JP4446326B2 - 熱スイッチ - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/06—Control arrangements therefor
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
Description
技術分野
本発明は熱の移動を制御するスイッチ機能を持ったヒートパイプに関するものである。
背景技術
従来の熱スイッチとしては、磁力で羽根を操作して蒸気流を遮断する方式の熱スイッチ、冷却部から加熱部へ戻る途中の熱媒を電子冷却で凍らせる方式の熱スイッチ等が提案されていた。これらの熱スイッチは、構造が複雑であったり、スイッチング動作が遅い、熱遮断が不完全といった問題があった。
本発明は比較的に単純な構造で、スイッチング動作が速く、熱遮断性が良好な熱スイッチを得ることが目的である。
発明の開示
上記目的を達成するため、本発明の熱スイッチは、相互に離れた位置に加熱部と冷却部とを設けた中空容器と熱媒溜とで密閉容器を形成し、前記熱媒溜は熱媒を収用する体積を可変できる機構を備え、前記熱媒溜の体積を変える手段を設け、前記密閉容器内には前記加熱部で蒸発し冷却部で凝縮する熱媒を封入し、前記凝縮した熱媒を一時貯めておく中間熱媒溜を設け、前記凝縮した熱媒を中間熱媒溜へ導く冷却部ウィックを設け、申間熱媒溜から熱媒溜へ熱媒を戻す戻り流路を設け、前記熱媒溜から加熱部へ熱媒を供給するための冷却部のウィックとは分離された加熱部ウィックを設けたものである。
この熱スイッチにおいて、熱媒溜の熱媒を収用する体積を縮小すると熱媒の液レベルが高くなり、加熱部のウィックと熱媒溜の熱媒が接触している状態になる。この状態で加熱部に外部から熱を加えると加熱部のウィックから熱媒が蒸発し、その蒸発した熱媒量に相当する熱媒が毛管現象により熱媒溜から補充される。次に蒸発した熱媒は圧力差により冷却部に移動し、冷却部では、外部に熱を放出して熱媒が液体に戻る。その熱媒は冷却部のウィック、中間熱媒溜、戻り流路を通って、熱媒溜に戻る。といったサイクルで通常のヒートパイプと同様の大量の熱伝達を実現することができる。
次に、熱媒溜の熱媒を収用する体積を増大させると熱媒溜の液レベルが下がり、加熱部のウィックと熱媒溜の熱媒が接触しない状態になる。加熱部ウィックに残った熱媒が蒸発した後は、外部から熱を加えても熱媒が熱媒溜から供給されないため、熱媒による熱伝達作用は起こらない。
再び熱媒溜の熱媒を収用する体積を縮小すると、熱媒の液レベルが高くなり、加熱部ウィックと熱媒溜の熱媒が接触している状態になる。すると熱媒が毛管現象により熱媒溜から加熱部のウィックに補充され、直ちに熱媒が蒸発し、前述の大量の熱伝達状態に戻る。
この様に熱媒溜の熱媒の液レベルを操作して、熱媒溜の熱媒と加熱部のウィックの接触を断続することで熱伝達の断続が実現できる。
なお加熱部ウィックと冷却部ウィックが分離されているため、加熱部の径と冷却部の径を変えることができ、両者を継ぐ部位をセラミックなどの熱伝導率の小さい材料で構成すれば中空容器の熱伝導による伝熱を極めて小さくすることができ、熱遮断性をさらに良くすることができる。
発明を実施するための最良の形態
発明の実施の形態を実施例にもとずき図面を参照して説明する。図１において中空容器（１）の加熱部Ａ、冷却部Ｂの内側に加熱部ウィック（５）、冷却部ウィック（２）として金網、焼結金属等の毛管力の大きい構造体を装着する。冷却部ウィック（２）の端部に中間熱媒溜（３）を形成する。中間熱媒溜（３）の一部を切り欠き、パイプなどで戻り流路（４）を形成する。熱媒溜（７）はベローズ（８）などの伸縮可能な構造体を含んだもので構成する。中空容器と熱媒溜（７）を溶接などの適当な方法により密閉構造とし、熱媒溜（７）には、適当な量の熱媒（６）を封入する。ベローズ（８）の片方の端部を外箱（１２）に固定し、反対の自由端にはソレノイドのプランジャ（９）を取り付ける。ソレノイド（１１）を外箱（１２）に固定する。ベローズ（８）の自由端とソレノイド（１１）の間に適当な強さの圧縮スプリング（１０）を装着する。以上の様にして熱スイッチを構成する。
