JPH03134493A - ヒートパイプ - Google Patents

ヒートパイプ

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JPH03134493A
JPH03134493A JP1271348A JP27134889A JPH03134493A JP H03134493 A JPH03134493 A JP H03134493A JP 1271348 A JP1271348 A JP 1271348A JP 27134889 A JP27134889 A JP 27134889A JP H03134493 A JPH03134493 A JP H03134493A
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heat pipe
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順二 素谷
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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】 「産業上の利用分野」 本発明は一般的にはヒートパイプに関し、さらに具体的
には、内面にグルーブを形成した管をコンテナとし、宇
宙空間のような無重力下で使用するのに適するヒートパ
イプに関するものである。
「従来の技術」 宇宙空間のような無重力下で使用するヒートパイプには
、作動液の移動のためウィックが不可欠であり、このウ
ィックの構造は最大熱輸送量を決める重要な要素である
。
一般に宇宙用ヒートパイプのウィックには、無重力下に
おける性能を地上で推定することが容易であることと、
毛細管力が比較的大きいにも拘らず流路抵抗が小さいた
め、軸方向のグルーブ（溝）形ウィックが多く使用され
ている。
そして、グルーブ形クイックにおいては、グルーブの深
さを深くすることが最大熱輸送量を大きくするために必
要であるが、内面グルーブ管は押出し加工により製造さ
れ、グルーブを極端に深くすることは極めて困難である
ので、グルーブ形ウィックのみては最大熱輸送量を飛躍
的に増大させるこは不可能である。
このような事情から、最近では第８図のように、内面に
軸方向へ多数のグルーブ１１を形成した管よりなるコン
テナ１内に、筒状の網５１に支持されたアーテリー５を
軸方向に設け、液の輸送の大部分をこのアーテリー５で
行なわせる構造のヒートパイプが提案されてる。
「発明が解決しようとする課題」 第８図のようなアーテリー付きのヒートパイプは、アー
テリーが無い構造のものと比較すると最大熱輸送量を増
大させることができるが、なお十分でなく、また、液の
周方向への分配を行なわせるように構成しようとすると
、アーテリーを多く必要として内部構造が極めて複雑に
なり、熱伝達率も低下する。
本発明の目的は、無重力下で使用されるヒートパイプに
３いて、サイズを大きくせずに最大熱輸送量を飛躍的に
増大させることができるものを提供することにある。
「課題を解決するための手段及び作用」本発明に係るヒ
ートパイプの一つは、前述の目的を達成するため、内面
にグルーブを有する管をコンテナとしたヒートパイプに
おし１て、当該コンテナ内には加熱部から断熱部を経て
冷却部まで連続する両端が解放された内管を設け、前記
断熱部には前記コンテナ内のグルーブと内管の間にクイ
ック層を形成したものである。
この構造のヒートパイプにおいて、加熱部て蒸発した作
動液の蒸気は内管内を通って冷却部へ移動し、冷却部で
凝縮した液はコンテナのグルーブ及び断熱部における前
記ウィック層により加熱部へ運ばれる。
したがって、気液の流れは対向方向において内管により
完全に分離され、互いに接触することはない。
