JP2002295983A - 熱交換器および熱交換器の熱交換能力を高める方法 - Google Patents

熱交換器および熱交換器の熱交換能力を高める方法

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JP2002295983A
JP2002295983A JP2001092831A JP2001092831A JP2002295983A JP 2002295983 A JP2002295983 A JP 2002295983A JP 2001092831 A JP2001092831 A JP 2001092831A JP 2001092831 A JP2001092831 A JP 2001092831A JP 2002295983 A JP2002295983 A JP 2002295983A
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heat
heat pipe
heat exchange
fins
pipe
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Kenji Tomioka
健志 冨岡
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Maruyasu Industries Co Ltd
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Maruyasu Industries Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-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
    • F28D15/02Heat-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
    • F28D15/0275Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換器において、限られたスペースの中
で、フィンの総熱伝達面積を増加させて全体として熱交
換器の熱交換能力を高める。 【解決手段】 熱交換器は、ケーシングと、該ケーシン
グ内を2つの熱交換室に区画する隔壁と、該隔壁に貫設
されて両熱交換室に突出する先細の先端部を有する少な
くとも1本のヒートパイプと、該ヒートパイプの先端部
以外となる部分に長手方向に所定間隔にて互いに平行に
設けられた多数のフィンを備えている。ヒートパイプを
小径とし同ヒートパイプの先端部以外となる部分に少な
くとも1枚のフィンをさらに設けている。これにより、
所定の長さのヒートパイプを小径とすると、このヒート
パイプの先端部は短くなり、逆に先端部以外の部分は長
くなる。したがって、この長くなった先端部以外の部分
にはその長くなった部分の長さに応じた枚数のフィンが
さらに設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートパイプを用
いた熱交換器および熱交換器の熱交換能力を高める方法
に関し、特に比較的高温の雰囲気と比較的低温の雰囲気
との間でヒートパイプを介して熱交換を行わせる構成の
熱交換器および熱交換器の熱交換能力を高める方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】この種の熱交換器としては、ケーシング
と、このケーシング内を2つの熱交換室に区画する隔壁
と、この隔壁に貫設されて両熱交換室に突出する先細の
先端部を有する少なくとも1本のヒートパイプと、この
ヒートパイプの先端部以外となる部分に長手方向に所定
間隔にて互いに平行に設けられた多数のフィンを備えて
なり、両熱交換室のうち一方の熱交換室内の流体の熱を
フィンとヒートパイプを介して他方の熱交換室内の流体
へ伝えるものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の熱交換器においては、ケーシングの外形寸法および
容積を変更することなく、限られたスペースの中で、熱
交換能力の向上が要請されている。
【0004】そこで本発明の目的は、限られたスペース
の中で、フィンの総熱伝達面積を増加させて全体として
熱交換器の熱交換能力を高めることである。
【0005】
【発明の概要(課題を解決するための手段および発明の
作用・効果】上記目的を達成するために、本発明の構成
上の特徴は、ケーシングと、該ケーシング内を2つの熱
交換室に区画する隔壁と、該隔壁に貫設されて両熱交換
室に突出する先細の先端部を有する少なくとも1本のヒ
ートパイプと、該ヒートパイプの先端部以外となる部分
に長手方向に所定間隔にて互いに平行に設けられた多数
のフィンを備えてなり、両熱交換室のうち一方の熱交換
室内の流体の熱をフィンとヒートパイプを介して他方の
熱交換室内の流体へ伝える熱交換器の熱交換能力を高め
る方法において、ヒートパイプを小径とし同ヒートパイ
プの先端部以外となる部分に少なくとも1枚のフィンを
さらに設けることにある。
【0006】また、ケーシングと、該ケーシング内を2
つの熱交換室に区画する隔壁と、該隔壁に貫設されて両
熱交換室に突出する先細の先端部を有する少なくとも1
本のヒートパイプと、該ヒートパイプの先端部以外とな
る部分に長手方向に所定間隔にて互いに平行に設けられ
た多数のフィンを備えてなり、熱交換室のうち一方の熱
交換室内の流体の熱をフィンとヒートパイプを介して他
方の熱交換室内の流体へ伝える熱交換器において、ヒー
