JP5803816B2 - 熱輸送流体および熱輸送装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱を輸送する熱輸送流体およびその熱輸送流体を用いた熱輸送装置に関する。

特許文献１は、磁場または電場によって流体の熱伝導率を変化させることを開示する。

特許文献２および特許文献３は、ベースとなる流体に、カーボンナノチューブを混合することにより熱伝導率を向上する技術を開示する。

特開２０００−２７４９７６号公報 特開２００７−３１５２０号公報 特開２００８−１８９９０１号公報

特許文献１は、磁性粒子または液晶の方向を制御することによって熱伝導率を制御する。しかし、熱輸送流体が流れる用途においては粒子の方向を制御できないおそれがある。

特許文献２および特許文献３が開示するカーボンナノチューブは、その長手方向に関して高い熱伝導率を示す。しかし、カーボンナノチューブの方向を制御することは困難であった。

本発明の目的は、流れの中において粒子の方向を制御できる熱輸送流体およびそれを用いた熱輸送装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、流体である主媒体（５０）と、熱伝導率を高めるために主媒体に混合され、主媒体とともに流れることができ、異方形状をもつ、カーボンナノチューブである複数の伝熱促進粒子（５１）と、主媒体に混合され主媒体とともに流れることができ、電気磁気的な場に遠隔的に捕捉されて減速され、伝熱促進粒子の方向を乱すための乱流（ＶＸ）を周囲に発生させる複数の乱流発生粒子（５２、２５２−６５２）とを備える熱輸送媒体。

この構成によると、乱流発生粒子は、電気磁気的な場によって遠隔的に捕捉され、熱輸送媒体の流れの中において減速される。この結果、乱流発生粒子の周囲には、カーボンナノチューブである伝熱促進粒子の方向を乱すための乱流が発生する。カーボンナノチューブである伝熱促進粒子は異方形状をもつから、その方向に依存した熱伝導率を熱輸送媒体に与える。カーボンナノチューブである伝熱促進素子の方向が乱されることにより、熱輸送媒体の流れ方向に垂直な方向への熱伝導率が高められる。

開示された発明のひとつは、上記熱輸送媒体を流す通路（６）と、熱輸送媒体と熱交換するための熱交換部（３、４）と、熱交換部に設けられ、熱輸送媒体に電気磁気的な場を供給するフィールド発生器（８、９、５０８、５０９）とを備えることを特徴とする。

この構成によると、熱輸送媒体の熱交換部において伝熱促進素子の方向が乱されることにより、熱輸送媒体の流れ方向に垂直な方向への熱伝導率が高められる。

本発明の第１実施形態に係る熱輸送装置を示すブロック図である。 第１実施形態の熱輸送媒体の２つのモデルを示す説明図である。 第１実施形態の熱輸送媒体の第１のモデルを示す説明図である。 第１実施形態の熱輸送媒体の第２のモデルを示す説明図である。 第２実施形態の熱輸送媒体の第１のモデルを示す説明図である。 第２実施形態の熱輸送媒体の第２のモデルを示す説明図である。 第３実施形態の熱輸送媒体の第１のモデルを示す説明図である。 第３実施形態の熱輸送媒体の第２のモデルを示す説明図である。 第４実施形態の熱輸送媒体の第１のモデルを示す説明図である。 第４実施形態の熱輸送媒体の第２のモデルを示す説明図である。 本発明の第５実施形態に係る熱輸送装置を示すブロック図である。 第５実施形態の熱輸送媒体の第１のモデルを示す説明図である。 第５実施形態の熱輸送媒体の第２のモデルを示す説明図である。 第６実施形態の熱輸送媒体の第１のモデルを示す説明図である。 第６実施形態の熱輸送媒体の第２のモデルを示す説明図である。

以下に、図面を参照しながら開示された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。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合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）
図１において、熱輸送装置１は、高温源の熱を低温源へ輸送する。熱輸送装置１は、高温源である熱源２から発生した熱を運搬し、低温源としての空気へ放熱する。熱輸送装置１は、熱源２の冷却装置として利用することができる。また、熱輸送装置１は、熱源２の熱によって空気を加熱する加熱装置として見ることもできる。例えば、熱源２は、車両に搭載された内燃機関、電動機などの発熱機器である。この場合、熱輸送装置１は、発熱機器を冷却するための冷却装置、または発熱機器の熱を利用する暖房装置を提供する。

