(57)【要約】【課題】精度を要する溶接工程が少なく、設置後の温度管理も場所に応じた細かな制御が可能で、温水を加温する装置やポンプなどの大掛かりな設備も必要とせず、製造コスト並びに設備全体のコストも大幅に削減することができ、また、設置もきわめて容易であり、定期的な洗浄等も不要でメンテナンスの手間が省け、交換作業も簡単に行うことができるパイプヒータ装置及びその設置方法を提供せんとする。【解決手段】作動液４が溜まっているヒートパイプ２下側の側壁２０の外面側に、当該外面上に開口し且つ軸方向に延びる凹溝２１をパイプ全長に渡って形成するとともに、該凹溝２１内にヒータ３を着脱可能に装着し、当該側壁２０を介してヒータ３の熱をパイプ内の作動液４に伝熱することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に作動液が封入される金属製のヒートパイプと、前記作動液を加熱するための線状のヒータとを備え、
前記ヒートパイプの作動液が溜まっている下側の側壁外面に、当該外面上に開口し且つ軸方向に延びる凹溝をパイプ全長に渡って形成し、
該凹溝内に前記ヒータを着脱可能に装着し、
該ヒータから前記側壁を介してパイプ内の作動液を加熱してなることを特徴とするパイプヒータ装置。
【請求項２】
前記側壁外面上の前記ヒータが装着される凹溝開口部に被着され、該開口を閉塞する金属製のテープ又は蓋部材を設けてなる請求項１記載のパイプヒータ装置。
【請求項３】
前記ヒートパイプとヒータ外面部分が互いに異種金属同士であり、前記ヒートパイプの外面の少なくとも凹溝内に絶縁層を被覆形成してなる請求項１又は２記載のパイプヒータ装置。
【請求項４】
一本の前記ヒータに対し、該ヒータよりも短尺な前記ヒートパイプを、各パイプの前記凹溝内に該ヒータを装着することにより軸方向に複数連設してなる請求項１〜３の何れか１項に記載のパイプヒータ装置。
【請求項５】
パイプヒータ装置の設置箇所に沿って、まず前記線状のヒータを配設した後、
該ヒータの上から、前記ヒートパイプを、各パイプの前記凹溝内に該ヒータを装着することにより軸方向に複数連設してなる請求項１〜４の何れか１項に記載のパイプヒータ装置の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の床暖房や植物栽培施設（ビニルハウス等）の土中殺菌のための装置として好適に用いられるパイプヒータ装置及びその設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のパイプヒータ装置は、従来、金属製ヒートパイプの内部に、温水が循環される内管を長手方向に貫通して設け、パイプ両端を内管挿通用孔を有するキャップで内管が突出した状態に溶接して閉鎖するとともに、内部を真空にして作動液を封入したものが提供されている（例えば、特許文献１〜３参照）。内管はヒートパイプ内部で作動液に漬かり、温水が循環する内管からの熱により低温で蒸発し、パイプ側壁内面で放熱して凝縮し、下方に流下するといった循環を繰り返し、この蒸発凝縮サイクルを通じてパイプ側壁に熱伝達し、パイプ周囲をほぼ均一に加温させることができる。
【０００３】
しかしながら、このような従来の二重管構造のパイプヒータ装置の製造は、内管をパイプ内部に挿入した状態で両端のキャップを溶接封止する必要があり、溶接工程が多く、かつ複雑となり、手間やコストがかかってしまう。また、内管に温水を流して熱源としているため、装置が複数連結して長くなると、温水の放熱量も大きくなり、場所によって温度差が生じてしまうこととなる。これを防止するためには途中部に温水を加温する装置やポンプ等が必要となり、設備全体としてコスト上昇が避けられない。従来、テストデータや経験より循環させる温水の温度を管理しているが、不正確でありタイムラグが大きいことから、場所に応じた細かな制御は事実上できなかった。
【０００４】
また、これら従来のパイプヒータ装置の設置は、一つ一つ順に内管同士を接続し、配管してゆく必要があり、配管・接続工事に手間がかかるとともに、内管に温水を供給するための油やガスなどの燃料供給源を含む給湯設備やポンプ等の設置が必要となり、これら設備の調整や接続部分等の水漏れの有無の点検などをしてから操業する必要があり、工事期間が長くなってしまう。また、温水が循環する内管の内壁には水垢が堆積し、これにより作動液への熱伝導が悪くなったり、接続部の漏れなどのトラブル原因になるため、定期的な内管の洗浄やその他のメンテナンスを要する。ヒートパイプ自体を交換する際には、水抜きをして配管・接続工事をする必要があり、これらメンテナンスや交換には大変な時間と手間・労力を要し、その交換時期についても予測できないため、問題が発生する前に定期的な早めの交換を行うこととなり、効率的でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７２１８７号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１０３９号公報
