(57)【要約】【課題】放熱部の放熱面積比率を狭める事なく加熱部の加熱面積比率を大きくする事ができ、温度上昇速度の速いヒートパイプを提供する。【課題を解決するための手段】内部に蓄熱層を形成すべく作動流体２を封入して真空状態に保持させた管状本体１１と、該管状本体１１の基端側に形成された加熱面積比率を高め得る二重管状凹部１３を有する加熱部１２とから成り、外部電源に接続される電熱ヒータ３等の加熱手段を該加熱部１２の二重管状凹部１３内に装入するだけで、加熱部１２で加熱された管状本体１１至部側の放熱部１４の温度を即座に上昇させる事ができるよう構成する。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に作動流体を封入して真空状態に保持した管状本体と、該管状本体の基端側に形成された二重管状凹部を有する加熱部とから成り、該加熱部の加熱面積比率を高めた事を特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記作動流体が、炭化水素系アルコール、エーテル、ヘキサン、蒸留水、アンモニア、フロン系溶剤の何れかを含有する作動流体である事を特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記加熱部の二重管状凹部が、加熱手段を嵌入し得るよう加熱手段の外径及び長さと同寸法以上の二重管状凹部である事を特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加熱部における受熱効率を高めて、瞬時に熱交換を行い得るようにしたヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒートパイプはコンピュータの素子の冷却や、モーター制御装置等における動力機器の冷却の他、熱交換器としてや、各種均温パネル用として広く使用されている。
【０００３】
一般的に、このようなヒートパイプとしては、管を形成するコンテナ内に作動液を封入し、その作動液の還流を重力により行わせるというタイプのものが幅広く使用されている。
【０００４】
また、これらのヒートパイプの作動原理は、加熱部で加熱された作動液が蒸発（潜熱吸収）して低温部へ移動し、次いでこの作動液を低温部で凝縮（潜熱放出）してその作動液に蓄えられた熱を放熱部から放熱し、その作動液の自重によって基の蒸発部へ戻るという動作を繰返し行なうという還流による熱輸送が基本的な原理になっており、そのヒートパイプの形状は、丸管状のヒートパイプと角管状のヒートパイプに大別される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヒートパイプの長さは一定の長さに形成されているものであり、このヒートパイプにより短時間に所望の放熱を生じさせようとすると、それだけ加熱部の受熱面積比率を大きくする必要があり、該加熱部の面積比率の拡大化により、逆に放熱を行うべき放熱部の放熱面積比率が狭められてしまう結果になる為に目的とする放熱が行えず、さらに加熱部を加熱すべき加熱機材も大きくなる為に、該加熱部に加熱する為の大きな場所が必要となってしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を解消する為に成されたものであり、放熱部の放熱面積比率を狭める事なく加熱部の加熱面積比率を大きくする事ができ、しかも加熱機材が占める割合をも抑えることができるようにした熱効率の良好なヒートパイプを提供する事を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のヒートパイプは、内部に作動流体を封入して真空状態に保持した管状本体と、該管状本体の基端側に形成された二重管状凹部を有する加熱部とから成り、該加熱部の加熱面積比率を高めた事を特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のヒートパイプは、前記作動流体が、炭化水素系アルコール、エーテル、ヘキサン、蒸留水、アンモニア、フロン系溶剤の何れかを含有する作動流体である事を特徴とするものである。
【０００９】