熱輸送装置１は、熱源２から熱を受ける受熱側の熱交換部３を備える。熱交換部３は、熱源２から熱を受け、熱を熱輸送媒体５に伝える。熱交換部３は、熱源２と熱輸送媒体５との間の熱交換を提供する。熱交換部３は、熱輸送装置１における受熱部を提供する。

熱輸送装置１は、熱を空気に放熱する放熱側の熱交換部４を備える。熱交換部４は、熱輸送媒体５から熱を受け、熱を空気に伝える。熱交換部４は、熱輸送媒体５と空気との間の熱交換を提供する。熱交換部３は、熱輸送装置１における放熱部を提供する。

熱交換部３と熱交換部４とは、熱輸送媒体５が流れる通路６の上に設けられている。通路６は、熱輸送媒体５を循環させるために環状に形成されている。通路６は、熱輸送媒体５が流れる流路を提供している。高温源から低温源への熱輸送のために、熱交換部３は熱交換部４より上流側に配置されている。

通路６には、ポンプ７が設けられている。通路６内には、熱輸送媒体５が満たされている。ポンプ７は、通路６内において熱輸送媒体５が循環するように熱輸送媒体５を圧送する。

熱輸送装置１は、後述する第２添加物を電気磁気的に捕捉するための電気磁気的な場を発生するフィールド発生器８、９を備える。フィールド発生器８、９は、磁場を発生する磁場発生器８、９である。磁場発生器８、９は、永久磁石、または電磁石によって提供される。磁場発生器８、９は、熱交換部３、４のそれぞれに設けられている。磁場発生器８、９は、熱交換部３、４内の熱輸送媒体５のための通路を横切って通過する磁界を発生する。よって、熱交換部３、４内に熱輸送媒体５が流れるとき、熱輸送媒体５は磁場の中におかれる。

磁場発生器８、９が発生する磁場の方向ＭＦ１、ＭＦ２は、熱交換部３、４内における熱輸送媒体５の流れ方向ＦＬ１、ＦＬ２と交差する。図示の例においては、磁場発生器８、９が発生する磁場の方向ＭＦ１、ＭＦ２は、熱輸送媒体５の流れ方向ＦＬ１、ＦＬ２と直交する。

磁場発生器８、９は、熱交換部３、４の上流側部分に偏って配置されている。このため、磁場発生器８、９は、熱交換部３、４の上流側部分にのみ第２添加物を捕捉するための磁場を供給する。後述するように磁場によって第１添加物の配向が乱される。第１添加物の配向の乱れは、所定距離にわたって熱輸送媒体５が流れる間は持続される。この実施形態では、磁場発生器８、９は、熱交換部３、４の全体において第１添加物の配向の乱れが持続されるように配置されている。磁場発生器８、９は、熱交換部３、４の全体に磁場を供給するように配置されてもよい。

図２は、通路６および熱交換部３、４の中における熱輸送媒体５の状態をモデル化して示している。図中において、第１添加物５１および第２添加物５２の微粒子は、拡大され、モデル化して示されている。図中には、通路６内における熱輸送媒体５の第１のモデルと、熱交換部３、４内における熱輸送媒体５の第２のモデルとが図示されている。

熱輸送媒体５は、流体である主媒体５０を含む。主媒体５０は、例えば、水またはエチレングリコール液である。熱輸送媒体５は、第１添加物５１を含む。熱輸送媒体５は、第２添加物５２を含む。熱輸送媒体５は、他の追加的な添加物を含むことができる。例えば、第１添加物５１および第２添加物５２を分散させるための分散剤などの他の追加的な添加物が熱輸送媒体５に添加されている。

第１添加物５１は、熱輸送媒体５の熱伝導率を高めるために主媒体５０に混合、添加されている。第１添加物５１は、主媒体５０の中に分散することができる複数の微粒子である。第１添加物５１は、主媒体とともに流れることができる。第１添加物５１は、長手方向と短手方向とを見出すことができる異方形状の微粒子である。第１添加物５１は、熱輸送媒体５の流れによる流体的な力を受けて、その長手方向の指向方向が変化するような大きさと形状とをもつ微粒子である。第１添加物５１は、熱輸送媒体５の流れ方向ＦＬに沿いやすい長手方向と、この長手方向と垂直な短手方向とを有する。

