JP2008180444A - Loop heat pipe - Google Patents
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Abstract
【課題】ループヒートパイプを平板状で単純な構造にして薄型でコンパクトサイズにしながらも高い熱交換効率を得る。
【解決手段】ループヒートパイプ1は、作動液5Lが気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器3と、この蒸発器3からの気体5Vが移動する蒸気管9と、この蒸気管9からの気体5Vを放熱して液化する凝縮器と、この凝縮器の作動液5Lを蒸発器3へ移動する液戻り管13と、からなる。前記蒸発器3は、液戻り管13に接続される底板部材15と、蒸気管9に接続される蓋部材17と、底板部材15と蓋部材17の間に配置される平板状をなすウィック19であって、蒸気管9に連通する複数のグルーブ溝27Aからなるグルーブ部27を蓋部材17と接触する側の平板状の表面に設けると共に、液戻り管13に連通して作動液5Lを保留するリザーバ部7を底板部材15と接触する側の平板状の裏面に設けたウィック19と、で構成されている。
【選択図】図1To obtain a high heat exchange efficiency while making a loop heat pipe a flat and simple structure and making it thin and compact.
A loop heat pipe (1) includes an evaporator (3) that is cooled by using latent heat when a working fluid (5L) is vaporized, a steam pipe (9) through which a gas (5V) from the evaporator (3) moves, and the steam pipe (9). A condenser that dissipates and liquefies the gas 5V from the gas, and a liquid return pipe 13 that moves the working fluid 5L of the condenser to the evaporator 3. The evaporator 3 includes a bottom plate member 15 connected to the liquid return pipe 13, a lid member 17 connected to the steam pipe 9, and a flat plate-like wick 19 disposed between the bottom plate member 15 and the lid member 17. In addition, a groove portion 27 including a plurality of groove grooves 27A communicating with the steam pipe 9 is provided on a flat plate-like surface on the side in contact with the lid member 17, and communicated with the liquid return pipe 13 to reserve the hydraulic fluid 5L. And the wick 19 provided on the flat plate-like back surface on the side in contact with the bottom plate member 15.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、ループヒートパイプに関し、特に省スペース化と大面積の集熱性能の向上の実現を可能とする蒸発器(Evaporator)を使用したループヒートパイプに関する。 The present invention relates to a loop heat pipe, and more particularly to a loop heat pipe using an evaporator that can realize space saving and improvement in heat collection performance of a large area.
従来、蒸発器は、例えばLHP(ループヒートパイプ)やCPL(Capillary Pumped Loop)で使用されている。 Conventionally, an evaporator is used in, for example, LHP (loop heat pipe) or CPL (capillary pumped loop).
図5を参照するに、例えば、従来のLHP101は、基本的には特許文献1と同様の構成であり、作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器103と、この蒸発器103で気化された気体が蒸気管105を経て移動すると共にこの気体を放熱して液化する凝縮器107(Condenser)と、この凝縮器107で液化した作動液が液戻り管109を経て移動すると共にこの作動液を前記蒸発器103に供給するために保留するリザーバ部111〔あるいは、アキュームレータ、CC(Compensation Chamber)など〕と、前記液戻り管109から戻ってきた作動液を前記蒸発器103の内部に供給するバイオネット管113と、から構成されるシステムで、一つのループを形成しており、前記蒸発器103とリザーバ部111は一体的に構成されている。
Referring to FIG. 5, for example, the conventional LHP 101 has basically the same configuration as that of Patent Document 1, and an
また、前記蒸発器103とリザーバ部111との間には前記蒸発器103で気化された気体がリザーバ部111に逆戻りしないようにするための作動液逆流防止用のOリング115が装着されている。さらに、LHP101の内部には作動液が投入されている。作動液としてはアルコール、アンモニア、水などがある。なお、CPLでは蒸発器103とリザーバ部111が別体で構成される。
Also, an O-
LHP101では、蒸発器103が周囲で発生した熱により加熱されると、作動液としての例えば水が蒸発器103内で蒸気となり、このときの潜熱を利用して周囲の温度を冷却するものである。蒸発器103内で生じた蒸気が蒸気管105を経て凝縮器107へ移動し、凝縮器107で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管109を経て再びリザーバ部111と蒸発器103へ移動することになり、上記の作用を繰り返すことになる。
In the LHP 101, when the
図6及び図7を併せて参照するに、従来の蒸発器103は、一端側を開口し且つ他端側を蒸気管105に連通して閉塞する円筒形状のグルーブ管117と、このグルーブ管117の円筒形状の内部に接触して挿入する円筒形状をなすと共にこの円筒形状の内部に作動液を供給するウィック119と、から構成される。
6 and 7 together, the
