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JP4459783B2 - Vehicle cooling system - Google Patents
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Description

この発明は、作動流体の潜熱として熱を輸送するヒートパイプを用いた車両用冷却装置に関し、特に作動流体の蒸発が生じる蒸発部と作動流体蒸気が凝縮する凝縮部とを蒸気流路とによって環状に連結することにより、液相の作動流体と作動流体蒸気とをそれぞれ別の流路を循環流動するように構成したヒートパイプを用いた車両用冷却装置に関するものである。 This invention relates to a cooling device for a vehicle using the Ruhi Topaipu to transfer heat as latent heat of the working fluid, in particular a condenser portion for evaporation portion and the working fluid vapor evaporated occurs of the working fluid is condensed and the vapor flow path by by connecting in a ring, to a cooling device for a vehicle using a structure was heat Topaipu to circulating fluidized the separate flow paths and a working fluid vapor and the liquid-phase working fluid.

この種のヒートパイプは、ループヒートパイプ(LHP)や毛細管圧汲み上げ型ループ(CPL)などと称されており、これらのヒートパイプでは、液相作動流体(以下、作動液と言うことがある)と作動流体蒸気とが、それぞれ別の独立した管路を流動するので、作動液と作動流体蒸気とがいわゆる対向流となることがない。そのため、作動液が作動流体蒸気で吹き飛ばされたり、あるいは吹きちぎられたりするなどの飛散限界の制約がなく、作動流体を円滑に流動させることができるので、熱輸送能力が、いわゆる直管型のヒートパイプに比較して、向上する。   This type of heat pipe is called a loop heat pipe (LHP) or a capillary pressure pumping type loop (CPL). In these heat pipes, a liquid-phase working fluid (hereinafter sometimes referred to as a working fluid). Since the working fluid vapor and the working fluid vapor flow in different independent pipes, the working fluid and the working fluid vapor do not form a so-called counterflow. For this reason, there is no restriction on the scattering limit such that the working fluid is blown off or blown off by the working fluid vapor, and the working fluid can flow smoothly, so that the heat transport capability is a so-called straight pipe type. Improved compared to heat pipes.

作動流体を環状に循環させる上記の各ヒートパイプのうちループ型ヒートパイプの例が特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載されたヒートパイプでは、蒸発器容器の内面に溝山を形成し、その溝山にウイックを密着させて、ウイックの外周側に蒸気流路を形成するとともに、内周側に液溜めを形成し、その蒸気流路を蒸気管によって凝縮器に連通させる一方、その凝縮器を液管によって前記蒸発器容器のウイックの内側すなわち液溜めに連通させている。   An example of a loop heat pipe among the above heat pipes that circulate a working fluid in an annular shape is described in Patent Document 1. In the heat pipe described in Patent Document 1, a groove crest is formed on the inner surface of the evaporator container, and a wick is brought into close contact with the groove crest to form a steam flow path on the outer peripheral side of the wick. A liquid reservoir is formed in the evaporator vessel, and the vapor flow path is communicated with the condenser by a vapor pipe, while the condenser is communicated by the liquid pipe to the inside of the wick of the evaporator container, that is, the liquid reservoir.

この特許文献1に記載されたループ型ヒートパイプや前述したCPL(以下、これらをまとめてループ型ヒートパイプと言う)は、通常の直管型のヒートパイプに比較して熱輸送能力が高いことにより、通常の直管型のヒートパイプでは熱輸送が困難なトップヒートモードでの熱輸送もしくは冷却に使用することが試みられている。そのトップヒートモードとは、外部から加熱されて作動流体の蒸発が生じる蒸発部を、作動流体蒸気が外部に熱を放散して凝縮する凝縮部より高い位置に配置し、いわゆる上から下に熱を輸送する熱輸送の形態である。その場合、凝縮部で生じた作動液は、重力に抗して蒸発部に還流することになる。特許文献1に記載されたヒートパイプでは、液管が単純な金属管であり、その液管を介した作動液の上昇流を、作動流体蒸気が凝縮部に対して蒸発部から連続して供給されることにより生じさせている。また、ウイックの毛細管圧をポンプ力として使用する前記CPLでは、その毛細管圧によって作動液の蒸発部に対する上昇流を生じさせている。
特開平10−246583号公報
The loop heat pipe described in Patent Document 1 and the above-mentioned CPL (hereinafter collectively referred to as a loop heat pipe) have a higher heat transport capability than ordinary straight pipe heat pipes. Therefore, attempts have been made to use heat transport or cooling in a top heat mode, in which heat transport is difficult with a normal straight pipe heat pipe. In the top heat mode, the evaporating part where the working fluid evaporates when heated from the outside is placed at a higher position than the condensing part where the working fluid vapor dissipates heat and condenses, so-called heat from top to bottom. It is a form of heat transport for transporting. In that case, the working fluid generated in the condensing part is refluxed to the evaporation part against gravity. In the heat pipe described in Patent Document 1, the liquid pipe is a simple metal pipe, and the working fluid vapor is continuously supplied from the evaporation section to the condensing section through the upward flow of the working liquid through the liquid pipe. It is caused by being done. Further, in the CPL that uses the wick capillary pressure as a pumping force, the capillary pressure causes an upward flow of the working fluid to the evaporation portion.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-246583

ループ型ヒートパイプでは、前述したように、作動液と作動流体とが互いに異なる流路を流動するので、両者が互いに干渉したり、それに伴って熱輸送能力が低下したりすることはないが、上述したトップヒートモードで使用する場合には、作動液を重力に抗して蒸発部に上昇させる必要があるので、これとは反対のボトムヒートモード(下側に位置する蒸発部から上側に位置する凝縮部に向けて熱を輸送する形態)の場合に比較して、作動流体の循環流動が阻害されやすい。   In the loop type heat pipe, as described above, since the working fluid and the working fluid flow in different flow paths, both do not interfere with each other, and accordingly the heat transport capacity does not decrease. When used in the top heat mode described above, it is necessary to raise the hydraulic fluid to the evaporation section against gravity, so the bottom heat mode opposite to this (from the lower evaporation section to the upper position) Compared to the case of transporting heat toward the condensing part, the circulation flow of the working fluid is likely to be hindered.

