ループ型ヒートパイプおよび電子機器
【課題】トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができるループ型ヒートパイプ、および、そのようなループ型ヒートパイプを搭載した電子機器を提供する。
【解決手段】蒸発部１１０と凝縮器１２０とを連結する蒸気管１３０、及び、凝縮器１２０と蒸発部１１０とを連結する液管１４０がループ状に連結され、液管１４０の内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプ１００において、作動流体の循環を制御する制御部１９０を有し、この制御部１９０が、上記の循環を開始させる起動時に、液管１４０と蒸発部１１０とを繋ぐリザーバタンク１５０内の作動流体をペルチェ素子１６０を使って冷却する。
【解決手段】蒸発部１１０と凝縮器１２０とを連結する蒸気管１３０、及び、凝縮器１２０と蒸発部１１０とを連結する液管１４０がループ状に連結され、液管１４０の内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプ１００において、作動流体の循環を制御する制御部１９０を有し、この制御部１９０が、上記の循環を開始させる起動時に、液管１４０と蒸発部１１０とを繋ぐリザーバタンク１５０内の作動流体をペルチェ素子１６０を使って冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、コンピュータ等の電子機器内の発熱素子を冷却するために用いられるループ型ヒートパイプ、および、そのようなヒートパイプを搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱した物体を冷却する冷却方法としては、単純な空冷や水冷等による冷却方法や、ペルチェ素子を使った電気的な冷却方法（例えば、特許文献１参照）等の様々な冷却方法が知られている。このような冷却方法の中に、いわゆるヒートパイプを使った冷却方法がある（例えば、特許文献２参照）。ヒートパイプは、内部に封入した作動流体の相変化を利用して熱を輸送する伝熱装置であり、コンピュータ等の電子機器内の発熱素子を冷却するために広く用いられている。
【０００３】
このヒートパイプの一種として、外部からの熱を受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる蒸発器と、放熱により、蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮器と、蒸発器と凝縮器との間で作動流体を循環させる管とを備えたループ型ヒートパイプが知られている（例えば、特許文献３、特許文献４、および特許文献５参照）。このループ型ヒートパイプは、主として人工衛星や宇宙ステーションなどの熱輸送装置として開発が進められている。
【０００４】
図１１は、従来のループ型ヒートパイプの一例を示す概略構成図である。
【０００５】
図１１には、外部からの熱を受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる蒸発部１０と、放熱により、蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮器２０と、蒸発部１０と凝縮器２０との間で作動流体を循環させる管３０とを備えたループ型ヒートパイプ１が示されている。
【０００６】
このループ型ヒートパイプ１の蒸発部１０には円筒形の蒸発器１１が備えられており、その蒸発器１１の内壁には軸方向に延びた溝形状の複数の蒸気通路１３が形成されている。そして、この蒸気通路１３の先端部に接するように多孔質の円筒形のウィック１２が挿入されている。
【０００７】
管３０からウィック１２内に送り込まれた液相の作動流体はウィック１２の内壁の微細な孔からウィック１２外へと浸透して蒸気通路１３に到る。このとき、蒸発器１１が発熱素子によって加熱されると、ウィック１２内から蒸気通路１３に到った液相の作動流体が蒸発して蒸気相の作動流体が発生する。この蒸発器１１内における相変化に発熱素子の熱が使われるので、この発熱素子が冷却されることとなる。冷却によって生じた蒸気相の作動流体は、凝縮器２０に向かい、この凝縮器２０で冷却されて液相の作動流体に変化する。このような作動流体の循環が繰り返されることで、発熱素子の冷却が連続して行われる。
【０００８】
ここで、この図１１に示すループ型ヒートパイプ１に限らず、一般に、ループ型ヒートパイプは、図１１に示すように、蒸発器が凝縮器よりも低い位置にあり、その状態で蒸発器が加熱されるボトムヒートという状態で使用されることが前提となっている。これは、冷却対象の発熱素子によって蒸発器が加熱されて作動流体の循環が開始されるためには、この開始の時点で、ウィック内から蒸気通路に液相の作動流体が至っており、加熱によってこの液相の作動流体が蒸発する必要があるためである。仮に、ループ型ヒートパイプを、図１１とは上下が逆のトップヒートという状態で使用すると、作動流体の循環の開始時点には、重力によって作動流体が凝縮器側に偏った状態となっているので、この時点で加熱によって蒸発すべき液相の作動流体が存在しないドライアウトという状態となり、作動流体の循環が開始しないという不具合が生じてしまう。また、ループ型ヒートパイプを水平に配置した状態で使用した場合にも、作動流体の循環の開始時点に、蒸発器に、この開始に十分な液相の作動流体が存在している保証がなく、ドライアウトとなって作動流体の循環が開始しないという不具合が生じるおそれがある。
【０００９】
しかしながら、電子機器内における実装上の制約等から、ループ型ヒートパイプを、トップヒートで使用される状態や水平に配置した状態で電子機器に搭載せざるを得ない場合もあり、トップヒート等の状態でも作動流体の循環を開始することができるループ型ヒートパイプが望まれている。
【００１０】
そこで、トップヒート等の状態における作動流体の循環の開始を可能とするために、例えば、作動流体の循環の開始時点に、凝縮器側に偏っている液相の作動流体を強制的に加熱し、その加熱よって生じる蒸気圧によって、凝縮器側に偏っている液相の作動流体を蒸発器にまで押し上げることでドライアウトを解消するという技術が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【００１１】
図１２は、凝縮器側に偏っている液相の作動流体に対する強制的な加熱によってトップヒート等の状態におけるドライアウトを解消する技術の一例を模式的に示す図である。
【００１２】
この図１２に示すループ型ヒートパイプ２は、放熱フィン４１を有する凝縮器４０と、冷却対象の発熱素子５０に接する蒸発部６０と、蒸発部６０で生じた蒸気相の作動流体を凝縮器４０まで案内する蒸気管７０と、凝縮器４０で生じた液相の作動流体を蒸発部６０まで案内する液管８０と、凝縮器４０側に偏っている液相の作動流体に対する強制的な加熱を行う加熱部９０とを備えている。加熱部９０は、凝縮器４０の近傍で蒸気管７０に取り付けられたヒータ９１と、ヒータ９１に電力を供給する電源９２と、電源９２からヒータ９１に至る回路上に設けられたスイッチ９３と、発熱素子５０が動作を開始してから所定時間に亘ってスイッチ９３をＯＮ状態にする制御装置９４と備えている。また、この蒸気管７０内には、ヒータ９１の、蒸発部６０側の近傍に、多孔質のフィルタ９５が取り付けられている。
【００１３】
このループ型ヒートパイプ２が、例えば、図１２に示すようにトップヒートで使用されると、作動流体の循環の開始時点には液相の作動流体が凝縮器４０側に偏っている。このとき、発熱素子５０が動作を開始して発熱を始めると、制御装置９４がスイッチ９３をＯＮ状態にし、ヒータ９１が、そのヒータ９１が取り付けられている部分の蒸気管７０内にある液相の作動流体を加熱して、この液相の作動流体が蒸発する。この蒸発によって生じた蒸気相の作動流体は、フィルタ９５によって遮られて、蒸気管７０内を逆流することなく、液管８０側に向かう。その結果、液相の作動流体を液管８０側に押し上げる圧力が生じ、この圧力によって液相の作動流体が蒸発部６０まで押し上げられる。これにより、蒸発部６０におけるドライアウトが解消され、作動流体の循環が開始されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−２４４２５１号公報
【特許文献２】特開平１１−２０１６６９号公報
【特許文献３】米国特許第４７６５３９６号明細書
【特許文献４】特開２００２−１７４４９２号公報
【特許文献５】特開２００３−１４８８８２号公報
【特許文献６】特開２００２−３４０４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ここで、上記の図１２に一例を示す技術では、強制的な加熱によって生じた蒸気相の作動流体が、蒸気管内を逆流しないようにするために、図１２に示すようなフィルタが必要となる。しかしながら、このようなフィルタは、作動流体が正常に循環しているときには、この正常な循環を妨げる抵抗となってしまう。例えば、冷却対象の発熱素子での発熱が低下したとき等には、蒸発器で発生する蒸気相の作動流体の量が減少するので、凝縮器から液相の作動流体を蒸発器に押し上げる力が減少する。このとき、上記のようなフィルタは、このただでさえ少ない力を更に減少させてしまい、結果的に、液相の作動流体を蒸発器に押し上げる力が許容以上に減少し、循環中にドライアウトが生じて循環が停止してしまうおそれがある。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑み、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができるループ型ヒートパイプ、および、そのようなループ型ヒートパイプを搭載した電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するループ型ヒートパイプのうちの第１のループ型ヒートパイプの基本形態は、
蒸発器と凝縮器とを連結する蒸気管、及び、上記凝縮器と上記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、上記液管の内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
上記作動流体の循環を制御する制御手段を有し、
上記制御手段が、上記循環を開始させる起動時に、上記液管内の作動流体を冷却する手段を有する
ことを特徴とする。
【００１８】
この第１のループ型ヒートパイプの基本形態によれば、上記循環を開始させる起動時に、上記液管内の作動流体が冷却される。ここで、一般に、ループ型ヒートパイプの内部は飽和蒸気圧に保たれている。そのため、このループ型ヒートパイプがトップヒート等の状態で使用され、上記の起動時に液相の作動流体が上記凝縮器側に偏っており、蒸発器に液相の作動流体を案内する液管内のほとんどが蒸気相の作動流体で占められドライアウトとなっていたとしても、上記の冷却により、上記液管内の蒸気相の作動流体の温度が、例えば上記蒸気管等の他の部分内の作動流体の温度よりも低温状態となると、液管内で凝結作用が起きて液相の作動流体が発生することとなる。そして、この冷却によって発生した液相の作動流体によって上記のドライアウトが解消され、作動流体の循環が開始されることとなる。また、この基本形態によれば、ドライアウトの解消が、上記液管内の作動流体に対する冷却で行われるので、例えばフィルタ等といった、循環開始後にその循環を妨げるような特別の要素が不要である。つまり、この第１のループ型ヒートパイプの基本形態によれば、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するループ型ヒートパイプのうちの第２のループ型ヒートパイプの基本形態は、