なお、前記グルーブ管117の内周面には、当該グルーブ管117の長手方向に垂直な断面において円周方向に交互に凹凸形状をなし、且つ前記長手方向に延伸されるグルーブ部121が備えられている。一方、前記ウィック119の外周面は前記グルーブ管117のグルーブ部121の凸部121Bの内周面に接触する構成であり、前記グルーブ部121の凹部121Aが蒸気流路123となる。
The
また、前記ウィック119の円筒形状の内部は上述したリザーバ部111に連通し且つ前端が閉塞した液貯留室125を構成している。また、液戻り管109に連通するバイオネット管113がリザーバ部111の内部を経て液貯留室125の前端部の少し手前まで挿入されているので、液戻り管109から戻ってきた水は、バイオネット管113の前端から液貯留室125に供給される。この水はバイオネット管113の前端から180°反転して液貯留室125とバイオネット管113の間を通過して液貯留室125内に充満する状態となり、リザーバ部111へ保留される。
The cylindrical interior of the
なお、前記ウィック119としては、例えば多孔質性の燒結金属体、金属繊維、ガラス繊維などが使用されている。
As the
したがって、グルーブ管117が蒸発器103の周囲の熱で加熱されると、グルーブ管117の熱がグルーブ部121の凸部121Bの内周面との接触部分からウィック119に熱伝導し、ウィック119が加熱される。その結果、前記液貯留室125からウィック119の内部に浸透した水が加熱されて蒸気になり、グルーブ管117のグルーブ部121、すなわち蒸気流路123を経て前述したように蒸気管105へ移動することになる。
ところで、LHP101は、図5に示されているように、蒸発器103は、主として円筒形状のグルーブ管117と、このグルーブ管117の円筒形状の内部に接触して挿入する円筒形状をなすウィック119で構成されるので、外形形状が円筒形状となるために大型になってしまい、大きなスペースを必要とするという問題点があった。
As shown in FIG. 5, the LHP 101 includes an
また、リザーバ部111のサイズはシステム全体の冷却性能に大きく影響を与えるものであり、リザーバ部111の外周径サイズを太くすることでリザーバ部111の容量を大きくする傾向があるために、LHP101を装着する機器内では特にリザーバ部111を収納するためのスペースを立体的に大きく必要とするという問題点があった。
In addition, the size of the
つまり、円筒形状をなすグルーブ管117とウィック119で構成されることで円筒形状をなす蒸発器103は3次元的な構造であるので、熱密度が高く、大面積に弱い、つまり、集熱効率が低くなってしまうという問題点があった。
In other words, since the cylindrically shaped
特に、LHPが使用されるノートパソコンや他の電子機器は、近年、ますます薄型化並びに小型化の傾向があるので、これらの電子機器に発生する熱をより一層効率よく集熱して外部へ放熱するLHPが求められていた。 In particular, notebook PCs and other electronic devices that use LHP tend to be thinner and smaller in recent years, so that the heat generated in these electronic devices can be collected more efficiently and dissipated to the outside. There was a need for an LHP to do.
上記発明が解決しようとする課題を達成するために、この発明のループヒートパイプは、作動液が気化する際の潜熱を利用して冷却する蒸発器と、この蒸発器で気化された気体が移動する蒸気管と、この蒸気管からの気体を放熱して液化する凝縮器と、この凝縮器で液化した作動液が前記蒸発器へ移動する液戻り管と、から構成されるループヒートパイプにおいて、
前記蒸発器が、前記液戻り管に接続される底板部材と、前記蒸気管に接続される蓋部材と、前記底板部材と蓋部材の間に配置される平板状をなすウィックであって、前記蒸気管に連通する複数のグルーブ溝からなるグルーブ部を前記蓋部材と接触する側の平板状の表面に設けると共に、前記液戻り管に連通して作動液を保留するリザーバ部を前記底板部材と接触する側の平板状の裏面に設けたウィックと、で構成していることを特徴とするものである。
In order to achieve the problem to be solved by the invention, a loop heat pipe of the invention includes an evaporator that cools using latent heat generated when the working fluid is vaporized, and a gas vaporized by the evaporator moves. In a loop heat pipe composed of a steam pipe, a condenser that radiates and liquefies the gas from the steam pipe, and a liquid return pipe that moves the working liquid liquefied in the condenser to the evaporator,
The evaporator is a bottom plate member connected to the liquid return pipe, a lid member connected to the steam pipe, and a flat plate wick disposed between the bottom plate member and the lid member, A groove portion comprising a plurality of groove grooves communicating with the steam pipe is provided on a flat plate-like surface on the side in contact with the lid member, and a reservoir portion communicating with the liquid return pipe and retaining the working fluid is provided with the bottom plate member. And a wick provided on the flat plate-like back surface on the contact side.
また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記リザーバ部を、前記ウィックの裏面に設けた複数の流路用のリザーバ溝で構成していることが好ましい。 In the loop heat pipe of the present invention, it is preferable that in the loop heat pipe, the reservoir portion is constituted by a plurality of flow path reservoir grooves provided on the back surface of the wick.
