JP2004197961A - 生体温度調整用細管ヒートパイプ及び生体温度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受熱部と放熱部が離れており、かつ、両部の間に十分なスペースが存在しない対象に適用することのできる生体温度調整用細管ヒートパイプ等を提供する。
【解決手段】細管ヒートパイプ５１は、一ターン部５３（放熱部）と、複数のターンを有する蛇行ターン部５５（受熱部）と、両ターン部５３、５５間を延びる直線部（熱輸送部）５３ｂとから構成され、１本のパイプの両端を連通させた閉ループを形成している。熱輸送部は２本の直線状のパイプから構成されているので、この細管ヒートパイプ５１は受熱部と放熱部を１往復で接続している。１往復のみとすることにより、熱輸送部を細くできるため、狭い空間を隔てて離れている受熱部と放熱部間で熱輸送を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体温度調整用ヒートパイプ、及び、このヒートパイプを使用した生体温度調整装置に関する。特には、受熱部と放熱部が離れており、両部の途中に十分なスペースが存在しない場合にも適用できる生体温度調整用細管ヒートパイプに関する。また、生体（人体）の表面又は内部に位置する生体患部を冷却又は加熱（加温）する用途に用いることのできる生体温度調整装置、特には、生体（人体）の奥の患部を局所的に冷却又は加熱（加温）するような用途にも用いることのできる生体温度調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器や内燃機関、真空ポンプ等の発熱体の冷却には、従来より放熱器が使用されている。放熱器の中で、ヒートパイプ式のものは熱輸送性能が高いことで知られている。一般的なヒートパイプ式放熱器は、発熱体が取り付けられるベース板と、このベース板に一部（受熱部）が取り付けられているヒートパイプとから主に構成されている。ヒートパイプとは、中空体内部の密閉空間を真空に引いた後に、水やブタン、アルコール等の作動流体を封入したものである。発熱体からベース板に伝えられた熱は、ベース板に接するヒートパイプの受熱部に伝えられ、同部の細管内の作動流体を蒸発させる。発生した蒸気は、ヒートパイプのベース板が取り付けられていない部分（放熱部）に移動し、同部において蒸気が放熱して液体に戻る。この密閉空間内の作動流体の相の変化や移動により、発熱体の熱を放熱する。放熱部にはフィンが設けられる場合もあり、熱を有効に拡散させる。
【０００３】
このようなヒートパイプの種類の一つである、ヒートパイプが受熱部と放熱部間を蛇行するように配置された蛇行細管ヒートパイプは、熱の輸送能力が高く特に有効である。蛇行細管ヒートパイプは、例えば、特開平４−１９００９０号に開示されている。
図６は、特開平４−１９００９０号に開示されている蛇行細管ヒートパイプの構造を示す一部断面平面図である。
このヒートパイプ１００は、以下の特性を有する。
（Ａ）細孔の両端末が相互に流通自在に連結されて密閉されている（閉ループ型）。
（Ｂ）細孔の一部は受熱部Ｈ、他の一部は放熱部Ｃとなっている。
（Ｃ）受熱部Ｈと放熱部Ｃが交互に配置されており、両部の間を細孔が蛇行している。
（Ｄ）細孔内には二相凝縮性流体（作動流体）１０１が封入されている。
（Ｅ）細孔の内壁は、上記作動流体１０１が常に孔内を閉塞した状態のままで循環または移動することができる最大直径以下の径をもつ。
【０００４】
ヒートパイプ１００内で作動流体１０１の循環流が発生し、受熱部から放熱部へ熱（温熱）が輸送される。循環流の発生する方向はヒートパイプ１００の姿勢によって異なる。
ヒートパイプ１００が水平に配置された状態では、受熱部Ｈで発生した蒸気泡１０３の圧力が放熱部Ｃで減圧縮小されるため、作動流体１０１は受熱部Ｈから最も近い放熱部Ｃに向かって流れ、作動流体１０１が図の実線矢印方向に循環する。一方、垂直に配置されてボトムヒートとした状態では、受熱部Ｈで発生した蒸気泡１０３は、最も抵抗の少ない連結部１０５を通って上昇し、一方、これらの蒸気泡１０３の多くが凝縮した作動流体１０１は重力により蛇行部を下降し、作動流体１０１が図の破線矢印方向に循環する。なお、受熱部から放熱部に冷熱を送る場合には、上記とは逆に受熱部で作動流体の凝縮が生じ、放熱部で作動流体の蒸発が生じる。
【０００５】
