(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱部、放熱部、前記受熱部と放熱部とを循環する循環流路を有し、放熱部内の少なくとも一部の循環流路に沿って磁力が及ぶように回転自在に磁石を配置し、前記循環流路の循環作動液として磁性流体を用いた強制対流式熱移送装置であって、
前記放熱部内の循環流路は、前記磁石の回転領域下へ入るまでの流入経路容積が前記磁石の回転領域下から出た後の流出経路容積より大きいことを特徴とする前記強制対流式熱移送装置。
【請求項３】
前記循環流路は、受熱部流路と放熱部流路と、前記受熱部流路と放熱部流路とを流体連通に接続する管路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の強制対流式熱移送装置。
【請求項４】
前記管路は、磁石により前記受熱部流路及び放熱部流路とが着脱自在に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の強制対流式熱移送磁性装置。
【請求項５】
前記磁石は、同軸上に磁石と同期して回転するか、もしくは他の動力で非同期に回転される送風手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の強制対流式熱移送装置。
【請求項６】
前記送風手段は、電磁石を備えることにより電磁力で自己回転することを特徴とする請求項５に記載の強制対流式熱移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギーを移送する磁性体素子に関し、特に、磁性流体の循環流路に沿って回転可能な磁石に動力を伝達し回転速度に比例した磁性流体の循環速度を得ることにより、温度差が小さくても効率的に大量の熱を移送することができる強制対流式熱移送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量の熱を移送する手段として、ポンプなどで液体を循環する方法などがよく知られている。その中でも、例えば特開２００３−２３２５９６号公報に開示されているように、磁性流体を用いて磁場における磁性対流を利用した方式は、電力が不必要となるか、あるいは電力で磁場を発生させてポンピングする場合においても省スペース化が可能であり、さらには構造的にも簡易に構成できる等の利点があり、種々考案されている。【０００３】
近年では、強磁性体を均一に微細化する技術や強磁性体の金属酸化物などの合成技術が進歩したため、磁性対流の効率は非常に高くなりつつある。【０００４】
しかしながら、対流と呼ばれる熱が流体物質の運動によって運搬される現象は、如何に磁性流体の素材特性が改善されたとしてもその速さには限界があり、大量の熱を移送する磁性体素子を構成することは非常に困難であるという問題があった。【０００５】
特に、温度差が小さい場合の対流はその循環効率が著しく低下するため、動作環境としては少なくとも１０℃以上の温度差が求められる。
【発明の開示】
【０００６】
そこで本発明は、磁性流体を用いて、温度差が小さくても効率的に大量の熱を移送することができる強制対流式熱移送装置を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、磁性流体の循環流路に沿って回転可能な磁石に動力を伝達し回転速度に比例した磁性流体の循環速度を得ることにより、温度差が小さくても効率的に大量の熱を移送することができる強制対流式熱移送装置を提供するものである。
【０００８】
本発明の強制対流式熱移送装置によれば、磁石の回転に伴う磁力線の移動により、その磁場の変化の影響を受ける循環流路内に保持された磁性流体が強制的に移動させられるので、例え僅かな温度差であっても高速に熱を移送することができる利点等がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による強制対流式熱移送装置の第１の実施例を示した平面的な概要図である。
【図２】本発明による強制対流式熱移送装置の第２の実施例を示した平面的な概要図である。
【図３】本発明による強制対流式熱移送装置の第３の実施例を示した平面的な概要図である。
【図４】本発明による強制対流式熱移送装置の第４の実施例を示した平面的な概要図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
放熱部に配置された回転可能な磁石は、棒状の形状などを有することが望ましく、同軸上に回転する電磁石により生じる電磁力によって回転駆動し、その結果、磁石の回転領域に磁場の変化を生じさせる。【００１１】
磁石の回転領域の範囲内に配置された循環流路は、好ましくは前記回転領域の０°から２７０°まで、少なくとも０°から１８０°までの範囲を通過するように配置されており、磁石の回転と同時に前記循環流路内に保持された磁性流体が磁場の変化の影響を受けて回転方向に循環することにより熱を伝達できるようにした。【００１２】
また、他の構成では、磁石の回転軸に伝達された動力を利用して送風手段である放熱部の送風ファンを回転駆動し、磁石の回転に伴って磁性流体を強制的に循環すると共に、放熱部から発生する熱を大気中へ逃がして磁性流体を効率よく冷却できる構成とした。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明による強制対流式熱移送装置の１実施例を示す平面図であって、以下、図１を参照して説明する。【００１４】
図１では、放熱部（１）と受熱部（２）と、前記放熱部（１）と受熱部（２）とを循環する循環流路（３）と、前記放熱部（１）の循環流路（３）に沿って回転自在に配置された棒状の磁石（４）（５）と、磁石を回転するために磁石の略中間位置に配置された回転軸（６）とから構成された強制対流式熱移送装置が示されている。【００１５】
