JP2743012B2 - 酸化し易い耐熱金属製のコンテナーを用いた高温用ヒートパイプの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、高温域で作動する高温用ヒートパイプの
製造方法に関するものである。

従来の技術 作動流体として、液体ナトリウムや液体リチウム等の
液体金属を用いた高温用ヒートパイプの製造工程には、
ヒートパイプコンテナー内の油脂汚れ等を除去するため
に、このヒートパイプコンテナーを700〜800℃まで昇温
する加熱ベーキング工程と、加熱ベーキング工程を行な
った後、コンテナー内に作動流体を注入して同じく700
〜800℃に昇温し、作動流体の蒸気圧でコンテナー内の
非凝縮性ガスを排除する動作排気工程とを行なう必要が
ある。

したがって、従来においては、例えば液体ナトリウム
を作動流体とする高温用ヒートパイプを製造する場合に
は、コンテナー材としてステンレス鋼またはインコネル
（Ni−Cr−Fe系合金）のような耐酸化性を備えた耐熱合
金を用いていた。

この耐酸化性を備えた耐熱合金であるステンレス鋼や
インコネルは、耐酸化性に優れているため空気中で加熱
した場合、ステンレス鋼は800℃程度まで、またインコ
ネルは1000℃程度までそれぞれ問題なく加熱できる。し
たがって、800℃以下または1000℃以下の温度領域で作
動させる液体ナトリウム等を作動流体とする高温用ヒー
トパイプのコンテナー材として使用されていた。

発明が解決しようとする課題 しかし、前述のコンテナー材としてステンレス鋼ある
いはインコネルを使用した従来の高温用ヒートパイプの
場合には、それぞれの耐熱合金の使用温度限界がステン
レス鋼の場合には約800℃、またインコネルの場合には
約1000℃であり、そのため、さらに高温の領域で作動さ
せるヒートパイプを製作するためには、コンテナー材と
して、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Mo）等の
耐熱純金属や、ニオブ−１％ジルコニウム（Nb−１％Z
r）あるいはモリブデン−レニウム（Mo−Re）等の耐熱
合金を使用しなければならない。

ところが、これらの耐熱純金属および耐熱合金は耐酸
化性に劣り、空気中において300〜400℃に加熱すると激
しく酸化してしまう。そのため、700〜800℃に加熱する
工程を有する従来の製造方法では、これらの耐熱純金属
および耐熱合金をコンテナー材として用いた高温用ヒー
トパイプを製作することができなかった。

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、耐熱純金
属あるいは耐熱合金をコンテナー材として用い、例えば
1000℃以上の高温領域で作動させることのできる高温用
ヒートパイプの製造方法を提供することを目的としてい
る。

課題を解決するための手段 上記の目的を達成するためにこの発明の方法は、酸化
し易い耐熱純金属あるいは合金等の耐熱金属で形成した
コンテナー内に液体金属等の沸点の高い作動流体を封入
した高温用ヒートパイプの製造方法において、前記コン
テナーを、一端が閉塞され他端に小径のノズル部が設け
られた管状に形成し、そのノズル部の先端に耐酸化性を
備えた耐熱金属製の延長ノズルを気密に接続するととも
に、このコンテナーを耐熱容器内に、前記延長ノズルの
先端側を外部へ気密に延出した状態で収容し、先ず前記
耐熱容器内およびコンテナー内を真空状態とし、次にこ
の耐熱容器の外側から加熱して内部のコンテナーに対し
て真空ベーキング工程を行なった後、前記延長ノズルよ
りコンテナー内に作動流体を注入し、再び加熱して動作
排気工程を行なうことを特徴としている。

また、前記真空ベーキング工程および動作排気工程を
行ない、作動流体を封入した後、コンテナーの外周面全
体にセラミック溶射膜を形成することを特徴としてい
る。

作用 上記の製造方法によれば、酸化し易い耐熱金属で形成
したコンテナーを耐熱容器内に収容し、このコンテナー
のノズル部の先端に継ぎ足された延長ノズルの部分を前
記耐熱容器の外部に気密に延出させた後、耐熱容器内お
よびコンテナー内の空気を排除して真空にする。次に、
耐熱容器内に収容したこのコンテナーを容器の外側から
加熱して真空ベーキング工程を行なって油脂分等を分解
除去し、次いで延長ノズルからコンテナー内に作動流体
を注入し、加熱して動作排気工程を行なってコンテナー
内の非凝縮性ガスを排除した後、前記延長ノズルの部分
を押し潰して封止する。そして、コンテナーを耐熱容器
から取出し、コンテナーのノズル部を押し潰して封止す
るとともにこのノズル部の先端側で切断して高温用ヒー
トパイプが完成する。

