JPS6349699A

JPS6349699A - ル−プ状ヒ−トパイプ

Info

Publication number: JPS6349699A
Application number: JP19145686A
Authority: JP
Inventors: Hisateru Akachi; 赤地　久輝
Original assignee: Actronics KK
Current assignee: Actronics KK
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1986-08-15
Publication date: 1988-03-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はループ状のビートバイブの構造に関する。特に
本発明は従来極めて困難とされて来た外径３■以下で且
つ長さ３（１（ｌｚＩ！以上の細ｉソヒートパイプの構
造を容易にする新規なヒートパイプの構造を提供し、又
従来不可能とされて来た外径又は厚さＩ　ｍｍ以下で且
つ長さ３００１１１　ｍ以上の極細径ヒートパイプ又は
テープ状ヒートパイプの構造をも可能にする新規なヒー
トパイプの構造を提供せんとするものである。

従来の技術第１３図は従来型のヒートパイプの原理を示す断面略図
である。１１はコンテナ、１２はコンテナ内壁に設けら
れてあるウィック、矢印１３は作動液の蒸気流、矢印１
４は受熱部に還流する作動液五を示す。

コンテナ外の矢印は熱の授受を示し、コンテナの下部１
５は受熱部、上部１６は放熱部である。従来のヒートパ
イプにおいては第１３図から分かる如くコンテナ内で常
に蒸気流１３と還流作動液流１４は相互に反対方向に流
れて相互に干渉し合っている。又、細管の場合にはウィ
ックの装着が不可能になる。

従ってヒートパイプが細径化するにつれてこの気液相互
の干渉は激しくなり外径３．５ｍ；ｉ、内径３１位にな
ると長さ３００ｉ＊程度がヒートパイプとしての作動限
界となる。更に内径が小さくなると内径そのものが毛細
管となり、毛細管作用によりコンテナ内は凝縮液滴に依
り閉塞せしめられ、蒸気移動が不可能となりヒートパイ
プとしての作動は不可能となる。この対策としてコンテ
ナ内に微小直径の作動液還流用毛細管を挿入する手段に
依り気液流路を分離して解決した例が発表されている（
日本ヒートパイプ協会会報１９８５年１２月号Ｐ、９４
）。

然しこのヒートパイプは外径３ｍｍ、内径２肩肩、長さ
１５０ｍ次に過ぎない。

作動液の流れと作動液蒸気の流れが相互干渉を引起さな
い構造のヒートパイプとしてループ状ヒートパイプが提
案されている（特開昭６Ｏ−１７８２９１）。第１４図
にその断面略図を示す。符号は総て第１３図と共通であ
る。本提案ではループの蒸発部１５から凝縮部１６に至
る片側の半周にはウィック１２−■が充満充填されてあ
り、この部分では蒸気の流通が不可能になっており、作
動液流１４のみが還流可能となっている。従って作動液
の蒸気流１３は発熱部から凝縮部に向って流れ作動液は
矢印１４の方向にのみ流れ、気液の流れが相互に干渉す
ることが無い。従って気液相互干渉の点のみから考えれ
ば細管ヒートパイプの構造が可能である様に考えられる
。然しこの様な構造即ちループの半周に及び長い区間に
ウィックを充満充填せしめることは実用上不可能で細管
ヒートパイプの構成には不適当であり極細管ヒートパイ
プの構成は全く不可能である。特開昭６０−１７８２９
１においては明細書にも記載されてある通り、その目的
とする所は建築物における室間相互の熱交換の如き大口
径長尺のループ状ヒートパイプであって、該明細書では
説明されていないがコンテナ内における気液相互間の干
渉が生じない構造に依って長尺化に成功しているものと
考えられる。

上述の如〈従来構造のヒートパイプにおいては作動液と
作動液蒸気の移動還流時の相互干渉、支びコンテナ自身
の毛細管作用に依りヒートパイプの細径化及び細径ヒー
トパイプの長尺化は極めて困難となっている。

発明が解決しようとする問題点本発明に係るループ状ヒートパイプは従来構造の問題点
である細管コンテナ内における還流作動液と移動する作
動液蒸気の相互間の干渉問題を解決し、又細管自身の毛
細管作用に依るヒートパイプの作動困難化の問題をも解
決して、ヒートパイプの細径化及び細径ヒートパイプの
長尺化を容易にし且つ内径２πｍ以下の極細長尺ヒート
パイプについてもその製作を可能にするヒートパイプの
新規な構造を堤供する。

問題点を解決するための手段本発明においてヒートパイプ細径化及び長尺化に際して
の大きな問題点である循環作動液の気液相互干渉の問題
を解決する手段としてはヒートパイプをループ状に構成
し気相作動液も液相作動液も同一方向に循環せしめる。

これに依りヒートパイプの細径化が可能となると共に、
コンテナ直径の細径化に拘らずその長尺化が可能となる
。ヒートパイプ細径化の障害の次の問題点であるコンテ
ナ自身の毛細管化に依る閉塞を解決する手段は毛細管作
用による閉塞を逆に利用し、蒸発部に発生する作動液蒸
気の蒸気圧に依り閉塞作動液を所定の循環方向に向って
圧送し作動液循環の原動力とすることである。これに依
り該ループ状ヒートパイプはその設置姿勢に拘らず即ち
水平ヒート、トップヒートでもボトムヒートと変らず作
動するという改善された特性が与えられる。第１図は本
発明に係るループ状ヒートパイプの基本構成を示す略図
である。該ループ状ヒートパイプのコンテナは毛細管作
用を有する細管コンテナ！及び３と作動液溜め細管コン
テナ２及び４の直列連結ループ１−２−３−４として構
成されてある。作動液溜め細管コンテナ２，４は原則と
しては細管コンテナ１．３よりやや大径のコンテナで形
成されてあるが、１．３と同径の毛細管コンテナであっ
ても良い。又作動液溜め細管コンテナ２．４はループの
１個所以上何個所に設けられてあっても良い。