このような閉ループ型蛇行細管ヒートパイプの熱輸送特性として、粘性係数の小さい液体（フロンのＲ１４１ｂ等）を作動流体として用いた場合、細管の内径を０．８ｍｍと細径化しても十分な熱輸送特性を有することが確認されている（例えば、後記の非特許文献１参照）。また、ヒートパイプ製作時の初期真空について、ウィック型ヒートパイプは０．０１０ｍｍＨｇ前後の高真空を要するのに対して、閉ループ型細管ヒートパイプは６０ｍｍＨｇ程度の低真空であっても十分な熱輸送能力を有する。
【０００６】
さらに、この文献では、作動流体の蒸気相と液相の移動を可視化して、循環流の発生を考察している。その結果、２往復閉ループ型ヒートパイプにおいて、同パイプ内に３つの主蒸気プラグと３つの主液柱が交互に形成され、これらの加熱及び冷却による成長や凝縮により、受熱部と放熱部間で循環流の駆動力が発生している。
【０００７】
ヒートパイプは、冷熱輸送（冷却装置）に用いることもできる。ヒートパイプの受熱部に冷熱発生体を取り付けると、この冷熱発生体が発する冷熱が、ヒートパイプの受熱部に伝えられ熱輸送部を経由して放熱部で放熱される。ここで、冷却したい対象物（被冷却物）を放熱部に接続した場合には、この被冷却物に冷熱発生体からの冷熱がヒートパイプを経由して輸送され、被冷却物が冷却される。
【０００８】
冷熱輸送（冷却装置）の用途の一例として、近年頭部外傷の治療方法として注目されている局所低体温療法への適用も考えられる。この治療法においては、例えば、人体の大腿部から頭部までカテーテルを挿入し、頭部内（又はその近く）の患部を３２〜３５℃程度の温度に冷却する。この際、大腿部から頭部までの比較的長い距離を熱輸送できる冷却装置が必要となる。このような冷却装置として、供給カテーテルと分配カテーテルを有する冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷却装置は、患者の血管内に通された供給カテーテルから患者の血液をチラーに送って冷却し、冷却された血液を、血管内に通された分配カテーテルを通して患部へ送り返すものである。
【０００９】
また、外ルーメンと内ルーメンとを有する二重管構造の装置も提案されている。（例えば、特許文献２参照）。外ルーメンの先端は高熱伝導性であり、かつ、血液の流れに乱流を発生させ熱伝達を良好にするための不規則な外面が形成されている。内ルーメンと外ルーメンは、装置の先端で連通している。装置の先端を大腿部の血管から頭部内の患部へ挿入し、内ルーメンへ生理食塩水等の作動流体を流す。作動流体は、先端で内ルーメンから外ルーメンへ流れる。このとき、作動流体の冷熱が先端の外面から放出されて、患部を冷却する。
また、冷熱輸送（冷却装置）の用途の他の例として、肝臓ガン等を凍結して生体から取り除く凍結療法が挙げられる。
【００１０】
さらに、ヒートパイプの用途として、温熱を与えることにより治療するのに適した患者の表面（皮膚）ないし患者の体内に位置する病変部位(患部)を加熱（加温）して治療する温熱療法への適用も考えられる。例えば、神経外科の分野で、患者が痛みを感じる筋肉、関節炎にかかった関節等の患部に温熱を与えることにより、痛みを緩和したり除去する治療方法が行われている。また、ガン部位に温熱を与えて、ガン細胞を死滅させる温熱療法（ハイパーサーミア）も知られている。
【００１１】
【非特許文献１】
「ＳＥＭＯＳ Ｈｅａｔ Ｐｉｐｅの熱輸送特性」（永田、西尾、白樫、馬場、第３８回日本伝熱シンポジウム講演論文集（２００１−５））
【特許文献１】
米国特許第６０４２５５９号公報
【特許文献２】
米国特許第６０９６０６８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
受熱部と放熱部が離れており、かつ、両部の間に十分なスペースが存在しない環境下で、蛇行細管ヒートパイプを使用する場合、どのような機器構成とするかについては、過去に提案がなされていない。また、前述の非特許文献１には、２往復閉ループ型ヒートパイプの場合には、循環流の駆動力が発生し熱輸送を滑らかに行えることが示されているが、１往復の場合については言及していない。
【００１３】
また、前述のような局所低体温療法においては、現時点では十分な冷却効果が得られる方法が確立されていない。
