JP2007198661A - サーモサイフォン - Google Patents

Abstract

【課題】 安価な構造で且つ冷媒の圧力によって変形しにくい気化部を有するサーモサイフォンを提供すること。
【解決手段】 熱源としての冷却ユニット２３に対して伝熱的に接続されて内部に封入された冷媒を蒸発させる気化部２と、この気化部２に接続されて冷媒の熱を排出することで気体状の冷媒を凝縮させて前記気化室２に戻す凝縮管３とを有して構成されるサーモサイフォン１であって、銅等の融点が比較的高く且つ熱伝導性に優れた金属からなる気化室体５を、アルミニウム等の融点が比較的低く且つ熱伝導性に優れた金属からなる伝熱補強部材６に鋳込んで前記気化部２を形成することで、前記気化室体５内部の圧力が高くなっても前記伝熱補強部材６によって変形が抑えられる強度の高い前記気化部２を容易に且つ安価に形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーモサイフォンに関するものであり、特に、熱源に対して伝熱的に接続されて排熱するためのサーモサイフォンに関するものである。

従来、この種のサーモサイフォンとしては、熱電冷却プレートの加熱面側等の熱源に接する蒸発器（本願発明の気化部に該当する）と放熱部材（本願発明の凝縮管に該当する）を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。そして、このようなサーモサイフォンでは、前記蒸発器内の冷媒が熱源の熱を気化潜熱として奪って気化し、この冷媒が放熱部材において凝縮潜熱を放出して凝縮し、前記蒸発器に戻るようになっている。そして、このような相変化を伴う冷媒の循環がサーモサイフォン内で行われることで、熱源の熱が奪われて放熱部材から放出される。
実用新案登録第３０８５２０７号公報

しかしながら、このようなサーモサイフォンにおいては、前記蒸発器の肉厚が比較的薄く形成されているため、前記蒸発器の内圧によって変形する虞があった。これは、前記サーモサイフォン内部の冷媒の圧力が３００ｋＰａ〜２ＭＰａ程度と高いことに起因する。そして、前記蒸発器が変形した場合、前記蒸発器と熱源との接触面積が小さくなってしまうことで、サーモサイフォンが良好に作動しない虞があった。これを防止するために、冷媒の圧力によって変形しない程度に前記蒸発器の肉厚を厚く形成することも考えられる。しかしながら、前述したように、冷媒の圧力が高いため、アルミニウム等では強度が不足することになるので、一般的には前記蒸発器及び放熱部材は銅によって形成されることになる。このため、前述したように前記蒸発器の肉厚を厚く形成してしまうと、コストアップに繋がってしまうばかりでなく、重量も重くなってしまうという問題があった。また、蒸発器のみをアルミニウムで形成すると、銅製の放熱部材との鑞付けによる接続が困難であるという問題があった。

本発明は以上の問題点を解決し、安価な構造で且つ冷媒の圧力によって変形しにくい気化部を有するサーモサイフォンを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のサーモサイフォンは、熱源に対して伝熱的に接続されて内部に封入された冷媒を蒸発させる気化部と、この気化部に接続されて冷媒の熱を排出することで気体状の冷媒を凝縮させて前記気化室に戻す凝縮管とを有して構成されるサーモサイフォンにおいて、前記気化部を、融点が比較的低く且つ熱伝導性に優れた金属からなる伝熱補強部材と、この伝熱補強部材に鋳込まれる融点が比較的高く且つ熱伝導性に優れた金属からなる気化室体とで形成したものである。

また、本発明の請求項２に記載のサーモサイフォンは、請求項１において、前記気化室部材を、両端が細く絞られた金属パイプによって一体に形成したものである。

更に、本発明の請求項３に記載のサーモサイフォンは、請求項１乃至２において、前記伝熱補強部材に、前記熱源への取付部を一体に形成したものである。

本発明の請求項１に記載のサーモサイフォンは、以上のように構成することにより、前記気化室体を前記伝熱補強部材に鋳込むことで、容易に且つ安価に気化部を形成することができるばかりでなく、伝熱補強部材によって補強されることで、前記気化室体内部の圧力が高くなっても、前記気化部の変形を抑えることができる。

