JPH1096593A - 毛細管蒸発器 - Google Patents
毛細管蒸発器Info
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28D15/043—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 with tubes having a capillary structure forming loops, e.g. capillary pumped loops
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液体及び気体の形態の作動流体を収容したル
ープのための新型毛細管蒸発器を提供する。 【解決手段】 多孔質ウイック（７）の毛細管作用によ
り低温液体がウイックを横切って引き出されて入熱構造
部材（６）により、特にその構造体のフィン８によって
蒸発し、蒸気がループに沿ってぐるりと移動して凝縮器
で熱を放出し、蒸発器の付近に位置した機器を冷却する
ようになっている。液体／気体の界面（メニスカス）
（11）からウイック内に生じた蒸気は、ウイック（７）
よりも透過性及び熱伝導率が高いスペーサ（14）によっ
て従前よりも低い圧力降下を受け、この場合、望ましく
ないメニスカスの温度低下を引き起こす場合のあるフィ
ン（８）からのメニスカス（11）の引込みを必要とせ
ず、それによりループ沿いに液体／蒸気を圧送し、かく
して熱を運ぶ蒸発器の性能を向上させる。
ープのための新型毛細管蒸発器を提供する。 【解決手段】 多孔質ウイック（７）の毛細管作用によ
り低温液体がウイックを横切って引き出されて入熱構造
部材（６）により、特にその構造体のフィン８によって
蒸発し、蒸気がループに沿ってぐるりと移動して凝縮器
で熱を放出し、蒸発器の付近に位置した機器を冷却する
ようになっている。液体／気体の界面（メニスカス）
（11）からウイック内に生じた蒸気は、ウイック（７）
よりも透過性及び熱伝導率が高いスペーサ（14）によっ
て従前よりも低い圧力降下を受け、この場合、望ましく
ないメニスカスの温度低下を引き起こす場合のあるフィ
ン（８）からのメニスカス（11）の引込みを必要とせ
ず、それによりループ沿いに液体／蒸気を圧送し、かく
して熱を運ぶ蒸発器の性能を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体の形態及び蒸
気の形態をした作動流体を収容しているループのための
毛細管蒸発器に関する。
気の形態をした作動流体を収容しているループのための
毛細管蒸発器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】かかる
ループでは、毛細管作用は、蒸気相を生じさせる入熱構
造部材に向かって凝縮液を引きつけるポンプとして役立
つ。このようなループは、毛細管蒸発器として知られて
おり、熱を例えば真空管、トランジスタ又はアンテナの
ような機器から遠隔の放熱器まで運んだり、或いは２つ
の放熱面を互いに結合する必要のある人工衛星内では特
に役立つ。図１を参照すると、作動流体は蒸発器１内で
蒸発し、蒸発器１と凝縮器３を連結するループの部分２
は、蒸発器に隣接した区分に蒸気を収容している。蒸気
は凝縮器内で凝縮し、その間、熱が凝縮器から放出され
る。（真空空間では、熱は人工衛星から放射によって散
逸できるに過ぎない。）液体は凝縮器の上流側よりも低
い温度で管４を経て蒸発器１に戻される。容積の変動に
対応し、又は制御を行うためにリザーバ５が設けられて
いるが、これを設けるかどうかは任意である。蒸発器
は、熱を発生する機器と熱的接触状態に配置される。
ループでは、毛細管作用は、蒸気相を生じさせる入熱構
造部材に向かって凝縮液を引きつけるポンプとして役立
つ。このようなループは、毛細管蒸発器として知られて
おり、熱を例えば真空管、トランジスタ又はアンテナの
ような機器から遠隔の放熱器まで運んだり、或いは２つ
の放熱面を互いに結合する必要のある人工衛星内では特
に役立つ。図１を参照すると、作動流体は蒸発器１内で
蒸発し、蒸発器１と凝縮器３を連結するループの部分２
は、蒸発器に隣接した区分に蒸気を収容している。蒸気
は凝縮器内で凝縮し、その間、熱が凝縮器から放出され
る。（真空空間では、熱は人工衛星から放射によって散
逸できるに過ぎない。）液体は凝縮器の上流側よりも低
い温度で管４を経て蒸発器１に戻される。容積の変動に
対応し、又は制御を行うためにリザーバ５が設けられて
