JPS5849798B2 - ヒ−トパイプの作動液注入方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ヒートパイプの作動液注入方法およびその装
置に係り、特に非凝縮性ガスを除去した作動液を、ヒー
トパイプ内に正確に注入して密封し得る様にしたヒート
パイプの作動液注入方法およびその装置に関するもので
ある。

ヒートハイプは、周知の如く、コンテナ内に毛細管作用
を呈するウイツクが主にコンテナ内壁に密着して挿入さ
れ、そのコンテナ内を減圧して、適量の作動液が封入さ
れた構造である。

その作動原理は、ヒートパイプの一端を加熱すると作動
液が蒸発し、この蒸発時に潜熱を奪った蒸気が、他端の
低温部に移動し、その低温部で冷却されて凝縮し、蒸発
潜熱を放出する。

この凝縮した作動液はウイツクの毛細管作用により加熱
部に戻され、再び、作動液の蒸発→移動→凝縮→帰還の
サイクルが繰り返えされる。

熱の輸送は、この作動液の潜熱により行なわれる。

ヒートパイプの特徴は、（１）金属の熱伝導率に比べ伺
倍も熱伝導率の大きい熱伝達素子であること、（２）低
い温度勾配で比較的大量の熱を伝達できること、および
（３）速答性に優れていること、などである。

このように、ヒートパイプは多数の特長を有するため、
最近、電子機器および電気機器等の冷却あるいは、熱交
換器等に多用されるようになってきている。

ところが、このヒートパイプ内に空気やその他の非凝縮
性ガスが残存している場合には、第１図Ａに示すような
温度特性を示し、非凝縮性ガスが残存していない場合Ｂ
に比べ伝熱量が極端に劣り、またヒートパイプ内に封入
する作動液量が適量でない場合も、第２図に示すように
、伝熱量が極端に劣るので、ヒートパイプを製造する場
合、いかにしてヒートパイプ内に非凝縮性ガスを混入さ
せないで、適量の作動液を封入するかが重要な問題とな
っている。

さらに、ヒートパイプ内に非凝縮性ガスを混入させない
で、いかにして短時間に且つ、容易に適量の作動液を封
入するかが、ヒートパイプの経済性を考慮した場合、大
きな問題となっている。

従来、このような対策として、一端を閉じたヒートパイ
プ用管体に予め所定の作動液を注入した後、このヒート
パイプ用管体内の空気を真空排気し、その後に開口部を
密封する方法があるが、この場合は、確かに非凝縮性ガ
スが真空排気中に排気されるが、この真空排気中に作動
液が蒸発し、この蒸気が空気とともに排気され、所望の
液量を封入することが非常に困難であるという欠点を有
していた。

また、この解決策として、予め所定量の作動液を注入し
、この作動液を注入したヒートパイプを冷却して、作動
液を凍結させた後、真空排気によリヒートパイプ内の空
気を除去し、その後、ヒートパイプを密封する方法もあ
るが、この方法は、確かに、真空排気中に作動液が蒸発
することはほとんどなく、正確に適量の作動液を封入す
ることが可能であり、優れた作動液封入方法の一つであ
る。

ところが、この方法は、作動液をヒートパイプ内に注入
する際に作動液が大気と触れるために、作動液を凍結さ
せる時に、作動液中に溶解している非凝縮性ガスを抱き
込んでしまい、完全な非凝縮性ガスの除去を短時間に行
なうことが非常に困難であった。

さらにこれらの欠点を解決する方法として、空気その他
の非凝縮性ガスを排除した密閉系チャンバー中を、ヒー
トパイプに使用する作動液の蒸気で満たし、このチャン
バー内で作動液を注入した後、このヒートパイプを密封
するヒートパイプの製造方法もあり、この方法は、確か
に、作動液中の非凝縮性ガスの除去ができ、且つ、所望
量の作動液を封入できる優れた方法のーっである。

