(57)【要約】【課題】小型かつ軽量化と高伝熱性能とを両立させたループヒートパイプ型伝熱装置を提供すること。【解決手段】蒸発器と、該蒸発器から気相の作動流体を導く蒸気管、該蒸気管と接続された凝縮器、該凝縮器から液相の作動流体を蒸発器に還流する液管を設けたループヒートパイプ型伝熱装置において、連続した三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型多孔質体からなるウィックを蒸発器内部に設置したことを特徴とするループヒートパイプ型伝熱装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器と、該蒸発器から気相の作動流体を導く蒸気管、該蒸気管と接続された凝縮器、該凝縮器から液相の作動流体を蒸発器に還流する液管を設けたループヒートパイプ型伝熱装置において、連続した三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型多孔質体からなるウィックを蒸発器内部に設置したことを特徴とするループヒートパイプ型伝熱装置。
【請求項２】
モノリス型多孔質体が、柱状物が三次元に分岐した構造体からなる非粒子凝集型の多孔質体であることを特徴とする請求項１に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。
【請求項３】
モノリス型多孔質体がセラミックであることを特徴とする請求項１または２に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。
【請求項４】
モノリス型多孔質体がポリマーであることを特徴とする請求項１または２に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。
【請求項５】
ポリマーが熱硬化性ポリマーであることを特徴とする請求項４に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。
【請求項６】
モノリス型多孔質体が、平均流量開孔径が０．１〜１０μｍであり、かつ、１０％流量開孔径が平均流量開孔径より０〜５μｍ大きい多孔質体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はループヒートパイプ型伝熱装置に関し、特にパーソナルコンピューター等小型かつ軽量でありながら、効率的な伝熱装置を必要とする分野に利用されるに適したループヒートパイプ型伝熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、宇宙用、工業用または家庭用の伝熱装置として、ループヒートパイプ型伝熱装置が知られており、例えば、特許文献１などに示されている。このループヒートパイプ型伝熱装置では、蒸発器により発熱源から吸熱して作動流体を蒸発させて気相にし、得られた蒸気を蒸気管によって凝縮器に供給し、ここで吸熱源へ放熱して液相にする。このため、例えば宇宙船などにおいて、内部の各種機器の発熱を蒸発器により吸熱し、この熱を凝縮器において宇宙に放熱して、各種機器の温度を制御することができる。機械的な駆動部分がないため、無人の宇宙船などで長期間安定して使用することができる。
【０００３】
このようなループヒートパイプ型伝熱装置においては、その蒸発器の内部に多孔質体からなるウィックを有している。円筒形の蒸発器の場合、このウィックは蒸発器の内部を、液相の作動流体を収容する内側液溜室と、気相の作動流体を収容する外側の蒸気室に仕切っている。液相の作動流体は毛細管力でウィック内を外側に進み、ウィックの表面部分において蒸発する。ウィックには銅、アルミおよびニッケル等の金属、アルミナ、酸化チタンおよびシリカ等のセラミック、または延伸多孔質ポリテトラフロロエチレンおよびポリエチレン等の高分子等を材料にした多孔質体が用いられる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、延伸多孔質ポリテトラフロロエチレンおよび多孔質セラミックが開示されている。また、特許文献２にはセラミックあるいは金属粉末を原料としたものであって、例えばそれらの原料粉末を圧縮成形した後に焼結することにより製造された多孔質体が開示されている。
【０００５】
しかしながら、ループヒートパイプ型伝熱装置の高効率な伝熱性能を生かし、パーソナルコンピューター（ＰＣ）、とくにノート型ＰＣへの採用を検討する場合、上記多孔質体をウィックに用いると、以下の問題が生じる可能性がある。
【０００６】
即ち、ノート型ＰＣは小型かつ軽量化しつつ、高性能化を図るため、中央演算装置ＭＰＵのクロック周波数は増加しており、さらにＭＰＵも高集積化している。それに伴い、ノート型ＰＣの熱密度が増加している。特に高発熱素子であるＭＰＵの熱密度は１００Ｗ／ｃｍ2と核反応炉に逼迫するレベルに達している。そのため、ループヒートパイプ型伝熱装置も小型かつ軽量化しながら、さらなる高熱伝導性を要求されている。従って、熱伝導性を決定するウィックも毛細管力の向上と通液抵抗の減少により、液相の作動流体の移動性を向上させつつ、より、小さな熱の印加で蒸発を促進することが求められている。
【０００７】
