JP3333261B2 - ヒートパイプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は凍結促進する為に、被凍
結体に挿入可能な金属封管からなるヒートパイプに係
り、特に該金属封管の先頭側を被凍結体に挿入される吸
熱側として、端末側を前記吸収熱を放出させる放熱側と
して構成してなるヒートパイプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内部に燈心状の毛細管物質を
ライニングし、部分真空中に少量の冷媒液を入れた金属
封管よりなり、前記冷媒液の蒸発により高温先頭部(吸
熱側封管部)より吸収された熱は、蒸気の凝縮により低
温側端末部(放熱側封管部)より放出可能に構成されたヒ
ートパイプは公知であり、この種のヒートパイプは高い
熱伝導特性を有する為に種々の分野で広範囲にわたり使
用されている。その利用方法の一つとして例えば夏期環
境下において冷却温度室内でヒートパイプの高温先頭部
側を被冷却物に挿入し、一方低温端末部側を室内空間に
位置させ、高温先頭部側より被冷却物を吸熱して該被冷
却物の凍結促進する場合等に利用される。

【０００３】この場合前記被冷却物の最終冷却時におけ
る奪熱温度が被冷却物の凍結温度以下になった場合、前
記被冷却物中にヒートパイプがそのまま凍結固着されて
しまうことになる。この時のヒートパイプの抜き取りは
勿論、被冷却物を解凍すれば、これを取除くことは可能
であるが、これでは凍結の目的に沿わなくなる。又被冷
却物を横転または転倒させ、低温端末部(放熱)側を他の
熱源で加熱し、これを一時的に高温部(吸熱部)とすれば
凍結促進時の高温先頭部はヒートパイプ作用によって瞬
時にして熱の伝達が行われて加熱(放熱)されヒートパイ
プを容易に抜き取ることが可能になる。

【０００４】更に、被凍結物が重量的にあるいは構造的
に横転作業が困難か又は不可能な場合には凍結寸前にヒ
ートパイプによる凍結促進を中止して、これを抜出する
ように構成する事も出来る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記いず
れの技術も横転作業や凍結促進中止の監視作業などに余
分な労力を必要とすることになるのみならず、最終冷却
温度まで円滑に冷却／凍結し得ないという基本的な問題
が生じる。

【０００６】本発明はかかる技術的課題に鑑み、ヒート
パイプにより被冷却物の凍結が完了し、該パイプが被凍
結物中に凍結固着された場合においても、容易に前記パ
イプを抜出可能に構成し、これにより最終冷却温度まで
円滑に冷却且つ凍結可能に構成したヒートパイプを提供
する事を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる技術的課題を達成
するために、被凍結体に挿入可能な金属封管からなり、
該金属封管の先頭側を被凍結体に挿入して熱吸収を行う
吸熱側として、端末側を前記吸収熱を放出させる放熱側
として構成してなるヒートパイプにおいて、 前記吸熱側
封管部を構成する部材の少なくとも一部を電気抵抗体と
して機能させるか若しくは吸熱側封管部内又は該封管部
の所定部位に電気抵抗体を配設し、該電気抵抗体への通
電により金属封管の吸熱側を加熱可能に構成した事を特
徴とする。

【０００８】この様な構成の具体的な手段として例えば
図１に示すように、前記吸熱側封管部を構成する部材の
少なくとも一部を電気抵抗体として機能させたヒートパ
イプの場合は、前記放熱側封管部の端末部より絶縁性密
封体を介して金属封管内に通電用導体を挿通させて、そ
の先端を吸熱側封管部に接続させ、一方該吸熱側封管 部
の所定部位に導線を接続させるとともに、該導線他端と
前記導体他端間に発熱用電源を接続して吸熱側封管部を
通電発熱可能に構成してもよく、これにより前記封管の
吸熱側封管部そのものを電気抵抗体として発熱させるこ
とができ、而も発熱電源の一極の導線を金属封管の任意
位置に自由に選択して接続することにより該金属封管の
必要部分(吸熱側封管部)のみを加熱させる事が出来る。

