(57)【要約】【課題】簡単な構成により、組み付け作業コストを低廉に維持し、かつ製造時間を短縮できるとともに材料コストを低減し得る熱サイホン及びその製造方法を提供する。【解決手段】両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体Ｐを封入して該真空内部を蒸気空間とした母管１０の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体Ｌを通流させるコア管１２を挿通させた熱サイホンであって、コア管１２の外壁の一部が母管１０の内壁の一部に長手方向に連続して一体接合された形態で固定配置された熱サイホンから構成される。押出し加工、または引き抜き加工によりコア管付き母管３２が一体成形され、組み付け作業コスト、材料コスト低減、気密性の向上、強度保持などを達成させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体を封入して該真空内部を蒸気空間とした母管の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体を通流させるコア管を挿通させた熱サイホンであって、
コア管の外壁の一部が母管の内壁の一部に長手方向に連続して一体接合された形態で固定配置されたことを特徴とする熱サイホン。
【請求項２】
両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体を封入して該真空内部を蒸気空間とした母管の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体を通流させるコア管を挿通させた熱サイホンであって、
コア管が母管の内部において長手方向に連続する支持片により母管に一体的に接続され、固定支持されたことを特徴とする熱サイホン。
【請求項３】
少なくとも母管の外面に遠赤外線発生層が形成されている請求項１または２記載の熱サイホン。
【請求項４】
両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体を封入して該真空内部を蒸気空間とした母管の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体を通流させるコア管を挿通させた熱サイホンであって、
コア管の外壁の一部が母管の内壁の一部に長手方向に連続して一体接合されるように押出し加工、または引き抜き加工によりコア管付き母管を一体成形する工程を含む熱サイホンの製造方法。
【請求項５】
コア管付き母管を成形後、接続用のコア管突設部のみを残して母管を切断する工程を含む請求項４記載の熱サイホンの製造方法。
【請求項６】
母管の切断後に母管の両端開口を封止する栓体を母管の切断切り口と溶接接合する工程を含む請求項５記載の熱サイホンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱サイホン及びその製造方法に関し、特に、母管内に熱源流体通流用のコア管を貫通させて使用するタイプの熱サイホン及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換流体間の温度差が低いほど、熱交換効率が低下するヒートポンプ等の熱変換機器に対して、凝縮、蒸発相変化を利用して大量の熱を小温度差で運ぶことのできる熱サイホンが近時、実用化されつつある。中でも、母管内に熱源流体通流用のコア管を貫通させて例えば横置きで冷、温熱伝導を行なうものが実用上優れている点から注目されている。図１４は、従来のコア管貫通タイプの熱サイホンを示しており、図１３は、その分解斜視図を示す。図１３における従来の熱サイホンは、例えば管外形５０ｍｍ、内径４７ｍｍ、管長３００ｍｍ程度の金属製母管１００の内部に母管よりも管長が長いコア管１０２を長手方向に貫通して配置し、その母管の両端側からコア管が通係する孔１０４を有するキャップ１０６を該孔にコア管を挿通させながら差し入れて母管内を閉鎖し、その状態でキャップ１０６にオーリング１０８を装着し、さらに該キャップに設けたフランジ１１０を管の中央側に向けて絞るように加締め付けることにより、母管１００内を気密密閉するものであった。また、コア管１０２を挿通させて両端を母管の両端から突出させた部分にオーリング１１２を介在させた小キャップ１１４をコア管通係用孔１０４に嵌合させて固定させるものであった（図１４参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来の熱サイホンでは、母管１００と中実筒体のキャップ１０６との周方向の位置決めがなく、にもかかわらず、コア管が捩れ状態とならないように正しい通係状態で母管内で位置を決めながら両側からキャップ１０６を装着し、その状態で加締め装置により加締める作業が必要であり、作業工程上、手作業を伴う部分が多く組み付け作業コストが高いとともに、作業時間がかかる問題があった。