JPS5935785A - ヒ−トパイプ - Google Patents

ヒ−トパイプ

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Publication number
JPS5935785A
JPS5935785A JP57145243A JP14524382A JPS5935785A JP S5935785 A JPS5935785 A JP S5935785A JP 57145243 A JP57145243 A JP 57145243A JP 14524382 A JP14524382 A JP 14524382A JP S5935785 A JPS5935785 A JP S5935785A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wick
carbon fibers
heat pipe
carbon fiber
metal tube
Prior art date
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Pending
Application number
JP57145243A
Other languages
English (en)
Inventor
Masataka Mochizuki
正孝 望月
Michio Takaoka
道雄 高岡
Masashi Ida
井田 正士
Koichi Masuko
耕一 益子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP57145243A priority Critical patent/JPS5935785A/ja
Publication of JPS5935785A publication Critical patent/JPS5935785A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0241Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the tubes being flexible

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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)

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】 この発明はヒートパイプに関するものである。
周知のようにヒートパイプは、その一端部側の加熱部で
蒸発した作動流体が、他端部側の冷却部で凝縮液化し、
その結果生じた液相作動流体をウィックの毛細管作用に
よって加熱部に還流させるものであり、したがってウィ
ックの構造によって熱輸送能力に大きな差が生じ、高い
熱輸送能力を得るだめには、作動流体とのぬれ性が良く
、また高い毛細管圧力を生じるウィックを用いる必要が
ある。
ところで、従来、ウィックとして溝や金属メツシーある
いは多孔質焼結金属からなるものが知られているが、溝
や金属メツシュでは必ずしも高い毛細管圧力を得ること
ができず、長距離に亘って熱輸送を行なう場合や、上方
から下方に熱輸送を行なう所謂トップヒートモードの場
合には、液相作動流体を加熱部に還流させることができ
ず、充分熱輸送を行ない得ない場合があった。
また多孔質焼結金属からなるウィックでは、実効毛細管
半径が極めて小さいから、ある程度高い毛細管圧力を得
ることができるが、焼結金属は可撓性が全くないから、
ヒートパイプ自体に可撓性を付与することがでへない問
題があった。
他方、ウィック材としてガラス繊維やニッケル繊維ある
いは焼結鋼等が従来から知られているが、これらのうち
ガラス繊維やニッケル繊維では充分高い毛細管圧力を得
ることができず、これに対し焼結鋼が最も高い毛細管圧
力を生じるが、焼結銅では可撓性のあるヒートパイプ用
のウィックには不向きであり、これに加えその高い毛細
管圧力を生かし得る長尺の焼結鋼を製造することは極め
て困難であって、:LJ!実的には比較的短い焼結鋼を
継ぎたさざるを得す、結局その接合部が液相作動流体の
還流# l5L1害し、焼結銅をウィックとしだ長尺の
ヒートパイプを得られないのが実情である。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、熱輸送
能力に優れ、しかも可撓性を付与することのできるヒー
トパイプを提供することを目的とするものである。
すなわちこの発明は、多数本の極細炭素繊維からなるウ
ィックを、外装体をなす密閉金属管の内周面に添設し、
かつその炭素繊維を金属管の内周面に密着させるべくそ
の炭素繊維の内周側に押え具を配置したことを特徴とす
るものである。
ここで極細炭素繊維によってウィックを形成したのは、