【０００９】又吸熱側封管部内に電気抵抗体を配設して
なるヒートパイプにおいては、放熱側端末部より絶縁性
密封体を介してヒートパイプ内に挿通される通電用導体
の先側に電気抵抗体を接続し、該抵抗体の通電発熱によ
りヒートパイプ作用を逆転させて生じせしめ、これによ
り前記金属封管の吸熱側を加熱して放熱可能に構成して
もよい。この場合、電気抵抗体は高抵抗発熱線をヒート
パイプ内に配設してもよく、吸熱側封管部に電気抵抗体
を挿設してもよい。又この場合は金属封管そのものを発
熱体とするものでない為に、その発生熱の熱伝導はヒー
トパイプ作用で低温部まで速やかに行われる。

【００１０】又本発明は、放熱側封管部及び吸熱側封管
部の夫々の金属封管端部に冷媒が封入可能な中空管を密
封支持させるとともに、前記通電用導体及び電気抵抗体
が夫々該中空管に接続されているか若しくは該中空管が
前記通電用導体及び電気抵抗体の一部をなしているのが
よく、これにより前記中空管は前記金属封管内部への冷
媒液封入用として利用されることが可能となる。例えば
冷媒液を一方の中空管より金属封管内に供給し、他の中
空管よりその一部を放出しながら管内の空気を排除し、
その後両中空管の端末を圧接封止して更に溶接を行わせ
る事により前記冷媒液封入を簡単に行う事が出来る。又
管内圧力の調整はその使用温度に対応する温度の環境下
で行うことで冷媒ガス封入後の管内圧力を容易に調整し
得る。

【００１１】又、ヒートパイプを構成する金属封管にお
いて、該金属封管を放熱側より吸熱側に向け徐々に小径
化するテーパ状に形成してあるために凍結固着されたヒ
ートパイプ本体の引き抜き操作を更に容易にする。

【００１２】更に本発明は、前記金属封管の前記吸熱側
封管部に、該金属封管に接触支持される異質の金属素材
を配して熱電対機能を持たせ、該吸熱側封管部の温度検
出を可能に構成してもよい。即ち、ヒートパイプに熱電
対特性を兼用して出力させるためにはヒートパイプの金
属封管と金属封管内部の例えば前記高抵抗発熱線あるい
は後記する冷媒ガス封入用高抵抗金属中空管を封管と異
種金属で構成する事により容易に達成される。そしてこ
れらはいずれも通電用導体と短小な形状で接続されるの
で、前記吸熱部先頭部の温度が容易に検出されることに
なる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１
は本発明の第１実施例にかかるヒートパイプの断面略図
で、被凍結体１０に挿入可能な金属封管からなり、該金
属封管２の先頭側(図上下方)を吸熱側封管部８として、
端末側(図上上方)を放熱側封管部７として構成してなる
ヒートパイプ１である。 １１は、金属封管２内に中心軸
線方向に沿って挿通された低抵抗金属材からなる通電用
導線で、その先側を吸熱側封管部８の先頭部６に密封挟
持された短小の中空管１３の上端に嵌入されて接続され
ている。尚、前記中空管１３は前記導線と同質の高導電
性金属細管で形成してもよいが、好ましくは高抵抗金属
細管で形成し発熱機能を持たせるのがよい。そして前記
中空管１３は金属封管２と異質の金属素材で形成し、該
中空管１３と金属封管２端部を接触させて熱電対機能を
持たせ、該吸熱側先頭部６の温度検出可能に構成してい
る。

【００１４】又通電用導線１１の他端側は放熱側封管部
７の端末部３Ａに封入された絶縁性密封体３に支持され
た状態で金属封管２外に導出されてその他端を導線１９
に接続し、更に導線１９及び切替開閉器１８を介して発
熱電源１６若しくは温度指示計１７へと電気接続されて
いる。 そして該発熱電源１６と温度指示計１７は１つに
接続されて導線２０を介して吸熱側封管部８の所定部位
を介して発熱機能を持たせた中空管１３に電気接続させ
ている。 又放熱側封管部７の外周には多数枚の冷却用フ
ィン５が環着されて円滑に放熱可能に構成している。

