JP2014157007A - Self-excited vibration type heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自励振動式ヒートパイプに関する。 The present invention relates to a self-excited vibration heat pipe.
自励振動式ヒートパイプは、閉じた細管を多数回往復させ、内部に揮発性の高い液体(作動液)を封入したデバイスである。平行に並ぶ細管の一方の端部付近に発熱源を取り付ける。発熱源を取り付けた側を受熱部(あるいは蒸発部)と称し、平行に並ぶ細管の他方の端部を放熱部(凝縮部)と称する。作動液は、受熱部にて発熱源の熱によって蒸発する。蒸発は細管の複数の箇所で生じるので、細管全体では気相と液相が交互に存在する状態となる。作動液の蒸発により、受熱部の圧力が高まる。受熱部の圧力が高まることで液相と気相の作動液が放熱部へ移動する。気相の作動液は放熱部にて凝縮し液体に戻る。こうして、作動液の相変化に起因する圧力変化により作動液が受熱部と放熱部の間を移動する。すなわち作動液が自励的に振動する。自励振動式ヒートパイプは、この蒸発と凝縮に伴う潜熱と作動液が有する顕熱の双方によって熱が移送されるので、熱輸送の効率が高い。 A self-excited vibration heat pipe is a device in which a closed tubule is reciprocated many times and a highly volatile liquid (working fluid) is enclosed therein. A heat source is attached near one end of the narrow tubes arranged in parallel. The side to which the heat source is attached is referred to as a heat receiving part (or evaporation part), and the other end of the narrow tubes arranged in parallel is referred to as a heat dissipation part (condensing part). The hydraulic fluid is evaporated by the heat of the heat source at the heat receiving portion. Since evaporation occurs at a plurality of locations in the narrow tube, the entire thin tube is in a state where a gas phase and a liquid phase are alternately present. Due to the evaporation of the hydraulic fluid, the pressure of the heat receiving part increases. As the pressure in the heat receiving part increases, the liquid phase and the gas phase hydraulic fluid move to the heat radiating part. The gas phase hydraulic fluid is condensed in the heat radiating portion and returned to the liquid. Thus, the hydraulic fluid moves between the heat receiving portion and the heat radiating portion due to a pressure change caused by the phase change of the hydraulic fluid. That is, the hydraulic fluid vibrates self-excited. The self-excited vibration type heat pipe has high heat transport efficiency because heat is transferred by both latent heat accompanying evaporation and condensation and sensible heat of the working fluid.
自励振動式ヒートパイプの特性は、管の断面積や管の単位体積当たりの作動液の量、あるいは、作動液の種類に依存するが、一般的な傾向として、熱輸送能力と低温時の応答性(低温時の始動性)はトレードオフの関係にある。その理由は、極めて単純化して言えば、熱輸送量が大きいということは熱容量が大きいということであり、作動液を蒸発させる(作動液を移動させる)のに大きなエネルギを必要とするからである。 The characteristics of the self-excited vibration heat pipe depend on the cross-sectional area of the tube, the amount of hydraulic fluid per unit volume of the tube, or the type of hydraulic fluid. Responsiveness (startability at low temperatures) is in a trade-off relationship. The reason is that, in a very simplified manner, a large heat transport amount means a large heat capacity, and a large amount of energy is required to evaporate the working fluid (move the working fluid). .
