JPH0117077B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0117077B2 JPH0117077B2 JP58190208A JP19020883A JPH0117077B2 JP H0117077 B2 JPH0117077 B2 JP H0117077B2 JP 58190208 A JP58190208 A JP 58190208A JP 19020883 A JP19020883 A JP 19020883A JP H0117077 B2 JPH0117077 B2 JP H0117077B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- float
- temperature
- heat
- heat pipe
- changes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—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
- F28D15/02—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
- F28D15/06—Control arrangements therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Description
本発明は作動制御機能を有するヒートパイプに
関する。 ヒートパイプは閉じたパイプ中に液体及びその
蒸気を封入したもので、その液体は作動媒体とい
われる。 現在ヒートパイプは熱を輸送する性質が優れ熱
の輸送に動力を要しない利点から電子機器などの
発熱体からの熱輸送及び発熱する部分品の冷却や
太陽熱利用の温水器などに幅広く応用されてい
る。このような場合、ヒートパイプでは発熱体等
に接する収熱部と冷却体等に接する放熱部との間
に温度差が生じて、ヒートパイプ中の作動媒体が
自動的に蒸発、凝縮を繰り返し、熱の輸送が効率
よく行われる。しかし、ある設定温度により作動
が開始したり停止したりする機能を有するヒート
パイプは従来開発されていなかつた。 本発明の目的はヒートパイプに外部からの動力
を何ら要することなしに周囲の温度変化により作
動媒体の作動を制御する機能を有するヒートパイ
プを提供することにある。 本発明の要旨は温度変化により浮力が変化す
る、作動媒体の液相部分の中のみを移動する浮子
を封入したヒートパイプである。 本発明のヒートパイプを使用すると、例えば槽
中にある温度で流出入する媒体の温度が上昇した
時、ヒートパイプを介して槽の外部に放熱し、設
定温度に復帰した時点で放熱を遮断することがで
きる。 本発明の上記浮子の好適なものは、少なくとも
その外殻が剛性体であるものであり、この場合は
一般に密度一定の体積変化のない浮子とすること
ができる。また他の好適な例は、その外殻が弾性
体で、その内核が流体であるものであり、この場
合には圧力に対して体積が変化する浮子とするこ
とができる。剛性体とは、温度変化に対してほと
んど容積変化のない物体で、一般に固体である。
少なくとも外殻が剛性体であるものには、外殻も
内核も剛性体であるもの及び外殻が剛性体で内核
が気体又は液体であるものがある。 剛性体には、それを構成する物質自体がゴムの
ように弾性を有するもの及びそれを構成する物質
自体が鋼鉄のように剛性を有して弾性を有しない
が形状によつて、例えばベローズのように弾性を
有する物体となるものがある。流体には、気体及
び液体がある。もつとも、物質自体が弾性を有し
形状によつて弾性を有するものももちろん弾性体
である。また外殻が形状によつて弾性を有する場
合、内核を大気圧以下の気体又は真空状態にした
ものも使用できる。 少なくともその外殻が剛性体である浮子は、作
動媒体の温度による密度の変化によつて浮子が浮
き沈みをし、外殻が弾性体で内核が流体である浮
子は、主としてヒートパイプ内の圧力が温度変化
に応じて変化するのに対応する浮子の全体として