蒸発器、凝縮器、上記蒸発器と上記凝縮器とを連結する蒸気管、及び、上記凝縮器と上記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
上記蒸気管と上記液管との温度差を検出する第１の温度差検出手段と、
上記温度差が予め定められた所定の第１の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させる調整手段と
を有することを特徴とする。
【００２０】
一般に、ループ型ヒートパイプにおいてドライアウトが発生し、蒸気管内と液管内との双方が蒸気相の作動流体で占められているときには、これら蒸気管と液管とは互いにほぼ同じ温度となる。つまり、蒸気管と液管との間にある程度以上の温度差がある場合にはドライアウトは発生していない可能性が高く、逆に、この温度差が異常に小さい場合にはドライアウトが発生している可能性が高い。ここで、上記第１の値は、ドライアウトが発生していない状態における蒸気管と液管との温度差の下限値として予め定められる値である。この第２のループ型ヒートパイプの基本形態によれば、上記蒸気管と上記液管との温度差がこの第１の値よりも小さく、ドライアウトの発生が想定される場合に、上記蒸気管の温度が上昇されるとともに上記液管の温度が下降される。これにより、ドライアウトによって液管内のほとんどを占める蒸気相の作動流体の温度が、上記蒸気管内の作動流体の温度よりも低温状態となり、液管内で凝結作用が起きて液相の作動流体が発生することとなる。そして、この液相の作動流体によって上記のドライアウトが解消され、作動流体の循環が開始されることとなる。また、この基本形態によれば、ドライアウトの解消が、上記蒸気管の温度の上昇と上記液管の温度の下降とで行われるので、例えば上述のフィルタ等といった、循環開始後にその循環を妨げるような特別の要素が不要である。つまり、この第２のループ型ヒートパイプの基本形態によれば、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。
【００２１】
また、上記の第２のループ型ヒートパイプの基本形態に対し、
「上記調整手段が、上記蒸気管と上記液管の間に配置されたペルチェ素子を含む機構である」という応用形態は好適であり、この好適な応用形態に対し、
「上記ペルチェ素子の一方の面が上記蒸気管の表面と接触し、且つ、上記ペルチェ素子の他方の面が上記液管の表面と接触する」という応用形態は更に好適である。
【００２２】
これらの応用形態によれば、上記ペルチェ素子によって上記液管の温度を容易に下降させることができ、上記の更に好適な応用形態によれば、上記ペルチェ素子によって、上記液管の温度の下降と上記蒸気管の温度の上昇とを同時に行うことができる。
【００２３】
また、上記の第２のループ型ヒートパイプの基本形態に対し、
「上記第１の温度差検出手段は、上記蒸気管の温度と上記液管の温度との双方を検出してこれら２つの温度の差を求めることにより、上記温度差を間接的に検出する手段である」という応用形態も好適である。
【００２４】
この好適な応用形態によれば、上記温度差を簡単に検出することができる。
【００２５】
また、上記の第２のループ型ヒートパイプの基本形態に対し、
「上記蒸発器は、電力の供給を受けて発熱する発熱素子によって加熱されるものであり、
上記調整手段は、上記発熱素子に電力が供給された時点で、上記温度差が上記第１の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させるものである」という応用形態も好適である。
【００２６】
上記ループ型ヒートパイプがトップヒート等の状態で使用されるときには、上記発熱素子に電力が供給されて作動流体が開始される時点でドライアウトが発生している可能性が高い。上記の好ましい応用形態によれば、この時点におけるドライアウトが効果的に解消されるので効率的である。
【００２７】
また、この好適な応用形態に対し、
「上記液管と上記凝縮器との温度差を検出する第２の温度差検出手段をさらに有し、
上記調整手段は、上記発熱素子に電力が供給された時点で、上記蒸気管と上記液管との温度差が上記第１の値よりも小さい場合であって、さらに、その液管と上記凝縮器との温度差が所定の第２の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させるものである」という応用形態はさらに好適である。
【００２８】
上記ループ型ヒートパイプでは、作動流体の循環が始まると、上記液管の温度が、液管よりも蒸気相の作動流体が占める割合が高い上記凝縮器の温度よりも低くなる。つまり、液管と凝縮器との間にある程度以上の温度差がある場合には作動流体が十分に循環し始めた可能性が高く、逆に、この温度差が異常に小さい場合には作動流体がまだ十分には循環し始めていない可能性が高い。ここで、上記第２の値は、作動流体の循環が十分に循環し始めた状態における液管と凝縮器との温度差の下限値として予め定められる値である。上記の好適な応用形態によれば、上記発熱素子に電力が供給された時点、即ち循環の開始時点に、上記液管と上記凝縮器との温度差がこの第２の値よりも小さく、作動流体の循環がまだ始まっていないと想定される場合に、上記蒸気管の温度上昇と上記液管の温度下降とが行われるので、この作動流体の循環を一層確実に始めることができる。
【００２９】
また、上記の第２のループ型ヒートパイプの基本形態に対し、
「上記蒸発器は、電力の供給を受けて発熱する発熱素子によって加熱されるものであり、
上記調整手段は、上記発熱素子に電力が供給された時点で、上記温度差が上記第１の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させ、その発熱素子に電力が供給されている間は、その温度差が所定の第３の値よりも小さい場合に、その蒸気管の温度を上昇させるとともにその液管の温度を下降させるものである」という応用形態も好適である。
【００３０】
一般に、ループ型ヒートパイプにおいて作動流体が正常に循環している場合には、蒸気管と液管との間にはある程度以上の温度差が存在する。つまり、蒸気管と液管との間にある程度以上の温度差がある場合には作動流体が正常に循環している可能性が高く、逆に、この温度差が異常に小さい場合にはドライアウトによりこの循環が停止している可能性が高い。ここで、上記第３の値は、作動流体が正常に循環している状態における蒸気管と液管との温度差の下限値として予め定められる値である。上記の好ましい応用形態によれば、作動流体の循環の開始時点におけるドライアウトが解消されるとともに、上記発熱素子に電力が供給されている間つまり作動流体の循環中に、蒸気管と液管との温度差が上記第３の値よりも小さくドライアウトによる循環の停止が想定されるときにもそのドライアウトが解消されるので、その一旦は停止してしまった循環を再開させることができる。
【００３１】
また、この好適な応用形態に対し、
「上記発熱素子の温度を検出する温度検出手段をさらに有し、
上記調整手段は、上記発熱素子に電力が供給されている間は、上記発熱素子の温度が予め定められた所定の上限値を超えている場合において、上記温度差が上記第３の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させるものである」という応用形態はさらに好適である。
【００３２】
このさらに好適な応用形態によれば、上記発熱素子において上記上限値を超える異常な発熱が起きており、作動流体の循環の停止が想定される場合に、ドライアウトの解消が行われるので効率的である。
【００３３】
また、上記目的を達成する電子機器は、
上記第１のループ型ヒートパイプの基本形態、上記第２のループ型ヒートパイプの基本形態、および、その第２のループ型ヒートパイプの各応用形態を備えた
ことを特徴とする。
【００３４】
これらの電子機器によれば、電子機器が備えたループ型ヒートパイプについて、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上、説明したように、第１および第２のループ型ヒートパイプの上記基本形態や、電子機器によれば、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】電子機器の具体的な実施形態であるコンピュータの透視図である。
【図２】図１に示すループ型ヒートパイプの蒸発部の構造を示す斜視図である。
【図３】図２に示す蒸発部を蒸発器の軸方向に切断した断面図である。
【図４】図２に示す蒸発部を蒸発器の軸方向と直交する方向に切断した断面図である。
【図５】別形態の蒸発部の構造を示す斜視図である。
【図６】図５に示す別形態の蒸発部を蒸発器の軸方向に切断した断面図である。
【図７】別形態の蒸発部を蒸発器の軸方向と直交する方向に切断した断面図である。
【図８】図１に示すループ型ヒートパイプの、蒸発部およびその近傍を示す拡大図である。
【図９】リザーバタンク１５０とインテークマニホールド１１１との内部構造を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１に示す制御部によって行われるペルチェ素子のＯＮ／ＯＦＦ制御における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】従来のループ型ヒートパイプの一例を示す概略構成図である。
【図１２】図１に示すループ型ヒートパイプの蒸発部の構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
基本形態および応用形態について上記に説明したループ型ヒートパイプおよび電子機器に対する具体的な実施形態を、以下図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、電子機器の具体的な実施形態であるコンピュータの透視図である。
【００３９】
図１には、主要な発熱部であるＣＰＵ５１０と、補助記憶装置であるＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）５２０と、電源部５３０と、空冷用の送風ファン５４０とを有するコンピュータ５００、およびこのコンピュータ５００に組み込まれ、ＣＰＵ５１０を冷却するループ型ヒートパイプ１００が示されている。この電子機器は、上述した電子機器の一実施形態に相当する。また、ＣＰＵ５１０が、上述した応用形態における発熱素子の一例に相当する。
【００４０】
このループ型ヒートパイプ１００は、上述した第１のループ型ヒートパイプと第２のループ型ヒートパイプとを兼ねた一実施形態に相当し、発熱体であるＣＰＵ５１０から受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる後述の蒸発器（受熱器）を内蔵した蒸発部１１０と、複数の放熱フィン１２１を有し送風ファン５４０からの風をこの放熱フィンで受けることによる放熱で蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮器（放熱器）１２０と、蒸発部１１０で発生した蒸気相の作動流体を凝縮器１２０に案内する銅管である蒸気管１３０と、凝縮器１２０で発生した液相の作動流体を蒸発部１１０に案内する銅管である液管１４０と、液管１４０を通ってきた液相の作動流体を一時的に溜めてから蒸発部１１０に供給するリザーバタンク１５０とを備えている。
【００４１】
また、このループ型ヒートパイプ１００は、冷却部がリザーバタンク１５０に接しているペルチェ素子１６０と、蒸発部１１０における蒸気相の作動流体の出口近傍の蒸気管１３０を覆い、ペルチェ素子１６０の加熱部に接している熱伝導ブロック１７０を備えている。
【００４２】
