JP2014222124A - Heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートパイプに関する。 The present invention relates to a heat pipe.
従来のヒートパイプとして、例えば、円筒形のコンテナの内壁面にウイックを配し、コンテナの一方を外部から受熱する受熱部、他方を外部に放熱する放熱部として作動液を封入したものがある(例えば下記特許文献1)。このヒートパイプは、作動液を受熱部において加熱蒸発させて蒸気流とし放熱部に移動させ、放熱部において蒸気流を放熱させて凝縮液としウイックの毛細管作用により還流させ、作動液の循環を発生させている。そして、作動液の左記循環中の蒸発及び凝縮の潜熱によりヒートパイプの熱交換を行っている。 As a conventional heat pipe, for example, there is one in which a wick is arranged on the inner wall surface of a cylindrical container, and a working fluid is enclosed as a heat receiving portion that receives heat from the outside of one of the containers and a heat radiating portion that radiates the other to the outside ( For example, the following patent document 1). This heat pipe heats and evaporates the working fluid in the heat receiving part and moves it as a vapor flow to the heat radiating part. I am letting. Then, heat exchange of the heat pipe is performed by latent heat of evaporation and condensation during circulation of the hydraulic fluid.
ところで、上記従来のヒートパイプでは、ウイックがコンテナの内壁面に配されており、蒸気流がウイックよりも内側の流路を受熱部から放熱部に向けて流動し、凝縮液が蒸気流の流路に面したウイック内を放熱部から受熱部に向けて流動するようになっている。よって、蒸発流又は凝縮液が放熱部又は受熱部において外部と間でのみ熱交換すべきところ、ウイックよりも内側を流動する蒸気流とウイック内を流動する凝縮液との間においても熱交換をしてしまうため、熱交換率が悪いという問題があった。
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、熱交換率が高いヒートパイプを提供することを課題とする。
By the way, in the above conventional heat pipe, the wick is arranged on the inner wall surface of the container, the vapor flow flows from the heat receiving portion to the heat radiating portion through the flow path inside the wick, and the condensate flows in the flow of the vapor flow. The inside of the wick facing the road flows from the heat radiating portion toward the heat receiving portion. Therefore, where the evaporative stream or condensate should exchange heat only with the outside in the heat radiating part or heat receiving part, heat exchange also takes place between the vapor stream flowing inside the wick and the condensate flowing inside the wick. Therefore, there was a problem that the heat exchange rate was poor.
Then, this invention makes it a subject to provide a heat pipe with a high heat exchange rate in view of the said subject.
本発明は、外部から受熱する受熱部と、外部に放熱する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部との間に跨るように配置され、作動液を前記受熱部において蒸発させた蒸気流を前記放熱部に向けて流動させる蒸気管と、前記蒸気流を前記放熱部において凝縮させた凝縮液を前記受熱部に向けて流動させる還流管とを備え、前記蒸気管と前記還流管とは、互いに間隔を空けて配列され、前記蒸気管の一方の端部及び前記還流管の一方の端部、並びに、前記蒸気管の他方の端部及び前記還流管の他方の端部が、それぞれヘッダーにより連結されていることを特徴とする。
本発明の蒸気管と還流管とが互いに間隔をおいて配置された構成によれば、蒸気管と還流管との接触ひいては蒸気流と凝縮液との接触を回避して、これら相互の間で熱交換が起こることを防止することができる。
The present invention is arranged so as to straddle between a heat receiving portion that receives heat from the outside, a heat radiating portion that radiates heat to the outside, and the heat receiving portion and the heat radiating portion, and a vapor flow obtained by evaporating the working fluid in the heat receiving portion. A steam pipe that flows toward the heat radiating section, and a reflux pipe that flows a condensate obtained by condensing the vapor flow in the heat radiating section toward the heat receiving section, the steam pipe and the reflux pipe, One end of the steam pipe and one end of the reflux pipe, and the other end of the steam pipe and the other end of the reflux pipe are respectively arranged by headers. It is connected.
According to the configuration in which the steam pipe and the reflux pipe of the present invention are spaced apart from each other, contact between the steam pipe and the reflux pipe, and hence contact between the steam flow and the condensate is avoided, and It is possible to prevent heat exchange from occurring.
