JP2016080225A - Heat transport device including loop type heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、密閉された循環経路内部に封入された作動流体の潜熱を利用して熱輸送をするループ型のヒートパイプを備えた熱輸送装置に関するものである。 The present invention relates to a heat transport device including a loop type heat pipe that transports heat using the latent heat of a working fluid enclosed in a sealed circulation path.
近年、自動車等において、車載部品の電子化や電子部品の高性能化により排熱量が増え、例えば、エンジンルームにおける発熱量の増大化が進んでいる。さらに、車載部品の電子化や電子部品の高性能化により、搭載される発熱体の数も増加している。一方で、例えば、エンジンルームに搭載されたバッテリーの寿命を長期化等するためには、エンジンルームに搭載されるこれらの部品の温度管理が必要である。 In recent years, in automobiles and the like, the amount of exhaust heat has increased due to the digitization of in-vehicle components and the high performance of electronic components. For example, the amount of heat generated in an engine room is increasing. Furthermore, the number of mounted heating elements is increasing due to the digitization of in-vehicle components and the high performance of electronic components. On the other hand, for example, in order to extend the life of the battery mounted in the engine room, it is necessary to manage the temperature of these components mounted in the engine room.
上記から、従来では、各発熱体に放熱フィンをそれぞれ取り付けて発熱体を冷却する手法が用いられてきた。しかし、上記手法では、放熱フィンの設置空間を確保するために、特に、狭い空間では、レイアウトの制約を受けてしまうという問題があった。また、放熱フィンを強制冷却するために電動ファンを採用すると、搭載される発熱体の数の増加に応じて、電動ファンの搭載数も増えてしまうので、電動ファンの故障率が高くなり、冷却信頼性が低下してしまうという問題や、放熱フィンまでダクトにより冷却風を供給する方法では、ダクトスペースが、別途、必要となることから、特に、狭い空間では、ダクトの設置が困難であるという問題もあった。 From the above, conventionally, a method of cooling the heat generating body by attaching a heat radiation fin to each heat generating body has been used. However, in the above-described method, there is a problem that layout space is restricted particularly in a narrow space in order to secure an installation space for the radiation fins. In addition, if an electric fan is used to forcibly cool the radiating fins, the number of electric fans mounted increases as the number of mounted heating elements increases. The problem of reduced reliability and the method of supplying cooling air to the heat radiating fins through the duct require a separate duct space, which makes it difficult to install the duct especially in a narrow space. There was also a problem.
上記から、増大化する発熱量に対応するために、発熱体の冷却装置について、熱源の熱を放熱部まで熱輸送するための熱輸送デバイスの熱輸送効率のさらなる向上が、ますます重要視されている。そこで、近年、熱輸送能力に優れていることから、内部が脱気された循環経路を有する冷却装置も提案されている。循環経路を有する冷却装置として、例えば、放熱部から受熱部の間に逆止弁を介在させ、さらに、放熱部から逆止弁の間に加圧室を介在させ、加圧室の内部が放熱部で液化した冷媒が貯留される構造にするとともに、加圧室内の水平方向断面積は、液相管の冷媒循環方向に対して直交方向の断面積よりも大きくした冷却装置がある(特許文献1)。 From the above, in order to cope with the increasing calorific value, further improvement in the heat transport efficiency of the heat transport device for transporting the heat of the heat source to the heat radiating part is increasingly emphasized for the cooling device of the heating element. ing. Therefore, in recent years, a cooling device having a circulation path in which the inside is deaerated has been proposed because of its excellent heat transport capability. As a cooling device having a circulation path, for example, a check valve is interposed between the heat radiating portion and the heat receiving portion, and a pressure chamber is interposed between the heat radiating portion and the check valve. There is a cooling device in which the refrigerant liquefied in the section is stored, and the horizontal cross-sectional area in the pressurized chamber is larger than the cross-sectional area in the direction orthogonal to the refrigerant circulation direction of the liquid phase tube (Patent Document) 1).
しかし、特許文献1の冷却装置では、冷却装置の低背化、すなわち、小型化を図ることができるが、熱輸送能力が十分とはいえず、また、複数の発熱体を一括して確実に冷却する信頼性も十分ではないという問題があった。
However, in the cooling device of
本発明は上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、熱輸送能力をより向上でき、さらに、複数の発熱体が狭い空間に設置されていても、各発熱体に対して優れた冷却信頼性を有する熱輸送装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, can further improve the heat transport capability, and is excellent for each heating element even when a plurality of heating elements are installed in a narrow space. An object is to provide a heat transport device having cooling reliability.
