ヒートパイプ

ヒートパイプの概要

ヒートパイプ（heat pipe）は、高い熱移動効率を実現するための技術であり、特定の条件下で熱を一方向に移動させるという特性を持つ熱ダイオードとしても機能します。これは、単に熱伝導性を向上させるのではなく、特定の作動液の移動を通じて熱を移動させることによって実現されています。NASAによる人工衛星の放熱用途での実用化が、ヒートパイプの歴史の始まりとなりました。

ヒートパイプの構造とメカニズム

ヒートパイプは、高熱伝導性を持つ材料で作られたパイプ内に揮発性の液体、いわゆる作動液（Working fluid）を封入して構成されています。具体的には、パイプの一方を加熱し、もう一方を冷却することで、次の2つのプロセスが交互に発生します：
1. 作動液の蒸発（潜熱の吸収）
2. 作動液の凝縮（潜熱の放出）

このサイクルを通じて、熱の移動が行われるのです。特に、冷却部を加熱部よりも高い位置に配置することで、凝縮した液体を自動的に加熱部に戻すことが可能になります。また、パイプの内壁を毛細管構造（ウィック）にすることで、重力の影響や無重量状態でも正常に機能することが可能になります。

ヒートパイプの動作原理

ヒートパイプは、以下のように温度差を利用して熱を移動させます：
1. パイプの高温部内壁で、作動液が熱を吸収し、蒸発します。
2. 作動液の蒸気がパイプの空洞を通じて低温部に移動します。
3. 低温部で作動液の蒸気は冷却され、液体に戻ります。
4. 凝縮した作動液は、内壁のウィック部分に吸収されます。
5. 最後に、作動液はウィックを通じて高温部に戻る過程を繰り返します。これによって、ヒートパイプ内では作動液が循環し、結果的に熱が高温部から低温部に移動するのです。

ヒートパイプの形態

ヒートパイプには、一般的なものの他にいくつかの異なる形態が研究されています。例えば、ループヒートパイプは毛細管現象を利用し、冷媒が一方向に流れるように設計されたものであり、自励振動ヒートパイプは冷媒の体積変化によって自励振動のように移動します。これにより、効率的な熱回収や移動が実現しています。

ヒートパイプの応用

ヒートパイプは、さまざまな分野で応用されています。特に、アラスカ州のトランス・アラスカ・パイプラインでは、ヒートパイプが支柱に内蔵されており、凍土が溶けるのを防ぐために利用されています。また、電子機器の冷却用途でも広く使用されています。例えば、CPUクーラーでは、チップまたはヒートスプレッダから多数の薄い板に熱を迅速に移動させるため、ヒートパイプが活用されています。ノートPCなどでは、発熱部と冷却部が離れた位置にある場合にヒートパイプで接続されることが一般的です。また、Cooler Master社はODM向けにループヒートパイプの提供も行っているなど、今後の発展が期待される技術です。

もう一度検索