また、母管１００、キャップ１０６、コア管１０２は、作業、運搬上の取扱性の点から軽量化のために、それぞれアルミニウムやアルミニウム合金等の軽合金が用いられ、材料コストが高く、特に、母管の両端を閉鎖する中実筒体のキャップ１０６はオーリング１０８を装着し、かつ加締め装置による加締め作業時の絞り工程での加締め力受け用強度保持のために図１５のように、軸方向の厚みを薄くできず、また、真空時の気密保持のため等により厚肉の柱体から形成せねばならないのでこの部分の材料コストが高いものとなっていた。また、オーリング１０８装着用溝１１６の加工が必要で、加工コストもコスト増の要因となっていた。さらに、設置時には熱源通流用のコア管どうしを連結させて熱源発生部に接続されて湯や冷水等の熱源が供給されるが、コア管と母管とはキャップを介して接続されているから地震時等において大きな力が外部から加わった際に、キャップの加締め部分から気密が破れ、真空度が低下して内部の作動媒体の蒸発、凝縮相変化が生じにくくなり、装置の熱伝達作用を正常に機能させることができなくなる問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その１つの目的は、簡単な構成により、組み付け作業コストを低廉に維持し、かつ製造時間を短縮できるとともに材料コストを低減し得る熱サイホン及びその製造方法を提供することである。さらに、本発明の他の目的は、地震等の外部からの大きな力が加えられた場合等でも気密を確実に保持し装置の耐久性を向上させ得る熱サイホン及びその製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体Ｐを封入して該真空内部を蒸気空間とした母管１０の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体Ｌを通流させるコア管１２を挿通させた熱サイホンであって、コア管１２の外壁の一部が母管１０の内壁の一部に長手方向に連続して一体接合された形態で固定配置された熱サイホンから構成される。
【０００６】
また、本発明は、両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体Ｐを封入して該真空内部を蒸気空間とした母管１０の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体Ｌを通流させるコア管１２を挿通させた熱サイホンであって、コア管１２が母管１０の内部において長手方向に連続する支持片１４により母管１０に一体的に接続され、固定支持された熱サイホンから構成される。
【０００７】
その際、少なくとも母管１０の外面に遠赤外線発生層１７を形成するとよい。
【０００８】
また、本発明は、両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体Ｐを封入して該真空内部を蒸気空間とした母管１０の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体Ｌを通流させるコア管１２を挿通させた熱サイホンであって、コア管１２の外壁の一部が母管１０の内壁の一部に長手方向に連続して一体接合されるように押出し加工、または引き抜き加工によりコア管付き母管３２を一体成形する工程を含む熱サイホンの製造方法から構成される。
【０００９】
その際、コア管付き母管３２を成形後、接続用のコア管突設部１６のみを残して母管１０を切断する工程を含むようにしてもよい。
【００１０】
さらに、母管１０の切断後に母管の両端開口を封止する栓体１８を母管の切断切り口と溶接接合する工程を含むようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る熱サイホンの実施の形態をその製造方法とともに説明する。本発明の熱サイホンは、母管内に熱源流体Ｌの通流用のコア管を貫通させ、熱源流体からの温、冷熱により母管内での作動媒体の高速な蒸発、凝縮サイクルを通じて熱伝達を行なうことにより母管周囲を加温あるいは冷却させる熱伝達手段である。特に、本実施形態において、熱サイホンは、例えば建物の床下等に横置きで複数個連結して配置されて、熱源装置からの温熱源流体の供給により、室内暖房を行なわせる床下暖房用の熱サイホンとして適用される例を示している。
【００１２】
