JP4065720B2 - 吸放熱装置およびその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換装置に係わり、特にノートブックやＰＤＡなどにおけるＣＰＵのような小さい空間に位置する発熱体に使われる吸放熱方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二十一世紀からはＩＴ産業の最盛期と言え、半導体の特性により様々なデスクトップ・ＰＣ、ノートブック、ＰＤＡ、携帯電話および人工智慧付家電製品など新商品が絶え間なく開発されたと同時に、使用者に何時でも情報の取得に困難なく取り易いように、より軽い、薄い、短い、小さいという携帯の便利さに、メーカが工夫を凝らしている。
【０００３】
上記のＩＴ製品は何れも中央処理装置（ＣＰＵ）でシステム全体を制御し管理する必要があり、ＣＰＵが作動しているときには高温になるので、作動効率と製品の使用寿命に悪影響を与えるので、どうやれば、ＣＰＵの温度を有効に抑えるかは業者らの取り組む主要な課題の一つである。
【０００４】
しかしながら、従来の解決方法は早めに放熱できるために、ＣＰＵの外側に一組の放熱器と一扇風機を取り付け、または、放熱器の材質と仕組みを改善する他はない。この方法は受動式なので、放熱効果はなかなか出られなく、且つ扇風機がかなりのスペースを占めるので、軽い、薄い、短い、小さいという設計にも限界がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、能動的に且つ有効に発熱体の温度を低めることができる二流体を交互に推進する駆動部付の小型の吸放熱装置およびその方法を提供することを主要な目的とする。
本発明は、放熱器と扇風機とを設置する必要がなく、極めて小さいスペースしか占めない駆動部付の小型の吸放熱装置およびその方法を提供することを次な目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために成された本願の装置は、第一駆動部と、熱交換部と、合流部と、液気分離室とを備える。前記第一駆動部は、収容室と、前記収容室の内部に設置された能動磁石と一対の固定磁石と一対の受動磁石と、前記収容室に設けられた一対の第一流出口と一対の第二流入口と一対の第三流出口と一対の第四流入口とを有する。前記熱交換部は前記第一駆動部および前記合流部と連通し、前記合流部は前記液気分離室と連通し、前記液気分離室は第二流入口の何れかの一つと連通する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
図１から図６に示すのは、本発明の二流体を交互に推進できる駆動部付小型吸放熱方法およびその装置を示す第一実施形態であって、吸排熱装置は、収容室１５と能動磁石１６と一対の固定磁石１７と一対の受動磁石１８とを含む第一駆動部１１と、一対の第一流出口５２と一対の第二流入口５３と、一対の第三流出口５４と一対の第四流入口５５と、少なくとも一膨張管１２１を含み、前記膨張管１２１は所定の長さを有する管体であり、その一端が第三流出口５４と連通し、その外側が発熱体Ｈ（例えばＣＰＵなど）に当接する一熱交換部１２と、所定の長さを有する管体であり、その一端（流入端）が膨張管１２１の他端（流出端）と連通して前記熱交換部１２で熱交換を行って発生した混和気の圧力を釈放する一合流部１３と、所定の内部空間を有し、合流部１３の他端（流出端）と連通し、且つ、能動磁石１６と受動磁石１８の間にある第二流入口５３と連通し、その側壁上に排気薄膜に覆われて高温空気を排出し第二流体を凝結するための一開口が設けてある一液気分離室１４とを備えている。
前記収容室１５は、前記収容室は所定の形状と長さと内部空間とを有する管体である。
【０００８】
