JPH0717952Y2 - 大型ヒートパイプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は内径および長さが共に
大きい大型のヒートパイプに関し、特に蒸発部に対する
作動液の還流を液戻り管を介して行うよう構成した大型
のヒートパイプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにヒートパイプは、脱気した
密閉管にフロンやアルコールなどの目的とする温度範囲
で蒸発および凝縮する流体を封入したものであり、その
一端部を加熱するとともに他方の端部を冷却することに
より、封入した作動流体が蒸発して冷却側の端部に流れ
た後に凝縮し、このような蒸発および凝縮を伴う作動流
体の循環流動によって熱を輸送する。

【０００３】液相の作動流体を、外部から加熱される蒸
発部に還流させるために、従来一般には、毛細管作用を
利用しており、そのために密閉管の内面に、細溝や金網
などのウイックを設けている。しかしながら得られる毛
細管圧力は比較的低いので、蒸発部の全体の高さが高い
場合には、その全体に液相の作動流体を行き渡らせるこ
とは困難である。また蒸発部に対する熱流束が大きい場
合には、蒸発部から凝縮部に向かう作動流体蒸気の流速
が速くなるので、蒸発部に向かう液相作動流体が蒸気流
によって飛散させられ、蒸発部への作動流体の還流量が
不足することになる。

【０００４】他方、上方向にのみ熱を輸送するサーモサ
イホンでは、下側の蒸発部への作動流体の還流を重力に
よって行うのが一般的であるが、蒸発部の温度が高い場
合、蒸発部の上部にまで流れ落ちてきた作動流体がここ
で沸騰して蒸発してしまい、蒸発部の全体に作動流体に
充分に行き渡らないことがある。

【０００５】液相の作動流体を蒸発部に還流させるに
は、上記のような種々の問題があり、その傾向は、地熱
などの高温熱源から熱を汲み上げる大型ヒートパイプに
おいて特に顕著である。

【０００６】すなわち大型ヒートパイプは、熱輸送量を
多くするために大径のコンテナ（密閉管）を使用し、ま
たその蒸発部も長いものとなり、さらに地熱を汲み上げ
る場合には、蒸発部が高温になる。そのためその上端側
の凝縮部で放熱して凝縮した作動流体を、コンテナの内
壁を伝わらせて下側の蒸発部へ流下させたに場合、蒸発
部の内壁面が高温になっているために作動流体が直ちに
沸騰・蒸発してしまう。また熱流束が大きいために、作
動流体蒸気の流速が速くなり、蒸発部に向かう液相の作
動流体が蒸発部に至る以前に飛散させられてしまうこと
がある。

【０００７】このように高温の熱源から多量の熱量を輸
送する大型ヒートパイプにおいては、蒸発部の全体に液
相作動流体を充分に還流させることが困難であった。こ
のような問題を解決するために、液戻り管を使用して液
相作動流体を蒸発部に直接供給する所謂ループ型ヒート
パイプが、従来、提案されている。その一例を示すと、
図５のとおりであって、下端側の蒸発部１を高温熱源２
に挿入したコンテナ３の上端部分は、下向きに曲って熱
回収部分である凝縮部４となっており、この凝縮部４に
は、下端部を前記蒸発部１の内面に一定の間隔をあけて
対向させかつ多数の小孔をあけた液戻り管５が接続され
ている。

