(57)【要約】【課題】熱効率の良好なヒートパイプを、安価で安全且つ容易に製造する事のできるヒートパイプの製造方法を提供する。【課題を解決するための手段】基端側に二重管状凹部１３を有する加熱部１２を設け、至端側に注入管１５３を有する注入部１５を設けた管状本体１１を使用して、該管状本体１１の注入管１５３を、作動流体注入封止装置４に接続し、該作動流体注入封止装置４で管状本体１１内部を約０、０１トール（約１、３３パスカル）迄脱気減圧した後、該管状本体１１内にその内容積の１０％の作動流体２を注入し、更に作動流体注入封止装置でこの管状本体１１内部を約２トール迄脱気減圧した後これを封止して加熱部１２の加熱面積を広めて温度上昇効率を高めたヒートパイプ１を製造できるよう構成する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端側に二重管状凹部を有し、至端側に注入部を設けた管状本体を、作動流体注入封止装置の接続管に連通するよう接続し、該作動流体注入封止装置で管状本体内部を脱気減圧した後、該管状本体にその内容積の１０％の作動流体を注入し、更に作動流体注入封止装置でこの管状本体内部を脱気減圧した後これを封止して構成する事を特徴とするヒートパイプの製造方法。
【請求項２】
前記管状本体は、前記二重管凹部長を５０ｍｍ乃至８０ｍｍにした管状本体である事を特徴とする請求項１記載のヒートパイプの製造方法。
【請求項３】
前記管状本体は、この内周と前記二重管凹部外周面間に前記作動流体が収容し得る間隙が設けられた管状本体である事を特徴とする請求項１記載のヒートパイプの製造方法。
【請求項４】
前記作動流体が、炭化水素系アルコール、エーテル、ヘキサン、蒸留水、アンモニア、フロン系溶剤の何れかを含有する作動流体である事を特徴とする請求項１記載のヒートパイプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加熱部における受熱効率を高めて、瞬時に熱交換を行い得るようにしたヒートパイプの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒートパイプはコンピュータの素子の冷却や、モーター制御装置等における動力機器の冷却の他、熱交換器としてや、各種均温パネル用として広く使用されている。
【０００３】
一般的に、このようなヒートパイプとしては、管を形成するコンテナ内に作動液を封入し、その作動液の還流を重力により行わせるというタイプのものが幅広く使用されている。
【０００４】
また、これらのヒートパイプの作動原理については、加熱部で加熱された作動液が蒸発（潜熱吸収）して低温部へ移動し、次いでこの作動液を低温部で凝縮（潜熱放出）してその作動液に蓄えられた熱を放熱部から放熱し、その作動液の自重によって基の蒸発部へ戻るという動作を繰返し行なうという還流による熱輸送が基本的な原理になっており、そのヒートパイプの形状は、丸管状のヒートパイプと角管状のヒートパイプに大別される。
【０００５】
またこのようなヒートパイプの製造方法としては、一端を封止したヒートパイプ容器に作動液を注入したのち、加熱する事により作動液を蒸発させ、作動液の蒸気と共に非凝縮性ガスをヒートパイプ容器の開口端から追い出して製造完了させるようにした加熱追い出し法によるものが一般的に採用されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ヒートパイプの長さは一定の長さに形成されているものであり、このヒートパイプにより短時間に所望の放熱を生じさせようとすると、それだけ加熱部の受熱面積比率を大きくする必要があり、該加熱部の面積比率の拡大化により、逆に放熱を行うべき放熱部の放熱面積比率が狭められてしまう結果になる為に目的とする放熱が行えず、さらに加熱部を加熱すべき加熱機材も大きくなる為に、該加熱部に加熱する為の大きな場所が必要となってしまうという問題があった。
【０００７】
