(57)【要約】【目的】コンテナと外管との熱抵抗を減らし、かつ工数のかからない２重外壁ヒートパイプ及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】両端が閉鎖されかつ作動液が封入された扁平コンテナに形成されたヒートパイプと、前記コンテナの外側に被せられてコンテナに密着させられた外管とよりなる２重管式ヒートパイプを製造する方法であって、ヒートパイプを外管内に配置する工程、外管の開口部を封止する工程、とを含む製造方法により２重外壁ヒートパイプを製造する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が閉鎖されかつ作動液が封入された扁平コンテナに形成されたヒートパイプと、前記コンテナの外側を密閉し、前記コンテナに密着させられた外壁とからなる２重外壁ヒートパイプ。
【請求項２】
前記扁平コンテナに形成されたヒートパイプが、プレート型細孔トンネルヒートパイプであることを特徴とする請求項１に記載の２重外壁ヒートパイプ。
【請求項３】
両端が閉鎖されかつ作動液が封入された扁平コンテナに形成されたヒートパイプと、前記コンテナの外側を密閉し、前記コンテナに密着させられた外壁とからなる２重管式ヒートパイプを製造する方法であって、ヒートパイプを外壁内に配置する工程、外壁の開口部を封止する工程、を含むことを特徴とする２重外壁ヒートパイプの製造方法。
【請求項４】
前記扁平コンテナと外管とを密着させる方法であって、
前記外壁の開口部を封止する工程としての真空排気用口を残して封止する工程、前記真空排気用口から前記コンテナと外壁の間を真空排気する工程、前記コンテナと外壁の間を真空に維持したまま前記真空排気用口を密封する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の２重外壁ヒートパイプの製造方法。
【請求項５】
請求項３、４に記載された製造方法により製造された２重外壁ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、熱交換器等に用いられる２重管式ヒートパイプ及びその製造方法、特に耐腐食性のある材質でできた外管を用いた２重管式ヒートパイプ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  この種の耐腐食性ヒートパイプとして、両端が閉鎖されかつ作動液が封入された沸騰式ヒートパイプのコンテナを、外径のわずかに大きいステンレス製外管に挿入し、ヒートパイプを過熱することにより作動液を蒸発させることにより内圧を上昇させ、コンテナを塑性変形させて拡管し、コンテナの外周面を外管の内周面に完全に密着させた後に、ステンレス製の２つの蓋を外管の両端に溶接することによりヒートパイプを二重構造とし、耐腐食性を向上したものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２３３６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかしながら、特許文献１記載の構造では、プレート型細孔トンネルヒートパイプに適応する場合、コンテナを内圧により拡管しているので、細孔が部分的に拡張するため外管との間に隙間が生じて密着性が悪くヒートパイプへ十分に熱伝導できないという問題があった。さらに、外管の両端に蓋を溶接しているので、工数がかかるという問題もあった。また、耐腐食性の材料でプレート型細孔トンネルヒートパイプを製作することは可能であるが、製造コストが高価であり、製品の重量も重くなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  請求項１の発明によれば、両端が閉鎖されかつ作動液が封入された扁平コンテナに形成されたヒートパイプと、前記コンテナの外側を密閉し、前記コンテナに密着させられた外壁とからなる２重外壁ヒートパイプを構成する。