JPH0449497Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案はヒートパイプに関し、特に数十ない
し百数十ｍ程度の長尺ヒートパイプに関するもの
である。

従来の技術 周知のようにヒートパイプは、密閉管の内部に
金網や溝からなるウイツクを設けるとともに、非
凝縮性気体を吸引排気した後に水やアンモニヤな
どの作動流体を封入した構成である。そして外部
から熱を受けて蒸発気化した作動流体が、温度お
よび圧力の低い個所に流れて放熱することによ
り、作動流体の潜熱として熱を運び、また作動流
体の蒸発に伴うウイツクにおける毛細管圧力によ
つて液相の作動流体を還流させる。しかるに液相
作動流体が還流する際の圧力損失や水頭差が、発
生させ得る最大毛細管圧力を越えれば、液相の作
動流体が外部から熱を受ける加熱部に還流しなく
なるために、熱輸送を行なうことができなくな
り、したがつてヒートパイプはその長さや設置す
る姿勢が、発生させ得る最大毛細管圧力によつて
制約される。

そのため従来、毛細管圧力が高く、また圧力損
失の小さいウイツクが種々開発されており、それ
に伴つて相当長距離にわたつて熱輸送することの
できるヒートパイプが造られるようになつてきて
いる。長尺のヒートパイプは、単に高温源と低温
源との間の距離が長い場合に限らず、洞道内の電
力ケーブルを冷却する場合のように発熱源が長い
場合にも使用されている。このような場合、効率
の良い熱授受を行なわせるために、ヒートパイプ
を対象物に添設することが多く、その結果外部か
ら熱を受ける相当長い範囲の加熱部を、液相作動
流体の流動方向とは反対向きに傾斜させなければ
ならない場合も生じる。このような所謂逆勾配布
設の場合、水頭差が大きくなつて加熱部の全体に
液相作動流体を還流させ得なくなつたり、あるい
は加熱部が長いためにその端部で液相作動流体を
充分還流させ得なくなつたりする事態が生じる。
このような不都合を解消するため、従来では、冷
却部に溜つた液相作動流体をポンプによつて加熱
部の全体に還流させ、あるいはポンプに替えてエ
ジエクター装置が用いられていた。

ヒートパイプは前述したように、外部から熱を
受ける加熱部と外部に熱を放出する冷却部との熱
的バランスによつて、作動流体の蒸発気化および
凝縮液化が生じ、それに伴つて熱輸送するもので
あり、したがつて熱輸送量が極めて多いことと併
せて、自動的に動作することを特徴とするもので
ある。しかるに前述したようなポンプやエジエク
ター装置を付設したのでは、外部動力を導入しな
ければならないうえに、その制御をも行なわなけ
ればならないから、ヒートパイプを用いることの
利点がなくなつてしまう問題がある。

ところで、加熱部が相当に長くかつ加熱部の一
部が液相作動流体の還流方向とは反対方向に傾斜
している場合であつても、外部動力を用いること
なく加熱部の先端まで液相の作動流体を還流させ
ることが可能なヒートパイプの一つとしては、既
に複管式のヒートパイプが実開昭59−23582号
（実願昭57−115116号）に示されている。この複
管式のヒートパイプは、第３図に示すように吸熱
管２０の内側に液供給管（給液管）２１を内装し
て内外２重管構造として、液供給管２１の先端２
１Ａが吸熱管２０の加熱部２２側の先端部２０Ａ
で開口するようにし、かつ加熱部２２はその先端
側から基端側へ向つて下降する逆勾配部分を有す
るものとし、さらに加熱部２２の基端屈曲部分２
２Ａにおいて吸熱管２０および液供給管２１が上
方へ立上がる構造として、その上方に立ち上がつ
た部分の上端には冷却部２３を設けて、吸熱管２
０から上がつて来た蒸気を冷却・凝縮させて液供
給管２１に戻す構成としたものである。

このような第３図に示される複管式のヒートパ
イプにおいては、液相の作動流体は液供給管２１
の先端２１Ａから吸熱管２０の先端部２０Ａに流
出し、加熱部２２における吸熱管２０の内面で加
熱されて蒸発し、基端屈曲部分２２Ａを経て上方
の冷却部２３に至り、その冷却部２３で冷却・凝
縮されて再び液化し、液供給管２１に流れ込み、
その液供給管２１内を流れて水頭差によつて吸熱
管２０の先端部２０Ａに供給される。したがつて
このようなヒートパイプでは、加熱部に逆勾配の
部分を有しているにもかかわらず、特に外部動力
を必要としない。