それ等作動液溜め細管コンテナの少なく共１ｇ以上の内
部には作動液の循環方向規制手段５．６が設けられてあ
り、作動液及び作動液蒸気の流れ方向は矢印で示された
所定の方向に規制されてある。

破線Ｂ、Ｄで囲まれた部分は作動液蒸気の凝縮部（又は
放熱部）であって、少なく共作動液溜め細管コンテナ２
．４を含む所定の個所が凝縮部（又は放熱部、以下凝縮
部と称す。）として構成されてある。又各凝縮部の端末
間を結ぶ各細管ヒートパイプの所定の部分は作動液の蒸
発部（又は受熱部、以下蒸発部と称す。）として構成さ
れてあり図では破線Ａ、Ｃで囲んで示しである。該ルー
プ状ヒートパイプには通常のヒートパイプと同様に内容
積全体の５０％以下の作動液が封入されるが、蒸発部が
細管で容積が小さいので作動液溜め細管コンテナの直径
が大きい場合は該コンテナ内の作動液量の割合が大きく
なり、全内容積に対する作動液量は更に増加する場合が
ある。又作動液溜め細管コンテナも毛細管で形成されて
ある場合は封入作動液量は少量で良い。第４図は作動液
循環方向規制手段５の一例として小型逆上弁を応用した
ものの断面図を示す。細管コンテナ３は作動液溜め細管
コンテナ２の拡管部５−１に溶接されてある。ノズル部
５−２は微小直径の球弁５−４と組み合わせられて逆止
弁を形成している。突起５−３は球弁５−４のストッパ
ーでありコンテナ拡管部内壁に数個設けられ球弁５−４
の移動は止めるが作動液は通過せしめる。５−５は減圧
ウィックであって粗目の充填ウィックでその毛細管作用
に依り液体は通過させるが蒸気は通過させない様に構成
されてある。ループ状コンテナの蒸発部で発生した蒸気
圧は図における左右から同等に加わる。又作動液溜め細
管コンテナ２は常に冷却されてあるから細管コンテナ３
から逆流する蒸気が減圧ウィック５−５に侵入した場合
は直ちに凝縮液化されて減圧される。又減圧ウィック５
−５に充填された作動液は細管コンテナ３側からの蒸気
圧を受けても毛細管内の粘性抵抗に依ってこれを減圧せ
しめる。従ってループ状コンテナ内の蒸気圧は第４図に
おける作動液溜め細管コンテナ２側においてはあまり減
圧されず、細管コンテナ３側においては減圧ウィック５
−５により大幅に減圧されてあるので球源５−４はノズ
ル部５−２を閉塞せしめることなく作動液を図における
右側から左側に通過せしめる。又突発的な温度差が蒸発
部Ｃ（第１図）内に生じて細管コンテナ３側の内圧が増
加した場合は球弁５−４とノズル部５−２は逆上弁とし
て作動して作動液の逆流を防止する。

上述の如く本発明に係るループ状ヒートパイプは細管コ
ンテナと作動液溜め細管コンテナと作動液循環方向規制
手段とからなるループ状コンテナとその所定の個所に構
成された作動液蒸発部と作動液蒸気の凝縮部とで構成さ
れてある。それ等の配役個所、配設個数、ループの形状
等は必ずしも第１図に限定されるものではない。第２図
、第３図はそれ等の他の組合わせの例を示す。又作動液
循環方向規制手段としても第４図の池に各種の手段を適
用することが出来る。又細管コンテナの断面形状も円筒
形に限定されず角形、平角形、リボン状の何れでも良い
。

作用第１図の如く構成されてある本発明に係るループ状ヒー
トパイプの基本的な構造についてその作用について説明
する。

ａ、　細管コンテナの作用細管コンテナ１．３には従来のヒートパイプのコンテナ
と全く異った多くの作用がある。その第１は作動液溜め
細管コンテナ２，４からその毛細管作用によって作動液
を吸引し蒸発部、へ、已に供給する作用である。蒸発部
Ａ、Ｂ２に温度差がある場合はその内圧差によって又作
動液循環方向規制手段の逆上作用の助けにより作動液は
細管コンテナ１．３内を矢印の方向に移動するがそれは
連続的なものではなく作動液の流れに依ってループ状コ
ンテナ内の内圧はほぼ均一化される。これに依って作動
液を移動させる内圧差はなくなるが、その後は細管コン
テナ１．３はその毛細管作用で作動液を蒸発部に供給す
る。

細管コンテナ１．３の第２の作用は作動液を作動液溜め
細管コンテナ２．４内に圧送し且つループ状ヒートパイ
プの設置姿勢に拘らず作動液を差動液溜め細管コンテナ
２，４内に加圧的に保持させる作用である。この作用も
細管コンテナが毛細管であることにより発生する。蒸発
部で発生しｆこ作動液蒸気は矢印の方向に流れるが作動
液溜め細管コンテナに近ずくにつれて冷却され液化され
る。

液化作動液は毛細管作用に依り細管コンテナ内を閉塞さ
せる。この閉塞作用は重要な作用であって、細管コンテ
ナ内壁、蒸発部で発生する蒸気圧、内壁を閉塞する作動
液の組合わせはポンプとしての効果を発揮し、閉塞作動
液をあます所なく確実に作動液溜め細管コンテナ２．４
内に圧送し、その状態を加圧的に保持する。

ｂ、　作動液溜め細管コンテナの作用該コンテナは細管コンテナより内径を大きくすることに
依り作動液を蓄積し、ループ状ヒートパイプの受熱景、
放熱量の変動に対する蒸発作動液量、凝縮作動液量の変
化に余裕を与えヒートパイプとしての作動を安定化せし
める作用がある。受放熱量に変動が少ない場合はその直
径は細径コンテナと同径の毛細管であっても良い。然し
作動液循環方向規制手段を毛細管内に設けることは技術
的に極めて困難であるからこの部分は直径が多少大きく
なることは止むを得ない。

