(57)【要約】【課題】密閉容器の内部に封入した流体に対する熱の伝達を良好に行うことのできる冷却装置を提供する【解決手段】流体４が封入された密閉容器１の外面所定箇所に発熱部材を熱授受可能に接触させ、その発熱部材から熱を伝達された前記流体４を放熱の生じる箇所に流動させることにより、前記発熱部材を冷却する冷却装置において、前記密閉容器１の内部に、密閉容器１の外部でエネルギーを供給されて動作することにより前記流体４を撹拌する撹拌部材５が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が封入された密閉容器の外面所定箇所に発熱部材を熱授受可能に接触させ、その発熱部材から熱を伝達された前記流体を放熱の生じる箇所に流動させることにより、前記発熱部材を冷却する冷却装置において、
前記密閉容器の内部に、密閉容器の外部でエネルギーを供給されて動作することにより前記流体を撹拌する撹拌部材が設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記密閉容器は、その内部の非凝縮性ガスを脱気した状態で、凝縮性の前記流体が封入された平板型ヒートパイプとして構成されてい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】
前記撹拌部材は、前記密閉容器の内部に前記流体に浸るように配置されかつ永久磁石を有するロータと、前記密閉容器の壁部を挟んで前記永久磁石と対向して配置されかつ磁界を変化させるように電流が供給される電磁コイルとを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記撹拌部材は、前記密閉容器に形成された開口部を密閉しかつ前記流体に接触するように配置されたダイヤフラムと、そのダイヤフラムの外面に一体に設けられかつ電圧が印加されることにより応力を生じる薄膜状の圧電素子とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱の輸送に供される流体を撹拌するように構成された冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の冷却を行う装置として、強制空冷に替えて、液体を熱輸送媒体として循環させる構成の装置が知られており、その例が特許文献１や特許文献２に記載されている。特許文献１に記載された装置は、電圧の印加の仕方によって膜振動を生じ、その往復運動によって液体を加圧するピエゾポンプを使用した装置であり、そのダイヤフラムには、正の電圧を印加した場合と負の電圧を印加した場合とでは変形方向が反対になるバイモルフが使用されている。
【０００３】
また、特許文献２に記載された装置は、吸入側で開く弁と吐出側で開く弁とを設けたシリンダ室内に圧電素子からなるダイヤフラムを配置したポンプを備えている。そのダイヤフラムの往復運動による吸入作用と吐出作用とによって液体を吸入した後、加圧して送り出し、その流体をＣＰＵなどの冷却の必要のある箇所に循環させて供給するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−７５０３７号公報
【特許文献２】特開２００５−２２９０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した各特許文献に記載された装置は、液体をそのまま循環させてＣＰＵなどの被冷却物から放熱部に熱を輸送するように構成されている。したがって、流体は、その顕熱として熱を輸送するので、流体の単位量当たりの熱輸送量が少なく、そのため多量の流体を流動させなければならない不都合がある。これに対して、流体を蒸発させ、その蒸気を放熱部に流動させた後、凝縮させることにより、流体の潜熱として熱を輸送し、ＣＰＵなどを冷却することも可能である。このような例が、ヒートパイプであり、特にいわゆる面から面に熱を輸送するように構成した例が平板型ヒートパイプ（ベーパーチャンバーと称されることもある。）である。
【０００５】
このようなヒートパイプでは、液相の作動流体に容器の外部から熱を伝達してこれを蒸発させることになる。その場合、液相の作動流体が溜まる面が、作動流体の蒸発する面になるので、作動流体に対する熱の伝達と蒸発の促進とを両立させる必要がある。前述した各特許文献に記載された装置で採用されている圧電素子などからなるダイヤフラムは、流体を流動させるポンプ作用を生じるが、ヒートパイプは非動作状態では真空容器となる密閉容器の内部に作動流体を封入したものであるから、各特許文献に記載されているようなダイヤフラムを内部に設けることはできない。
