循環型ヒートパイプ
【課題】部品数を少なくして構造を簡単にすることができる循環型ヒートパイプを提供する。
【解決手段】循環経路を構成し、この循環経路の一部の長さ範囲が低温部を通り、他の長さ範囲が高温部を通るように配置される循環管路３０と、循環管路３０内の一部の長さ範囲に封入される作動流体３２と、循環管路３０の低温部を通る任意の長さ範囲の部屋の両端部に設けられ、作動流体３２の循環方向を一方向に規制するための一対の逆止弁３４，３６とを備え、作動流体の液相部分３２ｂの長さ範囲の一方の液面の高さが、循環管路３０における下流側の逆止弁３６より下流側において基準高さ２５よりも上方に設定され、作動流体の液相部分３２ｂの長さ範囲の他方の液面の高さが、循環管路３０における上流側の逆止弁３４より上流側において基準高さ２５よりも下方に設定されている。
【解決手段】循環経路を構成し、この循環経路の一部の長さ範囲が低温部を通り、他の長さ範囲が高温部を通るように配置される循環管路３０と、循環管路３０内の一部の長さ範囲に封入される作動流体３２と、循環管路３０の低温部を通る任意の長さ範囲の部屋の両端部に設けられ、作動流体３２の循環方向を一方向に規制するための一対の逆止弁３４，３６とを備え、作動流体の液相部分３２ｂの長さ範囲の一方の液面の高さが、循環管路３０における下流側の逆止弁３６より下流側において基準高さ２５よりも上方に設定され、作動流体の液相部分３２ｂの長さ範囲の他方の液面の高さが、循環管路３０における上流側の逆止弁３４より上流側において基準高さ２５よりも下方に設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、夏季の気温のような高温部と地中の温度のような低温部との間の温度差を利用した熱輸送システムに用いられる循環型ヒートパイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の循環型ヒートパイプとしては、例えば、冷却システムに用いられるトップヒート型の循環型ヒートパイプがあった（特許文献１参照）。この従来の循環型ヒートパイプは、ヒートパイプの高さを高くとることができることや、それが安定的に作動することを意図したトップヒート型のヒートパイプ、及びそれを用いた冷却システムに関するものである。
【特許文献１】特開２００５−２２１２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１に係る循環型ヒートパイプにおいては、熱交換タンク１１、熱交換ゾーン１３、及び貯液タンク１５を備え、かつ、それらの間を結ぶ温熱液管１２、冷熱液管１４、気体連結管１６、及び液体供給管１７が別々に設けられる等により、部品数が多くなっていると共に、その構造が複雑になっているという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、部品数を少なくして構造を簡単にすることができる循環型ヒートパイプを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明による循環型ヒートパイプは、
循環経路を構成し、この循環経路の一部の長さ範囲が低温部を通り、他の長さ範囲が高温部を通るように配置される循環管路と、
前記循環管路内の一部の長さ範囲に封入される作動流体と、
前記循環管路の前記低温部を通る任意の長さ範囲の部屋の両端部に設けられ、前記作動流体の循環方向を一方向に規制するための一対の逆止弁とを備え、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の一方の液面の高さが、前記循環管路における下流側の前記逆止弁より下流側において基準高さよりも上方に設定され、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の他方の液面の高さが、前記循環管路における上流側の前記逆止弁より上流側において基準高さよりも下方に設定されている
ことを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明による循環型ヒートパイプは、
前記逆止弁は、
前記循環管路の略上下方向に伸びる長さ部分の途中に設けられ、
前記循環管路を上流側と下流側に仕切る隔壁と、前記隔壁に形成された貫通孔をその上方から自重により塞ぐ弁体とを備えて構成され、
前記弁体は、前記作動流体の液相部分の比重と同じ大きさか又は僅かに大きい比重のものが用いられていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明による循環型ヒートパイプは、
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分の前記高温部における位置に、前記作動流体の液相部分の液面の水平方向の面積を広くする蒸発槽を設けたことを特徴するものである。
【０００８】
また、本発明による循環型ヒートパイプは、
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分に、前記低温部から前記高温部にわたって所定の長さ範囲に断熱材を巻き付けたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明による循環型ヒートパイプは、
前記循環管路における、前記上流側の逆止弁よりも上流側の略上下方向に伸びる長さ部分における、前記基準高さよりも下方の位置に放熱用フィンを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
循環経路を構成し、この循環経路の一部の長さ範囲が低温部を通り、他の長さ範囲が高温部を通るように配置される循環管路と、
前記循環管路内の一部の長さ範囲に封入される作動流体と、
前記循環管路の前記低温部を通る任意の長さ範囲の部屋の両端部に設けられ、前記作動流体の循環方向を一方向に規制するための一対の逆止弁とを備え、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の一方の液面の高さが、前記循環管路における下流側の前記逆止弁より下流側において基準高さよりも上方に設定され、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の他方の液面の高さが、前記循環管路における上流側の前記逆止弁より上流側において基準高さよりも下方に設定されていることにより、
部品数を少なくして構造を簡単にすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
前記逆止弁は、
前記循環管路の略上下方向に伸びる長さ部分の途中に設けられ、
前記循環管路を上流側と下流側に仕切る隔壁と、前記隔壁に形成された貫通孔をその上方から自重により塞ぐ弁体とを備えて構成され、
前記弁体は、前記作動流体の液相部分の比重と同じ大きさか又は僅かに大きい比重のものが用いられていることにより、
前記高温部と前記低温部との温度差の変化による動作上の応答性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分の前記高温部における位置に、前記作動流体の液相部分の液面の水平方向の面積を広くする蒸発槽を設けたことにより、
当該循環型ヒートパイプによる熱輸送の効率を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分に、前記低温部から前記高温部にわたって所定の長さ範囲に断熱材を巻き付けたことにより、
前記所定の長さ範囲の断熱材の上端部において、作動流体の液相部分の吸熱動作を急速に低減させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
