JP4367223B2 - 熱移動装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱移動効率が高く小型の発熱体の冷却に適した熱移動装置及びパーソナルコンピュータ等に使われるマイクロプロセッシングユニット（以下、ＭＰＵと略す）等の発熱源となる半導体やその他の発熱部を有する電子部品等の冷却に用いられる熱移動装置及びそれを用いた冷却装置に関するものである。

近年、電子機器においては半導体等の電子部品の高集積化、動作クロックの高周波数化等に伴う発熱量の増大に対して、電子部品の正常動作の為に、それぞれの電子部品の接点温度を動作温度範囲内に如何に保つかが大きな問題となってきている。特に、ＭＰＵの高集積化はめざましく、発熱量の増大もさることながら、ＭＰＵの設置面積の縮小に伴う発熱面積の減少が、放熱をより困難にしている。

このため、ＭＰＵ等の高発熱密度体を冷却する方法として、一旦、平板型ヒートパイプなどの熱移動装置で熱を移動させ発熱密度を低くした後、ファン付きヒートシンクなどで放熱を行う方法が多数提案されている。

例えば（特許文献１）には、「冷媒容器の加熱部側への入熱によって作動流体を加熱するとともに発生した蒸気が放熱部に移動して凝縮することによって入熱を放熱部に熱移動するヒートパイプ」が開示されている。
特開平９−１８４６９６号公報

しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。

（１）（特許文献１）のヒートパイプは、正常動作では、加熱部に伝わった熱は作動流体を核沸騰状態にて蒸発させるが、発熱源であるＣＰＵ等の発熱量が増大してくると、加熱部に伝わった熱は、作動流体を膜沸騰状態にて蒸発させ、加熱部の内面に膜状に蒸気が形成され、熱伝達が蒸気の対流によって行われるようになるので、伝熱効率が極端に低下するという課題を有していた。

また、この沸騰限界のために、加熱部の温度が極端に上昇し、それに伴ってＣＰＵ等の発熱源の温度も急上昇してＣＰＵ等の動作の安定性に欠けるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、ＭＰＵ等の発熱電子部品の発熱量が増大しても、伝熱効率が低下せず、熱移動効率に優れた熱移動装置の提供及び電子部品等の小型の発熱体を効率よく確実に冷却して動作を安定させることができる信頼性に優れた熱移動装置を用いた冷却装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の熱移動装置は、吸熱部と放熱部と中空部とを有し、前記中空部内に作動液と磁性を有する粒子とを封入した冷媒容器と、前記冷媒容器の対向する少なくとも一対の外表面に近接して配設し、前記粒子を運動させるためにコイルに交流電流を流すことで磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、前記冷媒容器の前記吸熱部の外表面に配設し、前記粒子を前記吸熱部方向に引きつけるための永久磁石からなる第２の磁界発生手段とを備え、前記作動液が膜沸騰状態にて沸騰した際に、前記粒子が前記吸熱部方向に引きつけられた状態で運動することによって伝熱効率を低下させる沸騰膜を破壊する構成を有している。

これにより、熱移動量が増大したとき、第１の磁界発生手段により粒子を運動させて作動液を攪拌することができ、冷媒容器内部で発生する蒸気膜を破壊することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる信頼性に優れた熱移動装置を提供することができる。更に、第２の磁界発生手段を有することにより、重力の向きによらず、粒子を確実に吸熱部方向に移動させることができる。

以上説明したように本発明の熱移動装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。

請求項１に記載の発明によれば、
（１）冷媒容器内部に封入された磁性を有する粒子を運動させる第１の磁界発生手段を有することにより、熱移動量が増大したときに粒子を運動させて作動液を攪拌することができ、冷媒容器内部で発生する蒸気膜を破壊することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる熱移動効率に優れた熱移動装置を提供することができる。

（２）冷媒容器の対向する少なくとも一対の外表面に近接して第１の磁界発生手段が配設されていることにより、冷媒容器内部で粒子を往復運動させることができ、確実に作動液を攪拌することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる信頼性に優れた熱移動装置を提供することができる。

（３）冷媒容器の吸熱部の外表面に配設された第２の磁界発生手段を有することにより、重力の向きによらず、粒子を確実に吸熱部方向に移動させることができるので、第１の磁界発生手段により粒子を往復運動させる際に、高温側の吸熱部近傍で粒子を運動させることができ、より確実に効率よく冷媒容器内部で発生する蒸気膜を破壊することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる熱移動効率に優れた熱移動装置を提供することができる。

