[go: up one dir, main page]

WO2016006339A1 - 多孔質体および蓄熱デバイス - Google Patents

多孔質体および蓄熱デバイス Download PDF

Info

Publication number
WO2016006339A1
WO2016006339A1 PCT/JP2015/064949 JP2015064949W WO2016006339A1 WO 2016006339 A1 WO2016006339 A1 WO 2016006339A1 JP 2015064949 W JP2015064949 W JP 2015064949W WO 2016006339 A1 WO2016006339 A1 WO 2016006339A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat storage
porous body
heat
glass
storage material
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/064949
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
坂本　禎章
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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 Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2016532484A priority Critical patent/JP6350661B2/ja
Publication of WO2016006339A1 publication Critical patent/WO2016006339A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to a porous body and a heat storage device having the same.
  • the number of electronic components such as CPU (central processing unit), power amplifier, FET (field effect transistor), IC (integrated circuit), voltage regulator, etc., which become heat sources, has increased due to the recent improvement in performance of electronic devices.
  • the increase in energy generated overlaps with the problem of heat generation.
  • mobile devices such as smartphones and tablet terminals have a problem that the capacity of the battery deteriorates due to this heat. Therefore, it is required to control the temperature inside the device to a higher degree.
  • Control of the heat generated from the heat source as described above is performed by a cooling fan, a heat pipe, a heat sink, a thermal sheet, a Peltier element, or the like, which is an existing heat management solution.
  • a cooling device in which a fan or a Peltier element is combined is described (see Patent Document 1).
  • the cooling device combining the heat sink and the fan or the Peltier element as described above has a relatively complicated structure and increases the size of the device, particularly for thin devices such as smartphones and tablet terminals. Hateful.
  • the casing (external housing) of the electronic device is hermetically sealed, and is unsuitable because it cannot generate airflow with a cooling fan and exhaust it to the outside.
  • the power consumption of the electronic device further increases in order to obtain higher heat dissipation capability, which is not preferable. In the first place, this method is not efficient because heat is dissipated by energy input with respect to heat generation that is energy loss.
  • the temperature is currently controlled only by means of heat dissipation through the housing, and the heat source and the housing are thermally coupled by a thermal sheet or the like to release heat.
  • JP 2010-223497 Japanese Patent Laid-Open No. 10-89799 JP 2008-1111592 A
  • Heat dissipation through the enclosure as described above is limited because the surface area of the enclosure is limited. Therefore, the temperature of each heat source is measured, and when the temperature exceeds a predetermined temperature, the performance of the CPU or the like is limited (suppressing heat generation itself). That is, the temperature rise of the housing may hinder the performance of the CPU or the like.
  • heat dissipation through such a case in other words, heat dissipation by heat transfer to the entire device, heat is also transferred to the battery, which can lead to a decrease in battery capacity over time.
  • the present inventor has paid attention to a technology for storing and transferring heat, that is, a chemical heat pump, utilizing a chemical reaction of a heat storage material, an adsorption / desorption phenomenon, or the like.
  • the chemical heat pump is a relatively large apparatus that is currently used for the purpose of using exhaust heat in a chemical plant or a power plant, or used in a domestic hot water supply / heating system, a refrigeration vehicle, or the like (for example, Patent Document 2). (See ⁇ 3).
  • Such a conventional chemical heat pump is too large in size as compared with an electronic device, and thus cannot be applied as it is to suppress the temperature rise of the heat generating component. Further, simply reducing the size of the conventional chemical heat pump cannot provide sufficient cooling efficiency to suppress the temperature rise of the heat-generating component.
  • gases other than cohesive components for example, water
  • heat absorption and heat dissipation efficiency of the heat storage material to be reduced are removed from the housing of the chemical heat pump. It can be excluded from the body. This elimination of gas can be achieved by hermetically sealing the housing of the chemical heat pump under reduced pressure. At this time, if the heat storage material is in the form of fine powder, it may rise inside the housing of the chemical heat pump and be sucked out together with the gas. To prevent.
  • the particles granulated as described above have a problem that the volume fraction of the resin is relatively large, the volume of the heat storage material included in the chemical heat pump is reduced, and the heat storage amount as a whole is reduced.
  • An object of the present invention is to provide a heat storage material (porous body) that suppresses soaring and has a large amount of heat storage, and a heat storage device that is excellent in cooling efficiency using the heat storage material.
  • the present inventor does not granulate the heat storage material and the resin, but obtains a porous body by compositing the heat storage material and the glass material.
  • the inventors have found that the problem can be solved and have reached the present invention.
  • a porous body that is a composite of a heat storage material and a glass material is provided.
  • a reaction chamber containing the porous body there is provided a heat storage device comprising a condensation evaporation chamber for condensing or evaporating a condensable component generated by heat absorption of the heat storage material.
  • an electronic component comprising the heat storage device.
  • an electronic apparatus comprising the heat storage device or the electronic component.
  • the present invention by making a composite of a heat storage material and a glass material, soaring is prevented and a porous body having a large amount of heat storage is provided. Moreover, the heat storage device excellent in cooling efficiency is provided by using this porous body.
  • cooling means that heat is absorbed (takes away heat) from a substance to be cooled, such as a heat-generating component, and it is not necessary to lower the temperature of the substance to be cooled. What is necessary is just to suppress a raise compared with the case where the heat storage device of this invention is not applied. Therefore, in this specification, the term “cooling” may be used in the same meaning as “suppression of temperature rise”.
  • the “porous body” means a solid having a three-dimensional network structure having voids continuous with the external space.
