| 【発明の名称】 |
熱搬送装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】高田 智仁
【氏名】武内 俊岐
【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、蛇行形状の閉ループヒートパイプにおいて、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】 閉ループを形成する管状空間を有する外装を備え、前記管状空間に熱媒体を封入したものにおいて、前記閉ループは受熱部と放熱部を多数回往復する蛇行形状を備え、且つ前記熱媒体は超臨界領域で使用され、受熱部で熱量を吸収し、放熱部において熱量を放出することを特徴とする熱搬送装置。
【請求項２】 前記熱媒体は二酸化炭素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、特に二酸化炭素を収納したヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来は、端部を有する一本の管から形成されているヒートパイプにおいて、一端で受熱することにより、内部に収納された水などの作動液は液相から気相に相変化し、気相となった作動液は管内中央部を他端に向かい、他端で放熱し気相から液相に相変化した作動液は、管内壁に形成されたウィックを毛細管現象によって伝わり、受熱部に戻ることにより、熱を移動させている。
【０００３】また、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は、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。
【０００４】ヒートパイプにおいて熱輸送量を増大させる場合には、管径を大きくするか、もしくは複数本のヒートパイプを並列に並べる方法が取られている。もしくは受熱部と放熱部を多数回往復する、蛇行形状の閉ループヒートパイプを使用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スペースが大きく取れない場合には、管径を大きくする方法は取れず、またヒートパイプを複数本並列に並べる場合にも、管内にウィックを形成する必要があることから、細径化が困難である。また、細径化を図るためにウィックを取り除いた場合、管内で気相と液相が混合してしまうため、熱搬送効率が低下してしまう。また、ヒートパイプ内で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であり、使用できる温度差に制限があった。
【０００６】また、蛇行形状の閉ループヒートパイプを使用する場合、ウィックを使用しないため細径化が可能であるが、水等の作動液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るため、相変化に必要な潜熱分のエネルギーに加算され、ヒートパイプ内に作動液を循環させるためのエネルギーは大きく、使用温度差をさらに大きくする必要があった。
【０００７】本発明は、かかる課題を解決するものである。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】本発明の熱搬送装置は、閉ループを形成する管状空間を備え、前記管状空間に熱媒体を封入したものにおいて、前記閉ループは受熱部と放熱部を多数回往復する蛇行形状を備え、且つ前記熱媒体は超臨界領域で使用され、受熱部で熱量を吸収し、放熱部において熱量を放出することを特徴とする。
【０００９】上記の構成であれば、熱媒体に超臨界流体を使用しているため、相変化を伴わず、潜熱分のエネルギーを必要としない。また超臨界流体は、粘度が気体に近く低いため、閉ループ内を循環させるエネルギーが小さくてすむ。よって熱の搬送に必要なエネルギーが小さくてすみ、温度差が小さいところで使用できる。またウィックを使用しない閉ループヒートパイプであるため、細径化が可能であり、複数の管を使用しないため、熱媒体の封入も容易である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明による熱搬送装置の実施の形態および原理について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】図１は、本発明の第１の実施形態である。１は外装となる蛇行形状の閉ループヒートパイプ、２はヒートパイプ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部である。本装置における受熱部２は放熱部３より低くなるように配置されている。
【００１２】前記ヒートパイプ１の内部空間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。
【００１３】この封入された二酸化炭素は、圧力約７．３ＭＰａ、温度約３１℃以上となると、超臨界流体となり、流体の粘度が低下して、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超臨界流体の密度差が生じて、密度差により対流が発生し、ヒートパイプ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。
【００１４】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。
【００１５】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。
【００１６】
【表１】
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。
【００１７】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。
【００１８】
【表２】
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】以上のごとく、熱媒体に超臨界流体を使用しているため、相変化を伴わず、潜熱分のエネルギーを必要としない。また超臨界流体は、粘度が気体に近く低いため、閉ループ内を循環させるエネルギーが小さくてすむ。よって熱の搬送に必要なエネルギーが小さくてすみ、温度差が小さいところで使用できる。またウィックを使用しない閉ループヒートパイプであるため、細径化が可能であり、複数の管を使用しないため、熱媒体の封入も容易である。
【００２０】
【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蛇行形状の閉ループ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１２月１５日（１９９９．１２．１５） |
| 【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２００１−１７４１７５（Ｐ２００１−１７４１７５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５５８９８ |
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