JPH0756431B2 - 可変伝導ヒートパイプ強化 - Google Patents
可変伝導ヒートパイプ強化Info
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- JPH0756431B2 JPH0756431B2 JP3132268A JP13226891A JPH0756431B2 JP H0756431 B2 JPH0756431 B2 JP H0756431B2 JP 3132268 A JP3132268 A JP 3132268A JP 13226891 A JP13226891 A JP 13226891A JP H0756431 B2 JPH0756431 B2 JP H0756431B2
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- condensation
- heat
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- condensing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/06—Control arrangements therefor
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般にヒートパイプの伝
導に関する。
導に関する。
【０００２】
【従来技術】ヒートパイプは、ある位置の熱を僅かに温
度勾配を持たせて他の位置へと伝達するためのデバイス
である。ヒートパイプはロスアラモス科学研究所の科学
者が１９６４年にその作動原理を最初に発表して以来、
多くの分野に於て様々な用途が見出されて来た。１９７
６年にマッグローヒル社から出版された”ヒートパイプ
セオリーアンドプラクティス”と題する本にはヒートパ
イプに関する情報が提供される。この本のセクション１
−２及び１−３は、夫々ヒートパイプ作動液及び吸引構
造をカバーしている。セクション１−４はヒートパイプ
の制御技術をカバーしていることから、ここでの主たる
関心事項とされる。前記セクション１−４に述べられて
いるように、ヒートパイプには特別の作動温度はない。
ヒートパイプはその温度を熱源及びヒートシンク状況に
応じて調節するのである。多くの場合、ヒートパイプの
ある部分の温度を、熱源及びヒートシンクコンディショ
ン（可変伝導ヒートパイプ）の変動中でさえも設定温度
に維持することが望ましい。そのための主たる制御方策
は４つに分類され得る。即ち、（１）非凝縮ガスによる
凝縮器の閉塞（ガス−負荷型ヒートパイプ）、（２）過
剰の作動液による凝縮器フラッディング（過剰−液型ヒ
ートパイプ）、（３）蒸気流れ制御（蒸気−流れ調整型
ヒートパイプ）そして、（４）液体流れ制御（液体−流
れ調整型ヒートパイプ）である。ハドソンプロダクツコ
ーポレーションは現在、ボイラー内の熱回収用途のため
のヒートパイプエアヒーターを販売している。ガス−負
荷型の可変伝導ヒートパイプをハドソンのエアヒーター
に使用することが提案されて来た。ガス−負荷型ヒート
パイプは、ヒートパイプ表面での酸の凝縮を最小化或い
は排除する表面温度制御のための受動的技法として使用
されるものである。これに関連して為された研究によれ
ば、ガス−負荷型ヒートパイプはこの用途に使用可能で
はあるがしかし、代表的な内径１．７７インチ（約４．
５センチ）のヒートパイプのためには９．７インチ（約
２４．６センチ）もの長さのガスリザーバーが必要であ
ることが示された。米国特許第３，８１２，９０５号に
記載されるヒートパイプは、磁気作動液及び磁性部材が
使用され、これらがウイック及び蒸気通路帯域における
密閉シールを構成している。この方式では、ヒートパイ
プ内側で長手方向に沿って前記磁性部材をある場所に位
置決めすることによってヒートパイプ制御作動温度及び
圧力を提供するために、凝縮器長さが可変とされる。斯
くして、ヒートパイプの凝縮器部分における有効長さが
調整される。米国特許第３，９３３，１９８号は熱伝達
デバイス（ヒートパイプ含む）に関するものである。こ
こでは容器内の非凝縮性ガスの圧力を変化させる可動プ
ラグの使用が開示される。その改良具体例には熱伝達デ
バイスに於て比較的小型の可撓性の容器が含まれる。こ
の可撓性の容器にはある種の流体が外側から充填されそ
れによって容器の体積が変化され、従って非凝縮性のガ
スの圧力が変化される。米国特許第４，４０３，６５１
号及び第４，３４５，６４２号にはヒートパイプに関す
る従来技術が例示される。米国特許第４，４０３，６５
１号のヒートパイプでは、密封シールされた残留ガス収
集容器がそのインナーチャンバー内に設けられている。
狭幅のチューブが凝縮物をこの残留ガス収集容器へと移
送する。米国特許第３，６１４，９８１号にはヒートパ
イプ内部に於ける制限体が記載される。本発明はガス−
負荷型ヒートパイプに関するものである。この形式のヒ
ートパイプでは通常運転中、ヒートパイプはその長さの
殆どに作動液が充填され、一方の端部には窒素の如き非
凝縮物が存在する。ボイラー用途に於てはデバイダープ
レートが、加熱するべき流入エアーと既存の煙道ガスと
を分ける。煙道ガスからの熱によってヒートパイプ中の
作動液が気化する。前記作動液はヒートパイプを上昇し
てヒートパイプの作動長さ部分に沿って凝縮し流入エア