【００１５】かかる実施例によれば、ヒートパイプ１の
吸熱側封管部８を被凍結物１０内に挿し込み、一方放熱
側封管部７の冷却用フィン５を例えば夏の温度環境下に
置く。これにより、吸熱側封管部８が冷却され、該吸熱
側封管部８が挿し込まれている被凍結物１０が凍結温度
以下に低下し、遂には吸熱側封管部８は被凍結物１０に
凍結して固着される。この凍結の過程においては、中空
管１３と金属封管２の吸熱側封管部８端部を接触させて
熱電対機能を持たせた吸熱側先頭部６は熱電対として機
能しているために、切替開閉器１８を温度指示計１７へ
と電気接続させることにより、吸熱側先頭部６の温度変
化の経過を容易に計測することができる。

【００１６】次に前記切替開閉器１８を発熱電源１６側
に切り換えて、前記導線１９、通電用導線１１、発熱機
能を持たせた中空管１３、吸熱側封管部８、導線２０か
らなる通電回路を構成し、言い換えれば発熱電源１６が
導線１１、中空管１３よりなる吸熱側先頭部６、吸熱側
封管部８との通電回路が形成され、中空管１３の通電発
熱により前記金属封管２の吸熱側封管部８及び中空管１
３を含む吸熱側先頭部６が加熱されて発熱体となり吸熱
側封管部８管面の結氷を融解し、前記金属封管２を被冷
却物１０より容易に引き抜くことが出来る。

【００１７】この用例として従来の産業用製氷装置では
冷却グライン槽内で氷缶周囲からの冷却によるもので氷
の熱伝達が低いために中央部の結氷が取り残され、これ
を結氷させるためには多大の時間を要してしまう。これ
を零度℃以下の温度の室内で氷缶中央部に前記ヒートパ
イプの吸熱側封管部８を差し込み放置しておくことによ
り、未凍結の中央部は速やかに結氷が完了してしまうが
同時にヒートパイプ自身も氷中に凍結、固着されてしま
うが、本実施例のヒートパイプを用い前記のような通電
加熱操作を行う事により容易にこれを引き抜くことが出
来る。

【００１８】図２はヒートパイプの吸熱側封管部８の先
頭部に発熱用高抵抗体９、例えばニクロム線９を前記通
電導線１１と直列に接続した構造でその作用効果は図１
に示した実施例とほぼ同様であるが、発熱用高抵抗体９
の熱の移動はヒートパイプ作用、即ち冷媒の蒸発凝縮に
よって行われるものであって金属封管２自身の発熱によ
るものではない。この為前記実施例に比較して数段速や
かな加熱が可能となる。又前記発熱用高抵抗体９を接続
支持する吸熱側封管部８の先頭部６、及び通電導線１１
が支持される放熱側封管部の端末部３Ａには夫々中空管
１３、１４を用い、そして該中空管１３、１４は吸熱側
封管部８側では金属封管２に直接溶接その他の手段で接
触固着され、放熱側封管部側７では絶縁性密封体３を介
して固着し、封管２との間で夫々二重管構造をなすとと
もに、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように前記中空管１
３、１４にはそれぞれ中空管１３、１４を通して金属封
管２の内部に連通する連通孔１３ａ、１４ａが設けられ
ている。そして冷媒ガスの注入時には前記中空管１３、
１４の先端は夫々開放させており、何れか一方の前記中
空管１３より冷媒を導入しつつ他方の中空管１４から管
内空気を排除して冷媒注入し、そして封管２内の内部圧
はヒートパイプの使用温度に対応した圧力に調整した
後、前記中空管１３、１４を押圧封止した後に溶封され
る。尚、同図（イ）、（ロ）では冷媒の注入後の封止し
た状態を示してある。図４は放熱側より吸熱側に向け封
管をテーパ状に細くし、Ｄ _１ ＞Ｄ _２ とした例で前記ヒー
トパイプの抜き取り作業を容易且つ確実にする。

【００１９】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、ヒー
トパイプによる被冷却体の凍結の促進を、最終的に冷却
且つ凍結させ、ヒートパイプと被冷却体とを凍結固着さ
せた場合においても、容易に前記パイプを抜出させる事
が出来、これにより最終冷却温度まで円滑に冷却／凍結
させる事が出来るとともに、凍結後のヒートパイプの抜
き取り時の被凍結物の横転作業や他の熱源による加熱作
業及びそれらの設備なども不要とし、凍結作業及び凍結
設備費の負担が大幅に低減する。

