[go: up one dir, main page]

JP2020070979A - heat pipe - Google Patents

heat pipe Download PDF

Info

Publication number
JP2020070979A
JP2020070979A JP2018205693A JP2018205693A JP2020070979A JP 2020070979 A JP2020070979 A JP 2020070979A JP 2018205693 A JP2018205693 A JP 2018205693A JP 2018205693 A JP2018205693 A JP 2018205693A JP 2020070979 A JP2020070979 A JP 2020070979A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat pipe
wick structure
glass
mass
working fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018205693A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7189731B2 (en
Inventor
恵人 藤井
Shigeto Fujii
恵人 藤井
智明 虎谷
Tomoaki Toratani
智明 虎谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP2018205693A priority Critical patent/JP7189731B2/en
Publication of JP2020070979A publication Critical patent/JP2020070979A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7189731B2 publication Critical patent/JP7189731B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

【課題】低コスト、軽量かつ長期信頼性に優れたヒートパイプを提供する。【解決手段】本発明のヒートパイプは、空洞部を有し、内部にウィック構造が配置されるコンテナ基材と、前記空洞部に封入された作動流体と、を備えるヒートパイプであって、前記ウィック構造は、SiO2を主成分とし、Li、Na、Mg、K、Ca、Baの含有量の合計が0.01質量%以上、Li、Na、K、Ca、Baの含有量の合計が1質量%以下、Mgの含有量が10質量%以下のガラス素材であり、前記作動流体は、水を含むことを特徴とする。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat pipe which is low cost, lightweight and excellent in long-term reliability. A heat pipe of the present invention is a heat pipe including a container base material having a cavity and a wick structure arranged therein, and a working fluid enclosed in the cavity. The wick structure contains SiO2 as a main component, the total content of Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba is 0.01% by mass or more, and the total content of Li, Na, K, Ca, and Ba is 1. It is a glass material having a mass% or less and a Mg content of 10% by mass or less, and the working fluid is characterized by containing water. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、軽量で信頼性に優れるヒートパイプに関する。   The present invention relates to a heat pipe that is lightweight and has excellent reliability.

近年、電気、電子機器の小型化、および大電流化に伴い発熱量が増大し、その冷却が重要な課題となっておる。電気、電子機器の冷却方法の一つとして、ヒートパイプが使用されている。   In recent years, the amount of heat generated has increased with the miniaturization of electric and electronic devices and the increase in current, and cooling thereof has become an important issue. A heat pipe is used as one of cooling methods for electric and electronic devices.

ヒートパイプは、コンテナ基材およびウィック構造を有している。また、ヒートパイプは、主に伝熱性能に優れる銅が使用されている。ここで、モバイル機器や車両に内装される製品に対して、ヒートパイプの軽量化の要求が高まっている。これに対し、ヒートパイプの軽量化の観点から、ウィック構造にガラス素材を適用することが検討され、種々の技術が提案されている。   The heat pipe has a container base material and a wick structure. Further, the heat pipe is mainly made of copper, which is excellent in heat transfer performance. Here, there is an increasing demand for weight reduction of heat pipes for mobile devices and products installed in vehicles. On the other hand, application of a glass material to the wick structure has been studied from the viewpoint of reducing the weight of the heat pipe, and various techniques have been proposed.

ガラス素材のウィック構造体を使用する技術として、例えば、チャンバー内の蒸発部に付着させた網構造の第1の毛細管構造と、蒸発部から凝縮部まで軸方向に配置され、編んで織おり上げた組み紐からなる第2の毛細管構造と、によりウィック構造を構成したヒートパイプであって、前記第1の毛細管構造および前記第2の毛細管構造がガラス等からなるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   As a technique of using a wick structure made of a glass material, for example, a first capillary structure having a net structure attached to an evaporation portion in a chamber and an axially arranged portion from the evaporation portion to the condensation portion are knitted and woven. A heat pipe having a wick structure composed of a second capillary structure composed of a braided cord, wherein the first capillary structure and the second capillary structure are made of glass or the like is proposed (for example, See Patent Document 1).

また、両端の閉じた減圧細管の内部に、作動液体及び毛細管又は線条が、適当な空間を残して自由状態又は拘束状態で充填されているマイクロヒートパイプであって、作動流体として水を使用し、毛細管または線条として、石英ガラス、ホウ酸系ガラス等の無機ガラスを使用するものが開示されている(例えば、特許文献2参照)。   A micro heat pipe in which a working liquid and capillaries or filaments are filled in a free state or in a restrained state leaving an appropriate space inside a decompression thin tube closed at both ends, and water is used as a working fluid. However, there is disclosed a capillary or filament that uses an inorganic glass such as quartz glass or boric acid glass (see, for example, Patent Document 2).

さらに、中空ガラスの外壁側を緻密なガラスによる緻密ガラス層として形成し、中空ガラスの内壁側は中空ガラスの両端部分を細孔で連通した多孔質ガラス層としたヒートパイプであって、作動流体として水を使用するものが開示されている(例えば、特許文献3参照)。   Furthermore, the outer wall side of the hollow glass is formed as a dense glass layer of dense glass, and the inner wall side of the hollow glass is a heat pipe with a porous glass layer in which both end portions of the hollow glass are communicated by pores. A device using water is disclosed (for example, see Patent Document 3).