トパイプの先端部以外となる部分をこの部分に少なくと
も1枚のフィンをさらに設けるのに必要な長さだけ長手
方向に延ばすことができるようにヒートパイプを小径と
したことにある。
【0007】本発明によれば、所定の長さのヒートパイ
プを小径とすると、このヒートパイプの先端部は短くな
り、逆に先端部以外の部分は長くなる。したがって、こ
の長くなった先端部以外の部分にはその長くなった部分
の長さに応じた枚数のフィンがさらに設けられることと
なり、限られたスペースの中でフィンの総熱伝達面積は
増加するので全体として熱交換器の熱交換能力を高める
ことができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明による熱交換器を制
御盤に組み付けた一実施形態を図面を参照して説明す
る。図1は熱交換器を制御盤の上部に組み付けた状態を
示す断面図である。
【0009】制御盤10は工作機械などを制御するため
のものであり、ケーシング11の内部には例えば電源、
マイクロコンピュータを設けた制御回路などが設けられ
ている。制御盤10が作動し工作機械を制御する場合に
は、電源、マイクロコンピュータを設けた制御回路など
が熱源12となって、制御盤10(ケーシング11)内
の温度は上昇する。
【0010】熱交換器20は、上昇した制御盤10内の
温度を下げるために、制御盤10に組み付けられるもの
である。この熱交換器20は、主として図1に示すよう
に、ケーシング21を備えており、ケーシング21内は
隔壁22により吸熱側熱交換室23と放熱側熱交換室2
4に区画されている。この熱交換器20の隔壁22は制
御盤10の上面に螺着されており、吸熱側熱交換室23
は制御盤10内に突出して配置されている。
【0011】吸熱側熱交換室23の前後面には吸気口2
3aと排気口23bがそれぞれ設けられて、吸熱側熱交
換室23内には制御盤10内の空気(高温)が通過する
流路が形成されている。吸気口23aには送風ファン2
3cが取り付けられており、送風ファン23cの作動に
より制御盤10内の空気(高温)を強制的に流路内に送
風している。一方、放熱側熱交換室24の前後面にも吸
気口24aと排気口24bがそれぞれ設けられて、放熱
側熱交換室24内には外気(低温)が通過する流路が形
成されている。吸気口24aには送風ファン24cが取
り付けられており、送風ファン24cの作動により外気
(低温)を強制的に流路内に送風している。なお、送風
ファン23c,24cを吸気口23a,24a側ではな
く、排気口23b,24b側に設けるようにしてもよ
い。
【0012】熱交換器20の隔壁22には、主として図
2に示すように、両熱交換室23,24に突出する多数
本(少なくとも1本)のヒートパイプ30が貫設されて
いる。ヒートパイプ30は、熱伝導率の高い金属材料
(例えば銅材料)で円筒状に形成されている。ヒートパ
イプ30の両先端部31は、筒体の開口を先にいくにし
たがって絞る加工をした後に小さくなった開口を溶接し
て塞いでいるので、先細な形状(テーパ状)となってい
る。先端部31の形状はテーパ状に限られず、先細な形
状であれば例えば半球状であってもよい。ヒートパイプ
30の全長はケーシング21内の高さより若干小さく設
定されている。なおヒートパイプ30は、図3に示すよ
うに、最適なフィン効率となるように設定された間隔に
てフィン40に配置されている。
【0013】ヒートパイプ30内は真空であり、内部に
は作動液(例えば水)が封入されている。またヒートパ
イプ30の内壁には毛細管構造(例えば内壁に設けた多
数の細長い溝)が設けられている。
【0014】このようなヒートパイプ30の作動を説明
する。ヒートパイプ30の下端部(吸熱側熱交換室23
に突出する部分)が加温されると、作動液が蒸発し(蒸
発潜熱による熱の吸収)、この蒸気はヒートパイプ30
の上端部(放熱側熱交換室24に突出する部分)へ高速
移動して内壁に接触し冷却されて凝縮する(凝縮潜熱に
よる熱の放出)。凝縮した作動液は重力によりヒートパ
イプ30の内壁面を伝って下端部へ再び戻る。このサイ
クルが繰り返されて、熱を高温部から低温部へ連続的に
効率よく輸送する。これにより、ヒートパイプ30は全
長に渡ってほぼ同一の温度となる。
【0015】ヒートパイプ30の先端部31以外となる
部分32(すなわち円筒部)には、多数のフィン40が
ヒートパイプ30の長手方向に所定間隔にて互いに平行
に設けられている。フィン40は熱伝導率の高い金属材
料(例えば銅材料)の薄い板材である。
【0016】このように構成した熱交換器20において
は、ヒートパイプ30を小径としヒートパイプ30の先
端部31以外となる部分32に少なくとも1枚のフィン
40をさらに設けることにより、熱交換能力を高めるよ
うにしている。具体的には、ヒートパイプ30は、ヒー
トパイプ30の先端部31以外となる部分32に少なく
とも1枚のフィン40をさらに設けるのに必要な長さだ
け長手方向に延ばすことができるように小径に設定され
ている。ヒートパイプ30を小径とすることができるの
は次の理由による。一般的にヒートパイプを細くすると
ヒートパイプの最大熱輸送量は減少するが、ヒートパイ
プの使用温度範囲が低い場合には、ヒートパイプの熱輸
送量はほとんど減少しないからである。すなわちヒート
パイプの使用温度範囲によっては細いヒートパイプでも
十分熱輸送ができるからである。なお、熱交換能力は熱
量(W)を温度(K)で除算したものである。
【0017】これにより、全長(所定の長さ)Lで半径
R1のヒートパイプ30(図4(a)参照)を半径R2
に小径とすると(図4(b)参照)、このヒートパイプ
30の先端部31は短くなり、逆に先端部31以外の部