ところがこの方法は、非凝縮性ガスを排除した密閉系チ
ャンバー中で、作動液の注入およびその作動液を注入し
たヒートパイプの密封をしなければならないので、どう
しても作業性に欠けることと、作動液の注入および密封
を行なう大がかりな密封系チャンバーを要し、特に、ヒ
ートパイプの寸法が大きくなった場合、それ相応の大が
かりな密封系チャンバーを要するという欠点を有してい
た。

本発明は、このような欠点を解消するためになされたも
ので、作動液の非凝縮性ガスの除去とヒートパイプ中へ
の正確な作動液の封入を、効率よく、且つ、犬がかりな
装置を要せず、確実に行なうことができるヒートパイプ
の作動液注入方法およびその装置を提供するものである
。

すなわち、本発明は、真空排気系と連結してなる容器内
で作動液を凝固させた後、真空引きにより容器内の空気
その他の非凝縮性ガスを排除し、次にこの作動液を融解
させることにより作動液が凝固時に抱き込んだ空気その
他の非凝縮性ガスを吐出させ、再度この作動液を凝固さ
せ、その状態で再び真空引きを行なう一連の操作を、■
ないし複数回行なった後、この作動液を前もって真空排
気を行なった計量部内に導き、この計量部内でヒートパ
イプへの作動液の注入量を計量した後、この計量された
作動液を予め真空排気を行なったヒートパイプ内へ注入
し、その後、この作動液を注入したヒートパイプを密封
することを特徴とする。

まず、本発明を適用するヒートパイプについて述べると
、例えば、コンテナの形状は円筒形、長円形、平角形お
よび平板形が使用され、コンテナの材質は銅、銅合金、
ステンレス、アルミニウムその他の金属およびガラス等
が使用される。

ウィツクとしては溝形（グループ形、格子状溝形、スパ
イラル溝形）あるいは金属、非金属の網（ネット）およ
び細線群、焼結金属、フエルト等の毛細管特性を有する
多孔体あるいはメッシュが用いられる。

さらに、作動液としては水、メタノール、アセトン、サ
ーム８３００（ダウサムＡ）等の有機熱媒体が使用され
る。

ただし、コンテナおよびウイツクの材質は作動液との適
合性を考慮した選定を行なう必要がある。

例えば、水を使用する場合は銅および銅合金、メタノー
ルの場合は銅、ステンレス、アセトンの場合は銅、アル
ミニウム、サームＳ３００の場合は銅、ステンレス、ニ
ッケルがそれぞれ適合する。

次いで、本発明の実施に用いる装置の一実施例を第３図
によって説明すると、第３図において、１は作動液をヒ
ートパイプ中に注入する作動液タンクで、２−は作動液
タンク１に作動液を注ぎ込むための予備タンクで、バル
ブ３の開閉により所定量の作動液を作動液タンク１内へ
注ぎ込むことができる。

４は作動液タンク１内の作動液を凝固させるための冷媒
の貯蔵タンクで、このタンク４内の冷媒はポンプ５によ
り作動液ターンク１の外側の冷媒溜タンク６に送り込む
ことができ、７は冷媒溜タンク６内の冷媒を冷媒貯蔵タ
ンク４内へ戻すためのバルブである。

８は冷媒により凝固させた作動液の融解を促進させるた
めのヒーターである。

９は、作動液を凝固させた状態で作動液タンク１内の空
気その他の非凝縮性ガスを排除するため、真空排気装置
１０と作動液タンク１の間を開閉するバルブである。

１１．１１’は作動液計量管１２を封止するバルブで、
このバルブ１１．１１’の開閉により、作動液タンク１
内の作動液１３の作動液計量管１２への導入および作動
液計量管１２内の作動液１３′のヒートパイプ１４内へ
の注入を行なう。

１５は真空排気装置１０と作動液注入口１６および作動
液計量管封止バルブ１１′との間を開閉するためのバル
ブ、１７はヒートパイプ１４のノズル１４′の封止装置
である。

