JPH0697147B2 - ループ型細管ヒートパイプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明はヒートパイプの構造に関するものであり特にル
ープ型細管ヒートパイプの信頼性を大幅に改善せしめ且
つその性能をも改善する為の新規な構造に関する。

［従来の技術］ 従来のループ型細管ヒートパイプは第２図に例示する米
国特許第4,921,041号明細書，特開昭63−318493号公報
の一実施例の如く細管の両端末が相互に連結されてなる
密閉ループ型細管コンテナ１内の所定の部分に逆止弁２
が配設され、ループ上の所定の部分が受熱部１−Ｈとし
て、他の所定の部分が放熱部１−Ｃとして構成されてあ
り、該ループ型細管コンテナ内に所定量の気液２層の作
動流体が封入されて構成されてあるものであった。この
様に構成されたループ型細管ヒートパイプの作動には逆
止弁２の作用が決定的な役割を占めているものであっ
た。即ち逆止弁により分割されてループ内に形成される
圧力室間の呼吸作用及び受熱部内作動流体の核沸騰によ
り発生する圧力波に起因する弁体の振動、等が受放熱部
間の内圧差と相互作用を発生し、作動波を強力に推進せ
しめ、ループ内を循環せしめることにより、受熱部から
放熱部に熱量が輸送されるものであった。又ループ型細
管ヒートパイプの長期寿命を保証する為の実施例として
逆止弁の構成としては浮遊型構成の逆止弁とし、弁体と
してはルビー球体を採用し、弁座としては比較的軟質の
銅、純ニッケル等の弁座を採用する等により通常の使用
状態としては、15年以上の連続使用に耐える工夫が為さ
れて実施されている。従来のループ型細管ヒートパイプ
の他の特徴としては多数ターンを繰返す蛇行構造とする
ことにより多数の受熱部と多数の放熱部を設けた構造と
することにより、放熱部で液相化された作動液が循環す
る為に発生する細管内圧力損失を受熱部に到達する毎に
キャンセルして、循環推進力を復活せしめループ長さを
無制限に長尺化せしめることが可能であり、これにより
数Ｗから数10KWに及ぶ広範囲な領域の放熱器を形成する
ことが可能であった。又通常のヒートパイプがトップヒ
ートモードでの使用が不可能であったのに対し、ループ
型細管ヒートパイプの場合は逆止弁による作動液の循環
が可能な限りのヘッド差においてはトップヒートモード
における熱輸送が容易な点も大きな特徴であった。

［発明が解決しようとする問題点］ ループ型細管ヒートパイプは上述の如く従来のヒートパ
イプに勝る数多くの特長を発揮するが工業界の要望に対
しては未だ多くの問題点を残している。それ等の中で本
発明が解決しようとする問題点は次の如くであり、それ
等は逆止弁に起因するものである。

（ａ）ルビー球弁使用の逆止弁と雖も高温における大熱
入力に対しては長期信頼性の保証は困難である。

300℃で5KWの熱入力を衝撃的に与える必要のある放熱器
の信頼性試験時にルビーが破砕する事故が発生した。対
策としてタングステンカーバイト球に変更して対処した
が比重が13と大きい為、低入力時の作動が悪化した。又
比重過大の為浮遊作動が困難となり、作動中に開閉衝撃
が発生し、長期信頼性に懸念が生じた。

（ｂ）逆止弁の長期信頼性保証の為には、細管コンテナ
の金属材料選択に制限がある。

高温で循環する作動液により金属細管コンテナの内壁面
の金属結晶に粒界腐食が起り多量の金属粉が遊離して逆
止弁に滞留し、作動を不能ならしめる金属があることが
信頼性試験で判明した。その対策については特願平１−
172915号（特開平３−39893号公報参照）に記載されて
ある。

（ｃ）長期信頼性保証の為に米国特許4,921,041号明細
書及び特開昭63−318493号公報に記載の如き浮遊型逆止
弁を使用する場合、漏洩損失により逆止力が弱く、トッ
プヒートモードでの使用可能な受放熱部間の水位差が10
00mm前後に制限される。

