(57)【要約】【課題】使用温度範囲の広いヒートパイプ装置を提供する。【解決手段】ヒートパイプ装置の作動媒体１１としてイオン液体の水溶液を用いる。イオン液体は、水溶液状態での融点が０℃以下であるものとする。イオン液体を構成するカチオンは、ジアルキルイミダゾリウム、アルキルピリジニウム、テトラアルキルアンモニウム、テトラアルキルフォスフォニウム、トリアルキルスルフォニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピロリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルモルフォルニウムの中から選択され、イオン液体を構成するアニオンは、ハロゲンイオン、ＳＣＮ−、Ｎ（ＣＮ）２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＳＯ３−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３Ｃ−、Ｃ２Ｈ５ＳＯ３−、ＣＨ３ＯＳＯ３−、Ｃ２Ｈ５ＯＳＯ３−、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＣｌＯ４−、ＢＦ４−の中から選択されるものとする。【選択図】図１
2009145038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に作動媒体（１１）が封入された容器（１０）と、前記作動媒体を気化させる蒸発部（１２）と、気化した前記作動媒体（１１）を凝縮させる凝縮部（１３）とを備えるヒートパイプ装置において、
前記作動媒体（１１）は、イオン液体の水溶液であり、水溶液状態での融点が０℃以下であることを特徴とするヒートパイプ装置。
【請求項２】
前記イオン液体は、氷、前記イオン液体の固体、および前記イオン液体の水溶液の３つが存在するときの温度である特定温度が−２０℃より低く、そのときのイオン液体濃度である特定濃度より低濃度であることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ装置。
【請求項３】
前記イオン液体は２００℃以下で熱的安定性を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートパイプ装置。
【請求項４】
前記イオン液体を構成するカチオンは、オニウム系カチオンであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートパイプ装置。
【請求項５】
前記イオン液体を構成するカチオンは、ジアルキルイミダゾリウム、アルキルピリジニウム、テトラアルキルアンモニウム、テトラアルキルフォスフォニウム、トリアルキルスルフォニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピロリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルモルフォルニウムの中から選択されるとともに、前記イオン液体を構成するアニオンは、ハロゲンイオン、ＳＣＮ−、Ｎ（ＣＮ）２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＳＯ３−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３Ｃ−、Ｃ２Ｈ５ＳＯ３−、ＣＨ３ＯＳＯ３−、Ｃ２Ｈ５ＯＳＯ３−、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＣｌＯ４−、ＢＦ４−の中から選択されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートパイプ装置。
【請求項６】
前記イオン液体を構成するカチオンは、アルカリ金属イオンであり、前記イオン液体を構成するアニオンは、イミド系アニオンであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートパイプ装置。
【請求項７】
前記容器（１０）における下方部位には、他の部位より通路断面積が大きい液だめ部（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートパイプ装置。
【請求項８】
