(57)【要約】熱交換器は、ヘッドパイプとテールパイプあるいは供給管との間に延びる、多数の並行なヒートパイプを持つマニホールドを含む。ヘッドパイプとテールパイプは平行である。ヒートパイプは、ヘッドパイプとテールパイプとの間に、平行に延びる多くの毛細管を形成している。ヘッドパイプ、テールパイプ、及び毛細管の中空の内側はマニホールド内で、流体貯蔵体を形成している。この貯蔵体は熱伝導流体を保持している。マニホールドは熱伝達表面を有している。熱伝達表面は、一列の熱電気式モジュールの冷却または加熱面に接触するよう配置されている。熱伝達表面は、ヘッドパイプ、テールパイプ、またはヒートパイプ上に位置する。電流が熱電気式モジュールに供給されると、貯蔵体中の流体に対する冷却または加熱の効果により、熱伝達を促進するために、毛細管内の流体移動を引き起こす。マニホールドは、一つまたはそれ以上の類似したマニホールドによって組み立てられており、最初のマニホールドが一列のモジュールによって加熱され、隣接する二つ目のマニホールドがマニホールドの間にある同じ列のモジュールによって冷却される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器に利用されるマニホールドであって、
第１の長軸を形成する細長いヘッドパイプであり、該ヘッドパイプは多数の細長いヒートパイプと流体連通しており、
各ヒートパイプには多数の毛細管経路が形成され、該経路は細長いテールパイプと流体連通しており、テールパイプは第1の長軸と平行な第２の長軸を形成する構成を有するマニホールドにおいて、
マニホールドは、熱伝導流体に対する内部貯蔵体や、内部の流体貯蔵体と流体連通する開口を有しており、
マニホールドが動作している際には、第１の垂直平面を形成していることを特徴とするマニホールド。
【請求項２】
外部熱伝達表面を有する請求項１に記載のマニホールド。
【請求項３】
熱伝達表面が、複数の熱電気式モジュールと熱伝達するための第２の平面を形成している、請求項２に記載のマニホールド。
【請求項４】
熱伝達表面が、ヘッドパイプ、テールパイプ及び平面状に配置したヒートパイプを、１つ又はそれ以上組合わせることにより形成されている、請求項３に記載のマニホールド。
【請求項５】
接続ポートが、内部貯蔵体への侵入を避けるために再封止されている、請求項４に記載のマニホールド。
【請求項６】
各ヒートパイプは、一対の対向する平行平面状の外壁を有し、ヒートパイプ内の毛細管経路は、ヒートパイプ内で一方の外壁から他方の外壁に延びる多数の内壁で形成されている、請求項４に記載のマニホールド。
【請求項７】
毛細管経路が、ヒートパイプ内の一層の毛細管を形成する請求項６に記載のマニホールド。
【請求項８】
毛細管経路の断面径が約４ｍｍ以下である、請求項７に記載のマニホールド。
【請求項９】
熱伝導材料で形成されている、請求項８に記載のマニホールド。
【請求項１０】
毛細管経路が、マニホールドが形成する第１の平面に沿って延びている、請求項９に記載のマニホールド。
【請求項１１】
マニホールドは動作中に上方端部と下方端部とを有し、マニホールドが熱伝導流体を冷却する熱電気式モジュールと関連して動作する際には、熱伝達表面が上方端部に隣接し、マニホールドが熱伝導流体を加熱する熱電気式モジュールと関連して動作する際には、熱伝達表面が下方端部に隣接する、請求項１０に記載のマニホールド。
【請求項１２】
熱伝達表面がテールパイプに形成されている、請求項１１に記載のマニホールド。
【請求項１３】
テールパイプが接続ポートを有している、請求項１２に記載のマニホールド。
【請求項１４】
ヒートパイプの平面状表面は、同一平面状であり、第１と２の長軸に位置合せされている、請求項１１に記載のマニホールド。
【請求項１５】
ヒートパイプの同一平面状表面により接触表面が形成されている、請求項１４に記載のマニホールド。
【請求項１６】
貯蔵体と流体連通を行うための入口と出口を有している、請求項１５に記載のマニホールド。
【請求項１７】
第２の同様なマニホールドとの組み合わせであり、組み立てた際に、マニホールドの熱伝達表面が、熱電気式モジュールの列により形成される加熱面あるいは冷却面のいずれかと熱伝達しており、第２のマニホールドの熱伝達表面が、熱電気式モジュールの列により形成される他方の加熱面あるいは冷却面と熱伝達しており、マニホールドが動作のために組み立てられた際には、熱電気式モジュールの列が該マニホールドと第２のマニホールドとの間に位置する、請求項４に記載のマニホールド。
【請求項１８】
マニホールドを第２のマニホールドに固定するための、取り付け手段を有している、請求項１７に記載のマニホールド。
【請求項１９】
取り付け手段は、マニホールドの第１の外壁に対向して配置される第１の取り付け板と、第２のマニホールドの第２の外壁に対向して配置される第２の取り付け板と、該マニホールドを第２のマニホールド方向に押圧する締め付け手段とから構成される、請求項１８に記載のマニホールド。
【請求項２０】
内部に空洞を有するガスケットであり、該ガスケットはマニホールドの熱伝達表面に隣接して配置され、該空洞は熱電気式モジュールの列を収容する細長い空間を形成している、請求項１９に記載のマニホールド。
【請求項２１】
