JP2012102192A - 熱輸送流体及び熱輸送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱抵抗を抑制するとともに熱伝導率の向上が図れる熱輸送流体及びこれを用いた熱輸送装置を提供する。
【解決手段】熱輸送流体は、水または有機物からなる溶媒と、金属を含んだ構造体の長さ方向に形成される側面に官能基２を有して、溶媒中に分散されるワイヤ状構造体１と、を含む構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱を伝達、輸送する熱輸送流体及びこれを用いた熱輸送装置に関する。

従来、例えばエンジンや電子機器等の熱源から放熱を行う装置には、熱源からの熱を外部に伝達、輸送する熱輸送流体が用いられている。この従来の熱輸送流体は、熱伝導率を向上するために、ナノメートルオーダーの粒子径を有する金属ナノ粒子を、ベース溶媒となるベース流体に分散安定性を保持するための分散剤とともに添加して構成されている（例えば、非特許文献１参照。）。

また、特許文献１には、ベース溶液中に、長さ方向に対する側面に表面官能基を備えたカーボンナノチューブと、分散剤とを添加して、カーボンナノチューブを安定的に分散させる熱輸送流体が提案されている。

特開２００８−２０１８３４号公報

Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００８，２９，ｐｐ．４３２−４６０

上記の従来技術の熱輸送流体においては、分散剤を用いることが必須であり、分散剤は金属ナノ粒子やカーボンナノチューブの分散安定性を向上させる機能を果たす。分散剤は、カーボンナノチューブ等の分散性の向上により流体の動粘度を抑制するが、一方で、分散剤自身が流体中での熱抵抗になってしまい、流体の熱伝導率が期待されるほど十分に向上しないという問題がある。

また、流体中で分散剤同士の接触等による抵抗が発生し、流体の粘性が増加することが考えられる。この粘性の増加は、熱輸送流体を回路で循環しながら熱交換器等で熱交換を行う場合に、流体を循環させるポンプ動力の増大や、管内抵抗の増加による熱交換効率の低下を招くことにもなる。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱抵抗を抑制するとともに熱伝導率の向上が図れる熱輸送流体及び熱輸送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用することができる。請求項１の発明に係る熱輸送流体は、水または有機物からなる溶媒と、金属を含んだ構造体の長さ方向に形成される側面に官能基を有して、溶媒中に分散されるワイヤ状構造体と、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、溶媒中で分散される分散質として球状粒子等ではなく、金属系のワイヤ状構造体を用いるため、その形状効果により、熱輸送流体の熱伝導率を向上することができる。さらに金属系のワイヤ状構造体の表面に官能基を持たせることにより、溶媒に対する構造体の分散性を確保できるため、分散剤を不要または少量とする熱輸送流体を構成することができ、この構成によって熱抵抗の低減が図れる。したがって、熱抵抗を抑制するとともに熱伝導率の向上が図れる熱輸送流体が得られる。

さらに、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のワイヤ状構造体が含む金属は、銀またはこれらの合金であることが好ましい。この発明によれば、当該金属を銀またはこれらの合金とすることにより、ワイヤ状に成長し易い結晶が得られるため、ワイヤ状構造体を生成し易い。例えば、ワイヤ状の形状に生成するための手段を別個に用いなくてもワイヤ状に成長し易く、本発明のワイヤ状構造体を容易に形成することができる。

さらに、請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載のワイヤ状構造体が含む金属は、金もしくは銅またはこれらの合金であることが好ましい。

さらに、請求項４に記載の発明のように、請求項１から請求項３のいずれか一項における金属を含むワイヤ状構造体は、金属酸化物であることが好ましい。

さらに、請求項５に記載の発明のように、請求項１から請求項４のいずれか一項における溶媒は、水、１価アルコール類もしくは多価アルコール類、またはこれらの混合物であることが好ましい。

さらに、請求項６に記載の発明のように、請求項５に記載の１価アルコール類は、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノールもしくは２−メチル−２−プロパノール、またはこれらの混合物であることが好ましい。