また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記ウィックの外周部に、気体又は作動液の逆流防止機構を設けていることが好ましい。 In the loop heat pipe of the present invention, it is preferable that a backflow prevention mechanism for gas or hydraulic fluid is provided on the outer periphery of the wick.
また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記逆流防止機構が、前記ウィックの表面又は裏面の外周部全域に亘って前記グルーブ部を形成しない構成であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the loop heat pipe of this invention is a structure in which the said backflow prevention mechanism does not form the said groove part over the outer peripheral part of the surface of the said wick, or a back surface in the said loop heat pipe.
また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記逆流防止機構が、前記ウィックの厚さを前記底板部材と蓋部材の間で形成される間隔よりも僅かに厚く形成した構成であることが好ましい。 Further, the loop heat pipe according to the present invention is configured such that, in the loop heat pipe, the backflow prevention mechanism is formed so that the thickness of the wick is slightly thicker than an interval formed between the bottom plate member and the lid member. Preferably there is.
また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記逆流防止機構が、前記ウィックの外周部を前記グルーブと前記リザーバ部の領域よりも僅かに厚く形成した構成であることが好ましい。 In the loop heat pipe of the present invention, it is preferable that the backflow prevention mechanism has a configuration in which an outer peripheral portion of the wick is formed slightly thicker than regions of the groove and the reservoir portion.
また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記ウィックの外周部と接触する前記蓋部材又は底板部材の内面に、前記グルーブ部に接する蓋部材の領域又は前記リザーバ部に接する底板部材の領域よりも僅かに高い逆流防止用凸部を設けていることが好ましい。 Further, the loop heat pipe of the present invention is the loop heat pipe, in the loop heat pipe, on the inner surface of the lid member or the bottom plate member in contact with the outer peripheral portion of the wick, on the region of the lid member in contact with the groove portion or the bottom plate in contact with the reservoir portion It is preferable to provide a backflow preventing convex portion that is slightly higher than the region of the member.
また、この発明のループヒートパイプは、前記ループヒートパイプにおいて、前記液戻り管の端部を、底板部材から突出して前記リザーバ部の内部に挿入する構成であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the loop heat pipe of this invention is a structure which the edge part of the said liquid return pipe protrudes from a baseplate member, and is inserted in the inside of the said reservoir part in the said loop heat pipe.
以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明によれば、平板状をなすウィックの表面にグルーブ溝と裏面にリザーバ部を設けたので、蒸発器を平板状にして薄型化並びに小型化を実現して省スペース化を図ることができる。また、蒸発器を平板状にすることで、グルーブ溝とリザーバ部の領域が平面上で大きくなるので、集熱効率及び吸水効率(熱交換効率)の向上を図ることができる。したがって、上記の蒸発器を使用しているので、このループヒートパイプが従来の蒸発器に比べてはるかに小型化して様々な機器に使用することができ、しかも薄型でコンパクトサイズでありながら集熱効率及び吸水効率(熱交換効率)の高い冷却を行うことができる。 As can be understood from the means for solving the problems as described above, according to the present invention, since the groove groove and the reservoir portion are provided on the back surface of the flat wick, the evaporator is formed in a flat plate shape. Space saving can be achieved by realizing a reduction in thickness and size. Further, by making the evaporator flat, the groove groove and the reservoir region are enlarged on the plane, so that it is possible to improve the heat collection efficiency and the water absorption efficiency (heat exchange efficiency). Therefore, since the above evaporator is used, this loop heat pipe is much smaller than conventional evaporators and can be used for various devices. And cooling with high water absorption efficiency (heat exchange efficiency) can be performed.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1ないしは図3を参照するに、この実施の形態に係るループヒートパイプ1(LHP)は、この実施の形態に係る蒸発器3が使用されている。 With reference to FIG. 1 thru | or FIG. 3, the evaporator 3 which concerns on this embodiment is used for the loop heat pipe 1 (LHP) which concerns on this embodiment.
