WO2019016873A1 - ウィック - Google Patents

ウィック Download PDF

Info

Publication number
WO2019016873A1
WO2019016873A1 PCT/JP2017/025992 JP2017025992W WO2019016873A1 WO 2019016873 A1 WO2019016873 A1 WO 2019016873A1 JP 2017025992 W JP2017025992 W JP 2017025992W WO 2019016873 A1 WO2019016873 A1 WO 2019016873A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
wick
porosity
phase fluid
liquid phase
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/025992
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
博治 小林
廣田　寿一
Original Assignee
日本碍子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本碍子株式会社 filed Critical 日本碍子株式会社
Priority to JP2018561746A priority Critical patent/JP6843158B2/ja
Priority to PCT/JP2017/025992 priority patent/WO2019016873A1/ja
Publication of WO2019016873A1 publication Critical patent/WO2019016873A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • F28D15/04—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 with tubes having a capillary structure

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to wicks used in loop heat pipes.
  • a loop heat pipe which performs heat transfer by changing fluid from liquid phase to gas phase in a high temperature part and from gas phase to liquid phase in a low temperature part.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-181469 discloses the structure of an evaporator used in the high temperature section.
  • JP-A-2002-181469 is referred to as Patent Document 1.
  • the evaporator comprises a metallic cylindrical case and a wick disposed within the cylindrical case.
  • the wick is a cylindrical porous body, and includes an internal space in the wick in which one end in the axial direction (longitudinal direction) is open and the other end is closed.
  • the fluid in the liquid phase is introduced into the space inside the wick through the opening of the wick.
  • a gas flow path in which a gas phase fluid moves.
  • the fluid in the liquid phase moves from the space inside the wick into the inside of the wick by capillary action.
  • the fluid changes from the liquid phase to the gas phase and moves to the gas phase flow path.
  • the gas phase fluid moves through the gas phase channel to the low temperature section (condensing section).
  • the present specification provides a technique for realizing a wick in which the increase in internal pressure is suppressed.
  • the wicks disclosed herein can be used in the evaporators of loop heat pipes.
  • the wick may comprise a first layer, a second layer, and an intermediate layer disposed between the first layer and the second layer.
  • the second layer may have a higher porosity than the first layer.
  • the porosity may be continuously increased from the first layer side to the second layer side, and the average value of the porosity may be larger than that of the first layer and smaller than that of the second layer.
  • the porosity of the first layer is P1 (%)
  • the porosity of the second layer is P2 (%)
  • the thickness of the intermediate layer is L ( ⁇ m)
  • the wick is used with the first layer located on the space (liquid phase fluid space) side where the liquid phase fluid exists, and the second layer located on the space side (gas phase fluid space) where the gas phase fluid exists. . That is, the first layer is positioned on the upstream side in the movement direction of the fluid, and the second layer is positioned on the downstream side. Since the porosity of the second layer is larger than that of the first layer, it is possible to suppress an increase in pressure in the wick as the fluid changes from liquid phase to gas phase, as the volume of the fluid expands. In addition, since the intermediate layer is provided, it is possible to suppress the movement of air bubbles (gas phase fluid) generated in the wick to the surface side of the first layer.
  • X ⁇ 0.3 ie, when the rate of change of porosity in the intermediate layer is small, the distance until the air bubbles move to the second layer becomes long, and the pressure of the intermediate layer increases, resulting in the wick An increase in pressure can occur.
  • the thickness of the intermediate layer with respect to the change in porosity (the difference in porosity between the first layer and the second layer) is too thin, and the above-described effect of the intermediate layer is not exploited, Backflow to the side can occur.
  • the pressure rise in the wick can be sufficiently suppressed.
  • the wick may satisfy the following formula (2). 0.01 ⁇ L / (L1 + L2 + L) ⁇ 100 ⁇ 10 (2)
  • the above equation (2) indicates that the ratio Y (%) of the thickness (L) of the intermediate layer to the entire thickness (L1 + L2 + L) of the wick is adjusted in the range of 0.01 to 10%. By adjusting to 0.01 ⁇ Y ⁇ 10, the effect of the above-mentioned intermediate layer is more surely exhibited.
  • the first layer may contain the first particles.
  • the second layer may comprise second particles larger than the first particles.
  • the intermediate layer may contain the first particles and the second particles. That is, in the intermediate layer, particles (first particles) constituting the first layer and particles (second particles) constituting the second layer may be mixed.
  • the porosity of the second layer can easily be made larger than that of the first layer by including particles (second particles) having a larger particle size than the particles (first particles) contained in the first layer. it can. Further, by making the intermediate layer be a mixture of the first particles and the second particles, it is possible to easily realize a continuous change (increase) in the porosity from the first layer to the second layer.
  • FIG. 1 The schematic of a loop heat pipe is shown.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view along the line III-III in Fig. 2;
  • the sectional view of the evaporator of the 2nd example is shown.
  • Figure 2 shows a schematic of the particles that make up the wick. The change of the porosity in the thickness direction of a wick is shown. The result of an experiment example is shown.
  • the wicks disclosed herein can be used in the evaporators of loop heat pipes.
  • the loop heat pipe may include an evaporator, a condenser, a steam pipe, and a liquid pipe.
  • the steam pipe is connected to the outlet of the evaporator and the inlet of the condenser
  • the liquid pipe is connected to the outlet of the condenser and the inlet of the evaporator.
  • the evaporator is located in the high temperature section and the condenser is located in the low temperature section.
  • a fluid (working fluid) is enclosed in the loop heat pipe. The fluid changes from liquid phase to gas phase in the evaporator and from gas phase to liquid phase in the condenser. Therefore, the vapor phase fluid (vapor) passes through the vapor pipe, and the liquid phase fluid (liquid) passes through the liquid pipe.
  • a reservoir tank for temporarily storing the liquid phase fluid may be disposed in the middle of the liquid pipe.
  • the evaporator comprises a case and a wick disposed within the case.
  • a liquid phase fluid space in which a liquid phase fluid moves and a gas phase fluid space in which a gas phase fluid moves are provided.
  • the liquid phase fluid space and the gas phase fluid space are separated by a wick. That is, the liquid phase fluid space is provided upstream of the wick in the fluid movement direction, and the gas phase fluid space is provided downstream of the wick.
  • the case may be made of a material with high thermal conductivity, such as metal.
  • Preferred materials for the case include copper (Cu), aluminum (Al), alloys thereof, or SUS (stainless steel).
  • the wick is a porous body.
  • the porous body constituting the wick includes communicating holes that exhibit capillary action to the fluid.
  • Resin, metal, ceramics etc. can be used for the material of the wick.
  • the material of the wick is preferably metal or ceramic from the viewpoint of obtaining good strength and durability. Further, the material of the wick is particularly preferably a ceramic from the viewpoint of obtaining good heat resistance and corrosion resistance.
  • the wick may comprise a first layer, a second layer having a porosity greater than the first layer, and an intermediate layer disposed between the first layer and the second layer.
  • the porosity of the intermediate layer may increase continuously from the first layer side to the second layer side.
  • the average value of the porosity of the intermediate layer may be larger than that of the first layer and smaller than that of the second layer.
  • the porosity of the intermediate layer is approximately equal to the porosity of the first layer on the first layer side (in the vicinity of the boundary with the first layer), and in the second layer (in the vicinity of the boundary with the second layer) It may be approximately equal to the rate.
  • the intermediate layer can also be regarded as a buffer layer for reducing the difference in porosity between the first layer and the second layer.
  • the wick may be disposed in the case such that the first layer contacts the liquid phase fluid space and the second layer contacts the gas phase fluid space.
  • the fluid moves from the liquid phase fluid space into the wick (first layer) by capillary action, changes from the liquid phase to the gas phase while moving from the first layer side to the second layer side, and then in the wick (second layer) ) To the gas phase fluid space.
  • the fluid volumetrically expands as it changes from the liquid phase to the gas phase.
  • the porosity of the second layer is preferably 2% or more larger than the porosity of the first layer, more preferably 4% or more, and particularly preferably 6% or more.
