JP2007205701A - Flat heat pipe and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、凝縮性の流体である作動流体の潜熱として熱を輸送する平板型ヒートパイプに関し、特に液相の作動流体をその蒸発の生じる箇所に還流させるためのいわゆるポンプ力を多孔質体での毛細管圧力によって生じさせるように構成した平板型ヒートパイプおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a flat plate-type heat pipe that transports heat as latent heat of a working fluid that is a condensable fluid, and in particular, a so-called pumping force for returning a liquid-phase working fluid to a site where evaporation occurs is a porous body. The present invention relates to a flat plate-type heat pipe configured to be generated by the capillary pressure and a manufacturing method thereof.
従来、作動流体の潜熱の形で熱の輸送を行う平板型ヒートパイプが広く知られている。この種の平板型ヒートパイプは密閉容器(コンテナ)の内部から脱気した後、水などの凝縮性の流体を封入し、外部からの入熱によってその作動流体を蒸発させるとともに、その蒸気が低温・低圧の凝縮部に流動した後、放熱して凝縮することにより、作業流体の潜熱として熱を輸送するように構成した熱伝導素子である。したがって、平板型ヒートパイプは、作動流体の潜熱として熱を輸送するために、熱伝導性がもっとも高いとされている銅による熱輸送量の数十倍ないし百数十倍の輸送能力を備えている。 Conventionally, flat plate heat pipes that transport heat in the form of latent heat of a working fluid are widely known. This type of flat plate heat pipe is degassed from the inside of a sealed container (container), then encloses a condensable fluid such as water, evaporates the working fluid by heat input from the outside, and the steam is kept at a low temperature. A heat conducting element configured to transport heat as latent heat of the working fluid by flowing into a low-pressure condensing part and then radiating and condensing. Therefore, the flat plate heat pipe has a transport capacity of several tens to several tens of times the amount of heat transport by copper, which is said to have the highest thermal conductivity, in order to transport heat as latent heat of the working fluid. Yes.
この種の平板型ヒートパイプでは、蒸発して気相となった作動流体が低温・低圧側の凝縮部に流動することにより熱を輸送するが、その熱の輸送の後、凝縮した液相の作動流体をウイックによる毛細管圧力によって、蒸発部(入熱部)に還流される。 In this type of flat plate heat pipe, the working fluid evaporated into a gas phase transports heat by flowing to the condensing part on the low temperature / low pressure side, but after the heat transport, the condensed liquid phase The working fluid is refluxed to the evaporation section (heat input section) by capillary pressure generated by the wick.
そのウイックは、要は、毛細管圧力を生じさせるためのものであるから、作動流体とのいわゆる濡れ性が良好であり、かつ液相作動流体の液面に形成されるメニスカスでの実効毛細管半径が可及的に小さくなるものであることが好ましい。そこで従来一般には、多孔質焼結体や極細線束などがウイックとして採用されている。これら従来のウイックのうち、多孔質焼結体における空孔の開口面積が他のウイックにおける開口面積よりも小さいので、発生させ得る毛細管圧力すなわち液相作動流体に対するポンプ力が大きく、またシート状に形成できるので、平板型などの平板型ヒートパイプに容易に採用でき、これらの点で好ましいウイック材である。 The wick is essentially for generating capillary pressure, so that the so-called wettability with the working fluid is good, and the effective capillary radius at the meniscus formed on the liquid surface of the liquid phase working fluid is It is preferable that it is as small as possible. Therefore, conventionally, a porous sintered body, an ultrafine wire bundle or the like has been adopted as a wick. Among these conventional wicks, the opening area of the pores in the porous sintered body is smaller than the opening area in the other wicks, so that the capillary pressure that can be generated, that is, the pumping force for the liquid phase working fluid is large, and in the form of a sheet Since it can be formed, it can be easily adopted for a flat plate type heat pipe such as a flat plate type, and is a preferable wick material in these respects.