本発明の態様は、密閉された循環経路と、該循環経路の内部に減圧(脱気された)状態で封入され、該循環経路を一方向に流れる作動流体と、を有する、ループ配管を有するヒートパイプ式熱輸送装置であって、前記循環経路が、複数の、外部から熱が供給される入熱部と、前記入熱部の数より少ない数である、供給された前記熱が放出される放熱部と、前記入熱部の一方の端部と前記放熱部の一方の端部を連通した蒸気流路と、前記入熱部の他方の端部と前記放熱部の他方の端部を連通した液体流路とを有する熱輸送装置である。 An aspect of the present invention includes a loop pipe having a sealed circulation path, and a working fluid enclosed in the circulation path in a reduced pressure (degassed) state and flowing in the circulation path in one direction. A heat pipe type heat transport device, wherein the circulation path has a plurality of heat input parts to which heat is supplied from the outside and a number smaller than the number of the heat input parts, and the supplied heat is released. A heat-dissipating part, a steam channel communicating one end of the heat input part and one end of the heat dissipating part, the other end of the heat input part and the other end of the heat dissipating part It is a heat transport device having a liquid flow path in communication.
上記態様では、入熱部が複数設けられており、複数の入熱部が、それぞれ、別の外部の熱源(発熱体)から熱を受熱すると、各入熱部にて、液相の作動流体が気化し、外部の熱源からの熱が潜熱として作動流体へ移動する。循環経路の内部は脱気されているので、それぞれの入熱部にて気化した作動流体の蒸気は、それぞれの入熱部から、蒸気流路を介して、前記入熱部の数より少ない数(例えば、1カ所)設けられた放熱部へ流れる。放熱部へ流れた作動流体の蒸気は、該放熱部にて凝縮し、前記潜熱を放出する。放熱部にて凝縮し液体状となった作動流体は、放熱部から液体流路を介して各入熱部へ戻される。 In the above aspect, a plurality of heat input portions are provided, and when each of the plurality of heat input portions receives heat from another external heat source (heating element), in each heat input portion, a liquid phase working fluid Vaporizes, and heat from an external heat source is transferred to the working fluid as latent heat. Since the inside of the circulation path is degassed, the number of steams of the working fluid vaporized in each heat input part is less than the number of the heat input parts from each heat input part via the steam flow path. It flows to the heat radiating part provided (for example, one place). The vapor of the working fluid that has flowed to the heat radiating portion is condensed in the heat radiating portion and releases the latent heat. The working fluid condensed into a liquid state in the heat radiating portion is returned from the heat radiating portion to each heat input portion via the liquid flow path.
なお、各入熱部を循環経路中に直列に設置し、循環経路に封入された作動流体を、直線状等、通常のヒートパイプ(蒸気の作動流体の流れと液相の作動流体の流れが対向流になる、一端と他端が封止された構造のヒートパイプ)に封入される作動流体の量よりも多量とし、その量を適宜調節することで、それぞれの入熱部にて、液体状の作動流体を気化させることができる。また、放熱部から伸びる蒸気流路と液体流路が、入熱部の手前で、各入熱部ごとに分岐される態様、すなわち、各入熱部を循環経路中に並列に設置する態様とすることで、それぞれの入熱部にて、液体状の作動流体を気化させることもできる。 In addition, each heat input part is installed in series in the circulation path, and the working fluid sealed in the circulation path is made into a straight heat pipe (the flow of steam working fluid and the flow of working fluid in liquid phase are The amount of the working fluid enclosed in a heat pipe having a structure in which one end and the other end are sealed) is adjusted to an appropriate amount, so that liquid can be obtained at each heat input portion. The working fluid can be vaporized. Also, a mode in which the steam channel and the liquid channel extending from the heat radiating unit are branched for each heat input unit before the heat input unit, that is, a mode in which each heat input unit is installed in the circulation path in parallel By doing so, a liquid working fluid can also be vaporized in each heat input part.
本発明の態様は、前記入熱部が、第1ウィックと、該第1ウィックの前記作動流体の流れの下流側にて該第1ウィックと連通して配置された第2ウィックとを収容し、前記第2ウィックが、前記第1ウィックよりも小さい毛細管力を有する熱輸送装置である。 In the aspect of the present invention, the heat input section contains a first wick and a second wick disposed in communication with the first wick on the downstream side of the flow of the working fluid of the first wick. The second wick is a heat transport device having a capillary force smaller than that of the first wick.
本発明の態様は、前記第2ウィックが、前記作動流体の流れの下流側に向けた開口部を有する凹部を備え、前記凹部が、前記開口部の開口面積が前記凹部の底部の面積よりも大きい形状である熱輸送装置である。 In an aspect of the present invention, the second wick includes a recess having an opening toward the downstream side of the flow of the working fluid, and the recess has an opening area of the opening that is smaller than an area of the bottom of the recess. It is a heat transport device having a large shape.
本発明の態様は、前記凹部の開口幅が、前記作動流体の流れの上流側に向けて次第に縮小している熱輸送装置である。 An aspect of the present invention is the heat transport device in which the opening width of the concave portion is gradually reduced toward the upstream side of the flow of the working fluid.
つまり、この態様では、凹部の内面形状は、開口部側が拡幅のテーパー形状となっている。 That is, in this aspect, the inner surface shape of the concave portion is a tapered shape with the opening side widened.