上記性能を満たすためには、ウィックには、毛細管力を向上するための開孔径の減少と、通液抵抗を下げ、かつ蒸発を促進するための空隙率の増加とが同時に求められる。さらに均一に液相の作動流体を移動させ蒸発を均一に起すために開孔径の分布を小さくし、均一な多孔質体とする必要がある。しかしながら、粉末を圧縮した後、焼結して得られる多孔質体は開孔径を小さくするためには、粒径の小さな粉末を用いる必要があるが、粒径が小さくなるに従い、充填率が向上し、空隙率が減少する。さらに、開孔径の分布を小さくするためには、粉末の粒径を均一にし、圧縮および焼結の条件を高精度で制御する必要があるが、工業的に実施することは困難である。一方、ポリマーシートやフィルムを延伸して得られる多孔質体では一般的に空隙率を高くするためには、延伸倍率を高くする必要があるが、延伸倍率を高くするに従い、開孔径も大きくなる傾向にある。さらに、開孔径の分布を小さくするためには、延伸条件を高精度に制御する必要があるが、一般に困難である。従って、従来の多孔質体では開孔径の減少と空隙率の増加は一般に両立せず、開孔径を減少させると空隙率も減少してしまう。開孔径の分布を小さくすることも一般的には困難である。従って、性能向上に限界があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２４６５８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の事情に鑑みて発明されたものであり、連続した三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型多孔質体からなるウィックを蒸発器内部に設置せしめることで、小型かつ軽量化と高伝熱性能とを両立させたループヒートパイプ型伝熱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】
【００１０】
本発明は、上述の目的を達成するために、三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型多孔質体からなるウィックを用いる。該多孔質体は平均流量開孔径の制御が容易であると同時に均一な開孔径とすることが容易で極めて分布の小さな開孔を有する。さらに、細い三次元網目状骨格により空隙を形成するため、通液抵抗を低くすることが可能である。従って、ウィック内を流れる液相の作動流体の通液抵抗を最小限に抑制しつつ、毛細管力による作動流体の移動を促進することが可能であり、さらに小さな熱の印加でも蒸発を促進することができる。その結果、蒸発部熱伝導率が向上する効果が生じることを見出し、本発明を完成させたものである。
【００１１】
すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）蒸発器と、該蒸発器から気相の作動流体を導く蒸気管、該蒸気管と接続された凝縮器、該凝縮器から液相の作動流体を蒸発器に還流する液管を設けたループヒートパイプ型伝熱装置において、三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型多孔質体からなるウィックを蒸発器内部に設置したことを特徴とするループヒートパイプ型伝熱装置。これにより、ウィックの毛細管力を向上させつつ、通液抵抗を下げて、作動流体の移動を促進する作用を有する。
【００１２】
（２）モノリス型多孔質体が、柱状物が三次元に分岐した構造体からなる非粒子凝集型のモノリス型多孔質体であることを特徴とする上記（１）に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。これにより、開孔径の分布を一層小さくし、さらに通液抵抗を下げることが可能である。
【００１３】
（３）モノリス型多孔質体がセラミックであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。
（４）モノリス型多孔質体がポリマーであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。
【００１４】
（５）ポリマーが熱硬化性ポリマーであることを特徴とする上記（４）に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。
（６）モノリス型多孔質体が、平均流量開孔径が０．１〜１０μｍであり、かつ、１０％流量開孔径が平均流量開孔径より０〜５μｍ大きい多孔質体であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のループヒートパイプ型伝熱装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のループヒートパイプ型伝熱装置を用いることにより、小型かつ軽量化と高性能化とがともに要求されるＰＣまたはサーバー等の電子機器の高効率な伝熱が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に用いられるウィックは三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型多孔質体であることが肝要である。三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型多孔質体は、粉末を焼結した多孔質体に比較し、広い範囲で平均流量開孔径を制御しながら、極めて開孔径の分布を狭くすることが可能である。モノリス型多孔質体は、さらに細い三次元網目状骨格で空隙を形成するため、通液抵抗を低くすることが可能である。すなわち、ウィックにモノリス型多孔質体を用いることにより、開孔径を減少させながら、通液抵抗の増加を抑制でき、均一に作動流体を通液させることが可能であり、ループヒートパイプ型伝熱装置の性能を向上させることが可能である。
