(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度９９％以上、平均繊維太さ５０〜２００μｍ、平均繊維長２０〜１０００ｍｍのアルミ繊維を嵩密度３０％以上に充填して成形された多孔質焼結成形体であって、
交絡して接触する各繊維が拡散接合されており、
上記各繊維の表面に、水に対する接触角が１０度以下となるように親水化処理が施されているとともに、断面における各空孔の平均断面積が、０．３ｍｍ2 以下に設定されて、毛細管現象を有するように構成される一方、
内部に、上記多孔質体内部の連続気孔とは別途に設けられるとともに上記多孔質体の毛細管現象の影響を受けることなく、液体又は気体を流動させることができる空隙部からなる流路が設けられている、アルミ繊維多孔質焼結成形体。
【請求項２】
上記アルミ繊維多孔質焼結成形体の内部又は外側部に、接触するアルミ繊維と接合された接合部材を備える、請求項１に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体。
【請求項３】
上記接合部材が熱伝導性部材である、請求項２に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体。
【請求項４】
上記流路に、毛細管現象を有しない多孔質体が充填されている、請求項１に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体。
【請求項５】
異なる吸水特性を備える領域が設けられている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体。
【請求項６】
毛細管現象を有する領域と、毛細管現象を有しない領域とを設けた、請求項５に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体。
【請求項７】
アルミ繊維の表面に疎水化処理又は撥水化処理が施された領域を備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体。
【請求項８】
純度９９％以上、平均繊維太さ５０〜２００μｍ、平均繊維長２０〜１０００ｍｍのアルミ繊維を所定形状の金型内に充填する繊維充填工程と、
上記充填されたアルミ繊維を圧縮して嵩密度３０％以上、平均空孔断面積が０．３ｍｍ2 以下の圧縮成形体を形成する圧縮成形工程と、
上記圧縮成形体を、不活性ガス雰囲気下において、６００〜６５０℃で加熱することにより、交絡する上記アルミ繊維を拡散接合させて多孔質焼結成形体を形成する焼結工程と、
上記アルミ繊維表面の水に対する接触角を１０度以下とすることにより毛細管現象を付与する親水化処理工程とを含むとともに、
上記圧縮成形工程は、所定形状の犠牲部材を埋め込んで行われるとともに、
犠牲部材消失工程又は上記焼結工程において上記犠牲部材を消失させて、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体内に、上記犠牲部材に対応した形態の空隙部からなるとともに、上記多孔質体内部の連続気孔とは別途に設けられる流路を形成する、アルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法。
【請求項９】
上記圧縮成形工程は、上記アルミ繊維と拡散接合し得る接合部材を、上記圧縮形成体の表面に添着し、又は内部に埋め込んで行われるとともに、
上記焼結工程において、上記接合部材とこれに接触するアルミ繊維を拡散接合させる、請求項８に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法。
【請求項１０】
吸水特性の異なる複数の領域を有するアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法であって、
上記親水化処理工程において、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体の上記各領域に対応する部分のアルミ繊維表面が、水に対して異なる接触角を有するように親水化処理を行う、請求項８又は請求項９に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法。
【請求項１１】
吸水特性の異なる複数の領域を有するアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法であって、
上記圧縮成形工程が、上記各領域に対応した嵩密度の異なる圧縮成形体を形成する２以上の圧縮成形工程を含むとともに、
上記嵩密度の異なる２以上の圧縮成形体を一体的に接合する接合工程を含む、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法。
【請求項１２】