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、密閉容器の内部に封入した流体に対する熱の伝達を良好に行うことのできる冷却装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、流体が封入された密閉容器の外面所定箇所に発熱部材を熱授受可能に接触させ、その発熱部材から熱を伝達された前記流体を放熱の生じる箇所に流動させることにより、前記発熱部材を冷却する冷却装置において、前記密閉容器の内部に、密閉容器の外部でエネルギーを供給されて動作することにより前記流体を撹拌する撹拌部材が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記密閉容器は、その内部の非凝縮性ガスを脱気した状態で、凝縮性の前記流体が封入された平板型ヒートパイプとして構成されていることを特徴とする冷却装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記撹拌部材は、前記密閉容器の内部に前記流体に浸るように配置されかつ永久磁石を有するロータと、前記密閉容器の壁部を挟んで前記永久磁石と対向して配置されかつ磁界を変化させるように電流が供給される電磁コイルとを備えていることを特徴とする冷却装置である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１または２の発明において、前記撹拌部材は、前記密閉容器に形成された開口部を密閉しかつ前記流体に接触するように配置されたダイヤフラムと、そのダイヤフラムの外面に一体に設けられかつ電圧が印加されることにより応力を生じる薄膜状の圧電素子とを備えていることを特徴とする冷却装置である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、発熱部材で発生した熱が、密閉容器における該発熱部材が接触している箇所に伝達され、さらにその密閉容器の内部の流体に熱が伝達される。その流体は、撹拌部材によって撹拌されるから乱流状態となり、その結果、流体に対する熱伝達率を向上させることができる。そして、熱を受けた流体は放熱の生じる箇所に流動した後に放熱するので、結局は、全体としての熱輸送効率あるいは冷却効率を向上させることができる。また、その撹拌部材は、密閉容器の外部でエネルギーが供給されて動作するように構成されているので、容器の密閉性を維持しやすくなり、そのため、例えば密閉容器をヒートパイプとして構成した場合に、そのヒートパイプ特性を長期に亘って良好な状態に維持することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、平板型ヒートパイプを構成している密閉容器の内部で、液相の作動流体を撹拌することができるので、作動流体が乱流となることにより作動流体に対する熱伝達率を向上させることができ、これに加え、作動流体の蒸発が生じる面の上で液相の作動流体が流動するので、作動流体の蒸発を阻害する要因が少なくなり、その結果、平板型ヒートパイプの熱輸送性能を向上させることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、電磁コイルに電流を流して発生する磁界を変化させれることにより、密閉容器の内部に収納してあるロータが回転するので、容器の密閉性を損なうことなく、密閉容器の内部の流体を撹拌することができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、圧電素子に印加する電圧を変化させることにより、その圧電素子と一体のダイヤフラムに変形が生じ、その結果、ダイヤフラムが振動するので、これに接触している流体が撹拌され、乱流状態となり、請求項１または２の発明と同様の効果を得ることができる。また、ダイヤフラムは密閉容器の一部を形成し、密閉容器を閉じているので、容器の密閉性を良好に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施した最良の形態について説明する。この発明に係る冷却装置における密閉容器は、要は、気密性のある中空構造であればよく、その形状は、平板形や直方体状、円筒状、矩形筒状など適宜の形状であってよい。図１には、平板状の密閉容器１を示してある。この密閉容器１は、具体的には、断面形状が凹状をなす本体部２の開口端に、蓋部３を溶接もしくはロー付けなどの手段で取り付けて密閉構造としたものであり、その内部には、熱の輸送の用に供される流体４が封入されている。
