(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器領域と、蒸発器領域と、前記凝縮器領域と前記蒸発器領域との間の領域と、を備える管系であって、熱輸送媒体を含み、かつ、前記凝縮器領域と前記蒸発器領域との間で熱ダイオードとして働く熱サイフォン原理に従って前記熱輸送媒体の受動的な二相輸送を行うように機能する管系と、
前記管系の前記凝縮器領域と前記蒸発器領域の少なくとも１つで熱伝導のために表面積を増やす多孔性構造を提供するように、前記管系の前記凝縮器領域と前記蒸発器領域の少なくとも１つには含まれるが、前記管系の前記凝縮器領域と前記蒸発器領域との間の前記領域には含まれない熱伝導マトリクス材料と、を備え、
前記熱伝導マトリクス材料は、複数のファイバからなるメッシュを含み、前記複数のファイバは、ランダムな直径、ランダムな長さ、及び、ランダムな空間的向きの少なくとも１つを備え、
前記メッシュは、前記メッシュによって増加した表面積に基づいて、所定の熱伝導率を達成しながら、毛細管力を最小にするように予め定められた多孔率を備える、熱サイフォンシステム。
【請求項２】
前記熱伝導マトリクス材料は、ランダムマトリクス構造とセミランダムマトリクス構造の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項３】
前記熱伝導マトリクス材料は、非ランダムマトリクス構造を含む、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項４】
前記熱輸送媒体は流体である、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項５】
前記熱伝導マトリクス材料は、前記管系の前記凝縮器領域の一部と、前記蒸発器領域の一部との少なくとも１つに含まれる、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項６】
前記熱伝導マトリクス材料は、前記管系の前記凝縮器領域と同じ範囲を占める領域と、前記蒸発器領域と同じ範囲を占める領域と、の少なくとも１つに含まれる、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項７】
前記メッシュは変形可能である、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項８】
前記熱伝導マトリクス材料は、熱伝導性ファイバと熱伝導性粒子の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項９】
前記熱伝導性ファイバと前記熱伝導性粒子の前記少なくとも１つは、銅及びアルミニウムからなる群の少なくとも１つで構成される、請求項８に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１０】
前記熱伝導マトリクス材料は焼結粉末である、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１１】
前記焼結粉末は、前記焼結粉末によって増加した表面積に基づいて、所定の熱伝導率を達成しながら、毛細管力を最小にするように予め定められた密度を備える、請求項１０に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１２】
前記熱伝導マトリクス材料は、複数の組立て式スクリーンの構成を備える、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１３】
前記構成は、前記複数の組立て式スクリーンを所定の数、含む、請求項１２に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１４】
前記複数の組立て式スクリーンの前記所定の数は、前記複数の組立て式スクリーンによって増加した表面積に基づいて、所定の熱伝導率を達成しながら、毛細管力を最小にするように決定される、請求項１３に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１５】
前記複数の組立て式スクリーンの前記構成は、ランダムな向きで積層される、請求項１２に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１６】
前記熱伝導マトリクス材料は螺旋リボン形状を有する、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１７】
前記熱伝導マトリクス材料の熱伝導率は、前記管系の熱伝導率以上である、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１８】
前記熱伝導マトリクス材料は、前記凝縮器領域に含まれる、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項１９】
前記熱伝導マトリクス材料は、前記蒸発器領域に含まれる、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項２０】
前記熱伝導マトリクス材料は、前記凝縮器領域と前記蒸発器領域とに含まれる、請求項１に記載の熱サイフォンシステム。
【請求項２１】
熱サイフォンシステムの管系であって、
前記管系の凝縮器領域と蒸発器領域の少なくとも１つで熱伝導のために表面積を増やす多孔性構造を提供するように、前記管系の前記凝縮器領域と前記管系の前記蒸発器領域の少なくとも１つで熱伝導のために表面積を増やすが、前記管系の前記凝縮器領域と前記蒸発器領域の間の領域では増やさない熱伝導マトリクス材料を備え、
前記管系は、熱輸送媒体を含み、かつ、前記凝縮器領域と前記蒸発器領域の間で熱ダイオードとして働く熱サイフォン原理に従って前記熱輸送媒体の受動的な二相輸送を行うように機能し、
前記熱伝導マトリクス材料は、複数のファイバからなるメッシュを含み、前記複数のファイバは、ランダムな直径、ランダムな長さ、及び、ランダムな空間的向きの少なくとも１つを備え、
前記メッシュは、前記メッシュによって増加した表面積に基づいて、所定の熱伝導率を達成しながら、毛細管力を最小にするように予め定められた多孔率を備える、熱サイフォンシステムの管系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、２０１４年１月２８日出願の仮特許出願番号６１／９３２，３７７の利益を主張し、その開示の全体を引用により本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本開示は、熱流束の増加に起因する好ましくない状況を最小限にしながら、熱サイフォンシステムの凝縮器領域及び／または蒸発器領域における熱伝導率を向上させることに関する。
【背景技術】
【０００３】