の密度の変化によつて浮子が浮き沈みをする。 本発明において上記浮子を使用して、熱の移動
を自動的に制御できるのは次の作動原理による。 一例として常時50℃に保つべき槽（ヒートパイ
プの収熱部の周囲空間）の温度が50℃より上昇し
た時、ヒートパイプが作動して放熱を開始し、再
び50℃に復帰した時ヒートパイプのその作動を停
止する場合を考える。 ヒートパイプに用いられる作動媒体の液相部分
を50℃に保持すると、その液相部分の飽和液密度
は媒体固有の一定値を示す。次に温度が上昇する
と、液相部分は膨張し、低温の時よりも小さい飽
和液密度で一定値を示す。従つて50℃の媒体の飽
和液密度に等しい密度をもつ浮子をヒートパイプ
に封入し、収熱部を槽に設置すると、槽の温度が
上昇し液密度が小さくなるので浮子が受ける浮力
が小さくなり、浮子は作動媒体中の低部に沈む。
温度が下がり液密度が大きくなると、反対に浮力
が大きくなり、浮子は液面まで上昇する。このよ
うに浮子はヒートパイプ周囲の温度変化により、
外部から新たな動力を何ら必要とせず自動的に浮
き沈みをする。 ヒートパイプの作動媒体の液相部分は収熱部で
暖められ、気液界面で蒸発し、放熱部で凝縮して
再び液面に還る。従つて浮子が液温の低下により
気液界面に浮いた状態では第１図のように作動媒
体の蒸発を著しく阻害し、循環を妨げることがで
きる。図において１はヒートパイプ、２は作動媒
体の液相部分、３は浮子である。一方、液温が上
昇し浮子が沈んだ状態では第２図のように気液界
面での蒸発、凝縮を妨げないばかりか、ヒートパ
イプの下部にあつて浮子は沸石のような役目を果
たし、むしろ蒸発を促進して熱の移動が良くな
る。本発明においては公知の各種の作動媒体を用
いることができる。その好適なものとしてクロロ
フルオロ炭化水素類を挙げることができ、例えば
代表例としてトリフルオロトリクロロエタン（フ
ロン113）、フルオロトリクロロメタン（フロン
11）、テトラフルオロジクロロエタン（フロン
114）、ジフルオロジクロロメタン（フロン12）な
どを例示できる。上記化合物は第１表に示すよう
に５℃の温度変化で0.01〜0.02ｇ／cm3の密度変化
があり、浮子の浮き沈みに充分な変化幅を有して
いる。
関する。 ヒートパイプは閉じたパイプ中に液体及びその
蒸気を封入したもので、その液体は作動媒体とい
われる。 現在ヒートパイプは熱を輸送する性質が優れ熱
の輸送に動力を要しない利点から電子機器などの
発熱体からの熱輸送及び発熱する部分品の冷却や
太陽熱利用の温水器などに幅広く応用されてい
る。このような場合、ヒートパイプでは発熱体等
に接する収熱部と冷却体等に接する放熱部との間
に温度差が生じて、ヒートパイプ中の作動媒体が
自動的に蒸発、凝縮を繰り返し、熱の輸送が効率
よく行われる。しかし、ある設定温度により作動
が開始したり停止したりする機能を有するヒート
パイプは従来開発されていなかつた。 本発明の目的はヒートパイプに外部からの動力
を何ら要することなしに周囲の温度変化により作
動媒体の作動を制御する機能を有するヒートパイ
プを提供することにある。 本発明の要旨は温度変化により浮力が変化す
る、作動媒体の液相部分の中のみを移動する浮子
を封入したヒートパイプである。 本発明のヒートパイプを使用すると、例えば槽
中にある温度で流出入する媒体の温度が上昇した
時、ヒートパイプを介して槽の外部に放熱し、設
定温度に復帰した時点で放熱を遮断することがで
きる。 本発明の上記浮子の好適なものは、少なくとも
その外殻が剛性体であるものであり、この場合は
一般に密度一定の体積変化のない浮子とすること
ができる。また他の好適な例は、その外殻が弾性
体で、その内核が流体であるものであり、この場
合には圧力に対して体積が変化する浮子とするこ
とができる。剛性体とは、温度変化に対してほと
んど容積変化のない物体で、一般に固体である。
少なくとも外殻が剛性体であるものには、外殻も
内核も剛性体であるもの及び外殻が剛性体で内核
が気体又は液体であるものがある。 剛性体には、それを構成する物質自体がゴムの
ように弾性を有するもの及びそれを構成する物質
