JPH01310295A

JPH01310295A - 蒸発冷却器

Info

Publication number: JPH01310295A
Application number: JP1027345A
Authority: JP
Inventors: Guenter Ernst; ギュンター、エルンスト
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-02-05
Filing date: 1989-02-06
Publication date: 1989-12-14
Also published as: DE3803534C1; US4935169A; EP0326833A1; DE58900264D1; EP0326833B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、少なくとも一つのダクト内を流れる流体を冷
却する目的のために、前記ダクトの外側で物質が蒸発し
、前記物質は少なくとも一つの導管を通って液状に供給
される蒸発冷却器に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕液体
−または例外的な場合には固体−を物体の表面で蒸発さ
せることにより物体を冷却することが知られている。例
えば、航空、宇宙船の場合に、放射に加えて、これは、
電子システムの冷却回路または液圧流体用調節ユニット
のための重要な再冷却方法である。なぜなら、放射した
熱を吸収するために利用できる周囲の空気がないことが
よく知られているからである。しかし、冷却すべき物体
が空気により囲まれる他の場合もあり、その場合には蒸
発が冷却過程を非常に高める。蒸発冷却器を備えている
宇宙船は、空間発射や着陸中蒸発冷却器を使用し、−力
発生した蒸気は大気に放射される。

本発明の目的は、簡単な構造を有する蒸発冷却器であっ
て、それ自体で使用できるか、または軽量でありかつ小
さな容積を有しながら比較的大きなユニットを形成する
ように組み立てることができる蒸発冷却器を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

特定された目的を解決するために、本発明は、少なくと
も一つのダクト内を流れる流体を冷却する目的のために
、前記ダクトの外側で物質が蒸発し、前記物質は少なく
とも一つの導管を通って液状に供給される蒸発冷却器に
おいて、前記導管が前記ダクトに一体化され、かつ液体
を導管から前記ダクトの外側へ制御して通すための少な
くとも一つの液体連結部材が設けられ、かつ一つまたは
複数の液体連結部材が終っている毛細管層によりダクト
の外部がおおわれている。

本発明のさらに有利な改良は、従属形式請求項に特定さ
れている。

本発明による蒸発冷却器は、軽量、小容債および確実な
作用が特に重要である宇宙船に使用するのに特に適して
いる。

しかし、宇宙での使用は全く別としても、蒸発冷却器は
また他のすべての考えられる応用のために次の利益や可
能性も提供する。

一種々の負荷で、種々の温度レベルで、種々の作用方式
でおよび種々の目的のために使用できる、良く調和した
大きさの副組立体に分割することにより全冷却システム
を設けることができる。

−冷却すべき流体は高圧であることができるが、大きな
厚さのダクト壁により制限される必要がない。

一ダクトの壁厚と蒸発冷却器表面の間の比率が小さいた
め、全重量が軽い。

一冷却システムの容積が小さく、さらに冷却システムの
形状と小分けを、行き渡っている条件と良く調和させる
ことができる。

一発生した蒸気の大部分が周囲の範囲へ自由に流れるこ
とができるように要素の間の関係を設計できる。

一本発明による液体連結部材による流れの閉塞または絞
りの制御位置と蒸発面の間の液体供給導管の内部容積が
小さいことにより、蒸発動作の迅速な制御および急速な
入りおよび切り操作が確保される。

一蒸発すべき液体は、低い送出し圧力しか必要としない
。

一冷却された表面上の液体の完全な蒸発が確保される。

なぜなら、液体にあわが形成されるため液体が毛細管層
に投げ飛ばされないし、また外部に噴霧されるしずくの
はね返りがないからである。

−比較的簡単でかつ小さい個々の要素の容易な連続生産
が可能である。

一個々の要素の簡単な交換と同様良好で容易な検査、保
守および修理が、露出された個々の要素により、および
要素の外側から見えかつ近接できる蒸発面により可能に
なる。

