CN101680723B - 环路热管型传热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环路热管型传热装置。该环路热管型传热装置使小型化、薄型化且轻量化和高传热性能同时成立，设有蒸发器、自该蒸发器引导气相的工作流体的蒸气管、与该蒸气管连接的冷凝器、以及使液相的工作流体自该冷凝器回流到蒸发器的液管，其特征在于，在蒸发器的内部设置由层叠无纺布而成的纤维构造物层叠体构成的管芯。

Description

环路热管型传热装置
技术领域
本发明涉及一种环路热管型传热装置，特别是涉及一种适合用于个人计算机等需要小型、轻量而且高效的传热装置的领域的环路热管型传热装置。
背景技术
以往，作为航空用、工业用或家庭用的传热装置，公知有一种环路热管型传热装置，例如被专利文献1等公开。在该环路热管型传热装置中，由蒸发器自发热源吸热，使工作流体蒸发而形成气相，利用蒸气管将获得的蒸气供给到冷凝器中，在冷凝器中，向吸热源放热而形成液相。因此，例如在宇宙飞船等中，利用蒸发器吸收内部的各种仪器的发热，在冷凝器中向宇宙发散该热量，能够控制各种仪器的温度。由于不存在机械式的驱动部分，因此，能够在无人宇宙飞船等中长期稳定地使用。
在这样的环路热管型传热装置中，在其蒸发器的内部具有由多孔质体构成的管芯。在圆筒形的蒸发器的情况下，该管芯将蒸发器的内部分成收容液相的工作流体的内侧储液室、和收容气相的工作流体的外侧蒸气室。液相的工作流体利用毛细血管力在管芯内来到外侧，在管芯的表面部分蒸发。对于管芯，采用将铜、铝、镍等金属、氧化铝、氧化钛、二氧化硅等陶瓷、延伸多孔质聚四氟乙烯、聚乙烯等的高分子等作为材料的多孔质体。
在此，采用该蒸发器内的管芯的开孔直径在半径方向上均匀、或者管芯内周侧的开孔直径大于外周侧的开孔直径的管芯。在专利文献1中公开了如下情况：通过增大内周侧的开孔直径，能够使工作流体自整个管芯均匀地蒸发，从而能够提高蒸发器的性能。但是，由于工作流体蒸发的外周侧的气孔直径较小，因此，若不施加很大的热量就不蒸发。因此，为了起动环路热管型传热装置，需要对蒸发器施加约50W以上的热量。
为了解决该课题，专利文献2中公开有在蒸发器中使管芯的外周侧的开孔直径大于其内周侧的开孔直径的发明。因此示出了如下情况：在内周侧获得充分的毛细血管力而吸引液相的工作流体，而且，能够在管芯的表面促进蒸发。但是，由于外周侧的开孔直径较大，因此，通过抑制由液相的工作流体的毛细血管力引起的移动，向蒸发部供给工作流体有可能停滞，环路热管型传热装置的传热性可能较差。
并且，利用环路热管型传热装置的高效的传热性能，对采用于个人计算机(PC)、特别是笔记本型PC进行了研究。笔记本型PC小型且轻量化，同时为了谋求高性能化，中央运算装置MPU的时钟频率增加，MPU也高集成化，随之，热密度增加。特别是高发热元件的热密度到达了100W/cm2这样的、逼近核反应炉的水平。因此，环路热管型传热装置也小型化、薄型化且轻量化，同时要求更高的传热性。因而，决定传热性的管芯也通过提高毛细血管力并减小通液阻力，寻求在提高液相的工作流体的移动性的同时、通过施加更少的热量来促进蒸发。
为了满足上述性能，对于管芯，同时寻求减小用于提高毛细血管力的开孔直径、并增加用于降低通液阻力来促进蒸发的空隙率。但是，在多孔质体中，开孔直径的减小和空隙率的增加通常无法同时成立，在减小开孔直径时，空隙率也减小，性能提高存在界限。
另一方面，在专利文献3中公开了虽是通常的加热管，但将布构件用于管芯。记载了与金属网相比，布构件的网眼较细，能够带来与金属网相当或更大的毛细血管力，并且，由于能够减小厚度，因此，能够谋求冷却装置的小型化、薄型化或轻量化。但是，在专利文献3中，未公开用于环路热管型传热装置的内容。因而，存在与毛细血管力相关的记载，但没有与空隙率相关的记载。另外，没有与布构件的特性相关的记载，何种布构件能用作管芯并不明确。
专利文献1：日本特开平10-246583号公报
专利文献2：日本特开2002-181470号公报
专利文献3：日本特开2004-324906号公报
发明内容
