JPH063354B2 - ル−プ型細管ヒ−トパイプ - Google Patents

ル−プ型細管ヒ−トパイプ

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JPH063354B2
JPH063354B2 JP62155747A JP15574787A JPH063354B2 JP H063354 B2 JPH063354 B2 JP H063354B2 JP 62155747 A JP62155747 A JP 62155747A JP 15574787 A JP15574787 A JP 15574787A JP H063354 B2 JPH063354 B2 JP H063354B2
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Description

【発明の詳細な説明】 イ.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従
来の通常構造のヒートパイプの有する問題点を解決し、
又ループ型ヒートパイプの性能をも改善する新規なヒー
トパイプの構造に関する。
又本発明は従来構造のヒートパイプでは全く発揮するこ
とが出来なかった新規な機能を有する新規なヒートパイ
プの構造に関する。
〔従来の技術〕
第26図は従来構造の円筒形ヒートパイプの構造の一例
を示す。円筒形のコンテナ11内に封入されてある作動
液14−1は受熱部15で加熱蒸発せしめられ蒸気流1
3となり、放熱部16に高速で移動し、冷却されて作動
液流14−2となってウイック12の毛細管作用によっ
て受熱部に還流する。作動液のこの様な循環サイクル中
の蒸発及び凝縮の潜熱により該ヒートパイプの熱移送が
行われる。この循環サイクルにおいて蒸気流13と作動
液流14−2の流れ方向が相互に反対であり相互に接し
ている点が該円筒形ヒートパイプの特徴である。
第27図は特開昭60−178291号として提案され
たループ型ヒートパイプで、閉ループ状に形成されてあ
るコンテナ11の作動液流路内の大半は充填ウイック1
2によって充填されてある。受熱部15が加熱されると
受熱部15内に端末を有する充填ウイック12内で発生
した蒸気は流体抵抗の少ない非充填部分に向かって噴出
し、蒸気流13となって放熱部16に供給されて液化さ
れる。液化作動液は充填ウイックの毛管作用によって吸
収され作動液流14−1として受熱部15に還流され
る。該ループ型ヒートパイプはこの様な循環サイクル中
の作動液の相変化によって生じる潜熱に依り該ヒートパ
イプの熱移送が行われる。
この様な第26図及び第27図に示されてあるヒートパ
イプが従来の円筒形ヒートパイプ及びループ型ヒートパ
イプの代表的な例である。ヒートパイプにはこの他に分
離型ヒートパイプがあるが本発明に係るヒートパイプと
は使用分野を異にするだけでなく、作動液循環に揚水ポ
ンプを使用する等基本的なヒートパイプとは作動原理を
異にするので説明は省略する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第26図に例示の如き従来構造のヒートパイプには次の
如き問題点があり本発明はそれ等の総てを解決する。
(a)飛散限界が避けられない。
蒸気流13と作動液流14−2の流れ方向が常に反対で
あることに依り相互に干渉が生じ、受熱部15と放熱部
16との間の温度差を増加せしめると蒸気流13と作動
液流14−2の流量流速は共に増加し、作動液14−1
は流路の途中から吸い出され、ウイック表面から放熱部
16に向かって吹き上げられ飛散する様になり、受熱部
15に還流する作動液が減少し、ついにはドライアウト
する。ウイックレス型のヒートパイプの場合はこの現象
はウイック型より激しい。この為に従来型ヒートパイプ
は比較的少ない熱輸送量で限界に達してしまう欠点があ
った。これはヒートパイプ長さが長い程、又ヒートパイ
プ内径が小さい程生じ易い。これを避けるには断熱部を
二重管にする方法が採られるがヒートパイプが極めて高
価になるものであった。
(b)ウイック限界が避けられない。
ウイック型ヒートパイプにおいて低熱入力の場合熱抵抗
値が低く良好な特性を示すが熱入力が大きくなるとウイ
ック内で作動液が沸騰蒸発を引き起こし、これにより受
熱部ウイック内に還流作動液が流入出来なくなりついに
はドライアウトする。この現象はウイックの毛管が細い
程、又ウイックの厚さが厚い程生じ易い。
(c)水撃作用により異常が生じる。
ウイックレス型の場合作動液量を増加させることにより
最大熱輸送量をウイック型の数倍に増加することが出来
る。然し急激な熱入力や大きな熱入力を加えた場合作動
液の沸騰が激しくなり、作動液を液状のまま放熱部に吹
き上げヒートパイプの端面に激しく衝突する様になる。
この場合には熱輸送は断続的になり、又水撃作用の如き
異状音と振動を発生し、激しい場合はヒートパイプに損
傷を与える場合がある。ウイック型の場合でも封入作動
液量が過多の場合この現象が発生する。
(d)ヒートパイプの長さと直径に限界がある。
断熱部における液体抵抗と上記飛散限界の相互作用によ
りヒートパイプが細径化するにつれてヒートパイプの限
界長さが短くなる。従来技術では内径20mmのヒートパ
イプの限界長さは約10m、内径2mmのヒートパイプで
400mm位である。
(e)適用時の姿勢に制限がある。
受熱部水位が放熱部水位より高いトップヒート状態では
ウイック型であっても熱輸送能力は大幅に低下する。水
位差500mm前後以上になるとドライアウトして使用に
耐えない。水平姿勢でも熱抵抗値は2倍に悪化し、熱入
力を増加せしめるとドライアウトを生じ易い。従って一
般には水平姿勢での使用を避けて15〜20度傾斜せし
めてボトムヒートで使用されるのが通例である。これは
ヒートパイプ使用上の大きな問題点である。ウイックレ
ス型の場合はトップヒート状態では全く使用に耐えな
い。
(f)装着に際しての自由度が小さい。
全く可撓性が無く、ヒートパイプとしての完成品を屈曲
せしめて使用することは殆ど不可能である。従って被加
熱体や被冷却体に対する装着上の適応性が悪い。可撓性
を与える為にコンテナをコルゲート管に形成する場合は
高価となるだけでなく作動液の流動性が低下し性能が悪
化する。
(g)作動液封入作業が困難である。
何等かのミスによりコンテナ内に非凝縮性ガスが発生し
た場合、又は混入した場合、ヒートパイプの作動時に該
非凝縮性ガスは放熱部内に滞留しヒートパイプの性能を
大幅に低下せしめる。これを防ぐ為には作動液封入時に
高真空度の保持に細心の注意を払う必要があった。
(h)第27図に例示したループ型ヒートパイプは作動
液流の相互干渉が全く発生しない。従って上記問題点の
(a)項を解決することが出来る。又作動液は充填ウイ
ック内で蒸発するから突沸を生じることはない。従って
上記問題点の(d)項を解決することが出来る。又作動
液の受熱部15に対する還流は長尺の充填ウイックの毛
管作用のみで行われる。距離が長いからウイック内の粘
性抵抗により重力の作用は殆ど殺されてしまう。従って
上記問題点の中で(e)項中の水平姿勢と垂直ボトム姿
勢との性能差は改善される。
しかし該ループ型ヒートパイプは他の問題点を解決する
ことは不可能であるか、かえって悪化する問題点もあ
る。即ち断熱部における作動液還流側は充填ウイックに
依る流体抵抗が激増し問題点(b)項は悪化する。又細
径ヒートパイプに長尺の充填ウイックを形成することが
極めて困難である。又ウイック内で作動液蒸発を行う型
のヒートパイプであるから(c)項の問題点は従来型よ
り悪化しドライアウトを起こし易い。(e)項における
水位差500mm以上のトップヒートで殆ど使用不可能で
あることの問題点は解決出来ない。又(f)項は解決さ
れない。ループ型であるから(g)項は多少の改善は見
込まれるが充填ウイック内に非凝縮性ガスが滞留する恐
れがありその場合は毛管作用が低下し性能劣化の恐れが
ある。該ループ型ヒートパイプに付加される問題点とし
て作動液循環の流量流速は充填ウイックの毛管作用によ
る輸送能力のみで決定されるからヒートパイプの直径比
の能力は従来の筒形ヒートパイプより向上するとは考え
られない。
本発明者は従来構造のヒートパイプ及びループ型ヒート
パイプの改善の為に特願昭61−93896号(特開昭
62−252892号公報参照)、特願昭61−191
456号(特開昭63−49699号公報参照)を提案
した。それ等は基本的な考え方において類似な点が多
い。本発明はそれ等先行発明の実施例範囲の総てを改善
する。
ロ.発明の構成 〔問題点を解決するための手段〕 上述の問題点の総てを解決する為の手段としての基本と
する考え方は「作動液が自らの蒸気圧で強力に且つ高速
度でループ内を循環しその間において蒸発と凝縮を繰り
返すことにより熱輸送を行うループ型ヒートパイプ」を
構成する所にある。その構成は三構成要素からなる。
(第1の構成要素)は「金属細管の両端末が相互に気密
に接続されてループ型コンテナが形成されてあり、作動
液がループをなして循環する様構成されてあるループ型
ヒートパイプ」である。
ここに言う金属細管とは第1にヒートパイプ完成の後と
いえども所定の手段によって容易に曲げることが出来る
程度の外径の金属細管を意味する。第2には作動液の循
環に際して作動液流が表面張力の助けにより管断面内を
充塞したまま流動することが出来る程度の内径の金属細
管を意味する。該充塞流動は必須条件であり、第1の点
については該ヒートパイプの用途がヒートパイプ完成後
絶対に屈曲せしめる必要が無い場合には緩和せしめられ
る。
又金属細管は単一管であっても、並列管であっても、又
ループの途中で多数本になっていてもよく作動液流路が
ループをなした循環流路になっておればその本数は何本
であっても良い。
又ここに言うループとは作動液流路がエンドレスの循環
流路をなしておれば如何なる形状に屈曲していても、又
屈折していても構わない。
(第2の構成要素)は「ループ型コンテナには複数の受
熱部と複数の放熱部とが夫々の間に断熱部を介在せしめ
て配設されてあり、それ等の受熱部と放熱部とは望まし
くは交互に配設されてある」ことである。
ここに言う断熱部は熱輸送距離を意味するもので極めて
長い場合もあれば極めて短い無視し得る長さの場合もあ
る。
又ここに言う「望ましくは」の意味は最高の特性を発揮
せしめるには交互に配設することが望ましいが実用的に
それが不可能な場合は限定はしないことを意味する。
(第3の構成要素)は「該ヒートパイプの作動液の循環
経路内にはその複数個所に感度鋭敏な小型逆止め弁又は
これと機能を同じくする流れ方向規制手段が配設されて
あり、逆止め弁は相互間の間隔は著しくは不均等になら
ない様に配設されてある」ことである。
上記小型逆止め弁は個数が多い程作動液の循環が強力に
なるが最低必要個数はループ当たり少なくとも2個が必
須である。
小型逆止め弁の相互間隔は若干相異している方が性能発
揮上望ましいが、あまり大幅な相異があると不都合が発
生する。
「これと機能を同じくする流れ方向規制手段」は流体圧
力損失が小さく逆止性能が良好な手段を意味し、一例と
しては作動液に電磁的に一方向推進力を加え逆止め弁と
同等な作用を発揮せしめる如き手段が出現することも考
えられる。
〔作用〕
上述の如き三構成要素からなる問題点解決の為の手段は
次の如き作用を発揮する。
第2構成要素である複数の各受熱部は作動液の蒸発によ
る蒸気圧を発生し、各放熱部は蒸気の凝縮による負の蒸
気圧(吸引力)を発生する。この蒸気圧及び吸引力は第
3構成要素である逆止め弁との相互作用により、後に詳
述する如く作動液及びその蒸気に対し所定の循環方向に
向かって強力な推進作用を発生し、又該推進力を増幅さ
せる作用を発生する。この作用により作動液及びその蒸
気は第1の構成要素であるループ型コンテナ内を強力且
つ高速度で循環を続ける。この循環作動液は受熱部にお
いて供給された熱量により気化して蒸気となりその際に
蒸発の潜熱として熱量を吸収して蒸気流として循環す
る。該蒸気流は放熱部に到達すると冷却液化されて再び
作動液となる。この液化の際に蒸気は凝縮の潜熱として
放熱部に熱量を供給して外部に放熱せしめる。この様に
して作動液は蒸発と凝縮を繰り返し、即ち受熱と放熱と
を繰り返しながら細管コンテナ内を循環する。
上述の各構成要素の相互作用により発生する作動液推進
作用及びその増幅作用につき図面により詳述する。
従来作動液のループ型流路に配設された逆止め弁はルー
プ内に発生する蒸気圧が弁の前面及び背面に同時にほぼ
同じ強さで作用し、又蒸気圧により閉鎖された逆止め弁
は作動液の循環を妨害し、作動液の循環作用を発生させ
ることは不可能であると言われて来た。その為に従来は
所謂キャピラリポンプ等の如く複雑高価な推進力発生装
置の開発が進められて来た。然し発明者はループ型ヒー
トパイプの開発に際し各種の実験を重ねた結果、複数の
受放熱部と複数の単純な逆止め弁の併用がそれ等の相互
作用によって強力な作動液推進力を発揮することを発見
したものである。第2図、第3図、第4図はその作用を
説明する為の部分拡大断面図である。第2図は金属細管
内における作動液の挙動を示すものであり、金属細管2
の内部における作動液7−2は常に作動液蒸気7−1に
よって挟持された状態で図の如く管内断面を充塞せしめ
ている。この充塞状態は金属細管2の適切な内径と適切
な作動液量と作動液の表面張力との相互作用によって形
成される。この様な充塞作動液7−2はその両側の蒸気
圧のバランスが崩れた場合にはその低圧側に向かって敏
感且つ敏捷に移動する。この作用は本発明に係るループ
型ヒートパイプの作動液循環の基本となる。上記の如き
作動液の充塞部の形成は充塞部の移動中は細管内壁面の
摩擦抵抗に依るフクラミ現象によって静的な場合より大
きな内径の細管であっても容易に形成される。
第3図は小型逆止め弁の一例で細管3の内壁に圧入され
てある薄肉のリングを弁座とし真円度の高い球を弁体4
bとしている。本発明に係る逆止め弁はヒートパイプの
長期信頼性を保証する為、この様に故障部分が少なく、
流体抵抗の少ない単純な構造であることが望ましい。
第4図は三構成要素を組み合わせて構成された本発明に
係るループ型細管ヒートパイプの基本構造を示す断面略
図である。逆止め弁4−1,4−2の間の細管コンテナ
は受熱部1,放熱部2,断熱部3とからなっている。5
は加熱手段、6は冷却手段、7−1は作動液蒸気、7−
2は作動液、8は作動液流を示す。図では省略されてあ
るが逆止め弁4−1の下流側及び逆止め弁4−2の上流
側にも夫々受放熱部が形成されてある。
(a)作動液推進力の発生 本発明に係るループ型細管ヒートパイプは従来のヒート
パイプとは全く異なった作動液及びその蒸気の挙動によ
って熱輸送が行われる。従来のヒートパイプはコンテナ
内の高温部から低温部への蒸気移動によって熱が輸送さ
れるものであった。例えば受熱部がコンテナの中央部に