この対策としてスプリングで弁体を押える完全閉鎖式の
逆止弁を使用すると水撃作用により激しい衝撃振動が発
生し長期寿命を保証し難いものとなる。

（ロ）発明の構成 ［問題点を解決する為の手段］ 問題点を解決する為の手段としての新規なループ型細管
ヒートパイプにおいてはループ型細管コンテナの作動液
循環流路から一切の循環方向規制手段を除去して構成さ
れる。第２図に例示の従来型細管ヒートパイプの実施例
について言えば逆止弁２の一切が除去される。又従来の
ループ型細管ヒートパイプと同様に受熱部及び放熱部は
夫々少なくとも１個所に設けられる。細管コンテナに封
入される作動液はループ内総ての位置においてコンテナ
内を閉塞したままで循環する点でも従来型と同じである
が本発明のループ型細管ヒートパイプではこの点は必須
条件となる。即ち本発明に係るループ型細管ヒートパイ
プは第１図に例示の通り次の如く構成される。細管の両
端末が相互に連結されて流体が管内をループ状に流通す
ることが自在である様に形成されてあるループ型細管コ
ンテナ１の少なくとも１個所の所定の部分は受熱部１−
Ｈとして、残余の部分の少なくとも１個所の所定の部分
は放熱部１−Ｃとして構成されてあり、それらの大部分
は受熱部と放熱部とが交互に配設されてあり、ループ型
細管コンテナ１、内にはその全内容積に未満の所定量の
所定の２相凝縮性作動流体４が封入されてあり、細管の
内壁直径は作動流体が常に管内を閉塞した状態で循環又
は移動することの出来る最大直径以下の直径であること
を特徴とする構造。第１図においてＨ及びＣは夫々受熱
手段及び放熱手段を示す。

該構造において封入作動液の所定量が細管コンテナの全
内容積に未満であることは受熱部で核沸騰が発生するに
必要な気相容積部が必要な為であり、又細管の内壁が作
動液が閉塞されたままで循環又は移動出来る直径になっ
ていることは受熱部における核沸騰の蒸気圧に敏感に反
応して移動することが出来る様にする為である。

［作用］ その作用は次の如くして発生し作用する。

（ａ）圧力波の発生と軸方向振動の発生 受熱部における熱吸収による作動流体の核沸騰は受熱部
内に断続的且つ急激に蒸気泡群を発生する。各蒸気泡は
急激な膨張とその直後には断熱膨張冷却による若干の急
激な縮小を伴なう。これにより作動流体には圧力波のパ
ルスが発生し、このパルスはループ内を軸方向に駆け廻
る。このパルスはループの反対側で衝突するが、圧縮気
泡を含む作動流体の圧縮性により位相がずれており打消
し合うことはない。ループ内に受熱部が複数個所配設さ
れてある場合は夫々の受熱部から出るパルスは時に打消
し合い、時には増幅し合い、結果的にはより強力なパル
スとなる。このパルスはループ内の作動流体に強力な軸
方向振動を発生させる。この様にして発生した作動流体
の軸方向振動は作動流体及びその一部に含まれる圧縮さ
れた蒸気泡を介してループ内を伝播される。

ループ内には更に第２の振動が発生する。それは複数の
受熱部における相隣れる受熱部の間の管路内の作動流体
が双方の受熱部内で交互又は同時にランダムに発生する
多数の蒸気泡が作る合成気泡の発達膨張、収縮の断続に
より生じる軸方向の直接加圧、直接吸引による前後移動
であって、先に発生した圧力波のパルスより伝播速度は
はるかに遅い振動ではあるが振幅は大きくより強力な振
動となる。又ループ内に多数の受熱部が設けられてある
場合はそれ等の総てから発生するこの様な振動は相互干
渉により一部は減衰するが他の部分は増幅され、全体と
しては大幅に増幅されて、より強力な振動となる。

（ｂ）作動流体の循環流の発生 第１図に例示の如く作動流体４がその蒸気泡５と交互に
配分されてあることは前述の如く作動流体中を伝播する
圧力波のパルス群や流体の軸方向の前後移動による振動
等の群が干渉により消滅するのを防ぐ為に作動流体に圧
縮性を与える為に必須である。又流体の圧力損失を減少
せしめて振動の発生を容易にする為にも必要である。又
後述する熱移動能力の温度依存性を良好ならしめる為に
も必須である。この様な蒸気泡５と作動流体４とが交互
に配分されるには作動流体が循環流となって受熱部から
蒸気泡を順次運搬することが必要である。逆止弁の無い
ループ型細管ヒートパイプ内の循環流は次の如くして発
生する。

受熱部で発生した蒸気泡の圧力は放熱部で減圧縮小
される。従って第１図の如きループ型細管ヒートパイプ
が平面上に水平配置されてある場合作動流体は受熱部１
−Ｈから最も近い放熱部１−Ｃに向って流れ、ループ内
の作動流体４は矢印の方向に循環する。