熱サイフォンシステムは、自然対流に基づいた熱の移動を伴う受動的な二相熱交換のプロセスを使用する。対流は、熱によって起こる流体の動きである。詳細には、高温の流体は、低温の流体より密度が低いので、低温の流体に対して上昇し、その後、重力の影響を受けて沈む傾向がある。この物理的効果により、機械式ポンプを必要とすることなく、流体によって運ばれて熱が伝達される。
【０００４】
熱サイフォンシステムは、熱交換に使用される流体（例えば、高圧冷媒)を含むパイプを備える。パイプは、パイプの凝縮器領域とパイプの蒸発器領域との間で流体の受動的二相輸送を行う。蒸発器領域は、物理的に、凝縮器領域の下に位置する。凝縮器領域の流体は、冷たくなると凝縮し、凝縮流体は、重力及び／または求心力によって、パイプの凝縮器領域から蒸発器領域に流れる。蒸発器領域において、流体は熱せられ、蒸発する。蒸発した流体は、次に、浮力によってパイプの蒸発器領域から凝縮器領域に流れる。流体は、熱交換中、この二相のプロセスを繰り返す。
【０００５】
二相の受動的熱輸送のために熱サイフォンシステムを用いる時、取り組む必要がある１つの問題は、熱サイフォンシステムを形成するパイプ（単数または複数）の蒸発器領域及び／または凝縮器領域における高熱流束状態を管理することである。例えば、熱サイフォンシステムのパイプの凝縮器領域（または、同様に、蒸発器領域)において、凝縮器領域の熱流束(単位時間に単位面積で伝えられる熱の量)の増加によって起こる損失及び／またはΔＴの増加（すなわち、温度差の増加）を受けることなく、熱伝導を増やすためには、凝縮器領域の表面積を増やす（すなわち、作動流体と、冷却機構、例えば、熱電冷却器と、の間の熱伝導のための表面積を増やす）必要がある。この問題に対する従来の解決法は、複雑な熱交換器またはマニホルドを用いて、熱交換のための表面積を増やすことを含む。これらの解決法は、一般的に、法外な費用がかかる。さらに、高圧冷媒を使う場合、高圧冷媒を安全に収容するために熱交換に用いる容器の壁を厚くする必要があるので、大幅な熱伝導損失となり（すなわち、熱伝導が妨げられ）、これらの解決法の利点は、さらに、打ち消される。
【０００６】
従って、熱サイフォン蒸発器及び／または凝縮器で高い熱伝導率を達成しながら、熱流束の増加に起因する欠点を軽減する機構の必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、熱伝導マトリクス材料を用いて熱サイフォンシステムを増強し、熱サイフォンシステムの所定の部分（単数または複数）で熱伝導のために表面積対体積比を増加させ、かつ、当該所定の部分（単数または複数）に隔離される毛細管力と流体同伴を最小にするシステム、装置、及び、方法に関する。熱サイフォンシステムの実施形態を開示する。ある実施形態においては、熱サイフォンシステムは、凝縮器領域と、蒸発器領域と、凝縮器領域と蒸発器領域との間の領域と、を含む管系を備える。管系は、熱輸送媒体を含み、かつ、熱サイフォン原理に従って凝縮器領域と蒸発器領域間で熱輸送媒体の受動的な二相輸送を行うように機能する。熱伝導マトリクス材料は、管系の凝縮器領域と蒸発器領域の少なくとも１つで熱伝導のための表面積を増加させるように、管系の凝縮器領域と蒸発器領域の少なくとも１つに含まれ、管系の凝縮器領域と蒸発器領域との間の領域には含まれない。このようにして、増強された熱サイフォンシステムによって、複雑で高価な熱交換器及び／またはマニホルドを用いることなく、熱流束の増加によって通常は引き起こされる好ましくない状況を軽減しながら、熱輸送を増やすことができる。
【０００８】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、ランダムマトリクス構造及びセミランダムマトリクス構造の少なくとも１つを含む。ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、非ランダムマトリクス構造を含む。ある実施形態においては、熱輸送媒体は流体である。
【０００９】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、管系の凝縮器領域の一部と蒸発器領域の一部との少なくとも１つに含まれる。ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、管系の凝縮器領域と同じ範囲を占める領域と、蒸発器領域と同じ範囲を占める領域との少なくとも１つに含まれる。
【００１０】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、複数のファイバからなるメッシュを含み、当該複数のファイバは、ランダムな直径、ランダムな長さ、及び、ランダムな空間的向きの少なくとも１つを含む。ある実施形態においては、メッシュは、メッシュによる表面積の増加に基づいて、所定の熱伝導率を達成しながら、毛細管力を最小にするように予め定められた多孔率を備える。ある実施形態においては、メッシュは変形可能である。
【００１１】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、熱伝導性ファイバと熱伝導性粒子の少なくとも１つを含む。ある実施形態においては、熱伝導性ファイバと熱伝導性粒子の少なくとも１つは、銅とアルミニウムからなる群の少なくとも１つから構成される。
【００１２】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は焼結粉末である。ある実施形態においては、焼結粉末は、焼結粉末による表面積の増加に基づいて、所定の熱伝導率を達成しながら、毛細管力を最小にするように予め定められた密度を備える。
【００１３】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、複数の組立て式スクリーンの構成を備える。ある実施形態においては、当該構成は、複数の組立て式スクリーンを所定の数、含む。ある実施形態においては、複数の組立て式スクリーンの所定の数は、当該複数の組立て式スクリーンによる表面積の増加に基づいて、所定の熱伝導率を達成しながら、毛細管力を最小にするように決定される。ある実施形態においては、複数の組立て式スクリーンからなる当該構成は、ランダムな向きに積層される。
【００１４】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料によって形成された構造は、管系の凝縮器領域及び蒸発器領域の少なくとも１つに含まれる時、多孔性構造である。ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、螺旋リボン形状を有する。
【００１５】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料の熱伝導率は、管系の熱伝導率以上である。