前記循環管路における、前記上流側の逆止弁よりも上流側の略上下方向に伸びる長さ部分における、前記基準高さよりも下方の位置に放熱用フィンを設けたことにより、
当該循環型ヒートパイプによる熱輸送の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る循環型ヒートパイプを実施するための最良の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
図１から図３は、本発明の第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０について説明するために参照する図である。
【００１６】
本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０は、トップヒート型のヒートパイプに分類されるものである。
本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０は、図１に示すように、循環管路３０、作動流体３２、及び２つの逆止弁３４，３６を備えている。
【００１７】
循環型ヒートパイプ２０の循環管路３０は、略上下方向に配置される管路３８，４０と、管路３８，４０の上端部同士を連通する管路４２と、管路３８，４２の下端部同士を連通する管路４４を備えて構成されており、これにより、循環管路３０は循環経路を構成するようになっている。管路４２には、作動流体３２を注入する他、循環管路３０内の圧力を調整したり或は真空にするための注入口４５が設けられている。この注入口４５は、蓋４６により封止されている。
【００１８】
循環管路３０は、その上下方向に配置される管路３８，４０のそれぞれにおける長さ中間位置よりも上側の、循環経路の一部が地表面２５よりも上側に露出するように配置され、管路３８，４０のそれぞれにおける長さ中間位置よりも下側の長さ部分と、それらの下端部同士を連通する管路４４とが、所定深さの地中（低温部）を通るように配置されている。
【００１９】
そして、循環型ヒートパイプ２０は、循環管路３０のうちの地表面２５よりも上側を通るように配置されている部分が、夏季の図示しない家屋の室内や、エアコンの室外機等の高温部を通るように設置されている。
【００２０】
また、循環型ヒートパイプ２０の作動流体３２は、循環管路３０内に封入され、この循環管路３０内において、気相状態となっている気相部分３２ａと、液相状態となっている液相部分３２ｂに分かれて充填されている。作動流体３２は、循環管路３０内の２つの逆止弁３４，３６の作用により、この循環管路３０の循環経路を、図１中時計回り方向にのみ循環することができるように規制されている。
【００２１】
作動流体３２としては、例えば、その作動温度範囲の低いものから高いものの順に挙げるとすると、ヘリウム、水素、ネオン、窒素、アルゴン、メタン、エタン、フレオン−２２、アンモニア、フレオン−２１、フレオン−１１、フレオン−１１３、ペンタン、アセトン、メタノール、エタノール、ヘプタン、水、ナフタリン、ダウサムＡ、硫黄、水銀、セシウム、ルビジウム、カリウム、ナトリウム、リチウム、カルシウム、鉛、インジウム、銀等が用いられ、或はこれらの作動流体物質のいずれかのもの同士を組み合わせた混合物等を用いることができる。
【００２２】
また、逆止弁３６は、循環管路３０の上下方向に伸びる管路４０の長さ部分の下端側に設けられている。逆止弁３６は、図２に示すように、管路４０内の流路を上流側（図２中、下側）と下流側（図２中、上側）に仕切る隔壁５０と、球形の弁体５２を備えて構成されている。この逆止弁３６の隔壁５０には、下方に窪んで形成され、その最深部に貫通孔５６が形成された弁体受部５４が形成されている。
【００２３】
弁体５２は、上記弁体受部５４内に容易に出入りできるよう緩やかに嵌合し、その自重により弁体受部５４の貫通孔５６を塞ぐようになっている。これにより、逆止弁３６は、作動流体の液相部分３２ｂが流れる方向を、上流側から下流側に向かう方向（図２中、下側から上側に向かう方向）だけ許容し、逆方向に流れるのを禁止するようになっている。
【００２４】
ここで、図１に示すように、作動流体３２のうちの気相部分３２ａの圧力をＰ１で表すこととし、また、作動流体３２のうちの液相部分３２ｂであって、逆止弁３６と、後述するクランク状流路４８に設けた他方の逆止弁３４との間に挟まれている長さ部分の内部の部屋の圧力をＰ２で表すこととする。
【００２５】
また逆止弁３６は、図２に示すように、その下流側（図中上側）にある作動流体の液相部分３２ｂの重さによる圧力をＷ１、逆止弁３６の弁体５２自体の重さをＧ、逆止弁３６の弁体受部５４から弁体５２への反作用力をＦ１で表すものとすると、作動流体の液相部分３２ｂが逆止弁３６をその下流側に通過することができるためには、Ｆ１が０になることが必要なので、（Ｐ１＋Ｗ１＋Ｇ）＜Ｐ２の関係を満たす必要がある。同様に、後述する、図３に示すような逆止弁３４においても、Ｆ２が０になることが必要なので、（Ｐ２＋Ｇ）＜（Ｐ１＋Ｗ２）の関係を満たす必要がある。
【００２６】
作動流体の液相部分３２ｂが逆止弁３６をその下流側に通過し易くなるようにするために、逆止弁３６の弁体５２には、作動流体の液相部分３２ｂの比重とほぼ同じ大きさか、又は僅かに大きい比重を有するものが用いることができる。
【００２７】
また、図１に示すように、循環管路３０の略上下方向に配置される管路３８内の、作動流体の液相部分３２の液面より下方には、クランク状流路４８が設けられている。このクランク状流路４８は、上記液相部分３２ｂの流路が、管路３８内において、その管路３８の長さ方向に２回折り返すようなクランク状に形成されている。
【００２８】
このクランク状流路４８は、その２箇所の折り返し部分に挟まれる中間流路部分４８ａにおいて、管路３８内のクランク状流路４８よりも上流側から下流側へ作動流体の液相部分３２ｂの流れる方向（図１中、上から下に向かう方向）とは逆方向（図１中、下から上に向かう方向）に、上記液相部分３２ｂが流れるようになっている。
【００２９】
逆止弁３４は、このようなクランク状流路４８の中間流路部分４８ａに設けられ、逆止弁３６と同様に、作動流体３２の流れる方向を上流側から下流側に向かう方向だけ許容し、逆方向に流れるのを禁止するようになっている。この逆止弁３４と逆止弁３６の間の、管路４４を含む長さ範囲の内部に部屋が形成されているので、結局、この長さ範囲の部屋の両端部に逆止弁３４，３６が設けられていることになる。そして上述したように、この部屋の圧力はＰ２で表すものとする。
【００３０】
また、循環型ヒートパイプ２０内における作動流体３２の液相部分３２ｂの液面の高さは、循環管路３０の管路４０における逆止弁３６の下流側において地表面２５（基準高さ）よりも上方に設定され、循環管路３０の管路３８における逆止弁３４の上流側において地表面２５よりも下方に設定されている。
【００３１】
次に、循環型ヒートパイプ２０の動作について説明する。
夏季のように、地表面２５よりも上方の気温が地中の温度よりも高い場合には、循環型ヒートパイプ２０内における作動流体の液相部分３２ｂは、循環管路３０の管路４０内における地表面２５よりも上側の高さ範囲内において、周囲の空気中から熱を吸収することにより、その液面から蒸発し、作動流体の液相部分３２ｂから気相状態の気相部分３２ａに変化するようになる。この作動流体３２の気相部分３２ａは、蒸発潜熱を蓄えた状態で、循環管路３０の管路４２内に移動し、さらに管路３８内に移動していく。
【００３２】
管路３８内に移動した作動流体の気相部分３２ａの先端部は、この管路３８の地中の長さ範囲を通る途中において冷却されることにより、凝縮して液化し、その液相部分３２ｂに変化する。作動流体の気相部分３２ａが液化する際には、その凝縮潜熱が地中に放出（放熱）される。
