WO2008023707A1 - Dispositif de transfert de chaleur du type tube de chauffe - Google Patents

Dispositif de transfert de chaleur du type tube de chauffe Download PDF

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WO2008023707A1
WO2008023707A1 PCT/JP2007/066202 JP2007066202W WO2008023707A1 WO 2008023707 A1 WO2008023707 A1 WO 2008023707A1 JP 2007066202 W JP2007066202 W JP 2007066202W WO 2008023707 A1 WO2008023707 A1 WO 2008023707A1
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WO
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heat transfer
working fluid
transfer device
fine particles
heat
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PCT/JP2007/066202
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English (en)
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Inventor
Kazuyuki Obara
Original Assignee
Asahi Kasei Fibers Corporation
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/04—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa

Definitions

  • the present invention relates to a heat pipe type heat transfer device, and more particularly to a heat pipe type heat transfer device suitable for use in a field that requires an efficient heat transfer device while being as small and light as a personal computer. Relates to the device.
  • FIG. 1 shows a general heat pipe type heat transfer device.
  • 1 represents a sealed container (for example, copper)
  • 2a represents the direction of movement of the working fluid (water, ammonia, etc.) contained in the sealed container (in the direction of the arrow)
  • 3 represents the wick
  • 4 represents the heat flow (heating, heat dissipation).
  • (A), (B), (C) represent the evaporation section, heat insulation section, and condensation section of the heat pipe type heat transfer device.
  • the heat conduction principle of this conventional heat pipe type heat transfer device is that the working fluid evaporated in the evaporating section (A) is condensed in the condensing section (C), and then the porous body, mesh or groove provided on the surface of the sealed container 1 is used.
  • the wick 3 with the above structure circulates to the condensing part (C) force and the evaporation part (A) to conduct heat, and heat can be transferred quickly and efficiently with a small temperature difference.
  • Device represents a sealed container
  • the working fluid takes into consideration the application, operating temperature, heat transport amount, allowable heat resistance and economy. Selected. In order to satisfy the required heat transport capacity, the number of working fluids to be described later is confirmed.
  • the allowable thermal resistance is controlled by the heat resistance at the inflow and outflow of heat in a practical heat pipe.
  • heat transport is performed with a minute temperature difference, it is necessary to select a working fluid with a large heat transfer coefficient for evaporation and condensation.
  • a conventional working fluid is composed of only a liquid, and a working fluid in which particles are mixed has not been put into practical use.
  • Non-Patent Document 1 discloses that heat conductivity is improved when metal nanoparticles such as gold and copper are dispersed in a medium.
  • Patent Document 1 discloses a heat transfer fluid composite in which carbon nanoparticles are suspended. Examples of carbon nanoparticles include nanotubes and diamonds that increase the thermal conductivity of heat transfer fluids!
  • Patent Document 2 discloses that, as a heat conduction promotion method for increasing the thermal conductivity and thermal diffusivity of a heat medium, ultrafine solids are mixed in the heat medium fluid as if floating.
  • ultrafine particles preferably, graphite cluster diamond, cluster diamond, micro diamond, graphite, molybdenum, ceramic, silicon carbide, magnesium oxide and aluminum oxide are disclosed.
  • the effect of improving the thermal conductivity of the working fluid increases as the particle size used is smaller and the thermal conductivity of the nanoparticle is higher.
  • the thermal conductivity is high, and fine particles having a high thermal conductivity of at least 2 digits, preferably 3 digits or more as compared with the heat medium are disclosed.
  • water thermal conductivity 0.6 W / m'K
  • the nano copper particles in the fluid provide higher thermal conductivity than aluminum oxide. This is because the thermal conductivity of metallic copper is 400 W / m-K, which is higher than the thermal conductivity of aluminum oxide, 20 W / m'K.
  • the heat pipe type heat transfer device accompanies evaporation of the working fluid.
  • heat transfer performance deteriorates with time due to association or deposition on the inner wall of the container.
