(57)【要約】【課題】本発明は、熱抵抗を軽減して効率のよい熱交換が可能となるとともに、構造簡単で部品点数も少なくて済み、コストを低減できる熱交換器を得ることにある。【解決手段】熱交換器は、一方向に配列された複数の貫通孔(10)する異方性多孔質材料により構成された本体(9)を備えている。貫通孔(10)は、ヒートパイプ(5)が嵌まり込む少なくとも一つの第１の孔(11)と、冷媒が流れる複数の第２の孔(12)と、を含んでいる。第２の孔(12)の直径(D2)は、第１の孔(11)の直径(D2)よりも小さく設定されている。【選択図】図１
2011190965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に配列された複数の貫通孔を有する異方性多孔質材料により構成された本体を備え、
前記貫通孔は、ヒートパイプが嵌まり込む少なくとも一つの第１の孔と、冷媒が流れる複数の第２の孔と、を含むとともに、前記第２の孔の直径が前記第１の孔の直径よりも小さく設定されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記ヒートパイプは、前記本体を加圧して前記第１の孔を径方向に変形させることで、前記本体に固定されるとともに前記本体に対し熱的に接続されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記第１の孔の内面と前記ヒートパイプの外周面との間に熱伝導部材が介在されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記第２の孔の直径は、前記第１の孔の直径の１／１０以下であることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１の記載において、前記第２の孔に冷媒としての空気を供給するファンをさらに備えていることを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
熱源の熱を受ける受熱部と、
前記熱源の熱を放出する放熱部と、
前記受熱部に熱的に接続された第１の端部と、前記放熱部に熱的に接続された第２の端部とを有し、前記受熱部に伝えられた前記熱源の熱を前記放熱部に移送するヒートパイプと、を具備し、
前記放熱部は、一方向に配列された複数の貫通孔を有する異方性多孔質材料により構成され、前記貫通孔は、前記ヒートパイプの前記第２の端部が嵌まり込む少なくとも一つの第１の孔と、冷媒が流れる複数の第２の孔と、を含むとともに、前記第２の孔の直径が前記第１の孔の直径よりも小さく設定されていることを特徴とする熱輸送装置。
【請求項７】
受熱部と、
放熱部と、
前記受熱部に熱的に接続された第１の端部と、前記放熱部に熱的に接続された第２の端部とを有するヒートパイプと、を具備し、
前記受熱部および前記放熱部は、夫々一方向に配列された複数の貫通孔を有する異方性多孔質材料により構成され、
前記受熱部の前記貫通孔は、前記ヒートパイプの前記第１の端部が嵌まり込む少なくとも一つの第１の孔と、熱流体が流れる複数の第２の孔とを含むとともに、前記第２の孔の直径が前記第１の孔の直径よりも小さく設定され、
前記放熱部の前記貫通孔は、前記ヒートパイプの第２の端部が嵌まり込む少なくとも一つの第３の孔と、被加熱流体が流れる複数の第４の孔とを含むとともに、前記第４の孔の直径が前記第３の孔の直径よりも小さく設定されていることを特徴とする熱輸送装置。
【請求項８】
請求項７の記載において、前記ヒートパイプの前記第１の端部は、前記受熱部を加圧して前記第１の孔を径方向に変形させることで、前記受熱部に固定されるとともに前記受熱部に対し熱的に接続され、
前記ヒートパイプの前記第２の端部は、前記放熱部を加圧して前記第３の孔を径方向に変形させることで、前記放熱部に固定されるとともに前記放熱部に対し熱的に接続されていることを特徴とする熱輸送装置。
【請求項９】
請求項８の記載において、前記受熱部の第１の孔の内面と前記ヒートパイプの第１の端部の外周面との間、および前記放熱部の第３の孔の内面と前記ヒートパイプの第２の端部の外周面との間の少なくともいずれか一方に熱伝導部材が介在されていることを特徴とする熱輸送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方性多孔質材料により構成された本体を有する熱交換器に係り、特にヒートパイプから本体に移送された熱を効率よく冷媒に伝えるための構造に関する。さらに、本発明は、受熱部と放熱部との間をヒートパイプで熱的に接続した熱輸送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＩＧＢＴやＭＰＵのような電子部品は、高出力化、高性能化に伴い動作中の発熱量が急激に増加する傾向にある。
