JPH04190090A - ループ型細管ヒートパイプ - 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】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明はヒートパイプの構造に関するものであり特にル
ープ型細管ヒートパイプの信頼性を大幅に改善せしめ且
つその性能をも改善する為の新規な構造に関する。

［従来の技術］ 従来のループ型細管ヒートパイプは第２図に例示する米
国特許４，９２１，０４１号、特開昭６３−３１８４９
３号の一実施例の如く細管の両端末が相互に連結されて
なる密閉ループ型細管コンテナｌ内の所定の部分に逆止
弁２が配設され、ループ上の所定の部分が受熱部１−Ｈ
として、他の所定の部分が放熱部１−Ｃとして構成され
てあり、該ループ型細管コンテナ内に所定量の気液２相
の作動流体が封入されて構成されてあるものであった。

この様に構成されたループ型細管ヒートパイプの作動に
は逆止弁２の作用が決定的な役割を占めているものであ
った。即ち逆止弁により分割されてループ内に形成され
る圧力室間の呼吸作用及び受熱部内作動流体の核沸騰に
より発生する圧力波に起因する弁体の振動、等が受放熱
部間の内圧差と相互作用を発生し、作動液を強力に推進
せしめ、ループ内を循環せしめることにより、受熱部か
ら放熱部に熱量が輸送されるものであった。

又ループ型細管ヒートパイプの長期寿命を保証する為の
実施例として逆止弁の構成としては浮遊型構成の逆止弁
とし、弁体としてはルビー球体を採用し、弁座としては
比較的軟質の銅、純ニッケル等の弁座な採用する等によ
り通常の使用状態としては、１５年以上の連続使用に耐
える工夫が為されて実施されている。従来のループ型細
管ヒートパイプの他の特徴としては多数ターンを繰返す
蛇行構造とすることにより多数の受熱部と多数の放熱部
を設けた構造とすることにより、放熱部で液相化された
作動液が循環する為に発生する細管内圧力損失な受熱部
に到達する毎にキャンセルして、循環推進力を復活せし
めループ長さを無制限に長尺化せしめることが可能であ
り、これにより数Ｗから数１０ＫＷに及ぶ広範囲な領域
の放熱器を形成することが可能であった。又通常のヒー
トパイプがトップヒートモードでの使用が不可能であっ
たのに対し、ループ型細管ヒートパイプの場合は逆止弁
による作動液の循環が可能な限りのヘッド差においては
トップヒートモードにおける熱輸送が容易な点も大きな
特徴であった。

［発明が解決しようとする問題点」 ループ型細管ヒートパイプは上述の如〈従来のヒートパ
イプに勝る数多くの特長を発揮するが工業界の要望に対
しては未だ多くの問題点を残している。それ等の中で本
発明が解決しようとする問照点は次の如くであり、それ
等は逆止弁に起因するものである。

（ａ）ルビー球弁使用の逆止弁と難も高温における大熱
入力に対しては長期信頼性の保証は困難である。

３００℃で５ＫＷの熱入力を衝撃的に与える必要のある
放熱器の信頼性試験時にルビーが破砕する事故が発生し
た。対策としてタングステンカーバイド球に変更して対
処したが比重が１３と大きい為、低入力時の作動が悪化
した。又比重過大の為浮遊作動が困難となり、作動中に
開閉衝撃が発生し、長期信頼性に懸念が生じた。

（ｂ）逆止弁の長期信頼性保証の為には、細管コンテナ
の金属材料選択に制限がある。　０．。

高温で循環する作動液により金属細管コンテナの内壁面
の金属結晶に粒界腐食が起り多量の金属粉が遊離して逆
止弁に滞留し、作動を不能ならしめる金属があることが
信頼性試験で判明した。その対策については特願平１−
１７２９１５号に記載されてある。

（Ｃ）長期信頼性保証の為に米国特許４，９２１．０４
１号及び特開昭６３−３１８４９３号に記載の如き浮遊
型逆止弁を使用する場合、漏洩損失により逆止力が弱く
、トップヒートモードでの使用可能な受放熱部間の水位
差が１０００■議前後に制限される。

この対策としてスプリングで弁体な押える完全閉鎖式の
逆止弁を使用すると水撃作用により激しい衝撃振動が発
生し長期寿命を保証し難いものとなる。

（ロ）発明の構成 Ｅ問題点を解決する為の手段］ 問題点を解決する為の手段としての新規なループ型細管
ヒートパイプにおいてはループ型細管コンテナの作動液
循環流路から一切の循環方向規制手段を除去して構成さ
れる。第２図に例示の従来型細管ヒートパイプの実施例
について言えば逆止弁２の一切が除去される。又従来の
ループ型細管ヒートパイプと同様に受熱部及び放熱部は
夫々少なくも１個所に設けられる。細管コンテナに封入
される作動液はループ内紛ての位置においてコンテナ内
を閉塞したままで循環する点でも従来型と同じであるが
本発明のループ型細管ヒートパイプではこの点は必須条
件となる。即ち本発明に係るループ型細管ヒートパイプ
は第１図に例示の通り次の如く構成される。細管の両端
末が相互に連結されて流体が管内をループ状に流通する
ことが自在である様に形成されてあるループ型細管コン
テナ１の少なくも１個所の所定の部分は受熱部１−Ｈと
して、残余の部分の少なくも１個所の所定の部分は放熱
部１−Ｃとして構成されてあり、それらの大部分は受熱
部と放熱部とが交互に配設されてあり、ループ型細管コ
ンテナｌ、内にはその全内容積に未満の所定量の所定の
２相凝縮性作動流体４が封入されてあり、細管の内壁直
径は作動流体が常に管内を閉塞した状態で循環又は移動
することの出来る最大直径以下の直径であることを特徴
とする構造。第１図においてＨ及びＣは夫々受熱手段及
び放熱手段を示す。