ーに熱を伝達する。ガス−負荷型ヒートパイプの設計に
際しては、凝縮器の作動長さ部分に対する非凝縮性ガス
体積の関係を調整する必要がある。しかし、通常の設計
でこの調整のために設計者が為し得ることはヒートパイ
プを長くするか或いはガスリザーバーの断面積を大きく
するかの何れかを選択することに限られる。
度勾配を持たせて他の位置へと伝達するためのデバイス
である。ヒートパイプはロスアラモス科学研究所の科学
者が１９６４年にその作動原理を最初に発表して以来、
多くの分野に於て様々な用途が見出されて来た。１９７
６年にマッグローヒル社から出版された”ヒートパイプ
セオリーアンドプラクティス”と題する本にはヒートパ
イプに関する情報が提供される。この本のセクション１
−２及び１−３は、夫々ヒートパイプ作動液及び吸引構
造をカバーしている。セクション１−４はヒートパイプ
の制御技術をカバーしていることから、ここでの主たる
関心事項とされる。前記セクション１−４に述べられて
いるように、ヒートパイプには特別の作動温度はない。
ヒートパイプはその温度を熱源及びヒートシンク状況に
応じて調節するのである。多くの場合、ヒートパイプの
ある部分の温度を、熱源及びヒートシンクコンディショ
ン（可変伝導ヒートパイプ）の変動中でさえも設定温度
に維持することが望ましい。そのための主たる制御方策
は４つに分類され得る。即ち、（１）非凝縮ガスによる
凝縮器の閉塞（ガス−負荷型ヒートパイプ）、（２）過
剰の作動液による凝縮器フラッディング（過剰−液型ヒ
ートパイプ）、（３）蒸気流れ制御（蒸気−流れ調整型
ヒートパイプ）そして、（４）液体流れ制御（液体−流
れ調整型ヒートパイプ）である。ハドソンプロダクツコ
ーポレーションは現在、ボイラー内の熱回収用途のため
のヒートパイプエアヒーターを販売している。ガス−負
荷型の可変伝導ヒートパイプをハドソンのエアヒーター
に使用することが提案されて来た。ガス−負荷型ヒート
パイプは、ヒートパイプ表面での酸の凝縮を最小化或い
は排除する表面温度制御のための受動的技法として使用
されるものである。これに関連して為された研究によれ
ば、ガス−負荷型ヒートパイプはこの用途に使用可能で
はあるがしかし、代表的な内径１．７７インチ（約４．
５センチ）のヒートパイプのためには９．７インチ（約
２４．６センチ）もの長さのガスリザーバーが必要であ
ることが示された。米国特許第３，８１２，９０５号に
記載されるヒートパイプは、磁気作動液及び磁性部材が
使用され、これらがウイック及び蒸気通路帯域における
密閉シールを構成している。この方式では、ヒートパイ
プ内側で長手方向に沿って前記磁性部材をある場所に位
置決めすることによってヒートパイプ制御作動温度及び
圧力を提供するために、凝縮器長さが可変とされる。斯
くして、ヒートパイプの凝縮器部分における有効長さが
調整される。米国特許第３，９３３，１９８号は熱伝達
デバイス（ヒートパイプ含む）に関するものである。こ
こでは容器内の非凝縮性ガスの圧力を変化させる可動プ
ラグの使用が開示される。その改良具体例には熱伝達デ
バイスに於て比較的小型の可撓性の容器が含まれる。こ
の可撓性の容器にはある種の流体が外側から充填されそ
れによって容器の体積が変化され、従って非凝縮性のガ
スの圧力が変化される。米国特許第４，４０３，６５１
号及び第４，３４５，６４２号にはヒートパイプに関す
る従来技術が例示される。米国特許第４，４０３，６５
１号のヒートパイプでは、密封シールされた残留ガス収
集容器がそのインナーチャンバー内に設けられている。
狭幅のチューブが凝縮物をこの残留ガス収集容器へと移
送する。米国特許第３，６１４，９８１号にはヒートパ
イプ内部に於ける制限体が記載される。本発明はガス−
負荷型ヒートパイプに関するものである。この形式のヒ
ートパイプでは通常運転中、ヒートパイプはその長さの
殆どに作動液が充填され、一方の端部には窒素の如き非
凝縮物が存在する。ボイラー用途に於てはデバイダープ
レートが、加熱するべき流入エアーと既存の煙道ガスと
を分ける。煙道ガスからの熱によってヒートパイプ中の
作動液が気化する。前記作動液はヒートパイプを上昇し
てヒートパイプの作動長さ部分に沿って凝縮し流入エア
ーに熱を伝達する。ガス−負荷型ヒートパイプの設計に
際しては、凝縮器の作動長さ部分に対する非凝縮性ガス
体積の関係を調整する必要がある。しかし、通常の設計
でこの調整のために設計者が為し得ることはヒートパイ
プを長くするか或いはガスリザーバーの断面積を大きく
するかの何れかを選択することに限られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ベローズ調節式の磁気
エクイプメントその他、従来使用されてきた複雑な配列
構成の如き任意の外部制御機構を必要とすることなくヒ
ートパイプ設計上の融通性を提供することである。
エクイプメントその他、従来使用されてきた複雑な配列
構成の如き任意の外部制御機構を必要とすることなくヒ
ートパイプ設計上の融通性を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明ではヒートパイプ
の内側に固定式の制限体が追加される。この制限体によ
って、設計者はヒートパイプの作動長さ部分及び非凝縮
性ガス体積間の関係を最適化することが可能となる。本
発明の前記制限体は中心をずらして位置付けし得、任意
