JPH10311692A - ヒートパイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性に優れるヒートパイプを実現する。 【解決手段】 沸騰法によるヒートパイプの製造方法で
あって、下端を封止したパイプ１０に液相状態の作動流
体２０を注入し、このパイプ１０に熱風３０を当てる工
程を含むもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヒートパイプの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートパイプは密封された空洞部を備え
ており、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移
動により熱の輸送が行われるものである。もちろん、ヒ
ートパイプを構成する容器（コンテナ）を熱伝導するこ
とで運ばれる熱もあるが、ヒートパイプは主に作動流体
による熱移動作用を意図した熱移動装置である。

【０００３】ヒートパイプ内の作動流体としては通常、
水や水溶液、アルコール、その他有機溶剤等が使用され
る。特殊な用途としては水銀を作動流体に用いる場合も
ある。前述したようにヒートパイプは内部の作動流体の
相変態等の作用を利用するものであるから、密封された
内部に作動流体以外のガス等の混入をなるべく避けるよ
うに製造されることになる。このような混入物は通常、
製造途中に混入する大気（空気）や作動流体中に溶存し
ている炭酸ガス等である。

【０００４】ヒートパイプは密封された内部に作動流体
以外のガス等の混入をなるべく避けるように製造される
ことになるが、その他、ヒートパイプ内の作動流体の量
が適量になるよう制御する必要もある。作動流体の量が
過剰に多かったり、或いは少なかったりすると、製造さ
れたヒートパイプが要求される熱移動特性を実現しなく
なるからである。

【０００５】従来知られたヒートパイプの製造方法とし
て沸騰法がある。簡単に説明する。まず片方の端部を封
止したパイプに水等の作動流体（作動液）を注入する。
この際、当然ながら、封止した端部を下方にしながら作
動流体を注入する。次いで、封止した端部付近を加熱
し、注入した液相状態の作動流体を蒸発させる。作動流
体の蒸気はパイプ上方の開放端部から放出を続けるが、
この際、蒸気と共にパイプ内の不要なガス（空気）の大
部分も共に放出されていく。そして、パイプ内の不要な
ガス（空気）が十分放出された頃を見計らって、パイプ
の開放端部を封止し密封する。こうして作動流体が封入
されたヒートパイプが製造される。

【０００６】尚、上述の加熱工程においては、パイプ内
の不要なガスの放出だけでなく、作動流体も蒸発放出し
ていき、パイプ内部に残存する作動流体の液量も減少を
続けていく。従って沸騰法においては、その放出量を見
込んで適量の作動流体が封止後のパイプ内に残るように
制御する必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来は、上述の沸騰法
によるヒートパイプの製造方法において、液相状態の作
動流体を注入した後、そのパイプの加熱手段として、パ
イプ下部を含む領域を熱した油に浸すか、或いはヒータ
ー等を用いる方法によりパイプ下部を含む領域を加熱し
ていた（図７）。図７（ア）は、下端を封止したパイプ
１５内に作動流体（の液）２５を所定量注入した後、そ
のパイプ１５の下端付近をヒーター９０で加熱している
状況を示している。図７（イ）は、ヒーター９０に替わ
り、熱した油８２にパイプ１６の下端付近を浸している
状況を示している。符号２６は作動流体、符号８３は油
槽、符号２５０と２６０はパイプ上端から放出される蒸
気を示すものである。

【０００８】しかしながらこのような方法では、パイプ
の加熱温度の制御が難しく、しばしば作動流体の突沸等
が生じていた。突沸が生じると、作動流体の蒸気ばかり
か液相状態の作動流体の一部もパイプ外に飛び出てしま
いやすい。このためパイプ内に残すべき作動流体の量の
制御が難しくなるという問題があった。もちろん、従来
の方法によっても作動流体の突沸を防ぐことは不可能で
はないが、パイプの加熱に用いる油の温度制御等が難し
く、このことがヒートパイプの製造コスト上昇の原因に
なっていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述したような事情か
ら、作動流体量の制御が行いやすく、生産性に優れるヒ
ートパイプの製造方法を開発することが望まれていた。
本発明者らは次の発明を提供する。即ち、一端が封止さ
れたパイプに液体状態の作動流体を注入する工程と、封
止された前記一端が下方になるような略直立状態にて前
記パイプに熱風を当てる工程と、前記パイプの他端を封
止する工程とを含むヒートパイプの製造方法である。前
記パイプに注入された作動流体の残液量は、前記熱風の
温度、風速または風量を調整することで制御すると良
い。

