JPH03156293A - ボトムヒートモードで作動する液体金属ヒートパイプの構造 - 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〕 この発明は、ボトムヒートモードで作動する液体金属ヒ
ートパイプにおいて、蒸発部で毛細管圧力を発生させ、
蒸発部内壁面を均一にぬらし、かつ、伝熱促進ならびに
封入作動流体量を減少させるｔこめに設けたウィックと
円柱状物体に関するものである。

〔従来の技術〕

周知のように液体金属熱サイフオン形ヒートパイプは、
密閉管の内部に封入した作動流体が蒸発と凝縮とを伴っ
て蒸発部と凝縮部との間を循環流動することにより熱を
輸送するものであって、凝縮部で放熱した作動流体を蒸
発部に還流させるために、重力を利用し、ウィックで生
じる毛細管圧力は利用せずウィックはない。

〔発明の目的〕

前記のように熱サイフオン形ヒートバイブにおいては、
通常ウィックを使用しない。液体金属の作動流体を、通
常の熱サイフオン形ヒートパイプで採用されているよう
に蒸発部内容積の１０〜３０％封入すると、ボトムヒー
トモードの場合、作動流体は密閉管の底の方にたまり、
加熱開始時、蒸発部内壁面積の７０〜９０％は作動流体
と接触されない状態で加熱されることになる。又、液体
金属の密度は水などに比べ大きく、したがって、熱容量
が大きく、沸点も高いため、液体金属作動流体が蒸発を
開始するまでに、長い時間を要し、その間、蒸発部で作
動流体に接していない伝熱面は異常な高温になる恐れが
ある。更に、多少蒸発が生じている状態にあっても、蒸
発量が少なく、還流液が均一に内壁面を流下しないため
、やはり蒸発伝熱面の内壁の一部がぬれない状態になる
。例えば、作動流体と接しているヒートパイプ蒸発部で
は表面温度は４００℃であるのにもかかわらず、作動流
体と接していないヒートパイプ蒸発部では表面温度が８
００℃以上になるところがある。このような状態では、
密閉管材料の耐熱強度問題が起きる。したがって、加熱
開始時に密閉管損傷の恐れがあり、加熱開始時の運転が
極めて難しい場合がある。又、突沸が生じた場合、重い
多量の作動流体が凝縮部から蒸発部に落下して、蒸発部
側端板に衝撃力が加わることになる。

かような加熱開始時における密閉管の過熱による損傷及
び突沸による蒸発部側端板への衝撃力を出来るだけ取り
除くには、１）蒸発部にウィックを装着し出来るだけ蒸
発部伝熱面積をぬらすようにしなければならない。又、
２）衝撃力を緩和するためには作動流体量を減らし、か
つ、■）の条件を満たす必要がある。この発明は上記の
事情に鑑みてなされたもので、密閉管内壁と金網ウィッ
クとの間に出来る空隙部に生じる気泡を巧みに利用する
とともに、蒸発部の蒸気通路に円柱状物体を設けること
により蒸発部側切欠の乾き上がりを防ぎ、作動流体量を
減少させて衝撃力を緩和し、ボトムヒートモードで作動
する液体金属ヒートパイプの性能改善を目的とするもの
である。

〔発明の構造〕

この発明は、上記の目的を達成するために、作動流体が
乾き上がりを防ぎ流出入するよう、切欠けや貫通孔をウ
ィックに設けるとともに、作動流体を減らすよう蒸発部
の蒸気通路に円柱状物体を配置したものである。より具
体的には、積層しかつ筒状に形成した複数枚の金網を主
体とする積層ウィックを密閉管の内壁面に張設し、前記
筒状積層ウィックの上下両端部に切欠けを刻設するとと
もに、前記両端部からそれぞれ軸方向へ適度に離れた位
置に半径方向貫通孔を前記筒状積層ウィックに穿設し、
前記筒状積層ウィックの内周側に形成される蒸気通路の
蒸発部に円柱状物体を前記筒状積層ウィックと同心に配
置したものである。

〔作用〕

ウィックを上記のように構成したヒートパイプでは、ボ
トムヒートモードで外部からの入熱を加え始めると、空
隙部にある作動流体がまず沸騰する。この時発生する気
泡は、ウィックの網目を通って蒸気通路に抜は出ること
は困難であるため、空隙部を管壁に沿って上昇する。気
泡の上昇とともに、蒸発部側切欠け、あるいは貫通孔を
通り、作動流体が蒸気通路側から吸引される。管壁に沿
って上昇する作動流体の一部は蒸気、残りは液体の形で
移動する。すなわち、二相流が形成される。

この時の蒸気は凝縮部で冷却され、液体となって空隙部
を通り還流するものと、凝縮部側の切欠けあるいは貫通
孔を通過し蒸気通路を通り還流するものがある。狭い空
隙部に還流した液体により、狭い空隙部内の作動流体は
、網目、蒸発部側の切欠けあるいは貫通孔を通り、蒸気
通路側に押し出される。これにより、蒸気通路側にある
作動流体の温度はすみやかに上昇する。入熱が小さい時
には狭い空隙部での作動流体の蒸発、気泡の発生、上昇
は大きなボンピング作用をなし、作動流体の加熱と循環
を行う上で、極めて重要な働きをする。