Ｃ１作動液循環方向規制手段の作用該手段の作用の第１は細管コンテナ１．３の毛細管作用
の助けに依り作動液を一定方向に循環させることにあり
、必要な量の作動液を確実に且つ安定的に作動液溜め細
管コンテナ内に圧送し、毛細管作用に依り蒸発部に送り
出すことにある。作用の第２は受熱量、放熱量の急変に
際して作動液の逆流を防止する作用であり、この作用は
該循環方向規制手段の逆止作用による。作用の第３とし
ては第１図に示す如く蒸発部Ａと蒸発部Ｂの温度を交互
に高低変動を与える場合には細管コンテナ１．３の毛細
管作用の助けが無くても所定方向に向って強力な作動液
循環力を発揮させることが出来る。これは従来の通常ヒ
ートパイプでは不可能であったトップヒートでの作動を
極めて容易にすると共に更に細径化、長尺化を容易にす
る。

ｄ、　蒸発部、凝縮部の複数化の作用本発明に係るループ状ヒートパイプは作動液の移送が蒸
気圧による作動液の圧送という手段に依って行なわれる
点によりコンテナの細径化、長尺化を可能とするもので
はあるが細径コンテナ内壁の粘性抵抗によりそれには限
界がある。然しコンテナ内の凝縮部、蒸発部を複数化さ
せることに依りコンテナの長尺化と細径化を更に進める
ことが出来る。蒸発部の内圧に依る蒸気移送の限界距離
近くに凝縮部を設けるとその部分は蒸気の凝縮に依り真
空状態に近くなりその吸引力に依り蒸気移送の限界距離
は延長され、該部分から改めて細管コンテナの毛細管作
用により凝縮作動液は次の蒸発部に移送され再び蒸発し
て新規に蒸気圧送力を復活せしめられる。この様にして
作動液は蒸発凝縮を繰返し乍ら所望の長さ迄移動するこ
とが可能になる。更にこの間に少量の作動液であっても
これが受熱放熱を多数回繰返すことにより全体的には大
量の熱量を受熱し且つ放熱さけることになり、本発明に
係るループ状ヒートパイプは細径コンテナであり乍ら大
容量の熱交換が可能となる。

上述各種の作用の総合作用として本発明に係るループ状
ヒートパイプは極めて細い直径の且つ長尺のヒートパイ
プを構成することが出来ると共に大容量のヒートパイプ
としても構成することが出来る。

実施例本発明に係るループ状ヒートパイプは第１図〜第３図に
示した如き基本構造であり前述の如き作用を発揮せしめ
るので、それ等を改善又は発展仕しめて各種の実施例が
適用出来る。

第１実施例本発明に係る基本的構造においては作動液溜め細管コン
テナから細管コンテナの毛細管作用に依り作動液が吸い
出され、これが蒸発部に到達し蒸気圧を発生してループ
状ヒートパイプにおける作動液循環の原動力となる。こ
の様な毛細管作用は細管コンテナの総てに要求されるの
ではなく、ループ上の少なく共１個の作動液溜め細管コ
ンテナの終端部に連結される細管コンテナがこの作用を
発揮すれば他のコンテナについては蒸気圧に依ってルー
プ状ヒートパイプの設置姿勢の如何に拘らず作動液循環
の作用をすることが出来る。従って本発明に係るループ
状ヒートパイプは複数の作動液溜め細管コンテナの少な
く共１個の作動液溜め細管コンテナがその下流に続く細
管コンテナに対して水位的に上位にあるか、若し水位的
に下位にある場合はこれ等を連結する細管コンテナの毛
細管高さにより蒸発部に作動液を移送することが可能な
範囲の水位にあるか、その何れかである限りその設置姿
勢は自由である。従って本発明に係るループ状ヒートパ
イプはその少なく共１個の作動液溜め細管コンテナとこ
れに続く下流の蒸発部とを連結する細管コンテナの毛細
管作用が強化されてあればその設置姿勢の自由度が改善
される。第５図はその様な細管コンテナの毛細管作用強
化の実施例の略図であり、（イ）は縦断面略図、（ロ）
は横断面略図である。■は細管コンテナの一部、７は細
管コンテナに挿入された極細線又は極細管である。この
様に構成する場合は、極細線又は極細管の外径を選択す
ることに依り、該２重構造コンテナ内の水力半径を調整
して所望の毛細管高さ迄細管コンテナの毛細管作用を向
上せしめることが可能となりコンテナの長さによっては
完全なトップヒートでも作動させることが出来る。この
様な細管コンテナに依り少なくも１個の作動液溜め細管
コンテナとその下流に続く蒸発部とが連結されてある本
発明に保るループ状ヒートパイプは大きな自由度で設置
使用することか出来る。

第２実施例第１図〜第３図に示す本発明に係るループ状ヒートパイ
プの基本構造において作動液循環方向規制手段５．６は
その所定の位置に充填挿入されてある短小長さの毛細管
ウィックであっても良い。

但しこの場合は蒸発部Ａ、Ｃにおける受熱入力及び凝縮
部Ｂ、Ｄにおける放熱出力が比較的安定している必要か
ある。不安定な場合は作動液の逆流を発生する場合があ
り、その場合は逆止弁が必要となる。充填ウィックはそ
の毛細管作用に依り作動液は通過させるが蒸気は通過さ
せない特性がありこれに依り作動液の循環方向を規制す
ることが出来る。この構造はループ状ヒートパイプの構
成を単純安価にすることが出来る。発明者はこの構造に
依り外径１１肩、内径０．５■の細管コンテナ、外径２
ｚｍ、内径１．２ｘｍの作動液溜め細管コンテナで構成
したループ長さ１２００■、熱抵抗０．２ｏｃ／ｗの第
１図の如きループ状ヒートパイプを完成さＵ−ることか
出来た。