【００１７】
本発明で用いるモノリス型多孔質体は、相分離による過渡的構造を、三次元架橋構造等の形成によって固定化することのできる化学反応系で得ることができる。過渡的構造の形成および発展と架橋反応等による構造固定化との競争的な過程を制御することによって、広い構造範囲にわたって、高度に制御された内部界面を有するモノリス型多孔質体を形成することができる。反応系を例示すれば、極性溶媒存在下でのシラン化合物のゾル−ゲル反応、モノマーの貧溶媒存在下での重合反応、および希釈剤存在下での熱硬化性樹脂と硬化剤の架橋反応等が挙げられる。ゾル−ゲル反応、重合反応および架橋反応が進展するに従い、共存する溶媒への溶解性が変化し、スピノーダル分解等の相分離により、三次元網目構造が形成される。スピノーダル分解の過渡状態をゲル化または架橋反応等で固定化することで多孔質体が得られる。
【００１８】
本発明で用いるモノリス型多孔質体の形態は三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型形態であれば、特に限定されない。好ましくは、開孔径分布が小さくできる、粒状物が三次元網目状骨格を形成している粒子凝集型および柱状物が三次元に分岐した構造体からなる非粒子凝集型であり、さらに好ましくは通液抵抗をより低減することができる、柱状物が三次元に分岐した構造体からなる非粒子凝集型である。形態は用いる原料の化学組成、および化学反応条件を適切に選択することで制御可能である。
【００１９】
図１は、後述の実施例３で得られたエポキシ樹脂熱硬化性ポリマーからなるモノリス型多孔質体断面の走査型電子顕微鏡による写真であり、粒子凝集型モノリス型多孔質体の一例である。図３はその模式化した図である。図中、１が三次元網目状骨格であり、粒状物が連続的に連なって分岐した三次元網目状骨格を形成している。２が分岐した三次元網目状骨格間の空隙であり、分岐した連続貫通孔を形成している。
【００２０】
図２は、後述の実施例５で得られたエポキシ樹脂熱硬化性ポリマーからなるモノリス型多孔質体断面の走査型電子顕微鏡による写真（倍率は図１と同一）であり、非粒子凝集型モノリス型多孔質体の一例である。図４はその模式化した図である。図中、１が三次元網目状骨格であり、柱状物が三次元に分岐した構造体が分岐した三次元網目状骨格を形成している。２が分岐した三次元網目状骨格間の空隙であり、分岐した連続貫通孔を形成している。
【００２１】
図５は、従来のウィックに用いられていた、金属粉末等を焼結した多孔質体の断面を模式化した図である。図中、３が焼結した金属粉末であり、２が焼結した金属粉末間の空隙である。図３および図４と異なり、焼結した金属粉末は三次元網目状骨格を形成していない。
上述したように、ウィックを構成する多孔質体がモノリス型多孔質体であるか否かは、断面の走査型電子顕微鏡写真によって判断することができる。
【００２２】
本発明で用いるモノリス型多孔質体の素材は、三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型形態の多孔質体が得られ、作動流体との親和性が高く、作動流体に溶解等しない安定性を有すれば、特に限定されない。柱状物が三次元に分岐した構造体からなる非粒子凝集型が得られ易く、強度、耐久性および耐熱性に優れるセラミック、軽量化が容易で、円筒形または平板等自由な形状とし易く、大きさの制御も容易なポリマーが好ましい。ポリマーでは特に柱状物が三次元に分岐した構造体からなる非粒子凝集型が得られ易い、熱硬化性ポリマーが好ましい。
【００２３】
前記セラミックとしては、ゾル−ゲル法により、三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型形態の多孔質体を得られ易い金属酸化物が好ましい。金属酸化物は特に限定されないが、シリカ、アルミナおよび酸化チタンが好ましく、特にシリカが好ましい。ゾル−ゲル法とは、重合可能な低分子化合物を生成し、最終的に凝集体や集合体を得る方法一般のことを指す。例えば、金属アルコキシドの加水分解の他、金属塩化物の加水分解、カルボキシル基、またはβ−ジケトンのような加水分解性の官能基を持つ金属塩あるいは配位化合物の加水分解および金属アミン類の加水分解が挙げられる。開孔径分布が制御し易い、金属アルコキシドを用いることが好ましい。金属アルコキシドを出発原料とし、適当な共存物質を添加して、溶媒リッチ相を持つ構造を生じせしめる方法が好ましい。金属アルコキシドとしては、ケイ素アルコキシドが好ましく、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルメトキシシランおよびビニルトリメトキシシランが例示される。
【００２４】
また、適当な共存物質とは、ゾル−ゲル反応と相分離過程とを同時に誘起する働きを持つ物質であり、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミンおよびポリアリルアミン等の水溶性高分子が好ましい。