（４）冷媒容器の吸熱部の外表面に配設された第２の磁界発生手段を有することにより、重力の向きによらず、粒子を確実に吸熱部方向に移動させることができるので、パーソナルコンピュータ等の内部でＣＰＵ等の発熱体がどのような向きで配置されていても、発熱体に冷媒容器の吸熱部を当接させて設置することができ、安定した冷却を行うことができる汎用性、信頼性に優れた熱移動装置を提供することができる。

本発明は、熱移動装置において、ＭＰＵ等の発熱電子部品の発熱量が増大しても、伝熱効率が低下せず、熱移動効率に優れ、信頼性に優れた熱移動装置を提供するという目的を、冷媒容器内部に封入された磁性を有する粒子と、粒子を運動させる第１の磁界発生手段を備えることにより実現した。

また、本発明は、冷却装置において、電子部品等の小型の発熱体を効率よく確実に冷却して動作を安定させることができる信頼性に優れた熱移動装置を用いた冷却装置を提供するという目的を、熱移動装置の冷媒容器内部に磁性を有する粒子を封入し、冷媒容器の外表面に近接して粒子を運動させる第１の磁界発生手段を配設すると共に、冷媒容器の放熱部の外表面に当接させて冷却手段を配設することにより実現した。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、吸熱部と放熱部とを有する中空の冷媒容器と、前記冷媒容器内部に封入された作動液と、を有する熱移動装置であって、前記冷媒容器内部に封入された磁性を有する粒子と、前記冷媒容器の対向する少なくとも一対の外表面に近接して配設され前記粒子を運動させる第１の磁界発生手段と、を備えている構成を有している。

この構成により、以下の作用を有する。

（１）冷媒容器内部に封入された磁性を有する粒子を運動させる第１の磁界発生手段を有することにより、熱移動量が増大したときに粒子を運動させて作動液を攪拌することができ、冷媒容器内部で発生する蒸気膜を破壊することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる。

（２）冷媒容器の対向する少なくとも一対の外表面に近接して第１の磁界発生手段が配設されていることにより、冷媒容器内部で粒子を往復運動させることができ、確実に作動液を攪拌することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる。

（３）冷媒容器内部に封入された粒子が磁性を有し、第１の磁界発生手段により粒子を運動させることができるので、粒子の運動性能が低下することがなく、長寿命性に優れる。

ここで、冷媒容器の吸熱部及び放熱部の外表面は平滑に形成することが好ましい。これにより、それぞれの外表面とＭＰＵ等の発熱体及びヒートシンク等の冷却手段との接触性を高めることができる。具体的には１０ｍｍ四方当たり０．１ｍｍ以下の平面度があることが望ましい。

また、冷媒容器の吸熱部及び放熱部の外表面とＭＰＵ等の発熱体及びヒートシンク等の冷却手段とが接触する界面にシリコン系グリース等の熱伝導性の高いペーストを塗布した場合、より確実に吸熱部及び放熱部の外表面と発熱体及び冷却手段を密着させることができ、発熱体から吸熱部及び放熱部から冷却手段への熱伝達効率を高めることができる。

冷媒容器の材質としては、熱伝導率が高く、かつ加工性も良好な材料である銅やアルミニウムあるいはそれらの合金が好適に用いられる。複数の部材をロウ付け等で組み合わせることにより所望の形状に形成することができる。

作動液として最適な材料は動作温度範囲により変化するが、通常のパーソナルコンピュータ用のＭＰＵや電子部品等の発熱体を通常の室温環境で冷却する場合は、水やエタノールが好適に用いられる。また、作動液の材料は冷媒容器への腐食性も考慮して選択する必要がある。作動液は冷媒容器内部を真空脱気した後、必要量だけ冷媒容器内に封入する。

粒子としては、磁性を有する鉄および鉄系の合金、あるいは鉄および鉄系の合金の粉体を混入した樹脂やセラミック、あるいは鉄および鉄系の合金を核とし周囲を樹脂等で覆ったもの等が好適に用いられる。

粒子の形状は略球形に形成することが好ましい。これにより、円滑な運動を行わせることができ、作動液の撹拌を確実に効率よく行うことができる。

また、粒子の直径は０．５ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。粒子の直径が０．５ｍｍより小さくなるにつれ、粒子の運動エネルギーが不足し、十分な撹拌を行うことができず、伝熱効率が低下し易くなる傾向があり、粒子の直径が３ｍｍより大きくなるにつれ、粒子密度が小さくなり、蒸気膜を破壊する効果が低下する傾向があり、いずれも好ましくない。