  • Patent Document 1 Japanese Translation of Special Publication 2004-538349
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-085108
  • Non-Patent Document 1 Choi, US, Enhancing Thermal Conductivity of Fluids with Nanoparticles "Developments and Applications of Non-Newtonian Flows, eds. DASiginer and HPWang, The American Society of Mechanical Engineers, New-York, FED- Vol. 6 6, pp. 99-105 (1995)
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and by incorporating organic fine particles in the working fluid and optimizing its size, mixing rate, composition, surface characteristics, etc., the present invention is small and The object is to provide a heat transfer device that achieves both weight reduction and high heat transfer performance.
  • the inventor mixed organic fine particles with the working fluid, so that the organic fine particles were allowed to grow bubbles accompanying evaporation of the working fluid generated on the inner wall of the container.
  • the phenomenon of hindering and smoothing the heat transfer from the inner wall of the container to the working fluid occurred, and as a result, it was found that the effect of improving the heat conductivity of the evaporation part was found, and the present invention was completed.
  • the present invention is as follows.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a general wick heat pipe type heat transfer device.
  • the true specific gravity of organic substances is generally 2 or less, which is smaller than the specific gravity of metals, oxides or carbons used in the past, such as water, alcohols such as ammonia and ethanol, heptane, etc. It is close to the specific gravity of hydrocarbons or fluorocarbons such as Freon 11. Therefore, fine particles made of organic matter are excellent in long-term stability, which is difficult to cause precipitation due to gravity. Furthermore, since organic substances are flexible, it can be expected that the deterioration of heat transfer performance over time can be suppressed by reducing or eliminating wear on the inner wall or wick of the container.
  • the true specific gravity of the organic fine particles ranges from 0.5 to 2, preferably from 0.7 to 1.6. The smaller the specific gravity difference from the working fluid, the better the dispersibility.
  • the type of the organic substance is not particularly limited, and a conventionally known organic substance can be appropriately used. Examples include polystyrene, styrene acrylate, styrene butadiene, and styrene.
  • -Acrylic polyethylene, polymethylmetatalylate, polyacrylic acid, polydibulene benzene, polybulutoluene, polylactic acid, polydaricolic acid, polyglutamic acid and polybutyl alcohol, etc., and / or copolymers, phenolic resin, formalin resin And generally used polymer compounds such as thermosetting resins such as melamine resins and natural polymers (such as chitin, chitosan, cellulose and starch).
  • the average particle size of the organic fine particles is;! -1000 nm, preferably 10-500 nm, more preferably 20-200 nm. This size is preferable because the number of particles increases even if the amount is small on a weight basis, the thermal conductivity in the evaporation part is effectively improved, and the particle scale is not increased and the dispersibility is improved.
  • the mechanism by which the organic particles improve the thermal conductivity in the evaporation zone is not clear, but is estimated as follows.
  • the aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-085108 describes that the heat transfer performance of the heat transfer device is improved because the thermal conductivity of the working fluid is improved by the metal fine particles and the like. If so, it is presumed that there is no effect in improving the heat transfer performance even if organic fine particles that are generally not much different from a working fluid with low thermal conductivity are used. However, surprisingly, in the heat pipe type heat transfer device with evaporation and condensation, even if it is organic fine particles that do not contribute to the improvement of the thermal conductivity of the working fluid, the heat transfer performance is significantly improved. Is expressed.
  • the shape of the organic fine particles is not particularly limited! /, But close to a true sphere with reduced flow resistance! / Preferred is preferred! / Has an aspect ratio (long) such as needle-like or fibril (Ratio of diameter / diameter) is 5 or more This shape is also preferable because the projected area is large and the bubble growth inhibiting effect in the evaporation portion is large.
  • the content of the organic fine particles is 0.00;! To 5 wt%, preferably 0.002 to lwt%, more preferably 0.005 to 0.1 wt%, based on the weight. . If the content is in this range, the heat transfer performance is sufficiently improved, and even if the working fluid evaporates to a locally high content, it is preferable that the organic fine particles hardly aggregate or precipitate. In particular, it is preferable to reduce the content rate as much as possible while reducing the average particle size and keeping the number of particles at a certain level or more.
  • a preferable range of the number of particles is 1 ⁇ 10 9 to 1 ⁇ 10 17 particles / cm 3 , and particularly preferably 1 ⁇ 10 10 to 1 ⁇ 10 15 particles / cm 3 .
