(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートパイプの上端の開口部の近傍の下部をカシメ加工して狭窄部を形成し、
前記ヒートパイプの上端の開口部からヒートパイプ内に熱媒体液を注入し、
前記開口部の内周面との間に隙間を有する柱状のろう材を前記開口部からヒートパイプの上端に挿入し、
前記ヒートパイプの上端を真空環境にし、
前記ろう材の外周面と前記開口部の内周面との間の隙間からヒートパイプ内の空気を吸引し、
前記ろう材を真空環境で加熱して溶解し前記開口部を封止する
ことを特徴とするヒートパイプのろう付け方法。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートパイプのろう付け方法において、
前記開口部は、前記ヒートパイプの集熱部の上部に集熱部よりも小径に形成された小径管状部の上端に形成されている
ことを特徴とするヒートパイプのろう付け方法。
【請求項３】
請求項２に記載のヒートパイプのろう付け方法において、
前記狭窄部は前記小径管状部の下端に形成される
ことを特徴とするヒートパイプのろう付け方法。
【請求項４】
請求項３に記載のヒートパイプのろう付け方法において、
前記真空環境で前記小径管状部の外周面に接近して配置された高周波加熱コイルに高周波電流を流し、電磁誘導作用によって前記小径管状部を加熱して前記ろう材を溶解する
ことを特徴とするヒートパイプのろう付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプのろう付け方法に関する。更に詳しくは、ヒートパイプに熱媒体液を注入するための開口部を封止する作業を自動的に行うことを可能にしたヒートパイプのろう付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から太陽熱を利用した集熱器が知られている（例えば特許文献１）。このような集熱器では、太陽熱の集熱及び熱交換を行うための手段としてヒートパイプを使用する方式がある。このヒートパイプ内には水等の熱媒体液が封入され、太陽熱によって一端部を加熱すると、その内部の熱媒体液が気化して移動しヒートパイプの他端部に熱を移動させ、この他端部で外部を流れる給湯水に熱を付与し、その後、凝縮して一端部に戻るようになっている。このようなヒートパイプは、熱媒体液の気化や凝縮を効率的に行うために、熱媒体液を注入したヒートパイプ内を真空に保つ必要がある。そのため、ヒートパイプの開口部からヒートパイプ内に熱媒体液を注入した後、ヒートパイプ内を真空に保った状態で、ヒートパイプの開口部を封止する必要がある。
【０００３】
特許文献１に記載されたヒートパイプ製造装置は、真空溶接ブースにヒートパイプの先端を挿入し、真空にした真空溶接ブース中で、溶接ノズルをリモコン操作して作動させ、熱媒体液注入口を溶接して封止している。特許文献１のヒートパイプ製造装置は、リモコン操作の溶接ノズルでヒートパイプ外周の熱媒体液注入口を溶接して封止する方式であるため、リモコン操作に人が介在し、封止作業を自動化することが困難である。
【０００４】
特許文献２に記載されたヒートパイプ製造装置は、真空ケースにヒートパイプの先端を挿入し、真空にした真空ケース内でタングステン溶接棒とヒートパイプの先端との間に電気を流し、ヒートパイプの先端の熱媒体液注入口を溶解して封止している。特許文献２のヒートパイプ製造装置は、タングステン溶接棒とヒートパイプの先端との間の距離を、溶接に最も適した距離に設定するのに人の調整作業が必要で、封止作業を自動化することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１４８２５１号公報
【特許文献２】特開平１１−３７６８０号公報