第３実施例第１図又は第２図に例示の如く、ループ状コンテナ内の
少なく共２個所に作動液循環方向規制手段が規制方向が
同一である様に設けられてある場合、例えば細管コンテ
ナ１の温度を細管コンテナ３の温度より低下させると細
管コンテナＩの内圧は細管コンテナ３の内圧より低下し
、作動液溜め細管コンテナ４の作動液は気相、液相に拘
らず循環方向規制手段６を通過して細管コンテナｌ内に
吸入される。次に細管コンテナ１の温度を細管コンテナ
３正り高温に上昇せしめると細管コンテナ１の内圧は細
管コンテナ３の内圧より上昇し、作動液溜め細管コンテ
ナ２の作動液は気相、液相に拘らず循環方向規制手段５
を通過して細管コンテナ３内に吐出される。この様な作
用は作動液の温度に依る膨張、収縮によっても発生する
が、主としてヒートパイプの基本的な特性である均熱他
作この様な温度の上昇、降下を交互に且つ周期的に繰返
すことにより作動液は気相、ａ、相に拘らずループ状コ
ンテナ内を強力確実に循環し、この循環には細管コンテ
ナの毛細管作用を必要とせず又ループ状ヒートパイプの
設置姿勢の影響をも全く受けない。又この手段によれば
細管コンテナの内径を前述実施例の場合より更に細径化
させることが可能であり、又逆に毛細管作用の生じない
大径のコンテナにも適用することが可能である。第３実
施例は第２図に例示の如く、ループ状ヒートパイプの蒸
発部の少なく共１個所に、その部分の作動液の温度を他
の部分の作動液温度に対して、より高い温度レベルとよ
り低い温度レベルの間を交互に且つ周期的に温度変化せ
しめる温度レベル制御手段８が２個の作動液循環方向規
制手段にて併設しであることを特徴とする。本実施例に
おいて温度レベル制御手段８は蒸発部に限定されず凝縮
部に設けられても良く又断熱部分に設けられていても良
く、更に又作動液溜め部分に設けられてい利手段は如何
なる構造であっても良いが、最も単純な構造の２個の逆
止弁である方がその作動は確実である。又後述実施例の
説明図第９図に例示しである如く作動液溜め細管コンテ
ナ２の両端に同一規制方向の作動液循環方向規制手段５
．６を設け、その中間部に温度レベル制御手段８を併設
して構成する場合、本実施例における作動液強制循環手
段は極めてコンパクトで且つ強力なものとなる。この組
合わせユニットは作動液循環ポンプとして他のあらゆる
ループ状ヒートパイプ、分離形ヒートパイプにも有効に
利用することが出来る。

第４実施例第３実施例における温度レベル制御手段８としては各種
の手段があるが第４実施例（図示は省略しである）にお
いては該手段８としてベルチェ効果応用の電子加熱素子
又は電子冷却素子か加熱用熱源として又は冷却用熱源と
して用いられてあり該素子には所定の周期で、正逆の直
流電流が交互に入力さ九る様構成された制御手段が併設
されてあることを特徴としている。上記電子加熱冷却素
子はそれ自身を熱源としてし良いが応答速度を芋め、又
温度高低差を小さくする為には主熱源は固定熱源とし、
上記電子加熱、冷却素子を補助熱源として用いても良い
。ベルチェ効果応用の上記素子は入力端子の正逆変更に
依り極めて鋭敏な応答速度で加熱モードから冷却モード
に、冷却モードから加熱モードに変換せしめることが出
来る。又素子は通常の加熱、冷却用熱源に比べて大幅に
小型化することが出来る。

第５実施例ループ状ヒートパイプの設置姿勢の選択と作動液溜め細
管コンテナの配設位置の選択と作動液の蒸発部位置の選
択によっては作動液の循環方向規制手段として細管コン
テナの毛細管作用とサイポン作用の複合効果を利用する
ことが可能となり本発明に係るループ状ヒートパイプの
構造は大幅に簡素化される。第６図はこの様な第５実施
例の略図である。該ループ状ヒートパイプの設置姿勢は
作動液溜め細管コンテナ２が最も高い位置である様設置
されてあり、Ｕ字屈曲部を有する細管コンテナの直線部
１の所定の部分は蒸発部Ａとなり作動液溜め細管コンテ
ナ２は凝縮部Ｂになっている。

凝縮部Ｂ（作動液溜め細管コンテナ２）を冷却し乍ら蒸
発部を加熱すると凝縮部と蒸発部の蒸気圧差により、又
細管コンテナ３の部分の抵抗に依り発生蒸気圧は作動液
溜め細管コンテナ２の方向に作動し、その圧力に依って
細管コンテナｌ内の作動液は矢印の方向に圧送され作動
液溜め細管コンテナ２内に移動する。作動液溜め細管コ
ンテナ２内の作動液は細管コンテナ３の部分の毛細管作
用に依り細管コンテナ内を矢印方向に移動する。又細管
コンテナ内の作動液は細管コンテナの毛細管作用に依っ
て壁面内に凝縮してこれを閉塞し、そのままの状態で重
力の助けに依り流下し、サイホン作用を発揮し乍ら流下
する。即ち細管コンテナ３の部分は毛細管作用とサイホ
ン作用の複合作用に依り強力に且つ連続的に作動液を矢
印の方向に還流させる作用がある。この作用は細管コン
テナ底部に到達した作動液を更に蒸発部迄圧送する。又
細管コンテナ底部の作動液が蒸発部に上昇するに際して
は細管コンテナ自身の毛細管作用の助けも加わっている
ことは当然である。この様にして作動液は気相、液相に
変化し乍らループ内を矢印の方向に循環方向を規制され
乍ら循環する。

