JP2616853B2 - ヒートパイプ製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートパイプの製造装
置に関するものであり、更に詳しくは、脱気困難なヒー
トパイプ作動物質を用いた場合でも高性能のヒートパイ
プを製造しうる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートパイプを製造する際に用いられる
作動物質として、近年オゾン破壊等の問題のないパーフ
ルオロカーボンが提案されている。ところが、このパー
フルオロカーボンは、空気や炭酸ガス等の非凝縮性ガス
の溶存量が特に多く、凍結脱気法、平衡蒸気圧法等の通
常の脱気処理ではヒートパイプに使用できる程高度に脱
気されたものが得られず、従って高性能のヒートパイプ
を製造することが困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
な従来技術の問題点を解消し、パーフルオロカーボンの
如き脱気困難なヒートパイプ作動物質を用いて高性能の
ヒートパイプを製造しうる新規製造装置を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため種々検討を重ねた結果、通常の脱気処理
に続いて、減圧下で加熱することによるヒートパイプ作
動物質の精製を行うと共に、このようにして脱気された
ヒートパイプ作動物質のヒートパイプへの封入を一連の
工程で行い得るようにした装置で、且つ精製工程で発生
する脱気不良のヒートパイプ作動物質を所定の個所（例
えば原液槽または脱気処理槽）へ移送する手段を、脱気
処理後で且つヒートパイプへの封入前のいずれかの個所
に設けた製造装置によれば、前記目的が達成されるばか
りか、脱気不良のヒートパイプ作動物質を繰り返し使用
し得る経済的効果をも期待できることを見出した。

【０００５】即ち、本発明は、ヒートパイプ作動物質の
脱気処理槽、該脱気処理槽の冷却および加熱手段、脱気
処理されたヒートパイプ作動物質をヒートパイプに供給
する分岐ヘッダー、該分岐ヘッダーと該脱気処理槽とを
連通する輸送管、該分岐ヘッダーと該輸送管とを保温す
るための保温手段および脱気不良のヒートパイプ作動物
質を所定個所に移送するための移送手段を有してなるヒ
ートパイプ製造装置に係るものである。

【０００６】図面を参照しながら、本発明を具体的に説
明する。図１は、本発明に係るヒートパイプ製造装置の
一例を説明するライン図であり、１は脱気処理槽、２は
該脱気処理槽の冷却および加熱手段、３はヒートパイプ
作動物質をヒートパイプに供給する分岐ヘッダー、４は
輸送管、５は分岐ヘッダーと輸送管を保温するための保
温手段、６は脱気不良のヒートパイプ作動物質を所定個
所（図１においては、原液槽）へ移送するための移送手
段であり、図１の装置における移送手段６は脱気不良ヒ
ートパイプ作動物質を一旦貯留しておくためのタンク６
１、移送管６２および液ポンプ６３とからなっている。

【０００７】さて、図１に示した装置の原液槽に導入さ
れた，パーフルオロカーボン等のヒートパイプ作動物質
は、液ポンプＰ₁ により脱気処理槽１へ送られる。その
際、除塵、除湿等を行うためのストーレーナー、フィル
ター、ドライヤー等を適宜設けておき、ここを通した
後、脱気処理槽１へ導くようにしてもよい。

【０００８】脱気処理槽１では、ヒートパイプ作動物質
の脱気処理を行う。脱気処理法としては、平衡蒸気圧
法、凍結脱気法、超音波脱気法、Ｈｅ吹込み法等通常の
脱気処理法のいずれもが適用できるが、中でも減圧下で
の平衡蒸気圧法が好ましい。

【０００９】例えば、ヒートパイプ作動物質として、沸
点約５６℃のパーフルオロカーボンを用いる場合、平衡
蒸気圧法によって脱気処理を行うには、脱気処理槽１
を、冷却および加熱手段２により、通常約−２０℃まで
冷却すると共に、コールドトラップＣＴを介して真空ポ
ンプＶＰにより脱気処理槽１内を排気して、通常２５〜
３０Torr程度の減圧状態にする。

【００１０】パーフルオロカーボン以外のヒートパイプ
作動物質を用いる場合には、作動物質の温度と蒸気圧の
関係を調べ、冷却温度に対する蒸気圧程度の減圧状態に
すればよい。

