JP2008281268A - ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】例えば建築物の床や植物栽培施設の土中への施工にあたり、長手方向の水平度の調節及び胴周方向の回り位置の調節を行う手間を軽減することにより、作業負担を軽減して効率のよい施工ができるようにした二重管型のヒートパイプを提供する。
【解決手段】ヒートパイプ(H1)は、作動媒体(4)が封入されている円管状の真空パイプ(1)と、真空パイプ(1)の中心を長手方向に貫通し、熱源となる流体が通される熱源パイプ(2)と、一端部の嵌込部(30)が熱源パイプ(2)に対し軸周方向へ回転可能に取り付けられ、接触板(31,32)が常に重力方向を向いて作動媒体(4)に接触するようにしてある伝熱部材(3)とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二重管型のヒートパイプに関するものである。更に詳しくは、例えば建築物の床や植物栽培施設の土中への施工にあたり、長手方向の水平度の調節及び胴周方向の回り位置の調節を行う手間を軽減することにより、作業負担を軽減して効率のよい施工ができるようにしたヒートパイプに関する。

水平に施工することができるヒートパイプとして、二重管型のヒートパイプがある。このタイプのヒートパイプは、例えば建築物の床に施工して床暖房をしたり、植物栽培施設の土中に埋設して土中の殺菌を行うなど、多方面で様々な用途に利用されている。

二重管型のヒートパイプの例としては、特許文献１の「単純圧着式二層構造熱サイフォン」がある。このヒートパイプは、本体パイプとその両端に設けられたキャップからなる内部が真空の本体胴部と、両キャップ間にそれらを貫通し本体パイプの壁部寄りに設けられたコアパイプで構成されており、本体パイプの内部に作動媒体を封入したものである。そして、水平に施工された状態では、コアパイプが作動媒体に接触する構造である。
特開２０００−２７２１８７

特許文献１に開示されたヒートパイプは、次のような課題を生じていた。すなわち、前記ヒートパイプは、ヒートパイプの長手方向の水平度が悪く多少でも傾くと、長手方向の端部側においてコアパイプが作動媒体と接触することができない部分が生じる。また、ヒートパイプの胴周方向の回り位置が悪いと、本体パイプの偏心した位置に通っているコアパイプは、常に本体パイプの底部に溜まる作動媒体と離れてしまい、接触することができないことがある。

このように、コアパイプの一部または全部が作動媒体と接触することができない場合は、例えば放熱部の温度にムラを生じるなど、ヒートパイプが本来の性能を発揮できなくなることがあった。したがって、ヒートパイプを施工するに当たっては、ヒートパイプの長手方向の水平度の調節及び胴周方向の回り位置の調節（傾きの調節）を厳密に行う必要があり、このため施工に大変な手間がかかり、作業負担が大きかった。

そこで本発明の目的は、水平施工が可能な二重管型のヒートパイプであって、例えば建築物の床や植物栽培施設の土中への施工にあたり、長手方向の水平度の調節及び胴周方向の回り位置の調節を行う手間を軽減することにより、作業負担を軽減して効率のよい施工ができるようにしたヒートパイプを提供することである。

上記課題を解決するために本発明が講じた手段は次のとおりである。
本発明は、
作動媒体が封入されている真空パイプと、
該真空パイプを長手方向に貫通し、熱源となる流体が通される熱源パイプと、
常に重力方向を向いて前記作動媒体に接触するようにして前記熱源パイプに取り付けられている伝熱部材と、
を備えている、ヒートパイプである。

本発明は、
作動媒体が封入されている円管状の真空パイプと、
該真空パイプの中心を長手方向に貫通し、熱源となる流体が通される熱源パイプと、
一端部が熱源パイプに対し軸周方向へ回転可能に取り付けられ、常に重力方向を向いて前記作動媒体に接触するようにしてある伝熱部材と、
を備えている、ヒートパイプである。