また、完成した前記高温用ヒートパイプのコンテナー
の外周面の全体に、プラズマ溶射等により炭化けい素等
のセラミックの被膜を形成すれば、コンテナーの表面の
酸化が防止されるので、高温の酸化雰囲気中においても
使用できる高温用ヒートパイプとすることができる。

実 施 例 以下、耐熱純金属であるタングステン製のコンテナー
を用い、作動流体として液体ナトリウムを封入した、約
1000〜1300℃で作動させる高温用ヒートパイプの製造方
法の一実施例を第１図ないし第５図に基づいて説明す
る。

高温用ヒートパイプのコンテナー１は純タングステン
製で、円筒状に形成されており、その一端が閉塞される
とともに、他端には小径で短いノズル部1aが一体に形成
されており、このノズル部1aの先端には、ノズル部1aと
同じ太さのステンレス鋼製の延長ノズル２が、突き合せ
た互いの端部をTIG溶接1bによって気密に接続されてい
る。

また、前記コンテナー１は耐熱容器３内に収容された
状態で、真空ベーキング工程、作動流体注入工程および
動作排気工程等を行なうもので、このコンテナー１を収
容する耐熱容器３はステンレス鋼製で、コンテナー１よ
り一回り大径で長さも若干長い有底円筒状を呈し、その
底部3aの中央には、コンテナー１のノズル部1aに接続さ
れた延長ノズル２の先端側を挿通する挿通孔3bが開口し
ており、またコンテナー１の挿入口となる開放端3cは蓋
４によって閉塞できるようになっている。さらに、この
耐熱容器３の底部近傍の周壁には、容器内の空気を抜き
取る際に真空ポンプ（図示せず）の配管５を接続する抜
気口3dが設けられている。

次に、上述した純タングステン製のコンテナー１に、
耐熱容器３を用いて作動流体を封入する高温用ヒートパ
イプの製造工程を第２図ないし第５図に基づいて説明す
る。

開放端3cから耐熱容器３内にコンテナー１を挿入し
て、底部3aの挿通孔3bから外部へ、延長ノズル２の先端
側を延出させる。次に、開放端3cに蓋４を被着するとと
もに、この蓋４の全周を耐熱容器３の外周面にTIG溶接
して気密に閉塞し、さらに、延長ノズル２を挿通した前
記挿通孔3bは、延長ノズル２の周囲の間隙を埋めるよう
にTIG溶接2aによって気密に閉塞し、耐熱容器３を密閉
する。

次いで、耐熱容器３の抜気口3dに、真空ポンプの配管
５を接続して容器３内の抜気を行ない、配管５に介設さ
れたバルブ5aを閉じて容器３内を真空常態に保持すると
とともに、延長ノズル２を介してコンテナー１内の空気
を排除してコンテナー１内も真空状態とする。この状態
で、耐熱容器３の外側から加熱して内部のコンテナー１
を約700〜800℃まで昇温し、真空ベーキング工程を行な
って油脂分を除去する。この時、コンテナー１は、その
内部が真空であるとともに真空状態の耐熱容器３内で加
熱されるため、空気と全く触れず、酸化することなく加
熱できる。この場合の加熱方法としては、例えば誘導加
熱法が適しており、また、通常の熱源による加熱であっ
ても、真空の耐熱容器３内のコンテナー１を輻射熱で加
熱することができる。

真空ベーキング工程が終了した後、耐熱容器３から延
出している延長ノズル２から、コンテナー１内に作動流
体となる液体ナトリウムを注入し、その後、約700〜800
℃まで加熱して動作排気工程を行なって、コンテナー１
内の非凝縮性ガスを、延長ノズル２を介して排出させ
る。この時も、前記真空ベーキング工程の時と同様に、
コンテナーを真空状態の耐熱容器３内で加熱するため酸
化することがない。

そして、動作排気工程によって非凝縮性ガスが排出さ
れた後、耐熱容器３から延出している延長ノズル２の部
分を、軸線方向と垂直な方向に挾圧して潰し、延長ノズ
ル２の部分で封止する（第２図参照）。

次に、耐熱容器３およびコンテナー１を充分冷却し、
配管５のバルブ5aを開いて大気解放した後、底部3a近傍
において耐熱容器３の円筒部を切断し、この耐熱容器３
の底部3aの部分を切り離し、コンテナー１を耐熱容器３
内から取出す（第３図参照）。

