JPH0645175Y2 - 二相流吸熱器の伝熱面構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、蒸発潜熱をも利用して吸熱する二相流吸熱
器の伝熱面の改良に関し、宇宙機などで使用される機器
の冷却に用いて好適なものである。

［従来の技術］ 運転等に伴って発熱する機器等を冷却する吸熱器の一つ
に、沸騰、凝縮をともなう二相流を利用する二相流吸熱
器があり、相変化をともなわない単相流のものに比べ伝
熱効率が高く、冷媒流量を少なくすることができ、小型
軽量化及び省電力化を図ることができるなどの特長があ
る。

このため宇宙機などに搭載した機器の冷却にも二相流吸
熱器の使用が考えられている。

このような二相流吸熱器は、例えば第３図及び第４図に
示すように、平板に近い直方体状の吸熱器本体１を備え
ており、例えばその上板を機器などを載置して吸熱冷却
する吸熱板２とする。

そして、吸熱器本体１の前後の側板3,4に熱媒体入口５
及び出口６を形成し、熱媒体入口５に連通させて吸熱器
本体１内の前部及び左右の周囲にコ字状の隔壁７を設け
て液体流路８を形成し、この液体流路８のコの字部分の
内側の中央部に前後に平行な隔壁９及び緩衝板10を設け
て熱媒体出口６に連通する前後に長い蒸気流路11が形成
してある。

さらに、液体流路８と蒸気流路11の間には、左右方向に
立ち上がりウィック材12が桟状に配置され、その端部が
吸熱板２及び下板13にそれぞれ当接するように装着され
るとともに、上部に空間を明けた下部ウィック材14が下
板13上に装着され、立ち上がりウィック材12と接触する
ようになっている。

また、下部ウィック材14が接する液体流路８の周囲の隔
壁７の下部には、連通孔15が形成されるとともに、蒸気
流路11を形成する隔壁９の上部にも連通孔16が形成して
ある。

このように構成された二相流吸熱器では、吸熱板２上に
冷却すべき機器を載置し、熱媒体入口５から、例えばア
ンモニアやフロンなどの凝縮した液体状の熱媒体を送給
すると、液体流路８の周囲の連通孔15から下部ウィック
材14を浸透して下板13上に拡がり、毛細管現象により立
ち上がりウィック材12を通して吸熱板１下面に液膜を形
成する。

すると、熱媒体は吸熱板２上の機器を冷却することによ
ってを吸熱して蒸発気化し、蒸気となって蒸気流路11及
び熱媒体出口６から外部に排出される。

そして、蒸気として排出された熱媒体は、図示しない放
熱凝縮器やラジェータなどによって再び熱が奪われて凝
縮液化され、循環される。

［考案が解決しようとする課題］ このような二相流吸熱器においては、吸熱効率の良否が
伝熱面である吸熱板２の裏面に形成される液膜の状態に
大きく影響されることから、吸熱板２の形状について種
々研究され、例えば吸熱板２の裏面に溝17を形成し、毛
細管現象によって桟状に形成した立ち上がりウィック材
12を進行してきた熱媒体を吸熱板２全体に均等に導くよ
うにするとともに、熱媒体にメニスカス薄膜を形成さ
せ、蒸発特性の向上及びドライアウトの防止を図るよう
にする。

ところが、吸熱板２の裏面に形成する溝17の効果を十分
に発揮させるためには、間隔の狭い溝17を多く形成しな
ければならず、吸熱板２の加工が非常に繁雑となるとい
う問題がある。

また、溝17の間隔を狭くして溝17を多く形成すると、溝
幅が小さくなり、各溝17部分を流れる熱媒体の液量が減
少し、ドライアウトが生じ易くなるという問題もある。

そこで、これを防止するため同じ溝幅、ピッチにおいて
溝深くする方法もあるが、より加熱側に近づくこととな
り溝内で核沸騰が開始し、液輸送が難かしくなり下流側
にドライアウトを生ずるという問題がある。