さらに、このループ型ヒートパイプ１００は、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕを検出する第１温度センサ１８１と、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋを検出する第２温度センサ１８２と、熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐを検出する第３温度センサ１８３と、凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄを検出する第４温度センサ１８４と、各温度センサで検出された各温度に基づいてペルチェ素子１６０のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部１９０とを備えている。
【００４３】
ここで、上記の蒸発部１１０は、上述した第１のループ型ヒートパイプの基本形態、第２のループ型ヒートパイプの基本形態それぞれにおける蒸発器の一例に相当する。また、上記の凝縮器１２０は、各基本形態における凝縮器の一例に相当し、上記の液管１４０とリザーバタンク１５０とを合せたものは、各基本形態における液管の一例に相当し、上記の蒸気管１３０と熱伝導ブロック１７０とを合せたものは、各基本形態における蒸気管の一例に相当する。また、上記の制御部１９０とペルチェ素子１６０とを合せたものは、上述した第１のループ型ヒートパイプの基本形態における制御手段の一例に相当し、ペルチェ素子１６０は、上述した第１のループ型ヒートパイプの基本形態における「液管内の作動流体を冷却する手段」の一例に相当する。このペルチェ素子１６０と制御部１９０とを合せたものは、上述した第２のループ型ヒートパイプの基本形態における調整手段の一例にも相当する。また、上記の第２温度センサ１８２と第３温度センサ１８３と制御部１９０とを合せたものは、上述した第２のループ型ヒートパイプの基本形態における第１の温度差検出手段の一例に相当する。また、上記の第２温度センサ１８２と第４温度センサ１８４と制御部１９０とを合せたものは、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態における第２の温度差検出手段の一例に相当し、第１温度センサ１８１と制御部１９０とを合せたものは、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態における温度検出手段の一例に相当する。また、上記のペルチェ素子１６０は、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態におけるペルチェ素子の一例にも相当する。
【００４４】
このループ型ヒートパイプ１００では、作動流体として水が使われ、蒸気管１３０や液管１４０等の内部が水の飽和蒸気圧に設定されている。ＣＰＵ５１０が動作を始めて発熱し始めると、まず、このＣＰＵ５１０に接している蒸発部１１０内で、液相の作動流体がＣＰＵ５１０が発する熱によって蒸発し、蒸気相の作動流体が発生する。この蒸気相の作動流体は蒸気管１３０を伝って凝縮器１２０に至り、凝縮器１２０で凝縮されて液相の作動流体に変わる。この液相の作動流体は、液管１４０およびリザーバタンク１５０を伝って蒸発部１１０に至り、ＣＰＵ５１０が発する熱によって再度蒸発する。ループ型ヒートパイプ１００では、このような作動流体の循環によってＣＰＵ５１０を冷却する。
【００４５】
図２は、図１に示すループ型ヒートパイプの蒸発部の構造を示す斜視図である。
【００４６】
この蒸発部１１０は、図１に示すコンピュータに組み込まれ、インテークマニホールド（分岐部）１１１と、３つの蒸発器１１２と、エキゾーストマニホールド（集束部）１１３と、蒸発器収容体１１４と、断熱材１１５とを備えている。
【００４７】
インテークマニホールド１１１は、凝縮器１２０（図１参照）から送られてきて液入口１１１ａから流入した液相の作動流体を３つに分岐させるものである。
【００４８】
３つの蒸発器１１２は、インテークマニホールド１１１で分岐された液相の作動流体それぞれを受け入れ蒸気相に相変化させて送り出す、銅パイプ１１２ａ内に多孔質の筒型のウィック１１２ｃが挿入された二重管構造の、横に並べられた管状の部材である。
【００４９】
ここで、本実施形態では、インテークマニホールド１１１の本体部分の内壁面と、筒型の液入口１１１ａの内壁面とが、蒸発器１１２におけるウィック１１２ｃと同質のウィック１１１ｂによって覆われている。このインテークマニホールド１１１におけるウィック１１１ｂは、図１に示すリザーバタンク１５０から流入してくる液相の作動流体を、多孔質構造における毛細管現象によって蒸発器１１２へと導く役割を担っており、蒸発器１１２におけるウィック１１２ｃに接している。このインテークマニホールド１１１におけるウィック１１１ｂの働きにより、たとえ、リザーバタンク１５０から流入してくる液相の作動流体が少量であっても、その液相の作動流体が確実に蒸発器１１２へと導かれる。
【００５０】
エキゾーストマニホールド１１３は、上記３つの蒸発器１１２から流出してきた蒸気相の作動流体を一つに集束させて蒸気出口１１３ａから凝縮器１２０（図１参照）へと送り出すものである。
【００５１】
蒸発器収容体１１４は、上記３つの蒸発器１１２を収容しＣＰＵ５１０の熱を下面から受熱し受熱した熱を内部に拡散させて３つの蒸発器１１２に伝熱するものである。
【００５２】
断熱材１１５は、蒸発器収容体１１４の上面を覆ってその蒸発器収容体１１４からの外部への放熱を抑制し受熱部内の温度を均一に保つためのものである。
【００５３】
ＣＰＵ５１０の蒸発部１１０側の面は、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの正方形であり、蒸発部１１０の外形サイズ（インテークマニホールド１１１およびエキゾーストマニホールド１１３は含まず）は縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ２０ｍｍである。蒸発器収容体１１４は、厚さ２ｍｍの銅板製の、内部が空洞の箱体である。
【００５４】
この蒸発器収容体１１４の内部には、平面方向に貫通する３本の蒸発器１１２が等間隔で並列に設置されている。３本の蒸発器１１２は、それぞれ、外径１４ｍｍ、厚さ２ｍｍの銅パイプ１１２ａとその銅パイプ１１２ａ内に挿入された多孔質のウィック１１２ｃとからなる二重管構造となっている。
【００５５】
蒸発器収容体１１４と銅パイプ１１２ａの外壁とによって蒸発器収容体１１４内の空洞は密閉されており、この空洞に作動流体である水が封入されている。この空洞内は水の飽和水蒸気圧に保たれている。ここで、図１の蒸気管１３０や液管１４０等の内部を循環する作動流体（水）を、以下では第１の作動流体と呼び、上記の空洞内に封入されている作動流体を第２の作動流体と呼ぶ。
【００５６】
また、３本の銅パイプ１１２ａの内壁には、軸方向に深さ１ｍｍの溝形状の蒸気通路１１２ｂが２ｍｍピッチで等間隔に形成されている。そして、銅パイプ１１２ａ内壁に形成された蒸気通路１１２ｂの先端部に接するように外径１０ｍｍ、内径４ｍｍの筒型のウィック１１２ｃが挿入されている。この銅パイプ１１２ａの内壁に形成された蒸気通路１１２ｂは、蒸気相の作動流体が流通する通路として機能する。
【００５７】
ウィック１１２ｃは、銅粉末を焼結して形成した多孔質の円筒であり、ウィック１１２ｃの内側と外側とは１０μｍ〜５０μｍ径の微細孔によって連通しており、ウィック１１２ｃ内の第１の作動流体が毛細管現象によりウィック１１２ｃの外に染み出すようになっている。
【００５８】
３本の銅パイプ１１２ａの両端部には、液管１４０およびリザーバタンク１５０（図１参照）から流入してきた液相の第１の作動流体を３本のウィック１１２ｃに分岐させるインテークマニホールド１１１と、３本のウィック１１２ｃの蒸気通路１１２ｂから流出してきた蒸気相の第１の作動流体を一つに収束させて凝縮器１２０に送り出すエキゾーストマニホールド１１３とが接合されており、第１の作動流体が漏れ出さないようになっている。
【００５９】
蒸発部１１０のエキゾーストマニホールド１１３と凝縮器１２０とは、蒸気管１３０により連結されており、さらに、凝縮器１２０と蒸発部１１０のインテークマニホールド１１１とは、液管１４０とリザーバタンク１５０とにより連結されており、第１の作動流体が循環するようになっている。
【００６０】
本実施形態では、第１の作動流体と第２の作動流体とは互いに異なる個所に封入されている。第１および第２の作動流体には、ともに水が用いられているが、水以外の流体であってもよく、また、互いに異なる材料の作動流体を用いても差し支えない。第１の作動流体および第２の作動流体を封入する際には、水の飽和蒸気圧となるよう気圧が調節される。
【００６１】
図３は、図２に示す蒸発部を蒸発器の軸方向に切断した断面図であり、図４は、図２に示す蒸発部を蒸発器の軸方向と直交する方向に切断した断面図である。
【００６２】
図３および図４に示すように、蒸発部１１０は、金属製の蒸発器収容体１１４で覆われ、蒸発器収容体１１４の下面１１４ａにはサーマルグリースが塗布されており、そのサーマルグリースを介して発熱体であるＣＰＵ５１０が蒸発器収容体１１４の下面１１４ａに熱的に接触するようになっている。
【００６３】
本実施形態では、上記蒸発器収容体１１４は内部空間１１４ｂを有し、この内部空間１１４ｂに、発熱体からの受熱により蒸気相に相変化し、蒸発器１１２への伝熱により液相に相変化する第２の作動流体１１８が封入されている。
【００６４】
次に、この蒸発部１１０の作用について説明する。
【００６５】
蒸発器収容体１１４の下面１１４ａがＣＰＵ５１０によって加熱されることにより、蒸発器収容体１１４の内部空間１１４ｂに封入された第２の作動流体１１８が加熱されて沸騰し、気化する。
【００６６】
気化した蒸気相の第２の作動流体１１８は温度の低い銅パイプ１１２ａ表面に触れて凝集し液化することにより、ＣＰＵ５１０からの熱は銅パイプ１１２ａに伝えられる。
【００６７】
銅パイプ１１２ａに伝えられた熱は、銅パイプ１１２ａ内側のウィック１１２ｃ内の第１の作動流体１１６に伝えられ、第１の作動流体１１６が沸騰し気化する。
【００６８】
気化した蒸気相の第１の作動流体１１７は蒸気通路１１２ｂを通りエキゾーストマニホールド１１３を経て蒸気出口１１３ａから送り出され、蒸気管１３０（図１参照）を通って凝縮器１２０（図１参照）に供給される。
【００６９】
凝縮器１２０は、放熱面積を増加させるために、銅管に複数の放熱フィン１２１（図１参照）が半田付けされた構造となっており、その放熱フィン１２１に向けた送風ファン５４０（図１参照）からの送風により、銅管３００内の蒸気相の第１の作動流体１１６の熱は空気中に放散される。こうして凝縮器１２０を通過する間に蒸気相の第１の作動流体１１６は熱を放出して凝集し液化する。
【００７０】
こうして液相となった第１の作動流体１１６は、再び液管１４０とリザーバタンク１５０を通って液入口１１１ａからインテークマニホールド１１１に流入し、インテークマニホールド１１１により３つの銅パイプ１１２ａに流入し、蒸発部１１０においてＣＰＵ５１０の熱を受け取り、蒸気相の第１の作動流体１１６となって凝縮器１２０に送られる。
【００７１】
ここで、本実施形態では、蒸発部１１０において、蒸発器収容体１１４の下面１１４ａに加えられたＣＰＵ５１０からの熱の蒸発器１１２への伝熱方法として、上記の第２の作動流体を使った方法が採用されているが、この伝熱方法は、例えば、以下に説明するように金属の熱伝導を利用する方法であってもよい。
【００７２】
以下、蒸発器収容体の下面から蒸発器１１２への伝熱方法として金属の熱伝導を利用する方法が採用された別形態の蒸発部について説明する。
【００７３】