  • the porosity of the first layer is preferably 35% or more.
  • the first layer is exposed to the liquid phase fluid space and is in contact with the liquid phase fluid.
  • the porosity of the first layer is more preferably 40% or more, and particularly preferably 45% or more.
  • the porosity of the first layer is preferably 65% or less. When the porosity of the first layer exceeds 65%, the strength of the wick decreases, and damage to the wick may occur due to the resistance of the liquid phase fluid to move.
  • the porosity of the first layer is more preferably 55% or less, and particularly preferably 50% or less.
  • the porosity of the second layer is preferably 70% or less.
  • the pore size of the second layer may be larger than the pore size of the first layer. Also by making the pore diameter of the second layer larger than that of the first layer, it is possible to suppress the gas phase fluid from applying pressure to the first layer.
  • the wick has a porosity of the second layer larger than that of the first layer and a pore diameter of the second layer larger than that of the first layer.
  • the pore diameter of the second layer is preferably 0.2 ⁇ m or more larger than that of the first layer, more preferably 0.5 ⁇ m or more, and particularly preferably 1.0 ⁇ m or more.
  • the pore size can be obtained by measuring the pore size distribution and calculating the average pore size.
  • the pore size (average pore size) can be measured using a mercury intrusion method.
  • the pore diameter of the first layer is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, and particularly preferably 1.0 ⁇ m or more, in order to suppress an increase in migration resistance of the liquid phase fluid. It is.
  • the pore diameter of the first layer is preferably 5 ⁇ m or less, more preferably 4 ⁇ m or less, and particularly preferably 3 ⁇ m or less, in order to maintain capillary force.
  • the pore diameter of the second layer is preferably 7 ⁇ m or less.
  • the porosity may change continuously from the first layer to the second layer, and the pore size may also change continuously from the first layer to the second layer.
  • the average value of the porosity of the intermediate layer is larger than the porosity of the first layer and smaller than the porosity of the second layer.
  • the average value of the pore size of the intermediate layer is also larger than the pore size of the first layer and smaller than the pore size of the second layer.
  • the bubbles are easily moved from the first layer side to the second layer side.
  • the bubbles can be prevented from moving to the first layer side, that is, the bubbles are prevented from flowing back to the first layer side to apply pressure to the wick (first layer), and The movement of the liquid phase fluid into one layer can be smoothed.
  • the porosity of the first layer, the porosity of the second layer, and the thickness of the intermediate layer may satisfy the following relationship. 0.3 ⁇ (P2-P1) / L ⁇ 50 (1)
  • P1 porosity of first layer (unit:%)
  • P2 porosity of second layer (unit:%)
  • L thickness of intermediate layer (unit: ⁇ m).
  • the above equation (1) indicates the range of the porosity increase rate X in the intermediate layer.
  • the porosity increase rate X in the intermediate layer may be greater than 5 (% / ⁇ m), may be greater than 10 (% / ⁇ m), and may be greater than 40 (% / ⁇ m).
  • the thickness of the intermediate layer (the distance between the first layer and the second layer in the direction in which the intermediate layer is present) may be thinner than the thicknesses of the first layer and the second layer. Also, the thickness of the intermediate layer may be greater than 0.01% and less than 10% of the thickness of the entire wick. Specifically, when the thickness of the first layer is L1 and the thickness of the second layer is L2, the wick may satisfy the following formula (2). 0.01 ⁇ L / (L1 + L2 + L) ⁇ 100 ⁇ 10 (2)
  • the thickness L of the intermediate layer may be greater than 0.01%, greater than 0.02%, or greater than 0.03% of the thickness of the entire wick. Also, the thickness L of the intermediate layer may be smaller than 9%, smaller than 0.9%, smaller than 0.09%, smaller than 0.05%.
  • the raw material that constitutes the first layer and the raw material that constitutes the second layer may be different.
  • the particle size of the material forming the second layer may be larger than the particle size of the material forming the first layer. That is, the first layer may comprise the first particles and the second layer may comprise the second particles larger than the first particles.
  • the first layer may be composed of a raw material mainly composed of the first particles (the volume of the first particles in the first layer is 50 vol% or more).
  • the second layer may be composed of a raw material mainly composed of the second particles (the volume of the second particles in the second layer is 50 vol% or more).
  • the intermediate layer may include the first particles and the second particles. In other words, in the intermediate layer, the first particles and the second particles may be mixed.
  • the condenser has a structure in which the fluid changes from the gas phase to the liquid phase by heat radiation.
  • the condenser may be a single pipe made of metal.
  • the condenser may have a structure with a case and a wick disposed in the case, as with the evaporator.
  • the case and wick of the condenser can be appropriately selected from the ranges described for the case and wick of the evaporator described above.
  • each of the steam pipe and the liquid pipe can be made of resin, metal, or ceramic (ceramic dense body).
  • the fluid water, ammonia or an organic solvent can be used.
  • the organic solvent acetone, alcohol, chlorofluorocarbon, glycol ethers, naphthalene, diethyl diphenyl and the like can be used.
  • the fluid can be appropriately selected to change from the liquid phase to the gas phase in the temperature range in which the loop heat pipe is used.
  • the loop heat pipe 100 will be described with reference to FIG.
  • the loop heat pipe 100 includes an evaporator 2, a steam pipe 4, a condenser 6, a liquid pipe 8, and a reservoir 10.
  • the steam pipe 4 connects between the outlet 2 b of the evaporator 2 and the inlet 6 a of the condenser 6.
  • the liquid pipe 8 connects between the outlet 2 b of the condenser 6 and the inlet 2 a of the evaporator 2.
  • the reservoir 10 is connected to the middle of the liquid pipe 8.
  • a fluid working fluid
  • the evaporator 2 is disposed at the high temperature part.
  • the liquid phase fluid is introduced into the evaporator 2 from the liquid pipe 8.
  • the liquid phase fluid is heated to change into a gas phase fluid.
  • the gas phase fluid moves in the direction of the arrow 20 in the vapor pipe 4 and is introduced into the condenser 6. Details of the evaporator 2 will be described later.
  • the condenser 6 is disposed in the low temperature section.
  • the gas phase fluid is cooled and changed to a liquid phase fluid.
  • the liquid phase fluid moves in the direction of the arrow 30 in the liquid pipe 8 and is introduced into the evaporator 2.
  • the liquid phase fluid is temporarily stored in the reservoir 10 and then introduced into the evaporator 2.
  • the reservoir 10 stabilizes the introduction amount of the liquid phase fluid to the evaporator 2. As the fluid circulates in the loop heat pipe 100, heat is transferred from the high temperature part to the low temperature part.
  • the evaporator 2 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the evaporator 2 includes a case 50 and a wick 52.
  • the evaporator 2 utilizes a cylindrical case 50 and a cylindrical wick 52.
  • the case 50 is made of metal, and the wick 52 is made of ceramic.
  • the case 50 is provided with an inlet 2a at one end in the longitudinal direction (Y-axis direction), and an outlet 2b at the other end.
  • the inlet 2a is connected to the liquid pipe 8, and the outlet 2b is connected to the steam pipe 4 (see also FIG. 1).
  • the wick 52 is disposed in the case 50. In the wick 52, one end 52a in the Y-axis direction is open, and the other end 52b is closed.
  • the end 52a is in contact with the case 50 at the inlet 2a side in a state of enclosing the inlet 2a. Therefore, the inside of the wick 52 is in communication with the liquid pipe 8. Inside the wick 52, a liquid phase fluid space 58 is formed. The end 52 b is not in contact with the case 50.
  • the outer periphery of the wick 52 is in contact with the inner periphery of the case 50 (see FIG. 3).
  • the wick 52 is fitted in the case 50 by shrink fitting.
  • a plurality of grooves 60 are provided on the outer periphery of the wick 52.
  • FIG. 3 shows four grooves 60 as an example.
  • the groove 60 extends from one end to the other end in the Y-axis direction.
  • the groove 60 forms a gas phase fluid space 54 between the inner periphery of the case 50 and the outer periphery of the wick 52.
  • the gas phase fluid space 54 is a flow path of the gas phase fluid and is in communication with the outlet 2 b.
  • the liquid phase fluid is introduced into the liquid phase fluid space 58 from the liquid pipe 8.
  • Arrows 32 indicate the flow of the liquid phase fluid.
  • the liquid phase fluid moves from the liquid phase fluid space 58 into the interior of the wick 52 by capillary action.
  • the fluid moves in the direction of arrow 34 (the thickness direction of the wick 52) and reaches the gas phase fluid space 54.
  • the gas phase fluid space 54 is supplied with the gas phase fluid.