第１図のループ型細管ヒートパイプが下側受熱部１
−Ｈを底部とし連結部コンテナ１−２を垂直に保持して
ボトムヒートとした場合、受熱部１−Ｈで発生した気泡
群５は最も上昇し易く、抵抗の少ない連結部コンテナ１
−２を通って上昇し、気泡群の多くが凝縮した作動流体
４は重力の助けにより蛇行部を下降する。即ち破線矢印
の方向に循環する。即ち作動流体４は重力の補助の得や
すい方向に自ずから循環する。

ループ型細管ヒートパイプ内の作動流体は作動時に少
しでも抵抗の少ない方向を自ずから選択して循環し、停
滞することはない。

（ｃ）熱量の輸送 上記（ａ）項（ｂ）項の相互作用によりループ内作動流
体４は受熱部１−Ｈに与えられた熱量に対応した軸方向
振動を発生し、これにより受熱部から放熱部に向って熱
量が輸送される。

管路内に封入された作動流体の軸方向振動により該管路
が熱輸送機能を発揮することは古くから云われて来たが
これを実験により確認し理論的に解明した文献として特
公平２−35239号公報がある。該公報には作動流体の軸
方向振動による熱伝達の原理が詳細に述べられており、
本発明に係るループ型細管ヒートパイプの作動も原理的
には全く同じであると考えられる。本発明は管内作動流
体の軸方向振動は熱量輸送の有効な手段であることを前
提に発明されたものであってその原理を論じる意図はな
い。然しその原理を別の現わし方で最も簡単に表現すれ
ば次の如く云うことが出来る。「この熱輸送装置の一部
を軸方向振動の振幅を一単位として分割して考え、この
単位長さの間で流体が振動する時は管璧内表面と振動流
体との間には振動し得ないい流体の極めて薄い境界層が
出来る。流体の単位長さの両端に温度差があればこの境
界層と管内壁表面には瞬間、瞬間の流体の温度差がその
まま熱伝導により伝達され、蓄熱される。然し次の瞬間
には振動により流体の低温部は境界層及び管内表面の高
温部に、又低温部は高温部に相対位置が変動し、境界層
の高温部は流体に熱量を与え、低温部は流体から熱量を
吸収する。流体の振動によりこの様な熱量の授受が激し
く繰返えされ、流体内には境界層及び管内表面を熱媒体
として激しく均熱化作用が発生する。熱輸送装置の管の
全長はこの様な単位長さの均熱化装置の無数の集合体で
あると考えられるから、熱輸送管は全長にわたり作動流
体を均熱化せしめる機能を発揮する。これはあたかも通
常ヒートパイプが均熱化作用により熱量を輸送するのに
類似した機能であり、有効な熱輸送手段となる。」 （ｄ）熱輸送能力の受熱部温度依存性 熱輸送手段が有効に作用するには熱入力の大きさに応じ
て熱輸送能力が増大する温度依存性が必要である。本発
明に係るループ型細管ヒートパイプは受熱部に対する熱
入力に対応して核沸騰が激しくなり入力に対応して熱輸
送能力が活発となる。又作動流体と交互に配分されてル
ープ型細管コンテナ内を循環する蒸気泡は、受熱部の温
度上昇による作動液の飽和蒸気圧の上昇に従って圧縮さ
れ、圧力波パルス、流体振動を伝播する能力が上昇し、
熱輸送能力の受熱部温度依存性を良好ならしめる。

上述の如き作用によって本発明に係るループ型細管ヒー
トパイプは逆止弁の廃止にも拘らず受熱部から放熱部に
向って熱量を輸送することが出来る。熱輸送の原理が作
動流体の軸方向振動による熱輸送であるから圧力波パル
スによる振動、軸方向往復による振動の減衰を極力少な
く押えることが望ましい。従ってループ型細管コンテナ
の内壁面は平滑であればある程減衰を小さくくることが
出来る。細管内の平滑化には各種の方法があるが化学的
な手段による研磨が多く採用される。

減衰を小さくする為に次に注意すべき点は細管の材料で
ある。振動は内圧変動と見なされるから弾性変形により
内圧変動を吸収する様な材料は避ける必要がある。又管
内には振動発生の為大きな内圧が加えられ且つその内圧
荷重は激しい繰返し荷重であるから耐力が小さく耐クリ
ープ性に乏しい材料は避ける必要がある。然し受放熱部
は熱交換部であるから銅，アルミ等材質的に上述の観点
からは望ましくない材料を使用せざるを得ない場合が多
い。従って少なくも受熱部と放熱部を連結する断熱部分
は受熱部に比較して充分に厚肉の細管を用いて形成され
てあるか、ヤング率が大きく、耐クリープ性の良好な金
属材料で形成されてあることが望ましい。

