JPH09280758A - ヒートパイプ式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送風に伴う騒音を効果的に低減することがで
きるヒートパイプ式熱交換器を提供する。 【解決手段】 高温ガス域と低温ガス域とを区画する隔
壁２に、多数本のヒートパイプ５が環状に配設した状態
で貫通されているヒートパイプ式熱交換器において、ヒ
ートパイプ５によって囲われた筒状空間部８の内側に、
送風ファン９が配設されている。したがって、送風ファ
ン９の送風に伴う騒音が筒状空間部８の外側に漏洩しに
くい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートパイプを
用いた熱交換器に関し、特に高温ガスと低温ガスとの間
でヒートパイプを介して熱交換を行わせる構成の熱交換
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、ヒートパイプは密閉金属管
の内部に真空脱気した状態で水やアルコール等の凝縮性
流体を作動流体として封入したものであり、その両端部
に温度差が生じることにより自動的に動作し、高温部で
蒸発した作動流体が低温部に流動して放熱・凝縮するこ
とにより、作動流体の潜熱として熱輸送する。そして、
その見掛上の熱伝導率が銅やアルミ等の金属に対して数
十倍程度優れていることから、冷却用素子として各種熱
関連機器に採用されている。

【０００３】その一例が特開平８−４６１０１号公報に
記載されている。この公報に記載されたヒートパイプ式
熱交換器は、半導体素子を備えて高温雰囲気とされた筐
体の内部を冷却するよう構成されたものである。複数本
のヒートパイプは、多数枚の平板リング状のフィンによ
って多重円環状に配列された状態で一体に連結されてい
て、これらのヒートパイプの両端部には、中心部に開口
部を備えた上部側板と下部側板がそれぞれ取り付けられ
ており、また各側板には送風ファンが取り付けられてい
る。そして、筐体の内部には、隔壁を貫通した状態にヒ
ートパイプ群の一端部が配設されている。

【０００４】したがって、送風ファンを駆動して上部側
板と下部側板とによって囲われた空間内から空気を吸引
し、ヒートパイプの端部方向に排気することによって、
空気がヒートパイプの中間部、すなわちフィンに沿って
その内側に導入される。その際に、ヒートパイプと空気
との間で熱交換が行われる。前述の通り、各ヒートパイ
プは、両方の端部を高温域と低温域とに露出させた状態
に配置されているから、それぞれの端部で吸熱・放熱が
生じ、その結果、隔壁を挟んだ筐体の内外での熱交換が
行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の熱交換器では、送風ファンがヒートパイプの両端に
設けた上部側板および下部側板の外側に露出した状態に
配置されているために、吸引・排気に伴う騒音が外部に
漏れ出やすい。また特に、上記の熱交換器では、複数本
のヒートパイプによって囲まれた空間内にヒートパイプ
およびフィンを横切らせて空気を吸引し、かつ上部側板
および下部側板から排気するよう構成されているため
に、送風ファンによって生じた騒音がそのまま送気によ
って外部にもたらされることになり、送風に伴う騒音が
顕著になるおそれが多分にあった。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、送風に伴う騒音を効果的に低減することがで
きるヒートパイプ式熱交換器を提供することを目的とす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】請求項１
の発明は、上記の目的を達成するために、高温ガス域と
低温ガス域とを区画する隔壁に、多数本のヒートパイプ
が環状に配設した状態で貫通されているヒートパイプ式
熱交換器において、前記ヒートパイプによって囲われた
筒状空間部の内側に、送風ファンが配設されていること
を特徴とするものである。

【０００８】また、請求項２の発明では、筒状空間部の
端部開放部から吸引し、かつ前記ヒートパイプを横切っ
て排出する方向にガスを流動させるよう前記送風ファン
が構成されていることを特徴とするものである。

【０００９】さらに、請求項３の発明では、前記ヒート
パイプに多数枚のフィンが取り付けられていることを特
徴とするものである。

【００１０】したがって、請求項１の発明によれば、送
風ファンはヒートパイプで囲われた筒状空間部の内側に
配置されているために、ヒートパイプが遮音壁として作
用することになり、そのため、送風ファンの駆動音が外
部に漏洩しにくく、その結果、騒音を低減することがで
きる。

