JPH02304000A - 熱抵抗装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 ２つの物体間で熱交換を行うために用いられる熱抵抗装
置に関し、 構成が簡単で、設計が容易な熱抵抗装置の提供を目的と
し、 互いに離間した２つの物体間で熱交換を行うために用い
られる熱抵抗装置であって、熱伝導率の低い部材で形成
され、その両端部近傍に熱交換すべき物体にそれぞれ接
合しうる部分を有する概略円筒状の部材を設け、熱伝導
率の高い材料からなる１伝熱材を該円筒部材内部に挿入
するとともに、該伝熱材の該円筒部材の内部で占める体
積を該円筒部材の軸方向に増減できるように構成し、前
記２つの物体間での熱の伝導を自在に制御しうるように
構成する。５ 産業上の利用分野 本発明は２つの物体間で熱交換を行うために用いられる
熱抵抗装置に関する。

近年、科学技術の進歩に伴い、宇宙空間にスペースシャ
トル等の宇宙船を打ち上げ、このスペースシャトル等の
内部で生物を飼育し、種々の実験データを採取すること
が試みられるようになってきた。このような宇宙空間等
において生物を飼育するためには、生物を収容した飼育
容器等を該生物の生存に必要な温度に、あるいは実験に
必要な温度に設定・制御する必要があり、飼育容器等の
温度を熱交換器等により所定の温度に制御するようにし
ている。そして、このような装置は宇宙空間に打ち上げ
るから、その大きさや重量が重要な要件とされ、その構
成をなるべく簡略化する必要がある。

従来の技術 上述したような飼育容器等の温度制御のために従来は、
複数の管の内外に流体を充填し、該流体をポンプ等で流
動せしめて、両流体間で管壁を介して伝熱を行うように
した多管式の熱交換器が一般に用いられている。そして
、飼育容器等の温度は実験に必要な種々の温度に設定す
る必要があるため、その温度制御は管内外の流体の流量
（流速）を厳密に制御して、両流体間の熱交換率を制御
することにより行われていた。

発明が解決しようとする課題 しかし、上述したような構成の熱交換器の設計は、数値
解析及び経験式等を用いて行われるが、非線形要素が多
いために、設計に時間がかかるとともに、予定した性能
を実現するのが難しく、厳密な温度制御をなすことがで
きない場合があるという問題があった。

また、ポンプ等によりパイプ内外の流体を所定の流速で
流動せしめているので、その構成が複雑であり、装置が
大型になってしまうという問題もあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、構成が簡単で、設計が容易な熱
抵抗装置を提供することである。

課題を解決するための手段 第１図は本°発明の詳細な説明するための図である。１
及び２は互いに離間して設けられた物体であり、３は本
発明による熱抵抗装置である。この熱抵抗装置３は、熱
伝導率の低い部材で形成した概略円筒状の部材４と、熱
伝導率を変更するための手段とを具備している。円筒部
材４はその両端部近傍に、前記２つの物体１．２にそれ
ぞれ接合しろる部分を有しており、熱伝導率を変更する
ための手段は、熱伝導率の高い材料からなる伝熱材５が
円筒部材４の内部で占める体積を、該円筒部材４の軸方
向（矢印Ｘ参照）に自在に変更できるように構成したも
のである。

作　　　用 円筒部材４の軸方向の長さを１１伝熱材５の円筒部材４
内部での軸方向の高さをｌ　／、円筒部材４の外径をｄ
。、円筒部材４の内径をｄｉ　、円筒部材４の熱伝導率
をλ、伝熱材５の熱伝導率をλ′とした場合の円筒部材
４の両端間の熱抵抗Ｒは、 であり、この式からβ′をＯからβまで調整することに
より、その熱抵抗Ｒを連続的に変更しうろことがわかる
。即ち、熱伝導率を変更するための手段を構成する伝熱
材５の円筒部材４内での占有体積を調整することにより
（第１図中のβ′を調整することにより）、その熱抵抗
を連続的に変更することができるのである。

本発明によれば、熱抵抗を調整することにより熱量の移
動を制御するように構成しており、上記計算式からもわ
かるように非線形要素がなく、その設計作業が容易とな
る。また、従来用いられていた熱交換器に比較してその
構成が簡単であり、装置を小型化することができる。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するこ
とにする。

第２図は本発明の一実施例を説明するための図である。

１０は概略円筒状の部材であり、この円筒部材１０は熱
伝導率の低い部材で形成されているとともに、その両端
部近傍には一体的に端子部１２、及び１４が形成されて
いる。この端子部１４には、例えば温度制御すべき物体
（飼育容器等）が接合され、端子部１２には例えば発熱
体（温度制御すべき物体よりも温度の高い物体）が接合
されている。

１６は液面調整器であり、液面調整器１６はシリンダ１
６ａとピストン１６ｂとから構成されている。この液面
調整器１６と円筒部材１０の下部とはチューブ１８によ
り連絡されている。２０は熱伝導率の高い液体からなる
伝熱液であり、液面調整器１６のピストン１６ｂをシリ
ンダ１６ａ内で押圧する、あるいは引張ることにより、
円筒部′材１０内部での伝熱液２０の液面２０ａの位置
を遠隔で制御できるようになっている。伝熱液２０には
例えば水銀（Ｈｇ）を用いることができる。

然して、端子部Ｉ２から端子部１４に熱の伝達有する必
要がない場合には、液面調整器１６のピストン１６ｂを
シリンダー６ａに対して抜き去る方向に引張って、円筒
部材１０内部の伝熱液２０の液面２０ａを降下せしめ、
伝熱液２０を円筒部材１０内から全て抜き去る。これに
より、端子部１２から端子部１４への熱の伝達は円筒部
材１０を介することによってのみ行われることになり、
円筒部材１０の熱伝導率は低いから、端子部１４東 の温度は端子１２の温度変化に対してほとんど変化しな
い。

