JP2000274972A - フレキシブルヒートパイプ - Google Patents

フレキシブルヒートパイプ

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JP2000274972A
JP2000274972A JP11082261A JP8226199A JP2000274972A JP 2000274972 A JP2000274972 A JP 2000274972A JP 11082261 A JP11082261 A JP 11082261A JP 8226199 A JP8226199 A JP 8226199A JP 2000274972 A JP2000274972 A JP 2000274972A
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Yuichi Otani
雄一 大谷
Makoto Fujiwara
誠 藤原
Masayoshi Toyofuku
正嘉 豊福
Mikio Tojo
三喜男 東條
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0241—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the tubes being flexible

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 屈曲可能なヒートパイプを提供する。 【解決手段】 所定の温度・圧力で蒸発／凝縮を行う作
動流体を内封した配管と、ここで、配管の一端を加熱す
ると、加熱によって作動流体が熱量を取得して気化し、
気化によって生じた圧力勾配によって気化した作動流体
が配管の他端に輸送され、他端によって気化した作動流
体が潜熱を解放することにより凝縮して液化し、潜熱の
解放によって熱量を配管の一端から他端に伝達し、配管
の内部に設けられ、毛管現象によって液体状態の作動流
体の流路となるウィックを具備し、配管の少なくとも一
部が屈曲可能なフレキシブルチューブからなるフレキシ
ブルヒートパイプを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はヒートパイプに関
し、更に詳しくは屈曲可能なヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】伝熱機器としてヒートパイプが用いられ
ている。
【０００３】図７、図８は、従来技術によるヒートパイ
プの構造を示した図であり、図７は、鳥瞰図、図８は断
面図である。図７、図８を参照して、従来技術によるヒ
ートパイプの構造を説明する。
【０００４】まず、コンテナ１と呼ばれる配管の内壁
に、金網などで構成されたウィック２が配置されてい
る。ウィック２は、ウィック固定部２ａによって固定さ
れている。また、コンテナ１内部に所定の温度・圧力で
蒸発／凝縮を行う作動流体４を注入して、コンテナ１端
部を封じている。
【０００５】ウィック２は液体状態の作動流体４を、表
面張力の影響を受けた毛管現象によって輸送する機能を
有する。
【０００６】次に、図７、図８を参照して、ヒートパイ
プの動作原理を説明する。
【０００７】まず、ヒートパイプの一端である加熱部３
を加熱すると、加熱部３内部の作動流体４が熱を受けて
蒸発する。この蒸発現象によって、加熱部３内部の蒸気
圧が上昇し、ヒートパイプの他端に向かう圧力勾配が発
生する。このため、蒸発した作動流体（蒸気流６）が冷
却部５へと流れ出す。
【０００８】流れ出した蒸気流６は、冷却部５で潜熱を
解放する。この潜熱の解放によって、加熱部３で得られ
た熱が冷却部５へと伝熱される。この時、蒸気流６は凝
縮し、液体へと状態変化を起こす。そして、この液体は
ウィック２中を毛管現象によって冷却部５から加熱部３
へ流れる液流７となる。その結果、加熱部３内部に作動
流体４が供給される。
【０００９】上記の動作によって、ヒートパイプ内部の
作動流体４はコンテナ１内で循環する。その結果とし
て、ヒートパイプは熱を加熱部３から冷却部５へ高熱コ
ンダクタンスで伝える。
【００１０】ヒートパイプは、宇宙用の伝熱機器として
頻繁に利用されている。このことは、主に以下に示す理
由によるところが大きい。まず、ヒートパイプが可動部
のない受動系であるため、高信頼性が必要な人工衛星や
宇宙船の熱制御系に適している。次に、宇宙空間では重
力が無視できるために、ウィックによる毛細管力を最大
限に利用できる。また、等重量のアルミニウム等のパイ
プに対して数十倍から数百倍の熱伝導率を有するヒート
パイプの特性が、重量に制限のある宇宙機器において、
熱制御系の軽量化という意味で有効である。
【００１１】宇宙空間におけるヒートパイプの利用法の
