ヒートパイプ設計の共通紹介

ヒートパイプ設計における考慮事項

ヒート パイプは、一般的なラップトップや携帯電話など、現在の放熱設計で広く使用されています。 ヒートパイプの設計では、次の要因を考慮する必要があります。

ヒートパイプ Qmax または熱源。

作業温度。

銅素材。

作動流体。

ウィック構造。

ヒートパイプの長さと直径。

熱接触領域。

コンデンサー接触部。

重力方向。

ヒートパイプの曲げと平面度の影響。

ヒートパイプの構築に使用できる材料は何ですか?

     ヒートパイプは主に金属製のシームレス鋼管であり、銅、アルミニウム、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼など、さまざまなニーズに応じてさまざまな材料を使用できます。パイプは、標準の丸型または特殊な形状にすることができます。楕円形、正方形、長方形、フラット、コルゲートパイプなど。パイプの直径は2mmから200mmまたはそれ以上の範囲です。 長さは、数ミリメートルから 100 メートルを超えるものまであります。 銅とアルミニウムは、ほとんどの設計ソリューションで主に原材料として使用されています。 非鉄金属は、主に作動流体との適合性の要件を満たすためにパイプとして使用されます。

ウィック構造とは？ ヒートパイプの性能にどのように影響しますか?

溝構造：毛細管限界は最も低いが、凝縮器が蒸発器の上にある場合に効果が最も高くなります。

メッシュ構造: 最も均一な綿コアを持ち、その動作原理は蒸発器が凝縮器の上にあることです。

焼結構造：重力方向が最も性能が良い。 焼結粉末金属コアは、金属を介してパイプ壁に結合されているため、パイプ壁からコアへの、またはその逆の熱伝導は、4 つの一般的なコアの中で最も優れています。

ヒートパイプの長さと直径は性能にどのように影響しますか?

凝縮器と蒸発器の間の蒸気圧力差は、凝縮器と蒸発器の間の蒸気の伝播速度を決定します。 さらに、ヒートパイプの直径と長さは蒸気の伝達速度に影響を与えるため、ヒートパイプの設計で考慮する必要があります。

向きはヒートパイプの性能にどのように影響しますか?

   毛細管限界が高い構造は、重力に打ち勝ち、より多くの作動流体を凝縮器から蒸発器に移すことができます。 ただし、前述のように、毛細管限界が最も高い焼結粉末金属コアの熱吸収材は、重力を利用した条件 (蒸発器が凝縮器の上にある) で最適に機能します。

ヒートパイプの曲げは性能にどのように影響しますか?

ヒートパイプを強く曲げすぎると、芯が割れたり（粉末金属焼結）、つぶれて固着したり（金網）することがあります。 そのため、ヒートパイプが曲がると、伝達できる熱が減少する場合があります。 実験結果は、曲げ半径がヒート パイプの直径の 3 倍以上である場合、曲げは明らかに性能に影響を与えないことを示しています。

平坦化はヒートパイプの性能にどのように影響しますか?

ヒートパイプを扁平にすると、ヒートパイプの厚みが薄くなります。 したがって、ヒートパイプを過度に平らにすると、伝達できる熱が減少し、蒸気の通過を完全にブロックすることさえあります。 実験結果は、適切な平坦化はパフォーマンスに影響を与えませんが、過度の平坦化はパフォーマンスに影響を与えることを示しています。 扁平化後の蒸気流路の肉厚が2mm以上あれば、丸パイプに比べて性能が低下することはありません。

ヒートパイプの使用温度は性能にどのように影響しますか?

ヒートパイプの使用温度は、ヒートパイプの性能に影響を与えます。 温度が高いほど、パフォーマンスはある程度向上します。 これは、高温では作動流体の粘度が低くなるためです。これにより、より多くの作動流体が蒸発器から凝縮器を通ってオイル コアに流れます。 高温では、作動流体も揮発性が高くなり、気体状態になります。

ヒートパイプは信頼できますか？

ヒートパイプには可動部品がなく、非常に高い信頼性を備えています。 ただし、ヒートパイプの設計と製造には注意が必要です。 気密性と清浄度という 2 つの製造要因がヒート パイプの信頼性を低下させます。 ヒート パイプに漏れがあると、最終的にはヒート パイプが故障します。 落下、振動、力の影響、熱衝撃、腐食環境など、いくつかの外的要因もヒートパイプの寿命を縮める可能性があります。