JP7284988B2 - Heat pipe manufacturing method - Google Patents
Heat pipe manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7284988B2 JP7284988B2 JP2019085579A JP2019085579A JP7284988B2 JP 7284988 B2 JP7284988 B2 JP 7284988B2 JP 2019085579 A JP2019085579 A JP 2019085579A JP 2019085579 A JP2019085579 A JP 2019085579A JP 7284988 B2 JP7284988 B2 JP 7284988B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nanoparticle layer
- heat pipe
- container
- heat
- mesh
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
本発明は、作動流体が封入されたヒートパイプおよびヒートパイプ製造方法に関する。 The present invention relates to a heat pipe in which a working fluid is sealed and a heat pipe manufacturing method.
近年の電子機器や医療機器の小型化・高性能化に伴って、高発熱電子部品の冷却は、電子デバイス設計において重要な技術の一つとなっている(例えば特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art In recent years, as electronic devices and medical devices have become smaller and have higher performance, cooling of high-heat-generating electronic components has become one of the important techniques in designing electronic devices (see
特に、スマートフォンやタブレットPCでは、冷却デバイス用のスペースが限られているため、高発熱密度の電子素子の使用が難しく、高性能化の障害となっている。 In particular, smartphones and tablet PCs have limited space for cooling devices, making it difficult to use electronic elements with high heat generation density, which is an obstacle to achieving higher performance.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小型で熱輸送性能に優れたヒートパイプおよびヒートパイプ製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a heat pipe that is compact and has excellent heat transport performance, and a heat pipe manufacturing method.
上記目的を達成するために、本発明に係るヒートパイプは、作動流体が封入されたコンテナと、前記コンテナの内壁面側に設けられ、前記作動流体の液体流路を形成するウィックとを備え、前記ウィックは、前記液体流路を形成するためのナノ粒子層で形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a heat pipe according to the present invention comprises a container in which a working fluid is enclosed, and a wick provided on the inner wall surface side of the container and forming a liquid flow path for the working fluid, The wick is characterized by being formed of a nanoparticle layer for forming the liquid channel.
また、本発明に係るヒートパイプ製造方法は、作動流体が封入されたコンテナと、前記コンテナの内壁面側に設けられ、前記作動流体の液体流路を形成するウィックとを備え、前記ウィックは、前記液体流路を形成するためのナノ粒子層で形成されていて、前記ナノ粒子層は、前記コンテナの内壁面に付着しているヒートパイプを製造する方法であって、前記コンテナを構成するパイプ部分の内側をシリカナノ流体に浸漬し、前記パイプ部分の内側で核沸騰させることで前記ナノ粒子層を形成することを特徴とする。 Further, a heat pipe manufacturing method according to the present invention includes a container in which a working fluid is enclosed, and a wick provided on an inner wall surface side of the container and forming a liquid flow path for the working fluid, the wick comprising: A method for manufacturing a heat pipe formed of a nanoparticle layer for forming the liquid flow path, the nanoparticle layer adhering to the inner wall surface of the container, the pipe constituting the container The nanoparticle layer is formed by immersing the inside of the pipe portion in a silica nanofluid and causing nucleate boiling inside the pipe portion.
また、本発明に係る別のヒートパイプ製造方法は、作動流体が封入されたコンテナと、前記コンテナの内壁面側に設けられ、前記作動流体の液体流路を形成するウィックとを備え、前記ウィックは、前記液体流路を形成するためのナノ粒子層で形成されていて、前記ナノ粒子層を表面に有するナノ粒子層付きメッシュを前記コンテナの内壁面側に備えるヒートパイプを製造する方法であって、メッシュを恒温槽に入れてシリカナノ流体に浸漬することで、前記ナノ粒子層付きメッシュを製造することを特徴とする。 Another heat pipe manufacturing method according to the present invention includes a container in which a working fluid is enclosed, and a wick provided on an inner wall surface side of the container and forming a liquid flow path for the working fluid, the wick is a method for manufacturing a heat pipe that is formed of a nanoparticle layer for forming the liquid flow path and has a nanoparticle layer-attached mesh having the nanoparticle layer on the surface thereof on the inner wall side of the container. Then, the mesh with the nanoparticle layer is manufactured by placing the mesh in a constant temperature bath and immersing it in silica nanofluid.