更に、本発明のヒートパイプは、前記加熱部の二重管状凹部が、加熱手段の外径及び長さと同寸法以上の二重管状凹部である事を特徴とするものである。
【００１０】
本発明のヒートパイプは、上記のように構成することにより次のような作用をもたらす。
すなわち、本発明では、内部に作動流体を封入して真空状態に保持した管状本体の基端側に二重管状凹部を形成した加熱部を設けている為、該二重管凹部内の表面接触面積を拡大させる事ができ、この部位に装着される電熱ヒータ等の加熱手段との接触面積が大きくなり、作動流体の温度上昇速度を大幅に高める事ができる。
【００１１】
本発明のヒートパイプは、前記管状本体の内部に封入する作動流体を、炭化水素系アルコール、エーテル、ヘキサン、蒸留水、アンモニア、フロン系溶剤の何れかを含有する作動流体にしている為、製造原価が安価であり、その封入作業も容易に行う事ができる。
【００１２】
更に、本発明のヒートパイプは、管状本体の加熱部に、加熱手段を嵌入し得るよう加熱手段の外径及び長さと同寸法以上の二重管状凹部を形成している為、加熱手段との接触度合いが良好であり、しかも該手段の外部への無駄な放熱を可及的に防止して、温度上昇効率を高める事ができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のヒートパイプを、図面に示す一実施形態に基づきこれを詳細に説明する。
図１は本発明のヒートパイプの一実施形態を示す斜視図であり、図２は本発明のヒートパイプの一実施形態を示す縦断面図であり、図３は本発明のヒートパイプの加熱部に電熱ヒータを嵌入する状態の一実施形態を示す説明図であり、図４は本発明のヒートパイプの加熱部に電熱ヒータを嵌着した状態の一実施形態を示す縦断面図である。また、図５は本発明のヒートパイプにおける管状部材の一実施形態を示す断面図であり、図６は本発明のヒートパイプの製造方法の一実施形態態を示す概略説明図であり、図７は本発明のヒートパイプの一使用形態を示す説明図であり、図８は本発明のヒートパイプの温度上昇変化の測定条件を示した説明図であり、図９はその測定結果である。更に、図１０は本発明のヒートパイプの一実施形態を示す説明図であり、図１１及び図１２は本発明のヒートパイプの他の実施形態を示す説明図である。
【００１４】
すなわち、本発明のヒートパイプ１は、図１及び図２の実施形態で示したように、内部に蓄熱層を形成すべく作動流体２を封入して真空状態に保持させた管状本体１１と、該管状本体１１の基端側に形成された加熱面積比率を高め得る二重管状凹部１３を有する加熱部１２とから成り、後述する外部電源に接続される電熱ヒータ３等の加熱手段を該加熱部１２の二重管状凹部１３内に装入するだけで、加熱部１２で加熱された管状本体１１至部側の放熱部１４の温度を即座に上昇させる事ができるようにしたものである。
【００１５】
前記管状本体１１は、図５に示したように、内部に蓄熱層を形成させる作動流体２を封入すべく筒状に形成されるものであり、該管状本体１１の基端側には、前述したように、加熱手段を装入し得る二重管状凹部１３を形成し、至端側には、管状本体１１内部に作動流体２を注入し得る注入部１５が形成されており、該注入部１５から作動流体２注入させた後、内部の空気を脱気減圧して真空状態にさせ、注入部１５を閉塞させて形成される。
【００１６】
前記管状本体１１の外径は、特に限定されるものではないが、一般的には５ミリメートルから２５ミリメートル位が適当である。また、この管状本体１１の内部真空度については、概ね２００パスカルから３００パスカル程度（２トール前後）の圧力が最も適している。
【００１７】
前記加熱部１２は、加熱手段で加熱する為の部位であり、該加熱部１２には、前記管状本体１１の長さ方向に二重管状凹部１３が形成されるものであり、例えば前記管状本体１１が１８００ミリメートルのものを使用した場合には、約８０ミリメートル程度の二重管状凹部１３が形成される。そして、この加熱部１２の二重管状凹部１３内に前記電熱ヒータ３（加熱手段）を装入して電力供給する事で、管状本体１１内部の作動流体２を瞬時に加熱し得るようにしているのである。
【００１８】