分32は長くなる。したがって、この長くなった先端部
31以外の部分32には、その長くなった部分の長さに
応じた枚数(本実施形態では1枚)のフィン40が、フ
ィンピッチおよびフィン厚を変更することなく、さらに
設けられることとなり、限られたスペースの中でフィン
の総熱伝達面積は増加するので全体として熱交換器の熱
交換能力を高めることができる。
【0018】なお、フィン40の間隔を小さくして全体
としてフィン40の枚数を増やすことも考えられるが、
フィン効率の悪化、フィン40間の空気の流れにくさを
考慮すると、本発明ほどの効果が得られることはないで
あろう。
【0019】次に、このように構成した熱交換器20の
作動を図1を参照して説明する。制御盤10が作動状態
である場合には制御盤10内は高温(例えば約50℃)
となる。吸熱側熱交換室23内には制御盤10内の高温
な空気が送風ファン23cの作動により流入している。
この流入した高温な空気が吸熱側熱交換室23に設けた
フィン40とヒートパイプ30に接触すると、主として
フィン40に熱を奪われることにより冷却されて、制御
盤10内に排出される。吸熱側熱交換室23のフィン4
0に伝達した熱は、ヒートパイプ30を介して放熱側熱
交換室24のフィン40に伝わる。一方放熱側熱交換室
24内には外気が送風ファン24cの作動により流入し
ている。この流入した低温な外気が放熱側熱交換室24
に設けたフィン40に接触すると、フィン40の熱を奪
うことにより加温されて、熱交換器20の外部に排出さ
れる。したがって、熱交換器20は制御盤10内の温度
を下げている。
【0020】上述した説明から理解できるように、本実
施形態においては、所定の長さのヒートパイプ30を小
径とすると、このヒートパイプ30の先端部31は短く
なり、逆に先端部31以外の部分32は長くなる。した
がって、この長くなった先端部31以外の部分32には
その長くなった部分の長さに応じた枚数のフィン40が
さらに設けられることとなり、限られたスペースの中で
フィン40の総熱伝達面積は増加するので全体として熱
交換器20の熱交換能力を高めることができる。したが
って、熱交換器20は制御盤10内の温度を効率よく下
げることができる。
【0021】なお、本発明を10W/K以上の熱交換能
力を有し、かつヒートパイプ30の外径が9.52mm
未満である熱交換器20に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態による熱交換器を制御盤の
上部に組み付けた状態を示す側面図である。
【図2】 図1の熱交換器を示す拡大断面図である。
【図3】 図2の3−3線に沿った断面図である。
【図4】 (a)はヒートパイプが大径の場合にフィン
を取り付けた状態を示す側面図であり、(b)はヒート
パイプが小径の場合にフィンを取り付けた状態を示す側
面図である。
【符号の説明】
10…制御盤、20…熱交換器、21…ケーシング、2
2…隔壁、23…吸熱側熱交換室、23a,24a…吸
気口、23b,24b…排気口、23c,24c…送風
ファン、24…放熱側熱交換室、30…ヒートパイプ、
31…先端部、40…フィン。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ケーシングと、該ケーシング内を2つの熱
    交換室に区画する隔壁と、該隔壁に貫設されて前記両熱
    交換室に突出する先細の先端部を有する少なくとも1本
    のヒートパイプと、該ヒートパイプの前記先端部以外と
    なる部分に長手方向に所定間隔にて互いに平行に設けら
    れた多数のフィンを備えてなり、前記熱交換室のうち一
    方の熱交換室内の流体の熱を前記フィンと前記ヒートパ
    イプを介して他方の熱交換室内の流体へ伝える熱交換器
    の熱交換能力を高める方法において、 前記ヒートパイプを小径とし同ヒートパイプの先端部以
    外となる部分に少なくとも1枚の前記フィンをさらに設
    けることを特徴とする熱交換器の熱交換能力を高める方
    法。
  2. 【請求項2】ケーシングと、該ケーシング内を2つの熱
    交換室に区画する隔壁と、該隔壁に貫設されて前記両熱
    交換室に突出する先細の先端部を有する少なくとも1本
    のヒートパイプと、該ヒートパイプの前記先端部以外と
    なる部分に長手方向に所定間隔にて互いに平行に設けら
    れた多数のフィンを備えてなり、前記熱交換室のうち一
    方の熱交換室内の流体の熱を前記フィンと前記ヒートパ
    イプを介して他方の熱交換室内の流体へ伝える熱交換器
    において、 前記ヒートパイプの先端部以外となる部分をこの部分に
    少なくとも1枚の前記フィンをさらに設けるのに必要な
    長さだけ長手方向に延ばすことができるように前記ヒー
    トパイプを小径としたことを特徴とする熱交換器。
  3. 【請求項3】10W/K以上の熱交換能力を有し、かつ
    前記ヒートパイプの外径が9.52mm未満であること
    を特徴とする請求項2に記載の熱交換器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5956099B1 (ja) * 2015-03-30 2016-07-20 株式会社ExaScaler 電子機器の冷却システム
WO2016157397A1 (ja) * 2015-03-30 2016-10-06 株式会社ExaScaler 電子機器の冷却システム

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