図１ないし図８は、本実施形態の熱サイホン１を示しており、図１において、熱サイホンは、母管１０と、母管内を長手方向に貫通しかつ、母管に一体接合された形態で配置されるコア管１２と、を有している。図５において、母管１０は、例えばアルミニウム合金を素材として両端を開口し、例えば管外形５０ｍｍ、内径４７ｍｍ、管長３００ｍｍ程度のサイズで中空円筒形状に構成されている。そして、コア管１２は、図１に示すように、母管１０の内部において長手方向に連続する支持片１４により母管１０に一体的に接続支持されて固定されている。本実施形態において、コア管１２は、その管長が母管の管長よりも長く設定されており、この部分がコア管の接続用突設部１６とされる。コア管は、例えば、外形１０ｍｍ、内径８ｍｍ程度の母管と同じアルミニウム合金を素材として構成され、母管１０の中空部を長手方向に貫通し、かつ母管の断面中心から内壁面に偏った位置に変位して配置されている。支持片１４は、扁平な細長い長辺側が平行な板体からなり、母管とコア管にそれぞれ長辺側が一体に連結され、これによって、母管１０とコア管１２の軸心が平行となるように母管１０内でコア管１２を固定支持している。コア管は母管の断面位置で中心から内壁面側に偏った位置に設置されておれば良く、支持片１４の短辺側長さ、すなわち、母管内でのコア管の偏心位置の具体的な程度は任意に設定してよい。母管１０内でのコア管１２の断面上での接合位置は、この実施形態のように、支持片１４により母管の内壁から離れた位置に設置する態様ではなく、母管の内壁面にコア管の外壁面が一部を接合させて接線状に結合する形態としてもよい。このような、支持片１４により母管１０とコア管を一体接合したり、コア管の外壁の一部が母管の内壁の一部に長手方向に連続して一体接合する形態を構成するには、例えば、押し出し加工によりこれらを形成させることができる。
【００１３】
この実施形態において、少なくとも母管１０の外表面には、図８に示すように遠赤外線発生層１７が形成されている。基本的には、遷移元素酸化物を用い、これを母管表面に被覆させたものであると良い。セラミックス、炭素系物質等が遠赤外線を効果的に発生させる。遠赤外線を効果的に発生放射する物質としては、例えばトルマリン鉱石、天然石英鉱石、黒雲母、セラミックス、その他種々選択してよいが、本実施形態では、例えばケイ酸塩の一種であるゼオライトが用いられ、その粒状物を適宜のバインダを用いて母管の表面に塗着、含浸、燒結その他任意の方法により被着させている。熱サイホンは、母管内部に封入した作動媒体の蒸発、凝縮相変化を利用して熱伝達を行なうものであり、実施形態のようにコア管内に温熱流体を通流させて母管表面を加熱させる場合にはその表面に被着した遠赤外線発生層から効果的に遠赤外線が放射され、例えば床板等から室内側の人の体内を直接に加温させる。
【００１４】
母管１０の両端開口１１は、栓体１８によって封止され、母管内部が密閉されている。栓体１８は、図４（ａ）に示すように、同じく母管やコア管と同様のアルミニウム合金から構成され、厚さの薄いコイン型の円板形状で構成されている。栓体１８は、母管１０の内壁面に嵌合状に突入される円板状の突入部２０と、突入部２０に一体接合され突入部２０よりも大きな直径で少なくとも母管１０の直径よりも大きな直径の円板体からなる封止部２２と、からなる。封止部２２と突入部２０とは、段差面２４を形成する段付き部において大、小の円板を芯合わせして重ねたように段差状に接続されている。段差面２４は、図４（ｂ）のように、母管１０の両端開口端面との溶接部を形成しており、栓体を母管の端部開口から挿入嵌合し、その際に段差面と母管の両端開口端面との突き合わせ面部分が溶接されて接合され、内部を密閉させる。このように、母管とコア管を一体に接合して形成し、さらに母管の両端を溶接接合で栓体により閉鎖させるから、栓体１８を加締めることがないため、栓体を薄肉のコイン形状で構成することができる。
【００１５】
さらに、栓体１８には、コア管接続用の突設部１６を貫通して通係されコア管の外径よりも大きな直径の通係孔２６が母管１０に対する断面的なコア管１２の位置関係に対応して穿孔されている。また、コア管の外径よりもやや大きな内径を有するとともに通係孔２６よりやや小さな外径のシール用筒体２８が設けられ、このシール用筒体２８を栓体１８の外側から図示しないオーリング等のパッキング部材を介在させてコア管の突設部１６を挿通させて装着し、栓体の通係孔２６に嵌着させることにより、栓体の通係孔２６とコア管１２との気密が確保される。なお、図上、３０は母管の両端を栓体１８で閉鎖して内部を真空吸引し、さらにアンモニア等の作動媒体Ｐを充填する際に用いられる孔であり、作動媒体の充填後に止め栓などで閉鎖される。また、母管の管長、管径、コア管の管径等は実施形態のサイズに限定されるものではなく、例えば施工現場の状況に則して任意に設定できる。また、母管の外径形状あるいは、断面形状も任意のものとしてよい。例えば、図１１はそれらを例示しており、（ａ）のように一部切欠型円形、（ｂ）の逆三角形、（ｃ）の変形四角形、（ｄ）の脚付き逆三角形、その他任意の形状で構成してもよい。
【００１６】