反対に端子部１４の温度を端子部１２の温度に近づけた
い場合には、液面調整器１６のピストン１６ｂを伝熱液
２０側に押圧して、円筒部材１０内部の伝熱液２０の液
面２０ａを端子部１４のある位置まで上昇せしめる。こ
れにより、端子部１２から端子部１４への熱の伝達は伝
熱液２０を介して行われることになり、伝熱液２０の熱
伝導率は高いから、素早く端子部１４の温度を端子部Ｉ
２の温度に近づけることができる。

そして、端子部１４の温度を任意の温度に設定したい場
合には、液面調整器１６のピストン１６ｂの位置を所定
の位置に移動して、円筒部材１０内部の伝熱液２０の液
面２０ａを所定の位置に調整することにより、端子部１
２から端子１１４への熱の供給を自在に調整することが
でき、端子部１４の温度を所定の温度に制御することが
できる。

例えば、円筒部材１０にＧＦＲＰを、端子部１２、及び
１４にアルミニウムを、伝熱液２０に水銀（Ｈｇ　）を
用い、円筒部材１０の軸方向の長さを！（＝５ｍｍ）、
水銀２０の円筒部材１０内部での軸方向の高さをｌ　／
、円筒部材１０の外径をｄ。

（−φ２２ｆｆｌＩ１１）、円筒部材１０の内径をｄ、
（＝φ２０ｍｍ＞、ＧＦＲＰの熱伝導率をλ（＝（１，
３Ｗ／に−ｍ）、水銀の熱伝導率をλ’　　（＝８．　
５２Ｗ／に−ｍ）とした場合の端子部１２．１４間の熱
抵抗Ｒの可変範囲を、上記作用の欄に示した計算式より
計算すると、 Ｒ□Ｍ　（β′二〇のとき）は２５３　Ｋ／ＷＲ−ｉｈ
　（ｊ！’　＝１のとき）は１．８５に／Ｗであり、熱
抵抗Ｒは１．８５〜２５３に／Ｗの範囲で連続的に変更
可能となる。

このように本実施例によれば、端子部１２から端子部１
４に供給すべき熱量の計算等は非常に容易であり、その
設計作業が容易化されるとともに、端子部１２の温度制
御を厳密になすことができる。

また、従来用いられていた熱交換器に比較してその構成
が簡単であり、装置を小型化することができる。

尚、本装置を宇宙空間で使用する場合には、重力の作用
がないので、伝熱液２０の液面２０ａの部分にピストン
シール（伝熱液２０の内部圧力の変化に応じて円筒部材
１０の軸方向に移動するもの）を設ければよい。また、
伝熱液に水銀等を用いたときに対流による熱伝導率の変
化が問題となる場合には、伝熱液に磁性流体を用い、外
部からの磁界で対流を拘束すればよい。

第３図は本発明の詳細な説明するための図である。３０
は概略円筒状の部材であり、この円筒部材３０は熱伝導
率の低い部材で形成されているとともに、その両端部近
傍には一体的に端子部３２、及び３４が形成されている
。この端子部３２．３４は、例えば温度制御すべき物体
（飼育容器等）や発熱体あるいは吸熱体を接合するため
のものである。この円筒部材３０の内壁は雌ネジとなっ
ており、これに熱伝導率の高い材料からなる棒状の伝熱
部材３６が螺合されている。尚、伝熱部材３６と円筒部
材３０の螺合部の隙間は、サーマルコンパウンド等によ
り埋められている。

然して、伝熱部材３６を緩めて、その先端３６ａを上側
（端子部３４側）に移動することにより、端子部３２と
端子部３４間の熱抵抗を高くすることができ、反対に伝
熱部材３６を締めてその先端３６ａを下側（端子１３２
側〉に移動することにより、端子部３２と端子部３４間
の熱抵抗を低くすることができる。

このように、円筒部材３０内での伝熱部材３６の位置を
変更することにより、端子部３２と端子部３４間の熱抵
抗を自在に変更することができるのである。本実施例は
上述した一実施例よりもさらに構成を簡略化したもので
ある。

発明の効果 以上詳述したように本発明によれば、円筒部材内部での
伝熱材の占有体積を変更するように構成し、その熱抵抗
を自在に変更できるようにしてあり、非線形要素が少な
くその設計が容易であるとともに、その構成を簡略化す
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図、第２図は本
発明の一実施例図、 第３図は本発明の他の実施例図である。 １２・・・物体、　　３・・・熱抵抗装置、４・・・円
筒部材、　　　５・・・伝熱材。 本発明の１理を説明す石々カθ唱 第１図 ４＼資−日月　の　−寛１倉ら例　８ｑ第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 互いに離間した２つの物体（１、２）間で熱交換を行う
   ために用いられる熱抵抗装置であって、熱伝導率の低い
   部材で形成され、その両端部近傍に熱交換すべき物体（
   １、２）にそれぞれ接合しうる部分を有する概略円筒状
   の部材（４）を設け、熱伝導率の高い材料からなる伝熱
   材（５）を該円筒部材（４）内部に挿入するとともに、
   該伝熱材（５）の該円筒部材（４）の内部で占める体積
   を該円筒部材（４）の軸方向に増減できるように構成し
   、 前記２つの物体（１、２）間での熱の伝導を自在に制御
   しうるようにしたことを特徴とする熱抵抗装置。