【特許文献３】特開２０００−２６６４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ヒートパイプに熱媒体液を注入するための開口部を封止する作業を自動的に行うことを可能にしたヒートパイプのろう付け方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は以下の手段によって解決される。
即ち、本発明１のヒートパイプのろう付け方法は、ヒートパイプの上端の開口部の近傍の下部をカシメ加工して狭窄部を形成し、前記ヒートパイプの上端の開口部からヒートパイプ内に熱媒体液を注入し、前記開口部の内周面との間に隙間を有する柱状のろう材を前記開口部からヒートパイプの上端に挿入し、前記ヒートパイプの上端を真空環境にし、前記ろう材の外周面と前記開口部の内周面との間の隙間からヒートパイプ内の空気を吸引し、前記ろう材を真空環境で加熱して溶解し前記開口部を封止することを特徴とする。
【０００８】
本発明２のヒートパイプのろう付け方法は、本発明１において、前記開口部は、前記ヒートパイプの集熱部の上部に集熱部よりも小径に形成された小径管状部の上端に形成されていることを特徴とする。
本発明３のヒートパイプのろう付け方法は、本発明２において、前記狭窄部は前記小径管状部の下端に形成されることを特徴とする。
本発明４のヒートパイプのろう付け方法は、本発明３において、前記真空環境で前記小径管状部の外周面に接近して配置された高周波加熱コイルに高周波電流を流し、電磁誘導作用によって前記小径管状部を加熱して前記ろう材を溶解することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のヒートパイプのろう付け方法は、加熱されて溶解したろう材が、小径管状部の内周面とろう材の外周面との間の隙間に浸入して小径管状部の開口部を封止するため、ろう付け作業が簡単になり、ろう付け作業を自動化することが容易となった。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、本発明のヒートパイプを用いた集熱器を示す要部の断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＰ部拡大断面図である。
【図２】図２は、本発明のヒートパイプのろう付け方法に使用するろう付け装置の全体正面図である。
【図３】図３は、ヒートパイプが真空箱に挿入された状態を示す真空箱近傍の拡大縦断面図である。
【図４】図４（ａ）は、図３の状態のヒートパイプ上部の小径管状部の拡大縦断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図５（ａ）は、ろう材が溶解して開口部が封止された状態のヒートパイプ上部の小径管状部の拡大縦断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図６は、本発明のヒートパイプのろう付け工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明のヒートパイプを用いた集熱器を示す要部の断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＰ部拡大断面図である。図１に示すように、集熱器１は、ヒートパイプ２と、ヒートパイプ２に対して外装された真空二重ガラス管３とを有している。ヒートパイプ２は密閉構造で、全長が約２０８０ミリの長尺な管状体である。ヒートパイプ２の内部には熱媒体液２０１が封入されている。ヒートパイプ２の材質としては、熱伝導性に優れた材料、例えば銅製からなる。ヒートパイプ２は、ヒートパイプ２のほぼ全長を占める集熱部２１と、集熱部２１の上部に形成され集熱部２１よりも大径の凝縮部２２と、集熱部２１の下部に形成され集熱部２１よりも小径の小径管状部２３で構成されている。本例では、凝縮部２２の長さは約８０ミリ、内径寸法は約１２ミリ、集熱部２１の長さは約２０００ミリ、内径寸法は約８．６ミリ、小径管状部２３の長さは約１０ミリ、内径寸法は約２．６ミリである。なお、小径管状部２３は、機能的には必ずしも必要ではなく、集熱部２１を何らかな方法で封印できるものであれば良い。