本発明によれば、小型で熱輸送性能に優れたヒートパイプおよびヒートパイプ製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat pipe which is small and excellent in heat-transporting performance, and a heat pipe manufacturing method can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のもののみに限定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments shown below are examples for embodying the technical idea of the present invention, and the materials, shapes, structures, arrangements, etc. of the components are not limited to those described below. The embodiments of the present invention can be modified in various ways without departing from the scope of the invention.
[第1実施形態]
図1で、(a)は、第1実施形態に係るヒートパイプの部分側面断面図、(b)は(a)の部分拡大図である。
[First embodiment]
In FIG. 1, (a) is a partial side sectional view of the heat pipe according to the first embodiment, and (b) is a partial enlarged view of (a).
第1実施形態に係るヒートパイプHPは、作動流体(図示せず)が封入された銅製のコンテナCと、コンテナCの内壁面側に設けられ、作動流体の液体流路(図示せず)を形成するウィック(毛細管構造。図示せず)とを備える。ウィックは、液体流路を形成するためのナノ粒子層NLで形成されている。本実施形態では、ナノ粒子層NLは、コンテナCの内壁面に全面にわたって付着している。 The heat pipe HP according to the first embodiment includes a container C made of copper in which a working fluid (not shown) is enclosed, and a liquid flow path (not shown) for the working fluid provided on the inner wall surface side of the container C. a forming wick (capillary structure, not shown); The wick is formed of a nanoparticle layer NL for forming liquid channels. In this embodiment, the nanoparticle layer NL adheres to the inner wall surface of the container C over the entire surface.
本実施形態では、ヒートパイプHPを製造する際、銅管Pの内側をシリカナノ流体(図示せず)に浸漬し、銅管Pの内側で核沸騰させることで、銅管Pの内壁面に付着したナノ粒子層NLを形成する。このように、高温に熱した固体をナノ流体に浸漬すると、固体の表面にナノ粒子層NLが形成される。なお、核沸騰させる際には銅管Pを上下方向に向けておくとナノ粒子層NLを効率良く形成することができる。また、シリカナノ流体以外のナノ流体を用いてシリカ以外のナノ粒子層(例えば、アルミナのナノ粒子層)を形成することも可能である。 In this embodiment, when manufacturing the heat pipe HP, the inside of the copper tube P is immersed in silica nanofluid (not shown), and nucleate boiling is caused inside the copper tube P, so that it adheres to the inner wall surface of the copper tube P. Then, a nanoparticle layer NL is formed. Thus, when a solid heated to a high temperature is immersed in a nanofluid, a nanoparticle layer NL is formed on the surface of the solid. When nucleate boiling is performed, the nanoparticle layer NL can be efficiently formed by directing the copper tube P vertically. Nanofluids other than silica nanofluids can also be used to form nanoparticle layers other than silica (eg, alumina nanoparticle layers).
そして、作動流体(例えば純水)を銅管Pに入れて銅管Pの両端を塞ぐことで第1実施形態に係るヒートパイプHPを製造する。 Then, a working fluid (for example, pure water) is put into the copper pipe P and both ends of the copper pipe P are closed to manufacture the heat pipe HP according to the first embodiment.
本実施形態では、コンテナCの内壁面側に、作動流体の液体流路を形成するウィックが設けられている。そしてこのウィックは、液体流路を形成するためのナノ粒子層NLで形成されている。すなわち、本実施形態に係るヒートパイプHPは、ナノ粒子層付ヒートパイプ(Nanoparticle-layer Pre-coated Heat Pipe)である。 In this embodiment, a wick that forms a liquid flow path for the working fluid is provided on the inner wall surface side of the container C. As shown in FIG. The wick is formed of a nanoparticle layer NL for forming liquid channels. That is, the heat pipe HP according to this embodiment is a nanoparticle-layer pre-coated heat pipe.
ナノ粒子層NLはきわめて薄く、強力な毛管力を有する。従って、ナノ粒子層NLのウィックによって、作動流体が液体のときには、作動流体がウィックで移動する速度(凝縮部から蒸発部へ移動する速度)は従来に比べて格段に速くなる。従って、小型で熱輸送性能に優れたヒートパイプHPが実現される。 The nanoparticle layer NL is extremely thin and has strong capillary forces. Therefore, due to the wick of the nanoparticle layer NL, when the working fluid is liquid, the speed at which the working fluid moves with the wick (the speed at which the working fluid moves from the condensing portion to the evaporating portion) is remarkably faster than before. Therefore, a heat pipe HP that is small and has excellent heat transport performance is realized.
