JP2019066104A

JP2019066104A - 逆止弁付き自励振動ヒートパイプおよびその主要部品となるアセンブリ

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Publication number: JP2019066104A
Application number: JP2017192502A
Authority: JP
Inventors: 克範福田; Katsunori Fukuda; 文夫金子; Fumio Kaneko; 英夫黒尾; Hideo Kuroo
Original assignee: Nikkoshi Co Ltd
Current assignee: Nikkoshi Co Ltd
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2037-10-02
Also published as: JP6845778B2

Abstract

【課題】要所要所に逆止弁を組み込んだ金属細管を所定形態に折り曲げて逆止弁付き自励振動ヒートパイプを構成するという基本設計では、逆止弁まわりの製造技術が容易ではなく、高性能な逆止弁を低コストで安定に造り込むことが難しく、また耐久性にも問題があった。【解決手段】第１金属板と第２金属板は互いに密着して接合固定され、少なくとも第１金属板の接合面にパターン形成された溝により第１金属板と第２金属板の接合部に作動流体流通用の管路パターンの空間が形成される。弁部品は、複数の主流路のうちの１本おきの主流路の途中に組み込まれており、これが組み込まれた主流路において冷却エリア側から加熱エリア側への作動流体の流れを阻止する逆止弁を構成する。【選択図】図３

Description

この発明は、逆止弁を備えた自励振動ヒートパイプ（ＯＨＰ）を構成するための主要分品となるアセンブリと、当該アセンブリを用いた逆止弁付き自励振動ヒートパイプに関するものである。

《参考文献１》特開２０１７−６７３０５号公報「熱輸送システム」
《参考文献２》特開２０１７−４０３８４号公報「自励振動ヒートパイプおよび該ヒートパイプを備える電子機器」
《参考文献３》特開２００８−２９８３４２号公報「逆止弁、自励振動ヒートパイプ、発熱機器、逆止弁の製造方法、自励振動及びヒートパイプの製造方法」
《参考文献４》宮崎芳郎「自励振動ヒートパイプの研究」福井工業大学研究紀要第37号2007年（http://crf.flib.u-fukui.ac.jp/dspace/bitstream/10461/3205/1/KJ00004766986.pdf）
《参考文献５》福家英之ほか「ＯＨＰ用逆止弁の研究」第５７回宇宙科学技術連合講演会講演集2013年10月９日〜11日
《参考文献６》森順一ほか「長寿命ＯＨＰ用逆止弁の信頼性評価」第５９回宇宙科学技術連合講演会講演集2015年10月７日〜９日

文献１や文献２には自励振動ヒートパイプの動作原理や基本構成について詳細に開示されている。文献３〜文献６には自励振動ヒートパイプに逆止弁を設けたものについて詳細に開示されている。これら文献３〜文献６に開示されているとおり、逆止弁付き自励振動ヒートパイプにおいては、逆止弁の構造やその製作および耐久性などが大きな技術課題となっている。

＝＝＝従来技術およびその問題点＝＝＝
文献１〜文献６に記載されているように、従来においては、たとえば外径１ｍｍほどのヒートパイプチューブ（金属細管）を所定の形態に折曲形成し、加熱エリアから冷却エリアに熱輸送する熱輸送器（自励振動ヒートパイプＯＨＰ）を構成している。そして作動流体の流通路の所定個所に複数の逆止弁を配置する逆止弁付き自励振動ヒートパイプでは、文献３〜文献６に記載されているように、作動流体が流通するヒートパイプチューブ（金属細管）内に逆止弁を組み込んでいる。

文献３〜文献６にも開示ないし示唆されているように、要所要所に逆止弁を組み込んだ金属細管を所定形態に折り曲げて熱輸送器（逆止弁付き自励振動ヒートパイプ）を構成するという基本設計では、逆止弁まわりの製造技術が容易ではなく、順方向の流通抵抗が小さくて逆止性能が高い逆止弁を低コストで安定に造り込むことが難しく、また耐久性にも問題があった。

＝＝＝発明の新機軸＝＝＝
この発明においては、金属細管を用いて逆止弁付き自励振動ヒートパイプを構成するという基本となる技術思想を完全に捨てて、金属板中に作動流体の流路パターンと逆止弁構造を造り込むという新機軸を着想し、つぎの事項（１）〜（５）により特定されるアセンブリの発明を創作した。

