JPH0547968Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、作動液として水が使用され、コン
テナの材料として水と反応して水素ガスを発生す
る鉄等が使用されるヒートパイプに関する。

この明細書において、「鉄」という語は、純鉄
の他にステンレス鋼、炭素鋼等の鉄合金を含むも
のとする。

従来の技術 たとえば、鉄製コンテナ内に水が封入されたヒ
ートパイプは、コンテナの強度の高さと、水の作
動液としての性能の高さから、広範囲に使用され
ている。しかしながら、このようなヒートパイプ
では、鉄と水とが反応して水素ガスが発生し、短
時間でヒートパイプの性能を劣化させるという問
題があつた。すなわち、発生した水素ガスは、原
子状態でコンテナの壁内を拡散して、一部は一定
速度でコンテナ外に放出されるが、大部分は次第
にコンテナ内の凝縮部に集まつてここに溜まり、
凝縮部を占有するため、蒸気の凝縮を妨げてヒー
トパイプの伝熱性能の劣化をまねく。しかも、こ
の種の劣化は時間に比例して増大するので、ヒー
トパイプの寿命は加速的に短縮される。さらに、
鉄製コンテナの外面を、耐食性付与およびブレー
ジング層を有するアルミニウム製フインの真空ろ
う付けの目的でアルミナイズド処理することがあ
るが、この場合コンテナの壁内部を拡散した水素
ガスは、形成されたアルミナイズド皮膜によつて
コンテナ外への放出を遮られる。

そこで、従来、上記のような水素ガスの発生
と、水素ガス発生によるヒートパイプの性能劣化
を防止するために、次のような方法がとられてい
た。

水にインヒビターを添加して水と鉄との反応
を抑制すること。

鉄製コンテナの内面に銅等の金属をメツキす
ること。

コンテナ内に水素吸蔵材を設けること。

コンテナの内外を連通させるように、Pdか
らなる線状の水素透過部材を設けたり（実公昭
56−142号公報参照）、凝縮部を水素透過性のよ
いPdで形成すること（実開昭50−49064号公報
参照。） 考案が解決しようとする課題 しかしながら、上記の方法によつても、水
素ガスの発生を抑えることはできなかつた。ま
た、上記の方法の場合、高温度下での使用の
さいさらに増大する水素ガスの発生に対して、水
素ガスの吸蔵または透過排出が追いつかなかつ
た。したがつて、上記のような方法〜でも、
ヒートパイプの性能劣化を充分に抑制できなかつ
た。

そこで、上記問題を解決するために、パイプ状
コンテナ本体における凝縮部内に、水素ガスを酸
化させて水に戻す固体の酸化剤が配置されたヒー
トパイプが考えられた。

しかしながら、このヒートパイプには次のよう
な問題がある。すなわち、このヒートパイプがウ
イツクを持たない熱サイフオン型のものに適用さ
れた場合、、作動温度範囲のうちの低温側におい
て、内部圧力が低いことおよび蒸気密度が小さい
ことに起因して作動液が突沸を起こしやすい。突
沸が起こると、ハンマリングと呼ばれる現象が起
こる。そして、このハンマリング現象によつて、
上記酸化剤が破壊されたり、上記酸化剤が凝縮部
から移動させられたりし、発生した水素ガスに対
する酸化機能が低下してヒートパイプの伝熱性能
の劣化をまねく。上記ハンマリングという現象に
ついて以下に詳しく説明する。ヒートパイプの一
部が加熱されると、作動条件によつて作動液が突
発的に沸騰蒸発する突沸が起こる。そして、急成
長する蒸気泡によつて、作動液が分断され、分断
された液の塊が凝縮部の方に急速に移動する。こ
のとき、液塊よりも凝縮部側に存在する蒸気は、
冷却されて凝縮するので消滅する。その結果、分
断された液の塊が凝縮部側のエンドキヤツプに衝
突する。衝突した液は重力によつて蒸発部に流れ
て戻る。このような現象は、１分間に30〜60回程
繰返して起きることがあるが、これがハンマリン
グである。そして、凝縮部内に酸化剤が存在する
と、液塊が酸化剤に勢いよく衝突し、酸化剤が破
壊されたり、移動させられたりする。

この考案の目的は、上記の問題を解決し、長期
間にわたつて性能劣化を起こすことがないヒート
パイプを提供することにある。

課題を解決するための手段 この考案によるヒートパイプは、水と反応して
水素ガスを発生させる材料からなるコンテナ内
に、作動液として水が封入されたヒートパイプに
おいて、コンテナ内における凝縮部側端部から所
定間隔をおいた部分にコンテナ内を仕切る仕切が
設けられ、仕切よりも凝縮部側端部が酸化剤収納
部となされ、酸化剤収納部内に、水素ガスを酸化
させて水にする固体状酸化剤が入れられ、仕切
に、水素ガスおよび水の流通路が設けられ、流通
路の合計断面積がコンテナの横断面積の５％以下
となされたものである。