本発明の態様は、前記第1ウィックが、前記作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填されている熱輸送装置である。 An aspect of the present invention is the heat transport device in which the first wick is filled in a direction orthogonal to the flow direction of the working fluid.
本発明の態様は、前記入熱部の前記第1ウィックの前記作動流体の流れの上流側に、該第1ウィックと連通して配置された前記作動流体が貯留される空間部が設けられている熱輸送装置である。 In the aspect of the present invention, a space for storing the working fluid arranged in communication with the first wick is provided on the upstream side of the flow of the working fluid of the first wick of the heat input portion. It is a heat transport device.
本発明の態様は、前記入熱部に、外部の熱源と熱的に接続させる熱コネクタが設けられている熱輸送装置である。 An aspect of the present invention is a heat transport device in which the heat input section is provided with a thermal connector that is thermally connected to an external heat source.
本発明の態様は、前記放熱部が、車輛のボデーを構成する金属部材の一部と熱的に接続されている熱輸送装置である。 An aspect of the present invention is a heat transport device in which the heat dissipating part is thermally connected to a part of a metal member constituting a vehicle body.
本発明の態様によれば、ループ型ヒートパイプが、発熱体と熱的に接続された入熱部を複数有し、複数の入熱部にて受熱した熱を入熱部の数より少ない数(例えば、1カ所)設けられた放熱部にて放熱する、すなわち、複数の発熱体からの熱を入熱部の数より少ない数の放熱部にて放出できるので、発熱体が多数あっても、発熱体の数がより少ない場合と同等の冷却信頼性を得ることができる。また、本発明の態様によれば、ループ型ヒートパイプが使用されている、すなわち、気化した作動流体の流路と液化した作動流体の流路が別の配管系として区別されているので、上記した通常のヒートパイプと比較して熱輸送能力が向上する。 According to the aspect of the present invention, the loop heat pipe has a plurality of heat input portions thermally connected to the heat generator, and the number of heat received by the plurality of heat input portions is smaller than the number of heat input portions. (For example, one place) Heat is radiated by the provided heat radiating part, that is, heat from a plurality of heat generating elements can be released by a smaller number of heat radiating parts than the number of heat input parts. Cooling reliability equivalent to the case where the number of heating elements is smaller can be obtained. Further, according to the aspect of the present invention, a loop heat pipe is used, that is, the flow path of the vaporized working fluid and the flow path of the liquefied working fluid are distinguished as separate piping systems. Compared with ordinary heat pipes, the heat transport capacity is improved.
また、本発明の態様によれば、複数の入熱部が、それぞれ、別の発熱体と熱的に接続され、各入熱部が1つの循環経路に接続されているので、自動車のエンジンルーム等、狭い空間に多数の発熱体が取り付けられている場合でも、確実に各発熱体を冷却でき、これらの車載部品の信頼性が向上する。また、各発熱体に対して優れた冷却信頼性を有するので、例えば、エンジンルーム内等の狭い空間であっても、発熱体を設置することができ、各発熱体のレイアウトの自由度が向上する。 Moreover, according to the aspect of the present invention, each of the plurality of heat input portions is thermally connected to another heating element, and each heat input portion is connected to one circulation path. Even when a large number of heating elements are attached in a narrow space, each heating element can be reliably cooled, and the reliability of these in-vehicle components is improved. In addition, because it has excellent cooling reliability for each heating element, for example, the heating element can be installed even in a narrow space such as in an engine room, and the flexibility of layout of each heating element is improved. To do.
本発明の態様によれば、第1ウィックと、該第1ウィックの前記作動流体の流れの下流側にて該第1ウィックと連通して第2ウィックが配置され、第2ウィックが、第1ウィックよりも小さい毛細管力を有するので、第1ウィックの毛細管力によって液体状の作動流体を確実に入熱部内へ吸収しつつ、第1ウィックから第2ウィックへ移動した液体状の作動流体が、第2ウィックから第1ウィックへ戻ること、すなわち、入熱部内にて液体状の作動流体が逆流することを防止できる。また、入熱部にウィックが設けられることにより、放熱部が入熱部より高い位置に配置しなくても、作動流体が循環経路を還流することが可能となる。 According to the aspect of the present invention, the second wick is disposed in communication with the first wick on the downstream side of the flow of the working fluid of the first wick, and the second wick is the first wick. Since it has a capillary force smaller than that of the wick, the liquid working fluid that has moved from the first wick to the second wick while reliably absorbing the liquid working fluid into the heat input portion by the capillary force of the first wick, Returning from the second wick to the first wick, that is, preventing the liquid working fluid from flowing back in the heat input section can be prevented. Further, by providing the wick in the heat input part, the working fluid can recirculate through the circulation path even if the heat radiating part is not disposed at a position higher than the heat input part.