上記多孔質焼結成形体の一部を疎水化する疎水化処理工程又は撥水化処理工程を含む、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法。
【請求項１３】
上記焼結工程は、上記多孔質成形体と上記接合部材との間に所定の押圧力を作用させて
行われる、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載のアルミ繊維多孔質焼結成形
体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載したアルミ繊維多孔質焼結成形体を備える、ヒートパイプ。
【請求項１５】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載したアルミ繊維多孔質焼結成形体を備える、気水分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、アルミ繊維多孔質焼結成形体に関する。詳しくは、ループヒートパイプ等の蒸発器や気水分離装置等の熱交換を行う機器に利用できるアルミ繊維多孔質焼結成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、熱を移動させる機器としてヒートパイプが知られている。ヒートパイプは、内部に吸水性を備えるウイックが設けられており、放熱部で凝縮した熱媒体を、毛細管現象を利用して吸熱部に戻すように構成されている。このため、熱交換効率を高めるには、高い毛細管現象を発揮できるとともに、熱媒体が移動する際の抵抗を低くすることが要求される。
【０００３】
ヒートパイプの内部にウイックを設けるには、管内に機械加工等を施して、微細な溝を形成する方法や、金属細線からなるメッシュ状素材を容器内内に挿入する方法が知られている。
【０００４】
しかしながら、管内に毛細管現象を生じさせることのできる微細な溝加工を施すのが困難な場合がある。特に、大型のループ型ヒートパイプ等においては、パイプ内に上記溝を形成するのは困難であり、また、高い毛細管現象を発揮させることはできない。
【０００５】
また、メッシュ状素材を管内に挿入する手法においては、採用できる金属細線の太さに限度があり、充分な毛細管現象を発揮させることができない。しかも、容器の外壁との熱交換性能を高めるには、金属細線からなるメッシュ状素材を容器の内壁に密着させる必要があり、ヒートパイプの製作が非常に面倒であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４１８２５号公報
【０００７】
上記特許文献１には、作動液体を案内する液管と接続されて作動液体を内部に導くための液供給口を有する筒状の容器と、この容器の内周面に沿って配置されたグルーブ付きウイックと、液供給口から容器内に容器の軸方向に沿って延びるように設けられ、その軸線方向に間隔をあけて設けられた複数の貫通穴を有する液注入管とを備えるループヒートパイプの蒸発器が開示されている。
【０００８】
上記グルーブ付きのウイックを設けることにより、容器の内周面を軸方向に延びる通路が形成される。上記構成を採用することにより、上記ウイック内に作動液体を充分に保持できるとともに、蒸発させられた作動液体が、上記通路を介して円滑に排出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載されている蒸発器における上記グルーブ付きウイックは、多孔質の焼結金属や、金属繊維、ガラス繊維等で成形されている。上記ウイックは、熱媒体を保持した状態で容器の内周面に接触するように組み付けられている。そして、上記容器の外側から加熱されることにより、上記ウイックの外周近傍において熱媒体が蒸発させられ、上記グルーブを介して軸方向に移動させられて、容器から排出されるように構成されている。
【００１０】
上記焼結金属や金属繊維でウイックを形成した場合、密度を高めて多孔質体内部の各空孔の断面積を小さくしないと高い毛細管現象を発揮させることができない。このため、ウイック内に保持できる作動液の量が少なくなるとともに、ウイック内で作動液を迅速に移動させることができない。
【００１１】
また、上記ウイックは、容器の内周面に接触させられた状態で保持されている。ところが、上記グルーブを設けているため、上記ウイックと容器内周面との間の接触面積が少なくなる。このため、容器の内壁から上記ウイックへ熱伝導によって移動する熱量は少なくなる。したがって、ウイックからの作動流体の蒸発量も少なくなり、熱交換効率が良いとは言えない。
【００１２】
また、液状の熱媒体は、毛細管現象によってウイック内部に保持されるとともに、上記グルーブの表面から順次気化させられる。ところが、熱媒体が蒸発する上記ウイックの外周部の表面積が小さいため、気化させられる熱媒体の量が少ない。一方、蒸発量を増加させるには、ウイックの外周面積を大きくする必要があり、機器の大型化につながる。
【００１３】
