(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒（２）と当該溶媒中に分散される針状または繊維状の磁性粒子（３）とを少なくとも含む磁性流体（１）と、
前記磁性流体が循環する流体循環回路（３５，４５）と、
前記流体循環回路において前記磁性流体を強制的に循環させるポンプと、
前記流体循環回路の途中で前記磁性流体によって吸熱される発熱体（３４，４２，４４）と、
当該流体循環回路を流れる前記磁性流体に対して磁場を与える磁場生成装置（２０）と、
前記磁場生成装置によって前記磁性流体に磁場が与えられる前に、前記磁性流体中の前記磁性粒子の軸線の向きを前記磁性流体の流れに平行な向きである状態から不特定な向きとなる状態に変化させるように前記磁性粒子の姿勢を変更する粒子姿勢変更手段（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ）と、
を備え、
前記粒子姿勢変更手段は、前記流体循環回路において、前記ポンプとは別個に設けられ、前記磁場生成装置の直前に隣接することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記粒子姿勢変更手段（１０）は、前記流体循環回路の流路に設けられる少なくとも１個のフィン部材（１００）からなることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記粒子姿勢変更手段（１０Ａ）は、前記流体循環回路の流路に設けられる少なくとも１本の円柱部材（１００Ａ）からなり、
当該円柱部材は、前記磁性流体が衝突することによりカルマン渦を形成することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記粒子姿勢変更手段（１０Ｃ）は、前記流体循環回路の流路に設けられ、回転することにより前記磁性流体を攪拌する攪拌子（１００Ｃ）からなることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記粒子姿勢変更手段（１０Ｂ）は、前記流体循環回路の流路を形成する配管（５Ｂ）の内壁に形成された複数のディンプル（１００Ｂ）からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性流体を媒体として用いて発熱体を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁性流体を用いて機器を冷却する冷却装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。特許文献１によれば、磁性材料の粒子を溶媒中に分散させた磁性流体に対して、外部から磁場を印加することによって、流体中に含まれる複数の粒子同士が連結する連結構造となることが開示されている。この連結構造の形成により、磁性流体の熱交換性能が向上するため、効果的な熱交換を必要とする流路において当該連結構造を形成すれば、冷却装置の熱交換性能向上が図れる。
【０００３】
また、非特許文献１によれば、磁性流体に含ませる磁性粒子の形状を球形状よりも繊維状とすることにより、熱交換性能の向上が図れることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１７６８８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本冷凍空調学会誌、第５４巻第６２６号、１３−２２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１のように、発熱機器を冷却する媒体として磁性流体を使用する冷却装置においては、発熱機器の高性能化に伴い、さらに高い冷却性能が要求されている。ゆえに、当該冷却装置には、非特許文献１に記載の繊維状の磁性粒子を含む磁性流体を使用した高熱交換性能の実現が求められる。
【０００７】
