JP2014115052A - Flat type heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、コンテナの内部に封入した作動流体によって熱を輸送するように構成されたヒートパイプに関し、特に全体として扁平形状に構成されたヒートパイプに関するものである。 The present invention relates to a heat pipe configured to transport heat by a working fluid enclosed in a container, and more particularly to a heat pipe configured in a flat shape as a whole.
ヒートパイプの基本的な構成は、空気などの非凝縮性の気体を脱気したコンテナ(容器)の内部に、水やアルコールなどの目的とする温度範囲で蒸発および凝縮する流体を作動流体として封入し、さらに液相の作動流体を還流させるための毛細管力を発生するウイックをコンテナの内部に設けたものである。したがって、ヒートパイプにおいては、その作動流体が外部から熱を受けて蒸発し、その蒸気が圧力の低い箇所に向けて流れた後に放熱して凝縮する。その結果、作動流体はその潜熱によって熱を輸送する。凝縮した作動流体はウイックに浸透する。一方、蒸発の生じている箇所ではウイックによる毛細管力が生じているので、ウイックに浸透した作動流体がその毛細管力によって、蒸発の生じている箇所に還流させられる。 The basic structure of a heat pipe is a working fluid filled with a fluid that evaporates and condenses in a target temperature range, such as water or alcohol, in a container (container) that has been degassed of non-condensable gas such as air. In addition, a wick for generating a capillary force for refluxing the liquid-phase working fluid is provided inside the container. Therefore, in the heat pipe, the working fluid receives heat from the outside and evaporates, and the vapor flows toward a low pressure portion and then dissipates heat and condenses. As a result, the working fluid transports heat by its latent heat. The condensed working fluid penetrates into the wick. On the other hand, since the capillary force due to the wick is generated at the location where evaporation occurs, the working fluid that has permeated the wick is returned to the location where evaporation occurs due to the capillary force.
このように、ヒートパイプでは、外部から熱が伝達される蒸発部と、作動流体が外部に放熱する放熱部との間で蒸気流が生じ、またこれとは反対方に向けた液流が生じることにより、熱が輸送される。したがって、熱輸送能力を向上させ、あるいは熱抵抗を低減するためには、蒸気流と液流とを円滑に、また必要十分に生じさせることが好ましい。また、ヒートパイプの用途は多様であり、例えば電子機器での冷却のために使用されることもあり、そのような場合、その電子素子や回路の小型化に合わせてヒートパイプも小型軽量化することが望まれる。そこで従来、蒸気流のための流路の確保や作動流体の還流特性の向上、さらには小型化のための各種の技術が開発されており、その一例が特許文献1に記載されている。 As described above, in the heat pipe, a vapor flow is generated between the evaporation portion where heat is transmitted from the outside and the heat dissipation portion where the working fluid dissipates the outside, and a liquid flow is generated in the opposite direction. As a result, heat is transported. Therefore, in order to improve the heat transport capability or reduce the thermal resistance, it is preferable to generate the vapor flow and the liquid flow smoothly and sufficiently. In addition, heat pipes are used for various purposes, and may be used, for example, for cooling in electronic equipment. In such cases, heat pipes are reduced in size and weight in accordance with downsizing of electronic elements and circuits. It is desirable. Thus, various techniques for securing a flow path for a vapor flow, improving the reflux characteristics of the working fluid, and further reducing the size have been developed.
特許文献1に記載されたヒートパイプの構造を簡単に説明すると、ヒートパイプコンテナの両端部に形成される蒸発部と凝縮部との間に形成される中間部の内部空間を、ヒートパイプコンテナの長手方向に、隔壁により複数の中空部に分割し、少なくとも1個の中空部には、複数の線条体が挿入され、かつ少なくとも1個の中空部には線条体を挿入していない。このヒートパイプは、扁平に加工されても熱輸送効率が低下しない、とされている。 Briefly explaining the structure of the heat pipe described in Patent Document 1, the internal space of the intermediate part formed between the evaporation part and the condensation part formed at both ends of the heat pipe container is defined as the heat pipe container. In the longitudinal direction, it is divided into a plurality of hollow portions by partition walls, a plurality of linear bodies are inserted into at least one hollow portion, and no linear bodies are inserted into at least one hollow portion. This heat pipe is said to have no reduction in heat transport efficiency even when processed into a flat shape.
