JPS5835389A - 回転式ヒ−トパイプとその製造方法 - 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】 本発明は回転式ヒートパイプの新規な構造とその製造方
法に関するものである。即ち長手方向中心線を回転軸と
して回転せしめる場合作動液にカロわる遠心力を応用し
て作動せしめる型の回転式ヒートパイプに従来より数置
された性能を発揮せしめる新しい構璋とその製造方法を
提供せんとするものである。

回転式ヒートパイプには作動液の還流に毛細管作用を王
として応用する型のものと遠心力を王として応用する型
のものとがあり、前者は低速回転用として多く用いら□
れ、後者は充分な遠心力の得られる高速回転で使用する
場合に用いられる。本発明は後者の高速回転用ヒートパ
イプに関するもので、その最も一般的な従来構造例につ
き、縦断面図で第１図番ζ示しである。図に於いて１は
コンテナ、２はその中９孔の内壁で円錐状をなしている
。３は作動液である。又ヒートパイプの長手方向に左か
らムは放熱部、Ｂは熱移送部、Ｃは吸熱部である。中空
孔内壁は図の如くム部からＢ部を経て０部に至るに従っ
て次第にその直径が大きくなる円錐状になっている。こ
の様なヒートノ（イブを中心軸０−Ｏ′を回転軸として
高速度で回転せしめ乍ら作動せしめると、放熱部ムで放
熱冷却された作動液の蒸気は急速に涼化されると共に遠
心力に依り内壁面２に押付けられる。内壁面は円錐状で
あるため遠心力方向番こ対し傾刷角をなして居り、遠心
力の壁面に対する水平分力は総べて吸熱部に向って作用
することになる。従って作動液は矢印の如く吸熱部に向
って押流されることになる。押流された作動液は０部の
吸熱に依り急速に気化して再び蒸気になり、蒸気圧の低
いＡ部に向って中空孔の中心部を蒸気通路として高速度
で移動するＯＡ部では放熱冷却されて蒸気は再び作動液
となる。

併釆構造の回転式ヒートパイプは上述サイクルの高速繰
返しに依って効率的な熱移送を朽なうことが出来るもの
である。この方式のヒートパイプはトップヒート、ボト
ムヒートの別なくはソ同様な熱移送能力を有する。又構
造が極めて簡単である等の利膚な有する。

然し他の面では次の樺な欠膚をも有するものであった。

げ）　ヒートパイプが細（又は長い場合に円錐状中空孔
の内壁２の９酬角度を充分な角度にすることが出来ずそ
の為作動液移送速度が低下し熱移送能力が低下する。

（ロ）内壁２の傾酬角を大きくすると放熱部に於けるコ
ンテナの肉厚が厚くなり熱応答性が低）したり、熱抵抗
が増重する。

（ハ）同様に傾胴内が大きい場合、吸熱部０に於けるコ
ンテナの肉厚が薄くなり機械的強度が低下する恐れがあ
る。回転式ヒートパイプは一般に動力伝達を兼ねるので
通学のヒートパイプに比較してコンテナに強靭性が要求
されるのでこの欠虜は望ましくない。□ に）　円錐形の内壁面にグループ型ウィック等のクイッ
ク成型が困難であり、ウイツクレス型となって居り、こ
の為内壁表面積が小さく、従ってヒートパイプ直径の割
合に熱移送量が小さい。

円錐状中空孔を有する従来型の回転式ヒートパイプは上
述の如き問題点があるので実用上は他の型のヒートパイ
プが代用される例が多い。即ち円錐形ではなく単に円筒
形のウィックレスヒートパイプ又は円筒形コンテナに通
常のグループ群を設けたグループ型のヒートパイプが多
く代用される。

然し前者は遠心力に依る作動液の平滑化作用を利用する
のみであるから高能率を発揮することが困難であった。

又後者は前者と同様に遠心力に依る平滑化作用に加えて
毛細管作用の助けがあるので前者より゛はや〜＼改装置
れるが、グループ型ウィックの毛細管作用は弱いので決
して高能率的であるとは云えない。又円錐形中空孔を有
する回転式ヒートパイプがトップヒートでも充分な性能
を発揮するのに対してこれ等のヒートパイプはトップヒ
ートでは殆んど作動不能＾なる欠講がある。

