特許 7458936 熱交換デバイス、金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-22

(45)【発行日】2024-04-01

(54)【発明の名称】熱交換デバイス、金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/04 20060101AFI20240325BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20240325BHJP

   F01D 5/18 20060101ALI20240325BHJP

【ＦＩ】

F28D15/04 E

F28D15/02 A

F28D15/02 102A

F28D15/02 102H

F01D5/18

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020143273

(22)【出願日】2020-08-27

(65)【公開番号】P2022038661

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-01-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】工藤 秀行

【審査官】岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５２－０５６６５７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５１－０１５８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２９０４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－１２１２７７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－３００４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭５０－００８８２１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００４－０２８０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５１－０１７６１０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ １５／０４

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｆ０１Ｄ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

相変化する作動媒体が封入されているとともに、内側に外部と熱交換可能な第一熱交換面及び第二熱交換面が形成されたデバイス本体と、
多孔質体から構成され、前記第一熱交換面の内側を覆うように配置された第一壁面ウィックと、
多孔質体から構成され、前記第二熱交換面の内側を覆うように配置された第二壁面ウィックと、
前記第一壁面ウィックと前記第二壁面ウィックとにわたって配置され、多孔質体から構成された複数の柱状部材が三次元格子状に配置されて形成された格子状ウィックと、
を備え、
前記デバイス本体は、
冷却又は加熱する対象である対象物に対して近い位置に形成される第一外装部と、
前記第一外装部に比べて前記対象物に対して遠い位置に配置され、前記第一外装部に対して離れて対向するように配置される第二外装部と、を有し、
前記第一熱交換面は、前記第一外装部において、内側を向く内面であり、
前記第二熱交換面は、前記第二外装部において、内側を向く内面であり、
前記第一壁面ウィック、前記第二壁面ウィック、及び前記格子状ウィックは、三次元積層造形法により、同一の材料で形成される熱交換デバイス。

【請求項2】

前記格子状ウィックは、前記第一壁面ウィックと前記第二壁面ウィックとの間に画成された空間の全体を埋めるように配置されている請求項１に記載の熱交換デバイス。

【請求項3】

前記格子状ウィックは、前記デバイス本体内で前記第一壁面ウィックが配置されている第一領域と、前記デバイス本体内で前記第二壁面ウィックが配置されている第二領域とを結ぶように延びる第一格子状ウィックと、
前記第一壁面ウィック又は前記第二壁面ウィックと前記第一格子状ウィックとを接続し、前記第一格子状ウィックよりも断面積が小さい第二格子状ウィックと、
をさらに備える請求項１又は２に記載の熱交換デバイス。

【請求項4】

前記格子状ウィックは、前記第一領域又は前記第二領域で前記第二格子状ウィックに接続され、前記第二格子状ウィックよりも断面積が大きいバッファウィックをさらに備える請求項３に記載の熱交換デバイス。

【請求項5】

第一金型と、
前記第一金型との間に溶解された材料が充填される成形空間を形成する第二金型と、
前記第一金型及び前記第二金型の少なくとも一方に配置されて、前記第一熱交換面によって前記成形空間内の前記材料と熱交換可能とされた請求項１から４の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備える金型。

【請求項6】

レーザー光を反射可能な反射ミラーであって、
前記レーザー光が照射されるミラー部と、
前記ミラー部を支持する本体部と、
前記本体部の内部に配置され、前記第一熱交換面によって前記ミラー部と熱交換可能とされた請求項１から４の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備える反射ミラー。

【請求項7】

気体が流通する第一管と、
前記第一管から離れた位置に配置され、液体が流通する第二管と、
前記第一管と前記第二管との間に配置され、前記第一熱交換面によって前記第一管内の前記気体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記第二管内の前記液体と熱交換可能とされた請求項１から４の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備える気液熱交換器。

【請求項8】

内部に流体が流通する伝熱管本体と、
前記伝熱管本体の外周面から延びるフィンと、
前記フィンに配置され、前記第一熱交換面に対して前記第二熱交換面が前記伝熱管本体に近い位置に配置され、前記第二熱交換面によって前記伝熱管本体の内部の前記流体と熱交換可能とされた請求項１から４の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、を備えるフィン付伝熱管。

【請求項9】

高温の流体が内部を流通するノズル部と、
前記ノズル部と接続されて冷却媒体が流通する冷却管が内部に配置されたノズル本体部と、
前記第一熱交換面によって前記ノズル部の内部を流通する流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記冷却管の内部の前記冷却媒体と熱交換可能とされた請求項１から４の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備えるノズル。

【請求項10】

高温の流体に接触可能な翼面を有する翼体と、
前記翼体の内部に配置され、冷却媒体が流通する冷却管と、
前記翼体に配置され、前記第一熱交換面によって前記翼面に接触する前記流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記冷却管内の冷却媒体と熱交換可能とされた請求項１から４の何れか一項に記載の熱交換デバイスと、
を備えるタービン翼。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱交換デバイス、金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼に関する。

【背景技術】

【0002】

発熱体を冷却するために、ヒートパイプのような熱交換デバイスが用いられる。ヒートパイプのような熱交換デバイスは、熱輸送効率が高く、動力が不要であることから、様々な分野で使用されている。例えば、特許文献１には、ガスタービンエンジンのファン出口ガイドベーンの内部にヒートパイプが適用された構造が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－２０５３７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このように熱交換デバイスは、様々な分野の装置に適用されることから、熱交換効率をより高くすることが求められている。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、熱交換効率をさらに高めることが可能な熱交換デバイス、金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示に係る熱交換デバイスは、相変化する作動媒体が封入されているとともに、内側に外部と熱交換可能な第一熱交換面及び第二熱交換面が形成されたデバイス本体と、多孔質体から構成され、前記第一熱交換面の内側を覆うように配置された第一壁面ウィックと、多孔質体から構成され、前記第二熱交換面の内側を覆うように配置された第二壁面ウィックと、前記第一壁面ウィックと前記第二壁面ウィックとにわたって配置され、多孔質体から構成された複数の柱状部材が三次元格子状に配置されて形成された格子状ウィックと、備え、前記デバイス本体は、冷却又は加熱する対象である対象物に対して近い位置に形成される第一外装部と、前記第一外装部に比べて前記対象物に対して遠い位置に配置され、前記第一外装部に対して離れて対向するように配置される第二外装部と、を有し、前記第一熱交換面は、前記第一外装部において、内側を向く内面であり、前記第二熱交換面は、前記第二外装部において、内側を向く内面であり、前記第一壁面ウィック、前記第二壁面ウィック、及び前記格子状ウィックは、三次元積層造形法により、同一の材料で形成される。

【0007】

本開示に係る金型は、第一金型と、前記第一金型との間に溶解された材料が充填される成形空間を形成する第二金型と、前記第一金型及び前記第二金型の少なくとも一方に配置されて、前記第一熱交換面によって前記成形空間内の前記材料と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。

【0008】

本開示に係る反射ミラーは、レーザー光を反射可能な反射ミラーであって、前記レーザー光が照射されるミラー部と、前記ミラー部を支持する本体部と、前記本体部の内部に配置され、前記第一熱交換面によって前記ミラー部と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。

【0009】

本開示に係る気液熱交換器は、気体が流通する第一管と、前記第一管から離れた位置に配置され、液体が流通する第二管と、前記第一管と前記第二管との間に配置され、前記第一熱交換面によって前記第一管内の前記気体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記第二管内の前記液体と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。

【0010】

本開示に係るフィン付伝熱管は、内部に流体が流通する伝熱管本体と、前記伝熱管本体の外周面から延びるフィンと、前記フィンに配置され、前記第一熱交換面に対して前記第二熱交換面が前記伝熱管本体に近い位置に配置され、前記第二熱交換面によって前記伝熱管本体の内部の前記流体と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。

【0011】

本開示に係るノズルは、高温の流体が内部を流通するノズル部と、前記ノズル部と接続されて冷却媒体が流通する冷却管が内部に配置されたノズル本体部と、前記第一熱交換面によって前記ノズル部の内部を流通する前記流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記冷却管の内部の前記冷却媒体と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。

【0012】

本開示に係るタービン翼は、高温の流体に接触可能な翼面を有する翼体と、前記翼体の内部に配置され、冷却媒体が流通する冷却管と、前記翼体に配置され、前記第一熱交換面が前記翼面に接触する前記流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面によって前記冷却管内の冷却媒体と熱交換可能とされた上記したような熱交換デバイスと、を備える。