【００１６】
この流体４は、水やアルコール、アンモニア水などからなり、密閉容器１を水平に配置した場合、内部底面の全体を僅かな深さで覆う程度の量が封入されている。また、密閉容器１を平板型のヒートパイプとして構成することができ、その場合には、流体４としては、使用が予定されている温度範囲で蒸発と凝縮の生じる凝縮性の流体が、作動流体として使用される。その一例は純水である。そして、ヒートパイプとして構成する場合には、密閉容器１の内部から空気などの非凝縮性のガスを脱気した状態で、水などの流体４を封入した構成とされる。
【００１７】
上記の流体４を撹拌して乱流状態とするための撹拌部材５が設けられている。これは、可動部分が密閉容器１の内部に収納されて前記流体４に接触しており、その可動部分を動作させるエネルギーを密閉容器１の外部から、可動部分に対して非接触で供給するように構成されている。その可動部分は、回転運動もしくは往復運動あるいは振動するように構成することができ、図１には、回転運動する例を示してある。
【００１８】
具体的に説明すると、図１および図２に示すように、前記蓋部３の中央部が密閉容器１の内部に窪んでいて凹部６となっている。その凹部６の中心部には、上側（図１での上側）が閉じた（言い換えれば、密閉容器１の内部に対して開口した）円筒状の軸支持部７が設けられている。その凹部６の外側、すなわち密閉容器１の内部には、凹部６に対して回転自在に嵌合する形状のロータ８が配置されている。このロータ８は、凹部６と相似形状で内法が凹部６の外形寸法より僅かに大きく設定され、底面部９とその外周部から上方（図１での上方）に延びた円筒部１０を備えている。その円筒部１０の内周部に永久磁石１１が複数配置されている。さらに、その底面部９の中心部に軸１２が立設され、その軸１２が前記軸支持部７に挿入されるとともに、軸受１３を介して軸支持部７に回転自在に支持されている。そして、底面部９の下面（図１および図２での下面）には、図３に示すように、中心部から外周部に向けて螺旋状に延びた複数の螺旋溝１４が形成されている。前記流体４の量は、その螺旋溝１４が浸る程度の深さとなるように設定されている。
【００１９】
また一方、前記凹部６の内部には、その円筒状の壁部を挟んで前記永久磁石１１に対向するように電磁コイル１５が配置されている。その円筒状の壁部は、透磁性の材料によって構成されている。この電磁コイル１５は、供給される電流に応じて磁界を生じるものであり、したがってその磁界を変化させることにより、前記永久磁石１１との磁気的作用によりロータ８にトルクが生じ、これが回転するようになっている。したがって、ロータ８を回転させるエネルギーを密閉容器１の外部から非接触で供給するように構成されている。
【００２０】
なお、図１および図２において符号１６はリード線を示し、前記電磁コイル１５に接続されている。また、符号１７は凹部６の開口端に取り付けられた蓋を示す。さらに、符号１８は発熱部材（図示せず）を取り付ける台座を示し、密閉容器１の底部下面に設けられている。
【００２１】
つぎに上記のように構成された冷却装置の作用について説明する。台座１８に熱授受可能に接触させた発熱部材が熱発すると、その熱が台座１８を介して密閉容器１の底面部９に伝達され、かつ底面部９に拡散させられる。さらに、この底面部９からその内面側の流体４に熱が伝達される。一方、前記電磁コイル１５に通電することにより、この電磁コイル１５および前記ロータ８がモータとして機能し、ロータ８が前記軸１２を中心にして回転する。そして、そのロータ８の下面に前記螺旋溝１４が形成されているので、このロータ８が渦巻きポンプとして機能し、密閉容器１内の流体４が撹拌される。そのため、流体４は乱流状態で密閉容器１の底面部９に接触するから、両者の間に熱伝達率が大きくなり、その結果、発熱部材の熱が流体４に対して効率良く伝達される。
【００２２】
そして、熱を受けて温度の高くなった流体４は温度の低い箇所で密閉容器１に熱を与えるように放熱し、さらにその熱が密閉容器１の外部に放散される。特に、密閉容器１をヒートパイプとして構成した場合には、流体４が熱を受けて蒸発し、その蒸気が蓋部３側に流動した後、蓋部３に接触して放熱し、凝縮する。すなわち、流体４がその潜熱の形で熱を輸送する。そして、凝縮した流体４は自重で滴下し、また蓋部３に伝達された熱は密閉容器１の外部に放散される。
