(57)【要約】【課題】ヒートパイプ式熱交換器に組み込まれた場合であっても、性能試験を行いうるヒートパイプを提供する。【解決手段】ヒートパイプ20は、両端が閉鎖された直管状コンテナ21と、コンテナ21内に封入された作動液とを備えており、蒸発部Ｅ、凝縮部Ｃおよび断熱部Ｉを有している。コンテナ21内に、コンテナ21の長さ方向にのび、かつ一端が開口するとともに他端が閉鎖された温度センサ挿入管25を配置する。温度センサ挿入管25の開口端部を、コンテナ21の一端閉鎖部材23に、コンテナ21外部に開口するように固定する。温度センサ挿入管25の閉鎖端部を断熱部Ｉに位置させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が閉鎖されたコンテナと、コンテナ内に封入された作動液とを備えており、蒸発部、凝縮部および断熱部を有するヒートパイプにおいて、
コンテナ内に温度センサ挿入管が配置され、温度センサ挿入管が、少なくとも一端部がコンテナの外部に開口するようにコンテナに固定されているとともに、断熱部に存在する部分を有しており、作動液が、温度センサ挿入管内に流入しないようにコンテナと温度センサ挿入管と間の空間に封入されているヒートパイプ。
【請求項２】
温度センサ挿入管が、一端が開口するとともに他端が閉鎖されており、温度センサ挿入管の開口端部が、コンテナの一端閉鎖部に、コンテナ外部に開口するように固定されており、閉鎖端部が断熱部に位置している請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項３】
温度センサ挿入管の閉鎖端部が、支持部材を介してコンテナに支持されており、支持部材が、気相および液相の作動液が通過する作動液通過部を有している請求項２記載のヒートパイプ。
【請求項４】
支持部材が温度センサ挿入管に一体に形成されている請求項３記載のヒートパイプ。
【請求項５】
温度センサ挿入管の開口端部がコンテナの蒸発部側閉鎖端部に固定されている請求項２〜４のうちのいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項６】
温度センサ挿入管がコンテナの長さ以上の長さを有するとともに両端が開口しており、温度センサ挿入管がコンテナを貫通し、かつ両端部がコンテナの両端閉鎖部に固定され、温度センサ挿入管の両端開口がコンテナ外部に開口している請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項７】
フレーム、フレーム内を高温ガス通路と低温ガス通路とに区画する仕切板、仕切板に形成されたヒートパイプ挿通穴に通されることにより両ガス通路に跨って配置された複数のヒートパイプ、および各ガス通路内においてヒートパイプに設けられたフィンよりなるヒートパイプ式熱交換器であって、ヒートパイプが、請求項１〜６のうちのいずれかに記載されたヒートパイプからなるヒートパイプ式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば高温の排気ガスから排熱を回収するヒートパイプ式熱交換器に好適に用いられるヒートパイプに関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【背景技術】
【０００３】
従来、ヒートパイプ式熱交換器として、フレーム、フレーム内を高温ガス通路と低温ガス通路とに区画する仕切板、仕切板に形成されたヒートパイプ挿通穴に通されることにより両ガス通路に跨って配置された複数のヒートパイプ、および各ガス通路内においてヒートパイプに設けられたフィンよりなるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１記載のヒートパイプ式熱交換器は、特許文献１に記載されているように、次のようにして製造されている。すなわち、仕切部材を構成する２枚の板状体を所定間隔をおいて平行状に配置するとともに、これらの板状体の外側にそれぞれ複数のプレートフィンを平行状に配置し、両板状体の貫通穴とプレートフィンの貫通穴とに、ヒートパイプ用のパイプ状コンテナを複数挿通し、ついで両板状体間にシール剤の原料を充填するとともに硬化させて仕切部材を形成した後、コンテナを拡管することによりコンテナを仕切部材およびプレートフィンに固定し、さらにコンテナ内に作動液を封入してヒートパイプを形成することによって、ヒートパイプ式熱交換器が製造されている（特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、ヒートパイプの性能試験は、通常、ヒートパイプの蒸発部を加熱した状態で、凝縮部および断熱部の温度を測定することにより行われ、凝縮部および断熱部の温度差が小さければ、ヒートパイプが所望の性能を発揮していることが分かるようになっている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のヒートパイプ式熱交換器においては、複数のコンテナを仕切部材およびプレートフィンに固定した後、コンテナ内に作動液を封入してヒートパイプを形成しているので、各ヒートパイプの断熱部の温度を測定することが困難であり、各ヒートパイプ毎の性能試験を行うことができない。