第６実施例本発明に係るループ状ヒートパイプにおける細管コンテ
ナは外径３■以下の金属細管、厚さ２．ｖｘ以下のテー
プ状細管等の如き細管が用いられる場合が多く、該部分
に受熱部（作動液蒸発部）又は放熱部（蒸気凝縮部）を
設は熱交換を実施する場合内外表面積が小さく加熱手段
又は冷却手段との接触面積が小さく、又管内蒸発面積が
不充分で所望の性能か得られない場合が多い。その様な
場合は細管コンテナとして長尺のものを用い所定の螺旋
直径、所定のピッチ、所定の巻数の螺旋状に形成して表
面積及び内面積を拡大して所望の性能を得ることが出来
る。これは作動液の移動が、蒸気圧に依る強制圧送、細
管コンテナの毛細管作用とサイホン作用の利用に依る本
発明に係るループ状ヒートパイプにおいて初めて可能に
なるもので従来構造のヒートパイプにおいては蒸気流の
曲管部損失及び垂直設置以外における作動液の還流が不
可能等の理由から螺旋管ヒートパイプは作動不可能であ
った。第７図及び第８図はこの様な第６実施例の略図で
あって、細管コンテナ１及び３の一部を螺旋状に形成し
た夫々蒸発部（受熱部）Ａ、凝縮部（放熱部）Ｂとして
形成されてある。２は作動液溜め細管コンテナ、５，６
は作動液循環方向規制手段、８は温度レベル制御手段で
ある。第７図は蒸発部Ａの螺旋コンテナ、３−１は加熱
手段Ｅである発熱体に巻付けて使用され、凝縮部Ｂの螺
旋コンテナ１−１は、冷却手段Ｆである吸熱体に巻き付
けて使用されてある。従来構造のヒートパイプの受熱部
及び放熱部ではこの様な場合加熱用金属ブロック、吸熱
用金属ブロックを所謂ヒートシンクとして、これを介し
て熱の授受を行わせたのに対して極めて軽量、安価で且
つ熱応答性に秀れた構造となる。

第８図は蒸発部Ａの螺旋コンテナ３−１及び凝縮部Ｂの
螺旋コンテナＩ−１は何れも大直径、小ピツチ、多巻数
の螺旋状に形成して大幅に表面積を増加せしめてあり、
加熱手段Ｅ及び冷却手段Ｆとしては強制対流の流体が用
いられである。細管コンテナ１．３の長さが非常に長く
なり、内壁の流体抵抗が増加するので、毛細管作用及び
蒸気圧のみに依る作動液循環が困難で、作動液循環方向
規制手段は５及び６の２個を配没し、その間に温度レベ
ル制御手段８を設け、該部分の細管コンテナの温度を所
定の周期で変化せしめ、これに依り生ずるポンプ効果に
依り作動液を強制循環せしめる様になっている。従来構
造のヒートパイプにおいて流体を加熱、冷却の手段とす
る場合はヒートパイプに受放熱フィン群を設けて表面積
を拡大する手段とするのが常であるが本実施例の螺旋コ
ンテナは極めて簡素単純で安価な手段であると考えられ
る。本実施例においては螺旋コンテナ＞１゜３−１の内
容積が全体として大きく、急激な受放熱量に対しダンパ
ーの役目を果すことが可能であるから、これ等に作動液
溜め細管コンテナの機能を与え、２の作動液溜め細管コ
ンテナが省略される場合もある。

第７実施例本発明に係るループ状ヒートパイプは発明者が出願中の
特願昭６ｌ−９３８９６（蛇行ループ状ヒートパイプ）
の応用及び改善に関する発明である。従って本発明に係
るループ状ヒートパイププをそのまま特願昭６１−９３
８９６の蛇行ループ状ヒートパイプとしてそのコンテナ
が細管である範囲において実施することが出来る。又両
出願における各実施例についても相互に適用することが
可能である。第７実施例は特願昭６１−９３８９６の基
本構造につき本発明に係るループ状ヒートパイプの基本
構造を適用した実施例であって第９図はその略図である
。又第１５図は特願昭６１−９３８９６の基本構造を示
す略図である。第１５図は蛇行長尺管コンテナ］、−１
の両端末が連結管コンテナ２−１と気密に連結されてあ
り、所定の手段（循環方向規制手段）により作動液及び
その蒸気が一定の方向のみに循環する様構成されたルー
プ状ヒートパイプにおいて、作動液は所定の多数の個所
に設けられた蒸発部１１と凝縮部１２を通過して蒸発と
凝縮を繰返し乍ら循環し全体としては夫々に１本のヒー
トパイプとして作動するヒートパイプの多数が直列連結
体として構成されてループを形成している。第９図の本
発明に係るループ状ヒートパイプはその基本的な構成に
おいて全く同等である。蛇行長尺管コンテナｉ−を内の
循環作動液はその所定の個所において破線で示された蒸
発部Ａ。

凝縮部Ｂ、Ｄを通過し乍ら気相、液相の相変化を繰返し
乍ら循環する。第１５図においては蛇行管コンテナの直
径に制限が無いのに対し第９図本発明においては毛細管
作用を有する細管に限定されてある。第１５図の実施例
において作動液溜めはＵ字管を用いて充分な内容積が与
えられであるのに対し第９図の本発明に係る実施例にお
いては液溜め機能がありさえすればその容量には制限が
無い。

時によっては蒸発部Ａ、凝縮部Ｂにその機能を代行させ
、作動液溜めが省略される場合もある。

第１５図の実施例は低位置作動液溜め２−３の作動液を
蒸気発生用熱源２−５と冷却手段１３−１の作用に依り
汲み上げ、作動液溜め細管コンテナ２−４に送入し、そ
の水位に依って、充填ウィック３−１の助けにより作動
液を送出し、これに依り作動液の循環が開始される。第
９図本発明において基本的には何等の汲み上げ手段を必
要とせず細管コンテナ３の毛細管作用と蒸気圧により作
動液溜め細管コンテナ２．４内に圧送され、細管コンテ
ナ１の毛細管作用に依って作動液溜め細管コンテナ内に
吸出される。蒸気圧の方向は作動液循環方向規制手段に
依って決定される。即ち第１５図の実施例においては作
動液はその汲み上げ手段と作動液溜め内の水位（重力）
と充填ウィック（作動液循環方向規制手段）によって作
動液は同一方向に規制され循環するのに対し第９図本発
明においては基本的には細管ウィックの毛細管作用と作
動液循環方向規制手段と蒸気圧に依って所定の方向に循
環する。第９図には作動液循環方向規制手段５゜６は作
動液溜め細管コンテナ２の両端に設けられ、何れも作動
液循環方向を同一方向に規制する様設けられてあり、そ
れ等の中間部に温度レベル制御手段８が併設されて、長
尺の蛇行細管であっても作動液か容易且つ設置姿勢に拘
らず良好な循環を続ける様構成されてある。該強制循環
手段はループを特に長尺化させる為に設けであるもので
基本的には単一の循環方向規制手段が設けられてあれば
良い。この様な強制循環手段は第１５図の実施例におい
てら実施可能であり、Ｕ字曲管２−２．２−３の双方に
作動液循環方向規制手段を設け、蒸気発生用熱源２−５
の連結管コンテナの温度を蛇行管コンテナ１−１の蒸発
部温度に対して高、低レベルに周期的に変化せしめるこ
とに依り設置姿勢に拘らず良好に作動するループ状ヒー
トパイプとして改善することが出来る。この様にして第
９図例示の如き本発明に係るループ状ヒートパイプはそ
の応用実施例と共に特願昭６１−９３８９６に適用する
ことが出来る。