いるが、これを設けるかどうかは任意である。蒸発器
は、熱を発生する機器と熱的接触状態に配置される。
【０００３】図２及び図３を参照すると、蒸発器は、液
体入口４及びこれとは別個の蒸気出口２を備えた不透性
ケーシング６を有している。液体は、内部フィン８で保
持されていて、ウイックを形成する多孔質中空本体７
（一端が閉鎖されている）の内部に供給される。蒸気は
ウイック７の外周部で生じ、蒸気出口２と連通している
マニホルド１０までリブ８相互間の溝９に沿って流れ
る。フィン８を含むケーシング６は、冷却されるべき機
器がケーシングの外周部又はこれに結合された表面と熱
的接触状態に置かれる点において、ウイックに対する入
熱構造部材となっている。図３の平面図の一部Ｂを拡大
して示す図４を参照すると、冷却された液体は中空ウイ
ック７の内部に入り、蒸気は各フィン８の脚部付近の液
体／蒸気フロント又はメニスカス１１のところに生じ
る。
体入口４及びこれとは別個の蒸気出口２を備えた不透性
ケーシング６を有している。液体は、内部フィン８で保
持されていて、ウイックを形成する多孔質中空本体７
（一端が閉鎖されている）の内部に供給される。蒸気は
ウイック７の外周部で生じ、蒸気出口２と連通している
マニホルド１０までリブ８相互間の溝９に沿って流れ
る。フィン８を含むケーシング６は、冷却されるべき機
器がケーシングの外周部又はこれに結合された表面と熱
的接触状態に置かれる点において、ウイックに対する入
熱構造部材となっている。図３の平面図の一部Ｂを拡大
して示す図４を参照すると、冷却された液体は中空ウイ
ック７の内部に入り、蒸気は各フィン８の脚部付近の液
体／蒸気フロント又はメニスカス１１のところに生じ
る。
【０００４】液体は、ウイックが多孔質であることによ
る毛細管作用によりウイックをその内周部から外周部ま
で横断して運ばれる。なお、ウイックは５０％の多孔率
を有し、即ち、ウイック中のキャビティ又は孔は、その
総体積の約５０％を占める。従来設計では、熱伝導率が
高い金属製ウイックか又は熱伝導率の低いプラスチック
製ウイックかの何れかが用いられている。メニスカス
は、図示のようにウイック中へ或る程度の距離引っ込
み、ウイック中を流れる蒸気に関して著しい圧力降下が
生じるので、蒸気は矢印１２の方向に逃げ出る。次に、
蒸気は、溝９に沿ってマニホルド領域１０に流れ、それ
により蒸気を最小限の圧力降下で蒸発器から導き出す。
ウイックの各タイプには根本的な欠点がある。上述のよ
うに、熱伝導性が高い金属製ウイックでは、メニスカス
のところでの温度を作動流体の飽和温度以下にするため
には、熱伝導率が低いプラスチック製ウイックの場合よ
りも、中空ウイックの内部への流入液体の冷却の度合い
を大きくする必要があり、金属製ウイックは、熱伝導率
が低いプラスチック製ウイックが必要とする放熱器（凝
縮器）の表面積よりも大きな放熱器表面積を必要とす
る。さらに、かかるウイックは、蒸気を少しでも生じさ
せ、そしてループが熱を少しでも輸送するようにするた
めには、或る最小熱負荷よりも高い熱負荷で働くに過ぎ
ない。（最小熱負荷は、適度で逆方向の重力ヘッドへの
依存性が強い。）金属製ウイックの利点は、これらの熱
伝導率が高く、これは、ウイックを出る蒸気の圧力降下
が許容できるほど低くなるほどフィン８とメニスカスの
オーバーラップ量（矢印１２参照）が大きいものである
ようメニスカス１１が十分遠くに引っ込むことができる
ことを意味しているということである。
る毛細管作用によりウイックをその内周部から外周部ま
で横断して運ばれる。なお、ウイックは５０％の多孔率
を有し、即ち、ウイック中のキャビティ又は孔は、その
総体積の約５０％を占める。従来設計では、熱伝導率が
高い金属製ウイックか又は熱伝導率の低いプラスチック
製ウイックかの何れかが用いられている。メニスカス
は、図示のようにウイック中へ或る程度の距離引っ込
み、ウイック中を流れる蒸気に関して著しい圧力降下が
生じるので、蒸気は矢印１２の方向に逃げ出る。次に、
蒸気は、溝９に沿ってマニホルド領域１０に流れ、それ
により蒸気を最小限の圧力降下で蒸発器から導き出す。
ウイックの各タイプには根本的な欠点がある。上述のよ
うに、熱伝導性が高い金属製ウイックでは、メニスカス
のところでの温度を作動流体の飽和温度以下にするため
には、熱伝導率が低いプラスチック製ウイックの場合よ
りも、中空ウイックの内部への流入液体の冷却の度合い
を大きくする必要があり、金属製ウイックは、熱伝導率
が低いプラスチック製ウイックが必要とする放熱器（凝