本願発明は、上記従来の問題を解決し、吸液性能及び液体の保持性能が優れるとともに熱伝導性が高く、しかも、形状等の設計の自由度が高く、ヒートパイプ用の蒸発器や気水分離器等の種々の熱交換部材に利用できる、アルミ繊維多孔質焼結成形体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、平均繊維太さ５０〜２００μｍ、平均繊維長２０〜１０００ｍｍのアルミ繊維を嵩密度３０％以上に充填して成形された多孔質焼結成形体であって、交絡して接触する各繊維が拡散接合されており、上記各繊維の表面に、水に対する接触角が１０度以下となるように親水化処理が施されているとともに、断面における各空孔の平均断面積が、０．３ｍｍ2 以下に設定されて、毛細管現象を有するように構成される一方、内部に、上記多孔質体内部の連続気孔とは別途に設けられるとともに上記多孔質体の毛細管現象の影響を受けることなく、液体又は気体を流動させることができる空隙部からなる流路が設けられたアルミ繊維多孔質焼結成形体に関するものである。
【００１５】
アルミ繊維は、他の材料に比べて安価であり、また、加工性が高い。このため、種々の形態や密度の多孔質成形体を容易に形成することができる。また、樹脂材料に比べて耐熱性が高く、高い温度で作動するヒートパイプ等に採用することも可能となる。
【００１６】
また、繊維状のアルミ材料を充填して圧縮成形することにより、各繊維間に細長い隙間が形成された多孔質体が得られる。このため、毛細管現象を発揮しやすくなり、高い吸水性を発揮できる多孔質体を形成することができる。しかも、加工性が高いため、設計の自由度が高く、また、多孔質体の密度も容易にコントロールすることができる。このため、種々の形態や吸水特性を備える多孔質体を形成することもできる。
【００１７】
加工性及び吸水特性を確保するために、平均繊維太さ５０〜２００μｍ、平均繊維長２０〜１０００ｍｍのアルミ繊維を採用するのが好ましい。アルミ繊維の材料も特に限定されることはないが、加工性や耐久性を確保するため、純度９９％以上のアルミ繊維を採用するのが好ましい。
【００１８】
アルミ繊維の平均太さが５０μｍ以下の場合、繊維が細すぎるため、加工性が低下する。一方、繊維太さが２００μｍを越えると、繊維間の隙間の寸法が大きくなりすぎて、所要の吸水性能を得ることができない。
【００１９】
また、平均繊維長が２０ｍｍ以下の場合、繊維が交絡しにくくなり、圧縮成形によって所望の形態を形成するのが困難となる。また、繊維長が１０００ｍｍを越えると、金型内に充填するのが困難になり、取り扱いにくくなる。
【００２０】
所要の毛細管現象を発揮させるには、多孔質体の嵩密度を３０％以上に設定する必要がある。なお、多孔質体の全ての部位の嵩密度を３０％以上に設定する必要はなく、毛細管現象を発揮させる部分の嵩密度を３０％以上に設定すれば良い。
【００２１】
本願発明では、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体内の交絡して接触する各繊維が拡散接合されている。このため、多孔質体の強度が高くなる。また、接触する繊維が拡散接合されることにより、毛細管現象を安定して発揮させることができる。
【００２２】
しかも、交絡する繊維が一体化されるため、多孔質体内の熱伝導率が格段に大きくなる。このため、多孔質体内で大量の熱を短時間で移動させることが可能となり、熱交換性能が格段に向上する。したがって、ループヒートパイプの蒸発器等において熱交換性能を高めることが可能となる。
【００２３】
上記拡散接合は、所定の嵩密度に圧縮成形されたアルミ繊維多孔質体を所定温度に加熱して焼結することにより行われる。たとえば、６００℃〜６５０℃に加熱することにより交絡して接触するアルミ繊維同士を拡散接合させることができる。加熱時間は、アルミ繊維の太さや成形体の形態に応じて設定できる。
【００２４】
上記親水化処理の手法は、特に限定されることはない。たとえば、熱交換器におけるアルミフィンの表面を親水化処理する既知の薬剤等を用いて、上記アルミ繊維の面を親水化処理することができる。
【００２５】
所要の毛細管現象を発揮させるために、上記各繊維の表面を、水に対する接触角が１０度以下となるように親水化処理を施すのが好ましい。これにより、高い毛細管現象を得ることができるばかりでなく、各繊維間の空孔を大きく設定することも可能となり、焼結成形体内の空孔を大きく設定することができる。これにより、焼結成形体の内の保水量や移動量を増加させることができる。
【００２６】
また、断面における各空孔の平均断面積を、０．３ｍｍ2 以下に設定するのが好ましい。これにより、所要の毛細管現象を発揮させることができる。
【００２７】
上記アルミ繊維多孔質焼結成形体の内部又は外側部に、接触するアルミ繊維と接合された接合部材を備えて構成することができる。
【００２８】
上記接合部材を設けることにより、アルミ繊維多孔質焼結成形体の保形性や強度を確保することができる。
【００２９】
