(57)【要約】【課題】熱交換率が高いヒートパイプを提供する。【解決手段】外部２から受熱する受熱部３と、外部４に放熱する放熱部５と、受熱部３と放熱部５との間に跨るように配置され、作動液Ｌ１を受熱部３において蒸発させた蒸気流Ｆを放熱部５に向けて流動させる蒸気管６と、蒸気流Ｆを放熱部５において凝縮させた凝縮液Ｌ２を受熱部３に向けて流動させる還流管７とを備え、蒸気管６と還流管７とは、互いに間隔を空けて配列され、蒸気管６の一方の端部６ａ及び還流管７の一方の端部７ａ、並びに、蒸気管６の他方の端部６ｂ及び還流管７の他方の端部７ｂが、それぞれヘッダー８，９により連結されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から受熱する受熱部と、外部に放熱する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部との間に跨るように配置され、作動液を前記受熱部において蒸発させた蒸気流を前記放熱部に向けて流動させる蒸気管と、前記蒸気流を前記放熱部において凝縮させた凝縮液を前記受熱部に向けて流動させる還流管とを備え、
前記蒸気管と前記還流管とは、互いに間隔を空けて配列され、
前記蒸気管の一方の端部及び前記還流管の一方の端部、並びに、前記蒸気管の他方の端部及び前記還流管の他方の端部が、それぞれヘッダーにより連結されていることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記蒸気管と前記還流管とは、それぞれ複数備えられ、交互に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記蒸気管の前記一方の端部若しくは前記他方の端部、又は、前記還流管の前記一方の端部若しくは前記他方の端部の少なくともいずれか一の端部が、前記ヘッダーに向けて内孔を漸次拡開させるテーパ形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記蒸気管と前記還流管とが一平面上に配列されて形成されたユニットが複数備えられ、
各ユニットが、前記一平面を一方向に向けて積層されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートパイプとして、例えば、円筒形のコンテナの内壁面にウイックを配し、コンテナの一方を外部から受熱する受熱部、他方を外部に放熱する放熱部として作動液を封入したものがある（例えば下記特許文献１）。このヒートパイプは、作動液を受熱部において加熱蒸発させて蒸気流とし放熱部に移動させ、放熱部において蒸気流を放熱させて凝縮液としウイックの毛細管作用により還流させ、作動液の循環を発生させている。そして、作動液の左記循環中の蒸発及び凝縮の潜熱によりヒートパイプの熱交換を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２５２８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来のヒートパイプでは、ウイックがコンテナの内壁面に配されており、蒸気流がウイックよりも内側の流路を受熱部から放熱部に向けて流動し、凝縮液が蒸気流の流路に面したウイック内を放熱部から受熱部に向けて流動するようになっている。よって、蒸発流又は凝縮液が放熱部又は受熱部において外部と間でのみ熱交換すべきところ、ウイックよりも内側を流動する蒸気流とウイック内を流動する凝縮液との間においても熱交換をしてしまうため、熱交換率が悪いという問題があった。
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、熱交換率が高いヒートパイプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、外部から受熱する受熱部と、外部に放熱する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部との間に跨るように配置され、作動液を前記受熱部において蒸発させた蒸気流を前記放熱部に向けて流動させる蒸気管と、前記蒸気流を前記放熱部において凝縮させた凝縮液を前記受熱部に向けて流動させる還流管とを備え、前記蒸気管と前記還流管とは、互いに間隔を空けて配列され、前記蒸気管の一方の端部及び前記還流管の一方の端部、並びに、前記蒸気管の他方の端部及び前記還流管の他方の端部が、それぞれヘッダーにより連結されていることを特徴とする。
本発明の蒸気管と還流管とが互いに間隔をおいて配置された構成によれば、蒸気管と還流管との接触ひいては蒸気流と凝縮液との接触を回避して、これら相互の間で熱交換が起こることを防止することができる。
