JPS6129689A - コ−ン状ヒ−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
て熱移動を行なうヒートパイプに係り、より詳しくは、
管内部を流れる流体と管周囲の外気との間で熱を移すの
に利用ｇｈるコーン状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、銀や銅等の金属線や棒より熱伝達特性
が格段に優れだ熱移動装置である。

しかし、管内を流れる高温流体の熱を外気に移したりま
たは逆に外気の熱を管内の低温流体に移動させだりする
場合には、従来、フィン状の金属部拐等を管の外周面に
設け、その金属部材を通じての熱伝導により熱を伝達て
せる方法により行なわれていた。従って、熱の伝達率が
著しく低く問題であった１、そこで、近年、中空の円板
リング形で流体用の管に嵌着してなるヒートパイプで、
運転時ｍＷを中心として回転することにより、凝縮した
作動流体を遠心力により外方へ移動せしめるものが提案
されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このいわば回転式ヒートパイプでは、作動流体
の蒸気の動きが遠心力により制限されるなどの理由によ
り、熱伝達効率が未だ十分に高くない。また、管を回転
σせる回転機構を必要とし、装置全体が複離かつ大型に
なるなどの問題点を有していた。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、十分に高い熱伝達効率を有しかつ
構造が簡単なコーン状ヒートパイプを提供することにあ
る。

Ｃ問題点を解決するだめの手段） 本発明のコーン状ヒ〜ドパイブは、略鉛直方向に設けた
高温棟たけ低温の流体を流すための流体管と、流体管に
接合した上下板としての、上向き若しくは下向きの二枚
のリング状錐面板、ゼ または上側にリング状平板ぐ１側に上向きのリング状錐
面板と該上下画板の外側周縁部を接合または連接して、
前記流体管および上下画板等で囲まれる密閉空間と、熱
媒体として諸空間内に封入さｈだ作動流体とからなふこ
とを特徴とするものである。すなわち、本発明は、低温
域□で凝縮した作動流体がその重力によりリング状錐面
板の表面上を流れ落ちて高温域に達するようにしたヒー
トパイプである。

本発明のコーン状ヒートパイプにおいて上下両リング状
板の傾斜角度を互いに異ならせて流体管側周縁での上下
画板間開ハ顎を外側周縁でのそｈより大きくすると、密
閉空間を構成する流体管管壁の表面積、換言すわば有効
な伝熱面積が相対的に大きくなって、熱伝達効率が一層
向上するので、より好ましい。また、本発明のヒートパ
イプにおいて」二下両リング状板間の流体！　＜’１周
面に、ペンクフルオロアルミニウム酸カリウムＣＫｔ　
ＡｚＦ、）皮膜を形成せしめると、該外周面の作動流体
との濡ね性が著しく良好となり、作動流体の気化が一層
迅速になるので、より好ましい。

捷だ、本発明のヒートパイプは、例えば適当な機］成加
工により」１下二枚のリング状錐面板（−またけ上側リ
ング状平板と下佃ＩＪング状錐面板）や流体管を成形し
、とわら各部材を和文て溶接やろう接等により接合する
ことにより製作することができる。本発明者等は、特願
昭５８−１９１３１１号に記載でれるように、アルミニ
ウム系材料の剥規なろう付は方法を提案しており。

この方法を利用すわば、容易にアルミニウムまたはアル
ミニウム合金製ヒートパイプを製作でき、またこのアル
ミニウム系ヒートバイア’ｌｄ、ろう付は部において腐
食が発生しないという利点が得られる。無体的には、適
当なアルミニウム拐またはアルミニウム合金材より塑性
加工ま切削加工等によって流体管および上下両リング状
板を成形し、次にとれら各部材の所定の接合部位などＩ
Ｃカリウムおよびフッ素を含有する化成処理液を接触さ
せてペンタフルオコアルミニウム酸カリウム皮膜を形成
せしめ、その後前記各部材を組立て、加熱し前記接合部
位でろう接を行なって一体化し、形成ａｈだ密閉空間内
に作動流体を封入してアルミニウムまたはアルミニウム
合金製ヒートパイプを製作すわばよい。

