JPH07127981A - 極低温用ヒートパイプ - Google Patents
極低温用ヒートパイプInfo
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- JPH07127981A JPH07127981A JP27723693A JP27723693A JPH07127981A JP H07127981 A JPH07127981 A JP H07127981A JP 27723693 A JP27723693 A JP 27723693A JP 27723693 A JP27723693 A JP 27723693A JP H07127981 A JPH07127981 A JP H07127981A
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- JP
- Japan
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- working medium
- heat pipe
- heat
- container
- pipe
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- Pending
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/06—Control arrangements therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来のループ型細管ヒートパイプを極低温用
として改良発展させ、極低温の全温度領域において良好
な特性を示すヒートパイプを提供する。 【構成】 閉ループ状に両端を接続された細管によって
形成されたコンテナ１の途中に、コンテナ１内に封入さ
れた作動媒体３に対する逆止弁２が儲けられ、コンテナ
１内部で前記作動媒体が一方向に循環して受熱部から放
熱部に熱を輸送するループ型細管ヒートパイプにおい
て、前記コンテナ１を複数個設けてそれぞれのコンテナ
には液化する臨界温度の異なる作動媒体３を封入したも
の。異なる臨界温度の作動媒体を使用することにより、
広い温度領域で作動可能なヒートパイプとなっている。
として改良発展させ、極低温の全温度領域において良好
な特性を示すヒートパイプを提供する。 【構成】 閉ループ状に両端を接続された細管によって
形成されたコンテナ１の途中に、コンテナ１内に封入さ
れた作動媒体３に対する逆止弁２が儲けられ、コンテナ
１内部で前記作動媒体が一方向に循環して受熱部から放
熱部に熱を輸送するループ型細管ヒートパイプにおい
て、前記コンテナ１を複数個設けてそれぞれのコンテナ
には液化する臨界温度の異なる作動媒体３を封入したも
の。異なる臨界温度の作動媒体を使用することにより、
広い温度領域で作動可能なヒートパイプとなっている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は極低温機器において、構
成部品の冷却または保冷に使用される熱伝達手段として
のヒートパイプに関する。
成部品の冷却または保冷に使用される熱伝達手段として
のヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】ヒートパイプは概ね、管壁内面にウィッ
クが装着された構成となっている。しかし、極低温で作
動媒体として使用可能な液体窒素や液体ヘリウムの表面
張力は、常温における一般の作動媒体のそれに比して遥
かに小であるため、ウィックの毛細管現象による作動媒
体の循環は十分ではない。一部で作動媒体として液体窒
素を用い、構造は一般の従来型のヒートパイプと同様に
ウィック装着式とした極低温ヒートパイプも使用されて
いるが、作動条件の制約、特に姿勢制限が大きく、熱輸
送量も余り大きくはないため、実用化されるにいたって
いない。そのため、現在のところ極低温機器の冷却は、
伝熱、冷却配管を使っての極低温冷媒の圧送、または極
低温冷媒中への機器の浸漬によって行うのが普通であ
る。
クが装着された構成となっている。しかし、極低温で作
動媒体として使用可能な液体窒素や液体ヘリウムの表面
張力は、常温における一般の作動媒体のそれに比して遥
かに小であるため、ウィックの毛細管現象による作動媒
体の循環は十分ではない。一部で作動媒体として液体窒
素を用い、構造は一般の従来型のヒートパイプと同様に
ウィック装着式とした極低温ヒートパイプも使用されて
いるが、作動条件の制約、特に姿勢制限が大きく、熱輸
送量も余り大きくはないため、実用化されるにいたって
