JP3521318B2

JP3521318B2 - 高熱流束受熱板及びその製造方法

Info

Publication number: JP3521318B2
Application number: JP18449494A
Authority: JP
Inventors: 純孝後藤; 寛宮田; 英毅篠原; 真人秋場; 政則荒木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 2004-04-19
Anticipated expiration: 2019-04-19
Also published as: JPH0850188A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、半導体集積回
路高密度実装用冷却基板、宇宙飛翔体等のエンジン部の
高熱流束受熱板、あるいは核融合炉壁などに用いられる
耐熱性受熱材、およびそれを冷却管に締結した高熱流束
受熱板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、数ｋＷ／ｃｍ²級の高熱流束熱負
荷を受け、かつ軽量性が要求される宇宙往還機のエンジ
ン燃焼室の高熱流束受熱部、または高い耐熱性が要求さ
れる核融合炉壁用高熱流束受熱板の構造は、例えば、特
開平１−２２７０９１号公報に記載されたように、ヒー
トシンク材としての受熱材中における熱伝導率の方向依
存性が等方的か、あるいは異方性を有する場合でも一様
な異方性分布を有するものを、冷却管に締結した構造と
なっていた。後者の一様な異方性分布を有するものとし
て特開平２−７４８９４号公報が挙げられる。これには
炭素繊維が厚み方向すなわち受熱面と直交方向に一様に
配向され、この配向方向に熱伝導しやすくしたものが開
示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高熱流束受熱板の冷却
には、高圧の液体水素、水あるいはヘリウムガス等の冷
却媒質が用いられる。その場合、冷却媒体の圧力による
冷却管の変形量を小さく抑えるため、円形などの流路断
面を有する冷却管を、受熱材の内部または下部に設ける
のが一般的である。このような冷却管に受熱材を締結し
た冷却構造では、受熱材の受熱面と冷却管の冷却面と
は、当然のことながら平行で無く、受熱面上の各点から
冷却管の冷却面に至る熱の流路の長さは、受熱面上の着
目する入熱点の位置により大きく異なる。しかるに、熱
伝導率分布が等方性の材料、または、熱伝導率分布の一
様異方性の受熱材では、熱の流路方向の熱伝導率の値は
必ずしも、高い値で無いため、入熱による受熱面温度の
上昇率は熱の流路長と共に増大し、その結果、冷却管か
ら離れた部位の受熱面の温度が過度に上昇し損耗が著し
く増加したり、受熱材中の冷却管の側面領域で急峻な温
度勾配を生じて熱応力破壊に対する裕度を大きく取れな
い等の問題点が有った。

【０００４】また、このような構造では、受熱材中の熱
流が、受熱面から冷却面までの熱抵抗のより小さい領域
に集中し、冷却管上部領域への熱流の局所集中をもたら
し、冷却管内表面に沿って冷却媒質の気膜が生じ熱伝達
率が急激に低下し冷却管の溶融に至る、いわゆるバーン
アウトに対する限界熱流束の値が低く抑えられるという
問題を有していた。

【０００５】また、等方的熱伝導性または一定の熱伝導
率異方性を有する大寸法の耐熱材を焼成し、そこから切
りだしたタイルまたはブロック状の受熱材と冷却管とを
精度良く組立て、冶金的に締結していた従来の高熱流束
受熱板では、材料単独での製作性では優れた面もある
が、上述のような極めて高熱流束の負荷の除熱を目的と
する場合には、高熱流束受熱板としての冷却性能が不十
分であった。また、多数の受熱材と冷却管、および受熱
材間を高寸法精度で接合するという、製作性の点で問題
が有った。

【０００６】本発明の目的はは、これらの欠点を改善
し、冷却効率が高く、製作性に優れた高熱流束受熱板及
びその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の高熱流束受熱板
は、平面側を受熱面とするかまぼこ形状の受熱材と、こ
の受熱材中の凸曲面側寄りに埋設された熱吸収用冷却管
とを備えた高熱流束受熱板であって、前記受熱材の前記
中央部分は前記冷却管の軸線と平行で且つ前記受熱面と
直交する面内にてランダムに配向する第１の繊維状フィ
ラーを含む繊維強化型複合材より成り、前記受熱材の前
記側端部分は前記受熱面と直交方向に配向し且つ前記冷
却管側は該冷却管の管面と交差するように湾曲配向する
第２の繊維状フィラーを含む繊維強化型複合材よりなる
ことを特徴とすることにより上記課題を解決するもので
ある。