一方、繊維状、すなわち細長状の粒子を溶媒中に流動させた場合、当該粒子の軸線が流体の流れ方向と平行な方向を向くことが知られている。この粒子の配向に関する特性によれば、磁性粒子の上記連結構造を形成して熱交換性能を向上させる場合には、粒子の軸線の向きを、流体流れ方向に平行な方向から流体流れ方向に対して垂直な方向に変更しなければならない。したがって、高効率な熱交換性能を得るためには、上記連結構造を実現できる粒子の姿勢変更を確実かつ効率的に実施することが必要になる。
【０００８】
そこで、本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、針状または繊維状の磁性粒子を含む磁性流体を熱輸送流体として高効率な熱交換性能を発揮する冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、本発明に係る冷却装置は、溶媒（２）と当該溶媒中に分散される針状または繊維状の磁性粒子（３）とを少なくとも含む磁性流体（１）と、磁性流体が循環する流体循環回路（３５，４５）と、流体循環回路において磁性流体を強制的に循環させるポンプと、流体循環回路の途中で磁性流体によって吸熱される発熱体（３４，４２，４４）と、当該流体循環回路を流れる磁性流体に対して磁場を与える磁場生成装置（２０）と、磁場生成装置によって磁性流体に磁場が与えられる前に、磁性流体中の磁性粒子の軸線の向きを磁性流体の流れに平行な向きである状態から不特定な向きとなる状態に変化させるように磁性粒子の姿勢を変更する粒子姿勢変更手段（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ）と、を備え、
粒子姿勢変更手段は、流体循環回路において、ポンプとは別個に設けられ、磁場生成装置の直前に隣接することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、磁場生成装置によって磁性流体に対して磁場が生成されると、磁場方向に複数の磁性粒子が配列して連結する連結構造を形成する形態変化が起こる。当該形態変化により、磁性粒子は一定の方向に配向するため、その特質から磁性流体の熱伝導率が向上する。当該形態変化によって磁性流体の熱吸収能力が強化されるため、高い熱交換性能を有する磁性流体を流体循環回路に循環させることができる。さらに本発明によれば、磁場生成装置によって当該連結構造を形成する形態変化を起こす前に、粒子姿勢変更手段によって、磁性粒子の軸線の向きを変えることができる。この作用により、流体循環回路を流れる多数の繊維状等の磁性粒子は、その軸線の向きが磁性流体中で流体流れに平行な向きから不特定な向きを示す姿勢に変更されるため、この後に前述の連結構造を形成する形態変化を効率的に実施することができるのである。したがって、本発明によれば、針状または繊維状の磁性粒子を含む磁性流体を熱輸送流体として高効率な熱交換性能を発揮する冷却装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用する第１実施形態の冷却装置において、磁場形成装置及び粒子姿勢変更手段の位置を示した模式図である。
【図２】第１実施形態に係る冷却装置の構成を示した模式図である。
【図３】粒子姿勢変更手段について第１の例を示した模式図である。
【図４】粒子姿勢変更手段について第２の例を示した模式図である。
【図５】粒子姿勢変更手段について第３の例を示した模式図である。
【図６】粒子姿勢変更手段について第４の例を示した模式図である。
【図７】粒子姿勢変更手段に関して、好ましい位置を特定するための計算結果である。
【図８】粒子姿勢変更手段について第５の例を示した模式図である。
【図９】粒子姿勢変更手段について第６の例を示した模式図である。
【図１０】粒子姿勢変更手段について第７の例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態の磁性流体及び冷却装置について、図１〜図１０を参照して説明する。本実施形態の磁性流体は、例えばマグネタイト等の磁性微粒子、その表面を覆う界面活性剤、ベース液等で構成される磁性コロイド溶液であり、熱源からの熱を吸熱して外部に伝達、輸送する。磁性流体は、各種の電子機器、自動車の内燃機関、電気自動車またはハイブリッド自動車が走行するための駆動力を発生する電動機、電動機を駆動するインバータ、二次電池等を冷却する冷却装置に用いられる。