いない。そのため、現在のところ極低温機器の冷却は、
伝熱、冷却配管を使っての極低温冷媒の圧送、または極
低温冷媒中への機器の浸漬によって行うのが普通であ
る。
【０００３】従来型ヒートパイプの幾つかの欠点を改善
するものとしては、特開昭６３−３１８４９３号公報記
載のループ型細管ヒートパイプがある。図３は上記のル
ープ型細管ヒートパイプの構成を示す図である。この図
において、コンテナ１は複数の蛇行部を有する細管の閉
ループ状に構成され、各蛇行部の一端はそれぞれ受熱部
４内に配置され、他端はそれぞれ放熱部５内に配置され
ている。また、各蛇行部の放熱部５から受熱部４に作動
媒体を流す横行部には、その逆の方向への作動媒体の流
れ方向を規制する手段、換言すれば逆止弁２がそれぞれ
設けられている。 上記開示のループ型細管ヒートパイ
プの作動は、従来型のヒートパイプとは全く異なり、作
動媒体は細管内に気泡と液体とが交互に存在する気泡流
の形で存在し、この気泡流は全体として図示矢符８の方
向に循環して流れ、熱を輸送するようになっている。そ
のため、従来型のヒートパイプに比して姿勢への制約が
著しく緩和され、形状の自由度も大巾に増大されるだけ
でなく、ドライアウトが起こり難くなっている。また、
基本的にこのヒートパイプの動作は表面張力には頼って
いないので、液体窒素や液体ヘリウムのように表面張力
の小さな極低温冷媒の使用にも適している。
するものとしては、特開昭６３−３１８４９３号公報記
載のループ型細管ヒートパイプがある。図３は上記のル
ープ型細管ヒートパイプの構成を示す図である。この図
において、コンテナ１は複数の蛇行部を有する細管の閉
ループ状に構成され、各蛇行部の一端はそれぞれ受熱部
４内に配置され、他端はそれぞれ放熱部５内に配置され
ている。また、各蛇行部の放熱部５から受熱部４に作動
媒体を流す横行部には、その逆の方向への作動媒体の流
れ方向を規制する手段、換言すれば逆止弁２がそれぞれ
設けられている。 上記開示のループ型細管ヒートパイ
プの作動は、従来型のヒートパイプとは全く異なり、作
動媒体は細管内に気泡と液体とが交互に存在する気泡流
の形で存在し、この気泡流は全体として図示矢符８の方
向に循環して流れ、熱を輸送するようになっている。そ
のため、従来型のヒートパイプに比して姿勢への制約が
著しく緩和され、形状の自由度も大巾に増大されるだけ
でなく、ドライアウトが起こり難くなっている。また、
基本的にこのヒートパイプの動作は表面張力には頼って
いないので、液体窒素や液体ヘリウムのように表面張力
の小さな極低温冷媒の使用にも適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように極低温冷媒を作動媒体とするループ型細管ヒート
パイプの問題点としては、作動媒体の臨界温度（窒素の
場合１２６Ｋ、ヘリウムの場合５．６Ｋ）以上では液化
しないため、例えば窒素を作動媒体とするループ型細管
ヒートパイプの場合、７７Ｋ〜１２６Ｋの温度領域でし
か有効に作動しないことになる。このようなループ型細
管ヒートパイプを用いる場合、使用温度領域が限られる
液体窒素冷却の輻射シールド等に使用する場合には問題
がない。ところが、ＭＲＩ用の超電導マグネットや単結
晶引上装置用の超電導マグネットのように、小型冷凍器
による輻射シールドを採用している極低温機器において
は、輻射シールドの入熱と小型冷凍器の冷凍能力で定ま
る温度まで冷却されるため、場合によってはループ型細
管ヒートパイプの適用が困難となる。また、輻射シール
ド等にループ型細管ヒートパイプを使用する際にも、予
めループ型細管ヒートパイプの作動する１７Ｋ〜１２６
Ｋの温度領域まで冷却するため、別の予冷却手段を必要
とする。
ように極低温冷媒を作動媒体とするループ型細管ヒート
パイプの問題点としては、作動媒体の臨界温度（窒素の
場合１２６Ｋ、ヘリウムの場合５．６Ｋ）以上では液化
しないため、例えば窒素を作動媒体とするループ型細管
ヒートパイプの場合、７７Ｋ〜１２６Ｋの温度領域でし
か有効に作動しないことになる。このようなループ型細
管ヒートパイプを用いる場合、使用温度領域が限られる
液体窒素冷却の輻射シールド等に使用する場合には問題
がない。ところが、ＭＲＩ用の超電導マグネットや単結
晶引上装置用の超電導マグネットのように、小型冷凍器
による輻射シールドを採用している極低温機器において
は、輻射シールドの入熱と小型冷凍器の冷凍能力で定ま
る温度まで冷却されるため、場合によってはループ型細
管ヒートパイプの適用が困難となる。また、輻射シール
ド等にループ型細管ヒートパイプを使用する際にも、予
めループ型細管ヒートパイプの作動する１７Ｋ〜１２６
