JPH0452495A - ループ型細管ヒートパイプ - Google Patents

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】 イ０発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明はヒートパイプの構造に関するものであり、特に
ループ型細管ヒートパイプにおける性能改善手段が配設
された構造に関する。

［従来の技術］ 従来の循環補助手段が配設されたループ型細管ヒートパ
イプとしては起動又は再起動を助ける為の補助受熱部を
設けた構造について本発明者が提案している例がある。

第２図はその実施例であって受熱部が放熱部より高位置
に分離配置されてあるトップヒートモードのループ型細
管ヒートパイプの略図で図面簡略の為細管コンテナは総
て線図で示しである。受熱部細管コンテナ１及び放熱部
細管コンテナ２の蛇行により形成されてある受熱部と放
熱部は高温連結細管３及び低温連結細管４により連結さ
れてループを構成している。加熱手段６により加熱され
た受熱部細管コンテナ１の中の作動液は逆止弁５−１．
５−２の作用により矢印の方向即ち受熱部細管コンテナ
１→高温連結細管３→放熱部細管コンテナ２→低温連結
細管４の順序で循環する。この際気相リッチの状態で高
温連結細管３から放熱部細管コンテナ２に送入された２
相混合流体の作動液は冷却手段７により冷却され、低温
化されると同時に大部分の気相成分（蒸気泡）は凝縮さ
れ液相リッチ状態に変化する。

この際に受熱部での作動液の蒸発沸騰により与えられた
推進力及び気相成分の蒸気圧として蓄積された推進力の
大部分は減衰せしめられ、低温連結細管４中の液相リッ
チ作動液は受熱部細管コンテナ１内に還流する為の推進
力が極めて弱い状態となる。特に第２図の如きトップヒ
ートモードにおいて低温連結細管４が長く、受放熱部間
の水位差が大きい場合にはこの傾向が強く、起動時、停
止後の再起動時等に受熱部内作動液不足による作動困難
となる場合が多い。第２図における補助受熱部１０はそ
の様な作動困難時の対策であっで、補助受熱部１０とそ
の前後に配設された逆止弁５−３．５−４及び補助加熱
手段１１との組合わせによって循環補助手段となってい
る。補助加熱手段１１により加熱された補助受熱部１０
内の作動液の沸騰は逆止弁５−３．５−４の作用により
強力な推進力を発生して、下流側の作動液を受熱部内に
推進せしめる。該作動液は受熱部細管コンテナ１内で沸
騰して高圧力を発生し１作動液循環の引金となり、ルー
プ型細管コンテナ内の全作動液を所定の方向に推進せし
めて循環を開始せしめる。

作動液の循環は一旦開始されると１後は停止することな
く継続される。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の循環補助手段は熱エネルギーを補助手段として用
いる所に大きな問題点があり、起動時点又は停止後の再
起動時点のみにその利用価値があるものであった。即ち
該補助手段は連続的に常時使用する場合は低温連結細管
から受熱部内に送入される作動液の全量が沸点以上の温
度に加熱されることになり、放熱部で放熱冷却された低
温作動液により受熱部を冷却したり、受熱部から効率的
に熱量を吸収する為に低温作動液を送入すると云うルー
プ型細管ヒートパイプの本来の使用目的を失なうことに
なりかねないものであった。本発明はその点を解決して
常時連続使用してループ型細管ヒートパイプの作動を補
助強化せしめる手段を提供する。

口９発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 問題点解決のための手段としてはループ型細管ヒートパ
イプの作動原理をそのまま利用する。但し推進エネルギ
ー付与手段としては熱エネルギーによる作動液の沸騰及
び蒸気圧に依らず１機械的エネルギーによることとし、
ここに本発明の特徴がある。

ループ型細管ヒートパイプの作動の原理は受熱部におけ
る作動液の蒸発沸騰により逆止弁前後に発生する蒸気圧
変動及び循環作動液内を伝播するパルス状圧力波による
。蒸気圧変動は複数逆止弁によりループが仕切られて形
成される圧力室間の呼吸作用を生じ、パルス状圧力波は
各逆止弁の弁体振動を発生し、これ等は逆止弁の逆止作
用により作動液推進力となり作動液を循環せしめループ
型細管ヒートパイプ作動の原動力となる。本発明はこの
作動液の蒸発沸騰により発生する圧力室間の呼吸作用及
び弁体の振動をコンテナに加えられる機械的外力にて発
生せしめて循環補助作用を発生せしめることにより問題
点を解決する。