本発明は回転式ヒートパイプのコンテナ内壁面に特殊な
形状のグループを設けて、その独特な作用効果に依り、
従来の９イツクレヌ、円錐形内壁面を有する回転式ヒー
トパイプの性能を大巾に改善せんとするものであり、又
従来の製造方法では極めて困難であった特殊形状のグル
ープを有するヒートパイプの容易な製造方法をも提供せ
んとするものである。

第２図、第３図及び第４図は本発明に係る回転式ヒート
パイプの構造を示す断面図である。第２図は縦割断面図
で、コンテナ内壁面に設けた特殊形状のグループ群の一
例を示しである。第３図は第２図におけるＸ−Ｘ’断面
を示し、１４図はＹ−Ｙ′断面を示す。各図に於いてム
、Ｂ、Ｏ，は夫々放熱部、熱移送部、及び吸熱部を示す
。１はヒートレイイブのコンテナ、４はグループの溝山
、５はグループの溝で吸熱部に向って末広がりの扇形に
なっている◎本賽施例図では溝山４の巾は第３図。

第４図に示す如く吸熱部に向って次第に細くなっている
がこれは必須事項ではな（、全長にわたり一定巾であっ
ても良い。グループの溝５の巾が末広がりの扇形をなし
ているのは本発明の基本きなる必須条件である。

この様な形状のグループは軸心ｏ　−ｏ’を中心にヒー
トパイプを高速度で回転せしめる時には作動液を確実高
速度で放熱部Ｏから熱移送部Ｂを理由して吸熱部Ｃに向
って移送し、ヒートパイプの熱移送特性を改善せしめる
ことが出来る。その原理は第５図及び第６図に依って説
明する。第５図は第２図に示した扇形グループの拡大図
である。扇形グループに依る作動液移送力は３種類の推
進力の総合力として発揮される。第５図Ａ部で冷却液イ
ヒされた作動液は遠ＩＯ力に依り先づ各グループ溝内に
分散侵入する。この作動液は遠心力に依る液体の平滑化
作用に依って人力に拡延される。この場合扇形溝の末広
がりに従って、最も抵抗の少ない方向であるＢ部、０部
の方向に向ってより多くの作動液が移動して省くことに
なる。これが作動液移送の第１の推進力となる。矢印３
はこの推進力に依る作動液の流れを示す。

Ａ部のグループ内に侵入した作動液の他の部分は同様に
遠心力に依る平滑化作用を受けて拡延されグループの溝
山４に強力に衝突する。然し溝山４はグループの中心線
に対し傾胴内を有する扇形の一辺をなしているので、衝
突した作動液は溝山の広がりに沿って熱移送部Ｂ、吸熱
部Ｏ８の方向に向って抑流されることになる。溝の何れ
の側の溝山に衝突しても抑流される方向は同一方向であ
り吸熱部０に向うものである。これが作動液移送の第２
の推進力となる。矢印３′はその方向を示す。

第６図はコンテナ１の各部に於ける溝山４の高さと１作
動液３の沿面の高さの関係を示し矢印は作動液蒸気の移
動と還流作動液のサイクルを示す。

矢印の如きサイクルでヒートパイプが作動している時１
作動液の流量かはソ９常的に一定とすればグループ溝巾
５の狭い部分では液面は高くなり。

溝巾の広い部分では液面が低くなる。即ち作動液面の高
さは放熱部から吸熱部に向って次第に低くなることにな
る。又液面の高さは作動液が給量なく発生し、又侵入し
て米るＡ部では更に高くなり。

絶え間なく蒸発気化するＢ部では更に低いものとなる。

従ってグループ内各部に於ける作動液面の高さは放熱部
Ａに於いて非常に高く、熱移送部Ｂに於いては吸熱部に
向って次第に低くなり、吸熱部０に於いては非常に低い
ものとなる。遠心力はこの液面高さは平滑化させる方向
に作用するから作動液は激しい流わとして放熱部から吸
熱部に向って移送されることになる。これが作動液移送
の第３の推進力である。本発明に係る回転式ヒートパイ
プは扇形グループの作用効果に依る上述３ＷＩ類の作動
液移送力の相乗効果に依って極めて能率良く作動液を還
流せしめ、従って高い熱移送能力を発揮せしめるもので
あ４゜ 本発明回転式と一ドパイブは他にも次の如き作用効果が
ある。グループ型の回転式ヒートパイプであるから従来
のウィックレス回転式ヒートパイプよりコンテナ内の熱
交換面積が広いので熱移送能力、熱応答性が共に向上さ
せることが出来る。