例えば、前述した特許文献1に記載されたループ型ヒートパイプでは、液管が単純なパイプによって構成されているので、熱輸送が生じていない状態では、作動液を蒸発部に向けて押し上げる圧力が得られず、その結果、液管の内部に空間が生じるいわゆる液切れの状態となり、外部からの入熱によって蒸発部で作動液が蒸発し、それに伴ってウイックで毛細管圧が発生するとしても、作動液を直ちにウイックに至らしめることが困難な状態が生じやすい。また、蒸発部のウイックで生じる毛細管圧によって液管内に作動液を保持するために、保持する作動液の重量を低減するべく液管を細くする必要があり、そのために定常的な熱輸送状態で液管を流れる作動液の流量が制限され、その点でも熱輸送能力が制約される可能性があった。   For example, in the loop heat pipe described in Patent Document 1 described above, since the liquid pipe is configured by a simple pipe, the pressure for pushing up the working liquid toward the evaporation unit is not generated in a state where heat transport is not generated. As a result, a space is generated inside the liquid tube, resulting in a so-called out-of-liquid state, the working fluid evaporates due to heat input from the outside, and a capillary pressure is generated in the wick accordingly. It is likely that a situation in which it is difficult to immediately reach the wick with the hydraulic fluid is likely to occur. In addition, in order to hold the working fluid in the liquid tube by the capillary pressure generated in the wick of the evaporation section, it is necessary to make the liquid tube thin in order to reduce the weight of the working fluid to be held. The flow rate of the working fluid flowing through the liquid pipe is limited, and the heat transport capability may be limited in this respect.

これに対して、液管の内部にもウイックを配置して、蒸発部のウイックと液管の内部もしくは凝縮部の内部の作動液とを、液管内のウイックで連通させるように構成した前記CPLでは、作動液が各ウイックに浸透した状態に維持されるので、上述したいわゆる液切れなどの状態が生じることは希である。しかしながら、液管の内部に設けるウイックは、メッシュや多孔質体などの微細な空隙が複雑に入り組んだ構造のものであるから、作動液の保持性は良いものの作動液の流動に対する抵抗が大きく、蒸発部に対する入熱量が多い場合には、蒸発部に対する作動液の還流が不足して熱輸送量が制約されたり、極端な場合には、蒸発部のドライアウトおよびそれに起因する熱輸送の停止状態が生じる可能性が高い。   On the other hand, the CPL is configured such that a wick is also arranged inside the liquid pipe so that the wick in the evaporation section communicates with the working liquid in the liquid pipe or in the condensation section through the wick in the liquid pipe. Then, since the working fluid is maintained in a state of penetrating each wick, it is rare that the above-described state of so-called liquid shortage occurs. However, the wick provided inside the liquid pipe has a structure in which fine voids such as meshes and porous bodies are intricately interlaced. When there is a large amount of heat input to the evaporation section, the amount of heat transport to the evaporation section is insufficient and heat transport is limited, and in extreme cases, dry-out of the evaporation section and the resulting heat transport stop state Is likely to occur.

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、いわゆるトップヒートモードであっても熱輸送能力に優れた循環型ヒートパイプを利用した車両用冷却装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described technical problems, aims to provide a vehicle cooling device using a circulating heat pipe having excellent thermal transport capability be a so-called top heat mode It is what.

上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、外部から加熱される蒸発部と外部に熱を放散する凝縮部とが、蒸気管と液戻り管とによって環状流路を形成するように連通され、その環状流路の内部に、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体が封入され、かつその液戻り管の内部に、前記凝縮部で凝縮した作動流体を前記蒸発部に還流させる毛細管圧を生じるウイックと、該ウイック内の作動流体が流動する空隙の開口面積より大きい流路断面積の液流路とが設けられた循環型ヒートパイプを有し、その循環型ヒートパイプにおける前記蒸発部が、車両における内装材の下面側もしくは前記内装材の内部に配置されたヒートパイプ構造体を備え、そのヒートパイプ構造体が前記蒸発部に熱伝達可能に連結されていることを特徴とする車両用冷却装置である。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the evaporation section heated from the outside and the condensation section for radiating heat to the outside form an annular flow path by the steam pipe and the liquid return pipe. The working fluid that is heated to evaporate and dissipates heat and condenses is enclosed in the annular flow path , and the working fluid condensed in the condensing unit evaporates in the liquid return pipe. It has a wick causing capillary pressure for recirculating the parts, the circulating heat pipe and the liquid flow path is provided in the opening area larger flow path cross-sectional area of the gap which the working fluid flows within the wick, the circulation The evaporating part in the type heat pipe includes a heat pipe structure disposed on the lower surface side of the interior material in the vehicle or inside the interior material, and the heat pipe structure is connected to the evaporating part so that heat can be transferred. It is characterized by being That is a vehicle for the cooling system.

また、請求項1の発明における前記内装材は、請求項2に記載されているように、車室内の前方側もしくは後方側に配置されているインストルメントパネルもしくはパーセルシェルフボードもしくはトノカバーのいずれかであってよい。 Further , as described in claim 2, the interior material in the invention of claim 1 is either an instrument panel, a parcel shelf board, or a tonneau cover arranged on the front side or the rear side in the vehicle interior. It may be.