【００１６】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、凝縮器領域に含まれる。ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、蒸発器領域に含まれる。ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、凝縮器領域と蒸発器領域に含まれる。
【００１７】
熱サイフォンシステムの管系の実施形態も開示する。ある実施形態においては、熱サイフォンシステムの管系は、管系の凝縮器領域及び管系の蒸発器領域のうち少なくとも１つに、熱伝導のために表面積を増やす熱伝導マトリクス材料を含むが、管系の凝縮器領域と蒸発器領域との間の領域には熱伝導マトリクス材料を含まない、管系は、熱輸送媒体を含み、かつ、熱サイフォン原理に従って、凝縮器領域と蒸発器領域の間で熱輸送媒体の受動的な二相輸送を行うように機能する。
【００１８】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料は、熱伝導マトリクス材料の表面積の増加に基づいて、所定の熱伝導率を達成しながら、毛細管力を最小にするように予め定められた多孔率を備える。
【００１９】
当業者は、添付の図面に関連付けて、好適実施形態の以下の詳細な記載を読めば、本開示の範囲を理解し、本開示のさらなる態様を認識するであろう。
【００２０】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付図面は、開示の幾つかの態様を示し、記載と共に、開示の原理の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本開示のある実施形態に係る、熱交換ブロックに結合された輸送管を備える熱サイフォンシステムを示す図である。
【図２】本開示の実施形態に係る、図１の熱サイフォンシステムの１本の輸送管と熱交換ブロックの領域を示す図である。
【図３Ａ】本開示のある実施形態に係る、熱サイフォンシステムの管の凝縮器領域が熱伝導マトリクス材料を用いて増強された図１の熱交換ブロックを示す図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態に係る、熱サイフォンシステムの管の凝縮器領域内の熱伝導マトリクス材料を示す、図３Ａの熱交換ブロックの端面図である。
【図４】本開示の実施形態に係る、図３Ａ及び３Ｂの熱伝導マトリクス材料が組立て式スクリーンの積層体を備える実施形態を示す図である。
【図５】本開示のある実施形態に係る、図４の組立て式スクリーンの１つを示す図である。
【図６】本開示の実施形態に係る、図３Ａ及び３Ｂの熱伝導マトリクス材料が螺旋リボンである実施形態を示す図である。
【図７】本開示のある実施形態に係る、熱伝導マトリクス材料が熱サイフォンシステムの管の蒸発器領域に含まれる、図１の熱サイフォンシステムの１本の管及び熱交換ブロックを示す図である。
【図８】本開示のある実施形態に係る、熱伝導マトリクス材料が熱サイフォンシステムの同じ管の蒸発器領域と凝縮器領域の両方に含まれる、図１の熱サイフォンシステムの１本の管及び熱交換ブロックを示す図である。
【図９】本開示のある実施形態に係る、熱サイフォンシステムを増強する方法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】
【００２２】
以下に記載の実施形態は、当業者が実施形態を実践するのに必要な情報を表し、実施形態を実践するための最良の態様を例示する。添付の図面を踏まえて以下の記載を読むと、当業者は、開示の概念を理解し、本明細書では特に扱っていないこれらの概念の適用を理解するであろう。これらの概念及び適用は、本開示及び添付の請求項の範囲にあることは理解されたい。
【００２３】
本明細書では「第１」「第２」等の用語を用いて、様々な要素を記載し得るが、これらの要素は、これらの用語によって限定されないことも理解されたい。これらの用語は、１つの要素を他から区別するためにのみ用いられる。例えば、本開示の範囲を逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と称してもよく、同様に、第２の要素を第１の要素と称してもよい。本明細書において、「及び／または」という用語は、１つまたは複数の列挙した関連品目の任意の組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。
【００２４】
本明細書に記載の用語は、特定の実施形態を記載する目的のためだけに用いられており、開示を限定することを意図したものではない。本明細書では、文脈から明らかに異なる場合以外は、単数は、複数も含む。本明細書では、記載の特徴、ステップ、操作、要素、及び／または、構成要素の存在を規定する「備える」「備えた」「含む」及び「含んだ」という語は、１つまたは複数の他の特徴、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／または、それらのグループの存在または追加を排除しないことも理解されよう。
【００２５】
別段の定義の無い限り、本明細書で使用される（技術用語及び科学用語を含む)全ての用語は、本開示が属する当業者が一般に理解するのと同じ意味を有する。本明細書に記載の用語は、この明細書及び関連技術の文脈における意味と矛盾しない意味を有するものとして解釈すべきであり、本明細書で明記していない限り、理想化した、または、過度に改まった意味で解釈しないことは、理解されよう。
【００２６】
本開示は、熱伝導マトリクス材料を用いて熱サイフォンシステムを増強することによって、熱サイフォンシステムの所定の部分（単数または複数）で熱伝導のために表面積対体積比を増加させながら、当該所定の部分（単数または複数）に隔離された毛細管力及び流体同伴を最小化するシステム、装置、及び、方法に関する。熱サイフォンシステムの実施形態を開示する。ある実施形態においては、熱サイフォンシステムは、凝縮器領域、蒸発器領域と、凝縮器領域と蒸発器領域との間の領域と、を含む管系を備える。管系は、熱輸送媒体を含み、かつ、熱サイフォン原理に従って、凝縮器領域と蒸発器領域との間で熱輸送媒体の受動的な二相輸送を行うように機能する。熱伝導マトリクス材料は、管系の凝縮器領域と蒸発器領域の少なくとも１つで熱伝導のために表面積を増加させるように、管系の凝縮器領域と蒸発器領域の少なくとも１つに含まれるが、管系の凝縮器領域と蒸発器領域との間の領域には含まれない。このようにして、増強された熱サイフォンシステムは、複雑で高価な熱交換器もマニホルドも使わずに、熱流束の増加によって通常、引き起こされる好ましくない状況を軽減しながら、熱輸送を増加させることができる。
【００２７】