【０００６】
本発明の前記蒸気管と前記還流管とは、それぞれ複数備えられ、交互に配列されていてもよい。
この構成によれば、蒸気管と還流管とが交互に配列されるため、蒸気流及び凝縮液の循環効率を高めることができる。
【０００７】
本発明の前記蒸気管の前記一方の端部若しくは前記他方の端部、又は、前記還流管の前記一方の端部若しくは前記他方の端部の少なくともいずれか一の端部が、前記ヘッダーに向けて内孔を漸次拡開させるテーパ形状に形成されていてもよい。
この構成によれば、蒸気管の蒸気流の取り込み若しくは蒸気管からの蒸気流の排出、又は、還流管への凝縮液の取り込み若しくは還流管からの凝縮液の排出の少なくともいずれかが容易になる。
【０００８】
本発明は、前記蒸気管と前記還流管とが一平面上に配列されて形成されたユニットが複数備えられ、各ユニットが、前記一平面を一方向に向けて積層されていてもよい。
この構成によれば、一平面上に形成されたユニット状のヒートパイプを複数ユニット積層させて容易に熱交換効率を調整することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ヒートパイプの熱交換の効率を向上させることが出来るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態として示したヒートパイプを示した平面図である。
【図２】本発明の第２実施形態として示したヒートパイプを示した平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態として示したヒートパイプを示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るヒートパイプの実施形態について、図を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の第１実施形態のヒートパイプ１Ａは、外部２から受熱する受熱部３と、外部４に放熱する放熱部５と、受熱部３と放熱部５との間に跨るように配置された蒸気管６と、受熱部３と放熱部５との間に跨るように配置された還流管７と、蒸気管６の一方の端部６ａ及び還流管７の一方の端部７ａ並びに蒸気管６の他方の端部６ｂ及び還流管７の他方の端部７ｂをそれぞれ連結させるヘッダー８，９と、外部２，４と熱交換を行う作動液Ｌ１とを備えている。
【００１２】
本発明における外部２，４とは、半導体素子等からなる発熱体、外気、温水、冷水等の熱交換の対象となるヒートパイプ１Ａ外の全てのものを意味する。
蒸気管６は、両端部６ａ，６ｂが開口された配管であり、一方の端部６ａは、外部２から受熱するヘッダー８に連結され、同他方の端部６ｂは、外部４に放熱するヘッダー９に連結されている。
【００１３】
蒸気管６の内孔６ｈは、受熱部３における作動液Ｌ１の外部２との熱交換により蒸発及び膨張させた蒸気流を流動させることができる内径寸法を有している。
蒸気管６の両端部６ａ，６ｂは、それぞれヘッダー８，９に向かって漸次拡開するテーパ形状に形成されている。
【００１４】
還流管７は、両端部７ａ，７ｂが開口された配管であり、蒸気管６と同様に、一方の端部７ａが外部２から受熱するヘッダー８に連結され、他方の端部７ｂが外部４に放熱するヘッダー９に連結されている。
還流管７の両端部７ａ，７ｂは、それぞれヘッダー８，９に向かって漸次拡開するテーパ形状に形成されている。
還流管７の内孔７ｈは、毛細管作用を発生させる内径寸法に形成されている。
【００１５】
ヘッダー８，９は、蒸気管６及び還流管７の一方の端部６ａ，７ａ並びに蒸気管６及び還流管７の他方の端部６ｂ，７ｂをそれぞれ連結させ蒸気管６及び還流管７の内孔６ｈ，７ｈを連通させる管継手である。
この際、ヘッダー８の流路幅を大きく、ヘッダー９の流路幅を小さく形成してもよい。すなわち、ヘッダー９の内径は蒸気管６の端部６ｂとの接続部分を除いて還流管７の内径よりも細く、十分な毛細管作用を発生させることが望ましく、一方ヘッダー８の内径は蒸気管６の内径よりも大きく、還流管７の毛細管作用を阻害しないことが望ましい。
ヘッダー８，９の材質としては、伝熱性の高いアルミニウム合金等の金属，鉛，銅合金，銀などが採用されており、外部から吸熱し又は外部へ放熱するとともに、ヘッダー８，９の内部の作動液Ｌ１，蒸気流Ｆ又は凝縮液Ｌ２の蒸発又は放熱できるようになっている。
【００１６】
以上の構成において、外部２から受熱するヘッダー８は（蒸気管６及び還流管７の一方の端部６ａ，７ａも外部２から受熱する場合は蒸気管６及び還流管７の一方の端部６ａ，７ａも含めて）、受熱部３を構成している。また、外部４に放熱するヘッダー９は（蒸気管６及び還流管７の他方の端部６ｂ，７ｂも外部４に放熱する場合は蒸気管６及び還流管７の他方の端部６ｂ，７ｂも含めて）、放熱部５を構成している。
