JPH0612368Y2 - ヒートパイプ式均熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、例えば食用パンを焼くためのパン・オーブ
ンに備えられるヒートパイプ式均熱装置に関するもので
ある。

従来の技術 例えばパン・オーブンに用いられる均熱装置には、その
加熱方式として燃焼ガス通風方式と、電熱線方式の２方
式が採用されている。その２方式を比較すると電熱線方
式ではエネルギーコストが高いという問題があるのに対
し、燃焼ガス通風方式では、ガスの燃焼生成物であるＨ
_２Ｏがオーブン内部を適当な湿度に保つため、パンがマ
イルドに焼き上げられるという利点がある。そのため、
以上の両方式では燃料ガス通風方式が特に注目されてい
る。この燃焼ガス通風方式のパン・オーブンは第１図に
示す様に、ケース１内に取り付けられた支持板２の上下
に、均熱装置として上部ヒータ３と下部ヒータ４とを設
け、さらに上部ヒータ３の周囲に排気管５を配設した構
造を有している。

考案が解決しようとする問題点 しかし以上の従来の燃焼ガス通風方式のパン・オーブン
には次の様な問題があった。

すなわち、従来の燃焼ガス通風方式のパン・オーブンで
は第２図に示す様に、上部ヒーター３のガス管６内を流
れる燃焼ガスによって加熱が行なわれるため、ガス管６
内を流れる過程で抜熱される燃焼ガスの温度が降下し、
均一な加熱が行なわれないという問題があった。

そこで、以上の問題を解決するために、第３図に示すよ
うに、ヒートパイプ７をガス管の代りに配設し、そのヒ
ートパイプ７の一端をガス管８内を流れる燃焼ガスによ
って加熱し、それによってヒートパイプ７内の作動流体
を介してオーブン内を加熱するヒートパイプ式均熱装置
を配設したパン・オーブンが提案されている。このよう
なヒートパイプ式均熱装置を用いれば、全長に渡って均
一な加熱を行なうことができるというヒートパイプの機
能から、オーブン内に対して均一な加熱を行なうことが
できるという利点がある。

ところで、パン・オーブンにヒートパイプを適用する場
合、そのヒートパイプの表面温度を２００〜３５０℃と
する必要がある。その場合、ヒートパイプ内の作動流体
の温度は２５０〜４００℃とする必要があり、その必要
に応えることができる作動流体としては、従来ジフェニ
ルとジフェニルオキサイドの混合物であるサームエス３
００（商品名）が有効とされていた。しかし、そのサー
ムエス３００には、３５０℃を超えると熱分解を起して
炭化水素等の非凝縮性ガスを発生し、作動流体としての
機能を失い、その結果としてヒートパイプの寿命を著し
く短縮するという欠点があった。そのためサームエス３
００を上述のパン・オーブンに用いられるヒートパイプ
式均熱装置のヒートパイプ内の作動流体として適用する
場合、作動流体に対する必要加熱温度の上限が作動流体
に対する加熱可能温度の上限であるために、ヒートパイ
プの寿命が短縮される危険があるという問題があった。

そこで、そのような危険のない作動流体として、近時ナ
フタリンが注目されている。すなわち、ナフタリンを作
動流体として用いれば、ナフタリンはその臨界温度であ
る４７５℃まで不都合なく実用が可能であり、またヒー
トパイプの作動液としての優劣の目安であるメリット数
も、サームエス３００が１．５２×１０¹⁰ｗ／m²である
のに対し３．４７×１０¹⁰ｗ／m²と大きいという利点が
ある。しかし、このように作動流体としてナフタリンを
用いる場合に生じる問題として、作動開始にあたり予備
加熱が必要であるという問題があった。すなわち、均熱
装置の非作動時には装置全体が冷却されて常温となって
いるのが通常であるが、ナフタリンは融点が７９．５℃
であり、そのため常温の非作動時にはナフタリンは固体
となっているのが通常である。一方ヒートパイプの作動
流体として熱輸送機能を発揮させるためには、作動流体
が流体となっている必要があり、そこでヒートパイプの
作動流体としてナフタリンを用いる場合には起ち上がり
時に予備加熱を行なってナフタリンを液化させる必要が
ある。

ところが第３図に示すような従来のヒートパイプ式均熱
装置のヒートパイプ７の作動流体としてナフタリンを適
用した場合、装置起り上がり時にもヒートパイプ７の長
手方向の一方の端部だけしか加熱されないため、ナフタ
リンを完全に液化させて作動流体として機能させるまで
に長時間を要してしまい、実用的でないという問題があ
った。

この考案は以上の従来の事情に鑑みてなされたものであ
って、ヒートパイプの作動流体としてナフタリンを用い
ても起ち上がり時に長時間の予備加熱を必要とすること
なく、起ち上がり時間を短縮して加熱対象を速やかに均
一に加熱することができるヒートパイプ式均熱装置を提
供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 すなわちこの考案のヒートパイプ式均熱装置は、ほぼ水
平に配置されたコルゲート型チューブからなる外部パイ
プの内側に、ガス管と連通するコルゲート型チューブか
らなる内部パイプを外部パイプに対し下方に偏心した状
態でほぼ水平に収容し、その内部パイプと外部パイプと
の間隙にウィック構造を形成し、かつ内部パイプと外部
パイプとの間に作動流体としてナフタリンを収納したこ
とを特徴とするものである。

