JP6427696B1 - ケーブルドラム - Google Patents

Abstract

【課題】送風機などを用いずに、胴部に巻かれたケーブルを効率よく冷却できるケーブルドラムを提供する。【解決手段】ケーブルドラム１０は、胴部１および鍔部２に跨って配置された複数のヒートパイプ４を備える。ヒートパイプ４の蒸発部４ａが胴部１に配設され、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂが鍔部２に配設されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブルドラムに関する。

従来から、下記特許文献１に示されるようなケーブルドラムが知られている。このケーブルドラムは、送風機などに接続して使用される。このケーブルドラムの胴部には穴が設けられており、この穴を通して空冷用の空気を胴部内に送り込むことで、胴部に巻かれた電力ケーブルを冷却する。

特許第２９１０９４１号公報

上記特許文献１の構成では、電力ケーブルを冷却するために、送風機などを接続する必要がある。このため、装置全体の小型化、可搬性の向上、低コスト化などの観点で改善の余地があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、送風機などを用いずに、胴部に巻かれたケーブルを効率よく冷却できるケーブルドラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るケーブルドラムは、胴部および鍔部を有し、前記胴部にケーブルが巻回されるケーブルドラムであって、前記胴部および前記鍔部に跨って配置された複数のヒートパイプを備え、前記ヒートパイプの蒸発部が前記胴部に配設され、前記ヒートパイプの凝縮部が前記鍔部に配設されている。

上記態様によれば、ヒートパイプの蒸発部がケーブルドラムの胴部に配設され、ヒートパイプの凝縮部がケーブルドラムの鍔部に配設されている。これにより、胴部に巻かれたケーブルが発熱した場合、ヒートパイプによって胴部の熱を鍔部へと効率よく移動させることができる。また、移動させた熱を鍔部から効率よく放熱させることができる。従って、例えば送風機などを接続しなくても、巻かれたケーブルを効率よく冷却することができる。

ここで、前記鍔部は、前記凝縮部が固定された放熱用鍔部を有し、前記胴部と前記放熱用鍔部が分離していてもよい。

ヒートパイプにおける蒸発部と凝縮部との間の中間部分に熱が加えられると、この中間部分で作動流体が蒸発して、不意に蒸発部側へと逆流する現象が発生する可能性がある。そこで、胴部と放熱用鍔部とを離して配置することで、ヒートパイプの中間部分に熱が加えられることを抑え、上記した現象の発生を抑止することができる。

また、前記鍔部は、前記胴部に固定され、かつ前記胴部から径方向外側に延びるケーブル用鍔部を有し、前記放熱用鍔部と前記ケーブル用鍔部とが軸方向に分離していてもよい。

この場合、強度が要求されるケーブル用鍔部と放熱性が要求される放熱用鍔部とを別体とし、それぞれの要求を満足させることができる。

また、前記鍔部は、前記凝縮部が固定された放熱用鍔部を有し、前記放熱用鍔部には、周方向に延びる複数の溝部が形成されていてもよい。

この場合、放熱用鍔部の表面積が増えることにより、ヒートパイプの蒸発部から凝縮部へと輸送された熱を、放熱用鍔部で効率よく放出することができる。また、ケーブルドラムを、胴部の中心軸を中心として回転させた際に、周方向に延びる溝部を通過する空気により、効率よく放熱することができる。

また、前記鍔部は、前記凝縮部が固定された放熱用鍔部を有し、前記放熱用鍔部には、径方向に延びる複数の溝部が形成されていてもよい。

この場合、放熱用鍔部の表面積が増えることにより、ヒートパイプの蒸発部から凝縮部へと輸送された熱を、放熱用鍔部で効率よく放出することができる。また、ケーブルドラムを、胴部の中心軸を中心として回転させた際に、径方向に延びる溝部により放熱用鍔部の周囲の空気が撹拌される。従って、放熱効率をより高めることができる。

本発明の上記態様によれば、送風機などを用いずに、胴部に巻かれたケーブルを効率よく冷却できるケーブルドラムを提供することができる。

本実施形態に係るケーブルドラムの断面図である。 （ａ）は図１のＡ方向矢視図である。（ｂ）は図１のＢ―Ｂ断面矢視図である。 （ａ）は放熱用鍔部に周方向に延びる複数の溝部が形成された変形例を示す図である。（ｂ）は放熱用鍔部に径方向に延びる複数の溝部が形成された変形例を示す図である。

