(57)【要約】【課題】長時間使用しても冷却効果に優れた冷却装置を提供する。【解決手段】ポンプ１と、吸熱器２と、放熱器３と、これらの内部を連通しこれらの間に閉回路循環サイクルを形成する流路４と、流路４内を循環する液体冷媒とを備える冷却装置において、液体冷媒の使用温度範囲内における温度変化により液体冷媒中に発生する気体の体積が、流路４の断面に内接する球体の体積より小さい。【選択図】図１
2004085184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプと、吸熱器と、放熱器と、前記ポンプ、前記吸熱器、及び前記放熱器の内部を連通しこれらの間に閉回路循環サイクルを形成する流路と、前記流路内を循環する液体冷媒とを備え、
前記液体冷媒の使用温度範囲内における温度変化により前記液体冷媒中に発生する気体の体積が、前記流路の断面に内接する球体の体積より小さいことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
ポンプと、吸熱器と、放熱器と、前記ポンプ、前記吸熱器、及び前記放熱器の内部を連通しこれらの間に閉回路循環サイクルを形成する流路と、前記流路内を循環する液体冷媒とを備え、
前記液体冷媒の使用温度範囲における前記液体冷媒に対する気体の最小溶解度と前記流路の全内容積との積と、気体が発生していない状態における前記液体冷媒中の溶解気体量との差が、前記流路の最小断面に内接する球体の体積より小さいことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
前記液体冷媒は気体の溶解度の温度に対する変化が正の物質と負の物質とを混合してなる請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置を備える携帯機器。
【請求項５】
ポンプと、吸熱器と、放熱器と、前記ポンプ、前記吸熱器、及び前記放熱器の内部を連通しこれらの間に閉回路循環サイクルを形成する流路と、前記流路内を循環する液体冷媒とを備えた冷却装置の製造方法であって、
前記液体冷媒の使用温度範囲内において前記液体冷媒に対する気体の溶解度が最小値を示す雰囲気温度で、又は前記最小値より小さい溶解度を示す雰囲気温度で、前記液体冷媒を前記流路内に封入することを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項６】
液体冷媒の使用温度範囲内において前記液体冷媒に対する気体の溶解度が最小値を示す温度以上の雰囲気温度で、前記液体冷媒を前記流路内に封入する請求項５に記載の冷却装置の製造方法。
【請求項７】
減圧した雰囲気中で前記液体冷媒を前記流路内に封入する請求項５に記載の冷却装置の製造方法。
【請求項８】
ポンプと、吸熱器と、放熱器と、前記ポンプ、前記吸熱器、及び前記放熱器の内部を連通しこれらの間に閉回路循環サイクルを形成する流路と、前記流路内を循環する液体冷媒とを備えた冷却装置の製造方法であって、
前記液体冷媒を前記流路に封入する時の雰囲気温度における溶解度が、前記液体冷媒の使用温度範囲における、前記液体冷媒に対する気体の大気圧下での溶解度の最小値より小さくなるように、減圧した雰囲気中で前記液体冷媒を前記流路内に封入することを特徴とする冷却装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体冷媒を用いた冷却装置とその製造方法に関する。また、本発明は該冷却装置を備える携帯機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷媒を用いた冷却装置としては、特許文献１に示すものが知られている。
【０００３】
図１７は従来の冷却装置を組込んだノート型のパーソナルコンピュータ（以下、「ノートパソコン」とする）において、冷却装置の各構成要素の配置を示した概略斜視図である。
【０００４】
図１７において、１０１はノートパソコンの本体、１０２は中央処理装置（ＣＰＵ）などの発熱体、１０４は吸熱器、１０３は発熱体１０２と吸熱器１０４との間に配置された伝熱パッド、１０５はポンプ、１０６は放熱器、１０７はノートパソコンの表示部、１０８は吸熱器１０４，ポンプ１０５，及び放熱器１０６の内部を連通する流路である。流路１０８内には水系やフロン系の液体冷媒が充填されている。
【０００５】
次にこの冷却装置の動作について説明する。
【０００６】
ノートパソコン使用時には、ポンプ１０５に電源を供給し作動させて液体冷媒を圧送し、流路１０８で接続されたポンプ１０５〜吸熱器１０４〜放熱器１０６〜ポンプ１０５という閉回路循環サイクル内に液体冷媒を循環させる。従ってポンプ１０５で押し出された液体冷媒は、吸熱器１０４で発熱体１０２の熱を吸収し、放熱器１０６へ移動して放熱して再び冷却されてポンプ１０５に戻ってくる。これを繰り返すことによりノートパソコン内で発生した熱を外部へ放出する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２４３７２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この冷却装置においては、長時間使用していると、液体冷媒が加熱冷却されて気体（気泡）が発生する。特に、吸熱器１０４内部での気体の発生が顕著であり、発生した気体が吸熱器１０４内の流路を塞ぐことにより、流路抵抗が著しく増加し、ポンプ１０５の流量特性を劣化させる。この結果、液体冷媒の流速が低下し、冷却能力が劣化するという問題点を有していた。
【０００９】
さらに、吸熱器１０４内部では吸熱器１０４の内壁と液体冷媒との間に気体の層が形成され、熱伝導率を悪化させる。これにより、吸熱器１０４の吸熱能力の低下に起因して冷却装置の冷却能力が劣化するという問題点を有していた。
【００１０】