更に、前記気化室部材を、両端が細く絞られた金属パイプによって一体に形成することで、前記気化室部材の製造を容易に行うことができるばかりでなく、前記気化室部材自体に継ぎ目を形成しないようにすることができ、これによって、内部に封入された冷媒を漏れにくくすることができる。

加えて、前記伝熱補強部材自体に取付部を一体に形成することで、前記気化部の熱源への取付を容易に行うことができる。

以下、本発明の実施例について、図１乃至図７に基づいて説明する。なお、以下の説明において、サーモサイフォン１は、このサーモサイフォン１が取り付けられる後述する電子式冷蔵庫２１の前後及び上下左右を基準として、前後及び上下左右を規定する。このサーモサイフォン１は、気化部２と、凝縮管３と、この凝縮管３に熔接された放熱補助体４とで構成されている。前記気化部２は、比較的融点が高く熱伝導性及び耐圧性に優れた銅によって形成された気化室体５と、アルミニウム等の比較的融点が低く熱伝導性に優れた材質によって形成されると共に前記気化室体５の外部を覆った伝熱補強部材６とで構成されている。なお、前記気化室体５は、前記伝熱補強部材６に対して鋳込まれている。また、前記伝熱補強部材６は、前記気化室体５の内圧によって変形しない程度の厚さに形成されている。そして、前記気化室体５には、上下に上接続部７及び下接続部８が形成されており、前記上接続部７には前記凝縮管３の一端３Ａが接続されていると共に、前記下接続部８には、前記気化室体５と同じ銅で形成された接続管９が接続されており、この接続管９に前記凝縮管３の他端３Ｂが接続されている。なお、この接続管９には、図示しない冷媒を注入するための注入管１０が一体に形成されている。そして、前記伝熱補強部材６には、後述するビス４８によって後述する冷却ユニット２３に取り付けるためのビス孔１１が形成された取付部１２が一体に形成されている。また、前記凝縮管３は、一本の管を折り曲げて構成されており、この一本の凝縮管３の両端が前記気化室体５の上接続部７及び前記接続管９に接続されている。なお、前記凝縮管３は、安価で熱伝導性や曲げ加工性、耐圧性に優れた鋼等で構成されている。また、前記放熱補助体４は鋼製の細い棒状体であり、略直線状に形成されている。そして、前記凝縮管３には、前記サーモサイフォン１を後述する断熱容器２２の後外殻体２７Ｂに対して取り付けるための取付部１３が設けられている。

２１は前記サーモサイフォン１が取り付けられる電子式冷蔵庫である。この電子式冷蔵庫２１は、断熱容器２２と、この断熱容器２２内を冷却するための冷却ユニット２３と、この冷却ユニット２３を作動させるための制御部２４とで構成されている。

前記断熱容器２２は、容器本体２５と、扉体２６とを有して構成されている。前記容器本体２５は、外殻体２７と、アルミニウム等によって構成された内容器２８と、これら外殻体２７と内容器２８とで区画される空間に注入される発泡ウレタン等の断熱材２９とで構成されている。また、前記外殻体２７は前外殻体２７Ａと後外殻体２７Ｂとで構成されており、この後外殻体２７Ｂに裏蓋３０が取り付けられている。そして、これら後外殻体２７Ｂ及び裏蓋３０によって、前記サーモサイフォン１及び制御部２４を収容する機構部３１が区画される。また、前記後外殻体２７Ｂの上面及び側面には、通気孔３２が複数形成されている。なお、図示しないが、前記裏蓋３０にも、前記後外殻体２７Ｂと同様に、複数の通気口が形成されている。また、前記後外殻体２７Ｂの中央よりもやや下方に、貫通孔２７Ｃが形成されている。また、前記内容器２８には、前記貫通孔２７Ｃに対応して貫通孔２８Ａが形成されている。また、前記容器本体２５の正面側には開口部２５Ａが形成されていると共に、この開口部２５Ａを開閉するように、断熱性を有する前記扉体２６が枢支されている。また、前記容器本体２５と扉体２６との間は、マグネットパッキン３３で塞がれている。そして、前記内容器２８と、前記扉体２６と、前記マグネットパッキン３３によって、前記断熱容器２２内に冷却空間３４が区画されている。また、前記容器本体２５の底面には、前記電子式冷蔵庫２１を支える足３５が取り付けられている。

