JP7458936B2 - Heat exchange devices, molds, reflecting mirrors, gas-liquid heat exchangers, finned heat transfer tubes, nozzles, and turbine blades - Google Patents

Heat exchange devices, molds, reflecting mirrors, gas-liquid heat exchangers, finned heat transfer tubes, nozzles, and turbine blades Download PDF

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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

本開示は、熱交換デバイス、金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼に関する。 The present disclosure relates to heat exchange devices, molds, reflecting mirrors, gas-liquid heat exchangers, finned heat transfer tubes, nozzles, and turbine blades.

発熱体を冷却するために、ヒートパイプのような熱交換デバイスが用いられる。ヒートパイプのような熱交換デバイスは、熱輸送効率が高く、動力が不要であることから、様々な分野で使用されている。例えば、特許文献1には、ガスタービンエンジンのファン出口ガイドベーンの内部にヒートパイプが適用された構造が記載されている。 Heat exchange devices such as heat pipes are used to cool the heating element. Heat exchange devices such as heat pipes are used in various fields because they have high heat transport efficiency and do not require power. For example, Patent Document 1 describes a structure in which a heat pipe is applied inside a fan outlet guide vane of a gas turbine engine.

特開2016-205379号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-205379

このように熱交換デバイスは、様々な分野の装置に適用されることから、熱交換効率をより高くすることが求められている。 Since heat exchange devices are thus applied to devices in various fields, there is a demand for higher heat exchange efficiency.

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、熱交換効率をさらに高めることが可能な熱交換デバイス、金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a heat exchange device, a mold, a reflecting mirror, a gas-liquid heat exchanger, a finned heat transfer tube, a nozzle, and a turbine blade that can further improve heat exchange efficiency.

上記課題を解決するために、本開示に係る熱交換デバイスは、相変化する作動媒体が封入されているとともに、内側に外部と熱交換可能な第一熱交換面及び第二熱交換面が形成されたデバイス本体と、多孔質体から構成され、前記第一熱交換面の内側を覆うように配置された第一壁面ウィックと、多孔質体から構成され、前記第二熱交換面の内側を覆うように配置された第二壁面ウィックと、前記第一壁面ウィックと前記第二壁面ウィックとにわたって配置され、多孔質体から構成された複数の柱状部材が三次元格子状に配置されて形成された格子状ウィックと、備え、前記デバイス本体は、冷却又は加熱する対象である対象物に対して近い位置に形成される第一外装部と、前記第一外装部に比べて前記対象物に対して遠い位置に配置され、前記第一外装部に対して離れて対向するように配置される第二外装部と、を有し、前記第一熱交換面は、前記第一外装部において、内側を向く内面であり、前記第二熱交換面は、前記第二外装部において、内側を向く内面であり、前記第一壁面ウィック、前記第二壁面ウィック、及び前記格子状ウィックは、三次元積層造形法により、同一の材料で形成される In order to solve the above problems, a heat exchange device according to the present disclosure is provided with a phase-changeable working medium sealed therein, and a first heat exchange surface and a second heat exchange surface capable of exchanging heat with the outside. a first wall wick made of a porous body and arranged to cover the inside of the first heat exchange surface; and a first wall wick made of a porous body and covering the inside of the second heat exchange surface. A second wall wick is arranged to cover the second wall wick, and a plurality of columnar members made of a porous body are arranged in a three-dimensional lattice shape and are arranged across the first wall wick and the second wall wick. and a lattice-shaped wick , the device body having a first exterior portion formed at a position closer to an object to be cooled or heated, and a first exterior portion formed at a position closer to the object than the first exterior portion. and a second exterior part disposed at a far position from the first exterior part and facing away from the first exterior part, and the first heat exchange surface is arranged at an inner side in the first exterior part. The second heat exchange surface is an inner surface facing inward in the second exterior part, and the first wall wick, the second wall wick, and the lattice wick are three-dimensionally laminated. They are made of the same material using a modeling method .

本開示に係る金型は、第一金型と、前記第一金型との間に溶解された材料が充填される成形空間を形成する第二金型と、前記第一金型及び前記第二金型の少なくとも一方に配置されて、前記第一熱交換面によって前記成形空間内の前記材料と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。 The mold according to the present disclosure includes a first mold, a second mold forming a molding space filled with a melted material between the first mold, and the first mold and the second mold. The heat exchange device as described above is disposed in at least one of the two molds and is capable of exchanging heat with the material in the molding space through the first heat exchange surface.

本開示に係る反射ミラーは、レーザー光を反射可能な反射ミラーであって、前記レーザー光が照射されるミラー部と、前記ミラー部を支持する本体部と、前記本体部の内部に配置され、前記第一熱交換面によって前記ミラー部と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。 The reflecting mirror according to the present disclosure is a reflecting mirror capable of reflecting laser light, and includes a mirror portion to which the laser beam is irradiated, a main body portion supporting the mirror portion, and disposed inside the main body portion, A heat exchange device as described above is provided, which is capable of exchanging heat with the mirror portion through the first heat exchange surface.

本開示に係る気液熱交換器は、気体が流通する第一管と、前記第一管から離れた位置に配置され、液体が流通する第二管と、前記第一管と前記第二管との間に配置され、前記第一熱交換面によって前記第一管内の前記気体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記第二管内の前記液体と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。 The gas-liquid heat exchanger according to the present disclosure includes a first pipe through which gas flows, a second pipe arranged at a position away from the first pipe and through which liquid flows, and the first pipe and the second pipe. and the first heat exchange surface allows heat exchange with the gas in the first tube, and the second heat exchange surface allows heat exchange with the liquid in the second tube. A heat exchange device such as the one shown in FIG.

本開示に係るフィン付伝熱管は、内部に流体が流通する伝熱管本体と、前記伝熱管本体の外周面から延びるフィンと、前記フィンに配置され、前記第一熱交換面に対して前記第二熱交換面が前記伝熱管本体に近い位置に配置され、前記第二熱交換面によって前記伝熱管本体の内部の前記流体と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。 The finned heat exchanger tube according to the present disclosure includes a heat exchanger tube main body in which a fluid flows, a fin extending from an outer circumferential surface of the heat exchanger tube main body, and a second heat exchanger tube disposed on the fin and facing the first heat exchange surface. A heat exchange device as described above, wherein a second heat exchange surface is disposed close to the heat exchange tube body, and the second heat exchange surface allows heat exchange with the fluid inside the heat exchange tube body. .

本開示に係るノズルは、高温の流体が内部を流通するノズル部と、前記ノズル部と接続されて冷却媒体が流通する冷却管が内部に配置されたノズル本体部と、前記第一熱交換面によって前記ノズル部の内部を流通する前記流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記冷却管の内部の前記冷却媒体と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。 The nozzle according to the present disclosure includes a nozzle portion through which a high-temperature fluid flows, a nozzle body portion in which a cooling pipe connected to the nozzle portion and through which a cooling medium flows, and the first heat exchange surface. a heat exchange device as described above, which is capable of exchanging heat with the fluid flowing inside the nozzle portion, and capable of exchanging heat with the cooling medium inside the cooling pipe by the second heat exchange surface; Equipped with.

本開示に係るタービン翼は、高温の流体に接触可能な翼面を有する翼体と、前記翼体の内部に配置され、冷却媒体が流通する冷却管と、前記翼体に配置され、前記第一熱交換面が前記翼面に接触する前記流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記冷却管内の冷却媒体と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。 A turbine blade according to the present disclosure includes a blade body having a blade surface capable of contacting a high-temperature fluid, a cooling pipe disposed inside the blade body through which a cooling medium flows, and a cooling pipe disposed in the blade body and having a cooling medium flowing therethrough. A heat exchange device as described above, wherein one heat exchange surface is capable of exchanging heat with the fluid in contact with the blade surface, and the second heat exchange surface is capable of exchanging heat with the cooling medium in the cooling pipe. Be prepared.

本開示の熱交換デバイス、金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼によれば、熱交換効率をさらに高めることができる。 According to the heat exchange device, mold, reflective mirror, gas-liquid heat exchanger, finned heat exchanger tube, nozzle, and turbine blade of the present disclosure, heat exchange efficiency can be further improved.

本開示の第一実施形態に係る熱交換デバイスの構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat exchange device according to a first embodiment of the present disclosure. 上記熱交換デバイスの格子状ウィックを示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing a lattice-like wick of the heat exchange device. 本開示の第二実施形態に係る熱交換デバイスの構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a heat exchange device according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の第二実施形態の第一変形例に係る熱交換デバイスの構成を示す断面図である。It is a sectional view showing the composition of the heat exchange device concerning the first modification of the second embodiment of this indication. 本開示の第二実施形態の第二変形例に係る熱交換デバイスの構成を示す断面図である。It is a sectional view showing the composition of the heat exchange device concerning the second modification of the second embodiment of this indication. 本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第一適用例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a first application example of a heat exchange device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第二適用例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a second application example of the heat exchange device according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第三適用例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a third application example of the heat exchange device according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第三適用例の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the 3rd application example of the heat exchange device based on embodiment of this indication. 本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第四適用例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a fourth application example of a heat exchange device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第五適用例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a fifth application example of a heat exchange device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第六適用例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a sixth application example of the heat exchange device according to the embodiment of the present disclosure.

以下、添付図面を参照して、本開示による熱交換デバイス、及びそれを備えた金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼を実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, forms for implementing a heat exchange device according to the present disclosure, a mold equipped with the same, a reflecting mirror, a gas-liquid heat exchanger, a finned heat exchanger tube, a nozzle, and a turbine blade will be described. explain. However, the present disclosure is not limited only to these embodiments.

<第一実施形態>
(熱交換デバイスの構成)
図1に示すように、熱交換デバイス1Aは、デバイス本体10Aと、壁面ウィック20Aと、格子状ウィック30Aと、を主に備えている。熱交換デバイス1Aは、その外周面の少なくとも一部が対象物Pに面するように配置される。ここで、対象物Pは、熱交換デバイス1Aによる冷却又は加熱する対象である。対象物Pは、例えば、各種の気体や液体等の流体、後に適用例として例示する各種の機器や装置等を構成する部材である。熱交換デバイス1Aは、デバイス本体10Aの内部に封入された作動媒体4と対象物Pとの間で熱交換を行うことによって、対象物Pを冷却または加熱する。
<First embodiment>
(Configuration of heat exchange device)
As shown in FIG. 1, the heat exchange device 1A mainly includes a device main body 10A, a wall wick 20A, and a lattice wick 30A. The heat exchange device 1A is arranged so that at least a portion of its outer peripheral surface faces the object P. Here, the object P is an object to be cooled or heated by the heat exchange device 1A. The objects P are, for example, fluids such as various gases and liquids, and members constituting various devices and devices that will be exemplified later as application examples. The heat exchange device 1A cools or heats the object P by exchanging heat between the object P and the working medium 4 sealed inside the device main body 10A.

(デバイス本体の構成)
デバイス本体10Aは、その内部に水等の作動媒体4が封入された内部空間Sが画成された中空構造とされている。デバイス本体10Aは、例えば銅のような熱伝導率の高い金属製の材料で形成されている。本実施形態において、デバイス本体10Aは、例えば、対象物Pに対して近い位置に形成される第一外装部11と、対象物Pに対して遠い位置に配置される第二外装部12と、を有している。第一外装部11と第二外装部12とは互いに離れて対向するように配置されている。本実施形態では、第一外装部11と第二外装部12との間に、内部空間Sが形成されている。第一外装部11には、対象物Pに向かって突出する凸部11tが形成されている。第二外装部12には、対象物Pに向かって窪む凹部12sが形成されている。デバイス本体10Aにおける第二外装部12の外部には、冷却管15が配置されている。冷却管15は、往復噴流式で、デバイス本体10A内の作動媒体4や対象物Pよりも低温の水や油等の冷却媒体5を凹部12s内に噴出させている。冷却管15から噴出された冷却媒体5は、第二外装部12の外側を向く面に噴射されている。
(Device body configuration)
The device main body 10A has a hollow structure defining an internal space S in which a working medium 4 such as water is sealed. The device main body 10A is made of a metal material with high thermal conductivity, such as copper. In the present embodiment, the device main body 10A includes, for example, a first exterior portion 11 formed at a position close to the object P, a second exterior portion 12 located at a position far from the object P, have. The first exterior part 11 and the second exterior part 12 are arranged so as to be separated from each other and face each other. In this embodiment, an internal space S is formed between the first exterior part 11 and the second exterior part 12. The first exterior portion 11 is formed with a convex portion 11t that protrudes toward the object P. A concave portion 12s that is depressed toward the object P is formed in the second exterior portion 12. A cooling pipe 15 is arranged outside the second exterior part 12 in the device main body 10A. The cooling pipe 15 is of a reciprocating jet type and jets a cooling medium 5 such as water or oil at a lower temperature than the working medium 4 in the device main body 10A and the object P into the recess 12s. The cooling medium 5 ejected from the cooling pipe 15 is injected onto the outward facing surface of the second exterior portion 12 .

デバイス本体10Aは、その内側に第一熱交換面13A及び第二熱交換面14Aを有している。第一熱交換面13Aは、第一外装部11においてデバイス本体10Aの内側を向く内面である。第二熱交換面14Aは、第二外装部12においてデバイス本体10Aの内側の内側を向く内面である。第一熱交換面13Aは、外部の対象物Pと熱交換可能な平滑な面である。第二熱交換面14Aは、冷却媒体5と熱交換可能な平滑な面である。 The device main body 10A has a first heat exchange surface 13A and a second heat exchange surface 14A inside thereof. The first heat exchange surface 13A is an inner surface of the first exterior portion 11 facing inward of the device main body 10A. The second heat exchange surface 14A is an inner surface of the second exterior portion 12 that faces inside the device main body 10A. The first heat exchange surface 13A is a smooth surface capable of exchanging heat with an external object P. The second heat exchange surface 14A is a smooth surface capable of exchanging heat with the cooling medium 5.