【発明の効果】

【0013】

本開示の熱交換デバイス、金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼によれば、熱交換効率をさらに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示の第一実施形態に係る熱交換デバイスの構成を示す断面図である。

【図2】上記熱交換デバイスの格子状ウィックを示す拡大図である。

【図3】本開示の第二実施形態に係る熱交換デバイスの構成を示す断面図である。

【図4】本開示の第二実施形態の第一変形例に係る熱交換デバイスの構成を示す断面図である。

【図5】本開示の第二実施形態の第二変形例に係る熱交換デバイスの構成を示す断面図である。

【図6】本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第一適用例を示す図である。

【図7】本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第二適用例を示す図である。

【図8】本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第三適用例を示す図である。

【図9】本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第三適用例の変形例を示す図である。

【図10】本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第四適用例を示す図である。

【図11】本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第五適用例を示す図である。

【図12】本開示の実施形態に係る熱交換デバイスの第六適用例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して、本開示による熱交換デバイス、及びそれを備えた金型、反射ミラー、気液熱交換器、フィン付伝熱管、ノズル、及びタービン翼を実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

【0016】

＜第一実施形態＞
（熱交換デバイスの構成）
図１に示すように、熱交換デバイス１Ａは、デバイス本体１０Ａと、壁面ウィック２０Ａと、格子状ウィック３０Ａと、を主に備えている。熱交換デバイス１Ａは、その外周面の少なくとも一部が対象物Ｐに面するように配置される。ここで、対象物Ｐは、熱交換デバイス１Ａによる冷却又は加熱する対象である。対象物Ｐは、例えば、各種の気体や液体等の流体、後に適用例として例示する各種の機器や装置等を構成する部材である。熱交換デバイス１Ａは、デバイス本体１０Ａの内部に封入された作動媒体４と対象物Ｐとの間で熱交換を行うことによって、対象物Ｐを冷却または加熱する。

【0017】

（デバイス本体の構成）
デバイス本体１０Ａは、その内部に水等の作動媒体４が封入された内部空間Ｓが画成された中空構造とされている。デバイス本体１０Ａは、例えば銅のような熱伝導率の高い金属製の材料で形成されている。本実施形態において、デバイス本体１０Ａは、例えば、対象物Ｐに対して近い位置に形成される第一外装部１１と、対象物Ｐに対して遠い位置に配置される第二外装部１２と、を有している。第一外装部１１と第二外装部１２とは互いに離れて対向するように配置されている。本実施形態では、第一外装部１１と第二外装部１２との間に、内部空間Ｓが形成されている。第一外装部１１には、対象物Ｐに向かって突出する凸部１１ｔが形成されている。第二外装部１２には、対象物Ｐに向かって窪む凹部１２ｓが形成されている。デバイス本体１０Ａにおける第二外装部１２の外部には、冷却管１５が配置されている。冷却管１５は、往復噴流式で、デバイス本体１０Ａ内の作動媒体４や対象物Ｐよりも低温の水や油等の冷却媒体５を凹部１２ｓ内に噴出させている。冷却管１５から噴出された冷却媒体５は、第二外装部１２の外側を向く面に噴射されている。

【0018】

デバイス本体１０Ａは、その内側に第一熱交換面１３Ａ及び第二熱交換面１４Ａを有している。第一熱交換面１３Ａは、第一外装部１１においてデバイス本体１０Ａの内側を向く内面である。第二熱交換面１４Ａは、第二外装部１２においてデバイス本体１０Ａの内側の内側を向く内面である。第一熱交換面１３Ａは、外部の対象物Ｐと熱交換可能な平滑な面である。第二熱交換面１４Ａは、冷却媒体５と熱交換可能な平滑な面である。

【0019】

（壁面ウィックの構成）
壁面ウィック２０Ａは、デバイス本体１０Ａの内面全体を覆うように形成されている。壁面ウィック２０Ａは、第一壁面ウィック２１Ａと、第二壁面ウィック２２Ａと、を有する。第一壁面ウィック２１Ａは、第一熱交換面１３Ａの内側を覆うように配置されている。第一壁面ウィック２１Ａは、第一熱交換面１３Ａの形状に対応する形に形成され、第一熱交換面１３Ａを隙間なく覆っている。第二壁面ウィック２２Ａは、第二熱交換面１４Ａの内側を覆うように配置されている。第二壁面ウィック２２Ａは、第二熱交換面１４Ａの形状に対応する形に形成され、第二熱交換面１４Ａを隙間なく覆っている。第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａは、それぞれ金属製の多孔質体からなる。多孔質体とは、微細な空隙が複数形成された部材である。作動媒体４は、液体の状態である場合に、この空隙を利用して、毛細管現象によって多孔質体内を移動可能とされている。本実施形態の第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａは、三次元積層造形法により、同一の材料で形成されている。第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａは、三次元積層造形法によって形成する際、金属粉末を溶融凝固させる過程で、溶融粒子の配置を調整することによって、比較的容易に空隙の大きさが調整された多孔質化が可能となっている。

【0020】

（格子状ウィックの構成）
格子状ウィック３０Ａは、デバイス本体１０Ａ内で、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとにわたって配置されている。格子状ウィック３０Ａは、デバイス本体１０Ａ内で、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとの間に配置され、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとを直接繋いでいる。格子状ウィック３０Ａは、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとの間に画成されたデバイス本体１０Ａ内の内部空間Ｓの全体を埋めるように配置されている。

【0021】

図２に示すように、格子状ウィック３０Ａは、複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されて形成されている。柱状部材３１は、金属製の多孔質体からなる。各柱状部材３１は、直線状に延びている。格子状ウィック３０Ａは、各柱状部材３１の方向や長さが規定された規則的な三次元格子状であってもよいし、各柱状部材３１の方向や長さが様々に異なる不規則な三次元格子状であってもよい。格子状ウィック３０Ａは、複数の柱状部材３１同士が、その交差部分で互いに接合されている。その結果、複数の柱状部材３１は、気体が流通可能な隙間３２が間に形成された三次元格子状に配置された状態となる。このような格子状ウィック３０Ａは、例えば、３Ｄプリンター等を用いた三次元積層造型法によって形成されている。本実施形態の格子状ウィック３０Ａは、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａと同様の材料で形成されている。

【0022】

（熱交換デバイスによる作用）
図１に示すように、この熱交換デバイス１Ａでは、例えば、デバイス本体１０Ａの第一熱交換面１３Ａが配置されている部分（第一外装部１１）の外側に、作動媒体４よりも高温の対象物Ｐがある場合、第一熱交換面１３Ａで外部の対象物Ｐとの熱交換が行われる。つまり、第一熱交換面１３Ａ付近が蒸発部となる。第一熱交換面１３Ａでの熱交換により、対象物Ｐは冷却される。この熱交換によって、対象物Ｐから熱が伝導されて第一熱交換面１３Ａが加熱される。第一熱交換面１３Ａの温度上昇により、第一熱交換面１３Ａの内側を覆うように配置された第一壁面ウィック２１Ａ内の作動媒体４が液相から気相に相変化し、蒸気４Ｓが生成される。生成された蒸気４Ｓは、デバイス本体１０Ａ内の蒸気圧差によって、第一壁面ウィック２１Ａから第二壁面ウィック２２Ａに向かって流れていく。その際、蒸気４Ｓは、格子状ウィック３０Ａの格子間に形成された隙間３２を通って、速やかに流れていく。

【0023】

第二熱交換面１４Ａが配置されている部分（第二外装部１２）の外側には、作動媒体４よりも低温の冷却媒体５がある。つまり、第二熱交換面１４Ａ付近が凝縮部となる。そのため、蒸気４Ｓが第二壁面ウィック２２Ａの近傍に至ると、第二熱交換面１４Ａで外部の冷却媒体５との熱交換を行うことにより、作動媒体４（蒸気４Ｓ）が気相から液相に相変化する。液相に相変化した作動媒体４は、毛細管現象によって第二壁面ウィック２２Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａ近傍の格子状ウィック３０Ａ内に伝わる（吸収される）。吸収された作動媒体４は、毛細管現象により、格子状ウィック３０Ａを伝い、第二壁面ウィック２２Ａから第一壁面ウィック２１Ａに向かって移動する。