該構造において封入作動液の所定量が細管コンテナの全
内容積に未満であることは受熱部で核沸騰が発生するに
必要な気相容積部が必要な為であり、又細管の内壁が作
動液が閉塞されたままで循環又は移動出来る直径になっ
ていることば受熱部における核沸騰の蒸気圧に敏感に反
応して移動することが出来る様にする為である。

［作用］ その作用は次の如くして発生し作用する。

（ａ）圧力波の発生と軸方向振動の発生受熱部における
熱吸収による作動流体の核沸騰は受熱部内に断続的且つ
急激に蒸気泡群な発生する。各蒸気泡は急激な膨張とそ
の直後には断熱膨張冷却による若干の急激な縮小を伴な
う。これにより作動流体には圧力波のパルスが発生し、
このパルスはループ内を軸方向に駆は廻る。このパルス
はループの反対側で衝突するが、圧縮気泡を含む作動流
体の圧縮性により位相がずれており打消し合うことはな
い。ループ内に受熱部が複数個所配設されてある場合は
夫々の受熱部から出るパルスは時に打消し合い、時には
増幅し合い、結果的にはより強力なパルスとなる。この
パルスはループ内の作動流体に強力な軸方向振動を発生
させる。この様にして発生した作動流体の軸方向振動は
作動流体及びその一部に含まれる圧縮された蒸気泡を介
してループ内を伝播される。

ループ内には更に第２の振動が発生する。それは複数の
受熱部における相隣れる受熱部の間の管路内の作動流体
が双方の受熱部内で交互又は同時にランダムに発生する
多数の蒸気泡が作る合成気泡の発達膨張、収縮の断続に
より生じる軸方向の直接加圧、直接吸引による前後移動
であって、先に発生した圧力波のパルスより伝播速度は
はるかに遅い振動ではあるが振幅は大きくより強力な振
動となる。又ループ内に多数の受熱部が設けられである
場合はそれ等の総てから発生するこの様な振動は相互干
渉により一部は減衰するが他の部分は増幅され、全体と
しては大幅に増幅されて、より強力な振動となる。

（ｂ）作動流体の循環流の発生 第１図に例示の如く作動流体４がその蒸気泡５と交互に
配分されてあることは前述の如（作動流体中を伝播する
圧力波のパルス群や流体の軸方向の前後移動による振動
等の群が干渉により消滅するのを防ぐ為に作動流体に圧
縮性を与える為に必須である。又流体の圧力損失を減少
せしめて振動の発生を容易にする為にも必要である。又
後述する熱移動能力の温度依存性を良好ならしめる為に
も必須である。この様な蒸気泡５と作動流体４とが交互
に配分されるには作動流体が循環流となって受熱部から
蒸気泡を順次運搬することが必要である。逆止弁の無い
ループ型細管ヒートパイプ内の循環流は次の如くして発
生する。

■　受熱部で発生した蒸気泡の圧力は放熱部で減圧縮小
される。従って第１図の如きループ型細管ヒートパイプ
が平面上に水平配置されてある場合作動流体は受熱部１
−Ｈから最も近い放熱部１−Ｃに向って流れ、ループ内
の作動流体４は矢印の方向に循環する。

■　第１図のループ型細管ヒートパイプが下側受熱部１
−Ｈを底部とし連結部コンテナ１−２を垂直に保持して
ボトムヒートとした場合、受熱部１−Ｈで発生した気泡
群５は最も上昇し易く、抵抗の少ない連結部コンテナ１
−２を通って上昇し、気泡群の多くが凝縮した作動流体
４は重力の助けにより蛇行部を下降する。即ち破線矢印
の方向に循環する。即ち作動流体４は重力の補助の得や
すい方向に自ずから循環する。

■ループ型細管ヒートパイプ内の作動流体は作動時に少
しでも抵抗の少ない方向を自ずから選択して循環し、停
滞することはない。

（ｅ）熱量の輸送 上記（ａ）項（ｂ）項の相互作用によりループ内作動流
体４は受熱部１−Ｈに与えられた熱量に対応した軸方向
振動を発生し、これにょｎ、受熱部から放熱部に向って
熱量が輸送される。