(壁面ウィックの構成)
壁面ウィック20Aは、デバイス本体10Aの内面全体を覆うように形成されている。壁面ウィック20Aは、第一壁面ウィック21Aと、第二壁面ウィック22Aと、を有する。第一壁面ウィック21Aは、第一熱交換面13Aの内側を覆うように配置されている。第一壁面ウィック21Aは、第一熱交換面13Aの形状に対応する形に形成され、第一熱交換面13Aを隙間なく覆っている。第二壁面ウィック22Aは、第二熱交換面14Aの内側を覆うように配置されている。第二壁面ウィック22Aは、第二熱交換面14Aの形状に対応する形に形成され、第二熱交換面14Aを隙間なく覆っている。第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aは、それぞれ金属製の多孔質体からなる。多孔質体とは、微細な空隙が複数形成された部材である。作動媒体4は、液体の状態である場合に、この空隙を利用して、毛細管現象によって多孔質体内を移動可能とされている。本実施形態の第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aは、三次元積層造形法により、同一の材料で形成されている。第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aは、三次元積層造形法によって形成する際、金属粉末を溶融凝固させる過程で、溶融粒子の配置を調整することによって、比較的容易に空隙の大きさが調整された多孔質化が可能となっている。
(Wall wick configuration)
The wall wick 20A is formed to cover the entire inner surface of the device body 10A. The wall wick 20A has a first wall wick 21A and a second wall wick 22A. The first wall wick 21A is arranged to cover the inside of the first heat exchange surface 13A. The first wall wick 21A is formed in a shape corresponding to the shape of the first heat exchange surface 13A and covers the first heat exchange surface 13A without any gaps. The second wall wick 22A is arranged to cover the inside of the second heat exchange surface 14A. The second wall wick 22A is formed in a shape corresponding to the shape of the second heat exchange surface 14A and covers the second heat exchange surface 14A without any gaps. The first wall wick 21A and the second wall wick 22A are each made of a metal porous body. A porous body is a member in which a plurality of fine voids are formed. When the working medium 4 is in a liquid state, it is possible for the working medium 4 to move within the porous body by capillary action using the voids. In this embodiment, the first wall wick 21A and the second wall wick 22A are formed of the same material by a three-dimensional additive manufacturing method. When the first wall wick 21A and the second wall wick 22A are formed by the three-dimensional additive manufacturing method, the arrangement of the molten particles can be adjusted in the process of melting and solidifying the metal powder, thereby making it possible to relatively easily make the pores porous with the size of the pores adjusted.

(格子状ウィックの構成)
格子状ウィック30Aは、デバイス本体10A内で、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとにわたって配置されている。格子状ウィック30Aは、デバイス本体10A内で、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとの間に配置され、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとを直接繋いでいる。格子状ウィック30Aは、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとの間に画成されたデバイス本体10A内の内部空間Sの全体を埋めるように配置されている。
(Structure of lattice wick)
The lattice wick 30A is arranged across the first wall wick 21A and the second wall wick 22A within the device main body 10A. The lattice wick 30A is disposed within the device body 10A between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A, and directly connects the first wall wick 21A and the second wall wick 22A. The lattice wick 30A is arranged to fill the entire internal space S within the device main body 10A defined between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A.

図2に示すように、格子状ウィック30Aは、複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されて形成されている。柱状部材31は、金属製の多孔質体からなる。各柱状部材31は、直線状に延びている。格子状ウィック30Aは、各柱状部材31の方向や長さが規定された規則的な三次元格子状であってもよいし、各柱状部材31の方向や長さが様々に異なる不規則な三次元格子状であってもよい。格子状ウィック30Aは、複数の柱状部材31同士が、その交差部分で互いに接合されている。その結果、複数の柱状部材31は、気体が流通可能な隙間32が間に形成された三次元格子状に配置された状態となる。このような格子状ウィック30Aは、例えば、3Dプリンター等を用いた三次元積層造型法によって形成されている。本実施形態の格子状ウィック30Aは、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aと同様の材料で形成されている。 As shown in FIG. 2, the lattice-like wick 30A is formed by arranging a plurality of columnar members 31 in a three-dimensional lattice shape. The columnar member 31 is made of a porous metal body. Each columnar member 31 extends linearly. The lattice-like wick 30A may be a regular three-dimensional lattice in which the direction and length of each columnar member 31 are specified, or an irregular three-dimensional wick in which the direction and length of each columnar member 31 are variously different. It may be originally in the form of a lattice. In the lattice-like wick 30A, a plurality of columnar members 31 are joined to each other at their intersections. As a result, the plurality of columnar members 31 are arranged in a three-dimensional lattice shape with gaps 32 between which gas can flow. Such a lattice-like wick 30A is formed by, for example, a three-dimensional additive manufacturing method using a 3D printer or the like. The lattice wick 30A of this embodiment is made of the same material as the first wall wick 21A and the second wall wick 22A.

(熱交換デバイスによる作用)
図1に示すように、この熱交換デバイス1Aでは、例えば、デバイス本体10Aの第一熱交換面13Aが配置されている部分(第一外装部11)の外側に、作動媒体4よりも高温の対象物Pがある場合、第一熱交換面13Aで外部の対象物Pとの熱交換が行われる。つまり、第一熱交換面13A付近が蒸発部となる。第一熱交換面13Aでの熱交換により、対象物Pは冷却される。この熱交換によって、対象物Pから熱が伝導されて第一熱交換面13Aが加熱される。第一熱交換面13Aの温度上昇により、第一熱交換面13Aの内側を覆うように配置された第一壁面ウィック21A内の作動媒体4が液相から気相に相変化し、蒸気4Sが生成される。生成された蒸気4Sは、デバイス本体10A内の蒸気圧差によって、第一壁面ウィック21Aから第二壁面ウィック22Aに向かって流れていく。その際、蒸気4Sは、格子状ウィック30Aの格子間に形成された隙間32を通って、速やかに流れていく。
(Action by heat exchange device)
As shown in FIG. 1, in this heat exchange device 1A, for example, a temperature higher than the working medium 4 is placed on the outside of the portion (first exterior portion 11) where the first heat exchange surface 13A of the device body 10A is arranged. When there is an object P, heat exchange with the external object P is performed on the first heat exchange surface 13A. In other words, the vicinity of the first heat exchange surface 13A becomes the evaporation section. The object P is cooled by heat exchange on the first heat exchange surface 13A. Through this heat exchange, heat is conducted from the object P and the first heat exchange surface 13A is heated. Due to the temperature rise of the first heat exchange surface 13A, the working medium 4 in the first wall wick 21A arranged to cover the inside of the first heat exchange surface 13A changes from a liquid phase to a gas phase, and steam 4S generated. The generated steam 4S flows from the first wall wick 21A toward the second wall wick 22A due to the vapor pressure difference within the device body 10A. At this time, the steam 4S quickly flows through the gaps 32 formed between the grids of the grid-like wick 30A.

第二熱交換面14Aが配置されている部分(第二外装部12)の外側には、作動媒体4よりも低温の冷却媒体5がある。つまり、第二熱交換面14A付近が凝縮部となる。そのため、蒸気4Sが第二壁面ウィック22Aの近傍に至ると、第二熱交換面14Aで外部の冷却媒体5との熱交換を行うことにより、作動媒体4(蒸気4S)が気相から液相に相変化する。液相に相変化した作動媒体4は、毛細管現象によって第二壁面ウィック22A及び第二壁面ウィック22A近傍の格子状ウィック30A内に伝わる(吸収される)。吸収された作動媒体4は、毛細管現象により、格子状ウィック30Aを伝い、第二壁面ウィック22Aから第一壁面ウィック21Aに向かって移動する。 A cooling medium 5 having a lower temperature than the working medium 4 exists outside the portion (second exterior portion 12) where the second heat exchange surface 14A is arranged. In other words, the vicinity of the second heat exchange surface 14A becomes a condensation section. Therefore, when the steam 4S reaches the vicinity of the second wall wick 22A, the working medium 4 (steam 4S) changes from the gas phase to the liquid phase by exchanging heat with the external cooling medium 5 on the second heat exchange surface 14A. The phase changes to The working medium 4 that has changed into a liquid phase is transmitted (absorbed) into the second wall wick 22A and the grid-like wick 30A in the vicinity of the second wall wick 22A by capillary action. The absorbed working medium 4 travels along the grid-like wick 30A and moves from the second wall wick 22A toward the first wall wick 21A due to capillary action.

(作用効果)
上述の構成によれば、格子状ウィック30Aが、多孔質体から構成された複数の柱状部材31を三次元格子状に配置して形成されている。そのため、複数の柱状部材31同士の間(格子間)に、蒸気4Sが通過可能な隙間32(図2参照)が形成される。このため、生成された蒸気4Sは、格子状ウィック30Aの格子間に形成された隙間32を通って、速やかに第二壁面ウィック22Aへと流れていく。これにより、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとの間での蒸気4Sの移動量(流量)を確保することができる。また、多孔質体によって形成された格子状ウィック30Aによって、毛細管現象を利用して、第二壁面ウィック22Aと第一壁面ウィック21Aとの間での液相の作動媒体4の移動量(流量)を確保することができる。その結果、熱交換デバイス1Aにおける熱交換効率を高めることが可能となる。このようにして、第一熱交換面13A及び第二熱交換面14Aで熱交換がなされて相変化した作動媒体4が、格子状ウィック30Aを介して速やかに移動する。
(effect)
According to the above-described configuration, the lattice-like wick 30A is formed by arranging a plurality of columnar members 31 made of a porous material in a three-dimensional lattice shape. Therefore, gaps 32 (see FIG. 2) through which the steam 4S can pass are formed between the plurality of columnar members 31 (interstitial spaces). Therefore, the generated steam 4S quickly flows to the second wall wick 22A through the gaps 32 formed between the lattices of the lattice wick 30A. Thereby, the amount of movement (flow rate) of the steam 4S between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A can be ensured. In addition, the amount of movement (flow rate) of the liquid phase working medium 4 between the second wall wick 22A and the first wall wick 21A is achieved by utilizing capillary phenomenon by the lattice-like wick 30A formed of a porous material. can be ensured. As a result, it becomes possible to increase the heat exchange efficiency in the heat exchange device 1A. In this way, the working medium 4 whose phase has changed due to heat exchange between the first heat exchange surface 13A and the second heat exchange surface 14A quickly moves through the lattice wick 30A.

また、熱交換デバイス1Aでは、三次元積層造形法によって第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aを多孔質体で形成している。そのため、第一外装部11や第二外装部12の形に合わせて、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aを形成することが容易にできる。さらに、格子状ウィック30Aが三次元積層造形法によって多孔質体で三次元格子状に形成されていることで、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aの間の空間である内部空間Sの形に合わせて、格子状ウィック30Aを容易に作成することができる。そのため、デバイス本体10Aの形状に寄らず、デバイス本体10A内の内部空間Sを格子状ウィック30Aで容易に埋めることができる。一般的なヒートパイプでは、内部に配置されるウィックの形状に制限が出てしまうために、形成可能な形状に制限が出てしまう場合がある。しかしながら、三次元積層造形法によって多孔質体でウィックを形成した構造とすることで、複雑な形状を含む任意の形状で熱交換デバイス1Aを形成することができる。 In addition, in the heat exchange device 1A, the first wall wick 21A and the second wall wick 22A are formed of a porous body by a three-dimensional additive manufacturing method. Therefore, the first wall wick 21A and the second wall wick 22A can be easily formed to match the shapes of the first exterior part 11 and the second exterior part 12. Furthermore, since the lattice wick 30A is formed in a three-dimensional lattice shape from a porous body by a three-dimensional additive manufacturing method, the lattice wick 30A can be easily created to match the shape of the internal space S, which is the space between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A. Therefore, regardless of the shape of the device main body 10A, the internal space S in the device main body 10A can be easily filled with the lattice wick 30A. In a general heat pipe, the shape of the wick placed inside is limited, so that the shape that can be formed may be limited. However, by forming the wick from a porous body by a three-dimensional additive manufacturing method, the heat exchange device 1A can be formed in any shape, including a complex shape.

また、熱交換により相変化した作動媒体4は、格子状ウィック30Aを構成する複数の柱状部材31自体や複数の柱状部材31同士の間の隙間32を通して、様々な方向に分散して移動する。具体的には、熱交換デバイス1Aにおいて、高温箇所が発生すると、当該箇所での作動媒体4の蒸発量が増加する。例えば、第一熱交換面13Aが高温となると、第一熱交換面13A付近での作動媒体4の蒸発量が増加する。その結果、第一熱交換面13Aでの吸熱量が増加し、高温となっていた第一熱交換面13Aの冷却が促進される。第一熱交換面13Aの冷却が促進されることで、熱交換デバイス1A全体として、均温化がなされる。この際、熱交換による相変化によって、蒸気4Sとなった気相の作動媒体4は、高温箇所から隙間32を通って速やかに移動するので、高温箇所が効率良く均温化される。また、生成された蒸気4Sが移動しても、多孔質体である柱状部材31自体を通して、毛細管現象によって、液相の作動媒体4が順次供給される。高温箇所では、作動媒体4の蒸発量が増加することで、液相の作動媒体4が減少していく。しかしながら、柱状部材31を通して液相の作動媒体4を供給できるため、高温箇所における作動媒体4の保持量が過度に減少するのを抑えることができる。したがって、高温箇所で作動媒体4が枯渇することを抑えることができる。 In addition, the working medium 4 that has undergone a phase change due to heat exchange moves in various directions through the plurality of columnar members 31 themselves that constitute the lattice wick 30A and the gaps 32 between the plurality of columnar members 31. Specifically, when a high-temperature spot occurs in the heat exchange device 1A, the amount of evaporation of the working medium 4 at that spot increases. For example, when the first heat exchange surface 13A becomes hot, the amount of evaporation of the working medium 4 near the first heat exchange surface 13A increases. As a result, the amount of heat absorbed by the first heat exchange surface 13A increases, and the cooling of the first heat exchange surface 13A that has become hot is promoted. By promoting the cooling of the first heat exchange surface 13A, the temperature is uniformized as a whole in the heat exchange device 1A. At this time, the working medium 4 in the gas phase that has become steam 4S due to the phase change caused by heat exchange moves quickly from the high-temperature spot through the gaps 32, so that the high-temperature spot is efficiently uniformized in temperature. In addition, even if the generated steam 4S moves, the liquid-phase working medium 4 is sequentially supplied by capillary action through the columnar members 31 themselves, which are porous bodies. In high-temperature areas, the amount of working medium 4 in liquid phase decreases as the amount of working medium 4 evaporates increases. However, because the liquid-phase working medium 4 can be supplied through the columnar members 31, it is possible to prevent the amount of working medium 4 held in the high-temperature areas from decreasing excessively. Therefore, it is possible to prevent the working medium 4 from running out in the high-temperature areas.

また、格子状ウィック30Aは、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとの間に画成された内部空間Sの全体を埋めるように配置されている。これにより、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとの間で、気相や液相となった作動媒体4が、より効率良く移動する。そのため、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aの任意の位置で低温また高温となった場合に、その位置に対して気相や液相の作動媒体4が速やかに行き渡って、熱交換が行われる。つまり、熱交換が速やかに行われ、デバイス本体10Aにおける低温また高温となった位置を速やかに加熱又は冷却することができる。これにより、熱交換デバイス1Aは均温化される。 Moreover, the grid-like wick 30A is arranged so as to fill the entire internal space S defined between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A. Thereby, the working medium 4 in the gas phase or liquid phase moves more efficiently between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A. Therefore, when the temperature becomes low or high at any position of the first wall wick 21A and the second wall wick 22A, the working medium 4 in the gas phase or liquid phase quickly spreads to that position, and heat exchange is performed. It will be done. In other words, heat exchange is quickly performed, and a location in the device main body 10A that has become low or high temperature can be quickly heated or cooled. Thereby, the temperature of the heat exchange device 1A is equalized.

