JP2019045105A - Heat transportation system - Google Patents

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JP2019045105A
JP2019045105A JP2017170702A JP2017170702A JP2019045105A JP 2019045105 A JP2019045105 A JP 2019045105A JP 2017170702 A JP2017170702 A JP 2017170702A JP 2017170702 A JP2017170702 A JP 2017170702A JP 2019045105 A JP2019045105 A JP 2019045105A
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山下 征士
Seiji Yamashita
征士 山下
正秀 佐藤
Masahide Sato
正秀 佐藤
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Utsunomiya University
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Abstract

To provide a heat transportation system that can suppress deposition of nanoparticles at a boiling surface of a heat transfer member.SOLUTION: A heat transportation system includes: a heat transfer member 30 with a boiling surface 32; and working fluid 70 coming into contact with the boiling surface 32 and containing a liquid medium and nanoparticles. The boiling surface 32 has an organic monomolecular film.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、熱輸送システムに関する。   The present disclosure relates to a heat transport system.

熱輸送システムは、排熱回収等の熱輸送手段として用いられている。したがって、熱輸送システムは、暖機、暖房、又は冷房等に適用することが考慮されている。より具体的には、熱輸送システムは、自動車の排気熱をエンジン暖機、エアコン等に利用する暖機・暖房用のヒートパイプシステム、又は自動車のインバータ冷却等の冷却用ヒートパイプシステム等として用いることが考慮されている。   The heat transport system is used as a heat transport means such as exhaust heat recovery. Therefore, it is considered that the heat transport system is applied to warm-up, heating, cooling, or the like. More specifically, the heat transport system is used as a heat pipe system for warming / heating that uses the exhaust heat of an automobile for engine warming, air conditioning, etc., or a cooling heat pipe system such as inverter cooling for an automobile. It is taken into account.

熱輸送システムは、例えば、金属等のパイプの内側に、熱媒体である作動液が封入されたヒートパイプとしての構成等を有することができる。この場合、金属等のパイプは、伝熱部材として機能し、この伝熱部材の沸騰面が、内側に封入された作動液と接触して、作動液を沸騰させることができる。   The heat transport system can have, for example, a configuration as a heat pipe in which a working fluid as a heat medium is sealed inside a pipe made of metal or the like. In this case, the pipe made of metal or the like functions as a heat transfer member, and the boiling surface of the heat transfer member can come into contact with the working fluid sealed inside to boil the working fluid.

熱輸送システムにおける熱輸送効率を改良するために、熱輸送システムの作動液に、金属、金属酸化物、カーボン、有機材料等のナノ粒子を含有させることが提案されている(特許文献1及び2)。   In order to improve the heat transport efficiency in the heat transport system, it has been proposed that the working fluid of the heat transport system contains nanoparticles such as metal, metal oxide, carbon, and organic material (Patent Documents 1 and 2). ).

特開2010−271022号公報JP 2010-271022 A 特開2008−051389号公報JP 2008-051389 A

上記のように、熱輸送システムにおける熱輸送効率を改良するために、作動液に、金属材料等のナノ粒子を含有させることが提案されている。しかしながら、このような作動液に含有されるナノ粒子は、経時的に伝熱部材の沸騰面に堆積し、それによって沸騰面の伝熱効率を低下させて、熱輸送システム全体の熱輸送効率を低下させることがあった。   As described above, in order to improve the heat transport efficiency in the heat transport system, it has been proposed that the working fluid contains nanoparticles such as a metal material. However, the nanoparticles contained in such a working fluid accumulate over time on the boiling surface of the heat transfer member, thereby reducing the heat transfer efficiency of the boiling surface and reducing the heat transfer efficiency of the entire heat transfer system. There was something to do.

したがって、本開示では、伝熱部材の沸騰面へのナノ粒子の堆積を抑制することができる熱輸送システムを提供する。   Therefore, the present disclosure provides a heat transport system that can suppress deposition of nanoparticles on the boiling surface of the heat transfer member.

本件発明者らは、上記の課題について検討した結果、下記の本開示に想到した。   As a result of examining the above problems, the present inventors have arrived at the following present disclosure.