この蒸発器3は、作動液5Lが気化する際の潜熱を利用して冷却する機能と、内部に供給された前記作動液5Lを保留するリザーバ部7〔あるいは、アキュームレータ、CC(Compensation Chamber)など〕と、を有している。
The evaporator 3 has a function of cooling using latent heat when the working
また、LHP1は、上記の蒸発器3と、この蒸発器3で気化された気体5Vを移動せしめる蒸気管9(Vapor Line)と、この蒸気管9を経て移動した気体5Vを放熱して液化する凝縮器11(Condenser)と、この凝縮器11で液化した作動液5Lを前記蒸発器3に移動せしめる液戻り管13(Liquid Line)と、から構成されるシステムで、一つのループを形成している。
The LHP 1 radiates and liquefies the evaporator 3, the vapor pipe 9 (Vapor Line) that moves the
なお、LHP1の内部には作動液5Lが投入されている。作動液5Lとしてはアルコール、アンモニア、水などがある。この実施の形態では、地球環境の観点から、作動液5Lは水としている。図1では作動液5Lである水の流れ方向は実線の矢印で示されており、作動液5Lが気化された気体5Vである水蒸気の流れ方向は点線の矢印で示されている。
Note that 5 L of hydraulic fluid is introduced into the LHP 1. Examples of the
すなわち、上記のLHP1では、蒸発器3が周囲で発生した熱により加熱されると、作動液5Lである水が蒸発器3内で蒸気となり、このときの潜熱を利用して周囲の温度を冷却するものである。蒸発器3の内部で生じた蒸気が蒸気管9を経て凝縮器11へ移動し、凝縮器11で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管13を経て再び蒸発器3内のリザーバ部7へ移動することになり、上記の作用を繰り返すことになる。したがって、LHP1は潜熱を利用しており、外部電源無しに高い熱輸送能力を有している。また、蒸気管9、液戻り管13の配管は自由であり、熱の伝送方向は蒸発器3から凝縮器11への一方向でダイオードのような振る舞いをするものである。
That is, in the LHP 1 described above, when the evaporator 3 is heated by the heat generated in the surroundings, the water that is the
図1及び図2を参照するに、蒸発器3は、底板部材15と蓋部材17とウィック19とが組み合わされて構成され、リザーバ部7を内蔵するものである。
Referring to FIGS. 1 and 2, the evaporator 3 is configured by combining a
底板部材15は、基本的には平板状で前記液戻り管13に接続されるものである。この実施の形態では、ほぼ円形状の開口部15Aを有し、かつ底部15Bと側壁部15Cで断面U字状をなす薄型の容器形状である。さらに、底部15Bのほぼ中心位置には前記液戻り管13を挿通するための液戻り管用穴部21が設けられている。
The
蓋部材17は、基本的には平板状で前記蒸気管9に接続されるものである。この実施の形態では、底板部材15の開口部15Aを閉塞するようにほぼ円形の平板状をなしている。さらに、蓋部材17の外周部の位置には前記蒸気管9を挿通するための蒸気管用穴部23が設けられている。したがって、底板部材15と蓋部材17との間に空間25が形成されることになる。
The
ウィック19は、基本的には前記底板部材15と蓋部材17の間に配置される平板状をなすものである。この実施の形態では、ほぼ円形状の薄型の平板状で、上記の底板部材15と蓋部材17との空間25内にピッタリと嵌合するように配置されるものである。
The
また、ウィック19は、この実施の形態では、軽量化を図るために高分子体の材質が使用されている。この高分子体としては、例えば直径10〜20μmのポリエチレンパウダを焼結したものが用いられる。このような高分子体は、一つ一つのパウダが親水基を有しているので、濡れ性の向上と表面張力に+αのポンプ力が加えられるために、ウィック19内の蒸気の移動する力が大きくなる。
In the present embodiment, the
また、ウィック19の前記蓋部材17と接触する側の平板状の表面には、前記蒸気管9に連通する多数のグルーブ溝からなるグルーブ部27が設けられている。この実施の形態では、グルーブ部27は、図1及び図2に示されているように、ウィック19の平板状の表面の外周部29を除く部分に、ウィック19の表面に垂直な断面においてグルーブ溝としての例えば凹部27Aと凸部27Bでウィック19の幅方向に交互に凹凸形状をなし、且つこの凹凸形状がウィック19の一方向に延伸されている。また、ウィック19の平板状の表面の外周部29は、その全域に亘って上記のグルーブ部27を形成しないでグルーブ無し部31が設けられている。
Further, on the flat surface of the
また、この実施の形態では上記の凹部27A(グルーブ溝)の数は多数設けられており、凹部27Aの断面形状が四角形状であるが、V溝形状などの他の断面形状でも良く、凹部27Aの数や断面形状は限定されない。つまり、凹部27Aの断面積の大きさは、グルーブ部27の凹部27Aの数や形状等を変えることによって種々に設定することができる。
In this embodiment, the number of the
また、前記グルーブ部27と外周部との境界には、前記グルーブ部27の各凹部27Aと連通する円周側蒸気流路33が円周方向に設けられている。つまり、前記各凹部27Aの蒸気が円周側蒸気流路33へ流れる構成である。
A
