(57)【要約】      （修正有）【課題】水素ガスの排出を促進することが可能なヒートパイプを提供する。【解決手段】金属管１１と、金属管１１の内部に封入された作動液１２と、を有し、該金属管１１の一部に、金属管１１を貫通する水素透過膜１４が配設され、該水素透過膜１４の外表面に、該水素透過膜１４に接触する水素吸蔵合金１５が配設されている、ヒートパイプとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管と、該金属管の内部に封入された作動液と、を有し、
前記金属管の一部に、前記金属管を貫通する水素透過膜が配設され、
前記水素透過膜の外表面に、該水素透過膜に接触する水素吸蔵合金が配設されている、ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱を移動させる装置として、ヒートパイプが知られている。このようなヒートパイプに関する技術として、例えば特許文献１には、外筒の少なくとも一部が、パラジウムまたはパラジウム系合金で形成されているヒートパイプが開示されている。また、特許文献２には、凝集部にパラジウムまたはその合金よりなる水素透過部材が貫通状に設けられているヒートパイプが開示されている。また、特許文献３には、内部に水素貯蔵合金を配設して、内部に発生する水素ガスを吸入させるヒートパイプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５３−１３０５５６号公報
【特許文献２】特開昭５８−８６３９１号公報
【特許文献３】特開平５−２１３２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒートパイプの金属管内に封入された作動液と金属管とが反応することにより水素ガスが発生すると、気化した作動液の流動が水素ガスによって阻害されるため、ヒートパイプの性能が低下する。それゆえ、ヒートパイプの性能低下を抑制するためには、発生した水素ガスを排出することが必要である。このような観点から、特許文献１に開示されている技術では、パイプ内部に発生する水素ガスを、パラジウムを通して外部（大気中）に排出しようとしている。しかしながら、ヒートパイプ外部の圧力は高い（大気圧）。そのため、水素ガスを、パラジウムを通して外部（大気中）に排出しようとしても、パラジウムを透過した水素はパラジウムの表面に留まる場合が多い。それゆえ、特許文献１に開示されている技術では、水素の排出効率が低い。また、発生した水素ガスを吸収するために、特許文献３に開示されている形態で水素吸蔵合金を用いると、水素吸蔵合金から乖離した水素がヒートパイプ側に逆流する可能性があった、また液止めを水素が透過しにくい場合があった。したがって、特許文献１に開示されている技術と、特許文献２及び特許文献３に開示されている技術とを単に組み合わせても、水素ガスの排出を促進することは困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、水素ガスの排出を促進することが可能なヒートパイプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、金属管の一部に設けた、金属管を貫通する水素透過膜の外表面に、水素透過膜と接触するように水素吸蔵合金を配置した。このように水素吸蔵合金を配置することにより、水素透過膜の外表面へと達した水素を水素吸蔵合金内へと移動させることが可能になり、水素透過膜から水素を脱離させやすくなる結果、水素ガスの排出を促進することが可能になることを知見した。本発明は、当該知見に基づいて完成させた。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、金属管と、該金属管の内部に封入された作動液と、を有し、金属管の一部に、該金属管を貫通する水素透過膜が配設され、該水素透過膜の外表面に、該水素透過膜に接触する水素吸蔵合金が配設されている、ヒートパイプである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水素ガスの排出を促進することが可能なヒートパイプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のヒートパイプ１０を説明する図である。
【図２】水素透過膜１４及び水素吸蔵合金１５を拡大して説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。以下の図面では、繰り返される符号の一部記載を省略することがある。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。