【0024】

（作用効果）
上述の構成によれば、格子状ウィック３０Ａが、多孔質体から構成された複数の柱状部材３１を三次元格子状に配置して形成されている。そのため、複数の柱状部材３１同士の間（格子間）に、蒸気４Ｓが通過可能な隙間３２（図２参照）が形成される。このため、生成された蒸気４Ｓは、格子状ウィック３０Ａの格子間に形成された隙間３２を通って、速やかに第二壁面ウィック２２Ａへと流れていく。これにより、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとの間での蒸気４Ｓの移動量（流量）を確保することができる。また、多孔質体によって形成された格子状ウィック３０Ａによって、毛細管現象を利用して、第二壁面ウィック２２Ａと第一壁面ウィック２１Ａとの間での液相の作動媒体４の移動量（流量）を確保することができる。その結果、熱交換デバイス１Ａにおける熱交換効率を高めることが可能となる。このようにして、第一熱交換面１３Ａ及び第二熱交換面１４Ａで熱交換がなされて相変化した作動媒体４が、格子状ウィック３０Ａを介して速やかに移動する。

【0025】

また、熱交換デバイス１Ａでは、三次元積層造形法によって第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａを多孔質体で形成している。そのため、第一外装部１１や第二外装部１２の形に合わせて、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａを形成することが容易にできる。さらに、格子状ウィック３０Ａが三次元積層造形法によって多孔質体で三次元格子状に形成されていることで、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａの間の空間である内部空間Ｓの形に合わせて、格子状ウィック３０Ａを容易に作成することができる。そのため、デバイス本体１０Ａの形状に寄らず、デバイス本体１０Ａ内の内部空間Ｓを格子状ウィック３０Ａで容易に埋めることができる。一般的なヒートパイプでは、内部に配置されるウィックの形状に制限が出てしまうために、形成可能な形状に制限が出てしまう場合がある。しかしながら、三次元積層造形法によって多孔質体でウィックを形成した構造とすることで、複雑な形状を含む任意の形状で熱交換デバイス１Ａを形成することができる。

【0026】

また、熱交換により相変化した作動媒体４は、格子状ウィック３０Ａを構成する複数の柱状部材３１自体や複数の柱状部材３１同士の間の隙間３２を通して、様々な方向に分散して移動する。具体的には、熱交換デバイス１Ａにおいて、高温箇所が発生すると、当該箇所での作動媒体４の蒸発量が増加する。例えば、第一熱交換面１３Ａが高温となると、第一熱交換面１３Ａ付近での作動媒体４の蒸発量が増加する。その結果、第一熱交換面１３Ａでの吸熱量が増加し、高温となっていた第一熱交換面１３Ａの冷却が促進される。第一熱交換面１３Ａの冷却が促進されることで、熱交換デバイス１Ａ全体として、均温化がなされる。この際、熱交換による相変化によって、蒸気４Ｓとなった気相の作動媒体４は、高温箇所から隙間３２を通って速やかに移動するので、高温箇所が効率良く均温化される。また、生成された蒸気４Ｓが移動しても、多孔質体である柱状部材３１自体を通して、毛細管現象によって、液相の作動媒体４が順次供給される。高温箇所では、作動媒体４の蒸発量が増加することで、液相の作動媒体４が減少していく。しかしながら、柱状部材３１を通して液相の作動媒体４を供給できるため、高温箇所における作動媒体４の保持量が過度に減少するのを抑えることができる。したがって、高温箇所で作動媒体４が枯渇することを抑えることができる。

【0027】

また、格子状ウィック３０Ａは、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとの間に画成された内部空間Ｓの全体を埋めるように配置されている。これにより、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとの間で、気相や液相となった作動媒体４が、より効率良く移動する。そのため、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａの任意の位置で低温また高温となった場合に、その位置に対して気相や液相の作動媒体４が速やかに行き渡って、熱交換が行われる。つまり、熱交換が速やかに行われ、デバイス本体１０Ａにおける低温また高温となった位置を速やかに加熱又は冷却することができる。これにより、熱交換デバイス１Ａは均温化される。

【0028】

また、上記熱交換デバイス１Ａでは、対象物Ｐを冷却するだけでなく、対象物Ｐを加熱することもできる。このような場合には、熱交換デバイス１Ａは、デバイス本体１０Ａの第二熱交換面１４Ａが配置されている部分の外側に、冷却媒体５に代えて、対象物Ｐよりも高温の加熱媒体を噴射する。これにより、第二熱交換面１４Ａで外部との熱交換が行われ、作動媒体４が液相から気相に相変化する。気相に相変化した作動媒体４（蒸気４Ｓ）は、格子状ウィック３０Ａの隙間３２を通して第二壁面ウィック２２Ａから第一壁面ウィック２１Ａに移動する。第一壁面ウィック２１Ａでは、第一熱交換面１３Ａにおける外部との熱交換により、作動媒体４が気相から液相に相変化する。この第一熱交換面１３Ａにおける熱交換により、外部の対象物Ｐが加熱される。このような場合も、格子状ウィック３０Ａにより、気相（蒸気４Ｓ）や液相の作動媒体４が、それぞれ効率良く移動する。その結果、熱交換デバイス１Ａでは、均一かつ急速に加熱して均温化することができる。

【0029】

なお、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａを形成する多孔質体としては、例えば、金網、焼結金属等を採用することもできる。また、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａは、格子状ウィック３０Ａと同様に、三次元積層造形法により、複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されて形成されてもよい。つまり、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａは、格子状ウィック３０Ａとは異なる形状を有する多孔質体であってもよく、同一の形状を有する多孔質体であってもよい。

【0030】

また、格子状ウィック３０Ａは、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａに直接接続される構造に限定されるものではない。格子状ウィック３０Ａは、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａの近傍まで延びていればよい。したがって、格子状ウィック３０Ａは、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａに対して、微小な隙間を開けた状態で形成されていてもよく、他のウィック等を介して間接的に接続されていてもよい。

【0031】

さらに、格子状ウィック３０Ａは、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとの間の内部空間Ｓの全体を埋めるように配置されることに限定されるものではない。例えば、格子状ウィック３０Ａは、内部空間Ｓにおいて、架橋のように柱状をなして、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａと間隔を空けて繋ぐ構造とされていてもよい。

【0032】

また、上記第一実施形態では、熱交換デバイス１Ａの第一熱交換面１３Ａを凸形状とし、第二熱交換面１４Ａを凹部１２ｓによって形成する構成としたが、このような形状に限定されるものではない。第一熱交換面１３Ａや第二熱交換面１４Ａは、任意の形状に形成されていればよい。

【0033】

＜第二実施形態＞
次に、本開示に係る熱交換デバイスの第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。

【0034】

（熱交換デバイスの構成）
図３に示すように、第二実施形態の熱交換デバイス１Ｂはヒートパイプを構成している。熱交換デバイス１Ｂは、デバイス本体１０Ｂと、壁面ウィック２０Ｂと、格子状ウィック３０Ｂと、を主に備えている。

【0035】

（デバイス本体の構成）
デバイス本体１０Ｂは、その内部に作動媒体４が封入された内部空間Ｓが画成された中空構造とされている。デバイス本体１０Ｂは、第一端部１ｓと第二端部１ｔとを結ぶように延びている。デバイス本体１０Ｂは、第一端部１ｓから第二端部１ｔまで延びる中空筒状に形成され、延伸方向の両端（第一端部１ｓ、及び第二端部１ｔ）が閉塞されている。デバイス本体１０Ｂは、第一端部１ｓと第二端部１ｔとを直線的に結ぶように延びていてもよいし、第一端部１ｓと第二端部１ｔとの間で、適宜、湾曲、屈折等していてもよい。デバイス本体１０Ｂの第一端部１ｓは、対象物Ｐに面するように配置されている。デバイス本体１０Ｂの第二端部１ｔは、対象物Ｐに直接接触する位置から離れた位置に配置されている。したがって、デバイス本体１０Ｂの第二端部１ｔは、例えば冷却媒体に面する位置に配置されていてもよい。デバイス本体１０Ｂは、例えば銅のような熱伝導率の高い金属製の材料で形成されている。