前記容器（１０）が環状に構成され、前記作動媒体（１１）が内部を一方向に循環するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のヒートパイプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプ装置に関し、特に作動媒体として水を用いるヒートパイプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にヒートパイプの作動媒体には水やアルコール類やフロン類など多様な液体が用いられるが、蒸発潜熱が大きいという作動媒体としての基本性能の高さに加え、環境性能やコスト面でも優れることから、ヒートパイプの作動媒体には水を用いることが非常に有効である。一方、ヒートパイプの使用温度範囲はできるだけ広い方が適用用途が広範になり好ましい。しかし、作動媒体に水を用いると使用温度が氷点下になった場合に凍結してしまいヒートパイプとしての作動が停止してしまう。さらに最悪の場合には凍結時の体積膨張によりヒートパイプが破裂してしまう可能性もある。
【０００３】
そこで、水を用いた作動媒体の凍結防止の対策として、運転停止時にヒートパイプを加熱して作動媒体が凍結温度以下にならないようにする構成（特許文献１）や、ヒートパイプの作動媒体に水溶性ポリマーやグリコール類を添加して不凍化する構成（特許文献２、３）が提案されている。
【特許文献１】特開平６−３４９６４４号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１７８３号公報
【特許文献３】特開２００５−９７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ヒートパイプを加熱する特許文献１の構成では、ヒートパイプを加熱するための構成が複雑になるだけでなく、加熱のためのエネルギーも必要となる。また、作動媒体に添加物を加える特許文献２、３の構成では、添加物自体が蒸気圧を持つので、ヒートパイプの沸騰凝縮性能に悪影響を及ぼしてしまう。さらに添加物が１００℃〜２００℃程度で分解してしまうため、ヒートパイプの使用温度範囲が添加物の分解温度以下に制限されてしまう。
【０００５】
本発明は上記点に鑑み、使用温度範囲の広いヒートパイプ装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の請求項に記載１の発明では、内部に作動媒体（１１）が封入された容器（１０）と、前記作動媒体を気化させる蒸発部（１２）と、気化した前記作動媒体（１１）を凝縮させる凝縮部（１３）とを備えるヒートパイプ装置において、前記作動媒体（１１）は、イオン液体の水溶液であり、水溶液状態での融点が０℃以下であることを特徴としている。
【０００７】
このように、ヒートパイプ装置の作動媒体（１１）としてイオン液体の水溶液を用いることで、高温でも作動媒体（１１）が変質や分解することなく、さらに氷点下でも作動媒体（１１）が凍結せず、氷点下から高温まで使用温度範囲の広いヒートパイプ装置を提供することができる。また、イオン液体は蒸気圧が極めて低いため、ヒートパイプ装置の沸騰凝縮性能に悪影響を及ぼすことがない。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明では、イオン液体は、氷、イオン液体の固体、およびイオン液体の水溶液の３つが存在するときの温度である特定温度が−２０℃より低く、そのときのイオン液体濃度である特定濃度より低濃度であることを特徴としている。
【０００９】
イオン液体の水溶液は、融点以下の温度になっても、氷、イオン液体の固体、およびイオン液体の水溶液の３つが存在するとき（以下、特定点という）の温度である特定温度以上であれば、水溶液中の一部の水が液体のまま存在するシャーベット状になるので、凍結時の体積膨張によりヒートパイプ装置が破損することはない。このため、作動媒体（１１）として、特定温度がヒートパイプ装置の通常の使用温度範囲の下限である−２０℃より低いイオン液体の水溶液を使用することで、通常の使用時においてヒートパイプ装置が破損することを防止できる。
【００１０】
また、イオン液体の水溶液のイオン液体濃度が、氷、イオン液体の固体、およびイオン液体の水溶液の３つが存在するときのイオン液体濃度である特定濃度より低濃度であれば、イオン液体の水溶液中のイオン液体の量を低減することができるので、少ないイオン液体でのヒートパイプ装置の使用が可能となる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明のように、前記イオン液体は２００℃以下で熱的安定性を有していることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明のように、前記イオン液体を構成するカチオンとして、オニウム系カチオンを用いることができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明のように、前記イオン液体を構成