〈態様1〉沸騰面を有する伝熱部材、及び
前記沸騰面と接触しており、かつ液体媒体及びナノ粒子を含有している作動液
を備えており、かつ前記沸騰面が有機単分子膜を有する、熱輸送システム。
〈態様2〉前記有機単分子膜が、チオールで構成されている、態様1に記載の熱輸送システム。
〈態様3〉前記チオールが、炭素数6以上のアルカンチオール及び芳香族チオールからなる群より選択される、態様2に記載の熱輸送システム。
〈態様4〉前記チオールが、フッ素置換チオールである、態様2又は3に記載の熱輸送システム。
〈態様5〉前記チオールが、パーフルオロデカンチオール、パーフルオロオクタンチオール、パーフルオロヘキサンチオール、4−トリフルオロメチルテトラフルオロベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、及び4−トリフルオロメチルベンゼンチオールからなる群より選択される、態様4に記載の熱輸送システム。
〈態様6〉前記沸騰面が、金属で構成されている、態様1〜5のいずれか一項に記載の熱輸送システム。
〈態様7〉前記ナノ粒子が、金属、金属酸化物、金属窒化物、及び金属炭化物からなる群より選択される材料で構成されている、態様1〜6のいずれか一項に記載の熱輸送システム。
〈態様8〉前記ナノ粒子が、表面に有機単分子膜を有する、態様1〜7のいずれか一項に記載の熱輸送システム。
<Aspect 1> A heat transfer member having a boiling surface, and a working fluid in contact with the boiling surface and containing a liquid medium and nanoparticles, and the boiling surface comprising an organic monomolecular film Having a heat transport system.
<Aspect 2> The heat transport system according to aspect 1, wherein the organic monomolecular film is composed of thiol.
<Aspect 3> The heat transport system according to aspect 2, wherein the thiol is selected from the group consisting of an alkanethiol having 6 or more carbon atoms and an aromatic thiol.
<Aspect 4> The heat transport system according to aspect 2 or 3, wherein the thiol is a fluorine-substituted thiol.
<Aspect 5> From the group consisting of perfluorodecanethiol, perfluorooctanethiol, perfluorohexanethiol, 4-trifluoromethyltetrafluorobenzenethiol, pentafluorobenzenethiol, and 4-trifluoromethylbenzenethiol. The heat transport system according to aspect 4, wherein the heat transport system is selected.
<Aspect 6> The heat transport system according to any one of aspects 1 to 5, wherein the boiling surface is made of metal.
<Aspect 7> The heat transport according to any one of aspects 1 to 6, wherein the nanoparticles are made of a material selected from the group consisting of metals, metal oxides, metal nitrides, and metal carbides. system.
<Aspect 8> The heat transport system according to any one of aspects 1 to 7, wherein the nanoparticles have an organic monomolecular film on the surface.

本開示の熱輸送システムによれば、伝熱部材の沸騰面へのナノ粒子の堆積を抑制することができる。   According to the heat transport system of the present disclosure, deposition of nanoparticles on the boiling surface of the heat transfer member can be suppressed.

図1は、本開示の熱輸送システムの構成の一例を説明するための概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of a configuration of a heat transport system of the present disclosure. 図2は、本開示の熱輸送システムで用いられる熱交換器の構成の一例を説明するための概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the configuration of the heat exchanger used in the heat transport system of the present disclosure.

本開示の熱輸送システムは、沸騰面を有する伝熱部材、及び沸騰面と接触しており、かつ液体媒体及びナノ粒子を含有している作動液を備えた熱輸送システムであって、沸騰面が有機単分子膜を有する。   A heat transport system of the present disclosure is a heat transport system including a heat transfer member having a boiling surface, and a working liquid that is in contact with the boiling surface and contains a liquid medium and nanoparticles. Has an organic monomolecular film.

本開示の熱輸送システムによれば、伝熱部材の沸騰面へのナノ粒子の堆積を抑制することができる。   According to the heat transport system of the present disclosure, deposition of nanoparticles on the boiling surface of the heat transfer member can be suppressed.

理論に限定されるものではないが、これは、沸騰面上の有機単分子膜の大きい立体障害、小さい表面エネルギー等によって、沸騰面へのナノ粒子の付着が抑制され、またそれによって、そのように付着したナノ粒子への更なるナノ粒子の付着が抑制されることによると考えられる。   Without being limited to theory, this is due to the suppression of nanoparticles adhering to the boiling surface due to large steric hindrance, small surface energy, etc. of the organic monolayer on the boiling surface, and so on. This is thought to be due to the suppression of further nanoparticle adhesion to the nanoparticles adhered to the surface.

更に、本開示の熱輸送システムによれば、このように有機単分子膜によってナノ粒子の付着が抑制されている一方で、この有機単分子膜による熱抵抗の増加は実質的なものではない。   Further, according to the heat transport system of the present disclosure, the adhesion of nanoparticles is suppressed by the organic monomolecular film as described above, while the increase in thermal resistance by the organic monomolecular film is not substantial.

理論に限定されるものではないが、これは、有機単分子膜の厚さが非常に薄く、それによって伝熱部材の沸騰面における作動液への伝熱を実質的に妨げられないことによると考えられる。なお、これに対して、フッ素化ポリマー等のポリマーによる被覆を行った場合には、得られる被覆が比較的厚く、それによって伝熱部材の沸騰面における作動液への伝熱が実質的に妨げられると考えられる。   Without being limited to theory, this is due to the fact that the organic monolayer is very thin, thereby not substantially hindering heat transfer to the working fluid at the boiling surface of the heat transfer member. Conceivable. In contrast, when coating with a polymer such as a fluorinated polymer is performed, the resulting coating is relatively thick, thereby substantially preventing heat transfer to the working fluid on the boiling surface of the heat transfer member. It is thought that.

