(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンテナの内壁面にウイックが布設されてなる高温用ヒートパイプにおいて、ヒータに挿入された高温用ヒートパイプの高温部の温度を観測する温度センサーおよび前記高温部を一定温度に制御する制御装置を設けるとともに前記コンテナの一側にコンテナを半径方向に振動させる振動体を装着し、さらに、電源からヒータへの電力の入力を測定するための電力計を設け、高温用ヒートパイプの使用開始後から安定期までの期間において前記振動体を作動させることを特徴とする高温用ヒートパイプの加熱装置。
【請求項２】
高温用ヒートパイプの高温部側のコンテナ端部に振動体を装着したことを特徴とする請求項１記載の高温用ヒートパイプの加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部からの入熱を作動流体の潜熱として輸送するヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートパイプは、真空脱気した密閉金属管などの容器（本明細書においては、「コンテナ」という。）の内部に、水やアルコール等の凝縮性の流体を作動流体として封入したものであり、温度差が生じることにより作動し、高温部で蒸発した作動流体が低温部に流動して放熱・凝縮することにより、作動流体の潜熱として熱輸送を行うものである。高温の熱を輸送する場合には作動流体としてナトリウム、カリウム、セシウム、リチウム等の液体金属が使用される。また、液相の作動流体をコンテナ内の周方向や長手方向の広範囲に均一に供給する手段の一例として、金属メッシュ材、グルーブ、焼結金属等からなるウィックをコンテナの内壁面に布設している。そして、このウィック材としては、通常では、より高い毛細管圧力を得るために可及的に目地が微細なものを採用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のウィックを備えた従来の高温用ヒートパイプを作動させた場合には、起動後数十時間〜数百時間にわたって、作動流体に対してコンテナおよびウィックとの濡れ性が一様でないため、作動流体がウィック内を均一に作動せず、部分的な蒸発も発生するため局部的な高温や、液厚の大きい部分では局部的な低温部が生じ、コンテナに熱応力が発生するとともに、作動蒸気の流動が乱され熱輸送性能が十分に得られないといった問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題を解決するために提案されたものであり、高温用ヒートパイプの使用開始後から安定期までの期間において熱輸送性能を向上させるとともに、安定期に達するまでの期間を短縮し、熱応力を緩和することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による高温用ヒートパイプの加熱装置は、コンテナの内壁面にウイックが布設されてなる高温用ヒートパイプにおいて、ヒータに挿入された高温用ヒートパイプの高温部の温度を観測する温度センサーおよび前記高温部を一定温度に制御する制御装置を設けるとともに前記コンテナの一側にコンテナを半径方向に振動させる振動体を装着し、さらに、電源からヒータへの電力の入力を測定するための電力計を設け、高温用ヒートパイプの使用開始後から安定期までの期間において前記振動体を作動させることを特徴とする。また、本発明による高温用ヒートパイプの加熱装置は、高温用ヒートパイプの高温部側のコンテナ端部に振動体を装着したことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明による実施の形態の全体構成を示しており、高温用ヒートパイプ１は、長手方向の両端が封止された円筒形状のコンテナ７を備えている。このコンテナ７を構成する材料としては、銅、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、インコネルなどがある。高温用ヒートパイプ１をその長手方向に作動領域で区分すると、熱を吸収する高温部ａと、熱の出入りのない断熱部ｂと、熱を放出する低温部ｃとに区分される。高温部ａは、管状電気炉等のヒータ２に挿入され、ヒータ２からの放熱を防止するためヒータ２の両側に設けられた断熱材５により支持されている。また、高温用ヒートパイプ１の断熱部ｂの外周部には断熱材６が設けられている。
図２は、高温用ヒートパイプ１の断面を示しており、コンテナ７の内壁面には、長手方向全長にわたって金属メッシュ材、グルーブ、焼結金属等からなるウィック８が布設されている。
【０００７】