【特許文献１】特開平１−２３４１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、ヒートパイプ式熱交換器に組み込まれた場合であっても、性能試験を行いうるヒートパイプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００９】
1)両端が閉鎖されたコンテナと、コンテナ内に封入された作動液とを備えており、蒸発部、凝縮部および断熱部を有するヒートパイプにおいて、
コンテナ内に温度センサ挿入管が配置され、温度センサ挿入管が、少なくとも一端部がコンテナの外部に開口するようにコンテナに固定されているとともに、断熱部に存在する部分を有しており、作動液が、温度センサ挿入管内に流入しないようにコンテナと温度センサ挿入管と間の空間に封入されているヒートパイプ。
【００１０】
2)温度センサ挿入管が、一端が開口するとともに他端が閉鎖されており、温度センサ挿入管の開口端部が、コンテナの一端閉鎖部に、コンテナ外部に開口するように固定されており、閉鎖端部が断熱部に位置している上記1)記載のヒートパイプ。
【００１１】
3)温度センサ挿入管の閉鎖端部が、支持部材を介してコンテナに支持されており、支持部材が、気相および液相の作動液が通過する作動液通過部を有している上記2)記載のヒートパイプ。
【００１２】
4)支持部材が温度センサ挿入管に一体に形成されている上記3)記載のヒートパイプ。
【００１３】
5)温度センサ挿入管の開口端部がコンテナの蒸発部側閉鎖端部に固定されている上記2)〜4)のうちのいずれかに記載のヒートパイプ。
【００１４】
6)温度センサ挿入管がコンテナの長さ以上の長さを有するとともに両端が開口しており、温度センサ挿入管がコンテナを貫通し、かつ両端部がコンテナの両端閉鎖部に固定され、温度センサ挿入管の両端開口がコンテナ外部に開口している上記1)記載のヒートパイプ。
【００１５】
7)フレーム、フレーム内を高温ガス通路と低温ガス通路とに区画する仕切板、仕切板に形成されたヒートパイプ挿通穴に通されることにより両ガス通路に跨って配置された複数のヒートパイプ、および各ガス通路内においてヒートパイプに設けられたフィンよりなるヒートパイプ式熱交換器であって、ヒートパイプが、上記1)〜6)のうちのいずれかに記載されたヒートパイプからなるヒートパイプ式熱交換器。
【発明の効果】
【００１６】
上記1)のヒートパイプによれば、コンテナ内に、コンテナの長さ方向にのびる温度センサ挿入管が配置され、温度センサ挿入管が、少なくとも一端部がコンテナの外部に開口するようにコンテナに固定されているとともに、断熱部に存在する部分を有しているので、ヒートパイプ式熱交換器に組み込んだ後であっても、温度センサ挿入管内に熱電対などの温度センサを挿入することにより、各ヒートパイプの断熱部の温度測定を簡単に行うことができる。したがって、ヒートパイプの蒸発部側を加熱するとともに凝縮部側の温度を測定し、さらに温度センサ挿入管内に挿入された温度センサにより各ヒートパイプの断熱部の温度を測定することにより、各ヒートパイプ毎の性能試験を行うことが可能になる。
【００１７】
すなわち、特許文献１に記載されているように、コンテナを拡管して仕切部材およびプレートフィンに固定した後、コンテナ内に作動液を封入してヒートパイプを形成したヒートパイプ式熱交換器における各ヒートパイプ毎の性能試験を行うことが可能になる。
【００１８】
また、先に形成したヒートパイプをヒートパイプ式熱交換器に組み込んだ場合にも、組み込み後のメンテナンスなどの際に、各ヒートパイプ毎の性能試験を行うことが可能になる。
【００１９】
上記3)のヒートパイプによれば、温度センサ挿入管が撓んで閉鎖端部がコンテナに接触することが防止される。また、支持部材が、気相および液相の作動液が通過する作動液通過部を有しているので、ヒートパイプ作動時の気相および液相の作動液の流れを妨げることが防止され、ヒートパイプの性能低下が防止される。
【００２０】