また、前記加熱部１２における二重管状凹部１３と前記管状本体１１の基部側間には、必ず作動流体２が封入されるよう二重管状凹部１３が形成される必要があり、この加熱部１２に封入された作動流体２が加熱手段で最も高温に加熱されるものであり、加熱された作動流体２は管状本体１１の放熱部１４側へ対流するのである。よって、この加熱部１２の加熱面積を拡大させた事により、作動流体２の温度上昇速度を大幅に早める事ができる。
【００１９】
前記放熱部１４は、前述したように管状本体１１の至部側に位置しており、例えば前記管状本体１１が１８００ミリメートルのものを使用した場合には、１７２０ミリメートル程度がこの放熱部１４となるものであり、前記した約８０ミリメートル程度の加熱部１２で加熱された高温の作動流体２は、この放熱部１４に瞬時に対流移動して昇温し、外部への放熱を行うのである。
【００２０】
尚、前記注入部１５は、前記管状本体１１の至端部に設けられて管状本体１１内部に作動流体２を注入する為のものであるが、該注入部１５は、図示したように細管状に形成され、管状本体１１内部に作動流体２を注入して閉塞した後、通常は適長さに切断される。尚、この注入部１５は閉塞する必要はあるが、必ずしも切断する必要は無く、例えばこの部位を床面や壁面等に配置させる場合には、その配置場所での係止部として利用する事もできる。
【００２１】
前記作動流体２は、前記管状本体１１内部に封入されて加熱する事で前記放熱部１４での熱交換を行い得るようにする為のものであり、本発明では、炭化水素系アルコール、エーテル、ヘキサン、蒸留水、アンモニア、フロン系溶剤の何れかを含有する流体を使用する事でこれを成し得るようにしている。
【００２２】
また、前記作動流体２は、前述した管状本体１１の加熱部１４で加熱すると直ちに温度上昇を行い、これが放熱部１４側に対流移動して熱交換を行った後再び加熱部１２に環流するという動作を順次繰り返し行うものであり、管状本体１１の内容積に対する前記作動流体２の内容量比率は、１０対１の比率が最も適している。
【００２３】
次に、上記したような本発明のヒートパイプ１を製造する方法についてその一実施形態を説明する。
【００２４】
（本発明の製造方法の一実施形態）
先ず、予めパイプ（例えば外径１６ミリ径で内径１４、４ミリ径のパイプ）を所定の長さ（例えば１８００ミリメートル）に切断されたパイプの基端側に、該パイプの内径より小外径を有する有底筒状管１３１（例えば外径１０ミリ径で内径８、４ミリ径の８０ミリメートル長さの有底筒状管）を軸心が一致するよう内装し、且つその最基端部を溶接して閉塞して二重管状凹部１３を有する加熱部１２を形成し、このパイプの至端側には、小孔１５２（例えば４ミリ径）を穿設させた盲板１５１を溶接すると共に、該小孔１５２に作動流体２注入用の注入管１５３をパイプ内部に臨み得るよう嵌着して注入部１５を形成し、図１及び図５に示したような、二重管状凹部１３を有する加熱部１２と注入管１５とを有する管状本体１１を形成する。
【００２５】
次に、前記工程で形成された管状本体１１は、図６の概略説明図で示したように、その注入部１５の注入管１５３を作動流体注入封止装置４の接続金具４１に連通するよう接続し、排気用バルブＶ１と注入バルブＶ２とを閉栓した状態で真空ポンプＰを作動させ、真空計Ｇで真空ポンプＰの圧力を確認しながら徐々に排気用バルブＶ１を開栓させて管状本体１内部を約０、０１トール迄脱気して減圧する。
【００２６】
そして、管状本体１１内部が所定の圧力１、３３パスカル（０、０１トール）まで下がったのを確認しながら排気用バルブＶ１を閉栓し、注入バルブＶ２を少しずつ開栓して目盛付き容器Ｃ内の作動流体２の所定量（内容積の１０分の１）が管状本体１１内部に注入された時点で注入バルブＶ２を閉栓する。
【００２７】
次に、注入バルブＶ２を閉栓した状態で、再度真空ポンプＰを作動させ、真空計Ｇで真空ポンプＰの圧力を確認しながら徐々に排気用バルブＶ１を開栓させて管状本体１内部を約２トール（２６６パスカル）迄脱気して減圧する。
【００２８】
上記した所定量の作動流体２が注入された管状本体１１は、内部の作動流体２が漏れないように注入管１５３の中間部（約１０ｍｍ程度）を圧接し、更にＴＩＧ溶接により前記作動流体注入封止装置４から外され、本発明のヒートパイプ１の製造を完成させる事ができるのである。
