JPH11183066A

JPH11183066A - 熱輸送用ヒートパイプ装置

Info

Publication number: JPH11183066A
Application number: JP35496397A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoneyama; 隆米山; Takeshi Yasuda; 武司安田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】使用温度範囲あるいは熱輸送能力を向上させ
た熱輸送用ヒートパイプ装置を提供すること。【解決手段】熱を受け取る受熱部１３と熱を放出する
放熱部１４とを結んで閉回路を構成するヒートパイプ１
１と、このヒートパイプ１１の内部に、非動作状態にお
いてその内部空間の３０％〜７０％の範囲の分量で収納
された磁性流体１２と、閉回路の一部に配置された磁場
を印加するための磁石１５とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、磁性流体を用い
た熱輸送用ヒートパイプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁性流体、あるいはフロンなどの作動液
を利用して発熱体を冷却する熱輸送用ヒートパイプ装置
については、いろいろな種類のものが提案されており、
また、実用化されている。

【０００３】ここで、従来の熱輸送用ヒートパイプ装置
について、磁性流体を用いた場合を例にとり図３を参照
して説明する。

【０００４】符号３１は、閉回路を構成するように設け
られたヒートパイプである。ヒートパイプ３１内には、
温度の上昇によって磁化が減少する特性の磁性流体３２
が満たされている。また、ヒートパイプ３１で構成され
た閉回路に沿って、外部から熱を受け取る受熱部３３
や、熱を放出する放熱部３４が設けられている。そし
て、閉回路の受熱部３３の手前に磁石３５が配置されて
いる。

【０００５】上記した構成において、作動状態に入る
と、磁性流体３２は受熱部３３で熱を受け取り温度が上
昇する。これによって磁化が減少する。一方、磁性流体
３２は放熱部３４で熱を放出し温度が下降し、磁化が増
大する。このようにして磁性流体３２に磁化の差が形成
される。

【０００６】このとき、磁石３５は、温度の低い放熱部
３４の磁性流体３２を吸引する形になり、放熱部３４か
ら受熱部３３方向へ閉回路内を磁性流体３２が移動す
る。また、同時に、受熱部３３から放熱部３４方向へと
閉回路内を磁性流体３２が移動し、磁性流体３２は閉回
路内を矢印Ｙ方向に循環する。磁性流体３２の循環によ
って受熱部３３で受け取った熱が放熱部３４で放出され
熱輸送が行われる。

【０００７】次に、もう１つの従来の熱輸送用ヒートパ
イプについて、フロンなどの作動液を用いた場合を例に
とって図４を参照して説明する。

【０００８】図４（ａ）において、符号４１は、横方向
に１本の管状に構成されたヒートパイプで、ヒートパイ
プ４１内にフロンなどの作動液４２が満たされている。
ヒートパイプ４１の一端には受熱部４３が設けられ、他
端には放熱部４４が設けられている。

【０００９】上記した構成において、作動液４２は、受
熱部４３で受け取る熱量の大きさに対応して核沸騰を起
こし、作動液４２内に矢印Ｙのような軸方向振動を発生
させる。そして、この軸方向振動によって、受熱部４３
から放熱部４４へと熱が輸送される。

【００１０】図４（ａ）では、ヒートパイプ４１は１本
の管状に構成されている。しかし、図４（ｂ）のように
ヒートパイプ４１で閉回路を構成した場合にも、核沸騰
によって作動液４２内に軸方向振動が発生し、受熱部４
３から放熱部４４へと熱が輸送される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】磁性流体を用いる方
法、および、フロンなどの作動液を用いる方法は、それ
ぞれの特性に応じて使い分けられている。

【００１２】例えば、磁性流体を用いる方法は、磁性流
体が沸点以下の温度、つまり液相で循環している。ま
た、熱の輸送能力は磁性流体に発生する磁化の差、いわ
ゆる磁気熱量効果に依存している。

【００１３】一方、フロンなどの作動液を用いる方法
は、液相と気相が同居する作動流体の沸点前後の温度で
使用されている。また、熱の輸送能力は、作動流体の熱
的特性やヒートパイプの形状、あるいは、屋外、屋内、
温度など使用環境の熱的バランス等に依存している。