又従来の円錐形内壁を併用した構造にする場合更にその
性能を向上させることが出来る。従来の円錐形内壁を有
する回転式ヒートパイプと同様にトップヒート状態で使
用しても光分な能力を発揮出来る。第２図実施例の如（
平石円筒形内壁であっても良いから円錐形内壁の場合の
如（、放熱部の熱応答性を悪化せしめたり熱抵抗を増加
せしめたり、吸熱部の機械的強度を弱めたりする恐わが
ない。

次に本発明に係る回転式ヒートパイプの製造方法につい
て述べる。ヒートパイプコンテナ内壁に扇形の末広がり
状グループ群を形成することは工作上至難の業である。

然しコンテナ内壁内に一定の溝巾な有するグループ群を
設けることは従来技術から極めて容易である。この様な
コンテナを一端から他端に至る間一定の直径増加率で拡
管せしめることが可能であるならば溝巾は一定の比率で
増大することになり、１％形ダグループが得られる等で
ある。しかもこの拡管に際して溝山は強度が大であるの
で拡巾されることなく、溝巾は溝山の拡申分も余分に拡
巾されることになり、従って冥際の溝巾の拡巾率はコン
テナ直径の拡管比率に倍する率となり、！！４形グルー
プの末広がり率に充分に大きなものとなる。

本発明に係る回転式ヒートパイプの製造方法はこの樺な
基本的な考え方に基づくもので、第７図。

第８図、第９図、及び第１０図はこの考え刀を応用した
製造方法の一例について説明するものである。本発明の
製造方法は４項目にわたる必須条件の総べてを備えてい
る必要があり以Ｔ−１１１を追って説明する。製造方法
の概略について先ず述べると。

ヒートパイプのコンテナを二重構造とするものとし、該
二重管は先ず外管に強靭な材料を用い、その中空孔内壁
に、内管の拡管用金型の役目を与えて、展延性に富む比
較的軟質の金属材料からなる内管を、外管の中空孔内で
膨張拡管せしめ、外管の中空孔内壁に沿って永久変形せ
しめ更に両者を圧接せしめて二重管構造とするものであ
る。

この際拡管前の内管の外周直径と外管の中空孔内壁直径
との間に予じめ相対的差異を設けておき、この差異をコ
ンテナの所定の位置から他の所定の位置の範囲内に於い
て一定の比率で増大する様股定して、上述の拡管な実施
すれば、内管はその比率で拡管挿着されることになる。

従って拡管前の内管に並列グループ群が設けてあわば拡
管と共にグループの溝巾も拡巾され扇形グループを得る
ことが出来る。コンテナが複合管構造であることが本発
明製造方法の第１の必須条件である。拡管挿着を実施す
る前に内管内壁に並列グループ群が設けであることがｔ
Ｉｓ２の必須条件である。又外管の内Ｉ！直径と内管の
外周直径の相対的差異が一定比率で変化する様に予じめ
製作されであることが第３の必須条件であり、更に挿着
は常に内管を拡管させて実施することが第４の必須条件
となる。

第７図は拡管挿ｍ以前の内管の断面図である。

内管は銅、アルミ等の展延性に富む金属からなっている
０史番こ拡管を容易にする為には内管は焼鈍軟化処理が
ほどこされであることが望ましい。１はコンテナで拡管
を容易にする為通常のヒー）／ｆイブに比べて極めて薄
い肉厚にしである。′５１．複合２重管構造であるから
内管コンテナは薄肉にする　−刀がヒートパイプ全体の
熱移送能力を向上させる為には望−ましいものである。

４はグループの＃ｌ４ＬＩＪである。本発明のヒートパ
イプは前に述べた様にグループ内の液面の高さの差をも
利用するのであるから溝山の高さは通常のグループ型ヒ
ートパイプより高くしておくことが望ましい。又拡管に
際して溝山の巾は拡管されないから拡管を容易にする為
には溝山の巾は小さいことが望ましいつ５はグループの
溝底である。完成後のヒートパイプ作動時には溝底に於
いて作動液が遠ＩＯ力に依る平滑化作用で拡延、移動を
するのであるから出来る友は平滑に製作されであること
が望ましい。

