JPH0814780A - 高温用ヒートパイプの性能試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温用ヒートパイプの性能試験を容易かつ正
確に行えるようにする。 【構成】 高温用ヒートパイプ１１の蒸発部１２を加熱
手段１５により加熱して動作温度範囲内に保持するとと
もに、このヒートパイプ１１の凝縮部１３の外周に断面
円形の冷却管１４を所定の間隔で巻装し、この冷却管内
に冷却水を流通させて冷却しながら、前記ヒートパイプ
１１の外周各部の管壁温度あるいは冷却に使用された冷
却水の量および温度を測定して、この測定値に基づいて
ヒートパイプ１１の熱輸送量あるいは熱伝達率等の熱輸
送特性値を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高温域で作動させる
高温用ヒートパイプの熱輸送能力や熱伝達率等を測定す
る高温用ヒートパイプの性能試験方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高温用ヒートパイプの従来の性能試験方
法としては、強制空冷法と、水冷ジャケット法とが多く
行われている。前者の強制空冷法は、例えば図４に示す
ように、性能試験を行う高温用ヒートパイプ１の蒸発部
２を、この蒸発部２側が低くなるように傾斜させた状態
で、赤外線炉等の加熱炉４内に配設して所定温度に加熱
するとともに、その凝縮部３を、ブロワ（図示せず）を
配置したダクト５内に配設して、強制空気流によって冷
却するもので、冷却量の調整は、ブロワ回転数により行
う。そして、熱輸送量は、空気流の入口と出口の温度
差、空気流量および比熱から計算して求められる。

【０００３】また後者の水冷ジャケット法は、例えば図
５に示すように、作動流体にナフタリンを用いた高温用
ヒートパイプ１は、その蒸発部２の外周にシースヒータ
６を被着してこの蒸発部２を均一に加熱するようになっ
ている。また、凝縮部３の外周には、内管７ａと外管７
ｂとの間の空間に冷却水を流通させる二重管構造の水冷
ジャケット７が装着されている。

【０００４】そして、上記のようにシースヒータ６と水
冷ジャケット７とが装着された高温用ヒートパイプ１
は、その蒸発部２側が低くなるように傾斜させるととも
に、このシースヒータ６により加熱し、徐々に昇温して
最終的には、予想される最大熱輸送能力以上に熱入力す
るとともに、水冷ジャケット７内に冷却水を流通させ、
この冷却水の入口側（下部）と出口側（上部）との温度
差および冷却水流量を測定し、その測定値から計算して
熱輸送量が求められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の高温用
ヒートパイプの性能試験方法のうち、前者の強制空冷法
においては、高温用ヒートパイプを作動させる温度範囲
である高熱流束域と条件を等しくするために、冷却用の
空気を予熱しておく必要があり、そのためのヒータ等の
加熱手段が別途必要になるとともに、高熱流束域におい
ては、温度変化による気体の体積変動が大きく、したが
って、気体の流量および温度を測定するのが難しいとい
う問題があった。

【０００６】また、後者の水冷ジャケット法の場合に
は、水冷ジャケット７内の冷却水がヒートパイプ１の凝
縮部３を直接冷却する構造とすると、ヒートパイプ１の
管壁と冷却水との温度差が大き過ぎ、出熱量が非常に大
きな値となって、適正な性能測定ができなかった。その
ため、従来においては凝縮部３の外周面との間に隙間が
できるように水冷ジャケット７を配設して、この隙間が
断熱空間となって凝縮部の冷却し過ぎを防いでいるが、
熱輸送量等を正確に測定するには、この水冷ジャケット
７と凝縮部３との間の隙間を正確に設定する必要があ
り、この隙間管理が難しいという問題があった。

【０００７】この発明は上記課題に鑑みなされたもの
で、高温用ヒートパイプの性能を容易かつ正確に試験で
きる高温用ヒートパイプの性能試験方法を提供すること
を特徴としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段としてこの発明は、高温用ヒートパイプを所定
の条件下で動作させて行う高温用ヒートパイプの性能試
験方法において、前記高温用ヒートパイプの蒸発部を加
熱手段により加熱して動作温度範囲内に保持するととも
に、凝縮部の外周に断面円形の冷却管を所定の間隔で巻
装し、この冷却管内に冷却媒体を流通させて冷却しなが
ら、前記ヒートパイプの外周各部の管壁温度あるいは冷
却に使用された冷却媒体の量および温度を測定して、こ
の測定値に基づいてヒートパイプの熱輸送特性値を算出
することを特徴としている。