実用新案登録第3194101号公報Utility model registration No. 3194101 特開昭63−226595号公報JP-A-63-226595 特開2008−122024号公報JP, 2008-122024, A

しかしながら、ウィック構造体としてガラスを使用した場合、ヒートパイプの長期使用により、作動流体として使用する水に、ウィック構造体のガラスからアルカリが溶出するという問題を有している。ヒートパイプのような密閉環境下では、作動流体中でアルカリ成分が濃化し、pHが上昇してしまう。このpHの上昇により、ガラス母相がエッチングされ、ウィック構造の形状が損なわれ、ウィック性能の低下、すなわち、ヒートパイプの熱性能が低下し、長期信頼性が得られないおそれがある。また溶解したガラス成分が他の場所で再晶出して、ウィック性能を低下させるおそれもある。   However, when glass is used as the wick structure, there is a problem that alkali is eluted from the glass of the wick structure into water used as a working fluid due to long-term use of the heat pipe. In a closed environment such as a heat pipe, the alkaline component is concentrated in the working fluid and the pH is increased. Due to this increase in pH, the glass matrix phase is etched, the shape of the wick structure is impaired, the wick performance is degraded, that is, the thermal performance of the heat pipe is degraded, and long-term reliability may not be obtained. In addition, the melted glass component may be recrystallized at another place to deteriorate the wick performance.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コスト、軽量かつ長期信頼性に優れたヒートパイプを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a heat pipe that is low in cost, lightweight, and excellent in long-term reliability.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るヒートパイプは、空洞部を有し、内部にウィック構造が配置されるコンテナ基材と、前記空洞部に封入された作動流体と、を備えるヒートパイプであって、前記ウィック構造は、SiOを主成分とし、Li、Na、Mg、K、Ca、Baの含有量の合計が0.01質量%以上であり、Li、Na、K、Ca、Baの含有量の合計が1.0質量%以下であり、Mgの含有量が10質量%以下のガラス素材であり、前記作動流体は、水を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, a heat pipe according to the present invention has a cavity, and a container base material in which a wick structure is arranged, and a working fluid enclosed in the cavity. And a wick structure comprising SiO 2 as a main component, the total content of Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba being 0.01% by mass or more, and Li, A glass material having a total content of Na, K, Ca, and Ba of 1.0 mass% or less and a Mg content of 10 mass% or less, wherein the working fluid contains water. .

また、本発明に係るヒートパイプは、上記発明において、前記ウィック構造は、ガラス繊維であることを特徴とする。   Further, the heat pipe according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the wick structure is glass fiber.

また、本発明に係るヒートパイプは、上記発明において、前記ウィック構造は、複数本のガラス繊維が束ねられたヤーンであることを特徴とする。   Further, the heat pipe according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the wick structure is a yarn in which a plurality of glass fibers are bundled.

また、本発明に係るヒートパイプは、上記発明において、前記ウィック構造は、ガラス繊維がクロス状に織られたガラス繊維クロスであることを特徴とする。   In the heat pipe according to the present invention, in the above invention, the wick structure is a glass fiber cloth in which glass fibers are woven in a cloth shape.

また、本発明に係るヒートパイプは、上記発明において、前記ウィック構造は、ガラス繊維の不織布であることを特徴とする。   Further, the heat pipe according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the wick structure is a nonwoven fabric of glass fiber.

また、本発明に係るヒートパイプは、上記発明において、前記ガラス繊維の径は、2〜10μmであることを特徴とする。   Further, the heat pipe according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the glass fiber has a diameter of 2 to 10 µm.

また、本発明に係るヒートパイプは、上記発明において、前記ウィック構造の厚さは、0.01〜0.2mmであることを特徴とする。   Further, the heat pipe according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the thickness of the wick structure is 0.01 to 0.2 mm.

また、本発明に係るヒートパイプは、上記発明において、前記コンテナ基材を構成する材料は、アルミ、マグネシウム、チタン、銅、ステンレス、またはアルミ、マグネシウム、チタン、銅のいずれか一つを主として含む合金であることを特徴とする。   Further, in the heat pipe according to the present invention, in the above invention, the material constituting the container base material mainly contains any one of aluminum, magnesium, titanium, copper, stainless steel, or aluminum, magnesium, titanium, and copper. It is an alloy.

本発明によれば、低コストに、軽量かつ長期信頼性に優れたヒートパイプを得ることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to obtain a heat pipe which is low in cost, lightweight and excellent in long-term reliability.

図1は、本発明の実施の形態に係るヒートパイプの軸方向と垂直な断面図である。FIG. 1 is a sectional view perpendicular to the axial direction of a heat pipe according to an embodiment of the present invention.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below. Further, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are appropriately assigned the same reference numerals.

(実施の形態)
図1は、発明の実施の形態に係るヒートパイプ10の軸方向と垂直な断面図である。ヒートパイプ10は、空洞部4を有し、内部にウィック構造2が配置されるコンテナ基材1と、コンテナ基材1の空洞部4に封入された作動流体3と、を備える。
(Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the axial direction of a heat pipe 10 according to an embodiment of the invention. The heat pipe 10 includes a cavity 4 and a container base material 1 in which the wick structure 2 is arranged, and a working fluid 3 enclosed in the cavity 4 of the container base material 1.