また、作動流体を純水にすることで、ナノ流体にする場合に比べ、安価で取扱いが極めて簡易なもの(純水)を作動流体とすることができる。 In addition, by using pure water as the working fluid, it is possible to use a substance (pure water) that is inexpensive and extremely easy to handle as the working fluid, compared to the case of using a nanofluid.
また、ナノ粒子層NLを安価に形成できるため、本実施形態のようにナノ粒子層NLをヒートパイプHPのウィックとして使用することで、冷却デバイスの小型化・高性能化・低価格化を通して、特に、スマートフォン等のモバイル機器の高性能化も達成可能である。 In addition, since the nanoparticle layer NL can be formed at a low cost, by using the nanoparticle layer NL as a wick for the heat pipe HP as in this embodiment, the cooling device can be made smaller, have higher performance, and be less expensive. In particular, it is possible to achieve higher performance of mobile devices such as smartphones.
[第2実施形態]
第2実施形態に係るヒートパイプは、ナノ粒子層NLを表面に有するナノ粒子層付きメッシュLM(図3参照)を備える。
[Second embodiment]
A heat pipe according to the second embodiment includes a nanoparticle layer-attached mesh LM (see FIG. 3) having a nanoparticle layer NL on its surface.
本実施形態では、メッシュ(例えば、真鍮製のメッシュBM(図2参照。裸のメッシュ)を恒温槽に入れてシリカナノ流体に浸漬することでナノ粒子層付きメッシュLMを製造する。 In this embodiment, a mesh LM with a nanoparticle layer is manufactured by placing a mesh (for example, a brass mesh BM (see FIG. 2, bare mesh) in a constant temperature bath and immersing it in a silica nanofluid).
そして、このナノ粒子層付きメッシュLM(図3参照)および作動流体(例えば純水)を銅管P(図1参照)に入れて銅管Pの両端を塞ぐことで、第2実施形態に係るヒートパイプを製造する。 Then, by putting this nanoparticle layer-attached mesh LM (see FIG. 3) and a working fluid (for example, pure water) into the copper pipe P (see FIG. 1) and closing both ends of the copper pipe P, Manufacture heat pipes.
本実施形態では、第1実施形態に比べ、ナノ粒子層付きメッシュLMを予め製造しておき、これをコンテナ(銅管)の内壁面側に配置することができる。従って、第1実施形態のように銅管内側で核沸騰させる必要がない。よって、製造時の作業工程を単純化することができる。 In this embodiment, unlike the first embodiment, the mesh LM with a nanoparticle layer can be manufactured in advance and arranged on the inner wall surface side of the container (copper tube). Therefore, it is not necessary to cause nucleate boiling inside the copper tube as in the first embodiment. Therefore, the work process during manufacturing can be simplified.
また、メッシュにナノ粒子層NLを形成することで、毛管力が向上するので、熱輸送性能に優れたヒートパイプHPを実現できる。 Further, by forming the nanoparticle layer NL on the mesh, the capillary force is improved, so that the heat pipe HP having excellent heat transport performance can be realized.
<実験例>
本発明者は、種々のヒートパイプの性能を調べる実験を行った。
<Experimental example>
The inventor conducted experiments to investigate the performance of various heat pipes.
(実験例1)
(1)スクリーンメッシュへのナノ粒子層の形成
粗さ120目、長さ100mm、幅30mmの円筒状の真鍮製スクリーンメッシュを恒温槽に入れ、800℃雰囲気で5分間加熱した後、粒子濃度0.4kg/m3のシリカ(AEROXOIDE 90 G)ナノ流体に浸漬した。メッシュ全体にナノ粒子層を形成するために、この作業を3回にわたって繰り返した。
(Experimental example 1)
(1) Formation of nanoparticle layer on screen mesh A cylindrical brass screen mesh with a roughness of 120 meshes, a length of 100 mm and a width of 30 mm was placed in a constant temperature bath and heated in an atmosphere of 800°C for 5 minutes, and the particle concentration was 0.4. immersed in kg/m 3 of silica (AEROXOIDE 90 G) nanofluid. This operation was repeated three times to form a nanoparticle layer over the mesh.