以下に述べる理由からである。
まず第1に、炭素繊維によれば従来知られているウィッ
ク材よりも極めて高い毛細管圧力を得ることができるか
らでおる。これは、炭素繊維が極めて細く、実効毛細管
半径が小さくなり、これに加えぬれ性に優れているため
であシ、本発明者等の実験によっても、炭素繊維によシ
極めて高い毛細管圧力を生じさせ得ることが認められた
。第1図は本発明者等が行なった実験結果を示すグラフ
であって、第1図中曲線Aは直径5μmの多数本の炭素
繊維を束ねた場合の毛細管高さ、以下曲線Bは60〜8
0メソシユの活性アルミナ、曲線Cは60メツシュ程度
のシリカゲル、曲線りは長さが18σ程度の焼結金属を
継ぎだしたもの、曲線Eは金属網(300メツシユ)を
用いた場合の毛細管高さをそれぞれ示す。なお、この実
験では各試料を水の中に垂直に立てて行ない、試料内の
上昇水面の高さを毛細管高さとした。第1図に示す実験
結果から明らかなように、炭素繊維では最大100cI
rL以上の毛細管高さとなり、これに対し金属網や焼結
金属等の従来のウィック材では毛細管高さが最大でも4
0CrfL程度にしか到らず、炭素繊維が極めて優れて
いることが認められた。
またウィックを炭素繊維とした第2の理由は、極細炭素
繊維を束ねた場合、炭素繊維の相互の間隔すなわち液相
I−′Il′動流体の訛路が連続したものとなると同時
に、摩擦係数が小さいため、冷却部から加熱部に還流す
る液相作動流体の圧力損失が小さく、シたがって高い毛
細管圧力を得ることができることと相まって、液相作動
流体の還流性が良くなるからである。
なお、炭素繊維自体の直径によっては最大熱輸送量Qm
ax が変化するので、ここでウィックを形成すべき炭
素繊維素線の最も好ましい直径を求めてみると、最大熱
輸送量QmaXは、一般に次式で表わされる。
K:透過率、r;実効毛細管半径、A;ウィックの断面
積、ρ;液相作動流体の密度、g;重力加速度、b;ウ
ィックの全長、φ:接触角、01表面張力、λ;蒸発潜
熱、μ:粘性係数上記の式のうち(1(/r )の値が
ウィックに依存し、その値を炭素繊維束からなるウィッ
クについて測定値から求めると第2図に示すようになり
、したがってウィックとして用いる炭素繊維g+Hの直
径は、2ないし3μmから30μm程度であるととが好
ましい。
また炭素繊維は熱伝導率が小さ−ので、作動流体に対す
る全熱抵抗を小さくするだめに、炭素繊維からなるウィ
ックは1〜5醪程度、一般には2酬程度とすることが好
ましい。
さらに、ウィックを炭素繊維とした第3の理由は、炭素
繊維は弾性に富み、かつ線膨張率が小さいからである。
すなわち作動流体と外装体をなす金属管との熱伝達を良
好とするためには、ウィックを金属管の内周面に密着さ
せておくことが好ましく、シたがってヒートパイプを可
撓性のあるものとした場合、ウィックを炭素繊維で形成
すれば、そのヒートパイプを湾曲させた後、元の状態に
戻しても、ウィックが追従して曲がりかつ弾性で元の状
態に戻るので、ウィックと金属管との密着性を保持する
ことができ、また非作動時と作動時との温度差が大きい
場合であっても、線膨張率が小さいために、ウィックの
たるみが生ぜず、したがってウィックと金属・αとの密
着性を保つことができるのである。
その他、炭素繊維は耐熱強度が大きく、また耐食性に富
むから、作動温度の高いヒートパイプにもウィックとし
て使用でき、かつ作動流体の選択の余地が広く、さらに
炭素繊維は軽量で機械的強度が大きいから、炭素繊維に
てウィックを形成することにより、取扱いが容易でかつ
用途の広いヒートパイプを得ることができる。
なお、炭素繊維自体には、相互の結束力および外装体を
なす金属管に対する密着力がないので、何らかの手段に
よって多数本の炭素繊維を結束しかつ金属管に対し密着
させる必要があるが、そのために接着剤を用いるとすれ
ば、接着剤が炭素繊維相互の間隙すなわち液相作動流体
の流路を閉鎖してしまい、また接着剤が作動流体と金属
管との間の熱受授を阻害することになるので好ましくな
く、そこでこの発明では、金属管の内周面に配置した炭
素繊維の内周側に押え具を配置し、その押え具によって
炭素繊維を金属管の内周面に対して抑圧固定したのであ
る。
つぎにこの発明の実施例を第3図ないし第5図を参照し
て説明する。
第3図はこの発明の一実施例を示す略解部分断面図であ
り、第4図はその■−■線矢視断面図であって、符号1
は外装体をなす密閉金属管を示し、その金11の内周面
に、ウィックの作用をなす多数本の極細炭素繊維2が添
設され、その炭素繊維2を金属管1の内周面に密着固定
すべく炭素繊維2の内周側に押え具3が配置されている
前記金属管1は直管でもよいが、可撓性のあるものとす
る場合には、第3図に示すようにコルゲート管とするこ
とが好ましい。また前記炭素繊維2は直径が2〜30μ
m程度のもので、全体として厚さが1wm〜5IIII
++好ましくは2日程度であって、前記金属管1の軸線