【００１４】上記したように、磁性流体を用いる方法は
沸点以下の温度で利用され、また、フロンなどの作動液
を用いる方法は沸点前後の温度で利用されている。この
ため、２つの方法には使用する温度範囲に制約がある。
また、磁性流体を用いる方法は、起動力が磁気的性質に
依存しており、フロンなどの作動液を用いる方法よりも
劣っている。このため、熱の輸送能力が低いという問題
がある。

【００１５】また、フロンなどの作動液を用いる方法の
場合、例えば、図５に示すように管状のヒートパイプ５
１を縦形に配置して使用されることがある。このとき、
長い時間にわたって非動作状態におくと、重力によって
作動液５２がヒートパイプ５１の下部にたまってくる。
この状態で、動作を開始すると、受熱部５３で温度が上
昇し、次第に起動力が強くなる。そして、作動液５２を
上部に押しやる力が働くようになり、正常の作動状態に
入って放熱部５４から熱が放出される。このとき、受熱
部５３の温度は、横軸に時間、縦軸に温度をとると、図
５（ｂ）の曲線Ｐのように変化する。

【００１６】動作を開始した初期は起動力が弱く、受熱
部５３における温度上昇から正常の作動状態になるまで
に時間の経過がある。このため、正常の作動状態に入る
までに受熱部５３の温度が過度に上昇することがある。
このような現象は、ヒートパイプに対し回転運動や移
動、傾斜など、加速度が加わる場合にも発生する。

【００１７】この発明は、上記した欠点を解決するもの
で、使用温度範囲あるいは熱輸送能力を向上させた熱輸
送用ヒートパイプ装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明の熱輸送用ヒー
トパイプ装置は、熱を受け取る受熱部と熱を放出する放
熱部とを結んで閉回路を構成するヒートパイプと、この
ヒートパイプの内部に、非動作状態においてその内部空
間の３０％〜７０％の範囲の分量で収納された磁性流体
と、前記閉回路の一部に配置された磁場を印加するため
の磁場印加手段とを具備している。

【００１９】

【発明の実施の形態】この発明の実施形態について図１
を参照して説明する。符号１１はヒートパイプで、ルー
プ状をした閉回路に形成されている。ヒートパイプ１１
の内部には、非動作状態において、ヒートパイプ１１の
内部空間の３０％〜７０％の分量の磁性流体１２が作動
流体として収納されている。閉回路の一部には熱を受け
取る受熱部１３が設けられ、他の部分にはヒートシンク
などの熱交換器で構成された放熱部１４が設けられてい
る。また、閉回路の一部、例えば、磁性流体１２が放熱
部１４から受熱部１３へ循環してくる部分で、放熱部１
４よりも受熱部１３に近い位置に、磁性流体１２に起動
力を与えるための磁石１５が配置されている。

【００２０】上記した構成において、受熱部１３と放熱
部１４の温度差が比較的少ない場合、つまり磁性流体１
２の沸点以下の温度の場合、受熱部１３における磁性流
体１２の温度が上昇し磁性流体１２の磁化が減少する。
これによって、ヒートパイプ１１で形成された閉回路内
の磁性流体１２に磁化の差が生じ、磁性流体１２に対し
て矢印Ｙ１方向に循環させる起動力が発生する。この起
動力によって磁性流体１２が閉回路内を循環する。そし
て、磁性流体１２は放熱部１４で冷却され、受熱部１３
から放熱部１４へと熱輸送が行われる。

【００２１】また、受熱部１３と放熱部１４の温度差が
比較的大きい場合、つまり磁性流体１２の沸点以上の温
度になると、受熱部１３で与えられる熱量の大きさに対
応して核沸騰が起こる。これによって、磁性流体１２内
に矢印Ｙ２方向の軸方向振動が発生し、いわゆる、軸方
向の往復流動による振動型熱輸送が行われる。

【００２２】このとき、磁性流体１２の循環による熱輸
送もあるため、熱の輸送能力が向上する。

【００２３】次に、上記したヒートパイプ１１で構成さ
れる閉回路を縦型に配置した場合について図２を参照し
て説明する。図２では、図１に対応する部分には同一の
符号を付し、重複する説明は省略する。

【００２４】この構成の場合、放熱部１４は重力の働く
下端部に位置し、受熱部１３は上端部に位置している。
そして、非動作状態において下部にたまる磁性流体１２
は磁場印加手段の磁石１５で引き付けられ、その上面１
２ａは磁石１５と同じ高さになっている。