前記能動磁石１６は、所定の長さを有し且つその外壁形状が前記収容室１５の内壁形状と対応し、前記収容室１５の中段部位に往復移動できるように設けられた磁石であり、且つ能動磁石１６と対応する前記収容室１５の外壁に一コイル５１が環設しており、前記コイル５１が一回路と接続し、前記回路は前記コイル５１に周期的に方向可変な電流を供給して、前記能動磁石１６を往復運動させる。前記各固定磁石１７は、所定の長さを有し且つその外壁形状が前記収容室１５の内壁形状と対応し、前記収容室１５の内部に固設され且つ別々に前記能動磁石１６の両端に位置した磁石であり、前記各固定磁石１７と前記能動磁石１６との間には所定の距離を有する。
【０００９】
前記各受動磁石１８は、所定の長さを有し且つその外壁形状が前記収容室１５の内壁形状と対応し、前記収容室１５の内部に往復移動できるように設けられ、なお、別々に前記能動磁石１６と前記各固定磁石１７との間に設けられた磁石である。
前記能動磁石１６と前記各固定磁石１７と前記各受動磁石１８との相互に対向した端の極性が同じように配列されている。
【００１０】
そして、前記各第一流出口５２と前記各第二流入口５３とは、前記収容室１５の側壁に設けられ且つ前記固定磁石１７と前記能動磁石１６との間に位置され、前記能動磁石１６は往復運動を始めると、前記受動磁石１８も往復運動されて、下記のようになる。
（Ａ）前記受動磁石１８が左へ最大変位をされたときに、受動磁石１８と能動磁石１６との間にある第一流出口５２だけが導通状態になり、
（Ｂ）前記受動磁石１８が右へ変位をされたときに、固定磁石１７と受動磁石１８との間にある他の第一流出口５２、および受動磁石１８と能動磁石１６との間にある第二流入口５３が導通状態になったが、残る第一流出口５２と第二流入口５３とが不通の状態になり、
（Ｃ）前記受動磁石１８が右へ最大変位をされたときに、前記受動磁石１８と前記能動磁石１６との間にある第一流出口５２だけが不通の状態になる（図４に示すように）。
【００１１】
なお、前記各第三流出口５４と前記各第四流入口５５とは、前記収容室１５の側壁に設けられ且つ他の固定磁石１７と前記能動磁石１６との間に位置され、前記能動磁石１６は往復運動を始めると、前記他の受動磁石１８も往復運動されて、下記のようになる。
前記（Ａ）の状態の受動磁石１８が左へ最大変位をされたときに、他の受動磁石１８と能動磁石１６との間にある第三流出口５４だけが不通の状態になり、
前記（Ｂ）の状態の受動磁石１８が右へ変位されたときに、他の固定磁石１７と他の受動磁石１８との間にある他の第三流出口５４だけが導通状態になり（図３に示すように）、
前記（Ｃ）の状態の受動磁石１８が右へ最大変位をされたときに、他の受動磁石１８と前記能動磁石１６との間にある前記第三流出口５４だけが導通状態になる（図４に示すように）。
その中に、固定磁石１７と受動磁石１８との間にある第一流出口５２と、他の受動磁石１８と他の固定磁石１７との間にある第四流入口５５と、の間に一第一連通管５２１が設けており、前記第一連通管５２１は収容室１５の内部に設けられる第一流体（例えば空気）を輸送する役割を果たす。
【００１２】
なお、前記受動磁石１８と前記能動磁石１８との間にある他の第一流出口５２と、他の受動磁石１８と能動磁石１６との間にある他の第四流入口と、の間に第二連通管５２２が設けており、前記第二連通管５２２は収容室１５の内部に設けられる第二流体（例えば冷媒）を輸送する役割を果たす。
【００１３】
そして、二流体を交互に推進できる駆動部付小型吸放熱方法は、次のような作動ステップがある。
（１）第一駆動部１１を起動して、収容室１５の内部に設けられる第一流体、第二流体を交互に各第一流出口５２と第一連通管５２１と第二連通管５２２と各第四流入口５５との四つの経路を順番に通過するように推進する。
（２）第一流体、第二流体が各第三流出口５４から交互に押し出された後、熱交換部１２の膨張管１２１に入り、熱交換をして混和気を生成する。
（３）前記混和気を前記合流部１３に推し込める。
（４）前記混和気を前記合流部１３によって液気分離室１４に流入させる。
（５）前記混和気のなかの第一流体を排出し、混和気のなかの第二流体を凝結させて液態にする。
（６）第二流体が前記能動磁石１６と前記受動磁石１８との間にある第二流入口５３へ流入させる。
【００１４】