本发明是鉴于以上情况而发明的，其目的在于提供一种这样的环路热管型传热装置，即，将由层叠无纺布而成的纤维构造物层叠体构成的管芯设置在蒸发器内部，使纤维构造物层叠体的平均流量开孔直径、空隙率及空隙指数(空隙率/平均流量开孔直径)最佳化，从而使小型化、薄型化、轻量化以及高传热性能同时成立。
本发明为了达到以上目的，使用由层叠无纺布而成的纤维构造物层叠体构成的管芯。由于能够根据采用的无纺布的特性、层叠构造、粘接方法及条件容易地控制纤维构造物层叠体的平均流量开孔直径、空隙率、空隙指数，因此，能够将在管芯内流动的液相工作流体的通液阻力抑制到最小限度的同时、通过毛细血管力促进工作流体流动，并且，即使施加较少的热量，也能够促进蒸发。结果发现，产生了蒸发部导热系数升高的效果，完成了本发明。
即，本发明如下所述。
(1)一种环路热管型传热装置，该环路热管型传热装置设有蒸发器、自该蒸发器引导气相的工作流体的蒸气管、与该蒸气管连接的冷凝器、以及使液相的工作流体自该冷凝器回流到蒸发器的液管，其特征在于，在该蒸发器的内部设置由层叠无纺布而成的纤维构造物层叠体构成的管芯。由此，管芯的毛细血管力升高，通液阻力降低，促进了工作流体的移动，增加了最大热输送量。
(2)在上述纤维构造物层叠体中，根据上述(1)所述的环路热管型传热装置，其特征在于，平均流量开孔直径为0.1～30μm，空隙率为65～95％，以及空隙指数(空隙率％/平均流量开孔直径μm)为10～1000。通过将纤维构造物层叠体的特性设定在上述范围内，在提高管芯的毛细血管力的同时、降低通液阻力而促进工作流体的移动，进一步提高了增大最大热输送量的效果。
(3)在上述纤维构造物层叠体中，根据上述(1)或(2)所述的环路热管型传热装置，其特征在于，10％流量开孔直径比平均流量开孔直径大出0～20μm。由此，工作流体均匀地移动，蒸发效率提高。
(4)在上述纤维构造物层叠体中，根据上述(1)～(3)中任一项所述的环路热管型传热装置，其特征在于，上述无纺布以层叠的状态被粘接，该粘接面积为该无纺布面积的0.2～20％。由此，不增大工作流体的通液阻力就能获得良好的操作性。
(5)在上述纤维构造物层叠体中，根据上述(1)～(4)中任一项所述的环路热管型传热装置，其特征在于，层叠有空隙指数(空隙率％/平均流量开孔直径μm)不同的至少2种无纺布。由此，能够促进工作流体在管芯内的移动，而且，使蒸发面附近的无纺布适于蒸发，结果，能够施加较少的热量来促进蒸发。
(6)在上述蒸发器中，根据上述(5)所述的环路热管型传热装置，其特征在于，对于维持蒸发器的气密性的构造的一部分，使用上述纤维构造物层叠体的粘接部分的一部分。由此，能够简化蒸发器的构造，从而能够使蒸发器小型化、薄型化且轻量化。
通过使用本发明的环路热管型传热装置，能够使同时要求小型化、薄型化且轻量化、高性能化的PC及服务器等电子设备高效地传热。
附图说明
图1是表示本发明的环路热管型传热装置的一个例子的图。
图2是图1中的蒸发器的组装图的一个例子。
附图标记说明
1、蒸发器；2、蒸气管；3、冷凝器；4、液管；5、管芯；6、蒸气室；7、储液室；10、蒸发器上部壳体；11、蒸发器下部壳体。
具体实施方式
本发明所采用的管芯是层叠无纺布而成的构造，这很关键。该无纺布是将以纤维长度/直径表示的纵横尺寸比为5以上的纤维随机及/或定向地层叠配置在平面内、以各种方法局部地粘接及/或固定纤维而成的布状物。由于无纺布利用纤维的较大的比表面积形成开孔，因此，与使用粉末来形成开孔的烧结金属等以往的多孔质体相比，即使在空间中仅存在少量的纤维，也能够形成较小的开孔。因而，能够在减小开孔直径的同时、保持较大的空隙率。并且，构成无纺布的纤维的直径能够在亚微米～几十微米的范围内选择，易于控制开孔直径。作为使用纤维的布状物，存在纺织物及编织物，但在纺织物中存在网纹这样的随着形成布状物而产生的较大的开口部、在编织物中存在网眼这样的随着形成布状物而产生的较大的开孔部，而在无纺布中不存在。即，仅利用无纺布就能够实现管芯所要求的、减小开孔直径并增加空隙率。