そして、このようにしてナノ粒子層を形成したスクリーンメッシュ(ナノ粒子層付きメッシュLMの一例。図3参照)を、外径8mm、厚さ0.5mm、長さ100mmの銅管に挿入し、さらに作動流体(純水あるいはシリカナノ流体)を封入するとともに両端を塞ぐことで、ヒートパイプを製作した。ナノ粒子の付着量(酸化物の質量を含む)は12~14 g/m2であった。ナノ粒子層形成前におけるスクリーンメッシュ(第2実施形態で説明したメッシュBMの一例)を図2に、ナノ粒子層形成後におけるスクリーンメッシュを図3に、それぞれ写真図で示す。 Then, the screen mesh on which the nanoparticle layer is formed in this way (an example of the mesh LM with the nanoparticle layer, see FIG. 3) is inserted into a copper tube having an outer diameter of 8 mm, a thickness of 0.5 mm, and a length of 100 mm. A heat pipe was fabricated by enclosing a working fluid (pure water or silica nanofluid) and closing both ends. The loading of nanoparticles (including the mass of oxides) was 12-14 g/m 2 . The screen mesh (an example of the mesh BM described in the second embodiment) before forming the nanoparticle layer is shown in FIG. 2, and the screen mesh after forming the nanoparticle layer is shown in FIG.
(2)銅管内壁へのナノ粒子層の形成
図4は、実験例で、銅管内壁にナノ粒子層を形成することを説明する模式図である。
(2) Formation of nanoparticle layer on inner wall of copper tube FIG. 4 is a schematic diagram illustrating formation of a nanoparticle layer on the inner wall of a copper tube in an experimental example.
銅管Pの外部にニクロムワイヤヒーター30を巻き、耐熱ポリミドテープ32とフッ素テープ34とにより電気絶縁と断熱とを行う構造にした。
A
そして、粒子濃度0.4 kg/m3のシリカナノ流体に浸漬した後、ボルトスライダー(図示せず)を用いて、ニクロムワイヤヒーター30に投入する交流電力を180 kW/m2に調節し、銅管Pの内面で核沸騰を生じさせ、ナノ粒子層NL(図5参照)をコンテナ内壁面に全面にわたって形成した。本手法で生成されるナノ粒子の付着量は1.5~2.0 g/m2であった。
Then, after being immersed in silica nanofluid with a particle concentration of 0.4 kg/m 3 , a bolt slider (not shown) is used to adjust the AC power supplied to the
図5に、ナノ粒子層NLを生成した銅管Pの内面を示す。なお、図5で部分的に白く見える部分は光の反射によるものである。 FIG. 5 shows the inner surface of the copper pipe P on which the nanoparticle layer NL is formed. Note that the part that looks white in FIG. 5 is due to the reflection of light.
(3)伝熱特性実験
ヒートパイプHPの伝熱特性実験を行う実験装置の概略を図6に示す。なお、ヒートパイプHPの製作は、外径8mm、厚さ0.5mm、長さ100mmの銅製円管を用いて製作した。
(3) Heat Transfer Characteristic Experiment FIG. 6 shows an outline of an experimental apparatus for conducting a heat transfer characteristic experiment of the heat pipe HP. The heat pipe HP was manufactured using a circular copper tube having an outer diameter of 8 mm, a thickness of 0.5 mm, and a length of 100 mm.