【００１４】
図１に示すように、磁性流体１は、溶媒２と、複数の微小粒子とを少なくとも含んで構成されている。複数の微小粒子は、複数の磁性材料の粒子（以下、磁性粒子３ともいう）の集合体であり、溶媒中に分散して存在している。磁性粒子３は、針状または繊維状の形状である。このような複数の磁性粒子３は、溶媒中において、通常は分散して存在しているが、磁化されることにより磁場方向に伴う方向に延びるように連結して配列する構造（以下、連結構造状態４Ｃともいう）となる。すなわち、針状または繊維状の複数の磁性粒子３は、その軸線が磁場方向に平行な方向または磁場方向に延びるような姿勢で配列する連結構造を呈する。
【００１５】
この連結構造を示す形態は、残留磁化等の影響があるうちは維持されるが、磁性流体１の流動とともに連結構造状態４Ｃが解除されると、磁性粒子３間が分離して溶媒２中に複数の磁性粒子３が分散するようになる。この連結構造状態４Ｃを伴う形態変化に移行したときは磁性流体１の熱伝導率は非連結構造状態４の場合に対して向上する。一方、連結構造が解体されて非連結構造状態４Ｄである分散状態に移行したときは熱伝導率が連結構造状態４Ｃの場合に対して低下するが、流体の粘性は小さくなる。このように連結構造状態４Ｃと非連結構造状態４Ｄとの間にわたる形態変化は、可逆的であり、磁性流体１に対する磁場の生成、流体の流れの変化（流速変化、流れの向きの変化）や振動、温度変化等のトリガに起因する。
【００１６】
この磁性流体１に用いられる溶媒２は、溶媒分子の集合体であり、例えば水または有機物（例えば、エチレングリコール、トルエン等）である。溶媒２は、磁性粒子３を分散させ、磁性粒子３を運搬する流体とすることができる。この流体は、液体、あるいは気体によって提供されうる。流体は、単一もしくは複数の成分から構成されうる。例えば、流体として水、液状の高分子を用いることができる。さらに、流体として、混合物を用いることができる。例えば、混合物には、水と、エチレングリコールと、他の機能成分との混合物を用いることができる。
【００１７】
磁性流体１に含まれる複数の磁性粒子３のそれぞれは、球体状ではなく棒状、細長状であり、磁性流体中に溶媒分子に取り囲まれる形態で分散している。磁性粒子３としては、強磁性を有する材料であることが好ましく、例えば、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）等の金属からなる粒子、これらの合金または酸化物を用いることができる。また、磁性粒子３は、２種類以上の物質から構成されてもよい。
【００１８】
磁性粒子３としては、例えば、アスペクト比（棒状の粒子の長辺を短辺で除した値）が２〜３程度の金属ナノロッド（ナノサイズのロッド状金属微粒子）を用いることができる。また、磁性粒子３には、アスペクト比が例えば、数十〜１００程度の高アスペクトの粒子を採用してもよい。
【００１９】
磁性性粒子３に用いるマグネタイト（Ｆｅ３０４）は、塩化鉄（II）、塩化鉄（III）の溶液にアンモニアを反応させて得ることができる。また、磁性流子３の一例である磁性金属粒子の原材料酸化物粒子は、例えば、周知の金属イオン還元法で製造することもできる。ここでいう磁性金属粒子の原材料酸化物粒子とは、酸化物が還元によって強磁性の金属あるいは合金になるものである。この磁性金属粒子の原材料酸化物粒子の具体例としては、マグネタイト、Ｃｏフェライト、Ｎｉフェライト等である。
【００２０】
磁性流体１は、複数の磁性粒子３の連結構造状態４Ｃと非連結構造状態４，４Ｄとの二つの状態を用いてその熱伝導率が増減し、磁性粒子３がなす構造によって熱交換性能が調整可能な媒体となる。図１に示すように、粒子姿勢変更手段１０は、磁場生成装置２０によって磁性流体１に磁場が与えられる前に、磁性流体１中の磁性粒子３の軸線の向きを変化させるように磁性粒子の姿勢を変更する装置である。したがって、粒子姿勢変更手段１０は、配管５において磁場生成装置２０の上流側の位置に設けられる。