【０００３】
一方、この種の電子部品を搭載したポータブルコンピュータのような電子機器では、携帯性および商品価値を高めるため、電子機器の外郭となる筐体のコンパクト化が推し進められている。これにより、前記電子部品を始めとする複数の構成要素が前記筐体内に高密度で収容されており、それ故、発熱する電子部品の熱を筐体の外に効率よく排出することが電子機器の信頼性の観点から重要となっている。
【０００４】
発熱する電子部品の熱を除去する手段としては、従来からヒートパイプが知られている。ヒートパイプは、パイプ状のコンテナの内部に封入された作動流体が液体から気体へと相変化する際の潜熱を利用して熱の移送を行うため、大量の熱を移送できる利点がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示された液体回収装置は、気体と液体とが混じり合った流体が通過する気液分離部および流体拡散部を備え、これらに気液分離部および流体拡散部に熱を吸収する熱交換部が付設されている。
【０００６】
熱交換部は、ケーシング、複数のフィンおよびヒートパイプを備えている。ケーシングは、熱伝達性能に優れた金属素材で形成され、気液分離部の外周面および流体拡散部の外周面に付着されている。フィンは、ケーシングから一体的に突出されている。
【０００７】
ヒートパイプは、気液分離部および流体拡散部の内部に挿入された受熱部と、気液分離部および流体拡散部の外に引き出された放熱部とを有している。放熱部は、気液分離部の外周面とケーシングとの間および流体拡散部の外周面とケーシングとの間に介在されて、ケーシングのフィンに熱的に接続されている。
【０００８】
特許文献１の構成によると、気液分離部および流体拡散部の熱がヒートパイプを介してケーシングに移送されるとともに、ケーシングのフィンから大気中に放出される。これにより、気液分離部および流体拡散部を予め設定された温度に冷却することができる。
【０００９】
したがって、気液分離部および流体拡散部を通過する流体が水蒸気であっても、この水蒸気を凝縮させて液化させることができ、気体から液体に変換された流体を効率よく回収することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２０００２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示された液体回収装置において、気液分離部および流体拡散部の熱をヒートパイプでフィンに移送する時、熱交換部の全熱抵抗は、(i) ヒートパイプ内の蒸気と気液分離部および流体拡散部との間の熱抵抗、(ii) ヒートパイプ内の蒸気とフィンを有するケーシングとの間の熱抵抗、(iii) ヒートパイプ内の蒸気流による熱抵抗、の総和で表すことができる。
【００１２】
そのため、前記三つの熱抵抗を個々に低減させることができれば、熱交換部の熱抵抗を少なく抑えることができ、気液分離部および流体拡散部の熱をケーシングからフィンに効率よく伝えることができる。
【００１３】
しかしながら、特許文献１の熱交換部によると、放熱用のフィンを有するケーシングは、気液分離部および流体拡散部とは別の独立した構成要素であるため、ケーシングは、気液分離部の外周面および流体拡散部の外周面に対し夫々機械的な手段により接合しなくてはならない。そのため、ケーシングと気液分離部の外周面との接合部分およびケーシングと流体拡散部の外周面との接合部分に熱伝達を妨げるような大きな熱抵抗が生じるのを否めない。
【００１４】
さらに、ヒートパイプと放熱用のフィンを有するケーシングとの接触が部分的であるため、ヒートパイプ内の蒸気とフィンを有するケーシングとの間の熱抵抗が大きくなる。
【００１５】
加えて、ヒートパイプの他にフィンを有する専用のケーシングを必要とするので、熱交換部の部品点数が多くなるのを避けられない。よって、熱交換部の構成が複雑化し、熱交換部のコストアップを招く要因となるといった不具合が生じてくる。
【００１６】
本発明の目的は、熱抵抗を軽減して効率のよい熱交換が可能となるとともに、構造簡単で部品点数も少なくて済み、コストを低減できる熱交換器を得ることにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、受熱部および放熱部の熱抵抗を少なく抑えて、熱流体の熱を効率よく被過熱流体に伝えることができる熱輸送装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る熱交換器は、  
一方向に配列された複数の貫通孔を有する異方性多孔質材料により構成された本体を備えている。前記貫通孔は、ヒートパイプが嵌まり込む少なくとも一つの第１の孔と、冷媒が流れる複数の第２の孔と、を含むとともに、前記第２の孔の直径が前記第１の孔の直径よりも小さく設定されている。