ある場合は蒸気流は反対側に向かう両方向に分流して熱
量を輸送するもので、ヒートパイプの均熱化作用もこの
原理で発生した。本発明に係るループ型細管ヒートパイ
プは逆止め弁の作用により作動液もその蒸気も逆止め弁
で規制された下流の方向以外には移動が出来ない性質が
あり、均熱化特性は作動液及び蒸気が高速で循環するこ
とにより発生する。第4図のループ型コンテナに於いて
複数の受熱部がほぼ等温に加熱され第4図に図示の受熱
部1の温度がやや高い場合は発生蒸気圧は逆止め弁4−
2を閉鎖せしめ逆止め弁4−1を開放せしめ蒸気7−1
は下流側に噴出される。これに依り下流側の受熱部に充
塞作動液が流入し多量の蒸気を発生し、その蒸気圧によ
って逆止め弁4−1は閉鎖される。図示のコンテナ部は
蒸気7−1を噴出した熱放出と断熱膨張によって温度降
下し、蒸気の収縮により圧力降下して、逆止め弁4−2
が開放されて上流側の蒸気及び作動液を吸入する。この
為の断熱圧縮及び新たに受熱部に侵入した作動液の蒸発
によって図示コンテナ内は再び温度上昇し、内圧が増加
し、下流側コンテナ部より圧力上昇すると再び逆止め弁
4−2が閉鎖され逆止め弁4−1が開放され蒸気7−1
と断熱部3−1の作動液が下流側コンテナに向かって噴
出される。これは受熱部1による蒸気噴出作用のみにつ
いて説明したのであるが放熱部2の蒸気の放熱液化によ
り生じる負圧による上流側コンテナからの吸入作用も、
蒸発部の作用と同期してコンテナの上述の如き呼吸作用
を強化せしめる。この様な呼吸作用により受熱部1及び
放熱部2は温度の微小な周期的上昇下降を繰り返し乍ら
作動液及び蒸気を逆止め弁により規制された方向に推進
せしめる。試作ヒートパイプによる実験結果では受熱部
に対する熱量が低入力の場合は温度の上下の幅が大き
く、周期が長く、温度指示計は揺動状態を示していた。
熱入力が増加するにつれて温度の上下幅は小さく周期も
小さくなり、温度指示計は微小な振動状態を示し、更に
入力を増大せしめると温度の幅も周期も目測不能な程度
に小さく、温度指示計は静止状態となった。この間の熱
輸送能力の測定結果は熱入力増大につれ、又温度上下の
振幅及び周期が小さくなるにつれて能力は大きくなっ
た。この様な推進力の発生の為の逆止め弁の配設数量は
第4図の如く一組の受放熱部当たり一組の逆止め弁を配
設する必要はなくループ全体に2個を配設し1個当たり
の受放熱部を多数個に増加せしめても充分に作動するこ
とが確認された。又逆止め弁がループ当たり1個のみが
配設されたループ型細管ヒートパイプであってもコンテ
ナ内の作動液沸騰による内圧変動により球弁が振動し、
これにより作動液の一方向の漏洩が発生し作動液の循環
流が発生する。然しこの場合の作動液流量は少なく、又
強力な推進力は得られない。実験に依れば同一のループ
型細管ヒートパイプにおいて2個以上の逆止弁を配設し
た場合に比較して熱抵抗値は2倍以上に悪化し、作動の
為の受放熱部間の温度差は50℃以上も増加させる必要
があった。然しこの様な性能低下を問題としない用途の
場合はループ内に配設される流れ方向規制手段が1個で
あっても本発明に係るループ型細管ヒートパイプを適用
することが可能である。
(b)推進力増幅作用 ループ内に複数個配設された受熱部及び放熱部は長距離
通信ケーブルにおける中継増幅器の如き役目をする。
該増幅作用は「細管内壁の流体抵抗により発生する圧力
損失に起因して流速及び流量を減じられた作動液流は各
受熱部に至る毎に一旦気化せしめられ該受熱部の温度に
応じた飽和蒸気圧を与えられこれを新しい推進エネルギ
ーとして該受熱部より下流の作動液を推進せしめる。」
ことにより発生する。又「同様に細管内壁の流体抵抗に
より圧力損失に起因して流量流速を減じられた作動液蒸
気流は各放熱部に至る毎に一旦液化され、これにより発
生する負の蒸気圧により上流側作動液を吸引してその推
進力を回復させる。」ことによっても発生する。この様
にして発生し、増幅される作動液推進力は受熱部温度及
び放熱部温度及びその温度差によってその強さが定ま
る。即ち両部の温度における飽和蒸気圧の圧力差によっ
て推進力が決まる。又作動液の循環速度も上記の圧力差
によって決まる。
〔実施例〕
第1実施例 第1実施例は本発明に係るループ型細管ヒートパイプの
基本となる三構成要素の総てを具備してなるヒートパイ
プであって、第1図には該実施例の最も簡単な構成のも
のを一例として断面略図で示してある。
1、2及び3は第1の構成要素である金属細管の両端末
が相互に接続されて形成されたループ型コンテナであ
る。ループ型コンテナには第2の構成要素である複数の
受熱部1−1,1−2及び複数の放熱部2−1,2−2
が断熱部3−1,3−2,3−3及び3−4を介して配
設されてループを形成している。それ等の受熱部と放熱
部は交互に配列されてある。第3の構成要素である逆止
め弁4−1,4−2は如何なる部分に何個設けられてあ
ってもよいが図においてはループをほぼ2等分する様に
断熱部内に作り込まれてある。逆止め弁の相互間隔は作
動液推進力の振動の周期を小さくする為には夫々差異を
設けて周期を異ならせた方が良いが余り大きく異ならせ
ると圧力差が生じこれは受放熱部間に温度差が大きくな
る原因となる。この様に構成されたループ型細管ヒート
パイプにおいては加熱手段5−1,5−2及び冷却手段
6−1,6−2により各受熱部放熱部間に温度差を発生
せしめると前述した如く各構成要素の相互作用によりル
ープ型コンテナ内に強力な作動液推進力が発生し、作動
液は所定の方向に高速度で循環する。これにより循環作
動液は蒸発と凝縮の繰り返しにより受熱部から放熱部に
熱量を輸送する。第1図においてはループ形状として楕
円ループとして例示してあるがその形状は如何なる形状
であっても良い。
上述の如き本発明に係るループ型細管ヒートパイプは従
来構造のヒートパイプの有する問題点の総てを解決する
だけではなく従来のヒートパイプ理論では推定出来なか
った新規な卓越した性能を発揮する。その性能は次の如
くである。
(a)飛散限界が発生しない。
作動液流と蒸気流が同一方向であるから飛散限界が発生
することがない。従って作動液量を増加せしめること及
び熱入力を増加させ蒸気流を増速せしめることが出来る
から熱輸送能力を大幅に増加させることが出来る。
(b)ウイック限界が発生しない。
ウイックが無い上に充塞作動液が蒸気圧で推進される方
式であるから熱入力の増加によって作動液循環が困難に
なることなくかえって循環速度は向上する。
(c)水撃作用の如き突沸による異状の発生が無い。
充塞作動液が蒸気圧で推進される方式であるから急激な
且つ大熱量の入力がなされてもこれに対応して作動液循
環速度が増速され、全熱量を完全に吸収する。即ち急速
加熱急速冷却に対応出来る特性がある。
上記(a),(b),(c)の特性により本発明に係る
ループ型細管ヒートパイプは細管ヒートパイプであるに
も係わらず大容量熱輸送能力を有することが分かる。
(d)ループの長さに限界が無く、又極めて細いヒート
パイプの製作も可能である。
強力な作動液推進力と複数受放熱部の推進力増幅作用に
より理論的には長さの限界が無い。実用的には500m
〜2000mのループ型細管ヒートパイプの製作が期待
される。
又作動液流と蒸気流が同方向で相互干渉が無い点と強力
な作動液推進力がある点とから極めて細いヒートパイプ
の製作が可能となる。発明者の実験では内径0.5mmの
ループ型細管ヒートパイプの作動が確認された。
(e)如何なる適用姿勢でも充分に良好な性能を発揮す
る。
強力な作動液推進力及び高速度の作動液循環によりその
性能は重力の影響を受けない。従って装着に際して装着
姿勢による性能変化を考慮する必要がないとともにトッ
プヒートにも十分に対応できる。
(f)装着に際しての自由度が極めて大きい。
装着に際して装着姿勢により性能が変化しない点とルー
プ型コンテナが所定の手段により容易に屈曲せしめるこ
とが出来る点とによって、如何なる方向にも屈曲せしめ
て使用することが出来る。特に完全に焼鈍された外径4
mm以下の銅細管又はアルミニウム細管で形成されたコン
テナの場合は手作業で自在に屈曲せしめることが可能で
あり、曲面に添わせ、コイル状に巻付け、スプリング状
の可撓性受放熱部に形成する等自在である。又多数回の
蛇行により平面を形成して面受熱,面放熱を行うことも
出来る。
長尺のループ型コンテナの両端に適切な形状の作動液の
流れ方向転換部を設け、コンテナを長尺並列に配置した
構成のループ型細管ヒートパイプは並列線材又はテープ
材として取扱うことが出来るので装着時の自由度は更に
大きくなる。即ち「巻き付け」,「添わせ」,「貼付
け」等が自在で又複数の受熱部、複数の放熱部の形成も
自在となる。第5図はその様な並列線材、テープ材を形
成する為の作動液の流れ方向転換部t−1の各種構造を
示す。
図(イ)は並列細管1を形成する為のu字曲管状の流れ
方向転換部t−1。
図(ロ)は近接並列細管1を形成する為の円環状の流れ
方向転換部t−1。
図(ハ)は接着並列細管1を形成する共通貫通孔t−3
を有する構造のもの。
図(ニ)は接着並列細管1を形成する小型ヘッダt−5
を有する構造。
図(ホ)は多数並列細管1を形成する小型ヘッダt−5
を有する構造。
図(ヘ)は多数並列束細管1を形成する為の小型ヘッダ
t−5を有する構造。
図(ト)は多数並列細管1を形成する為の複数曲管t−
1,t−2,t−6を有する構造。
第6図は並列細管の適用状態を示す略図であって、図
(イ)−aは長尺発熱体5に密着添付された適用状態を
示す正面略図、(イ)−bはその側面図であって、1は
受熱部、2は放熱部、6は冷却手段である。放熱部2は
複数個の設けられる放熱部の一つである。
図(ロ)は円筒形発熱体5に受熱部1が密接してコイル
状に巻付け適用された例で放熱部2は受熱部1の所定タ
ーン毎に断熱部3を介して引き出され冷却手段6によっ
て冷却される。この適用例は大型の場合並列細管のルー
プ型コンテナの長さは1000mを越し、熱輸送量は1
00KWを越す場合が考えられるが本発明に係るループ型
細管ヒートパイプはこの様な大容量ヒートパイプを直径
2〜3mmの1本の並列細管コンテナで構成することが出
来る。
(g)作動液封入作業が極めて容易である。
作動液及びその蒸気は常に高速度で循環して作動するの
で多少の非凝縮性ガスが混入しても、非凝縮性ガスがコ
ンテナ内の一部に滞留してヒートパイプの性能が悪化し
たり、ヒートパイプの作動を停止せしめたりすることが
無い。従って作動液封止時にコンテナ内の高真空度保持
に細心の注意を払う必要がない。
従って所謂蒸発法や凝縮法の如き簡便な手段で作動液を
封入することが可能になる。又配設現場における作動液
の封入、作動液再生、性能変更の為の作動液交換等も可
能になる。
上述の如く本発明に係るループ型細管ヒートパイプは従
来のヒートパイプの有する問題点の総てを完全に解決せ
しめる。
更に本発明に係るヒートパイプは従来のヒートパイプで
は全く実現出来なかった新規な特性がある。以下の項は
その特性について述べる。
(h)ヒートパイプ特性が突然にダウンすることが無
い。
(g)項と同じ理由から本発明に係るループ型細管ヒー
トパイプは従来型ヒートパイプの如く特性が急激に悪化
することが無い。従って該ヒートパイプを組み込んだ装
置も機能が急激に低下することがないので定期的な再生
を行うことが可能になる等保守の面で便利である。
(i)従来使用されてきた多くの作動液の適用温度範囲
を約100℃〜150℃高温化せしめることが出来る。
細管コンテナはその耐圧限界が高く又僅かに肉厚を増加
させるだけで高耐圧化せしめることが出来る。例えば外
径3.2mm,内径2mmの市販純銅細管は常温で270Kg
/cm2、350℃で165Kg/cm2の内圧に耐えることが
出来る。純水作動液の飽和蒸気圧は350℃で90Kg/
cm2であるから該細管を使用して形成した本発明に係る
ループ型細管ヒートパイプに純水作動液を封入したもの
は350℃でも安全に使用することが出来る。同様にフ
レオン11を作動液とした場合250℃で安全に使用す
ることが出来る。従来型のヒートパイプの安全な使用温
度範囲は純水作動液で200℃、フレオン11の作動液
で100℃であった。これは重要な特性であって従来知
られている作動液で200〜350℃で充分な性能を発
揮する作動液は殆ど入手出来なかった。
(j)熱入力が所定の大きさを越えると熱入力の増加に
対し温度一定(作動液が純水の場合)、又は温度一定に
近い(作動液がフレオン11の場合)状態になり、従っ
て最大熱輸送量を極めて大きくすることが出来る。
この機能は作動液の動粘性係数が温度上昇と共に低下す
る低下率と作動液の飽和蒸気圧が温度上昇と共に増加す
る増加率との相乗効果によりコンテナ内の作動液の流速
が増加することに依るものと考えられる。この特殊な機
能は本発明に係るループ型細管ヒートパイプ独特の機能
であって、最大熱輸送量を飛躍的に増大せしめると共に
所定温度以上の温度上昇や急激な温度変化が危険発生に
つながる様な被温度制御体の加熱冷却に際し安全な熱輸
送手段となる。
(k)蒸発及び凝縮の潜熱があまりに小さく従来型のヒ
ートパイプに使用して熱輸送能力が低いとされてきた作
動液であってもヒートパイプ使用温度で動粘性係数が小
さく且つ飽和蒸気圧が大きい作動液については飛躍的に
冷却能力を増大せしめることが出来る。この特性も本発
明に係るループ型細管ヒートパイプ独特の性質であっ
て、作動液循環速度が飛躍的に増加することに起因する
特性と考えられる。本発明のヒートパイプについては従
来の各種作動液の熱輸送能力は総て再評価する必要があ
る。一例としてフレオン11の場合従来型ヒートパイプ
に使用した場合にその熱輸送能力は純水作動液使用の場
合に比較して数分の一に過ぎなかった。(但適用受熱部
温度40℃〜100℃)然し本発明に係るループ型細管
ヒートパイプに使用した場合は純水作動液使用の場合よ
り10%〜50%大きな熱輸送能力を発揮させることが
出来る。
発明者は内径2mm外径3mmの純銅細管を用いて全長
20m、受熱部数20、放熱部数20、各受熱部及び各
放熱部の長さ100mmの蛇行ループ型細管ヒートパイ
プを試作し、作動液として純水を使用した場合とフレオ
ン11を使用した場合につき熱入力に対する熱抵抗値に
ついて比較した。測定条件はループの曲管部を低速流水
中に浸漬せしめて放熱部とし、他端に近い部分を並列に
整列せしめ、2個のヒータブロックの平面で挾持し、垂
直トップヒート姿勢で測定する簡易な手段であった。
簡易測定法であるからヒートパイプ受熱部表面とブロッ
ク平面との接触が面接触にならない為に接触熱抵抗が増
加している。その増加熱抵抗は従来の経験から0.05
〜0.07℃/w位であると考えられるので測定データ
から少なく共0.05℃/wを差引いた値が真の熱抵抗
値と考えられる。然し測定データから次の傾向が分か
る。
(i)純水作動液の場合熱入力500w以上は温度一定
であり、フレオン11の場合も温度上昇が極めて少な