【００１１】このときの冷却手段としては、冷凍機等の
通常の冷却手段が挙げられる。冷却手段による冷却はヒ
ートパイプ作動物質部分だけを冷却する方式でもよい
が、好ましくは図１の点線で示したように脱気処理の系
全体を冷却できるようにするのがよい。

【００１２】平衡蒸気圧脱気を行う際には、真空ポンプ
の能力にもよるが、前記の温度下で数秒間〜数分間減圧
にし、真空ポンプを止めて、槽内の圧力上昇が認められ
たら再び排気を行って減圧にするということを繰り返
し、全部で５〜２０分程度処理を行うとよい。このため
に、脱気処理槽１には圧力センサー（図示せず）および
この圧力センサーからの指示によって開閉する真空電磁
弁１１を備えておき、自動制御できるようにしておくと
よい。

【００１３】この脱気処理を効率よく行うために、脱気
処理槽１内のヒートパイプ作動物質を液ポンプＰ₂ によ
って循環させ、シャワーヘッド７より噴射させるように
するとよい。

【００１４】この脱気処理によってヒートパイプ作動物
質中の溶存ガスは、作動物質１００ml中、０．１〜１ml
程度まで脱気されるが、これではまだ高性能ヒートパイ
プ用の作動物質として用いることはできない。

【００１５】しかして、次に減圧状態のまま（ただし、
弁１１は閉じている）脱気処理槽１を冷却および加熱手
段２により加熱する。このときの加熱温度は、ヒートパ
イプ作動物質の沸点以上とするのが好ましい。

【００１６】この加熱手段は前記冷却手段を兼ねるもの
でもよいが、冷却手段と加熱手段は別々のものでもよ
い。冷却手段の説明で述べたと同様に、この加熱はヒー
トパイプ作動物質に適用するだけでもよいが、やはり処
理系全体を加熱する方が望ましい。

【００１７】なお、前記の冷却と加熱は同一の脱気処理
槽で行ってもよいが、例えば脱気処理槽を二基以上連結
して順次冷却および加熱を行うようにしてもよい。

【００１８】このようにして加熱された結果、ヒートパ
イプ作動物質は気化し、輸送管４を通って分岐ヘッダー
３まで導かれる。

【００１９】分岐ヘッダー３および輸送管４には、これ
を保温するための保温手段５が備えられており、ヒート
パイプ作動物質の気化状態が保たれるようになってい
る。

【００２０】保温手段５は、輸送管４の外周にヒーター
を巻付け、その外側を断熱材でカバーする等通常の方法
によるものでよいが、温度制御手段を更に設けたもので
あると尚好ましい。

【００２１】分岐ヘッダー３は、ヒートパイプ作動物質
をヒートパイプに供給するためのもので、この分岐ヘッ
ダーの各分岐に、ヒートパイプ作動物質を注入すべきヒ
ートパイプ９（以下、これをワークと称する）を、例え
ば真空カップラー等によって取り外し可能なように接続
する。

【００２２】また、この分岐ヘッダー３の各分岐には、
自動制御のための真空電磁弁３１１〜３１８およびガス
ライン電磁弁３２１〜３２８を備えておくとよい。

【００２３】ワーク９内は、ヒートパイプ作動物質注入
に先立って予め１０^-2Torr以下の高真空にしておく。こ
れは例えばターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）等によって
行えば効率が良いが、通常の真空ポンプで排気を行って
も差し支えない。

【００２４】予め高真空状態にされたワーク９を、通常
は室温もしくはそれ以下の温度にしておけば、ガスライ
ン電磁弁を通って各ワークに気化状態のヒートパイプ作
動物質が流れ込み液化する。このときの注入量を制御す
るために、例えばマスフローコントローラー等の計量手
段８を輸送管４のいずれかの個所に設けておき、これに
よって分岐ヘッダー３の各電磁弁の開閉をコントロール
して所定量のヒートパイプ作動物質が注入されるように
するとよい。

【００２５】この計量手段８は、前記のようにして設け
てもよいが、それ以外にも例えば分岐ヘッダー３の各分
岐にそれぞれ設けるようにしてもよい。

【００２６】さて、ここで問題となるのは、前記の如く
してヒートパイプ作動物質を脱気・精製してもなお高度
に脱気されていない留分、即ち、脱気不良の留分が発生
するということである。高性能ヒートパイプ製造用の作
動物質として求められる性能としては、例えば外径１5.
９mm、内径１4.３mm、長さ７５０mmの銅ヒートパイプ単
管の熱抵抗値が０．２２℃／Ｗ以下、好ましくは０．１
６℃／Ｗ以下となるようなものが望ましいのであるが、
脱気不良のヒートパイプ作動物質の注入されたものでは
所望の性能を発揮できない恐れがある。

