(57)【要約】【課題】コンテナ内の作動流体の移動を高速化させて、熱輸送能力の向上を図ることができる振動型ヒートパイプを提供する。【解決手段】受熱部２と放熱部３との間を往復する流路５が内部に形成されたコンテナ４と、流路５内に封入されかつ加熱されて蒸発するとともに放熱して凝縮する作動流体６とを備えた振動型ヒートパイプ１において、受熱部２に位置する流路５の内表面および放熱部３に位置する流路５の内表面に、液相の作動流体６に対する濡れ性が高い親液性表面１０を形成し、受熱部２と放熱部３との中間部分７に位置する流路５の内表面に、前記親液性表面よりも液相の作動流体６に対する濡れ性が低い疎液性表面１１を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱部と放熱部との間を往復する流路が内部に形成されたコンテナと、前記流路内に封入されるとともに加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体とを備えた振動型ヒートパイプにおいて、
前記受熱部に位置する前記流路の内表面および前記放熱部に位置する前記流路の内表面に、液相の前記作動流体に対する濡れ性が高い親液性表面が形成され、
前記受熱部と前記放熱部との中間部分に位置する前記流路の内表面に、前記親液性表面よりも前記濡れ性が低い疎液性表面が形成されている
ことを特徴とする振動型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記コンテナは、前記流路内に前記作動流体を真空封入する真空容器であり、
前記流路は、前記受熱部と前記放熱部との間を蛇行して複数回往復するように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動型ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンテナの内部に封入した作動流体によって熱を輸送するように構成されたヒートパイプに関し、特に、作動流体の自励振動を利用して熱輸送を行う振動型ヒートパイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプは、密閉容器（コンテナ）の内部に封入した作動流体によって受熱部（もしくは加熱部）から放熱部（もしくは冷却部）へ熱を輸送する伝熱素子であって、コンテナ内の作動流体が液相と気相との間で相変化する際の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して熱輸送を行うものである。そのヒートパイプにおける熱輸送方式の代表的なものとしては、毛細管力を利用する方式、重力や遠心力を利用する方式、作動流体の自励振動を利用する方式等がある。このうち、作動流体の自励振動を利用する方式のいわゆる振動型ヒートパイプ（もしくは自励振動ヒートパイプ）は、受熱部と放熱部との間を往復する流路もしくは管路を有するコンテナと、その流路内に液相−気相の相変化が可能なように封入された作動流体とから構成されるヒートパイプである。そして、受熱部で加熱された作動流体が核沸騰状態になる際に生じる圧力波によって、流路内で軸方向の振動を発生させ、その振動によって熱を受熱部から放熱部へ輸送するようになっている。
【０００３】
上記のような振動型ヒートパイプに関する発明が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された振動型ヒートパイプは、細管の両端末が気密にかつ連通状態に相互接続されてループが形成され、そのループ内を作動液が循環可能なようにループ型コンテナが構成され、そのループ型コンテナの内径が作動液の循環に際して作動液がその表面張力によりコンテナ内を充填閉塞したまま循環するように細径化され、ループ型コンテナには少なくとも１個所の受熱部と少なくとも１個所の放熱部とが配設され、作動液の循環経路内には少なくとも２個の流れ方向規制手段が配設されるように構成されている。
【０００４】