第１添加物５１は、磁場または電場によって捕捉される性質を付与されていない。

第１添加物５１は、主媒体５０より高い熱伝導率を示す材料により作られている。第１添加物５１は、第１添加物５１の方向に応じて異なる熱伝導率を熱輸送媒体５に与える。すなわち、熱輸送媒体５は、第１添加物５１の形状により規定される方向（長手方向および短手方向）に応じて異なる熱伝導率を示す。第１添加物５１の微粒子の短手方向における熱輸送媒体５の熱伝導率ＴＨＣ１は、第１添加物５１の微粒子の長手方向における熱輸送媒体５の熱伝導率ＴＨＣ２より低い（ＴＨＣ１＜ＴＨＣ２）。第１添加物５１は、伝熱改善粒子とも呼ぶことができる。第１添加物５１は、形状的な異方性を有し、主媒体５０より高い熱伝導率を有する異方形状の伝熱促進粒子とも呼ぶことができる。

第１添加物５１は、熱輸送媒体５の流れの中において流れ方向ＦＬに沿うように配向され、乱流の中において配向が乱される微粒子である。すなわち、第１添加物５１は、形状異方性を有するために、熱輸送媒体５の流れの中において、その長手方向と流れ方向ＦＬとが平行になりやすい。熱輸送媒体５の安定的な平行流の中においては、第１添加物５１の複数の微粒子の長手方向は、流れ方向ＦＬと平行に揃う。このため、第１添加物５１の複数の微粒子は、流れ方向ＦＬに沿って配向される。

その一方で、第１添加物５１は、乱流にも沿って流れる。乱流の中においては、第１添加物５１の複数の微粒子の長手方向が揃わない。乱流の中においては、第１添加物５１の複数の微粒子の長手方向はランダムな方向を指向する。

この実施形態では、第１添加物５１は、カーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは、その径方向の寸法に比べて、十分に長い軸方向長さを有する。よって、顕著な形状異方性を有する。カーボンナノチューブが添加された熱輸送媒体５は、カーボンナノチューブの長手方向、すなわち軸方向に沿って高い熱伝導率を示す。

第２添加物５２は、第１添加物５１の配向を制御するために主媒体５０に混合、添加されている。第２添加物５２は、主媒体５０の中に分散することができる複数の微粒子である。第２添加物５２は、主媒体に混合され主媒体とともに流れることができる。第２添加物５２は、長手方向と短手方向とを見出すことができる異方形状の微粒子である。第２添加物５２は、熱輸送媒体５の流れによる流体的な力を受けて、その長手方向の指向方向が変化するような大きさと形状とをもつ微粒子である。第２添加物５２は、熱輸送媒体５の流れの中において、微視的な乱流を発生させることができる大きさと形状とをもつ微粒子である。

第２添加物５２は、電気磁気的な場によって遠隔的に、その運動量と姿勢とを制御可能な微粒子である。第２添加物５２は、電気磁気的な場によって遠隔的に捕捉される性質を有する。電気磁気的な場によって捕捉された第２添加物５２は、熱輸送媒体５の全体の流れに抗して減速される。言い換えると、第２添加物５２は、熱輸送媒体５の流れの中で減速されるほどの力を電気磁気的な場によって受けるような電気磁気的な性質を有する。

第２添加物５２は、主媒体５０より高い熱伝導率を示す材料により作られている。第２添加物５２は、第２添加物５２の方向に応じて異なる熱伝導率を熱輸送媒体５に与える。すなわち、熱輸送媒体５は、第２添加物５２の形状により規定される方向（長手方向および短手方向）に応じて異なる熱伝導率を示す。ただし、第２添加物５２の熱伝導率は、第１添加物５１の熱伝導率より低い。このため、第２添加物５２の方向に依存した熱輸送媒体５の熱伝導率の差は比較的小さい。

第２添加物５２は、熱輸送媒体５の流れの中において流れ方向ＦＬに沿うように配向される微粒子である。すなわち、第２添加物５２の微粒子は、形状異方性を有するために、熱輸送媒体５の流れの中において、その長手方向と流れ方向ＦＬとが平行になりやすい。熱輸送媒体５の安定的な平行流の中においては、第２添加物５２の複数の微粒子の長手方向は、流れ方向ＦＬと平行に揃う。このため、第２添加物５２の複数の微粒子は、流れ方向ＦＬに沿って配向される。