本開示の熱輸送システムを用いる熱輸送方法は、伝熱部材の沸騰面の温度が、沸騰面付近の圧力における作動液の沸点よりも高くなるようにして、例えば伝熱部材の沸騰面の温度が、沸騰面付近の圧力における作動液の沸点よりも、5℃以上、10℃以上、20℃以上、30℃以上、40℃以上、又は50℃以上高くなるようにして行うことができる。また、例えば伝熱部材の沸騰面の温度と、沸騰面付近の圧力における作動液の沸点との差は、200℃以下、150℃以下、100℃以下、70℃以下、又は50℃以下であってよい。   The heat transport method using the heat transport system of the present disclosure is such that the temperature of the boiling surface of the heat transfer member is higher than the boiling point of the working fluid at a pressure near the boiling surface, for example, the temperature of the boiling surface of the heat transfer member. However, it can be carried out so that it is higher than the boiling point of the hydraulic fluid at a pressure near the boiling surface by 5 ° C. or more, 10 ° C. or more, 20 ° C. or more, 30 ° C. or more, 40 ° C. or more, or 50 ° C. or more. Further, for example, the difference between the temperature of the boiling surface of the heat transfer member and the boiling point of the hydraulic fluid at a pressure near the boiling surface is 200 ° C. or less, 150 ° C. or less, 100 ° C. or less, 70 ° C. or less, or 50 ° C. or less. It's okay.

本開示の熱輸送システムにおいて伝熱部材に熱を供給する熱源は、気体、液体、若しくは固体、又はこれらのうちの2つ以上であってよい。気体としては、例えば、空気、水蒸気、アンモニア、フロン、二酸化炭素等を挙げることができる。液体としては、例えば、水、ブライン、オイル、ダウサムA(登録商標)等を挙げることができる。固体としては、例えば、ヒータ等を挙げることができる他、廃熱冷却のための空冷器等を挙げることができる。   The heat source for supplying heat to the heat transfer member in the heat transport system of the present disclosure may be a gas, a liquid, a solid, or two or more of these. Examples of the gas include air, water vapor, ammonia, chlorofluorocarbon, and carbon dioxide. Examples of the liquid include water, brine, oil, and Dowsome A (registered trademark). Examples of the solid include a heater, and an air cooler for waste heat cooling.

本開示の熱輸送システムは、上記のような伝熱部材及び作動液を具備するものである限り、特に限定されるものではないが、1つの態様において、図1に概略を示すように、本開示の熱輸送システム300は、下記の構成を有することができる:
沸騰面を有する伝熱部材を具備しており、かつ白抜きの矢印で示す外部からの入熱を受けて、伝熱部材の沸騰面上で作動液を沸騰させて気化させる、蒸発器100、
凝縮面を有する伝熱部材を具備しており、かつ白抜きの矢印で示す外部への放熱を伴って、伝熱部材の凝縮面上で作動液を凝縮させて液化させる、凝縮器200、
蒸発器で気化した作動液を、黒矢印で示すように、蒸発器100から凝縮器200に供給する、気体流路10、及び
凝縮器で液化した作動液を、黒矢印で示すように、凝縮器200から蒸発器100に供給する、液体流路20。
The heat transport system of the present disclosure is not particularly limited as long as it includes the heat transfer member and the hydraulic fluid as described above, but in one aspect, as shown schematically in FIG. The disclosed heat transport system 300 can have the following configuration:
An evaporator 100 having a heat transfer member having a boiling surface and receiving heat input from the outside indicated by a white arrow to boil and vaporize the working fluid on the boiling surface of the heat transfer member;
A condenser 200 having a heat transfer member having a condensing surface, and condensing and liquefying the working fluid on the condensing surface of the heat transfer member with heat radiation to the outside indicated by an outline arrow;
As shown by the black arrow, the working liquid vaporized by the evaporator is supplied from the evaporator 100 to the condenser 200, and the working fluid liquefied by the gas flow path 10 and the condenser is condensed as shown by the black arrow. A liquid flow path 20 that is supplied from the vessel 200 to the evaporator 100.

このような態様では、図2に鉛直面で切断した概略断面図を示すように、蒸発器100は、下記の構成を有することができる:
沸騰面32を有する伝熱部材30、
沸騰面32と接触しており、かつ液体媒体及びナノ粒子を含有している作動液70、並びに
気体排出口42及び液体供給口44を有し、かつ外部に対して閉じている又は開放されている、容器40。
In such an embodiment, the evaporator 100 can have the following configuration, as shown in the schematic cross-sectional view cut in the vertical plane in FIG.
A heat transfer member 30 having a boiling surface 32;
A hydraulic fluid 70 in contact with the boiling surface 32 and containing a liquid medium and nanoparticles, and a gas outlet 42 and a liquid supply port 44 and closed or open to the outside; A container 40.

