JPH04260791A - 熱輸送装置 - Google Patents
熱輸送装置Info
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- JPH04260791A JPH04260791A JP10406691A JP10406691A JPH04260791A JP H04260791 A JPH04260791 A JP H04260791A JP 10406691 A JP10406691 A JP 10406691A JP 10406691 A JP10406691 A JP 10406691A JP H04260791 A JPH04260791 A JP H04260791A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はヒートパイプ応用の熱輸
送装置の構造に関するものであり、特にコンテナ内に於
ける作動液の軸方向振動と緩やかな循環により熱量を輸
送する方式のヒートパイプを応用した金属ブロック型の
熱輸送装置の構造に関する。
送装置の構造に関するものであり、特にコンテナ内に於
ける作動液の軸方向振動と緩やかな循環により熱量を輸
送する方式のヒートパイプを応用した金属ブロック型の
熱輸送装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のブロック型の熱輸送装置は一般に
金属ブロック内に、二層凝縮性作動液の相変化と蒸気移
動により熱量を輸送する方式の、従来型ヒートパイプを
作り込んで構成されてあるものが常であった。
金属ブロック内に、二層凝縮性作動液の相変化と蒸気移
動により熱量を輸送する方式の、従来型ヒートパイプを
作り込んで構成されてあるものが常であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記の如き熱輸
送装置は、従来型ヒートパイプの有する問題点をそのま
ま有するものであった。即ち従来型ヒートパイプの作動
原理を示す断面略図である図３から明らかな如く、コン
テナ４の受熱部９から放熱部１０に向かう蒸気流７−２
は、コンテナ４の内径が３ｍｍ以下であると、コンテナ
内壁及びウイック５による流体抵抗が急激に増加する点
、コンテナ内壁面及びウイックを伝わって放熱部１０か
ら受熱部９に向かって還流する凝縮作動液８との相互干
渉による抵抗が急激に増加する点、などの理由からその
流量流速が激減する。またコンテナ４の内径が３ｍｍ以
下であると、作動液の表面張力によって管内が閉塞され
易く、蒸気流７−２が停止する恐れがある。このような
問題点は内径３ｍｍの場合は長さ３００ｍｍ以上におい
て激しく影響し、内径が更に小さい場合はこの長さは加
速度的に短くなり、遂にはヒートパイプとしての作動が
全く不可能な状態となる。また還流作動液８の流れは重
力の影響を受け易く、特にトップヒートモードにおいて
は流れが停止する場合があり、水平ヒートモードにおい
ても流量流速が１／２以下になる場合もある。
送装置は、従来型ヒートパイプの有する問題点をそのま
ま有するものであった。即ち従来型ヒートパイプの作動
原理を示す断面略図である図３から明らかな如く、コン
テナ４の受熱部９から放熱部１０に向かう蒸気流７−２
は、コンテナ４の内径が３ｍｍ以下であると、コンテナ
内壁及びウイック５による流体抵抗が急激に増加する点
、コンテナ内壁面及びウイックを伝わって放熱部１０か
ら受熱部９に向かって還流する凝縮作動液８との相互干
渉による抵抗が急激に増加する点、などの理由からその
流量流速が激減する。またコンテナ４の内径が３ｍｍ以
下であると、作動液の表面張力によって管内が閉塞され
易く、蒸気流７−２が停止する恐れがある。このような
問題点は内径３ｍｍの場合は長さ３００ｍｍ以上におい
て激しく影響し、内径が更に小さい場合はこの長さは加
速度的に短くなり、遂にはヒートパイプとしての作動が
全く不可能な状態となる。また還流作動液８の流れは重
力の影響を受け易く、特にトップヒートモードにおいて
は流れが停止する場合があり、水平ヒートモードにおい
ても流量流速が１／２以下になる場合もある。
【０００４】従って本発明が解決しようとする課題は次
の如きものとなる。 （ａ）内径３ｍｍ以下のヒートパイプの製作は極めて困
難となるから、ウイック厚さ及び管の肉厚などを考慮す