これによれば、メタノールは融点が−９７℃、沸点が６４．７℃であり、エタノールは融点が−１１４．３℃、沸点が７８．４℃であり、１−プロパノールは融点が−１２６．５℃、沸点が９７．１５℃であり、２−プロパノールは融点が−８９．５℃、沸点が８２．４℃であり、１−ブタノールは融点が−９０℃、沸点が１１７℃であり、２−ブタノールは融点が−１１４．７℃、沸点が９９℃であり、２−メチル−２−プロパノールは融点が２５．６９℃、沸点が８２．４℃であるため、これらの各物質の特性を活用することにより、用途に応じた熱輸送の促進が期待できる熱輸送流体を提供することができる。

さらに、請求項７に記載の発明のように、請求項５に記載の多価アルコール類は、エチレングリコール、プロピレングリコールもしくはグリセリン、またはこれらの混合物であることが好ましい。

これによれば、エチレングリコールは融点が−１２．９℃、沸点が１７９．３℃であり、プロピレングリコールは融点が−５９℃、沸点が１８８．２℃であり、グリセリンは融点が１７．８℃、沸点が２９０℃であるため、これらの各物質の特性を活用することにより、用途に応じた熱輸送の促進が期待できる熱輸送流体を提供することができる。

上記各発明に係る熱輸送流体は、請求項８に記載の発明のように、熱輸送流体が循環する循環回路と、熱輸送流体を循環回路で強制的に循環させる駆動力を与える循環駆動装置と、半導体装置に含まれる半導体素子から発生する熱を当該循環する熱輸送流体で吸熱して半導体素子を冷却する冷却用熱交換器と、冷却用熱交換器で回収した熱を外部に放出する放熱装置と、を備える熱輸送装置に適用することができる。

この熱輸送装置によれば、熱抵抗の抑制と熱伝導率の向上とが図れる熱輸送流体によって、半導体素子から発生する熱を熱輸送流体に吸収して放出することにより、半導体素子を効率的に冷却して、所望の機能を発揮させ、寿命の向上を実現できる。

上記各発明に係る熱輸送流体は、請求項９に記載の発明のように、熱輸送流体が循環する循環回路と、熱輸送流体を前記循環回路で強制的に循環させる駆動力を与える循環駆動装置と、エンジンを流通する流体と当該循環する熱輸送流体との間で熱交換を行ってエンジンを冷却する冷却用熱交換器と、冷却用熱交換器で回収した熱を外部に放出する放熱装置と、を備える熱輸送装置に適用することができる。

この熱輸送装置によれば、熱抵抗の抑制と熱伝導率の向上とが図れる熱輸送流体によって、エンジンから発生する熱を熱輸送流体に吸収して放出することにより、エンジンを効率的に冷却して所望の機能の発揮、燃費向上、寿命向上等を実現できる。

上記各発明に係る熱輸送流体は、請求項１０に記載の発明のように、熱輸送流体が循環する循環回路と、熱輸送流体を循環回路で強制的に循環させる駆動力を与える循環駆動装置と、循環回路を循環する熱輸送流体に対して熱を与える発熱体と、空調対象となるエリアへ送風する空気と当該循環する熱輸送流体との間で熱交換を行って空気を暖める熱交換器と、を備える熱輸送装置に適用することができる。

この熱輸送装置によれば、熱抵抗の抑制と熱伝導率の向上とが図れる熱輸送流体によって、発熱体の熱を熱輸送流体に吸収して空調対象エリアへの送風空気に対して放出することにより、効率的に加熱された暖房風を提供することができる。