さらに、上記のグルーブ部27には、各グルーブ溝の蒸気圧力差をコントロールするために、前記各凹部27A(グルーブ溝)に連通する1本ないしは複数の蒸気圧調整用溝35が上記のグルーブ部27の凹部27A(グルーブ溝)に直交する方向に設けられており、前記各蒸気圧調整用溝35は前記円周側蒸気流路33に連通している。なお、この実施の形態では、図2に示されているように、2本の蒸気圧調整用溝35が設けられている。また、前記各蒸気圧調整用溝35は各凹部27A(グルーブ溝)より大きい溝であることが、効率よく蒸気を行き渡らせるという点で望ましい。
Further, the
なお、前述した多数の凹部27A(グルーブ溝)は、ウィック19の表面に一方向に並列に配置されているが、ウィック19の表面の中心部から放射状に延びていても、あるいはランダムに配列されていてもよい。しかし、各凹部27Aは前記蒸気圧調整用溝35や円周側蒸気流路33に連通する構成である。
It should be noted that the
また、ウィック19の前記底板部材15と接触する側の平板状の裏面には、前記液戻り管13に連通して作動液5Lを保留するリザーバ部7が設けられている。この実施の形態では、リザーバ部7は、図1及び図2に示されているように、ウィック19の平板状の裏面の外周部37を除く部分に設けた複数のリザーバ溝39で構成されている。例えば、ウィック19の平板状の裏面のほぼ中心部に前記液戻り管13を挿入するための液導入用リザーバ溝39Aが設けられており、複数の円周リザーバ溝39Bが前記液導入用リザーバ溝39Aの周囲を幾重にも囲むように円周方向に長く設けられている。さらに、前記複数の円周リザーバ溝39Bはそれぞれ適当な箇所でバイパス用リザーバ溝39Cにより互いに連通する構成である。これにより、複数のリザーバ溝39がウィック19の平板状の裏面の全体に張り巡らされており、作動液5Lがウィック19の裏面のほぼ全体に行き渡る構成である。
In addition, a
なお、上記の複数のリザーバ溝39は、上述した配置構成に限らず、作動液5Lがウィック19の裏面のほぼ全体に行き渡る構成であれば、放射状、並列でも、その他の配置構成でも良い。また、上述したように各リザーバ溝39は途中にバイパス用リザーバ溝39で連通することにより、作動液5Lがより一層満遍なく全体に行き渡るので望ましい。
The plurality of
なお、リザーバ部7は、基本的にはウィック19の平板状の裏面の外周部37を除く部分のほぼ全体に渡る領域に、1つの凹部を設けても良いが、前述したように複数のリザーバ溝39で構成することで、蒸発器3の傾きなどの影響を受け難くして、安定した集熱を行う効果がある。
The
したがって、この実施の形態の蒸発器3としては、図1及び図2に示されているように、ウィック19を底板部材15の内部に嵌入してから前記底板部材15の開口部15Aを蓋部材17で被蓋して前記ウィック19を収納し、底板部材15と蓋部材17がロー付(又は半田付け)で閉塞される。あるいは、図示しない締結具で前記底板部材15と蓋部材17の外周部を外側から押さえて底板部材15とウィック19と蓋部材17を固定することもできる。
Therefore, as the evaporator 3 of this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
以上のように底板部材15とウィック19と蓋部材17が固定されると、蓋部材17とウィック19の表面側では、前記グルーブ部27において凹部27Aと蓋部材17の内面との間に蒸気流路43が形成され、また蒸気圧調整用溝35や円周側蒸気流路33も形成される。一方、底板部材15の底部15Bとウィック19の裏面側では、前記リザーバ部7において底板部材15の底面と各リザーバ溝39で液流路41が形成される。
As described above, when the
また、液戻り管13は底板部材15の液戻り管用穴部21に挿通されて、ウィック19の平板状の裏面のほぼ中心部の液導入用リザーバ溝39Aにその深さのほぼ1/2の高さまで挿入されてから、前記液戻り管用穴部21にロー付(又は半田付け)で連結されている。一方、蒸気管9は蓋部材17の蒸気管用穴部23にロー付(又は半田付け)で連結されている。このとき、蒸気管9は上記の円周側蒸気流路33に連通する位置にある。
Further, the
また、上記のウィック19の平板状の表面の外周部29では、グルーブ無し部31と蓋部材17との界面の隙間を小さく接触せしめることにより面圧を高くすることによって、グルーブ無し部31が水蒸気(気体5V)の逆流防止機構45の構成となる。
Further, in the outer
上記のグルーブ無し部31と蓋部材17との界面の隙間の裕度は、蒸発器3の加熱により発生する蒸気圧とリザーバ部7内の蒸気圧の差と作動液5Lの表面張力から決まるが、ウィック19の材料としてポリエチレンの高分子体が使用されているので、ポリエチレンの弾性により隙間無く設置されることになる。したがって、グルーブ無し部31と蓋部材17との界面の面圧を高く保持することができる。
The margin of the gap at the interface between the groove-free portion 31 and the
この点についてより詳しく説明すると、蓋部材17とウィック19のグルーブ無し部31の外周面との界面の面圧が、前記グルーブ部27で発生する蒸気圧力以上となるように設定することが望ましい。
This point will be described in more detail. It is desirable that the surface pressure at the interface between the
例えば、ウィック19の厚さを底板部材15と蓋部材17で形成される空間25の高さ寸法(底板部材15と蓋部材17の間隔寸法)よりも僅かに厚くしておくことで、上記の界面の面圧を上げることができるので、グルーブ部27で発生した水蒸気の逆流を抑制することができる。