管路内に封入された作動流体の軸方向振動により該管路
が熱輸送機能を発揮することは古（から云われて来たが
これを実験により確認し理論的に解明した文献として特
公平２−３５２３９号がある。該公報には作動流体の軸
方向振動による熱伝達の原理が詳細に述べられており、
本発明に係るループ型細管ヒートパイプの作動も原理的
には全く同じであると考えられる。本発明は管内作動流
体の軸方向振動は熱量輸送の有効な手段であることを前
提に発明されたものであってその原理を論じる意図はな
い。然しその原理を別の現わし方で最も簡単に表現すれ
ば次の如く云うことが出来る。「この熱輸送装置の一部
を軸方向振動の振幅を一単位として分割して考え、こ°
の単位長さの間で流体が振動する時は管壁内表面と振動
流体との間には振動し得ない流体の極めて薄い境界層が
出来る。流体の単位長さの両端に温度差があればこの境
界層と管内壁表面には瞬間、瞬間の流体の温度差がその
まま熱伝導により伝達され、蓄熱される。然し次の瞬間
には振動により流体の低温部は境界層及び管内表面の高
温部に、又低温部は高温部に相対位置が変動し、境界層
の高温部は流体に熱量を与え、低温部は流体から熱量を
吸収する。流体の振動によりこの様な熱量の授受が激し
く繰返えされ、流体内には境界層及び管内表面を熱媒体
として激しく均熱化作用が発生する。熱輸送装置の管の
全長はこの様な単位長さの均熱化装置の無数の集合体で
あると考えられるから、熱輸送管は全長にわたり作動流
体を均熱化せしめる機能を発揮する。これはあたかも通
常ヒートパイプが均熱化作用により熱量を輸送するのに
類似した機能であり、有効な熱輸送手段となる。」 （ｄｌ熱輸送能力の受熱部温度依存性 熱輸送手段が有効に作用する゛には熱入力の大きさに応
じて熱輸送能力が増大する温度依存性が必要である。本
発明に係るループ型細管ヒートパイプは受熱部に対する
熱入力に対応して核沸騰が激しくなり入力に対応して熱
輸送能力が活発となる。又作動流体と交互に配分されて
ループ型細管コンテナ内を循環する蒸気泡は、受熱部の
温度上昇による作動液の飽和蒸気圧の上昇に従って圧縮
され、圧力波パルス、流体振動を伝播する能力が上昇し
、熱輸送能力の受熱部温度依存性を良好ならしめる。

上述の如き作用によって本発明に係るループ型細管ヒー
トパイプは逆止弁の廃止にも拘らず受熱部から放熱部に
向って熱量を輸送することが出来る。熱輸送の原理が作
動流体の軸方向振動による熱輸送であるから圧力波パル
スによる振動、軸方向往復による振動の減衰を極力少な
く押えることが望ましい、従ってループ型細管コンテナ
の内壁面は平滑であればある程減衰を小さくくることが
出来る。細管内の平滑化には各種の方法があるが化学的
な手段による研磨が多く・採用される。

減衰を小さくする為に次に注意すべき点は細管の材料で
ある。振動は内圧変動と見なされるから弾性変形により
内圧変動を吸収する様な材料は避ける必要がある。又管
内には振動発生の為大きな内圧が加えられ且つその内圧
荷重は激しい繰返し荷重であるから耐力が小さく耐クリ
ープ性に乏しい材料は避ける必要がある。然し受放熱部
は熱交換部であるから銅、アルミ等材質的に上述の観点
からは望ましくない材料を使用せざるを得ない場合が多
い。従って少なくも受熱部と放熱部を連結する断熱部分
は受熱部に比較して充分に厚肉の細管を用いて形成され
てあるか、ヤング率が大きく、耐クリープ性の良好な金
属材料で形成されてあることが望ましい。

熱輸送の基本が境界層及び細管内表面を媒体として発生
する均熱化作用であるから細管コンテナ外表面から放熱
は熱輸送効率を大幅に悪化させる可能性がある。従って
該ループ型細管コンテナの受放熱部間の連結部（断熱部
）は熱絶縁材料で充分に被覆されてあることが望ましい
。

又上記の均熱化作用は熱伝導が主体となって行なわれる
から作動流体は熱伝導率が大きいことが望ましい。即ち
液体金属を作動流体として使用することより本発明に係
るループ型細管ヒートパイプは大幅な性能向上が可能と
なる。

本発明に係るループ型細管ヒートパイプは作動流体の軸
方向振動による熱伝達を利用するものであるから熱輸送
の基本原理においてはドリームバイブと通称される特公
平２−３５２３９号に係る熱伝達装置と類似である。然
しその装置の構成、作動流体の振動発生のしくみ、７多
（の点で全く異なるもので、熱伝達装置として全く新規
なものである。又本発明の基本はむしろ米国特許４，９
２１．０４１号及び特開昭６３−３１８４９３号に係る
ループ型細管ヒートパイプにあるもので、その構成要素
である流れ方向規制手段（逆止弁）を除去して構成され
たものである。従って米国特許４，９２１，０４１号特
開昭６３−３１８４９３号の明細書に記載の実施例の殆
ど総てはそのまま本発明に係るループ型細管ヒートパイ
プの実施例として適用することが出来る。更にその後に
出願されてある数１０件に及ぶ特開昭６３−３１８４９
３号の応用特許の総てについても本発明に係るループ型
細管ヒトバイブの応用特許としてそのまま適用すること
が出来る。