冷媒容器内部に封入する粒子の数量は、粒子の大きさにもよるが、数個以上で、かつ冷媒容器の吸熱部の内面に粒子を並べた際に、複数段にならない程度の個数が好ましい。

また、全ての粒子が磁性を有する必要はなく、非磁性の粒子を一定割合含有させて粒子全体の磁性を調整してもよい。

第１の磁界発生手段としては、電磁石が好適に用いられる。電磁石は芯材の外周にコイルとして銅線を多数回巻いた一般的なものを用いることができる。コイルの中心部に芯材を有することにより、コイルが発生する磁界を増大させることができる。芯材としては、磁界の発生効率に優れるフェライト製の棒材や、珪素鋼板を積層した棒材等が好適に用いられる。

第１の磁界発生手段は、粒子を運動させることができる配置であればどのような配置でもよく、冷媒容器の対向する一対の外表面に近接して配置する以外に、冷媒容器の三方あるいは四方に配設することができる。また、冷媒容器の対角位置に配置したり、冷媒容器の外表面に対して傾斜させて配置したりしてもよい。

上記課題を解決するためになされた第２の発明は、第１の発明に記載の熱移動装置であって、前記冷媒容器の前記吸熱部の外表面に配設され前記粒子を前記吸熱部方向に引きつ
ける第２の磁界発生手段を備えている構成を有している。

この構成により、第１の発明の作用に加え、以下の作用を有する。

（１）冷媒容器の吸熱部の外表面に配設された第２の磁界発生手段を有することにより、重力の向きによらず、粒子を確実に吸熱部方向に移動させることができるので、第１の磁界発生手段により粒子を往復運動させる際に、高温側の吸熱部近傍で粒子を運動させることができ、より確実に効率よく冷媒容器内部で発生する蒸気膜を破壊することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる。

（２）冷媒容器の吸熱部の外表面に配設された第２の磁界発生手段を有することにより、重力の向きによらず、粒子を確実に吸熱部方向に移動させることができるので、パーソナルコンピュータ等の内部でＣＰＵ等の発熱体がどのような向きで配置されていても、発熱体に冷媒容器の吸熱部を当接させて設置することができ、安定した冷却を行うことができる。

ここで、第２の磁界発生手段としては、第１の磁界発生手段と同様にコイルに電流を流す構成としても良いが、粒子を吸熱部方向に移動させるだけでよく、常に同一方向の磁界を発生させればよいので、簡便に永久磁石を使用することできる。これにより、装置を簡素化、小型化、低コスト化することができる。

第２の磁界発生手段として永久磁石を用いる場合、フェライト磁石、サマコバ磁石、ネオジウム磁石などを好適に用いることができる。

第２の磁界発生手段は、ＭＰＵ等の発熱体と接する位置を避けて冷媒容器の吸熱部の外表面に配設される。また、第２の磁界発生手段が永久磁石の場合、略中央部に円形や矩形等の貫通孔を形成し、ＭＰＵ等の発熱体の外周に相当する位置に配置することができる。これにより、容易に発熱体との干渉を防ぐことができる。

上記課題を解決するためになされた第３の発明は、第１又は第２の発明に記載の熱移動装置と、前記冷媒容器の前記放熱部の外表面に当接して配設された冷却手段と、を備えている構成を有している。

（１）冷媒容器の放熱部の外表面に当接して配設された冷却手段を有することにより、放熱部に伝達された熱を短時間で効率よく放熱することができ、発熱源である電子部品等の小型の発熱体を冷却して動作を安定させることができる。

ここで、冷却手段としては、ファン付きヒートシンクの他、水冷式冷却システムの吸熱部や、冷凍サイクルシステムのエバポレータ部等を用いることができる。水冷式冷却システムの吸熱部や冷凍サイクルシステムのエバポレータ部の下部に冷媒容器を一体に形成した場合、冷媒容器の放熱部と冷却手段との界面で発生する熱抵抗を除去することができ、放熱効率を向上させることができる。

上記課題を解決するためになされた第４の発明は、第３の発明に記載の冷却装置であって、前記冷却手段がヒートシンク及び／又はファンである構成を有している。

（１）冷却手段としてヒートシンクを有することにより、放熱面と空気との接触面積を拡大させることができ、空気との熱交換を促進させることができ、放熱効率を向上させることができ、発熱源である電子部品等の小型の発熱体を冷却して動作を安定させることができる。