このような、熱サイホンは、例えば図９に示すように、コア管の接続用突設部１６どうしを高強度で耐食性のある合成樹脂製フレキシブル管等からなる接続ホース３６の両端に差し込み接続し、暖房すべき床面に対応した長さぶんの数の熱サイホンを接続させた状態で、床Ｆの下部分等に敷設して用いられる。母管内は、作動液が封入されて両端開口部分は栓体により密閉され、さらに真空状態に保持されている。したがって、低温で蒸発、凝縮サイクルを繰り返しかつ母管の管断面範囲でこれを高速に行なう。横置き状態で例えば図示しない温熱源から湯が供給されてコア管内を通流すると、母管内の真空状態での作動媒体、すなわち、作動液、あるいは作動流体は、低温で蒸発し母管内の上端側に至り、放熱して凝縮し、管内を流下する循環を母管の断面形状の範囲で行なう。したがって、この循環サイクルは母管の管長全体について行なわれ、しかも、高速で行なわれる（図８参照）。したがって、温熱源流体の熱は母管表面から床部分に伝わり、室内暖房を効果的に行なわせる。
【００１７】
次に、実施形態における熱サイホンの製造方法について、図１ないし図３を主に参照して説明する。まず、母管１０とコア管１２とは、図２に示すようにアルミニウム合金を押し出し加工により一体的に成形させる。材料は高い圧縮力を受けながら加工されるので破断されずかつ高い仕上げ精度で成形される。コア管の外壁の一部が母管の内壁の一部に長手方向に連続して一体接合されるように成形でき、図２のように、支持片１４により母管１０の内壁とコア管１２の外壁とを連設するように成形することもできるし、また、図１０に示すように、コア管の外壁の一部と母管の内壁の一部が溶融して一体化した形態で形成することも可能である。母管１０とコア管１２の一体成形については、引き抜き加工で行なってもよく、断面形状や寸法精度、また、強度及び表面仕上げもより良好に製造し得る。これによって、母管とコア管を一体固定した状態で一度に大量の構造体を製造でき、量産により製造コストを低減し得る。また、押し出し、あるいは引き抜き加工のみで母管とコア管との軸方向の平行度設定、断面での母管内部でのコア管の偏心位置設定も同時に行われ、これらの位置合わせ組み付け作業を不要とできる。コア管付き母管３２を成形後、図３のように、接続用のコア管突設部１６のみを残して母管を切断する。この際、支持片１４部分も長さ方向で切断され、さらに、コア管との接続部分も切断されて切り離される。この後、母管の両端開口について、栓体１８の通係孔２６をコア管突設部１６に挿通させて挿入させ、栓体１８の段付き面２４と母管１０の切断切り口１３とを突き合わせた状態でパルスミグ方式等の公知の溶接方法により溶接接合させ、母管内部を密閉する。この後、シール用筒体２８の孔をコア管の接続用突設部１６に挿入させ、オーリング等を介設して該シール用筒体２８を栓体１８の通係孔２６に嵌着し、コア管外面と栓体１８の通係孔２６との気密を行なう。このように、基本的には、母管とコア管とを押し出し、あるいは引き抜き加工により一体成形するから、それらの煩雑な断面方向偏心位置決めや、軸方向の平行度設定を伴う組み付け作業を不要とし、組み付け作業が簡単となる。また、溶接により母管と栓体との密閉を行なわせるから栓体の薄肉化が達成できる。
【００１８】
なお、熱サイホンの製造方法としては、コア管付き母管３２を成形後、接続用のコア管突設部１６を残すことなく、その両端部分を完全切断し、図１２に示すように、母管の切断後に母管の両端開口を封止する栓体１８を母管の切断切り口と溶接接合するようにしてもよい。この際、図１２では、接続用の短管３４を先にコア管の断面切り口と突き合わせ溶接し、その後、栓体１８を挿入して該栓体の内側面と母管の断面切り口部分とを突き合わせ溶接する。
【００１９】
本発明に係る熱サイホン及びその製造方法は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の本質を逸脱しない範囲における改変も本発明に含まれる。例えば、作動媒体は、アルコール、水、アセトン、フレオン、窒素、その他任意の作動流体であるとよい。母管、コア管、栓体等の素材は、アルミニウムに限ることなく、ステンレス、銅、ニッケル、タングステン、チタンその他作動媒体との反応による劣化を生じないような安定した素材を選択するとよい。また、熱源流体は、冷水などの冷熱源流体であってもよく、冷熱伝達装置として用いることもできる。さらに、床暖房用としてのみでなく、その他の空調用、農業用の植物の培度周辺の保温用、培土消毒用、木材乾燥用その他適宜の熱伝達手段用として用いることもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上、説明した様に、本発明に係る熱サイホンによれば、両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体を封入して該真空内部を蒸気空間とした母管の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体を通流させるコア管を挿通させた熱サイホンであって、コア管の外壁の一部が母管の内壁の一部に長手方向に連続して一体接合された形態で固定配置された構成であるから、例えば押し出し加工等により母管とコア管とを一体成形して製造することにより、それらの煩雑な断面方向偏心位置決めや、軸方向の平行度設定を伴う組み付け作業を不要とし、組み付け作業が簡単となり、製造時間短縮を実現でき、製作コストを低減させ得る。
