JP2018128160A - ヒートパイプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートパイプの故障の発生を、簡易な方法によって速やかに高い精度で検知することができる、ヒートパイプシステムを提供すること。
【解決手段】ヒートパイプ１０と、ヒートパイプ１０の外壁に設けられた凹部２０と、凹部２０の変位を検出する変位センサ３０と、ヒートパイプ１０の外壁に配置された温度センサ４０と、変位センサ３０及び温度センサ４０に接続され、且つ、変位センサ３０及び温度センサ４０からの情報に基づいてヒートパイプ１０の故障の有無を判定する判定装置６０と、を備える、ヒートパイプシステム１００。ヒートパイプシステム１００は、水素センサ５０を更に備えていてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートパイプシステムに関する。

機器、装置類の冷却等に、ヒートパイプが用いられている。ヒートパイプは、内部に封入した熱媒体の移動により熱を移動させることができる。

ヒートパイプは、例えば、材料の腐食、熱媒体の漏洩等によって性能が劣化する場合がある。ヒートパイプに性能劣化が見られた場合には、速やかな対処が望まれる。

特許文献１には、ヒートパイプの複数個所に生じた温度差の検知によって故障検知を行うことが記載されている。特許文献２には、加熱中のヒートパイプの各部の温度を、所定の時間間隔で測定した結果に基づいて、ヒートパイプの良否を判定することが記載されている。

特開昭５３−８７２３６号公報 特開２００４−３０１４７５号公報

特許文献１、特許文献２とも、ヒートパイプの温度に基づいてヒートパイプの故障有無を判定する技術に関する。しかしながら、温度のみに基づく検知方法によると、ヒートパイプの故障を速やかに高い精度で検知することは困難である。

そこで本発明は、ヒートパイプの故障の発生を、簡易な方法によって速やかに高い精度で検知することのできる、ヒートパイプシステムの提供を目的とする。

本発明の上記課題は、
ヒートパイプと、
前記ヒートパイプの外壁に設けられた凹部と、
前記凹部の変位を検出する変位センサと、
前記ヒートパイプの外壁に配置された温度センサと、
前記変位センサ及び前記温度センサに接続され、且つ、前記変位センサ及び前記温度センサからの情報に基づいてヒートパイプの故障の有無を判定する判定装置と、
を備える、ヒートパイプシステムによって解決される。

本発明によると、ヒートパイプの故障の発生を、簡易な方法によって速やかに高い精度で検知することができる、ヒートパイプシステムが提供される。

図１は、本発明のヒートパイプシステムの構成を説明するための概略図である。 図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図であり、図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線断面図である。

本発明のヒートパイプシステムは、
ヒートパイプと、
前記ヒートパイプの外壁に設けられた凹部と、
前記凹部の変位を検出する変位センサと、
前記ヒートパイプの外壁に配置された温度センサと、
前記変位センサ及び前記温度センサに接続され、且つ、前記変位センサ及び前記温度センサからの情報に基づいてヒートパイプの故障の有無を判定する判定装置と、
を備える。

本発明のヒートパイプシステムは、水素センサを更に備えていてもよい。

本発明のヒートパイプにおける凹部は、ヒートパイプ内の圧力変化を反映して変化する。ヒートパイプの内部圧力が上がると凹部の深さは減じ、ヒートパイプの内部圧力が下がると凹部の深さは増大する。従って、この凹部の変位、即ち深さの変化、を検出することにより、ヒートパイプの内部圧力の変化を知ることができる。

従って、温度センサとともに、ヒートパイプの凹部の変位を検出する変位センサを備える本発明のヒートパイプシステムは、ヒートパイプの温度及び内部圧力の双方に基づいて故障を検知することができる。従って、本発明のヒートパイプシステムは、ヒートパイプの故障の発生を速やかに高い精度で検知することができる。