（２）冷却手段としてファンを有することにより、冷媒容器の放熱部に空気を送風することができ、放熱部に伝達された熱を強制的に空冷することができ、放熱効率を向上させることができ発熱源である電子部品等の小型の発熱体を冷却して動作を安定させることができる。

（３）冷却手段としてヒートシンク及びファンを有することにより、放熱面と空気との接触面積を拡大させることができ、空気との熱交換を促進させることができると共に、ヒートシンクを強制空冷することができ、より放熱効率を向上させることができ、発熱源である電子部品等の小型の発熱体を短時間で確実に冷却して動作を安定させることができる。

ここで、ヒートシンクの材質としては、熱伝導率の高いアルミニウムや銅、或いはこれらの合金などが好適に用いられる。また、押し出し加工、鍛造加工、鋳造加工、切削加工やこれらの加工方法の組み合わせによって容易に所望の形状に加工することができ生産性に優れる。

ヒートシンクのベース部の厚さは、ベース部と接する放熱部の接触面積の平方根（接触面の平均の一辺又は直径の長さ）の１０パーセント以上であることが望ましい。これにより、冷媒容器の放熱部から受け取った熱を半球状に広げるように伝達することができ、熱伝達性に優れる。

ただし、必要以上にベース部の厚さを厚くすると、熱抵抗が増大して放熱効率が低下すると共に、重量が増加し、取扱い性、生産性に欠け好ましくない。

ヒートシンクはベース部の上面に複数の放熱フィンを有する。放熱フィンは放熱部からベース部に広がった熱を受け取り、その表面で対流によって周囲の空気へ熱を逃がす働きをする。放熱フィンの形状を平板状にした場合、放熱面積を拡大して放熱効率を向上できると共に、押し出し加工で製造でき生産性、低コスト性に優れる。また、放熱フィンの形状をピン状にした場合、より大きな放熱面積を確保でき冷却性能をさらに向上させることができる。

冷却手段としてファンを単独で用いる場合、冷媒容器の放熱部に空気を送風するように配設し、ファンをヒートシンクと併用する場合、ヒートシンクの放熱フィンと放熱フィンとの間を空気が通過するようにファンを配設する。以上のようにファンを配置することにより、冷媒容器の放熱部又はヒートシンクの放熱フィンを確実に強制冷却することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、各図に基づいて説明する。

図１は本発明の実施の形態１における熱移動装置を示す要部断面側面図である。

図１中、１ａは本発明の実施の形態１における熱移動装置、２は銅やアルミニウムあるいはそれらの合金で中空に形成された熱移動装置１ａの冷媒容器、２ａは冷媒容器２の下面に形成された熱移動装置１ａの吸熱部、２ｂは冷媒容器２の上面に形成された熱移動装置１ａの放熱部、３は冷媒容器２の内部に封入された水やエタノール等の作動液、４は冷媒容器２の内部に封入された磁性を有する粒子、５ａは冷媒容器２の対向する一対の外表面に近接して配設され磁界を発生させて冷媒容器２の内部に封入された粒子４を矢印Ｙの方向に往復運動させる第１の磁界発生手段、６はフェライトや積層した珪素鋼板で棒状に
形成された第１の磁界発生手段５ａの芯材、７は芯材６の外周に銅線を多数回巻いて形成されたコイルである。

冷媒容器２の吸熱部２ａ及び放熱部２ｂの外表面はそれぞれＭＰＵ等の発熱体及びヒートシンク等の冷却手段との接触性を高めるために平滑に形成した。具体的には１０ｍｍ四方当たり０．１ｍｍ以下の平面度とした。

作動液３は冷媒容器２の内部を真空脱気した後、必要量だけ冷媒容器２内に封入した。

粒子４としては、鉄および鉄系の合金、あるいは鉄および鉄系の合金の粉体を混入した樹脂やセラミック、あるいは鉄および鉄系の合金を核とし周囲を樹脂等で覆ったもの等を使用した。

また、粒子４は直径０．５ｍｍ〜３ｍｍの略球形に形成した。粒子４の直径が０．５ｍｍより小さくなるにつれ、粒子４の運動エネルギーが不足し、作動液３の十分な撹拌を行うことができず、伝熱効率が低下し易くなる傾向があり、粒子４の直径が３ｍｍより大きくなるにつれ、粒子４の粒子密度が小さくなり、蒸気膜を破壊する効果が低下する傾向があり、いずれも好ましくないことがわかった。

粒子４の数量は、数個以上で、かつ冷媒容器２の吸熱部２ａの内面に粒子４を並べた際に、複数段にならない程度の個数を冷媒容器２の内部に封入した。尚、全ての粒子４が磁性を有する必要はなく、非磁性の粒子を一定割合含有させて粒子全体の磁性を調整することができる。

