(57)【要約】【課題】ヒートパイプ付きサンドイッチパネルにおいて、放熱性と強度を向上させる。【解決手段】ヒートパイプ１４の両側面１４ｄの全体に、炭素繊維強化樹脂または炭素繊維強化炭素などの複合材料から成る熱伝導性部材１５が接合されている。熱伝導性部材１５の断面形状は直角三角形とされ、熱伝導性部材１５の上面２４が上側表皮１６に接合され、熱伝導性部材１５の側面２５がヒートパイプ１４の側面１４ｄに接合されている。【選択図】　　　　図２
2004019990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートパイプの上面と下面がそれぞれ第１のパネルと第２のパネルに接合され、前記第１のパネルの外面に発熱機器が取り付けられるようになっているヒートパイプ付きサンドイッチパネルにおいて、前記ヒートパイプの両側面の全体に複合材料から成る熱伝導性部材が接合されていることを特徴とするヒートパイプ付きサンドイッチパネル。
【請求項２】
複合材料が炭素繊維強化樹脂または炭素繊維強化炭素であることを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ付きサンドイッチパネル。
【請求項３】
熱伝導性部材の断面形状が３辺から成ることを特徴とする請求項１または請求項２記載のヒートパイプ付きサンドイッチパネル。
【請求項４】
３辺のうちの第１の辺を含む第１の面が第１のパネルに当接され、第２の辺を含む第２の面がヒートパイプに当接されていることを特徴とする請求項３記載のヒートパイプ付きサンドイッチパネル。
【請求項５】
３辺のうちの第３の辺を含む第３の面が平面または曲面であることを特徴とする請求項３記載のヒートパイプ付きサンドイッチパネル。
【請求項６】
第１の面の面積が発熱機器の底面の面積と略同等であることを特徴とする請求項４記載のヒートパイプ付きサンドイッチパネル。
【請求項７】
複合材料の強化材が第１の面と第２の面の方向に配向されていることを特徴とする請求項４記載のヒートパイプ付きサンドイッチパネル。
【請求項８】
第１の面の面積が発熱機器の底面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項７記載のヒートパイプ付きサンドイッチパネル。
【請求項９】
ヒートパイプと第２のパネルの間に第２のヒートパイプが前記ヒートパイプと略直交するように接合されていることを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ付きサンドイッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、宇宙機や人工衛星などに使用可能であり、特に発熱機器を搭載するために好適なヒートパイプ付きサンドイッチパネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は特開平８−５３１００号公報に開示されている従来のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの断面図である。図において、１はヒートパイプ付きサンドイッチパネル、２はヒートパイプ付きサンドイッチパネル１に搭載された発熱機器、３はヒートパイプ付きサンドイッチパネル１のパネル本体、４はパネル本体３に内蔵された一対のヒートパイプである。
【０００３】
パネル本体３において、５は発熱機器２が搭載された上側表皮、５ａは発熱機器２とヒートパイプ４を当接させるために上側表皮５に形成された開口、６はヒートパイプ４を挟むように上側表皮５と平行に配置された下側表皮、７は上側表皮５と下側表皮６を接着などによって保持したハニカムコア、８は下側表皮６の外面に取り付けられたミラーである。そして、ヒートパイプ４において、９は断面方形のパイプ本体、９ａはアンモニア液などの媒体が充填されたパイプ本体９の中空部、１０はパイプ本体９の側面の上部から水平に突設されたフィンである。
【０００４】
次に動作について説明する。
発熱機器２で発生した熱は、ヒートパイプ４のパイプ本体９に直接伝わるとともに、フィン１０を介してパイプ本体９に伝わる。そして、パイプ本体９に伝わった熱は、中空部９ａに充填された媒体によってヒートパイプ４の全体に運ばれ、ミラー８から空間に放射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のヒートパイプ付きサンドイッチパネル１は以上のように構成されているので、フィン１０とパイプ本体の接続部の面積が狭くなっている。このため、フィン１０とパイプ本体の間の熱抵抗が大きくなり、発熱機器からフィン１０に伝わった熱がパイプ本体９に十分に伝わらないなどの課題があった。
【０００６】