本発明のヒートパイプは、伝熱部材が熱源パイプの長手方向に複数に分かれており、それぞれの伝熱部材が独立して重力方向へ動くことができるのがより好ましい。

本発明のヒートパイプは、真空パイプと熱源パイプが柔軟性または可曲性を有するのがより好ましい。

真空パイプまたは熱源パイプとしては、例えば鉄、アルミニウム、ステンレススチール、銅などの金属、セラミックや合成樹脂（プラスチック、ＦＲＰなど）があげられるが、これらに限定はされない。
また、伝熱部材としては、例えば熱伝導性に優れた鉄、アルミニウム、ステンレススチール、銅などの金属があげられるが、これらに限定はされない。

柔軟性または可曲性を有する真空パイプまたは熱源パイプとしては、例えばステンレススチールなどの金属製のフレキシブルチューブ（螺旋管）、合成樹脂製の蛇腹管などがあげられるが、これらに限定されるものではない。

（作用）
本発明に係るヒートパイプの作用を説明する。なお、ここでは、説明で使用する各構成要件に、後述する実施の形態において各部に付与した符号を対応させて付与するが、この符号は、特許請求の範囲の各請求項に記載した符号と同様に、あくまで内容の理解を容易にするためであって、各構成要件の意味を上記各部に限定するものではない。

ヒートパイプを長手方向（軸線方向）が水平になるようにして施工すると、真空パイプ(1)に封入されている作動媒体(4)は、重力によって常に液面が水平になるようにして真空パイプ(1)の底部に溜まる。また、熱源パイプ(2)に常に重力方向を向くように取り付けられている伝熱部材(3)も重力によって下がり、伝熱部材(3)の全部または一部が液状の作動媒体(4)に浸かって接触する。

このように、真空パイプ(1)の底部に溜まっている作動媒体(4)に対し、伝熱部材(3)が常に接触することができるので、真空パイプ(1)の胴周方向の回り位置に関わらず、熱源パイプ(2)に与えられる熱を作動媒体(4)に伝えることができる。また、ヒートパイプを施工するときに、長手方向（軸線方向）の水平度が悪く多少傾いていても、伝熱部材(3)が作動媒体(4)に接触することができる範囲であれば、作動媒体(4)に効率的に熱を伝えることが可能である。

したがって、ヒートパイプの施工に当たり、真空パイプ(1)の胴周方向の回り位置の調節または確認を行う手間を省くことができると共に、ヒートパイプの長手方向の水平度についてはそれ程厳密に調節する必要はないので、作業負担を軽減することができる。

熱源パイプ(2)に熱源となる流体が通されると、熱源パイプ(2)に与えられる熱は、熱源パイプ(2)に取り付けられている伝熱部材(3)を介して作動媒体(4)に伝えられ、作動媒体(4)は加熱される。これにより、作動媒体(4)は蒸発し、真空パイプ(1)の内天部で冷やされて凝縮するときに潜熱を放熱し、この熱が暖房などに使用される。また、凝縮した作動媒体(4)は、真空パイプ(1)の底部へ移動し液層を形成し、前記サイクルは繰り返される。

伝熱部材(3)が熱源パイプ(2)の長手方向に複数に分かれており、それぞれの伝熱部材(3)が独立して重力方向へ動くことができるヒートパイプは、例えばヒートパイプを長尺に形成した場合において、熱源パイプ(2)がその重さや熱で多少曲がったとしても、各伝熱部材(3)の動きは阻害されにくく、重力方向へ円滑に動くことができる。

真空パイプ(1)と熱源パイプ(2)が柔軟性または可曲性を有するヒートパイプは、施工に際してヒートパイプを必要に応じて曲げることができるので、ヒートパイプの配列及び水平方向における向きや経路の自由度が高くなり、施工がしやすくなる。

本発明は、真空パイプの底部に溜まっている作動媒体に対し、伝熱部材が常に接触することができるので、真空パイプの胴周方向の回り位置に関わらず、熱源パイプに与えられる熱を作動媒体に伝えることができる。また、ヒートパイプを施工するときに、長手方向の水平度が悪く多少傾いていても、伝熱部材が作動媒体に接触することができる範囲であれば、作動媒体に効率的に熱を伝えることが可能である。
したがって、ヒートパイプの施工に当たり、真空パイプの胴周方向の回り位置の調節または確認を行う手間を省くことができると共に、ヒートパイプの長手方向の水平度についてはそれ程厳密に調節する必要はないので、作業負担を軽減して効率のよい施工ができるようにした、二重管型のヒートパイプを提供することができる。