Ｋの温度領域まで冷却するため、別の予冷却手段を必要
とする。
【０００５】本発明は上記の事情に基づきなされたもの
で、ループ型細管ヒートパイプを極低温用として改良発
展させ、極低温の全温度領域において良好な特性を示す
ヒートパイプを提供するものである。
で、ループ型細管ヒートパイプを極低温用として改良発
展させ、極低温の全温度領域において良好な特性を示す
ヒートパイプを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のヒートパイプ
は、閉ループ状に両端を接続された細管によって形成さ
れたコンテナの途中に、コンテナ内に封入された作動媒
体の流れを規制する手段が設けられ、コンテナ内部で前
記作動媒体が一方向に循環して受熱部から放熱部に熱を
輸送するループ型細管ヒートパイプにおいて、前記コン
テナを複数個設けてそれぞれのコンテナには液化する臨
界温度の異なる作動媒体を封入したことを特徴とする。
は、閉ループ状に両端を接続された細管によって形成さ
れたコンテナの途中に、コンテナ内に封入された作動媒
体の流れを規制する手段が設けられ、コンテナ内部で前
記作動媒体が一方向に循環して受熱部から放熱部に熱を
輸送するループ型細管ヒートパイプにおいて、前記コン
テナを複数個設けてそれぞれのコンテナには液化する臨
界温度の異なる作動媒体を封入したことを特徴とする。
【０００７】
【作用】上記構成の本発明のヒートパイプにおいては、
常温から冷却する過程において、臨界温度の異なる作動
媒体のループ型ヒートパイプが順次順次気泡と液体が交
互に存在する気泡流で循環して熱を輸送して作動するた
め、全ての温度領域で有効に作動可能であり、別の予冷
却手段を必要としない。
常温から冷却する過程において、臨界温度の異なる作動
媒体のループ型ヒートパイプが順次順次気泡と液体が交
互に存在する気泡流で循環して熱を輸送して作動するた
め、全ての温度領域で有効に作動可能であり、別の予冷
却手段を必要としない。
【０００８】
【実施例】図３と同一部分には同一符号にを付した図１
は、本発明一実施例の構成を示す模式的断面図、図２は
その一部すなわち図１中の楕円IIで囲んだ部分を拡大し
て示す図である。図１において、本実施例のコンテナ１
は３層に積層した細管を図３に示したループ型細管ヒー
トパイプと同様にして閉ループを構成させてなる。つま
り、本発明におけるコンテナは別個の３個の細管により
構成された３個のコンテナからなることとなる。３個の
コンテナには、それぞれ図３に示した逆止弁と同様の逆
止弁２がそれぞれ設けられている。上記構成の本発明の
ループ型細管ヒートパイプにおいて、前記３個のコンテ
ナには図２に示すようにそれぞれ液化する臨界温度の異
なる作動媒体３ａ、３ｂ、３ｃが封入されている。異な
る作動媒体３ａ、３ｂ、３ｃの組み合わせは、３ａ：フ
ロン、３ｂ：窒素、３ｃ：ネオン等の組み合わせが考え
られる。
は、本発明一実施例の構成を示す模式的断面図、図２は
その一部すなわち図１中の楕円IIで囲んだ部分を拡大し
て示す図である。図１において、本実施例のコンテナ１
は３層に積層した細管を図３に示したループ型細管ヒー
トパイプと同様にして閉ループを構成させてなる。つま
り、本発明におけるコンテナは別個の３個の細管により
構成された３個のコンテナからなることとなる。３個の
コンテナには、それぞれ図３に示した逆止弁と同様の逆
止弁２がそれぞれ設けられている。上記構成の本発明の
ループ型細管ヒートパイプにおいて、前記３個のコンテ
ナには図２に示すようにそれぞれ液化する臨界温度の異
なる作動媒体３ａ、３ｂ、３ｃが封入されている。異な
る作動媒体３ａ、３ｂ、３ｃの組み合わせは、３ａ：フ
ロン、３ｂ：窒素、３ｃ：ネオン等の組み合わせが考え
られる。
【０００９】上記構成の本発明の極低温用ヒートパイプ
においては、常温から冷却する過程において、図２に示
すように臨界温度の異なる作動媒体のループ型ヒートパ
イプが順次順次気泡６と液体７が交互に存在する気泡流
で循環して熱を輸送して作動するため、全ての温度領域
で有効に作動可能であり、別の予冷却手段を必要とする
ことなくループ型細管ヒートパイプのみで、常温から作
動温度領域まで予冷可能となる。また、臨界温度の高い
作動媒体を封入したループ型細管ヒートパイプの作動媒
体は、ヒートパイプ中で凝結してヒートパイプの作動を
阻害するおそれはない。
においては、常温から冷却する過程において、図２に示
すように臨界温度の異なる作動媒体のループ型ヒートパ
イプが順次順次気泡６と液体７が交互に存在する気泡流
で循環して熱を輸送して作動するため、全ての温度領域