更に、従来よく採用されている加熱追い出し法による製造方法は、作動液の蒸気により非凝縮性ガスを追い出し、更に加熱し続けて余分な作動液を蒸発させ、ヒートパイプ容器開口端を封止する事によりヒートパイプを比較的容易に製造できるようにしたものであるが、この方法により必要量の作動液をヒートパイプ容器内に封入するには、加熱時の突沸による作動液の減量を防止する事が重要である。
【０００８】
また、ヒートパイプ容器内の作動液量が少なすぎると、少ない入熱でも蒸発部で作動液が無くなってしまい、逆に作動液量が多すぎると、熱抵抗の増加を招き熱伝達効率が低減してしまう結果となる。従って、ヒートパイプとしての性能を最大限に発揮する為には、その容器内に最適量の作動液を封入する必要がある。
【０００９】
そこで、この作動液を適量に保つ為に、問題となる突沸を防ぐための方法として、開口端を上側にして配置したヒートパイプ容器上部を加熱すると共に容器下部を冷却するという方法（特開平１１−２２３４８１号公報）が既に開発されているが、この方法によれば加熱装置と共に冷却装置をも設ける必要があり、そのために大がかりな製造機材を設置しなければならず、その加熱や冷却を行う為の設備費や燃料費も嵩むという新たな問題が生じる事になる。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題点を解消する為に成されたものであり、放熱部の放熱面積比率を狭める事なく加熱部の加熱面積比率を大きくする事ができると共に、加熱機材が占める割合をも抑える事ができるようにした熱効率の良好なヒートパイプを、安価に製造する事のできるヒートパイプの製造方法を提供する事を目的とするものである。
【００１１】
また、本発明では、ヒートパイプ内部の作動流体の注入量を確実に制御して、熱効率の良好なヒートパイプを、安価且つ容易に製造する事のできるヒートパイプの製造方法を提供する事をも目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明のヒートパイプの製造方法は、基端側に二重管状凹部を有し、至端側に注入部を設けた管状本体の至端側注入部を、真空ポンプと排気用バルブ及び作動流体注入バルブを備えた作動流体注入封止装置の接続管に連通するよう接続し、該作動流体注入封止装置の真空ポンプで管状本体内部を脱気減圧した後注入バルブを開栓して管状本体にその内容積の１０％の作動流体を注入し、更に作動流体注入封止装置でこの管状本体内部を脱気減圧した後これを封止して加熱部の加熱面積比率を高めたヒートパイプを製造できるよう構成した事を特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のヒートパイプの製造方法は、前記管状本体が、前記二重管凹部長を５０ｍｍ乃至８０ｍｍにした管状本体にし、二重管凹部内に加熱手段を内装して温度上昇速度を大幅に早める事ができるヒートパイプを製造できるよう構成した事を特徴とするものである。
【００１４】
更に本発明のヒートパイプの製造方法は、前記管状本体が、この内周と前記二重管凹部外周面間に前記作動流体が収容し得る間隙が設けられた管状本体にし、二重管凹部内に内装される加熱手段による作動流体との連繋接触面積を広めて、温度上昇速度を大幅に早める事ができるヒートパイプを製造できるよう構成した事を特徴とするものである。
【００１５】
更にまた、本発明のヒートパイプの製造方法は、管状本体内部に封入し得る前記作動流体を、炭化水素系アルコール、エーテル、ヘキサン、蒸留水、アンモニア、フロン系溶剤の何れかを含有する作動流体にし、温度上昇速度を大幅に早める事ができるヒートパイプを安価且つ容易に製造できるよう構成した事を特徴とするものである。
【００１６】
本発明のヒートパイプの製造方法は、上記のように構成することにより次のような作用をもたらす。
すなわち、本発明の製造方法では、基端側に二重管状凹部を有し、至端側に注入部を設けた管状本体の注入部を、真空ポンプと排気用バルブ及び作動流体注入バルブを備えた作動流体注入封止装置の接続管に連通するよう接続し、該作動流体注入封止装置の真空ポンプで管状本体内部を脱気減圧した後、注入バルブを開栓して管状本体にその内容積の１０％の作動流体を注入し、更に作動流体注入封止装置でこの管状本体内部を脱気減圧した後これを封止してヒートパイプを製造する方法である為、製造過程が容易でしかも作動流体の注入が容易で、大がかりな製造機材を必要とせず省スペース化をもたらし、加熱部の加熱面積比率を高めたヒートパイプを容易且つ安価に提供する事ができる。