一つとして、人工衛星に用いられる太陽電池パネルやラ
ジエータパネル等と、人工衛星本体との間の伝熱機器と
してヒートパイプが用いられる。この場合、ヒートパイ
プは、衛星本体に配置された電子機器の排熱のパネルへ
の熱輸送に用いられ、また、その電子機器を動作温度範
囲内の環境に置くために、パネルによって受熱された太
陽熱の電子機器への熱輸送に用いられる。
【００１２】人工衛星は、その打ち上げ時の格納場所の
関係から、小スペース化されることが望まれる。このた
め人工衛星は、用いられる太陽電池パネルやラジエータ
パネル等が、人工衛星の軌道上に到達するまでは折りた
たまれており、その軌道到達後に展開されることがあ
る。このような場合において、対応するパネル／衛星本
体間の伝熱パスも折りたたまれるものが必要となる。
【００１３】ここで、開示されている特許出願におい
て、ヒートパイプに関するものを以下に示す。
【００１４】特開平１０−１３２４７７号公報に、「フ
レキシブルヒートパイプ装置」という発明が開示されて
いる。この発明は、宇宙で展開される展開物と、衛星本
体との間の熱交換を行うことができるフレキシブルヒー
トパイプ装置であって、従来のヒートパイプをベローズ
管を用いた幾何的柔軟性をもって接続するものである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、折り畳み可
能であって、自身が屈曲可能なフレキシブルヒートパイ
プを提供することを目的とする。
【００１６】また、本発明は、人工衛星に用いられ、人
工衛星に用いられるパネルと、人工衛星本体との間の伝
熱パスの機能を満たし、折り畳み可能であって、自身が
屈曲可能なフレキシブルヒートパイプを提供することを
目的とする。
【００１７】特開平１０−１３２４７７号公報に開示さ
れている発明は、従来のヒートパイプを接続し、その接
続部において幾何的柔軟性をもたせたものであって、本
発明とは異なる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明において、所定の温度・圧力で蒸発／凝縮
を行う作動流体を内封した配管と、ここで、配管の一端
を加熱すると、加熱によって作動流体が熱量を取得して
気化し、気化によって生じた圧力勾配によって気化した
作動流体が配管の他端に輸送され、他端によって気化し
た作動流体が潜熱を解放することにより凝縮して液化
し、潜熱の解放によって熱量を配管の一端から他端に伝
達し、配管の内部に設けられ、毛管現象によって液体状
態の作動流体の流路となるウィックを具備し、配管の少
なくとも一部が屈曲可能なフレキシブルチューブからな
るフレキシブルヒートパイプを提供する。
【００１９】上記のフレキシブルヒートパイプにおい
て、ウィック内部に、フレキシブルチューブの屈曲時
に、配管とウィックとを密着させる、ウィック解離防止
部をさらに具備することが可能である。
【００２０】また、上記のフレキシブルヒートパイプに
おいて、ウィック解離防止部は、スプリングからなるこ
とが可能である。
【００２１】さらに、上記のフレキシブルヒートパイプ
において、フレキシブルチューブ内のウィックは、液体
状態の作動流体の流路となるように設けられ、フレキシ
ブルチューブの管壁を液体状態の作動流体の流路としな
いことを特徴とすることが可能である。
【００２２】他に、上記のフレキシブルヒートパイプに
おいて、フレキシブルチューブ内のウィックは、スクリ
ーンメッシュタイプからなることが可能である。
【００２３】加えて、上記のフレキシブルヒートパイプ
において、フレキシブルチューブ内のウィックは、フレ
キシブルチューブの伸縮に対応して、伸縮可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
おけるフレキシブルヒートパイプを説明する。
【００２５】図１、図２、図３、図４は、本発明におけ
るフレキシブルヒートパイプの構成を示した図であり、
図１は鳥瞰図、図２は図１におけるＡ−Ａ’断面図、図
３は、図２の断面図の一部拡大図、図４は、図１におけ
るＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００２６】図１、図２、図３、図４を参照して、本発
明におけるフレキシブルヒートパイプの構成を説明す
る。
【００２７】本発明におけるフレキシブルヒートパイプ
の構成は、まず、コンテナ１と呼ばれる配管の内壁に、
金網などで構成されたウィック２が配置されている。ウ
ィック２自体は、ウィック固定部２ａによって固定され
ている。
【００２８】また、コンテナ１内部に所定の温度・圧力
で蒸発／凝縮を行う作動流体４を注入して、コンテナ１
端部を封じている。
【００２９】また、コンテナ１の一端が加熱部３、他端
が冷却部５である。