方向に沿い、もしくは螺旋状等任意の方向に向けて配置
されている。なお、炭素繊維2は金属管1の内周面全体
に密着配置してもよいが、例えば第5図に示すように炭
素繊維束2aを金属αlの円周方向に一定間隔をおいて
配置してもよく、このようにすれば作動流体が金属1!
!1の内周面に対して直接接触する面積が広くなるので
、作動流体と金属管1との間の熱受授を効率良く行なわ
せることができる。
さらに、押え具3は鋼板等からなる帯状材3aを螺旋状
に形成したものであって、その帯状材3aがそれ自体の
弾性力で拡がるよう作用することにより、炭素繊維2を
金属管1に対し抑圧固定している。ここで、螺旋状をな
す押え具3の螺旋のピクチpは、帯状材3aの幅Wより
大きく設定されており、したがって押え具3が炭素繊維
2の全表面を覆っていないことにより、炭素繊維2から
の作動流体の蒸発および液化した作動流体の炭素繊維2
への侵入を容易ならしめるようになっている。なお、押
え具3としては高弾性の金属メツシュを用いることもで
き、金属メツシーを用いた場合も前記帯状材3aと同様
な効果を得ることができる。
第6図はこの発明に係るヒートパイプの性能を確認する
ために行なった実験結果を示すグラフである。この実験
では、被検体を上下方向に向けて配置し、上側を加熱部
としだ所謂トップヒートモードで熱を与え、その各部の
温度を測定した。
第6図中曲線Fは本発明品における温度分布を示し、以
下曲線Gはウィックを焼結金属と炭素繊維との混合体と
した比較例、曲線Hはウィックを吸着剤とした比較例、
曲線Iはウィックを焼結金属とした比較例、曲線Jはウ
ィックを300メツシーの金属網とした比較例における
温度分布をそれぞれ示す。
第6図に示す結果から明らかなように、この発明のヒー
トパイプでは、加熱部と冷却部との温度差が小さく、全
体として均温化するので、ヒートパイプとしての潰れた
性能を有するものであることが認められた。
以上の説明から明らかなようにこの発明によれば、多数
本の極細炭素繊維からなるウィックを、外装体をなす密
閉金属管の内周而に添設し、かつその炭素繊維を金嘆管
の内周而に密着させるべくその炭素繊維の内周…りに押
え具を配置したから、高い毛細管圧力を得ることができ
ると同時に、加熱;$に還流する液相作動流体の圧力損
失が小さく、換言すれば液相作動流体の還流性能が良い
ことに伴゛い、熱輸送能力の優れたヒートパイプを得る
ことができ、また炭素繊維が可撓性および弾性に恵むこ
とから、熱輸送能力を損わずに可撓性のあるヒートパイ
プを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は炭素繊維および比較例の毛細管高さを測定した
実験結果を示すグラフ、第2図は炭素・繊維素線の直径
と(V「)との関係を示すグラフ、第3図はこの発明の
一実施例を示す略解部分断面図、第4図は第3図のIV
−IV線矢視断面図、第5図はこの発明の他の実施例を
示す第4図同様の断面図、第6図はトップヒートモード
における本発明品と比較例とにおける均温特性を調べた
実験結果を示すグラフである。 1・・・金属管、2・・・炭素繊維、2a・・・炭素繊
維束、3・・・押え具、3a・・・帯状材。 出願人 藤倉電線株式会社 代理人 弁理士豊田武人 (ほか1名) 第1図 〜   (分) 第2図 LL瓜隨東郵4径 (、amll

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)多数本の極細炭素繊維からなるウィックを、外装
    体をなす密閉金属管の内周面に添設し、かつその炭素繊
    維を前記金属管の内周面に密着させるべく炭素繊維の内
    周側に押え具を配置したことを特徴とするヒートパイプ
    。 (2)前記金属管は、コルゲート管であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のヒートパイプ。 −(3)’  前記ウィックは、多数本の炭素繊維を撚
    り合わせた撚線を、所定間隔をあけて前記金属管の内周
    面に添設した構成であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載のヒートパイプ。 (4)  前記押え具は、螺旋状の帯状材からな)、か
    つその螺旋のピッチが帯状材の幅以上であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のヒートパイプ。 (5)  前記押え具は、高弾性の金属メツシュからな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のヒート
    パイプ。
JP57145243A 1982-08-20 1982-08-20 ヒ−トパイプ Pending JPS5935785A (ja)

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