Quantitative Evaluation and Phenomena of Heat Transport and Internal Flow in Environmentally Green Micro Heat Transport Devices

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本研究の並列細管熱輸送デバイスは，作動流体の相変化を利用した外部動力を必要としないパッシブ型の沸騰駆動熱輸送デバイスであり，既存の蛇行細管型ループヒートパイプと異なり，細管部の他にヘッダ構造を持つことで内部流動の自由度を高め，蛇行細管型と比べ高い実効熱伝導率と高い熱輸送量を有している点にある．これまでにデバイスサイズや作動流体の種類などを変化させ，熱輸送量と内部流動の同時計測を行い，熱輸送量と流動様式の関係など，熱輸送特性を調査してきた．本課題では近年のAIブームでさらに要求が高まる小空間での冷却ニーズに対応できる高熱輸送量熱移送システムを実現する為，環境負荷を配慮した環境対応型冷媒を用いた薄型マイクロ並列細管熱輸送デバイスの開発，及び相変化を伴う気液二相流の流動伝熱特性の定量的評価と現象解明を目的とする．今年度は基本形状となる加熱・冷却ヘッダとヘッダ間を繋ぐ矩形溝型複数細管流路をもつテストコアに，作動流体であるアルコール水溶液を脱気封入した内部流動の可視化が可能なプレート型並列細管熱輸送デバイスを用い，半導体発熱を模擬したセラミックヒーターにより局所加熱し，熱輸送量の計測と同時に内部流動の可視化による流動様式の判定を行い，内部流動様式の時空間分布と熱輸送性能の相関関係について調べた．その中では内部流動様式の判定制度の向上を図りつつ，加熱冷却条件をこれまでより広く設定し内部流動様式の出現割合等の変化を評価した．その結果，周期的変動を伴う特徴的な変化が現れることを確認した．また細管部を金属製パイプで構成したパイプ型コアでは形状的特徴を生かし，並列細管熱輸送デバイスのその仕組みを有するピンフィン型ヒートシンクを製作して実験を行い，高いフィン効率を示すことを確認した．