【００２１】
図１に示すように、磁性流体１がＸ方向に流れる配管５内において、磁場形成部位２２よりも上流側では、磁性粒子３はその軸線が流体流れのＸ方向に沿うような姿勢で溶媒２中に分散している（図１の最も左側で示す第１の非連結構造状態４）。これは、繊維状、すなわち細長状の粒子を溶媒中に流動させた場合、当該粒子は、その軸線が流体流れ方向と平行な方向を向く特性があるためである。第１の非連結構造状態４にある磁性粒子３は、溶媒中で比較的規則的に配列するため、ランダムに動きまわる状態にはない。
【００２２】
第１の非連結構造状態４にある磁性粒子３は、粒子姿勢変更手段１０によって、その姿勢が強制的に変えられるため、第１の非連結構造状態４よりも、溶媒中で規則的に配列せず、ランダムに動きまわる状態になる（図１において粒子姿勢変更手段１０と磁場生成装置２０との間に示す第２の非連結構造状態４Ｂ）。そして、磁場生成装置２０を構成する永久磁石２１によって、Ｎ極からＳ極に向かう方向に配管５の壁面（磁場生成部位２２）に対して垂直方向に磁場が生成されると、上流では分散していた複数の磁性粒子３は磁化されて集合して磁場方向に並ぶように配列して連結した連結構造状態４Ｃになる。
【００２３】
さらに、この連結構造状態４Ｃでは、磁性流体１は、磁場方向に伸長して連結した磁性粒子の特質から非連結構造状態４，４Ｂの場合に比べて熱伝導率が向上するとともに、粘性が大きくなる。次に、磁場生成部位２２で連結構造状態４Ｃとなった磁性粒子３は、その後に流体循環回路３５を流れるにつれて、磁化が解かれて磁性粒子３間が離れる第３の非連結構造状態４Ｄとなる。この第３の非連結構造状態４Ｄは、連結構造状態４Ｃの場合に比べて熱伝導率が低下し、かつ粘性が小さくなり、さらに流体流れが進むと第１の非連結構造状態４に変化する。
【００２４】
図２では、自動車の駆動力を発生するエンジン３４を冷却する冷却装置３０と、ハイブリッド自動車の走行用電動機を駆動するインバータ４４を冷却する冷却装置４０と、を示している。
【００２５】
冷却装置３０は、磁性流体１と、磁性流体１が循環する流体循環回路３５と、流体循環回路３５を流れる磁性流体１に対して磁場を生成する磁場生成装置２０と、磁場生成装置２０の直前の上流側に隣接して設けられる粒子姿勢変更手段１０と、流体循環回路３５の途中で磁性流体１によって吸熱される発熱体としてのエンジン３４と、を備える。さらに冷却装置３０は、流体循環回路３５で磁性流体１を強制的に循環させるウォータポンプ３１と、磁場生成装置２０よりも下流に設けられるエンジン用ラジエータ３２と、エンジン用ラジエータ３２に対し冷却のための空気を送風する送風機３３と、磁性流体１の温度に基づいて磁性流体１の流路を切り換えるサーモスタット３８と、を備える。
【００２６】
磁場生成装置２０は、流体循環回路３５において発熱体のエンジン３４よりも上流側（発熱体の熱を吸熱する部位よりも上流側）に配設される。このため、冷却装置３０は、粒子姿勢変更手段１０による第２の非連結構造状態４Ｂへの粒子の姿勢変化を経て、磁場生成装置２０の磁場生成によって連結構造状態４Ｃとなった磁性粒子３により、磁性流体１の熱伝導率が向上してエンジン３４の熱を効率的に吸収することができる。
【００２７】
また、磁場生成装置２０は、流体循環回路３５においてエンジンの３４の熱を放熱するエンジン用ラジエータ３２よりも上流側（発熱体の熱を放熱する部位よりも上流側）に配設される。このため、粒子姿勢変更手段１０による第２の非連結構造状態４Ｂへの粒子の姿勢変化を経て、冷却装置３０は、磁場生成装置２０の磁場生成によって連結構造状態４Ｃとなった磁性粒子３により、磁性流体１の熱伝導率が向上してエンジン３４の熱を効率的に放出することができる。
【００２８】