い。
(ii)その潜熱が純水の1/13に過ぎないフレオン1
1が純水より良好な熱抵抗値を示している。これはフレ
オン11の95℃における飽和蒸気圧が純水の10倍以
上であり動粘性係数が約1/3であることから作動液循
環速度が極めて早くなっていることに因り潜熱が少ない
点を相殺し更に打克ったものと推定される。
(iii)内径2mm、外径3mmの軟銅管は常温にて240k
g/cm2、200℃において160kg/cm2以上の耐圧力
がある。従って受熱部温度は実験時より純水作動液の場
合150℃、フレオン11、作動液の場合100℃だけ
更に高い温度に至る迄使用することが出来る。その場合
実験に用いられた蛇行ループ型細管ヒートパイプの最大
熱輸送量はほぼ10KWに到達すると推定される。この
サイズの従来構造のヒートパイプの最大熱輸送量は20
本並列使用で500Wにも至らなかった。
第2実施例 該第2実施例は本発明に係るループ型細管ヒートパイプ
におけるコンテナ内に所定の作動液の所定量と共に所定
の非凝縮性ガスの所定量が封入されてあることを特徴と
するものである。
本発明に係るヒートパイプは非凝縮性ガスが混在しても
従来のヒートパイプの如く作動停止部分が生じることが
ないので非凝縮性ガスの混入量を制御することにより性
能を調節整ることが可能となる。第7図は該実施例の応
用例の略図であって可変コンダクタンス型ループ型細管
ヒートパイプとして構成されてある。31は非凝縮性ガ
ス用のガス溜めタンクで、32はその中に充填された非
凝縮性ガスである。33は温度制御手段であってタンク
内の温度を上昇下降せしめ非凝縮性ガスを膨張収縮せし
めて、ループ型コンテナ内の非凝縮性ガス量を加減し、
ループ型細管ヒートパイプの加熱冷却能力を自由に変化
せしめることが出来る。従来の可変コンダクタンス型ヒ
ートパイプはヒートパイプの作動不能領域を変化せしめ
て能力を制御するのが通常であったが本実施例では作動
不能領域は無く、直接にヒートパイプの能力を加減する
のでより効果的である。図において逆止め弁は省略され
てある。以下各実施例図においても特に必要である場合
を除いて逆止め弁の図示は省略する。
第3実施例 本実施例は第1実施例に係るループ型細管ヒートパイプ
において適切な作動液の選択により受熱部温度50℃か
ら150℃に至る温度領域即ち純水作動液使用のヒート
パイプが最も多く使用される温度領域内で、少なくも純
水作動液使用のヒートパイプより高性能のヒートパイプ
を提供する為の実施例である。
前述の如くループ型細管ヒートパイプは極めて高い内圧
に絶えることが出来るので作動液の選択範囲が従来構造
のヒートパイプの場合より拡大されるから、従来より高
性能のヒートパイプを提供することが出来る。
本実施例はループ型細管コンテナ内に封入される作動液
を選択決定するに際し、50℃〜150℃の作動温度領
域内において、該作動液の示す飽和蒸気圧の数値と該作
動液の液相時における動粘性係数の逆数との各同一温度
における数値の相乗積値が少なくもフレオン11の同一
温度における両数値の相乗積値と同等以上の数値となる
作動液を採用することにより、純水作動液を封入した場
合より高性能のループ型細管ヒートパイプを提供するこ
とを特徴とする。
第1実施例における実験データから本発明に係るループ
型細管ヒートパイプにおいては、純水作動液を使用した
場合より、フレオン11を使用した場合の方が良好な熱
抵抗値を示し、少なくとも同等以上の性能を有すること
が確認された。この様なデータは従来構造のヒートパイ
プにおいては一般常識の枠を越える数値であった。この
様なデータが得られた要因は実験温度領域におけるフレ
オン11の飽和蒸気圧が純水のそれより10倍も高く、
且つ液相の動粘性係数は1/3と小さく、それ等の相乗
効果がフレオン11作動液の循環速度を大幅に増大せし
めたことにあると考えられた。即ち循環速度の増大は、
フレオン11の相変化時の潜熱が純水の相変化時潜熱の
1/13に過ぎないと云う欠点を相殺するものと推定され
た。この様な効果をループ型細管ヒートパイプの作動液
選択に際して利用することにより、該ヒートパイプの性
能を向上せしめることが出来る。
物性表によると25℃におけるフレオン114の飽和蒸
気圧は2.5kg/cm2であり、フレオン11の1.2kg
/cm2に対して2.1倍であり、同様に25℃における
液相動粘性係数は0.25×10-62/sであり、フ
レオン11の0.29×10-62/sに対して5/6
であり、それ等の相乗積値はフレオン11の相乗積値の
2.5倍である。50℃における物性値データも同様な
傾向を示すものと推定されたので第1実施例に使用した
ループ型細管ヒートパイプの作動液を入れ替えて実験を
実施した。即ち、上記ヒートパイプのループ型コンテナ
内にフレオン11及びフレオン114を夫々内容積の6
0%相当量を封入してヒートパイプを形成して受熱部温
度50℃、放熱部温度23℃にて夫々の熱輸送能力を測
定した結果は夫々55W及び400Wであった。夫々の
熱抵抗値は0.49℃/W及び0.068℃/Wであ
る。各種の温度条件で実測の結果ループ型細管ヒートパ
イプにおいて、純水、フレオン11、フレオン114を
夫々に作動液として使用した熱輸送能力は受熱部温度9
0℃以下においてはフレオン114が最も大きく、90
℃以上150℃の範囲においてはフレオン11が最も大
きく、150℃以上の温度では純水が最大であった。
本実施例の応用によって純水作動液より高性能の作動液
を選択することが出来るだけでなく、純水の欠点を補う
ことも可能である。例えばフレオン作動液を選択した場
合、コンテナの一部を電気絶縁体に置き換えることによ
り、熱輸送能力を低下せしめることなく受熱部と放熱部
の間を電気的に遮断することが可能となる。又純水作動
液とは適合性が悪く、適用が不可能であったアルミ細管
コンテナの採用が可能となり、熱輸送能力を低下せしめ
ることなく、放熱装置又は加熱装置の大幅な軽量化を計
ることが出来ると共にその柔軟性及び屈曲加工性を活用
することが出来る様になる。
第4実施例 本実施例は本発明に係るループ型細管ヒートパイプにお
けるループ型コンテナの総て又は所定の部分が完全に焼
鈍されてあり、所定の手段により自在に屈曲せしめるこ
とが可能であることを特徴とする。本発明に係るループ
型細管ヒートパイプは極めて長尺にすることが出来るの
で外径10mm以下位であるならばそのままでも曲率半
径が適切な範囲内で可撓性に富む。然し完全に焼鈍軟化
せしめられてあればその曲率半径は大幅に縮小されて装
着が容易であり、又在庫時、運搬時の荷姿を巻枠、束巻
き等にすることができるので便利である。特に該ヒート
パイプは最も一般的な純銅管、純アルミニウム管又はこ
れに近いアルミ合金管が用いられており、それ等の外径
4mm以下の完全焼鈍コンテナの場合は極めて柔軟に屈
曲せしめることが可能となり、屈曲した長尺体に「添わ
せ」たり、小さな薄肉円筒体に「巻付け」たり、長尺発
熱線条体に「添わせ巻付け」たり、曲面に「貼付け」た
りして加熱冷却することが可能となる。
第5実施例 本実施例に係るループ型コンテナは円管、楕円管、角
管、平角管及びそれ等の内壁面に多数の毛細条溝が設け
られてある各種グルーブ管の中の何れかの細管で形成さ
れてあることを特徴とするループ型細管ヒートパイプで
ある。このループ型細管ヒートパイプは円管の細管に限
定されるものではない。コンテナが単一円管の細管であ
る場合各種の方式の装着に際して又各種構造の作動液流
れ方向転換部を構成する場合曲げ方向を考慮する必要が
無く使用出来る利点があるが接触面積を広くする為被装
着体に半円形条件溝を切削したり、挿入孔を削孔する必
要がある。楕円管、角管、平角管からなるコンテナは発
熱体、熱吸収体等で挾持して使用する場合に伝熱面積が
広い利点がある。又角管、及び平角管は並列近接又は並
列接着状態に配設する場合に管相互管に間隙が生ずるこ
となく伝熱効率が極めて良好であり、これ等は「貼付
け」使用する場合には最も適している。第8図(イ)
(ロ)(ハ)(ニ)は夫々の管が挾持された使用状態を
示し、(ホ)(ヘ)は角管、平角管を並列接着してテー
プ状にしたものを「貼付け」配設した状態を示してあ
る。
又楕円管及び平角管は断面における長軸を中立軸として
非常に可撓性に富むもので曲面に対する装着や流れ方向
転換部の形成に便である。
第6実施例 本実施例は本発明に係るループ型細管コンテナにおいて
ループ型コンテナの管外表面は薄肉で強靭な且つ該ヒー
トパイプの使用温度に応じた耐熱性を有する電気絶縁被
覆が施されてあり、望ましくは該電気絶縁被覆としては
熱伝導性の良好な材料が選択されて施されてあることを
特徴としている。
制御盤内の発熱体の冷却やプリント配線板上の発熱体の
冷却に際して、断熱部や放熱部の一部が電気配線や回路
の露出部に接触する恐れがある場合がある。
又平型サイリスタに代表される大電力用半導体素子は冷
却用銅ブロックで挾持されて冷却される。この場合銅ブ
ロックは冷却手段と大電力用導電路とを兼ねて使用され
る。第9図はその例を示し、平型サイリスタ素子35は
冷却用銅ブロック34−1と図示されていない隣接する
サイリスタ冷却器の銅ブロックによって加圧的に挾持さ
れてある。図における本発明に係るループ型細管ヒート
パイプは蛇行ループ状に形成され、その受熱部群1は分
割された銅ブロック34−1,34−2によって加圧的
に挾持されてあり、サイリスタで発生した熱量を銅ブロ
ックを介して吸収し、放熱部2において矢印の冷却風内
に放熱する。図において冷却器は一単位のみが示されて
あるが機器実装時は冷却器とサイリスタ素子は交互に多
数個が積層して使用される。即ち放熱群2は隣接する冷
却器に挾持されてある放熱部群と極めて近接して配置さ
れてある。この場合双方の放熱部間には平型サイリスタ
間に発生すると同様な高い電位差が発生する。本実施例
による電気絶縁被覆の施されたループ型細管ヒートパイ
プはこの様な場合の安全対策として効果がある。絶縁被
覆は受熱部だけに施されてあっても、放熱部だけであっ
ても、コンテナの全表面になされてあっても何れでも良
い。該絶縁被覆は各種エナメル塗料の焼付被膜であって
も、薄肉フイルムの横巻であっても良い。これ等は装着
時に熱効率改善の為不必要な部分については除去して使
用されることもある。
第7実施例 本実施例は第6実施例と同様受熱部と放熱部の間が電気
絶縁されてあるループ型細管ヒートパイプに関する実施
例である。第10図は該実施例における電気絶縁部の一
部断面拡大図である。図はループ型コンテナの断熱部の
所定の部分であって断熱部金属細管は切断されて3−
1,3−2に分離され、セラミックの如き電気絶縁物か
らなる細管61で連結されてある。近時はセラミック管
と銅細管の接続は超音波はんだの出現で容易となった。
該電気絶縁物はセラミックに限定するものではないが現
時点において該絶縁部に要求される耐熱性、耐低温性、
耐圧性を有し、且つそれ等の多数回の繰返しのサイクル
に耐える材質としてはセラミックが最適である。従来構
造のヒートパイプにおいても断熱部を電気絶縁管にする
ものはあったがこの様に厳しい特性が要求されるものは
なかった。特に本発明に係るループ型コンテナは前実施
例の如く150℃で100kg/cm2の耐圧が要求さ
れたり、後述実施例の如く−200℃の低温に耐える必
要がある。図における7は電気絶縁性作動液であり8は
その流れである。又63は保護塗料被覆でありエポキシ
樹脂等により絶縁部の非通気性を強化せしめる。
第8実施例 本実施例は本発明に係るループ型ヒートパイプにおいて
ループ型コンテナの所定の部分には断熱被覆が施されて
あることを特徴とするものである。
このループ型細管ヒートパイプにおいては極めて長尺化
が可能であるから断熱部がきわめて長く、その部分の表
面積が受熱部、放熱部に比べて比較的大きい場合があ
る。又直径が小さい程その部分の対流熱伝達率が大きく
なる。従って従来のヒートパイプが断熱部の熱損失を無
視することが出来たのに対して本発明に係るヒートパイ
プにおいては無視出来ない場合が多い。又断熱部が高温
発熱体や低温熱吸収体の近くを通り配設される場合はル
ープ型細管ヒートパイプ全体としての性能を悪化せしめ
る場合がある。その対策としてコンテナの所定の部分に
おいて断熱被覆を必要とする場合が発生する。特に該ヒ
ートパイプによる制御温度が高温度である場合、又は常
温に対し非常に低温度である場合はその断熱部の表面温
度と周囲温度との温度差が大きくなり、熱絶縁は必須条
件となる。
第9実施例 本実施例はループ型コンテナの作動液流路における流れ
方向規制手段として小型逆止め弁が用いられ、薄肉の純
銅細管又はアルミニウム細管の短尺管が細管コンテナ内
に圧入され且つ滑動を不可能とする手段が施されてある
ものを弁座とし、コランダム(Al23)の球が弁体と
して用いられてあり、弁体を弁座から所定の距離以内に
おいて浮遊状態に保持せしめる為の弁体ストッパが併設
されてある構造のものが作動液流路内に作り込まれてあ
ることを特徴としている。
ヒートパイプの作動液流路に配設される逆止め弁が満足
すべき条件の総てはヒートパイプと同等の高信頼性を有
することであり、メンテナスフリーを原則とするヒート
パイプの寿命を低下させぬことである。第3図は上記の
条件を満足せしめる新規な逆止め弁がコンテナ内に作り
込まれてあるループ型細管ヒートパイプの部分断面図で
ある。図中3は細管コンテナである。図においては断熱
部3として示してあるが受熱部1であっても放熱部2で
あっても細管コンテナであるならどの部分でもよい。4
−1は逆止め弁で細管コンテナ3の内壁に作り込まれて
ある。4−aは弁座で薄肉の純銅細管又はアルミニウム
細管の短管が細管コンテナ3の中に打込まれて形成され
てありコランダム(Al23)の球である弁体4bとの
接触部はテーパ状になっている。球状弁体4bと弁座4
aの間隔はストッパ4cによって定まり弁体が浮遊状態
に保持される様になっている。ストッパ4cは図では純
銅ピン又はアルミニウムピンが細管に設けられた貫通孔
に打込まれた後ろう付された最も簡単なものである。ス
トッパは純銅ピン又はアルミニウムピンに限定されず他
の手段で形成されたものでも良い。この様に構成された
逆止め弁は次の如き作用がある。(i)極めて単純な構
成であるから信頼性が高い。(ii)純銅及びコランダム
(Al23)で構成されてあるから純水作動液及びフロ
ン作動液に対する適合性が極めて良好で長年月の間耐食
性を維持する。(iii)コランダム(Al23)の球体
は極めて耐摩耗性に富み、組合わせられた弁座が極めて
軟質の金属であるから寿命は限り無いと云える。(iv)
純銅又はアルミニウムの弁座は使用時間と共に球弁に合
わせて変形して時間と共に機密性が良好になる。(v)
コランダム(Al23)はほぼ比重0.4と極めて軽い
ので敏感に作動し、又弁座との気密性及び離れ性が良好
である。(vi)極めて小型に構成出来ると共に細管コン