この図1で示す本開示の熱輸送システムの使用においては、下記のようにして熱輸送を行うことができる:
蒸発器100において、白抜きの矢印で示す外部からの入熱を受けて、伝熱部材30の沸騰面32上で作動液70を沸騰させて気化させ、
蒸発器100で気化した作動液を、気体流路10を通して、図1の黒矢印で示すように、蒸発器100から凝縮器200に供給し、
凝縮器200において、白抜きの矢印で示す外部への放熱を伴って、伝熱部材の凝縮面上で作動液を凝縮させて液化させ、そして
凝縮器200で液化した作動液を、液体流路20を通して、図1の黒矢印で示すように、凝縮器200から蒸発器100に供給する。
In the use of the heat transport system of the present disclosure shown in FIG. 1, heat transport can be performed as follows:
In the evaporator 100, upon receiving heat input from the outside indicated by a white arrow, the working fluid 70 is boiled and vaporized on the boiling surface 32 of the heat transfer member 30,
The working fluid evaporated in the evaporator 100 is supplied from the evaporator 100 to the condenser 200 as shown by the black arrow in FIG.
In the condenser 200, the hydraulic fluid is condensed and liquefied on the condensation surface of the heat transfer member with heat radiation to the outside indicated by a white arrow, and the hydraulic fluid liquefied by the condenser 200 is converted into a liquid flow path. 20 through the condenser 200 to the evaporator 100 as shown by the black arrows in FIG.

ここで、蒸発器100においては、図2で示すように、液体媒体及びナノ粒子を含有している作動液70は、液体流路を通して液体供給口44から容器40に供給され、白抜きの矢印で示す外部からの入熱を受けて伝熱部材30の沸騰面32上で沸騰して気化し、そして気体排出口42を通して容器40から排出される。なお、この気化においては、作動液中の液体媒体のみが気化し、ナノ粒子は作動液中に残される。   Here, in the evaporator 100, as shown in FIG. 2, the working liquid 70 containing the liquid medium and the nanoparticles is supplied from the liquid supply port 44 to the container 40 through the liquid flow path, and the white arrow In response to heat input from outside shown in FIG. 4, the heat transfer member 30 is boiled and vaporized on the boiling surface 32 of the heat transfer member 30 and discharged from the container 40 through the gas discharge port 42. In this vaporization, only the liquid medium in the hydraulic fluid is vaporized, and the nanoparticles are left in the hydraulic fluid.

〈伝熱部材〉
本開示の熱輸送システムにおける伝熱部材は、液体媒体及びナノ粒子を含有している作動液と接触する沸騰面を有する。
<Heat transfer member>
The heat transfer member in the heat transfer system of the present disclosure has a boiling surface that comes into contact with the liquid medium and the working fluid containing the nanoparticles.

伝熱部材において、作動液と接触する側の表面の全面積に対する沸騰面の面積が占める割合は、熱交換の効率をできるだけ高く維持しつつ、安定した沸騰を行うとの観点から、できるだけ高いことが望まれる。伝熱部材における液体と接触する側の表面の全面積に対する沸騰面の面積が占める割合は、例えば、80%以上、90%以上、又は95%以上であってよく、100%であってもよい。   In the heat transfer member, the ratio of the area of the boiling surface to the total area of the surface in contact with the hydraulic fluid is as high as possible from the viewpoint of performing stable boiling while maintaining the efficiency of heat exchange as high as possible. Is desired. The ratio of the area of the boiling surface to the total area of the surface in contact with the liquid in the heat transfer member may be, for example, 80% or more, 90% or more, or 95% or more, or 100%. .

伝熱部材は、作動液と接触する側の表面に上記の沸騰面を有する限り、その大きさ及び形状等は、使用する作動液及び熱源の特性等に応じて、適宜設定されてよい。伝熱部材の形状は、例えば、円板状、管状等であってよい。   As long as the heat transfer member has the above boiling surface on the surface in contact with the hydraulic fluid, the size, shape, and the like may be appropriately set according to the characteristics of the hydraulic fluid to be used and the heat source. The shape of the heat transfer member may be, for example, a disk shape or a tubular shape.

伝熱部材の沸騰面は、例えば、炭素系材料、金属、及び半金属からなる群より選択される材料、特に金属で構成されていてよい。炭素系材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、ダイヤモンド、人造黒鉛等を挙げることができる。金属としては、例えば、銅、アルミニウム、ステンレスを挙げることができる。半金属としては、例えば、シリコンを挙げることができる。   The boiling surface of the heat transfer member may be made of, for example, a material selected from the group consisting of a carbon-based material, a metal, and a semimetal, particularly a metal. Examples of the carbon-based material include carbon nanotubes, diamond, and artificial graphite. Examples of the metal include copper, aluminum, and stainless steel. An example of the semimetal is silicon.

伝熱部材の沸騰面は、有機単分子膜を有する。   The boiling surface of the heat transfer member has an organic monomolecular film.