以下、本実施形態のケーブルドラム１０について、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すように、ケーブルドラム１０は、胴部１および一対の鍔部２を有している。胴部１は円筒状であり、一対の鍔部２は、胴部１の両端部にそれぞれ配置されている。胴部１の直径は、例えば３００ｍｍ程度である。

胴部１には、電力供給用のケーブルなど（以下、単にケーブルという）が巻回される。ケーブルが胴部１に巻かれた状態で通電すると、ケーブルが発熱するため、このケーブルを冷却する必要がある。特に、高電圧または大電流の場合にはケーブルの発熱量が多くなるため、胴部１を効率よく冷却することが求められる。

また、胴部１に巻かれたケーブルを送り出したり、巻かれたケーブルを繰り出したりするために、ケーブルドラム１０は胴部１の中心軸Ｏを中心として回転可能となっている。例えばケーブルドラム１０は、送出し機のドラム軸（不図示）に、このドラム軸と一体に回転するように装着される。ドラム軸が中心軸Ｏを中心として回転することにより、ケーブルドラム１０の胴部１にケーブルを巻き取ることができる。また、ドラム軸を逆回転させることにより、巻き取ったケーブルを送り出すことができる。

（方向定義）
本実施形態では、中心軸Ｏに沿う方向を軸方向という。また、軸方向から見て、中心軸Ｏに交差する方向を径方向といい、中心軸Ｏを中心として周回する方向を周方向という。また、鍔部２から見て、軸方向において胴部１が位置する側を軸方向内側といい、その反対側を軸方向外側という。

（ヒートパイプ）
ケーブルドラム１０は、胴部１および鍔部２に跨って配置された複数のヒートパイプ４を備えている。各ヒートパイプ４は、軸方向に延びる蒸発部４ａと、径方向に延びる凝縮部４ｂと、を有している。蒸発部４ａは胴部１に配設されており、凝縮部４ｂは鍔部２に配設されている。蒸発部４ａは、胴部１の軸方向中央部から、軸方向外側に向けて延びている。凝縮部４ｂは、蒸発部４ａの軸方向外側の端部から、径方向外側に向けて延びている。本実施形態では、各ヒートパイプ４がＬ字型に形成されており、軸方向で隣り合う２つのヒートパイプ４の蒸発部４ａ同士が、胴部１の軸方向中央部付近で対向している。この対向する２本のヒートパイプ４を一対のヒートパイプ対とする。複数のヒートパイプ対は、周方向に等間隔を空けて配置されている。

図２に示すように、本実施形態のケーブルドラム１０には、８つのヒートパイプ対が周方向に等間隔を空けて配置されている。この場合、ヒートパイプ対は、周方向に４５°の間隔を空けて配置される。ヒートパイプ４の直径は、例えば８ｍｍである。なお、ケーブルの発熱量に応じて、配設するヒートパイプ４の数や直径を適宜変更してもよい。

ヒートパイプ４は、コンテナと、コンテナ内に封入されたウイックおよび作動流体と、を有している。
コンテナは、例えば内部が中空の密閉されたパイプ等である。コンテナの材質は、作動流体の種類や使用温度などの条件によって、適宜選択することができる。特に、銅やアルミなどの熱伝導率の高い金属材料を用いる場合、熱輸送性や熱拡散性を高めることができる。コンテナは、例えば銅管、アルミニウム管、ステンレス管などの金属管を用いて形成することができる。

ウイックは、コンテナ内にヒートパイプ４の延びる方向に沿って配置されている。ウイックの材質としては、例えば金属極細線ファイバー、金属メッシュ、および金属粉末の焼結体（多孔質焼結体）などを用いることができる。ウイックの内部には、毛管力を発生させる多数の細孔が形成されている。
作動流体は、加熱により蒸発し、放熱により凝縮することが可能な流体である。作動流体の種類は、ヒートパイプ４が使用される温度などに応じて適宜選択することができる。作動流体としては、例えば水、アルコール、代替フロンなどを用いることができる。