加えて、発生した気体が他の機器、例えばポンプ１０５内に液体冷媒と共に流入し、ポンプ１０５の性能を劣化させ、冷却能力を劣化させる問題点も同時に有していた。
【００１１】
そこで本発明は、これらの問題点を解決し、長時間使用したとしても冷却効果に優れた冷却装置とその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、冷却能力が安定することにより、性能の向上を実現できる携帯機器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、以下の構成とする。
【００１３】
本発明の第１の冷却装置は、ポンプと、吸熱器と、放熱器と、前記ポンプ、前記吸熱器、及び前記放熱器の内部を連通しこれらの間に閉回路循環サイクルを形成する流路と、前記流路内を循環する液体冷媒とを備え、前記液体冷媒の使用温度範囲内における温度変化により前記液体冷媒中に発生する気体の体積が、前記流路の断面に内接する球体の体積より小さいことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の冷却装置は、ポンプと、吸熱器と、放熱器と、前記ポンプ、前記吸熱器、及び前記放熱器の内部を連通しこれらの間に閉回路循環サイクルを形成する流路と、前記流路内を循環する液体冷媒とを備え、前記液体冷媒の使用温度範囲における前記液体冷媒に対する気体の最小溶解度と前記流路の全内容積との積と、気体が発生していない状態における前記液体冷媒中の溶解気体量との差が、前記流路の最小断面に内接する球体の体積より小さいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の冷却装置の第１の製造方法は、ポンプと、吸熱器と、放熱器と、前記ポンプ、前記吸熱器、及び前記放熱器の内部を連通しこれらの間に閉回路循環サイクルを形成する流路と、前記流路内を循環する液体冷媒とを備えた冷却装置の製造方法であって、前記液体冷媒の使用温度範囲内において前記液体冷媒に対する気体の溶解度が最小値を示す雰囲気温度で、又は前記最小値より小さい溶解度を示す雰囲気温度で、前記液体冷媒を前記流路内に封入することを特徴とする。
【００１６】
本発明の冷却装置の第２の製造方法は、ポンプと、吸熱器と、放熱器と、前記ポンプ、前記吸熱器、及び前記放熱器の内部を連通しこれらの間に閉回路循環サイクルを形成する流路と、前記流路内を循環する液体冷媒とを備えた冷却装置の製造方法であって、前記液体冷媒を前記流路に封入する時の雰囲気温度における溶解度が、前記液体冷媒の使用温度範囲における、前記液体冷媒に対する気体の大気圧下での溶解度の最小値より小さくなるように、減圧した雰囲気中で前記液体冷媒を前記流路内に封入することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の上記の第１及び第２の冷却装置及び第１及び第２の製造方法によれば、液体冷媒が急激に加熱又は冷却されることにより溶解度が変化しても、これにより気体が発生しない。従って、長時間使用により発生した気体が流路を塞ぐことによるポンプの流量特性の劣化や、流路の内壁に気体が付着することによる熱伝導率の悪化や、発生した気体がポンプ内に流入することによるポンプの性能劣化などを原因とする冷却能力劣化を防止することができる。その結果、長時間使用においても冷却効率に優れた冷却装置を提供することができる。
【００１８】
以下、本発明を好適な実施の形態を示しながら詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施の形態の冷却装置を組み込んだノートパソコンの一例の概略斜視図である。図２は、本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用されるポンプの一例の断面図である。図３Ａは、本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される吸熱器の一例の分解斜視図である。図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される吸熱器の、図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線に相当する位置での矢視断面図である。図４は、本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される放熱器の内部流路の一例を示した平面断面図である。
【００２１】
図１において、１はポンプ、２は吸熱器、３は放熱器、４はポンプ１、吸熱器２、及び放熱器３の内部を連通し、ポンプ１〜吸熱器２〜放熱器３〜ポンプ１という閉回路循環サイクルを形成する流路、５はノートパソコンの本体、６はＣＰＵなどの発熱体、６ａは発熱体６と吸熱器２との間に配置された伝熱パッド、７はノートパソコンの表示部である。ポンプ１〜吸熱器２〜放熱器３〜ポンプ１の閉回路循環サイクルを形成する流路４内に液体冷媒が充填されている。液体冷媒は外気と非接触の状態にある。吸熱器２がＣＰＵなどの発熱体６に伝熱パッド６ａを介して密着することにより、発熱体６の熱が吸熱器２に効率良く伝えられる。発熱体６の熱は吸熱器２で吸熱され、更に吸熱器２内の液体冷媒に伝達される。加熱された液体冷媒をポンプ１の力で搬送することにより、熱を表示部７の背面に形成された放熱器３まで運搬し、放熱器３で空気中に排熱する。これにより冷却された液体冷媒は再度吸熱器２に運搬され、上記の動作を繰り返す。
【００２２】