【００１４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、受熱部と放熱部が離れており、かつ、両部の間に十分なスペースが存在しない対象に適用することのできる生体温度調整用細管ヒートパイプを提供することを目的とする。また、生体の表面又は内部に位置する生体患部を冷却又は加熱（加温）する用途に用いることのできる生体温度調整装置、特には、生体の奥の患部を局所的に冷却又は加熱するような用途にも用いることのできる生体温度調整装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の細管ヒートパイプは、 受熱部と、放熱部と、前記両部をつなぐ熱輸送部と、を具備し、全体として閉ループをなす細管からなる生体温度調整用細管ヒートパイプであって、前記熱輸送部が、１往復のみの細管により構成されていることを特徴とする。
１往復のみとすることにより、熱輸送部を細くできるため、狭い空間を隔てて離れている受熱部と放熱部間で熱輸送を行うことができる。ここで、ループ型の細管ヒートパイプは、熱輸送部を１往復としても十分な熱輸送能力を発揮することができることは、試作品で確認済である。なお、本発明における“熱”は温熱及び冷熱の双方を含み、ヒートパイプの受熱部は、いずれの場合でも輸送させたい熱を発生する物体に取り付けられる側を指す。
【００１６】
本発明においては、前記受熱部及び／又は放熱部を、複数のターンを有する蛇行細管（蛇行ターン部）で構成すれば、受熱部と放熱部の表面積が大きくなり、熱輸送量を多くすることができる。
【００１７】
本発明においては、前記蛇行ターン部の一方のターン端部が加熱（又は冷却）され、他方のターン端部が冷却（又は加熱）され、該蛇行ターン部において作動流体を蒸発・凝縮させ、もって前記蛇行ターン部内の作動流体の流動力を増すことが好ましい。
受熱部及び／又は放熱部内での作動流体の流動力を高めることにより、受熱部と放熱部間での本来の蒸発・凝縮による流動力が増大され、細管ヒートパイプ全体での作動流体の流動力がアップする（ブースター効果）。これにより、遠くまで相当量の作動流体を流せるので、熱輸送可能量を増やすことができ、熱輸送可能距離を長くできる。
【００１８】
本発明の生体温度調整装置は、ペルチェユニット等の冷熱・温熱発生装置（熱発生装置）と、該熱発生装置と該熱発生装置により加熱・冷却される生体患部との間に配置され得る細管ヒートパイプと、を備える生体温度調整装置であって、前記細管ヒートパイプが、前記熱発生装置に接続される受熱部と、生体患部に接続される放熱部と、前記両部をつなぐ熱輸送部と、を具備する、全体として閉ループをなす細管からなり、前記熱輸送部が、１往復のみの細管により構成されていることを特徴とする。
上記熱発生装置としては、冷熱のみを発生するもの、温熱のみを発生するもの、冷熱と温熱の両方を発生可能なもののいずれでもよい。ペルチェユニットは、流す電流の向きを変えることにより、冷熱発生装置としても温熱発生装置としても切替えて使用できる。
【００１９】
本発明においては、前記受熱部及び／又は放熱部が、複数のターンを有する蛇行細管（蛇行ターン部）により構成されることが好ましい。そして、前記蛇行ターン部の一方のターン端部が前記熱発生装置によって冷却（又は加熱）され、他方のターン端部が加熱（又は冷却）されることが好ましい。さらに、前記蛇行ターン部の一方のターン端部が前記熱発生装置によって冷却（又は加熱）され、他方のターン端部が周囲の空気及び／又は前記熱発生装置の素子放熱媒体（例えば空気）で加熱（又は冷却）されることが好ましい。
これにより、蛇行ターン部の両端部を冷却又は加熱しない場合と比べて、さらに熱輸送可能量や熱輸送可能距離が向上する。なお、素子放熱媒体とは以下のようなものである。熱発生装置が例えばペルチェ素子の場合は素子が板状をしており、その片側の面がヒートパイプ受熱部と接する熱的な作用面（例えば冷熱発生面）となり、その作用面の反対側の面（放熱面）に上記作用面と反対の熱的現像（例えば発熱）を生じる。そして、この反対側の面に風などの素子放熱媒体を当てて放熱させてやる必要がある。ここでは、その素子放熱媒体を前記蛇行ターン部におけるブースター効果を増大させるための補助的な熱源として用いるのである。
【００２０】