アルミニウムやマグネシウム等（合金含）の材質でできたコンテナを、ステンレス、チタン合金、金等の耐腐食性や耐孔食性を有する材質でできた外壁で被う。【０００５】  請求項２の発明によれば、前記扁平コンテナに形成されたヒートパイプが、プレート型細孔トンネルヒートパイプで構成する。細孔トンネルヒートパイプは、作動流体が常に孔内を閉塞した状態のままで循環または移動することができる最大直径以下の径をもつ複数の略平行な細孔トンネルの隣り合う細孔トンネル間を連通させることにより構成される。例えば、隣り合う細孔の一端部を一つおきに連通させ、さらに他端部で前記一端部において連通していない、隣り合う細孔間を連通させることにより構成されるプレート状非ループ型蛇行細孔トンネルヒートパイプ、前記プレート状非ループ型蛇行細孔トンネルヒートパイプの細孔トンネルの端部間を連通させたプレート状ループ型蛇行細孔トンネルヒートパイプ、細孔の両端で隣合う細孔間を全て連通させたプレート状並列型細孔トンネルヒートパイプがある。細孔の長さとしては、１０ｃｍ〜２ｍとするのが熱移送量・速度とも良好である。【０００６】  請求項３の発明によれば、両端が閉鎖されかつ作動液が封入された扁平コンテナに形成されたヒートパイプと、前記コンテナの外側を密閉し、前記コンテナに密着させられた外壁とからなる２重管式ヒートパイプを製造する方法であって、ヒートパイプを外壁内に配置する工程、外壁の開口部を封止する工程、を含むことを特徴とする２重外壁ヒートパイプの製造方法である。外壁としては、コンテナの外形よりもわずかに大きな筒状の部材に扁平コンテナに形成されたヒートパイプを挿入し、外管の一端もしくは両端を圧潰して、圧潰部分を溶接することにより強固に封止することができる。コンテナと外管との熱伝導性を高めるために、隙間は１ｍｍ以下とする。さらに該隙間にシリコングリス、熱伝導の良いシート等の熱伝導材を間入してもよい。
また、２枚の板でコンテナを挟み、四辺を圧潰して、圧潰部分を溶接することにより、コンテナと外壁との間の密着度をより上げてもよい。また、外壁に耐腐食性や耐孔食性の高い金属を蒸着したり、該金属を溶解して塗布・浸布してもよい。この場合、耐腐食性や耐孔食性が高く、熱抵抗が大きくならなければ、セラミックスや樹脂でもよい。【０００７】  請求項４の発明によれば、前記扁平コンテナと外壁とを密着させる方法であって、前記外壁の開口部を封止する工程としての真空排気用口を残して封止する工程、前記真空排気用口から前記コンテナと外壁の間を真空排気する工程、前記コンテナと外壁の間を真空に維持したまま前記真空排気用口を密封する工程を含む２重外壁ヒートパイプの製造方法である。この場合外壁としてステンレスを用いた場合、厚みとしては０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内に収めるのが、強度的にも変形自由度的にも良好である。【０００８】  請求項５の発明によれば、請求項３、４に記載された製造方法により製造された２重外壁ヒートパイプを構成する。
【発明の効果】
【０００９】  請求項１の発明によれば、アルミニウムやマグネシウム等（合金含）の材質でできたコンテナを、ステンレス等の耐腐食性や耐孔食性を有する材質でできた外壁で被うことにより、水中等の金属を腐蝕し易い環境下でも、ヒートパイプを長期に使用できるようになる。また、一般に耐腐食性や耐孔食性を有する材質は重いので、ヒートパイプの全てを耐腐食性や耐孔食性を有する材質で構成するよりも、アルミニウムやマグネシウム等（合金含）の軽量な材質でできたコンテナを、ステンレス、チタン合金、金等の耐腐食性や耐孔食性を有する材質でできた外壁で被うことにより軽量化できるという利点もある。【００１０】  請求項２の発明によれば、プレート型細孔トンネルヒートパイプを用いることにより、大容量の熱を迅速に移送することができる。また、姿勢にほとんど影響されないヒートパイプとすることができ、設計自由度を増すことができる。