【００１９】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る熱輸送装置は、  
受熱部と、放熱部と、前記受熱部に熱的に接続された第１の端部および前記放熱部に熱的に接続された第２の端部を有するヒートパイプと、を備えている。  
前記受熱部および前記放熱部は、夫々一方向に配列された複数の貫通孔を有する異方性多孔質材料により構成されている。前記受熱部の前記貫通孔は、前記ヒートパイプの前記第１の端部が嵌まり込む少なくとも一つの第１の孔と、熱流体が流れる複数の第２の孔とを含むとともに、前記第２の孔の直径が前記第１の孔の直径よりも小さく設定されている。前記放熱部の前記貫通孔は、前記ヒートパイプの第２の端部が嵌まり込む少なくとも一つの第３の孔と、被加熱流体が流れる複数の第４の孔とを含むとともに、前記第４の孔の直径が前記第３の孔の直径よりも小さく設定されている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の熱交換器によれば、ヒートパイプと本体との熱接続部分の熱抵抗を低減できるとともに、本体自体の熱抵抗を小さく抑えることができる。加えて、冷媒が流れる第２の孔を高密度に配置できるので、冷媒と本体との接触面積が増大し、本体と冷媒との間での熱交換を効率よく行い、さらに本体自体の熱抵抗を低減することができる。
【００２１】
さらに、第２の孔を流れる冷媒によって本体が直接冷やされるので、放熱用のフィンを有する専用の構成要素を省略することができる。これにより、熱交換器の部品点数を削減して、熱交換器の構成を簡素化することができ、コストの低減が可能となる。
【００２２】
本発明の熱輸送装置によれば、ヒートパイプと受熱部およびヒートパイプと放熱部との熱接続部分の熱抵抗を低減できるとともに、受熱部および放熱部の夫々の熱抵抗を小さく抑えることができる。加えて、熱流体が流れる第２の孔および被加熱流体が流れる第４の孔を夫々高密度に配置できるので、熱流体と受熱部との接触面積が増大するとともに、被加熱流体と放熱部との接触面積が増大する。よって、受熱部および放熱部の夫々において効率のよい熱交換が可能となり、熱流体の熱を効率よく被加熱流体に伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱輸送装置の斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態で用いる熱交換器とヒートパイプとの接続部分の断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る熱輸送装置の斜視図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る熱輸送装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明の第１の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、例えばＩＧＢＴやＭＰＵのような熱源１を冷却するための熱輸送装置２を開示している。熱輸送装置２は、受熱部３、放熱部４および３本のヒートパイプ５を備えている。
【００２６】
受熱部３は、例えば異方性多孔質材料によって構成された本体６を備えている。異方性多孔質材料としては、例えば銅やアルミニウムのような熱伝導性に優れた金属を用いることが望ましい。受熱部３の本体６は、熱源１に対応した大きさを有する四角いブロック状をなしており、熱源１に熱的に接続されている。
【００２７】
本体６は、例えば三つの嵌合孔７を有している。嵌合孔７は、受熱部３に対し同一の方向に延びているとともに、互いに間隔を存して配列されている。嵌合孔７は、例えば円形の断面形状を有し、その直径が数ｍｍから１０ｍｍ程度に定められている。
【００２８】
本実施の形態では、受熱部３の本体６は、三つの孔が形成された複数の金属製の薄板を互いに積層して接合することで構成されている。薄板に孔を開ける方法としては、例えばフォトエッチングやエレクトロフォーミングのような化学的な腐食を利用した化学処理プロセス、ならびにドリルによる切削加工、プレス加工、放電加工、レーザ加工のような機械加工プロセスを用いることができる。孔が開けられた複数の薄板は、孔が同軸状に揃うように積層されており、各薄板の孔が同軸状に一列に並ぶことで前記嵌合孔７が形成される。
【００２９】
放熱部４は、熱源１の熱を放出する熱交換器の一例であって、異方性多孔質材料により構成された本体９を備えている。異方性多孔質材料としては、受熱部３と同様に熱伝導性に優れた金属を用いることが望ましい。
【００３０】
