JPH03263592A

JPH03263592A - ヒートパイプ用作動液

Info

Publication number: JPH03263592A
Application number: JP2063081A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kimura; 裕一木村; Jiyunji Sotani; 順二素谷
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1990-03-14
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 1991-11-25
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JP2726542B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は半導体素子や電子機器などの冷却あるいは空調
用熱交換器等に用いられるフッ化炭素系ヒートパイプ用
作動液に関するものである。

（従来の技術）従来半導体素子や電子機器の発熱部の冷却にはヒートパ
イプ式冷却器が用いられている。また空調等に用いられ
る熱交換器には省エネルギーのためにヒートパイプ式熱
交換器が用いられている。

これらヒートパイプは、バイブ状容器の一端を蒸発部と
し、他端を凝縮部として熱を伝える伝熱素子で動力を必
要としないことから幅広く用いられている。一般にヒー
トパイプの伝熱特性は、その作動液の常圧下での沸点付
近で使用するときによい性能を示す。

ヒートパイプの作動液としては従来より各種の媒体が開
発、使用されており１例えば最も一般的なものとして水
がある。しかし、空調用等の熱交換器に関しては使用温
度領域が比較的低いところにあり、熱媒体としては有望
な水も作動安定性および凍結等の問題のために使用する
ことができない、また、アンモニア、メタノールなども
作動液として用いられているが、作動液を選択する場合
には、沸点のほかに、ヒートパイプ容器の材質との適合
性を考慮しなければならず、例えば、アンモニアは銅系
の材質とは適合せず、メタノールはアルミニウムおよび
ステンレス鋼とは適合しないという難点がある。

一方、比較的安定性のよいヒートパイプの作動液として
フロン（クロロフルオロカーボン。以下ＣＦＣという）
があり、例えば通常使用温度範囲の一３０〜１００℃で
は、ＣＦＣ−１１（ＣＣρ、Ｆ）、ＣＦＣ−１２（ＣＣ
ε２Ｆ２）、ＨＣＦＣ−２１（ＣＨＣ氾、Ｆ）　、ＨＣ
ＦＣ−２２（ＣＨＣβＦ、）、ＣＦＣ−１１３（ＣＣβ
ＩＦ’ｃｃβＦ２）などが用いられている。

（発明が解決しようとする課題）このＣＦＣは常温領域の作動液として広く用いられてい
るが、次のような問題を有している。すなわち、イ）大気中に排出されるＣＦＣガスが成層圏まで拡散し
、成層圏のオゾン層を破壊し、これが地上の紫外線量を
増大させることが重大な環境問題となっている。そのた
めＣＦＣの生産量および使用量の規制がなされようとし
ている。

口）１００℃以上の温度で使用するとＣＦＣが分解して
変質し、ヒートパイプの性能が劣化するため、長期にわ
たって安定性が良く寿命の永いものができない。また、
作動温度が高い場合ヒートパイプ内で器壁とＣＦＣの間
で化学反応が起こり、容器内面が酸化或いは腐食するこ
とがある。

本発明は以上のような点にかんがみてなされたもので、
その目的とするところは、上記イ）、口）の問題を解決
し、環境に対する悪影響を及ぼす恐れがなく、１００℃
近傍において安定して高い性能を示すフッ化炭素系ヒー
トパイプ用作動液を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の上記目的は、（１）作動温度に相当する沸点の
フッ化炭素化合物を９５％以上含有し、該フッ化炭素化
合物よりも低沸点のフッ化炭素化合物の含量を１％以下
としたことを特徴とするフッ化炭素系ヒートパイプ用作
動液、（２）作動温度が一３０〜１２０℃であることを
特徴とする（１１項記載のフッ化炭素系ヒートパイプ用
作動液及び（３）作動温度の沸点のフッ化炭素化合物が
パーフルオロカーボンであることを特徴とする（１．）
項記載のフッ化炭素系ヒートパイプ用作動液により達成
された。