上記接合手法として、ろう付けや拡散接合を採用することができる。特に、拡散接合を採用すると、交絡するアルミ繊維を接合すると同時に、上記接合部材をアルミ繊維多孔質体と一体的に接合することが可能となる。
【００３０】
上記接合部材として、熱伝導性部材を採用することができる。熱伝導性部材は、上記アルミ繊維と接合できるものであれば、特に限定されることはない。
【００３１】
たとえば、上記アルミ繊維と同じアルミ材料を採用するのが好ましい。また、上記接合部材の形態も特に限定されることはなく、板状のものや棒状のもの、パイプ状のものを採用できる。
【００３２】
上記熱伝導性部材を、アルミ繊維多孔質焼結成形体内部に埋め込むことにより、アルミ繊維多孔質焼結成形体内の熱伝導率量が大幅に増加する。このため、短時間に大量の熱を上記アルミ繊維多孔質焼結成形体の内部へ伝導させることが可能となる。また、アルミ繊維多孔質焼結成形体内の温度差を小さくすることも可能となる。
【００３３】
また、上記熱伝導性部材を、アルミ繊維多孔質焼結成形体の外側部に接合することにより、上記熱伝導部材を介して、流体等によって移送される熱を、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体に移動させることができる。特に、上記熱伝導部材が、アルミ繊維多孔質焼結成形体を構成するアルミ繊維と、ろう付けあるいは拡散接合されているため、上記熱伝導性部材と上記アルミ繊維多孔質焼結成形体との熱伝導効率が高く、熱の移動が円滑に行われる。
【００３４】
上記アルミ繊維多孔質焼結成形体の内部に、気体又は液体が流動しうる流路を設けることができる。ここで、上記流路は、多孔質体内部の連続気孔を意味するものではなく、上記多孔質体を構成する空孔と別途設けられた空隙部を設けて、気体あるいは液体を流動させるための流路としたものである。
【００３５】
上記アルミ繊維多孔質焼結体を構成する連続気孔内でも気体あるいは液体が流動しうる。しかしながら、流動速度は遅く、また、液体が流動する場合毛細管現象が発揮されるため所望の部位に液体を流動させることはできない。本願発明では、上記流路を設けているため、多孔質体自体の毛細管現象の影響を受けることなく、液体や気体を所望の部位に流動させることが可能となる。また、液状熱媒体や気相の熱媒体と接する多孔質体の表面積を実質的に増加させることが可能となり、アルミ繊維多孔質焼結成形体に対して多量の気体あるいは液体を作用させることも可能となる。したがって、たとえば、気水分離器等に適用した場合、気水分離を行う面積を増加させて効率を向上させることも可能となる。
【００３６】
上記流路は空洞のままにしておいてもよいし、上記流路に、毛細管現象を有しない多孔質体を充填することもできる。たとえば、本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体をルートヒートパイプの蒸発器に適用した場合、上記流路をパイプの外周近傍に設けて気化した熱媒体の排出路を形成し、この流路内に気化した熱媒体の流動を阻害しない程度の気孔を有する熱伝導性の多孔質体を充填すると、上記熱伝導性多孔質体内においても熱媒体の温度を上昇させて気化を促進することが可能となる。これにより、ヒートパイプの効率を向上させることができる。
【００３７】
上記アルミ繊維多孔質焼結成形体に、異なる吸水特性を備える領域を設けることができる。
【００３８】
高い毛細管現象を発揮する領域は液体を保持するのに適するが、液体の流動性が低下することになる。このため、アルミ繊維多孔質焼結成形体の用途や要求される機能に応じて異なる吸水性を設定するのが望ましい。
【００３９】
上記異なる吸水特性を有する領域を設ける手法として、領域ごとに上記親水化処理の程度や親水化する方法を異ならせることが考えられる。また、上記アルミ繊維の嵩密度を異ならせることもできる。
【００４０】
異なる吸水特性を有する領域として、毛細管現象を有する領域と、毛細管現象を有しない領域とを備えて構成することができる。
【００４１】
毛細管現象を有する領域においては、吸水性及び保水性が発揮される。一方、毛細管現象を有しない領域は、吸水性等を有しないが、この部分において液体等を所望の方向へ流動させることが可能となる。
【００４２】
さらに、アルミ繊維の表面に疎水化処理又は撥水化処理が施された領域を備えて構成することもできる。上記疎水化処理あるいは上記撥水化処理手法は特に限定されることはなく、既知の種々の手法を採用できる。たとえば、疎水性の樹脂コーティング等を施すことにより、アルミ繊維表面を疎水化することができる。また、疎水化あるいは撥水化する部位も特に限定されることはない。たとえば、多孔質焼結成形体の表面近傍のみ疎水化あるいは撥水化することもできる。
【００４３】