このようにウイック材の改良などによって平板型ヒートパイプ31の熱輸送が向上している。その一例を図8に示してあり、多孔質焼結体からなる孔あき焼結ウイックシート32と焼結ウイックコラム33とを平板型ヒートパイプのコンテナ34内に設けて、孔あき焼結ウイックシート32の孔35に焼結ウイックコラム33を嵌め込むことによりこれらのウイックにおける細孔同士を連通させ、その結果、作動流体の還流性が向上することが、特許文献1に記載されている。
Thus, the heat transport of the flat plate-
上述した従来の平板型ヒートパイプ31におけるウイックコラム33は、コンテナ34の厚さ方向で対向する二面の間に介装されて、コンテナ34の圧縮変形を防止するためのものであるが、凝縮した作動流体を還流させるための流路を形成するように、多孔質体によって構成し、ウイックの一部をしている。しかしながら、上述した構成では、ウイックコラム33を孔あき焼結ウイックシートの孔35に嵌合させた状態でそのウイックコラム33をコンテナ34の内面にロー付けなどの手段で接合しているから、ウイックコラム33と孔あき焼結ウイックシート32との間に間隙が生じやすく、両者の接合強度が必ずしも十分に高くならない可能性があった。また、ウイックコラム33と孔あき焼結ウイックシート32との細孔同士が十分に連通しない可能性があった。
The
このような不都合を解消するために、例えば図9に示すように、焼結ウイックシート32の上にウイックコラム33を配置し、その状態で両者を焼結によって接合することが考えられる。しかしながら、このような構造では、焼結ウイックシート32とウイックコラム33とを焼結する過程で、ウイックコラム33の位置にズレが生じ、設計どおりの平板型ヒートパイプを得られない可能性がある。
In order to eliminate such inconvenience, for example, as shown in FIG. 9, it is conceivable to arrange a
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、各ウイック材の接合強度を向上させると同時に相対位置のずれを防止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 aims to improve the bonding strength of each wick material and at the same time prevent the relative position from shifting.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、多孔構造の第1のウイック材とこの第1のウイック材に焼結された多孔構造の第2のウイック材とを備えた平板型ヒートパイプにおいて、前記各ウイック材は、各ウイック材を相互に接近かつ接触させる方向の押圧力を受けかつ焼結により接合させる当接面と、前記押圧力の作用する方向に対して垂直な方向での前記各ウイック材の相互の位置を決める係合部とを備え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
また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記係合部は、一方のウイックに形成された凹部と、該凹部に嵌合しかつ他方のウイック材に形成された凸部とからなることを特徴とするものである。
The invention according to
また、請求項3の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記各ウイック材の一方はシート状に形成され、かつ他方のウイック材は該シート状のウイック材の表面に立設される柱状に形成されていることを特徴とするものである。
The invention according to
また、請求項4の発明は、多孔構造の第1のウイック材とこの第1のウイック材に焼結された多孔構造の第2のウイック材とを備えた平板型ヒートパイプの製造方法において、前記各ウイック材を相互に接近かつ接触させる方向に押圧して、それぞれのウイック材の対向する部分に形成された当接面を当接させるとともに、前記対向面にそれぞれ形成された係合部同士を係合させ、かつこれら相互に接触させられた第1のウイック材と第2のウイック材とを焼結して接合させることを特徴とする平板型ヒートパイプの製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a flat plate-type heat pipe manufacturing method including a first wick material having a porous structure and a second wick material having a porous structure sintered in the first wick material. The wick materials are pressed in a direction in which the wick materials are brought close to and in contact with each other, the contact surfaces formed on the opposing portions of the wick materials are brought into contact with each other, and the engaging portions formed on the facing surfaces are brought together. The first wick material and the second wick material brought into contact with each other are sintered and joined to each other.