放熱部４の本体９は、受熱部３よりも大きな四角いブロック状をなしており、熱源１から離れた位置に設置されている。本体９は、複数の貫通孔１０を有している。貫通孔１０は、放熱部４に対し同一の方向に延びているとともに、互いに間隔を存してマトリクス状に配列されている。貫通孔１０の一端は、本体９の一方の端面９ａに開口されている。貫通孔１０の他端は、本体９の他方の端面９ｂに開口されている。
【００３１】
図１および図２に示すように、貫通孔１０は、三つの第１の孔１１と、第１の孔１１よりも遥かに多くの第２の孔１２とを含んでいる。第１の孔１１は、本体９の下端部に横方向に一列に並んでいる。第１の孔１１は、例えば円形の断面形状を有するとともに、その直径Ｄ１が前記受熱部３の嵌合孔７の直径に対応するように数ｍｍから１０ｍｍ程度に定められている。
【００３２】
第２の孔１２は、本体９のうち第１の孔１１よりも上方の領域に高密度に分配されている。第２の孔１２は、例えば円形の断面形状を有するとともに、その直径Ｄ２が第１の孔１１の直径Ｄ１の１／１０以下、具体的には、数十μｍ〜数百μｍ程度に定められている。
【００３３】
本実施の形態では、放熱部４の本体９は、例えば三つの孔およびこれら孔よりも遥かに多くの微細孔が形成された複数の金属製の薄板を互いに積層して接合することで構成されている。薄板に孔および微細孔を開ける方法としては、前記受熱部３と同様の化学処理プロセス又は機械加工プロセスを用いることができる。
【００３４】
複数の薄板は、孔および微細孔が夫々同軸状に揃うように積層されている。これにより、各薄板の孔が同軸状に並ぶことで前記第１の孔１１が形成され、薄板の微細孔が同軸状に並ぶことで前記第２の孔１２が形成される。
【００３５】
前記三本のヒートパイプ５は、受熱部３に伝えられた熱源１の熱を放熱部４に移送するためのものである。各ヒートパイプ５は、中空のパイプ状をなす金属製コンテナ１４を有している。揮発性の作動流体がコンテナ１４の内部に封入されている。ヒートパイプ５は、受熱端となる第１の端部１５ａと、放熱端となる第２の端部１５ｂとを有している。
【００３６】
ヒートパイプ５の第１の端部１５ａは、受熱部３の嵌合孔７に嵌め込まれている。本実施の形態では、受熱部３の本体６を加圧して嵌合孔７を径方向に変形させることにより、この嵌合孔７の内面で第１の端部１５ａの外周面を径方向に沿う外側から締め付けている。この締め付けにより、ヒートパイプ５の第１の端部１５ａが受熱部３に固定されるとともに、受熱部３に対し熱的に接続される。
【００３７】
ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂは、放熱部４の第１の孔１１に嵌め込まれている。本実施の形態では、放熱部４の本体９を第１および第２の孔１１，１２の径方向に加圧することで、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂを放熱部４に固定している。
【００３８】
具体的に述べると、第１の孔１１の直径Ｄ１は、第２の孔１２の直径Ｄ２よりも少なくとも１０倍大きいので、放熱部４の本体９を加圧すると、第１の孔１１の周囲に応力集中が発生する。これにより、第１の孔１１のみが直径Ｄ１を減じる方向に変形し、第１の孔１１の内面でヒートパイプ５の第２の端部１５ｂが径方向に沿う外側から締め付けられる。この結果、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂが放熱部４に固定されるとともに、放熱部４に対し熱的に接続される。
【００３９】
さらに本実施の形態では、第１の孔１１の内面とヒートパイプ５の第２の端部１５ｂの外周面との間に熱伝導部材１６が介在されている。熱伝導部材１６は、第１の孔１１を変形させた際に、第１の孔１１の内面と第２の端部１５ｂの外周面との間に生じる微細な隙間を埋めるためのものである。熱伝導部材１６としては、例えば熱伝導性グリース又は銅めっき層や銀めっき層のような金属めっき層を用いることができる。
【００４０】
熱伝導性グリースは、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂを放熱部４の第１の孔１１に挿入する以前に、第２の端部１５ｂの外周面あるいは第１の孔１１の内面の少なくともいずれか一方に塗布されている。そのため、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂを第１の孔１１に挿入することで、熱伝導性グリースが第２の端部１５ｂの外周面と第１の孔１１の内面との間に充填される。充填された熱伝導性グリースは、放熱部４の本体９を加圧した時に、第２の端部１５ｂの外周面と第１の孔１１の内面との間に生じた隙間に入り込んで、熱伝導の妨げとなる隙間を埋める。
【００４１】