第１図は本発明に係るループ型細管ヒートパイプの一例
を示す。従来例との相異点は循環補助手段の構成にあり
、従来例の循環補助手段は第２図例示の如く補助受熱部
１０、補助加熱手段１１及びその前後の逆止弁５−３．
５−４から成っていたのに対し、本発明においては循環
補助部８、内容積変動手段９及びその前後の逆止弁５−
３．５−４から構成される。逆止弁５−３．５−４の作
動液循環方向規制方向は当然のことではあるが作動液循
環方向に一致している。その間に設けられてある循環補
助部８は内容積変動手段９の作用による内容積変動を容
易ならしめる構造になっている。例としてはその内外直
径が拡大されたり、伸縮自在な形状に形成されたりする
。又無限回に近く繰返される内容積変動外力に耐えさせ
る為、形成材料としては弾力性に富み且つ強靭な材料が
使用される。第１図と第２図とは循環補助手段以外は全
く同じ構造である。内容積変動手段９はその循環補助部
８の内容積を周期的に変動させ得る構造であれば如何な
る構造であっても構わない。又、内容積変動は呼吸動作
の如き変動でも、パルス的変動であっても、それ等の組
合わせであっても良い。

［作　用］ 第１図において内容積変動手段９の作用により循環補助
部８の内容積を縮小せしめると逆止弁５−３は閉となり
内部の作動液の一部は逆止弁５−４を通過して矢印の方
向に排出推進せしめられる。続いて循環補助部８の内容
積を復原又は膨張せしめると逆止弁５−４は閉となり、
低温連結細管４における上流側作動液の一部は逆止弁５
−３を通過して循環補助部８内に吸入せしめられる。

この作用を繰返すことにより低温連結細管４内の作動液
は間欠的な推進力を与えられ受熱部細管コンテナ１内に
送入される。送入された作動液は忽ち沸騰気化し、逆止
弁５−１．５−２の作用により強力な推進力を与えられ
気相リッチな高温作動液として、高温連結細管３を介し
て放熱部細管コンテナ２内に送入され、放熱冷却されて
液相リッチな低温作動液に変換されて、低温連結細管４
を介して循環補助部８内に還流する。このサイクルが自
ら繰返されることによりループ型細管ヒートパイプの作
動液は活発な循環を継続しヒートパイプとして良好に作
動を続ける。即ち、推進力を失なって作動困難となって
いたループ型細管ヒートパイプは活性化され、ボトムヒ
ートモード、トップヒートモードにもかかわらず、又受
熱部と放熱部の水位差の如何にかかわらず、更に連結細
管３゜４の屈曲状態の如何にもかかわらず良好な作動が
継続される。この場合循環補助手段による補助推進力の
付与は間欠的ではあるが、ループ型細管コンテナ内を循
環する作動液は総て２相混合流体でありその気相成分の
クツション効果により、実際の作動液循環速度は手順化
された流れとなる。又内容積変動手段の作動にはそれ程
強力な外力を必要としない。その理由はループ型細管コ
ンテナ内の圧力分布の差異による。第１図において逆止
弁５−１、受熱部細管コンテナ１、高温連結細管３の間
においては作動液の受熱部における沸騰蒸気圧、２相混
合流体である作動液内の気相成分の蒸気圧が充分に保持
されてあり、作動液の循環推進力も充分に保持されてい
る。然し放熱部においては細管コンテナ２内において放
熱と共に気相成分の蒸気圧は失なわれ、更に気相成分の
凝縮により蒸気圧は更に失なわれ、又低温連結細管４に
到達する時点では流体の管内圧力損失によって管内の圧
力は大幅に低下しており、循環補助部８の内容積変動に
要する外力はそれ程強力な外力を必要としないことにな
る。又受熱部１内の圧力による逆止弁５−１の閉鎖力は
強力ではあるがループ型細管ヒートパイプの作動原理か
ら分かる通り、逆止弁５−１の弁体は逆止弁５−２との
相互作用により高圧と低圧を交互に高速で反復する振動
状態になっており、その弁座は開閉状態を繰返しており
、循環補助部８の収縮、及び作動液推進を強力に拡げる
如きことは無い。