【００２９】
以上の一実施形態で製造された本発明のヒートパイプ１は、加熱手段により加熱されて効率よく蓄熱されて放熱されるものであり、図３及び図４の実施形態では、加熱手段として電熱ヒータ３を使用した本発明の使用例を示しており、本発明のヒートパイプ１における管状本体１１の加熱部１２に、二重管状凹部１３内に略々同寸法の外径と長さを有する電熱ヒータ３を嵌入した場合を例示している。
【００３０】
この実施形態で示したような電熱ヒータ３を使用した場合には、該ヒータ３から放熱される熱が、管状本体１１の基端側に形成された二重管状凹部１３の内管壁（有底筒状管１３１）に伝導され、該内管壁（有底筒状管１３１）と接する作動流体２を加熱し、該作動流体２が管状本体１１の内部を対流して還流し、瞬時に放熱部１４での放熱が可能となる。
【００３１】
尚、前記電熱ヒータ３は、市販のもので良いが、電熱ヒータ３を嵌入出させる為にも二重管状凹部１３の内径よりも僅かに小径のものが使用される。
【００３２】
また、前記電熱ヒータ３の外径が二重管状凹部１３の内径よりも大幅に小径なものを使用する場合には、必要に応じて、その加熱部１２の開口側を耐熱性シリコンなどで密封する事でその熱効率を維持させる事ができる。
【００３３】
尚、本発明のヒートパイプ１は、瞬時に温度上昇を行い放熱する事ができるものであり、その温度上昇効率を測定するために、図８で示したような実験を行った。
【００３４】
この実験では、室温２５℃の温度条件で、肉厚０、８ミリメートル、外径１６ミリメートルで１０００ミリメートル長の丸管状のステンレス製ヒートパイプ１を使用し、前記電熱ヒータ３を管状本体１１の二重管凹部１３に内装して１００Ｖの電圧で電力を供給した場合の、加熱部１２の開口部付近（Ａ点）と、放熱部１４最至端付近（Ｂ点）との３０秒毎の温度上昇変化を測定した。
【００３５】
図９に示した測定結果の表から明らかなように、前記管状本体１１のＡ点とＢ点とでは、３０秒で略々近隣する温度となり、６０秒経過以降は全体の温度が均一になっており、その後、電熱ヒータ３の昇温と同時にＡ点及びＢ点の温度は共に推移して維持している事が解る。
【００３６】
すなわち、この測定結果から、加熱部１２から受けた熱は、瞬時に熱交換を行い、３０秒後には確実に放熱部１４至端側に達している事が解る。
【００３７】
（本発明のヒートパイプの使用例１）
図７に示す実施形態で示したものは、本発明のヒートパイプ１を温流体式床暖房装置に使用した場合を例示したものであり、加熱器３‘で加温され、伝導流体（加熱手段）を循環させる温流体循環経路３１の複数箇所に設置される暖房用循環路３２に、本発明のヒートパイプ１の各々をその各基端部が循環路３２内に浸水するよう設置している。
【００３８】
また、各ヒートパイプ１・・の設置構成については、循環路３２外部に配設されているヒートパイプ固定用挿入口３３に、本発明のヒートパイプ１を各々挿入すると共に各ヒートパイプ１・・をゴムパッキン３４、ワッシャー３５を介してボルト３６で固定させた例を示している。
【００３９】
而して、上記した温流体式床暖房装置にあっては、加熱器３‘で加温され、伝導流体（加熱手段）は、各ヒートパイプ１・・の管状本体１１の加熱部１２の外周面及び二重管状凹部１３内に接触して内外双方から作動流体２を加温して対流移動して放熱部１４を昇温させ、外部に露出した各管状本体１１の放熱部１４からの放熱を行う事ができるのである。よって、温流体式床暖房装置を床面に等に配置させる事で、瞬時且つ安価で効率的な熱循環システムとする事ができるのである。
【００４０】
（本発明のヒートパイプの使用例２）
図１０の実施形態に示したものは、床面や壁面に本発明のヒートパイプ１の複数を配設した場合の使用例を示したものであり、図示したものでは、例えば１２ｍｍ厚の各フローリング材内部に５ｍｍ径のヒートパイプ１を各々内装すると共に、これら各ヒートパイプ１・・の基端部を図７で示したような温流体循環経路３１の複数箇所に設置される暖房用循環路３２に装着して熱循環システムを構成した場合を例示している。
【００４１】
尚、この使用例では、加熱手段を伝導流体とした場合を示しているが、これに限らず、加熱手段を前記したような電熱ヒータ３を使用しても良く、任意の加熱手段が用いられる。