電気磁気的な場によって捕捉され、減速された第２添加物５２の微粒子は、その周囲に微視的な乱流を発生させる。乱流は、第２添加物５２の微粒子のまわりを回り込むように流れる。乱流は、第１添加物５１を巻き込み、第１添加物５１の長手方向をランダムに指向させるような大きさと強さとをもつ。第２添加物５２は、電気磁気的な場に遠隔的に捕捉されて減速され、熱輸送媒体５の流れの中に微視的な乱流を発生させることができる乱流発生粒子とも呼ぶことができる。

第２添加物５２は、電気磁気的な場によって捕捉され、フィールド発生器８、９へ向けて吸引される。熱輸送媒体５の流速は十分に速いから、第２添加物５２は堆積することなく押し流される。第２添加物５２の粒子が吸引される過程においても、第２添加物５２はその周囲に乱流を発生する。

第２添加物５２は、少なくとも電気磁気的な場の中において異方形状をもち、電気磁気的な場の方向に配向される粒子である。磁場発生器８、９（フィールド発生器）が供給する電気磁気的な場の方向は、第２添加物５２の長手方向を熱輸送媒体５の流れ方向ＦＬと直交するように配向するように設定されている。第２添加物５２の形状的な方向を制御することができる。しかも、第２添加物５２の長手方向を流れ方向と直交させることができる。この結果、乱流の発生効果が高められる。

この実施形態では、第２添加物５２は、磁場に捕捉される磁性体の微粒子である。第２添加物５２は、強磁性体、例えば鉄、ニッケルなどを主成分とする合金の微粒子である。第２添加物５２は、着磁されていない。第２添加物５２は、わずかに着磁されていてもよい。

さらに、第２添加物５２は、少なくとも磁場の中において磁化される。第２添加物５２は、その細長い形状に起因して、その長手方向に磁化されやすい。言い換えると、第２添加物５２は、磁場の中において形状磁気異方性を発揮する。磁場の中では、第２添加物５２の長手方向の両端にＮ極とＳ極とが現れる。第２添加物５２は、磁場の方向に沿うように、回転モーメントを発生する。この結果、第２添加物５２は、磁場の方向に沿って配向される。磁場ＭＦは、流れ方向ＦＬと直交するから、第２添加物５２は流れ方向ＦＬと直交するように配向される。熱輸送媒体５の全体の流れ方向ＦＬと直交する方向へ配向された第２添加物５２は、広い範囲にわたって乱流を発生する。

第２添加物５２の微粒子は、棒状、針状、または繊維状と呼びうる形状を有する。第２添加物５２の微粒子は、その径方向の寸法に比べて十分に長い軸方向長さを有する。よって、第２添加物５２の微粒子は、顕著な形状異方性を有する。

図３は、熱輸送媒体５の通路６内における挙動を示す。図４は、熱輸送媒体５の熱交換部３、４内における挙動を示す。

通路６の部分においては、第１添加物５１と第２添加物５２とは、その形状異方性と、熱輸送媒体５の流れとによって、流体的な力だけを受ける。この結果、第１添加物５１の長手方向は、流れ方向ＦＬと平行に配向される。第２添加物５２の長手方向も、流れ方向ＦＬと平行に配向される。通路６の部分においては、主媒体５０の流速Ｖ０と、第１添加物５１の流速Ｖ１と、第２添加物５２の流速Ｖ２とは、等しい（Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖ２）。

通路６の部分においては、熱輸送媒体５は、流れ方向ＦＬと直交する方向に関して、熱伝導率ＴＨＣ１を示す。通路６の部分においては、第１添加物５１の長手方向は、流れ方向ＦＬとほぼ平行である。よって、第１添加物５１に起因する熱伝導率の向上は小さい。この結果、流れ方向ＦＬと直交する方向における熱輸送媒体５の熱伝導率ＴＨＣ１は低い値である。

