JP3140425B2 - ヒートパイプの製造方法 - Google Patents
ヒートパイプの製造方法Info
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- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器等に用い
られるヒートパイプに係り、特に、作動流体の循環効率
が高い編組型ウィック構造のヒートパイプに関する。
られるヒートパイプに係り、特に、作動流体の循環効率
が高い編組型ウィック構造のヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】ヒートパイプは、管内に密封された作動
流体の相変化および循環によって熱を移送する装置であ
る。図３に、このヒートパイプの概略構造および作動原
理を示す。真空状態にされたパイプ内に適当量の作動流
体を封入してから管両端を密封することによって、この
ヒートパイプは作成されている。管内に封入された作動
流体は、蒸発部で蒸発して熱を熱源から吸収し、その蒸
気は、管内に広がりながら断熱部を経て、凝集部で凝集
して熱を放出する。そして、凝集部で凝集した作動流体
が、断熱部の内壁をつたって蒸発部に戻り、以上の蒸発
および凝集を繰り返すことによって、熱源から熱が移送
される。
流体の相変化および循環によって熱を移送する装置であ
る。図３に、このヒートパイプの概略構造および作動原
理を示す。真空状態にされたパイプ内に適当量の作動流
体を封入してから管両端を密封することによって、この
ヒートパイプは作成されている。管内に封入された作動
流体は、蒸発部で蒸発して熱を熱源から吸収し、その蒸
気は、管内に広がりながら断熱部を経て、凝集部で凝集
して熱を放出する。そして、凝集部で凝集した作動流体
が、断熱部の内壁をつたって蒸発部に戻り、以上の蒸発
および凝集を繰り返すことによって、熱源から熱が移送
される。
【０００３】このようなヒートパイプの性能は、作動流
体の種類および注入量、管内の真空状態および清潔度、
管内における作動流体の循環効率等の影響を受ける。そ
のなかでも、とくに、管内における作動流体の循環効率
が、ヒートパイプの性能に及ぼす影響は大きい。したが
って、ヒートパイプの性能を向上させるには、凝縮部か
ら蒸発部に作動流体が効率良く戻るようにすることが重
要である。
体の種類および注入量、管内の真空状態および清潔度、
管内における作動流体の循環効率等の影響を受ける。そ
のなかでも、とくに、管内における作動流体の循環効率
が、ヒートパイプの性能に及ぼす影響は大きい。したが
って、ヒートパイプの性能を向上させるには、凝縮部か
ら蒸発部に作動流体が効率良く戻るようにすることが重
要である。
【０００４】一般に、ヒートパイプの断熱部の管内壁に
は、作動流体を循環させるためのウィックあるいはグロ
ーブ(溝)が設けられている。凝縮部で凝縮された作動流
体は、主として毛細管現象によってウィック等のなかを
つたって蒸発部に戻る。すなわち、凝縮部で凝縮された
作動流体の蒸発部への戻りは、主として、毛細管力に依
存する。この毛細管力を作動流体に与えるために、断熱
部の内壁にウィックあるいはグルーブを設けている。
は、作動流体を循環させるためのウィックあるいはグロ
ーブ(溝)が設けられている。凝縮部で凝縮された作動流
体は、主として毛細管現象によってウィック等のなかを
つたって蒸発部に戻る。すなわち、凝縮部で凝縮された
作動流体の蒸発部への戻りは、主として、毛細管力に依
存する。この毛細管力を作動流体に与えるために、断熱
部の内壁にウィックあるいはグルーブを設けている。
【０００５】図４(Ａ)は、円筒形に巻かれたスクリーン
メッシュ５５をウィックとして管内に挿入している図で
あり、図４(Ｂ)は、そのようにしてウィックが設けられ
たヒートパイプ１０の断面図である。また、図５(Ａ)
は、細い線材６５をウィックとして管内壁面に並べ、そ
れらをスプリング６８で管内壁面に密着させている図で
あり、図５(Ｂ)は、そのようにしてウィックが設けられ
たヒートパイプ１０の断面図である。また、図６は、管
内壁にグルーブ７５が形成されたヒートパイプ１０の外
観図および断面図である。なお、これら以外にも、管内
壁面を焼結によって多孔質にする場合もある。
メッシュ５５をウィックとして管内に挿入している図で
あり、図４(Ｂ)は、そのようにしてウィックが設けられ
たヒートパイプ１０の断面図である。また、図５(Ａ)
は、細い線材６５をウィックとして管内壁面に並べ、そ
れらをスプリング６８で管内壁面に密着させている図で
あり、図５(Ｂ)は、そのようにしてウィックが設けられ
たヒートパイプ１０の断面図である。また、図６は、管
内壁にグルーブ７５が形成されたヒートパイプ１０の外
