JPH09303984A - Thermal element - Google Patents
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- JPH09303984A JPH09303984A JP8114515A JP11451596A JPH09303984A JP H09303984 A JPH09303984 A JP H09303984A JP 8114515 A JP8114515 A JP 8114515A JP 11451596 A JP11451596 A JP 11451596A JP H09303984 A JPH09303984 A JP H09303984A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱の流れを任意に
断続することができる熱素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat element capable of arbitrarily interrupting the flow of heat.
【0002】[0002]
【従来の技術】図5は、ヒートパイプ(heat pipe) の模
式的構成図である。ヒートパイプ1は、密閉された管内
に作動流体(熱媒体2)が封入されており、蒸発部3で
作動流体が蒸発して外部から吸熱し、この蒸気が圧力差
で凝縮部4に流れ、凝縮部4で凝縮して放熱し、凝縮液
が、内壁に設けられた毛細管構造5(ウイック、溝、金
網等)の中を、毛細管力によって駆動されて蒸発部に戻
るようになっている。従って、管内に封入した熱媒体
(液)が、加熱部で沸騰し、冷却部で凝縮して、その間
で凝縮液の還流、蒸発ガスの移動を繰り返し、熱輸送す
る機能を有するものである。なお、この図において6は
断熱部である。2. Description of the Related Art FIG. 5 is a schematic diagram of a heat pipe. In the heat pipe 1, a working fluid (heat medium 2) is enclosed in a sealed tube, the working fluid evaporates in the evaporator 3 and absorbs heat from the outside, and this vapor flows to the condenser 4 due to a pressure difference, The condensation part 4 condenses and radiates heat, and the condensate returns to the evaporation part by being driven by the capillary force in the capillary structure 5 (wick, groove, wire mesh, etc.) provided on the inner wall. Therefore, the heat medium (liquid) sealed in the tube has a function of boiling in the heating section and condensing in the cooling section, and in the meanwhile, the condensate is repeatedly refluxed and the evaporated gas is repeatedly moved to transfer heat. In addition, in this figure, 6 is a heat insulation part.
【0003】ヒートパイプは、熱伝達率の非常に大きい
沸騰伝熱と凝縮伝熱の組み合わせからなることから、極
めて高い熱輸送性能を有しており、例えば熱伝導率の高
い純銅の数百倍〜千数百倍に相当する。Since the heat pipe is composed of a combination of boiling heat transfer and condensation heat transfer having a very large heat transfer coefficient, it has an extremely high heat transfer performance, for example, several hundred times that of pure copper having a high heat conductivity. ~ Equivalent to a thousand times.
【0004】上述したように通常のヒートパイプは、極
めて高い熱輸送性能を有しているが、その伝熱量を調節
することができず、例えばヒートパイプを放熱手段に用
いる場合に、低温時の大きな放熱により保温が困難にな
る問題点がある。そこで、この問題点を解決し、伝熱量
を調節することができるヒートパイプ(以下、可変コン
ダクタンスヒートパイプ,VCHP:Variable Conduct
ance Heat Pipeという)が提案され一部で使用されてい
る(例えば「ヒートパイプの理論と応用」、p166〜
p185、ジャテック出版、昭和53年6月23日発
行)。As described above, the ordinary heat pipe has an extremely high heat transport performance, but the amount of heat transfer cannot be adjusted. For example, when the heat pipe is used as a heat radiation means, it is There is a problem that heat retention becomes difficult due to large heat radiation. Therefore, a heat pipe (hereinafter, referred to as a variable conductance heat pipe, VCHP: Variable Conduct) capable of solving this problem and adjusting the amount of heat transfer
ance Heat Pipe) has been proposed and used in some parts (for example, "Theory and Application of Heat Pipes", p166-).
p185, Jatec Publishing, published June 23, 1978).
【0005】VCHPは、図6に模式的に示すように、
ヒートパイプ1に連通したガス溜7内に窒素、アルゴン
などの不凝縮ガス8を封入したものであり、不凝縮ガス
8により凝縮伝熱面の一部を覆うようにしたものであ
る。図7はこのVCHPの作動説明図である。この図に
おいて、(A)の初期、冷態状態では、不凝縮ガス8が
管内に充満して、凝縮部を含めて管内のほとんどすべて
の伝熱面を不凝縮ガス8が覆っており、ヒートパイプと
しては非機能状態にある。(B)加熱部の温度上昇に伴
って、ヒートパイプ内の熱媒体2が蒸発を開始して管内
圧力が上昇すると、不凝縮ガス8が圧縮されてその容積
が減少して、凝縮面4の一部が機能回復する。(C)更
に、加熱部温度が上昇すると、凝縮面4のすべてが機能
回復して通常のヒートパイプとして作動する。VCHP is, as schematically shown in FIG.