以下に特公平２−３５２３９号に係る熱伝達装置と本発
明に係るループ型細管ヒトバイブの相異点について述べ
ると共に本発明に係るループ型細管ヒートパイプと米国
特許４，９２１，０４１号及び特開昭６３−３１８４９
３号の相異点について述べて本発明のループ型細管ヒー
トパイプが全く新規なループ型細管ヒートパイプである
ことを説明する。

特公平２−３５２３９号の熱伝導装置においては基本と
なる請求の範囲においても又総ての実施態様においても
一貫して必須構成要素として■１対の流体貯蔵器と■そ
れ等を連結する少な（とも１本の管路と■管路及び貯蔵
器を満たす熱伝導流体と■軸方向振動発生手段との４構
成要素を欠けることなく併設されてあることが、前提条
件として説明されてあり、明細書内容にもその如く記載
されてある。即ち４構成要素の何れか１要素を欠いただ
けでも該熱伝達装置は作動することが不可能であり、特
許も成り立たないことが明白である。

それに対して本発明に係るループ型細管ヒートパイプは
■ループ型細管コンテナと■その内容積を満たすことの
ない量の作動液のみからなっており、■の流体貯蔵器は
全く必要とせず更に明細書記載の如き■の軸方向振動を
発生する機械的、電気的、その他外力利用の発振手段は
一切装着しないものである。

以上の比較だけでも両者の相異と本発明の新規性は明白
であるが更に決定的な相異点が作動流体の構成とそのふ
るまいにある。特公平２−３５２３９号において、その
明細書には該熱伝達装置はヒートパイプとは全く異なる
ものであることが詳細に記述されてあり、本発明に係る
ループ型細管ヒートパイプはヒートパイプの一種である
ことが明白であるから両者間の相異は明らかである。特
公平２−３５２３９号はその明°細書に記載の通り、作
動流体は凝縮性流体を使用する場合であっても気液２相
状態で使用されることはなく、液相状態における非圧縮
性を利用して使用される。それに対して本発明のループ
型細管ヒートパイプはヒートパイプであるから常に気液
２相状態で使用され、気液２相流体の圧縮性を利用して
作動する。

又特公平２−３５２３９号の熱伝達装置においては作動
流体は定められた位置において軸方向振動をするのみで
何等の物質移動を伴なわない点を最大の特徴としている
が本発明のループ型細管ヒートパイプは作動流体がルー
プ内を循環することが必須条件ではないが基本的には作
動流体が循環する熱伝達装置となっている。更に側熱伝
達装置の決定的な相異点としては作動液の軸方向振動の
発生のしくみにある。特公平２−３５２３９号において
作動液は強力な振動発生手段によって強制的に振動せし
められる。この振動発生手段の激しい振動は不必要な部
分にも振動を与え、振動を受ける部分にも、又該振動発
生手段自身にも機械的磨耗を発生せしめ、長年月の連続
使用に対しては信頼性に欠ける点がある。又熱量の輸送
の為には振動発生手段を運転する為に附加的な大きなエ
ネルギーの消費を伴なうものである。

これに対して本発明に係るループ型細管ヒ〜ドパイブの
作動流体の振動は外部からの機械的振動の助けを全（必
要とせず、作動流体自身が軸方向振動の発生源となると
いう全く新規な発想によってなされるものである。即ち
作動流体の核沸騰の衝撃によって振動は発生するもので
あり、この核沸騰は受熱部の熱エネルギーを吸収するこ
とにょて発生し熱量輸送の一過程で自ずから発生する核
沸騰で作動流体が自ずから発振するものであるから、−
切の機械的又は電気的な外部振動の助けを借りる必要は
なく、更に発振の為に何等附加的なエネルギーを消費す
ることはない。又外部に対して振動を与えることなく、
振動発生手段として何等の消耗部品も保有しないから長
年月の連続使用に際しても寿命上の何等の懸念がない。

以上の説明から特公平２−３５２３９号に係る熱伝達装
置と本発明に係るループ型細管ヒートパイプとは全く種
類を異にする熱輸送手段であり、発明の思想としても明
らかに異なるものと云える次に米国特許４，９２１，０
４１号及び特開昭６３−３１８４９３号に係るループ型
細宵ヒートパイプと本発明に係るループ型細管ヒートパ
イプとを比較する。両者は何れも受熱部で発生する核沸
騰と受放熱部間の温度差で作動する点において共通であ
り、長尺のループ型細管コンテナで構成され、前者の実
施態様及び応用特許が殆ど後者にそのまま適用すること
が出来る点で酷似している、然しその作動原理が全く異
なる点で全く別種のループ型細管ヒートパイプであると
云うことが出来る。前者のループ型細管コンテナは逆止
弁によって複数の圧力室に分割されており、受放熱部間
の温度差と受熱部における作動流体の沸騰との相互作用
により圧力室間に呼吸作用が発生して作動液が循環する
。又受熱部で発生する核沸騰により発生する圧力波のパ
ルス振動は逆止弁の球弁に吸収され、逆止弁の振動とし
て変換され、逆止弁の振動は更に作動流体に循環推進力
を付与する。前者のこの様にして発生するループ内の作
動流体の循環によって熱量は運搬される。後者は逆止弁
が全く廃止されてあるから循環は強力ではなく、ゆるや
かに抵抗の少ない方向に自然に流れ全のみで熱量輸送に
は僅かに寄与するのみである。前述の通り熱量運搬は核
沸騰により発生する作動流体の軸方向振動によって行な
われる。