第１の磁界発生手段５ａは、コイル７に駆動電気回路（図示せず）にて交流電流を流すことにより磁界を発生させることができ、粒子４を冷媒容器２の内部で往復運動させることができる。

以上のように形成された実施の形態１における熱移動装置を用いた冷却装置について、以下、図面を用いて説明する。

図２は本発明の実施の形態１における熱移動装置を用いた冷却装置を示す要部断面側面図である。

図２中、１０ａは実施の形態１における熱移動装置を用いた冷却装置、１１は冷媒容器２の上面に形成された熱移動装置１ａの放熱部２ｂの上面に配設された冷却手段としてのヒートシンク、１１ａはヒートシンク１１のベース部、１１ｂはベース部１１ａの上面に並設された複数の平板状の放熱フィン、１２はヒートシンク１１の放熱フィン１１ｂの上面に放熱フィン１１ｂと対向配置された冷却手段としてのファン、１５は冷媒容器２の下面に形成された熱移動装置１ａの吸熱部２ａの下面に配設されたＭＰＵ等の発熱体である。

ヒートシンク１１は熱伝導率の高いアルミニウムや銅などにより形成した。ヒートシンク１１のベース部１１ａの厚さは、ベース部１１ａと接する放熱部２ｂの接触面積の平方根（接触面の平均の一辺又は直径の長さ）の１０パーセント以上となるように形成した。これにより、冷媒容器２の放熱部２ｂから受け取った熱を半球状に広げるように伝達することができ、熱伝達性を向上させている。

放熱フィン１１ｂの形状を平板状にすることにより、放熱面積を拡大して放熱効率を向上させると共に、押し出し加工による製造を可能として生産性、低コスト性を向上させて
いる。

ファン１２を放熱フィン１１ｂの上面に放熱フィン１１ｂと対向配置することにより、ヒートシンク１１の複数の放熱フィン１１ｂの間に空気を通過させ、強制空冷を行って冷却性能を向上させている。

また、冷媒容器２の吸熱部２ａ及び放熱部２ｂの外表面とＭＰＵ等の発熱体１５及びヒートシンク１１とが接触する界面には、シリコン系グリース等の熱伝導性の高いペーストを塗布した。これにより、確実に吸熱部２ａ及び放熱部２ｂの外表面と発熱体１５及びヒートシンク１１を密着させることができ、発熱体１５から吸熱部２ａ及び放熱部２ｂからヒートシンク１１への熱伝達効率を高めている。

以上にように形成された冷却装置の動作について説明する。

発熱体１５が発した熱は、熱移動装置１ａの冷媒容器２の吸熱部２ａに伝わる。吸熱部２ａに伝わった熱は液相の作動液３に伝わり作動液３を沸騰蒸発させる。これにより、熱は潜熱となって蒸気状態の作動液３へと移動する。

次に、この蒸気状態の作動液３は冷媒容器２の内部で温度が低い放熱部２ｂの内面にて凝縮し液化する。これにより、潜熱が放出され、熱は放熱部２ｂへと伝わる。液化した作動液３は重力の作用で冷媒容器２の内壁を伝いながら吸熱部２ａへと還流する。

以上の動作が連続的に行われることにより、発熱体１５の熱は熱移動装置１ａの放熱部２ｂの全面へと広げられる。

熱移動装置１ａの放熱部２ｂに達した熱はヒートシンク１１のベース部１１ａの底面で受熱されベース部１１ａの内部を放射状（半球状）に拡散する。その後、熱は放熱フィン１１ｂの内部に伝導され、さらに放熱フィン１１ｂの表面に達する。放熱フィン１１ｂの表面に達した熱はファン１２により送風された空気によって強制冷却され、雰囲気空気に放熱される。

発熱体１５の発熱量が小さい場合、作動液３は核沸騰状態であり、小さな蒸気の気泡が吸熱部２ａの内面の数箇所から発生している状態である。この状態では、作動液３の潜熱を利用した熱伝達が行われ、効率的に発熱体１５の冷却が行われる。

しかし、発熱体１５の発熱量が大きくなると、作動液３は膜沸騰状態になり、蒸気膜が吸熱部２ａの内面に安定して存在している状態となる。この状態では、作動液３の潜熱を利用した熱伝達が行われず、蒸気の対流によるものに遷移するため、熱伝達の効率が一気に低下する。その結果、吸熱部２ａの温度が急上昇し、発熱体１５の温度も急上昇してしまい発熱体１５が動作不能になる恐れがある。