【００１０】前記パイプの他端を封止する工程は、通常
は上記したパイプに熱風を当てる工程の途中に施す。こ
のようにして、製造すべきヒートパイプ内にガス（空
気）が残りにくくするのである。

【００１１】パイプに熱風を当てつつパイプの他端を封
止するには、一旦、パイプ他端をかしめて仮封止し、し
かる後、溶接等で本封止する方法が実用的である。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明のヒートパイプの製
造方法を模式的に示したものである。下端が封止された
パイプ１０を用意する。そのパイプ１０に作動流体２０
（液相状態の作動流体）を所定量注入する。次いでパイ
プ１０に熱風３０を当てることでパイプ１０を加熱す
る。その温度上昇によって作動流体２０は蒸発が促進さ
れ、その蒸気２００はパイプ１０の上端から放出され
る。

【００１３】蒸気２００がパイプ１０の上端から放出す
る。この際、パイプ１０内に残る不要なガス（空気）の
大部分も蒸気２００と共にパイプ１０外に放出される。
充分、不要なガスが放出された時点を見計らって、蒸気
２００がパイプ１０の上端から放出されている状態で、
一旦、パイプ１０の上端をかしめて仮封止する。次い
で、溶接等によりパイプ１０の上端を封止し、作動流体
２０が所定量収容されたヒートパイプが製造される。

【００１４】上記の工程において、加熱前のパイプ１０
に注入した作動流体は、その一部が蒸発により減少して
いく。従って、その蒸発減少分を見込んで、当初に注入
する作動流体の量や、上記工程における条件等を決める
必要がある。

【００１５】本発明においては、上記加熱を熱風３０を
パイプ１０に当てることでパイプ１０の温度を上昇させ
ている。このような方法を採用すると、作動流体２０の
蒸発量の制御がしやすい利点がある。その熱風３０の風
速や温度、或いは風量を調整すれば、比較的容易に作動
流体２０の蒸発量の制御が実現できる。風量は風速で管
理すると簡便である。

【００１６】

【実施例】図１を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。 本発明例１ パイプ１０はほぼ円形断面のパイプ体で、径５ｍｍ、肉
厚０．３ｍｍ、長さ３００ｍｍのものである。パイプ１
０の下端は溶接により封止してある。このパイプ１０に
作動流体２０（沸騰脱気した水）を０．３ｍｌ注入し、
次いでこのパイプ１０を加熱室４０に配置し、更にパイ
プ１０に熱風３０を当てることで温度を上昇させた。

【００１７】蒸気２００の放出に伴ってパイプ１０内に
残る不要なガス（空気）も引きずられてパイプ１０外に
放出されるが、加熱時間が短時間に過ぎると、パイプ１
０内のガスが充分に放出されない。一方、過剰に長時間
加熱を続けることは製造上の無駄である。この実施例に
おいては、１２０℃程度の熱風で概ね１分間加熱すれ
ば、パイプ１０内に残る不要なガス（空気）が充分に放
出されることが実験の結果判った。尚、この加熱時間を
含めて、加熱条件はパイプ１０の種類等によって変わる
ものである。

【００１８】そこで、熱風３０を当てる条件として、熱
風３０を当てる時間を１分間、その温度（パイプ１０が
配置される位置での熱風３０の温度）を１２０℃とし、
その風速（パイプ１０が配置される位置での風速）を種
々変化させた。パイプ１０の上端の仮封止は、その加熱
を続けた状態で行った。仮封止はかしめることで行い、
しかる後の本封止は溶接によって行った。

【００１９】風速を種々変化させて製造したヒートパイ
プを調査し、その内部に残る残液量を測定した。図２は
その結果を示すものである。

【００２０】尚、熱風３０を加熱すると共に循環させる
熱風発生装置５０は、例えばヒーターとファンとを用い
て構成すれば良い。

【００２１】本発明例２ 熱風３０を当てる条件として、熱風３０を当てる時間を
１分間、風速（パイプ１０が配置される位置での風速）
を１０ｍ／秒として、その温度（パイプ１０が配置され
る位置での熱風３０の温度）を種々変化させた。その他
の条件等は実施例１と同様である。結果を図３に示す。