A gas reservoir 7 communicating with the heat pipe 1 is filled with a non-condensable gas 8 such as nitrogen or argon, and the non-condensable gas 8 covers a part of the condensing heat transfer surface. FIG. 7 is an explanatory diagram of the operation of this VCHP. In this figure, in the initial and cold state of (A), the non-condensable gas 8 fills the inside of the pipe, and the non-condensable gas 8 covers almost all the heat transfer surfaces in the pipe including the condensing part. It is in a non-functional state as a pipe. (B) When the heat medium 2 in the heat pipe starts to evaporate and the pressure in the pipe rises as the temperature of the heating section rises, the noncondensable gas 8 is compressed and its volume decreases, and the condensing surface 4 Part of the function is restored. (C) Further, when the temperature of the heating portion rises, all of the condensation surface 4 recovers its function and operates as a normal heat pipe.
【0006】従って、図7(A)(B)(C)の動作を
効果的に作用させて、特定の温度以下では熱輸送が極め
て少ないが、その温度を越すと熱輸送量が急増するよう
にして、結果的に、加熱部の発熱量によらず、その温度
を特定の温度範囲に維持することができる。Therefore, by effectively operating the operations shown in FIGS. 7A, 7B and 7C, heat transfer is extremely small below a specific temperature, but when the temperature is exceeded, the heat transfer amount increases rapidly. As a result, the temperature can be maintained within a specific temperature range regardless of the amount of heat generated by the heating section.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の可変コ
ンダクタンスヒートパイプ(VCHP)では、極めて高
い熱輸送性能を有し、かつ作動中の伝熱量をある程度調
節することができるが、熱の流れを任意に断続すること
はできない。これは、ヒートパイプを含むあらゆる伝熱
における熱流は、温度差(ポテンシャル)と伝熱係数
(コンダクタンス)に応じて消極的に定まり、電気機器
のようにスイッチにより積極的にオン/オフすることが
できないからである。The above-mentioned conventional variable conductance heat pipe (VCHP) has an extremely high heat transfer performance and can adjust the amount of heat transfer during operation to some extent, but the heat flow is It cannot be interrupted arbitrarily. This is because the heat flow in any heat transfer including a heat pipe is negatively determined according to the temperature difference (potential) and the heat transfer coefficient (conductance), and can be turned on / off positively by a switch like an electric device. Because you can't.
【0008】もし、電気機器におけるスイッチ、流体に
おける弁類のように、熱流を積極的(アクティブ)にオ
ン/オフできる「熱スイッチ」が実現できれば、高温部
から低温部への熱の流れを任意に断続でき、任意の時
に、任意の熱量を、移動することができる。更に、この
熱スイッチを複数設けることにより、熱の流れを複数設
けて、任意の時に、任意の熱量を、任意の場所へ移動で
きることになり、熱制御関係者にとって、夢の熱シーケ
ンスを組むことが可能となる。If a "heat switch" capable of actively turning on / off the heat flow, such as a switch in an electric device or a valve in a fluid, can be realized, the heat flow from the high temperature part to the low temperature part can be arbitrarily set. It can be intermittent and can transfer any amount of heat, at any time. Furthermore, by providing multiple heat switches, multiple heat flows can be provided, and any amount of heat can be moved to any place at any time, creating a dream heat sequence for those involved in thermal control. Is possible.
【0009】本発明は、かかる要望に応えるために創案
されたものである。すなわち本発明の目的は、高温部か
ら低温部への熱の流れを任意に断続することができ、こ
れにより、任意の時に、任意の熱量を、任意の場所へ移
動できる熱素子を提供することにある。The present invention was created to meet such a demand. That is, an object of the present invention is to provide a thermal element that can intermittently interrupt the flow of heat from a high temperature portion to a low temperature portion, thereby moving an arbitrary amount of heat to an arbitrary place at any time. It is in.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、加熱部
と冷却部とを有し内壁に毛細管構造が形成され内部に加
熱部で沸騰し冷却部で凝縮する熱媒体が封入されたヒー
トパイプ用中空管と、該中空管の冷却部側に連通して設
けられ内部に使用温度範囲で凝縮しない不凝縮ガスが封
入されたガス室と、ガス室の不凝縮ガスを加熱冷却する
加熱冷却器と、該加熱冷却器への通電をオン/オフする
電気スイッチと、からなり、前記熱媒体と不凝縮ガス
は、その界面が、不凝縮ガスの放熱時にガス室と冷却部
の中間位置にあり、不凝縮ガスの加熱時に冷却部より加
熱部側に位置するように設定されている、ことを特徴と
する熱素子が提供される。According to the present invention, a heat having a heating portion and a cooling portion, a capillary structure is formed on the inner wall, and a heat medium that boils in the heating portion and condenses in the cooling portion is enclosed inside the heat. A hollow pipe for pipes, a gas chamber provided in communication with the cooling unit side of the hollow pipe and filled with a non-condensable gas that does not condense within the operating temperature range, and the non-condensable gas in the gas chamber is heated and cooled. The heating / cooling device and an electric switch for turning on / off the power supply to the heating / cooling device. The interface between the heating medium and the non-condensable gas is between the gas chamber and the cooling part when the non-condensing gas releases heat. There is provided a thermal element, which is located at a position and is set so as to be located closer to the heating unit than the cooling unit when the non-condensable gas is heated.