この様な装置を用いての本発明方法の一実施例を次に説
明する。

ヒートパイプとして、編組法により作威した銅細線群に
よるウイツクを装着した銅パイプを用い、その一端を封
止し、他端に、真空排気用ノズル１４′を取り付け、こ
のヒートパイプを第３図に示した装置の作動液注入口１
６に気密的に取り付けた。

次いで、このヒートパイプへの注入作動液量に合わせた
計量管１２をバルブ１１，１１’間に取り付けた後、作
動液として水を用い、作動液タンク１内をこの水で所定
量満たした後、冷媒溜タンク６内を液体チッソの冷媒で
満たし、作動液を凝固させた。

その後、バルブ９を開き、真空排気装置１０により、作
動液の凝固した作動液タンク１内を８ ｘ １ ０ −
６ｍｍＨｇ まで真空引きを行ない、バルブ９を閉じた
。

その後、バルブ７を開いて冷媒を除き、ヒーター８に電
源を入れて作動液タンク１を加熱し、作動液を融解させ
た。

さらに、作動液の凝固一作動液タンク内の排気一作動液
の融解を上述と同様に３回繰り返した。

その後、バルブ１５および１１′を開き、計量管１２お
よびヒートパイプ１４内を５ ｘ １ ０ ”ｍｍＨｇ
に真空引きした後、バルブ１１′および１５を閉じた。

次いで、バルブ１１を開き、所望注入量の作動液１３′
を計量管１２内に導き、バルブ１１を閉じた。

続いて、バルブ１１′を開き、計量管１２内の作動液１
３′をヒートパイプ１４内へ注入した。

その後、ヒートパイプのノズル１４′を封止装置１７に
より密封した。

このように作製したヒートパイプについて、その特性を
調べたところ、非凝縮性ガスの残存は認められなかった
。

また、作動液の封入量について秤量したところ、所望の
液量とほとんど差がなく封入されていた。

さらに；伝熱特性を調べたところ、非常に良好な特性を
示した。

また、以上の実施例では作動液として水を用いたが、作
動液としてサーム８３００を用いて同様に作製したヒー
トパイプについて、その特性を調べたところ、非凝縮性
ガスの残存は認められなかった。

また、作動液の封入量について秤量したところ、所望の
液量とほとんど差がなく封入されていた。

さらに、伝熱特性を調べたところ、非常に良好な特性を
示した。

以上の実施例における作動液の注入時間および計量につ
いて、さらに、詳述すると次の如くである。

まず、作動液の注入時間について説明すると、実施例に
も説明したように作動液中の非凝縮性ガスの除去は予め
作動液タンク１内で行なうので、非凝縮性ガスを除去し
た作動液の作成が一度に大量にできる。

このため、多数のヒートパイプを続けで製造する場合に
は、作動液中の非凝縮性ガスの除去時間は、注入液準備
の段階に要するのみで、その後は不要となり、ヒートパ
イプ内への作動液の注入時間を大幅に短縮して、高性能
のヒートパイプを製造することができる。

さらに、第３図に示した作動液封入装置は単頭式である
が、第４図ａ，ｂに示す如く、真空排気装置および作動
液タンク等を共通とし、作動液の計量部および作動液注
入口部を多頭化とし、封止装置をヒートパイプの多頭数
に合わせて、移動方式としたところ、犬がかりの装置を
要せず、更に容易にヒートパイプを量産することができ
た。

次いで、作動液の計量については、次の３通りの方法が
採れる。

すなわち、（１）予め計量管を所望の作動液注入量と同
容積とし、上部バルブを開くことによりこの計量管を作
動液で満たした後上部バルブを閉じ、次いで、下部バル
ブを開くことによりヒートパイプ内に作動液を注入する
方法、他の２方法は、計量管の容積を所望注入作動液量
より大きくし、その計量管をガラス製などの透明管とし
、この透明管に、容積の目盛を印しておき、（２）この
目盛にて計量しながら上部バルブを開いて計量管に所望
注入量を滴下した後、上部バルブを閉じ、次いで、下部
バルブを開き、ヒートパイプ内に前もって計量してある
作動液を注入する方法、（３Ｘ２）と同じように容積目
盛を印した計量管を用い、この計量管内に上部バルブを
開いて注入液量より多めに作動液を滴下した後、この上
部バルブを閉じ、次いで計量管の目盛で計量しながら下
部バルブを開いて、ヒートパイプ内へ所望液量を注入す
る方法である。