For example, by making the thickness of the
また、他の実施の形態の逆流防止機構45としては、外周部29の厚さをグルーブ部27の領域の厚さより僅かに厚くしておくことで、水蒸気の逆流を防止することができる。
Moreover, as the
また、他の実施の形態の逆流防止機構45としては、上記のウィック19の表面の外周部29には、図1に示されているように、全周に亘ってOリング用溝47を設け、Oリング用溝47に装着したOリング49により水蒸気の逆流を抑制することができる。この実施の形態では1本のOリング49が設けられているが、2本以上であってもよい。
Further, as a
また、上記のウィック19の平板状の裏面の外周部37では、作動液5Lの逆流防止機構51が設けられている。この逆流防止機構51としては、例えば、図2(B)に示されているように、外周部37の全域に亘って上記のリザーバ溝39が設けられておらず、この外周部37におけるウィック19の中心から半径方向の長さLを長くすることで、作動液5Lの逆流を防止することができる。より詳しくは、ウィック19の裏面の外周部37と底板部材15の底部15Bとの接触面積、つまり接触部分の長さLが加熱部からの熱の影響で作動液5Lの相変化が起こりえない長さに対して十分長いことで、作動液5Lの逆流を防止することができる。
In addition, a
あるいは、前述した逆流防止機構45と同様に、ウィック19の厚さを底板部材15と蓋部材17で形成される空間25の高さ寸法(底板部材15と蓋部材17の間隔寸法)よりも僅かに厚くしておくことで、作動液5Lの逆流を防止することができる。あるいは、外周部37の厚さをリザーバ部7の部分の厚さより僅かに厚くしておくことで、作動液5Lの逆流を防止することができる。
Alternatively, similarly to the
また、他の実施の形態の逆流防止機構51としては、上記のウィック19の裏面の外周部37に、図1に示されているように、全周に亘ってOリング用溝53を設け、Oリング用溝53に装着したOリング55により作動液5Lの逆流を抑制することができる。この実施の形態では2本のOリング55が設けられているが、1本であっても、あるいは3本以上であってもよい。
Further, as the
また、他の実施の形態の逆流防止機構45,51としては、図4に示されているように、前記ウィック19の外周部29,37と接触する前記蓋部材17と底板部材15の一方、あるいは両方の内面に、前記グルーブ部27に接する蓋部材17の領域又は前記リザーバ部7に接する底板部材15の領域よりも僅かに高い逆流防止用凸部57,59を設けることができる。
Further, as shown in FIG. 4, as the
これにより、前述したように底板部材15とウィック19と蓋部材17を固定すると、ウィック19の材料としてポリエチレンの高分子体が使用されているために、上記の逆流防止用凸部57,59が他の領域の部分よりウィック19をより強く押圧することになるので、ポリエチレンの弾性により隙間無く設置されて界面の面圧を高く保持することができる。その結果、水蒸気や作動液5Lの逆流を防止することができる。
Thus, when the
なお、前述した実施の形態では、底板部材15がウィック19を収納する容器形状であるが、他の実施の形態としては、底板部材15と蓋部材17が単なる平板状に構成され、かつ、前記底板部材15と蓋部材17の間にウィック19を挟み込む形態であっても良い。この場合、図示しない締結具で前記底板部材15と蓋部材17の外周部を外側から押さえて底板部材15とウィック19と蓋部材17とを固定することになる。
In the above-described embodiment, the
上記構成により、この実施の形態のLHP1の作用を説明すると、図3に示されているように、蒸発器3の蓋部材17が周囲の熱で加熱されると、蓋部材17とウィック19のグルーブ部27の接触面から蓋部材17の熱が効率よく熱伝導してウィック19が加熱される。
The operation of the LHP 1 of this embodiment will be described with the above configuration. As shown in FIG. 3, when the
一方、複数のリザーバ溝39で構成されているリザーバ部7の水は、上述したようにウィック19のポリエチレンの高分子体の各パウダが親水基を有しているために濡れ性の向上と表面張力に+αのポンプ力が加えられて真空引きされる。この真空引きにより浸透したウィック19の内部の水は圧力が下がっているので、加熱されると水が低い沸点で沸騰して蒸気になる。水が蒸気になるときの潜熱により周囲の温度が冷却されることになる。
On the other hand, the water in the
この蒸気は前述したように水がウィック19の高分子体内に真空引きされる力により押し出されてウィック19の高分子体内を移動し、グルーブ部27の凹部27Aの表面から蒸気流路43へ流れることになる。
As described above, the steam is pushed out by the force with which water is evacuated into the polymer body of the
さらに、蒸気流路43内の蒸気は、各凹部27A(グルーブ溝)に連通する2本の蒸気圧調整用溝35を経て円周側蒸気流路33へ流れる。このとき、2本の蒸気圧調整用溝35が設けられているので、各凹部27A(グルーブ溝)の蒸気圧力差が容易にコントロールされるので、蒸気が安定した状態で効率よく流れることになる。
Further, the steam in the