また、前記ウィック層の存在により、毛細管力が全体的
に増大するとともに、断熱部における液の流速は前記ウ
ィック層の存在により緩慢て流路抵抗は大幅に低下する
。
加熱部に運ばれた作動液が蒸発すると、気化膨張により
蒸気は内管の加熱部側端部方向に流れ、このときの蒸気
の圧力は他の気化していない作動液の流れに対してその
順方向へ作用し、液の順方向への流れを促進する。
内管の端部のうち少なくとも加熱部側の端部を、例えば
円錐台のように先細り状の管に形成すると、前記蒸気は
液の順方向への流れを一暦よく促進するので好ましい。
冷却部のコンテナ内で凝縮した液が余剰になったときは
、断熱部から最も遠距離に位置する冷却部の内端部には
溜らず、内管を経て流れる蒸気の圧力を受けて断熱部に
最も近い冷却部端部に溜り、この余剰の液はグルーブを
含む前記ウィック層により順次加熱部へ運ばれる。
したがって、前記コンテナ内の冷却部側に接する断熱部
端部において、前記グルーブと内管との間にウィック層
のない余剰作動液の溜り部を設けると、前記余剰の液は
この溜り部に溜り、余剰液による冷却部の性能低下を防
ぐことができる。
前記コンテナ内の断熱部と加熱部との境界部において、
前記グルーブ間のフィンと内管との間に仕切板を設ける
と、加熱部での作動液の気化膨張による圧力が前記仕切
板に妨げられ、当該圧力が、断熱部領域のウィック層を
加熱部の方向へ流れている作動液に対して逆方向に作用
することがないので好ましい。
このことは、前記内管における加熱部側に位置する部分
を、大径部が前記コンテナにおけるグルーブ間のフィン
とほぼ内接する先細り状の管で構成しても同様に作用す
る。
本発明に係るヒートパイプの他の一つは、前述の目的を
達成するため、内面にグルーブを有する管をコンテナと
したヒートパイプにおいて、当該コンテナ内に加熱部か
ら断熱部を経て冷却部まで連続し、かつ両端が解放され
た内管を前記グルーブ間のフィンとほぼ内接する状態に
設け、前記内管の加熱部及び冷却部側の端部を、先細り
状の管又は他の部分より小径な管で構成している。
この構造のヒートパイプは、加熱部で作動液が蒸発した
蒸気は当該加熱部から内管な経て冷却部へ流れ、冷却部
で凝縮した液はコンテナ内のグルーブにより加熱部に運
ばれる。
したがって、気液の流れは対向方向において内管により
完全に分離され、互いに接触することばない。
加熱部に運ばれた作動液が蒸発すると、蒸気は気化膨張
により内管の外周を加熱部の端部方向に流れ、このとき
の蒸気の圧力は他の気化していない作動液の流れに対し
てその順方向へ作用し、液の順方向への流れを促進する
。
「実施例」 第１図及び第２図は、本発明に係るヒートパイプの一実
施例を拡大して示すものである。
アルミニウム合金よりなるコンテナ１は、外径２０　ｍ
　ｍ、肉厚ｔが１．５ｍｍ、全長５００ｍｍのサイズに
押出し成形され、内部には平均深さｄか１．５ｍｍの軸
方向に沿う３０条のグルーブ１１か形成されている。
前記コンテナ１内には１両端が解放されていて加熱部ａ
から断熱部すを経て冷却部Ｃまで連続する内管２が設け
られ、断熱部すにおいては、コンテナ１内におけるグル
ーブ１１相互間のフィン１２と内管２との間に、アルミ
ニウム合金ｔａ維のフェルトからなるウィック層３が形
成され、加熱部ａと断熱部すの境界部には、フィン１２
と内管２とに接するようにアルミニウム合金からなる仕
切板゛４を設けている。
前記加熱部ａと冷却部Ｃの長さは１００ｍｍ、断熱部す
の長さは３００ｍｍにそれぞれ設定され、前記ウィック
層３の厚みｄ゛は２．５ｍｍに設定されている。
内管２には外径９ｍｍ、肉厚０．４ｍｍに製造されたア
ルミニウム合金からなる溶接管が使用されている。
この実施例では、コンテナ１内の断熱部すに相当する部
分に前記フェルトを挿入してクイック層３とし、仕切板