するカチオンは、ジアルキルイミダゾリウム、アルキルピリジニウム、テトラアルキルアンモニウム、テトラアルキルフォスフォニウム、トリアルキルスルフォニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピロリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルモルフォルニウムの中から選択でき、前記イオン液体を構成するアニオンは、ハロゲンイオン、ＳＣＮ−、Ｎ（ＣＮ）２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＳＯ３−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３Ｃ−、Ｃ２Ｈ５ＳＯ３−、ＣＨ３ＯＳＯ３−、Ｃ２Ｈ５ＯＳＯ３−、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＣｌＯ４−、ＢＦ４−の中から選択することができる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明のように、前記イオン液体を構成するカチオンはアルカリ金属イオンであり、前記イオン液体を構成するアニオンはイミド系アニオンとすることができる。イミド系アニオンとしては、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−や（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−を用いることができる。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明では、前記容器（１０）における下方部位に、他の部位より断面積が大きい液だめ部（１６）が設けられていることを特徴としている。これにより、蒸発せず熱の輸送に寄与しないイオン液体を液だめ部（１６）で貯蔵することができ、ヒートパイプ装置の性能を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明では、前記容器（１０）が環状に構成され、前記作動媒体（１１）が内部を一方向に循環するように構成されていることを特徴としている。このようなループ型のヒートパイプ装置であっても、作動媒体（１１）としてイオン液体の水溶液を用いることで、水が蒸発した後のイオン液体は液体状態を保持しているため、イオン液体は凝固することなく下方に落下することができ、作動媒体（１１）としての機能を阻害することがない。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態のヒートパイプ装置１の概略構成を示している。図１に示すように、本実施形態のヒートパイプ装置１は、作動媒体１１が封入された容器１０を備えている。本実施形態のヒートパイプ装置１は、ループ型ヒートパイプとして構成されており、環状に形成された容器１０の内部を作動媒体１１が循環できるようになっている。容器１０内における作動媒体１１の流れは一方向となっている。
【００２０】
容器１０には、作動媒体１１を気化させる蒸発部１２と、蒸発部１２で気化した作動媒体１１を凝縮させる凝縮部１３が設けられている。蒸発部１２と凝縮部１３は、容器１０における離れた位置に設けられている。蒸発部１２は容器１０における液面付近に設けられ、凝縮部１３は容器１０における液面の若干上方に設けられている。蒸発部１２には、作動媒体１１を加熱するための加熱部１４が設けられており、凝縮部１３には、気化した作動媒体１１を空冷するための放熱フィン１５が設けられている。本実施形態のヒートパイプ装置１では、加熱部１４の加熱温度が２００℃程度となっている。
【００２１】
本実施形態のヒートパイプ装置１では、作動媒体１１としてイオン液体の水溶液を用いている。本実施形態の「イオン液体」とは、カチオンとアニオンのみからなる物質で、低温で液状を呈している一種の塩である。イオン液体は、蒸気圧が極めて低く、かつ、耐熱性が高いという特性を有している。
【００２２】
本実施形態では、イオン液体を水溶液として用いるため、親水性のイオン液体を用いている。また、イオン液体は水溶液状態で用いるので、必ずしもイオン液体自体が常温で液状になっている必要はなく、イオン液体の融点は２００℃以下、好ましくは１００℃以下であればよい。また、加熱部１４での凝固を防ぐために、イオン液体の融点は加熱部１４での加熱温度以下であることが望ましい。また、イオン液体は、加熱部１４での加熱温度である２００℃以下で熱的安定性を有していること、すなわち少なくとも２００℃以下で分解せず物性変化しないことが必要である。
【００２３】