で有効に作動可能であり、別の予冷却手段を必要とする
ことなくループ型細管ヒートパイプのみで、常温から作
動温度領域まで予冷可能となる。また、臨界温度の高い
作動媒体を封入したループ型細管ヒートパイプの作動媒
体は、ヒートパイプ中で凝結してヒートパイプの作動を
阻害するおそれはない。
【００１０】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
ない。例えば、上記実施例の液化する臨界温度の異なる
作動媒体を封入したループ型細管ヒートパイプのみを複
数本とし、他の作動媒体を封入したループ型細管ヒート
パイプは各１ループとすることも考えられる。このよう
に構成することにより、作動温度領域における熱輸送量
を大きくできため、熱負荷の変動が大きい機器の場合で
も有効に冷却を行うことができる。
ない。例えば、上記実施例の液化する臨界温度の異なる
作動媒体を封入したループ型細管ヒートパイプのみを複
数本とし、他の作動媒体を封入したループ型細管ヒート
パイプは各１ループとすることも考えられる。このよう
に構成することにより、作動温度領域における熱輸送量
を大きくできため、熱負荷の変動が大きい機器の場合で
も有効に冷却を行うことができる。
【００１１】
【発明の効果】上記から明らかなように本発明の極低温
用ヒートパイプにおいては、常温から冷却する過程にお
いて、臨界温度の異なる作動媒体のループ型細管ヒート
パイプが順次気泡と液体が混在する気泡流で循環して熱
を輸送するため、全ての温度領域で作動可能であり、別
の予冷手段を設けることなく常温から作動温度領域まで
予冷することができる。
用ヒートパイプにおいては、常温から冷却する過程にお
いて、臨界温度の異なる作動媒体のループ型細管ヒート
パイプが順次気泡と液体が混在する気泡流で循環して熱
を輸送するため、全ての温度領域で作動可能であり、別
の予冷手段を設けることなく常温から作動温度領域まで
予冷することができる。
【図１】本発明一実施例の構成を示す模式的断面図。
【図２】その一部すなわち図１中の楕円IIで囲んだ部分
を拡大して示す図。
を拡大して示す図。
【図３】従来のループ型細管ヒートパイプの構成を示す
図。
図。
１………コンテナ ２………逆止弁 ３………作動媒体 ３ａ、３ｂ、３ｃ…それぞれ臨界温度の異なる作動媒体 ４………受熱部 ５………放熱部 ６………気泡 ７………液体 ８………作動媒体の流れ方向を示す矢符
Claims (2)
- 【請求項１】 閉ループ状に両端を接続された細管によ
って形成されたコンテナの途中に、コンテナ内に封入さ
れた作動媒体の流れを規制する手段が設けられ、コンテ
ナ内部で前記作動媒体が一方向に循環して受熱部から放
熱部に熱を輸送するループ型細管ヒートパイプにおい
て、前記コンテナを複数個設けてそれぞれのコンテナに
は液化する臨界温度の異なる作動媒体を封入したことを
特徴とする極低温用ヒートパイプ。 - 【請求項２】 閉ループ状に両端を接続された細管によ
って形成されたコンテナの途中に、コンテナ内に封入さ
れた作動媒体の流れを規制する手段が設けられ、コンテ
ナ内部で前記作動媒体が一方向に循環して受熱部から放
熱部に熱を輸送するループ型細管ヒートパイプにおい
て、前記コンテナを複数個設けてそれぞれのコンテナに
は液化する臨界温度の異なる作動媒体を封入したヒート
パイプの中で、作動温度領域で液化する作動媒体を封入
したループ型細管ヒートパイプを複数としたことを特徴
とする極低温用ヒートパイプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27723693A JPH07127981A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 極低温用ヒートパイプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27723693A JPH07127981A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 極低温用ヒートパイプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07127981A true JPH07127981A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17580719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27723693A Pending