また、特許文献２には、細管の両端末が相互に流通自在に連結されて密閉コンテナとして形成されたループ型細管コンテナの少なくとも１個所の所定の部分は受熱部として、残余の細管コンテナの少なくとも１個所の所定の部分は放熱部として構成され、それらの大部分は受熱部と放熱部が交互に配設されていて、ループ型細管コンテナ内にはその全内容積よりも少ない所定量の所定の二相凝縮性作動流体が封入されていて、細管の内壁直径は所定の作動流体が常に管内を閉塞した状態のままで循環または移動することが可能な最大直径以下の直径となるように構成された振動型ヒートパイプが記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、密閉細管コンテナは真空封入された所定の二相凝縮性作動流体が、その表面張力によりコンテナ内を常に充填閉塞したままの状態で移動することが可能なように十分に小さい内径に形成された長尺金属細管で構成され、その所定の複数部分が受熱部として、他の所定の複数部分が放熱部として構成されていて、なおかつ放熱部は複数の受熱部の間に位置するように構成された振動型ヒートパイプが記載されている。
【０００６】
そして、特許文献４には、上記のように構成される振動型ヒートパイプの製造方法に関する発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平６−９７１４７号公報
【特許文献２】特開平４−２５１１８９号公報
【特許文献３】特開２００１−２０８４８９号公報
【特許文献４】特許第３９３２５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の各特許文献に記載されているような振動型ヒートパイプは、前述のようにコンテナ内に封入された作動流体の自励振動によって熱輸送を行う構成であることから、他の方式のヒートパイプと比較して熱輸送の際に重力の影響を受け難く、そのため使用姿勢の自由度が高いといった利点がある。また、毛細管力方式のようなウイック構造が不要であるので、比較的に簡単な構造によって構成することができる。
【０００９】
そして、上記のような振動型ヒートパイプの性能、特に熱輸送能力を更に向上させるためには、例えばコンテナ内における作動流体をより高速で移動させる等の方策を講じる必要がある。しかしながら、上記の各特許文献の発明では、いずれも、そのようなコンテナ内における作動流体の高速移動を可能にするための方策などに関しては考慮されていない。このように、従来の振動型ヒートパイプにおいて、その熱輸送能力を更に向上させるためには、未だ改良の余地があった。
【００１０】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、コンテナ内の作動流体の移動を高速化させて、熱輸送能力の向上を図ることができる振動型ヒートパイプを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、受熱部と放熱部との間を往復する流路が内部に形成されたコンテナと、前記流路内に封入されるとともに加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体とを備えた振動型ヒートパイプにおいて、前記受熱部に位置する前記流路の内表面および前記放熱部に位置する前記流路の内表面に、液相の前記作動流体に対する濡れ性が高い親液性表面が形成され、前記受熱部と前記放熱部との中間部分に位置する前記流路の内表面に、前記親液性表面よりも前記濡れ性が低い疎液性表面が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記コンテナが、前記流路内に前記作動流体を真空封入する真空容器であり、前記流路が、前記受熱部と前記放熱部との間を蛇行して複数回往復するように形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、コンテナの受熱部を加熱してここに受熱させ、かつコンテナの放熱部を冷却してここから放熱させると、コンテナの内部の流路に封入された作動流体の一部が流路内の受熱部に位置する個所で蒸発し、その蒸気が流路内の放熱部に位置する部分に流動した後に凝縮する。すなわち、作動流体の潜熱として熱が輸送される。この場合、受熱部と放熱部との間の中間部分に位置する流路の内表面が、液相の作動流体との間の濡れ性が低い、すなわち液相の作動流体に対して撥液性が高い疎液性表面として形成されている。そのため、上記の中間部分を作動流体が流動する際の流動抵抗が低くなり、その結果、作動流体をより高速に移動させることができる。さらに、放熱部に位置する流路の内表面が、液相の作動流体との間の濡れ性が高い、すなわち液相の作動流体に対する親和力が大きい親液性表面として形成されている。そのため、上記のように中間部分を高速で移動してきた作動流体を親和力で引き付けることになり、その結果、作動流体をより一層高速に移動させることができる。また、放熱部で冷却されて凝縮した作動流体は、凝縮の際の圧力低下に伴って放熱部から受熱部へ移動するが、その場合も上記と同様に、受熱部に位置する流路の内表面が親液性表面として形成されているので、作動流体をより一層高速に移動させることができる。したがって、振動型ヒートパイプにおけるコンテナ内の作動流体の移動を上記のように高速に行うことができ、その熱輸送能力を向上させることができる。