  • the heat storage material used in the present invention is not particularly limited as long as it absorbs heat generated by the heating element, and any appropriate heat storage material can be used.
  • the heat storage material include a chemical heat storage material that exhibits an endothermic reaction by a chemical reaction, and an adsorption / absorption heat storage material that exhibits an endothermic reaction by an adsorption or absorption reaction.
  • the chemical heat storage material include hydrates such as calcium sulfate and calcium chloride, and hydroxides such as calcium and magnesium.
  • Examples of the adsorption / absorption heat storage material include zeolite, silica gel, mesoporous silica, activated carbon and the like.
  • a preferred heat storage material is at least one heat storage material selected from the group consisting of zeolite, silica gel, mesoporous silica and activated carbon.
  • a more preferable heat storage material is zeolite.
  • the zeolite is a so-called zeolite structure, that is, a crystalline hydrous aluminosilicate having a network structure in which SiO 4 tetrahedron and AlO 4 tetrahedron share apex oxygen and are connected in three dimensions as a basic skeleton.
  • Zeolites can usually be represented by the general formula: (M 1, M 2 1/2) m (Al m Si n O 2 (m + n)) ⁇ xH 2 O (n ⁇ m)
  • M 1 is a monovalent cation such as Li + , Na + , or K +
  • M 2 is a divalent cation such as Ca 2+ , Mg 2+ , or Ba 2+ .
  • Silica gel is a colloidal silica three-dimensional structure having a pore diameter of several nm to several tens of nm and a specific surface area of 5 to 1000 m 2 / g, and the porous material characteristics can be controlled over a wide range. Moreover, the primary particle surface of silica gel is covered with silanol, and polar molecules (such as water) are selectively adsorbed under the influence of silanol.
  • Mesoporous silica is a substance having uniform and regular pores made of silicon dioxide and having a pore diameter of about 2 to 10 nm.
  • Activated carbon is a “porous carbonaceous substance having pores”, which has a large specific surface area and adsorption capacity.
  • the basic skeleton is a two-dimensional lattice planar structure in which carbon atoms are connected at an angle of 120 °.
  • the two-dimensional lattice is irregularly stacked to form a crystal lattice, and this crystal lattice is randomly connected to be activated carbon.
  • the voids between the crystal lattices are activated carbon pores, and water is adsorbed into the pores. .
  • the condensable component is water, but depending on the heat storage material, the condensable component is not limited to water. Any liquid transformation can be used.
  • the glass material used in the present invention is not particularly limited, but glass having a low softening point is preferable.
  • the softening point of the glass material is preferably in a temperature range in which the heat storage material does not substantially undergo chemical alteration, specifically, 500 ° C. or lower is preferable, 400 ° C. or lower is more preferable, and 300 ° C. or lower is preferable. Further preferred.
  • the lower limit of the softening point of the glass material only needs to be higher than the temperature of the environment in which the porous body (heat storage device) of the present invention is installed, for example, 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, more preferably 250 ° C. That is all you need.
  • the softening point of the glass material can be measured by differential thermal analysis (DTA).
  • glass material examples include, but are not limited to, Bi—B—O glass, V—P—O glass, Sn—P—O glass, V—Te—O glass, and the like.
  • the mixing ratio of the heat storage material and the glass material is not particularly limited, but is preferably in the range of 60:40 to 98: 2, more preferably in the range of 80:20 to 95: 5, and more preferably in terms of weight ratio. Is in the range of 90:10 to 95: 5. That is, the ratio of the glass material to the total of the heat storage material and the glass material is preferably 2 to 40% by weight, more preferably 5 to 20% by weight, and even more preferably 5 to 10% by weight. preferable. By setting the ratio of the glass material to the total amount of the heat storage material and the glass material to 40% by weight or less, the ratio of the heat storage material in the porous body increases, so that the heat absorption amount of the porous body can be increased. Moreover, by setting the ratio of the glass material to 2% by weight or more, it is possible to further strengthen the bond between the particles of the heat storage material and further increase the strength of the porous body.
  • the heat storage material in the porous body of the present invention has a volume fraction of 50% or more, preferably 60% or more, more preferably 70% or more.
  • the volume fraction means the proportion of the volume occupied by a certain substance (here, ceramic material) in the apparent volume of the sintered body (that is, the volume including voids inside the sintered body).
  • the porous body of the present invention has a relative density of 50 to 90%, preferably 60 to 80%.
  • the relative density of the porous body By setting the relative density of the porous body to 50% or more, the amount of the heat storage material contained in the porous body is further increased, and the endothermic amount of the entire porous body is further increased. Further, by setting the relative density of the porous body to 90% or less, it becomes possible to form a sufficient amount of pores, and the contact area between the heat storage material and the cohesive component can be increased. , The amount of heat storage becomes larger.
  • the relative density means a proportion of a space occupied by constituent components (for example, when the porous body is made of a heat storage material and a glass material) in the porous body.
  • the relative density means the ratio of the portion excluding the voids (pores) in the porous body.
  • the relative density can be calculated from the density of the raw material and its proportion, and the density of the obtained porous body.
  • the porous body C is obtained from the heat storage material A and the glass material B
  • the relative density can be obtained by the following formula.
  • the apparent density of the sintered body C can be calculated from the apparent volume of the sintered body (that is, the volume including voids inside the sintered body) and its weight.
  • the sintered body when it is a rectangular parallelepiped, it can be calculated from the vertical and horizontal dimensions and weight of the sintered body.
  • Relative density (%) D c / (P A ⁇ D A + P B ⁇ D B ) ⁇ 100
  • D A Density D B of the heat storage material
  • A Density of the glass material
  • D C the porous body C of apparent density
  • P A heat storage material weight ratio of A
  • the porous body of the present invention can be obtained by mixing a heat storage material, a glass material, and a resin, and heat-treating the obtained mixture.
  • the resin used is not particularly limited as long as it can be removed by heat treatment, and examples thereof include vinyl alcohol resins, acrylic resins, butyral resins, and propylene carbonate resins.
