JPH04332390A - ヒートパイプ式熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

ヒートパイプ式熱交換器およびその製造方法

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JPH04332390A
JPH04332390A JP13060091A JP13060091A JPH04332390A JP H04332390 A JPH04332390 A JP H04332390A JP 13060091 A JP13060091 A JP 13060091A JP 13060091 A JP13060091 A JP 13060091A JP H04332390 A JPH04332390 A JP H04332390A
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JP
Japan
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heat pipe
heat
heat transfer
transfer member
working fluid
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JP13060091A
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English (en)
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Aritaka Tatsumi
辰巳 有孝
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヒートパイプの周囲に
伝熱部材を配置して成るヒートパイプ式熱交換器および
その製造方法に関し、特に、ヒートパイプと伝熱部材の
界面における熱抵抗を増大させずに、作業性の向上,お
よびコストダウンを図ったヒートパイプ式熱交換器およ
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ヒートパイプは、密閉容器内に作動液を
封入するという比較的簡単な構造を有し、小さい温度差
で大量の熱移動を行えるため、熱交換器として近年種々
の分野で利用されている。このようなヒートパイプを利
用した熱交換器は、一般にヒートパイプの外周に放熱フ
ィンが形成された伝熱部材を配置している。
【0003】このようなヒートパイプ熱交換器において
は、ヒートパイプと伝熱部材との間の熱抵抗値を低減さ
せる手段として、従来より以下のような種々の方法が採
られている。
【0004】■  伝熱部材にヒートパイプの外径より
若干径の小さな挿入孔を形成し、この挿入孔にヒートパ
イプを圧入してヒートパイプと伝熱部材とを密着させる
(圧入法)。
【0005】■  伝熱部材にヒートパイプ用密閉容器
の外径より若干径の大きな挿入孔を形成し、この挿入孔
に当該容器を挿入し、マンドレルや液圧によって機械的
に容器を膨張させて、当該容器と伝熱部材とを密着させ
た後、当該容器にヒートパイプの加工を施して作動液を
封入する(機械的拡管法)。
【0006】■  伝熱部材にヒートパイプの外径より
若干径の大きな挿入孔を形成し、この挿入孔に当該ヒー
トパイプを挿入し、両者の隙間に高熱伝導性樹脂や半田
を充填する(充填法)。
【0007】■  伝熱部材にヒートパイプの外径より
若干径の大きな挿入孔を形成し、この挿入孔に当該ヒー
トパイプを挿入した後、これらを加熱し、密閉容器内の
作動液の蒸気圧によって伝熱部材とヒートパイプとを密
着させる(加熱拡管法)。尚、このように製造されたヒ
ートパイプをモータのシャフトに適用した例が特開昭5
9−110432号公報に示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来のヒートパイプ式熱交換は以下のような不都合を有
している。
【0009】■(圧入法)においては、ヒートパイプの
圧入作業自体が煩雑、且つ困難であり、フィン枚数が多
くなると、圧入に多大な手間を要し、コストアップとな
る。
【0010】■(機械的拡管法)においては、拡管作業
時の管内潤滑剤,液圧媒体等の残渣の除去に多くの手間
がかかり、作業効率が悪いと共にヒートパイプ本数が多
い場合には、拡管後のヒートパイプ加工が難しくなる(
パイプ端末加工,作動液封入及び封じきり等について実
用上難点が多い)。
【0011】■(充填法)においては、充填作業に大き
なコストがかかる。また、充填剤の熱伝導率は一般に伝
熱部材やヒートパイプ用密閉容器に比べて低いことと、
充填剤の充填によりヒートパイプと伝熱部材間に境界面
が増加し、熱抵抗値の低減の妨げになる。
【0012】■(加熱拡管法)は、作業性の面では優れ
ているが、一般に伝熱部材の熱膨張率がヒートパイプよ
り小さく、例えば、中空鋼シャフト内に銅やアルミ等を
容器材料とするヒートパイプを挿入して加熱し、拡管す
る場合、鋼材の熱膨張率(〜11x10−6/℃)に比
較して内側に入る銅,或いはアルミの熱膨張率(それぞ
れ〜17x10−6/℃,〜23x10−6/℃)の方