また、特許文献2に記載された扁平型ヒートパイプの構造を簡単に説明すると、扁平状に形成されかつ作動流体が封入されたコンテナと、多数本の細線を束ねるとともにそれらの細線をその中心軸線を中心に撚り合わせた細線束によって構成されかつ液相の作動流体が浸透することにより毛管圧を生じさせるウイックとを備えている。そして、細線束から構成されたウイックが、扁平状のコンテナ内の上下両面もしくは側面に接した状態で、かつ蒸気流路となる区間を塞がないようにコンテナの長手方向の全長に亘って設置され、さらに、ウイックとコンテナとの接した部分のうちいずれかの部分が、ウイックの長手方向の全長に亘って焼結して固定されている。この扁平型ヒートパイプは、曲げなどの変形が生じても熱輸送特性が優れている、とされている。
The structure of the flat heat pipe described in
また、特許文献3に記載された扁平型ヒートパイプの構造を簡単に説明すると、内周面の軸線方向に沿う溝を形成したコンテナに、金属粉末を焼結してなるウイックが設けられているヒートパイプが記載されている。この溝は、扁平型ヒートパイプの毛細管力を強化するとともに、作動流体の還流を容易にし放熱効率を向上させる、とされている。
Moreover, if the structure of the flat type heat pipe described in
特許文献1に記載されているヒートパイプは、その内部が隔壁により複数の中空部に分割されており、作動流体が蒸気化する箇所がウイックの端面のみであるため、作動流体が蒸気化するウイックの面積が小さく、還流特性が低下してしまうおそれがある。 The heat pipe described in Patent Document 1 is divided into a plurality of hollow portions by partition walls, and the location where the working fluid is vaporized is only the end surface of the wick. There is a possibility that the reflux area may be reduced due to the small area.
また、特許文献2や特許文献3に記載されているコンテナの内周面に形成された溝は、金属粉末を焼結してなるウイックや多数本の細線を束ねたウイックが、コンテナの内周面の軸線方向に沿う溝に進入しやすく、細溝に埋め込まれる状態で固着されやすい。このため、ウイックに塞がれた溝は、液相の作動流体が蒸発部と凝縮部とを還流することを阻害してしまい、その結果、全体の熱抵抗損失を増加させてしまい、最大熱輸送能力を低下させてしまうおそれがあり、この点での改善の余地がある。
Moreover, the groove | channel formed in the inner peripheral surface of the container described in
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、作動流体が蒸気化するウイックの面積を減少させることなく、作動流体が流動する液流路を確保し、還流特性を向上させる扁平型ヒートパイプを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above technical problem, and ensures a liquid flow path through which the working fluid flows without reducing the area of the wick where the working fluid evaporates, thereby improving the reflux characteristics. An object of the present invention is to provide a flat heat pipe.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体によって熱を輸送する扁平型ヒートパイプにおいて、扁平型に形成されかつ前記作動流体が封入されたコンテナと、液相の前記作動流体を蒸発する位置に還流させる毛細管力を生じるウイックとを備え、前記ウイックが前記コンテナの長手方向の全長に亘って前記コンテナの内部における一方の平坦面に焼結により固定され、その一方の平坦面に固定された前記ウイックと前記コンテナの内部における他方の平坦面との間を気相の前記作動流体が流動するように構成され、前記他方の平坦面に対向する前記ウイックの面に、液相の前記作動流体を蒸発する位置に還流させる溝部が長手方向に沿って構成されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a flat heat pipe that transports heat by a working fluid that is heated to evaporate and dissipates heat to condense. A sealed container and a wick that generates a capillary force for refluxing the working fluid in a liquid phase to a position where it evaporates, and the wick is one flat surface inside the container over the entire length in the longitudinal direction of the container. The working fluid in a gas phase flows between the wick fixed to one flat surface of the wick and the other flat surface inside the container, and the other flat surface. A groove portion for returning the working fluid in a liquid phase to a position where it evaporates is formed along the longitudinal direction on the surface of the wick facing the surface.
また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記溝部は、液相の前記作動流体を蒸発する位置に還流させる毛細管力を生じる細溝であることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the groove portion is a flat groove that produces a capillary force that causes the working fluid in the liquid phase to flow back to a position where it evaporates. It is.