コンテナ基材1は、軸方向と垂直な断面が円状の細管である。断面形状は円状に限定されるものではなく、矩形状、楕円状等であってもよい。また、細管は直線状のほか、L字状等であってもよい。さらに、ヒートパイプの形状は、管材のほか、板材、箔材を張り合わせたものであってもよい。コンテナ基材1を構成する材料は、アルミ、マグネシウム、チタン、銅、ステンレス、またはアルミ、マグネシウム、チタン、銅のいずれか一つを主として含む合金である。軽量化の観点からは、アルミ、マグネシウム、チタン、またはアルミ、マグネシウム、チタンのいずれか一つを主として含む合金が好ましい。ここで、「主として含む」とは、アルミ、マグネシウム、チタンのいずれか一つの割合が50質量%以上であることを意味する。   The container base material 1 is a thin tube having a circular cross section perpendicular to the axial direction. The sectional shape is not limited to the circular shape, and may be a rectangular shape, an elliptical shape, or the like. Further, the thin tube may be L-shaped or the like in addition to being linear. Further, the shape of the heat pipe may be formed by laminating a plate material and a foil material in addition to the tube material. The material forming the container base material 1 is aluminum, magnesium, titanium, copper, stainless steel, or an alloy mainly containing any one of aluminum, magnesium, titanium, and copper. From the viewpoint of weight reduction, aluminum, magnesium, titanium, or an alloy mainly containing any one of aluminum, magnesium, and titanium is preferable. Here, "mainly containing" means that the proportion of any one of aluminum, magnesium, and titanium is 50% by mass or more.

ウィック構造2は、コンテナ基材1の内部に配置される。ウィック構造2は、コンテナ基材1の軸方向の長さ、例えば、作動流体が気化する蒸発部である一端部から、作動流体が液化する凝縮部である他端部にわたり配置される。図1では、ウィック構造2は、コンテナ基材1の内壁面の全体に配置されるが、内壁面の一部を覆うように配置されていてもよい。   The wick structure 2 is arranged inside the container substrate 1. The wick structure 2 is arranged from the axial length of the container base material 1, for example, from one end which is an evaporation part where the working fluid is vaporized to the other end which is a condensation part where the working fluid is liquefied. In FIG. 1, the wick structure 2 is arranged on the entire inner wall surface of the container base material 1, but may be arranged so as to cover a part of the inner wall surface.

ウィック構造2は、SiOを主成分とし、Li、Na、Mg、K、Ca、Baの含有量の合計が0.01質量%以上、Li、Na、K、Ca、Baの含有量の合計が1質量%以下、Mgの含有量が10質量%以下であるガラス素材からなる。SiOを主成分としたガラス素材は、一般的に水との濡れ性が良好であり、ウィック構造2として好的である。また、ガラス素材中のアルカリ成分であるLi、Na、Mg、K、Ca、Baの含有量の合計が0.01質量%以上であることにより、ガラス素材の融点が低下するため、製造が容易となり、製造コストの上昇を抑制することができる。 The wick structure 2 contains SiO 2 as a main component, and the total content of Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba is 0.01 mass% or more, and the total content of Li, Na, K, Ca, and Ba. Is 1% by mass or less and the content of Mg is 10% by mass or less. A glass material containing SiO 2 as a main component generally has good wettability with water and is suitable as the wick structure 2. Further, when the total content of Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba, which are alkaline components in the glass material, is 0.01% by mass or more, the melting point of the glass material is lowered, so that the production is easy. Therefore, increase in manufacturing cost can be suppressed.

また、Li、Na、K、Ca、Baの含有量の合計が1質量%以下のガラス素材をヒートパイプ10のウィック構造2として使用した場合、作動流体3である水へのLi、Na、K、Ca、Baの溶出量が少ないため、作動流体のpHの上昇およびウィック構造2の質量低減を防止することができる。Li、Na、K、Ca、Baの含有量の合計は、0.5質量%以下が好ましく、0.2質量%以下が特に好ましい。   Further, when a glass material having a total content of Li, Na, K, Ca, and Ba of 1% by mass or less is used as the wick structure 2 of the heat pipe 10, Li, Na, K in water as the working fluid 3 is used. , Ca, and Ba are less eluted, it is possible to prevent an increase in the pH of the working fluid and a reduction in the mass of the wick structure 2. The total content of Li, Na, K, Ca, and Ba is preferably 0.5% by mass or less, and particularly preferably 0.2% by mass or less.

さらに、Mgの含有量が10質量%以下のガラス素材をヒートパイプ10のウィック構造2として使用した場合、作動流体3である水へのMgの溶出量が少ないため、作動流体のpHの上昇およびウィック構造2の質量低減を防止することができる。Mgは、水への溶解度が小さいため、ガラス素材中の含入量が10質量%以下であればよいが、5質量%以下が好ましく、1質量%以下が特に好ましい。   Furthermore, when a glass material having a Mg content of 10 mass% or less is used as the wick structure 2 of the heat pipe 10, the elution amount of Mg into water, which is the working fluid 3, is small, so that the pH of the working fluid increases and It is possible to prevent the mass reduction of the wick structure 2. Since Mg has a low solubility in water, its content in the glass material may be 10 mass% or less, but 5 mass% or less is preferable, and 1 mass% or less is particularly preferable.