【００２７】そこで、本発明の装置においては、脱気不
良のヒートパイプ作動物質を所定個所（例えば原液槽、
脱気処理槽等）に移送するための移送手段６を設けるこ
とによって、脱気不良のヒートパイプ作動物質がワーク
に注入されることを防ぎ、且つこれを繰り返し処理して
用いるようにしたところ、高性能ヒートパイプが得られ
たのである。

【００２８】この移送手段６は、輸送管４のいずれの個
所に設けてもよいし、またワーク側に設けてもよく、例
えば図１においては、分岐ヘッダー３の分岐のひとつに
真空カップラー１０により取り外し可能に設けてある。

【００２９】図１に示した例における移送手段６は、脱
気不良のヒートパイプ作動物質を一旦貯留しておくため
のタンク６１、移送管６２および液ポンプ６３からな
る。脱気処理槽１から発生する脱気不良のヒートパイプ
作動物質は、タンク６１に導入され、ここで液化されて
貯えられ、適宜の時にポンプ６３によって移送管６２内
を移送され、原液槽まで導かれて循環処理される。

【００３０】脱気不良ヒートパイプ作動物質を、このよ
うにして移送手段６により移送できるようにするため
に、例えば熱抵抗値をチェックするなどによって、脱気
不良ヒートパイプ作動物質の発生を知るようにするのが
よい。

【００３１】このチェック手段としては、ワーク９のい
ずれか一本または数本のヒートパイプに真空下で実際に
作動物質を注入し、封止してヒートパイプ単管を作製
し、熱抵抗を測定する方法、或いは真空カップラーをつ
けたまま、封止せずに熱抵抗を測定して性能をチェック
する方法が例示される。熱抵抗（℃／Ｗ）は、ヒートパ
イプの蒸発部をヒーター等で加熱し、放熱部を水等で冷
却し、両部の温度を測定してその温度差（℃）とヒータ
ー入力（Ｗ）より求めうる。

【００３２】ここで、熱抵抗を測定するかわりに、ヒー
トパイプの蒸発部を所定温度の温水中に浸漬し、放熱部
分の温度を測定し、その温度差によっておおよその性能
良否をチエックすることも簡便法として可能である。こ
の場合、予め熱抵抗との相関を調べておく必要のあるこ
とは言うまでもない。

【００３３】また別のチェック手段としては、ワーク９
のヒートパイプに作動物質を注入するかわりに、図１に
おいて移送手段６を設ける真空カップラー１０にヒート
パイプを取り付け、真空下で作動物質を注入し、前記し
たように熱抵抗を測定する等によって性能良否をチェッ
クすることもできる。真空カップラー１０にヒートパイ
プを取り付けるかわりに、ドレン弁６６にヒートパイプ
を取り付け、前記のチェックを行ってもよい。

【００３４】前述の如くして、ヒートパイプ作動物質の
脱気状態をチェックしたら、不良留分は移送手段６へ送
られ、合格留分は分岐ヘッダー３より各ワークへ注入さ
れるようにすればよい。

【００３５】図２は、本発明に係るヒートパイプ製造装
置の他の一例を示すライン図であり、１〜９は図１と同
じものを示す。図２に示した例では、移送手段６は、輸
送管４の適宜の位置にバルブによって切り換え可能なよ
うに接続された移送管６２、この移送管６２を保温する
ための保温手段６４および凝縮器６５とからなる。

【００３６】脱気処理槽１において前記した如き方法に
よって脱気され、加熱によって気化したヒートパイプ作
用物質は、まず弁４１を通って（このとき弁４２は閉じ
られている）移送管６２により凝縮器６５へ導かれ、液
化される。

【００３７】このヒートパイプ作動液を適宜の方法、例
えばドレン弁６６より、予め高真空にしてあるチェック
用ワークに所定量注入し、この熱抵抗値を調べる等の方
法によってチェックし、脱気不十分な場合は凝縮器６５
から原液槽へ送る。

