| 【発明の名称】 |
熱搬送装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】高田 智仁
【氏名】広 直樹
【氏名】山本 泰司
【氏名】名迫 賢二
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| 【要約】 |
【課題】従来、水などの作動液を封入したヒートパイプでは、作動液を熱搬送させるために循環させるとき、相変化のための潜熱分や作動液の粘性に対抗する大きなエネルギーが最低必要であった。
【解決手段】熱を受ける受熱部２と熱を放出する放熱部３とを有するヒートパイプ１において、その内部空間１ａに超臨界状態の二酸化炭素を封入したことを特徴とし、少ないエネルギーでヒートパイプ１内を循環させることができ、高効率な熱搬送が可能となるものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内部空間を有する外装を備え、前記内部空間に熱媒体を封入したものにおいて、前記熱媒体は超臨界領域で使用され、また前記熱媒体は、前記外装の一部分で受熱したとき、この受熱した部分と前記外装の他の部分との密度差により前記外装の他の部分へ熱を搬送し、放熱することを特徴とする熱搬送装置。
【請求項２】 前記外装の内部空間は、閉ループを形成する管状空間であることを特徴とする請求項１に記載の熱搬送装置。
【請求項３】 前記外装の内部空間は、直方体又は円柱等の立体形状の閉空間であることを特徴とする請求項１に記載の熱搬送装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超臨界状態の物質を熱媒体とする熱搬送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来は、熱を受ける受熱部と熱を放出する放熱部とを結んで閉ループを構成するヒートパイプにおいて、水などの作動液をヒートパイプ内に収納し、受熱部で作動液を液相から気相に相変化させて放熱部に循環し、また放熱部で気相から液相に相変化させて放熱することにより、熱を移動させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液相から気相に相変化させるために、潜熱分のエネルギーが最低必要となる。また、水等の作動液には、粘性を有しており、循環させるには、この粘性を上回るエネルギーを必要としていたため、ヒートパイプ内を作動液を循環させるエネルギーは大きくなっていた。
【０００４】本発明は、かかる課題を解決するものである。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】本発明の熱搬送装置は、内部空間を有する外装を備え、前記内部空間に熱媒体を封入したものにおいて、前記熱媒体は超臨界領域で使用され、また前記熱媒体は、前記外装の一部分で受熱したとき、この受熱した部分と前記外装の他の部分との密度差により前記外装の他の部分へ熱を搬送し、放熱することを特徴とする。
【０００６】また、前記外装の内部空間は、閉ループを形成する管状空間であることを特徴とする。
【０００７】さらに、前記外装の内部空間は、直方体又は円柱等の立体形状の閉空間であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に基づいて、熱搬送装置の原理を説明する。
【０００９】１は外装となる循環パイプ、２は循環パイプ１の受熱部、３はヒートパイプ１の放熱部、４はヒートパイプ１と外気とを断熱する断熱層である。
【００１０】前記循環パイプ１の内部空間１ａは、管状空間が形成され、かつ閉ループで構成されている。そして、該内部空間１ａ内には、受熱部２から放熱部３への熱媒体として、二酸化炭素が使用されている。
【００１１】この封入された二酸化炭素は、圧力が７．３ＭＰａ以上でかつ温度が約３１℃以上となると、超臨界流体となり、表面張力がなくなって流体の粘度が低下し、対流が発生しやすい状態となる。そこで、受熱部２と放熱部３との温度差が、少しでも生じると受熱部２と放熱部３との超臨界流体の密度差が生じて、この密度差により、駆動力なしに対流が発生し、循環パイプ１内の循環を開始する。したがって、受熱部２から放熱部３に熱を搬送することになるのである。
【００１２】ここで、超臨界流体とは、物質の臨界点（例えば二酸化炭素の場合、圧力７．３ＭＰａ、温度３１℃）以上の環境下で物質が変化した、液体とも気体とも異なる流体である。すなわち、二酸化炭素では、図２のモリエル線図に示す臨界点ａより高温高圧領域（ｂ領域）が超臨界流体の存在する領域である。
【００１３】二酸化炭素以外の他の物質の臨界温度とその圧力の関係を表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】前記表１からわかるように、二酸化炭素が他の物質に比べて臨界条件が穏やかであり、使用しやすい物質であるので、二酸化炭素がよく選択される。しかし、使用条件に応じて、熱媒体となる物質を選択すればよい。
【００１６】この超臨界流体は、表２に示すように、密度や熱伝導度が、液体と同じような物性値を示し、粘度が気体の物性値に近い値を有している。
【００１７】
【表２】
【００１８】したがって、超臨界流体は、（１）低粘性で高い移動速度が期待できる、（２）動粘度が気液に比較して小さく、対流が極めて起こりやすい、等の特徴を有している。
