(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水または有機物からなる溶媒と、前記溶媒中に分散される複数の微小粒子と、前記微小粒子に接触して前記微小粒子を前記溶媒中に分散させる分散剤と、を含んで構成される熱輸送流体を、熱源から受熱する第１の流路部から、当該熱源から受熱しない第２の流路部へと流下させて熱輸送する熱輸送システムであって、
前記分散剤は、前記微小粒子に吸着する直鎖状の官能基と、前記溶媒の分子との親和性を備える親和性の官能基と、を有し、熱に応じて形状が変化する熱感応性を有する物質であり、
前記複数の微小粒子の分散状態は、前記第１の流路部と前記第２の流路部とで異なり、前記複数の微小粒子が前記熱輸送流体中で集まって凝集を形成するサイズは、前記第２の流路部よりも前記第１の流路部を流れるときの方が大きく、
前記第２の流路部において前記分散剤は、前記親和性の官能基を外側に出すように前記直鎖状の官能基が放射状に延びることにより、複数の微小粒子を分散させ、
前記第１の流路部において前記分散剤は、前記親和性の官能基が内側に位置し、前記直鎖状の官能基が外側に位置するように形状変化することにより、複数の微小粒子を凝集させることを特徴とする熱輸送システム。
【請求項２】
前記熱輸送流体が前記第２の流路部から流下して前記第１の流路部に流入する前に、当該熱輸送流体を攪拌する攪拌装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱輸送システム。
【請求項３】
前記微小粒子はカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱輸送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶媒、溶媒中に分散する微小粒子、及び微小粒子を分散させる分散剤を有する熱輸送流体を用いて熱輸送を行う熱輸送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば熱交換器内に充填される熱輸送流体について、熱伝導効率の向上を図るために、界面活性剤の添加によりカーボンナノチューブをエチレングリコール等のベース液体中に安定的に分散させる技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の技術は、ベース液体中に、カーボンナノチューブと、セルロース誘導体またはそのナトリウム塩を添加して熱輸送流体を構成することにより、セルロース誘導体を分散剤として用いて、ベース液体中にカーボンナノチューブを安定して分散させることができ、大幅な動粘度の増加を伴うことなく熱伝導率を向上させることができるものである。
【０００４】
また特許文献２に記載の技術は、ベース液体中に、カーボンナノチューブと、ＧＰＣ測定による平均分子量が６０００〜３００００であるカルボキシメチルセルロースナトリウム塩を添加して熱輸送流体を構成することにより、当該平均分子量が６０００〜３００００であるカルボキシメチルセルロースナトリウム塩を分散剤として用いてベース液体中にカーボンナノチューブを安定して分散させることができ、大幅な動粘度の増加を伴うことなく熱伝導率を向上させることができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１５２０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８９９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１または特許文献２に記載の熱輸送流体に限らず、ベース液体中に分散されているカーボンナノチューブは、ロッド状、ワイヤ状の形状を呈する。このような形状の分散物質が分散する熱輸送流体を熱交換器等の流路に流通させた場合、分散物質の長軸が熱輸送流体の流れ方向に沿うような姿勢で配向され易くなる。つまり、分散物質は、その軸線と熱輸送流体の速度ベクトルが同じ方向を向くような姿勢でベース液体中に分散する。ベース液体中の多くの分散物質がこのような姿勢で分散すると、熱輸送流体の流れ方向に対して直交する方向には、カーボンナノチューブの熱伝導性能が十分に作用せず、当該直交方向の伝熱効果が十分に得られないという問題がある。
【０００７】