上記5)のヒートパイプによれば、温度センサ挿入管の開口端部がコンテナの蒸発部側閉鎖端部に固定されているので、次の効果を奏する。すなわち、ヒートパイプ式熱交換器に組み込んだ際には、各ヒートパイプの蒸発部側の加熱が比較的困難になることがあるが、この場合であっても、温度センサ挿入管内における蒸発部に存在する部分にヒータなどの加熱装置を挿入することによって、比較的簡単にヒートパイプの蒸発部を加熱することができる。そして、加熱装置とともに、温度センサ挿入管内に熱電対などの温度センサを挿入することにより、各ヒートパイプの断熱部の温度測定を簡単に行うことができる。したがって、ヒートパイプの蒸発部側を加熱するとともに凝縮部側の温度を測定し、さらに温度センサ挿入管内に挿入された温度センサにより各ヒートパイプの断熱部の温度を測定することにより、各ヒートパイプ毎の性能試験を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図面を通じて同一部分および同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２２】
実施形態１
この実施形態は図１〜図６に示すものである。図１は実施形態１のヒートパイプの全体構成を示し、図２はその要部を示し、図３は実施形態１のヒートパイプを用いたヒートパイプ式熱交換器を示し、図４〜図６は図３のヒートパイプ式熱交換器におけるヒートパイプの性能試験方法を示す。
【００２３】
図１において、ヒートパイプ(20)は、両端が閉鎖されたアルミニウム製の直管状コンテナ(21)と、コンテナ(21)内に封入された作動液（図示略）とを備えており、蒸発部(E)、凝縮部(C)および断熱部(I)を有している。コンテナ(21)は、蒸発部(E)側端部が開口するとともに凝縮部(C)側端部が閉鎖された円筒状コンテナ本体(22)と、コンテナ本体(22)の蒸発部(E)側端部に固定されて開口を閉鎖したアルミニウム製閉鎖部材(23)（閉鎖部）とよりなる。コンテナ本体(22)は、円筒状の周壁(22a)と、周壁(22a)の凝縮部(C)側端部に一体に形成されて周壁(22a)の凝縮部(C)側端部を閉鎖する閉鎖壁部(22b)とよりなり、閉鎖壁部(22b)に、作動液を封入する際に用いられ、その後閉鎖されたノズル(24)が設けられている。
【００２４】
コンテナ(21)内に、コンテナ(21)の長さ方向にのび、かつ一端が開口するとともに他端が閉鎖されたアルミニウム製の温度センサ挿入管(25)が配置されている。温度センサ挿入管(25)の開口端部は、コンテナ(21)の蒸発部(E)側端部の閉鎖部材(23)に貫通状に固定され、その一端開口はコンテナ(21)の外部に開口している。また、温度センサ挿入管(25)の閉鎖端部は断熱部(I)に位置させられており、アルミニウム製の支持部材(26)を介してコンテナ(21)に支持されている。
【００２５】
図２に示すように、支持部材(26)は、コンテナ(21)の内周に密に嵌め止められる外輪(27)と、温度センサ挿入管(25)の外周に密に嵌め被せられる内輪(28)と、両輪(27)(28)を周方向に間隔をおいて一体に連結する複数の連結部(29)とからなる。そして、両輪(27)(28)間における隣り合う連結部(29)間の間隙部分が、気相および液相の作動液が通過する作動液通過部(30)となっている。
【００２６】
作動液は、コンテナ(21)の外部に漏れずかつ温度センサ挿入管(25)内に流入しないように、コンテナ(21)と温度センサ挿入管(25)と間の空間に封入されている。
【００２７】
上述したヒートパイプ(20)を用いたヒートパイプ式熱交換器(1)は、図３に示すように、フレーム(2)と、フレーム(2)内を左右方向に並んだ高温ガス通路(3)と低温ガス通路(4)とに区画する仕切板(5)と、仕切板(5)に貫通させられるとともに、蒸発部(E)側が高温ガス通路(3)側に、凝縮部(C)側が低温ガス通路(4)側に来るように両ガス通路(3)(4)に跨って配置された複数のヒートパイプ(20)と、各ガス通路(3)(4)内においてヒートパイプ(20)に並列状に固定された複数のプレートフィン(7)とよりなる。
【００２８】
フレーム(2)は、上下方向に間隔をおいて配置された左右方向に長い水平状の上下両フレーム部材(8)と、上下両フレーム部材(8)の左右両端部に跨るように配置されて上下両フレーム部材(8)に固定された垂直状の左右両フレーム部材(9)と、上下両フレーム部材(8)の左右方向中央部間に配置されて上下両フレーム部材(8)に固定された垂直状の中桟(11)とよりなる。
【００２９】
上下両フレーム部材(8)の周縁部には上下方向外側への環状壁(8a)が一体に形成されている。左右両フレーム部材(9)の周縁部には左右方向外側へ突出した環状壁(9a)が一体に形成されている。また、左右両フレーム部材(9)には、ヒートパイプ(20)の左右両端部が入り込む外方膨出部(9b)が形成されている。そして、左右両フレーム部材(9)の周縁部および上下両フレーム部材(8)における環状壁(8a)の左右両側壁部分を貫通したボルト(12)とナット(13)とにより、左右両フレーム部材(9)が上下両フレーム部材(8)に着脱自在に固定されている。中桟(11)は横断面Ｌ字状であって、図示は省略したが、溶接、ボルト止めなどの適当な方法で上下両フレーム部材(8)に固定されている。