ところで第３図に示す従来の複管式のヒートパ
イプは、加熱部に部分的に逆勾配が与えられたも
のであるが、これを若干変形して、加熱部の全体
に逆勾配を与える場合についても、第３図と同様
に複管式とすることが考えられる。その場合の構
成を第４図に示す。

第４図において、第３図に示される要素と同一
の要素については同一の符号を付す。第４図のヒ
ートパイプが第３図のヒートパイプと異なる点
は、第３図のヒートパイプでは加熱部２２におい
て吸熱管２０が上下にうねつた形状となつている
のに対し、第４図のヒートパイプでは加熱部２２
の全体にその基端屈曲部分２２Ａから先端へ向い
斜め上方へ一定の勾配で傾斜する勾配が与えられ
ている。したがつて第４図に示されるヒートパイ
プでは、加熱部２２が先端側で高くなるように逆
勾配を持たせ、かつ加熱部２２の基部から冷却部
２３をＬ字状に立上がらせ、しかも冷却部２３で
凝縮液化した作動流体を加熱部２２へ還流させる
ための給液管２１を、冷却部２３から加熱部２２
の先端まで内挿したという、特有の構成の逆勾配
作動型ヒートパイプであると言うことができる。

考案が解決しようとする課題 しかしながら第４図に示されるような複管式の
逆勾配作動型ヒートパイプにおいては次のような
問題がある。

すなわち、第４図のヒートパイプでは、吸熱管
２０における加熱部２２から冷却部２３へ向つて
立ち上がる基端屈曲部分（Ｌ字状屈曲部分）２２
Ａが最も低い位置となつているから、その部分２
２Ａに液相の作動流体が重力によつてたまつてし
まい、そのためその部分２２Ａの吸熱管２０内が
液相の作動流体で充満されて、その部分２２Ａで
気相の作動流体（蒸気）の流れが閉塞されてしま
うことがある。特に外部からの入熱がなくなつた
場合すなわち非作動時には、給液管２１のうち加
熱部２２側の先端より高い位置にある冷却部２３
に収容されていた液相の作動流体が水頭差によつ
て加熱部２２側の先端から流出することになる
が、この際の流出した液相の作動流体が前述のＬ
字状屈曲部分２２Ａに溜り、その部分の蒸気流路
を閉塞してしまうおそれがある。このように蒸気
流路が液相の作動流体によつて閉塞されれば、次
に外部からの入熱が生じた時にその閉塞された部
分２２Ａで蒸気により液相作動流体の吹上げ（ス
ラツギング）が生じたり、蒸気が再び液相に戻つ
たりする事態が発生し、その結果安定して効率良
く熱輸送することが困難となる問題がある。

以上のような問題は、前述のような前提構成を
有する逆勾配作動型ヒートパイプに特有の問題で
ある。通常のヒートパイプ、すなわち加熱部側の
端部から冷却部側の端部までが垂直もしくは水平
かまたは一定の正勾配を有するヒートパイプでは
上述のような問題は特に生じない。すなわち、前
述のような前提構成の逆勾配作動型ヒートパイプ
では、加熱部と冷却部との中間のＬ字状屈曲部分
が最も低い位置となつているからこそ、その部分
での液相作動流体のたまりによる蒸気流路の閉塞
の問題が生じるのである。

この考案は以上の事情を背景としてなされたも
ので、前述のような複管式の逆勾配作動型ヒート
パイプを改良し、加熱部から冷却部へ立上がるＬ
字状屈曲部分に液相の作動流体がたまることを防
止し、これによつてその部分で気相作動流体の流
れが妨げられてその部分でスラツギングが発生し
たり気相の作動流体が液相に戻つたりすることを
有効に防止し、安定して効率良く熱輸送し得るよ
うにした逆勾配作動型ヒートパイプを提供するこ
とを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この考案の逆勾配作動型ヒートパイプは、両端
部を密閉した長尺管の内部に多数本の極細線を互
いに密着させてなるウイツクを設けるとともに作
動流体を封入し、前記長尺管のうち一方の管端か
ら所定の長さの範囲を外部から熱を受ける加熱部
とし、かつその加熱部を前記管端側が高くなるよ
う傾斜させ、また加熱部に連続する他の部分を上
方に曲げて他方の管端を前記一方の管端より高く
位置させ、その他方の管端側に外部へ熱を放出す
る冷却部を設けておき、前記冷却部で凝縮液化し
た作動流体を流入させる給液管を、前記一方の管
端の内部から他方の管端の内部までの間に内装
し、かつその給液管を断熱被覆し、凝縮液化した
作動流体を前記給液管を介して前記一方の管端の
内部に還流させるよう構成したヒートパイプにお
いて、前記長尺管として波状管を用いたことを特
徴とするものである。

