(57)【要約】      （修正有）【課題】寒冷地で作動液体の凍結による管体の損傷が防止され、かつ作動性能が水を作動液体としたヒートパイプのそれとほとんど変わらないヒートパイプを提供する。【解決手段】作動液体として、グリコール類を０．５〜１０重量％含有する水を用いたヒートパイプであり、前記グリコール類は、エチレングリコール、および/またはプロピレングリコールであること、さらに水が、蒸留水または脱イオン水であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートパイプにおいて、作動液体として、グリコール類を０．５〜１０重量％含有する水を用いることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
グリコール類が、エチレングリコール、および／またはプロピレングリコールであることを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項３】
水が、蒸留水または脱イオン水であることを特徴とする請求項１〜２記載のヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートパイプに関し、特に寒冷地での凍結による破損の問題が改良されたヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、銅パイプ等の熱伝導性が優れた金属管体内に水等の作動液体を封入し、作動液体が系内で液体−気体−液体への相変化する際の潜熱を利用したヒートパイプが機器の除熱、あるいは暖房に利用されている。例えば、パソコンを始めとする電子機器の熱交換や、寒冷地での駅、道路、ポイント、車両の局部暖房等に広く使用されている。
【０００３】
ヒートパイプの作動液体として用いられる液体には、（１）伝熱性能が良いこと、（２）限界熱輸送量が大きいこと、（３）コンテナーおよびウイックとの適合性がよく、腐食によるガスを発生しないこと、（４）無毒性、（５）不燃性等が要求される。
【０００４】
これらの要求を最も多く満足する作動液体は「水」である。しかし、水は低温条件で凝固し、氷となり、体積が膨張するため、ヒートパイプの破壊を招くことがあった。例えば水を作動液体とするヒートパイプを寒冷地等で使用すると、内部の作動液体が凍結して膨張し、その圧力によって管体が破裂することがあった。
【０００５】
水の替わりにアルコールや、ハイドロフロロカーボンやハイドロフロロエーテルのごとき代替フロンを用いれば、破裂の問題は避けられるが、代替フロンは水に比べて伝熱性能が劣る。
【０００６】
自動車等の作動液では寒冷地対策として、不凍液が使用されている。不凍液とは、水にエチレングリコール、またはプロピレングリコールを混合することにより、その凝固点を低下させて、氷点下の温度でも凍らないようにした液体である。ＪＩＳＫ２２３４の解説に示されているように、一般に使用されている不凍液では、−１０℃でも凍らせないために、水に３０ｖｏｌ％、または５０ｖｏｌ％程度のエチレングリコール、および／またはプロピレングリコールが混合されている。しかし、水にエチレングリコール、および／またはプロピレングリコールを大量に混合すると、沸点が上昇し、かつ作動液の粘度が上昇して伝熱性能が低下し、ヒートパイプとしての性能が低下するという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑み、本発明の目的は、寒冷地で作動液体の凍結による管体の損傷が防止されたヒートパープを提供することを目的とする。本発明は更にヒートパイプの作動性能が水を作動液体としたヒートパイプのそれとほとんど変わらないヒートパイプを提供することを目的としている。本発明の他の目的は、伝熱性能の優れたヒートパイプを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ヒートパイプにおいて、作動液体として、グリコール類を０．５〜１０重量％含有する水を用いることを特徴とするヒートパイプである。
【０００９】
上記グリコール類は、エチレングリコール、および／またはプロピレングリコールであることが好ましい。
【００１０】
水は、蒸留水または脱イオン水であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき説明する。図１に、本発明のヒートパイプの１例を表す。このヒートパイプ１は、銅、銅合金、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料で作られたコンテナー２の内部に作動液体３が封入されている。コンテナー２は加熱部４と、放熱部５とを有している。また、放熱部にはフィン６が形成されている。また、パイプ内が減圧状態に維持されている。図１はウイックを持たない重力を駆動力とするウイックレスヒートパイプを示すが、本発明は二重管型およびループ型ウイックレスヒートパイプのみならず、ウイック付きヒートパイプ等にも適用できものである。
【００１２】
作動液体としては、通常蒸発潜熱の大きい水が用いられる。作動液体は、図示していないヒーター等の加熱源が設けられた加熱部４で沸騰し、気化する。その際、ヒートパイプ外から熱を奪う。発生した蒸気はヒートパイプ内を上昇し、放熱部５で液化する。その際、熱を放出する。ヒートパイプ中の作動液体は液体の状態で、自重により流下し、再び加熱部に循環される。
【００１３】
ヒートパイプは、加熱源を作動させることにより、常時稼動させていてもよいが、熱エネルギーの効率から、通常は必要な状態になったときのみ運転する。このため、寒冷地では、ヒートパイプを作動させないときにヒートパイプ内の作動液体が凍結するという問題が発生する。