複数の列の熱電気式モジュールと熱伝達するように、熱伝達表面を形成している、請求項１に記載のマニホールド。
【請求項２２】
特定の容積を有する閉じた流体貯蔵体を形成し、該貯蔵体から空気を排出し、該貯蔵体内へ熱伝導流体を導入し、該貯蔵体の第１の部分を該流体の液相で満たし、該貯蔵体の第２の部分を該流体の気相で満たすことを含む、熱交換システムの製造方法。
【請求項２３】
貯蔵体内の流体を加熱又は冷却する工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
貯蔵体の容積の約４０％から７０％を液相が占め、該貯蔵体の容積の約３０％から６０％を気相が占めるまで、流体を充填する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
流体は、OS-600a，OS-22a，FOR12B，FOR12A，OS-12b，OS-12a，OS-502a，R-142，R-141B，水，アセトン，エタノール，及びメタノールからなる一群の流体から選択される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
熱伝導流体を貯蔵体に導入する前に、貯蔵体から実質的に全ての空気を排出する、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却・加熱システムと加熱ポンプシステムを含む、熱交換システムに関する発明である。本発明は、熱電気式の熱交換システムも含む。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷却や空調システムのような初期の熱交換システムは、環境に流出した際に有害になりかねない熱伝導ガス流体を利用していた。そのような有害ガス流体を、より環境への害の少ない代替ガス流体で置き換えようとする努力がなされてきた。しかし、それらのシステムでは、様々な制限や効率の悪い熱伝達に悩まされていた。
【０００３】
初期の冷却・加熱システムは、熱伝導流体のために型どおりの熱交換マニホールド、配管やポンプシステムを有していた。また、初期のシステムのいくつかには、特に、特定の冷却または加熱機能のため熱電気モジュールをも組み込んでいた。次の米国特許はそのような初期のシステムを示している：米国特許6,354,086（井上 他）、米国特許5,232,516（Hed）、米国特許5,269,146（Kerner）、米国特許5,540,567（Schirpke他）、米国特許5,653,11（Attey他）、米国特許5,675,973（Dong）。前述の例は、熱伝達や冷却システム流体の搬送には、従来の流体ポンプ、配管システムが記載されている。
【０００４】
いくつかの初期のシステムでは、複雑な流体撹拌機を組み合わせることにより、熱交換効率の改善を試みていた。米国特許6,354,086（井上他）は、そのような撹拌機を示す初期の例である。米国特許5,269,146においては、持ち運びのできる冷蔵庫、魔法瓶（heated bottles）、ホテルやレストランの給仕カートのような、断熱コンテナに対する閉じた系の加熱・冷却システムについて説明している。熱伝導流体は閉じたループ状の循環システム内を循環している。加熱または冷却された流体は、周囲を取り巻く空気と熱交換するため空気コア熱交換器（an air core heat exchanger）を通る。特許中では、効率的な熱伝達を促すために、閉じたシステム中を高速度で送出されることが記載されている。
【０００５】
これらの初期のシステムには、以下に述べるような自然の力や毛細管流動に特有の液体流動特性を利用して、より効率の良い熱交換システムを提供することの優位性については、示されていなかった。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、ヘッドパイプとテールパイプあるいは供給管との間に延びる、並行なヒートパイプを持つマニホールドを利用した熱交換器を含む。ヘッドパイプとテールパイプは平行である。ヒートパイプは、ヘッドパイプとテールパイプとの間に、平行に延びる多くの毛細管を形成している。ヘッドパイプ、テールパイプ、及び毛細管の中空の内側はマニホールド内で、閉じた流体貯蔵体を形成している。マニホールドが起動している時、この貯蔵体は熱伝導流体を保持している。一つの具体例として、マニホールドは、一列の熱電気式モジュールの冷却または加熱面に接触する表面を有している。接触面はヘッドパイプ、テールパイプ、またはヒートパイプの外壁面によって形成される。電流が熱電気式モジュールに供給されると、マニホールドの貯蔵体中の流体に対する冷却または加熱の効果として、熱伝達を促進するために、毛細管内の流体移動を引き起こす。マニホールドは、一つまたはそれ以上の類似したマニホールドによって組み立てられており、最初のマニホールドが一列のモジュールによって加熱され、隣接する二つ目のマニホールドが、マニホールドの間にある同じ列のモジュールによって冷却される。
【０００７】
別の具体例では、マニホールドは別の熱エネルギー源を組み込んでいる。例えば、マニホールドは二番目の熱伝導流体の流れに熱的または動作的に関連している。例えば、太陽光を用いるシステムでは、マニホールドは次の循環する熱伝導流体の流れに、熱エネルギーを集めて伝達する。本発明における熱交換マニホールドは、様々な熱交換システムに使用され、それらのシステムのいくつかには熱電気式モジュールが含まれる。その他の場合では、熱交換マニホールドは、熱電気式モジュールと連携しないシステムで利用される場合もある。
