JP4069302B2

JP4069302B2 - 長方形平板状ヒートパイプモジュールの接続構造体

Info

Publication number: JP4069302B2
Application number: JP11857097A
Authority: JP
Inventors: 久輝赤地
Original assignee: アクトロニクス株式会社
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2017-04-03
Also published as: JPH10281671A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は蛇行細管ヒートパイプ及びその応用ヒートパイプの接続構造体の構造に関するものであって、特に蛇行細管ヒートパイプの細管群が整列せしめられて薄形平板状に構成されてある長尺薄形平板状構造体または金属薄形平板内に蛇行細管ヒートパイプが細径トンネル化せしめられて内蔵せしめられて構成されてある薄形平板状構造体をモジュール化しその接続構造体とすることにより平板状ヒートパイプの長尺化を可能とし且つその熱輸送距離による性能低下を大幅に減少せしめる新規な構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛇行細管ヒートパイプ技術及びその応用製品は開発後間もない新技術及び新製品であって、その長尺化の為の接続技術及び接続構造は全く世にない新技術及び構造である。従ってこれに関する従来の技術は例が無いので、引用例を説明することは不可能である。従来構造のヒートパイプには接続構造の実用化例は無いが、出願や提案のレベルとしては各種の発明考案が提唱されている。然し従来構造のヒートパイプと蛇行細管ヒートパイプとは作動原理も作動態様も全く異なる上に接続構造を採用する目的も全く異なるので同一土俵上で比較することは出来ない。
【０００３】
図５に出願レベルの従来構造の円筒形ヒートパイプを長尺化する為の接続構造の一例を示す。図において１１は熱量供給側ヒートパイプ、１２は熱量受給側ヒートパイプ、１３は熱接続用ヒートパイプである。１３は中空管状ヒートパイプで中空部内に供給側及び受給側ヒートパイプ１１、１２の端末部を圧入し突き合わせ接続する。この接続構造は実用性の高い構造ではあったが、図から分かる通り熱量供給側ヒートパイプ１１から接続用ヒートパイプ１３に熱量を供給する熱抵抗、ヒートパイプ１３の内部熱抵抗、接続用ヒートパイプ１３から熱量受給側ヒートパイプ１２に熱量を供給する熱抵抗の３段階の合計熱抵抗が極めて高く、温度降下が大きいことに起因して実用化に至っていない。またこのヒートパイプは円筒形であり、細径化、小容量化が困難であること、接続用ヒートパイプ１３が大型化する等の点も実用化に至らない要因となっている。また従来型の円筒形ヒートパイプはその長さを延長せしめて長くした場合、蛇行細管ヒートパイプの如き一定の限界長さで急激かつ大幅に熱輸送性能が低下する特性はなく、性能低下は徐々に発生し限界長さが長い特徴がある。この点で蛇行細管ヒートパイプとは全く異なる特性を示すもので接続構造の構成目的も異なるものとなる。
本発明が対象とする蛇行細管ヒートパイプは厚さ２ｍｍ以下の如く薄肉化、小型化し、自由に折り曲げて使用し、高密度実装を適用目的とするに対し、図５の従来例の円筒形ヒートパイプはそのような適用は全く不可能であり、適用分野を全く異にする点から参考にすることは出来ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】
細管が受熱部と放熱部の間を往復蛇行を繰り返して構成される蛇行細管ヒートパイプは、受熱部の細管群が吸収した熱エネルギーにより、封入されてある作動液が細管群内で核沸騰を発生し、その圧力波により作動液が細管内の全ての部分で軸方向往復振動を発生して、この作用により受熱部から放熱部に向かって熱量を活発に輸送する。蛇行細管ヒートパイプの作動原理はこの様であるから、その固有の性質として細管内における圧力損失による、作動液振動エネルギーの距離に依存する減衰は免れ得ない。従って蛇行細管ヒートパイプは細管の内径が４ｍｍの場合は受熱部と放熱部の距離が数メートル、細管の内径が３ｍｍの場合は受熱部と放熱部の距離が２メートルであっても極めて良好に熱量を輸送することが可能であるが、細管の内径が小さくなるに従って実用的な熱量輸送可能距離が急激に短縮し長尺化が不可能となる。
【０００５】