また、円周側蒸気流路33の蒸気は、前述したように蒸気管9を経て凝縮器11へ移動し、この凝縮器11で放熱されることにより蒸気が水に戻される。この水は液戻り管13を経て再び蒸発器3の内部のリザーバ部7へ戻って保留されることとなる。このとき、液導入用リザーバ溝39Aがウィック19のほぼ中心部に設けられているために、液戻り管13の水はウィック19のほぼ中心部の液導入用リザーバ溝39Aからバイパス用リザーバ溝39Cを介して外周側の幾重もの円周リザーバ溝39Bへ効率よくウィック19の裏面のほぼ全体に行き渡ることになるので、安定した熱交換を行うことができる。また、前述したように、リザーバ部7を複数のリザーバ溝39で構成したので、蒸発器3の傾きなどの影響を受け難くして、安定した集熱を行うことができる。そして、上記の作用を繰り返すことになる。
Further, the steam in the circumferential
以上のように、この実施の形態の蒸発器3は、作動液5Lとしての例えば水を蒸気にして熱を奪って冷却する装置であり、このように潜熱を利用する蒸発器3の冷却容量は単位面積あたりの水の蒸発速さと蒸発潜熱の積から求められるので、ウィック19と蓋部材17との接触状態が良く熱伝導効率が高いほど冷却容量が大きくなる。この点では、グルーブ部27と蓋部材17との界面の隙間が小さく接触しており、さらにはウィック19の材料として例えばポリエチレンの高分子体を使用することで、ポリエチレンの弾性により隙間無く設置されるので、ウィック19と蓋部材17との熱伝導効率は高いものである。
As described above, the evaporator 3 according to this embodiment is a device that cools by depriving heat using, for example, water as steam as the
また、グルーブ部27が加熱されることで発生する水蒸気はリザーバ部7へ逆流してはいけないし、グルーブ部27の熱が蓋部材17を熱伝導してリザーバ部7へ伝わって当該リザーバ部7内の水が水蒸気に変化してはいけない。
Further, the water vapor generated by heating the
この点では、この実施の形態では逆流防止機構45として、ウィック19の表面にはグルーブ部27と外周部29のグルーブ無し部31が設けられているので、構造が単純でありながら、グルーブ無し部31によりグルーブ部27で発生する蒸気の逆流を防止できる。しかも、上述したようにウィック19のポリエチレンの弾性により蓋部材17との接触状態が隙間無く設置されるので、グルーブ無し部31と蓋部材17との界面の面圧を高く保持されることから、確実に蒸気の逆流防止となる。
In this respect, in this embodiment, as the
特に、ウィック19の厚さを底板部材15と蓋部材17で形成される空間25の高さ寸法よりも僅かに厚くしておくことで、蓋部材17とウィック19のグルーブ無し部31の外周面との界面の面圧が、前記グルーブ部27で発生する蒸気圧力以上となるように設定できるので、確実な蒸気の逆流防止となる。
In particular, by making the thickness of the
また、ウィック19の表面の外周部29に全周に亘って設けたOリング49により水蒸気の逆流を抑制することができる。
Further, the reverse flow of water vapor can be suppressed by the O-
また、ウィック19の裏面の外周部37には、前述したように種々の逆流防止機構51が設けられているので、確実に作動液5Lの逆流を防止することができる。なお、種々の逆流防止機構51の作用、効果については前述している通りであるので説明を省略する。
Moreover, since the various
また、液戻り管13の端部はリザーバ部7を構成する液導入用リザーバ溝39Aにその深さのほぼ1/2の高さまで挿入されているので、リザーバ部7の複数のリザーバ溝39、すなわち液導入用リザーバ溝39Aの周囲を幾重にも囲む複数の円周リザーバ溝39B及び各円周リザーバ溝39Bを連通するバイパス用リザーバ溝39Cの内部の水面の高さが、各リザーバ溝39A,39B,39Cの深さのほぼ1/2の高さとなることで、各リザーバ溝39A,39B,39Cの上部には空間61が生じる。この空間61は蒸気管9との蒸気圧力差のための蒸気空間となる。
Further, since the end of the
また、この実施の形態の蒸発器3は、ウィック19を平板状にしたので極めて薄くすることができ、しかも、ウィック19の表面にグルーブ部27と裏面にリザーバ部7を設けたので、従来の蒸発器のような大きなスペースを要する円筒形状ではなく、かつ、バイオネット管などの部材を設ける必要がなく、構成部材の点数を減らすことができる。その結果、蒸発器3を安価で、かつ薄型化並びに小型化を実現して省スペース化を図ることができると共に、グルーブ部27の領域とリザーバ部7の領域が平面上で大きいために集熱効率と吸水効率(熱交換効率)の向上を図ることができる。
Further, the evaporator 3 of this embodiment can be made extremely thin because the
また、蒸発器3の内部にリザーバ部7を収納した簡単な構造であるので、この蒸発器3を使用したLHP1は従来の蒸発器とリザーバ部7とを別に設けたLHP1に比べてはるかにコンパクトサイズにできる。
In addition, since the