また、請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、前記溝部は、液相の前記作動流体を蒸発する前記位置に形成され、かつ前記液相の前記作動流体を貯留する貯留部であることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。
The invention according to
また、請求項4の発明は、請求項1ないし3の発明のいずれかにおいて、前記コンテナの内周面に、他のウイックが更に設けられていることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the flat heat pipe according to any one of the first to third aspects, wherein another wick is further provided on the inner peripheral surface of the container.
また、請求項5の発明は、請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記ウイックは、多数の粉粒体を焼結させた多孔構造体と多数本の細線を束ねて構成された細線束とのいずれか一方を含むことを特徴とする扁平型ヒートパイプである。
The invention of
また、請求項6の発明は、請求項4の発明において、前記他のウイックは、多数の粉粒体を焼結させた多孔構造体と多数本の細線を束ねて構成された細線束と細網状体とのいずれかを含むことを特徴とする扁平型ヒートパイプである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the other wick includes a fine wire bundle formed by bundling a porous structure obtained by sintering a large number of powder particles and a large number of fine wires. It is a flat type heat pipe characterized by including either a net-like body.
さらに、請求項7の発明は、請求項1ないし6の発明のいずれかにおいて、前記ウイックは、その断面の形状が矩形状のウイックと扁平な半円形状のウイックとのいずれか一方を含むことを特徴とする扁平型ヒートパイプである。
Further, the invention of
この発明によれば、コンテナ内部の他方の平坦面に対向するウイックの面に、液相の作動流体を蒸発する位置に還流させる溝部が長手方向に沿って構成されている。ウイックと他方の平坦面との間を気相の作動流体が流動できるようにされているため、これらの間に毛管力が生じて還流路となることにより、ウイックの表面が液相の作動流体によって覆われることを未然に回避することができる。すなわち、ウイックにおいて、作動流体が蒸気化するための蒸発面積を確保することができる。その結果、気相の作動流体の流動が必要十分に行われて扁平型ヒートパイプとしての熱輸送特性が良好になる。 According to this invention, the groove part which recirculate | refluxs the liquid-phase working fluid to the position which evaporates is comprised in the surface of the wick facing the other flat surface inside a container along the longitudinal direction. Since the gas-phase working fluid can flow between the wick and the other flat surface, a capillary force is generated between them to form a reflux path, so that the surface of the wick is a liquid-phase working fluid. It can be avoided in advance. That is, in the wick, an evaporation area for the working fluid to be vaporized can be secured. As a result, the gas-phase working fluid flows sufficiently and sufficiently, and the heat transport characteristics as a flat heat pipe are improved.
また、液相の作動流体は、ウイックに浸透し、蒸発の生じる箇所に向けて流動する。すなわち、液相の作動流体が蒸発すると、ウイックに形成されているメニスカスが低下するので、それに伴う毛細管力が生じ、その毛細管力をポンプ力として液相の作動流体が蒸発部側に還流し、いわゆる還流特性が良好になる。さらに、液相の作動流体は、ウイックに形成された溝部を流路として、蒸発の生じる箇所に向けて流動することができる。その結果、全体の熱抵抗損失を低減させることができ、最大熱輸送能力を向上させることができる。 In addition, the liquid-phase working fluid permeates the wick and flows toward a location where evaporation occurs. That is, when the liquid-phase working fluid evaporates, the meniscus formed in the wick decreases, so that a capillary force is generated, and the liquid-phase working fluid is refluxed to the evaporation portion side using the capillary force as a pumping force. So-called reflux characteristics are improved. Furthermore, the liquid-phase working fluid can flow toward a portion where evaporation occurs, using a groove formed in the wick as a flow path. As a result, the overall thermal resistance loss can be reduced, and the maximum heat transport capability can be improved.
また、この発明によれば、ウイックに形成された溝部は毛細管力を生じるように構成されている。すなわち、ウイックに形成された溝部に浸透した液相の作動流体が蒸発すると、ウイックに形成されている溝部のメニスカスが低下するので、それに伴う毛細管力が生じ、その毛細管力をポンプ力として液相の作動流体が蒸発部側に還流し、いわゆる還流特性が良好になる。 Moreover, according to this invention, the groove part formed in the wick is comprised so that a capillary force may be produced. That is, when the liquid-phase working fluid that has permeated into the groove formed in the wick evaporates, the meniscus in the groove formed in the wick decreases, so that capillary force is generated, and the capillary force is used as a pumping force to generate liquid phase. The working fluid is recirculated to the evaporation portion side, so that the so-called recirculation characteristic is improved.