【０００８】さらに、前記受熱材は、前記受熱面と前記
熱吸収用冷却管との距離が短い中央部分の熱伝導率が、
前記中央部分を挟み前記受熱面と前記熱吸収用冷却管と
の距離が長くなる側端部分の熱伝導率より小さく形成さ
れたことを特徴とする。

【０００９】また、前記第１の繊維状フィラーは、その
長さが前記受熱面と前記冷却管との距離より短く、前記
第２の繊維状フィラーは前記受熱面から前記冷却管まで
連なっていることを特徴とする。

【００１０】さらに、受熱材と前記冷却管はその接触面
においてロウ材層を介して結合することを特徴とするも
のである。

【００１１】また、前記冷却管は銅、モリブデン、モリ
ブデン−レニウム合金、繊維強化カーボン又は炭化珪素
より成ることを特徴とするものである。

【００１２】さらに、繊維状フィラーは炭素繊維又はボ
ロンナイトライド繊維より成り、繊維強化型複合材は炭
素、ボロンカーバイド、チタンカーバイド、シリコンカ
ーバイド、タングステン、ボロンナイトライド、銅、ベ
リリウム、酸化ベリリウムの内の少なくとも一種以上を
マトリックス相とし、該マトリックス相中に前記繊維状
フィラーが存在するものであることを特徴とするもので
ある。

【００１３】また、繊維状フィラーは炭素繊維より成
り、繊維強化型複合材は炭素をマトリックス相とし、こ
の炭素マトリックス相中に前記炭素繊維が存在するもの
であり、前記ロウ材はＡｇ−Ｃｕロウであり、前記冷却
管は銅製であることを特徴とするものである。

【００１４】さらに、繊維状フィラーはボロンナイトラ
イド繊維より成り、繊維強化型複合材はボロンナイトラ
イドをマトリックス相とし、該マトリックス相中に前記
ボロンナイトライド繊維が存在するものであり、前記ロ
ウ材はＡｇ−Ｃｕロウであり、前記冷却管は銅製である
ことを特徴とするものである。

【００１５】また、前記第２の繊維状フィラーは、前記
受熱面と直交する方向に対して５度〜１５度の角度を有
し、各層毎に交叉する多層構造に形成されたことを特徴
とするものである。

【００１６】さらに、受熱材の前記受熱面に該受熱材の
長手方向と直交する方向に所定間隔で複数の溝が設けら
れていることを特徴とするものである。

【００１７】また、本発明の高熱流束受熱板の製造方法
は、第１の繊維状フィラーを積層面内でランダムに配向
させ更にマトリックス相を含浸させて成る長手方向に沿
う両側が凸曲面に形成された芯材に第２の繊維状フィラ
ーとなる長繊維を多層に巻き付け、この巻き付け層にマ
トリックス相を含浸させて焼成し、これらの含浸及び焼
成の操作を複数回くりかえした後、さらに高温熱処理
し、これらプロセスの途中又は終了後に焼成体を該焼成
体の長手方向に切断し、前記凸曲面側の第１の繊維状フ
ィラーを含む層と第２の繊維状フィラーを含む層の界面
部分に長手方向に孔を穿孔し、この孔に熱吸収用冷却管
を通してロウ付け固定する工程を含むことにより上記課
題を解決する。

【００１８】すなわち、本発明による高熱流束受熱板の
受熱材には、耐熱性に優れた繊維強化型複合材を採用す
るのが良く、しかも繊維状フィラーの配向状態を最適制
御したものが良い。繊維状フィラーには、繊維軸方向の
熱伝導率が高く、又、その繊維軸に直交方向の熱伝導率
に対する比が大きいピッチ系黒鉛繊維、あるいは耐熱性
受熱部材に電気的絶縁性が要求される場合には、ボロン
ナイトライド繊維などが好適である。これらの繊維状フ
ィラーは、マトリックス相の強化、あるいは熱伝導率の
制御を目的として、マトリックス相中に、連続繊維、あ
るいは短繊維状で、それぞれ積層あるいは分散されて埋
め込まれる。