縮器）の表面積よりも大きな放熱器表面積を必要とす
る。さらに、かかるウイックは、蒸気を少しでも生じさ
せ、そしてループが熱を少しでも輸送するようにするた
めには、或る最小熱負荷よりも高い熱負荷で働くに過ぎ
ない。（最小熱負荷は、適度で逆方向の重力ヘッドへの
依存性が強い。）金属製ウイックの利点は、これらの熱
伝導率が高く、これは、ウイックを出る蒸気の圧力降下
が許容できるほど低くなるほどフィン８とメニスカスの
オーバーラップ量（矢印１２参照）が大きいものである
ようメニスカス１１が十分遠くに引っ込むことができる
ことを意味しているということである。
【０００５】プラスチック製ウイックの欠点は、これら
の熱伝導率が低いことであり、その結果、フィン８から
ウイックに供給される熱はフィンの付近で局所化する。
メニスカスの引込み量は、ループ内の圧力バランスに依
存する。かくして、メニスカスは、フィン８に対するメ
ニスカスの適度のオーバーラップを生じるに十分なほど
フィンから遠くには引っ込むことはなく、その結果、蒸
気が逃げ出る（矢印１２）制限又は絞りチャンネルが生
じ、それにより金属製ウイックの場合よりもプラスチッ
ク製ウイックを出る蒸気の圧力降下のほうが大きくなる
ことになる。もしメニスカスが、プラスチック製ウイッ
クの低熱伝導率のためにこのウイックを出る蒸気の適度
に小さな圧力降下を生じさせるほど十分にフィン８から
遠くに引っ込むことができれば、フィン８の脚部とメニ
スカスとの間には大きな温度差が生じるであろう。これ
は、メニスカスから生じた蒸気が、メニスカスが引っ込
まなかったとした場合よりも低い温度レベル状態にある
ことを意味し、放熱器はそれほど効率的には動作しな
い。というのは、放熱器はそれよりも低温の蒸気を収容
しているからであり、この場合も又、大きな放熱器表面
積が必要とされる。しかしながら、プラスチック製ウイ
ックは金属製ウイックが必要とする流入液体のサブクー
リングを必要としない。低熱伝導率又は高熱伝導率のセ
ラミック製ウイックは、入手可能であるが、プラスチッ
ク製ウイック又は金属製ウイックについてそれぞれ上述
した欠点を伴っている。
の熱伝導率が低いことであり、その結果、フィン８から
ウイックに供給される熱はフィンの付近で局所化する。
メニスカスの引込み量は、ループ内の圧力バランスに依
存する。かくして、メニスカスは、フィン８に対するメ
ニスカスの適度のオーバーラップを生じるに十分なほど
フィンから遠くには引っ込むことはなく、その結果、蒸
気が逃げ出る（矢印１２）制限又は絞りチャンネルが生
じ、それにより金属製ウイックの場合よりもプラスチッ
ク製ウイックを出る蒸気の圧力降下のほうが大きくなる
ことになる。もしメニスカスが、プラスチック製ウイッ
クの低熱伝導率のためにこのウイックを出る蒸気の適度
に小さな圧力降下を生じさせるほど十分にフィン８から
遠くに引っ込むことができれば、フィン８の脚部とメニ
スカスとの間には大きな温度差が生じるであろう。これ
は、メニスカスから生じた蒸気が、メニスカスが引っ込
まなかったとした場合よりも低い温度レベル状態にある
ことを意味し、放熱器はそれほど効率的には動作しな
い。というのは、放熱器はそれよりも低温の蒸気を収容
しているからであり、この場合も又、大きな放熱器表面
積が必要とされる。しかしながら、プラスチック製ウイ
ックは金属製ウイックが必要とする流入液体のサブクー
リングを必要としない。低熱伝導率又は高熱伝導率のセ
ラミック製ウイックは、入手可能であるが、プラスチッ
ク製ウイック又は金属製ウイックについてそれぞれ上述
した欠点を伴っている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、作動流体を収
容したループと連通する入口及び出口と、入口から受け
入れた液体の形態をしている作動流体を毛細管作用によ
り吸い込むウイックと、出口を通過させるためにウイッ
ク中の作動流体を蒸発させる入熱構造部材とを有し、入
熱構造部材はウイックから隔置されていることを特徴と
する毛細管蒸発器を提供する。このように隔置させるこ
とにより、ウイックを出る蒸気の圧力降下を減少させる
ためのメニスカスの引込みが不要になり、それにより入
熱構造部材とメニスカスとの間の温度低下が小さくなっ
て蒸気が高い温度で生じるようになり、また、ループ内
の放熱面の所要表面積が小さくなる。
容したループと連通する入口及び出口と、入口から受け
入れた液体の形態をしている作動流体を毛細管作用によ
り吸い込むウイックと、出口を通過させるためにウイッ