が大きく、加熱時に密着していても冷却すると内部の銅
,或いはアルミ部材の方が大きく収縮し、両者の境界部
にギャップが形成されてしまう。その結果、熱抵抗が大
きくなる。
【0013】
【目的】従って、本発明の目的はヒートパイプと伝熱部
材の界面における熱抵抗を増大させずに作業性の向上,
およびコストダウンを図ることができるヒートパイプ式
熱交換器およびその製造方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、ヒートパイプ
と伝熱部材の界面における熱抵抗を増大させずに作業性
の向上,およびコストダウンを図るため、密閉容器と伝
熱部材を所定量の作動液の蒸気圧による密閉容器の拡管
に基づく塑性変形によって密着させ、前記密閉容器,或
いは前記伝熱部材の表面に施された低融点接合用金属の
溶融によって接合したヒートパイプ式熱交換器を提供す
るものである。
【0015】また、本発明に係るヒートパイプ式熱交換
器の製造方法は、所定の外径を有し、所定量の作動液を
封入したヒートパイプを加工し;前記所定の外径より所
定の寸法だけ大なる所定の内径の挿入孔を有した伝熱部
材を加工し;前記伝熱部材,或いは前記ヒートパイプの
表面に半田等の低融点接合用金属を被覆し;前記伝熱部
材の前記挿入孔に前記ヒートパイプを挿入し;両者を所
定の温度で所定時間加熱することにより前記低融点接合
用金属を溶融させると共に、前記ヒートパイプに封入さ
れた作動液を加熱して、前記ヒートパイプに前記作動液
の蒸気圧と熱膨張に基づく塑性変形を与え、この塑性変
形によって前記ヒートパイプの外面を前記伝熱部材の前
記挿入孔の内壁に密着させ;密着した前記ヒートパイプ
と前記伝熱部材を冷却して前記ヒートパイプと前記伝熱
部材の界面を前記低融点接合用金属で接合させるという
各工程を有している。
【0016】上記所定の温度は、前記作動液が加熱温度
における前記ヒートパイプの破裂強度値(常温における
値よりはるかに小さくなる)以上の蒸気圧にならない温
度であり、また、作動液の封入量は、前記加熱温度にお
ける蒸気の比容積(単位重量あたりの蒸気容積)と容器
の内容積との積の値以下、即ち、加熱温度において作動
液の液相が存在しない量である。
【0017】
【作用】本発明は、以上のように所定量の作動液の蒸気
圧に基づいてヒートパイプを塑性変形させて伝熱部材に
密着させると共に、加熱時に溶融した低融点接合用金属
で密着した界面を接合するため、極めて容易な作業によ
ってヒートパイプと伝熱部材との密着を適確に行うこと
ができる。即ち、密着状態が良好となるため、界面の熱
抵抗を抑えることができ、また、作業性の向上によって
コストダウンを図ることができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明のヒートパイプ式熱交換器およ
びその製造方法を添付図面を参照しつつ詳細に説明する
【0019】図1の(a)には最終加工が終了する前の
ヒートパイプ熱交換器の構成が示されている。このヒー
トパイプ熱交換器は、ヒートパイプ1と、このヒートパ
イプ1を包囲する銅フィン(伝熱部材)4から構成され
ており、ヒートパイプ1の表面には、低融点接合用金属
(半田等)3が被覆されている。
【0020】ヒートパイプ1は、円筒状の密閉容器5と
、この密閉容器5内に封入された所定量の作動液2とか
ら構成されている。密閉容器の材質としては銅、作動液
2としては水を用いる。尚、作動液2の封入量は、後述
する所定の温度Tにおいて全て気化する量とする。
【0021】銅フィン4は、中央にヒートパイプ1を挿
入するための挿入孔4aが形成されている。この挿入孔
4aは、ヒートパイプ1の外径より若干大なる内径を有
している。
【0022】このような構成において、ヒートパイプ1
を銅フィン4の挿入孔4a内に挿入した後、熱交換器全
体を所定の温度Tで加熱し、ヒートパイプ1の表面に被
覆された低融点接合用金属3を溶融させると共に、図1
の(b)のように作動液2の蒸気圧によって密閉容器5
を拡管し、その際の塑性変形によって当該容器5を挿入
孔4aの内壁に密着させる。そして、ヒートパイプ熱交
換器全体を冷却して、密着したヒートパイプ1と銅フィ
ン4の界面を低融点接合用金属で接合することにより、
全製造工程が終了する。
【0023】次に、上記実施例におけるヒートパイプ熱
交換器の加熱温度T,作動液2の封入量Xについて考察
する。加熱温度Tは、密閉容器5内の作動液2の蒸気圧
が密閉容器5の破裂圧を越えない温度とする。例えば、
銅製の密閉容器5の外径を9.52mm,肉厚を0.3
4mm,有効長さを1000mmとした場合には、加熱
温度T=299℃とする。これは、図2に示されている
ように、加熱温度Tに対する作動液2である水の蒸気圧
P1 (実線)と、加熱温度Tに対する銅管の破裂圧P
2 (破線)との関係により、両曲線P1 ,P2 が
交差する点(304℃)が限界温度となるため、加熱温
度Tをこれより低い近似した値に設定する。また、この
温度は、低融点接合用金属(半田等)3を溶融させるに
十分な温度である。
【0024】このように設定された加熱温度Tに対し、
作動液2の封入量Xを求めると、作動液2の量Xは3.
0g以下となる。これは、限界温度304℃の時に飽和
液が残存しない量であり、密閉容器5の内容積(61.