  • the mixing amount of the resin is preferably 10 to 50% by volume, more preferably 20 to 40% by volume with respect to the entire mixture (that is, the total of the heat storage material, the glass material and the resin).
  • the temperature of the heat treatment is not less than the softening point of the glass material, not more than the temperature at which the heat storage material does not substantially change, and not less than the decomposition temperature of the resin.
  • the temperature of the heat treatment can range from 300 ° C to 600 ° C.
  • the heat treatment can be performed in the air, but is not limited thereto, and may be an atmosphere in which the resin can be decomposed (or evaporated).
  • the heat treatment time is not particularly limited as long as the resin can be sufficiently removed, and may be, for example, 0.1 to 5 hours.
  • the resin in the mixture is removed, and pores are formed in the portions where the resin was present.
  • the glass material softens and the softened glass connects the particles of the heat storage material, solidifies after cooling, mechanically connects the particles of the heat storage material, and fixes the heat storage material particles.
  • the porous body of the present invention thus obtained can reduce the amount of the glass material than the amount of resin necessary for granulation with the resin, so that the volume fraction of the heat storage material can be increased, The amount of heat storage can be increased.
  • the heat storage material particles are connected by the glass material, it has a strength higher than that required for handling.
  • the shape of the porous body of the present invention is not particularly limited and may be any shape, for example, a shape that matches the shape of the housing of the heat pump.
  • the present invention provides a heat storage device including the porous body.
  • the heat storage device of the present invention only needs to have a reaction chamber containing the porous body of the present invention in the housing.
  • the heat storage device of the present invention comprises a reaction chamber containing the porous body of the present invention and a condensing evaporation chamber for condensing or evaporating a condensable component generated by heat absorption of the heat storage material. More preferably, it has a communication part for connecting the reaction chamber and the condensation evaporation chamber so that the condensable component can move between the reaction chamber and the condensation evaporation chamber.
  • a device having such a configuration can be understood as a so-called heat pump.
  • the present invention also provides an electronic component and an electronic apparatus having the heat storage device of the present invention.
  • the electronic component is not particularly limited, but for example, an integrated circuit (IC) such as a central processing unit (CPU), a power management IC (PMIC), a power amplifier (PA), a transceiver IC, and a voltage regulator (VR).
  • IC integrated circuit
  • CPU central processing unit
  • PMIC power management IC
  • PA power amplifier
  • TFT field effect transistors
  • mobile electronic devices such as a smart phone, a mobile phone, a tablet-type terminal, a laptop personal computer, a portable game machine, a portable music player, a digital camera, etc. are mentioned. It is done.
  • Example 1 Zeolite powder (density: 2 g / cc D50: 10 ⁇ m) as heat storage material, glass powder (composition: Sn—PO density: 3 g / cc D50: 10 ⁇ m) as glass material, vinyl alcohol resin as resin These were mixed with water to form a slurry, and formed into a sheet on a carrier film by the doctor blade method. The mixing ratio of zeolite / glass material / resin / water was 95/5/10/100 by weight. The obtained sheets were laminated, press-bonded, and cut into a predetermined size (50 mm ⁇ 50 mm). This was heat-treated in the air at 400 ° C., and the resin was removed to obtain a porous body. The external dimensions of the sheet before the heat treatment and the external dimensions of the porous body after the heat treatment were substantially the same. The porosity was 30%.
  • Comparative Example 1 As a heat storage material, the same zeolite powder as in Example 1, the same vinyl alcohol resin as in Example 1 (density: 1 g / cc) and water mixed into a slurry were granulated and dried, and the average particle size was 200 ⁇ m. Of granulated powder was obtained. This granulation size is such a size that it is difficult for a dance to occur during hermetic sealing. The mixing ratio of zeolite / resin / water was 100/10/80 by weight.
  • Example 1 -Production of heat storage device
  • the porous body of Example 1 obtained above was stored in the reaction chamber of the housing of the heat storage device having the same internal dimensions as the porous body, and the lid was laser-welded and hermetically sealed.
  • the granulated powder of Comparative Example 1 was stored in a reaction chamber having the same dimensions as described above.
  • a plate heater was brought into contact with the surface of the reaction chamber of the enclosure, and a thermocouple was fixed on the opposite surface of the heater. The heater was heated at 1 W, and the time from the start of heating to 100 ° C. was compared.
  • Example 1 In the porous body of Example 1, it was 1200 seconds, whereas in the granulated powder of Comparative Example 1, it was 550 seconds.
  • the porous body of Example 1 was able to alleviate the temperature rise as compared with the granulated powder of Comparative Example 1. This is considered to be largely due to the difference in the volume fraction of zeolite.
  • the volume fraction of zeolite in the porous body ie relative to the reaction chamber volume
  • the volume fraction in the particles was 57%, and this was regarded as a sphere and was packed most closely (filling rate 76%).
  • the volume fraction of zeolite relative to is 43%.
  • the porous body of this invention can enlarge the volume fraction of a zeolite, it is thought that the heat storage amount became large. Furthermore, in the granulated powder of Comparative Example 1, since the zeolite particles are covered with the resin, there can be relatively many particles that cannot desorb water molecules. On the other hand, in the porous body of Example 1, there can be a small amount of glass around the zeolite particles, but there are many spaces (pores) formed by removing the resin, so that the zeolite particles cannot desorb water molecules. Is relatively low. For the above reasons, it is considered that there is a difference in the heat absorption of the heater.
  • the present invention is suitable for suppressing temperature rise of heat-generating components in mobile electronic devices such as smartphones, mobile phones, tablet terminals, laptop computers, portable game machines, portable music players, and digital cameras.
  • mobile electronic devices such as smartphones, mobile phones, tablet terminals, laptop computers, portable game machines, portable music players, and digital cameras.
  • the present invention is not limited to this.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