そこで、第１の磁界発生手段５ａにより粒子４を往復運動させ、作動液３の撹拌を行う。第１の磁界発生手段５ａは、コイル７に交流電流を流すことにより、周期的な磁界変動を発生させる。粒子４は周期的な磁界変動を受けることにより、図１中の矢印Ｙ方向に往復運動を行う。この粒子４の往復運動により、冷媒容器２の内部にある液相の作動液３が攪拌され、作動液３の蒸気が膜状になることを防止される。仮に瞬間的に作動液３の蒸気が膜状となっても、その蒸気膜を粒子４により物理的に破壊することができる。

第１の磁界発生手段５ａにより粒子４を往復運動させる際には、騒音が発生するので、発熱体１５の発熱量が大きい時だけ、粒子４を往復運動させてもよい。発熱体１５の発熱
量は、サーミスタ等で発熱体１５の温度を検出することにより監視することができ、それに連動させて第１の磁界発生手段５ａのコイル７に流す電流を制御することができる。

尚、本実施の形態では、冷媒容器２とヒートシンク１１のベース部１１ａを別部品として形成したが、冷媒容器２とヒートシンク１１のベース部１１ａを一体に形成してもよい。冷媒容器２とヒートシンク１１のベース部１１ａを一体に形成した場合、放熱部２ｂとベース部１１ａとの界面で発生する熱抵抗を除去することができ、冷却効率を向上させることができる。

また、冷却手段としてヒートシンク１１及びファン１２を適用した場合を説明したが、この他に水冷式冷却システムの吸熱部や冷凍サイクルシステムのエバポレータ部を用いることもできる。この場合も、ヒートシンク１１の場合と同様に、水冷式冷却システムの吸熱部や冷凍サイクルシステムのエバポレータ部の下部に冷媒容器を一体に形成して放熱効率を向上させることができる。

以上のように本発明の実施の形態１における熱移動装置は構成されているので、以下のような作用を有する。

（１）冷媒容器２の内部に封入された磁性を有する粒子４を運動させる第１の磁界発生手段５ａを有することにより、熱移動量が増大したときに粒子４を運動させて作動液３を攪拌することができ、冷媒容器２の内部で発生する蒸気膜を破壊することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる。

（２）冷媒容器２の対向する一対の外表面に近接して第１の磁界発生手段５ａが配設されていることにより、冷媒容器２の内部で粒子４を往復運動させることができ、確実に作動液３を攪拌することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる。

（３）冷媒容器２の内部に封入された粒子４が磁性を有し、第１の磁界発生手段５ａにより粒子４を運動させることができるので、粒子４の運動性能が低下することがなく、長寿命性に優れる。

（４）冷媒容器２の吸熱部２ａ及び放熱部２ｂの外表面とＭＰＵ等の発熱体１５及びヒートシンク１１とが接触する界面にシリコン系グリース等の熱伝導性の高いペーストを塗布した場合、より確実に吸熱部２ａ及び放熱部２ｂの外表面と発熱体１５及びヒートシンク１１を密着させることができ、発熱体１５から吸熱部２ａ及び放熱部２ｂからヒートシンク１１への熱伝達効率を高めることができる。

（５）冷却手段としてヒートシンク１１及びファン１２を有することにより、放熱面２ｂと空気との接触面積を拡大させることができ、空気との熱交換を促進させることができると共に、ヒートシンク１１を強制空冷することができ、より放熱効率を向上させることができ、発熱源である電子部品等の発熱体１５を短時間で確実に冷却して動作を安定させることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２における冷却装置について、以下、図面を用いて説明する。尚、実施の形態１と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。

図３は本発明の実施の形態２における冷却装置の要部断面側面図であり、図４は第２の磁界発生手段を示す斜視図である。

実施の形態２における冷却装置１０ｂが実施の形態１と異なるのは、熱移動装置１ｂの冷媒容器２の内面にウィック２ｃが被着されている点と、熱移動装置１ｂの冷媒容器２の吸熱部２ａの外表面に第２の磁界発生手段５ｂが配設されている点である。

尚、粒子４で作動液３を攪拌するため、作動液３の水位はウィック２ｃより上位である必要がある。

ウィック２ｃの材質としては、金属網や金属の焼結材などの毛細管力が大きく、かつ熱伝導率が高いものが好適に用いられる。ウィック２ｃが冷媒容器２の内面に密着して配設されることにより、その毛細管力で冷媒容器２の放熱部２ｂの内面で凝縮した作動液３を吸熱部２ａへと還流させることができる。