【０００９】また、前記凝縮部の外周面と冷却管との間
に熱伝達率を下げる部材を介在させることを特徴として
いる。

【００１０】

【作用】上記のように、高温用ヒートパイプの蒸発部を
加熱手段により加熱して動作温度範囲内に保持するとと
もに、凝縮部の外周に断面円形の冷却管を所定の間隔で
巻装し、この冷却管内に冷却媒体を流通させて冷却する
ため、凝縮部の外周面に線接触させた冷却管によって冷
却することとなり、熱抵抗を大きくできるため、凝縮部
の温度が下がり過ぎることがなく、適正な条件下で性能
試験を行うことができる。したがって、実際の動作温度
範囲とほぼ等しい条件下におけるヒートパイプの熱輸送
特性値を算出することが可能となる。

【００１１】また、前記凝縮部の外周面と冷却管との間
に熱伝達率を下げる部材を介在させれば、さらに熱抵抗
が大きくなって緩やかに冷却されるため、凝縮部の温度
が下がり過ぎることがなく、適正な条件下で性能試験を
行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の高温用ヒートパイプの性能
試験方法を実施する設備を示すもので、図１ないし図３
を参照して説明する。

【００１３】図１および図２は、この発明の一実施例の
性能試験方法を示すもので、カリウムを作動流体とする
高温用ヒートパイプ１１は、その一方の蒸発部１２側
（図２において左側）を、赤外線炉あるいは高周波加熱
方式の加熱炉１５内に配設して、所定の温度に加熱され
るとともに、他端の凝縮部１３側は、前記加熱炉１５の
外部に延出させて配設されている。そして、この凝縮部
１３の外周には、銅、ステンレスあるいはアルミニウム
合金等の断面円形の金属細管を、前記凝縮部１３の外側
に嵌合する内径で、所定ピッチの粗いコイル状に予め成
形した冷却管１４，１４が、凝縮部１３の二分されたそ
れぞれの範囲を冷却するように装着されている。そし
て、各冷却管１４の上流側は、給水管１６ａを介してヒ
ートパイプ１１より高い位置に設置された貯水タンク１
６の底部に配管接続され、また各冷却管１４の下流側
は、排水管１７ａを介してヒートパイプ１１より低い位
置に設置された温排水タンク１７の上部に配管されてい
る。なお、図２において符号１８は、給水管１６ａに介
設された流量調節弁である。また貯水タンク１６内の冷
却水温度は一定に保たれている。

【００１４】次に、上記のように構成された設備による
ヒートパイプの性能試験方法を説明すると、高温用ヒー
トパイプ１１の加熱炉１５内に配設された蒸発部１２を
加熱するとともに、流量調節弁１８を開いて貯水タンク
１６中の冷却水を冷却管１４内に流すと、加熱された蒸
発部１２内において作動流体のカリウムが融解し、さら
に加熱されて蒸発する。そして、この蒸発した作動流体
は、ヒートパイプ１１内を凝縮部１３側に移動して、冷
却管１４内を流通する冷却水によって冷却されて低温と
なっている凝縮部１３の内周面に接触して凝縮する。そ
して、凝縮して液相に戻った作動流体は、ヒートパイプ
１１が傾けて設置されているため、重力によって低い方
向に流れて蒸発部１２へ還流する。

【００１５】このとき、凝縮部１３が昇温して膨張する
ことにより、冷却管１４が凝縮部１３の外周面に隙間な
く接触する。そして、細い冷却管１４内を流れる冷却水
が少量であるとともに、この冷却管１４が凝縮部１３の
外周に線接触して熱伝達するため熱抵抗が大きく、その
結果、凝縮部１３が緩やかに冷却されて、冷却し過ぎな
いようになっている。また、凝縮部１３を二分して２本
の冷却管１４，１４によって、分割したそれぞれの部分
を冷却するので、コイル状に巻装した各冷却管１４の上
流側と下流側での冷却水の温度差を小さく抑えられるた
め、凝縮部１３の全体をほぼ均一に冷却することがで
き、したがって、凝縮部１３の内周面全体で作動流体が
凝縮し、高い熱輸送効率が得られる。