【００２５】
セラミックのモノリス型多孔質体の製造方法を例示するが、目的のモノリス型多孔質体が得られれば、特に本方法に限定されない。水溶性高分子を酸性水溶液に溶かし、それに加水分解性の官能基を有する金属化合物を添加して加水分解反応を行うと、溶媒リッチ相と骨格相に分離したゲルが生成する。生成物(ゲル)の固化後、適当な熟成時間を経た後、あらかじめ酸あるいは塩基性に調節した水溶液中に浸漬することによって、溶剤リッチ相を水溶液で置換する。置換処理を終えたゲルから溶媒を気化させ、残留する水溶性高分子を加熱分解することによって、セラミックのモノリス型多孔質体が得られる。
【００２６】
前記ポリマーとしては、例えば、ポリビニルモノマーの重合体、あるいはポリビニルモノマーとモノビニルモノマーとの共重合体が挙げられる。ポリビニルモノマーとしては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルピリジン、ジメタアクリル酸アルキレン類、ジメタアクリル酸ヒドロキシアルキレン類、ジアクリル酸ヒドロキシアルキレン類、ジメタアクリル酸オリゴエチレングリコール類、ジアクリル酸オリゴエチレングリコール類、ポリカルボン酸のビニルエステル類、ジビニルエーテル、ペンタエリスリトールのジ−、トリ−、またはテトラ−メタアクリレートまたはアクリレート、アルキレンビスアクリルアミド類またはメタアクリルアミド類、および上記ポリビニルモノマーの混合物が挙げられる。モノビニルモノマーとしては、スチレン、環置換スチレン類、ビニルナフタレン類、アクリレート類、メタアクリレート類、ビニルアセテート、ビニルピロリドンおよびそれらの混合物が例示される。
【００２７】
ポリマーのモノリス型多孔質体は、前記ポリビニルモノマー、あるいはポリビニルモノマーとモノビニルモノマーとの混合物を、重合開始剤およびポロゲンの存在下で通常の方法で重合した後、洗浄溶剤でポロゲンおよび可溶性ポリマーを除去することで得られる。
【００２８】
ポロゲンとしてはモノマーと重合体の溶解度が異なる溶媒が使用され、例えば、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、エステル類、アルコール類、ケトン類、エーテル類、可溶ポリマー類の溶液およびそれらの混合物が挙げられる。
【００２９】
重合開始剤は、重合を開始させる目的で、フリーラジカルを発生する公知の重合開始剤を用いることができる。例えば、ジプロピルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等のパーオキサイド類、アゾビスイソブチロニトリル、２，２‘−アゾビス（２−アミノジプロパン）ジヒドロクロライドおよび２，２’−アゾビス（イソブチルアミド）二水化物が挙げられる。
【００３０】
洗浄溶剤はポロゲンを溶解する溶剤であれば特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、ベンゼン、トルエン、アセトン、テトラヒドロフランおよびジオキサンが挙げられる。
【００３１】
前記熱硬化性ポリマーとしては、三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型形態の多孔質体を形成するものであれば、公知の熱硬化性ポリマーを用いることができる。柱状物が三次元に分岐した構造体からなる非粒子凝集型の多孔質体を形成し易いエポキシ樹脂熱硬化性ポリマーが好ましい。特に芳香族エポキシ樹脂と非芳香族の硬化剤、殊に脂環式アミンの硬化剤との組合せであること、又は非芳香族エポキシ樹脂と芳香族アミンの硬化剤との組合せ、殊に脂環式エポキシ樹脂と芳香族アミンとの組合せであることが好ましい。エポキシ樹脂を例示すれば、芳香環由来の炭素原子を含む芳香族エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂およびジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００３２】
また芳香環由来の炭素原子を含まない非芳香族エポキシ樹脂としては、脂肪族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂肪族グルシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂および脂環族グリシジルエステル型エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００３３】
硬化剤を例示すれば、芳香環由来の炭素原子を含む芳香族硬化剤としては、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ベンジルジメチルアミン、ジメチルアミノメチルベンゼン等の芳香族アミン、無水フタル酸、無水トリメリット酸および無水ピロメリット酸等の芳香族酸無水物、およびフェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂およびトリアジン環等の複素芳香環を有するアミンなどが挙げられる。
【００３４】