【0011】上記本発明の構成によれば、電気スイッチ
で加熱冷却器(例えば電気ヒータ、ペルチェ素子)への
通電をオン/オフすることにより、不凝縮ガスを加熱/
冷却することができ、熱膨張/熱収縮により容積を増加
/減少させて、不凝縮ガスで冷却部を覆い/或いは冷却
部を熱媒体の蒸気に露出させることができる。不凝縮ガ
スの放熱時(冷却時)には、熱媒体と不凝縮ガスの界面
が、ガス室と冷却部の中間位置にあり、冷却部が熱媒体
の蒸気に露出しているので、冷却部で熱媒体が凝縮し、
加熱部から冷却部への通常のヒートパイプとしての熱輸
送が行われる。一方、不凝縮ガスの加熱時には、熱媒体
と不凝縮ガスの界面が冷却部より加熱部側に位置し、冷
却部を不凝縮ガスが覆っているので、冷却部での熱媒体
の凝縮が停止し、ヒートパイプの作動が停止する。従っ
て、電気スイッチのオン/オフにより、ヒートパイプを
停止/作動させ、高温部から低温部への熱の流れを任意
に断続することができる。また、この熱素子を複数用い
ることにより、任意の時に、任意の熱量を、任意の場所
へ移動することができる。According to the above configuration of the present invention, the non-condensable gas is heated / heated by turning on / off the power supply to the heating / cooling device (for example, an electric heater or a Peltier element) with an electric switch.
It can be cooled and the volume can be increased / decreased by thermal expansion / contraction to cover the cooling section with non-condensing gas and / or expose the cooling section to the vapor of the heat carrier. When the non-condensable gas releases heat (during cooling), the interface between the heat medium and the non-condensable gas is at an intermediate position between the gas chamber and the cooling unit, and the cooling unit is exposed to the vapor of the heat medium. The heat medium condenses at
Heat is transferred from the heating section to the cooling section as a normal heat pipe. On the other hand, when heating the non-condensable gas, the interface between the heat medium and the non-condensable gas is located closer to the heating part than the cooling part, and the non-condensing gas covers the cooling part, so the condensation of the heat medium in the cooling part is stopped. Then, the operation of the heat pipe stops. Therefore, by turning on / off the electric switch, the heat pipe can be stopped / operated, and the flow of heat from the high-temperature part to the low-temperature part can be arbitrarily interrupted. Further, by using a plurality of the thermal elements, it is possible to transfer an arbitrary amount of heat to an arbitrary place at an arbitrary time.
【0012】前記加熱冷却器は、電気ヒータ及び/又は
ペルチェ素子であるのがよい。電気ヒータにより熱媒体
の加熱ができ、ペルチェ素子により熱媒体の冷却ができ
る。従って、この両方又はいずれか一方を用いることに
より、不凝縮ガスの加熱及び/又は冷却を電気スイッチ
で制御することができる。The heating / cooling device may be an electric heater and / or a Peltier element. The electric heater can heat the heat medium, and the Peltier element can cool the heat medium. Therefore, the heating and / or the cooling of the noncondensable gas can be controlled by the electric switch by using both or either of them.
【0013】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
中空管は、加熱部とこれに連通して分岐した複数の冷却
部とを有し、前記ガス室、加熱冷却器、及び電気スイッ
チは、中空管のそれぞれの冷却部側に連通して複数設け
られている。この構成により、複数の電気スイッチのオ
ン/オフにより、それぞれの冷却部における熱媒体の凝
縮を停止/作動させることができ、単一の熱素子によ
り、加熱部から複数の冷却部への熱の流れを別々に断続
することができ、任意の時に、任意の熱量を、任意の場
所へ移動することができる。According to a preferred embodiment of the present invention, the hollow tube has a heating part and a plurality of cooling parts communicating with the heating part, and the gas chamber, the heating / cooling device, and the electric switch are A plurality of hollow tubes are provided so as to communicate with each cooling section side. With this configuration, by turning on / off a plurality of electric switches, it is possible to stop / operate the condensation of the heat medium in each cooling unit, and a single heat element can prevent the heat from the heating unit to the plurality of cooling units. The flows can be interrupted separately and any amount of heat can be transferred to any location at any time.
【0014】前記熱媒体は、水、ダウサム、アンモニ
ア、フレオン、エタノール、メタノール、水銀、又はナ
トリウムから選択され、前記不凝縮ガスは、アルゴン、
窒素、空気、又はヘリウムから選択される。これらの熱
媒体及び不凝縮ガスを用いることにより、不凝縮ガスが
熱媒体やヒートパイプ用の中空管と反応せず、かつ温度
による変質がないので、通常のヒートパイプの熱輸送性
能を長期間安定して保持することができる。The heat medium is selected from water, dowsome, ammonia, freon, ethanol, methanol, mercury, or sodium, and the noncondensable gas is argon,
It is selected from nitrogen, air or helium. By using these heat medium and non-condensable gas, the non-condensable gas does not react with the heat medium and the hollow pipe for heat pipe, and there is no deterioration due to temperature, so the heat transfer performance of a normal heat pipe is improved. It can be held for a stable period.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。ここで提案する「熱素子」は、ヒートパイプ(H
P:Heat Pipe )にアルゴン、窒素などの不凝縮ガスを
封入したもので、微弱な電力量でガス容積を操作し、ヒ
ートパイプとしての機能をオン/オフしようとするもの
である。前述したようにヒートパイプは、極めて高い熱
輸送性能を有していることが知られている。熱輸送性を
熱伝導率に換算してみると、一般に銅材の数百倍〜千数
百倍に相当する。従って、ヒートパイプの機能がオン/
オフされれば、これが「熱輸送のスイッチ」になると期
待される。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the drawings, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The "thermal element" proposed here is a heat pipe (H
P: Heat Pipe) is filled with non-condensable gas such as argon and nitrogen, and the gas volume is operated with a weak electric energy to turn on / off the function as a heat pipe. As described above, heat pipes are known to have extremely high heat transport performance. Converting the heat transport property into a thermal conductivity, it is generally equivalent to several hundred times to several thousand times more than that of a copper material. Therefore, the heat pipe function is turned on /
If turned off, this is expected to be a "heat transport switch".