【０００８】したがって図５に示すヒートパイプにおい
ては、蒸発部１の内面で発生した作動流体蒸気がコンテ
ナ３の上方に向けて流れるとともに、凝縮部４で放熱
し、そして凝縮した作動流体６は液戻り管５を通ってそ
の小孔から蒸発部１の内面に噴射させられる。したがっ
て蒸発部１に還流する液相の作動流体６は、その蒸気流
から遮蔽されるから飛散することがなく、また蒸発部１
の内面に直接供給されるから、少なくともその下側の部
分にも液相の作動流体を還流させることができる。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】上述した液戻り管５を
使用した従来のヒートパイプでは、液戻り管５の内部を
流下する液相作動流体を蒸発部１の内面に直接吹きかけ
るから、蒸発部１の下側部分にまで液相作動流体を還流
させることができる。しかしながら設置可能な液戻り管
５の本数が限られているうえに、蒸発部１の内面に吹き
かけられた液相の作動流体はそのまま蒸発部１の内面を
伝わって流下しようとするので、液相作動流体の供給箇
所を水平方向に広げることは困難である。その結果、上
述した従来のヒートパイプにあっては、蒸発部１の内面
全体に液相の作動流体を均一かつ充分に行き渡らせるこ
とが難しく、局部的にドライアウトが生じて蒸発効率が
必ずしも充分に高くなく、また蒸発部１に温度差が生じ
て熱応力によりコンテナ３の耐久性が低下するおそれが
多分にあった。

【００１０】この考案は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、蒸発部の全体に作動流体を均一かつ充分に還流さ
せることのできる大型ヒートパイプを提供することを目
的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この考案は、上記の目的
を達成するために、蒸発潜熱として熱輸送を行う作動流
体を封入した密閉管路の蒸発部を高温域に配置し、かつ
その密閉管路の凝縮部を低温域に配置し、さらに凝縮部
にある液相の作動流体を前記蒸発部の内面に導く液戻り
管を設けた大型ヒートパイプにおいて、前記蒸発部の内
周面に多孔構造材が添設されるとともに、前記液戻り管
のうち蒸発部の内部に位置する部分に多数の小孔が形成
され、かつその液戻り管のうち小孔を形成した部分が多
孔構造材の内部に取付けられ、該小孔から流出する液相
作動流体を前記多孔構造材に直接浸透させることを特徴
とするものである。

【００１２】

【作用】この考案のヒートパイプにおいても、凝縮部で
液化した作動流体は、液戻り管によって蒸発部に導かれ
る。そしてこの考案では、液戻り管に形成した小孔から
流出した液相作動流体は多孔構造材に直接浸透する。ま
たこの多孔構造材では毛細管作用が生じるので、液相作
動流体は多孔構造材の内部全体に広く行き渡る。その結
果、多孔構造材が蒸発部の内周面全体に添設されている
ことにより、この多孔構造材によって液相の作動流体が
蒸発部の内面全体に供給される。

【００１３】

【実施例】図１はこの考案の一実施例を原理的に示す模
式図であって、底部を閉じた大径管１０の上端部は屈曲
管１１を介して凝縮部１２の上端部に接続されており、
さらにその凝縮部１２の底部には、液戻り管１３が接続
され、その液戻り管１３は前記大径管１０の周壁部を気
密状態を維持するよう貫通してその内部に挿入されてい
る。したがって大径管１０および屈曲管１１、凝縮部１
２ならびに液戻り管１３は全体として閉じた管路を形成
しており、その内部には、空気などの非凝縮性流体を排
気した状態で水やフロンなどの凝縮性の流体が作動流体
１４として封入されている。

【００１４】前記大径管１０の下端部は地中の高温部な
どの高温熱源１５に挿入されて蒸発部１６となるもので
あって、その蒸発部１６の内周面には多孔質焼結金属や
金網などの多孔構造材１７が密着して取付けられてい
る。そして前記液戻り管１３のうち大径管１０の内部に
挿入された部分すなわち下端部は、多孔構造材１７に取
付けられるとともに、その多孔構造材１７の内部に向け
て開口する多数の小孔１８が液戻り管１３に形成されて
いる。

【００１５】図２および図３は、多孔構造材１７として
多孔質焼結金属を使用し、これに液戻り管１３を取り付
けた例を示しており、多孔構造材１７の表面に液戻り管
１３が固着一体化されており、液戻り管１３にはその多
孔構造材１７の内部に作動流体を吹き出すよう多数の小
孔１８が形成されている。