また、ウィック２ｃを有することにより、吸熱部２ａが放熱部２ｂより重力方向で上方にある場合でも、液化した作動液３を吸熱部２ａ側へ還流することができる。

尚、ウィック２ｃの代わりに、冷媒容器２の内面に複数の細い溝を形成し、この溝の毛細管力を利用することもできる。

第２の磁界発生手段５ｂは永久磁石であり、粒子４を吸熱部２ａ側へ移動させる力を発生させる。永久磁石としては、フェライト磁石、サマコバ磁石、ネオジウム磁石などが好適に用いられる。

第２の磁界発生手段５ｂを有することにより、常に粒子４を吸熱部２ａ側へ引き寄せておくことができ、冷却装置１０ｂが重力方向に対しどのような向きに配置されても、高い冷却性能を発揮することができる。

図４に示すように、第２の磁界発生手段５ｂの略中央に発熱体１５の外形よりも大き目の貫通孔５ｃを穿設することにより、発熱体１５と干渉することなく容易に取付けることができる。

尚、本実施の形態では貫通孔５ｃを矩形状に形成したが、貫通孔５ｃが発熱体１５の外形よりも大きければよく、発熱体１５の形状に応じて略円形や略楕円形等に形成してもよい。

また、第２の磁界発生手段５ｂは、第１の磁界発生手段５ａと同様に、コイルに電流を流す構成としてもよい。永久磁石を使用した場合、装置を簡素化し、小型化、低コスト化を図ることができる。

実施の形態２における冷却装置の冷却動作については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

以上のように本発明の実施の形態２における冷却装置は構成されているので、実施の形態１で得られる作用の他、以下のような作用を有する。

（１）冷媒容器２の吸熱部２ａの外表面に配設された第２の磁界発生手段５ｂを有することにより、重力の向きによらず、粒子４を確実に吸熱部２ａ方向に移動させることができるので、第１の磁界発生手段５ａにより粒子４を往復運動させる際に、高温側の吸熱部２ａ近傍で粒子４を運動させることができ、より確実に効率よく冷媒容器２の内部で発生する蒸気膜を破壊することができ、伝熱効率の低下を防ぐことができる。

（２）第２の磁界発生手段５ｂに永久磁石を使用することにより、装置を簡素化、小型化、低コスト化することができる。

（３）第２の磁界発生手段５ｂの略中央部に矩形の貫通孔５ｃを形成することにより、発熱体１５の外周に相当する位置に容易に配置することができ発熱体１５との干渉を防ぐことができ組立て作業性に優れる。

（４）ウィック２ｃを有することにより、吸熱部２ａが放熱部２ｂより重力方向で上方にある場合でも、液化した作動液３を吸熱部２ａ側へ還流することができ、冷却効率を向上させることができ、より多くの発熱を発熱体１５に許容することができる。

（５）冷媒容器２の吸熱部２ａの外表面に配設された第２の磁界発生手段５ｂを有することにより、重力の向きによらず、粒子４を確実に吸熱部２ａ方向に移動させることができるので、発熱体１５がどのような向きで配置されていても、発熱体１５に冷媒容器２の吸熱部２ａを当接させて設置することができ、安定した冷却を行うことができる。

（実施の形態３）
実施の形態３における冷却装置について、以下、図面を用いて説明する。尚、実施の形態１及び２と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。

図５は本発明の実施の形態３における冷却装置の要部断面側面図である。

実施の形態３における冷却装置１０ｃが実施の形態１及び２と異なるのは、熱移動装置１ｃの冷媒容器２の放熱部２ｂが平面状ではなく、冷媒容器２に接続された円筒状に形成されている点と、ヒートシンク１１の代りに放熱部２ｂの外周に複数の放熱板１１ｃが貫通して配設されている点である。

放熱板１１ｃの材質としては、ヒートシンク１１と同様に熱伝導率の高いアルミニウムや銅等が好適に用いられる。

放熱部２ｂと放熱板１１ｃの接続は、かしめ工法やロウ付け工法などで行われる。これにより、放熱部２ｂと放熱板１１ｃの接触部の熱抵抗が小さくなるので好ましい。

次に、実施の形態３における冷却装置の冷却動作について説明する。

発熱体１５が発した熱は、熱移動装置１ａの冷媒容器２の吸熱部２ａに伝わる。吸熱部２ａに伝わった熱は液相の作動液３に伝わり作動液３を沸騰蒸発させる。これにより、熱は潜熱となって蒸気状態の作動液３へと移動する。ここまでは既に説明した実施の形態１及び２と同様である。

