JPH02192595A - Ｅｈｄヒートパイプ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は熱交換器やケーブルの冷却などに用いられるＥ
ＨＤヒートバイブの長寿命化や熱輸送量の増大などに関
するものである。

（従来技術） 熱交換器や排熱回収、蓄熱装置における熱輸送、或いは
電子機器やケーブルの冷却などに従来使用されているヒ
ートパイプは、内面に同心円状の毛細管質をライニング
し、内部真空中に作動液体を入れた金属封管とよりなる
。そしてその一端を加熱し他端を冷却することにより、
封入作動液体を蒸発させて輸送すべき熱を吸収し、この
蒸気を他面において凝縮させることにより吸収熱を放出
させて熱輸送を行い、またこれと同時に作動液体の低温
部から高温部への還流を毛細管現象を利用して行うよう
にして、全く動力を使用することなく大量の熱輸送を行
わんとするものである。

ところでこの場合単位時間当たりの熱輸送量および輸送
速度は、作動液体の性質と還流速度によってほぼ定まる
が、前記のように毛細管現象を作動液体の還流に使用す
る方法では自らなる限度がある。

そこで作動液体の還流に電気力を利用した所謂ＥＨＤヒ
ートパイプ（Ｅ　ＨＤ　　Ｈｅａｔ　ｐｉｐｅ）が提案
され注目を集めている。このヒートパイプは第１図に示
す断面図のように、金属封管（１）の内部に封管（１）
と同心円状かつ適当な間隔を隔てて複数個の電極（２）
、例えば４個のリボン状電極を等間隔で設けると共に、
電気伝導性の低い作動液体（３）例えばフロンを封入し
たものである。そして各リボン状電極（２）と金属封管
（１）との間に直流電圧Ｅを印加（図では３個の電極へ
の電圧印加の図示を省略している）することにより、以
下のように動作して熱輸送を行う。

リボン状電極（２）に直流電圧を印加すると、作動液体
（３）は第１図のように直流電圧にもとづく電界による
電気力により、各電極（２）とこれと対向する金属封管
（１）の内面間に集められる。そして作動液体（３）が
電極（２）（１）間を橋絡すると液面（３ａ）には外向
きの引出し電気力が作用する。そこで金属封管（１）の
一端を第２図（ａ）横断面図のように加熱Ｈし他端を第
２図（ｂ）のように冷却Ｃすると、蒸発部と凝縮部との
間で第２図（ａ）とΦ）図のように液面（３ａ）の形状
が変化し、蒸発部の液面に働く両外向きの引出し力Ｔ　
ｅｖａＯ方が凝縮部の外向き引出し力Ｔｃｏｎより強ま
る（　Ｔ　ｏｖａ　＞　Ｔ　ｃｏｎ）、このため金属封
管（１）の軸方向に作動液体の移動を生じて還流が行わ
れて熱の輸送が行われる。

（解決すべき問題点） 以上のようにＥＨＤヒートパイプは電気力を利用して作
動液体を強制的に還流させるため、従来の毛細管方式に
比べて熱輸送量を大きくできる。

しかしその反面このＥＨＤヒートバイブでは、■作動液
体の電気伝導度が高いともれ電流による電力損失が増大
し、劣化が著しくなるため、使用できる作動液体は電気
伝導度の低いものに限られる。

■電気伝導度の低い作動液体は熱伝導度の低いものが多
く、熱伝達効果が劣る。■作動液体の劣化と放電の発生
を防ぎ得ないため長期の使用に耐えない。■ドライアウ
ト即ち作動液体の還流の途切れを生じ易いため、安定な
熱輸送の阻害を生じ易い、などの解決されなければなら
ない各種の問題点をもつ。

（発明の目的） 本発明は長寿命化とドライアウトの発生防止と併せて、
従来のヒートパイプより熱輸送量が遥かに大きく、しか
も少ない温度差のもとに効率的な熱輸送が可能なＥＨＤ
ヒートバイブの提供を目的としてなされたものである。

（問題点を解決すべき本発明の手段） 本発明は前記第１図で説明した電極とこれと対向する管
内面を絶縁被膜により被覆することを特徴とするもので
ある。そしてこれにより電極（２）と管（１）との間に
流れる電流を抑止できるようにして、作動液体（３）の
劣化と放電の発生の阻止を図りうるようにすると同時に
、従来使用が考えられているフロンのような電気伝導度
の低い作動液体のみでなく電気伝導度の高い作動液体も
使用しうるようにしたものである。これにより、水のよ
うに熱伝達特性の優れた作動液体が使用でき、従来のも
のより遥かに大きい量の熱輸送を可能とする長寿命のＥ
ＨＤヒートパイプの実現を図った。次に実施例により本
発明を説明する。