一方、当該直交方向の伝熱効果を向上するためには、流路を流れる多数のカーボンナノチューブが、流体流れ方向に長軸が向くものと向かないものが混在する不規則、ランダムな配向を示す状態になればよい。しかしながら、熱輸送流体が流通するシステムにおいて、カーボンナノチューブが常時ランダムな配向状態であると、流体の粘度が増加してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、伝熱性能と粘度抑制との両立を図る熱輸送流体を用いて良好な熱輸送性能を有する熱輸送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明は、水または有機物からなる溶媒と、溶媒中に分散される複数の微小粒子と、微小粒子に接触して微小粒子を溶媒中に分散させる分散剤と、を含んで構成される熱輸送流体を、熱源から受熱する第１の流路部から、当該熱源から受熱しない第２の流路部へと流下させて熱輸送する熱輸送システムに係る発明であって、
分散剤は、微小粒子に吸着する直鎖状の官能基と、溶媒の分子との親和性を備える親和性の官能基と、を有し、熱に応じて形状が変化する熱感応性を有する物質であり、
複数の微小粒子の分散状態は、第１の流路部と第２の流路部とで異なり、複数の微小粒子が熱輸送流体中で集まって凝集を形成するサイズは、第２の流路部よりも第１の流路部を流れるときの方が大きく、
第２の流路部において分散剤は、親和性の官能基を外側に出すように直鎖状の官能基が放射状に延びることにより、複数の微小粒子を分散させ、
第１の流路部において分散剤は、親和性の官能基が内側に位置し、直鎖状の官能基が外側に位置するように形状変化することにより、複数の微小粒子を凝集させることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、熱輸送流体に複数含まれる微小粒子は、熱源の熱が伝わる第１の流路部において集まって凝集し、流下した後、第２の流路部で凝集のサイズが小さくなって、流体流れにしたがって散らばるようになる。これにより、熱輸送流体は、第１の流路部においては流体流れにしたがわず、不規則な姿勢で凝集するため、このような微小粒子の凝集に伴って熱伝導率が向上し、さらに第２の流路部においては第１の流路部での凝集状態が解除されて粘度が低下する。したがって、熱輸送システムを構成する流路を流通する過程で、熱輸送流体の伝熱性能と粘度抑制との両立を図れるので、良好な熱輸送性能を有する熱輸送システムを提供することができる。
【００１１】
また、請求項１の発明によると、分散剤は、熱に応じて形状が変化する熱感応性を有することにより、熱に応じて形状が変化するため、第１の流路部と第２の流路部とではその形状が異なるようになる。分散剤はこの形状の違いにより、例えば、溶媒に対して親和する状態と親和しない状態とに分散状態を変化することができる。したがって、微小粒子は、第１の流路部と第２の流路部で、個々に分散する状態と、凝集する状態とに、より確実に変化するので、熱輸送流体の伝熱性能と粘度抑制との両立をより確実に実現することができる。
さらに分散剤は、第２の流路部において、親和性の官能基を外側に出すように直鎖状の官能基が放射状に延びることにより、複数の微小粒子を分散させ、第１の流路部において、親和性の官能基が内側に位置し直鎖状の官能基が外側に位置するように形状変化することにより、複数の微小粒子を凝集させる。これにより、第２の流路部において微小粒子は、多数の放射状に延びる官能基によって取り囲まれる形態で、それぞれ単独で溶媒中に分散する（単独分散状態ともいう）。また、第１の流路部において微小粒子は、溶媒中で親和部分が内側にあって疎水部分が外側に出るため、凝集して塊を形成するとともに、流体流れ方向に長軸が向くものと向かないものが混在する不規則、ランダムな配向を示す状態（ランダム配向状態ともいう）になる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の熱輸送システムにおいて、熱輸送流体が第２の流路部から流下して第１の流路部に流入する前に熱輸送流体を攪拌する攪拌装置を備えることを特徴とする。この発明によれば、熱輸送流体中の微小粒子は、第１の流路部に流入する前に攪拌されるため、第２の流路部での分散状態から、配向性が乱された状態になって第１の流路部に流入するようになる。このため、予め配向性が乱された状態から第１の流路部で凝集するので、多数の微小粒子をより不規則な姿勢で凝集させることができる。
【００１３】
