JPS6129690A - ヒ−トパイプおよびその製造方法 - Google Patents

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） 本発明叶、熱移送装置、熱交換器等として利用されるヒ
ートパイプおよびその製造方法に関する。

（従来の技術） ヒートパイプは、熱媒体の蒸気の移動と蒸発潜熱の授受
によって熱移動を行なう装置であって、熱伝達特性が、
熱の良導体である銀、銅等の金属より数百倍も高く格段
に優れている。熱機器やそれを備えた施設に使用されて
いるだけでなく、最近では無重力場、例えば人工衛星内
部での熱移送Ｋｉ実用化されている。

このようなビートパイプけ、一般に装置本体としての密
閉容器の内壁に繊維や網状のウィック材を張り、必要に
より密閉容器内部を減圧にし、熱媒体の作動流体、例え
ば水、アンモニアを該容器内に封入して成り、通常密閉
容器の一端側を高温下に置きかつその他端側を低温下に
置いて使用される。密閉容器が屈曲、湾曲した形状や複
雑な形状のものであると、ウィック材の内張りが困頓と
なる。このため、従来のヒートパイプ憧、密閉容器が全
て簡単な形状のものであり、なかでも真直な円筒形状の
ものが多かっな。

（発明が解決しようとするｒＩＲ順点）従って、従来の
ヒートパイプでは、その形状が豊富でなかったため、適
用できる用途や設置個所等が限定され適用範囲が狭かっ
た。

また、従来のヒートパイプは、ウィック材を密閉容器の
内壁表面上にそのままライニングし念だけのものが多く
、ライ、り材と容器内壁との接触が不十分で毛細管作用
が十分に発揮されず、熱伝達効率が一般に低かった。

本発明け、上記の事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところ位、用途や設置個所等に適合した形状
を有し、力・つ高い熱伝達効率を有するヒートパイプを
提供することにある。

（１問題点を解決するなめの手段） 本発明のヒートパイプは、複数の容器分割部材を夫々相
互に接合して所定形状の密閉容器を成形し、ウィック材
を該容器の内壁に張りかつ熱媒体の作動流体を該密閉容
器内に封入してなることを特徴とするものである。すな
わち、本発明は、分割部材を接合し組立てたヒートパイ
プ構造とすることにより、ウィック材の内張りを密閉容
器の形状に制限されずに行ない得るようにしたものであ
る。

本発明を更に説明すると、本発明のビートパイプ位、第
１図にその典型例の中央部を示すように、まず丸管を軸
方向に二分割した形状の左右一対の容器分割部材１，１
　　を準備し、次に繊維若しくＬ網状のウィック材２を
該分割部材１゜１の内側壁面に夫々例えば層状に張り、
その後一対の脂分割部材１．１をその両側縁３・・・が
夫々当接し合うように突き合わせ、次に該両便縁３・−
・にろう付けまたは溶接等を行なって両分割部材１，１
を接合して管状にし、さらに図示しないが骸骨の両端側
を適当な容器分割部材で接合、閉塞して密閉容器を成形
し、しかる後該容器内に熱媒体の作動流体、例えは水、
７レオン、メ々ノールなどを封入したものである。従っ
て１本ヒートパイプでは、密閉容器が分割部材の組立体
よりなるため、該部材の接合前にウィック材を分割部材
内壁に張ることができ、ウィック材の内張りが確実かつ
容易なものとなる。よって、複雑な形状、例えば屈曲、
湾曲形状や非対称形状を有する密閉容器であっても、適
宜多分割された数種の容器分割部材にウィック材を夫々
張りその後該分割部材を相互に接合することにより、ウ
ィック材がまんべんなく内張すされた密閉容器を成形す
ることができる。それ故に、本発明によれば、任意形状
のビートパイプを製作することができ、ビートパイプの
用途や設置個所等に適合させることが可能となる。また
、内張りの容易化により、ウィック材も、従来使用のも
のだけでなく、フィン状等の特殊形状のものを使用する
ことができる。