熱輸送装置に含まれる熱サイフォンシステムを、前後関係のため、また、開示の理解を助けるために簡単に記載するが、これは、熱サイフォンシステムの使用をいかなる特定の熱輸送装置にも限定するものではない。例えば、熱サイフォンシステムは、同一所有者及び同一出願人による米国特許出願公開番号２０１３／０２９１５５７「ＴＨＥＲＭＯＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＣＨＥＭＥ  ＦＯＲ  ＨＩＧＨ  ＥＦＦＩＥＮＣＹ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ（熱電熱交換システムに関するシステム及び方法）」で開示された熱電冷蔵庫等の熱輸送装置に含まれてよく、その全体を引用により本明細書に組み込むものとする。
【００２８】
熱電冷却システムは、熱サイフォンシステムに結合された冷却室の温度を低下させるように働く熱サイフォンシステムを備えてよい。熱サイフォンシステムは、冷却室からの熱を吸収する低温側熱交換器と、熱電冷却システムからの熱を外部環境に放出する高温側熱交換器とを備えてよく、それぞれ、熱サイフォンを備えてよい。冷却室からの熱を吸収し、熱を外部環境に放出するプロセスは、冷却室の温度を低下させる必要に応じて循環する。簡単にするために、熱電冷却システムの１つの熱サイフォンを、図面に関連付けて以下に記載する。
【００２９】
図１は、本開示のある実施形態に係る、複数の輸送管１２‐１〜１２‐６（本明細書では、通例、集合的に複数の輸送管１２、個別に輸送管１２と称する)を備える熱サイフォンシステム１０を示す。熱サイフォンシステム１０において、複数の輸送管１２のうちの少なくとも１つ、あるいは全ての輸送管の蒸発器領域及び／または凝縮器領域が、熱伝導マトリクス材料を用いて増強される。熱伝導マトリクス材料は、本明細書で言及するように、輸送管（単数または複数）１２の凝縮器領域及び／または蒸発器領域の少なくとも１部に含まれて、多孔性構造を提供し、輸送管（単数または複数）１２の凝縮器領域及び／または蒸発器領域内の熱輸送媒体と、輸送管（単数または複数）１２の凝縮器領域及び／または蒸発器領域の外部の熱輸送媒体と間の熱伝導のための表面積を増加させる熱伝導材料である。これについて、次にさらに詳しく記載する。熱伝導マトリクス材料は、アルミニウム、銅、ステンレススチール、または、任意の熱伝導材料の１つまたは複数の組み合わせを含む熱伝導材料から形成されてよい。ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料の熱伝導率は、熱伝導マトリクス材料を含む複数の輸送管１２の熱伝導率以上である。
【００３０】
以下に記載のように、熱伝導マトリクス材料は、輸送管（単数または複数）１２の蒸発器領域及び／または凝縮器領域で熱伝導の表面積を増加させることによって、熱流束を管理しながら、熱伝導を向上させる。これは、従来行われていたような複雑または高価なマニホルドを必要とせずに行うことができる。熱サイフォンシステム１０は、望ましい熱伝導となる任意の適切な適用で、用いられてよい。例えば、図１の熱サイフォンシステム１０は、例えば、同一所有者及び同一出願人による上記に示した米国特許出願公開番号２０１３／０２９１５５７で開示された熱電冷蔵庫で使用されてよい。しかしながら、熱サイフォンシステム１０は、それに限定されない。さらに、図１に示す熱サイフォンシステム１０の特定の構成は、一例に過ぎない。本明細書に記載の概念は、１つまたは複数の輸送管１２を含む任意の熱サイフォンシステムに等しく適用可能である。
【００３１】
図１の熱サイフォンシステム１０の複数の輸送管１２は、熱交換ブロック１４に結合される。複数の輸送管１２は、多様または均一の長さ、直径、形、及び、設計の幾つかの輸送管を含んでよい。各輸送管１２は、熱輸送媒体を二相受動的輸送するために配置され、熱サイフォンを具体化したものである。冷蔵庫で実施されると、複数の輸送管１２は、例えば、冷蔵庫の冷却室の両側面及び後ろの壁に沿って配置されてよい。図示のように、各輸送管１２は、一端で熱交換ブロック１４に結合され、他端で終了、または、別の輸送管１２に接続してループを形成する。複数の輸送管１２は、アルミニウム、銅、ステンレススチール、または、任意の他の熱伝導材料等、１つまたは複数の熱伝導材料の任意の組み合わせで形成されてよい。
【００３２】
この実施例において、連絡管１６は、熱交換ブロック１４に結合され、他端で終了して、取付部１８及び２０によって複数の輸送管１２に熱輸送媒体を追加、または、複数の輸送管１２から熱輸送媒体を除去できるようにする。熱輸送媒体は、熱サイフォン原理に従って熱を輸送できる任意の物質または物質の組み合わせであってよい。ある実施形態においては、熱輸送媒体は、二相間で変化する流体(本明細書では作動流体ともいう)（例えば、二相冷却剤）である。相の例は、気体、液体、または、プラズムを含む。
【００３３】
図２は、図１の熱サイフォンシステム１０を簡単な図で示す。図２では、分かりやすく、説明が簡単なように、複数の輸送管１２の１つの輸送管のみを示す。上記のように、輸送管１２は、熱サイフォンを具体化する。従って、図２は、図１の熱サイフォンシステム１０の１つの熱サイフォンを示すが、それは、理解を助けるためだけであって、その特徴は、図１に示す任意の及び全ての輸送管１２に適用可能である。図２に示すように、輸送管１２は、（地面に対して）蒸発器領域２４より上に位置する凝縮器領域２２と、と、凝縮器領域２２と蒸発器領域２４の間の断熱領域２６と、を備える。断熱領域２６は、対蹠的（antipodal）領域とも呼ばれてよい。断熱領域２６は、本明細書では、輸送管１２の熱輸送媒体とその周囲の間の熱を伝えない（または、ごく少量の熱を伝える）輸送管１２の領域である。
【００３４】
以下に記載のように、輸送管１２の断熱領域２６以外の凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４は、熱伝導マトリクス材料を含み、当該熱伝導マトリクス材料は、熱輸送媒体（例えば、作動流体)と凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４の外部の環境との間の熱伝導のために凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４内の表面積を増やす。凝縮器領域２２と蒸発器領域２４を断熱領域２６によって分けることによって、特に、凝縮器領域２２と蒸発器領域２４の両方に熱伝導マトリクス材料が含まれる場合、輸送管１２の熱ダイオード効果を維持する。詳細には、熱サイフォンの動作原理によって、熱サイフォンは、一方向に熱を伝える。言い換えると、熱サイフォンは、熱ダイオードとして働く。以下に記載するように、凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４に熱伝導マトリクス材料を追加する結果、凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４に毛細管力が発生し、少なくとも何らかの双方向熱輸送が起こり得る（すなわち、凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４は、熱伝導マトリクス材料を含むことによって、少なくとも幾分、ヒートパイプのように働いて、双方向に熱を伝える）。断熱領域２６に熱伝導マトリクス材料を含まないことによって、断熱領域２６は、熱サイフォン原理に従って動作し（すなわち、真の熱サイフォンとして働き)、それによって、一方向にのみ熱輸送を行う（すなわち、熱ダイオードとして働く)。従って、断熱領域２６は、輸送管１２の熱ダイオード効果を維持する。