【0036】

デバイス本体１０Ｂは、その内側に第一熱交換面１３Ｂ及び第二熱交換面１４Ｂを有している。第一熱交換面１３Ｂは、デバイス本体１０Ｂの第一端部１ｓを含む領域においてデバイス本体１０Ｂの内側を向く面である。第一熱交換面１３Ｂは、対象物Ｐと熱交換可能とされている。第二熱交換面１４Ｂは、デバイス本体１０Ｂの第二端部１ｔを含む領域においてデバイス本体１０Ｂの内側に形成されている。つまり、第二熱交換面１４Ｂは、第一熱交換面１３Ｂから離れた位置に配置されている。第二熱交換面１４Ｂは、対象物Ｐから離れた位置で冷却媒体や大気と熱交換可能とされている。

【0037】

（壁面ウィックの構成）
壁面ウィック２０Ｂは、デバイス本体１０Ｂの内面全体を覆うように形成されている。壁面ウィック２０Ｂは、第一壁面ウィック２１Ｂと、第二壁面ウィック２２Ｂと、第三壁面ウィック２３と、を有している。第一壁面ウィック２１Ｂは、第一熱交換面１３Ｂを内側から覆うように配置されている。第二壁面ウィック２２Ｂは、第二熱交換面１４Ｂを内側から覆うように配置されている。第三壁面ウィック２３は、第一熱交換面１３Ｂと第二熱交換面１４Ｂとの間で、デバイス本体１０Ｂの内面を内側から覆うように配置されている。つまり、第三壁面ウィック２３は、第一壁面ウィック２１Ｂと第二壁面ウィック２２Ｂとを繋ぐように配置されている。第一壁面ウィック２１Ｂ、第二壁面ウィック２２Ｂ、及び第三壁面ウィック２３は、第一実施形態と同様に、金属製の多孔質体からなる。第一壁面ウィック２１Ｂ、第二壁面ウィック２２Ｂ、及び第三壁面ウィック２３は、三次元積層造形法により、同一の材料で形成されている。

【0038】

（格子状ウィックの構成）
格子状ウィック３０Ｂは、デバイス本体１０Ｂ内で、第一壁面ウィック２１Ｂと第二壁面ウィック２２Ｂとの間に配置され、第一壁面ウィック２１Ｂと第二壁面ウィック２２Ｂとを繋いでいる。格子状ウィック３０Ｂは、格子状ウィック３０Ｂは、第三壁面ウィック２３には繋がっていない。第二実施形態の格子状ウィック３０Ｂは、第一格子状ウィック３３と、第二格子状ウィック３４と、を備えている。

【0039】

第一格子状ウィック３３は、デバイス本体１０Ｂ内で第一壁面ウィック２１Ｂが配置されている第一領域Ａ１と、デバイス本体１０Ｂ内で第二壁面ウィック２２Ｂが配置されている第二領域Ａ２とを結ぶように延びている。本実施形態の第一格子状ウィック３３は、デバイス本体１０Ｂの中心部に配置されている。第一格子状ウィック３３は、デバイス本体１０Ｂの第一端部１ｓと第二端部１ｔとを結ぶ方向に、柱状に直線状をなして延びている。

【0040】

なお、第一格子状ウィック３３は、第一壁面ウィック２１Ｂや第二壁面ウィック２２Ｂに直接接続された構造に限定されるものではない。第一格子状ウィック３３は、第一領域Ａ１から第二領域Ａ２まで延びていれば、第一壁面ウィック２１Ｂや第二壁面ウィック２２Ｂに間接的に接続されただけの構造（第一壁面ウィック２１Ｂや第二壁面ウィック２２Ｂに接触していない構造）であってもよい。

【0041】

第二格子状ウィック３４は、第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２のそれぞれに独立して配置されている。第一領域Ａ１に配置された蒸発側第二格子状ウィック３４１は、第一壁面ウィック２１Ｂと第一格子状ウィック３３とを接続している。第二領域Ａ２に配置された凝縮側第二格子状ウィック３４２は、第二壁面ウィック２２Ｂと第一格子状ウィック３３とを接続している。蒸発側第二格子状ウィック３４１及び凝縮側第二格子状ウィック３４２は、それぞれ複数本が配置されている。蒸発側第二格子状ウィック３４１及び凝縮側第二格子状ウィック３４２の数は同じであってもよく、一方が多くてもよい。第二格子状ウィック３４（蒸発側第二格子状ウィック３４１及び凝縮側第二格子状ウィック３４２）のそれぞれは、その延伸方向に直交する断面積が、第一格子状ウィック３３の延伸方向に直交する断面積よりも小さい。つまり、各第二格子状ウィック３４は、太い幹状の第一格子状ウィック３３に対して細く小さい枝状に形成されている。

【0042】

格子状ウィック３０Ｂを構成する第一格子状ウィック３３及び第二格子状ウィック３４は、それぞれ、図２に示したように、複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されて形成されている。柱状部材３１は、三次元積層造型法によって形成された金属製の多孔質体からなる。なお、第一格子状ウィック３３と第二格子状ウィック３４とは、同じ条件で形成された多孔質体であってもよいし、別の条件で形成された多孔質体であってもよい。つまり、第一格子状ウィック３３と第二格子状ウィック３４とは、隙間３２の大きさや量が互いに異なっていてもよい。さらに、第一格子状ウィック３３と第二格子状ウィック３４とは、例えば、多孔質体の空隙率が同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。

【0043】

（熱交換デバイスによる作用）
この熱交換デバイス１Ｂでは、例えば、デバイス本体１０Ｂの第一熱交換面１３Ｂが配置されている部分（第一領域Ａ１）の外側（第一端部１ｓ周辺）に、作動媒体４よりも高温の対象物Ｐがある場合、第一熱交換面１３Ｂで外部の対象物Ｐとの熱交換が行われる。つまり、第一領域Ａ１が蒸発部となる。第一熱交換面１３Ｂでの熱交換により、対象物Ｐは冷却される。熱交換によって、対象物Ｐから熱が伝導されて第一熱交換面１３Ｂが加熱される。第一熱交換面１３Ｂの温度上昇により、第一熱交換面１３Ｂの内側を覆うように配置された第一壁面ウィック２１Ｂ内の作動媒体４が液相から気相に相変化し、蒸気４Ｓが生成される。生成された蒸気４Ｓは、デバイス本体１０Ｂ内の蒸気圧差によって、第一壁面ウィック２１Ｂから第二壁面ウィック２２Ｂに向かって流れていく。蒸気４Ｓは、蒸発側第二格子状ウィック３４１や第一格子状ウィック３３の格子間に形成された隙間３２を通って、デバイス本体１０Ｂ内に出て、速やかに第二壁面ウィック２２Ｂに向かって流れていく。

【0044】

第二壁面ウィック２２Ｂが配置された部分（第二領域Ａ２）に蒸気４Ｓが至ると、第二熱交換面１４Ｂで外部との熱交換が行われる。つまり、第二領域Ａ２が凝縮部となる。この熱交換により、第二領域Ａ２で作動媒体４（蒸気４Ｓ）が気相から液相に相変化する。液相に相変化した作動媒体４は、毛細管現象によって第二壁面ウィック２２Ｂ、第二壁面ウィック２２Ｂ近傍の第一格子状ウィック３３、及び凝縮側第二格子状ウィック３４２内に伝わる（吸収される）。吸収された作動媒体４は、毛細管現象により、第二壁面ウィック２２Ｂから凝縮側第二格子状ウィック３４２を介して第一格子状ウィック３３を送られ、第二壁面ウィック２２Ｂから第一壁面ウィック２１Ｂに向かって移動する。

【0045】

（作用効果）
上述の構成によれば、第一格子状ウィック３３及び第二格子状ウィック３４が、多孔質体から構成された複数の柱状部材３１を三次元格子状に配置して形成されている。そのため、第一実施形態と同様に、第一壁面ウィック２１Ｂと第二壁面ウィック２２Ｂとの間で作動媒体４の移動量（流量）を確保することができる。その結果、熱交換デバイス１Ｂにおける熱交換効率を高めることが可能となる。