【００３０】
仕切板(5)は、その周縁部および中桟(11)を貫通したボルト(14)とナット（図示略）とにより中桟(11)に固定されており、これにより仕切板(5)は、中桟(11)を介してフレーム(2)の上下両フレーム部材(8)に固定されている。仕切板(5)およびプレートフィン(7)には、それぞれ複数の円形のヒートパイプ挿通穴（図示略）が形成されており、ヒートパイプ(20)はヒートパイプ挿通穴に通されている。
【００３１】
ヒートパイプ式熱交換器(1)は、たとえば次の方法で製造される。
【００３２】
まず、上下両フレーム部材(8)に中桟(11)および仕切板(5)を固定した後、プレートフィン(7)を配置する。ついで、閉鎖部材(23)、温度センサ挿入管(25)および支持部材(26)が取り付けられる前でかつノズル(24)が開口した状態のコンテナ本体(22)を、仕切板(5)およびプレートフィン(7)のヒートパイプ挿通穴に通して拡管することにより、コンテナ本体(22)を仕切板(5)およびプレートフィン(7)に固定する。ついで、コンテナ本体(22)に、閉鎖部材(23)が固定されるとともに支持部材(26)が取り付けられた温度センサ挿入管(25)を挿入し、閉鎖部材(23)をコンテナ本体(22)の周壁(22a)に固定してコンテナ(21)を形成する。ついで、ノズル(24)を通してコンテナ(21)内に作動液を注入した後、ノズル(24)を閉鎖することによりヒートパイプ(20)を形成する。その後、左右両フレーム部材(9)を上下両フレーム部材(8)に固定する。こうして、ヒートパイプ式熱交換器(1)が製造される。
【００３３】
なお、温度センサ挿入管(25)および支持部材(26)は、コンテナ本体(22)の拡管の方法によっては、拡管の前の時点でコンテナ(21)内に配置しておいてもよい。
【００３４】
ヒートパイプ式熱交換器(1)におけるヒートパイプ(20)の性能試験は以下に述べる方法で行われる。
【００３５】
まず、図４に示すように、ボルト(12)およびナット(13)を外すことにより、左右両フレーム部材(9)を上下両フレーム部材(8)から取り外す。ついで、図５に示すように、各ヒートパイプ(20)の温度センサ挿入管(25)内に、熱電対などの温度センサ(31)を挿入し、その先端部を断熱部(I)に位置させる。また、各ヒートパイプ(20)の凝縮部(C)側端部の外周面に熱電対などの温度センサ(32)を接触させる。ついで、全ヒートパイプ(20)の蒸発部(E)側端部を適当な加熱手段、たとえば熱風により加熱し、両温度センサ(31)(32)により断熱部(I)および凝縮部(C)の温度を測定する。こうして、各ヒートパイプ(20)の性能試験が行われる。
【００３６】
また、各ヒートパイプ(20)の性能試験を行う際の蒸発部(E)側端部の加熱は、図６に示すように、温度センサ挿入管(25)の蒸発部(E)に位置する部分内に配置されたヒータ(33)を用いて行ってもよい。
【００３７】
図７は、実施形態１のヒートパイプ(20)を用いたヒートパイプ式熱交換器(60)の変形例を示す。
【００３８】
図７に示すヒートパイプ式熱交換器(60)は、各ヒートパイプ(20)の高温ガス通路(3)および低温ガス通路(4)内に存在する部分の外周面に、転造により形成されたスパイラル状フィンや、巻き付けにより固定されたスパイラル状フィン(61)が設けられている。その他の構成は図３および図４に示すヒートパイプ式熱交換器(1)と同様である。この場合、ヒートパイプ式熱交換器(60)に組み込む前に各ヒートパイプ(20)の性能試験を行うことは可能であるが、組み込み後のメンテナンスなどの際に、各ヒートパイプ(20)毎の性能試験を行うことが可能になる。
【００３９】
実施形態２
この実施形態は図８に示すものである。
【００４０】
図８に示すヒートパイプ(35)のアルミニウム製直管状コンテナ(36)は、両端が周壁(36a)と一体に形成された閉鎖壁部(36b)により閉鎖されている。温度センサ挿入管(25)の開口端部は、コンテナ(36)の蒸発部(E)側端部の閉鎖壁部(36b)（閉鎖部）に貫通状に固定され、その一端開口はコンテナ(36)の外部に開口している。その他の構成は実施形態１のヒートパイプ(20)と同様である。
【００４１】
実施形態２のヒートパイプ(35)は、実施形態１のヒートパイプ(20)と同様にしてヒートパイプ式熱交換器(1)(60)に組み込まれ、各ヒートパイプ(35)の性能試験も実施形態１の場合と同様に行われる。
【００４２】
図９および図１０は、実施形態１および２のヒートパイプ(35)に用いられる支持部材(26)の変形例を示す。