の幾何形状或いは断面を有し得、またその内部に、蒸気
流れ及び凝縮器内での凝縮を最適化するための流路を有
し得る。前記制限体はヒートパイプ内部に取り付けられ
且つ任意の定着式構造体によって然るべく保持される。
の内側に固定式の制限体が追加される。この制限体によ
って、設計者はヒートパイプの作動長さ部分及び非凝縮
性ガス体積間の関係を最適化することが可能となる。本
発明の前記制限体は中心をずらして位置付けし得、任意
の幾何形状或いは断面を有し得、またその内部に、蒸気
流れ及び凝縮器内での凝縮を最適化するための流路を有
し得る。前記制限体はヒートパイプ内部に取り付けられ
且つ任意の定着式構造体によって然るべく保持される。
【０００５】
【実施例】特に図１を参照するに、従来型のヒートパイ
プの作動が例示されている。図１には通常作動における
ガス−負荷型ヒートパイプが示される。ヒートパイプ１
０はその長さの殆どに渡り作動液１２が充填され、一端
には非凝縮性のガス１４が存在している。デバイダープ
レート１６が、加熱するべきエアーと流動する煙道ガス
とを分けている。煙道ガスからの熱Ｑがヒートパイプ１
０内の作動液１２を気化させる。この作動液はパイプを
（図１で右側に）上昇しヒートパイプ作動長さ部分Ｌ３
（作動長さ部分）に沿って凝縮する。これがヒートパイ
プ内の熱をエアーよりも高温に保ちそれにより熱Ｑはエ
アーに伝達せしめられる。
プの作動が例示されている。図１には通常作動における
ガス−負荷型ヒートパイプが示される。ヒートパイプ１
０はその長さの殆どに渡り作動液１２が充填され、一端
には非凝縮性のガス１４が存在している。デバイダープ
レート１６が、加熱するべきエアーと流動する煙道ガス
とを分けている。煙道ガスからの熱Ｑがヒートパイプ１
０内の作動液１２を気化させる。この作動液はパイプを
（図１で右側に）上昇しヒートパイプ作動長さ部分Ｌ３
（作動長さ部分）に沿って凝縮する。これがヒートパイ
プ内の熱をエアーよりも高温に保ちそれにより熱Ｑはエ
アーに伝達せしめられる。
【０００６】作動液は最高温度に於て体積が最大とな
る。こうした状況ではヒートパイプの凝縮器部分は長さ
Ｌ１を占有し、非凝縮性のガスはガスリザーバー長さ部
分Ｌ２を占有する。このガスリザーバー長さ部分Ｌ２は
通常、熱交換器壁２２によってエアー流れから離隔され
る。ヒートパイプ１０はデバイダープレート１６及び熱
交換器壁２２を貫いて伸延し、通常はその底部が熱交換
器壁２４によって境界付けられる。
る。こうした状況ではヒートパイプの凝縮器部分は長さ
Ｌ１を占有し、非凝縮性のガスはガスリザーバー長さ部
分Ｌ２を占有する。このガスリザーバー長さ部分Ｌ２は
通常、熱交換器壁２２によってエアー流れから離隔され
る。ヒートパイプ１０はデバイダープレート１６及び熱
交換器壁２２を貫いて伸延し、通常はその底部が熱交換
器壁２４によって境界付けられる。
【０００７】ヒートパイプの作動液温度が、負荷の減少
或いは流入エアー温度の低下と共に低下すると不活性ガ
スが膨張する。凝縮器長さ部分Ｌ１は凝縮器作動長さ部
分Ｌ３へと減少され、それによって熱伝達表面領域が減
少される。ガス−負荷型ヒートパイプの設計に当っては
凝縮器作動長さ部分に対する非凝縮性ガス体積の関係を
調整する必要がある。図１に示されるようなヒートパイ
プに於ては、ヒートパイプ作動長さ部分の変化量ΔＬと
非凝縮性ガスの体積の変化量ΔＶとは以下のような関係
にある。 ΔＬ＝ΔＶ／Ａ−−−−（１） ここでＡはヒートパイプ１０の内側断面積である。通常
の設計では該内側断面積Ａ及び凝縮器作動長さ部分Ｌ３
は別の基準によって決定される。設計者は次で、必要と
される体積の変化量ΔＶを前記式を使用して決定する。
そして、ヒートパイプのための温度及び圧力状況と望ま
しい体積変化とを共に使用して必要なガスリザーバーの
体積が決定される。設計者がこの点に関し為し得るの
は、ヒートパイプを長くするか或いはガスリザーバーの
断面積を大きくするかを選択することだけである。
或いは流入エアー温度の低下と共に低下すると不活性ガ
スが膨張する。凝縮器長さ部分Ｌ１は凝縮器作動長さ部
分Ｌ３へと減少され、それによって熱伝達表面領域が減
少される。ガス−負荷型ヒートパイプの設計に当っては
凝縮器作動長さ部分に対する非凝縮性ガス体積の関係を
調整する必要がある。図１に示されるようなヒートパイ
プに於ては、ヒートパイプ作動長さ部分の変化量ΔＬと
非凝縮性ガスの体積の変化量ΔＶとは以下のような関係
にある。 ΔＬ＝ΔＶ／Ａ−−−−（１） ここでＡはヒートパイプ１０の内側断面積である。通常
の設計では該内側断面積Ａ及び凝縮器作動長さ部分Ｌ３
は別の基準によって決定される。設計者は次で、必要と
される体積の変化量ΔＶを前記式を使用して決定する。
そして、ヒートパイプのための温度及び圧力状況と望ま
しい体積変化とを共に使用して必要なガスリザーバーの
体積が決定される。設計者がこの点に関し為し得るの
は、ヒートパイプを長くするか或いはガスリザーバーの
断面積を大きくするかを選択することだけである。
【０００８】本発明に従えば、断面積”ａ”を有する制
限体がヒートパイプの内側に取り付けられる。図２には
図１のヒートパイプ１０と同じ状況でのヒートパイプ１
０が示されるが、図２のそれには制限体２６が追加され
ている。制限体２６によって前記式（１）は次の式
（２）のように変更される。 ΔＬ＝ΔＶ／（Ａ−ａ）−−−（２）