熱輸送の基本が境界層及び細管内表面を媒体として発生
する均熱化作用であるから細管コンテナ外表面から放熱
は熱輸送効率を大幅に悪化させる可能性がある。従って
該ループ型細管コンテナの受放熱部間の連結部（断熱
部）は熱絶縁材料で充分に被覆さされてあることが望ま
しい。

又上記の均熱化作用は熱伝導が主体となって行なわれる
から作動流体は熱伝導率が大きいことが望ましい。即ち
液体金属を作動流体として使用することにより本発明に
係るループ型細管ヒートパイプは大幅な性能向上が可能
となる。

本発明に係るループ型細管ヒートパイプは作動流体の軸
方向振動による熱伝達を利用するものであるから熱輸送
の基本原理においてはドリームパイプと通称される特公
平２−35239号公報に係る熱伝達装置と類似である。然
しその装置の構成、作動流体の振動発生のしくみ、等多
くの点で全く異なるもので、熱伝達装置として全く新規
なものである。又本発明の基本はむしろ米国特許4,921,
041号明細書及び特開昭63−318493号公報に係るループ
型細管ヒートパイプにあるもので、その構成要素である
流れ方向規制手段（逆止弁）を除去して構成されたもの
である。従って米国特許4,921,041号明細書、特開昭63
−318493号公報の明細書に記載の実施例の殆ど総てはそ
のまま本発明に係るループ型細管ヒートパイプの実施例
として適用することが出来る。更にその後に出願されて
ある数10件に及ぶ特開昭63−318493号公報の応用特許の
総てについても本発明に係るループ型細管ヒトパイプの
応用特許としてそのまま適用することが出来る。

以下に特公平２−35239号公報に係る熱伝達装置と本発
明に係るループ型細管ヒトパイプの相異点について述べ
ると共に本発明に係るループ型細管ヒートパイプと米国
特許4,921,041号明細書及び特開昭63−318493号公報の
相異点について述べて本発明のループ型細管ヒートパイ
プが全く新規なループ型細管ヒートパイプであることを
説明する。

特公平２−35239号公報の熱伝導装置においては基本と
なる請求の範囲においても又総ての実施態様においても
一貫して必須構成要素として１対の流体貯蔵器とそ
れ等を連結する少なくとも１本の管路と管路及び貯蔵
器を満たす熱伝導流体と軸方向振動発生手段との４構
成要素を欠けることなく併設されてあることが前提条件
として説明されてあり、明細書内容にもその如く記載さ
れてある。即ち４構成要素の何れか１要素を欠いただけ
でも該熱伝達装置は作動することが不可能であり、特許
も成り立たないことが明白である。

それに対して本発明に係るループ型細管ヒートパイプは
ループ型細管コンテナとその内容積を満たすことの
ない量の作動液のみからなっており、の流体貯蔵器は
全く必要とせず更に明細書記載の如きの軸方向振動を
発生する機械的、電気的、その他外力利用の発振手段は
一切装着しないものである。

以上の比較だけでも両者の相異と本発明の新規性は明白
であるが更に決定的な相異点が作動流体の構成とそのふ
るまいにある。特公平２−35239号において、その明細
書には該熱伝達装置はヒートパイプとは全く異なるもの
であることが詳細に記述されてあり、本発明に係るルー
プ型細管ヒートパイプはヒートパイプの一種であること
が明白であるから両者間の相異は明らかである。特公平
２−35239号公報はその明細書に記載の通り、作動流体
は凝縮性流体を使用する場合であっても気液２相状態で
使用されることはなく、液相状態における非圧縮性を利
用して使用される。それに対して本発明のループ型細管
ヒートパイプはヒートパイプであるから常に気液２相状
態で使用され、気液２相流体の圧縮性を利用して作動す
る。