また、本発明のヒートパイプにおいてライ。

り材を密閉容器の内壁にろう付け等により接合すると、
ウィック材と容器内壁の接触がより確かなものとなり、
毛細管作用が一層発揮されて蒸発、凝縮が著しく活発に
なるのでより好ましい。この場合、密閉容器とウィック
材を同種の金属材料等で、例えば密閉容器をアルミ１ニ
ウム閉管でかつウィック材をアルミニウム繊維で構成す
ると、両者の接合が容器になるのでさらに好ましい。ま
た、ウィック材を全率の短繊維等で構成すると、毛細管
作用が大き（働き、熱移送が一層良好になる。また一般
に、ヒートパイプにおいて唸、作動流体の蒸発速度が極
めて大きいと、ライ、り材表面上の作動流体が毛細管現
象に反して引きちぎれて密閉容器の内壁側に戻ってしま
う現象、いわゆるエントレインメント限界が生じること
があるが、例えば、第２図に示すように、密閉容器を二
重管構造とし、ウィック材２を外側と内側の両分割部材
１ａ、ｌｂの間に充填し両壁面に接合してなるヒートパ
イプ構造にすると、内外両側からの毛細管作用により作
動流体力ζウィック材表面上に著しく安定に拡がるよう
になる冷め、エントレインメント限界の発生を効果的に
防止する仁とができる。

寸な、アルミニウム系材料、すなわちアルミニウムある
いはアルミニウム合金材料は一般に熱伝導率が高（、ま
たそれら材料よりなる繊維は、水などの作動流体との濡
れ性がとても良好で、毛おい管作甲が非常に円滑に働く
。従って、本発明のヒートパイプにおいて、密閉容器若
しくけこれをＮＩｌ筬する一部の容器分割部材をアルミ
ニウム系材料で成形したり、まな岐ウィック材をアルミ
ニウム系材料の紳維若しくけ細線で構成したりすると、
熱移送が一層太きくなるので・より好ましい。とこにお
いて速用できるアルミニウム系材料としては、アルミニ
ウム単体の他に、アルミニウム合金材料としてアルミニ
ウムに珪素（Ｓｉ）、銅（Ｏｕ　）、マンガン（ＭｎＬ
亜鉛（Ｚｎ）、チ々ン（Ｔｉ＞、クロム（Ｏｒ）、ジル
コニウム（Ｚ「）、マグネシウム（Ｍｇ）等を少なくと
も一種類添加した合金がある。具体的ｅｃは、ＪＩＳ　
３１１０３．１０５１１．７０７２等のアルミニウム合
金材料がある。

さらに、アルミニウム合金材料としては、アルミニウム
あるいは、上記アルミニウム合金材料の表面に、融点が
ｌｊｌ〜１１１１１°Ｃ低い合金、たとえばＳｉを７〜
１２ｗｔ％含有した）Ｊ　−Ｓｉ共共合合金被覆しｋも
のでもよい。具体的には、ＪＩＳ３ｎ（１３材の表面に
１３４３材をクララドしたもの（ＢＡ１２ＰＯなど）で
よい。板状の場合には、プレージングシートと呼ばれて
いるものである。このようなアルミニウム系材料は一般
に安価である故、これより成るヒートパイプは経済的に
有利である。

従って、本発明のビートパイプは、上述のことからアル
ミニウム系材料よりなり分割部材、ウィック材等を相互
に接合した構造のものが最も好ましいといえる。

そこで、アルミニウム系材料の接合方法が問題りなって
くる。例えば、接合が簡便にできないと、この種のヒー
トパイプの生産性が低い本のになる。本発明者等は、特
願昭５８−１９１３１１号に記載されるように、カリウ
ムおよびフッ素を含有する化成処理液を用いてアルミニ
ウム系材料の表面に７ラツクスとしてのペンタフルオロ
アルミニウム酸カリウム（Ｋ２ＡｌＦ３）からなる皮膜
を形成しその後加熱してろう付けする方法を提案してお
ね、この新規々ろう付け方法によれは、処御溶液にアル
ミニウム系材料を接触させるのみで容易にフラックス層
を形成でき、しか・　　　　もその後のろう付け工程に
よるろう付け時にろう材の流れががめらかで、ろう材が
ろう付行部に均等にゆきわたる。　　　゛ その結果、少量のろう材で、欠陥のないろう付け接合部
を形成することができるとともＫ。

ろう付け後ろう付け部を洗渡しなくてもろう付！−＋接
合部を腐食させることがない。

従って、上記の方法を利用して、具体的には、アルミニ
ウム系材料よりなる容器分割部材の接合部位または同材
料よりなる密閉容器内壁若しく社ウィック材の接合部位
に、カリウムおよびフッ寞を含有する化成処理液を接触
させてペンタフルオロアルミニウム酸カリウム皮膜を形
成せしめ、その後前記接合部位を加熱してろう材１によ
り容器分割部材同士また４密閉容器とウィック材をろう
付け、接合してヒートパイプを製作すると、各接合部の
ろう付けが円滑に進むため、分割タイプの本発明のヒー
トパイプを容易にかつ効率良く製造することかできる。