【0046】

また、格子状ウィック３０Ｂは、第一領域Ａ１と第二領域Ａ２とを結ぶように延びる第一格子状ウィック３３と、第一壁面ウィック２１Ｂや第二壁面ウィック２２Ｂと第一格子状ウィック３３とを接続している。第一格子状ウィック３３よりも断面積が小さい第二格子状ウィック３４と、をさらに備えている。そして、第一格子状ウィック３３の断面積が、第二格子状ウィック３４よりも大きく形成されている。そのため、第一格子状ウィック３３を通して第二壁面ウィック２２Ｂから第一壁面ウィック２１Ｂへと移動する液相の作動媒体４の量（流量）を増大させることができる。これにより、第一壁面ウィック２１Ｂに供給する作動媒体４が枯渇することを抑えることができる。

【0047】

さらに、第一領域Ａ１や第二領域Ａ２は第一格子状ウィック３３で埋められることなく、複数の第二格子状ウィック３４が形成されている。そのため、第一領域Ａ１や第二領域Ａ２には、複数の第二格子状ウィック３４の間に空間が形成される。この空間によって、蒸気４Ｓの流れを確保することができる。さらに、第一領域Ａ１と第二領域Ａ２との間の第三壁面ウィック２３に面する領域には、第一格子状ウィック３３以外が形成されておらず大きな空間が形成されている。これらにより、第一格子状ウィック３３と第二壁面ウィック２２Ｂとの間の気相の作動媒体４の速やかな流れを確保することができる。

【0048】

なお、上記熱交換デバイス１Ｂでも、第一実施形態と同様に、対象物Ｐを冷却するだけでなく、対象物Ｐを加熱することもできる。

【0049】

（第二実施形態の第一変形例）
なお、上記第二実施形態で示した格子状ウィック３０Ｂの構成に加え、以下に示すようなバッファウィックをさらに備えていてもよい。図４に示すように、熱交換デバイス１Ｃの格子状ウィック３０Ｃは、デバイス本体１０Ｂ内で、第一壁面ウィック２１Ｂと第二壁面ウィック２２Ｂとにわたって配置されている。格子状ウィック３０Ｃは、第一格子状ウィック３３と、第二格子状ウィック３４と、バッファウィック３５と、を備えている。

【0050】

バッファウィック３５は、第一領域Ａ１に配置されている。バッファウィック３５は、第一領域Ａ１で第一格子状ウィック３３の端部に接続されている。バッファウィック３５は、第一格子状ウィック３３と第二格子状ウィック３４とを接続している。本実施形態において、バッファウィック３５は、例えば球状に形成されている。バッファウィック３５は、第一格子状ウィック３３の端部や第二格子状ウィック３４の延伸方向に直交する断面積よりも、大きな断面積を有している。これにより、第一格子状ウィック３３を通して第二壁面ウィック２２Ｂから移動してきた液相の作動媒体４が、第一格子状ウィック３３の端部に留まるよりも多量にバッファウィック３５で保持される。したがって、バッファウィック３５によって、第二格子状ウィック３４を通して第一壁面ウィック２１Ｂに供給される作動媒体４の量を増大させることができる。その結果、第一壁面ウィック２１Ｂに供給する作動媒体４が枯渇することを、より有効に抑えることができる。

【0051】

なお、バッファウィック３５は、第一領域Ａ１のみに配置されていることに限定されるものではない。バッファウィック３５は、第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２の少なくとも一方に配置されていればよい。つまり、バッファウィック３５は、第二領域Ａ２のみに配置されてもよく、第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２の両方に配置されていてもよい。

【0052】

（第二実施形態の第二変形例）
バッファウィックの形状は、一つの球状に限定されるものではない。図５に示すように、第二変形例のバッファウィック３６は、球状の第一バッファウィック３６１と、リング状の第二バッファウィック３６２と、を備えている。第一バッファウィック３６１及び第二バッファウィック３６２は、枝状の第二格子状ウィック３４の中間部に配置されている。本変形例では、第一バッファウィック３６１には、第一格子状ウィック３３に接続される複数本の第二格子状ウィック３４が接続されている。また、第二バッファウィック３６２には、第一壁面ウィック２１Ａに接続される複数本の第二格子状ウィック３４が接続されている。第一バッファウィック３６１及び第二バッファウィック３６２は、第二格子状ウィック３４の延伸方向に直交する断面積よりも、大きな断面積を有している。第一バッファウィック３６１及び第二バッファウィック３６２は、全体として、第一格子状ウィック３３の端部の断面積よりも、大きな断面積を有している。このような、バッファウィック３６によっても、第一壁面ウィック２１Ｂに供給される作動媒体４の量を増大させることができる。

【0053】

上記したような熱交換デバイス１Ａ～１Ｄは、以下に示すような各種の用途に適用することができる。以下の各適用例では、上記第一実施形態で示した熱交換デバイス１Ａを例に挙げて説明を行うが、熱交換デバイス１Ａに代えて、上記熱交換デバイス１Ｂ～１Ｄを適用するようにしてもよい。

【0054】

［第一適用例］
図６に示すように、熱交換デバイス１Ａは、ダイキャストや樹脂成型に使用される金型５０に適用されている。金型５０は、第一金型５１と、第二金型５２と、熱交換デバイス１Ａと、を備えている。第二金型５２は、第一金型５１との間に溶解された材料２００が充填される成形空間５３を形成している。材料２００としては、例えば、樹脂や金属が挙げられる。

【0055】

熱交換デバイス１Ａは、第一金型５１及び第二金型５２の少なくとも一方に配置されている。本適用例では、熱交換デバイス１Ａは、第二金型５２の内部に配置されている。熱交換デバイス１Ａのデバイス本体１０Ａは、第二金型５２の型表面（成形空間５３を形成する面）を形成している。第一熱交換面１３Ａは、第二金型５２の型表面の裏側に配置されている。第一熱交換面１３Ａは、第二金型５２において、成形空間５３に充填された高温の材料２００と間で熱交換可能とされている。また、第二金型５２内には、冷却媒体５が供給される冷却管５５が埋設されている。デバイス本体１０Ａは、冷却管５５の外周面を覆っている。第二熱交換面１４Ａは、冷却管５５内を流れる冷却媒体５との間で熱交換可能とされている。格子状ウィック３０Ａは、第一熱交換面１３Ａを覆うように配置された第一壁面ウィック２１Ａと、第二熱交換面１４Ａを覆うように配置された第二壁面ウィック２２Ａとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック３０Ａは、第二金型５２の内部の空間を埋めるように配置されている。また、第一適用例では、第一壁面ウィック２１Ａと、第二壁面ウィック２２Ａと、格子状ウィック３０Ａとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されることで形成されている。

【0056】

（作用効果）
上記構成の金型５０では、熱交換デバイス１Ａを使用することで、複雑な形状のヒートシンクのような機能を第二金型５２の内部に持たせることができる。その結果、溶解された材料２００を固化させる際に、第一熱交換面１３Ａで材料２００（対象物Ｐ）と熱交換が行われる。この熱交換によって、材料２００が均一かつ急速に冷却できる。

【0057】

具体的には、第一熱交換面１３Ａでの熱交換により、第一壁面ウィック２１Ａ内の作動媒体４は、液相から気相に相変化し、格子状ウィック３０Ａの隙間を通って、第二壁面ウィック２２Ａに向かって移動する。第二壁面ウィック２２Ａに移動した作動媒体４は、第二熱交換面１４Ａで冷却管５５内の冷却媒体５と熱交換し、気相から液相に相変化する。相変化した作動媒体４は、格子状ウィック３０Ａを通して成形空間５３側の第一壁面ウィック２１Ａへと戻っていく。さらに、金型５０を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。これにより、成形空間５３内の材料２００を、均一かつ急速に冷却することが可能となり、凝固した材料２００の組織の安定化、焼き付き防止を図ることができる。また、材料２００の冷却を効率良く行うことができるので、製品の生産効率を高めることができる。

【0058】

また、第二金型５２の内部が中空とされずに、格子状ウィック３０Ａで埋められていることで、金型と必要な強度を確保することができる。

【0059】

［第二適用例］
図７に示すように、熱交換デバイス１Ａは、反射ミラー６０に適用されている。反射ミラー６０は、例えば、レーザー加工機等、レーザー光３００を用いる光学機器に備えられている。反射ミラー６０は、レーザー光３００を反射可能とされている。反射ミラー６０は、ミラー部６１と、本体部６２と、熱交換デバイス１Ａと、を備えている。ミラー部６１は、レーザー光３００が照射される。本体部６２は、ミラー部６１を支持している。本体部６２は、ミラー部６１の裏側に固定されている。