請求項1の発明によれば、蒸発部と凝縮部と、これらを連通させる蒸気管および液戻り管とによって循環流路が形成され、その循環流路の内部に凝縮性の流体が作動流体として封入されている。したがって、蒸発部に対して外部から熱を与えると、その熱によって作動流体が蒸発し、その蒸気が蒸気管を通って凝縮部に流れ、ここで放熱して凝縮する。凝縮して生じた作動液は、ウイックに浸透する。またそのウイックは蒸発部側に延びているから、蒸発部での作動流体の蒸発によって毛細管圧力を生じ、その結果、ウイックに浸透した作動液が蒸発部側に吸い上げられ、またウイックが作動液を吸い上げている状態が維持される。一方、凝縮部に対しては蒸気管を介して作動流体蒸気が連続して流れ込んでいるので、凝縮部で生じた作動液が液戻り管を介して蒸発部側に押される。その場合、液戻り管には、ウイックの他に、ウイックよりも流路断面積の大きい液流路が形成されているので、作動液はその液流路をも介して蒸発部に還流する。そして、その液流路における流動抵抗が小さいので、作動液を効率よく、あるいは円滑に蒸発部に向けて還流させることができ、その結果、熱輸送能力を向上させることができる。また循環型ヒートパイプの蒸発部に対して、ヒートパイプ構造体によって内装材の熱を運ぶことになり、したがって蒸発部を大きくすることなく、広い面積の内装材から熱を奪って車室の外部もしくは車両下部に放出できるので、車室の冷却能力を増大させることができる。 According to the first aspect of the present invention, a circulation flow path is formed by the evaporation section, the condensation section, and the steam pipe and the liquid return pipe communicating with each other, and a condensable fluid is used as the working fluid in the circulation flow path. It is enclosed. Therefore, when heat is applied to the evaporation unit from the outside, the working fluid is evaporated by the heat, and the vapor flows through the vapor pipe to the condensation unit, where it dissipates heat and condenses. The hydraulic fluid produced by condensation penetrates into the wick. Further, since the wick extends to the evaporation section side, capillary pressure is generated by the evaporation of the working fluid in the evaporation section. As a result, the working fluid that has penetrated the wick is sucked up to the evaporation section side, and the wick draws the working fluid. The sucking state is maintained. On the other hand, since the working fluid vapor continuously flows into the condensing part through the steam pipe, the working fluid generated in the condensing part is pushed to the evaporation part side through the liquid return pipe. In that case, in addition to the wick, the liquid return pipe is formed with a liquid flow path having a flow path cross-sectional area larger than that of the wick, so that the working fluid returns to the evaporation section through the liquid flow path. Since the flow resistance in the liquid flow path is small, the working fluid can be efficiently or smoothly recirculated toward the evaporation section, and as a result, the heat transport capability can be improved. The relative evaporation section of recycling heat pipe, will carry the heat of the interior material by a heat pipe structure, therefore without increasing the evaporation portion, the cabin takes heat from the interior material of large area Since it can discharge | release to the exterior or the vehicle lower part, the cooling capacity of a compartment can be increased.

また、請求項2の発明によれば、太陽熱を受けやすいインストルメントパネルもしくはパーセルシェルフボードもしくはトノカバーから熱を奪って車室の外部もしくは車両下部に放出することになるので、これらの内装材の温度の上昇を抑制もしくは防止でき、ひいては車室を効率よく冷却することができる。 Further, according to the invention of claim 2, since the heat is taken from the instrument panel or the parcel shelf board or the tonneau cover which is easily subjected to solar heat, the heat is released to the outside of the vehicle compartment or the lower part of the vehicle. Can be suppressed or prevented, and thus the passenger compartment can be efficiently cooled.

以下、本発明を実施した最良の形態について説明する。先ず、循環型ヒートパイプ(以下、単にヒートパイプと記す)1について説明すると、図1はその一例を模式的に示しており、蒸発部3と凝縮部5とが、液戻り管8とこれより大径の蒸気管9とによって、全体として循環流路を形成するように連通されている。このヒートパイプ1の内部は、ほぼ完全に脱気された後に、水やアルコールなどの凝縮性の流体が作動流体10として封入されている。 The best mode for carrying out the present invention will be described below. First, recycling heat pipe when (hereinafter, simply referred to as a heat pipe) 1 will be described, FIG. 1 shows an example that schematically, an evaporator 3 and the condenser unit 5, a liquid return pipe 8 which The steam pipe 9 having a larger diameter is communicated so as to form a circulation channel as a whole. The inside of the heat pipe 1 is almost completely degassed, and then a condensable fluid such as water or alcohol is enclosed as a working fluid 10.

蒸発部3の容器(コンテナ)は円筒形に構成されており、その内部に複数のウイック11とウイック12とが収納されている。ウイック11は、作動流体10を蒸発部3側に還流させるための毛細管圧力を生じるものであり、例えばセラミックやニッケル、銅、銅酸化物等を原料とした多孔質材、あるいはポリエチレン樹脂(例えばUltra High Molecular Weightポリエチレン)などの高分子材料を原料とした多孔質材であって、ウイック12よりも実効毛細管半径が小さく毛細管圧力が大きい構成となっている。なお、ウイック11がニッケルによって形成された場合には、前記ニッケルの粒径を1〜20μm、気孔率50〜80%とすることが好ましく、特に、ウイック全体としての密度が1.98g/cm3、ニッケルのみの密度が8.85g/cm3、気孔率78%のウイック、あるいは、ウイック全体としての密度が2.23g/cm3、ニッケルのみの密度が8.85g/cm3、気孔率75%のウイック等が例示される。また、ウイック11がポリエチレン樹脂によって形成された場合は、前記ポリエチレン樹脂の粒径を20μm、気孔率50〜60%とすることが好ましい。 The container (container) of the evaporation part 3 is comprised by the cylindrical shape, and the some wick 11 and the wick 12 are accommodated in the inside. The wick 11 generates a capillary pressure for refluxing the working fluid 10 to the evaporation unit 3 side. For example, the wick 11 is a porous material made of ceramic, nickel, copper, copper oxide or the like, or a polyethylene resin (for example, Ultra It is a porous material made of a polymer material such as High Molecular Weight polyethylene, and has an effective capillary radius smaller than that of the wick 12 and a greater capillary pressure. When the wick 11 is made of nickel, the nickel particle size is preferably 1 to 20 μm and the porosity is 50 to 80%. In particular, the density of the wick as a whole is 1.98 g / cm 3. The density of nickel alone is 8.85 g / cm 3 and the porosity is 78%, or the overall density of the wick is 2.23 g / cm 3 , the density of nickel alone is 8.85 g / cm 3 and the porosity is 75. % Wick and the like. Moreover, when the wick 11 is formed of a polyethylene resin, the polyethylene resin preferably has a particle size of 20 μm and a porosity of 50 to 60%.