冷却装置４０は、磁性流体１と、磁性流体１が循環する流体循環回路４５と、流体循環回路４５を流れる磁性流体１に対して磁場を生成する磁場生成装置２０と、磁場生成装置２０の直前の上流側に隣接して設けられる粒子姿勢変更手段１０と、流体循環回路４５の途中で磁性流体１によって吸熱される発熱体としてのインバータ４４と、を備える。さらに冷却装置４０は、流体循環回路４５で磁性流体１を強制的に循環させるウォータポンプ４１と、磁場生成装置２０及び粒子姿勢変更手段１０よりも上流に設けられるＨＶ用ラジエータ４３と、インバータ４４により駆動される電動機４２（または発電機）と、を備える。
【００２９】
磁場生成装置２０は、流体循環回路４５においてインバータ４４よりも上流側（発熱体の熱を吸熱する部位よりも上流側）に配設される。このため、冷却装置４０は、粒子姿勢変更手段１０による第２の非連結構造状態４Ｂへの粒子の姿勢変化を経て、磁場生成装置２０の磁場生成によって連結構造状態４Ｃとなった磁性粒子３により、磁性流体１の熱伝導率が向上してインバータ４４の熱を効率的に吸収することができる。
【００３０】
このように、磁性流体１は、磁場生成装置２０よる磁性粒子３の磁化により、非連結構造状態４，４Ｂ，４Ｄよりも高い熱伝導率を有する冷却媒体となり、吸熱または発熱を要する熱交換部位で外部から吸熱し、または外部へ放熱する。さらに磁性流体１は、流体循環回路３５，４５において吸熱または発熱を要しない部位（例えば図２の符号３６，３７で指す部位）では、磁化が弱まって非連結構造状態４，４Ｄとなりうるため、連結構造形成による粘性が低減して、流路抵抗が抑えられた流動性のよい冷却媒体として流体循環回路３５，４５を循環するものである。
【００３１】
次に、冷却装置３０，４０における粒子姿勢変更手段の第１の例について、図３を参照して説明する。図３に示すように、粒子姿勢変更手段１０は、流体循環回路３５，４５の流路に設けられる少なくとも１個のフィン部材１００から構成される。
【００３２】
流体循環回路３５，４５の流路に少なくとも１個配設されるフィン部材１００は、磁性流体１がその近傍を通過する際に、磁性流体１の流れる方向を変える。また、粒子姿勢変更手段１０は、図３に示すように、流路に複数個のフィン部材１００を千鳥状に配置することにより構成してもよい。
【００３３】
この構成の粒子姿勢変更手段１０によれば、磁性流体１は、フィン部材１００によって、その流れの向きが変更されることにより攪拌される。これにより、磁性流体１の効率的な攪拌機構を提供できるので、多数の繊維状等の磁性粒子３に関して、その軸線の向きを、流体流れに平行な向きである状態（第１の非連結構造状態４）から不特定な向きを示す状態（第２の非連結構造状態４Ｂ）へ移行することができる。したがって、磁場生成装置２０による連結構造状態４Ｃを確実かつ効率的に形成することに貢献できる。
【００３４】
次に、冷却装置３０，４０における粒子姿勢変更手段の第２の例について、図４を参照して説明する。図４に示すように、粒子姿勢変更手段１０Ａは、流体循環回路３５，４５の流路に設けられる少なくとも１本の円柱部材１００Ａから構成される。当該円柱部材１００Ａは、磁性流体１が衝突することにより円柱部材１００Ａの後流側にカルマン渦を形成する。円柱部材１００Ａは、図４では、その軸方向を水平方向に向けて設置されているが、鉛直方向を含む任意の方向に軸方向を向けて配置するようにしてもよい。また、粒子姿勢変更手段１０Ａは、図４に示すように、流路の軸方向（流体の流れ方向）に対して御直交する方向（流路横断方向）に複数本の円柱部材１００Ａが並ぶような配置により構成してもよい。
【００３５】
この構成の粒子姿勢変更手段１０Ａによれば、流体循環回路３５，４５を流通する磁性流体１は、少なくとも１本配される円柱部材１００Ａがカルマン渦を生成することにより、攪拌される。これにより、効率的な攪拌機構を提供できるので、多数の繊維状等の磁性粒子３に関して、第１の非連結構造状態４から第２の非連結構造状態４Ｂへの形態変化を確実に実現できる。
【００３６】