【特許文献３】特開２００７−１３９４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、精度を要する溶接工程が少なく、設置後の温度管理も場所に応じた細かな制御が可能で、温水を加温する装置やポンプなどの大掛かりな設備も必要とせず、製造コスト並びに設備全体のコストも大幅に削減することができ、また、設置もきわめて容易であり、定期的な洗浄等も不要でメンテナンスの手間が省け、交換作業も簡単に行うことができるパイプヒータ装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述の課題解決のために、内部に作動液が封入される金属製のヒートパイプと、前記作動液を加熱するための線状のヒータとを備え、前記ヒートパイプの作動液が溜まっている下側の側壁外面に、当該外面上に開口し且つ軸方向に延びる凹溝をパイプ全長に渡って形成し、該凹溝内に前記ヒータを着脱可能に装着し、該ヒータから前記側壁を介してパイプ内の作動液を加熱してなることを特徴とするパイプヒータ装置を構成した（請求項１）。
【０００８】
ここで、前記側壁外面上の前記ヒータが装着される凹溝開口部に被着され、該開口を閉塞する金属製のテープ又は蓋部材を設けたものが好ましい（請求項２）。
【０００９】
また、前記ヒートパイプとヒータ外面部分が互いに異種金属同士である場合には、前記ヒートパイプの外面の少なくとも凹溝内に絶縁層を被覆形成することが好ましい（請求項３）。
【００１０】
更に、一本の前記ヒータに対し、該ヒータよりも短尺な前記ヒートパイプを、各パイプの前記凹溝内に該ヒータを装着することにより軸方向に複数連設したものも好ましい（請求項４）。
【００１１】
また、本発明は、上記パイプヒータの設置方法であって、パイプヒータ装置の設置箇所に沿って、まず前記線状のヒータを配設した後、該ヒータの上から、前記ヒートパイプを、各パイプの前記凹溝内に該ヒータを装着することにより軸方向に複数連設する設置方法をも提供する（請求項５）。
【発明の効果】
【００１２】
以上にしてなる本願発明に係るパイプヒータ装置は、前記ヒートパイプの作動液が溜まっている下側の側壁外面に、当該外面上に開口し且つ軸方向に延びる凹溝をパイプ全長に渡って形成し、該凹溝内に前記ヒータを着脱可能に装着し、該ヒータから前記側壁を介してパイプ内の作動液を加熱する構造としたので、温水を循環させる内管が存在せず、パイプ内に内管を挿入した状態で両端のキャップを溶接封止する必要もなくなり、溶接工数が少なく比較的簡単な作業となり、製造時間を短縮できるとともに信頼性も向上する。また、ヒータで側壁を外部から加熱する構造のため、大掛かりな設備を必要とすることなく温度制御を場所に応じてより正確かつタイムリーに行うことが可能となり、応答性もよく土中温度などを的確に管理することが可能となる。
【００１３】
また、設置は温度制御器に配線したヒータをヒートパイプの凹溝内に装着してゆくだけで完了し、温度制御器に１００Ｖ又は２００Ｖの電源を投入するだけですぐに操業を開始
できるため工期は大幅に短縮でき、メンテナンスも殆ど必要なく、また、ヒータの端子部において端子間の電気抵抗やシースと端子との絶縁抵抗を測定することによりヒータの交換時期を容易に予測することができ、ヒートパイプを交換する場合もヒータから容易に脱着できるので復旧時間は非常に短かくなる。
【００１４】
また、ヒータが装着される凹溝の開口部に被着され、該開口を閉塞する金属製のテープ又は蓋部材を設けたので、当該開口部を通じて接触する外部の部材等に影響されることなく、ヒータからの熱をテープ又は蓋部材を介してヒートパイプ側壁の側へ確実に伝熱でき、熱管理をより正確に行うことが可能となり、ヒートパイプ全周をより均一に加温できる。
【００１５】
また、ヒートパイプとヒータ外面部分が互いに異種金属同士である場合に、前記ヒートパイプの外面の少なくとも凹溝内に絶縁層を被覆形成したので、ヒータで加熱される凹溝部分に水分等が存在しても異種金属間の電解腐食を未然に防止することができる。
【００１６】