Li、Na、Mg、K、Ca、Baの含有量の合計が上記の範囲となるガラス素材は、Li、Na、Mg、K、Ca、Baの含有量の合計が上記の範囲であるガラス素材をウィック構造2として使用する。また、Li、Na、Mg、K、Ca、Baの含有量の合計が上記範囲の上限を超えるガラス素材を、酸処理することによりLi、Na、Mg、K、Ca、Baを除去することにより、Li、Na、Mg、K、Ca、Baの含有量の合計が上記の範囲となった酸処理ガラスを使用することもできる。酸処理ガラスをウィック構造2として使用する場合、酸処理後、高温で熱処理して、ガラス母相を緻密化したものを使用することが好ましい。   A glass material having a total content of Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba in the above range is a glass material having a total content of Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba in the above range. Is used as the wick structure 2. Moreover, by removing Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba by acid-treating a glass material whose total content of Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba exceeds the upper limit of the above range. It is also possible to use acid-treated glass having a total content of Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba in the above range. When the acid-treated glass is used as the wick structure 2, it is preferable to use a glass matrix that has been densified by heat treatment at a high temperature after the acid treatment.

なお、ガラス素材からアルカリ溶出を抑制する技術として、硫酸アンモニウム、亜硫酸ガス、無水亜硫酸、濃硫酸等を用いるブルーム処理(サルファー処理)もある。ブルーム処理では、ガラス表層付近のアルカリ成分を除去するのみに留まり、アルカリが残存する内層から徐々にアルカリが溶出するため、ガラス基材全体に含まれるアルカリ成分量を制御することが必要となる。   As a technique for suppressing the elution of alkali from the glass material, there is also a bloom treatment (sulfur treatment) using ammonium sulfate, sulfurous acid gas, anhydrous sulfur dioxide, concentrated sulfuric acid, or the like. In the bloom treatment, the amount of the alkali component contained in the entire glass substrate needs to be controlled because the alkali component only near the glass surface layer is removed and the alkali is gradually eluted from the inner layer in which the alkali remains.

また、ウィック構造2に使用されるガラス素材は、Al、Cu、Ni、Ti、Zr等を含むものであってもよい。Al、Cu、Ni、Ti、Zr等を含むガラス素材は、ガラス母相の耐水性を高めることができる。   Further, the glass material used for the wick structure 2 may contain Al, Cu, Ni, Ti, Zr, or the like. A glass material containing Al, Cu, Ni, Ti, Zr or the like can enhance the water resistance of the glass matrix phase.

ウィック構造2の形状は特に限定されるものではないが、ウィック性能とハンドリングの観点から、ガラス繊維を使用することが好ましい。ウィック構造2は、複数本のガラス繊維が束ねられたヤーン、ガラス繊維がクロス状に織られたガラス繊維クロス、ガラス繊維の不織布を好適に使用することができ、これらを組み合わせて使用することもできる。   The shape of the wick structure 2 is not particularly limited, but it is preferable to use glass fiber from the viewpoint of wick performance and handling. For the wick structure 2, a yarn in which a plurality of glass fibers are bundled, a glass fiber cloth in which glass fibers are woven in a cloth shape, or a nonwoven fabric of glass fibers can be preferably used, and they can also be used in combination. it can.

ウィック構造2に使用されるガラス繊維の線径は特に限定されるものではないが、細すぎると製造時にちぎれ等の原因となるほか、ハンドリング性が低下し、太すぎると柔軟性の低下により、ハンドリング性が悪くなる。したがって、ガラス繊維の線径は、2〜10μmが好ましく、4〜8μmが特に好ましい。   The wire diameter of the glass fiber used for the wick structure 2 is not particularly limited, but if it is too thin, it may cause tears during production, and the handling property decreases, and if it is too thick, flexibility decreases. Handleability deteriorates. Therefore, the wire diameter of the glass fiber is preferably 2 to 10 μm, and particularly preferably 4 to 8 μm.

ウィック構造2として、ガラス繊維クロスや不織布を使用する場合の厚さは、特に限定されるものではないが、薄すぎると製造時にちぎれ等の原因となり、厚すぎるとヒートパイプ10の軽量小型化に不利となるほか、ウィック構造2内に大気の一部が残存し、ヒートパイプ性能を低下させるおそれがある。ウィック構造2の厚さは、0.01mm〜0.2mmであることが好ましく、0.02mm〜0.1mmが特に好ましい。   The thickness when using a glass fiber cloth or a non-woven fabric as the wick structure 2 is not particularly limited, but if it is too thin, it may be torn during manufacturing, and if it is too thick, the heat pipe 10 can be made lighter and smaller. Besides being disadvantageous, a part of the air remains in the wick structure 2, which may deteriorate the heat pipe performance. The thickness of the wick structure 2 is preferably 0.01 mm to 0.2 mm, particularly preferably 0.02 mm to 0.1 mm.

