JPS5945913B2 - heat pipe - Google Patents

heat pipe

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JPS5945913B2
JPS5945913B2 JP16259179A JP16259179A JPS5945913B2 JP S5945913 B2 JPS5945913 B2 JP S5945913B2 JP 16259179 A JP16259179 A JP 16259179A JP 16259179 A JP16259179 A JP 16259179A JP S5945913 B2 JPS5945913 B2 JP S5945913B2
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pipe
heat pipe
inner fin
heat
sealed
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泉 東
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Fuji Electric Co Ltd
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、作動液を封入した密閉パイプの一端部を加熱
部とし、他端部を冷却部としたヒートパイプ、たとえば
中心軸周りに回転して用いられるヒートパイプ(いわゆ
る回転形ヒートパイプ)とくに回転電機冷却用ヒートパ
イプに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a heat pipe in which one end of a sealed pipe sealed with a working fluid is used as a heating part and the other end is used as a cooling part, for example, a heat pipe that is used by rotating around a central axis ( In particular, it relates to heat pipes for cooling rotating electric machines (so-called rotary heat pipes).

この種の従来のヒートパイプは第1図ないし第2図に示
すように構成されている。
This type of conventional heat pipe is constructed as shown in FIGS. 1 and 2.

第1図は内径の一様なヒートパイプであり、第2図は冷
却部の内径が加熱部の方向に向って拡大するようなテー
パをもって構成されたテーパ管ヒートパイプである。
FIG. 1 shows a heat pipe with a uniform inner diameter, and FIG. 2 shows a tapered tube heat pipe in which the inner diameter of the cooling section is tapered such that it expands in the direction of the heating section.

両図において、1は両端を封止したパイプ、2はその内
部に封入された適量の作動液である。
In both figures, 1 is a pipe whose both ends are sealed, and 2 is an appropriate amount of hydraulic fluid sealed inside the pipe.

パイプ1内は作動液2とその飽和蒸気で満たされている
The inside of the pipe 1 is filled with a working fluid 2 and its saturated steam.

パイプ1の一端部は力ロ熱部3として機能し、この力日
熱部3に熱がカロえられると、そこにある作動液は蒸発
し、パイプ1の他端部に構成される冷却部4との間に圧
力差を生ずるので、蒸気は冷却部4に高速で移動する。
One end of the pipe 1 functions as a power heating section 3, and when heat is generated in this power heating section 3, the working fluid there evaporates, and the cooling section constructed at the other end of the pipe 1 is heated. 4, the steam moves at high speed to the cooling section 4.

冷却部4に移動した蒸気はそこの内壁で凝縮し、そこで
蒸発潜熱を放出する。
The steam that has moved to the cooling section 4 condenses on its inner wall, where it releases latent heat of vaporization.

このように熱は作動液の蒸発、移動および凝縮によって
加熱部3から冷却部4に潜熱として伝えられるので、通
常の固体熱伝導とは異なり、大きな熱流束が得られる。
In this way, heat is transferred from the heating section 3 to the cooling section 4 as latent heat through evaporation, movement, and condensation of the working fluid, so that unlike normal solid heat conduction, a large heat flux is obtained.

冷却部4で凝縮した作動液2は、第1図のヒートパイプ
では回転時の遠心力による平滑作用(横型の場合)また
は重力により、また第2図のヒートパイプでは遠心力に
よって、それぞれ力ロ熱部3に戻され、さらに蒸発・凝
縮を繰返し、循環閉回路を作って循環する。
The working fluid 2 condensed in the cooling section 4 is subjected to a force loss by the smoothing effect of centrifugal force during rotation (in the case of a horizontal type) or gravity in the heat pipe shown in Fig. 1, and by centrifugal force in the heat pipe shown in Fig. 2. It is returned to the heating section 3, where it repeats evaporation and condensation, creating a closed circulation circuit.

このようなヒートパイプにおいてはこれを回転させると
作動液が遠心力によりパイプ1の内壁に厚く張り付けて
成る液層を介して加熱部3での蒸発ないし冷却部4での
凝縮が行なわれることになるため、加熱部3ないし冷却
部4の熱抵抗が増大し、熱伝達率の低下を来たすことに
なる。
In such a heat pipe, when the heat pipe is rotated, the working fluid is evaporated in the heating section 3 or condensed in the cooling section 4 via a liquid layer thickly stuck to the inner wall of the pipe 1 due to centrifugal force. Therefore, the thermal resistance of the heating section 3 or the cooling section 4 increases, resulting in a decrease in the heat transfer coefficient.

一般に熱伝達率は、液層が厚くなる程、また熱流束が大
きくなる程、小さくなり、加熱部3さ冷却部4との間の
温度差も増大する。
Generally, the thicker the liquid layer and the larger the heat flux, the smaller the heat transfer coefficient becomes, and the temperature difference between the heating section 3 and the cooling section 4 also increases.