また、上記熱交換デバイス1Aでは、対象物Pを冷却するだけでなく、対象物Pを加熱することもできる。このような場合には、熱交換デバイス1Aは、デバイス本体10Aの第二熱交換面14Aが配置されている部分の外側に、冷却媒体5に代えて、対象物Pよりも高温の加熱媒体を噴射する。これにより、第二熱交換面14Aで外部との熱交換が行われ、作動媒体4が液相から気相に相変化する。気相に相変化した作動媒体4(蒸気4S)は、格子状ウィック30Aの隙間32を通して第二壁面ウィック22Aから第一壁面ウィック21Aに移動する。第一壁面ウィック21Aでは、第一熱交換面13Aにおける外部との熱交換により、作動媒体4が気相から液相に相変化する。この第一熱交換面13Aにおける熱交換により、外部の対象物Pが加熱される。このような場合も、格子状ウィック30Aにより、気相(蒸気4S)や液相の作動媒体4が、それぞれ効率良く移動する。その結果、熱交換デバイス1Aでは、均一かつ急速に加熱して均温化することができる。 Further, the heat exchange device 1A can not only cool the object P but also heat the object P. In such a case, the heat exchange device 1A uses a heating medium having a higher temperature than the object P instead of the cooling medium 5 on the outside of the part of the device main body 10A where the second heat exchange surface 14A is arranged. Inject. Thereby, heat exchange with the outside is performed on the second heat exchange surface 14A, and the phase of the working medium 4 changes from the liquid phase to the gas phase. The working medium 4 (steam 4S) that has changed into a gas phase moves from the second wall wick 22A to the first wall wick 21A through the gaps 32 of the grid wick 30A. In the first wall wick 21A, the working medium 4 undergoes a phase change from a gas phase to a liquid phase by heat exchange with the outside at the first heat exchange surface 13A. The external object P is heated by the heat exchange on the first heat exchange surface 13A. Also in this case, the gas phase (steam 4S) and liquid phase working medium 4 are efficiently moved by the grid-like wick 30A. As a result, the heat exchange device 1A can heat uniformly and rapidly to equalize the temperature.

なお、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aを形成する多孔質体としては、例えば、金網、焼結金属等を採用することもできる。また、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aは、格子状ウィック30Aと同様に、三次元積層造形法により、複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されて形成されてもよい。つまり、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aは、格子状ウィック30Aとは異なる形状を有する多孔質体であってもよく、同一の形状を有する多孔質体であってもよい。 In addition, the porous body forming the first wall wick 21A and the second wall wick 22A may be, for example, a wire mesh or a sintered metal. In addition, the first wall wick 21A and the second wall wick 22A may be formed by arranging multiple columnar members 31 in a three-dimensional lattice shape by a three-dimensional additive manufacturing method, similar to the lattice wick 30A. In other words, the first wall wick 21A and the second wall wick 22A may be a porous body having a different shape from the lattice wick 30A, or may be a porous body having the same shape.

また、格子状ウィック30Aは、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aに直接接続される構造に限定されるものではない。格子状ウィック30Aは、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aの近傍まで延びていればよい。したがって、格子状ウィック30Aは、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aに対して、微小な隙間を開けた状態で形成されていてもよく、他のウィック等を介して間接的に接続されていてもよい。 Moreover, the grid-like wick 30A is not limited to a structure in which it is directly connected to the first wall wick 21A and the second wall wick 22A. The lattice wick 30A only needs to extend to the vicinity of the first wall wick 21A and the second wall wick 22A. Therefore, the grid-like wick 30A may be formed with a minute gap between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A, and may be indirectly connected to the first wall wick 21A and the second wall wick 22A through other wicks. You can leave it there.

さらに、格子状ウィック30Aは、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとの間の内部空間Sの全体を埋めるように配置されることに限定されるものではない。例えば、格子状ウィック30Aは、内部空間Sにおいて、架橋のように柱状をなして、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aと間隔を空けて繋ぐ構造とされていてもよい。 Furthermore, the grid-like wick 30A is not limited to being arranged so as to fill the entire interior space S between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A. For example, the lattice-like wick 30A may have a structure in which the first wall wick 21A and the second wall wick 22A are connected to each other with a space between them, forming a columnar shape like a bridge in the internal space S.

また、上記第一実施形態では、熱交換デバイス1Aの第一熱交換面13Aを凸形状とし、第二熱交換面14Aを凹部12sによって形成する構成としたが、このような形状に限定されるものではない。第一熱交換面13Aや第二熱交換面14Aは、任意の形状に形成されていればよい。 In the first embodiment, the first heat exchange surface 13A of the heat exchange device 1A is formed in a convex shape, and the second heat exchange surface 14A is formed by a concave portion 12s, but the shape is not limited to this. The first heat exchange surface 13A and the second heat exchange surface 14A may be formed in any shape.

<第二実施形態>
次に、本開示に係る熱交換デバイスの第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the heat exchange device according to the present disclosure will be described. In the second embodiment described below, components common to the first embodiment will be denoted by the same reference numerals in the drawings, and descriptions thereof will be omitted.

(熱交換デバイスの構成)
図3に示すように、第二実施形態の熱交換デバイス1Bはヒートパイプを構成している。熱交換デバイス1Bは、デバイス本体10Bと、壁面ウィック20Bと、格子状ウィック30Bと、を主に備えている。
(Configuration of heat exchange device)
As shown in FIG. 3, the heat exchange device 1B of the second embodiment constitutes a heat pipe. The heat exchange device 1B mainly includes a device body 10B, a wall wick 20B, and a lattice wick 30B.

(デバイス本体の構成)
デバイス本体10Bは、その内部に作動媒体4が封入された内部空間Sが画成された中空構造とされている。デバイス本体10Bは、第一端部1sと第二端部1tとを結ぶように延びている。デバイス本体10Bは、第一端部1sから第二端部1tまで延びる中空筒状に形成され、延伸方向の両端(第一端部1s、及び第二端部1t)が閉塞されている。デバイス本体10Bは、第一端部1sと第二端部1tとを直線的に結ぶように延びていてもよいし、第一端部1sと第二端部1tとの間で、適宜、湾曲、屈折等していてもよい。デバイス本体10Bの第一端部1sは、対象物Pに面するように配置されている。デバイス本体10Bの第二端部1tは、対象物Pに直接接触する位置から離れた位置に配置されている。したがって、デバイス本体10Bの第二端部1tは、例えば冷却媒体に面する位置に配置されていてもよい。デバイス本体10Bは、例えば銅のような熱伝導率の高い金属製の材料で形成されている。
(Device body configuration)
The device main body 10B has a hollow structure defining an internal space S in which the working medium 4 is sealed. The device body 10B extends to connect the first end 1s and the second end 1t. The device main body 10B is formed in a hollow cylindrical shape extending from the first end 1s to the second end 1t, and both ends (the first end 1s and the second end 1t) in the stretching direction are closed. The device main body 10B may extend so as to linearly connect the first end 1s and the second end 1t, or may be curved as appropriate between the first end 1s and the second end 1t. , refraction, etc. The first end 1s of the device body 10B is arranged to face the object P. The second end lt of the device main body 10B is arranged at a position away from a position where it directly contacts the object P. Therefore, the second end part It of the device main body 10B may be arranged at a position facing the cooling medium, for example. The device body 10B is made of a metal material with high thermal conductivity, such as copper.

デバイス本体10Bは、その内側に第一熱交換面13B及び第二熱交換面14Bを有している。第一熱交換面13Bは、デバイス本体10Bの第一端部1sを含む領域においてデバイス本体10Bの内側を向く面である。第一熱交換面13Bは、対象物Pと熱交換可能とされている。第二熱交換面14Bは、デバイス本体10Bの第二端部1tを含む領域においてデバイス本体10Bの内側に形成されている。つまり、第二熱交換面14Bは、第一熱交換面13Bから離れた位置に配置されている。第二熱交換面14Bは、対象物Pから離れた位置で冷却媒体や大気と熱交換可能とされている。 The device main body 10B has a first heat exchange surface 13B and a second heat exchange surface 14B inside thereof. The first heat exchange surface 13B is a surface facing inward of the device body 10B in a region including the first end 1s of the device body 10B. The first heat exchange surface 13B is capable of exchanging heat with the object P. The second heat exchange surface 14B is formed inside the device body 10B in a region including the second end 1t of the device body 10B. That is, the second heat exchange surface 14B is arranged at a position away from the first heat exchange surface 13B. The second heat exchange surface 14B is capable of exchanging heat with the cooling medium and the atmosphere at a position away from the object P.

(壁面ウィックの構成)
壁面ウィック20Bは、デバイス本体10Bの内面全体を覆うように形成されている。壁面ウィック20Bは、第一壁面ウィック21Bと、第二壁面ウィック22Bと、第三壁面ウィック23と、を有している。第一壁面ウィック21Bは、第一熱交換面13Bを内側から覆うように配置されている。第二壁面ウィック22Bは、第二熱交換面14Bを内側から覆うように配置されている。第三壁面ウィック23は、第一熱交換面13Bと第二熱交換面14Bとの間で、デバイス本体10Bの内面を内側から覆うように配置されている。つまり、第三壁面ウィック23は、第一壁面ウィック21Bと第二壁面ウィック22Bとを繋ぐように配置されている。第一壁面ウィック21B、第二壁面ウィック22B、及び第三壁面ウィック23は、第一実施形態と同様に、金属製の多孔質体からなる。第一壁面ウィック21B、第二壁面ウィック22B、及び第三壁面ウィック23は、三次元積層造形法により、同一の材料で形成されている。
(Wall wick configuration)
The wall wick 20B is formed to cover the entire inner surface of the device body 10B. The wall wick 20B includes a first wall wick 21B, a second wall wick 22B, and a third wall wick 23. The first wall wick 21B is arranged to cover the first heat exchange surface 13B from the inside. The second wall wick 22B is arranged to cover the second heat exchange surface 14B from the inside. The third wall wick 23 is arranged between the first heat exchange surface 13B and the second heat exchange surface 14B so as to cover the inner surface of the device body 10B from the inside. That is, the third wall wick 23 is arranged to connect the first wall wick 21B and the second wall wick 22B. The first wall wick 21B, the second wall wick 22B, and the third wall wick 23 are made of a metal porous body similarly to the first embodiment. The first wall wick 21B, the second wall wick 22B, and the third wall wick 23 are made of the same material by three-dimensional additive manufacturing.

(格子状ウィックの構成)
格子状ウィック30Bは、デバイス本体10B内で、第一壁面ウィック21Bと第二壁面ウィック22Bとの間に配置され、第一壁面ウィック21Bと第二壁面ウィック22Bとを繋いでいる。格子状ウィック30Bは、格子状ウィック30Bは、第三壁面ウィック23には繋がっていない。第二実施形態の格子状ウィック30Bは、第一格子状ウィック33と、第二格子状ウィック34と、を備えている。
(Structure of lattice wick)
The lattice-like wick 30B is arranged between the first wall wick 21B and the second wall wick 22B in the device main body 10B, and connects the first wall wick 21B and the second wall wick 22B. The lattice wick 30B is not connected to the third wall wick 23. The lattice wick 30B of the second embodiment includes a first lattice wick 33 and a second lattice wick 34.

第一格子状ウィック33は、デバイス本体10B内で第一壁面ウィック21Bが配置されている第一領域A1と、デバイス本体10B内で第二壁面ウィック22Bが配置されている第二領域A2とを結ぶように延びている。本実施形態の第一格子状ウィック33は、デバイス本体10Bの中心部に配置されている。第一格子状ウィック33は、デバイス本体10Bの第一端部1sと第二端部1tとを結ぶ方向に、柱状に直線状をなして延びている。 The first lattice-like wick 33 has a first area A1 where the first wall wick 21B is arranged in the device body 10B and a second area A2 where the second wall wick 22B is arranged in the device body 10B. It extends like a knot. The first lattice-like wick 33 of this embodiment is arranged at the center of the device body 10B. The first lattice-like wick 33 extends linearly in a columnar manner in the direction connecting the first end 1s and the second end 1t of the device main body 10B.

なお、第一格子状ウィック33は、第一壁面ウィック21Bや第二壁面ウィック22Bに直接接続された構造に限定されるものではない。第一格子状ウィック33は、第一領域A1から第二領域A2まで延びていれば、第一壁面ウィック21Bや第二壁面ウィック22Bに間接的に接続されただけの構造(第一壁面ウィック21Bや第二壁面ウィック22Bに接触していない構造)であってもよい。 Note that the first lattice wick 33 is not limited to a structure in which it is directly connected to the first wall wick 21B or the second wall wick 22B. If the first lattice wick 33 extends from the first area A1 to the second area A2, it has a structure in which it is only indirectly connected to the first wall wick 21B and the second wall wick 22B (first wall wick 21B or a structure in which it does not contact the second wall wick 22B).

第二格子状ウィック34は、第一領域A1及び第二領域A2のそれぞれに独立して配置されている。第一領域A1に配置された蒸発側第二格子状ウィック341は、第一壁面ウィック21Bと第一格子状ウィック33とを接続している。第二領域A2に配置された凝縮側第二格子状ウィック342は、第二壁面ウィック22Bと第一格子状ウィック33とを接続している。蒸発側第二格子状ウィック341及び凝縮側第二格子状ウィック342は、それぞれ複数本が配置されている。蒸発側第二格子状ウィック341及び凝縮側第二格子状ウィック342の数は同じであってもよく、一方が多くてもよい。第二格子状ウィック34(蒸発側第二格子状ウィック341及び凝縮側第二格子状ウィック342)のそれぞれは、その延伸方向に直交する断面積が、第一格子状ウィック33の延伸方向に直交する断面積よりも小さい。つまり、各第二格子状ウィック34は、太い幹状の第一格子状ウィック33に対して細く小さい枝状に形成されている。 The second lattice-like wick 34 is arranged independently in each of the first area A1 and the second area A2. The evaporation side second lattice wick 341 arranged in the first region A1 connects the first wall wick 21B and the first lattice wick 33. The condensation side second lattice wick 342 arranged in the second region A2 connects the second wall wick 22B and the first lattice wick 33. A plurality of second evaporation side lattice wicks 341 and a plurality of second condensation side lattice wicks 342 are each arranged. The number of the second lattice-like wicks 341 on the evaporation side and the second lattice-like wicks 342 on the condensation side may be the same, or one may be larger than the other. Each of the second lattice wicks 34 (evaporation side second lattice wick 341 and condensation side second lattice wick 342) has a cross-sectional area perpendicular to the stretching direction of the first lattice wick 33. smaller than the cross-sectional area. In other words, each second lattice-like wick 34 is formed into a thin and small branch shape with respect to the thick trunk-like first lattice-like wick 33.