【0060】

熱交換デバイス１Ａは、本体部６２の内部に配置されている。熱交換デバイス１Ａの第一熱交換面１３Ａは、ミラー部６１の裏側に配置されている。第一熱交換面１３Ａは、ミラー部６１との間で熱交換可能とされている。本体部６２には、冷却媒体５が供給される冷却管６５が埋設されている。第二熱交換面１４Ａは、冷却管６５を覆うように配置されている。第二熱交換面１４Ａは、冷却管６５内を流れる冷却媒体５との間で熱交換可能とされている。格子状ウィック３０Ａは、第一熱交換面１３Ａを覆うように配置された第一壁面ウィック２１Ａと、第二熱交換面１４Ａを覆うように配置された第二壁面ウィック２２Ａとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック３０Ａは、本体部６２の内部の空間を埋めるように配置されている。また、第二適用例では、第一壁面ウィック２１Ａと、第二壁面ウィック２２Ａと、格子状ウィック３０Ａとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されることで形成されている。

【0061】

（作用効果）
上記構成の反射ミラー６０では、複雑な形状のヒートシンクのような機能を本体部６２の内部に持たせることができる。その結果、レーザー光３００が照射されることによって、加熱されたミラー部６１（対象物Ｐ）と第一熱交換面１３Ａとで熱交換が行われる。これにより、ミラー部６１を均一かつ急速に冷却できる。レーザー光３００が照射されるミラー部６１では、局所的な過熱により熱変形が生じるおそれがある。ミラー部６１に熱変形が生じると、レーザー焦点がずれてしまい、レーザー光３００を用いる光学機器としての精度が大きく劣化してしまう。ところが、熱交換デバイス１Ａを使用することで、ミラー部６１を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。これにより、レーザー光３００による入熱によって、ミラー部６１の熱変形することを抑えることができる。

【0062】

また、反射ミラー６０を冷却する構造として、本体部６２の内部に冷却流路を形成してミラー部６１の裏側に高圧の冷却水を噴射して冷却する構造が知られている。このような冷却水を使用する構造と比較した場合、熱交換デバイス１Ａを使用した構造では、冷却水によるミラー部６１の変形が生じない。そのため、反射ミラー６０の寿命を向上させることができる。

【0063】

［第三適用例］
図８に示すように、熱交換デバイス１Ａは、気液熱交換器７０に適用されている。気液熱交換器７０は、第一管７１と、第二管７２と、熱交換デバイス１Ａと、を備えている。第一管７１は、気体が流通する。第二管７２は、第一管７１から離れた位置に配置されている。第二管７２は、液体が流通する。気液熱交換器７０は、第一管７１と第二管７２との間で熱交換を行う。

【0064】

熱交換デバイス１Ａは、第一管７１と第二管７２との間に配置されている。第一熱交換面１３Ａは、第一管７１を覆っている。第二熱交換面１４Ａは、第二管７２を覆っている。第一熱交換面１３Ａは、第一管７１内の気体と熱交換可能とされている。第二熱交換面１４Ａは、第二管７２内の液体と熱交換可能とされている。格子状ウィック３０Ａは、第一管７１を覆うように配置された第一壁面ウィック２１Ａと、第二管７２を覆うように配置された第二壁面ウィック２２Ａとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック３０Ａは、第一管７１と第二管７２との間の空間を埋めるように配置されている。また、第三適用例では、第一壁面ウィック２１Ａと、第二壁面ウィック２２Ａと、格子状ウィック３０Ａとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されることで形成されている。

【0065】

（作用効果）
上記構成の気液熱交換器７０では、熱交換デバイス１Ａを使用することで、第一管７１と第二管７２との間に、複雑な形状のヒートシンクのような機能を持たせることができる。その結果、格子状ウィック３０Ａを介して、第一管７１内の気体と第二管７２内の液体との熱交換がなされる。したがって、気液熱交換器７０でより高い熱交換効率で熱交換を行うことが可能となる。

【0066】

また、第一管７１と第二管７２との間が格子状ウィック３０Ａで埋められることで、第一管７１や第二管７２の強度を向上させることができる。一般的に、気体が流通する第一管７１では、液体が流通する第二管７２と比べて、熱伝達率が小さくなる傾向があり、第一管７１を大きくして伝熱面積を確保する必要がある。ところが、気液熱交換器７０で使用される気体は高圧な場合が多い。その結果、シェルアンドチューブ型の気液熱交換器とした場合には、第一管７１の周りにフィンを形成して伝熱面積を確保しようとすると、圧力容器を用意する必要が出てきてしまう。また、プレートフィン型の気液熱交換器とした場合には、高圧に耐えうる構造とするために、機器サイズが大型化する可能性がある。しかしながら、格子状ウィック３０Ａによって、第一管７１と第二管７２との強度を向上させることで、第一管７１及び第二管７２の伝熱面積比を自由に変更しつつも、全体としてのサイズを抑えて、耐圧性を確保することができる。

【0067】

また、格子状ウィック３０Ａで第一管７１及び第二管７２が覆われていることで、第一管７１や第二管７２が破損しても、気体や流体が気液熱交換器７０の外に漏洩してしまったり、互いに接触してしまったりすることを抑えることができる。

【0068】

なお、図９に示すように、第一管７１と第二管７２とは、互いに平行に配置する構造であることに限られない。例えば、第一管７１の周囲に、第一管７１に対して螺旋状に巻き付くように第二管７２を配置してもよい。この場合、格子状ウィック３０Ａは、第一管７１及び第二管７２の全体を覆うように配置されることで、第一管７１と第二管７２との間に配置される。

【0069】

［第四適用例］
図１０に示すように、熱交換デバイス１Ａは、フィン付伝熱管８０に適用されている。フィン付伝熱管８０は、伝熱管本体８１と、フィン８２と、熱交換デバイス１Ａと、を備えている。伝熱管本体８１は、内部に流体が流通する。フィン８２は、伝熱管本体８１の外周面から径方向外側に延びている。

【0070】

熱交換デバイス１Ａは、フィン８２に配置されている。フィン８２は、中空構造とされている。フィン８２の内部には熱交換デバイス１Ａが配置されている。第一熱交換面１３Ａは、フィン８２の外周端側に形成されている。第二熱交換面１４Ａは、フィン８２において伝熱管本体８１に近い位置に配置されている。第一熱交換面１３Ａは、フィン８２の外部の流体と熱交換可能とされている。第二熱交換面１４Ａは、伝熱管本体８１の内部の流体と熱交換可能とされている。格子状ウィック３０Ａは、第一熱交換面１３Ａを覆うように配置された第一壁面ウィック２１Ａと、第二熱交換面１４Ａを覆うように配置された第二壁面ウィック２２Ａとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック３０Ａは、中空構造のフィン８２の内部を埋めるように配置されている。また、第四適用例では、第一壁面ウィック２１Ａと、第二壁面ウィック２２Ａと、格子状ウィック３０Ａとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されることで形成されている。

【0071】

（作用効果）
上記構成のフィン付伝熱管８０では、熱交換デバイス１Ａを使用することで、複雑な形状のヒートシンクのような機能をフィン８２の内部に持たせることができる。その結果、格子状ウィック３０Ａを介して、フィン８２と伝熱管本体８１との間で熱交換がなされる。したがって、フィン付伝熱管８０でより高い熱交換効率で熱交換することが可能となる。

【0072】

また、フィン付伝熱管８０では、伝熱管本体８１から離れてフィン８２の先端に近づくほど、伝熱管本体８１の内部の流体との温度差が拡大し、フィン８２による伝熱面積の増大効果が薄れてしまう。しかしながら、フィン８２の内部に格子状ウィック３０Ａが配置されていることで、フィン８２が全体として均温化される。その結果、フィン８２の先端と基端との温度差が低減され、効率を向上させることができる。さらに、格子状ウィック３０Ａで埋まっていることで、フィン８２の強度が向上する。その結果、フィン８２の高さの増加が可能となり、伝熱面積を更に増加させることができる。