  • the method for producing the organic fine particles is not particularly limited, and a conventionally known method is used. Dry pulverization method, wet pulverization method, mechanical dispersion method, spray drying method, submerged drying method, spherical crystallization method, soot emulsion solvent diffusion method, low pressure sublimation method, reprecipitation method, submerged pulse laser ablation method, etc. Illustrated.
  • a fluid generally used in a heat pipe type heat transfer device can be used. Forces exemplified by water, alcohols such as ammonia and ethanol, hydrocarbons such as heptane, and fluorocarbons such as Freon-11 are not particularly limited. In addition, the fluids may be used alone or in combination. However, when mixing, it is preferable to set the fluid species and the mixing ratio so as to uniformly dissolve each other.
  • the working fluid is an aqueous fluid containing 80% by weight or more of water having a large merit number defined by the following formula (1).
  • Typical fluid merit numbers are: ammonia (1.1X10 U ), Freon 11 (1.2X10 1 () ), Freon 113 (7.3X10 9 ), pentane (1.5X10 10 ), acetone (3X10 10 ), methanol (4.8 X10 10 ), ethanol (4.1 X10 10 ), heptane (1.3X10 10 ), water (5.1 X10 11 ) and naphthalene (3.4X10 1Q ). Water is preferable because it has a large merit number and a large maximum heat transport amount.
  • ком ⁇ онент water is preferably used alone, in order to improve the dispersibility of the organic fine particles, ketones such as acetone and alcohols such as methanol and ethanol are used.
  • a surfactant may be mixed with water. In that case, it is preferable to contain 80% by weight or more of water to maintain a large number of merits!
  • the organic fine particles have a hydrophilic surface so that the organic fine particles having a high affinity with water do not easily aggregate or precipitate. It is preferred that the organic substance itself is hydrophilic, such as polyacrylolic acid, polyglycololeic acid, polyglutamic acid and polybutal alcohol alone and / or copolymers, and natural polymers (such as chitin, chitosan, cellulose and starch).
  • a hydrophilic functional group such as a carboxyl group, amino group, amide group, hydroxyl group, sulfonyl group or sulfonic acid group may be bonded to the surface of the fine particles. Further, the surface active agent may be made hydrophilic by adsorbing it to the organic fine particles.
  • Nonionic surfactants such as nonionic fatty acids, nonionic higher alcohols and alkylphenols, amphoteric surfactants such as amino acids, betaines and amineoxides, anionic fatty acids, linear alkylbenzenes, anions
  • Anionic surfactants such as ionic higher alcohols, alpha olefins and normal paraffins, and cationic surfactants such as quaternary ammonium salts are used.
  • Nonionic surfactants are preferred, and nonionic higher alcohol surfactants are particularly preferred.
  • airtight containers many containers of various materials and structures are known as airtight containers for heat pipe type heat transfer devices, and these well-known airtight containers can be used without any limitation in the present invention. .
  • the average particle size of the organic fine particles was measured by a laser interference method using a Microtrac particle size distribution measuring device (manufactured by Leeds).
  • the average particle size represents 50% particle size.
  • a heat pipe in which a composite wick was attached to a copper pipe having an outer diameter of 2 mm and a length of 250 mm was filled with 0.1 cm 3 of a predetermined working fluid after evacuation and tested.
  • Horizontal placement One end of the heat pipe 55mm is heated at an output of 25W using a copper block heater inserted with a cartridge heater, and the other end 70mm is cooled by a water cooling jacket with a constant temperature and a constant flow rate.
  • the temperature was measured with a K-type sheathed thermocouple at each of the heating section and cooling section, and the heating section average temperature and cooling section average temperature were determined.
  • the difference between the heating part average temperature and the cooling part average temperature was divided by the heater output of 25 W to calculate the thermal resistance. The smaller the thermal resistance, the better the heat transfer performance.
  • Example 1 Mixing 0.005 wt% (Example 1), 0.03 wt% (Example 2), 0.5 wt% (Example 3) with polystyrene particles (trade name Estapol, manufactured by Moritex) with an average particle diameter of 65 nm in heptane
  • the thermal resistance values were 0.005 wt%: 0.6 K / W, 0.03 wt%: 0.3 K / W, 0.5 wt%: 0.4 K / W.