また、芳香環由来の炭素原子を含まない非芳香族硬化剤としては、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イミノビスプロピルアミン、ビス（ヘキサメチレン）トリアミン、１，３，６−トリスアミノエチルヘキサン、ポリメチレンジアミンおよびポリエーテルジアミン等の脂肪族アミン類、およびイソホロンジアミン、メンタンジアミン、ｎ−アミノエチルピペラジン、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロヘキシル）メタンおよびビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン等の脂環族アミン類が挙げられる。
【００３５】
エポキシ樹脂と硬化剤をポロゲンに溶解し、加熱重合し、次いでポロゲンを除去することで、多孔質体が得られる。ポロゲンとは、エポキシ樹脂及び硬化剤を溶かすことができ、かつ、エポキシ樹脂と硬化剤が重合した後、反応誘起相分離を生じることが可能な溶剤をいい、例えばメチルセロソルブおよびエチルセロソルブ等のセロソロブ類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテートおよびプロピレンなどのエステル類、およびポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコール等のグリコール類などが挙げられる。
【００３６】
本発明においてウィックとして用いるモノリス型多孔質体の形状は、蒸発器内部に設置する態様に合わせて、作製すればよい。例えば、蒸発器が円筒形であれば、棒状または円筒形が好ましい。蒸発器が平板形であれば、方形または円形等のシート状が好ましい。所定の形状に合わせた反応容器を用いて、反応させることで、所定の形状のモノリス型多孔質体を作製することができる。また、ポリマーの場合は切断または切削等により、所定の形状に加工することも生産性に優れ、好ましい。
【００３７】
本発明で用いる三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型多孔質体は、平均流量開孔径が０．１〜１０μｍであることが好ましい。特に好ましくは０．２〜５μｍである。平均流量開孔径が０．１〜１０μｍであれば、十分な毛細管力を得ることができ、かつ工業的な生産が可能である。
【００３８】
本発明における流量開孔径とは、木村尚史  酒井清孝  白田利勝  鵜飼哲雄  編著「膜分離技術マニュアル」株式会社アイピーシー出版、１９９０年８月１０日、ｐ１４７に記載されているエアフロー法で求めた孔径である。すなわち、多孔質体をあらかじめ表面張力が既知の液体に浸し、該多孔質体の全ての細孔を液体の膜で覆った状態にした後、該多孔質体に圧をかけ、液膜の破壊される圧力と液の表面張力から下記式（１）によって計算された値を言う。
ｄ＝Ｃ・ｒ／Ｐ          （１）
式中、ｄは孔径、ｒは液の表面張力、Ｐは液膜が破壊される圧力、Ｃは定数である。
【００３９】
一般に、多孔質体の流量開孔径は分布を持つ。流量開孔径分布は、連続的に圧力を変化させ、各圧力で該多孔質体を通過する流量の変化から、その圧力で破壊された液膜の量を計算することにより求めることができる。測定装置には、例えば、ＡＳＴＭ  Ｅ  １２９４−８９に基づく装置である、ＰＭＩ社のパームポロメーターが用いられる。
【００４０】
液に浸した該多孔質体にかける圧力Ｐを低圧から高圧に連続的に変化させた場合、初期の圧力は最も大きな細孔の液膜も破壊できないので、流量は０である。圧力を上げていくと、最も大きな細孔の液膜が破壊され、流量が発生する（バブルポイント）。さらに圧力を上げていくと、最も小さな細孔の液膜が破壊され、液に浸していない場合の流量（ドライ流量）と一致する。
平均流量開孔径とは、該多孔質体を液に浸した場合の流量（ウェット流量）が、浸していない場合の流量（ドライ流量）の５０％となる圧力で破壊される孔径である。
【００４１】
また、本発明に用いられるモノリス型多孔質体は１０％流量開孔径が平均流量開孔径より０〜５μｍ大きいことが好ましい。さらに好ましくは、０〜２μｍである。１０％流量開孔径と平均流量開孔径の差は細孔の大きさの分布を表し、この数値が小さい程分布が小さい。差が０μｍであれば、均一な細孔であることを示す。１０％流量開孔径が（平均流量開孔径＋５μｍ）以下であれば、通液抵抗が低い大きな孔から作動流体が不均一に流動することがなく、蒸発器の蒸発部全体に均一に作動流体が移動し、蒸発効率が向上し、好ましい。
１０％流量開孔径とは、該多孔質体を液に浸した場合の流量（ウェット流量）が、浸していない場合の流量（ドライ流量）の１０％となる圧力で破壊される孔径である。１０％流量開孔径および平均流量開孔径は、後に述べる方法により求められる。
【００４２】
本発明に用いられるモノリス型多孔質体は空隙率が６０〜８５％であることが好ましい。特に好ましくは６５〜８０％である。空隙率が６０〜８５％であれば、通液抵抗が低く、かつハンドリングに対して十分な強度を有し、十分な耐久性も有する。
【００４３】
本発明における空隙率とは、多孔質体の単位体積当りにしめる空隙の割合である。多孔質体の目付けＡ（ｇ／ｃｍ2）と厚みＴ（ｃｍ）および該多孔質体を構成する素材の真比重ρから、空隙率は下記式（２）で算出される。
空隙率＝｛１−Ａ／（Ｔ×ρ）｝×１００        （２）
