JPH11201669A

JPH11201669A - 熱交換管

Info

Publication number: JPH11201669A
Application number: JP10006706A
Authority: JP
Inventors: Kanji Yoshida; 勧持吉田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【解決課題】エネルギー効率が高く、加熱冷却の双方
を行うことができるようにした、従来のヒートパイプを
超える熱交換管を提供する。【解決手段】第１の熱交換管は、作動流体を封入する
外管と、該外管内部に外管長手方向に渡って設けられた
内管とからなり、内管内部を流れる流体と作動流体との
間で熱交換を行うことにより外管内外で熱交換を行うよ
うにした熱交換管を基本とし、その内管を、作動流体に
熱を供給する温管と、作動流体から熱を奪う冷管とから
構成する。本発明による第２の熱交換管は、外管と、電
圧の印加方向によって発熱又は吸熱のいずれかを行う２
つの熱交換面を備えると共に、該熱交換面の一方が作動
流体と熱交換を行い且つ他方が外管の外側と熱交換を行
うようにして外管の長手方向に渡って取り付けられたペ
ルチェ素子とからなるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外管内部に作動流
体を封入し、その作動流体を加熱乃至冷却して態変化さ
せることにより、外管内外で熱交換を行うようにした熱
交換管に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような熱交換管は、例えばヒート
パイプとして知られている。一般的なヒートパイプは、
二重構造で設けられた外管及び内管と、これら両管の間
隙に封入された作動流体とからなる。そして、内管内部
に温水を流し、この温水により作動流体を加熱すること
で作動流体を気化させ、気化した作動流体を外管内の上
面と接触させることにより、外管内外で熱交換を行うよ
うになっている。

【０００３】このようなヒートパイプは、クリーンな熱
源としてその利用を期待されており、例えば床暖房や農
業分野での利用が試みられつつある。

【０００４】しかしながら、ヒートパイプの利用実現を
妨げているいくつかの問題点が存在する。例えば、従来
のヒートパイプは、その名称からも明らかなように、外
管外部に対して放熱のみを行うようなものとなってい
る。このようなヒートパイプでも利用価値は十分にある
といえるが、熱交換管を吸熱も行えるようなものに改良
できれば、従来のものとは比較にならない程その利用分
野が広がるのは明らかである。この場合、１本の内管を
用い、その内部に温水、冷水を切り替えながら流すよう
にして、作動流体を加熱或いは冷却するようなものとす
ることも可能ではあるが、この場合には内管内部を流れ
る液体を、加熱、冷却の用途に合わせて交換しなければ
ならないため、その手間が過大になる。また、他の問題
点として、内管内部に温水等の熱供給用の液体を流すよ
うにした従来のヒートパイプの構成によれば、加熱器で
加熱された液体がヒートパイプ内管に至るまでに液体か
ら外部への放熱が生じてしまうため、熱効率が低くなり
がちであるという点を挙げることができる。

【０００５】

【解決すべき課題】本発明は、熱交換管に関する上記の
ような課題を克服し、その幅広い利用を可能とするよう
な改良技術を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の熱交
換管は、作動流体を封入する外管と、該外管内部に外管
長手方向に渡って設けられた内管とからなり、内管内部
を流れる流体と作動流体との間で熱交換を行うことによ
り外管内外で熱交換を行うようにした熱交換管を基本と
し、その内管を作動流体に熱を供給する温管と、作動流
体から熱を奪う冷管とからなるものとしたものである。
この熱交換管によれば、高温の液体又は気体である流体
を流す加熱管及び低温の流体を流す冷却管の、温冷２系
統の内管を予め設けておくことにより、内管内部を流す
流体の交換なしに、放熱及び吸熱の双方を行えるように
なる。

【０００７】また、本発明による第２の熱交換管は、作
動流体を封入する外管と、電圧の印加方向によって発熱
又は吸熱のいずれかを行う２つの熱交換面を備えると共
に、該熱交換面の一方が作動流体と熱交換を行い且つ他
方が外管の外側と熱交換を行うようにして外管の長手方
向に渡って取り付けられたペルチェ素子とからなるもの
である。この熱交換管では、電圧の印加方向により発
熱、吸熱のいずれも行うことができるペルチェ素子を用
いることで、作動流体の加熱、冷却の双方を行うことが
できるようになっている。従って、この熱交換管は、簡
単な構造でありながら、外管外部に対して放熱、吸熱の
いずれをも行いうるものとなる。また、この熱交換管で
は、ペルチェ素子を用いることにより、作動流体と接触
する部分でのみ、加熱乃至冷却を行うこととしている。
従って、この熱交換管によれば、外部との無駄な熱のや
り取りをなくすことが可能となり、エネルギー効率を上
げられるようになる。この場合のペルチェ素子は、例え
ばその熱交換面の一方が外管の内面又は外面に面するよ
うにして、外管の長手方向に渡って取り付けることがで
きる。