また、一本のヒータに対し、該ヒータよりも短尺な前記ヒートパイプを、各パイプの前記凹溝内に該ヒータを装着することにより軸方向に複数連設した構造であるので、従来の内管と外管の一対一関係では、それぞれ内管を連結してゆく必要があったが、その必要がなくなり、設置／交換作業が著しく簡単となる。
【００１７】
また、本発明に係るパイプヒータ装置の設置方法によれば、パイプヒータ装置の設置箇所に沿って、まず前記ヒータを配設した後、該ヒータの上から、前記ヒートパイプを、各パイプの凹溝内に該ヒータを装着することにより軸方向に複数連設してなるので、上記のとおり設置／交換作業が著しく簡単となり、施工コストも大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の代表的実施形態に係るパイプヒータ装置を示す断面図。
【図２】同じくパイプヒータ装置の変形例を示す説明図。
【図３】同じくパイプヒータ装置の他の変形例を示す説明図。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、同じくパイプヒータ装置の更に他の変形例を示す説明図。
【図５】（ａ），（ｂ）は、同じくパイプヒータ装置の更に他の変形例を示す説明図。
【図６】ヒータとして絶縁樹脂被覆でコートされたヒーターケーブルを用いた変形例を示す説明図。
【図７】同じくパイプヒータ装置の設置手順を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の代表的実施形態に係るパイプヒータ装置の構造を示す説明図であり、（ａ），（ｂ）はヒートパイプと線状のヒータを組み付ける様子を示す断面図であり、図中（ｃ）は組み付けた状態の断面図である。図中符号１はパイプヒータ装置、２はヒートパイプ、３はヒータ、４は作動液をそれぞれ示している。
【００２１】
本発明に係るパイプヒータ装置１は、図１に示すように、内部に作動液４が封入される金属製のヒートパイプ２と、該ヒートパイプ２内の作動液４を加熱し、蒸発凝縮サイクルを作動させるためのヒータ３とを備え、作動液４が溜まっているヒートパイプ２下側の側壁２０の外面側に、当該外面上に開口し且つ軸方向に延びる凹溝２１をパイプ全長に渡って形成するとともに、該凹溝２１内にヒータ３を着脱可能に装着し、当該側壁２０を介してヒータ３の熱をパイプ内の作動液４に伝熱することを特徴としている。
【００２２】
ヒートパイプの素材は、従来と同様の素材を採用することができ、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、ステンレス、ニッケル、銅、チタン、その他作動液と反応して劣化しないような安定した金属材料を用いることができる。また、内部に封入する作動液についても、従来からと同様、使用温度範囲に応じて有機又は無機のものを選定することができ、例えばエタノールなどのアルコール類やアンモニア、水等を用いることができる。更に、ヒートパイプの内圧についても、使用作動液の蒸気圧や使用温度範囲などに応じて従来と同様、適宜に設定される。
【００２３】
ヒータ３は、従来から公知のシースヒータやマイクロヒータを用いることができ、他分野で使用されている公知のものを使用することができる。本例ではシースヒータを採用した例を図示しているが、図６に示すように四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂）等の絶縁合成樹脂皮膜でコートされた断面楕円形ないし長円形のテープヒータなども好適に用いることができる。シースヒータやマイクロヒータでは外層の金属管とヒートパイプの素材が異なると水分等により加熱時に電解腐食を起こす虞があるが、上記テープヒータ等ではこのような虞がない点で有利である。
【００２４】
そして、本発明のパイプヒータ装置１では、熱源であるヒータ３の熱が凹溝２１を構成しているヒートパイプ側壁２０を通じて、当該側壁２０の内面側の作動液４に伝熱され、作動液４が低温で蒸発し、ヒートパイプ２０の上側の側壁内面で放熱して凝縮し、下方に流下するといった従来と同様の循環サイクルを繰り返し、この蒸発凝縮サイクルを通じて、ヒータが存在しないパイプ側壁の上側にも熱伝達され、ヒートパイプの周囲がほぼ均一に加温させることとなる。
【００２５】