作用 この考案のヒートパイプ式均熱装置においては、外部パ
イプがほぼ水平に配置されているため、外部パイプと内
部パイプとの間に収納された作動流体としてのナフタリ
ンは、パイプ長手方向にわたって均一に分布している。
そして内部パイプの内側に高温の燃焼ガスを流通させれ
ば、内部パイプ外面にウィック構造によって導かれたナ
フタリンの液相が蒸発（気化）して、燃焼ガスの熱を潜
熱として吸熱する。気化したナフタリン（気相のナフタ
リン）は、外部パイプの内面に達した時に、相対的に低
温の外部パイプによって奪熱されて凝縮（液化）する。
したがって内部パイプの内側の高温の燃焼ガスの熱がナ
フタリンによって外部パイプへ輸送される。ここで、内
部パイプの内側を流れる燃焼ガスは、その燃焼ガスの入
口側では高温となっているものの、内部パイプ内を流れ
るうちに次第に温度降下して出口側では相対的に低温と
なるが、内部パイプと外部パイプとの間の作動流体とし
てのナフタリンによってパイプ長手方向へも熱輸送がな
されるため、外部パイプ外部の加熱対象に対してはパイ
プ長手方向にわたって均一な加熱が行なわれる。

またここで、内部パイプとしては、特にコルゲート型チ
ューブが用いられているため、伝熱面積の増大が図られ
る。したがって内部パイプ内を流れる燃焼ガスによるナ
フタリンに対する加熱効率が高く、ナフタリンを効率的
に短時間で加熱することができる。さらに外部パイプと
してもコルゲート型チューブが用いられているから、外
部パイプの伝熱面積も大きく、そのため外部パイプから
その外側の加熱対象への加熱も効率良く行なわれる。

さらに、作動流体として用いているナフタリンは、液相
状態ではその大部分は重力によって水平な外部パイプ内
の下側部分に溜っており、一部はウィック構造によって
ウィック構造内、および内部パイプ外周面に存在する状
態となっている。したがって非作動時（常温時）にはナ
フタリンの大部分は外部パイプの下側部分で固化してお
り、一部はウィック構造および内部パイプの外面で固化
していることになる。そしてこの考案では、内部パイプ
を外部パイプに対し下方に偏心させているため、外部パ
イプ内の下部に溜って固化しているナフタリンに対して
も内部パイプが直接的に接することになる。このような
状態から内部パイプの内側に高温の燃焼ガスを流通させ
て装置を起ち上がらせれば、内部パイプの外周面に付着
しているナフタリンや内部パイプの下部に接して外部パ
イプ内側下部に溜っているナフタリンは、燃焼ガスの熱
により直接的に加熱されて直ちに溶融・液化を開始し、
それに続いて内部パイプに直接接触していない部分のナ
フタリンも、急速に溶融・液化されて、ナフタリン全体
が速やかに液化される。またこれらの作用は、既に述べ
たように内部パイプとしてコルゲート型チューブを用い
て伝熱面積の増大を図っていることによって、より促進
され、結局、常温で固化していたナフタリンが装置起ち
上がり時に著しく短時間で効率良く液化して、作動流体
として機能し得る状態となるのである。

実施例 以下にこの考案の実施例を説明する。

第４図はこの考案の一実施例のヒートパイプ式均熱装置
に用いられるヒートパイプを示す。図に示すように、ヒ
ートパイプ１１は外部パイプ１２内に内部パイプ１３を
収納してなる。内部パイプ１３としてはコルゲート型チ
ューブ、すなわち壁面を波状に加工したパイプが用いら
れている。また外部パイプ１２としても前記同様なコル
ゲート型チューブが用いられている。そして内部パイプ
１３と外部パイプ１２との間に作動流体としてのナフタ
リンが収納される。

さらに、外部パイプ１２の内面と内部パイプ１３の外面
との間際には、液相の作動流体を外部パイプ１２の内面
から内部パイプ１３の外面へ導くためのウィック構造が
形成されている。したがって作動流体としてのナフタリ
ンは、液相の状態で内部パイプ１３の外面に接してその
内部パイプ１３の外面で加熱されて蒸発し、気相となっ
たナフタリンが、外部パイプ１２の内面に接して抜熱さ
れて凝縮（液化）し、結局内部パイプ１３から外部パイ
プ１２への熱輸送を担うことになる。なお作動流体は通
常のヒートパイプと同様にパイプの長手方向へも移動可
能であり、したがって作動流体はパイプ長手方向へも熱
輸送を担う。

ここでウィック構造としては、金網ウィック、グルー
ブ、微粒または焼結粒子を充填したウィック等を採用す
ることができる。

以上のヒートパイプ１１を第３図に示す均熱装置のヒー
トパイプとして適用し、ガス管８からヒートパイプ１１
の内部パイプ１３に燃焼ガスが流入するように構成する
ことによって、この考案のヒートパイプ式均熱装置が形
成される。