【００４２】
（本発明のヒートパイプの使用例３）
図１１に示す実施形態で示したものは、本発明のヒートパイプ１をハウス栽培等の温室に配設した場合を例示したものであり、ビニールハウス等の土中にヒートパイプ１の複数を埋設配備すると共にこれら各ヒートパイプ１・・を電熱ヒータ３や暖房用循環路３２等の加熱手段に装着する事により、土中温度や室内温度を一定温度に保つ事ができ、しかも農作物等に付着する害虫等の発生予防が行える温室を安価に提供する事ができる。
【００４３】
（本発明のヒートパイプの使用例４）
図１２に示す実施形態で示したものは、本発明のヒートパイプ１をサウナ室に配設した場合を例示したものであり、サウナ室の壁面にヒートパイプ１の複数を埋設配備すると共にこれら各ヒートパイプ１・・を電熱ヒータ３や暖房用循環路３２等の加熱手段に装着する事により、室内温度を所望温度に昇温保持でき、発汗作用を促進させるサウナ室を安価に提供する事ができる。
【００４４】
尚、本発明のヒートパイプ１は、この他にも浴室にも適用できるものであり、浴室内の温度を暖かく保持する事により、入浴中の急激な血圧の変化で生じる脳出血や狭心症を防ぎ、また入浴後の湿気を乾燥させてカビや結露の発生を抑え得る浴室を提供する事ができる。
【００４５】
【発明の効果】
よって本発明のヒートパイプは、内部に作動流体を封入して真空状態に保持した管状本体の基端側に二重管状凹部を形成した加熱部を設けている為、従来のヒートパイプとは異なり、放熱部の放熱面積比率を狭める事なく加熱部の内表面面積を拡大させる事ができ、この部位に装備される加熱手段との接触面積が大きくなる事で作動流体の温度上昇速度を大幅に高める事ができるのである。
【００４６】
また、本発明のヒートパイプは、加熱手段と管状本体との係装比率を二重管状凹部のみにより拡大させて、放熱部の放熱面積比率を狭めずに瞬時の温度上昇及び熱交換を行わせる事ができるようにしている為、建物等の壁面や床面の他、タイル下部やフローリング材内部などの狭い限られたスペースでも容易に配設する事ができる。
【００４７】
更に本発明のヒートパイプは、その製造においても安価で且つ容易に生産できるものであり、しかも安全な機構で多種多径のパイプで製造できるものである為に、植物栽培等の温室や土中への設置も目立たず奇麗に行う事ができ、その利用価値及び利用範囲は絶大且つ無限である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートパイプの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明のヒートパイプの一実施形態を示す縦断面図である。
【図３】発明のヒートパイプの加熱部に電熱ヒータを嵌入する状態の一実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明のヒートパイプの加熱部に電熱ヒータを嵌着した状態の一実施形態を示す縦断面図である。
【図５】本発明のヒートパイプにおける管状部材の一実施形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明のヒートパイプの製造方法の一実施形態を示す概略説明図である。
【図７】本発明のヒートパイプの一使用形態を示す説明図である。
【図８】本発明のヒートパイプの温度上昇変化の測定実験を行う際の測定条件を示した説明図である。
【図９】本発明のヒートパイプの温度上昇変化を示す測定結果である。
【図１０】本発明のヒートパイプの一実施形態を示す説明図である。
【図１１】本発明のヒートパイプの他の実施形態を示す説明図である。
【図１２】本発明のヒートパイプの他の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１　ヒートパイプ
１１　管状本体
１２　加熱部
１３　二重管状凹部
１４　放熱部
１５　注入部
２　作動流体
【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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