【0016】図1は、本発明による熱素子の構成図であ
る。この図において、本発明の熱素子10は、加熱部1
1と冷却部12とを有するヒートパイプ用中空管13
と、この中空管13の冷却部12の側に連通して設けら
れたガス室14と、ガス室内を加熱冷却する加熱冷却器
16と、加熱冷却器16への通電をオン/オフする電気
スイッチ18とからなる。FIG. 1 is a block diagram of a thermal element according to the present invention. In this figure, the heating element 10 of the present invention is the heating unit 1
Hollow pipe 13 for heat pipe having 1 and cooling unit 12
A gas chamber 14 provided in communication with the hollow tube 13 on the side of the cooling unit 12, a heating / cooling device 16 for heating / cooling the gas chamber, and electricity for turning on / off the power supply to the heating / cooling device 16. And a switch 18.
【0017】加熱冷却器16は、電気ヒータ及び/又は
ペルチェ素子であるのがよい。電気ヒータにより熱媒体
の加熱ができ、ペルチェ素子により熱媒体の冷却ができ
る。従って、この両方又はいずれか一方を用いることに
より、不凝縮ガスの加熱及び/又は冷却を電気スイッチ
18で制御することができる。なお、以下の例では、加
熱冷却器16として電気ヒータのみを用いた場合につい
て説明する。The heating / cooling unit 16 may be an electric heater and / or a Peltier element. The electric heater can heat the heat medium, and the Peltier element can cool the heat medium. Therefore, the heating and / or the cooling of the non-condensable gas can be controlled by the electric switch 18 by using both or either of them. In the following example, a case where only the electric heater is used as the heating / cooling device 16 will be described.
【0018】ヒートパイプ用中空管13には、内壁に毛
細管構造13a(例えばウイック)が形成され、かつ内
部に加熱部で沸騰し冷却部で凝縮する熱媒体2が封入さ
れている。この熱媒体2は、例えば、水、ダウサム、ア
ンモニア、フレオン、エタノール、メタノール、水銀、
又はナトリウムであり、使用温度範囲により適宜選択す
ることができる。なお、本発明の熱媒体2は、これらの
ものに限定されず、ヒートパイプに用いられる周知の熱
媒体を用いることができる。The heat pipe hollow tube 13 has a capillary structure 13a (for example, a wick) formed on the inner wall thereof, and the heat medium 2 which is boiled in the heating section and condensed in the cooling section is enclosed therein. This heat medium 2 is, for example, water, dowsome, ammonia, freon, ethanol, methanol, mercury,
Or sodium, which can be appropriately selected depending on the temperature range used. The heat medium 2 of the present invention is not limited to these, and a known heat medium used for a heat pipe can be used.
【0019】加熱部11は、封入された熱媒体2の沸点
以上の温度で加熱され、冷却部12は、凝縮点以下の温
度に冷却されている。更に、加熱部11と冷却部12の
間には、断熱部6が設けられ、その間を断熱するように
なっている。上述した構成により、中空管13を通常の
ヒートパイプとして作動させることができる。The heating section 11 is heated to a temperature above the boiling point of the enclosed heat medium 2, and the cooling section 12 is cooled to a temperature below the condensation point. Further, a heat insulating part 6 is provided between the heating part 11 and the cooling part 12 so as to insulate the space between them. With the configuration described above, the hollow tube 13 can be operated as an ordinary heat pipe.
【0020】ガス室14には、内部に使用温度範囲で凝
縮しない不凝縮ガス8が封入されている。この不凝縮ガ
ス8は、アルゴン、窒素、空気、又はヘリウムから選択
される。これらの不凝縮ガス8は、熱媒体2やヒートパ
イプ用の中空管13と反応せず、かつ温度による変質が
ないので、中空管13を通常のヒートパイプとして作動
させ、その熱輸送性能を長期間安定して保持することが
できる。The gas chamber 14 is filled with a non-condensable gas 8 which does not condense within the operating temperature range. The non-condensing gas 8 is selected from argon, nitrogen, air or helium. Since these non-condensed gases 8 do not react with the heat medium 2 or the hollow pipe 13 for the heat pipe and are not deteriorated by the temperature, the hollow pipe 13 is operated as a normal heat pipe and its heat transport performance is improved. Can be stably maintained for a long period of time.