本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法として、平均繊維太さ５０〜２００μｍ、平均繊維長２０〜１０００ｍｍのアルミ繊維を所定形状の金型内に充填する繊維充填工程と、上記充填されたアルミ繊維を圧縮して嵩密度３０％以上、平均空孔断面積が０．３ｍｍ2 以下の圧縮成形体を形成する圧縮成形工程と、上記圧縮成形体を、不活性ガス雰囲気下において、６００〜６５０℃で加熱することにより、交絡する上記アルミ繊維を拡散接合させて多孔質焼結成形体を形成する焼結工程と、上記アルミ繊維表面の水に対する接触角を１０度以下とすることにより毛細管現象を付与する親水化処理工程とを含むとともに、上記圧縮成形工程は、所定形状の犠牲部材を埋め込んで行われるとともに、犠牲部材消失工程又は上記焼結工程において上記犠牲部材を消失させて、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体内に、上記犠牲部材に対応した形態の空隙部からなるとともに、上記多孔質体内部の連続気孔とは別途に設けられる流路を形成する製造方法を採用できる。上記親水化処理工程は、一つの工程に限定されることはなく、本願発明の上記角工程間に跨がる複数の工程を設けて構成することもできる。たとえば、圧縮成形体を構成するアルミ繊維表面に微細な凹凸を設ける工程と、焼結成形後に親水性コーティングを施す工程を含む親水化処理工程を設けることもできる。
【００４４】
上記圧縮成形工程が、上記アルミ繊維と拡散接合し得る接合部材を、上記圧縮形成体の表面に添着し、又は内部に埋め込んで行われるとともに、上記焼結工程において、上記接合部材とこれに接触するアルミ繊維を拡散接合させることができる。
【００４５】
削除
【００４６】
上記犠牲部材は特に限定されることはなく、上記犠牲部材消失工程あるいは上記焼結工程において消失するものであればよい。たとえば、上記焼結工程において、６００℃に加熱される場合、６００℃以下で昇華する樹脂等を採用することができる。
【００４７】
また、水溶性あるいは所定の溶媒に溶解する犠牲部材を採用するとともに、上記犠牲部材消失工程を、焼結成形体を水あるいは溶媒に浸漬することにより行うこともできる。
【００４８】
吸水特性の異なる複数の領域を有するアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法として、上記親水化処理工程において、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体の上記各領域に対応する部分のアルミ繊維表面が、水に対して異なる接触角を有するように親水化処理を行うものを採用できる。
【００４９】
また、吸水特性の異なる複数の領域を有するアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法として、上記圧縮成形工程が、上記各領域に対応した嵩密度の異なる圧縮成形体を形成する２以上の圧縮成形工程を含むとともに、上記嵩密度の異なる２以上の圧縮成形体を一体的に接合する接合工程を含むものを採用できる。上記接合工程は、上記焼結工程において２以上の圧縮成形体を拡散接合することにより兼用することもできるし、ろう付けや溶接を行う他の接合工程を設けることもできる。
【００５０】
上記多孔質焼結成形体の一部を疎水化する疎水化処理工程又は撥水化処理工程を含ませることができる。上記疎水化処理工程又は撥水化処理工程を行う手法は特に限定されることはない。たとえば、フッソ樹脂をアルミ繊維にコーティングする上記疎水化処理工程又は撥水化処理工程を行うことができる。
【００５１】
上記焼結工程を、上記多孔質成形体と上記接合部材との間に所定の押圧力を作用させて行うことができる。押圧力を作用させることにより、アルミ繊維の交絡して接触する部分が増加する。したがって、拡散接合される部分を増加させることができる。また、拡散接合を確実に行わせることもできる。
【００５２】
本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体が適用できる機器は、特に限定されることはなく、種々の機器に利用することができる。たとえば、ヒートパイプに利用することができる。特に、ループヒートパイプにおいては、蒸発器や凝縮器に本願発明を適用できる。
【００５３】
また、本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体を、気水分離装置に適用することができる。たとえば、本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体に気液混合流を吹き付けることにより、水分のみ上記アルミ繊維多孔質焼結体に吸収される。これにより、気体成分と液体成分とを分離することができる。また、本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体は熱伝導性が高い。このため、成形体を冷却することにより、凝縮器として利用することもできる。
【発明の効果】
【００５４】
高い吸水性を備えるアルミ繊維多孔質焼結成形体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】本願発に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体の内部構造を模式的に示す図である。