【００３３】
また、循環管路３０の管路４２内における作動流体の気相部分３２ａの圧力Ｐ１は、管路４０内における作動流体の液相部分３２ｂの液面から蒸発した気相部分３２ａが膨張することにより上昇し、管路３８内における液相部分３２ｂの液面を押し下げるように作用する。
【００３４】
その結果、前記（Ｐ２＋Ｇ）＜（Ｐ１＋Ｗ２）の関係を満たすことになるので、液相部分３２ｂは逆止弁３４を通って、逆止弁３４，３６間の管路４４内に流れ込む。
【００３５】
上記管路４０の作動流体の液相部分３２ｂの液面から蒸発する状態が続くと、管路４０内の液相部分３２ｂの液面が下がり、図３に示すように、その液面が地表面２５と同じ高さになる。すると、管路４０内での液相部分３２ｂの液面からの蒸発量が減るが、管路３８内での放熱による気相部分３２ａの液化量は減らないで、放熱による液化が続く状態となる。
【００３６】
このため、作動流体の気相部分３２ａの圧力Ｐ１が下がって、やがては、（Ｐ１＋Ｗ１＋Ｇ）＜Ｐ２の関係を満たすことになるので、管路４４内の液相部分３２ｂが逆止弁３６を通って、管路４０内の逆止弁３６より下流側（図中上側）に流れ込む。
【００３７】
これにより、管路４０内における作動流体の液相部分３２ｂの液面は、地表面２５よりも上側に押し上げられるようになるので、管路４０内における地表面２５よりも上側の高さにおける範囲内において液相部分３２ｂの吸熱動作が行なわれ、管路４０内における液相部分３２ｂの液面から蒸発が行なわれるようになる。
【００３８】
そしてまた、上記圧力Ｐ２よりも圧力Ｐ１の方が高くなると、上述したような動作を繰り返す。
循環型ヒートパイプ２０は、上述した動作を継続的に繰り返すことにより、作動流体の液相部分３２ｂが地表面２５の上側から熱を奪って、作動流体の気相部分３２ａが地中側に熱を供給する熱輸送を継続的に行なうようになっている。
【００３９】
このような本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０によれば、冷却システムに用いられる当該循環型ヒートパイプ２０の作動流体３２の循環経路を１本の循環管路３０だけで構成することができるので、その部品数を少なくして構造を簡単にすることができる。
【００４０】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０によれば、その逆止弁３４，３６の弁体５２に、作動流体の液相部分３２ｂの比重と同じ大きさか、又は僅かに大きい比重のものが用いられることにより、その液相部分３２ｂが逆止弁３４，３６を通過し易くすることができるので、結局、気温と地中の温度との間の温度差の変化による循環型ヒートパイプ２０の動作上の応答性を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０によれば、クランク状流路４８における逆止弁３４に、逆止弁３６と全く同一タイプのものを用いることができるため、逆止弁３４と３６の動作上の応答性が異なることがないようにして、循環型ヒートパイプ２０の動作を円滑に行わせることができる。
【００４２】
次に、図５は、本発明の第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０について説明するために参照する図である。
前記第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０と同様の部分や構成についての重複する説明は省略するものとする。
【００４３】
本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０は、同図に示すように、前記第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０の循環管路３０の代わりに、循環管路６２を備えたものである。
【００４４】
この循環管路６２は、図中略上下方向に配置される管路６４，６６と、管路６４，６６の上端部同士を連通する管路６８と、管路６４，６６の下端部同士を連通する管路７０を備えて構成されている。
【００４５】
この循環管路６２の管路６６の図中下端部には、前記第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０における逆止弁３６と同様の、逆止弁３６が設けられている。また、この循環管路６２の管路６６における地表面２５の上側の途中位置には、作動流体の液相部分３２ｂの上端液面の、水平方向の面積を広くする蒸発槽７２が設けられている。
【００４６】
また、循環管路６２の管路６６は、その図中下端部の、管路７０との連続部からその下流側（図中上側）の逆止弁３６から少し下流側までの長さ範囲の管路６６ａと、この管路６６ａより下流側の端部から蒸発槽７２までの長さ範囲の管路６６ｂと、蒸発槽７２から管路６８との連続部までの長さ範囲の管路６６ｃとに区分される。
【００４７】
この管路６６における管路６６ｂ及び６６ｃは、管路６６ａよりも、その直径が細くなるように形成されていている。また、管路６６ｂ内には、毛細管構造７４（ウイック）が設けられている。この毛細管構造７４は、銅、ステンレス鋼又はニッケルなどの金網、フェルト、フォームメタル、細線、或いは焼結体などを用いて構成することができる。
【００４８】
また、管路６６における管路６６ｂには、地中の所定の深さから、地表面２５の上側の所定の高さまでの長さ範囲にわたって、その外周には断熱材７６が巻き付けられている。この管路６６ｂ内の作動流体３２は、地中から地表面２５より上側にわたって断熱材７６が巻き付けられた長さ範囲において、その周囲の空気の熱を吸収できないようになっている。
【００４９】
次に、循環管路６２の管路６４は、その断面積の大きさにより２つの長さ範囲に区分される。すなわち、管路６４は、その流路方向（図中、上下方向）における管路６８との連続部からその下流側の地中の所定深さまでの長さ範囲の、細い直径の管路６４ａと、この管路６４ａの下流側の端部から管路７０との連続部までの長さ範囲の、管路６４ａよりも大きい断面積を有する管路６４ｂに区分される。
【００５０】
この管路６４の管路６４ｂ内の作動流体の液相部分３２ｂの液面より下方には、前記第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０におけるクランク状流路４８及び逆止弁３４と同様の、クランク状流路４８及び逆止弁３４が設けられている。また、この管路６４ｂのクランク状流路４８よりも管路６４ａ寄りの上端部には、複数の放熱用フィン７８が設けられている。
【００５１】
このような本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、前記第１の実施の形態と同様に、冷却システムに用いられる当該循環型ヒートパイプ６０の作動流体３２の循環経路を１本の循環管路６２だけで構成することができるので、部品数を少なくしてその構造を簡単にすることができる。
【００５２】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、その逆止弁３４，３６の弁体５２が、作動流体の液相部分３２ｂの比重と同じ大きさか又は僅かに大き目の比重のものが用いられていることにより、その液相部分３２ｂが逆止弁３４，３６を通過し易くすることができるので、結局、気温と地中の温度との間の温度差の変化による循環型ヒートパイプ２０の動作上の応答性を向上させることができる。
【００５３】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、管路６６における管路６６ｂの径を、管路６６における管路６６ａの径よりも小さくして、逆止弁３６より下流側（図中上側）の作動流体の液相部分３２ｂの重さを小さくすることにより、その液相部分３２ｂはさらに逆止弁３６を通過し易くすることができる。
