JPH074877A - ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長尺のヒートパイプの温度勾配を小くさし、
熱供給効率を高める。 【構成】 作動流体１０が封入されたヒートパイプ本体
１１の内部の全長にわたって、前記作動流体１０を加熱
するための加熱管１２を配する。前記ヒートパイプ本体
１１は、コルゲート処理された金属管である。 【効果】 加熱管１２に加熱流体を流入すると、作動流
体１０は、加熱管１２からの熱伝導および熱輻射によ
り、蒸気となつてヒートパイプ本体１１内を速やかに流
れる。ヒートパイプ本体１１の表面が均一な温度に加熱
されて発熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートパイプに関し、
特にパイプ全体が略均一な温度で発熱可能なものに係
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ヒートパイプは、金属管中に
水やフロン等の作動流体を封入して構成され、前記金属
管の一端側で授受された熱を管の他端側へ輸送する機能
を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】低温で固化性あるいは
増粘性を有し、高温で熱分解などを起こす重油等の流体
をパイプ輸送するに際しては、その輸送管を加熱体によ
り適温加熱して、前記流体の流動の円滑化を図ることが
望ましい。

【０００４】このとき、加熱体に温度勾配が生じると、
加熱体と重油等の被加熱体との熱対流により、被加熱体
の温度予測がしずらく、輸送に適した温度範囲に保持す
ることが困難である。したがって、加熱体を輸送管の全
長にわたつて温度勾配なしに均一な温度にする必要があ
る。

【０００５】従来、加熱体としてヒートパイプを用いて
前記輸送管を加熱する場合、比較的短尺体のヒートパイ
プでは、その一端を加熱するだけでヒートパイプ全体を
略均一な温度で発熱させることができるため、輸送管の
部分加熱には使用できる。しかし、ヒートパイプが数ｍ
長を越えるような長尺体では、熱抵抗の影響で他端側ま
で熱輸送が行えず、ヒートパイプ全体を均一な温度で発
熱させることは実質的に不可能であるため、輸送管の全
長にわたる加熱には使用できない。

【０００６】なお、この種の用途に、図９の如く、従来
公知のトラツプ１を使用したスチームトレース加熱を行
なう場合、該スチームトレース加熱には、加熱管２中を
蒸気層のみとしてその潜熱を利用する加熱方法と、加熱
管２中に復水層を滞留させ顕熱までをも有効利用する加
熱方法とがある。

【０００７】しかし、前者は、加熱管２と輸送管３との
接触面において局所過熱が生じたり、熱量過多となり輸
送管３を適温範囲に維持することが困難である。また、
後者は、下流側に滞留した復水層に温度勾配が生じ、被
加熱体に与える全熱量が決定しがたいため、該被加熱体
の温度予測がしずらい。

【０００８】その他、容易に均熱長尺体が実現し得る電
気ヒータ方式は、高温加熱する恐れがあり、重油輸送等
の防爆性の要求される場合には、使用できないという問
題がある。

【０００９】本発明は、上記に鑑み、数ｍ長を越えるよ
うな長尺のヒートパイプであつても、パイプ全体を均一
に発熱し得るヒートパイプを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明請求項１による課
題解決手段は、図１の如く、作動流体１０が封入された
ヒートパイプ本体１１の内部に、前記作動流体１０を加
熱するための発熱体１２が設けられ、前記ヒートパイプ
本体１１がコルゲート処理された金属管とするものであ
る。

【００１１】請求項２による課題解決手段は、発熱体１
２がヒートパイプ本体の全長にわたって配された加熱管
とするものである。

【００１２】

【作用】上記請求項１による課題解決手段において、発
熱体１２がヒートパイプ本体１１内で作動流体１０に熱
供給を行う。このとき、熱供給された作動流体１０は、
蒸気となつてヒートパイプ本体１１の内管表面と発熱体
１２との間を速やかに流れるとともに内管表面付近で凝
縮し、ヒートパイプ本体１１の外管表面が均一な温度に
加熱されて発熱する。

【００１３】このヒートパイプを使用して、重油等の輸
送管等を加熱する場合、ヒートパイプ本体１１と接触し
ている輸送管等をほぼ温度勾配なく加熱し、重油等の被
加熱体が加熱される。