次にこの熱スイッチの動作について説明する。まず、熱伝達機能が動作するＯＮモードは
（ｉ） ソレノイド（１１）をＯＦＦにし、圧縮スプリングの力でベローズ（８）を縮小させる。すると、熱媒溜（７）の体積が縮小し、熱媒の液レベルは上昇し、熱媒溜の熱媒と加熱部ウィックとが接触する。
（ｉｉ） 毛管現象により加熱部ウィック（５）に熱が浸潤する。
（ｉｉｉ） 外部より加熱部Ａに熱が加わると、加熱部ウィック（５）の熱媒は蒸発し、蒸発した分は熱媒溜（７）より毛管現象により補充される。
（ｉｖ） 蒸発した熱媒は圧力差により冷却部Ｂの方へ移動する。
（ｖ） 冷却部Ｂでは外部へ熱を放出して凝縮し、熱媒が液体に戻る。
（ｖｉ） 凝縮した熱媒は、自重及び毛管力により冷却部ウィック（２）、中間熱媒溜（３）、戻り流路（４）を経て熱媒溜（７）に戻る。
（ｖｉｉ） （ｉｉｉ）の作用に戻る。
以上のサイクルを繰り返してヒートパイプと同様に熱媒の蒸発潜熱を利用した大量の熱伝達機能が実現できる。
次に熱伝達機能が動作しないＯＦＦモードは
（ｉ） ソレノイド（１１）をＯＮにし、圧縮スプリング（１０）のバネ力以上力でベローズ（８）を伸長させる。すると、熱媒溜（７）の体積が増加し、熱媒の液レベルは下降し、熱媒溜の熱媒と加熱部ウィック（５）の接触が絶たれる。
（ｉｉ） 外部より加熱部Ａに加わえられた熱により、加熱部ウィック（５）に残った熱媒が蒸発し終わると、熱媒溜（７）からの熱媒の供給がないため、それ以上の熱媒による熱伝達は中断される。
（ｉｉｉ） 前記の最後に蒸発した熱媒も圧力差により冷却部Ｂの方へ移動し、冷却部Ｂで外部へ熱を放出して凝縮し、熱媒溜（７）に戻る。前期の（ｉｉ）と同じ理由でその後の熱媒による熱伝達作用は継続されない。
以上の順序で速やかに熱媒による熱伝達作用は遮断される。
このように熱媒溜の体積を変えることで、加熱部ウィックと熱媒との接触・非接触を制御し、もって熱媒による熱伝達のＯＮ・ＯＦＦを制御することができる。
産業上の利用可能性
この発明によれば、比較的に単純な構造で、スイッチング動作が速く、熱遮断性が良好な熱スイッチが実現することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明にかかる装置の正面図（断面図）である。
本発明は熱の移動を制御するスイッチ機能を持ったヒートパイプに関するものである。
背景技術
従来の熱スイッチとしては、磁力で羽根を操作して蒸気流を遮断する方式の熱スイッチ、冷却部から加熱部へ戻る途中の熱媒を電子冷却で凍らせる方式の熱スイッチ等が提案されていた。これらの熱スイッチは、構造が複雑であったり、スイッチング動作が遅い、熱遮断が不完全といった問題があった。
本発明は比較的に単純な構造で、スイッチング動作が速く、熱遮断性が良好な熱スイッチを得ることが目的である。
発明の開示
上記目的を達成するため、本発明の熱スイッチは、相互に離れた位置に加熱部と冷却部とを設けた中空容器と熱媒溜とで密閉容器を形成し、前記熱媒溜は熱媒を収用する体積を可変できる機構を備え、前記熱媒溜の体積を変える手段を設け、前記密閉容器内には前記加熱部で蒸発し冷却部で凝縮する熱媒を封入し、前記凝縮した熱媒を一時貯めておく中間熱媒溜を設け、前記凝縮した熱媒を中間熱媒溜へ導く冷却部ウィックを設け、申間熱媒溜から熱媒溜へ熱媒を戻す戻り流路を設け、前記熱媒溜から加熱部へ熱媒を供給するための冷却部のウィックとは分離された加熱部ウィックを設けたものである。
