JP2707069B2 - ヒートパイプ - Google Patents
ヒートパイプInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
- F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
Description
を作動流体の潜熱として輸送するヒートパイプに関する
ものである。
した密閉金属管などの容器(コンテナ)の内部に、水や
アルコール等の凝縮性の流体を作動流体として封入した
ものであり、温度差が生じることにより動作し、高温部
で蒸発した作動流体が低温部に流動して放熱・凝縮する
ことにより、作動流体の潜熱として熱輸送を行う。また
従来では、液相の作動流体をコンテナ内の周方向や長手
方向の広範囲に均一に供給する手段の一例として、金属
メッシュ材からなるウィックをコンテナの内壁面に布設
している。そして、この金属メッシュ材としては、通常
では、より高い毛細管圧力を得るために可及的に目地が
微細なものを採用している。
ートパイプをほぼ水平に布設して動作させた場合には、
プール沸騰を生じることが多々ある。すなわち、液相の
作動流体によってコンテナの内底部に液だまりが形成さ
れるとともに、コンテナの内壁面とウィックとの間の空
間内に沸騰気泡が発生する。
様がプール沸騰となる場合には、蒸発部のうちの上面側
に液相作動流体が供給されないから、その部分がドライ
アウトする。すなわち、液面より上側のウィックに対し
ては、毛細管圧力によって作動流体が汲み上げられる
が、液面下のウィックで沸騰気泡が発生すると、その部
分においても毛細管圧力が生じ、これが液面より上方の
ウィックから作動流体を引き下げるように作用する。そ
のため、液面より上方のウィックに対しては、重力よる
引き下げのみならず、プール沸騰による引き下げが作用
することになり、その結果、液面より上側のウィックに
対する作動流体の供給が不足してこの部分がドライアウ
トし易くなる。このような現象は、熱流束の増大によっ
て顕著になり、結局は熱輸送能力が劣る不都合が生じ
る。
ックの目地を通り抜けて蒸気流路側(コンテナの中心側
の空間)に流動するが、熱流束が増大すると、前述の通
りウィックの目地が可及的に微細とされていることなど
から、目地を通り抜けることができずにコンテナとウィ
ックとの間に閉じ込められままになる。このように、ヒ
ートパイプの蒸発部の内面が沸騰気泡によって覆われて
いる間は、作動流体による熱輸送は当然行われないの
で、この点からも、従来のヒートパイプでは、熱輸送力
に劣ったり、脈動現象が発生する等の不都合があった。
もので、動作の安定したヒートパイプを提供することを
目的とするものである。
は上記の目的を達成するために、両端部を密閉した金属
パイプからなるコンテナの内部に、真空脱気した状態で
作動流体を封入し、かつ前記金属パイプのうち少なくと
も蒸発部側の端部の内壁面に沿ってメッシュ材からなる
ウィックを布設したヒートパイプにおいて、前記ウィッ
クに少なくともメッシュ材の目地よりも大きい沸騰気泡
排出用の開口部が形成され、また、その開口部の縁部分
から該開口部に対して半径方向で対向する箇所のウィッ
ク近傍にまで突出するとともに、前記作動流体を毛細管
圧力によって前記ウィックから汲み上げ、かつ互いに対
向した少なくとも一対のガイド部が備えられていること
を特徴とするものである。
布設させた状態でコンテナの一端部に入熱があると、コ
ンテナの底部側に液だまりが形成されるとともに、金属
パイプの内壁面とウィックとの間の空間に沸騰気泡が発
生することが多々ある。他方、ガイド部には、ウィック
から汲み上げられた液相の作動流体が保持されている。
前記の沸騰気泡は、発生後間もなく、まず、メッシュ材
の目地よりも大きく開口している開口部に流入するとと
もに、ガイド部に導かれて内部圧力の低いコンテナの中
心側の空間に流れ出て蒸気流となる。
に、ガイド部に保持された分の液相作動流体が沸騰気泡
によって吹き飛ばされる。上記の通り、このガイド部は
ウィックの開口部に半径方向で対向する部分のウィック