【００１３】
真空二重ガラス管３は、上端開口部３１を有すると共に内部にヒートパイプ収容部３２を有する有底の内筒３３と、この内筒３３の周囲に配置される有底の外筒３４とからなる縦断面の形状がＵ字形の二重管構造である。内筒３３の上端部と外筒３４の上端部は全周に亘り互いに接続され、内筒３３と外筒３４の間には、密閉され真空引きされた真空層３５が形成されている。内筒３３と外筒３４は、太陽光を９０％以上透過させる透明なガラス管で形成されている。内筒３３の外筒３４側の表面にはヒートパイプ収容部３２の周囲を覆うようにして選択吸収膜３６が全周に亘り設けられている。選択吸収膜３６は、外筒３４を透過し、真空層３５を通過した太陽光線を、ヒートパイプ収容部３２内に効率的に取り込んで集熱する役目をする。
【００１４】
選択吸収膜３６による集熱作用と真空層３５による断熱（熱損失の抑制）作用の組合せによって、ヒートパイプ収容部３２内の温度を約２２０〜２５０℃程度まで昇温することができる。上記ヒートパイプ２、真空二重ガラス管３は、集熱器１の一部であるヘッダー管４１に取り付けられる。ヘッダー管４１の通路４２には、逆Ｕ字形の支持管４３が取り付けられ、この支持管４３にヒートパイプ２の凝縮部２２が、水Ｗが流れる方向に対して直角方向に配置されている。
【００１５】
支持管４３は、伝熱性に優れた材料、例えば銅製からなる。支持管４３の下端開口部には、ヒートパイプ２の凝縮部２２が挿入され、この凝縮部２２をヘッダー管４１の通路４２に位置させている。また、ヒートパイプ２の集熱部２１は、ヘッダー管４１に対し垂直で、かつ、真空二重ガラス管３の中心に位置するように取り付けられている。また、支持管４３の外周面に沿って水Ｗが矢印方向に流れ、ヒートパイプ２の凝縮部２２と熱交換する。
【００１６】
ヘッダー管４１の外周囲には厚みのある断熱材４４が設けられ、断熱材４４で包蔵されたヘッダー管４１の下部に、真空二重ガラス管３の上端部３７が支持されている。これにより、真空二重ガラス管３の上端開口部３１は断熱材４４の外面により密閉され、真空二重ガラス管３のヒートパイプ収容部３２内の空気が、太陽光線により２２０〜２５０℃まで高温に加熱される。
【００１７】
集熱器１では、ヘッダー管４１に一定間隔で複数の支持管４３を取り付け、複数のヒートパイプ２と真空二重ガラス管３を並べて設置し、集熱効率を上げている。屋上又は屋根に設置された集熱器１に取り付けられた各真空二重ガラス管３に太陽光線が照射すると、太陽光線が真空二重ガラス管３の透明ガラス製の外筒３４を透過し、真空層３５を通過し、透明ガラス製の内筒３３の外周面に設けられた選択吸収膜３６に吸収される。選択吸収膜３６で集熱された太陽熱は、ヒートパイプ収容部３２の空気を加熱し、空気を２２０〜２５０℃まで昇温させる。
【００１８】
ヒートパイプ収容部３２内に蓄熱された熱は、ヒートパイプ２の集熱部２１の壁面を通して内部に集熱され、ヒートパイプ２内部の熱媒体液２０１を加熱する。熱媒体液２０１は加熱されて沸騰し、高温の蒸気成分が集熱部２１内を上昇移動し、上方の凝縮部２２に到達する。凝縮部２２に達した高温の蒸気成分は、ヘッダー管４１を流れる水Ｗとの間で熱交換を行う。加熱された水Ｗは、温水となってヘッダー管４１の下流側へと送られる。ヘッダー管４１には隣接して複数箇所にヒートパイプ２と真空二重ガラス管３が設置されているので、ヘッダー管４１を流れる水Ｗは順次熱交換されて、温度が上昇する。熱交換により凝縮された熱媒体液２０１は、集熱部２１内を落下移動し、速やかに集熱部２１の下部に戻る。したがって、集熱部２１と凝縮部２２との間を熱媒体液２０１が効率よく循環することができる。