又特公平２−35239号公報の熱伝達装置においては作動
流体は定められた位置において軸方向振動をするのみで
何等の物質移動を伴なわない点を最大の特徴としている
が本発明のループ型細管ヒートパイプは作動流体がルー
プ内を循環することが必須条件ではないが基本的には作
動流体が循環する熱伝達装置となっている。更に両熱伝
達装置の決定的な相異点としては作動液の軸方向振動の
発生のしくみにある。特公平２−35239号公報において
作動液は強力な振動発生手段によって強制的に振動せし
められる。この振動発生手段の激しい振動は不必要な部
分にも振動を与え、振動を受ける部分にも、又該振動発
生手段自身にも機械的磨耗を発生せしめ、長年月の連続
使用に対しては信頼性に欠ける点がある。又熱量の輸送
の為には振動発生手段に運転する為に附加的な大きなエ
ネルギーの消費を伴なうものである。

これに対して本発明に係るループ型細管ヒートパイプの
作動流体の振動は外部からの機械的振動の助けを全く必
要とせず、作動流体自身が軸方向振動の発生源となると
いう全く新規な発想によってなされるものである。即ち
作動流体の核沸騰の衝撃によって振動は発生するもので
あり、この核沸騰は受熱部の熱エネルギーを吸収するこ
とによて発生し熱量輸送の一過程で自ずから発生する核
沸騰で作動流体が自ずから発振するものであるから、一
切の機械的又は電気的な外部振動の助けを借りる必要は
なく、更に発振の為に何等附加的なエネルギーを消費す
ることはない。又外部に対して振動を与えることなく、
振動発生手段として何等の消耗部品も保有しないから長
年月の連続使用に際しても寿命上の何等の懸念がない。

以上の説明から特公平２−35239号公報に係る熱伝達装
置と本発明に係るループ型細管ヒートパイプとは全く種
類を異にする熱輸送手段であり、発明の思想としても明
らかに異なるものと云える。

次に米国特許4,921,041号明細書及び特開昭63−318493
号公報に係るループ型細管ヒートパイプと本発明に係る
ループ型細管ヒートパイプとを比較する。両者は何れも
受熱部で発生する核沸騰と受放熱部間の温度差で作動す
る点において共通であり、長尺のループ型細管コンテナ
で構成され、前者の実施態様及び応用特許が殆ど後者に
そのまま適用することが出来る点で酷似している。然し
その作動原理が全く異なる点で全く別種のループ型細管
ヒートパイプであると云うことが出来る。前者のループ
型細管コンテナは逆止弁によって複数の圧力室に分割さ
れており、受放熱部間の温度差と受熱部における作動流
体の沸騰との相互作用により圧力室間に呼吸作用が発生
して作動液が循環する。又受熱部で発生する核沸騰によ
り発生する圧力液のパルス振動は逆止弁の球弁に吸収さ
れ、逆止弁の振動として変換され、逆止弁の振動は更に
作動流体に循環推進力を付与する。前者のこの様にして
発生するループ内の作動流体の循環によって熱量は運搬
される。後者は逆止弁が全く廃止されてあるから循環は
強力ではなく、ゆるやかに抵抗の少ない方向に自然に流
れるのみで熱量輸送には僅かに寄与するのみである。前
述の通り熱量運搬は核沸騰により発生する作動流体の軸
方向振動によって行なわれる。

即ち外観及び使用状態は同じであっても逆止弁の有無と
云う極めて重要な構造上の差異があり、更に熱輸送の原
理を全く異にする両ループ型細管ヒートパイプは全く異
種のループ型細管ヒートパイプであると云うことが出来
る。

［実施例］ 第１実施例 外径3mm内径2.4mmの長尺細管の両端末を連結して第３図
の如き多数ターンの蛇行を繰返すループ型細管コンテナ
１を形成した。受熱手段Ｈとしては純銅製受熱板にて蛇
行の中央部を挟持して図示されていないヒータで両面か
ら加熱した。受熱板の幅ｌは100mmとした。蛇行の１タ
ーンの長さＬは460mmとした。従って受熱部１−Ｈの長
さは100mmであり、残余の360mmには4m/sの風で強制冷却
して放熱部１−Ｃとした。又蛇行ターン数は80ターンと
した。この様なループ型細管コンテナ１に逆止弁３個を
装着し、作動流体としてフロンHCFC−142bを内容積の40
％を封入して米国特許4,921,041号明細書及び特開昭63
−318493号公報に係るループ型細管ヒートパイプを構成
し、又第３図そのままに全く逆止弁を装着せず、作動流
体としてフロンHCFC142bを内容積の70％封入した本発明
に係るループ型細管ヒートパイプを構成し、両者の放熱
性能を比較した。測定風洞内における測定姿勢は、図の
如く各ターンの直管部を水平に且つ受熱板が垂直である
様に保持した。測定性能は受熱板に挟持された受熱部コ
ンテナ１−Ｈの表面温度の各熱入力に対応する平衝温度
と冷却風の入口温度（周囲温度）との温度差を△ｔ℃と
し、これを分子とし、熱入力を分母として得られる熱抵
抗値Ｒ（℃/W）によって比較した。その結果は次表の如
くでああり両者に差異はなく、本発明に係るループ型細
管ヒートパイプは逆止弁付ループ型細管ヒートパイプに
劣らぬ熱輸送能力があることが実証された。