【００３５】
凝縮器領域２２、蒸発器領域２４、及び、断熱領域２６は、図２に示す領域に限らない。むしろ、図２に指定した領域は、各領域の他の領域に対する位置を示すことによって、理解を助けるためにある。領域は、輸送管１２に沿って特定の固定した境界を持たなくてもよく、個々の実施に応じて変わってよい。
【００３６】
実際には、熱輸送媒体は、（例えば、輸送管１２に含まれる熱輸送媒体と、輸送管１２の蒸発器領域２４の外部の環境との間の伝導によって、）蒸発器領域２４で加熱される。蒸発した熱輸送媒体は、蒸発器領域２４から断熱領域２６を通って凝縮器領域２２に浮力によって移動する。凝縮器領域２２において、熱輸送媒体は、冷やされて、結果として生じる凝縮された熱輸送媒体は、重力及び／または求心力によって、断熱領域２６を通って蒸発器領域２４に戻る。この実施例においては、凝縮器領域２２が、蒸発器領域２４の温度より低い温度に冷やされる限り（例えば、熱輸送ブロック１４を介して輸送管１２の凝縮器領域２２を冷やすように働く熱電冷却器（単数または複数）が稼働している限り）、プロセスは、熱サイフォン原理に従って、このように繰り返す。
【００３７】
上記のように、受動的熱交換のための熱サイフォンシステムを用いる時、凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４の高熱流束状態の管理が難しいことが多い。例えば、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２の熱伝導を（例えば、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２の冷却に使用する熱電冷却器（単数または複数）への流れを増やすことによって）増加させると、凝縮器領域２２の熱流束が増加する。凝縮器領域２２の熱流束を管理しながら熱伝導を増加させるために、凝縮器領域２２において熱伝導のための表面積を増加させることが望ましい。従来、熱伝導のために表面積を増加させることは、複雑で高価な熱交換器及びマニホルドを用いて行われている。これらの解決法は複雑なので、法外な費用がかかり、望ましくない。従って、高熱流束状態を有効に管理できないことは、無視されることが多く、どの関連費用も、受動的な熱交換システムの使用に必要であるとみなされている。さらに、高圧冷媒を用いると、冷媒を安全に収容するために熱交換に使用する輸送管系の壁を厚くする必要があり、熱伝導を阻害するので、従来の解決法の利点は、さらに打ち消される。
【００３８】
本明細書に開示の実施形態は、例えば、銅もしくはアルミニウムのメッシュ、または、焼結粉末等のランダムまたはセミランダムの粒子またはファイバでできた高（熱）伝導マトリクスを追加することによって複数の輸送管１２内の表面積対体積比を大幅に増やし、それによって、熱サイフォンシステム１０の複数の輸送管１２の凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４の高熱流束状態を管理できるようにして、上記問題の解決法を提供する。このランダムまたはセミランダムのマトリクスは、熱サイフォンシステム１０の複数の輸送管１２の局所的な凝縮器領域２２または局所的な蒸発器領域２４のいずれか、または両方において熱サイフォンシステム１０を増強するが、熱サイフォンシステム１０の非稼働または強化していない領域（すなわち、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２と蒸発器領域２４の間の断熱領域２６）は増強しない。ランダムまたはセミランダム熱伝導マトリクス材料の場所は、熱吸収または熱遮断のための所望の適用によって決まってよい。例えば、熱伝導マトリクス材料は、熱サイフォンシステム１０の凝縮器領域２２に位置する熱交換ブロック１４の複数の輸送管１２に含まれてよい。
【００３９】
図３Ａは、本開示のある実施形態に係る、図１及び図２の熱交換ブロック１４を示す。図３Ａにおいては、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２は、熱伝導マトリクス材料を用いて増強されている。ある実施形態においては、熱交換ブロック１４は、アルミニウム、銅、ステンレススチール、または、任意の熱伝導材料の１つまたは複数の組み合わせを含む熱伝導材料によって形成されてよい。熱交換ブロック１４及び複数の輸送管１２は、同じまたは異なる材料で形成されてよい。ある実施形態においては、熱交換ブロック１４は、複数の輸送管１２と少なくとも同量の熱伝導率を備える材料で形成されて、熱サイフォンシステム１０の有効な熱伝導性を維持する。
【００４０】
図３Ａに示すように、熱交換ブロック１４は、６つの縦流体ポート２８を備える。縦流体ポート２８は、材料の塊にドリルで穴をあけることによって、または、他の適切な空洞形成手段を用いることによって形成されてよく、各縦流体ポート２８の末端３０に冠状の部分ができる。６つの輸送管１２の各端部は、流体ポート２８が熱交換ブロック１４内に位置する複数の輸送管１２の一部を形成するように、６つの縦流体ポート２８によって受け止められる。従って、熱サイフォンシステム１０の複数の輸送管１２は、熱交換ブロック１４の各流体ポート２８を備えるといえる。末端３０の反対側では、相互接続ポート３２は、縦流体ポート２８を通して横方向に延び、ドリルまたは他の適切な空洞形成手段によって形成されてよい。連絡管１６は、相互接続ポート３２に結合され、他端で終了して、取付部１８及び２０（図示せず）によって熱輸送流体を複数の輸送管１２に追加（または、から取り除く）できるようにする。
【００４１】
図３Ａは、本開示のある実施形態に係る、熱交換ブロック１４の流体ポート２８に含まれる熱伝導マトリクス材料３８をさらに示す。上記のように、流体ポート２８は、対応する複数の輸送管１２の一部を形成する、より詳細には、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２に対応する。
【００４２】
図３Ｂは、流体ポート２８内（すなわち、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２内）の熱伝導マトリクス材料３８を示す図３Ａの熱交換ブロック１４の端面図である。図３Ａ及び３Ｂは、本開示の文脈を提供し、本開示の理解を助けるための実施形態を示したものであって、熱伝導マトリクス材料３８の特性や熱伝導マトリクス材料３８の複数の輸送管１２内での位置を限定するものではないことは理解されたい。
