(57)【要約】【課題】容器を形成する材料との適合性および不燃性等の優れた特性を備えた二酸化炭素（ＣＯ２）を作動流体として使用する場合の適切な条件を提供すると共に、作動流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用する信頼性が高く伝熱性能に優れた伝熱装置を提供する。【解決手段】臨界密度以上の充填密度（充填量／内容積比）で二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体が内部に封入され、発熱体および放熱手段が熱的に接続される密閉容器を備えた、発熱体の熱を放熱手段に輸送する伝熱装置であって、密閉容器が閉ループを形成するパイプ状容器からなっており、閉ループを作動流体が循環する。閉ループ内に、封入された作動流体を強制的に循環させる循環装置を備えていてもよい。【選択図】　図１
2004020020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
臨界密度以上の充填密度（充填量／内容積比）で二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体が内部に封入され、発熱体および放熱手段が熱的に接続される密閉容器を備えた、前記発熱体の熱を前記放熱手段に輸送する伝熱装置。
【請求項２】
臨界温度以上の温度、臨界密度以上の充填密度（充填量／内容積比）で二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体が内部に封入され、発熱体および放熱手段が熱的に接続される密閉容器を備えた、前記発熱体の熱を前記放熱手段に輸送する伝熱装置。
【請求項３】
前記密閉容器が閉ループを形成するパイプ状容器からなっており、前記閉ループを前記作動流体が循環する、請求項１または２に記載の伝熱装置。
【請求項４】
前記閉ループ内に、封入された前記作動流体を強制的に循環させる循環装置を備えている、請求項３に記載の伝熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱を小さい熱抵抗で高温部から低温部へ輸送する伝熱装置、特に、所定の充填密度で充填した二酸化炭素を作動流体として用いた伝熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子部品などの発熱体からの熱を放熱手段に効率的に輸送する装置として、ヒートパイプが知られている。ヒートパイプは作動流体が相変化をしながら自然循環することによって、熱を発熱体から空冷ファン等の放熱手段に輸送する伝熱装置であって、作動流体として水、フロン、炭化水素などが一般的に用いられる。
【０００３】
上述した以外のヒートパイプの作動流体としては二酸化炭素（ＣＯ２）も考えられるけれども、二酸化炭素の臨界温度は３１℃であるので、３１℃以上の温度になるような用途においては、二酸化炭素はそのままでは、相変化を伴った熱輸送ができなくなり、伝熱性能が低下する。
即ち、通常の電子部品の冷却用途においては、作動流体温度が４０℃から７０℃程度になるので、二酸化炭素からなる作動流体は、従来の方法では、相変化を伴った伝熱を期待できなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、水はヒートパイプが０℃以下の温度になると、凍結して体積が膨張し、ヒートパイプを形成する密閉容器の変形・破損をもたらす虞がある。また、軽量性の観点からアルミニウムが密閉容器のコンテナ材として好まれる傾向にあるが、水とアルミニウムはヒートパイプ内で化学反応を起こし、伝熱性能を致命的に低下させるという難点がある。また、万一作動流体が漏出した場合、電子機器内でショートする虞もある。
【０００５】
更に、フロンは塩素を含むもの（ＨＣＦＣまたはＣＦＣ）と、含まないもの（ＨＦＣ）との２種類のフロンが知られているが、塩素を含むフロンはオゾン層を破壊し、塩素を含まないフロンはオゾン層を破壊しないものの、温室効果ガスとして知られており、何れも地球環境保護の観点から使用することが好ましくない物質である。