【００１７】
また、蒸気管６及び還流管７の材質としては、可撓性及びガスバリア性を有する樹脂材料が好適に採用される。このような樹脂材料としては、例えば、ポリ塩化ビニリデン，ポリカーボネート，ポリアミド，ポリエチレンテレフタレート，エポキシ樹脂，ボリビニルアルコール，エチレン−ビニルアルコール共重合体，又は内壁面が金属蒸着されたポリプロピレン，ポリエチレン，ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料が挙げられる。
なお、本実施形態において、蒸気管６、還流管７及びヘッダー８，９は、可撓性のある平板状の樹脂基板１０上に固定されている。
【００１８】
作動液Ｌ１としては、水、エタノール、アンモニア水などの液体が用いられており、ヘッダー８内に封入されている。
【００１９】
次に、本実施形態のヒートパイプ１Ａの使用方法及び作用について説明する。
ヒートパイプ１Ａのヘッダー８を吸熱可能な又は吸熱させたい外部２に配置し、ヘッダー９を放熱可能な又は放熱させたい外部４に配置して、まず、外部２から受熱部３に受熱させる。
【００２０】
受熱部３が受熱すると、ヘッダー８内に封入された作動液Ｌ１が外部２と熱交換をする、すなわち吸熱する。そして外部２から得られた熱よって蒸発して蒸気流Ｆとなり、放熱部５に向けて移動する。放熱部５に流動した蒸気流Ｆは、放熱部５において外部４と熱交換する、すなわち外部４へ放熱することにより凝縮し、凝縮液Ｌ２となる。
【００２１】
すなわち、作動液Ｌ１が蒸発して膨張することにより、蒸気管６の受熱部３側の端部６ａ内の圧力が上がり、放熱部５において蒸気流Ｆが放熱することにより凝縮して蒸気管６の放熱部５側の端部６ｂ内の圧力が下がる。この圧力差により、蒸気流Ｆが蒸気管６内を受熱部３側から放熱部５側に向けて流動する。
【００２２】
そして、放熱部５において放熱することにより蒸気流Ｆが凝縮した凝縮液Ｌ２は、還流管７内において生じる毛細管作用により還流管７内に引き込まれ、放熱部５から受熱部３に向けて流動する。凝縮液Ｌ２が受熱部３に達すると再び加熱され、蒸発して膨張し、蒸気流Ｆとなって蒸気管６内を再び流動する。
このようにして、ヒートパイプ１Ａ内において作動液Ｌ１が、蒸気流Ｆ−凝縮液Ｌ２−蒸気流Ｆ・・と循環を繰り返し、受熱部３及び放熱部５において蒸気流Ｆ及び凝縮液Ｌ２が外部２，４と熱交換を行う。
【００２３】
この際、蒸気管６と還流管７とは間隔を空けて配置されている。したがって、蒸気管６内を流動する蒸気流Ｆと還流管７内を流動する凝縮液Ｌ２との間では熱交換が発生することなく、蒸気流Ｆ及び凝縮液Ｌ２は、受熱部３及び放熱部５のそれぞれにおいて外部２，４との間で効率的に熱交換を行う。
【００２４】
したがって、ヒートパイプ１Ａによれば、蒸気管６内を流動する蒸気流Ｆと還流管７内を流動する凝縮液Ｌ２との間での熱交換を効果的に防止し、外部２，４との間で効率的に熱交換をすることができるという効果が得られる。
【００２５】
また、ヒートパイプ１Ａは、蒸気管６と還流管７とを各別に設けるとともに、間隔を空けて配列させた構成であるため、例えば従来のヒートパイプようにコンテナ内にウイック等を配して凝縮液の流路を形成するという複雑な構成をとることを回避することができる。すなわち、ヒートパイプ１Ａの構成がシンプルであるため、ヒートパイプ１Ａを簡便かつ安価に製造することができるという効果が得られる。
【００２６】
また、上記従来のヒートパイプの構成では、コンテナ内にウイックを配さなければならないため、ヒートパイプ全体を小型化するのに限界があった。また、そのため従来のヒートパイプは、精密機器等に適用しにくく、熱交換装置としての用途が限られていた。しかし、ヒートパイプ１Ａによれば、蒸気管６と還流管７とを間隔を空けて配列し、ヘッダー８，９により連結させるシンプルな構成であるため、小型化が容易で用途が広いという効果が得られる。
【００２７】
また、蒸気管６と還流管７とをヘッダー８，９により連結させるというシンプルな構成を採用しているため、蒸気管６及び還流管７の増設を簡便に行うことが出来る。したがって、熱交換能力の異なる多種のヒートパイプ１Ａを容易に製造することができるという効果が得られる。
また、還流管７の内孔７ｈの断面積を小寸法として毛細管作用を発生させる構成であるため、簡便に凝縮液Ｌ２の流路を形成することができるという効果が得られる。
【００２８】
また、蒸気管６の端部６ａ，６ｂがテーパ形状に形成されているため、蒸気管６が、受熱部３側のヘッダー８及び放熱部５側のヘッダー９との間で蒸気流Ｆを取り込み又は排出しやすい。
