JP5664107B2 - Loop-type heat pipe and electronic device equipped with such loop-type heat pipe - Google Patents
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Description
本発明は、ループ型ヒートパイプに関する。 The present invention relates to a loop heat pipe.
従来、電子装置等の冷却にヒートパイプが用いられている。ヒートパイプは、内部に封入された作動流体の相変化を利用して熱を輸送する伝熱装置である。 Conventionally, heat pipes are used for cooling electronic devices and the like. A heat pipe is a heat transfer device that transports heat using a phase change of a working fluid sealed inside.
そして、電子装置の冷却能力を向上するために、熱の輸送量を増加し、且つ熱の輸送距離を増加したヒートパイプとして、ループ型ヒートパイプが開発されている。 In order to improve the cooling capacity of the electronic device, a loop heat pipe has been developed as a heat pipe having an increased heat transport amount and an increased heat transport distance.
ループ型ヒートパイプは、発熱体から受熱して液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させるウイック及び気相の作動流体を流通させる蒸気流路を有する蒸発部と、気相の作動流体を放熱により凝縮させる凝縮部とを備えている。また、ループ型ヒートパイプは、蒸発部で気相に変化した作動流体を凝縮部へ流通させる蒸気管と、凝縮部で液相に変化した作動流体を蒸発部へ流通させる液管とを備えている。また、ループ型ヒートパイプは、液管と蒸発部との間に配置されて、蒸発部へ供給される作動流体を保持する液溜め部を有する場合もある。そして、ループ型ヒートパイプは、蒸発部と、蒸気管と、凝縮部と、液管と、液溜め部とが直列に接続されたループ構造を有しており、内部に作動流体が封入されている。 The loop heat pipe receives a heat from a heating element, evaporates the liquid-phase working fluid to change the phase to a gas-phase working fluid, and an evaporation section having a vapor channel for flowing the gas-phase working fluid, And a condensing part for condensing the working fluid of the phase by heat radiation. The loop heat pipe includes a vapor pipe that circulates the working fluid that has changed to a gas phase in the evaporation section to the condensation section, and a liquid pipe that circulates the working fluid that has changed to the liquid phase in the condensation section to the evaporation section. Yes. The loop heat pipe may have a liquid reservoir that is disposed between the liquid pipe and the evaporator and holds the working fluid supplied to the evaporator. The loop heat pipe has a loop structure in which an evaporator, a steam pipe, a condenser, a liquid pipe, and a liquid reservoir are connected in series, and a working fluid is sealed inside. Yes.
ループ型ヒートパイプ内には、例えば、蒸発部の蒸気流路の容積と、凝縮部の容積と、蒸気管の容積と、液管の容積との和に等しい量の作動流体が封入される。そして、液溜め部の容積は、蒸気流路の容積と、凝縮部の容積と、蒸気管の容積との和に等しく設計される。 In the loop heat pipe, for example, an amount of working fluid equal to the sum of the volume of the vapor flow path of the evaporation section, the volume of the condensation section, the volume of the vapor pipe, and the volume of the liquid pipe is enclosed. The volume of the liquid reservoir is designed to be equal to the sum of the volume of the steam channel, the volume of the condenser, and the volume of the steam pipe.
これは、ループ型ヒートパイプの理想的な動作状態では、蒸発部の蒸気流路及び蒸気管及び凝縮部内の作動液体は全て気相であり、蒸発部のウイック及び液管内の作動流体は全て液相であることが想定されているためである。 This is because, in an ideal operating state of the loop heat pipe, the working fluid in the vapor flow path, the vapor pipe and the condensing part of the evaporator is all in the gas phase, and the working fluid in the evaporator wick and the liquid pipe are all liquid. This is because it is assumed to be a phase.
ループ型ヒートパイプが動作していない状態で発熱体から蒸発部に流れた熱の一部が蒸発部に近い液管の部分に伝わって、蒸発部に近い液管内の作動流体が気相に変化する場合がある。このような状態では、液相の作動流体が蒸発部へうまく供給されないので、ループ型ヒートパイプが起動できないことがある。 When the loop heat pipe is not operating, part of the heat that flows from the heating element to the evaporation section is transferred to the liquid pipe section near the evaporation section, and the working fluid in the liquid pipe near the evaporation section changes to the gas phase. There is a case. In such a state, since the liquid-phase working fluid is not well supplied to the evaporation unit, the loop heat pipe may not be activated.