ポンプ１の概略構成を示した図２において、１１は第１の筐体、１２は第２の筐体、１３は第３の筐体、１４は羽根車、１５は軸受、１６は回転子、１７は固定子、１８は吸込口、１９は吐出口である。羽根車１４は、第１の筐体１１と第２の筐体１２とで形成された空間２０内に、軸受１５により回転可能に保持される。吸込口１８は羽根車１４の回転中心軸に沿って、吐出口１９は羽根車１４の半径方向に、いずれも空間２０に接続して設けられている。羽根車１４の外周には永久磁石からなる回転子１６が設けられる。回転子１６に対向するように、コイルからなる固定子１７が第２の筐体１２と第３の筐体１３とで形成された空間内に保持されている。本ポンプは、遠心力を利用して液体冷媒の流れを作る一般的な遠心ポンプである。固定子１７のコイルに電流を流すことにより、回転子１６に電磁力を発生させ、回転子１６に回転駆動力を発生させる。これにより、回転子１６が取り付けられた羽根車１４が回転する。吸込口１８から空間２０内に流入した液体冷媒は、羽根車１４の回転により回転し、これにより発生する遠心力によって激しい勢いで吐出口１９から吐出する。このようにして本小型ポンプは矢印１０で示す方向に液体冷媒を流動させる。
【００２３】
なお、ここでは、ポンプ１として遠心ポンプを例に説明を行ったが、ダイアフラム型のポンプ、また圧電効果を利用したポンプなどであってもよく、ポンプの方式には関係なく本発明の効果が得られることは言うまでもない。
【００２４】
吸熱器２を示した図３Ａ及び図３Ｂにおいて、２１は蓋部、２２は吸熱器筐体、２３ａは流入口、２３ｂは流出口、２４は流路である。流路２４は吸熱器筐体２２の一方の面に、流入口２３ａと流出口２３ｂとを繋ぐ溝状に形成されている。有底状の筐体２２の流路２４が形成された側の面が封止層（図示せず）を介して蓋部２１で封止される。筐体２２の側面には液体冷媒の入口及び出口である流入口２３ａ及び流出口２３ｂを備える。流入口２３ａはポンプ１の吐出口１９に、流出口２３ｂは放熱器３の流入口にそれぞれ流路４を介して接続されている。液体冷媒は流入口２３ａから筐体２２の内部の流路２４を経由して流出口２３ｂに圧送される。この吸熱器筐体２２内の流路２４を液体冷媒が通過する時に液体冷媒が発熱体６の熱を吸収する。
【００２５】
放熱器３を示した図４において、３１は流路、３２ａ，３２ｂはそれぞれ流入口、流出口、３３は筐体である。流路３１は樹脂や金属などからなる薄板を貼り合わせたり、彫り込んだりして形成された、流入口３２ａと流出口３２ｂとの間を繋ぐ一本の長い管である。この流路３１内を液体冷媒が流れることにより、筐体３３に液体冷媒の熱が伝えられ、さらに、筐体３３は雰囲気中に放熱することにより、放熱効果を実現している。図において矢印は液体冷媒の流れる方向を示している。
【００２６】
次に、液体冷媒内に気体（気泡）が発生する原理を説明する。一般に、液体に対する気体の溶解度（飽和溶解度）は、液体の温度によって変化する。ここでは、温度が上昇するに従って溶解度が低下する液体を液体冷媒として使用した場合を例に説明する。
【００２７】
吸熱器２内に流れ込んだ液体冷媒は、発熱体６の発熱により急激に加熱される。これにより、液体冷媒に対する気体（即ち、空気）の溶解度が急激に減少し、ついには内部に溶け込んでいる気体量が溶解度を超える。その結果、冷媒中に溶け込んでいる気体が気泡として急激に発生する。以上が気体発生のメカニズムである。
【００２８】
さらに、気体の発生による冷却装置への致命的な影響は、次の３点である。第１は、気体発生により吸熱器２内の流路が詰まり液体冷媒を循環出来なくなることである。第２に、吸熱器２の内壁と液体冷媒との間に気体の層が形成され、熱伝導率を悪化させることである。そして、第３に、発生した気体が他の機器、例えばポンプ１内に液体冷媒と共に流入し、ポンプの性能を劣化させ、冷却能力を劣化させることである。
【００２９】
以上の中で、最も重大な故障は、吸熱器２内の流路が詰まり液体冷媒を循環出来なくなることであり、これにより、ＣＰＵなどの発熱体６の温度が上昇し、ノートパソコンなどの携帯機器の回路部は大きな損傷を受ける可能性がある。
【００３０】
気体発生過程においては、まず吸熱器２内で発生した気体が吸熱器２の内壁に付着する。吸熱器２内に流入する液体冷媒が吸熱器２内で次々に加熱されることにより更に気体が発生し、内壁に付着した気体が大きく成長する。これにより、吸熱器２内の流路の一部が実質的に狭くなり、流路の圧損が著しく大きくなる。ノートパソコンなどの携帯機器に搭載される冷却装置では、ポンプ１として比較的小流量、小水頭差特性の小型ポンプが使用されるため、この流路圧損の増加の影響を特に大きく受け、流量を著しく低下させる結果となり、液体冷媒を循環させることが不可能となる。
【００３１】
このような問題の発生を防ぐためには、液体冷媒内に発生する気体の量（体積）を制限すればよい。即ち、液体冷媒が受ける温度変化により液体冷媒中に発生する気体の体積が、閉回路循環サイクルを形成する流路の断面に内接する球体の体積より小さいことが必要である。特に、前記「断面」は断面積が最小である箇所での断面であることが好ましい。この条件を満足すれば、気体は流路を完全に塞ぐことがない。また、流路の圧損が著しく増加することがない。その結果、液体冷媒の流量が確保できる。
【００３２】
上記の条件において「球体」としたのは、液体冷媒中の気体は、液体冷媒の表面張力により球体として液体冷媒中に存在するからである。また、「閉回路循環サイクルを形成する流路」とは図１の流路４のみならず、ポンプ１、吸熱器２、及び放熱器３内の流路を含む。また、流路に「内接する」としたのは、以下の理由による。流路の内壁に付着した気体は、当初は球形のままで成長する。流路の断面形状が円形で無い場合には、気体が流路に内接するほどに成長した後は、気体は液体冷媒の流れ方向に成長する。これにより、流路が完全に気体で覆われることはないものの、気体によって流路の有効断面積が著しく小さくなり、流路断面形状が円形の場合と同様に、流路の圧損が著しく大きくなる。従って、「流路の断面積と等価な投影面積を有する球体の体積」ではなく、「流路の断面に内接する球体の体積」と発生する気体の体積との関係を考慮する方が適切である。
【００３３】
上記の条件において、「液体冷媒中に発生する気体の体積」は、液体冷媒を冷却装置の流路に封入したときの雰囲気条件と、その後の冷却装置の稼働中に液体冷媒が受ける温度変化との影響を受ける。