本発明の生体温度調整用細管ヒートパイプおよび生体温度調整装置は、生体の表面または生体内に位置する患部を冷却又は加熱（加温）する用途に好適に用いることができる。すなわち、局所低体温療法、凍結療法、温熱療法等の、生体患部を冷却または加熱して治療する用途に好適に用いることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る細管ヒートパイプの構造を説明する図であり、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は側面図である。
この細管ヒートパイプ５１は、図の右側の一ターン部５３と、図の左側の複数のターンを有する蛇行ターン部５５と、両部５３、５５をつなぐ直線部（熱輸送部）５３ｂとから構成され、１本のパイプの両端を連通させた閉ループを形成している。
【００２２】
両ターン部５３、５５は、熱伝導性の高い銅やアルミニウム等の材質で作製される。一方、直線部５３ｂは、上記材質の他にも気密性の高いパイプ（チューブ）を形成できればいかなる材質を用いてもよく、例えば、ステンレス鋼等の金属と各種合成樹脂との複合材料からなるいわゆるフレキシブルチューブ（パイプ）や、ＮｉＴｉ合金等の超弾性合金製パイプ、ＰＴＦＥチューブ等を用いることができる。このような材質からなるパイプ又はチューブを、例えば溶接、ロウ付け、フランジ接合、接着等の既知の接合方法で液密に接合することにより、本発明のヒートパイプを作製できる。フレキシブルチューブ（パイプ）としてはケーシングスプリングタイプ、セミインタースプリングタイプ、ライナーセミインターブレードタイプなどさまざまなタイプが市販されている。
【００２３】
直線部５３ｂ及び一ターン部５３は、長さ１７００ｍｍ、外径２．０ｍｍ、内径１．６ｍｍのパイプを、パイプのほぼ中心に径が１４ｍｍのほぼ円形のループ５３ａを形成するように湾曲させたものである。ループ５３ａの基部では、２本のパイプが接して平行に延びて直線部５３ｂを形成している。
【００２４】
蛇行ターン部５５は、長さ１７００ｍｍ、外径２．０ｍｍ、内径１．６ｍｍの一対のパイプ５７、５９から構成される。各パイプ５７、５９は、細管ヒートパイプ５１の長さ方向中心に対して対称形に配置される。パイプ５７、５９の一方の端部は、接続パイプ６３を介して別のパイプの端部に接続し、各パイプ５７、５９の内孔が連通する。また、他方の端部は、接続パイプ６１を介して直線部５３ｂの端部と接続し、蛇行ターン部５５のパイプの内孔と一ターン部５３のパイプの内孔が連通する。各パイプ５７、５９が接続パイプ６１、６３に挿入される長さは、約２０ｍｍ程度であり、各パイプ５７、５９と接続パイプ６１、６３とはロウ付けによって気密に接続される。接続パイプ６１、６３の長さは６０ｍｍ、外径２．８ｍｍ、内径２．１ｍｍである。
【００２５】
両端部の間には複数のターン部が形成される。詳しく説明すると、パイプ５７は接続パイプ６１から直線部５３ｂと同方向に延びて第１直線部５７ａとなる。そして第１直線部５７ａからやや外方向に拡がるように延びた先で第１直線部５７ａと平行に延びる第２直線部５７ｂとなる。そして、同第２直線部５７ｂから外方向にヘアピン状に折り返されて、一つ目のループ状ターン５７ｃを形成し、その先は第２直線部５７ｂと接して平行に延びる第３直線部５７ｄとなる。第３直線部５７ｄは、第２直線部５７ｂの基端まで延びて、外方向に半円状に折り返されて一つ目の半円状ターン５７ｅを形成し、その先は第２直線部５７ｂ及び第３直線部５７ｄと平行に延びる第４直線部５７ｆとなる。そして、同様に二つ目のループ状ターン５７ｇ、第５直線部５７ｈ、二つ目の半円状ターン５７ｉ、第６直線部５７ｊを形成する。第６直線部５７ｊの先は、直角内方向に１／４円状に湾曲する湾曲部５７ｋとなり、端部が接続パイプ６３の端部に挿入されている。
なお、他方のパイプ５９は、これと対称の形状を有する。
【００２６】
このように、蛇行ターン部５５には、４つのループ状ターン５７ｃ、５７ｇ、５９ｃ、５９ｇと、４つの半円状ターン５７ｅ、５７ｉ、５９ｅ、５９ｉとからなる８つのターン、２つの湾曲部５７ｋ、５９ｋと接続パイプ６３で構成される１つのターンの、合計９個のターンが形成される。蛇行ターン部５５の長さは３２０ｍｍ、幅は８７ｍｍである。また、細管ヒートパイプ５１の全長は１３００ｍｍであり、この内、半円状ターン部の端と一ターン部間の長さは９８０ｍｍである。
なお、ヒートパイプ５１には、作動流体をヒートパイプ内に注入するための注入口（図示せず）が設けられている。この注入口は、作動流体封入後に密閉される。
【００２７】
