ループヒートパイプ

ループヒートパイプ（LHP）は、毛細管現象を利用して熱源から熱を取り除き、それを受動的にコンデンサーまたはラジエーターに移動させる2相熱伝達装置です。LHPはヒートパイプに似ていますが、長距離でも信頼性の高い動作が可能で、重力に逆らって動作できるという利点があります。小さな温度差で長距離にわたって大きな熱負荷を輸送できます。^[1]^[2] 強力で大型のLHPから小型のLHP（マイクロループヒートパイプ）まで、さまざまな設計のLHPが開発され、地上と宇宙の両方の幅広い用途で効果的に採用されています。

工事

LHPで使用される最も一般的な冷媒は、無水アンモニアとプロピレンです。^[3] LHPは、リザーバー、コンデンサー、蒸気および液体ラインの容量を慎重に制御して、ウィックに常に液体が供給されるように作られています。リザーバーの容量と液体の充填量は、コンデンサーと蒸気および液体ラインが完全に満たされた場合でも、リザーバー内に常に液体があるように設定されます。

一般的に、ウィックには小さな孔径と大きな毛細管ポンプ能力が必要です。ヒートパイプやループヒートパイプを設計する際には、ウィックのポンプ能力とウィックの透過性のバランスをとる必要があります。^[要出典]

機構

ループヒートパイプでは、まず熱が蒸発器に入り、ウィックの外表面で作動流体を蒸発させます。次に、蒸気は溝のシステムを流れ、蒸発器と蒸気ラインを経由して凝縮器に向かいます。ここで、ラジエーターによって熱が除去されると、蒸気は凝縮します。蒸発器の端にある 2 相リザーバー(または補償チャンバー) は、蒸発器 (および凝縮器) よりもわずかに低い温度で動作するように特別に設計されています。リザーバー内の低い飽和圧力により、凝縮液が凝縮器と液体戻りラインを通って引き込まれます。次に、流体は中央パイプに流れ込み、ウィックに供給されます。二次ウィックは、リザーバーと一次ウィックを油圧で接続します。^{[引用が必要]}

動機: ヒートパイプの限界

ループヒートパイプは、従来のヒートパイプの欠点のいくつかを克服します。従来のヒートパイプは、優れた熱伝達デバイスではあるものの、蒸発器と凝縮器が同じ水平レベルにある場合に、比較的小さな熱負荷を比較的短い距離で伝達することに限られています。ヒートパイプのこの制限は、主に、ヒートパイプの全長にわたって存在する多孔質構造を通る液体の流れに関連する大きな圧力損失と、気相と液相の間の粘性相互作用 (エントレインメント損失とも呼ばれます) に関連しています。長距離にわたる大きな熱負荷の伝達を伴う用途では、ヒートパイプの熱性能は、これらの損失の増加によって大きく影響を受けます。同じ理由で、従来のヒートパイプは、重力場の方向の変化に非常に敏感です。蒸発器が凝縮器の上にある構成の不利な傾斜では、重力場の質量力による圧力損失が全体の圧力損失に加わり、熱伝達プロセスの効率にさらに影響を及ぼします。

これらの制限の結果、従来のヒートパイプの構造を変更するさまざまなソリューションが提案されています。これらの変更には、熱源への液体の戻りに非常に低い水力抵抗を持つ動脈チューブを組み込むもの（動脈ヒートパイプ）もあれば、輸送セクションで作動流体の蒸気相と液体相を空間的に分離するものもあります（分離ラインヒートパイプ）。

これらの新しい形式のヒートパイプは、かなりの熱流を伝達し、熱輸送距離を長くすることができますが、重力に対する空間的な向きに非常に敏感です。 2 相システムの機能的可能性を、重力による他の方法では動作できない傾斜を含むアプリケーションに拡張するために、輸送ラインの空間的分離と非毛細管動脈の使用によってもたらされる利点がループ方式で組み合わされています。この方式により、どの方向でも通常の動作を維持しながら、より高い熱伝達特性を持つヒートパイプを作成できます。ループ方式は、2 相ループ (TPL) の物理的概念の基礎を形成します。

起源

ループヒートパイプは、1974 年に旧ソ連のユーリ F. ゲラシモフとユーリ F. マイダニック (発明者証番号 449213) によってソ連で特許を取得しました。LHP の特許は 1982 年に米国で申請されました (特許番号 4515209)。

アプリケーション

最初の宇宙応用は1989年にロシアの宇宙船に搭載されて行われました。LHPは現在、ロシアのグラナート、オブゾール宇宙船、ボーイング（ヒューズ）のHS 702通信衛星、中国のFY-1C気象衛星、NASAのICESatなどの衛星に搭載されて宇宙で一般的に使用されています。^[4]

LHP は 1997 年に NASA のスペースシャトルSTS-83とSTS-94で実証されました。^{[引用が必要]}

ループヒートパイプは、電子部品を冷却するシステムの重要な部品です。

参照

参考文献

^ Ku, Jentung; Ottenstein, Laura; Douglas, Donya; Hoang, Triem (2010 年 1 月 4 日)。小型宇宙船の熱制御のためのマルチ蒸発器小型ループヒートパイプ - パート 2: 検証結果。アメリカ航空天文学会。hdl : 2060/20110015223 - NASA 技術レポートサーバー経由。
^ Ku, Jentung; Paiva, Kleber; Mantelli, Marcia (2011 年 7 月 31 日)。熱源温度を使用したループヒートパイプの過渡挙動と貯留層上の熱電変換装置による設定点制御。第 9 回国際エネルギー変換工学会議。hdl : 2060/20110015224 – NASA 技術レポートサーバー経由。
^ ループヒートパイプ – LHP 2007-09-28 にWayback Machineでアーカイブ
^ [1] 2004年12月25日アーカイブ、Wayback Machine

外部リンク

Thermacore, Inc. ループヒートパイプテクノロジー、2010年5月25日取得
ループヒートパイプの動作特性
LHP アプリケーション向け CPS の自動製造と陽極接合のパラメータ探索
ループヒートパイプ、2相熱管理、2016年11月17日取得
ループヒートパイプ設計の最適化 [2]

[NTRS-1] Ku, Jentung; Ottenstein, Laura; Douglas, Donya; Hoang, Triem (2010 年 1 月 4 日)。小型宇宙船の熱制御のためのマルチ蒸発器小型ループヒートパイプ - パート 2: 検証結果。アメリカ航空天文学会。hdl : 2060/20110015223 - NASA 技術レポートサーバー経由。

[2] Ku, Jentung; Paiva, Kleber; Mantelli, Marcia (2011 年 7 月 31 日)。熱源温度を使用したループヒートパイプの過渡挙動と貯留層上の熱電変換装置による設定点制御。第 9 回国際エネルギー変換工学会議。hdl : 2060/20110015224 – NASA 技術レポートサーバー経由。

[3] ループヒートパイプ – LHP 2007-09-28 にWayback Machineでアーカイブ

[4] [1] 2004年12月25日アーカイブ、Wayback Machine