  • all of the Examples have excellent heat transfer performance with a small thermal resistance value.
  • the thermal resistance value was 0.3 K / W, and good heat transfer performance was obtained.
  • a working fluid was obtained in the same manner as in Examples 1 to 3, except that the average particle size was changed to 420 nm.
  • Thermal resistance values were 0.005 wt% (Example 4): 0.8 K / W, 0.03 wt% (Example 5): 0.5 K / W, 0.5 wt% (Example 6): 0. It was 7K / W.
  • all the examples have excellent heat transfer performance with a small thermal resistance value.
  • the thermal resistance value was 0.5 K / W, and good heat transfer performance was obtained.
  • the thermal resistance was calculated in the same manner as in Example 1 except that heptane alone was used as the working fluid, and the result was 1.1 K / W.
  • Example 7 0.03 wt% in Example 7 is 0.1 K / W, and a very good heat transfer performance is obtained. It was.
  • the heat pipe type heat transfer device of the present invention is suitably used particularly in a field where an efficient heat transfer device is required while being as small and light as a personal computer.

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Description

明 細 書
ヒートパイプ型伝熱装置
技術分野
[0001] 本発明は、ヒートパイプ型伝熱装置に関し、特にパーソナルコンピュータ一等小型 かつ軽量でありながら、効率的な伝熱装置を必要とする分野に利用するのに適したヒ ートパイプ型伝熱装置に関する。
背景技術
[0002] 図 1は、一般的なヒートパイプ型伝熱装置を示している。 1は密閉容器 (例えば、銅 製）、 2aは密閉容器に収納された作動流体 (水、アンモニア等）の移動方向（矢印方 向）、 3はウィック、 4は熱流 (加熱、放熱）を表し、（A)、（B)、（C)はヒートパイプ型伝 熱装置の蒸発部、断熱部、凝縮部を表している。この従来のヒートパイプ型伝熱装置 の熱伝導原理は、蒸発部 (A)で蒸発した作動流体を凝縮部（C)で凝縮後、密閉容 器 1の面に設けた多孔体、メッシュまたは溝等の構造のウィック 3により、凝縮部（C) 力、ら蒸発部 (A)へ循環させて熱を伝導させるものであり、少ない温度差で、迅速、か つ高効率で伝熱が可能な装置である。
[0003] ヒートパイプ型伝熱装置を構成する三要素、即ち密閉容器、ウィックおよび作動流 体のうち、作動流体は、用途、使用温度、熱輸送量、許容熱抵抗および経済性を考 慮して選定される。要求熱輸送量を満足させるためには、後述する作動流体のメリツ ト数を確認する。許容熱抵抗は、実用上のヒートパイプにおいては、熱の流入および 流出における熱抵抗が支配要因となる。微小な温度差で熱輸送を行う場合は、蒸発 と凝縮熱伝達率の大きレ、作動流体を選定する必要がある。従来の作動流体は液体 のみで構成されており、粒子を混合した作動流体は実用化されていない。