限体がヒートパイプの内側に取り付けられる。図２には
図１のヒートパイプ１０と同じ状況でのヒートパイプ１
０が示されるが、図２のそれには制限体２６が追加され
ている。制限体２６によって前記式（１）は次の式
（２）のように変更される。 ΔＬ＝ΔＶ／（Ａ−ａ）−−−（２）
【０００９】ΔＬ及びΔＶ間の関係を最適化するため
の、”ａ”に対する長さを選択可能である。制限体２６
はスチールピンの毎き少直径の固定索によってヒートパ
イプ１０の端部キャップに付設された状態で示される。
制限体２６はスチールプラグ或いはスチールロッドとし
得る。本発明はガス−負荷型ヒートパイプの製造上の融
通性を一段と向上させる。この融通性が、より小型の熱
交換器を使用しての同一の熱負荷或いは同一サイズの熱
交換器を使用してのより高い熱負荷の適用を可能とす
る。この融通性の効果を以下に例示する。ガスリザーバ
ーの必要長さを低減し得る。例えば、制限体２６として
ヒートパイプ１０の断面積の半分の断面積を有するロッ
ドが使用された場合はガスリザーバーの長さを半分に出
来る。これは、熱交換器の外側寸法ヒートパイプの長さ
によって決定されることから重要である。寸法上のこう
した減少は、熱交換器の製造コスト及び改装の可能性に
対し著しく大きい影響を与える。
の、”ａ”に対する長さを選択可能である。制限体２６
はスチールピンの毎き少直径の固定索によってヒートパ
イプ１０の端部キャップに付設された状態で示される。
制限体２６はスチールプラグ或いはスチールロッドとし
得る。本発明はガス−負荷型ヒートパイプの製造上の融
通性を一段と向上させる。この融通性が、より小型の熱
交換器を使用しての同一の熱負荷或いは同一サイズの熱
交換器を使用してのより高い熱負荷の適用を可能とす
る。この融通性の効果を以下に例示する。ガスリザーバ
ーの必要長さを低減し得る。例えば、制限体２６として
ヒートパイプ１０の断面積の半分の断面積を有するロッ
ドが使用された場合はガスリザーバーの長さを半分に出
来る。これは、熱交換器の外側寸法ヒートパイプの長さ
によって決定されることから重要である。寸法上のこう
した減少は、熱交換器の製造コスト及び改装の可能性に
対し著しく大きい影響を与える。
【００１０】ガスリザーバーの直径もまた減少可能であ
る。例えば、その断面積がヒートパイプのそれの半分で
あるロッドを使用した場合はガスリザーバーの直径を３
０％減少可能である。これは、ヒートパイプの端部に大
直径のガスリザーバーがあることによって、構成状及び
組み立てが複雑化されまた熱交換器のために可能なピッ
チの範囲が制限され得ることから重要である。
る。例えば、その断面積がヒートパイプのそれの半分で
あるロッドを使用した場合はガスリザーバーの直径を３
０％減少可能である。これは、ヒートパイプの端部に大
直径のガスリザーバーがあることによって、構成状及び
組み立てが複雑化されまた熱交換器のために可能なピッ
チの範囲が制限され得ることから重要である。
【００１１】制限体の長手方向に沿った断面積を、作動
状況に対する非−直線的応答を与えるために変更可能で
ある。例えば、仮に、図２に示される一定直径の制限体
２６を図３に示されるような切頭円錐形状の制限体２７
と置き換え、その頂部２９が熱交換器壁２２にそして底
部３１がデバイダープレート１６側となるようにすれ
ば、非凝縮性ガスの体積変化によって、凝縮器長さ部分
は凝縮器作動長さ部分の減少に従ってより大きく変化す
る。これは、非凝縮性ガスの体積及び凝縮器長さ部分間
の関係を最適化可能となることから重要である。本発明
の他の利点は、制限体がヒートパイプの内側に取り付け
られるということである。これによりヒートパイプは突
起物を有さず、従って使用者に対する取り扱上の問題を
生じない。
状況に対する非−直線的応答を与えるために変更可能で
ある。例えば、仮に、図２に示される一定直径の制限体
２６を図３に示されるような切頭円錐形状の制限体２７
と置き換え、その頂部２９が熱交換器壁２２にそして底
部３１がデバイダープレート１６側となるようにすれ
ば、非凝縮性ガスの体積変化によって、凝縮器長さ部分
は凝縮器作動長さ部分の減少に従ってより大きく変化す
る。これは、非凝縮性ガスの体積及び凝縮器長さ部分間
の関係を最適化可能となることから重要である。本発明
の他の利点は、制限体がヒートパイプの内側に取り付け
られるということである。これによりヒートパイプは突
起物を有さず、従って使用者に対する取り扱上の問題を
生じない。
【００１２】制限体は、中心をずらして位置付けし得、
任意の断面形状の幾何寸法を有し得、またその上或いは
内部に凝縮器における蒸気の流れ及び凝縮を最適化する
ための流路を具備し得る。制限体及び索は作動液及びそ
の他のヒートパイプ材料と相容性を有する任意の材料か
ら作成し得る。制限体はヒートパイプ内部に取り付け得
且つ任意の確立された方法によって然るべく保持され得
る。本発明は固定式の単一の制限体を凝縮器の端部内部
に位置決めすることによって設計上の融通性を提供す
る。また本発明はヒートパイプ内に可動の要素を必要と
せず、ベローズ調節式の磁気エクイプメントその他、従
来使用されてきた複雑な配列構成の如き任意の外部制御
機構を必要とすることがない。
任意の断面形状の幾何寸法を有し得、またその上或いは
内部に凝縮器における蒸気の流れ及び凝縮を最適化する
ための流路を具備し得る。制限体及び索は作動液及びそ