そこで、本明細書は、液管内に気相の作動流体が存在しても起動できるループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。 In view of this, an object of the present specification is to provide a loop heat pipe that can be activated even when a gas-phase working fluid is present in the liquid pipe.
上記課題を解決するために、本明細書で開示するループ型ヒートパイプの一形態によれば、液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させるウイックと、相変化した気相の作動流体を流通させる蒸気流路とを有する蒸発部と、気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、蒸発部で気相に変化した作動流体を凝縮部へ流通させる蒸気管と、凝縮部で液相に変化した作動流体を蒸発部へ流通させる液管と、液管と蒸発部との間に配置されて、蒸発部へ供給される作動流体を保持する液溜め部と、少なくともウイックを含浸させる量の作動流体と、を備え、液溜め部の容積は、蒸気流路の容積と、蒸気管の容積と、凝縮部の容積との和よりも大きい。 In order to solve the above problems, according to one form of a loop heat pipe disclosed in the present specification, a wick that evaporates a liquid-phase working fluid and changes the phase to a gas-phase working fluid; An evaporating section having a vapor flow path for circulating a phase working fluid, a condensing section for condensing a gas phase working fluid to change into a liquid phase working fluid, and a working fluid changed to a gas phase in the evaporating section A steam pipe that circulates to the condensing part, a liquid pipe that circulates the working fluid that has changed to a liquid phase in the condensing part to the evaporating part, and a working fluid that is disposed between the liquid pipe and the evaporating part and is supplied to the evaporating part And a working fluid in an amount that impregnates at least the wick. The volume of the liquid reservoir is determined by the sum of the volume of the steam flow path, the volume of the steam pipe, and the volume of the condensing part. Is also big.
上述した本明細書で開示するループ型ヒートパイプの一形態によれば、液管内に気相の作動流体が存在しても起動できる。 According to one form of the loop heat pipe disclosed in the present specification described above, the operation can be started even when a gas-phase working fluid is present in the liquid pipe.
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。 The objects and advantages of the invention will be realized and obtained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。 Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention as claimed.
以下、本明細書で開示するループ型ヒートパイプの好ましい第1実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 Hereinafter, a preferred first embodiment of a loop heat pipe disclosed in the present specification will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
図1は、本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第1実施形態を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of a loop heat pipe disclosed in the present specification.