上記において、コンテナの材料としては、たと
えば炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄や、キユプロニ
ツケル等の銅合金や、銅が用いられる。

上記において、水素ガスを酸化させて水に戻す
酸化剤としては、H₂＋MO→H₂Ｏ＋Ｍ（Ｍは金属
元素を示す）の反応を起すものを用いるのがよ
い。この中でも、ヒートパイプ内に入れたさいに
ヒートパイプの性能に悪影響を及ぼすことなく、
コストが安く、水素ガス酸化効果がすぐれている
等の点からCu₂ＯやCuOを用いるのがよい。この
ような酸化剤は、粉末を焼結することにより成形
された多孔質塊、粉末または顆粒の状態で用いら
れる。粉末または顆粒を用いる場合には、その粉
末度または粒度は、水素ガスおよび水の各流通路
の断面積よりも大きいものとしておく。酸化剤の
量は、ヒートパイプ内で発生する水素を酸化させ
るために十分な量でなくてはならない。たとえ
ば、鉄製コンテナ内に水が封入された長さ3mの
ヒートパイプにおいては、コンテナ内面に防食皮
膜を形成したとしても、最大で１日2ccの水素ガ
スが発生する。しがたつて、このヒートパイプを
10年間使用するとすれば、30gのCuO（0.32mol以
上）をコンテナ内に入れておけばよい。

上記において、水素ガスおよび水の流通路の合
計断面積が、コンテナの横断面積の５％以下であ
ると、上記ハンマリング現象が起こつたさいに
も、作動液の塊の一部が酸化剤に直接衝突するこ
とはなく、その結果酸化剤が破壊されたり、移動
させられたりするのが防止される。

作 用 この考案のヒートパイプによれば、水素ガスお
よび水の流通路の合計断面積が、コンテナの横断
面積の５％以下であるから、上記ハンマリング現
象が起こつたさいにも、作動液の塊の一部が酸化
剤に直接衝突することはない。流通路の合計断面
積が５％を越えると、作動液の塊の一部が勢いよ
く酸化剤に衝突することがある。

また、水とコンテナとが反応することにより生
じる水素ガスは、流通路を通つて酸化剤収納部内
の酸化剤に接触し、この酸化剤により酸化されて
水に戻るので、凝縮部内にガスの状態で溜まるこ
とはない。

実施例 以下、この考案の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

第１図および第２図において、ヒートパイプ
は、鉄製コンテナ１内に、作動液として純水（図
示略）が封入されたものである。

コンテナ１内における凝縮部側端部（第１図の
上端部）から所定間隔をおいた部分にコンテナ１
内を仕切る仕切２が設けられ、仕切２よりも凝縮
部側端部が酸化剤収納部３となされ、酸化剤収納
部３内に、水素ガスを酸化させて水にするCuO製
酸化剤粉末を焼結することにより成形された多孔
質物からなる２つの円柱状酸化剤４が入れられ、
仕切り２に、水素ガスおよび水の流通路５が設け
られているものである。

仕切２は、コンテナ１の内径よりも若干小さい
外径を有する円柱状であり、その左端の周縁が、
円周方向に所定間隔をおいて複数箇所でコンテナ
１内周面に溶接されることにより、コンテナ１に
固定されている。そして、コンテナ１内周面と仕
切２の外周面との間の隙間が、水素ガスおよび水
の流通路５となつている。コンテナ１内周面と仕
切２の外周面との間の間隔は、0.1〜５mm程度が
好ましい。そして、流通路５の合計断面積は、コ
ンテナ１の横断面積の５％以下となつている。

このヒートパイプは、酸化剤収納部３の設けら
れた凝縮部側端部が斜め上方にくるように傾斜し
て使用される。そして、作動液である水とコンテ
ナ１との反応により発生した水素ガスは、流通路
５の上側の部分を通過し酸化剤収納部３に入つて
酸化剤４と接触し（第１図矢印Ａ参照）、酸化剤
４によつて酸化され次の反応を起こして水に戻
る。

CuO＋H₂→Cu＋H₂Ｏ この水は、流通路５の下側の部分を通過して蒸
発部に戻る（第１図矢印Ｂ参照）。

次に、上記ヒートパイプの性能を評価するため
に行つた試験について述べる。

まず、外径31.8mm、内径22.8mm、長さ3000mmの
STB35製コンテナ１内に、作動液として純水を、
コンテナ１内容積の20％封入してヒートパイプを
作成した。仕切２としては、外径22mm、高さ30mm
のSS41製のものを使用した。また、酸化剤収納
部３内に、外径22mm、高さ10mmのCuO製酸化剤４
を２個収納しておいた。

