JPS59142384A - ヒ−トパイプコンテナ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はヒートパイプのコンテナの内部構造の改善に関
するものであり、特に垂直姿勢又は傾斜姿勢で使用され
その底部端面を熱吸収□面として使用するヒートパイプ
のコンテナの底端部の内部構造の改善に関するものであ
る□ ヒートパイプは熱吸収部と熱移送部と放熱部とからなり
、その性能は王として熱吸収部の熱吸収能力と放熱部の
放熱能力に依り決定される。又夫々の部分の能力は夫々
の部分におけるコンテナの外表面の吸放熱能力と夫々の
部分のコンテナの内壁面の吸放熱能力との総合能力に依
って決定される。コンテナの外表面の吸放熱能力はフィ
ンに依る表面積の拡大、熱交換流体の種類の変更、流速
の増大、ヒートシンクの能力増大等各種の手段で比較的
容易にその能力を調整することが出来る。 然しコンテナの内壁面の吸放熱能力を増加せしめるには
ウィングを設けたりグループを設けたりして内壁表面積
を増加せしめる方法がある゛がそれ等は作動液が蒸発部
に向って還流するに際

【７ての抵抗を増加せしめたり、
蒸発部から凝縮部に向う作動液蒸気の流れに対］−抵抗
を増加せしめる原因となる場合があり、内壁面の吸放熱
能力を増加させるＶＣ−は困難がある。コンテナ内壁面
の吸放熱能力は熱吸収部に対応する部分では作動液の蒸
発能力、放熱部に対応する部分では作動液蒸気の＃縮能
力、に依り決定され、それ等は夫々コンテナ内壁に於け
る蒸発部面積及び凝縮部面積に依って犬きく左右される
。又コンテナ内部における蒸発能力と凝縮能力が適切に
鈎合っていることもヒートパイプの性能上必要なことで
ある・即ちヒートシンクの特性は作動液の相変化に依っ
て生ずるものであるから、蒸発部の蒸発能力か、凝縮部
の凝縮能力の何れか低い方の能力でコンテナ内の作動液
の相変化能力は決定されることになり、一定の内容積の
コンテナの場合、両者が同等の場合が最大の能力を発揮
することになる。ヒートパイプはイ疋来通濱の場合はコ
ンテナの外周面積の適切な部分を吸熱部及び放熱部と１
．て使用され、夫々のコンテナ外表面の吸放熱粂件に応
じて、ヒートパイプコンテナの内部における蒸発部能力
と凝縮部能力がバランスが保持される様に吸熱部長さ及
び放熱部長きを決定するものであった。 然し近時ヒートパイプの底部端面を熱吸収部とし、他の
部分を放熱部としてヒートパイプを使用する場合が増加
している。この様な場合げ底部端面は熱交換面積が極め
て小さい為、コンテナ内の作動液蒸発能力が制限され、
ヒートパイプの能力を光分に発揮することが困難となっ
て、その改善が要望されている。 本発明はこの様にして使用されるヒートパづグのコンテ
ナの底端部における内部構造を改鋳するものである。以
下従来構造ヒートシンク及び従来の改善構造のヒートパ
イプと比較１〜乍ら本発明に係るヒートパイプのコンテ
ナ底端部の内部構造について説明する。第１図は従来構
造のヒートパイプの底端面に発熱体を接着せしめて該発
熱体で発生する熱エネルギーをヒートパイプの放熱部か
ら放熱冷却する場合のヒートパイプコンテナの底端部の
作用についてその断面図に依り説明するものである。第
２図及び第３図は同様な使用例に対する従来の改善構造
について説明する断面図である。 第４図及び第５図、第６図は本発明に係るヒートパイプ
コンテナの底端部の内部構造の作用効果について説明す
る断面図である。各図決奄号は共通である。各図共コン
テナの放熱部及びコンテナ内壁に設けられろウィツクは
省略され図示されていない。又各図共底端面外壁に発熱
体を接着した構造につ−て説明している。これは底端面
全面を熱吸収部とする場合より更に厳しい例として考え