本発明を図に示した実施例に基づき詳細に説明する。

図１は本発明に係るヒートパイプの第１実施の形態を示す一部を断面した斜視説明図、
図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、
図３は図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

ヒートパイプＨ１は、ステンレススチール製の真空パイプ１、同じくステンレススチール製の熱源パイプ２と伝熱部材３を備えている。真空パイプ１には、所要量の作動媒体４が封入されている。

真空パイプ１は、円管状のパイプ本体１０を備えている。パイプ本体１０の長手方向の両端部は、円板状の封止キャップ１１、１２を固着して気密に塞がれている。
封止キャップ１１、１２のそれぞれの中心には、挿通孔１３、１４が設けられている。挿通孔１３、１４には、それらを貫通してパイプ本体１０より径小な円管状の熱源パイプ２が気密に固着されている。熱源パイプ２には、熱源となる流体（例えば湯など）が通される。

真空パイプ１の内部には、前記したように作動媒体４が封入されている。作動媒体４の量は、図２、図３に示すように、ヒートパイプＨ１を水平にしたときに液面が熱源パイプ２の下端と離れてやや下方に位置するように設定されている。
なお、本実施の形態では、作動媒体４としてアンモニアを採用しているが、これに限定するものではなく、例えばプロパン、ブタン、ＣＯ₂などを採用することができる。

真空パイプ１の中心部を通る熱源パイプ２の長手方向の中間部には、リブ２０が取り付けられている。リブ２０は、周方向に等間隔で三箇所に設けられたアーム板２００を有している。各アーム板２００の先端部と真空パイプ１の内周面との間には若干の隙間が設けられている。なお、リブ２０を設けない構造とすることもできる。

また、熱源パイプ２には、本実施の形態では八個の伝熱部材３が熱源パイプ２を固定軸として回転可能に取り付けられている。伝熱部材３の数はこれに限定されるものではなく、１または複数が適宜設けられる。各伝熱部材３は、熱源パイプ２に等間隔で固定されたリング状のストッパー２１（例えばＯリングなど）によって止められ、熱源パイプ２の長手方向において偏ることがないようにしている。なお、ストッパーの構造は特に限定するものではない。

伝熱部材３は、図３に示すように板状体をほぼ円管状に曲げた嵌込部３０と、その周方向両端部から所要の角度をもって平板状に延びた接触板３１、３２を備えている。嵌込部３０の内径は、熱源パイプ２の外径よりやや径大に形成されており、接触板３１、３２の基部間の隙間３３は、熱源パイプ２の外径より狭くなるよう形成されている。接触板３１、３２の先端部は、真空パイプ１の内周面と若干の隙間が設けられる位置まで延ばされており、接触板３１、３２は作動媒体４と接触する。

伝熱部材３は、嵌込部３０を基準とした場合、接触板３１、３２側が重くなっている。このため、各伝熱部材３は、図１、図３に示すように熱源パイプ２に嵌込部３０を嵌めて取り付けた状態では、接触板３１、３２の重みで熱源パイプ２を中心として自由に回転し、接触板３１、３２は常に下がって重力方向を向いており、同じく常に真空パイプ１の底に溜まっている作動媒体４に浸かって接触する。

なお、本実施の形態では設けていないが、真空パイプ１の内部に、凝縮した作動媒体４の下方への移動を助けるための金属製のネット（メッシュ）などで形成したウィックを設けることもできる。

（作用）
図１ないし図３を参照して、本実施の形態のヒートパイプＨ１の作用を説明する。
ヒートパイプＨ１を長手方向（軸線方向）が水平になるようにして施工すると、真空パイプ１に封入されている作動媒体４は、重力によって常に液面が水平になるようにして真空パイプ１の底部に溜まる。また、熱源パイプ２に対して常に重力方向を向くように取り付けられている各伝熱部材３も重力によって下がり、伝熱部材３の接触板３１、３２のほとんどが液状の作動媒体４に浸かって接触する。