入熱の増加に伴い、狭い空隙部のほかに、ウィック層の
外側でも蒸発、沸騰が生じるようになる。

したがってウィックを設けない場合に生じる極めて大き
な沸騰の発生が押えられ、作動流体との間で常時良好な
熱交換が行われる。その結果、熱流束が増大されるとと
もに、加熱開始時の密閉管の温度上昇による破損などが
なくなり、極めて安定した作動を確保出来る。

〔実施例〕

次にこの発明例を図面によって説明する。

ヒートパイプ容器である密閉管ＩＯは、金属管の両端部
を端板１０ａ、１０ｂによって密閉した構造であリ、そ
の内壁面１０ｃには、毛細管圧力を生じさせるため積層
しかつ筒状に形成した複数枚の金網を主体とする筒状積
層ウィック１１が装着されているこの筒状積層ウィック
１１は密閉管１０の内壁面１０ｃとの間にごく狭い空隙
部１２をもって密閉管１０に張設されている。また、筒
状積層ウィック１１には、両端にそれぞれ切欠けｌｌａ
、ｌｌｂが複数個刻設されている。更に、両端部からそ
れぞれ軸方向へ適度に離れた位置に、空隙部１２と蒸気
通路１３を連通ずるように複数個の半径方向貫通孔１１
Ｃ１１１ｄが筒状積層ウィック１１に穿設されている。

蒸発部伝熱面全体に作動流体が存在し、かつ、そのため
に必要な液量を出来るだけ減少するた約、蒸発部端板１
０ａに一端が偏走された円柱状物体１４が配置されてい
る。円柱状物体１４は筒状積層ウィック１１と同心状態
であり、その長さ、直径は密閉管１０の内径、封入作動
流体量、蒸発部長さなどによって決められる。

第１図に示す構造のウィック１１を有するヒートパイプ
は、熱サイフオン形ヒートパイプと同様、ボトムヒート
モードで蒸発部Ｅに外部から熱を与えることにより、作
動流体が蒸発し、その蒸気が凝縮部Ｃに流れた後に、放
熱して凝縮する。その場合、加熱開始時には、蒸発部Ｅ
の空隙部１２においては、作動流体が加熱されて気泡を
生じ、狭い空隙部１２を一般に二相流で上昇する。気泡
の上昇に伴い、切欠けｌｌａ　、あるいは貫通孔１１ｃ
から周囲の冷たい作動流体が空隙部１２に流れこむ。一
方上昇した二相流の一部は切欠けｌｌｂと貫通孔１１ｄ
を通り蒸気通路１３に放出され、凝縮してウィック１１
に沿って流下する。入熱の増加に伴い、空隙部１２での
二相流の発生は少なくなり、蒸発部内の作動流体温度は
均一になって平均的に蒸発、沸騰が生じるようになる。

空隙部１２の隙間は通常のウィックを有するヒートパイ
プの場合に比べ、若干大きくなるようウィック１１を張
設しである。このように、凝縮した液が常に還流するの
で、局所ドライアウトが発生しにくくなる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかのように、この発明の筒状積層ウ
ィック１１及び蒸発部内部構造によれば、密閉管１０の
内壁面１０ｃとウィック１１との間に生じる空隙部１２
と蒸気通路１３を連絡する切欠けｌｌａ　。

１１ｂあるいは貫通孔１１ｃ、　ｌｌｄによる通路を設
けることにより、空隙部１２で生じる気泡のポンピング
が利用出来る。この結果、蒸気通路１３の蒸発部に配置
した円柱状物体１４による封入作動流体量の低減効果も
あって、ボトムヒートモードで作動させる液体金属ヒー
トバイブの運転開始時に起こる局所ドライアウトによる
密閉管損傷を回避し、突沸による端板破損の防止、熱流
束の増加が得られひいては、熱輸送能力の向上を図るこ
とが出来る１１ａ、　ｌｌｂ 切欠け、ｌｌｃ、　ｌｌｂ　　貫通孔、

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す一部省略した略解断
面図、第２図はウィックの略解斜視図である。両図とも
ボトムヒートモードにおける姿勢で示し、下方がボトム
方向である。 １０　　密閉管、　１１　　筒状積層ウィック、第１図 Ｙ２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 積層しかつ筒状に形成した複数枚の金網を主体とする積
   層ウイックを密閉管の内壁に張設し、前記筒状積層ウイ
   ックの上下両端部に切欠けを刻設するとともに、前記両
   端部からそれぞれ軸方向へ適度に離れた位置に半径方向
   貫通孔を前記筒状積層ウイックに穿設し、前記筒状積層
   ウイックの内周側に形成される蒸気通路の蒸発部に円柱
   状物体を前記筒状積層ウイックと同心に配置したことを
   特徴としたボトムヒートモードで作動する液体金属ヒー
   トパイプの構造。