図２は、本実施形態のイオン液体を構成するカチオンの具体例を示している。本実施形態のイオン液体を構成するカチオンとしては、図２に示す有機系カチオンであるオニウム系カチオンを用いることができる。オニウム系カチオンとしては、図２に列挙した（ａ）ジアルキルイミダゾリウム、（ｂ）アルキルピリジニウム、（ｃ）テトラアルキルアンモニウム、（ｄ）テトラアルキルフォスフォニウム、（ｅ）トリアルキルスルフォニウム、（ｆ）Ｎ，Ｎ−ジアルキルピロリジニウム、（ｇ）Ｎ，Ｎ−ジアルキルピペリジニウム、（ｈ）Ｎ，Ｎ−ジアルキルモルフォルニウムの中から選択することができる。
【００２４】
図２におけるＲ、Ｒ１〜Ｒ４はアルキル鎖を示している。アルキル鎖Ｒ、Ｒ１〜Ｒ４の炭素数は、小さいほどイオン液体の粘性が低くなる傾向にあり、大きいほどイオン液体の粘性が高くなる傾向にある。このため、アルキル鎖Ｒ、Ｒ１〜Ｒ４の炭素数は小さい方が流動性が良く、作動媒体１１として好ましい。そこで、本実施形態では、各アルキル鎖Ｒ、Ｒ１〜Ｒ４の炭素数を１から２０、好ましくは１から１０としている。また、カチオンの炭素鎖は飽和直鎖に限らず、分岐鎖、あるいはフェニル基などの官能基を含んだり、また不飽和結合を有するものでもよい。さらに、エーテル基やカルボニル基、アミノ基などの形で窒素や酸素などのヘテロ原子を含むものでもよい。
【００２５】
本実施形態のイオン液体を構成するアニオンは、ハロゲンイオン、ＳＣＮ−、Ｎ（ＣＮ）２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＳＯ３−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３Ｃ−、Ｃ２Ｈ５ＳＯ３−、ＣＨ３ＯＳＯ３−、Ｃ２Ｈ５ＯＳＯ３−、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＣｌＯ４−、ＢＦ４−の中から選択することができる。さらに、カチオンとしてアルカリ金属イオンを用いることができ、この場合は、アニオンとしてイミド系アニオン（例えば（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−や（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−）の組合せを用いる。
【００２６】
本実施形態では、上記アニオンとカチオンの組合せからなるイオン液体のうち、親水性を有し、水溶液状態での融点が２００℃以下であり、かつ、２００℃以下で熱的安定性を有しているイオン液体を用いる。本実施形態では、カチオンとしてジアルキルイミダゾリウムの１種であるＢＭＩｍ＋（１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム）を選択し、アニオンとしてＢＦ４−（テトラフルオロボレート）を選択し、これらから構成されるイオン液体であるＢＭＩｍＢＦ４（１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート）を用いている。
【００２７】
図３は、熱重量測定装置（ＴＧ：ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ）によるＢＭＩｍＢＦ４の水溶液の測定結果であり、ＢＭＩｍＢＦ４の耐熱性に関する測定結果を示している。図３では、水に対するＢＭＩｍＢＦ４の体積比を１００％、９５％、９０％、７５％、５０％と変化させた場合の測定結果を示している。
【００２８】
図３に示すように、水に対するＢＭＩｍＢＦ４の体積比が１００％の場合には、１００℃に温度上昇しても重量変化せず、水に対するＢＭＩｍＢＦ４の体積比が９５％〜５０％の場合には、１００℃以下で重量が減少している。これは、ＢＭＩｍＢＦ４の水溶液中の水が１００℃以下で蒸発したことを示している。そして、約３００℃に温度上昇するまでは重量が一定となっており、約３００℃より高温になると重量が減少している。これは、約３００℃以上でＢＭＩｍＢＦ４が分解して蒸発したことを示している。つまり、ＢＭＩｍＢＦ４は、約３００℃以下では分解せず、熱的安定性を有した材料であることが分かる。
【００２９】
図４は、示差走査熱量計（ＤＳＣ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）によるＢＭＩｍＢＦ４測定結果を示しており、ＢＭＩｍＢＦ４の水溶液の融点に関する測定結果を示している。図４では、水に対するＢＭＩｍＢＦ４の体積比を９７．５％、９５％、９２．５％、９０％、７５％、０％と変化させた場合の測定結果を示している。なお、図４では、ＤＳＣによる測定結果のうち融点のみを示しており、さらに各測定結果を見やすくするために縦軸方向にずらして表示している。