【００３４】
液体冷媒として、気体（空気）の溶解度曲線が、図５に示すように、温度上昇に伴って溶解度が減少する右下がりカーブである溶解度特性（このような特性を、「溶解度の温度変化が負である」と表現する）を備える液体を用いた場合を考える。液体冷媒が冷却装置内で受ける温度変化の範囲を「使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ」としたとき、この温度範囲内で溶解度が最小値を示すときの温度（図５の例では、使用温度範囲内での上限温度、即ち使用最高温度）をＴ１、その温度Ｔ１での空気の溶解度をＤ１とする。また、冷却装置に液体冷媒を封入した時の温度をＴ２、その温度Ｔ２での空気の溶解度を溶解度Ｄ２とする。このとき、この液体冷媒中に発生する気体量（体積）Ｖａｉｒは、閉回路循環サイクルを形成する流路の全容積をＶとしたとき、以下の式（１）より求められる。
【００３５】
【数１】
2004085184.tif 000003
【００３６】
液体冷媒中に発生した気体は、液体冷媒の表面張力により球体として液体冷媒中に存在する。従って、発生気体量Ｖａｉｒと気体の断面（円）の面積（即ち、球体の投影面積）Ｓａｉｒとは以下の式（２）の関係を有する。
【００３７】
【数２】
2004085184.tif 000004
【００３８】
冷却装置の流路のうち断面積が最小である箇所における流路に内接する円の面積をＳｃｈａｎｎｅｌとすると、上記の条件は以下の式（３）のように表現することができる。
【００３９】
【数３】
2004085184.tif 000005
【００４０】
あるいは、気体が発生していない状態における前記液体冷媒中の溶解気体量をＶ０とすると、上記の条件は以下の式（４）ように表現することもできる。
【００４１】
【数４】
2004085184.tif 000006
【００４２】
ここで、Ｖｃｈａｎｎｅｌは、冷却装置の流路のうち断面積が最小である箇所における流路に内接する球体の体積であり、上記面積Ｓｃｈａｎｎｅｌとの間に以下の式（５）の関係を有する。
【００４３】
【数５】
2004085184.tif 000007
【００４４】
上記の式（３）又は式（４）を満足するとき、流路内で発生した気体は流路を塞ぐことがない。また、流路の圧損が著しく増大することがない。これにより、液体冷媒の流量が確保される。
【００４５】
図６に、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内において温度上昇に伴って空気の溶解度が増加する右上がりカーブを描く溶解度曲線を示す（このような特性を、「溶解度の温度変化が正である」と表現する）。このような溶解度特性を備える液体冷媒を使用する場合には、図６に示したように、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内で溶解度が最小値を示すときの温度（即ち、使用最低温度）Ｔ１、及びその温度Ｔ１での空気の溶解度Ｄ１を用いて上記の式（１）〜式（５）を適用すればよい。
【００４６】
図７に、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内において温度上昇に伴う空気の溶解度の減少が極めて小さく、略水平と見なしうるカーブを描く溶解度曲線を示す。このような溶解度特性を備える液体冷媒を使用する場合には、図５の場合と同様に、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内で溶解度が最小値を示すときの温度（即ち、使用最高温度）Ｔ１、及びその温度Ｔ１での空気の溶解度Ｄ１を用いて上記の式（１）〜式（５）を適用すればよい。溶解度曲線が略水平な液体冷媒では、Ｄ１≒Ｄ２であるから、式（１）よりＶａｉｒ≒０となり、式（２）よりＳａｉｒ≒０となる。従って、式（３）は下記式（６）となる。
【００４７】
【数６】
2004085184.tif 000008
【００４８】
これから明らかなように、このような液体冷媒を用いた場合、気体の発生が極めて少なく、高い冷却効果が安定して得られる冷却装置を構成できる。
【００４９】
図８に、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内において下に凸のカーブを描く空気の溶解度曲線を示す。このような溶解度特性を備える液体冷媒を使用する場合には、図８に示したように、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内で溶解度が最小値を示すときの温度Ｔ１、及びその温度Ｔ１での空気の溶解度Ｄ１を用いて上記の式（１）〜式（５）を適用すればよい。
【００５０】
更に、図示を省略するが、使用温度範囲内において上に凸のカーブを描く空気の溶解度曲線で表される溶解度特性を備える液体冷媒を使用する場合には、使用温度範囲内で溶解度が最小値を示すときの温度（即ち、使用最低温度と使用最高温度のうちのいずれか溶解度が小さい方の温度）Ｔ１、及びその温度Ｔ１での空気の溶解度Ｄ１を用いて上記の式（１）〜式（５）を適用すればよい。
【００５１】
以上のように、本実施の形態に記載の冷却装置は、液体冷媒が急激に加熱又は冷却されることにより溶解度が変化しても、これにより気体が発生しない。従って、長時間使用により発生した気体が流路を塞ぐことによるポンプの流量特性の劣化や、流路の内壁に気体が付着することによる熱伝導率の悪化や、発生した気体がポンプ内に流入することによるポンプの性能劣化などを原因とする冷却能力劣化を防止することができる。
【００５２】
また、本発明の気体とは通常、窒素、酸素、二酸化炭素などからなる空気であるため、溶解度曲線を考慮する際は、大部分を占める窒素、酸素を考慮すれば十分である。
【００５３】