【００３０】さらに、コンテナ１の一部であって、加熱
部３と冷却部５を除いた一部分が、屈曲可能なフレキシ
ブルチューブ８から構成されている。フレキシブルチュ
ーブ８として、ベロース管などが例として挙げられる。
このフレキシブルチューブ８で構成されている部分によ
って、本発明におけるフレキシブルヒートパイプは屈曲
が可能となる。
【００３１】またさらに、ヒートパイプを屈曲／伸張さ
せた場合に、コンテナ１内壁とウィック２が離れる危険
性がある。この現象が加熱部３もしくは冷却部５で発生
すると、作動流体が加熱部３で蒸発、または冷却部５で
凝縮しないことがある。このことから、本発明における
フレキシブルヒートパイプでは、ウィック２内部にコン
テナ１内壁とウィック２とを密着させるためのウィック
密着部が設けられている。このウィック密着部として、
本実施例ではヒートパイプが屈曲可能であることを考慮
して、スプリング９が用いられている。そのスプリング
９がウィック２内部に挿入されており、ウィック２とコ
ンテナ１内壁とを密着させる構造となっている。
【００３２】また、ウィック２は液体状態の作動流体４
を、表面張力の影響を受けた毛管現象によって、加熱部
３と冷却部５間での輸送を行う機能を有する。
【００３３】なお、図２、図３、図４において、ウィッ
ク２とコンテナ１内壁とが密着していない構成が図示さ
れているが、これは、ウィック２による表面張力の影響
を受けた作動流体４の動作を記載するために、図面上で
ウィック２とコンテナ１内壁間を用いているためであ
る。
【００３４】次に、本発明におけるフレキシブルヒート
パイプの動作原理を説明する。
【００３５】本発明におけるフレキシブルヒートパイプ
の動作原理は、従来技術によるヒートパイプと同じであ
る。
【００３６】この動作原理を、図２に示される断面図を
参照して説明する。
【００３７】ヒートパイプの一端である加熱部３を加熱
すると、内部の作動流体４が熱を受けて蒸発する。この
蒸発現象によって、加熱部３内部の蒸気圧が上昇し、ヒ
ートパイプの他端に向かう圧力勾配が発生する。このた
め、蒸発した作動流体（蒸気流６）が冷却部５へと流れ
出す。
【００３８】流れ出した蒸気流６は、冷却部５で潜熱を
解放する。この潜熱の解放によって、加熱部３で得られ
た熱が冷却部５へと伝熱される。この時、蒸気流６は凝
縮し、液体へと状態変化を起こす。そして、この液体は
ウィック２中を毛管現象によって冷却部５から加熱部３
へ流れる液流７となる。その結果、加熱部３内部に作動
流体４が供給される。
【００３９】上記の動作によって、ヒートパイプ内部の
作動流体４はコンテナ１内で循環する。その結果とし
て、ヒートパイプは熱を加熱部３から冷却部５へ高熱コ
ンダクタンスで伝える。
【００４０】本発明によると、コンテナ１の一部がフレ
キシブルチューブ８からなり、ヒートパイプ自体を屈曲
可能としている。
【００４１】上記の動作による蒸気流６の流れは、コン
テナ１の中心部を流れることから、フレキシブルチュー
ブ８がこの蒸気流６の流れを阻害することはない。
【００４２】また、ウィック２をフレキシブルチューブ
８の管壁を作動流体４の液流の流路としない構成にする
ことが望ましい。例えば、ウィック２にスクリーンメッ
シュタイプのものを用いる構成である。このような構成
を用いることにより、ウィック２内を流れる液流７の流
れに対して、フレキシブルチューブ８自体が影響を与え
ることがなくなる。
【００４３】さらに、フレキシブルチューブ８内のウィ
ック２は、フレキシブルチューブ８の伸縮に対応可能な
伸縮可能な材質のものを用いることが望ましい。
【００４４】本発明のフレキシブルヒートパイプは、従
来のヒートパイプが有する高熱コンダクタンスで熱を輸
送する機能に加えて、屈曲可能な構造を有している。こ
のことから、人工衛星に用いられる展開／収納型パネル
に対応可能である。
【００４５】図５、図６は、フレキシブルヒートパイプ
をパネル１０の展開部に用いた１例を示す図である。
【００４６】図５は、収納されたパネルに本発明のフレ
キシブルヒートパイプが用いられている例を示す図であ
る。
【００４７】図６は、収納されていたパネルが展開され
た時の、パネルと本発明のフレキシブルヒートパイプを
示した図である。
【００４８】図５を参照すると、各パネル１０と接続部
１１で接続された本発明のフレキシブルヒートパイプ
は、フレキシブルチューブ８において屈曲した状態で格
納されている。
【００４９】次に、図６を参照すると、フレキシブルチ
ューブ８が伸展することによって、パネル１０が展開さ
れた状態に対応することが可能となる。
【００５０】また、図５、図６は、フレキシブルヒート
パイプをパネル１０の展開部に用いた１例を示す図であ
って、他に本発明のフレキシブルヒートパイプを展開／
収納型パネルの内部の屈曲部に組み込む構成が可能であ