この装置は、回転軸に風車や水車などから得られた回転動力や電動ファンやモータ等の回転動力を伝達することにより、磁石によって生じる磁場の変化を磁性流体に伝達する。このため、本実施例では磁性流体が反時計回りに循環流路（３）内を移動し、その結果、例えば融雪や熱発電などに利用するための熱が受熱部（２）から放熱部（１）へ移送される。本実施例では棒状の形状を有する磁石を使用した例を示したが、磁石の回転領域において磁場勾配を生じさせる形状であれば、どのような形状を有する磁石を用いてもよい。【００１６】
ここで、本実施例で用いられる磁性流体とは、二価遷移金属と酸化鉄の合金からなる平均粒径３０ｎｍ未満、好ましくは１ｎｍから１０ｎｍの粉体としたものを界面活性剤でコーティングし、その反発力により分散媒中に均一に分散した磁性を有する流体を指し、これには常磁性を有する気体や磁性イオン液体等も含まれる。【００１７】
放熱部（１）の構造体は、例えばアルミニウムなどのような透磁率の高い素材で形成されることが好ましく、鉄などのような強磁性体の金属は磁化により磁石の回転を阻害するために適さない。また、図示しないが、放熱部（１）と受熱部（２）を接続する循環流路（３）は、フレキシブルパイプや樹脂パイプなどで構成することが好ましく、熱移送の効率はやや低下するが耐久性などを考慮して金属パイプなどで構成することもできる。【００１８】
本実施例によれば、地表に比較して温度変化の少ない地下の地熱を利用して、夏場には冷房装置へ冷熱の供給を行い、冬場には暖房装置へ温熱の供給を行うなど簡易な構造で熱を効率よく伝達することができる。さらには、人工衛星のパネル間の均熱化に利用するなど、非常に小さな回転動力で熱の移送を行うことができる。
【実施例２】
【００１９】
次に、図２を参照して本発明による強制対流式熱移送装置の第２の実施例を説明する。（１）から（６）までは図１と同様で、（７）は磁場流路を示す。磁場流路（７）は、放熱部における磁石の磁力が及ぶ範囲内で磁石の回転の中心より右側の磁性流体流入側に配置し、さらにその流路断面を他の部分の循環流路より広くすることで、入側部分において他の部分より磁性流体を多く保持できるようにした。【００２０】
また、本実施例における循環流路は、磁石の回転領域下へ入るまでの流入経路長を前記磁石の回転領域下から出た後の流出経路長より長くしているため、循環流路の流入経路内で冷却されて磁化力が強くなった磁性体を磁場流路（７）において効率よく磁力線上に捕らえることが可能となる。その結果、本実施例において循環流路内の磁性流体は、反時計回りに、磁石の回転の中心より右側に位置する流入経路から左側に位置する流出経路へと送出されるようになり、磁性流体によるより効率的な熱伝達ができるようになる。
【実施例３】
【００２１】
次に、図３を参照して本発明による強制対流式熱移送装置の第３の実施例を説明する。（１）から（７）までは図２と同様で、（４ａ）及び（５ａ）は、循環流路を受熱部入口で着脱自在に接続するための接続磁石Ｎ極（４ａ）及び接続磁石Ｓ極（５ａ）を示す。接続磁石のN極及びS極の配置は入れ替わっていてもよく、接合する面の極性が異なっていればよい。【００２２】
このような接続方式は、接続磁石の（４ａ）側の温度が高くなることにより磁性対流が循環方向と同一方向に生じるので、流路抵抗を軽減することができる。また、循環流路は受熱部入口で着脱自在に接続されているため、循環流路の分離により磁性流体を容易に循環流路内へ充填することが可能となる。
【実施例４】
【００２３】
次に、図４を参照して本発明による強制対流式熱移送装置の第４の実施例を説明する。  （１）から（７）までは図２と同様で、（８）が電磁石、（９）が送風ファン、（１０）が放熱構造体を示している。本実施例では電磁石（８）の電気的な接続手段等を図示しないが、電磁石（８）は、回転するために必要な制御手段から電流の供給を受けて、電磁力により同軸上に配置された磁石（４）（５）及び送風ファン（９）を回転する方式であり、これらをまとめて回転軸（６）と一体となった電動ファンを設けた構成としてもよい。【００２４】
さらに、本実施例においては、放熱部に放熱構造体（１０）を配置して、熱の移送のみならず効率の良い放熱も同時に行なえる構成とした。なお、本実施例では、送風手段としてファンを使用した方式を示したが、ポンプなどにより空気を圧送するような方式の送風手段でもよく、放熱部に空気を送風可能な手段であれば送風手段の方式は特に制限されるものではない。【００２５】
このように本発明によれば、例えばコンピュータのＣＰＵ等の放熱に際して熱の移送手段と放熱手段を一体的に非常にコンパクトに構成できるなどの利点がある他、受熱部（２）と放熱部（１）はフレキシブルな管材で接続することができるため、配管の自由度が増し、機器の小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
また、本発明による強制対流式熱移送装置は、火力発電所や発熱の大きなエネルギー変換を行う工場等の廃熱回収に極めて有効的に機能し、環境の改善と新たな排熱利用の分野の裾野を拡大することに寄与するものと考えられる。また、本発明による装置は地熱利用の熱移送素子や人工衛星のパネルなどの均熱構造体としての利用が見込める他、放熱構造を備えたものは電子機器の冷却用途などにも利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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