図１において、ヒータ２には熱電対等の温度センサー９が挿入されており、高温用ヒートパイプ１の高温部ａの温度を観測し、制御装置１１により高温用ヒートパイプ１の使用温度以上の一定温度に制御・維持する。電源１２からヒータ２への電力の入力は電力計１０により測定する。
高温用ヒートパイプ１の高温部ａにおいて、コンテナ７はヒータ２を貫通して延びた延長部１３を有している。延長部１３の外周には、連結部材３の一端が嵌合するようにして設けられ、また、連結部材３の他端には振動体４が固定されている。
【０００８】
振動体４は、たとえば超音波振動子等からなり、連結部材３を介してコンテナ７内の作動流体に振動を伝達するものである。本発明において振動体４は、高温部ａの作動流体とコンテナ７内表面およびウィック８（以下、「コンテナ内表面およびウィック」を総称して「内面等」という。）の接触を促進するために設けられるものであるため、振動の方向は、従来のもののようにコンテナ７の長手方向ではなく、コンテナ７の半径方向である。
また、連結部材３は高温になる高温用ヒートパイプ１と振動体４を連結するものであるから、熱伝導率の小さいセラミック等により構成するのが望ましい。
【０００９】
次に上記のように構成されたこの発明の作用について説明する。使用開始に当たり、ヒータ２により高温用ヒートパイプ１の高温部ａを加熱すると、作動流体が蒸発し、蒸発した作動流体が低温部ｃに流動して放熱・凝縮することにより作動流体の潜熱として熱輸送が行なわれる。同時に、振動体４を作動させておくと、振動体４の半径方向の振動が連結部材３を介して高温用ヒートパイプ１内の作動流体に伝わり、作動流体と内面等との接触が促進される。また、振動体４による振動は、作動流体の流動を平均化する効果も有する。
【００１０】
通常、高温用ヒートパイプ１内部は作動流体を封入する前に洗浄されているが、完全に清浄な内面等を得ることは困難であり、作動流体と内面等との間の濡れ性（なじみやすさ）に部分的差異を生じ、蒸発が生じる温度以上では、高温部表面温度に差ができる。運転を継続すると、徐々に作動流体の流動により作動流体と内面等との接触が行われ、濡れ性も向上してくる。それに伴って、高温部ａの温度差も減少し、内部の蒸気流動も安定するため、熱輸送量が増大し、その変化は電力計１０の読みの増大により知ることができる。変化が少なくなった状態をもって定常期の開始と判定する。
【００１１】
定常期までの時間は作動流体の種類、コンテナ７およびウィック８の材質、ウィック８の構造、作動温度等により異なる。たとえば、高温部ａの表面温度９００℃、作動流体をナトリウム、コンテナ７の材質をインコネル６００，２層のメッシュウィックを使用した場合は約５００時間であった。
高温用ヒートパイプ１に振動体４により半径方向の微小な振動を付与することにより、高温部ａ内の温度差の低減が可能になり、作動流体と内面等との接触が促進され、濡れ性の向上を促進することができ、定常状態までの時間を短縮することが可能となる。
【００１２】
ヒータ２からの放熱は熱流センサー１４により観測するのが望ましいが、ヒータ２の内部温度を一定に保持しているため、放熱量の変化は少ないと考えられる。作動流体であるナトリウム等の液体金属は常温では固体であるため、起動時は徐々に昇温し高温部ａに十分な液状の液体金属が滞留している状態から蒸発を開始させなければ、部分的な加熱を引き起こす可能性があるが、振動を与えることにより液体が内部で運動するため固体状で残っている液体金属の溶解を促進する効果も有する。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、振動体による半径方向振動により、作動流体とコンテナおよびウィックとの接触が促進されることから、使用開始後から安定期までの期間において熱輸送性能を向上することができるとともに、安定期に達するまでの期間の短縮を図ることができる。また、作動流体の流動も平均化されることから、熱応力が緩和される効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る高温用ヒートパイプの始動装置の全体構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る高温用ヒートパイプの断面図である。
【符号の説明】
１  高温用ヒートパイプ
２  ヒータ
３  連結部材
４  振動体
５  断熱材
６  断熱材
７  コンテナ
８  ウィック
９  温度センサー
１０  電力計
１１  制御装置
１２  電源
１３  延長部
１４  熱流センサー
ａ  高温部
ｂ  断熱部
ｃ  低温部
【図１】
0003554820.tif 000002
【図２】
0003554820.tif 000003