【図３】本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体を気化装置に適用した例を示す断面図である。
【図４】図３に示すアルミ繊維多孔質焼結成形体の全体斜視図である。
【図５】図３における要部の拡大断面図である。
【図６】本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体を利用したループヒートパイプの一例を示す回路図である。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】ループヒートパイプの他の実施形態を示す図であり、図７に相当する断面図である。
【図１０】本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体の他の実施形態を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本願発明に係る実施形態を図に基づいて説明する。
【００５７】
図１に、本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体の製造工程の概要を示す。図１に示すように、本実施形態に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体は、４つの工程を含んで製作される。
【００５８】
まず、図１（ａ）に示すように、アルミ繊維１を所定の金型内２内に充填する繊維充填工程が行われる。本実施形態に係るアルミ繊維１は、種々の手法によって形成されたものを使用することができる。また、上記アルミ繊維は、純度９９％のアルミ材料から形成されたものを用いるのが好ましい。また、上記アルミ繊維１は、平均太さが５０〜２００μｍ、平均繊維長が２０〜１０００ｍｍのものが採用される。さらに、平均太さが５０〜１００μｍ、平均繊維長が５００〜１０００ｍｍのものを採用するのがより好ましい。
【００５９】
次に、図１（ｂ）に示すように、上記金型装置２によって、充填されたアルミ繊維を圧縮して所定形状に成形する圧縮成形工程が行われる。本実施形態では、上記アルミ繊維１は、嵩密度３０％以上に圧縮形成されて、圧縮成形体３が形成される。なお、高い毛細管現象を得るためには、嵩密度５０％以上に圧縮するのが好ましい。あるいは、断面における各空孔の平均断面積が、０．３ｍｍ2 以下となるように、上記圧縮成形工程を行うのが好ましい。
【００６０】
本願発明では、上記形態のアルミ繊維１を採用しているため、アルミ繊維を上記金型装置２内に容易に充填することができる。なお、上記金型２に充填されるアルミ繊維１の形態は特に限定されることはなく、キャリヤ溶液や空気流を利用してアルミ繊維を充填することもできるし、不織布状に編成されたアルミ繊維を積層するようにして充填することもできる。
【００６１】
また、上記圧縮成形工程は、１度に限定されることはなく、複数の圧縮成形工程を経て圧縮成形体３を形成することもできる。また、複数の圧縮成形工程によって２以上の圧縮成形体を形成し、次に説明する焼結工程等において一体的に接合することもできる。
【００６２】
図１（ｃ）に示すように、上記圧縮成形工程によって所定の形状に成形された圧縮成形体３は、焼結炉４に入れられて焼結される。本実施形態では、交絡するアルミ繊維が拡散接合される温度まで加熱することにより、アルミ繊維多孔質焼結成形体を形成する焼結工程が行われる。本実施形態では、６００〜６５０℃で約１２０分間加熱する。なお、圧縮成形体の形態等に応じて、上記加熱温度や加熱時間を設定することができる。また、上記拡散接合を促進するため、圧縮成形体に圧力を作用させながら加熱することもできる。
【００６３】
上記焼結工程において、交絡するアルミ繊維が互いに拡散接合されるため、強度の高いアルミ繊維多孔質焼結成形体が形成される。また、アルミ繊維が成形体から離脱しにくくなり、保形性も高くなる。このため、繊維長が短いアルミ繊維や、繊維太さが小さいアルミ繊維を採用することも可能となる。
【００６４】
次に、図１（ｄ）に示すように、上記多孔質焼結成形体５を親水化処理液６に浸漬して、アルミ繊維の表面を親水化する親水化処理工程が行われる。上記親水化処理の手法は特に限定されることはない。種々の親水性皮膜等をアルミ繊維の表面に形成することができる。たとえば、特開２０００−２８１９３６号公報に記載されているような親水化処理剤を用いてアルミ繊維１の表面を親水化することができる。また、親水化処理工程は一度に行う必要はなく、上記各工程間に行われる複数の工程を含ませることもできる。たとえば、圧縮工程後にアルミ繊維表面に微細な凹凸を設ける工程と、焼結工程後に疎水性を付与するコーティングを行う工程を含んで上記親水化処理工程を構成できる。
【００６５】
