JPH043889A - ループ型フレキシブル細管ヒートパイプ - 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、特にプラ
スチック細管か合成ゴム細管をその構成要素の一部とす
る作動液自動補給型のループ型フレキシブル細管ヒート
パイプに関する。

〔従来の技術〕

ループ型細管ヒートパイプは細管コンテナで構成されて
あるから本来可撓性に冨んでおり、多くは蛇行ループ状
に屈曲せしめて使用されるものである。然しヒートパイ
プは熱量の輸送を目的として使用されるものであるから
細管材料としては純銅、純アルミの如く熱伝導性の良好
な材料が使用される。従って可撓性に冨むとは難も多数
回の繰返し屈曲に耐えることは期待出来なかった。然し
本願発明者が特開平１２０３８９３号において提案した
如く、細管コンテナの一部又は総てをプラスチック細管
か合成ゴム細管と置換することによって、ループ型細管
ヒートパイプはその可撓性が大幅に改善されただけでな
く繰返し屈曲に対しても無限回近く耐えることが可能と
なった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の如〈従来より可撓性が大幅に改善されたループ型
フレキシブル細管ヒートパイプに残された重大な問題点
は製作初期の熱輸送性能を長期間保持せしめることが困
難な点であった。

即ちプラスチック細管や合成ゴム細管は本質的な性質と
して、ガス透過性を有するものであり、ガスバリヤ性に
秀れた材質のものを採用したとしても金属細管の如きほ
ぼ完全な作動液封止機能を与えることは困難で、気相作
動液の透過損失により、徐々に作動液を失なったヒート
パイプは最終的にはその熱輸送性能をも失うに到るもの
であった。

又ループ型細管ヒートパイプに対する定量の作動液封入
は困難な作業であり、高圧力で作動中のヒートパイプや
適用姿勢のままの装着状態のヒートパイプに失われた作
動液を補充注入することは殆ど不可能とされている。

（ロ）発明の構成 〔問題点解決の手段〕 問題点解決の為にはループ型フレキシブル細管ヒートパ
イプのプラスチック細管部又は合成ゴム細管部の管壁か
ら気相作動液の透過により発生する損失を確実に補給す
る必要がある。その手段の基本的な構成を第１図に例示
する。図において１はループ型細管ヒートパイプであっ
てループ型細管コンテナの１部若しくはその総てがプラ
スチック細管か合成ゴム細管によって形成されてある。

該細管ヒートパイプ１には作動液自動補給装置２が併設
されてあり両者は連結細管３によって連結されてある。

作動液自動補給装置２の構成の必須要素として作動液貯
蔵タンク２−１を主たる構成要素としており、連結細管
３又は貯蔵タンク２−１には作動液４をループ型細管コ
ンテナに供給する方向のみに推進し、タンク内に逆流す
ることを不可能とする作動液補給手段２−２が設けられ
てありこれを第１の手段とし、ループ型細管ヒートパイ
プ１が作動中であってもその作動を妨げることな（タン
ク内に作動液を充填することの可能な作動液充填手段２
−３が設けれであることを第２の手段とし、少なくとも
この様な２手段が設けられであることを従たる構成要素
としている。図において作動液補給手段２−２は連結細
管３に設けであるが基本的には連結細管又は貯蔵タンク
２−１の如何なる位置に設けられてあっても良い。又は
作動液充填手段２−３も図においては貯蔵タンク２−１
の上部に設けられであるがその配設位置は貯蔵タンク２
−１の如何なる位置にも限定されない。

連結細管３による連結は作動液供給装置側においては作
動液貯蔵タンク２−１の底部附近で連結されてあり、ル
ープ型細管ヒートパイプ側においては、ループ型細管ヒ
ートパイプが良好に作動し得る最少必要量の作動液が、
ループ型細管ヒートパイプが所定の適用姿勢のまま作動
を停止した場合に示す水位附近で連結されてある。又当
然ではあるが作動液貯蔵タンク２−１は作動液充填作業
実施時以外には作動液補給手段２−２の補給口を除いて
完全に外部とは気密に遮断された密閉状態に保持されて
ある。

〔作　用〕

上述の如く構成されてある本発明に係るループ型フレキ
シブル細管ヒートパイプは以下の如く作用する。

（ａ）ヒートパイプ作動中の作用 ヒートパイプとして作動中ループ型細管ヒートパイプ内
は受熱部温度に対応して発生する作動液飽和蒸気圧に応
じて内圧が上昇し、受放熱部間の温度差に応じた循環速
度でループ内を作動液が循環し乍ら受熱部から放熱部に
向って熱量を運搬する。この間低温低圧の貯蔵タンク２
−１の中に細管ヒートパイプ１内の作動液は逆流しよう
とするが作動液補給手段２−２の逆止作用によって阻止
されてループ型細管コンテナ内の作動液量は安定を保っ
て性能を維持しながら作動を続ける。然しこの間作動液
量は全く一定なわけではなく、プラスチック細管部の内
壁総面積と、プラスチック管壁の厚さと、作動液の蒸気
温度と、飽和蒸気圧及び該プラスチックの気体透過係数
等に関係する微量ではあるが長い日時には無視出来ない
透過に因る減少を続ける。

