JP6845778B2 - Self-excited oscillating heat pipe with check valve and its main assembly - Google Patents
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Description
この発明は、逆止弁を備えた自励振動ヒートパイプ(OHP)を構成するための主要分品となるアセンブリと、当該アセンブリを用いた逆止弁付き自励振動ヒートパイプに関するものである。 The present invention relates to an assembly that is a main component for forming a self-excited oscillating heat pipe (OHP) provided with a check valve, and a self-excited oscillating heat pipe with a check valve using the assembly.
《参考文献1》特開2017−67305号公報「熱輸送システム」
《参考文献2》特開2017−40384号公報「自励振動ヒートパイプおよび該ヒートパイプを備える電子機器」
《参考文献3》特開2008−298342号公報「逆止弁、自励振動ヒートパイプ、発熱機器、逆止弁の製造方法、自励振動及びヒートパイプの製造方法」
《参考文献4》宮崎芳郎「自励振動ヒートパイプの研究」福井工業大学研究紀要第37号2007年(http://crf.flib.u-fukui.ac.jp/dspace/bitstream/10461/3205/1/KJ00004766986.pdf)
《参考文献5》福家英之ほか「OHP用逆止弁の研究」第57回宇宙科学技術連合講演会講演集2013年10月9日〜11日
《参考文献6》森順一ほか「長寿命OHP用逆止弁の信頼性評価」第59回宇宙科学技術連合講演会講演集2015年10月7日〜9日
<< Reference 1 >> Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-67305 "Heat Transport System"
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<< Reference 5 >> Hideyuki Fukuya et al. "Research on check valve for OHP" 57th Space Science and Technology Association Lecture Meeting October 9-11, 2013 << Reference 6 >> Junichi Mori et al. "For long-life OHP Reliability evaluation of check valve "59th Space Science and Technology Association Lecture Meeting October 7-9, 2015
文献1や文献2には自励振動ヒートパイプの動作原理や基本構成について詳細に開示されている。文献3〜文献6には自励振動ヒートパイプに逆止弁を設けたものについて詳細に開示されている。これら文献3〜文献6に開示されているとおり、逆止弁付き自励振動ヒートパイプにおいては、逆止弁の構造やその製作および耐久性などが大きな技術課題となっている。
===従来技術およびその問題点===
文献1〜文献6に記載されているように、従来においては、たとえば外径1mmほどのヒートパイプチューブ(金属細管)を所定の形態に折曲形成し、加熱エリアから冷却エリアに熱輸送する熱輸送器(自励振動ヒートパイプOHP)を構成している。そして作動流体の流通路の所定個所に複数の逆止弁を配置する逆止弁付き自励振動ヒートパイプでは、文献3〜文献6に記載されているように、作動流体が流通するヒートパイプチューブ(金属細管)内に逆止弁を組み込んでいる。
=== Conventional technology and its problems ===
As described in Documents 1 to 6, conventionally, for example, a heat pipe tube (metal thin tube) having an outer diameter of about 1 mm is bent into a predetermined form, and heat is transferred from a heating area to a cooling area. It constitutes a transporter (self-excited vibration heat pipe OHP). In the self-excited vibration heat pipe with a check valve in which a plurality of check valves are arranged at predetermined positions in the flow passage of the working fluid, as described in
文献3〜文献6にも開示ないし示唆されているように、要所要所に逆止弁を組み込んだ金属細管を所定形態に折り曲げて熱輸送器(逆止弁付き自励振動ヒートパイプ)を構成するという基本設計では、逆止弁まわりの製造技術が容易ではなく、順方向の流通抵抗が小さくて逆止性能が高い逆止弁を低コストで安定に造り込むことが難しく、また耐久性にも問題があった。
As disclosed or suggested in
===発明の新機軸===
この発明においては、金属細管を用いて逆止弁付き自励振動ヒートパイプを構成するという基本となる技術思想を完全に捨てて、金属板中に作動流体の流路パターンと逆止弁構造を造り込むという新機軸を着想し、つぎの事項(1)〜(11)により特定されるアセンブリの発明を創作した。
=== Innovation of invention ===
In the present invention, the basic technical idea of constructing a self-excited vibration heat pipe with a check valve using a metal thin tube is completely abandoned, and the flow path pattern of the working fluid and the check valve structure are provided in the metal plate. Inspired by the innovation of building in, he created the invention of the assembly specified by the following items (1) to (11).