次に1000Wの熱入力で温度が72.3℃熱抵抗が0.047℃/Wで
平衝状態になった状態で細管コンテナの１筒所を圧潰
（約90％圧潰）せしめ作動流体の循環を困難ならしめた
所受熱部の平衝温度は1.7℃上昇し熱抵抗値は0.049℃/W
と若干悪化した。更に同部分を完全に圧潰せしめ、作動
流体の循環を完全に停止せしめた。受熱部の平衝温度は
更に１℃（合計2.7℃）上昇し、熱抵抗値は0.05℃/Wと
なった。このことは作動液の循環は温度で2.7℃熱抵抗
値で0.003℃/Wと僅かな寄与に過ぎないもので、循環速
度が非常に緩やかなものであったことを示している。又
作動流体の停止状態であっても本発明のループ型細管ヒ
ートパイプが活発に熱輸送することを示し、作動流体は
その流路中に配分されてある蒸気泡の効果による圧縮性
のより活発に軸方向振動を継続していることを示すと共
に、軸方向振動による熱輸送機能が非常に良好であるこ
とを示している。この実験の状態は第４図の測定記録の
写しに示されてある。図の縦軸は温度、横軸は時間の経
過を示している。線1,2（重なった線）は熱入力1KWにお
ける受熱部の温度上昇曲線、線3,4は夫々放熱部コンテ
ナの受熱部に近い部分及び遠い部分の表面温度の温度上
昇曲線、線５は冷却風洞の入口空気温度（周囲温度）線
６は風洞出口の空気温度を示す。Ｐ−１点は第１回目の
細管コンテナの半圧潰時点、Ｐ−２点は第２回目の完全
圧潰時点を示し、その直後から温度上昇が始まってい
る。曲線３及び４の温度変動は細管内における作動流体
の軸方向振動を示している。ｖ−１で示される作動流体
循環中の振動は循環流に振動が吸収されて振幅は小さく
なり、流速の遅いｖ−２附近では振幅が大きくなり、循
環停止のｖ−３附近では振動数、振幅共に活発になって
いる。又3,4の曲線は細管コンテナ圧潰により循環流速
が遅くなると同時に冷却風の効果により温度降下し、循
環流が完全停止すると、細管コンテナの管壁における熱
交換が活発になり若干の温度上昇を示している。

第２実施例 外径1mm内径0.7mmの長尺細管を長径38mm短径18mmの長円
形螺旋状に成形しターン数を45ターンとしその細管の両
端を流通自在に連結した螺旋蛇行のループ型細管コンテ
ナを２個製作した。又半径9mmの２条の溝を有するフィ
ン高さ13mm、受熱底面50mm×50mmのアルミヒートシンク
を準備した。螺旋蛇行のループ型細管コンテナの２個の
端部を第５図の如くヒートシンクの条溝にはんだ接着し
て放熱器を構成した。図においては簡略の為細管コンテ
ナは線図で示してある。又図においてＨ−Ｓは受熱用ヒ
ートシンク、１−H,1−Ｈ−２は受熱部、１−Ｃ−1,1−
Ｃ−２は放熱部、Ｃの矢印は冷却手段の冷却風である。
該放熱器の両コンテナに逆止弁を装着し、夫々２相作動
流体を内容積の40％封入して米国特許4,921,041号明細
書及び特開昭63−318493号公報に掛るループ型細管ヒー
トパイプを構成してその性能を測定した。然る後夫々の
コンテナの逆止弁を除去して再び密封し、夫々に２相作
動流体を内容積の80％封入して第５図の如き本発明に係
るループ型細管ヒートパイプを構成して性能を測定し
た。測定風速は総て3m/sとし、測定態様はボトムヒート
モード及びトップヒートモードとした。測定結果は何れ
の測定モードにおいて本発明に係るループ型細管ヒート
パイプの方が性能が勝っており、更に前者がトップヒー
トモードで性能が低下したのに対し、本発明に係るルー
プ型細管ヒートパイプのトップヒートモードの性能はボ
トムヒートモードの性能と全く変化がなかった。更に各
熱入力に対する熱輸送能力の受熱部温度依存性も良好で
あった。次表にそれ等の測定データを示す。