本発明を適用するワイヤ状構造体の一例を示す模式図である。 乾燥させた状態のワイヤ状構造体を電子顕微鏡で撮影した拡大写真である。 溶媒を水とした場合の本発明を適用する熱輸送流体における熱伝導率の向上度合いを示したグラフである。 溶媒を２−プロパノールとした場合の本発明を適用する熱輸送流体における熱伝導率の向上度合いを示したグラフである。 溶媒をエチレングリコールと水の１：１混合液とした場合の本発明を適用する熱輸送流体における熱伝導率の向上度合いを示したグラフである。 本発明の熱輸送流体を用いて半導体素子を冷却する素子冷却装置の構成を示す模式図である。 本発明の熱輸送流体を用いてエンジンを冷却するエンジン冷却装置の構成を示す模式図である。 本発明の熱輸送流体を用いて、車室内への送風空気を暖める空調装置の構成を示す模式図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態である第１実施形態について図１〜図５を参照して説明する。本実施形態に係る熱輸送流体は、機器や流体の冷却及び加熱に用いられるものである。熱輸送流体は、例えば、熱源からの熱を外部に伝達、輸送する。この熱輸送流体に用いられる溶媒は、不揮発性であり、例えば水等の単一の成分からなるとともに同溶媒よりも高い熱伝導率を有するワイヤ状構造体１を含有している。

溶媒は、溶媒分子の集合体で構成され、例えば、水または有機物（例えば、１価アルコール類、多価アルコール類等）からなる。溶媒は、ワイヤ状構造体１を分散させ、多数のワイヤ状構造体１を運搬する流体とすることができる。この流体は、液体、あるいは気体によって構成することができる。流体は、単一もしくは複数の成分から構成されうる。例えば、流体として水、液状の高分子を用いることができる。さらに、流体として、混合物を用いることができる。例えば、混合物には、水、１価アルコール類及び多価アルコール類の少なくとも２つの混合物、またはこの混合物と他の機能成分との混合物を用いることができる。

図１は、本発明を適用するワイヤ状構造体の一例を示す模式図である。図２は、乾燥させた状態のワイヤ状構造体１（平均ワイヤ径７３ｎｍ、平均アスペクト比２６０）を電子顕微鏡で撮影した拡大写真である。ワイヤ状構造体１は、金属からなる構造体、または金属を含み構造体である。ワイヤ状構造体１は、ナノメートルオーダーサイズの直径を有する糸状の金属系ナノワイヤであり、その長さ方向に延びる側面に付いた官能基２を有している（図１及び図２参照）。熱輸送流体には多数のワイヤ状構造体１が存在し、多数のワイヤ状構造体１は熱輸送流体中に溶媒分子に取り囲まれる形態で分散している。官能基２は、例えば親水性を有する基であり、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）等である。

図１では、理解を容易にするため、実際よりも短い棒状の１個のワイヤ状構造体１と、その側面に一体になっている官能基２の様子を示しているが、実際には溶媒中にこのようなワイヤ状構造体１が多数分散しており、互いに接触したり、離れたりして存在している。つまり、ワイヤ状構造体１は溶媒中で単一で浮遊したり、複数個が連なったり、固まりとなったりして存在する。

ワイヤ状構造体１は、軸方向長さと直径（軸方向に垂直な方向の長さ）の比が高アスペクト比である糸状体である。ワイヤ状構造体１のアスペクト比は、例えば、数十または数百のオーダーである。ワイヤ状構造体１は、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等の金属、これらの金属の合金、これら金属の金属酸化物等の化合物によって構成することができる。また、ワイヤ状構造体１は、金属を含む２種類以上の物質によって構成することもできる。

溶媒に用いられる１価アルコール類は、ヒドロキシ基（−ＯＨ）が１個のアルコールであり、例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノールもしくは２−メチル−２−プロパノール、またはこれらの混合物である。メタノールは、ＣＨ_３ＯＨで表され、融点−９８℃、沸点６５℃の特性を有し、エタノールは、ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＨで表され、融点−１１７℃、沸点７９℃の特性を有する。

１−プロパノール、２−プロパノールは、炭素数３個の１価アルコールである。１−プロパノールは、ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨで表され、融点−１２７℃、沸点９７℃の特性を有する。２−プロパノールは、イソプロパノールとも呼ばれ、ＣＨ_３ＣＨ(ＯＨ)ＣＨ_３で表され、融点−９０℃、沸点８３℃の特性を有する。