【０００８】
また、本発明は、ペルチェ素子として知られている熱電気式モジュールと熱伝達を行う二つまたはそれ以上の類似のマニホールドを有する熱交換器を含むものである。ペルチェ素子は、マニホールドの一つまたはそれ以上の表面と熱接触する位置に配置される。接触面は、特定のマニホールドのヘッドパイプ、テールパイプ、またはヒートパイプに位置する。ペルチェ素子は、典型的に、一つまたはそれ以上の外部電源が供給される列状のユニットとして配置されている。断熱ガスケットは、また隣接したマニホールドの間にも配置される。それぞれの断熱ガスケットは一列のペルチェ素子を収容する空洞を有している。ガスケットは、一列のペルチェ素子の端部に隣接した望ましくない熱伝達を抑制するためにも使用される。隣接した組のマニホールドは固定され、一列のペルチェ素子により、該列の一側面にある一方のマニホールドを冷却し、そしてペルチェ素子の列の他側面に固定された他のマニホールドを加熱する。またガスケットは、熱交換器の組み立ての際、ペルチェ素子への偶発的な損傷を防ぐために使用されている。例えば、マニホールド集合体を固定する際に利用するクランプを締め付け過ぎると、マニホールドの間に固定される熱電子ペルチェ素子を押しつぶしたり、破砕したり、あるいは損傷することになりかねない。
【０００９】
別の面から言うと、本発明は、熱電気式モジュールの配置列をつなぐために使用される、熱伝達マニホールドを提供する。このマニホールドは、冷却・加熱システム、熱ポンプやそれに関するシステムなど、様々な熱交換システムに関連して、使用される。このマニホールドは、フロンやその他の潜在的に有害な冷却剤など、従来の冷却剤を使用するのを避ける場合には、特に有効である。
【００１０】
以下に詳細に説明するように、マニホールドが動作する際には、マニホールドは、常に垂直方向に配置されている。ある面からすると、マニホールドは、垂直方向と異なる方向の供給管やテールパイプと平行に配置された閉じたヘッドパイプを有している。テールパイプは、熱伝導流体を提供できる流体口が提供されている。ある場合では、流体口は再封止が可能とする。多数の一般的に平板状のヒートパイプは、ヘッドパイプとテールパイプとの間に位置する。ある場合では、ヒートパイプの平らな面が、ヘッドパイプとテールパイプの長軸方向に平行になるよう、ヒートパイプを配置することが好ましい。このような状態では、ヒートパイプは同一平面上にあり、その平らな面が、ヘッドパイプやテールパイプの長手に沿って整列するように配置されている。
【００１１】
上述のように、熱伝導流体は、マニホールドの閉じた流体貯蔵体内に提供されている。熱交換は、熱電気式モジュールの動作とマニホールドの流体貯蔵体内の熱伝導流体の繰り返される蒸発と凝縮を通して行われる。
【００１２】
他の場合では、平板状のヒートパイプの位置を合わせ、それらの面がヘッドパイプやテールパイプの長辺を横切るように位置させることは、好ましい。この配置により、平板状のヒートパイプは、垂直方向とは異なる方向のヘッドパイプとテールパイプの縦軸に対して横向きに配置される。
【００１３】
各ヒートパイプは、一般的に細長く、平らである。ヒートパイプは、内部においてヒートパイプの長辺に沿って走る毛細管経路に分かれている。これらの経路は、ヒートパイプの長辺に沿って走る一層の毛細管を形成していることが好ましい。それぞれの毛細管経路は、ヒートパイプの一端から反対の端まで延びている。毛細管経路は、ヘッドパイプと反対側のテールパイプとの間の流体連通を提供する。
【００１４】
マニホールドは、多数の熱電気式モジュールとともに使用される。該モジュールは平板状に配列しており、モジュールのすべての加熱側が、配列の一方の面側に位置し、モジュールの冷却側が配列の反対側に位置する。また、熱電気式モジュールは、一列に配置され、モジュール列の一面は冷却面となり、反対の面は加熱面となる。モジュール列は、マニホールドと熱伝達を行うために、マニホールドに隣接して配置される。多くの場合、熱伝達は、モジュールの形成する面と、該列の加熱または冷却面とを接触することによって、行われる。マニホールドに対して冷却面または加熱面のいずれを配置するかにより、マニホールドに求められる冷却または加熱機能が決定するということは、当該技術分野の技術者には理解される。
【００１５】
またある場合では、熱電気式モジュールの列は、ヘッドパイプ、テールパイプ、または同一平面上に配列されたヒートパイプの面と接するように位置する。熱電気式モジュールとマニホールドの間の接触配置は、以下に詳細に設明する。
【００１６】
また、本発明の別の面では、ヒートパイプ内の毛細管経路は、ヒートパイプの外壁と内壁によって、一般的に長方形チューブである。内壁は、ヒートパイプの一面から反対の面へ、直角に延びるのが好ましい。しかしながら、毛細管経路は、必ずしも正方形または長方形ではない他の断面構造を有するように構成されても良い。毛細管経路に関するサイズは、求められる熱交換システムのデザイン的要求や特性によって、変化する。水による熱処理流体システムを利用する場合の好ましいシステムでは、毛細管の径は、約4mm以下である。水をベースとする流体への添加剤や他の流体の付加は、毛細管内の混合体の流体流動特性に影響を与えることもある。したがって、毛細管の径は、システムでの使用に際して選択された、特定の流体に特有の流動特性に適応するよう、調節されるのが良い。毛細管の最適径を含むデザイン的特徴は、水をベースとした流体システムとそうでないシステムとの違いを説明するのに適している。