このような条件のもとて所定の熱伝達性能を得ようとす
れは、より大型で重量のあるヒートパイプを必要とする
ことになる。
In order to obtain a predetermined heat transfer performance under such conditions, a larger and heavier heat pipe is required.

本発明の目的は、このような欠点の無い、熱伝達性Nヒ
がよくて小型軽量に安価に製作し得る冒頭に述べた型の
ヒートパイプを提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a heat pipe of the type mentioned at the beginning, which does not have these drawbacks, has good heat transfer properties, is small, lightweight, and can be manufactured at low cost.

この目的を達成するために、本発明は、密閉パイプの冷
却部の内部に、横断面が歯車形状をしたインナーフィン
を密閉パイプに対して同心的に熱伝導性の良好な状態で
挿入したことを特徴とするものである。
In order to achieve this object, the present invention includes inserting an inner fin having a gear-shaped cross section into the cooling part of the sealed pipe concentrically with the sealed pipe in a state of good thermal conductivity. It is characterized by:

この構成により凝縮部の有効面積が増すとともに、液層
厚さが薄くなって熱伝達率が大きくなり、それにより熱
伝達性能の向−Lが達成されるのである。
With this configuration, the effective area of the condensing section increases, the liquid layer thickness becomes thinner, and the heat transfer coefficient increases, thereby achieving the improvement in heat transfer performance.

以下、本発明によるインナーフィンを一例として冷却部
にのみ設ける場合の実施例について図面を参照しながら
詳細に説明する。
Hereinafter, an embodiment in which the inner fin according to the present invention is provided only in the cooling section will be described in detail with reference to the drawings.

第3図は本発明の一実施例を示すものである。FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.

このヒートパイプの基本構造は既に述べた従来のものと
同一であり、密閉パイプ1の中に適量の作動液2を封入
して成るものであり、パイプ1内は作動液2とその飽和
蒸気で満たされている。
The basic structure of this heat pipe is the same as the conventional one already described, and consists of a sealed pipe 1 with an appropriate amount of working fluid 2 sealed inside the pipe 1. be satisfied.

そして一方の端部は加熱部3として機能し、他方の端部
は冷却部4として機能する。
One end functions as a heating section 3, and the other end functions as a cooling section 4.

このような基本構造を持つヒートパイプの冷却部4内に
は、本発明により、横断面が歯車形状をしたインナーフ
ィン5がパイプ1に対して同心的にかつ熱伝導性の良好
な状態で、たとえば焼ばめや圧入などの手段により挿入
配設されている。
In the cooling section 4 of the heat pipe having such a basic structure, according to the present invention, an inner fin 5 having a gear-shaped cross section is provided concentrically with respect to the pipe 1 and in a state of good thermal conductivity. For example, it is inserted and arranged by means such as shrink fitting or press fitting.

そして、パイプ1の両端部に端板または軸端を溶接やロ
ー付けなどにより気密接合されている。
Then, end plates or shaft ends are hermetically joined to both ends of the pipe 1 by welding, brazing, or the like.

インナーフィン5の横断面形状例を第4〜6図に示す。Examples of the cross-sectional shape of the inner fin 5 are shown in FIGS. 4-6.

第4図のインナーフィン51および第5図のインナーフ
ィン52は本発明において外歯歯車形と総称するもので
、インナーフィン自体、その中心部に共通の連結部があ
って、ここから放射方向に南部と総称される部分が拡が
っている型のものである。
The inner fin 51 in FIG. 4 and the inner fin 52 in FIG. It is of a type in which the part collectively known as the southern part is expanding.

第4図のインナーフィン51は個々の南部が平板状に形
成され、第5図のインナーフィン52は歯部の相互間に
形成される空間が平行スリット形となるように構成され
ている。
The inner fin 51 shown in FIG. 4 has a flat plate shape at its southern part, and the inner fin 52 shown in FIG. 5 has a parallel slit-shaped space formed between the teeth.

第6図のインナーフィン53は本発明において内歯歯車
形と称されるものであって、共通の連結部が外周側にあ
り、ここから放射方向内側に向って歯部が突出しており
、中心部は空間として形成されているものである。
The inner fin 53 shown in FIG. 6 is referred to as an internal gear type in the present invention, and a common connecting portion is located on the outer circumferential side, from which toothed portions protrude radially inward. The part is formed as a space.

インナーフィン5を設けることにより冷却部4の熱伝達
有効面積が増大する。
By providing the inner fins 5, the effective heat transfer area of the cooling section 4 is increased.