図５は、別形態の蒸発部の構造を示す斜視図であり、図６は、図５に示す別形態の蒸発部を蒸発器の軸方向に切断した断面図であり、図７は、図５に示す別形態の蒸発部を蒸発器の軸方向と直交する方向に切断した断面図である。
【００７４】
これらの図に示す別形態の蒸発部２１０は、蒸発器収容体１１４を除く構成要素が、上記の図２から図３に示す蒸発部１１０の構成要素と同等であり、図５から図７では、これらの構成要素については図２から図３における符号と同じ符号が付され、以下では、これら同等な構成要素については重複説明を省略する。
【００７５】
この別形態の蒸発部２１０が備える蒸発器収容体２１１は銅製のブロックであり、内部に、３つの蒸発器１１２それぞれの外壁面と接する３つの空洞２１１ｂを有し、その３つの空洞２１１ｂそれぞれに上記３つの蒸発器１１２それぞれが収容されている。
【００７６】
この蒸発器収容体２１１の下面２１１ａがＣＰＵ５１０で加熱されることにより、ＣＰＵ５１０からの熱は、蒸発器収容体２１１の銅ブロックに伝えられ、さらにこの銅ブロックを介して銅パイプ１１２に伝えられる。このように、この別形態の蒸発部２１０では、蒸発器収容体２１１の下面２１１ａから蒸発器１１２への伝熱方法として銅の熱伝導を利用する方法が採用されている。
【００７７】
以上で、この別形態の蒸発部２１０についての説明を終了し、図１に示すループ型ヒートパイプ１００についての説明を続ける。
【００７８】
図８は、図１に示すループ型ヒートパイプの、蒸発部およびその近傍を示す拡大図である。
【００７９】
図１のループ型ヒートパイプ１００では、上述したように、蒸発部１１０におけるインテークマニホールド１１１の液入口１１１ａと、液管１４０との間には、液管１４０を通ってきた液相の作動流体を一時的に溜めるリザーバタンク１５０が備えられている。また、蒸発部１１０におけるエキゾーストマニホールド１１３の蒸気出口１１３ａの近傍では、蒸気管１３０が、熱伝導ブロック１７０によって覆われている。そして、ペルチェ素子１６０の冷却部１６１がリザーバタンク１５０に接し、加熱部１６２が熱伝導ブロック１７０に接している。
【００８０】
図９は、リザーバタンク１５０とインテークマニホールド１１１との内部構造を模式的に示す断面図である。
【００８１】
上述したように、インテークマニホールド１１１の内壁面は液入口１１１ａの内壁面も含めてウィック１１１ｂで覆われている。このインテークマニホールド１１１のウィック１１１ｂは、蒸発器１１２のウィック１１２ｃに接しており、インテークマニホールド１１１内における液相の第１の作動流体を毛細管現象によって蒸発器１１２へと導く役割を担っている。
【００８２】
リザーバタンク１５０は、図９に示すように直方体形状の箱体であり、本実施形態では、このリザーバタンク１５０の内壁面も、蒸発器１１２のウィック１１２ｃやインテークマニホールド１１１のウィック１１１ｂと同質のウィック１５１で覆われており、このリザーバタンク１５０のウィック１５１が、インテークマニホールド１１１のウィック１１１ｂに接している。このリザーバタンク１５０のウィック１５１は、液管１４０から流入してくる液相の第１の作動流体を毛細管現象によってインテークマニホールド１１１へと導く役割を担っており、このウィック１５１の働きによって、たとえ液管１４０から流入してくる液相の第１の作動流体が少量であっても、その液相の第１の作動流体がインテークマニホールド１１１に確実に導かれることとなる。
【００８３】
以上に説明した構成により、基本的には、図１に示すループ型ヒートパイプ１００は、第１の作動流体を相変化させながら循環させることで発熱体であるＣＰＵ５１０の冷却を行う。
【００８４】
ところで、本実施形態では、コンピュータ５００は、基本的に、図１に示す姿勢で使用される。そして、ループ型ヒートパイプ１００は、図１に示す姿勢に置かれたコンピュータ５００内で、蒸発部１１０と凝縮器１２０とがほぼ同じ高さに位置する水平状態でこのコンピュータ５００内に搭載されている。一般に、ループ型ヒートパイプは、蒸発部の位置が凝縮器の位置よりも高いトップヒートや水平状態に置かれると、作動流体の循環の開始時点で蒸発部に液相の作動流体が存在している保証がなく、ドライアウトとなって作動流体の循環が開始しないおそれがある。本実施形態では、このようなドライアウトを解消するために、蒸発部１１０における液相の作動流体の入り口と気相の作動流体の出口の近傍において以下に説明する工夫が凝らされている。
【００８５】
図８を参照して説明したように、本実施形態では、液入口１１１ａに接続されたリザーバタンク１５０と、蒸気出口１１３ａの近傍で蒸気管１３０を覆う熱伝導ブロック１７０との間にペルチェ素子１６０が配置されている。そして、このペルチェ素子１６０の冷却部１６１がリザーバタンク１５０に接し、加熱部１６２が熱伝導ブロック１７０に接している。
【００８６】
ここで、ループ型ヒートパイプ１００においてドライアウトが起きているときには、多くの場合、蒸発部１１０の内部からリザーバタンク１５０の内部に至るまで、蒸気相の作動流体で占められる。このとき、このループ型ヒートパイプ１００の内部は、上述したように第１の作動流体である水の飽和蒸気圧に設定されている。このため、リザーバタンク１５０内の蒸気相の第１の作動流体の温度が、例えば蒸気管１３０等の他の部分内の作動流体の温度よりも低温状態となると、リザーバタンク１５０内で相変化が起きて液相の第１の作動流体が発生する。本実施形態では、ドライアウトが起きているときに、ペルチェ素子１６０の冷却部１６１がリザーバタンク１５０を冷却することでこのリザーバタンク１５０内の蒸気相の第１の作動流体を冷却し、加熱部１６２が熱伝導ブロック１７０を介して蒸気管１３０を加熱することでこの蒸気管１３０内の蒸気相の第１の作動流体を加熱する。これにより、リザーバタンク１５０内で相変化が起きる条件が作られ、その結果、リザーバタンク１５０内に液相の第１の作動流体が発生することとなる。このように発生する液相の第１の作動流体は少量ではあるが、上述したように、図９に示すリザーバタンク１５０のウィック１５１における毛細管現象、およびインテークマニホールド１１１のウィック１１１ｂにおける毛細管現象によって、蒸発部１１０内の蒸発器１１２におけるウィック１１２ｃに確実に伝わることになる。さらに、液相の第１の作動流体は、蒸発器１１２のウィック１１２ｃ自体の毛細管現象によって蒸発器１１２内部に進み、この蒸発器１１２内部で蒸発し、この蒸発によって、ループ型ヒートパイプ１００における第１の作動流体の循環が開始されることとなる。
【００８７】
また、一般に、トップヒートや水平状態に置かれたループ型ヒートパイプでは、作動流体の循環中であっても、冷却対象である発熱体での発熱が少ない状態が続いたとき等に、液相の作動流体を蒸発部に送るための蒸気圧が不足して蒸発部から液相の作動流体が無くなってしまいドライアウトが発生して循環が停止してしまうことがある。本実施形態のループ型ヒートパイプ１００では、循環中にこのようなドライアウトが発生して循環が停止した場合であっても、上記のようにペルチェ素子１６０によるリザーバタンク１５０内の蒸気相の第１の作動流体の冷却と、熱伝導ブロック１７０を介した蒸気管１３０内の蒸気相の第１の作動流体の加熱とによって、リザーバタンク１５０内に液相の第１の作動流体を発生させることでドライアウトが解消され、一旦停止した循環が再開されることとなる。
【００８８】
このようなペルチェ素子１６０による冷却あるいは加熱は、図１に示す第１から第４の４つの温度センサ１８１，…，１８４で検出された各温度に基づいてペルチェ素子１６０のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部１９０によって行われる。
【００８９】
以下、この制御部１９０によって行われるペルチェ素子１６０のＯＮ／ＯＦＦ制御について説明する。
【００９０】
図１０は、図１に示す制御部によって行われるペルチェ素子のＯＮ／ＯＦＦ制御における処理の流れを示すフローチャートである。
【００９１】
この図１０のフローチャートが示す処理は、図１のコンピュータ５００に電源が投入され、ループ型ヒートパイプ１００の冷却対象の発熱体であるＣＰＵ５１０に電源が供給されると開始される。処理が開始されると、まず、図１に示す第１から第４の４つの温度センサ１８１，…，１８４によって、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕの検出とリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋの検出と熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐの検出と凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄの検出とが開始される（ステップＳ１０１）。
【００９２】
すると、制御部１９０において、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとが、Ｔｔａｎｋ＜（Ｔｖｐ−ａ１）という条件式を満たすか否かの判定が行われる（ステップＳ１０２）。ここで、ａ１は、ドライアウトが発生していない場合におけるリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとの温度差の下限値として予め決められた規定の温度差であり、上述した第２のループ型ヒートパイプの基本形態における第１の値の一例に相当する。
【００９３】
ステップＳ１０２において、上記の条件式が満たされていない（ステップＳ１０２におけるＮｏ判定）ということは、ドライアウトが発生しており、リザーバタンク１５０と熱伝導ブロック１７０で覆われた蒸気管１３０とが、ほぼ同程度の温度の蒸気相の第１の作動流体で占められていることをことを意味する。そこで、上記の条件式が満たされていない場合には、制御部１９０によって、ペルチェ素子１６０がＯＮ状態にされ、熱伝導ブロック１７０の加熱とリザーバタンク１５０の冷却とが実行される（ステップＳ１０３）。そして、ペルチェ素子１６０がＯＮ状態にされた後は、ステップＳ１０２に戻って上記の判定が繰り返される。そして、ペルチェ素子１６０による加熱と冷却とによって、上記の条件式が満たされるようになると（ステップＳ１０２におけるＹｅｓ判定）、次の処理（ステップＳ１０４）に進む。
【００９４】
本実施形態における、上記のステップＳ１０２およびステップＳ１０３の処理は、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとを検出することで、リザーバタンク１５０と蒸気管１３０との温度差を間接的に検出し、その温度差が上記の規定の温度差ａ１よりも小さい場合に、蒸気管１３０の温度を上昇させ、リザーバタンク１５０の温度を下降させる処理である。
【００９５】
ステップＳ１０４では、制御部１９０によって、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと、凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄとが、Ｔｔａｎｋ＜（Ｔｃｏｎｄ−ａ２）という条件式を満たすか否かの判定が行われる。ここで、ａ２は、第１の作動流体が十分に循環し始めた場合におけるリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄとの温度差の下限値として予め決められた規定の温度差であり、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態における第２の値の一例に相当する。
【００９６】