【００１１】
図１は、本発明の１つの実施形態にかかるヒートパイプ１０を説明する図である。図１に示した本発明のヒートパイプ１０は、アルミニウム管１１（以下において、「金属管１１」と称することがある。）と、この金属管１１に封入された、作動液である水１２と、金属管１１に収容された、アルミニウム製のウィック１３と、金属管１１を貫通するように設けられている孔に配設された、パラジウム合金によって構成される多孔質の水素透過膜１４と、水素透過膜１４の外表面に配設された水素吸蔵合金１５と、を有している。水素透過膜１４は、より具体的には、金属管１１を貫通するように設けられた孔に配設されている、ステンレス鋼製の焼結体の表面に形成されている。
【００１２】
ヒートパイプ１０は、図１の紙面左右方向における一端側の温度と他端側の温度とが異なる環境に配置される。以下の説明では、ヒートパイプ１０へと熱が加えられるヒートパイプ１０の一端側を高温部と称し、当該高温部よりも温度が低い、ヒートパイプ１０の他端側を低温部と称する。
【００１３】
高温部から加えられた熱は、金属管１１を介して、水１２へと伝えられる。温められた水１２は、気化して水蒸気となり、低温部側へと移動する。低温部へと移動した水蒸気は、冷却されて水へと戻り、金属管１１に収容された、毛細管構造のウィック１３に吸収される。このようにしてウィック１３に吸収された水は、ウィック１３を伝って高温部側へと移動する。ヒートパイプ１０内では、このようにして水が循環し、高温部から低温部への熱移動が起こる。
【００１４】
ヒートパイプ１０では、金属管１１にアルミニウムが用いられ、且つ、作動液に水が用いられているので、アルミニウムと水とが反応することにより、水素が発生する。このようにして発生した水素は、水蒸気の流動を阻害するため、金属管１１の内部に水素を存在させたままにすると、ヒートパイプ１０の性能が低下しやすい。このような事態を抑制するため、本発明では、金属管１１を貫通する多孔質の水素透過膜１４、及び、この水素透過膜１４の外表面に接触させた水素吸蔵合金１５が備えられる構成にしている。水素透過膜１４はパラジウム合金によって構成された多孔質膜なので、金属管１１の内部で発生した水素を、透過させることができる。このようにして水素透過膜１４を透過した水素は、水素透過膜１４の外表面へと達し、その後、水素透過膜１４の外表面に接触するように配置されている水素吸蔵合金１５に吸蔵される。
【００１５】
図２は、水素透過膜１４及び水素吸蔵合金１５を拡大して説明する図である。図２の紙面左側が金属管１１の内側であり、図２の紙面右側が金属管１１の外側である。図１及び図２を適宜参照しつつ、ヒートパイプ１０について説明を続ける。
【００１６】
ヒートパイプ１０を用いて、高温部から低温部へ熱を移動させる際、ヒートパイプ１０の内側の圧力は例えば０．０１ＭＰａ以下であるのに対し、ヒートパイプ１０の外側の圧力は例えば０．１ＭＰａ程度である。このように、ヒートパイプ１０の外側の圧力は、ヒートパイプ１０の内側の圧力よりも大きいので、ヒートパイプ１０の外側には非常に多くのガス分子（窒素分子２２や酸素分子２３等）が存在している。そのため、従来技術のように、水素透過膜の外表面に水素吸蔵合金を配置しない形態では、水素透過膜を透過した水素分子が水素透過膜の外表面から脱離し難い。その結果、従来技術では、水素透過膜の外表面に水素が留まって、水素透過膜の外表面近傍の水素濃度が高くなり、ヒートパイプの内側の水素濃度との差が小さくなるため、水素透過膜を透過する水素量が減少する。これに対し、本発明のヒートパイプ１０では、水素透過膜１４の外表面に接触するように、水素吸蔵合金１５が配設されている。このような形態にすることにより、水素透過膜１４を透過して水素透過膜１４の外表面に達した水素分子２１を、水素吸蔵合金１５へと速やかに吸蔵させることができるので、水素透過膜１４の外表面から水素分子２１を脱離させやすくなる。その結果、水素透過膜１４の外表面近傍の水素濃度を、ヒートパイプ１０の内側における水素濃度よりも小さくすることができ、且つ、水素透過膜１４の外表面近傍の水素濃度とヒートパイプ１０の内側における水素濃度との差を大きくすることができるので、水素透過膜１４による水素の移動を促進することが可能になる。したがって、本発明によれば、水素ガスの排出を促進することが可能なヒートパイプ１０を提供することができる。
【００１７】
上記説明では、金属管１１としてアルミニウム管１１を例示したが、本発明のヒートパイプで使用可能な金属管は、アルミニウム管に限定されない。本発明のヒートパイプにおける金属管を構成可能な金属としては、アルミニウムのほか、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、ステンレス鋼等の鉄系合金、チタン、チタン合金等を例示することができる。