(1)第1金属板と第2金属板と弁部品とを一体的に組み合わせて構成された、逆止弁付き自励振動ヒートパイプ用アセンブリであること
(2)第1金属板と第2金属板は互いに密着して接合固定され、少なくとも第1金属板の接合面にパターン形成された溝により第1金属板と第2金属板の接合部に作動流体流通用の管路パターンの空間が形成されていること
(3)前記管路パターンは、第1金属板における加熱エリアから冷却エリアに渡って形成された主流路であって、かつ、間隔をおいて配設された複数の主流路と、これら主流路を一筆書きのように結んで1本の循環流路を形成する隣接連絡路および始終連絡路を含むこと
(4)弁部品は、複数の主流路のうちの1本おきの主流路の途中に組み込まれており、これが組み込まれた主流路において作動流体を所定方向に流通させる逆止弁を構成していること
(5)前記管路パターンの所定部位には、当該管路パターン中に作動流体を注入するための外部に開口した作業穴が連通形成されていること
(6)第1金属板は前記管路パターンとなる矩形の断面を有する溝が片面に形成され、第1金属板より薄くて溝のない第2金属板が第1金属板の前記片面に接合固定されていること
(7)1つの前記逆止弁を構成する前記弁部品は、弁体となるボールと、当該ボールにより弁穴が開閉される弁座部品と、前記ボールの移動を規制するストッパ部品とを含むこと
(8)1つの前記逆止弁を構成する前記弁部品において、前記ボールは、前記主流路となる溝内に収容され、前記弁座部品と前記ストッパ部品との間に位置していること
(9)前記弁座部品は、前記主流路となる溝の所定位置に、当該溝の底に形成された円形の凹部を底面とした円筒状の弁座取付部に固定されていること
(10)前記ストッパ部品は、前記主流路となる溝の所定位置に、当該溝の底に形成された円形の凹部を底面とした円筒状のストッパ取付部に固定されていること
(11)前記弁座部品、および前記ストッパ部品は、それぞれ、前記溝の深さ方向の一端に前記凹部に取り付けられる円板状の台座が形成され、前記溝の深さ方向の他端に前記第2の金属板に接する面が形成されていること
(1) An assembly for a self-excited vibration heat pipe with a check valve, which is configured by integrally combining a first metal plate, a second metal plate, and a valve component. (2) A first metal plate and a second The metal plates are joined and fixed in close contact with each other, and at least the groove formed in the pattern on the joint surface of the first metal plate creates a space for a pipeline pattern for the flow of working fluid at the joint between the first metal plate and the second metal plate. (3) The pipeline pattern is a main flow path formed from a heating area to a cooling area in the first metal plate, and a plurality of main flow paths arranged at intervals. (4) The valve parts shall be every other of the plurality of main flow paths, including the adjacent communication path and the start-to-end communication path that connect these main flow paths like a single stroke to form one circulation flow path. It is incorporated in the middle of the main flow path and constitutes a check valve that allows the working fluid to flow in a predetermined direction in the main flow path in which it is incorporated. (5) The pipeline is located at a predetermined portion of the pipeline pattern. Externally open work holes for injecting working fluid into the pattern are communicatively formed.
(6) In the first metal plate, a groove having a rectangular cross section that serves as the pipeline pattern is formed on one side, and a second metal plate that is thinner than the first metal plate and has no groove is joined to the one side of the first metal plate. Be fixed
(7) The valve component constituting one check valve includes a ball serving as a valve body, a valve seat component whose valve hole is opened and closed by the ball, and a stopper component that regulates the movement of the ball. thing
(8) In the valve component constituting one check valve, the ball is housed in a groove serving as the main flow path and is located between the valve seat component and the stopper component.
(9) The valve seat component is fixed to a cylindrical valve seat mounting portion having a circular recess formed at the bottom of the groove at a predetermined position of the groove serving as the main flow path.