（実施例） 第３図は本発明の一実施例を示す横断面図、第４図（ａ
）（ｂ）は本発明による還流作用を説明するために第３
図の一点鎖線の部分でみた縦断面図（第１図と同一符号
は同等部分を示す）である。第３図において（１）は金
属封管、（２）は電極、（３）は作動液体であって、本
発明においては、電極（２）の全面と電極（２）と対向
する金属封管（１）の内面とを絶縁被膜（４）例えばポ
リエチレン膜により被覆したものであって、このように
構成した本発明ＥＨＤヒートバイブは次のようにして熱
輸送を行う。電極（２）に従来と同様に直流電圧Ｅを印
加すると、第４図（ａ）に点線で示すような電界（５）
を生じ、これにより作動液体（３）の表面と垂直な方向
に図中に実線で示す電気力（６）を発生する。このため
当初電極間の一部にあった作動液体（３）は、第４図（
ｂ）のように電極（２）　（１）間を橋絡する。しかし
橋絡した部分では液体（３）内の電界は微弱であって力
は働かないが、電極間に作動液体（３）のない部分があ
ると、第４図（ｂ）中に実線で示すように作動液体（３
）の無い部分の方向に向けて引出し電気力（７）を発生
して作動液体（３）を金属封管（１）の軸方向に移動さ
せ、凝縮部から蒸発部への還流を生じさせて熱輸送が行
われる。

（発明の効果） 従来のＥＨＤヒートパイプでは作動液体（３）の劣化防
止と電極（２）と管（１）間のもれ電流による損失の抑
制の面から、作動液体（３）として電気伝導度の低いフ
ロンなどの使用が考えられているが、本発明のように電
極（２）とこれに対向する管（１）の内面に絶縁被膜（
４）を設ければ、作動液体の電気伝導度に考慮を及ぼす
必要がなくなる。

第　　１　　表 従って、第１表のように従来使用が考えられているフロ
ンに比べて電気伝導度の遥かに高い液体、例えばフロン
より蒸発潜熱が遥かに高く熱伝導度も高い水の使用が可
能であり、これからフロンに比べて遥かに高い熱輸送量
を得ることができ、しかも少ない温度差で熱輸送できる
ので効率的となる。

次にフロンを作動液体として用いた場合と、水を作動液
体として用いた場合とについて、ＥＨＤヒートパイプの
熱輸送性能を表す指標として用いられているＥＨＤ性能
指数Ｎ、□。値を示す。従来のＥＨＤヒートパイプにお
いては性能指数としてＮＥＭ。＝（ε３−１）ε。Ｅ／
／”δ１／μが用いられるが、本発明による場の場合に
は液面における電界の方向が異なるためＮ。Ｄ　＝　（
１−１／ε、）ε。・Ｅ工・ρ・ｉ、／μで表わされる
。ここで、ρ：液体の密度、ｌ：蒸発潜熱、μ；液体の
粘性係数、ε、；液体の比誘電率、ε。：真空誘電率８
．８５４　Ｘ　１０−　’　”Ｆ／ｍ、Ｅｔｔ、Ｅよ：
液面と並行方向および垂直方向の電界である。

そこで今Ｅ／／　＝　ＥＡ　＝１０　（ＫＶ／　ｃｍ）
と仮定し第１表の値からＮｔＨＤを求めると、フロン１
１３を用いた従来方式ではＮＥＨＤ　＝４．７Ｘ１０’
　（ｗ／１ｆｆｌ）であるに対し、水を作用液体として
用いた本発明ではＮＥＨＤ　＝２．５Ｘ１０’　（Ｗ／
ｃｆｆｌ）となり、本発明によりヒートパイプに高い熱
輸送性能をもたせうることが判る。

以上に加えて本発明では作動液体として、第１表のよう
にフロンに比べて著しく表面張力が大きい水を用いるこ
とができる。従って作動液体が途切れにくくなりドライ
アウトの発生を防ぎうる。

また更に本発明では電極が絶縁されていることから作動
液体の劣化や放電の発生がなく長寿命化が期待できる。

（１）・・・金属封管、　（２）・・・電極、（３ａ）
・・・液面、　Ｈ・・・加熱、（４）・・・絶縁被膜、
　（５）・・・電界、（７）・・・引出し電気力。

（３）・・・作動液体、 Ｃ・・・冷却、 （６）・・・電気力、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管体内に同心円上に間隔をおいて設けた複数個の電極と
   前記管体間に直流電圧を印加し、これにより発生する電
   気力により内封作動液体を還流するようにしたＥＨＤヒ
   ートパイプにおいて、前記電極とこれと対向する前記管
   体内面を絶縁膜により被覆したことを特徴とするＥＨＤ
   ヒートパイプ。