格子状ウィック30Bを構成する第一格子状ウィック33及び第二格子状ウィック34は、それぞれ、図2に示したように、複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されて形成されている。柱状部材31は、三次元積層造型法によって形成された金属製の多孔質体からなる。なお、第一格子状ウィック33と第二格子状ウィック34とは、同じ条件で形成された多孔質体であってもよいし、別の条件で形成された多孔質体であってもよい。つまり、第一格子状ウィック33と第二格子状ウィック34とは、隙間32の大きさや量が互いに異なっていてもよい。さらに、第一格子状ウィック33と第二格子状ウィック34とは、例えば、多孔質体の空隙率が同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。 The first lattice wick 33 and the second lattice wick 34 constituting the lattice wick 30B are each formed by a plurality of columnar members 31 arranged in a three-dimensional lattice shape, as shown in FIG. . The columnar member 31 is made of a metal porous body formed by a three-dimensional additive manufacturing method. Note that the first lattice-like wick 33 and the second lattice-like wick 34 may be porous bodies formed under the same conditions, or may be porous bodies formed under different conditions. That is, the first lattice-like wick 33 and the second lattice-like wick 34 may have different sizes and amounts of gaps 32 from each other. Furthermore, the first lattice-like wick 33 and the second lattice-like wick 34 may have the same or different porosity of their porous bodies, for example.

(熱交換デバイスによる作用)
この熱交換デバイス1Bでは、例えば、デバイス本体10Bの第一熱交換面13Bが配置されている部分(第一領域A1)の外側(第一端部1s周辺)に、作動媒体4よりも高温の対象物Pがある場合、第一熱交換面13Bで外部の対象物Pとの熱交換が行われる。つまり、第一領域A1が蒸発部となる。第一熱交換面13Bでの熱交換により、対象物Pは冷却される。熱交換によって、対象物Pから熱が伝導されて第一熱交換面13Bが加熱される。第一熱交換面13Bの温度上昇により、第一熱交換面13Bの内側を覆うように配置された第一壁面ウィック21B内の作動媒体4が液相から気相に相変化し、蒸気4Sが生成される。生成された蒸気4Sは、デバイス本体10B内の蒸気圧差によって、第一壁面ウィック21Bから第二壁面ウィック22Bに向かって流れていく。蒸気4Sは、蒸発側第二格子状ウィック341や第一格子状ウィック33の格子間に形成された隙間32を通って、デバイス本体10B内に出て、速やかに第二壁面ウィック22Bに向かって流れていく。
(Action by heat exchange device)
In this heat exchange device 1B, for example, a temperature higher than the working medium 4 is placed on the outside (around the first end 1s) of the portion (first region A1) where the first heat exchange surface 13B of the device body 10B is arranged. When there is an object P, heat exchange with the external object P is performed on the first heat exchange surface 13B. In other words, the first region A1 becomes the evaporation section. The object P is cooled by heat exchange on the first heat exchange surface 13B. Through the heat exchange, heat is conducted from the object P and the first heat exchange surface 13B is heated. Due to the temperature rise of the first heat exchange surface 13B, the working medium 4 in the first wall wick 21B arranged to cover the inside of the first heat exchange surface 13B changes from a liquid phase to a gas phase, and steam 4S generated. The generated steam 4S flows from the first wall wick 21B toward the second wall wick 22B due to the vapor pressure difference within the device body 10B. The steam 4S passes through the gaps 32 formed between the lattices of the evaporation side second lattice wick 341 and the first lattice wick 33, exits into the device main body 10B, and promptly flows toward the second wall wick 22B. It flows.

第二壁面ウィック22Bが配置された部分(第二領域A2)に蒸気4Sが至ると、第二熱交換面14Bで外部との熱交換が行われる。つまり、第二領域A2が凝縮部となる。この熱交換により、第二領域A2で作動媒体4(蒸気4S)が気相から液相に相変化する。液相に相変化した作動媒体4は、毛細管現象によって第二壁面ウィック22B、第二壁面ウィック22B近傍の第一格子状ウィック33、及び凝縮側第二格子状ウィック342内に伝わる(吸収される)。吸収された作動媒体4は、毛細管現象により、第二壁面ウィック22Bから凝縮側第二格子状ウィック342を介して第一格子状ウィック33を送られ、第二壁面ウィック22Bから第一壁面ウィック21Bに向かって移動する。 When the steam 4S reaches the part (second area A2) where the second wall wick 22B is arranged, heat exchange with the outside is performed on the second heat exchange surface 14B. In other words, the second region A2 becomes the condensation section. Due to this heat exchange, the working medium 4 (steam 4S) undergoes a phase change from a gas phase to a liquid phase in the second region A2. The working medium 4 that has changed into a liquid phase is transmitted (absorbed) into the second wall wick 22B, the first lattice wick 33 near the second wall wick 22B, and the second lattice wick 342 on the condensation side by capillary action. ). The absorbed working medium 4 is sent from the second wall wick 22B to the condensing side second lattice wick 342 to the first lattice wick 33 by capillary action, and from the second wall wick 22B to the first wall wick 21B. move towards.

(作用効果)
上述の構成によれば、第一格子状ウィック33及び第二格子状ウィック34が、多孔質体から構成された複数の柱状部材31を三次元格子状に配置して形成されている。そのため、第一実施形態と同様に、第一壁面ウィック21Bと第二壁面ウィック22Bとの間で作動媒体4の移動量(流量)を確保することができる。その結果、熱交換デバイス1Bにおける熱交換効率を高めることが可能となる。
(effect)
According to the above-described configuration, the first lattice-like wick 33 and the second lattice-like wick 34 are formed by arranging a plurality of columnar members 31 made of a porous material in a three-dimensional lattice shape. Therefore, similarly to the first embodiment, the amount of movement (flow rate) of the working medium 4 can be ensured between the first wall wick 21B and the second wall wick 22B. As a result, it becomes possible to increase the heat exchange efficiency in the heat exchange device 1B.

また、格子状ウィック30Bは、第一領域A1と第二領域A2とを結ぶように延びる第一格子状ウィック33と、第一壁面ウィック21Bや第二壁面ウィック22Bと第一格子状ウィック33とを接続している。第一格子状ウィック33よりも断面積が小さい第二格子状ウィック34と、をさらに備えている。そして、第一格子状ウィック33の断面積が、第二格子状ウィック34よりも大きく形成されている。そのため、第一格子状ウィック33を通して第二壁面ウィック22Bから第一壁面ウィック21Bへと移動する液相の作動媒体4の量(流量)を増大させることができる。これにより、第一壁面ウィック21Bに供給する作動媒体4が枯渇することを抑えることができる。 In addition, the lattice-like wick 30B includes a first lattice-like wick 33 extending to connect the first area A1 and the second area A2, a first wall wick 21B, a second wall wick 22B, and the first lattice-like wick 33. are connected. A second lattice-like wick 34 having a smaller cross-sectional area than the first lattice-like wick 33 is further included. The cross-sectional area of the first lattice-like wick 33 is larger than that of the second lattice-like wick 34. Therefore, the amount (flow rate) of the liquid phase working medium 4 that moves from the second wall wick 22B to the first wall wick 21B through the first lattice wick 33 can be increased. Thereby, it is possible to prevent the working medium 4 supplied to the first wall wick 21B from being depleted.

さらに、第一領域A1や第二領域A2は第一格子状ウィック33で埋められることなく、複数の第二格子状ウィック34が形成されている。そのため、第一領域A1や第二領域A2には、複数の第二格子状ウィック34の間に空間が形成される。この空間によって、蒸気4Sの流れを確保することができる。さらに、第一領域A1と第二領域A2との間の第三壁面ウィック23に面する領域には、第一格子状ウィック33以外が形成されておらず大きな空間が形成されている。これらにより、第一格子状ウィック33と第二壁面ウィック22Bとの間の気相の作動媒体4の速やかな流れを確保することができる。 Furthermore, the first area A1 and the second area A2 are not filled with the first lattice-shaped wick 33, but a plurality of second lattice-shaped wicks 34 are formed. Therefore, spaces are formed between the plurality of second lattice-like wicks 34 in the first region A1 and the second region A2. This space allows the flow of the steam 4S to be ensured. Furthermore, in the area facing the third wall wick 23 between the first area A1 and the second area A2, nothing other than the first lattice-like wick 33 is formed, and a large space is formed. Thereby, it is possible to ensure a rapid flow of the gas phase working medium 4 between the first lattice-like wick 33 and the second wall surface wick 22B.

なお、上記熱交換デバイス1Bでも、第一実施形態と同様に、対象物Pを冷却するだけでなく、対象物Pを加熱することもできる。 Note that the heat exchange device 1B can not only cool the object P but also heat the object P, similarly to the first embodiment.

(第二実施形態の第一変形例)
なお、上記第二実施形態で示した格子状ウィック30Bの構成に加え、以下に示すようなバッファウィックをさらに備えていてもよい。図4に示すように、熱交換デバイス1Cの格子状ウィック30Cは、デバイス本体10B内で、第一壁面ウィック21Bと第二壁面ウィック22Bとにわたって配置されている。格子状ウィック30Cは、第一格子状ウィック33と、第二格子状ウィック34と、バッファウィック35と、を備えている。
(First modification of second embodiment)
In addition to the configuration of the grid-like wick 30B shown in the second embodiment, a buffer wick as shown below may be further provided. As shown in FIG. 4, the lattice wick 30C of the heat exchange device 1C is arranged across the first wall wick 21B and the second wall wick 22B within the device body 10B. The lattice wick 30C includes a first lattice wick 33, a second lattice wick 34, and a buffer wick 35.

バッファウィック35は、第一領域A1に配置されている。バッファウィック35は、第一領域A1で第一格子状ウィック33の端部に接続されている。バッファウィック35は、第一格子状ウィック33と第二格子状ウィック34とを接続している。本実施形態において、バッファウィック35は、例えば球状に形成されている。バッファウィック35は、第一格子状ウィック33の端部や第二格子状ウィック34の延伸方向に直交する断面積よりも、大きな断面積を有している。これにより、第一格子状ウィック33を通して第二壁面ウィック22Bから移動してきた液相の作動媒体4が、第一格子状ウィック33の端部に留まるよりも多量にバッファウィック35で保持される。したがって、バッファウィック35によって、第二格子状ウィック34を通して第一壁面ウィック21Bに供給される作動媒体4の量を増大させることができる。その結果、第一壁面ウィック21Bに供給する作動媒体4が枯渇することを、より有効に抑えることができる。 The buffer wick 35 is arranged in the first area A1. The buffer wick 35 is connected to the end of the first lattice wick 33 in the first area A1. The buffer wick 35 connects the first lattice wick 33 and the second lattice wick 34 . In this embodiment, the buffer wick 35 is formed, for example, in a spherical shape. The buffer wick 35 has a larger cross-sectional area than the end portions of the first lattice-like wick 33 and the cross-sectional areas of the second lattice-like wick 34 perpendicular to the extending direction. As a result, a larger amount of the liquid phase working medium 4 that has moved from the second wall wick 22B through the first lattice wick 33 is retained in the buffer wick 35 than if it remained at the end of the first lattice wick 33. Therefore, the amount of working medium 4 supplied to the first wall wick 21B through the second lattice wick 34 can be increased by the buffer wick 35. As a result, depletion of the working medium 4 supplied to the first wall wick 21B can be more effectively suppressed.

なお、バッファウィック35は、第一領域A1のみに配置されていることに限定されるものではない。バッファウィック35は、第一領域A1及び第二領域A2の少なくとも一方に配置されていればよい。つまり、バッファウィック35は、第二領域A2のみに配置されてもよく、第一領域A1及び第二領域A2の両方に配置されていてもよい。 The buffer wick 35 is not limited to being disposed only in the first region A1. The buffer wick 35 may be disposed in at least one of the first region A1 and the second region A2. In other words, the buffer wick 35 may be disposed only in the second region A2, or may be disposed in both the first region A1 and the second region A2.

(第二実施形態の第二変形例)
バッファウィックの形状は、一つの球状に限定されるものではない。図5に示すように、第二変形例のバッファウィック36は、球状の第一バッファウィック361と、リング状の第二バッファウィック362と、を備えている。第一バッファウィック361及び第二バッファウィック362は、枝状の第二格子状ウィック34の中間部に配置されている。本変形例では、第一バッファウィック361には、第一格子状ウィック33に接続される複数本の第二格子状ウィック34が接続されている。また、第二バッファウィック362には、第一壁面ウィック21Aに接続される複数本の第二格子状ウィック34が接続されている。第一バッファウィック361及び第二バッファウィック362は、第二格子状ウィック34の延伸方向に直交する断面積よりも、大きな断面積を有している。第一バッファウィック361及び第二バッファウィック362は、全体として、第一格子状ウィック33の端部の断面積よりも、大きな断面積を有している。このような、バッファウィック36によっても、第一壁面ウィック21Bに供給される作動媒体4の量を増大させることができる。
(Second Modification of Second Embodiment)
The shape of the buffer wick is not limited to a single sphere. As shown in FIG. 5, the buffer wick 36 of the second modified example includes a spherical first buffer wick 361 and a ring-shaped second buffer wick 362. The first buffer wick 361 and the second buffer wick 362 are disposed in the middle of the branch-shaped second lattice wick 34. In this modified example, the first buffer wick 361 is connected to a plurality of second lattice wicks 34 connected to the first lattice wick 33. The second buffer wick 362 is connected to a plurality of second lattice wicks 34 connected to the first wall wick 21A. The first buffer wick 361 and the second buffer wick 362 have a cross-sectional area larger than the cross-sectional area perpendicular to the extension direction of the second lattice wick 34. The first buffer wick 361 and the second buffer wick 362 have a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the end of the first lattice wick 33 as a whole. Such a buffer wick 36 can also increase the amount of working medium 4 supplied to the first wall surface wick 21B.

上記したような熱交換デバイス1A~1Dは、以下に示すような各種の用途に適用することができる。以下の各適用例では、上記第一実施形態で示した熱交換デバイス1Aを例に挙げて説明を行うが、熱交換デバイス1Aに代えて、上記熱交換デバイス1B~1Dを適用するようにしてもよい。 The heat exchange devices 1A to 1D described above can be used in various applications as shown below. In each of the application examples below, the heat exchange device 1A shown in the first embodiment above will be used as an example, but the heat exchange devices 1B to 1D described above may be used instead of the heat exchange device 1A.