ヒートパイプ２は、図１（ｂ）に示すように、両端部が開口した略円筒型の金属製の本体パイプ５と、その両端の開口部を気密に溶接封止するための円板状のキャップ部材６、６とより構成されており、本体パイプ５の下側側壁に上記凹溝２１が形成されるとともに、左右一方のキャップ部材６には、パイプ内部を真空吸引するとともに所定量の作動液４を封入して作動空間を形成するための充填口６０及びこれを溶接により封止した封止部６１が設けられている。ヒートパイプ２（本体パイプ５）のパイプ長やパイプ径などは、例えば施工現場の状況等に則して任意に設定することができる。また、軸が真直な形状のみならず軸が湾曲或いは屈曲した形状のものであってもよい。この場合、ヒータ３を屈曲させて装着すればよいのである。また、ヒートパイプ２の断面形状（本体パイプ５の断面形状）は、凹溝２１の構成部分を除いた基本形が略円形とされているが、このような形状に何ら限定されず、基本形が楕円形や一部切欠円形、三角形、四角形、台形、多角形等の形状であってもよい。
【００２６】
凹溝２１は、装着するヒータ３の外径と略同一の内径（略同一の曲率）を有するＵ字型の長溝とされており、装着した状態でヒータ３が凹溝２１の内面に密着し、効率よく伝熱できるように構成されている。ただし、隙間がある構造でも勿論よい。尚、ヒートパイプ２の素材とヒータ３の外層の素材が異種金属素材の場合、特にヒータで加熱される凹溝部分では水分等の存在により電解腐食が起きるという問題がある。そこで、少なくとも凹溝２１のヒータ３との接触部には、絶縁層を被覆形成しておくことが好ましい。
【００２７】
また、ヒートパイプ２の凹溝２１以外の外表面についても、特に土中に埋設する場合等では酸性或いはアルカリ性の土壌により腐食が生じる可能性が高く、同様に耐食性の被覆層を形成しておくことが好ましい。よって、凹溝２１も含め、ヒートパイプ２外表面全体に耐食性絶縁被覆層を形成することが好ましい実施例である。ヒートパイプ２がアルミニウム製であれば、例えば凹溝２１を含む外表面にアクリル性の耐食性絶縁塗料を焼付け塗装してなるものが好ましい。異種金属同士でない場合は上記の電解腐食がそもそも生じないが、凹溝２１内にこのような被覆層が存在することで、特にアクリル等の合成樹脂被覆層の場合、ヒータ３と凹溝２１の間に比較的軟質な層が介在することから密着度が向上し、ヒータの脱落防止効果を奏する。
【００２８】
図２は、ヒータ３の密着をより確実にするために凹溝２１の開口端縁部にヒータ３を係止し、凹溝２１からの脱離を防止するための凸条部２２を内側に突設した変形例を示している。これによりヒータ３が凹溝２１から離れて浮き上がることを防止し、上記した効率の良い伝熱が維持されている。ここでは凸条部２２を左右端縁部の一方にのみ設けているが、双方に設けてもよい。また、図４（ａ）に示すように凹溝２１を深く形成する場合には、凸条部２２を凹溝端縁部に形成し、少なくともヒータ３の脱離を防止するものでもよいが、ヒータ３と凹溝２１内面との密着状態を維持するべく、図４（ａ）に示すように密着状態でヒータ３を係止できる内部位置に設けることが好ましい。
【００２９】
図１に示すように、凹溝２１内にヒータ３を装着した後、凹溝開口部を塞ぐように金属製テープ２４が外側から被着される。ヒータ３の熱はすべてが凹溝２１を構成している側壁２０に伝わり、内側の作動液に伝熱されることが好ましい条件であり、凹溝２１内に装着されたヒータ３における開口部側の非接触部分からは発熱するものの側壁２０側へ熱が伝わらないことになる。また、仮に良伝熱性の外部の部材等に接触した場合、熱が外部に逃げて効率低下を招いてしまう。更には、外部から水分その他の物質が入り込むことで上記した電解腐食が生じやすくなってしまう。そこで上記の金属製テープ２４を被着することにすれば、ヒータ３の開口部側の部分の発熱も当該金属製テープ２４を通じて側壁２０側に伝えることができ、良伝熱性の外部部材の接触といった不測の事態も未然に防止でき、また、当該金属製テープ２４を通じてヒートパイプ２の全周が加温され、下方の地面等も同様に加温でき、熱管理をより正確に行うことが可能となる。金属製テープ２４の素材としては、ヒートパイプ２の素材と同じものが好ましいが何ら限定されるものではない。本例ではアルミ箔テープなどが好適である。
【００３０】
同様の趣旨から、図３に示すように金属製の蓋部材７を外側から被着させるものも好ましい変形例である。蓋部材７はヒータ３と側壁２０の双方に密着する形状とされ、具体的には、凹溝開口部を塞ぐ幅を有するカバー板７０と、該カバー板７０の内面側からヒータ３に密着するように延びる左右一対の脚部７１、７１を有し、断面視略Π型に構成されている。脚部７１、７１で構成される内面側は、ヒータ３の外形と同じ曲率の面を形成してヒータ３外面に密着するように構成されている。また、凹溝２１の開口近傍は内広がりの形状とされており、脚部７１、７１が嵌り込んで凹溝２１内面に係止される構造とされている。