  • the gas phase fluid moves in the gas phase fluid space 54 in the direction of the arrow 36 toward the outlet 2 b.
  • the gas phase fluid moves to the steam pipe 4 (see FIG. 1) through the outlet 2b as shown by the arrow 38.
  • the evaporator 202 will be described with reference to FIG.
  • the evaporator 202 is a modification of the evaporator 2.
  • FIG. 4 shows a cross section of the evaporator 2 corresponding to FIG. That is, FIG. 4 shows a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the evaporator 202.
  • the same or the last two digits may attach
  • the evaporator 202 can be used as an evaporator of the loop heat pipe 100 in place of the evaporator 2.
  • the evaporator 202 includes a square cylindrical case 250 and a square cylindrical wick 252, and the wick 252 is fitted in the case 250. Also in the evaporator 202, the fluid moves from the liquid phase fluid space 258 into the wick 252, changes from the liquid phase to the gas phase in the wick, and moves to the gas phase fluid space 254.
  • FIG. 5 schematically shows the particles that make up the wicks 52, 252.
  • FIG. 6 shows the relationship between the position in the thickness direction of the wicks 52 and 252 (horizontal axis: unit ⁇ m) and the porosity (vertical axis: unit%).
  • Reference numerals 58 and 54 on the horizontal axis respectively correspond to the liquid phase fluid space and the gas phase fluid space.
  • the wicks 52 and 252 are porous bodies composed of a plurality of particles 70 p and 74 p.
  • the diameter of the particle 74p constituting the gas phase fluid space 54, 254 side is larger than the diameter of the particle 70p constituting the liquid phase fluid space 58, 258 side.
  • the wicks 52, 252 comprise a first layer 70 comprised of small diameter particles 70p and a second layer 74 comprised of large diameter particles 74p.
  • the porosity P1 of the first layer 70 is smaller than the porosity P2 of the second layer 74.
  • the pore diameter of the first layer 70 is also smaller than the pore diameter of the second layer 74.
  • an intermediate layer 72 in which particles 70p and 74p are mixed is provided between the first layer 70 and the second layer 74.
  • the proportion of particles 70p decreases as going from the first layer 70 side to the second layer 74 side. Therefore, as shown in FIG. 6, in the intermediate layer 72, the porosity increases continuously from the first layer 70 side toward the second layer 74 side.
  • the thickness L1 of the layer, the thickness L2 of the second layer, and the thickness L of the intermediate layer are adjusted. 0.3 ⁇ (P2-P1) / L ⁇ 50 (1) 0.01 ⁇ L / (L1 + L2 + L) ⁇ 100 ⁇ 10 (2)
  • the intermediate layer 72 particles 70p and 74p are mixed.
  • the wick including the first layer 70, the intermediate layer 72, and the second layer 74 for example, sucks the raw material constituting the first layer 70 to the surface of the second layer 74 after firing in a dry manner, It can manufacture by baking the porous body in which the 1st layer 70 was formed.
  • the second layer 74 is formed using extrusion molding, press molding or the like using a raw material containing the particles 74p, and then firing is performed to form a fired body of the second layer 74. Thereafter, a raw material including the particles 70p is formed on one surface of the fired body (the second layer 74), and is further fired.
  • the particles 70p intrude into gaps formed by firing the second layer 74, and a layer (intermediate layer 72) in which the particles 70p and 74p are mixed is formed between the first layer 70 and the second layer 74.
  • a cylindrical layer (second layer 74) is formed by extrusion using a raw material containing the particles 74p. Thereafter, the tubular layer is fired to form a tubular fired body. Thereafter, the raw material containing the particles 70p is formed on the inner side of the fired body to form a tubular layer (first layer 70).
  • wicks 52 and 252 provided with the intermediate layer 72 between the first layer 70 and the second layer 74 can be obtained. .
  • the porosity of the second layer 74 is about 60%
  • the porosity of the first layer 70 is about 40%
  • the porosity of the intermediate layer 72 is the first layer 70 to the first
  • the second layer 74 has a pore diameter larger than that of the first layer 70.
  • the pore diameter of the second layer 74 is about 3 ⁇ m
  • the pore diameter of the first layer 70 is about 2 ⁇ m
  • the pore diameter of the intermediate layer 72 is 2 toward the second layer from the first layer 70
  • the thickness of the intermediate layer 72 is adjusted in the range of 0.01 to 10% with respect to the thickness of the wicks 52, 252.
  • the porosity of the second layer 74 is Larger than the first layer 70. Therefore, when the fluid moves from the liquid phase fluid space 58 to the gas phase fluid space 54 and changes from the liquid phase to the gas phase, the pressure inside the wicks 52, 252 increases due to the volumetric expansion of the fluid. Can be suppressed. It is suppressed that pressure is applied to the portion (the first layer 70) where the liquid phase fluid exists, and movement of the liquid phase fluid from the liquid phase fluid space 58 into the wick 52, 252 is suppressed. Furthermore, by providing the intermediate layer 72 between the first layer 70 and the second layer 74, it is also possible to suppress the gas phase fluid from moving to the first layer 70 (backflow of air bubbles). The pressure rise of the first layer 70 can be further suppressed.
  • the pore diameter of the second layer 74 is larger than that of the first layer 70, and the pore diameter of the intermediate layer 72 continuously changes (increases) from the first layer 70 toward the second layer.
  • Such a structure can suppress the pressure rise in the wicks 52, 252, and can also suppress the structural failure of the wicks 52, 252 accompanying the volumetric expansion of the fluid.
  • the size (particle diameter) of the particles 74 p constituting the second layer 74 is larger than the size of the particles 70 p constituting the first layer 70.
  • wick with an intermediate layer between the first and second layers was made and evaluated for its applicability to loop heat pipes. Specifically, first, a cylindrical porous body was formed using extrusion molding, and then the porous body was fired to form a cylindrical sintered body (second layer) having a porosity of 60%. Then, the raw material containing particle
  • a wick without an intermediate layer was formed between the first layer and the second layer, and the adaptability to a loop heat pipe was evaluated (Sample 6).
  • Sample 6 first, a tubular porous body (second layer) is formed using extrusion molding, and then the inner layer is formed on the inside of the porous body using slip casting without firing the porous body. The (first layer) was formed. Since the sample 6 is not fired after forming the porous body (second layer), no intermediate layer is formed between the first layer and the second layer. The thickness and the porosity of each layer of sample 6 are shown in FIG.
  • the loop heat pipe using the wick of sample 6 did not function as a loop heat pipe because the fluid did not circulate in the loop heat pipe.
  • the intermediate layer by providing the intermediate layer, the air bubbles (gas phase fluid) smoothly move to the gas phase fluid space, the pressure rise in the wick is suppressed, and the liquid phase fluid smoothly flows from the liquid phase fluid space into the wick. It shows that it moved to.
  • cylindrical wick wick 52
  • square cylindrical wick wick 252
  • the cylindrical wick is characterized in that it has high strength and can achieve uniform heat conduction in the wick.
  • the rectangular cylindrical wick has a feature that the heat receiving area of the wick (evaporator) can be increased with respect to the heat source.
  • a plurality of grooves are formed on the outer surface (the surface of the second layer) of the cylindrical or rectangular cylindrical wick, and the wick is fitted into the case.
  • the surface of the first layer may face the liquid phase fluid space
  • the surface of the second layer may face the gas phase fluid space
  • the form described in the embodiments is not necessarily required. It is not limited to
  • one groove may be provided on the outer surface of the wick.
  • the outer surface of the wick may be provided with a plurality of protrusions, and the space between the protrusions and the protrusions may form a flow path for a gas phase fluid (gas phase fluid space).
  • a spacer may be disposed between a cylindrical (cylindrical, square cylindrical) wick and a case, and a gas phase fluid space may be formed between the wick and the case. In this case, the formation of the groove on the outer surface of the wick can be omitted.
  • an intermediate layer may be provided between at least two layers having different porosity and the like, and a wick provided with a plurality of (three or more layers) layers having different porosity and the like may be provided. It can also be applied.
  • a third layer having a porosity or the like different from that of the second layer may be provided on the surface of the second layer (the surface opposite to the intermediate layer).
  • a second intermediate layer may be further provided between the second layer and the third layer.
  • the characteristic of the second intermediate layer is that, similarly to the intermediate layer described above, the porosity is continuously increased from the second layer side toward the third layer side, and the average value of the porosity is higher than that of the second layer It may be large and smaller than the third layer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