前記貫通孔２７Ｃ及び貫通孔２８Ａによって構成される取付孔３６には、前記冷却ユニット２３が取り付けられている。この冷却ユニット２３は、前記内容器２８内に露出する吸熱板３７と、この吸熱板３７に対して一面が伝熱的に接する庫内側伝熱ブロック３８と、この庫内側伝熱ブロック３８の他面に一面が伝熱的に接する第一のサーモモジュール３９と、この第一のサーモモジュール３９の他面に一面が伝熱的に接する中間伝熱ブロック４０と、この中間伝熱ブロック４０の他面に一面が伝熱的に接する第二のサーモモジュール４１と、この第二のサーモモジュール４１の他面に一面が伝熱的に接する庫外側伝熱ブロック４２とを有して構成されている。なお、前記庫内側伝熱ブロック３８の一面及び前記庫外側伝熱ブロック４２の他面は平坦に形成されている。また、前記第一及び第二のサーモモジュール３９，４１と前記中間伝熱ブロック４０の外寸は、前記庫内側伝熱ブロック３８及び庫外側伝熱ブロック４２の外寸よりも小さく形成されている。また、前記庫内側伝熱ブロック３８の外寸と前記庫外側伝熱ブロック４２の外寸はほぼ等しく形成されていると共に、前記取付孔３６の内寸よりもやや小さく形成されている。そして、前記庫内側伝熱ブロック３８と庫外側伝熱ブロック４２とをビス４３で螺子止めすることで、前記第一のサーモモジュール３９と前記中間伝熱ブロック４０と第二のサーモモジュール４１は、前記庫内側伝熱ブロック３８と庫外側伝熱ブロック４２とで挟持される。また、前記両サーモモジュール３９，４１と前記中間伝熱ブロック４０の外周で且つ前記庫内側伝熱ブロック３８と庫外側伝熱ブロック４２の間には、この庫外側伝熱ブロック４２から前記庫内側伝熱ブロック３８への熱の移動を抑制するための断熱部材４４が設けられている。また、前記庫外側伝熱ブロック４２にはビス孔４５が形成された取付部４６が形成されており、ビス４７によって前記庫外側伝熱ブロック４２を含む前記冷却ユニット２３が前記後外殻体２７Ｂに取り付けられている。なお、前記吸熱板３７は、前記庫内側伝熱ブロック３８に対して図示しないビス等によって固定されている。また、前記冷却ユニット２３の庫外側伝熱ブロック４２の他面には、前記サーモサイフォン１の気化部２が伝熱的に接続されていると共に、この気化部２はビス４８によって前記庫外側伝熱ブロック４２に対して固定されている。更に、前記サーモサイフォン１の凝縮管３及び放熱補助体４は、前記取付部１３をビス４９でビス止めすることによって、前記後外殻体２７Ｂに取り付けられていると共に、前記凝縮管３及び放熱補助体４に対して軸流ファン５０がビス５１によって取り付けられている。

前記サーモサイフォン１の製造工程について、図７に基づいて説明する。まず、予め前記気化室部材５を製造しておく。この気化室部材５は、銅製の比較的太いパイプ（図７（ａ））の両端を絞り（図７（ｂ））、パイプの軸方向に対して直交する方向に潰した後（図７（ｃ））、絞られた部分を適宜位置で切断する（図７（ｄ））ことで製造される。このように、前記気化室部材５は、比較的太い単一の銅製パイプを絞ったり潰したりすることで形成されるので、製造が容易であるばかりでなく、前記気化室部材５自体に継ぎ目が存在しないので、前記気化室部材５自体から冷媒が漏れる虞が少ない。そして、このようにして製造された前記気化室部材５をダイキャスト金型に装着し、溶融したアルミニウムを前記気化室部材５とダイキャスト金型の間に注ぐことで、前記気化室部材５の外側に前記伝熱補強部材６が形成される（図７（ｅ））。なお、前記気化室部材５を構成する銅の融点が前記伝熱補強部材６を構成するアルミニウムの融点よりも高いため、前記気化室部材５を前記伝熱補強部材６に鋳込む際に前記気化室部材５が溶融しない。そして、前記ダイキャスト金型から前記気化室部材５と伝熱補強部材６の複合体を取り出し、前記伝熱補強部材６の一面を平坦に削り、前記ビス孔１１を形成することで、前記気化部２が製造される（図７（ｆ））。そして、前記気化部２の下接続部８に前記接続管９を鑞付等で接続し、この接続管９に予め蛇行させるように折り曲げて形成された前記凝縮管３の他端３Ｂを鑞付等で接続すると共に、前記上接続部７に前記凝縮管３の一端３Ａを鑞付等で接続する。更に、前記注入管１０から冷媒を注入し、封止する。このようにして、前記サーモサイフォン１は製造される。