自体が鋼鉄のように剛性を有して弾性を有しない
が形状によつて、例えばベローズのように弾性を
有する物体となるものがある。流体には、気体及
び液体がある。もつとも、物質自体が弾性を有し
形状によつて弾性を有するものももちろん弾性体
である。また外殻が形状によつて弾性を有する場
合、内核を大気圧以下の気体又は真空状態にした
ものも使用できる。 少なくともその外殻が剛性体である浮子は、作
動媒体の温度による密度の変化によつて浮子が浮
き沈みをし、外殻が弾性体で内核が流体である浮
子は、主としてヒートパイプ内の圧力が温度変化
に応じて変化するのに対応する浮子の全体として
の密度の変化によつて浮子が浮き沈みをする。 本発明において上記浮子を使用して、熱の移動
を自動的に制御できるのは次の作動原理による。 一例として常時50℃に保つべき槽（ヒートパイ
プの収熱部の周囲空間）の温度が50℃より上昇し
た時、ヒートパイプが作動して放熱を開始し、再
び50℃に復帰した時ヒートパイプのその作動を停
止する場合を考える。 ヒートパイプに用いられる作動媒体の液相部分
を50℃に保持すると、その液相部分の飽和液密度
は媒体固有の一定値を示す。次に温度が上昇する
と、液相部分は膨張し、低温の時よりも小さい飽
和液密度で一定値を示す。従つて50℃の媒体の飽
和液密度に等しい密度をもつ浮子をヒートパイプ
に封入し、収熱部を槽に設置すると、槽の温度が
上昇し液密度が小さくなるので浮子が受ける浮力
が小さくなり、浮子は作動媒体中の低部に沈む。
温度が下がり液密度が大きくなると、反対に浮力
が大きくなり、浮子は液面まで上昇する。このよ
うに浮子はヒートパイプ周囲の温度変化により、
外部から新たな動力を何ら必要とせず自動的に浮
き沈みをする。 ヒートパイプの作動媒体の液相部分は収熱部で
暖められ、気液界面で蒸発し、放熱部で凝縮して
再び液面に還る。従つて浮子が液温の低下により
気液界面に浮いた状態では第１図のように作動媒
体の蒸発を著しく阻害し、循環を妨げることがで
きる。図において１はヒートパイプ、２は作動媒
体の液相部分、３は浮子である。一方、液温が上
昇し浮子が沈んだ状態では第２図のように気液界
面での蒸発、凝縮を妨げないばかりか、ヒートパ
イプの下部にあつて浮子は沸石のような役目を果
たし、むしろ蒸発を促進して熱の移動が良くな
る。本発明においては公知の各種の作動媒体を用
いることができる。その好適なものとしてクロロ
フルオロ炭化水素類を挙げることができ、例えば
代表例としてトリフルオロトリクロロエタン（フ
ロン113）、フルオロトリクロロメタン（フロン
11）、テトラフルオロジクロロエタン（フロン
114）、ジフルオロジクロロメタン（フロン12）な
どを例示できる。上記化合物は第１表に示すよう
に５℃の温度変化で0.01〜0.02ｇ／cm3の密度変化
があり、浮子の浮き沈みに充分な変化幅を有して
いる。
【表】
従つて密度一定の体積変化のない浮子を用いる
ことにより、槽中の温度上昇時に放熱を開始し、
設定温度に復帰すれば停止するように、ヒートパ
イプ中の作動媒体の循環を制御することができ
る。 また更に微小な温度変化を利用して作動媒体の
制御が要求される時に次のようにすればよい。ヒ
ートパイプ中の媒体の温度の変化に伴い、同時に
パイプ内の圧力も変化する。温度の降下により圧
力は減少し、温度の上昇により圧力は増加する。
これらは媒体の蒸気圧に起因する。この性質を利
用し、例えば浮子にベローズのような圧力に対し
て体積が変化するものを用いる。これにより温度
による浮子の浮き沈みは更に効果的に行われる。 温度上昇により液密度が小さくなると同時にヒ
ートパイプ内の圧力は増加するので、第３図に示
されるようにベローズ４は圧縮され体積が小さく
なる。従つて作動媒体から受ける浮力も更に小さ
くなり、一段と液中に沈みやすくなる。反対に温
度下降により圧力が減少すると、ベローズは第４
図に示すように膨張して浮力が大きくなり、液密
度の増加と合わせて浮子は一層浮きやすくなる。 このように温度変化による圧力変化をも利用し
た浮子では、制御の対象となる温度変化が微小な