【0021】電気ヒータ16は、電気スイッチ18を介
して外部に設置された電源19に接続され、電気スイッ
チ18により電気ヒータ16への通電をオン/オフし、
ガス室14の不凝縮ガス8を加熱/放熱するようになっ
ている。スイッチをオフ(OFF)し、不凝縮ガス8を
放熱させると、ガス室14からの放熱及び/又は冷却部
12からの放熱により、不凝縮ガス8の温度は、冷却部
12の温度に近い低温(以下T1 とする)となる。逆に
スイッチをオン(ON)し、不凝縮ガス8を加熱する
と、ヒータによる加熱とその他の放熱とのバランスによ
り、不凝縮ガス8の温度は、T1 より高い温度(以下、
T2 とする)になる。なお、T1 ,T2 の温度は、加熱
部11及び冷却部12の温度とは独立して設定すること
ができる。また、これらの温度をヒータの入力またはそ
の断続等を制御して所定の一定温度に保持することが好
ましい。The electric heater 16 is connected to an external power source 19 via an electric switch 18, and the electric switch 18 turns on / off the power supply to the electric heater 16.
The non-condensable gas 8 in the gas chamber 14 is heated / radiated. When the switch is turned off and the non-condensable gas 8 is radiated, the temperature of the non-condensed gas 8 is low due to the heat radiated from the gas chamber 14 and / or the heat radiated from the cooling unit 12. (Hereinafter referred to as T1). On the contrary, when the switch is turned on to heat the non-condensable gas 8, the temperature of the non-condensable gas 8 is higher than T1 (hereinafter,
T2). The temperatures T1 and T2 can be set independently of the temperatures of the heating section 11 and the cooling section 12. Further, it is preferable that these temperatures are maintained at a predetermined constant temperature by controlling the input of the heater or the interruption or the like.
【0022】熱媒体2と不凝縮ガス8は、上述したよう
に、互いに連通した中空管13とガス室14にそれぞれ
封入されており、その界面9が混合することなく形成さ
れる。熱媒体2と不凝縮ガス8は、その界面9が、不凝
縮ガス8の放熱時に(すなわち温度T1 において)ガス
室14と冷却部12の中間位置Aにあり、不凝縮ガス8
の加熱時に(すなわち温度T2 において)冷却部12よ
り加熱部側Bに位置するように設定されている。As described above, the heat medium 2 and the non-condensable gas 8 are enclosed in the hollow tube 13 and the gas chamber 14, which are in communication with each other, and their interfaces 9 are formed without mixing. The interface 9 between the heat medium 2 and the non-condensable gas 8 is at an intermediate position A between the gas chamber 14 and the cooling section 12 when the heat of the non-condensable gas 8 is released (that is, at the temperature T1).
It is set so as to be located on the heating section side B from the cooling section 12 at the time of heating (that is, at the temperature T2).
【0023】上述した構成により、電気スイッチ18で
電気ヒータ16への通電をオン/オフすることにより、
不凝縮ガス8を加熱/放熱することができ、熱膨張/熱
収縮により容積を増加/減少させて、不凝縮ガス8で冷
却部12を覆い/或いは冷却部を熱媒体の蒸気に露出さ
せることができる。不凝縮ガス8の放熱時には、熱媒体
2と不凝縮ガス8の界面9が、ガス室14と冷却部12
の中間位置Aにあり、冷却部12が熱媒体2の蒸気に露
出しているので、冷却部12で熱媒体2が凝縮し、加熱
部11から冷却部12への通常のヒートパイプとしての
熱輸送が行われる。一方、不凝縮ガス8の加熱時には、
熱媒体2と不凝縮ガス8の界面9が冷却部12より加熱
部側Bに位置し、冷却部12を不凝縮ガス8が覆ってい
るので、冷却部12での熱媒体2の凝縮が停止し、ヒー
トパイプの作動が停止する。従って、電気スイッチ18
のオン/オフにより、ヒートパイプを停止/作動させ、
高温部から低温部への熱の流れを任意に断続することが
できる。With the above-described structure, by turning on / off the power supply to the electric heater 16 by the electric switch 18,
The non-condensable gas 8 can be heated / heat-dissipated, the volume is increased / decreased by thermal expansion / contraction, and the non-condensed gas 8 covers the cooling part 12 and / or exposes the cooling part to the vapor of the heat medium. You can When the non-condensed gas 8 is dissipated, the interface 9 between the heat medium 2 and the non-condensed gas 8 is separated from the gas chamber 14 and the cooling unit 12.
Since the cooling unit 12 is exposed to the steam of the heat medium 2 at the intermediate position A of the above, the heat medium 2 is condensed in the cooling unit 12 and heat from the heating unit 11 to the cooling unit 12 as a normal heat pipe. Transport will take place. On the other hand, when heating the non-condensed gas 8,
Since the interface 9 between the heat medium 2 and the non-condensable gas 8 is located on the heating section side B from the cooling section 12 and the non-condensable gas 8 covers the cooling section 12, the condensation of the heat medium 2 in the cooling section 12 is stopped. Then, the operation of the heat pipe stops. Therefore, the electric switch 18
By turning on / off, the heat pipe is stopped / operated,
The heat flow from the high temperature part to the low temperature part can be intermittently interrupted.