ここで、素材の真比重は、多孔質体をエタノール等に入れ、脱泡後、ＪＩＳ−Ｋ７１１２で求めることができる。
【００４４】
本発明に用いられるモノリス型多孔質体は上記式（２）で求められた空隙率（％）と平均流量開孔径（μｍ）の比（空隙率／平均流量開孔径）である空隙指数が１０〜１０００であることが好ましい。特に好ましくは、２５〜５００である。空隙指数が１０〜１０００であれば、毛細管力が十分大きく、かつ通液抵抗が小さく、工業的に生産可能であり、ウィックに用いる構造体として最適なものとなる。
【００４５】
本発明のループヒートパイプ型伝熱装置は、蒸発器と、この蒸発器から気相の作動流体を導く蒸気管、この蒸気管と接続された凝縮器、この凝縮器から液相の作動流体を蒸発器に還流する液管からなり、蒸発器内部に所定の特性を有するモノリス型多孔質体からなるウィックを設置して構成される。蒸発器および凝縮器の構造は公知の構造を用いることができる。
【００４６】
所定の特性を有するモノリス型多孔質体からなるウィックを蒸発器内部へ設置する態様は公知のものを用いることができ、特に限定されない。該多孔質体は反応容器の形状および反応条件を適切に選択することで、様々な形状とすることができ、様々な設置態様に対応可能である。例えば、蒸発器が円筒形であれば、蒸発器内壁に溝を形成し、内壁の突起部に接触するように中空円筒状のモノリス型多孔質体を設置すればよい。多孔質体の中空部は内側液溜室を形成し、液管から戻ってきた作動流体はこの内側液溜室に流入する。また、蒸発器が平板形であれば、上下に空間を有するように中間部分に蒸発器の形状に合せた平板状のモノリス型多孔質体を設置すればよい。上部空間が蒸気室となり、下部空間が液溜室となる。
【００４７】
本発明に用いられる作動流体はループヒートパイプ型伝熱装置に一般に用いられている流体を用いることが出来る。水、アンモニア、エタノール等のアルコール類、ヘプタン等の炭化水素類、フレオン−１１等のフルオロカーボン類、液体酸素および液体窒素等が例示されるが、特に限定されない。また、流体を単独で用いても、混合して用いても構わないが、混合する場合は均一に互いに溶解する流体種および混合割合とすることが好ましい。
【００４８】
好ましくは、作動流体は下記式（３）で定義されるメリット数が大きな水を８０重量％以上含む水系流体を用いる。
メリット数＝（密度×表面張力×蒸発潜熱）／粘度              （３）
メリット数が大きいほど、最大熱輸送量が大きくなるため、好ましい。代表的な流体のメリット数は、アンモニア（１．１×１０11）、フレオン−１１（１．２×１０10）、フレオン−１１３（７．３×１０9）、ペンタン（１．５×１０10）、アセトン（３×１０10）、メタノール（４．８×１０10）、エタノール（４．１×１０10）、ヘプタン（１．３×１０10）、水（５．１×１０11）、ナフタリン（３．４×１０10）である。水のメリット数が大きく、最大熱輸送量が大きくなり、好ましい。水を単独で用いることが好ましいが、アセトン等のケトン類、メタノールおよびエタノール等のアルコール類、および界面活性剤等を水に混合しても良い。その場合、大きなメリット数を保つため、水を８０重量％以上含むことが好ましい。
【実施例】
【００４９】
以下実施例および比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
本発明に用いられる測定法は以下のとおりである。
【００５０】
（１）多孔質体構造観察
日本電子製走査型電子顕微鏡ＪＳＭ−６３００により、多孔質体断面写真を撮影し、多孔構造を観察した。
【００５１】
（２）平均流量開孔径（μｍ）
ＰＭＩ社製パームポロメーター  型式ＣＦＰ−１２００ＡＥＸを用いて測定する。浸液には表面張力２０．１ｄｙｎｅｓ／ｃｍのＰＭＩ社製Ｓｉｌｗｉｃｋを用いる。浸液に浸したサンプルウィックは大気圧よりも８０ｋＰａ低くして脱気し、サンプル内に泡が残らないように前処理する。測定径は２０ｍｍとする。乾燥空気をサンプルウィックに通し、段階的に気体圧力を増加させて、その時の気体流量を観測する。サンプルウィックを液に浸した場合の流量（ウェット流量）が、浸していない場合の流量（ドライ流量）の５０％となる圧力Ｐ50（ＰＳＩ）を求め、下記式（４）より平均流量開孔径を求める。
ｄ50＝Ｃ・ｒ／Ｐ50                （４）
ここで、ｄ50は、平均流量開孔径（μｍ）、ｒは液の表面張力で２０．１（ｄｙｎｅｓ／ｃｍ）、定数Ｃは０．４５１（μｍ・ｃｍ・ＰＳＩ／ｄｙｎｅｓ）である。３回測定し、その平均値を求める。
【００５２】
（３）１０％流量開孔径（μｍ）
サンプルウィックを液に浸した場合の流量（ウェット流量）が、浸していない場合の流量（ドライ流量）の１０％となる圧力Ｐ10（ＰＳＩ）を求め、上記（２）と同様に下記式（５）により求める。３回測定しその平均値を求める。
ｄ10＝Ｃ・ｒ／Ｐ10                （５）
【００５３】
（４）空隙率（％）
サンプルウィックの目付けＡ（ｇ／ｃｍ2）と厚みＴ（ｃｍ）およびサンプルウィックを構成する素材の真比重ρから、空隙率は下記式（２）で算出される。
空隙率＝｛１−Ａ／（Ｔ・ρ）｝×１００        （２）
ここで、素材の真比重は、多孔質体をエタノール等に入れ、脱泡後、ＪＩＳ−Ｋ７１１２で求めることができる。