請求項３の発明によると、請求項１または請求項２に記載の微小粒子はカーボンナノチューブであることを特徴とする。この発明によれば、カーボンナノチューブはその形状がロッド状、ワイヤ状であるため、熱輸送流体中で、流体流れに向く配向性を示すことが顕著に見られる微小粒子である。このため、上記各発明の熱輸送システムに適用することによって顕著な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用する第１実施形態に係る熱輸送流体が流通する熱輸送システムを説明するための模式図である。
【図２】第１実施形態の熱輸送システムの低温度流域における熱輸送流体中のカーボンナノチューブの分散状態を説明するための説明図である。
【図３】図２に示す分散状態をさらに詳細に示す模式図である。
【図４】第１実施形態の熱輸送システムの高温度流域における熱輸送流体中のカーボンナノチューブの分散状態を説明するための説明図である。
【図５】図４に示す分散状態をさらに詳細に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明を適用する熱輸送流体及び熱輸送システムの第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態の熱輸送流体１は、熱源からの熱を外部に伝達、輸送し、機器の冷却や加熱に用いられる。
【００１６】
熱輸送流体１は、水または有機物からなる溶媒２と、溶媒２中に分散される複数の微小粒子の一例であるカーボンナノチューブ３と、カーボンナノチューブ３に接触してカーボンナノチューブ３を溶媒２中に分散させる分散剤４と、を含んで構成される。熱輸送流体１に用いられる溶媒２は、例えば水等の単一の成分からなる。溶媒２は、例えば水または有機物（例えば、１価アルコール類、多価アルコール類等）である。溶媒２は、分散状態のカーボンナノチューブ３を運搬する流体とすることができる。この流体は、液体、あるいは気体によって提供されうる。流体は、単一もしくは複数の成分から構成されうる。例えば、流体として水、液状の高分子を用いることができる。さらに、流体として、混合物を用いることができる。混合物には、例えば、水、エチレングリコール、１価アルコール類、及び多価アルコール類の少なくとも２つの混合物、またはこの混合物と他の機能成分との混合物を用いることができる。
【００１７】
微小粒子、例えば、各カーボンナノチューブ３は、ナノメートルまたはマイクロメートルオーダーサイズである。カーボンナノチューブ３は、炭素による六員環構造等が単層または多層の同軸管状に形成された物質である。各カーボンナノチューブ３は、分散剤４が付着した状態で溶媒分子に取り囲まれる形態で熱輸送流体１中に分散している。
【００１８】
熱輸送流体１は、カーボンナノチューブ３に吸着する官能基を有する分散剤４を含む。分散剤４は、カーボンナノチューブ３の表面に吸着する基である直鎖状の官能基４ａと、溶媒２の分子との高い親和性を有する官能基４ｂと、を有する物質である。分散剤４は、金属もしくは酸化物に吸着する性質を備えた官能基を有することが好ましく、例えば、アミノ基（ＮＨ２基）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ基）、イソプロピル基（（ＣＨ３）２ＣＨ基）等から選ばれる１または２以上の官能基を有する構造を採用することができる。また、分散剤４は、親水性を備えた官能基４ｂを有することが好ましく、例えば、アミノ基（ＮＨ２基）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ基）、水酸基（ＯＨ基）、及びスルホ基（ＳＯ３Ｈ基）から選ばれる１または２以上の官能基を有する構造を採用することができる。これによれば、溶媒２が水の場合に優れた親和性を発揮する。
【００１９】
そして、カーボンナノチューブ３の表面にこうした官能基４ａ，４ｂを有する分散剤４が配列されることにより、分散剤４の間や表面に溶媒分子が取り込まれてカーボンナノチューブ３の周囲に溶媒分子が集合するようになり、各カーボンナノチューブ３が熱輸送流体１中に安定的に分散する。
【００２０】