１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−２−プロパノールは、炭素数４個の１価アルコールである。１−ブタノールは、ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨで表され、融点−１１７℃、沸点９０℃の特性を有する。２−ブタノールは、２級アルコールであって、sec−ブタノールとも呼ばれ、ＣＨ_３ＣＨ(ＯＨ)ＣＨ_２ＣＨ_３で表され、融点−１１５℃、沸点１００℃の特性を有する。２−メチル−２−プロパノールは、３級アルコールであって、tert−ブタノールとも呼ばれ、(ＣＨ_３)_３ＣＯＨで表され、融点２５℃、沸点８３℃の特性を有し、他のブタノール異性体に比べて酸化されにくい性質を有する。

溶媒に用いられる多価アルコール類は、ヒドロキシ基（−ＯＨ）が２個以上のアルコールであり、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールもしくはグリセリン、またはこれらの混合物である。エチレングリコールは、２価アルコールであり、ＣＨ_２(ＯＨ)ＣＨ_２ＯＨで表され、融点−１３℃、沸点１９８℃の特性を有し、ラジエータの不凍液の主成分に用いられる。プロピレングリコールは、２価アルコールであり、ＣＨ_３ＣＨ(ＯＨ)ＣＨ_２ＯＨで表され、融点−５９℃、沸点１８８．２℃の特性を有し、不凍液に用いることができる。グリセリンは、３価アルコールであり、ＣＨ_２(ＯＨ)ＣＨ(ＯＨ)ＣＨ_２ＯＨで表され、融点１８℃、沸点２９０℃の特性を有し、不凍液に用いることができる。

以上の各アルコールは、熱輸送流体の使用条件に応じ、適合する融点、沸点等の特性を有するものが、溶媒として用いられる。

熱輸送流体は、例えば以下の方法により製造することができる。まず、図２の電子顕微鏡写真に示すような銀のワイヤ状構造体（以下、銀ナノワイヤともいう）に、３Ｍシアン化ナトリウム水溶液を加え、銀ナノワイヤを３回洗浄する。その後、さらに水で３回洗浄して、水溶媒に銀ナノワイヤを分散させた均一な銀ナノワイヤ・水分散液（本発明を適用する熱輸送流体の一例）を生成することができる。

また、エチレングリコールと水の１：１混合液や、２−プロパノールをベース流体の溶媒とする場合には、遠心分離と再分散を繰り返すことにより、エチレングリコールと水の１：１混合液や、２−プロパノールの溶媒それぞれに銀ナノワイヤを分散させた均一な銀ナノワイヤを有する熱輸送流体を生成することができる。

次に、発明者らは、銀ナノワイヤを含み上記製法で作成した各種の熱輸送流体の熱伝導率について銀ナノワイヤを含んでいない各種溶媒のみの場合の熱伝導率に対する熱伝導率の向上比をレーザーフラッシュ法によって測定した。その結果を以下に示す。実験検証した各種溶媒は、水、２−プロパノール、エチレングリコールと水の１：１混合液の３種類である。

図３は、溶媒を水とした場合の熱輸送流体の熱伝導率について、水の熱伝導率を１とした場合の熱伝導率の向上度合い（熱伝導率向上比）の測定結果を示したグラフである。図３に示す測定結果から、銀ナノワイヤの体積濃度（分散質濃度）の大きさに比例して熱伝導率向上比が増加することがわかる。このように、上記の製法による、銀ナノワイヤと水溶媒とからなる本発明を適用した熱輸送流体によれば、熱伝導率が向上することを確認できた。

図４は、溶媒を２−プロパノールとした場合の熱輸送流体の熱伝導率について、２−プロパノールの熱伝導率を１とした場合の熱伝導率の向上度合い（熱伝導率向上比）の測定結果を示したグラフである。図４に示す測定結果から、銀ナノワイヤの体積濃度（分散質濃度）の大きさに比例して熱伝導率向上比が増加することがわかる。このように、上記の製法による、銀ナノワイヤと２−プロパノール溶媒とからなる本発明を適用した熱輸送流体によれば、熱伝導率が向上することを確認できた。