作 用 したがつてこの考案のヒートパイプでは、加熱
部で蒸発気化した作動流体が、温度および圧力の
低い冷却部に流れて凝縮液化することにより熱輸
送を行なう。凝縮液化した作動流体は給液管に流
入するが、給液管のうち冷却部側の端部が加熱部
側の端部よりも高く、しかも給液管の加熱部側の
端部が加熱部における最も高い管端にまで延びて
いるから、液相の作動流体が水頭差によつて給液
管から加熱部に流れ出る。そして加熱部において
はウイツクおよび重力の作用によつて作動流体が
全体に広がる。したがつてウイツクの乾き上がり
（ドライアウト）が生じないために、継続して熱
輸送が生じる。

そしてこの考案のヒートパイプでは、加熱部の
外壁部分を構成する長尺管が波状管によつて構成
されているため、給液管の先端から流出した液相
の作動流体は、加熱部の勾配に沿つてその傾斜下
方へ直ちに流れてしまうのではなく、その過程で
波状管の各凹部に順次貯留されることになる。そ
のため液相の作動流体は加熱部の長さ方向にほぼ
均一に分布した状態で貯留されることになる。し
たがつてウイツクのドライアウトを防止し得るよ
うな充分な量の作動流体を封入した場合でも、加
熱部から冷却部へ立ち上がるＬ字状屈曲部分の管
内に液相作動流体がたまつてその部分で液相作動
流体が管内を閉塞して気相作動流体（蒸気）の流
れを妨げてしまうことを有効に防止できる。特に
外部からの入熱がなくなつた場合、すなわち非作
動時には、給液管のうち加熱部側の先端より高い
位置にある冷却部に収容されていた液相の作動流
体が水頭差によつて加熱部側の先端から大量に流
出することになるが、このような場合でも、その
液相の作動流体がＬ字状に屈曲部分にたまつてそ
の部分を閉塞してしまうことを有効に防止でき
る。

実施例 第１図はこの考案の一実施例を概略的に示す断
面図であり、また第２図は第１図における−
線矢視断面詳細図であつて、ここに示すヒートパ
イプは100m前後の長さに形成されており、その
一方の管端から相当の長さの部分が、外部から熱
を受ける加熱部１とされ、それに続く部分が上方
に曲がつて立ち上つている。すなわち図に示すヒ
ートパイプは、外周面にポリエチレン防食層２を
形成したコルゲート管（波状管）３の内周面全体
に多数本のカーボンフアイバー等の極細線４を軸
線方向に向けて添設するとともに、その内周側に
金属網５を配置し、さらにこれら極細線４および
金属網５からなるウイツク６を、半径が拡大する
よう弾性力の作用する螺旋帯状材７によつて内周
側からコルゲート管３の内面に押え付けた構成で
ある。そして加熱部１は、管端側が高くなるよう
所定の勾配（例えば２／100程度）で傾斜してお
り、またこれに連続して立ち上つた部分の外周に
は、断熱層８が設けられている。

さらに上記コルゲート管３の内部には、液相の
作動流体を加熱部１に還流させるための給液管９
が設けられている。その給液管９は断熱被覆１０
を施した小径のコルゲート管１１からなるもので
あつて、一端部が前記加熱部１における管端の近
傍に開口し、また他方の端部が、前記立ち上つた
部分の管壁を前記一端部より高い位置で貫通し、
かつコルゲート管３の上端部に外面側から開口
し、連通されている。そしてその給液管９のうち
前記コルゲート管３の外部に突出している部分に
放熱フイン１２が設けられ、外部に熱を放出する
冷却部１３とされている。また給液管９の内部に
は、加熱部１側の端部からオーバーフローするに
充分な量の液相作動流体が注入されている。

つぎに上記のように構成したヒートパイプの作
用について説明すると、加熱部１においてはウイ
ツク６によりその全面に作動流体が分散・供給さ
れるとともに、コルゲート管３の凹部に作動流体
が貯溜されており、その作動流体が外部から熱を
受けて蒸発気化する。その結果生じた気相の作動
流体が、コルゲート管３の他方の端部に流れた
後、給液管９内に入り込み、冷却部１３において
凝縮液化することによりその潜熱として加熱部１
から冷却部１３に熱輸送する。冷却部１３におい
て液化した作動流体は、給液管９の内部を流れ落
ちるが、給液管９の内部には充分な量の作動流体
が注入されているから、冷却部１３からの流入量
に応じて加熱部１側の端部から水頭圧によつてオ
ーバーフローする。給液管９の端部が加熱部１に
おける管端の近傍すなわち最も高い位置に開口し
ているから、オーバーフローした液相の作動流体
は、ウイツク６および重力の作用によつて加熱部
１の全体に分散供給される。