【００１７】
また、本発明のヒートパイプの製造方法は、前記管状本体が、二重管凹部長を５０ｍｍ乃至８０ｍｍにした管状本体にしたものに適応させて製造できる為、二重管凹部に電熱ヒータ等の加熱手段を挿入して、該加熱手段との接触面積を大きくして、作動流体の温度上昇速度を大幅に早める事ができるヒートパイプを簡単に製造する事ができる。
【００１８】
更に、本発明のヒートパイプの製造方法は、前記管状本体の内周と前記二重管凹部外周面間に前記作動流体が収容し得る間隙が設けられた管状本体にしたものに適応させて製造できる為、該管状本体の間隙内にも作動流体を封入させて、その二重管凹部周囲の作動流体との接触面積が広がる結果となり、放熱面積を狭める事なく加熱手段からの受熱効率が高まり、該作動流体の温度上昇速度を大幅に早めると共に、放熱効率の良好なヒートパイプを製造する事ができる。
【００１９】
更にまた、本発明のヒートパイプの製造方法は、前記管状本体の内部に封入する作動流体を、炭化水素系アルコール、エーテル、ヘキサン、蒸留水、アンモニア、フロン系溶剤の何れかを含有する作動流体に適応できるようにしている為、製造原価が安価であり、その封入作業も容易に行う事ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のヒートパイプの製造方法を、図面に示す一実施形態に基づきこれを詳細に説明する。
図１は本発明のヒートパイプの製造方法に使用される管状本体の一実施形態を示す斜視図であり、図２は本発明のヒートパイプの製造方法に使用される管状本体の一実施形態を示す縦断面図であり、図３はヒートパイプの製造方法の一実施形態を示す概略説明図であり、図４は本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの一実施形態を示す縦断面図であり、図５は本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの加熱部に電熱ヒータを嵌入する状態の一実施形態を示す説明図であり、図６は本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの加熱部に電熱ヒータを嵌入した状態の一実施形態を示す縦断面図であり、図７は本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの温度上昇変化の測定実験を行う際の測定条件を示す説明図であり、図８は本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの温度上昇変化の測定結果である。
【００２１】
図１及び図２は、本発明のヒートパイプの製造方法に使用される管状本体１１の一実施形態を示すものであり、該管状本体１１は、二重管状凹部１３を有する加熱部１２と注入管１５３を有する注入部１５とを設けた形状に形成されたものであり、使用目的に応じた任意の長さの管状本体１１に形成したものが使用される。
【００２２】
例えば、この管状本体１１は、予めパイプ（例えば外径１６ミリ径で内径１４、４ミリ径のパイプ）を所定の長さ（例えば１８００ミリメートル）に切断されたパイプの基端側に、該パイプの内径より小外径を有する有底筒状管１３１（例えば外径１０ミリ径で内径８、４ミリ径の８０ミリメートル長さの有底筒状管）を軸心が一致するよう内装し、且つその最基端部を溶接して閉塞して二重管状凹部１３を有する加熱部１２を形成し、このパイプの至端側には、小孔１５２（例えば４ミリ径）を穿設させた盲板１５１を溶接すると共に、該小孔１５２に作動流体２注入用の注入管１５３をパイプ内部に臨み得るよう嵌着して注入部１５を形成して製作されるのである。
【００２３】