また、上側表皮５に開口５ａが形成されていることによる剛性の低下が防止されているが、開口５ａが形成されていない場合と比較して強度が十分ではないなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、放熱性と強度が向上したヒートパイプ付きサンドイッチパネルを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るヒートパイプ付きサンドイッチパネルは、ヒートパイプの両側面の全体に複合材料から成る熱伝導性部材が接合されていることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明に係るヒートパイプ付きサンドイッチパネルは、複合材料が炭素繊維強化樹脂または炭素繊維強化炭素であることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明に係るヒートパイプ付きサンドイッチパネルは、熱伝導性部材の断面形状が３辺から成ることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明に係るヒートパイプ付きサンドイッチパネルは、３辺のうちの第１の辺を含む第１の面が第１のパネルに当接され、第２の辺を含む第２の面がヒートパイプに当接されていることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係るヒートパイプ付きサンドイッチパネルは、３辺のうちの第３の辺を含む第３の面が平面または曲面であることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係るヒートパイプ付きサンドイッチパネルは、第１の面の面積が発熱機器の底面の面積と略同等であることを特徴とするものである。
【００１４】
この発明に係るヒートパイプ付きサンドイッチパネルは、複合材料の強化材が第１の面と第２の面の方向に配向されていることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係るヒートパイプ付きサンドイッチパネルは、第１の面の面積が発熱機器の底面の面積よりも小さいことを特徴とするものである。
【００１６】
この発明に係るヒートパイプ付きサンドイッチパネルは、ヒートパイプと第２のパネルの間に第２のヒートパイプがヒートパイプと略直交するように接合されていることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるヒートパイプ付きサンドイッチパネルを示す要部斜視図である。図２は実施の形態１のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの部分拡大断面図である。図において、１１は宇宙機や人工衛星などの衛星システムに使用されるヒートパイプ付きサンドイッチパネル、１２はヒートパイプ付きサンドイッチパネル１１に搭載された発熱機器、１３はヒートパイプ付きサンドイッチパネル１１のパネル本体、１４は発熱機器１２の下方においてパネル本体１３の内部に配置されたヒートパイプ、１５はパネル本体１３の内部においてヒートパイプ１４の側方に配置された一対の熱伝導性部材である。
【００１８】
パネル本体１３において、１６は発熱機器１２が搭載された上側表皮（第１のパネル）、１７はヒートパイプ１４を挟むように上側表皮１６と平行に配置された下側表皮（第２のパネル）、１８は上側表皮１６と下側表皮１７を接着などによって保持したハニカムコアである。
【００１９】
ヒートパイプ１４は軽量性と熱伝導性に優れたアルミニウムなどから形成され、パネル本体１３の全体にネットワーク状に延設されている。ヒートパイプ１４の外形の断面形状は例えば方形とされ、ヒートパイプ１４には断面円形の中空部１４ａが備えられている。中空部１４ａの内周面には図示しない多数のスリットが形成され、中空部１４ａには吸熱や放熱に好適な媒体が充填されている。そして、ヒートパイプ１４の上面１４ｂは上側表皮１６の内面１６ａに当接され、ヒートパイプ１４の下面１４ｃは下側表皮１７の内面１７ａに当接されている。
【００２０】
ここで、熱伝導性部材１５は熱伝導性に優れた複合材料、例えば、ピッチ系炭素繊維を強化材とし樹脂を母材とするＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）、あるいは、ピッチ系炭素繊維を強化材とし炭素を母材とするＣ／Ｃ（炭素繊維強化炭素）などから形成されている。
【００２１】