ヒートパイプHPの図6紙面左側の部分は蒸発部40であり、ニクロムワイヤヒーター42を用いて加熱する。ヒートパイプHPの図6紙面右側の部分は凝縮部44であり、銅製のフィン46を設置するとともに、ファン48を用いて冷却する。フィン46とヒートパイプHPとの間には、高熱伝導性のグリースを充填する。温度計測は、図6に示すヒートパイプHPの左端から5,15,25,40,50,60,75,85,95 mmの9ヶ所(図6で、T1~T9で示す位置)にそれぞれスポット溶接したK型熱電対で行う。ヒートパイプHPへの投入電力Qは、ボルトスライダー50を用いて、3~25Wの範囲で実験を行う。定常状態におけるヒートパイプHPの熱抵抗Rは、ヒートパイプHPの熱輸送量(すなわち投入電力)Qと蒸発部温度Te、凝縮部温度Tcを用いて、次式で定義した。
The portion of the heat pipe HP on the left side of the paper surface of FIG. The portion of the heat pipe HP on the right side of the paper surface of FIG. Grease with high thermal conductivity is filled between the
R=(Te-Tc)/Q (式1)
(4)実験結果
(4-1)熱輸送量
(a)ナノ粒子層なしの銅管(Bare)、ナノ粒子層なしのメッシュ(Bare)、純水(Water)で製作したヒートパイプをBBW
(b)ナノ粒子層なしの銅管(Bare)、ナノ粒子層なしのメッシュ(Bare)、シリカナノ流体(粒子濃度0.2 kg/m3)(Nano)で製作したヒートパイプをBBN
(c)ナノ粒子層なしの銅管(Bare)、ナノ粒子層を形成したメッシュ(Nano)、純水(Water)で製作したヒートパイプをBNW
(d)ナノ粒子層を形成した銅管(Nano)、メッシュ無し(X)、純水(Water)で製作したヒートパイプをNXW
(e)ナノ粒子層を形成した銅管(Nano)、 ナノ粒子層なしのメッシュ(Bare)、純水(Water)で製作したヒートパイプをNBW
と呼称する。ここで,BBWは市販品であり、BBNは既存研究で以前に使用したものである。これ以外のBNW、 NXW、 NBWは、今までにないものであり、熱輸送性能を初めて検討するものである。
R=(Te-Tc)/Q (Formula 1)
(4) Experimental results (4-1) Heat transport amount (a) Heat pipes made of copper pipe without nanoparticle layer (Bare), mesh without nanoparticle layer (Bare), and pure water (Water) are BBW
(b) Copper tube without nanoparticle layer (Bare), mesh without nanoparticle layer (Bare), heat pipe made of silica nanofluid (particle concentration 0.2 kg/m 3 ) (Nano) for BBN
(c) Copper tube without nanoparticle layer (Bare), mesh with nanoparticle layer (Nano), and heat pipe made of pure water (Water) are BNW
(d) NXW heat pipe made of copper tube with nanoparticle layer (Nano), no mesh (X), and pure water (Water)
(e) Copper tube with nanoparticle layer (Nano), mesh without nanoparticle layer (Bare), and heat pipe made of pure water (Water) are NBW
called. where BBW is a commercial product and BBN was previously used in existing studies. The other BNWs, NXWs, and NBWs are unprecedented and the first to examine their heat transport performance.
上記5種類のヒートパイプを用いて、投入電力Qを徐々に変化させ、定常状態に至ったときの蒸発部-凝縮部間の温度差ΔTを実験的に調べた。得られたQとΔTとの関係を図7に示す。ここでΔTとは、(Te-Tc)の値である。 Using the five types of heat pipes described above, the input power Q was gradually changed, and the temperature difference ΔT between the evaporator and the condenser when a steady state was reached was experimentally investigated. FIG. 7 shows the obtained relationship between Q and ΔT. Here, ΔT is the value of (Te-Tc).
まず、BBWとBBNを比較すると、全体的にBBNの方でΔTが小さくなっており、ヒートパイプの作動流体としてナノ流体を使用することの有効性が確認できる。次に、スクリーンメッシュにナノ粒子層を形成したBNWでは,入力熱量が3~9Wでは温度差ΔTはBBNとほぼ同じだが、入力熱量9~25WではΔTがむしろ大きい値となっている。これは、メッシュの目詰まりにより、作動流体の搬送性能が劣化したことが主な原因として考えられる。 First, comparing BBW and BBN, BBN has a smaller ΔT overall, confirming the effectiveness of using nanofluids as working fluids for heat pipes. Next, in BNW with a nanoparticle layer formed on the screen mesh, the temperature difference ΔT is almost the same as BBN when the input heat is 3-9W, but the ΔT is rather large when the input heat is 9-25W. The main reason for this is considered to be that the performance of conveying the working fluid deteriorated due to clogging of the mesh.