构成本发明所采用的无纺布的原料并没有特别的限定。可以是合成树脂类纤维，也可以是纤维素类纤维、金属类纤维、陶瓷类纤维、玻璃纤维或者碳纤维。
纤维的形态既可以是长纤维，也可以是短纤维，也可以将两者混合使用。
作为合成树脂类纤维，可以列举由尼龙6、尼龙66以及共聚聚酰胺等聚酰胺形成的纤维；由聚乙烯、聚丙烯以及共聚聚丙烯等聚烯烃形成的纤维；由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸四亚甲酯以及共聚聚酯等聚酯形成的纤维；丙烯酸系纤维；缩醛系纤维和四氟乙烯系纤维等。作为纤维素，可以列举粘胶纤维、铜氨人造丝、纸浆、棉以及麻等。
作为纤维素类纤维，可列举粘胶人造丝、铜铵人造丝、纸浆、棉及麻等。
作为金属类纤维，可列举铜、黄铜、铝、铝合金、SUS及钛等。
作为陶瓷类纤维，可列举氧化铝、氧化钛及炭化硅等。
它们可以单独使用，也可以2种以上混合使用。
优选易于控制纤维直径且能够自由地改变开孔直径、并且能够抑制工作流体在管芯内部蒸发的、导热系数较低的合成树脂类纤维，特别优选化学稳定性优良的聚酰胺类纤维、聚烯烃类纤维及聚酯类纤维。
纤维优选使用与工作流体的亲合性较高的原料。在使用亲合性较低的原料的情况下，也优选在形成无纺布之后，利用公知的方法实施提高亲合性的表面处理。例如，在工作流体使用含有80重量％以上的水的水系流体的情况下，优选使用作为亲水性原料的纤维素类纤维或聚酰胺类纤维。另外，在使用作为疏水性原料的聚烯烃类纤维及聚酯类纤维的情况下，优选的实施方式也是利用公知的方法进行付与表面活性剂等的表面处理，使纤维表面亲水化。
另外，也可以是鞘部分由聚乙烯、聚丙烯或共聚聚酯等构成的、芯部分由聚酰胺或聚酯等构成的复合纤维等。
本发明所采用的无纺布的纤维的截面形状可以是圆形，也可以是除圆形之外的异形，但优选为比表面积变大的异形。
本发明所采用的无纺布的制造方法并没有特别的限定，可使用公知的方法。例如，可列举水刺法、针刺法、纺粘法、熔喷法、闪蒸法及静电纺丝法等。由于水刺法、纺粘法、熔喷法及闪蒸法能够容易地控制开孔直径，因此较佳。
对于本发明所采用的无纺布的特性，只要是使用该材料获得的纤维构造物层叠体的规定的特性在后述范围内，可以适当地选择，没有特别的限定。
下面，说明本发明的纤维构造物层叠体。纤维构造物层叠体需要层叠无纺布而构成。并且，优选该纤维构造物层叠体的平均流量开孔直径为0.1～30μm，空隙率为65～95％，以及空隙指数(空隙率％/平均流量开孔直径μm)为10～1000。另外，该纤维构造物层叠体的10％流量开孔直径优选比平均流量开孔直径大出0～20μm。优选是该纤维构造物层叠体以层叠上述无纺布的状态被粘接，该粘接面积是该无纺布面积的0.2～20％。
本发明所采用的纤维构造物层叠体的平均流量开孔直径优选为0.1～30μm。更优选为0.1～10μm，特别优选为0.2～10μm，进一步优选为0.2～5μm。只要平均流量开孔直径为0.1～30μm，就能获得充分的毛细血管力，而且能够进行工业生产，每1个开孔的通液阻力也不会显著增大。
由于平均流量开孔直径不会因层叠而大幅度变化，因此，为了获得具有规定的平均流量开孔直径的纤维构造物层叠体，使用与其平均流量开孔直径一致的无纺布至少30wt％，作为剩余的无纺布，使用流量开孔直径比平均流量开孔直径大的无纺布即可。例如，为了获得平均流量开孔直径为2μm的纤维构造物层叠体，例示了使用平均纤维直径为1μm、平均流量开孔直径为2μm的熔喷法无纺布100wt％的构造。
本发明中的流量开孔直径能够利用木村尚史、酒井清孝、白田利胜及鹈饲哲雄编著‘膜分离技术指南’(株式会社IP C出版、1990年8月10日)的147页中所述的气流法求出。即，是指预先将纤维构造物层叠体浸入到表面张力已知的液体中，在由该液体的膜覆盖该层叠体的全部细孔的状态下对该层叠体施加压力，由液膜破坏的压力和液体表面张力计算出的细孔孔径。在计算中使用下述数学式(1)。
d＝C×r/P    (1)
(计算式中，d为孔径，r为液体的表面张力，P为破坏该孔径的液膜的压力，C为常数。)
