JP4584413B2

JP4584413B2 - プレート型ヒートパイプ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4584413B2
Application number: JP2000161587A
Authority: JP
Inventors: 達也山岡
Original assignee: ティーエスヒートロニクス株式会社
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP2001336889A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に封入された熱媒体が相変化しつつ移動して熱輸送を行うプレート型ヒートパイプ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレート型の蛇行細孔ヒートパイプを例にとって従来技術を説明する。
なお、ここで、蛇行細孔ヒートパイプとは、以下の特性を有するヒートパイプのことである（特開平４−１９００９０号参照）。
（１）細孔（熱媒体通路）の両端末が相互に流通自在に連結されて密閉されている。
（２）細孔のある部分は受熱部、他のある部分は放熱部となっている。
（３）受熱部と放熱部が交互に配設されており、両部の間を細孔が蛇行している。
（４）細孔内には２相凝縮性作動流体が封入されている。
（５）細孔の内壁は、上記作動流体が常に管内を閉塞した状態のままで循環又は移動することが出来る最大直径以下の直径である。
【０００３】
プレート型の蛇行細孔ヒートパイプの代表的製造方法には従来以下の２つが知られていた。
（１）特開平７−６３４８７号に開示された溝加工平板を用いる方法：
図８は、特開平７−６３４８７号に開示されているヒートパイプの製造方法を示す図であり、図８（Ａ）は断面図、図８（Ｂ）は内部構造を示す一部破断平面図である。
この方法では、熱伝導性の良好な金属製薄板５３の表面に、一連の長尺蛇行細溝５４を、切削や放電加工により形成する。次に、この薄板５３の表面に平薄板５５を重ね、ろう付けにより両板５３、５５を積層化する。薄板５３に形成された細溝５４は、積層化により密閉蛇行細径トンネル（熱媒体通路）５６となる。
このトンネル５６内に作動流体が封入される。
【０００４】
（２）特開平９−４９６９２号に開示された押し出し材の多孔扁平管を用いる方法：
図９は、特開平９−４９６９２号に開示されているヒートパイプの製造方法を示す図であり、図９（Ａ）は第一工程を説明するための平面断面図、図９（Ｂ）は第二工程を説明するための平面断面図である。
第一工程においては、原材料としてアルミニウムやマグネシウム等の軽金属の多孔扁平管６３を用いる。この多孔扁平管６３は、全体として平板状の外形を有し、内部に平行に配置された多数の貫通細孔６４が押し出し成形により形成されている。その後、細孔６４の端部の隔壁６６を一条おきに所定の深さの切除部６６ａだけ切除し、反対側の端部では一条ずつずらして切除部６６ｂを切除する。第二工程において、切除部６６ａ、６６ｂの最深部から所定の長さを残して、両端面に端縁部６８ａ、６８ｂを溶接する。各細孔６４は端部で連通して一連の蛇行トンネル（熱媒体通路）となり、ここに作動流体が封入される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記２つの従来例のプレート型ヒートパイプは蛇行細孔の延びる主方向が図の上下方向の１方向である。そのため、その方向の熱輸送能力は高いが、該方向と交差する方向の熱輸送能力は低い。
【０００６】
本発明は多様な蛇行細孔形態を有し、熱効率の高いプレート型ヒートパイプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のベースとなるプレート型ヒートパイプは、内部に熱媒体の封入された蛇行細孔を有するプレート型ヒートパイプであって；前記蛇行細孔が、前記プレート型ヒートパイプの広がる平面内において主に縦方向に延びる蛇行細孔、及び、主に横方向に延びる蛇行細孔からなり、両蛇行細孔が前記プレート型ヒートパイプの板厚方向において交互に入り組んでいることを特徴とする。
これにより、プレート型ヒートパイプの平面内において、縦、横、斜めに様々な方向に熱輸送ができる。また、両細孔がお互い入り組んでいるので、両細孔内の熱媒体間の熱伝達が上がる。