熱輸送流体１の分散剤４としては、所定の温度で形状が変化する特性を有する物質が用いられる。例えば、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド(N-isopropylacrylamide)を分散剤４として採用することができる。ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドは、温度応答性ポリマーであって、熱に応じて形状が変化する熱感応性を有する。ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドは、側鎖に親水性部分と疎水性部分両方を持つポリマーである。すなわち、約３５℃で側鎖の疎水性部分であるイソプロピル基（官能基４ａ）によって分子内、分子間において疎水結合が強まりポリマー鎖が凝集し、約３０℃で親水性部分のアミド結合（官能基４ｂ）と水分子とが結合するため、水に溶解する。
【００２１】
また、分散剤４として、熱感応性を有する[2-(2-エトキシエトキシ)エチル]ビニルエーテル（2-(2-ethoxy)ethoxyethyl vinylether）を採用することができる。[2-(2-エトキシエトキシ)エチル]ビニルエーテルは、約４０℃で側鎖の疎水性部分である官能基４ａによって分子内、分子間において疎水結合が強まり側鎖が凝集し、約３５℃で親水性部分である官能基４ｂと水分子とが結合するため、水に溶解する。
【００２２】
熱輸送流体１は、例えば、溶媒２にカーボンナノチューブ３、分散剤４を混ぜ、この流体に対して、超音波振動処理や遠心力を活用した攪拌処理を行うことにより、十分に混合させて作成することができる。
【００２３】
図１は、第１実施形態に係る熱輸送流体が流通する熱輸送システムを説明するための模式図である。図１に示すように、熱輸送システム１０は、熱源１３の熱を熱輸送流体１を介して輸送する装置であり、例えば熱源１３の熱は車両用エンジンの熱であり、熱輸送流体はこの熱を受熱して、ラジエータを通じて空気等の冷却性流体に放熱する。
【００２４】
熱輸送システム１０は、第１の流路部１１と、第１の流路部１１と連通するように設けられた第２の流路部１２と、第１の流路部１１及び第２の流路部１２を接続する循環流路に熱輸送流体を循環させるポンプ１４と、を少なくとも備える。第１の流路部１１は、熱輸送流体１が流通するときに外部から受熱する流路であり、熱源１３に熱的に接続されている。第２の流路部１２は、熱輸送流体１が流通するときに外部に放熱する流路であり、例えば、熱交換器の流路を構成する。熱輸送流体１は、具体的には、高温側である第１の流路部１１と低温側である第２の流路部１２とを連絡する循環流路を、循環手段であるポンプ１４によって強制的に循環することになる。
【００２５】
図２は、熱輸送システム１０の第２の流路部１２（低温度流域）における熱輸送流体１中のカーボンナノチューブ３の分散状態を説明するための説明図である。なお、理解を容易にするため、図２には分散剤４等を図示していない。図３は、図２に示す分散状態をさらに詳細に示す模式図である。
【００２６】
図２に示すように、熱源１３等からの放熱がない、比較的低温度流域である第２の流路部１２において、熱輸送流体１に含まれるカーボンナノチューブ３は、溶媒２中において、熱輸送流体１に流れ方向に対してその長軸が向くように配向され易い。つまり、ロッド状やワイヤ状を呈するカーボンナノチューブ３は、例えば、熱輸送流体１が流れる管内流路の内壁面に沿う流れ方向にその長手方向を向ける姿勢で存在して溶媒２に分散する。これは、各カーボンナノチューブ３が、流路における熱輸送流体の流れにしたがって、管内流れの速度ベクトルに対して流動抵抗を小さくするような軸線の姿勢となって溶媒２中に分散するからである。
【００２７】
第２の流路部１２におけるカーボンナノチューブ３と分散剤４の状態を説明する。図３に示すように、各カーボンナノチューブ３には多数の官能基４ａが吸着し、カーボンナノチューブ３を取り囲むように分散剤４が付着することにより、各カーボンナノチューブ３は安定的に分散している。換言すれば、第２の流路部１２において分散剤４は、その熱感応性によって疎水部分の側鎖（官能基４ａ）が放射状に延び、親水部分（官能基４ｂ）を外側に出すように疎水部分の側鎖が形状変化する。これにより、カーボンナノチューブ３は、多数の放射状に延びる官能基４ａ，４ｂによって取り囲まれる形態で、それぞれ単独で溶媒２中に分散する（単独分散状態ともいう）。さらに、各カーボンナノチューブ３は、流体流れ方向に向いた配向状態をとるようになっている。
【００２８】
熱伝導に寄与する分散物質、すなわちカーボンナノチューブ３の多くが流体中にこのような姿勢で分散すると、熱輸送流体１の流れ方向に対して直交する方向には、カーボンナノチューブ３の熱伝導性能が十分に作用しないが、一方で、単独分散状態が顕著であるため、流体の粘度を抑制できることになる。流体の粘度抑制により、流体の流動抵抗を低減できるので、熱輸送システム１０全体の熱輸送能力を向上でき、また、ポンプ１４の消費エネルギーを低減することができる。
