JPH0120358B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は伝熱装置に係り、特に伝熱素子として
パイプ状容器を用いた伝熱装置に関する。

［背景技術］ ヒートパイプは、作業熱媒体の気化及び液化に
伴う潜熱を利用して熱の伝熱を行なうものであ
り、きわめて高い熱伝導率を有していることから
工場などの廃熱回収や空調、或いは電子部品の冷
却などに近年盛んに利用されている伝熱素子であ
る。

従来のヒートパイプは、容器（コンテナ）内を
真空にしその内壁に沿つてウイツクと呼ばれる熱
媒案内部分を設け、この容器に作動熱媒体を封入
した構造となつており、容器の一端が加熱される
と作動熱媒体を蒸発して冷えた他端に移動しここ
で凝縮する。凝縮した作動熱媒体はウイツク内部
を毛細管現象によつて移動し加熱部に戻り再び蒸
発することにより加熱部から凝縮器へ熱の輸送を
行なう。

しかしながら、従来のヒートパイプにあつては
熱効率が限られたものであり、容器が密閉構造で
あるため作動熱媒体の蒸発温度は容器内圧力と作
動熱媒体の種類で一義的に決まつている。このめ
加熱部の温度に対応して容器内圧力を制御し、最
適な蒸発温度となるように調節することができ
ず、特に複数の加熱部がある場合は個別に最適な
蒸発温度に調節することができないので各加熱部
を有効に利用した伝熱効果を発揮できない事態が
発生する恐れがあつた。

［発明の目的］ 本発明は上記事実を考慮し、作動熱媒体の蒸発
温度を可変にして常にシステムの最適状態で装着
を稼動でき、熱の長距離搬送に対する設計上の制
約がなく、寿命の長い伝熱装置を得ることが目的
である。

［発明の概要］ 本発明に係る伝熱装置は、複数本のパイプ状容
器の一端を作動熱媒体を貯蔵した受液器に接続す
ると共に受液器よりも次第に低くした傾斜部を設
け、熱媒体の表面積を増大して効率を向上し各パ
イプ状容器の他端に圧力制御弁を装備し、環流管
により凝縮器を介して前記受液器に接続し、圧力
制御弁の操作で任意の圧力を得るようになつてい
る。（特に圧力制御弁は加熱部の下流側、すなわ
ち熱媒体の蒸発した気体部分に設けられるので、
熱媒体の液体部を制御する場合よりも迅速な冷却
温度制御を可能としている。） ［発明の実施例］ 第１図には本発明に係る伝熱装置の一実施例が
示されており、第１図において、作動熱媒体とし
ての冷媒が液媒状態で所定レベルまで貯蔵された
貯蔵器としての受液器１０に、複数本（本実施例
では２本）のヒートパイプ１２が並列に分岐して
接続されている。各ヒートパイプ１２を構成する
パイプ状容器は、図に示すように、受液器１０か
ら例えば被冷房対象などの加熱部１４まで延長さ
れたのち曲折されて凝縮器３０近くまで延長され
ている。

ヒートパイプ１２のパイプ状容器１８は内壁へ
容器１８の長手軸線回りに多数の山形突起である
環状リブ２２が突出されて毛細管現象により液表
面を大きくするようになつている。平坦な内壁へ
同様形状の溝を刻設することにより、実質的に山
形突起を形成させることもできる。

このヒートパイプ１２の受液器１０への接続部
付近は、受液器１０から次第に低くされる傾斜部
１２Ａとされている。従つて受液器１０でオーバ
ーフローした液状冷媒は、重力で傾斜部１２Ａ内
を流れるが、内部には環状リブ２２が多数突出さ
れているので、冷媒はこれらのリブ２２間の溝部
分へ滞留すると共に、リブ２２を乗り越えて次の
溝へ至る。さらに溝部分に滞留した冷媒は毛細管
作用で溝に沿つて壁面を上昇するために表面積が
大きく、気化し易い。また平坦部においても同様
に冷媒の表面積が大きく、気化し易い。矢印Ａ方
向に進行する間に加熱部１４で冷媒が被冷房対象
から熱を奪い蒸発する。この蒸発は傾斜部１２Ａ
で行なわれることもある。容器１８の傾斜部１２
Ａ以外の平坦部を傾斜させることもでき、垂直外
の配置であればよい。