ループ型細管ヒートパイプにおいて低温連結細管４内に
おいても作動液の循環推進力は全く失なわれているので
はなく、第１図の如きトップヒート状態であっても循環
速度が低下し熱輸送能力が低下しているだけであるから
循環補助手段は受放熱部間の水位差に相当する循環補助
能力があればよいことになる。即ち、水位差５ｍの場合
０．５ｋｇ／ａｌの推進力を与えれば良いのであり、内
容積変動手段の作動にそれ程大きな仕事量は必要としな
い。

本発明に係る循環補助手段は第２図例示の如く低温作動
液の温度を上昇せしめることが無いからループ型細管ヒ
ートパイプの熱輸送効率を低下せしめることが無い。又
僅かなエネルギーの付加により、低温連結細管４による
性能低下を防ぎ、熱輸送能力を大幅に改善する。従って
起動、再起動時の引金としての利用だけでなく、常時こ
れを作動せしめて、ループ型細管ヒートパイプの適用姿
勢に関係なく高性能を発揮させることが出来る。

［実施例］ 第１実施例 本実施例においては第３図に例示の如く循環補助部８の
コンテナは他の細管コンテナ部より内径及び外径が拡大
されて、僅かに外部から圧縮されても逆止弁５−３．５
−４の作用により作動液が矢印の方向に排出されるよう
に形成されてある。

又該コンテナは弾性に富む強靭な薄肉金属管で形成され
てあり、連続長日月におよぶ交番的な圧縮変形に耐えて
金属疲労による破損が発生しない様になっている。内容
積変動手段は如何なる構造でも良い。図においては偏心
カム９−１の回転により振動子９−２が循環補助部８に
圧縮力を反復して加える様になっている。循環補助部８
の復原はコンテナの弾性及び作動液の内圧によって行な
われる。図において偏心カム９−１の偏心率は誇大に示
してあり、実際には振１１１１〜２１１１１程度を与え
る偏心に過ぎない。

第２実施例 第２実施例においては８−１の循環補助部は柔軟で弾性
に富み且つガスバリヤ性の秀れたプラスチック管かゴム
管の何れかで形成されてある。該部分は弛め部分の細管
コンテナより内径及び外径共に拡大されてあり、更に復
原性及び耐久性を強化せしめる為、強靭で弾性に富む金
属細線が横巻又は編組され該プラスチック管又はゴム管
の管壁内に埋設されてある。この様な第２実施例は復原
性が良好で且つ柔軟であるから、内容積変動手段の変動
割合を大きく取り、呼吸作用を大きくさせることが出来
るので第１実施例より循環補助手段の補助能力を大きく
することが出来る。注意を要する点としてはプラスチッ
ク材料又はゴム材料には選択的に特定のガスに対し通気
性が大きい場合があるから、作動液と循環補助部構成材
料との適合性に注意し、作動液蒸気に対しガスバリヤ性
に秀れた材料を選択する必要がある。

第３実施例 第４図例示の第３実施例においては循環補助部８−２に
は強靭で弾力性に富む金属から成るベローズが用いられ
である。従って内容積の変動はベローズの中心軸に沿っ
た伸縮によって得られる。

内容積変動手段は如何なる手段であっても良いが、第４
図においては偏心カム９−１の回転によって発生する振
動子９−２の上下変位をリンク１０−２を介してベロー
ズに伝達して上下の伸縮運動をなさしめる手段を例示し
である。１２−１は内容積変動手段の支持架台である。

該実施例は内容積変動率を大きくすることが出来るが低
温連結細管も変位するので３−１の如く屈曲部を設ける
如き変位吸収手段を講じる必要がある。

第４実施例 第５図に例示の第４実施例の循環補助手段には内容積変
動手段に併設して超音波振動子１３により循環補助部８
−゛１内の作動液に超音波振動を与える様になっている
。ループ型細管ヒートパイプの基本的な作動原理により
、受熱部組管コンテナ１内における作動液沸騰によって
発生するパルス波群により、逆止弁５の弁体が振動して
作動液推進作用を発生する。超音波振動はこの逆止弁の
弁体振動を助けてループ型細管ヒートパイプの循環を活
発化せしめる。