【0073】

［第五適用例］
図１１に示すように、熱交換デバイス１Ａは、ノズル９０に適用されている。ノズル９０は、例えば、ガソリン、ディーゼル油等の燃料や、バーナーガス等の高温の流体を噴射する。ノズル９０は、ノズル部９１と、ノズル本体部９２と、熱交換デバイス１Ａと、を備えている。ノズル部９１は、高温の流体が内部を流通する。ノズル部９１は、先端のノズルチップ９３から、流体を噴出する。ノズル本体部９２は、ノズル部９１の基端部に接続されている。ノズル本体部９２の内部には、冷却媒体５が流通する冷却管９５が配置されている。

【0074】

熱交換デバイス１Ａの第一熱交換面１３Ａは、ノズル部９１の先端のノズルチップ９３の内部に形成されている。第一熱交換面１３Ａは、ノズルチップ９３から噴出される高温の流体と熱交換可能とされている。第二熱交換面１４Ａは、冷却管９５を覆っている。第二熱交換面１４Ａは、冷却管９５内の冷却媒体５と熱交換可能とされている。格子状ウィック３０Ａは、第一熱交換面１３Ａを覆うように配置された第一壁面ウィック２１Ａと、第二熱交換面１４Ａを覆うように配置された第二壁面ウィック２２Ａとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック３０Ａは、ノズル部９１の内部の空間を埋めるように配置されている。また、第五適用例では、第一壁面ウィック２１Ａと、第二壁面ウィック２２Ａと、格子状ウィック３０Ａとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されることで形成されている。

【0075】

（作用効果）
上記構成のノズル９０では、複雑な形状のヒートシンクのような機能をノズル部９１の内部に持たせることができる。その結果、格子状ウィック３０Ａを介して、ノズルチップ９３と冷却管９５内の冷却媒体５との熱交換がなされる。したがって、ノズル９０を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。

【0076】

一般的に、ノズル９０では、噴射する流体の温度が高温であればあるほど、ノズルチップ９３の熱変形による噴射性能の悪化を防ぐことが重要となる。しかしながら、第五適用例の構造では、格子状ウィック３０Ａによって、ノズル部９１の内部に、複雑な冷却流路を形成することなく、ノズル９０を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。また、冷却管９５内の冷却媒体５をノズル９０で噴射する流体にすることで、ノズル９０を冷却しながら、噴射させる流体を予熱することも可能となる。

【0077】

［第六適用例］
図１２に示すように、熱交換デバイス１Ａは、タービン翼１００に適用されている。タービン翼１００は、例えば、ガスタービンや蒸気タービンに配置されている。タービン翼１００は、翼体１０１と、冷却管１０５と、熱交換デバイス１Ａと、を備えている。翼体１０１は、燃焼ガスや蒸気等の高温の流体に接触する翼面１０２を有している。冷却管１０５は、翼体１０１の内部の基端部付近に配置されている。冷却管１０５は、冷却媒体５が流通する。

【0078】

熱交換デバイス１Ａの第一熱交換面１３Ａは、翼面１０２と平行になるように翼体１０１の内部に形成されている。第一熱交換面１３Ａは、翼面１０２に接触する高温の流体と熱交換可能とされている。第二熱交換面１４Ａは、冷却管１０５を覆っている。第二熱交換面１４Ａは、冷却管１０５内の冷却媒体５と熱交換可能とされている。格子状ウィック３０Ａは、第一熱交換面１３Ａを覆うように配置された第一壁面ウィック２１Ａと、第二熱交換面１４Ａを覆うように配置された第二壁面ウィック２２Ａとにわたって配置されている。つまり、格子状ウィック３０Ａは、翼体１０１の内部を埋めるように配置されている。また、第六適用例では、第一壁面ウィック２１Ａと、第二壁面ウィック２２Ａと、格子状ウィック３０Ａとは、三次元積層造形法により、同一の材料で、複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されることで形成されている。

【0079】

（作用効果）
上記構成のタービン翼１００では、熱交換デバイス１Ａを使用することで、翼体１０１の内部に、複雑な形状のヒートシンクのような機能を持たせることができる。その結果、格子状ウィック３０Ａを介して、翼面１０２と冷却管１０５内の冷却媒体５との熱交換がなされる。したがって、タービン翼１００において、翼体１０１をより高い熱交換効率で冷却することが可能となる。

【0080】

また、タービン翼１００自体も三次元積層造形法で形成することで、翼体１０１と、熱交換デバイス１Ａとを同時に一体的に形成することができる。さらに、冷却管１０５は、翼体１０１の内部の基端部付近に配置されていることで、タービン翼１００が動翼の場合には、遠心力によって、冷却管１０５付近で凝縮した作動媒体４が翼体１０１の先端に向かって送られる。その結果、格子状ウィック３０Ａ自体の熱輸送限界を超えて、多く液相の作動媒体４を翼体１０１の先端に送ることができる。これにより、翼体１０１をより一層高い熱交換効率で冷却することが可能となる。

【0081】

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【0082】

＜付記＞
各実施形態に記載の熱交換デバイス１Ａ～１Ｄ、及びそれを備えた金型５０、反射ミラー６０、気液熱交換器７０、フィン付伝熱管８０、ノズル９０、タービン翼１００は、例えば以下のように把握される。

【0083】

（１）第１の態様に係る熱交換デバイス１Ａ～１Ｄは、相変化する作動媒体４が封入されているとともに、内側に外部と熱交換可能な第一熱交換面１３Ａ、１３Ｂ及び第二熱交換面１４Ａ、１４Ｂが形成されたデバイス本体１０Ａと、多孔質体から構成され、前記第一熱交換面１３Ａ、１３Ｂの内側を覆うように配置された第一壁面ウィック２１Ａ、２１Ｂと、多孔質体から構成され、前記第二熱交換面１４Ａ、１４Ｂの内側を覆うように配置された第二壁面ウィック２２Ａ、２２Ｂと、前記第一壁面ウィック２１Ａ、２１Ｂと前記第二壁面ウィック２２Ａ、２２Ｂとにわたって配置され、多孔質体から構成された複数の柱状部材３１が三次元格子状に配置されて形成された格子状ウィック３０Ａと、を備える。

【0084】

対象物Ｐの例としては、各種の気体、液体、あるいは各種の機器、装置等を構成する部材が挙げられる。

【0085】

この熱交換デバイス１Ａ～１Ｄは、格子状ウィック３０Ａが、多孔質体から構成された複数の柱状部材３１を三次元格子状に配置して形成されている。そのため、複数の柱状部材３１同士の間（格子間）に、気相の作動媒体４が通過可能な隙間３２（図２参照）が形成される。このため、気相の作動媒体４は、格子状ウィック３０Ａの格子間に形成された隙間３２を通って、速やかに第二壁面ウィック２２Ａへと流れていく。これにより、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとの間での気相の作動媒体４の移動量（流量）を確保することができる。また、多孔質体によって形成された格子状ウィック３０Ａによって、毛細管現象を利用して、第二壁面ウィック２２Ａと第一壁面ウィック２１Ａとの間での液相の作動媒体４の移動量（流量）を確保することができる。その結果、熱交換デバイス１Ａにおける熱交換効率を高めることが可能となる。

【0086】

（２）第２の態様に係る熱交換デバイス１Ａは、（１）の熱交換デバイス１Ａであって、前記格子状ウィック３０Ａは、前記第一壁面ウィック２１Ａと前記第二壁面ウィック２２Ａとの間に画成された空間の全体を埋めるように配置されている。

【0087】

これにより、第一壁面ウィック２１Ａと第二壁面ウィック２２Ａとの間で、気相や液相となった作動媒体４が、より効率良く移動する。そのため、第一壁面ウィック２１Ａ及び第二壁面ウィック２２Ａの任意の位置で低温また高温となった場合に、その位置に対して気相や液相の作動媒体４が速やかに行き渡って、熱交換が行われる。つまり、熱交換が速やかに行われ、デバイス本体１０Ａにおける低温また高温となった位置を速やかに加熱又は冷却することができる。

【0088】

（３）第３の態様に係る熱交換デバイス１Ｂ～１Ｄは、（１）又は（２）の熱交換デバイス１Ｂ～１Ｄであって、前記格子状ウィック３０Ｂは、前記デバイス本体１０Ｂ内で前記第一壁面ウィック２１Ｂが配置されている第一領域Ａ１と、前記デバイス本体１０Ｂ内で前記第二壁面ウィック２２Ｂが配置されている第二領域Ａ２とを結ぶように延びる第一格子状ウィック３３と、前記第一壁面ウィック２１Ｂ又は前記第二壁面ウィック２２Ｂと前記第一格子状ウィック３３とを接続し、前記第一格子状ウィック３３よりも断面積が小さい第二格子状ウィック３４と、をさらに備える。