【００２０】即ち本発明は例えばブロック製氷の最終凍
結過程で冷室内でのヒートパイプによる凍結の促進を計
る手段において必要に応じて前記ヒートパイプの吸熱側
を一時的に加熱して発熱させ、低温環境下にあるヒート
パイプの性能を逆転させて使用する事により前記凍結固
着したヒートパイプを容易に抜き取り可能とし、その作
業性を向上させる事が出来る。

【００２１】又、前記吸熱側封管部の先頭部に熱電対機
能を持たせたために、その部分における凍結温度の計測
も容易に可能になり、これにより温度センサを用いず
に、又該温度センサを凍結寸前に予め取り除いておく必
要がなく精度よく温度検知可能なヒートパイプを提供す
る事が出来る。従って本ヒートパイプは前述のような産
業用製氷装置や肉のブロック凍結装置等にも利用され省
エネルギー的に且つ、その生産性にも大きく寄与させる
ことが出来、その実用的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかるヒートパイプの断
面構成を示す断面図で有る。

【図２】本発明の第２実施例にかかるヒートパイプの断
面構成を示す断面図で有る。

【図３】図２のヒートパイプ端部の拡大断面構成を示
し、（Ａ）は放熱側、（Ｂ）は吸熱側を示す。

【図４】金属封管を放熱側より吸熱側先頭部に向け徐々
に小径化するテーパ状に形成したヒートパイプの断面図
である。

【符号の説明】

１ ヒートパイプ ２ 金属封管 ３ 絶縁性密封体 ３Ａ 放熱側端末部 ５ 冷却用フィン ９ 発熱用高抵抗体７ 放熱側封管部 ８ 吸熱側封管部 １０ 被凍結物１１ 導体(通電導線) １３ 、１４ 中空管 １６ 発熱電源 １７ 温度指示計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28D 15/06 F28D 15/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被凍結体に挿入可能な金属封管からな
   り、該金属封管の先頭側を被凍結体に挿入して熱吸収を
   行う吸熱側として、端末側を前記吸収熱を放出させる放
   熱側として構成してなるヒートパイプにおいて、 前記吸熱側封管部を構成する部材の少なくとも一部を 電
   気抵抗体として機能させるか若しくは吸熱側封管部内又
   は該封管部の所定部位に電気抵抗体を配設し、該電気抵
   抗体への通電により金属封管の吸熱側を加熱可能に構成
   した事を特徴とするヒートパイプ。
2. 【請求項２】 前記吸熱側封管部を構成する部材の少な
   くとも一部を電気抵抗体として機能させた請求項１記載
   のヒートパイプにおいて、 前記放熱側封管部の 端末部より絶縁性密封体を介して金
   属封管内に通電用導体を挿通させて、その先端を吸熱側
   封管部に接続させ、一方該吸熱側封管部の所定部位に導
   線を接続させるとともに、該導線他端と前記導体他端間
   に発熱用電源を接続して吸熱側封管部を通電発熱可能に
   構成した事を特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。
3. 【請求項３】 吸熱側封管部内に電気抵抗体を配設して
   なる請求項１記載のヒートパイプにおいて、 前記放熱側封管部の 端末部より絶縁性密封体を介してヒ
   ートパイプ内に挿通される通電用導体の先側に電気抵抗
   体を接続し、該抵抗体の通電により前記金属封管の吸熱
   側を加熱可能に構成した事を特徴とする請求項１記載の
   ヒートパイプ。
4. 【請求項４】 放熱側及び吸熱側の夫々の金属封管端部
   に冷媒が封入可能な中空管を密封支持させるとともに、
   前記通電用導体及び電気抵抗体が夫々該中空管に接続さ
   れているか若しくは該中空管が前記通電用導体及び電気
   抵抗体の一部をなしている事を特徴とする請求項２若し
   くは３記載のヒートパイプ。
5. 【請求項５】 前記金属封管を放熱側より吸熱側に向け
   徐々に小径化するテーパ状に形成した事を特徴とする請
   求項１記載のヒートパイプ。
6. 【請求項６】 前記金属封管の吸熱側封管部に、該金属
   封管に接触支持され る異質の金属素材を配して熱電対機
   能を持たせ、該吸熱側封管部の温度検出を可能に構成し
   た事を特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。