ループヒートパイプの蒸発器で用いるウィックであって、第１層と、第１層より気孔率が大きい第２層と、第１層と第２層の間に配置されている中間層を備えている。中間層では、気孔率が第１層側から第２層側に向けて連続的に増加しており、気孔率の平均値が第１層より大きく第２層より小さい。また、ウィックは、第１層の気孔率をＰ１（％）とし、第２層の気孔率をＰ２（％）とし、中間層の厚みをＬ（μｍ）としたときに、下記式（１）を満足する。　０．３＜（Ｐ２－Ｐ１）／Ｌ＜５０・・・（１）

Description

ウィック
　本明細書に開示する技術は、ループヒートパイプで用いられるウィックに関する。
　高温部で流体を液相から気相に変化させ、低温部で気相から液相に変化させることにより、熱移動を行うループヒートパイプが知られている。特開２００２－１８１４６９号公報は、高温部で用いる蒸発器の構造を開示している。以下、特開２００２－１８１４６９号公報を、特許文献１と称する。蒸発器は、金属製の筒状ケースと、筒状ケース内に配置されているウィックを備えている。ウィックは、筒状の多孔質体であり、軸方向（長手方向）の一端が開口し、他端が閉口しているウィック内空間を備えている。液相の流体は、ウィックの開口よりウィック内空間に導入される。筒状ケースとウィックの間には、気相流体が移動する気相流路が設けられている。液相の流体は、毛細管現象により、ウィック内空間からウィック内部に移動する。流体は、ウィック内部で受熱することにより、液相から気相に変化し、気相流路に移動する。気相流体は、気相流路を通って低温部（凝縮部）に移動する。
　流体が液相から気相に変化するときに、流体の体積が増加する。流体の体積増加に伴ってウィック内部（多孔質体の内部）の圧力が上昇すると、液相の流体がウィック内空間からウィック内部に移動しにくくなる。そのため、ウィック内部の圧力上昇を抑制する技術が求められている。本明細書は、内部圧力の上昇が抑制されたウィックを実現する技術を提供する。
　本明細書で開示するウィックは、ループヒートパイプの蒸発器で用いることができる。ウィックは、第１層と、第２層と、第１層と第２層の間に配置されている中間層を備えていてよい。第２層は、第１層より気孔率が大きくてよい。中間層は、気孔率が第１層側から第２層側に向けて連続的に増加しており、気孔率の平均値が第１層より大きく第２層より小さくてよい。このウィックは、第１層の気孔率をＰ１（％）とし、第２層の気孔率をＰ２（％）とし、中間層の厚みをＬ（μｍ）としたときに、下記式（１）を満足していてよい。
　　０．３＜（Ｐ２－Ｐ１）／Ｌ＜５０・・・（１）
　上記ウィックは、第１層を液相流体が存在する空間（液相流体空間）側に位置させ、第２層を気相流体が存在する空間（気相流体空間）側に位置させて使用する。すなわち、流体の移動方向の上流側に第１層を位置させ、下流側に第２層を位置させる。第２層の気孔率が第１層より大きいので、流体が液相から気相に変化したときに、流体の体積膨張に伴ってウィック内の圧力が上昇することを抑制することができる。また、中間層が設けられているので、ウィック内で発生した気泡（気相流体）が第１層の表面側に移動することを抑制することができる。すなわち、ウィック内で発生した気相流体が液相流体空間側に逆流することを抑制し、第１層の圧力上昇を抑制することができる。なお、上記ウィックでは、第１層と第２層の気孔率差（Ｐ２－Ｐ１）と中間層の厚みＬの比Ｘ、すななち、中間層における気孔率の増加率Ｘ（Ｘ＝（Ｐ２－Ｐ１）／Ｌ）が、０．３～５０の範囲に調整されている。Ｘ≦０．３の場合、すなわち、中間層における気孔率の変化率が小さい場合、気泡が第２層に移動するまでの距離が長くなり、中間層の圧力が上昇し、結果としてウィック内の圧力が上昇することが起こり得る。また、５０≦Ｘの場合、気孔率の変化（第１層と第２層の気孔率差）に対する中間層の厚みが薄すぎ、上記した中間層の効果が活かされず、気泡が液相流体空間側に逆流することが起こり得る。０．３＜Ｘ＜５０とすることにより、ウィック内の圧力上昇を十分に抑制することができる。
　上記ウィックは、第１層の厚みをＬ１とし、第２層の厚みをＬ２としたときに、下記式（２）を満足していてよい。
　　０．０１＜Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００＜１０・・・（２）
　上記式（２）は、ウィックの厚み全体（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）に対する中間層の厚み（Ｌ）の割合Ｙ（％）が、０．０１～１０％の範囲に調整されていることを示している。０．０１＜Ｙ＜１０に調整することにより、上記した中間層の効果がより確実に発揮される。
　上記ウィックでは、第１層は、第１粒子を含んでいてよい。第２層は、第１粒子より大きな第２粒子を含んでいてよい。中間層は、第１粒子及び第２粒子を含んでいてよい。すなわち、中間層は、第１層を構成する粒子（第１粒子）と第２層を構成する粒子（第２粒子）が混在していてよい。
　第２層が第１層に含まれる粒子（第１粒子）よりも粒径の大きな粒子（第２粒子）を含むことにより、容易に第２層の気孔率を第１層より大きくすることができる。また、中間層を第１粒子と第２粒子が混在する構成にすることにより、第１層から第２層に向けた気孔率の連続的な変化（増加）を容易に実現することができる。
ループヒートパイプの概略図を示す。 第１実施例の蒸発器の断面図を示す。 図２のIII－III線に沿った断面図を示す。 第２実施例の蒸発器の断面図を示す。 ウィックを構成する粒子の概略図を示す。 ウィックの厚み方向における気孔率の変化を示す。 実験例の結果を示す。
　以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
　本明細書で開示するウィックは、ループヒートパイプの蒸発器で用いることができる。ループヒートパイプは、蒸発器と、凝縮器と、蒸気管と、液管を備えていてよい。この場合、蒸気管は蒸発器の出口と凝縮器の入口に接続され、液管は凝縮器の出口と蒸発器の入口に接続される。蒸発器は高温部に配置され、凝縮器は低温部に配置される。ループヒートパイプ内には、流体（作動流体）が封入される。流体は、蒸発器で液相から気相に変化し、凝縮器で気相から液相に変化する。そのため、蒸気管を気相流体（蒸気）が通過し、液管を液相流体（液体）が通過する。なお、液管の中間に、液相流体を一時的に貯留するためのリザーバタンクを配置してもよい。
　蒸発器は、ケースと、ケース内に配置されるウィックを備えている。ケース内には、液相の流体が移動する液相流体空間と、気相の流体が移動する気相流体空間が設けられている。液相流体空間と気相流体空間は、ウィックによって分離されている。すなわち、流体が移動する方向において、ウィックの上流に液相流体空間が設けられており、ウィックの下流に気相流体空間が設けられている。
　ケースは、熱伝導率の高い材料、例えば、金属製であってよい。ケースの好ましい材料として、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、それらの合金、あるいは、ＳＵＳ（ステンレススチール）等が挙げられる。
　ウィックは、多孔質体である。ウィックを構成する多孔質体は、流体に対して毛細管現象を発現する連通孔を含んでいる。ウィックの材料は、樹脂、金属、セラミックス等を用いることができる。良好な強度、耐久性が得られるという観点より、ウィックの材料は金属またはセラミックスが好ましい。また、良好な耐熱性、耐食性も得られるという観点よりウィックの材料はセラミックスが特に好ましい。
　ウィックは、第１層と、気孔率が第１層より大きい第２層と、第１層と第２層の間に配置されている中間層を備えていてよい。中間層の気孔率は、第１層側から第２層側に向けて連続的に増加していてよい。また、中間層の気孔率の平均値は、第１層より大きく、第２層より小さくてよい。中間層の気孔率は、第１層側（第１層との境界近傍）では第1層の気孔率にほぼ等しく、第２層側（第２層との境界近傍）では第２層の気孔率にほぼ等しくてよい。中間層は、第１層と第２層の気孔率の差を緩和するためのバッファ層と捉えることもできる。ウィックは、第１層が液相流体空間に接し、第２層が気相流体空間と接するようにケース内に配置されてよい。
　流体は、毛細管現象によって液相流体空間からウィック内（第１層）に移動し、第１層側から第２層側に移動しながら液相から気相に変化し、ウィック内（第２層）から気相流体空間に移動する。流体は、液相から気相に変化するときに体積膨張する。第２層の気孔率を第１層より大きくすることによって、気相流体によるウィック内の圧力上昇を抑制することができる。また、気相流体が第１層に圧力を加えて液相流体の移動が妨げられることを抑制することもできる。なお、第２層の気孔率は、第１層の気孔率より２％以上大きいことが好ましく、４％以上大きいことがより好ましく、６％以上大きいことが特に好ましい。
　第１層の気孔率は、３５％以上であることが好ましい。第１層は、液相流体空間に露出しており、液相流体と接触する。第１層の気孔率が３５％未満の場合、ウィック内における液相流体の移動抵抗が大きくなり、流体がスムーズに移動しにくくなることがある。第１層の気孔率は、４０％以上であることがより好ましく、４５％以上であることが特に好ましい。また、第１層の気孔率は、６５％以下であることが好ましい。第１層の気孔率が６５％を超えると、ウィックの強度が低下し、液相流体が移動する際の抵抗によってウィックが損傷することが起こり得る。第１層の気孔率は、５５％以下であることがより好ましく、５０％以下であることが特に好ましい。なお、第２層の気孔率は、７０％以下であることが好ましい。
