ヒートパイプの知識と設計の要点
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、現在の熱放散設計で広く使用されています。 ヒートパイプの設計では、次の要素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。
作動油。
芯の構造。
ヒートパイプの長さと直径。
熱接触領域。
コンデンサーの接触面積。
重力方向。
ヒートパイプの曲げと平坦度の影響。
ヒートパイプの構築にはどのような材料を使用できますか？
ヒートパイプは主に金属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、標準の円形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、平らな、波形のパイプなど。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メートル以上の範囲です。 銅とアルミニウムは、ほとんどの設計ソリューションの原材料として主に使用されています。 非鉄金属は、主に作動油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。
芯の構造とは何ですか？ ヒートパイプの性能にどのように影響しますか？
溝構造：
キャピラリー限界は最低ですが、凝縮器が蒸発器の上にあるときに効果が最大になります。
メッシュ構造：
最も均一な綿の芯を持ち、その動作原理の蒸発器は凝縮器の上にあります。
焼結構造：
重力方向で最高の性能を発揮します。 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パフォーマンスにどのように影響しますか？
復水器と蒸発器の間の蒸気圧力差は、復水器と蒸発器の間の蒸気伝播速度を決定します。 また、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は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、より多くの作動油を凝縮器から蒸発器に移送することができます。 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吸熱器は、重力支援条件下（蒸発器が凝縮器の上にある）で最適に機能します。ヒートパイプ性能に対する重力方向については、以下の写真を参照してください。
ヒートパイプの曲げは性能にどのように影響しますか？
ヒートパイプの曲がりが強すぎると、芯にひびが入ったり（粉末金属の焼結）、つぶれてクランプされたり（金網）することがあります。 したがって、ヒートパイプを曲げると、伝達できる熱が減少する可能性があります。実験結果によると、曲げ半径がヒートパイプの直径の3倍以上であれば、曲げは明らかに性能に影響を与えません。
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？
ヒートパイプを平らにすると、ヒートパイプの太さが薄くなります。 したがって、ヒートパイプを過度に平坦化すると、伝達できる熱が減少し、蒸気の通過が完全に遮断されます。実験結果は、適切な平坦化は性能に影響を与えませんが、過度の平坦化は性能に影響を与えることを示しています。 平坦化後の蒸気チャネルの厚さが2mmを超える場合、円形パイプと比較して性能が低下することはありません。
ヒートパイプの作動温度は性能にどのように影響しますか？
ヒートパイプの作動温度は、ヒートパイプの性能に影響を与えます。 温度が高いほど、ある程度のパフォーマンスが向上します。 これは、高温で作動油の粘度が低くなるためです。これにより、より多くの作動油が蒸発器から凝縮器を通ってオイルコアに流れるようになります。 より高い温度では、作動油はより揮発性になり、気体状態になる可能性もあります。
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がなく、信頼性が非常に高いです。 ただし、ヒートパイプの設計と製造には注意が必要です。 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：気密性と清浄度。 ヒートパイプに漏れがあると、最終的にヒートパイプが故障します。 落下、振動、力の衝撃、熱衝撃、腐食環境など、一部の外部要因もヒートパイプの寿命を縮める可能性があります。