コンテナの内部空間は、気相の作動流体が蒸発部４ａ側から凝縮部４ｂ側へと移動する流路として機能し、気相の作動流体の物質移動により、蒸発部４ａ側から凝縮部４ｂ部側への熱輸送がなされる。ウイックは、凝縮部４ｂで凝縮した作動流体を毛細管現象により蒸発部４ａ側へと還流させ、ヒートパイプ４の動作を持続可能にする機能を有する。
このようにして、ヒートパイプ４は、高温部側から低温部側へと熱を継続して輸送することができる。

（胴部）
胴部１は、円筒形状に形成され、胴部１の外周面には、ケーブルが巻回される。このケーブルを冷却するため、胴部１にはヒートパイプ４の蒸発部４ａが配設されている。本実施形態では、胴部１の内周面にヒートパイプ４の蒸発部４ａが当接若しくは近接している。

本実施形態では、各ヒートパイプ４の蒸発部４ａが、胴部１に接触するように、それぞれ固定プレート３によって胴部１に固定されている。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、固定プレート３は、軸方向から見て円弧状に形成されている。固定プレート３には、蒸発部用溝３ａと、複数の座ぐり孔３ｂと、が形成されている。

蒸発部用溝３ａは、ヒートパイプ４の蒸発部４ａを収容するための溝である。蒸発部用溝３ａは、固定プレート３の外周面から、径方向内側に向けて窪んでいる。蒸発部用溝３ａは、ヒートパイプ４の直径と同等の幅および深さを有している。蒸発部用溝３ａは、軸方向に沿って、固定プレート３の全長にわたって延びている。

座ぐり孔３ｂは、固定プレート３を径方向に貫通している。座ぐり孔３ｂは、ネジを径方向内側から挿入できるように形成されている。このネジが、胴部１に形成されたネジ孔１ａに螺着することで、固定プレート３およびヒートパイプ４が胴部１に固定される。なお、ヒートパイプ４の固定方法は適宜変更することができる。例えば接着や溶接によって、固定プレート３またはヒートパイプ４を胴部１に固定してもよい。また、固定プレート３を用いずにヒートパイプ４を固定してもよい。

（鍔部）
鍔部２は、胴部１の軸方向の両端部に位置し、ケーブル用鍔部２１および放熱用鍔部２２によって構成されている。
ケーブル用鍔部２１は、軸方向から見て環状に形成されている。ケーブル用鍔部２１は、胴部１に固定され、かつ胴部１の軸方向両端部から径方向外側に向けて延びている。ケーブル用鍔部２１は、胴部１の外周に積層して巻かれるケーブルの巻きくずれを防止する機能を有する。

ケーブル用鍔部２１の径方向内側の端部には、ケーブルドラム１０を先述のドラム軸に取り付けるための取付部材５が配設されている。取付部材５としては、軸受などを用いることができる。なお、取付部材５は、胴部１などに設けられていてもよい。

放熱用鍔部２２は、軸方向から見て環状に形成され、ケーブル用鍔部２１の外径と同等の外径を有する。放熱用鍔部２２は、ケーブル用鍔部２１の軸方向外側に配設されている。放熱用鍔部２２には、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂが固定されている。放熱用鍔部２２は、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂから熱を受け取り、放熱用鍔部２２の表面から放出する役割を有する。このため、放熱用鍔部２２として、アルミなど熱抵抗の小さい材質が好適である。

本実施形態の放熱用鍔部２２は、内側部材２２ａおよび複数の外側部材２２ｂによって構成されている。内側部材２２ａおよび外側部材２２ｂは、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂを軸方向で挟み込んでいる。内側部材２２ａは、外側部材２２ｂよりも軸方向内側に位置している。
内側部材２２ａは、軸方向から見て環状に形成されている。内側部材２２ａの内径は、胴部１の外径よりも大きい。複数の外側部材２２ｂは、軸方向から見て、環を周方向に等分割した形状を有している。外側部材２２ｂの内径は、内側部材２２ａの内径よりも小さい。各外側部材２２ｂには、凝縮部用溝２２ｂ１と、複数の座ぐり孔２２ｂ２と、が形成されている。

凝縮部用溝２２ｂ１は、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂを収容するための溝である。凝縮部用溝２２ｂ１は、外側部材２２ｂの軸方向内側面から、軸方向外側に向けて窪んでいる。凝縮部用溝２２ｂ１は、ヒートパイプ４の直径と同等の幅および深さを有している。凝縮部用溝２２ｂ１は、径方向に沿って、外側部材２２ｂの全長にわたって延びている。