【００２２】従来例 図４に示すように、下端を封止したパイプ１１内に所定
量の作動流体２１を注入し、そのパイプ１１のほぼ全体
を熱した油８０に浸すことでパイプ１１の温度を上昇さ
せた。符号８１は油槽である。その他、パイプ１１の液
状や作動流体量等は実施例１、２と同様である。この従
来例では、油８０に浸す時間を１分間とし、油８０の温
度を種々変化させて製造したヒートパイプを調査し、そ
の内部に残る残液量を測定した。図５はその結果を示す
ものである。

【００２３】さて従来例での結果である図５を見ると、
油温度が１２５℃を超えるあたりから、残液量が非常に
少なくなっていることが判る。これは油８０の温度が高
すぎて、パイプ１１内の作動流体２１の蒸発量が多すぎ
た結果である。また急激な作動流体の沸騰による突沸に
よって、かなりの量の液相状態のままの作動流体２１が
パイプ１１外に飛び出てしまっていた。

【００２４】油８０の温度が１００〜１２５℃程度にお
いても、作動流体２１の突沸が起こり、残液量のバラツ
キが目立っていることが判る。

【００２５】一方、本発明例での結果である図２を見る
と、熱風３０の風速が比較的低い段階（１５ｍ／秒以下
程度）では、残液量の変化は比較的緩やかであることが
判る。また残液量のバラツキも図５に比べ少なかったこ
とが判る。本発明例での別の結果である図３についても
同様、残液量のバラツキは少ない。また、熱風３０の温
度が１４０℃以下程度までは、残液量の変化は比較的緩
やかであった。

【００２６】上述したように、本発明のヒートパイプの
製造方法によれば、残液量のバラツキが少なく安定した
製造が可能になる。また、図２、３と図５とを比較すれ
ば判るように、熱風３０の風速や温度の変化に対して残
液量の変化は比較的緩やかであるから、より残液量の制
御が容易になっている事も意味している。この意味でも
本発明のヒートパイプの製造方法は実用的であると言え
る。

【００２７】ところで、図６はパイプに作動流体を注入
する作業を示す説明図である。図６（ア）に示すように
パイプ１２の内径が太い場合はともかく、図６（イ）に
示すように、パイプ１３の内径が細い場合は、液相状態
の作動流体２３を注入する際、その表面張力等によって
パイプ１３の途中に一部留まってしまうことがある。そ
こで、図６（ウ）に示すように、注入管６２をパイプ１
４の下端部付近まで届くようにして作動流体２４を注入
すると良い。尚、図中、符号６０、６１は注入管、符号
２２は作動流体である。

【００２８】上述の実施例においては、パイプの内径は
約４．６ｍｍと比較的小さいものであった。従って、パ
イプに作動流体を注入する作業は図６（ウ）に示すよう
な方法によって作動流体を注入すると簡便である。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明のヒートパイ
プとその製造方法は、作動流体の量の管理が容易で、生
産性に優れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるヒートパイプの製造方法を示す
概略的説明図である。

【図２】実施例における本発明例の実験結果である。

【図３】実施例における本発明例の実験結果である。

【図４】実施例における従来例のヒートパイプの製造方
法を示す概略的説明図である。

【図５】実施例における従来例の実験結果である。

【図６】パイプに作動流体を注入する工程を示す説明図
である。

【図７】従来のヒートパイプの製造方法を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ パイプ １１ パイプ １２ パイプ １３ パイプ １４ パイプ １５ パイプ １６ パイプ ２０ 作動流体 ２１ 作動流体 ２２ 作動流体 ２３ 作動流体 ２４ 作動流体 ２５ 作動流体 ２６ 作動流体 ２００ 蒸気 ２１０ 蒸気 ２５０ 蒸気 ２６０ 蒸気 ３０ 熱風 ４０ 加熱室 ５０ 熱風発生装置 ６０ 注入管 ６１ 注入管 ６２ 注入管 ８０ 油 ８１ 油槽 ８２ 油 ８３ 油槽 ９０ ヒーター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が封止されたパイプに液体状態の作
   動流体を注入する工程と、封止された前記一端が下方に
   なるような略直立状態にて前記パイプに熱風を当てる工
   程と、前記パイプの他端を封止する工程とを含むヒート
   パイプの製造方法。
2. 【請求項２】 前記熱風の温度、風速または風量を調整
   することで、前記パイプに注入された作動流体の残液量
   を制御する、請求項１記載のヒートパイプの製造方法。