次に、NXWとNBWでは、BBWやBBNと比較して、ΔTが15~40%程度低下しており、熱輸送性能の向上が認められる。すなわち、コンテナCの内壁面に全面にわたって、つまりヒートパイプ内面の全面にわたってナノ粒子層NLを形成しておくことで、単に作動流体としてナノ流体を用いる場合と比較しても、数十%程度、伝熱性能が向上することが認められる。したがって、管内壁にナノ粒子層を形成することで、熱輸送性能の向上が期待できるといえる。特に、メッシュを設置していないNXWでも、BBWやBBNを凌ぐ性能を呈していることは興味深い。 Next, NXW and NBW have a 15 to 40% reduction in ΔT compared to BBW and BBN, indicating an improvement in heat transport performance. That is, by forming the nanoparticle layer NL over the entire inner wall surface of the container C, that is, over the entire inner surface of the heat pipe, compared to simply using a nanofluid as the working fluid, the It is recognized that the heat transfer performance is improved. Therefore, it can be said that an improvement in heat transport performance can be expected by forming a nanoparticle layer on the inner wall of the tube. In particular, it is interesting that even NXW, which does not have a mesh, exhibits performance that surpasses BBW and BBN.
(4-2)熱抵抗
(式1)より、各ヒートパイプについて入力熱量(すなわち投入電力)Qと熱抵抗Rの関係に換算した結果を図8に示す。NXWとNBWに着目すると、Q = 3~9Wの低熱輸送量条件では、BBWやBBN等の既存仕様と比較してRが高い値を示しているが、Q = 9~25 Wの高熱輸送量条件では13~32%程度の熱抵抗の低減効果が得られている。
(4-2) Thermal Resistance FIG. 8 shows the result of converting the relationship between the input heat quantity (that is, input power) Q and the thermal resistance R for each heat pipe from Equation (1). Focusing on NXW and NBW, under low heat transfer conditions of Q = 3 to 9 W, R shows a higher value than existing specifications such as BBW and BBN, but high heat transfer of Q = 9 to 25 W Under these conditions, a heat resistance reduction effect of about 13 to 32% is obtained.
(5)まとめ
入力熱量3~25Wの条件において、ナノ粒子層を形成したスクリーンメッシュ及び内壁にナノ粒子層を形成した銅管を用いて製作したヒートパイプの熱輸送性能を調べ、既存仕様のヒートパイプと比較した。得られた主な結論を以下に要約する。
(5) Summary Under the condition of 3 to 25 W of input heat, we investigated the heat transport performance of a heat pipe manufactured using a screen mesh with a nanoparticle layer and a copper tube with a nanoparticle layer on the inner wall. compared to pipes. The main conclusions obtained are summarized below.
(5-1)スクリーンメッシュにナノ粒子層を形成したヒートパイプでは、入力熱量3~9Wで2~8%程度の熱抵抗の低下が生じた。 (5-1) In the heat pipe in which the nanoparticle layer was formed on the screen mesh, the thermal resistance decreased by about 2 to 8% at an input heat amount of 3 to 9W.
なお、9~25Wの条件では、熱抵抗がむしろ増大した。ナノ粒子層あるいは高温に熱した際に形成される酸化層により、作動流体の輸送が阻害されたことが、熱抵抗増大の一因と考えられる。 In addition, under the conditions of 9 to 25 W, the thermal resistance rather increased. One of the reasons for the increase in thermal resistance is thought to be that the transport of the working fluid is inhibited by the nanoparticle layer or the oxide layer formed when heated to a high temperature.
(5-2)銅管内壁にナノ粒子層を形成したヒートパイプでは、入力熱量3~9Wでは熱抵抗が増大するものの、9~25Wでは13~32%程度の熱抵抗の低減が認められた。特に、メッシュを設置しない場合でも、既存仕様より良好な伝熱性能を得られたことは、小型の熱輸送デバイスを開発する上で有用と考えられる。 (5-2) In a heat pipe with a nanoparticle layer formed on the inner wall of a copper tube, the thermal resistance increased when the input heat amount was 3 to 9 W, but the thermal resistance was reduced by about 13 to 32% when the input heat amount was 9 to 25 W. . In particular, the fact that better heat transfer performance than the existing specification was obtained even without installing a mesh is considered to be useful in developing a small heat transport device.
(実験例2)
実験例2では、作動流体(純水)の充填率をいずれも約15%(15±1%)としたBBW、BNW、およびNBWに対し、図6の実験装置を用いた実験例1と同様の伝熱特性実験を行った。ここで、BNWおよびNBWは、実験例1と同様の製造方法により製造したものである。
(Experimental example 2)
In Experimental Example 2, similar to Experimental Example 1 using the experimental apparatus of FIG. We conducted an experiment on the heat transfer characteristics of Here, BNW and NBW were produced by the same production method as in Experimental Example 1.
