JP6715925B2 - Wick - Google Patents
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Description
本明細書に開示する技術は、ヒートパイプのウィックに関する。 The technology disclosed herein relates to a heat pipe wick.
特許文献1(日本国特開2011−190996号公報)に開示されているヒートパイプは、ウィックとケースを備えている。ウィックとケースは筒状に形成されている。ウィックは多孔質材料から形成されており、ケースは緻密質である金属材料から形成されている。ウィックの内部空間には液体流路が形成されており、液体の作動流体がこの液体流路を流れる。ケースはウィックの外周面を覆っている。ケースとウィックの間の空間には気体流路が形成されており、気体の作動流体がこの気体流路を流れる。また、ケースは伝熱ブロックによって加熱されており、伝熱ブロックによって加熱されたケースからウィックに熱が伝達される。 The heat pipe disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-190996) includes a wick and a case. The wick and the case are formed in a tubular shape. The wick is made of a porous material, and the case is made of a dense metallic material. A liquid channel is formed in the inner space of the wick, and a working fluid of liquid flows through this liquid channel. The case covers the outer surface of the wick. A gas flow path is formed in the space between the case and the wick, and a gaseous working fluid flows through this gas flow path. Further, the case is heated by the heat transfer block, and heat is transferred from the case heated by the heat transfer block to the wick.
特許文献1のヒートパイプでは、液体の作動流体が液体流路を流れると、その作動流体が毛細管現象によって多孔質のウィックに浸透してゆく。ウィックに浸透した液体の作動流体は、ケースからウィックに伝達された熱を受熱して蒸発し、気体の作動流体に状態変化する。蒸発した作動流体は、ウィックから気体流路に流入して気体流路を流れてゆく。
In the heat pipe of
ヒートパイプでは、液体の作動流体を効率よく加熱して気体の作動流体に状態変化させることが好ましい。そのためには、ウィックから液体の作動流体に熱を効率よく伝達することが好ましい。従来のヒートパイプでは、この点で不十分なところがあった。そこで本明細書は、液体の作動流体に効率よく熱を伝達することができる技術を提供する。 In the heat pipe, it is preferable to efficiently heat the liquid working fluid to change the state to the gaseous working fluid. For that purpose, it is preferable to efficiently transfer heat from the wick to the liquid working fluid. The conventional heat pipe has some drawbacks in this respect. Therefore, the present specification provides a technique capable of efficiently transferring heat to a liquid working fluid.
本明細書に開示するヒートパイプのウィックは、多孔質の筒体と、筒体の内部空間において筒体の軸方向に延びており、内部空間を仕切る多孔質の複数の壁体と、を備えている。複数の壁体が内部空間を仕切ることによって軸方向に延びる液体流路と気体流路が内部空間に形成されている。液体流路は、軸方向の一端部が開口しており、他端部が封止されている。気体流路は、軸方向の一端部が封止されており、他端部が開口している。 The heat pipe wick disclosed in the present specification includes a porous tubular body, and a plurality of porous wall bodies that extend in the axial direction of the tubular body in the internal space of the tubular body and partition the internal space. ing. A liquid flow path and a gas flow path extending in the axial direction are formed in the internal space by partitioning the internal space with a plurality of walls. The liquid flow path is open at one end in the axial direction and sealed at the other end. The gas flow path is sealed at one end in the axial direction and is open at the other end.
このような構成によれば、筒体の内部空間に液体流路と気体流路を形成する多孔質の壁体を備えているので、液体流路を流れる液体の作動流体が、毛細管現象によって液体流路から壁体に浸透してゆく。壁体に浸透した液体の作動流体は、壁体から熱を受熱して蒸発し、気体の作動流体に状態変化する。蒸発した作動流体は、壁体から気体流路に流入して気体流路を流れてゆく。このような構成によれば、壁体を備えているので、液体の作動流体がウィックに接する部分が増加し、ウィックから受熱できる部分が増加する。そのため、液体の作動流体に効率よく熱を伝達することができる。 According to such a configuration, since the inner wall of the cylindrical body is provided with the porous wall body that forms the liquid flow path and the gas flow path, the working fluid of the liquid flowing through the liquid flow path becomes a liquid due to the capillary phenomenon. Permeates from the flow path into the wall. The liquid working fluid that has penetrated into the wall receives the heat from the wall and evaporates, and changes into a gaseous working fluid. The evaporated working fluid flows into the gas flow path from the wall and flows in the gas flow path. According to such a configuration, since the wall body is provided, the portion where the liquid working fluid contacts the wick increases, and the portion that can receive heat from the wick increases. Therefore, heat can be efficiently transferred to the liquid working fluid.
