JP5615526B2 - 断熱二重管 - Google Patents

Description

本発明は、作動流体を循環させて熱を移動させる断熱二重管に関するものである。

特許文献１にはニッケル、ステンレス、チタンなどの金属繊維を型に入れて円筒形に固めた後、この円筒を焼結することにより作製した外管と、その外管を収納する容器との間に、外管と容器との線膨張係数の差により発生する熱伸び差を吸収する熱伸び差吸収部を設け、容器及び外管に過度の力が加わることを抑制して破損を防止したループ型ヒートパイプが開示された。

特開２００５−１０６４３０公報

特許文献１のヒートパイプでは、ニッケル、ステンレス、チタンなどの金属繊維を型に入れて円筒形に固めた後、この円筒を焼結することにより外管を作製しており、外管の作成費が高価であると共に重量も大きく、汎用性が乏しかった。しかも、異なる素材を用いた容器との間に熱伸び差吸収部を設ける必要もあり、その点でもコスト高である。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、汎用性が高く、低コストな断熱二重管を得ることを目的とする。

本発明の断熱二重管は、両端を媒体流通管に接続されて内側を流体が流通する流路を形成してその内側面が流通する流体との接触面となる中空円筒状の内管と、その内管が間隙を有して挿通される中空円筒状の外管とを有し、前記内管には流体の流通方向と一致する軸方向の力により容易に伸縮する１山以上の熱膨張吸収ベローズが配設され、前記外管にはその両側に内管によって外管を支持する支持構造部が設けられ、前記各支持構造部の接続金具に１山以上の断熱ベローズの一端が接合され、前記各支持構造部の接続金具に１山以上の断熱ベローズの一端が接合され、各断熱ベローズの他端は前記外管の端部に接合されることを特徴とする。

前記外管にはその両側に内管によって外管を支持する支持構造部を設け、前記各支持構造部の伝熱経路に１山以上の断熱ベローズを配置することができる。

前記内管が熱膨張吸収ベローズと一体成形され、前記外管が断熱ベローズと一体成形されてなるようにすることができる。

［作用］
本発明の断熱二重管は、両端を媒体流通管に接続される中空円筒状の内管には熱膨張吸収ベローズが配設されるので、内管の流路内側を高温流体が通過して内管が加熱されても、熱膨張吸収ベローズによって内管の熱膨張が吸収されて、内外管の熱膨張の差に起因する変形が防止される。

本発明の断熱二重管は簡易な構造であり、外管及び内管に高価な焼結材料を用いるような必要はなく、汎用性が高く、低コストとすることができる。

（ａ）本発明の一実施の形態の断熱二重管の断面模式図である。（ｂ）本発明の他の実施の形態の断熱二重管の断面模式図である。 本発明の断熱二重管の動作に関連する説明図である。 本発明の一実施例の断熱二重管の斜視図である。 図３に示す断熱二重管の正面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図５に示す断熱二重管の部分拡大図である。 図５に示す断熱二重管の他の部分拡大図である。 図７に示す断熱二重管の部分拡大図である。 図７に示す断熱二重管の他の部分拡大図である。

以下に本発明の一実施の形態を図１を参照して説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の断熱二重管１は外管２と内管３とを有してなる。
内管３の内側には、例えば気化（蒸発）した流体が流通する流路４となる。
また外管２と内管３との間は断熱層５とされる。断熱層５は，外管２と内管３との間を気密に保持した真空層とすることができる。また特には真空層としない場合も熱伝導率が空気以下の気体層とすることができる。この気体層を形成する気体には，例えば空気，窒素，アルゴン，キセノンなどを用いることができる。

断熱層５を真空層とする場合には，必要に応じてガス吸着材を断熱層５に設置することができる。このガス吸着材としては，例えば，バリウム，チタン，ジルコニウム及びそれらの合金など，断熱層５の真空圧力を維持できるいずれのゲッター材を用いてもよい。
また断熱層５に配管を接続し，真空ポンプで排気しながら使用するようにしてもよい。
その様に断熱層５を真空にする場合には，予め断熱層５を真空にし，気密封止することもできる。同様に断熱層５に空気以外の気体を入れる場合，予め断熱層５に所要の気体を導入し，気密封止するようにしてもよい。