（１）第１金属板と第２金属板と弁部品とを一体的に組み合わせて構成された、逆止弁付き自励振動ヒートパイプ用アセンブリであること
（２）第１金属板と第２金属板は互いに密着して接合固定され、少なくとも第１金属板の接合面にパターン形成された溝により第１金属板と第２金属板の接合部に作動流体流通用の管路パターンの空間が形成されていること
（３）前記管路パターンは、第１金属板における加熱エリアから冷却エリアに渡って形成された主流路であって、かつ、間隔をおいて配設された複数の主流路と、これら主流路を一筆書きのように結んで１本の循環流路を形成する隣接連絡路および始終連絡路を含むこと
（４）弁部品は、複数の主流路のうちの１本おきの主流路の途中に組み込まれており、これが組み込まれた主流路において作動流体を所定方向に流通させる逆止弁を構成していること
（５）前記管路パターンの所定部位には、当該管路パターン中に作動流体を注入するための外部に開口した作業穴が連通形成されていること

前記のように構成されたアセンブリの前記管路パターンに作動流体を注入して前記作業穴を塞ぐことで、逆止弁付き自励振動ヒートパイプを構成することができる。

第１金属板（金属厚板１）の平面図と断面図第２金属板（金属薄板２）の平面図と側面図金属厚板１と金属薄板２と弁部品の関係を示す要部分解斜視図流路パターンの溝内に組み込まれた逆止弁の詳細図弁座部品の詳細を示す正面図・側面図・平面図

発明を実施する形態

＝＝＝金属厚板１および金属薄板２＝＝＝
図示した一実施例においては、第１金属板は図１に示す金属厚板１であり、第２金属板は図２に示す金属薄板２である。金属厚板１と金属薄板２の外形寸法は同じであり、たとえば１００ｍｍ×１４０ｍｍ程度である。金属厚板１の厚み寸法は約３ｍｍ、金属薄板２の厚み寸法は約１ｍｍである。金属厚板１および金属薄板２としては、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が適当である。

＝＝＝流路パターンとなる溝＝＝＝
一実施例においては、作動流体を流通させるための流路パターンとなる溝は金属厚板１の片面に形成されており、金属薄板２の側には溝は形成されていない。流路パターンは図１に示すとおりであり、金属厚板１における加熱エリアから冷却エリアに渡って形成された主流路３であって、かつ、所定間隔をおいて平行に配設された１０本の主流路３と、これら主流路３を一筆書きのように結んで１本の循環流路を形成する隣接連絡路４および始終連絡路５を含んでいる。

なお一実施例においては、前記の加熱エリアというのは１０本の主流路３がＵ字型の隣接連絡路４で結ばれている金属厚板１のたとえば上辺寄りの部分であり、冷却エリアというのは金属厚板１の反対側の下辺寄りの部分である。なお逆止弁の方向性によりこの逆となることもあり得る。

金属厚板１の下辺寄りの部分において、始終連絡路５の中央から金属厚板１の下辺に達する溝が形成されており、これは作業穴６ａである。金属厚板１の上辺寄りの部分において、中央のＵ字型隣接連絡路４から金属厚板１の上辺に達する溝が形成されており、これは作業穴６ｂである。

金属厚板１の片面に上述したパターンの溝を形成するには、エンドミルなどを用いた切削加工が適しているところ、プレス加工やレーザー加工やエッチング加工などの他の技術を採用することも可能である。前記溝の断面形状は図３のような矩形に限定されず、Ｕ字状断面の溝やV字状断面の溝でもよい。

＝＝＝逆止弁＝＝＝
金属厚板１における１０本の主流路３のうちの１本おきの主流路３の途中に、図３および図４に示す構成からなる逆止弁が組み込まれ、その状態で金属厚板１の片面に金属薄板２が密着して接合固定される。つまり、前記溝の上方開口面が金属薄板２で塞がれて、金属厚板１と金属薄板２の接合部分に、前記溝による流路パターンが封じ込められる。なお金属厚板１と金属薄板２とを接合固定することは各種の接合技術を採用し得るものであり、たとえば、拡散接合、真空ろう接、抵抗溶接、電子ビーム溶接、接着剤、ネジ止めなどの技術を適宜に採用して実施すればよい。

図３〜図５に示す一実施例においては、逆止弁を構成する弁部品は、弁体となるボール８と、ボール８により弁穴が開閉される弁座部品９と、ボール８の移動を規制するストッパ部品１０とからなる。逆止弁を内蔵させる主流路３の溝中央部分には、弁座取付部１１となる円筒部およびストッパ取付部１２となる円筒部が拡幅形成されており、弁座取付部１１に弁座部品９が装着され、ストッパ取付部１２にストッパ部品１０が装着される。そしてボール８が弁座部品９とストッパ部品１２の間に位置するように主流路９の溝内に収容され、部品１１と部品１２の間を自由に移動可能にしている。