ウィック構造2は、少なくとも上記に記載のガラス素材を一部に使用するものであれば、他の部分が従来の金属素材を使用するものであってもよい。少なくとも一部が、アルカリの溶出のないガラス素材を使用するものであれば、軽量かつ長期信頼性にぐれるヒートパイプ10とすることができる。   The wick structure 2 may be one in which the glass material described above is used at least in part, and the other portion may use a conventional metal material. If at least a part is made of a glass material that does not elute alkali, the heat pipe 10 can be lightweight and has excellent long-term reliability.

作動流体3は、水を含む流体である。水は、蒸発潜熱が大きく、熱輸送に有利であり、環境負荷がなく、管理も容易であるという利点を有しているため、作動流体3として好適に使用することができる。使用環境に応じて、pH調整剤を添加したり、作動流体3の凍結を防止する目的でアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等を添加してもよいが、少なくとも水を50質量%以上含むことが好ましい。   The working fluid 3 is a fluid containing water. Water has a large latent heat of vaporization, is advantageous for heat transport, has no environmental load, and is easy to manage. Therefore, water can be suitably used as the working fluid 3. Depending on the use environment, a pH adjuster may be added, or alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, etc. may be added for the purpose of preventing freezing of the working fluid 3, but at least 50% by mass or more of water may be contained. preferable.

上記の構成を採用することにより、低コストに生産可能であって、軽量かつ長期信頼性に優れるヒートパイプ10を得ることができる。なお、上記の実施の形態では、コンテナ基材1として金属材料を使用しているが、ウィック構造2に使用するアルカリ溶出の無いガラス素材を使用することもできる。   By adopting the above configuration, it is possible to obtain the heat pipe 10 that can be manufactured at low cost, is lightweight, and has excellent long-term reliability. In addition, although the metal material is used as the container base material 1 in the above-mentioned embodiment, a glass material used for the wick structure 2 without alkali elution can also be used.

ヒートパイプ10は、汚れを洗浄したコンテナ基材1の一端部を封止した後、ウィック構造2をコンテナ基材1に配置し、作動流体3を注入した後、コンテナ基材内部を脱気し、コンテナ基材1の他端部を封止することにより製造することができる。封止の前に、絞り加工等により封止部(コンテナ機材11の両端部)の形状を適宜調整しても良い。また板材や箔材を張り合わせてコンテナとする場合は、作動流体3を注入する前に注入口以外の部分を封止し、作動流体3を注入し、脱気後に注入口の部分を封止する。また各工程の間で扁平加工や曲げ加工を施し、ヒートパイプを所望の形状に調整しても良い。   The heat pipe 10 seals one end of the container base material 1 from which dirt has been washed, arranges the wick structure 2 on the container base material 1, injects the working fluid 3, and then degasses the inside of the container base material. It can be manufactured by sealing the other end of the container base material 1. Before the sealing, the shape of the sealing portion (both ends of the container material 11) may be appropriately adjusted by drawing or the like. When a plate material or a foil material is laminated to form a container, the portion other than the injection port is sealed before the working fluid 3 is injected, the working fluid 3 is injected, and the part of the injection port is sealed after deaeration. .. Further, the heat pipe may be adjusted to a desired shape by performing flattening or bending between the respective steps.

コンテナ基材1の表面に付着した汚れ等は、ヒートパイプ化した後に熱伝達能の低下に繋がる恐れがあるため、洗浄することが好ましい。洗浄は一般的な方法で実施すれば良く、例えば溶剤脱脂、電解脱脂、エッチング、酸化処理等を行えば良い。   It is preferable to clean the dirt and the like adhering to the surface of the container base material 1 since it may lead to a decrease in heat transfer ability after being made into a heat pipe. Cleaning may be performed by a general method, for example, solvent degreasing, electrolytic degreasing, etching, oxidation treatment, or the like.

コンテナ基材1の封止方法は特に制限は無いが、TIG溶接、抵抗溶接、厚接、はんだ等、一般的な方法を用いれば良い。ウィック構造2のコンテナ基材1の内部への設置方法に特に限定は無く、コンテナ基材1の内面にクロス状のウィック構造2を沿わせる、コンテナ基材1内部にヤーンを設置する等、一般的な方法で設置すれば良い。必要に応じて、コンテナ基材1で固定しても良い。   The method for sealing the container base material 1 is not particularly limited, but a general method such as TIG welding, resistance welding, thick welding, soldering, or the like may be used. The method of installing the wick structure 2 inside the container base material 1 is not particularly limited, and the wick structure 2 having a cross shape is provided along the inner surface of the container base material 1, the yarn is installed inside the container base material 1, and the like. It can be installed by the appropriate method. If necessary, the container base material 1 may be used for fixing.