内管３にはその一端部に金属製の熱膨張吸収ベローズ６が接合される。熱膨張吸収ベローズ６は、軸方向の力により容易に伸縮する。
以上の内管３の熱膨張吸収ベローズ６の配置位置及び内管３の熱膨張吸収ベローズ６の配置個数は，特には限定されず、断熱二重管１の配設態様との関係で適宜に設定することができる。但し、熱膨張吸収ベローズ６は軸方向の力により容易に伸縮するという機能を備える必要があり、そのベローズ山数は、１山以上とするのがよい。
以上の熱膨張吸収ベローズ６のベローズ山数及び配置個数は，実施過程における内管３と外管２の実際の伸び量の差を元に適切に設定することができる。

さらに断熱二重管１には、その両側に内管３によって外管２を支持する支持構造部７が設けられる。支持構造部７は、外管２の両端部近傍の内管３に配置される一対の接続金具８と、この各接続金具８に一端が接合される一対の断熱ベローズ９とよりなる。各断熱ベローズ９の他端は外管２の端部に接合される。したがって、本実施の形態の断熱二重管１では外管２の両側の支持構造部７によって形成される伝熱経路に断熱ベローズ９が配置される。
熱膨張吸収ベローズ６の内管３に対する接続及び断熱ベローズ９の外管２に対する接続には，溶接，ロウ付など、いずれも利用することができる。

以上の本実施の形態の断熱二重管１の内管３の流路４を高温流体が通過すると内管３が加熱されて熱膨張する。しかし斯かる熱膨張は熱膨張吸収ベローズ６によって吸収されて、外管２と内管３との間に熱伸び差が生じることはない。また同時に内管３から外管２への熱伝達経路では断熱ベローズ９が内管３よりもはるかに薄肉にされ、かつ伝熱経路が長くなるような蛇腹状にされて、極めて熱容量が低く、かつ熱抵抗が大きい。したがって、内管３の流路４内側を高温流体が通過して内管３が加熱されても、断熱層５で断熱され同時に断熱ベローズ９において伝導伝熱が阻害される結果として、外管２に熱膨張に起因する変形が生じる程度までの熱伝達は生じることはない。

すなわち、内管３内を高温の流体が流通して内管３が加熱されると、内管３から外管２への熱伝導によって、外管２が加熱され膨張する。その結果、図２に示す様に断熱二重管１全体が湾曲して床１０に接触する等の危険がある。
しかし本実施の形態の断熱二重管１では、支持構造部７に、極めて熱容量が低く、熱抵抗が高い断熱ベローズ９が設けられており、この断熱ベローズ９と断熱層５によって、内管３から外管２への熱伝導が最小限に抑制されて、断熱二重管１全体が湾曲する程度までの外管２の加熱は生じない。
しかも熱抵抗が高い断熱ベローズ９はそれ自体が収縮性のある蛇腹状にされていることから、外管２と内管３との間に発生する熱伸び差は断熱ベローズ９によっても吸収される。したがって、図２に示す様に断熱二重管１全体が湾曲して床１０に接触する危険はない。

図１（ｂ）は本発明の他の実施の形態の断熱二重管１を示す。本実施の形態の断熱二重管１では、外管２と内管３とが薄肉化されて、外管２は断熱ベローズ９と一体成形され、内管３は熱膨張吸収ベローズ６と一体成形されてなる。その結果、外管２と内管３とが極めて熱容量が低く、高い放熱性を有して、さらに高効率とされる。

図１（ｃ）は本発明のさらに他の実施の形態の断熱二重管１を示す。本実施の形態の断熱二重管１では、外管２と内管３とが薄肉化されて、外管２から外側に突出する複数の１山の断熱ベローズ９が間隔をおいて外管２と一体成形される。また同様に内管３から外側に突出する複数の１山の熱膨張吸収ベローズ６が間隔をおいて内管３と一体成形される。可及的に薄肉厚とされた外管２と内管３は、この様に複数の１山の断熱ベローズ９若しくは複数の１山の熱膨張吸収ベローズ６を間隔をおいて節状に形成した形状的効果によって剛性が補完され、管内を流通する媒体からの内圧、ポンプの脈動等に耐えられる形状保持性を備えたる。

以下に本発明の断熱二重管１の一実施例を図面を参照して説明する。
図３〜図５に示すように、断熱二重管１は、長尺中空円筒状の外管２と内側が流路４とされた内管３とを有してなる。
円筒形の外管２及び内管３はステンレス製とされ、具体的には例えば耐食性、靭性、延性、加工性、溶接性に優れるオーステナイト系ステンレス管とすることができる。Ｍｏ含有の極低炭素鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）、チタン、ハステロイ を適用することによって、耐孔食・耐粒界腐食性を有するようにすることができる。
なお用途に応じ軽量化を考慮する必要がある場合にはアルミニウム合金を適用することも可能である。

