JP2005517894A - ヒートパイプ - Google Patents
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Abstract
Description
1.技術分野
本発明は、一般にヒートパイプに関するものであり、より詳細には、蒸発部内で並行かつ旋回する二相流と、凝縮部からの不浸透性の戻り流路を有する準ループ型ヒートパイプに関するものである。
ヒートパイプは、その内部の作動流体の蒸発および凝縮を利用する装置であって、熱を吸収する蒸発部から熱を放出する凝縮部までエネルギーを輸送するためのものである。ヒートパイプは1960年代初期に超伝導の熱伝導装置として、例えば米国特許第3,229,759号や同第4,485,670号に詳細が述べられているように注目を得ている。多数のヒートパイプの構成や応用分野が、それらの初期の発明以来提案されているが、基本的なヒートパイプは、現在でも比較的小さい温度勾配で大量のエネルギーを輸送できるユニットであると認識されている。
本発明の一つの目的は改良したヒートパイプを提供することにある。
本発明によるヒートパイプは主として蒸発部、結合部材および凝縮部を具え、通常二つの主な形態を具える。適用の主な分野は、図5に示すようなエネルギー取り出し装置としてのものであり、また図6に示すような注入ユニットとしてのものである。後者においては、ヒートパイプは反応物を輸送するためのユニットを通過して延在する一つまたはそれ以上の導管を有する。このようなヒートパイプの使用例は注入用のランス、羽口およびバーナーである。適用の前者の分野においては、ヒートパイプはその内部に反応物輸送用の導管は有しておらず、例えば熱抽出装置のようなエネルギー伝達のために用いられる。このように二つの実施形態は、ヒートパイプユニットを通して反応物を輸送するかしないかによって異なるものとなる。
Claims (34)
- 真空下で内部に収容した作動流体を有するヒートパイプ組立体であって、
作動流体を蒸発させるのに適合させた、閉鎖した先端部を有する蒸発部と、
作動流体の流れによって前記蒸発部と連通し、液化した前記作動流体を収集するために前記蒸発部よりも高い位置に配置したリザーバを内部に有する、前記蒸発部から流入した、気化した前記作動流体を凝縮させるのに適合させた熱交換器型の凝縮部と、
前記リザーバから前記蒸発部への液化した作動流体の重力による流れを許容する、前記蒸発部を通して延在し、該蒸発部の閉鎖した先端部近傍で終端する、個々に分離した不浸透性の液体戻り流路と、
前記蒸発部内で作動流体を旋回させる、該蒸発部内部に配置した流れ変更部材とを具え、
それによって、前記蒸発部の内壁を液体で覆うことを確実にするために、前記流れ変更部材が気化していない作動流体を気化した作動流体と共に前記蒸発部の内壁に対して遠心力によって押し付け、それにより膜沸騰の開始を遅らせるヒートパイプ組立体。 - 前記凝縮部がその外面での輻射および対流によって冷却される、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 前記凝縮部が、該凝縮部中心部を通して延在する、内部を冷却用の流体が流れる少なくとも一つの冷却管によって旧強制的に冷却される、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 前記冷却管が少なくとも一つの冷却剤ヘッダと流体の流れによって連通する、請求項3記載のヒートパイプ組立体。
- 前記冷却管が前記凝縮部の中心部を通して、底部の前記冷却剤ヘッダと頂部の冷却剤ヘッダとの間で長手方向に延在する、請求項4記載のヒートパイプ組立体。
- 前記冷却剤ヘッダが強制的に冷却される、請求項5記載のヒートパイプ組立体。
- 前記蒸発部および前記凝縮部が円筒形である、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 前記凝縮部の内面に溝を有する、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 前記溝が前記流れ変更部材に対応するピッチを有する、請求項8記載のヒートパイプ組立体。
- 前記蒸発部と前記凝縮部とを接続し、これらの間で流体の流れにより連通させる結合要素を具える、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 排出路が液体戻り流路と前記凝縮部の上部との間を流体の流れによって連通させ、それによって前記蒸発部の先端部から前記液体戻り流路を上昇する全ての蒸気を前記凝縮部の上部へと移動させる、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 少なくとも一つの前記結合要素および前記液体戻り流路が可撓性を有する、請求項10記載のヒートパイプ組立体。
- 前記排出路が可撓性を有する、請求項11記載のヒートパイプ組立体。