また、ろう付け接合部で腐食が生じ難くなり、ビートパ
イプの耐久性が向上する。

この工程において使用する上記化成処理液は１次の方法
により調製される。そのひとつは、フッ化水素カリウム
（ＫＨＦ　２　）を水に溶解する方法である０フツ化水
素カリウムの溶解＠は、水１１当り１〜８０ｇとしたも
のがペンタフルオロアルミニウム酸カリウムを生成する
のに適当・である〇他の；＃明方法としては、フッ化カ
リウム（ＫＦ）とフッ化水素（）ＩＦ′）とを水に溶解
して混合水溶液としてもよい。また、水酸化カリウム（
ＫＯＨ）と７フ化水素とを水に溶解した本のでもよい。

これらの水溶液は・フッ素とカリウムのモル比が１〜Ｉ
Ｏであって、かつカリウムが０．５−４０　ｇ／ｌ含有
している本のがよい。

アルミニウム系材料よりなる密閉容器等の接合部位とＬ
記化成処理液とを接触させる方法としては、浸漬、塗布
、吹き付けなどが挙げられるが、その接触時間は、化成
処理液中のカリウムおよびフッ素の濃慶、該処理液の温
度などによって一概にけ決まらないが、たとえに０．５
秒〜２０分程度の範囲がよい。該接触によって、アルミ
ニウム系材料の接合部位表面に存在する酸化物被膜が破
壊され、アルミニウムとカリウムとフッ素が化学反応し
、ペンタフルオロアルミニウム酸カリウムが生成する。

この化合物の生成け、温度によって変化する。当然常温
でも充分に化学反応が進行する。しかし、接合部位の温
度を伺えば４０〜７０°Ｃに上昇せしめると、特に酸化
被膜の除去が完全に、゛しかも衾速に行なわれる。その
結果、’＜ンタフルオロアルミニウム酸カリウム皮膜が
アルミニウム系材料の接合部位表面に強固に形成され、
ろう材により容易に接合可能となる。

（実ｊ殉例） 以下、本発明の実施例を図面により説明する実施例１ 第３図に示すヒートパイプ１は、両端が閉塞されかつ２
個所で屈曲した形状をなす。これは１＃形状の屈曲管を
軸方向に二分割した形状の一対の容器分割部材］、ｃ、
ｌｄを準備して、繊維または網吠のウィック材２を該分
割部材１ｃ、ｌｄの内壁ＫｇＳす、次に一対の該分割部
材１ｃ、ｌｄをその両側縁３・・・が夫々当接し合うよ
うに突き合わせ、接合して密閉容器５を成形し、しかる
後該容器５内に熱媒体の作動流体を封入してなる０この
製法により、前記屈曲形状のヒートパイプ４を製作でき
、かつライ、り材２も密閉容′ａ５にまんべんなく内争
りできた。

実喚例２ こ４．＋ｇｌ施例のヒートパイプは、第４図に示すよう
に、大小一対の容器分割部材］、’　ｃ、　１’　ｄを
嵌合し、接合したものである。他の構成、製法は実施例
１と同様で多・る。

往って、非対称の分割部材を使って、実睡例ｊｂｎ４１
ｔｍな屈曲１１？＜状のヒートパイプを製作することか
できた。

実１＠例３ この実施例のヒートパイプは、第５図に示すように、フ
ィン形状のウィメク相２ａを密閉容器５の内壁に張った
ものである。他の構成、製法岐実施例１と同様である。