熱交換部３、４においては、磁場発生器８、９によって磁場ＭＦが与えられる。熱交換部３、４においては、第２添加物５２が磁場ＭＦによって捕捉され、減速される。このとき、第２添加物５２だけが減速されるから、第２添加物５２の周囲には乱流ＶＸが発生する。第１添加物５１は、乱流ＶＸに沿って流れるときに、流れ方向ＦＬと異なる方向へ向けられる。この結果、磁場ＭＦの中においては第１添加物５１の長手方向はランダムに指向する。さらに、磁場ＭＦの下流であって、第１添加物５１が流体的な力によって再び流れ方向ＦＬに配向されるまでの領域においては第１添加物５１の長手方向はランダムに指向する。

熱交換部３、４においては、第２添加物５２の流速Ｖ２が磁場によって減速される。この結果、主媒体５０の流速Ｖ０と、第１添加物５１の流速Ｖ１は、第２添加物５２の流速Ｖ２より速くなる（Ｖ０＝Ｖ１＞Ｖ２）。

熱交換部３、４においては、熱輸送媒体５は、流れ方向ＦＬと直交する方向に関して、熱伝導率ＴＨＣ２を示す。熱交換部３、４においては、第１添加物５１の長手方向が流れ方向ＦＬに対して交差する確率が高い。言い換えると、第１添加物５１の長手方向が、流れ方向ＦＬと直交する方向に指向する確率が高い。この状態では、第１添加物５１が長い距離にわたって熱を伝達する可能性が高い。よって、第１添加物５１に起因する熱伝導率の向上が大きい。よって、流れ方向ＦＬと直交する方向における熱輸送媒体５の熱伝導率ＴＨＣ２は高い値となる。熱伝導率ＴＨＣ１は、熱伝導率ＴＨＣ２より小さい（ＴＨＣ１＜ＴＨＣ２）。

言い換えると、熱輸送媒体５は、電気磁気的な場がない流れの中において流れ方向ＦＬと垂直な方向に第１の熱伝導率ＴＨＣ１を示す。熱輸送媒体５は、電気磁気的な場がある流れの中において流れ方向ＦＬと垂直な方向に第２の熱伝導率ＴＨＣ２を示す。第１の熱伝導率は第２の熱伝導率より小さい（ＴＨＣ１＜ＴＨＣ２）。

熱輸送装置１の中においては熱輸送媒体５は流れている。熱輸送媒体５と外部との間の受熱と放熱との多くは、流れ方向ＦＬと直交する方向への伝熱によって提供される。通路６の部分においては、熱伝導率ＴＨＣ１が比較的低いことにより、意図しない受熱と放熱とが抑制される。一方、熱交換部３、４においては、高い熱伝導率ＴＨＣ１によって熱輸送媒体５への受熱と、熱輸送媒体５からの放熱とが促進される。この結果、熱交換部３、４、すなわち受熱部と放熱部とにおいて、第１添加物５１の高い熱伝導率を有効に発揮させることができる。

（第２実施形態）
図５、図６は、第２実施形態の熱輸送媒体５の挙動を示す。この実施形態は、先行する実施形態の変形例である。この実施形態では、第２添加物５２に代えて、球形の第２添加物２５２が熱輸送媒体５に添加されている。すなわち、第２添加物５２は形状異方性をもたない等方性の微粒子である。第２添加物２５２は鉄を主成分とする強磁体である。

この実施形態でも、第２添加物２５２は、磁場ＭＦに捕捉され、減速される。減速された第２添加物２５２は、その周囲に乱流を発生し、第１添加物５１の配向を乱す。この結果、熱交換部３、４、すなわち受熱部と放熱部とにおいて、第１添加物５１の高い熱伝導率を有効に発揮させることができる。

（第３実施形態）
図７、図８は、第３実施形態の熱輸送媒体の挙動を示す。この実施形態は、先行する実施形態の変形例である。この実施形態では、第２添加物５２に代えて、不定形の第２添加物３５２が熱輸送媒体５に添加されている。第２添加物３５２は、主媒体５０の中に分散された磁性流体である。この磁性流体は、主媒体５０に対して疎性である。また、熱輸送媒体５には、磁性流体を微粒子状に分散させ、凝集を阻止する分散剤が添加されている。