実験例2で得られたQとΔTとの関係を図9に示す。また、QとΔTとの関係をQとRとの関係に換算した結果を図10に示す。 The relationship between Q and ΔT obtained in Experimental Example 2 is shown in FIG. FIG. 10 shows the result of converting the relationship between Q and ΔT into the relationship between Q and R.
図10に示すように、BNWではBBWに対し、Rの値が大幅に小さくなっている(平均的に約50%)。すなわち、メッシュにナノ粒子層を形成することで、毛管力が向上し、熱輸送性能が向上することが認められる。 As shown in FIG. 10, in BNW, the value of R is significantly smaller than that in BBW (about 50% on average). That is, by forming a nanoparticle layer on the mesh, it is recognized that the capillary force is improved and the heat transport performance is improved.
なお、NBWではBBWに対して、Rの値は大きくは変わらないが、Q が大きい条件ではRの値の低下が認められる。 In NBW, the value of R does not change significantly from that in BBW, but a decrease in the value of R is observed under conditions where Q is large.
BM メッシュ
C コンテナ
HP ヒートパイプ
LM ナノ粒子層付きメッシュ
NL ナノ粒子層
P 銅管
30 ニクロムワイヤヒーター
32 耐熱ポリミドテープ
34 フッ素テープ
40 蒸発部
42 ニクロムワイヤヒーター
44 凝縮部
46 フィン
48 ファン
50 ボルトスライダー
BM Mesh C Container HP Heat pipe LM Nanoparticle layer mesh NL Nanoparticle layer
Claims (4)
前記コンテナの内壁面側に設けられ、前記作動流体の液体流路を形成するウィックと
を備え、
前記ウィックは、前記液体流路を形成するためのナノ粒子層で形成され、
前記ナノ粒子層は、前記コンテナの内壁面に付着しており、
前記コンテナを構成するパイプ部分の内側をシリカナノ流体に浸漬し、前記パイプ部分の内側で核沸騰させることで前記ナノ粒子層を形成し、
前記核沸騰させる際に前記パイプ部分を上下方向に向けておくことを特徴とするヒートパイプ製造方法。 a container containing a working fluid;
a wick provided on the inner wall surface side of the container and forming a liquid flow path for the working fluid;
with
the wick is formed of a nanoparticle layer for forming the liquid flow path;
The nanoparticle layer is attached to the inner wall surface of the container,
The inside of the pipe portion that constitutes the container is immersed in silica nanofluid, and the nanoparticle layer is formed by nucleate boiling inside the pipe portion,
A method for manufacturing a heat pipe, wherein the pipe portion is oriented vertically during the nucleate boiling.
前記コンテナの内壁面側に設けられ、前記作動流体の液体流路を形成するウィックと
を備え、
前記ウィックは、前記液体流路を形成するためのナノ粒子層で形成され、
前記ナノ粒子層を表面に有するナノ粒子層付きメッシュを前記コンテナの内壁面側に備え、
メッシュを恒温槽に入れてシリカナノ流体に浸漬することで、前記ナノ粒子層付きメッシュを製造することを特徴とするヒートパイプ製造方法。 a container containing a working fluid;
a wick provided on the inner wall surface side of the container and forming a liquid flow path for the working fluid;
with
the wick is formed of a nanoparticle layer for forming the liquid flow path;
A mesh with a nanoparticle layer having the nanoparticle layer on the surface is provided on the inner wall surface side of the container,
A heat pipe manufacturing method, wherein the mesh with the nanoparticle layer is manufactured by placing the mesh in a constant temperature bath and immersing it in silica nanofluid.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018197126 | 2018-10-19 | ||
JP2018197126 | 2018-10-19 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020067269A JP2020067269A (en) | 2020-04-30 |
JP2020067269A5 JP2020067269A5 (en) | 2022-03-18 |
JP7284988B2 true JP7284988B2 (en) | 2023-06-01 |
Family
ID=70390070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019085579A Active JP7284988B2 (en) | 2018-10-19 | 2019-04-26 | Heat pipe manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7284988B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117500954A (en) * | 2021-06-18 | 2024-02-02 | 国立大学法人电气通信大学 | Method for manufacturing metal substrate with nanoparticle layer |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050092467A1 (en) | 2003-10-31 | 2005-05-05 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Heat pipe operating fluid, heat pipe, and method for manufacturing the heat pipe |
JP2009276022A (en) | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Heat pipe |
JP2012233625A (en) | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Fujitsu Ltd | Loop heat pipe, and method for manufacturing the same |
JP2013243249A (en) | 2012-05-21 | 2013-12-05 | Denso Corp | Heat transfer surface for ebullient cooling and ebullient cooling device |
JP2016217684A (en) | 2015-05-26 | 2016-12-22 | 国立大学法人横浜国立大学 | Cooler, cooling device using the same and method for cooling heater element |
JP2018150621A (en) | 2017-03-10 | 2018-09-27 | 国立大学法人電気通信大学 | Coolant |
-
2019