【００５４】
（５）最大熱輸送量（Ｗ）
図６に示したルートヒートパイプ型伝熱装置を用いて測定した。ＳＵＳ３０４製で寸法８０ｍｍ×７０ｍｍ×２０ｍｍの厚さが２０ｍｍの平板形の蒸発器（１１）の厚さの中央部にサンプルウィック（１２）を設置し、蒸気室（１７）および液溜室（１８）を形成する。凝縮器（１３）、蒸気管（１４）および液管（１５）は全て外径４ｍｍのＳＵＳ３１６製のパイプで構成する。凝縮器は自然空冷により冷却した。熱移動距離、即ち蒸気管および液管のそれぞれの長さは約１ｍとした。作動流体はエタノールを用いた。蒸発器上面にヒーター（１６）を取り付け、入力電力を連続的に増加させながら、蒸発器および凝縮器にハンダで取り付けた熱電対で蒸発器温度Ｔ１（Ｋ）および凝縮器温度Ｔ２（Ｋ）を測定し、Ｔ１−Ｔ２が５０Ｋとなった入力電力を最大熱輸送量とした。
【００５５】
（実施例１）
ポリエチレンオキシド（アルドリッチ製  商品番号８５，６４５−２）７ｇを０．００１規定酢酸水溶液１００ｇに溶解し、この溶液にテトラメトキシシラン５０ｍｌをかくはん下で加えて、加水分解反応を行った。５分かくはんした後、得られた透明溶液を８０ｍｍ×７０ｍｍ×３ｍｍの密閉容器に移し、４０℃の恒温槽で５時間固化させた。固化した試料を０．１規定アンモニア水溶液中に４０℃で３日間浸漬した。この処理の後、ゲルを６０℃で乾燥し、その後、６００℃まで加熱した。得られたモノリス型多孔質体の構造、平均流量開孔径、１０％流量開孔径および空隙率を表１に示す。また、得られたモノリス型多孔質体をウィックとして用いたループヒートパイプ型伝熱装置の最大熱輸送量を併せて、表１に示す。
【００５６】
（比較例１）
ウィックとして、ニッケル粉末の焼結多孔質体を用いた以外は実施例１と同様にして、平均流量開孔径、１０％流量開孔径、空隙率および最大熱輸送量を求めた。その結果を表１に示す。
【００５７】
（比較例２）
ウィックとして、ポリエチレン粉末の焼結多孔質体を用いた以外は実施例１と同様にして、平均流量開孔径、１０％流量開孔径、空隙率および最大熱輸送量を求めた。その結果を表１に示す。
【表１】
2009109079.tif 000002
【００５８】
表１から明らかなように、モノリス型多孔質体をウィックに用いると、従来、ウィックとして用いられている金属粉末焼結体およびポリエチレン粉末焼結体をウィックに用いた場合より、平均流量開孔径を小さくしながら、空隙率を大きくすることが可能であり、そのために、最大熱輸送量を大きくすることが可能であり、ループヒートパイプ型伝熱装置の性能を向上させることができる。
【００５９】
（実施例２）
窒素パージした反応容器中にメタアクリル酸グリシジル４．８ｇ、ジメタアクリル酸エチレン３．２ｇ、シクロヘキサノール１０．８ｇ、ドデカノール１．２ｇおよびアゾビスイソブチロニトリル０．０８ｇを混合して、重合混合物を調製した。窒素バブリングを２０分間行った後、７０℃の恒温槽で加熱することで、重合を開始した。７時間重合させた後、室温まで冷却し、その後、メタノールで洗浄して、モノリス型多孔質体を得た。得られたモノリス型多孔質体を８０ｍｍ×７０ｍｍ×２ｍｍの板状に加工してウィックとして用いた以外は実施例１と同様にして、多孔質体構造、平均流量開孔径、１０％流量開孔径、空隙率および最大熱輸送量を求めた。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、モノリス型多孔質体をウィックに用いると、平均流量開孔径を小さくしながら、空隙率を大きくすることが可能であり、そのために、最大熱輸送量を大きくすることが可能であり、ループヒートパイプ型伝熱装置の性能を向上させることができる。
【００６０】
（実施例３）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、商品名「エピコート８２８」）１２ｇと水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製、商品名「エピクロン７０１５」）２４ｇをメトキシモノプロピレングリコールアセテート（ダイセル化学工業社製）３５ｇに溶解し、エポキシ樹脂／ポロゲン溶液とした。次にビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン（新日本理化社製、商品名「ワンダミンＨＭ」）６ｇをメトキシモノプロピレングリコールアセテート３５ｇに溶解し、硬化剤／ポロゲン溶液とした。エポキシ樹脂／ポロゲン溶液と硬化剤／ポロゲン溶液を６０℃に加熱、真空脱泡後にミキサーで混合し、１２０℃に加熱した８０ｍｍ×７０ｍｍ×２ｍｍの金型に注入し、そのまま１０時間保持した。冷却後に硬化性ポリマーを取り出し、６０℃のエタノール中に２０時間浸漬し、ポロゲンを除去し、１６０℃で５時間、後キュアした。得られたモノリス型多孔質体をウィックとして用いた以外は実施例１と同様にして、多孔質体構造、平均流量開孔径、１０％流量開孔径、空隙率および最大熱輸送量を求めた。その結果を表１に示す。また、このモノリス型多孔質体の走査型電子顕微鏡写真を図１に示す。
【００６１】
（実施例４）