上記のウィックでは、筒体の軸方向に直交する断面において、液体流路の断面積が気体流路の断面積より大きくてもよい。 In the wick described above, the cross-sectional area of the liquid flow path may be larger than the cross-sectional area of the gas flow path in the cross section orthogonal to the axial direction of the tubular body.
このような構成によれば、液体の作動流体が液体流路を流れるときの抵抗を小さくすることができる。 With such a configuration, it is possible to reduce resistance when the liquid working fluid flows through the liquid flow path.
また、液体流路が、複数の壁体に囲まれており、筒体に接していなくてもよい。 Further, the liquid channel may be surrounded by the plurality of walls and may not be in contact with the cylindrical body.
このような構成によれば、液体流路を流れる液体の作動流体に対して壁体から効率的に熱を伝達することができる。 With such a configuration, heat can be efficiently transferred from the wall body to the liquid working fluid flowing through the liquid flow path.
以下、実施例について添付図面を参照して説明する。図1から図3に示すように、実施例に係るヒートパイプ1は、ウィック2とケース3を備えている。ヒートパイプ1は、作動流体を用いて熱を伝達する装置である。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the
ウィック2は、ウィック筒体21と複数の壁体22を備えている。ウィック筒体21は、例えばセラミックスなどの多孔質材料から形成されている。ウィック筒体21の内側には内部空間70が形成されている。ウィック筒体21は、円筒状に形成されている。よって、内部空間70も円筒状に形成されている。
The
複数の壁体22は、ウィック筒体21と同様に例えばセラミックスなどの多孔質材料から形成されている。複数の壁体22は、ウィック筒体21の円筒状の内部空間70の中に配置されている。図2に示すように、ウィック筒体21の軸方向(x方向)に直交する断面において、横方向(y方向)に等間隔で並んでいる複数の壁体22と、縦方向(z方向)に等間隔で並んでいる複数の壁体22がある。ウィック筒体21の軸方向(x方向)に直交する断面において、各壁体22の両端部はウィック筒体21の内周面に固定されている。複数の壁体22とウィック筒体21は一体的に形成されており、ハニカム構造体になっている。横方向と縦方向に並んでいる複数の壁体22は、格子状に組み合わされており、一体的に形成されている。
The plurality of
複数の壁体22は、ウィック筒体21の内部空間70をウィック筒体21の軸方向(x方向)と直交する方向(y方向とz方向)に仕切っている。複数の壁体22が内部空間70を仕切ることによって、内部空間70に複数の液体流路51と複数の気体流路52が形成されている。図2に示す例では、4個の液体流路51と12個の気体流路52が形成されている。内部空間70の中央部に複数の液体流路51が形成されており、内部空間70の周縁部に複数の気体流路52が形成されている。複数の液体流路51が複数の気体流路52より内側に形成されている。図2に示す例では、内側の4個の空間のそれぞれが液体流路51を構成しており、外側の12個の空間のそれぞれが気体流路52を構成している。液体の作動流体が液体流路51を流れ、気体の作動流体が気体流路52を流れる。
The plurality of
ウィック筒体21の軸方向に直交する断面において、液体流路51は、複数の壁体22に囲まれており、複数の壁体22に接している。液体流路51はウィック筒体21に接していない。気体流路52は、複数の壁体22とウィック筒体21に囲まれており、複数の壁体22とウィック筒体21に接している。複数の壁体22のうち、内部空間70の中央部に配置されている壁体22を中央壁体22aという。中央壁体22aは、内部空間70の中央部を通過している。
In the cross section orthogonal to the axial direction of the
図3に示すように、ウィック筒体21の軸方向(x方向)と平行な断面において、複数の壁体22は、前記軸方向(x方向)に延びている。複数の壁体22は、ウィック筒体21の軸方向(x方向)の一端部から他端部まで延びている。また、複数の液体流路51と複数の気体流路52は、前記軸方向(x方向)に延びている。複数の液体流路51と複数の気体流路52は、ウィック筒体21の軸方向(x方向)の一端部から他端部まで延びている。液体流路51は、ウィック筒体21の軸方向の一端部が開口しており、他端部が第1の封止体41によって封止されている。気体流路52は、ウィック筒体21の軸方向の一端部が第2の封止体42によって封止されており、他端部が開口している。図4に示すように、ウィック筒体21の軸方向の他端部(液体の作動流体の出口側)では、複数の液体流路51が閉塞している。反対に、図示しないが、ウィック筒体21の軸方向の一端部(液体の作動流体の入口側)では、複数の気体流路52が閉塞している。第1の封止体41と第2の封止体42は、ウィック筒体21と複数の壁体22と一体になっている。