【0089】

これにより、第一格子状ウィック３３を通して第二壁面ウィック２２Ｂと第一壁面ウィック２１Ｂとの間で移動する液相の作動媒体４の量（流量）を増大させることができる。これにより、第一壁面ウィック２１Ｂ又は第二壁面ウィック２２Ｂに供給する作動媒体４が枯渇することを抑えることができる。さらに、第一領域Ａ１や第二領域Ａ２は第一格子状ウィック３３で埋められることなく、第二格子状ウィック３４が形成されることとなる。そのため、第一領域Ａ１や第二領域Ａ２には、第二格子状ウィック３４の周りに空間が形成される。この空間によって、蒸気４Ｓの流れを確保することができる。これにより、第一格子状ウィック３３と第一壁面ウィック２１Ｂや第二壁面ウィック２２Ｂとの間の気相の作動媒体４の速やかな流れを確保することができる。

【0090】

（４）第４の態様に係る熱交換デバイス１Ｃ、１Ｄは、（３）の熱交換デバイス１Ｃ、１Ｄであって、前記格子状ウィック３０Ｃ、３０Ｄは、前記第一領域Ａ１又は前記第二領域Ａ２で前記第二格子状ウィック３４に接続され、前記第二格子状ウィック３４よりも断面積が大きいバッファウィック３５、３６をさらに備える。

【0091】

これにより、バッファウィック３５によって、第二格子状ウィック３４を通して第一壁面ウィック２１Ｂや第二壁面ウィック２２Ｂに供給される作動媒体４の量を増大させることができる。その結果、第一壁面ウィック２１Ｂに供給する作動媒体４が枯渇することを、より有効に抑えることができる。

【0092】

（５）第５の態様に係る金型５０は、第一金型５１と、前記第一金型５１との間に溶解された材料２００が充填される成形空間５３を形成する第二金型５２と、前記第一金型５１及び前記第二金型５２の少なくとも一方に配置されて、前記第一熱交換面１３Ａ、１３Ｂによって前記成形空間５３内の前記材料２００と熱交換可能とされた（１）から（４）の何れか一つの熱交換デバイス１Ａ～１Ｄと、を備える。

【0093】

これにより、熱交換デバイス１Ａ～１Ｄによって、溶解された材料２００を固化させる際に、第一熱交換面１３Ａで材料２００と熱交換が行われる。この熱交換によって、材料２００が均一かつ急速に冷却できる。したがって、金型５０を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。

【0094】

（６）第６の態様に係る反射ミラー６０は、レーザー光３００を反射可能な反射ミラー６０であって、前記レーザー光３００が照射されるミラー部６１と、前記ミラー部６１を支持する本体部６２と、前記本体部６２の内部に配置され、前記第一熱交換面１３Ａ、１３Ｂによって前記ミラー部６１と熱交換可能とされた（１）から（４）の何れか一つの熱交換デバイス１Ａ～１Ｄと、を備える。

【0095】

これにより、熱交換デバイス１Ａ～１Ｄによって、ミラー部６１を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。これにより、レーザー光３００による入熱によって、ミラー部６１の熱変形することを抑えることができる。

【0096】

（７）第７の態様に係る気液熱交換器７０は、気体が流通する第一管７１と、前記第一管７１から離れた位置に配置され、液体が流通する第二管７２と、前記第一管７１と前記第二管７２との間に配置され、前記第一熱交換面１３Ａ、１３Ｂによって前記第一管７１内の前記気体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面１４Ａ、１４Ｂによって前記第二管７２内の前記液体と熱交換可能とされた（１）から（４）の何れか一つの熱交換デバイス１Ａ～１Ｄと、を備える。

【0097】

これにより、格子状ウィック３０Ａを介して、第一管７１内の気体と第二管７２内の液体との熱交換がなされる。したがって、気液熱交換器７０でより高い熱交換効率で熱交換を行うことが可能となる。

【0098】

（８）第８の態様に係るフィン付伝熱管８０は、内部に流体が流通する伝熱管本体８１と、前記伝熱管本体８１の外周面から延びるフィン８２と、前記フィン８２に配置され、前記第一熱交換面１３Ａ、１３Ｂに対して前記第二熱交換面１４Ａ、１４Ｂが前記伝熱管本体８１に近い位置に配置され、前記第二熱交換面１４Ａ、１４Ｂによって前記伝熱管本体８１の内部の前記流体と熱交換可能とされた（１）から（４）の何れか一つの熱交換デバイス１Ａ～１Ｄと、を備える。

【0099】

これにより、格子状ウィック３０Ａを介して、フィン８２と伝熱管本体８１との間で熱交換がなされる。したがって、フィン付伝熱管８０でより高い熱交換効率で熱交換することが可能となる。

【0100】

（９）第９の態様に係るノズル９０は、高温の流体が内部を流通するノズル部９１と、前記ノズル部９１と接続されて冷却媒体５が流通する冷却管９５が内部に配置されたノズル本体部９２と、前記第一熱交換面１３Ａ、１３Ｂによって前記ノズル部９１の内部を流通する前記流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面１４Ａ、１４Ｂによって前記冷却管９５の内部の前記冷却媒体５と熱交換可能とされた（１）から（４）の何れか一つの熱交換デバイス１Ａ～１Ｄと、を備える。

【0101】

これにより、格子状ウィック３０Ａを介して、ノズルチップ９３と冷却管９５内の冷却媒体５との熱交換がなされる。したがって、ノズル９０を、より高い熱交換効率で冷却することが可能となる。

【0102】

（１０）第１０の態様に係るタービン翼１００は、高温の流体に接触可能な翼面１０２を有する翼体１０１と、前記翼体１０１の内部に配置され、冷却媒体５が流通する冷却管１０５と、前記翼体１０１に配置され、前記第一熱交換面１３Ａ、１３Ｂによって前記翼面１０２に接触する流体と熱交換可能とされ、前記第二熱交換面１４Ａ、１４Ｂによって前記冷却管１０５内の前記冷却媒体５と熱交換可能とされた（１）から（４）の何れか一つの熱交換デバイス１Ａ～１Ｄと、を備える。

【0103】

これにより、格子状ウィック３０Ａを介して、翼面１０２と冷却管１０５内の冷却媒体５との熱交換がなされる。したがって、タービン翼１００において、翼体１０１をより高い熱交換効率で冷却することが可能となる。

【符号の説明】

【0104】

１Ａ～１Ｄ…熱交換デバイス
４…作動媒体
４Ｓ…蒸気
５…冷却媒体
１０Ａ、１０Ｂ…デバイス本体
Ｓ…内部空間
１ｓ…第一端部
１ｔ…第二端部
１１…第一外装部
１１ｔ…凸部
１２…第二外装部
１２ｓ…凹部
１３Ａ、１３Ｂ…第一熱交換面
１４Ａ、１４Ｂ…第二熱交換面
１５、１５Ｂ…冷却管
２０Ａ、２０Ｂ…壁面ウィック
２１Ａ、２１Ｂ…第一壁面ウィック
２２Ａ、２２Ｂ…第二壁面ウィック
２３…第三壁面ウィック
３０Ａ～３０Ｄ…格子状ウィック
３１…柱状部材
３２…隙間
３３…第一格子状ウィック
３４…第二格子状ウィック
３４１…蒸発側第二格子状ウィック
３４２…凝縮側第二格子状ウィック
３５、３６…バッファウィック
３６１…第一バッファウィック
３６２…第二バッファウィック
５０…金型
５１…第一金型
５２…第二金型
５３…成形空間
５５…冷却管
６０…反射ミラー
６１…ミラー部
６２…本体部
６５…冷却管
７０…気液熱交換器
７１…第一管
７２…第二管
８０…フィン付伝熱管
８１…伝熱管本体
８２…フィン
９０…ノズル
９１…ノズル部
９２…ノズル本体部
９３…ノズルチップ
９５…冷却管
１００…タービン翼
１０１…翼体
１０２…翼面
１０５…冷却管
２００…材料
３００…レーザー光
Ａ１…第一領域
Ａ２…第二領域
Ｐ…対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】