たとえば、第5図のインナーフィン52の場合、冷却部
4の凝縮部有効面積を、従来の内径が一様なヒートパイ
プのインナーフィン無しのものに対し、2.7倍(幾何
的には3倍)に増大させた結果、凝縮部での液層厚さが
約1/2.7に低下した(熱流束が小さくなった)こと
により、凝縮熱伝達率が約1.5倍に増大した。
For example, in the case of the inner fin 52 shown in FIG. 5, the effective area of the condensing part of the cooling part 4 is 2.7 times (geometrically, 3 As a result, the liquid layer thickness in the condensing section decreased to about 1/2.7 (the heat flux became smaller), and the condensing heat transfer coefficient increased by about 1.5 times. .

その結果、見かけの凝縮熱伝達率を2.7XI、5と、
4倍に向上させることができた。
As a result, the apparent condensation heat transfer coefficient is 2.7XI,5.
We were able to improve this by 4 times.

横断面が歯車形状をしたインナーフィン5を挿入配設し
たピー1−パイプに軸回転の遠心力が作用すると、イン
ナーフィン5の中心部から徐々に径の大きい側へと作動
液が流れ、液層も徐々に厚くなり、最外径側に液が集ま
る。
When centrifugal force due to shaft rotation acts on the P1-pipe into which inner fins 5 having a gear-shaped cross section are inserted, the working fluid gradually flows from the center of the inner fins 5 to the side with a larger diameter, causing the fluid to flow. The layer also gradually becomes thicker, and the liquid collects on the outermost diameter side.

この集まった液は遠心力による平滑作用により力ロ熱部
3へ戻される。
This collected liquid is returned to the heating section 3 by the smoothing action of centrifugal force.

その場合、インナーフィン5により、凝縮面積の増大以
外にインナーフィン表向部での液層を薄くし、熱伝達性
能を高めることができる。
In this case, the inner fins 5 can not only increase the condensation area but also thin the liquid layer on the surface of the inner fins, thereby improving heat transfer performance.

インナーフィン5の材質は熱膨張率さの関係でパイプ1
と同じ材質であることが望ましい。
The material of the inner fin 5 is determined by the coefficient of thermal expansion of the pipe 1.
It is desirable that the material be the same as that of the material.

しかしながら、材質が異なり、たとえばパイプ1の材料
に対しインナーフィン5の材料の熱膨張率の方が大きい
場合は、第7図または第8図に示すようにそれぞれイン
ナーフィン54.!155に対し軸方向に数量以下の幅
Wのスリット64,65を設ケることにより成る程度の
熱膨張は逃すことができる。
However, if the materials are different, for example, if the material of the inner fin 5 has a larger coefficient of thermal expansion than the material of the pipe 1, the inner fin 54. ! By providing slits 64 and 65 in the axial direction with respect to 155 with a width W equal to or less than the number of slits 64 and 65, thermal expansion to the extent possible can be released.

第4図の実施例においては一体のインナーフィン5を示
したが、これは第6図に示すように軸方向に複数個に分
割し、それらを相互間に間隙を設けてパイプ1内に挿入
してもよい。
Although the embodiment shown in FIG. 4 shows the integral inner fin 5, this is divided into a plurality of pieces in the axial direction as shown in FIG. You may.

これによっても第4図のものと同等の効果を達成するこ
とができる。
This also makes it possible to achieve the same effect as that shown in FIG.

以上の実施例では軸回転による遠心力を利用し/と回転
型ヒートパイプについて説明したが、本発明は重力を利
用して液を冷却部から加熱部へ戻す重力型ヒートパイプ
にも適用できる。
In the above embodiments, a rotary type heat pipe that utilizes centrifugal force due to shaft rotation has been described, but the present invention can also be applied to a gravity type heat pipe that uses gravity to return liquid from a cooling section to a heating section.

以上述べたよ・うに本発明によれば、密閉パイプの冷却
部の内部に、横断面が歯車形状をしたインナーフィンを
密閉パイプに対して同心的に熱伝4性の良好な状態で挿
入することにより、蒸発ないし凝縮の有効面積を大幅に
増大させることができるほか、泥層厚さを薄くすること
ができ、特に遠心力が作用したとき、インナーフィン表
向が厚い液層で被われることがなくなるため、熱伝達率
の向」−1すなわち熱伝達性能の向上が達成でき、ヒー
トパイプの小型軽量化すなわち、たとえばヒートパイプ
の冷却部寸法の縮少化を達成できる効果がある。
As described above, according to the present invention, an inner fin having a gear-shaped cross section is inserted concentrically with respect to the sealed pipe in a state with good heat transfer properties inside the cooling part of the sealed pipe. This not only greatly increases the effective area for evaporation or condensation, but also reduces the thickness of the mud layer, which prevents the surface of the inner fin from being covered with a thick layer of liquid, especially when centrifugal force is applied. Therefore, the heat transfer coefficient can be improved by 1, that is, the heat transfer performance can be improved, and there is an effect that the size and weight of the heat pipe can be reduced, that is, the size of the cooling part of the heat pipe can be reduced, for example.