有機単分子膜は、例えばチオールで構成されていてよい。この場合、チオールのチオール基(−SH)が、沸騰面、特に金属で構成されている沸騰面に対して高い親和性を有することによって、チオール基が沸騰面に対して付着し、それによって多数のチオールが沸騰面上に密に集積して単分子膜が形成される。   The organic monomolecular film may be composed of, for example, thiol. In this case, the thiol group (—SH) of the thiol has a high affinity for the boiling surface, particularly the boiling surface composed of metal, so that the thiol group adheres to the boiling surface, thereby increasing the number of the thiol groups. The thiol is densely accumulated on the boiling surface to form a monomolecular film.

このチオールは、炭素数が比較的多いことが、有機単分子膜の立体障害を大きくする為に好ましい。したがって、例えばこのチオールは、炭素数6以上のアルカンチオール及び芳香族チオールからなる群より選択することができる。このチオールの炭素数は、8以上、又は10以上であってよく、また20以下、15以下、12以下であってよい。   This thiol preferably has a relatively large number of carbon atoms in order to increase the steric hindrance of the organic monomolecular film. Thus, for example, the thiol can be selected from the group consisting of alkane thiols having 6 or more carbon atoms and aromatic thiols. The carbon number of this thiol may be 8 or more, or 10 or more, and may be 20 or less, 15 or less, or 12 or less.

また、このチオールは、ナノ粒子の付着を抑制するために、表面エネルギーが小さい有機単分子膜を形成することが好ましく、したがって水素基が部分的に又はすべてフッ素基に置換されたフッ素置換チオールであってよい。   In addition, this thiol preferably forms an organic monomolecular film having a low surface energy in order to suppress the adhesion of nanoparticles, and thus is a fluorine-substituted thiol in which hydrogen groups are partially or entirely substituted with fluorine groups. It may be.

具体的には、フッ素置換チオールとしては、パーフルオロデカンチオール、パーフルオロオクタンチオール、パーフルオロヘキサンチオール、4−トリフルオロメチルテトラフルオロベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、及び4−トリフルオロメチルベンゼンチオールからなる群より選択されるフッ素置換チオールを挙げることができる。   Specifically, as the fluorine-substituted thiol, from perfluorodecane thiol, perfluorooctane thiol, perfluorohexane thiol, 4-trifluoromethyltetrafluorobenzene thiol, pentafluorobenzene thiol, and 4-trifluoromethylbenzene thiol Mention may be made of fluorine-substituted thiols selected from the group consisting of

〈作動液〉
本開示の熱輸送システムにおいて用いられる作動液は、液体媒体及び液体媒体中に分散しているナノ粒子を含有している。この作動液は、熱輸送システムにおいて熱媒体として機能する。
<Working fluid>
The hydraulic fluid used in the heat transport system of the present disclosure contains a liquid medium and nanoparticles dispersed in the liquid medium. This hydraulic fluid functions as a heat medium in the heat transport system.

液体媒体としては、水、フッ素系溶媒、アンモニア、アセトン、アルコール等を挙げることができ、これらのうち、フッ素系溶媒が、伝熱効率に関して好ましい。   Examples of the liquid medium include water, a fluorine-based solvent, ammonia, acetone, alcohol, and the like. Among these, a fluorine-based solvent is preferable with respect to heat transfer efficiency.

ナノ粒子は、作動液の熱伝導性向上に寄与するものであってよい。ナノ粒子は、金属、半金属、及びそれらの組合せ、並びにそれらの酸化物、窒化物、及び炭化物からなる群より選択される材料、特に金属で構成されていてよい。このような金属及び半金属としては、例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、鉄、アルミニウム、チタン、ケイ素、亜鉛、及びジルコニウムから選択される金属、より特に銅、及びアルミニウムから選択される金属を挙げることができる。また、ナノ粒子は、カーボン又は有機材料で構成されていてもよい。   The nanoparticles may contribute to an improvement in the thermal conductivity of the hydraulic fluid. The nanoparticles may be composed of a material selected from the group consisting of metals, metalloids, and combinations thereof, and their oxides, nitrides, and carbides, particularly metals. Such metals and metalloids are, for example, selected from metals selected from gold, silver, platinum, copper, nickel, iron, aluminum, titanium, silicon, zinc, and zirconium, more particularly copper and aluminum. Mention may be made of metals. The nanoparticles may be composed of carbon or an organic material.

ナノ粒子は、表面処理が施されてもよく、例えば表面に有機単分子膜を有することができる。ナノ粒子表面に表面処理が施されていることによって、作動液中におけるナノ粒子の凝集を抑制することができる。なお、ナノ粒子の有機単分子膜は、沸騰面と同じであってもよく、沸騰面とは異なっていてもよい。   The nanoparticles may be subjected to a surface treatment, and can have, for example, an organic monomolecular film on the surface. By subjecting the surface of the nanoparticles to surface treatment, aggregation of the nanoparticles in the hydraulic fluid can be suppressed. The nanoparticle organic monomolecular film may be the same as the boiling surface or may be different from the boiling surface.