【0024】すなわち、上述した熱素子10は、以下の
特徴を有している。 電気信号を送ることで、任意に大量の熱輸送量にオ
ン/オフできる。 電気ヒータにより付加する電力は、ガス室中のガス
を凝縮部まで拡張するだけ容積増加をさせるに必要な加
熱量で決まり、 電力量=ガス重量×比熱×(T2 −T1 )+熱損失 となる。ここでガス重量は数グラムであり、右辺第1項
は無視しうる程度の電力である。第2項は、中空管13
/ガス室14の容積比を小さくする構造とすれば、放熱
はガス室14に集約されることになり、ガス室14の熱
損失を防止すればよい。いずれも設計次第であるが、投
入電力量は、信号レベルの数W〜10w程度に抑えられ
る。 従来のVCHPは、自己温度制御型であり、VCHP
設計段階で特定温度が決定される(言い換えると、特定
温度(作動温度)に応じてVCHPを設計する)。これ
に対して本発明の「熱素子」は、外部信号を受けて電気
接点がオン/オフすることで、ヒートパイプの機能(熱
輸送)をオン/オフさせるものであり、ヒートパイプ作
動温度範囲であれば、その制限を受けるものではない。That is, the above-mentioned thermal element 10 has the following features. By sending an electric signal, it is possible to turn on / off a large amount of heat transport arbitrarily. The electric power added by the electric heater is determined by the heating amount required to increase the volume of the gas in the gas chamber to the extent that it expands to the condensing part, and the electric power amount = gas weight x specific heat x (T2-T1) + heat loss. . Here, the gas weight is several grams, and the first term on the right-hand side is a negligible electric power. The second term is the hollow tube 13
If the structure is such that the volume ratio of the gas chamber 14 is reduced, the heat radiation will be concentrated in the gas chamber 14, and the heat loss of the gas chamber 14 should be prevented. Both of them depend on the design, but the input power amount can be suppressed to several W to 10 w of the signal level. The conventional VCHP is a self-temperature control type, and the VCHP
The specific temperature is determined in the design stage (in other words, the VCHP is designed according to the specific temperature (operating temperature)). On the other hand, the “heat element” of the present invention turns on / off the function (heat transportation) of the heat pipe by turning on / off the electric contact in response to an external signal. If so, you are not subject to that restriction.
【0025】図2は、本発明による熱素子の別の構成図
である。この図において、中空管13は、加熱部11と
これに連通して分岐した複数の冷却部12とを有し、ガ
ス室14、電気ヒータ16、及び電気スイッチ18は、
中空管のそれぞれの冷却部側に連通して複数設けられて
いる。加熱部11は、この図では1つであるが、複数で
あってもよい。その他の構成は、図1の実施形態と同様
である。FIG. 2 is another structural diagram of the thermal element according to the present invention. In this figure, a hollow tube 13 has a heating part 11 and a plurality of cooling parts 12 that communicate with and branch from the heating part 11, and the gas chamber 14, the electric heater 16, and the electric switch 18 are
A plurality of hollow tubes are provided so as to communicate with respective cooling sections. Although the number of heating units 11 is one in this figure, a plurality of heating units 11 may be provided. Other configurations are similar to those of the embodiment of FIG.
【0026】この構成により、複数の電気スイッチ18
のオン/オフにより、それぞれの冷却部12における熱
媒体の凝縮を停止/作動させることができ、単一の熱素
子10により、単一又は複数の加熱部11から複数の冷
却部12への熱の流れを別々に断続することができ、任
意の時に、任意の熱量を、任意の場所へ移動することが
できる。With this structure, a plurality of electric switches 18 are provided.
By turning on / off the heat medium, it is possible to stop / activate the condensation of the heat medium in each cooling unit 12, and the single heat element 10 heats the heat from the single or plural heating units 11 to the plural cooling units 12. Can be interrupted separately and any amount of heat can be transferred to any place at any time.
【0027】図3は、本発明の熱素子の使用形態を示す
図である。この図において、(A)(B)は図1の熱素
子を用いた例、(C)は図2の熱素子を用いた例であ
る。図3に示すように、本発明の熱素子を複数用いるこ
とにより、任意の時に、任意の熱量を、任意の場所へ移
動することができ、「熱素子」として使用することがで
きる。例えば(A)のように、図1の熱素子10を用
い、高温流体1から2つの低温流体2、3に選択的に伝
熱することができる。また、(B)のように、図1の熱
素子10を多数設け、任意のルートで選択的に伝熱する
ようにすることもできる。なお、この場合には必要に応
じて異なる熱媒体を使用する。更に(C)のように、図
2の熱素子10を用い、加熱源から複数の被加熱部1〜
5に選択的に伝熱することもできる。FIG. 3 is a diagram showing a usage pattern of the thermal element of the present invention. In this figure, (A) and (B) are examples using the thermal element of FIG. 1, and (C) is an example using the thermal element of FIG. As shown in FIG. 3, by using a plurality of thermal elements of the present invention, it is possible to transfer an arbitrary amount of heat to an arbitrary place at an arbitrary time, and it can be used as a “thermal element”. For example, as in (A), the heat element 10 of FIG. 1 can be used to selectively transfer heat from the high temperature fluid 1 to the two low temperature fluids 2, 3. Further, as shown in (B), a large number of thermal elements 10 of FIG. 1 may be provided to selectively transfer heat by an arbitrary route. In this case, a different heating medium is used if necessary. Further, as in (C), using the thermal element 10 of FIG.