本実施形態では、ターン部５３を一ターン部とし、ターン部５５を複数のターンを有する構成としている、しかし、本発明においては、冷却または加熱する生体患部の場所、大きさ、輸送したい熱量等に応じて、これら両ターン部を一ターン部のみとしてもよく、あるいは両ターン部がそれぞれ複数のターンを有する構成としてもよい。本実施形態の細管ヒートパイプでは、蛇行ターン部５５を複数のターンを有する構成として表面積を大きくし、熱発生装置からの受熱量を多くすることで、高い熱輸送量を発現している。
【００２８】
また、本実施形態の細管ヒートパイプは、上述のように、ターンの数が多いほど表面積が大きくなるため、高い受熱能力または放熱能力を発揮する。したがって、受熱体・放熱体（被冷却物・被加熱物）の発生熱量に応じてターンの数を設定すれば、最適な熱輸送量を発現できる。
【００２９】
本実施の形態では、蛇行ターン部５５を受熱部、一ターン部５３を放熱部とする。受熱部においては、蛇行ターン部５５の全ての部分が受熱板６９に当てられるのではなく、蛇行ターン部５５の図の左側（Ｌ端部５５Ｌの側、ループ状ターン５７ｃや５７ｇの側、一ターン部５３の反対側）に受熱板６９が配置されて、蛇行ターン部５５と受熱板６９はハンダで固定される。一方、蛇行ターン部５５の右側（Ｒ端部５５Ｒの側、半円状ターン５７iや５７ｅの側）は大気中に露出される。つまり、受熱部（蛇行ターン部５５）内で温度の低い部分（受熱板６９に当てられているＬ端部５５Ｌ）と高い部分（大気中に露出されているＲ端部５５Ｒ）とを作る。
【００３０】
この図１のヒートパイプは、従来のヒートパイプに比べて、受熱部内での作動流体の流動力を高めて、ヒートパイプ全体での作動流体の流動力をアップさせ、長い距離を熱輸送できるように作用する。なお、より詳細には、図２及び図４を参照しつつ後述する。
【００３１】
図２は、本発明に係る温度調整装置を冷却装置として用いる場合の構成、及び、その冷却能力試験の様子を説明する図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側面図である。
図３は、本発明に係る温度調整装置を加熱装置として用いる場合の構成を説明する側面図である。
図４は、図２の温度調整装置の一部の構造を説明する斜視図である。
図２及び図３に示す温度調整装置８１は、人体の奥の患部を局所的に冷やし、その後にまた温めて元の温度に戻すことを想定したものである。図２の温度調整装置では、冷却能力を評価するために、図１に示す細管ヒートパイプ５１を用いて、ペルチェユニット８３で作られる冷熱を、ヒータ９５で加熱されているステンレスバット９３内の温水に輸送している。細管ヒートパイプ５１の構造・作用は、図１の細管ヒートパイプと同様であり、説明を省略する。
【００３２】
テーブル８５上の一端には、ジャッキ８７が置かれ、同ジャッキ８７上にペルチェユニット８３が載置されている。同ユニット８３は、ジャッキ８７上で、水平に対して３０°の角度に傾斜し、排気ダクト８９が、傾斜方向下側となるように配置される。これは、ヒートパイプ５１を熱移動しやすいボトムヒートの姿勢とするためである（詳細後述）。排気ダクト８９からは、ペルチェユニット８３の素子放熱面に当った後の温風が吹き出される。この現象について図４を参照して詳細に説明する。
【００３３】
ペルチェユニット８３の熱発生源であるペルチェ素子は板状の形状であり、片側の面が所望の熱を発生させる熱的作用面（例えば冷熱発生面）となり、同面と反対側の面がその熱的作用と反対の熱的現象が発生する面（例えば放熱面）となる。このようなペルチェ素子において、冷熱発生面と放熱面とで４５℃の温度差を作る場合について詳述する。例えば、同素子を冷熱発生源として使用する場合に、熱的作用面から−５℃の冷熱を発生させると、その反対側の面では＋４０℃の温熱が発生する。そこで、この反対側の面を冷風などによって冷やす必要がある。一方、同素子を温熱発生源として使用する場合に、熱的作用面から＋５０℃の温熱を発生させると、その反対側の面では温度が＋５℃の冷熱が発生する。そこで、この反対側の面を温風などによって温める必要がある。
【００３４】