れば、厚さ６ｍｍ以下のブロック型の熱輸送装置の構成
は極めて困難である。 （ｂ）内径３ｍｍのヒートパイプを作り込んだブロック
型の熱輸送装置はその長さが３００ｍｍ前後以上になる
と性能が急激に悪化する。またヒートパイプの内径が更
に小さい場合には作動不可能になる。従って厚さ６ｍｍ
以下のブロック型の熱輸送装置は長さ３００ｍｍ以上に
構成することが困難である。 （Ｃ）従来型のヒートパイプが作り込まれたブロック型
の熱輸送装置はトップヒートモードにおける熱輸送能力
が極めて悪く、場合によっては作動不可能となる。また
水平ヒートモードにおける性能も１／２程度に低下する
。
の如きものとなる。 （ａ）内径３ｍｍ以下のヒートパイプの製作は極めて困
難となるから、ウイック厚さ及び管の肉厚などを考慮す
れば、厚さ６ｍｍ以下のブロック型の熱輸送装置の構成
は極めて困難である。 （ｂ）内径３ｍｍのヒートパイプを作り込んだブロック
型の熱輸送装置はその長さが３００ｍｍ前後以上になる
と性能が急激に悪化する。またヒートパイプの内径が更
に小さい場合には作動不可能になる。従って厚さ６ｍｍ
以下のブロック型の熱輸送装置は長さ３００ｍｍ以上に
構成することが困難である。 （Ｃ）従来型のヒートパイプが作り込まれたブロック型
の熱輸送装置はトップヒートモードにおける熱輸送能力
が極めて悪く、場合によっては作動不可能となる。また
水平ヒートモードにおける性能も１／２程度に低下する
。
【０００５】
【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段の基本的な考え方としては、金属ブロック内に作り込
まれるヒートパイプの構成を、作動液の相変化と蒸気移
動により熱輸送を行う方式から、作動液の軸方向振動と
緩やかな循環により熱量を輸送する方式のヒートパイプ
に変更する。
段の基本的な考え方としては、金属ブロック内に作り込
まれるヒートパイプの構成を、作動液の相変化と蒸気移
動により熱輸送を行う方式から、作動液の軸方向振動と
緩やかな循環により熱量を輸送する方式のヒートパイプ
に変更する。
【０００６】即ち熱輸送装置は熱伝導性の良好な材料か
らなる所定の形状の金属ブロック内に空洞容器が作りこ
まれてあり、空洞容器内には所定量の二相凝縮性作動流
体が封入されてあり、空洞容器は多数の細孔が並列に設
けられた細孔群と、該細孔群の各片側ごとに細孔群を管
寄せするヘッダ洞孔の複数個、からなる密閉容器であり
、且つ細孔の内径は作動流体がその表面張力により少量
と雖も孔内を閉塞せしめ、常に閉塞状態のままで流動す
るよう充分に細径化された内径であることを特徴として
いる。
らなる所定の形状の金属ブロック内に空洞容器が作りこ
まれてあり、空洞容器内には所定量の二相凝縮性作動流
体が封入されてあり、空洞容器は多数の細孔が並列に設
けられた細孔群と、該細孔群の各片側ごとに細孔群を管
寄せするヘッダ洞孔の複数個、からなる密閉容器であり
、且つ細孔の内径は作動流体がその表面張力により少量
と雖も孔内を閉塞せしめ、常に閉塞状態のままで流動す
るよう充分に細径化された内径であることを特徴として
いる。
【０００７】
【作用】このように構成された細孔群は、ヘッダ洞孔に
より連結された細管ループとみなされるから、空洞容器
全体はループ型細管ヒートパイプであると見なされる。 この様な金属ブロックに於いて、その一端の一部に熱量
が供給され受熱部となった場合該受熱部に対応する細孔
群の受熱部群には作動液の核沸騰が発生し、それら受熱
部群の核沸騰の相互作用により作動液はループ型細孔内
を軸方向に振動しながら、抵抗の少ない方向に向かって
緩やかに循環する。熱量の供給が金属ブロックの一端の
すべてに行われる場合には、細孔群受熱部の核沸騰間の
バランスによっては作動液の緩やかな循環は発生せず軸
方向振動のみが発生する場合もある。
より連結された細管ループとみなされるから、空洞容器
全体はループ型細管ヒートパイプであると見なされる。 この様な金属ブロックに於いて、その一端の一部に熱量
が供給され受熱部となった場合該受熱部に対応する細孔
群の受熱部群には作動液の核沸騰が発生し、それら受熱
部群の核沸騰の相互作用により作動液はループ型細孔内
を軸方向に振動しながら、抵抗の少ない方向に向かって
緩やかに循環する。熱量の供給が金属ブロックの一端の
すべてに行われる場合には、細孔群受熱部の核沸騰間の