[第一適用例]
図6に示すように、熱交換デバイス1Aは、ダイキャストや樹脂成型に使用される金型50に適用されている。金型50は、第一金型51と、第二金型52と、熱交換デバイス1Aと、を備えている。第二金型52は、第一金型51との間に溶解された材料200が充填される成形空間53を形成している。材料200としては、例えば、樹脂や金属が挙げられる。
[First application example]
As shown in FIG. 6, the heat exchange device 1A is applied to a mold 50 used for die casting or resin molding. The mold 50 includes a first mold 51, a second mold 52, and a heat exchange device 1A. The second mold 52 and the first mold 51 form a molding space 53 in which the melted material 200 is filled. Examples of the material 200 include resin and metal.

熱交換デバイス1Aは、第一金型51及び第二金型52の少なくとも一方に配置されている。本適用例では、熱交換デバイス1Aは、第二金型52の内部に配置されている。熱交換デバイス1Aのデバイス本体10Aは、第二金型52の型表面(成形空間53を形成する面)を形成している。第一熱交換面13Aは、第二金型52の型表面の裏側に配置されている。第一熱交換面13Aは、第二金型52において、成形空間53に充填された高温の材料200と間で熱交換可能とされている。また、第二金型52内には、冷却媒体5が供給される冷却管55が埋設されている。デバイス本体10Aは、冷却管55の外周面を覆っている。第二熱交換面14Aは、冷却管55内を流れる冷却媒体5との間で熱交換可能とされている。格子状ウィック30Aは、第一熱交換面13Aを覆うように配置された第一壁面ウィック21Aと、第二熱交換面14Aを覆うように配置された第二壁面ウィック22Aとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック30Aは、第二金型52の内部の空間を埋めるように配置されている。また、第一適用例では、第一壁面ウィック21Aと、第二壁面ウィック22Aと、格子状ウィック30Aとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されることで形成されている。 The heat exchange device 1A is disposed in at least one of the first mold 51 and the second mold 52. In this application example, the heat exchange device 1A is disposed inside the second mold 52. The device body 10A of the heat exchange device 1A forms the mold surface (the surface forming the molding space 53) of the second mold 52. The first heat exchange surface 13A is disposed on the back side of the mold surface of the second mold 52. The first heat exchange surface 13A is capable of heat exchange with the high-temperature material 200 filled in the molding space 53 in the second mold 52. In addition, a cooling pipe 55 through which the cooling medium 5 is supplied is embedded in the second mold 52. The device body 10A covers the outer peripheral surface of the cooling pipe 55. The second heat exchange surface 14A is capable of heat exchange with the cooling medium 5 flowing in the cooling pipe 55. The lattice wick 30A is arranged across the first wall wick 21A arranged to cover the first heat exchange surface 13A and the second wall wick 22A arranged to cover the second heat exchange surface 14A. In other words, the lattice wick 30A is arranged to fill the space inside the second mold 52. In the first application example, the first wall wick 21A, the second wall wick 22A, and the lattice wick 30A are formed by arranging multiple columnar members 31 in a three-dimensional lattice pattern using the same material by a three-dimensional additive manufacturing method.

(作用効果)
上記構成の金型50では、熱交換デバイス1Aを使用することで、複雑な形状のヒートシンクのような機能を第二金型52の内部に持たせることができる。その結果、溶解された材料200を固化させる際に、第一熱交換面13Aで材料200(対象物P)と熱交換が行われる。この熱交換によって、材料200が均一かつ急速に冷却できる。
(effect)
In the mold 50 having the above configuration, by using the heat exchange device 1A, the second mold 52 can have a function like a heat sink having a complicated shape. As a result, when solidifying the melted material 200, heat exchange is performed with the material 200 (object P) on the first heat exchange surface 13A. This heat exchange allows the material 200 to cool uniformly and rapidly.

具体的には、第一熱交換面13Aでの熱交換により、第一壁面ウィック21A内の作動媒体4は、液相から気相に相変化し、格子状ウィック30Aの隙間を通って、第二壁面ウィック22Aに向かって移動する。第二壁面ウィック22Aに移動した作動媒体4は、第二熱交換面14Aで冷却管55内の冷却媒体5と熱交換し、気相から液相に相変化する。相変化した作動媒体4は、格子状ウィック30Aを通して成形空間53側の第一壁面ウィック21Aへと戻っていく。さらに、金型50を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。これにより、成形空間53内の材料200を、均一かつ急速に冷却することが可能となり、凝固した材料200の組織の安定化、焼き付き防止を図ることができる。また、材料200の冷却を効率良く行うことができるので、製品の生産効率を高めることができる。 Specifically, due to the heat exchange on the first heat exchange surface 13A, the working medium 4 in the first wall wick 21A undergoes a phase change from a liquid phase to a gas phase, passes through the gaps in the lattice wick 30A, and enters the first wall wick 21A. It moves toward the two-walled wick 22A. The working medium 4 that has moved to the second wall wick 22A exchanges heat with the cooling medium 5 in the cooling pipe 55 on the second heat exchange surface 14A, changing its phase from a gas phase to a liquid phase. The phase-changed working medium 4 returns to the first wall wick 21A on the molding space 53 side through the grid-like wick 30A. Furthermore, it becomes possible to cool the mold 50 with higher heat exchange efficiency. As a result, the material 200 in the molding space 53 can be cooled uniformly and rapidly, and the structure of the solidified material 200 can be stabilized and seizure can be prevented. Moreover, since the material 200 can be efficiently cooled, the production efficiency of products can be increased.

また、第二金型52の内部が中空とされずに、格子状ウィック30Aで埋められていることで、金型と必要な強度を確保することができる。 In addition, the inside of the second mold 52 is not hollow, but is filled with the lattice wick 30A, ensuring the necessary strength of the mold.

[第二適用例]
図7に示すように、熱交換デバイス1Aは、反射ミラー60に適用されている。反射ミラー60は、例えば、レーザー加工機等、レーザー光300を用いる光学機器に備えられている。反射ミラー60は、レーザー光300を反射可能とされている。反射ミラー60は、ミラー部61と、本体部62と、熱交換デバイス1Aと、を備えている。ミラー部61は、レーザー光300が照射される。本体部62は、ミラー部61を支持している。本体部62は、ミラー部61の裏側に固定されている。
[Second application example]
As shown in FIG. 7, the heat exchange device 1A is applied to a reflective mirror 60. The reflective mirror 60 is included in an optical device that uses the laser beam 300, such as a laser processing machine, for example. The reflecting mirror 60 is capable of reflecting the laser beam 300. The reflective mirror 60 includes a mirror section 61, a main body section 62, and a heat exchange device 1A. The mirror portion 61 is irradiated with laser light 300 . The main body part 62 supports the mirror part 61. The main body part 62 is fixed to the back side of the mirror part 61.

熱交換デバイス1Aは、本体部62の内部に配置されている。熱交換デバイス1Aの第一熱交換面13Aは、ミラー部61の裏側に配置されている。第一熱交換面13Aは、ミラー部61との間で熱交換可能とされている。本体部62には、冷却媒体5が供給される冷却管65が埋設されている。第二熱交換面14Aは、冷却管65を覆うように配置されている。第二熱交換面14Aは、冷却管65内を流れる冷却媒体5との間で熱交換可能とされている。格子状ウィック30Aは、第一熱交換面13Aを覆うように配置された第一壁面ウィック21Aと、第二熱交換面14Aを覆うように配置された第二壁面ウィック22Aとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック30Aは、本体部62の内部の空間を埋めるように配置されている。また、第二適用例では、第一壁面ウィック21Aと、第二壁面ウィック22Aと、格子状ウィック30Aとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されることで形成されている。 The heat exchange device 1A is arranged inside the main body part 62. The first heat exchange surface 13A of the heat exchange device 1A is arranged on the back side of the mirror section 61. The first heat exchange surface 13A is capable of exchanging heat with the mirror portion 61. A cooling pipe 65 to which the cooling medium 5 is supplied is embedded in the main body 62 . The second heat exchange surface 14A is arranged to cover the cooling pipe 65. The second heat exchange surface 14A is capable of exchanging heat with the cooling medium 5 flowing within the cooling pipe 65. The lattice wick 30A is arranged across a first wall wick 21A arranged to cover the first heat exchange surface 13A and a second wall wick 22A arranged to cover the second heat exchange surface 14A. . That is, the grid-like wick 30A is arranged so as to fill the space inside the main body part 62. In the second application example, the first wall wick 21A, the second wall wick 22A, and the lattice wick 30A are made of the same material by three-dimensional additive manufacturing, and the plurality of columnar members 31 are formed into a three-dimensional lattice. It is formed by arranging it in a shape.

(作用効果)
上記構成の反射ミラー60では、複雑な形状のヒートシンクのような機能を本体部62の内部に持たせることができる。その結果、レーザー光300が照射されることによって、加熱されたミラー部61(対象物P)と第一熱交換面13Aとで熱交換が行われる。これにより、ミラー部61を均一かつ急速に冷却できる。レーザー光300が照射されるミラー部61では、局所的な過熱により熱変形が生じるおそれがある。ミラー部61に熱変形が生じると、レーザー焦点がずれてしまい、レーザー光300を用いる光学機器としての精度が大きく劣化してしまう。ところが、熱交換デバイス1Aを使用することで、ミラー部61を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。これにより、レーザー光300による入熱によって、ミラー部61の熱変形することを抑えることができる。
(Action and Effect)
In the reflection mirror 60 having the above configuration, a function like a complex-shaped heat sink can be provided inside the main body 62. As a result, heat exchange occurs between the heated mirror 61 (object P) and the first heat exchange surface 13A by irradiation with the laser light 300. This allows the mirror 61 to be cooled uniformly and quickly. There is a risk of thermal deformation occurring due to local overheating in the mirror 61 irradiated with the laser light 300. If thermal deformation occurs in the mirror 61, the laser focus will shift, and the accuracy of the optical device using the laser light 300 will be greatly deteriorated. However, by using the heat exchange device 1A, it is possible to cool the mirror 61 with higher heat exchange efficiency. This makes it possible to suppress thermal deformation of the mirror 61 due to heat input from the laser light 300.

また、反射ミラー60を冷却する構造として、本体部62の内部に冷却流路を形成してミラー部61の裏側に高圧の冷却水を噴射して冷却する構造が知られている。このような冷却水を使用する構造と比較した場合、熱交換デバイス1Aを使用した構造では、冷却水によるミラー部61の変形が生じない。そのため、反射ミラー60の寿命を向上させることができる。 Further, as a structure for cooling the reflecting mirror 60, a structure is known in which a cooling flow path is formed inside the main body part 62 and high-pressure cooling water is injected to the back side of the mirror part 61 to cool it. When compared with such a structure that uses cooling water, in the structure that uses the heat exchange device 1A, the mirror portion 61 is not deformed by the cooling water. Therefore, the life of the reflecting mirror 60 can be improved.

[第三適用例]
図8に示すように、熱交換デバイス1Aは、気液熱交換器70に適用されている。気液熱交換器70は、第一管71と、第二管72と、熱交換デバイス1Aと、を備えている。第一管71は、気体が流通する。第二管72は、第一管71から離れた位置に配置されている。第二管72は、液体が流通する。気液熱交換器70は、第一管71と第二管72との間で熱交換を行う。
[Third application example]
As shown in FIG. 8, the heat exchange device 1A is applied to a gas-liquid heat exchanger 70. The gas-liquid heat exchanger 70 includes a first pipe 71, a second pipe 72, and a heat exchange device 1A. Gas flows through the first pipe 71. The second pipe 72 is located at a position apart from the first pipe 71. A liquid flows through the second pipe 72 . The gas-liquid heat exchanger 70 exchanges heat between a first pipe 71 and a second pipe 72.

熱交換デバイス1Aは、第一管71と第二管72との間に配置されている。第一熱交換面13Aは、第一管71を覆っている。第二熱交換面14Aは、第二管72を覆っている。第一熱交換面13Aは、第一管71内の気体と熱交換可能とされている。第二熱交換面14Aは、第二管72内の液体と熱交換可能とされている。格子状ウィック30Aは、第一管71を覆うように配置された第一壁面ウィック21Aと、第二管72を覆うように配置された第二壁面ウィック22Aとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック30Aは、第一管71と第二管72との間の空間を埋めるように配置されている。また、第三適用例では、第一壁面ウィック21Aと、第二壁面ウィック22Aと、格子状ウィック30Aとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されることで形成されている。 The heat exchange device 1A is arranged between the first tube 71 and the second tube 72. The first heat exchange surface 13A covers the first tube 71. The second heat exchange surface 14A covers the second tube 72. The first heat exchange surface 13A is capable of exchanging heat with the gas within the first pipe 71. The second heat exchange surface 14A is capable of exchanging heat with the liquid within the second pipe 72. The lattice wick 30A is arranged across a first wall wick 21A arranged to cover the first pipe 71 and a second wall wick 22A arranged so as to cover the second pipe 72. That is, the grid-like wick 30A is arranged so as to fill the space between the first pipe 71 and the second pipe 72. Further, in the third application example, the first wall wick 21A, the second wall wick 22A, and the lattice wick 30A are made of the same material by three-dimensional additive manufacturing, and the plurality of columnar members 31 are formed into a three-dimensional lattice. It is formed by arranging it in a shape.

(作用効果)
上記構成の気液熱交換器70では、熱交換デバイス1Aを使用することで、第一管71と第二管72との間に、複雑な形状のヒートシンクのような機能を持たせることができる。その結果、格子状ウィック30Aを介して、第一管71内の気体と第二管72内の液体との熱交換がなされる。したがって、気液熱交換器70でより高い熱交換効率で熱交換を行うことが可能となる。
(effect)
In the gas-liquid heat exchanger 70 having the above configuration, by using the heat exchange device 1A, a complex-shaped heat sink-like function can be provided between the first pipe 71 and the second pipe 72. . As a result, heat exchange occurs between the gas in the first tube 71 and the liquid in the second tube 72 via the grid-like wick 30A. Therefore, it becomes possible to perform heat exchange with higher heat exchange efficiency in the gas-liquid heat exchanger 70.