ているものであり、その作用や問題点は底端面を熱吸収
部とした場合とはソ同等である。 図に於いて１はヒートパイプコンテナの周壁、２はコン
テナの底端面、９ぽ発熱体である・矢印４は凝縮部から
内壁面を経由して蒸発部に還流する作動液の状態を示す
。５は沸騰作動液の気泡、６は作動液の蒸気流、７は滞
溜作動液を示す。コンテナの底端部壁の肉厚が薄い場合
１発熱体９で発生する熱量は周囲へ流れ難い為、底端面
内壁の蒸発部面積（は発熱体９の接着面積にはソ等しく
なる。沸騰状態のコンテナ内蒸発部の巣位面積当りの熱
伝達率は・はソ同等であるので、この場合の熱吸収量は
極めて少なく、ヒートパイプの熱移送量は他めて小さい
ものとな、る。蒸発部に対する作動液の補給（は気泡群
５ＶＣ依って上方からの補給が妨げられるので、一部は
上方から大部分に底端面内壁に沿って蒸発部周囲からな
される・ 第２図は蒸発面積を拡大させ熱吸収量を増加させるため
に従来実施されてきた改善構造である、改善構造として
はコンアナの底端面内壁に針状結晶体３を設けである。 針状結晶体３の構造に依って蒸発面積の拡大比率は異な
るが数倍〜１０倍位に拡大することが出来る・この場合
気泡５の発生量は哨１図に比較（７て蒸魂面債に比例（
７て増加すること（（なるが実際には面積増加率程ヒー
トパイプの性能は数置されない。それは増大する気泡発
生量に依り作動液補給が上方からは全く供給されず、蒸
発部周囲の底端部内壁面に沿って流入することになり、
針状結晶群３は補給作動液の流れを妨げる作用があり、
その為の損失に依り面積増加比率程にはヒートパイプの
熱移送能力は増大しないことによると考えられる。 蒸発面積の拡大手段としては化学的手段に依る方法、電
気メッキに依る方法等で設けられる針状結晶体３の他に
機械的手段で設けられる各種形状の突起等が採用されて
いる。何れの場合も蒸発面頃増加率は６〜１０倍位で熱
移送能力の増加率は４〜７倍位であることが実験的に知
られている。 第６図１ｆ：第２図の改善対策の場合より更に蒸発部面
積を拡大する為に多く使用される改善策である。第６図
では第１図、第２図の場合より底端面のコンテナ壁肉厚
を充分に厚く形成しである０この場合の肉厚は第１図、
第２図が１叫〜２閣が通例であるのに対し２０園〜６０
叫の叩く光分な肉厚に形成される。第６図の太矢印８は
発熱体９で発生する熱量の流れ方向を示しである。即ち
発熱体９の接着面から吸収された熱はコンテナ内壁面に
到達する迄には底端面内壁の全面に拡散して、底端面内
壁の総べてか蒸発面積となる。従って作動液の蒸発面積
は第２図改善例の場合より更に２〜４倍に拡大され、第
１図の場合より１Ｑ倍〜４０倍に拡大される。然しこの
場合の欠点として全内壁面から発生する気泡群５は作動
液の還流を妨げ、又蒸発面に対する作動液の補給をも妨
げることになる。この場合蒸発面に対する作動液の補＠
は気泡５０間隙から気泡５−の上昇方向に逆らってなさ
れる。第２図例に比較して気泡密度が小さいからこれが
可能となるのではあるが連続的な補給は不可能であり、
熱移送損失が犬きくなり、第２図の改善に比較してさし
たる能力増加は望めない・然し、第６図改善構造に依っ
てコンテナを傾斜せしめて使用する場合は第２図改善構
造の場合より大きな熱移送能力を発揮さ、せることが出
来る。 この場合図示はしていないが傾斜姿勢においては気泡群
５はコンテナ内壁の上側斜面に集中することに依り下側
斜面に沿って蒸発部に向って還流する作動液に対しては
妨げにならない乙とになる。 従って蒸発面積の拡大効果も活用され、蒸発面に対する
作動液の補給も連続的に行なわれ、多数の蒸気発生が可
能となり熱移送能力が増加するりウィンクレス型のヒー
トパイプの場合はこの傾向は極めて著しく、−垂直姿勢
と傾斜姿勢の熱移送能力比は２倍にも達することがある