【０００８】上記、ペルチェ素子は、外部から電気エネ
ルギーを供給することにより、一対の発熱及び吸熱反応
を生じさせる（熱のやりとりを行うとのではなく温度差
を作るに過ぎない）ものである。従って、このペルチェ
素子の両熱交換面が作動流体に接するようにしてしまう
と、作動流体に対して加熱、吸熱のいずれも行わないの
と同様になってしまう。従って、作動流体と効率よく熱
交換を行えるようにしながらペルチェ素子を用いるのに
は更なる工夫が必要である。そこで本願発明者は、以下
に示す第３の熱交換管を提案する。即ち、作動流体を封
入する外管と、該外管内部に外管の長手方向に渡って設
けられ且つその内部に流体を流す内管と、熱交換面の一
方が内管外側面の長手方向に渡って面するようにして内
管外面に取り付けられたペルチェ素子とからなる熱交換
管である。これにより、外管の内側にペルチェ素子を位
置させることが可能になる。この熱交換管では、ペルチ
ェ素子の作動流体に面した熱交換面で作動流体を加熱乃
至冷却すると共に、その加熱乃至吸熱反応と逆の逆向き
の熱交換反応を他方の熱交換面と内管内部の流体との間
で生じさせることが可能になり、外管内外での熱交換が
できるようになる。この構成によれば、ペルチェ素子に
よってより直接的に作動流体を加熱乃至冷却できるよう
になるため、熱交換管作動時におけるエネルギー効率を
より向上させることが可能になる。

【０００９】また、この本発明による第４の熱交換管
は、外管にその長手方向に渡ってヒータを設けてなるも
のとしたものである。この熱交換管は、外部冷却を行え
ないものの、作動流体と熱交換する部位でのみ発熱する
ヒータを用いことにより、ペルチェ素子を用いる場合と
同様に、高いエネルギー効率を有するものとなる。尚、
このヒータは、抵抗体を印刷することにより簡単に設け
ることが可能である。また、このヒータは、作動流体を
加熱できる部位であれば、外管の内周面、外周面のいず
れに設けることも可能である。

【００１０】尚、上述の熱交換管の外管内周面には、ウ
ィックを設けるのが好ましい。そうすることにより、上
記熱交換管は、水平状態でも傾斜を持た状態でも使用で
きるようなものになる。また、上述の熱交換管のうち内
管を有するものについては、外管下面にその長手方向に
渡って、熱交換をその内部に収納できるような凹部を設
け、その凹部に内管を収納することにより外管内側に内
管を配置する構造とするのが好ましい。このような構造
にすることにより、内管と外管の接続部分の強度を向上
させられるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の第１〜第４実施形態について説明する。尚、各実施
形態において共通する部分には同一の符号を付し、重複
説明は省略する。

【００１２】第１実施形態：図１に本発明の第１実施形
態による熱交換管を示している。この熱交換管は、外管
１と内管２とからなる。そして内管２は、その内部に高
温の流体としての温水を流す加熱管２ａと、低温の流体
としての冷水を流す冷却管２ｂとからなる。この加熱管
２ａと冷却管２ｂは、やや下方に偏心した状態で、外管
１内部をその長手方向に貫通して設けられている。ま
た、外管１と内管２との間に形成される空間には、作動
流体３が封入されている。この作動流体３は、熱媒や冷
媒として知られているものを用いることができる。例え
ば、水及びフロンなどの液体又は気体や、よう素その他
の昇華性物質、シリコン粉末その他の発振運動を行う固
体などを、これに用いることができる。

【００１３】加熱管２ａ及び冷却管２ｂは、それぞれ図
外の加熱器及び冷却器と接続されている。従って、加熱
管２ａ内部には作動流体を加熱できるように高温とした
温水が供給できるようになっており、一方冷却管２ｂ内
部には作動流体を冷却できるような低温とした冷水を供
給できるようになっている。そして、加熱管２ａ、冷却
管２ｂに対して任意に流体を供給することにより、熱交
換管の外管１と外部との間で熱交換を行うようになって
いる。尚、この実施形態による熱交換管において、外管
下面にその長手方向に渡って、熱交換をその内部に収納
できるような凹部を設け、その凹部に内管を収納するこ
とにより外管内側に内管を配置する構造とすることも可
能である。