そこで、低温時の特性を高めるために、様々な提案がなされている。特許文献1では、ヒートパイプの管にポンプを接続し、低温時にはポンプで積極的に作動液に振動を与えて自励振動を誘発する。特許文献2では、管に局所的にパルス電圧を印加し、作動液に気泡を生じさせ、自励振動を誘発する。さらに、特許文献3では、電気で駆動する加振機(アクチュエータ)で作動液に振動を与える。特許文献4のヒートパイプは、作動液の量を調整する手段を備える。
Thus, various proposals have been made in order to improve the characteristics at low temperatures. In Patent Document 1, a pump is connected to a pipe of a heat pipe, and when the temperature is low, the pump actively vibrates the hydraulic fluid to induce self-excited vibration. In
また、特許文献5では、熱輸送特性の異なる2つのヒートパイプを一つの筐体に収める。2つのヒートパイプには、それぞれ融点の異なる作動液が封止されている。融点の低い作動液が封止されたヒートパイプは、外気温度が低くても作動する。外気温度が高くなると、あるいは、熱源の温度が高くなると、高融点作動液が封止されたヒートパイプが作動を開始し、熱輸送量が増加する。 Further, in Patent Document 5, two heat pipes having different heat transport characteristics are housed in one housing. The two heat pipes are sealed with hydraulic fluids having different melting points. A heat pipe sealed with a working fluid having a low melting point operates even when the outside air temperature is low. When the outside air temperature rises or the temperature of the heat source rises, the heat pipe sealed with the high melting point working fluid starts to operate, and the heat transport amount increases.
特許文献1〜4のヒートパイプはいずれも何らかのアクチュエータを備え、低温時には、能動的に自励振動を誘発する。特許文献5のヒートパイプは、実質的には特性の異なる2つのヒートパイプを備えることに相当する。本明細書は、電源等の能動的な駆動力を必要とすることなく、低温時の特性を高めたヒートパイプを提供する。 Each of the heat pipes of Patent Documents 1 to 4 includes some kind of actuator, and actively induces self-excited vibration at low temperatures. The heat pipe of Patent Document 5 corresponds to providing two heat pipes having substantially different characteristics. The present specification provides a heat pipe with improved characteristics at low temperatures without requiring an active driving force such as a power source.
本明細書が開示する自励振動式ヒートパイプは、密閉された管の途中に気体と液体は通さないが圧力変動は伝達する圧力伝達手段を備える。そして、管の圧力伝達手段の一方側と他方側で異なる熱輸送特性を持たせる。本明細書が開示する自励振動式ヒートパイプは、別言すれば、熱輸送特性の異なる第1ヒートパイプと第2ヒートパイプを、気体と液体は通さないが圧力変動は伝達する圧力伝達手段で連結したデバイスである。熱輸送特性とは、低温での始動性の良さを含む。別言すれば、本明細書が開示する自励振動式ヒートパイプは、ヒートパイプ管内の空間が長さ方向で2つに分割されているとともに、分割された空間の一方で生じた圧力変動を他方の空間に伝達する圧力伝達手段を備えている。前述したように、熱輸送能力と低温時の応答性(低温時の始動性)はトレードオフの関係にあり、第1ヒートパイプは第2ヒートパイプよりも熱輸送量は小さいが低温時の応答性は優るように構成する(第1ヒートパイプの特性と第2ヒートパイプの特性は逆でもよい)。第1ヒートパイプは低温環境において第2ヒートパイプよりも早く始動する。そして、第1ヒートパイプの振動が圧力伝達手段で第2ヒートパイプに伝達される。伝達された圧力変動が第2ヒートパイプの自励振動を誘発し、第2ヒートパイプは、それと同等の単体ヒートパイプよりも早く自励振動が始動する。この自励振動式ヒートパイプは、能動的なアクチュエータを備えることなく、熱容量の大きい第2ヒートパイプが従来のヒートパイプよりも早く始動する。即ち、圧力伝達手段の一方側と他方側で熱輸送特性を異ならせることで、一方側が他方側と比較して、低温で自励振動を開始する。 The self-excited oscillating heat pipe disclosed in the present specification includes pressure transmission means for transmitting pressure fluctuations while gas and liquid do not pass through a sealed tube. And the heat transport characteristic which is different in the one side and the other side of the pressure transmission means of a pipe | tube is given. In other words, the self-excited oscillating heat pipe disclosed in this specification is a pressure transmission means that transmits pressure fluctuations while gas and liquid do not pass through the first heat pipe and the second heat pipe having different heat transport characteristics. It is a device connected with. The heat transport property includes good startability at low temperatures. In other words, the self-excited vibration heat pipe disclosed in the present specification has a space in the heat pipe divided into two in the length direction, and a pressure fluctuation generated in one of the divided spaces. Pressure transmitting means for transmitting to the other space is provided. As described above, the heat transport capacity and the response at low temperatures (startability at low temperatures) are in a trade-off relationship, and the first heat pipe has a smaller amount of heat transport than the second heat pipe, but the response at low temperatures. It is configured so that the characteristics are excellent (the characteristics of the first heat pipe and the characteristics of the second heat pipe may be reversed). The first heat pipe starts faster than the second heat pipe in a low temperature environment. Then, the vibration of the first heat pipe is transmitted to the second heat pipe by the pressure transmission means. The transmitted pressure fluctuation induces self-excited vibration of the second heat pipe, and the second heat pipe starts self-excited vibration earlier than an equivalent single heat pipe. In this self-excited vibration heat pipe, the second heat pipe having a large heat capacity is started earlier than the conventional heat pipe without including an active actuator. That is, by making the heat transport characteristics different on one side and the other side of the pressure transmission means, one side starts self-excited vibration at a lower temperature than the other side.