観図および断面図である。なお、これら以外にも、管内
壁面を焼結によって多孔質にする場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ヒートパイプの性能
は、作動流体の種類および注入量、管内の真空状態およ
び清潔度、管内における作動流体の循環効率等の影響を
受ける。そのなかでも、とくに、管内における作動流体
の循環効率が、ヒートパイプの性能に及ぼす影響は大き
い。したがって、ヒートパイプの性能を向上させるに
は、凝縮部から蒸発部に作動流体が効率良く戻るように
することが重要である。
は、作動流体の種類および注入量、管内の真空状態およ
び清潔度、管内における作動流体の循環効率等の影響を
受ける。そのなかでも、とくに、管内における作動流体
の循環効率が、ヒートパイプの性能に及ぼす影響は大き
い。したがって、ヒートパイプの性能を向上させるに
は、凝縮部から蒸発部に作動流体が効率良く戻るように
することが重要である。
【０００７】本発明によれば、ヒートパイプの毛細管力
を増大させ、ウィックの引入を簡単化させることができ
る。これにより、ヒートパイプの性能を向上させること
ができて製造工程を簡素化させることができる。
を増大させ、ウィックの引入を簡単化させることができ
る。これにより、ヒートパイプの性能を向上させること
ができて製造工程を簡素化させることができる。
【０００８】すなわち、発明は、作動流体の毛細管力を
増大させることにより、性能が向上するウィック構造の
ヒートパイプを提供することを目的とする。また、凝縮
部から蒸発部への作動流体の帰還時毛細管力を増大させ
るウィック構造を有するヒートパイプを簡単に製造する
方法を提供する。
増大させることにより、性能が向上するウィック構造の
ヒートパイプを提供することを目的とする。また、凝縮
部から蒸発部への作動流体の帰還時毛細管力を増大させ
るウィック構造を有するヒートパイプを簡単に製造する
方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、凝縮さ
れた作動流体を蒸発部へ帰還させるにあって毛細管力を
与えるためにウィックを使用するヒートパイプにおい
て、上記ウィックは多数の線材を上記ヒートパイプの内
壁を沿って螺旋方向に編組されて形成されることを特徴
とするヒートパイプ構造によって達成される。また、ウ
ィックのヒートパイプ内の装着はヒートパイプの内壁に
対応して円筒形を構成するように螺旋方向に編組された
ウィックを形成して、この時ウィックの外径はヒートパ
イプの内径より小さくして、また該長さはヒートパイプ
の長さよりは長く形成して、ウィックをパイプに引入し
た後ウィックを該長さ方向に圧縮することによって編組
ウィックのパイプの内壁に密着されて外径が半径方向に
膨脹することで達成される。
れた作動流体を蒸発部へ帰還させるにあって毛細管力を
与えるためにウィックを使用するヒートパイプにおい
て、上記ウィックは多数の線材を上記ヒートパイプの内
壁を沿って螺旋方向に編組されて形成されることを特徴
とするヒートパイプ構造によって達成される。また、ウ
ィックのヒートパイプ内の装着はヒートパイプの内壁に
対応して円筒形を構成するように螺旋方向に編組された
ウィックを形成して、この時ウィックの外径はヒートパ
イプの内径より小さくして、また該長さはヒートパイプ
の長さよりは長く形成して、ウィックをパイプに引入し
た後ウィックを該長さ方向に圧縮することによって編組
ウィックのパイプの内壁に密着されて外径が半径方向に
膨脹することで達成される。
【００１０】すなわち、本発明によれば、ヒートパイプ
の毛細管力を増大させ、ウィックの引入を簡単化させる
ことができる。これによりヒートパイプの性能を向上さ
せることができて製造工程を簡素化させることができ
る。
の毛細管力を増大させ、ウィックの引入を簡単化させる
ことができる。これによりヒートパイプの性能を向上さ
せることができて製造工程を簡素化させることができ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る実施の一形態について説明する。
ら、本発明に係る実施の一形態について説明する。
【００１２】最初に、本実施の形態に係るウィック構造
のヒートパイプついて説明する。
のヒートパイプついて説明する。
【００１３】図１は、本実施の形態に係るヒートパイプ
の構造を説明するための図である。具体的には、図１
(ａ)は、本実施の形態に係るヒートパイプ(多数の細い
線材が円筒形の螺旋方向に編組されて形成されたウィッ
クが管内に引入される形状)の斜視図であり、図１(ｂ)
は、その断面図である。
の構造を説明するための図である。具体的には、図１