テナ内に作り込むことが出来る。これ等の作用の総合作
用としてヒートパイプの寿命を短縮させる恐れのない高
信頼性が期待される。本実施例に適用される逆止め弁の
弁座は使用作動液がフロンの場合は純銅又はアルミニウ
ムの何れを材料としても良く、作動液が純水の場合は純
銅のみが使用される。又作動液が純水、フロン何れでも
ない場合は該作動液と適合性の良好な金属材料が選択さ
れる必要があり、球状弁体も作動液との適合性を検討す
る必要がある。
細管コンテナが内径1mm以下の如く逆止め弁の小型化
が困難な場合は逆止め弁配設部における細管コンテナを
他の部分より直径を大きくすればよい。
コランダム(Al23)はルビーであってもサファイア
であっても良い。
第10実施例 本実施例に係るループ型細管コンテナは作動液流の往路
及び復路に相当する長尺細管が相互に近接して並列に配
置されてあり、作動液流の方向転換部である両長尺細管
の両端における連結部は所定の曲率半径の曲管に形成さ
れてあることを特徴としている。
長尺のループ型細管ヒートパイプはそのままでは取扱い
が困難である。例えば第11図(イ)に示すような細管
コンテナ1をU字状曲管2と組合わせて蛇行ループ型細
管ヒートパイプとして形成すると、ループを構成する為
には両端末を連結細管37で連結する必要がある。この
形状は工場内における運搬時、ユーザーへの輸送時に連
結細管37を曲げることのない様細心の注意を拂う必要
が生じてしまう。また他の例として(ロ)にとめす被温
度制御体38の各部の均熱化を計る為その周囲に細管コ
ンテナ1を巻回して使用すると、(イ)と同様に連結細
管37で連結しなければならない。この様に巻回する作
業は、ループ型細管ヒートパイプの完成後に実施するこ
とは困難であるから、ヒートパイプメーカーでヒートパ
イプ製作時に被温度制御体38に細管コンテナを巻回し
た後に連結細管37を取付け、然る後にヒートパイプと
して完成せしめる必要がある。本実施例はループ型細管
ヒートパイプの取扱いの困難さを解決する為の実施例で
ある。第11図(ハ)は本実施例の形状を示す略図であ
って、1−1は作動液の往路となる細管コンテナの直管
部、1−2は往路となる細管コンテナの直管部であり両
細管は近接して並列に配置されてある。逆止め弁は複数
配列されてあるが図示は省略してある。作動液の流れ方
向転換部t−1,t−2は曲管に形成されてある。曲管
部の形状は第5図(イ)又は(ロ)に依る。この様に構
成されたループ型細管ヒートパイプは、その取扱いが極
めて容易になる。即ち第10図(ニ)に例示の如く、巻
取枠36に曲管部t−1,t−2を両端として単一細管
と同様に巻取ることが可能となる。又(ホ)の如く、束
状に巻取ることも可能となる。従って、長さ500m以
上の細管ヒートパイプであっても、工場内運搬、ユーザ
ーに対する輸送が容易になる。又ユーザー側で容易に配
設したり、装置の配置現場で該ヒートパイプを装着する
ことが出来る様になる。(ヘ)図に示す如く本実施例に
より形成された蛇行ループ型のヒートパイプは連結管部
37が不必要となるから、取扱いに神経を使う必要がな
く、又曲管部2−3,2−4の作用で弾力的であるから
束ねて荷造り運搬することが出来るので、大量の製品の
運搬が可能となる。更に該ヒートパイプは配設時の取扱
いも容易であるから被温度制御体に「添わせ」「巻付
け」「巻き付け」「貼付け」る作業が容易であり、巻回
線材と共に「添わせ巻付け」「添わせ巻込む」ことも容
易であり更にそれ等の配設部からそれ等の所定の部分を
引出して放熱部又は受熱部を構成することも極めて容易
となる。
第11実施例 本実施例はループ型コンテナが作動液流の往路及び復路
に相当する少なくとも3本以上の複数の長尺管群が相互
に近接して並列に配置されてあり、作動液流の方向転換
部である長尺細管群の両端における連結部は所定の曲率
半径の複数の曲管に依り連結されてあるか、細径ヘッダ
により一括して連結されてあるかの何れかの構造に形成
されてあり、且つ所定の長尺細管内には夫々の所定の位
置に小型逆止め弁が配設されてあって、該逆止め弁の作
用によって所定の長尺細管内の作動液流は往路方向に、
残余の細管内の作動液流は復路方向にその流れを規制さ
れてあり、全体としての作動液流路はループ状になる様
に形成されてあることを特徴とする本発明に係るループ
型細管ヒートパイプである。本実施例に係るループ型細
管ヒートパイプを広い幅のテープ状被温度制御体に「添
わせ」て適用する場合、又大型の円筒形の被温度制御体
に「巻付け」て適用する場合、広い曲面、平面等の被温
度制御体に「貼付け」て適用する場合、広い平面を有す
る被温度制御体に「挟持せしめ」て適用する場合等はル
ープ型コンテナとしては長尺多数の並列細管群からなっ
ていると極めて便利である。この様な場合の作動液流の
方向転換部としては第5図(ホ)又は(ト)の如き方向
転換手段が採用され曲管群又は細径ヘッダに依り方向転
換がなされる。第5図(ホ)又は(ト)においては省略
されてあるが、方向転換部内における各細管コンテナの
作動液流の方向の選択は所定のコンテナ内の作動液流路
に配設されてある小型逆止め弁の夫々の流れ規制方向に
よって自ずから選択される。該実施例における複数の長
尺細管群の並列配置は必ずしも同一平面上で並列配置さ
れてあることに限定されるものではない。
第12実施例 本実施例は第11実施例におけるループ型コンテナを形
成する多数の近接並列細管の配置が同一平面上の配置で
あって、長尺部における所定の部分において各長尺細管
は所定の接着手段によって相互に接着せしめられて、テ
ープ状に形成されてあることを特徴とするループ型細管
ヒートパイプである。本実施例の作用は第11実施例の
作用とほぼ同様である。本実施例は不規則な曲面でも容
易に接着せしめることが出来る。又隙間なく巻回配設し
たり、多数のループ型ヒートパイプを並列配設する場合
も容易に密接配設することが出来る。又巻枠に巻取った
り、束取りしたりする場合、又蛇行ループ型に形成して
多数運搬したりする場合、長尺細管がからみ合うことな
く作業性が向上する。本実施例の更に重要な作用として
は往路細管と復路細管の相互間でも熱交換が行われてル
ープ型細管コンテナの各部の温度が均一化され均熱化特
性が大幅に改善されることである。この様なループ型細
管ヒートパイプは被温度制御体の均熱化用に適用して効
果がある。本実施例における接着は低融点金属はんだに
よる他ヒートパイプが使用される温度に適した各種接着
手段が適用される。又接着手段は所望の部分において各
単一の細管に比較的容易に分離せせることの可能な手段
であることが望ましい。作動液の流れ方向転換部の構造
は第5図における(ロ)(ハ)(ニ)又は(ホ)(ト)
の各種構造が適用される。
第13実施例 本実施例に係るループ型コンテナは作動液の往路及び復
路に相当する多数の長尺細管が近接して並列に且つ束状
に配置されてある長尺部を有する構造であって、該細管
群はその受熱部か放熱部である所定の部分において熱伝
導性の良好な金属管内に加圧的に保持されてあり、望ま
しくは該金属管内壁と細管群の間隙及び細管相互間の間
隙の総てが熱伝導性の良好な充填材によって充填されて
あることを特徴とするループ型細管ヒートパイプであ
る。
発熱体又は熱吸収体に設けられてある挿接孔内に、ルー
プ型細管ヒートパイプを挿接して受熱又は放熱せしめる
場合は細管コンテナ群を束状に集合して実施するが細管
の集合体は挿接管との接触面積が小さく効率が低下す
る。然し細管の集合体であるから作動液との間の伝熱面
積は束の外径に等しい筒型ヒートパイプより大幅に拡大
されてある。この拡大された伝熱面における蒸発潜熱又
は凝縮潜熱を有効に利用することを可能にすることが本
実施例である。第12図(イ)は所定の部分として受熱
部1と放熱部2が設けられてあり、それ等は熱伝導性の
良好な金属管中に細管コンテナの束を加圧的に保持して
形成されてある。更に伝熱効率を向上せしめる為に管中
のあらゆる空隙を熱伝導性充填材を充填して構成されて
ある。金属管は挿接孔に密にかん合する様になってい
る。束状細管コンテナの両端は曲管群の集合部であるか
ら当然束外径より大径であるから、受熱部金属管1及び
放熱部金属部2は縦分割された金属管を合わせて形成さ
れてあり、図示されていない挿接孔も同様である。他の
特徴として断熱部3は可撓性に富んでいるので図に如く
屈曲せしめて実施することが出来る。(ロ)図は受熱部
1のみが金属管中に把持されてあり他の部分は強制対流
型の放熱部2−1,2−2の集合体になっている。管が
細管であるから(ロ)図実施例は無フィン状態でも有効
な放熱部となっている。
第14実施例 本実施例は第11実施例又は第13実施例における複数
の長尺細管の所定の部分が相互に撚り合わせられてある
ことを特徴とするループ型細管ヒートパイプである。
第13図はその一例を示す略図であって1は対流受熱
部、2は対流放熱部、3は断熱部である。複数細管は断
熱部で撚り合わせられその部分の占積率を小さくすると
共に可撓性を改善している。該実施例の他の作用として
は各細管相互に熱的に接触して補填し合うのでループ型
コンテナ全体として均熱性が改善される。
第15実施例 本実施例は、第13実施例と第14実施例の組合わせで
あって長尺部における多数の長尺細管が相互に撚り合わ
せられてあり、他の点においては第13実施例と同様の
構成である。即ち、第12図(イ)における受熱部1、
放熱部2、の中に加圧的に保持されてある部分及び断熱
部3における細管群が相互に撚合わせられてあるもので
あり、その特徴とする作用は、第13実施例に比較して
断熱部における細管群の占積率が改善されてある点及び
第13実施例に比較して更に可撓性が改善されてある点
であり、又ループ型コンテナ全体としての均熱性が改善
されてある点である。
第16実施例 本実施例は、第14実施例のループ型細管ヒートパイプ
に金属管被覆を施し、なおその可撓性を維持せしめる構
造であり、即ち撚り合わせ長尺部は全長か所定の部分に
おいて、熱伝導性の良好な金属管内に加圧的に保持され
てあり、該金属管はコルゲートが施されてある可撓管で
あるか、塑性及び柔軟性に富む金属材料で形成された可
撓管であるかの何れかであり、更に望ましくは該金属管
内のあらゆる空隙は熱伝導性が良好で且つ潤滑性の良好
な流動性物質、半流動性物質、微粉末の何れかにより充
填されてあることを特徴としている。
図示は省略されてあるが上記の如く構成されたループ型
ヒートパイプの金属被覆部分は、撚合わせられてある細
管群が可撓性に富み、被覆金属管自身も可撓性に富み、
屈曲せしめる際に生ずる細管群内における相互間の滑
り、細管群と被覆金属間との間の滑りは何れも充填物質
の潤滑性により小さな抵抗で滑ることが出来るので、全
体として屈曲自在の可撓性が与えられてあることにな
る。この様なループ型細管ヒートパイプは配設に際して
便利であるだけでなく、屈曲した条溝内に対する配設、
円筒形の被温度制御体表面に設けられた配設溝等に低熱
抵抗で配設することが出来る。又対流受放熱部における
気液の対流に応じて位置姿勢を自在に調整して最適受放
熱能力を与えることが可能となる。又被覆金属の選定に
よって腐食性雰囲気からループ型細コンテナを保護する
ことも可能となる。
第17実施例 本実施例はループ型コンテナが単一の長尺細管、並列長
尺細管、撚り合わせ長尺細管の何れかで構成されてある
コンテナであって、該コンテナはその所定の複数個所に
おいて作動液流の方向転換部として、所定の曲率半径の
曲管状に屈曲せしめられて蛇行形状のコンテナに形成さ
れてあり、蛇行の各ターン毎に受熱部、放熱部の何れ
か、若しくはそれらの双方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である。ループ型細管
ヒートパイプの適用に際しては、被挿着体の形状に応じ
て、屈曲せしめて適用される。本実施例は、その屈曲形
状の基本となる蛇行屈曲の形状に関する。第14図にお
いて、5は加熱手段、6は冷却手段である。従ってそれ
らに接する細管コンテナは、夫々受熱部1、放熱部2と
なっている。t−1,t−2は夫々複数配列細管の両端
における作動液の流れ方向転換部であって、第5図記載
の各種形状になっている。蛇行ループの形成は、加熱手
段5、冷却手段6の交互配設を容易ならしめ、且つ細管
コンテナの配設を容易ならしめ、又配設現場における曲
管作業の省力化を目的とする。従って、その屈曲形状
は、加熱手段(発熱体)及び冷却手段(熱吸収体)の配
置により自ずから決まるものであり、第14図の各例は
標準的な形態に過ぎない。(イ)図及び(ロ)図は、単
一管からなるループ型細管ヒートパイプの蛇行形状例
で、(イ)においては、各ターン毎に必ず受熱部1と放
熱部2が共に配設されてある。(ロ)はその配設状態に
限定されない例である。受熱部1に比較して放熱部2の
熱伝達率が悪い場合は、この例の如く放熱部2の熱伝達
率が悪い場合は、この例の如く放熱部ターン数を増加す
ればよい。このように単一管で形成する場合は(イ)
(ロ)の両例共に管端末を連結細管37によって連結し
ている。(ハ)(ニ)(ホ)の各例は、複数並列及び撚
り合わせ管による蛇行ループ型コンテナであり、連結細
管37を必要としないので、工程間の運搬、出荷輸送時
は巻枠が使用され、装設時に加熱手段5及び冷却手段6
の配置に応じて形成される。(ハ)は各ターン毎に2組
の受熱部1−1,1−2と放熱部2−1,2−2が配設
される。(ニ)は電力ケーブルの如き長尺の発熱体5に
受熱部1−1,1−2が添わせて配設されてあるか、電
動機、電磁石等の如き発熱体5等に受熱部1−1,1−
2が巻込まれて配設されてある如き場合に、放熱部2−
1,2−2を引出して冷却手段6に配設する如き場合の
蛇行形状を示す。一回の引出毎に往復2本づつの放熱部
2−1,2−2が形成される。本発明に係るループ型細
管ヒートパイプはトップヒート姿勢でも完全に作動する
から放熱部2−1,2−2を受熱部1−1,1−2の下
方に引出すことも、直下に引出すことも可能であること
に大きな特徴がある。(ホ)は加熱手段5、冷却手段6
が近接して複数個あり可撓配設が要求される場合の撚り
合わせ細管コンテナに依る蛇行形状である。
また、図(イ)及び(ハ)において、直線部が密接して
並列化されてある場合は平板状の加熱冷却手段として例
えばプリント回路基板の面冷却の如く使用されることが
できる。また、該平板を回路基板として、各種素子を搭
載することもできる。この場合、例えば超伝導回路基板
として形成し、超伝導素子を搭載する如き場合に極めて
有効である。
第18実施例 本実施例はループ型コンテナの所定の部分が多数ターン
の蛇行形状に形成されてあり、その各ターンの所定の部
分が断熱部になっており、それ等の断熱部群は束状に集
合せしめられて所定の管又は枠内に貫通して加圧的に保
持されてあると共に該管又は枠内における総ての空隙は
所定の充填材により気密に充填されてあることを特徴と
するループ型細管ヒートパイプである。この様に構成さ