通常，纤维构造物层叠体的流量开孔直径具有分布。使压力连续地变化，由在各压力下通过该层叠体的流量的变化来计算在该压力下破坏的液膜的量，从而能够求出流量开孔直径分布。对于测量装置，例如采用基于ASTM E 1294-89的装置、即PMI公司的Perm-Porometer(细孔径分布测量器)。
自数学式(1)可知，在使对浸入液体中的该层叠体施加的压力P从低压向高压连续地变化的情况下，由于初始压力连最大细孔的液膜都无法破坏，因此，流量为0。在提高压力时，最大细孔的液膜被破坏，产生流量(起泡点)。在进一步提高压力时，最小细孔的液膜被破坏，与未浸入液体中的情况下的流量(干流量)一致。
平均流量开孔直径是指将该层叠体浸入液体中情况下的流量(湿流量)为未将该层叠体浸入液体中的情况下的流量(干流量)的50％这样的压力下被破坏的孔径。
另外，本发明所采用的纤维构造物层叠体优选为10％流量开孔直径比平均流量开孔直径大出0～20μm。更优选为0～10μm，特别优选为0～5μm。10％流量开孔直径与平均流量开孔直径之差表示细孔尺寸的分布，该数值越小，分布越小。若差为0μm，则表示是均匀的细孔。若10％流量开孔直径为(平均流量开孔直径+20μm)以下，则工作流体不会自通液阻力较低的、较大的孔不均匀地流动，工作流体均匀地移动到整个蒸发部，提高了蒸发效率，较佳。
10％流量开孔直径是指将该层叠体浸入液体中情况下的流量(湿流量)为未将该层叠体浸入液体中的情况下的流量(干流量)的10％这样的压力下被破坏的孔径。10％流量开孔直径及平均流量开孔直径利用后述的方法求出。
本发明所采用的纤维构造物层叠体的空隙率优选为65～95％。优选为70～95％，更优选为80～95％。若空隙率为65～95％，则该层叠体的通液阻力较低，且对于操作具有充分的强度，也具有充分的耐久性。
空隙率因粘接时的压力而倾向于减小一些，因此，选择空隙率比纤维构造物层叠体的规定空隙率大出5％左右的无纺布即可。通过使用公知的方法并适当地设定纤维彼此的粘接条件，能够获得规定空隙率的无纺布。
本发明中的空隙率是指空隙占纤维构造物层叠体的每单位体积的比例。由纤维构造物层叠体的单位面积重量W(g/cm2)和厚度T(cm)以及构成该层叠体的纤维的真比重ρ，利用下述数学式(2)计算空隙率。
空隙率＝{1-W/(T×ρ)}×100    (2)
纤维构造物层叠体的单位面积重量、厚度能够利用JISL-1096求出。
本发明所采用的纤维构造物层叠体的上述求出的空隙率(％)与平均流量开孔直径(μm)之比(空隙率(％)/平均流量开孔直径(μm))、即空隙指数优选为10～1000。空隙指数的下限更优选为20以上，特别优选为25以上。另外，上限更优选为800以下，特别优选为500以下。
空隙指数是最能支配作为环路热管型传热装置的性能指标的最大热输送量的参数，通常，空隙指数越大，最大热输送量越大。另外，难以分别控制的空隙率与平均流量开孔直径的最佳组合是使空隙指数最大，空隙指数作为使两特性最佳化的参数是有效的。若空隙指数为10～1000，则毛细血管力足够大，且通液阻力较小，能够进行工业生产，作为管芯所采用的构造体最佳。通过使用空隙指数为10～1000的无纺布至少70wt％以上，能够使纤维构造物层叠体的空隙指数为10～1000。以往，用作管芯的金属烧结体的空隙指数为7.5左右，陶瓷烧结体的空隙指数为2左右，小于本发明的纤维构造物层叠体。因此，毛细血管力不足或者通液阻力升高，作为管芯难以发挥充分的性能。
在本发明中，通过将与以往完全不同的无纺布用作材料，能够实现较大的空隙指数，能够同时获得足够大的毛细血管力和足够小的通液阻力，从而能够增加最大热输送量。
本发明所采用的纤维构造物层叠体的上述无纺布以层叠的状态被粘接，除了用于维持后述蒸发器的气密性的管芯周边部的粘接之外，该粘接面积优选为该无纺布面积的0.2～20％，更优选为0.5～10％，特别优选为1～10％。只要在该范围中，就不会增加工作流体的通液阻力，能够获得即使进行操作也能保持一体化状态的粘接强度。粘接的方法并没有特别的限定。例如，采用局部地进行热熔接的压花接合、利用销型、线型或它们的组合等各种形状进行的局部的超声波熔接以及利用粉末或纤维状的热塑性树脂进行的热粘合等。优选采用易于控制粘接面积的比率的、粘接强度较大的、利用销型、线型或它们的组合等各种形状进行的局部的超声波熔接。