（ｂｌヒートパイプ作動停止中の作用 ループ型細管ヒートパイプの受熱部に対する加熱が停止
され、コンテナ内温度が低下するとコンテナ内作動液は
凝縮し、適用姿勢における下部位置に降下し水位を形成
する。温度が低下し作動液蒸気圧が細管コンテナ内と作
動液貯蔵タンク内の両者内において同等になると、作動
液補給手段２−２の作用によりタンク内作動液は細管コ
ンテナ内に流出して、コンテナ内の作動液減少分を補給
する。この自動補給は貯蔵タンク内の貯蔵液が水位限界
Ｗ、、Ｗ４の間にある限りは、細管ヒートパイプの作動
限界における最低量の液量が示す最低水位Ｗ２以上を保
つ様継続される。

（Ｃ）貯蔵タンク２−１に対する作動液充填長い日月の
間には貯蔵タンク２−１内の貯蔵量は減少し、細管コン
テナ内の液量と共に減少し、ループ型細管ヒートパイプ
内の液量は良好な作動の為に必要な最低量に近づくこと
になる。その前の適切な時期に作動液充填手段２−３に
より貯蔵タンク２−１内に作動液を充填する必要がある
。

従って作動液充填手段２−３はループ型細管ヒートパイ
プの停止時でも、又作動中であっても細管ヒートパイプ
の性能に変化を与えることなく充填することが出来る様
構成されてある。

以上の如く本発明に係るループ型フレキシブル細管ヒー
トパイプはそのプラスチック細管又は合成ゴム細管の気
体透過による作動液減少を一定の期間内は自動補給し、
その期間内毎に所定量の作動液を供給することが出来る
。

〔実施例〕

第２図に本発明に係るループ型フレキシブル細管とヒー
トパイプの第１実施例及び第２実施例を併示しである。

ループ型細管ヒートパイプ１は金属細管放熱部１−１、
プラスチック細管断熱部１−２、金属細管受熱部１−３
、逆止弁１−４．　１−５で構成されてある。鎖線Ｗ、
、Ｗ、は夫々細管ヒートパイプが良好に作動するに必要
な作動液の最大量及び最少量が作動停止時に示す水位で
ある。矢印は逆止弁１−４．１−５の作用により循環す
る作動液の流れ方向を示す。破線Ｃは冷却手段、破線Ｈ
は加熱手段を示す。

第１実施例 本実施例は併設される作動液自動補給装置２における作
動液補給手段２−２及び作動液充填手段２−３の構造を
特徴とする。作動液補給手段としては連結細管３に設け
られた逆止弁２−２で構成されてあり、この逆止弁は極
めて敏感に作動し、貯蔵タンク２−１とループ型細管コ
ンテナの微小な圧力差にも反応して細管コンテナに向っ
て流れる作動液の流れは抵抗無く流動せしめ、貯蔵タン
ク２−１に向う逆流は完全に防止する。

作動液充填手段２−３は管路開閉バルブ２−３−３が設
けられである液相作動液注入管路２−３−１及び管路開
閉バルブ２−３−４が設けられである気相作動液排出管
路２−３−２が共に貯蔵タンク２−１の上部附近に配設
されて構成されてある。気相作動液排出管路２〜３−２
は鎖線Ｗ、で示されたタンク内水位上限より上部に開口
している必要があるが該上限水位はタンク内最頂部の場
合もあり、従ってタンク頂部に設けられである方が望ま
しい。液相作動液注入管路２−３−１は作動液貯蔵タン
ク２−１の何処に開口していてもよいが、液相作動液４
−１は容積の大きい貯蔵タンク２−１内に注入されると
沸騰状態となり多量の気相作動液４−２を発生し、作動
液を撹乱せしめ正確な液量充填が困難となるから、タン
ク頂部に開口せしめることが望ましい。