座ぐり孔２２ｂ２は、外側部材２２ｂを軸方向に貫通している。座ぐり孔２２ｂ２は、ねじを軸方向外側から挿入できるように形成されている。このねじが、内側部材２２ａに形成されたねじ孔２２ａ２に螺着することで、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂが内側部材２２ａおよび外側部材２２ｂに挟まれた状態で固定される。なお、凝縮部４ｂの固定方法は適宜変更することができる。例えば接着や溶接によって、外側部材２２ｂまたは凝縮部４ｂを内側部材２２ａに固定してもよい。また、外側部材２２ｂまたは内側部材２２ａのいずれかにヒートパイプ４を固定してもよい。

本実施形態では、放熱用鍔部２２は、胴部１から分離して配置され、ヒートパイプ４により胴部１に接続され支持されている。
また、放熱用鍔部２２は、ケーブル用鍔部２１と軸方向で分離している。

次に、以上のように構成されたケーブルドラム１０の作用について説明する。

ケーブルドラム１０に巻かれた状態で使用されているケーブルにより、ケーブルドラム１０の胴部１が、加熱される。胴部１の内周面に接触しているヒートパイプ４の蒸発部４ａでは、ウイック内の液相の作動流体がコンテナの壁面を介して加熱されて蒸発する。作動流体が蒸発することで、蒸発部４ａ側のコンテナ内の気体の圧力が高まる。これにより、気相となった作動流体が、コンテナの内部空間を凝縮部４ｂ側に向けて移動する。

放熱用鍔部２２は、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂから熱を受け取り、この熱を外気へと受け渡す。このため、凝縮部４ｂに到達した気相の作動流体は、コンテナの壁面を介して熱を奪われて凝縮し、液滴となってコンテナの壁面に付着する。この作動流体の液滴は、毛管力によってウイックの細孔に浸み込む。ウイックの細孔内の液相の作動流体は、毛管力によってウイックの蒸発部４ａ側に移動する。

ウイックの蒸発部４ａへと到達した液相の作動流体は、胴部１の内周面に接触しているコンテナの壁面を介して再び加熱され、蒸発部４ａのウイックの表面から蒸発する。蒸発して気相となった作動流体は、再びコンテナの内部空間を通って凝縮部４ｂ側へと移動する。このように、ヒートパイプ４は、作動流体の液相／気相間の相転移を繰り返し利用して、ヒートパイプ４の蒸発部４ａ側で回収した熱を凝縮部４ｂ側に繰り返し輸送することができる。

以上説明したように、本実施形態のケーブルドラムによれば、ヒートパイプ４の蒸発部４ａが胴部１に配設され、凝縮部４ｂが鍔部２に配設されている。これにより、胴部１に巻かれたケーブルが発熱した場合、ヒートパイプ４によって胴部１の熱を鍔部２へと効率よく移動させることができる。また、移動させた熱を鍔部２から効率よく放熱させることができる。従って、例えば送風機などを接続しなくても、巻かれたケーブルを効率よく冷却することができる。

ここで、ヒートパイプ４における蒸発部４ａと凝縮部４ｂとの間の中間部分に熱が加えられると、この中間部分で作動流体が蒸発して、不意に蒸発部４ａ側へと逆流する現象が発生する可能性がある。そこで、本実施形態のように胴部１と放熱用鍔部２２とを離して配置することで、ヒートパイプ４の中間部分に熱が加えられることを抑え、上記した現象の発生を抑止することができる。さらに、胴部１から放熱用鍔部２２へ直接熱が移動することも抑えることができる。

また、強度が要求されるケーブル用鍔部２１と放熱性が要求される放熱用鍔部２２とを別体とすることで、それぞれの要求を満足させやすい。さらに、ケーブル用鍔部２１と放熱用鍔部２２との間での熱の移動を抑えることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前記実施形態ではＬ字型のヒートパイプ４を採用し、２つのヒートパイプ４の蒸発部４ａ同士を軸方向で対向させて配置した。ヒートパイプ４の形状はこれに限らず、軸方向で対向配置された２つのＬ字型ヒートパイプ４を一体にした形状の、Ｃ字型のヒートパイプを採用してもよい。この場合、ヒートパイプ４の蒸発部４ａは胴部１の軸方向の全長にわたって延び、凝縮部４ｂは蒸発部４ａの軸方向両端部から径方向外側に向けて延びてもよい。