【００２３】
このように流体４の蒸発および凝縮を伴う熱の輸送を行う場合、流体４が液体の形で溜まっている箇所でその蒸発が生じる。その流体４が上記のようにしてロータ８によって撹拌されているので、前記底面部９の内面が一時的に露出したり、その内面を覆っている流体４の深さが部分的に浅くなるなど、蒸発を阻害する要因が少なくなって流体４の蒸発が促進される。そのため、流体４に対する熱伝達効率を向上させることができることと相まって、発熱部材からの熱の輸送を効率良く行わせることができ、全体として冷却効率を向上させることができる。
【００２４】
また、上述した冷却装置では、密閉容器１の内部に可動部分としてのロータ８を備えているが、これを回転させるためのエネルギーは密閉容器１の外部からロータ８に非接触で供給するように構成されている。したがって、密閉容器１の気密性を破壊もしくは低減する開口部がなく、そのため密閉容器１の気密性を長期に亘って確実に維持することができる。
【００２５】
つぎに、往復運動する可動部によって流体４を撹拌する例を説明する。図４および図５はその例を模式的に示す断面図であって、密閉容器１の蓋部３における中央部に形成された凹部６の下端部、すなわち密閉容器１の内部に突出している端部が、ダイヤフラム１９によって形成されている。なお、この凹部６は、蓋部３に形成された開口部２０の内側に、シール材２１を介して円筒状部材２２を取り付けることにより形成され、その円筒状部材２２の下端部に前記ダイヤフラム１９が取り付けられている。
【００２６】
そのダイヤフラム１９の上面、すなわち図４および図５での上面であって前記凹部６の内側を向く面に、薄板状の圧電素子２３が一体に取り付けられている。この圧電素子２３は、電圧を印加することにより伸長する圧電性物質と反対に収縮する圧電性物質とを貼り合わせて構成したもの、あるいはいずれか一方の圧電性物質によって構成したものであって、印加する電圧の極性を反転したり、あるいは間欠的に電圧を印加することにより、反りが生じ、またその反りが反転するように構成されている。他の構成は、図１および図２に示す構成と同様であるから、図１および図２と同様の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
したがって、図４および図５に示す冷却装置では、圧電素子２３に繰り返し電圧を印加し、あるいは印加する電圧の極性を反転させることにより、圧電素子２３に変形が生じる。この圧電素子２３とダイヤフラム１９とが一体化されているので、圧電素子２３の変形に応じてダイヤフラム１９が変形し、その結果、ダイヤフラム１９に接触している流体４が撹拌される。そのため、図４および図５に示す構成であっても、前述した図１ないし図３に示す構成の冷却装置と同様に、発熱部材からの熱を効率良く輸送することができる。特にヒートパイプとして構成した場合には、流体４の蒸発を促進することができるので、この点でも熱輸送性能あるいは冷却性能に優れた装置を得ることができる。
【００２８】
なお、この発明は上述した各具体例に限定されないのであって、撹拌部材は、密閉容器の内部に配置した永久磁石と、その永久磁石に対向するように密閉容器の外部に配置した永久磁石とによって構成し、密閉容器の外部の永久磁石を移動もしくは回転させることによって、密閉容器の内部の永久磁石を移動もしくは回転させるように構成したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明に係る冷却装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】その撹拌部材を拡大して示す断面図である。
【図３】そのロータの斜視図である。
【図４】この発明に係る冷却装置の他の例を模式的に示す断面図である。
【図５】その撹拌部材を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…密閉容器、  ４…流体、  ５…撹拌部材、  ６…凹部、  ８…ロータ、  １１…永久磁石、  １５…電磁コイル、  １６…リード線、  １９…ダイヤフラム、  ２３…圧電素子。
【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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