【００２９】
次に、第１の流路部１１における熱輸送流体１中の微小粒子と分散剤の状態について説明する。図４は、熱輸送システム１０の第１の流路部１１（高温度流域）における熱輸送流体１中のカーボンナノチューブ３の分散状態を説明するための説明図である。なお、理解を容易にするため、図４には分散剤４等を図示していない。図５は、図４に示す分散状態をさらに詳細に示す模式図である。
【００３０】
図４に示すように、熱輸送システム１０の第１の流路部１１において、流路を流れる多数のカーボンナノチューブ３は、分散剤４の熱感応性によって凝集して塊を形成するとともに、流体流れ方向に長軸が向くものと向かないものが混在する不規則、ランダムな配向を示す状態（ランダム配向状態ともいう）になる。さらに、図５に示すように、第１の流路部１１において分散剤４は、その熱感応性によって疎水部分の側鎖（官能基４ａ）が凝集し、例えば、親水部分（官能基４ｂ）を内側に取り囲むように疎水部分の側鎖が形状変化する。これにより、溶媒２中で親水部分が内側にあって疎水部分が外側に出るため、複数のカーボンナノチューブ３は凝集して塊を形成するとともに、流体流れ方向に長軸が向くものと向かないものが混在する不規則、ランダムな配向を示す状態（ランダム配向状態ともいう）になる。
【００３１】
このように、第１の流路部１１と第２の流路部１２とでカーボンナノチューブ３の分散状態は異なるため、複数のカーボンナノチューブ３が熱輸送流体１中で凝集するサイズは、第２の流路部１２よりも第１の流路部１１における方が大きくなる。熱輸送システム１０で起こる上記の単独分散状態とランダム配向状態は、熱源１３から熱を奪う第１の流路部１１において顕著に現れる現象であり、本願発明に係る分散剤の熱感応性に伴う特有の作用効果である。
【００３２】
図４及び図５に示すように、熱輸送システム１０の流路において、流体中の多数の微小粒子が常時、ランダム配向状態であると、流体流れ方向に対する直交方向に伝熱効果が向上して流体の熱伝導率が向上する。この一方で、複数の粒子が凝集して大きな塊を形成するため、流体の粘度が増加してしまうという問題がある。しかしながら、熱輸送流体１が第１の流路部１１を流出して第２の流路部１２を流れるときには当該凝集状態が徐々に解消されて、流体流れ方向に向いた配向状態で単独に分散し、粘度が低下するため、熱輸送システム１０全体として粘度の抑制が図れ、熱輸送流体として所望の機能を発揮できるのである。
【００３３】
また、熱輸送システム１０は、熱輸送流体１が第２の流路部１２から流下して第１の流路部１１に流入する前に熱輸送流体１を攪拌する攪拌装置１５を備えるようにしてもよい。攪拌装置１５は、流体流れを揺動させる発振器、旋回流形成装置、超音波振動装置、流体攪拌子、カルマン渦発生装置等により実現することができる。
【００３４】
以下、各装置について概要を説明する。
【００３５】
流体流れを揺動させる発振器は、流体攪拌機能として、容器内に流入した熱輸送流体１の噴流に渦を形成して、当該噴流をスウィングするように揺動させる作用を奏する発振器である。当該発振器は、容器と、熱輸送流体１が容器内に流入するときの入口通路を形成するノズルとを備えて構成される。ノズルが形成する入口通路の高さ寸法は、容器の通路高さ寸法よりも小さく形成されている。当該発振器によれば、容器内で規則的に反復継続される噴流が揺動する流れを形成することができる。したがって、この継続的な揺動流によって、第１の流路部１１の手前で、熱輸送流体１中の単独分散状態にあるカーボンナノチューブ３を動かして不規則な姿勢となるように攪拌することができ、第１の流路部１１でのランダム配向状態に移行する前にカーボンナノチューブ３の配向性を予め乱すことができる。
【００３６】
旋回流形成装置は、円筒状の容器と、容器の内壁面に開口した流入口に接続された流入配管内の通路であって容器の内壁面の接線方向に沿って延びる流入通路と、を備えて構成されている。流入配管内の流入通路から円筒状の容器内に流入する熱輸送流体１は、容器を形成する内壁面に沿うように流れる。当該内壁面は円筒状であるので、熱輸送流体１は容器内部で外側から内側に向かう円を描くように旋回流を形成するようになる。この旋回流形成装置によれば、容器内に形成される旋回流によって、第１の流路部１１の手前で、熱輸送流体１中の単独分散状態にあるカーボンナノチューブ３をかき回して不規則な姿勢となるように攪拌することができ、第１の流路部１１でのランダム配向状態に移行する前にカーボンナノチューブ３の配向性を予め乱すことができる。