これに対して、ウイック12は蒸発部3のコンテナの内周面に作動液を分散させて供給するためのものであって、例えば金網やファイバーウイックが用いられている。そして、ウイック12は、上記のウイック11よりも実効毛細管半径が大きく、流路の開口面積(流路断面積)が前記ウイック11よりも相対的に大きい構成となっている。したがって、ウイック11の外周側にウイック12が配置されている。   On the other hand, the wick 12 is for dispersing and supplying the working fluid to the inner peripheral surface of the container of the evaporation unit 3, and for example, a wire net or a fiber wick is used. The wick 12 has a configuration in which the effective capillary radius is larger than that of the wick 11 and the opening area of the flow path (flow path cross-sectional area) is relatively larger than that of the wick 11. Therefore, the wick 12 is arranged on the outer peripheral side of the wick 11.

なお、各ウイック11,12は、前記蒸気管9が接続されている端部側が閉じた円筒形状、例えば有底円筒形状をなしている。したがって、この蒸発部3のコンテナの内部は、液戻り管8が開口する中空部分13Aと蒸気管9が開口する中空部分13Bとに、ウイック11もしくはウイック12によって区画されている。また、ウイック11の内周側には中空部分13が形成されている。   Each of the wicks 11 and 12 has a cylindrical shape with a closed end to which the steam pipe 9 is connected, for example, a bottomed cylindrical shape. Therefore, the inside of the container of the evaporation section 3 is partitioned by the wick 11 or the wick 12 into a hollow portion 13A where the liquid return pipe 8 is opened and a hollow portion 13B where the steam pipe 9 is opened. A hollow portion 13 is formed on the inner peripheral side of the wick 11.

さらに、凝縮部5は、中空の容器からなるものであって、その放熱面積を拡大するために、外面に多数のフィンを設けることが好ましい。   Furthermore, the condensing part 5 consists of a hollow container, It is preferable to provide many fins in an outer surface in order to expand the thermal radiation area.

ートパイプ1は、液戻り管8の構造に特徴があり、その例を図2および図3に示してある。図2において、液戻り管8の内部には、その管壁面に沿わせてウイック14が配置されている。このウイック14は、ファイバーウイック、セラミックあるいは金属粉末などを用いた多孔質焼結体などによって円筒状に形成されたものであって、凝縮部5から蒸発部3に到るように配置されている。したがって、ウイック14の中心部には、凝縮部5から蒸発部3に到る中空部が形成されており、この中空部がこの発明における液流路14Cとされている。 Human Topaipu 1 is characterized by the structure of the liquid return pipe 8 is shown the example in FIGS. In FIG. 2, a wick 14 is arranged inside the liquid return pipe 8 along the pipe wall surface. The wick 14 is formed in a cylindrical shape by a porous sintered body using fiber wick, ceramic, metal powder, or the like, and is arranged so as to reach the evaporation section 3 from the condensation section 5. . Therefore, a hollow portion from the condensation portion 5 to the evaporation portion 3 is formed at the center of the wick 14, and this hollow portion is the liquid flow path 14C in the present invention.

また、図3に示す例では、ウイック14が、空孔径すなわち前記作動流体10の流通する流路の断面積が相対的に大きいウイック14Aと、そのウイック14Aよりも空孔径が相対的に小さく、したがって作動流体10が浸透した場合の実効毛細管半径が相対的に小さいウイック14Bとによって構成されている。これらのウイック14A,14Bは、共に、円筒状のものであってよく、図3に示す例では、空孔径の大きいウイック14Aを内周側に配置して、これらのウイック14A,14Bを半径方向に積層した構成となっている。したがって、空孔径の大きいウイック14Aの中心側の中空部が液流路14Cとなるとともに、内周側のウイック14Aの空孔が液流路となっている。なおここで、液流路とは、主として、作動液が作動流体蒸気に押されて蒸発部3側に流動する際の流路であり、主として毛細管圧力で流動するための流路以外の部分である。   In the example shown in FIG. 3, the wick 14 has a pore diameter, that is, a wick 14A having a relatively large cross-sectional area of the flow path through which the working fluid 10 flows, and a pore diameter relatively smaller than the wick 14A. Therefore, it is comprised by the wick 14B with a relatively small effective capillary radius when the working fluid 10 permeates. These wicks 14A and 14B may both be cylindrical. In the example shown in FIG. 3, a wick 14A having a large hole diameter is arranged on the inner peripheral side, and these wicks 14A and 14B are arranged in the radial direction. It is the structure laminated | stacked on. Accordingly, the hollow portion on the center side of the wick 14A having a large hole diameter serves as the liquid flow path 14C, and the holes in the inner wick 14A serve as the liquid flow path. Here, the liquid flow path is a flow path when the hydraulic fluid is pushed by the working fluid vapor and flows toward the evaporation unit 3 side, and is a portion other than the flow path mainly for flowing at the capillary pressure. is there.

したがって、ウイック14Aは、流路の断面積が大きいので流動抵抗がウイック14Bよりも相対的に小さい構成となっている。また、ウイック14Bは、ウイック14Aよりも実効毛細管半径が小さいので相対的に毛細管圧力が大きい構成となっている。   Accordingly, the wick 14A has a structure in which the flow resistance is relatively smaller than that of the wick 14B because the cross-sectional area of the flow path is large. The wick 14B has a relatively large capillary pressure because the effective capillary radius is smaller than that of the wick 14A.