また、この発明によれば、液相の作動流体は、蒸発する位置に形成されたウイックの溝部に貯留される。したがって、溝部に貯留された液相の作動流体は、蒸発する位置の熱を吸熱し、蒸発する位置の温度を低減させることができる。 Further, according to the present invention, the liquid-phase working fluid is stored in the groove portion of the wick formed at the position where it evaporates. Therefore, the liquid-phase working fluid stored in the groove can absorb the heat at the evaporation position and reduce the temperature at the evaporation position.
さらに、この発明によれば、コンテナの内周面に他のウイックがさらに設けられている。液相の作動流体は、他のウイックに浸透し、蒸発の生じる箇所に向けて流動することができる。すなわち、液相の作動流体が蒸発すると、他のウイックに形成されているメニスカスが低下するので、それに伴う毛細管力が生じ、その毛細管力をポンプ力として液相の作動流体が蒸発部側に還流しやすくなる。その結果、全体の熱抵抗損失を低減させることができ、最大熱輸送能力を向上させることができる。 Furthermore, according to this invention, the other wick is further provided in the inner peripheral surface of the container. The liquid-phase working fluid can permeate other wicks and flow toward the point where evaporation occurs. In other words, when the liquid-phase working fluid evaporates, the meniscus formed in the other wicks is lowered, so that a capillary force is generated, and the liquid-phase working fluid is returned to the evaporating part side using the capillary force as a pumping force. It becomes easy to do. As a result, the overall thermal resistance loss can be reduced, and the maximum heat transport capability can be improved.
つぎにこの発明に係る扁平型ヒートパイプ1の具体例について説明する。まず、構成について説明する。このヒートパイプ1は、扁平型のヒートパイプ1であって、加熱されて蒸発し、かつ放熱して凝縮する作動流体(図示せず)が封入され、液相の作動流体を蒸発する位置に還流させる毛細管力を生じるウイック2がコンテナ3の内部3aに配置されている。
Next, a specific example of the flat heat pipe 1 according to the present invention will be described. First, the configuration will be described. The heat pipe 1 is a flat type heat pipe 1, which is filled with a working fluid (not shown) that is heated to evaporate and radiates and condenses, and returns to a position where the liquid-phase working fluid is evaporated. A
ヒートパイプ1のコンテナ3は、気密性のある中空の容器であり、互いに離れた箇所の間で熱の輸送を行う中空管である。コンテナ3の内部3aには、真空脱気された状態で、凝縮性流体が作動流体として封入されている。このヒートパイプ1の一方の端部が蒸発部4とされ、他方の端部が凝縮部5とされ、それらの中間部位が断熱部6とされている。なお、コンテナ3は、その内部3aと外部との間で熱を伝達する必要があるので、熱伝導率の高い素材で構成されていることが好ましく、例えば銅管を使用することが好ましい。また、このコンテナ3は、その縦断面が円筒形状でもよい。
The
ヒートパイプ1の内部3aに封入されている作動流体は、加熱されて蒸発し、かつ放熱して凝縮することにより、潜熱の形で熱を輸送する流体であり、ヒートパイプ1を使用する温度に応じて適宜に選択される。その一例を挙げると、水やアルコール、メタノール、代替フロン、アンモニアなどが作動流体として使用される。なお、蒸発した作動流体は気相の作動流体または作動流体蒸気と呼び、凝縮した作動流体は液相の作動流体または作動液と呼ぶこととする。 The working fluid enclosed in the interior 3a of the heat pipe 1 is a fluid that heats and evaporates, dissipates heat and condenses, thereby transporting heat in the form of latent heat. It is selected as appropriate. For example, water, alcohol, methanol, alternative chlorofluorocarbon, and ammonia are used as the working fluid. The evaporated working fluid is called a gas-phase working fluid or working fluid vapor, and the condensed working fluid is called a liquid-phase working fluid or working fluid.