箇所や感度の良い応答が要求される所に好適であ
る。 次に本発明を実施例を挙げて説明する。 実施例 １ 耐圧ガラス管（長さ220mm、外径16mm）にフロ
ン11を５c.c.充填したヒートパイプの放熱部の温度
を25℃の一定に保持し、収熱部の周囲空間に熱媒
体を流し、周囲空間の入口と出口での熱媒体の温
度差を求め熱輸送を測定した。この測定を浮子を
封入しないもの（比較例）、体積不変の浮子、体
積変化が生ずる浮子を封入したものについてそれ
ぞれ行つた。 測定装置を第５図、測定結果を第２表に示す。
図において５は収熱部の周囲空間、６は放熱部の
周囲空間、７は断熱材、８，８′は熱媒体入口、
９，９′は熱媒体出口、１０は浮子である。収熱
部の入口温度が50℃では浮子は沈んだ状態、45℃
では浮いた状態であつた。
ことにより、槽中の温度上昇時に放熱を開始し、
設定温度に復帰すれば停止するように、ヒートパ
イプ中の作動媒体の循環を制御することができ
る。 また更に微小な温度変化を利用して作動媒体の
制御が要求される時に次のようにすればよい。ヒ
ートパイプ中の媒体の温度の変化に伴い、同時に
パイプ内の圧力も変化する。温度の降下により圧
力は減少し、温度の上昇により圧力は増加する。
これらは媒体の蒸気圧に起因する。この性質を利
用し、例えば浮子にベローズのような圧力に対し
て体積が変化するものを用いる。これにより温度
による浮子の浮き沈みは更に効果的に行われる。 温度上昇により液密度が小さくなると同時にヒ
ートパイプ内の圧力は増加するので、第３図に示
されるようにベローズ４は圧縮され体積が小さく
なる。従つて作動媒体から受ける浮力も更に小さ
くなり、一段と液中に沈みやすくなる。反対に温
度下降により圧力が減少すると、ベローズは第４
図に示すように膨張して浮力が大きくなり、液密
度の増加と合わせて浮子は一層浮きやすくなる。 このように温度変化による圧力変化をも利用し
た浮子では、制御の対象となる温度変化が微小な
箇所や感度の良い応答が要求される所に好適であ
る。 次に本発明を実施例を挙げて説明する。 実施例 １ 耐圧ガラス管（長さ220mm、外径16mm）にフロ
ン11を５c.c.充填したヒートパイプの放熱部の温度
を25℃の一定に保持し、収熱部の周囲空間に熱媒
体を流し、周囲空間の入口と出口での熱媒体の温
度差を求め熱輸送を測定した。この測定を浮子を
封入しないもの（比較例）、体積不変の浮子、体
積変化が生ずる浮子を封入したものについてそれ
ぞれ行つた。 測定装置を第５図、測定結果を第２表に示す。
図において５は収熱部の周囲空間、６は放熱部の
周囲空間、７は断熱材、８，８′は熱媒体入口、
９，９′は熱媒体出口、１０は浮子である。収熱
部の入口温度が50℃では浮子は沈んだ状態、45℃
では浮いた状態であつた。
【表】
第２表から明らかなように45℃での熱輸送量は
浮子の存在するものが浮子がないものと比較し
て、1/5程度にも低下している。一方、収熱部の
周囲空間の入口温度が50℃の時は、浮子の有無に
かかわらず、放熱部との温度差が45℃時のそれに
比べ大きくなつて熱輸送量が増大するが、浮子の
存在するものは存在しないものより熱輸送量が大
きくなつている。これは蒸発、凝縮の循環量が増
したからと考えられる。 実施例 ２ 体積不変と体積可変の浮子の温度変化による応
答すなわち浮き沈みを観察した。ヒートパイプを
恒温槽中に保持し恒温槽の温度を一定のサイクル
で上下させ、その時の浮子の浮き沈みの時間的経
過を観察した。観察結果を第６図に示す。図にお
いてＡは温度、Ｂ及びＣはそれぞれ体積不変及び
体積可変の浮子の位置を表わしている。体積可変
の浮子では液密度と圧力変化を利用しているた
め、周囲温度の変化に敏感に応答する。しかも体
積可変の浮子では浮き始めてから完全に浮くまで
の時間も、体積不変のものより短い。このように
速い応答速度が要求される場合にはベローズのよ
うに体積が変化する浮子を利用する方が有利であ
る。
浮子の存在するものが浮子がないものと比較し
て、1/5程度にも低下している。一方、収熱部の
周囲空間の入口温度が50℃の時は、浮子の有無に