さらに、本発明で用いる作動流体には、従来のヒートパ
イプに使用でわてきた流体を適用することができ、蒸発
潜熱が大きいもの程より好ましい。例えば、水、フレオ
ン、メタノール、ベンゼンなどを使用することができる
。また、従来のヒートパイプと同様に、ガラス繊維や網
状の細い銅線等よりなるウィフク材を本発明のヒートパ
イプの内側に張って熱移動の高効率化を図ってもよく、
１らにフィン等を本発明のヒートパイプ内に形成しても
よい。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

実施例１ 第１図に示すヒートパイプ１は、二枚の円錐台側面形状
のリング状錐面板２，２を、略鉛直方向に設けた丸管の
流体管３Ｖｃ上下に下向きにかつ平行を保つように区着
しく図中、αは錐面板２の傾斜角度を示す。）、かつ該
リング状錐面板２の外ｆｌ１周縁部を外局リング板４を
介して連接して、流体管３のｐ−棟、上下両錐面板２゜
２およびタ１周リング板４で囲′−！、ねた密閉空間５
を形成し、該空間５内に熱媒体の作動流体６を封入して
なるものである。

而して、低温流体（温度’ｌ’Ｌ　）を流体管３内に流
す一方、リング状錐面板２の外側周縁部を高温雰囲気（
温度’ｌ’Ｈ）下に慣き高温域７を形成すると、密閉空
間５の下部に溜った作製１流体６が高温雰囲気によね加
熱はれて蒸発し、その蒸気が密閉空間５内を上昇し、そ
して該蒸気が空間５の上部に達すると、低温流体により
冷却はれて流体管近傍の低温域８にて凝縮し、その後液
化した作動流体６がその重力によりリング状錐面板２の
表面上を流れ落ちて、再び密閉空間５の下部に戻り再度
気化される。そして、以上の作動流体の蒸発および凝縮
得程が繰り返でｈ、こわにより高温雰囲気の熱が密閉空
間５内を矢印Ｐ方向に移動して流体管３内の低温流体に
伝わることになる。実施例１のヒートパイプ１では、凝
縮した作動流体６をその重力によって円滑に低温域８よ
り除去することができ、（ｆ？Ｍ域８において作動流体
蒸気の凝縮が迅速に進むため、熱の伝達効率が従来のこ
の釉のヒートパイプと比して著しく向上した。

実施例２ この実施例では、第２図に示すように、上側のリング状
錐面板２ａの傾斜角度α、を下側のリング状錐面板２ｂ
の傾斜角度α、より大きくして、流体管側周縁での上下
両リング状板間間隔ｔ、が外１１１１周縁での同間隔ｔ
２より大きくなるように成形されている。他の構成は、
実施例１と同様である。

従って、実施例２のヒートパイプ１ａでけ、密閉空間５
を形成する流体管外周面９の面積、すなわち有効伝熱面
積が相対的に大きくなるため、勲移勤務が−Ｍ憎太し、
熱伝達の効率が実。

施例１の場合より高かった。

実施例３ この実施例のヒートパイプ１ｃは、第３図に示すように
、円錐台側面形状のリング状錐面板２ｃ、２ｄを、鉛Ｉ
Ｕ方向に設けた丸管の流体管３に上下に上向きに嵌着し
、かつ該錐面板２ｃ。

２ｄの外（ｌｌ１周縁部を外周リング板４を介して連接
して、密閉空間５を形成し、該空間５内に熱媒体の作動
流体６を封入′したものである。ゼして、上側のリング
状錐面＆２Ｃの傾斜角度α。