【００１４】
また、請求項２の発明によれば、コンテナが真空容器として形成され、そのコンテナの内部の流路に作動流体が真空封入される。そして、その流路が、受熱部と放熱部との間を蛇行して複数回往復する形状に形成される。そのため、流路を多数回往復させた蛇行形状とすることにより、より広範囲の受熱部および放熱部を形成することができ、その結果、より多くの熱量を効率良く輸送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に係る振動型ヒートパイプの一例の断面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
つぎに、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１において、この発明に係るヒートパイプ１は、振動型ヒートパイプあるいは自励振動ヒートパイプなどと称されるものであり、受熱部２および放熱部３を有するコンテナ４と、そのコンテナ４の内部に形成された流路５と、その流路５内に密封される作動流体６とから構成されている。
【００１７】
受熱部２は、コンテナ４の外部から加熱されて内部に熱を取り組む部分であり、コンテナ４の流路５の流通方向（図１の例では上下方向）における両端部のいずれか一方の端部側（図１の例では下側）に設定されている。また、放熱部３は、内部の熱を外部へ放出する部分であり、コンテナ４の流路５の流通方向における両端部の他方の端部側（図１の例では上側）に設定されている。なお、コンテナ４における上記の受熱部２と放熱部３との間の中間部分７は、相対的に外部との間で熱の出入りが規制された断熱部となっている。
【００１８】
コンテナ４は、例えば銅やアルミニウムなどの熱伝導性が良い金属製の筐体により形成されている。そして、コンテナ４の内部には、コンテナ４における受熱部２と放熱部３との間を蛇行して複数回往復する流路５が形成されている。例えば、図１に示すような仕切壁８，９を、コンテナ４の外形を構成する筐体の内部に、受熱部２側と放熱部３側との交互に取り付けることにより、あるいは筐体と一体に成形することにより、受熱部２と放熱部３との間で連続して蛇行する流路５を形成することができる。
【００１９】
なお、この構成例では、上記のように金属製の筐体によりコンテナ４が形成された例を示しているが、例えば銅やアルミニウムなどの金属製の中空管を使用し、コンテナ４を形成することもできる。すなわち、金属製の中空管に曲げ加工を施し、上記のように受熱部２と放熱部３との間を蛇行して複数回往復させることにより、中空管自体がこの発明におけるコンテナ４を構成し、その中空間の管路により、この発明における流路５を構成することもできる。
【００２０】
上記のように構成されたコンテナ４に、作動流体６が封入されている。作動流体６は、コンテナ４の受熱部２で加熱されることにより蒸発して気相となり、かつ放熱部３で冷却されることにより凝縮して液相となることにより、潜熱の形で熱を輸送する二相凝縮性の流体であり、このヒートパイプ１を使用する温度に応じて適宜に選択されている。例えば、純水やアルコールあるいは代替フロンなどが、この発明における作動流体６として使用される。そして、この作動流体６は、コンテナ４の内部から空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で、コンテナ４の内部に封入されている。具体的には、作動流体６が、液相すなわち液滴６ｒと気相すなわちボイド６ｇとの両方の状態で存在可能なように、コンテナ４の内部に形成された流路５内に真空封入されている。したがって、流路５内に作動流体６を真空封入するコンテナ４は、この発明における真空容器となっている。
【００２１】