れた第15図に例示の蛇行ループ型細管ヒートパイプは
管又は枠39−1を隔壁39−2の取付孔40に挿着す
ることにより容易に熱交換器を構成することが出来る。
管又は枠39−1が隔壁39−2に装着される前は、細
管コンテナ1−1,1−2又は2−1,2−2の集合体
は管又は枠39−1の外径(又は外形)より小径に集合
されてあり、挿着完了後図の如く所定の形状に展開配置
される。細管群は特にフィン群を挿着しない状態であっ
ても高温流体41から吸収した熱量を効率良く低温流体
42に放熱せしめる。
第19実施例 本実施例は、ループ型コンテナが熱伝導性の良好な密閉
金属管からなる外管コンテナ内に作り込まれて構成され
てあり、作動液流の往路及び復路に相当する細管コンテ
ナの多数集合体が、その両端面と外管コンテナの両端面
の内壁との間に夫々作動液流の方向転換用ヘッダに相当
する空室を残して、外管コンテナ内に、密に、且つ加圧
的に挿入されてあり、更に望ましくは外管コンテナの内
壁と細管集合体の間、及び細管相互間のあらゆる間隙は
所定の手段により気密に閉鎖されてあり、更に所定の細
管の夫々には小型逆止め弁が配設されてあり、該逆止め
弁により規制される作動液流の方向は細管集合体の所定
の複数本においては往路方向であり、残余の複数本にお
いては復路方向であり、全体として作動液流はループ状
になる様に、形成されてあることを特徴としている。第
16図は、この様な実施例の一部断面正面図を(イ)に
示し、その横断面図を(ロ)に示してある。外管コンテ
ナtの中には、細管コンテナの集合体が挿入されてあ
り、5−1は外管コンテナの加熱部、6−1は冷却部で
ある。従ってそれ等に対応する細管コンテナは、1は受
熱部であり2は放熱部、3は断熱部である。t−1は、
外管コンテナの端面であり,その内壁と細管コンテナ群
の端面との間の空室t−5は、作動液のヘッダとなって
いる。4−1は、往路方向の逆止め弁、4−2は復路方
向の逆止め弁である。該実施例は、第5図(ヘ)におけ
る作動液方向転換部t−1を細管コンテナ1の集合体の
両端面に、設けたものに他ならない。従って、第15図
における外管コンテナの両端部内に設けられた空室t−
5は、第5図(ヘ)と全く同作用で作動液の流れ方向を
転換せしめ、逆止め弁4の作用によりループ状作動液流
路を構成する。この様に、本発明に係るループ型細管ヒ
ートパイプを内部に作り込まれた外管コンテナは、通常
のヒートパイプのあらゆる問題点が解決された高性能の
大型長尺の円筒形ヒートパイプとして使用することが出
来る。図(ロ)において43は所定充填材であり、作動
液と適合性の良好な材料が使用されてある。該空隙部閉
鎖手段は、外管コンテナを縮管せしめることにより、細
管コンテナの集合体を、ハニカム状に変形せしめて実施
しても良い。
第16図において、4−1を往路方向小型逆止め弁と
し、4−2を復路側逆止め弁とした場合、4−1は放熱
部2のヘッダに近く、4−2は受熱部1のヘッダに近く
配設されてある。これにより、ループ状作動液流路内に
おける逆止め弁4−1から4−2に至る間、又4−2か
ら4−1に至る総ての逆止め弁相互間において、必ず受
熱部と放熱部が配置されてあることになる。従って、各
受熱部1及び各放熱部2は実質的に夫々に分割された複
数の受熱部、及び複数の放熱部として作用することにな
る。即ち、第16図のループ型細管ヒートパイプは多数
の細管コンテナが並列配置された、全体として1ターン
のループ状作動液流路を有し、実質的に複数の受熱部と
複数の放熱部が配置され、複数の小型逆止め弁が配置さ
れたループ型細管ヒートパイプの基本的構成と同じとな
る。
第16図において、外管コンテナの中央部に1個所の加
熱部又は冷却部を配置し、その両側に複数の冷却部又は
加熱部を配置して使用する場合は全体として、1ターン
の本実施例ループ型細管ヒートパイプは、第1図におけ
る基本的な本発明ループ型細管ヒートパイプと基本的に
全く同じ構成になり、同等に作動する。従って、この様
にして使用される場合は、第16図の小型逆止め弁の配
設位置は、各細管コンテナの如何なる位置に配設されて
あっても良い。
この様に形成されてある円筒形状のヒートパイプは、そ
の各細管コンテナの耐圧力が200kg/cm2の如き
高内圧に耐えるので、外管コンテナのヘッダ部の肉厚を
充分に厚くするだけで、耐圧200kg/cm2以上の
高内圧に耐えるヒートパイプとして、構成することが容
易である。従って、本実施例のヒートパイプは、純水作
動液を使用して、使用温度300℃(純水の飽和蒸気圧
90kg/cm2)、熱輸送量30kwの如き超強力ヒ
ートパイプを外管直径25mmの外管コンテナを用いて
構成することが可能である。この様に、強力で且つ20
0℃〜300℃で使用出来るヒートパイプの出現は、業
界で待望されていた。例えば、特許第1209357号
(特公昭58−38099号公報)の明細書に記載の如
く、プラスチック射出成型機や押出機は、ヒートパイプ
式スクリュウの使用により大幅に小エネルギーや高品質
高能率の成型が可能になる。然し、従来のヒートパイプ
は熱輸送量を大きくする為、純水作動液を使用する場合
最高使用温度が約200℃であり、又熱輸送量が3kw
程度であった為、適用可能なプラスチックが限定され、
熱輸送量も不足で実用化に至らなかった。本実施例に係
るヒートパイプは、この様な困難を解決し、ヒートパイ
プ式スクリューの実用化を可能にする。
本実施例の如きヒートパイプは、純水及びフレオン作動
液の適用温度範囲を100℃以上も上昇せしめ、熱移送
量の大容量化を可能にし、且つ完全なトップヒート姿勢
での使用を、可能ならしめてヒートパイプの適用範囲を
拡大せしめる。
第20実施例 本実施例は、第19実施例における外管コンテナを耐圧
構造とし、更にヘッダに相当する空室の一方又は双方を
大型化せしめ、その内部には作動液流又は蒸気流によっ
て回転するタービンと、該タービンの回転エネルギーを
外部に導出する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である。この実施例に係るル
ープ型細管ヒートパイプは、細管コンテナ内を作動液及
びその蒸気が高速度で循環する点に、特徴がある。特
に、第19実施例及び本実施例において、外管コンテナ
のヘッダ部t−5の肉厚を充分に厚くし、耐圧構造に構
成し、作動液を純水とし、受熱部温度を300度前後に
保ち放熱部温度を充分に低く保持する場合は充塞作動液
は受熱部に発生する90kg/cm2の高圧のより極め
て大きなエネルギーを与えられて高速度で移動する。そ
の作動液流は両端のヘッダ部で180度の方向転換をす
る為に半数の細管コンテナからヘッダ内に噴出し、残余
の細管コンテナに吸入され且つ圧入される。この作動液
流の噴出は受熱部では蒸気として、放熱部では液体とし
て行われる。この噴出エネルギーをダービンにより回転
運動に変え、該回転運動を所定の手段で外部コンテナ外
に引出すことにより、本実施例に係るループ型細管コン
テナは外燃機関の一種として動力源として使用すること
が出来る。第17図における65はタービンで65−1
はタービンホイール、65−2はタービンブレード、6
5−3は作動液の復路側細管コンテナに作動液を送入せ
しめる流通孔である。t−5はヘッダ部、67はエネル
ギー引出手段である。図において該手段はタービン65
と一体となり回転する外輪マグネット67−1と内輪マ
グネット67−2とからなり、外輪マグネット67−1
は外管コンテナ6−1内で回転し、外管コンテナ壁を隔
てて、外管コンテナ外の内輪マグネット67−2を回転
せしめその回転力を出力軸66に伝達せしめる。エネル
ギー引出手段67として本例図ではマグネットを利用し
てあるが該手段はマグネット方式に限定されるものでは
ない。消耗作動液補給手段を併設すればタービン軸を直
接出力軸として使用することも可能である。又電磁気的
な他の手段でも良く、タービンの回転を振動に変換し、
振動エネルギーとして外部に引出す手段も考えられる。
第21実施例 第11図(ハ)に例示の如きループ型細管ヒートパイプ
は極めて細径に且つ極めて長く形成することが可能であ
り、第11図(ニ)(ホ)の荷姿で運搬輸送することが
出来る。又配設現場で自在に屈折せしめて使用すること
が出来る。又可搬式のろう接又は熔接器及び可搬式の簡
易な作動液注入装置及び封止用圧潰工具を準備すれば配
設現場で自在に短縮せしめたり延長せしめたりすること
が可能である。この様な細管ヒートパイプは最早単にヒ
ートパイプとしてのみでなく中空の電線としても兼用す
ることが出来る。
第21実施例は第10実施例、第12実施例及第14実
施例のループ型細管ヒートパイプのコンテナが電気用銅
材かが電気用アルミニウム材料若しくは電気用アルミニ
ウム合金を用いて所定の電流容量を与える断面積に形成
され、該コンテナは電気用銅線か電気用アルミニウム線
として兼用されてあり、それ等の単線、並列線、撚線若
しくは通常の電気用銅線と撚り合わせられた複合撚線と
して形成されてあることを特徴としている。
この様に構成されたループ型細管ヒートパイプは被温度
制御体を加熱冷却するに際し、それに電力を供給するこ
とが出来る。又密閉筐体内の電気配線材として用いる場
合、裸線自身の発熱を吸収するだけでなく密閉筐体内部
の温度上昇も防ぐことが出来る。又許容電流を大幅に増
加させることが出来るから電気配線を軽量化することも
可能である。
第22実施例及び第23実施例 本実施例は第11図(ハ)に例示した如き第10実施例
に係る長尺コンテナが電動機、発電気、変圧器、電磁石
等に使用される巻線として兼用される場合の実施例であ
る。巻線には綿糸、綿テープ、紙テープ等を導体周囲に
密に横巻きした主として大容量の用途に用いられる種類
の所謂巻線と、導体周囲に絶縁エナメル塗料の焼付被膜
を形成した主として中小容量のものに用いられる所謂エ
ナメル線とに分類される。第22実施例は前者であって
「ループ型コンテナを構成する長尺細管は中空の電気用
銅線又は中空の電気用アルミニウム線として形成されて
あり、該裸線の外周に綿糸又は綿テープ、紙テープの如
き電気絶縁繊維類が密に横巻き被覆されてあることを特
徴とするループ型細管ヒートパイプ。」であり第23実
施例は第22実施例の電気絶縁繊維類の横巻き被覆に代
わり、「該裸線の外周に桐油、ポリウレタン、ポリエス
テル、ポリアミド、ポリイミド等を主成分とする各種の
エナメル塗料が焼付け被覆されて中空の電気用エナメル
線として形成されてある」ことを特徴としている。本実
施例はヒートパイプの摘要例としては極めて特異であっ
て受熱部は被温度制御体に接して熱量の授受を行うこと
が無い。従って電気絶縁体(一般に熱絶縁体)の肉厚に
依る放熱能力低下は問題としない点に特徴があり、又被
巻線体内部における細管コンテナの電力損失に依る自己
発熱を自己吸収して被巻線体外に放出する所に本実施例
の秀れた特長がある。同様な実施例として第11図例示
の第10実施例における長尺の並列細管コンテナを巻線
と共に「巻き込む」又は「添わせ巻込む」ことに依る冷
却に比べて作業の容易性、巻線完了後の容積比、熱吸収
効率の何れの点においても秀れている。本実施例におい
て吸収熱量は第10実施例及び第17実施例を第14図
(ニ)の如く適用し、第6図(ロ)の如く実施して外部
に放熱される。第18図は本実施例における細管コンテ
ナの断面図であって(イ)(ロ)は各単一細管毎に絶縁
されてあり、(ハ)(ニ)は並列細管が一括絶縁される
か又は接着並列細管が絶縁された状態を示す。1は細管
コンテナ、44は横巻きによる絶縁被覆又は焼付けによ
る絶縁被覆を示す。本実施例に係る細管コンテナを巻線
又は巻線の一部として形成された例えば電動機、発電
気、変圧器、電磁石等は、中空導体を使用することに依
る容積増加を上廻って大幅に許容電流を増加せしめるこ
とが出来るので、結果的には被巻線体を小型化、強力化
することが出来る。
第24実施例 第22実施例及び第13実施例が内部発熱を吸収する実
施例であったのに対し第20実施例においては外部から
急激な加熱を吸収する実施例である。耐火電線、ケーブ
ル及び耐熱電線、ケーブルは火災発生時に初動消火活動
開始迄の所定の時間の間建築構造物内における重要な施
設に対する電力供給を継続する為の電線、ケーブルであ
り、火災に耐えるものが耐火であり、高熱に耐えるもの
が耐熱である。難燃電線ケーブルは延焼を防止するもの
である。本実施例はそれ等の電線又はケーブルの心線の
導体としてループ型細管ヒートパイプの細管コンテナを
使用してそれ等の耐火耐熱及び難燃用の絶縁被覆を冷却
し、耐火時間、耐熱時間を大幅に延長せしめ又は延焼を
防止せんとするものである。第19図はそれ等の電線又
はケーブル心線の断面図を示し単一細管コンテナ及び並
列細管コンテナの使用例であり(イ),(ニ)は耐火構
造(ロ),(ホ)は耐熱構造(ハ),(ヘ)は難燃構造
になっている。1は細管コンテナであり電気用導体であ
る。45は耐熱絶縁被覆、46は耐火層である。47は
難燃性絶縁被覆である。細管コンテナ1は図示されてい
ない放熱部がスプリンクラー又は火災信号と連動する水
冷装置によって水冷されることにより火災による絶縁被
覆の高熱を内部から吸収冷却して耐火耐熱時間を延長せ
しめたり又延焼を防止せしめる。又該実施例においては
耐火層46を充分に厚くし、該耐火層内の温度降下率を
大きく、熱通過率を低減せしめることにより、耐火時
間、耐熱時間を大幅に延長せしめるか完全耐火、完全耐
熱の電線、ケーブルを構成することが出来る。本実施例
に係るループ型細管ヒートパイプの耐火耐熱電線は導体
表面温度が純水作動液の場合300〜350℃以下、ナ
フタリン、サームエス等の作動液の場合400〜450
℃以下に保持されれば火災鎮火時迄火災の高温に耐える
ことが出来る。
第25実施例 大型初変電所においては多条数の電力ケーブル群がその
導出入口附近に集中する。その為に各ケーブル管路の温
度上昇が問題となる。本実施例はその様な電力ケーブル
の放熱に対して適用されるループ型細管ヒートパイプの
実施例である。第20図はその構成を示す略図であって
(イ)(ロ)は直接土壤51中に布設された電力ケーブ
ル管路48に対する適用例であり、(ハ)(ニ)は洞道
50内に布設された管路48に対しても、土壤直埋に対
しても実施可能な適用例である。又(イ)(ハ)は管路
48に対して直角な方向の断面図であり(ロ)(ニ)は
その平面図である。1は第5図(イ)(ロ)(ハ)
(ニ)(ホ)(ト)に励磁の如き作動液方向転換部t−
1乃至t−6を有する複数細管コンテナであり、そのま
ま多数本を使用して適用されても良く又は第11図
(ハ)の複数細管コンテナの長尺体を第11図(ヘ)の
如ま蛇行成形して、適用されてあったも良い。該細管コ
ンテナ1の受熱部はケーブル管路48の外周に巻き付け
られてあるか、管路48に沿って縦添えされてあっても
良い。即ち第6図における(イ)の如くであっても
(ロ)の如くであっても良い。第20図(イ)(ロ)に