また蛇行細管ヒートパイプの設計は、細管群の各１本毎における受熱部の核沸騰圧力波が夫々の１本内の封入作動液に各１本の全長を越えて軸方向振動が発生するよう、充分に余裕あるエネルギーを有するよう設計される。この各１本の余裕エネルギーは他の細管群の作動液の軸方向振動を助けるエネルギーとして作動液の蒸気泡中に圧縮して蓄えられる。この様にして発生する各細管相互のエネルギー相互補完性は、蛇行細管ヒートパイプに蛇行ターン数を多数化せしめればせしめる程に、ターン数増加の割合より遥かに高い比率で熱輸送能力が増加すると云う優れた特性を与え、またターン数を増加せしめればせしめる程その重力無依存性即ちトップヒートモードでの作動性が大幅に改善されると云う特異な機能を蛇行細管ヒートパイプに付与する。蛇行細管ヒートパイプの優れた特性は以上の如くして与えられるから、その反面として、設計上の蛇行細管ヒートパイプの長さが長過ぎて、各１本の核沸騰エネルギーが夫々の細管内作動液に各１本の全長に亙る軸方向振動を与えるに不十分になった場合は上述の細管群間の相互補完性が全ての細管において一斉に失われるので、蛇行細管ヒートパイプの熱輸送性能は、一定の長さを限界としてこれを越えた長さになると急激且つ極端に悪化すると云う、負の特性をも付与される。
【０００６】
上述のごとき理由から蛇行細管ヒートパイプには内径が１ｍｍ以下の如く大幅に細径化され、またその長さが作動可能の限界長さを越える場合、熱輸送性能が極端に悪化し、極端な場合はその作動が急激に停止する如き固有の負の性質がある。近来業界においては機器の小型化及び高密度実装の技術が進展するにつれて平板状ヒートパイプに対する薄型化が厳しく要求されるようになっており、その厚さは２ｍｍ以下とすることが求められている。その為には蛇行細管ヒートパイプ及び蛇行細径トンネルプレートヒートパイプの細管内径は１ｍｍ以下とする必要がある。その場合はそれらの平板状ヒートパイプの設計長さが上述の如き長さの限界を越えることが多くなり、熱輸送能力が設計上の予定能力に対し極端に不足する事態が増加しつつあり、この点が大きな問題点となっておりその対策が求められている。図４にトンネル内径０．９ｍｍ、蛇行ターン数４０、プレート幅５０ｍｍ、プレート厚さ１．９ｍｍのトンネルプレートヒートパイプの長さと最大熱輸送量の関係の実験測定値を線グラフで表してある。この様な細径トンネル内蔵のプレートヒートパイプの場合は長さが３００ｍｍ以上になった場合は熱輸送能力が急激に低下することが分かる。
【０００７】
【問題点を解決する為の手段】
前項で説明した問題点発生要因から考察すれば、問題点を解決する為の手段は熱輸送性能が極端急激に低下する限界長さを越えることのない長さの複数の平板状ヒートパイプを接合熱抵抗の少ない手段で相互に接続して、その合計全長により所望の長さが得られる接続構造体にすることであることが分かる。本発明はその為の接続構造であり、図１の斜視図に説明するその基本的構造は以下の通りである。
【０００８】
蛇行細管ヒートパイプの細管群が整列せしめられて薄形平板状に構成されてある薄形長方形平板状ヒートパイプの単位モジュールまたは金属平板内に蛇行細管ヒートパイプが細径トンネル化せしめて内蔵せしめられて構成されてある薄形長方形平板状ヒートパイプの単位モジュールの接続構造体において、接続構造体は所定の長さの複数の薄形長方形平板状ヒートパイプの単位モジュール１、２の、各単位モジュールの端末部が所定の手段により順次相互に重ね合わせ熱接続されて構成されて延長されて構成され長尺化された構造体であって、薄形長方形平板状単位モジュール１、２の長さは、そのモジュールの両端部間を往復蛇行する蛇行細管の内径の相当直径、蛇行細管の蛇行ターン数、封入作動液の作動温度における細管内圧力損失、を勘案し所定の量の熱入力が可及的高い熱輸送効率で熱輸送されるよう決定された長さであり、且つモジュール１、２の長さが一定の長さを越えた場合急激な熱輸送効率低下が発生し始める蛇行細管ヒートパイプの薄形平板構造体に固有の一定の長さを限界長さとした場合の、限界長さに到達しない長さであり、薄形長方形平板状ヒートパイプの単位モジュールを重ね合わせた熱接続部の形態構造としては、その接続長さは、接続部面積が限界面積より小さい場合は所定の輸送熱量以上の輸送が不可能になる蛇行細管ヒートパイプの薄形長方形平板状構造体に固有の性質の、限界面積より小さくならない接続部長さであり、重ね合わせ熱接続部３の熱接続構造としては、所定の手段による加圧接続、熱伝導性グリスを併用した加圧接続、ろう接接続、接着剤接続、の何れかの手段による低損失熱接続構造として形成されてあることを特徴とする。
この接続構造体において単位モジュールの接続枚数は熱量供給側単位モジュール１と熱量受給側単位モジュール２の２枚に限定するものではなく、多数枚を順次接続しても良く、また接続構造部も多数箇所に構成されてあっても良い。即ち単位モジュールに複数箇所に接続構造部をも受けてこの接続部構造体は複数分岐型の接続構造体とすることが可能であり、複数の熱量供給モジュールから供給される熱量を単一の熱量受給モジュールに集合受給することも、また単一の熱量供給モジュールから供給される熱量を複数の熱量受給モジュールに分散供給することも可能になる。