一方、金属めっき層は、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂを放熱部４の第１の孔１１に挿入する以前に、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂの外周面又は第１の孔１１の内面に形成されている。金属めっき層は、放熱部４の本体９を加圧して第１の孔１１の内面でヒートパイプ５の第２の端部１５ｂを締め付けた後に、放熱部４を加熱することで一時的に溶融される。これにより、溶融された金属めっき層が第２の端部１５ｂの外周面と第１の孔１１の内面との間に生じた隙間に入り込んで、熱伝導の妨げとなる隙間を埋める。
【００４２】
したがって、第２の端部１５ｂの外周面と第１の孔１１の内面との間に、熱伝導性グリースあるいは金属めっき層のような熱伝導部材１６を隙間なく充填することで、ヒートパイプ５と放熱部４との接続部分の熱抵抗を低減させることができる。
【００４３】
なお、この種の熱伝導部材１６は、ヒートパイプ５の第１の端部１５ａの外周面と受熱部３の嵌合孔７の内周面との間にも介在させることが望ましい。このことにより、ヒートパイプ５と受熱部３との接続部分の熱抵抗を低減させることができる。
【００４４】
前記放熱部４の第２の孔１２は、例えば冷媒としての空気を流通させるためのものである。これにより、空気は、自然対流により第２の孔１２を通って放熱部４の本体９を通過し、この放熱部４を内側から冷却する。
【００４５】
次に、熱源１から発せられた熱が放熱部４から放出されるまでのプロセスについて説明する。
【００４６】
熱源１から受熱部３に伝えられた熱は、受熱部３の嵌合孔７の内面の全面からヒートパイプ５の第１の端部１５ａに伝達される。この熱伝導により、第１の端部１５ａの内部の作動流体が加熱されて蒸気となる。この蒸気は、コンテナ１４の中央の通路を通って第１の端部１５ａから第２の端部１５ｂに移動する。
【００４７】
第２の端部１５ｂは、放熱部４の第１の孔１１に嵌め込まれて、放熱部４に熱的に接続されている。さらに、放熱部４は、第２の孔１２を通過する空気により内側から冷却されているので、放熱部４に熱的に接続されたヒートパイプ５の第２の端部１５ｂは、第１の端部１５ａよりも低温に保たれている。
【００４８】
したがって、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂに移動された蒸気は、第２の端部１５ｂで凝縮し、潜熱を放出する。凝縮により液化された作動流体は、毛細管力によりコンテナ１４の内面を伝わって第１の端部１５ａに戻り、再び受熱部３で熱源１の熱を受けて蒸発する。このように作動流体が蒸発・凝縮を繰り返すことで、熱源１の熱が受熱部３から放熱部４に向けて移送される。
【００４９】
作動流体の凝縮により放出された熱は、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂの外周面から放熱部４の第１の孔１１の内面の全面を通じて放熱部４の本体９に伝達される。本体９に伝えられた熱は、本体９の外周面から大気中に放出されるとともに、第２の孔１２を伝わる空気の流れに乗じて放熱部４の外に放出される。
【００５０】
このような第１の実施の形態によれば、異方性多孔質材料により構成された受熱部３は、ヒートパイプ５の第１の端部１５ａが嵌まり込む嵌合孔７を有している。そのため、受熱部３は、嵌合孔７の内面全面からヒートパイプ５の第１の端部１５ａに熱を伝えることができ、ヒートパイプ５と受熱部３との接触面積を十分に確保できる。
【００５１】
同様に、異方性多孔質材料により構成された放熱部４は、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂが嵌まり込む第１の孔１１を有している。これにより、放熱部４は、第１の孔１１の内面全面でヒートパイプ５の第２の端部１５ｂから放出された熱を受けることができ、ヒートパイプ５と放熱部４との接触面積を十分に確保できる。
【００５２】
この結果、ヒートパイプ５と受熱部３との熱接続部分の熱抵抗およびヒートパイプ５と放熱部４との熱接続部分の熱抵抗を低減することができ、熱源１の熱を受熱部３から放熱部４に効率よく移送することができる。
【００５３】
しかも、放熱部４を異方性多孔質材料により構成したことに伴い、放熱部４にヒートパイプ５が嵌まり込む第１の孔１１と、冷媒としての空気が流れる第２の孔１２とを一体に形成することができる。このため、熱を受ける第１の孔１１と空気で冷やされる第２の孔１２との間に機械的な接合部分が存在せず、放熱部４の本体９の内部の熱抵抗を小さく抑えることができる。
【００５４】