【００１８】
また、上記説明では、作動液として水を例示したが、本発明のヒートパイプで使用可能な作動液は、水に限定されない。本発明のヒートパイプで使用可能な作動液としては、水のほか、アルコール、アセトン、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）等のフッ素系冷媒、ペンタン、ブタン、アンモニア等を例示することができる。
【００１９】
また、上記説明では、ウィック１３としてアルミニウム製のウィックを例示したが、本発明のヒートパイプで使用可能なウィックは、アルミニウム製に限定されない。本発明のヒートパイプにおけるウィックを構成可能な金属としては、アルミニウムのほか、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、ステンレス鋼等の鉄系合金、チタン、またアルミナ等の金属酸化物、ポリイミド等の樹脂等を例示することができる。
【００２０】
また、上記説明では、ウィック１３を有する形態のヒートパイプ１０を例示したが、本発明のヒートパイプは、ウィックを有する形態に限定されず、ウィックを有しない形態とすることも可能である。ウィックを有しない形態とする場合には、高温部よりも鉛直方向上側に低温部が配置されるように、ヒートパイプを設置すれば良い。
【００２１】
また、上記説明では、水素透過膜１４として、パラジウム合金によって構成される多孔質の水素透過膜１４を例示したが、本発明のヒートパイプで使用可能な水素透過膜は、これに限定されない。水素透過膜は、例えばパラジウムによって構成されていても良く、ニオブ、ニオブ合金、バナジウム、バナジウム合金等によって構成されていても良い。水素透過膜がパラジウム合金によって構成される場合、水素透過膜を構成可能なパラジウム合金としては、３０質量％のＡｇを含むＰｄ−Ａｇ合金や、４０質量％のＣｕを含むＰｄ−Ｃｕ合金等を例示することができる。
【００２２】
水素透過膜１４は、例えば、穴径が０．１ｍｍの多孔体であるステンレス鋼の焼結体の表面に、蒸着やスパッタリングによって成膜することにより作製することができる。そして、ステンレス鋼の焼結体の表面に成膜された水素透過膜１４を、金属管１１に設けられている孔に配設することにより、金属管の一部に、該金属管を貫通する水素透過膜を配設することができる。このほか、水素透過膜１４がパラジウム合金によって構成される多孔質の圧延体である場合には、拡散接合（熱圧着）等をすることにより、金属管１１の一部を、該金属管を貫通する水素透過膜１４によって構成することができる。
【００２３】
本発明において、水素透過膜１４の厚さは、ヒートパイプ１０の性能低下を抑制するために必要な水素透過能を有する厚さとし、且つ、ヒートパイプの圧力変化に耐え得る厚さとする。水素透過膜１４の厚さは、０．１μｍ以上１０００μｍ以下にすることができ、例えば、２０μｍにすることができる。
【００２４】
上記説明では、ステンレス鋼の焼結体の表面に、水素透過膜１４が形成されている形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。水素透過膜は、金属管の一部を貫通する形態で配設されていれば良い。ただし、ヒートパイプの圧力変化に耐え、且つ、水素透過能を高めやすい形態で水素透過膜を配設する観点から、水素透過膜は、金属の焼結体の表面に成膜されていることが好ましい。このような形態にすることにより、水素透過膜の膜厚が薄くても、ヒートパイプの圧力変化に耐えることができる。また、水素透過膜の膜厚を薄くすることにより、高い水素透過能を有する水素透過膜を少量の材料を用いて作製することができるので、低コスト化を図ることが可能になる。
【００２５】
また、本発明において、水素吸蔵合金１５は、水素を吸蔵可能であれば、特に限定されない。本発明で使用可能な水素吸蔵合金としては、マグネシウム金属やアルカリ金属等を例示することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０…ヒートパイプ
１１…アルミニウム管（金属管）
１２…水（作動液）
１３…ウィック
１４…水素透過膜
１５…水素吸蔵合金
２１…水素分子
２２…窒素分子
２３…酸素分子
【図１】
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【図２】
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