本发明所采用的无纺布也可以是单一的，但层叠混合具有不同特性的无纺布也是优选的实施方式。通过混合，能够同时提高在单一的情况下无法实现的、相反的特性。特别优选层叠混合空隙指数不同的无纺布。空隙率及平均流量开孔直径的测量方法见后述。
例示优选的实施方式，层叠空隙指数为5的无纺布表里各1枚，在其间层叠空隙指数为40的无纺布8枚，合计层叠10枚而构成纤维构造物层叠体。在本构造中，空隙指数40的无纺布约为80wt％。由于在与工作流体接触的面存在空隙指数较小的无纺布，因此，通液阻力极低，能够使通液循环来的工作流体均匀且迅速地扩散到纤维构造物层叠体内。扩散到该层叠体的最初无纺布内的工作流体被较大的毛细血管力吸引到下一个空隙指数大的无纺布的层中。并且，与蒸发面接触的层的空隙指数较小，工作流体易于蒸发，通过施加较少的热量来促进蒸发。
以往，在采用的金属或陶瓷的多孔质体中，难以在改变特性并进行控制。另外，以片状获得的延伸多孔质聚四氟乙烯能够通过层叠不同特性的片而使其一体化来改变特性。但是，由于在片之间存在明显的界限，因此，工作流体滞留在片之间，有可能妨碍工作流体顺畅的移动。无纺布的存在于表面的纤维利用与层叠的其他无纺布的纤维粘接时所施加的压力易于混杂而一体化，因此，难以存在明显的界限。因此，工作流体难以滞留在无纺布之间，易于顺畅地移动。这一点在层叠、粘接无纺布来使用也是有用的。
本发明的环路热管型传热装置由蒸发器、自该蒸发器引导气相的工作流体的蒸气管、与该蒸气管连接的冷凝器、以及使液相的工作流体自冷凝器回流到蒸发器的液管构成，在蒸发器内部设置由具有规定特性的纤维构造物层叠体构成的管芯。蒸发器及冷凝器的构造能够采用公知的构造。图1表示本发明的环路热管型传热装置的一个例子，但并不限定于该构造。在图1中，附图标记1是圆形的平板型蒸发器，附图标记2是蒸气管，附图标记3是冷凝器，附图标记4是液管。冷凝器是利用钎焊将使冷却扇和铜制散热片一体化而成的冷却组件固定于蒸气管的构造。由纤维构造物层叠体构成的管芯5设置为将蒸发器1的内部上下地一分为二，下部构成蒸气室6，上部构成储液室7。
将由纤维构造物层叠体构成的管芯设置在蒸发器内部的方式能够采用公知的方式，但没有特别的限定。该纤维构造物层叠体富有柔软性、挠性，容易进行切断及端部粘接，因此，加工性优良，能够应对任何的设置方式。例如，若蒸发器为圆筒形，则在蒸发器内壁形成槽，将加工为中空圆筒状的纤维构造物层叠体设置为与该槽的突起部接触即可。自液管返回的工作流体流入到中空部的内侧储液室。另外，若蒸发器为平板形，则如图1所示那样在上下具有空间的中间部分设置平板形的纤维构造物层叠体即可。
将由纤维构造物层叠体构成的管芯设置在蒸发器内部的方式并没有特别的限定，但对于维持蒸发器的气密性的构造的一部分，优选采用该纤维构造物层叠体的粘接部分的一部分。蒸发器需要在填充工作流体之前通过真空排气等除去容器内部的空气等非冷凝性气体，要求维持充分的、例如0.1Torr的真空度的气密性。另外，要求在使用时通过加热产生的工作流体的蒸气不会泄漏的气密性。以往，通过焊接或钎焊等将蒸发器的壳体相互间粘接而维持气密性。在本发明中，除以往公知的方法之外，能够采用由纤维构造物层叠体构成的管芯的粘接部分的一部分。
图2是图1中的蒸发器1的组装图的一个例子。图2例示了维持蒸发器的气密性的方式，但并不限定于本方式。在图2中，附图标记10是蒸发器的上部壳体，兼作为贮藏自液管返回的工作流体的贮存器。附图标记11是蒸发器的下部壳体，具有从需要冷却的设备吸收热量而使工作流体蒸发的作用。工作流体的蒸气经由下部壳体的槽到达蒸气管。由纤维构造物层叠体构成的管芯5的周边部分通过熔接而被粘接。粘接面积率为15％。夹着由纤维构造物层叠体构成的管芯5而将上部壳体10和下部壳体11组装，获得蒸发器。组装方法并没有特别的限定，但在本例示中表示利用螺丝进行组装。在夹着由多孔质体构成的管芯而将上部壳体10和下部壳体11组装时，无法维持气密性，需要将壳体彼此熔接等用于维持气密性的方法。在使用通过熔接而粘接的由纤维构造物层叠体构成的管芯时，利用熔接而开孔破坏，能够维持气密性，从而能够利用螺丝固定等简单的方法进行组装。