このステップＳ１０４において、上記の条件式が満たされていない（ステップＳ１０４におけるＮｏ判定）ということは、ドライアウトは解消されつつあるものの、リザーバタンク１５０内における液相の第１の作動流体が少量で、第１の作動流体が未だ十分には循環していないことを意味する。そこで、この場合には、ステップＳ１０３に戻ってペルチェ素子１６０のＯＮ状態が継続される。そして、その後は、ステップＳ１０２の判定とステップＳ１０４の判定とが繰り返される。そして、第１の作動流体が十分に循環し、ステップＳ１０４における条件式が満たされるようになると（ステップＳ１０４におけるＹｅｓ判定）、制御部１９０によって、ペルチェ素子１６０がＯＦＦ状態にされる（ステップＳ１０５）。
【００９７】
以上に説明したステップＳ１０１からステップＳ１０５に至る一連の処理が、第１の作動流体の循環の開始時点におけるドライアウトを解消して、この循環を正常に開始させる処理である。
【００９８】
このように第１の作動流体の循環が正常に開始された後も、図１に示す第１から第４の４つの温度センサ１８１，…，１８４によって、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕの検出とリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋの検出と熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐの検出と凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄの検出とが引き続いて行われる（ステップＳ１０６）。
【００９９】
そして、制御部１９０において、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕが、予め定められた上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）を超えているか否かの判定が行われる（ステップＳ１０７）。この上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）は、上述の応用形態における上限値の一例に相当する。
【０１００】
ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕがこの上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）を超えていない場合（ステップＳ１０７におけるＮｏ）には、第１の作動流体の循環が順調でＣＰＵ５１０の冷却が十分に行われていることを意味しているので、ペルチェ素子１６０のＯＦＦ状態が継続される（ステップＳ１０８）。
【０１０１】
一方、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕがこの上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）を超えている場合（ステップＳ１０７におけるＹｅｓ）には、第１の作動流体の循環が停止している可能性がある。そこで、そのことを確かめるために、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとが、Ｔｖｐ＜（Ｔｔａｎｋ＋ａ３）という条件式を満たすか否かの判定が行われる（ステップＳ１０９）。ここで、ａ３は、第１の作動流体が正常に循環している場合におけるリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとの温度差の下限値として予め決められた規定の温度差であり、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態における第３の値の一例に相当する。
【０１０２】
上記の条件式が満たされている（ステップＳ１０９におけるＹｅｓ判定）ということは、ドライアウトが発生してリザーバタンク１５０と蒸気管１３０とが、ほぼ同程度の温度の蒸気相の第１の作動流体で占められていることをことを意味する。そこで、この場合には、制御部１９０によってペルチェ素子１６０が再びＯＮ状態にされてドライアウトの解消と循環の再開が図られる（ステップＳ１１０）。
【０１０３】
ペルチェ素子１６０がＯＮ状態にされた後は、ステップＳ１０７の判定とステップＳ１０９の判定が繰り返され、ステップＳ１０７の判定において、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕが上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）を超えていないと判定されると（ステップＳ１０７におけるＮｏ）、第１の作動流体の循環が順調に再開されてＣＰＵ５１０の冷却が十分に行われていること意味するので、ステップＳ１０８に進んでペルチェ素子１６０がＯＦＦ状態にされる。
【０１０４】
一方、ステップＳ１０９の条件式が満たされていない（ステップＳ１０９におけるＮｏ判定）場合には、第１の作動流体の循環が順調であるにも関わらずＣＰＵ５１０において異常な温度上昇が発生していることを意味するので、この場合には、制御部１９０によって、ＣＰＵ５１０におけるクロック数のダウンあるいはＣＰＵ５１０の強制停止が行われる（ステップＳ１１１）。また、この場合には、第１の作動流体の循環自体は順調であるので、ステップＳ１０８に進んでペルチェ素子１６０のＯＦＦ状態が継続される。
【０１０５】
以上に説明したステップＳ１０６からステップＳ１１１に至る一連の処理が、第１の作動流体の循環の開始後においてドライアウトが発生し循環が停止してしまった場合に、そのドライアウトを解消して、この循環を再開させる処理である。
【０１０６】
以上に説明したように、本実施形態によれば、コンピュータ５００内で、ループ型ヒートパイプ１００が水平状態に置かれ、そのために第１の作動流体の循環の開始時点においてドライアウトが発生している場合であっても、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。さらに、本実施形態によれば、循環の開始後においてドライアウトが発生し循環が停止してしまった場合には、そのドライアウトを解消して、この循環を再開させることができる。また、本実施形態では、電力の消費量が比較的に多いペルチェ素子の動作が、ドライアウトの発生が想定される循環の開始のときと、循環中であってＣＰＵ５１０で異常な温度上昇が見られたときに行われるので効率的である。
【０１０７】
尚、上記では、ループ型ヒートパイプの一例として、水平状態に置かれて使用されるループ型ヒートパイプ１００を例示したが、このループ型ヒートパイプはこれに限るものではなく、例えばトップヒートで使用されるもの等であっても良い。
【０１０８】
また、上記では、ループ型ヒートパイプが搭載される電子機器の一例として、コンピュータ５００を例示したが、この電子機器はコンピュータに限るものではなく、例えば家電製品等であっても良い。
【０１０９】
また、上記では、ループ型ヒートパイプにおける蒸気管および液管として、銅管である蒸気管１３０および銅管である液管１４０を例示したが、この蒸気管および液管はこれに限るものではなく、例えば銅以外の金属製の管であっても良い。
【０１１０】
また、上記では、作動流体として水を例示したが、作動流体はこれに限るものではなく、例えばアルコール等といった、水以外の流体であっても良い。
【０１１１】
また、上記では、ペルチェ素子によってリザーバタンクの冷却と熱伝導ブロックの加熱との両方を行う例を示したが、ペルチェ素子による処理はこれに限るものではなく、例えばリザーバタンクの冷却のみを行うものであっても良い。
【０１１２】
また、上記では、冷却と加熱にペルチェ素子を用いているが、冷却と加熱を行う方法はこれに限るものではなく、例えば、冷却を放熱ファンを用いて行い加熱をヒータで行う等といった方法であっても良い。
【０１１３】
以下、上述した基本形態および応用形態を含む種々の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１１４】
（付記１）
蒸発器と凝縮器とを連結する蒸気管、及び、前記凝縮器と前記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、前記液管の内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
前記作動流体の循環を制御する制御手段を有し、
前記制御手段が、前記循環を開始させる起動時に、前記液管内の作動流体を冷却する手段を有する
ことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【０１１５】
（付記２）
蒸発器、凝縮器、前記蒸発器と前記凝縮器とを連結する蒸気管、及び、前記凝縮器と前記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
前記蒸気管と前記液管との温度差を検出する第１の温度差検出手段と、
前記温度差が予め定められた所定の第１の値よりも小さい場合に、前記蒸気管の温度を上昇させるとともに前記液管の温度を下降させる調整手段と
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【０１１６】
（付記３）
前記調整手段が、前記蒸気管と前記液管の間に配置されたペルチェ素子を含む機構である
ことを特徴とする付記２に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１１７】
（付記４）
前記ペルチェ素子の一方の面が前記蒸気管の表面と接触し、且つ、前記ペルチェ素子の他方の面が前記液管の表面と接触する
ことを特徴とする付記３に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１１８】
（付記５）
前記第１の温度差検出手段は、前記蒸気管の温度と前記液管の温度との双方を検出してこれら２つの温度の差を求めることにより、前記温度差を間接的に検出する手段である
ことを特徴とする付記２から４のうちいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１１９】
（付記６）
前記蒸発器は、電力の供給を受けて発熱する発熱素子によって加熱されるものであり、
前記調整手段は、前記発熱素子に電力が供給された時点で、前記温度差が前記第１の値よりも小さい場合に、前記蒸気管の温度を上昇させるとともに前記液管の温度を下降させるものである
ことを特徴とする付記２から５のうちいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１２０】
（付記７）
前記蒸発器は、電力の供給を受けて発熱する発熱素子によって加熱されるものであり、
前記調整手段は、前記発熱素子に電力が供給された時点で、前記温度差が前記第１の値よりも小さい場合に、前記蒸気管の温度を上昇させるとともに前記液管の温度を下降させ、該発熱素子に電力が供給されている間は、該温度差が所定の第３の値よりも小さい場合に、該蒸気管の温度を上昇させるとともに該液管の温度を下降させるものである
ことを特徴とする付記２から６のうちいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１２１】
（付記８）
蒸発器と凝縮器とを連結する蒸気管、及び、前記凝縮器と前記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、前記液管の内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプを備えた電子機器であって、
前記ループ型ヒートパイプは、
前記作動流体の循環を制御する制御手段を有し、
前記制御手段が、前記循環を開始させる起動時に、前記液管内の作動流体を冷却する手段を有する