本実施の形態に記載した液体冷媒の種々の溶解度特性は、単一物質を液体冷媒として用いることにより実現しても良いが、溶解度曲線が右下がりの物質と溶解度曲線が右上がりの物質とを混合することにより実現しても良い。例えば、溶解度曲線が右下がりの物質の代表例は水、ヘキサン、メタノールであり、右上がりの物質の代表例はアセトン、オクタン、四塩化炭素、ベンゼンなどである。さらに、２種の混合のみでなく３種以上を混合してもよく、上記の条件を具備することにより同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５４】
本実施の形態において、流路の全容積Ｖは液体冷媒が循環する全ての流路の容積を意味する。従って、吸熱器２の流路２４、放熱器３の流路３１、及びポンプ１の空間２０の容積は、全容積Ｖに含まれる。
【００５５】
本実施の形態の冷却装置において、流路４にポンプ１、吸熱器２、及び放熱器３以外の要素が接続されていてもよい。例えば、液体冷媒の過不足を調整するために液体冷媒を貯蔵したタンクが流路４に接続されていてもよい。この場合、このタンク内の液体冷媒は循環しないから加熱・冷却されることはない。従って、上記の流路の全容積Ｖにはこのタンクの内容積は含まれない。
【００５６】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５７】
図９は、本発明の第２の実施の形態の冷却装置の製造方法により得られた冷却装置を組み込んだノートパソコンの一例の概略斜視図である。図１０は、本発明の第２の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に液体冷媒を封入するために使用される封入装置の一例を示した模式図である。図１１は、本発明の第２の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に使用される液体冷媒の溶解度特性の一例を表す概略図である。
【００５８】
図９において、１はポンプ、２は吸熱器、３は放熱器、４はポンプ１、吸熱器２、及び放熱器３の内部を連通し、ポンプ１〜吸熱器２〜放熱器３〜ポンプ１という閉回路循環サイクルを形成する流路、５はノートパソコンの本体、６はＣＰＵなどの発熱体、６ａは発熱体６と吸熱器２との間に配置された伝熱パッド、７はノートパソコンの表示部である。ポンプ１〜吸熱器２〜放熱器３〜ポンプ１の閉回路循環サイクルを形成する流路４内に液体冷媒が充填されている。液体冷媒は外気と非接触の状態にある。吸熱器２がＣＰＵなどの発熱体６に伝熱パッド６ａを介して密着することにより、発熱体６の熱が吸熱器２に効率良く伝えられる。発熱体６の熱は吸熱器２で吸熱され、更に吸熱器２内の液体冷媒に伝達される。加熱された液体冷媒をポンプ１の力で搬送することにより、熱を表示部７の背面に形成された放熱器３まで運搬し、放熱器３で空気中に排熱する。これにより冷却された液体冷媒は再度吸熱器２に運搬され、上記の動作を繰り返す。
【００５９】
ポンプ１、吸熱器２、放熱器３の構成は第１の実施の形態で説明したのと同様であるので説明を省略する。
【００６０】
図９のポンプ１、吸熱器２、放熱器３、及び、これらを連通する流路４からなる冷却装置内に液体冷媒を封入する本実施の形態の方法を図１０を用いて説明する。
【００６１】
図１０において、４０は液体冷媒を封入するために上記冷却装置を収納する容器、４１は例えば放熱器３に設けた、液体冷媒を冷却装置内に導入し封止する封入口、４２は冷却装置の内部を減圧しながら容器４０内も同時に減圧することにより、大気圧との圧力差で導入されてくる液体冷媒を通過させ、冷却装置内が液体冷媒で満たされた時には、封入口４１を熱的、あるいはそれに類する作用により封止する制御バルブ兼封止器、４３は容器４０内と冷却装置内とを減圧する減圧装置、４４は液体冷媒を冷却装置内に導く配管、４５は液体冷媒、４６ａは容器４０内の雰囲気温度を調整する第１の加熱器、４６ｂは液体冷媒４５の温度を調整する第２の加熱器である。なお、必要に応じて、第１の加熱器４６ａ及び／又は第２の加熱器４６ｂに代えて冷却器を用いても良い。
【００６２】
このように構成された液体冷媒封入装置を用いた冷却装置の製造方法を説明する。容器４０内に設置された冷却装置は、封入口４１と、制御バルブ兼封止器４２と、配管４４とを介して液体冷媒４５とつながっている。液体冷媒４５は大気圧雰囲気下に置かれているため、減圧装置４３を使って容器４０内と冷却装置内とを同時に減圧すると、液体冷媒４５は冷却装置内部に流れ込み充満する。
【００６３】
その際に、本実施の形態では、冷却装置の雰囲気温度と液体冷媒４５の温度とを所定の温度に維持する必要がある。
【００６４】
これを、使用する液体冷媒が図１１に示した右下がりの溶解度特性を有する場合を例にとって説明する。使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内において、この液体冷媒に対する気体（空気）の溶解度は、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅの高温側（即ち、使用最高温度Ｔ１）で最小となる。従って、この使用最高温度Ｔ１以上の温度に、容器４０内の温度と液体冷媒４５の温度とを設定した状態で、液体冷媒を封入する。これにより、封入後の冷却装置の稼働時に、吸熱器２内部で液体冷媒が急激に加熱されても、液体冷媒中に溶解している空気量が、その温度での溶解度より小さいため、気泡が発生することがない。従って、長時間使用により発生した気体が吸熱器内の流路を塞ぐことによるポンプの流量特性の劣化や、吸熱器内の流路の内壁に気体が付着することによる熱伝導率の悪化や、発生した気体がポンプ内に流入することによるポンプの性能劣化などを原因とする冷却能力劣化を防止することができる。
【００６５】