It is also possible to selectively transfer heat to No. 5.
【0028】[0028]
【実施例】図4は、本発明の熱素子の実施例を示す図で
ある。この図において、(A)は中温用(200℃以
下)の熱素子、(B)は高温用(300℃以上)の熱素
子を示している。図4(A)の例では、ガスとしてアル
ゴンを用い、作動熱媒体として水を用いている。ヒー
トパイプの動作時の内部圧力を17ata、ガス封入量
を1.6g(アルゴン)とすると、熱遮断時に、ガス
溜中のアルゴンが凝縮部を覆うために必要な温度上昇
は、試算によると約250℃となる。ただし、実際は2
50℃まで昇温する間に、ヒートパイプ内の内圧が増加
することになって、沸点温度が上がり、蒸発条件が損な
われ、250℃以下においてヒートパイプは作動しなく
なる。EXAMPLE FIG. 4 is a diagram showing an example of the thermal element of the present invention. In this figure, (A) shows a heat element for medium temperature (200 ° C. or less), and (B) shows a heat element for high temperature (300 ° C. or more). In the example of FIG. 4A, argon is used as the gas and water is used as the working heat medium. If the internal pressure during operation of the heat pipe is 17 ata and the gas filling amount is 1.6 g (argon), the temperature rise necessary for the argon in the gas reservoir to cover the condensing part at the time of heat cutoff is approximately calculated. It becomes 250 ° C. However, actually 2
While the temperature is raised to 50 ° C, the internal pressure in the heat pipe increases, the boiling point temperature rises, the evaporation conditions are impaired, and the heat pipe does not operate at 250 ° C or lower.
【0029】また、加熱量はガス封入量が小さいこと
から、0.1Wh以下であり、熱損失を考慮してもヒー
タは10w程度となり、応答時間は10秒前後となる。
ヒートパイプによる熱移動量は、ウイックの構造(液
の還流の抵抗によって、ドライアウトすることが限界と
なる)によって異なるが、この例において、約1kW以
上が可能である。Further, the heating amount is 0.1 Wh or less due to the small amount of gas filled, and the heater takes about 10 w in consideration of heat loss, and the response time is about 10 seconds.
The amount of heat transfer by the heat pipe varies depending on the structure of the wick (dryout is the limit due to the resistance of the liquid reflux), but in this example, about 1 kW or more is possible.
【0030】図4(B)の例では、ガスとしてアルゴン
を用い、作動熱媒体として、ダウサーモA(封入圧2.
4ata、沸点約300℃)を用いる。ヒートパイプ
の動作時の内部圧力は、2.4ataであり、ガス封入
量は約0.5gとなる。熱遮断時に必要な昇温は、約
120℃であり、ヒータ容量は0.01Wh以下とな
る。凝縮部でアルゴンガスが冷却されるが、ガス溜内の
ガスを断熱すれば、放熱量が相当低減できるので、ヒー
タは10w程度とすることができる。熱移動量は、実
測値からみて約300W程度と見込まれる。In the example of FIG. 4 (B), argon is used as the gas, and Dow Thermo A (filling pressure 2.
4ata, boiling point about 300 ° C) is used. The internal pressure during operation of the heat pipe is 2.4 ata, and the amount of gas filled is about 0.5 g. The required temperature rise at the time of heat cutoff is about 120 ° C., and the heater capacity is 0.01 Wh or less. Although the argon gas is cooled in the condenser, if the gas in the gas reservoir is thermally insulated, the amount of heat radiation can be considerably reduced, so that the heater can be set to about 10 w. The amount of heat transfer is estimated to be about 300 W from the measured value.
【0031】なお、本発明は上述した実施形態及び実施
例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。The present invention is not limited to the embodiments and examples described above, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
【0032】[0032]
【発明の効果】上述したように、本発明の熱素子は、高
温部から低温部への熱の流れを任意に断続することがで
き、これにより、任意の時に、任意の熱量を、任意の場
所へ移動できる、等の優れた効果を有する。As described above, in the thermal element of the present invention, the flow of heat from the high temperature portion to the low temperature portion can be intermittently interrupted, whereby an arbitrary amount of heat and an arbitrary amount of heat can be generated. It has an excellent effect that it can be moved to a place.
【図1】本発明による熱素子の構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a thermal element according to the present invention.
【図2】本発明による熱素子の別の構成図である。FIG. 2 is another configuration diagram of the thermal element according to the present invention.
【図3】本発明の熱素子の使用形態を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a usage pattern of the thermal element of the present invention.
【図4】本発明の熱素子の使用例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a usage example of the thermal element of the present invention.
【図5】ヒートパイプ(heat pipe) の模式的構造図であ
る。FIG. 5 is a schematic structural diagram of a heat pipe.