【００５４】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、蒸発槽７２を設け、作動流体の液相部分３２ｂの上端液面の水平方向の面積を広くすることにより、蒸発作用の効率を向上させることができるので、当該循環型ヒートパイプ６０による熱輸送の効率を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、管路６６における管路６６ｂには、地中の所定の深さから、地表面２５の上側の所定の高さまでの長さ範囲にわたって、その外周には断熱材７６が巻き付けられていることにより、前記所定の長さ範囲の断熱材７６の上端部において、作動流体の液相部分３２ｂの吸熱動作を急速に低減させることができる。
【００５６】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、管路６６ｂ内には、毛細管構造７４が設けられていて、この毛細管構造７４は、銅、ステンレス鋼又はニッケルなどの金網、フェルト、フォームメタル、細線、或いは焼結体等を用いて構成されているので、作動流体の液相部分３２ｂが下流側（図中上側）に流れる際に、毛細管現象によりその液相部分３２ｂの流れる効率を向上させることができる。
【００５７】
またこのように、毛細管現象を利用することにより、逆止弁３６より下流側（図中上側）の作動流体の液相部分３２ｂの重さＷ１も減るので、この点からもその液相部分３２ｂが逆止弁３６を通り易くすることができる。
【００５８】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、その循環管路６２中の管路６４における管路６４ｂの上端部に放熱用フィン７８を複数設けたことにより、管路６４ｂの上端部の内外周面の表面積を増大して放熱効率を増大させることができる。このため、作動流体の気相部分３２ａの凝縮作用が促進されて、管路６４ｂの内周面に付着して結露する作動流体の液相部分３２ｂを増加させ、当該循環型ヒートパイプ６０による熱輸送の効率を向上させることができる。
【００５９】
なお、上記本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０においては、蒸発槽７２、毛細管構造７４、断熱材７６、及び放熱用フィン７８が設けられていたが、これらのいずれかが設けられないようになっていてもよい。
【００６０】
また、前記第１及び上記第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０，６０においては、図２に示すような、板状の隔壁５０及び球形の弁体５２を備える構造の逆止弁３４，３６が用いられるようになっていたが、このような構造とは異なる他の構造又は他の種類の逆止弁が用いられるようになっていてもよい。
【００６１】
また、前記第１及び第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０，６０においては、２つの逆止弁３４，３６が設けられていたが、他の実施の形態として、逆止弁３４,３６のそれぞれに並列して開閉弁付きバイパス流路が設けられるようになっていてもよい。
【００６２】
このような逆止弁３４,３６のそれぞれに並列して複数の開閉弁付きのバイパス流路が設けられた循環型ヒートパイプによれば、夏季には作動流体３２の液相部分３２ｂがそれらのバイパス流路を通らないようにその開閉弁を閉じて、前記第１及び第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０，６０と同様に逆止弁３４，３６を使用して、トップヒート型のヒートパイプとして冷却システムに用いることができる。
【００６３】
また冬季には、開閉弁付きのバイパス流路それぞれの開閉弁を開放することにより、逆止弁３４，３６を使用しないで、作動流体３２の液相部分３２ｂが上記開閉弁を開放したバイパス流路を通れるようにすることにより、ボトムヒート型のヒートパイプとして、地中の熱を地表面２５よりも上側に輸送することができる熱輸送システムとしても用いることができる。
【００６４】
また、前記第１及び第２の実施の形態においては、気温と地中の温度との温度差を利用した冷却システムについて説明したが、本出願の発明はこれに限定せず、気温と水温との温度差や、水温と水温との温度差、或は気温と気温との温度差を利用した熱輸送システムに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０を示す正面断面図である。
【図２】図１に示す逆止弁３６の拡大断面図である。
【図３】図１に示す逆止弁３４の拡大断面図である。
【図４】図１に示す循環型ヒートパイプ２０の動作を説明するための正面断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
２０ 循環型ヒートパイプ
２５ 地表面
３０ 循環管路
３２ 作動流体
３２ａ 作動流体の気相部分
３２ｂ 作動流体の液相部分
３４，３６ 逆止弁
３８，４０，４２，４４ 管路
４５ 注入口
４６ 蓋
４８ クランク状流路
５０ 隔壁
５２ 弁体
５４ 弁体受部
５６ 貫通孔
６０ 循環型ヒートパイプ
６２ 循環管路
６４，６４ａ，６４ｂ，６６，６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６８，７０ 管路
７２ 蒸発槽
７４ 毛細管構造
７６ 断熱材
７８ 放熱用フィン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、夏季の気温のような高温部と地中の温度のような低温部との間の温度差を利用した熱輸送システムに用いられる循環型ヒートパイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の循環型ヒートパイプとしては、例えば、冷却システムに用いられるトップヒート型の循環型ヒートパイプがあった（特許文献１参照）。この従来の循環型ヒートパイプは、ヒートパイプの高さを高くとることができることや、それが安定的に作動することを意図したトップヒート型のヒートパイプ、及びそれを用いた冷却システムに関するものである。
【特許文献１】特開２００５−２２１２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１に係る循環型ヒートパイプにおいては、熱交換タンク１１、熱交換ゾーン１３、及び貯液タンク１５を備え、かつ、それらの間を結ぶ温熱液管１２、冷熱液管１４、気体連結管１６、及び液体供給管１７が別々に設けられる等により、部品数が多くなっていると共に、その構造が複雑になっているという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、部品数を少なくして構造を簡単にすることができる循環型ヒートパイプを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明による循環型ヒートパイプは、
循環経路を構成し、この循環経路の一部の長さ範囲が低温部を通り、他の長さ範囲が高温部を通るように配置される循環管路と、
前記循環管路内の一部の長さ範囲に封入される作動流体と、
前記循環管路の前記低温部を通る任意の長さ範囲の部屋の両端部に設けられ、前記作動流体の循環方向を一方向に規制するための一対の逆止弁とを備え、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の一方の液面の高さが、前記循環管路における下流側の前記逆止弁より下流側において基準高さよりも上方に設定され、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の他方の液面の高さが、前記循環管路における上流側の前記逆止弁より上流側において基準高さよりも下方に設定されている