つぎに上記のヒートパイプ1をいわゆるトップヒートモードで使用する場合の作用について説明する。トップヒートモードは、外部から加熱される蒸発部3を、外部に対して放熱する凝縮部5より高い位置に配置し、熱の輸送を下向きに生じさせる熱の輸送形態である。このような熱輸送の形態で、ヒートパイプ1が動作していない状態すなわち蒸発部3に対して入熱がない状態では、作動流体10が蒸発しないから、作動流体10は液相の状態で凝縮部5側に滞留している。この凝縮部5側に、前記液戻り管8の内部に設けたウイック14が延びているので、液相の作動流体(以下、作動液と記す)10がそのウイック14に浸透する。ウイック14は、多孔構造もしくは空隙の開口幅の小さい部材であるから、浸透した作動液10の液面(メニスカス)で毛細管圧が生じ、これによって作動液10がウイック14内で上方に吸引される。このような状況は、ウイック14を図3に示す積層構造とした場合であっても同様である。このようにして、作動液10が液戻り管8の内部に保持される。また、液戻り管8の内部のウイック14と蒸発部3の各ウイック11,12とを連通させておくことにより、これらのウイック11,12,14の全体を作動液10で湿潤した状態とすることができる。   Next, the operation when the heat pipe 1 is used in a so-called top heat mode will be described. The top heat mode is a heat transport mode in which the evaporation section 3 heated from the outside is arranged at a position higher than the condensation section 5 that radiates heat to the outside, and heat transport is generated downward. In such a heat transport mode, when the heat pipe 1 is not operating, that is, when there is no heat input to the evaporation section 3, the working fluid 10 does not evaporate, so the working fluid 10 is condensed in a liquid state. It stays on the part 5 side. Since the wick 14 provided inside the liquid return pipe 8 extends on the condensing unit 5 side, a liquid-phase working fluid (hereinafter referred to as working fluid) 10 permeates the wick 14. Since the wick 14 is a member having a porous structure or a small opening width of the gap, capillary pressure is generated at the liquid surface (meniscus) of the penetrating working fluid 10, and thereby the working fluid 10 is sucked upward in the wick 14. . Such a situation is the same even when the wick 14 has the laminated structure shown in FIG. In this way, the hydraulic fluid 10 is held inside the liquid return pipe 8. Further, the wick 14 inside the liquid return pipe 8 and the wicks 11, 12 of the evaporation unit 3 are in communication with each other so that the whole of the wicks 11, 12, 14 is wetted with the hydraulic fluid 10. be able to.

蒸発部3の周囲の温度が上がり、あるいは蒸発部3のコンテナに接触させてある適宜の部材(図示せず)の温度が上がるなどのことによって、蒸発部3が加熱されると、すなわち蒸発部3に対する入熱があると、ウイック12によって蒸発部3のコンテナ内面に供給されている作動液10が加熱されて蒸発する。その蒸気は、コンテナの内部に形成されている中空部分13Bを満たすとともにここから蒸気管9に流れる。一方、凝縮部5で放熱が生じていてその内部の温度や圧力が、蒸発部3に比較して低くなっていることにより、作動流体10の蒸気は、蒸気管9を通って凝縮部5に流れ、さらにこの凝縮部5で放熱して凝縮する。   When the evaporation unit 3 is heated, for example, when the temperature around the evaporation unit 3 increases or the temperature of an appropriate member (not shown) in contact with the container of the evaporation unit 3 increases, that is, the evaporation unit When there is heat input to 3, the hydraulic fluid 10 supplied to the container inner surface of the evaporation unit 3 is heated and evaporated by the wick 12. The steam fills the hollow portion 13B formed inside the container and flows from here to the steam pipe 9. On the other hand, since heat is radiated in the condensing unit 5 and the temperature and pressure inside the condensing unit 5 are lower than those in the evaporating unit 3, the vapor of the working fluid 10 passes through the vapor pipe 9 to the condensing unit 5. Then, the heat is dissipated and condensed in the condensing unit 5.

一方、蒸発部3で作動流体10の蒸発が継続して生じていることにより、各ウイック11,12でのメニスカスが低下し、それに伴う毛細管圧力によって作動液10が更に吸引される。このウイック11,12と液戻り管8の内部のウイック14とが連通していることにより、液戻り管8の内部および凝縮部5における作動液10に吸引力が作用して、その作動液10が蒸発部3に汲み上げられる。また、凝縮部5に対して蒸気管9側から作動流体10の蒸気が継続して流入しているので、凝縮部5の作動液10に対してこれを液戻り管8側に押圧する圧力が作用する。したがって凝縮部5の作動液10が、液戻り管8の中心部に形成されている液流路14Cおよび空孔径の大きいウイック14Aの空孔である液流路を通って液戻り管8の内部を蒸発部3に向けて流動する。   On the other hand, the continuous evaporation of the working fluid 10 in the evaporating section 3 causes the meniscus in each of the wicks 11 and 12 to decrease, and the working fluid 10 is further sucked by the capillary pressure associated therewith. Since the wicks 11 and 12 and the wick 14 inside the liquid return pipe 8 communicate with each other, a suction force acts on the working liquid 10 in the liquid return pipe 8 and in the condensing unit 5. Is pumped up to the evaporation section 3. Moreover, since the vapor | steam of the working fluid 10 has flowed in from the steam pipe 9 side continuously with respect to the condensation part 5, the pressure which presses this with respect to the hydraulic fluid 10 of the condensation part 5 to the liquid return pipe | tube 8 side. Works. Therefore, the working fluid 10 of the condensing unit 5 passes through the liquid channel 14C formed in the center of the liquid return tube 8 and the liquid channel which is the hole of the wick 14A having a large hole diameter, and the inside of the liquid return tube 8 Flows toward the evaporation section 3.

したがってヒートパイプ1では、液戻り管8の内部に配置したウイック14を介した毛細管圧力による作動液10の還流と、その液戻り管8の内部に形成されている液流路14Cを介した作動液の還流とが生じる。前者の毛細管圧力は、ウイック14の内部で液切れなどによるメニスカスが生じると、その部分でも発生するので、ウイック14を介した作動液10の還流を確実かつ継続的に確保することができる。これに対して、液流路14Cは、その流路断面積が大きいから、作動液10の流動に対する抵抗が小さく、したがって蒸発部3に対する入熱量が多い場合であっても、必要十分な量の作動液10を蒸発部3に還流させることができ、蒸発部3でのいわゆるドライアウトを防止できるとともに、ヒートパイプ1の全体としての熱輸送能力を向上させることができる。 In human Topaipu 1 follow, through the liquid flow path 14C, which is formed and the reflux of hydraulic fluid 10 by capillary pressure through the wick 14 disposed in the interior of the liquid return pipe 8, the interior of the liquid return pipe 8 The hydraulic fluid is refluxed. Since the former capillary pressure is also generated at the portion of the wick 14 due to the out of liquid or the like due to running out of the liquid, the reflux of the working fluid 10 through the wick 14 can be ensured reliably and continuously. On the other hand, the liquid flow path 14C has a large flow path cross-sectional area, so that the resistance to the flow of the hydraulic fluid 10 is small. Therefore, even when the heat input to the evaporation unit 3 is large, a necessary and sufficient amount is sufficient. The working fluid 10 can be recirculated to the evaporation unit 3, so-called dryout in the evaporation unit 3 can be prevented, and the heat transport capability of the heat pipe 1 as a whole can be improved.

