ヒートパイプおよびヒートパイプラジエーター

ヒートパイプおよびヒートパイプラジエーター

一般的なヒートパイプはシェル、吸引コア、エンドカバーで構成されており、パイプ内を1.3×(10-1-10-4)Paの負圧にした後、吸引部の毛細管多孔質材を充填します。適量の作動液でチューブの内壁にしっかりと芯を入れて密封します。 パイプの一端は蒸発セクション（加熱セクション）、もう一端は凝縮セクション（冷却セクション）です。 用途のニーズに応じて、2 つのセクションの間に絶縁セクションを配置できます。 ヒートパイプの一端が加熱されると、キャピラリーコア内の液体が蒸発して蒸発します。 蒸気は小さな圧力差の下でもう一方の端に向かって流れ、熱を放出し、凝縮して液体になります。 その後、液体は毛細管力によって多孔質材料に沿って蒸発セクションに戻ります。 このサイクルでは、熱はヒート パイプの一端からもう一端に伝達されます。 熱伝達の過程で、ヒート パイプには、相互に関連する次の 6 つの主要なプロセスが関与します。

(1) 熱は、熱源からヒートパイプの壁と作動液体で満たされた吸引コアを通って（液体蒸気）界面に伝達されます。

(2) 液体は蒸発セクション内の (液体蒸気) 界面で蒸発します。

（３）蒸気室内の蒸気は蒸発部から凝縮部へ流れる。

(4) 蒸気は凝縮部内の気液界面で凝縮します。

(5) 熱は、(蒸気液体) 界面から吸引コア、液体、およびチューブ壁を通って冷熱源に伝達されます。

(6) 吸入コア内の毛細管現象により、凝縮した作動液が蒸発部へ逆流します。

基本特性

ヒートパイプは、内部の作動液体の相変化を利用して熱伝達を行う熱伝達素子であり、以下のような基本特性を持っています。

1. 非常に高い熱伝導率

内部ヒートパイプは主に作動液体の気液相変化熱伝達に依存しており、熱抵抗が低いため、熱伝導率が高くなります。 銀、銅、アルミニウムなどの金属と比較して、単位重量のヒートパイプは数桁多くの熱を伝達できます。 もちろん、温度差は常に存在し、熱力学の第 2 法則に違反することはできないため、高い熱伝導率も相対的なものです。 さらに、ヒートパイプの熱伝達能力はさまざまな要因によって制限され、熱伝達の限界がいくつかあります。 ヒート パイプの軸方向の熱伝導率は高く、半径方向にはあまり改善がありません (ラジアル ヒート パイプを除く)。

2. 優れた等温特性

ヒートパイプの内腔内の蒸気は飽和状態にあり、飽和蒸気の圧力は飽和温度によって決まります。 蒸発セクションから凝縮セクションに流れる飽和蒸気によって引き起こされる圧力損失は非常に小さいです。 熱力学方程式によれば、温度降下も非常に小さいため、ヒートパイプは優れた等温特性を備えています。

3. 熱流束の変動

ヒートパイプは、蒸発セクションまたは冷却セクションの加熱面積を独立して変更できます。つまり、より小さな加熱面積で熱を入力し、より大きな冷却面積で熱を出力します。 あるいは、ヒート パイプは、より大きな熱伝達面積で熱を入力し、より小さな冷却面積で熱を出力することができます。これにより、熱流束密度が変化し、他の方法では解決が難しい熱伝達の問題を解決できます。

4. 熱流方向の可逆性

水平に置かれたコアヒートパイプは、その内部循環力が毛細管力であるため、両端が加熱されると蒸発セクションとして機能し、もう一方の端が熱を外部に放散すると凝縮セクションとして機能します。 この機能は、宇宙にある宇宙船や人工衛星の温度を平坦化するだけでなく、最初に熱を放出してから熱を吸収する化学反応器やその他のデバイスにも使用できます。

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