【００３０】
図４における各測定結果のうち、下方に突出したピーク（図中の丸で囲んだ部分）が融点を示している。水に対するＢＭＩｍＢＦ４の体積比が９７．５％の場合の融点は−３６．７６℃であり、９５％の場合の融点は−２２．５８℃であり、９２．５％の場合の融点は−１６．３６℃であり、９０％の場合の融点は−１３．２１℃であり、７５％の場合の融点は−２．２８℃である。図４に示すように、ＢＭＩｍＢＦ４の水溶液の融点は氷点下であり、水の混合率が小さいほど融点が低くなっている。
【００３１】
次に、本実施形態のヒートパイプ装置１の作動について説明する。まず、容器１０の下方に溜まったイオン液体の水溶液は蒸発部１２において加熱部１４で加熱され、イオン液体の水溶液中の水が気化して水蒸気となり、容器１０内部を上方に移動する。また、イオン液体は加熱部１４での加熱温度で充分な熱的安定性を有しているので、分解することなく、作動媒体１１として繰り返し使用することができる。蒸発部１２にて気化した水蒸気は、容器１０の内部を移動して凝縮部１３に到達し、放熱部１５で放熱され、温度低下する。これにより、水蒸気は凝縮部１３で凝縮して水滴となり、容器１０内部の下方に落下してイオン液体と再び混ざり合う。このように、作動媒体１１に含まれる水が蒸発及び凝縮することで、熱の輸送が行われる。
【００３２】
以上のように、ヒートパイプ装置１の作動媒体１１としてイオン液体の水溶液を用いることで、高温でも作動媒体１１が変質や分解することなく、さらに氷点下でも作動媒体１１が凍結しないヒートパイプ装置を提供することができる。また、イオン液体は蒸気圧が極めて低いので、ヒートパイプ装置１の沸騰凝縮性能に影響を及ぼすことがない。これにより、氷点下から高温まで使用温度範囲が広い高性能なヒートパイプ装置を実現することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、作動媒体１１としてイオン液体の水溶液を用いているため、ループ型ヒートパイプ装置に好適に用いることができる。以下、この点について説明する。
【００３４】
仮に作動媒体１１として融点が高い通常の塩の水溶液を用いた場合には、加熱部１４で水溶液中の水が蒸発した後、容器１０の内壁で塩が凝固する可能性がある。蒸発部の上方に凝縮部が設けられた直線状のヒートパイプ装置で、作動媒体が容器内部を往復する構成の場合には、凝縮した水が加熱部を通過するので、凝固した塩を加熱部から除去しやすいが、本実施形態のようなループ型ヒートパイプ装置の場合は、作動媒体１１の流れが一方向であるので、凝縮した水が加熱部１４を通過しないので加熱部１４で凝固した塩が残留しやすい。これに対し、本実施形態では、作動媒体１１としてイオン液体の水溶液を用いており、水が蒸発した後のイオン液体は液体状態を保持しているため、ループ型ヒートパイプ装置に用いた場合にも、容器１０の内壁で凝固することなく下方に落下することができ、作動媒体１１としての機能を阻害することがない。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、作動媒体１１に用いられるイオン液体の種類が異なっている。
【００３６】
本第２実施形態では、カチオンとしてジアルキルイミダゾリウムの１種であるＢＭＩｍ＋（１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム）を選択し、アニオンとしてハロゲンイオンの一種であるＩ−（アイオダイド）を選択し、これらから構成されるイオン液体であるＢＭＩｍＩ（１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド）を用いている。
【００３７】
図５は、熱重量測定装置（ＴＧ：ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ）によるＢＭＩｍＩの水溶液の測定結果であり、ＢＭＩｍＩの耐熱性に関する測定結果を示している。図５では、水に対するＢＭＩｍＩの体積比を１００％、７５％、５０％と変化させた場合の測定結果を示している。
【００３８】
図５に示すように、水に対するＢＭＩｍＩの体積比が１００％の場合には、１００℃に温度上昇してもほとんど重量変化せず、水に対するＢＭＩｍＩの体積比が７５％、５０％の場合には、１００℃以下で重量が減少している。これは、ＢＭＩｍＩの水溶液中の水が１００℃以下で蒸発したことを示している。なお、水に対するＢＭＩｍＩの体積比が１００％の場合にも１００℃以下で重量が若干減少しているが、これはＢＭＩｍＩが吸湿していた水分が蒸発したためである。そして、約２５０℃に温度上昇するまでは重量が一定となっており、約２５０℃より高温になると重量が減少している。これは、約２５０℃以上でＢＭＩｍＩが分解して蒸発したことを示している。つまり、ＢＭＩｍＩは、約２５０℃以下では分解せず、熱的安定性を有した材料であることが分かる。