本発明の態様によれば、第2ウィックが作動流体の流れの下流側に向けた開口部を有する凹部を備え、開口部の開口面積が凹部の底部の面積よりも大きいので、第1ウィックにて吸収され、第1ウィックから第2ウィックへ移動した液体状の作動流体が、受熱して気化するにあたり、作動流体の蒸気が円滑に第2ウィックから放出される。作動流体の蒸気が円滑に第2ウィックから放出されるので、入熱部から放熱部への作動流体の蒸気の流れが円滑化し、熱輸送能力がさらに向上する。 According to the aspect of the present invention, the second wick includes a recess having an opening toward the downstream side of the flow of the working fluid, and the opening area of the opening is larger than the area of the bottom of the recess. When the liquid working fluid that has been absorbed and moved from the first wick to the second wick receives heat and vaporizes, the working fluid vapor is smoothly discharged from the second wick. Since the steam of the working fluid is smoothly discharged from the second wick, the flow of the steam of the working fluid from the heat input section to the heat radiating section is smoothed, and the heat transport capability is further improved.
本発明の態様によれば、凹部の開口幅が、作動流体の流れの上流側に向けて次第に縮小しているので、作動流体の蒸気がより円滑に第2ウィックから放出される。 According to the aspect of the present invention, since the opening width of the recess gradually decreases toward the upstream side of the flow of the working fluid, the vapor of the working fluid is more smoothly discharged from the second wick.
本発明の態様によれば、第1ウィックが、作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填されているので、液体状の作動流体を十分に吸収でき、入熱部への液体状の作動流体の供給が容易となる。 According to the aspect of the present invention, since the first wick is filled in a direction orthogonal to the flow direction of the working fluid, the liquid working fluid can be sufficiently absorbed, and the liquid operation to the heat input portion can be performed. Fluid supply is facilitated.
本発明の態様によれば、第1ウィックの作動流体の流れの上流側に、第1ウィックと連通して、液体状の作動流体が貯留される空間部が配置されているので、入熱部への液体状の作動流体の供給不足を防止できる。 According to the aspect of the present invention, the space portion in which the liquid working fluid is stored in communication with the first wick is arranged on the upstream side of the flow of the working fluid of the first wick. Insufficient supply of the liquid working fluid to the can be prevented.
以下に、本発明の第1実施形態例に係る熱輸送装置について、図面を用いながら説明する。図1に示すように、第1実施形態例に係る熱輸送装置1は、断面が円形である密閉された管から形成された循環経路2と、循環経路2の内部に封入され、循環経路2を反時計回りに一方向に流れる作動流体(図示せず)と、を有する。循環経路2の内部は脱気されているので、循環経路2と作動流体とから、ループ型のヒートパイプが形成されている。循環経路2には、複数(図1では4つ)の入熱部3と、入熱部3の数よりも少ない数(図1では1つ)の放熱部4と、入熱部3の一方の端部と放熱部4の一方の端部を連通した蒸気流路5と、入熱部3の他方の端部と放熱部4の他方の端部を連通した液体流路6とが形成されている。
Hereinafter, a heat transport device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a
入熱部3は、放熱部4の液体状の作動流体の流出側である他方の端部に近い側から順に、第1入熱部3−1、第2入熱部3−2、第3入熱部3−3及び第4入熱部3−4と、4つの入熱部3が、循環経路2に、直列に、配置されている。従って、第4入熱部3−4の、気体状の作動流体の流出側端部は、蒸気流路5を介して、放熱部4の、気体状の作動流体の流入側端部と接続されている。また、第1入熱部3−1の、液体状の作動流体の流入側端部は、液体流路6を介して、放熱部4の、液体状の作動流体の流出側端部と接続されている。また、第1入熱部3−1の作動流体の流出側端部と第2入熱部3−2の作動流体の流入側端部、第2入熱部3−2の作動流体の流出側端部と第3入熱部3−3の作動流体の流入側端部、第3入熱部3−3の作動流体の流出側端部と第4入熱部3−4の作動流体の流入側端部は、それぞれ、入熱部間流路7を介して、連通されている。
The
従って、循環経路2のうち、入熱部3でも放熱部4でもない部位が、蒸気流路5、液体流路6、入熱部間流路7のいずれかとなっている。
Accordingly, a portion of the
第1入熱部3−1、第2入熱部3−2、第3入熱部3−3、第4入熱部3−4は、それぞれ、別の発熱体(図示せず)と熱的に接続される。つまり、循環経路2のうち、熱源である発熱体と熱的に接続されて発熱体から受熱できる領域が、入熱部3となる。また、循環経路2の所定部位に熱交換手段(図1では、放熱フィン8)が取り付けられることで、循環経路2に放熱部4が形成される。つまり、循環経路2のうち、熱交換手段と熱的に接続された領域(図1では、放熱フィン8が取り付けられている領域)が、放熱部4となる。なお、図1では、放熱フィン8を冷却するために、放熱フィン8に隣接して電動ファン9が取り付けられている。