ウイック2は、図1に示すように、作動液が浸透することにより毛細管力を生じる多数の粉粒体が焼結して構成される多孔構造体である。多孔構造体は、例えば、粉粒体として銅粉を焼結して構成されている。なお、ウイック2は、作動液が浸透することにより毛細管力を生じる多数本の細線を束ねて構成されてもよい。その細線は、例えば、銅などの金属線、カーボンファイバーなど、コンテナ3の内部3aに封入される作動液との濡れ性が優れているものであればよい。
As shown in FIG. 1, the
また、ウイック2は、その断面が円弧状に形成されている。ウイック2は、コンテナ3の内部3aの一方の平坦面3bに固定された状態となる。また、円筒形状のパイプを扁平にする場合に、形成された円弧状のウイック2の頂部がこれに対向するコンテナ3の内壁面3c(言い換えると扁平化された後の他方の平坦面3c)に接触しないようにする。これは、ウイック2において、作動流体が蒸気化する表面積を確保するとともに、コンテナ3の内部3aにおける蒸気流路を確保するためである。したがって、これらの間の距離は、一例として蒸発した作動流体が流動できる程度の距離であり、もしくは、これらの間で毛管力を生じない距離である。その結果、コンテナ3の内壁面3c(他方の平坦面3c)とウイック2とによって形成される空間部分が、作動流体蒸気の流路となっている。なお、ウイックは、図3に示すように、その断面が矩形状でもよい。湾曲した矩形状のウイック7をコンテナ3の内部3aに配置させた場合に扁平加工を行うと、コンテナ3の変形に伴ってウイック7の形状が変化し、その結果、ウイック7は断面が矩形状になる。なお、ウイックの長手方向に直交する断面積は、コンテナの中空部の断面積を占める割合が約30ないし40%であることが好ましい。
Further, the
また、コンテナ3の他方の平坦面3cに対向するウイック2の面2aには、図1に示すように、複数の細溝8がヒートパイプ1の長手方向に沿って矩形状に形成されている。この細溝8は、液相の作動流体が流れる流路となり、また毛細管現象を生じて液相の作動流体を蒸発部4に向けて還流させるものである。なお、細溝の断面形状は、前述したように毛細管現象を生じて液相の作動流体を蒸発部に向けて還流させるものであればよく、例えば、半円形、四角形、扇形、鋸歯状、三角形等の適宜の形状でもよい。また、コンテナの内周面に対向するウイックの面に液相の作動流体が流動する溝部が設けられていればよく、図3に示すようにウイック7の上面7aに溝部9を設けてもよい。
Further, as shown in FIG. 1, a plurality of
ここで、コンテナ3の内部3aのウイック2とウイック2に形成された細溝8とを除いた空間が、作動流体蒸気が流動する蒸気流路とされる。また、ウイック2とウイック2に形成された細溝とが、作動液が流動する液流路とされる。
Here, the space excluding the
次に、この発明に係る扁平型ヒートパイプの具体例の作用について説明する。コンテナ3の一部(蒸発部4)に熱を加え、かつ他の一部(凝縮部5)を冷却すると、作動流体が加熱されて蒸発し、その蒸気が温度および圧力の低い箇所に向けて流動し、その後、放熱して凝縮する。 Next, the operation of a specific example of the flat heat pipe according to the present invention will be described. When heat is applied to a part of the container 3 (evaporation part 4) and the other part (condensation part 5) is cooled, the working fluid is heated and evaporated, and the vapor is directed to a place where the temperature and pressure are low. It flows and then dissipates heat and condenses.