前述した構造のなかに、前記膨張管１２１の内壁は更に凹凸状の表面または絨毛状の表面を有するので、前記第一、二流体を有効に止めて熱交換を充分に行うことができる。
前述した構造のなかに、前記液気分離室１４の内壁は更に凹凸状の表面または絨毛状の表面を有するので、前記混和気の圧力を受けるための構造を有効に強化し、熱空気を排出したり冷媒を凝結したりすることができる。
前述した構造のなかに、前記合流部はさらに大径端と小径端とを有する羊角状の管体に設けられ、前記大径端が膨張管と連通し、前記小径端が液気分離室と連通するので、前記混和気を加速にガイドすることができる。
【００１５】
（第二実施形態）
図７と図８に示したのは、本発明の第二実施形態による二流体を交互に推進できる駆動部付小型吸放熱方法およびその装置である。その装置は、更に前記第一駆動部１１の構造と同様な一つの第二駆動部１１’が設けられ、前記合流部１３の流出口が前記第二駆動部１１’の一対の第二流入口と連通し、また、前記液気分離室１４の一端が前記第二駆動部１１’の一対の第三流出口と連通し、前記液気分離室１４の他端は第一駆動部１１の前記能動磁石１６と前記受動磁石１８との間にある前記第二流入口５３と連通する。本実施例では、目的を有効に達成するために、その作動ステップを下記のように設定する。
【００１６】
（１）第一、二駆動部１１，１１’を起動して、前記第一駆動部１１が第一駆動部１１の収容室１５の内部に設けられる第一、二流体を交互に第一駆動部１１の各第一流出口５２と第一駆動部１１の第一連通管５２１と第一駆動部１１の第二連通管５２２と第一駆動部１１の各第四流入口５５との四つの経路を順番に通過するように推進する。
（２）前記第一、二流体が第一駆動部１１の各第三流出口５４から交互に押し出された後、熱交換部１２の膨張管１２１に入り、熱交換をして混和気を生成する。
（３）前記混和気を前記合流部１３に推し込める。
（４）前記混和気を前記合流部１３により前記第二駆動部１１’の二第二流入口５３に流入させる。
（５）前記混和気を第二駆動部１１’の一対の第三流出口５４から押し出した後、液気分離室１４に流入させる。
（６）前記混和気のなかの第一流体（例えば空気）を排出し、また、混和気のなかの第二流体（例えば冷媒）を凝結させて液態になってから、前記第二流体を能動磁石１６と受動磁石１８との間にある第一駆動部１１の第二流入口５３へ流入させる。
【００１７】
前記第二駆動部１１’を有した構造では、前記合流部１３の流出端が前記第二駆動部１１’の第二流入口５３の何れかの一つに連通し、それで、前記第二駆動部１１’の他の第二流入口５３は低温空気を導入して、温度を低減し且つ加圧効果を有し、液気分離効果を達成している。なお、前記混和気が前記合流部１３により前記第二駆動部１１’の一対の第二流入口５３に入った前記ステップは、前記混和気が前記前記合流部１３により前記第二駆動部１１’の第二流入口５３の何れかの一つに入るように変更している。
【００１８】
前述した構造では、前記液気分離室１４と前記第一駆動部１１との間には、更に前記第二流体（例えば冷媒）を貯蔵するための一つの第一流体貯蔵室Ｌが設けられることによって、本発明の作動原理を達成することができる。
前述した構造では、前記第一連通管５２１には、更に一つの第二流体貯蔵室Ａが設けられることによって、駆動効果を確実に完成することができ且つ本発明の作動原理を達成することもできる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は次のような効果がある。
（１）第一駆動部１１の往復的な作動および、一対の第一流出口５２と一対の第二流入口５３と一対の第三流出口５４と一対の第四流入口５５との設計によって、冷媒と空気とのような二流体を交互に推進して熱交換を行うことができる。
（２）熱発生源で生じた熱気が空気によって連れ出され、且つ冷たい空気が絶えずに吸込まれるので、熱交換を有効に行うことができる。
（３）ノートブックや携帯電話などの軽い、薄い、短い、小さいという商品に応じるために、空気が今までに使った放熱器と扇風機とを取って代わったので、必要なスペースを大幅に低減することができる。