【００４３】
図９に示す支持部材(40)は同一形状の２つの挟着部材(41)からなる。各挟着部材(41)は、温度センサ挿入管(25)を両側から挟む１対の半円形挟着部(42)と、両挟着部(42)の同一端部を一体に連結するとともに、コンテナ(21)(36)内周面側にのびて先端部が円弧状となされ、かつコンテナ(21)(36)内周面に接触する連結部(43)と、両挟着部(42)の他端部に一体に連なってコンテナ(21)(36)内周面側にのびかつ先端部にコンテナ(21)(36)内周面に面接触する円弧状部(44a)が一体に形成された１対の接触部(44)とよりなる。そして、両挟着部材(41)は、温度センサ挿入管(25)の軸線の周りに９０度ずれて配置されており、コンテナ(21)(36)内周面と両挟着部材(41)間の間隙部分が、気相および液相の作動液が通過するが作動液通過部となっている。
【００４４】
図１０に示す支持部材(45)は、温度センサ挿入管(25)の外周面に周方向に間隔をおいて放射状に形成され、かつ先端部がコンテナ(21)(36)内周面に接触する複数の突出壁(46)からなる。突出壁(46)は、温度センサ挿入管(25)におけるコンテナ(21)内に存在する部分の全長にわたって一体に形成されている。なお、突出壁(46)は、温度センサ挿入管(25)の閉鎖端部側のみに一体に形成されていてもよい。
【００４５】
実施形態３
この実施形態は図１１に示すものである。
【００４６】
図１１に示すヒートパイプ(50)は、実施形態２のヒートパイプ(35)と同様なコンテナ(36)を有している。温度センサ挿入管(51)はコンテナ(36)の長さ以上の長さを有するとともに両端が開口しており、温度センサ挿入管(51)がコンテナ(36)を貫通するとともに温度センサ挿入管(51)の両端部がコンテナ(36)の両端閉鎖壁部(36b)に固定されている。そして、温度センサ挿入管(51)の両端開口がコンテナ(36)の外部に開口している。また、温度センサ挿入管(51)は支持部材により支持されていない。
【００４７】
実施形態３のヒートパイプ(50)は、実施形態１のヒートパイプ(20)と同様にしてヒートパイプ式熱交換器(1)(60)に組み込まれ、各ヒートパイプ(50)の性能試験も実施形態１の場合と同様に行われるが、温度センサ(31)は、温度センサ挿入管(51)のどちらの開口から挿入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明による実施形態１のヒートパイプの全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のヒートパイプの支持部材の部分を示す部分拡大斜視図である。
【図３】図１のヒートパイプを用いたヒートパイプ式熱交換器を示す斜視図である。
【図４】図３のヒートパイプ式熱交換器のヒートパイプの性能試験を行うために左右両フレーム部材を外した状態を示す斜視図である。
【図５】図１のヒートパイプの性能試験を行う方法を示す縦断面図である。
【図６】図１のヒートパイプの性能試験を行う方法の変形例を示す縦断面図である。
【図７】実施形態１のヒートパイプを用いたヒートパイプ式熱交換器の変形例を示す分解斜視図である。
【図８】この発明による実施形態２のヒートパイプの全体構成を示す縦断面図である。
【図９】実施形態１および２のヒートパイプに用いる支持部材の変形例を示す部分拡大斜視図である。
【図１０】実施形態１および２のヒートパイプに用いる支持部材の他の変形例を示す部分拡大斜視図である。
【図１１】この発明による実施形態３のヒートパイプの全体構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
(1)：ヒートパイプ式熱交換器
(2)：フレーム
(3)：高温ガス通路
(4)：低温ガス通路
(5)：仕切板
(7)：プレートフィン
(20)(35)(50)：ヒートパイプ
(21)(36)：コンテナ
(23)：閉鎖部材（閉鎖部）
(25)(51)：温度センサ挿入管
(26)(40)(45)：支持部材
(30)：作動液通過部
(36b)：閉鎖壁部（閉鎖部）
(E)：蒸発部
(C)：凝縮部
(I)：断熱部
【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】
2008196772.tif 000008
【図７】
2008196772.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008196772.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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