- 2019-04-26 JP JP2019085579A patent/JP7284988B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050092467A1 (en) | 2003-10-31 | 2005-05-05 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Heat pipe operating fluid, heat pipe, and method for manufacturing the heat pipe |
JP2009276022A (en) | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Heat pipe |
JP2012233625A (en) | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Fujitsu Ltd | Loop heat pipe, and method for manufacturing the same |
JP2013243249A (en) | 2012-05-21 | 2013-12-05 | Denso Corp | Heat transfer surface for ebullient cooling and ebullient cooling device |
JP2016217684A (en) | 2015-05-26 | 2016-12-22 | 国立大学法人横浜国立大学 | Cooler, cooling device using the same and method for cooling heater element |
JP2018150621A (en) | 2017-03-10 | 2018-09-27 | 国立大学法人電気通信大学 | Coolant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020067269A (en) | 2020-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Aly et al. | Thermal performance evaluation of a helically-micro-grooved heat pipe working with water and aqueous Al2O3 nanofluid at different inclination angle and filling ratio | |
Deng et al. | Experimental investigations on flow boiling performance of reentrant and rectangular microchannels–a comparative study | |
Liu et al. | Application of aqueous nanofluids in a horizontal mesh heat pipe | |
JP5403617B2 (en) | Self-excited vibration heat pipe | |
Demir et al. | Effect of silicon nanorod length on horizontal nanostructured plates in pool boiling heat transfer with water | |
TWI572843B (en) | Heat pipe and manufacturing method thereof | |
Liang et al. | Experimental investigation on the thermal performance and optimization of heat sink with U-shape heat pipes | |
Abadi et al. | Flow boiling visualization and heat transfer in metal-foam-filled mini tubes–Part I: Flow pattern map and experimental data | |
Wei et al. | Optimization and thermal characterization of uniform silicon micropillar based evaporators | |
TWI683083B (en) | Heat pipe | |
Karthikeyan et al. | Understanding thermo-fluidic characteristics of a glass tube closed loop pulsating heat pipe: flow patterns and fluid oscillations | |
Weibel et al. | Experimental characterization of capillary-fed carbon nanotube vapor chamber wicks | |
KR20210033493A (en) | Heat pipe with variable transmittance wick structure | |
De Schampheleire et al. | Experimental study of small diameter fibres as wick material for capillary-driven heat pipes | |
JP7284988B2 (en) | Heat pipe manufacturing method | |
Diao et al. | Effects of nanofluids and nanocoatings on the thermal performance of an evaporator with rectangular microchannels | |
Qu et al. | Thermal performance comparison of oscillating heat pipes with and without helical micro-grooves | |
Li et al. | Effect of nano-structure coating on thermal performance of thermosyphon boiling in micro-channels | |
Moreno et al. | Effects of pressure and a microporous coating on HFC-245fa pool boiling heat transfer | |
Orman | Boiling heat transfer on single phosphor bronze and copper mesh microstructures | |
Sudhan et al. | Heat transport limitations and performance enhancement of anodized grooved heat pipes charged with ammonia under gravity and anti-gravity condition | |
JP4925597B2 (en) | Heat pipe for heat pipe and heat pipe | |
Yu et al. | Experimental investigation on the thermal characteristics of ultrathin vapour chamber with in-plane bending | |
Bhullar et al. | Temporal deterioration in thermal performance of screen mesh wick straight heat pipe using surfactant free aqueous nanofluids | |
Senthilkumar et al. | Experimental analysis of cylindrical heat pipe using copper nanofluid with an aqueous solution of n-Hexanol |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220310 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220310 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230116 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230131 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230323 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230509 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230515 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7284988 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |