(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＰＵ等の発熱ＩＣを冷却し、かつ、発熱ＩＣから発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーへ変換する電子機器の冷却機構を提供する。【解決手段】冷媒循環型の沸騰冷却システムにおいて、沸騰チャンバー内に、コイル９とその中心軸上に磁性体１０を設置し、コイルと磁性体には浮きを留めている。浮きによりコイル９の下端の高さが冷媒２液面の高さになる様に浮き、磁性体は浮きとの接点が冷媒の高さに位置するよう設定し、磁性体はコイル半径よりも長い、かつ、コイル直径よりも短い紐１３でコイル９に２点以上で接続されており、コイル９は蓄電作用を有する電子素子に接続している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体からの熱を受熱部で受け取り、揮発性で絶縁性冷媒を沸騰させ、前記冷媒蒸気が熱交換部位にて冷却されることで液体に戻った後に再び前記受熱部へ流れ込む密閉系の冷媒循環方式の電子機器の冷却機構において、
前記冷媒内に磁性体が浮遊し、前記受熱部にコイルが設置され、前記磁性体は前記コイルの中心軸上に位置し、前記コイルから整流器を介して配線が蓄電器または電子部品へ接続されていることを特徴とする電子機器の冷却機構。
【請求項２】
前記コイルの円周方向に沿って前記冷媒よりも密度が小さい浮き部材が係留され、前記磁性体は伸縮性の紐、または前記コイル半径よりも長い紐で前記コイルに対して２点以上の箇所で接続されるとともに、浮子が磁束密度の大きい部位に固定され、前記コイルと前記磁性体とが前記冷媒に浮遊していることを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却機構。
【請求項３】
前記浮き部材により、前記コイルの下端の高さが前記冷媒の液面付近に位置する様に浮遊され、前記浮子により前記磁性体と浮子との接点が前記冷媒の液面付近の高さに位置することを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の冷却機構。
【請求項４】
前記コイルが紐状部材を介して前記受熱部の内壁面あるいは底面と繋がっていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の電子機器の冷却機構。
【請求項５】
冷媒蒸気が通過する通路の流入口の鉛直方向下に配された受熱部の内壁に、気泡の発生を促す凹凸構造を設けたことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の電子機器の冷却機構。
【請求項６】
前記コイルが前記受熱部の底面と紐で二点以上接続されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の電子機器の冷却機構。
【請求項７】
前記コイルの中心軸が前記受熱部の底面および天井方向に向くように、受熱部床に隙間を空けて固定道具を用いて固定され、前記磁性体はＳ極、Ｎ極に対応するいずれかの面を前記コイルの中心軸と平行方向に向くように前記浮子が磁束密度の大きい部位に係止されており、前記磁性体が前記コイル内で前記冷媒に浮遊していることを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却機構。
【請求項８】
前記コイルの中心軸が前記受熱部の底面および天井方向に向くように、前記冷媒よりも密度が大きい重りで受熱部床に沈降され、かつ、前記受熱部床と紐で接続されており、前記磁性体はＳ極、Ｎ極に対応するいずれか一方の面を前記コイルの中心軸と平行方向に向くように、前記浮子が磁束密度の大きい部位に係止されており、前記磁性体が前記コイル内で前記冷媒に浮遊していることを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却機構。
【請求項９】
前記磁性体は円柱状であり、かつ、前記浮き部材も円柱状を成して磁性体に接続され、該磁性体と前記浮き部材との高さの和が前記コイルの直径よりも大きいことを特徴とする請求項７または８記載の電子機器の冷却機構。
【請求項１０】
前記コイルは内面側の摩擦が小さい円筒に巻きつけられており、該円筒は前記受熱部の底面と天井に隙間を開け、前記円筒の内部に前記冷媒が出入りできることを特徴とする請求項７ないし９いずれか１項記載の電子機器の冷却機構。
【請求項１１】
前記磁性体の重力方向における下側面に前記円筒または前記コイルと底面との隙間よりも厚い板材が取り付けられていることを特徴とする請求項７ないし１０いずれか１項記載の電子機器の冷却機構。 
【請求項１２】
前記板材は前記冷媒よりも密度が大きいことを特徴とする請求項１０記載の電子機器の冷却機構。
【請求項１３】
受熱部と放熱部が一体に形成され、かつ先端に穴が形成されて、受熱部側へ向けて凸型のテーパー状の壁面によって受熱部と放熱部とが区画されていること特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の電子機器の冷却機構。
【請求項１４】
前記コイルあるいは前記磁性体が前記テーパー状の壁面先端の穴の重力方向下に配されたことを特徴とする請求項１０記載の電子機器の冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、冷媒の気化熱を用いた電子機器の冷却機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の温暖化に伴いエコロジーな技術が注目を浴びており、電子機器の分野でも装置の廃熱を利用して発電する機能を内蔵した冷却機構の研究も進められている。 
近年の発電機能を有する冷却機構としては、例えば、発熱と放熱部の間に羽根車を設け、熱の対流によって羽根車を回転させて発電する手法（特許文献１参照）や、発熱体にファン型ヒートシンクを取り付け、発熱体からの熱による上昇気流を受けて回転することで生じる回転駆動力を動力源として発電させる手法（特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１５８８２号公報
【特許文献２】特開２００８‐３１１３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１、２の場合、羽根車を回すには高温・高圧の蒸気あるいは上昇気流が必要となるが、電子機器のＬＳＩ等からの熱では十分な気流を発生させることは困難である。また、発電機構が放熱経路の抵抗として存在するため、冷却性能自体は悪化してしまう。そのため、自然放熱で十分に放熱ができる場合に限られるという課題があった。
【０００５】
本発明は、ＣＰＵ等の発熱ＩＣを冷却し、かつ、発熱ＩＣから発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーへ変換する電子機器の冷却機構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、本発明のいくつかの態様は次のような電子機器の冷却機構を提供した。
すなわち、本発明の電子機器の冷却機構は、発熱体からの熱を受熱部で受け取り、揮発性で絶縁性冷媒を沸騰させ、前記冷媒蒸気が熱交換部位にて冷却されることで液体に戻った後に再び前記受熱部へ流れ込む密閉系の冷媒循環方式の電子機器の冷却機構において、
【０００７】
前記冷媒内に磁性体が浮遊し、前記受熱部にコイルが設置され、前記磁性体は前記コイルの中心軸上に位置し、前記コイルから整流器を介して配線が蓄電器または電子部品へ接続されていればよい。
前記コイルの円周方向に沿って前記冷媒よりも密度が小さい浮き部材が係留され、前記磁性体は伸縮性の紐、または前記コイル半径よりも長い紐で前記コイルに対して２点以上の箇所で接続されるとともに、浮子が磁束密度の大きい部位に固定され、前記コイルと前記磁性体とが前記冷媒に浮遊していればよい。
【０００８】
前記浮き部材により、前記コイルの下端の高さが前記冷媒の液面付近に位置する様に浮遊され、前記浮子により前記磁性体と浮子との接点が前記冷媒の液面付近の高さに位置すればよい。
前記コイルが紐状部材を介して前記受熱部の内壁面あるいは底面と繋がっていればよい。
冷媒蒸気が通過する通路の流入口の鉛直方向下に配された受熱部の内壁に、気泡の発生を促す凹凸構造を設ければよい。
【０００９】
前記コイルが前記受熱部の底面と紐で二点以上接続されていればよい。
前記コイルの中心軸が前記受熱部の底面および天井方向に向くように、受熱部床に隙間を空けて固定道具を用いて固定され、前記磁性体はＳ極、Ｎ極に対応するいずれかの面を前記コイルの中心軸と平行方向に向くように前記浮子が磁束密度の大きい部位に係止されており、前記磁性体が前記コイル内で前記冷媒に浮遊していればよい。
【００１０】
前記コイルの中心軸が前記受熱部の底面および天井方向に向くように、前記冷媒よりも密度が大きい重りで受熱部床に沈降され、かつ、前記受熱部床と紐で接続されており、前記磁性体はＳ極、Ｎ極に対応するいずれか一方の面を前記コイルの中心軸と平行方向に向くように、前記浮子が磁束密度の大きい部位に係止されており、前記磁性体が前記コイル内で前記冷媒に浮遊していればよい。
前記磁性体は円柱状であり、かつ、前記浮き部材も円柱状を成して磁性体に接続され、該磁性体と前記浮き部材との高さの和が前記コイルの直径よりも大きければよい。
【００１１】
前記コイルは内面側の摩擦が小さい円筒に巻きつけられており、該円筒は前記受熱部の底面と天井に隙間を開け、前記円筒の内部に前記冷媒が出入りできればよい。
前記磁性体の重力方向における下側面に前記円筒または前記コイルと底面との隙間よりも厚い板材が取り付けられていればよい。
前記板材は前記冷媒よりも密度が大きければよい。
【００１２】
受熱部と放熱部が一体に形成され、かつ先端に穴が形成されて、受熱部側へ向けて凸型のテーパー状の壁面によって受熱部と放熱部とが区画されていればよい。
前記コイルあるいは前記磁性体が前記テーパー状の壁面先端の穴の重力方向下に配されていればよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電子機器の冷却機構によれば、電子機器の冷却に使用する冷媒の沸騰エネルギーを用いて、電磁誘導を発生させることで、従来は装置外部へ捨てていた排熱の一部から発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電子機器の冷却機構の第１実施形態を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態のコイル部分の拡大図。
【図３】本発明の第１実施形態のコイル部分の拡大図。
【図４】本発明の第２実施形態を示す断面図。
【図５】本発明の第２実施形態の受熱部水平方向の断面図。
【図６】本発明の第３実施形態を示す断面図。
【図７】本発明の第３実施形態のコイル部分の断面図。
【図８】本発明の第４実施形態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の電子機器の冷却機構のいくつかの形態について説明する。なお、これら実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１６】
（第一実施形態）
図１は本発明の第1の形態である冷却部品１の断面図である。
図１に示すように、絶縁性、低沸点の冷媒２が液体の状態で入れられている受熱部３は発熱ＩＣ４が接触し、発熱ＩＣ４からの熱を冷媒２の気化熱として受けとり、冷媒２を蒸発させている。この際、泡５の発生部には細かい凹凸が形成されており、泡５の発生を促進している。冷媒２の蒸気は管６を介して放熱器７へ移動し、放熱器７内で冷却ファン８からの風により熱を奪われ凝縮する。凝縮した冷媒２は重力により低位部に位置する受熱部３へ流れ込み、再び発熱ＩＣ４からの熱を受けて蒸発する。受熱部３内にコイル９とその中心軸上に磁石１０が、冷媒２に浮いた状態（浮遊状態）で導入されている。 
【００１７】
図２は冷媒２に浮いたコイル９を拡大し、横方向から見た外観図、図３は同じく上方向から見た外観図である。 
コイル９の側面には四つの浮き（浮き部材）１１が取り付けてあり、円柱を形成するコイル９の底面にあたる部位が液面１２付近の高さになるように調整されている。また、磁石１０にも浮き１１が取り付けられており、磁石１０のＮ極面、あるいはＳ極面に相当する面が液面１２の高さになるよう調整させている。また、コイル９と磁石１０は伸縮性でコイル半径よりも長く、かつ、コイル直径よりも短い紐１３を介して３箇所で接続されている。また、コイルからのびた配線は整流回路を介して蓄電作用を有する電子素子に接続している。 
【００１８】
これらの沸騰冷却を利用した冷却部品１に磁石１０と組み合わせたコイル９を取り入れることで、沸騰により発生した泡５の運動エネルギーがコイル９と磁石１０を振動させることにより、コイル９に誘導起電力を発生させ、コイル９に接続した電子素子に電気を蓄えることが可能となる。また、磁石１０がコイル９の中心軸付近に維持することが可能となり、両者の相対的な振動の中心が位置の変化に対する磁束変化の大きい状態に保つことが可能となり誘導起電力が大きくなりやすくなる。 
【００１９】
さらに沸騰冷却は発熱ＩＣ４の発熱量が増加するに伴い発生する泡５の勢いが強くなるため、コイル９、磁石１０の振動も激しくなり、起電力が増大する。加えて、コイル９と磁石１０の位置を固定せず、同一の冷媒２に浮かせているため、発熱量の変化に伴う冷媒液面１２の平均高さの変化にも追随して、発電を続けることが可能となる。また、冷媒２は絶縁性であるので、コイル９も冷媒２に浮かせることができ、磁石１０との相対的な振動に伴う磁束の変化を敏感に感じ取ることが出来る。 
【００２０】
また、泡５の発生に伴い沸騰部の鉛直上方向の液面は盛り上がり、広がり方向への流れが発生するため、コイル９が沸騰部１４の上に居座ることなく泡５の移動を阻害しないので、冷却性能の悪化を防ぐことができる。その際、受熱部３の内壁で沸騰を促進させる凹凸部の脇から紐１３を用いてコイル９を接続することで、泡の運動エネルギーの影響が小さくなる端まで流れることを防ぐことが可能になる。 
【００２１】
（第２実施形態） 
図４は本発明の第２実施形態である冷却部品１の断面図である。 
図４に示すように、絶縁性、低沸点の冷媒２が液体の状態で入れられている受熱部３は発熱ＩＣ４が接触し、発熱ＩＣ４からの熱を冷媒２の気化熱として受けとり、冷媒２を蒸発させている。この際、泡５の発生部には細かい凹凸が形成されており、泡５の発生を促進している。冷媒２の蒸気は管６を介して放熱器７へ移動し、放熱器７内で冷却ファン８からの風により熱を奪われ凝縮する。凝縮した冷媒２は重力により低位部に位置する受熱部３へ流れ込み、再び発熱ＩＣ４からの熱を受けて蒸発する。受熱部３内に二つのコイル９とその中心軸上に磁石１０が導入されている。 
【００２２】
受熱部の内壁にはコイル９を囲むように突起15が複数取り付けられており、コイルは周囲の突起の先端から紐１３で取り付けられている。
これにより、コイルの移動範囲が制限され、各コイル内の磁石が互いに結合することを防ぎ、個々のコイル内で誘導起電力を発生させることが可能になる。（図５：受熱部３の水平方向断面図を参照） 
【００２３】
（第３実施形態） 
図６は本発明の第３実施形態である冷却部品１の断面図である。 
図６に示すように、絶縁性、低沸点の冷媒２が液体の状態で入れられている受熱部３は発熱ＩＣ４が接触し、発熱ＩＣ４からの熱を冷媒２の気化熱として受けとり、冷媒２を蒸発させている。この際、泡５の発生部には細かい凹凸が形成されており、泡５の発生を促進している。冷媒２の蒸気は管６を介して放熱器７へ移動し、放熱器７内で冷却ファン８からの風により熱を奪われ凝縮する。凝縮した冷媒２は重力により低位部に位置する受熱部３へ流れ込み、再び発熱ＩＣ４からの熱を受けて蒸発する。受熱部３内にコイル９とその中心軸上に円柱型磁石１０が導入されている。 
【００２４】
図７はコイルの断面を示す拡大図である。受熱部３の内部ではコイル９は内側の摩擦が小さい円筒16に巻きつけられており、コイル９の中心軸が受熱部３の床と天井方向に向くよう、受熱部床に留め具17を用いて固定されている。磁石１０のＳ極、Ｎ極に対応する面をコイル９の中心軸と平行方向に向くよう円柱型の浮き１１が止められており、磁石１０と浮き１１をつなげた長さがコイル９の直径よりも大きくなっている。さらにコイル９の長さは磁石１０よりも長くコイル９と受熱部３の天井や床の隙間は磁石１０と浮き１１の合計の長さよりも小さくなっている。また、磁石１０の下側にはコイル９と床の隙間よりも高さのある円柱１８が取り付けられている。また、円柱１８は冷媒4よりも密度が大きい。 
【００２５】
上記の構成を取ることで、液面の振動に対して、磁石１０のみが振動し、磁石１０とコイル９が同じ周波数で振動し誘導起電力が小さくなることを防ぐことが可能になる。また、磁石１０は長さがコイル９よりも小さく、常に磁石１０がコイル９の内部に存在するのであらゆる液面の高さに対して、誘導起電力を発生させることが可能となる。また、円柱１８は冷媒4よりも重いので、磁石１０が必要以上に浮くことを防ぎ、浮き１１、磁石１０、円柱１８がつながった柱が倒れにくくなる。 
また、コイル９の位置が固定できるので受熱部３内部にコイル９を複数設置することも可能になる。 
【００２６】
（第４実施形態） 
図８は本発明の第４実施形態である冷却部品１の断面図である。 
図８に示すように、絶縁性、低沸点の冷媒２が液体の状態で入れられている受熱部３は発熱ＩＣ４が接触し、発熱ＩＣ４からの熱を冷媒２の気化熱として受けとり、冷媒２を蒸発させている。この際、泡５の発生部には細かい凹凸が形成されており、泡５の発生を促進している。冷媒２の蒸気は管６を介して放熱器７へ移動し、放熱器７内で冷却ファン８からの風により熱を奪われ凝縮する。凝縮した冷媒２は重力により低位部に位置する受熱部３へ流れ込み、再び発熱ＩＣ４からの熱を受けて蒸発する。受熱部３内にコイル９とその中心軸上に磁石１０が、冷媒２に浮いた状態で導入されている。 
【００２７】
放熱器と受熱部の間は先端に穴１９の開いた、受熱部側に凸型のテーパー状壁面20で仕切られており、凝縮した冷媒はテーパー状壁面20の穴１９を通過して受熱部に落ちる形態になっている。テーパー状壁面20先端の穴１９の重力方向下の冷媒液面には磁石が浮いており、その周囲にはコイルが浮いている。また、コイル９は紐１３を介して周囲の受熱部３壁面に二箇所接続されている。このような構成をとることで、放熱器７で凝縮した冷媒２がテーパー状壁面20の穴１９を通り、磁石１０に落ちて磁石１０を振動させると同時に沸騰の振動で液面も振動するので、磁石１０とコイル９が異なる周波数で振動し、誘導起電力を発生させることが可能になる。
【００２８】
以上、幾つかの実施形態を挙げて説明したように、本発明によれば、冷媒が蒸発して発熱体を冷却する際、沸騰のエネルギーを起因とする磁性体の上下により、コイルにて誘導起電力が発生し、電力を蓄えることが可能となる。 
また循環式の沸騰冷却機構に取り入れることで、発熱量が増加するにつれて泡の量が増加し、振動も激しくなるので誘導起電力も増大する。 
コイルと磁性体を浮かせることにより、発熱量の変化に伴う液面の高さ変化に対応して発電を続けることができる。 
【００２９】
磁性体が伸縮性の、またはコイル半径よりも長い、かつ、コイル直径よりも短い紐でコイルに２点以上で接続されていることにより、磁性体を常にコイルの中心軸上に収めることが可能となり、浮きによりコイルの下端の高さが冷媒液面の高さになる様に浮き、磁性体は浮きとの接点が冷媒の高さに位置するよう設定されていることにより、振動の中心が位置の変化に対する磁束変化の大きい状態に保つことが可能となり誘導起電力が大きくなりやすくなる。 
また、泡の浮力により沸騰部の鉛直上の水面は盛り上がった状態になるため、コイルが泡の発生部の真上に居座ることなく、冷却性能の悪化を防ぐことができる。また、冷媒が絶縁性であるため、チャンバー内で磁性体の傍でコイルの使用が可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１  冷却部品、２  冷媒、３  受熱部、４  発熱ＩＣ、５  泡、６  管、７  放熱器、８  ファン、９  コイル、１０  磁石、１１  浮き（浮き部材）、１２  液面、１３  紐、１４  沸騰部、１５  突起、１６  円筒、１７  留め具、１８  円柱、１９  穴、２０  テーパー状壁面、２１  冷媒蒸気の移動方向、２２  凝縮した冷媒の移動方向。
【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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