ナノ粒子の粒子径が大き過ぎると、作動液におけるナノ粒子の沈殿が生じることがある。したがって、ナノ粒子の平均粒子径の上限は、500nm以下、400nm以下、300nm以下、200nm以下、又は100nm以下であってよい。   If the particle diameter of the nanoparticles is too large, precipitation of the nanoparticles in the working fluid may occur. Therefore, the upper limit of the average particle diameter of the nanoparticles may be 500 nm or less, 400 nm or less, 300 nm or less, 200 nm or less, or 100 nm or less.

一方、ナノ粒子の平均粒子径の下限は、ナノ粒子の表面処理等によってナノ粒子の凝集及び沈殿が抑制できる限り、特に限定されるものではない。したがって、ナノ粒子の平均粒子径は、10nm以上、20nm以上、30nm以上、40nm以上、又は50nm以上であってよい。   On the other hand, the lower limit of the average particle diameter of the nanoparticles is not particularly limited as long as aggregation and precipitation of the nanoparticles can be suppressed by surface treatment of the nanoparticles. Therefore, the average particle diameter of the nanoparticles may be 10 nm or more, 20 nm or more, 30 nm or more, 40 nm or more, or 50 nm or more.

ナノ粒子の平均粒子径は、査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)等による観察によって、撮影した画像を元に直接に投影面積円相当径を計測し、集合数100以上からなる粒子群を解析することで、数平均一次粒子径として求めることができる。   The average particle diameter of the nanoparticles was measured by directly measuring the projected area circle equivalent diameter based on the photographed image by observation with a scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), etc. The number average primary particle diameter can be obtained by analyzing the particle group.

なお、本開示において「ナノ粒子」には、ナノロッドやナノワイヤ等の非球形の粒子も包含されるものとする。この場合、ナノロッドやナノワイヤの長さは、例えば500nm以上、又は1,000nm以上であってよく、また20,000nm以下、10,000nm以下、又は5,000nm以下であってよい。   In the present disclosure, “nanoparticles” include non-spherical particles such as nanorods and nanowires. In this case, the length of the nanorod or nanowire may be, for example, 500 nm or more, or 1,000 nm or more, and may be 20,000 nm or less, 10,000 nm or less, or 5,000 nm or less.

本開示における作動液には、作動液中のナノ粒子が凝集することを抑制するために、ポリビニルピロリドン等の分散剤が含まれていてもよい。   The working fluid in the present disclosure may contain a dispersant such as polyvinyl pyrrolidone in order to suppress aggregation of the nanoparticles in the working fluid.

本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示の技術的範囲に包含される。   The present disclosure is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has the same configuration as the technical idea described in the claims of the present disclosure and has the same function and effect regardless of the present embodiment. It is included in the technical scope of the disclosure.

以下では、実施例を用いて本開示をさらに説明する。   In the following, the present disclosure will be further described using examples.

〈実施例1〉
(銅ナノ粒子の作製)
塩化銅(II)二水和物0.170g(1mmol)、グルコース0.391g(2mmol)、ヘキサデシルアミン1.44g(6mmol)を超純水80mLに加え、そして5時間にわたって撹拌して、エマルジョンを得た。このエマルジョンを耐圧容器に入れ、恒温乾燥機において150℃で2時間にわたって加熱した。その後、超純水、ヘキサンの順で洗浄し、35℃の酢酸を加えてヘキサデシルアミンを除去した。さらに10分間にわたって、13000rpmで遠心分離を行い、ヘキサンで3回洗浄した後、有機溶媒に1H,1H,2H,2H−パーフルオロデカンチオールが5mmol/L溶解した液体に24時間浸漬させることによって、表面処理を施した銅ナノ粒子を得た。
<Example 1>
(Preparation of copper nanoparticles)
Copper (II) chloride dihydrate 0.170 g (1 mmol), glucose 0.391 g (2 mmol), hexadecylamine 1.44 g (6 mmol) was added to 80 mL of ultrapure water and stirred for 5 hours to give an emulsion. Got. This emulsion was put in a pressure vessel and heated at 150 ° C. for 2 hours in a constant temperature dryer. Then, it wash | cleaned in order of the ultrapure water and hexane, 35 degreeC acetic acid was added, and the hexadecylamine was removed. After further centrifugation for 10 minutes at 13000 rpm, washing with hexane three times, and immersing in a liquid in which 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecanethiol is dissolved in an organic solvent for 5 hours for 24 hours, The surface-treated copper nanoparticles were obtained.

(作動液の作製)
液体媒体としてのフッ素系冷媒(デュポン社製シネラ)に、分散剤(高分子量ポリビニルピロリドン)を添加し、銅ナノ粒子を分散させて、作動液を得た。
(Production of hydraulic fluid)
A dispersant (high molecular weight polyvinyl pyrrolidone) was added to a fluorine-based refrigerant (Du Pont Cinera) as a liquid medium, and copper nanoparticles were dispersed to obtain a working fluid.