図３は実施の形態１によるヒートパイプ付きサンドイッチパネルの部分拡大断面図である。図１，２と同一部分に同じ符号を付し、その説明を省略する。図３の部分拡大斜視図に示すように、熱伝導性部材１５の断面形状は例えば直角三角形とされ、底辺（第１の辺）２１、高さ（第２の辺）２２および斜辺（第３の辺）２３を有している。そして、熱伝導性部材１５の底辺２１を含む上面（第１の面）２４は、上側表皮１６の内面１６ａに発熱機器１２の底面の面積とほぼ同じ面積で当接され、高さ２２を含む側面（第２の面）２５はヒートパイプ１４の側面１４ｄの全体に当接され、図２に示すように斜辺２３を含む斜面（第３の面）２６は例えば平面とされている。また、熱伝導性部材１５が図示しない両端面を有していることは云うまでもない。
【００２２】
次に動作について説明する。
発熱機器１２で発生した熱は、上側表皮１６を介してヒートパイプ１４の上面１４ｂに直接伝わるとともに、上側表皮１６を介して熱伝導性部材１５の上面２４に伝わる。熱伝導性部材１５の上面２４に伝わった熱は、熱伝導性部材１５の内部と熱伝導性部材１５の側面２５を介してヒートパイプ１４の側面１４ｄの全体に伝わる。そして、ヒートパイプ１４にその上面１４ｂと両側面１４ｄを介して伝わった熱は、ヒートパイプ１４の中空部１４ａに充填されている媒体によって運ばれ、下側表皮１７から、あるいは、例えば、図示されない放熱手段により外部空間に放出される。
【００２３】
なお、このヒートパイプ付きサンドイッチパネル１１が宇宙システムに使用される場合には、環境温度が８０°Ｋ程度になるので、ヒートパイプ１４の内部の媒体にはアンモニア液が使用される。このアンモニア液は熱を吸収して気化膨張し、図示されない放熱手段に移動して放熱し、液化収縮するという動作を繰り返し、ヒートパイプ１４に伝わった熱を効率よく放熱する。
【００２４】
【実施例】
複合材料の強化材を高熱伝導性のピッチ系炭素繊維（熱伝導率４００〜１２００Ｗ／ｍ・Ｋ）とするとともに、母材をエポキシ樹脂とし、発熱機器１２を作動させて発熱機器１２とヒートパイプ１４の間の温度差を測定したところ、その温度差は７．６〜８．０℃となった。これに対し、熱伝導性部材１５を設けない場合には、その温度差は１７．８℃であった。また、図９に示す従来のヒートパイプ付きサンドイッチパネル１の場合には、その温度差は１４．８℃であった。したがって、熱伝導性部材１５を備えたヒートパイプ付きサンドイッチパネル１１は、熱伝導性部材１５を備えない場合よりも発熱機器１２の温度を１０℃ほど低下させ、従来のヒートパイプ付きサンドイッチパネル１の場合よりも７℃ほど低下させることになる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、発熱機器１２で発生した熱がヒートパイプ１４の上面１４ｂに直接伝わるうえに、熱伝導性部材１５を介してヒートパイプ１４の側面１４ｄの全体にも伝わるので、実施例１でも説明したように放熱性が向上するという効果が得られる。したがって、より高い熱を発生する発熱機器１２を搭載することや、複数の発熱機器１２を高密度に搭載することが可能となるなどの効果が得られる。そして、上側表皮１６に従来のような開口が形成されていないので、強度が向上するという効果も得られる。
【００２６】
また、熱伝導性部材１５がＣＦＲＰまたはＣ／Ｃから形成されているので、炭素繊維が熱の移動を促進するという効果が得られる。また、熱伝導性部材１５の断面形状が直角三角形とされているので、熱伝導性部材１５の重量が抑制されるとともに、熱がヒートパイプ１４の側面１４ｄだけに伝えられるなどの効果が得られる。そして、熱伝導性部材１５の上面２４が上側表皮１６の内面１６ａに発熱機器１２の底面の面積とほぼ同じ面積、すなわち、発熱機器１２と熱伝導性部材１５が上側表皮１６を介して広い面積で当接されているので、発熱機器１２で発生した熱が熱伝導性部材１５に迅速に伝わるなどの効果が得られる。
【００２７】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるヒートパイプ付きサンドイッチパネル１１Ａの要部断面図である。この図は発熱機器１２を除いた状態で示している。この実施の形態２では、実施の形態１の断面直角三角形の熱伝導性部材１５と同様な形状の熱伝導性部材３１がパネル本体１３Ａに設けられている。この熱伝導性部材３１は、実施の形態１の熱伝導性部材１５の上面２４、側面２５および斜面２６にそれぞれ対応する上面３２、側面３３および斜面３４を有している。熱伝導性部材３１の強化材は矢印で示すように斜面３４とほぼ平行に配向されている。その他の構成は実施の形態１と同様とされている。
【００２８】
次に動作について説明する。
発熱機器１２で発生した熱は、上側表皮１６を介してヒートパイプ１４の上面１４ｂに直接伝わるとともに、上側表皮１６を介して熱伝導性部材３１の上面３２に伝わる。そして、熱伝導性部材３１の上面３２に伝わった熱は、強化材の熱伝導率に従ってその移動が促進され、熱伝導性部材３１の側面３３を介してヒートパイプ１４の側面１４ｄの全体に効率よく伝わる。
