Study on evaporation from wick in loop heat pipe

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26420139
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 長崎 孝夫 東京工業大学, 工学院, 准教授 (30155923)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ループヒートパイプ / ウィック

Outline of Annual Research Achievements

ループヒートパイプにおけるウィック内の蒸発現象を基礎的に解明するため，目視観察可能な測定部に設置した幅50mm，奥行き5mmの焼結金属性ウィックの上面に断面5mm×5mmの銅製角柱を押し付け，その根本をマイクロセラミックヒーターで加熱する実験について、今年度はウィックの高さを昨年の20mmから5mmに変更するとともに、ウィック側面から液を供給する実験を行った。ウィックの種類として昨年の研究で最も性能が優れたステンレス製の焼結粒子径約150μmを用い、作動液体としてエタノールおよび水を用いた実験を行った。その結果、エタノールの場合の熱伝達係数は約 1 kW/(m2℃) であり、ウィック高さが20mmの場合とほぼ同じ伝熱性能であることが分かった。また水の場合の熱伝達係数は約 2.3 kW/(m2℃) であり、エタノールを用いた場合より性能がよいことが分かった。さらにウィックが液で飽和しているとした数値計算（界面蒸発係数は0.03と仮定）を行った結果、エタノールの場合には計算結果と実験結果は概ね一致し、水の場合には熱伝達係数の計算結果は1.8 kW/(m2℃) で実験値よりは小さいが、エタノールの場合との相違について定性的には妥当な結果が得られた。
さらに蒸発器の性能向上を図るため加熱プレート側に蒸気流路を設けた蒸発器（蒸気流路幅 2mm、フィン幅 2mm、ウィック寸法 48mm×48mm×5mm）においてフィン先端の一部をウィック内に埋め込んだ蒸発器（以下、提案型と呼ぶ）について、フィン先端を埋め込まない従来型との比較を行った。その結果、両者とも熱負荷の増加とともに蒸発器熱抵抗が低下するが、提案型の熱抵抗は従来型に比べ最大で約20%小さく、提案方式が有効であることが分かった。