Elongation of liquid film in wick by utilizing low-voltage horizontal-field electrowetting technique

利用低压水平场电润湿技术实现灯芯内液膜的伸长

• 批准号: 21K03900
• 负责人: 小野 直樹
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03900/
• 关键词: ヒートパイプ; エレクトロウエッティング; 濡れ性; ウイック; 誘電膜; ドライアウト

5Gに代表される小型携帯IT機器の分野では発熱するCPU等の冷却技術がますます重要となっており，小型で薄型のヒートパイプはすでに有効な伝熱デバイスとしてスマートフォンなどの内部で使用されている．しかしCPUの性能向上や機器の薄型軽量化がさらに進むと，ヒートパイプ内の蒸発部（発熱部）に凝縮液が十分還流せずにドライアウトが生じ，冷却が困難になる危険性が考えられる．本研究では水平電界タイプのエレクトロウエッティングを誘電体膜の厚みを薄くすることで低電圧で駆動するように改変し，ヒートパイプ内の密閉な低圧環境でも作動する技術を研究する．具体的には誘電体膜として極薄の酸化チタン膜を使用して低電圧駆動を可能とし，ヒートパイプ内のウィック内での液膜の伸長作用を発現させる．大気圧下でのこの作用の確認は終了しているので，ヒートパイプ環境下での効果を明らかにする実験研究を行う．2022年度は，昨年度製作した実験用のヒートパイプにおいて，電極に電圧を印加した際の漏電の発生や，シール部にリークが生じて容器内の真空度が保ちにくいなどの問題が生じたため，まず対策を講じた構造となるように実験装置を再設計し製作した．その結果，これらの問題はほぼ解決することができた．その後，エレクトロウエッティング（以下EWと表記する）を施さない場合と施した場合で，この模擬ヒートパイプ内の蒸発部近傍の蒸気相の温度と圧力の経時変化の違いを，加熱部の入熱を徐々に上げながら計測した．まだ予備的な結果であるがドライアウト近くなるとEWを施さない場合は蒸気温度が不安定に上下するのだが，EWを施すとそれが抑制され安定な温度挙動を示すことがわかってきた．2023年度はこの観察を詳細に進め，EWを施すことでドライアウトが抑制されていることを温度や圧力の変化からとらえてEWの効果を明確に証明することを目標とする予定である．以上

在小型便携式IT设备（例如5G）的领域中，用于热CPU和​​其他设备的冷却技术变得越来越重要，并且在智能手机和其他设备内已经使用了小型的薄热管作为有效的传热设备。但是，如果CPU的性能得到改善，并且进一步改进了较薄和更轻的设备，则有可能冷凝物在热管内的蒸发部分（加热部分）返回，导致干燥，从而导致冷却难度。在这项研究中，通过减小介电膜的厚度，对水平电场类型的电视进行了修改，以在低压下以低压驱动，并研究即使在热管中的封闭的低压环境中也可以运行。具体而言，使用极其薄的氧化钛膜作为介电膜，可以使用低压驱动，并且液体膜在热管内的灯芯内延伸。由于已经完成了在大气压力下对这种效果的确认，我们将进行实验研究，以阐明在热管环境下的效果。在2022财年，去年生产的实验热管产生了问题，例如在电极上施加电压时电流泄漏的发生，并且密封区域中发生泄漏，从而难以维持容器内的真空水平。首先，对实验设备进行了重新设计和制造，以具有与对策相关的结构。结果，这些问题几乎得到了解决。之后，测量了模拟热管中蒸气相的温度和压力变化，而热输入逐渐增加了热量输入到加热部分。这仍然是一个初步的结果，但是当干燥接近时，如果不应用EW，蒸汽温度将不断上升和下降，但是已经发现这将被抑制，并且温度将是稳定的。在2023财年，目标是通过捕获温度和压力的变化来详细进行清楚地证明EW效果的目标，前提是通过应用EW抑制了干燥。就这样

项目成果

エレクトロウエッティング技術を用いたヒートパイプ内のドライアウト現象の抑制

利用电润湿技术抑制热管干涸现象

• 发表时间: 2021
• 作者: Shion Ando;Kei Shimada;Daijiro Eto;Osamu Moriue;山田寛，磯部和真，堀部明彦;鈴木一弥，和田将己，小野直樹
• 通讯作者: 鈴木一弥，和田将己，小野直樹

Measurement of temperature and pressure inside a heat pipe equipped with electrowetting technique

采用电润湿技术测量热管内的温度和压力

• 发表时间: 2021
• 作者: K.Suzuki;M.Nakahata;K.Yoshida and N.Ono
• 通讯作者: K.Yoshida and N.Ono

Study on a new heat pipe utilizing electrowetting technique

利用电润湿技术的新型热管研究

• 发表时间: 2023
• 作者: S.Sakagami;N.Sawano;N.Yoshida;N.Ono
• 通讯作者: N.Ono