JPS60213793A - 伝熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は伝熱装置に係り、特に伝熱素子としてパイプ状
容器を用いた伝熱装置に関する。

［背景技術］ ヒートパイプは、作動熱媒体の気化及び液化に伴う潜熱
を利用して熱の伝達を行なうものであり、きわめて高い
熱伝導率を有していることから］ニ場などの廃熱回収や
空調、或いは電子部品の冷却などに近年盛んに利用され
ている伝熱素子である。

従来のヒートパイプは、容器（コンテナ）内を真空にし
その内壁に沿ってウィックと呼ばれる熱奴案内部分を設
け、この容器に作動熱媒体を封入した構造となっており
、容器の一端が加熱されると作動熱媒体が蒸発して冷え
た他端に移動しここで凝縮する。凝縮した作動熱媒体は
ウィック内部を毛細管現象によって移動し加熱部に戻り
再び蒸発することにより加熱部から凝縮部へ熱の輸送を
行なう。

しかしながら、従来のヒートパイプにあっては熱効率が
限られたものであり、容器が密閉構造であるため作動熱
媒体の蒸発温度は容器内圧力と作動熱媒体の種類で一義
的に決まっている。このため加熱部の温度に対応して容
器内圧力を制御し、最適な蒸発温度となるように調節す
ることができず、特に複数の加熱部がある場合は個別に
最適な蒸発温度に調節することができないので各加熱部
を有効に利用した伝熱効果を発揮できない事態が発生す
る恐れがあった。

［発明の目的］ 本発明は上記事実を考慮し、作動熱媒体の蒸発温度を５
（変にして常にシステムの最適状態で装置を稼動でき、
熱の長距離搬送に対する設計上の制約がなく、寿命の長
い伝熱装置を得ることが目的である。

［発明の概要］ 本発明に係る伝熱装置は、パイプ状容器の一端を作動熱
媒体を貯蔵した受液器に接続すると共に受液器よりも次
第に低くした傾斜部を設け、熱媒体の表面積を増大して
効率を向上しパイプ状容器の他端に圧力制御弁を装備し
、環流管により凝縮器を介して前記受液器に接続し、圧
力制御弁の操作で任意の圧力を得るようになっている。

［発明の実施例］ 第１図には本発明に係る伝熱装置の一実施例が示されて
おり、第１図において、作動熱媒体としての冷奴が液体
状態で所定レベルまで貯蔵された貯蔵器としての受液器
ｌＯに、複数本（未実施例では２本）のヒートパイプ１
２が並列に分岐して接続されている。各ヒートパイプ１
２を構成するパイプ状容器は、図に示すように、受液器
１０から例えば被冷房対象などの加熱部１４まで延長さ
れたのち曲折されて凝縮器３０近くまで延長されている
。

ヒートバイブ１２のパイプ状容器１８は内壁へ容器１８
の長手軸線回りに多数の山形突起である環状リブ２２が
突出されて毛細管現象により液表面を大きくするように
なっている。平担な内壁へ同様形状の溝を刻設すること
により、実質的に山形突起を形成させることもできる。

このヒートバイブプ１２の受液器ｌＯへの接続部伺近は
、受液器ｌＯから次第に低くされる傾斜部１２Ａとされ
ている。従って受液器１０でオーバーフローした液状冷
媒は、重力で傾斜部１２Ａ内を流れるが、内部には環状
リブ２２が多数突出されているので、冷媒はこれらのリ
ブ２２間の溝部分へ滞留すると共に、リブ２２を乗り越
えて次ぐ　の溝へ至る。さらに溝部分に滞留した冷媒は
毛細管作用で溝に沿って壁面を上昇するために表面積が
大きく、気化し易い、また平担部においても同様に冷媒
の表面積が大き゛く、気化し易い、矢印入方向に進行す
る間に加熱部１４で冷媒が被冷房対象から熱を奪い蒸発
する。この蒸発は傾斜部１２Ａで行なわれることもある
。容器１８の傾斜部１２Ａ以外の平坦部を傾斜させるこ
ともでき、垂直以外の配置であればよい。

なお、リブ２２は図示のような環状に限らず、螺旋状と
したり、容器１８の軸方向に形成してもよく、また断面
も山形に限らない、さらに、これらのリブ２２に替えて
、一般的な毛細管作用を果すための繊維状等であっても
よい。

前記ヒートパイプ１２の戻り側端部には、各ヒートパイ
プ１２毎に圧力制御弁・２４が装備されており、この圧
力制御弁２４の出口側が集１合器としてのヘッダ２６に
共通接続されている。ヒートバイブ１２の圧力制御弁２
４側には、各ヒートパイプ１２毎に圧力検出器２７及び
室内温度（又は湿度）検出器２８が設けられている。圧
力検出器２７及び／又は室内温度（又は湿度）検出器２
８の検出信号を制御器２９に入れ、前記圧力制御ｊ「２
４の開度を制御することにより、ヒートパイプ１２毎に
独立して容器１８内を任意の圧力とすることができるよ
うになっている。