本実施形態のループ型ヒートパイプ10は、蒸発部11と、凝縮部12と、蒸気管13と、液管14とを備える。蒸発部11は、CPU等の発熱体から受熱して液相の作動流体16を蒸発させて気相の作動流体16に相変化させるウイック11a及び気相の作動流体16を流通させる蒸気流路11bを有する。凝縮部12は、気相の作動流体16を放熱により凝縮させて液相の作動流体16に相変化させる。蒸気管13は、蒸発部11で気相に変化した作動流体16を凝縮部12へ流通させる。液管14は、凝縮部12で液相に変化した作動流体16を蒸発部11へ流通させる。ループ型ヒートパイプ10は、例えば、電子機器に組み込まれて用いられ得る。
The
また、ループ型ヒートパイプ10は、液管14と蒸発部11との間に配置されて、蒸発部11へ供給される作動流体16を保持する液溜め部15を備える。
The
ループ型ヒートパイプ10は、蒸発部11が、液相の作動流体16を気相に相変化させる気化熱を発熱体30から受熱することによって、発熱体30を冷却する。気相に変化した作動流体16は、凝縮部12で冷却されて液相に相変化する。
In the
作動流体は、上記ループ状の流路内に密封されている。作動流体16は、ループ型ヒートパイプ10内において、液相及び気相との間で相変化を行いながら、熱の移動を担う。作動流体16は、飽和蒸気圧でループ型ヒートパイプ10内に封入される。
The working fluid is sealed in the loop-shaped flow path. The working
作動流体16としては、例えば、水、アルコール、アンモニア、又はフロン等を用いることができる。
As the working
蒸発部11は、平板型のウイック11aと、ウイック11aの下側に配置されて蒸気流路11bを形成するグルーブ11cと、ウイック11a及び蒸気流路11b及びグルーブ11cを収納する筐体11dを有する。筐体11dは、直方体形状の中空の容器である。図1では、筐体11dは、部分的に破断して示されている。
The
筐体11dには、例えば、CPU等の発熱体30が、サーマルグリース等の熱接合材(図示せず)を介して、熱的に接続される。ウイック11aには、筐体11d又はグルーブ11cを介して、発熱体30の熱が伝わる。筐体11dは、銅等の熱伝導性の高い金属を用いて形成されることが好ましい。
For example, a
ウイック11aは、多孔質の材料を用いて形成されており、多数の細孔を有している。ウイック11aの細孔は、液溜め部15側から蒸気流路11b側へ連通している。ウイック11aは、平面視が矩形の形状を有している。ウイック11aは、例えば、ステンレス又は銅粉末等を焼結した多孔質体を用いて形成される。
The
ウイック11aには、液溜め部15から作動流体16が供給される。作動流体16は毛細管現象によってウイック11a内に浸み込み、ウイック11aは作動流体16で濡れた状態になる。この毛細管現象によって液溜め部15の作動流体16がウイック11aに引き込まれる力が、ループ型ヒートパイプ10内の作動流体16の駆動力を形成する。ウイック11aに浸み込んだ液相の作動流体16は、発熱体30から供給される熱で加熱されて蒸発(気化)する。
The working
平板型のウイック11aは、CPU等の平板状の発熱体30からの集熱効率が高い。また、平板型のウイック11aは、液溜め部15からの作動流体16の吸液効率も高い。従って、平板型のウイック11aは、液相の作動流体16を気相に相変化する熱交換率が高い。
The flat
ウイック11aと筐体11dの内面との間の空間は、気相の作動流体16の移動する方向に向かう複数のグルーブ11cによって仕切られており、蒸気流路11bが形成されている。ウイック11aで気相に変化した作動流体16は、蒸気流路11bを通って、蒸気管13内に進む。
The space between the
蒸気管13内を流通した気相の作動流体16は、凝縮部12内へ移動する。凝縮部12では、作動流体16は放熱して再び液相に相変化する。液相に変化した作動流体16は、液管14内に進む。凝縮部12は、作動流体16からの放熱を促進するべく放熱板等を有していることが好ましい。また、凝縮部12は、作動流体16からの放熱を更に促進するために、ファン等により送風されて冷却されることが好ましい。
The vapor-
ループ型ヒートパイプ10では、蒸気管13及び液管14は、管内を流通する作動流体16の流れの向きが、鉛直方向と交差するように配置されることが好ましい。即ち、蒸気管13及び液管14と、蒸発部11及び凝縮部12とにより形成されるループ状の経路は、略鉛直方向と直交するように配置される。なお、蒸気管13又は液管14の内何れか一方が、管内を流通する作動流体16の流れの向きが、鉛直方向と交差するように配置されても良い。
In the
ループ型ヒートパイプ10では、蒸発部11と、蒸気管13と、凝縮部12と、液管14と、液溜め部15とが、直列に接続されてループ状の流路が形成されている。
In the
液溜め部15が、筐体11dを用いて、蒸発部11と一体に形成されている。液溜め部15は、筐体11dのウイック11aよりも上側の部分である。液溜め部15は、筐体11d内の矩形のウイック11aの上側の直方体形状の空間を有しており、この空間に液相の作動流体16を蓄積する。液溜め部15は、液管14から流入した液相の作動流体16を一時的に蓄積して、蒸発部11のウイック11aに対して、液相の作動流体16を安定して供給する。そのため、ウイック11aの細孔内には、常に液相の作動流体16が充填された状態が維持される。
The
液管14から液溜め部15に流入する作動流体16の量は、一定しているとは限らず、脈動したり、間欠的であったりする。そこで、ループ型ヒートパイプ10では、液管14から流出する作動流体16を、一旦液溜め部15に蓄積し、液溜め部15に蓄積された作動流体16をウイック11aに供給する。
The amount of the working
ループ型ヒートパイプ10内に封入される液体の作動流体16の容積の下限は、ウイック11aにおいて液体の作動流体16が蒸発するように、少なくともウイック全体を含浸させる量である。