【００１９】本発明に係る高熱流束受熱板の受熱材で
は、受熱面から冷却面までの距離が長い領域において、
繊維状フィラーの含有率(Ｖ_f)と配向度をともに高め、
特に冷却管近傍では高熱伝導率を有する繊維状フィラー
の繊維軸を冷却管の方向に湾曲配向させ、受熱面の表面
温度の上昇度を抑えた構造としたものである。又、受熱
面から冷却面までの距離が短い領域では、逆に繊維配向
度と前記含有率(Ｖ_f)を低下させた構造にし、熱が冷却
面までの流路の短い領域に集中して流れないようにした
ものである。また、従来、タイル状に分割された多数の
受熱材を冷却管に治具を用いて締結していたものを、本
発明による高熱流束受熱板では、従来技術の数個のタイ
ルの受熱面積に相当する受熱面を有する受熱材を一体で
焼成し、これと水冷管とを締結する方法により、製作性
並びに仕上り寸法精度の向上を図ったものである。

【００２０】上記受熱材の実際の製造方法は、以下の通
りである。まず、黒鉛繊維（又はボロンナイトライド繊
維）の織布、あるいはフェルトなどの不織布を基材（プ
レプリグ）とし、これに黒鉛マトリックス相（あるいは
ボロンナイトライドのマトリックス相）を、含浸、ある
いは化学気相浸透法により（ボロンナイトライドの場合
は化学気相浸透法）充填する。黒鉛マトリックス相の場
合には、これを、さらに少なくとも約９００℃以上で熱
処理をして炭素化する。次に、これを短冊状の、楕円形
に近い断面形状の芯材に加工する。この芯材の外周に、
炭素繊維（またはボロンナイトライド繊維）よりなるス
トランドまたはテープを、幾重にも巻きつけ、目的とす
る受熱材の原形となる形状の基材を作製する。その際、
繊維の巻きつけのピッチ角、つまり芯材の軸に直交方向
と成す角度を数ないし数十度とし、一層又は数層毎に変
えたり、あるいは芯材表面から外周部に行くに従い、変
化させる。これにより、焼成時の収縮率差に起因する割
れを防止できる。

【００２１】このような方法で作成した基材に対し、芯
材の場合と同様、ピッチ含浸又は気相浸透法により、マ
トリックス相を充填し焼成するプロセスを、必要回数繰
り返す。あるいは、また、予めスラリー状のマトリック
ス原材料を繊維束あるいは織布に含浸し、これを芯材に
巻き付けたものを焼成すれば、含浸法にくらべて短時間
のプロセスが実現出来る。黒鉛マトリックスの場合に
は、さらに高熱伝導化を図るため、２８００℃以上の熱
処理を行う。最終的に、レーストラック状、又は楕円型
断面の焼成体を得る。これを、軸方向に平行に、「楕円
の焦点」を振り分けるような対称面で切断し、「楕円の
焦点」に近い位置近傍に、軸に平行方向に水冷管を埋め
込むためのチャンネル（孔）を加工する。しかる後、こ
のチャンネルの内壁面に、予め、例えばチタン入り銀ロ
ウのメタライズ処理を施した後、たとえば銅製の冷却管
を挿入し、冶金的に接合して、本発明の高熱流束受熱板
を得る。

【００２２】

【作用】第１発明によれば、受熱材は、前記受熱面と前
記熱吸収用冷却管との距離が短い中央部分の熱伝導率
が、前記中央部分を挟み前記受熱面と前記熱吸収用冷却
管との距離が長くなる側端部分の熱伝導率より小さく形
成されているので、前記冷却管までの熱流路距離の長い
部分が短い中央部分より熱が流れやすくなり、熱流の局
所集中を防いで全体として安定した伝熱を実現できる。

【００２３】第２発明によれば、高強度で繊維状フィラ
ー間の剥離もなく、前記第１発明の作用を実現できる。
第３発明によれば第１の繊維状フィラーの長さが前記受
熱面と前記冷却管との距離より短く、前記第２の繊維状
フィラーは前記受熱面から前記冷却管まで連なっている
ので、一層熱流の局所集中を防いで全体として安定した
伝熱を実現できる。第４発明乃至第６発明によれば、同
様の作用が実現できる。第７発明又は第８発明の構成
は、上記作用実現のために特に好ましいものである。第
９発明によれば、剛性が高まり亀裂が生じにくい、受熱
面に溝を設けてもこの亀裂の発生を防げる。第１０発明
によれば、入熱時の受熱面側の熱延びによる受熱板全体
の反りを防止できる。第１１発明によれば、上記高熱流
束受熱板を容易に製造することが可能である。