したがって、この実施の形態の蒸発器3を使用したLHP1は、例えばノートパソコン等のOA機器やデジタル家電、自動車のダッシュボード、あるいは他の様々な機器で発生する熱の冷却に使用されることにより、薄型でコンパクトサイズでありながら熱交換効率の高い冷却を行うことができる。 Therefore, the LHP 1 using the evaporator 3 according to this embodiment is used for cooling the heat generated by, for example, OA devices such as notebook computers, digital home appliances, automobile dashboards, and various other devices. Cooling with high heat exchange efficiency can be performed while being thin and compact.
1 ループヒートパイプ(LHP)
3 蒸発器
5L 作動液(液体の)
5V 気体(気化した作動液)
7 リザーバ部
9 蒸気管
11 凝縮器
13 液戻り管
15 底板部材
17 蓋部材
19 ウィック
21 液戻り管用穴部
23 蒸気管用穴部
25 空間
27 グルーブ部
27A 凹部(グルーブ溝)
27B 凸部
29 外周部(ウィックの表面側の)
31 グルーブ無し部
33 円周側蒸気流路
35 蒸気圧調整用溝
37 外周部(ウィックの裏面側の)
39 リザーバ溝
39A 液導入用リザーバ溝
39B 円周リザーバ溝
39C バイパス用リザーバ溝
41 液流路
43 蒸気流路
45 逆流防止機構
49 Oリング
51 逆流防止機構
55 Oリング
57 逆流防止用凸部
59 逆流防止用凸部
61 空間
1 Loop heat pipe (LHP)
3
5V gas (vaporized hydraulic fluid)
7
31 No-
39
Claims (8)
前記蒸発器が、前記液戻り管に接続される底板部材と、前記蒸気管に接続される蓋部材と、前記底板部材と蓋部材の間に配置される平板状をなすウィックであって、前記蒸気管に連通する複数のグルーブ溝からなるグルーブ部を前記蓋部材と接触する側の平板状の表面に設けると共に、前記液戻り管に連通して作動液を保留するリザーバ部を前記底板部材と接触する側の平板状の裏面に設けたウィックと、で構成していることを特徴とするループヒートパイプ。 An evaporator that cools using the latent heat generated when the hydraulic fluid is vaporized, a vapor pipe that moves the gas vaporized in the evaporator, a condenser that radiates and liquefies the gas from the vapor pipe, and this In a loop heat pipe composed of a liquid return pipe in which the working liquid liquefied in the condenser moves to the evaporator,
The evaporator is a bottom plate member connected to the liquid return pipe, a lid member connected to the steam pipe, and a flat plate wick disposed between the bottom plate member and the lid member, A groove portion comprising a plurality of groove grooves communicating with the steam pipe is provided on a flat plate-like surface on the side in contact with the lid member, and a reservoir portion communicating with the liquid return pipe and retaining the working fluid is provided with the bottom plate member. A loop heat pipe comprising: a wick provided on a flat plate-like back surface on the contact side.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012083082A (en) * | 2010-10-14 | 2012-04-26 | Fujitsu Ltd | Loop-type heat pipe, and electronic apparatus equipped with the same |
| TWI398616B (en) * | 2011-01-26 | 2013-06-11 | 奇鋐科技股份有限公司 | Micro - temperature plate structure improvement |
| KR101329886B1 (en) | 2013-07-05 | 2013-11-18 | 정현종 | Evaporator for phase change heat transfer system |
| CN105352993A (en) * | 2015-11-23 | 2016-02-24 | 上海卫星装备研究所 | Performance testing apparatus and method for flat-plate LHP capillary core |
| CN115900403A (en) * | 2021-08-03 | 2023-04-04 | 苏州圣荣元电子科技有限公司 | A loop heat pipe |
-
2007
- 2007-01-24 JP JP2007014211A patent/JP2008180444A/en active Pending
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