The lower limit of the volume of the
ループ型ヒートパイプ10内に封入される液体の作動流体16の容積の上限は、蒸発部11の蒸気流路11bの容積と、蒸気管13の容積と、凝縮部12の容積と、液管14の容積との和に加えて、液溜め部15の一部分に空間を残してそれ以外の液溜め部15の部分が作動流体16により満たされる容積との和である。この際に、作動流体16によって液溜め部15の部分が満たされる容積は、例えば、液溜め部15の容積の10%、30%又は50%とすることができる。
The upper limit of the volume of the
特に、ループ型ヒートパイプ10内に封入される液体の作動流体16の容積は、蒸発部11の蒸気流路11bの容積と、蒸気管13の容積と、凝縮部12の容積と、液管14の容積との和に等しいことが好ましい。これは、ループ型ヒートパイプ10の理想的な動作状態では、蒸発部11の蒸気流路11b及び蒸気管13及び凝縮部12内の作動液体16は全て気相であり、蒸発部11のウイック11a及び液管14内の作動流体は全て液相であることが想定されているためである。
In particular, the volume of the
しかし、ループ型ヒートパイプ10が動作していない状態で、発熱体30から蒸発部11に流れた熱の一部が、蒸発部11に近い液管14の部分に伝わって(いわゆる、ヒートリーク)、蒸発部11に近い液管14内の作動流体16が気相に変化する場合がある。このような状態では、液相の作動流体16が蒸発部11へうまく供給されないので、ループ型ヒートパイプ10が起動されないことがある。
However, in a state where the
そこで、ループ型ヒートパイプ10では、液管14内に気相の作動流体16が存在しても起動できるように、液溜め部15の容積Vrが、蒸気流路11bの容積Vgと、蒸気管13の容積Vvと、凝縮部12の容積Vcとの和よりも大きくなっている。特に、液溜め部15の容積Vrは、蒸気流路11bの容積Vgと、蒸気管13の容積Vvと、凝縮部12の容積Vcと、液管14の容積Vlとの和と等しいことが好ましい。
Therefore, in the
次に、ループ型ヒートパイプ10が、液管14内に気相の作動流体16が存在しても起動できることを、図面を参照して以下に説明する。
Next, it will be described below with reference to the drawings that the
まず、従来の例によるループ型ヒートパイプでは、液管14内に気相の作動流体16が存在する場合、うまく起動できないことを以下に説明する。
First, it will be described below that the loop heat pipe according to the conventional example cannot be started well when the gas-
図2は、従来の例によるループ型ヒートパイプの起動時を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a startup time of a loop heat pipe according to a conventional example.
図2に示すループ型ヒートパイプ100は、液溜め部150の容積Vbが、蒸気流路11bの容積Vgと、蒸気管13の容積Vvと、凝縮部12の容積Vcとの和と等しい。そして、ループ型ヒートパイプ100内に封入される作動流体16の容積は、蒸発部11の蒸気流路11bの容積と蒸気管13の容積と凝縮部12の容積と液管14の容積との和に等しい。ループ型ヒートパイプ100は、液溜め部150の容積が異なる点を除いては、図1に示すループ型ヒートパイプと同様の構造を有する。
In the
ループ型ヒートパイプ100では、液溜め部150の容積Vbが、次式(1)で表される。
In the
Vb=Vg+Vv+Vc (1) V b = V g + V v + V c (1)
ループ型ヒートパイプ100は、起動する前の状態にある。即ち、作動流体16のループ内の循環はまだ開始していない。ループ型ヒートパイプ100は、いわゆるヒートリークが生じており、発熱体30から蒸発部11に流れた熱の一部が、蒸発部11に近い液管14の部分に伝わって、蒸発部11に近い液管14内の作動流体16が気相に変化している。液管14内には、作動流体16の液相と気相との界面が位置している。同様に、蒸気管13内には、作動流体16の液相と気相との界面が位置している。液溜め部150及び蒸気流路11b内は気相の作動流体16で満たされている。凝縮部12内は、液相の作動流体16で満たされている。ウイック11aの細孔内は、作動流体16が含浸しているとする。
The
ループ型ヒートパイプ10は、熱的に平衡状態にあり、次式(2)で表すように、液管14内の気相の作動流体16の圧力Paと、蒸気管13内の気相の作動流体16の圧力Pbとが釣り合っている。
Pa=Pb (2) P a = P b (2)
ここで、液管14内の気相の作動流体16の圧力Paは、次式(3)で表される。
Here, the pressure P a of the working
Pa=na・R・Ta/Va (3) P a = n a · R · T a / V a (3)
ここで、naは液管14内の気相の作動流体16のモル数、Rは気体定数、Taは液管14及び液溜め部150内の気相の作動流体16の温度、Vaは液管14内の気相の作動流体16の体積と液溜め部150の容積Vbとの和である。ここで、液管14内の気相の作動流体16の体積をVav0と表すと、体積Vaは、次式(4)で表される。
Here, n a is the number of moles of the working
Va=Vb+Vav0 (4) V a = V b + V av0 (4)
また、蒸気管13内の気相の作動流体16の圧力Pbは、次式(5)によって表される。