なお、リブ２２は図示のような環状に限られ
ず、螺旋状としたり、容器１８の軸方向に形成し
てもよく、また断面も山形に限らない。さらに、
これらのリブ２２に替えて、一般的な毛細管作用
を果すための繊維状等であつてもよい。

前記ヒートパイプ１２の戻り側端部には、各ヒ
ートパイプ１２毎に圧力制御弁２４が装備されて
おり、この圧力制御弁２４の出口側が集合器とし
てのヘツダ２６に共通接続されている。ヒートパ
イプ１２の圧力制御弁２４側には、各ヒートパイ
プ１２毎に圧力検出器２７及び室内温度（又は湿
度）検出器２８Ａが設けられている。圧力検出器
２７及び／又は室内温度（又は湿度）検出器２８
Ａの検出信号を制御器２９に入れ、前記圧力制御
弁２４の開度を制御することにより、ヒートパイ
プ１２毎に独立して容器１８内を任意の圧力とす
ることができるようになつている。

前記ヘツダ２６へは、環流管２８を介して凝縮
器３０が接続されている。この凝縮器３０は多数
の放熱フイン３２を備えた本体３４と、この本体
３４に冷風を送るフアン３６とからなり、このフ
アン３６がモータ３８で回転駆動されるようにな
つている。

凝縮器３０の出口側は環流管４０を介して再び
前記受液器１０の底面近くに接続されており、こ
れにより、受液器１０、ヒートパイプ１２、凝縮
器３０が閉ループを構成する。前記受液器１０
は、図示しない密閉型の注入口からリークした冷
媒の補充を簡単に行なえるようになつている。

なお、環流管２８の途中には配管４２、真空ヘ
ツダ４４を介して真空ポンプ４６が接続され、こ
の作動により、環流管２８の真空度を所定値に保
持できるようになつている。配管４２の途中には
電磁弁４８が介在し、装置系内の気密が保持でき
るようになつている。この真空ポンプ４６は加熱
部１４付近へ接続してもよい。

次に本実施例の作用を説明する。

まず、モータ３８を回転させフアン３６によつ
て冷風を凝縮器３０の本体３４に送風し、凝縮器
３０を冷却動作状態とする。凝縮器３０内、環流
管２８内、及びヘツダ２６内が負圧となり、同時
に凝縮した冷媒が受液器１０に戻る。次に前記圧
力制御弁２４を調節し、ヒートパイプ１２毎に各
容器１８内の圧力を適当な任意の一定圧力に保持
する。

各ヒートパイプ１２では、受液器１０内でオー
バフローした液状冷媒が重力により傾斜部１２Ａ
を流下し加熱部１４へ至る。加熱部１４に来た液
状の冷媒は、外部の被冷房対象から加熱される
と、容器１８内圧力と冷媒の種類で定まる温度で
蒸発する。ここで容器１８内の圧力は予め被冷房
対象の温度などを考慮して冷媒が蒸発可能でかつ
伝熱効率が最適となる値に前記圧力制御弁２４の
調節で設定される。冷媒は蒸発する際、外部から
大量の気化熱を吸収して被冷房対象の冷房を行な
う。容器１８内にはリブ２２が設けられており、
冷媒表面積が大きく、気化し易くなつているので
吸収熱量が大きい。（本発明ではこの圧力制御弁
２４によつて、気化した状態の冷媒圧力を制御す
るので、加熱部１４での冷媒蒸発を迅速に停止で
きる。これに対して加熱部１４の上流側で液体冷
媒の流量を制御する場合には、液体冷媒の流れを
停止しても、残余の冷媒が加熱部１４で蒸発する
ので冷却動作を迅速に停止することはできない。