すなわち上記のヒートパイプでは、蒸発気化し
た作動流体が通常のヒートパイプと同様に圧力差
によつて冷却部１３に流れ、ここで凝縮液化した
作動流体が、給液管９内での液位差によつて加熱
部１に還流する。そしてその還流する個所が加熱
部１の最も高い位置であるから、それ以降はウイ
ツク６および重力の作用によつて加熱部１の全体
に液相作動流体が分散供給され、しかもコルゲー
ト管３の各凹部に均一に液相作動流体が貯留され
るから、加熱部の長さ方向の全長にわたつてほぼ
均一に液相作動流体が分布することになる。した
がつて上記のヒートパイプでは、加熱部１が長
く、しかもその管端が高い所謂逆勾配布設であつ
ても、外部動力を用いることなく継続して熱輸送
を行なうことができ、しかも前述のように液相作
動流体はコルゲート管の各凹部に貯留されるた
め、加熱部１から冷却部１３への立ち上がり部分
（Ｌ字状屈曲部分）に液相作動流体がたまつてし
まうことを防止して、その部分で液相作動流体に
より気相作動流体の流れが防げられてしまうよう
な事態が発生することを有効に防止することがで
きる。

なお、上記の実施例では、給液管９の端部を外
部に引き出して冷却部１３とするとともに、コル
ゲート管３の上端部に開口・連通させたが、この
考案は上記の実施例に限られず、コルゲート管３
の上端部を冷却部とするとともに、その内面で結
露した作動流体を給液管９に導き入れるよう構成
してもよい。

考案の効果 以上の説明から明らかなようにこの考案によれ
ば、加熱部に対する液相作動流体の還流は、給液
管における液位差（水頭差）によつて行ない、ま
た加熱部全体に対する液相作動流体の分散供給
は、ウイツクおよび重力方向に反する流れがな
く、したがつて所謂逆勾配でかつ相当長い加熱部
に対し、外部動力を必要とせずに充分液相作動流
体を還流させ、熱輸送を継続させることができ
る。またコルゲート管を用いたことにより、加熱
部の内周側に多数の凹部が形成され、ここに液相
の作動流体を貯溜できるので、加熱部での作動流
体の蒸発を充分行なわせることができるととも
に、ウイツクの乾き上がり（ドライアウト）を防
止することができ、しかもウイツクのドライアウ
トが生じないような充分な量の液相作動流体を封
入した場合でも、加熱部から冷却部へ立ちあがる
Ｌ字状屈曲部分に液相作動流体がたまつてしまう
ことを防止して、その部分で液相作動流体が気相
作動流体の流れを防げてしまうような事態の発生
を有効に防止でき、そのためその部分で液相作動
流体の吹き上がり（スラツギング）が生じたり気
相作動流体が液相に戻つたりすることを有効に防
止して、安定して効率良く熱輸送を行なうことが
できる。さらにウイツクを極細線によつて形成し
たから、その毛細管圧力が高くかつ圧力損失が小
さいために、加熱部の全面に液相作動流体を充分
供給し、熱輸送を良好に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を概略的に示す断
面図、第２図は第１図の−線矢視断面詳細
図、第３図は従来の複管式の逆勾配作動型ヒート
パイプの一例を模式的に示す略解図、第４図は第
３図のヒートパイプを変形させた複管式の逆勾配
作動型ヒートパイプの略解図である。 １……加熱部、３……コルゲート管、６……ウ
イツク、９……給液管、１０……断熱被覆、１３
……冷却部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 両端部を密閉した長尺管の内部に多数本の極細
   線を互いに密着させてなるウイツクを設けるとと
   もに作動流体を封入し、前記長尺管のうち一方の
   管端から所定の長さの範囲を外部から熱を受ける
   加熱部とし、かつその加熱部を前記管端側が高く
   なるよう傾斜させ、また加熱部に連続する他の部
   分を上方に曲げて他方の管端を前記一方の管端よ
   り高く位置させ、その他方の管端側に外部へ熱を
   放出する冷却部を設けておき、前記冷却部で凝縮
   液化した作動流体を流入させる給液管を、前記一
   方の管端の内部から他方の管端の内部までの間に
   内装し、かつその給液管を断熱被覆し、凝縮液化
   した作動流体を前記給液管を介して前記一方の管
   端の内部に還流させるよう構成したヒートパイプ
   において、前記長尺管として波状管を用いたこと
   を特徴とする逆勾配作動型長尺ヒートパイプ。