更に、炭化水素は凍結による破壊や、オゾン層の破壊、温室効果ガス等の環境問題とは無縁であり、可能性のある作動流体として注目されているが、炭化水素は、可燃性であり、防爆対策がとりにくい用途には危険が伴い不向きである。
【０００６】
特開２００１−０９１１７０号公報によると、二酸化炭素（ＣＯ２）は超臨界圧状態（特開２００１−０９１１７０の定義によれば、臨界温度３１℃以上かつ圧力７．３Ｍｐａ以上を超臨界圧状態としている）にすれば、効果的な伝熱性能を示すことが開示されている。図１７にモリエル線図を示す。特開２００１−０９１１７０号公報に開示された、超臨界圧状態になる領域をモリエル線図上に示すと、図１７に斜線で示す、臨界点ａより高温高圧領域（即ち、ｂで示される領域）となる。しかしながら、上述したｂ領域のうちでも、全てのｂ領域で効果的な伝熱性能を示さない、伝熱性能が低下する領域が存在する。即ち、特開２００１−０９１１７０号公報の開示した条件で、二酸化炭素（ＣＯ２）を作動流体として使用した場合、作動流体の信頼性、即ち、伝熱装置の信頼性に欠けるという問題があり、優れた特性を有する二酸化炭素（ＣＯ２）を作動流体として使用することができない。
【０００７】
従って、この発明の目的は、容器を形成する材料との適合性および不燃性等の優れた特性を備えた二酸化炭素（ＣＯ２）を作動流体として使用する場合の適切な条件を提供することにある。更に、作動流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用する信頼性が高く伝熱性能に優れた伝熱装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、所定の充填条件の下で充填することによって、容器を形成する材料との適合性に優れ（即ち、容器を形成する材料を選ばない）、不燃性の二酸化炭素（ＣＯ２）を信頼性の高い作動流体として利用することができることが判明した。即ち、二酸化炭素（ＣＯ２）を、臨界密度以上の充填密度（充填量／内容積比）で、発熱体および放熱手段が熱的に接続される密閉容器の内部に封入することによって、二酸化炭素（ＣＯ２）の温度が臨界温度以上になる場合でも、作動流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用する信頼性が高く伝熱性能に優れた伝熱装置を提供することができることが判明した。即ち、このように、容器を形成する材料との適合性にすぐれ、不燃性の二酸化炭素（ＣＯ２）を作動流体として利用することができることが判明した。
【０００９】
この発明は、上述した研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の伝熱装置の第１の態様は、臨界密度以上の充填密度（充填量／内容積比）で二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体が内部に封入され、発熱体および放熱手段が熱的に接続される密閉容器を備えた、前記発熱体の熱を前記放熱手段に輸送する伝熱装置である。
【００１０】
この発明の伝熱装置の第２の態様は、臨界温度以上の温度、臨界密度以上の充填密度（充填量／内容積比）で二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体が内部に封入され、発熱体および放熱手段が熱的に接続される密閉容器を備えた、前記発熱体の熱を前記放熱手段に輸送する伝熱装置である。
【００１１】
この発明の伝熱装置の第３の態様は、前記密閉容器が閉ループを形成するパイプ状容器からなっており、前記閉ループを前記作動流体が循環する、伝熱装置である。
【００１２】
この発明の伝熱装置の第４の態様は、前記閉ループ内に、封入された前記作動流体を強制的に循環させる循環装置を備えている、伝熱装置である。
【００１３】
この発明の伝熱装置のその他の態様は、前記循環装置が、封入された前記作動流体に働きかけて、前記作動流体を前記閉ループ内に循環させる外部駆動装置からなっている、伝熱装置である。
【００１４】
この発明の伝熱装置のその他の態様は、前記密閉容器に連絡されて前記密閉容器と共に閉ループを形成し、前記閉ループ内に、封入された前記作動流体を強制的に循環させる循環装置を備えている、伝熱装置である。
【００１５】