さらに、第２の孔１２の直径Ｄ２は、第１の孔１１の直径Ｄ１の１／１０以下と非常に小さいので、放熱部４に数多くの第２の孔１２を高密度に配置することができる。このため、第２の孔１２の表面積の総和が増大し、第２の孔１２を流れる空気と放熱部４との接触面積を飛躍的に高めることができる。したがって、放熱部４と第２の孔１２を流れる空気との間での熱交換を効率よく行うことができ、放熱部４の放熱性能が向上する。
【００５５】
加えて、第１の実施の形態によれば、ヒートパイプ５から熱を受ける放熱部４が第２の孔１０を流れる空気で直接冷やされるので、放熱用のフィンを有する専用の構成要素を放熱部４に付加する必要はない。
【００５６】
よって、放熱部４の部品点数を削減して、放熱部４の構成を簡素化することが可能となり、熱輸送装置２のコストを低減することができる。
【００５７】
本発明は前記第１の実施の形態に特定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施可能である。
【００５８】
例えば、放熱部の貫通孔の断面形状は円形に限らず、貫通孔の断面形状を矩形状や多角形状として、放熱部の本体をハニカム構造としてもよい。
【００５９】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る熱輸送装置２０を開示している。この第２の実施の形態は、熱輸送装置２０の放熱部４を強制的に空冷するようにした点が前記第１の実施の形態と相違している。これ以外の熱輸送装置２０の基本的な構成は第１の実施の形態と同様である。そのため、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
図３に示すように、軸流形のファン２１が放熱部４の本体９に付設されている。ファン２１は、四角いファンケーシング２２と、ファンケーシング２２に収容された一対のインペラ２３ａ，２３ｂとを備えている。ファンケーシング２２は、本体９の一方の端面９ａに支持されて、第２の孔１２と向かい合う吐出口（図示せず）を有している。インペラ２３ａ，２３ｂは、モータからのトルクを受けてファンケーシング２２内で回転する。
【００６１】
インペラ２３ａ，２３ｂが回転すると、ファンケーシング２２の吸込口２４ａ，２４ｂから空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は、吐出口から放熱部４の本体９に向けて吹き出すとともに、第２の孔１２に流れ込む。これにより、冷媒としての空気が第２の孔１２を通過し、放熱部４の本体９を内側から強制的に冷やす。
【００６２】
このような第２の実施の形態によれば、ファン２１から送られる空気を放熱部４の第２の孔１２に供給することで、放熱部４の本体９を強制的に冷却することができる。これにより、ヒートパイプ５を介して放熱部４に移送された熱源１の熱を、第２の孔１２を通過する空気の流れに乗じて放熱部４から速やかに除去することができる。
【００６３】
したがって、放熱部４と第２の孔１２を流れる空気との間での熱交換を効率よく行うことができ、放熱部４の放熱性能をより一層高めることができる。
【００６４】
さらに、空気が流れる第２の孔１２は、放熱部４の本体９に高密度に配列されているので、第２の孔１２の直径がμｍスケールであっても、本体９に対する第２の孔１２の開口率が大きくなる。よって、ファン２１から送風された空気が第２の孔１２に流入する時の圧力損失を小さく抑えることができ、ファン２１から送られる空気を利用して放熱部４を効率よく冷却することができる。
【００６５】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る熱輸送装置３０を開示している。この熱輸送装置３０は、例えば工場排水から熱を回収する処理装置に適用されるものであり、受熱部３１、放熱部３２および前記第１の実施の形態と同様の３本のヒートパイプ５を備えている。
【００６６】
受熱部３１は、異方性多孔質材料により構成された本体３４を備えている。異方性多孔質材料としては、例えば銅やアルミニウムのような熱伝導性に優れた金属を用いることが望ましい。
【００６７】
受熱部３１の本体３４は、四角いブロック状をなすとともに、複数の貫通孔３５を有している。貫通孔３５は、受熱部３１に対し同一の方向に延びているとともに、互いに間隔を存してマトリクス状に配列されている。
【００６８】
貫通孔３５は、三つの第１の孔３６と、第１の孔３６よりも遥かに多くの第２の孔３７とを含んでいる。第１の孔３６は、本体３４の下端部に横方向に一列に並んでいる。第１の孔１１は、例えば円形の断面形状を有するとともに、その直径がヒートパイプ５の第１の端部１５ａの直径に対応するように、数ｍｍから１０ｍｍ程度に定められている。
【００６９】
第２の孔３７は、本体３４のうち第１の孔３６よりも上方の領域に高密度に分配されている。第２の孔３７は、例えば円形の断面形状を有するとともに、その直径が第１の孔３６の１／１０以下、具体的には、数十μｍ〜数百μｍ程度に定められている。