一毛細管層が例えば適当なワイヤ織物で形成される場合
に、液体フィルムが薄いことと、毛細管層の熱伝導性が
良いことにより、冷却すべき流体から蒸発液体表面への
良好な熱の移行が確保される。

〔実施例〕

以下、本発明の好ましい実施例を図面により詳細に説明
する。

第１図と第２図に示したように、ダクト１は、ダクトを
通りかつ冷却を必要とする液圧流体のような高圧の流体
に耐えることができる比較的薄肉の円形横断面の管であ
るが、多孔性毛細管層２により囲まれており、次いでこ
の毛細管層は液体バリア３により囲まれている。毛細管
層は、細かい篩目のスクリーン織物（メツシュ寸法とワ
イヤ寸法はほぼ１ｍｍより小さい）で形成され、このス
クリーン織物は、ダクト１を環状に囲むよ・うに引き伸
ばされるか、またはダクトの上にらせん状に巻かれるか
、または適当に織られた管の形に伸長と横方向収縮によ
りダクトの上に“縮め”られる。

固定を良くしかつ熱接触を改善するために、織物ワイヤ
をはんだづけするかまたは織物ワイヤがダクトと接触し
ているダクト壁に点状に接着結合することができる。ダ
クト１に沿って作用する重力または慣性の力が、毛細管
層２に存在する液体の主な静的圧力差を発達させないよ
うに防止するために、毛細管層は別々のリング区分４に
小分けされている。そのような圧力差が液体供給導管内
の液柱により引き起こされないように防止するために、
ダクト１は、それらの長手方向軸心が予想される重力と
慣性に垂直であるように取りつけるのが有利である。

液体によりぬらすことができない材料で作られた織物が
、環状の形に引き伸ばされるか、テーパー状に巻かれる
か、または伸長により管のように嵌められることにより
液体バリア３として毛細管層２の上に設けられている。

蒸発すべき液体として水を用いたときに、特に宇宙で使
用するために応用できるように、前記織物は、例えばテ
フロンフィラメントまたはテフロンで被覆したフィラメ
ントで形成される。

地面でまたは地面近くで（航空機において）応用するた
めに、アンモニヤを、蒸発すべき物質として用いるのが
有利であり、また液体バリア３のための織物は、それに
よってぬらすことができなくてかつそれに対し耐える合
成材料である。

毛細管層２を別々のリング状区分４に小分けするときに
、液体バリア３を、境界で露出されたダクト壁にまたは
境界で圧縮される毛細管層２にフィラメントまたはワイ
ヤらにより境界で固定することができる。比較的粗い篩
目のかつ機械的にいっそう安定した裏打ち織物１４（第
２図）は、液体バリアを液体圧力に対して安定化させる
ために液体バリアの上に嵌められるが、第１図にはより
はっきりさせるために示されてない。

ダクト１内には、蒸発すべき液体を供給するための導管
６が設けられている。少なくともその出口開口の付近で
、導管６が例えばはんだづけによりダクト壁に接合され
ているので、冷却すべき流体と蒸発すべき液体は互いに
分離したままである。

液体の絞りを制御するために、適当な直径と適当な長さ
の毛細管７が導管６の出口開口に嵌められている。ダク
ト壁に固着された小さな薄板金のそらせ板８が、毛細管
層２がダクト１の外面を延びる方向に、退出する液体の
流れを案内する。

ダクト１、導管６などが（図示のように）それらの端部
の一つで指のように連結されるときに、付加的な管９が
一体的に設けられ、この管は端部が開放していてかつ冷
却すべき流体を供給しまたは排出する。

例えば１イの冷却面積を、例えば１２ｍｍの外径、例え
ば３００ｍｍの長さを有するそのような指のような冷却
要素により形成しようとする場合には、約９０個の冷却
要素を接続してユニットを形成しなければならない。こ
れらの要素を、発生した蒸気が容易に排出されかつ要素
がユニットまたは複数の副ユニットを形成するように配
置することができ、副ユニットは小さな全容積を有する
が、外部に行きわたっている条件に適合される形状を有
し、かつ要素の長手方向軸心が所望の方向に延びて液体
の主な静圧力差の発達を防止するように配置されるのが
有利である。