ことを特徴とする電子機器。
【符号の説明】
【０１２２】
３０ 管
５０ 発熱素子
９０ 加熱部
９１ ヒータ
９２ 電源
９３ スイッチ
９４ 制御装置
９５ フィルタ
１，２，１００ ループ型ヒートパイプ
１０，６０，１１０ 蒸発部
１１１ インテークマニホールド
１１１ａ 液入口
１２，１１１ｂ ウィック
１１，１１２ 蒸発器
１１２ａ 銅パイプ
１３，１１２ｂ 蒸気通路
１１２ｃ ウィック
１１３ エキゾーストマニホールド
１１３ａ 蒸気出口
１１４ 蒸発器収容体
１１４ａ 下面
１１４ｂ 内部空間
１１５ 断熱材
１１６ 第１の作動流体
１１７ 気化した蒸気相の第１の作動流体
１１８ 第２の作動流体
２０，４０，１２０ 凝縮器
４１，１２１ 放熱フィン
７０，１３０ 蒸気管
８０，１４０ 液管
１５０ リザーバタンク
１５１ ウィック
１６０ ペルチェ素子
１６１ 冷却部
１６２ 加熱部
１７０ 熱伝導ブロック
１８１ 第１温度センサ
１８２ 第２温度センサ
１８３ 第３温度センサ
１８４ 第４温度センサ
１９０ 制御部
２１０ 蒸発部
２１１ 蒸発器収容体
２１１ａ 下面
２１１ｂ 空洞
５００ コンピュータ
５１０ ＣＰＵ
５２０ ＨＤＤ
５３０ 電源部
５４０ 送風ファン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、コンピュータ等の電子機器内の発熱素子を冷却するために用いられるループ型ヒートパイプ、および、そのようなヒートパイプを搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱した物体を冷却する冷却方法としては、単純な空冷や水冷等による冷却方法や、ペルチェ素子を使った電気的な冷却方法（例えば、特許文献１参照）等の様々な冷却方法が知られている。このような冷却方法の中に、いわゆるヒートパイプを使った冷却方法がある（例えば、特許文献２参照）。ヒートパイプは、内部に封入した作動流体の相変化を利用して熱を輸送する伝熱装置であり、コンピュータ等の電子機器内の発熱素子を冷却するために広く用いられている。
【０００３】
このヒートパイプの一種として、外部からの熱を受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる蒸発器と、放熱により、蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮器と、蒸発器と凝縮器との間で作動流体を循環させる管とを備えたループ型ヒートパイプが知られている（例えば、特許文献３、特許文献４、および特許文献５参照）。このループ型ヒートパイプは、主として人工衛星や宇宙ステーションなどの熱輸送装置として開発が進められている。
【０００４】
図１１は、従来のループ型ヒートパイプの一例を示す概略構成図である。
【０００５】
図１１には、外部からの熱を受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる蒸発部１０と、放熱により、蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮器２０と、蒸発部１０と凝縮器２０との間で作動流体を循環させる管３０とを備えたループ型ヒートパイプ１が示されている。
【０００６】
このループ型ヒートパイプ１の蒸発部１０には円筒形の蒸発器１１が備えられており、その蒸発器１１の内壁には軸方向に延びた溝形状の複数の蒸気通路１３が形成されている。そして、この蒸気通路１３の先端部に接するように多孔質の円筒形のウィック１２が挿入されている。
【０００７】
管３０からウィック１２内に送り込まれた液相の作動流体はウィック１２の内壁の微細な孔からウィック１２外へと浸透して蒸気通路１３に到る。このとき、蒸発器１１が発熱素子によって加熱されると、ウィック１２内から蒸気通路１３に到った液相の作動流体が蒸発して蒸気相の作動流体が発生する。この蒸発器１１内における相変化に発熱素子の熱が使われるので、この発熱素子が冷却されることとなる。冷却によって生じた蒸気相の作動流体は、凝縮器２０に向かい、この凝縮器２０で冷却されて液相の作動流体に変化する。このような作動流体の循環が繰り返されることで、発熱素子の冷却が連続して行われる。
【０００８】
ここで、この図１１に示すループ型ヒートパイプ１に限らず、一般に、ループ型ヒートパイプは、図１１に示すように、蒸発器が凝縮器よりも低い位置にあり、その状態で蒸発器が加熱されるボトムヒートという状態で使用されることが前提となっている。これは、冷却対象の発熱素子によって蒸発器が加熱されて作動流体の循環が開始されるためには、この開始の時点で、ウィック内から蒸気通路に液相の作動流体が至っており、加熱によってこの液相の作動流体が蒸発する必要があるためである。仮に、ループ型ヒートパイプを、図１１とは上下が逆のトップヒートという状態で使用すると、作動流体の循環の開始時点には、重力によって作動流体が凝縮器側に偏った状態となっているので、この時点で加熱によって蒸発すべき液相の作動流体が存在しないドライアウトという状態となり、作動流体の循環が開始しないという不具合が生じてしまう。また、ループ型ヒートパイプを水平に配置した状態で使用した場合にも、作動流体の循環の開始時点に、蒸発器に、この開始に十分な液相の作動流体が存在している保証がなく、ドライアウトとなって作動流体の循環が開始しないという不具合が生じるおそれがある。
【０００９】
しかしながら、電子機器内における実装上の制約等から、ループ型ヒートパイプを、トップヒートで使用される状態や水平に配置した状態で電子機器に搭載せざるを得ない場合もあり、トップヒート等の状態でも作動流体の循環を開始することができるループ型ヒートパイプが望まれている。
【００１０】
そこで、トップヒート等の状態における作動流体の循環の開始を可能とするために、例えば、作動流体の循環の開始時点に、凝縮器側に偏っている液相の作動流体を強制的に加熱し、その加熱よって生じる蒸気圧によって、凝縮器側に偏っている液相の作動流体を蒸発器にまで押し上げることでドライアウトを解消するという技術が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【００１１】
図１２は、凝縮器側に偏っている液相の作動流体に対する強制的な加熱によってトップヒート等の状態におけるドライアウトを解消する技術の一例を模式的に示す図である。
【００１２】
この図１２に示すループ型ヒートパイプ２は、放熱フィン４１を有する凝縮器４０と、冷却対象の発熱素子５０に接する蒸発部６０と、蒸発部６０で生じた蒸気相の作動流体を凝縮器４０まで案内する蒸気管７０と、凝縮器４０で生じた液相の作動流体を蒸発部６０まで案内する液管８０と、凝縮器４０側に偏っている液相の作動流体に対する強制的な加熱を行う加熱部９０とを備えている。加熱部９０は、凝縮器４０の近傍で蒸気管７０に取り付けられたヒータ９１と、ヒータ９１に電力を供給する電源９２と、電源９２からヒータ９１に至る回路上に設けられたスイッチ９３と、発熱素子５０が動作を開始してから所定時間に亘ってスイッチ９３をＯＮ状態にする制御装置９４と備えている。また、この蒸気管７０内には、ヒータ９１の、蒸発部６０側の近傍に、多孔質のフィルタ９５が取り付けられている。
【００１３】
このループ型ヒートパイプ２が、例えば、図１２に示すようにトップヒートで使用されると、作動流体の循環の開始時点には液相の作動流体が凝縮器４０側に偏っている。このとき、発熱素子５０が動作を開始して発熱を始めると、制御装置９４がスイッチ９３をＯＮ状態にし、ヒータ９１が、そのヒータ９１が取り付けられている部分の蒸気管７０内にある液相の作動流体を加熱して、この液相の作動流体が蒸発する。この蒸発によって生じた蒸気相の作動流体は、フィルタ９５によって遮られて、蒸気管７０内を逆流することなく、液管８０側に向かう。その結果、液相の作動流体を液管８０側に押し上げる圧力が生じ、この圧力によって液相の作動流体が蒸発部６０まで押し上げられる。これにより、蒸発部６０におけるドライアウトが解消され、作動流体の循環が開始されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−２４４２５１号公報
【特許文献２】特開平１１−２０１６６９号公報
【特許文献３】米国特許第４７６５３９６号明細書
【特許文献４】特開２００２−１７４４９２号公報
【特許文献５】特開２００３−１４８８８２号公報
【特許文献６】特開２００２−３４０４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ここで、上記の図１２に一例を示す技術では、強制的な加熱によって生じた蒸気相の作動流体が、蒸気管内を逆流しないようにするために、図１２に示すようなフィルタが必要となる。しかしながら、このようなフィルタは、作動流体が正常に循環しているときには、この正常な循環を妨げる抵抗となってしまう。例えば、冷却対象の発熱素子での発熱が低下したとき等には、蒸発器で発生する蒸気相の作動流体の量が減少するので、凝縮器から液相の作動流体を蒸発器に押し上げる力が減少する。このとき、上記のようなフィルタは、このただでさえ少ない力を更に減少させてしまい、結果的に、液相の作動流体を蒸発器に押し上げる力が許容以上に減少し、循環中にドライアウトが生じて循環が停止してしまうおそれがある。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑み、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができるループ型ヒートパイプ、および、そのようなループ型ヒートパイプを搭載した電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するループ型ヒートパイプのうちの第１のループ型ヒートパイプの基本形態は、
蒸発器と凝縮器とを連結する蒸気管、及び、上記凝縮器と上記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、上記液管の内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
上記作動流体の循環を制御する制御手段を有し、
上記制御手段が、上記循環を開始させる起動時に、上記液管内の作動流体を冷却する手段を有する
ことを特徴とする。
【００１８】
この第１のループ型ヒートパイプの基本形態によれば、上記循環を開始させる起動時に、上記液管内の作動流体が冷却される。ここで、一般に、ループ型ヒートパイプの内部は飽和蒸気圧に保たれている。そのため、このループ型ヒートパイプがトップヒート等の状態で使用され、上記の起動時に液相の作動流体が上記凝縮器側に偏っており、蒸発器に液相の作動流体を案内する液管内のほとんどが蒸気相の作動流体で占められドライアウトとなっていたとしても、上記の冷却により、上記液管内の蒸気相の作動流体の温度が、例えば上記蒸気管等の他の部分内の作動流体の温度よりも低温状態となると、液管内で凝結作用が起きて液相の作動流体が発生することとなる。そして、この冷却によって発生した液相の作動流体によって上記のドライアウトが解消され、作動流体の循環が開始されることとなる。また、この基本形態によれば、ドライアウトの解消が、上記液管内の作動流体に対する冷却で行われるので、例えばフィルタ等といった、循環開始後にその循環を妨げるような特別の要素が不要である。つまり、この第１のループ型ヒートパイプの基本形態によれば、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するループ型ヒートパイプのうちの第２のループ型ヒートパイプの基本形態は、