へ （α、＝Ｏでもよい）を下側のリング状錐面板２ｄの傾
斜角度α、より小きくして、流体管側周縁での上下両リ
ング状板間間隔１．が外側周縁での同間隔ｔ、より大き
くなるように成形されている。芒らに、アルミニウム合
金製の場合には上下両リング状板間の流体管外周面９に
、カリウムおよびフン素を含有する化成処理液を接触は
せてペンタフルオロアルミニウム酸カリウム（Ｋ２　Ａ
ｔＦｓ　）皮膜１０が形成され１いる。

而して、高温流体（温度’ｌ’Ｈ）を流体管３内に流す
一方、リング状錐面板’ｌｃ、’；ｌｄの外側周縁部を
低温雰囲気（温度’ｌ’Ｌ）下に置き低温域８を形成す
ると、密閉空間５の下部に溜った作動流体６が高温流体
により加熱されて流体管近傍の高温域７にて蒸発し、そ
の蒸気が密閉空間５内を上昇し、そして該蒸気が空間５
の上部に達すると、低温雰囲気により冷却でｈて凝縮し
、その後液化した作動流体６が七のＭ（力によりすング
状錐面板２ｄの表面上を流れ落ちて、再び密閉空間５．
の下部に戻り再度気化はれる。そして、以上の作動流体
の蒸発および凝縮過程が繰り返さｆｌ、、これにより流
体管３内の高温流体の熱が密閉空間５内を矢印Ｑ方向に
移動して低温雰囲気に伝わることになる。

従って、実施例３のヒートパイプＩＣでは、有効伝熱面
積が実施例２と同様に相対的に大きくなっており、熱移
動の効率化が図られている。

これに加えて、ペンタフルオロアルミニウム酸カリウム
皮膜の形成によって流体管外周面９の作動流体６との濡
れ性が著しく良好になり、作動流体６が該外周面９を伝
って高くかつ速く上昇して蒸発し密閉空間５へ拡散する
ようになるため、熱伝達効率が実施例２の場合より向上
した。また、上側のリング状錐面板２Ｃの代わりに、リ
ング状平板をカ１１体管３に水平に嵌着１−で用いても
よい。

実施例４ 第４図に示すヒートパイプ１ｄは、実施例３と同タイプ
のアルミニウムまだはアルミニウム合金製ヒートパイプ
である。以下、アルミニウム合金製ヒートパイプｌｄの
製作過程の一例を述べると、まずアルミニウム合金Ａ３
００３　（珪素０．６重量％、鉄０．７重ｆ１．チ、銅
０．０５〜０．２０重量％、マンガン１．０〜１．５重
量％、亜鉛０．１０重量％）の版材（厚で１．０　ｍｍ
　）をプレス加工して、第５図に示す丸管の流体管３Ｃ
ｔＡ径５０　ｗｍ　）を成形した。中実アルミニウムビ
レットの押出成形または適当なアルミニウム系材料の切
削加工により流体管を製作してもよい。まだ、前記と同
種同厚のアルミニウム合金板の表面に４３４３材をクラ
ッドしたプレージングシート材をプレス加工して、第６
図および第７図に夫々示す円錐台細面に似た形状のリン
グ状錐面板２ｅ、２ｆ（中心孔径５０ｍ、”外径３００
ｍ＋）を各々成形した。

次に、成形した各部材の接合部位Ａ、ＢおよびＣに、カ
リウムおよびフッ素を含有する化成処理液、好ましくは
フッ化水素カリウムをｌ〜８０り／を含有する水溶液な
どを接触をせて。

ろう付は用フラックスとしてペンタフルオロアルミニウ
ム酸カリウムＣＫｔ　ＡＬＦｓ　）皮膜を形成せしめ、
その後前記各部材を第８図に示すように密閉空間５が形
成されるように組立でた（図中１．け５０ｍｍ、ｔ２は
１０　ｔｅｎ　）　ｏこのとき、各接合部位Ａ、Ｂ、Ｃ
では、アルミニウム合金Ａ４３４３よりなるろう材シー
ト（厚で０．１　ｍ　）を各部材間に差し込み、また前
記の化成処理液を流体管外周面のうち密閉空間５を構成
する部分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１０を形成せしめた。そして、との組立体を
炉内に入れ、窒素ガス雰囲気中で約６１０〜６２０℃に
加熱して、接合部位Ａ、Ｂ、Ｃをろう接し一体化した。