第８図は拡管準備の為に内管で形成したヒートパイプを
外管の中空孔内に挿入した状態を示す。

１は内管で形成したヒートパイプである。６は外管、７
は外管の中空孔内壁と内管外周との間隙である。本実施
例では関ｍｙは熱移送部Ｂの間で放熱部ムがら吸熱部Ｏ
側に向って次第に増加する様になっている。！！Ｉｓ８
図では内管はその両端を刺止し、高真空状態に減圧した
状態で作動液を注入してあり、即ちヒートパイプとして
構成しである。

このヒートパイプとしての構成は必ずしも挿入前の工程
で実施する８襞はなく拡管工程の後ｔこコンテナを儂金
管構造に形成した後に実施しても良い。

本実施例では拡管手段としてヒートパイプ作動液の内圧
を利用する手段を用いる為、挿入前にヒートパイプとし
て構成したものである。

第９図は内管であるヒートパイプを拡管せしめて、外管
の内壁に沿って圧接一体化せしめた状態を示す。拡管４
段として本実施例では内管を外管内に挿入したｔＩＡ８
図の状態で全体を高温度に加熱し１作動液の蒸気圧を高
圧化せしめ、これに依りコンテナを拡管せしめる方法を
採用した。作動液が純水である場合、−例として３００
℃に加熱すると内圧は１００Ｋｊ’／Ｃ！Ｉ！になり、
この圧力は厚さ０５Ｕの銅コンテナを外管内壁の形状に
沿って拡管セしめ更に圧接一体化せしめるに光分な圧力
である。

第９図には示していないがこの拡管の実際に当っては内
管ヒートパイプの長さ方向膨張を阻止する手段を外管両
趨屹設けて実施する力が圧接をより確実にすることが出
来る。この拡管工程では、内管としてはヒートパイプと
して構成する前の状態のコンテナのみを挿入し、他の各
種方法を用いて拡管セしめ汁接一体化させ１金管コンテ
ナとして形成したる後の工程でヒートパイブイヒせしめ
ても良い。

＃１１０図はＷ４９、図のＹ−Ｙ’断面図で外管に対す
る内管の圧接挿着状態を示しである。又溝巾５が拡巾さ
れた状態を第７図断面図と比較することでわかる様にな
っている。この様にして内管コンテナを拡管セしめた場
合、コンテナ内壁のグループ群の総べてのグループが扇
形グループとイヒして了うもので、従来力ρ工方法では
極めて困鼎であった扇形グループ群の成形が極めて容易
に実施出来たことになる。１１！８図及び＃１９図では
熱移送部Ｂの範囲内に扇形グループを設けである例を示
したが。

その範囲は自由であり、関１！１７の設定次第である。

崩形グループ群の形成位置としては、ヒートパイプの全
長に設ける場合、熱送部及び吸熱部にわたって設ける場
合もある。

１７図〜＃１１０図に説明した実施例では熱移送部Ｂに
於いて円錐状中空孔を有するコンテナになって居り、従
って従来のウィックレス回転式ヒートパイプと本発明の
扇形グループ群を有する回転式ヒートパイプとの組合わ
せとも云うことが出来る。