ク中の作動流体を蒸発させる入熱構造部材とを有し、入
熱構造部材はウイックから隔置されていることを特徴と
する毛細管蒸発器を提供する。このように隔置させるこ
とにより、ウイックを出る蒸気の圧力降下を減少させる
ためのメニスカスの引込みが不要になり、それにより入
熱構造部材とメニスカスとの間の温度低下が小さくなっ
て蒸気が高い温度で生じるようになり、また、ループ内
の放熱面の所要表面積が小さくなる。
【０００７】有利には、入熱構造部材をウイックから隔
置させるための熱伝導性スペーサが設けられ、この熱伝
導性スペーサは、ウイックよりも大きな熱伝導率を有し
ていて、所与の蒸気について横断面積が一定であるとす
ると、単位長さ当たりに生じる圧力降下は、ウイックと
比較して小さい（好ましくは、ウイックと比較して圧力
降下が１／１０未満、有利には、ウイックと比較して圧
力降下が１／１００未満）。これは、単にウイックと入
熱構造部材との間に隙間がある場合よりもよほど良好で
ある。というのは、スペーサは依然として小さな蒸気圧
力降下を可能にするが、スペーサの熱伝達特性が優れて
いるので、単に隙間がある場合に蒸気それ自体で得られ
る熱伝導と比較して、メニスカスの温度は高いからであ
る。本発明は特に、低熱伝導率のウイック、例えばテフ
ロンのようなプラスチック材料又はセラミック材料に適
用できる。スペーサは有利には金属材料、例えばニッケ
ル又はアルミニウムで作られ、平均透過度は、ウイック
の透過度の少なくとも１０倍であるのが良く、好ましく
は、ウイックの透過度の少なくとも１００倍である。
置させるための熱伝導性スペーサが設けられ、この熱伝
導性スペーサは、ウイックよりも大きな熱伝導率を有し
ていて、所与の蒸気について横断面積が一定であるとす
ると、単位長さ当たりに生じる圧力降下は、ウイックと
比較して小さい（好ましくは、ウイックと比較して圧力
降下が１／１０未満、有利には、ウイックと比較して圧
力降下が１／１００未満）。これは、単にウイックと入
熱構造部材との間に隙間がある場合よりもよほど良好で
ある。というのは、スペーサは依然として小さな蒸気圧
力降下を可能にするが、スペーサの熱伝達特性が優れて
いるので、単に隙間がある場合に蒸気それ自体で得られ
る熱伝導と比較して、メニスカスの温度は高いからであ
る。本発明は特に、低熱伝導率のウイック、例えばテフ
ロンのようなプラスチック材料又はセラミック材料に適
用できる。スペーサは有利には金属材料、例えばニッケ
ル又はアルミニウムで作られ、平均透過度は、ウイック
の透過度の少なくとも１０倍であるのが良く、好ましく
は、ウイックの透過度の少なくとも１００倍である。
【０００８】今、本発明に従って構成された液体及び蒸
気の形態の作動流体を収容したループのための毛細管蒸
発器を、添付の図面を参照して例示として説明する。全
図中、同一の部分には同一の符号がつけられている。
気の形態の作動流体を収容したループのための毛細管蒸
発器を、添付の図面を参照して例示として説明する。全
図中、同一の部分には同一の符号がつけられている。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の毛細管蒸発器の２つの実
施形態が、図面のうち図１に示すようなループ内に採用
されている。多孔質ウイック中のメニスカスの作用によ
り得られる毛細管圧力は、ループ沿いの他の全ての原因
による圧力降下のバランスを取る。かかる圧力降下は、
ウイック内の蒸気圧力降下、蒸気を蒸気出口に導く溝９
内の圧力降下、蒸気管２内の圧力降下、凝縮器３内の圧
力降下、液体管４内の圧力降下、ウイック中を横断して
いる液体の圧力降下（僅かである）、例えば蒸発器と凝
縮器との間の逆方向に作用する重力ヘッドに起因する静
圧力降下を含む。ウイック中の毛細管圧力が高ければ高
いほど、毛細管圧送式ループの周りに輸送される熱の量
はそれだけ一層多くなる。毛細管蒸発器は、熱が運び出
されるべき機器と熱的接触状態に配置されている。これ
は、本発明を特に適用できる人工衛星中の機器であるの
が良い。
施形態が、図面のうち図１に示すようなループ内に採用
されている。多孔質ウイック中のメニスカスの作用によ
り得られる毛細管圧力は、ループ沿いの他の全ての原因
による圧力降下のバランスを取る。かかる圧力降下は、
ウイック内の蒸気圧力降下、蒸気を蒸気出口に導く溝９
内の圧力降下、蒸気管２内の圧力降下、凝縮器３内の圧
力降下、液体管４内の圧力降下、ウイック中を横断して
いる液体の圧力降下（僅かである）、例えば蒸発器と凝