使用する液体冷媒が図１２に示した上に凸の溶解度特性を有する場合を説明する。使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内において、この液体冷媒に対する気体（空気）の溶解度は、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅの高温側あるいは低温側で最小となる。ここでは、低温側（即ち、使用最低温度Ｔ１）で使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内で溶解度が最小となる場合について述べる。この使用最低温度Ｔ１以下の温度に、容器４０内の温度と液体冷媒４５の温度とを設定した状態で、液体冷媒を封入する。これにより、封入後の冷却装置の稼働時に、吸熱器２内部で液体冷媒が急激に加熱されても、あるいは、放熱器３内部で液体冷媒が冷却されても、液体冷媒中に溶解している空気量が、その温度での溶解度より小さいため、気泡が発生することがない。従って、長時間使用により発生した気体が吸熱器及び放熱器内の流路を塞ぐことによるポンプの流量特性の劣化や、吸熱器及び放熱器内の流路の内壁に気体が付着することによる熱伝導率の悪化や、発生した気体がポンプ内に流入することによるポンプの性能劣化などを原因とする冷却能力劣化を防止することができる。なお、液体冷媒が上に凸の溶解度特性を有し、空気の溶解度が使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅの高温側で最小となる場合には、その高温側温度（使用最高温度Ｔ１）より高い温度に、容器４０内の温度と液体冷媒４５の温度とを設定した状態で、液体冷媒を封入すればよい。
【００６６】
使用する冷却冷媒が図１３に示した右上がりの溶解度特性を有する場合を説明する。使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内において、この液体冷媒に対する気体（空気）の溶解度は、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅの低温側（即ち、使用最低温度Ｔ１）で最小となる。この使用最低温度Ｔ１以下の温度に、容器４０内の温度と液体冷媒４５の温度とを設定した状態で、液体冷媒を封入する。これにより、封入後の冷却装置の稼働時に、吸熱器２内部で液体冷媒が急激に加熱されても、あるいは、放熱器３内部で液体冷媒が冷却されても、液体冷媒中に溶解している空気量が、その温度での溶解度より小さいため、気泡が発生することがない。従って、長時間使用により発生した気体が吸熱器及び放熱器内の流路を塞ぐことによるポンプの流量特性の劣化や、吸熱器及び放熱器内の流路の内壁に気体が付着することによる熱伝導率の悪化や、発生した気体がポンプ内に流入することによるポンプの性能劣化などを原因とする冷却能力劣化を防止することができる。
【００６７】
使用する液体冷媒が図１４に示した下に凸の溶解度特性を有する場合を説明する。使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内において、この液体冷媒に対する気体（空気）の溶解度は、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内の高温側温度及び低温側温度の間の温度Ｔ１で最小となる。この温度Ｔ１に、容器４０内の温度と液体冷媒４５の温度とを設定した状態で、液体冷媒を封入する。これにより、封入後の冷却装置の稼働時に、吸熱器２内部で液体冷媒が急激に加熱されても、あるいは、放熱器３内部で液体冷媒が冷却されても、液体冷媒中に溶解している空気量が、その温度での溶解度より小さいため、気泡が発生することがない。従って、長時間使用により発生した気体が吸熱器及び放熱器内の流路を塞ぐことによるポンプの流量特性の劣化や、吸熱器及び放熱器内の流路の内壁に気体が付着することによる熱伝導率の悪化や、発生した気体がポンプ内に流入することによるポンプの性能劣化などを原因とする冷却能力劣化を防止することができる。
【００６８】
なお、上記の説明では、空気の溶解度曲線が右下がり、上に凸、右上がり、下に凸のカーブを描く液体冷媒を使用する場合を例に説明した。このように、本実施の形態は溶解度曲線が右下がり、上に凸、右上がり、下に凸のいずれの場合にも適用できる。液体冷媒の使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内において溶解度曲線が下に凸の場合には使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅにおいて溶解度が最小値を示す温度に、また、液体冷媒の使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内において溶解度曲線が右下がり、上に凸、右上がりの場合には使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅにおける溶解度の最小値より小さい溶解度を示す温度（通常、この温度は使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ外の温度である）に、液体冷媒の封入時の雰囲気温度を設定することにより、上記と同様の効果が得られる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００７０】
図１５は、本発明の第３の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に液体冷媒を封入するために使用される封入装置の一例を示した模式図である。図１６は、本発明の第３の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に使用される液体冷媒の溶解度特性の一例を表す概略図である。
【００７１】