ことを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明による循環型ヒートパイプは、
前記逆止弁は、
前記循環管路の略上下方向に伸びる長さ部分の途中に設けられ、
前記循環管路を上流側と下流側に仕切る隔壁と、前記隔壁に形成された貫通孔をその上方から自重により塞ぐ弁体とを備えて構成され、
前記弁体は、前記作動流体の液相部分の比重と同じ大きさか又は僅かに大きい比重のものが用いられていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明による循環型ヒートパイプは、
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分の前記高温部における位置に、前記作動流体の液相部分の液面の水平方向の面積を広くする蒸発槽を設けたことを特徴するものである。
【０００８】
また、本発明による循環型ヒートパイプは、
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分に、前記低温部から前記高温部にわたって所定の長さ範囲に断熱材を巻き付けたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明による循環型ヒートパイプは、
前記循環管路における、前記上流側の逆止弁よりも上流側の略上下方向に伸びる長さ部分における、前記基準高さよりも下方の位置に放熱用フィンを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
循環経路を構成し、この循環経路の一部の長さ範囲が低温部を通り、他の長さ範囲が高温部を通るように配置される循環管路と、
前記循環管路内の一部の長さ範囲に封入される作動流体と、
前記循環管路の前記低温部を通る任意の長さ範囲の部屋の両端部に設けられ、前記作動流体の循環方向を一方向に規制するための一対の逆止弁とを備え、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の一方の液面の高さが、前記循環管路における下流側の前記逆止弁より下流側において基準高さよりも上方に設定され、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の他方の液面の高さが、前記循環管路における上流側の前記逆止弁より上流側において基準高さよりも下方に設定されていることにより、
部品数を少なくして構造を簡単にすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
前記逆止弁は、
前記循環管路の略上下方向に伸びる長さ部分の途中に設けられ、
前記循環管路を上流側と下流側に仕切る隔壁と、前記隔壁に形成された貫通孔をその上方から自重により塞ぐ弁体とを備えて構成され、
前記弁体は、前記作動流体の液相部分の比重と同じ大きさか又は僅かに大きい比重のものが用いられていることにより、
前記高温部と前記低温部との温度差の変化による動作上の応答性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分の前記高温部における位置に、前記作動流体の液相部分の液面の水平方向の面積を広くする蒸発槽を設けたことにより、
当該循環型ヒートパイプによる熱輸送の効率を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分に、前記低温部から前記高温部にわたって所定の長さ範囲に断熱材を巻き付けたことにより、
前記所定の長さ範囲の断熱材の上端部において、作動流体の液相部分の吸熱動作を急速に低減させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る循環型ヒートパイプによれば、
前記循環管路における、前記上流側の逆止弁よりも上流側の略上下方向に伸びる長さ部分における、前記基準高さよりも下方の位置に放熱用フィンを設けたことにより、
当該循環型ヒートパイプによる熱輸送の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る循環型ヒートパイプを実施するための最良の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
図１から図３は、本発明の第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０について説明するために参照する図である。
【００１６】
本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０は、トップヒート型のヒートパイプに分類されるものである。
本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０は、図１に示すように、循環管路３０、作動流体３２、及び２つの逆止弁３４，３６を備えている。
【００１７】
循環型ヒートパイプ２０の循環管路３０は、略上下方向に配置される管路３８，４０と、管路３８，４０の上端部同士を連通する管路４２と、管路３８，４２の下端部同士を連通する管路４４を備えて構成されており、これにより、循環管路３０は循環経路を構成するようになっている。管路４２には、作動流体３２を注入する他、循環管路３０内の圧力を調整したり或は真空にするための注入口４５が設けられている。この注入口４５は、蓋４６により封止されている。
【００１８】
循環管路３０は、その上下方向に配置される管路３８，４０のそれぞれにおける長さ中間位置よりも上側の、循環経路の一部が地表面２５よりも上側に露出するように配置され、管路３８，４０のそれぞれにおける長さ中間位置よりも下側の長さ部分と、それらの下端部同士を連通する管路４４とが、所定深さの地中（低温部）を通るように配置されている。
【００１９】
そして、循環型ヒートパイプ２０は、循環管路３０のうちの地表面２５よりも上側を通るように配置されている部分が、夏季の図示しない家屋の室内や、エアコンの室外機等の高温部を通るように設置されている。
【００２０】
また、循環型ヒートパイプ２０の作動流体３２は、循環管路３０内に封入され、この循環管路３０内において、気相状態となっている気相部分３２ａと、液相状態となっている液相部分３２ｂに分かれて充填されている。作動流体３２は、循環管路３０内の２つの逆止弁３４，３６の作用により、この循環管路３０の循環経路を、図１中時計回り方向にのみ循環することができるように規制されている。
【００２１】
作動流体３２としては、例えば、その作動温度範囲の低いものから高いものの順に挙げるとすると、ヘリウム、水素、ネオン、窒素、アルゴン、メタン、エタン、フレオン−２２、アンモニア、フレオン−２１、フレオン−１１、フレオン−１１３、ペンタン、アセトン、メタノール、エタノール、ヘプタン、水、ナフタリン、ダウサムＡ、硫黄、水銀、セシウム、ルビジウム、カリウム、ナトリウム、リチウム、カルシウム、鉛、インジウム、銀等が用いられ、或はこれらの作動流体物質のいずれかのもの同士を組み合わせた混合物等を用いることができる。
【００２２】
また、逆止弁３６は、循環管路３０の上下方向に伸びる管路４０の長さ部分の下端側に設けられている。逆止弁３６は、図２に示すように、管路４０内の流路を上流側（図２中、下側）と下流側（図２中、上側）に仕切る隔壁５０と、球形の弁体５２を備えて構成されている。この逆止弁３６の隔壁５０には、下方に窪んで形成され、その最深部に貫通孔５６が形成された弁体受部５４が形成されている。
【００２３】