また、請求項5の発明は、請求項4に記載の発明において、前記各ウイック材の少なくとも一方が圧粉体の状態で他方と焼結させることを特徴とする平板型ヒートパイプの製造方法である。
The invention of
したがって請求項1の発明では、ウイック材を相互に接近かつ接触させる方向の押圧力を加えることにより、それぞれの当接面で接触し、その場合、それぞれに設けられた係合部が互いに係合することにより当接面の面方向における相対位置が決められる。したがって、焼結のための面積を広くすることができるために、優れた接合強度を確保することができる。また、相互の位置を決める係合部を備えているため、各ウイック材の相対位置のズレを防止することができる。 Therefore, in the first aspect of the present invention, the wick materials are brought into contact with each other by applying a pressing force in a direction in which the wick materials approach and come into contact with each other. By doing so, the relative position in the surface direction of the contact surface is determined. Therefore, since the area for sintering can be widened, excellent bonding strength can be ensured. Moreover, since the engaging part which determines a mutual position is provided, the shift | offset | difference of the relative position of each wick material can be prevented.
また、請求項2の発明では、一方を凹部、一方を凸部とするウイック材を嵌め込むことにより面方向での位置を決めている点で各ウイック材の相対位置のズレを防止することができる。
Moreover, in invention of
また、請求項3の発明では、各ウイック材の一方がシート上に形成され、他方のウイック材がシート上のウイック材の表面に立設される柱状に形成されているため、シート上に形成されたウイック材と柱状に形成されたウイック材との当接面で焼結のための面積を広くすることができ、優れた接合強度を確保することができる。
Further, in the invention of
また、請求項4の発明では、各ウイック材を相互に接近かつ接触させる方向に押圧力を加え、それぞれのウイック材の対向する部分に形成された当接面を当接させるとともに、前記対向面にそれぞれ形成された係合部同士を係合させ、かつこれら相互に接触させられた第1のウイック材と第2のウイック材とを焼結により接合させる方法により、従来よりも優れた接合強度を得ることができる。
Further, in the invention of
また、請求項5の発明では、請求項4に記載された製造方法で前記各ウイック材の少なくとも一方が圧粉体の状態で他方と焼結させることにより、従来よりも優れた接合強度を得ることができる。
In the invention of
以下、本発明を実施した最良の形態について説明する。この発明におけるウイックを構成する多孔質体は、発生させ得る毛細管圧力すなわち液相作動流体に対するポンプ力が大きいものが用いられ、例えば粒径25ミクロンから100ミクロン程度の銅粒子素材を焼結したものが用いられる。すなわち、この発明におけるウイック材は、作動流体とのいわゆる濡れ性が良好であり、かつ液相作動流体の液面に形成されるメニスカスでの実効毛細管半径が可及的に小さくなるものであることが好ましい。さらに、この発明における作動流体は水、代替フロン、アセトン、メタノール等を用いることができ、これらのうちから使用温度によって選択される。
一方、この発明における各ウイック材の当接面2,16は、第1のウイック材と第2のウイック材とが、互いに接近する方向で対向して接触する面であり、したがって両者を接近させる方向に押圧力を加えた場合にその押圧力を受ける面である。そして、この発明における係合部3は、第1のウイック材と第2のウイック材との相対的な位置を決めるためのものであって、前記当接面に対して垂直な方向もしくは交差する方向で係合する部分であり、具体的には各ウイックに形成された凹凸部である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below. The porous body constituting the wick in the present invention uses a capillary pressure that can be generated, that is, a pumping force with respect to a liquid phase working fluid, for example, a sintered copper particle material having a particle size of about 25 to 100 microns. Is used. That is, the wick material according to the present invention has a so-called wettability with the working fluid, and the effective capillary radius at the meniscus formed on the liquid surface of the liquid-phase working fluid is as small as possible. Is preferred. Furthermore, the working fluid in the present invention can use water, alternative chlorofluorocarbon, acetone, methanol or the like, and is selected from these depending on the use temperature.