本実施の形態の冷却装置及びこれを組み込んだノートパソコンの概略構成は第２の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００７２】
ポンプ１、吸熱器２、放熱器３、及び、これらを連通する流路４からなる冷却装置内に液体冷媒を封入する本実施の形態の方法を図１５を用いて説明する。
【００７３】
図１５において、４０ａは液体冷媒を封入するために上記冷却装置を収納する第１の容器、４０ｂは液体冷媒を収納する第２の容器、４１は例えば放熱器３に設けた、液体冷媒を冷却装置内に導入し封止する封入口、４２は冷却装置の内部を減圧しながら第１の容器４０ａ内も同時に減圧することにより、大気圧との圧力差で導入されてくる液体冷媒を通過させ、冷却装置内が液体冷媒で満たされた時には、封入口４１を熱的、あるいはそれに類する作用により封止する制御バルブ兼封止器、４３は第１の容器４０ａ内と第２の容器４０ｂ内と冷却装置内とをそれぞれ独立して所定の圧力に減圧する減圧装置、４４は液体冷媒を冷却装置内に導く配管、４５は液体冷媒である。
【００７４】
このように構成された液体冷媒封入装置を用いた冷却装置の製造方法を説明する。第１の容器４０ａ内に設置された冷却装置は、封止口４１と、制御バルブ兼封止器４２と、配管４４とを介して液体冷媒４５とつながっている。減圧装置４３を用いて、第１の容器４０ａ内と、冷却装置内と、第２の容器４０ｂ内とを同時に個別に制御しながら減圧する。第１の容器４０ａ内及び冷却装置内の圧力を第２の容器４０ｂ内の圧力より低くすることにより、液体冷媒４５は冷却装置内部に流れ込み充満する。
【００７５】
その際に、本実施の形態では、第２の容器４０ｂ内の圧力を所定の圧力以下にする必要がある。
【００７６】
これを、使用する液体冷媒が図１６に示した右下がりの溶解度特性を有する場合を例にとって説明する。図１６において、点線は大気圧下での溶解度曲線を、実線は大気圧より減圧した雰囲気下での溶解度曲線をそれぞれ示す。多くの液体では、図１６に示すように、雰囲気圧力が低下すると溶解度は小さくなる（即ち、雰囲気圧力が低下すると溶解度曲線が図１６の矢印５０方向にシフトする）。この液体冷媒に対する気体（空気）の溶解度は、使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅの高温側（即ち、使用最高温度Ｔ１）で最小となり、大気圧下において使用最高温度Ｔ１で、溶解度は使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅにおける最小値Ｄ４となる。第２の容器４０ｂ内の減圧量を大きくしていく（即ち、溶解度曲線を図１６の矢印５０方向にシフトさせる）と、ついには液体冷媒の封入時の雰囲気温度Ｔ２における溶解度Ｄ３が、上記の大気圧下での使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅにおける溶解度の最小値Ｄ４を下回る（Ｄ３＜Ｄ４）。本実施の形態では、Ｄ３＜Ｄ４が成立するように第２の容器４０ｂ内を減圧した状態で液体冷媒を冷却装置内に封入する。これにより、冷却装置の稼働時の液体冷媒の使用温度範囲Ｔｒａｎｇｅ内における最小溶解度Ｄ４に対して、封入時に液体冷媒内に溶解した気体の量は遙かに小さくなる。よって、封入後の冷却装置の稼働時に、吸熱器２内部で液体冷媒が急激に加熱されても、液体冷媒中に溶解している空気量が、その温度での溶解度より小さいため、気泡が発生することがない。従って、長時間使用により発生した気体が吸熱器内の流路を塞ぐことによるポンプの流量特性の劣化や、吸熱器内の内壁に気体が付着することによる熱伝導率の悪化や、発生した気体がポンプ内に流入することによるポンプの性能劣化などを原因とする冷却能力劣化を防止することができる。
【００７７】
さらに、液体冷媒の封入時に本実施の形態の減圧処理に加えて、第２の実施の形態で説明したのと同様に第１の容器４０ａ内及び液体冷媒４５を加熱又は冷却してもよく、これにより、第２，第３の実施の形態で説明したのと同様の効果が得られる。
【００７８】
なお、上記の説明では、空気の溶解度曲線が右下がりのカーブを描く液体冷媒を使用する場合を例に説明したが、本実施の形態はこれに限定されない。例えば、溶解度曲線が、右上がり、下に凸、上に凸などのいずれのカーブであってもよい。いずれの溶解度曲線であっても、液体冷媒の封入時の雰囲気温度における溶解度が、液体冷媒の使用温度範囲における大気圧下での溶解度の最小値より小さくなる様に、減圧した雰囲気中で液体冷媒を封入することにより、上記と同様の効果が得られる。
【００７９】
上記の第１〜第３の実施の形態では携帯機器として、ノート型パーソナルコンピュータを例示したが、これに限定されず、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｄｉｇｉｔａｌ　ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、携帯電話などの持ち運びが容易な小型の電子機器であってもよい。
【００８０】
また、上記の第１〜第３の実施の形態において、吸熱器２が取り付けられる冷却対象物としてＣＰＵを例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば半導体素子の冷却装置に適用することができる。
【００８１】