【００１１】  請求項３の発明によれば、扁平コンテナを被う外壁をプレス加工などで行うことによって、リードタイムを短縮でき製造コストを抑えることができる。【００１２】  請求項４に発明によれば、コンテナと外管の間を真空に排気することにより、大気圧を受けた外壁がコンテナに押し付けられ、外管とコンテナが強固に密着され、外管とコンテナ間の熱抵抗を減らすことができる。この製造方法により製造された２重管式ヒートパイプを、ヒートパイプのコンテナを腐食させるおそれのある雰囲気中で使用したとしても、外管の働きによりコンテナの腐食を防止することができる。【００１３】  請求項５の発明によれば、コンテナを腐食させるおそれのある雰囲気中で使用したとしても、外管の働きによりコンテナの腐食を防止することができ、製造コストを抑えて、外管とコンテナ間の熱抵抗を減らすことができる２重管式ヒートパイプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。【００１５】図１、図２及び図３はこの発明による２重外壁ヒートパイプ１０１の構造を示している。図１は本願発明の２重外壁ヒートパイプの側面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。【００１６】  １０３は扁平コンテナに形成されたヒートパイプとしてのプレート型細孔トンネルヒートパイプ、１０５はステンレス板を張り合わせた外管である。【００１７】  ここで、本願発明に用いているプレート型細孔トンネルヒートパイプの構造例を図４及び図５を用いて説明する。図４は、プレート状非ループ型蛇行細孔トンネルヒートパイプ、図５は、プレート状並列型細孔ヒートパイプの断面図である。図４の蛇行細孔は両端が繋がっていないが、両端を接続したループ状の細孔としてもよい。
まず、プレート型細孔トンネルヒートパイプは、一部の細孔の構成を除いて以下の特性を有する。
（Ａ）細孔の両端末が相互に流通自在に連結されて密閉されている。
（Ｂ）細孔の一部は受熱部、他の部分は放熱部となっている。
（Ｃ）受熱部と放熱部が交互に配置されており、両部の間を細孔が蛇行している。
（Ｄ）細孔内には２相凝縮性流体が封入されている。
（Ｅ）細孔の内壁は、上記作動流体が常に孔内を閉塞した状態のままで循環または移動することができる最大直径以下の径をもつ。【００１８】  図４及び図５に例示するように、蛇行細孔や並列細孔が比較的薄い平板の中に作りこまれたタイプのもの、あるいは、それらの折衷型の細孔の構成がある。ここで、細孔の構成を以下の３種類のタイプに分けて例示する。
（１）プレート状非ループ型蛇行細孔ヒートパイプ（特許２７１４８８３号、ＵＳＰ５，２１９，０２０ＦＩＧ１参照）
このヒートパイプは、前記ヒートパイプの（Ａ）の特性を有しないもの、すなわち細孔の両端末が行き止まりとなっており、相互に連結されていないものである。
具体的な製造方法は、図４に示す様に、アルミニウムやマグネシウム等の軽金属を押出し成形してできた多細孔プレートを用いる。この多細孔プレート５１は、全体として平板状の外形を有し、内部に平行に配置された多数の貫通細孔５７ａ及び５７ｂが押し出し成形時に形成される。該貫通細孔の端面の所定の隔壁５７を所定の深さだけ切除し、反対側の端面でも同様に切除する。該端面において多細孔プレートを溶接や圧設等の手段で封止することにより各細孔は端部で連通して一連の蛇行トンネル（熱媒体通路）となり、ここに作動流体を（真空）封入することによりプレート状非ループ型蛇行細孔ヒートパイプとなる。【００１９】（２）プレート状ループ型蛇行細孔ヒートパイプ（特開平４−１９００９０号、ＵＳＰ５，２１９，０２０ＦＩＧ５参照）
このヒートパイプは、前記（１）のヒートパイプの両端末の行き止まり部分が細孔で連通されているものである。【００２０】（３）プレート状並列型細孔ヒートパイプ（特開平９−３３１８１号、ＵＳＰ５，７３７，８４０ＦＩＧ７参照）
このヒートパイプは、受熱部や放熱部（あるいはその中間の部分）で、隣り合う細孔６７間を繋ぐ細孔を設けたものである。