(10) The stopper part, the at a predetermined position of the main flow channel and becomes a groove, the recess of the circular formed in the bottom of the groove is fixed to a cylindrical stopper mounting portion and the bottom surface (11) wherein The valve seat component and the stopper component each have a disk-shaped pedestal formed in the recess at one end in the depth direction of the groove, and the second metal at the other end in the depth direction of the groove. A surface in contact with the board is formed
前記のように構成されたアセンブリの前記管路パターンに作動流体を注入して前記作業穴を塞ぐことで、逆止弁付き自励振動ヒートパイプを構成することができる。 A self-excited oscillating heat pipe with a check valve can be constructed by injecting a working fluid into the pipeline pattern of the assembly configured as described above to close the working hole.
===金属厚板1および金属薄板2===
図示した一実施例においては、第1金属板は図1に示す金属厚板1であり、第2金属板は図2に示す金属薄板2である。金属厚板1と金属薄板2の外形寸法は同じであり、たとえば100mm×140mm程度である。金属厚板1の厚み寸法は約3mm、金属薄板2の厚み寸法は約1mmである。金属厚板1および金属薄板2としては、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が適当である。
=== Metal thick plate 1 and metal
In the illustrated embodiment, the first metal plate is the thick metal plate 1 shown in FIG. 1, and the second metal plate is the
===流路パターンとなる溝===
一実施例においては、作動流体を流通させるための流路パターンとなる溝は金属厚板1の片面に形成されており、金属薄板2の側には溝は形成されていない。流路パターンは図1に示すとおりであり、金属厚板1における加熱エリアから冷却エリアに渡って形成された主流路3であって、かつ、所定間隔をおいて平行に配設された10本の主流路3と、これら主流路3を一筆書きのように結んで1本の循環流路を形成する隣接連絡路4および始終連絡路5を含んでいる。
=== Grooves that form a flow path pattern ===
In one embodiment, the groove serving as the flow path pattern for flowing the working fluid is formed on one side of the metal thick plate 1, and the groove is not formed on the side of the metal
なお一実施例においては、前記の加熱エリアというのは10本の主流路3がU字型の隣接連絡路4で結ばれている金属厚板1のたとえば上辺寄りの部分であり、冷却エリアというのは金属厚板1の反対側の下辺寄りの部分である。なお逆止弁の方向性によりこの逆となることもあり得る。
In one embodiment, the heating area is a portion of a metal plate 1 in which ten
金属厚板1の下辺寄りの部分において、始終連絡路5の中央から金属厚板1の下辺に達する溝が形成されており、これは作業穴6aである。金属厚板1の上辺寄りの部分において、中央のU字型隣接連絡路4から金属厚板1の上辺に達する溝が形成されており、これは作業穴6bである。
A groove extending from the center of the connecting path 5 to the lower side of the metal plate 1 is formed in a portion near the lower side of the metal plate 1, and this is a
金属厚板1の片面に上述したパターンの溝を形成するには、エンドミルなどを用いた切削加工が適しているところ、プレス加工やレーザー加工やエッチング加工などの他の技術を採用することも可能である。前記溝の断面形状は図3のような矩形に限定されず、U字状断面の溝やV字状断面の溝でもよい。 In order to form the groove of the above-mentioned pattern on one side of the metal thick plate 1, cutting using an end mill or the like is suitable, but other techniques such as press working, laser machining, and etching machining can also be adopted. Is. The cross-sectional shape of the groove is not limited to the rectangle as shown in FIG. 3, and may be a groove having a U-shaped cross section or a groove having a V-shaped cross section.