第３実施例 本発明に係るループ型細管ヒートパイプと米国特許4,92
1,041号明細書及び特開昭63−318493号公報に係るルー
プ型細管ヒートパイプとは作動原理が全く異なる異種の
ループ型細管ヒートパイプではあるが外部構造は全く同
じであり、実施態様が殆ど同等である。然しそれ等の特
長を有効に活用せんとする場合は前者と後者には夫々に
秀れた点、劣る点があり、又何れを適用すべきか判断が
困難な場合もある。従ってそれ等の応用に際しては製作
完了後、又は設計完了の時点において前者から後者に、
又は後者から前者に改造、変更、切替え等の必要が発生
する頻度が高いものと考えられる。

ループ型細管ヒートパイプの大きな特長として応用製品
の完成後又は応用製品の配置現場においても作動流体の
封入、封入量の加減等を容易に実施することが出来る。
又前者から後者に変更する場合は逆止弁を取付けるだけ
で良く、後者から前者に切替える場合は逆止弁を除去す
るだけで良い。細管コンテナの切断、接続は容易な作業
であるから上述の如き逆止弁の取付け及び除去作業は容
易に実施することが出来る。又この様な取付け除去作業
が予測される場合は第６図に例示の如く細管コンテナ上
における逆止弁の除去、又は取付けに想定される部分を
所定の距離を設けて切断し、その両切断端末に11−2,12
−１の如くフレア接手、又はオートカップリングの雌
側、又は雄側を夫々に装着しておき、別に両端に上記雌
側又は雄側に対応する雌側又は雄側のフレア接手又はオ
ートカップリング11−1,12−２が装着されてある接続用
細管コンテナを２個用意し、この２個接続用コンテナの
１個は単なる長さ調整用の接続用細管コンテナ９とし、
他の１個は逆止弁２−１が接着されてある逆止弁付接続
用細管コンテナ10とした２種類であるとすれば、これ等
を交換して着脱することにより逆止弁２−１が着脱自在
となっているループ型細管ヒートパイプ１として構成す
ることが出来る。これにより前述の前者のループ型細管
ヒートパイプと後者のループ型細管ヒートパイプは改
造、変更、切替えが自在となる。この場合特に後者から
本発明に係るループ型細管ヒートパイプである前者に変
更する場合は封入液量の微調整が殆ど不要であるから極
めて容易に実施することが出来る。これは本発明に係る
ループ型細管ヒートパイプにおいては内容積の満量の65
％〜95％の如き広い加減範囲に液量を封入しても圧力波
及び振動波は殆ど変り無く良好に伝播されることによ
る。この様に実施することにより、本発明に係るループ
型細管ヒートパイプは逆止弁が装着され作動流体がルー
プ内を循環して数量を運搬する従来型のループ型細管ヒ
ートパイプから逆止弁を除去したり、又は逆止弁の装着
を省略して構成することが出来る。

ハ、発明の効果 従来型のループ型細管ヒートパイプが逆止弁の如き振動
機構の使用が不可避であった為長期寿命を完全には保証
することが不可能であったのに対し、本発明に係るルー
プ型細管ヒートパイプは新規な作動原理の採用により、
細管内の消耗部品及び細管外の補助機構部品の総べてを
廃止した構造となったので寿命保証上の懸念されるべき
点の一切が解消されるに至った。従って本発明に係るル
ープ型細管ヒートパイプは殆ど完全に近い高信頼性ヒー
トパイプであると云うことが出来る。

又従来のループ型細管ヒートパイプは逆止弁の製作誤差
により性能にバラッキが発生したので製造時の中間検査
が不可欠であり、更に逆止弁装着後の気密性検査が不可
避であったが本発明に係るループ型細管ヒートパイプは
それ等の問題からも完全に解放される。此の点からの信
頼性向上も極めて大きな効果であると考えられる。

本発明に係るループ型細管ヒートパイプはこれ以上簡素
化することの出来ない程の極めて簡素な構造であり、新
規な製造設備を全く必要とすることもなく、直ちに工業
生産に移行し量産化することが出来る。