そして、第３図に示すように、ヒートパイプの
略半分に水冷ジヤケツト１０を被せるとともに、
残りの略半分に電気ヒータ線１１を巻回し、かつ
その上から断熱材１２で覆つておいた。そして、
水冷ジヤケツト１０を被せた側の端部が上に来る
ように、ヒートパイプを水平面に対して６度傾け
た状態に配置し、上端部を凝縮部、下端部を蒸発
部とした。この状態で、水冷ジヤケツト１０内に
冷却水を供給、循環させてヒートパイプの略半分
を冷却しながら、残りの略半分を電気ヒータ線１
１により100℃に加熱した。このとき、蒸発部か
ら凝縮部への熱輸送量は4000Wとなるようにし
た。そして、1000時間経過した後に酸化剤４を取
出したところ、ほとんど変化はなかつた。

比較のために、円柱状仕切２の代わりに、50メ
ツシユのSUS304製金網からなる仕切を用いて上
記と同様の操作を行い、1000時間経過した後に酸
化剤を取出したところ、酸化剤は削られて一部が
作動液に脱落していた。

第４図および第５図にはこの考案の他の実施例
が示されている。第４図および第５図に示すヒー
トパイプは、円柱状仕切１５の外径がコンテナ１
の内径とほぼ等しくなされ、仕切１５とコンテナ
１とが部分的にろう付または溶接されるか、ある
いは仕切１５がコンテナ１内に強制嵌合させられ
ることによりコンテナ１に固定されている。仕切
１５の外周面には、その軸線方向に伸びる溝１６
が円周方向に所定間隔をおいて多数形成されてい
る。そして、溝１６が、水素ガスおよび水の流通
路５となつており、流通路５の合計断面積が、コ
ンテナ１の横断面積の５％以下とされている。そ
の他の構成は、第１図および第２図に示すヒート
パイプと同様である。

第６図および第７図にはこの考案のさらに他の
実施例が示されている。第６図および第７図に示
すヒートパイプは、円柱状仕切１８の外径がコン
テナ１の内径とほぼ等しくなされ、仕切１８とコ
ンテナ１とが部分的にろう付または溶接される
か、あるいは仕切１８がコンテナ１内に強制嵌合
させられることによりコンテナ１に固定されてい
る。仕切１８の外周部には、その全長に渡る切欠
１９が２か所に形成されている。そして、切欠１
９が、水素ガスおよび水の流通路５となつてお
り、流通路５の合計断面積が、コンテナ１の横断
面積の５％以下とされている。その他の構成は、
第１図および第２図に示すヒートパイプと同様で
ある。

考案の効果 この考案のヒートパイプによれば、コンテナ内
における凝縮部側端部から所定間隔をおいた部分
にコンテナ内を仕切る仕切が設けられ、仕切より
も凝縮部側端部が酸化剤収納部となされ、酸化剤
収納部内に、水素ガスを酸化させて水にする固体
状酸化剤が入れられ、仕切に、水素ガスおよび水
の流通路が設けられているので、作動液である水
とコンテナとが反応して水素ガスが発生したとし
ても、この水素ガスは、流通路を通つて酸化剤に
接触し、この酸化剤により酸化されて水に戻るの
で、凝縮部内にガスの状態で溜まることはない。
したがつて、発生した水素ガスによるヒートパイ
プ性能の劣化を抑制することができる。さらに、
発生するであろうと予測される水素ガスの合計量
を酸化しうる量の酸化剤を配置しておけば、長期
間にわたつての性能劣化を確実に抑制することが
できる。また、高温度下での使用のさいに水素ガ
スの発生量が増大しても、これを速やかに水に戻
すことができ、ヒートパイプの性能劣化を抑制す
ることができる。

しかも、流通路の合計断面積が。コンテナの横
断面積の５％以下となされているので、上記ハン
マリング現象が起こつたさいにも、作動液の塊の
一部が酸化剤に直接衝突することはなく、その結
果酸化剤が破壊されたり、移動させられたりする
のが防止される。したがつて、発生した水素ガス
に対する酸化機能の低下することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例を示す縦断面図、第
２図は第１図の−線にそう断面図、第３図は
第１図および第２図に示すヒートパイプの性能評
価試験の方法を示す一部切欠正面図、第４図およ
び第５図はこの考案の他の実施例を示し、第４図
は仕切の斜視図、第５図は第２図相当の図、第６
図および第７図はこの考案のさらに他の実施例を
示し、第６図は仕切の斜視図、第７図は第２図相
当の図である。 １……コンテナ、２，１５，１８……仕切、３
……酸化剤収納部、４……酸化剤、５……水素ガ
スおよび水の流通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 水と反応して水素ガスを発生させる材料からな
   るコンテナ内に、作動液として水が封入されたヒ
   ートパイプにおいて、コンテナ内における凝縮部
   側端部から所定間隔をおいた部分にコンテナ内を
   仕切る仕切が設けられ、仕切よりも凝縮部側端部
   が酸化剤収納部となされ、酸化剤収納部内に、水
   素ガスを酸化させて水にする固体状酸化剤が入れ
   られ、仕切に、水素ガスおよび水の流通路が設け
   られ、流通路の合計断面積がコンテナの横断面積
   の５％以下であるヒートパイプ。