【００３８】一方、このチェックの結果、脱気が充分に
行われていることが判明したら、今度は弁４１を閉じ、
弁４２を開けて輸送管４により、例えばマスフローコン
トローラ等の計量手段８を介して分岐ヘッダー３へ導
き、予め高真空にしてあるワークへ注入すればよい。

【００３９】これらの操作は全て自動的に制御できるよ
うにしておくのがよい。

【００４０】なお、本発明における移送手段６について
は代表的な例を図１および図２に示したが、本発明はこ
れらに限定されるものでなく、その他にも例えば移送管
６２を原液槽に連結させて送液するかわりに、直接脱気
処理槽へ連結、送液する方法、液ポンプＰ₁ の前部また
は後部へ送液する方法、更には、脱気処理槽上側部より
原液槽へ送液する方法の如き態様をも広く包含するもの
である。これらのうち、いずれの方法を採用してもよい
が、脱気不良留分と合格留分とが混合せぬようにするこ
とは言うまでもない。

【００４１】

【実施例】ヒートパイプ作動物質としてパーフロロカー
ボンＦＸ−３２５０（スリーエム社製、商品名）を用
い、図１に示した装置によりヒートパイプの製造を行っ
た。まず、原液槽に仕込まれたパーフルオロカーボン１
０Ｌを、液ポンプＰ₁ により脱気処理槽１に導入した。
冷却機により処理槽内のパーフルオロカーボンの温度が
−２０℃になるまで冷却すると共に液ポンプＰ₂ により
パーフルオロカーボンを循環させ、シャワーヘッド７か
ら噴射させた。

【００４２】一方、真空ポンプＶＰによりコールドトラ
ップＣＴを介して脱気処理槽１内を排気して、約２８〜
３０Torrの減圧状態とし、前述した方法に従って平衡蒸
気圧脱気を約１０分間行った。

【００４３】次いで、そのままの減圧状態に保ちなが
ら、脱気処理槽１を６５℃まで加熱した。加熱により気
化したパーフルオロカーボンのうち、脱気不良の留分
（約３Ｌ）は６１のタンクに貯留し、脱気が充分なもの
については各ワークに注入後封止して外径１5.９mm、内
径１4.３mm、長さ７５０mmの内面溝付きの銅製ヒートパ
イプを製造した。

【００４４】このようにして得られたヒートパイプの熱
抵抗最大値（入力：８０Ｗ）は０．１６０℃／Ｗ、平均
値は０．１３０℃／Ｗであり、高性能のヒートパイプが
得られたことが判る。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明の通り、本発明の装置におい
ては、ヒートパイプ作動物質の脱気、精製およびワーク
への封入を一連の工程で行い、且つ脱気不良のヒートパ
イプ作動物質を移送手段６によって移送し、これを再び
脱気、精製に用いることができるものであるから、高性
能のヒートパイプを製造し得るばかりか、脱気不良のヒ
ートパイプ作動物質は繰り返し使用することができるの
で、経済的効果も期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一例を示すライン図である。

【図２】本発明の装置の他の一例を示すライン図であ
る。

【符号の説明】

１：脱気処理槽 ２：脱気処理槽の冷却および加熱手段 ３：分岐ヘッダー ４：輸送管 ５：保温手段 ６：移送手段 ６１：タンク ６２：移送管 ６３：液ポンプ ６４：移送管の保温手段 ６５：凝縮器 ６６：ドレン弁 ７：シャワーヘッド ８：計量手段 ９：ワーク １０：真空カップラー １１：真空電磁弁

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートパイプ作動物質の脱気処理槽、該
   脱気処理槽の冷却および加熱手段、脱気処理されたヒー
   トパイプ作動物質をヒートパイプに供給する分岐ヘッダ
   ー、該分岐ヘッダーと該脱気処理槽とを連通する輸送
   管、該分岐ヘッダーと該輸送管とを保温するための保温
   手段および脱気不良のヒートパイプ作動物質を所定個所
   に移送するための移送手段を有してなるヒートパイプ製
   造装置。
2. 【請求項２】 ヒートパイプの熱抵抗チェック手段を更
   に設けてなる請求項１記載のヒートパイプ製造装置。
3. 【請求項３】 ヒートパイプ作動物質の計量手段を更に
   設けてなる請求項１または２記載のヒートパイプ製造装
   置。