第２添加物３５２の微粒子は、磁場に捕捉されるとともに、その形状が変化する。第２添加物３５２の微粒子は、通路６の部分においては、球形となっている。一方、第２添加物３５２の微粒子は、熱交換部３、４においては、磁場ＭＦの方向に沿って引き伸ばされ、楕円体となる。よって、第２添加物３５２は、少なくとも電気磁気的な場の中において異方形状をもち、電気磁気的な場の方向に配向される粒子である。磁場発生器８、９（フィールド発生器）が供給する電気磁気的な場の方向は、第２添加物３５２の長手方向を熱輸送媒体５の流れ方向ＦＬと直交するように配向するように設定されている。第２添加物３５２の形状的な方向を制御することができる。しかも、第２添加物３５２の長手方向を流れ方向と直交させることができる。この結果、乱流の発生効果が高められる。

この実施形態でも、熱交換部３、４、すなわち受熱部と放熱部とにおいて、第１添加物５１の高い熱伝導率を有効に発揮させることができる。

（第４実施形態）
図９、図１０は、第４実施形態の熱輸送媒体の挙動を示す。この実施形態は、先行する実施形態の変形例である。この実施形態では、第２添加物５２に代えて、第２添加物４５２が熱輸送媒体５に添加されている。第２添加物４５２は、全体として強磁性を示す微粒子である。第２添加物４５２は、棒状の基材４５２ａと、その両端に付加された付加材４５２ｂとを備える。付加材４５２ｂは、磁場に捕捉される強磁性体である。基材４５２ａの両端に付加材４５２ｂを付加することにより、第２添加物４５２は、磁場ＭＦの中において強い力で捕捉され、大幅に減速される。また、基材４５２ａの両端に付加された付加材４５２ｂは、磁場の中において大きい回転モーメントを発生する。

この実施形態でも、熱交換部３、４、すなわち受熱部と放熱部とにおいて、第１添加物５１の高い熱伝導率を有効に発揮させることができる。

（第５実施形態）
図１１において、熱輸送装置１は、後述する第２添加物を電気磁気的に捕捉するための電気磁気的な場を発生するフィールド発生器５０８、５０９を備える。フィールド発生器５０８、５０９は、電場を発生する電場発生器５０８、５０９である。電場発生器５０８、５０９は、熱輸送媒体５を挟むように、互いに対向して配置された一対の電極によって提供される。一対の電極は、熱交換部３、４の内部の通路内に設けることができる。電場発生器５０８、５０９は、熱交換部３、４のそれぞれに設けられている。電場発生器５０８、５０９は、熱交換部３、４の上流側部分に偏って配置されている。電場発生器５０８、５０９は、熱交換部３、４内の熱輸送媒体５を横切って通過する電界ＥＦ１、ＥＦ２を発生する。よって、熱交換部３、４内に熱輸送媒体５が流れるとき、熱輸送媒体５は電場ＥＦ１、ＥＦ２の中におかれる。

電場発生器５０８、５０９が発生する電場の方向ＥＦ１、ＥＦ２は、熱交換部３、４内における熱輸送媒体５の流れ方向ＦＬ１、ＦＬ２と交差する。図示の例においては、電場発生器５０８、５０９が発生する電場の方向ＥＦ１、ＥＦ２は、熱輸送媒体５の流れ方向ＦＬ１、ＦＬ２と直交する。電場発生器５０８は、熱交換部３の全体において第２添加物を捕捉するための電場を供給する。電場発生器５０９は、熱交換部４の全体において第２添加物を捕捉するための電場を供給する。

図１２は、熱輸送媒体５の通路６内における挙動を示す。図１３は、熱輸送媒体５の熱交換部３、４内における挙動を示す。

熱輸送媒体５は、主媒体５０、第１添加物５１、および第２添加物５５２を含む。第２添加物５５２は、第１添加物５１の配向を制御するために添加されている。第２添加物５５２は、電場に捕捉される誘電体の微粒子である。第２添加物５５２は、強誘電体、例えば高分子化合物を主成分とする微粒子である。

第２添加物５５２は、熱輸送媒体５の流れの中において流れ方向ＦＬに沿うように配向される微粒子である。熱輸送媒体５の安定的な平行流の中においては、第２添加物５５２の複数の微粒子の長手方向は、流れ方向ＦＬと平行に揃う。

電場によって捕捉され、減速された第２添加物５５２の微粒子は、その周囲に微視的な乱流を発生させる。乱流は、第２添加物５５２の微粒子のまわりを回り込むように流れる。乱流は、第１添加物５１を巻き込み、第１添加物５１の長手方向をランダムに指向させるような大きさと強さとをもつ。