【００１４】第２実施形態：図２を参照して本発明の
第２実施形態による熱交換管の説明を行う。この熱交換
管も外管１内部に作動流体３を封入するという基本構造
を採っており、その点においては第１実施形態の熱交換
管と共通する。しかしながら、この熱交換管において
は、外管１の下方外周面に沿ってペルチェ素子４が設け
られている。ペルチェ素子の熱交換面４ａの一方は、外
管１の外面に面するようにしてある。このペルチェ素子
４は図示せぬ電源と接続されており、このペルチェ素子
４が発熱する向き及び吸熱する向きのいずれの方向にも
電圧を印加できるようになっている。この熱交換管で
は、この外管１の下方外面に面したペルチェ素子４の熱
交換面４ａに適宜発熱又は吸熱をさせることにより、作
動流体３を加熱又は冷却し、これにより熱交換外管１内
外で熱交換を行うようになっている。

【００１５】第３実施形態：図３を参照して本発明の第
３実施形態による熱交換管の説明を行う。この熱交換管
も外管１内部に作動流体３を封入するという基本構造を
採っており、その点においては前述の熱交換管と共通す
る。但し、この熱交換管では、その外管１の下方外周面
に沿って抵抗体を印刷することによりヒータ５を設けて
ある。尚、この熱交換管の外管１内周面には、螺旋状の
溝を切ることによりウィック６を設けてあり、傾斜を与
えた状態での熱交換管使用にも対応できるようになって
いる。上記ヒータ５は、図示せぬ電源と接続されてお
り、ヒータ５を介して作動流体を加熱することにより、
熱交換管が放熱を行うようになっている。

【００１６】第４実施形態：図４を参照して本発明の第
４実施形態による熱交換管の説明を行う。この第４実施
形態による熱交換管は、従来の熱交換管における内管２
の外側にペルチェ素子４と取り付けたものとなってい
る。即ち、この熱交換管は、外管１の内部に一本の内管
２を設けると共に外管１と内管２の間隙に作動流体３を
封入した従来の熱交換管を基本としつつ、内管２の外周
面に沿ってペルチェ素子４を取り付けたたものとなって
いる。この熱交換管は、作動流体３と面する一の熱交換
面４ａで発熱反応を行うことにより作動流体３を加熱す
るとともに、内管２内部を流れる水から他方の熱交換面
４ａが吸熱できるようにすることにより、他方の熱交換
面４ａで生じる熱交換に要する熱量を補償するようにし
ながら、外管１の外側に対して発熱を行うようにしてい
る。尚、ペルチェ素子４に印可する電圧を任意に切り換
えることによって、作動流体３を冷却し、外管１外側に
対し吸熱を行うようにすることも可能である。

【００１７】

【発明の効果】本発明では、２重管構造の熱交換管にお
ける内管を２本にし、そのそれぞれに作動流体を加熱す
る液体と冷却する液体を流せるようにしたため、熱交換
管内外の熱交換を放熱、吸熱のいずれも容易に行えるよ
うになる。また、ペルチェ素子を用いれば、熱交換管
を、より容易に放熱、吸熱の双方を行えるようにできる
と共に、高い熱効率を得られるようになる。また、外管
にヒータを設ける構造によれば、放熱を行うにあたり熱
効率を高めることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の熱交換管を示す斜視
図。

【図２】本発明の第２実施形態の熱交換管を示す断面
図。

【図３】本発明の第３実施形態の熱交換管を示す斜視
図。

【図４】本発明の第４実施形態の熱交換管を示す断面
図。

【符号の説明】

１外管２内管３作動流体４ペルチェ素子４ａ熱交換面５ヒータ６ウィック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作動流体を封入する外管と、該外管内部
に外管の長手方向に渡って設けた内管とからなり、内管
内部を流れる流体と作動流体との間で熱交換を行うこと
により外管内外で熱交換を行うようにした熱交換管にお
いて、該内管は、作動流体に熱を供給する加熱管と、作
動流体から熱を奪う冷却管とからなる熱交換管。
【請求項２】作動流体を封入する外管と、電圧の印加
方向によって発熱又は吸熱のいずれかを行う２つの熱交
換面を備えると共に、該熱交換面の一方が作動流体と熱
交換を行い且つ他方が外管の外側と熱交換を行うように
して外管の長手方向に渡って取り付けられたペルチェ素
子とからなる熱交換管。
【請求項３】作動流体を封入する外管と、該外管内部
に外管の長手方向に渡って設けられ且つその内部に流体
を流す内管と、電圧の印加方向によって発熱又は吸熱の
いずれかを行う２つの熱交換面を備えると共に、該熱交
換面の一方が内管外側面の長手方向に渡って面するよう
にして内管外面に取り付けられたペルチェ素子とからな
る熱交換管。
【請求項４】作動流体を封入する外管と、該外管にそ
の長手方向に渡って設けたヒータとからなる熱交換管。
【請求項５】外管内表面にはウィックが設けられてい
る請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換管。