如上所述，也可以使用为了使无纺布一体化而预先粘接的部分，但优选在组装蒸发器时同时粘接。同时粘接的粘接方法并没有特别的限定，但优选加热压缩法。在加热压缩法中，由于能够保持原样地采用上述构造及组装方法，因此，在小型化、薄型化且轻量化的同时、也能谋求降低组装成本。
本发明所采用的工作流体能够采用环路热管型传热装置通常所采用的流体。例示了水、氨气、乙醇等醇类、庚烷等碳化氢类、氟利昂-11等碳氟化合物类、液氧及液氮等，但并没有特别的限定。另外，既可以单独使用流体，也可以将它们混合使用，但在混合流体来使用的情况下，优选形成为均匀地互相溶解的流体种类及混合比例的流体。
工作流体优选采用含有以数学式(3)定义的工作(merit)值较大的水80重量％以上的水系流体。
工作值＝(密度×表面张力×蒸发潜热)/粘度    (3)
工作值越大，最大热输送量越大，因此较佳。在表示代表性流体的工作值时，氨为1.1×1011，氟利昂-11为1.2×1010，氟利昂-113为7.3×109，戊烷为1.5×1010，丙酮为3×1010，甲醇为4.8×1010，乙醇为4.1×1010，庚烷为1.3×1010)，水为5.1×1011及萘为3.4×1010。水的工作值大，最大热输送量变大，较佳。优选单独使用水，但也可以将丙酮等酮类、甲醇及乙醇等醇类、及表面活性剂混合到水中。在这种情况下，为了确保较大的工作值，因此，优选含有水80重量％以上。
实施例
下面，利用实施例及比较例更详细地说明本发明，但本发明并不仅限定于这些实施例。
本发明所采用的测量法如下所述。
(1)平均流量开孔直径(μm)
使用PMI公司制Perm-Porometer(细孔径分布测量器)(型号CFP-1200AEX)进行测量。浸液采用表面张力为20.1dynes/cm的PMI公司制Silwick。浸入浸液中的样品进行前处理，使得比大气压低80kPa，除气而不会在样品内残留气泡。测量直径为20mm。向样品中通入干燥空气，逐级地增加气体压力并观测那时的气体流量。求出将样品浸入液体的情况下的流量(湿流量)为未将样品浸入液体的情况下的流量(干流量)的50％时的压力P50(PSI)，利用下述数学式(4)求出平均流量开孔直径。
d50＝C×r/P50    (4)
在此，d50为平均流量开孔直径(μm)，r为液体的表面张力，是20.1(dynes/cm)，常数C为0.451(μm·cm·PSI/dynes)。测量3次，求出平均值。
(2)10％流量开孔直径(μm)
求出将样品浸入液体的情况下的流量(湿流量)为未将样品浸入液体的情况下的流量(干流量)的10％时的压力P10(PSI)，与上述(1)同样地利用下述数学式(5)求出。测量3次，求出平均值。
d10＝C×r/P10    (5)
(3)空隙率(％)
由样品的单位面积重量W(g/cm2)和厚度T(cm)以及构成样品的材料的真比重ρ，利用下述数学式(2)计算空隙率。
空隙率＝{1-W/(T×ρ)}×100    (2)
样品的单位面积重量及厚度依照JISL-1096求出。
(4)粘接面积率(％)
将利用CCD照相机拍摄100mm×100mm的样品而得到的图像读入到图像解析软件，通过二值化抽取粘接部分，利用图像解析软件求出粘接面积(mm2)。求出粘接面积相对于拍摄面积10000mm2的比例，计算粘接面积率。
(5)最大热输送量(W)
将样品设置在图1所示的、SUS304制的、尺寸为外径80mm、厚度20mm的圆形平板型蒸发器中。冷凝器、蒸气管及液管全部由外径4mm的SUS316制的管构成。冷凝器使用将冷却扇和铜制散热片一体化而成的冷却组件，通过强制气冷来冷却。热移动距离、即蒸气管的长度约为1m。工作流体使用乙醇。在蒸发器下表面安装加热器，一边连续地增加输入电力、一边利用以焊锡安装于蒸发器及冷凝器的热电偶测量蒸发器温度T1(K)及冷凝器温度T2(K)，将T1-T2为50K的输入电力作为最大热输送量。