[0004] ヒートパイプ型伝熱装置の高効率な伝熱性能を生かした用途の一つとして、パーソ ナルコンピューター（PC)、とくにノート型 PCへの採用が行われている。ノート型 PC では、小型化かつ軽量化しつつ、高性能化を図るため、中央演算装置 MPUのクロッ ク周波数は増加し、 MPUが高集積化している。それに伴い、ノート型 PCの熱密度が 増加している。特に、高発熱素子である MPUの熱密度は 100W/cm2と核反応炉に 逼迫するレベルに達している。そのため、ヒートパイプ型伝熱装置も一層の小型かつ 軽量化と高熱伝導性が要求されてレ、る。
[0005] しかしながら、ヒートパイプ型伝熱装置の小型化のため、直径の小さなパイプを採 用すると、伝熱面積の低下および器壁との相互作用効果増大による作動流体の移 動阻害により、伝熱性能が大幅に低下する。殊に蒸発および凝縮熱伝導率が低下 するために、有効な伝熱が達成できない場合が生じる。低い熱伝導率が要求される 熱輸送量における主要な制限となる。
[0006] 作動流体中に十分懸濁されるような小さな金属またはその酸化物、あるいはカーボ ンのナノ粒子の添加が、流体の熱伝導率を実質的に向上させ、したがって実質的に 熱伝導を向上させることが知られている。
[0007] 例えば、非特許文献 1には、金および銅等の金属ナノ粒子を媒体中に分散した場 合、熱伝達率が向上することが開示されている。特許文献 1には、カーボンナノ粒子 を懸濁させた伝熱流体複合物が開示されている。カーボンナノ粒子として、伝熱流体 の熱伝導率を上昇させるナノチューブおよびダイヤモンド等が例示されて!/、る。特許 文献 2には、熱媒の熱伝導率と熱拡散率とを高める熱伝導促進方法として、熱媒の 流体内に超微粒子固体を浮遊するが如く混在させることが開示されている。超微粒 子として、好ましくは、グラフアイトクラスターダイヤモンド、クラスタダイヤモンド、ミクロ ダイヤ、グラフアイト、モリブデン、セラミック、炭化ケィ素、酸化マグネシウムおよび酸 化アルミニウムが開示されてレ、る。
[0008] いずれの先行文献においても、用いる微粒子は、粒子サイズが小さいほど、またナ ノ粒子の熱伝導率が高くなるほど、作動流体の熱伝導率の向上効果が大きくなると 開示されている。特に、熱伝導率が高いことは重要であり、熱媒に対比して、少なくと も 2桁、好ましくは 3桁以上熱伝導率が高い微粒子が開示されている。例えば、水（熱 伝導率 0. 6W/m'K)を熱媒流体とした場合、流体中のナノ銅粒子は、酸化アルミ ユウムよりも高い熱伝導率を提供する。なぜなら、金属銅の熱伝導率は 400W/m- Kであり、酸化アルミニウムの熱伝導率 20W/m'Kよりも高いからである。
[0009] しかし、熱伝導率が向上するほどにナノ粒子を懸濁させると、ヒートパイプ型伝熱装 置は作動流体の蒸発を伴うため、局所的にナノ粒子濃度が高くなり、ナノ粒子同士の 会合または容器内壁への付着および沈殿が起こり、経時的に伝熱性能が低下すると いう問題が生じる。
[0010] 以上のように、使用用途の高性能化および高集積化に伴い、ヒートパイプ型伝熱装 置の小型かつ軽量化と高熱伝導化とが要求されているにも関わらず、小型化と高熱 伝導化を両立することは困難であり、伝熱性能を重視して、ヒートパイプの直径を 4m mから 6mmと大きくしているのが実情である。
[0011] 特許文献 1 :特表 2004— 538349号公報
特許文献 2：特開 2004— 085108号公報
非特許文献 1： Choi, U.S., Enhancing Thermal Conductivity of Fluids with Nanoparti cles" Developments and Applications of Non-Newtonian Flows, eds. D.A.Siginer and H.P.Wang, The American Society of Mechanical Engineers, New-York, FED- Vol. 6 6， pp. 99-105 (1995)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] 本発明は、以上の事情に鑑みてなされた発明であり、作動流体中に有機微粒子を 含有せしめ、その大きさ、混合率、組成および表面特性等を最適化することで、小型 かつ軽量化と高伝熱性能とを両立させた伝熱装置を提供することを目的とするもの である。