次に、前記冷却ユニット２３及びサーモサイフォン１の前記断熱容器２２に対する取付工程について詳述する。なお、前記断熱容器２２自体の製造工程については説明を省略する。まず、前記庫外側伝熱ブロック４２の一面に他面が伝熱的に接するように前記第二のサーモモジュール４１を載せ、この第二のサーモモジュール４１を挟むように、この第二のサーモモジュール４１の一面に他面が伝熱的に接するように前記中間伝熱ブロック４０を載せ、この中間伝熱ブロック４０を挟むように、この中間伝熱ブロック４０の一面に他面が伝熱的に接するように前記第一のサーモモジュール３９を載せ、前記第一のサーモモジュール３９、中間伝熱ブロック４０及び第二のサーモモジュール４１の外周を覆うように、前記断熱部材４４を被せ、前記第一のサーモモジュール３９を挟むように、この第一のサーモモジュール３９の一面に他面が伝熱的に接するように前記庫内側伝熱ブロック３８を載せ、更に、前記ビス４３を前記庫内側伝熱ブロック３８側から挿入して前記庫外側伝熱ブロック４２に螺合させ、締め付けることで、前記各伝熱ブロック３８，４０，４２、各サーモモジュール３９，４１及び断熱部材４４が前記ビス４３によって一体化される。そして、このように前記各伝熱ブロック３８，４０，４２、各サーモモジュール３９，４１及び断熱部材４４を予め一体化しておくことで、前記冷却ユニット２３の製造が行いやすいばかりでなく、前記電子式冷蔵庫２１の組立工程中、前記各サーモモジュール３９，４１と各伝熱ブロック３８，４０，４２との伝熱的な接触状態が良好に保たれる。そして、このように一体化された前記各伝熱ブロック３８，４０，４２、各サーモモジュール３９，４１及び断熱部材４４を、外側から前記取付孔３６に挿入し、前記庫外側伝熱ブロック４２の取付部４６に形成された前記ビス孔４５に前記ビス４７を通して前記後外殻体２７Ｂに螺合させて締め付けることで、一体化された前記各伝熱ブロック３８，４０，４２、各サーモモジュール３９，４１及び断熱部材４４が前記断熱容器２２に取り付けられる。更に、このように前記断熱容器２２に取り付けられた一体化された前記各伝熱ブロック３８，４０，４２、各サーモモジュール３９，４１及び断熱部材４４の庫内側から、前記庫内側伝熱ブロック３８の一面に前記吸熱板３７を図示しないビスによってビス止めし、これら吸熱板３７及び庫内側伝熱ブロック３８を伝熱的に接続する。このようにして、前記冷却ユニット２３が前記断熱容器２２に対して取り付けられる。なお、このように前記冷却ユニット２３が前記断熱容器２２に対して取り付けられた状態では、前記サーモサイフォン１の取り付けの有無に依らず、前記各サーモモジュール３９，４１と各伝熱ブロック３８，４０，４２との伝熱的な接触状態が良好に保たれる。そして、前記冷却ユニット２３の庫外側伝熱ブロック４２の平坦な他面に、前記気化部２の伝熱補強部材６の平坦な一面を伝熱的に接触させ、前記伝熱補強部材６の取付部１２に形成された前記ビス孔１１に前記ビス４８を通し、このビス４８を前記庫外側伝熱ブロック４２に螺合させて締め付けることで、前記サーモサイフォン１の気化部２は前記冷却ユニット２３に対して伝熱的に取り付けられる。また、前記取付部１３を前記後外殻体２７Ｂに対して前記ビス４９でビス止めすることによって、前記凝縮管３及び放熱補助体４が前記後外殻体２７Ｂに対して取り付けられる。