(沸騰面の表面処理)
無酸素銅板の表面を、砥粒径が異なるラッピングシート(砥粒径:3μm、1μm、0.5μm)を用いて砥粒径が大きい順に研磨し、窒素雰囲気下のグローブボックス内で、濃度が7vol.%の塩酸に浸漬させるウェットエッチングを行い、そして水で洗浄した。その後、ヘキサンにパーフルオロデカンチオールが溶解した液に銅板を浸漬させることによって、沸騰面に有機単分子膜を形成し、沸騰面に有機単分子膜を有する伝熱部材としての銅板を得た。単分子膜が得られたことは、X線反射率法(X−ray Reflectivity(XRR))よって膜厚が2nm以下であるとの測定結果が得られたことによって確認した。
(Surface treatment of boiling surface)
The surface of the oxygen-free copper plate is polished in order of increasing abrasive particle size using lapping sheets (abrasive particle size: 3 μm, 1 μm, 0.5 μm) with different abrasive particle sizes, and the concentration is increased in a glove box under a nitrogen atmosphere. 7 vol. Wet etching soaked in% hydrochloric acid was performed and washed with water. Then, the copper plate was immersed in the liquid which melt | dissolved perfluorodecane thiol in hexane, the organic monomolecular film was formed in the boiling surface, and the copper plate as a heat-transfer member which has an organic monomolecular film in a boiling surface was obtained. It was confirmed that the monomolecular film was obtained by the measurement result that the film thickness was 2 nm or less by the X-ray reflectivity method (XRR).

(銅ナノ粒子の堆積位置及び厚さ評価)
密閉耐熱容器内に、上記のようにして得た液体媒体及び銅ナノ粒子を含有する作動液、並びに沸騰面に有機単分子膜を有する伝熱部材としての銅板を入れ、そして容器を密閉した。その後、密閉耐圧容器全体を120℃の恒温槽に入れ、6時間にわたって加熱し、その後で冷却して、密閉耐圧容器から銅板を取り出した。
(Evaluation of deposition position and thickness of copper nanoparticles)
In the sealed heat-resistant container, the working fluid containing the liquid medium and copper nanoparticles obtained as described above, and a copper plate as a heat transfer member having an organic monomolecular film on the boiling surface were placed, and the container was sealed. Thereafter, the entire sealed pressure vessel was placed in a constant temperature bath at 120 ° C., heated for 6 hours, then cooled, and the copper plate was taken out from the sealed pressure vessel.

密閉耐圧容器から取り出した銅板の断面を、走査電子顕微鏡を用いて観察し、銅板の沸騰面に堆積した銅ナノ粒子の堆積位置及び厚さを評価した。評価結果を、有機単分子膜を構成するのに用いた分子の種類と共に、下記の表1に示している。   The cross section of the copper plate taken out from the sealed pressure vessel was observed using a scanning electron microscope, and the deposition position and thickness of the copper nanoparticles deposited on the boiling surface of the copper plate were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1 below together with the types of molecules used to construct the organic monomolecular film.

〈実施例2〜6〉
有機単分子膜を構成するのに用いた分子を、表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、沸騰面に有機単分子膜を有する銅板を得、そして実施例1と同様にして、銅ナノ粒子の堆積位置及び厚さ評価した。評価結果を、有機単分子膜を構成するのに用いた分子の種類と共に、下記の表1に示している。
<Examples 2 to 6>
A copper plate having an organic monomolecular film on the boiling surface was obtained in the same manner as in Example 1 except that the molecules used to construct the organic monomolecular film were changed as shown in Table 1. Similarly, the deposition position and thickness of the copper nanoparticles were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1 below together with the types of molecules used to construct the organic monomolecular film.

〈比較例1〉
表面処理を施していない銅板を用い、かつ作動液に添加した分散剤を低分子量ポリビニルピロリドンに変更した以外は実施例1と同様にして、銅ナノ粒子の堆積位置及び厚さ評価した。評価結果を下記の表1に示している。
<Comparative example 1>
The deposition position and thickness of the copper nanoparticles were evaluated in the same manner as in Example 1 except that a copper plate not subjected to surface treatment was used and the dispersant added to the working fluid was changed to low molecular weight polyvinylpyrrolidone. The evaluation results are shown in Table 1 below.

Figure 2019045105
Figure 2019045105

表1に示されているとおり、沸騰面に有機単分子膜を有する実施例1〜6では、沸騰面の一部のみにおいて銅ナノ粒子の堆積が生じており、銅ナノ粒子の堆積厚さは最大でも25μmであった。これに対して、表1に示されているとおり、沸騰面に有機単分子膜を有さない比較例1では、沸騰面の全面に銅ナノ粒子が堆積し、堆積厚さは30μmであった。このことから、沸騰面に有機単分子膜を有することによって、沸騰面への銅ナノ粒子の付着を抑制でき、それによって付着した銅ナノ粒子への更なる銅ナノ粒子の付着による沸騰面への銅ナノ粒子の堆積を抑制できることが理解される。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 6 having an organic monomolecular film on the boiling surface, copper nanoparticles were deposited only on a part of the boiling surface, and the deposition thickness of the copper nanoparticles was The maximum was 25 μm. On the other hand, as shown in Table 1, in Comparative Example 1 having no organic monomolecular film on the boiling surface, copper nanoparticles were deposited on the entire boiling surface, and the deposition thickness was 30 μm. . From this, it is possible to suppress the adhesion of copper nanoparticles to the boiling surface by having an organic monomolecular film on the boiling surface, and thereby to the boiling surface due to the further adhesion of copper nanoparticles to the deposited copper nanoparticles. It is understood that the deposition of copper nanoparticles can be suppressed.