前記加熱部１２の二重管凹部１３を形成する為の有底筒状管１３１は、パイプの内径と二重管凹部１３の外径とに間隙１３２を設けて、この二重管凹部１３外周面の間隙１３２に後述する作動流体２が収容し得るようにする必要があり、例えば、前述した場合のように、外径１６ミリ径で内径１４、４ミリ径のパイプを使用した場合には、その有底筒状管１３１は外径１０ミリ径で内径８、４ミリ径のものを使用する事で、二重管凹部１３の外径とパイプ内径とに４、４ミリの間隙層１３２を周設する事ができるのである。
【００２４】
すなわち、この二重管凹部１３と管状本体内径とに作動流体２を収容し得る間隙層１３２を設ける事で、この二重管凹部１３内に内装される加熱手段と作動流体２を収容した間隙層１３２との連繋接触面積を広める事ができるのである。
【００２５】
また、前記加熱部１２の二重管凹部１３の長さは、後述する電熱ヒータ３等の加熱手段を適切に内装できるよう５０ｍｍ乃至８０ｍｍにする必要があり、この為、有底筒状管１３１の長さは、５０ｍｍ乃至８０ｍｍの適宜のものが使用される。
【００２６】
而して、本発明のヒートパイプの製造方法は、前述したように基端側に二重管状凹部１３を有する加熱部１２を設け、至端側に注入管１５３を有する注入部１５を設けた管状本体１１を使用して、該管状本体１１の注入管１５３を、作動流体注入封止装置４に接続し、該作動流体注入封止装置４で管状本体１１内部を約０、０１トール（約１、３３パスカル）迄脱気減圧した後、該管状本体１１内にその内容積の１０％の作動流体２を注入し、更に作動流体注入封止装置でこの管状本体１１内部を約２トール（約２６６パスカル）迄脱気減圧した後これを封止して加熱部１２の加熱面積比率を高めたヒートパイプ１を製造できる方法である。
【００２７】
ここで使用される作動流体注入封止装置４は、管状本体１１内部を脱気減圧した後、該管状本体１１内にその内容積の１０％の作動流体２を注入できるものであれば良いのであるが、図３の一実施形態では、管状本体１１の注入管１５３と連通状に接続される接続管４１と、該接続管４１を介して分岐された分岐管４３側に設けられた作動流体収容槽Ｃと、該作動流体収容槽Ｃから管状本体１１内に作動流体２を注入する際に用いられる作動流体注入バルブＶ２と、前記接続管４１を介してその延長上の真空用接続管４２に設けられる真空ポンプＰ、及びこの真空ポンプＰの圧力を測定確認する真空計Ｇと、この真空ポンプＰにより管状本体１１内の脱気を行う最に用いられる排気用バルブＶ１とを備えたものを使用する場合を例示している。
【００２８】
すなわち、本発明の製造方法は、前述した図１や図２の管状本体１１と図３で示したような作動流体注入封止装置４を使用するものであり、先ず、加熱部１２と注入部１５を設けた管状本体１１の注入管１５３を、作動流体注入封止装置４の接続管４１に連通するよう接続し、排気用バルブＶ１と作動流体注入バルブＶ２とを共に閉栓した状態で真空ポンプＰを作動させ、真空計Ｇで真空ポンプＰの圧力を確認しながら徐々に排気用バルブＶ１を開栓させて、管状本体１内部を約０、０１トール迄脱気して減圧する。
【００２９】
そして、管状本体１１内部が所定の圧力（０、０１トール）まで下がったのを確認しながら排気用バルブＶ１を閉栓し、注入バルブＶ２を少しずつ開栓して目盛付き容器Ｃ内の作動流体２の所定量（内容積の１０％）が管状本体１１内部に注入された時点で注入バルブＶ２を閉栓する。
【００３０】
次に、注入バルブＶ２を閉栓した状態で、再度真空ポンプＰを作動させ、真空計Ｇで真空ポンプＰの圧力を確認しながら徐々に排気用バルブＶ１を開栓させて管状本体１内部を約２トール（２６６パスカル）迄脱気して減圧する。
【００３１】
上記した所定量の作動流体２が注入された管状本体１１は、内部の作動流体２が漏れないように注入管１５３の中間部（約１０ｍｍ程度）を圧接し、更にＴＩＧ溶接により前記作動流体注入封止装置４から外され、本発明のヒートパイプ１の製造を完成させる事ができるのである。
【００３２】
尚、図示していないが、前記作動流体２は、管状本体１１内部に封入されて加熱する事で、後述する放熱部１４での熱交換を行い得るようにする為のものであり、本発明では、炭化水素系アルコール、エーテル、ヘキサン、蒸留水、アンモニア、フロン系溶剤の何れかを含有する流体を使用する事でこれを成し得るようにしている。
