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省エネ、省スペースはループヒートパイプ ~ループヒートパイプ蒸発器内部の詳細な熱流動現象解明と実用化研究~
西川原 理仁
概要
電力不要の熱輸送機器、ループヒートパイプについて、内部の詳細な物理現象の解明から実機の設計、製作などの実用的な研究、高性能化・多機能化のための開発など基礎から応用に至るまで取り組んでいます。
研究キーワード
従来技術
・冷却装置や機器には外部電力が必要です。
・機械式ポンプなど可動部がありメンテナンス等が必要です。
優位性
・外部電力が不要、長距離の熱輸送が 可能なため設置レイアウトの制限が少ない。
・可動部がなくメンテナンスが不要です。
特徴
航空宇宙工学分野、自動車、電子機器、パワー半導体などでは、高性能な熱制御・冷却機器の開発が急務となっています。特に、軽量性の観点から省エネルギ、省スペースな機器が要求されます。
《ループヒートパイプ(LHP)の動作原理》
- 蒸発と凝縮を利用し、吸熱・排熱を行う
- 多孔体で働く毛細管力により、無電力で輸送・流体循環が可能
＜ループヒートパイプの特長＞
- 電力が不要、パッシブ動作、可動部なし
- 従来のヒートパイプよりも長距離輸送が可能(10m程度まで)・大量熱輸送(数kW程度)
- 輸送管部は自由なレイアウト可能
- 熱ダイオード(蒸発器から凝縮器方向のみ)
- 重力に逆らって動作可能(吸熱部が排熱部より上)
- 一般的な冷媒、水など作動流体として利用可能
- メンテナンスフリー、半永久動作
- 実効熱伝導率は300,000 W/mK程度(銅の750倍)
【研究の成果】
- 独自の蒸発器設計方法により形状の最適化に成功
- 蒸発器内部の熱流動現象に基づいた高性能多孔体を開発中
実用化イメージ、想定される用途
・数十W/cm2程度までの発熱密度の機器の冷却
・走行車両に搭載された電子機器の走行風を利用した冷却
・太陽熱利用(給湯、暖房、融雪、ビニールハウスなど)、排熱利用
実用化に向けた課題
・正確な性能予測、精度の高い設計
・物理現象の解明、設計理論の構築
・コスト、大量生産
研究者紹介
西川原 理仁 （にしかわら まさひと）
豊橋技術科学大学 機械工学系 助教
researchmap
研究者からのメッセージ（企業等への提案）
これまでいくつかのLHP実機製作実績があります。ご興味をお持ちの企業の技術相談をお受けします。また共同研究等のご検討の際にはご連絡ください
知的財産等
掲載日：2020年05月10日
最終更新日：2020年06月19日