【００１１】また、特に請求項２に記載したように、高
温ガスもしくは低温ガスを筒状空間部の端部開放部から
吸引し、またそのガスをヒートパイプを横切って排出す
る方向に流動させるように送風ファンを構成すれば、送
風ファンによって生じた乱流もしくはそれに伴う騒音は
ヒートパイプを通過する際に整流されて抑制され、その
結果、消音効果が更に向上する。

【００１２】さらに、請求項３に記載した構成では、ヒ
ートパイプにフィンが多数枚取り付けられていることに
より、熱交換面積を拡大できるとともに、整流作用が更
に向上するために、消音効果をより一層向上させること
ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の一具体例を図
面に基づいて説明する。ここに示す例は、廃ガスなどの
高温流体により高温雰囲気とされた密閉筐体１の内部を
冷却するよう構成したものである。

【００１４】前記密閉筐体１は、金属板などの所定の耐
熱性材料によって構成されており、隔壁に相当するその
上壁部２には四角形状の開口部３が形成されている。こ
の密閉筐体１の内部には、高温の排気ガスが流通してい
る。そのため、密閉筐体１の内部雰囲気は外気に対して
高温となっている。したがって、この具体例では、密閉
筐体の内部空間が高温ガス域に相当し、これに対して外
気が低温ガス域に相当している。また、上壁部２の内面
のうち開口部３の縁部分には、後述するボルトを挿通さ
せるための貫通孔が設けられるとともに、溶接によって
ナット４が固着されている。

【００１５】他方、互いに平行にかつ全体として円環状
に配設させた多数本のヒートパイプ５には、これらのヒ
ートパイプ５を一体に保持するように平板リング状のフ
ィン６が多数枚取り付けれている。これらのフィン６
は、互いに平行かつ狭い間隔で積層されている。なお、
ヒートパイプ５としては、この具体例では小径でストレ
ートの単管タイプが採用されている。

【００１６】また、各ヒートパイプ５の長さ方向での中
間部には、仕切板７が各フィン６とほぼ平行な状態に取
り付けられている。したがって、各ヒートパイプ５は仕
切板７を貫通している。仕切板７は、密閉筐体１の開口
部３を閉じるための部材であり、ここでは開口部３より
一回り程度大きい四角形の金属平板から形成されてい
る。また、仕切板７の平面図上での中心箇所には、後述
する送風ファンの軸を導通させるための貫通孔が設けら
れている。そして、この貫通孔には、ボールベアリング
（図示せず）が嵌合されている。更に仕切板７の四隅に
は、ボルト挿通用の貫通孔が設けられている。したがっ
て、多数本のヒートパイプ５によって囲まれた中心側の
うち各フィン６の内周側に、仕切板７を挟んだ２個の円
筒状空間部８が形成されている。

【００１７】送風ファン９は、図２での上端部に駆動用
のモータ１０を取り付けた軸１１によって、２個の羽根
車１２を同一軸線上に連結させた構成のいわゆるシロッ
コファンである。すなわち、１個のモータ１０によって
両方の羽根車１２が一体となって回転する構成であり、
そのため、モータ１０の占有スペースが少ない利点があ
る。そして、各羽根車１２は、仕切板７に設けたボール
ベアリングによって羽根車１２同士の間の軸１１を支持
させた状態で、各円筒状空間部８内にそれぞれ同軸上に
遊嵌されている。

【００１８】したがって、ヒートパイプ５とフィン６と
仕切板７と送風ファン９とモータ１０とが１つのユニッ
トとされており、そのユニットは、図１での下側半分を
密閉筐体１の内部に露出させ、かつ仕切板７で開口部を
塞いだ状態で、ボルト１３とナット４とを締結すること
により密閉筐体１に取り付けられている。したがって、
ヒートパイプ５の図２での下端部が高温ガス域に配設さ
れ、これに対して、上端部が低温ガス域に配設されてい
る。なお、特には図示しないが仕切板７と上壁部２とが
重なり合っている箇所には、パッキンが配設されてい
る。

【００１９】つぎに、上記のように構成された熱交換器
の作用について説明する。まず、モータ１０を駆動させ
ることによって、送風ファン９の両方の羽根車１２が共
に一定方向に回転し、それぞれ図１に記す矢印の方向に
空気が流される。より詳細には、まず、密閉筐体１の外
部では、円筒状空間部８の上側端部の開口箇所（フィン
６の内周部）から低温ガスが流入するとともに、その低
温ガスが図１での下方に向けて流動し、その後、ヒート
パイプ５を横切るように、かつフィン６同士の間を通り
抜けるように円筒状空間部８の外部に流れ出る。