ヒートパイプＨ１は、真空パイプ１の底部に溜まっている作動媒体４に対し、伝熱部材３が図３に示すように常に接触することができるので、真空パイプ１のパイプ本体１０の胴周方向の回り位置に関わらず、熱源となる流体を熱源パイプ２に通すことによって熱源パイプ２に与えられる熱を作動媒体４に伝えることができる。また、ヒートパイプＨ１を施工するときに、長手方向（軸線方向）の水平度が悪く多少傾いていても、伝熱部材３が作動媒体４に接触することができる範囲であれば、作動媒体４に効率的に熱源パイプ２の熱を伝えることが可能である。

したがって、ヒートパイプＨ１の施工に当たり、真空パイプ１のパイプ本体１０の胴周方向の回り位置の調節または確認を行う手間を省くことができると共に、ヒートパイプＨ１の長手方向の水平度についてはそれ程厳密に調節する必要はないので、作業負担を軽減することができる。これにより、効率のよい迅速な施工が可能になる。

そして、熱源パイプ２に熱源となる流体が通されると、熱源パイプ２に与えられる熱は、熱源パイプ２に取り付けられている伝熱部材３を介して作動媒体４に伝えられ、作動媒体４は加熱される。これにより、作動媒体４は蒸発し、真空パイプ１の内天部で冷やされて凝縮するときに潜熱を放熱し、この熱が暖房などに使用される。また、凝縮した作動媒体４は、真空パイプ１の底部へ移動して液層を形成し、前記サイクルは繰り返される。

なお、伝熱部材３が熱源パイプの長手方向に複数に分かれているので、それぞれの伝熱部材３が独立して重力方向へ動くことができる。これにより、例えばヒートパイプＨ１を長尺に形成した場合において、熱源パイプ２がその重さや熱で多少曲がったとしても、各伝熱部材３の動きは阻害されにくく、重力方向へ円滑に動くことができる。

また、ヒートパイプ１が長尺に形成されている場合、ヒートパイプＨ１を施工した後に、熱源パイプ２が自身の重みや通される流体の熱の影響で多少曲がっても、伝熱部材３の先端部が真空パイプ１の底部壁に接触することにより、リブ２０の作用と相まって、伝熱部材３によって熱源パイプ２を支えることができる。これにより、熱源パイプ２が限度を超えて変形することを防止することができる。

図４ないし図６は伝熱部材の他の例を示す断面説明図である。
図４（ａ）に示す伝熱部材３ｂは、嵌込部３０ｂが円管状でなく異形状であり、前記嵌込部３０と比べて熱源パイプ２表面との接触面積をさらに小さくして、より回転しやすいようにしている。
図４（ｂ）に示す伝熱部材３ｃは、嵌込部３０ｃが円管状であり、接触板３１ａ、３２ａは、先部を外側へ直角に曲げて延長してあり、作動媒体４との接触面積をより広くしている。
図４（ｃ）に示す伝熱部材３ｄは、嵌込部３０ｄの上部に隙間３３が設けられ、接触板３４は、正面視で逆Ｖ字形を象るように形成されている。

図５（ａ）に示す伝熱部材３ｅは、嵌込部３０ｅが円管状であり、一枚設けられた接触板３５の先端には板を曲げて抱き込むようにして、錘３００が固定されている。接触板３５には多数のフィン３６が設けられ、作動媒体４との接触面積をより広くしている。
図５（ｂ）に示す伝熱部材３ｆは、嵌込部３０ｆが円管状であり、一枚設けられた接触板３７の先端には板を曲げて抱き込むようにして錘３００が固定されている。接触板３７は波板状に形成され、作動媒体４との接触面積をより広くしている。

図６（ａ）に示す伝熱部材３ｇは、嵌込部３０ｇが円管状でなく異形状であり、一枚設けられた接触板３６ｇの先端には板を曲げて抱き込むようにして、錘３００が固定されている。
図６（ｂ）に示す伝熱部材３ｈは、嵌込部３０ｈが円管状であり、一枚設けられた接触板３６ｈの先端には板を曲げて抱き込むようにして、錘３００が固定されている。
なお、これら伝熱部材３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈの作用は、本質的に前記伝熱部材３と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図７は本発明に係るヒートパイプの第２実施の形態を示す一部を断面した平面視説明図である。
なお、本実施の形態では、図において前記ヒートパイプＨ２と同等箇所に同一符号を付して示し、構造について重複する説明は基本的に省略する。