As shown in FIG. 3, in a cross section parallel to the axial direction (x direction) of the
図3に示すように、ケース3は、ケース筒体32と一対の蓋体31を備えている。ケース筒体32と一対の蓋体31は、例えば銅(Cu)などの金属材料から形成されている。ケース筒体32は、円筒状に形成されている。ケース筒体32は、角筒状に形成されていてもよい。ケース筒体32の軸方向(x方向)に直交する断面におけるケース筒体32の形状は特に限定されるものではない。ケース筒体32は、ウィック筒体21の外側に配置されている。ケース筒体32は、ウィック筒体21を覆っている。ケース筒体32の内周面がウィック筒体21の外周面と密着している。一対の蓋体31は、ケース筒体32の両端部に固定されている。一対の蓋体31は、ケース筒体32を封止している。
As shown in FIG. 3, the
ケース3には、伝熱装置80が取り付けられている。伝熱装置80は、ケース3の外周面に固定されている。伝熱装置80は、ケース3に熱を伝達する装置である。ケース3は伝熱装置80によって加熱される。
A
次に、上記のヒートパイプ1を備えているループヒートパイプ101について説明する。図5に示すように、ループヒートパイプ101は、蒸発器111と蒸気管122と凝縮器112と液管121を備えている。蒸発器111と蒸気管122と凝縮器112と液管121は、ループを形成するように接続されている。また、ループヒートパイプ101は、リザーバ125を備えている。
Next, the
蒸発器111は、上記のヒートパイプ1によって構成されている。蒸発器111では、液体の作動流体が加熱されて蒸発し、気体の作動流体に状態変化する。作動流体は蒸発器111で受熱する。蒸発器111は、作動流体を加熱する機器である。
The
凝縮器112では、気体の作動流体が冷却されて凝縮し、液体の作動流体に状態変化する。作動流体は凝縮器112で放熱する。凝縮器112は、作動流体から受熱する機器である。
In the
液管121は、液体の作動流体を凝縮器112から蒸発器111に案内する。液管121の上流端部が凝縮器112に接続されており、下流端部が蒸発器111に接続されている。液体の作動流体が液管121内を流れる。
The
蒸気管122は、気体の作動流体を蒸発器111から凝縮器112に案内する。蒸気管122の上流端部が蒸発器111に接続されており、下流端部が凝縮器112に接続されている。気体の作動流体が蒸気管122内を流れる。
The
リザーバ125は、液管121に設置されている。液管121を流れる液体の作動流体の一部を貯留する。これによって、液管121から蒸発器111に流れる液体の作動流体の流量を調整している。
The
次に上記のループヒートパイプ101の動作について説明する。上記のループヒートパイプ101では、ヒートパイプ1のケース3が加熱されており、その熱によってウィック2が加熱されている。したがって、ウィック2のウィック筒体21と壁体22が加熱されている。この状態で、液管121内を流れた液体の作動流体が、液管121から蒸発器111に導入される。すなわち、液体の作動流体が液管121からヒートパイプ1に導入される。ヒートパイプ1に導入された液体の作動流体は、ウィック筒体21の内部空間70に形成されている複数の液体流路51に流入して液体流路51を流れる。液体流路51を流れる液体の作動流体は、毛細管現象によって多孔質の壁体22に浸透してゆく。
Next, the operation of the
液体の作動流体は、多孔質の壁体22に浸透すると壁体22から受熱して蒸発し、気体の作動流体に状態変化する。蒸発した作動流体は、多孔質の壁体22から複数の気体流路52に流入して気体流路52を流れる。そして、気体流路52を流れた気体の作動流体は、ヒートパイプ1から流出して蒸気管122内に流入する。すなわち、気体の作動流体が蒸発器111から蒸気管122内に流入する。
When the liquid working fluid permeates the
蒸気管122内に流入した気体の作動流体は、蒸気管122内を流れて、蒸気管122から凝縮器112に導入される。凝縮器112に導入された気体の作動流体は、凝縮器112で放熱して凝縮し、液体の作動流体に状態変化する。凝縮した液体の作動流体は、凝縮器112から液管121内に流入して再び液管121内を流れる。そして、液管121内を流れた液体の作動流体は、再び液管121からヒートパイプ1に導入される。このようにして、作動流体が液体と気体の間で状態変化しながらループヒートパイプ101を循環して流れる。作動流体によって熱が輸送される。
The gaseous working fluid flowing into the
上述の説明から明らかなように、実施例に係るウィック2は、ウィック筒体21の内部空間70に液体流路51と気体流路52を形成する多孔質の壁体22を備えている。これによって、液体流路51を流れる液体の作動流体が、毛細管現象によって液体流路51から多孔質の壁体22に浸透してゆく。壁体22に浸透した液体の作動流体は、壁体22から受熱して蒸発し、気体の作動流体に状態変化する。蒸発した作動流体は、多孔質の壁体22から気体流路52に流入して気体流路52を流れる。このような構成によれば、壁体22を備えることによって液体の作動流体がウィック2に接する部分が増加するので、液体の作動流体がウィック2から熱を受熱しやすくなる。これによって、ウィック2から液体の作動流体に効率よく熱を伝達することができる。