The pressure P b of the vapor-
Pb=nb・R・Tb/Vb (5) P b = n b · R · T b / V b (5)
ここで、nbは蒸気管13及び蒸気流路11b内の気相の作動流体16のモル数、Rは気体定数、Tbは蒸気管13及び蒸気流路11b内の気相の作動流体16の温度、Vbは蒸気管13内の気相の作動流体16の体積と蒸気流路11bの容積Vgとの和である。
Here, n b is the number of moles of
このように、熱的に平衡状態にあるループ型ヒートパイプ100では、液管14内の気相の作動流体16の圧力Paと、蒸気管13内の気相の作動流体16の圧力Pbとが釣り合っている。そのため、液管14内に気相の作動流体16が存在していると、ループ型ヒートパイプ100は、液管14内の作動流体16の液相と気相との界面の位置が移動しないので、液相の作動流体16が蒸発部11側に進まないため、ループ型ヒートパイプ100はうまく起動することができない。
Thus, the
次に、本実施形態のループ型ヒートパイプ10は、液管14内に気相の作動流体16が存在していても、起動できることを以下に説明する。
Next, it will be described below that the
図3は、図1のループ型ヒートパイプの起動時の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example when the loop heat pipe of FIG. 1 is activated.
液溜め部15の容積Vrは、蒸気流路11bの容積Vgと蒸気管13の容積Vvと凝縮部12の容積Vcとの和よりも大きくなっており、この和よりも大きい部分の容積を追加される容積Vaddとすると、液溜め部15の容積Vrは次式(6)で表される。
Volume V r of the
Vr=Vg+Vv+Vc+Vadd=Vb+Vadd (6) V r = V g + V v + V c + V add = V b + V add (6)
図3に示すループ型ヒートパイプ10は、図2に示す状態のループ型ヒートパイプ100に対して、液溜め部150の容積Vbを、容積Vr=Vb+Vaddに増加させた状態に対応する。
The
そして、液管14内の気相の作動流体16の圧力Pcは、次式(7)で表される。
The pressure P c of the gas-
Pc=na・R・Ta/Vc (7) P c = n a · R · T a / V c (7)
ここで、Vcは、次式(8)で表される。 Here, V c is expressed by the following equation (8).
Vc=Vb+Vadd+Vav (8) Vc = Vb + Vadd + Vav (8)
ここで、Vavは液管14内の気相の作動流体16の体積である。図3に示すループ型ヒートパイプ10では、VavはVav0と等しい。
Here, V av is the volume of the gas-
一方、式(5)で表される蒸気管13内の気相の作動流体16の圧力Pbの値は変化しないので、図3に示すループ型ヒートパイプ10の状態ではPc<Pbとなる。そのため、液相の作動流体16には蒸発部11側に移動するように力が働くので、液管14内の作動流体16の液相と気相との界面の位置が蒸発部11側へ移動する。従って、液管14内の気相の作動流体16の体積Vavが減少する。
On the other hand, since the value of the pressure P b of the gas-
上述した説明では、Pa=Pbという圧力関係を有する状態の図2に示すループ型ヒートパイプ100に対して、液溜め部の容積を容積Vaddだけ増加して、図3に示すループ型ヒートパイプに変更した場合に、Pc<Pbの圧力関係が得られることを述べた。しかし、液溜め部15の容積VrがVg+Vv+Vc+Vlと等しければ、起動前の図3に示すループ型ヒートパイプ10において液管14内に気相の作動流体16が存在していても、同様にPc<Pbの圧力関係が得られる。
In the above description, the volume of the liquid reservoir is increased by the volume V add with respect to the
Pc<Pbの圧力関係を有するループ型ヒートパイプ10では、液管14内の気相の作動流体16の体積が減少すると共に、液管14内の気相の作動流体16の部分が蒸気管13内に移動して、蒸気管13内の気相の作動流体16の体積が増加して行く。この状態の推移は、ループ型ヒートパイプ10の図3から図4への変化として示される。
In the
この際、作動流体を含浸しているウイック11a内の液相の作動流体16が蒸発することにより、蒸気管13内の気相の作動流体16のモル数が増加するので、蒸気管13内の圧力Pbは一定に保たれる。なお、ウイック11a内の液相の作動流体16が蒸発することにより、ウイック11aの細孔には、気相の作動流体16が含まれることになるが、ウイック11aの細孔容積は、蒸気流路11bの容積Vg及び蒸気管13の容積Vvよりも十分に小さいので、無視することができる。
At this time, since the liquid-
また、液管14内では、発熱体30から液管14へのヒートリークが続いているので、液相の作動流体16から気相への相変化も続いて生じている。一方、液管14内では、作動流体16の液相と気相との界面では、気相の作動流体16が冷却されて再び液相に相変化しており、新たに気相に変化した作動流体16の量と同じ量の気相の作動流体16が、液相に相変化する。従って、液管14内の気相の作動流体16のモル数naは、作動流体16の液相と気相との界面の位置には影響を受けない。
Further, since heat leak from the
従って、Pc<Pbの圧力関係によって、ループ型ヒートパイプ10の状態が図3から図4へ変化すると、液管14内では、気相の作動流体16の容積Vavが減少するが、モル数naが一定であるので気相の作動流体16の圧力Pcが増加する。