（４）本発明は能動的な吸放熱装置なので、温度を有効に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態による吸排熱装置の第一駆動部の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の第一実施形態による吸排熱装置の第一駆動部の作動を示す模式図である。
【図３】本発明の第一実施形態による吸排熱装置の第一駆動部の作動を示す模式図である。
【図４】本発明の第一実施形態による吸排熱装置の第一駆動部の作動を示す模式図である。
【図５】本発明の第一実施形態による第一流体、第二流体貯蔵室の構造を示す断面図である。
【図６】図５の作動過程を示す説明図である。
【図７】本発明の第二実施形態による第一流体、第二流体貯蔵室の構造を示す断面図である。
【図８】図７の作動過程を示す説明図である。
【符号の説明】
１１ 第一駆動部
１１’ 第二駆動部
１２ 熱交換部
１３ 合流部
１４ 液気分離室
１５ 収容室
１６ 能動磁石
１７ 固定磁石
１８ 受動磁石
５１ コイル
５２ 第一流出口
５３ 第二流入口
５４ 第三流出口
５５ 第四流入口
１２１ 膨張管
５２１ 第一連通管
５２２ 第二連通管

Claims (14)

1. 収容室、能動磁石、一対の固定磁石、および一対の受動磁石を有する第一駆動部と、
   一対の第一流出口および一対の第二流入口と、
   一対の第三流出口および一対の第四流入口と、
   少なくとも一つの膨張管を有し、前記膨張管は所定の長さを有する管体であり、その一端が前記第三流出口と連通し、その外側が発熱体に当接する熱交換部と、
   所定の長さを有する管体であり、その一端が前記膨張管の他端と連通する合流部と、
   所定の内部空間を有し、前記合流部の他端と連通し、前記能動磁石と前記受動磁石との間にある前記第二流入口と連通し、その側壁上に排気薄膜に覆われる開口が設けられている液気分離室と、
   を備え、二流体を交互に推進可能な駆動部付の吸放熱装置において、
   前記収容室は所定の形状と長さと内部空間とを有する管体であり、
   前記能動磁石は、所定の長さを有しその外壁形状が前記収容室の内壁形状と対応し、前記収容室の中段部位に往復移動可能に設けられ、前記能動磁石と対応する前記収容室の外壁にはコイルが環設され、前記コイルが回路と接続し、前記回路は前記コイルに周期的に方向可変な電流を供給し、
   前記固定磁石は、それぞれ所定の長さを有しその外壁形状が前記収容室の内壁形状と対応し、前記収容室の内部に固設され別々に前記能動磁石の両端に位置し、前記各固定磁石と前記能動磁石との間には所定の距離を有し、
   前記受動磁石は、それぞれ所定の長さを有しその外壁形状が前記収容室の内壁形状と対応し、前記収容室の内部に往復移動可能に設けられ、それぞれ前記能動磁石と前記各固定磁石との間に設けられており、
   前記各固定磁石と前記各受動磁石と前記能動磁石との相互に対向した端の極性が同じように配列され、
   前記第一流出口と前記第二流入口とは前記収容室の側壁に設けられ前記固定磁石と前記能動磁石との間に位置し、前記能動磁石は往復運動を始めると、前記受動磁石も往復運動され、
   （Ａ）前記受動磁石が左へ最大変位をされたときに、受動磁石と能動磁石との間に位置する第一流出口だけが導通状態になり、
   （Ｂ）前記受動磁石が右へ変位をされたときに、固定磁石と受動磁石との間に位置する他の第一流出口、ならびに受動磁石と能動磁石との間に位置する第二流入口が導通状態になるとともに、残る第一流出口と第二流入口とが不通の状態になり、
   （Ｃ）前記受動磁石が右へ最大変位をされたときに、前記受動磁石と前記能動磁石との間に位置する第一流出口だけが不通の状態になり、
   前記第三流出口と前記第四流入口とは前記収容室の側壁に設けられ他の記固定磁石と能動磁石との間に位置し、前記能動磁石は往復運動を始めると、他の受動磁石も往復運動されて、