図４の場合は、ペルチェ素子は冷熱発生源として使用される。図４に示すように、ペルチェ素子６６は、ペルチェユニット８３の上面に取り付けられており、上側の面が冷熱発生面、下側の面が放熱面６８となる。放熱面６８を冷却するために、ペルチェユニット８３にはファン８４が設けられている。ファン８４が回転すると、室内空気７０ａがユニット８３内に取り込まれてペルチェ素子６６の放熱面６８に当たり、同面６８を冷却する。ユニット８３内に取り込まれた室内空気７０ａは放熱面６８からの放熱によって温度が室温＋２〜３℃程度まで上昇し、この温度が上昇した空気７０ｂがユニット８３の排気ダクト８９から排出される。この排気温風７０ｂは、後述するようにヒートパイプ５１の熱輸送特性の向上のために用いられる。
【００３５】
ヒートパイプ５１のＬ端部５５Ｌは、受熱部である蛇行ターン部５５にペルチェユニット８３から冷熱が供給されるように、ペルチェユニット８３に取り付けられる。詳しく説明すると、Ｌ端部５５Ｌが固定されている受熱板６９がペルチェユニット８３の上面（ペルチェ素子６６の冷熱発生面）にネジ等で固定されており、同端部５５Ｌには、ペルチェ素子６６から受熱板６９を介して冷熱が伝えられる。一方、Ｒ端部５５Ｒは大気中に露出しており、排気ダクト８９から排出される、ペルチェ素子６６の放熱面６８からの放熱によって温度が上昇した空気７０ｂが当たる。
【００３６】
このように蛇行ターン部５５内で、温度の低い部分（Ｌ端部５５Ｌ）と温度の高い部分（Ｒ端部５５Ｒ）が形成されると、同部内で作動流体が活発に移動する。したがって、ペルチェユニット８３の作動によって付随的に発せられる、温度が上昇した空気を蛇行ターン部５５のＲ端部５５Ｒに当てることにより、Ｌ端部５Ｌに冷熱を供給しただけの場合よりもＬ端部５５ＬとＲ端部５５Ｒとの温度差が大きくなり、その結果蛇行ターン部５５における作動流体の流動を活発化させてブースター効果をより増大させることができる。つまり、ペルチェユニットの素子放熱媒体（空気７０ａ、７０ｂ）を、ブースター効果を増大させるための補助的な熱源としても利用するのである。
【００３７】
また、受熱部においては、上述のように、温度の低いＬ端部５５Ｌが上方、温度の高いＲ端部５５Ｒが下方に位置し、熱移動しやすいボトムヒートの姿勢をとっている。
【００３８】
図２に示すように、テーブル８５上の他端には、断熱材９１を介してステンレスバット９３が置かれている。同バット内には水道水が入れられている。水道水はヒータ（一例で出力２７Ｗ）９５で加熱される。
細管ヒートパイプ５１は、ペルチェユニット８３に取り付けられた蛇行ターン部５５から下方に傾斜し、その先でテーブル８５の上面と平行に水平に延びて、一ターン部５３の一部がバット９３内に沈められている。蛇行ターン部５５の先端のベース８５上からの高さは５２０ｍｍである。細管ヒートパイプ５１の水平に延びる部分の長さは４５０ｍｍであり、その内有効な熱交換部（水に浸されている部分）の長さは２８０ｍｍである。
【００３９】
一方、図３に示すような、本発明に係る温度調整装置を加熱装置として用いる場合は、ペルチェユニットに流す電流の向きを、図２に示す冷却装置の場合の反対方向に切替える。すると、同ユニットのペルチェ素子の上側の面が温熱発生面となり、下側の面が冷熱放熱面となる。この状態において、ヒートパイプ５１の蛇行ターン部５５のＬ端部５５Ｌに当てられている受熱板６９をペルチェユニット６６の温熱発生面に固定し、Ｒ端部５５Ｒを大気中に露出させる。これにより、蛇行ターン部５５内で温度の高い部分（Ｌ端部５５Ｌ）と温度の低い部分（Ｒ端部５５Ｒ）が形成される。
【００４０】
そして、蛇行ターン部５５をボトムヒートの姿勢とするために、温度の高いＬ端部５５Ｌが下方、温度の低いＲ端部５５Ｒが上方となるように、同部５５をペルチェユニット８３上に傾斜して配置する。傾斜角度は一例で水平面に対して３０°である。このように、ヒートパイプ５１は、蛇行ターン部５５から一ターン部５３へ向けて上方に傾斜するように配置されている。なお、温度調整装置８１を加熱装置として用いる場合、ペルチェユニット８３の排気ダクト８９は傾斜方向下側になるように位置させ、ペルチェユニット８３から排気された空気を蛇行ターン部５５のＲ端部５５Ｒに当てない。なぜなら、排気された空気の温度が低すぎて、細管ヒートパイプがペルチェユニットから吸収した温熱を低下させる方向に作用してしまうからである。
【００４１】
ペルチェユニット８３は、上述のようにヒートパイプ５１をボトムヒートの姿勢とするために、テーブル８５上の一端に置かれたジャッキ８７上に、水平に対して３０°傾斜して配置されている。そして、テーブル８５上の他端には、断熱材９１及び支柱９２を介して水道水が入れられたステンレスバット９３が置かれている。細管ヒートパイプ５１は、蛇行ターン部５５から上方に傾斜し、その先でテーブル８５の上面と平行に水平に延びて、一ターン部５３の一部がバット９３内に沈められている。この装置は、バット９３内の水道水の温度を上昇させる場合に使用される。