なお、圧力伝達手段は、典型的には、ピストンあるいはダイアフラム(振動板)でよい。また、第1ヒートパイプと第2ヒートパイプ(即ち、圧力伝達手段の一方側と他方側)の熱輸送特性を異ならしめるのは、管断面積、管の単位体積当たりの作動液の量、作動液の種類、熱流束の少なくとも一つを相違させることで達成できる。 The pressure transmission means may typically be a piston or a diaphragm (diaphragm). Also, the heat transport characteristics of the first heat pipe and the second heat pipe (that is, one side and the other side of the pressure transmission means) are different from each other in that the pipe cross-sectional area, the amount of hydraulic fluid per unit volume of the pipe, the action This can be achieved by differentiating at least one of the type of liquid and the heat flux.
さらに、本明細書が開示するヒートパイプでは、管の内径の熱膨張率が、その内径に対応する圧力伝達手段の外径の熱膨張率よりも大きいことが好ましい。圧力伝達手段がピストンの場合、ピストンの外径の熱膨張率が、ピストンが摺動する管の内径の熱膨張率よりも小さいことが好ましい。そうすると、始動し易い方のヒートパイプ(第1ヒートパイプ)が始動する際のピストンと管との間の摺動抵抗(第1摺動抵抗)が大きく、熱容量の大きい方のヒートパイプ(第2ヒートパイプ)が始動する際のピストンと管との間の摺動抵抗(第2摺動抵抗)を小さくすることができる(第1摺動抵抗>第2摺動抵抗)。この構成は、第1ヒートパイプが始動する際にはピストンを動き難くして(即ちピストンの動きで圧力変動を緩和することなく)第1ヒートパイプを始動し易くすることができるとともに、温度が上昇するにつれてピストンを動きやすくして第2ヒートパイプへの圧力変動伝達を促進することができる。 Furthermore, in the heat pipe disclosed in the present specification, it is preferable that the coefficient of thermal expansion of the inner diameter of the pipe is larger than the coefficient of thermal expansion of the outer diameter of the pressure transmission means corresponding to the inner diameter. When the pressure transmission means is a piston, the coefficient of thermal expansion of the outer diameter of the piston is preferably smaller than the coefficient of thermal expansion of the inner diameter of the pipe on which the piston slides. Then, when the heat pipe that is easier to start (first heat pipe) starts, the sliding resistance (first sliding resistance) between the piston and the pipe is large, and the heat pipe having the larger heat capacity (second heat pipe). The sliding resistance (second sliding resistance) between the piston and the pipe when the heat pipe is started can be reduced (first sliding resistance> second sliding resistance). This configuration makes it difficult for the piston to move when the first heat pipe is started (that is, without relaxing the pressure fluctuation due to the movement of the piston), and makes it easy to start the first heat pipe. It is possible to facilitate the movement of the piston as it rises, and promote the transmission of pressure fluctuations to the second heat pipe.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