なお、ヒートパイプの内部圧力は、例えば、ヒートパイプの内部に圧力センサを設置することによっても測定可能である。しかし、ヒートパイプ内部への圧力センサの設置は、ヒートパイプの製造上及び保守上の困難を生じ得る。ヒートパイプの内部圧力を外部から検知することができる本発明のシステムは、ヒートパイプの製造及び保守に新たな困難性を生じずに、所望の機能を付加することを可能としたものである。

本発明のヒートパイプシステムが水素センサを備える場合、ヒートパイプを構成する材料、典型的には金属、の腐食に伴って発生する水素を検出することができる。この場合、ヒートパイプの温度及び内部圧力の変化に至らない段階で、ヒートパイプ自体の腐食を検知することができ、より迅速な対処が可能となる。

以下、本発明のヒートパイプシステムについて、その好ましい実施形態を例として、詳細に説明する。

＜ヒートパイプシステム＞
図１及び図２に、本実施形態のヒートパイプシステムの構成を説明するための概略図を示した。

図１及び図２のヒートパイプシステム１００は、ヒートパイプ１０と、ヒートパイプ１０の外壁に設けられた凹部２０と、凹部２０の変位を検出する変位センサ３０と、ヒートパイプ１０の外壁に配置された温度センサ４０と、変位センサ３０及び温度センサ４０に接続され、且つ、変位センサ３０及び温度センサ４０からの情報に基づいてヒートパイプ１０の故障の有無を判定する判定装置６０と、を備える。

［ヒートパイプ］
ヒートパイプ１０は、典型的には管状である。図２を参照すると、ヒートパイプ１０の断面は楕円形である。楕円形の長径と短径との比は、例えば、９．５：０．５〜５．５：４．５の範囲であってよい。しかしながら、ヒートパイプ１０の断面は、真円であってもよく、多角形状であってもよい。

ヒートパイプ１０の外壁には、凹部２０が設けられ、凹部２０はヒートパイプ１０の外壁側に、凹部２０の変位を検出する変位センサ３０を備える。

ヒートパイプ１０は、例えば金属製であってよい。ヒートパイプ１０を構成する金属は、例えば、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス等、又はこれらの合金であってよい。

［凹部］
上記のとおり、凹部２０はヒートパイプ１０の内部圧力の変化を反映して変位し、このことにより、ヒートパイプ１０の内部圧力の変化を外部から検知可能とする機能を有する。従って、凹部２０は、ヒートパイプ１０の内部圧力の変化を反映するサイズに設定することが望まれる。

例えばヒートパイプ１０の断面が真円状又は略円形状である場合、ヒートパイプ１０の長さ方向における凹部２０の長さは、ヒートパイプの直径に対して、５０％以上であってよく、１５０％以下であってよい。ヒートパイプ１０の断面が楕円状である場合、ヒートパイプ１０の長さ方向における凹部２０の長さは、ヒートパイプの短径に対して、５０％以上であってよく、１５０％以下であってよい。

ヒートパイプ１０の断面方向、即ち長さ方向に垂直な方向、における凹部２０の幅は、凹部２０の長さに対して、５０％以上であってよく、１５０％以下であってよい。

凹部２０の深さは、ヒートパイプ１０の径にかかわらず、例えば０．３ｍｍ以上であってよく、例えば３．０ｍｍ以下であってよい。

ヒートパイプ１０における凹部２０の領域の壁厚は、ヒートパイプ１０の内部圧力の変化を迅速確実に検知する観点からは薄い方が好ましく、ヒートパイプ１０の強度を維持する観点からは一定の厚さを有することが好ましい。これらの観点から、ヒートパイプ１０における凹部２０の領域の壁厚は、ヒートパイプ１０の凹部２０以外の領域における壁厚に対して、例えば１０％以上であってよく、例えば８０％以下であってよい。