弁体５２は、上記弁体受部５４内に容易に出入りできるよう緩やかに嵌合し、その自重により弁体受部５４の貫通孔５６を塞ぐようになっている。これにより、逆止弁３６は、作動流体の液相部分３２ｂが流れる方向を、上流側から下流側に向かう方向（図２中、下側から上側に向かう方向）だけ許容し、逆方向に流れるのを禁止するようになっている。
【００２４】
ここで、図１に示すように、作動流体３２のうちの気相部分３２ａの圧力をＰ１で表すこととし、また、作動流体３２のうちの液相部分３２ｂであって、逆止弁３６と、後述するクランク状流路４８に設けた他方の逆止弁３４との間に挟まれている長さ部分の内部の部屋の圧力をＰ２で表すこととする。
【００２５】
また逆止弁３６は、図２に示すように、その下流側（図中上側）にある作動流体の液相部分３２ｂの重さによる圧力をＷ１、逆止弁３６の弁体５２自体の重さをＧ、逆止弁３６の弁体受部５４から弁体５２への反作用力をＦ１で表すものとすると、作動流体の液相部分３２ｂが逆止弁３６をその下流側に通過することができるためには、Ｆ１が０になることが必要なので、（Ｐ１＋Ｗ１＋Ｇ）＜Ｐ２の関係を満たす必要がある。同様に、後述する、図３に示すような逆止弁３４においても、Ｆ２が０になることが必要なので、（Ｐ２＋Ｇ）＜（Ｐ１＋Ｗ２）の関係を満たす必要がある。
【００２６】
作動流体の液相部分３２ｂが逆止弁３６をその下流側に通過し易くなるようにするために、逆止弁３６の弁体５２には、作動流体の液相部分３２ｂの比重とほぼ同じ大きさか、又は僅かに大きい比重を有するものが用いることができる。
【００２７】
また、図１に示すように、循環管路３０の略上下方向に配置される管路３８内の、作動流体の液相部分３２の液面より下方には、クランク状流路４８が設けられている。このクランク状流路４８は、上記液相部分３２ｂの流路が、管路３８内において、その管路３８の長さ方向に２回折り返すようなクランク状に形成されている。
【００２８】
このクランク状流路４８は、その２箇所の折り返し部分に挟まれる中間流路部分４８ａにおいて、管路３８内のクランク状流路４８よりも上流側から下流側へ作動流体の液相部分３２ｂの流れる方向（図１中、上から下に向かう方向）とは逆方向（図１中、下から上に向かう方向）に、上記液相部分３２ｂが流れるようになっている。
【００２９】
逆止弁３４は、このようなクランク状流路４８の中間流路部分４８ａに設けられ、逆止弁３６と同様に、作動流体３２の流れる方向を上流側から下流側に向かう方向だけ許容し、逆方向に流れるのを禁止するようになっている。この逆止弁３４と逆止弁３６の間の、管路４４を含む長さ範囲の内部に部屋が形成されているので、結局、この長さ範囲の部屋の両端部に逆止弁３４，３６が設けられていることになる。そして上述したように、この部屋の圧力はＰ２で表すものとする。
【００３０】
また、循環型ヒートパイプ２０内における作動流体３２の液相部分３２ｂの液面の高さは、循環管路３０の管路４０における逆止弁３６の下流側において地表面２５（基準高さ）よりも上方に設定され、循環管路３０の管路３８における逆止弁３４の上流側において地表面２５よりも下方に設定されている。
【００３１】
次に、循環型ヒートパイプ２０の動作について説明する。
夏季のように、地表面２５よりも上方の気温が地中の温度よりも高い場合には、循環型ヒートパイプ２０内における作動流体の液相部分３２ｂは、循環管路３０の管路４０内における地表面２５よりも上側の高さ範囲内において、周囲の空気中から熱を吸収することにより、その液面から蒸発し、作動流体の液相部分３２ｂから気相状態の気相部分３２ａに変化するようになる。この作動流体３２の気相部分３２ａは、蒸発潜熱を蓄えた状態で、循環管路３０の管路４２内に移動し、さらに管路３８内に移動していく。
【００３２】
管路３８内に移動した作動流体の気相部分３２ａの先端部は、この管路３８の地中の長さ範囲を通る途中において冷却されることにより、凝縮して液化し、その液相部分３２ｂに変化する。作動流体の気相部分３２ａが液化する際には、その凝縮潜熱が地中に放出（放熱）される。
【００３３】
また、循環管路３０の管路４２内における作動流体の気相部分３２ａの圧力Ｐ１は、管路４０内における作動流体の液相部分３２ｂの液面から蒸発した気相部分３２ａが膨張することにより上昇し、管路３８内における液相部分３２ｂの液面を押し下げるように作用する。
【００３４】
その結果、前記（Ｐ２＋Ｇ）＜（Ｐ１＋Ｗ２）の関係を満たすことになるので、液相部分３２ｂは逆止弁３４を通って、逆止弁３４，３６間の管路４４内に流れ込む。
【００３５】
上記管路４０の作動流体の液相部分３２ｂの液面から蒸発する状態が続くと、管路４０内の液相部分３２ｂの液面が下がり、図３に示すように、その液面が地表面２５と同じ高さになる。すると、管路４０内での液相部分３２ｂの液面からの蒸発量が減るが、管路３８内での放熱による気相部分３２ａの液化量は減らないで、放熱による液化が続く状態となる。
【００３６】
このため、作動流体の気相部分３２ａの圧力Ｐ１が下がって、やがては、（Ｐ１＋Ｗ１＋Ｇ）＜Ｐ２の関係を満たすことになるので、管路４４内の液相部分３２ｂが逆止弁３６を通って、管路４０内の逆止弁３６より下流側（図中上側）に流れ込む。
【００３７】
これにより、管路４０内における作動流体の液相部分３２ｂの液面は、地表面２５よりも上側に押し上げられるようになるので、管路４０内における地表面２５よりも上側の高さにおける範囲内において液相部分３２ｂの吸熱動作が行なわれ、管路４０内における液相部分３２ｂの液面から蒸発が行なわれるようになる。
【００３８】
そしてまた、上記圧力Ｐ２よりも圧力Ｐ１の方が高くなると、上述したような動作を繰り返す。
循環型ヒートパイプ２０は、上述した動作を継続的に繰り返すことにより、作動流体の液相部分３２ｂが地表面２５の上側から熱を奪って、作動流体の気相部分３２ａが地中側に熱を供給する熱輸送を継続的に行なうようになっている。
【００３９】
このような本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０によれば、冷却システムに用いられる当該循環型ヒートパイプ２０の作動流体３２の循環経路を１本の循環管路３０だけで構成することができるので、その部品数を少なくして構造を簡単にすることができる。
【００４０】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０によれば、その逆止弁３４，３６の弁体５２に、作動流体の液相部分３２ｂの比重と同じ大きさか、又は僅かに大きい比重のものが用いられることにより、その液相部分３２ｂが逆止弁３４，３６を通過し易くすることができるので、結局、気温と地中の温度との間の温度差の変化による循環型ヒートパイプ２０の動作上の応答性を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０によれば、クランク状流路４８における逆止弁３４に、逆止弁３６と全く同一タイプのものを用いることができるため、逆止弁３４と３６の動作上の応答性が異なることがないようにして、循環型ヒートパイプ２０の動作を円滑に行わせることができる。
【００４２】
次に、図５は、本発明の第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０について説明するために参照する図である。
前記第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０と同様の部分や構成についての重複する説明は省略するものとする。
【００４３】
本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０は、同図に示すように、前記第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０の循環管路３０の代わりに、循環管路６２を備えたものである。