さらに、特に密閉パイプの内径が一様なものを用いる場
合には、インナーフィンは数mM以下の厚さの板材を用
いてプレスカロエにより容易に製作でき、その材料とし
てアルミニウム材を使用する場合にはインナーフィンを
押出し成形で容易に製作できる。
Furthermore, especially when using a sealed pipe with a uniform inner diameter, the inner fin can be easily manufactured by press caroe using a plate material with a thickness of several millimeters or less, and when using an aluminum material as the material, Inner fins can be easily manufactured by extrusion molding.

また熱負荷に応じて加熱部ないし冷却部の軸方向長さお
よびインナーフィンの軸方向長さも自由に伸縮できる。
Further, the axial length of the heating section or the cooling section and the axial length of the inner fin can be freely expanded or contracted depending on the heat load.

これらにより、本発明によれは、熱伝達性能の大きいヒ
ートパイプを安価に製作することができる。
As a result, according to the present invention, a heat pipe with high heat transfer performance can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図はそれぞれ従来のヒートパイプの縦
断面図、第3図は本発明によるヒートパイプの一実施例
を示す縦断面図、第4図、第5図および第6図は第5図
におけるインナーフィンの横断面形状の異なる実施例を
示す断面図、第7図および第8図はインナーフィンに熱
膨張対策用スリットを設けた異なる実施例を示す横断面
図、第9図は第3図の実施例に対する本発明の他の実施
例を示す縦断面図である。 1・・・・・・密閉パイプ、2・・・・・・作動液、3
・・・・・・加熱部、4・・・・・・冷却部、5,51
〜55・・・・・・インナーフィン。
1 and 2 are longitudinal sectional views of a conventional heat pipe, FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a heat pipe according to the present invention, and FIGS. 4, 5, and 6 are longitudinal sectional views of a conventional heat pipe. Fig. 5 is a cross-sectional view showing different embodiments of the inner fin with different cross-sectional shapes, Figs. 7 and 8 are cross-sectional views showing different embodiments in which the inner fin is provided with slits for thermal expansion countermeasures, and Fig. 9 is a cross-sectional view showing different embodiments in which the inner fin has a slit for preventing thermal expansion. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention compared to the embodiment of FIG. 3; 1... Sealed pipe, 2... Working fluid, 3
... Heating section, 4... Cooling section, 5, 51
~55...Inner fin.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 作動液を封入した密閉パイプの一端部を加熱部とし
、かつ他端部を冷却部としたヒートパイプにおいて、前
記密閉パイプの冷却部の内部に横断面が歯車形状をした
インナーフィンを密閉パイプに対して同心的に熱伝導性
の良好な状態で挿入したことを特徴とするビー1〜パイ
プ。 2、特許請求の範囲第1項記載のヒートパイプにおいて
、インナーフィンが軸方向に複数個に分割されてなるこ
とを特徴とするヒートパイプ。 3!O¥f許請求の範囲第1項または第2項記載のヒー
トパイプにおいて、前記インナーフィンが外歯歯車形に
構成されてなることを特徴とするヒートパイプ。 4 %許請求の範囲第1項または第2項記載のヒートパ
イプにおいて、前記インナーフィンが内歯歯車形に構成
されてなることを特徴とするヒートパイプ。 5 %許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかの項
に記載のヒートパイプにおいて、前記インナーフィンは
軸方向に沿って半径方向に形成されたスリットを有する
ことを特徴とするヒートパイプ。
[Scope of Claims] 1. A heat pipe in which one end of a sealed pipe containing a working fluid is used as a heating part and the other end is used as a cooling part, in which a cross section of the cooling part of the sealed pipe has a gear shape. A B1-pipe characterized in that a sealed inner fin is inserted concentrically into a sealed pipe in a state of good thermal conductivity. 2. The heat pipe according to claim 1, wherein the inner fin is divided into a plurality of pieces in the axial direction. 3! The heat pipe according to claim 1 or 2, wherein the inner fin is configured in the shape of an external gear. 4% Allowance The heat pipe according to claim 1 or 2, wherein the inner fin is configured in the shape of an internal gear. 5% allowance The heat pipe according to any one of claims 1 to 4, wherein the inner fin has a slit formed in a radial direction along an axial direction. .
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JP7103007B2 (en) * 2018-07-18 2022-07-20 株式会社デンソー Thermosiphon heat exchanger
JP2020180728A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社デンソー Equipment temperature adjustment device

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