【００１６】そして、凝縮部１３で熱を吸収した冷却水
は温排水となり、排水管１７ａ，１７ａを経由して温排
水タンク１７に回収される。したがって、温排水タンク
１７に回収された温排水の量と温度とから、高温用ヒー
トパイプ１１の熱輸送量を算出することができる。

【００１７】さらに、加熱炉１５内に配設された蒸発部
１２を、さらに高温となるように加熱すると、蒸発部１
２の温度上昇に伴って、熱輸送量も上昇する。そして、
蒸発部１２を温度上昇させても熱輸送量が増加しなくな
った時点の熱輸送量が、この高温用ヒートパイプ１１の
最大熱輸送量となる。

【００１８】以上のように、この実施例の高温用ヒート
パイプの性能試験方法によれば、水冷ジャケットを用い
た場合のように、水冷ジャケットと凝縮部との間の隙間
管理が不要となるとともに、冷却水によって凝縮部１３
を適正に冷却して、高温用ヒートパイプ１１の性能を試
験することができる。

【００１９】なお、この実施例においては、カリウムを
作動流体とする高温用ヒートパイプの性能試験方法につ
いて説明したが、動作温度がさらに高温となるナトリウ
ムを作動流体とする高温用ヒートパイプの場合のよう
に、上記実施例の方法では、凝縮部の管壁温度と冷却水
との温度差がまだ大き過ぎる場合には、図３に示す高温
用ヒートパイプ２１のように、凝縮部２３の外周を断熱
シート２５で覆った後、この断熱シート２５の外側に、
冷却管２４をコイル状に巻装し、この状態で冷却管２４
内に冷却水を流通させながら、蒸発部側を加熱すること
によって、高熱流束域での適正な熱輸送試験が可能とな
る。また、図３に示した方法においては断熱シートを用
いたが、断熱材に限らず、熱伝達率を下げるものであれ
ばよく、また、冷却管２４の外周を覆うように取付けて
もよい。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したようにこの発明の高温用
ヒートパイプの性能試験方法は、凝縮部の外周に断面円
形の冷却管を所定の間隔で巻装し、この冷却管内に冷却
媒体を流通させて冷却しながら、前記ヒートパイプの外
周各部の管壁温度あるいは冷却に使用された冷却媒体の
量および温度を測定して、この測定値に基づいて性能を
算出するので、高温用ヒートパイプの性能を容易かつ正
確に試験することができる。

【００２１】また、凝縮部の外周面と冷却管との間に、
熱伝達率を下げる部材を介在させれば、より高温の高熱
流束域における性能試験を、容易かつ正確に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の高温用ヒートパイプの性能試験方法
の一実施例の要部を示す一部切欠断面側面図である。

【図２】この一実施例の性能試験方法を示す説明図であ
る。

【図３】この発明の別の実施例の要部を示す図１相当の
一部切欠断面側面図である。

【図４】従来の高温用ヒートパイプの性能試験方法を示
す概略説明図である。

【図５】従来の別の高温用ヒートパイプの性能試験方法
を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１１…高温用ヒートパイプ、 １２…蒸発部、 １３…
凝縮部、 １４…冷却管、 １５…加熱炉、 ２１…高
温用ヒートパイプ、 ２３…凝縮部、 ２４…冷却管、
２５…断熱シート。

フロントページの続き (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温用ヒートパイプを所定の条件下で動
   作させて行う高温用ヒートパイプの性能試験方法におい
   て、 前記高温用ヒートパイプの蒸発部を加熱手段により加熱
   して動作温度範囲内に保持するとともに、凝縮部の外周
   に断面円形の冷却管を所定の間隔で巻装し、この冷却管
   内に冷却媒体を流通させて冷却しながら、前記ヒートパ
   イプの外周各部の管壁温度あるいは冷却に使用された冷
   却媒体の量および温度を測定して、この測定値に基づい
   てヒートパイプの熱輸送特性値を算出することを特徴と
   する高温用ヒートパイプの性能試験方法。
2. 【請求項２】 前記凝縮部の外周面と冷却管との間に、
   熱伝達率を下げる部材を介在させることを特徴とする請
   求項１記載の高温用ヒートパイプの性能試験方法。