【００２９】
【実施例】
実施例１．
複合材料の強化材を実施の形態１と同様なピッチ系炭素繊維（熱伝導率４００〜１２００Ｗ／ｍ・Ｋ）とする反面、母材を炭素とし、発熱機器１２を作動させて発熱機器１２とヒートパイプ１４の間の温度差を測定したところ、その温度差は実施の形態１の場合と同様に７．６〜８．０℃となった。
【００３０】
実施例２．
図５は実施の形態２による実施例２のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの断面形状の説明図である。実施例１と同様な複合材料を使用し、上述の熱伝導性部材３１の代りに図５に示すような断面扇形の熱伝導性部材４１を使用した場合には、発熱機器１２とヒートパイプ１４の間の温度差が７．６〜８．１℃となった。
【００３１】
実施例３．
図６は実施の形態２による実施例３のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの断面形状の説明図である。実施例１と同様な複合材料を使用し、上述のヒートパイプ１４と熱伝導性部材３１の代りに図６に示すような断面円形のヒートパイプ４２と断面略直角三角形の熱伝導性部材４３を使用した場合には、発熱機器１２とヒートパイプ４２の間の温度差が７．８〜８．５℃となった。
【００３２】
実施例４．
図７は実施の形態２による実施例４のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの断面形状の説明図である。実施例１と同様な複合材料を使用し、上述のヒートパイプ１４と熱伝導性部材３１の代りに図７に示すような断面円形のヒートパイプ４２と断面略扇形の熱伝導性部材４４を使用した場合には、発熱機器１２とヒートパイプ４２の間の温度差が７．８〜８．６℃となった。
【００３３】
以上のように、この実施の形態２によれば、熱伝導性部材３１の強化材が矢印で示すように斜面３４と平行に配向され、熱の移動が強化材によって促進されるので、発熱機器１２で発生した熱が熱伝導性部材３１に迅速に伝わるなどの効果が得られる。
【００３４】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３によるヒートパイプ付きサンドイッチパネル１１Ｂの要部斜視図である。図示したこのヒートパイプ付きサンドイッチパネル１１Ｂは、実施の形態１のヒートパイプ１４と下側表皮１７の間に、新たなヒートパイプ４５が配置された構成とされている。このヒートパイプ４５は実施の形態１のヒートパイプ１４の形状と同様とされ、上段のヒートパイプ１４と下段のヒートパイプ４５はほぼ直交するように当接されている。したがって、パネル本体１３Ｂの厚みは実施の形態１のパネル本体１３よりも厚くされ、ハニカムコア１８Ｂの高さは実施の形態１のハニカムコア１８よりも高くされ、その他の構成は実施の形態１と同様とされている。なお、上段のヒートパイプ１４との当接される面積が小さいため、下段のヒートパイプ４５は熱伝導性部材を備えていない。
【００３５】
次に動作について説明する。
発熱機器１２で発生した熱は、上側表皮１６を介して上段のヒートパイプ１４の上面１４ｂに伝わるとともに、上側表皮１６と熱伝導性部材１５を介してヒートパイプ１４の側面１４ｄの全体に伝わる。そして、ヒートパイプ１４にその上面１４ｂと両側面１４ｄを介して伝わった熱は、ヒートパイプ１４の中空部１４ａに充填されている媒体によって運ばれる。この間に、下段のヒートパイプ４５は上段のヒートパイプ１４から熱を奪い、その熱を上段のヒートパイプ１４とほぼ直交する方向へ運び、熱の分布を均一化する。また、例えば、図示されない放熱手段を用い、収集した熱を所定の空間に放熱させる。
【００３６】
【実施例】
実施の形態２と同様な複合材料を使用するとともに、その強化材を実施の形態２と同様な方向に配向し、発熱機器１２を作動させて発熱機器１２とヒートパイプ１４の間の温度差を測定したところ、その温度差は実施の形態２の場合と同様に７．６〜８．０℃となった。
【００３７】
以上のように、この実施の形態３によれば、実施の形態１と同様な効果が得られる上に、ヒートパイプ１４の下面に新たなヒートパイプ４５がほぼ直交するように接合されているので、上段のヒートパイプ１４の熱が下段のヒートパイプ４５によってほぼ直交する方向に運ばれ、温度の分布が均一化するという効果が得られる。
【００３８】