なお、前記サーモサイフォン１は、接合個所が多いので、鑞付等の不良により内部の冷媒が徐々に漏れてしまう虞があり、このような場合、前記サーモサイフォン１全体を交換しなければならなくなる。しかしながら、前述したように、前記冷却ユニット２３が前記断熱容器２２に対して取り付けられた状態では、前記サーモサイフォン１の取り付けの有無に依らず、前記各サーモモジュール３９，４１と各伝熱ブロック３８，４０，４２との伝熱的な接触状態が良好に保たれるので、従来技術のように、前記サーモサイフォン１を取り外すことで前記各サーモモジュール３９，４１が前記断熱容器２２から外れてしまうようなことがなく、前記サーモサイフォン１の交換工程において、前記各サーモモジュール３９，４１と各伝熱ブロック３８，４０，４２との伝熱的な接触状態を調整する必要がない。

次に、本発明の作用について説明する。まず、使用者によって図示しない電源プラグが図示しない電源に接続されると、前記制御部２４によって、前記各サーモモジュール３９，４１及び前記軸流ファン５０が通電される。そして、前記各サーモモジュール３９，４１が通電されると、これらのサーモモジュール３９，４１の一面側から他面側に熱が移動する。そして、これらのサーモモジュール３９，４１を有する前記冷却ユニット２３が前述したように構成されていることで、前記冷却空間３４内の空気、ひいては前記冷却空間３４内に収容された被収容物の熱が、前記吸熱板３７から前記庫内側伝熱ブロック３８を経て前記第一のサーモモジュール３９に至り、この第一のサーモモジュール３９が一面側（庫内側）から他面側（庫外側）に熱を移動させ、この熱が前記中間伝熱ブロック４０を経て前記第二のサーモモジュール４１に至り、この第二のサーモモジュール４１が一面側（庫内側）から他面側（庫外側）に熱を移動させ、この熱が前記庫外側伝熱ブロック４２を経て前記サーモサイフォン１の気化部２に移動する。なお、前述したように、前記各サーモモジュール３９，４１と前記中間伝熱ブロック４０の外周で且つ前記庫内側伝熱ブロック３８と庫外側伝熱ブロック４２の間に前記断熱部材４４が設けられていることで、前記庫外側伝熱ブロック４２から前記庫内側伝熱ブロック３８を経て前記冷却空間３４へ熱が逆流入することが抑制される。そして、前記庫外側伝熱ブロック４２から前記気化部２へ移動した熱は、この気化部２を構成する前記伝熱補強部材６を経て、同じく前記気化部２を構成する前記気化室体５に移動し、この気化室体５内に封入されている液体状の冷媒を気化させる。なお、前記気化室体５が前記伝熱補強部材６に鋳込まれていることで、これら気化室体５と伝熱補強部材６とが隙間なく密着しているので、前記伝熱補強部材６から前記気化室体５へ熱が良好に移動する。そして、この気化した冷媒は、前記上接続部７及び前記一端３Ａから前記凝縮管３に入り、この凝縮管３内を通る。そして、気体状の前記冷媒は、前記凝縮管３を通過する際に凝縮潜熱を放出することで、前記凝縮管３内で再び液化する。なお、前記冷媒から放出された熱は、前記凝縮管３に前記放熱補助体４が取り付けられていることで放熱面積が拡大されているので、効率よく外気に排出されることになる。更に、前記凝縮管３内で液化した冷媒は、前記凝縮管３内を下降して前記他端３Ｂ、接続管９及び下接続部７から前記気化部２に戻る。