蒸気流路は、ウイック2に沿った流路(言い換えると、ウイック2とウイック2が固定されている平坦面に対向する他方の平坦面3cとの間)であり、ウイック2とコンテナ3の内周面3bとが焼結により固定されているので、ヒートパイプ1に曲げなどの変形を加えても蒸気流路が確保され、その結果、作動流体蒸気の流動が必要十分に行われて扁平型ヒートパイプとしての熱輸送特性が良好になる。
The steam channel is a channel along the wick 2 (in other words, between the
また、蒸気流路を作動流体蒸気が流動できるようにされているため、これらの間に毛管力が生じて還流路となることにより、ウイック2の表面2aが液相の作動流体によって覆われることを未然に回避することができる。すなわち、ウイック2において、作動流体が蒸気化するための蒸発面積を確保することができる。その結果、作動流体蒸気の流動が必要十分に行われて扁平型ヒートパイプとしての熱輸送特性が良好になる。
Further, since the working fluid vapor can flow through the vapor flow path, a capillary force is generated between them to form a reflux path, so that the
一方、凝縮した作動流体は、ウイック2に浸透し、ウイック2を構成している細線同士の間の隙間または多孔構造体の隙間を流路として、蒸発の生じる箇所に向けて流動する。すなわち、液相の作動流体が蒸発すると、ウイック2の細線同士の間または多孔構造体の隙間に形成されているメニスカスが低下するので、それに伴う毛細管力が生じ、その毛細管力をポンプ力として液相の作動流体が蒸発部側に還流する。そして、細線同士の間の隙間または多孔構造体の隙間が小さいことにより大きい毛細管力が発生し、いわゆる還流特性が良好になる。
On the other hand, the condensed working fluid permeates into the
さらに、凝縮した作動流体は、ウイック2に形成された細溝8を流路として、凝縮部5から蒸発の生じる箇所4に向けて流動することができる。すなわち、液相の作動流体が蒸発すると、細溝に形成されているメニスカスが低下するので、それに伴う毛細管力が生じ、その毛細管力をポンプ力として液相の作動流体が蒸発部側に還流しやすくなる。その結果、全体の熱抵抗損失を低減させることができ、最大熱輸送能力を向上させることができる。また、蒸発部4において複数の溝部8に液相の作動流体が流入するため、その溝部に溜まった作動流体は、熱源の温度を低減させることができる。
Further, the condensed working fluid can flow from the condensing
つぎに、この発明に係る扁平型ヒートパイプの他の具体例について説明する。この扁平型ヒートパイプ10の構成は、前述の具体例における構成とほぼ同様のものであるため、その説明は省略し、ウイック11に形成された溝部12と他のウイック13とに係る構成についてのみ説明する。
Next, another specific example of the flat heat pipe according to the present invention will be described. Since the configuration of the
コンテナ3の他方の平坦面3cに対向するウイック11の表面11aには、図4に示すように、液相の作動流体を蒸発する位置に還流させる溝部12がヒートパイプ10の長手方向に沿って矩形状に形成されている。また、溝部12は、液相の作動流体を貯留する貯留部であって、液相の作動流体を蒸発する位置(言い換えると蒸発部)に形成されている。なお、溝部12の断面形状は、前述したように液相の作動流体を蒸発する位置に還流させ貯留するものであればよく、例えば、半円形、四角形、扇形、鋸歯状、三角形等の適宜の形状でもよい。また、複数の細溝により貯留部が形成されてもよい。
On the
さらに、コンテナ3の内周面を薄い層で覆うように他のウイック13が設けられている。他のウイック13は、図4(a)に示すように蒸発部4に設けられており、図4(b)に示すように断熱部6および凝縮部5に設けられていない。この他のウイック13は、作動液が浸透することにより毛細管力を生じる多数の粉粒体が焼結して構成される多孔構造体である。多孔構造体は、例えば、粉粒体として銅粉を焼結して構成されている。なお、他のウイックは、作動液が浸透することにより毛細管力を生じる多数本の細線を束ねて構成されてもよい。その細線は、例えば、銅などの金属線、カーボンファイバーなど、コンテナ3の内部に封入される作動液との濡れ性が優れているものであればよい。また、他のウイック13は、網状体でもよく、作動液の流動が円滑化されるように構成されたものであればよい。また、他のウイック13は、コンテナの内周面を長手方向に全体に亘って薄い層で覆うように構成されてもよい。
Further, another
ここで、図4に示すように、コンテナ3の内部3aのウイック11とウイック11に形成された溝部12と他のウイック13とを除いた空間が、作動流体蒸気が流動する蒸気流路とされる。また、ウイック11と上記の溝部12とが、作動液が流動する液流路とされる。
Here, as shown in FIG. 4, the space excluding the
次に、この発明に係る扁平型ヒートパイプの他の具体例の作用について説明する。コンテナ3の一部(蒸発部4)に熱を加え、かつ他の一部(凝縮部5)を冷却すると、作動流体が加熱されて蒸発し、その蒸気が温度および圧力の低い箇所に向けて流動し、その後、放熱して凝縮する。 Next, the operation of another specific example of the flat heat pipe according to the present invention will be described. When heat is applied to a part of the container 3 (evaporation part 4) and the other part (condensation part 5) is cooled, the working fluid is heated and evaporated, and the vapor is directed to a place where the temperature and pressure are low. It flows and then dissipates heat and condenses.