縮器との間の逆方向に作用する重力ヘッドに起因する静
圧力降下を含む。ウイック中の毛細管圧力が高ければ高
いほど、毛細管圧送式ループの周りに輸送される熱の量
はそれだけ一層多くなる。毛細管蒸発器は、熱が運び出
されるべき機器と熱的接触状態に配置されている。これ
は、本発明を特に適用できる人工衛星中の機器であるの
が良い。
【００１０】図５〜図７を参照すると、本発明の第１の
実施形態としての毛細管蒸発器は、プラスチック製又は
セラミック製のウイック７を用いている。本発明によれ
ば、円筒形の一部をなすストリップ１４が、入熱構造部
材６のフィン８と、ウイック７との間に介在し、フィン
８とウイック７との間の熱伝導性スペーサを形成してい
る。スペーサは、ウイックよりも大きな熱伝導率を有
し、かかるスペーサ前後の圧力降下は、スペーサをウイ
ックと同一の材料で作った場合の圧力降下よりも実質的
に小さい。図７を参照すると、蒸気が、スペーサ１４の
端部のところでウイックの円筒形外周面から透過できる
だけでなく、スペーサを通って直接透過することができ
ることは理解されよう。かくして、メニスカス１１がス
ペーサから遠くへ引っ込まず、それによりメニスカスと
入熱構造部材との間の温度低下を減少させると共に凝縮
器内で必要とされる放熱面のサイズを減少させ、動作
中、ウイックを出る蒸気が受ける圧力降下を小さくした
ままで、或る特定の熱量を放出するよう構成することは
可能である。ウイック７は低熱伝導率のプラスチック又
はセラミック材料で作られているので、ウイックの内側
円筒形表面と外側円筒形表面との間の断熱は良好であ
り、金属製ウイックに関する大きな度合いのサブクーリ
ングが回避され、それにより大きな放熱表面積を必要と
する別のファクターが回避されるようになる。
実施形態としての毛細管蒸発器は、プラスチック製又は
セラミック製のウイック７を用いている。本発明によれ
ば、円筒形の一部をなすストリップ１４が、入熱構造部
材６のフィン８と、ウイック７との間に介在し、フィン
８とウイック７との間の熱伝導性スペーサを形成してい
る。スペーサは、ウイックよりも大きな熱伝導率を有
し、かかるスペーサ前後の圧力降下は、スペーサをウイ
ックと同一の材料で作った場合の圧力降下よりも実質的
に小さい。図７を参照すると、蒸気が、スペーサ１４の
端部のところでウイックの円筒形外周面から透過できる
だけでなく、スペーサを通って直接透過することができ
ることは理解されよう。かくして、メニスカス１１がス
ペーサから遠くへ引っ込まず、それによりメニスカスと
入熱構造部材との間の温度低下を減少させると共に凝縮
器内で必要とされる放熱面のサイズを減少させ、動作
中、ウイックを出る蒸気が受ける圧力降下を小さくした
ままで、或る特定の熱量を放出するよう構成することは
可能である。ウイック７は低熱伝導率のプラスチック又
はセラミック材料で作られているので、ウイックの内側
円筒形表面と外側円筒形表面との間の断熱は良好であ
り、金属製ウイックに関する大きな度合いのサブクーリ
ングが回避され、それにより大きな放熱表面積を必要と
する別のファクターが回避されるようになる。
【００１１】一例として、本発明の毛細管蒸発器につい
て蒸発器のサイズ及び材質は次の通りであるのが良い。
すなわち、ウイックの材質はＰＴＦＥ、外側ケーシング
の材質はアルミニウム合金、スペーサの材質はアルミニ
ウム合金、ウイックの内径及び外径はそれぞれ８mm及び
１６mm、ウイックの長さは２００mm、ケーシングの外径
並びにフィン８及びスペーサ１４の半径方向長さはそれ
ぞれ２０mm並びに１mm及び１〜２mm、ウイック中及びス
ペーサ中のキャビティの占める割合はそれぞれ５０％及
び７０％、スペーサ及びウイックの熱伝導率はそれぞれ
１０Ｗ／ｍ／ 0Ｋ及び０．１Ｗ／ｍ／ 0Ｋ、蒸気につい
て横断面積を一定としてスペーサ内の単位長さ当たりの
圧力降下はウイック内と比較して１０-4オーダーであ
る。この圧力降下は、次のスペーサ及びウイックの透過
度、即ち５×１０-10 ｍ2 のスペーサ透過度及び５×１
０-14 ｍ2 のウイック透過度に相当していることに注目
されたい。透過度は、圧力降下に反比例するが、他の点
に関しては次の参考資料、即ちピー・ダン氏及びディー
・エー・リーアイ氏共著の『ヒートパイプ（heat Pipe
s）』第２版（パーガモン・プレス）の第３４頁に定義
されている幾分複雑なファクターである。球体を充填し
て形成したウイックの場合、透過度は、孔径の二乗と関
係がある（ところで、個々の空間の直径は、空間から成
る材料の割合である多孔率と同一ではない）。