The first heat input section 3-1, the second heat input section 3-2, the third heat input section 3-3, and the fourth heat input section 3-4 are respectively heated with another heating element (not shown) and heat. Connected. That is, in the
第1入熱部3−1、第2入熱部3−2、第3入熱部3−3、第4入熱部3−4が、それぞれ、熱的に接続された発熱体から受熱すると、第1入熱部3−1、第2入熱部3−2、第3入熱部3−3、第4入熱部3−4にて、それぞれ、液体状の作動流体が気化し、発熱体からの熱が潜熱として作動流体へ移動する。詳述すると、循環経路2の内部は脱気されているので、第1入熱部3−1にて気化した作動流体と第1入熱部3−1では気化せずに液体状態を維持した作動流体が、入熱部間流路7を介して、第1入熱部3−1から第2入熱部3−2へ移動する。次に、既に第1入熱部3−1にて気化していた作動流体と第1入熱部3−1では気化せずに第2入熱部3−2にて気化した作動流体と第2入熱部3−2でも気化せずに依然として液体状態を維持した作動流体が、第2入熱部3−2から第3入熱部3−3へ、入熱部間流路7を介して、移動する。以降、同様にして、既に第1入熱部3−1または第2入熱部3−2にて気化していた作動流体と第3入熱部3−3にて気化した作動流体と第3入熱部3−3でも気化せずに依然として液体状態を維持した作動流体が、第3入熱部3−3から第4入熱部3−4へ、入熱部間流路7を介して、移動する。従って、入熱部間流路7内には、液体状の作動流体と気体状の作動流体とが、ともに、同一方向へ流れることとなる。
When the first heat input unit 3-1, the second heat input unit 3-2, the third heat input unit 3-3, and the fourth heat input unit 3-4 receive heat from the heat generators that are thermally connected, respectively. In the first heat input section 3-1, the second heat input section 3-2, the third heat input section 3-3, and the fourth heat input section 3-4, the liquid working fluid is vaporized, Heat from the heating element moves to the working fluid as latent heat. More specifically, since the inside of the
そして、4つの入熱部3のうち作動流体の流れの最も下流側に位置する第4入熱部3−4にて、第3入熱部3−3でも気化せずに依然として液体状態を維持した作動流体が、第4入熱部3−4と熱的に接続された発熱体から受熱して気化する。
And in the 4th heat input part 3-4 located in the most downstream side of the flow of a working fluid among the four
上記のようにして第1入熱部3−1、第2入熱部3−2、第3入熱部3−3または第4入熱部3−4にて気化した作動流体は、蒸気として一括して、第4入熱部3−4から蒸気流路5を介して放熱部4へ移動することで、各発熱体からの熱が、第1入熱部3−1、第2入熱部3−2、第3入熱部3−3、第4入熱部3−4から一括して放熱部4へ移動する。放熱部4へ移動した熱は、熱交換手段である放熱フィン8によって、熱輸送装置1の外部へ放出される。それとともに、放熱部4へ移動した作動流体の蒸気は、凝縮して液体状となり、放熱部4から液体流路6を介して第1入熱部3−1へ戻される。
The working fluid vaporized in the first heat input section 3-1, the second heat input section 3-2, the third heat input section 3-3, or the fourth heat input section 3-4 as described above is converted into steam. By collectively moving from the fourth heat input section 3-4 to the
次に、入熱部3の構造について説明する。例えば、放熱部4を入熱部3よりも高い位置に設置することにより、作動流体が循環経路2内を循環することができる。よって、放熱部4よりも低い循環経路2の位置にて熱源である発熱体と熱的に接続させることにより、入熱部3とすることができ、熱輸送装置1の入熱部3から放熱部4へ発熱体の熱が輸送される。
Next, the structure of the
また、入熱部3の位置に対応する循環経路2の内部に毛細管力を有するウィックを収容することにより、液体状の作動流体が入熱部3へ還流することができるので、放熱部4と入熱部3間の高低の関係に関わらず、熱輸送装置1の入熱部3として機能することができる。
Further, by accommodating a wick having a capillary force inside the
入熱部3に設けるウィックの態様としては、特に限定されないが、例えば、第1ウィックと、第1ウィックとは別体であって第1ウィックの作動流体の流れの下流側にて第1ウィックと連通して配置された第2ウィックと、を入熱部3内に収容し、第2ウィックが第1ウィックよりも小さい毛細管力を有する実施形態を挙げることができる。この態様では、作動流体の流れの下流側にて第1ウィックと連通した第2ウィックが、作動流体の流れの上流側に配置された第1ウィックよりも小さい毛細管力を有することにより、第1ウィックにて液体状の作動流体を確実に吸収しつつ、第2ウィックの毛細管力によって第1ウィックから第2ウィックへ移動した液体状の作動流体が、第2ウィックから第1ウィックへ戻ること、すなわち、入熱部3内にて液体状の作動流体が逆流することを防止できる。よって、循環経路2における熱輸送能力の低下を防止できる。
A mode of the wick provided in the
第2ウィックに生じる毛細管力を第1ウィックに生じる毛細管力よりも小さくする手法には、例えば、第2ウィックの空孔率を第1ウィックの空孔率よりも大きくする手法を挙げることができる。ここで、空孔率とは、ウィックが占める体積に対する、ウィック材料が存在しない空間の体積の比率を意味する。 Examples of the technique for making the capillary force generated in the second wick smaller than the capillary force generated in the first wick include a technique for making the porosity of the second wick larger than the porosity of the first wick. . Here, the porosity means the ratio of the volume of the space where no wick material is present to the volume occupied by the wick.