JPH07127981A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 極低温用ヒートパイプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07127981A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003098786A1 (de) * | 2002-05-15 | 2003-11-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Supraleitungseinrichtung mit thermisch an eine rotierende supraleitende wicklung angekoppeltem kaltkopf einer kälteeinheit |
| US6983790B2 (en) | 2003-03-27 | 2006-01-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heat transport device, semiconductor apparatus using the heat transport device and extra-atmospheric mobile unit using the heat transport device |
| JP2015183980A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 株式会社豊田中央研究所 | 自励振動ヒートパイプ |
| JP2019086182A (ja) * | 2017-11-02 | 2019-06-06 | アイシン精機株式会社 | 蓄冷式冷凍機 |
| JP2020020566A (ja) * | 2018-07-23 | 2020-02-06 | 新光電気工業株式会社 | ループ型ヒートパイプ及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-11-08 JP JP27723693A patent/JPH07127981A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003098786A1 (de) * | 2002-05-15 | 2003-11-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Supraleitungseinrichtung mit thermisch an eine rotierende supraleitende wicklung angekoppeltem kaltkopf einer kälteeinheit |
| US7240496B2 (en) | 2002-05-15 | 2007-07-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Superconductive device comprising a refrigeration unit, equipped with a refrigeration head that is thermally coupled to a rotating superconductive winding |
| US6983790B2 (en) | 2003-03-27 | 2006-01-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heat transport device, semiconductor apparatus using the heat transport device and extra-atmospheric mobile unit using the heat transport device |
| JP2015183980A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 株式会社豊田中央研究所 | 自励振動ヒートパイプ |
| JP2019086182A (ja) * | 2017-11-02 | 2019-06-06 | アイシン精機株式会社 | 蓄冷式冷凍機 |
| JP2020020566A (ja) * | 2018-07-23 | 2020-02-06 | 新光電気工業株式会社 | ループ型ヒートパイプ及びその製造方法 |
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