蒸発器、凝縮器、上記蒸発器と上記凝縮器とを連結する蒸気管、及び、上記凝縮器と上記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
上記蒸気管と上記液管との温度差を検出する第１の温度差検出手段と、
上記温度差が予め定められた所定の第１の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させる調整手段と
を有することを特徴とする。
【００２０】
一般に、ループ型ヒートパイプにおいてドライアウトが発生し、蒸気管内と液管内との双方が蒸気相の作動流体で占められているときには、これら蒸気管と液管とは互いにほぼ同じ温度となる。つまり、蒸気管と液管との間にある程度以上の温度差がある場合にはドライアウトは発生していない可能性が高く、逆に、この温度差が異常に小さい場合にはドライアウトが発生している可能性が高い。ここで、上記第１の値は、ドライアウトが発生していない状態における蒸気管と液管との温度差の下限値として予め定められる値である。この第２のループ型ヒートパイプの基本形態によれば、上記蒸気管と上記液管との温度差がこの第１の値よりも小さく、ドライアウトの発生が想定される場合に、上記蒸気管の温度が上昇されるとともに上記液管の温度が下降される。これにより、ドライアウトによって液管内のほとんどを占める蒸気相の作動流体の温度が、上記蒸気管内の作動流体の温度よりも低温状態となり、液管内で凝結作用が起きて液相の作動流体が発生することとなる。そして、この液相の作動流体によって上記のドライアウトが解消され、作動流体の循環が開始されることとなる。また、この基本形態によれば、ドライアウトの解消が、上記蒸気管の温度の上昇と上記液管の温度の下降とで行われるので、例えば上述のフィルタ等といった、循環開始後にその循環を妨げるような特別の要素が不要である。つまり、この第２のループ型ヒートパイプの基本形態によれば、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。
【００２１】
また、上記の第２のループ型ヒートパイプの基本形態に対し、
「上記調整手段が、上記蒸気管と上記液管の間に配置されたペルチェ素子を含む機構である」という応用形態は好適であり、この好適な応用形態に対し、
「上記ペルチェ素子の一方の面が上記蒸気管の表面と接触し、且つ、上記ペルチェ素子の他方の面が上記液管の表面と接触する」という応用形態は更に好適である。
【００２２】
これらの応用形態によれば、上記ペルチェ素子によって上記液管の温度を容易に下降させることができ、上記の更に好適な応用形態によれば、上記ペルチェ素子によって、上記液管の温度の下降と上記蒸気管の温度の上昇とを同時に行うことができる。
【００２３】
また、上記の第２のループ型ヒートパイプの基本形態に対し、
「上記第１の温度差検出手段は、上記蒸気管の温度と上記液管の温度との双方を検出してこれら２つの温度の差を求めることにより、上記温度差を間接的に検出する手段である」という応用形態も好適である。
【００２４】
この好適な応用形態によれば、上記温度差を簡単に検出することができる。
【００２５】
また、上記の第２のループ型ヒートパイプの基本形態に対し、
「上記蒸発器は、電力の供給を受けて発熱する発熱素子によって加熱されるものであり、
上記調整手段は、上記発熱素子に電力が供給された時点で、上記温度差が上記第１の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させるものである」という応用形態も好適である。
【００２６】
上記ループ型ヒートパイプがトップヒート等の状態で使用されるときには、上記発熱素子に電力が供給されて作動流体が開始される時点でドライアウトが発生している可能性が高い。上記の好ましい応用形態によれば、この時点におけるドライアウトが効果的に解消されるので効率的である。
【００２７】
また、この好適な応用形態に対し、
「上記液管と上記凝縮器との温度差を検出する第２の温度差検出手段をさらに有し、
上記調整手段は、上記発熱素子に電力が供給された時点で、上記蒸気管と上記液管との温度差が上記第１の値よりも小さい場合であって、さらに、その液管と上記凝縮器との温度差が所定の第２の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させるものである」という応用形態はさらに好適である。
【００２８】
上記ループ型ヒートパイプでは、作動流体の循環が始まると、上記液管の温度が、液管よりも蒸気相の作動流体が占める割合が高い上記凝縮器の温度よりも低くなる。つまり、液管と凝縮器との間にある程度以上の温度差がある場合には作動流体が十分に循環し始めた可能性が高く、逆に、この温度差が異常に小さい場合には作動流体がまだ十分には循環し始めていない可能性が高い。ここで、上記第２の値は、作動流体の循環が十分に循環し始めた状態における液管と凝縮器との温度差の下限値として予め定められる値である。上記の好適な応用形態によれば、上記発熱素子に電力が供給された時点、即ち循環の開始時点に、上記液管と上記凝縮器との温度差がこの第２の値よりも小さく、作動流体の循環がまだ始まっていないと想定される場合に、上記蒸気管の温度上昇と上記液管の温度下降とが行われるので、この作動流体の循環を一層確実に始めることができる。
【００２９】
また、上記の第２のループ型ヒートパイプの基本形態に対し、
「上記蒸発器は、電力の供給を受けて発熱する発熱素子によって加熱されるものであり、
上記調整手段は、上記発熱素子に電力が供給された時点で、上記温度差が上記第１の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させ、その発熱素子に電力が供給されている間は、その温度差が所定の第３の値よりも小さい場合に、その蒸気管の温度を上昇させるとともにその液管の温度を下降させるものである」という応用形態も好適である。
【００３０】
一般に、ループ型ヒートパイプにおいて作動流体が正常に循環している場合には、蒸気管と液管との間にはある程度以上の温度差が存在する。つまり、蒸気管と液管との間にある程度以上の温度差がある場合には作動流体が正常に循環している可能性が高く、逆に、この温度差が異常に小さい場合にはドライアウトによりこの循環が停止している可能性が高い。ここで、上記第３の値は、作動流体が正常に循環している状態における蒸気管と液管との温度差の下限値として予め定められる値である。上記の好ましい応用形態によれば、作動流体の循環の開始時点におけるドライアウトが解消されるとともに、上記発熱素子に電力が供給されている間つまり作動流体の循環中に、蒸気管と液管との温度差が上記第３の値よりも小さくドライアウトによる循環の停止が想定されるときにもそのドライアウトが解消されるので、その一旦は停止してしまった循環を再開させることができる。
【００３１】
また、この好適な応用形態に対し、
「上記発熱素子の温度を検出する温度検出手段をさらに有し、
上記調整手段は、上記発熱素子に電力が供給されている間は、上記発熱素子の温度が予め定められた所定の上限値を超えている場合において、上記温度差が上記第３の値よりも小さい場合に、上記蒸気管の温度を上昇させるとともに上記液管の温度を下降させるものである」という応用形態はさらに好適である。
【００３２】
このさらに好適な応用形態によれば、上記発熱素子において上記上限値を超える異常な発熱が起きており、作動流体の循環の停止が想定される場合に、ドライアウトの解消が行われるので効率的である。
【００３３】
また、上記目的を達成する電子機器は、
上記第１のループ型ヒートパイプの基本形態、上記第２のループ型ヒートパイプの基本形態、および、その第２のループ型ヒートパイプの各応用形態を備えた
ことを特徴とする。
【００３４】
これらの電子機器によれば、電子機器が備えたループ型ヒートパイプについて、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上、説明したように、第１および第２のループ型ヒートパイプの上記基本形態や、電子機器によれば、トップヒート等の状態で、作動流体の循環を、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】電子機器の具体的な実施形態であるコンピュータの透視図である。
【図２】図１に示すループ型ヒートパイプの蒸発部の構造を示す斜視図である。
【図３】図２に示す蒸発部を蒸発器の軸方向に切断した断面図である。
【図４】図２に示す蒸発部を蒸発器の軸方向と直交する方向に切断した断面図である。
【図５】別形態の蒸発部の構造を示す斜視図である。
【図６】図５に示す別形態の蒸発部を蒸発器の軸方向に切断した断面図である。
【図７】別形態の蒸発部を蒸発器の軸方向と直交する方向に切断した断面図である。
【図８】図１に示すループ型ヒートパイプの、蒸発部およびその近傍を示す拡大図である。
【図９】リザーバタンク１５０とインテークマニホールド１１１との内部構造を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１に示す制御部によって行われるペルチェ素子のＯＮ／ＯＦＦ制御における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】従来のループ型ヒートパイプの一例を示す概略構成図である。
【図１２】図１に示すループ型ヒートパイプの蒸発部の構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
基本形態および応用形態について上記に説明したループ型ヒートパイプおよび電子機器に対する具体的な実施形態を、以下図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、電子機器の具体的な実施形態であるコンピュータの透視図である。
【００３９】
図１には、主要な発熱部であるＣＰＵ５１０と、補助記憶装置であるＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）５２０と、電源部５３０と、空冷用の送風ファン５４０とを有するコンピュータ５００、およびこのコンピュータ５００に組み込まれ、ＣＰＵ５１０を冷却するループ型ヒートパイプ１００が示されている。この電子機器は、上述した電子機器の一実施形態に相当する。また、ＣＰＵ５１０が、上述した応用形態における発熱素子の一例に相当する。
【００４０】
このループ型ヒートパイプ１００は、上述した第１のループ型ヒートパイプと第２のループ型ヒートパイプとを兼ねた一実施形態に相当し、発熱体であるＣＰＵ５１０から受熱し液相の作動流体を蒸発させて蒸気相の作動流体に相変化させる後述の蒸発器（受熱器）を内蔵した蒸発部１１０と、複数の放熱フィン１２１を有し送風ファン５４０からの風をこの放熱フィンで受けることによる放熱で蒸気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に相変化させる凝縮器（放熱器）１２０と、蒸発部１１０で発生した蒸気相の作動流体を凝縮器１２０に案内する銅管である蒸気管１３０と、凝縮器１２０で発生した液相の作動流体を蒸発部１１０に案内する銅管である液管１４０と、液管１４０を通ってきた液相の作動流体を一時的に溜めてから蒸発部１１０に供給するリザーバタンク１５０とを備えている。
【００４１】
また、このループ型ヒートパイプ１００は、冷却部がリザーバタンク１５０に接しているペルチェ素子１６０と、蒸発部１１０における蒸気相の作動流体の出口近傍の蒸気管１３０を覆い、ペルチェ素子１６０の加熱部に接している熱伝導ブロック１７０を備えている。
【００４２】