【００３９】
図６は、示差走査熱量計（ＤＳＣ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）によるＢＭＩｍＩの水溶液の測定結果を示しており、ＢＭＩｍＩの水溶液の融点に関する測定結果を示している。図６では、水に対するＢＭＩｍＩの体積比を７５％、５０％、０％と変化させた場合の測定結果を示している。なお、図６では、ＤＳＣによる測定結果のうち融点のみを示しており、さらに各測定結果を見やすくするために縦軸方向にずらして表示している。
【００４０】
図６における各測定結果のうち、下方に突出したピーク（図中の丸で囲んだ部分）が融点を示している。水に対するＢＭＩｍＩの体積比が８５％の場合の融点は−５６．８９℃であり、８０％の場合の融点は−３２．９７℃であり、７５％の場合の融点は−１７．７６℃であり、５０％の場合の融点は−３．２９℃である。図６に示すように、ＢＭＩｍＩの水溶液の融点は氷点下であり、水の混合率が小さいほど融点が低くなっている。
【００４１】
以上説明したＢＭＩｍＩの水溶液をヒートパイプ装置１の作動媒体１１として用いた場合にも、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本第３実施形態では、作動媒体１１に用いられるイオン液体として、ＢＭＩｍＩを用いている。
【００４３】
図７は、ＢＭＩｍＩの水溶液のＢＭＩｍＩ濃度と温度との関係を示す特性図である。図７において、氷、ＢＭＩｍＩの固体、およびＢＭＩｍＩの水溶液の３つが存在する点を特定点といい、そのときの温度を特定温度といい、そのときの濃度を特定濃度という。
【００４４】
図７に示すように、ＢＭＩｍＩの水溶液は、その温度が、ＢＭＩｍＩの水溶液の融点以下、特定温度以上で、イオン濃度が特定濃度以下のとき、水溶液中の一部の水が液体のまま存在するシャーベット状になる。
【００４５】
より詳細には、ＢＭＩｍＩの水溶液は、温度がＢＭＩｍＩの水溶液の融点以下、特定温度以上、かつＢＭＩｍＩ濃度が特定濃度より低いとき（図７の斜線領域）、氷とＢＭＩｍＩの水溶液の２つが存在する状態（以下、シャーベット状態という）となる。なお、図７において、ＢＭＩｍＩの水溶液のＢＭＩｍＩ濃度が０ｍｏｌ％のときは、水溶液中にＢＭＩｍＩが含まれておらず、シャーベット状にはならないので、シャーベット状態から除外されている。
【００４６】
ＢＭＩｍＩの水溶液がシャーベット状態のときは、水溶液中の一部の水およびイオン液体が液体のまま存在するため、凍結時の体積膨張によりヒートパイプ装置１が破損することはない。図７に示すように、ＢＭＩｍＩの水溶液の特定温度は、ヒートパイプ装置の通常の使用温度範囲の下限である−２０℃より低く、ＢＭＩｍＩの水溶液の濃度は、特定濃度より低くなっている。
【００４７】
以上説明したように、作動媒体１１として、特定温度がヒートパイプ装置１の通常の使用温度範囲の下限である−２０℃より低いＢＭＩｍＩの水溶液を使用することで、通常の使用時においてヒートパイプ装置が破損することを防止できる。
【００４８】
また、ＢＭＩｍＩの水溶液のＢＭＩｍＩ濃度を特定濃度より低くすることで、ＢＭＩｍＩの水溶液中のＢＭＩｍＩの量を低減することができるので、少量のＢＭＩｍＩでヒートパイプ装置を使用することが可能となる。
【００４９】
本実施形態のヒートパイプ装置１では、作動媒体１１に含まれる水が蒸発及び凝縮することで熱の輸送が行われるので、作動媒体１１中の水の割合が多い程、ヒートパイプ装置１としての性能が向上する。したがって、ＢＭＩｍＩの水溶液中のＢＭＩｍＩの量を低減することで、作動媒体１１中の水の割合を増加させることができるので、ヒートパイプ装置１の性能を向上させることができる。
【００５０】
また、ＢＭＩｍＩの水溶液中のＢＭＩｍＩの量を低減することで、ＢＭＩｍＩの水溶液の粘性が低くなり、流動性が高くなるため、作動媒体１１として好適に用いることができる。また、ＢＭＩｍＩの水溶液中のＢＭＩｍＩの量を低減することで、高価なＢＭＩｍＩの使用量を抑えることができるので、コストダウンを図ることができる。
【００５１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本第４実施形態は、上記第３実施形態に対して、作動媒体１１に用いられるイオン液体の種類が異なっている。
【００５２】
本第４実施形態では、カチオンとしてジアルキルイミダゾリウムの１種であるＥＭＩｍ＋（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム）を選択し、アニオンとしてＣＦ３ＳＯ３−を選択し、これらから構成されるイオン液体であるＥＭＩｍＣＦ３ＳＯ３（以下、ＥＭＩｍＴｆＯと略す）を用いている。