の近傍にまで延びているので、そのガイド部から離れた
作動流体は開口部から離れた箇所のコンテナの内壁面お
よびウィックに付着する。すなわち、コンテナの内壁面
が作動流体蒸気によって覆われることがなくなるばかり
か、蒸発部の広範囲に作動流体が充分に供給されるの
で、蒸発部および凝縮部の温度が安定状態に保たれる。
示す一具体例を参照して説明する。図1に示すように、
本具体例のヒートパイプ1においても従来知られる一般
的なヒートパイプと同様に円筒形のパイプ2と、その両
端部に設けられた円盤状の端板3とによってコンテナ4
が形成されている。そして、このコンテナ4の内部に
は、真空脱気した状態で所定量のナトリウム(図示せ
ず)が作動流体の一例として封入されている。
開口部を底部側にし、かつ僅かに傾斜した状態で布設さ
れている。また、コンテナ4の一端部には加熱手段5が
配置されている。したがって、その端部がヒートパイプ
1の蒸発部6となり、コンテナ4のうちの他端部側が凝
縮部7となっている。なお、パイプ2の材質としては、
熱伝導性に優れる純銅や銅合金もしくはアルミニウム、
ニッケル等の金属が採用されている。そして、このパイ
プ2の内周面に沿って、例えば目地9aの大きさが#2
00程度の金属メッシュが長さ方向に亘って布設されて
いる。この金属メッシュは、周知の通り毛細管圧力によ
って作動流体をコンテナ4の広範囲に分布させるウィッ
ク9の一例として設けられるものであって、前述のよう
にパイプ2が円形断面であるから、このウィック9の外
観としてはほぼ円筒状を成している。
くは図1および図2での底部側には、例えば開口幅が目
地9aの3倍程度の開口部10が全長に亘って形成され
ている。この開口部10は、一例として金属メッシュの
両縁部側をパイプ2の中心側に突出させるようにウィッ
ク9を長さ方向に沿って折り曲げ加工することによって
形成されている。
プ2の中心側に折り曲げられた部分は、それぞれ平面状
をなしており、かつほぼ一定の間隔を開けて互いに対向
している。また、それらの各縁部は、共に、図1に示す
ように、開口部10に半径方向で対向する箇所のウィッ
ク9の近傍まで開口部10の上方側に延ばされている。
すなわち、この金属メッシュのうちのパイプ2の半径方
向に延びた部分がガイド部11となる。そして前述の通
り、このガイド部11はウィック9と同一の金属メッシ
ュからなるため、その毛細管圧力によって開口部10の
近傍のウィック9から吸い上げられた液相作動流体によ
って濡らされた状態となっている。
いて説明する。このヒートパイプ1においても、加熱手
段5による入熱がコンテナ4にあると、ウィック9によ
って蒸発部6の内周方向に供給された液相のナトリウム
が蒸発して動作が開始されるが、その場合、プール沸騰
を生じることが多々ある。すなわち、作動流体がウィッ
ク9によって蒸発部6のほぼ全域に均等に供給されず
に、コンテナ9の底部側に液だまりを形成するととも
に、コンテナ4の壁面とウィック9との間に沸騰気泡が
発生する。
ムが用いられていることから、周知の通り、ヒートパイ
プ1の動作温度によって前記の沸騰気泡の大きさが変化
する。すなわち、ヒートパイプ1の動作温度が比較的低
温である場合には、沸騰気泡は小さいから、ウィック9
の目地9aに液相のナトリウムによる表面張力が作用し
ているにも拘らず、目地9aを通り抜けて内部圧力の低
いウィック9の中心側に流れ出る。
する沸騰気泡は徐々に大きくなり、目地9aを直接に通
り抜けることが難しくなる。これらの沸騰気泡の大半
は、より内部圧力の低いウィック9の中心側の空間に向
けてまず開口部10に入り込む。これは、目地9aに対
して開口部10が大きく形成されているからである。そ
して、それらの沸騰気泡は、図2の矢印に示すように、
ガイド部11に沿って流れるとともに、その先端側の開
口部分からウィック9の中心側の空間に流れ出る。
た分の作動流体が、コンテナ4の各所、特に図2での上
面側に吹き飛ばされて、液面より上方のウィック9に供
給される。なお、前述した目地9aを通過し得る大きさ
の沸騰気泡であっても、開口部10から蒸気流路側に流
動することもある。
くウィック9の中心側に流出するため、パイプ2の内壁