【０００８】
本発明のプレート型ヒートパイプは、熱媒体が封入される空間を構成する溝を有する表板及び裏板と、前記表板及び前記裏板の溝を連結する多数の貫通孔を有するが前記溝は有しない、前記表板と前記裏板の間に挟まれるように接合された中板と、を具備し、前記表板及び裏板の溝並びに前記中板の貫通孔が、前記表板又は裏板の一方の板の溝を通って、前記中板の貫通孔を通過し、次いで前記表板又は裏板の他方の板の溝を通り、再び前記中板の貫通孔を通過して前記一方の板の溝に至る、表裏に絡み合った熱媒体通路を形成し、前記熱媒体通路が、前記プレート型ヒートパイプの広がる平面内において主に縦方向に延びる蛇行細孔、及び、主に横方向に延びる蛇行細孔からなり、両蛇行細孔が前記プレート型ヒートパイプの板厚方向において交互に入り組んでいて、全体として、上下方向及び縦横方向に蛇行する熱媒体通路を形成していることを特徴とする。
溝や孔の形状や配置を変えることにより、様々な形態の熱媒体通路を構成することが可能である。
【０００９】
上記プレート型ヒートパイプにおいては、前記蛇行細孔が、前記プレート型ヒートパイプの広がる平面内において主に縦方向に延びる蛇行細孔、及び、主に横方向に延びる蛇行細孔からなり、両蛇行細孔が前記プレート型ヒートパイプの板厚方向において交互に入り組んでいることが好ましい。
【００１０】
本発明のプレート型ヒートパイプの製造方法は、熱媒体が封入される熱媒体通路を構成する溝を表板及び裏板に形成する工程と、前記表板及び裏板の溝を連結する孔を中板に打ち抜く工程と、前記中板の表裏面に中板を覆うように前記表板及び裏板を接合する工程と、前記表板及び裏板の溝並びに前記中板の孔が形成する熱媒体通路に熱媒体を封入する工程と、を含むことを特徴とする。
これにより、各板の板厚や材質を任意に選択でき、さら熱媒体通路の加工作業も、パターンの形状に合わせて加工性の高い様々な方法をとることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプの構造を示す断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプを示す平面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプに用いる裏板を示す平面図である。
図２には、本発明の第１の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプ１が示されている。図２に示すように、ヒートパイプ１は長方形をしたプレート型をしている。ヒートパイプ１には、格子状に形成された作動流体の溝パターンが破線で示されている。
【００１２】
ヒートパイプ１の図の下方のＡ−Ａ部の断面が図１に示されている。図１においてヒートパイプ１は、図１の上方にある表板３と下方にある裏板５及びそれらの間に接合された中板７とから構成される。表板３と裏板５の間に中板７をはさみ、治具で固定した状態で所定時間加熱して接合し、積層化されたヒートパイプ１を形成する。接合方法は、ろう付け、接着剤による接着、レーザー溶接等の方法を使用できる。ろう付けの場合は、中板７の両面もしくは表板３と裏板５の片面に、ろう材が塗布される。
【００１３】
表板３と裏板５は、厚さが０．１〜１０．０mm程度のアルミニウムや銅等の材料の平板である。この平板に切削加工、プレス加工、エッチング等により所定の溝パターンを形成する。
図３には、裏板５の溝パターンが示されている。この溝パターンは、複数の直線状パターン１１とＬ字型パターン１３があるピッチＰで設けられたものである。標準的なものでは、溝パターンの幅は０．１〜５．０mm、直線状パターン１１の長さは０．５〜１８mm、同じ向きで並ぶ２つの直線状パターン１１のピッチＰは０．１〜７．０mmである。なお、図３の上部の左右の２箇所には、作動流体の封入口１５が形成されている。封入口１５から作動流体がヒートパイプ１内に充填される。封入口１５は、作動流体（熱媒体）を入れた後に、かしめや溶接等の方法で封止される。
【００１４】
図３では裏板５について示したが、表板３の溝パターンも同じように、ピッチＰで設けられた複数の直線状パターン１１´とＬ字型パターン１３´で構成される。ただし、表板３の溝パターンは裏板５の配列とはピッチＰの半分だけずらしてあり、裏板３の溝パターンと上下でクロスするように配置されている。そのため、表板３と裏板５の溝パターンは、図２に示したように、ヒートパイプ１内で格子状になっている。