バランスによっては作動液の緩やかな循環は発生せず軸
方向振動のみが発生する場合もある。
【０００８】このようなループ型細孔内における作動液
の軸方向振動と緩やかな循環は、熱量を受熱部（高温部
）から放熱部（低温部）に向かって効率よく輸送する。 このことは発明者が出願中の特願平２−３１９４６１号
の明細書に記載のループ型細管ヒートパイプの作動原理
と全く同じである。また細管内における作動液の軸方向
振動による熱輸送の原理についての説明はフロリダ大学
の出願特許である特公平２−３５２３９号に詳述されて
ある。図２は特願平２−３１９４６１号のループ型細管
ヒートパイプを断面で示した説明図である。コンテナ４
は作動液６がその表面張力により常にコンテナ内を閉塞
した状態で流動するよう充分に細径化されてある。 受熱部９には加熱手段１１からの受熱によって核沸騰が
発生する。受熱部９−１、９−２に発生した核沸騰は作
動液６に軸方向の振動ａを発生せしめると共に、緩やか
な循環流ｂをも発生せしめる。循環流ｂは蒸気泡７−１
をループの全体に配分して振動の発生を助ける。作動液
の軸方向振動と緩やかな循環は熱量を受熱部９−１、９
−２から放熱部１０−１、１０−２に輸送する。
の軸方向振動と緩やかな循環は、熱量を受熱部（高温部
）から放熱部（低温部）に向かって効率よく輸送する。 このことは発明者が出願中の特願平２−３１９４６１号
の明細書に記載のループ型細管ヒートパイプの作動原理
と全く同じである。また細管内における作動液の軸方向
振動による熱輸送の原理についての説明はフロリダ大学
の出願特許である特公平２−３５２３９号に詳述されて
ある。図２は特願平２−３１９４６１号のループ型細管
ヒートパイプを断面で示した説明図である。コンテナ４
は作動液６がその表面張力により常にコンテナ内を閉塞
した状態で流動するよう充分に細径化されてある。 受熱部９には加熱手段１１からの受熱によって核沸騰が
発生する。受熱部９−１、９−２に発生した核沸騰は作
動液６に軸方向の振動ａを発生せしめると共に、緩やか
な循環流ｂをも発生せしめる。循環流ｂは蒸気泡７−１
をループの全体に配分して振動の発生を助ける。作動液
の軸方向振動と緩やかな循環は熱量を受熱部９−１、９
−２から放熱部１０−１、１０−２に輸送する。
【０００９】従って金属ブロックの受熱部に供給された
熱量は細孔群の上述の如き作用により金属ブロックの残
余の部分に輸送されて、それらの部分を温度上昇せしめ
る。それらの部分が所定の冷却手段で冷却される場合は
その作用は特に活発になる。
熱量は細孔群の上述の如き作用により金属ブロックの残
余の部分に輸送されて、それらの部分を温度上昇せしめ
る。それらの部分が所定の冷却手段で冷却される場合は
その作用は特に活発になる。
【００１０】このようにして行われる該金属ブロックの
熱輸送は、主として細孔群内の作動液の軸方向振動によ
って行われるのであるから、その熱輸送性能は金属ブロ
ックの保持姿勢によって変わることはない。すなわちボ
トムヒート姿勢でも、トップヒート姿勢でもその性能は
変わりなく良好な熱輸送が行われる。また細孔の内径は
３ｍｍよりはるかに細い例えば０．１ｍｍの如く細径化
することが出来る。更にウイックが無いのでその厚さを
考慮する必要も無い。従って金属ブロックの厚さは２ｍ
ｍぐらいに薄くすることが可能となる。更にこの方式の
ヒートパイプは性能が低下することなく充分に長くする
ことが出来るから金属ブロックの長さは例えば１０００
ｍｍの如く長くすることが可能になる。
熱輸送は、主として細孔群内の作動液の軸方向振動によ
って行われるのであるから、その熱輸送性能は金属ブロ
ックの保持姿勢によって変わることはない。すなわちボ
トムヒート姿勢でも、トップヒート姿勢でもその性能は
変わりなく良好な熱輸送が行われる。また細孔の内径は
３ｍｍよりはるかに細い例えば０．１ｍｍの如く細径化
することが出来る。更にウイックが無いのでその厚さを
考慮する必要も無い。従って金属ブロックの厚さは２ｍ
ｍぐらいに薄くすることが可能となる。更にこの方式の
ヒートパイプは性能が低下することなく充分に長くする
ことが出来るから金属ブロックの長さは例えば１０００
ｍｍの如く長くすることが可能になる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例である平板形金属ブ
ロックを示す。（イ）は一部断面の平面図（ロ）は側面