ヒートパイプＨ２は、ステンレススチール製のフレキシブルチューブ（蛇腹管）で形成された真空パイプ１ａ、同じくステンレススチール製のフレキシブルチューブで形成された熱源パイプ２ａ及びステンレススチール製の伝熱部材３を備えている。真空パイプ１ａには、所要量の作動媒体４が封入されている。

真空パイプ１ａは、蛇腹円管状のパイプ本体１０ａを備えている。パイプ本体１０ａの長手方向の両端部は、円板状の封止キャップ１１ａ、１２ａを固着して気密に塞がれている。封止キャップ１１ａ、１２ａのそれぞれの中心には、挿通孔１３ａ、１４ａが設けられている。挿通孔１３ａ、１４ａには、それらを貫通してパイプ本体１０ａより径小な蛇腹円管状の熱源パイプ２ａが気密に固着されている。熱源パイプ２ａには、伝熱部材３が前記ヒートパイプＨ１と同様に取り付けられている。

このように、ヒートパイプＨ２は、真空パイプ１ａと熱源パイプ２ａがフレキシブルチューブで形成されているので柔軟性または可曲性を有している。したがって、ヒートパイプＨ２は、施工に際して必要に応じて真空パイプ１ａと熱源パイプ２ａを適宜曲げることができる（施工に当たっては、図７に示すように水平方向に曲げる）ので、ヒートパイプＨ２の配列及び水平方向における向きや経路の自由度が高くなり、施工がしやすくなる。

なお、本明細書で使用している用語と表現は、あくまでも説明上のものであって、なんら限定的なものではなく、本明細書に記述された特徴およびその一部と等価の用語や表現を除外する意図はない。また、本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形態様が可能であるということは言うまでもない。

本発明に係るヒートパイプの第１実施の形態を示す一部を断面した斜視説明図。 図１におけるＡ−Ａ断面図。 図１におけるＢ−Ｂ断面図。 伝熱部材の他の例を示す断面説明図。 伝熱部材の他の例を示す断面説明図。 伝熱部材の他の例を示す断面説明図。 本発明に係るヒートパイプの第２実施の形態を示す一部を断面した平面視説明図。

符号の説明

Ｈ１ ヒートパイプ
１ 真空パイプ
１０ パイプ本体
１１、１２ 封止キャップ
１３ 挿通孔
２ 熱源パイプ
２０ リブ
２００ アーム板
２１ ストッパー
３ 伝熱部材
３０ 嵌込部
３１ 接触板
３３ 隙間
４ 作動媒体
Ｈ２ ヒートパイプ
１ａ 真空パイプ
１０ａ パイプ本体
１１ａ、１２ａ 封止キャップ
１３ａ 挿通孔
２ａ 熱源パイプ

Claims (4)

1. 作動媒体(4)が封入されている真空パイプ(1)と、
   該真空パイプ(1)を長手方向に貫通し、熱源となる流体が通される熱源パイプ(2)と、
   常に重力方向を向いて前記作動媒体(4)に接触するようにして前記熱源パイプ(2)に取り付けられている伝熱部材(3)と、
   を備えている、ヒートパイプ。
2. 作動媒体(4)が封入されている円管状の真空パイプ(1)と、
   該真空パイプ(1)の中心を長手方向に貫通し、熱源となる流体が通される熱源パイプ(2)と、
   一端部が熱源パイプ(2)に対し軸周方向へ回転可能に取り付けられ、常に重力方向を向いて前記作動媒体(4)に接触するようにしてある伝熱部材(3)と、
   を備えている、ヒートパイプ。
3. 伝熱部材(3)が熱源パイプ(2)の長手方向に複数に分かれており、それぞれの伝熱部材(3)が独立して重力方向へ動くことができる、
   請求項１または２のヒートパイプ。
4. 真空パイプ(1)と熱源パイプ(2)が柔軟性または可曲性を有する、
   請求項１または２のヒートパイプ。

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