図５は、溶媒をエチレングリコールと水の１：１混合液とした場合の熱輸送流体の熱伝導率について、当該混合液の熱伝導率を１とした場合の熱伝導率の向上度合い（熱伝導率向上比）の測定結果を示したグラフである。図５に示す測定結果から、銀ナノワイヤの体積濃度（分散質濃度）の大きさに比例して熱伝導率向上比が増加することがわかる。このように、上記の製法による、銀ナノワイヤと、エチレングリコールと水の１：１混合液の溶媒とからなる本発明を適用した熱輸送流体によれば、熱伝導率が向上することを確認できた。

このように本発明に係る熱輸送流体は、例えば、インバータ用冷却流体、燃料電池用冷却流体、二次電池用冷却流体、モータ用冷却流体、電子機器の素子用冷却流体、給湯用熱媒体、床暖房用熱媒体、浴室暖房用熱媒体、太陽熱回収用熱媒体、インタークーラー用冷却流体等にも適用することができる。

（本発明に係る熱輸送流体を用いた熱輸送装置の例）
次に、第１実施形態の熱輸送流体を用いる熱輸送装置の第１の例について図６を参照して説明する。図６は、熱輸送装置の第１の例である、半導体素子を冷却する素子冷却装置の構成を示す模式図である。

図６に示すように、第１実施形態の熱輸送流体を用いて熱の輸送を行う熱輸送装置１０は、熱輸送流体が循環する循環回路１１と、熱輸送流体を循環回路１１で強制的に循環させる駆動力を与える循環駆動装置としてのポンプ１２と、半導体装置１４に含まれる半導体素子から発生する熱を熱輸送流体で吸熱して半導体素子を冷却する冷却用熱交換器１３と、冷却用熱交換器１３で回収した熱を外部に放出する放熱装置としての放熱用熱交換器１５と、を備える。熱輸送装置１０は、これらの各部品を配管によって環状に接続してなるシステムを構成している。さらに、放熱用熱交換器１５には、送風を行う送風機１６が備えられている。

冷却対象である半導体装置１４は、例えば、各種電子機器、モータ等を制御するインバータ装置である。半導体素子は、半導体を材料とする電気回路素子であり、例えば、スイッチング素子を構成するＩＧＢＴ素子（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子）等のトランジスター、ダイオード等である。半導体素子はヒートシンク等に熱的に接続され、このヒートシンクが熱輸送流体に直接的に接触することにより半導体素子を冷却する構造でもよいし、半導体素子が熱輸送流体の流路に設けられ、熱輸送流体と半導体素子とが直接的に接触することにより半導体素子を冷却する構造でもよい。

半導体素子の冷却が必要な状態になると、ポンプ１２が駆動され、循環回路１１に内蔵された熱輸送流体が強制的に循環するようになる。熱輸送流体は、冷却用熱交換器１３内の通路を通るときに半導体素子から間接的または直接的に熱を吸収し、半導体素子は冷却される。半導体素子の熱を吸熱した熱輸送流体は、次に放熱用熱交換器１５内の通路を通るときに、送風機１６によって放熱用熱交換器１５内の通路に接触するように流れる空気と熱交換して当該空気に熱を奪われて外部へ放熱する。熱輸送流体は、さらにポンプ１２に吸入されて引き続き循環回路１１を循環し、冷却用熱交換器１３での吸熱、放熱用熱交換器１５での放熱を繰り返し、継続的な熱輸送を行う。

この熱輸送装置１０によれば、本実施形態の熱輸送流体を用いるため、熱媒体の熱抵抗の抑制と熱伝導率の向上とが図れる。半導体素子から発生する熱は、熱輸送流体に吸収されて外部に放出されることにより、半導体素子を効率的に冷却することができ、半導体素子の所望の機能を発揮させ、寿命の向上を実現する熱輸送装置１０を提供できるのである。

次に、第１実施形態の熱輸送流体を用いる熱輸送装置の第２の例について図７を参照して説明する。図７は、熱輸送装置の第２の例である、エンジンを冷却するエンジン冷却装置の構成を示す模式図である。