おいては放熱部2は直接土壤51の中に分散展開して配
設されてある。複数細管は望ましくは図における2−
1,2−2の如く拡げられてある方が放熱性能は改善さ
れる。この様に構成された本発明に係るループ型細管コ
ンテナ管路は48の発熱を広く土壤51に換算放熱せし
めることが可能になり管路内の許容電流を増加せしめる
ことを可能にする。第20図(ハ)(ニ)は強制冷却に
より更に許容電流を増加せしめる場合に適用されるもの
で放熱部2はケーブル管路48に並列に配設された冷却
水管路49に巻き付けられてあるから、管路49に沿っ
て縦添えされてある。
本実施例は大型長尺ヒートパイプにより熱吸収せしめ地
上に設けられた冷却塔により放熱せしめる従来方式に比
べヒートパイプが極めて安価であり、工事費が安い、冷
却塔を必要としない等の利点があり、又布設されるケー
ブル管路48が増設される場合、通電要領を増加せしめ
る必要がある場合等においては配設されるループ型細管
ヒートパイプ1を増設するだけで容易安価に対処出来る
ことも大きな利点がある。
第26実施例及び第27実施例 近年高速大容量の通信手段として光伝送ファイバによる
光通信システムが発達しつつある。光通信システムにお
ける光伝送ケーブルは高速大容量の伝送線路である場
合、公共的に極めて重要な通信線路である場合、大規模
病院等の人命に係るデータ伝送である場等は火災時とい
えども瞬時たりとも伝送を停止することが許されない例
が多い。その為に電線における耐火耐熱電線の如く初動
消火活動開始迄の時間の間火災に耐える構造が要求さ
れ、又は火災による火炎に長時間耐える完全耐火耐熱構
造が要求される。第26実施例は所定の時間火災に耐え
る為の構造の実施例であって第21図はその断面図であ
る。(イ)は本発明に係るループ型細管ヒートパイプの
細管コンテナ1の周囲に光伝送ファイバ52−1,52
−2が巻き付けられてあり、その外側に耐火層(断熱
層)46、及び耐熱層(熱緩和層)45が設けられてあ
る。(ロ)においては光伝送ファイバ52−1,52−
2は細管コンテナ1に縦添えされてその外側に耐火層4
6及び耐熱層45が設けられてある。(ハ)においては
細管コンテナ1の外周壁面に設けられてある条溝53−
1,53−2内に光ファイバ52−1,52−2が格納
して添えられてその外周に耐火層46、及び耐熱層45
が設けられてある。この様に構成されてある光伝達ケー
ブルは細管コンテナ1の図示されていない放熱部がスプ
リンクラー又は火災信号と連動する水冷装置によって冷
却されることに依り光ファイバ周辺の熱を吸収して所定
の時間の間、火炎及び高熱から光伝達ケーブルとしての
機能を守ることを可能にする。第27実施例は細管コン
テナ1−1,1−2が複数並列に接着されてある場合の
実施例であり第22図にその断面図を示す。(イ)は細
管コンテナ1−1,1−2が円形断面であり、その両面
には自ら深い条溝が形成されてあり、光ファイバ52−
1,52−2は該条溝に格納され縦添えされてある。4
5,46は夫々耐熱層及び耐火層である。この場合の光
ファイバーに対する冷却効果は2倍になり第21図実施
例より更に有効である。光ファイバ52−1,52−2
が金属被覆光ファイバである場合は冷却効果は更に完全
となり火災からほぼ完全に光伝送特性を防護する。
(ロ)(ハ)は夫々細管コンテナが半円形断面及び矩形
断面をなす。1−1,1−2の並列接着体であり、接着
面が平面状をなしている。光ファイバ52,52−1,
52−2は夫々に各細管コンテナ1−1,1−2の接着
面外壁に設けられてある条溝53−1,53−2により
形成される空洞内に格納され縦添えされてあり、火炎及
び高熱から完全に遮断されてある。耐火層46及び耐熱
層45は火災の高温を緩和して細管コンテナ1−1,1
−2無いの作動液の飽和蒸気圧があまりに高くなるのを
防止する。これ等は細管ヒートパイプの冷却作用により
完全燃焼することなく最後迄熱緩和の役目を果たす。こ
の点は第21図,第22図の総ての例に共通である。こ
の様に構成された第22図(ロ)(ハ)の実施例は完全
耐火耐熱性を示し、火災鎮火時迄完全に光伝送特性を保
持する。
第28実施例 超伝導ケーブルの冷却は一般に該ケーブルを中空管状に
形成し管内に液体ヘリウム、液体窒素等の冷却液を貫流
せしめるか、それ等の冷却液が貫流する冷却管内にケー
ブルを浸漬して実施される。又超伝導マグネットに代表
される超伝導コイルの冷却は一般にコイルの全体を冷却
液中に浸漬して実施される。取扱いの不便さにも係わら
ずこの様な浸漬方式または直冷方式が採られているのは
超伝導材料の臨界温度が冷却液の沸点に近いこと、及び
熱抵抗の小さな間接冷却手段が無かったことに依る。然
し近年の超伝導材料の急激な進歩は臨界温度が液体窒素
の沸点より充分にに高い超伝導材料を提供せしめてい
る。これは熱抵抗の比較的小さな間接冷却手段が提供さ
れれば液体ネオン、液体窒素等により間接冷却を実施す
ることが可能になったことを意味している。本発明に係
るループ型細管ヒートパイプはその様な間接冷却を可能
にするもので、超伝導ケーブルや超伝導コイル等とその
冷却部(放熱部)を引離し、冷却部を小型化し、又超伝
導部分の形状大きさ等の自由度を大きくする。本発明に
係るループ型細管ヒートパイプは第6図の如く適用し
て、放熱部を液体ネオン、液体窒素等に浸漬して自然対
流又は強制対流により冷却し、受熱部(熱吸収部)を超
伝導ケーブルに密着して「添わせ」又は超伝導コイルに
超伝導線と共に「巻き込む」ことに依り超伝導状態を発
生せしめる。
第28、第29及び第30実施例はループ型細管コンテ
ナの受熱部を上述の如く「添わせ」又は「巻き込む」こ
とを容易にするコンテナの構造に関する実施例である。
各実施例はループ型コンテナ内に低温用作動液の所定量
が封入されてある点において共通である。作動液の種類
は超伝導材料の臨界温度により決められる。ヒートパイ
プの活発な作動の為には受熱部と放熱部の間には所定の
温度差を必要とする。又臨界電流密度や臨界磁場強度を
考慮すれば放熱部の冷却温度は更に低温であることが要
求される。従って本実施例に使用される作動液は使用さ
れてある超伝導材料の臨界温度より充分に低い温度でも
良好に作動することが必要条件となる。高温超伝導材料
開発の過渡期にある現在の好ましい作動液は液体ネオ
ン、液体窒素であり将来はより安価な、より高い沸点の
作動液が利用出来る可能性がある。
第23図は本実施例に係る細管コンテナの断面図であっ
て細管コンテナ1の外周には超伝導体被覆層54が設け
られてあり更にその外周には電気及び熱伝導性の良好な
金属材料からなる金属管被覆56が設けられてある。超
伝導体被覆層54は超伝導材料からなるテープが密に横
巻されたものでも良く、又超伝導材料がセラミック系の
場合は細管コンテナ1の周囲に直接焼結形成されたもの
でも良い。又ケーブル状態の時は未焼結状態の被覆層で
あり、最終形態に加工後(コイルの場合はコイル巻完了
後)焼結されても良い。細管コンテナ1及び金属管56
の材質は一般的には純銅が用いられ、細管コンテナ1、
超伝導体被覆層54と金属管被覆56の3者は引抜き加
工、又はスエージング加工により接合又は接合に近い状
態に一体化されてある。細管コンテナ1及び金属管被覆
56は作動中に生じる微小部分における超伝導状態の破
壊に依る発熱を吸収せしめて超伝導状態を安定化させる
役目がある。又金属管被覆56の他の役目としては超伝
導時における電気絶縁被覆の役目もある。(ロ)におい
ては細管コンテナ1の外周壁面には条溝53が設けられ
てあり、該条溝中に超伝導体の細管55が挿入充填され
てある。細管コンテナ1と超伝導細線55と金属管被覆
56の3者が一体となり接合状態となっている点は
(イ)と同様である。各部の作用は(イ)と全く同じで
ある。この様に構成された細管コンテナは超伝導ワイヤ
としてコイル巻きその他の必要形状に形成することが容
易であり、図示されていない放熱部により離隔の位置か
ら該ワイヤで構成された部分をその臨界温度以下に冷却
し且つ超伝導状態を維持せしめることが出来る。この様
な本発明に係るループ型細管ヒートパイプ応用の超伝導
ワイヤには従来の浸漬式超伝導ワイヤに比べて次の利点
がある。
(a)超伝導コイルを形成する場合コイル部は冷却液中
に浸漬する必要がないからコイル部の形状大きさが自由
であり、如何に大型であっても良い。
(b)放熱部(冷却液に浸漬する部分)を離隔の位置に
設け且つ大幅に小型化することが出来るからコイル部が
大型化されても浸漬容器は小型で良く、従って熱損失が
小さく冷却液の消費量が節約出来る。
(c)発電機、電動機等回転機の超伝導化が可能とな
る。即ち固定子のコイルは第6図(ロ)の如くして容易
に実施することが出来る。又回転子に適用する場合は同
様に第6図(ロ)の如く実施するのであるがコイルから
の引出される放熱部2は回転軸の周囲に同心的に配置し
て回転状態で冷却器中に浸漬するか、放熱部2を回転軸
周囲に同心的に設けられてある冷却ジャケット中に導入
するかして実施する。コイル部以外の発熱部は第10実
施例に係るループ型ヒートパイプに本実施例に係る作動
液が封入されてあるものを使用し、上述と同様第6図
(ロ)の如くして臨界温度迄冷却してコイル部分の超伝
導状態維持を助けて実施することが望ましい。又固定子
又は回転子の一方がコイルを必要としない場合でも同様
の手段で冷却温度前後迄冷却することが望ましい。
(d)大容量変圧器のコイルの超伝導化に適用してコイ
ル部の冷却容器を省略すると共に銅損が無くなることに
より大幅に小型化せしめることが出来る。この場合鉄損
に依る発熱は超伝導ワイヤの低温により充分に冷却され
て冷却容器は不用となる。この場合の冷却容器は第6図
(ロ)における冷却手段6の如き1次側コイル及び2次
側コイルの放熱部を冷却する為の小型冷却器のみとな
る。然し鉄損発熱が大きい場合は(c)項と同様な補助
冷却手段を併設することが望ましい。
(e)電力送電用ケーブルに適用する場合は従来の送電
用超伝導ケーブルの場合には冷却管又は超伝導ケーブル
管内を極低温冷却液を貫流せしめる為の極低温用ポンプ
を所定の距離毎に必要としたのに対し、それに代わり第
6図(イ)における冷却手段6の如き簡単な浸漬型冷却
器を所定の距離毎に設けるだけで良い。即ち設備費が低
減されるだけでなくポンプ保守費が不要となる。
第29実施例 本実施例は断面矩形状の細管コンテナ1が超伝導体テー
プ57又は超伝導体細線55の複数を挾持して構成され
てある実施例であり、第24図はその断面図である。
(イ)(ロ)においては超伝導体テープ57は細管コン
テナの平面で挾持されて構成されてあり、(ハ)(ニ)
(ホ)(ヘ)広幅条溝58又は細幅条溝53に夫々超伝
導テープ57及び超伝導体細線55が挿入されて挾持さ
れてある。(イ)(ハ)(ホ)はコイル巻に使用される
例であり、破線に示した内層側又は外層側細管コンテナ
との間に挾持されるので、超伝導体は細管コンテナ1の
片面のみに接着されてある。
(ロ)(ニ)(ヘ)においては、超伝導体は2本の細管
コンテナ1−1,1−2で挾持されてある。この種のも
のはコイル巻の場合は最内層又は最外層に使用される。
該実施例における作用は第28実施例と同様である。又
該実施例は超伝導コイルの形成に極めて便利であり、無
駄な空隙が形成されないので冷却効率が良好である。
第30実施例 第25図は大容量の送電用超伝導ケーブル又は大形の超
伝導コイルを形成する為の超伝導ケーブルとして構成さ
れたループ型細管ヒートパイプの構成を示す断面図であ
る。ループ型コンテナは第13実施例又は第15実施例
又は第16実施例の何れかに構成してその等の充填材と
して超伝導材料が用いられてあるものであり、但しそれ
等の実施例そのままでは空隙部の占める断面が小さいの
で各細管コンテナが撚合わせられる前に各細管コンテナ
には予じめ超伝導材の被覆が施されたものを使用して実
施したものが第30実施例である。図において1−3は
細管コンテナ群で束状に集合されてあるか、相互に撚り
合わせてあるかの何れかであり、熱及び電気伝導性の良
好な且つ可撓性に富む金属管56の中に挿入されてあ
る。集合又は撚合わせの前に各細管コンテナの外周には
予め超伝導材料59が被覆されてあり、又金属管56に
挿入に際しては管内及び金属細管コンテナ群内のあらゆ
る間隙は超伝導材料59によって密に充填されてある。
望ましくは金属管内における金属管内壁と超伝導材料と
細管コンテナ外壁との三者は所定の手段により相互に接
合又は接合に近い状態に密着一体化されてある。ここに
云う所定の手段は一般には、引抜き加工、又はスエージ
ング加工による断面縮小加工である。又超伝導ケーブル
の状態迄は未焼結のままにしておき、ケーブル布設時の
曲げ加工、超伝導コイル形成の曲げ加工等の加工完了後
に焼結加工を施して超伝導材料として完成せしめても良
い。
該超伝導ケーブルは超伝導材料の占める断面積が大きい
ので大電力の送電用超伝導線路、大型大容量の超伝導コ
イル等に適している。又細管コンテナ群1−3が撚合わ
せで構成したものは可撓性が要求される場合に、束状集
合で構成されたものは直線性が要求される場合に使用さ
れる。本実施例の各部の作用は第28実施例と同様であ
る。
第31実施例 ループ型細管ヒートパイプの超伝導利用において、使用
される低温作動液と超伝導材料の適合性が良好な場合は
作動液と超伝導材料が直接に接触して作動する様にヒー
トパイプを構成して、作動液の蒸発潜熱、凝縮潜熱を前
述各実施例より更に有効に活用することが可能となる。
本実施例はこの様な適用例であって、ループ型細管ヒー
トパイプの少なく共受熱部及び受熱部に連続する所定の
部分における細管コンテナは合金系超伝導性金属材料で
形成されてあるか、細管コンテナの内壁面には超伝導材
料が内張りして形成されているか、何れかの構造に形成
されてあることを特徴としている。第28図(イ)及び
(ロ)は夫々その様な細管コンテナの一例を示す断面図
である。図(イ)において細管コンテナ1はニオブチタ
ン(Nb・Ti)の如き合金系超伝導金属細管で形成さ
れてあり、該コンテナはこのままで超伝導ワイヤ又はケ
ーブルとして適用することが出来る。56は純銅の如き
電気伝導性及び熱伝導性の良好な金属の被覆で超伝導状
態における電気絶縁及び超伝導状態安定化手段として被
覆されてある。図(ロ)においては細管コンテナ1の内
壁面には超伝導材料57が内張りされてある。該内張り
は円周方向には必ずしも連続している必要はないが長手
方向には超伝導ワイヤ又はケーブルとして必要な長さの
間に連続して形成されてある。(ロ)図の実施例におい
ては細管コンテナ1が超伝導状態における電気絶縁及び
超伝導安定化手段として併用される。図(イ)と図
(ロ)とは構造的に極めて類似しているが、(イ)にお
いては超伝導金属細管はループ型細管コンテナとしての
耐圧性、気密性及び可撓性が要求され、(ロ)において
は超伝導材料にはそれが要求されない。該実施例におい