第３図は、実際に造られた構造に用いられた冷却要素を
示し、この構造では、押出し形材１００が、仕切り１５
により分離された二つのダクト１０．１０’　を区画し
ている。例えば、ダクト１０と１０′は、冷却すべき液
体を供給しおよび排出するためにそれぞれ用いることが
できる。仕切り１５の付近に、蒸発すべき液体を供給す
るための導管１１．．１１’が一体的に設けられ、これ
らの導管はこの例でも毛細管１７を経て毛細管層１２で
終っており、この毛細管層１２は毛細管１７の近くで朝
顔形に張り開いており、かつそこには、退出する液体を
毛細管層１２を横切って一様に分配するためのそらせ板
１８が設けられている。

第１図と第２図に示した実施例と同様に、毛細管層１２
は、第１図と第２図の実施例に示したバリア３と同じ構
造の液体バリア１３により囲まれており、次いでこのバ
リア１３は、裏打ち織物１４（第２図）に対応する裏打
ち織物（第３図には示されていない）により囲まれてい
る。

第３図は、本発明による蒸発冷却型冷却要素の横断面に
関して種々の可能な配置の一つしか示してない。この設
計の変化性は冷却要素の長平方向にも与えられるので、
これらを、特に宇宙船に存在する限られた空間的条件に
も適応させることができる。

上記の実施例に代わるものとして、ダクト１の外面が単
に毛細管力のために蒸発すべき液体によりぬらされるが
、その他は液体が毛細管力により多孔性毛細管層２また
は１２の毛細管内にそれぞれ保持されるように毛細管層
２または１２と液体連結部材７，１７を配置すれば、液
体バリア３または１３を完全に省略できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蒸発冷却器の冷却要素の縦断面図
、第２図は第１図の線■−■に沿って切断した横断面図
、第３図は第２図と同様な横断面図で、本発明による改
変された冷却要素を示す図である。１．１０．１０’　・・・ダクト、２，１２・・・毛細
管層、３，１３・・・液体バリア、４・・・区分、６，
１１゜１１′・・・導管、７，１７・・・液体連結部材
。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄手　続　補　正　書　（方式）平成　１年　５月７７日特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿２　発明の名称蒸発冷却器３　補正をする者事件との関係　　　　特許出願人ギュンター、エルンスト発進口　　平成　１年　４月　２５日６　補正の対象図面７　補正の内容図面の浄書（内容に変更なし）