次に、冷却装置３０，４０における粒子姿勢変更手段の第３の例について、図５を参照して説明する。図５に示すように、粒子姿勢変更手段１０Ｂは、流体循環回路３５，４５の流路を形成する配管５Ｂの内壁に形成された複数のディンプル１００Ｂにより構成される。複数のディンプル１００Ｂは、配管５Ｂの内壁の近傍を流れる磁性流体１に対して、流れの乱れを与え、この乱れに伴い磁性粒子３の不規則な挙動を引き起こす。複数のディンプル１００Ｂは、配管５Ｂの内壁の所定部位において、全周にわたって形成されていてもよいし、部分的に形成されていてもよい。
【００３７】
この構成の粒子姿勢変更手段１０Ｂによれば、流体循環回路３５，４５を流通する磁性流体１の流れは、配管５Ｂの内壁付近から乱れ、この乱れが発達すると配管５Ｂの中心軸側にも伝搬するようになる。これにより、効率的な攪拌機構を提供できるので、多数の繊維状等の磁性粒子３に関して、第１の非連結構造状態４から第２の非連結構造状態４Ｂへの形態変化を確実に実現できる。
【００３８】
次に、冷却装置３０，４０における粒子姿勢変更手段の第４の例について、図６を参照して説明する。図６に示すように、粒子姿勢変更手段１０Ｃは、流体循環回路３５，４５の流路に設けられ、磁性流体１を攪拌する攪拌子１００Ｃを備えて構成される。攪拌子１００Ｃは、モータ等により回転軸部が強制的に回転駆動されることに伴って羽根部が回転して、磁性流体１をかき混ぜる。
【００３９】
この構成の粒子姿勢変更手段１０Ｃによれば、流体循環回路３５，４５を流通する磁性流体１の流れは、攪拌子１００Ｃの回転により、かき乱されるので、効率的な攪拌機構を提供できる。したがって、粒子姿勢変更手段１０Ｃによれば、多数の繊維状等の磁性粒子３に関して、第１の非連結構造状態４から第２の非連結構造状態４Ｂへの形態変化を確実に実現できる。
【００４０】
粒子姿勢変更手段１０〜１０Ｆは、流体循環回路３５，４５において、磁場生成装置２０の直前に隣接して設けられるが、磁場生成装置２０からどの程度の位置にあることが好ましいかを、検討した結果について図７を参照して説明する。発明者らは、所定条件において演算を行い、検討した結果、以下のような知見を得た。発明者らは、繊維状の磁性粒子３の線径６０ｎｍ、長さ６μｍとし、溶媒を水とし、この磁性流体１が流れる流路径を１．４ｍｍとする条件において、この流路を流れる流体の平均流速を０．０２５ｍ／ｓ、０．１６ｍ／ｓの２パターンに設定し、流路の軸（流体流れ方向）に垂直な方向（流路横断方向）対する磁性粒子３の軸線の傾き角度が初期角度４５度からどのように変化するかを、シミュレーションした。
【００４１】
図７に示すように、軸線の傾き角度は、初期位置における４５度の状態から、いずれの流速の場合も増加し続け、すなわち、流体流れ方向に平行となる角度に近づき続け、軸線の向きは、例えば、上記の第１の非連結構造状態４に近づくようになる。そして、初期位置から４０ｍｍ離れた位置では、平均流速を０．０２５ｍ／ｓの場合に約５４度、平均流速を０．１６ｍ／ｓの場合に約６２度まで傾くようになる。以上から、粒子姿勢変更手段１０〜１０Ｆは、磁場生成装置２０の直前、例えば５０ｍｍ以内の場所に隣接して配置するのが好ましいと判断できる。これよりも離れた上流に粒子姿勢変更手段１０〜１０Ｆを設けた場合、磁性粒子３の軸線の向きを、第１の非連結構造状態４から、確実に第２の非連結構造状態４Ｂへ移行させることが困難なると考えられるからである。
【００４２】
また、発明者らは、鋭意検討の結果、粒子姿勢変更手段１０〜１０Ｆと磁場生成装置２０との距離Ｌと、磁性流体１の各種物性値との間には、以下の数式１を満たすことを知っている。
【００４３】
（数式１）
９×Ｄ×（η／η０）１／２  ＜  Ｌ  ＜  ４９×Ｄ×（η／η０）１／２
Ｄは流路径（ｍ）、ηは溶媒２の粘度（ｍ２／ｓ）、η０は、水の粘度（ｍ２／ｓ）である。
【００４４】
次に、冷却装置３０，４０における粒子姿勢変更手段の第５の例について、図８を参照して説明する。図８に示すように、粒子姿勢変更手段１０Ｄは、磁性流体１が流れる配管５の壁面に対して垂直方向となる磁場を生成する磁場生成装置により構成される。当該磁場生成装置は、印加される電圧によりコイルを流れる電流値に応じて、生成する交流磁場の強さが制御可能な電磁石１００Ｄを備える。この磁場の強さは、印加電圧を制御する制御装置６によって調整される。