【００１６】図４は多孔構造材１７として金網を使用
し、その内部に液戻り管１３を挿入した例を示してお
り、この図４に示す例では、その金網の内部に液相の作
動流体を吹き出すことになる。

【００１７】上述したヒートパイプでは、高温熱源１５
から蒸発部１６に熱を与えるとともに、凝縮部１２から
熱を奪うことにより熱輸送を行う。すなわち蒸発部１６
の内面に添設した多孔構造材１７には作動流体１４が染
み込んでおり、その作動流体１４は外部から加熱される
ことにより蒸発し、屈曲管１１を経て凝縮部１２に流れ
る。凝縮部１２では、熱を外部に奪われるから、作動流
体蒸気はここで放熱して凝縮し、その結果、作動流体１
４がその蒸発潜熱として熱を輸送する。また凝縮した作
動流体１４は、液戻り管１３を通って蒸発部１６の内面
に還流し、再度熱輸送の用に供される。

【００１８】上述したように蒸発部１６に対する作動流
体１４の還流は液戻り管１３を介して行われるが、この
液戻り管１３は多孔構造材１７に取付けられているうえ
に、作動流体１４の吹き出す小孔１８が多孔構造材１７
の内部に向けて開口しているから、液相作動流体１４は
多孔構造材１７に染み込むとともに、その内部で生じる
毛細管作用により多孔構造材１７の全体に均一に分散さ
せられる。すなわち蒸発部１６における液相作動流体１
４の上下方向での分散は、主に液戻り管１３によって行
われ、また水平方向での分散は多孔構造材１７によって
主に行われる。

【００１９】また蒸発部１６の内部においても作動流体
蒸気の激しい上昇流が生じているが、液相作動流体１４
は液戻り管１３の内部を流れ、上気流から遮蔽されてい
るから、液相作動流体１４の蒸気流による飛散が防止さ
れる。

【００２０】なお、上記の実施例では、液戻り管１３を
大径管１０の軸線方向に沿って配置した構造を示した
が、この考案は上記の実施例に限定されるものではな
く、液戻り管は螺旋状に湾曲したものであってもよく、
またその本数は一本に限らず、必要に応じて複数本設け
てもよい。

【００２１】

【考案の効果】以上の説明から明らかなようにこの考案
によれば、蒸発部の内面全体に液相作動流体が充分かつ
均等に供給されるので、蒸発部の全体から作動流体の蒸
発を生じさせ、効率の良い熱輸送を行うことができる。
換言すれば、局所的なドライアウトやそれに伴う高温部
が生じないので、熱応力やそれに伴う耐久性の低下を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この考案の一実施例を原理的に示す模式図。

【図２】 図１におけるＩＩ部の拡大図。

【図３】 多孔構造材に対する液戻り管の取り付け状態
の一例を示す斜視図。

【図４】 多孔構造材である金網に対する液戻り管の取
り付け状態を示す断面図。

【図５】 従来のループ型ヒートパイプの一例を示す模
式図。

【符号の説明】

１０…大径管、 １２…凝縮部、 １３…液戻り管、
１４…作動流体、１６…蒸発部、 １７…多孔構造材、
１８…小孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)考案者 吉田 昭太郎 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)考案者 望月 正孝 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 審査官 熊谷 繁 (56)参考文献 特開 昭62−66097（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発潜熱として熱輸送を行う作動流体を
   封入した密閉管路の蒸発部を高温域に配置し、かつその
   密閉管路の凝縮部を低温域に配置し、さらに凝縮部にあ
   る液相の作動流体を前記蒸発部の内面に導く液戻り管を
   設けた大型ヒートパイプにおいて、前記蒸発部の内周面
   に多孔構造材が添設されるとともに、前記液戻り管のう
   ち蒸発部の内部に位置する部分に多数の小孔が形成さ
   れ、かつその液戻り管のうち小孔を形成した部分が多孔
   構造材の内部に取付けられ、該小孔から流出する液相作
   動流体を前記多孔構造材に直接浸透させることを特徴と
   する大型ヒートパイプ。