【００３３】
また、上記実施形態で示した管状本体１１は、外径１６ミリ径で内径１４、４ミリ径のものを例示しているが、特に限定されるものではないが、一般的には５ミリメートルから２５ミリメートル位がよく用いられる。
【００３４】
更に、この管状本体１１の内部真空度については、概ね２００パスカルから３００パスカル（約２トール）程度の圧力が適している。
【００３５】
以上の本発明のヒートパイプの製造方法により、図４の実施形態で示したようなヒートパイプ１が製造できるものであり、内部に蓄熱層を形成すべく作動流体２を封入して真空状態に保持させた管状本体１１と、該管状本体１１の基端側に形成された加熱面積比率を高め得る二重管状凹部１３を有する加熱部１２と、該加熱部１２の二重管状凹部１３内に外部電源に接続される加熱手段を装入する事で即座に放熱を開始する放熱部１４とを備えたヒートパイプ１が製造される。
【００３６】
尚、前記放熱部１４は、管状本体１１の至部側に位置しており、例えば前述したように、管状本体１１が１８００ミリメートルのものを使用した場合には、１７２０ミリメートルがこの放熱部１４となるものであり、前記した約８０ミリメートル程度の加熱部１２に装入された加熱手段で加熱された作動流体２は、この放熱部１４に瞬時に対流移動して昇温し、外部への放熱を行うのである。
【００３７】
尚、前記注入部１５の注入管１５３は、前記管状本体１１の至端部に設けられて管状本体１１内部に作動流体２を注入する為のものであるが、該注入管１５３は、管状本体１１内部に作動流体２を注入後、前記作動流体注入封止装置４から外される前にＴＩＧ溶接等によりその中間部を圧接して閉塞され、更に適長さに切断されるが、この注入管１５３は、その閉塞後に必ずしも切断する必要があるものでは無く、例えばこの部位を残しておく事で、床面や壁面等に配置させる場合における配置場所での係止部として利用する事ができる。
【００３８】
次に、本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプ１の温度上昇効率を測定するために、図７で示したような実験を行った。
【００３９】
この実験では、室温２５℃の温度条件で、肉厚０、８ミリメートル、外径１６ミリメートルで１０００ミリメートル長の丸管状のステンレス製ヒートパイプ１を使用し、加熱手段として電熱ヒータ３を用い、図５に示したように、該電熱ヒータ３を管状本体１１の二重管凹部１３に内装して図６に示したような状態にした後、１００Ｖの電圧で電力を供給した場合の、加熱部１２の開口部付近（Ａ点）と、放熱部１４最至端付近（Ｂ点）との３０秒毎の温度上昇変化を測定した。
【００４０】
図８に示した測定結果の表から明らかなように、前記管状本体１１のＡ点とＢ点とでは、３０秒で略々近隣する温度となり、６０秒経過以降は全体の温度が均一になっており、その後、電熱ヒータ３の昇温と同時にＡ点及びＢ点の温度は共に推移して維持している事が解る。
【００４１】
すなわち、この測定結果から、加熱部１２から受けた熱は、瞬時に熱交換を行い、３０秒後には確実に放熱部１４至端側に達している事が解る。
【００４２】
この実験で示したように、加熱手段として電熱ヒータ３を使用した場合には、該ヒータ３から放熱される熱が、管状本体１１の基端側に形成された二重管状凹部１３の内管壁（有底筒状管１３１）に伝導され、該内管壁（有底筒状管１３１）と接する間隙槽１３２を含む作動流体２をも加熱し、該作動流体２が管状本体１１の内部を対流して還流し、瞬時に放熱部１４での放熱が可能となる。
【００４３】
一般的に、前記加熱手段としては、熱水や温水及び前述したような電熱ヒータ３が用いられるが、該電熱ヒータ３を用いる場合には市販のもので良い。また、この電熱ヒータ３は、その加熱部１２への嵌入出時の膨縮を考慮し、二重管状凹部１３の内径よりも僅かに小径のものを選択する方が良い。
【００４４】