本発明の前記蒸気管と前記還流管とは、それぞれ複数備えられ、交互に配列されていてもよい。
この構成によれば、蒸気管と還流管とが交互に配列されるため、蒸気流及び凝縮液の循環効率を高めることができる。
A plurality of the steam pipes and the reflux pipes of the present invention may be provided and arranged alternately.
According to this configuration, since the steam pipes and the reflux pipes are alternately arranged, the circulation efficiency of the steam flow and the condensate can be increased.
本発明の前記蒸気管の前記一方の端部若しくは前記他方の端部、又は、前記還流管の前記一方の端部若しくは前記他方の端部の少なくともいずれか一の端部が、前記ヘッダーに向けて内孔を漸次拡開させるテーパ形状に形成されていてもよい。
この構成によれば、蒸気管の蒸気流の取り込み若しくは蒸気管からの蒸気流の排出、又は、還流管への凝縮液の取り込み若しくは還流管からの凝縮液の排出の少なくともいずれかが容易になる。
At least one end of the one end or the other end of the steam pipe of the present invention or the one end or the other end of the reflux pipe is directed to the header. The inner hole may be formed in a tapered shape that gradually expands.
According to this configuration, at least one of taking in the vapor flow of the vapor pipe or discharging the vapor flow from the vapor pipe or taking in the condensate into the reflux pipe or discharging the condensate from the reflux pipe becomes easy. .
本発明は、前記蒸気管と前記還流管とが一平面上に配列されて形成されたユニットが複数備えられ、各ユニットが、前記一平面を一方向に向けて積層されていてもよい。
この構成によれば、一平面上に形成されたユニット状のヒートパイプを複数ユニット積層させて容易に熱交換効率を調整することができる。
In the present invention, a plurality of units formed by arranging the steam pipe and the reflux pipe on one plane may be provided, and each unit may be stacked with the one plane directed in one direction.
According to this configuration, the heat exchange efficiency can be easily adjusted by laminating a plurality of unit heat pipes formed on one plane.
本発明によれば、ヒートパイプの熱交換の効率を向上させることが出来るという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the efficiency of heat exchange of the heat pipe can be improved.
以下、本発明に係るヒートパイプの実施形態について、図を参照して説明する。
図1に示すように、本発明の第1実施形態のヒートパイプ1Aは、外部2から受熱する受熱部3と、外部4に放熱する放熱部5と、受熱部3と放熱部5との間に跨るように配置された蒸気管6と、受熱部3と放熱部5との間に跨るように配置された還流管7と、蒸気管6の一方の端部6a及び還流管7の一方の端部7a並びに蒸気管6の他方の端部6b及び還流管7の他方の端部7bをそれぞれ連結させるヘッダー8,9と、外部2,4と熱交換を行う作動液L1とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of a heat pipe according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the heat pipe 1 </ b> A according to the first embodiment of the present invention includes a
本発明における外部2,4とは、半導体素子等からなる発熱体、外気、温水、冷水等の熱交換の対象となるヒートパイプ1A外の全てのものを意味する。
蒸気管6は、両端部6a,6bが開口された配管であり、一方の端部6aは、外部2から受熱するヘッダー8に連結され、同他方の端部6bは、外部4に放熱するヘッダー9に連結されている。
The
The
蒸気管6の内孔6hは、受熱部3における作動液L1の外部2との熱交換により蒸発及び膨張させた蒸気流を流動させることができる内径寸法を有している。
蒸気管6の両端部6a,6bは、それぞれヘッダー8,9に向かって漸次拡開するテーパ形状に形成されている。
The
Both
還流管7は、両端部7a,7bが開口された配管であり、蒸気管6と同様に、一方の端部7aが外部2から受熱するヘッダー8に連結され、他方の端部7bが外部4に放熱するヘッダー9に連結されている。
還流管7の両端部7a,7bは、それぞれヘッダー8,9に向かって漸次拡開するテーパ形状に形成されている。