の他のヒートパイプ材料と相容性を有する任意の材料か
ら作成し得る。制限体はヒートパイプ内部に取り付け得
且つ任意の確立された方法によって然るべく保持され得
る。本発明は固定式の単一の制限体を凝縮器の端部内部
に位置決めすることによって設計上の融通性を提供す
る。また本発明はヒートパイプ内に可動の要素を必要と
せず、ベローズ調節式の磁気エクイプメントその他、従
来使用されてきた複雑な配列構成の如き任意の外部制御
機構を必要とすることがない。
【００１３】図４は、標準型及び温度制御型（可変伝導
型）の夫々のヒートパイプに対する全負荷でのヒートパ
イプ作動温度を比較したグラフである。温度制御型ヒー
トパイプでは最初の３列の蒸発表面温度の酸露点温度即
ちＡＤＰＴ以下への降下が防止されている。図５は類似
の、しかし低負荷での標準型及び温度制御型ヒートパイ
プに対するヒートパイプ作動温度を比較したグラフであ
る。低負荷に於ては温度制御型ヒートパイプでは最初の
４列の蒸発表面温度のＡＤＰＴ以下への降下が防止され
ている。こうした代表的なサイジング分析により、温度
制御型ヒートパイプは代表的な大型のエアヒーター用途
のための作動温度を酸露点温度以下に降下させないよう
にするために使用可能であることが示された。これを達
成するために長さ９．７フィート（約２．９メートル）
のガスリザーバーをヒートパイプの端部に追加するとヒ
ートパイプの長さは３２．２４フィート（約９．７メー
トル）ではなく４１．９４フィート（約１２．６メート
ル）もの長さとなる。しかしながら本発明に従い外径
１．６７６インチ（約４．２５インチ）の中実のロッド
をヒートパイプの内側に配置すれば、ガスリザーバーの
長さは１フィート（約３０センチ）に低減可能でありこ
れによって熱交換器の長さは殆ど９フィート（約２．７
メートル）にも短縮され得る。同様に、外径１．２５２
インチ（約３．２センチ）のロッドを使用することによ
ってオリジナルのガスリザーバーを２割短縮可能であ
る。図４及び図５に示されるようなものと同一の作用を
より少ないヒートパイプ列或いはより高い熱効率達成す
る可変断面積のロッドもまた使用可能である。図４及び
図５に於て使用されるヒートパイプエアヒーターの詳細
は以下のとおりである。
型）の夫々のヒートパイプに対する全負荷でのヒートパ
イプ作動温度を比較したグラフである。温度制御型ヒー
トパイプでは最初の３列の蒸発表面温度の酸露点温度即
ちＡＤＰＴ以下への降下が防止されている。図５は類似
の、しかし低負荷での標準型及び温度制御型ヒートパイ
プに対するヒートパイプ作動温度を比較したグラフであ
る。低負荷に於ては温度制御型ヒートパイプでは最初の
４列の蒸発表面温度のＡＤＰＴ以下への降下が防止され
ている。こうした代表的なサイジング分析により、温度
制御型ヒートパイプは代表的な大型のエアヒーター用途
のための作動温度を酸露点温度以下に降下させないよう
にするために使用可能であることが示された。これを達
成するために長さ９．７フィート（約２．９メートル）
のガスリザーバーをヒートパイプの端部に追加するとヒ
ートパイプの長さは３２．２４フィート（約９．７メー
トル）ではなく４１．９４フィート（約１２．６メート
ル）もの長さとなる。しかしながら本発明に従い外径
１．６７６インチ（約４．２５インチ）の中実のロッド
をヒートパイプの内側に配置すれば、ガスリザーバーの
長さは１フィート（約３０センチ）に低減可能でありこ
れによって熱交換器の長さは殆ど９フィート（約２．７
メートル）にも短縮され得る。同様に、外径１．２５２
インチ（約３．２センチ）のロッドを使用することによ
ってオリジナルのガスリザーバーを２割短縮可能であ
る。図４及び図５に示されるようなものと同一の作用を
より少ないヒートパイプ列或いはより高い熱効率達成す
る可変断面積のロッドもまた使用可能である。図４及び
図５に於て使用されるヒートパイプエアヒーターの詳細
は以下のとおりである。
【００１４】［ヒートパイプ］ 蒸発気長さ：１３フィート（約３．９メートル） 凝縮器長さ：１９．２４フィート（約５．７７メート
ル） 断熱長さ：０．０ ヒートパイプ外径：２．０インチ（約５．１センチ） ヒートパイプ内径：１．７７インチ（約４．５センチ） ヒートパイプと同一直径である場合のガスリザーバー長
さ：９．７フィート（約２．９メートル） 作動液：水
ル） 断熱長さ：０．０ ヒートパイプ外径：２．０インチ（約５．１センチ） ヒートパイプ内径：１．７７インチ（約４．５センチ） ヒートパイプと同一直径である場合のガスリザーバー長
さ：９．７フィート（約２．９メートル） 作動液：水
【００１５】［熱交換器］ チューブの数：１列当り６０本、３３列で１９８０本 傾斜角度：１０度
【００１６】［公称全負荷状況］ 熱効率：７０，０００，０００Ｂｔｕ／ｈｒ 高温ガス流れ：毎時６３５，０００ポンド（約２８８，
０３１ｋｇ） 低温ガス流れ：毎時５１７，０００ポンド（約２３４，
５０７ｋｇ） 高温ガス入り口温度：７３０°Ｆ（約４０５℃） 低温ガス入り口温度：８０°Ｆ（約４４．４℃） 低温ガス出口：６３３°Ｆ（約３６８．３℃） 高温ガス出口：３０９°Ｆ（約１７１．６℃）
０３１ｋｇ） 低温ガス流れ：毎時５１７，０００ポンド（約２３４，
５０７ｋｇ） 高温ガス入り口温度：７３０°Ｆ（約４０５℃） 低温ガス入り口温度：８０°Ｆ（約４４．４℃） 低温ガス出口：６３３°Ｆ（約３６８．３℃） 高温ガス出口：３０９°Ｆ（約１７１．６℃）