加熱部１４で蒸発となつた冷媒ガスは、矢印Ａ
で示す方向に流れヒートパイプ１２の戻り部から
圧力制御弁２４を経てヘツダ２６に入る。このヘ
ツダ２６で各ヒートパイプ１２から送られる冷媒
ガスが集合されたのち、更に、還流管２８を介し
て前記凝縮器３０に移送される。凝縮器３０に来
た冷媒ガスは、該凝縮器３０の冷却作用を受けて
凝縮し液状となり、この際、凝縮熱を外部に放出
する。放出された熱は放熱フイン３２から大気中
に排気される。

凝縮後の冷媒は還流管４０を通つて受液器１０
へ戻り、以上の動作がくり返される。

このように本実施例では、ヒートパイプを複数
本設け、各ヒートパイプに個別に圧力制御弁を装
備した。したがつて、複数の被冷房対象の環境条
件に対応して、適宜簡単な操作で各ヒートパイプ
別に相互に影響を与えることなく独立して各被冷
房対象に所望の冷房効果を効率よく施すことがで
きる。

なお、上記実施例におけるヒートパイプの本数
は、２本に限らず、３本或いは４本以上であつて
もよく、また圧力制御弁の調節は被冷房対象の環
境条件を検出し、圧力検出器又は温度検出器との
フイードバツク制御で自動的に行なう他、作業者
が圧力検出器又は室内温度（又は湿度）検出器の
指示値を見ながら手動で行なつてもよい。

また、凝縮器３０は複数個並列又は直列に配設
してもよい。この場合は熱負荷に応じて使用する
台数を選ぶことができるので、更に精度よく運転
制御ができ、かつ省エネルギー化を図ることがで
きる。

第３図は冷媒循環用のポンプを、第４図は冷媒
循環用のフアンを用いた場合の実施例を示す構成
図、第５図はヒートパイプを４本用いた場合の実
施例を示す構成図、第６図は本発明の他の実施例
を示す空気抜き弁の概略構成図である。第１図と
共通する部材には同一符号を付し、重複する説明
は省略する。

第３図において、冷媒循環用のポンプ５０は還
流管４０の途中に設けられている。この場合、凝
縮器３０を通過して液状となつた冷媒がポンプ５
０によつて受液器１０に送り込まれる。したがつ
て、ポンプ５０による強制的な液体輸送が行なわ
れることになり、高所に受液器１０、低所に加熱
部１４を設置するレイアウトとすることができ
る。このため、設備の立体化が可能となり、設置
スペースを少なくすることができる。また、受液
器１０を出た液状冷媒が、高所から重力の作用を
受け加熱部１４に送り込まれるので、加熱部１４
に冷媒を安定して供給することができる。

なお、ポンプ５０で冷媒を強制循環させるの
で、第１図の場合よりも長距離に亘る大量の熱搬
速送が可能となり、加熱部１４と凝縮器３０を施
設の構造に応じて離すなど自由なレイアウトをす
ることができる。また容器１８には途中に液溜り
５２を設け、配管５４により自然落下で還流管４
０へ戻してもよい。

第４図では、冷媒循環用のフアン５６が還流管
２８の途中に設けられている。この場合、ヘツダ
２６を通過してガス状となつた冷媒がフアン５６
によつて凝縮器３０に送り込まれる。したがつ
て、フアン５６による強制的な気体輸送となるの
で、第３図に示す液体輸送の場合に比べて、更に
長距離に亘り熱搬送することが可能となり、また
一度冷媒受液器１０に封入した冷媒が外部に漏れ
るような事態が発生した場合には、速やかに対処
することができる。

第５図において、受液器１０は２個設けられて
おり、各受液器１０には２本のヒートパイプ１２
が並列に分岐して接続され、戻り側端部において
合流し圧力制御弁２４を介してヘツダ２６に接続
されている。