【００１９】
次に、上記したヒートパイプ２に、熱媒体液２０１を注入する開口部を封止するろう付け装置について説明する。図２は、本発明のヒートパイプのろう付け方法に使用するろう付け装置の全体正面図、図３は、ヒートパイプ２が真空箱に挿入された状態を示す真空箱の拡大縦断面図である。図２に示すように、ろう付け装置５は、概略すると、貯蔵棚５１、搬送装置５２、真空ろう付け装置５３で構成されている。貯蔵棚５１には、複数のヒートパイプ２を凝縮部２２を下にし、小径管状部２３を上にして垂直に立てて貯蔵されている。搬送装置５２は、空圧シリンダによって水平方向及び垂直方向に移動可能な把持装置５２１で、ヒートパイプ２の集熱部２１を把持し、貯蔵棚５１と真空ろう付け装置５３との間でヒートパイプ２を搬送するものである。真空ろう付け装置５３は、把持装置５３１でヒートパイプ２の集熱部２１を把持して垂直に保持し、空圧シリンダによって垂直方向に移動可能な真空箱５４を活用して、真空箱５４の内部にヒートパイプ２の上端を挿入し、ヒートパイプ２をろう付けするものである。
【００２０】
図３は、真空箱５４にヒートパイプ２を挿入した状態を示す真空箱５４近傍の拡大縦断面図、図４（ａ）は、図３の状態のヒートパイプ上部の小径管状部の拡大縦断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図４に示すように、ヒートパイプ２の上端の小径管状部２３には、その上端に開口部２３１が形成されている。小径管状部２３の下端をカシメ加工してつぶし、小径管状部２３の内周面２３３の面積を小さくした狭窄部２３２を形成する。その後、開口部２３１から狭窄部２３２を通してヒートパイプ２内に熱媒体液を注入し、さらに、小径管状部２３の開口部２３１から柱状（円柱状）のろう材２４を挿入する。
【００２１】
ろう材２４の材質としては、銀ろう、銅ろう、黄銅ろう、りん銅ろう、アルミろう等が使用可能であるが、りん銅ろうが適している。ろう材２４の外径寸法は小径管状部２３の内周面２３３の内径寸法よりも小径に形成されている。従って、小径管状部２３の内周面２３３とろう材２４の外周面２４１との間には環状の隙間２５が形成されている。このようにして、予めろう材２４を挿入した複数のヒートパイプ２を、貯蔵棚５１に垂直に立てて貯蔵する。これ以降のろう付け作業は、制御装置によって自動的に行われる。すなわち、図２の搬送装置５２の把持装置５２１でヒートパイプ２の集熱部２１を把持し、貯蔵棚５１から真空ろう付け装置５３にヒートパイプ２を搬入する。真空ろう付け装置５３の把持装置５３１でヒートパイプ２の集熱部２１を把持して垂直に保持した後、真空箱５４を垂直方向下方に移動し、真空箱５４にヒートパイプ２の上端を挿入する（図６のステップＳ１）。
【００２２】
図３は、真空箱５４にヒートパイプ２を挿入した状態を示す真空箱５４近傍の拡大縦断面図である。図３に示すように、真空箱５４には真空ポンプ５５が接続されていて、真空ポンプ５５を作動すると、真空箱５４及びヒートパイプ２内の空気を吸引して真空環境にする（図６のステップＳ２）。ヒートパイプ２内の空気は、ろう材２４の外周面２４１と小径管状部２３の内周面２３３との間の隙間２５から狭窄部２３２を経由して吸引することができるため、ヒートパイプ２内を真空に保つことができる。図６のステップＳ３で、真空箱５４及びヒートパイプ２内の空気の圧力が設定圧力に達したか否かチェックし、ＮＯなら空気の吸引を続け、ＹＥＳなら、真空ポンプ５５を停止し、空気の吸引を止める（図６のステップＳ４）。
【００２３】