したがって以上の実施例のヒートパイプ式均熱装置によ
れば、次のようにして対象の加熱が行なわれる。

装置の非作動時においては、外部パイプ１２と内部パイ
プ１３との間に収納されたナフタリンは常温で固化して
いるのが通常である。ここでナフタリンは、その一部は
ウィック構造内および内部パイプ１３の外周面で固化し
ており、残りの大部分が水平な外部パイプ内の下側の部
分に溜っているが、内部パイプ１３は外部パイプ１２に
対し下方に偏心しているため、固化して外部パイプ内の
下側の部分に溜っているナフタリンに対しても内部パイ
プ１３の下側の部分が接していることになる。

以上のような状態から装置を起動させてガス管８内に燃
焼ガスを流し、ヒートパイプ１１の内部パイプ１３内に
高温の燃焼ガスを流入させる。それにより、外部パイプ
パイプ１２と内部パイプ１３との間に収納されたナフタ
リンに対し、ヒートパイプ１１の全長に渡り均一な加熱
が行なわれ、ナフタリンは急速に効率良く液化される。

すなわち、内部パイプの外周面に付着して固化している
ナフタリンや、水平な外部パイプ内の下側の部分に溜っ
た状態で固化して、内部パイプ１３の下側の部分に接し
ているナフタリンは、内部パイプの熱を直接受けて急速
に加熱されて液化を開始し、それに続いて残りの部分の
ナフタリンも速やかに溶融・液化することになる。しか
も内部パイプ１３としてはコルゲート型チューブを用い
ることにより伝熱面積の増大が図られており、コルゲー
ト型チューブの伝熱面積はストレート管の約１．５倍と
なることから、単位時間当りの熱通過量も約１．５倍と
なる。その結果、内部パイプ１３内を流れる燃焼ガスに
よるナフタリンに対する液化のための予備加熱時間も著
しく短縮されるのである。

上述のようにナフタリンが液化されるに続いて、その液
相のナフタリンは内部パイプの外面からの熱によりさら
に温度上昇してその沸点を越え、蒸発（気化）して気相
となる。その気相となった高温のナフタリンは外部パイ
プ１２内面に達してその外部パイプ１２に熱を与え、再
凝縮（液化）する。そして液相となったナフタリンはウ
ィック構造により内部パイプ１３の内面に導かれ、内部
パイプ１３の内面で再び気化し、前記同様な過程を繰返
す。このようにして、内部パイプ１３から外部パイプ１
２に熱輸送され、その外部パイプ１２によって、均熱装
置が配設されたオーブン等の内部が加熱される。また作
動流体としてのナフタリンによってパイプ長手方向へも
熱輸送が行なわれるため、パイプ長手方向に均一に加熱
を行なうことができる。

考案の効果 以上のようにこの考案のヒートパイプ式均熱装置によれ
ば、ほぼ水平に配置された外部パイプの内側に、ガス管
と連通するコルゲート型チューブからなる内部パイプを
同じくコルゲート型チューブからなる外部パイプに対し
下方に偏心した状態でほぼ水平に収容し、かつその内部
パイプと外部パイプとの間隙にウィック構造を形成した
から、作動流体としては、実用温度範囲が高くて、非作
動時の常温では固化しているナフタリンを用いている
が、装置起動時にはその固化していたナフタリンを迅速
に液化して、直ちに作動流体として機能させることがで
き、しかも一旦作動流体として機能すれば、その作動流
体は内部パイプと外部パイプとの間の熱輸送およびパイ
プ長手方向の熱輸送を行なうため、加熱対象、例えばパ
ン・オーブン内のパン等を効率良く均一に加熱すること
ができる。しかも、作動流体として実用温度範囲の高い
ナフタリンを使用しているため、作動流体の変質に伴な
う寿命の短縮という危険を無くすことができるという効
果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃焼ガス通風方式のパン・オーブンを示す断面
図、第２図は第１図に示すパン・オーブンに配設される
上部ヒータの斜視図、第３図は従来のヒートパイプ式均
熱装置の斜視図、第４図はこの考案の一実施例のヒート
パイプ式均熱装置の部分斜視図である。 ８……ガス管、１２……外部パイプ、１３……内部パイ
プ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 望月 正孝 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)考案者 益上 耕一 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)考案者 杉原 伸一 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−113357（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−50368（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−132979（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−141109（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−67716（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−12502（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭54−44692（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ほぼ水平に配置されたコルゲート型チュー
   ブからなる外部パイプの内側に、ガス管と連通するコル
   ゲート型チューブからなる内部パイプを外部パイプに対
   し下方に偏心した状態でほぼ水平に収容し、その内部パ
   イプと外部パイプとの間隙にウィック構造を形成し、か
   つ内部パイプと外部パイプとの間に作動流体としてナフ
   タリンを収納したことを特徴とするヒートパイプ式均熱
   装置。