(第1実施例)図1に、第1実施例のヒートパイプ2の模式的平面図を示す。ヒートパイプ2は、平板型の筐体3の内部に密封された管4が形成されているデバイスである。管4の内部には、少量の作動液が充填されている。作動液は、揮発性の高い液体であり、例えば、代替フロンである。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic plan view of a
筐体全体はアルミニウムや銅など、熱伝導率の高い金属で作られている。管4は、筐体3の一端と他端(図の上端と下端)の間を複数回往復している。筐体3の一端側で管4の複数の折り返し部が並んだ領域を受熱部Hvと称し、他端側で管4の複数の折り返し部が並んだ領域を放熱部Hrと称する。受熱部Hvに発熱源が取り付けられる。発熱源の熱により、受熱部Hvで作動液が蒸発する。受熱部Hvには管4の折り返し部が複数含まれており、その複数の折り返し部の夫々で作動液が蒸発する。放熱部Hrの作動液は液体のままである。そうすると、管4の内部で作動液は液相と気相が混在した状態となる。受熱部Hvで作動液が気体となると、受熱部Hvの圧力が高まり、作動液全体が放熱部Hrへ移動する。放熱部Hrへ移動した気相の作動液は凝縮し液相に戻る。その際、凝縮熱を放出する。また、気相の作動液の移動に伴い、受熱部Hv付近の液相の作動液も放熱部Hrへ移動し、そこで熱を放出する。こうして、気化と凝縮の潜熱と、液相の作動液が有する顕熱の双方で熱が輸送される。放熱部Hrで熱を放出した作動液は、受熱部Hvから新たに送られる温度の高い作動液に押しやられ、受熱部Hvへと移動する。こうして、作動液は、管4の内部で自励的に振動する。なお、発熱源に制限はないが、典型的には半導体チップなどの電子デバイスである。
The entire housing is made of a metal with high thermal conductivity, such as aluminum or copper. The tube 4 reciprocates a plurality of times between one end and the other end of the housing 3 (upper and lower ends in the figure). A region where a plurality of folded portions of the tube 4 are arranged on one end side of the
管4の途中に圧力伝達部8が設けられている。圧力伝達部8は、2箇所のくびれ部7の間にピストン6を配した構造である。ピストン6は、2箇所のくびれ部7の間で自由に動くことができる。ただし、ピストン6と管4の内壁の間には封止オイルが充填されており、ピストン6の一方側と他方側で液体と気体は通過することができない。ピストン6を境にして管4の一方側で圧力変動が生じると、ピストン6がその圧力変動に応じて往復する。ピストン6の往復運動が、管4の他方側に圧力変動をもたらす。即ち、圧力伝達部8は、ピストン6の一方側と他方側で気体と液体は通さないが圧力変動は伝達する。以下では、管4においてピストン6の一方側を第1ヒートパイプ4aと称し、他方側を第2ヒートパイプ4bと称する。別言すれば、ヒートパイプ2は、管4の内部空間が長さ方向で2分割されており、その分割位置に、ピストン6が設けられている。ピストン6は、分割された空間の一方で生じた圧力変動を他方の空間へ伝達する。
A
第1ヒートパイプ4aと第2ヒートパイプ4bでは、熱輸送特性が異なる。具体的には、作動液の量が異なる。本実施例では、第1ヒートパイプ4aの作動液の量が第2ヒートパイプ4bの作動液の量よりも少ない。それゆえ、第1ヒートパイプ4aは第2ヒートパイプ4bに比べて、少量の熱でも作動を開始する。別言すれば、第1ヒートパイプ4aは第2ヒートパイプ4bと比較して低温での始動開始が早い。
The
