JPS5945913B2 - ヒ−トパイプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、作動液を封入した密閉パイプの一端部を加熱
部とし、他端部を冷却部としたヒートパイプ、たとえば
中心軸周りに回転して用いられるヒートパイプ（いわゆ
る回転形ヒートパイプ）とくに回転電機冷却用ヒートパ
イプに関するものである。

この種の従来のヒートパイプは第１図ないし第２図に示
すように構成されている。

第１図は内径の一様なヒートパイプであり、第２図は冷
却部の内径が加熱部の方向に向って拡大するようなテー
パをもって構成されたテーパ管ヒートパイプである。

両図において、１は両端を封止したパイプ、２はその内
部に封入された適量の作動液である。

パイプ１内は作動液２とその飽和蒸気で満たされている
。

パイプ１の一端部は力ロ熱部３として機能し、この力日
熱部３に熱がカロえられると、そこにある作動液は蒸発
し、パイプ１の他端部に構成される冷却部４との間に圧
力差を生ずるので、蒸気は冷却部４に高速で移動する。

冷却部４に移動した蒸気はそこの内壁で凝縮し、そこで
蒸発潜熱を放出する。

このように熱は作動液の蒸発、移動および凝縮によって
加熱部３から冷却部４に潜熱として伝えられるので、通
常の固体熱伝導とは異なり、大きな熱流束が得られる。

冷却部４で凝縮した作動液２は、第１図のヒートパイプ
では回転時の遠心力による平滑作用（横型の場合）また
は重力により、また第２図のヒートパイプでは遠心力に
よって、それぞれ力ロ熱部３に戻され、さらに蒸発・凝
縮を繰返し、循環閉回路を作って循環する。

このようなヒートパイプにおいてはこれを回転させると
作動液が遠心力によりパイプ１の内壁に厚く張り付けて
成る液層を介して加熱部３での蒸発ないし冷却部４での
凝縮が行なわれることになるため、加熱部３ないし冷却
部４の熱抵抗が増大し、熱伝達率の低下を来たすことに
なる。

一般に熱伝達率は、液層が厚くなる程、また熱流束が大
きくなる程、小さくなり、加熱部３さ冷却部４との間の
温度差も増大する。

このような条件のもとて所定の熱伝達性能を得ようとす
れは、より大型で重量のあるヒートパイプを必要とする
ことになる。

本発明の目的は、このような欠点の無い、熱伝達性Ｎヒ
がよくて小型軽量に安価に製作し得る冒頭に述べた型の
ヒートパイプを提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、密閉パイプの冷
却部の内部に、横断面が歯車形状をしたインナーフィン
を密閉パイプに対して同心的に熱伝導性の良好な状態で
挿入したことを特徴とするものである。

この構成により凝縮部の有効面積が増すとともに、液層
厚さが薄くなって熱伝達率が大きくなり、それにより熱
伝達性能の向−Ｌが達成されるのである。

以下、本発明によるインナーフィンを一例として冷却部
にのみ設ける場合の実施例について図面を参照しながら
詳細に説明する。

第３図は本発明の一実施例を示すものである。

このヒートパイプの基本構造は既に述べた従来のものと
同一であり、密閉パイプ１の中に適量の作動液２を封入
して成るものであり、パイプ１内は作動液２とその飽和
蒸気で満たされている。

そして一方の端部は加熱部３として機能し、他方の端部
は冷却部４として機能する。

このような基本構造を持つヒートパイプの冷却部４内に
は、本発明により、横断面が歯車形状をしたインナーフ
ィン５がパイプ１に対して同心的にかつ熱伝導性の良好
な状態で、たとえば焼ばめや圧入などの手段により挿入
配設されている。

そして、パイプ１の両端部に端板または軸端を溶接やロ
ー付けなどにより気密接合されている。

インナーフィン５の横断面形状例を第４〜６図に示す。

第４図のインナーフィン５１および第５図のインナーフ
ィン５２は本発明において外歯歯車形と総称するもので
、インナーフィン自体、その中心部に共通の連結部があ
って、ここから放射方向に南部と総称される部分が拡が
っている型のものである。

第４図のインナーフィン５１は個々の南部が平板状に形
成され、第５図のインナーフィン５２は歯部の相互間に
形成される空間が平行スリット形となるように構成され
ている。

第６図のインナーフィン５３は本発明において内歯歯車
形と称されるものであって、共通の連結部が外周側にあ
り、ここから放射方向内側に向って歯部が突出しており
、中心部は空間として形成されているものである。

インナーフィン５を設けることにより冷却部４の熱伝達
有効面積が増大する。

たとえば、第５図のインナーフィン５２の場合、冷却部
４の凝縮部有効面積を、従来の内径が一様なヒートパイ
プのインナーフィン無しのものに対し、２．７倍（幾何
的には３倍）に増大させた結果、凝縮部での液層厚さが
約１／２．７に低下した（熱流束が小さくなった）こと
により、凝縮熱伝達率が約１．５倍に増大した。