　本発明は、蓄熱量が大きな、蓄熱材とガラス材料との複合体である多孔質体を提供する。

Description

多孔質体および蓄熱デバイス
　本発明は、多孔質体およびそれを有して成る蓄熱デバイスに関する。
　近年の電子機器の性能向上を背景に、熱源となるＣＰＵ（中央処理装置）、パワーアンプ、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＩＣ（集積回路）、ボルテージレギュレータなどの電子部品の数が増加し、投入されるエネルギーの増加も重なって、発熱の問題が顕著化している。特に、スマートフォンやタブレット型端末のようなモバイル機器では、この熱により、電池の容量が劣化するという問題がある。したがって、機器の内部の温度を、より高度に制御することが求められている。
　上記のような熱源から生じた熱の制御は、既存の熱マネジメントソリューションである冷却ファン、ヒートパイプ、ヒートシンク、サーマルシート、ペルチェ素子などにより行われており、例えば、特許文献１には、ヒートシンクとファンまたはペルチェ素子を組み合わせた冷却装置が記載されている（特許文献１を参照）。
　しかしながら、上記のようなヒートシンクとファンまたはペルチェ素子を組み合わせた冷却装置は、構造が比較的複雑であることに加え、機器が大きくなり、特にスマートフォンやタブレット型端末等の薄型の機器には使用しにくい。特に、スマートフォンやタブレット型端末などでは、電子機器の筺体（外部筐体）が密閉されており、冷却ファンで気流を起こして外部へ排気することはできないので不向きである。さらには、機器を駆動するために追加の電力を要するので、より高い放熱能力を得るためには電子機器の電力消費量が更に増すこととなり、好ましくない。そもそも、この方法は、エネルギー損失である発熱に対して、エネルギー投入により放熱するというものであり、効率的でない。
　したがって、スマートフォンやタブレット型端末等の薄型の機器では、現状、温度の制御は、筺体を介する放熱による手段しかなく、熱源と筺体をサーマルシートなどで熱結合し熱を逃がしている。
特開２０１０－２２３４９７号公報 特開平１０－８９７９９号公報 特開２００８－１１１５９２号公報
　上記のような筺体を介する放熱は、筺体の表面積が限られていることから、限界がある。したがって、各熱源の温度を測定し、温度が所定の温度以上になった場合に、ＣＰＵなどのパフォーマンスを制限する（発熱自体を抑制する）ことで対応している。即ち、筺体の温度上昇が、ＣＰＵ等のパフォーマンスの妨げになっていることがある。当然、このような筐体を介した放熱、換言すれば機器全体への伝熱による放熱においては、バッテリーにも熱が伝わることになり、電池容量の経時的な低下に繋がっているともいえる。
　本発明者は、蓄熱材の化学反応や吸脱着現象等を利用して熱を蓄熱および移動させる技術、即ち、ケミカルヒートポンプに着目した。ケミカルヒートポンプは、現在、化学プラントや発電所における排熱利用の目的で用いられたり、家庭の給湯・暖房システムや冷凍車などに用いられている比較的大型の装置である（例えば、特許文献２～３を参照のこと）。かかる従来のケミカルヒートポンプは、電子機器に比して寸法が大きすぎるため、発熱部品の温度上昇を抑制するのにそのまま適用することはできない。そして、従来のケミカルヒートポンプを単に小型化しただけでは、発熱部品の温度上昇を抑制するのに十分な冷却効率を得ることができない。
　電子機器に適用するケミカルヒートポンプの冷却効率を高める手段の１つとして、蓄熱材の吸熱・放熱の効率を低下させる原因となる、凝集性成分（例えば、水）以外の気体を、ケミカルヒートポンプの筐体内から排除することが考えられる。この気体の排除は、ケミカルヒートポンプの筐体を減圧下で気密封止することにより達成することができる。この際、蓄熱材が細かい粉状であると、ケミカルヒートポンプの筐体内で舞い上がり気体と一緒に外部に吸い出される虞があるため、蓄熱材を有機樹脂と混合して造粒することにより、舞い上がりを防止する。しかしながら、このように樹脂と混合して造粒すると、蓄熱材粒子の一部が樹脂に覆われて、その箇所では凝集性成分と蓄熱材との反応が妨げられ、吸熱・発熱の機能が失われてしまう。また、上記のように造粒した粒子においては、樹脂の占める体積分率が比較的大きく、ケミカルヒートポンプに含まれる蓄熱材の体積が小さくなり、全体としての蓄熱量が小さくなるという問題が生じる。
　本発明は、舞い上がりが抑制され、蓄熱量が大きな蓄熱材料（多孔質体）、およびかかる蓄熱材料を用いた冷却効率に優れた蓄熱デバイスを提供することを目的とする。
　本発明者は、上記問題を解消すべく鋭意検討した結果、蓄熱材と樹脂とを造粒するのではなく、蓄熱材とガラス材料とを複合体化して多孔質体を得ることにより、上記の問題を解決できることを見出し、本発明に至った。
　本発明の第１の要旨によれば、蓄熱材とガラス材料との複合体である多孔質体が提供される。
　本発明の第２の要旨によれば、上記多孔質体を収容した反応室と、
　蓄熱材の吸熱によって生じる凝縮性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室と
を有して成る蓄熱デバイスが提供される。
　本発明の第３の要旨によれば、上記蓄熱デバイスを有して成る電子部品が提供される。
　本発明の第４の要旨によれば、上記蓄熱デバイスまたは上記電子部品を有して成る電子機器が提供される。
　本発明によれば、蓄熱材とガラス材料とを複合体化することにより、舞い上がりが防止され、蓄熱量が大きな多孔質体が提供される。また、かかる多孔質体を用いることにより、冷却効率に優れた蓄熱デバイスが提供される。
　本発明において、「冷却」とは、発熱部品等の冷却対象の物質から吸熱する（熱を奪う）ことを意味し、冷却対象の物質の温度を低下させる必要はなく、冷却対象の物質の温度上昇を、本発明の蓄熱デバイスを適用しなかった場合に比べて抑制するものであればよい。よって、本明細書において、「温度上昇の抑制」と同様の意味で、「冷却」との用語を使用することがある。
　本発明において、「多孔質体」とは、外部空間と連続する空隙を有する３次元網目状構造を有する固体を意味する。