また、放熱用鍔部２２における熱交換効率を向上させるため、放熱用鍔部２２の表面に凹凸形状を形成してもよい。
例えば図３（ａ）に示すように、外側部材２２ｂの軸方向外側の表面に、周方向に延びる複数の溝部６１を形成してもよい。この場合には、放熱用鍔部２２の表面積が増えることにより、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂの熱を効率よく放熱させることができる。また、ケーブルドラム１０を、胴部１の中心軸Ｏを中心として回転させた際に、周方向に延びる複数の溝部６１を通過する空気により、効率よく放熱することができる。

あるいは図３（ｂ）に示すように、外側部材２２ｂの軸方向外側の表面に、径方向に延びる複数の溝部６２を形成してもよい。この場合も、放熱用鍔部２２の表面積が増えることにより、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂの熱を効率よく放熱させることができる。また、ケーブルドラム１０を、胴部１の中心軸Ｏを中心として回転させた際に、径方向に延びる複数の溝部６２により、放熱用鍔部２２の周囲の空気を撹拌することができるため、効率よく放熱することができる。

また、図３（ａ）に示す外側部材２２ｂと、図３（ｂ）に示す外側部材２２ｂとを組み合わせて用いてもよい。また、上記溝部６１、６２を内側部材２２ａ（放熱用鍔部２２の軸方向内側の面）に形成してもよいし、ディンプルなど他の形状によって凹凸形状を形成してもよい。
また、ケーブルドラム１０は、ケーブル用鍔部２１を備えていなくてもよい。この場合、例えばケーブルの巻取にトラバーサーなどを用いて、巻き崩れを防止してもよい。

また、ヒートパイプ４は、蒸発部４ａが胴部１の内周面に接触するように配置されていたが、例えば蒸発部４ａを胴部１の外周側に配置し、ケーブルに当接または近接するようにしてもよい。
また、凝縮部４ｂは内側部材２２ａおよび外側部材２２ｂの両者に挟まれていたが、凝縮部４ｂが２つの部材２２ａ、２２ｂのうち一方の部材に接触または近接するように配置されていてもよい。
また、放熱用鍔部２２が内側部材２２ａを有さず、ケーブル用鍔部２１と外側部材２２ｂとの間でヒートパイプ４の凝縮部４ｂが固定されていてもよい。

また、前記実施形態では放熱用鍔部２２がヒートパイプ４によって胴部１に接続され支持されていた。しかしながら、例えば放熱用鍔部２２が取付部材５に接続されて支持されていてもよい。あるいは、内側部材２２ａとケーブル用鍔部２１とが分離して両者の間に空間が設けられた状態で、放熱用鍔部２２がケーブル用鍔部２１にネジなどの接続部材によって接続され支持されていてもよい。あるいは、ケーブルドラム１０とドラム軸とが一体となっている場合に、放熱用鍔部２２がドラム軸に接続されて支持されていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…胴部 ２…鍔部 ４…ヒートパイプ ４ａ…蒸発部 ４ｂ…凝縮部 １０…ケーブルドラム ２１…ケーブル用鍔部 ２２…放熱用鍔部 ６１、６２…溝部

Claims (5)

1. 胴部および鍔部を有し、前記胴部にケーブルが巻回されるケーブルドラムであって、
   前記胴部および前記鍔部に跨って配置された複数のヒートパイプを備え、
   前記ヒートパイプの蒸発部が前記胴部に配設され、
   前記ヒートパイプの凝縮部が前記鍔部に配設されているケーブルドラム。
2. 前記鍔部は、前記凝縮部が固定された放熱用鍔部を有し、
   前記胴部と前記放熱用鍔部が分離している請求項１に記載のケーブルドラム。
3. 前記鍔部は、前記胴部に固定され、かつ前記胴部から径方向外側に延びるケーブル用鍔部を有し、
   前記放熱用鍔部と前記ケーブル用鍔部とが軸方向に分離している請求項２に記載のケーブルドラム。
4. 前記鍔部は、前記凝縮部が固定された放熱用鍔部を有し、
   前記放熱用鍔部には、周方向に延びる複数の溝部が形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のケーブルドラム。
5. 前記鍔部は、前記凝縮部が固定された放熱用鍔部を有し、
   前記放熱用鍔部には、径方向に延びる複数の溝部が形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のケーブルドラム。

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