【００４３】
熱伝導マトリクス材料３８は、複数の輸送管１２の任意の１つもしくは複数内の様々な場所に含まれてよい。詳細には、熱伝導マトリクス材料３８は、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２の一部もしくは全体（すなわち、凝縮器領域２２と同じ範囲を占める部分／領域）、または、複数の輸送管１２の蒸発器領域２４の一部または全体（すなわち、蒸発器領域２４と同じ範囲を占める部分／領域)に配置されてよい。これについては、次にさらに詳細に記載する。例えば、熱伝導マトリクス材料３８は、複数の輸送管１２のうちの任意の１つもしくは複数、あるいは、全ての輸送管の凝縮器領域２２全体に含まれてもよく、または、複数の輸送管１２のうちの任意の１つもしくは複数、あるいは、全ての輸送管の凝縮器領域２２の一部分のみ、もしくは複数の異なる部分に含まれてもよい。以下に記載のように、熱伝導マトリクス材料３８は、複数の輸送管１２のうちの任意の１つもしくは複数、あるいは、全ての輸送管の蒸発器領域２４に、同様に、含まれてよい。
【００４４】
熱伝導マトリクス材料３８は、図３Ａ及び３Ｂの実施例においては、輸送管（単数または複数）１２の凝縮器領域（単数または複数）２２内の表面積を増やす熱伝導多孔性材料である。ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料３８の熱伝導率は、複数の輸送管１２に使用される材料の熱伝導率以上である。複数の輸送管１２の凝縮器領域２２の熱伝導率（Ｑ）は、Ｑ＝ｋ*Ａ*ΔＴと定義できる。ここで、ｋは熱伝導マトリクス材料３８に使用される材料の熱伝導率、Ａは熱輸送の表面積、ΔＴは複数の輸送管１２の凝縮器領域２２内の熱輸送媒体と、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２の温度との温度差である。従って、輸送管（単数または複数）１２の凝縮器領域（単数または複数）２２に熱伝導マトリクス材料３８を含むことによって、熱輸送のための表面積（Ａ）は増加し、他の全てが等しい場合、熱伝導率（Ｑ）が増加する。さらに、熱伝導マトリクス材料３８を含む輸送管（単数または複数）１２の凝縮器領域（単数または複数）２２の体積は、熱伝導率（Ｑ）が増加しても、同じままであってよい。さらに、熱伝導率（Ｑ）を増加させるためにシステムのΔＴを熱流束によって増加させる必要がないという意味で、熱流束は管理され、従って、高熱流束に関する問題は、軽減できる。
【００４５】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料３８の多孔率は、熱伝導マトリクス材料３８に起因する毛細管力も管理しながら、所望の表面積を提供する。熱伝導マトリクス材料３８に起因する毛細管力は、管理しなければ、熱伝導マトリクス材料３８を含む輸送管（単数または複数）１２の凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４内の望ましくない双方向の熱輸送や、熱伝導マトリクス材料３８内に熱輸送媒体が蓄積することによって熱輸送媒体の流量が減る等、多くの問題を生じ得る。これらの問題は、熱伝導マトリクス材料３８を含む凝縮器領域２２及び／または蒸発器領域２４に隔離されるが、それでも望ましくはない。熱伝導マトリクス材料３８によって生じる毛細管力は、熱伝導マトリクス材料３８の多孔率に直接、関連する。熱伝導マトリクス材料３８の多孔率が減少する（よって、熱輸送のための表面積が増加する）と、毛細管力は増加する。従って、ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料３８の多孔率は、次のような多孔率にされる。（ａ）熱サイフォンシステム１０の特定の実施（すなわち、ｋ、ΔＴ、熱伝導マトリクス材料３８を含む凝縮器領域２２及び蒸発器領域２４の寸法、熱伝導マトリクス材料３８として使用される材料等を含む幾つかの所定のパラメータのセット）に関して所望の熱伝導率（Ｑ）を達成する、かつ、（ｂ）熱サイフォンシステム１０の特定の実施おいて、所望の熱伝導率（Ｑ）に対して、熱伝導マトリクス材料３８によって生じる毛細管力を最小にする、または、少なくとも、何らかの所定の最大許容値より小さくする。
【００４６】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料３８は、ランダム、セミランダム、及び／または、非ランダム構造である。熱伝導マトリクス材料３８は、粒子、ファイバ等の任意の１つまたは複数の組み合わせを含んでよい。例えば、熱伝導マトリクス材料３８は、焼結粉末、ファイバのメッシュ、または、両方の組み合わせを含んでよい。焼結粉末、または、ファイバのメッシュは、剛体であっても変形可能であってもよい。例えば、ファイバのメッシュは、スチールウールであってもよく、スチールウールの構造と密度を有するが、スチール以外の材料（例えば、銅）からなる材料であってもよい。
【００４７】
熱伝導マトリクス材料３８のランダム構造は、全ての構造的特性が、ランダムに、または、少なくとも、疑似ランダムに変わる（すなわち、非体系的、非特異的、または、無秩序なプロセスに従って変わる）構造を指す。例えば、ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料３８は、メッシュのファイバの長さ及び直径とファイバの配置が全てランダムまたは少なくとも疑似ランダムであるという点で、ランダム構造を有するファイバのメッシュである。一方、熱伝導マトリクス材料３８のセミランダム構造は、構造の構造特性の全てではなく１つまたは複数がランダムに変わる構造を指す。例えば、ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料３８は、ファイバの全ての長さ及び直径が同じであるが、ファイバの構成がランダムまたは疑似ランダムであるセミランダム構造を有するファイバのメッシュである。粒子のランダムな特性は、大きさ及び形を含んでよい。ファイバのランダムな特性は、直径、長さ、及び、空間的向きを含んでよい。
【００４８】
ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料３８は、組立て式スクリーンの積層体であってよい。この点で、図４は、本開示の実施形態に係る、熱伝導マトリクス材料３８が、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２に積層された組立て式スクリーン４０の積層体で形成される実施形態を示す。積層されたスクリーン４０は、様々で異なる形状を有してよく、様々で異なる空間的向きに沿って輸送管１２内に含まれてよい。図示のように、スクリーン４０は、第１の所定の間隔をおいて、任意の輸送管１２‐１〜１２‐５の凝縮器領域の長さに沿って積層され、第２の所定の間隔をおいて、輸送管１２‐６の凝縮器領域の長さに沿って積層される。第２の所定の間隔は、第１の所定の間隔より小さい。言い換えると、輸送管１２‐６の凝縮器領域のスクリーン４０の数は、他の輸送管１２‐１〜１２‐５のそれぞれの凝縮器領域のスクリーン４０の数より多い。このように、熱伝導マトリクス材料３８の表面積の増強及び多孔率は制御できる。また、上記のように、複数の輸送管１２の全てが必ずしも熱伝導マトリクス材料３８を含むわけではなく、熱伝導マトリクス材料３８は、本実施形態においては、スクリーン４０によって形成される。