具体的な製造方法は図３と同様、図５に示す様に、プレート状並列型細孔ヒートパイプは、多細孔プレート６１の内部に平行に配置された多数の貫通細孔６８ａ及び６８ｂの端面の隔壁を所定の深さだけ全て切除し、反対側の端面でも全て切除する。各細孔は端部で全て連通し並列トンネル（熱媒体通路）となり、ここに作動流体が（真空）封入されることによりプレート状並列型細孔ヒートパイプとなる。【００２１】  次に、発明による２重外壁ヒートパイプ１０１の製造方法について図１、図２及び図３を基に説明する。
まず、前記プレート型細孔トンネルヒートパイプ１０３の両面に各々ステンレス板１０７を密着配置する。
次に、真空排気用口１０９をステンレス板間に挟んだ上体でステンレス板の４辺１１１を圧潰し、溶接することにより密閉された外管１０５を形成する。
次に、前記真空排気用口１０９から外管１０５内の気体を排気することにより、外管１０５の外側（大気側）と内側（真空側）に差圧が生じ、外管１０５を構成するステンレス板１０７が、前記プレート型細孔トンネルヒートパイプ１０３に押し付けられる力が作用する。これにより外管１０５と前記プレート型細孔トンネルヒートパイプ１０３とが強く密着し、外管１０５と前記プレート型細孔トンネルヒートパイプ１０３間の熱抵抗を劇的に小さくできる。外管１０５と前記プレート型細孔トンネルヒートパイプ１０３間に揮発性の無い真空熱伝導グリース等を塗っておくこと、熱伝導性の高いシートを配置することにより、さらに熱伝導率は向上する。１４１は隣り合う細孔トンネル間の隔壁を除去することにより形成した連通口であり、該連通口１４１を通り、作動液が隣り合う細孔トンネル間を流通自在となり、ヒートパイプとして機能するようになる。
最後に真空排気用口１０９を封止することにより、熱伝導性が良く腐食に強い２重外壁ヒートパイプ１０１を安価に製造することができる。真空排気用口１０９の大きさを当該２重外壁ヒートパイプの幅方向の一辺に広げて、その一辺をプレス、溶接することによって、吸入時間を短縮でき、吸入口を成形する工程を省略することもできる。【００２２】  図６、図７は本願発明の２重外壁ヒートパイプを複数組み合わせてスープ、プリン原液、薬品等の液体冷却器２０１とした実施例２である。図６は液体冷却器２０１の側面図、図７は図６のＣ−Ｃ断面図である。２０３は本願発明の２重外壁ヒートパイプであり、３枚の２重外壁ヒートパイプ２０３を並べ上端面を冷却部としている。２重外壁ヒートパイプ２０３の下端面は受熱部として容器２１１内に収容されている高温の液体２１３に浸され、２重外壁ヒートパイプ２０３の受熱部から吸収された液体２１３の熱が２重外壁ヒートパイプ２０３により冷却部へ移送され、放熱されることにより液体２１３の温度を下げることができる。
冷却部の構成は、３枚の２重外壁ヒートパイプ２０３に共通の冷却ブロック２０５が密着固定され、冷却ブロック２０５を貫通して冷却水用配管２０７が配置されている。３枚の２重外壁ヒートパイプ２０３により冷却部へ移送された熱は、冷却ブロック２０５へ移送され、さらに冷却水用配管２０７内を流れる冷却水に移送される。
このような構成にすることにより、高温の液体を、迅速に、なおかつ衛生的に冷やすことができる。【００２３】  また、図８、図９は、スープ、プリン原液、薬品等の液体冷却器４０１として容器４１１自体に２重外壁ヒートパイプ４０３を作り込んだ実施例３である。図８は液体冷却器４０１の側面図、図９は図８のＤ−Ｄ断面図である。このようにヒートパイプ４０３を容器に埋め込み２重外壁を構成することにより、容器とは別部材の液体冷却器を容器内に挿入するという作業を無くすことができる。
冷却部４２１の構成は、３枚の２重外壁ヒートパイプ４０３に共通の冷却ブロック４０５が密着固定され、冷却ブロック４０５を貫通して冷却水用配管４０７が配置されている。３枚の２重外壁ヒートパイプ４０３により冷却部へ移送された熱は、冷却ブロック４０５へ移送され、さらに冷却水用配管４０７内を流れる冷却水に移送される。