Therefore, when the state of the
そして、液管14内の気相の作動流体16の体積Vavが減少していくと、やがて体積Vavがゼロになる。この時、液管14内は、全て液相の作動流体16に満たされることになる。このループ型ヒートパイプ10の状態を、図5に示す。この時の液溜め部15内の圧力Pcは、式(7)及び(8)を用いて、次式(9)で表される。
When the volume V av of the gas-
Pc=na・R・Ta/Vc =na・R・Ta/(Vb+Vadd) (9) P c = n a · R · T a / V c = n a · R · T a / (V b + V add) (9)
ここで、蒸気管13内の気相の作動流体16の圧力Pbは、式(2)〜(4)を用いて、次式(10)で表される。
Here, the pressure P b of the gas-
Pb=Pa=na・R・Ta/Va=na・R・Ta/(Vb+Vav0) (10) P b = P a = n a · R · T a / V a = n a · R · T a / (V b + V av0) (10)
式(9)及び(10)を参照すると、Vadd>Vav0であれば、Pc<Pbの圧力関係を満足することが分かる。なお、ループ型ヒートパイプ10の状態が図3から図4へ変化する際に、Vadd>Vav0であれば、Pc<Pbの圧力関係を満足しつつ、気相の作動流体16の容積Vavが減少すると共に、モル数naが一定であるので気相の作動流体16の圧力Pcが増加することになる。
Referring to equations (9) and (10), it can be seen that if V add > V av0 , the pressure relationship of P c <P b is satisfied. When the state of the
ここで、Vav0は、図2のループ型ヒートパイプ100における液管14内の気相の作動流体16の体積である。従って、液溜め部15の容積Vrを、図2のループ型ヒートパイプ100の液溜め部150の容積Vbに対して、液管14内の気相の作動流体16の体積Vav0よりも大きくすれば、液管14内の気相の作動流体16の体積Vavをゼロにして、ループ型ヒートパイプを起動することができることが分かる。
Here, V av0 is the volume of the gas-
ただし、起動する前のループ型ヒートパイプにおける平衡状態の液管14内の気相の作動流体16の体積Vav0は、一定ではない。そこで、体積Vav0が最大になる場合を考えると、図6に示すように、液管14内の全てが気相の作動流体16で満たされている状態となる。
However, the volume V av0 of the gas-
図6に示すループ型ヒートパイプ10では、体積Vav0の値は、液管の容積Vlと等しい。従って、追加される容積Vaddを、液管の容積Vlよりも大きくすることにより、起動する前のループ型ヒートパイプにおける液管14内の気相の作動流体16の量にかかわらず、Pc<Pbの関係を得ることできる。従って、液管内に気相の作動流体16が存在しているループ型ヒートパイプ10を確実に起動することができる。
In the
ここで、追加される容積Vaddを液管の容積Vlと等しくした場合、Pc=Pbという圧力関係が得られた時には、液管14内の液相の作動流体16が、液溜め部15に到達した状態となる。そこで、追加される容積Vaddを少なくとも液管の容積Vlと等しくすれば、液管内に気相の作動流体が存在しているループ型ヒートパイプ10を確実に起動することができる。
Here, when the added volume V add is made equal to the volume V l of the liquid pipe, when the pressure relationship P c = P b is obtained, the liquid
なお、ヒートリークの程度によって、起動する前のループ型ヒートパイプにおける液管14内の気相の作動流体16の体積Vav0が、高々、液管14の容積の半分である場合には、追加される容積Vaddを液管14の容積Vlの半分とすれば良い。即ち、液溜め部15の容積Vrを、少なくとも、蒸気流路11bの容積Vgと蒸気管13の容積Vvと凝縮部12の容積Vcと液管14の容積Vlの半分との和と等しくすれば良い。
Depending on the degree of heat leak, if the volume V av0 of the gas-
上述した本実施形態のループ型ヒートパイプ10によれば、液管内に気相の作動流体が存在しても起動できる。
According to the
次に、第2実施形態のループ型ヒートパイプを、図面を参照しながら以下に説明する。第2実施形態について特に説明しない点については、上述の第1実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。 Next, a loop heat pipe according to a second embodiment will be described below with reference to the drawings. For points that are not particularly described in the second embodiment, the description in detail regarding the first embodiment is applied as appropriate.
図7は、本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第2実施形態を示す断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the loop heat pipe disclosed in this specification.