【００４９】
スクリーン４０は、ランダム、セミランダム、及び／または 非ランダム構造特性を有してよい。構造特性の例は、スクリーンの形及びサイズ、積層されたスクリーンの相対的空間的向き、スクリーンのメッシュ密度等を含む。例えば、熱伝導マトリクス材料３８のランダム構造は、ランダムなプロセスに従って決定された様々な異なる空間的向きを有するスクリーン４０の積層体を含んでよい。一方、一例として、熱伝導マトリクス材料３８のセミランダム構造は、第１の軸に沿ったランダムな向きを有するスクリーン４０の積層体を含み得るが、第２の軸に沿ったスクリーンの向きはランダムではない。例えば、スクリーン４０は、ランダムに回転してよい（すなわち、第１の軸）が、複数の輸送管１２の長さ（すなわち、第２の軸)に沿って互いに平行で等しい間隔を置いて配置されている。熱伝導マトリクス材料３８の非ランダム構造は、ランダムな構造特性を持たないスクリーン４０の積層体を含んでよい。
【００５０】
図５は、本開示のある実施形態に係る、１つの組立て式スクリーン４０を示す。図示のように、スクリーン４０は、輸送管１２の内側に含まれるように形作られ、熱伝導メッシュ材料で形成される。組立て式スクリーン４０の幾何学的設計は、制約の少ない導管または経路としての機能をさらに向上させるように最適化されてよい。各組立て式スクリーン４０は、輸送管１２に含まれた積層スクリーン４０を通過する熱輸送媒体の供給または戻りを容易にする幾何学的設計を有してよい。ある実施形態においては、スクリーン４０は、メッシュ材料の部分と、メッシュ材料ではない部分を備えてよい。例えば、スクリーン４０は、スクリーン４０の中央はメッシュ材料ではない環状に形成されてよい。
【００５１】
輸送管（単数または複数）１２の凝縮器領域（単数または複数）２２内に積層されたスクリーン４０の数は、所望の表面積対体積比を達成するように選択できる。例えば、図４に戻ると、輸送管１２‐１〜１２‐５の凝縮器領域２２は、それぞれ、単位体積当たり第１の数の積層されたスクリーン４０を含み、輸送管１２‐６の凝縮器領域２２は、単位体積当たり第２の数の積層されたスクリーン４０を含む。図示のように、輸送管１２‐６の単位体積当たりに積層されたスクリーン４０の第２の数は、複数の輸送管１２‐１〜１２‐５の任意の輸送管の単位体積当たりに積層されたスクリーン４０の第１の数より大きい。従って、輸送管１２‐６の表面積対体積比は、輸送管１２‐１〜１２‐５の任意の輸送管の表面積対体積比より大きい。
【００５２】
表面積対体積比の増加は、スクリーン４０の数と、各スクリーン４０の表面積とに基づいて計算できる。さらに、積層されたスクリーン４０の数は、熱輸送媒体に制約の少ない導管または経路を提供するために必要な多孔率を維持しながら、表面積対体積比を最適化するように予め定められてよい。従って、単位体積当たりのスクリーン４０の数は、作動体積中におけるスクリーン４０の数を単純に変えることによって、熱サイフォンシステム１０に追加する表面積を規定すると共に、積層されたスクリーン４０の多孔率も規定する。このようにして、増加した表面積と毛細管力の間の釣り合いを制御できる。よって、積層可能なスクリーン４０を、蒸発器領域２４及び／または凝縮器領域２２で用いて、毛細管力に起因するウィッキングを最小限にしながら、蒸発または凝縮をそれぞれ促進する高熱伝導領域を提供できる。
【００５３】
組立て式の熱伝導マトリクス材料は、積層可能なスクリーンに限らない。図６は、本開示の実施形態に係る、熱伝導マトリクス材料３８が複数の輸送管１２の凝縮器領域２２に含まれる螺旋リボン４２である、熱伝導マトリクス材料３８の実施形態を示す。図示のように、螺旋リボン４２は、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２の表面積対体積比を増加させる。螺旋リボン４２は、熱伝導性である。螺旋リボン４２の幾何学的形状は、複数の輸送管１２に含まれる時、多孔性構造を提供する。従って、螺旋リボン４２を形成する材料は、多孔性材料または非多孔性材料であってよく、どちらでも、複数の輸送管１２に含まれると、多孔性構造を提供する。こうすると、複数の輸送管１２に含まれた時、螺旋リボン４２の全体としての幾何学的構造が多孔性構造を形成するので、毛細管力と流体同伴を最小限にしながら、熱輸送媒体は増強された管を流れることができる。ある実施形態においては、増強された輸送管１２の表面積対体積比をさらに高め、かつ、毛細管力に起因するウィッキングをさらに小さくするために、螺旋リボン４２は多孔性材料で形成されてよい。
【００５４】
熱伝導マトリクス材料３８の場所は、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２に限られない。より詳細には、熱伝導マトリクス材料３８は、複数の輸送管１２のうちの任意の１つまたは複数の輸送管の凝縮器領域２２に含まれてよく、及び／または、複数の輸送管１２のうちの任意の１つまたは複数の輸送管の蒸発器領域２４に含まれてよい。熱伝導マトリクス材料３８は、一般的に、複数の輸送管１２の少なくとも１つの凝縮器領域２２及び蒸発器領域２４の少なくとも１つに含まれ、複数の輸送管１２の断熱領域２６には含まれない。熱伝導マトリクス材料３８の場所を断熱領域２６を除く輸送管１２の部分に限定することは、複数の輸送管１２の熱ダイオード効果を維持する（すなわち、熱は、依然として一方向にのみ輸送され得る）ので、望ましい。
【００５５】
図３Ａ、３Ｂ、４〜６において、熱伝導マトリクス材料３８は、複数の輸送管１２の凝縮器領域２２に含まれるとして示されている。しかしながら、上記のように、本開示は、それに限られない。この点で、図７は、熱伝導マトリクス材料３８が複数の輸送管１２のうちの１つの輸送管の蒸発器領域２４に含まれる実施形態を示す。特に、図７は、分かりやすいように、複数の輸送管１２の１つのみを示しているが、熱伝導マトリクス材料３８は、複数の輸送管１２の任意の１つまたは複数の蒸発器領域（単数または複数）２４に含まれてよいことは理解されたい。蒸発器領域２４に配置されているということ以外は、熱伝導マトリクス材料３８は、上記の熱伝導マトリクス材料３８と同じである。従って、詳細は繰り返さない。
【００５６】