作動液の量の相違による熱輸送特性を、図2を参照して具体的に説明する。図2は、ヒートパイプの特性を模式的に表したグラフである。図2のグラフは、縦軸にヒートパイプの熱抵抗をとり、横軸にヒートパイプの熱流束をとっている。熱抵抗とは、熱の伝え難さを表す単位であり、単位時間当たり単位発熱量当たりの温度上昇量に相当する。また、熱流束とは、単位時間当たりに単位面積を通過する熱量に相当する。図2のグラフの右下の領域ほど、ヒートパイプの性能、即ち熱輸送能力が高いことを示している。グラフG1は第1ヒートパイプ4aの特性を示しており、グラフG2は第2ヒートパイプ4bの特性を示している。第2ヒートパイプ4bは、第1ヒートパイプ4aと比較して、熱流束が大きい領域において熱抵抗が低い。即ち、熱輸送能力は第1ヒートパイプ4aよりも第2ヒートパイプ4bの方が高い。ただし、外気温度が低い場合、あるいは、発熱源の発熱量が小さい場合には、もともと熱流束が大きくならない。即ち、外気温度が低い場合、あるいは、発熱源の発熱量が小さい場合とは、グラフの左側の領域に相当する。グラフの左側の領域では、第2ヒートパイプ4bよりも第1ヒートパイプ4aの方が、熱抵抗が小さい。このことは、外気温度が低い場合、あるいは、発熱源の発熱量が小さい場合には、第1ヒートパイプ4aが第2ヒートパイプ4bよりも動作し易いこと、すなわち始動性がよいことを示している。即ち、第1ヒートパイプ4aは第2ヒートパイプ4bよりも低温時の始動性は優れているが、発熱源の発熱量が大きくなった場合の熱輸送量は第1ヒートパイプ4aよりも第2ヒートパイプ4bの方が大きい。
The heat transport characteristics due to the difference in the amount of hydraulic fluid will be specifically described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph schematically showing the characteristics of the heat pipe. In the graph of FIG. 2, the vertical axis represents the heat resistance of the heat pipe, and the horizontal axis represents the heat flux of the heat pipe. The thermal resistance is a unit representing the difficulty of transferring heat, and corresponds to the amount of temperature increase per unit calorific value per unit time. The heat flux corresponds to the amount of heat that passes through a unit area per unit time. The lower right region of the graph of FIG. 2 indicates that the performance of the heat pipe, that is, the heat transport capability is higher. Graph G1 shows the characteristics of the
圧力伝達部8の機能を説明する。前述したように、ヒートパイプ2では、第1ヒートパイプ4aが第2ヒートパイプ4bよりも先に始動する。すなわち、第1ヒートパイプ4a内で先に作動液の気化が始まり、自励振動が始まる。自励振動による圧力変化は、圧力伝達部8を通じて第2ヒートパイプ4bの内部に伝達される。第2ヒートパイプ4b内では、第1ヒートパイプ4aからの圧力変動が作動液に刺激を与えることになり、自励振動が誘発される。こうして、第2ヒートパイプ4bと同等の単体ヒートパイプでは通常では自励振動が開始しない領域であっても、第1ヒートパイプ4aからの刺激により第2ヒートパイプ4bは動作を開始する。ヒートパイプ2は、第1ヒートパイプ4a及び第2ヒートパイプ4bと同等の2つのヒートパイプを個別に備えるよりも、低温時の始動性が良い。
The function of the
第1実施例のヒートパイプ2の製造方法の一例を説明する。図3に製造方法を説明する図を示す。平板型のヒートパイプ2は、アルミニウムの押出成形で作られる多穴管を利用して作ることができる。図3の符号33が示す部材が多穴管である。多穴管は、平行に伸びる複数の貫通孔34を有している。なお、図3では一つの貫通孔のみをかくれ線で示しており、他の貫通孔は図示を省略している。一つの貫通孔34の内部にピストン6を配置した後、そのピストンの両側で多穴孔33の外側から貫通孔34に向けてパンチ36を打ち込む。符号35が、パンチ36の打点を示している。
An example of the manufacturing method of the
図4に、図3のIV−IV線に沿った断面図を示す。図4は、ピストン6の周辺の部分的な断面図である。パンチ36の打点35の内側で貫通孔34の内壁に窪み7が形成される。2つの窪み7は、ピストン6が動ける範囲を規定する。こうして、窪み7とピストン6で構成される圧力伝達部8が形成される。圧力伝達部8を形成し、少量の作動液を充填した後、平行に並ぶ複数の貫通孔34の両端を塞ぐ。このとき、筐体内部で、隣接する貫通孔同士の連通を確保する。また、筐体の一端側と他端側では、連通させる貫通孔の組を互い違いとする。具体的には、貫通孔A、B、Cが並んでいると仮定すると、筐体の一端側では貫通孔AとBと連通し、他端側では貫通孔BとCを連通する。こうして、筐体の両端の間を複数回往復するとともに、途中に圧力伝達部を有する1本の密封管が得られる。図4において、圧力伝達部8の上側が第1ヒートパイプ4aに相当し、圧力伝達部8の下側が第2ヒートパイプ4bに相当する。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the periphery of the