この熱スイッチにおいて、熱媒溜の熱媒を収用する体積を縮小すると熱媒の液レベルが高くなり、加熱部のウィックと熱媒溜の熱媒が接触している状態になる。この状態で加熱部に外部から熱を加えると加熱部のウィックから熱媒が蒸発し、その蒸発した熱媒量に相当する熱媒が毛管現象により熱媒溜から補充される。次に蒸発した熱媒は圧力差により冷却部に移動し、冷却部では、外部に熱を放出して熱媒が液体に戻る。その熱媒は冷却部のウィック、中間熱媒溜、戻り流路を通って、熱媒溜に戻る。といったサイクルで通常のヒートパイプと同様の大量の熱伝達を実現することができる。
次に、熱媒溜の熱媒を収用する体積を増大させると熱媒溜の液レベルが下がり、加熱部のウィックと熱媒溜の熱媒が接触しない状態になる。加熱部ウィックに残った熱媒が蒸発した後は、外部から熱を加えても熱媒が熱媒溜から供給されないため、熱媒による熱伝達作用は起こらない。
再び熱媒溜の熱媒を収用する体積を縮小すると、熱媒の液レベルが高くなり、加熱部ウィックと熱媒溜の熱媒が接触している状態になる。すると熱媒が毛管現象により熱媒溜から加熱部のウィックに補充され、直ちに熱媒が蒸発し、前述の大量の熱伝達状態に戻る。
この様に熱媒溜の熱媒の液レベルを操作して、熱媒溜の熱媒と加熱部のウィックの接触を断続することで熱伝達の断続が実現できる。
なお加熱部ウィックと冷却部ウィックが分離されているため、加熱部の径と冷却部の径を変えることができ、両者を継ぐ部位をセラミックなどの熱伝導率の小さい材料で構成すれば中空容器の熱伝導による伝熱を極めて小さくすることができ、熱遮断性をさらに良くすることができる。
発明を実施するための最良の形態
発明の実施の形態を実施例にもとずき図面を参照して説明する。図１において中空容器（１）の加熱部Ａ、冷却部Ｂの内側に加熱部ウィック（５）、冷却部ウィック（２）として金網、焼結金属等の毛管力の大きい構造体を装着する。冷却部ウィック（２）の端部に中間熱媒溜（３）を形成する。中間熱媒溜（３）の一部を切り欠き、パイプなどで戻り流路（４）を形成する。熱媒溜（７）はベローズ（８）などの伸縮可能な構造体を含んだもので構成する。中空容器と熱媒溜（７）を溶接などの適当な方法により密閉構造とし、熱媒溜（７）には、適当な量の熱媒（６）を封入する。ベローズ（８）の片方の端部を外箱（１２）に固定し、反対の自由端にはソレノイドのプランジャ（９）を取り付ける。ソレノイド（１１）を外箱（１２）に固定する。ベローズ（８）の自由端とソレノイド（１１）の間に適当な強さの圧縮スプリング（１０）を装着する。以上の様にして熱スイッチを構成する。
次にこの熱スイッチの動作について説明する。まず、熱伝達機能が動作するＯＮモードは
（ｉ） ソレノイド（１１）をＯＦＦにし、圧縮スプリングの力でベローズ（８）を縮小させる。すると、熱媒溜（７）の体積が縮小し、熱媒の液レベルは上昇し、熱媒溜の熱媒と加熱部ウィックとが接触する。
（ｉｉ） 毛管現象により加熱部ウィック（５）に熱が浸潤する。
（ｉｉｉ） 外部より加熱部Ａに熱が加わると、加熱部ウィック（５）の熱媒は蒸発し、蒸発した分は熱媒溜（７）より毛管現象により補充される。
（ｉｖ） 蒸発した熱媒は圧力差により冷却部Ｂの方へ移動する。
（ｖ） 冷却部Ｂでは外部へ熱を放出して凝縮し、熱媒が液体に戻る。
（ｖｉ） 凝縮した熱媒は、自重及び毛管力により冷却部ウィック（２）、中間熱媒溜（３）、戻り流路（４）を経て熱媒溜（７）に戻る。
（ｖｉｉ） （ｉｉｉ）の作用に戻る。
以上のサイクルを繰り返してヒートパイプと同様に熱媒の蒸発潜熱を利用した大量の熱伝達機能が実現できる。
次に熱伝達機能が動作しないＯＦＦモードは
（ｉ） ソレノイド（１１）をＯＮにし、圧縮スプリング（１０）のバネ力以上力でベローズ（８）を伸長させる。すると、熱媒溜（７）の体積が増加し、熱媒の液レベルは下降し、熱媒溜の熱媒と加熱部ウィック（５）の接触が絶たれる。