4cm3 )を飽和蒸気の比容積(20.3cm3 )
で除することによって求められる。
【0025】仮に、作動液2の封入量Xを2.8gとす
ると、加熱温度T≒299℃において飽和液が存在しな
くなり、加熱温度T=299℃〜310℃の間での蒸気
圧は1℃に対し1/571kgf/cm2 と非常に小
さな値となるため、加熱温度Tの調整が容易になる。ま
た、2.8gという作動液2の量は、密閉容器2の内容
積R(61.4cm3 )の約4.6%に相当し、ヒー
トパイプのボトムヒートモードでの使用において十分な
量となる。
【0026】一方、作動液2の量Xを3.0g以上にし
た場合、温度上昇に伴う密閉容器5の外径変化量は、図
2の曲線l(一点鎖線)に示されているように、極めて
急激に変化し、当該密閉容器5が破壊し易くなるため、
実用化は非常に困難となる。これはヒートパイプ1の作
動液2を増加させた場合、限界温度(304℃)付近で
加熱温度Tを上昇させるとヒートパイプの外径が限界温
度を示す直線Lに沿って急激に大になるという事実によ
るものであり、通常の加熱炉の温度制御可能範囲よりも
はるかに狭い範囲でしか加熱できないことになる。
【0027】以上のように製造されたヒートパイプ熱交
換器の使用に際しては、被冷却体の熱がヒートパイプ1
の一端(下部)に与えられ、この熱によりヒートパイプ
1内の作動液2が蒸発し、ヒートパイプ1の他端(上部
)に熱伝達を行う。伝達された熱は銅フィン(伝熱部材
)4から放出され、蒸発気体の凝縮が行われ、凝縮され
た作動液2がヒートパイプ1の受熱部(下部)に戻され
る。このような動作の繰り返しにより、ヒートパイプ1
を介して被冷却体と放熱雰囲気(大気,水等の冷却媒体
)間で熱交換が行われる。
【0028】この際、ヒートパイプ1と銅フィン4とが
良好に密着しているため、両者の境界部分においての熱
損失がほとんどない。その密着度は、加工時の温度との
温度差が大になればなるほど大になる。
【0029】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のヒートパイ
プ式熱交換器およびその製造方法によると、ヒートパイ
プの密閉容器内の蒸気圧によって当該密閉容器を拡管し
、その時の塑性変形によって密閉容器と伝熱部材とを密
着させ、密閉容器,或いは伝熱部材の表面に施された半
田等の低融点接合用金属の溶融によって両者を接合させ
るため、ヒートパイプと伝熱部材の界面における熱抵抗
を増大させずに、作業性の向上,およびコストダウンを
図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す説明図。
【図2】実施例の作用を説明するためのグラフ。
【符号の説明】
1      ヒートパイプ 2      作動液 3      低融点接合用金属 4      銅フィン 4a    挿入孔 5      密閉容器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  密閉容器内に所定量の作動液を封入し
    たヒートパイプと、前記ヒートパイプを若干の余裕をも
    って包囲する伝熱部材と、前記密閉容器,或いは前記伝
    熱部材の表面に施された半田等の低融点接合用金属を備
    え、前記密閉容器と前記伝熱部材が、前記作動液の蒸気
    圧による前記密閉容器の拡管に基づく塑性変形によって
    密着し、前記低融点接合用金属の溶融によって接合され
    ていることを特徴とするヒートパイプ式熱交換器。
  2. 【請求項2】  所定の外径を有し、所定量の作動液を
    封入したヒートパイプを加工し、前記所定の外径より所
    定の寸法だけ大なる所定の内径の挿入孔を有した伝熱部
    材を加工し、前記伝熱部材,或いは前記ヒートパイプの
    表面に半田等の低融点接合用金属を被覆し、前記伝熱部
    材の前記挿入孔に前記ヒートパイプを挿入し、両者を所
    定の温度で所定時間加熱することにより前記低融点接合
    用金属を溶融させると共に、前記作動液を加熱して、前
    記ヒートパイプに前記作動液の蒸気圧と熱膨張に基づく
    塑性変形を与え、この塑性変形によって前記ヒートパイ
    プの外面を前記伝熱部材の前記挿入孔の内壁に密着させ
    、密着した前記ヒートパイプと前記伝熱部材を冷却して
    、前記ヒートパイプと前記伝熱部材の界面を接合するこ
    とを特徴とするヒートパイプ式熱交換器の製造方法。
  3. 【請求項3】  前記所定の温度は、前記作動液が前記
    ヒートパイプの破裂強度値以上の蒸気圧にならない温度
    であり、前記作動液の封入量は、前記所定の温度におい
    て液相が残留しない量である請求項2のヒートパイプ式
    熱交換器の製造方法。
JP13060091A 1991-05-02 1991-05-02 ヒートパイプ式熱交換器およびその製造方法 Pending JPH04332390A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7231715B2 (en) * 2004-05-25 2007-06-19 Hul-Chun Hsu Method for forming end surface of heat pipe and structure thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7231715B2 (en) * 2004-05-25 2007-06-19 Hul-Chun Hsu Method for forming end surface of heat pipe and structure thereof

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