　第２層の気孔径は、第１層の気孔径より大きくてよい。第２層の気孔径を第１層より大きくすることによっても、気相流体が第１層に圧力を加えることを抑制することができる。好ましくは、ウィックは、第２層の気孔率が第１層より大きいとともに、第２層の気孔径が第１層より大きい。第２層の気孔径は、第１層より０．２μｍ以上大きいことが好ましく、０．５μｍ以上大きいことがより好ましく、１．０μｍ以上大きいことが特に好ましい。なお、気孔径は、細孔径分布を測定し、平均細孔径を計算することによって得られる。気孔径（平均細孔径）は、水銀圧入法を用いて測定することができる。
　第１層の気孔径は、液相流体の移動抵抗が増大することを抑制するため、０．１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、特に好ましくは１．０μｍ以上である。また、第１層の気孔径は、毛細管力を維持するために、５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４μｍ以下であり、特に好ましくは３μｍ以下である。なお、第２層の気孔径は、７μｍ以下であることが好ましい。
　中間層は、気孔率が第１層から第２層に向けて連続的に変化し、気孔径も第１層から第２層に向けて連続的に変化していてよい。この場合、中間層の気孔率の平均値は、第１層の気孔率より大きく、第２層の気孔率より小さい。また、中間層の気孔径の平均値も、第１層の気孔径より大きく、第２層の気孔径より小さい。流体は、中間層付近で液相から気相に変化する。すなわち、中間層付近で、液相流体から気泡が生じ始める。第１層側から第２層側に向けて中間層の気孔率が連続的に変化していると、気泡が第１層側から第２層側に移動しやすくなる。気泡が第１層側に移動することを抑制することができ、すなわち、気泡が第１層側に逆流してウィック（第１層）に圧力を加えることが抑制され、液相流体空間から第１層内への液相流体の移動をスムーズにすることができる。
　上記ウィックでは、第１層の気孔率と第２層の気孔率と中間層の厚みが、以下の関係を満たしていてよい。
　　　０．３＜（Ｐ２－Ｐ１）／Ｌ＜５０・・・（１）
　Ｐ１：第１層の気孔率（単位：％）、Ｐ２：第２層の気孔率（単位：％）、Ｌ：中間層の厚み（単位：μｍ）を示す。
　上記式（１）は、中間層における気孔率の増加率Ｘの範囲を示している。なお、中間層における気孔率の増加率Ｘは、５（％／μｍ）より大きくてよく、１０（％／μｍ）より大きくてもよく、４０（％／μｍ）より大きくてもよい。
　中間層の厚み（第１層と第２層を結ぶ方向における中間層が存在する距離）は、第１層及び第２層の厚みより薄くてよい。また、中間層の厚みは、ウィック全体の厚みに対して、０．０１％より大きく、１０％より小さくてよい。具体的には、ウィックは、第１層の厚みをＬ１とし、第２層の厚みをＬ２としたときに、下記式（２）を満足していてよい。
　　０．０１＜Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００＜１０・・・（２）
　また、中間層の厚みＬは、ウィック全体の厚みに対して、０．０１％より大きくてよく、０．０２％より大きくてよく、０．０３％より大きくてもよい。また、中間層の厚みＬは、９％より小さくてよく、０．９％より小さくてよく、０．０９％より小さくてよく、０．０５％より小さくてもよい。
　第１層を構成する原料と、第２層を構成する原料は異なっていてよい。例えば、第２層を構成する原料の粒子サイズは、第１層を構成する原料の粒子サイズより大きくてよい。すなわち、第１層は第１粒子を含み、第２層は第１粒子より大きな第２粒子を含んでいてよい。具体的には、第１層は、第１粒子を主体とする原料（第１層に占める第１粒子の体積が５０ｖｏｌ％以上）で構成されていてよい。第２層は、第２粒子を主体とする原料（第２層に占める第２粒子の体積が５０ｖｏｌ％以上）で構成されていてよい。この場合、中間層は第１粒子及び第２粒子を含んでいてよい。換言すると、中間層は、第１粒子と第２粒子が混在していてよい。
　凝縮器は、放熱によって流体が気相から液相に変化する構造を備えている。特に限定されるものではないが、凝縮器は、金属製の単管であってよい。あるいは、凝縮器は、蒸発器と同様に、ケースと、ケース内に配置されるウィックを備えた構造であってもよい。この場合、凝縮器のケース及びウィックは、上記した蒸発器のケース及びウィックで説明した範囲内のものを適宜選択することができる。
　蒸気管および液管の材料は、流体の種類、ループヒートパイプを使用する環境（温度等）に応じて、適宜選択することができる。例えば、蒸気管および液管の各々は、樹脂製、、金属製、あるいはセラミックス（セラミックス緻密体）製であってよい。なお、流体は、水、アンモニア、有機溶媒を用いることができる。有機溶媒の一例として、アセトン、アルコール、フロン、グリコールエーテル類、ナフタレン、ジエチルジフェニル等を用いることができる。流体は、ループヒートパイプが使用される温度域で液相から気相に変化するものを適宜選択することができる。
（第１実施例）
　図１を参照し、ループヒートパイプ１００について説明する。ループヒートパイプ１００は、蒸発器２と、蒸気管４と、凝縮器６と、液管８と、リザーバ１０を備えている。蒸気管４は、蒸発器２の出口２ｂと凝縮器６の入口６ａの間を接続している。また、液管８は、凝縮器６の出口２ｂと蒸発器２の入口２ａの間を接続している。リザーバ１０は、液管８の中間に接続されている。ループヒートパイプ１００内には、流体（作動流体）が封止されている。
　蒸発器２は、高温部に配置される。蒸発器２には、液管８より液相流体が導入される。蒸発器２では、液相流体が加熱されて気相流体に変化する。気相流体は、蒸気管４内を矢印２０方向に移動し、凝縮器６に導入される。蒸発器２の詳細は後述する。
　凝縮器６は、低温部に配置される。凝縮器６では、気相流体が冷却されて液相流体に変化する。液相流体は、液管８内を矢印３０方向に移動し、蒸発器２に導入される。なお、液相流体は、リザーバ１０に一時的に貯留された後、蒸発器２に導入される。リザーバ１０により、蒸発器２への液相流体の導入量が安定する。流体がループヒートパイプ１００内を循環することによって、高温部から低温部に熱が移動する。
　図２及び図３を参照し、蒸発器２について説明する。蒸発器２は、ケース５０とウィック５２を備えている。蒸発器２では、円筒状のケース５０と、円筒状のウィック５２を利用している。ケース５０は金属製であり、ウィック５２はセラミックス製である。ケース５０は、長手方向（Ｙ軸方向）の一端に入口２ａが設けられており、他端に出口２ｂが設けられている。入口２ａは液管８と接続しており、出口２ｂは蒸気管４と接続している（図１も参照）。ウィック５２は、ケース５０内に配置されている。ウィック５２は、Ｙ軸方向の一方の端部５２ａが開口しており、他方の端部５２ｂが閉口している。端部５２ａは、入口２ａ側で、入口２ａを囲った状態でケース５０に接触している。そのため、ウィック５２の内部は、液管８と連通している。ウィック５２の内部に、液相流体空間５８が形成される。なお、端部５２ｂは、ケース５０と非接触である。
　ウィック５２の外周は、ケース５０の内周と接触している（図３を参照）。ウィック５２は、焼きばめによって、ケース５０内に嵌められている。また、複数の溝６０が、ウィック５２の外周に設けられている。図３は、一例として、４個の溝６０を示している。溝６０は、Ｙ軸方向の一端から他端まで伸びている。溝６０によって、ケース５０の内周とウィック５２の外周の間に、気相流体空間５４が形成される。気相流体空間５４は、気相流体の流路であり、出口２ｂと連通している。
　液相流体空間５８には、液管８から液相流体が導入される。矢印３２は、液相流体の流れを示している。液相流体は、毛細管現象によって、液相流体空間５８からウィック５２の内部に移動する。流体は、矢印３４方向（ウィック５２の厚み方向）に移動し、気相流体空間５４に達する。ウィック５２の内部では、液相流体が受熱し、液相流体が気相流体に変化する。そのため、気相流体空間５４には気相流体が供給される。気相流体は、出口２ｂに向かって、気相流体空間５４を矢印３６方向に移動する。なお、気相流体は、矢印３８に示すように、出口２ｂを通じて蒸気管４（図１を参照）に移動する。
（第２実施例）
　図４を参照し、蒸発器２０２について説明する。蒸発器２０２は、蒸発器２の変形例である。図４は、蒸発器２における図３に相当する断面を示している。すなわち、図４は、蒸発器２０２の長手方向に直交する断面を示している。蒸発器２０２について、蒸発器２と同様の構成には、同一又は下二桁が同一の参照番号を付し、説明を省略することがある。蒸発器２０２は、蒸発器２に代えて、ループヒートパイプ１００の蒸発器として利用することができる。
　蒸発器２０２は、角筒状のケース２５０と角筒状のウィック２５２を備えており、ケース２５０内にウィック２５２が嵌め込まれている。蒸発器２０２においても、流体は、液相流体空間２５８からウィック２５２内に移動し、ウィック内で液相から気相に変化し、気相流体空間２５４に移動する。
（ウィックの構造）
　図５及び図６を参照し、ウィック５２，２５２の内部構造について説明する。図５は、ウィック５２，２５２を構成する粒子を模式的に示している。また、図６は、ウィック５２，２５２の厚み方向の位置（横軸：単位μｍ）と気孔率（縦軸：単位％）の関係を示している。横軸の参照番号５８，５４は、各々液相流体空間と気相流体空間に相当する。