【００５３】
図８は、ＥＭＩｍＴｆＯの水溶液のＥＭＩｍＴｆＯ濃度と温度との関係を示す特性図である。図８において、氷、ＥＭＩｍＴｆＯの固体、およびＥＭＩｍＴｆＯの水溶液の３つが存在する点を特定点といい、そのときの温度を特定温度といい、そのときの濃度を特定濃度という。
【００５４】
図８に示すように、ＥＭＩｍＴｆＯの水溶液は、その温度が、ＥＭＩｍＴｆＯの水溶液の融点以下、特定温度以上で、イオン液体濃度が特定濃度以下のとき、水溶液中の一部の水が液体のまま存在するシャーベット状になる。
【００５５】
より詳細には、ＥＭＩｍＴｆＯの水溶液は、温度がＥＭＩｍＴｆＯの水溶液の融点以下、特定温度以上、かつＥＭＩｍＴｆＯ濃度が特定濃度より低いとき（図８の斜線領域）、氷とＥＭＩｍＴｆＯの水溶液の２つが存在する状態（以下、シャーベット状態という）となる。なお、図８において、ＥＭＩｍＴｆＯの水溶液のＥＭＩｍＴｆＯ濃度が０ｍｏｌ％のときは、水溶液中にＥＭＩｍＴｆＯが含まれておらず、シャーベット状にはならないので、シャーベット状態から除外されている。
【００５６】
図８に示すように、ＥＭＩｍＴｆＯの水溶液の特定温度は、ヒートパイプ装置の通常の使用温度範囲の下限である−２０℃より低く、ＥＭＩｍＴｆＯの水溶液の濃度は、特定濃度より低くなっている。
【００５７】
以上説明したＥＭＩｍＴｆＯの水溶液をヒートパイプ装置１の作動媒体１１として用いた場合にも、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、作動媒体１１に１種類のイオン液体を用いたが、これに限らず、複数種類のイオン液体を用いてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、本発明をループ型のヒートパイプ装置１に適用したが、本発明を図９に示すような一般的な単管構造のヒートパイプ装置２に適用してもよい。
【００６０】
また、作動媒体１１としてイオン液体の水溶液を用いる場合には、作動媒体１１中に蒸発せず熱の輸送に寄与しないイオン液体が多く含まれているため、容器１０にイオン液体を貯蔵する部位が設けられている方がヒートパイプ装置の性能を向上させることができる。このため、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、ループ型のヒートパイプ装置１や単管構造のヒートパイプ装置２における容器１０の下方部位において、容器１０の他の部位より通路断面積が大きい液だめ部１６を設けることで、ヒートパイプ装置１、２の性能を向上させることができる。
【００６１】
また、上記実施形態では、凝縮部１３に放熱フィン１５を設け、気化した作動媒体を空冷するように構成したが、これに限らず、凝縮部１３に冷却水が循環するように構成し、気化した作動媒体を水冷するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】上記実施形態のヒートパイプ装置の概略構成を示す図である。
【図２】イオン液体を構成するカチオンの具体例を示す図である。
【図３】熱重量測定装置によるＢＭＩｍＢＦ４の水溶液の測定結果を示す図である。
【図４】示差走査熱量計によるＢＭＩｍＢＦ４の水溶液の測定結果を示す図である。
【図５】熱重量測定装置によるＢＭＩｍＩの水溶液の測定結果を示す図である。
【図６】示差走査熱量計によるＢＭＩｍＩの水溶液の測定結果を示す図である。
【図７】ＢＭＩｍＩの水溶液のＢＭＩｍＩ濃度と温度との関係を示す特性図である。
【図８】ＥＭＩｍＴｆＯの水溶液のＥＭＩｍＴｆＯ濃度と温度との関係を示す特性図である。
【図９】変形例に係るヒートパイプ装置の概略構成を示す図である。
【図１０】変形例に係るヒートパイプ装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１    ヒートパイプ装置
１０  容器
１１  作動媒体
１２  蒸発部
１３  凝縮部
１４  加熱部
１５  放熱フィン
１６  液だめ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009145038.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2009145038.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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