ハ０発明の効果 本発明に係るループ型細管ヒートパイプは補助循環部の
作用により、如何なる状態においても正常な起動が可能
であり、トップヒートモードにおいても性能が低下する
ことなく、受熱部と放熱部が大きな水位差で分離されて
あっても、又長距離を隔てて分離されてあっても正常に
作動することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るループ型細管ヒートパイプの基本
構造（トップヒートモード）の−例を示す略図。 第２図は従来型の循環補助手段を有するループ型細管ヒ
ートパイプ（トップヒートモード）の−例を示す略図。 第３図は第１実施例及び第２実施例における循環補助手
段の一例を示す略図。 第４図は第３実施例における循環補助手段の一例を示す
略図。 第５図は第４実施例における循環補助手段の一例を示す
略図。 １・・・受熱部組管コンテナ、 ２・・・放熱部細管コンテナ、 ４・・・低温連結細管。 ６・・・加熱手段、 ８・・・循環補助部、 ９−１・・・偏心カム、 １０・・・補助受熱部、 １２二１・・・支持架台、 １３・・・超音波振動子。 ３・・・高温連結細管、 ５・・・逆止弁、 ７・・・冷却手段、 ９・・・内容積変動手段、 ９−２・・・振動子、 １１・・・補助加熱手段、 １２−２・・・リンク、

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）蛇行する長尺細管の両端末が相互に流通自在に接
   続されてループ型細管コンテナが形成されてあり、該細
   管コンテナに封入されてある作動液がループ内の所定の
   位置に設けられてある逆止弁の作用により自ら所定の方
   向に循環して、ループ型細管コンテナの所定の位置に設
   けられてある受熱部から同様に所定の位置に設けられて
   ある放熱部に熱量を輸送するループ型細管ヒートパイプ
   において、受熱部で吸収した熱量を放熱部で放出し、冷
   却された低温作動液が再び受熱部に還流する部分に相当
   する低温細管コンテナの所定の部分に作動液の循環推進
   力を補助して循環速度を増加せしめる循環補助手段が配
   設されてあり、循環補助手段の構造は所定の距離を隔て
   て少なくとも２個の逆止弁が配設されてあり、それ等の
   循環規制方向は作動液の循環方向と同一方向であり、逆
   止弁の間の細管コンテナの循環補助部にはその内容積を
   短時間の周期で変化せしめる内容積変動手段が設けられ
   てあることを特徴とするループ型細管ヒートパイプ。
2. （２）循環補助手段が配設されてある部分の循環補助部
   コンテナは内径及び外径が拡大されてあり、該外径拡大
   部分は弾性に富む強靭な薄肉金属管で形成されてあり、
   内容積変動手段は管の中心軸に直角方向に断続的に圧縮
   せしめるか、交番的に圧縮と膨張を発生せしめるか何れ
   かの手段であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載のループ型細管ヒートパイプ。
3. （３）循環補助手段が配設されてある部分の循環補助部
   コンテナは内径及び外径が拡大されてあり、該外径拡大
   部分は弾性に富む強靭な金属細線の横巻、編組等により
   強化された柔軟で弾性に富み且つガスバリヤ性の秀れた
   プラスチック管かゴム管の何れかで形成されてあり、内
   容積変動手段は管の中心軸に直角な方向に断続的に圧縮
   せしめるか、交番的に圧縮と膨張を発生せしめるか何れ
   かの手段であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載のループ型細管ヒートパイプ。
4. （４）循環補助手段が配設されてある部分の循環補助部
   コンテナは外径が拡大されてあり、該外径拡大部分は弾
   性に富む強靭な金属材料で形成されたベローズになって
   おり、内容積変動手段は管の中心軸方向にベローズを断
   続的に圧縮せしめるか、交番的に圧縮と伸張を発生せし
   めるか何れかの手段であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のループ型細管ヒートパイプ。
5. （５）内容積変動手段は超音波発振装置が併用されてあ
   る手段であって循環補助手段が配設されてある部分の循
   環補助部コンテナには内容積の変動と共に超音波振動が
   加えられることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のループ型細管ヒートパイプ。