本発明においてフッ化炭素化合物とは炭化水素をフッ素
で置換したものをいい、実質的に塩素置換体を含有しな
いものをいう。ここで実質的に含有しないとは、フッ化
炭素化合物の製造工程上−旦塩化物としてからフッ化物
とする場合には製品に微量の塩素置換体が混入してくる
ことがあるが、このような場合は許容される意味である
。

（ちなみに、成層圏においてＣＦＣ中の結合塩素がオゾ
ンと反応するとされている。）なお、本明細書においてフッ化炭素系作動液の組成を示
す％は、ガスクロマトグラフィー法による面積百分率を
いう。

本発明に用いられる作動温度の沸点のフッ化炭素化合物
は好ましくはパーフルオロカーボンであり、これの単独
でもよいが、実際製造上炭素原子数の異なるパーフルオ
ロカーボンやフッ化度の低い（水素原子を残す）フルオ
ロカーボンが含有されることがあり、これらが併存して
いても本発明の規定範囲内であればよいことも本発明の
特徴である。本発明において、作動温度の沸点のフッ化
炭素化合物はフッ化炭素系作動液中９５％以上、好まし
くは９６％以上、より好ましくは９８％以上である。

また本発明のヒートパイプ用作動液はどのようなヒート
パイプにも適宜に使用でき、適用しうるヒートパイプの
型、用途には制限はない。このようなヒートパイプとし
ては、例えば半導体素子や電子機器などの冷却用ヒート
パイプ、空調用等に用いられる熱交換器用ヒートパイプ
などもあげられる。すなわち本発明の作動液は、発熱体
の放熱器、熱交換器、その地熱を用いる各種装置におけ
るヒートパイプ用として、蒸発、凝縮による潜熱の吸収
、放熱を利用した熱輸送を目的とするヒートパイプのい
ずれにも使用可能である。

（実施例）以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は電気絶縁型ヒートパイプであり、蒸発部（１）
と凝縮部（２）は内径１６＋ｎｍの鋼管（Ｃ１２２０）
よりなり、両者はアルミナセラミックスよりなる円筒形
の電気絶縁体（３）を介して接続されている。電気絶縁
体（３）は電気絶縁性能が確保されるように十分な沿面
距離を有している。電気絶縁体（３）のアルミナセラミ
ックスと蒸発部（１）および凝縮部（２）の鋼管との接
続は、電気絶縁体（３）の両端面をメタライジングして
Ｎｉメツキを施した後、ＮｉメツキしたＮ　１−Ｆｅ合
金よりなる封止材（４）と電気絶縁体（３）を銀ろう付
けし、次いで、封止材（４）と蒸発部（１）および凝縮
部（２）をろう付けすることにより行われた。

上記により構成されたヒートパイプ容器に作動液として
、主成分がＣ６Ｆ１４であるパーフルオロカーボンで主
成分の割合が９０％のもの（以下、作動液１という）と
、主成分の割合が９５％でＣ−Ｆ＋４よりも低沸点であ
る成分（Ｃ４Ｆ、Ｈ。

ＣｓＦ＋ｔ）の割合が０％のもの（以下、作動液２とい
う）、１％のもの（以下、作動液３という）、又は２％
のもの（以下、作動液４という）及び比較のために従来
のフロンとしてＣＦＣ−１１３（ＣＣρ、Ｆ−ＣＣβＦ
２、以下、作動液５という）を用い、以下に述べるよう
にして長時間運転におけるヒートパイプ材質との適合性
の比較試験を行った。ここで作動液の成分の測定にはガ
スクロマトグラフおよび質量分析計を用いて行った。