第８実施例本発明に係るループ状ヒートパイプは蒸気圧に依る一方
向のみの作動液移送に依る熱移送であるから作動液の気
流と液流の相互干渉がないので同一内径のヒートパイプ
として数倍の長さの熱移送が可能となる。従って円筒形
コンテナ、平角形コンテナ内に本発明に係るヒートパイ
プを作り込むならば同一径の通常のヒートパイプより作
動限界長さの長い円筒形又は平角形ヒートパイプを形成
することが可能である。

又構成上受放熱部にフィン群の形成を必要とする場合が
ある。細管コンテナのループ状ヒートパイプはフィン群
の形成が困難であるが筒状コンテナ内にループ状ヒート
パイプが作り込まれてあればフィン群の形成が容易にな
る。

第１０図はこの様な第８実施例の一部断面略図であって
、第１図の略図に例示のループ状ヒートパイプがそのま
ま一本の円筒形ヒートパイプとして組合わせ形成されて
ある。第１０図と第１図の符号及び各部の作用は全く同
一である。その横断面形状は第１１図（イ）に示されて
ある。

第１１図はループ状ヒートパイプを組合わせ一体化され
た円筒状ヒートパイプ、角形ヒートパイプの各種断面形
状を示している。（ロ）及び（ニ）のヒートパイプは全
部の細管コンテナが直列に連結された１本のループ状ヒ
ートパイプであっても良く又２組のループ状ヒートパイ
プが併列に組合わせられて構成されたものであっても良
い。この様なヒートパイプは各細管コンテナが非常に細
径であるから組合わせられたヒートパイプも細径に構成
することが出来る。第１０図の如き実用的には１本の直
管ヒートパイプである本発明に係るループ状ヒートパイ
プは従来のヒートパイプに比べて細径化、長尺化が可能
になると共に従来の直管ヒートパイプ同様にフィン装着
、ヒートシンク内への挿着が容易となる。又平板状に一
体化した場合は受熱面積の広い且つ熱応答性の早い受放
熟坂として用いることが出来る。図において作動液溜め
キャップ２，４は金属棒又は金属板に穴開は加工したキ
ャップを接合しても良く、又−旦第１図の如く曲管で構
成したものを円管形、又は平板状に加圧成形して構成し
ても良い。

第９実施例ヒートパイプに可撓性を与えることは長い間の懸案であ
った。装着時に屈曲せしめて使用する意味での可撓性ヒ
ートパイプは実用化されているが、往復運動部との間を
熱的に連結し、これに依り受ける繰返し屈曲作用に耐え
得る可撓性ヒートパイプは未だ出現していなかった。第
９実施例はこの様な目的に使用することの出来る可撓性
ヒートパイプであってその外観図を第１２図に示しであ
る。

図において破線Ｇで囲まれである部分は本発明に係るル
ープ状ヒートパイプの細管コンテナ１の多数本が撚合わ
せられてケーブル状に構成されてあるヒートパイプの断
熱部である。図においては裸ケーブル状に示されてある
が可撓性断熱被覆又は可撓性保護被覆が設けられてあっ
ても良い。又細管コンテナ１の金属材料はステンレス、
燐青銅等の如く靭性及び弾性に富む材料が用いられであ
る。

蒸発部Ａ、凝縮部Ｂは図では第１０図例示の如き直管状
に成形されてあるが、第１図の如く分離状態であっても
良い。又２，４の作動液溜め細管コンテナも図では第１
０図の如くキャップ状に形成されてあるが第１図の如く
曲管状であっても良い。

又該ヒートパイプは第１図の如きループ状ヒートパイプ
の多数が組合わせられてあっても良いが１本のループ状
ヒートパイプの細管コンテナが蛇行して組合わせられて
あっても良い。この様に構成されたループ状ヒートパイ
プの断熱部は適切に撚合わせられてあれば屈曲条件によ
って差はあるが数万回〜数１０万回の屈曲に耐えること
が出来る。

発明の効果上述の如き本発明に係るループ状ヒートパイプは従来の
構造のヒートパイプでは不可能であった外径ＩＩ以下の
如き細管ヒートパイプの形成を可能とし、又その長尺化
をも可能にする。又従来のヒートパイプでは不可能であ
った被加熱体、被冷却体に巻付は使用することを可能に
する。又微小直径のコンテナ群、薄肉リボン状のコンテ
ナ群を電子回路基板の如き平板発熱体に挾持してこれを
冷却することも可能となる。又微小直径管体の熱伝達率
の増加を利用して細管コンテナ群、螺旋構造等に依りフ
ィン群の形成を必要とせず直接に強制対流に依る受放熱
を実施することが出来る。

又１本のコンテナ内に多数の蒸発、凝縮部を設けること
に依り極めて長尺の蛇行ループ状ヒートパイプを形成す
ることが可能となるので燐酸燃料電池の如き薄肉の発熱
平板の多層積層体に対する冷却に応用することが期待さ
れる。又直管ループ状ヒートパイプに構成しフィン群を
装着することが可能である。又極めて可撓性に秀れたヒ
ートパイプとして構成出来るので往復運動をする被熱制
御体の加熱、冷却も可能になる。