この発明の伝熱装置のその他の態様は、前記循環装置が駆動装置からなっており、前記駆動装置が作動流体吸引口および作動流体排出口を備えたピストン型ポンプからなっている、伝熱装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の伝熱装置を図面を参照しながら説明する。
この発明の伝熱装置の１つの態様は、臨界密度以上の充填密度（充填量／内容積比）で二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体が内部に封入され、発熱体および放熱手段が熱的に接続される密閉容器を備えた、発熱体の熱を放熱手段に輸送する伝熱装置である。更に、この発明の伝熱装置の他の態様は、臨界温度以上の温度、臨界密度以上の充填密度（充填量／内容積比）で二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体が内部に封入され、発熱体および放熱手段が熱的に接続される密閉容器を備えた、発熱体の熱を放熱手段に輸送する伝熱装置である。
【００１７】
即ち、この発明においては、二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体を、臨界密度以上の充填密度（充填量／内容積比）で内部に封入する。または、二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体を、臨界温度（３１℃）以上の温度、臨界密度（４６６ｋｇ／ｍ３）以上の充填密度（充填量／内容積比）で内部に封入する。
図１は、この発明の伝熱装置に使用される作動流体としての二酸化炭素（ＣＯ２）の超臨界圧状態を説明するモリエル線図である。図１において、横軸はエンタルピー（ｈ（ＫＪ／Ｋｇ）を示し、縦軸は圧力（Ｍｐａ）を示す。Ａ−Ａ曲線は３１℃の等温線を示し、Ｂ−Ｂ線は７．３８Ｍｐａの等圧線を示し、Ｃ−Ｃ曲線は飽和蒸気圧線を示す。Ｘは臨界点を示し、Ｘ−Ｙ線は等密度線（４６６ｋｇ／ｍ３）を示す。
【００１８】
この発明の伝熱装置に使用される作動流体としての二酸化炭素（ＣＯ２）は、上述した臨界密度（４６６ｋｇ／ｍ３）以上の充填密度（充填量／内容積比）で内部に封入される場合には、図１に示す領域（ａ）および領域（ｃ）で使用される。更に、この発明の伝熱装置に使用される作動流体としての二酸化炭素（ＣＯ２）は、上述した臨界温度（３１℃）以上の温度、臨界密度（４６６ｋｇ／ｍ３）以上の充填密度（充填量／内容積比）で内部に封入される場合には、図１に示す領域（ａ）で使用される。
【００１９】
二酸化炭素（ＣＯ２）は、超臨界圧流体となると、表面張力がなくなって流体の粘度が低下し、対流が発生し易い状態となる。超臨界圧流体とは、物質の臨界点以上の環境下で物質が変化した液体とも気体とも異なる流体である。このような超臨界圧流体を、発熱体および放熱手段が熱的に接続される密閉容器に用いると、発熱体および放熱手段が熱的に接続される部位間に少しでも温度差が生じるとそれぞれの部位に存在する超臨界圧流体に密度差が生じ、このように生じた密度差によって駆動力なしに対流が発生し、発熱体から放熱手段へ熱を搬送する。なお、発熱体は、周囲温度より高い熱源に限らず、周囲温度よりも低い熱源であっても良い。
【００２０】
上述したように、特開２００１−０９１１７０号公報の開示した条件下においては、伝熱性能が低下する領域が存在し、二酸化炭素（ＣＯ２）を作動流体として使用した場合の信頼性に欠けていた。本発明者の研究結果によると、図１に示す、（ｂ）領域、即ち、等密度線４６６ｋｇ／ｍ３を下回ると、伝熱性能が低下することが明らかになった。換言すれば、充填密度（充填量／内容積比）という新たなパラメータを規定することによって、伝熱性能が低下する領域が除外され、容器を形成する材料との適合性に優れ（即ち、容器を形成する材料を選ばない）、不燃性という優れた特性を有する二酸化炭素（ＣＯ２）を信頼性の高い作動流体として利用することができる。
【００２１】
上述したこの発明の伝熱装置において、伝熱性が低下しない信頼性の高い状態で、容器を形成する材料との適合性に優れ、不燃性という優れた特性を有する二酸化炭素（ＣＯ２）を作動流体として使用するための条件を、更に、実験によって説明する。
【００２２】
図２に示すように、外径６ｍｍ、内径４ｍｍのステンレス製のパイプ１６をループ状に接続して伝熱装置を形成した。ループ状管には、二酸化炭素（ＣＯ２）注入用のパイプ１５（注入口）と、ループ状管内の圧力測定用に圧力計１７が取り付けられている。
次いで、ループ状管の注入口１５から、パイプ内の空気を排除したのち、二酸化炭素（ＣＯ２）を所定量充填して、注入口１５を封止した。封入された二酸化炭素（ＣＯ２）はループ状管内を循環できる状態にある。
【００２３】
図３に示すように、ループ状管からなる伝熱装置の一部に冷却対象となる電子部品等を模擬したヒータ１８（発熱量４０Ｗ）を取り付け、ループ状管からなる伝熱装置の別の一部にフィン１９を取り付けて強制空冷が可能なように調製した。このように調製されたループ状管からなる伝熱装置において、ヒータとフィンの間の熱抵抗（＝（Ｔ１−Ｔ２）／４０）を測定することによって、伝熱性能を評価した。Ｔ１は、ヒータの温度、Ｔ２はフィンの温度をそれぞれ示す。なお、評価に際して、熱抵抗が小さいほど伝熱性能が良いことを意味する。ヒータ、フィンはいずれも、ループ状管上の長さ１３０ｍｍの部分に伝熱グリースを介して熱的に接続されている。
【００２４】
性能評価は、配管温度（Ｔ３）を一定に保って行った。図４にその測定結果を示す。図４において、横軸は充填密度（ｋｇ／ｍ３）を、縦軸は熱抵抗（℃／Ｗ）をそれぞれ示している。配管温度（Ｔ３）を４０℃、５０℃、６０℃の３通りでそれぞれ一定に保って測定した。黒三角は配管温度（Ｔ３）を４０℃に一定に保ったとき、黒丸は配管温度（Ｔ３）を５０℃に一定に保ったとき、黒四角は配管温度（Ｔ３）を６０℃に一定に保ったときの、充填密度（ｋｇ／ｍ３）と熱抵抗（℃／Ｗ）の関係をそれぞれ示す。
図４から明らかなように、充填密度（ｋｇ／ｍ３）を大きくしていくと、４０℃、５０℃、６０℃の何れの配管温度においても、充填密度４５０ｋｇ／ｍ３までは熱抵抗が顕著に小さくなっていることがわかる。
【００２５】
図５に、ループ状管全体を５０℃の温度に一定に保ったときの充填密度と圧力の関係を示す。例えば、図５に示すように、充填密度が２９０ｋｇ／ｍ３のときの圧力は８．９Ｍｐａであった。従って、この結果を図１にあてはめると、充填密度が２９０ｋｇ／ｍ３かつ配管温度５０℃における二酸化炭素（ＣＯ２）の使用領域は領域（ｂ）であることがわかる。
上述した領域（ｂ）に位置する充填密度２９０ｋｇ／ｍ３かつ配管温度５０℃の条件は、図４から明らかなように、熱抵抗が概ね１．５℃／Ｗと大きく、上述した領域（ｂ）では、伝熱性能が低下することが確認できる。
【００２６】
上述したように、臨界温度（３１℃）以上の温度、臨界密度（４６６ｋｇ／ｍ３）以上の充填密度（充填量／内容積比）で二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体を内部に封入することによって、熱抵抗が小さく、伝熱性能に優れていることがわかる。
この実験では、二酸化炭素（ＣＯ２）を自然循環させているが、循環装置を設けて内部で強制循環させてもよい。この場合、コンテナ内壁と二酸化炭素（ＣＯ２）間の熱伝達率が上昇し、更に伝熱が促進されるのでより高性能な伝熱装置が得られることになる。
【００２７】
更に、臨界温度（３１℃）以下の温度で作動流体を使用することができる場合は、さらに顕熱による熱輸送も生じるので、さらに性能が向上する。従って、臨界密度（４６６ｋｇ／ｍ３）以上の充填密度（充填量／内容積比）で二酸化炭素（ＣＯ２）からなる作動流体を、臨界温度（３１℃）以下の温度で用いてもよい。
コンテナにはステンレス材を用いたが、ステンレス材に限定する必要はない。アルミニウム材、銅材等を用いても良い。
【００２８】
上述したように、この発明の伝熱装置においては、密閉容器が閉ループを形成するパイプ状容器からなっており、閉ループを作動流体が自然循環する。更に、閉ループ内に、封入された作動流体を強制的に循環させる循環装置を備えていてもよい。上述した循環装置が、封入された作動流体に働きかけて、作動流体を閉ループ内に循環させる外部駆動装置からなっていてもよい。密閉容器に連絡されて密閉容器と共に閉ループを形成し、閉ループ内に、封入された作動流体を強制的に循環させる循環装置を備えていてもよい。
更に、上述した循環装置が駆動装置からなっており、駆動装置が作動流体吸引口および作動流体排出口を備えたピストン型ポンプからなっていてもよい。
【００２９】
図６は、この発明の伝熱装置の１つの態様を説明する図である。即ち、図６に示す態様においては、循環装置が駆動装置からなっており、作動流体が駆動装置内部を流れる。駆動装置はポンプからなっており、ポンプを用いて作動流体を循環させる。図６に示すように、伝熱装置１は、発熱体４および放熱手段５が熱的に接続された管状流路２と、管状流路２に連絡されて管状流路と共に閉ループを形成し、封入された作動流体を閉ループ内に循環させるように駆動する駆動装置３とを備えている。駆動装置３は、作動流体吸引口６および作動流体排出口７を備えたピストン型ポンプからなっている。
【００３０】
図６に示す態様において、管状流路の材質は特に限定されないが、例えば、アルミニウム製のパイプからなっている。作動流体として、二酸化炭素（ＣＯ２）が臨界温度（３１℃）以上の温度、臨界密度（４６６ｋｇ／ｍ３）以上の充填密度（充填量／内容積比）で封入されている。管状流路の両端には駆動装置としてポンプが取り付けられている。
【００３１】
図７から図９は、駆動装置３としてのポンプを説明する図である。ポンプ内にはピストン８があり、油圧、変圧、電動モーターなど図示しない駆動手段により上下に運動できるようになっている。ポンプ内の作動流体導入部９に作動流体が導入される。また、管状流路と接続される二つの作動流体出入り口（吸引口６および排出口７）にはそれぞれ開閉可能な第１の弁１０、第２の弁１１が取り付けられている。図８に示すように、第１の弁１０を開き第２の弁１１を閉じた状態でピストン８を下に下げると、管状流路内の作動流体が吸引口６から吸引され、作動流体１３が作動流体導入部に導入される。図９に示すように、第１の弁１０を閉じて第２の弁１１を開いた状態でピストン８を押し上げれば作動流体は排出口７から管状流路へ排出される。以上の作業を繰り返すことによって、作動流体を図１の矢印の方向に循環させることができる。
【００３２】
図６においては、発熱体が放熱手段より低い位置に設置されているが、二酸化炭素（ＣＯ２）を強制循環させる場合は、発熱体と放熱手段とが同じ高さ、または、発熱体の方が放熱手段よりも高い位置に設置されてもよい。
図１０および図１１は、放熱手段（発熱体）の１つの態様を示す図である。
放熱手段４または発熱体に管状流路を熱接触させる際には、図１０に示すように管状流路１２を蛇行させて接触面積を増大しても良い。更に、図１１に示すように、継ぎ手１４を使用して、複数流路１２を並列に配置して、接触面積を増大しても良い。接触抵抗を低減させるために、金属などの熱伝導性の部材を介して伝熱管と放熱手段、または、伝熱管と発熱体が接触していても良い。
【００３３】
管状流路はパイプに限定されず、内部に作動流体が通る流路があるものであれば良い。例えば、押しだし多穴管とか、切削加工やプレス加工等により流路が形成部材を含む少なくとも一つ以上の部材を溶接またはろう付けにより接合したものであっても良い。
図１０、図１１に示した態様は、放熱手段または発熱体との接触面が平坦な場合のものであるが、接触面が彎曲している場合には、それに合わせて管状流路を彎曲させて、接触させてもよい。
【００３４】
図６に示す態様においては、発熱体および放熱手段はそれぞれ１つづつであけれども、必要に応じて複数個設置してもよい。
図１２は、流体駆動装置がファンユニットからなっている態様を示す図である。即ち、この態様においては、作動流体が流体駆動装置内部を流れ、内部ファンを用いて作動流体を循環させる。図１２に示すように、伝熱装置２１は、発熱体２４および放熱手段２５が熱的に接続された管状流路２２と、管状流路２２に連絡されて管状流路と共に閉ループを形成し、封入された作動流体を閉ループ内に循環させるように駆動する流体駆動装置２３とを備えている。流体駆動装置２３は、内部ファン２６を備え、内部ファン２６によって作動流体を駆動するファンユニット２３からなっている。
【００３５】
図１２に示す態様においては、管状流路の材質は特に限定されないが、例えば、アルミニウム製のパイプからなっており、作動流体として、二酸化炭素（ＣＯ２）が臨界温度（３１℃）以上の温度、臨界密度（４６６ｋｇ／ｍ３）以上の充填密度（充填量／内容積比）で封入されている。管状流路の両端は内部にファンが装着されたファンユニットに接続されている。
内部ファンは電力により回転する（即ち、ファンユニット内にリード線を引き込むタイプである）。ファンユニット内にリード線を引き込むのが困難な場合には、内部ファンに磁性体をとりつけ、外部から磁力によりファンを駆動させる。
【００３６】
図１３および図１４は、外部から磁力によってファンを駆動させるタイプの内部ファンの詳細を説明する図である。図１３に示すように、内部ファンに磁性体２８を取り付け、そして、磁石２７を外側に配置して、矢印の向きに回転させて、内部ファン２６を誘導する。
更に、図１４に示すように、内部ファンに磁性体２８を取り付け、そして、複数の電磁石２９を外側に所定の間隔を置いて設け、点線の矢印で示した順に、電磁石２９に通電して内部ファンを誘導する。
図１２においては、発熱体が放熱手段より低い位置に設置されているが、発熱体と放熱手段とが同じ高さ、または、発熱体の方が放熱手段よりも高い位置に設置されてもよい。
【００３７】
この態様においても、放熱手段または発熱体に管状流路を熱接触させる際には、図１０に示すように管状流路を蛇行させて接触面積を増大しても良い。更に、図１１に示すように、複数流路を並列に配置して、接触面積を増大しても良い。接触抵抗を低減させるために、金属などの熱伝導性の部材を介して伝熱管と放熱手段、または、伝熱管と発熱体が接触していても良い。
【００３８】
管状流路はパイプに限定されず、内部に作動流体が通る流路があるものであれば良い。例えば、押しだし多穴管とか、切削加工やプレス加工等により流路が形成部材を含む少なくとも一つ以上の部材を溶接またはろう付けにより接合したものであっても良い。
【００３９】
図１０、図１１に示した態様は、放熱手段または発熱体との接触面が平坦な場合のものであるが、接触面が彎曲している場合には、それに合わせて管状流路を彎曲させて、接触させてもよい。
図１２に示す態様においては、発熱体および放熱手段はそれぞれ１つづつであけれども、必要に応じて複数個設置してもよい。
【００４０】
更に、この発明の伝熱装置の１つの態様は、内部に封入された作動流体と、発熱体および放熱手段が熱的に接続され、少なくとも前記発熱体が熱的に接続された領域に存在する前記作動流体が臨界温度（３１℃）以上の温度、臨界密度（４６６ｋｇ／ｍ３）以上の充填密度（充填量／内容積比）である、それ自体で閉ループを形成する管状流路と、封入された作動流体に働きかけて、作動流体を閉ループ内に循環させる外部駆動装置とを備えた伝熱装置である。
【００４１】
上述した作動流体が磁性流体からなっており、外部駆動装置が磁場を用いている。または、作動流体が誘電性流体からなっており、外部駆動装置が電場を用いている。前記管状流路の外表面に複数の電磁石を配置して、所定の順に前記電磁石に通電し、通電を止めて、前記作動流体を強制的に循環させる。前記作動流体の主成分が二酸化炭素からなっている、伝熱装置である。
更に、前記管状流路がヒートスプレッダー内に形成され、前記ヒートスプレッダーの一方の面に、高さの異なる少なくとも１つの被冷却部が熱的に接続されている、伝熱装置である。
【００４２】
図１５は、この発明の伝熱装置の１つの態様を説明する図である。この態様においては、作動流体が流体駆動装置内部を流れない。即ち、作動流体がある外力場に反応し、外力を得ることができる場合は、流体が直接流体駆動装置内を流れなくても流体を循環させることができる。外力場としては、例えば、磁場を用いる方法がある。図１０に示す態様においては、磁性流体化した作動流体を外部から印加された磁場で駆動する。即ち、この態様の流体駆動装置は外部駆動装置からなっている。
図１５に示すように、伝熱装置３１は、発熱体３５および放熱手段３４が熱的に接続され、それ自体で閉ループを形成する管状流路３２と、封入された作動流体に働きかけて、作動流体を閉ループ内に循環させる外部駆動装置３３とを備えている。作動流体は、超臨界圧状態である。作動流体が磁性流体からなっており、外部駆動装置が磁場を用いている。
【００４３】
この態様の伝熱装置においては、管状流路の材質は特に限定されないが、例えば、アルミニウム製のパイプからなっており、それ自体で閉ループを形成している。作動流体として、二酸化炭素（ＣＯ２）が超臨界圧状態（温度３１℃以上、圧力７．４ＭＰａ以上）で封入されている。更に、作動流体は磁性流体からなっている。
即ち、作動流体を磁性流体化するには、例えば、鉄などの強磁性を示す物質を粒子状に成型して、作動流体に混ぜれば良い。
【００４４】
また、例えば、特開平９−０４０９８３に示されているような、あらかじめアルコールなどの有機溶媒に粒子状の強磁性体を溶解させて磁性流体化させたものを作動流体に溶解させても良い。
即ち、超臨界圧状態では通常の液体よりも溶解性が増すという性質を利用して強磁性物質を作動流体に溶解させて、作動流体を磁性流体化する。
他の態様においては、駆動装置（外部駆動装置）の作りだす磁場により磁性流体を駆動する。
【００４５】
外部駆動装置においては、例えば、図１５に示すように、複数の電磁石３３を流路に沿って所定間隔で並べておく。例えば、点線の朱印で示す向きに順に電磁石３３に一つずつ通電するとともに、前に通電していた電磁石３３の通電を止める。その結果、作動流体が電磁石に順次引き寄せられて矢印方向に移動して、流路内を循環する。
【００４６】
更に、外部駆動装置の他の態様においては、磁石を移動させて作動流体を誘導する。この態様の伝熱装置においても、図１５に示すように、発熱体３５が放熱手段３４より低い位置に設置されているが、発熱体と放熱手段とが同じ高さ、または、発熱体の方が放熱手段よりも高い位置に設置されてもよい。この態様においても、放熱手段または発熱体に管状流路を熱接触させる際には、図１０に示すように管状流路を蛇行させて接触面積を増大しても良い。更に、図１１に示すように、複数流路を並列に配置して、接触面積を増大しても良い。接触抵抗を低減させるために、金属などの熱伝導性の部材を介して伝熱管と放熱手段、または、伝熱管と発熱体が接触していても良い。
【００４７】
管状流路はパイプに限定されず、内部に作動流体が通る流路があるものであれば良い。例えば、押しだし多穴管とか、切削加工やプレス加工等により流路が形成部材を含む少なくとも一つ以上の部材を溶接またはろう付けにより接合したものであっても良い。
図１０、図１１に示した態様は、放熱手段または発熱体との接触面が平坦な場合のものであるが、接触面が彎曲している場合には、それに合わせて管状流路を彎曲させて、接触させてもよい。
【００４８】
図１５に示す態様においては、発熱体および放熱手段はそれぞれ一つづつであるけれども、必要に応じて複数個設置しても良い。
図１６は、この発明の伝熱装置の１つの態様を説明する図である。この態様においても、作動流体が流体駆動装置内部を流れない。即ち、誘電性流体化した作動流体を外部から印加された電場によって駆動する。この態様においては、流体駆動装置は外部駆動装置である。図１６に示すように、伝熱装置４１は、発熱体４５および放熱手段４４が熱的に接続され、それ自体で閉ループを形成する管状流路４２と、封入された作動流体に働きかけて、作動流体を閉ループ内に循環させる外部駆動装置４３とを備えている。作動流体は、超臨界圧状態である。作動流体が磁性流体または誘電性流体からなっており、外部駆動装置４３が磁場を用いている。
【００４９】
この態様の伝熱装置においては、管状流路の材質は特に限定されないが、例えば、アルミニウム製のパイプからなっており、それ自体で閉ループを形成している。作動流体として、二酸化炭素（ＣＯ２）が臨界温度（３１℃）以上の温度、臨界密度（４６６ｋｇ／ｍ３）以上の充填密度（充填量／内容積比）で封入されている。更に、作動流体は誘電性流体からなっている。
誘電性流体は、例えば、液晶など強誘電性を示す流体を作動流体に混ぜている。即ち、超臨界庄状態では通常の液体よりも溶解性が増すという性質を利用して強誘電性物質を作動流体に溶解させて、作動流体を誘電性流体化する。この態様においては、外部駆動装置の作りだす電場により誘電性流体を駆動する。
【００５０】
外部駆動装置においては、図１６に示すように、複数のコンデンサー４３を流路に沿って並べておき、点線の矢印で示す向きに順に電圧を印加して一つづつコンデンサーを帯電させるとともに、前に帯電していたコンデンサーを放電する。その結果、作動流体は、帯電したコンデンサーに順次誘導されて移動し、循環する。
