JPH01193592A - 自冷形ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、発熱体の冷却装置に使用されるヒートパイプ
に係り、特にヒートパイプ内作動液の循環エネルギーを
利用して、自己の放熱部を強制風冷する機能を有する自
冷形ヒートパイプに関する。

（従来の技術） 周知のようにヒートパイプは、高真空に保たれた金属チ
ューブ内に、純水、フレオン、ナトリウム等の作動液と
その循環を助長するウィックを封止した伝熱管であり、
金属チューブの一端を受熱部、他端を放熱部として使用
する。第４図はその一般構造を示す断面図であり、１は
高真空引された銅チューブ、２は熱の輸送媒体となる作
動液、３は作動液２の受熱部帰還を助長するウィックを
示す。

この種のヒートパイプの作動原理は、チューブ内の減圧
によって作動液の沸点を低下させ、受熱部のわずかな温
度上昇によっても作動液の気化（蒸発）゛が生じ、受熱
熱量を高速かつ大量に放熱部へ搬送するものである。す
なわち、受熱部が加熱されるし、近傍の作動液２は、気
化して蒸発潜熱を奪い、相対的に低圧状態となった放熱
部へ高速移動する。この放熱部で作動液は、自己の保有
熱母を放出して液化し、毛細管現象を利用したウィック
と重力の作用によって受熱部へ戻される。

この一連の作用によって受熱部と放熱部間を熱的に短絡
することができる。

以上が一般的なヒートパイプの構造と作用であるが、こ
のようなヒートパイプにおいて、搬送熱量を大きくする
には、チューブ１の直径を大きくする必要があること、
または作動液２の循環に重力を一部利用していること等
から、取付上の制約を受ける不都合を有していた。

また、この種のヒートパイプは、機能的には単なる熱の
搬送素子であり、大容聞発熱体の冷却には例えばヒート
パイプの放熱部にフィンを設け、別電源で駆動される冷
却ファンによって、強制風冷する冷却装置が必要となる
。したがって、大がかりで高価な装置を必要とし、かつ
冷却ファンに電源喪失やトラブルが生じた場合、主機の
運転継続ができなくなる等信頼性の面での都合をも有し
ていた。

そこで、このようなヒートパイプの特性改善の一部とし
て第５図に示すようなループ形細管ヒートパイプ（以下
、細管ヒートパイプという）が考案されている。この細
管ヒートパイプは、銅チューブ径を３〜４ｍφに細くす
ると共にチューブ４を閉ループ化して高真空に保ち、作
動液２を封入し、かつ一対の逆止弁５によって作動液の
移動方向を一方向に制御するよう構成されている。これ
により、受熱部”Ｈ″と放熱部“Ｃ１１間に温度差が生
じると、作動液２は、気化蒸発し逆止弁５の作用により
へ方向へ高速移動して放熱部へ伝熱し、液化して受熱部
へ戻る。以上が、細管ヒートパイプの作用であるが、そ
の特徴は次の通りである。

（１）チューブ径が３〜４ｍφと細いため、フレキシビ
リティに富む。

（２）取付に方向性がないため、発熱体と放熱装置間の
位置関係が制限されない。

（３）作動液の伝達（飛散、循環）距離か極めて長い。

（４）チューブ内の作動液占積率を、４０〜９０％程度
まで大きくすることができる。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、細管ヒートパイプは、熱の搬送特性の点
では画期的な機能と効果をもたらすものと考えられるが
、冷却機能の面からは、やはり従来のヒートパイプと同
様に冷却装置を必要とし、これに伴う不都合を有してい
るから、この不都合をなくした自冷機能を有するヒート
パイプの実現が望まれていた。

そこで、本発明の目的は、従来のヒートパイプと基本構
造を同じとし、これに自冷機能を付加することにより、
別電源駆動の冷却ファンを不要としてコンパクトでかつ
高信頼性の自冷形ヒートパイプを提供することにある。

゛　　［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、減圧されたチューブ内に作動液を封入し、一
端を受熱部とし他端を放熱部とし斥自冷形ヒートパイプ
において、チューブの放熱部に風冷用放熱フィンを設け
、チューブの内部に作動液の循環によって回転力を与え
られるマグネットロータを装着し、このマグネットロー
タに磁気結合して回転する軸流ファンを、チューブの外
側でかつ風冷用放熱フィンの近傍に設けたものである。

（作　用） 発熱体からの熱入力が受熱部に生じると、作動液が蒸発
気化してチューブ内の低圧部に向って流れる。この流れ
゛によってマグネットロータが回転し、このマグネット
ロータに磁気結合している軸流ファンも回転し、放熱部
に設けられている風冷用放熱フィンを強制冷却し、蒸発
気化した作動液は凝縮して発熱部側に戻る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図および第２図において、自冷形ヒートパイプ１０は
、非磁性材料から形成され、一方の開口端が端板１１ａ
、他方の開口端が端板１１ｂを介して気密に閉塞され、
封止口１１ｃを介して高真空に排気され、かつ放熱部Ｃ
に風冷用放熱フィン１１ｄを設けたチューブ１１と、こ
のチューブ１１の内周壁に沿って固着され、受熱部Ｈで
気化した作動液２を放熱部Ｃに送出する複数個の送出用
チューブ１２と、この送出用チューブ１２より内側に配
置ざれ、チューブ１１の上部および下部に固定された支
持カラー１３および１４を介して両端を保持され、放熱
部Ｃで液化した作動液２を受熱部Ｈに回収する複数個の
回収用チューブ１５と、送出用チューブ１２の気化した
作動液噴出部に近接して配置され、複数個の回収用チュ
ーブ１５の外側にベアリング１６を介して回転自在に取
付けられ、気化した作動液２の流れによって回転するマ
グネットロータ１７と、このマグネットロータ１７に対
向しチューブ１１の外側にベアリング１８を介して回転
自在に取付けられた軸流ファン１９とで構成されている
。