還流管7の内孔7hは、毛細管作用を発生させる内径寸法に形成されている。
The
Both
The
ヘッダー8,9は、蒸気管6及び還流管7の一方の端部6a,7a並びに蒸気管6及び還流管7の他方の端部6b,7bをそれぞれ連結させ蒸気管6及び還流管7の内孔6h,7hを連通させる管継手である。
この際、ヘッダー8の流路幅を大きく、ヘッダー9の流路幅を小さく形成してもよい。すなわち、ヘッダー9の内径は蒸気管6の端部6bとの接続部分を除いて還流管7の内径よりも細く、十分な毛細管作用を発生させることが望ましく、一方ヘッダー8の内径は蒸気管6の内径よりも大きく、還流管7の毛細管作用を阻害しないことが望ましい。
ヘッダー8,9の材質としては、伝熱性の高いアルミニウム合金等の金属,鉛,銅合金,銀などが採用されており、外部から吸熱し又は外部へ放熱するとともに、ヘッダー8,9の内部の作動液L1,蒸気流F又は凝縮液L2の蒸発又は放熱できるようになっている。
The
At this time, the flow path width of the
As the material of the
以上の構成において、外部2から受熱するヘッダー8は(蒸気管6及び還流管7の一方の端部6a,7aも外部2から受熱する場合は蒸気管6及び還流管7の一方の端部6a,7aも含めて)、受熱部3を構成している。また、外部4に放熱するヘッダー9は(蒸気管6及び還流管7の他方の端部6b,7bも外部4に放熱する場合は蒸気管6及び還流管7の他方の端部6b,7bも含めて)、放熱部5を構成している。
In the above configuration, the
また、蒸気管6及び還流管7の材質としては、可撓性及びガスバリア性を有する樹脂材料が好適に採用される。このような樹脂材料としては、例えば、ポリ塩化ビニリデン,ポリカーボネート,ポリアミド,ポリエチレンテレフタレート,エポキシ樹脂,ボリビニルアルコール,エチレン−ビニルアルコール共重合体,又は内壁面が金属蒸着されたポリプロピレン,ポリエチレン,ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料が挙げられる。
なお、本実施形態において、蒸気管6、還流管7及びヘッダー8,9は、可撓性のある平板状の樹脂基板10上に固定されている。
Moreover, as the material of the
In this embodiment, the
作動液L1としては、水、エタノール、アンモニア水などの液体が用いられており、ヘッダー8内に封入されている。
As the hydraulic fluid L 1, a liquid such as water, ethanol, or ammonia water is used, and is enclosed in the
次に、本実施形態のヒートパイプ1Aの使用方法及び作用について説明する。
ヒートパイプ1Aのヘッダー8を吸熱可能な又は吸熱させたい外部2に配置し、ヘッダー9を放熱可能な又は放熱させたい外部4に配置して、まず、外部2から受熱部3に受熱させる。
Next, the usage method and effect | action of 1 A of heat pipes of this embodiment are demonstrated.
The
受熱部3が受熱すると、ヘッダー8内に封入された作動液L1が外部2と熱交換をする、すなわち吸熱する。そして外部2から得られた熱よって蒸発して蒸気流Fとなり、放熱部5に向けて移動する。放熱部5に流動した蒸気流Fは、放熱部5において外部4と熱交換する、すなわち外部4へ放熱することにより凝縮し、凝縮液L2となる。
When the
すなわち、作動液L1が蒸発して膨張することにより、蒸気管6の受熱部3側の端部6a内の圧力が上がり、放熱部5において蒸気流Fが放熱することにより凝縮して蒸気管6の放熱部5側の端部6b内の圧力が下がる。この圧力差により、蒸気流Fが蒸気管6内を受熱部3側から放熱部5側に向けて流動する。
That is, when the working fluid L1 evaporates and expands, the pressure in the
そして、放熱部5において放熱することにより蒸気流Fが凝縮した凝縮液L2は、還流管7内において生じる毛細管作用により還流管7内に引き込まれ、放熱部5から受熱部3に向けて流動する。凝縮液L2が受熱部3に達すると再び加熱され、蒸発して膨張し、蒸気流Fとなって蒸気管6内を再び流動する。
このようにして、ヒートパイプ1A内において作動液L1が、蒸気流F−凝縮液L2−蒸気流F・・と循環を繰り返し、受熱部3及び放熱部5において蒸気流F及び凝縮液L2が外部2,4と熱交換を行う。
The condensate L2 in which the vapor flow F is condensed by radiating heat in the
In this way, the working fluid L1 is repeatedly circulated in the
この際、蒸気管6と還流管7とは間隔を空けて配置されている。したがって、蒸気管6内を流動する蒸気流Fと還流管7内を流動する凝縮液L2との間では熱交換が発生することなく、蒸気流F及び凝縮液L2は、受熱部3及び放熱部5のそれぞれにおいて外部2,4との間で効率的に熱交換を行う。
At this time, the
したがって、ヒートパイプ1Aによれば、蒸気管6内を流動する蒸気流Fと還流管7内を流動する凝縮液L2との間での熱交換を効果的に防止し、外部2,4との間で効率的に熱交換をすることができるという効果が得られる。
Therefore, according to the
また、ヒートパイプ1Aは、蒸気管6と還流管7とを各別に設けるとともに、間隔を空けて配列させた構成であるため、例えば従来のヒートパイプようにコンテナ内にウイック等を配して凝縮液の流路を形成するという複雑な構成をとることを回避することができる。すなわち、ヒートパイプ1Aの構成がシンプルであるため、ヒートパイプ1Aを簡便かつ安価に製造することができるという効果が得られる。