【００２４】すなわち、本発明による高熱流束受熱板の
受熱材は、高耐熱性かつ繊維軸方向に高熱伝導の繊維状
フィラーが、受熱面に対し実質的に直交するように埋め
込まれているため、高熱負荷の急激な流入または遮断に
よる熱衝撃に対しても、表面層中に生ずる温度勾配によ
る熱応力が低く抑えられ、熱衝撃破壊に対する安全率を
高く取れる。また、受熱材内部の、繊維状フィラーの配
向方向に直角方向に発生する温度勾配を小さく出来、そ
のため熱応力による繊維状フィラー間の剥離の可能性を
小さくする事が出来る。また、冷却管の冷却面における
熱流の局所的集中度を緩和し、冷却面における限界熱流
束の値を大きく取れ、バーンアウトに対する安全係数を
高く取れる。

【００２５】冷却管と受熱材の接合界面では、受熱材中
の繊維状フィラーの繊維軸が、冷却管の外周面と交差す
るように湾曲、配向しているため、繊維側表面に比べて
化学的活性の高い繊維端面が活性金属ロウ材層と強く結
合し、信頼性の高い高強度の接合を実現することが出来
る。また、繊維状フィラーの繊維軸に直交方向の熱膨張
係数は繊維軸方向の値に比して数倍以上大きいため、受
熱材の接合面方向の熱膨張率は比較的大きな値とするこ
とにより、受熱材とロウ材層、並びに水冷管との間の熱
膨張率差に起因する熱応力剥離の可能性を低減出来る。

【００２６】本発明による高熱流束受熱板の受熱材は、
従来の受熱材の複数個に相当する受熱部材を一体で冷却
管に締結出来るので、部品点数並びに工程数を格段に少
なく出来、作業性を大幅に向上出来る。また仕上がり精
度も大幅に向上出来る。なお、高熱流束受熱板の受熱材
の熱伝導率の制御は、繊維状フィラーの配向度及び充填
率の制御によって行うことができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。実施例１図１は、本発明に係る高熱流束受熱板の一実施例の要部
のみの部分破断面を含む斜視図を示す。また図２は高熱
流束受熱板の一部分の斜視図を示す。図１において、受
熱材１が、冷却管２にロウ材層３を介して冶金的に締結
されており、受熱材１の表面に流入した熱は、受熱材１
の内部を伝えられ、冷却管２の管壁を通って、冷却管２
内を流れる冷却水４に伝達され、除去される。冷却管２
の内部の冷却媒質用流路には、冷却水４を管壁に沿って
旋回させ、限界熱流束を高めるためのツイストテープ５
が設けられている。

【００２８】受熱材１は、図１に示すように、炭素繊維
強化型炭素複合材で造られており、炭素繊維より成る繊
維状フィラーの配向方向は、部材中において分布を有し
ている。即ち、受熱面８と冷却管２の距離が最も短い冷
却管２の直上部には、フェルト状黒鉛繊維より成る第１
の繊維状フィラー９を基材として黒鉛マトリックス相を
充填したフェルト型炭素繊維強化炭素複合材からなる領
域すなわち芯材６を設け、黒鉛繊維９の繊維軸方向が、
少なくとも受熱面８に直交し長手方向に沿う一つの面内
でランダムに配向した構造と成っている。芯材６として
はこの他に、一次元、二次元、又は三次元型の炭素繊維
強化型炭素材を用いても良く、特に多次元材の場合に
は、繊維方向を、芯材の軸線に対し４５°の角度で用い
るのが、焼成時における外周部と芯材との剥離、き裂発
生を防ぐのに有効である。