しかして、上記したマグネットロータ１７は、第３図に
示すように流体（送出用チューブ１２から噴出される気
化した作動液）の軸方向通過によって回転力を生じる羽
根１７ａを有し、かつ各々の羽根１７ａは永久磁石で形
成されている。

また、上記した軸流ファン１９は、マグネットロータ１
７にチューブ１１を介して対向し、チューブ１１に軸受
１８を介して回転自在に取付けられ、マグネットロータ
１７の回転に追従するように強磁性材または永久ｖｉｉ
ａで形成されたマグネットカプラ１９ａに設けられた羽
根１９ｂから構成されている。

上記した支持カラー１３は、一方の端部を端板１１ｂに
固着され、他方の端部が回収用チューブ１５の端部を支
持し、かつ外周面に作動液２の流出口１３ａが設けられ
ている。また、上記した支持カラー１４は、一方の端部
を端板１１ａに固着され、他方の端部が回収用チューブ
１５の端部を支持し、かつ外周面に作動液２の流入口１
４ａが設けられている。

さらに、上記した送出用チューブ１２には、作動液（気
化した）２を受熱部Ｈから放熱部Ｃにのみ流れるように
するため逆止弁２１を設け、上記した回収用チューブ１
５には、作動液（液化した）、２を放熱部Ｃから受熱部
Ｈにのみ流れるようにするため逆止弁２２を設けている
。

なお、送出用チューブ１２の相互間、回収用チューブ１
５の相互間および送出用チューブ１２と回収用チューブ
１５の間の隙間には、無機質の充填材２３を充填する。

次に、以上のように構成された自冷形ヒートパイプの作
用を説明する。この自冷形ヒートパイプ１０を装着して
いる機器３０が発熱すると、チューブ１１の受熱部目近
傍に滞溜している作動液２が気化して蒸発潜熱を奪うと
同時にチューブ１１の内圧が上昇する。このとき、作動
液２の気化蒸気は、チューブ１１の外周、すなわち、発
熱部に近い程早く生じ、かつ逆止弁２２の作用によって
送出用パイプ１２の方向に移動し、この送出用パイプ１
２内を第１図に矢印３１で示す方向に流れてマグネット
ロータ１７に回転力を与える。マグネットロータ１７を
通過した後の作動液２の気化蒸気は、チューブ１１の放
熱部Ｃに達し、ここで、搬送熱伍を放熱し、低圧力状態
となり、逆止弁２１の作用によって支持カラー１４内の
回収用チューブ１５内に入り、矢印３２で示す方向に流
れてチューブ１１の受熱部Ｈに戻る。この連続したサイ
クルによって、マグネットロータ１７が高速回転し、こ
のマグネットロータ１７と磁気結合されている軸流ファ
ン１９も同様に回転する。

この軸流ファン１９の回転によって、チューブ１１の放
熱部Ｃに設けられている放熱フィン１１ｄは、強制冷却
され、放熱作用が効果的に行われる。

したがって、冷却対象である発熱体の熱エネルギーを利
用した強制冷却が可能となり、従来の装置に対し、次の
効果が得られる。゛ （１）冷却に別電源や別置ファンを必要とせず、コンパ
クトでかつ信頼性の高い冷却システムとなる。

（２）発熱体の温度上昇に応じて冷却能力が変わるから
、発熱体に取付けるだけで自動的に発熱体温度を抑制す
ることができる。

［発明の効果］ 本発明は、以上のように構成されているから、スペース
や信頼性の点で優れ、かつ放熱作用を大幅に向上した自
冷形ヒートパイプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図、第
３図は本発明の一実施例の要部を示す斜視図、第４図は
従来のヒートパイプの構成を示す断面図、第５図は従来
のループ形細管ヒートパイプの構成を示す断面図である
。 ２・・・作動液 １１・・・チューブ １１ｄ・・・風冷用冷却フィン １２・・・送出用チューブ １５・・・回収用チューブ １７・・・マグネットローラ １９・・・軸流ファン Ｃ・・・放熱部 Ｈ・・・受熱部 （、８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか
　１名） 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 減圧されたチューブ内に作動液を封入し、一端を受熱部
   とし他端を放熱部とした自冷形ヒートパイプにおいて、
   前記チューブの放熱部に風冷用放熱フィンを設け、前記
   チューブの内部に前記作動液の循環によつて回転力を与
   えられるマグネットロータを装着し、このマグネットロ
   ータに磁気結合して回転する軸流ファンを前記チューブ
   の外側でかつ前記風冷用放熱フィンの近傍に装着したこ
   とを特徴とする自冷形ヒートパイプ。