なお、実施の形態１においてヒートパイプ１４の断面形状が方形で熱伝導性部材１５の斜辺２３が平面であることについて説明したが、ヒートパイプ１４と熱伝導性部材１５の形状は実施の形態２の実施例２〜４で説明したヒートパイプ４２と熱伝導性部材４１，４４のような形状であってもよい。また、実施の形態２において熱伝導性部材３１の強化材の配向方向が斜面３４とほぼ平行であることについて説明したが、熱伝導性部材３１の強化材はヒートパイプ１４の側面１４ｄと上側表皮１６の内面１６ａに大体において配向されていればよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ヒートパイプの両側面の全体に複合材料から成る熱伝導性部材が接合されているように構成したので、発熱機器で発生した熱が熱伝導性部材を介してヒートパイプの両側面の全体に伝わり、放熱性が向上するという効果が得られる。また、第１のパネルに開口が設けられていないので、強度が向上するという効果が得られる。
【００４０】
この発明によれば、複合材料が炭素繊維強化樹脂または炭素繊維強化炭素であるように構成したので、熱の移動が炭素繊維の熱伝導性によって促進されるという効果が得られる。
【００４１】
この発明によれば、熱伝導性部材の断面形状が３辺から成る構成であるので、熱伝導性部材の重量が抑制されるという効果が得られる。
【００４２】
この発明によれば、３辺のうちの第１の辺を含む第１の面が第１のパネルに当接され、第２の辺を含む第２の面がヒートパイプに当接されている構成であるので、熱が第１のパネルから熱伝導性部材に効率よく伝わるとともに、熱伝導性部材からヒートパイプに効率よく伝わるという効果が得られる。
【００４３】
この発明によれば、３辺のうちの第３の辺を含む第３の面が平面または曲面である構成であるので、熱がヒートパイプの側面のみに伝わるという効果が得られる。
【００４４】
この発明によれば、第１の面の面積が発熱機器の底面の面積と略同等である構成であるので、熱が発熱機器から熱伝導性部材に迅速に伝わるという効果が得られる。
【００４５】
この発明によれば、複合材料の強化材が第１の面と第２の面の方向に配向されている構成であるので、熱の移動が強化材によってさらに促進されるという効果が得られる。
【００４６】
この発明によれば、第１の面の面積が発熱機器の底面の面積よりも小さい構成であるので、熱伝導性部材の重量が少ないという効果が得られる。
【００４７】
この発明によれば、ヒートパイプと第２のパネルの間に第２のヒートパイプがヒートパイプと略直交するように接合されている構成であるので、熱が全体に均一に伝わるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるヒートパイプ付きサンドイッチパネルを示す要部斜視図である。
【図２】実施の形態１のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの部分拡大断面図である。
【図３】実施の形態１によるヒートパイプ付きサンドイッチパネル部分拡大斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるヒートパイプ付きサンドイッチパネルの要部断面図である。
【図５】実施の形態２による実施例２のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの断面形状の説明図である。
【図６】実施の形態２による実施例３のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの断面形状の説明図である。
【図７】実施の形態２による実施例４のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの断面形状の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態３によるヒートパイプ付きサンドイッチパネルの要部斜視図である。
【図９】従来のヒートパイプ付きサンドイッチパネルの部分断面図である。
【符号の説明】
１１，１１Ａ，１１Ｂ　ヒートパイプ付きサンドイッチパネル、１２　発熱機器、１３，１３Ａ，１３Ｂ　パネル本体、１４，４２，４５　ヒートパイプ、１４ａ　中空部、１４ｂ　上面、１４ｃ　下面、１４ｄ　側面、１５，３１，４１，４３，４４　熱伝導性部材、１６　上側表皮（第１のパネル）、１７　下側表皮（第２のパネル）、１８，１８Ａ，１８Ｂ　ハニカムコア、２１　底辺（第１の辺）、２２　高さ（第２の辺）、２３　斜辺（第３の辺）、２４　上面（第１の面）、２５　側面（第２の面）、２６　斜面（第３の面）。
【図１】
2004019990.tif 000003
【図２】
2004019990.tif 000004
【図３】
2004019990.tif 000005
【図４】
2004019990.tif 000006
【図５】
2004019990.tif 000007
【図６】
2004019990.tif 000008
【図７】
2004019990.tif 000009
【図８】
2004019990.tif 000010
【図９】
2004019990.tif 000011