熱輸送装置1の入熱部3に用いる第1ウィックと第2ウィックの構造の実施形態例を、図2を用いて説明する。なお、説明の便宜上、入熱部3は1つに省略し、また、入熱部3を拡大して、入熱部3の構成要素の概要を説明する。図2に示すように、第2ウィック12の、循環経路2を反時計回りに一方向に流れる作動流体(図示せず)の流れの上流側端部が、該上流側端部と対向する第1ウィック11の前記作動流体の流れの下流側端部と当接することで、第1ウィック11と第2ウィック12が連通している。
An embodiment of the structure of the first wick and the second wick used for the
第1ウィック11は、循環経路2の入熱部3内部において、作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填された状態で収容されている。すなわち、第1ウィック11の外面のうち、入熱部3を形成する循環流路2の内面と対向する外面は、入熱部3を形成する循環流路2の内面と接触した状態となっている。第1ウィック11が作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填されているので、第1ウィック11が液体状の作動流体を十分に吸収でき、ひいては、入熱部3内への液体状の作動流体の供給量を十分に確保できる。第1ウィック11について、作動流体の流れ方向に対して直交方向の長さ:作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さの比率は、特に限定されず、第2ウィック12で蒸発した作動流体の蒸気が後述する空間部16へ逆流せず、空間部16に収容された液体状の作動流体10を第2ウィック12へ供給できる長さであればよい。
The
図2では、入熱部3の第1ウィック11の作動流体の流れの上流側、すなわち、入熱部3の液体状の作動流体の入口部に、第1ウィック11と連通して配置された、作動流体が貯留される空間部16が設けられている。空間部16は、循環経路2の蒸気流路、液体流路及び入熱部間流路よりも空間が拡幅されていることで、液体状の作動流体の液溜めとして機能する。入熱部3の入口部に空間部16を設けることにより、空間部16に収容された液体状の作動流体10が、作動流体の流れの第1ウィック11の上流側で貯留できるので、第1ウィック11への液体状の作動流体の供給不足を確実に防止できる。
In FIG. 2, the
第2ウィック12も、第1ウィック11との接触部においては、作動流体の流れ方向に対して直交方向に充填された状態で、循環経路2の入熱部3内部に収容されている。また、第2ウィック12の外面のうち、入熱部3を形成する循環流路2の内面と対向する外面は、入熱部3を形成する循環流路2の内面と接触した状態となっている。つまり、第2ウィック12の作動流体の流れ方向に対して直交方向の寸法は、第1ウィック11の該寸法と同じとなっている。一方で、第2ウィック12には、作動流体の流れの下流側に開口を向けた開口部14を有する凹部13が形成されている。凹部13は、開口部14の作動流体の流れ方向に対して直交方向における断面積が、凹部13の底部15の前記断面積よりも大きい形状となっている。
The
凹部13が上記形状を有することにより、第1ウィック11から第2ウィック12へ移動した液体状の作動流体が、入熱部3内部にて受熱して気化し、第2ウィック12から放出されるにあたり、作動流体の蒸気が、第2ウィック12の構造によって受ける圧力損失が低減される。よって、作動流体の蒸気が円滑に第2ウィック12内部から作動流体の流れの下流側へ放出される。
Due to the
また、図2に示すように、第2ウィック12では、開口部14の上記断面積が最も大きく、底部15の上記断面積が最も小さい凹部13形状となっている。さらに、第2ウィック12では、凹部13の開口幅が、作動流体の流れの下流側から上流側へ向けて次第に縮小しており、凹部13の内面形状は、開口部14側が拡幅のテーパー形状となっている。開口部14側が拡幅のテーパー形状となっていることにより、作動流体の蒸気が第2ウィック12から作動流体の流れの下流側へより円滑に放出されるので、入熱部3から放熱部4への作動流体の蒸気の流れがより円滑化する。よって、循環経路2の熱輸送能力がさらに向上する。
As shown in FIG. 2, the
また、第2ウィック12では、凹部13の底部15が第1ウィック11との接触部近傍に形成されている。従って、第2ウィック12全体から円滑に作動流体の蒸気が放出される。
In the
第2ウィック12について、作動流体の流れ方向に対して直交方向の長さ:作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さ(すなわち、作動流体の流れの上流側端部から開口部14までの長さ)の比は、特に限定されない。また、凹部13について、開口部14から底部15までの長さ:開口部14の作動流体の流れ方向に対して直交方向における断面の開口幅の比は、特に限定されない。また、凹部13の内面形状は、例えば、図2に示すように、第2ウィック12の構造によって作動流体の蒸気が受ける圧力損失を確実に低減する点から、作動流体の流れ方向に対して平行方向の断面が略放物線形状であることが好ましい。さらに、第2ウィック12の作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さ:凹部13の作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さの比は、特に限定されず、第2ウィック12のいずれの部位でも作動流体の蒸気が受ける圧力損失を確実に低減できればよい。
About the