即ち外観及び使用状態は同じであっても逆止弁の有無と
云う極めて重要な構造上の差異があり、更に熱輸送の原
理を全く異にする両ループ型細管ヒートパイプは全く異
種のループ型細管ヒートパイプであると云うことが出来
る。

［実施例］ 第１実施例 外径３ｍｍ内径２．４ｍｔｓの長尺細管の両端末を連結
して第３図の如き多数ターンの蛇行を繰返すループ型細
管コンテナｌを形成した。受熱手段Ｈとしては純銅製受
熱板にて蛇行の中央部を挟持して図示されていないヒー
タで両面°から加熱した。受熱板の幅βは１００ｍｍと
した。蛇行の１ターンの長さしは４６０ｍｍとした。従
って受熱部１−Ｈの長さは１００■であり、残余の３６
Ｃ）ａＩｌには４■／Ｓの風で強制冷却して放熱部１−
Ｃとした。又蛇行ターン数は８０ターンとした。この様
なループ型細管コンテナｌに逆止弁３個を装着し、作動
流体としてフロンＨＣＦＣ−１４２ｂを内容積の４０％
を封入して米国特許４，９２１，０４１号及び特開昭６
３−３１８４９３号に係るループ型細管ヒートパイプを
構成し、又第３図そのままに全（逆止弁を装着せず、作
動流体としてフロンＨＣＦＣ１４２ｂを内容積の７０％
封入した本発明に係るループ型細管ヒートパイプを構成
し、両者の放熱性能を比較した。測定風洞内における測
定姿勢は、図の如く各ターンの１ｕ管部を水平に且つ受
熱板が垂直である様に保持した。測定性能は受熱板に挟
持された受熱部コンテナ１−Ｈの表面温度の各熱入力に
対応する平衡温度と冷却風の入口温度（周囲温度）との
温度差を△ｔ℃とし、これを分子とし、熱入力を分母と
して得られる熱抵抗値１１”Ｃ／Ｗによって比較した。

その結果は次表の如くであり両者に差異はなく、本発明
に係るループ型却１管ヒートパイプは逆止弁付ループ型
細管ヒートパイプに劣らぬ熱輸送能力があることが実証
された。

次に１００Ｗの熱入力で温度が７２．３℃熱抵抗が０．
０４７℃／Ｗで平衡状態になった状態で細管コンテナの
１箇所な圧潰（約９０％圧潰）せしめ作動流体の循環を
困難ならしめた所受熱部の平衝温度は１．７℃上昇し熱
抵抗値は０．０４９℃／Ｗと若干悪化した。更に同部分
を完全に圧潰せしめ、作動流体の循環を完全に停止せし
めた。受熱部の平衡温度は更に１”Ｃ（合計２．７℃）
上昇し、熱抵抗値は０．０５℃／Ｗとなった。このこと
は作動液の一環は温度で２．７℃熱抵抗値で０．００３
℃／Ｗと僅かな寄与に過ぎないもので、循環速度が非常
に緩やかなものであったことな示している、又作動流体
の停止状態であっても本発明のループ型細管ヒートパイ
プが活発に熱輸送することを示し、作動流体はその流路
中に配分されてある蒸気泡の効果による圧縮性のより活
発に軸方向振動を継続していることを示すと共に、軸方
向振動による熱輸送機能が非常に良好であることを示温
でいる。この実験の状態は第４図の測定記録の写しに示
されてある０図の縦軸は温度、横軸は時間の経過を示し
ている。ｉｌｌ、２（重なった！りは熱入力ＩＫＷにお
ける受熱部の温度上昇曲線、＠３．４は夫々放熱部コン
テナの受熱部に近い部分及び遠い部分の表面温度の温度
上昇曲線、線５は冷却風洞の入口空気温度（周囲温度）
線６は風洞出口の空気温度を示す。Ｐ−１点は第１回目
の細管コンテナの半圧潰時点、Ｐ−２点は第２回目の完
全圧潰時点を示し、その直後から温度上昇が始まってい
る。曲線３及び４の温度変動は細管内における作動流体
の軸方向振動を示している。ｖ−１で示される作動流体
循環中の振動は循環流に振動が吸収されて振幅は小さく
なり、流速の遅いｖ　−２Ｆｆｔ近では振幅が大きくな
り、循環停止のｖ　−３附近では振動数、振幅共に活発
になっている。又３，４の曲線は細管コンテナ圧潰によ
り循環流速が遅くなると同時に冷却風の効果により温度
降下し、循環流が完全停止すると、細管コンテナの管壁
における熱交換が活発になり若干の温度上昇を示してい
る。