図７に示すように、第１実施形態の熱輸送流体を用いて熱の輸送を行う熱輸送装置２０は、熱輸送流体が循環する循環回路２１と、熱輸送流体を循環回路２１で強制的に循環させる駆動力を与える循環駆動装置としてのポンプ２２と、エンジン２８内部を流通する流体から発生する熱を熱輸送流体で吸熱してエンジン２８を冷却する冷却用熱交換器２３と、冷却用熱交換器２３で回収した熱を外部に放出する放熱装置としての放熱用熱交換器２４と、を備える。熱輸送装置２０は、これらの各部品を配管によって環状に接続してなるシステムを構成している。さらに、放熱用熱交換器２４には、送風を行う送風機２５が備えられている。また、エンジン２８内部を流通する流体は、エンジン２８とポンプ２７と冷却用熱交換器２３におけるエンジン冷却流体が通る放熱側通路２３ｂとを配管で環状に接続して構成される循環回路２６を循環する。

冷却対象であるエンジン２８は、例えば、自動車のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、発電用エンジン、農業用エンジン等である。エンジン２８内部を流通する流体は、例えば、水、エチレングリコールを主成分とするエンジン冷却水である。エンジン冷却水が流通する放熱側通路２３ｂと、本実施形態の熱輸送流体が流通する吸熱側通路２３ａとは、冷却用熱交換器２３の内部に配置されて、互いの通路が接触し合う関係や、一方の通路が他方の通路に内部に含まれる関係に配置される。例えば、一方の流体が内側管の内部通路を流通し、他方の流体が、内側管が内部を貫通する外側管の内部通路を流通することにより熱交換を行うことができる。

エンジン２８の冷却が必要な状態になると、ポンプ２２が駆動されて循環回路２１に内蔵された熱輸送流体が強制的に循環するとともに、ポンプ２７が駆動されて循環回路２６に内蔵されたエンジン冷却水が強制的に循環する。熱輸送流体は、冷却用熱交換器２３内の吸熱側通路２３ａを通るときにエンジン冷却水から熱を吸収し、エンジン冷却水が冷却されるので、エンジン２８の熱は熱輸送流体に移動し、エンジン２８は冷却されることになる。

エンジン２８の熱を吸熱した熱輸送流体は、次に放熱用熱交換器２４内の通路を通るときに、送風機２５によって放熱用熱交換器２４内の通路に接触するように流れる空気と熱交換して当該空気に熱を奪われて外部へ放熱する。熱輸送流体は、さらにポンプ２２に吸入されて引き続き循環回路２１を循環し、冷却用熱交換器２３での吸熱、放熱用熱交換器２４での放熱を繰り返し、継続的な熱輸送を行う。

この熱輸送装置２０によれば、本実施形態の熱輸送流体を用いるため、熱媒体の熱抵抗の抑制と熱伝導率の向上とが図れる。エンジン２８から発生する熱は熱輸送流体に吸収されて外部に放出されることにより、エンジンを効率的に冷却することができ、エンジン２８の所望機能の発揮、燃費向上、寿命向上等を実現する熱輸送装置２０を提供できるのである。

次に、第１実施形態の熱輸送流体を用いる熱輸送装置の第３の例について図８を参照して説明する。図８は、熱輸送装置の第３の例である、車室内への送風空気を暖める空調装置の構成を示す模式図である。

図８に示すように、第１実施形態の熱輸送流体を用いて熱の輸送を行う熱輸送装置３０は、熱輸送流体が循環する循環回路３１と、熱輸送流体を循環回路３１で強制的に循環させる駆動力を与える循環駆動装置としてのポンプ３２と、暖房のための熱量を熱輸送流体に対して供給する発熱体３３と、発熱体３３の熱を吸熱した熱輸送流体によって室内へ送風する空気を暖める暖房用熱交換器３４と、を備える。熱輸送装置３０は、これらの各部品を配管によって環状に接続してなるシステムを構成している。さらに、暖房用熱交換器３４は、車室内へ送風される空気の通路を形成する空調用ケース３６内に配置され、空調用ケース３６には、当該空気を暖房用熱交換器３４に対して送る送風機３５が備えられている。また、空調用ケース３６内の空気通路は、室内等の空調対象エリアにつながっている。空調用ケース３６は、車室内を空調する車両用空調装置、居室等を空調する室内用空調装置、工場内、施設内や特定の屋外空間を空調する大型空調システム等の一部を構成する。