更に上記直管ループ状ヒートパイプは単位細管コンテナ
の外径を０７〜Ｌ１１ｍの如き細管とすることが出来る
ので組合わせ後の直管も外径１．２〜１．８顧の如き細
管とすることが可能であり、この様な細径ヒートパイプ
は医療分野に対する適用が期待される。

本発明に係るループ状ヒートパイプにおけるコンテナ直
径の細径化及び細管コンテナの長尺化は従来技術では考
えることの出来なかった範囲のものである。従ってその
適用範囲、適用に依る効果については、その総てを現時
点で限定することは困難である。作動液循環方向規制手
段の改善１作動液の最適封入量の検討等に依り更に性能
の改善。

製作可能範囲が拡大されることが期待される。依ってそ
の適用分野、適用に依る効果は上述に止まらず更に拡大
されるものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明に係るループ状ヒート
パイプの基本構造を示す略示的平面図である。第４図は
作動液循環方向規制手段の断面図である。第５図、第６
図、第７図、第８図、第９図、第１０図、第１１図（イ
）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、第１２図は本発明の第１
〜第９実施例の説明図である。１．３・・・細管コンテナ、２．４・・作動液溜め細管
コンテナ、５．６・・・作動液循環方向規制手段、７・
・・極細管、８・・・温度レベル制御手段（又はペルチ
ェ効果応用電子加熱、冷却素子）、１−１．３−１・・
・螺旋コンテナ、２−１．４−１・・作動液溜めキャッ
プ、５−２・・・ノズル部、５−４・・・球弁、５−５
・・・減圧ウィック、Ａ、Ｃ・・・蒸発部、Ｂ、Ｄ・・
・凝縮部、Ｅ・・・加熱手段、Ｆ・・・冷却手段、Ｇ・
・・断熱部。第１３図、第１４図は夫々従来構造のヒートパイプ及び
ループ状ヒートパイプの断面略図である。１１・・・コンテナ、１２・・・ウィック、１２−１・
・・充填ウィック、１３・・蒸気流、１４・・・作動液
流、１５・・・受熱部、１６・・・放熱部。第１５図は特願昭６１−９３８９６に係る蛇行ループ状
ヒートパイプの基本構造を示す正面略図である。１−１・・・蛇行長尺管コンテナ、２−１・・・連結管
コンテナ、２−２．：２−３・・・作動液溜め、２−５
・・・蒸気発生用熱源、３−１・・・充填ウィック、１
２−１．１２−２・・・冷却又は加熱手段。第１図第２図第３図第４図第５図イ　　　　　　　　　　　　ロ石酬１１１１ぎ第７図り第８図別　　紙特許請求の範囲（１）　　ループ状ヒートパイプであって、そのコンテ
ナは毛細管作用を有する細管コンテナとループの少なく
共１個所以上に設けられてある作動液溜め細管コンテナ
との直列連結ループとして構成されてあり、作動液溜め
細管コンテナの少なく共１個以上には作動液の循環方向
規制手段が設けられてあって、ループ内の作動液及び作
動液蒸気の流れ方向は所定の方向に規制されてあり、所
定の個所が作動液蒸気の凝縮部になっており、又各凝縮
部以外の部分が作動液の蒸発部として構成されてあるこ
とを特徴とするループ状ヒート／（イブ。（２）ループ状コンテナ上の少なく共１個の作動液溜め
細管コンテナと該コンテナの作動液流の下流側に隣り合
う蒸発部とを連結する細管コンテナには所定の直径の極
細線又は極細管が挿７人配設されて２重構造コンテナと
して構成されてあり、該極細線又は極細管の直径は２重
構造コンテナとしての細管コンテナの示す毛細管高さが
所定の高さ以上になる様に進択された直径であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のループ状ヒート
パイプ。（３）作動液の循環方向規制手段は所定の作動液溜め細
管コンテナ内の所定の位置に充填挿入されてある短小長
さの毛細管ウィックであることを特徴とする特許請求の
範囲第【項記載のループ状ヒ−１−バイブ。（４）ループ状コンテナの少なく共２個所に作動液循環
方向規制手段が配設されてあり、該配設側所間のコンテ
ナ内部の作動液１作動液蒸気又は両者の混合流体の温度
を該配設個所間以外のコンテナ内部の作動液１作動液蒸
気又は両者の混合流体の温度に対して、より高い温度レ
ベルとより低い温度レベルとの間を周期的に交互に変化
せしめる温度レベル制御手段が上記配設個所間に併設さ
れてあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ループ状ヒートパイプ。（５）温度レベル制御手段としてベルチェ効果応用の電
子加熱冷却素子が設けられてあり、該素子作動の為の直
流電源装置には正逆の電流が交互に且つ周期的に入力さ
れる様に制御する人力制御手段が併設されてあることを
特徴とする特許請求の範囲第り項記載のループ状ヒート
パイプ。（６）ループ状コンテナはＵ字状の作動液溜め細管コン
テナとその両端末に連結されループを形成するＵ字屈曲
部を有する細管コンテナとからなり、細管コンテナの２
本の直線部の片側の所定の部分が蒸発部として構成され
てあり、作動液溜め細管コンテナが凝縮部として構成さ
れてあり、ループ状ヒートパイプの設置姿勢は作動液溜
め細管コンテナが最ら高い位置となる姿勢であり、作動
液溜め細管コンテナから細管コンテナの他の片側を通っ
て還流する作動液流の毛細管作用とサイホン作用の度合
作用に依る還流強制力が作動液循環方向規制手段とされ
てあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のル
ープ状ヒートパイプ。（７）ｌコンテナの所定部分は長尺の細管か所定の直径
、所定のピッチ、所定の巻数に巻回され形成された螺旋
状コンテナであって、該コンテナは作動液の蒸発部であ
るか、作動液蒸気の凝縮部であるかの何れかである様構
成されてあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のループ状ヒートパイプ。（８）細管コンテナの所定部分は長尺の細管が所定の長
さ毎に所定の曲率半径で屈曲せしめられて蛇行形状コン
テナとして形成されてあり、該コンテナの所定の複数個
所は作動液蒸気の凝縮部として構成されてあり、各凝縮
部間における所定の部分は作動液の蒸発部として構成さ
れてあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ループ状ヒートパイプ。（９）細管コンテナの所定の本数が組合わせられて一本