- 前記凝縮部が、該組立体の性能の監視および不具合を検出するために用いる少なくとも一つの熱電対を収容するのに適合させた熱電対取付孔を具える、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 前記凝縮部が前記蒸発部の断面積の約1〜50倍の内側断面積を有する、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 前記液体戻り流路が前記蒸発部内部での前記作動流体が蒸発する割合よりも約1〜100倍の割合で液体を流動させるのに十分な寸法を有する、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 前記流れ変更部材がらせん形のスワーラー、捩れた帯材およびつる巻バネの内の一つである、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 高温での適用においては前記作動流体が好ましくはアルカリ金属である、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 低温での適用においては前記作動流体が水、サーメックスおよびメタノールの内の一つである、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 冷却用の流体が好ましくは空気、水および油の内の一つである、請求項3記載のヒートパイプ組立体。
- 当該組立体がエネルギー取り出し装置である、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 前記液体戻り流路が、前記蒸発部への液体の流れをそれぞれ許容および遮断することにより該組立体の動作をオンおよびオフするのに適合させた弁を該流路内に具える、請求項21記載のヒートパイプ組立体。
- 前記弁が熱取り出しの割合を制御するために液体の流れを部分的に制限することが可能である、請求項22記載のヒートパイプ組立体。
- 前記エネルギー取り出し装置が好ましくは加熱した液体金属、加熱炉から出たガスおよび加熱炉の壁およびダクトの少なくとも一つを冷却するのに適合させた、請求項21記載のヒートパイプ組立体。
- 前記蒸発部が固形の不浸透性の物体内に形成した孔で規定され、該組立体が前記固形の物体を冷却するのに適合させた、請求項21記載のヒートパイプ組立体。
- 該組立体が前記蒸発部の中心部を貫通して該蒸発部の先端部で突出し、反応物を輸送するのに適合させた少なくとも一つの反応物分配用導管を有する反応物注入装置である、請求項1記載のヒートパイプ組立体。
- 前記反応物注入装置を気体状の反応物を変化する排出高さまで、およびサブマージ注入を含んで溶融物へ注入するためのランスおよび羽口として用いる、請求項26記載のヒートパイプ組立体。
- 前記反応物注入装置を熱発生のために可燃物および酸化物を注入するためのバーナーとして用いる、請求項26記載のヒートパイプ組立体。
- 前記反応物を前記凝縮部を冷却するために用い、それによって前記蒸発部から取り出したエネルギーにより前記反応物の予熱を行う、請求項29記載のヒートパイプ組立体。
- 前記凝縮部が多数の冷却回路を具え、各冷却回路を反応物および補助冷却剤の内の一つを収容するのに適合させた、請求項26記載のヒートパイプ組立体。
- 前記補助冷却剤が水、空気および油の内の一つを具える、請求項30記載のヒートパイプ組立体。
- 反応物輸送用導管の異なる膨張および収縮を補償するための拡張型継手を該導管に配置した、請求項26記載のヒートパイプ組立体。
- 物体から熱を取り出すための方法であって、
蒸発部および、該蒸発部と流体の流れによって連通する熱取り出し用凝縮部とを有し、該蒸発部がその内部で作動流体の旋回を発生させるために適合させた流れ変更部材を具え、前記凝縮部が前記蒸発部から流入した気化した前記作動流体を凝縮させるために冷却されるヒートパイプ組立体を設置する工程、
前記凝縮部と前記蒸発部の先端部との間の分離した不浸透性の液体戻り流路を設置する工程、
前記液体戻り流路を通して前記凝縮部から前記蒸発部へと液状の前記作動流体を重力によって流動させることを選択的に許容する工程および、
前記蒸発部を冷却させる物体と熱伝導を行わせるように配置する工程を具える方法。 - 高温の物質へ反応物を注入する方法であって、
蒸発部および、該蒸発部と流体の流れによって連通する熱取り出し用凝縮部とを有し、該蒸発部がその内部で作動流体の旋回を発生させるために適合させた流れ変更部材を具え、前記凝縮部が前記蒸発部から流入した気化した前記作動流体を凝縮させるために冷却されるヒートパイプ組立体を設置する工程、
前記凝縮部と前記蒸発部の先端部との間の分離した不浸透性の液体戻り流路を設置する工程、
前記液体戻り流路を通して前記凝縮部から前記蒸発部へと液状の前記作動流体を重力によって流動させることを許容する工程、
前記蒸発部を貫通して該蒸発部の先端部から突出する反応物輸送用導管を設置する工程および、
前記反応物を前記反応物輸送用導管を通して輸送し、高温の物質へ注入する工程を具える方法。
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