ことは良く知られている。第６図改善例の場合に熱吸収
部の熱容′電が大きいので熱応答性が悪化する欠点があ
る。 以上各図共コンテナの底端面の所定の部分に発熱体９を
接着して使用する例について説明した。 発熱体９の表面積がコンテナの底端面２より大きい場合
は底端面の全面積が熱吸収面となり、その内壁面が総べ
て蒸発部となる。この場合は各図共第６図改１例と同様
な問題点力；生じ、又傾斜姿勢での使用の場合の方が熱
移送能力が増加する。又この様な場合は第６図の如き底
端面のコンテナ肉厚を厚くすることは何等の効果がない
ことは自明である。 上記に詳述した妬く垂直姿勢又は傾斜姿勢で使用され、
その底部端面を熱吸収面として使用する場合、コンテナ
の周囲壁面を熱吸収面として使用する場合に比較してヒ
ートバイブとしての性能を発揮せしめることが極めて困
難でその原因となる問題点は次の如くである。 （イ）熱吸収面積及び作動液蒸発面積が小さい。 （ロ）作動液蒸発面積拡大のためウィックや突起群を底
端面内壁に設けてもそれは蒸発面に対する作動液の補給
を妨げることになり面積拡大の効果が減少する。 ｅ９垂直姿勢で便用する場合、蒸発部で発生する作動液
の蒸気に依る気泡群に依り蒸発部に向う作動液の還流°
が妨げられる。又作動液滞溜部分から蒸発面に対する作
動液補給も気泡群に依り妨げられる。 に）傾斜姿勢で使用すれば上記問題点を戎程度解決する
が機器部品として使用する場合構成上問題が多い。 第４図は上述の如き問題点を解決する為の本発明に係る
ヒートバイブコンテナの底端部の内部構造を示す断面図
である。第５図及び第６図は第４図ｖ−■線の応用実施
例の横断面図である・本発明に係るコンテナの底端部内
部槽＠げ底端面２の内壁に一体化されて設けられた薄肉
中空金属管からなる隔壁１１、隔壁１１とコンテナ周壁
１に依り形成される作動液の導入蓄積部、隔壁１１に囲
繞された部分のＩＪｆ：端部内壁に一体化Ｉ−で形成さ
れた蒸発面積拡大構造を有する作動液蒸発部、隔壁ｌ】
の底端面内壁に近排した部分に設けられＬ記各Ｎ５を連
通せしめる作動液流通路１５、に依り構成されであるこ
とを基本構造としている。基本構造としてぼ蒸発部に於
ける蒸発面積拡大構造としては知何なる構造にも限定す
るものではない。この様な基本構造を有するヒートパイ
プにおいて底端面２に接着されである発熱体９から熱エ
ネルギーを供給する場合、蒸発部内の作動液は蒸発面に
於いて蒸発潜熱として熱エネルギー全吸収１〜乍ら沸騰
気化（〜で蒸気流６となって凝縮部に向い高速度で移動
する。隔壁１１０作用に依ってこの場合に多量に発生す
る気泡５も蒸気流６も、コンテナ壁面１の内壁に沿って
蒸発部に向って還流する作動液流４の流れに対し何等妨
害作用を与えることなく、文通に気泡５も蒸気流６もそ
れ等に対向して逆流する還流作動液４の液流に依り妨害
されることなく凝縮部に移動することが出来る。 又蒸発面に対する作動液の補給１は作動液流通路１５全
通って直接蒸発面に供給される。この供給は従来構造や
その改善構造即ち第１図、第２図の・）目き単なる流れ
に依る供給ではなく、隔壁１１とコンテナ周壁１の内壁
との間に形成された作動液導入蓄積部の水・１ｑ圧力に
依る圧入力及び蒸気流６及び気泡５の上昇に依り蒸発面
に生ずる負圧力に依る吸入力の合成力に依り生ずる強制
対流に依って高速度で且つ確実に蒸発面に供給される。 又この供給作動液の液流（は作動液蒸気流６や気泡５の
と昇を妨げることなく底端面内壁に沿った流れであるか
ら作動液の蒸発を妨げることもない。父本発明に係るコ
ンテナ底端部内部構造の上述の様な作用効果は該ヒート
パイプが垂直姿勢で使用される場合、傾斜姿勢で使用さ
れる場合も熱移送能力に変化なく、安定した性能を示す
点も従来構造のヒートパイプでは発揮出来なかった特徴