第２実施例 外径１ｍｍ内径Ｑ、７＋ｙ＋ｍの長尺、細管を直径３８
ｍｍ短径１８Ｉ！ｌａｌの長円形螺旋状に成形しターン
数を４５ターンとしその細管の両端を流通自在に連結し
た螺旋蛇行のループ型細管コンテナを２個製作した。又
半径９ｍｍの２条の溝を有するフィン高さ１３ｍｍ、受
熱底面５０＋ｎｍＸ　５０ｍｍのアルミヒートシンクを
準備した。螺旋蛇行のループ型細管コンテナの２個の端
部な第５図の如くヒートシンクの条溝にはんだ接着して
放熱器を構成した。図においては簡略の為細管コンテナ
は線図で示しである。

又図においてＨ−３は受熱用ヒートシンク、１−Ｈ−１
，１−Ｈ−２は受熱部、１−Ｃ−１，１−Ｃ−２は放熱
部、Ｃの矢印は冷却手段の冷却風である。該放熱器の両
コンテナに逆止弁を装着し、夫々２相作動流体を内容積
の４０％封入して米国特許４，９２１，０４１号及び特
開昭６３−３１８４９３号に掛るループ型細管ヒートパ
イプを構成してその性能を測定した。然る後夫々のコン
テナの逆止弁を除去して再び密封し、夫々に２相作動流
体を内容積の８０％封入して第５図の如き本発明に係る
ループ型細管ヒートパイプを構成して性能を測定した。

測定風速は総て３　ｍ／ｓとし、測定態様はボトムヒー
トモード及びトップヒートモードとした。測定結果は何
れの測定モードにおいて本発明に係るループ型細管ヒー
トパイプの方が性能が勝っており、更に前者がトップヒ
ートモードで性能が低下したのに対し、本発明に係るル
ープ型細管ヒートパイプのトップヒートモードの性能は
ボトムヒートモードの性能と全く変化がなかった。更に
各熱入力に対する熱輸送能力の受熱部温度依存性も良好
であった０次表にそれ等の測定データを示す。

＃Ｉｚ糸外　　　ホト蟲ヒートモーｒ　　　風速３ｍ／
ｓ＃ｌ疋条件　　　トップヒートモード　　　風速３　
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遠３剛／−第３実施例 本発明に係るループ型細管ヒートパイプは細管コンテナ
で構成されるので、設計上受熱部長さが充分に長くする
ことが出来ない場合核沸騰により発生する蒸気泡の量及
び数が不充分になる場合がある。その場合細管コンテナ
内の作動流体の軸方向振動が不活発となり性能が低下す
る恐れがある、その様な場合には細管コンテナの受熱部
群における所定の群については、それ等が共通の蒸気発
生室内に導入されて、その中にそれらの端末が開放され
てある構造にすると良い、第６図はその一例を示しであ
る０図において＋１−Ｂは受熱手段である受熱ブロック
であり、その中には蒸気発生室６が設けられてあり、該
蒸気発生室６の中にはループ型細管コンテナｌの受熱部
群の一部の群１−Ｈ−１が導入されて、作動液体及び蒸
気泡が流通自在となる様に開放されている０図において
は残余の群１−Ｈ−２は蒸気発生室６の中に導入はされ
てあるが開放はされてはいない、１−Ｈ−２の受熱部群
は発生蒸気から直接熱量を吸収して受熱し核沸騰を発生
すると共に１−Ｈ−１の受熱部群の開放端から導入され
る軸方向振動の圧力波との相互作用により緩やかな作動
流体循環を助けると共に放熱の後液相リッチとなってい
る細管コンテナ１−Ｃ中の作動流体に蒸気泡群を配分し
て軸方向振動の発生を容易ならしめる。受熱部群１−Ｈ
−１の開放口からは蒸気発生室６で発生した充分な数と
量の蒸気泡と圧力波パルスと振動圧力が導入される。

第４実施例 作動流体が循環流としてループ型細管管内を流れ、これ
により受熱部から放熱部に熱量を運搬する構造のループ
型細管ヒートパイプにおいては蛇行ターンにより多数の
直管部を集束したり並列化して大容量の受放熱部を形成
せんとする場合、各ターンの曲率半径を所定の限界以下
にすることが不可能で集束密度を大きくしたり、並列化
密度を大きくすることが困難な場合が多かった。この様
な曲率半径の限界としては急激なターンが管内の圧力損
失を急上昇せしめることにより発生する限界が第１の限
界であった。この゛様な圧力損失上昇が多数ターン部で
累積してループ型細管ヒートパイプが作動不能となる例
もあった０発生する第２の限界は薄肉細管の場合曲率半
径を小さくすると座屈により局部的圧潰が発生するとい
う加工技術的な限界であった。例としては外径１ｍＷ１
１内径０゜７ｍｍの細管の最小曲率半径は内径で２ｍｍ
外径で３１前後であり、外径３ｍｍ内径２．４ｍｍの細
管の曲率半径の限界は内径で３ｍｍ外径で６１１ＩＩ１
１前後である。これに対し本発明に係るループ型細管ヒ
ートパイプの場合は熱量の輸送な作動流体内を伝播され
る圧力波パルス及び流体の軸方向振動であり、これ等は
流体の流れの場合とは異なり、振幅が小さい場合は急激
なターンでもそれ程大きな減衰を示さない。従って加工
技術的な限界を克服すれば問題点は解決される。第７図
はその様な問題点克服の為の実施例の一つを示す。即ち
ループ型細管コンテナ１は多数ターンの蛇行ループ型細
管コンテナであって、そのターン群の曲管部は一括して
共通の内圧管又は内圧容器７，８として形成されてあり
、ターン群の端末群はその中に開口せしめられである０
図においてＨは受熱手段、Ｃは冷却手段であり、１−Ｈ
は細管コンテナの受熱部、ｌ−Ｃは細管コンテナの放熱
部である。内圧管内又は内圧容器内の作動流体はパスカ
ルの原理により圧力波及び軸方向振動圧力を全方位に伝
播して各細管コンテナの開口端に伝えるから、内圧管又
は内圧容器７，８は極めて曲率半径の小さな曲管部の役
目をする。従って細管コンテナは極めて高密度に接近せ
しめて集束又は並列化せしめることが出来る。