これら（１） ， （２）および（３）の方法について
それぞれ実施したところ、（１）の方法は目視による計
量誤差がないため所望注入量どおりの作動液をヒートパ
イプ内に注入できた。

また、他の（２） ． （３）の方法も所望注入量とほ
とんど差がなく、ヒートパイプ内に作動液を注入するこ
とができた。

以上説明したように、本発明によれば、犬がかりで複雑
な装置を要することがなく、且つ、短時間に高性能のヒ
ートパイプを製造することができヒートパイプのコスト
ダウンに貢献できるという多大な効果を発揮することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートパイプ温度特性を示す図、第２図はヒー
トパイプの作動液量に対する伝熱量比を示す図、第３図
は本発明のヒートパイプの作動液注入装置の一実施例を
示す説明図、第４図ａ，ｂは本発明装置の他の実施例を
示す説明図である。 １・・・・・・作動液タンク、２・・・・・・予備タン
ク、３・・・゜゜゜バルブ、４・・・゜・・冷媒貯蔵タ
ンク、５・・・・・・ポンプ、６・・・・・・冷媒溜タ
ンク、７・・・・・・バルブ、８・・曲ヒーター、９・
・・・・・バルブ、１０・・・・・・真空排気装置、１
１，Ｉｌａ〜１１ｃ，１１’，１１’ａ〜１１′ｃ・・
・・・・バルブ、１２．１２ａ〜１２ｃ・・曲計量管、
１３，１３’・・・・・・作動液、１４・・・・・・ヒ
ートパイプ、１４’・・・・・ノズル、１５・・・・・
・バルブ、１６，１６ａ〜１６ｃ・・・・・・作動液注
入口、１７，１７ａ〜１７ｃ・・−・・・封止装置、１
８・・・・・・封止装置移動手段、１９・・・−・−バ
ルブ自動開閉手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空排気系と連結してなる容器内の作動液を凝固さ
   せた後、真空引きにより該容器内の空気その他の非凝縮
   性ガスを排除した後、この作動液を融解させ、作動液が
   凝固時に抱き込んだ空気その他の非凝縮性ガスを吐出さ
   せる一連の操作を１ないし複数回行なった後、この作動
   液を前もって真空排気を行なった計量部内に導き、この
   計量部内でヒートハイプへの作動液の注入量を計量し、
   この計量した作動液を予め真空排気を行なったヒートパ
   イプのコンテナ内へ注入し、その後この作動液を注入し
   たヒートパイプのコンテナを密封することを特徴とする
   ヒートパイプの作動液注入方法。 ２ 作動液タンク、計量管、作動液注入口、真空排気装
   置をそれぞれの間に密閉バルブを介して循環的に気密接
   続し、作動液注入口の先端に、該注入口に気密接続され
   たヒートパイプを密閉して切離す封止手段を配し、前記
   作動液タンクに、冷媒を選択的に供給する作動液冷却手
   段および選択的に付勢し得る作動液加熱手段を付加し、
   前記計量管の上下端の密閉バルブを順次開くことにより
   作動液が自然流下する如く作動液タンク、計量管、作動
   液注入口を順次落差を設けて配して戒ることを特徴とす
   るヒートパイプの作動液注入装置。 ３ 計量管を着脱可能とし、注入液量および計量方法に
   合わせた所望の計量管を取り付け得るようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のヒートパイプの
   作動液注入装娼 ４ 計量管部および作動液注入口部を多頭化し、複数の
   ヒートパイプに同時に作動液を注入し得るようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のヒートパイ
   プの作動液注入装私