【００２１】
また、両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体を封入して該真空内部を蒸気空間とした母管の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体を通流させるコア管を挿通させた熱サイホンであって、コア管が母管の内部において長手方向に連続する支持片により母管に一体的に接続支持された構成であるから、例えば押し出し加工等により母管とコア管とを一体成形して製造することにより、それらの煩雑な断面方向偏心位置決めや、軸方向の平行度設定を伴う組み付け作業を不要とし、組み付け作業が簡単となり、製造時間短縮を実現でき、製作コストを低減させ得る。
【００２２】
また、少なくとも母管の外面に遠赤外線発生層が形成された構成とすることにより、コア管内に湯などの温熱源流体を通流させることにより、母管表面を加熱しそれによって遠赤外線放射効率が相乗的に高まり、熱サイホンによる室内側の熱伝達室内暖房効果と遠赤外線による体内からの暖め作用により暖房用装置としての暖房効率を大幅に向上させ得る。
【００２３】
また、本発明の熱サイホンの製造方法によれば、両端開口を密閉させ真空内部に作動媒体を封入して該真空内部を蒸気空間とした母管の内部を長手方向に貫通するように、熱源流体を通流させるコア管を挿通させた熱サイホンであって、コア管の外壁の一部が母管の内壁の一部に長手方向に連続して一体接合されるように押出し加工、または引き抜き加工によりコア管付き母管を一体成形する工程を含むから、母管とコア管とを一体成形して製造することにより、それらの煩雑な断面方向偏心位置決めや、軸方向の平行度設定を伴う組み付け作業を不要とし、組み付け作業が簡単となり、製造時間短縮を実現でき、製作コストを低減させ得る。さらに、装置の気密性を確実に保持し得るとともに、強度保持にも資する。
【００２４】
その際、コア管付き母管を成形後、接続用のコア管突設部のみを残して母管を切断する工程を含むようにすることにより、コア管への通係孔を穿孔した栓体を用いて栓体を母管の切断部分に突き合わせ溶接等で気密接合し、同時に熱サイホンどうしの接続時の突設部分を確保できるから、母管とコア管との断面方向偏心位置決めと、軸方向の平行度設定を同時に行ううえに、栓体による母管内部の密閉とコア管との接続構成を実現し得る。
【００２５】
さらに、母管の切断後に母管の両端開口を封止する栓体を母管の切断切り口と溶接接合する工程を含むことにより、母管と栓体との気密が確実となるとともに、接続強度が向上し地震等の外部からの力に対しても耐久性を向上させるうえ、母管と栓体との加締め作業を不要とし、栓体の薄肉化さらには材料コストの低減を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱サイホンの一部省略分解斜視図である。
【図２】図１の母管とコア管との製造工程の１つを説明する斜視説明図である。
【図３】図１の母管とコア管との製造工程の１つを説明する斜視説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は栓体の側面図及び装着時の母管内部側となる裏面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱サイホンの一部省略組み付け斜視図である。
【図６】図５の熱サイホンの栓体側から見た説明図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】図５の熱サイホンの複数を縦列状に接続する際の接続部分を説明する図である。
【図１０】母管とコア管との他の接続構成を示す断面図である。
【図１１】母管の他の形状を示す図である。
【図１２】コア管付き母管に対する栓体の他の接続構造を示す図である。
【図１３】従来のコア管挿入形熱サイホンの分解斜視図である。
【図１４】従来のコア管挿入形熱サイホンの組み付け斜視図である。
【図１５】図１４のキャップの側面説明図である。
【符号の説明】
１０　母管
１２　コア管
１４　支持片
１６　コア管接続用突設部
１８　栓体
２４　段付き面
２６　通係孔
２８　シール用筒体
３２　コア管付き母管
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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