図８は、熱伝導マトリクス材料３８が、複数の輸送管１２のうちの１つの輸送管の凝縮器領域２２（熱伝導マトリクス材料３８‐１として示す）及び蒸発器領域２４(熱伝導マトリクス材料３８‐２として示す)の両方に含まれるが、断熱領域２６には含まれない実施形態を示す。特に、図８においては、分かりやすいように、複数の輸送管１２のうちの１つの輸送管のみを示しているが、熱伝導マトリクス材料３８は、複数の輸送管１２のうちの任意の１つまたは複数の輸送管の凝縮器領域２２及び蒸発器領域（単数または複数）２４に含まれてよいことは理解されたい。
【００５７】
熱サイフォンシステムは、様々な方法に従って、増強された熱サイフォンシステム１０を製造するように改良されてよい。この点で、図９は、本開示のある実施形態に係る、熱サイフォンシステムを増強する方法を示すフローチャートである。図示のように、熱サイフォンシステムを増強する方法は、熱伝導マトリクス材料を含むための熱サイフォンシステムの１つまたは複数の輸送管を選択することを含む（ステップ１００）。各選択された輸送管の１つまたは複数の領域は、熱伝導マトリクス材料を含むように予め定める（ステップ１０２)。例えば、凝縮器領域（もしくはその一部（単数または複数））及び／または蒸発器領域（もしくはその一部（単数または複数））は、熱伝導マトリクス材料を含むように予め定めてよい。最後に、熱伝導マトリクス材料が、選択された輸送管の所定の部分に挿入（または、内に形成）される（ステップ１０４)。
【００５８】
上記のように、熱伝導マトリクス材料は、熱伝導性多孔性材料（例えば、熱伝導性のランダム、セミランダム、及び／または、非ランダムファイバまた粉末マトリクス）を含んでよい。ある実施形態においては、熱伝導マトリクス材料の量と、熱伝導マトリクス材料を挿入または詰める力は、熱伝導マトリクス材料の所望の密度及び／または多孔率に基づいて決定される。詳細には、ある実施形態においては、詰める力の大きさは、表面積対体積比と毛細管力を制御する熱伝導マトリクス材料の多孔率に影響する。これは、スチールウールもしくは焼結金属等、または、それに類似した熱伝導マトリクス材料に特に当てはまる。従って、表面積の所望の増加を可能にしつつ、過度の毛細管力を引き起こすほどではない十分な量の熱伝導マトリクス材料を十分な力で詰めるべきである。熱伝導マトリクス材料の量に対して、詰める力が過度になると、多孔率を減少させ、その結果、熱伝導マトリクス材料を含む部分の毛細管力を増加させる。これは、凝縮器領域と蒸発器領域の間の熱輸送を減少させ、その結果、熱輸送媒体のシステムレベルの流れを減少させ、全体としての熱輸送能力を減少させる可能性がある。
【００５９】
本開示を幾つかの実施形態を用いて記載したが、開示は上記実施形態に限らず、添付の請求項の精神及び範囲内で変更及び修正を行って実践できることを、当業者は理解されよう。
【００６０】
まとめると、上記実施形態は、熱サイフォンの蒸発器領域及び／または凝縮器領域の高熱流束状態を軽減する機構を提供する。
【００６１】
開示の実施形態は、受動的熱輸送のために熱サイフォンシステムを利用する時に引き起こされる問題を解決する。詳細には、蒸発器領域及び／または凝縮器領域で高熱流束状態を管理することは難しいことが多い。この問題は、無視されて、関連する損失は、受動的熱輸送方法を使用する費用として吸収されるか、あるいは、複雑で高価な熱交換器及びマニホルドを用いて管理されることが多い。これは、高圧冷媒を扱う時、より難しくなる。その理由は、まず第１に、圧力を安全に収容するために必要な機械的構造は、熱交換器の壁の厚みを増すので、伝導損失が大きくなり、面積を広げた熱交換器を使用する利点を急速に失わせ得るからである。
【００６２】
開示の実施形態においては、銅、アルミニウムウール、または、焼結粉末等の、ランダムまたはセミランダム粉末／ファイバの高熱伝導マトリクス材料を追加して、標準的システムの輸送管内の表面積対体積比を大幅に増加させることによって、熱サイフォンシステムの蒸発器及び／または凝縮器の高熱流束状態の管理の問題に対処する。この材料の増強は、熱吸収または熱遮断の所望の適用に応じて、熱サイフォンの局所的な蒸発器領域または局所的な凝縮器領域のいずれかに配置されてよいが、システムの対蹠領域（例えば、断熱領域）には配置されない。
【００６３】
開示の実施形態には３つの明白な利点がある。第１に、提供される追加の表面積は、非常に少ない顕熱損失または温度上昇／低下で、入力電力レベルを扱うのに十分な濡れ面積を提供することによって、ソース（例えば、冷蔵庫の冷却室）から熱サイフォンの作動流体（すなわち、熱輸送媒体)への高効率の熱伝導を可能にする。
【００６４】
第２に、ランダム／セミランダムファイバマトリクス材料のウィッキング効果を局所的な蒸発器領域及び／または凝縮器領域に隔離することによって、熱サイフォンシステムが提供する熱ダイオード効果を損なわないまま、漏熱の戻り（thermal leakback）を最小限にすることができる。注目すべきは、これは、従来のヒートパイプシステムに見られるウィッキングが全長にわたる構造では、提供できない能力である。
【００６５】
第３に、既に熱サイフォンシステムに組み込まれた同じ輸送管系を利用することによって、面積を広げた熱交換器の使用によって発生する追加の費用を最小限にする。さらに、ある実施形態においては、単純な円筒形状と調和して、システムは、ごく少ない変更で、システムの非常に高い圧力を安全に扱うことができる。
【００６６】
表面積を広くする方法は、高伝導のランダムファイバまたは粉末マトリクス材料を所定の蒸発器領域及び／または凝縮器領域に簡単に詰めることである。メッシュの密度または多孔率を制御して十分な表面積対体積比を提供することによって、所与の熱負荷で最小の損失を可能にしながら同時に、局所的な蒸発器領域及び／または凝縮器領域の毛細管力を最小にすることができ、メッシュの密度または多孔率を用いて、局所的質量を増やして、その結果、システムレベルの質量流量と熱輸送能力を減らし得る熱輸送を増強することができる。
【００６７】
供給された作動流体または戻る作動流体が輸送管系及び関連する蒸発器もしくは凝縮器から蒸発または凝縮のための高熱流束領域に幾何学的設計を通る場合、別の方法は、制御された数で積層できる高熱伝導材料で形成されたスクリーンを利用して、ファイバ媒体の密度を規定し、かつ、表面積対体積比を増加させながら、制限の少ない導管または経路を提供する。
【００６８】
これらの実施形態で重要なのは、高熱流束の所定の領域の外側で毛細管力を優位にすることなく、局所的な表面積対体積比だけを増やすことである。これによって、熱サイフォンシステムは、増強されていない熱サイフォンシステムの熱ダイオード能力を完全に維持しつつ、簡単な形状と構築材料を用いて、高熱流束の入力を可能にすることができる。
【００６９】
当業者は、本開示の好適実施形態の改良及び変更を認識されよう。このような改良及び変更は全て、本明細書に開示の概念と以下の請求項の範囲内とみなされる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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