て蒸発器のサイズ及び材質は次の通りであるのが良い。
すなわち、ウイックの材質はＰＴＦＥ、外側ケーシング
の材質はアルミニウム合金、スペーサの材質はアルミニ
ウム合金、ウイックの内径及び外径はそれぞれ８mm及び
１６mm、ウイックの長さは２００mm、ケーシングの外径
並びにフィン８及びスペーサ１４の半径方向長さはそれ
ぞれ２０mm並びに１mm及び１〜２mm、ウイック中及びス
ペーサ中のキャビティの占める割合はそれぞれ５０％及
び７０％、スペーサ及びウイックの熱伝導率はそれぞれ
１０Ｗ／ｍ／ 0Ｋ及び０．１Ｗ／ｍ／ 0Ｋ、蒸気につい
て横断面積を一定としてスペーサ内の単位長さ当たりの
圧力降下はウイック内と比較して１０-4オーダーであ
る。この圧力降下は、次のスペーサ及びウイックの透過
度、即ち５×１０-10 ｍ2 のスペーサ透過度及び５×１
０-14 ｍ2 のウイック透過度に相当していることに注目
されたい。透過度は、圧力降下に反比例するが、他の点
に関しては次の参考資料、即ちピー・ダン氏及びディー
・エー・リーアイ氏共著の『ヒートパイプ（heat Pipe
s）』第２版（パーガモン・プレス）の第３４頁に定義
されている幾分複雑なファクターである。球体を充填し
て形成したウイックの場合、透過度は、孔径の二乗と関
係がある（ところで、個々の空間の直径は、空間から成
る材料の割合である多孔率と同一ではない）。
【００１２】図５〜図７の実施形態の変形例では、スペ
ーサ１４を全く省略してもよく（図８）、また、蒸気が
低い温度で放出されるので、この変形例の性能は図５〜
図７の実施形態の性能と比べて劣るが、それにもかかわ
らず、隙間を最適化すれば、この変形例は、図２〜図４
に関して説明した毛細管蒸発器の公知の形態と比べて優
れている。図５〜図７に示す実施形態のもう一つの変形
例（図９）では、フィン８が全く省略されており、円筒
形の一部をなすストリップとしてのスペーサ１４は、ケ
ーシング６の内部とウイック７の外部の両方に接触した
状態の完全な円筒形スリーブ１４によって形成されてい
る。変形例として、図９の円筒形スペーサスリーブ１４
を円筒形ウイック７と関連して用いても良いが（図９）
のように）、この場合、ケーシング６は内部フィン８を
備える（図７のように）。スペーサスリーブ１４の内側
湾曲面はウイックの外側湾曲面に接触し、スリーブ１４
の外側湾曲面はフィン８の脚部に接触する。これらフィ
ンは、図７に示すフィンよりも浅いのが良い。
ーサ１４を全く省略してもよく（図８）、また、蒸気が
低い温度で放出されるので、この変形例の性能は図５〜
図７の実施形態の性能と比べて劣るが、それにもかかわ
らず、隙間を最適化すれば、この変形例は、図２〜図４
に関して説明した毛細管蒸発器の公知の形態と比べて優
れている。図５〜図７に示す実施形態のもう一つの変形
例（図９）では、フィン８が全く省略されており、円筒
形の一部をなすストリップとしてのスペーサ１４は、ケ
ーシング６の内部とウイック７の外部の両方に接触した
状態の完全な円筒形スリーブ１４によって形成されてい
る。変形例として、図９の円筒形スペーサスリーブ１４
を円筒形ウイック７と関連して用いても良いが（図９）
のように）、この場合、ケーシング６は内部フィン８を
備える（図７のように）。スペーサスリーブ１４の内側
湾曲面はウイックの外側湾曲面に接触し、スリーブ１４
の外側湾曲面はフィン８の脚部に接触する。これらフィ
ンは、図７に示すフィンよりも浅いのが良い。
【００１３】図１０及び図１１を参照すると、本発明の
第２の実施形態としての毛細管蒸発器は平べったく、ウ
イックは矩形スラブ１５の形態をしている。スペーサも
又、ウイックと接触した状態の矩形スラブ１６であり、
これらは共に、液体入口４及び蒸気出口２を備えた矩形
ケーシング１７内に収容され、液体入口はウイック１５
の下の中空領域１８と連通している（或いは、この中空
領域をウイック内に設けても良い）。蒸気出口２は、ス
ペーサ１６のすぐ上の中空ケーシング１７の蓋のルーフ
に形成された溝１９によって通過する蒸気を集める。蒸
発器の遠方端に位置した溝の端部は、蒸気出口２と連通
しているマニホルド中へ開口するのが良い。毛細管蒸発
器の第２の実施形態について同一の材料を用いても良い
が、蒸発器の適当な寸法形状は次のとおりである。すな
わち、ウイックの幅、奥行き及び高さはそれぞれ、２０
０mm×３００mm×１０mm、スペーサの幅、奥行き及び高
さはそれぞれ、２００mm×３００mm×２mm、溝の幅、深
さ及びピッチはそれぞれ、１mm×１mm×２mmである。