ては作動液の相変化時の潜熱が直接利用されるから前述
実施例の如き間接利用の場合より放熱部における冷却温
度を高くすることが出来る利点がある。又前述実施例の
場合より細管コンテナを細径化することが出来る点や、
構造を簡易化することが出来る点においても前述実施例
より有利である。図(ロ)における超伝導材料がセラミ
ック系のものである場合に巻線として使用する場合はセ
ラミック焼結作業及び作動液封入作業は巻線作業完了後
実施しても良い。細管コンテナの断面形状は円管に限定
されず必要に応じた所望の断面形状をとることが出来
る。
ハ.発明の効果 本発明に係るループ型細管ヒートパイプは従来のヒート
パイプとは全く異なる新規な作動原理が附加されて作動
する。これにより従来のヒートパイプの有していた問題
点のほぼ総てを解決し更に独特に新規な特性を発揮する
ことは前述の通りである。従って従来からヒートパイプ
の応用が望まれながら適用出来なかった広範囲な分野に
ヒートパイプの有効利用分野が拡大される。その利用分
野は前述の各実施例に留まらず更に多くの実施例が案出
される可能性がある。又上述各実施例を更に応用して限
り無くその応用分野は拡大するものと考えられる。前述
の本発明に係るループ型細管ヒートパイプの基本構造の
各種作用、各実施例の各種作用、の効果として拡大され
たヒートパイプ利用分野の、現時点で考察し得る分野を
列挙すると次の如くである。
(A)動力ケーブルの冷却に代表される極めて長尺な物
体の加熱冷却。
(B)化学工業プラント等の流体輸送管における流体温
度の制御。
(C)従来型ヒートパイプではヒートパイプ装着が困難
であった薄肉中空容器の如き薄肉構造体に巻付け装着し
て内部の温度を制御する。
(D)曲面形状をも含むあらゆる面の表面に装着して加
熱又は冷却する。
(E)ヒートパイプ装着が不可能でその均熱化特性が活
用出来なかった大型精密工作機械、大型精密測定器等に
適用が可能となり、面加熱、面冷却により熱歪を除去し
精度を向上せしめる。
(F)燃料電池用セルスタックに代表される如き発熱平
板の多層積層体における各平板温度の一括制御。
(G)電動機、発電機、変圧機、電磁石等に代表される
コイル構造体に巻線と共に巻き込み内部発熱を吸収する
如き冷却手段。
(H)電動機、発電機、変圧機、電磁石等に代表される
コイル構造体の巻線を兼用せしめ自己の発熱を自己冷却
することができる。
(I)底部下面から冷却する以外に冷却手段のない場
合、頂部平面上から加熱する以外に加熱手段のない場合
等におけるトップヒート状態のヒートパイプ応用温度制
御が可能となる。
(J)トップヒート特性により、地中冷温、地下水冷
温、水中冷温、海中冷温等の冷温度を汲み揚げ利用する
ことが可能である。
(K)耐火耐熱用電気ケーブルの冷却添え線として耐火
耐熱性を向上できる。
(L)耐火耐熱用電気ケーブルの電気導体を兼用せしめ
てその性能を向上できる。
(M)耐火耐熱光ケーブルの冷却添え線又は保護被覆と
して耐火耐熱性を与えることができる。
(N)円筒形コンテナ内に作り込み長大強力なヒートパ
イプを構成できる。
(O)円筒形コンテナ内に作り込み、作動液の強力な循
環力を利用して外燃機関として応用することができる。
(P)超伝導ケーブル、超伝導マグネットワイヤを臨界
温度に制御する為の冷却用添え線兼超伝導性安定化電気
導体としての応用することができる。
(Q)超伝導回転機器の固定子及び回転子の巻線として
適用し臨界温度に制御することができる。
(R)円筒形コンテナに作り込み、その高温度特性の良
好な点、及び強力な熱輸送を利用してプラスチック射出
成型機、押出成型機のスクリューに応用し、内部温度制
御型成型機を構成することが可能である。
(S)融雪及び凍結防止システムの改善(布設工事の簡
易化)を図れる。
(T)夏季の太陽熱をトップヒート特性を利用し直接地
下土壤中又は地下蓄熱装置に蓄熱し冬期に利用する如き
システムとして利用できる。
(U)太陽熱コレクタシステムの改善(蛇行ループ型コ
ンテナによるコレクタの簡易化、性能向上、コレクタか
ら熱エネルギーを直接屋内蓄熱器に蓄熱する等)を図る
ことができる。
(V)蛇行ループ型のアルミニウム細管コンテナに適用
して宇宙機器用加熱冷却及び均熱化システムの簡易化、
軽量化を図れる。
(W)大容量平型サイリスタ冷却器に代表される電力半
導体素子冷却器の小型化、アルミニウム−フレオン型ヒ
ートパイプ採用による大幅な軽量化及び受放熱部間の電
気絶縁、配設姿勢の自由度の拡大、水道水に依る冷却等
が可能になり性能が大幅に改善される。
(X)機器の密閉筐体冷却器に蛇行ループ型細管ヒート
パイプを適用し、構造の簡易化、アルミニウム−フレオ
ン型ヒートパイプ採用に依る軽量化、高性能化、又屋外
設置型については地中冷温の利用も可能になる。
(Y)蛇行ループ型細管コンテナにより構成された平板
群とプリント回路基板群を交互に積層し、基板間の冷却
風流路となる間隙を不要とし機器の大幅な小型化を図る
ことがができる。
(Z1)受熱部と放熱部の夫々の装着部が相互に変位を
繰返す如き場合に放熱部と受熱部を連結している断熱部
を螺旋状細管に形成することにより長寿命を保証するこ
とができる。
(Z2)熱入力が一定水準を越えると熱入力が増加して
も熱輸送量が増加するのみで受熱部温度が上昇すること
の無い温度一定特性は極めて強力な熱輸送能力と秀れた
安全性を提供する。この特性は原子炉内熱交換用として
最適である。原子炉の出力を増加せしめ、熱輸送量を増
加せしめても、受熱部温度は一定温度以上に上昇するこ
となく安全に熱エネルギーを炉内から引出すことが出来
る。上述の如く本発明に係るループ型細管ヒートパイプ
は数多くのヒートパイプ有効利用の新規分野を提供し、
その利用分野は上述に列挙したものに留まらず更に多く
の分野があるものと考えられる。その分野は何れも本発
明に係るループ型細管ヒートパイプの三構成要素を基本
として生ずる多くの作用に依り発生する効果として提供
されるものである。三構成要素を基本とする各種の作用
の中で重要な作用は長尺化が可能なこと、屈曲及び装着
の自在性、トップヒートでの良好な性能、温度一定特
性、強力な熱輸送能力、作動領域の高温化、フレオン其
他の作動液に純水作動液より高性能を発揮させる特性等
であり、これ等の作用の夫々又は組合わせによる効果が
得られる。
【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
的な構成を示す断面図であり同時にその第1実施例図で
もある。第2図は発明の第1構成要素である細管コンテ
ナの一部の断面図。第3図は発明の第3構成要素をなす
小型逆上め弁の断面図。第4図は発明の第2構成要素を
なす受熱部及び放熱部の配設状態を示すループ型コンテ
ナの一部の断面図である。第5図は作動液の流れ方向転
換部の構造を示す略図。第6図は本発明に係るループ型
細管ヒートパイプのループ型コンテナが並列細管である
場合の適用状態を示す略図である。第7図は本発明の第
2実施例に係る可変コンダクタンス型ループ型細管ヒー
トパイプの一部断面略図である。第8図はループ型コン
テナの各種断面形状の場合の夫々における配設状態を示
す。第9図は本発明第6実施例に係る平型サイリスタ冷
却器の斜視図。第10図は本発明第7実施例に係る電気
絶縁部の一部断面図。第11図は本発明第10実施例に
係るループ型並列細管コンテナを有するヒートパイプの
取扱い及び適用例を説明する説明略図。第12図は本発
明第13実施例の適用状態例を示す略図。第13図は本
発明第14実施例の適用例を示す斜視図である。第14
図は本発明第17実施例の各種適用例を示す略図。第1
5図は本発明第18実施例の適用例を示す一部断面図。
第16図は本発明第19実施例の適用例を示す一部断面
図。第17図は本発明第20実施例の適用例を示す一部
断面図。第18図は本発明第22実施例及び第23実施
例の適用例である細管コンテナの各種についてその断面
形状を示してある。第19図は本発明第24実施例の適
用例である耐火、耐熱及び難燃電線を兼ねた細管コンテ
ナの断面図である。第20図は本発明第25実施例の適
用例を示す一部断面略図及びそれらの平面図である。第
21図及び第22図はそれぞれ本発明第26実施例及び
第27実施例の各種適用例である耐火耐熱光伝送ケーブ
ルを兼ねた細管コンテナの断面図である。第23図、第
24図及び第25図は夫々本発明の第28実施例、第2
9実施例及び第30実施例の適用例である超伝導ケーブ
ルを兼ねた細管コンテナの断面図である。第26図は従
来構造の円筒型ヒートパイプの断面図である。第27図
は従来構造のループ型ヒートパイプの一例を示す断面
図、第28図(イ),(ロ)は第31実施例を示す断面
図である。 1…ループ型コンテナの受熱部、2…放熱部、3…断熱
部、4…小型逆止め弁、5…加熱手段、6…冷却手段、
7−1…作動液蒸気、7−2…作動液、8…作動液流、
4a…弁座、4b…球状弁体、4c…ストッパー、t−
1及びt−2…流れ方向転換部、t−3…共通貫通孔、
t−5…作動液溜め又はヘッダ、t−6…曲管、31…
ガス溜めタンク、32…非凝縮性ガス、33…温度制御
手段、34…銅ブロック、35…平型サイリスタ素子、
36…巻取枠、37…連結細管、38…被温度制御体、
39−1…管又は枠、39−2…隔壁、41…高温流
体、42…低温流体、43…充填材、44…絶縁被覆、
45…耐熱絶縁複、47…難燃絶縁被覆、48…電力ケ
ーブル管路、49…冷却水管路、50…洞導、51…土
壤、52…光伝送ファイバ、53…条溝、54…超伝導
体被覆層、55…超伝導体細線、56…金属管被覆、5
7…超伝導体テープ、58…広幅条溝、59…超伝導材
料、65…タービン、65−2…タービンブレード、6
6…出力軸、67…エネルギー引出手段、67−1…外
輪マグネット、67−2…内輪マグネット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−178291(JP,A) 特開 昭62−252892(JP,A) 特開 昭63−131278(JP,A) 実開 昭62−131278(JP,U) 特公 昭57−31079(JP,B2)

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】細管の両端末が気密に且つ連通状態に相互
    接続されてループが形成され、ループ内を作動液が循環
    可能なようにループ型コンテナが構成され、該ループ型
    コンテナの内径は作動液の循環に際して作動液がその表
    面張力によりコンテナ内を充填閉塞したまま循環するよ
    うに細径化されてあることを第1の構成要素とし、ルー
    プ型コンテナには少なくとも1箇所の受熱部と少なくと
    も1箇所の放熱部とが配設されてあることを第2の構成
    要素とし、作動液の循環経路内には少なくとも2個の流
    れ方向規制手段が配設されてあることを第3の構成要素
    とすることを特徴とするループ型細管ヒートパイプ。
  2. 【請求項2】ループ型コンテナ内には所定の作動液の所
    定の量と共に所定の非凝縮性ガスの所定量が封入されて
    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. 【請求項3】ループ型コンテナは最高使用温度を150
    ℃とし該温度における最高使用内圧力が150Kg/cm2
    とし該圧力に長期間耐えることの出来る構造の金属細管
    で形成されてあり、封入されてある作動液は50℃から
    150℃の温度範囲で化学的に安定で且つコンテナに対
    しヒートパイプ作動液としての適合性が良好であって、
    更に上記温度範囲内においてその示す飽和蒸気圧の数値
    と上記温度範囲内における液体としての動粘性係数の逆
    数との各同一温度における数値の相乗積値がフレオン1
    1のそれと少なくとも同等であるか、それよりも大きな
    数値になる作動液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. 【請求項4】ループ型コンテナの総てか又は所定の部分
    が完全に焼鈍軟化せしめられてあり、所定の手段により
    自在に屈曲せしめることが可能なものであることを特徴
    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. 【請求項5】ループ型コンテナは円管、楕円管、角管、
    平角管、及びそれ等の内壁面に多数の毛細条溝が設けら
    れてある各種グループ管の中の何れかの細管で形成され
    て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。
  6. 【請求項6】ループ型コンテナの管外表面は薄肉で強靭
    な且つ該ヒートパイプの使用温度に応じた耐熱性を有す
    る電気絶縁被覆が施されてあり、望ましくは該電気絶縁
    被覆としては熱伝導性の良好な材料が選択されて施され
    てあるもの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。
  7. 【請求項7】ループ型コンテナを構成する長尺細管の所
    定の断熱部の所定の部分はヒートパイプが使用される高
    温度又は低温度における内外圧に耐え且つ所定の温度と
    上記高温度又は低温度との間の温度サイクルに所定の回
    数迄耐えることの出来る材質の電気絶縁物からなる細管
    で形成されてあり、且つコンテナに封入されてある作動
    液としては電気絶縁性作動液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。
  8. 【請求項8】ループ型コンテナの所定の部分には断熱被
    覆が施されて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。
  9. 【請求項9】前記流れ方向規制手段は逆止め弁であり、
    作動液流路内の内壁に薄肉の純銅かアルミニウムの短尺
    細管が圧入されて所定の手段で固定されたものを弁座と
    し、コランダム(Al23)の球が弁体として用いられ
    てあり、弁体を弁座から所定の距離以内において浮遊状
    態に保持せしめる為の弁体ストッパが併設されてある構
    造のものが作動液流路内に作り込まれてあることを特徴
    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。
  10. 【請求項10】ループ型コンテナは作動液流の往路及び
    復路に相当する長尺細管が相互に近接して並列に配置さ
    れてあり、作動液流の方向転換部である両長尺細管の両
    端における連結部は所定の曲率半径の曲管に形成されて