【００１４】また、ヒートパイプ本体１１は、コルゲー
ト処理しているので、その単位長さ当たりの表面積が大
きくなり、発熱体１２から作動流体１０を介しての熱吸
収および放熱性が向上し、屈曲性に優れている。

【００１５】請求項２によると、加熱管１２がヒートパ
イプ本体１１内の全長にわたって作動流体１０に熱供給
を行い、ヒートパイプ本体１１の外管表面がすばやく均
一な温度に加熱されて発熱する。

【００１６】また、ヒートパイプが長尺になればなるほ
ど、その中央部で弛みが生じ、ヒートパイプ本体１１の
内管表面と加熱管１２との密接が生じ易くなる。さら
に、施工中の曲げなどによっても局部的な密接が生じる
場合などにおいて、ヒートパイプ本体１１は、コルゲー
ト処理しているので、ヒートパイプ本体１１の内管表面
の谷間で加熱管１２が浮いた状態となり密接が少なく、
加熱管１２の作動流体１０への効率良い熱供給が行え
る。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すヒートパイプ
の部分断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３はヒー
トパイプ本体と加熱管とが密接した状態の断面図、図４
は図３のＢ−Ｂ断面図である。

【００１８】本実施例のヒートパイプは、重油等を輸送
する輸送管等を加熱するのに使用されるもので、作動流
体１０が封入されたヒートパイプ本体１１内部に、前記
作動流体１０を加熱するための発熱体１２が挿通された
ものである。

【００１９】ヒートパイプ本体１１は、銅管やアルミ管
等の金属管であり、スパイラル、もしくはリング状のコ
ルゲート処理が施され、その両端にはヒートパイプ本体
１１を密閉する密閉蓋１１ａ，１１ｂが被着されてい
る。

【００２０】前記作動流体１０は、発熱体１２からの熱
伝導および熱輻射により蒸発し、ヒートパイプ本体１１
の内管表面で凝縮して、ヒートパイプ本体１１の外管表
面の温度を均一にする水やフロン等が使用される。ま
た、作動流体１０は、ヒートパイプ本体１１内へ注入す
るに際して、脱気処理が施され、ヒートパイプ本体１１
内を１０^-2ｍｍＨｇ以上、好ましくは１０^-3ｍｍＨｇ以
上に真空引きした後に、密閉蓋１１ａに形成された注入
孔等から注入される。

【００２１】前記発熱体１２は、銅管などの加熱管中に
温水や蒸気を流通可能としたもので、図１の如く、ヒー
トパイプ本体１１の一端から他端へ挿通されて、前記密
閉蓋１１ａ，１１ｂを貫通することにより固定支持され
ている。なお、加熱管１２の挿通は、ヒートパイプ造管
時であつても造管後であつても良く、被加熱体に防爆性
が要求されない用途の場合は、電気ヒータ等が使用でき
る。このヒータは、作動流体１０と接触するため金属管
で被覆されたシーズヒータ等を使用することになり、加
熱管１２の概念に入るものである。

【００２２】また、ヒートパイプの好適な長さは、概ね
数ｍ〜数ｋｍの長尺タイプであり、特に数１０ｍ〜数百
ｍ程度の長さが好適である。なお、加熱管１２を内部に
備えているので、加熱管を備えていない通常のヒートパ
イプでは必要な作動流体環流用のウイツクと称される管
内壁の溝が不要となる。

【００２３】このヒートパイプを重油等の輸送管を加熱
する用途に使用する場合、ヒートパイプを輸送管に接触
させて、加熱管１２の下流側に加熱管１２内の加熱流体
の排出温度を制御する感熱弁を配する。該感熱弁は輸送
管の表面温度や外気温度など必要に応じて、感知すべき
対象を選択できるのは言うまでもない。

【００２４】上記構成において、加熱管１２に加熱流体
を流入すると、コルゲート処理されたヒートパイプ本体
１１と加熱管１２の間に封入された作動流体１０は、加
熱管１２からの熱伝導および熱輻射により、蒸気となつ
てヒートパイプ本体１１の内管表面と加熱管１２との間
を速やかに流れる。そして、ヒートパイプ本体１１の内
管表面の全長にわたり蒸気が拡散され、さらに、ヒート
パイプ本体１１の内管表面付近でこの蒸気が凝縮するた
め、ヒートパイプ本体１１の外管表面が均一な温度に加
熱されて発熱する。