である、但し本発明に係る構造のヒートパイプが性能に
変化が無Ｉね傾斜姿勢の傾斜角度の範囲は低端面内壁の
全面が作動液面でカバーされる範囲内である。 第４図の場合、底端面２に発熱体９７を接着（−である
例について例示しであるが、発熱体表面積が犬きく底端
面の全体が熱吸収症であり、その内壁面の総べてか蒸発
面である場合も本発明に係る構造の作用効果１／（は変
りがない。こゲ）場合作動液導入蓄積部に発生する気泡
５が作動液の強制対流ケ妨げることが考えられるが、該
部分はヒートパイプが作動中は冷却された作動液４が高
速多着に流入し、連続的に蒸発部に送出されゐ点、及び
発熱体９からの熱流の殆んどは多量に蒸気が発生１．蒸
発潜熱として４量に熱吸収が行なわれる蒸発部ｆて流し
込み、底端面２の周囲部分には熱エネルギーの供給が少
ない点の２点に依り作動液尋人蓄積部に発生する気泡５
は非常に少ないのでヒート／（イブ性能には大さな影響
を与えない０ 蒸発部における蒸発１■積拡犬構造としては基本的構造
としては特定の構造に限定するものではないが第４図で
は本発明に係る底端部の内部構造に最も適合すると考え
られる応用実施例を例示しである。１２　、１３　、１
４１ｄ所定の長さの薄肉中空金属管であり、その一端は
蒸発ｇＫおけるコンテナ底端部の内壁と一体化されであ
る。又夫々σ〕底端１ｆｉ内壁に近接している部分ＶＣ
は作動液流通路１６カ≦設けられである。該薄肉中空金
１４管１２　、１３　、１４は夫々所定の内外表面積を
汀して蒸発部び〕内音りフ１ンの役目をして居り、その
本数、及び夫々の内外表面積は底端面内種部ち蒸発面積
の目標とする面積拡大率に応じて定められる。又該蒸発
面噴拡犬率は隔壁１１である薄肉中空金属管１２の内表
面積をも合わせて算出されるものであり蒸発部としての
機能は隔壁１１の内表面と複数の薄肉中空金属管１２　
、１３゜１４の内外表面の総べての総合的な相互作用に
依って発揮される。それ等の相互配置の実施例としては
コンテナ底端部の横断面図である第５図、第６図に例示
しである。 第５図は隔壁１１の内壁面に接すると共に相互に接する
７本の薄肉中空金属管１２　、１３．１４　、・・・、
で構成されである。この複合構造中空管は別途に形成し
た後、所定の長さに切断してコンテナの底端面内壁にろ
う接、半田付は等に依って一体化されである。この様な
構造の場合は各薄肉中空金ｖ４骨相互の接触間隙が毛細
管作用を有する点が特徴となる。 第６図実施例では各薄肉中空金属管は聰べて異った直径
に形成されてあり、且つ同心円状に配置されである・こ
の様な配置の場合に旋盤加工に依りコンテナの底端面と
一体化して形成すめことが出来る点が特徴となる。第４
図、第５図、第６図には図示されていないが隔壁１１の
内壁面及び各薄肉中空金属管１２　、１３　、１４の内
外表面ＶＣは各種のウィックを形成してあっても良い。 上述の如き蒸発面積拡大構造は従来のウィックや凹凸に
依る蒸発面１Ｒ拡大構造に比較１７て次の如き特徴があ
る。 （イ）蒸発面からの気泡の離脱が良好で且つ迅速である
から熱吸収効率が良い。薄肉中空金属管、及びそれ等の
間隙全沸噂ヒ昇する気泡群は蒸発面に負圧を与える。又
該負圧に依り吸入される作動液は蒸発平面に沿って流入
し、気泡ケを方に押上げる。これ等の理由に依り気泡は
蒸発面で大きく成長することなく小気泡のま＼蒸発面を
迅速に離れる・従つ、て蒸発面における熱伝達は熱伝達
率の低い金属気体間熱伝達の割合が減少し金属気体間熱
伝達の割合が、噌加する為熱吸収率が向上する。 （ロ）蒸発面に向って底端面内壁に沿って補給される作
動液の流れに対する流体抵抗がクイックや凹凸に依る蒸
発１菌墳拡大構造の場合より非虜に少ないのでヒー）　
バイブ全体とＩ〜での作＃］液循項サイクルにひけるサ