本発明に係るループ型細管ヒートパイプは従来型の逆止
弁使用のループ型細管ヒートパイプのあらゆる実施態様
にそのまま適用することが出来る。又逆止弁の除去、作
動流体の再封入だけで従来型細管ヒートパイプから本発
明に係るループ型細管ヒートパイプに変更、改善、切替
えが不能であるから従来型ループ型細管ヒートパイプを
適用して既に製作されてある多くの応用機器についても
本発明に係るループ型細管ヒートパイプに改善、切替え
が容易であり、逆止弁を除去してその信頼性を向上させ
ることが出来る。

以上の如くであるから本発明に係るループ型細管ヒート
パイプは当業界及び応用機器業界に対し技術的並びに工
業的に寄与する所が大きいものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図 本発明に係るループ型細管ヒートパイプの構成
を示す一部断面略図。 第２図 従来型のループ型細管ヒートパイプの構成を示
す一部断面略図。 第３図 本発明に係るループ型細管ヒートパイプの第１
実施例を示す平面図。 第４図 第１実施例ループ型細管ヒートパイプの作動状
態の一部を示す実測記録図であって熱入力に対応する各
部の温度上昇曲線図である。 第５図 本発明に係るループ型細管ヒートパイプの第２
実施例を示す斜視略図。 第６図（イ），（ロ）本発明に係るループ型細管ヒート
パイプの第３実施例の構成を示す平面図。 １……ループ型細管コンテナ １−Ｈ……受熱部 １−Ｃ……放熱部 Ｈ……受熱手段 Ｃ……冷却手段 ２……循環方向規制手段 ２−１……逆止弁 ４……作動流体 ５……蒸気泡 ６……蒸気発生室 ７……内圧管 ９……接続用細管コンテナ 10……逆止弁付接続用細管コンテナ 11……フレア接手又はオートカップリング

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細管の両端末が相互に流通自在に連結され
   て密閉コンテナとして形成されてあるループ型細管コン
   テナの少なくとも１個所の所定の部分は受熱部として、
   残余の細管コンテナの少なくとも１個所の所定の部分は
   放熱部として構成されてあり、それらの大部分は受熱部
   と放熱部が交互に配設されてあり、ループ型細管コンテ
   ナ内にはその全内容積に未満の所定量の所定の２相凝縮
   性作動流体が封入されてあり、細管の内壁直径は所定の
   作動流体が常に管内を閉塞した状態のままで循環又は移
   動することが出来る最大直径以下の直径であることを特
   徴とするループ型細管ヒートパイプ。
2. 【請求項２】ループ型細管コンテナの大部分は多数ター
   ンの螺旋形状又は多数ターンの蛇行形状に屈曲成形され
   てあり、受熱部の大部分と放熱部の大部分とは螺旋又は
   蛇行の大部分の各ターン毎の所定の位置に設けられてあ
   ることを特徴とする請求項１記載のループ型細管ヒート
   パイプ。
3. 【請求項３】ループ型細管コンテナの内壁面は可能な限
   り極めて平滑に研磨されてあることを特徴とする請求項
   １記載のループ型細管ヒートパイプ。
4. 【請求項４】ループ型細管コンテナにおける受熱部と放
   熱部とを連結する断熱部分は受放熱部に比較して充分に
   厚肉の細管を用いて形成されてあるか、ヤング率が大き
   く耐クリープ性の良好な金属で形成されてあるかの何れ
   かであることを特徴とする請求項１記載のループ型細管
   ヒートパイプ。
5. 【請求項５】ループ型細管コンテナの受熱部と放熱部と
   を連結する中間部分は断熱材で被覆されてあることを特
   徴とする請求項１記載のループ型細管ヒートパイプ。
6. 【請求項６】２相凝縮性作動液は流体金属であることを
   特徴とする請求項１記載のループ型細管ヒートパイプ。
7. 【請求項７】細管の両端末が相互に連結されてなる密閉
   ループ型細管コンテナ内の所定の部分に作動流体の循環
   方向を規制する循環方向規制手段が配設されてあり、ル
   ープ型細管コンテナの所定の部分が受熱部として、他の
   所定の部分が放熱部として構成されてあり、該ループ型
   細管コンテナ内に所定量の気液２相の作動流体が封入さ
   れてあり、作動流体が循環方向規制手段と受熱部に発生
   する核沸騰と受放熱部間の温度差の３者の相互作用によ
   りループ型細管コンテナ内を所定の方向に循環して受熱
   部と放熱部間の熱交換がなされるループ型細管ヒートパ
   イプの循環方向規制手段が除去され、又は循環方向規制
   手段の装着が省略されて構成されたものであることを特
   徴とする請求項１記載のループ型細管ヒートパイプ。