更に、上記の第１〜第３の実施の形態において、液体冷媒の「使用温度範囲」とは、液体冷媒が冷却装置内の流路を循環する際に液体冷媒が実際に受ける温度変化（又は、液体冷媒が受けるであろうと思われる設計上の温度変化）の範囲を意味する。この「使用温度範囲」の上限は主に吸熱器２が密着される発熱体６の発熱温度によって変化する。また、その下限温度は一般に放熱器３で冷却された後の液体冷媒の温度と一致する。冷却装置をノートパソコンに使用する場合、一般的には、液体冷媒の使用温度範囲の上限温度は９５℃又は６５℃であり、下限温度は０℃である。もちろん、本発明における液体冷媒の使用温度範囲はこれに限定されない。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように本発明の冷却装置は、液体冷媒が急激に加熱又は冷却されることにより溶解度が変化しても、これにより気体が発生しない。従って、長時間使用により発生した気体が流路を塞ぐことによるポンプの流量特性の劣化や、流路の内壁に気体が付着することによる熱伝導率の悪化や、発生した気体がポンプ内に流入することによるポンプの性能劣化などを原因とする冷却能力劣化を防止することができる。その結果、長時間使用においても冷却効率に優れた冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の冷却装置を組み込んだノートパソコンの一例の概略斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用されるポンプの一例の断面図
【図３】図３Ａは、本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される吸熱器の一例の分解斜視図図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される吸熱器の、図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線に相当する位置での矢視断面図
【図４】本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される放熱器の内部流路の一例を示した平面断面図
【図５】本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される液体冷媒の温度に対する空気の溶解度曲線の概略図（右下がり特性）
【図６】本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される別の液体冷媒の温度に対する空気の溶解度曲線の概略図（右上がり特性）
【図７】本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される更に別の液体冷媒の温度に対する空気の溶解度曲線の概略図（略水平特性）
【図８】本発明の第１の実施の形態の冷却装置に使用される更に別の液体冷媒の温度に対する空気の溶解度曲線の概略図（下に凸特性）
【図９】本発明の第２の実施の形態の冷却装置の製造方法により得られた冷却装置を組み込んだノートパソコンの一例の概略斜視図
【図１０】本発明の第２の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に液体冷媒を封入するために使用される封入装置の一例を示した模式図
【図１１】本発明の第２の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に使用される液体冷媒の右下がりの溶解度特性の一例を表す概略図
【図１２】本発明の第２の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に使用される液体冷媒の上に凸の溶解度特性の一例を表す概略図
【図１３】本発明の第２の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に使用される液体冷媒の右上がりの溶解度特性の一例を表す概略図
【図１４】本発明の第２の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に使用される液体冷媒の下に凸の溶解度特性の一例を表す概略図
【図１５】本発明の第３の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に液体冷媒を封入するために使用される封入装置の一例を示した模式図
【図１６】本発明の第３の実施の形態の冷却装置の製造方法において冷却装置に使用される液体冷媒の溶解度特性の一例を表す概略図
【図１７】従来の冷却装置を組込んだノートパソコンの概略斜視図
【符号の説明】
１　ポンプ
２　吸熱器
３　放熱器
４　流路
５　ノートパソコンの本体
６　ＣＰＵなどの発熱体
６ａ　伝熱パッド
７　表示部
１１　第１の筐体
１２　第２の筐体
１３　第３の筐体
１４　羽根車
１５　軸受け
１６　回転子
１７　固定子
１８　吸込口
１９　吐出口
２１　蓋部
２２　吸熱器筐体
２３ａ　流入口
２３ｂ　流出口
２４　流路
３１　流路
３２ａ　流入口
３２ｂ　流出口
３３　筐体
４０　容器
４０ａ　第１の容器
４０ｂ　第２の容器
４１　封入口
４２　制御バルブ兼封止器
４３　減圧装置
４４　配管
４５　液体冷媒
４６ａ　第１の加熱器
４６ｂ　第２の加熱器
【図１】
2004085184.tif 000009
【図２】
2004085184.tif 000010
【図３】
2004085184.tif 000011
【図４】
2004085184.tif 000012
【図５】
2004085184.tif 000013
【図６】
2004085184.tif 000014
【図７】
2004085184.tif 000015
【図８】
2004085184.tif 000016
【図９】
2004085184.tif 000017
【図１０】
2004085184.tif 000018
【図１１】
2004085184.tif 000019
【図１２】
2004085184.tif 000020
【図１３】
2004085184.tif 000021
【図１４】
2004085184.tif 000022
【図１５】
2004085184.tif 000023
【図１６】
2004085184.tif 000024
【図１７】
2004085184.tif 000025