また、第一管71と第二管72との間が格子状ウィック30Aで埋められることで、第一管71や第二管72の強度を向上させることができる。一般的に、気体が流通する第一管71では、液体が流通する第二管72と比べて、熱伝達率が小さくなる傾向があり、第一管71を大きくして伝熱面積を確保する必要がある。ところが、気液熱交換器70で使用される気体は高圧な場合が多い。その結果、シェルアンドチューブ型の気液熱交換器とした場合には、第一管71の周りにフィンを形成して伝熱面積を確保しようとすると、圧力容器を用意する必要が出てきてしまう。また、プレートフィン型の気液熱交換器とした場合には、高圧に耐えうる構造とするために、機器サイズが大型化する可能性がある。しかしながら、格子状ウィック30Aによって、第一管71と第二管72との強度を向上させることで、第一管71及び第二管72の伝熱面積比を自由に変更しつつも、全体としてのサイズを抑えて、耐圧性を確保することができる。 Further, by filling the gap between the first tube 71 and the second tube 72 with the grid-like wick 30A, the strength of the first tube 71 and the second tube 72 can be improved. Generally, in the first pipe 71 through which gas flows, the heat transfer coefficient tends to be lower than that in the second pipe 72 through which liquid flows, so the first pipe 71 is enlarged to ensure a heat transfer area. There is a need. However, the gas used in the gas-liquid heat exchanger 70 is often at high pressure. As a result, in the case of a shell-and-tube type gas-liquid heat exchanger, if fins are formed around the first tube 71 to secure a heat transfer area, it becomes necessary to prepare a pressure vessel. Put it away. Furthermore, in the case of a plate-fin type gas-liquid heat exchanger, the size of the device may increase because it has a structure that can withstand high pressure. However, by improving the strength of the first tube 71 and the second tube 72 using the lattice wick 30A, the heat transfer area ratio of the first tube 71 and the second tube 72 can be freely changed, but the overall It is possible to suppress the size and ensure pressure resistance.

また、格子状ウィック30Aで第一管71及び第二管72が覆われていることで、第一管71や第二管72が破損しても、気体や流体が気液熱交換器70の外に漏洩してしまったり、互いに接触してしまったりすることを抑えることができる。 In addition, since the first pipe 71 and the second pipe 72 are covered with the grid-like wick 30A, even if the first pipe 71 or the second pipe 72 is damaged, gas or fluid will not flow into the gas-liquid heat exchanger 70. It is possible to prevent them from leaking outside or coming into contact with each other.

なお、図9に示すように、第一管71と第二管72とは、互いに平行に配置する構造であることに限られない。例えば、第一管71の周囲に、第一管71に対して螺旋状に巻き付くように第二管72を配置してもよい。この場合、格子状ウィック30Aは、第一管71及び第二管72の全体を覆うように配置されることで、第一管71と第二管72との間に配置される。 Note that, as shown in FIG. 9, the first pipe 71 and the second pipe 72 are not limited to being arranged parallel to each other. For example, the second tube 72 may be arranged around the first tube 71 so as to spirally wrap around the first tube 71. In this case, the grid-like wick 30A is arranged between the first pipe 71 and the second pipe 72 by being arranged so as to cover the entire first pipe 71 and the second pipe 72.

[第四適用例]
図10に示すように、熱交換デバイス1Aは、フィン付伝熱管80に適用されている。フィン付伝熱管80は、伝熱管本体81と、フィン82と、熱交換デバイス1Aと、を備えている。伝熱管本体81は、内部に流体が流通する。フィン82は、伝熱管本体81の外周面から径方向外側に延びている。
[Fourth application example]
As shown in FIG. 10, the heat exchange device 1A is applied to a finned heat exchanger tube 80. The finned heat exchanger tube 80 includes a heat exchanger tube main body 81, fins 82, and a heat exchange device 1A. A fluid flows inside the heat exchanger tube main body 81 . The fins 82 extend radially outward from the outer peripheral surface of the heat exchanger tube main body 81.

熱交換デバイス1Aは、フィン82に配置されている。フィン82は、中空構造とされている。フィン82の内部には熱交換デバイス1Aが配置されている。第一熱交換面13Aは、フィン82の外周端側に形成されている。第二熱交換面14Aは、フィン82において伝熱管本体81に近い位置に配置されている。第一熱交換面13Aは、フィン82の外部の流体と熱交換可能とされている。第二熱交換面14Aは、伝熱管本体81の内部の流体と熱交換可能とされている。格子状ウィック30Aは、第一熱交換面13Aを覆うように配置された第一壁面ウィック21Aと、第二熱交換面14Aを覆うように配置された第二壁面ウィック22Aとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック30Aは、中空構造のフィン82の内部を埋めるように配置されている。また、第四適用例では、第一壁面ウィック21Aと、第二壁面ウィック22Aと、格子状ウィック30Aとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されることで形成されている。 The heat exchange device 1A is arranged on the fin 82. The fins 82 have a hollow structure. A heat exchange device 1A is arranged inside the fin 82. The first heat exchange surface 13A is formed on the outer peripheral end side of the fin 82. The second heat exchange surface 14A is arranged in the fin 82 at a position close to the heat exchanger tube main body 81. The first heat exchange surface 13A is capable of exchanging heat with the fluid outside the fins 82. The second heat exchange surface 14A is capable of exchanging heat with the fluid inside the heat exchanger tube body 81. The lattice wick 30A is arranged across a first wall wick 21A arranged to cover the first heat exchange surface 13A and a second wall wick 22A arranged to cover the second heat exchange surface 14A. . That is, the grid-like wick 30A is arranged so as to fill the inside of the fin 82 having a hollow structure. In addition, in the fourth application example, the first wall wick 21A, the second wall wick 22A, and the lattice wick 30A are made of the same material by three-dimensional additive manufacturing, and the plurality of columnar members 31 are formed into a three-dimensional lattice. It is formed by arranging it in a shape.

(作用効果)
上記構成のフィン付伝熱管80では、熱交換デバイス1Aを使用することで、複雑な形状のヒートシンクのような機能をフィン82の内部に持たせることができる。その結果、格子状ウィック30Aを介して、フィン82と伝熱管本体81との間で熱交換がなされる。したがって、フィン付伝熱管80でより高い熱交換効率で熱交換することが可能となる。
(Action and Effect)
In the finned heat transfer tube 80 configured as described above, by using the heat exchange device 1A, it is possible to provide the inside of the fins 82 with a function similar to a complexly shaped heat sink. As a result, heat is exchanged between the fins 82 and the heat transfer tube body 81 via the lattice-shaped wick 30A. Therefore, the finned heat transfer tube 80 can exchange heat with higher heat exchange efficiency.

また、フィン付伝熱管80では、伝熱管本体81から離れてフィン82の先端に近づくほど、伝熱管本体81の内部の流体との温度差が拡大し、フィン82による伝熱面積の増大効果が薄れてしまう。しかしながら、フィン82の内部に格子状ウィック30Aが配置されていることで、フィン82が全体として均温化される。その結果、フィン82の先端と基端との温度差が低減され、効率を向上させることができる。さらに、格子状ウィック30Aで埋まっていることで、フィン82の強度が向上する。その結果、フィン82の高さの増加が可能となり、伝熱面積を更に増加させることができる。 In addition, in the finned heat transfer tube 80, the further away from the heat transfer tube body 81 and closer to the tip of the fin 82, the greater the temperature difference with the fluid inside the heat transfer tube body 81, and the less effective the fin 82 is in increasing the heat transfer area. However, by disposing the lattice wick 30A inside the fin 82, the temperature of the fin 82 as a whole is made uniform. As a result, the temperature difference between the tip and base of the fin 82 is reduced, and efficiency can be improved. Furthermore, by being filled with the lattice wick 30A, the strength of the fin 82 is improved. As a result, the height of the fin 82 can be increased, and the heat transfer area can be further increased.

[第五適用例]
図11に示すように、熱交換デバイス1Aは、ノズル90に適用されている。ノズル90は、例えば、ガソリン、ディーゼル油等の燃料や、バーナーガス等の高温の流体を噴射する。ノズル90は、ノズル部91と、ノズル本体部92と、熱交換デバイス1Aと、を備えている。ノズル部91は、高温の流体が内部を流通する。ノズル部91は、先端のノズルチップ93から、流体を噴出する。ノズル本体部92は、ノズル部91の基端部に接続されている。ノズル本体部92の内部には、冷却媒体5が流通する冷却管95が配置されている。
[Fifth application example]
As shown in FIG. 11, the heat exchange device 1A is applied to a nozzle 90. The nozzle 90 injects, for example, fuel such as gasoline or diesel oil, or high-temperature fluid such as burner gas. The nozzle 90 includes a nozzle section 91, a nozzle main body section 92, and a heat exchange device 1A. A high temperature fluid flows through the nozzle portion 91 . The nozzle portion 91 spouts fluid from a nozzle tip 93 at the tip. The nozzle body portion 92 is connected to the base end portion of the nozzle portion 91 . A cooling pipe 95 through which the cooling medium 5 flows is arranged inside the nozzle body 92 .

熱交換デバイス1Aの第一熱交換面13Aは、ノズル部91の先端のノズルチップ93の内部に形成されている。第一熱交換面13Aは、ノズルチップ93から噴出される高温の流体と熱交換可能とされている。第二熱交換面14Aは、冷却管95を覆っている。第二熱交換面14Aは、冷却管95内の冷却媒体5と熱交換可能とされている。格子状ウィック30Aは、第一熱交換面13Aを覆うように配置された第一壁面ウィック21Aと、第二熱交換面14Aを覆うように配置された第二壁面ウィック22Aとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック30Aは、ノズル部91の内部の空間を埋めるように配置されている。また、第五適用例では、第一壁面ウィック21Aと、第二壁面ウィック22Aと、格子状ウィック30Aとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されることで形成されている。 The first heat exchange surface 13A of the heat exchange device 1A is formed inside the nozzle tip 93 at the tip of the nozzle portion 91. The first heat exchange surface 13A is capable of exchanging heat with the high temperature fluid ejected from the nozzle tip 93. The second heat exchange surface 14A covers the cooling pipe 95. The second heat exchange surface 14A is capable of exchanging heat with the cooling medium 5 in the cooling pipe 95. The lattice wick 30A is arranged across a first wall wick 21A arranged to cover the first heat exchange surface 13A and a second wall wick 22A arranged to cover the second heat exchange surface 14A. . That is, the grid-like wick 30A is arranged so as to fill the space inside the nozzle part 91. In addition, in the fifth application example, the first wall wick 21A, the second wall wick 22A, and the lattice wick 30A are made of the same material by three-dimensional additive manufacturing, and the plurality of columnar members 31 are formed into a three-dimensional lattice. It is formed by arranging it in a shape.

(作用効果)
上記構成のノズル90では、複雑な形状のヒートシンクのような機能をノズル部91の内部に持たせることができる。その結果、格子状ウィック30Aを介して、ノズルチップ93と冷却管95内の冷却媒体5との熱交換がなされる。したがって、ノズル90を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。
(effect)
In the nozzle 90 having the above configuration, the inside of the nozzle portion 91 can have a function like a heat sink having a complicated shape. As a result, heat is exchanged between the nozzle tip 93 and the cooling medium 5 in the cooling pipe 95 via the grid-like wick 30A. Therefore, it becomes possible to cool the nozzle 90 with higher heat exchange efficiency.

一般的に、ノズル90では、噴射する流体の温度が高温であればあるほど、ノズルチップ93の熱変形による噴射性能の悪化を防ぐことが重要となる。しかしながら、第五適用例の構造では、格子状ウィック30Aによって、ノズル部91の内部に、複雑な冷却流路を形成することなく、ノズル90を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。また、冷却管95内の冷却媒体5をノズル90で噴射する流体にすることで、ノズル90を冷却しながら、噴射させる流体を予熱することも可能となる。 In general, the higher the temperature of the fluid being sprayed from the nozzle 90, the more important it is to prevent deterioration of spray performance due to thermal deformation of the nozzle tip 93. However, in the structure of the fifth application example, the lattice wick 30A makes it possible to cool the nozzle 90 with higher heat exchange efficiency without forming a complex cooling flow path inside the nozzle part 91. In addition, by making the cooling medium 5 in the cooling pipe 95 the fluid sprayed by the nozzle 90, it is also possible to preheat the fluid to be sprayed while cooling the nozzle 90.

[第六適用例]
図12に示すように、熱交換デバイス1Aは、タービン翼100に適用されている。タービン翼100は、例えば、ガスタービンや蒸気タービンに配置されている。タービン翼100は、翼体101と、冷却管105と、熱交換デバイス1Aと、を備えている。翼体101は、燃焼ガスや蒸気等の高温の流体に接触する翼面102を有している。冷却管105は、翼体101の内部の基端部付近に配置されている。冷却管105は、冷却媒体5が流通する。
[Sixth application example]
As shown in FIG. 12, the heat exchange device 1A is applied to a turbine blade 100. The turbine blade 100 is arranged in, for example, a gas turbine or a steam turbine. The turbine blade 100 includes a blade body 101, a cooling pipe 105, and a heat exchange device 1A. The blade body 101 has a blade surface 102 that comes into contact with a high-temperature fluid such as combustion gas or steam. The cooling pipe 105 is arranged near the base end inside the wing body 101 . The cooling medium 5 flows through the cooling pipe 105 .

熱交換デバイス1Aの第一熱交換面13Aは、翼面102と平行になるように翼体101の内部に形成されている。第一熱交換面13Aは、翼面102に接触する高温の流体と熱交換可能とされている。第二熱交換面14Aは、冷却管105を覆っている。第二熱交換面14Aは、冷却管105内の冷却媒体5と熱交換可能とされている。格子状ウィック30Aは、第一熱交換面13Aを覆うように配置された第一壁面ウィック21Aと、第二熱交換面14Aを覆うように配置された第二壁面ウィック22Aとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック30Aは、翼体101の内部を埋めるように配置されている。また、第六適用例では、第一壁面ウィック21Aと、第二壁面ウィック22Aと、格子状ウィック30Aとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されることで形成されている。 The first heat exchange surface 13A of the heat exchange device 1A is formed inside the blade body 101 so as to be parallel to the blade surface 102. The first heat exchange surface 13A is capable of exchanging heat with the high temperature fluid that contacts the blade surface 102. The second heat exchange surface 14A covers the cooling pipe 105. The second heat exchange surface 14A is capable of exchanging heat with the cooling medium 5 in the cooling pipe 105. The lattice wick 30A is arranged across a first wall wick 21A arranged to cover the first heat exchange surface 13A and a second wall wick 22A arranged to cover the second heat exchange surface 14A. . That is, the grid-like wick 30A is arranged so as to fill the inside of the wing body 101. In addition, in the sixth application example, the first wall wick 21A, the second wall wick 22A, and the lattice wick 30A are made of the same material by three-dimensional additive manufacturing, and the plurality of columnar members 31 are formed into a three-dimensional lattice. It is formed by arranging it in a shape.

(作用効果)
上記構成のタービン翼100では、熱交換デバイス1Aを使用することで、翼体101の内部に、複雑な形状のヒートシンクのような機能を持たせることができる。その結果、格子状ウィック30Aを介して、翼面102と冷却管105内の冷却媒体5との熱交換がなされる。したがって、タービン翼100において、翼体101をより高い熱交換効率で冷却することが可能となる。
(effect)
In the turbine blade 100 having the above configuration, by using the heat exchange device 1A, the inside of the blade body 101 can have a function similar to a complex-shaped heat sink. As a result, heat is exchanged between the blade surface 102 and the cooling medium 5 in the cooling pipe 105 via the grid-like wick 30A. Therefore, in the turbine blade 100, it becomes possible to cool the blade body 101 with higher heat exchange efficiency.