の一部拡大断面図である。金属ブロック１は二枚の薄い
平板１−１及び１−２からなり、相互に溶接されて一枚
の平板形金属ブロック１として積層されてある。平板１
−１、１−２は両者を積層する合わせ目には平板形空洞
４が形成される形状になっている。空洞４の中には平板
１−１と１−２とが溶接される前に、予め細管群２が並
列に挿入または圧入されてあり、二枚の平板が相互に溶
接される際に細管群２と平板１−１、１−２とも相互に
溶接されてある。平板の厚さが充分に厚い場合は挿入ま
たは圧入されたままでも良いが、図においては平板が極
めて薄肉に形成されてあるので積層溶接により全体を強
化せしめてある。各細管の内径は作動液がその表面張力
により常に管内を閉塞した状態で流動するように充分に
細径化せしめてある。細管群２のそれぞれの長さは平板
形空洞４の長さよりやや短くなっており、細管群２の両
端末と平板形空洞４との間の余剰空間はヘッダ空洞３と
して構成されてある。細管群２は一層または二層に構成
されてある。このように構成された平板形金属ブロック
は厚さ２ｍｍのごとく極めて薄くしかも幅も長さも充分
に大きく形成された平板状熱輸送装置として使用するこ
とができる。
ロックを示す。（イ）は一部断面の平面図（ロ）は側面
の一部拡大断面図である。金属ブロック１は二枚の薄い
平板１−１及び１−２からなり、相互に溶接されて一枚
の平板形金属ブロック１として積層されてある。平板１
−１、１−２は両者を積層する合わせ目には平板形空洞
４が形成される形状になっている。空洞４の中には平板
１−１と１−２とが溶接される前に、予め細管群２が並
列に挿入または圧入されてあり、二枚の平板が相互に溶
接される際に細管群２と平板１−１、１−２とも相互に
溶接されてある。平板の厚さが充分に厚い場合は挿入ま
たは圧入されたままでも良いが、図においては平板が極
めて薄肉に形成されてあるので積層溶接により全体を強
化せしめてある。各細管の内径は作動液がその表面張力
により常に管内を閉塞した状態で流動するように充分に
細径化せしめてある。細管群２のそれぞれの長さは平板
形空洞４の長さよりやや短くなっており、細管群２の両
端末と平板形空洞４との間の余剰空間はヘッダ空洞３と
して構成されてある。細管群２は一層または二層に構成
されてある。このように構成された平板形金属ブロック
は厚さ２ｍｍのごとく極めて薄くしかも幅も長さも充分
に大きく形成された平板状熱輸送装置として使用するこ
とができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明の金属ブロック型の熱輸送装置は
極めて薄肉の且つ広い面積の平板形状に構成することが
出来ると共にその熱輸送性能はいかなる姿勢でも変化す
ることがない。従って平板の形状は単純な平面に限定す
る必要は無く複雑な曲面に構成されてあってもその性能
は維持される。また内蔵されるヒートパイプの構造が簡
易で強靭であるから、一旦成型が完了した熱輸送装置で
あっても、性能を悪化させることなく圧延による２次成
型を実施することが可能である。また金属ブロックの形
状も平板形状に限定するものでは無く、円筒形状、円柱
形状、その他各種の形状に構成することができる。それ
らの応用としては、面上における温度の均熱化、熱コネ
クタ、熱吸収板、放熱板、流体輸送管、熱交換器用配管
、その他多岐に亙る応用が考えられる。
極めて薄肉の且つ広い面積の平板形状に構成することが
出来ると共にその熱輸送性能はいかなる姿勢でも変化す
ることがない。従って平板の形状は単純な平面に限定す
る必要は無く複雑な曲面に構成されてあってもその性能
は維持される。また内蔵されるヒートパイプの構造が簡
易で強靭であるから、一旦成型が完了した熱輸送装置で
あっても、性能を悪化させることなく圧延による２次成
型を実施することが可能である。また金属ブロックの形
状も平板形状に限定するものでは無く、円筒形状、円柱
形状、その他各種の形状に構成することができる。それ
らの応用としては、面上における温度の均熱化、熱コネ
クタ、熱吸収板、放熱板、流体輸送管、熱交換器用配管
、その他多岐に亙る応用が考えられる。
【図１】（イ）本発明の一実施例の構造を示した一部を
断面にした平面略図である。 （ロ）同上、側面の一部拡大図である。
断面にした平面略図である。 （ロ）同上、側面の一部拡大図である。
【図２】本発明が応用するループ型細管ヒートパイプの