【００１５】
中板７は、厚さが０．１〜５．０mm程度のアルミニウムや銅等の材料の板である。この平板に切削加工やプレス、エッチング等により孔１７を打ち抜く。孔１７は、図１、２に示すように、表板３と裏板５の溝パターン１１、１１´、１３、１３´の端部と重なる位置に開けられている。これにより、図１に示すように、表板３と裏板５の溝パターン１１、１１´、１３、１３´が上下方向に蛇行するように連通する。
【００１６】
このようにプレート型ヒートパイプの平面内において、熱媒体通路が交互に入り組んで形成されているので、作動流体は高温部で蒸発し、低温部で凝縮を繰り返して熱輸送を行う。また、縦蛇行細孔と横蛇行細孔が３面で接するので熱伝達が良い。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプについて説明する。
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプの構造を示す断面図である。図５は、本発明の第２の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプを示す平面図である。
図５には、本発明の第２の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプ３１が示されている。図５に示すように、ヒートパイプ３１は長方形をしたプレート型をしている。ヒートパイプ３１には、作動流体の溝パターン３２が破線で示されている。
【００１８】
ヒートパイプ３１の図５の下方のＢ−Ｂ部の断面が図４に示されている。図４においてヒートパイプ３１は、図４の上方にある表板３３と下方にある裏板３５及びそれらの間に接合された中板３７とから構成される。表板３３と裏板３５の溝パターン３２は、第１の実施の形態と同じように、複数の直線状パターンとＬ字型パターンからなる。ただし、ヒートパイプ３１の周辺部では、溝パターンの形状は第１の実施の形態とは異なっている。
中板３７の表板３３と裏板３５の溝パターン３２の端部と重なる位置には、孔３８が開けられている。これにより、図４に示すように、表板３３と裏板３５の溝パターン３２が上下方向に蛇行するように連通する。
【００１９】
第１の実施の形態においては、ヒートパイプ１の２箇所に作動流体の封入口１５が形成されている。しかし、この実施の形態においては、図５のヒートパイプ３１の下部の左方の１箇所にのみ封入口３９が形成されている。１つの封入口３９から作動流体がヒートパイプ３１内に充填する。これにより、板３３、３５のどちらか一方の１箇所にだけ封入口３９を形成すればよいので、パターン形成が簡略化できる。また、作動流体をヒートパイプ３１に充填した後、封入口３９を封止する際に、１つの封入口３９だけを封止すればよいので、信頼性が高くなり、作業時間も短縮できる。
【００２０】
次に、本発明の第３の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプについて説明する。
図６は、本発明の第３の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプに用いる裏板の一部を示す平面図である。図７は、本発明の第３の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプの構造を示す断面図である。
図７に示すように、本発明の第３の実施の形態に係るヒートパイプ４１は、図７の上方にある表板４３と下方にある裏板４５及びそれらの間に接合された中板４７とから構成される。
【００２１】
図６には、裏板４５の溝パターン４２の一部が示されている。溝パターン４２は、図では複数の直線状パターンしか示していないが、実際には、複数の直線状パターンとＬ字型パターン等があるピッチで設けられたものである。第１の実施の形態においては、縦と横の直線状パターン１１が交互に形成されていたが、この実施の形態においては、同じ向きに並んだ２本の直線状パターンがセットになって交互に形成されている。
【００２２】
表板４３の溝パターン４２´も同じように、同じ向きに並んだ２本の直線状パターンがセットになって交互に形成されている。ただし、裏板４５の配列とは１セット分だけずらしてあり、表板４３と裏板４５の２本の直線状パターンが上下でクロスするように配置されている。そのため、表板４３と裏板４５の溝パターン４２、４２´は、図示はしないが、ヒートパイプ４１の上部から見ると格子状になっている。