室内等の空調対象エリアへの暖房が必要な状態になると、ポンプ３２が駆動されて循環回路３１に内蔵された熱輸送流体が強制的に循環し、さらに、送風機３５の駆動によって暖房用熱交換器３４を通過する空調対象エリアへの送風空気が発生する。熱輸送流体は、発熱体３３を通るときに発熱体３３から発生する熱を吸収し、吸収した熱を暖房用熱交換器３４を通るときに送風空気に放出して、送風空気が暖められるので、発熱体３３の熱は熱輸送流体を介して送風空気に移動し、暖房風が空調エリアに供給されることになる。熱輸送流体は、さらにポンプ３２に吸入されて引き続き循環回路３１を循環し、発熱体３３での吸熱、ン暖房用熱交換器３４での送風空気への放熱を繰り返し、継続的な熱輸送を行う。

この熱輸送装置３０によれば、本実施形態の熱輸送流体を用いるため、熱媒体の熱抵抗の抑制と熱伝導率の向上とが図れる。発熱体の熱は熱輸送流体によって吸収されて効率的に空調対象エリアへ移動するため、エネルギー効率に優れた暖房風を提供することができる。

以上説明したように、この実施の形態に係る熱輸送流体によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。本実施形態の熱輸送流体は、水または有機物からなる溶媒と、金属を含んだ構造体の長さ方向に形成される側面に官能基２を有して、溶媒中に分散されるワイヤ状構造体１と、を含む構成である。

このような構成によれば、溶媒中で分散される分散質として球状粒子等ではなく、金属からなる、または金属を含むワイヤ状構造体１を用いるため、その形状効果により、熱輸送流体の熱伝導率を向上することができる。さらにワイヤ状構造体１の表面に官能基を持たせることにより、溶媒に対する構造体の分散性を確保できる。このため、分散剤を不要または少量とすることができるので、分散剤によりカーボンナノチューブ等の分散安定性を獲得する従来の熱輸送流体に比べて、熱抵抗の低減が図れるとともに、分散剤による接触摩擦抵抗を解消でき、熱輸送流体の粘性増加を抑制することができる。したがって、従来技術の課題であった、熱輸送流体を循環させる場合の循環駆動装置としてのポンプの動力増大や、配管内抵抗の増加による熱輸送装置における熱交換効率の低下といった不具合を解消することが可能になる。

また、ワイヤ状構造体１が有する金属は、銀またはこれらの合金であることが好ましい。この物質を採用した場合には、ワイヤ状に成長し易い結晶が得られるため、ワイヤ状構造体１を生成し易いという特有の効果が得られる。この効果により、例えば、ワイヤ状の形状に生成するための手段を別個に用いなくてもワイヤ状構造体１を容易に形成することが可能である。

また、溶媒として用いる１価アルコール類は、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノールもしくは２−メチル−２−プロパノール、またはこれらの混合物であることが好ましい。

この構成を採用した場合には、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノールもしくは２−メチル−２−プロパノール、またはこれらの混合物について、固有の上記融点等の特性を活用することにより、用途に応じて熱輸送の促進が図れる熱輸送流体を提供できる。

また、溶媒として用いる多価アルコール類は、エチレングリコール、プロピレングリコールもしくはグリセリン、またはこれらの混合物であることが好ましい。

この構成を採用した場合には、エチレングリコール、プロピレングリコールもしくはグリセリン、またはこれらの混合物について、固有の上記融点等の特性を活用することにより、用途に応じて熱輸送の促進が図れる熱輸送流体を提供できる。