なお、前記凝縮管３及び放熱補助体４から熱が放出されることで、前記機構部３１内の温度、即ち前記サーモサイフォン１の周囲の温度が上昇すると、前記サーモサイフォン１内の冷媒の圧力が上昇する。しかしながら、前述したように、前記気化室体５が前記伝熱補強部材６に鋳込まれることで前記気化室体５が補強されていると共に、前記伝熱補強部材６の厚さが前記冷媒の圧力によって変形しないのに充分な厚さを有しているので、前記サーモサイフォン１内の冷媒の圧力が上昇したとしても、前記気化部２全体の変形が抑えられ、前記伝熱補強部材６の平坦な一面が平面であることが保たれる。これによって、前記気化部２の伝熱補強部材６と前記庫外側伝熱ブロック４２とが面接触し続けるので、前記冷却ユニット２３から前記気化部２へ熱を良好に移動させ続けることができる。

以上のように、本発明は、熱源としての冷却ユニット２３に対して伝熱的に接続されて内部に封入された冷媒を蒸発させる気化部２と、この気化部２に接続されて冷媒の熱を排出することで気体状の冷媒を凝縮させて前記気化室２に戻す凝縮管３とを有して構成されるサーモサイフォン１であって、銅等の融点が比較的高く且つ熱伝導性に優れた金属からなる気化室体５を、アルミニウム等の融点が比較的低く且つ熱伝導性に優れた金属からなる伝熱補強部材６に鋳込んで前記気化部２を形成することで、前記気化室体５内部の圧力が高くなっても前記伝熱補強部材６によって変形が抑えられる強度の高い前記気化部２を容易に且つ安価に形成することができるものである。

また、前記気化室部材５を、両端が細く絞られた銅パイプによって一体に形成したことで、前記気化室部材５自体の製造を容易に行うことができるばかりでなく、前記気化室部材５自体に継ぎ目を形成しないようにすることができ、これによって、サーモサイフォン１の内部に封入された冷媒を漏れにくくすることができる。更に、前記伝熱補強部材６に、前記冷却ユニット２３への取付部１２を一体に形成したことで、前記気化部２の前記冷却ユニット２３への取付を容易に行うことができる。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施形態では、前記伝熱補強部材に取付部を一体に形成したが、前記伝熱補強部材に取付部を形成せず、他の部材を用いて前記気化部を前記熱源に接続するようにしてもよい。また、上記実施形態では、前記気化部が熱源としての前記冷却ユニットに固定されているが、前記気化部を前記冷却ユニットが用いられる装置に固定することで前記気化部と前記冷却ユニットが接続されるようにしてもよい。

本発明の一実施形態を示すサーモサイフォンの背面図である。 同上、電子式冷蔵庫に取り付けられた状態を示す断面図である。 同上、電子式冷蔵庫に取り付けられた状態を示す裏蓋を外した状態の背面図である。 同上、気化部の拡大図であり、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図、（ｄ）はＢ−Ｂ断面図である。 同上、冷却機構に取り付けられた状態の気化部の拡大図であり、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図である。 同上、冷却機構に取り付けられた状態の気化部の拡大断面図であり、（ａ）はＣ−Ｃ断面図、（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。 同上、サーモサイフォンの気化部の製造工程を示す説明図であり、〈１〉は背面図、〈２〉は断面図である。

符号の説明

１ サーモサイフォン
２ 気化部
３ 凝縮管
５ 気化室体
６ 伝熱補強部材
１２ 取付部
２３ 冷却ユニット（熱源）

Claims (3)

1. 熱源に対して伝熱的に接続されて内部に封入された冷媒を蒸発させる気化部と、この気化部に接続されて冷媒の熱を排出することで気体状の冷媒を凝縮させて前記気化室に戻す凝縮管とを有して構成されるサーモサイフォンにおいて、前記気化部を、融点が比較的低く且つ熱伝導性に優れた金属からなる伝熱補強部材と、この伝熱補強部材に鋳込まれる融点が比較的高く且つ熱伝導性に優れた金属からなる気化室体とで形成したことを特徴とするサーモサイフォン。
2. 前記気化室部材を、両端が細く絞られた金属パイプによって一体に形成したことを特徴とする請求項１記載のサーモサイフォン。
3. 前記伝熱補強部材に、前記熱源への取付部を一体に形成したことを特徴とする請求項１乃至２記載のサーモサイフォン。
   

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