第２の実施形態としての毛細管蒸発器は平べったく、ウ
イックは矩形スラブ１５の形態をしている。スペーサも
又、ウイックと接触した状態の矩形スラブ１６であり、
これらは共に、液体入口４及び蒸気出口２を備えた矩形
ケーシング１７内に収容され、液体入口はウイック１５
の下の中空領域１８と連通している（或いは、この中空
領域をウイック内に設けても良い）。蒸気出口２は、ス
ペーサ１６のすぐ上の中空ケーシング１７の蓋のルーフ
に形成された溝１９によって通過する蒸気を集める。蒸
発器の遠方端に位置した溝の端部は、蒸気出口２と連通
しているマニホルド中へ開口するのが良い。毛細管蒸発
器の第２の実施形態について同一の材料を用いても良い
が、蒸発器の適当な寸法形状は次のとおりである。すな
わち、ウイックの幅、奥行き及び高さはそれぞれ、２０
０mm×３００mm×１０mm、スペーサの幅、奥行き及び高
さはそれぞれ、２００mm×３００mm×２mm、溝の幅、深
さ及びピッチはそれぞれ、１mm×１mm×２mmである。
【００１４】本発明の両方の実施形態では、作動流体は
代表的にはアンモニアであるが、水、フルオロカーボン
及びアルコールを含む他の多くの流体も使用できる。当
然のことながら、本発明の範囲から逸脱すること無く、
上述の実施形態の変形例を想到できる。かくして、たと
えば、蒸発器が図５〜図７、図１０及び図１１に示す形
態を取る必要は無く、ウイック、スペーサ及び入熱構造
部材のついて他の形体が可能である。ウイックの材質に
関する代替材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン又は
他のプラスチック、アルミナ、ムライト、ジルコニア又
は他のセラミックである。入熱構造部材の材質に関する
代替材料はステンレス鋼、銅、インコネルである。スペ
ーサの材質に関する代替材料は、ニッケル、インコネ
ル、銅である。
代表的にはアンモニアであるが、水、フルオロカーボン
及びアルコールを含む他の多くの流体も使用できる。当
然のことながら、本発明の範囲から逸脱すること無く、
上述の実施形態の変形例を想到できる。かくして、たと
えば、蒸発器が図５〜図７、図１０及び図１１に示す形
態を取る必要は無く、ウイック、スペーサ及び入熱構造
部材のついて他の形体が可能である。ウイックの材質に
関する代替材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン又は
他のプラスチック、アルミナ、ムライト、ジルコニア又
は他のセラミックである。入熱構造部材の材質に関する
代替材料はステンレス鋼、銅、インコネルである。スペ
ーサの材質に関する代替材料は、ニッケル、インコネ
ル、銅である。
【図１】毛細管圧送式ループの概略図である。
【図２】公知の形態の毛細管蒸発器の軸方向断面図であ
る。
る。
【図３】図２のＡ−Ａ平面における断面図である。
【図４】図３の断面図の一部分Ｂの拡大図である。
【図５】本発明の毛細管蒸発器の第１の実施形態の軸方
向断面図である。
向断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ平面における断面図である。
【図７】図６の断面図の一部分Ｂの拡大図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の変形例の一部分Ｂに
相当する図である。
相当する図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の別の変形例の一部分
Ｂに相当する図である。
Ｂに相当する図である。
【図１０】本発明の毛細管蒸発器の第２の実施形態の斜
視図である。
視図である。
【図１１】図１０に示す矢印Ｃの方向における縦断面図
である。
である。
２ 蒸気出口 ４ 液体入口 ６ 不透性ケーシング ７ ウイック ８ フィン ９ 溝 １０ マニホルド １１ メニスカス １４ スペーサ
Claims (10)
- 【請求項１】 作動流体を収容したループと連通する入
口及び出口と、入口から受け入れた液体の形態をしてい
る作動流体を毛細管作用により吸い込むウイックと、出
口を通過させるためにウイック中の作動流体を蒸発させ
る入熱構造部材とを有し、入熱構造部材はウイックから
隔置されていることを特徴とする毛細管蒸発器。 - 【請求項２】 入熱構造部材をウイックから隔置させる
熱伝導性スペーサが設けられ、熱伝導性スペーサは、ウ
イックよりも大きな熱伝導率を有していて、所与の蒸気