<試験サンプルの製造>
外径8mm×厚さ0.3mm×長さ220mmの無酸素銅管の直管の片端をTIG溶接で封止し、下記表1に示した成分を有するガラスクロスを内面に沿わせて設置した。その後純水を注液し、加熱脱気により脱気後、TIG溶接により脱気口を封止し、ヒートパイプの試験サンプルとした。ガラスクロスは、厚さ0.01〜0.2mmのものを適宜選択して用いた。ヒートパイプ内の作動流体は、1.8g程度になるよう調整した。
<Manufacture of test sample>
One end of a straight tube of an oxygen-free copper tube having an outer diameter of 8 mm, a thickness of 0.3 mm, and a length of 220 mm was sealed by TIG welding, and a glass cloth having the components shown in Table 1 below was placed along the inner surface. . Then, deionized water was poured, and after deaeration by heating deaeration, the deaeration port was sealed by TIG welding to obtain a heat pipe test sample. The glass cloth having a thickness of 0.01 to 0.2 mm was appropriately selected and used. The working fluid in the heat pipe was adjusted to about 1.8 g.

<評価方法>
(1)作動流体のpH
ヒートパイプを長期で使用した際のガラス製ウィック構造からのアルカリ溶出を模擬するため、作製した試験サンプルを150℃×185hの条件で加速試験し、熱処理後の作動流体のpHを測定した。熱処理後のpHが8以下の場合を◎、8.5以下の場合を○、9以下の場合を△、9より大きい場合を×として判定した。
(2)ウィック構造の質量変化
ヒートパイプを長期で使用した際のガラス製ウィック構造の作動流体への溶解を模擬するため、作製した試験サンプルを150℃×185hの条件で加速試験し、熱処理前後のウィック構造の質量変化を測定した。ウィック構造の質量変化は下記式で計算される。耐久試験後の質量変化率が5%以下の場合を◎、10%以下の場合を○、15%以下の場合を△、15%より大きい場合を×として判定した。
質量変化=(耐久試験前の質量−耐久試験後の質量)/(耐久試験前の質量)
(3)コスト
ガラス素材の製造の難易度により、製造コストを評価した。製造コストが低い場合は○、製造コストが高い場合を×とした。
<Evaluation method>
(1) pH of working fluid
In order to simulate alkali elution from the glass wick structure when the heat pipe was used for a long period of time, the produced test sample was subjected to an accelerated test under the condition of 150 ° C. × 185 h, and the pH of the working fluid after the heat treatment was measured. When the pH after heat treatment was 8 or less, it was evaluated as ⊚, when 8.5 or less was evaluated as ◯, when 9 or less was evaluated as Δ, and when it was more than 9, it was evaluated as x.
(2) Change in mass of wick structure In order to simulate the dissolution of the glass wick structure in the working fluid when the heat pipe is used for a long period of time, the prepared test sample is subjected to an acceleration test under the condition of 150 ° C. × 185 h, and before and after heat treatment. The change in the mass of the wick structure was measured. The mass change of the wick structure is calculated by the following formula. The case where the mass change rate after the durability test was 5% or less was evaluated as ⊚, the case of 10% or less was evaluated as ◯, the case of 15% or less was evaluated as Δ, and the case of greater than 15% was evaluated as x.
Mass change = (mass before durability test−mass after durability test) / (mass before durability test)
(3) Cost The manufacturing cost was evaluated according to the degree of difficulty of manufacturing the glass material. When the manufacturing cost was low, it was evaluated as ◯, and when the manufacturing cost was high, it was evaluated as x.

製造したヒートパイプの試験サンプルについて、上記(1)〜(3)の評価結果を表1に示す。   Table 1 shows the evaluation results of the above (1) to (3) for the test sample of the manufactured heat pipe.

Figure 2020070979
Figure 2020070979

実施例1〜7、および比較例5は、酸処理後に熱処理し、アルカリ成分を低減したガラス素材をウィック構造として用いた。表1に示すように、ガラス素材中のアルカリ成分が濃くなるに連れ、耐久後のpHが上昇し、質量変化が大きくなった。   In each of Examples 1 to 7 and Comparative Example 5, a glass material having an alkali component reduced by heat treatment after acid treatment was used as a wick structure. As shown in Table 1, as the alkaline component in the glass material became thicker, the pH after durability increased and the mass change increased.

実施例8〜11および比較例1は、アルカリ添加量を抑えたガラス素材をウィック構造として用いた。表1に示すように、アルカリ成分が濃くなるに連れ、耐久後のpHが上昇し、質量変化が大きくなった。   In Examples 8 to 11 and Comparative Example 1, a glass material having a reduced amount of alkali added was used as the wick structure. As shown in Table 1, as the alkali component became thicker, the pH after endurance increased and the mass change increased.

比較例2は、Eガラスをウィック構造として用いた。Eガラスは無アルカリガラスとして知られているものの、Ca含有量が13質量%と高い。Eガラスを使用したウィック構造は、耐久後のpHが上昇し、質量変化も大きくなった。従来用途では耐水性が期待されるEガラスでも、ヒートパイプ環境では長期信頼性が得られない。   In Comparative Example 2, E glass was used as the wick structure. Although E glass is known as non-alkali glass, it has a high Ca content of 13 mass%. In the wick structure using E glass, the pH after endurance increased and the change in mass also increased. Even E glass, which is expected to have water resistance in conventional applications, cannot obtain long-term reliability in a heat pipe environment.