【００４２】
次に、温度調整装置におけるヒートパイプの作用についてまとめて説明する。ここでは、温度調整装置を冷却装置として使用する場合について、図２、図４を参照しつつ説明する。
ペルチェユニット８３を作動させると、蛇行ターン部５５においては、Ｌ端部５５Ｌで冷熱が吸熱されて、同部のパイプ内で作動流体の凝縮が起こる。同時に、Ｒ端部５５Ｒが周囲の空気で温められて、同部のパイプ内で作動流体の蒸発が起こる。Ｌ端部５５ＬとＲ端部５５Ｒ間の距離は比較的短いので、このような作動流体の凝縮と蒸発により、作動流体は両端部間を活発に移動する。蛇行細管ヒートパイプ５１は一つの閉ループを成しているので、蛇行ターン部５５内の両端部間で作動流体が活発に移動すると、作動流体の流動力は、蛇行ターン部５５から一ターン部５３へ延びる直線部５３ｂ内の作動流体にも伝えられる（ブースター効果）。これにより、蛇行ターン部５５から一ターン部５３までの距離が離れている場合でも、作動流体は、蛇行ターン部５５から一ターン部５３まで直線部５３ｂ内を流れる力を得ることができる。この方式によると、熱輸送距離を２０００ｍｍ程度まで長くすることができる（別の試験で確認済み）。
【００４３】
なお、受熱部あるいは放熱部内での作動流体の往復数、すなわち、ターン数が多いほど作動流体の流動力が大きくなり熱輸送能力が高くなることは、通常の蛇行細管ヒートパイプと共通である。
【００４４】
図２に示す方式は、前述の局所低体温療法に有効な手段となり得る。この療法においては、大腿部から頭部までカテーテルを挿入し、頭部の一部を３２〜３５℃程度の温度に冷却し、その後にまた温めて元の温度に戻す。即ち、大腿部から頭部までの比較的長い距離を本方式で冷熱及び温熱輸送することにより、この療法を実現できる。
【００４５】
次に、図２の冷却装置を使用した冷却実験の結果について説明する。
この冷却実験の条件は、上述の局所低体温療法を想定して決定した。つまり、バット９３内の水道水の容積を、体重が６０ｋｇの人の血液量に相当する５リットルとし、実験開始時における温度を平均的な体内温度の３７℃とした。そして、この水道水を、ヒータ通電状態であっても、３２℃に冷却することを目標とした。なお、実験に使用したペルチェユニット８３の出力は４０Ｗである。
【００４６】
作動流体の熱輸送能力をさらに向上させるために、蛇行ターン部５５のＲ端部５５Ｒ側において、図４に示すように、熱輸送部５３ｂ（中央の２本の直線部５７ｂ、５９ｂを含む）に排気ダクト８９からの排気温風が当らないように遮蔽板９７を設けた。こうすることにより、ペルチェユニット８３から作り出される冷熱が、熱輸送部５３ｂを通過する間に、排気温風で加熱されてしまうことを防ぐ。したがって、ペルチェユニット８３で発生する冷熱を、熱輸送部５３ｂを通過中に減少させてしまうことなく、バット９３内の水道水まで輸送することができる。
【００４７】
図５は、図２の冷却装置を用いて行った冷却実験の結果を示すグラフである。図の縦軸は温度、横軸は経過時間を示す。また、◆はバット内の水道水の温度、●は室温を示す。
まず、ヒータによりバット９３内の水道水を３７．１℃の温度に加熱した。ペルチェユニット８３は予め起動させておき、一ターン部５３を水道水に浸けた時点を実験開始時間とし、水温が飽和した８時間後に一ターン部５３を水道水から引き上げた。
【００４８】
グラフから分かるように、水温は、実験開始から徐々に下降し、約６時間後には３１．３℃まで低下した。そして、冷熱輸送を停止するまでの約２時間はこの飽和温度を維持し続けた。ヒータ９５は、実験開始から終了までの１３時間、常に通電状態にしておいた。したがって、一ターン部５３を水道水から引き上げた後は、体内温度を想定した３７℃に向かって、再び水温が上昇していった。
【００４９】
この冷却装置の実験時間内の平均冷却能力は、
５０００ｇ×１ｃａｌ／ｇ・℃×（３７．１℃−３１．３℃）／（６ｈｒ×８６０ｃａｌ／ｈｒ）＝５．６Ｗであった。
また、図５のグラフから分かるように、実験開始直後の１時間は特に温度降下が大きく（すなわち、冷却能力が大きく）、１時間で水温が２℃低下した。この間の冷却能力は、