本実施形態のループ型ヒートパイプ20は、ウイック11aが円筒状である。ウイック11aは、同様に円筒状の筐体11dの中に配置されている。液溜め部15から供給される液相の作動流体16は、ウイック11aの内側に流入し、ウイック11a内で気相に相変化した作動流体16が、ウイック11aの外周面から筐体11d内に流出する。ウイック11aから流出した気相の作動流体16は、筐体11dとウイック11aとの間の蒸気流路11bを通って、蒸気管20へ移動する。
In the
図7に示すように、液溜め部15は、液管16の蒸発部11側の部分の径が大きくなって形成されている。このように、ループ型ヒートパイプ20では、液溜め部15が、液管16と一体に形成されている。
As shown in FIG. 7, the
液溜め部15の容積は、蒸気流路11bの容積と、蒸気管13の容積と、凝縮部12の容積と、液管14の容積との和よりも大きい。
The volume of the
本発明では、上述した各実施形態のループ型ヒートパイプは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。 In the present invention, the loop heat pipe of each embodiment described above can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
上述した各実施形態のループ型ヒートパイプは、CPU等の発熱体を有する電子機器に組み込まれて、発熱体を冷却するために用いられても良い。このように、ループ型ヒートパイプを備えた電子機器によれば、液管内に気相の作動流体が存在してもループ型ヒートパイプが起動できるので、発熱体が確実に冷却される。 The loop heat pipe of each embodiment described above may be incorporated in an electronic device having a heating element such as a CPU and used to cool the heating element. As described above, according to the electronic device provided with the loop heat pipe, since the loop heat pipe can be activated even when a gas-phase working fluid is present in the liquid pipe, the heating element is reliably cooled.
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 Regarding the above-described embodiments, the following additional notes are disclosed.
(付記1)
液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させるウイックと、相変化した気相の作動流体を流通させる蒸気流路とを有する蒸発部と、
気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、
前記蒸発部で気相に変化した作動流体を前記凝縮部へ流通させる蒸気管と、
前記凝縮部で液相に変化した作動流体を前記蒸発部へ流通させる液管と、
前記液管と前記蒸発部との間に配置されて、前記蒸発部へ供給される作動流体を保持する液溜め部と、
少なくとも前記ウイックを含浸させる量の作動流体と、
を備え、
前記液溜め部の容積は、前記蒸気流路の容積と、前記蒸気管の容積と、前記凝縮部の容積との和よりも大きいループ型ヒートパイプ。
(Appendix 1)
An evaporating section having a wick that evaporates the liquid-phase working fluid and changes the phase to a gas-phase working fluid;
A condensing part for condensing the gas-phase working fluid into a liquid-phase working fluid;
A steam pipe that circulates the working fluid changed to a gas phase in the evaporation section to the condensation section;
A liquid pipe that circulates the working fluid changed to a liquid phase in the condensing unit to the evaporation unit;
A liquid reservoir that is disposed between the liquid pipe and the evaporator and holds a working fluid supplied to the evaporator;
An amount of working fluid impregnated with at least the wick;
With
The volume of the liquid reservoir is a loop heat pipe that is larger than the sum of the volume of the steam channel, the volume of the steam pipe, and the volume of the condenser.