比較例3は、比較例2のEガラスをブルーム処理し、表層のアルカリ成分を除去したガラスをウィック構造として用いた。ブルーム処理によっても、耐久後のpHが上昇し、質量変化も大きくなった。従来用途ではブルーム処理によりアルカリ溶出を抑制できることが知られているが、ヒートパイプ環境では長期信頼性が得られない。ヒートパイプ環境で長期信頼性を得るためには、ガラス表層のアルカリ成分を除去するだけでは不十分であり、母相全体のアルカリ成分を低減する必要がある。   In Comparative Example 3, the E glass of Comparative Example 2 was subjected to bloom treatment, and the glass from which the alkaline component in the surface layer was removed was used as the wick structure. The bloom treatment also increased the pH after endurance and increased the mass change. It is known that blooming can suppress alkali elution in conventional applications, but long-term reliability cannot be obtained in a heat pipe environment. In order to obtain long-term reliability in a heat pipe environment, it is not enough to remove the alkaline component of the glass surface layer, and it is necessary to reduce the alkaline component of the entire mother phase.

比較例4は、一般的な耐水用途で使用されるパイレックス(登録商標)ガラスをウィック構造として用いた。耐久後のpHが上昇し、重量変化も大きくなった。従来用途では耐水性が期待されるパイレックスガラスでも、ヒートパイプ環境では長期信頼性が得られない。   In Comparative Example 4, Pyrex (registered trademark) glass used in general water resistant applications was used as the wick structure. After the endurance, the pH increased and the change in weight also increased. Even for Pyrex glass, which is expected to be water resistant in conventional applications, long-term reliability cannot be obtained in a heat pipe environment.

参考例1は、石英ガラスをウィック構造として用いた。石英ガラスはアルカリ成分をほとんど含まず、アルカリ溶出の懸念は無いが、アルカリ成分を含まないゆえに融点が高く、製造の難易度が上がり高コストとなる。   In Reference Example 1, quartz glass was used as the wick structure. Quartz glass contains almost no alkali component and there is no concern of alkali elution. However, since it does not contain alkali component, it has a high melting point, which increases the difficulty of production and increases the cost.

本発明では、ガラス素材が0.01質量%以上アルカリ成分を含むことで、比較的低いコストで製造でき、耐久後のpH及び質量変化において、石英ガラスと同等の結果が得られている。   In the present invention, since the glass material contains an alkali component in an amount of 0.01% by mass or more, the glass material can be manufactured at a relatively low cost, and results similar to those of quartz glass are obtained in pH and mass change after endurance.

1 コンテナ基材
2 ウィック構造
3 作動流体
4 空洞部
10 ヒートパイプ
1 Container Base Material 2 Wick Structure 3 Working Fluid 4 Cavity 10 Heat Pipe

Claims (8)

空洞部を有し、内部にウィック構造が配置されるコンテナ基材と、前記空洞部に封入された作動流体と、を備えるヒートパイプであって、
前記ウィック構造は、SiOを主成分とし、Li、Na、Mg、K、Ca、Baの含有量の合計が0.01質量%以上、Li、Na、K、Ca、Baの含有量の合計が1質量%以下、Mgの含有量が10質量%以下のガラス素材であり、
前記作動流体は、水を含むことを特徴とするヒートパイプ。
A heat pipe comprising a container base material having a hollow portion, in which a wick structure is arranged, and a working fluid sealed in the hollow portion,
The wick structure contains SiO 2 as a main component, and the total content of Li, Na, Mg, K, Ca, and Ba is 0.01 mass% or more, and the total content of Li, Na, K, Ca, and Ba. Is 1% by mass or less and the content of Mg is 10% by mass or less.
The heat pipe, wherein the working fluid includes water.
前記ウィック構造は、ガラス繊維であることを特徴とする請求項1に記載のヒートパイプ。   The heat pipe according to claim 1, wherein the wick structure is glass fiber. 前記ウィック構造は、複数本のガラス繊維が束ねられたヤーンであることを特徴とする請求項1に記載のヒートパイプ。   The heat pipe according to claim 1, wherein the wick structure is a yarn in which a plurality of glass fibers are bundled. 前記ウィック構造は、ガラス繊維がクロス状に織られたガラス繊維クロスであることを特徴とする請求項1に記載のヒートパイプ。   The heat pipe according to claim 1, wherein the wick structure is a glass fiber cloth in which glass fibers are woven in a cloth shape. 前記ウィック構造は、ガラス繊維の不織布であることを特徴とする請求項1に記載のヒートパイプ。   The heat pipe according to claim 1, wherein the wick structure is a non-woven fabric of glass fiber. 前記ガラス繊維の径は、2〜10μmであることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載のヒートパイプ。   The heat pipe according to claim 2, wherein the glass fiber has a diameter of 2 to 10 μm. 前記ウィック構造の厚さは、0.01〜0.2mmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のヒートパイプ。   The heat pipe according to claim 1, wherein the wick structure has a thickness of 0.01 to 0.2 mm. 前記コンテナ基材を構成する材料は、アルミ、マグネシウム、チタン、銅、ステンレス、またはアルミ、マグネシウム、チタン、銅のいずれか一つを主として含む合金であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のヒートパイプ。   The material forming the container base material is aluminum, magnesium, titanium, copper, stainless steel, or an alloy mainly containing any one of aluminum, magnesium, titanium, and copper. The heat pipe according to any one.
JP2018205693A 2018-10-31 2018-10-31 heat pipe Active JP7189731B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018205693A JP7189731B2 (en) 2018-10-31 2018-10-31 heat pipe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018205693A JP7189731B2 (en) 2018-10-31 2018-10-31 heat pipe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020070979A true JP2020070979A (en) 2020-05-07
JP7189731B2 JP7189731B2 (en) 2022-12-14