課題を解決するための手段
[0013] 本発明者は、上記の課題を達成するために鋭意検討した結果、作動流体に有機 微粒子を混合することで、容器内壁で生成する作動流体の蒸発に伴う気泡の成長を 有機微粒子が阻害し、容器内壁から作動流体への熱移動を円滑にする現象が生じ 、その結果、蒸発部熱伝導率が向上する効果が生じることを見出し、本発明を完成 するに到った。
[0014] すなわち、本発明は、以下のとおりである。
(1)平均粒径 1〜； !OOOnmの有機微粒子を 0. 00；!〜 5wt%含有した作動流体が 密閉容器に収容されているヒートパイプ型伝熱装置。
(2)作動流体が水系であり、有機微粒子が表面親水性である上記（1)に記載のヒ ートパイプ型伝熱装置。
発明の効果
[0015] 本発明のヒートパイプ型伝熱装置を用いることにより、小型かつ軽量化と高性能化 とがともに要求されるノート型 PCおよび携帯電話等のモパイル型機器の高効率な伝 熱が可能となった。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]一般的なウィック 'ヒートパイプ型伝熱装置の一例を示す図である。
符号の説明
[0017] 1 密閉容器
2a 作動流体の移動方向
3 ウィック
4 熱流 (加熱、放熱）
(A) ヒートパイプの蒸発部
(B) ヒートパイプの断熱部
(C) ヒートパイプの凝縮部
発明を実施するための最良の形態
[0018] 本発明に用いる微粒子は、有機物であることが肝要である。有機物の真比重は一 般に 2以下であり、従来用いられていた金属、酸化物またはカーボンの比重より小さく 、常温付近で作動流体として用いられる水、アンモニア、エタノール等のアルコール 類、ヘプタン等の炭化水素類またはフレオン 11等のフルォロカーボン類等の比重 に近い。従って、有機物からなる微粒子は重力により沈殿を起こし難ぐ長期安定性 に優れる。さらに、有機物は柔軟であるために、容器内壁またはウィックの摩耗を低 減ないし解消することで、伝熱性能の経時的な低下を抑制することが期待できる。 有機微粒子の真比重は 0. 5〜2、好ましくは 0. 7〜； 1. 6の範囲である。作動流体と の比重差が小さレ、程、分散性が良好であるので好ましレ、。
[0019] 有機物の種類は特に限定されず、従来公知の有機物を適宜使用できる。一例を挙 げれば、例えば、ポリスチレン、スチレン アタリレート、スチレン ブタジエン、スチレ ンーアクリル、ポリエチレン、ポリメチルメタタリレート、ポリアクリル酸、ポリジビュルべ ンゼン、ポリビュルトルエン、ポリ乳酸、ポリダリコール酸、ポリグルタミン酸およびポリ ビュルアルコール等の単独および/または共重合体、フエノール樹脂、ホルマリン樹 脂およびメラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、並びに天然高分子（キチン、キトサン、セ ルロースおよびデンプン等）等、一般的に用いられている高分子化合物が挙げられ
[0020] 本発明において、有機微粒子の平均粒径は;!〜 1000nm、好ましくは 10〜500n m、さらに好ましくは 20〜200nmである。このサイズにすることにより、重量ベースで は少量でも、粒子個数が多くなり、蒸発部における熱伝導率を効果的に向上させると ともに、粒子スケールとならず、分散性が向上するために好ましい。有機微粒子によ つて、蒸発部における熱伝導率が向上するメカニズムは明確ではないが、以下の通 りと推定される。
[0021] すなわち、パイプの直径が小さくなると、容器内壁と作動流体との相互作用が相対 的に大きくなり、作動流体の蒸発で発生した気泡が容器内壁力 離れ難くなる。その ため、気泡が成長し、容器内壁から作動流体への熱移動を妨げ、熱抵抗が大きくな ると考えられている。有機微粒子はこの気泡を破壊し、充分成長する前に、容器内壁 力 引き離す作用を果たし、それによつて、容器内壁から作動流体への熱移動が円 滑に行われる。有機微粒子による気泡の破壊は粒子数が多いほど、確率的に起こり やすくなり、平均粒径が小さいほど、効果的である。有機微粒子の平均粒径が、 100 Onmを超えると、これらの作用が低下し、効果は低下する。