【００１７】
好ましい実施例において、マニホールドは、毛細管が一般的に垂直方向に延びるように、動作点に関連して配置される。毛細管中の流体の流れと熱伝達特性は、この垂直配列によって促進される。熱電気式モジュールの冷却面と接するために選ばれたマニホールドでは、一般に毛細管内の下向きの熱や流体の流れ傾向を促進するために、モジュールの列がマニホールドの上部近辺に位置することが好ましい。熱電気式モジュールの加熱面と接するために選ばれたマニホールド内では、マニホールドの底辺近辺に、モジュールの列を位置するのが好ましい。この後者の場合においては、毛細管内の熱伝導流体の上昇傾向は、システム内の熱伝達を促進する。
【００１８】
好ましい実施例において、ヒートパイプの外壁の内側で、毛細管は一つの層に配置されている。他の例では、多層の毛細管を、ヒートパイプの外壁内に配置するが、多くの場合、このような配置は、あまり良くない。
【００１９】
さらに、本発明の他の好ましい例においては、マニホールドは、平行なマニホールドの列に配置される他の同様のマニホールドと連携して使用される。
【００２０】
マニホールドは、比較的強く、弾力性があり、熱伝導性があるもので作られていることが好ましく、そして最も重要なことは、過度の腐食に影響を受けにくい金属で作られることである。アルミニウムは、本発明の様々な用途の構成原料として使用するのに特に有効なものである。もちろん、当該技術分野の技術者には、他の金属、合金、非金属を含むほかの原料が、特定の状況や決められた環境中においては、好ましいと理解するであろう。
【００２１】
他の局面において、本発明は、閉じた流体貯蔵体を提供する方法を含む。流体貯蔵体は、容積を規定し、ヘッドパイプ、テールパイプと、ヘッドパイプとテールパイプ間の流体連通を行う多数の毛細管を構成する。その方法は、さらに空気を貯蔵体から抜き、熱伝導流体を導入して、貯蔵体の最初の一部を流体の液相で満たし、残りの部分を液体の気相で埋めるという段階を含む。
【００２２】
貯蔵体中の流体は、決められた用途によって、加熱または冷却される。好ましくは、貯蔵体中の流体は液相が、貯蔵体の容積の約40％から70％を占めるまで満たされる。気相は、貯蔵体の容積の約30％から60％を占める。冷却の用途で好ましいのは、適切な冷却剤が、貯蔵体の容積の約60〜70％を液相で満たし、該容積の30〜40％を気相が満たしている状態である。加熱の用途で好ましいのは、適切な液体が、内側の容積の約40〜50％を液相で満たし、該容積の約50〜60％を気相で満たしている状態である。また、この方法は、熱伝導流体で貯蔵体を満たす前に、流体貯蔵体から捕獲されている空気を事実上すべて逃がす（貯蔵体内を真空とする）段階を含む。特定の熱伝導流体は、本発明の熱伝達システム内で使用することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１において、熱交換マニホールド230は、斜視図で示されている。マニホールド230は、テールパイプ（又は供給管）234の垂直上に位置するヘッドパイプ231を含む。端部保持体232は、ヘッドパイプ231とテールパイプ234と接合している固体の棒である。棒232は、中空放射フィン233への偶発的な歪みや損傷に対して、マニホールドの構造を補強する追加的支持を与えている。
【００２４】
図１、２及び４に関係して、各放射フィン233は平らで、長手方向に伸び、基本的には中空の平板状の構造をしている。各放射フィン233は、長手方向に伸びた面15とその逆の面（不図示）を有する。この二つの対面する面は、放射フィン233の二つの同じ外壁によって形成される。面15を含む外壁の表面は、熱伝達を促進するために、フィン状の突起10によって織り目加工（textured）されている。各放射フィン233の内壁は、内壁17によって、経路（channels）235に分かれる。その経路は各放射フィンの長辺に沿って延び、放射フィンの上端と下端においては開放されている。
【００２５】
図３は、単一マニホールド230の各構成要素を、描いたものである。放射フィン233は、マニホールドが完全に組み立てられたとき、ヘッドパイプとテールパイプに接続する。接続ポート14は、テールパイプ、ヘッドパイプ、毛細管の内室から、十分な真空ができるまで（好ましいシステムでは、約10-6Torrに達するのが良い）、捕獲された空気を引き出す噴出口となる。そして接続ポート14は、テールパイプ、ヘッドパイプ、毛細管の内室を、特定の用途のために選択された熱伝導流体を注入するために使われる。マニホールドが適切な流体で満たされた後、適切なストッパーまたはキャップ236で、接続ポート14は閉じられる。キャップ236は、キャップ236の偶発的な紛失や流体の漏れを避けるため、接続ポート14に対して適切に固定される。キャップは、ねじ込まれ（threaded）、そうでなければサービス技術者がマニホールドの流体物に接することができるような方法で固定されている。交換式のキャップは、技術者による、必要な場合の流体の交換、流出、追加を可能とする。各放射フィン233の下端部3は、テールパイプ234によって固定されている。好ましくは、各下端部3は、テールパイプ234の上壁に沿って形成された開口部12内に、差し込まれている。同様に、図５に示されるように、各放射フィン233の上端部33は、ヘッドパイプ231の下壁にある対応する開口部22に、該上端部33を差し込むことにより、ヘッドパイプ231に固定される。内部経路235は、テールパイプ234とヘッドパイプ231に対して各々に開かれおり、それによって、各パイプ231と234との内室間の流体連通が提供される。