(第2実施例)図5を参照して第2実施例のヒートパイプ22を説明する。ヒートパイプ22では、密封された1本の管14が、圧力伝達部18により、第1ヒートパイプ14aと第2ヒートパイプ14bに分けられている。圧力伝達部18は、ダイヤフラム17(振動板)である。ダイヤフラム17は、圧力変動で振動するが、気体と液体は通さない。即ち、ダイヤフラム17は、第1ヒートパイプ14aと第2ヒートパイプ14bの一方で生じた圧力変動(自励振動)を他方へ伝達する。ダイヤフラム17は、第1実施例の圧力伝達部8と同じ効果を奏する。
(Second Embodiment) A
ヒートパイプ22では、また、第1ヒートパイプ14aと第2ヒートパイプ14bの管断面積が異なる。第1ヒートパイプ14aの管断面積W1は、第2ヒートパイプ14bの管断面積W2よりも小さい。それゆえ、第1ヒートパイプ14aの方が第2ヒートパイプ14bよりも熱抵抗が小さく、低温時の始動が早い。従って、低温環境下、あるいは、発熱源の発熱量が小さい場合は、第1ヒートパイプ14aが第2ヒートパイプ14bよりも先に始動する。そして、第1ヒートパイプ14aの自励振動による圧力変動がダイヤフラム17を介して第2ヒートパイプ14bに伝搬する。ダイヤフラム17を介して第1ヒートパイプ14aから受けた圧力変動に触発され、第2ヒートパイプ14bでは自励振動が生じ易くなる。すなわち、第2ヒートパイプ14bは、これと同等のヒートパイプ単体よりも早く始動する。
In the
次に、圧力伝達部8が、ピストン6で構成される場合に、管3の内径とピストン6の外形の熱膨張率の相違について説明する。図6は、第1実施例のヒートパイプ2について、管3の内径Waとピストン6の外径Wb2の相違を模式的に示した部分拡大断面図である。図6(A)は、第1ヒートパイプ4aが始動する予定の温度における内径Wa1と外径Wb1の関係を示す。図6(B)は、第2ヒートパイプ4bが始動する予定の温度における内径Wa2と外径Wb2の関係を示す。別言すれば、図6(B)は、図6(A)の場合と比較して温度が高い場合である。
Next, when the
ここでの説明においては、管3の内径Waの熱膨張率は、ピストン6の外径Wbの熱膨張率よりも大きい、別言すれば、ピストン6の外径Wbの熱膨張率は、管3の内径の熱膨張率Waの熱膨張率よりも小さい。管3は例えばアルミニウムで作られており、ピストン6は例えば銅で作られる。アルミニウムの線膨張係数は23.0[x10−6/K]であり、銅の線膨張係数は16.7[x10−6/K]であり、アルミニウムの線膨張係数は銅の線膨張係数よりも高い。そのような線熱膨張率の相違があれば、管3の内径Waの熱膨張率は、ピストン6の外径Wbの熱膨張率よりも大きくなる。
In the description here, the coefficient of thermal expansion of the inner diameter Wa of the
図6(A)の場合、管3の内径Wa1とピストン6の外径Wb1はほぼ等しい。それゆえ、ピストン6は管3の内壁との間に高い摺動抵抗を受ける。第1ヒートパイプ4aが作動し始める際(第1非ヒートパイプ4a内で自励振動が始まる際)、ピストン6は動かない。ピストン6が動くと、第1ヒートパイプ4a内の圧力変動が緩和され、自励振動の開始を阻害するが、図6(A)の場合はピストン6が動かないためそのような阻害が生じない。
In the case of FIG. 6A, the inner diameter Wa1 of the
温度が上昇し、第2ヒートパイプ4bが始動する予定の温度となると(図6(B)の場合)、管3の内径Wa1はWa2に拡がり、ピストン6の外径Wb1はWb2に拡がる。管3の内径Waの熱膨張率はピストン6の外径Wbの熱膨張率よりも大きいので、管3の内径Wa2>ピストン6の外径Wb2となる。従ってピストン6が管3の内壁から受ける摺動抵抗が下がり、ピストン6は動き易くなる。第2ヒートパイプ4bの始動予定の温度域まで温度が上がると、ピストン6が動き出し、第1ヒートパイプ4aの振動が第2ヒートパイプ4bに伝達される。第2ヒートパイプ4bはピストン6を介して第1ヒートパイプ4aから圧力変動を受け、作動開始が誘発される。なお、図6(B)は、理解を助けるために、ピストン6と管3の内面との間に隙間を描いたが、実際にはピストン6は、第1ヒートパイプ4aと第2ヒートパイプ4bの間で気体も液体も通さない。次の図7(B)でも同様である。
When the temperature rises and reaches the temperature at which the