实施例1
在层叠10枚聚对苯二甲酸乙二醇酯制熔喷法无纺布(旭化成纤维公司制：单位面积重量40g/m2、空隙率90％、平均流量开孔直径2μm、在表1中记作MB)之后，利用销型超声波熔接机将其热粘接。获得的纤维构造物层叠体的粘接面积率为1％。另外，该层叠体的平均流量开孔直径、空隙率、空隙指数及最大热输送量如表1所示。
实施例2～4
利用改变了每单位面积的销的根数后的销型超声波熔接机进行热粘接，使粘接面积率为5％(实施例2)、0.1％(实施例3)及30％(实施例4)，除此之外，与实施例1同样地获得了纤维构造物层叠体。实施例3的粘接面积率为0.1％的纤维构造物层叠体的粘接力较小，设置于蒸发器时剥离，操作性较差，但固定在蒸发器的上部壳体，测量了最大热输送量。另外，粘接面积率大为30％的实施例4的有效通液面积减小，与实施例1相比，其最大热输送量减少。
实施例5
按顺序层叠1枚聚对苯二甲酸乙二醇酯制纺粘型无纺布(旭化成纤维公司制ELTUS：单位面积重量20g/m2、空隙率85％、平均流量开孔直径18μm、在表1中记作SB)、8枚聚对苯二甲酸乙二醇酯制熔喷法无纺布(旭化成纤维公司制：单位面积重量40g/m2、空隙率90％、平均流量开孔直径2μm)、1枚聚对苯二甲酸乙二醇酯制纺粘型无纺布(旭化成纤维公司制ELTUS：单位面积重量20g/m2、空隙率85％、平均流量开孔直径18μm)，除此之外，与实施例1同样地获得了纤维构造物层叠体，求出平均流量开孔直径、空隙率、空隙指数及最大热输送量。将其结果表示于表1中。另外，获得的纤维构造物层叠体的粘接面积为1％。通过在表里层叠纺粘型无纺布，工作流体的移动更加均匀，而且易于蒸发，因此，最大热输送量进一步增加。
实施例6
除了采用2枚使纤维直径5.5μm的尼龙66纤维水流混杂而成的无纺布(单位面积重量80g/m2、空隙率85％、平均流量开孔直径5μm、在表1中记作SL)之外，与实施例1同样地获得纤维构造物层叠体。结果表示于表1中，最大热输送量良好。
实施例7
除了采用2枚使纤维直径5.5μm的尼龙66纤维水流混杂而用辊将其压缩而成的无纺布(单位面积重量150g/m2、空隙率60％、平均流量开孔直径5μm)之外，与实施例1同样地获得了纤维构造物层叠体。通过空隙率变小，与实施例6相比，其最大热输送量降低。
实施例8
除了采用2枚使纤维直径10.1μm的尼龙66纤维水流混杂而成的无纺布(单位面积重量75g/m2、空隙率80％、平均流量开孔直径15μm)之外，与实施例1同样地获得了纤维构造物层叠体。通过平均流量开孔直径变大，与实施例6相比，其最大热输送量降低。
实施例9
除了采用2枚使纤维直径5.5μm的尼龙66纤维水流混杂而成的无纺布(单位面积重量120g/m2、空隙率80％、平均流量开孔直径6μm)之外，与实施例1同样地获得了纤维构造物层叠体。该层叠体的10％流量开孔直径与平均流量开孔直径之差为12μm，在开孔直径的分布稍稍变大时，与实施例6相比，其热输送量稍稍降低。
实施例10
除了采用2枚使纤维直径7.9μm的尼龙66纤维水流混杂而成的无纺布(单位面积重量150g/m2、空隙率75％、平均流量开孔直径8μm)之外，与实施例1同样地获得了纤维构造物层叠体。在空隙指数小于10时，与实施例6相比，其热输送量降低。
比较例1
除了将镍的烧结多孔质体用作管芯之外，与实施例1同样地求出了平均流量开孔直径、空隙率、空隙指数及最大热输送量。将其结果表示于表1中。
比较例2
除了层叠20枚聚四氟乙烯多孔质体(住友电工(SumitomoElectric)Fine Polymer制、PoreflonTM Membrane WP-500-100)并将其用作管芯之外，与实施例1同样地求出了平均流量开孔直径、空隙率、空隙指数及最大热输送量。将其结果表示于表1中。
表1
由表1的实施例1和比较例1及2的结果可知，在将本发明的纤维构造物层叠体用于管芯时，与以往用作管芯的金属烧结体、聚四氟乙烯多孔质体相比，能够在减小平均流量开孔直径的同时、增大空隙率，因此，能够增大最大热输送量。结果，能够提高环路热管型传热装置的性能。