   前記（Ａ）の状態の受動磁石が左へ最大変位をされたときに、他の受動磁石と能動磁石との間に位置する第三流出口だけが不通の状態になり、
   前記（Ｂ）の状態の受動磁石が右へ変位されたときに、他の固定磁石と他の受動磁石との間に位置する他の第三流出口だけが導通状態になり、
   前記（Ｃ）の状態の受動磁石が右へ最大変位をされたときに、他の受動磁石と前記能動磁石との間に位置する第三流出口だけが導通状態になり、
   固定磁石と受動磁石との位置する第一流出口と、他の受動磁石と他の固定磁石との間に位置する第四流入口との間に第一連通管が設けられており、前記第一連通管は収容室の内部に設けられる第一流体を輸送する役割を果たし、
   受動磁石と能動磁石との間に位置する他の第一流出口と、他の受動磁石と能動磁石との間に位置する他の第四流入口との間に第二連通管が設けられており、前記第二連通管は収容室の内部に設けられる第二流体を輸送する役割を果たすことを特徴とする吸放熱装置。
2. 請求項１に記載の吸放熱装置において、第一駆動部を起動して、収容室の内部に設けられる第一流体、第二流体を交互に第一流出口と第一連通管と第二連通管と第四流入口との四つの経路を順番に通過するように推進するステップと、
   第一流体、第二流体が第三流出口から交互に押し出された後、熱交換部の膨張管に入り、熱交換をして混和気を生成するステップと、
   前記混和気を合流部に推し込むステップと、
   前記混和気を前記合流部によって液気分離室に流入させるステップと、
   前記混和気のなかの第一流体を排出し、前記混和気のなかの第二流体を凝結して液態にするステップと、
   第二流体を能動磁石と受動磁石との間にある第二流入口へ流入させるステップと、
   を含むことを特徴とする吸放熱方法。
3. 前記第一駆動部と同様の構造を有する第二駆動部を有し、前記第二駆動部が前記合流部と前記液気分離室との間に設置され、前記合流部の出口端は前記第二駆動部の第二流入口と連通し、前記液気分離室が前記第二駆動部の第三流出口と連通することを特徴とする請求項１に記載の吸放熱装置。
4. 請求項３に記載の吸放熱装置において、第一駆動部、第二駆動部を起動して、前記第一駆動部が第一駆動部の収容室の内部に設けられる第一流体、第二流体を交互に第一駆動部の第一流出口と第一駆動部の第一連通管と第一駆動部の第二連通管と第一駆動部の第四流入口との四つの経路を順番に通過するように推進するステップと、
   前記第一流体、第二流体が第一駆動部の第三流出口から交互に押し出された後、熱交換部の膨張管に入り、熱交換をして混和気を生成するステップと、
   前記混和気を合流部に推し込むステップと、
   前記混和気を前記合流部により前記第二駆動部の第二流入口に流入させるステップと、
   前記混和気を第二駆動部の第三流出口から押し出した後、液気分離室に流入させるステップと、
   前記混和気のなかの第一流体を排出し、混和気のなかの第二流体を凝結させて液態にしてから、前記第二流体を能動磁石と受動磁石との間にある第一駆動部の第二流入口へ流入させるステップと、
   を含むことを特徴とする吸放熱方法。
5. 前記膨張管の内壁は更に凹凸状の表面または絨毛状の表面を有することを特徴とする請求項１または３に記載の吸放熱装置。
6. 前記液気分離室の内壁は更に凹凸状の表面または絨毛状の表面を有することを特徴とする請求項１または３に記載の吸放熱装置。
7. 前記合流部は、さらに大径端と小径端とを有する羊角状の管体に設けられ、前記大径端が膨張管と連通し、前記小径端が液気分離室と連通することを特徴とする請求項１に記載の吸放熱装置。
8. 前記合流部は、さらに大径端と小径端とを有する羊角状の管体に設けられ、前記大径端が膨張管と連通し、前記小径端が第二駆動部の第二流入口と連通することを特徴とする請求項３に記載の吸放熱装置。
9. 前記液気分離室と前記第一駆動部との間には、さらに第一流体貯蔵室が設けていることを特徴とする請求項１または３に記載の吸放熱装置。
10. 前記第一連通管は、さらに第二流体貯蔵室が設けていることを特徴とする請求項１または３に記載の吸放熱装置。