【００４４】
この循環管路６２は、図中略上下方向に配置される管路６４，６６と、管路６４，６６の上端部同士を連通する管路６８と、管路６４，６６の下端部同士を連通する管路７０を備えて構成されている。
【００４５】
この循環管路６２の管路６６の図中下端部には、前記第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０における逆止弁３６と同様の、逆止弁３６が設けられている。また、この循環管路６２の管路６６における地表面２５の上側の途中位置には、作動流体の液相部分３２ｂの上端液面の、水平方向の面積を広くする蒸発槽７２が設けられている。
【００４６】
また、循環管路６２の管路６６は、その図中下端部の、管路７０との連続部からその下流側（図中上側）の逆止弁３６から少し下流側までの長さ範囲の管路６６ａと、この管路６６ａより下流側の端部から蒸発槽７２までの長さ範囲の管路６６ｂと、蒸発槽７２から管路６８との連続部までの長さ範囲の管路６６ｃとに区分される。
【００４７】
この管路６６における管路６６ｂ及び６６ｃは、管路６６ａよりも、その直径が細くなるように形成されていている。また、管路６６ｂ内には、毛細管構造７４（ウイック）が設けられている。この毛細管構造７４は、銅、ステンレス鋼又はニッケルなどの金網、フェルト、フォームメタル、細線、或いは焼結体などを用いて構成することができる。
【００４８】
また、管路６６における管路６６ｂには、地中の所定の深さから、地表面２５の上側の所定の高さまでの長さ範囲にわたって、その外周には断熱材７６が巻き付けられている。この管路６６ｂ内の作動流体３２は、地中から地表面２５より上側にわたって断熱材７６が巻き付けられた長さ範囲において、その周囲の空気の熱を吸収できないようになっている。
【００４９】
次に、循環管路６２の管路６４は、その断面積の大きさにより２つの長さ範囲に区分される。すなわち、管路６４は、その流路方向（図中、上下方向）における管路６８との連続部からその下流側の地中の所定深さまでの長さ範囲の、細い直径の管路６４ａと、この管路６４ａの下流側の端部から管路７０との連続部までの長さ範囲の、管路６４ａよりも大きい断面積を有する管路６４ｂに区分される。
【００５０】
この管路６４の管路６４ｂ内の作動流体の液相部分３２ｂの液面より下方には、前記第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０におけるクランク状流路４８及び逆止弁３４と同様の、クランク状流路４８及び逆止弁３４が設けられている。また、この管路６４ｂのクランク状流路４８よりも管路６４ａ寄りの上端部には、複数の放熱用フィン７８が設けられている。
【００５１】
このような本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、前記第１の実施の形態と同様に、冷却システムに用いられる当該循環型ヒートパイプ６０の作動流体３２の循環経路を１本の循環管路６２だけで構成することができるので、部品数を少なくしてその構造を簡単にすることができる。
【００５２】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、その逆止弁３４，３６の弁体５２が、作動流体の液相部分３２ｂの比重と同じ大きさか又は僅かに大き目の比重のものが用いられていることにより、その液相部分３２ｂが逆止弁３４，３６を通過し易くすることができるので、結局、気温と地中の温度との間の温度差の変化による循環型ヒートパイプ２０の動作上の応答性を向上させることができる。
【００５３】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、管路６６における管路６６ｂの径を、管路６６における管路６６ａの径よりも小さくして、逆止弁３６より下流側（図中上側）の作動流体の液相部分３２ｂの重さを小さくすることにより、その液相部分３２ｂはさらに逆止弁３６を通過し易くすることができる。
【００５４】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、蒸発槽７２を設け、作動流体の液相部分３２ｂの上端液面の水平方向の面積を広くすることにより、蒸発作用の効率を向上させることができるので、当該循環型ヒートパイプ６０による熱輸送の効率を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、管路６６における管路６６ｂには、地中の所定の深さから、地表面２５の上側の所定の高さまでの長さ範囲にわたって、その外周には断熱材７６が巻き付けられていることにより、前記所定の長さ範囲の断熱材７６の上端部において、作動流体の液相部分３２ｂの吸熱動作を急速に低減させることができる。
【００５６】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、管路６６ｂ内には、毛細管構造７４が設けられていて、この毛細管構造７４は、銅、ステンレス鋼又はニッケルなどの金網、フェルト、フォームメタル、細線、或いは焼結体等を用いて構成されているので、作動流体の液相部分３２ｂが下流側（図中上側）に流れる際に、毛細管現象によりその液相部分３２ｂの流れる効率を向上させることができる。
【００５７】
またこのように、毛細管現象を利用することにより、逆止弁３６より下流側（図中上側）の作動流体の液相部分３２ｂの重さＷ１も減るので、この点からもその液相部分３２ｂが逆止弁３６を通り易くすることができる。
【００５８】
また、本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０によれば、その循環管路６２中の管路６４における管路６４ｂの上端部に放熱用フィン７８を複数設けたことにより、管路６４ｂの上端部の内外周面の表面積を増大して放熱効率を増大させることができる。このため、作動流体の気相部分３２ａの凝縮作用が促進されて、管路６４ｂの内周面に付着して結露する作動流体の液相部分３２ｂを増加させ、当該循環型ヒートパイプ６０による熱輸送の効率を向上させることができる。
【００５９】
なお、上記本実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０においては、蒸発槽７２、毛細管構造７４、断熱材７６、及び放熱用フィン７８が設けられていたが、これらのいずれかが設けられないようになっていてもよい。
【００６０】
また、前記第１及び上記第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０，６０においては、図２に示すような、板状の隔壁５０及び球形の弁体５２を備える構造の逆止弁３４，３６が用いられるようになっていたが、このような構造とは異なる他の構造又は他の種類の逆止弁が用いられるようになっていてもよい。
【００６１】
また、前記第１及び第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０，６０においては、２つの逆止弁３４，３６が設けられていたが、他の実施の形態として、逆止弁３４,３６のそれぞれに並列して開閉弁付きバイパス流路が設けられるようになっていてもよい。
【００６２】
このような逆止弁３４,３６のそれぞれに並列して複数の開閉弁付きのバイパス流路が設けられた循環型ヒートパイプによれば、夏季には作動流体３２の液相部分３２ｂがそれらのバイパス流路を通らないようにその開閉弁を閉じて、前記第１及び第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０，６０と同様に逆止弁３４，３６を使用して、トップヒート型のヒートパイプとして冷却システムに用いることができる。