上記親水化処理の程度は、上記各繊維の表面の水に対する接触角が１０度以下となるように処理するのが望ましい。上記接触角を１０度以下に設定することにより、アルミ繊維多孔質焼結成形体５に、高い毛細管現象を発揮させることが可能となる。なお、上記接触角は、アルミ繊維１と同一の材料から形成されたプレートに、同一の熱処理及び親水化処理を施して接触角を計測することにより、容易に確認することができる。
【００６６】
図２に、上記工程を経て形成されたアルミ繊維焼結成形体７の構造を模式的に示す。
【００６７】
アルミ繊維１は、交絡して接触する部分で拡散接合されている。このため、成形体の強度が高く。また、各アルミ繊維が成形体から離脱しにくい。このため、耐振動性が高く、また、熱交換器等において熱媒体を高速で流動させることも可能となる。
【００６８】
また、各アルミ繊維間の空孔が小さく、しかも、表面に親水化処理が施されているため、高い毛細管現象が生じる。このため、表面における吸水性が高く、各繊維間の空孔７ａに、液体を保持することが可能となる。たとえば、大気圧中での吸水高さが６ｃｍ以上の吸水性能を得ることができる。しかも、嵩密度を５０％以下に設定することも可能となり、焼結成形体内に多量の液体を保持させることも可能となる。
【００６９】
図３に、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体を用いて構成した気化器１０の例を示す。
【００７０】
上記気化器１０は、円筒状のアルミ繊維焼結成形体１１を、熱伝導性のパイプ１２内に保持して構成される。上記パイプ１２のアルミ繊維多孔質焼結成形体１１を保持した部分を外側部からヒータ１３等で加熱することにより、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１１内で液体１４が順次気化される。
【００７１】
図４に示すように、本実施形態に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体１１は、円筒状に形成されるとともに、蒸発側表面から軸線の中央部まで円形の孔１５が形成されている。
【００７２】
図５に示すように、本実施形態では、円筒状のアルミ繊維圧縮成形体を上記パイプ１２内の所定位置に挿入した後、上記パイプ１２とともに、焼結炉内で加熱することにより、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１１の外面と、上記パイプ１２の内周面とを拡散接合している。
【００７３】
上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１１を上記パイプ１２の内周面に拡散接合することにより、上記パイプ１２と上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１１の間の熱伝導率が格段に高まる。したがって、液状の熱媒体１４との熱交換が円滑に行われ、気化器１０の効率を高めることができる。
【００７４】
また、上記中央部に円形の孔１５を設けることにより、上記孔１５の内周面からも液状の熱媒体が気化させられる。このため、多量の熱媒体を気化させることが可能となる。
【００７５】
図６から図８に、本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体をループヒートパイプ１０１に適用した例を示す。なお、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体は、上述した実施形態と同様の製造方法によって製作され、同様の特性を備えるため、説明は省略する。
【００７６】
図６に示すように、ループヒートパイプ１０１は、パイプ管路１０２に、蒸発器１０３と、凝縮器１０４とを配置して構成される。上記ループヒートパイプ１０１においては、上記蒸発器１０３により、発熱源１０５から吸熱して液状の熱媒体１０７ａを蒸発させて気相にし、得られた蒸気を上記パイプ管路１０２ｂを介して凝縮器１０４に供給し、ここで吸熱源へ放熱して液相にする。たとえば、宇宙船等において、内部の各種機器の発熱を上記蒸発器１０３により吸熱し、この熱を凝縮器１０４において外部へ放熱することにより、各種機器の温度を制御することが可能となる。しかも、機械的駆動がないため、無人の宇宙船等で長時間安定して作動させることが可能となる。
【００７７】
本実施形態では、上記蒸発器１０３内にアルミ繊維多孔質焼結成形体１０６を配置し、上記パイプ管路１０２内を循環する熱媒体１０７を、気化させるように構成している。
【００７８】
本実施形態に係る上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１０６は、中央部に、液状熱媒体１０７ａが供給される軸孔１０８と、外周部において軸線方向に延びる断面台形状の蒸気流路１０９とを備える円筒状に形成されている。上記蒸気流路１０９は、軸線方向に貫通状に設けられている。一方、上記軸孔１０８は、液相の熱媒体供給口１１０に開口するように形成されている。