【００１７】［公称低負荷状況］ 熱効率：２０，０００，０００Ｂｔｕ／ｈｒ 高温ガス流れ：毎時２６２，０００ポンド（約１１８，
８４１ｋｇ） 低温ガス流れ：毎時１９４，０００ポンド（約８７，９
９６ｋｇ） 高温ガス入り口温度：５４１°Ｆ（約３００．５℃） 低温ガス入り口温度：８０°Ｆ（約４４．４℃） 低温ガス出口：５１９°Ｆ（約２８８．３℃） 高温ガス出口：２３１°Ｆ（約１２８．３℃） 酸露点温度（ＡＤＰＴ）：２３９°Ｆ（約１３２．７
℃） 以上本発明を具体例を参照して説明したが、本発明の内
で種々の変更をなし得ることを銘記されたい。
８４１ｋｇ） 低温ガス流れ：毎時１９４，０００ポンド（約８７，９
９６ｋｇ） 高温ガス入り口温度：５４１°Ｆ（約３００．５℃） 低温ガス入り口温度：８０°Ｆ（約４４．４℃） 低温ガス出口：５１９°Ｆ（約２８８．３℃） 高温ガス出口：２３１°Ｆ（約１２８．３℃） 酸露点温度（ＡＤＰＴ）：２３９°Ｆ（約１３２．７
℃） 以上本発明を具体例を参照して説明したが、本発明の内
で種々の変更をなし得ることを銘記されたい。
【００１８】
【発明の効果】ヒートパイプ内における可動の要素、ベ
ローズ調節式の磁気エクイプメントその他、従来使用さ
れてきた複雑な配列構成の如き任意の外部制御機構を必
要とすること無く、固定式の単一の制限体を凝縮器の端
部内部に位置決めすることによって設計上の融通性を達
成する。
ローズ調節式の磁気エクイプメントその他、従来使用さ
れてきた複雑な配列構成の如き任意の外部制御機構を必
要とすること無く、固定式の単一の制限体を凝縮器の端
部内部に位置決めすることによって設計上の融通性を達
成する。
【図１】煙道ガスからの熱を使用してエアーを加熱する
ための熱交換器内で使用される既知のヒートパイプ構造
の概略断面図である。
ための熱交換器内で使用される既知のヒートパイプ構造
の概略断面図である。
【図２】本発明の１具体例を表わす図１と類似の概略断
面図である。
面図である。
【図３】本発明の別態様を表わす図１と類似の概略断面
図である。
図である。
【図４】可変で煙道ヒートパイプのためのエアーヒータ
ー分析を示すグラフであり、全負荷での温度分布が例示
されている。
ー分析を示すグラフであり、全負荷での温度分布が例示
されている。
【図５】低負荷での温度分布を示す図４と類似のグラフ
である。
である。
１０：ヒートパイプ １２：作動液 １４：非凝縮性のガス １６：デバイダープレート ２２：熱交換器壁 ２４：熱交換器壁 ２６：制限体
Claims (9)
- 【請求項１】 気化用端部、気化用端部と反対側の凝縮
用端部、断面領域、凝縮用端部から伸延する凝縮長さ部
分を含み、凝縮長さ部分に気化された流体が凝縮する作
動長さ部分を含んでなるチューブ状の中空のヒートパイ
プと、 気化用端部付近の熱を受けた場合に気化し、作動
長さ部分に於て熱を放出した場合に凝縮するための、ヒ
ートパイプ内の蒸発性及び凝縮性の流体と、 ヒートパイ
プの凝縮用端部付近及び凝縮長さ部分内の非凝縮性のガ
スと、 ヒートパイプの凝縮用端部付近に固定された制限
部材にして、凝縮長さ部分の一部分のみに沿って伸延し
且つヒートパイプの気化用端部から離間され、非凝縮性
のガス及び凝縮長さ部分内の気化された流体の一部分を
制限部材の周囲部分及びヒートパイプ内に収納するため
にヒートパイプの断面積よりも小さく且つ制限部材の長
手方向に沿って変化する断面積を有する制限部材と、 制
限部材をヒートパイプ内に固定するための、制限部材及
びヒートパイプ間に結合された固定索にして、ヒートパ
イプの凝縮用端部と制限部材の凝縮用端部に最も接近し
た端部との間に固定された固定索と によって構成される
ヒートパイプアセンブリ。 - 【請求項２】 制限部材の断面積はヒートパイプの断面
積の約半分である請求項１のヒートパイプアセンブリ。 - 【請求項３】 制限部材はヒートパイプと同中心である
請求項１のヒートパイプアセンブリ。 - 【請求項４】 制限部材の中心はヒートパイプの中心か
らずれている請求項１のヒートパイプアセンブリ。 - 【請求項５】 気化用端部、気化用端部と反対側の凝縮
用端部、断面領域、凝縮用端部から伸延する凝縮長さ部
分を含み、凝縮長さ部分に気化された流体が凝縮する作
動長さ部分を含んでなるチューブ状の中空のヒートパイ
プと、 気化用端部付近の熱を受けた場合に気化し、作動
長さ部分に於て放熱した場合に凝縮するための、ヒート
パイプ内の蒸発性及び凝縮性の流体と、 ヒートパイプの
凝縮用端部付近及び凝縮長さ部分内の非凝縮性のガス
と、 ヒートパイプの凝縮用端部付近に固定された制限部
材にして、凝縮長さ部分の 一部分のみに沿って伸延し且
つヒートパイプの気化用端部から離間され、非凝縮性の
ガス及び凝縮長さ部分内の気化された流体の一部分を制
限部材の周囲部分及びヒートパイプ内に収納するために
ヒートパイプの断面積よりも小さい制限部材と、 制限部
材をヒートパイプ内に固定するための、制限部材及びヒ
ートパイプ間に結合された固定索にして、ヒートパイプ
の凝縮用端部と制限部材の凝縮用端部に最も接近した端
部との間に固定された固定索とを含み、 制限部材は切頭
円錐形であり、その頂部がヒートパイプの凝縮用端部に
最も接近され、底部が気化用端部に最も接近して配置さ