【００２６】
熱電気式モジュール250の直線状配列が、テールパイプ234に隣接している。各熱電気式モジュール250は、各冷却面が矢印Cに印された方向に冷却するように位置合わせされている。各モジュールの加熱面は、矢印Hに印された方向に熱を放出する。直線状配列が、テールパイプ234の対応する面23と接するように位置するとき、モジュールはテールパイプを加熱し、次に閉鎖されたマニホールド・ユニット230に保持された内部流体を加熱する。流体は、その後（矢印Tに示されたように）ヒートパイプ233内の毛細管内で、上方向への移動を示す傾向となる。上昇移動を行う流体が、ヘッドパイプ231の内室に達すると、流体はヒートパイプに沿って流れる。
【００２７】
熱電気式モジュールは、示されていない適切な電源から電流が供給されている。電源は、一般的に、熱電気式モジュールに対する適切な操作上の要求や、特定の用途のための熱伝達要求によって選択された、DC電源ユニットである。電池式電源、移動式発電機または他の電源は、移動式熱交換ユニットに使用される。他の適切な電源は、必要に応じて選択される。
【００２８】
また、熱電気式モジュールに印加する電流の極性を反転することにより、熱電気式モジュールの冷却面を加熱面に（またはその逆に）変更することは、当該技術分野の技術者においては、良く認識されている。例えば、特定の熱交換器では、熱電気式モジュールに印加される電流の極性を変更することが、好ましい。ある例においては、操作員による操作設定に従い、加熱や冷却のために、同じ部品を利用することが可能である。
【００２９】
また本発明におけるほかの実施例においては、マニホールドを、電流の発生に使用する場合もある。例えば、マニホールドは、加熱された流体が、熱電気式モジュール（不図示）の片面の流体被覆体中を流れるシステム中に使用される。そのようなシステムは太陽光加熱システムやその他の用途に有用である。
【００３０】
図６、７及び８は、発明の熱交換器配列200に組み込まれた、3つの同一のマニホールド210、220、230を特徴とする適切な具体例を、図示している。上部加熱マニホールド210と230は、内側の逆サイドを下部冷却マニホールド220に固定している。細長いボルト280は、（ワッシャー部品281を介し）それに対応するナット282につながり、ボルトとナットとの部品をしめつけることで、外部取り付け板44と45とを固定し、マニホールドを定位置に保持する。熱電気式モジュールの二つの直線上配列240、250は、マニホールド210、220及び230の各対応するテールパイプ214、224及び234の間に、サンドイッチ状に配置される。
【００３１】
断熱ガスケット260と270は、適切な断熱材料で構成されている。各ガスケットは、熱電気式モジュールの配列と寸法的に対応した内部空間を提供する。モジュールの線状配列240と250は、モジュールの接触端部に沿う望ましくない熱伝達を、最小化するために、ガスケット260と270の内側にはめこまれる。ガスケットは、複数のマニホールドを結合させるとき、ボルトとナットをしめすぎた場合に熱電気式モジュールに対する偶発的な破砕や損傷を防ぐために、適切な補強が望ましい。
【００３２】
図８に示されるように、熱電気式モジュールは、直線状配列240内の全てのモジュールが、その冷却面により、マニホールド220のテールパイプ224の隣接する外壁を冷却するように、配置されている。直線状配列250の熱電気式モジュールも同様に、それらの冷却面が、マニホールド220のテールパイプ224の反対の外壁を冷却するように配置する。（矢印Cによって示される）下方のマニホールド220の冷却作用は、一般的に、下方の放射フィン223の毛細管（不図示）中の熱伝導流体の下方移動Tｃを誘発する。冷却した流体は、下方のヘッドパイプ221に向かって流れようとする。同時に、熱電気式モジュール配列240と250の加熱面は、上方のマニホールド210、230のテールパイプ214と234の隣接した外壁を、加熱する。テールパイプ214と234の加熱は、一般的に、上方のマニホールド210、230の上方の放射フィン213、233の毛細管（不図示）中の熱伝導流体の上昇移動THを誘発する。加熱した流体は、上方のマニホールド210、230の上方のヘッドパイプ211、231に沿って流れようとする。
【００３３】