===逆止弁===
金属厚板1における10本の主流路3のうちの1本おきの主流路3の途中に、図3および図4に示す構成からなる逆止弁が組み込まれ、その状態で金属厚板1の片面に金属薄板2が密着して接合固定される。つまり、前記溝の上方開口面が金属薄板2で塞がれて、金属厚板1と金属薄板2の接合部分に、前記溝による流路パターンが封じ込められる。なお金属厚板1と金属薄板2とを接合固定することは各種の接合技術を採用し得るものであり、たとえば、拡散接合、真空ろう接、抵抗溶接、電子ビーム溶接、接着剤、ネジ止めなどの技術を適宜に採用して実施すればよい。
=== Check valve ===
A check valve having the configurations shown in FIGS. 3 and 4 is incorporated in the middle of every other
図3〜図5に示す一実施例においては、逆止弁を構成する弁部品は、弁体となるボール8と、ボール8により弁穴が開閉される弁座部品9と、ボール8の移動を規制するストッパ部品10とからなる。逆止弁を内蔵させる主流路3の溝中央部分には、弁座取付部11となる円筒部およびストッパ取付部12となる円筒部が拡幅形成されており、弁座取付部11に弁座部品9が装着され、ストッパ取付部12にストッパ部品10が装着される。そしてボール8が弁座部品9とストッパ部品12の間に位置するように主流路9の溝内に収容され、部品11と部品12の間を自由に移動可能にしている。
In one embodiment shown in FIGS. 3 to 5, the valve components constituting the check valve are the
===逆止弁付き自励振動ヒートパイプ(熱輸送器)===
ここまで説明したように金属厚板1の主流路3の溝内に弁部品(ボール8・弁座部品9・ストッパ部品10)を組み込み、金属厚板1に金属薄板2を密着させて接合固定することで、本発明の一実施例によるアセンブリが完成する。その後、2つの作業穴6aと6bを利用し、アセンブリに内包されている流路パターンに所定の作動流体を所定量注入し、作業穴6aと6bを適宜な栓部品で塞ぐ。これで熱輸送器としての逆止弁付き自励振動ヒートパイプが完成する。
=== Self-excited oscillating heat pipe with check valve (heat transporter) ===
As described above, the valve parts (
上記のように製作される熱輸送器においては、流路パターン内の作動流体は、金属厚板1と金属薄板2の接合体の加熱エリア側から逆止弁を通って冷却エリア側へと流れるところ、冷却エリア側から加熱エリア側へは逆止弁のない主流路3を通って流れるものの逆止弁のある主流路3を流れることがない。すなわち、逆止弁付き自励振動ヒートパイプとして動作し、加熱エリア側から冷却エリア側へ効率的に熱輸送する。
In the heat transporter manufactured as described above, the working fluid in the flow path pattern flows from the heating area side of the joint of the metal thick plate 1 and the metal
===その他の実施態様===
(a)第2金属板も金属厚板とし、これにも溝を形成し、第1金属板側の溝と合わせて流路パターンを構成することができる。
(b)弁座部品あるいはストッパ部品は、第1金属板あるいは第2金属板に一体に造り込むことも可能である。
=== Other embodiments ===
(A) The second metal plate is also made of a thick metal plate, a groove is formed therein, and the flow path pattern can be formed by combining with the groove on the first metal plate side.
(B) The valve seat part or the stopper part can be integrally built in the first metal plate or the second metal plate.
===発明の効果===
この発明においては、金属板中に作動流体の流路パターンと逆止弁構造を造り込むこととしたので、逆止弁まわりの高精度な製作がきわめて容易となり、高性能で高耐久性の逆止弁を容易に実現できる。第1金属板と第2金属板の接合体が熱輸送器の大容量ヒートシンクとして機能させることができるので、熱輸送器としての能力向上も実現できる。
=== Effect of invention ===
In the present invention, since the flow path pattern of the working fluid and the check valve structure are built in the metal plate, it is extremely easy to manufacture the check valve with high precision, and the reverse of high performance and high durability. Check valve can be easily realized. Since the joint of the first metal plate and the second metal plate can function as a large-capacity heat sink of the heat transporter, it is possible to improve the capacity as the heat transporter.
1…金属厚板(第1金属板)、2…金属薄板(第2金属板)、3…主流路、4…隣接連絡路、5…始終連絡路、6a・6b…作業穴、8…ボール(弁体)、9…弁座部品、10…ストッパ部品、11…弁座取付部、12…ストッパ取付部。 1 ... Metal thick plate (1st metal plate), 2 ... Metal thin plate (2nd metal plate), 3 ... Main flow path, 4 ... Adjacent connecting path, 5 ... All-out connecting path, 6a / 6b ... Work hole, 8 ... Ball (Valve body), 9 ... Valve seat parts, 10 ... Stopper parts, 11 ... Valve seat mounting part, 12 ... Stopper mounting part.
