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

基本信息

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

项目摘要

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5G等小型便携式IT设备领域，CPU和其他产生热量的设备的冷却技术变得越来越重要，而小而薄的热管已经在智能手机和其他设备内部作为有效的传热装置。。然而，随着CPU性能的提高以及设备变得更薄更轻，存在冷凝液体无法充分回流到热管中的蒸发部分（发热部分）的风险，导致干涸并导致冷却困难。在本研究中，我们将通过减小介电膜的厚度来修改水平电场型电润湿以在低压下操作，并研究即使在热管内的密封低压环境下也能操作的技术。具体来说，我们使用超薄氧化钛薄膜作为介电膜，以实现低压驱动，并发挥热管内吸芯内液膜的伸长效应。由于大气压下的效果已得到确认，因此我们将进行实验研究以明确热管环境下的效果。 2022财年，我们去年制造的实验热管存在电极施加电压时漏电以及由于密封处漏电而难以维持容器内部真空等问题，因此对实验设备进行了重新设计和制造，使其具有结构。从而采取对策。结果，我们能够解决大部分问题。之后，我们测量了该模拟热管中蒸发部分附近的气相在未施加电润湿（以下称为EW）时和施加电润湿时的温度和压力随时间变化的差异。逐渐增加尽管结果仍处于初步阶段，但已发现，在接近干燥时，当不施加 EW 时，蒸汽温度波动不稳定，但当施加 EW 时，这种波动会受到抑制，并表现出稳定的温度行为。我们计划在 2023 年度详细开展这一观察，目的是根据温度和压力的变化确定通过应用 EW 可以抑制干燥，从而明确证明 EW 的有效性。就这样