　図５に示すように、ウィック５２，２５２は、複数の粒子７０ｐ、７４ｐで構成された多孔質体である。気相流体空間５４，２５４側を構成する粒子７４ｐの径は、液相流体空間５８，２５８側を構成する粒子７０ｐの径より大きい。ウィック５２，２５２は、小径の粒子７０ｐで構成された第１層７０と、大径の粒子７４ｐで構成された第２層７４を備えている。なお、図６の曲線８０に示すように、第１層７０の気孔率Ｐ１は、第２層７４の気孔率Ｐ２より小さい。また、図示は省略するが、第１層７０の気孔径も、第２層７４の気孔径より小さい。
　第１層７０と第２層７４の間には、粒子７０ｐ，７４ｐが混在した中間層７２が設けられている。中間層７２では、第１層７０側から第２層７４側に向かうに従って、粒子７０ｐ（第１層７０を構成する粒子）の割合が小さくなっている。そのため、図６に示すように、中間層７２では、気孔率は、第１層７０側から第２層７４側に向かうに従って連続的に増加している。具体的には、中間層７２の気孔率は、第１層７０側から第２層７４側に向かうに従って、気孔率Ｐ１からＰ２に連続的に増加している。そのため、中間層７２における気孔率の増加率Ｘは、Ｘ＝（Ｐ２－Ｐ１）／Ｌで示される。ウィック５２，２５２では、気孔率の増加率Ｘが、下記式（１）を満足するように、気孔率Ｐ１，Ｐ２及び中間層の厚みＬが調整されている。さらに、ウィック５２，２５２では、ウィック５２，２５２の厚み全体に対する中間層の厚みＬの割合Ｙ（Ｙ＝Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００）が、下記式（２）を満足するように、第１層の厚みＬ１、第２層の厚みＬ２及び中間層の厚みＬが調整されている。
　　０．３＜（Ｐ２－Ｐ１）／Ｌ＜５０・・・（１）
　　０．０１＜Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００＜１０・・・（２）
　上記したように、中間層７２は、粒子７０ｐ，７４ｐが混在している。第１層７０，中間層７２，第２層７４を備えるウィックは、例えば焼成後の第２層７４の表面に第１層７０を構成する原料を乾式で吸引し、第２層７４の表面に第１層７０が形成された多孔質体を焼成することにより製造することができる。具体的には、粒子７４ｐを含む原料を用いて押出成型、プレス成型等を利用して第２層７４を形成した後、焼成し、第２層７４の焼成体を作成する。その後、焼成体（第２層７４）の一方の面に粒子７０ｐを含む原料を形成し、さらに焼成する。第２層７４を焼成することによって生じた隙間に粒子７０ｐが侵入し、第１層７０と第２層７４の間に、粒子７０ｐと７４ｐが混在した層（中間層７２）が形成される。
　例えばウィック５２，２５２の場合、まず、粒子７４ｐを含む原料を用いて押出成型によって筒状の層（第２層７４）を形成する。その後、筒状の層を焼成することにより、筒状の焼成体を形成する。その後、粒子７０ｐを含む原料を焼成体の内側に形成し、筒状の層（第１層７０）を形成する。第２層７４の内側に第１層７０が形成された多孔質体を焼成することにより、第１層７０と第２層７４の間に中間層７２が設けられたウィック５２，２５２が得られる。なお、ウィック５２，２５２の場合、第２層７４の気孔率は約６０％であり、第１層７０の気孔率は約４０％であり、中間層７２の気孔率は第１層７０から第２層７４に向けて４０～６０％の間で連続的に変化（増加）している。また、第２層７４は第１層７０よりも気孔径が大きい。具体的には、第２層７４の気孔径は約３μｍであり、第１層７０の気孔径は約２μｍであり、中間層７２の気孔径は第１層７０から第２層に向けて２～３μｍの間で連続的に変化（増加）している。なお、中間層７２の厚みは、ウィック５２，２５２の厚みに対して０．０１～１０％の範囲で調整されている。
　ウィック５２，２５２の利点を説明する。上記したように、第２層７４の気孔率は、
第１層７０より大きい。そのため、流体が液相流体空間５８から気相流体空間５４向けて移動しながら液相から気相に変化したときに、流体の体積膨張に起因してウィック５２，２５２内部の圧力が上昇することを抑制できる。液相流体が存在する部分（第１層７０）に圧力が加わることが抑制され、液相流体空間５８からウィック５２，２５２内への液相流体の移動が妨げられることが抑制される。さらに、第１層７０と第２層７４の間に中間層７２が設けらていることにより、気相流体が第１層７０に移動する（気泡が逆流する）ことを抑制することもできる。第１層７０の圧力上昇をさらに抑制することができる。
　また、ウィック５２，２５２では、第２層７４の気孔径は第１層７０より大きく、中間層７２の気孔径は第１層７０から第２層に向けて連続的に変化（増加）している。このような構造によって、ウィック５２，２５２内の圧力上昇を抑制するこことができるとともに、流体の体積膨張に伴うウィック５２，２５２の構造破壊も抑制することができる。また、第２層７４を構成する粒子７４ｐのサイズ（粒子径）は、第１層７０を構成する粒子７０ｐのサイズより大きい。第１層７０と第２層７４の粒子サイズを変化させることにより、容易に第１層７０と第２層７４の気孔率、気孔径を変化させることができる。また、第１層７０と第２層７４の粒子サイズを変化させることにより、第１層７０から第２層に向けて気孔率、気孔径が連続的に増加する層（中間層７２）を容易に形成することができる。
（実験例）
　第１層と第２層の間に中間層を有するウィックを作成し、ループヒートパイプへの適応性について評価した。具体的には、まず、押出成型を用いて筒状の多孔質体を形成した後、多孔質体を焼成し、気孔率６０％の筒状焼成体（第２層）を作成した。その後、筒状焼成体の内側に、第２層を構成する粒子よりも小径の粒子を含む原料を乾式で吸引し、内側層（第１層）を形成した。その後、この成形体を焼成することにより、ウィックを作成した。なお、第１層は、気孔率が４０％となるように原料を調整した。また、本実験例では、第２層の厚みＬ２、及び、第１層を形成する際の吸引条件を調整し、５種類の試料（試料１～５）を作成した。
　図７に、試料１～５について、各層の厚み、気孔率、気孔率の増加率Ｘ（Ｘ＝（Ｐ２－Ｐ１）／Ｌ）、全体の厚みに占める中間層の厚み割合Ｙ（Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００）を示す。なお、中間層の気孔率Ｐは、中間層全体の気孔率の平均値を示している。試料１～５は、上記式（１）及び（２）を満足する結果であった。
　また、比較例として、第１層と第２層の間に中間層を有していないウィックを作成し、ループヒートパイプへの適応性について評価した（試料６）。試料６は、まず、押出成型を用いて筒状の多孔質体（第２層）を形成した後、多孔質体を焼成することなく、スリップキャスト法を用いて多孔質体の内側に内側層（第１層）を形成した。試料６は、多孔質体（第２層）を形成した後に焼成していないので、第１層と第２層の間に中間層は形成されない。図７に、試料６の各層の厚み、気孔率を示す。
　試料１～６のウィックを用いて図１に示すループヒートパイプ１００を作成し、ループヒートパイプ１００が動作するか否かの評価を行った。すなわち、蒸発器２を加熱し、流体がループヒートパイプ１００内を循環するか否かの評価を行った。図７に、流体が１ｈｒ以上循環した試料に「○」、１ｈｒ以内に流体の循環が停止した試料に「×」を付している。図７に示すように、試料１～５のウィックを用いたループヒートパイプは、いずれも流体がループヒートパイプ内を循環する結果が得られた。それに対し、試料６のウィックを用いたループヒートパイプは、流体がループヒートパイプ内を循環せず、ループヒートパイプとして機能しなかった。この結果は、中間層を設けることにより、気泡（気相流体）が気相流体空間にスムーズに移動し、ウィック内の圧力上昇が抑制され、液相流体が液相流体空間からウィック内へスムーズに移動したことを示している。
　上記実施例では、円筒状のウィック（ウィック５２）と角筒状のウィック（ウィック２５２）について説明した。円筒状のウィックは、高強度であり、ウィック内における均一な熱伝導を実現することができるという特徴を有している。また、角筒状のウィックは、熱源に対してウィック（蒸発器）の受熱面積を増加させることができるという特徴を有している。
　また、上記実施例では円筒状、あるいは、角筒状のウィックの外面（第２層の表面）に複数の溝（気相流体空間）を形成し、ウィックをケース内に嵌め込む形態について説明した。しかしながら、本明細書で開示する技術は、第１層の表面が液相流体空間に面し、第２層の表面が気相流体空間に面していればよく、必ずしも実施例で説明した形態に限定されるものではない。
　例えば、ウィックの外面に１個の溝（気相流体空間）が設けられていてもよい。あるいは、ウィックの外面に複数の突起を設け、突起と突起の間の空間によって気相流体の流路（気相流体空間）が形成されていてもよい。また、例えば、筒状（円筒状、角筒状）のウィックとケースの間にスペーサを配置し、ウィックとケースの間に気相流体空間を形成してもよい。この場合、ウィックの外面に溝を形成することを省略することができる。
　また、上記実施例では、気孔率等（気孔率，気孔径，粒子サイズ）が異なる第１層と第２層の間に中間層が設けられているウィックについて説明した。しかしながら、本明細書で開示する技術は、少なくとも気孔率等が異なる２層の間に中間層が設けれていればよく、気孔率等が異なる層が複数（３層以上）設けられたウィックに適用することもできる。例えば、第２層の表面（中間層と反対側の面）に、第２層と気孔率等が異なる第３層が設けられていてもよい。この場合、第２層と第３層の間に、さらに第２の中間層が設けられていてもよい。第２の中間層の特徴は、上記した中間層と同様に、気孔率が第２層側から第３層側に向けて連続的に増加しており、気孔率の平均値が第２層より大きく第３層より小さくてよい。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (3)