る。
【００５１】また、本発明のフレキシブルヒートパイプ
は、熱制御系であって、一般的に屈曲／伸展動作を行う
接合部や、また、直線的に配置することができない部分
に適応が可能である。
【００５２】ここで、屈曲可能なアルミニウム等からな
るパイプと比較すると、本発明のフレキシブルヒートパ
イプは、衛星本体とパネル間の熱輸送の大容量化が可能
である。他に、本発明のフレキシブルヒートパイプは、
熱制御系の軽量化が可能である。
【００５３】
【発明の効果】本発明の効果は、ヒートパイプが人工衛
星に用いられる展開／収納型パネルに対応することを可
能とする点である。
【００５４】さらに、従来の人工衛星に用いられる展開
／収納型パネルに対応するパイプと比較して、衛星本体
とパネル間の熱輸送の大容量化を可能とする点である。
【００５５】他に、従来の人工衛星に用いられる展開／
収納型パネルに対応するパイプと比較して、熱制御系の
軽量化を可能とする点である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるフレキシブルヒートパイプの構
成を示す鳥瞰図である。
【図２】本発明におけるフレキシブルヒートパイプの構
成を示すＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明におけるフレキシブルヒートパイプの構
成を示すＡ−Ａ’断面の拡大図である。
【図４】本発明におけるフレキシブルヒートパイプの構
成を示すＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】収納されたパネルに本発明のフレキシブルヒー
トパイプが用いられている例を示す図である。
【図６】収納されていたパネルが展開された時の、パネ
ルと本発明のフレキシブルヒートパイプを示した図であ
る。
【図７】従来のヒートパイプの構成を示す鳥瞰図であ
る。
【図８】従来のヒートパイプの構成を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ コンテナ ２ ウィック ２ａ ウィック接合部 ３ 加熱部 ４ 作動流体 ５ 冷却部 ６ 蒸気流 ７ 液流 ８ フレキシブルパイプ ９ スプリング １０ パネル １１ 接続部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊福 正嘉 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 東條 三喜男 愛知県小牧市大字東田中1200番地 三菱重 工業株式会社名古屋誘導推進システム製作 所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の温度・圧力で蒸発／凝縮を行う作
    動流体を内封した配管と、ここで、前記配管の一端を加
    熱すると、前記加熱によって前記作動流体が熱量を取得
    して気化し、前記気化によって生じた圧力勾配によって
    前記気化した作動流体が前記配管の他端に輸送され、前
    記他端によって前記気化した作動流体が潜熱を解放する
    ことにより凝縮して液化し、前記潜熱の解放によって前
    記熱量を前記配管の一端から前記他端に伝達し、 前記配管の内部に設けられ、毛管現象によって液体状態
    の前記作動流体の流路となるウィックを具備し、 前記配管の少なくとも一部が屈曲可能なフレキシブルチ
    ューブからなる、 フレキシブルヒートパイプ。
  2. 【請求項２】 前記ウィック内部に、前記フレキシブル
    チューブの屈曲時に、前記配管と前記ウィックとを密着
    させる、ウィック解離防止部をさらに具備する、 請求項１に記載のフレキシブルヒートパイプ。
  3. 【請求項３】 前記ウィック解離防止部は、スプリング
    からなる、 請求項２に記載のフレキシブルヒートパイプ。
  4. 【請求項４】 前記フレキシブルチューブ内のウィック
    は、液体状態の前記作動流体の流路となるように設けら
    れ、前記フレキシブルチューブの管壁を前記液体状態の
    作動流体の流路としないことを特徴とする請求項１から
    ３のいずれかに記載のフレキシブルヒートパイプ。
  5. 【請求項５】 前記フレキシブルチューブ内のウィック
    は、スクリーンメッシュタイプからなる、 請求項４に記載のフレキシブルヒートパイプ。
  6. 【請求項６】 前記フレキシブルチューブ内のウィック
    は、前記フレキシブルチューブの伸縮に対応して、伸縮
    可能である、 請求項１から５のいずれかに記載のフレキシブルヒート
    パイプ。
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