【００７０】
受熱部３１の第２の孔３７は、高温の工場排水が流れる排水管路３８の途中に接続されている。工場排水は、熱流体の一例であって、受熱部３１の全ての第２の孔３７を一様に通過するように流れる。
【００７１】
本実施の形態では、受熱部３１の本体３４は、例えば三つの孔およびこれら孔よりも遥かに多くの微細孔が形成された複数の金属製の薄板を互いに積層して接合することで構成されている。薄板に孔および微細孔を開ける方法としては、前記第１の実施の形態と同様のプロセスを用いることができる。
【００７２】
複数の薄板は、孔および微細孔が夫々同軸状に揃うように積層されている。これにより、各薄板の孔が同軸状に並ぶことで前記第１の孔３６が形成され、薄板の微細孔が同軸状に並ぶことで前記第２の孔３７が形成される。
【００７３】
一方、前記放熱部３２は、異方性多孔質材料により構成された本体４０を備えている。異方性多孔質材料としては、前記受熱部３１と同様に熱伝導性に優れた金属を用いることが望ましい。
【００７４】
放熱部３２の本体４０は、四角いブロック状をなすとともに、複数の貫通孔４１を有している。貫通孔４１は、放熱部３２に対し同一の方向に延びているとともに、互いに間隔を存してマトリクス状に配列されている。貫通孔４１は、三つの第３の孔４２と、第３の孔４２よりも遥かに多くの第４の孔４３とを含んでいる。
【００７５】
第３の孔４２は、本体４０の下端部に横方向に一列に並んでいる。第３の孔４２は、例えば円形の断面形状を有するとともに、その直径がヒートパイプ５の第２の端部１５ｂの直径に対応するように、数ｍｍから１０ｍｍ程度に定められている。
【００７６】
第４の孔４３は、本体４０のうち第３の孔４２よりも上方の領域に高密度に分配されている。第４の孔４３は、例えば円形の断面形状を有するとともに、その直径が第３の孔４２の直径の１／１０以下、具体的には、数十μｍ〜数百μｍ程度に定められている。
【００７７】
放熱部３２の第４の孔４３は、加熱すべき水、空気のような被加熱流体が流れる供給管路４４の途中に接続されている。被加熱流体は、放熱部３１の全ての第４の孔４３を一様に通過するように流れる。
【００７８】
本実施の形態では、放熱部３２の本体４０は、例えば三つの孔およびこれら孔よりも遥かに多くの微細孔が形成された複数の金属製の薄板を互いに積層して接合することで構成されている。薄板に孔および微細孔を開ける方法としては、前記第１の実施の形態と同様のプロセスを用いることができる。
【００７９】
複数の薄板は、孔および微細孔が夫々同軸状に揃うように積層されている。これにより、各薄板の孔が同軸状に並ぶことで前記第３の孔４２が形成され、薄板の微細孔が同軸状に並ぶことで前記第４の孔４３が形成される。
【００８０】
ヒートパイプ５の第１の端部１５ａは、受熱部３１の第１の孔３６に嵌め込まれるとともに、前記第１の実施の形態と同様の方法で受熱部３１に熱的に接続されている。ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂは、放熱部３２の第３の孔４２に嵌め込まれるとともに、前記第１の実施の形態と同様の方法で放熱部３２に熱的に接続されている。
【００８１】
次に、排水管路３８を流れる工場排水の熱で供給管路４４を流れる被加熱流体を加熱するプロセスについて説明する。
【００８２】
排水管路３８から受熱部３１に導かれた高温の工場排水は、受熱部３１の全ての第２の孔３７を通過するように流れる。この流れの過程で工場排水の熱が受熱部３１の本体３４に伝わり、本体３４が加熱される。第２の孔３７を通過する過程で熱を奪われた工場排水は、排水管路３８を伝わって所定の場所に排出される。
【００８３】
受熱部３１の本体３４に伝えられた工場排水の熱は、受熱部３１の第１の孔３６の内面の全面からヒートパイプ５の第１の端部１５ａに伝達される。この熱伝導により、第１の端部１５ａの内部の作動流体が加熱されて蒸気となる。この蒸気は、コンテナ１４の中央の通路を通って第１の端部１５ａから第２の端部１５ｂに移動する。
【００８４】
ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂは、放熱部３２の第３の孔４２に嵌め込まれて、放熱部３２に熱的に接続されている。さらに、第２の端部１５ｂは、第１の端部１５ａよりも低温に保たれている。このため、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂに移動された蒸気は、第２の端部１５ｂで凝縮し、熱を放出する。凝縮により液化された作動流体は、毛細管力によりコンテナ１４の内面を伝わって第１の端部１５ａに戻り、再び受熱部３１で工場排水の熱を受けて蒸発する。このように作動流体が蒸発・凝縮を繰り返すことで、工場排水の熱が受熱部３１から放熱部３２に向けて移送される。