【００３１】
なお、ヒートパイプ２の下方も含めて全周を加温し且つ外部部材の接触を防止するという趣旨からは、必ずしも上記金属製テープ２４や蓋部材７がヒータ３に直接接触している必要もなく、蓋部材７では脚部７１、７１がヒータ３と非接触である形態としてもよい。これは蓋部材７がヒータ３から直接伝熱されると、他のパイプ壁面に比べて当該蓋部材７の部分が比較的高温となってしまい、これを防止したい状況の場合には有利である。すなわち、金属製テープ２４或いは蓋部材７を非接触とし、ヒータ３との間に空気断熱層を介することにより金属製テープ２４や蓋部材７への直接伝熱を抑え、側壁２０から伝熱させるようにした構造も好ましい変形例である。また、ヒートパイプ２の下方よりも上方を優先して加温したい床暖房などの場合には、金属製テープ２４の代わりに断熱テープを用いたり、蓋部材７を断熱材料で構成することも好ましい例である。
【００３２】
その他の例として、図５（ｂ）に示すように、作動液４が溜まる下側の内壁面に、リブ２３、２３を突設し、側壁２０から作動液４への熱伝導効率を高めたものも好ましい例である。
【００３３】
凹溝２１の形態に関しては、図１の代表例では凹溝２１の深さをヒータ３を完全に収納できる最低限の深さに設定し、素材コストの増大を防止しているが、変形例としては、図４（ａ）に示すように凹溝２１を深くすることも可能である。このように凹溝２１を深くしてヒータ３の装着位置を作動液４の略中心に設定すれば、深い凹溝２１を構成している壁面を通じて作動液４に効率よく伝熱することができる。この場合、凸条部２２の位置は、上述したとおり、凹溝２１の底部に密着した状態にヒータ３を係止することができる内部位置に設けることが好ましい。更に、図４（ｂ）に示すように凹溝２１内の余剰空間を埋める蓋部材７を設けることも好ましい例である。
【００３４】
また、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、凹溝２１を湾曲形状又は略L字型に屈曲させて構成したものも好ましい変形例である。これによれば、既に設置されたヒータ３に対してヒートパイプ２を斜め方向から装着することが可能となり、ヒートパイプ２とヒータ３の互いの組み付けを狭い場所でも容易且つ確実に作業できることとなる。また、装着後のヒータ３の凹溝２１からの脱離や浮き上がりも防止できる。更に作業性の自由度を高める構造としては、図４（ｅ），（ｆ）に示すように、凹溝２１を横方向に開口させ、横方向からヒータを入れて装着できるようにしたものも好ましい例である。
【００３５】
本発明では、ヒートパイプ２に形成される凹溝２１の数や装着されるヒータ３の数は限定されず、図５（ａ）に示すように、複数設けてもよい。本実施形態では、図７（ｂ）〜（ｃ）に示すように、一本のヒータ３に対し、該ヒータ３よりも短尺なヒートパイプ２を、順次、各パイプ２の凹溝２１内に該ヒータ３を装着してゆくことにより、軸方向に複数のヒートパイプ２を連続的に装着した装置とされている。ヒートパイプ２はできるだけ間隔をあけずに連続的に配置することが好ましく、例えば一方に封止部６１が存在するため他方のキャップ部材６に該封止部がはまり込む凹部を設けて互いに嵌合される構造としてもよい。
【００３６】
このようなパイプヒータ装置１の設置手順を、植物栽培施設を例に、図７に基づき説明する。まず、図中（ａ）に示すようにベースとなる地面８０上の設置箇所に沿って、ヒータ３を配設し、図中（ｂ）〜（ｃ）に示すように該ヒータ３の上からヒートパイプ２を順次、各パイプの凹溝２１内にヒータ３を装着してゆくことにより、軸方向に複数連設し、最後に図中（ｄ）に示すように土８１を被せることで設置が完了する。このように、従来のような内管同士を一つ一つ液漏れがないように確りと接続しながら連設してゆく作業に比べて、著しく作業負担が減り、作業時間やコストを大幅に削減することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３８】
１  パイプヒータ装置
２  ヒートパイプ
３  ヒータ
４  作動液
５  本体パイプ
６  キャップ部材
７  蓋部材
２０  側壁
２１  凹溝
２２  凸条部
２３  リブ
２４  金属製テープ
６０  充填口
６１  封止部
７０  カバー板
７１  脚部
８０  地面
８１  土
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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