さらに、第２添加物５５２は、少なくとも電場の中において分極される。第２添加物５５２は、その細長い形状に起因して、その長手方向に分極されやすい。言い換えると、第２添加物５５２は、電場の中において形状電気異方性を発揮する。電場の中では、第２添加物５５２の長手方向の両端に＋極と−極とが現れる。第２添加物５５２は、電場の方向に沿うように、回転モーメントを発生する。この結果、第２添加物５５２は、電場の方向に沿って配向される。電場ＥＦは、流れ方向ＦＬと直交するから、第２添加物５５２は流れ方向ＦＬと直交するように配向される。熱輸送媒体５の全体の流れ方向ＦＬと直交する方向へ配向された第２添加物５５２は、広い範囲にわたって乱流を発生する。

第２添加物５５２の微粒子は、棒状、針状、または繊維状と呼びうる形状を有する。第２添加物５５２の微粒子は、その径方向の寸法に比べて十分に長い軸方向長さを有する。よって、第２添加物５５２の微粒子は、顕著な形状異方性を有する。

通路６の部分においては、第１添加物５１と第２添加物５５２とは、その形状異方性と、熱輸送媒体５の流れとによって、流体的な力だけを受ける。この結果、第１添加物５１の長手方向は、流れ方向ＦＬと平行に配向される。第２添加物５２の長手方向も、流れ方向ＦＬと平行に配向される。通路６の部分においては、熱輸送媒体５は、流れ方向ＦＬと直交する方向に関して、熱伝導率ＴＨＣ１を示す。流れ方向ＦＬと直交する方向における熱輸送媒体５の熱伝導率ＴＨＣ１は低い値である。

熱交換部３、４においては、電場発生器５０８、５０９によって電場ＥＦが与えられる。熱交換部３、４においては、第２添加物５５２が電場ＥＦによって捕捉され、減速される。このとき、第２添加物５５２だけが減速されるから、第２添加物５５２の周囲には乱流ＶＸが発生する。第１添加物５１は、乱流ＶＸに沿って流れるときに、流れ方向ＦＬと異なる方向へ向けられる。この結果、電場ＥＦの中においては第１添加物５１の長手方向はランダムに指向する。さらに、電場ＥＦの下流であって、第１添加物５１が流体的な力によって再び流れ方向ＦＬに配向されるまでの領域においては第１添加物５１の長手方向はランダムに指向する。

熱交換部３、４においては、熱輸送媒体５は、流れ方向ＦＬと直交する方向に関して、熱伝導率ＴＨＣ２を示す。熱交換部３、４においては、流れ方向ＦＬと直交する方向における熱輸送媒体５の熱伝導率ＴＨＣ２は高い値となる。熱伝導率ＴＨＣ１は、熱伝導率ＴＨＣ２より小さい（ＴＨＣ１＜ＴＨＣ２）。

この実施形態でも、熱交換部３、４、すなわち受熱部と放熱部とにおいて、第１添加物５１の高い熱伝導率を有効に発揮させることができる。

（第６実施形態）
図１４、図１５は、第６実施形態の熱輸送媒体５の挙動を示す。この実施形態は、先行する実施形態の変形例である。この実施形態では、第２添加物５５２に代えて、球形の第２添加物６５２が熱輸送媒体５に添加されている。すなわち、第２添加物６５２は形状異方性をもたない等方性の微粒子である。第２添加物６５２は誘電体である。

この実施形態でも、第２添加物６５２は、電場ＥＦに捕捉され、減速される。減速された第２添加物６５２は、その周囲に乱流を発生し、第１添加物５１の配向を乱す。この結果、熱交換部３、４、すなわち受熱部と放熱部とにおいて、第１添加物５１の高い熱伝導率を有効に発揮させることができる。

（他の実施形態）
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、上記実施形態では、第１添加物５１としてカーボンナノチューブを利用した。これに代えて、流れの中において流れに沿うように配向され、乱流の中において配向が乱される粒子であって、熱輸送媒体５の中における配向方向に応じて熱輸送媒体５に異なる熱伝導率を与える種々の粒子を用いることができる。例えば、棒状、繊維状、薄板状、鱗片状といった形状異方性をもつ粒子を用いることができる。なお、薄板状、または鱗片状の微粒子の場合、その厚さ方向が短手方向とされ、平面に沿ったひとつの方向が長手方向とされる。