[0022] 前述の特開 2004— 085108号公報には、金属微粒子等により作動流体の熱伝導 率が向上するために、伝熱装置の伝熱性能が向上すると記載されている。そうであ れば、一般的に熱伝導率が小さぐ作動流体と大差ない有機微粒子を用いても、伝 熱性能の向上には効果がないと推定される。し力もながら、驚くべきことに、蒸発およ び凝縮を伴うヒートパイプ型伝熱装置では、作動流体の熱伝導率向上に寄与しがた い有機微粒子であっても顕著な伝熱性能向上効果が発現する。
[0023] 有機微粒子の形状は特に限定されな!/、が、流動抵抗が低減される真球に近!/ヽ形 状が好まし!/、が、針状またはフィブリル状等アスペクト比（長さ/直径の比）が 5以上 の形状も投影面積が大きくなり、蒸発部での気泡成長阻害効果が大きぐ好ましい。
[0024] 本発明において、有機微粒子の含有率は、重量を基準にして、 0. 00；!〜 5wt%、 好ましくは、 0. 002~lwt%,さらに好ましくは 0.005—0. lwt%である。この範囲 の含有率であれば、伝熱性能が充分向上するとともに、作動流体が蒸発して、局所 的に高含有率になっても、有機微粒子同士が凝集または沈殿し難ぐ好ましい。特に 平均粒径を小さくし、粒子個数を一定以上に保ちながら、出来る限り、含有率を下げ ること力 粒子スケール発生を抑制する上で好ましい。粒子個数の好ましい範囲は 1 X 109〜1 X 1017個/ cm3、特に好ましくは 1 X 1010~1 X 1015個/ cm3である。
[0025] 有機微粒子の製造方法は特に限定されず、従来公知の方法が用いられる。乾式 粉砕法、湿式粉砕法、機械分散法、噴霧乾燥法、液中乾燥法、球形晶析法、ヱマル ジョン溶媒拡散法、低圧昇華法、再沈法および液中パルスレーザーアブレーシヨン 法等が例示される。
[0026] 本発明で用いる作動流体はヒートパイプ型伝熱装置に一般に用いられている流体 を用いることが出来る。水、アンモニア、エタノール等のアルコール類、ヘプタン等の 炭化水素類およびフレオン— 11等のフルォロカーボン類等が例示される力 特に限 定されない。また、流体を単独で用いても、混合して用いても構わないが、混合する 場合は均一に互いに溶解する流体種および混合割合とすることが好ましい。
[0027] 好ましくは、作動流体は下記の式（1)で定義されるメリット数が大きな水を 80重量％ 以上含む水系流体を用いる。
メリット数 = (密度 X表面張力 X蒸発潜熱)/粘度 （1)
メリット数が大きいほど最大熱輸送量が大きくなるため、作動流体量が必然的に少 なくなる直径の小さなヒートパイプでは、特にメリット数を大きくすることが好ましい。代 表的な流体のメリット数は、アンモニア（1. 1X10U)、フレオン一 11(1· 2X101())、フ レオン一 113(7. 3X109)、ペンタン（1. 5X1010)、アセトン（3X1010)、メタノーノレ（ 4. 8X1010)、エタノール（4. 1X1010)、ヘプタン（1. 3X1010)、水（5. 1X1011)お よびナフタリン（3.4X101Q)である。水は、メリット数が大きぐ最大熱輸送量が大きく なり、好ましい。水を単独で用いることが好ましいが、有機微粒子の分散性を向上さ せるために、アセトン等のケトン類、メタノールおよびエタノール等のアルコール類並 びに界面活性剤を水に混合しても良い。その場合、大きなメリット数を保っため、水を 80重量％以上含むことが好まし!/、。
[0028] 作動流体として水系流体を用いた場合は、水との親和性が高ぐ有機微粒子が会 合、凝集または沈殿を起こし難いように、有機微粒子は表面親水性であることが好ま しい。ポリアクリノレ酸、ポリグリコーノレ酸、ポリグルタミン酸およびポリビュルアルコール 等の単独および/または共重合体並びに天然高分子（キチン、キトサン、セルロース およびデンプン等）等、有機物自身が親水性であることが好ましい。疎水性有機物を 用いる場合は、微粒子の表面にカルボキシル基、アミノ基、アミド基、水酸基、スルフ ォニル基またはスルホン酸基等の親水性の官能基を結合させてもよい。また、界面活 性剤を有機微粒子に吸着させて、表面親水性にしてもよい。非イオン脂肪酸系、非ィ オン高級アルコール系およびアルキルフエノール系等の非イオン界面活性剤、ァミノ 酸系、ベタイン系およびアミンォキシド系等の両性界面活性剤、陰イオン脂肪酸系、 直鎖アルキルベンゼン系、陰イオン高級アルコール系、アルファオレフイン系および ノルマルパラフィン系等の陰イオン界面活性剤並びに第四級アンモニゥム塩系等の 陽イオン界面活性剤が用いられる。好ましくは非イオン界面活性剤であり、非イオン 高級アルコール系界面活性剤が特に好ましい。