その結果、見かけの凝縮熱伝達率を２．７ＸＩ、５と、
４倍に向上させることができた。

横断面が歯車形状をしたインナーフィン５を挿入配設し
たピー１−パイプに軸回転の遠心力が作用すると、イン
ナーフィン５の中心部から徐々に径の大きい側へと作動
液が流れ、液層も徐々に厚くなり、最外径側に液が集ま
る。

この集まった液は遠心力による平滑作用により力ロ熱部
３へ戻される。

その場合、インナーフィン５により、凝縮面積の増大以
外にインナーフィン表向部での液層を薄くし、熱伝達性
能を高めることができる。

インナーフィン５の材質は熱膨張率さの関係でパイプ１
と同じ材質であることが望ましい。

しかしながら、材質が異なり、たとえばパイプ１の材料
に対しインナーフィン５の材料の熱膨張率の方が大きい
場合は、第７図または第８図に示すようにそれぞれイン
ナーフィン５４．！１５５に対し軸方向に数量以下の幅
Ｗのスリット６４，６５を設ケることにより成る程度の
熱膨張は逃すことができる。

第４図の実施例においては一体のインナーフィン５を示
したが、これは第６図に示すように軸方向に複数個に分
割し、それらを相互間に間隙を設けてパイプ１内に挿入
してもよい。

これによっても第４図のものと同等の効果を達成するこ
とができる。

以上の実施例では軸回転による遠心力を利用し／と回転
型ヒートパイプについて説明したが、本発明は重力を利
用して液を冷却部から加熱部へ戻す重力型ヒートパイプ
にも適用できる。

以上述べたよ・うに本発明によれば、密閉パイプの冷却
部の内部に、横断面が歯車形状をしたインナーフィンを
密閉パイプに対して同心的に熱伝４性の良好な状態で挿
入することにより、蒸発ないし凝縮の有効面積を大幅に
増大させることができるほか、泥層厚さを薄くすること
ができ、特に遠心力が作用したとき、インナーフィン表
向が厚い液層で被われることがなくなるため、熱伝達率
の向」−１すなわち熱伝達性能の向上が達成でき、ヒー
トパイプの小型軽量化すなわち、たとえばヒートパイプ
の冷却部寸法の縮少化を達成できる効果がある。

さらに、特に密閉パイプの内径が一様なものを用いる場
合には、インナーフィンは数ｍＭ以下の厚さの板材を用
いてプレスカロエにより容易に製作でき、その材料とし
てアルミニウム材を使用する場合にはインナーフィンを
押出し成形で容易に製作できる。

また熱負荷に応じて加熱部ないし冷却部の軸方向長さお
よびインナーフィンの軸方向長さも自由に伸縮できる。

これらにより、本発明によれは、熱伝達性能の大きいヒ
ートパイプを安価に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来のヒートパイプの縦
断面図、第３図は本発明によるヒートパイプの一実施例
を示す縦断面図、第４図、第５図および第６図は第５図
におけるインナーフィンの横断面形状の異なる実施例を
示す断面図、第７図および第８図はインナーフィンに熱
膨張対策用スリットを設けた異なる実施例を示す横断面
図、第９図は第３図の実施例に対する本発明の他の実施
例を示す縦断面図である。 １・・・・・・密閉パイプ、２・・・・・・作動液、３
・・・・・・加熱部、４・・・・・・冷却部、５，５１
〜５５・・・・・・インナーフィン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 作動液を封入した密閉パイプの一端部を加熱部とし
   、かつ他端部を冷却部としたヒートパイプにおいて、前
   記密閉パイプの冷却部の内部に横断面が歯車形状をした
   インナーフィンを密閉パイプに対して同心的に熱伝導性
   の良好な状態で挿入したことを特徴とするビー１〜パイ
   プ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のヒートパイプにおいて
   、インナーフィンが軸方向に複数個に分割されてなるこ
   とを特徴とするヒートパイプ。 ３！Ｏ￥ｆ許請求の範囲第１項または第２項記載のヒー
   トパイプにおいて、前記インナーフィンが外歯歯車形に
   構成されてなることを特徴とするヒートパイプ。 ４ ％許請求の範囲第１項または第２項記載のヒートパ
   イプにおいて、前記インナーフィンが内歯歯車形に構成
   されてなることを特徴とするヒートパイプ。 ５ ％許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかの項
   に記載のヒートパイプにおいて、前記インナーフィンは
   軸方向に沿って半径方向に形成されたスリットを有する
   ことを特徴とするヒートパイプ。