第５実施例 本発明に係るループ型細管ヒートパイプと米国特許４，
９２１，０４１号及び特開昭６３−３１８４９３号に係
るループ型細管ヒートパイプとは作動原理が全く異なる
異種のループ型細管ヒートパイプではあるが外部構造は
全く同じであり、実施態様が殆ど同等である、然しそれ
等の特長を有効に活用せんとする場合は前者と後者には
夫々に秀れた点、劣る点があり、又何れを適用すべきか
判断が困難な場合もある。従ってそれ等の応用に際して
は製作完了後、又は設計完了の時点において前者から後
者に、又は後者から前者に改造、変更、切替え等の必要
が発生する頻度が高いものと考えられる。

ループ型細管ヒートパイプの大きな特長として応用製品
の完成後又は応用製品の配置現場においても作動流体の
封入、封入量の加減等を容易に実施することが出来る。

又前者から後者に変更する場合は逆止弁を取付けるだけ
で良く、後者から前者に切替える場合は逆止弁を除去す
るだけで良い。細管コンテナの切断、接続は容易な作業
であるから上述の如き逆止弁の取付は及び除去作業は容
易に実施することが出来る。又この様な取付は除去作業
が予測される場合は第８図に例示の如く細管コンテナ上
における逆止弁の除去、又は取付けに想定される部分を
所定の距離を設けて切断し、その両切断端末に１１−２
．１２−１の如くフレア接手、又はオートカップリング
の雌側、又は雄側な夫々に装着しておき、別に両端に上
記雌側又は雄側に対応する雌側又は雄側のフレア接手又
はオートカップリング１１−１．１２−２が装着されて
ある接続用細管コンテナを２個用意し、この２個接続用
コンテナの１個は単なる長さ調整用の接続用細管コンテ
ナ９とし、他の１個は逆止弁２−１が装着されてある逆
止弁付接続用細管コンテナ１０とした２種類であるとす
れば、これ等を交換して着脱することにより逆止弁２−
１が着脱自在となっているループ型細管ヒートパイプ１
として構成することが出来る。これにより前述の前者の
ループ型細管ヒートパイプと後者のループ型細管ヒート
パイプは改造、変更、切替えが自在となる。この場合特
に後者から本発明に係るループ型細管ヒートパイプであ
る前者に変更する場合は封入液量の微調整が殆ど不要で
あるから極めて容易に実施することが出来る。これは本
発明に係るループ型細管ヒートパイプにおいては内容積
の満量の６５％〜９５％の如き広い加減範囲に液量を封
入しても圧力波及び振動波は殆ど変り無（良好に伝播さ
れることによる。この様に実施することにより、本発明
に係るループ型細管ヒートパイプは逆止弁が装着され作
動流体がループ内を循環して数量を運搬する従来型のル
ープ型細管ヒートパイプから逆止弁を除去したり、又は
逆止弁の装着を省略して構成することが出来る。

ハ、発明の効果 従来型のループ型細管ヒートパイプが逆止弁の如き振動
機構の使用が不可避であった為長期寿命を完全には保証
することが不可能であったのに対し、本発明に係るルー
プ型細管ヒートパイプは新規な作動原理の採用により、
細管内の消耗部品及び細管外の補助機構部品の総べてを
廃止した構造となったので寿命保証上の懸念されるべき
点の一切が解消されるに至った。従って本発明に係るル
ープ型細管ヒートパイプは殆ど完全に近い高信頼性ヒー
トパイプであると云うことが出来る。

又従来のループ型細管ヒートパイプは逆止弁の製作誤差
により性能にバラツキが発生したので製造時の中間検査
が不可欠であり、更に逆止弁装着後の気密性検査が不可
避であったが本発明に係るループ型細管ヒートパイプは
そ゛れ等の問題からも完全に解放される。此の点からの
信頼性向上も極めて大きな効果であると考えられる。

本発明に係るループ型細管ヒートパイプはこれ以上簡素
化することの出来ない程の極めて簡素な構造であり、新
規な製造設備を全く必要とすることもなく、直ちに工業
生産に移行し量産化することが出来る。

本発明に係るループ型細管ヒートパイプは従来型の逆止
弁使用のループ型細管ヒートパイプのあらゆる実施態様
にそのまま適用することが出来る、又逆止弁の除去、作
動流体の再封入だけで従来型細管ヒートパイプから本発
明に係るループ型細管ヒートパイプに変更、改善、切替
えが不能であるから従来型ループ型細管ヒートパイプを
適用して既に製作されてある多くの応用機器についても
本発明に係るループ型細管ヒートパイプに改善、切替え
が容易であり、逆上弁を除去してその信頼性を向上させ
ることが出来る。