前述したように、この発明のヒートパイプ１のような振動型ヒートパイプの熱輸送能力を更に向上させるためには、例えばコンテナ４内に封入される作動流体６をより高速で移動させることが可能な構成が望まれる。そこで、この発明に係るヒートパイプ１は、コンテナ４の受熱部２に位置する流路５の内表面、およびコンテナ４の放熱部３に位置する流路５の内表面に、液相の作動流体６に対する濡れ性が高い親液性表面１０が形成されている。そして、コンテナ４の受熱部２と放熱部３との中間部分７に位置する流路５の内表面に、前記の親液性表面１０よりも液相の作動流体６に対する濡れ性が低い疎液性表面１１が形成されている。
【００２２】
親液性表面１０は、例えば作動流体６として純水を用いた場合、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ２）や二酸化スズ（ＳｎＯ２）などの親水性を示す材料を、上記のような受熱部２および放熱部３に位置する流路５の内表面にコーティングすることにより形成することができる。
【００２３】
一方、疎液性表面１１は、例えば作動流体６として純水を用いた場合、例えばフッ素樹脂あるいはシリコン系やパラフィン系の材料などの疎水性もしくは撥水性を示す材料を、上記のような受熱部２と放熱部３との中間部分７に位置する流路５の内表面にコーティングすることにより形成することができる。あるいは、上記のような受熱部２と放熱部３との中間部分７に位置する流路５の内表面に、微細な凹凸形状が連続するいわゆるフラクタル構造の表面層を生成することにより、疎液性表面１１を形成することができる。
【００２４】
上記のように構成された振動型ヒートパイプ１の作用について説明する。ヒートパイプ１のコンテナ４の受熱部２を加熱すると、その受熱部２からコンテナ４内に熱が取り込まれ、その熱によってコンテナ４の内部の流路５に封入された作動流体６の一部が流路５内の受熱部２に位置する個所で蒸発する。そして、コンテナ４の放熱部３を冷却して、その放熱部３から放熱させると、受熱部２で蒸発した作動流体６の蒸気が、中間部分７を経て流路５内の放熱部３に位置する部分に流動した後に凝縮する。すなわち、コンテナ４の受熱部２と放熱部３との間で、作動流体６の潜熱として熱が輸送される。
【００２５】
このとき、受熱部２と放熱部３との間の中間部分７に位置する流路５の内表面に、上記のように疎液性表面１０が形成されていることから、中間部分７を作動流体６が流動する際の流動抵抗が低くなり、作動流体６は中間部分７をより高速で移動することになる。
【００２６】
一方、受熱部２および放熱部３に位置する流路５の内表面に、上記のように親液性表面１１が形成されていることから、上記のように中間部分７を高速で移動してきた作動流体６が、受熱部２もしくは放熱部３に位置する流路５の内表面に形成された親液性表面１１の親和力で、その親液性表面１１に引き付けられ、その結果、作動流体６はより一層高速に移動することになる。
【００２７】
以上のように、この発明に係る振動型ヒートパイプ１によれば、コンテナ４の受熱部２と放熱部３との間の中間部分７に位置する流路５の内表面が、液相の作動流体６との間の濡れ性が低い、すなわち液相の作動流体６に対して撥液性が高い疎液性表面１１として形成される。そのため、コンテナ４の上記のような中間部分７を作動流体６が流動する際の流動抵抗が低くなり、その結果、作動流体６をより高速で移動させることができる。さらに、受熱部２および放熱部３に位置する流路５の内表面が、液相の作動流体６との間の濡れ性が高い、すなわち液相の作動流体６に対する親和力が大きい親液性表面１０として形成されている。そのため、上記のように中間部分７を高速で移動してきた作動流体６を親和力で引き付けることになり、その結果、作動流体６をより一層高速で移動させることができる。したがって、振動型ヒートパイプ１におけるコンテナ４内の作動流体６の移動を、上記のようにより一層高速に行うことができ、その結果、この振動型ヒートパイプ１の熱輸送能力を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…ヒートパイプ（振動型ヒートパイプ）、  ２…受熱部、  ３…放熱部、  ４…コンテナ（真空容器）、  ５…流路、  ６…作動流体、  ６ｇ…ボイド（気相）、  ６ｒ…液滴（液相）、  ７…中間部分、  １０…親液性表面、  １１…疎液性表面。
【図１】
2011237156.tif 000003