５０００ｇ×１ｃａｌ／ｇ・℃×（３７．１℃−３５．１℃）／（１ｈｒ×８６０ｃａｌ／ｈｒ）＝１１．６Ｗであった。
これは、実験開始時点でペルチェユニット８３及び受熱板６９に溜まっていた冷熱が、一気に放出されたためと考えられる。
【００５０】
また、局所低体温療法においては、初期の冷却能力が２０分で−２℃であることが要求されている。この要求を満足するには現状の３倍の冷却能力が必要であるが、これは、ペルチェユニットの出力を大きくすることで実現できるものと考えられる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、熱輸送部を１往復のヒートパイプで形成することにより、受熱部と放熱部が離れており、かつ、両部の間に十分なスペースが存在しない対象に適用することのできる生体温度調整用細管ヒートパイプ及び同ヒートパイプを使用した生体温度調整装置を提供することができる。また、受熱部及び／又は放熱部のターン数を多くすることにより、さらに大きな熱輸送能力を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る細管ヒートパイプの構造を説明する図であり、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は側面図である。
【図２】本発明に係る温度調整装置を冷却装置として用いる場合の構成、及び、その冷却能力試験の様子を説明する図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側面図である。
【図３】本発明に係る温度調整装置を加熱装置として用いる場合の構成を説明する側面図である。
【図４】図２の温度調整装置の一部の構造を説明する斜視図である。
【図５】図２の冷温度調整装置を用いて行った冷却実験の結果を示すグラフである。
【図６】特開平４−１９００９０号に開示されている蛇行細管ヒートパイプの構造を示す一部断面平面図である。
【符号の説明】
５１ 細管ヒートパイプ ５３ 一ターン部
５５ 蛇行ターン部 ５７、５９ パイプ
６１、６３ 接続パイプ ６６ ペルチェ素子
６８ 放熱面 ６９ 受熱板
８１ 温度調整装置 ８３ ペルチェユニット
８５ テーブル ８７ ジャッキ
８９ 排気ダクト ９１ 断熱材
９３ ステンレスバット ９５ ヒータ

Claims (7)

1. 受熱部と、放熱部と、前記両部をつなぐ熱輸送部と、を具備し、
   全体として閉ループをなす細管からなる生体温度調整用細管ヒートパイプであって、
   前記熱輸送部が、１往復のみの細管により構成されていることを特徴とする生体温度調整用細管ヒートパイプ。
2. 前記受熱部及び／又は放熱部が、複数のターンを有する蛇行細管（蛇行ターン部）により構成されていることを特徴とする請求項１記載の生体温度調整用細管ヒートパイプ。
3. 前記蛇行ターン部の一方のターン端部が加熱又は冷却され、他方のターン端部が冷却又は加熱され、該蛇行ターン部において作動流体を蒸発・凝縮させ、もって前記蛇行ターン部内の作動流体の流動力を増すことを特徴とする請求項２記載の生体温度調整用細管ヒートパイプ。
4. ペルチェユニット等の冷熱・温熱発生装置（熱発生装置）と、該熱発生装置と該熱発生装置により加熱・冷却される生体患部との間に配置され得る細管ヒートパイプと、を備える生体温度調整装置であって、
   前記細管ヒートパイプが、前記熱発生装置に接続される受熱部と、生体患部に接続される放熱部と、前記両部をつなぐ熱輸送部と、を具備する、全体として閉ループをなす細管からなり、
   前記熱輸送部が、１往復のみの細管により構成されていることを特徴とする生体温度調整装置。
5. 前記受熱部及び／又は放熱部が、複数のターンを有する蛇行細管（蛇行ターン部）により構成されることを特徴とする請求項４記載の生体温度調整装置。
6. 前記蛇行ターン部の一方のターン端部が前記熱発生装置によって冷却又は加熱され、他方のターン端部が加熱又は冷却されることを特徴とする請求項５記載の温度調整装置。
7. 前記蛇行ターン部の一方のターン端部が前記熱発生装置によって冷却又は加熱され、他方のターン端部が周囲の空気及び／又は前記熱発生装置の素子放熱媒体（例えば空気）で加熱又は冷却されることを特徴とする請求項６記載の温度調整装置。

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