図６にも示すように、断熱二重管１の両端部近傍位置の内管３と外管２との間には中央部を介して一対のポートリング１１が配設される。このポートリング１１には、ベローズ１２の一端部が装着治具１２ａによって接続される。装着治具１２ａはフランジ部１２ｂのフランジ面を外管２の内側面に当接させて外管２に気密に装着される。
ベローズ１２の他端部はユニオンナット１３及び継ぎ手１４を介して図示しない真空装置に接続される。これによって内管３と外管２との間に長手方向に延びる断熱層５は、真空装置によって真空層として内管３と外管２との間を断熱する。

内管３にはその一端部に熱膨張吸収ベローズ６が接合される。熱膨張吸収ベローズ６は、アルミニウム合金またはステンレスなどで作製される。
外管２の両端部には端部金具１５が装着される。
この端部金具１５は図７、図８に示すように、環状の本体部１５ａを外管２の内側に嵌合させて外管２に対して装着される。
一方、内管３には、外管２の両端部端部金具１５の外側方位置に接続金具８が装着される。この接続金具８に対して内管３の内側を流通する流体の通路となる媒体流通管１６が接合される。

図７、図９に示すように接続金具８はその内側を流通する流体の通路となる空洞を有して、環状の本体部８ａと端部８ｂと端部８ｃとを一体にして有する。端部８ｂは媒体流通管１６との接合端面８ｄを有する。接続金具８の端部８ｃは内管３の内側に嵌合され、端部８ｂは接合端面８ｄにおいて媒体流通管１６と接合される。

さらに断熱二重管１の両端部の端部金具１５と接続金具８との間には、一端を外管２の端部金具１５の端面に直接接合し、他端を接続金具８に接合して断熱ベローズ９が設けられる。
断熱ベローズ９は、アルミニウム合金またはステンレスなどで内管３よりも薄肉にされ、かつ蛇腹状にされて伝熱的に長い経路を有することから、極めて熱容量が低く、伝熱の阻害性が高い。また蛇腹状部分において収縮機能を有する。
図８、図９に示すように、断熱ベローズ９は、その一端部を端部金具１５の端面に直接接合し、その他端部の内側面を接続金具８の本体部８ａの外側面に直接接合し、断熱ベローズ９内側に本体部８ａを嵌合させて配設される。

本実施例の断熱二重管１は、以上のように媒体流通管１６に端部８ｂを接合した接続金具８の端部８ｃを内管３の端面に接合して配設される。それによって、両端部に連続する媒体流通管１６によって内管３が保持される。
また外管２は、内管３に装着された接続金具８と、接続金具８に一端が装着された断熱ベローズ９と、断熱ベローズ９の他端に装着された端部金具１５とを介して内管３に支持される。
本実施例の断熱二重管１は極めて熱容量が低く、放熱性が高い断熱ベローズ９が設けられており、この断熱ベローズ９と断熱層５によって、内管３から外管２への熱伝導が最小限に抑制されて、断熱二重管１全体が湾曲する程度までの外管２の加熱は生じない。

１・・・断熱二重管、２・・・外管、３・・・内管、１１・・・ポートリング、１２・・・ベローズ、６・・・熱膨張吸収ベローズ、１５・・・端部金具、８・・・接続金具、１６・・・媒体流通管、９・・・断熱ベローズ。

Claims (2)

1. 両端を媒体流通管に接続されて内側を流体が流通する流路を形成してその内側面が流通する流体との接触面となる中空円筒状の内管と、その内管が間隙を有して挿通される中空円筒状の外管とを有し、前記内管の少なくとも一部が流体の流通方向と一致する軸方向の力により容易に伸縮する１山以上の熱膨張吸収ベローズが配設され、前記外管にはその両側に内管によって外管を支持する支持構造部が設けられ、前記各支持構造部の接続金具に１山以上の断熱ベローズの一端が接合され、各断熱ベローズの他端は前記外管の端部に接合されることを特徴とする断熱二重管。
2. 前記内管が熱膨張吸収ベローズと一体成形され、前記外管が断熱ベローズと一体成形されてなる請求項１に記載の断熱二重管。

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