  1. 　ループヒートパイプの蒸発器で用いるウィックであって、
    　第１層と、
    　第１層より気孔率が大きい第２層と、
    　第１層と第２層の間に配置されており、気孔率が第１層側から第２層側に向けて連続的に増加しており、気孔率の平均値が第１層より大きく第２層より小さい中間層と、を備えており、
    　第１層の気孔率をＰ１（％）とし、第２層の気孔率をＰ２（％）とし、中間層の厚みをＬ（μｍ）としたときに、下記式（１）を満足する、ウィック。
    　　０．３＜（Ｐ２－Ｐ１）／Ｌ＜５０・・・（１）
  2. 　第１層の厚みをＬ１とし、第２層の厚みをＬ２としたときに、下記式（２）を満足する請求項１に記載のウィック。
    　　０．０１＜Ｌ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ）×１００＜１０・・・（２）
  3. 　第１層は、第１粒子を含み、
    　第２層は、第１粒子より大きな第２粒子を含み、
    　中間層は、第１粒子及び第２粒子を含む、請求項１又は２に記載のウィック。
PCT/JP2017/025992 2017-07-18 2017-07-18 ウィック WO2019016873A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018561746A JP6843158B2 (ja) 2017-07-18 2017-07-18 ウィック
PCT/JP2017/025992 WO2019016873A1 (ja) 2017-07-18 2017-07-18 ウィック