以上のように、本発明のヒートパイプの製造方法で製造されたヒートパイプ１は、温度上昇効率が優れており、しかも安価に製造できるものである為、これを使用するにあっては、温流体や温熱ヒータを利用してフローリング下部又はフローリング内部にこの複数を適宜に配置した床暖房装置や壁暖房装置の他、土中や支柱にこの複数を適宜に配置したハウス栽培にも適用でき、更に床や壁部にこの複数を適宜に配置したサウナ室にも利用でき、あらゆる熱循環システムに利用する事ができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のヒートパイプの製造方法は、基端側に二重管状凹部を有し、至端側に注入管を設けた管状本体の注入管を、真空ポンプと排気用バルブ及び作動流体注入バルブを備えた作動流体注入封止装置の接続金具に連通するよう接続し、該作動流体注入封止装置の真空ポンプで管状本体内部を脱気減圧した後、注入バルブを開栓して管状本体にその内容積の１０％の作動流体を注入するようにしている為、従来の方法とは異なり、安価に製造でき、しかも作動流体の注入が安全且つ容易に行なえる。
【００４６】
また、本発明のヒートパイプの製造方法は、管状本体の内周と前記二重管凹部外周面間に前記作動流体が収容し得る間隙が設けられた管状本体にしたものに適応させて製造できる為、従来の方法とは異なり、加熱手段と管状本体との係装比率を二重管状凹部とその周囲の間隙層のみにより拡大させて、放熱部の放熱面積比率を狭めずに瞬時の温度上昇及び熱交換を行わせるヒートパイプを製造でき、該ヒートパイプを建物等の壁面や床面の他、タイル下部やフローリング材内部などの狭い限られたスペースでも容易に配設して利用する事ができる。
【００４７】
更に、本発明のヒートパイプの製造方法は、二重管凹部長を５０ｍｍ乃至８０ｍｍにした管状本体にも適応させて製造できる為、従来の方法とは異なり、加熱手段と管状本体との係装比率を二重管凹部のみにより拡大させて、放熱部の放熱面積比率を狭めずに瞬時の温度上昇及び熱交換を行わせる事ができるヒートパイプを製造でき、これにおいても建物等の壁面や床面の他、タイル下部やフローリング材内部などの狭い限られたスペースでも容易に配設する事ができる。
【００４８】
よって本発明のヒートパイプの製造方法は、安価で安全且つ容易に生産できるものであり、しかも多種多径のヒートパイプを製造適応できるものであり、植物栽培等の温室や土中への設置も目立たず奇麗に行う事ができ、その利用価値及び利用範囲は絶大且つ無限である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明のヒートパイプの製造方法に使用される管状本体の一実施形態を示す縦断面図である。
【図３】本発明のヒートパイプの製造方法の一実施形態を示す概略説明図である。
【図４】本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの一実施形態を示す縦断面図である。
【図５】本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの加熱部に電熱ヒータを嵌入する状態の一実施形態を示す説明図である。
【図６】本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの加熱部に電熱ヒータを嵌入した状態の一実施形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの温度上昇変化の測定実験を行う際の測定条件を示す説明図である。
【図８】本発明のヒートパイプの製造方法により製造されたヒートパイプの温度上昇変化の測定結果である。
【符号の説明】
１　ヒートパイプ
１１　管状本体
１２　加熱部
１３　二重管状凹部
１３２　間隙（間隙層）
１４　放熱部
１５　注入部
１５３　注入管
２　作動流体
４　作動流体注入封止装置
４１　接続管
Ｖ１　排気用バルブ
Ｖ２　作動流体注入バルブ
Ｐ　真空ポンプ
【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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