また、第１添加物５１の材料は、主媒体５０より高い熱伝導率を示す種々の材料を用いることができる。例えば、カーボンを初めとして、金属、合金、化合物、高分子化合物から好適な材料を選定することができる。

上記実施形態では、フィールド発生器８、９、５０８、５０９は、熱交換部３、４のそれぞれに設けた。これに代えて、フィールド発生器８、９、５０８、５０９を、熱交換部３、４のいずれか一方にのみ設けてもよい。すなわち、フィールド発生器８、９、５０８、５０９は、受熱部分および放熱部分の少なくとも一方に設けることができる。

上記実施形態では、フィールド発生器８、９、５０８、５０９は、熱交換部３、４の一部においてのみ磁場または電場を供給した。これに代えて、フィールド発生器８、９、５０８、５０９は、熱交換部３、４の全体において磁場または電場を供給するように構成してもよい。

１ 熱輸送装置、２ 熱源、３、４ 熱交換部、５ 熱輸送媒体、
６ 通路、 ７ ポンプ、
８、９ 磁場発生器、
５０８、５０９ 電場発生器、
５０ 主媒体、
５１ 第１添加物（伝熱促進粒子）、
５２、２５２、３５２、４５２ 第２添加物（乱流発生粒子）、
５５２、６５２ 第２添加物（乱流発生粒子）。

Claims (9)

1. 流体である主媒体（５０）と、
   熱伝導率を高めるために前記主媒体に混合され、前記主媒体とともに流れることができ、異方形状をもつ、カーボンナノチューブである複数の伝熱促進粒子（５１）と、
   前記主媒体に混合され前記主媒体とともに流れることができ、電気磁気的な場に遠隔的に捕捉されて減速され、前記伝熱促進粒子の方向を乱すための乱流（ＶＸ）を周囲に発生させる複数の乱流発生粒子（５２、２５２−６５２）とを備えることを特徴とする熱輸送媒体。
2. 前記伝熱促進粒子（５１）は、前記熱輸送媒体の流れ方向（ＦＬ）に沿いやすい長手方向と、この長手方向と垂直な短手方向とを有することを特徴とする請求項１に記載の熱輸送媒体。
3. 前記熱輸送媒体は、前記電気磁気的な場がない流れの中において前記流れ方向（ＦＬ）と垂直な方向に第１の熱伝導率（ＴＨＣ１）を示し、前記電気磁気的な場がある流れの中において前記流れ方向（ＦＬ）と垂直な方向に第２の熱伝導率（ＴＨＣ２）を示し、前記第１の熱伝導率は前記第２の熱伝導率より小さい（ＴＨＣ１＜ＴＨＣ２）ことを特徴とする請求項２に記載の熱輸送媒体。
4. 前記乱流発生粒子（５２、２５２−６５２）は、少なくとも前記電気磁気的な場の中において異方形状をもち、前記電気磁気的な場の方向に配向されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱輸送媒体。
5. 前記乱流発生粒子（５２、２５２−４５２）は、磁場に捕捉される強磁性体であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱輸送媒体。
6. 前記乱流発生粒子（５５２、６５２）は、電場に捕捉される誘電体であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱輸送媒体。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱輸送媒体を流す通路（６）と、
   前記熱輸送媒体と熱交換するための熱交換部（３、４）と、
   前記熱交換部に設けられ、前記熱輸送媒体に前記電気磁気的な場を供給するフィールド発生器（８、９、５０８、５０９）とを備えることを特徴とする熱輸送装置。
8. 前記乱流発生粒子（５２、２５２−６５２）は、少なくとも前記電気磁気的な場の中において異方形状をもち、前記電気磁気的な場の方向に配向される粒子であり、
   前記フィールド発生器が供給する前記電気磁気的な場の方向は、前記乱流発生粒子の長手方向を前記熱輸送媒体の流れ方向（ＦＬ）と直交するように配向するように設定されていることを特徴とする請求項７に記載の熱輸送装置。
9. 前記フィールド発生器（８、９、５０８、５０９）は前記熱交換部の上流側に偏って設けられていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の熱輸送装置。

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