れてなる請求項１のヒートパイプアセンブリ。 - 【請求項６】 制限部材をヒートパイプ内で固定するた
めの、凝縮用端部と制限部材の頂部との間に結合された
固定索を含んでなる請求項５のヒートパイプアセンブ
リ。 - 【請求項７】 気化用端部、気化用端部と反対側の凝縮
用端部、断面領域、凝縮用端部から伸延する凝縮長さ部
分を含み、凝縮長さ部分に気化された流体が凝縮する作
動長さ部分を含んでなるチューブ状の中空のヒートパイ
プと、 気化用端部付近の熱を受けた場合に気化し、作動
長さ部分に於て放熱した場合に凝縮するための、ヒート
パイプ内の蒸発性及び凝縮性の流体と、 ヒートパイプの
凝縮用端部付近及び凝縮長さ部分内の非凝縮性のガス
と、 ヒートパイプの凝縮用端部付近に固定された制限部
材にして、凝縮長さ部分の一部分のみに沿って伸延し且
つヒートパイプの気化用端部から離間され、非凝縮性の
ガス及び凝縮長さ部分内の気化された流体の一部分を制
限部材の周囲部分及びヒートパイプ内に収納するために
ヒートパイプの断面積よりも小さく且つ制限部材の長手
方向に沿って変化する断面積を有する制限部材と、 制限
部材をヒートパイプ内に固定するための、制限部材及び
ヒートパイプ間に結合された固定索にして、ヒートパイ
プの凝縮用端部と制限部材の凝縮用端部に最も接近した
端部との間に固定された固定索と、 ヒートパイプが貫い
て伸延してなる隔壁にして、ヒートパイプの凝縮用端部
が該隔壁の、ヒートパイプの凝縮用端部に相対する一方
側に位置決めされた隔壁と 、 ヒートパイプが貫いて伸延
してなる熱交換器壁にして、隔壁から離間され且つ凝縮
用端部に隣り合いそれにより凝縮用端部に隣り合う凝縮
長さ部分の端部を画定してなる熱交換器壁とを含み、 制
限部材が熱交換器壁を貫いて隔壁に向かって伸延され、
熱交換器壁から凝縮用端部に至るヒートパイプの一部分
が非凝縮性のガスの一部を収納するためのガスリザーバ
ーを画定してなる請求項１のヒートパイプアセンブリ。 - 【請求項８】 制限部材が円筒形状である請求項７のヒ
ートパイプアセンブリ。 - 【請求項９】 制限部材が切頭円錐形状を有し、切頭円
錐形状の頂部が固定作に結合され底部が固定索から離間
されてなる請求項７のヒートパイプアセンブリ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/492,521 US5044426A (en) | 1990-03-12 | 1990-03-12 | Variable conductance heat pipe enhancement |
| CA002042433A CA2042433A1 (en) | 1990-03-12 | 1991-04-10 | Variable conductance heat pipe enhancement |
| EP91106850A EP0510237B1 (en) | 1990-03-12 | 1991-04-26 | Variable conductance heat pipe enhancement |
| JP3132268A JPH0756431B2 (ja) | 1990-03-12 | 1991-05-09 | 可変伝導ヒートパイプ強化 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/492,521 US5044426A (en) | 1990-03-12 | 1990-03-12 | Variable conductance heat pipe enhancement |
| CA002042433A CA2042433A1 (en) | 1990-03-12 | 1991-04-10 | Variable conductance heat pipe enhancement |
| JP3132268A JPH0756431B2 (ja) | 1990-03-12 | 1991-05-09 | 可変伝導ヒートパイプ強化 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0611284A JPH0611284A (ja) | 1994-01-21 |
| JPH0756431B2 true JPH0756431B2 (ja) | 1995-06-14 |
Family
ID=66824618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3132268A Expired - Lifetime JPH0756431B2 (ja) | 1990-03-12 | 1991-05-09 | 可変伝導ヒートパイプ強化 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5044426A (ja) |
| EP (1) | EP0510237B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0756431B2 (ja) |
| CA (1) | CA2042433A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5465782A (en) * | 1994-06-13 | 1995-11-14 | Industrial Technology Research Institute | High-efficiency isothermal heat pipe |