＝＝＝逆止弁付き自励振動ヒートパイプ（熱輸送器）＝＝＝
ここまで説明したように金属厚板１の主流路３の溝内に弁部品（ボール８・弁座部品９・ストッパ部品１０）を組み込み、金属厚板１に金属薄板２を密着させて接合固定することで、本発明の一実施例によるアセンブリが完成する。その後、２つの作業穴６ａと６ｂを利用し、アセンブリに内包されている流路パターンに所定の作動流体を所定量注入し、作業穴６ａと６ｂを適宜な栓部品で塞ぐ。これで熱輸送器としての逆止弁付き自励振動ヒートパイプが完成する。

上記のように製作される熱輸送器においては、流路パターン内の作動流体は、金属厚板１と金属薄板２の接合体の加熱エリア側から逆止弁を通って冷却エリア側へと流れるところ、冷却エリア側から加熱エリア側へは逆止弁のない主流路３を通って流れるものの逆止弁のある主流路３を流れることがない。すなわち、逆止弁付き自励振動ヒートパイプとして動作し、加熱エリア側から冷却エリア側へ効率的に熱輸送する。

＝＝＝その他の実施態様＝＝＝
（ａ）第２金属板も金属厚板とし、これにも溝を形成し、第１金属板側の溝と合わせて流路パターンを構成することができる。
（ｂ）弁座部品あるいはストッパ部品は、第１金属板あるいは第２金属板に一体に造り込むことも可能である。

＝＝＝発明の効果＝＝＝
この発明においては、金属板中に作動流体の流路パターンと逆止弁構造を造り込むこととしたので、逆止弁まわりの高精度な製作がきわめて容易となり、高性能で高耐久性の逆止弁を容易に実現できる。第１金属板と第２金属板の接合体が熱輸送器の大容量ヒートシンクとして機能させることができるので、熱輸送器としての能力向上も実現できる。

１…金属厚板（第１金属板）、２…金属薄板（第２金属板）、３…主流路、４…隣接連絡路、５…始終連絡路、６ａ・６ｂ…作業穴、８…ボール（弁体）、９…弁座部品、１０…ストッパ部品、１１…弁座取付部、１２…ストッパ取付部。

Claims

つぎの事項（１）〜（５）により特定されるアセンブリ。
（１）第１金属板と第２金属板と弁部品とを一体的に組み合わせて構成された、逆止弁付き自励振動ヒートパイプ用アセンブリであること
（２）第１金属板と第２金属板は互いに密着して接合固定され、少なくとも第１金属板の接合面にパターン形成された溝により第１金属板と第２金属板の接合部に作動流体流通用の管路パターンの空間が形成されていること
（３）前記管路パターンは、第１金属板における加熱エリアから冷却エリアに渡って形成された主流路であって、かつ、間隔をおいて配設された複数の主流路と、これら主流路を一筆書きのように結んで１本の循環流路を形成する隣接連絡路および始終連絡路を含むこと
（４）弁部品は、複数の主流路のうちの１本おきの主流路の途中に組み込まれており、これが組み込まれた主流路において作動流体を所定方向に流通させる逆止弁を構成していること
（５）前記管路パターンの所定部位には、当該管路パターン中に作動流体を注入するための外部に開口した作業穴が連通形成されていること
つぎの事項（６）により特定される請求項１に記載のアセンブリ。
（６）第１金属板は前記管路パターンとなる溝が片面に形成され、第１金属板より薄くて溝のない第２金属板が第１金属板の前記片面に接合固定されていること
つぎの事項（７）〜（９）により特定される請求項２に記載のアセンブリ。
（７）１つの前記逆止弁を構成する前記弁部品は、弁体となるボールと、当該ボールにより弁穴が開閉される弁座部品とを少なくとも含むこと
（８）前記弁座部品は、前記主流路となる溝の所定位置に形成された弁座取付部に固定されていること
（９）前記ボールは、前記弁座部品の所定側に位置し、前記主流路となる溝内に収容されていること
つぎの事項（10）（11）により特定される請求項３に記載のアセンブリ。
（10）１つの前記逆止弁を構成する前記弁部品は、前記ボールの移動を規制するストッパ部品を含むこと
（11）前記ストッパ部品は、前記主流路となる溝の所定位置に形成されたストッパ取付部に固定されていること
つぎの事項（12）により特定される請求項２に記載のアセンブリ。
（12）前記逆止弁は、前記主流路となる溝の所定位置に形成された弁座と、この弁座の近傍において前記溝に収容された弁体と、前記主流路となる溝の所定位置に形成された弁体ストッパ部とからなること
つぎの事項（13）により特定される請求項１〜５のいずれかに記載のアセンブリ。
（13）前記作業穴は２個あり、前記管路パターンにおける遠隔した２個所にそれぞれ連通形成されていること
請求項１〜６のいずれかに記載のアセンブリの前記管路パターンに作動流体を注入して前記作業穴を塞いだ逆止弁付き自励振動ヒートパイプ用アセンブリ。