について横断面積が一定であるとすると、単位長さ当た
りに生じる圧力降下がウイックと比較して小さいことを
特徴とする請求項１記載の毛細管蒸発器。 - 【請求項３】 熱伝導性スペーサは、所与の蒸気につい
て横断面積が一定であるとすると、単位長さ当たりに生
じる圧力降下が、ウイックと比較して１／１０未満であ
ることを特徴とする請求項２記載の毛細管蒸発器。 - 【請求項４】 熱伝導性スペーサは、所与の蒸気につい
て横断面積が一定であるとすると、単位長さ当たりに生
じる圧力降下が、ウイックと比較して１／１００未満で
あることを特徴とする請求項３記載の毛細管蒸発器。 - 【請求項５】 ウイックは、プラスチック材料又はセラ
ミック材料であることを特徴とする請求項１〜４のうち
何れか一つに記載の毛細管蒸発器。 - 【請求項６】 熱伝導性スペーサは、金属材料製である
ことを特徴とする請求項１〜５のうち何れか一つに記載
の毛細管蒸発器。 - 【請求項７】 金属材料は、ニッケル又はアルミニウム
であることを特徴とする請求項６記載の毛細管蒸発器。 - 【請求項８】 添付の図面の図５〜図９、又は図１０及
び図１１を参照して実質的に説明した毛細管蒸発器。 - 【請求項９】 請求項１〜８のうち何れか一つに記載の
毛細管蒸発器を含む毛細管圧送式ループ。 - 【請求項１０】 熱輸送のための請求項９記載の毛細管
圧送式ループを含む人工衛星。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9609277:0 | 1996-05-03 | ||
| GB9609277A GB2312734B (en) | 1996-05-03 | 1996-05-03 | Capillary evaporator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1096593A true JPH1096593A (ja) | 1998-04-14 |
Family
ID=10793141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9115810A Pending JPH1096593A (ja) | 1996-05-03 | 1997-05-06 | 毛細管蒸発器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6241008B1 (ja) |
| EP (1) | EP0806620A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1096593A (ja) |
| GB (1) | GB2312734B (ja) |
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| US9004453B2 (en) | 2010-08-13 | 2015-04-14 | Protechna S.A. | Tapping fitting for a transport and storage container for liquids and transport and storage container with such tapping fitting |
| US10458720B2 (en) | 2015-07-22 | 2019-10-29 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Heat transfer device |
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| JP2003035470A (ja) * | 2001-05-15 | 2003-02-07 | Samsung Electronics Co Ltd | 微細ウィック構造を有するｃｐｌ冷却装置の蒸発器 |
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| RU2585936C1 (ru) * | 2015-02-19 | 2016-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство | Система терморегулирования оборудования космического аппарата |
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