【００２９】一方、受熱材１の両側端部分１１すなわ
ち、冷却管２の冷却面までの距離が長い領域では、受熱
面８の表面近傍では黒鉛繊維１０の繊維軸を受熱面８に
直角に近い角度方向に配向させ、一方、内部に行くに従
い冷却管２の軸を含む受熱材１の左右対称面を横切るよ
うに、円弧状に湾曲配向させた構造としている。特に、
受熱材１の、冷却面から最も離れた両側端部では、炭素
繊維軸方向は、冷却管２の、受熱面８から見て下部外周
面と交差するような配向構造と成っている。受熱材１の
受熱面８には、一定の間隔で幅０．３ｍｍ、深さ１０ｍ
ｍ程度の溝７を設けてあり、入熱時の受熱面８側の熱延
びによる受熱板全体の反りを防止している。さらに個々
の受熱材１は、幅に対し、少なくとも５〜１０倍以上の
長さを有しており、例えば、銅製水冷管２等を構造的に
補強する効果を有する。

【００３０】図３は、本発明による高熱流束受熱板の受
熱面に熱流束１５ＭＷ／ｍ²の一様な定常熱負荷を加
え、冷却管に６０℃の水を１０ｍ／ｓで流した場合の、
受熱材中の定常時の温度分布を、従来技術による高熱流
束受熱板の結果（図３（ａ））と比較して図３（ｂ）に
示す。従来の受熱材では、繊維状フィラーである黒鉛繊
維を全て受熱面に対し直角方向に配向させた、一次元型
炭素繊維強化炭素複合材が用いられていた。このような
受熱材中の熱伝導率は、繊維状フィラーの繊維配向方
向、すなわち受熱面に直交方向の熱伝導率の、繊維配向
方向に直交方向の熱伝導率の値に対する比が、約２０と
極めて大きい値となっていた。そのため、受熱板の側端
部に流入した熱流に対する冷却面までの平均的熱抵抗の
値が、中央部に比べて約５０％も高く、受熱面側端部の
温度上昇は、中央部より約２５０℃高い値となってい
る。

【００３１】これに対し、本発明による高熱流束受熱板
では、受熱面側端部の第２の繊維状フィラーは、内部に
行くに従って水冷管の下面にむけて湾曲させて冷却効果
を大ならしめているため、受熱面両側端部の温度上昇を
従来より１００℃以上低く抑えることが出来、また中央
部との温度上昇差を５０℃以下に抑える事が出来た。ま
た、受熱材中の平衡温度分布に着目すると、従来材で
は、冷却管の左右側面近傍において、受熱材の引張り強
度が最小となる繊維軸に直交方向で、温度勾配が最大値
に達しており、熱応力破壊の可能性が高くなっている。
その点、本発明の受熱材では、部材内の繊維軸配向方向
に直交方向の最大の温度勾配を従来の値の数分の一以下
に抑えることが出来、従って熱応力破壊に対する安全率
を大幅に向上出来た。更に、本発明による高熱流束受熱
板では、図３（ｂ）に示すように、定常入熱時における
部材中の等温線Ｌが受熱面に対しほぼ平行であるため、
受熱材内部での熱応力による剥離の可能性が低く、ま
た、冷却管上部冷却面への熱流束の集中度が低いため、
従来の受熱板に比して限界熱流束の大幅な向上（約３０
％）を実現した。

【００３２】実施例２図４は本発明の高熱流束受熱板の製法の１実施例を模式
的に示す。繊維径１０ミクロンの炭素繊維を積層面内で
ランダムな方向に配向させた、いわゆる炭素繊維フェル
トをベースとし、これにピッチを含浸させた、いわゆる
フェルト型炭素繊維強化炭素複合材（芯材）１３を、長
さ２８０ｍｍ、厚さ１２ｍｍ、幅４０ｍｍの板状に形成
し、長手方向の端面１４を曲率半径６ｍｍの曲面に加工
した（図４（ａ））。この板の両端に円板状の止め板１
５を取付け、この止め板１５を回転させながら（図４
（ｂ））、ピッチ系炭素繊維２０００本から成る繊維束
１６を巻き付けた。この繊維束１６の代わりに、あらか
じめテープ状に編まれたものを用いても良い。炭素繊維
束１６の芯材の軸方向に対する巻き付け角度（ピッチア
ングル）θは５度ないし１５度と層毎に、方向を変化さ
せ、あるいは連続的に変化させ、所定の厚さ約３０ｍｍ
〜４０ｍｍに達するまで巻き付けを行った。