そして、耐熱容器３から取出したコンテナー１のノズ
ル部1aの部分を、軸線方向と垂直な方向に挾圧して潰
し、ノズル部1aの部分で封止するとともに、このノズル
部1aの封止した位置の延長ノズル２側の部分を切断し
て、延長ノズル２および底部3aの部分を切り離すと（第
４図参照）、純タングステン製のコンテナー１を用い、
作動流体として液体ナトリウムを封入した高温用ヒート
パイプが完成する（第５図参照）。

このように、コンテナー１内を真空にするとともに、
このコンテナー１を真空の耐熱容器内に収容して加熱ベ
ーキング工程および動作排気工程を行なうようにしたの
で、タングステという非常に酸化し易い耐熱純金属製の
コンテナーを用いて、約1000〜1300℃の温度範囲で作動
する高温用ヒートパイプを製作することが可能となっ
た。

また、以上のようにして製作された耐熱純金属である
純タングステン製のコンテナー１を用いた高温用ヒート
パイプの外表面全体に、炭化けい素（SiC）等のセラミ
ックを、プラズマ溶射等の手段で吹掛けてセラミック層
で覆えば、例えば1000℃以上の高温の酸化雰囲気中にお
いても使用することができ、例えば、高温廃熱回収装置
や原子炉の冷却用熱交換器等に使用することができる。

なお、本実施例においては、純タングステン製のコン
テナー１を用いた場合について説明したが、モリブデン
等の他の耐熱純金属や、ニオブ−１％ジルコニウムある
いはモリブデン−レニウム等の耐熱合金等を用いた場合
や、液体リチウム等の他の作動流体を用いた場合にも同
様に好適に実施することができる。

発明の効果 以上説明したようにこの発明の方法は、酸化し易い耐
熱純金属あるいは合金等の耐熱金属で形成したコンテナ
ー内に液体金属等の沸点の高い作動流体を封入した高温
用ヒートパイプの製造方法において、前記コンテナー
を、一端が閉塞され他端に小径のノズル部が設けられた
管状に形成し、そのノズル部の先端に耐酸化性を備えた
耐熱金属製の延長ノズルを気密に接続するとともに、こ
のコンテナーを耐熱容器内に、前記延長ノズルの先端側
を外部へ気密に延出した状態で収容し、先ず前記熱容器
内およびコンテナー内を真空状態とし、次にこの耐熱容
器の外側から加熱して内部のコンテナーに対して真空ベ
ーキング工程を行なった後、前記延長ノズルよりコンテ
ナー内に作動流体を注入し、再び加熱して動作排気工程
を行なうようにしたので、コンテナーの内部およひ周囲
を真空状態にし、空気との接触を絶ってベーキング工程
および動作排気工程を行なうため、酸化し易い耐熱純金
属あるいは耐熱合金等の耐熱金属製製のコンテナーを酸
化させることなく製造することができる。

また、耐熱純金属あるいは耐熱合金製の前記コンテナ
ー内に作動流体を封入した後、このコンテナーの外周面
全体にセラミック溶射膜を形成すれば、高温の酸化雰囲
気中での使用に耐え得る高温用ヒートパイプとすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明の方法の一実施例を示
し、第１図は耐熱容器に収容したコンテナーを示す断面
図、第２図ないし第５図は高温用ヒートパイプの各製造
工程を示す説明図である。 １……コンテナー、1a……ノズル部、２……延長ノズ
ル、３……耐熱容器、3a……底部、3b……挿通孔、3d…
…抜気口、４……蓋、５……配管、5a……バルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 伊藤 雅彦 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化し易い耐熱純金属あるいは合金等の耐
   熱金属で形成したコンテナー内に液体金属等の沸点の高
   い作動流体を封入した高温用ヒートパイプの製造方法に
   おいて、前記コンテナーを、一端が閉塞され他端に小径
   のノズル部が設けられた管状に形成し、そのノズル部の
   先端に耐酸化性を備えた耐熱金属製の延長ノズルを気密
   に接続するとともに、このコンテナーを耐熱容器内に、
   前記延長ノズルの先端側を外部へ気密に延出した状態で
   収容し、先ず前記耐熱容器内およびコンテナー内を真空
   状態とし、次にこの耐熱容器の外側から加熱して内部の
   コンテナーに対して真空ベーキング工程を行なった後、
   前記延長ノズルよりコンテナー内に作動流体を注入し、
   再び加熱して動作排気工程を行なうことを特徴とする酸
   化し易い耐熱金属製のコンテナーを用いた高温用ヒート
   パイプの製造方法。
2. 【請求項２】前記耐熱純金属あるいは耐熱合金製コンテ
   ナー内に作動流体を封入した後、このコンテナーの外周
   面全体にセラミック溶射膜を形成することを特徴とする
   請求項１記載の酸化し易い耐熱金属製のコンテナーを用
   いた高温用ヒートパイプの製造方法。