【００２５】また、ヒートパイプが長尺になればなるほ
ど、その中央部で弛みが生じ、ヒートパイプ本体１１の
内管表面と加熱管１２との密接が生じ易くなる。さら
に、施工中の曲げなどによっても局部的な密接が生じ
る。その際、図５，６の如く、ヒートパイプ本体１１を
単なる直管１３とすると、直管１３と加熱管１２との密
接面積が大きくなり、熱がパイプ同士を伝わって逃げる
恐れがある上、加熱管１２の全周での作動流体１０への
加熱ができない。それに比べ、コルゲート処理したヒー
トパイプ本体１１では、図３，４の如く、加熱管１２が
コルゲートの谷間により、ヒートパイプ本体１１の内管
表面にほとんど密接せず、浮いた状態となり、加熱管１
２の全周での作動流体１０への加熱ができる。

【００２６】このヒートパイプを使用して、重油等の輸
送管を加熱する場合、ヒートパイプ本体１１と接触して
いる輸送管をほぼ温度勾配なく加熱し、重油等が加熱さ
れる。

【００２７】ここで、ヒートパイプの温度勾配の状態を
示す実験結果を以下説明する。

【００２８】（実験例１）直径が２７ｍｍ、長さが６０
ｍ、厚さが０.５ｍｍのヒートパイプ本体（銅製パイ
プ）１１に、波ピツチが１０ｍｍ、山部と谷部との深さ
が１.６ｍｍのリングコルゲート加工を施し（平均内径
２４ｍｍ）、該ヒートパイプ本体１１中に直径６ｍｍの
銅製加熱管（スチーム管）１２を二本挿入して、一端側
において両加熱管１２を連結し、前記ヒートパイプ本体
１１両端に加熱管貫通孔を有する密閉蓋（キヤツプ）１
１ａ，１１ｂをロウ付にて被着した。そして、ヒートパ
イプ１１内を前記密閉蓋１１ａ，１１ｂの吸気孔を介し
て１０^-3ｍｍＨｇに真空引きするとともに、脱気処理済
の作動流体１０としての純水をヒートパイプ本体１１内
に注入し、しかる後完全に封止して、長尺ヒートパイプ
を製造した。なお、作動流体１０としての純水のヒート
パイプ本体１１全内容積に占める割合は３０％とした。

【００２９】上記で得たヒートパイプを水平状態とする
とともに、加熱管１２が作動流体１０中に完全に浸漬さ
れた図７に示す状態にして、加熱管１２に５５℃の温水
（注入口における温度）を循環させた時のヒートパイプ
の表面温度を１０ｍ毎に熱電対式温度計にて温度測定し
た。

【００３０】（実験例２）加熱管１２に循環させる温水
の温度を８０℃とし、それ以外は、実験例１と同様にし
てヒートパイプの表面温度を１０ｍ毎測定した。

【００３１】（実験例３）加熱管１２がヒートパイプ１
１の内部の作動流体１０と直接接触しないよう、加熱管
１２およびヒートパイプ本体１１を図８に示すように配
置した。それ以外は、実験例１と同様（温水温度５５
℃）にしてヒートパイプの表面温度を１０ｍ毎に測定し
た。

【００３２】（実験例４）加熱管１２に循環させる温水
の温度を８０℃とし、それ以外は、実験例３と同様にし
てヒートパイプの表面温度を１０ｍ毎に測定した。

【００３３】（比較例１，２）上記実験例で使用したヒ
ートパイプ本体１１および作動流体１０を用いて、加熱
管１２を有さない通常構造の長尺ヒートパイプを製造し
た。このヒートパイプの一端側５０ｃｍの部分を５５
℃、８０℃の温水槽にそれぞれ浸漬し、その表面温度を
ほぼ１０ｍ毎に測定した。

【００３４】上記実験例１〜４、比較例１，２の温度測
定結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】実験結果から明らかなように、ヒートパイ
プ本体１１内部に加熱管１２を挿通し、ヒートパイプ本
体１１の全体が作動流体１０の蒸発および凝縮により均
一な温度に加熱されるため、数ｍを超えるような長尺の
ヒートパイプであつても、長手方向に温度勾配の小さい
発熱を行わせることができる。このヒートパイプを使用
して、輸送管を加熱する際、温度勾配の小さいほぼ均一
温度で加熱でき、重油等も同様に加熱することができ
る。