更に、コンデンサを移動させて、作動流体を誘導してもよい。この態様においても、図１１に示すように、発熱体４５が放熱手段４４より低い位置に設置されているが、発熱体と放熱手段とが同じ高さ、または、発熱体の方が放熱手段よりも高い位置に設置されてもよい。この態様においても、放熱手段または発熱体に管状流路を熱接触させる際には、図５に示すように管状流路を蛇行させて接触面積を増大しても良い。更に、図６に示すように、複数流路を並列に配置して、接触面積を増大しても良い。接触抵抗を低減させるために、金属などの熱伝導性の部材を介して伝熱管と放熱手段、または、伝熱管と発熱体が接触していても良い。
【００５１】
管状流路はパイプに限定されず、内部に作動流体が通る流路があるものであれば良い。例えば、押しだし多穴管とか、切削加工やプレス加工等により流路が形成部材を含む少なくとも一つ以上の部材を溶接またはろう付けにより接合したものであっても良い。
【００５２】
図１０、図１１に示した態様は、放熱手段または発熱体との接触面が平坦な場合のものであるが、接触面が彎曲している場合には、それに合わせて管状流路を彎曲させて、接触させてもよい。
図１６に示す態様においては、発熱体および放熱手段はそれぞれ一つづつであるけれども、必要に応じて複数個設置しても良い。
【００５３】
【発明の効果】
この発明によると、容器を形成する材料との適合性および不燃性等の優れた特性を備えた二酸化炭素（ＣＯ２）を作動流体として使用する場合の適切な条件を提供することができる。更に、作動流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用する信頼性が高く伝熱性能に優れた伝熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の伝熱装置に使用される作動流体としての二酸化炭素（ＣＯ２）の超臨界圧状態を説明するモリエル線図である。
【図２】図２は、この発明の伝熱装置を示す図である。
【図３】図３は、この発明の伝熱装置を示す図である。
【図４】図４は、性能評価の測定結果を示す図である。
【図５】図５は、ループ状管全体を５０℃の温度に一定に保ったときの充填密度と圧力の関係を示すグラフである。
【図６】図６は、この発明の伝熱装置の１つの態様を説明する図である。
【図７】図７は、流体駆動装置としてのポンプを説明する図である。
【図８】図８は、流体駆動装置としてのポンプを説明する図である。
【図９】図９は、流体駆動装置としてのポンプを説明する図である。
【図１０】図１０は、放熱手段（発熱体）の１つの態様を示す図である。
【図１１】図１１は、放熱手段（発熱体）の１つの態様を示す図である。
【図１２】図１２は、流体駆動装置がファンユニットからなっている態様を示す図である。
【図１３】図１３は、内部ファンの詳細を説明する図である。
【図１４】図１４は、内部ファンの詳細を説明する図である。
【図１５】図１５は、この発明の伝熱装置の１つの態様を説明する図である。
【図１６】図１６は、この発明の伝熱装置の１つの態様を説明する図である。
【図１７】図１７は、従来の超臨界圧状態の領域を説明するモリエル線図である。
【符号の説明】
１．伝熱装置
２．管状流路
３．流体駆動装置
４．放熱手段
５．発熱体
６．作動流体吸引口
７．作動流体排出口
８．ピストン
１０．第１の弁
１１．第２の弁
１２．管状流路
１３．作動流体
１４．継ぎ手
１５．注入口
１６．パイプ
１７．圧力計
１８．ヒータ
１９．フィン
２１．伝熱装置
２２．管状流路
２３．ファンユニット
２４．放熱手段
２５．発熱体
２６．内部フィン
２７．磁石
２８．磁性体
２９．電磁石
３１．伝熱装置
３２．管状流路
３３．外部駆動装置
３４．放熱手段
３５．発熱体
４１．伝熱装置
４２．管状流路
４３．外部駆動装置
４４．放熱手段
４５．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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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