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/025992 WO2019016873A1 (ja) 2017-07-18 2017-07-18 ウィック

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019016873A1 true WO2019016873A1 (ja) 2019-01-24

Family

ID=65015757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/025992 WO2019016873A1 (ja) 2017-07-18 2017-07-18 ウィック

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6843158B2 (ja)
WO (1) WO2019016873A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200149823A1 (en) * 2018-11-09 2020-05-14 Furukawa Electric Co., Ltd. Heat pipe
JP7444704B2 (ja) 2020-06-04 2024-03-06 古河電気工業株式会社 伝熱部材および伝熱部材を有する冷却デバイス

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09119789A (ja) * 1995-10-24 1997-05-06 Mitsubishi Materials Corp ヒートパイプの製造方法
JPH10246583A (ja) * 1997-03-07 1998-09-14 Mitsubishi Electric Corp 蒸発器およびこれを用いたループ型ヒートパイプ
JP2002181470A (ja) * 2000-12-14 2002-06-26 Mitsubishi Electric Corp 蒸発器
JP2006275424A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Fujikura Ltd 冷却装置
JP2009063191A (ja) * 2007-09-05 2009-03-26 Jfe Steel Kk 多孔質金属体を利用した伝熱促進方法
US20110000646A1 (en) * 2009-07-03 2011-01-06 Foxconn Technology Co., Ltd. Loop heat pipe
JP2012132613A (ja) * 2010-12-21 2012-07-12 Fujitsu Ltd ループ型ヒートパイプ及び情報処理装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09119789A (ja) * 1995-10-24 1997-05-06 Mitsubishi Materials Corp ヒートパイプの製造方法
JPH10246583A (ja) * 1997-03-07 1998-09-14 Mitsubishi Electric Corp 蒸発器およびこれを用いたループ型ヒートパイプ
JP2002181470A (ja) * 2000-12-14 2002-06-26 Mitsubishi Electric Corp 蒸発器
JP2006275424A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Fujikura Ltd 冷却装置
JP2009063191A (ja) * 2007-09-05 2009-03-26 Jfe Steel Kk 多孔質金属体を利用した伝熱促進方法
US20110000646A1 (en) * 2009-07-03 2011-01-06 Foxconn Technology Co., Ltd. Loop heat pipe
JP2012132613A (ja) * 2010-12-21 2012-07-12 Fujitsu Ltd ループ型ヒートパイプ及び情報処理装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200149823A1 (en) * 2018-11-09 2020-05-14 Furukawa Electric Co., Ltd. Heat pipe
US10976112B2 (en) * 2018-11-09 2021-04-13 Furukawa Electric Co., Ltd. Heat pipe
JP7444704B2 (ja) 2020-06-04 2024-03-06 古河電気工業株式会社 伝熱部材および伝熱部材を有する冷却デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
JP6843158B2 (ja) 2021-03-17
JPWO2019016873A1 (ja) 2020-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100561108C (zh) 热管
US10976112B2 (en) Heat pipe
Li et al. Development of biporous wicks for flat-plate loop heat pipe
US20070006993A1 (en) Flat type heat pipe
CN100561106C (zh) 热管
Xu et al. Modulated porous wick evaporator for loop heat pipes: Experiment
US11598585B2 (en) Heat pipe
US20060197245A1 (en) Method of manufacturing heat pipe having sintered powder wick
CN108613578B (zh) 蒸发器
CN101025345A (zh) 热管
TW201303250A (zh) 熱管
CN103687455A (zh) 一种真空腔均热板
US20140054014A1 (en) Heat pipe and method for making the same
WO2019016873A1 (ja) ウィック
CN113290248B (zh) 一种多层结构金属毛细芯的制备方法
CN109458864B (zh) 一种具备外空间工作能力的毛细泵回路热管及工作方法
Wu et al. Manufacture of a biporous nickel wick and its effect on LHP heat transfer performance enhancement
CN104296570A (zh) 一种热管
US20240102743A1 (en) Performance enhancement in thermal system with porous surfaces
CN113432467A (zh) 一种金属陶瓷复合毛细芯的制备方法
Choi et al. Low temperature sintering of copper biporous wicks with improved maximum capillary pressure
Phan et al. Novel hybrid structures to improve performance of miniature flat evaporator loop heat pipes for electronics cooling
CN108225074A (zh) 一种挠性热管
CN105115332A (zh) 一种平面超导热管及其制备方法
KR101202740B1 (ko) 나노유체를 이용한 파이프 내벽 표면의 박막 다공층의 선택적 코팅 방법 및 이를 이용하여 제작된 파이프

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018561746

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17918068

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17918068

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1