并且，由实施例6～10的结果可知，通过将无纺布及层叠该无纺布而成的纤维构造物层叠体的特性限定为特定的范围，能够进一步增大最大热输送量，从而能够进一步提高环路热管型传热装置的性能。
实施例11
将由实施例1获得的纤维构造物层叠体冲裁为直径30mm的圆形之后，将其周边部粘接为3mm宽度。粘接采用加热到300℃的外径30mm、内径24mm的同心圆状模具，利用以加热压缩法熔接的方法来实施。在粘接部以均等的间隔开设8个直径1mm的螺钉用的孔，作为管芯。夹着该管芯，利用8根螺钉将外径30mm、凸缘的宽度3mm、高度5mm、壁厚1mm的铜制上部壳体与外径30mm、缘的宽度3mm、高度5mm的铜制下部壳体组装而获得了蒸发器。利用钎焊将外径3mm、内径2mm的铜制管安装在预先开设于上部壳体及下部壳体的直径3.2mm的孔中，分别作为液管、蒸气管。将液管弯曲成U字状，利用钎焊将其与蒸气管接合，形成环状。利用钎焊将冷却组件安装于蒸气管，作为冷凝器，该冷却组件是使冷却扇和高度10mm、间距3mm的铜制散热片在距下部壳体100mm的位置一体化而成的。自包含另外安装于上部壳体的三通阀的工作流体注入用的铜管而使用真空泵进行排气时，显示良好的气密性，能够减压至0.1Torr。在排气至0.1Torr之后，切换三通阀，注入了甲醇。在通过压缩而封闭工作流体注入用的铜管之后，将其焊接而获得环路热管型传热装置。与实施例1同样地测量最大热输送量时，为80W。
实施例12
将由实施例1获得的纤维构造物层叠体冲裁为直径30mm的圆形。将与实施例11同样形状的上部壳体及下部壳体加热到300℃之后，夹着上述纤维构造物层叠体并使其压缩。除了利用熔接的上述纤维构造物层叠体粘接上部壳体和下部壳体而获得了蒸发器之外，与实施例11同样地获得了环路热管型传热装置。能够与实施例11同样地减压至0.1Torr。与实施例1同样地测量最大热输送量时，为80W。
工业实用性
采用本发明，能够提供这样的环路热管型传热装置，即，将由层叠粘接无纺布而成的纤维构造物层叠体构成的管芯设置在蒸发器内部，使纤维构造物层叠体的平均流量开孔直径、空隙率及空隙指数(空隙率/平均流量开孔直径)最佳化，从而使小型、轻量化和高传热性能同时成立。因而，能够用作同时要求小型化、薄型化且轻量化和高性能化的PC及服务器等电子仪器的高效率的传热装置。

Claims (7)

1.一种环路热管型传热装置，该环路热管型传热装置设有蒸发器、自该蒸发器引导气相的工作流体的蒸气管、与该蒸气管连接的冷凝器、以及使液相的工作流体自该冷凝器回流到蒸发器的液管，其特征在于，
在该蒸发器的内部设置由层叠无纺布而成的纤维构造物层叠体构成的管芯。
2.根据权利要求1所述的环路热管型传热装置，其特征在于，
在上述纤维构造物层叠体中，平均流量开孔直径为0.1～30μm。
3.根据权利要求1或2所述的环路热管型传热装置，其特征在于，
在上述纤维构造物层叠体中，空隙率为65～95％，空隙指数为10～1000，其中，空隙指数为空隙率/平均流量开孔直径，空隙率为百分率，开孔直径的单位为μm。
4.根据权利要求1或2所述的环路热管型传热装置，其特征在于，
在上述纤维构造物层叠体中，10％的流量开孔直径比平均流量开孔直径大0～20μm。
5.根据权利要求1或2所述的环路热管型传热装置，其特征在于，
在上述纤维构造物层叠体中，上述无纺布以层叠的状态被粘接，该粘接面积除了用于维持蒸发器的气密性的管芯周边部的粘接之外是该无纺布面积的0.2～20％。
6.根据权利要求5所述的环路热管型传热装置，其特征在于，
在上述蒸发器中，维持蒸发器的气密性的构造的一部分使 用上述纤维构造物层叠体的粘接部分的一部分。
7.根据权利要求1或2所述的环路热管型传热装置，其特征在于，
在上述纤维构造物层叠体中，层叠有空隙指数不同的至少2种无纺布，其中，空隙指数为空隙率/平均流量开孔直径，空隙率为百分率，开孔直径的单位为μm。 
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