(ａ)は、本実施の形態に係るヒートパイプ(多数の細い
線材が円筒形の螺旋方向に編組されて形成されたウィッ
クが管内に引入される形状)の斜視図であり、図１(ｂ)
は、その断面図である。
【００１４】図１(ａ)(ｂ)に示したように、パイプ１０
０は円筒形で構成されて、ウィック１１０は毛細管力及
び伸縮性が卓越した材質で構成された多数の線材１１５
が螺旋方向に編組されて形成されて、パイプ１１０の内
壁に多数の線材１１５が均一に密着されていてパイプ１
００の中央部に蒸気通路として利用される開口が形成さ
れる。すなわち、本実施の形態に係るヒートパイプ１０
０は、中空円筒形であり、その管内壁には、毛細管力お
よび伸縮性に優れた材料で形成された複数の線材１１５
を螺旋状に巻き回しながら互いに交差するように編んだ
円筒形ウィック１１０が装着されている。ただし、ウィ
ック１１０の線材１１５は、細く、かつ、管内壁面に密
着しており、さらに管内周上における分布がほぼ均一で
ある。このようにしたほうが、より大きな毛細管力が作
用するからである。なお、ヒートパイプ１００の中空部
１２０は、蒸発部(不図示)から凝集部(不図示)への蒸気
の通路として利用される。
０は円筒形で構成されて、ウィック１１０は毛細管力及
び伸縮性が卓越した材質で構成された多数の線材１１５
が螺旋方向に編組されて形成されて、パイプ１１０の内
壁に多数の線材１１５が均一に密着されていてパイプ１
００の中央部に蒸気通路として利用される開口が形成さ
れる。すなわち、本実施の形態に係るヒートパイプ１０
０は、中空円筒形であり、その管内壁には、毛細管力お
よび伸縮性に優れた材料で形成された複数の線材１１５
を螺旋状に巻き回しながら互いに交差するように編んだ
円筒形ウィック１１０が装着されている。ただし、ウィ
ック１１０の線材１１５は、細く、かつ、管内壁面に密
着しており、さらに管内周上における分布がほぼ均一で
ある。このようにしたほうが、より大きな毛細管力が作
用するからである。なお、ヒートパイプ１００の中空部
１２０は、蒸発部(不図示)から凝集部(不図示)への蒸気
の通路として利用される。
【００１５】さて、ヒートパイプ本体は、銅(とくに、
純度９９.９９％以上の純銅)、ステンレス、アルミニウ
ム等によって形成されている。これらの材料は、熱伝導
性がよく、かつ、化学的に安定であり、管内に充填され
た作動流体(水、フロン、アンモニア等)と反応(腐食、
酸化)しないため不要なガス等を発生しないからであ
る。同様な理由から、ウィック１１０の線材１１５も、
銅(特に純度９９.９９％以上の純銅)、ステンレス、ア
ルミニウム等で形成されていることが望ましい。
純度９９.９９％以上の純銅)、ステンレス、アルミニウ
ム等によって形成されている。これらの材料は、熱伝導
性がよく、かつ、化学的に安定であり、管内に充填され
た作動流体(水、フロン、アンモニア等)と反応(腐食、
酸化)しないため不要なガス等を発生しないからであ
る。同様な理由から、ウィック１１０の線材１１５も、
銅(特に純度９９.９９％以上の純銅)、ステンレス、ア
ルミニウム等で形成されていることが望ましい。
【００１６】編組ウィック１１０の線材数および直径
は、ヒートパイプ１００の内径に応じて定めることがで
きる。ウィック１１０の線材１１５は、細く、かつ、管
内壁の円周上にほぼ均一な分布に配されるほうが、毛細
管力がよい。例えば、内径２.４ｍｍ程度のヒートパイ
プ用のウィックには直径０.０８ｍｍ程度の線材、内径
３〜１０ｍｍ程度のヒートパイプ用のウィックには直径
０.１ｍｍ〜０.１２ｍｍ程度の線材が最適である。
は、ヒートパイプ１００の内径に応じて定めることがで
きる。ウィック１１０の線材１１５は、細く、かつ、管
内壁の円周上にほぼ均一な分布に配されるほうが、毛細
管力がよい。例えば、内径２.４ｍｍ程度のヒートパイ
プ用のウィックには直径０.０８ｍｍ程度の線材、内径
３〜１０ｍｍ程度のヒートパイプ用のウィックには直径
０.１ｍｍ〜０.１２ｍｍ程度の線材が最適である。
【００１７】ウィック１１０の織造密度は、線材のピッ
チ(線材が一回旋回したときに長さ方向に進行した距離)
で表すことができる。例えば、内径約２.４ｍｍのヒー
トパイプ用のウィックの線材の最適ピッチは約４０ｍｍ
である。この場合のリード角(パイプの円周方向と、ウ
ィックの螺旋とがなす角)は、約８０度である。ピッチ
は、円筒で編組されたウィックの外径、すなわち、ウィ
ックが設置されるパイプの内径に沿って異なる。ここ
で、ウィック１１０のリード角(パイプの円周方向と、
ウィックの螺旋とがなす角)を、ヒートパイプ１００の
内径とは関係なく約７８°〜８２°にすることによっ
て、ヒートパイプの最大性能を引き出すことができる。
作動流体の輸送に有利となりからである。また、ウィッ