ヒートパイプ１０の断面が楕円状である場合、凹部２０は、凹部２０の深さ方向がヒートパイプ１０の短径方向と一致するように配置してよい。

［変位センサ］
変位センサ３０は、凹部２０の窪み内であって、ヒートパイプ１０の外壁に配置されてよい。変位センサ３０をこの位置に配置することにより、ヒートパイプ１０の内部圧力の変化を、迅速確実に検知することができる。

変位センサ３０は、圧力、変形等が加えられたときに、その程度に応じて電流を発することにより、凹部２０の変位を外部に知らせる機能を有する。変位センサ３０は、例えば、圧電セラミクス、ピエゾフィルム等であってよい。これらのうち、同程度の変位によって発する電流量が大きいピエゾフィルムを好ましく用いてよい。

変位センサ３０の大きさとしては、ヒートパイプ１０の長さ方向における長さが、凹部２０の同方向における長さに対して、５％以上であってよく、５０％以下であってよい。変位センサ３０の、ヒートパイプ１０の断面方向における幅は、凹部２０の同方向における長さに対して、５％以上であってよく、５０％以下であってよい。

［温度センサ］
温度センサ４０は、ヒートパイプ１０の外壁に配置されてよい。

ヒートパイプ１０の外壁において、温度センサ４０の配置領域は、凹部を有していてもよいし、凹部を有していなくてもよい。図１及び図２のヒートパイプシステムにおける温度センサ４０は、ヒートパイプ１０の凹部を有さない外壁領域に配置されている。

ヒートパイプ１０の外壁において、温度センサ４０の配置領域は、壁厚が他の領域よりも薄くなっていてもよいし、同じ壁厚であってもよい。図１及び図２のヒートパイプシステムにおける温度センサ４０の配置領域の壁厚は、ヒートパイプ１０の他の領域と同じである。

温度センサ４０は、例えば、熱電対フィルムであってよい。

［水素センサ］
図１及び図２のヒートパイプシステム１００は、水素センサ５０を更に備える。本実施形態のヒートパイプシステムにおいて、水素センサの配置は任意である。

水素センサ５０は、例えば、ヒートパイプ１０の内部に配置された水素吸蔵合金５１、凹部５２、及び変位センサ５３を有していてよい。このような構成により、ヒートパイプ１０を構成する材料、典型的には金属、が腐食した場合、腐食に伴って発生する水素を、水素吸蔵合金５１が吸収して体積が増大する。水素吸蔵合金５１の体積の増大は、凹部５２の変位を来たし、変位センサ５３で検出することができる。従って、ヒートパイプシステム１００が水素センサ５０を備えると、ヒートパイプ１０の腐食をいち早く検知することができ、必要な保全を早期に行うことができる点で、好適である。

水素吸蔵合金５１は、水素吸蔵及び放出能を有する公知の合金であってよく、該合金を焼結して得られる多孔体を好ましく適用してよい。水素吸蔵合金５１は、ヒートパイプ１０の内部流路の断面を完全に塞がないように、例えば柱状体として、長さ方向を内部流路の断面に平行に配置されてよく、流体の流通が可能な空隙を中心部に有するドーナツ状として配置されてよく、又は複数の空隙を有する形状として配置されてもよい。水素吸蔵合金５１が多孔体であれば、図１に示したように水素吸蔵合金５１を、ヒートパイプ１０の内部流路の全断面を塞ぐように配置しても、熱媒体の流通を妨げることがない。従って多孔体である水素吸蔵合金５１をこのように配置することは、効率的な熱輸送と、高度の水素発生検知能とを両立することができる点で、好適である。

水素吸蔵合金５１の厚さは、発生した水素を確実に検知する観点から、ヒートパイプ１０の断面が直径又は短径に対して、５％以上であってよく、５０％以下であってよい。

水素吸蔵合金５１としては、公知の水素吸蔵合金を使用することができ、具体的には例えば、Ｍｇ_２Ｎｉ、ＣａＮｉ_５、ＴｉＭｎ_１．５、ＴｉＦｅ_０．９Ｍｎ_０．１、ＬａＮｉ_５、ＬａＮｉ_４．７Ａｌ_０．３等の他、ミッシュメタル系合金、ランタンリッチミッシュメタル系合金等であってよい。