　本発明において用いられる蓄熱材は、発熱体が発する熱を吸熱するものであれば特に限定されず、任意の適切な蓄熱性材料を使用することができる。かかる蓄熱材としては、例えば、化学反応によって吸熱反応を示す化学蓄熱材、および吸着または吸収反応によって吸熱反応を示す吸着・吸収蓄熱材が挙げられる。化学蓄熱材としては、例えば、硫酸カルシウム、塩化カルシウムなどの水和物、およびカルシウム、マグネシウムなどの水酸化物等が挙げられる。また、吸着・吸収蓄熱材としては、例えば、ゼオライト、シリカゲル、メソポーラスシリカ、活性炭等が挙げられる。
　好ましい蓄熱材は、ゼオライト、シリカゲル、メソポーラスシリカおよび活性炭から成る群から選択される少なくとも１種の蓄熱材である。より好ましい蓄熱材は、ゼオライトである。
　ゼオライトとは、いわゆるゼオライト構造、即ち、ＳｉＯ４四面体およびＡｌＯ４四面体が頂点酸素を共有し３次元に連なった網目状構造を基本骨格として有する結晶性含水アルミノケイ酸塩を言う。ゼオライトは、通常、下記の一般式で表され得る。
　（Ｍ１，Ｍ２ １／２）ｍ（ＡｌｍＳｉｎＯ２（ｍ＋ｎ））・ｘＨ２Ｏ　（ｎ≧ｍ）
　Ｍ１は、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋等の１価のカチオンであり、Ｍ２は、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｂａ２＋等の２価のカチオンである。
　なかでも、本発明に好適に利用され得るゼオライトとしては、Ａ型ゼオライト（ＬＴＡ）、Ｘ型ゼオライト（ＦＡＵ）、Ｙ型ゼオライト（ＦＡＵ）、ベータ型ゼオライト（ＢＥＡ）、ＡｌＰＯ-５（ＡＦＩ）などである。
　シリカゲルは、コロイド状シリカの三次元構造体であり、細孔径が数ｎｍ～数十ｎｍ、比表面積は５～１０００ｍ２／ｇと多孔体特性を広範囲に制御できる。また、シリカゲルの一次粒子表面はシラノールに覆われており、シラノールの影響で極性分子（水など）を選択的に吸着する。
　メソポーラスシリカは、二酸化ケイ素を材質として均一で規則的な細孔を持つ物質で、細孔径は約２～１０ｎｍのものを言う。
　活性炭は、「細孔を有する多孔質の炭素質物質」で、大きな比表面積と吸着能力を持つ物質を言う。その基本骨格は炭素原子が１２０°の角度で結ばれた二次元格子の平面構造である。この二次元格子が不規則に積層して結晶格子を形成し、この結晶格子がランダムにつながったものが活性炭であり、結晶格子間の空隙が活性炭細孔であり、細孔に水が吸着する。
　なお、蓄熱性材料が上記水和物、水酸化物、ゼオライト等である場合、凝縮性成分は水であるが、蓄熱性材料によっては、凝縮性成分は水に限定されず、アンモニア等、気液変態が可能なものであればよい。
　本発明に用いられるガラス材料は、特に限定されないが、軟化点が低いガラスが好ましい。
　ガラス材料の軟化点は、蓄熱材が化学的な変質を実質的に起こさない温度範囲であることが好ましく、具体的には、５００℃以下が好ましく、４００℃以下がより好ましく、３００℃以下がさらに好ましい。ガラス材料の軟化点をこのような温度範囲とすることにより、蓄熱材およびガラス材料の混合物を複合体化する際に、蓄熱材の性質が変化することを抑制することができる。尚、ガラス材料の軟化点の下限は、本発明の多孔質体（蓄熱デバイス）が設置される環境の温度よりも高ければよく、例えば１５０℃以上、好ましくは２００℃以上、より好ましくは２５０℃以上であればよい。なお、ガラス材料の軟化点は、示差熱分析法（ＤＴＡ）により測定することができる。
　ガラス材料の例としては、特に限定されないが、Ｂｉ－Ｂ－Ｏ系ガラス、Ｖ－Ｐ－Ｏ系ガラス、Ｓｎ－Ｐ－Ｏ系ガラス、Ｖ－Ｔｅ－Ｏ系ガラス等が挙げられる。
　蓄熱材とガラス材料の混合比は、特に限定されないが、重量比で、好ましくは６０：４０～９８：２の範囲であり、より好ましくは８０：２０～９５：５の範囲であり、より好ましくは９０：１０～９５：５の範囲である。即ち、蓄熱材とガラス材料の合計に対するガラス材料の割合が、２～４０重量％であることが好ましく、５～２０重量％であることがより好ましく、５～１０重量％であることがさらにより好ましい。蓄熱材とガラス材料の合計に対するガラス材料の割合を、４０重量％以下とすることにより、多孔質体中の蓄熱材の割合が増えるので、多孔質体の吸熱量を大きくすることができる。また、ガラス材料の割合を２重量％以上とすることにより、蓄熱材の粒子同士の結合をより強固にすることができ、多孔質体の強度をより高めることができる。
　本発明の多孔質体中の蓄熱材は、５０％以上、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上の体積分率を有する。蓄熱材の体積分率を５０％以上とすることにより、多孔質体の吸熱量を大きくすることができる。ここに、体積分率とは、焼結体の見かけ体積（即ち、焼結体内部の空隙も含めた体積）の内、ある物質（ここでは、セラミック材料）が占める体積の割合を意味する。
　本発明の多孔質体は、５０～９０％の相対密度、好ましくは６０～８０％の相対密度を有する。多孔質体の相対密度を５０％以上とすることにより、多孔質体中に含まれる蓄熱材の量がより増大し、多孔質体全体としての吸熱量がより大きくなる。また、多孔質体の相対密度を９０％以下とすることにより、十分な量の細孔を形成することが可能になり、蓄熱材と凝集性成分との接触面積をより大きくすることができるので、蓄熱量がより大きくなる。
　ここに、相対密度とは、多孔質体において構成成分（例えば、多孔質体が蓄熱材およびガラス材料からなる場合は、蓄熱材およびガラス材料）が占める空間の割合を意味する。換言すれば、相対密度とは、多孔質体中の空隙部（細孔部）を除く部分の割合を意味する。相対密度は、原料の密度およびその割合、ならびに得られた多孔質体の密度から計算することができる。例えば、蓄熱材Ａおよびガラス材料Ｂから多孔質体Ｃを得た場合、下記式により相対密度を求めることができる。なお、焼結体Ｃの見かけ密度は、焼結体の見かけ体積（即ち、焼結体内部の空隙も含めた体積）と、その重量から計算することができる。例えば、焼結体が直方体である場合、焼結体の縦、横、厚みの寸法と重さから計算することができる。