（ｉｉ） 外部より加熱部Ａに加わえられた熱により、加熱部ウィック（５）に残った熱媒が蒸発し終わると、熱媒溜（７）からの熱媒の供給がないため、それ以上の熱媒による熱伝達は中断される。
（ｉｉｉ） 前記の最後に蒸発した熱媒も圧力差により冷却部Ｂの方へ移動し、冷却部Ｂで外部へ熱を放出して凝縮し、熱媒溜（７）に戻る。前期の（ｉｉ）と同じ理由でその後の熱媒による熱伝達作用は継続されない。
以上の順序で速やかに熱媒による熱伝達作用は遮断される。
このように熱媒溜の体積を変えることで、加熱部ウィックと熱媒との接触・非接触を制御し、もって熱媒による熱伝達のＯＮ・ＯＦＦを制御することができる。
産業上の利用可能性
この発明によれば、比較的に単純な構造で、スイッチング動作が速く、熱遮断性が良好な熱スイッチが実現することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明にかかる装置の正面図（断面図）である。
Claims (1)
- 相互に離れた位置に加熱部と冷却部とを設けた中空容器と熱媒溜とで密閉容器を形成し、前記熱媒溜は熱媒を収用する体積を可変できる機構を備え、前記熱媒溜の体積を変える手段を設け、前記密閉容器内には前記加熱部で蒸発し冷却部で凝縮する熱媒を封入し、前記凝縮した熱媒を一時貯めておく中間熱媒溜を設け、前記凝縮した熱媒を中間熱媒溜へ導く冷却部ウィックを設け、中間熱媒溜から熱媒溜へ熱媒を戻す戻り流路を設け、前記熱媒溜から加熱部へ熱媒を供給するための冷却部ウィックとは分離された加熱部ウィックを設けた熱スイッチ。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| JP2000163716 | 2000-04-24 | ||
| PCT/JP2001/003372 WO2001081851A1 (fr) | 2000-04-24 | 2001-04-19 | Commutateur de chaleur |
Publications (1)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001578893A Expired - Lifetime JP4446326B2 (ja) | 2000-04-24 | 2001-04-19 | 熱スイッチ |
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| JPS59138895A (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-09 | Matsushita Electric Works Ltd | ヒ−トパイプ |
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2001
- 2001-04-19 JP JP2001578893A patent/JP4446326B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2001-04-19 WO PCT/JP2001/003372 patent/WO2001081851A1/ja active Application Filing
- 2001-04-19 AU AU2001248796A patent/AU2001248796A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| AU2001248796A1 (en) | 2001-11-07 |
| WO2001081851A1 (fr) | 2001-11-01 |
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