As is clear from the above description, the
また、上記の構成によれば、液体流路51が複数の壁体22に囲まれており、ウィック筒体21に接していないので、液体流路51を流れる液体の作動流体に対して壁体22から効率的に熱を伝達することができる。
Further, according to the above configuration, since the
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 Although one embodiment has been described above, the specific mode is not limited to the above embodiment. In the following description, the same components as those in the above description will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
上記の実施例では、内部空間70の中央部に複数の液体流路51が形成されており、内部空間70の周縁部に複数の気体流路52が形成されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、図6に示すように、ウィック筒体21の軸方向(x方向)に直交する断面において、液体流路51と気体流路52が交互に形成されていてもよい。複数の液体流路51と複数の気体流路52が市松模様のように形成されていてもよい。また、図7に示すように、ウィック筒体21の軸方向(x方向)に直交する断面において、複数の液体流路51と複数の気体流路52が、一列ごとに交互に形成されていてもよい。
In the above-described embodiment, the plurality of
また、図8に示すように、ウィック筒体21の軸方向(x方向)に直交する断面において、各液体流路51の断面積が、各気体流路52の断面積より大きくてもよい。また、複数の液体流路51の断面積の合計が、複数の気体流路52の断面積より合計より大きくてもよい。このような構成によれば、液体の作動流体が液体流路51を流れるときの抵抗を小さくすることができる。液体の作動流体がスムーズに流れるので、ウィック2に作動流体を効率的に導入することができる。
Further, as shown in FIG. 8, in the cross section orthogonal to the axial direction (x direction) of the
上記の実施例では、ウィック筒体21が円筒状に形成されていたがこの構成に限定されるものではない。ウィック筒体21の軸方向(x方向)に直交する断面におけるウィック筒体21の形状は特に限定されるものではない。他の実施例では、図9に示すように、ウィック筒体21が角筒状に形成されていてもよい。図9では、ウィック筒体21の軸方向(x方向)に直交する断面の形状が長方形である。ウィック筒体21の上面に伝熱装置80が固定されている。図9に示す断面において、ウィック筒体21の上辺と下辺が側辺よりも長くなるように、ウィック筒体21が形成されている。ウィック筒体21の上辺と下辺が長辺であり、側辺が短辺である。このような構成によれば、伝熱装置80からウィック筒体21に熱を伝達するときの面積を広くすることができ、熱を伝達し易くすることができる。また、ウィック筒体21の上下方向の長さが短いので、壁体22を介して上下方向に熱を素早く伝達することができる。
Although the
また、更に他の実施例では、図10に示すように、ウィック筒体21の軸方向に直交する断面において、複数の壁体22が同心円状および放射状に配置されていてもよい。図10に示す断面において、同心円状に配置されている複数の壁体22は、ウィック筒体21と同心円状に配置されている。複数の壁体22は、ウィック筒体21の周方向に延びている。また、図10に示す断面において、放射状に配置されている複数の壁体22は、内部空間70の中心部からウィック筒体21の径方向に延びている。放射状の複数の壁体22では内部空間70の中心部まで熱が速く伝わる。
Further, in still another embodiment, as shown in FIG. 10, a plurality of
次に、ウィック2の製造方法の一例について説明する。ウィック2の製造するときは、まず、セラミックス原料の粉末に水とバインダーを添加して混練し、可塑性を有する練土を作製する。次に、作製した練土をハニカム構造体になるように押し出し成形する。これによって、ウィック筒体21と複数の壁体22を備えるハニカム構造体が形成される。
Next, an example of a method of manufacturing the