ク１１０の編組は粗くまたは密に形成することができ
る。
チ(線材が一回旋回したときに長さ方向に進行した距離)
で表すことができる。例えば、内径約２.４ｍｍのヒー
トパイプ用のウィックの線材の最適ピッチは約４０ｍｍ
である。この場合のリード角(パイプの円周方向と、ウ
ィックの螺旋とがなす角)は、約８０度である。ピッチ
は、円筒で編組されたウィックの外径、すなわち、ウィ
ックが設置されるパイプの内径に沿って異なる。ここ
で、ウィック１１０のリード角(パイプの円周方向と、
ウィックの螺旋とがなす角)を、ヒートパイプ１００の
内径とは関係なく約７８°〜８２°にすることによっ
て、ヒートパイプの最大性能を引き出すことができる。
作動流体の輸送に有利となりからである。また、ウィッ
ク１１０の編組は粗くまたは密に形成することができ
る。
【００１８】次に、本実施の形態に係るウィック構造の
ヒートパイプの製造方法について説明する。なお、ここ
では、ヒートパイプ内壁へのウィックの装着の説明を主
眼とし、ヒートパイプ内への作動流体の充填等について
の説明は省略する。
ヒートパイプの製造方法について説明する。なお、ここ
では、ヒートパイプ内壁へのウィックの装着の説明を主
眼とし、ヒートパイプ内への作動流体の充填等について
の説明は省略する。
【００１９】図２は、本実施の形態に係るヒートパイプ
内へのウィックの引入方法を説明するための図である。
具体的には、図２(ａ)は、管内にウィック１１０が挿入
されたヒートパイプ１００の断面図であり、図２(ｂ)
は、両端が密封された状態のヒートパイプ１００の断面
図である。
内へのウィックの引入方法を説明するための図である。
具体的には、図２(ａ)は、管内にウィック１１０が挿入
されたヒートパイプ１００の断面図であり、図２(ｂ)
は、両端が密封された状態のヒートパイプ１００の断面
図である。
【００２０】図２(ａ)に示すように、予め準備しておい
たヒートパイプ１００の内部に、円筒形のウィック１１
０、すなわち、複数の線材１１５を螺旋状に巻き回しな
がら互いに交差するように編んだウィック１１０を引入
する。但し、ここで用いるウィック１１０の直径ｄ
2は、ヒートパイプ１００の内径ｄ1よりも小さく、ウィ
ック１１０の全長Ｌ2は、ヒートパイプ１００の全長Ｌ1
よりも短い。
たヒートパイプ１００の内部に、円筒形のウィック１１
０、すなわち、複数の線材１１５を螺旋状に巻き回しな
がら互いに交差するように編んだウィック１１０を引入
する。但し、ここで用いるウィック１１０の直径ｄ
2は、ヒートパイプ１００の内径ｄ1よりも小さく、ウィ
ック１１０の全長Ｌ2は、ヒートパイプ１００の全長Ｌ1
よりも短い。
【００２１】そして、ヒートパイプ１００の両端からは
み出しているウィック１１０をその長さ方向に圧縮す
る。これにより、ウィック１１０は、その長さが縮ん
で、その外径が大きくなる。その結果、図２(ｂ)に示す
ように、ウィック１１０の各線材１１５が管内壁面に密
着する。また、ウィック１１０の線材１１５は、ヒート
パイプ１００の内周上にほぼ均一な分布で配される。な
お、管両端は密封される。
み出しているウィック１１０をその長さ方向に圧縮す
る。これにより、ウィック１１０は、その長さが縮ん
で、その外径が大きくなる。その結果、図２(ｂ)に示す
ように、ウィック１１０の各線材１１５が管内壁面に密
着する。また、ウィック１１０の線材１１５は、ヒート
パイプ１００の内周上にほぼ均一な分布で配される。な
お、管両端は密封される。
【００２２】このように、パイプ内に挿入されたウィッ
クを軸方向から圧縮することによって、ウィックの外径
を太くさせれば、ウィックの各線材が管内壁に密着し、
かつ、ウィックの線材が管内壁の円周上にほぼ均一な分
布で配される。また、充分な蒸気通路が確保される。し
たがって、管内における作動流体の循環効率のよいヒー
トパイプを簡単に製造することができる。
クを軸方向から圧縮することによって、ウィックの外径
を太くさせれば、ウィックの各線材が管内壁に密着し、
かつ、ウィックの線材が管内壁の円周上にほぼ均一な分
布で配される。また、充分な蒸気通路が確保される。し
たがって、管内における作動流体の循環効率のよいヒー
トパイプを簡単に製造することができる。
【００２３】なお、本発明は、以上の実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の形態で実施可能である。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の形態で実施可能である。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明はパイプ内に多数の
細い線材が円筒形の螺旋方向に編組されて形成されたウ