図９と１０に関連して、本発明の他の実施例は、垂直に位置したヒートパイプ220を同一平面状配列とすることに特徴を有する。ヒートパイプ220の同一平面状配列は、テールパイプ230及びヘッドパイプ210と流体連通するように固定されている。この実施例において、マニホールド（不図示）のテールパイプは、パイプ230の環状被覆体によって取り囲まれている。パイプ230は、被覆パイプ230の長軸に沿って流体移動を発生させるために、流体入口、流体出口を有している。第２の流体は、流体入口押し込まれ、被覆パイプ230の環状被覆体内に入り、該第２の流体は、流体出口より出される。マニホールド内の熱伝導流体は、被覆パイプ230の環状被覆体を流れる第２の流体とは流体連通していない。
【００３４】
複数の水平配列の熱電気式モジュールが、ヒートパイプ220の同一平面状配列と密着している。この特別な熱交換器システムにおいて、熱電気式モジュール240の加熱面（不図示）は、閉塞された端部を有するヒートパイプ210に向かって流体の上昇移動を誘発するために、内部流体を加熱するような位置にすべて配置される。その代わりの熱伝導流体は、冷却被覆体299中を送出される。モジュールの加熱面がヒートパイプ220を加熱する位置にあるため、モジュールの冷却面は冷却被覆体内を流れる流体を冷却するために、冷却被覆体299と接触していることが理解される。
【００３５】
熱伝導流体は、多種類の水をベースとする流体や水をベースとしない流体の中から選択されるということは、当該技術分野の技術者には理解される。水をベースとするシステムを利用する場合、システムを偶発的な凍結から防止するため、凍結防止剤を添加するのが好ましい。また適切な添加剤としては、毛細管やマニホールドの他の内部表面に、あかや他の付着物が形成されないものが選ばれる。好ましくない付着物は、熱交換器システムの動作において、効率的な熱交換を阻止してしまう。
【００３６】
特定の熱伝導流体は、本発明におけるマニホールドに用いられた際に、特に有効な特性を示す。以下の表は、特定の用途で使用される幾つかの流体を示しており、特に“OS-12b”が熱伝導流体として好ましい。
【００３７】
【表１】
2004537705.tif 000003
【００３８】
【表２】
2004537705.tif 000004
【００３９】
【表３】
2004537705.tif 000005
【００４０】
【表４】
2004537705.tif 000006
【００４１】
【表５】
2004537705.tif 000007
【００４２】
【表６】
2004537705.tif 000008
【００４３】
【表７】
2004537705.tif 000009
【００４４】
上記表１は、大韓民国のTechnochem Co.,Ltd.(http://www.technochem.com)が出している情報から写したものである。TMは大韓民国のTechnochem Co.,Ltd.の登録商標である。
【００４５】
適切な流体が選定された後、マニホールド内部より空気を抜くのが好ましい。例えば、空気は接続ポート14より抜かれる。好ましい実施例においては、閉じ込められた空気のうち約９６％が取り除かれ、その後に熱伝導流体がマニホールドの貯蔵体の内部に充填される。冷却用途に関する好ましい例においては、流体は、流体貯蔵体の内部容積の約３０％から４０％の気相を残しながら、約６０％から７０％の液層で充填される。これらが充填される流体として好ましい量であるが、別の場合には他の量が使用される。例えば、加熱用途において、適切な流体が選定され、内部容積の約４０％〜５０％が液相で充たされ、約５０％〜６０％が選定された熱伝導流体の気相で充たされる。
【００４６】
特定の熱伝導流体は、加熱用途において好ましく、他の適切な流体は、本発明の熱交換マニホールドを組み込む冷却用途で使用するのが好ましい。例えば、R−142、R−141Bなどの従来の冷却剤は、適切に改良された熱交換マニホールドを用いた冷却用途中に用いられる。また、従来のフッ素系炭化水素（fluro-carbon）をベースにする冷却剤に比べて環境的に有用性のあるOS-12bTMと0S-12aTM流体は、二つの用途において利用可能である。
【００４７】
他の従来の流体も使用される。加熱用途における例として、水、アセトン、エタノール、メタノールを含む多くの従来の流体は、比較的低コストな熱伝導流体の選択肢として好まれる。上記表１は、加熱用途において利用され、他の可能性や環境優位性を示す多くの熱伝導流体を示している。これらの流体の一つまたはそれ以上は、環境問題を発生している特定の従来の流体におきかえて使用することができる。しかしながら、潜在的に有用な流体のこれらの例は、単なる一例であり、全ての適切な熱伝導流体の完全な一覧を示したものではない。
【００４８】
いくつかの熱交換システムにおいて、アルミニウムで形成されたマニホールドは特に利用しやすい。切断面直径が約4ｍｍの毛細管は、熱伝達作用において、特に効率的である。他の場合においては、さらに小さな有効直径をもつ毛細管が好ましい。切断面が一般的に長方形をしている毛細管チューブは、寸法が1ｍｍ×1.4ｍｍかそれ以下である。他の例においては、毛細管の切断面の寸法は、約0.5ｍｍ×0.6ｍｍを示す。もちろん様々なデザインを考慮しながら、その他のサイズの毛細管も選択される。
【００４９】