液相作動液注入に際しては沸点が常温より低い流体の場
合は多量の気相作動液（蒸気）を発生してその飽和蒸気
圧により注入が困難となるからバルブ２−３−３を開放
するだけでなく　２−３−４をも開放して気相作動液４
−２をタンク外に排出する必要がある。又沸点が常温以
上の場合でもタンク内の気相作動液の排出は必要である
。本実施例においてはタンク内水位の上限Ｗ、と下限Ｗ
４とは夫々細管ヒートパイプの作動停止時水位の上限Ｗ
１及び下限Ｗｔとほぼ一致する様にタンクの高さは形成
されてある。従って細管ヒートパイプ停止時に充填作業
を実施しても細管コンテナ内にＷ８以上の水位迄作動液
が流入することはない。従ってこの場合に細管ヒートパ
イプの必要量以上の作動液が細管コンテナ内に供給され
ることはない。又作動液充填作業が細管ヒートパイプ作
動時に実施する場合は細管コンテナ内には作動温度によ
る飽和蒸気圧により逆止弁２−４−２は強固に閉鎖され
てあるから、貯蔵タンク２−１に対する作動液充填作業
は細管ヒートパイプの作動に何等の影響をも与えること
な〈実施することが出来る。沸点が一１０℃、−２０℃
の如き低温作動液の密閉容器内充填の場合は通常は容器
温度を沸点近く迄冷却する必要があるが本実施例に係る
作動液充填手段２−３の場合は液相作動液注入管路２−
３−１から低温作動液４−１を注入すると同時に気相作
動液排出管路２−３−２から気相作動液を排出すること
により作動液は断熱膨張による自冷作用により注入作動
液の大部分は液相を維持してタンク内に充填させること
が出来る。この点は本実施例充填手段の大きな利点であ
る。

第２実施例 本発明に係るループ型フレキシブル細管ヒートパイプに
おいて作動液補給手段２−２はその構成部品が如何に精
度の良好なものが使用されてあっても、該細管ヒートパ
イプの作動中のループ型細管コンテナ内の飽和蒸気圧に
よって作動液が貯蔵タンク２−１内に逆流を防ぐ逆止作
用が完全とは限らず、微量の漏洩が発生する場合がある
。又第１実施例の如く作動液補給手段として逆止弁２−
２を使用する場合漏洩を完全に防止する為、弁体を弁座
に押圧するスプリングを強くした場合には貯蔵タンク２
−１から細管コンテナに向って作動液が流れる場合に必
要とする圧力が増加し、作動液推進力発生の為のタンク
内有効水位の多くが失なわれ、作動液自動補給機能の多
くが失なわれるに至る。逆に作動液推進に必要な圧力を
極めて小さくする場合は逆止機能が低下し微量の漏洩が
発生する恐れがある。この様な状態のループ型細管ヒー
トパイプの作動時間が長時間に及ぶ場合はループ型細管
コンテナ内の作動液は貯蔵タンク内に移動し、遂にはヒ
ートパイプとしての作動に必要な最少量以下となりルー
プ型細管ヒートパイプはその機能を失なうことになる。

本実施例はその問題点を解決する。

本実施例は第２図に併示されてある如く作動液貯蔵タン
ク２−１の液相作動液４−１の部分と気相作動液４−２
の部分とはタンクの外部で金属細管２−４−１で連結さ
れてループ状作動液流路が形成されてあり、該ループ状
細管の一部はループ状フレキシブル細管ヒートパイプの
受熱部１−３と共に共通の加熱手段Ｈにより該受熱部１
−３と同一温度に加熱される様に構成されてある。更に
該被加熱部と貯蔵タンク２−１の液相部の間の金属細管
には被加熱部に向ってのみ作動液を流通せしめる逆止弁
２−４−２が配設されてある。

この様に構成されてあることにより、被加熱部に発生し
た気相作動液（蒸気）はタンク内の気相作動液部内に推
進されこの部分の圧力を上昇せしめ更に液相作動液４−
１を逆止弁２−４−２に向って推進せしめ、作動液はル
ープ内を循環せしめられる。この循環は最終的にはタン
ク内液相作動液４１の温度をも上昇せしめループ型フレ
キシブル細管ヒートパイプ内の作動液とほぼ同一温度に
到達せしめられる。図示していないがこの作用を確実な
らしめる為には作動液貯蔵タンク２−１の外周は充分な
断熱材で保温されてあることが望ましい。この結果とし
て作動液貯蔵タンク２−１の内圧はループ型フレキシブ
ル細管ヒートパイプ１の内圧とほぼ同一の内圧迄上昇せ
しめられる。

上記の如き作用の結果として作動液補給手段（又は逆止
弁）２−２における作動液漏洩による逆流は完全に防止
される。このことにより作動液補給手段（又は逆止弁）
２−２はそれ程高い精度を必要としなくなる。又逆止力
を強化する必要が無いから作動液補給手段（又は逆止弁
）２−２の感度を極めて鋭敏に構成することにより、貯
蔵タンク２−１からループ型フレキシブル細管ヒートパ
イプ１に作動液が補給される時の抵抗を殆んど無くする
ことが出来るから、本発明に係るループ型フレキシブル
細管ヒートパイプの作動液自動補給機能を大幅に改善せ
しめることが出来る。