【００７９】
上記構成の蒸発器１０３において、上記パイプ管路１０２ａから上記熱媒体供給口１１０を介して上記軸孔１０８に液相の熱媒体１０７ａが導入されるとともに、毛細管現象によって上記熱媒体１０７ａが上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１０６内に吸収される。上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１０６内では、上記熱媒体１０７ａが毛細管現象によって外周部に向けて半径方向外方へ移動させられるとともに、蒸発器１０３の外側に設けられた熱源１０５から投入された熱により、上記蒸気流路１０９の内周壁部から気化させられる。そして、気相の熱媒体１０７ｂが上記蒸気流路１０９を介して、気相側のパイプ流路１０２ｂに排出される。
【００８０】
上記パイプ流路１０２ｂ内の気相熱媒体１０７ｂは、上記蒸発器１０３内の圧力によって凝縮器１０４まで移動させられて冷却される。これにより、上記蒸発器１０３内で熱媒体１０７に投入された熱が放熱させられる。
【００８１】
本実施形態では、アルミ繊維多孔質焼結成形体１０３をウイックとして採用しているため、高い毛細管現象を有している。したがって、液状熱媒体１０７ａを上記軸孔１０８から上記蒸気流路近傍まで迅速に移動させることができる。
【００８２】
また、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１０３内の交絡するアルミ繊維１が拡散接合されているため、内部における熱伝導率が格段に高い。このため、上記蒸発器１０３の外側の熱源１０５から上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１０６の外周部近傍に多量の熱を短時間に移動させることが可能となる。
【００８３】
また、本実施形態では、上記アルミ繊維多孔質焼結成形体１０６の外周部は、円筒状の容器１０３ａの内周壁１１１に拡散接合あるいはろう付けされている。しかも、上記蒸気流路１０９の周方向壁部１１２には、上記蒸発器１０３の内周壁１１１に接合されたアルミ製の熱伝導部材１１３が埋め込み状に設けられている。このため、上記蒸気流路１０９の近傍を、集中的に加熱することができる。
【００８４】
上記構成を採用することにより、上記蒸気流路１０９の内壁面から熱媒体を効率よく蒸発させて排出することができる。また、蒸発量が増加することから、ループヒートパイプにおける熱媒体の循環速度が大きくなり、ヒートパイプの熱交換効率を格段に高めることが可能となる。
【００８５】
上記蒸気流路１０９において熱媒体をさらに加熱するため、図９に示すように、上記蒸気流路１０９に熱伝導性の多孔質体１１５を充填することができる。上記熱伝導性多孔質体１５は、蒸気の流動を阻害しないように空孔率が高く設定されている。これにより、蒸発器１０３によって、熱媒体を効率良く気化させることが可能となる。
【００８６】
図１０に、本願発明に係るアルミ繊維多孔質焼結成形体の他の実施形態を示す。
【００８７】
この実施形態は、親水化された領域２０３ａと親水化されていない領域２０３ｂとを備えてアルミ繊維多孔質焼結成形体２０１を構成したものである。
【００８８】
上記アルミ繊維多孔質焼結成形体２０１は、一体的に成形されたアルミ繊維多孔質焼結成形体２０１の一部の領域２０３ａにのみ親水化処理を施すことにより形成することもできるし、親水化されたアルミ繊維多孔質焼結成形体と、親水化処理を施していないアルミ繊維多孔質焼結成形体とを別途形成し、その後、ろう付けや溶接等によって一体的に接合することにより形成することもできる。
【００８９】
上記アルミ繊維多孔質焼結成形体２０１を用いることにより、上記親水化された領域２０３ａに液体を保持させる一方、上記親水化処理を施していない領域に、気体を流動させることも可能となる。
【００９０】
さらに、上記親水化処理を施していない領域２０３ｂに疎水化処理又は撥水化処理を施して、流体が入り込まないように構成することもできる。
【００９１】
本願発明は、上述の実施形態に限定されることはない。アルミ繊維多孔質焼結形成体の形状、特性は、上記実施形態に限定されることはなく、採用される機器の特性に応じて設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
ルートヒートパイプ等に用いることができる熱伝導性の多孔質体を、安価に提供することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１アルミ繊維
３圧縮成形体
５多孔質焼結成形体
【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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