従って、特殊なｌＩｊ記形成形状ィック材を内張すした
実１池例１と同様な屈曲形状のヒートパイプを製作でき
な。

実凧例喀 苫６図に示すビートパイプ４ａは、稟直な閉管）じ状の
密閉容器５ａの内壁にゆ維まな岐網状のウィック材２を
ろう付け等により接合し、かつ熱媒体の作動流体を該密
閉容器５ａ内に封入したものである。密閉容器５ａけ、
実施例１と同様に、二分割された容器分割部材１ｅ、ｌ
ｅをその両側縁３・・・が当接するように突き合わせ、
接合してなる０ この実施例のヒートパイプ４ａでは、ウィック材２と密
閉容器５ａの接合により熱伝達効率が従来のヒートツマ
イブより格段に向上した〇実施例５ この実施例のヒートパイプ岐、第３図に示すものと同様
な屈曲形状をなし、そして屈曲管を軸方向に二分割した
形状の一対のアルミニウム系材料（プレージングシート
）製容器分割部材を準備し、アルミニウム系繊維のウィ
ック材を該分割部材の内壁に張り、次にカリウムおよび
フッ素を含有する化成処理液（４度および調製は上記の
記載に従う。）を前記分割部材の接合部位である両側縁
に接触させてペンタフルオロアルミニウム岬カリウム皮
膜を形成せしめ、次いで一対の該分割部材を、前記両側
縁がろう材を介して当接し合うように突き合わせて屈曲
管状とし、その後この突き合わせ体を炉に入れケ「１〜
６２ｎ　’　ＯＫ加熱して、前記両分割部材をろう付け
、接合して密閉容器を成形し、しかる後熱媒体の作動流
体を封入したものである。ペンタフルオロアルミニウム
酸カリウム皮膜を形成してこれをろう付け用フラックス
として使用する製法を採用したことにより、ろう付けが
円滑に進み、屈曲形状のヒートパイプを容易かつ迅速に
製作することができた。また、製作ヒートパイプを長期
間使用しても、当該ろう付け接合部より腐食が生じなか
った。

実権例に の実権例のヒートパイプは、第６図に示すものと同様な
形状をなし、そしてカリウムおよびフッ素を含有する化
成処理液（実施例５におけるものと同一の溶液）を、ア
ルミニウム合金プレージングシートにより製作した密閉
容器の内壁および／まなはアルミニウム短締維のウィッ
ク材に接触させてペンタフルオロアルミニウム酸カリウ
ム皮膜を形成せしめ、その後実施例５と同様に加熱して
密閉容器とウィック材をろう付け、接合してなる。この
場合のろう付けも容易に進み、また製作徒長期間経過し
ても当該ろう付け接合部より腐食が生じなかった。

（発明の効果） 以上説明しｆｔように、本発明のヒートパイプは、分割
部材を接合して組立てたことにより、任意な形状の、例
えば屈曲形状や湾曲形状のヒートパイプを製作可能とな
り、用途、股部個所等に一合した形状のビートパイプを
、たとえその形状が複雑なものであっても容易に提供で
き、ヒートパイプの利用範囲を拡張せしめることができ
る。また、ウィック材と密閉容器内壁を接合して両者の
接触を確実なものにすると、毛細背作用が増大して作動
流体の蒸発、凝縮が一層活一発にｋす、熱伝片効率が従
来より格段に向上する。さらに、密閉容器等をアルミニ
ウム系材料で借成すると、熱伝達効率が更に向上し、か
つ安価なヒートパイプを提供できる。またさらに、ｎｉ
ｌ記化成処理液を用いてろう付けして製作すると、用途
等に適した形状で高効率がヒートパイプを容易に製作で
き、かつその製作ヒートパイプは高い耐久性を有する。

【図面の簡単な説明】

筺１図は本発明の典型例のヒートパイプの要部を示す斜
視図、 第２図＃−を竿１図のヒートパイプの変型例を示す断面
図、 第３１ズは実施例１のヒートパイプを示す平面図（一部
、断面図を含む。）、 第１・【むよび第５図は実施例２および実施例３のヒー
トパイプを示す断面図、 第６図は実１脂例４のヒートパイプを軸方向に切断した
断面図である。 図中、 １、　ｌａ　〜ｌｅ、　ｌ’ｃ、Ｉ’ｄ−容器分割部材
２．２ａ　　・・・ウィック材 ４．４ａ　・・・ヒートパイプ ５．５ａ　　・・・密閉宵器 牙１図 、ｔ２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の容器分割部材を夫々相互に接合して密閉容
   器を成形し、ウィック材を該容器の内壁に張りかつ熱媒
   体の作動流体を該密閉容器内に封入してなることを特徴
   とするヒートパイプ。
2. （２）ウィック材を密閉容器の内壁にろう付け等により
   接合してなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のヒートパイプ。
3. （３）密閉容器若しくはこれを構成する一部の容器分割
   部材または密閉容器内側のウィック材がアルミニウム系
   材料よりなる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。
4. （４）アルミニウム系材料よりなる容器分割部材の接合
   部位または同材料よりなる密閉容器内壁若しくはウィッ
   ク材の接合部位に、カリウムおよびフッ素を含有する化
   成処理液を接触させてペンタフルオロアルミニウム酸カ
   リウム皮膜を形成せしめ、その後前記接合部位を加熱し
   てろう材により容器分割部材同士または密閉容器とウィ
   ック材をろう付け、接合することを特徴とするヒートパ
   イプの製造方法。