記のヒートパイプ1は、いわゆるトップヒートモードでの熱輸送特性に優れるので、従来ではヒートパイプが使用されていない箇所の冷却に好適に使用することができる。その例を以下に説明する。図3は、車両の車室冷却装置として構成した例を模式的に示しており、ヒートパイプ1の一部を構成している蒸発部3が、車両2における内装材の一例であるインストルメントパネル4の裏面に取り付けられている。このインストルメントパネル4は、フロントウィンド4Aを通して照射する太陽光を受けて温度が上昇することがあるので、ヒートパイプ1に対していわゆる発熱部となる部分である。 The heat pipe 1 above SL, since superior thermal transport properties of a so-called top heat mode, can be suitably used for cooling of a portion the heat pipe is not used in the prior art. An example of this will be described below. FIG. 3 schematically shows an example configured as a vehicle compartment cooling device for a vehicle, and an evaporation panel 3 constituting a part of the heat pipe 1 is an instrument panel as an example of an interior material in the vehicle 2. 4 is attached to the back surface. The instrument panel 4 is a portion that becomes a so-called heat generating portion with respect to the heat pipe 1 because the temperature may rise upon receiving sunlight irradiated through the front window 4A.

また、前記凝縮部5が、車室7の外部であるボンネット6の下側あるいは上側に配置されている。すなわち、凝縮部5が、車両2における車室7の外部であって、外気に曝される箇所に配置されている。なお、蒸発部3は凝縮部5よりも相対的に上方に配置されており、したがってトップヒートモードとして使用されている。   The condensing unit 5 is disposed below or above the hood 6 that is outside the vehicle compartment 7. That is, the condensing part 5 is arrange | positioned in the location exposed to the external air outside the compartment 7 in the vehicle 2. In addition, the evaporation part 3 is arrange | positioned relatively upwards rather than the condensation part 5, Therefore, it is used as a top heat mode.

上記の車両2において、車室7内に太陽光が差し込むなどの状態となると、そのインストルメントパネル4が加熱され、その温度が高くなる。その結果、インストルメントパネル4の裏面に接触している蒸発部3にインストルメントパネル4から熱が伝達され、その内部の作動流体10が蒸発する。これに対して凝縮部5は、外気に曝され、あるいは太陽光から遮蔽されているので、蒸発部3に対して相対的に低温となっており、したがって作動流体10の蒸気は、蒸気管9を介して凝縮部5に流動し、かつ凝縮部5で放熱して凝縮する。   In the vehicle 2 described above, when sunlight enters the passenger compartment 7, the instrument panel 4 is heated, and the temperature increases. As a result, heat is transmitted from the instrument panel 4 to the evaporation section 3 that is in contact with the back surface of the instrument panel 4, and the working fluid 10 inside thereof is evaporated. On the other hand, the condensing unit 5 is exposed to the outside air or shielded from sunlight, so that the condensing unit 5 has a relatively low temperature with respect to the evaporating unit 3. It flows to the condensing part 5 via the heat and condenses by radiating heat in the condensing part 5.

一方、凝縮部5から蒸発部3に対しては、前述したように、ウイック11,12,14による毛細管圧や作動流体蒸気による作動液10の加圧などによって、作動液10が液戻り管8を通って還流している。したがって、蒸発部3が凝縮部5に対して相対的に高い位置に配置されていても、蒸発部3に対して作動液10が十分に還流し、蒸発部3から凝縮部5、すなわち車室7の内部から外部に向けた熱輸送が継続して生じる。その結果、インストルメントパネル4の熱が車室7の外部に放散されるので、車室7を冷却することができる。   On the other hand, from the condensing unit 5 to the evaporation unit 3, as described above, the hydraulic fluid 10 is returned to the liquid return pipe 8 by the capillary pressure by the wicks 11, 12, 14 or the pressurization of the hydraulic fluid 10 by the working fluid vapor. Reflux through. Therefore, even if the evaporation unit 3 is disposed at a relatively high position with respect to the condensing unit 5, the working fluid 10 is sufficiently recirculated with respect to the evaporating unit 3, and the condensing unit 5, i.e., the passenger compartment. Heat transfer from the inside of 7 toward the outside continues. As a result, the heat of the instrument panel 4 is dissipated to the outside of the passenger compartment 7, so that the passenger compartment 7 can be cooled.

また、ヒートパイプ1を使用した上記の冷却装置においては、車両2の走行中に不可避的に生じる振動等によって、液戻り管8の内部の作動流体10の流動が途切れても、ウイック11,14に発生する毛細管圧によって液相の作動流体10が吸引されるので、前記途切れた作動流体10が、再び、蒸発部3に向かって流動する。そのため、蒸発部3が乾燥状態となって熱輸送が停止するいわゆるドライアウトを防止することができる。 In the above-described cooling apparatus using a non Topaipu 1, due to vibration or the like inevitably occurs during traveling of the vehicle 2, also interrupted the flow of internal working fluid 10 in the liquid return pipe 8, the wick 11 and 14 Since the liquid-phase working fluid 10 is sucked by the capillary pressure generated in the above, the interrupted working fluid 10 flows again toward the evaporation section 3. Therefore, it is possible to prevent so-called dry-out in which the evaporation unit 3 is in a dry state and heat transport stops.

この発明に係る車両用冷却装置として構成する場合の他の例を以下に説明する。なお、上述の具体例と同一または同等の構成には、同じ符号を付けてその説明を省略する。図5ないし図8に示す冷却装置16は、車両17における前側および後ろ側の内装材から熱を奪って車室19内を冷却するように構成した例であり、複数のヒートパイプ(ヒートパイプ構造体)18の一方の端部18Aが、インストルメントパネル20の下側およびリアパネル21の下側のそれぞれに、各パネル20,21と熱伝達可能に配置されている。したがって、ヒートパイプ18はインストルメントパネル20の裏面およびリアパネル21の裏面に取り付けられてもよい。この車室19の前方側および後方側に座席(シート)22が配置され、それよりも前方側でフロントガラス23の下側にインストルメントパネル20は配置され、また座席22の後方側のリアガラス24の下側にリアパネル21が配置されている。 Describing another example of constituting a vehicular cooling apparatus according to the present invention below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same or equivalent to the above-mentioned specific example, and the description is abbreviate | omitted. The cooling device 16 shown in FIGS. 5 to 8 is an example in which the interior of the vehicle 17 is deprived of heat from the interior material on the front side and the rear side to cool the interior of the passenger compartment 19, and a plurality of heat pipes (heat pipe structure) One end portion 18 </ b> A of the body 18 is disposed on the lower side of the instrument panel 20 and the lower side of the rear panel 21 so as to be able to transfer heat with the panels 20 and 21. Therefore, the heat pipe 18 may be attached to the back surface of the instrument panel 20 and the back surface of the rear panel 21. Seats (seats) 22 are disposed on the front side and the rear side of the passenger compartment 19, the instrument panel 20 is disposed on the front side and below the windshield 23, and the rear glass 24 on the rear side of the seat 22. A rear panel 21 is disposed on the lower side.

