への移動力が大きくなる。

本形態の蒸発器１０においては、グルーブ付ウィック３の内周面３ａにより囲まれる領域が仕切板１１及び液保持ウィック１２により複数の領域Ｂ、Ｃ、Ｄに区切られている。各貫通孔５ａから各領域Ｂ、Ｃ、Ｄにそれぞれ供給された作動液体は、グルーブ付ウィック３の軸線方向に対しての移動をそれぞれの領域に制限されて、その領域に面するグルーブ付ウィック３に浸透する。これにより、グルーブ付ウィック３の軸線方向全体に対して作動液体を均等に供給することができる。さらに、液保持ウィック１２が設けられているので、各領域Ｂ、Ｃ、Ｄでの作動液体の保持能力を高めることもできる。

上述したグルーブ付ウィック３への作動液体の均等な供給という作用効果は、仕切板１１及び液保持ウィック１２のいずれかのみの設置によっても得られる。仕切板１１又は液保持ウィック１２がグルーブ付ウィック３の軸線方向に対する作動液体の移動を制限するからである。仕切板１１のみを設置する場合、貫通孔５ａから供給された作動液体はグルーブ付ウィック３へ直接移動するので、作動液体をグルーブ付ウィック３へすぐに供給することができる。一方、液保持ウィック１２のみを設置する場合、グルーブ付ウィック３への作動液体の供給は、各貫通孔５ａからの直接的な移動による供給に加え、液保持ウィック１２を介しても供給される。液保持ウィック１２には、その両側の領域から作動液体が浸透するので、一方の領域への作動液体の供給が少ない場合でも液保持ウィック１２からの供給により補われる。これにより、グルーブ付ウィック３に作動液体が不足することなく安定して作動液体を供給することができる。

［第３の形態］
図５は本発明の第３の形態に係る蒸発器の軸線方向の断面図、図６は図５のVI−VI線に沿った断面図である。図５の蒸発器２０において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。蒸発器２０には、液注入管５に代えて、作動液体を保持する液保持ウィック２１が設けられている。液保持ウィック２１も、液保持ウィック１２と同様、多孔質性の焼結金属や、金属繊維、ガラス繊維等で構成され、グルーブ付ウィック３よりも毛細管現象による毛細管力が小さくなるようにして形成される。液保持ウィック２１は、液供給口２ａに隣接し、かつグルーブ付ウィック３の内周面の周方向全域に密着するように設けられている。また、液保持ウィック２１は、グルーブ付ウィック３の内周面３ａにより囲まれる領域Ａの一部に設けられている。これにより、領域Ａは液保持ウィック２１で埋められた領域と、空間の領域とに区分されている。

本形態の蒸発器２０においては、作動液体は液供給口２ａを介して液保持ウィック２１に直接供給される。作動液体は、液保持ウィック２１に浸透し、液保持ウィック２１の外周側へ広がりながら液供給口２ａに対して奥側へ移動する。このようにして液保持ウィック２１には作動液体が保持されて、作動液体は液保持ウィック２１からグルーブ付ウィック３に供給される。一方、液保持ウィック２１から空間Ｅに移動した作動液体は空間Ｅに溜められて、グルーブ付ウィック３に直接供給されるか、あるいは液保持ウィック２１に浸透する。従って、液保持ウィック２１により作動液体を保持することができ、かつ液保持ウィック２１に保持されない作動液体も空間Ｅに溜めることができるので、グルーブ付ウィック３へ安定して作動液体を供給することができる。よって、グルーブ付ウィック３に不足なく作動液体が浸透し、作動液体がグルーブ付ウィック３でも保持されるので、容器２内で作動液体を十分に保持することができる。また、液保持ウィック２１が液供給口２ａに隣接して設けられているので、液供給口２ａを介して液管４へ作動液体が逆流することを防止することができる。

本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、グルーブ付ウィック３で説明したが、必ずしもウィックに溝が設けられている必要はない。容器２の内周面２ｃに軸方向、円周方向さらにスパイラル状で種々の深さを持つ溝を設けることで通路９を形成してもよい。容器２とウィックとの間に溝が設けられ、その溝の一部がウィックで構成されていれば、蒸発した作動液体を移動させることができる。また、容器２は円筒形状に限られず、例えば多角形状でもよい。形状については、適宜変更してよい。

本発明の第１の形態に係る蒸発器の軸線方向の断面図。 図１のII−II線に沿った断面図。 液注入管の拡大図。 本発明の第２の形態に係る蒸発器を示す断面図。 本発明の第３の形態に係る蒸発器の軸線方向の断面図。 図５のVI−VI線に沿った断面図。

符号の説明

１、１０、２０ 蒸発器
２ 容器（本体）
２ａ 液供給口
２ｃ 内周面
３ グルーブ付ウィック（筒状ウィック、第１のウィック）
３ａ 内周面
３ｂ 溝
４ 液管
５ 液注入管
５ａ 貫通孔
１２ 液保持ウィック
２１ 液保持ウィック（第２のウィック）
Ａ 領域

Claims (6)

1. 作動液体を案内する液管と接続されて該作動液体を内部に導くための液供給口を有する筒状の本体と、
   前記本体の内周面に沿って配置された筒状ウィックと、
   前記液供給口から前記本体内に該本体の軸線方向に沿って延びるように設けられ、前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数の貫通孔を有する液注入管と、を備えたことを特徴とするループヒートパイプの蒸発器。
2. 前記複数の貫通孔のうち少なくとも２つの貫通孔が、前記本体の周方向に対して互いにずれていることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
3. 前記液注入管の軸線方向に隣り合う貫通孔の間に、外周が前記筒状ウィックの内周面と接触し、内周が前記液注入管の外周面と接触するリング形状の液保持ウィックをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸発器。
4. 前記液注入管の軸線方向に隣り合う貫通孔の間に、外周が前記筒状ウィックの内周面と接触し、内周が前記液注入管の外周面と接触するリング形状の仕切板をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸発器。
5. 前記仕切板の両面のそれぞれには、液保持ウィックが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の蒸発器。
6. 作動液体を案内する液管と接続されて該作動液体を内部に導くための液供給口を有する筒状の本体と、
   前記本体の内周面に沿って配置された第１のウィックと、
   前記液供給口に隣接して設けられ、前記第１のウィックの内周面により囲まれる領域の一部に空間を形成し、かつ前記第１のウィックの内周面の周方向全域に密着する第２のウィックと、を備えたことを特徴とするループヒートパイプの蒸発器。

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