この考案は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされた
もので、吸熱板の加工が容易で、しかも吸熱効率が高い
二相流吸熱器の伝熱面構造を提供しようとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記従来技術が有する課題を解決するため、この考案の
二相流吸熱器の伝熱面構造は、密閉された吸熱器本体の
一側を機器からの吸熱板とし、この吸熱板と対向する吸
熱器本体の下板との間に桟状のウィック材を装着し、前
記下板上面の熱媒体を桟状のウィック材により吸熱板裏
面に導き、薄膜を形成して吸熱蒸発させる二相流吸熱器
において、前記吸熱板裏面の前記桟状のウィック材との
間に多孔状薄膜で形成し当該吸熱板裏面に均一なメニス
カス薄膜及び液流路を形成するハニカム状ウィック板を
装着したことを特徴とするものである。

［作用］ この二相流吸熱器の伝熱面構造によれば、金属などで形
成した多孔状薄板を曲げ加工等によりハニカム状とした
ハニカム状ウィック板を吸熱板の裏面にスポット溶接な
どで取付けるようにしており、吸熱板に直接溝などを加
工する場合に比べ、加工を容易とするようにし、これに
よって伝熱特性の向上に必要な薄膜を均等に形成できる
高性能な伝熱面としている。

［実施例］ 以下、この考案の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図はこの考案の二相流吸熱器の伝熱面構造の一実施
例にかかる概略横断面図である。

この二相流吸熱器の伝熱面構造20が適用される二相流吸
熱器の基本構成は、第３図及び第４図により既に説明し
たものと同一となっており、同一部分には同一番号を記
してある。

この伝熱面構造20では、吸熱板２の裏面に熱媒体の薄膜
形成のため、直接溝を形成することなく別体のハニカム
状ウィック板21を用いるようにしている。

このハニカム状ウィック板21は、第１図中に拡大して示
すように、金属などにエッチングなどを施して多孔22a
が形成された多孔状薄板または金網22を用いて曲げ加工
を行い、ハニカム状に矩形の凹部と凸部とが交互に形成
されている。

この場合のハニカム状ウィック板21のハニカム状の凹凸
のピッチは、例えば3mm、深さ及び幅がそれぞれ0.5mmと
されている。

そして、このようなハニカム状ウィック板21は、吸熱板
２の裏面にハニカムの凹部を利用してスポット溶接など
でできるだけ熱抵抗を小さくするように固定する。

なお、吸熱板２への取付時にハニカムの凹部に別に用意
したウィック材を入れるようにしても良い。

また、吸熱板２についても溝を形成しない分だけその厚
さを強度上支障のない厚さまで薄くしてある。

このような伝熱面構造20を備えた二相流吸熱器では、毛
細管現象によって立ち上がりウィック材12を進行してき
た熱媒体は、ハニカム状ウィック板21の所に至り、さら
に多孔22a部分及び凸部に生じる毛細管現象によりハニ
カムの凸部を液流路として吸熱板２の裏面全体に均等に
導かれるとともに、ハニカムの凹部である吸熱板２との
接触部分に熱媒体のメニスカス薄膜を形成する。

したがって、吸熱板２の表面に載置された機器等からの
熱は、吸熱板２の裏面に取付けられたハニカム状ウィッ
ク板21との接触面（凹部）に形成されたメニスカス薄膜
部分で熱媒体を薄膜蒸発させることで奪われ、冷却され
ることになる。

このような伝熱面構造20によれば、吸熱板２とは別にハ
ニカム状ウィック板21を加工することができ、しかも曲
げ加工で良いことから、従来の溝を形成する場合に比
べ、加工が容易となるとともに、多孔状薄板22を用いる
ようにしているので、吸熱板２の裏面に均等に熱媒体の
薄膜を形成でき、さらに液流路となる凸部を加熱側から
遠ざけることができ、これによりドライアウトを防ぎ伝
熱性能の向上を図ることができる。