　　　相対密度（％）＝Ｄｃ／（ＰＡ×ＤＡ＋ＰＢ×ＤＢ）×１００
　ＤＡ：蓄熱材Ａの密度
　ＤＢ：ガラス材料Ｂの密度
　ＤＣ：多孔質体Ｃの見かけ密度
　ＰＡ：蓄熱材Ａの重量割合
　ＰＢ：ガラス材料Ｂの重量割合
　ただし、ＰＡ＋ＰＢ＝１
　本発明の多孔質体は、蓄熱材、ガラス材料および樹脂を混合し、得られた混合物を熱処理することにより得ることができる。
　用いられる樹脂は、熱処理により除去できるものであれば特に限定されず、例えば、ビニルアルコール系樹脂、アクリル系樹脂、ブチラール系樹脂、プロピレンカーボネート系樹脂が挙げられる。
　樹脂の混合量は、混合物全体（即ち、蓄熱材、ガラス材料および樹脂から成る場合にはそれらの合計）に対し、好ましくは１０～５０体積％、より好ましくは２０～４０体積％である。
　熱処理の温度は、ガラス材料の軟化点以上、蓄熱材が実質的に変質しない温度以下、かつ樹脂の分解温度以上である。例えば、熱処理の温度は、３００℃～６００℃の範囲であり得る。
　熱処理は、大気中で行うことができるが、これに限定されず、樹脂が分解（または蒸発）し得る雰囲気であればよい。
　熱処理の時間は、樹脂を十分に除去できる時間であれば特に限定されず、例えば０．１～５時間であり得る。
　上記のように、蓄熱材、ガラス材料および樹脂の混合物を熱処理することにより、混合物中の樹脂が除去され、樹脂が存在していた部分に細孔が形成される。同時に、ガラス材料が軟化し、軟化したガラスは、蓄熱材の粒子間を接続し、冷却後固化して、蓄熱材の粒子を機械的に連結し、蓄熱材粒子を固定する。このように得られた本発明の多孔質体は、ガラス材料の量を、樹脂との造粒に必要な樹脂の量よりも少なくできるため、蓄熱材の体積分率を大きくすることができ、蓄熱量を大きくすることができる。また、ガラス材料により蓄熱材粒子間が連結されているので、取り扱いに必要な程度以上の強度を有する。
　本発明の多孔質体の形状は、特に限定されず、任意の形状とすることができ、例えば、ヒートポンプの筐体の形状に合わせた形状とすることができる。
　本発明は、上記多孔質体を含む蓄熱デバイスを提供する。
　本発明の蓄熱デバイスは、本発明の多孔質体を収容した反応室を筐体内に備えるものであればよい。
　好ましくは、本発明の蓄熱デバイスは、本発明の多孔質体を収容した反応室と、蓄熱材の吸熱によって生じる凝縮性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室とを有して成る。さらに好ましくは、凝縮性成分が反応室と凝縮蒸発室との間を移動可能なように反応室と凝縮蒸発室とを連絡する連絡部を有して成る。本発明を限定する趣旨ではないが、かかる構成を有するデバイスは、いわゆるヒートポンプとして理解され得る。
　本発明は、本発明の蓄熱デバイスを有する電子部品および電子機器をも提供する。
　電子部品としては、特に限定するものではないが、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、パワーマネージメントＩＣ（ＰＭＩＣ）、パワーアンプ（ＰＡ）、トランシーバーＩＣ、ボルテージレギュレータ（ＶＲ）などの集積回路（ＩＣ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱電球、半導体レーザーなどの発光素子、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの熱源となり得る部品、および、その他の部品、例えば、基板、ヒートシンク、筐体等の電子機器に一般的に用いられる部品が挙げられる。
　電子機器としては、特に限定するものではないが、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型端末、ラップトップ型パソコン、携帯型ゲーム機、携帯型音楽プレーヤー、デジタルカメラ等のモバイル型電子機器等が挙げられる。
　本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。
　実施例１
　蓄熱材として、ゼオライト粉末（密度：２ｇ／ｃｃ　Ｄ５０：１０μｍ）、ガラス材料として、ガラス粉末（組成：Ｓｎ－Ｐ－Ｏ　密度：３ｇ／ｃｃ　Ｄ５０：１０μｍ）、樹脂として、ビニルアルコール系樹脂を用い、これらを水と混合してスラリー化し、ドクターブレード法でキャリアフィルム上にシート状に成形した。ゼオライト／ガラス材料／樹脂／水の混合比率は、重量比で、９５／５／１０／１００とした。得られたシートを積層し、プレス圧着して、所定サイズ（５０ｍｍ×５０ｍｍ）にカットした。これを４００℃で空気中で熱処理し、樹脂を除去して多孔質体を得た。熱処理前のシートの外形寸法と、熱処理後の多孔質体の外形寸法はほぼ同じであった。気孔率は３０％であった。
　比較例１
　蓄熱材として、実施例１と同じゼオライト粉末、実施例１と同じビニルアルコール系樹脂（密度：１ｇ／ｃｃ）および水を混合してスラリー化したものを、造粒乾燥して、平均粒径２００μｍの造粒粉を得た。この造粒サイズは、気密封止の際に舞いが生じにくい大きさである。ゼオライト／樹脂／水の混合比率は、重量比で、１００／１０／８０とした。
　・蓄熱デバイスの製造
　上記で得られた実施例１の多孔質体を、多孔質体と同じ内寸を有する蓄熱デバイスの筐体の反応室に格納し、蓋をレーザー溶接して気密封止した。一方、比較例１の造粒粉を、上記と同様の寸法を有する反応室に格納した。筺体の反応室の面に接するように板状のヒーターを接触させ、ヒーターの反対面に熱電対を固定した。ヒーターを１Ｗで加熱して、加熱開始から１００℃に達するまでの時間を比較した。
　実施例１の多孔質体では１２００秒であったのに対し、比較例１の造粒粉では５５０秒であった。
　上記の結果から、実施例１の多孔質体は、比較例１の造粒粉よりも、温度の上昇を緩和することができることが確認された。これは、ゼオライトの体積分率の違いが大きく影響しているものと考えられる。実施例１の多孔質体に関しては、多孔質体における（即ち、反応室体積に対する）ゼオライトの体積分率は６７％である。一方、比較例１の造粒粉に関しては、粒子中での体積分率は５７％であり、これを球とみなし最密に充填された（充填率７６％）と仮定して、反応室体積に対するゼオライトの体積分率は４３％である。このように本発明の多孔質体は、ゼオライトの体積分率を大きくすることができるので、蓄熱量が大きくなったと考えられる。さらに、比較例１の造粒粉では、ゼオライト粒子が樹脂で覆われているため、水分子を脱着できない粒子が比較的多く存在し得る。一方、実施例１の多孔質体では、ゼオライト粒子の周囲にはガラスが少量存在し得るが、樹脂を除去してできた空間（細孔）が多く存在するため、水分子を脱着できないゼオライト粒子は比較的少なくなる。以上のような理由から、ヒーターの熱の吸収に差が出ていると考えられる。
　本発明は、例えばスマートフォン、携帯電話、タブレット型端末、ラップトップ型パソコン、携帯型ゲーム機、携帯型音楽プレイヤー、デジタルカメラなどのモバイル型電子機器において、発熱部品の温度上昇を抑制するために好適に利用され得るが、これに限定されるものではない。