真空箱５４の下部には環状のシール５４１が取り付けられ、ヒートパイプ２の集熱部２１の外周面にシール５４１が密着して、真空箱５４の真空環境を維持する。真空箱５４には、リング状の高周波加熱コイル６１、６１が配置されている。高周波加熱コイル６１、６１の内径寸法は、ヒートパイプ２の小径管状部２３の外径寸法よりも大きく形成され、小径管状部２３が高周波加熱コイル６１、６１の中心位置になるように配置されている。また、高周波加熱コイル６１、６１の加熱部分は二重コイルとなっている。図示しない高周波発生装置によって、高周波加熱コイル６１、６１に高周波電流を流す（図６のステップＳ５）。高周波加熱コイル６１、６１に流す高周波電流の出力を調整し、加熱レベルを任意に変更することができる。その結果、電磁誘導作用によって小径管状部２３が加熱される。
【００２４】
図６のステップＳ６で、高周波加熱コイル６１、６１を所定時間加熱したか否かチェックし、ＮＯなら高周波加熱コイル６１、６１の加熱を続け、ＹＥＳなら、高周波加熱コイル６１、６１に流す高周波電流を停止する（図６のステップＳ７）。次に、図６のステップＳ８で、真空箱５４を垂直方向上方に移動し、真空箱５４からヒートパイプ２の上端を抜き出す。図５に示すように、小径管状部２３が加熱されると、ろう材２４が加熱されて溶解し、小径管状部２３の内周面２３３とろう材２４の外周面２４１との間の隙間２５に溶解したろう材２４が浸入して埋め、その後自然冷却で固化し、小径管状部２３の開口部２３１を封止する。溶解したろう材２４は、その表面張力によって面積の狭い狭窄部２３２に止まり、狭窄部２３２より下方に落ちることはない。高周波加熱コイル６１、６１による加熱時間は、ろう材２４の溶解量が隙間２５を埋めるのに十分な加熱時間であればよく、ろう材２４を全て溶解させなくてもよい。
【００２５】
搬送装置５２の把持装置５２１でろう付けが完了したヒートパイプ２の集熱部２１を把持し、把持装置５２１の水平方向及び垂直方向の移動で、ヒートパイプ２を真空ろう付け装置５３から図示しない完成品棚に搬送し、一連のろう付け作業を完了する。本発明の実施例のヒートパイプのろう付け方法では、加熱されて溶解したろう材２４が、小径管状部２３の内周面２３３とろう材２４の外周面２４１との間の隙間２５に浸入して隙間２５を埋め、小径管状部２３の開口部２３１を封止するため、ろう付け作業が簡単で確実になり、ろう付け作業を自動化することが容易となる。
【００２６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこの実施例に限定されることはない。例えば、前述した実施例では、小径管状部２３は円管状であるが、円管状に限定されることはなく、任意の断面形状の管状体であればよい。また、前述した実施例では、ろう材２４は円柱状であるが、円柱状に限定されることはなく、任意の断面形状の柱状体であればよい。すなわち、ろう材２４の断面形状は、小径管状部２３の内周面２３３とろう材２４の外周面２４１との間に、適度な隙間が形成されるような形状と寸法であればよい。
【符号の説明】
【００２７】
１…集熱器
２…ヒートパイプ
２１…集熱部
２２…凝縮部
２３…小径管状部
２３１…開口部
２３２…狭窄部
２３３…内周面
２４…ろう材
２４１…外周面
２５…隙間
２０１…熱媒体液
３…真空二重ガラス管
３１…上端開口部
３２…ヒートパイプ収容部
３３…内筒
３４…外筒
３５…真空層
３６…選択吸収膜
３７…上端部
４１…ヘッダー管
４２…通路
４３…支持管
４４…断熱材
５…ろう付け装置
５１…貯蔵棚
５２…搬送装置
５２１…把持装置
５３…真空ろう付け装置
５３１…把持装置
５４…真空箱
５４１…シール
５５…真空ポンプ
６１…高周波加熱コイル
Ｗ…水
【図１】
0006317215.tif 000002
【図２】
0006317215.tif 000003
【図３】
0006317215.tif 000004
【図４】
0006317215.tif 000005
【図５】
0006317215.tif 000006
【図６】
0006317215.tif 000007