次に、この蒸気状態の作動液３は冷媒容器２ａ内で温度が低い円筒状の放熱部２ｂの内面にて凝縮し液化する。これにより、潜熱が放出され、熱は放熱部２ｂへと伝わる。液化した作動液３はウィック２ｃの毛細管力によりウィック２ｃを伝いながら放熱部２ｂから吸熱部２ａへと還流する。

以上の動作が連続的に行われることにより、発熱体１５の熱は熱移動装置１ｃの放熱部２ｂの全面へと広げられる。

本実施の形態では、ウィック２ｃを放熱部２ａの内面に被着し、作動液３を放熱部２ｂから吸熱部２ａへと還流させるので、円筒状の放熱部２ｂの断面積、すなわち放熱部２ｂ
内を音速で進む作動液３の蒸気の流路が狭いことにより、蒸気が液相の作動液３の還流の抵抗になることを防止している。

熱移動装置１ｃの円筒状の放熱部２ｂに達した熱は放熱板１１ｃの内部に伝導され、さらに放熱板１１ｃの表面に達する。放熱板１１ｃの表面に達した熱はファン１２により送風された空気によって強制冷却され、雰囲気空気に放熱される。

第１の磁界発生手段５ａによる粒子４の動作や働きは実施の形態１と同様なので説明を省略する。

以上のように本発明の実施の形態３における冷却装置は構成されているので、実施の形態１及び２で得られる作用の他、以下のような作用を有する。

（１）円筒状の放熱部２ｂの外表面に直接、放熱板１１ｃを取付けたことにより、発熱体１５で発生した熱が発熱体１５の表面から最終的に周囲の空気に放熱されるまでの熱の伝達段階を少なくすることができ、放熱効率を高めることができるので、発熱体１５の温度をより低い状態に保つことができ、より高い雰囲気温度でもＭＰＵ等の発熱体１５を正常動作させることができる。

（２）ウィック２ｃを放熱部２ａの内面に被着することにより、円筒状の放熱部２ｂの断面積が狭くても、蒸気が液相の作動液３の還流の抵抗になることを防止でき、作動液３を放熱部２ｂから吸熱部２ａへと確実に還流させることができ、放熱効率の低下を防ぐことができる。

本発明は、発熱量が増大しても、伝熱効率が低下せず、熱移動効率に優れた熱移動装置の提供及び発熱体を効率よく確実に冷却して動作を安定させることができる信頼性に優れた熱移動装置を用いた冷却装置の提供を行うことができ、パーソナルコンピュータ等に使われるＭＰＵ等の発熱源となる半導体やその他の発熱部を有する電子部品等の発熱体の冷却に好適に用いることができる。

本発明の実施の形態１における熱移動装置を示す要部断面側面図 本発明の実施の形態１における熱移動装置を用いた冷却装置を示す要部断面側面図 本発明の実施の形態２における冷却装置の要部断面側面図 第２の磁界発生手段を示す斜視図 本発明の実施の形態３における冷却装置の要部断面側面図

符号の説明

１ａ 熱移動装置
１ｂ、１ｃ 熱移動装置
２ 冷媒容器
２ａ 吸熱部
２ｂ 放熱部
２ｃ ウィック
３ 作動液
４ 粒子
５ａ 第１の磁界発生手段
５ｂ 第２の磁界発生手段
６ 芯材
７ コイル
１０ａ 熱移動装置を用いた冷却装置
１０ｂ 冷却装置
１０ｃ 冷却装置
１１ ヒートシンク
１１ａ ベース部
１１ｂ 放熱フィン
１１ｃ 放熱板
１２ ファン
１５ 発熱体

Claims (1)

1. 吸熱部と放熱部と中空部とを有し、前記中空部内に作動液と磁性を有する粒子とを封入した冷媒容器と、
   前記冷媒容器の対向する少なくとも一対の外表面に近接して配設し、前記粒子を運動させるためにコイルに交流電流を流すことで磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、
   前記冷媒容器の前記吸熱部の外表面に配設し、前記粒子を前記吸熱部方向に引きつけるための永久磁石からなる第２の磁界発生手段とを備え、
   前記作動液が膜沸騰状態にて沸騰した際に、前記粒子が前記吸熱部方向に引きつけられた状態で運動することによって伝熱効率を低下させる蒸気膜を破壊することを特徴とする熱移動装置。

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