ヒートパイプ１２については、パイプ状容器１
８の内壁に設けられたリブ２２を加熱部１４部近
傍のみに設けている。これは受液器１０を出た液
体冷媒は下向きに傾斜されたヒートパイプ１２内
を通過するので、特にリブ２２等の冷媒案内部分
による毛細管作用を受けなくとも加熱部１４に至
ることができる。したがつて第１図のように受液
器１０から加熱部１４に至る間のリブ２２を省略
し、コスト低減を図ることが可能である。

凝縮器３０は冷風を送るフアンの代わりに冷却
水を用いるシエルエンドチユーブ式熱交換器とし
ている。凝縮器３０の出口には貯槽５８を設け、
ポンプ５０により、或いはポンプ５０を用いず、
自然循環方式により受液器１０に液状冷媒を送る
ようにしている。

このポンプ５０と受液器１０との間の還流管４
０には制御弁６０が介在されており、熱負荷セン
サ、タイマ等の信号により作動される制御装置６
２によつて制御されるようになつている。この制
御装置６２はポンプ５０、ポンプ５０のバイパス
制御器６４等をも制御できるようにしてもよく、
これらによつて受液器１０への冷媒供給量を制御
可能である。

なお、前記実施例の伝熱装置において、装置系
内に万一空気が混入し、性能低下を生ずる恐れが
ある場合の対策として、第６図に示すように空気
抜き弁６６を凝縮器３０の入口付近に設けるとよ
い。或いは凝縮器３０内に設けてもよい。すなわ
ち、空気は比重が冷媒ガスより低く（例えばフロ
ーンの約1/6）、冷媒ガスの流れに従つて凝縮器３
０に集つてくるので、凝縮器３０内、又はその入
口付近の最も高い位置に空気抜き弁６６を設ける
ことが望ましい。なお、空気抜き弁６６の下部に
空気溜り６８を設けると更に効果的である。空気
抜き弁６６は上記の目的の他に冷媒注入前に行な
う真空引き口及び冷媒注入口として利用すること
もできる。

［発明の効果］ 以上説明した如く本発明に係る伝熱装置では、
冷媒を貯蔵した受液器を用いると共にパイプ状容
器に傾斜部を設けて受液器と連通するので、長距
離に亘る大量の熱搬送が高効率で可能となり、加
熱部と凝縮部を施設の構造に応じて遠く離すなど
自由なレイアウトを行なうことができ、また圧力
制御弁によつてパイプ状容器内圧力を可変とする
ので常に対象の条件に合つた最適な伝熱効率を得
ることができ、かつ冷却動作の停止が迅速であ
る。更に、装置を解体することなく簡単にリーク
した冷媒の補充を行なえるので高寿命化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る伝熱装置の一実施例を示
す構成図で、第２図はヒートパイプの断面図、第
３図は循環用ポンプを用いた場合の実施例を示す
構成図、第４図は循環用フアンを用いた場合の実
施例を示す構成図、第５図はヒートパイプを４本
用いた場合の実施例、第６図は本発明の他の実施
例を示す空気抜き弁の概略構造図である。 １０……冷媒受液器、１２……ヒートパイプ、
１４……加熱部、２２……リブ、２４……圧力制
御弁、２６……ヘツダ、２８，４０……還流管、
３０……凝縮器、５０……ポンプ、５６……フア
ン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数本のパイプ状容器１８の一端には作動熱
   媒体を貯蔵した受液器１０を接続すると共に受液
   器１０から次第に低くされる傾斜部１２Ａを介し
   て加熱部１４へ至る配置とし、前記パイプ状容器
   １８の受液器１０とは反対側には各々圧力制御弁
   ２４を装備し、該圧力制御弁２４と前記受液器１
   ０との間には凝縮器３０を介した状態で環流管２
   ８，４０を以つて接続することにより閉ループ回
   路を形成したことを特徴とする伝熱装置。