イクルタイムが短縮され熱移送能力が増加する。 ｐ→蒸発に際しての気泡の発生が底端面内壁に束中する
こζが無いので内壁に対する補給作動液の流入が妨げら
れることがなく、又金属液体間熱伝導面の割合が多くな
り熱吸収効率が良い。 に）底端部のコンテナ壁を薄肉に形成することが出来る
ので熱応答性が良好である。 （ホ）化学的な方法や電気メツキ法等に依る針状・締晶
の形成や機械的な切削に依る凹凸の形成等に依る蒸発面
ｉ・Ｊ拡大構造は各種の条件に依り面積拡大率に制限が
あるが本発明に係る構造は設計も加工も自由であり、作
動液凝縮部面積に対応する面積迄自在に蒸発面積を拡大
させることが出来る。 （へ）従来の蒸発面漬拡大構造は底端部内壁からの高さ
が加工上の理由から充分に高くすることが出来なかった
為作動液量を限界以上に増加させた場合作動液量に応じ
て蒸発ｔを増加させることが出来なかったものであるが
本実施例の構造ではコンテナ内作＠液ｌｔに対応して薄
肉中空金属管の長さを長くすることに依り、滞溜作動液
の液面丁の姥べての深さの部分に熱エネルギーを加えて
、その部分から作動液を蒸発させることの５出来る。即
ち作動液の量や液面の深さ一応じて蒸発効率の良い設計
及び加工が出来る構造である。 以上に詳述した如く本発明に係るヒートパイプコンテナ
の底端部の内部構造及びその応用実施例は垂直又は傾斜
姿勢で使用され、その底端面を熱吸収面とする従来構造
のヒートバイブに比較してそのあらゆる欠点を改善して
ヒートバイブの有する特性を充分に活用し、性能を向上
せしめることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図μ従来のヒートパイプコンテナの底端
面に発熱体を接着したときの断面図、第４図は本発明の
一実施例を示す断面図、第５図は第４図の■−■線の横
断面図、第６図は本発明の他の実施例を示す横断面図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）垂直姿勢又は傾斜姿勢で使用され、その底部端面
   を熱吸収面として使用するヒート・くイブコンテナであ
   って、所定の長さの薄肉中空金属管がその一端はコンテ
   ナの底端面の内壁と一体化され且つその外周壁面はコン
   テナの内周壁１酊に対して所定の間隙ヶ保って平行にな
   る様設けてあり、これ全還流する作動液と蒸発中の作動
   液との間の隔壁と１．て形成されてあり、該隔壁の外側
   は還流する作動液の導入蓄積部になっており、内側は作
   動液の蒸発部になって分り、又該隔壁の底端面内壁に近
   接し友部分には所定の数の作動液流通路が設けられて隔
   壁内外が連絡されてあり、更に作動液蒸発部におけるコ
   ンテナの底端面内壁は所定の蒸発面積拡大構造に形成さ
   れであることを特徴とするヒートパイプコンテナ、 （２、特許請求の範囲第１項に記載のヒートパイプ−ｚ
   ンテナに於いて、作動液蒸発部におけるコンテナの底端
   面内壁に形成されである所定の蒸発面積拡大構造は、所
   定の長さ、所定の内外表面積金有する薄肉中空金属管の
   所定の本数が、夫々の一端はコンテナの底端面内壁と一
   体化されである様に設けられてあり、夫々の薄肉中空金
   、礪管の底端面内壁に近接している部分［８−ｊ：作動
   液流通路が設けられである構造であることを特徴とする
   ヒートパイプコンテナ。 （３）特許請求の範囲第２項に記載のヒートパイグコン
   テナに於いで、作動液蒸発部におけるコンテナの底端面
   内壁に形成する蒸発面積拡大構造を構成する複数の薄肉
   中空金属管は夫々直径の異なる円筒形であり且つ互いに
   同心円状配置されてあルモのであること′ｆｃ特徴とす
   るヒートパイプコンテナ、