（ハ）発明の効果 上述の如き本発明に係るループ型フレキシブル細管ヒー
トパイプは併設された作動液自動補給装置の作用により
、プラスチック細管部分又は合成ゴム細管部分のガス透
過による作動液の減少を気に掛けることなく長日刃に亘
って使用することが出来る。更に所定の日月毎に該細管
ヒートパイプの作動中、停止中を問わず、且つその性能
を害うことなく、貯蔵タンクに作動液を補充することも
出来る。即ち本発明に係るループ型フレキシブル細管ヒ
ートパイプは半永久的な連続使用が可能なヒートパイプ
であると云うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な構成を示す正面略図である。 第２図は本発明の第１実施例及び第２実施例を示す一部
断面の正面図である。 １・・・ループ型フレキシブル細管ヒートパイプ、１−
１・・・金属細管放熱部、１−２・・・プラスチック細
管断熱部、１−３・・・金属細管受熱部、１−４・・・
逆止弁、１−５・・・逆止弁、Ｃ・・・冷却手段、Ｈ・
・・加熱手段、２・・・作動液自動補給装置、２−１・
・・作動液貯蔵タンク、２−２・・・逆止弁、２−３−
１・・・液相作動液汁入管路、２−３−２・・・気相作
動液排出管路、２−３−３・・・管路開閉バルブ、２−
３−４・・・管路開閉バルブ、２−４−１・・・金属細
管、２−４−２・・・逆止弁、３・・・連結細管、４−
１・・・液相作動液、４−２・・・気相作動液、Ｗ、・
・・作動停止時水位上限、Ｗ、・・・作動停止時水位下
限、Ｗ、・・・タンク内推移上限、Ｗ４・・・タンク内
推移下限。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）長尺細管の両端末が相互に連結されてループ型細
   管コンテナが形成されてあり、該コンテナ内には所定の
   ２相流体の所定量が作動液として封入されてあり、所定
   の手段により所定の方向に循環して、コンテナの受熱部
   から放熱部に向って熱量を輸送する様に構成されてある
   ループ型細管ヒートパイプにおいて、ループ型細管コン
   テナの一部若しくは全部分がプラスチック細管か、合成
   ゴム細管の何れかによって形成されてあり、且つループ
   型細管コンテナは併設されてある作動液自動補給装置と
   連結細管により連結されてあり、該作動液自動補給装置
   は作動液貯蔵タンクを主体とし、該作動液貯蔵タンク又
   は連結細管には作動液をループ型細管コンテナに供給す
   る方向のみに作動液を推進せしめる作動液補給手段と、
   ループ型細管ヒートパイプが作動中であってもその作動
   を妨げることなくタンク内に作動液を充填することの可
   能な作動液充填手段の少なくとも２手段が設けられてあ
   り、更に連結細管による連結は作動液自動補給装置側に
   おいては作動液貯蔵タンクの底部附近で連結されてあり
   、ループ型細管ヒートパイプ側においてはループ型細管
   ヒートパイプが良好に作動し得る最少必要量の作動液が
   、ループ型細管ヒートパイプが所定の適用姿勢のまま作
   動を停止した場合に示す水位附近で連結されてあること
   を特徴とするループ型フレキシブル細管ヒートパイプ。
2. （２）作動液自動補給装置は、作動液貯蔵タンクと、該
   タンク内に液相作動液を注入する為の流路開閉用バルブ
   付管路と、タンク内の気相作動液を排出する為の流路開
   閉用バルブ付管路と、作動液の流れを貯蔵タンクからル
   ープ型細管コンテナに向う方向のみに規製する逆止弁が
   配設されてある連結細管との４構成要素を基本として構
   成されてあり、タンク内に貯蔵される作動液の最高水位
   と最低水位は、ループ型フレキシブル細管ヒートパイプ
   の作動に必要な作動液の最大量と最小量が、該細管ヒー
   トパイプが所定の適用姿勢にて作動を停止している時に
   示す細管コンテナ内の最高水位と最低水位にほぼ一致し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   ループ型フレキシブル細管ヒートパイプ。
3. （３）作動液貯蔵タンクの液相部と気相部がタンクの外
   部で金属細管により連結され、ループ状作動液流路が形
   成されてあり、該ループ状細管の一部はループ状フレキ
   シブル細管ヒートパイプの受熱部と同一温度に加熱され
   る様構成されてあり、更に該被加熱部と貯蔵タンクの液
   相部の間の金属細管には被加熱部に向ってのみ作動液を
   流通せしめる逆止弁が配設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フレキシブル細
   管ヒートパイプ。