Claims (12)

  1. 　蓄熱材とガラス材料との複合体である多孔質体。
  2. 　ガラス材料が、軟化点が５００℃以下である低融点ガラスであることを特徴とする、請求項１に記載の多孔質体。
  3. 　ガラス材料が、Ｂｉ－Ｂ－Ｏ系ガラス、Ｖ－Ｐ－Ｏ系ガラス、Ｓｎ－Ｐ－Ｏ系ガラス、Ｖ－Ｔｅ－Ｏ系ガラスであることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の多孔質体。
  4. 　蓄熱材が、ゼオライト、シリカゲル、メソポーラスシリカおよび活性炭から成る群から選択される少なくとも１種の蓄熱材であることを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の多孔質体。
  5. 　蓄熱材がゼオライトであることを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の多孔質体。
  6. 　蓄熱材とガラス材料の重量比が、６０：４０～９８：２であることを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載の多孔質体。
  7. 　蓄熱材とガラス材料の重量比が、８０：２０～９５：５であることを特徴とする、請求項１～６のいずれかに記載の多孔質体。
  8. 　相対密度が５０～９０％であることを特徴とする、請求項１～７のいずれかに記載の多孔質体。
  9. 　蓄熱材の多孔質体における体積分率が６０～８０％であることを特徴とする、請求項１～８のいずれかに記載の多孔質体。
  10. 　請求項１～９のいずれかに記載の多孔質体を収容した反応室と、
    　蓄熱材の吸熱によって生じる凝縮性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室と
    を有して成る蓄熱デバイス。
  11. 　請求項１０に記載の蓄熱デバイスを有して成る電子部品。
  12. 　請求項１０に記載の蓄熱デバイスまたは請求項１１に記載の電子部品を有して成る電子機器。
PCT/JP2015/064949 2014-07-11 2015-05-25 多孔質体および蓄熱デバイス Ceased WO2016006339A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016532484A JP6350661B2 (ja) 2014-07-11 2015-05-25 多孔質体および蓄熱デバイス