【００１９】前述では、循環パイプで説明したが、本発明はこれに限らず、図３に示すように、外装形状を直方体５や円柱６などの立体形状とし、その内部空間も閉ループを形成しない、直方体５ａや円柱６ａなどの立体形状の閉空間としてもよい。
【００２０】この形状の場合、図４に示すように、熱を受熱部分７で受熱すると、熱媒体は矢印Ｘのような対流を生じる。この対流Ｘにより他の部分に設けられた放熱部８に熱を搬送させ、放熱するのである。
【００２１】前述の原理を応用した実施例を、以下に説明する。
【００２２】まず、第１の実施例は、図５に示すように、太陽熱集光利用システムに応用した例である。
【００２３】９は家屋、１０は家屋９の屋根、１１は屋根９上に載置され、太陽熱を集光する太陽熱集光部、１２は太陽熱集光部１１で集光した熱を利用して水を加熱し温水を生成する温水器、１３は太陽熱集光部１１と温水器１２とを閉ループで連結し、太陽熱集光部１１の熱を温水器１２に熱搬送するヒートパイプである。該ヒートパイプ１３は、例えば熱媒体として二酸化炭素が封入され、超臨界領域で使用される。
【００２４】第２の実施例として、図６に示すように、ノート型パソコンのＣＰＵを冷却する構造に応用した例である。
【００２５】１４はノートパソコン本体、１５はノートパソコン１４に内設され、制御の中枢となるＣＰＵ、１６はノートパソコンの表示部である。該表示部１６は、液晶の表示パネル１６ａと該表示パネル１６ａ周囲に設けた額部１６ｂとから構成されている。
【００２６】１７はＣＰＵ１５の上部または下部に設け、ＣＰＵ１５の熱を吸収する受熱部、１８は受熱部１７と表示パネル１６ａ周囲の額部１６ｂ内とに配置した閉ループのヒートパイプである。
【００２７】該ヒートパイプ１８は、前述の通り熱媒体を超臨界領域で使用し、受熱部１７で吸収した熱を液晶パネル１６ａの周囲に搬送し、そこで放熱するものである。
【００２８】したがって、ＣＰＵ１５の発熱によって、受熱部１７の温度が上昇し、熱媒体として二酸化炭素を使用している場合、３１℃以上になったとき、ヒートパイプ１８内の熱媒体は対流を起こし、その対流により熱が搬送されて液晶パネル１６ａの周囲で放熱されるのである。
【００２９】なお、図７に示すように、ヒートパイプ１８の受熱部１７に近接する部分に、上昇屈折部１８ａを設けることにより、ヒートパイプ１８内の対流をより起こしやすくなる。
【００３０】第３の実施例は、図８に示すように、放熱フィンに応用した例である。
【００３１】１９はフィン、２０は複数のフィン１９を貫通させて固定した伝導熱管である。この放熱フィンは、左右方向に複数のフィン１９を配置し、上下方向の位置に複数本の伝導熱管２０を前記フィン１９を貫通させて固定している。
【００３２】２１は、複数の伝導熱管２０に接するように巻かれたヒートパイプである。
【００３３】かかる構成により、図８(ｂ)に示すように、フィン１９の一部に局部高温部が形成されたとき、この部分の熱をヒートパイプ２１で搬送して、高温部の熱を分散させることができる。よって、フィン１９の他の部分を使って、効率よく冷却することが実現できる。
【００３４】第４の実施例は、離れた場所にある温泉、ボイラーなどの熱源２２と給湯機などの熱利用施設２３とを超臨界域の二酸化炭素を熱媒体として利用したヒートパイプ２４で連結し、熱源から熱を搬送し、熱利用施設の加熱に利用する例である。
【００３５】第５の実施例は、図１０に示すように、恒温槽に利用する例である。
【００３６】２５は恒温槽、２６は恒温槽２５の周囲壁面に配置したヒートパイプ、２７は加熱源である。加熱源２７の熱をヒートパイプ２６を介して均等に恒温槽２５の壁面に熱を搬送し、早く槽内を均一に保つことができるようになる。
【００３７】以上のごとく、超臨界域の熱媒体をヒートパイプに利用することにより、例えば従来例のように、気相と液相の相変化により熱を搬送するものに比べて、表面張力がなくなって粘性が低くなるので、ヒートパイプ内で結露して、その結露が熱媒体の対流を阻止して、熱搬送ができなくなることが防げる。したがって、熱媒体を封入するヒートパイプの内径が小さくでき、ヒートパイプ自体の細管化が実現できる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、少ないエネルギーで熱媒体をヒートパイプ内に循環させることができ、高効率な熱搬送が可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１７日（１９９９．９．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１１３８３
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
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| 【公開番号】 |
特開２００１−９１１７０（Ｐ２００１−９１１７０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月６日（２００１．４．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２６３５０５ |
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