第２図は、この試験に用いたヒートパイプ用作動液と容
器材料の適合性を調べる試験装置を示しており、温度コ
ントローラ（５）によりヒートパイプの蒸発部（１１）
を所定の温度に保ち、ヒートパイプ中央部と凝縮部（１
２）側の温度差（”ｒ、−Ｔ、）を時間の経過とともに
測定し、長時間にわたり温度差が生じない作動液は適合
性がよいと判断した。蒸発部（１１）の温度、すなわち
作動温度を１２０℃とし、ヒートパイプの中央部と凝縮
部端部の温度差を測定した結果を第３図に示す。

第３図のグラフから作動液５　（ＣＦＣ−１１３）を用
いたヒートパイプでは、約１，０００時間経過後から温
度差（’ｒ、−”ｒ、）が生じはじめるのに対して、作
動液２．３を用いたヒートパイプでは、ｉｏ、　ｏｏｏ
時間程度の経過時間までほとんど温度差は認められず、
銅系材料に対しても極めて適合性が優れることが明らか
である。

また作動温度の沸点を示す主成分の含量が低い作動液ｌ
では、１０．０００時間に達する前から温度差が上昇す
る傾向をし、低沸点成分が２％である作動液４は初期状
態から温度差が生じていることが明らかとなった。一方
、作動温度が９０℃では、いずれの作動液でもｔｏ、　
０００時間経過後も温度差は認められなかった。

上記の結果より作動液２．３はヒートパイプ材質との適
合性が優れるばかりでなく作動液５よりも広い温度範囲
で使用可能であることが分る。熱性能についても、作動
液２．３は作動液５とほぼ同等の性能が得られており、
環境に対して無害であるから、作動液２．３をヒートパ
イプ用作動液とすることにより、優れたヒートパイプ冷
却器を得ることができた。

次に、作動液としてＣｓＦ、４９８．７％、Ｃ−Ｆｅｉ
　　ｏ、４％、Ｃ，Ｆ、、Ｃｆｌ　　０．２％、Ｃ，Ｆ
、、ＨＯ，１％及びＣ，Ｆ、、０．６％の組成の液を封
入し、上記と同様の試験を行ったところ、作動液２．３
と同様の良好な結果を得ることができた。

上記の実施例は、アルミナセラミックスを主成分とする
絶縁体をを有する銅製のヒートパイプ容器についてであ
ったが、本発明の作動液はアルミニウムおよびステンレ
ス鋼製のヒートパイプ容器の場合も同様の優れた適合性
を有していた。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の、主成分の割合が全体の
９５％以上であり、また主成分の沸点未満の沸点を有す
る成分の割合を全体の１％以下にしたフッ化炭素系の作
動液は作動温度が１００’Ｃ以上でも安定した長期連続
使用が可能であり、ＣＦＣと異なり成分化合物は塩素を
含んでいないので環境問題を起す心配もなく、作動液と
器材との適合性がよいという優れた効果がある。換言す
れば、本発明の作動液はＣＦＣとは全（異なる作動液で
あって気液二相間の変換が容易であり、熱的、化学的に
安定でしかも毒性がなく、環境上悪影響を与える恐れが
ないという優れた作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作動液を用いた電気絶縁型ヒートパイ
プの一例を示す正面図、第２図はヒートパイプ用作動液
の適合性試験装置の説明図、第３図は適合性試験結果を
示すグラフである。符号の説明１５１１・・・蒸発部、２．１２・・・凝縮部、３．１
３・・・電気絶縁体、４・・・封止材、５・・・温度コ
ントローラ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）作動温度に相当する沸点のフッ化炭素化合物を９
５％以上含有し、該フッ化炭素化合物よりも低沸点のフ
ッ化炭素化合物の含量を１％以下としたことを特徴とす
るフッ化炭素系ヒートパイプ用作動液。
（２）作動温度が−３０〜１２０℃であることを特徴と
する請求項（１）記載のフッ化炭素系ヒートパイプ用作
動液。
（３）作動温度の沸点のフッ化炭素化合物がパーフルオ
ロカーボンであることを特徴とする請求項（１）記載の
フッ化炭素系ヒートパイプ用作動液。