以上の如くであるから本発明に係るループ型細管ヒート
パイプは当業界及び応′用機器業界に対し技術的並びに
工業的に寄与する所が大きいものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図　本発明に係るループ型細管ヒートパイプの構成
を示す一部断面略図。 第２図　従来型のループ型細管ヒートパイプの構成を示
す一部断面略図。 第３図　本発明に係るループ型細管ヒートパイプの第１
実施例を示す平面図。 第４図　第１実施例ループ型細管ヒートパイプの作動状
態の一部を示す実測記録図で あって熱入力に対応する各部の温度上昇曲線図である。 第５図　本発明に係るループ型細管ヒートパイプの第２
実施例を示す斜視略図。 第６図　本発明に係るループ型細管ヒートパイプの第３
実施例の構成を示す一部断面の平面略図。 第７図　本発明に係るループ型細管ヒートパイプの第４
実施例の構成を示す平面図。 第８図　（イ）、（ロ）　本発明に係るループ型細管ヒ
ートパイプの第５実施例の構成を示す平面図。 １　・・・　ループ型細管コンテナ １−Ｈ・・・　受熱部 １−Ｃ・・・　放熱部 Ｈ・・・　受熱手段 Ｃ・・・　冷却手段 ２　・・・　循環方向規制手段 ２−１　・・・　逆止弁 ４　・・・　作動流体 ５　・・・　蒸気泡 ６　・・・　蒸気発生室 ７　・・・　内圧管 ９　・・・　接続用細管コンテナ １０　　・・・　逆止弁付接続用細管コンテナ１１　・
・・　フレア接手又はオートカップリング第１図 第２図 Ｍ凰晴間（分）□ 第５図 ）Ｈ−２支帖部 第６図 第７図 第８図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）細管の両端末が相互に流通自在に連結されて密閉
   コンテナとして形成されてあるループ型細管コンテナの
   少なくも１個所の所定の部分は受熱部として、残余の細
   管コンテナの少なくも１個所の所定の部分は放熱部とし
   て構成されてあり、それらの大部分は受熱部と放熱部が
   交互に配設されてあり、ループ型細管コンテナ内にはそ
   の全内容積に未満の所定量の所定の２相凝縮性作動流体
   が封入されてあり、細管の内壁直径は所定の作動流体が
   常に管内を閉塞した状態のままで循環又は移動すること
   が出来る最大直径以下の直径であることを特徴とするル
   ープ型細管ヒートパイプ。
2. （２）ループ型細管コンテナの大部分は多数ターンの螺
   旋形状又は多数ターンの蛇行形状に屈曲成形されてあり
   、受熱部の大部分と放熱部の大部分とは螺旋又は蛇行の
   大部分の各ターン毎の所定の位置に設けられてあること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のループ型細
   管ヒートパイプ。
3. （３）ループ型細管コンテナの内壁面は可能な限り極め
   て平滑に研磨されてあることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のループ型細管ヒートパイプ。
4. （４）ループ型細管コンテナにおける受熱部と放熱部と
   を連結する断熱部分は受放熱部に比較して充分に厚肉の
   細管を用いて形成されてあるか、ヤング率が大きく耐ク
   リープ性の良好な金属で形成されてあるかの何れかであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のルー
   プ型細管ヒートパイプ。
5. （５）ループ型細管コンテナの受熱部と放熱部とを連結
   する中間部分は断熱材で被覆されてあることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のループ型細管ヒートパ
   イプ。
6. （６）２相凝縮性作動液は流体金属であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のループ型細管ヒート
   パイプ。
7. （７）ループ型細管コンテナに設けられた受熱部群にお
   ける所定の受熱部群は共通の蒸気発生室内に導入されそ
   れらの端末が開放されて構成されてあることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のループ型細管ヒートパ
   イプ。
8. （８）ループ型細管コンテナは多数ターンの蛇行ループ
   型細管コンテナであって、そのターン群の所定の群の曲
   管部は一括して共通の内圧管又は内圧容器として形成さ
   れてありターン群の端末群はその中に開口せしめられて
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のル
   ープ型細管ヒートパイプ。
9. （９）細管の両端末が相互に連結されてなる密閉ループ
   型細管コンテナ内の所定の部分に作動流体の循環方向を
   規制する循環方向規制手段が配設されてあり、ループ型
   細管コンテナの所定の部分が受熱部として、他の所定の
   部分が放熱部として構成されてあり、該ループ型細管コ
   ンテナ内に所定量の気液２相の作動流体が封入されてあ
   り、作動流体が循環方向規制手段と受熱部に発生する核
   沸騰と受放熱部間の温度差の３者の相互作用によりルー
   プ型細管コンテナ内を所定の方向に循環して受熱部と放
   熱部間の熱交換がなされるループ型細管ヒートパイプの
   循環方向規制手段が除去され、又は循環方向規制手段の
   装着が省略されて構成されたものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のループ型細管ヒートパ
   イプ。