【００２３】
中板４７の表板４３と裏板４５の溝パターン４２、４２´の端部と重なる位置には、孔４８が開けられている。これにより、図７に示すように、表板４３と裏板４５の溝パターン４２、４２´が上下方向に蛇行するように連通する。
なお、溝パターンはその他様々な形態のものを選択できる。
【００２４】
以上図１〜図９を参照しつつ、本発明の実施例に係るプレート型ヒートパイプについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変更を加えることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、任意の溝形状を持ち、熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプを示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプに用いる裏板を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプの構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプを示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプに用いる裏板の一部を示す平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るプレート型ヒートパイプの構造を示す断面図である。
【図８】特開平７−６３４８７号に開示されているヒートパイプの製造方法を示す図であり、図８（Ａ）は断面図、図８（Ｂ）は内部構造を示す一部破断平面図である。
【図９】特開平９−４９６９２号に開示されているヒートパイプの製造方法を示す図であり、図９（Ａ）は第一工程を説明するための平面断面図、図９（Ｂ）は第二工程を説明するための平面断面図である。
【符号の説明】
１、３１、４１プレート型ヒートパイプ
３、３３、４３表板５、３５、４５裏板
７、３７、４７中板１１、１１´ 直線状パターン
１３、１３´ Ｌ字型パターン１５、３９封入口
１７孔３２、４２、４２´ 溝パターン
３８、４８孔
５３薄板５４細溝
５５平薄板５６細径トンネル
６３平板６４細孔
６６隔壁６６ａ切除部
６６ｂ切除部６８ａ端縁部
６８ｂ端縁部

Claims

熱媒体が封入される空間を構成する溝を有する表板及び裏板と、
前記表板及び前記裏板の溝を連結する多数の貫通孔を有するが前記溝は有しない、前記表板と前記裏板の間に挟まれるように接合された中板と、
を具備し、
前記表板及び裏板の溝並びに前記中板の貫通孔が、前記表板又は裏板の一方の板の溝を通って、前記中板の貫通孔を通過し、次いで前記表板又は裏板の他方の板の溝を通り、再び前記中板の貫通孔を通過して前記一方の板の溝に至る、表裏に絡み合った熱媒体通路を形成し、
前記熱媒体通路が、前記プレート型ヒートパイプの広がる平面内において主に縦方向に延びる蛇行細孔、及び、主に横方向に延びる蛇行細孔からなり、
両蛇行細孔が前記プレート型ヒートパイプの板厚方向において交互に入り組んでいて、全体として、上下方向及び縦横方向に蛇行する熱媒体通路を形成していることを特徴とするプレート型ヒートパイプ。
前記表板及び裏板の溝が、前記プレート型ヒートパイプの広がる平面内において縦方向に延びる直線状パターン溝、横方向に延びる直線状パターン溝、及び、縦方向に延びる溝と横方向に延びる溝が交差したＬ字型パターン溝からなり、
前記縦方向に延びる直線状パターン溝と、前記横方向に延びる直線状パターン溝とが交互に配置されており、
前記Ｌ字型パターン溝が、前記平面の辺に近い部分に配置されていることを特徴とする請求項１記載のプレート型ヒートパイプ。
熱媒体が封入される熱媒体通路を構成する溝を表板及び裏板に形成する工程と、
前記表板及び裏板の溝を連結する孔を中板に打ち抜く工程と、
前記中板の表裏面に中板を覆うように前記表板及び裏板を接合する工程と、
前記表板及び裏板の溝並びに前記中板の孔が形成する熱媒体通路に熱媒体を封入する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のプレート型ヒートパイプの製造方法。