従ってこの様にして製造した回転式ヒートパイプは両者
の相剰的作用効果を発揮して極めて秀れた熱移送能力を
有するものとなる。

第１１図は上述の〜合力法を史に簡略化した鰭明図であ
る。即ち甚列グループ群を内壁に設けた平行円筒状コン
テナを円錐形状の外管内壁に挿入拡管して実施すること
を示しである。この製造方法に依る場合は放熱部の肉ｊ
ｉｌ大に依る欠点や吸熱部の肉厚過小に依る欠点等が問
題ｌこなる恐れがあるこさは前に述べた通りである。こ
の点を改善された回転式ヒートパイプを製造する必要が
ある場合は＄１２図の略図に示した如き製造方法を採用
すれば良い。即ち外管６の中空孔内壁は図の如く平行円
筒形に形成し、逆に内管１を予じめ外周及び内壁共に円
錐形に形成して実施する。第１２図の場合も第１１図の
場合と同様、外管中空孔の内径と内管の外径との相対的
差異が、放熱部側から吸熱部側に至るに従がって次第に
大さくしであるもので、この点では銅１１図もｗ４１２
図も共通の法則に従がっている。第１２図の如く挿入さ
れた時点では内管内壁には既に並列グループ群が設けで
ある。各グループの溝巾は全長門こわたり同−巾に設け
である。溝山の高さは全長にわたり同一でも良く、放熱
部から吸熱部に至るに従って次第に低くなって居ても良
い。溝山の巾は内管内壁が円錐形であるから放熱部から
吸熱部に至るに従がって細く形成する必要がある。この
溝巾と溝山の巾の関係は９２図〜第５図に示されである
。１１２図の挿入状態で内管を外管内壁に沿って拡管せ
しめ内管外局面を外管内壁面に汁接一体化せしめること
に依り第２図例示の如き本発明回転式ヒートパイプが得
られるものである。以上の如く４埴目の必須条件を満足
せしめる本発明製造方法に依わば本発明に係る扇形グル
ープ群を有する回転式ヒートパイプを容易に製造するこ
とが出来る。本発明に係る回転式ヒートパイプ製造方法
に於ける拡管方法は必ずしもヒートパイプ内作動液蒸気
の高温高庄化に依ることに限定するものではない。高圧
液体注入法その他任意の拡管手段に依っても実施するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

１１図は円錐形中空孔を有する従来の回転式ヒートパイ
プの縦断面図、第２図は本発明に係る回転式ヒートパイ
プの構造の一例を示す縦断面図。 ｆｓ３図及び第４図は夫々第２図（７）　Ｘ　−Ｘ’　
、　Ｙ　−Ｙ’。 断面図、第５図及び第６図は本発明に係る回転式ヒート
パイプの作動原理を示す欽明図、第７図。 第８図、第９図及び第１０図は本発明回転式ヒートパイ
プの構造の他の一例を示すと共にその製造方法を説明す
る欽明図、第１１図及び第１２図は夫々外管中に於ける
内管拡管の一例を示す貌明図である。 Ａ・・ヒートパイプの放熱部、Ｂ・・・ヒートパイプの
熱移送部、Ｃ・・・ヒートパイプの吸熱部、ｏ−ｏ’・
・・回転式ヒートパイプの回転軸、１・・ヒートパイプ
又はそのコンテナ、２・・・コンテナ内壁面、３・・・
″作動液の流れ、４・・グループの溝山、５・・・グル
ープの溝又は溝巾、６・・沙合管コンテナの外管、７・
・外骨内壁と自営外周との間隙。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　コンテナ内壁に多数の並列グループを形成し
   て還流作動液の流路としであるグループ型の回転式ヒー
   トパイプであって、その放熱側端末から吸熱側端末に至
   る間の所定の範囲に於いて。 各グループの溝幅が次第に広くなる様にグループ群を形
   成しであることを特徴とする回転式ヒートパイプ
2. （２）　　コンテナ内壁に多数の並列グループを形成し
   て還流作動液の流路としであるグループ型の回転式ヒー
   トパイプであって、その放熱側端末から吸熱側肩末に至
   る間のＪｖｉ定の範囲に於いて。 名グループの溝幅が次第に広くなる様にグループ群を形
   成する製造方法であって、ヒートパイプの製造工程の中
   に１次の（イ）、（ロ）、（ハ）、に）の４項目に２載
   する事項の総べてを必須条件として含むことを特徴とす
   る回転式ヒートパイプの製造方法。 （イ）　ヒートパイプのコンテナは複合管構造のコンテ
   ナとして構成するものとし１機械的強度を保証し、且つ
   熱伝導性の良好な材料からなる外管の中に、展延性に富
   む金属材料からなる内管な挿着し、相互に接着一体化せ
   しめて製造すること。 （ロ）＠項６己載の挿着工程な′９ｉ！施する以前に内
   管の内壁には並列グループ群が形成されであるものとし
   、該グループ群の各グループの溝幅はその全長にわたり
   一定幅であること。 （ハ）　コンテナの外管と内管の夫々の製布工程に於い
   て外管の内壁直径と内管の外周直径の間には所定の差異
   を設定して製作するものとし、放熱側端末から吸熱側端
   末に至る間の所定の範囲の間に於いて両者の間の相対的
   直径差異が次第に大さくなる様に製作すること。 に）内外管を相互に挿着一体化せしめて複合管コンテナ
   とする工程に於ける挿着方法は、内管な外管の内壁に沿
   って拡管セしめて、内管外周を外管内壁に圧接せしめる
   方法に依るものであること。