Claims

【特許請求の範囲】１、少なくとも一つのダクト内を流れる流体を冷却する
目的のために前記ダクトの外側で物質が蒸発し、この物
質が少なくとも一つの導管を通って液状に供給される蒸
発冷却器において、前記導管（６、１１、１１′）が前
記ダクト（１、１０、１０′）に一体化され、液体を導
管（６、１１、１１′）から前記ダクト（１、１０、１
０′）の外側へ制御して通すための少なくとも一つの液
体連結部材（７）が設けられ、一つまたは複数の液体連
結部材（７、１７）が終っている毛細管層（２、１２）
によりダクトの外側がおおわれていることを特徴とする
蒸発冷却器。２、導管の出口にある液体連結部材は、ダクトの表面が
毛細管層の毛細管力によってのみ液体によりぬらされる
と共に、液体が毛細管力により保持されるように−例え
ば星状に−区画されることを特徴とする、請求項１に記
載の蒸発冷却器。３、毛細管層（２、１２）が、ガス透過性の液体バリア
（３、１３）によりおおわれることを特徴とする、請求
項１に記載の蒸発冷却器。４、液体バリア（３、１３）が焼結材料で形成されるか
、または液体によりぬれない材料、特にテトラフルオロ
エチレンのような合成材料の織物で形成されることを特
徴とする、請求項３に記載の蒸発冷却器。５、液体バリア（３、１３）が毛細管層（２、１２）に
接着結合されるかまたは焼結されることを特徴とする、
請求項３に記載の蒸発冷却器。６、ダクトの外壁が平坦であるかまたは外方に湾曲して
いる場合に、液体バリア（３、１３）が毛細管層（２、
１２）を横切って引き伸ばされていることを特徴とする
、請求項３に記載の蒸発冷却器。７、液体バリア（３、１３）が管状であって、ダクト（
１、１０、１０′）の上へ嵌められるか、またはテープ
状構造であって、ダクト（１、１０、１０′）の上に巻
かれることを特徴とする、請求項６に記載の蒸発冷却器
。８、液体バリア（３、１３）が、比較的大きい開放した
横断面積を有する微細な細孔の薄い層で形成され、前記
層が、重ねられた、機械的に安定した、大きな細孔の裏
打ち層（１４）により保持されることを特徴とする、請
求項３に記載の蒸発冷却器。９、毛細管層（２）が、例えばはちの巣状または環状の
設計を有する区分（４）に分割され、前記区分（４）は
、ダクトの外面に接線方向に作用する重力または慣性力
により引き起こされる区分の液体の主要な圧力差の発達
が防止されるように液体バリア（３、１３）により区画
されることを特徴とする、請求項３に記載の蒸発冷却器
。１０、区分（４）の毛細管層（２、１２）は、内側がダ
クト（１、１０、１０′）の壁によりかつ外側が液体バ
リア（３、１３）により制限され、かつ隣接する区分と
の軸方向境界が、液体バリア（３、１３）をダクト壁に
連結することにより制限されていることを特徴とする、
請求項９に記載の蒸発冷却器。１１、複数のダクト（１０、１０′）と複数の導管（１
１、１１′）が形材管に結合され、特に毛細管層（１２
）と液体バリア（１３）により囲まれた押出し形材管（
１００）に結合されることを特徴とする、請求項３に記
載の蒸発冷却器。１２、毛細管層（２、１２）が焼結材料、スクリーン織
物または同様なもので形成され、かつはんだづけ、溶接
、接着結合または同様なものによりダクト（１、１０、
１０′）の外側に接合されることを特徴とする、請求項
１または請求項３に記載の蒸発冷却器。１３、毛細管層（２、１２）内の液体が各ダクト（１、
１０、１０′）の外面を横切って一様に分配されるよう
に液体連結部材（７、１７）の出口開口が各ダクトの外
面を横切って分配されることを特徴とする、請求項１ま
たは請求項３に記載の蒸発冷却器。１４、出口開口から退出する液体の流れが、各ダクト（
１）の外面に対し接線方向に毛細管層（２）に入るよう
に指向されるか、またはそのように補助手段（そらせ板
８、１８）により案内されることを特徴とする、請求項
１または請求項３に記載の蒸発冷却器。１５、液体連結部材（７、１７）が、導管（６、１１、１１′）の壁を貫通する毛細管により形成
され、前記毛細管の流れ抵抗は、所望の液体分布が達成
されるように長さおよび／または直径の適当な選択によ
り可変であることを特徴とする、請求項１または請求項
３に記載の蒸発冷却器。１６、付加的な管（９）がダクト（１）に設けられ、ダ
クト（１）が指のような配置でありかつ一方の側で接続
されているときに前記管を通って流体が供給されまたは
排出されることを特徴とする、請求項１または請求項３
に記載の蒸発冷却器。１７、対応する入口開口を有する付加的な導管が、液体
を毛細管層から戻すために設けられていることを特徴と
する、請求項１または請求項３に記載の蒸発冷却器。１８、ダクト（１、１０、１０′）および指のような取
りつけられた要素の導管（６、１１、１１′）は、いく
つかのダクトと導管からなり、流体および／または液体
のための供給および戻り導管として用いられることを特
徴とする、請求項１または請求項３に記載の蒸発冷却器
。１９、液体バリアが、毛細管層の外面のぬらせることが
できない含浸により、または前記外面のぬらせることが
できない多孔性被覆により形成されることを特徴とする
、請求項１または請求項３に記載の蒸発冷却器。