(付記2)
前記液溜め部の容積は、前記蒸気流路の容積と、前記蒸気管の容積と、前記凝縮部の容積と、前記液管の容積の半分との和と等しい付記1に記載のループ型ヒートパイプ。
(Appendix 2)
The volume of the liquid reservoir is equal to the sum of the volume of the steam channel, the volume of the steam pipe, the volume of the condenser, and half the volume of the liquid pipe. pipe.
(付記3)
前記液溜め部の容積は、前記蒸気流路の容積と、前記蒸気管の容積と、前記凝縮部の容積と、前記液管の容積との和と等しい付記2に記載のループ型ヒートパイプ。
(Appendix 3)
The loop-type heat pipe according to appendix 2, wherein the volume of the liquid reservoir is equal to the sum of the volume of the steam channel, the volume of the steam pipe, the volume of the condenser, and the volume of the liquid pipe.
(付記4)
前記蒸気管又は前記液管は、管内を流通する作動流体の流れの向きが、鉛直方向と交差するように配置される付記1〜3の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。
(Appendix 4)
The loop type heat pipe according to any one of
(付記5)
前記蒸気流路の容積と、前記凝縮部の容積と、前記蒸気管の容積と、前記液管の容積との和に等しい容積の作動流体が封入される付記1〜4の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。
(Appendix 5)
In any one of appendixes 1-4, the working fluid having a volume equal to the sum of the volume of the vapor flow path, the volume of the condensing unit, the volume of the vapor pipe, and the volume of the liquid pipe is enclosed. The described loop heat pipe.
(付記6)
前記ウイックは平板状である付記1〜5の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。
(Appendix 6)
The loop type heat pipe according to any one of
(付記7)
起動する前の前記ウイックは作動流体に含浸されている付記1〜6の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。
(Appendix 7)
The loop heat pipe according to any one of
(付記8)
付記1〜7の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプを備えた電子機器。
(Appendix 8)
Electronic equipment provided with the loop heat pipe according to any one of
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を、技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。 All examples and conditional words mentioned herein are intended for educational purposes to help the reader deepen and understand the inventions and concepts contributed by the inventor. All examples and conditional words mentioned herein are to be construed without limitation to such specifically stated examples and conditions. Also, such exemplary mechanisms in the specification are not related to showing the superiority and inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions or modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
10、20 ループ型ヒートパイプ
11 蒸発部
11a ウイック
11b 蒸発流路
11c グルーブ
11d 筐体
12 凝縮部
13 蒸気管
14 液管
15 液溜め部
16 作動流体
30 発熱体
DESCRIPTION OF
Claims (5)
気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮部と、
前記蒸発部で気相に変化した作動流体を前記凝縮部へ流通させる蒸気管と、
前記凝縮部で液相に変化した作動流体を前記蒸発部へ流通させる液管と、
前記液管と前記蒸発部との間に配置されて、前記蒸発部へ供給される作動流体を保持する液溜め部と、
少なくとも前記ウイックを含浸させる量の作動流体と、
を備え、
前記液溜め部の容積は、前記蒸気流路の容積と、前記蒸気管の容積と、前記凝縮部の容積と、前記液管の容積との和と等しいループ型ヒートパイプ。 An evaporating section having a wick that evaporates the liquid-phase working fluid and changes the phase to a gas-phase working fluid;
A condensing part for condensing the gas-phase working fluid into a liquid-phase working fluid;
A steam pipe that circulates the working fluid changed to a gas phase in the evaporation section to the condensation section;
A liquid pipe that circulates the working fluid changed to a liquid phase in the condensing unit to the evaporation unit;
A liquid reservoir that is disposed between the liquid pipe and the evaporator and holds a working fluid supplied to the evaporator;
An amount of working fluid impregnated with at least the wick;
With
The volume of the liquid reservoir is a loop heat pipe equal to the sum of the volume of the steam flow path, the volume of the steam pipe, the volume of the condenser, and the volume of the liquid pipe.
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