【００４５】
このような構成によれば、流体循環回路３５，４５を流通する磁性流体１中の磁性粒子３は、電磁石１００Ｄによる磁場形成によって、粒子の軸線を磁場方向に近づける作用により、非連結構造状態４Ａを経由して、第１の非連結構造状態４から第２の非連結構造状態４Ｂへの確実な形態変化を起こさせやすい。したがって、効率的な流体攪拌機能を発揮することができる。また、電磁石１００Ｄよる磁場生成のため、電流の強さが調整可能であり、製品仕様に応じた所望の強さの磁場を安定して生成することができる。したがって、粒子姿勢変更手段１０Ｄによる粒子の姿勢変更の程度が調整しやすく、冷却装置３０、４０の熱交換性能のレベル設定を制御しやすい。
【００４６】
次に、冷却装置３０，４０における粒子姿勢変更手段の第６の例について、図９を参照して説明する。図９に示すように、粒子姿勢変更手段１０Ｅは、磁性流体１が流れる配管５の壁面に対して垂直方向となる磁場を一組の磁場形成部位１０１Ｅ間に生成する永久磁石１００Ｅ（磁場生成装置）により構成される。当該磁場生成装置は、流体の流れ方向に一つ配置された単段の直流磁場印加方式を用いた粒子姿勢変更手段である。また、第７の例の粒子姿勢変更手段１０Ｆとして、図１０に示すように、磁性流体１が流れる配管５の壁面に対して垂直方向となる磁場を複数組の磁場形成部位１０１Ｆ間のそれぞれに生成する永久磁石１００Ｆ（磁場生成装置）を採用してもよい。当該磁場生成装置は、流体の流れ方向に複数並んで配置された複数段の直流磁場印加方式を用いた粒子姿勢変更手段である。
【００４７】
このような構成によれば、流体循環回路３５，４５を流通する磁性流体１中の磁性粒子３は、永久磁石１００Ｅ，１００Ｆによる磁場形成によって、第１の非連結構造状態４から第２の非連結構造状態４Ｂへの確実な形態変化を起こしやすい。したがって、効率的な流体攪拌機能を発揮することができる。
【００４８】
以下に、第１実施形態の冷却装置３０，４０がもたらす作用効果を述べる。冷却装置３０は、溶媒２と当該溶媒中に分散される針状または繊維状の磁性粒子３とを少なくとも含む磁性流体１と、磁性流体１が循環する流体循環回路３５と、流体循環回路３５の途中で磁性流体１によって吸熱される発熱体としてのエンジン３４と、流体循環回路３５を流れる磁性流体１に対して磁場を与える磁場生成装置２０と、磁場生成装置２０によって磁性流体１に磁場が与えられる前に、磁性流体１中の磁性粒子３の軸線の向きを変化させるように磁性粒子３の姿勢を変更する粒子姿勢変更手段１０と、を備える。
【００４９】
これによれば、磁場生成装置２０によって磁性流体１に対して磁場が生成されると、磁場方向に複数の磁性粒子３が並びこれが連結する連結構造をなす形態変化（連結構造状態４Ｃ）が起こる。当該形態変化により、磁性粒子３は磁場方向に伴う一定の方向に配向するため、複数の磁性粒子３がひも状につながり、その特質から磁性流体１の熱伝導率が向上するようになる。この連結構造状態４Ｃはある程度維持されるため、熱伝導率が向上した磁性流体１が流動するようになる。これにより、磁性流体１の熱吸収能力が強化されるため、高い熱吸収性を有する磁性流体１を流体循環回路に循環させることができる。
【００５０】
さらに、磁場生成装置２０によって連結構造状態４Ｃを形成する形態変化を起こす前に、粒子姿勢変更手段１０によって、磁性粒子３の軸線の向きを変えることができる。この作用により、流体循環回路３５を流れる多数の繊維状等の磁性粒子３は、その軸線の向きが磁性流体１中で流体流れに平行な向きから不特定な向きを示す姿勢に変更される。これにより、第１の非連結構造状態４から第２の非連結構造状態４Ｂを経て、連結構造状態４Ｃを形成する形態変化を効率的に実施することができるのである。したがって、第１実施形態の冷却装置によれば、針状または繊維状の磁性粒子３を含む磁性流体１を熱輸送流体として高効率な熱交換性能を発揮することができる。
【００５１】