また、溶媒としてエチレングリコールを用いた場合には、凝固点降下作用を有し、溶媒の凝固点を−２０℃程度まで降下させることが可能である。すなわち、例えば車載用の冷却水やオイル等のように寒冷地等における実用性においてより優れたものとなる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

また、熱輸送流体に含まれる溶媒は、上記各実施形態で例示した他、以下の有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等である。

また、熱輸送流体に含まれる溶媒として、２種類の成分からなるものを用いてもよい。このうち１種類の溶媒としては凝固点降下作用を有するある液体を用いてもよい。例えば溶媒として水を用い、凝固点降下剤として酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等を用いることができる。こうした構造によれば、熱輸送流体の凝固点を降下させることで、寒冷地等における実用性をさらに高めることができる。さらに必要に応じて、凝固点降下剤に加えて防錆剤や酸化防止剤を、添加剤として熱輸送流体に含有させるようにしてもよい。なお、熱輸送流体の凝固点降下の必要性がなければ、凝固点降下剤を含有しない２種類以上の溶媒を用いるようにしてもよい。

１…ワイヤ状構造体
２…官能基
１０，２０，３０…熱輸送装置
１１，２１，３１…循環回路
１２，２２，３２…ポンプ（循環駆動装置）
１３，２３…冷却用熱交換器
１４…半導体装置
１５，２４…放熱用熱交換器（放熱装置）
２８…エンジン
３３…発熱体
３４…暖房用熱交換器（熱交換器）

Claims (10)

1. 水または有機物からなる溶媒と、
   金属を含んだ構造体の長さ方向に形成される側面に官能基を有して、前記溶媒中に分散されるワイヤ状構造体と、
   を含むことを特徴とする熱輸送流体。
2. 前記ワイヤ状構造体が含む金属は、銀またはこれらの合金であることを特徴とする請求項１に記載の熱輸送流体。
3. 前記ワイヤ状構造体が含む金属は、金もしくは銅またはこれらの合金であることを特徴とする請求項１に記載の熱輸送流体。
4. 前記金属を含む前記ワイヤ状構造体は、金属酸化物であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱輸送流体。
5. 前記溶媒は、水、１価アルコール類もしくは多価アルコール類、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱輸送流体。
6. 前記１価アルコール類は、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノールもしくは２−メチル−２−プロパノール、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項５に記載の熱輸送流体。
7. 前記多価アルコール類は、エチレングリコール、プロピレングリコールもしくはグリセリン、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項５に記載の熱輸送流体。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱輸送流体を用いて熱を輸送する熱輸送装置であって、
   前記熱輸送流体が循環する循環回路と、
   前記熱輸送流体を前記循環回路で強制的に循環させる駆動力を与える循環駆動装置と、
   半導体装置に含まれる半導体素子から発生する熱を前記循環する前記熱輸送流体で吸熱して前記半導体素子を冷却する冷却用熱交換器と、
   前記冷却用熱交換器で回収した熱を外部に放出する放熱装置と、
   を備えることを特徴とする熱輸送装置。
9. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱輸送流体を用いて熱を輸送する熱輸送装置であって、
   前記熱輸送流体が循環する循環回路と、
   前記熱輸送流体を前記循環回路で強制的に循環させる駆動力を与える循環駆動装置と、
   エンジンを流通する流体と前記循環する前記熱輸送流体との間で熱交換を行って前記エンジンを冷却する冷却用熱交換器と、
   前記冷却用熱交換器で回収した熱を外部に放出する放熱装置と、
   を備えることを特徴とする熱輸送装置。
10. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱輸送流体を用いて熱を輸送する熱輸送装置であって、
    前記熱輸送流体が循環する循環回路と、
    前記熱輸送流体を前記循環回路で強制的に循環させる駆動力を与える循環駆動装置と、
    前記循環回路を循環する前記熱輸送流体に対して熱を与える発熱体と、
    空調対象となるエリアへ送風する空気と前記循環する前記熱輸送流体との間で熱交換を行って前記空気を暖める熱交換器と、
    を備えることを特徴とする熱輸送装置。