また、タービン翼100自体も三次元積層造形法で形成することで、翼体101と、熱交換デバイス1Aとを同時に一体的に形成することができる。さらに、冷却管105は、翼体101の内部の基端部付近に配置されていることで、タービン翼100が動翼の場合には、遠心力によって、冷却管105付近で凝縮した作動媒体4が翼体101の先端に向かって送られる。その結果、格子状ウィック30A自体の熱輸送限界を超えて、多く液相の作動媒体4を翼体101の先端に送ることができる。これにより、翼体101をより一層高い熱交換効率で冷却することが可能となる。 Further, by forming the turbine blade 100 itself using a three-dimensional additive manufacturing method, the blade body 101 and the heat exchange device 1A can be integrally formed at the same time. Furthermore, since the cooling pipe 105 is disposed near the base end inside the blade body 101, when the turbine blade 100 is a rotor blade, the working medium 4 condensed near the cooling pipe 105 due to centrifugal force. is sent toward the tip of the wing body 101. As a result, a large amount of the liquid phase working medium 4 can be sent to the tip of the blade body 101, exceeding the heat transport limit of the lattice wick 30A itself. This makes it possible to cool the blade body 101 with even higher heat exchange efficiency.

(その他の実施形態)
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
(Other embodiments)
Although the embodiment of the present disclosure has been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes within the scope of the gist of the present disclosure. .

<付記>
各実施形態に記載の熱交換デバイス1A~1D、及びそれを備えた金型50、反射ミラー60、気液熱交換器70、フィン付伝熱管80、ノズル90、タービン翼100は、例えば以下のように把握される。
<Additional notes>
The heat exchange devices 1A to 1D described in each embodiment, the mold 50 equipped with the same, the reflective mirror 60, the gas-liquid heat exchanger 70, the finned heat exchanger tube 80, the nozzle 90, and the turbine blade 100 are, for example, as follows. It is understood as follows.

(1)第1の態様に係る熱交換デバイス1A~1Dは、相変化する作動媒体4が封入されているとともに、内側に外部と熱交換可能な第一熱交換面13A、13B及び第二熱交換面14A、14Bが形成されたデバイス本体10Aと、多孔質体から構成され、前記第一熱交換面13A、13Bの内側を覆うように配置された第一壁面ウィック21A、21Bと、多孔質体から構成され、前記第二熱交換面14A、14Bの内側を覆うように配置された第二壁面ウィック22A、22Bと、前記第一壁面ウィック21A、21Bと前記第二壁面ウィック22A、22Bとにわたって配置され、多孔質体から構成された複数の柱状部材31が三次元格子状に配置されて形成された格子状ウィック30Aと、を備える。 (1) The heat exchange devices 1A to 1D according to the first aspect have first heat exchange surfaces 13A, 13B inside which can exchange heat with the outside, and second heat exchange surfaces 13A and 13B that are capable of exchanging heat with the outside. A device main body 10A on which exchange surfaces 14A and 14B are formed, first wall wicks 21A and 21B made of a porous body and arranged to cover the insides of the first heat exchange surfaces 13A and 13B, and a porous second wall wicks 22A, 22B which are composed of a body and arranged to cover the insides of the second heat exchange surfaces 14A, 14B; the first wall wicks 21A, 21B; and the second wall wicks 22A, 22B. A lattice-like wick 30A is provided, which is formed by arranging a plurality of columnar members 31 made of a porous material in a three-dimensional lattice shape.

対象物Pの例としては、各種の気体、液体、あるいは各種の機器、装置等を構成する部材が挙げられる。 Examples of the object P include various gases, liquids, and members constituting various devices, devices, and the like.

この熱交換デバイス1A~1Dは、格子状ウィック30Aが、多孔質体から構成された複数の柱状部材31を三次元格子状に配置して形成されている。そのため、複数の柱状部材31同士の間(格子間)に、気相の作動媒体4が通過可能な隙間32(図2参照)が形成される。このため、気相の作動媒体4は、格子状ウィック30Aの格子間に形成された隙間32を通って、速やかに第二壁面ウィック22Aへと流れていく。これにより、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとの間での気相の作動媒体4の移動量(流量)を確保することができる。また、多孔質体によって形成された格子状ウィック30Aによって、毛細管現象を利用して、第二壁面ウィック22Aと第一壁面ウィック21Aとの間での液相の作動媒体4の移動量(流量)を確保することができる。その結果、熱交換デバイス1Aにおける熱交換効率を高めることが可能となる。 In each of the heat exchange devices 1A to 1D, a lattice wick 30A is formed by arranging a plurality of columnar members 31 made of a porous material in a three-dimensional lattice shape. Therefore, gaps 32 (see FIG. 2) through which the gas-phase working medium 4 can pass are formed between the plurality of columnar members 31 (interstitial spaces). Therefore, the gas phase working medium 4 quickly flows to the second wall wick 22A through the gaps 32 formed between the lattices of the lattice-like wick 30A. Thereby, the amount of movement (flow rate) of the gas phase working medium 4 between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A can be secured. In addition, the amount of movement (flow rate) of the liquid phase working medium 4 between the second wall wick 22A and the first wall wick 21A is achieved by utilizing capillary phenomenon by the lattice-like wick 30A formed of a porous material. can be ensured. As a result, it becomes possible to increase the heat exchange efficiency in the heat exchange device 1A.

(2)第2の態様に係る熱交換デバイス1Aは、(1)の熱交換デバイス1Aであって、前記格子状ウィック30Aは、前記第一壁面ウィック21Aと前記第二壁面ウィック22Aとの間に画成された空間の全体を埋めるように配置されている。 (2) A heat exchange device 1A according to a second aspect is the heat exchange device 1A of (1), in which the lattice wick 30A is between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A. They are arranged so as to fill the entire space defined by.

これにより、第一壁面ウィック21Aと第二壁面ウィック22Aとの間で、気相や液相となった作動媒体4が、より効率良く移動する。そのため、第一壁面ウィック21A及び第二壁面ウィック22Aの任意の位置で低温また高温となった場合に、その位置に対して気相や液相の作動媒体4が速やかに行き渡って、熱交換が行われる。つまり、熱交換が速やかに行われ、デバイス本体10Aにおける低温また高温となった位置を速やかに加熱又は冷却することができる。 Thereby, the working medium 4 in the gas phase or liquid phase moves more efficiently between the first wall wick 21A and the second wall wick 22A. Therefore, when the temperature becomes low or high at any position of the first wall wick 21A and the second wall wick 22A, the working medium 4 in the gas phase or liquid phase quickly spreads to that position, and heat exchange is performed. It will be done. In other words, heat exchange is quickly performed, and a location in the device main body 10A that has become low or high temperature can be quickly heated or cooled.

(3)第3の態様に係る熱交換デバイス1B~1Dは、(1)又は(2)の熱交換デバイス1B~1Dであって、前記格子状ウィック30Bは、前記デバイス本体10B内で前記第一壁面ウィック21Bが配置されている第一領域A1と、前記デバイス本体10B内で前記第二壁面ウィック22Bが配置されている第二領域A2とを結ぶように延びる第一格子状ウィック33と、前記第一壁面ウィック21B又は前記第二壁面ウィック22Bと前記第一格子状ウィック33とを接続し、前記第一格子状ウィック33よりも断面積が小さい第二格子状ウィック34と、をさらに備える。 (3) The heat exchange devices 1B to 1D according to the third aspect are the heat exchange devices 1B to 1D according to (1) or (2), in which the lattice-like wick 30B is located inside the device main body 10B. a first lattice-like wick 33 extending to connect a first region A1 where one wall wick 21B is arranged and a second region A2 where the second wall wick 22B is arranged within the device main body 10B; Further comprising a second lattice wick 34 connecting the first wall wick 21B or the second wall wick 22B and the first lattice wick 33 and having a smaller cross-sectional area than the first lattice wick 33. .

これにより、第一格子状ウィック33を通して第二壁面ウィック22Bと第一壁面ウィック21Bとの間で移動する液相の作動媒体4の量(流量)を増大させることができる。これにより、第一壁面ウィック21B又は第二壁面ウィック22Bに供給する作動媒体4が枯渇することを抑えることができる。さらに、第一領域A1や第二領域A2は第一格子状ウィック33で埋められることなく、第二格子状ウィック34が形成されることとなる。そのため、第一領域A1や第二領域A2には、第二格子状ウィック34の周りに空間が形成される。この空間によって、蒸気4Sの流れを確保することができる。これにより、第一格子状ウィック33と第一壁面ウィック21Bや第二壁面ウィック22Bとの間の気相の作動媒体4の速やかな流れを確保することができる。 Thereby, the amount (flow rate) of the liquid phase working medium 4 that moves between the second wall wick 22B and the first wall wick 21B through the first lattice wick 33 can be increased. Thereby, it is possible to prevent the working medium 4 supplied to the first wall wick 21B or the second wall wick 22B from being depleted. Furthermore, the first area A1 and the second area A2 are not filled with the first lattice wick 33, and the second lattice wick 34 is formed. Therefore, a space is formed around the second lattice-shaped wick 34 in the first area A1 and the second area A2. This space allows the flow of the steam 4S to be ensured. Thereby, a rapid flow of the gas phase working medium 4 between the first lattice wick 33 and the first wall wick 21B and the second wall wick 22B can be ensured.

(4)第4の態様に係る熱交換デバイス1C、1Dは、(3)の熱交換デバイス1C、1Dであって、前記格子状ウィック30C、30Dは、前記第一領域A1又は前記第二領域A2で前記第二格子状ウィック34に接続され、前記第二格子状ウィック34よりも断面積が大きいバッファウィック35、36をさらに備える。 (4) The heat exchange devices 1C, 1D according to the fourth aspect are the heat exchange devices 1C, 1D according to (3), in which the lattice-like wicks 30C, 30D are arranged in the first area A1 or the second area. It further includes buffer wicks 35 and 36 connected to the second lattice-like wick 34 at A2 and having a larger cross-sectional area than the second lattice-like wick 34.

これにより、バッファウィック35によって、第二格子状ウィック34を通して第一壁面ウィック21Bや第二壁面ウィック22Bに供給される作動媒体4の量を増大させることができる。その結果、第一壁面ウィック21Bに供給する作動媒体4が枯渇することを、より有効に抑えることができる。 Thereby, the amount of the working medium 4 supplied by the buffer wick 35 to the first wall wick 21B and the second wall wick 22B through the second lattice wick 34 can be increased. As a result, depletion of the working medium 4 supplied to the first wall wick 21B can be more effectively suppressed.

(5)第5の態様に係る金型50は、第一金型51と、前記第一金型51との間に溶解された材料200が充填される成形空間53を形成する第二金型52と、前記第一金型51及び前記第二金型52の少なくとも一方に配置されて、前記第一熱交換面13A、13Bによって前記成形空間53内の前記材料200と熱交換可能とされた(1)から(4)の何れか一つの熱交換デバイス1A~1Dと、を備える。 (5) The mold 50 according to the fifth aspect includes a first mold 51, a second mold 52 that forms a molding space 53 between the first mold 51 and the second mold 52 into which a molten material 200 is filled, and a heat exchange device 1A-1D of any one of (1) to (4) that is arranged on at least one of the first mold 51 and the second mold 52 and is capable of exchanging heat with the material 200 in the molding space 53 by the first heat exchange surfaces 13A and 13B.

これにより、熱交換デバイス1A~1Dによって、溶解された材料200を固化させる際に、第一熱交換面13Aで材料200と熱交換が行われる。この熱交換によって、材料200が均一かつ急速に冷却できる。したがって、金型50を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。 Thereby, when the melted material 200 is solidified by the heat exchange devices 1A to 1D, heat exchange is performed with the material 200 on the first heat exchange surface 13A. This heat exchange allows the material 200 to cool uniformly and rapidly. Therefore, it becomes possible to cool the mold 50 with higher heat exchange efficiency.

(6)第6の態様に係る反射ミラー60は、レーザー光300を反射可能な反射ミラー60であって、前記レーザー光300が照射されるミラー部61と、前記ミラー部61を支持する本体部62と、前記本体部62の内部に配置され、前記第一熱交換面13A、13Bによって前記ミラー部61と熱交換可能とされた(1)から(4)の何れか一つの熱交換デバイス1A~1Dと、を備える。 (6) The reflective mirror 60 according to the sixth aspect is a reflective mirror 60 that can reflect the laser beam 300, and includes a mirror portion 61 to which the laser beam 300 is irradiated, and a main body portion that supports the mirror portion 61. 62, and a heat exchange device 1A according to any one of (1) to (4), which is arranged inside the main body part 62 and is capable of exchanging heat with the mirror part 61 by the first heat exchange surfaces 13A and 13B. ~1D.

これにより、熱交換デバイス1A~1Dによって、ミラー部61を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。これにより、レーザー光300による入熱によって、ミラー部61の熱変形することを抑えることができる。 This allows the heat exchange devices 1A to 1D to cool the mirror portion 61 with higher heat exchange efficiency. This makes it possible to prevent the mirror portion 61 from being thermally deformed by the heat input from the laser light 300.

(7)第7の態様に係る気液熱交換器70は、気体が流通する第一管71と、前記第一管71から離れた位置に配置され、液体が流通する第二管72と、前記第一管71と前記第二管72との間に配置され、前記第一熱交換面13A、13Bによって前記第一管71内の前記気体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面14A、14Bによって前記第二管72内の前記液体と熱交換可能とされた(1)から(4)の何れか一つの熱交換デバイス1A~1Dと、を備える。 (7) The gas-liquid heat exchanger 70 according to the seventh aspect includes a first pipe 71 through which gas flows, and a second pipe 72 which is disposed at a position away from the first pipe 71 and through which liquid flows. It is arranged between the first tube 71 and the second tube 72, and is capable of exchanging heat with the gas in the first tube 71 by the first heat exchange surfaces 13A and 13B, and the second heat exchange surface 14A and 14B, any one of the heat exchange devices 1A to 1D of (1) to (4) is provided, which is capable of exchanging heat with the liquid in the second pipe 72.

これにより、格子状ウィック30Aを介して、第一管71内の気体と第二管72内の液体との熱交換がなされる。したがって、気液熱交換器70でより高い熱交換効率で熱交換を行うことが可能となる。 Thereby, heat exchange is performed between the gas in the first tube 71 and the liquid in the second tube 72 via the grid-like wick 30A. Therefore, it becomes possible to perform heat exchange with higher heat exchange efficiency in the gas-liquid heat exchanger 70.