次に、この考案の二相流吸熱器の伝熱面構造の他の一実
施例について、第２図により説明する。

この二相流吸熱器の伝熱面構造30では、吸熱板２との接
触面積を大きくして伝熱特性の向上を図りつつ均等な熱
媒体の薄膜を形成できるようにする。このため従来のよ
うに直接溝を形成することなく別体のハニカム状ウィッ
ク板31を用いるが、そのハニカムの形状が第１図のもの
と異なり、多孔状薄板32で断面円形とされ、凸部の基端
となる吸熱板２との接触部がわずかに開いた状態ないし
閉じた状態となるように曲げ加工が施されている。

そして、このようなハニカム状ウィック板31は、吸熱板
２の裏面にハニカムの凹部を利用してスポット溶接など
でできるだけ熱抵抗を小さくするように固定される。

このような伝熱面構造30を備えた二相流吸熱器では、毛
細管現象によって立ち上がりウィック材を進行してきた
熱媒体は、ハニカム状ウィック板31の所に至り、さらに
多孔32a部分及び凸部に生じる毛細管現象によりハニカ
ムの凸部を液流路として吸熱板２の裏面全体に均等に導
かれるとともに、ハニカムの凹部である吸熱板２との接
触部分に矩形のハニカムの場合に比べ面積の広い熱媒体
のメニスカス薄膜を形成する。

この結果、伝熱面積が拡大でき、熱の吸収効率を一層向
上できるほか、前記実施例と同様の効果を奏する。

なお、上記実施例では、ハニカム状ウィック板のハニカ
ム形状を矩形ないし円形としたが、これらに限定するも
のでない。

また、ハニカムの凹凸を直線状にする場合のほか、波形
などにするようにしても良い。

さらに、この考案の要旨を変更しない範囲で種々変更を
加えるようにしても良いこよは言うまでもない。

［考案の効果］ 以上、実施例とともに具体的に説明したようにこの考案
の二相流吸熱器の伝熱面構造によれば、多孔状薄板を加
工してハニカム状としたハニカム状ウィック板を吸熱板
の裏面に取付けるようにしたので、吸熱板に直接溝など
を加工する場合に比べ、加工を容易とすることができる
とともに、これによって伝熱特性の向上に必要な薄膜を
均等に形成でき、高性能な伝熱面を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の二相流吸熱器の伝熱面構造の一実施
例にかかる概略横断面図、第２図はこの考案の他の一実
施例の部分拡大図、第３図及び第４図はこの考案の適応
対象の一つである二相流吸熱器とともに従来講造を示す
横断面図及び水平断面図である。 1:吸熱器本体、2:吸熱板、3,4:側板、5:熱媒体入口、6:
熱媒体出口、7,9:隔壁、8:液体流路、10:緩衝板、11:蒸
気流路、12:立ち上がりウィック材、13:下板、14:下部
ウィック材、15,16:連通孔、17:溝、20:二相流吸熱器の
伝熱面構造、21:ハニカム状ウィック板、22:多孔状薄
板、22a:多孔、30:二相流吸熱器の伝熱面構造、31:ハニ
カム状ウィック板、32:多孔状薄板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 須栗 信也 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−93391（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉された吸熱器本体の一側を機器からの
   吸熱板とし、この吸熱板と対向する吸熱器本体の下板と
   の間に桟状のウィック材を装着し、前記下板上面の熱媒
   体を桟状のウィック材により吸熱板裏面に導き、薄膜を
   形成して吸熱蒸発させる二相流吸熱器において、前記吸
   熱板裏面の前記桟状のウィック材との間に多孔状薄板で
   形成し当該吸熱板裏面に均一なメニスカス薄膜及び液流
   路を形成するハニカム状ウィック板を装着したことを特
   徴とする二相流吸熱器の伝熱面構造。