かかわらず、放熱部との温度差が45℃時のそれに
比べ大きくなつて熱輸送量が増大するが、浮子の
存在するものは存在しないものより熱輸送量が大
きくなつている。これは蒸発、凝縮の循環量が増
したからと考えられる。 実施例 ２ 体積不変と体積可変の浮子の温度変化による応
答すなわち浮き沈みを観察した。ヒートパイプを
恒温槽中に保持し恒温槽の温度を一定のサイクル
で上下させ、その時の浮子の浮き沈みの時間的経
過を観察した。観察結果を第６図に示す。図にお
いてＡは温度、Ｂ及びＣはそれぞれ体積不変及び
体積可変の浮子の位置を表わしている。体積可変
の浮子では液密度と圧力変化を利用しているた
め、周囲温度の変化に敏感に応答する。しかも体
積可変の浮子では浮き始めてから完全に浮くまで
の時間も、体積不変のものより短い。このように
速い応答速度が要求される場合にはベローズのよ
うに体積が変化する浮子を利用する方が有利であ
る。
第１〜４図は本発明ヒートパイプの例を示し、
第５図はヒートパイプ特性測定装置の概略図、第
６図は浮子の応答を示すグラフである。
第５図はヒートパイプ特性測定装置の概略図、第
６図は浮子の応答を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 温度変化により浮力が変化する、作動媒体の
液相部分の中のみを移動する浮子を封入したヒー
トパイプ。 ２ 浮子が少なくともその外殻が剛性体であるも
のである特許請求の範囲第１項に記載のヒートパ
イプ。 ３ 浮子がその外殻が弾性体で、その内核が流体
であるものである特許請求の範囲第１項に記載の
ヒートパイプ。 ４ 浮子がその外殻が形状による弾性体であつ
て、内核が大気圧以下の気体又は真空状態である
ものである特許請求の範囲第１項に記載のヒート
パイプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58190208A JPS6080090A (ja) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | 作動制御機能を有するヒ−トパイプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58190208A JPS6080090A (ja) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | 作動制御機能を有するヒ−トパイプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6080090A JPS6080090A (ja) | 1985-05-07 |
| JPH0117077B2 true JPH0117077B2 (ja) | 1989-03-28 |
Family
ID=16254258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58190208A Granted JPS6080090A (ja) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | 作動制御機能を有するヒ−トパイプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6080090A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5227856B2 (ja) * | 1973-03-16 | 1977-07-22 | ||
| JPS53154471U (ja) * | 1977-05-12 | 1978-12-05 |
-
1983
- 1983-10-11 JP JP58190208A patent/JPS6080090A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6080090A (ja) | 1985-05-07 |
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