面とウィック9との隙間に作動流体蒸気が籠らない。そ
して、コンテナ4の中心軸線側の空間に流入した沸騰気
泡は、蒸気となって温度と内部圧力が共に低いコンテナ
4の凝縮部7側に流動する。そして、そこで外部に熱を
奪われて凝縮し、再度液相となって重力によりパイプ2
の壁面を流下し、またはウィック9に吸い上げられたり
してコンテナ4の蒸発部6側に還流する。
蒸発する。このような熱輸送サイクルが継続されるうち
に、ヒートパイプ1の動作温度は更に上昇し、これに伴
って発生する沸騰気泡も更に大きくなるが、上記と同様
にそれらの大型の沸騰気泡も、ウィック9の内側の空間
にスムースに流れ出る。
させつつ、従来ドライアウトしやすかった蒸発部6のう
ちの上側に液相の作動流体を順次供給する構成であるか
ら、蒸発部6における広範囲あるいは局部的なドライア
ウトが防止され、その結果、作動流体としてナトリウム
を封入した従来の高温用ヒートパイプと比べて、熱輸送
能力を向上させることができ、また蒸発部6および凝縮
部7の温度を安定状態に保つことができる。さらに、従
来よりも一層目地の微細な金属メッシュを採用し得るこ
とから、特にコンテナ4の周方向での均熱特性が向上す
る利点も生じる。
部11とを同じ金属メッシュから一体に構成したが、こ
の発明は上記の具体例に限定されるものではなく、例え
ば目地の大きさが異なる2種類の金属メッシュを組み付
けて構成してもよい。
明のヒートパイプでは、ウィックの目地よりも大きい開
口部を形成し、またその開口部の縁部分から金属パイプ
の半径方向において開口部に対向する箇所の近傍にまで
突出するとともに、作動流体を毛細管圧力によってウィ
ックから汲み上げ、かつ互いに対向した少なくとも一対
のガイド部を備えているので、コンテナの内壁面の広範
囲に作動流体が散布される。したがって、熱輸送能力を
向上させることができ、また、蒸発部および凝縮部の温
度を安定状態に保つことができる。しかも、従来に比べ
て目地の細かいメッシュ材の採用が可能となることか
ら、ウィックによる毛細管圧力が増大し、この点からも
蒸発部および凝縮部における温度の安定化を図ることが
できる。
示す図である。
6…蒸発部、 9…ウィック、 9a…目地、 10…
開口部、 11…ガイド部。
Claims (1)
- 【請求項1】 両端部を密閉した金属パイプからなるコ
ンテナの内部に、真空脱気した状態で作動流体を封入
し、かつ前記金属パイプのうち少なくとも蒸発部側の端
部の内壁面に沿ってメッシュ材からなるウィックを布設
したヒートパイプにおいて、 前記ウィックに少なくともメッシュ材の目地よりも大き
い沸騰気泡排出用の開口部が形成され、また、その開口
部の縁部分から該開口部に対して半径方向で対向する箇
所のウィック近傍にまで突出するとともに、前記作動流
体を毛細管圧力によって前記ウィックから汲み上げ、か
つ互いに対向した少なくとも一対のガイド部が備えられ
ていることを特徴とするヒートパイプ。
Priority Applications (1)
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JP7308285A JP2707069B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | ヒートパイプ |
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Family Applications (1)
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JP7308285A Expired - Fee Related JP2707069B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | ヒートパイプ |
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1995
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