11. 前記第一流体は空気であり、前記第二流体は冷媒であることを特徴とする請求項１または３に記載の吸放熱装置。
12. 収容室、能動磁石、一対の固定磁石、および一対の受動磁石を有する第一駆動部と、
    一対の第一流出口と一対の第二流入口と、
    一対の第三流出口と一対の第四流入口と、
    を備え、二流体を交互に推進可能な駆動部付の吸放熱装置において、
    前記収容室は所定の形状と長さと内部空間とを有する管体であり、
    前記能動磁石は、それぞれ所定の長さを有しその外壁形状が前記収容室の内壁形状と対応し、前記収容室の中段部位に往復移動可能に設けられ、前記能動磁石と対応する前記収容室の外壁にはコイルが環設され、前記コイルが回路と接続し、前記回路は前記コイルに周期的に方向可変な電流を供給し、
    前記固定磁石は、それぞれ所定の長さを有しその外壁形状が前記収容室の内壁形状と対応し、前記収容室の内部に固設され別々に前記能動磁石の両端に位置し、前記各固定磁石と前記能動磁石との間には所定の距離を有し、
    前記受動磁石は、それぞれ所定の長さを有しその外壁形状が前記収容室の内壁形状と対応し、前記収容室の内部に往復移動可能に設けられ、それぞれ前記能動磁石と前記各固定磁石との間に設けられており、
    前記各固定磁石と前記各受動磁石と前記能動磁石との相互に対向した端の極性が同じように配列され、
    前記第一流出口と前記第二流入口とは前記収容室の側壁に設けられ前記固定磁石と前記能動磁石との間に位置し、前記能動磁石は往復運動を始めると、前記受動磁石も往復運動され、
    （Ａ）前記受動磁石が左へ最大変位をされたときに、受動磁石と能動磁石との間にある第一流出口だけが導通状態になり、
    （Ｂ）前記受動磁石が右へ変位をされたときに、固定磁石と受動磁石との間に位置する他の第一流出口、ならびに受動磁石と能動磁石との間に位置する第二流入口が導通状態になるとともに、残る第一流出口と第二流入口とが不通の状態になり、
    （Ｃ）前記受動磁石が右へ最大変位をされたときに、前記受動磁石と前記能動磁石との間に位置する第一流出口だけが不通の状態になり、
    前記第三流出口と前記第四流入口とは前記収容室の側壁に設けられ他の固定磁石と能動磁石との間に位置し、前記能動磁石は往復運動を始めると、他の受動磁石も往復運動されて、
    前記（Ａ）の状態の受動磁石が左へ最大変位をされたときに、他の受動磁石と能動磁石との間にある第三流出口だけが不通の状態になり、
    前記（Ｂ）の状態の受動磁石が右へ変位されたときに、他の固定磁石と他の受動磁石との間に位置する他の第三流出口だけが導通状態になり、
    前記（Ｃ）状態の受動磁石が右へ最大変位をされたときに、他の受動磁石と前記能動磁石との間に位置する第三流出口だけが導通状態になり、
    固定磁石と受動磁石との間にある第一流出口と、他の受動磁石と他の固定磁石との間にある第四流入口との間に一第一連通管が設けており、前記第一連通管は収容室の内部に設けられる第一流体を輸送する役割を果たし、
    受動磁石と能動磁石との間に位置する他の第一流出口と、他の受動磁石と能動磁石との間に位置する他の第四流入口との間に一つの第二連通管が設けられており、前記第二連通管は収容室の内部に設けられる第二流体を輸送する役割を果たすことを特徴とする吸放熱装置。
13. 前記合流部の出口端は前記第二駆動部の第二流入口の一つと連通し、前記第二駆動部の他の第二流入口が低温の空気を導入して、温度を有効に抑え且つ加圧可能であり、液気分離の効果を達成することを特徴とする請求項３に記載の吸放熱装置。
14. 請求項３に記載の吸放熱装置において、前記混和気を前記合流部により前記第二駆動部の第二流入口に流入させるステップは、前記混和気が前記合流部により前記第二駆動部の第二流入口の何れかの一つに入るように変更可能であることを特徴とする請求項４に記載の吸放熱方法。

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