図7は、ピストン6の周囲にゴム製のシールリング41が取り付けられている場合を示す。図7の場合も、管3の内径の熱膨張率とピストン6の外径の熱膨張率の相違が図6の場合と同じであるならば、図6の場合と同じ利点が得られる。
FIG. 7 shows a case where a
図6と同様に、図7(A)は、第1ヒートパイプ4aが始動する予定の温度における内径Wa1と外径Wc1の関係を示す。図7(B)は、第2ヒートパイプ4bが始動する予定の温度における内径Wa2と外径Wc2の関係を示す。
Similar to FIG. 6, FIG. 7A shows the relationship between the inner diameter Wa1 and the outer diameter Wc1 at the temperature at which the
第1ヒートパイプ4aが作動し始める予定の温度のとき(図7(A)のとき)、管3の内径Wa1とピストン6の外径Wc1との差(Wa1−Wc1)は、シールリング41を強く圧迫する程に小さい。それゆえ、ピストン6は管3の内壁との間に高い摺動抵抗を受ける。第1ヒートパイプ4aが作動し始める際(第1非ヒートパイプ4a内で自励振動が始まる際)、ピストン6は動かず、第1ヒートパイプ4aはスムーズに始動する。
When the temperature at which the
温度が上昇し、第2ヒートパイプ4bが始動する予定の温度となると(図7(B)の場合)、管3の内径Wa1はWa2に拡がり、ピストン6の外径Wc1はWc2に拡がる。管3の内径Waの熱膨張率はピストン6の外径Wcの熱膨張率よりも大きいので、管3の内径Waとピストン6の外径Wc2との差(Wa2−Wc2)は、低温時よりも拡がる。即ち、(Wa2−Wc2)>(Wa1−Wc1)となる。それゆえ、シールリング41に加わっていた圧迫力が弱まり、ピストン6が管3の内壁から受ける摺動抵抗が下がる。その結果、ピストン6が動き易くなる。図6の場合と同じ効果が得られる。
When the temperature rises and reaches the temperature at which the
上記のように、管3の内径の熱膨張率が、その内径に対応するピストン6の外径の熱膨張率よりも大きくなるように、管3とピストン6の材料を選定すれば、低温で第1ヒートパイプ4aがさらに始動し易くなる。
As described above, if the material of the
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示するヒートパイプは、低温環境化で始動性のよい第1ヒートパイプと、始動性は第1ヒートパイプには劣るが熱輸送量が大きい第2ヒートパイプを圧力伝達手段で連結したデバイスである。このヒートパイプでは、第1ヒートパイプの自励振動が第2ヒートパイプの始動の刺激となり、第2ヒートパイプが始動し易くなる。本明細書が開示する技術は、自励式ヒートパイプの特徴である「自励振動」を積極的に活用し、アクチュエータを要することなく、低温時の始動特性を従来のヒートパイプよりも高めることができる。 Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. The heat pipe disclosed in this specification is connected to a first heat pipe having a good startability in a low temperature environment and a second heat pipe having a large heat transport amount, although the startability is inferior to that of the first heat pipe, by pressure transmission means. Device. In this heat pipe, the self-excited vibration of the first heat pipe serves as a stimulus for starting the second heat pipe, and the second heat pipe is easily started. The technology disclosed in this specification actively utilizes the “self-excited vibration” that is a feature of self-excited heat pipes, and can improve starting characteristics at low temperatures compared to conventional heat pipes without requiring an actuator. it can.