【００３７】また、ヒートパイプが長尺になればなるほ
ど、その中央部で弛みが生じ、ヒートパイプ本体１１の
内面と加熱管１２との密接が生じ易くなる。しかし、こ
の場合、ヒートパイプ本体１１をコルゲート処理してい
るため、加熱管１２がヒートパイプ本体１１の内面に密
接せず、浮いた状態となり、熱が加熱管１２からヒート
パイプ本体１１を伝わって逃げることが少なく、加熱管
１２の全周での作動流体１０への加熱ができる。さら
に、ヒートパイプ本体１１の単位長さ当たりの表面積が
大きくなるため、加熱管１２から作動流体１０を介して
の熱吸収および放熱性が向上する。

【００３８】また、長尺のヒートパイプを製造し輸送す
るには、ドラムに巻き取る必要が有るが、ヒートパイプ
本体１１をスパイラルとすると、座屈が生じ難く、輸送
管等への付設が容易になる。

【００３９】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００４０】例えば、ヒートパイプ本体１１内に加熱管
１２を複数本貫通させてもよい。また、発熱体１２は、
管状の加熱管を挿通して使用する場合のみならず、ヒー
トパイプ本体１１の内部に内蔵したものや棒状のニクロ
ムヒータを使用してもよい。

【００４１】また、輸送管加熱以外に、長尺の均熱ヒー
トパイプが要求される各種用途、例えばヒートパイプ式
路面融雪や計装圧力導圧管の凍結防止の保温等にも勿論
適用し得る。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１によると、ヒートパイプ本体内部に発熱体を設け
たため、数ｍを超えるような長尺のヒートパイプであつ
ても、ヒートパイプ本体の内部から熱エネルギーを供給
でき、作動流体への熱供給がすばやく行えることにな
り、長手方向に温度勾配の少ない発熱を行わせることが
できる。したがって、このヒートパイプを重油等の輸送
管加熱に均熱発熱長尺体として使用する場合、極めて有
用である。

【００４３】また、ヒートパイプ本体をコルゲート処理
しているため、ヒートパイプ本体の単位長さ当たりの表
面積が大きくなり、発熱体から作動流体を介しての熱吸
収、および放熱性が向上し、座屈が生じ難く輸送管等へ
の付設が容易になるといった優れた効果がある。

【００４４】請求項２によると、加熱管をヒートパイプ
本体の全長に配したため、ヒートパイプ本体の内部から
全長にわたって熱エネルギーを供給し、作動流体への熱
供給がすばやく行なうことができる。また、ヒートパイ
プ本体をコルゲート処理しているため、ヒートパイプ本
体の管内表面と加熱管との密接が少なく、加熱管の全周
での作動流体への効率良い熱供給ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すヒートパイプの部分断
面図

【図２】図１のＡ−Ａ断面図

【図３】ヒートパイプ本体と加熱管とが密接した状態の
断面図

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図

【図５】直管のヒートパイプ本体と加熱管とが密接した
状態の断面図

【図６】図５のＣ−Ｃ断面図

【図７】実験例１，２におけるヒートパイプの断面図

【図８】実験例３，４におけるヒートパイプの断面図

【図９】輸送管のスチームトレース加熱の状態を示す斜
視図

【符号の説明】

１０ 作動流体 １１ ヒートパイプ本体 １２ 発熱体

フロントページの続き (72)発明者 木田 雅博 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 大村 雅彦 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 中本 正博 大阪府大阪市淀川区田川北２丁目１番30号 株式会社ミヤワキ内 (72)発明者 丸岡 正和 大阪府大阪市淀川区田川北２丁目１番30号 株式会社ミヤワキ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動流体が封入されたヒートパイプ本体
   の内部に、前記作動流体を加熱するための発熱体が設け
   られ、前記ヒートパイプ本体がコルゲート処理された金
   属管とすることを特徴とするヒートパイプ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の発熱体は、ヒートパイプ
   本体の全長にわたって配された加熱管であることを特徴
   とするヒートパイプ。