前記ヘッダ２６へは、環流管２８を介して凝縮器３０が
接続されている。この凝縮器３０は多数の放熱フィン３
２をセ１１えた本体３４と、この本体３４に冷風を送る
ファン３６とからなり、このファン３６がモータ３８で
回転駆動されるようになっている。

凝縮器３０の出口側は環流管４０を介して再び前記受液
器１０の底面近くに接続されており、これにより、受液
器ｌＯ、ヒートパイプ１２、類１ｉｉＪ器３０が閉ルー
プを構成する。前記受液器ｌＯは、図示しない密閉型の
注入口からリークした冷奴の補充を簡単に行なえるよう
になっている。

なお、環流管２８の途中には配管４２、真空ヘッダ４４
を介して真空ポンプ４６が接続され、この作動により、
環流管２８内の真空度を所定値に保持できるようになっ
ている。配管４２の途中には電磁弁４８が介在し、装置
系内の気密が保持できるようになっている。この真空ポ
ンプ４６は加熱部１４イ１近へ接続してもよい。

次に本実施例の作用を説明する。

１　まず・ュータ３８を回転さ１フアｙ　３６　′：よ
。

：　て冷風を凝縮器３０の本体３４に送風し、ａｍ器、
１　３０を冷却動作状態とする。凝縮器３０内、環流管
２８内、及びヘッダ２６内が負圧となり、同時に凝縮し
た冷媒が受液器ｌＯに戻る。次に前記圧力制御弁２４を
調節し、ヒートパイプ１２毎に各容器１８内の圧力を適
当な任意の一定圧力に保持する。

各ヒートパイプ１２では、受液器１０内でオーバーフロ
ーした液状冷媒が重力により傾斜部１２Ａを流下し加熱
部１４へ至る。加熱部１４に来た液状の冷媒は、外部の
被冷房対象から加熱されると、容器１８内圧力と冷媒の
種類で定まる温度で蒸発する。ここで容器１８内の圧力
は予め被冷房対象の温度などを考慮して冷媒が蒸発可能
でかつ伝熱効率が最適となる値に前記圧力制御弁２４の
調節で設定される。冷媒は蒸発する際、外部から大量の
気化熱を吸収して被冷房対象の冷房を行なう、容器１８
内にはリブ２２が設けられており、冷媒表面積が大きく
、気化し易くなっているので吸収熱量が大きい。

加熱部１４で蒸気となった冷媒ガスは、矢印Ａで示す方
向に流れヒートパイプ１２の戻り部から圧力制御弁２４
を経てヘッダ２６に入る。このヘッダ２６で各ヒートパ
イプ１２から送られる冷媒ガスが集合されたのち、更に
、還流管２８を介しする。放出された熱は放熱フィン３
２から大虱中に排気される。

凝縮後の冷媒は還流管４０を通って受液器１０へ戻り、
以上の動作がくり返される。

このように本実施例では、ヒートパイプを複数本設け、
各ヒートパイプに個別に圧力制御弁を装備した。したが
って、複数の被冷房対象の環境条件に対応して、適宜簡
単な操作で各ヒートパイプ別に相互に影響を与えること
なく独立して各被冷房対象に所望の冷ツ効果、を効率よ
く施すことができる。

なお、上記実施例におけるヒートパイプの本数は、２本
に限らず、３本或いは４本以上ｆあっ５てもよく、また
圧力制御弁の調節は被冷房対象の環境条件を検出し、圧
力検出器又は温度検出器とのフィードバック制御で自動
的に行なう他、作業者が圧力検出器又は室内温度（又は
湿度）検出器の指示値を見ながら手動で行なってもよい
。

また、凝縮器３０は複数個並列又は直列に配設してもよ
い。この場合は熱負荷に応じて使用する台数を選ぶこと
ができるので、更に精度よく運転制御ができ、かつ省エ
ネルギー化を図ることができる。

第３図は冷媒循環用のポンプを、第４図は冷媒循環用の
ファンを用いた場合の実施例を示す構亭図、第５図はヒ
ートパイプを４本用いた場合の実施例を示す構成図、第
６図は本発明の他の実施例を示す空気抜きｊｒの概略構
成図である。第１図と　、共通する部材には同一符号を
付し、重複する説明は省略する。

第３図において、冷媒循環用のポンプ５０は還流管４０
の途中に設けられている。この場合、凝縮器３０を通過
して液状となった冷媒がポンプ５　。

０によって受液器ｌＯに送り込まれる。したがって、ポ
ンプ５０による強制的な液体輸送が行なわれることにな
り、高所に受液器ｌＯ１低所に加熱　′部１４を設置す
るレイアウトとすることができる。このため、設備の立
体化が可能となり、設置スペースを少なくすることがで
きる。また、受液器ｌＯを出た液状冷媒が、高所から重
力の作用を受け加熱部１４に送り込まれるので、加熱部
１４に冷媒を安定して供給することができる。

なお、ポンプ５０で冷媒を強制循環させるので、第１図
の場合よりも長距離に亘る大量の熱搬送が可能となり、
加熱部１４と凝縮器３０を施設の構造に応じて離すなど
自由なレイアウトをすることができる。また容器１８に
は途中に液溜り５２を設け、配管５４により自然落下で
還流管４０・　へ戻してもよい。