【００２０】これに対して、密閉筐体１の内部では、円
筒状空間部８の下側開口箇所から高温ガスが流入し、そ
の高温ガスは仕切板７側に向けて上昇した後に、上記と
同様に各ヒートパイプ５を横切り、かつフィン６同士の
間を通り抜けるように円筒状空間部８から流出する。そ
の場合、乱流であったガスの流れが多数枚のフィン６お
よび多数本のヒートパイプ５によって整流され、しか
も、送風ファン９自体がこれらのフィン６やヒートパイ
プ５に周囲を囲われているために、送風に伴う騒音が円
筒状空間部８の外部に漏れ出にくい。つまり、この具体
例では騒音が小さい。

【００２１】つぎに、冷却作用について説明すると、密
閉筐体１はその内外で温度が異なるから、各ヒートパイ
プ５のうち密閉筐体１１の内側に配設された端部が他端
部に対して高温になる。したがって、蒸発部の内部にお
いて液相作動が蒸発する。その作動流体蒸気は、内部圧
力と温度が共に低い凝縮部に向けて流動し、すなわち図
１でのヒートパイプ５の下端部から上端部に向けて上昇
した後に、各コンテナおよび各フィン６を介して外気に
熱を奪われて凝縮する。

【００２２】なお、凝縮して液相に戻った作動流体は、
重力によって蒸発部に向けてコンテナの内面を流下した
後、再度加熱されて蒸発する。ヒートパイプ５の作動流
体による熱輸送サイクルは、密閉筐体１の内部と外部と
がほぼ等しい温度になるまで継続される。その結果、密
閉筐体１の内部が適度に冷却される。

【００２３】このように、多数本のヒートパイプ５と多
数枚のフィン６とが遮音壁として作用するばかりでな
く、送気によって生じた乱流やそれに伴う騒音が各ヒー
トパイプ５および各フィン６を通過する際に整流されて
抑制される。そのため、送風ファン９による騒音が従来
の熱交換器に比べて大幅に低減する。

【００２４】なお、上記の具体例では、送風ファンとし
て軸流ファンを例示したが、この発明は上記の具体例に
限定されるものではなく、斜流ファンや横流ファンを採
用することもできる。また、送風ファンの駆動方式とし
ては、例えばベルト駆動式などでもよく、また言うまで
もなく、複数個の送風ファンを個別に駆動させる構成と
してもよい。また、上記具体例では、複数本のヒートパ
イプを一体に保持するようにフィンを取り付けたが、各
ヒートパイプごとにフィンを個別に取り付ける構成とし
てもよい。さらに、フィン同士の間を薄板で仕切り、格
子状断面とした構成でもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明では、高温ガス域と低ガス域とを区画す
る隔壁に、多数本のヒートパイプが環状に配設した状態
で貫通されているヒートパイプ式熱交換器において、ヒ
ートパイプによって囲われた筒状空間部の内側に送風フ
ァンを配設させたから、送風に伴う騒音を低減させるこ
とができる。

【００２６】また、請求項２に記載したように、筒状空
間部の端部開放部から吸引し、かつヒートパイプを横切
って排出する方向にガスを流動させるよう送風ファンを
構成すれば、消音効果を更に向上させることができる。

【００２７】さらに、ヒートパイプにフィンを取り付け
れば、消音効果をより一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一具体例を示す概略図である。

【図２】その具体例を示す斜視図である。

【図３】送風ファンを一部切り欠いて示す概略図であ
る。

【符号の説明】

２…上壁部、 ５…ヒートパイプ、 ６…フィン、 ８
…円筒状空間部、 ９送風ファン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温ガス域と低温ガス域とを区画する隔
   壁に、多数本のヒートパイプが環状に配設した状態で貫
   通されているヒートパイプ式熱交換器において、 前記ヒートパイプによって囲われた筒状空間部の内側
   に、送風ファンが配設されていることを特徴とするヒー
   トパイプ式熱交換器。
2. 【請求項２】 前記筒状空間部の端部開放部から吸引
   し、かつ前記ヒートパイプを横切って排出する方向にガ
   スを流動させるよう前記送風ファンが構成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ式熱交換
   器。
3. 【請求項３】 前記ヒートパイプに多数枚のフィンが取
   り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒ
   ートパイプ式熱交換器。