４を挿入するとともに、それらの内部に内管２を挿入し
た後当該内管２を拡管してウィック層３により内管２を
コンテナｌ内に固定し、内部へアンモニアからなる作動
液を真空状態で封入して製造している。
この実施例のヒートパイプにおいては、加熱部ａで作動
液が蒸発した蒸気は内管２内を通って冷却部Ｃへ移動し
、冷却部Ｃで凝縮した液はコンテナｌのグルーブ１１及
び断熱部すにおける前記ウィック層３により加熱部ａへ
運ばれる。
したがって、気液の流れは対向方向においては内管２に
より完全に分離され、互いに接触することはないから、
気液の対向流が接触して蒸気の流れにより作動液の加熱
部ａ［への流れが阻害されることはなく、この点で最大
熱輸送量の低下を防止することができる。
加熱部ａに運ばれた作動液が蒸発すると、気化膨張によ
る蒸気の圧力は、仕切板４によって断熱部すの領域を加
熱部ａに向けて流れている作動液に対して逆流方向には
作用せず、しかも、蒸気がコンテナｌ内の加熱部ａの空
間を矢印イのように端部１ａ方向に流れるとき、当該蒸
気の圧力は作動液の流れに対してその順方向にのみ作用
し、作動液の順方向への流れを促進するので最大熱輸送
量をより増大させることができる。
また、断熱部すにおける前記ウィック層３の存在により
、全体的な毛細管力が増大するとともに、断熱部すにお
ける液の流速は緩慢で流路抵抗が大幅に低下する（波路
抵抗は、流速のほぼ２乗り比例する。）ので、最大熱輸
送量も大幅に増大する。
前記実施例のヒートパイプと、内面にグルーブを宥する
前記実施例のコンテナ１のサイズと同じに製造したヒー
トパイプとについて、作動液にアンモニアを使用し、蒸
気温度を４０℃に設定して最大熱輸送量を測定したが、
前者は後者の２．５倍強の最大熱輸送量を示した。
第３図は他の実施例を示すものであり、この実施例の内
管２は、断熱部Ｃの長さよりやや短かくかつ両端に鍔２
３．２３を形成した小径な管２１と、大径部がそれぞれ
前記鍔２３の周縁に溶接された先細り状の管２２．２２
から構成され、先細り状の管２２には大径の管を円錐台
状に絞り加工したものが使用されている。
前記内管２における小径な管２１の外周に、両端の鍔２
３．２３のサイズと同じ厚みのウィック層３を形成し、
前記実施例と同様に製造したコン、ナナ１内に、ウィッ
ク層３と各偶２３とカイコンテナ１内のフィン１２へほ
ぼ内接し、かつ一方の鍔２３が加熱部ａと断熱部すとの
境界部へ位置する状態に内管２を挿入している。
したがって、断熱部すにおける冷却部Ｃ側の端部にはウ
ィックＭ３の無い部分が形成され、この部分を余剰にな
った作動液の溜り部ｂ′としている。
第３図のヒートパイプにおいて、加熱部ａで作動液が蒸
発すると、気化膨張による蒸気の圧力は、加熱部ａ側に
位置する先細り状の管２２の大径部側外周部で阻止され
、ウィック層３内を加熱部ａの方向に流れている作動液
に対して逆方向に作用することはない。
また、先細り状の管２２の外周テーパー面により、加熱
部ａにおけるコンテナ１内と先細り状の管２２の外周テ
ーパー面とで構成する空間は、加熱部ａの端部１ａ方向
へ徐々に広がっているため、加熱部ａで蒸発した蒸気の
矢印イ方向への流れはより円滑でかつ速くなるので、こ
の蒸気の圧力は作動液に対し流れ方向に一層強く作用し
、最大熱輸送量をさらに増大させることができる。
一般に宇宙空間のような無重力下では１作動液の作動温
度領域が広いので１作動液を適量封入しても、その時々
の作動温度により作動液が冷却部で余剰になったり加熱
部で不足になったりする現象がしばしば起こり、このよ
うな現象が起こると、冷却部又は加熱部の性能を低下さ
せて最大熱輸送量が低下する。
作動液が余剰になると、当該余剰の液は冷却部の端部（
第３図の例で言えば、断熱部すから最も離れた冷却部Ｃ
の端部１ｂ）に溜るのが普通であるが、この実施例のヒ