第４図では、冷媒循環用のファン５６が還流管２８の途
中に設けらている。この場合、ヘッダ２６を通過してガ
ス状となった冷媒がファン５６によって凝縮器３０に送
り込まれる。し剣がって、ファン５６による強制的な気
体輸送となるので、第３図に示す液体輸送の場合に比べ
て、更に長距離に亘り熱搬送することが可能となり、ま
た一度冷媒受液器ｌＯに封入した冷媒が外部に漏れるよ
うな事態が発生した場合には、速かに対処することがで
きる。

゛第５図において、受液器ｌＯは２個設けられており、
各受液器ｌＯには２木のヒートパイプ１２が並列に分岐
して接続され、戻り側端部において合流し圧力制御弁２
４を介してヘッダ２６に接続されている。

ヒートパイプ１２については、パイプ状容器１８の内壁
に設けられたリブ２２を加熱部１４部近傍のみに設けて
いる。これは受液器ｌＯを出た液体冷媒は下向きに傾斜
されたヒートパイプ１２内を通過するので、特にリブ２
２等の冷媒案内部分による毛細管作用を受けなくとも加
熱部１４に至ることができる。したがって第１図のよう
に受液器ｌＯかも加熱部１４に至る間のリブ２２を省略
し、コスト低減を図ることが可能である。

凝縮器３０は冷風を送るファンの代わりに冷却水を用い
るシェルエンドチューブ式熱交換器としている。凝縮器
３０の出口には貯＋１９５８を設け、ポンプ５０により
、或いはポンプ５０を用いず、自然循環方式により受液
器ｌＯに液状冷媒を送るようにしている。

このポンプ５０と受液器ｌＯとの間の還流管４０には制
御弁６０が介在されており、熱負荷センサ、タイマ等の
信号により作動される制御装置１６２によって制御され
るようになっている。この制御装置６２はポンプ５０、
ポンプ−５０のバイパス制御弁６４辱をも制御できるよ
うにしても□よく、これらによって、草漆器ｌＯへの冷
媒供給量を制御可能である。

なお、前記実施例の伝熱装置において、装置系内に万一
空気が混入し、性能−下を生ずる恐れがある場合の対策
として、第６図に示すように空気抜き弁６６を凝縮器３
０の入口付近に設けるとよ：　い、或いは凝縮器３０内
に設けてもよい、すなわち、空気は比重が冷媒ガスより
低く（例えばフロンの約１７６　）　、冷媒ガスの流れ
に従って凝縮器３１　０に集ってくるので、凝縮器３０
内、又はその入り付近の最も高い位置に空気抜き弁６６
を設ける・　ことが望ましい。なお、空気抜き弁′６６
の下部に１：　空気溜り６８を設けると更に効果的であ
る。空気ｉ　抜きｊ「６６は上記の目的の他に冷媒注入
前に行な□　う真空引き口及び冷媒注入口として利用す
ることもできる。

［発１ｊＪの効果］ 以上説明した如く本発明に係る伝熱装置では。

冷媒を貯蔵した受液器を用いると共にパイプ状容器に傾
斜部を設けて受液器と連通するので、長距離に亘る大量
の°熱搬送が高効率で可能となり、加熱部と凝縮部を施
設の−造に応じて遠く離すなど自由なレイアウト”を行
なうことができ、また圧力制御弁によってパイプ状容器
内圧力を可変とするので常に対象の条件に合った最適な
□伝熱効率を得ることができ、更に、装置を解体するこ
となく画一にリークした冷媒の補充を行なえ□るので高
寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る伝熱装置の一実施例を示す構成図
で、第２図はヒートパイプの断面図、第３□−は゛循―
用ポンプを用いた場合の実施例を示す構成図、第４図は
循環用ファンを用いた場合の実□施例を示す構成図、第
５図はヒートパイプを４木用いた場合の実施例、第６図
は本発明の他の実施例を示す空気抜き弁の概略構造図で
ある。 １０・・・、冷媒受液器、 １２・・やヒートパイプ、 １４・・・加熱部、 ２　２　・　・　・　リ　ブ　、 ２４・・◆圧力制御弁、 ２６拳拳・ヘッダ“、 ２８．４０・・・還流管、 ３０争・・凝縮器、 ５０・・・ポンプ、 ５６・・・ファン。 代理人　弁理士　中　島　淳 第５図 ２ｐ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）パイプ状容器（１８）の一端には作動熱媒体を貯
   蔵した受液器（ｌＯ）を接続すると共に受・漆器（ｌＯ
   ）から次第に低くされる傾斜部（１２Ａ）を介して加熱
   部（１４）へ至る配置とし、前記パイプ状容器（１８）
   の受液器（ｌＯ）とは反対側には圧力制御弁（２４）を
   装備し、該圧力制御弁（２４）と前記受液器（ｌＯ）と
   の間には凝縮器（３０）を介した状態で環流管（２８）
   、（４０）を以って接続することにより閉ループ回路を
   形成したことを特徴とする伝熱装置。