しかしながら、毛細管の最適なサイズは、特定の熱交換システムで使用される熱伝導流体の物理的特性によって変化する。例えば、表面張力、流体粘度や他の要因が、特定のシステムにおける毛細管の最適な有効径に影響を与える。多くの要因が、流体特性に影響を与え、従って熱交換システム内に提供される毛細管の最適及び最大の径に影響を与える。
【００５０】
マニホールドの毛細管内の流体に影響を与える毛細管作用や、液体の加熱や冷却により、熱伝導流体は、マニホールドの内部経路に向かって流れる傾向を示す。本発明の一つの利点は、マニホールドの内室の熱伝導流体を循環するための、循環ポンプが不要であるということである。循環ポンプが付加される事例があるにしても、そのようなポンプは、マニホールド内の熱伝導流体を循環させるのには、必要でない。また、循環ポンプは、マニホールドや熱電気式モジュールの一つ、またはそれ以上の外部表面と熱伝達を行う第２の流体を循環するために、提供される。
【００５１】
熱電気式モジュールは、ペルチェ素子として当該技術分野で知られているものである。初期のペルチェ素子は、一般的に、電流の印加で加熱や冷却作用を示すウェハー状の構造をしている。ほとんどの例において、DC電源は、対象物またはシステム要素に対して、一様な加熱または冷却作用を及ぼすために利用される。
【００５２】
上記の好ましい例や、本発明の他の実施例において、熱電気式モジュールと熱伝達する熱交換マニホールドの利用を説明したが、マニホールドは、他のシステムにも利用できる。あるシステムにおいては、マニホールドは、熱電気式モジュールと直接熱接触しない場合もある。他の場合において、マニホールドは、熱電気式モジュールを含まない熱伝達システムに使用される。
【００５３】
本発明は好ましい実施例に関系して、説明されている。しかしながら、本発明の他の具体例については、当該技術の通常の知識を有する人には明らかである。他の具体例についても、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明におけるある一実施例の構成要素の斜視図と部分断面図である。
【図２】図１に示される実施例の抽出された一部の構成要素の拡大部分斜視図で  ある。
【図３】図１に示された実施例の一部の分解斜視図である。
【図４】図３に示される構成要素の一つの一面を見えるように90度回転した拡大部分である。
【図５】図４によって示される実施例の上部構成要素の拡大部分断面図である。
【図６】多数の熱交換器が一直線上に配列された熱電気式モジュールと熱的に接触するように配置された、本発明の他の実施例である。
【図７】図６に示される実施例の分解斜視図である。
【図８】図７に示される実施例の断面図の略図概要である。
【図９】熱電気式モジュールの多数列をヒートパイプの同一面上配列に沿って垂直に配置した、本発明の他の実施例の分解斜視図である。
【図１０】図９に示される実施例のヒートパイプの拡大部分図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004537705.tif 000041
2004537705.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月23日(2003.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器に利用されるマニホールドであって、
第１の長軸を形成する細長いヘッドパイプであり、該ヘッドパイプは多数の細長いヒートパイプと流体連通しており、
各ヒートパイプには多数の毛細管経路が形成され、該経路は細長いテールパイプと流体連通しており、テールパイプは第1の長軸と平行な第２の長軸を形成する構成を有するマニホールドにおいて、
マニホールドは、熱伝導流体に対する内部貯蔵体や、内部の流体貯蔵体と流体連通する開口を有しており、該貯蔵体は、ヘッドパイプで形成される内室、テールパイプで形成される内室、及び多数の毛細管経路により構成される流体循環ループを形成しており、
マニホールドが動作している際には、第１の垂直平面を形成していることを特徴とするマニホールド。
【請求項２】
外部熱伝達表面を有する請求項１に記載のマニホールド。
【請求項３】
熱伝達表面が、複数の熱電気式モジュールと熱伝達するための第２の平面を形成している、請求項２に記載のマニホールド。
【請求項４】
熱伝達表面が、ヘッドパイプ、テールパイプ及び平面状に配置したヒートパイプを、１つ又はそれ以上組合わせることにより形成されている、請求項３に記載のマニホールド。
【請求項５】
接続ポートが、内部貯蔵体への侵入を避けるために再封止されている、請求項４に記載のマニホールド。
【請求項６】
各ヒートパイプは、一対の対向する平行平面状の外壁を有し、ヒートパイプ内の毛細管経路は、ヒートパイプ内で一方の外壁から他方の外壁に延びる多数の内壁で形成されている、請求項４に記載のマニホールド。
【請求項７】
毛細管経路が、ヒートパイプ内の一層の毛細管を形成する請求項６に記載のマニホールド。
【請求項８】
毛細管経路の断面径が約４ｍｍ以下である、請求項７に記載のマニホールド。
【請求項９】
熱伝導材料で形成されている、請求項８に記載のマニホールド。
【請求項１０】
毛細管経路が、マニホールドが形成する第１の平面に沿って延びている、請求項９に記載のマニホールド。
【請求項１１】