【００３３】次に、このようにして作成した基材１７
（図４（ｃ））に、オートクレーブ中でピッチ含浸した
（図４（ｄ））後、炭化処理のため約１０００℃の熱処
理を行い（図４（ｅ））、含浸ー炭化のプロセスを４回
繰返した後、黒鉛化のためのアルゴン中２８００〜３０
００℃の熱処理を行い（図４（ｆ））、最終的に所期の
炭素繊維強化型炭素複合材１８を得た（図４（ｇ））。
なお、ピッチ含浸の代りに、水素とベンゼン等の炭化水
素の混合ガス中で、上記成形基材１７を加熱する方法に
よる、気相浸透法によっても同様の効果を得ることが出
来る。

【００３４】このようにして得た炭素繊維強化型炭素複
合材１８を、図４（ｈ）に示すように、長手方向に縦に
二分割し、その各々について、縦方向に冷却管を貫通さ
せてロウ付けするための、内径１７．５ｍｍのチャンネ
ル１９の加工を行った。一方、受熱面８には、長手方向
に直交方向に、幅０．３ｍｍ、深さ１０ｍｍの溝７の加
工を間隔５０ｍｍで行った。次に、高真空炉中８５０℃
で、チャンネル１９の内面に適当な厚さの、Ｔｉ５重量
％を含むＡｇーＣｕロウによるメタライズ層（図４
（ｉ））を設けた。さらに、外径１７．１ｍｍ、内径１
４ｍｍの銅製冷却管２の外周に、厚さ１００ミクロンの
ＡｇーＣｕロウ（ＢＡＧー８）の層を設け、上記チャン
ネル１９内に挿入し、高真空炉中において、８４０℃で
ロウ付けした（図４（ｊ））。

【００３５】このようにして得られた炭素繊維強化型炭
素複合材よりなる受熱材１の平均的嵩密度は１．７〜
１．９ｇ／ｃｍ³であった。また、受熱材１中の１００
０Ｋにおける熱伝導率分布を測定したところ、冷却管２
の直上部、即ち冷却管２と受熱面８間の距離が最も短い
領域６で、受熱面８に対して直交方向に１５０〜３００
Ｗ／ｍＫ、また、冷却管２から最も遠い領域、即ち、受
熱材１の両側端部１１において、炭素繊維の配向方向に
沿って測定された値は２２０〜３５０Ｗ／ｍＫであっ
た。又、受熱材１の基底部、すなわち炭素繊維がＵ字型
に湾曲した部分では、炭素繊維の繊維軸方向において、
２２０〜３５０Ｗ／ｍＫであった。なお、ここでは、冷
却管として銅パイプを用いたが、モリブデン等の高融点
金属の合金でも良く。この他に、繊維強化したカーボン
またはＳｉＣなどのセラミクスパイプを用いても良い。
ＳｉＣとしては、数％のＢｅＯを焼結助剤として含む物
が、高熱伝導性を有し、望ましい。冷却媒体としては、
ヘリウムでも良い。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
受熱時の受熱面内の温度上昇率が小さく、受熱材中に発
生する熱応力が小さく、バーンアウトに対する安全係数
の大きな高熱流束受熱板を実現出来る。また本発明によ
れば、高熱流束受熱板の製作時における部品点数を大幅
に低減出来、仕上がり寸法精度、および作業効率を大幅
に向上させることが出来る。また本発明による製法によ
ると、ほぼ仕上がり寸法に近い部材を焼成可能であり、
原材料のムダを省き、コストの低減を図ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の高熱流束受熱板の要部の部
分破断斜視図である。