ィックを引入して、編組されたウィックの外径がパイプ
の内径より小さい状態でパイプの内部に引入した後パイ
プの長さ方向に編組されたウィックを圧縮することでウ
ィックの長さが減り、かつ外径が拡大されながらパイプ
の内壁に線材がよく密着されるようにする。
細い線材が円筒形の螺旋方向に編組されて形成されたウ
ィックを引入して、編組されたウィックの外径がパイプ
の内径より小さい状態でパイプの内部に引入した後パイ
プの長さ方向に編組されたウィックを圧縮することでウ
ィックの長さが減り、かつ外径が拡大されながらパイプ
の内壁に線材がよく密着されるようにする。
【００２５】また、本発明は上記実施の形態になんら限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種種の形態で実施することができる。
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種種の形態で実施することができる。
【００２６】これによりパイプの円周上に均一に個々の
線材が分布になり、パイプ中央では充分な蒸気通路が確
保されて、パイプの内壁には作動流体の循環のための充
分な毛細管力を確保してヒートパイプの性能を向上させ
ることができて製造工程を簡素化させることができる。
線材が分布になり、パイプ中央では充分な蒸気通路が確
保されて、パイプの内壁には作動流体の循環のための充
分な毛細管力を確保してヒートパイプの性能を向上させ
ることができて製造工程を簡素化させることができる。
【図１】(Ａ)は、本発明の実施の一形態に係るヒートパ
イプ内にウィックを挿入しているときの図であり、(Ｂ)
は、本発明の実施の一形態に係るヒートパイプの断面図
である。
イプ内にウィックを挿入しているときの図であり、(Ｂ)
は、本発明の実施の一形態に係るヒートパイプの断面図
である。
【図２】本発明の実施の一形態に係るヒートパイプの製
造方法を説明するための図である。
造方法を説明するための図である。
【図３】従来のヒートパイプの構造を説明するための図
である。
である。
【図４】(Ａ)は、従来のヒートパイプ内にウィックを挿
入しているときの図であり、(Ｂ)は、ウィック取付け後
のヒートパイプの断面図である。
入しているときの図であり、(Ｂ)は、ウィック取付け後
のヒートパイプの断面図である。
【図５】(Ａ)は、従来のヒートパイプ内にウィックを挿
入しているときの図であり、(Ｂ)は、ウィック取付け後
のヒートパイプの断面図である。
入しているときの図であり、(Ｂ)は、ウィック取付け後
のヒートパイプの断面図である。
【図６】(Ａ)は、グルーブが形成されたヒートパイプの
斜視図であり、(Ｂ)は、その断面図である。
斜視図であり、(Ｂ)は、その断面図である。
１０…パイプ ５５…スクリーンメッシュ ６５…線材 ６８…スプリング ７５…グルーブ １００…パイプ １１０…ウィック １１５…線材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平２−85267（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−61783（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−199773（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭54−35701（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28D 15/02 106 F28D 15/02 103
Claims (1)
- 【請求項１】複数の線材を螺旋状に巻き回して互いに交
差するように編んだウィックを、当該ウィックよりも短
く、かつ、当該ウィックの外径よりも内径が大きなパイ
プの内部に挿入するステップと、 前記ウィックを当該ウィックの長さ方向に圧縮して、当
該ウィックを前記パイプの内壁に密着させるステップ
と、 前記 パイプの両端を密閉するステップとを含むことを特
徴とする、ヒートパイプの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980018784A KR100290461B1 (ko) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 편조형윅구조를갖는히트파이프 |
| KR98-18784 | 1998-05-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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