Ｌ７かる後、密閉空間５内の９気の圧力がろう接待増加
するのを避けるために、予めリング状錐面板２ｅに設け
ておいた空気抜き孔１１よ炒、熱媒体の作動流体６を注
入し、最後にアルミニウム合金製栓１２を空気抜き孔１
１に嵌入して完全に密封した。

上記の如き工程を経て製作した実施例４のヒートパイプ
１ｄは、丙施例３と同様に高い熱伝達効率を有する他に
、製作工程において、ろう接待ろう材シートが接合部位
全面に浸透拡散するため、ろう付けを容易に行なうこと
ができ、かつ製作後ろう付は部における腐食の発生が無
かった。

実施例５ この実施例のヒートパづブでは、第９図に示すように、
その外＠同縁部が環状流体管１３内に入り込んだ構成と
なっている。他の構成は実施例２と同様である。

而して、流体管３内に低温流体（涙度ＴＬ）を流し、一
方環状流体管３内に高温流体（温度’Ｉ’Ｈ）を流すと
、矢印Ｐ方向に熱移動が生じ、低渦流体が加熱され、逆
に高温流体が冷却でれることになる。従って、実施例５
のヒートパイプは。

熱交換器としで利用することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のコーン状ヒートパイプけ
、凝縮した作動流体がその重力により流ね落ちて低温域
により迅速に除去されるようにしたことにより、従来の
この種のヒートパイプと比較して著しく高い熱伝達効率
が得られ、また従来例における回転機構等が年少であり
、構造が簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例１ないし実施ｆ＋
１　４のコーン状ヒートパイプを示す断面図、 第５図ないし第７図は実施例４のヒートパインの各部材
を示す断面図。 第８図は実施例４のヒートパイプの製作工和を示す図、 第９図は実施例５のヒー１・パイプを示す断面図である
。 図中、 １、　１　ａ，　１　ｂ，　１　ｃ，　１　ｄ，　−　
　コーン状ヒートパーブ ２、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ＝−・・・・
・・リング状錐面板 ３・・・・・一流体繁・ ５・・・・・・密閉壁間 ６・・・・・・作動流体 １０・・゜ペンタフルオロアルミニウム酸カリウム皮膜 特許出願人　　株式会社豊田中央研究所牙１図 才２図 牙３図 Ｃ １ｄ　　　　才４図 牙５図 牙６図 ′ｙ！８図 オ９図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）略鉛直方向に設けた高温または低温の流体を流す
   ための流体管と、流体管に接合した上下板としての、上
   向き若しくは下向きの二枚のリング状錐面板、または上
   側にリング状平板及び下側に上向きのリング状錐面板と
   、該上下両板の外側周縁剤を接合または連接して、前記
   流体管および上下両板等で囲まれる密閉空間と、熱媒体
   として該空間内に封入された作動流体とからなることを
   特徴とするコーン状ヒートパイプ。
2. （２）上下両リング状板の傾斜角度を互いに異ならせて
   、流体管側周縁での上下両板間間隔を外側周縁でのそれ
   より大きくしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のコーン状ヒートパイプ。
3. （３）上下両リング状板間の流体管外周面に、ペンタフ
   ルオロアルミニウム酸カリウム皮膜を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項のうちいずれ
   か１項記載のヒートパイプ。
4. （４）適当なアルミニウム材またはアルミニウム合金材
   より塑性加工や切削加工等によつて流体管および上下両
   リング状板を成形し、次にこれら各部材の所定の接合部
   位など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、その後前記各部材を組立て、加熱し前記
   接合部位でろう接を行なつて一体化し、形成された密閉
   空間内に作動流体を封入することを特徴とするコーン状
   ヒートパイプの製造方法。