また、第1ウィック11の作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さ:第2ウィック12の作動流体の流れ方向に対して平行方向の長さの比は、特に限定されないが、例えば、液体状の作動流体の供給量と作動流体の気化効率とのバランスの点から1:5〜1:90が好ましい。さらに、作動流体の流れ方向に対して平行方向の第1ウィック11の長さと空間部16の長さの比は、特に限定されないが、第1ウィック11が第2ウィック12で蒸発した作動流体の逆流を防ぎつつ、空間部16に収容された作動流体を第2ウィック12へ確実に供給する点から、作動流体の流れ方向に対して平行方向の第1ウィック11の長さ:作動流体の流れ方向に対して平行方向の空間部16の長さの比は、1:10〜1:50が好ましい。なお、熱輸送装置1の入熱部3では、作動流体の流れ方向に対して平行方向の第1ウィック11の長さ:作動流体の流れ方向に対して平行方向の空間部16の長さの比は1:40である。
The ratio of the length in the direction parallel to the flow direction of the working fluid in the
次に、第1実施形態例に係る熱輸送装置1の入熱部3の外面について説明する。熱輸送装置1では、入熱部3の外面が、そのまま熱コネクタとして機能することができる。従って、入熱部3の外面が、熱源である発熱体と熱的に接続されることで、熱コネクタとしても作用する。入熱部3の外面が、熱源である発熱体と熱的に接続される実施態様としては、例えば、入熱部3の外面に発熱体を直接接触させる態様を挙げることができる。
Next, the outer surface of the
また、蒸気流路5、液体流路6、入熱部間流路7の構造は、特に限定されないが、例えば、直線部及び/または曲線部を有する形状の固定された管を使用してもよく、必要に応じて、上記各流路の配管にフレキシブル性を持たせるために、ベロズ管(蛇腹構造を持った管)を使用してもよい。
Further, the structure of the
循環経路2の材質については、特に限定されないが、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等を使用することができる。また、第1ウィック11、第2ウィック12の材質は、特に限定されないが、例えば、メッシュ、ワイヤ、金属粉を焼結したもの等を挙げることができる。循環経路2の内部空間に封入する作動流体としては、循環経路2の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水を挙げることができる。その他の作動流体としては、例えば、代替フロン、フロリーナ、シクロペンタン等を挙げることができる。
Although it does not specifically limit about the material of the
次に、本発明の第1実施形態例に係る熱輸送装置1の使用方法例について、図面を用いながら以下に説明する。
Next, an example of how to use the
図3に示すように、熱輸送装置1を自動車のエンジンルーム20内に設置して、1つの熱輸送装置1にて、循環経路2を作動流体(図示せず)が反時計回りに流れ、エンジンルーム20内に取り付けられた複数の発熱体を同時に冷却することができる。熱輸送装置1と熱的に接続される発熱体は特に限定されないが、図3では、第1入熱部3−1が電子制御燃料噴射装置21、第2入熱部3−2がDC/DCコンバータ22、第3入熱部3−3がエンジンコントロールユニット23、第4入熱部3−4がヘッドランプ24と、それぞれ、熱的に接続されている。また、ヘッドランプ24と熱的に接続された第4入熱部3−4と電子制御燃料噴射装置21と熱的に接続された第1入熱部3−1との間(図3では、エンジンルーム20の前部の位置)の循環経路2の位置に、複数の放熱フィン8が循環経路2の外面に取り付けられていることで、放熱フィン8と熱的に接続された放熱部4が1つ形成されている。なお、図3では、放熱フィン8を冷却するために、放熱フィン8に隣接して電動ファン9が取り付けられている。
As shown in FIG. 3, the
第1入熱部3−1が電子制御燃料噴射装置21から、第2入熱部3−2がDC/DCコンバータ22から、第3入熱部3−3がエンジンコントロールユニット23から、第4入熱部3−4がヘッドランプ24から、それぞれ受熱し、液体状の作動流体が気化して、各発熱体から受熱した熱が潜熱として作動流体へ移動する。それぞれの入熱部3−1、3−2、3−3、3−4にて気化した作動流体の蒸気は、それぞれの入熱部3−1、3−2、3−3、3−4から蒸気流路5を介して1カ所の放熱部4へ流れる。放熱部4へ流れた作動流体の蒸気は、該放熱部4にて凝縮し、潜熱を放出する。凝縮して液体状となった作動流体は、液体流路6を介して各入熱部3−1、3−2、3−3、3−4へ戻される。
The first heat input section 3-1 is from the electronic control
次に、本発明の他の実施形態例について説明する。上記第1実施形態例に係る熱輸送装置1では、上記の通り、入熱部3の外面が熱コネクタとしても作用できるが、上記した通常のヒートパイプ、伝熱性の金属ブロック、サーマルシートを金属板で挟んだもの等を熱コネクタとして用いて、入熱部3の外面と発熱体との間を、熱的に接続してもよい。また、必要に応じて、熱コネクタと発熱体との間に熱伝導性に優れたサーマルシートを設けて、熱コネクタと発熱体との間の熱的接続性を向上させてもよい。なお、サーマルシートの材質には、例えば、シリコン等を挙げることができる。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the
上記第1実施形態例に係る熱輸送装置1では、各入熱部3を循環経路2中に直列に形成したが、これに代えて、放熱部から伸びる蒸気流路と液体流路が、それぞれ、各入熱部の手前で、各入熱部ごとに分岐される態様にすることで、各入熱部を循環経路中に並列に形成してもよい。
In the