| US6848499B1 (en) * | 1998-02-23 | 2005-02-01 | Intel Corporation | Heat exchanger for a portable computing device utilizing active and passive heat dissipation mechanisms |
| US6675887B2 (en) * | 2002-03-26 | 2004-01-13 | Thermal Corp. | Multiple temperature sensitive devices using two heat pipes |
| US20060127723A1 (en) * | 2004-12-15 | 2006-06-15 | General Electric Company | Near-isothermal high-temperature fuel cell |
| KR101365879B1 (ko) * | 2007-04-04 | 2014-02-21 | 에스펙 가부시키가이샤 | 습도계 및 노점계 |
| JP2010054121A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Mitsubishi Electric Corp | 可変コンダクタンスヒートパイプ |
| US9810483B2 (en) | 2012-05-11 | 2017-11-07 | Thermal Corp. | Variable-conductance heat transfer device |
| TWI494051B (zh) * | 2012-11-19 | 2015-07-21 | 宏碁股份有限公司 | 流體熱交換裝置 |
| US20150300261A1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-10-22 | General Electric Company | Fuel heating system for use with a combined cycle gas turbine |
| US11270802B1 (en) * | 2017-12-07 | 2022-03-08 | Triad National Security, Llc | Creep and cascade failure mitigation in heat pipe reactors |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| LU57482A1 (ja) * | 1968-12-05 | 1970-06-09 | ||
| GB1542277A (en) * | 1976-03-17 | 1979-03-14 | Secretary Industry Brit | Control of sealed evaporation/condensation systems |
| JPS5798791A (en) * | 1980-12-11 | 1982-06-19 | Gadelius Kk | Control ling method of heat pipe |
| JPS5886622A (ja) * | 1981-11-18 | 1983-05-24 | Mitsubishi Electric Corp | 計算機 |
| JPS59161692A (ja) * | 1983-03-04 | 1984-09-12 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 可変コンダクタンス形ヒ−トパイプ |
| US4917178A (en) * | 1989-05-18 | 1990-04-17 | Grumman Aerospace Corporation | Heat pipe for reclaiming vaporized metal |
-
1990
- 1990-03-12 US US07/492,521 patent/US5044426A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-04-10 CA CA002042433A patent/CA2042433A1/en not_active Abandoned
- 1991-04-26 EP EP91106850A patent/EP0510237B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-09 JP JP3132268A patent/JPH0756431B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2042433A1 (en) | 1992-10-11 |
| JPH0611284A (ja) | 1994-01-21 |
| EP0510237A1 (en) | 1992-10-28 |
| US5044426A (en) | 1991-09-03 |
| EP0510237B1 (en) | 1995-01-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19951212 |