    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。
  11. 【請求項11】ループ型コンテナは作動液流の往路及び
    復路に相当する少なくとも3本以上の長尺細管群が相互
    に近接して並列に配置されてあり、作動液流の方向転換
    部である長尺細管群の両端における連結部は、所定の曲
    率半径の複数の曲管に連結されてあるか、細径ヘッダに
    より一括して連結されてあるか、何れかの構造に形成さ
    れてあり、且つ所定の長尺細管内には所定の位置に小型
    逆止め弁が配設されてあって、該逆止め弁の作用によっ
    て所定の長尺細管内の作動液流は往路方向に、残余の長
    尺細管内の作動液流は復路方向にその流れ方向が規制さ
    れてあり全体として作動液流路はループ状になる様に形
    成されて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。
  12. 【請求項12】ループ型コンテナは作動液流の往路及び
    復路に相当する複数の長尺細管が同一平面上において相
    互に近接して並列に配置されてある長尺部を有する構造
    であって、該長尺部の所定の部分において各長尺細管は
    所定の接着手段によって相互に接着されテープ状に形成
    されて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。
  13. 【請求項13】ループ型コンテナは作動液流の往路及び
    復路に相当する多数の長尺細管が近接して並列且つ束状
    に配置されてある長尺部を有する構造であって、該細管
    群はその受熱部か放熱部である所定の部分において熱伝
    導性の良好な金属管内に加圧的に保持されてあり、望ま
    しくは該金属管内壁と細管群の間隙及び細管相互間の間
    隙の総てが熱伝導性の良好な充填材によって充填されて
    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。
  14. 【請求項14】ループ型コンテナは作動液流の往路及び
    復路に相当する複数の長尺細管からなる長尺部を有する
    構造であって、長尺部の所定の部分において複数の長尺
    細管が相互に撚り合わせられて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。
  15. 【請求項15】ループ型コンテナは複数の長尺細管が相
    互に撚り合わせられて構成されてある長尺部を有する構
    造であって、該長尺部はその受熱部か放熱部である所定
    の部分において、熱伝導性の良好な金属管内に加圧的に
    保持されてあり、望ましくは該金属管内におけるあらゆ
    る空隙は熱伝導性の良好な充填材により充填されてある
    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。
  16. 【請求項16】ループ型コンテナは複数の長尺細管が撚
    り合わせられて構成されてある長尺部を有する構造であ
    って、該長尺部はその所定の部分において熱伝導性の良
    好な金属管内に加圧的に保持されて有り、該金属管はコ
    ルゲートが施されてある可撓管であるか、塑性及び柔軟
    性に富む金属材料で形成された可撓管であるかの何れか
    であり、更に望ましくは該金属管内のあらゆる空隙は熱
    伝導性が良好で且つ潤滑性の良好な流動性物質、半流動
    性物質、微粉末の何れかにより充填されてあることを特
    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。
  17. 【請求項17】ループ型コンテナは単一の長尺細管、並
    列長尺細管、撚り合わせ長尺細管の何れかで構成された
    長尺部を有するコンテナであって、該コンテナはその所
    定の複数個所において作動液流の方向転換部として所定
    の曲率半径の曲管状に屈曲せしめられて蛇行形状のコン
    テナに形成されてあり、蛇行部の各ターン毎に受熱部、
    放熱部の何れか、若しくはそれ等の双方が設けられてあ
    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。
  18. 【請求項18】ループ型コンテナはその所定の部分が多
    数ターンの蛇行形状に形成されてあり、その各ターンの
    所定の部分が断熱部になっており、それ等の断熱部群は
    束状に集合せしめられて所定の管又は枠内に貫通して加
    圧的に保持されてあると共に該管又は枠内における総て
    の空隙は所定の充填材により気密に充填されてあること
    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。
  19. 【請求項19】ループ型コンテナは熱伝導性の良好な密
    閉金属管からなる外管コンテナ内に作り込まれて構成さ
    れてあり、作動液流の往路及び復路に相当する細管コン
    テナの多数集合体がその両端面と外管コンテナの両端面
    の内壁との間に夫々作動液流の方向転換用ヘッダに相当
    する空室を残して、外管コンテナ内に密に且つ加圧的に
    挿入されてあり、更に望ましくは外管コンテナの内壁と
    細管集合体の間、及び細管相互間のあらゆる間隙は所定
    の手段により気密に閉鎖されてあり、更に所定の細管の
    夫々には小型逆止め弁が配設されてあり該逆止め弁によ
    り規制される作動液流の方向は細管集合体の所定の複数
    本においては往路方向であり、残余の複数本においては
    往路方向であり全体として作動液流路はループ状になる
    様に形成されて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。
  20. 【請求項20】ループ型コンテナは熱伝導性の良好な且
    つ耐圧構造の密閉金属管からなる外管コンテナ内に作り
    込まれて構成されてあり、作動液流の往路及び復路に相
    当する細管コンテナの多数集合体がその両端面と外管コ
    ンテナの両端面の内壁との間に夫々に空室を残して外管
    コンテナ内に圧入されてあり、外管コンテナの内壁と細
    管集合体の間及び各細管相互間における間隙は所定の手
    段によって気密に閉鎖されてあり、更に各細管内には夫
    々に強靭な小型逆止め弁が配設されてあり、細管集合体
    の最外層を含む外層に近い所定の複数細管内における逆
    止め弁は作動液流が総て往路方向である様配設されてあ
    り、残余の細管における逆止め弁はその作動液流が総て
    往路方向である様配設されてあり、作動液流路は全体と
    してループ状になる様構成されてあり、外管コンテナの
    両端内部に設けられた空室の一方又は双方の内部には作
    動液流又はその蒸気流によって回転するタービンと該タ
    ービンの回転エネルギーを外管コンテナ外に導出する手
    段が設けられて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。
  21. 【請求項21】ループ型コンテナはそれを構成する長尺
    細管の素材として電気用銅材料か、電気用アルミニウム
    材料か若しくは電気用アルミニウム合金が用いられてあ
    り、所定の電流容量を与える断面積に形成されてある長
    尺細管からなり、該コンテナは電気用銅線か電気用アル
    ミニウム線として兼用されてあり、それ等の単線、並列
    線、撚線、若しくは通常の電気用銅線と撚り合わせられ
    た複合撚線として構成されて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。
  22. 【請求項22】ループ型コンテナを構成する長尺細管は
    中空の電気用銅線又は中空の電気用アルミニウム線とし
    て形成されてあり、且つ該裸線の外周には綿糸又は綿テ
    ープ、紙テープの如き繊維絶縁材が密に横巻き被覆され
    て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。
  23. 【請求項23】ループ型コンテナを構成する長尺細管は
    中空の電気用銅線又は中空の電気用アルミニウム線とし
    て形成されてあり、且つ該裸線の外周には桐油、ポリウ
    レタン、ポリビニルホルマール、ポリエステル、ポリア
    ミド、ポリイミド等を主成分とするエナメル塗料が焼付
    被覆されて中空の電気用エナメル線として形成されてあ
    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。
  24. 【請求項24】ループ型コンテナを構成する長尺細管は
    中空の電気用銅線又は中空の電気用アルミニウム線とし
    て形成されてあり、且つ該裸線の外周には耐火性又は難
    燃性の電気絶縁被覆が施されてあって、耐火、耐熱又は
    難燃電線として構成され、若しくは多対の耐火、耐熱、
    難燃性ケーブルの心線として構成されてあることを特徴
    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。
  25. 【請求項25】ループ型コンテナは作動液流の往路及び
    復路に相当する複数の長尺細管が同一平面上にて相互に
    近接して並列に配置されてある長尺部を有する構造であ
    って、該コンテナの受熱部は地中又は洞道内に多数並列
    に布設されてある電力ケーブルの管路に密接して添わさ
    れてあるか、密接して巻き付けられてあり、且つ該コン
    テナの放熱部は周辺の地中に分散展開して布設されてあ
    るか、ケーブル管路と並列に布設されてある冷却水の管
    路に密接して添わされてあるか密接して巻き付けられて
    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。
  26. 【請求項26】ループ型コンテナを構成する長尺細管の
    受熱部は外周壁面に光伝送用ファイバが密接して縦添え
    されてあるか、密接して巻き付けられてあるか、或は該
    長尺細管の外壁に形成されてある条溝内に密接して挿入
    されてあるか、何れかの構造に形成されてあるものをコ
    アとし、該コアの外周に耐火耐熱性の断熱被覆が施され
    て耐火性光伝送ケーブルとして構成されてあることを特
    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。
  27. 【請求項27】ループ型コンテナは近接して並列に配置
    されてある複数の細管が所定の接着手段により相互に接
    着されてある並列細管により構成されてあり、コンテナ
    の受熱部は該コンテナを構成する細管が円形断面の場合
    並列細管の両面に自ずから形成される条溝内に光伝送フ
    ァイバが挿入縦添えされてあるものをコアとするか、若
    しくは該複数細管の接着面が平面であって、該接着平面
    における細管の外壁に形成されてある条溝内に挿入縦添
    えして挟持されてあるものをコアとするか何れかの構造
    のものの外周に耐火耐熱性の断熱材が被覆されて耐火耐
    熱光伝送ケーブルとして構成されて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。
  28. 【請求項28】ループ型コンテナを構成する長尺細管の
    所定の部分にはその外周に超伝導材料からなる被覆層が
    形成されてあるか、該長尺細管の外周壁面の所定の部分
    に長手方向に形成されてある条溝中に超伝導材料からな
    る細線が挿入縦添えされてあるか何れかの構造に形成さ
    れてあり、更にその外周には導電性及び熱伝導性の良好
    な金属管が被覆されてあり、かつ長尺細管、超伝導材
    料、被覆金属管の総ては所定の手段により相互に接合又
    は接合に近い状態に一体化されてあり、且つループ型コ
    ンテナ内には上記超伝導材料の臨界温度より充分に低い
    温度においても良好に作動する低温作動液の所定量が封
    入されて構成されて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。
  29. 【請求項29】ループ型コンテナの所定の部分は単数又
    は複数の角細管、平角細管、半円形細管等の如く、外周
    に平面を有する形状の長尺細管で構成されてあり、且つ
    該長尺細管は並列配設、巻回配設、コイル巻配設等によ
    り、その平面部において相互に密接して配設されてあ
    り、更に細管相互の密接平面には超伝導材料からなるテ
    ープが密接平面に沿って加圧的に挟持されてあるか、細
    管外壁の密接平面側に長手方向に設けられてある条溝中
    に超伝導材料からなる平角条体か細線が加圧挿入されて
    挟持されてあるか、何れかの構造に形成されてあり、更
    にかつ密接平面における超伝導材料とこれを挟持する両
    側の細管外壁の三者は所定の手段により接合又は接合に
    近い状態に一体化されてあり、且つループ型コンテナ内
    には上記超伝導材料の臨界温度より充分に低い温度にお
    いても良好に作動する低温作動液の所定量が封入されて
    構成されて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。
  30. 【請求項30】ループ型コンテナは作動液流の往路及び
    復路に相当する多数の長尺細管からなる長尺部を有する
    構造であって、該長尺部の所定の部分における細管群は
    円筒形に集合されるか相互に撚り合わせられて、導電性
    及び熱伝導性が良好な、且つ可撓性に富む金属管内に挿
    入されてあり、更に各長尺細管の外周は超伝導材料によ
    り被覆されてあると共に金属管内壁と金属細管群との間
    のあらゆる間隙は超伝導材料により密に充填されてあ
    り、かつ金属管の内壁と超伝導材料と細管群の外壁の三
    者は所定の手段により接合又は接合に近い状態に一体化
    されてあり、且つループ型コンテナ内には上記超伝導材
    料の臨界温度より充分に低い温度においても良好に作動
    する低温作動液が封入されて構成されてあることを特徴
    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。
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