(8)第8の態様に係るフィン付伝熱管80は、内部に流体が流通する伝熱管本体81と、前記伝熱管本体81の外周面から延びるフィン82と、前記フィン82に配置され、前記第一熱交換面13A、13Bに対して前記第二熱交換面14A、14Bが前記伝熱管本体81に近い位置に配置され、前記第二熱交換面14A、14Bによって前記伝熱管本体81の内部の前記流体と熱交換可能とされた(1)から(4)の何れか一つの熱交換デバイス1A~1Dと、を備える。 (8) The finned heat transfer tube 80 according to the eighth aspect comprises a heat transfer tube body 81 through which a fluid flows, a fin 82 extending from the outer peripheral surface of the heat transfer tube body 81, and a heat exchange device 1A-1D of any one of (1) to (4) arranged on the fin 82, in which the second heat exchange surfaces 14A, 14B are arranged in a position closer to the heat transfer tube body 81 than the first heat exchange surfaces 13A, 13B, and the second heat exchange surfaces 14A, 14B are capable of exchanging heat with the fluid inside the heat transfer tube body 81.

これにより、格子状ウィック30Aを介して、フィン82と伝熱管本体81との間で熱交換がなされる。したがって、フィン付伝熱管80でより高い熱交換効率で熱交換することが可能となる。 Thereby, heat exchange is performed between the fins 82 and the heat exchanger tube body 81 via the lattice wick 30A. Therefore, it becomes possible to exchange heat with higher heat exchange efficiency using the finned heat exchanger tube 80.

(9)第9の態様に係るノズル90は、高温の流体が内部を流通するノズル部91と、前記ノズル部91と接続されて冷却媒体5が流通する冷却管95が内部に配置されたノズル本体部92と、前記第一熱交換面13A、13Bによって前記ノズル部91の内部を流通する前記流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面14A、14Bによって前記冷却管95の内部の前記冷却媒体5と熱交換可能とされた(1)から(4)の何れか一つの熱交換デバイス1A~1Dと、を備える。 (9) The nozzle 90 according to the ninth aspect includes a nozzle portion 91 through which a high-temperature fluid flows, and a cooling pipe 95 connected to the nozzle portion 91 through which the cooling medium 5 flows. The main body portion 92 and the first heat exchange surfaces 13A and 13B enable heat exchange with the fluid flowing inside the nozzle portion 91, and the second heat exchange surfaces 14A and 14B allow heat exchange with the fluid flowing inside the cooling pipe 95. It includes any one of the heat exchange devices 1A to 1D of (1) to (4) capable of exchanging heat with the cooling medium 5.

これにより、格子状ウィック30Aを介して、ノズルチップ93と冷却管95内の冷却媒体5との熱交換がなされる。したがって、ノズル90を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。 Thereby, heat exchange is performed between the nozzle tip 93 and the cooling medium 5 in the cooling pipe 95 via the grid-like wick 30A. Therefore, it becomes possible to cool the nozzle 90 with higher heat exchange efficiency.

(10)第10の態様に係るタービン翼100は、高温の流体に接触可能な翼面102を有する翼体101と、前記翼体101の内部に配置され、冷却媒体5が流通する冷却管105と、前記翼体101に配置され、前記第一熱交換面13A、13Bによって前記翼面102に接触する流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面14A、14Bによって前記冷却管105内の前記冷却媒体5と熱交換可能とされた(1)から(4)の何れか一つの熱交換デバイス1A~1Dと、を備える。 (10) The turbine blade 100 according to the tenth aspect includes a blade body 101 having a blade surface 102 that can come into contact with a high-temperature fluid, and a cooling pipe 105 disposed inside the blade body 101 and through which the cooling medium 5 flows. The first heat exchange surfaces 13A and 13B enable heat exchange with the fluid in contact with the blade surface 102, and the second heat exchange surfaces 14A and 14B allow heat exchange with the fluid in the cooling pipe 105. The heat exchange device 1A to 1D of any one of (1) to (4) is capable of exchanging heat with the cooling medium 5.

これにより、格子状ウィック30Aを介して、翼面102と冷却管105内の冷却媒体5との熱交換がなされる。したがって、タービン翼100において、翼体101をより高い熱交換効率で冷却することが可能となる。 Thereby, heat is exchanged between the blade surface 102 and the cooling medium 5 in the cooling pipe 105 via the grid-like wick 30A. Therefore, in the turbine blade 100, it becomes possible to cool the blade body 101 with higher heat exchange efficiency.

1A~1D…熱交換デバイス
4…作動媒体
4S…蒸気
5…冷却媒体
10A、10B…デバイス本体
S…内部空間
1s…第一端部
1t…第二端部
11…第一外装部
11t…凸部
12…第二外装部
12s…凹部
13A、13B…第一熱交換面
14A、14B…第二熱交換面
15、15B…冷却管
20A、20B…壁面ウィック
21A、21B…第一壁面ウィック
22A、22B…第二壁面ウィック
23…第三壁面ウィック
30A~30D…格子状ウィック
31…柱状部材
32…隙間
33…第一格子状ウィック
34…第二格子状ウィック
341…蒸発側第二格子状ウィック
342…凝縮側第二格子状ウィック
35、36…バッファウィック
361…第一バッファウィック
362…第二バッファウィック
50…金型
51…第一金型
52…第二金型
53…成形空間
55…冷却管
60…反射ミラー
61…ミラー部
62…本体部
65…冷却管
70…気液熱交換器
71…第一管
72…第二管
80…フィン付伝熱管
81…伝熱管本体
82…フィン
90…ノズル
91…ノズル部
92…ノズル本体部
93…ノズルチップ
95…冷却管
100…タービン翼
101…翼体
102…翼面
105…冷却管
200…材料
300…レーザー光
A1…第一領域
A2…第二領域
P…対象物
1A to 1D...Heat exchange device 4...Working medium 4S...Steam 5...Cooling medium 10A, 10B...Device body S...Internal space 1s...First end 1t...Second end 11...First exterior portion 11t...Convex portion 12...Second exterior portion 12s...Recesses 13A, 13B...First heat exchange surfaces 14A, 14B...Second heat exchange surfaces 15, 15B...Cooling pipes 20A, 20B...Wall wicks 21A, 21B...First wall wicks 22A, 22B ...Second wall wick 23...Third wall wick 30A to 30D...Lattice wick 31...Column member 32...Gap 33...First lattice wick 34...Second lattice wick 341...Evaporation side second lattice wick 342... Condensation side second lattice wick 35, 36...Buffer wick 361...First buffer wick 362...Second buffer wick 50...Mold 51...First mold 52...Second mold 53...Molding space 55...Cooling pipe 60 ... Reflection mirror 61 ... Mirror section 62 ... Main body section 65 ... Cooling tube 70 ... Gas-liquid heat exchanger 71 ... First tube 72 ... Second pipe 80 ... Fined heat transfer tube 81 ... Heat transfer tube main body 82 ... Fin 90 ... Nozzle 91 ...Nozzle part 92...Nozzle body part 93...Nozzle tip 95...Cooling pipe 100...Turbine blade 101...Blade body 102...Blade surface 105...Cooling pipe 200...Material 300...Laser beam A1...First area A2...Second area P …Object

Claims (10)

相変化する作動媒体が封入されているとともに、内側に外部と熱交換可能な第一熱交換面及び第二熱交換面が形成されたデバイス本体と、
多孔質体から構成され、前記第一熱交換面の内側を覆うように配置された第一壁面ウィックと、
多孔質体から構成され、前記第二熱交換面の内側を覆うように配置された第二壁面ウィックと、
前記第一壁面ウィックと前記第二壁面ウィックとにわたって配置され、多孔質体から構成された複数の柱状部材が三次元格子状に配置されて形成された格子状ウィックと、
を備え
前記デバイス本体は、
冷却又は加熱する対象である対象物に対して近い位置に形成される第一外装部と、
前記第一外装部に比べて前記対象物に対して遠い位置に配置され、前記第一外装部に対して離れて対向するように配置される第二外装部と、を有し、
前記第一熱交換面は、前記第一外装部において、内側を向く内面であり、
前記第二熱交換面は、前記第二外装部において、内側を向く内面であり、
前記第一壁面ウィック、前記第二壁面ウィック、及び前記格子状ウィックは、三次元積層造形法により、同一の材料で形成される熱交換デバイス。
A device body in which a phase-changing working medium is enclosed, and a first heat exchange surface and a second heat exchange surface capable of exchanging heat with the outside are formed inside;
a first wall wick made of a porous body and arranged to cover the inside of the first heat exchange surface;
a second wall wick made of a porous body and arranged to cover the inside of the second heat exchange surface;
a lattice-like wick that is disposed across the first wall wick and the second wall wick and is formed by arranging a plurality of columnar members made of a porous body in a three-dimensional lattice shape;
Equipped with
The device main body is
a first exterior portion formed at a position close to the object to be cooled or heated;
a second exterior part disposed at a position farther from the object than the first exterior part, and a second exterior part disposed so as to face away from the first exterior part;
The first heat exchange surface is an inner surface facing inward in the first exterior part,
The second heat exchange surface is an inner surface facing inward in the second exterior part,
The first wall wick, the second wall wick, and the lattice wick are formed of the same material by three-dimensional additive manufacturing .
前記格子状ウィックは、前記第一壁面ウィックと前記第二壁面ウィックとの間に画成された空間の全体を埋めるように配置されている請求項1に記載の熱交換デバイス。 The heat exchange device according to claim 1, wherein the lattice wick is arranged to fill the entire space defined between the first wall wick and the second wall wick. 前記格子状ウィックは、前記デバイス本体内で前記第一壁面ウィックが配置されている第一領域と、前記デバイス本体内で前記第二壁面ウィックが配置されている第二領域とを結ぶように延びる第一格子状ウィックと、
前記第一壁面ウィック又は前記第二壁面ウィックと前記第一格子状ウィックとを接続し、前記第一格子状ウィックよりも断面積が小さい第二格子状ウィックと、
をさらに備える請求項1又は2に記載の熱交換デバイス。
The lattice-like wick extends to connect a first area in the device body where the first wall wick is arranged and a second area where the second wall wick is arranged in the device body. a first lattice wick;
a second lattice-like wick connecting the first wall wick or the second wall wick and the first lattice-like wick and having a smaller cross-sectional area than the first lattice-like wick;
The heat exchange device according to claim 1 or 2, further comprising:
前記格子状ウィックは、前記第一領域又は前記第二領域で前記第二格子状ウィックに接続され、前記第二格子状ウィックよりも断面積が大きいバッファウィックをさらに備える請求項3に記載の熱交換デバイス。 The thermal heating device according to claim 3, wherein the lattice wick further comprises a buffer wick connected to the second lattice wick in the first region or the second region and having a larger cross-sectional area than the second lattice wick. replacement device. 第一金型と、
前記第一金型との間に溶解された材料が充填される成形空間を形成する第二金型と、
前記第一金型及び前記第二金型の少なくとも一方に配置されて、前記第一熱交換面によって前記成形空間内の前記材料と熱交換可能とされた請求項1から4の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備える金型。
The first mold,
a second mold forming a molding space filled with the melted material between the second mold and the first mold;
5. Any one of claims 1 to 4, wherein the material is disposed in at least one of the first mold and the second mold, and is capable of exchanging heat with the material in the molding space through the first heat exchange surface. and the heat exchange device described in
A mold with.
レーザー光を反射可能な反射ミラーであって、
前記レーザー光が照射されるミラー部と、
前記ミラー部を支持する本体部と、
前記本体部の内部に配置され、前記第一熱交換面によって前記ミラー部と熱交換可能とされた請求項1から4の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備える反射ミラー。
A reflective mirror capable of reflecting laser light,
a mirror portion to which the laser beam is irradiated;
a main body portion that supports the mirror portion;
The heat exchange device according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat exchange device is disposed inside the main body part and is capable of exchanging heat with the mirror part by the first heat exchange surface.
A reflective mirror with a
気体が流通する第一管と、
前記第一管から離れた位置に配置され、液体が流通する第二管と、
前記第一管と前記第二管との間に配置され、前記第一熱交換面によって前記第一管内の前記気体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記第二管内の前記液体と熱交換可能とされた請求項1から4の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備える気液熱交換器。
A first pipe through which gas flows;
a second pipe arranged at a position remote from the first pipe and through which liquid flows;
disposed between the first tube and the second tube, the first heat exchange surface allows heat exchange with the gas in the first tube, and the second heat exchange surface allows the gas in the second tube to exchange heat with the gas in the second tube. The heat exchange device according to any one of claims 1 to 4, which is capable of exchanging heat with a liquid;
A gas-liquid heat exchanger equipped with
内部に流体が流通する伝熱管本体と、
前記伝熱管本体の外周面から延びるフィンと、
前記フィンに配置され、前記第一熱交換面に対して前記第二熱交換面が前記伝熱管本体に近い位置に配置され、前記第二熱交換面によって前記伝熱管本体の内部の前記流体と熱交換可能とされた請求項1から4の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、を備えるフィン付伝熱管。
a heat exchanger tube body in which a fluid flows;
fins extending from the outer peripheral surface of the heat exchanger tube body;
The second heat exchange surface is disposed on the fin, and the second heat exchange surface is disposed at a position close to the heat exchanger tube body with respect to the first heat exchange surface, and the second heat exchange surface allows the fluid inside the heat exchanger tube body to A finned heat exchanger tube comprising: the heat exchange device according to any one of claims 1 to 4, which is capable of heat exchange.
高温の流体が内部を流通するノズル部と、
前記ノズル部と接続されて冷却媒体が流通する冷却管が内部に配置されたノズル本体部と、
前記第一熱交換面によって前記ノズル部の内部を流通する流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記冷却管の内部の前記冷却媒体と熱交換可能とされた請求項1から4の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備えるノズル。
a nozzle portion through which a high-temperature fluid flows;
a nozzle body portion having a cooling pipe disposed therein, the cooling pipe being connected to the nozzle portion and through which a cooling medium flows;
The heat exchange device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first heat exchange surface is capable of exchanging heat with a fluid flowing inside the nozzle portion, and the second heat exchange surface is capable of exchanging heat with the cooling medium inside the cooling pipe;
A nozzle comprising:
高温の流体に接触可能な翼面を有する翼体と、
前記翼体の内部に配置され、冷却媒体が流通する冷却管と、
前記翼体に配置され、前記第一熱交換面によって前記翼面に接触する前記流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記冷却管内の冷却媒体と熱交換可能とされた請求項1から4の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備えるタービン翼。
a wing body having a wing surface capable of contacting high-temperature fluid;
a cooling pipe arranged inside the wing body and through which a cooling medium flows;
A claim in which the airfoil is disposed on the wing body, the first heat exchange surface allows heat exchange with the fluid in contact with the wing surface, and the second heat exchange surface allows heat exchange with the cooling medium in the cooling pipe. The heat exchange device according to any one of Items 1 to 4,
A turbine blade equipped with.
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