【００８５】
作動流体の凝縮により放出された熱は、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂの外周面から放熱部３２の本体４０に伝達される。放熱部３２に伝えられた熱は、第４の孔４３の内面全面から第４の孔４３を流通する被加熱流体に伝えられる。この熱伝導により、第４の孔４３を通過する被加熱流体が加熱されることになり、工場排水の熱が被加熱流体を暖めるために再利用される。
【００８６】
このような第３の実施の形態によれば、異方性多孔質材料により構成された受熱部３１は、ヒートパイプ５の第１の端部１５ａが嵌まり込む第１の孔３６を有している。そのため、受熱部３１は、第１の孔３６の内面全面からヒートパイプ５の第１の端部１５ａに熱を伝えることができ、ヒートパイプ５と受熱部３１との接触面積を十分に確保できる。
【００８７】
同様に、異方性多孔質材料により構成された放熱部３２は、ヒートパイプ５の第２の端部１５ｂが嵌まり込む第３の孔４２を有している。これにより、放熱部３２は、第３の孔４２の内面全面でヒートパイプ５の第２の端部１５ｂから放出された熱を受けることができ、ヒートパイプ５と放熱部３２との接触面積を十分に確保することができる。
【００８８】
この結果、ヒートパイプ５と受熱部３１との熱接続部分の熱抵抗およびヒートパイプ５と放熱部３２との熱接続部分の熱抵抗を低減することができ、工場排水から受熱部３１に伝えられた熱を効率よく放熱部３２に移送することができる。
【００８９】
しかも、受熱部３１を異方性多孔質材料により構成したことに伴い、受熱部３１に工場排水が流れる第２の孔３７と、ヒートパイプ５の第１の端部１５ａが嵌まり込む第１の孔３６とを一体に形成することができる。このため、工場排水の熱を受ける第２の孔３７とヒートパイプ５に熱を伝える第１の孔３６との間に機械的な接合部分が存在せず、受熱部３１の本体３４の内部の熱抵抗を小さく抑えることができる。
【００９０】
さらに、第２の孔３７の直径は、第１の孔３６の直径の１／１０以下と非常に小さいので、受熱部３１に数多くの第２の孔３７を高密度に配置することができる。このため、第２の孔３７の表面積の総和が増大し、第２の孔３７を流れる工場排水と受熱部３１との接触面積を飛躍的に高めることができる。
【００９１】
したがって、受熱部３１と第２の孔３７を流れる工場排水との間での熱交換を効率よく行うことができ、受熱部３１で工場排水の熱を効率よく奪うことができる。
【００９２】
一方、放熱部３２を異方性多孔質材料により構成したことに伴い、放熱部３２にヒートパイプ５の第２の端部１５ｂが嵌まり込む第３の孔４２と、被加熱流体が流れる第４の孔４３とを一体に形成することができる。このため、工場排水の熱を受ける第３の孔４２と被加熱流体に熱を伝える第４の孔４３との間に機械的な接合部分が存在せず、放熱部３２の本体４０の内部の熱抵抗を小さく抑えることができる。
【００９３】
さらに、第４の孔４３の直径は、第３の孔４２の直径の１／１０以下と非常に小さいので、放熱部３２に数多くの第４の孔４３を高密度に配置することができる。このため、第４の孔４３の表面積の総和が増大し、第４の孔４３を流れる被加熱流体と放熱部３２との接触面積を飛躍的に高めることができる。
【００９４】
したがって、放熱部３２と第４の孔４３を流れる被加熱流体との間での熱交換を効率よく行うことができ、放熱部３２で工場排水から移送された熱を効率よく被加熱流体に伝えることができる。
【００９５】
なお、本発明において、受熱部の熱を放熱部に移送するヒートパイプの本数は前記実施の形態に特定されるものではなく、ヒートパイプは１本あるいは４本以上としてもよい。
【００９６】
さらに、異方性多孔質材料の形状も四角いブロック状に限るものではなく、熱源や設置スペース等から異方性多孔質材料の形状を例えば半円形状とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、受熱部と放熱部との間をヒートパイプで熱的に接続した熱輸送装置に適用することで、受熱部および放熱部の夫々において効率のよい熱交換が可能となる。
【符号の説明】
【００９８】
３，３１…受熱部、４，３２…放熱部、５…ヒートパイプ、９，４０…本体、１０，３５，４１…貫通孔、１１，３６…第１の孔、１２，３７…第２の孔、１５ａ…第１の端部、１５ｂ…第２の端部、４２…第３の孔、４３…第４の孔。
【図１】
2011190965.tif 000003
【図２】
2011190965.tif 000004
【図３】
2011190965.tif 000005
【図４】
2011190965.tif 000006