Family

ID=70547835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018205693A Active JP7189731B2 (en) 2018-10-31 2018-10-31 heat pipe

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7189731B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022098531A (en) * 2020-12-22 2022-07-04 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 Heat transfer tube, heat treatment device and treatment system
JP2023107158A (en) * 2022-01-21 2023-08-02 住友ベークライト株式会社 vapor chamber

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63226595A (en) * 1987-03-14 1988-09-21 Nitsusen Kagaku Kogyo Kk Microheat pipe
JP2002372387A (en) * 2001-06-18 2002-12-26 Tokai Rubber Ind Ltd Heat transfer body
JP2008122024A (en) * 2006-11-15 2008-05-29 Sumitomo Electric Ind Ltd HEAT PIPE, HEAT PIPE MODULE AND HEAT PIPE MANUFACTURING METHOD
JP3194101U (en) * 2014-08-25 2014-11-06 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 Heat pipe with composite capillary structure
JP2017083074A (en) * 2015-10-28 2017-05-18 株式会社フジクラ Flat heat pipe
JP2018111629A (en) * 2017-01-11 2018-07-19 日本電気硝子株式会社 Glass member and manufacturing method therefor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63226595A (en) * 1987-03-14 1988-09-21 Nitsusen Kagaku Kogyo Kk Microheat pipe
JP2002372387A (en) * 2001-06-18 2002-12-26 Tokai Rubber Ind Ltd Heat transfer body
JP2008122024A (en) * 2006-11-15 2008-05-29 Sumitomo Electric Ind Ltd HEAT PIPE, HEAT PIPE MODULE AND HEAT PIPE MANUFACTURING METHOD
JP3194101U (en) * 2014-08-25 2014-11-06 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 Heat pipe with composite capillary structure
JP2017083074A (en) * 2015-10-28 2017-05-18 株式会社フジクラ Flat heat pipe
JP2018111629A (en) * 2017-01-11 2018-07-19 日本電気硝子株式会社 Glass member and manufacturing method therefor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022098531A (en) * 2020-12-22 2022-07-04 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 Heat transfer tube, heat treatment device and treatment system
JP2023107158A (en) * 2022-01-21 2023-08-02 住友ベークライト株式会社 vapor chamber

Also Published As

Publication number Publication date
JP7189731B2 (en) 2022-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7542015B2 (en) Bonded joints including insulating members, in particular with at least partially crystallized glass, uses thereof, crystallizable and at least partially crystallized glass, and uses thereof - Patents.com
JP3584966B2 (en) Heat resistant glass fiber and method for producing the same
JP6827117B2 (en) heat pipe
CN102635430B (en) Structured body and method for manufacturing structured body
JP7189731B2 (en) heat pipe
JP6174821B2 (en) Ceramic heater and manufacturing method thereof
TWI840553B (en) Aluminum foil, electrode for aluminum electrolytic capacitor, and method for producing aluminum foil
TWI787330B (en) Heat pipe and heat pipe manufacturing method
EP2778147A2 (en) Calcium-magnesium-aluminosilicate resistant coating and process of forming a calcium-magnesium-aluminosilicate resistant coating
JP2009511752A5 (en)
JP2012091996A (en) Method for producing porous glass
US7901782B2 (en) Solder alloy and glass bonded body using the same
JP7231331B2 (en) Thermal insulation film
JP2012096237A (en) Aluminum alloy brazing sheet for fluxless brazing, and fluxless brazing method of aluminum material
JP2001105174A (en) Aluminum alloy brazing sheet, method for producing the same, and aluminum alloy heat exchanger
JP2014227303A (en) Method for producing glass having antireflective properties and glass having antireflective properties
TW201221493A (en) Reduction of the evaporation rate of platinum and Pt alloys
JP5877739B2 (en) Aluminum alloy flat tube for heat exchanger and method for producing the same, heat exchanger core and method for producing the same
JP2013217547A (en) Aluminum alloy flat tube for heat exchanger, method of manufacturing the same, heat exchanger core, and method of manufacturing the same
CN110391044A (en) A flexible wire based on composite liquid metal
CN100473933C (en) Heat pipe
JP2014227337A (en) Precious metal evaporation barrier
JP2019100628A (en) Heat pipe and process of manufacture of heat pipe
JP2019157193A (en) Heat insulation film
JP2008122024A (en) HEAT PIPE, HEAT PIPE MODULE AND HEAT PIPE MANUFACTURING METHOD

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210714

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220526

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220531

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221115

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221202

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7189731

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151