【０００９】
【作用】
このように構成する場合は単位モジュール１、２は、例えばトンネル内径が０．９ｍｍ、の如く細径で、ターン数４０、モジュール幅５０ｍｍ、モジュール厚さ１．９ｍｍの如く薄形であった場合、図４から限界長さは３００ｍｍ以下と云うことになり、単位モジュールの長さが３００ｍｍ以下であるならば単位モジュールは何れも２００Ｗ以上の最大熱輸送量を保証することが可能なモジュールであると云うことになる。また重ね合わせ接合部は幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍ即ち熱接合部３の面積が５０ｍ^２以上であるならば２００Ｗの熱接続でも熱輸送性能を低下させることなく接合することが出来ることが実験的に明らかになっている。また重ね合わせ接合の熱抵抗値は比較的熱抵抗値の大きな接着剤接合であっても０．０１℃／Ｗ以下であり即ち温度降下２℃以下であることが経験的に知られている。
【００１０】
以上の如くであるから、図４から推定してこの例の場合、本発明の基本構造に構成した薄形長方形平板状ヒートパイプモジュールの接続構造体は全長が５００ｍｍの長さであっても２００Ｗの熱輸送が可能であることが分かる。この様な長尺の蛇行細径トンネル内蔵の平板状のヒートパイプの従来の熱輸送性能は、その長さが限界長さを越えることが明らかであり、漸く２０Ｗの熱量を輸送することが出来る程度であった。本発明の構造の如く実施する場合はトンネル内径２ｍｍ、モジュール幅１００ｍｍ、モジュール厚さ３ｍｍの蛇行細径トンネル内蔵の平板状ヒートパイプの単位モジュールの長さは１ｍ以上であり、その接続構造体は長さ２ｍに構成することが可能になり、その最大熱輸送量は２ＫＷを越えるものとなることが期待される。この様な平板状ヒートパイプの製作は従来は全く不可能とされていた。
また本発明の構造を適用することにより長尺長方形プレートヒートパイプは単に長さ方向の接続構造体を構成するのみに留まらず、分岐型長尺長方形プレートヒートパイプに構成し、複数の長方形プレートヒートパイプをその一端において結合せしめたり、複数の長方形プレートヒートパイプをその一端において分岐せしめた構造体に構成することにも適用することが可能である。
【００１１】
【実施例】
［第一実施例］図２は本発明の接続構造の応用実施例の一例を示す。本実施例においては重ね合わせ接続部の形態構造は熱量供給側単位モジュール１の一端と熱量受給側単位モジュール２の一端とが突き合わせられてあり、突き合わせ部の熱量供給側単位モジュール１と熱量受給側単位モジュール２の両者に跨がって、且つその両面の夫々に接続用単位モジュール４−１と４−２とが所定の手段により重ね合わせ接着されてあることを特徴としている。この接続構造の場合は熱接続部３の接着面積は３−１、３−２、３−３、３−４と広くすることが出来るので熱接続部３を通過する最大熱輸送量を大幅に増加することが出来る。また熱量供給側単位モジュール１の両面から熱量を取り出し、熱量受給側単位モジュール２の両面から熱量を伝達するから熱接続効率は基本構造に比較して倍増する利点もある。
【００１２】
第一実施例の構成は図５の従来型の円筒形状ヒートパイプの接続構造に類似してはいるが、機能的には全く異なるものである。本実施例の接続用単位モジュール４は何れも蛇行細径トンネル内蔵型モジュールであるから、充分に薄形に形成出来る、充分な可撓性を与えることが出来る、図５の例の如き圧潰の恐れがないから大きな加圧力で加圧接続が出来るから極めて少ない熱抵抗の接続が可能となる、円筒の場合に比較して接触面積を広くすることが出来るから極めて少ない熱抵抗の接続が可能となる、等の点から従来例の円筒ヒートパイプの接続構造とは全く異なるものである。
【００１３】
［第二実施例］図３は本発明の接続構造の応用実施例の他の一例を示す。本実施例においては熱量供給側単位モジュール１は一枚の単位モジュールからなり、熱量受給側単位モジュール２は２枚の単位モジュール２−１、２−２の積層構造であり、重ね合わせ熱接続部の形態構造としては、熱量受給側単位モジュール２の一端において積層構造の接着が解除され熱量供給側単位モジュール１の厚さに相当する熱接続用間隙５が設けられてあり、この間隙５に熱量供給側単位モジュール１の一端が圧入されて、然る後に所定の熱接続構造に形成されてあることを特徴としている。
【００１４】