[0029] 密閉容器としては、ヒートパイプ型伝熱装置用の密閉容器として各種材質および構 造の容器が多数知られており、これら周知の密閉容器を本発明においても何ら制限 なく用いることができる。
実施例
[0030] 次に、本発明の具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれら実施例のみ に限定されるものではな!/、。測定方法を以下に示す。
<平均粒径測定方法〉
有機微粒子の平均粒径は、マイクロトラック粒度分布測定装置（リーズ社製）を用い てレーザー干渉法により測定した。ここで、平均粒径は 50%粒径を表す。
[0031] <熱抵抗測定方法 >
外径 2mmおよび長さ 250mmの銅製パイプにコンポジットウィックを装着したヒート パイプに、所定の作動流体を真空排気後に 0. 1cm3充填して供試した。水平に配置 したヒートパイプの片端 55mmを、カートリッジヒーターを揷入した銅ブロックヒーター を用いて出力 25Wで加熱し、他端 70mmを一定温度一定流量の水冷ジャケットによ つて冷却する。加熱部および冷却部それぞれ 6ケ所を K型シース熱電対で温度測定 を行い、加熱部平均温度および冷却部平均温度を求めた。加熱部平均温度と冷却 部平均温度との差をヒーター出力 25Wで除し、熱抵抗を算出した。熱抵抗が小さい ほど、伝熱性能が優れることを示す。
[0032] [実施例;!〜 3]
ヘプタンに平均粒径 65nmのポリスチレン粒子（商品名エスタポール、モリテックス 社製）を 0. 005wt% (実施例 1)、 0. 03wt% (実施例 2)、 0. 5wt% (実施例 3)混合 して作動流体とした。熱抵抗値は、 0. 005wt% : 0. 6K/W、 0. 03wt% : 0. 3K/ W、 0. 5wt% : 0. 4K/Wであった。後述の比較例 1に対して、いずれの実施例も、 熱抵抗値が小さぐ伝熱性能が優れている。特に，実施例 2の 0. 03wt%では、熱抵 抗値が 0. 3K/Wであり、良好な伝熱性能を得た。
[0033] [実施例 4〜6]
平均粒径を 420nmに変更したこと以外は、実施例 1〜3と同様にして、作動流体と した。熱抵抗値は、それぞれ 0. 005wt% (実施例 4) : 0. 8K/W、 0. 03wt% (実施 例 5) : 0. 5K/W、 0. 5wt% (実施例 6) : 0. 7K/Wであった。比較例 1に対して、 いずれの実施例も、熱抵抗値が小さぐ伝熱性能が優れている。特に、実施例 5の 0 . 03wt%では熱抵抗値が 0. 5K/Wであり、良好な伝熱性能を得た。
[0034] [比較例 1]
ヘプタン単独で作動流体としたこと以外は実施例 1と同様にして、熱抵抗を算出し た結果、 1. 1K/Wであった。
[0035] [実施例 7および比較例 2]
水単独（比較例 2)、および水に平均粒径 65nmのカルボキシル基表面変性スチレ ン.アタリレート粒子（商品名エスタポール、モリテックス社製）を 0· 03wt% (実施例 7
)混合した作動流体について熱抵抗を算出した結果、水単独（比較例 2) : 0. 9K/ W、 0. 03wt% (実施例 7) : 0. 1K/Wであった。
特に、実施例 7の 0. 03wt%では、 0. 1K/Wであり、非常に良好な伝熱性能を得 た。
産業上の利用可能性
本発明のヒートパイプ型伝熱装置は、特にパーソナルコンピュータ一等小型かつ軽 量でありながら、効率的な伝熱装置を必要とする分野で好適に利用される。

Claims

請求の範囲
平均粒径 1〜 1 OOOnmの有機微粒子を 0. 001〜 5wt %含有した作動流体が密閉 容器に収容されて!/、るヒートパイプ型伝熱装置。
作動流体が水系であり、有機微粒子が表面親水性である請求項 1に記載のヒート パイプ型伝熱装置。
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