【図２】本発明の高熱流束受熱壁の部分斜視図である。

【図３】本発明による高熱流束受熱板（ｂ）と従来
（ａ）の受熱板の定常熱負荷時における平衡温度分布を
比較した図である。

【図４】（ａ）〜（ｊ）は本発明の高熱流束受熱板の製
造方法を示す模式図である。

【符号の説明】

１受熱材２冷却管３ロウ材層４冷却媒質５ツイストテープ６芯材７溝８受熱面９第１の繊維状フィラー１０第２の繊維状フィラー１１側端部分Ｌ等温線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ２８Ｆ 13/14 Ｆ２８Ｆ 13/14 21/02 21/02 (72)発明者篠原英毅茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者秋場真人茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者荒木政則茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１日本原子力研究所那珂研究所内 (56)参考文献実開昭58−106799（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−106800（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21B 1/00 F28F 1/00 F28F 9/00 F28F 13/00 F28F 21/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平面側を受熱面とするかまぼこ形状の受
熱材と、この受熱材中の凸曲面側寄りに埋設された熱吸
収用冷却管とを備えた高熱流束受熱板であって、前記受
熱材の前記中央部分は、前記冷却管の軸線と平行で且つ
前記受熱面と直交する面内にてランダムに配向する第１
の繊維状フィラーを含む繊維強化型複合材より成り、前
記受熱材の前記側端部分は前記受熱面と直交方向に配向
し且つ前記冷却管側は該冷却管の管面と交差するように
湾曲配向する第２の繊維状フィラーを含む繊維強化型複
合材よりなることを特徴とする高熱流束受熱板。
【請求項２】請求項１において、前記受熱材は、前記
受熱面と前記熱吸収用冷却管との距離が短い中央部分の
熱伝導率が、前記中央部分を挟み前記受熱面と前記熱吸
収用冷却管との距離が長くなる側端部分の熱伝導率より
小さく形成されたことを特徴とする高熱流束受熱板。
【請求項３】請求項１又は２において、において、前
記第１の繊維状フィラーは、その長さが前記受熱面と前
記冷却管との距離より短く、前記第２の繊維状フィラー
は前記受熱面から前記冷却管まで連なっていることを特
徴とする高熱流束受熱板。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、受
熱材と前記冷却管はその接触面においてロウ材層を介し
て結合することを特徴とする高熱流束受熱板。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、前
記冷却管は銅、モリブデン、モリブデン−レニウム合
金、繊維強化カーボン又は炭化珪素より成ることを特徴
とする高熱流束受熱板。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかにおいて、繊
維状フィラーは炭素繊維又はボロンナイトライド繊維よ
り成り、繊維強化型複合材は炭素、ボロンカーバイド、
チタンカーバイド、シリコンカーバイド、タングステ
ン、ボロンナイトライド、銅、ベリリウム、酸化ベリリ
ウムの内の少なくとも一種以上をマトリックス相とし、
該マトリックス相中に前記繊維状フィラーが存在するも
のであることを特徴とする高熱流束受熱板。
【請求項７】請求項４又は５において、繊維状フィラ
ーは炭素繊維より成り、繊維強化型複合材は炭素をマト
リックス相とし、この炭素マトリックス相中に前記炭素
繊維が存在するものであり、前記ロウ材はＡｇ−Ｃｕロ
ウであり、前記冷却管は銅製であることを特徴とする高
熱流束受熱板。
【請求項８】請求項４又は５において、繊維状フィラ
ーはボロンナイトライド繊維より成り、繊維強化型複合
材はボロンナイトライドをマトリックス相とし、該マト
リックス相中に前記ボロンナイトライド繊維が存在する
ものであり、前記ロウ材はＡｇ−Ｃｕロウであり、前記
冷却管は銅製であることを特徴とする高熱流束受熱板。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかにおいて、前
記第２の繊維状フィラーは、前記受熱面と直交する方向
に対して５度〜１５度の角度を有し、各層毎に交叉する
多層構造に形成されたことを特徴とする高熱流速受熱
板。
【請求項１０】請求項９において、受熱材の前記受熱
面に該受熱材の長手方向と直交する方向に所定間隔で複
数の溝が設けられていることを特徴とする高熱流速受熱
板。
【請求項１１】第１の繊維状フィラーを積層面内でラ
ンダムに配向させ更にマトリックス相を含浸させて成る
長手方向に沿う両側が凸曲面に形成された芯材に第２の
繊維状フィラーとなる長繊維を多層に巻き付け、この巻
き付け層にマトリックス相を含浸させて焼成し、これら
の含浸及び焼成の操作を複数回くりかえした後、さらに
高温熱処理し、これらプロセスの途中又は終了後に焼成
体を該焼成体の長手方向に切断し、前記凸曲面側の第１
の繊維状フィラーを含む層と第２の繊維状フィラーを含
む層の界面部分に長手方向に孔を穿孔し、この孔に熱吸
収用冷却管を通してロウ付け固定する工程を含む高熱流
束受熱板の製造方法。