水素センサ５０における凹部５２及び変位センサ５３は、それぞれ、ヒートパイプ１０の内部圧力を検知するための凹部２０及び変位センサ３０と同様であってよい。

［判定装置］
ヒートパイプシステム１００は、変位センサ３０及び温度センサ４０に接続され、且つ、変位センサ３０及び温度センサ４０からの情報に基づいてヒートパイプ１０の故障の有無を判定する判定装置６０を備える。ヒートパイプシステム１００が水素センサ５０を有する場合、判定装置６０は、水素センサ５０とも接続され、ヒートパイプ１０の故障の有無の判定には、水素センサ５０からの情報も使用する。

判定装置６０は、例えば、ＥＣＵ等のプロセッサであってよい。

変位センサ３０及び温度センサ４０からの情報に基づいてヒートパイプ１０の故障の有無を判定するには、例えば、以下の方法によってよい。

例えば、ヒートパイプ１０が正常に機能するときの、凹部２０の変位と温度との関係を、判定装置６０又はこれに接続させた外部記録装置に予め記憶させておく。そして、変位センサ３０及び温度センサ４０からの実測情報を、記憶させたデータと比較する。そして、変位センサ３０からの情報に基づく凹部２０の変位の実測値と、温度センサ４０からの情報に基づく温度の実測値との差が、予め設定した閾値を超えた場合に、ヒートパイプ１０に故障があると判定することができる。

このとき、判定装置６０又は外部記録装置に予め記憶させておくデータの範囲を、例えば室温からとすることにより、ヒートパイプに熱負荷が印加されていない状態でもヒートパイプの故障を検知することが可能となる。即ちこの場合には、ヒートパイプシステムが安定運転状態に至るよりも前、例えば始動後直ちに、ヒートパイプの故障を検知することができる点で好適である。

しかしながら、凹部２０の変位量と温度との関係が、予め設定した閾値以内であったとしても、ヒートパイプ１０を構成する材料の腐食が進んでいる場合がある。ヒートパイプシステム１００が水素センサ５０を備えていれば、腐食に伴って発生する水素を検出することができる。これにより、ヒートパイプ１０の腐食を検知することができ、必要な保全を早期に行うことができる。

判定装置６０には、ウォーニングランプ６１が接続されている。ウォーニングランプ６１は、判定装置６０が、ヒートパイプ１０に故障があると判断した場合、又は水素を検出してヒートパイプ１０の腐食を検知した場合に、点灯又は点滅することにより、故障又は腐食を作業員に知らせ、必要な対処をとらせることができる。ウォーニングランプ６１に代えて、又はこれとともに、警報、文字情報を表示するためのディスプレイ等が接続されていてもよい。

ヒートパイプ１０内を流通する熱媒体としては、従来技術におけるヒートパイプに使用される公知の熱媒体を使用してよい。熱媒体は、具体的には例えば、水、アルコール、炭化水素、フッ化炭化水素等であってよい。

１０ ヒートパイプ
２０ 凹部
３０ 変位センサ
４０ 温度センサ
５０ 水素センサ
５１ 水素吸蔵合金
５２ 凹部
５３ 変位センサ
６０ 判定装置
６１ ウォーニングランプ
１００ ヒートパイプシステム

Claims (1)

1. ヒートパイプと、
   前記ヒートパイプの外壁に設けられた凹部と、
   前記凹部の変位を検出する変位センサと、
   前記ヒートパイプの外壁に配置された温度センサと、
   前記変位センサ及び前記温度センサに接続され、且つ、前記変位センサ及び前記温度センサからの情報に基づいてヒートパイプの故障の有無を判定する判定装置と、
   を備える、ヒートパイプシステム。

Images