実施例のヒートパイプ、特に、第1実施例のヒートパイプ2は、多穴孔を利用して容易に製造することができる。本明細書が開示するヒートパイプは、アクチュエータが不要なだけでなく、その製造が容易であるという利点を有する。なお、実施例で説明した製造方法では、多穴管の片面だけからパンチを当て、管内の一面にくびれ部を設けた。多穴管の両側からパンチを当てて、管内の断面における両側にくびれ部を設けることも好適である。
The heat pipe of the embodiment, in particular, the
第1実施例では第1ヒートパイプと第2ヒートパイプで作動液の量を異なるものとした。第2実施例では第1ヒートパイプと第2ヒートパイプで管断面積を異なるものとした。第1ヒートパイプと第2ヒートパイプは、熱輸送特性が異なればよく、作動液の量あるいは断面積に限られない。作動液の量や断面積のほかに、第1ヒートパイプと第2ヒートパイプでは、作動液の種類や熱流束などを変えることによって熱輸送特性を異ならしめてもよい。また、実施例のヒートパイプ2、22の筐体3はいずれも平板型であった。ヒートパイプ全体の形状は平板に限られず、円柱形や角柱形であってもよい。あるいは、L字状の板であってもよい。
In the first embodiment, the amount of hydraulic fluid is different between the first heat pipe and the second heat pipe. In the second embodiment, the first heat pipe and the second heat pipe have different tube cross-sectional areas. The first heat pipe and the second heat pipe need only have different heat transport characteristics, and are not limited to the amount of hydraulic fluid or the cross-sectional area. In addition to the amount and cross-sectional area of the hydraulic fluid, the first heat pipe and the second heat pipe may have different heat transport characteristics by changing the type of hydraulic fluid, the heat flux, and the like. In addition, the
実施例のヒートパイプでは、第1ヒートパイプの熱輸送能力が第2ヒートパイプの熱輸送能力よりも高い。熱輸送能力の高い第1ヒートパイプの占める空間(典型的には長さ)が、第2ヒートパイプの占める空間よりも大きいことが望ましい。 In the heat pipe of the example, the heat transport capability of the first heat pipe is higher than the heat transport capability of the second heat pipe. It is desirable that the space (typically length) occupied by the first heat pipe having a high heat transport capacity is larger than the space occupied by the second heat pipe.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2、22:ヒートパイプ
3:筐体
4:管
4a、14a:第1ヒートパイプ
4b、14b:第2ヒートパイプ
6:ピストン
7:くびれ部
8、18:圧力伝達部
17:ダイヤフラム
33:多穴孔
34:貫通孔
36:パンチ
39:打点
41:シールリング
Hr:放熱部
Hv:受熱部
W1、W2:管断面積
2, 22: heat pipe 3: housing 4:
Claims (4)
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- 2013-03-27 JP JP2013067236A patent/JP2014157007A/en active Pending
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