10 気体流路
20 液体流路
30 伝熱部材
32 沸騰面
40 容器
42 気体排出口
44 液体供給口
70 作動液
100 蒸発器
200 凝縮器
300 熱輸送システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas flow path 20 Liquid flow path 30 Heat transfer member 32 Boiling surface 40 Container 42 Gas discharge port 44 Liquid supply port 70 Working liquid 100 Evaporator 200 Condenser 300 Heat transport system

Claims (8)

沸騰面を有する伝熱部材、及び
前記沸騰面と接触しており、かつ液体媒体及びナノ粒子を含有している作動液
を備えており、かつ前記沸騰面が有機単分子膜を有する、熱輸送システム。
A heat transfer member comprising a heat transfer member having a boiling surface; and a working fluid in contact with the boiling surface and containing a liquid medium and nanoparticles, wherein the boiling surface has an organic monomolecular film. system.
前記有機単分子膜が、チオールで構成されている、請求項1に記載の熱輸送システム。   The heat transport system according to claim 1, wherein the organic monomolecular film is composed of thiol. 前記チオールが、炭素数6以上のアルカンチオール及び芳香族チオールからなる群より選択される、請求項2に記載の熱輸送システム。   The heat transport system according to claim 2, wherein the thiol is selected from the group consisting of an alkanethiol having 6 or more carbon atoms and an aromatic thiol. 前記チオールが、フッ素置換チオールである、請求項2又は3に記載の熱輸送システム。   The heat transport system according to claim 2 or 3, wherein the thiol is a fluorine-substituted thiol. 前記チオールが、パーフルオロデカンチオール、パーフルオロオクタンチオール、パーフルオロヘキサンチオール、4−トリフルオロメチルテトラフルオロベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、及び4−トリフルオロメチルベンゼンチオールからなる群より選択される、請求項4に記載の熱輸送システム。   The thiol is selected from the group consisting of perfluorodecanethiol, perfluorooctanethiol, perfluorohexanethiol, 4-trifluoromethyltetrafluorobenzenethiol, pentafluorobenzenethiol, and 4-trifluoromethylbenzenethiol, The heat transport system according to claim 4. 前記沸騰面が、金属で構成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱輸送システム。   The heat transport system according to any one of claims 1 to 5, wherein the boiling surface is made of metal. 前記ナノ粒子が、金属、金属酸化物、金属窒化物、及び金属炭化物からなる群より選択される材料で構成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の熱輸送システム。   The heat transport system according to any one of claims 1 to 6, wherein the nanoparticles are made of a material selected from the group consisting of metals, metal oxides, metal nitrides, and metal carbides. 前記ナノ粒子が、表面に有機単分子膜を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の熱輸送システム。   The heat transport system according to any one of claims 1 to 7, wherein the nanoparticles have an organic monomolecular film on a surface.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002275654A (en) * 2001-03-13 2002-09-25 Japan Science & Technology Corp Production method for water repelling-oil repelling surface and structure having the same surface
JP2008051389A (en) * 2006-08-24 2008-03-06 Asahi Kasei Fibers Corp Heat pipe type heat transfer device
JP2012104604A (en) * 2010-11-09 2012-05-31 Denso Corp Device for circulating heat transport fluid
JP2013104059A (en) * 2011-11-15 2013-05-30 Yen-Hao Huang Promoter to improve heat conduction efficiency
JP2016152307A (en) * 2015-02-17 2016-08-22 出光興産株式会社 Organic solar battery module and manufacturing method thereof, and electronic apparatus
US20160265390A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-15 International Business Machines Corporation Working fluid for a device, device and method for converting heat into mechanical energy

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002275654A (en) * 2001-03-13 2002-09-25 Japan Science & Technology Corp Production method for water repelling-oil repelling surface and structure having the same surface
JP2008051389A (en) * 2006-08-24 2008-03-06 Asahi Kasei Fibers Corp Heat pipe type heat transfer device
JP2012104604A (en) * 2010-11-09 2012-05-31 Denso Corp Device for circulating heat transport fluid
JP2013104059A (en) * 2011-11-15 2013-05-30 Yen-Hao Huang Promoter to improve heat conduction efficiency
JP2016152307A (en) * 2015-02-17 2016-08-22 出光興産株式会社 Organic solar battery module and manufacturing method thereof, and electronic apparatus
US20160265390A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-15 International Business Machines Corporation Working fluid for a device, device and method for converting heat into mechanical energy

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