車両19の前方側と後方側とのそれぞれに、前述した循環型ヒートパイプ1がいわゆるトップヒートモードでの熱輸送をおこなうように配置されており、各ヒートパイプ18の他端部18Bが、それぞれの循環型ヒートパイプ1における蒸発部3に接続されている。なお、各循環型ヒートパイプ1における凝縮部5は、蒸発部3より低い位置で、かつ車室19の外部に設置されている。また、この凝縮部5の外部には多数の放熱フィン26が取り付けられている。 On each of the front side and the rear side of the vehicle 19, is disposed so as recycling heat pipe 1 described above performs heat transport in a so-called top heat mode, the other end portion 18B of the heat pipe 18 These are connected to the evaporation section 3 in each circulation heat pipe 1. Note that the condensing unit 5 in each circulation heat pipe 1 is installed at a position lower than the evaporation unit 3 and outside the vehicle compartment 19. A large number of radiating fins 26 are attached to the outside of the condensing unit 5.

ここで、各ヒートパイプ18を循環型ヒートパイプ1の蒸発部3に連結するための機構の例を説明すると、ヒートパイプ18および蒸発部3のコンテナは、製造性の点では、パイプ材を素材として造ることが好ましいが、そうすると両者を直接接合したのでは、熱伝達面積が狭くなる。そこで、図8に示す例では、蒸発部3のコンテナが円筒状に形成され、その外周側にジャケット27Aが密着状態に嵌合されている。そのジャケット27Aの外周面には、ヒートパイプ18の外径とほぼ等しい内径の円筒状をなすホルダー27Bが溶接などの手段によって取り付けられている。そして、そのホルダー27Bにヒートパイプ18の端部18Bが挿入され、その結果、ヒートパイプ18の端部18Bがホルダー27Bおよびジャケット27Aを介して蒸発部3に熱伝達可能に連結されている。なお、そのホルダー27Bは、軸線方向に沿うスリットを設け、内径が大小に弾性的に変化するように構成することが好ましく、このような構成であれば、ヒートパイプ18の端部18Bを挿入する作業が容易になるとともに、両者を確実に密着させることができる。   Here, an example of a mechanism for connecting each heat pipe 18 to the evaporation section 3 of the circulation heat pipe 1 will be described. The heat pipe 18 and the container of the evaporation section 3 are made of pipe material in terms of manufacturability. However, if they are joined directly, the heat transfer area is reduced. Therefore, in the example shown in FIG. 8, the container of the evaporation unit 3 is formed in a cylindrical shape, and the jacket 27A is fitted in close contact with the outer peripheral side thereof. A cylindrical holder 27B having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the heat pipe 18 is attached to the outer peripheral surface of the jacket 27A by means such as welding. Then, the end portion 18B of the heat pipe 18 is inserted into the holder 27B, and as a result, the end portion 18B of the heat pipe 18 is connected to the evaporation section 3 through the holder 27B and the jacket 27A so as to be able to transfer heat. In addition, it is preferable that the holder 27B is provided with a slit along the axial direction so that the inner diameter thereof is elastically changed from large to small. With such a configuration, the end 18B of the heat pipe 18 is inserted. Work becomes easy and both can be made to stick firmly.

上記の車両用冷却装置16の作用を説明する。車室19内に差し込む太陽光によって、インストルメントパネル20やリアパネル21が加熱されると、その熱がインストルメントパネル20やリアパネル21の下側の各ヒートパイプ18に伝達される。このヒートパイプ18は、例えば銅パイプなどの金属管をコンテナとするものであって、その内部に細溝や極細線などからなるウイックを収容するとともに、水などの適宜の作動流体を封入した公知のヒートパイプであり、したがって各パネル20,21から伝達された熱は、各ヒートパイプ18によって循環型ヒートパイプ1の蒸発部3に輸送される。すなわち、広い面積の各パネル20,21からヒートパイプ18によって熱を収集して蒸発部3に伝達するようになっている。 Illustrating the operation of the vehicle cooling system 16. When the instrument panel 20 and the rear panel 21 are heated by sunlight inserted into the passenger compartment 19, the heat is transmitted to the heat pipes 18 below the instrument panel 20 and the rear panel 21. The heat pipe 18 is a container made of a metal pipe such as a copper pipe, for example. The heat pipe 18 contains a wick made of a fine groove, an extra fine wire, or the like and encloses an appropriate working fluid such as water. Therefore, the heat transmitted from the panels 20 and 21 is transported by the heat pipes 18 to the evaporation section 3 of the circulation heat pipe 1. That is, heat is collected from the panels 20 and 21 having a large area by the heat pipe 18 and transmitted to the evaporation unit 3.