また、磁場生成装置２０は、磁性流体１が流れる配管５の壁面に対して垂直方向となる磁場を生成する。この構成によれば、このような方向となる磁場を形成することにより、磁性粒子３は好ましい連結構造状態４Ｃになり、熱伝導にとって好ましい粒子の配向が得られ、配管５の壁との熱交換が効率的に行われる状態を形成できる。
【００５２】
また、冷却装置３０によれば、磁場生成装置２０と粒子姿勢変更手段１０とにより、当該冷却水が循環する流体循環回路３５の所望の部位（磁場生成部位２２）で磁場を生成させれば、連結構造状態４Ｃの形成により熱伝導率が向上した冷却水とエンジン３４の熱とを熱交換させて、エンジン３４の熱を効率的に吸熱することが可能になる。したがって、エンジンの冷却性能が向上することによりエンジンの運転性及び信頼性の向上に貢献できる。
【００５３】
また、冷却装置４０によれば、磁場生成装置２０と粒子姿勢変更手段１０とにより、当該冷却水が循環する流体循環回路４５の所望の部位（磁場生成部位２２）で磁場を生成させれば、インバータの冷却性能が向上することによりインバータの信頼性の向上に貢献できる。
【００５４】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００５５】
磁性流体に含まれる溶媒は、上記各実施形態で例示した他、以下の有機溶媒を用いることができる。有機溶媒は、例えば、トルエン、ヘキサン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、アセトン、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、酢酸ブタノール、２プロパノール、１−プロパノール、エタノール、メタノール、ギ酸等である。
【００５６】
また、磁性流体に含まれる溶媒として、２種類の成分からなるものを用いてもよい。このうち１種類の溶媒としては凝固点降下作用を有するある液体を用いてもよい。例えば溶媒として水を用い、凝固点降下剤として酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等を用いることができる。こうした構造によれば、磁性流体の凝固点を降下させることで、寒冷地等における実用性をさらに高めることができる。さらに必要に応じて、凝固点降下剤に加えて防錆剤や酸化防止剤を、添加剤として磁性流体に含有させるようにしてもよい。なお、磁性流体の凝固点降下の必要性がなければ、凝固点降下剤を含有しない２種類以上の溶媒を用いるようにしてもよい。
【００５７】
また、上記の実施形態において、溶媒としてエチレングリコールを用いた場合には、凝固点降下作用を有し、溶媒の凝固点を例えば−２０℃程度まで降下させることが可能である。すなわち、例えば、冷却装置がエンジンを冷却対象とする場合に、車載用の冷却水やオイル等のように寒冷地等における実用性においてより優れたものとなる。
【００５８】
上記の実施形態における磁場生成装置２０は、磁場生成部位２２に対して、１個設けられている。しかしながら、熱交換を要する部位の範囲が長いまたは大きい場合、または高温発熱の部位など物理的に磁場生成装置を設置することが困難な部位の場合には、磁場生成装置は当該要求を満たせるように流体循環回路３５，４５に複数個設置するようにしてもよい。
【００５９】
また、上記各実施形態の冷却装置は、エンジン、インバータ、二次電池、電子機器等の熱源の放熱を行う装置の他、ＣＰＵ、ＬＳＩ、ＣＣＤ等の半導体部品の冷却装置、モータの冷却装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００６０】
１…磁性流体
２…溶媒
３…磁性粒子
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ…粒子姿勢変更手段
２０…磁場生成装置
３０，４０…冷却装置
３５，４５…流体循環回路
３４…エンジン（発熱体）
４２…電動機（発熱体）
４４…インバータ（発熱体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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