の複合コンテナが形成されてあり、該複合コンテナ内に
は複数本の気液流路が形成されてあり、又該複合コンテ
ナの両端末には所定の内部構造のキャップが接続一体化
されてあり、両キャップの所定の内部構造としてはその
内部に複合コンテナの所定の気液流路端末の相互間を連
結する為の気液流路が設けられてあり、又両キャップの
何れか一方若しくは双方の気液流路は作動液溜めとして
形成されてあり、更に作動液溜めの所定のものには作動
液の循環方向規制手段か設けられてあり、全体としては
単数のコンテナ内に単数又は複数のループ状ヒートパイ
プが作り込まれてある構造のヒートパイプであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のループ状ヒート
パイプ。（ｔＯ）　　？Ｕ合コンテナは所定の本数の細管コンテ
ナが撚り合わせられ可撓性のケーブル状コンテナとして
形成されてあることを特徴とする特許請求の範囲第９項
記載のループ状ヒートパイプ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ループ状ヒートパイプであって、そのコンテナは
毛細管作用を有する細管コンテナとループの少なく共１
個所以上に設けられてある作動液溜め細管コンテナとの
直列連結ループとして構成されてあり、作動液溜め細管
コンテナの少なく共１個以上には作動液の循環方向規制
手段が設けられてあって、ループ内の作動液及び作動液
蒸気の流れ方向は所定の方向に規制されてあり、所定の
個所が作動液蒸気の凝縮部になっており、又各凝縮部以
外の部分が作動液の蒸発部として構成されてあることを
特徴とするループ状ヒートパイプ。
（２）ループ状コンテナ上の少なく共１個の作動液溜め
細管コンテナと該コンテナの作動液流の下流側に隣り合
う蒸発部とを連結する細管コンテナには所定の直径の極
細線又は極細管が挿入配設されて２重構造コンテナとし
て構成されてあり、該極細線又は極細管の直径は２重構
造コンテナとしての細管コンテナの示す毛細管高さが所
定の高さ以上になる様に選択された直径であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のループ状ヒートパ
イプ。
（３）作動液の循環方向規制手段は所定の作動液溜め細
管コンテナ内の所定の位置に充填挿入されてある短小長
さの毛細管ウイツクであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のループ状ヒートパイプ。
（４）ループ状コンテナの少なく共２個所に作動液循環
方向規制手段が配設されてあり、該配設個所間のコンテ
ナ内部の作動液、作動液蒸気又は両者の混合流体の温度
を該配設個所間以外のコンテナ内部の作動液、作動液蒸
気又は両者の混合流体の温度に対して、より高い温度レ
ベルとより低い温度レベルとの間を周期的に交互に変化
せしめる温度レベル制御手段が上記配設個所間に併設さ
れてあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ループ状ヒートパイプ。
（５）温度レベル制御手段としてペルチエ効果応用の電
子加熱冷却素子が設けられてあり、該素子作動の為の直
流電源装置には正逆の電流が交互に且つ周期的に入力さ
れる様に制御する入力制御手段が併設されてあることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のループ状ヒート
パイプ。
（６）ループ状コンテナはＵ字状の作動液溜め細管コン
テナとその両端末に連結されループを形成するＵ字屈曲
部を有する細管コンテナとからなり、細管コンテナの２
本の直線部の片側の所定の部分が蒸発部として構成され
てあり、作動液溜め細管コンテナが凝縮部として構成さ
れてあり、ループ状ヒートパイプの設置姿勢は作動液溜
め細管コンテナが最も高い位置となる姿勢であり、作動
液溜め細管コンテナから細管コンテナの他の片側を通つ
て還流する作動液流の毛細管作用とサイホン作用の複合
作用に依る還流強制力が作動液循環方向規制手段とされ
てあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のル
ープ状ヒートパイプ。
（７）所定の細管コンテナは長尺の細管が所定の直径、
所定のピッチ、所定の巻数に巻回され形成された螺旋状
コンテナであつて、該コンテナは作動液の蒸発部である
か、作動液蒸気の凝縮部であるかの何れかである様構成
されてあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のループ状ヒートパイプ。
（８）所定の細管コンテナは長尺の細管が所定の長さ毎
に所定の曲率半径で屈曲せしめられて蛇行形状コンテナ
として形成されてあり、該コンテナの所定の複数個所は
作動液蒸気の凝縮部として構成されてあり、各凝縮部間
における所定の部分は作動液の蒸発部として構成されて
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のルー
プ状ヒートパイプ。
（９）細管コンテナの所定の本数が組合わせられて一本
の複合コンテナが形成されてあり、該複合コンテナ内に
は複数本の気液流路が形成されてあり、又該複合コンテ
ナの両端末には所定の内部構造のキャップが接続一体化
されてあり、両キャップの所定の内部構造としてはその
内部に複合コンテナの所定の気液流路端末の相互間を連
結する為の気液流路が設けられてあり、又両キャップの
何れか一方若しくは双方の気液流路は作動液溜めとして
形成されてあり、更に作動液溜めの所定のものには作動
液の循環方向規制手段が設けられてあり、全体としては
単数のコンテナ内に単数又は複数のループ状ヒートパイ
プが作り込まれてある構造のヒートパイプであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のループ状ヒート
パイプ。
（１０）複合コンテナは所定の本数の細管コンテナが撚
り合わせられ可撓性のケーブル状コンテナとして形成さ
れてあることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の
ループ状ヒートパイプ。