【００１４】
本発明では、このヒートパイプ内を循環される作動液体として、水にグリコール類少量を添加してなる液体を用いる。
【００１５】
本発明におけるグリコール類とは、水酸基を両末端に有する低分子量で常温で液体の有機化合物で、具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のエチレングリコール類、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール等のプロピレングリコール類、ブタンジオール等を挙げることができる。
【００１６】
作動液１００重量％に対するグリコール類の添加量は０．５〜１０重量％、好ましくは０．７〜５重量％、特に好ましくは１．０〜３重量％の範囲である。グリコール類の混合量が上記範囲にかかわらず、作動液体が凍結・固化するのを防ぐことができない。一方、グリコール類の混合量が上記範囲を超えると、作動液体の熱伝達性能が劣るようになり本発明の目的を達成できない。
【００１７】
水は、高温でグリコール類を劣化させないよう金属イオンを含まない蒸留水か、脱イオン水であることが好ましい。
【００１８】
本発明者らが見出したことであるが、この範囲のグリコール類含有水溶液は、氷結するが、固液が混合したシャーベット状になり、その強度が低下してヒートパイプを破壊しない。伝熱性能も水と比べてほぼ同等と優れている。
【００１９】
【実施例】
次ぎに実施例を挙げて本発明につき詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例になんら制約されるものではない。
【００２０】
【実施例１】
（伝熱性能に関する試験）
図１の装置を用いた。パイプの直径は１６ｍｍ、長さは１１００ｍｍ、上部５００ｍｍに二重管式凝縮器を設け，下部５００ｍｍをヒーターにより加熱できる構造とした。作動液体として、エチレングリコール重量濃度１％の水溶液を用いた。これら水溶液を５１ｃｍ３（加熱部内容積の４０％）封入した。系内からは空気を十分に除去した。このヒートパイプの加熱部４に１０ｋＷ／ｍ２および５０ｋＷ／ｍ２の熱量を供給し、パイプの底部から５５０ｍｍ（断熱部）の管壁に設けられた測温計の温度がそれぞれ４０℃と８０℃を示したときの熱通過係数ｋＷ／（  ｍ２・Ｋ）を表１に示す。
【００２１】
【実施例２】
実施例１において、作動液体としてエチレングリコール重量濃度１％の水溶液の代わりに、エチレングリコール重量濃度２％の水溶液を用いる以外は実施例１と同様に行なった。結果を表１に示す。
【００２２】
【比較例１〜３】
実施例１において、作動液体としてエチレングリコール重量濃度１％の水溶液の代わりに、エチレングリコール重量濃度０％、２０％および４０％の水溶液を用いる以外は実施例１と同様に行なった。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【実施例３】
（凍結・固化に関する試験）
ガラス製試験管の直径は１６ｍｍ、長さは１５０ｍｍ、肉厚は１ｍｍである。これら試験管にエチレングリコ−ル重量濃度１％の水溶液を４４ｃｍ３それぞれに入れ、−２０℃の冷蔵庫に２０時間放置した。その結果を図２に示す。１％の場合はシャーベット状の氷となり、試験管の破裂は生じなかった。
【００２５】
【実施例４】
実施例３において、作動液体としてエチレングリコール重量濃度１％の水溶液の代わりに、エチレングリコール重量濃度２％の水溶液を用いる以外は実施例１と同様に行なった。その結果２％の場合はシャーベット状の氷となり、試験管の破裂は生じなかった。
【００２６】
【比較例４】
実施例３において、作動液体としてエチレングリコール重量濃度１％の水溶液の代わりに、エチレングリコール重量濃度０％の水溶液を用いる以外は実施例１と同様に行なった。水のみをいれた場合、試験管が破裂した。
【００２７】
【比較例５】
実施例３において、作動液体としてエチレングリコール重量濃度１％の水溶液の代わりに、エチレングリコール重量濃度２０％の水溶液を用いる以外は実施例１と同様に行なった。２０％の場合はシャーベット状の氷となり、試験管の破裂は生じなかった。
【００２８】
【比較例６】
実施例３において、作動液体としてエチレングリコール重量濃度１％の水溶液の代わりに、エチレングリコール重量濃度４０％の水溶液を用いる以外は実施例１と同様に行なった。作動液体は氷にならなかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のヒートパイプは、氷点下の雰囲気で作動液が氷結するが、固液が混合したシャーベット状になり、その強度が低下してヒートパイプを破壊しない。このため、寒冷地での凍結による損傷のトラブルが解消されている。また、作動液体の伝熱性能も水と比べてほぼ同等でと優れている。
【００３０】
本発明のヒートパイプは、上記の特性を有するため、パソコン等の除熱、寒冷地での駅プラットフォーム、道路、フェンス等の除雪、ポイント等の凍結防止、暖房の用途に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のヒートパイプの１実施例の断面図である。
【図２】図２は本明細書の実施例３〜４、比較例４〜６の凍結試験の結果を示した写真である。
【図１】
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【図２】
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