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-143223 2014-07-11
JP2014143223 2014-07-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016006339A1 true WO2016006339A1 (ja) 2016-01-14

Family

ID=55063981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/064949 Ceased WO2016006339A1 (ja) 2014-07-11 2015-05-25 多孔質体および蓄熱デバイス

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6350661B2 (ja)
WO (1) WO2016006339A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016153040A1 (ja) * 2015-03-26 2017-12-14 株式会社村田製作所 ヒートポンプ
KR102094412B1 (ko) * 2018-09-28 2020-03-27 한국에너지기술연구원 허니컴 구조의 열화학 열 저장재 및 그 제조 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS547760B2 (ja) * 1970-05-27 1979-04-10
JPS62191456A (ja) * 1986-01-11 1987-08-21 デグツサ・アクチエンゲゼルシヤフト ゼオライト成形体、およびその製造法
JPH05293371A (ja) * 1992-04-20 1993-11-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 吸着剤組成物およびその製造方法
JPH0640783A (ja) * 1992-07-21 1994-02-15 Ngk Spark Plug Co Ltd 絶縁基板及びその製造方法
JP2008169265A (ja) * 2007-01-10 2008-07-24 Kaneka Corp 電気絶縁性高熱伝導性熱可塑性樹脂組成物及び高熱伝導性成形体
WO2014021262A1 (ja) * 2012-08-03 2014-02-06 株式会社村田製作所 電子機器
WO2014068628A1 (ja) * 2012-10-29 2014-05-08 株式会社 日立製作所 蓄熱システム、発電システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS605534B2 (ja) * 1980-11-19 1985-02-12 日本化学工業株式会社 無機ガラス質発泡体の製造法
JP2004075711A (ja) * 2002-08-09 2004-03-11 Panahome Corp 潜熱蓄熱材およびその製造方法
JP2004351244A (ja) * 2003-05-27 2004-12-16 Merutekku:Kk ガラス発泡体に触媒剤を積層してなる触媒体及びその触媒体の製造方法
JP5356305B2 (ja) * 2010-04-07 2013-12-04 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 絶縁層を有する高熱伝導性基板ならびに該絶縁層形成用材料
JP2012096963A (ja) * 2010-11-02 2012-05-24 Neive:Kk 多孔質ガラス焼結体及びその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS547760B2 (ja) * 1970-05-27 1979-04-10
JPS62191456A (ja) * 1986-01-11 1987-08-21 デグツサ・アクチエンゲゼルシヤフト ゼオライト成形体、およびその製造法
JPH05293371A (ja) * 1992-04-20 1993-11-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 吸着剤組成物およびその製造方法
JPH0640783A (ja) * 1992-07-21 1994-02-15 Ngk Spark Plug Co Ltd 絶縁基板及びその製造方法
JP2008169265A (ja) * 2007-01-10 2008-07-24 Kaneka Corp 電気絶縁性高熱伝導性熱可塑性樹脂組成物及び高熱伝導性成形体
WO2014021262A1 (ja) * 2012-08-03 2014-02-06 株式会社村田製作所 電子機器
WO2014068628A1 (ja) * 2012-10-29 2014-05-08 株式会社 日立製作所 蓄熱システム、発電システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016153040A1 (ja) * 2015-03-26 2017-12-14 株式会社村田製作所 ヒートポンプ
KR102094412B1 (ko) * 2018-09-28 2020-03-27 한국에너지기술연구원 허니컴 구조의 열화학 열 저장재 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP6350661B2 (ja) 2018-07-04
JPWO2016006339A1 (ja) 2017-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6369997B2 (ja) 電子機器
CN207662247U (zh) 热泵
CN103764591B (zh) 包含复合吸收剂的真空绝热材料
CN104903239B (zh) 被包覆氧化镁粉末以及该被包覆氧化镁粉末的制造方法
JP5741653B2 (ja) 硫化物固体電解質の製造方法
JP6350661B2 (ja) 多孔質体および蓄熱デバイス
US8753552B2 (en) Heat sink and manufacturing method of porous graphite
US20210098678A1 (en) Flexible thermoelectric device
Zhu et al. Synthesis of Y 3 Al 5 O 12: Eu 2+ Phosphor by a Facile Hydrogen Iodide‐AssistedSol–Gel Method
US10420252B2 (en) Electronic apparatus
CN106795993A (zh) 包含多孔铝硅酸盐的用于真空绝热板的芯材以及具有该芯材的真空绝热板
JP6114928B1 (ja) 気体吸着材、及び気体吸着材を備えた真空断熱材
JPWO2016114297A1 (ja) 保冷保温容器
WO2015079770A1 (ja) 蓄熱デバイス
JP2014197649A (ja) ３次元実装型半導体装置、樹脂組成物及びその製造方法
JP6372126B2 (ja) 熱輸送装置
EP2767782B1 (en) Cooling apparatus
KR101710077B1 (ko) 금속 나노입자를 포함하는 열전도성 수분흡착제 및 그의 제조방법
JP2017089931A (ja) 冷却装置
KR20200059916A (ko) Pcm을 이용한 공조용 열교환기
JP6052216B2 (ja) 熱輸送装置
Wu et al. Flexible and transparent moisture getter film containing zeolite
CN220418197U (zh) 过热保护装置
WO2016006337A1 (ja) 酸化バナジウムを含有する焼結体
CN118185082A (zh) 一种氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料及制备和应用

Legal Events

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

Ref document number: 15819569

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016532484

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15819569

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1