Claims (3)
(1)第1金属板と第2金属板と弁部品とを一体的に組み合わせて構成された、逆止弁付き自励振動ヒートパイプ用アセンブリであること
(2)第1金属板と第2金属板は互いに密着して接合固定され、第1金属板の接合面にパターン形成された溝により第1金属板と第2金属板の接合部に作動流体流通用の管路パターンの空間が形成されていること
(3)前記管路パターンは、第1金属板における加熱エリアから冷却エリアに渡って形成された主流路であって、かつ、間隔をおいて配設された複数の主流路と、これら主流路を一筆書きのように結んで1本の循環流路を形成する隣接連絡路および始終連絡路を含むこと
(4)弁部品は、複数の主流路のうちの1本おきの主流路の途中に組み込まれており、これが組み込まれた主流路において作動流体を所定方向に流通させる逆止弁を構成していること
(5)前記管路パターンの所定部位には、当該管路パターン中に作動流体を注入するための外部に開口した作業穴が連通形成されていること
(6)第1金属板は前記管路パターンとなる矩形の断面を有する溝が片面に形成され、第1金属板より薄くて溝のない第2金属板が第1金属板の前記片面に接合固定されていること
(7)1つの前記逆止弁を構成する前記弁部品は、弁体となるボールと、当該ボールにより弁穴が開閉される弁座部品と、前記ボールの移動を規制するストッパ部品とを含むこと
(8)1つの前記逆止弁を構成する前記弁部品において、前記ボールは、前記主流路となる溝内に収容され、前記弁座部品と前記ストッパ部品との間に位置していること
(9)前記弁座部品は、前記主流路となる溝の所定位置に、当該溝の底に形成された円形の凹部を底面とした円筒状の弁座取付部に固定されていること
(10)前記ストッパ部品は、前記主流路となる溝の所定位置に、当該溝の底に形成された円形の凹部を底面とした円筒状のストッパ取付部に固定されていること
(11)前記弁座部品、および前記ストッパ部品は、それぞれ、前記溝の深さ方向の一端に前記凹部に取り付けられる円板状の台座が形成され、前記溝の深さ方向の他端に前記第2の金属板に接する面が形成されていること The assembly specified by the following items (1) to ( 11).
(1) An assembly for a self-excited vibration heat pipe with a check valve, which is configured by integrally combining a first metal plate, a second metal plate, and a valve component. (2) A first metal plate and a second metal plate is fixedly joined in close contact with each other, the space conduit pattern for the working fluid flow by patterned grooves in the bonding surface of the first metals plate at the junction of the first metal plate and the second metal plate (3) The pipeline pattern is a main flow path formed from a heating area to a cooling area in the first metal plate, and a plurality of main flow paths arranged at intervals. (4) Valve parts are every other of a plurality of main flow paths, including adjacent communication paths and start-end communication paths that connect these main flow paths like a single stroke to form one circulation flow path. It is incorporated in the middle of the main flow path and constitutes a check valve that allows the working fluid to flow in a predetermined direction in the main flow path in which it is incorporated. (5) The pipeline is located at a predetermined portion of the pipeline pattern. Externally open work holes for injecting working fluid into the pattern are communicatively formed.
(6) In the first metal plate, a groove having a rectangular cross section that serves as the pipeline pattern is formed on one side, and a second metal plate that is thinner than the first metal plate and has no groove is joined to the one side of the first metal plate. Be fixed
(7) The valve component constituting one check valve includes a ball serving as a valve body, a valve seat component whose valve hole is opened and closed by the ball, and a stopper component that regulates the movement of the ball. thing
(8) In the valve component constituting one check valve, the ball is housed in a groove serving as the main flow path and is located between the valve seat component and the stopper component.
(9) The valve seat component is fixed to a cylindrical valve seat mounting portion having a circular recess formed at the bottom of the groove at a predetermined position of the groove serving as the main flow path.
(10) The stopper part, the at a predetermined position of the main flow channel and becomes a groove, the recess of the circular formed in the bottom of the groove is fixed to a cylindrical stopper mounting portion and the bottom surface (11) wherein The valve seat component and the stopper component each have a disk-shaped pedestal formed in the recess at one end in the depth direction of the groove, and the second metal at the other end in the depth direction of the groove. A surface in contact with the board is formed
(12)前記作業穴は2個あり、前記管路パターンにおける遠隔した2個所にそれぞれ連通形成されていること The assembly according to claim 1 , which is specified by the following item ( 12).
( 12 ) There are two working holes, and communication is formed at two remote locations in the pipeline pattern.
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