【図6】可変コンダクタンスヒートパイプ(VCHP)
の模式的構成図である。FIG. 6 Variable Conductance Heat Pipe (VCHP)
It is a schematic block diagram of.
【図7】VCHPの作動説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory diagram of VCHP.
1 ヒートパイプ 2 熱媒体(作動流体) 3 蒸発部 4 凝縮部 5 毛細管構造 6 断熱部 7 ガス溜 8 不凝縮ガス 9 界面 10 熱素子 11 加熱部 12 冷却部 13 ヒートパイプ用中空管 13a 毛細管構造 14 ガス室(ガス溜) 16 加熱冷却器(電気ヒータ) 18 電気スイッチ 19 電源 1 Heat Pipe 2 Heat Medium (Working Fluid) 3 Evaporating Part 4 Condensing Part 5 Capillary Structure 6 Heat Insulating Part 7 Gas Reservoir 8 Noncondensing Gas 9 Interface 10 Thermal Element 11 Heating Part 12 Cooling Part 13 Heat Pipe Hollow Tube 13a Capillary Structure 14 gas chamber (gas reservoir) 16 heating cooler (electric heater) 18 electric switch 19 power supply
Claims (4)
造が形成され内部に加熱部で沸騰し冷却部で凝縮する熱
媒体が封入されたヒートパイプ用中空管と、該中空管の
冷却部側に連通して設けられ内部に使用温度範囲で凝縮
しない不凝縮ガスが封入されたガス室と、ガス室の不凝
縮ガスを加熱冷却する加熱冷却器と、該加熱冷却器への
通電をオン/オフする電気スイッチと、からなり、 前記熱媒体と不凝縮ガスは、その界面が、不凝縮ガスの
放熱時にガス室と冷却部の中間位置にあり、不凝縮ガス
の加熱時に冷却部より加熱部側に位置するように設定さ
れている、ことを特徴とする熱素子。1. A hollow pipe for a heat pipe, which has a heating portion and a cooling portion, and has a capillary structure formed on an inner wall thereof, and a heat medium that boils in the heating portion and condenses in the cooling portion is enclosed therein, and the hollow pipe. A gas chamber that is provided in communication with the cooling unit side of the pipe and is filled with a non-condensable gas that does not condense within the operating temperature range, a heating and cooling device that heats and cools the non-condensing gas in the gas chamber, and to the heating and cooling device. And an electric switch for turning on / off the energization of the heat medium and the non-condensable gas, the interface between the heat medium and the non-condensable gas is located at an intermediate position between the gas chamber and the cooling section when the non-condensable gas releases heat, A thermal element characterized by being set so as to be located closer to the heating section than the cooling section.
はペルチェ素子である、ことを特徴とする請求項1に記
載の熱素子。2. The thermal element according to claim 1, wherein the heating / cooling device is an electric heater and / or a Peltier element.
分岐した複数の冷却部とを有し、前記ガス室、加熱冷却
器、及び電気スイッチは、中空管のそれぞれの冷却部側
に連通して複数設けられている、ことを特徴とする請求
項1に記載の熱素子。3. The hollow tube has a heating part and a plurality of cooling parts communicating with the heating part and branched, and the gas chamber, the heating / cooling device, and the electric switch respectively cool the hollow pipe. The thermal element according to claim 1, wherein a plurality of thermal elements are provided so as to communicate with each other.
ア、フレオン、エタノール、メタノール、水銀、又はナ
トリウムから選択され、前記不凝縮ガスは、アルゴン、
窒素、空気、又はヘリウムから選択される、ことを特徴
とする請求項1乃至3に記載の熱素子。4. The heating medium is selected from water, dowsome, ammonia, freon, ethanol, methanol, mercury, or sodium, and the noncondensable gas is argon,
Thermal element according to claims 1 to 3, characterized in that it is selected from nitrogen, air or helium.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8114515A JPH09303984A (en) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | Thermal element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8114515A JPH09303984A (en) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | Thermal element |
Publications (1)
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JPH09303984A true JPH09303984A (en) | 1997-11-28 |
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JP (1) | JPH09303984A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009525437A (en) * | 2006-02-02 | 2009-07-09 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | Bolts for use in thermally loaded environments |
KR102063035B1 (en) * | 2018-08-31 | 2020-01-07 | 한국항공대학교산학협력단 | Variable conductance heat pipe structure, manufacturing method for the same and working fluid applied to the same |
CN111207296A (en) * | 2020-02-27 | 2020-05-29 | 上海亘满科技有限公司 | Simple filling device and filling method for mixed working medium of variable heat conduction pipe |
-
1996
- 1996-05-09 JP JP8114515A patent/JPH09303984A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009525437A (en) * | 2006-02-02 | 2009-07-09 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | Bolts for use in thermally loaded environments |
KR102063035B1 (en) * | 2018-08-31 | 2020-01-07 | 한국항공대학교산학협력단 | Variable conductance heat pipe structure, manufacturing method for the same and working fluid applied to the same |
CN111207296A (en) * | 2020-02-27 | 2020-05-29 | 上海亘满科技有限公司 | Simple filling device and filling method for mixed working medium of variable heat conduction pipe |
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