蒸気流路は、ウイック11に沿った流路(言い換えると、ウイック11と、ウイック11が固定されている平坦面3bに対向する他方の平坦面3cとの間)であり、ウイック11とコンテナ3の内周面3bとが焼結により固定されているので、ヒートパイプ10に曲げなどの変形を加えても蒸気流路が確保され、その結果、作動流体蒸気の流動が必要十分に行われて扁平型ヒートパイプとしての熱輸送特性が良好になる。
The steam channel is a channel along the wick 11 (in other words, between the
また、蒸気流路を作動流体蒸気が流動できるようにされているため、これらの間に毛管力が生じて還流路となることにより、ウイック11の表面11aが液相の作動流体によって覆われることを未然に回避することができる。すなわち、ウイック11において、作動流体が蒸気化するための蒸発面積を確保することができる。その結果、作動流体蒸気の流動が必要十分に行われて扁平型ヒートパイプとしての熱輸送特性が良好になる。
Further, since the working fluid vapor can flow through the steam flow path, a capillary force is generated between them to form a reflux path, so that the
一方、凝縮した作動流体は、ウイック11に浸透し、ウイック11を構成している細線同士の間の隙間または多孔構造体の隙間を流路として、蒸発の生じる箇所に向けて流動する。すなわち、液相の作動流体が蒸発すると、ウイック11の細線同士の間または多孔構造体の隙間に形成されているメニスカスが低下するので、それに伴う毛細管力が生じ、その毛細管力をポンプ力として液相の作動流体が蒸発部4側に還流する。そして、細線同士の間の隙間または多孔構造体の隙間が小さいことにより大きい毛細管力が発生し、いわゆる還流特性が良好になる。
On the other hand, the condensed working fluid permeates into the
さらに、凝縮した作動流体は、コンテナ3の内周面に設けられた他のウイック13に浸透し、ウイック11を構成している細線同士の間の隙間、網状体の隙間または多孔構造体の隙間を流路として、蒸発の生じる箇所に向けて流動することができる。すなわち、液相の作動流体が蒸発すると、他のウイック13に形成されているメニスカスが低下するので、それに伴う毛細管力が生じ、その毛細管力をポンプ力として液相の作動流体が蒸発部4側に還流しやすくなる。したがって、作動流体が蒸気化するための蒸発面積をさらに確保することができ、その結果、全体の熱抵抗損失を低減させることができ、最大熱輸送能力を向上させることができる。
Further, the condensed working fluid penetrates into the
また、凝縮した作動流体は蒸発部4においてウイック11の表面11aに形成された溝部12に流入し貯留される。このため、その溝部12に溜まった作動流体は、蒸発する位置の熱を吸熱して蒸発し、蒸発する位置の温度を低減させることができる。
Further, the condensed working fluid flows into the
つぎに、この発明における他の具体例と比較例とを比較した性能試験を説明する。この性能試験では、「熱抵抗」すなわち「熱性能」に関する熱性能試験を行った。 Next, a performance test comparing another specific example and a comparative example in the present invention will be described. In this performance test, a thermal performance test related to “thermal resistance”, that is, “thermal performance” was performed.