次に、ハニカム構造体の一端面にシートを貼り付け、そのシートの一部(上記の気体流路52の端部に対応する位置)に孔を開ける。この状態で、ハニカム構造体の一端面を、封止体(上記の第1の封止体41と第2の封止体42)の材料を含むスラリーに浸漬する。その後、乾燥と焼成によって封止体の材料を硬化させることによって、気体流路52の端部を封止する第2の封止体42が形成される。また、上記と同様に、ハニカム構造体の他端面にシートを貼り付け、そのシートの一部(上記の液体流路51の端部に対応する位置)に孔を開ける。この状態で、ハニカム構造体の他端面を、封止体の材料を含むスラリーに浸漬する。その後、乾燥と焼成によって封止体の材料を硬化させることによって、液体流路51の端部を封止する第1の封止体41が形成される。なお、ハニカム構造体の一端面と他端面のそれぞれを封止体の材料を含むスラリーに浸漬し、その後に乾燥と焼成を行うことによって、第2の封止体42と第1の封止体41を同時に形成してもよい。
Next, a sheet is attached to one end surface of the honeycomb structure, and a hole is formed in a part of the sheet (a position corresponding to the end of the gas flow path 52). In this state, one end face of the honeycomb structure is dipped in a slurry containing the material of the sealing body (the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technique illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving the one purpose among them has technical utility.
1 :ヒートパイプ
2 :ウィック
3 :ケース
21 :ウィック筒体
22 :壁体
22a :中央壁体
31 :蓋体
32 :ケース筒体
41 :第1の封止体
42 :第2の封止体
51 :液体流路
52 :気体流路
70 :内部空間
80 :伝熱装置
101 :ループヒートパイプ
111 :蒸発器
112 :凝縮器
121 :液管
122 :蒸気管
125 :リザーバ1: Heat pipe 2: Wick 3: Case 21: Wick cylinder 22:
Claims (2)
多孔質の筒体と、
前記筒体の内部空間において前記筒体の軸方向に延びており、前記内部空間を仕切る多孔質の複数の壁体と、を備えており、
前記複数の壁体が前記内部空間を仕切ることによって前記軸方向に延びる複数の液体流路と複数の気体流路が前記内部空間に形成されており、
前記液体流路は、前記軸方向の一端部が開口しており、他端部が封止されており、
前記気体流路は、前記軸方向の一端部が封止されており、他端部が開口しており、
前記軸方向に直交する断面において、複数の前記液体流路の断面積の合計が複数の前記気体流路の断面積の合計より大きく、
前記軸方向に直交する断面において、前記筒体が長方形に形成されており、前記筒体の長辺側の面に伝熱装置が固定される、ウィック。 A heat pipe wick,
A porous cylinder,
In the internal space of the tubular body, extending in the axial direction of the tubular body, and comprising a plurality of porous wall bodies that partition the internal space,
A plurality of liquid channels and a plurality of gas channels extending in the axial direction by partitioning the internal space by the plurality of wall bodies are formed in the internal space,
The liquid channel has one end in the axial direction opened and the other end sealed,
The gas flow path is sealed at one end in the axial direction, the other end is open,
In a cross section perpendicular to the axial direction, rather greater than the total cross-sectional area total of the plurality of the gas flow path sectional area of the plurality of the liquid flow path,
A wick in which the tubular body is formed in a rectangular shape in a cross section orthogonal to the axial direction, and a heat transfer device is fixed to a surface of a long side of the tubular body .
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