On the other hand, the
つぎに、この発明に係る平板型ヒートパイプの具体例を図1に示す。平板型ヒートパイプ1の構造は、コンテナ4が中空で薄型となっており、その内部からは空気などの非凝縮性の気体が脱気されている。さらに、該コンテナ4の底面には、多孔質体からなるウイックシート5が配置され、そのウイックシート5から立設した状態に柱状のウイックコラム6が配置され、さらにコンテナ4の内部に作動流体が封入されている。また、図2ないし図4に示すように、該ウイックコラムの底面7もしくはウイックコラムの凸部の底面8はコンテナ4もしくはウイックシート5と接触し、ウイックシート5とウイックコラム6を接近させる方向に押圧力を加えた場合に該押圧力を受ける。一方、底面の反対側にあるウイックコラムの上面9はコンテナ4と接触している。
Next, a specific example of a flat plate heat pipe according to the present invention is shown in FIG. The structure of the flat
その平板型ヒートパイプ1におけるウイックシート5は、請求項1に記載した第1のウイックに相当するものであって、該ウイックシート5とウイックコラム6の結合構造は図2に示すようになっている。ウイックコラム6のウイックシート5と接触する部分、すなわち、ウイックシート5との対向部側にはウイックコラム6の外径よりも小さいウイックコラムの凸部10が形成される。したがって、ウイックコラムの凸部10の周辺部分がウイックシートの当接面2を形成する。ウイックコラムの凸部10は適宜の断面形状でよいが、一例として、円形断面の突起物が形成され、これに対して、ウイックシート5には前記ウイックコラムの凸部10を密着可能とさせるウイックシートの凹部11が形成される。このウイックコラムの凸部10とウイックシートの凹部11とが嵌合部を形成しており、前記ウイックシートの凹部11の周辺部分が前記ウイックコラムの当接面16とウイックシートの当接面2とを押しつけて接触させる凹凸面となっている。
The
この状態で、上記の未焼結のウイックシートの当接面2と焼結されたウイックコラムの当接面16との両方に両者を接近させる方向に押圧力が加わった状態で焼結を行うと、接触面において未焼結のウイックシート5と焼結されたウイックコラム6との間に結合が生じ、固化するため、強固な接合強度が得られる。
In this state, sintering is performed in a state where a pressing force is applied in a direction in which both the
また、ウイックシートの凹部11とウイックコラムの凸部10とが嵌合部を形成することにより相互の位置を決めるため、平板型ヒートパイプ1におけるウイックシート5とウイックコラム6との相対位置のズレを防止することができる。
In addition, since the
なお、この発明は上記の具体例に限定されるものでなく、この発明における嵌合部は図3ないし図6に示すものであってもよい。たとえば、図4に示す嵌合部は前述したウイックシートの凹部11をコンテナ4まで貫通させておらず、係合させるウイックコラムの凸部10について密着可能とさせている。
In addition, this invention is not limited to said specific example, The fitting part in this invention may be shown in FIG. 3 thru | or FIG. For example, the fitting portion shown in FIG. 4 does not penetrate the
また、図6に示す嵌合部は前述した凹部、凸部を反対にしたものであって、ウイックコラムの凹部12を形成し、ウイックシートの凸部13を形成したものである。
Moreover, the fitting part shown in FIG. 6 is what formed the recessed
さらにまた、凸部、凹部の形状は任意の形状とすることができ、例えば、図5に示すようにウイックコラムの凸部10を下側で径の小さくなるテーパー状とし、ウイックシートの凹部11をそれに合わせた上側で径の大きくなる凹部として形成しても良い。その場合、テーパー面であることにより、凸部及び凹部それぞれの側面部14が傾斜した面となるので、ウイックシート5とウイックコラム6を接近する方向に押圧した場合、その傾斜面同士が密着するように荷重が作用し、したがって、これらの傾斜面においても加圧状態で焼結が生じ、ウイックシート5とウイックコラム6とが強固に接合される。
Furthermore, the shape of the convex part and the concave part can be any shape. For example, as shown in FIG. 5, the
さらにまた、凸部は1つである必要はなく、図3に示すように対向する部分に複数個形成し、それによって凹部に複数個形成してもよい。 Furthermore, it is not necessary to have a single convex portion, and a plurality of convex portions may be formed in opposing portions as shown in FIG.