したがって蒸発部3が加熱されることにより、循環型ヒートパイプ1が前述したように動作し、作動流体10の潜熱として凝縮部5に熱が輸送され、ここから外部に熱が放散される。その結果、車室19内の熱が、外部に放出され、車室19内の温度の上昇が抑制もしくは防止され、あるいは車室19内が冷却される。そして、図5ないし図8に示す例においても、循環型ヒートパイプ1を使用して車室19内から外部に熱を輸送するように構成しているので、放熱部が車両19の下部であっても、効率よくかつ確実に熱輸送を生じさせて車室19内を冷却することができる。特に、上記の複数のヒートパイプ18あるいはこれと同様のヒートパイプ構造体を使用するように構成すれば、循環型ヒートパイプ1の蒸発部3が円筒状などの小型のものであっても、広い面積を有する内装材から熱を奪って蒸発部3に運び、かつその蒸発部3を含む循環型ヒートパイプ1によって熱を外部に放出できるので、冷却能力に優れた車両用冷却装置を得ることができる。 Therefore, when the evaporation unit 3 is heated, the circulating heat pipe 1 operates as described above, and heat is transported to the condensing unit 5 as latent heat of the working fluid 10, and heat is dissipated from here to the outside. As a result, the heat in the passenger compartment 19 is released to the outside, and the temperature rise in the passenger compartment 19 is suppressed or prevented, or the interior of the passenger compartment 19 is cooled. Even in the example shown in FIGS. 5 to 8, since the structure to transfer heat to the outside from the vehicle chamber 19 using the circulating heat pipe 1, the heat radiating portion is at the bottom of the vehicle 19 Even in this case, the interior of the passenger compartment 19 can be cooled efficiently and reliably by heat transfer. In particular, if the plurality of heat pipes 18 or the heat pipe structure similar to the above are used, even if the evaporation section 3 of the circulation heat pipe 1 is a small one such as a cylinder, it is wide. Heat is taken from the interior material having an area and carried to the evaporation section 3 and heat can be released to the outside by the circulation heat pipe 1 including the evaporation section 3, so that a vehicle cooling device having excellent cooling capacity can be obtained. it can.

なお、この発明は上述した各具体例に限定されない。例えば図1ないし図3に示す液戻り管8の内部に設けるウイックは、多孔質体やメッシュ以外に幅の狭い細溝であっもよい。また、車両用冷却装置として構成する場合、その冷却対象とする内装材は、パーセルシェルフボード、トノカバー、ドアウエスト、シートなどであってもよい。さらに、凝縮部は車両の床下、フェンダーパネル、ドアパネルに配置してもよい。また、車両のエンジンルームをこの発明の冷却装置によって冷却することもできる。   The present invention is not limited to the specific examples described above. For example, the wick provided in the liquid return pipe 8 shown in FIGS. 1 to 3 may be a narrow narrow groove other than a porous body or mesh. When configured as a vehicular cooling device, the interior material to be cooled may be a parcel shelf board, a tonneau cover, a door waist, a seat, or the like. Furthermore, you may arrange | position a condensation part to the under floor of a vehicle, a fender panel, and a door panel. Further, the engine room of the vehicle can be cooled by the cooling device of the present invention.

環型ヒートパイプの一例を示す模式図である。Is a schematic diagram showing an example of a recycling heat pipe. その液戻り管の一部を示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows a part of the liquid return pipe | tube. その液戻り管の内部の他の構造を部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the other structure inside the liquid return pipe. 環型ヒートパイプを使用した車両用冷却装置の一例を示す模式図である。Is a schematic view showing an example of a vehicle cooling system using a circulating heat pipe. 環型ヒートパイプを使用した車両用冷却装置の他の例を示す模式的な平面図である。Another example of a vehicle cooling system using a circulation-type heat pipe is a schematic plan view showing a. 図5に示す車両のフロント側の冷却装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the cooling device of the front side of the vehicle shown in FIG. 図5に示す車両のリア側の冷却装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the cooling device by the side of the vehicle shown in FIG. ヒートパイプ構造体を蒸発部に連結するための機構の一例を説明するための概略斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating an example of the mechanism for connecting a heat pipe structure to an evaporation part.

符号の説明Explanation of symbols

1…循環型ヒートパイプ、 3…蒸発部、 4,20…インストルメントパネル、 5…凝縮部、 6…ボンネット、 7,19…車室、 8…液戻り管、 9…蒸気管、 10…作動流体、 11,12,14,14A,14B…ウイック、 14C…液流路、 16…冷却装置、 17…車両、 18…ヒートパイプ、 21…リアパネル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Circulation type heat pipe, 3 ... Evaporating part, 4,20 ... Instrument panel, 5 ... Condensing part, 6 ... Bonnet, 7, 19 ... Car compartment, 8 ... Liquid return pipe, 9 ... Steam pipe, 10 ... Operation Fluid, 11, 12, 14, 14A, 14B ... Wick, 14C ... Liquid flow path, 16 ... Cooling device, 17 ... Vehicle, 18 ... Heat pipe, 21 ... Rear panel.

Claims (2)

外部から加熱される蒸発部と外部に熱を放散する凝縮部とが、蒸気管と液戻り管とによって環状流路を形成するように連通され、その環状流路の内部に、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体が封入され、かつその液戻り管の内部に、前記凝縮部で凝縮した作動流体を前記蒸発部に還流させる毛細管圧を生じるウイックと、該ウイック内の作動流体が流動する空隙の開口面積より大きい流路断面積の液流路とが設けられた循環型ヒートパイプを有し、
その循環型ヒートパイプにおける前記蒸発部が、車両における内装材の下面側もしくは前記内装材の内部に配置されたヒートパイプ構造体を備え、そのヒートパイプ構造体が前記蒸発部に熱伝達可能に連結されていることを特徴とする車両用冷却装置。
The evaporation section heated from the outside and the condensing section that dissipates heat to the outside communicate with each other so as to form an annular flow path by the steam pipe and the liquid return pipe, and are heated and evaporated inside the annular flow path. And a working fluid that condenses with heat dissipation and encloses the fluid , and a wick that generates a capillary pressure for returning the working fluid condensed in the condensing unit to the evaporating unit in the liquid return pipe, and an operation in the wick A circulation type heat pipe provided with a liquid channel having a channel cross-sectional area larger than the opening area of the gap through which the fluid flows;
The evaporator section at the recycling heat pipe is provided with a heat pipe structure disposed in the interior of the lower surface or the interior material of the interior member in a vehicle, the heat transfer can be in its heat pipe structure is the evaporation section A vehicle cooling device characterized by being connected.
前記内装材は、車室内の前方側もしくは後方側に配置されているインストルメントパネルもしくはパーセルシェルフボードもしくはトノカバーのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の車両用冷却装置。2. The vehicle cooling device according to claim 1, wherein the interior material is one of an instrument panel, a parcel shelf board, and a tonneau cover disposed on a front side or a rear side in a vehicle interior.
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