水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製、商品名「エピクロン７０１５」）２２ｇをメトキシモノプロピレングリコールアセテート（ダイセル化学工業社製）３６ｇに溶解し、エポキシ樹脂／ポロゲン溶液とした。次に４，４‘−ジアミノジフェニルメタン（東京化成工業社製）６ｇをメトキシモノプロピレングリコールアセテート３６ｇに溶解し、硬化剤／ポロゲン溶液とした。以下、実施例３と同様にして、エポキシ樹脂硬化物からなるモノリス型多孔質体を作製した。該多孔質体をウィックとして用いた以外は実施例１と同様にして、多孔質体構造、平均流量開孔径、１０％流量開孔径、空隙率および最大熱輸送量を求めた。その結果を表１に示す。
【００６２】
（実施例５）
ビスフェノキシエタノールフルオレングリシジルエーテル（大阪ガスケミカル社製、商品名「ＢＰＥＦ−Ｇ」）２４ｇをポリエチレングリコール＃２００（ナカライテスク社製）３５ｇに溶解し、エポキシ樹脂／ポロゲン溶液とした。次にビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン（新日本理化社製、商品名「ワンダミンＨＭ」）６ｇをポリエチレングリコール＃２００の３５ｇに溶解し、硬化剤／ポロゲン溶液とした。以下、実施例３と同様にして、エポキシ樹脂硬化物からなるモノリス型多孔質体を作製した。該多孔質体をウィックとして用いた以外は実施例１と同様にして、多孔質体構造、平均流量開孔径、１０％流量開孔径、空隙率および最大熱輸送量を求めた。その結果を表１に示す。またこの多孔質体の走査型電子顕微鏡写真を図２に示す。
【００６３】
（実施例６）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、商品名「エピコート８２８」）２６ｇをトリエチレングリコール（ナカライテスク社製）３４ｇに溶解し、エポキシ樹脂／ポロゲン溶液とした。次にビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン（新日本理化社製、商品名「ワンダミンＨＭ」）６ｇをトリエチレングリコール３４ｇに溶解し、硬化剤／ポロゲン溶液とした。エポキシ樹脂／ポロゲン溶液と硬化剤／ポロゲン溶液を６０℃に加熱、真空脱泡後にミキサーで混合し、１６０℃に加熱した８０ｍｍ×７０ｍｍ×２ｍｍの金型に注入し、そのまま１０時間保持した。冷却後に硬化性ポリマーを取り出し、６０℃のエタノール中に２０時間浸漬し、ポロゲンを除去し、１６０℃で５時間、後キュアした。得られたモノリス型多孔質体をウィックとして用いた以外は実施例１と同様にして、多孔質体構造、平均流量開孔径、１０％流量開孔径、空隙率および最大熱輸送量を求めた。その結果を表１に示す。
【００６４】
表１から明らかなように、モノリス型多孔質体をウィックに用いると、従来、ウィックとして用いられている金属焼結体およびポリエチレン焼結体をウィックに用いた場合より、平均流量開孔径を小さくしながら、空隙率を大きくすることが可能であり、そのために、最大熱輸送量を大きくすることが可能であり、ループヒートパイプ型伝熱装置の性能を向上させることができる。さらに実施例３と実施例４〜６の比較により、三次元網目状骨格の構造が、柱状物が三次元に分岐した構造体からなる非粒子凝集型であると、最大熱輸送量を大きくすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、三次元網目状骨格が分岐した連続貫通孔を形成しているモノリス型多孔質体からなるウィックを蒸発器内部に設置せしめ、さらに三次元網目状骨格を、柱状物が三次元に分岐した構造体からなる非粒子凝集型とし、モノリス型多孔質体の素材および特性を最適化することで、小型かつ軽量化と高伝熱性能とを両立させたループヒートパイプ型伝熱装置を提供できるため、小型かつ軽量化と高性能化とがともに要求されるＰＣおよびサーバー等の電子機器の高効率な伝熱装置として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例３で得られたエポキシ樹脂熱硬化性ポリマーからなるモノリス型多孔質体断面の走査型電子顕微鏡による写真である。
【図２】実施例５で得られたエポキシ樹脂熱硬化性ポリマーからなるモノリス型多孔質体断面の走査型電子顕微鏡による写真である。
【図３】図１を模式化した図である。
【図４】図２を模式化した図である。
【図５】従来のウィックに用いられていた、金属粉末等を焼結した多孔質体の断面を模式化した図である。
【図６】実施例で使用した、最大熱輸送量を測定するためのループヒートパイプ型伝熱装置の模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１    三次元網目状骨格
２    分岐した連続貫通孔
３    焼結した金属粉末
１１    蒸発器
１２    ウィック
１３    凝縮器
１４    蒸気管
１５    液管
１６    ヒーター
１７    蒸気室
１８    液溜室
【図３】
2009109079.tif 000003
【図４】
2009109079.tif 000004
【図５】
2009109079.tif 000005
【図６】
2009109079.tif 000006
【図１】
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【図２】
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