さらにまた、ウイックシート5とウイックコラム6は少なくとも一方が未焼結であればウイックシートの当接面2とウイックコラムの当接面16との両方に加圧がなされた状態で焼結を行うことにより結合が生じ、固化するため、未焼結のウイックシートの当接面2と焼結されたウイックコラムの当接面16との間に生じる結合と同様に強固な接合強度が得られる。また、平板型ヒートパイプ1におけるウイックシート5とウイックコラム6との相対位置のズレについても、未焼結のウイックシートの当接面2と焼結されたウイックコラムの当接面16との間に生じる結合と同様に防止することができる。
Further, if at least one of the
また、ウイックコラム6は柱状であれば形状を問わず、三角柱、四角柱等の場合においてもウイックシートの当接面2とウイックコラムの当接面16とが確保されていれば、図2に記す例と同様にウイックシートの当接面2とウイックコラムの当接面16との間に生じる接合について強固な接合強度が得られる。また、平板型ヒートパイプ1におけるウイックシート5とウイックコラム6との相対位置のズレについても、未焼結のウイックシートの当接面2と焼結されたウイックコラムの当接面16との間に生じる結合と同様に防止することが出来る。
If the
さらにまた、ウイックコラムの上面9はコンテナ4との接触に限られず、図7のようにウイックコラム6とコンテナ4との間に挟まれているウイックシート15と接触してもよい。
Furthermore, the
1,31…平板型ヒートパイプ、 2,16…当接面、 3…係合部、 4,34…コンテナ、 5,15,32…ウイックシート、 6,33…ウイックコラム、 7…(ウイックコラムの)底面、 8…(ウイックコラムの凸部の)底面、 9…(ウイックコラムの)上面、 10…(ウイックコラムの)凸部、 11…(ウイックシートの)凹部、 12…(ウイックコラムの)凹部、 13…(ウイックシートの)凸部、 14…側面部、 35…孔。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記各ウイック材は、各ウイック材を相互に接近かつ接触させる方向の押圧力を受けかつ焼結により接合させる当接面と、前記押圧力の作用する方向に対して垂直な方向での前記各ウイック材の相互の位置を決める係合部とを備えていることを特徴とする平板型ヒートパイプ。 In a flat plate type heat pipe comprising a first wick material having a porous structure and a second wick material having a porous structure sintered in the first wick material,
Each of the wick materials receives a pressing force in a direction in which the wick materials approach and come into contact with each other and is joined by sintering, and each of the wick materials in a direction perpendicular to the direction in which the pressing force acts. A flat plate-type heat pipe comprising an engaging portion that determines a mutual position of the wick material.
前記各ウイック材を相互に接近かつ接触させる方向に押圧して、それぞれのウイック材の対向する部分に形成された当接面を当接させるとともに、前記対向面にそれぞれ形成された係合部同士を係合させ、かつこれら相互に接触させられた第1のウイック材と第2のウイック材とを焼結して接合させることを特徴とする平板型ヒートパイプの製造方法。 In a method for manufacturing a flat plate type heat pipe comprising a first wick material having a porous structure and a second wick material having a porous structure sintered in the first wick material,
The wick materials are pressed in a direction in which the wick materials are brought close to and in contact with each other, the contact surfaces formed on the opposing portions of the wick materials are brought into contact with each other, and the engaging portions formed on the facing surfaces are brought together. And a first wick material and a second wick material, which are brought into contact with each other, are sintered and joined together.
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