また、本発明の実施形態例に係る熱輸送装置1を自動車のエンジンルーム20内において電子制御燃料噴射装置21等に熱的に接続する他に、図4に示すように、本発明の他の実施形態例に係る熱輸送装置1’では、複数の入熱部3’(図4では7つの入熱部3’)を、それぞれ、熱コネクタ28を介して、バッテリセル25と熱的に接続することで、複数のバッテリセル25(図4では7つのバッテリセル25)を同時に冷却することができる。図4では、複数の放熱フィン8’と受熱板26を有するヒートシンク27が循環経路2’の外面と熱的に接続されることで、循環経路2’におけるヒートシンク27の熱的接続部に、放熱部4’が形成されている。
In addition to thermally connecting the
また、本発明の熱輸送装置1を自動車のエンジンルーム20内にて使用する場合に、熱交換手段として放熱フィン8を用いて循環経路2に放熱部4を形成したが、これに代えて、ヒートシンクを使用して放熱部を形成してもよく、循環経路の所望の部位を、エンジンルーム20を形成する板金である金属部材と熱的に接続することで放熱部を形成してもよい。また、本発明の実施形態例に係る熱輸送装置1では、放熱部4は1カ所であったが、放熱部の設置数は入熱部の数より少ない数であれば、特に限定されない。従って、液体状の作動流体について最上流側の入熱部と最下流側の入熱部との間の循環経路に、2カ所以上の放熱部を直列に形成してもよい。この場合、放熱部は、放熱フィン、ヒートシンク、金属部材と熱的に接続すること等、いずれの手段で形成してもよく、該手段を併用してもよい。
Moreover, when using the
本発明の熱輸送装置は、複数の発熱体が狭い空間に設置されていても、各発熱体に対して優れた冷却信頼性を有するので、例えば、自動車のエンジンルーム等、狭い空間内に取り付けられた複数の発熱体を一括して冷却する必要がある分野で、利用価値が高い。 The heat transport device of the present invention has excellent cooling reliability with respect to each heating element even when a plurality of heating elements are installed in a narrow space. For example, it is installed in a narrow space such as an engine room of an automobile. It has high utility value in a field where it is necessary to cool a plurality of generated heating elements at once.
1、1’ 熱輸送装置
2、2’ 循環経路
3、3’ 入熱部
4、4’ 放熱部
5 蒸気流路
6 液体流路
10 空間部に収容された液体状の作動流体
11 第1ウィック
12 第2ウィック
13 凹部
16 空間部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記循環経路が、複数の、外部から熱が供給される入熱部と、前記入熱部の数より少ない数である、供給された前記熱が放出される放熱部と、前記入熱部の一方の端部と前記放熱部の一方の端部を連通した蒸気流路と、前記入熱部の他方の端部と前記放熱部の他方の端部を連通した液体流路とを有する熱輸送装置。 A heat pipe type heat transport device having a loop pipe having a closed circulation path and a working fluid enclosed in the circulation path and flowing in one direction in the circulation path,
The circulation path includes a plurality of heat input parts to which heat is supplied from the outside, a heat dissipation part from which the supplied heat is released, the number of the heat input parts being less than the number of the heat input parts, and the heat input part. Heat transport having a vapor channel that communicates one end with one end of the heat dissipating unit, and a liquid channel that communicates the other end of the heat input unit and the other end of the heat dissipating unit apparatus.
前記第2ウィックが、前記第1ウィックよりも小さい毛細管力を有する請求項1に記載の熱輸送装置。 The heat input section accommodates a first wick and a second wick disposed in communication with the first wick downstream of the working fluid flow of the first wick;
The heat transport apparatus according to claim 1, wherein the second wick has a capillary force smaller than that of the first wick.
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