マニホールドは動作中に上方端部と下方端部とを有し、マニホールドが熱伝導流体を冷却する熱電気式モジュールと関連して動作する際には、熱伝達表面が上方端部に隣接し、マニホールドが熱伝導流体を加熱する熱電気式モジュールと関連して動作する際には、熱伝達表面が下方端部に隣接する、請求項１０に記載のマニホールド。
【請求項１２】
熱伝達表面がテールパイプに形成されている、請求項１１に記載のマニホールド。
【請求項１３】
テールパイプが接続ポートを有している、請求項１２に記載のマニホールド。
【請求項１４】
ヒートパイプの平面状表面は、同一平面状であり、第１と２の長軸に位置合せされている、請求項１１に記載のマニホールド。
【請求項１５】
ヒートパイプの同一平面状表面により接触表面が形成されている、請求項１４に記載のマニホールド。
【請求項１６】
貯蔵体と流体連通を行うための入口と出口を有している、請求項１５に記載のマニホールド。
【請求項１７】
第２の同様なマニホールドとの組み合わせであり、組み立てた際に、マニホールドの熱伝達表面が、熱電気式モジュールの列により形成される加熱面あるいは冷却面のいずれかと熱伝達しており、第２のマニホールドの熱伝達表面が、熱電気式モジュールの列により形成される他方の加熱面あるいは冷却面と熱伝達しており、マニホールドが動作のために組み立てられた際には、熱電気式モジュールの列が該マニホールドと第２のマニホールドとの間に位置する、請求項４に記載のマニホールド。
【請求項１８】
マニホールドを第２のマニホールドに固定するための、取り付け手段を有している、請求項１７に記載のマニホールド。
【請求項１９】
取り付け手段は、マニホールドの第１の外壁に対向して配置される第１の取り付け板と、第２のマニホールドの第２の外壁に対向して配置される第２の取り付け板と、該マニホールドを第２のマニホールド方向に押圧する締め付け手段とから構成される、請求項１８に記載のマニホールド。
【請求項２０】
内部に空洞を有するガスケットであり、該ガスケットはマニホールドの熱伝達表面に隣接して配置され、該空洞は熱電気式モジュールの列を収容する細長い空間を形成している、請求項１９に記載のマニホールド。
【請求項２１】
複数の列の熱電気式モジュールと熱伝達するように、熱伝達表面を形成している、請求項１に記載のマニホールド。
【請求項２２】
特定の容積を有する閉じた流体貯蔵体を形成し、該貯蔵体から空気を排出し、該貯蔵体内へ熱伝導流体を導入し、該貯蔵体の第１の部分を該流体の液相で満たし、該貯蔵体の第２の部分を該流体の気相で満たすことを含む、熱交換システムの製造方法。
【請求項２３】
貯蔵体内の流体を加熱又は冷却する工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
貯蔵体の容積の約４０％から７０％を液相が占め、該貯蔵体の容積の約３０％から６０％を気相が占めるまで、流体を充填する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
流体は、OS-600a，OS-22a，FOR12B，FOR12A，OS-12b，OS-12a，OS-502a，R-142，R-141B，水，アセトン，エタノール，及びメタノールからなる一群の流体から選択される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
熱伝導流体を貯蔵体に導入する前に、貯蔵体から実質的に全ての空気を排出する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
熱交換器に利用されるマニホールドであって、
第１の長軸を形成する細長いヘッドパイプであり、該ヘッドパイプは多数の細長いヒートパイプと流体連通しており、
各ヒートパイプには多数の毛細管経路が形成され、該経路は細長いテールパイプと流体連通しており、テールパイプは第1の長軸と平行な第２の長軸を形成する構成を有するマニホールドにおいて、
マニホールドは、熱伝導流体に対する内部貯蔵体や、内部の流体貯蔵体と流体連通する開口を有しており、
マニホールドは、マニホールドが動作している際には、第１の垂直平面を形成しており、
複数の熱電気式モジュールと熱伝達を行う第２の平面を形成する外部熱伝達表面を有することを特徴とするマニホールド。
【請求項２８】
マニホールドは動作中に上方端部と下方端部とを有し、マニホールドが熱伝導流体を冷却する熱電気式モジュールと関連して動作する際には、熱伝達表面が上方端部に隣接し、マニホールドが熱伝導流体を加熱する熱電気式モジュールと関連して動作する際には、熱伝達表面が下方端部に隣接する、請求項２７に記載のマニホールド。
【請求項２９】
マニホールドは、熱伝導流体の循環のために閉じたループを形成し、該閉じたループがテールパイプによる蒸発領域とヘッドパイプによる凝縮領域とを有する、請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２７又は２８に記載のマニホールド。
【請求項３０】
第１及び第２の長軸は直線である、請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２７，２８又は２９に記載のマニホールド。
【国際調査報告】
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