また、還流管７の端部７ａ，７ｂがテーパ形状に形成されているため、還流管７が、受熱部３側のヘッダー８及び放熱部５側のヘッダー９との間で凝縮液Ｌ２を取り込み又は排出しやすい。
したがって、ヒートパイプ１Ａによれば、蒸気流Ｆ及び凝縮液Ｌ２の流動が円滑に行われるため、作動液Ｌ１の循環効率が高められるという効果が得られる。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態について図２を用いて説明する。本実施形態において第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる構成，作用及び効果について説明する。
本実施形態のヒートパイプ１Ｂは、蒸気管６と還流管７とがそれぞれ複数備えられ、これらが一平面１０ａ上で交互にかつ互いに平行に配列されている。ヘッダー８，９は、全ての蒸気管６及び還流管７の端部６ａ・・，７ａ・・，端部６ｂ・・，７ｂ・・を連結させている。
【００３０】
この構成によれば、受熱部３側のヘッダー８内において作動液Ｌ１を蒸発させて蒸気流Ｆとし、蒸気管６内を流動させた後、放熱部５側のヘッダー９において放熱により凝縮させた凝縮液Ｌ２を、蒸気管６に隣り合って配列された還流管７内に速やかに流動させることができる。また、還流管７内を受熱部３に向けて流動し、ヘッダー８内に流入して再び加熱され蒸発した蒸気流Ｆを、還流管７に隣り合って配列された蒸気管６に速やかに流入させることができる。
【００３１】
したがって、交互に配列された複数の蒸気管６及び還流管７により簡便に熱交換能力を高めることができるとともに、蒸気流Ｆ又は凝縮液Ｌ２の循環効率を向上させることができる。また、蒸気管６と還流管７とが交互にかつそれぞれ等間隔に配列されているため、ヒートパイプ１Ｂを配した箇所において熱交換を均質に行うことができるという効果が得られる。
【００３２】
次に、本発明の第３実施形態について図３を用いて説明する。本実施形態において第２実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、第２実施形態と異なる構成，作用及び効果について説明する。
本実施形態のヒートパイプ１Ｃは、第２実施形態と同様に蒸気管６と還流管７とを交互に配列させて形成されたユニット２０が複数備えられ、この複数のユニット２０，２０・・を、一平面１０ａを一方向Ｘに向けて積層させて構成されている。
【００３３】
この構成によれば、ヒートパイプ１Ｃの熱交換能力をユニット２０の積層数によって簡便に設定することができるという効果が得られる。
【００３４】
なお、図１〜図３において示した第１実施形態から第３実施形態のヒートパイプ１Ａ〜１Ｃは、全て一平面１０ａ上に形成されているが、本発明のヒートパイプ１Ａ〜１Ｃは、一平面１０ａ上に形成されるものに限定されるものではない。すなわち、ヒートパイプ１Ａ〜１Ｃは、蒸気管６、還流管７及びヘッダー８，９を固定する樹脂基板１０として可撓性のあるフィルム状の基板を用いることにより、ヒートパイプ１Ａ〜１Ｃを配置する対象の形状に応じて湾曲又は折曲させて配置してもよい。
【００３５】
又は、蒸気管６，還流管７及びヘッダー８，９を可撓性のある材質により形成するとともに、樹脂基板１０に固定させることなく、ヒートパイプ１Ａ〜１Ｃを配置する対象の形状に応じて湾曲又は折曲させて配置させてもよい。
【００３６】
また、ヘッダー８，９の開口部を不図示の蓋部材等を用いて開閉自在とするとともに、ヘッダー８，９と蒸気管６及び還流管７とを着脱自在な嵌着構造としてもよい。このような構成とすれば、ヒートパイプ１Ａ〜１Ｃの熱交換能力を容易に調整することができるという効果が得られる。
【００３７】
また、蒸気管６及び還流管７の外周面には、断熱材が配されていてもよい。この構成により、蒸気管６内を流動する蒸気流Ｆと還流管７を流動する凝縮液Ｌ２とが蒸気管６及び還流管７を介して外部と熱交換してしまうことを回避することができる。したがって、熱をより遠くに運ぶことが可能となるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  ヒートパイプ
２，４  外部
３      受熱部
５      放熱部
６      蒸気管
６ａ    蒸気管の一方の端部
６ｂ    蒸気管の他方の端部
６ｈ    内孔
７      還流管
７ａ    還流管の一方の端部
７ｂ    還流管の他方の端部
７ｈ    内孔
８，９  ヘッダー
１０ａ  一平面
２０    ユニット
Ｌ１    作動液
Ｆ      蒸気流
Ｌ２    凝縮液
Ｘ      一方向
【図１】
2014222124.tif 000003
【図２】
2014222124.tif 000004
【図３】
2014222124.tif 000005