本実施例の特徴は接続構造が簡略化される点、及び熱量受給側単位モジュール２が２−１、２−２の積層構造であることにより、熱量受給側単位モジュール２の熱抵抗が小さく熱量受給側単位モジュール２を熱量供給側単位モジュール１より長尺化することが出来る点、において基本構造及び第一実施例より優れている。従来型の円筒形ヒートパイプの接続構造と基本的に異なる点、円筒形ヒートパイプの接続構造より優れている点においては第一実施例と同様である。
【００１５】
【発明の効果】
従来不可能とされていた、蛇行細管ヒートパイプの細管群が整列せしめられて薄形平板状に構成されてある薄形長方形平板状ヒートパイプまたは金属平板内に蛇行細管ヒートパイプが細径トンネル化せしめて内蔵せしめられて構成されてある薄形長方形平板状ヒートパイプが、何れも単位モジュールの接続構造とすることにより長尺化が可能になり、また長尺化された接続構造体の熱輸送能力は、非接続構造の一体型長尺体に比較して１０倍に改善された。この様な薄形長方形平板状ヒートパイプの長尺化、及びその熱輸送能力の強力化は近来の業界の強い要求に合致するものであり機器実装の小型化及び軽量化に大きな貢献をするものと信ぜられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄形長方形平板状ヒートパイプモジュールの接続構造体の基本構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の薄形長方形平板状ヒートパイプモジュールの接続構造体の第一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明の薄形長方形平板状ヒートパイプモジュールの接続構造体の第二実施例を示す斜視図である。
【図４】平板状単位モジュールの長さと最大熱輸送量の関係を表す線グラフ図である。
【図５】従来型円筒形ヒートパイプの接続構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１熱量供給側単位モジュール
２熱量受給側単位モジュール
２−１熱量受給側単位モジュール
２−２熱量受給側単位モジュール
３熱接続部
３−１熱接続部
３−２熱接続部
３−３熱接続部
３−４熱接続部
４−１接続用単位モジュール
４−２接続用単位モジュール
５熱接続用間隙
１１熱量供給側ヒートパイプ
１２熱量受給側ヒートパイプ
１３熱接続用ヒートパイプ

Claims

長方形平板状ヒートパイプの単位モジュールの接続構造体において、接続構造体は所定の長さの複数の単位長方形平板状ヒートパイプモジュールの、各単位モジュールの端末部が所定の手段により順次重ね合わせ熱接続されて延長して構成され長尺化された構造体であって、長方形平板状の単位モジュールの長さは、所定の量の熱入力が可及的高い熱輸送効率で熱輸送されるよう決定された長さであり、且つこの単位モジュールの長さは、その長さが一定の長さを越えた場合急激な熱輸送効率低下が発生し始める長方形平板構造体に固有の一定の長さを限界長さとした場合の、限界長さに到達しない長さであり、長方形平板状単位モジュール重ね合わせ熱接続部の形態構造としては、その接続長さは、接続部面積が限界面積より小さい場合は所定の輸送熱量以上の輸送が不可能になる長方形平板状構造体に固有の性質の、限界面積より小さくならない接続部長さであり、熱量供給側単位モジュールは一枚の単位モジュールからなり、熱量受給側単位モジュールは２枚の単位モジュールの積層構造であり、重ね合わせ熱接続部の形態構造としては、熱量受給側単位モジュールの一端において積層構造の接着が解除され熱量供給側単位モジュールの厚さに相当する間隙が設けられてあり、この間隙に熱量供給側単位モジュールの一端がそう挿入されて、所定の熱接続構造に形成されてあることを特徴とする長方形平板状ヒートパイプモジュールの接続構造体。
前記長方形平板状ヒートパイプは薄形であり、該薄形長方形平板状ヒートパイプの単位モジュールは蛇行細管ヒートパイプの細管群が整列せしめられて薄形平板状に構成されてある薄形長方形平板状ヒートパイプの単位モジュールまたは金属平板内に蛇行細管ヒートパイプが細径トンネル化せしめて内蔵せしめられて構成されてある薄形長方形平板状ヒートパイプの単位モジュールであり、前記薄形長方形平板状の単位モジュールの長さは、そのモジュールの両端部間を往復蛇行する蛇行細管の内径の相当直径、蛇行細管の蛇行ターン数、封入作動液の作動温度における細管内圧力損失、を勘案し所定の量の熱入力が可及的高い熱輸送効率で熱輸送されるよう決定された長さであり、前記重ね合わせ熱接続部の熱接続構造は、所定の手段による加圧接続、熱伝導性グリスを併用した加圧接続、ろう接接続、接着剤接続、の何れかの手段による低損失熱接続構造として形成されてあることを特徴とする請求項１に記載の薄形長方形平板状ヒートパイプモジュールの接続構造体。