In addition, the
また、上記従来のヒートパイプの構成では、コンテナ内にウイックを配さなければならないため、ヒートパイプ全体を小型化するのに限界があった。また、そのため従来のヒートパイプは、精密機器等に適用しにくく、熱交換装置としての用途が限られていた。しかし、ヒートパイプ1Aによれば、蒸気管6と還流管7とを間隔を空けて配列し、ヘッダー8,9により連結させるシンプルな構成であるため、小型化が容易で用途が広いという効果が得られる。
Further, in the conventional heat pipe configuration, since a wick must be arranged in the container, there is a limit to downsizing the entire heat pipe. For this reason, conventional heat pipes are difficult to apply to precision instruments and the like, and their use as heat exchange devices has been limited. However, according to the
また、蒸気管6と還流管7とをヘッダー8,9により連結させるというシンプルな構成を採用しているため、蒸気管6及び還流管7の増設を簡便に行うことが出来る。したがって、熱交換能力の異なる多種のヒートパイプ1Aを容易に製造することができるという効果が得られる。
また、還流管7の内孔7hの断面積を小寸法として毛細管作用を発生させる構成であるため、簡便に凝縮液L2の流路を形成することができるという効果が得られる。
Further, since a simple configuration in which the
In addition, since the capillary tube action is generated by setting the cross-sectional area of the
また、蒸気管6の端部6a,6bがテーパ形状に形成されているため、蒸気管6が、受熱部3側のヘッダー8及び放熱部5側のヘッダー9との間で蒸気流Fを取り込み又は排出しやすい。
また、還流管7の端部7a,7bがテーパ形状に形成されているため、還流管7が、受熱部3側のヘッダー8及び放熱部5側のヘッダー9との間で凝縮液L2を取り込み又は排出しやすい。
したがって、ヒートパイプ1Aによれば、蒸気流F及び凝縮液L2の流動が円滑に行われるため、作動液L1の循環効率が高められるという効果が得られる。
Further, since the
Further, since the
Therefore, according to the
次に、本発明の第2実施形態について図2を用いて説明する。本実施形態において第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、第1実施形態と異なる構成,作用及び効果について説明する。
本実施形態のヒートパイプ1Bは、蒸気管6と還流管7とがそれぞれ複数備えられ、これらが一平面10a上で交互にかつ互いに平行に配列されている。ヘッダー8,9は、全ての蒸気管6及び還流管7の端部6a・・,7a・・,端部6b・・,7b・・を連結させている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and configurations, operations, and effects different from those in the first embodiment are described.
The
この構成によれば、受熱部3側のヘッダー8内において作動液L1を蒸発させて蒸気流Fとし、蒸気管6内を流動させた後、放熱部5側のヘッダー9において放熱により凝縮させた凝縮液L2を、蒸気管6に隣り合って配列された還流管7内に速やかに流動させることができる。また、還流管7内を受熱部3に向けて流動し、ヘッダー8内に流入して再び加熱され蒸発した蒸気流Fを、還流管7に隣り合って配列された蒸気管6に速やかに流入させることができる。
According to this configuration, the working fluid L1 is evaporated in the
したがって、交互に配列された複数の蒸気管6及び還流管7により簡便に熱交換能力を高めることができるとともに、蒸気流F又は凝縮液L2の循環効率を向上させることができる。また、蒸気管6と還流管7とが交互にかつそれぞれ等間隔に配列されているため、ヒートパイプ1Bを配した箇所において熱交換を均質に行うことができるという効果が得られる。
Therefore, the heat exchange capacity can be easily increased by the plurality of alternately arranged
次に、本発明の第3実施形態について図3を用いて説明する。本実施形態において第2実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、第2実施形態と異なる構成,作用及び効果について説明する。
本実施形態のヒートパイプ1Cは、第2実施形態と同様に蒸気管6と還流管7とを交互に配列させて形成されたユニット20が複数備えられ、この複数のユニット20,20・・を、一平面10aを一方向Xに向けて積層させて構成されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted, and configurations, operations, and effects different from those of the second embodiment are described.