他の具体例のヒートパイプ10は、扁平型ヒートパイプであり、上述した構成と同様である。一方、比較対象のヒートパイプ14は、ウイック11に溝部12が設けられていないこと、および他のウイック13が蒸発部4におけるコンテナ3の内周面に設けられていないことを除いて、他の具体例の構成と同様である。どちらの扁平型ヒートパイプ10,14も、図5に示すように、そのヒートパイプを軸方向の中央部分において90°に屈曲させた後に、上述したように圧潰して扁平型ヒートパイプとした。これらの加工後の各部のサイズは、扁平型ヒートパイプの全長は150mmであり、厚さは2.0mmであり、コンテナ3の幅は8.7mmであり、屈曲させた部分を挟んで一方の長さが60.0mmであり、他方の長さが60.0mmであった。また、湾曲させたパイプの屈曲半径(R)は18mmであり、作動流体には水を用いた。なお、ウイック11は扁平化したコンテナ3の幅方向の中央部に配置させた。
The
また、それらヒートパイプ10,14は、図6に示すように、電気ヒータ15の表面(20mm×20mm)に試験対象とするヒートパイプの蒸発部4を接触させ、放熱板15の上面(30mm×50mm)に凝縮部5を接触させて配置した。また、それらヒートパイプ10,14は、電気ヒータ15と放熱板16との間を断熱部6とした。図6に示すように、電気ヒータ15に通電することにより蒸発部4を加熱し、その入熱量Q(W)と、電気ヒータ15の表面の温度Th(℃)と、放熱板16の上部に配置された凝縮部5の温度Tc(℃)とを測定した。これらの測定データから各ヒートパイプ10,14の熱抵抗R(℃/W)は、
R=(Th−Tc)/Q…(1)
として表すことができる。また、各ヒートパイプ10,14のいわゆるドライアウトの生じない範囲での最大入熱量Qmax(W)を求めた。図7に、他の具体例および比較対象のヒートパイプ10,14の試験結果を示す。なお、この測定は、入熱量に対して各測定点における温度が一定となってから開始し、各測定点の温度測定にはK型熱電温度計を使用した。
Further, as shown in FIG. 6, the
R = (Th−Tc) / Q (1)
Can be expressed as Further, the maximum heat input Qmax (W) in a range where the so-called dry-out of the
図7の試験結果から、以下のように評価することができる。他の具体例のヒートパイプ10では最大入熱量Qmaxが44Wであるのに対し、比較対象のヒートパイプ14では最大入熱量Qmaxが40Wであることから、他の具体例の方が最大入熱量Qmaxは高い。また、他の具体例のヒートパイプ10では熱抵抗Rが略0.44℃/Wであるのに対し、比較対象のヒートパイプ14では熱抵抗Rが略0.50℃/Wであることから、他の具体例の方が熱抵抗Rは低い。したがって、この発明に係る扁平型ヒートパイプは、比較例よりも高い最大熱輸送量を示し、また、熱抵抗は低い値を示し、優れた熱輸送能力を有するものであることが確認された。
From the test result of FIG. 7, it can evaluate as follows. In the
なお、この発明に係る扁平型ヒートパイプは上記の具体例に限らず、要は、液相の作動流体の流動を円滑化するために、コンテナの内周面に対向するウイックの面に液相の作動流体が流動する溝部が設けられていればよい。 The flat heat pipe according to the present invention is not limited to the above-described specific example. In short, in order to facilitate the flow of the liquid-phase working fluid, the liquid-phase is formed on the surface of the wick facing the inner peripheral surface of the container. It is only necessary to provide a groove portion through which the working fluid flows.
1…ヒートパイプ、 2…ウイック、 3…コンテナ、 4…蒸発部、 5…凝縮部、 6…断熱部、 8…溝部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat pipe, 2 ... Wick, 3 ... Container, 4 ... Evaporating part, 5 ... Condensing part, 6 ... Thermal insulation part, 8 ... Groove part.
Claims (7)
扁平型に形成されかつ前記作動流体が封入されたコンテナと、
液相の前記作動流体を蒸発する位置に還流させる毛細管力を生じるウイックとを備え、
前記ウイックが前記コンテナの長手方向の全長に亘って前記コンテナの内部における一方の平坦面に焼結により固定され、
その一方の平坦面に固定された前記ウイックと前記コンテナの内部における他方の平坦面との間を気相の前記作動流体が流動するように構成され、
前記他方の平坦面に対向する前記ウイックの面に、液相の前記作動流体を蒸発する位置に還流させる溝部が長手方向に沿って構成されていることを特徴とする扁平型ヒートパイプ。 In a flat heat pipe that transports heat by a working fluid that is heated to evaporate and radiates and condenses,
A container formed in a flat shape and filled with the working fluid;
A wick that generates a capillary force for refluxing the working fluid in a liquid phase to a position to evaporate,
The wick is fixed to one flat surface inside the container by sintering over the entire length in the longitudinal direction of the container,
The working fluid in a gas phase flows between the wick fixed to one flat surface and the other flat surface inside the container.
A flat heat pipe, characterized in that a groove portion for recirculating the liquid-phase working fluid to a position to evaporate is formed along the longitudinal direction on the surface of the wick facing the other flat surface.
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