【００２５】上記した構成では、受熱部１３の温度が低
い場合でも磁性流体１２に対し磁化の差による起動力が
働く。したがって、受熱部１３の温度が低い状態でも、
熱輸送が行われる。このため、作動開始時における過度
の温度上昇が抑えられる。また、動作が開始し、受熱部
１３の温度が上昇すると、磁性流体１２の磁化が減少す
る。これによって、磁性流体１２の磁化の差が大きくな
り磁性流体１２が循環しやすくする。このとき、磁性流
体１２の核沸騰による軸方向振動も働き、磁性流体１２
が循環しやすくなり熱輸送効率が向上する。

【００２６】図２の実施形態によれば、ヒートパイプ１
１で構成される閉回路が縦型に配置され、そして、非動
作状態において、磁性流体１２が下部にたまった場合で
も、磁性流体１２の磁化の差による起動力が働き熱輸送
が行われる。このため、受熱部１３の温度は、図２
（ｂ）の曲線Ｑのように変化し、温度の過度の上昇が抑
えられる。図２（ｂ）の横軸は時間、縦軸は温度を示し
ている。

【００２７】磁性流体が放熱部の近くにたまる現象は、
重力が作用する場合だけでなく、磁性流体が回転運動や
移動、傾斜など、加速度が加わる場合にも発生する。し
たがって、このような場合に対しても有効である。

【００２８】上記したように、この発明では、ヒートパ
イプの内部に、非動作状態においてその内部空間の３０
％〜７０％の範囲の分量で磁性流体を収納している。し
たがって、磁性流体の磁化の差を用いた起動力による熱
輸送、および、核沸騰を用いた熱輸送が行える。このた
め、使用温度範囲が向上し、あるいは熱輸送能力が向上
した熱輸送用ヒートパイプが実現される。また、受熱部
の低温時は磁性流体の磁化の差を用いた起動力による熱
輸送が行われるため、受熱部の温度が過度に上昇するこ
ともない。

【００２９】この発明の場合、作動流体として粘度の小
さい磁性材料を使用すれば、作動流体の抵抗が小さくな
り有効である。また、ヒートパイプを構成する材料とし
てＮｉやＣｕなど磁気を通しやすい材料を使用すれば、
作動流体の起動力を大きくでき有効である。

【００３０】

【発明の効果】この発明によれば、使用温度範囲あるい
は熱輸送能力を向上させた熱輸送用ヒートパイプ装置を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を説明するための概略の構
造図である。

【図２】この発明の他の実施形態を説明するための概略
の構造図と、その特性を説明するための特性図である。

【図３】従来例を説明するための概略の構造図である。

【図４】他の従来例を説明するための概略の構造図であ
る。

【図５】他の従来例を説明するための概略の構造図と、
その特性を説明するための特性図である。

【符号の説明】

１１…ヒートパイプ１２…磁性流体１３…受熱部１４…放熱部１５…磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱を受け取る受熱部と熱を放出する放熱
部とを結んで閉回路を構成するヒートパイプと、このヒ
ートパイプの内部に、非動作状態においてその内部空間
の３０％〜７０％の範囲の分量で収納された磁性流体
と、前記閉回路の一部に配置された磁場を印加するため
の磁場印加手段とを具備した熱輸送用ヒートパイプ装
置。
【請求項２】ヒートパイプを構成する材料に磁気を通
し易い材料を用いた請求項１記載の熱輸送用ヒートパイ
プ装置。
【請求項３】磁場印加手段が、磁性流体が放熱部から
循環してくる部分の前記放熱部よりも受熱部に近い方に
設けられた請求項１記載の熱輸送用ヒートパイプ装置。
【請求項４】磁性流体として、受熱部で受け取る熱に
よって核沸騰するものを用いた請求項１記載の熱輸送用
ヒートパイプ装置。
【請求項５】放熱部が重力の働く方向の閉回路の一端
部に位置し、受熱部が前記閉回路の他端部に位置し、非
動作状態において、磁場印加手段が存在する範囲のヒー
トパイプ内に磁性流体が分布する請求項１記載の熱輸送
用ヒートパイプ装置。