作動説明図である。
作動説明図である。
【図３】従来の金属ブロック型熱輸送装置が応用してい
るヒートパイプの作動説明図である。
るヒートパイプの作動説明図である。
１ 平板形金属ブロック２
細管群 ３ ヘッダ洞孔 ４ 平板形空洞又はコンテナ５
ウイック ６ 作動液 ７−１ 蒸気泡 ７−２ 蒸気流 ８ 還流作動液 ９ 受熱部 １０ 放熱部 １１ 加熱手段 １２ 冷却手段 ａ 作動液の軸方向の振動ｂ
作動液の緩やかな循環流ｃ 熱量
の輸送方向
細管群 ３ ヘッダ洞孔 ４ 平板形空洞又はコンテナ５
ウイック ６ 作動液 ７−１ 蒸気泡 ７−２ 蒸気流 ８ 還流作動液 ９ 受熱部 １０ 放熱部 １１ 加熱手段 １２ 冷却手段 ａ 作動液の軸方向の振動ｂ
作動液の緩やかな循環流ｃ 熱量
の輸送方向
Claims (2)
- 【請求項１】 熱伝導性の良好な材料からなる所定の
形状の金属ブロック内に空洞容器が作り込まれてあり、
空洞容器内には所定量の二相凝縮性作動流体が封入され
てあり、空洞容器は多数の細孔が並列に設けられた細孔
群と、該細孔群の各片側ごとに細孔群を管寄せするヘッ
ダ洞孔の複数個、からなる密閉容器であり、且つ細孔の
内径は作動流体がその表面張力により少量と雖も孔内を
閉塞せしめ、常に閉塞状態のままで流動するよう充分に
細径化された内径であることを特徴とする熱輸送装置。 - 【請求項２】 金属ブロックは厚さの薄い平板形ブロ
ックであり、空洞容器は平板形ブロック内に作り込まれ
た平板形空洞からなり、細孔群は平板形空洞内に、圧入
または挿入溶接された、一層または二層の、並列細管群
により形成されてあり、ヘッダ洞孔は平板形空洞内にお
ける細管群の配設位置の前後の余剰空間により形成され
てあることを特徴とする請求項１に記載の熱輸送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10406691A JPH04260791A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 熱輸送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10406691A JPH04260791A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 熱輸送装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04260791A true JPH04260791A (ja) | 1992-09-16 |
Family
ID=14370796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10406691A Pending JPH04260791A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 熱輸送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04260791A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001280868A (ja) * | 2001-02-09 | 2001-10-10 | Actronics Co Ltd | 多孔扁平金属管ヒートパイプ |
| US6745825B1 (en) | 1997-03-13 | 2004-06-08 | Fujitsu Limited | Plate type heat pipe |
-
1991
- 1991-02-13 JP JP10406691A patent/JPH04260791A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6745825B1 (en) | 1997-03-13 | 2004-06-08 | Fujitsu Limited | Plate type heat pipe |
| JP2001280868A (ja) * | 2001-02-09 | 2001-10-10 | Actronics Co Ltd | 多孔扁平金属管ヒートパイプ |
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