【００３７】
超音波振動装置は、容器内の熱輸送流体１を超音波振動させる装置である。超音波装置は、超音波振動を発生する超音波振動子と、超音波振動子に接続される振動部材とを容器内に備えて構成されている。超音波振動子は、バッテリ等から給電される電気エネルギーを超音波機械振動に変換する素子であり、そこで発生した超音波振動は振動部材に伝わり、振動部材の先端がその長さ方向に超音波の振動数で振動する。この振動部材の振動が振動部材の周囲の熱輸送流体１に伝達され、容器内の熱輸送流体１が攪拌されることになる。この超音波振動装置によれば、超音波振動によって、第１の流路部１１の手前で、熱輸送流体１中の単独分散状態にあるカーボンナノチューブ３を振動させて不規則な姿勢となるように攪拌することができ、第１の流路部１１でのランダム配向状態に移行する前にカーボンナノチューブ３の配向性を予め乱すことができる。
【００３８】
流体攪拌子は、容器内に、回転軸部が駆動されることにより連動して回転する攪拌子を備える。攪拌子は、例えば羽根車、放射状に延びる複数個のブレードによって構成することができ、回転軸部の回転に伴って容器内の熱輸送流体１をかき混ぜる。この流体攪拌子によれば、攪拌子の回転によって、第１の流路部１１の手前で、熱輸送流体１中の単独分散状態にあるカーボンナノチューブ３をかき回して不規則な姿勢となるように攪拌することができ、第１の流路部１１でのランダム配向状態に移行する前にカーボンナノチューブ３の配向性を予め乱すことができる。
【００３９】
カルマン渦発生装置は、容器内に配置される少なくとも１本の円柱部材によって構成されている。容器内に設けられる円柱部材は、熱輸送流体１が衝突することにより円柱部材の後流側にカルマン渦を形成する。当該円柱部材は、その軸方向を水平方向、鉛直方向を含む任意の方向に軸方向を向けて配置するようにしてもよい。また、カルマン渦発生装置は、容器内に複数本の円柱部材を配置することにより構成してもよい。このカルマン渦発生装置によれば、円柱部材後方のカルマン渦の生成によって、第１の流路部１１の手前で、熱輸送流体１中の単独分散状態にあるカーボンナノチューブ３をかき回して不規則な姿勢となるように攪拌することができ、第１の流路部１１でのランダム配向状態に移行する前にカーボンナノチューブ３の配向性を予め乱すことができる。
【００４０】
（熱輸送システム１０の適用例）
熱輸送システム１０は、例えば、インバータ冷却用、燃料電池冷却用、二次電池冷却用、モータ冷却用、電子機器の素子冷却用に用いることができ、加熱用途としては、給湯用、床暖房用、浴室暖房用等にも適用することができる。
【００４１】
本実施形態に係る熱輸送システム１０がもたらす作用効果を以下に述べる。熱輸送システム１０は、水または有機物からなる溶媒２と、溶媒２中に分散される複数の微小粒子としてのカーボンナノチューブ３と、カーボンナノチューブ３に接触してカーボンナノチューブ３を溶媒２中に分散させる分散剤４と、を含んで構成される熱輸送流体１を流路に流通させて、熱源１３からの熱を受熱する第１の流路部１１から第２の流路部１２へ輸送するシステムである。複数のカーボンナノチューブ３の分散状態は、第１の流路部１１と第２の流路部１２とで異なり、複数のカーボンナノチューブ３が熱輸送流体１中で凝集するサイズは、第２の流路部１２よりも第１の流路部１１における方が大きい。
【００４２】
この熱輸送システム１０によれば、熱輸送流体１に複数含まれる微小粒子は、熱源１３の熱が伝わる第１の流路部１１において集まって凝集し、流下した後、第２の流路部１２で凝集のサイズが小さくなって、流体流れにしたがって散らばるようになる。これにより、熱輸送流体１は、第１の流路部１１においては流体流れにしたがわず、不規則な姿勢で凝集するため、このような微小粒子の凝集に伴って熱伝導率が向上し、さらに第２の流路部１２においては第１の流路部１１での凝集状態が解除されて粘度が低下する。したがって、熱輸送システム１０を構成する流路を流通する過程で、熱輸送流体１の伝熱性能と粘度抑制との両立を図れる。これにより、良好な熱輸送性能を有する熱輸送システム１０が得られる。
【００４３】