ートパイプでは、内管２内を経て冷却部Ｃ内を矢印口の
方向に流れる蒸気の圧力により、冷却部Ｃの端部１ｂ″
？５凝縮した作動液はグルーブ１１内を矢印口に沿って
流れるので、冷却部Ｃにおいて断熱部すと最も遠距離の
端部１ｂに溜ることなく、断熱部すにおける冷却部Ｃ側
の端部に形成された溜り部ｂ゛に溜る。したがフて余剰
の作動液は、冷却部Ｃの性能を低下させることはないの
で、最大熱輸送量の低下を防止することかできる。
冷却部Ｃ側の内管２は、第３図のように先細り状の管２
２に形成しなくても性能的にはほとんど変らないが、第
３図のように構成すると最大熱輸送量がわずかに向上す
る。
第３図の実施例のヒートパイプにおいて、その他の構成
及び作用は第１図及び第２図の実施例のものと同様なの
で、それらの説明は省略する。
本発明に係るヒートパイプにおいて、内管２の加熱部ａ
側の端部をＭＳ３図のように先細り状に形成したり、あ
るいは、冷却部Ｃ側における断熱部すの端部に余剰液の
溜り部ｂ′を設ける手段は、第１図及び第２図の実施例
においてもこれを採用し、最大熱輸送量を増大させるこ
とができる。
ウィック層３を構成するウィック材としては、前述のよ
うにアルミニウム合金繊維からなるフェルトのほか、ワ
イヤ、発泡体、焼結金属その他毛細管力を生ずるものを
使用することができる。
したがって、第を図のように、内管２の断熱部す対応す
る部分の外周に軸方向のグルーブ３工を多数形成してこ
れをウィック層３とすることができ、この場合には、グ
ルーブ３１の外周に図示しないメツシュを巻いて内管２
をコンテナ１内に挿入することができる。
第５図及び第６図は本発明に係る他のヒートパイプの実
施例を示すものであり、内部に軸方向に沿う多数のグル
ーブ１１を形成した管よりなるコンテナ１内には、加熱
部ａから断熱部すを経て冷却部Ｃまで連続し、断熱部す
においてコンテナ１のフィン１２へほぼ内接する内管２
を挿入している。
前記内管２は、断熱部すにおいてコンテナｌのフィン１
２へほぼ内接する大径の管２０と、これに連続して加熱
部ａ及び冷却部Ｃ側に突出する円錐台のような先細り状
の管２２．２２とで構成している。
この実施例のヒートパイプにおいて、加熱部ａで蒸発し
た蒸気は、内管２内を加熱部ａ側の端部から冷却部Ｃ側
の端部へ矢印イ及び口のように流れ、冷却部Ｃで凝縮し
た液はグルーブ１１内を通って加熱部ａへ運ばれる。し
たがって、気液の流れが対向方向において接触すること
はなく、蒸気の流れが作動液の流れに対して逆方向に作
用することはないので、最大熱輸送量の低下を防止する
ことができる。
加熱部ａで作動液が蒸発すると、気化膨張による蒸気の
圧力は、加熱部ａ側に位置する内管２の先細り管２２に
より、断熱部すにおいてグルーブ１１内を加熱部ａの方
向に流れている作動液に対し逆方向に作用することはほ
とんどない。
また、先細り状の管２２の外周テーパー面により、加熱
部ａにおけるコンテナ１内と先細り状の管２２の外周テ
ーパー面とで構成する空間が、加熱部ａの端部１ａ方向
へ徐々に広がつているため、加熱部ａで蒸発した蒸気の
矢印イ方向への流れは円滑かつ速くなり、この蒸気の圧
力は作動液に対し流れ方向へ強く作用するので、最大熱
輸送量を増大させることができる。
内管２の冷却部Ｃ側に位置する端部４±、例えｒｓ第７
図のように、前述の先細り状の管２２に代えて、大径な
管２０の端部と連続する小径な管２４で構成することが
できるし、加熱部ａ側の先細り状の管２２も、同図二点
鎖線で例示するように同様に小径な管２４で構成するこ
とができる。
第７図のヒートパイプは、内管２の大径な管２０が断熱
部すの冷却部Ｃ側端部まで達しないように短く形成され
、この短かくなっている部分を余剰な作動液の溜り部ｂ
″としているので、冷却部Ｃに余剰の液があるときは当