また、本実施例に容器とは別部材の液体冷却器とを組み合わせて用いた場合、冷却効果を倍増することができる。【００２４】  図１０は本願発明の２重外壁ヒートパイプ３０１の実施例４である。複数（１２枚）のプレート型細孔トンネルヒートパイプ３０３を水平に並べ、並べられたプレート型細孔トンネルヒートパイプ３０３の両辺面を、各々ステンレス板３０７を密着させ、実施例１と同様に四辺を圧潰して溶接密封した後、真空排気することにより、大型のヒートパイプを構成したものである。また、大容量の熱を移送する場合は、プレート型細孔トンネルヒートパイプ３０３を重ねることにより、容量を増やすこともできる。
以上のように、複数のプレート型細孔トンネルヒートパイプを並べるか重ねるかを適時選択設計することにより、容易に吸・放熱面の大型化や大容量化に対応することができる。【００２５】  図１１及び図１２は、図１０の構成の２重外壁ヒートパイプ５０３を複数並べて面積を大きくし、建築用床暖房機器５０１とした実施例５である。図１１は、２重外壁ヒートパイプを用いた建築用床暖房機器の平面図であり、図１２は、図１１のＥ−Ｅ断面図である。図１２中の５５１は隣り合う細孔トンネル間の隔壁を除去することにより形成した連通口であり、該連通口５５１を通り、作動液が隣り合う細孔トンネル間を流通自在となり、ヒートパイプとして機能するようになる。
このような構成にすることにより、端部に熱源５３１を配置して加熱するだけで、ヒートパイプ全体を加熱することができるので、加熱手段５３１をコンパクトにすることができる。加熱手段５３１の構成は、４枚の２重外壁ヒートパイプ５０３に共通の加熱ブロック５０５が密着固定され、加熱ブロック５０５を貫通して温水用配管５０７が配置されている。温水用配管５０７内を流れる温水から加熱ブロック５０５へ熱が移送され、加熱ブロック５０５から５枚の２重外壁ヒートパイプ５０３へ熱が移送されることにより、５枚の２重外壁ヒートパイプ５０３全体が過熱され、５枚の２重外壁ヒートパイプ５０３と接している床を暖めることができる。
また、天井または壁面の必要箇所に複数の２重外壁ヒートパイプ５０３を配置して、加熱手段を冷却手段に変えることにより建築用冷房機器とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本願発明の２重外壁ヒートパイプの平面図である。（実施例１）
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。（実施例１）
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。（実施例１）
【図４】プレート状非ループ型蛇行細孔ヒートパイプの断面図である。
【図５】プレート状並列型蛇行細孔ヒートパイプの断面図である。
【図６】本願発明の２重外壁ヒートパイプをプリン原液等の冷却器に適応した断面図である。（実施例２）
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図である。（実施例２）
【図８】本願発明の２重外壁ヒートパイプをプリン原液等の冷却器に適応した断面図である。（実施例３）
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図である。（実施例３）
【図１０】本願発明の２重外壁ヒートパイプの平面図である。（実施例４）
【図１１】本願発明の２重外壁ヒートパイプを用いた建築用床暖房機器の平面図である。（実施例５）
【図１２】図１１のＥ−Ｅ断面図である。（実施例５）
【符号の説明】
【００２７】  １０１  ２重外壁ヒートパイプ
１０３  プレート型細孔トンネルヒートパイプ
１０５  外管
１０７  ステンレス板
１０９  真空排気用口
１１１  ステンレス板の４辺
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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