また、分散剤４は、熱に応じて形状が変化する熱感応性を有する。この特性によれば、分散剤４は熱に応じて形状が変化するため、第１の流路部１１を流通するときと第２の流路部１２を流通するときとではその形状が異なるようになる。分散剤４はこの形状の違いにより、例えば、溶媒２に対して親和する状態と親和しない状態とに分散状態を変化することができる。したがって、微小粒子は、第１の流路部１１と第２の流路部１２で、個々に分散する状態と、凝集する状態とに、より確実に変化するので、熱輸送流体１の伝熱性能と粘度抑制との両立をより確実に実現することが可能である。
【００４４】
また、熱輸送システム１０は、熱輸送流体１が第２の流路部１２から流下して第１の流路部１１に流入する前に熱輸送流体１を攪拌する攪拌装置１５を備える。これによれば、熱輸送流体１中の微小粒子は、第１の流路部１１に流入する前に攪拌されるため、第２の流路部１２での分散状態から、配向性が乱された状態になって第１の流路部１１に流入するようになる。このため、予め配向性が乱された状態から上記のように第１の流路部１１で凝集するので、多数の微小粒子をより不規則な姿勢で凝集させることができる。したがって、微小粒子のランダム配向状態が顕著になるため、熱輸送流体１の熱伝導率をより確実に向上することができる。
【００４５】
また、熱輸送流体１に含まれる微小粒子はカーボンナノチューブ３であることが好ましい。これによれば、カーボンナノチューブ３はその形状がロッド状、ワイヤ状であるため、熱輸送流体１中で、流体流れに向く配向性を示すことが顕著に見られる微小粒子である。このため、熱輸送システム１０に適用することによって上記の効果がより顕著に得られる。
【００４６】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００４７】
上記の熱輸送流体１に含まれる微小粒子は、カーボンナノチューブ３に限定されるものではない。微小粒子は、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属、シリコン（Ｓｉ）、フッ素（Ｆ）等の無機物からなる粒子、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等の酸化物からなる粒子、あるいは樹脂等の有機物からなるポリマー粒子を用いることができる。また、微小粒子は、上記の金属、上記の無機物、上記の酸化物、樹脂等からなるポリマー粒子のうちから選択される２種類以上の物質から構成することもできる。
【００４８】
また、微小粒子として金を用いる場合には、この微小粒子に吸着する分散剤４に含まれる官能基４ａとしては、例えばチオール基（ＳＨ基）等を用いることができる。さらに具体的には、微小粒子に吸着する官能基４ａとしてチオール基を用い、溶媒分子が吸着する官能基４ｂとして水酸基からなるメルカプトコハク酸（Ｃ４Ｈ６Ｏ４Ｓ）を用いることができる。
【００４９】
また、分散剤４は、上記実施形態に示す構成の他、例えば、硫黄原子を少なくとも１つ以上含む有機物、環状有機物、４級アンモニウムを含む有機物、１級アミンを含む有機物を含むものであってもよい。より具体的には、例えば、ｎ−オクタデカンチオール、メルカトプコハク酸等を含んでもよい。
【００５０】
また、熱輸送流体１に含まれる溶媒２として、２種類の成分からなるものを用いてもよい。このうち１種類の溶媒としては凝固点降下作用を有するある液体を用いてもよい。例えば溶媒として水を用い、凝固点降下剤として酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等を用いることができる。こうした構造によれば、熱輸送流体の凝固点を降下させることで、寒冷地等における実用性をさらに高めることができる。さらに必要に応じて、凝固点降下剤に加えて防錆剤や酸化防止剤を、添加剤として熱輸送流体に含有させるようにしてもよい。なお、熱輸送流体の凝固点降下の必要性がなければ、凝固点降下剤を含有しない２種類以上の溶媒を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…熱輸送流体
２…溶媒
３…カーボンナノチューブ（微小粒子）
４…分散剤
１０…熱輸送システム
１３…熱源
１１…第１の流路部
１２…第２の流路部
１５…攪拌装置
【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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