該余剰の液か前記溜り部ｂ′に溜り、当該凝縮部Ｃの性
能を低下させない。
第７図のヒートパイプの他の構造及び作用は、第５図の
ヒートパイプと同様であるのでそれらの説明は省略する
。
なお、本発明は前記各実施例の構造に限定されず、特許
請求の範囲に記載されている限度で各部を適宜変更して
実施することができる。
「発明の効果」 本発明に係るヒートパイプは、特許請求の範囲に記載さ
れた構成により、全体のサイズを大型化しないで最大熱
輸送量を大幅に増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るヒートパイプの一実施例を示す部
分拡大横断面図、第２図は第１図のヒートパイプの断熱
部における縦断面図、第３図は他の実施例のヒートパイ
プを示す部分拡大横断面図、第４図はさらに他の実施例
のヒートパイプにおける断熱部の拡大縦断面図、第５図
は本発明に係る他のヒートパイプの実施例を示す拡大横
断面図、第６図は第５図のヒートパイプの断熱部の拡大
縦断面図、第７図はさらに他の実施例を示す拡大横断面
図である。 主要図中符号の説明 １はコンテナ、１１はグルーブ、１２は各グルーブ１１
間のフィン、２は内管、２１は小径な管２２は先細り状
の管、２３は鍔、２４は小径な管、３はウィック層、４
は仕切板、ａは加熱部、ｂは断熱部、Ｃは冷却部、ｂｏ
は溜り部、１１口は上記の流れ方向である。 手続主市正書（方式） １゜ 事件の表示 平成１年特許願第２７１３４８号 ２゜ 発明の名称 ヒートパイプ ３゜ 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　東京都千代田区丸の内２丁目６番１号名　称
　　（５２９）古河電気工業株式会社代表者　友松　連
合 ４、代理人 ６゜ 補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）、内面にグルーブを有する管をコンテナとしたヒ
    ートパイプにおいて、当該コンテナ内には加熱部から断
    熱部を経て冷却部まで連続しかつ両端が解放された内管
    が設けられ、前記断熱部には前記コンテナ内のグルーブ
    と内管の間にウイック層が設けられたことを特徴とする
    ヒートパイプ。
  2. （２）、前記コンテナ内の冷却部側に接した断熱部端部
    において、前記グルーブと内管との間にウイック層のな
    い余剰作動液の溜り部が設けられていることを特徴とす
    る、請求項１に記載のヒートパイプ。
  3. （３）、前記内管の端部のうち少なくとも加熱部側の端
    部が先細り状に形成されていることを特徴とする、請求
    項１に記載のヒートパイプ。
  4. （４）、前記コンテナ内の断熱部と加熱部との境界部に
    は、前記グルーブ間のフィンと内管との間に仕切板が設
    けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれ
    かに記載のヒートパイプ。
  5. （５）、前記内管における加熱部側に位置する部分は、
    大径部が前記コンテナにおけるグルーブ間のフィンとほ
    ぼ内接する先細り状の管で構成されている、請求項１又
    は２に記載のヒートパイプ。
  6. （６）、内面にグルーブを有する管をコンテナとしたヒ
    ートパイプにおいて、当該コンテナ内には加熱部から断
    熱部を経て冷却部まで連続し、かつ両端が解放された内
    管が前記グルーブ間のフィンとほぼ内接する状態に設け
    られ、前記内管の加熱部側及び冷却部側の端部が先細り
    状の管又は他の部分より小径な管に形成されていること
    を特徴とするヒートパイプ。
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