【００６３】
また冬季には、開閉弁付きのバイパス流路それぞれの開閉弁を開放することにより、逆止弁３４，３６を使用しないで、作動流体３２の液相部分３２ｂが上記開閉弁を開放したバイパス流路を通れるようにすることにより、ボトムヒート型のヒートパイプとして、地中の熱を地表面２５よりも上側に輸送することができる熱輸送システムとしても用いることができる。
【００６４】
また、前記第１及び第２の実施の形態においては、気温と地中の温度との温度差を利用した冷却システムについて説明したが、本出願の発明はこれに限定せず、気温と水温との温度差や、水温と水温との温度差、或は気温と気温との温度差を利用した熱輸送システムに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ２０を示す正面断面図である。
【図２】図１に示す逆止弁３６の拡大断面図である。
【図３】図１に示す逆止弁３４の拡大断面図である。
【図４】図１に示す循環型ヒートパイプ２０の動作を説明するための正面断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る循環型ヒートパイプ６０を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
２０ 循環型ヒートパイプ
２５ 地表面
３０ 循環管路
３２ 作動流体
３２ａ 作動流体の気相部分
３２ｂ 作動流体の液相部分
３４，３６ 逆止弁
３８，４０，４２，４４ 管路
４５ 注入口
４６ 蓋
４８ クランク状流路
５０ 隔壁
５２ 弁体
５４ 弁体受部
５６ 貫通孔
６０ 循環型ヒートパイプ
６２ 循環管路
６４，６４ａ，６４ｂ，６６，６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６８，７０ 管路
７２ 蒸発槽
７４ 毛細管構造
７６ 断熱材
７８ 放熱用フィン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環経路を構成し、この循環経路の一部の長さ範囲が低温部を通り、他の長さ範囲が高温部を通るように配置される循環管路と、
前記循環管路内の一部の長さ範囲に封入される作動流体と、
前記循環管路の前記低温部を通る任意の長さ範囲の部屋の両端部に設けられ、前記作動流体の循環方向を一方向に規制するための一対の逆止弁とを備え、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の一方の液面の高さが、前記循環管路における下流側の前記逆止弁より下流側において基準高さよりも上方に設定され、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の他方の液面の高さが、前記循環管路における上流側の前記逆止弁より上流側において基準高さよりも下方に設定されている
ことを特徴とする循環型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記逆止弁は、
前記循環管路の略上下方向に伸びる長さ部分の途中に設けられ、
前記循環管路を上流側と下流側に仕切る隔壁と、前記隔壁に形成された貫通孔をその上方から自重により塞ぐ弁体とを備えて構成され、
前記弁体は、前記作動流体の液相部分の比重と同じ大きさか又は僅かに大きい比重のものが用いられている
ことを特徴とする請求項１に記載の循環型ヒートパイプ。
【請求項３】
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分の前記高温部における位置に、前記作動流体の液相部分の液面の水平方向の面積を広くする蒸発槽を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の循環型ヒートパイプ。
【請求項４】
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分に、前記低温部から前記高温部にわたって所定の長さ範囲に断熱材を巻き付けた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の循環型ヒートパイプ。
【請求項５】
前記循環管路における、前記上流側の逆止弁よりも上流側の略上下方向に伸びる長さ部分における、前記基準高さよりも下方の位置に放熱用フィンを設けた
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の循環型ヒートパイプ。
【請求項１】
循環経路を構成し、この循環経路の一部の長さ範囲が低温部を通り、他の長さ範囲が高温部を通るように配置される循環管路と、
前記循環管路内の一部の長さ範囲に封入される作動流体と、
前記循環管路の前記低温部を通る任意の長さ範囲の部屋の両端部に設けられ、前記作動流体の循環方向を一方向に規制するための一対の逆止弁とを備え、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の一方の液面の高さが、前記循環管路における下流側の前記逆止弁より下流側において基準高さよりも上方に設定され、
前記作動流体の液相部分の長さ範囲の他方の液面の高さが、前記循環管路における上流側の前記逆止弁より上流側において基準高さよりも下方に設定されている
ことを特徴とする循環型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記逆止弁は、
前記循環管路の略上下方向に伸びる長さ部分の途中に設けられ、
前記循環管路を上流側と下流側に仕切る隔壁と、前記隔壁に形成された貫通孔をその上方から自重により塞ぐ弁体とを備えて構成され、
前記弁体は、前記作動流体の液相部分の比重と同じ大きさか又は僅かに大きい比重のものが用いられている
ことを特徴とする請求項１に記載の循環型ヒートパイプ。
【請求項３】
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分の前記高温部における位置に、前記作動流体の液相部分の液面の水平方向の面積を広くする蒸発槽を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の循環型ヒートパイプ。
【請求項４】
前記循環管路における、前記下流側の逆止弁より下流側の略上下方向に伸びる長さ部分に、前記低温部から前記高温部にわたって所定の長さ範囲に断熱材を巻き付けた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の循環型ヒートパイプ。
【請求項５】
前記循環管路における、前記上流側の逆止弁よりも上流側の略上下方向に伸びる長さ部分における、前記基準高さよりも下方の位置に放熱用フィンを設けた
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の循環型ヒートパイプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１６２４６２（Ｐ２００９−１６２４６２Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９０８（Ｐ２００８−２９０８）
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願人】（５９２０４０８２６）住友不動産株式会社 (94)
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願人】（５９２０４０８２６）住友不動産株式会社 (94)
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