As in the second embodiment, the
この構成によれば、ヒートパイプ1Cの熱交換能力をユニット20の積層数によって簡便に設定することができるという効果が得られる。
According to this structure, the effect that the heat exchange capability of the heat pipe 1 </ b> C can be easily set by the number of stacked
なお、図1〜図3において示した第1実施形態から第3実施形態のヒートパイプ1A〜1Cは、全て一平面10a上に形成されているが、本発明のヒートパイプ1A〜1Cは、一平面10a上に形成されるものに限定されるものではない。すなわち、ヒートパイプ1A〜1Cは、蒸気管6、還流管7及びヘッダー8,9を固定する樹脂基板10として可撓性のあるフィルム状の基板を用いることにより、ヒートパイプ1A〜1Cを配置する対象の形状に応じて湾曲又は折曲させて配置してもよい。
The
又は、蒸気管6,還流管7及びヘッダー8,9を可撓性のある材質により形成するとともに、樹脂基板10に固定させることなく、ヒートパイプ1A〜1Cを配置する対象の形状に応じて湾曲又は折曲させて配置させてもよい。
Alternatively, the
また、ヘッダー8,9の開口部を不図示の蓋部材等を用いて開閉自在とするとともに、ヘッダー8,9と蒸気管6及び還流管7とを着脱自在な嵌着構造としてもよい。このような構成とすれば、ヒートパイプ1A〜1Cの熱交換能力を容易に調整することができるという効果が得られる。
Further, the opening portions of the
また、蒸気管6及び還流管7の外周面には、断熱材が配されていてもよい。この構成により、蒸気管6内を流動する蒸気流Fと還流管7を流動する凝縮液L2とが蒸気管6及び還流管7を介して外部と熱交換してしまうことを回避することができる。したがって、熱をより遠くに運ぶことが可能となるという効果が得られる。
Further, heat insulating materials may be disposed on the outer peripheral surfaces of the
1A,1B,1C ヒートパイプ
2,4 外部
3 受熱部
5 放熱部
6 蒸気管
6a 蒸気管の一方の端部
6b 蒸気管の他方の端部
6h 内孔
7 還流管
7a 還流管の一方の端部
7b 還流管の他方の端部
7h 内孔
8,9 ヘッダー
10a 一平面
20 ユニット
L1 作動液
F 蒸気流
L2 凝縮液
X 一方向
1A, 1B,
Claims (4)
前記蒸気管と前記還流管とは、互いに間隔を空けて配列され、
前記蒸気管の一方の端部及び前記還流管の一方の端部、並びに、前記蒸気管の他方の端部及び前記還流管の他方の端部が、それぞれヘッダーにより連結されていることを特徴とするヒートパイプ。 A heat receiving part that receives heat from the outside, a heat radiating part that radiates heat to the outside, and a heat exchanger that is disposed so as to straddle between the heat receiving part and the heat radiating part. A steam pipe that flows toward the heat receiving section, and a reflux pipe that flows a condensate obtained by condensing the steam flow in the heat radiating section toward the heat receiving section,
The steam pipe and the reflux pipe are arranged spaced apart from each other,
One end of the steam pipe and one end of the reflux pipe, and the other end of the steam pipe and the other end of the reflux pipe are connected by a header, respectively. Heat pipe to be used.
各ユニットが、前記一平面を一方向に向けて積層されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のヒートパイプ。 A plurality of units formed by arranging the steam pipe and the reflux pipe on one plane;
The heat pipe according to any one of claims 1 to 3, wherein each unit is laminated with the one plane facing in one direction.
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