さらに、このループ型ヒートパイプ１００は、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕを検出する第１温度センサ１８１と、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋを検出する第２温度センサ１８２と、熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐを検出する第３温度センサ１８３と、凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄを検出する第４温度センサ１８４と、各温度センサで検出された各温度に基づいてペルチェ素子１６０のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部１９０とを備えている。
【００４３】
ここで、上記の蒸発部１１０は、上述した第１のループ型ヒートパイプの基本形態、第２のループ型ヒートパイプの基本形態それぞれにおける蒸発器の一例に相当する。また、上記の凝縮器１２０は、各基本形態における凝縮器の一例に相当し、上記の液管１４０とリザーバタンク１５０とを合せたものは、各基本形態における液管の一例に相当し、上記の蒸気管１３０と熱伝導ブロック１７０とを合せたものは、各基本形態における蒸気管の一例に相当する。また、上記の制御部１９０とペルチェ素子１６０とを合せたものは、上述した第１のループ型ヒートパイプの基本形態における制御手段の一例に相当し、ペルチェ素子１６０は、上述した第１のループ型ヒートパイプの基本形態における「液管内の作動流体を冷却する手段」の一例に相当する。このペルチェ素子１６０と制御部１９０とを合せたものは、上述した第２のループ型ヒートパイプの基本形態における調整手段の一例にも相当する。また、上記の第２温度センサ１８２と第３温度センサ１８３と制御部１９０とを合せたものは、上述した第２のループ型ヒートパイプの基本形態における第１の温度差検出手段の一例に相当する。また、上記の第２温度センサ１８２と第４温度センサ１８４と制御部１９０とを合せたものは、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態における第２の温度差検出手段の一例に相当し、第１温度センサ１８１と制御部１９０とを合せたものは、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態における温度検出手段の一例に相当する。また、上記のペルチェ素子１６０は、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態におけるペルチェ素子の一例にも相当する。
【００４４】
このループ型ヒートパイプ１００では、作動流体として水が使われ、蒸気管１３０や液管１４０等の内部が水の飽和蒸気圧に設定されている。ＣＰＵ５１０が動作を始めて発熱し始めると、まず、このＣＰＵ５１０に接している蒸発部１１０内で、液相の作動流体がＣＰＵ５１０が発する熱によって蒸発し、蒸気相の作動流体が発生する。この蒸気相の作動流体は蒸気管１３０を伝って凝縮器１２０に至り、凝縮器１２０で凝縮されて液相の作動流体に変わる。この液相の作動流体は、液管１４０およびリザーバタンク１５０を伝って蒸発部１１０に至り、ＣＰＵ５１０が発する熱によって再度蒸発する。ループ型ヒートパイプ１００では、このような作動流体の循環によってＣＰＵ５１０を冷却する。
【００４５】
図２は、図１に示すループ型ヒートパイプの蒸発部の構造を示す斜視図である。
【００４６】
この蒸発部１１０は、図１に示すコンピュータに組み込まれ、インテークマニホールド（分岐部）１１１と、３つの蒸発器１１２と、エキゾーストマニホールド（集束部）１１３と、蒸発器収容体１１４と、断熱材１１５とを備えている。
【００４７】
インテークマニホールド１１１は、凝縮器１２０（図１参照）から送られてきて液入口１１１ａから流入した液相の作動流体を３つに分岐させるものである。
【００４８】
３つの蒸発器１１２は、インテークマニホールド１１１で分岐された液相の作動流体それぞれを受け入れ蒸気相に相変化させて送り出す、銅パイプ１１２ａ内に多孔質の筒型のウィック１１２ｃが挿入された二重管構造の、横に並べられた管状の部材である。
【００４９】
ここで、本実施形態では、インテークマニホールド１１１の本体部分の内壁面と、筒型の液入口１１１ａの内壁面とが、蒸発器１１２におけるウィック１１２ｃと同質のウィック１１１ｂによって覆われている。このインテークマニホールド１１１におけるウィック１１１ｂは、図１に示すリザーバタンク１５０から流入してくる液相の作動流体を、多孔質構造における毛細管現象によって蒸発器１１２へと導く役割を担っており、蒸発器１１２におけるウィック１１２ｃに接している。このインテークマニホールド１１１におけるウィック１１１ｂの働きにより、たとえ、リザーバタンク１５０から流入してくる液相の作動流体が少量であっても、その液相の作動流体が確実に蒸発器１１２へと導かれる。
【００５０】
エキゾーストマニホールド１１３は、上記３つの蒸発器１１２から流出してきた蒸気相の作動流体を一つに集束させて蒸気出口１１３ａから凝縮器１２０（図１参照）へと送り出すものである。
【００５１】
蒸発器収容体１１４は、上記３つの蒸発器１１２を収容しＣＰＵ５１０の熱を下面から受熱し受熱した熱を内部に拡散させて３つの蒸発器１１２に伝熱するものである。
【００５２】
断熱材１１５は、蒸発器収容体１１４の上面を覆ってその蒸発器収容体１１４からの外部への放熱を抑制し受熱部内の温度を均一に保つためのものである。
【００５３】
ＣＰＵ５１０の蒸発部１１０側の面は、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの正方形であり、蒸発部１１０の外形サイズ（インテークマニホールド１１１およびエキゾーストマニホールド１１３は含まず）は縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ２０ｍｍである。蒸発器収容体１１４は、厚さ２ｍｍの銅板製の、内部が空洞の箱体である。
【００５４】
この蒸発器収容体１１４の内部には、平面方向に貫通する３本の蒸発器１１２が等間隔で並列に設置されている。３本の蒸発器１１２は、それぞれ、外径１４ｍｍ、厚さ２ｍｍの銅パイプ１１２ａとその銅パイプ１１２ａ内に挿入された多孔質のウィック１１２ｃとからなる二重管構造となっている。
【００５５】
蒸発器収容体１１４と銅パイプ１１２ａの外壁とによって蒸発器収容体１１４内の空洞は密閉されており、この空洞に作動流体である水が封入されている。この空洞内は水の飽和水蒸気圧に保たれている。ここで、図１の蒸気管１３０や液管１４０等の内部を循環する作動流体（水）を、以下では第１の作動流体と呼び、上記の空洞内に封入されている作動流体を第２の作動流体と呼ぶ。
【００５６】
また、３本の銅パイプ１１２ａの内壁には、軸方向に深さ１ｍｍの溝形状の蒸気通路１１２ｂが２ｍｍピッチで等間隔に形成されている。そして、銅パイプ１１２ａ内壁に形成された蒸気通路１１２ｂの先端部に接するように外径１０ｍｍ、内径４ｍｍの筒型のウィック１１２ｃが挿入されている。この銅パイプ１１２ａの内壁に形成された蒸気通路１１２ｂは、蒸気相の作動流体が流通する通路として機能する。
【００５７】
ウィック１１２ｃは、銅粉末を焼結して形成した多孔質の円筒であり、ウィック１１２ｃの内側と外側とは１０μｍ〜５０μｍ径の微細孔によって連通しており、ウィック１１２ｃ内の第１の作動流体が毛細管現象によりウィック１１２ｃの外に染み出すようになっている。
【００５８】
３本の銅パイプ１１２ａの両端部には、液管１４０およびリザーバタンク１５０（図１参照）から流入してきた液相の第１の作動流体を３本のウィック１１２ｃに分岐させるインテークマニホールド１１１と、３本のウィック１１２ｃの蒸気通路１１２ｂから流出してきた蒸気相の第１の作動流体を一つに収束させて凝縮器１２０に送り出すエキゾーストマニホールド１１３とが接合されており、第１の作動流体が漏れ出さないようになっている。
【００５９】
蒸発部１１０のエキゾーストマニホールド１１３と凝縮器１２０とは、蒸気管１３０により連結されており、さらに、凝縮器１２０と蒸発部１１０のインテークマニホールド１１１とは、液管１４０とリザーバタンク１５０とにより連結されており、第１の作動流体が循環するようになっている。
【００６０】
本実施形態では、第１の作動流体と第２の作動流体とは互いに異なる個所に封入されている。第１および第２の作動流体には、ともに水が用いられているが、水以外の流体であってもよく、また、互いに異なる材料の作動流体を用いても差し支えない。第１の作動流体および第２の作動流体を封入する際には、水の飽和蒸気圧となるよう気圧が調節される。
【００６１】
図３は、図２に示す蒸発部を蒸発器の軸方向に切断した断面図であり、図４は、図２に示す蒸発部を蒸発器の軸方向と直交する方向に切断した断面図である。
【００６２】
図３および図４に示すように、蒸発部１１０は、金属製の蒸発器収容体１１４で覆われ、蒸発器収容体１１４の下面１１４ａにはサーマルグリースが塗布されており、そのサーマルグリースを介して発熱体であるＣＰＵ５１０が蒸発器収容体１１４の下面１１４ａに熱的に接触するようになっている。
【００６３】
本実施形態では、上記蒸発器収容体１１４は内部空間１１４ｂを有し、この内部空間１１４ｂに、発熱体からの受熱により蒸気相に相変化し、蒸発器１１２への伝熱により液相に相変化する第２の作動流体１１８が封入されている。
【００６４】
次に、この蒸発部１１０の作用について説明する。
【００６５】
蒸発器収容体１１４の下面１１４ａがＣＰＵ５１０によって加熱されることにより、蒸発器収容体１１４の内部空間１１４ｂに封入された第２の作動流体１１８が加熱されて沸騰し、気化する。
【００６６】
気化した蒸気相の第２の作動流体１１８は温度の低い銅パイプ１１２ａ表面に触れて凝集し液化することにより、ＣＰＵ５１０からの熱は銅パイプ１１２ａに伝えられる。
【００６７】
銅パイプ１１２ａに伝えられた熱は、銅パイプ１１２ａ内側のウィック１１２ｃ内の第１の作動流体１１６に伝えられ、第１の作動流体１１６が沸騰し気化する。
【００６８】
気化した蒸気相の第１の作動流体１１７は蒸気通路１１２ｂを通りエキゾーストマニホールド１１３を経て蒸気出口１１３ａから送り出され、蒸気管１３０（図１参照）を通って凝縮器１２０（図１参照）に供給される。
【００６９】
凝縮器１２０は、放熱面積を増加させるために、銅管に複数の放熱フィン１２１（図１参照）が半田付けされた構造となっており、その放熱フィン１２１に向けた送風ファン５４０（図１参照）からの送風により、銅管３００内の蒸気相の第１の作動流体１１６の熱は空気中に放散される。こうして凝縮器１２０を通過する間に蒸気相の第１の作動流体１１６は熱を放出して凝集し液化する。
【００７０】
こうして液相となった第１の作動流体１１６は、再び液管１４０とリザーバタンク１５０を通って液入口１１１ａからインテークマニホールド１１１に流入し、インテークマニホールド１１１により３つの銅パイプ１１２ａに流入し、蒸発部１１０においてＣＰＵ５１０の熱を受け取り、蒸気相の第１の作動流体１１６となって凝縮器１２０に送られる。
【００７１】
ここで、本実施形態では、蒸発部１１０において、蒸発器収容体１１４の下面１１４ａに加えられたＣＰＵ５１０からの熱の蒸発器１１２への伝熱方法として、上記の第２の作動流体を使った方法が採用されているが、この伝熱方法は、例えば、以下に説明するように金属の熱伝導を利用する方法であってもよい。
【００７２】
以下、蒸発器収容体の下面から蒸発器１１２への伝熱方法として金属の熱伝導を利用する方法が採用された別形態の蒸発部について説明する。
【００７３】
図５は、別形態の蒸発部の構造を示す斜視図であり、図６は、図５に示す別形態の蒸発部を蒸発器の軸方向に切断した断面図であり、図７は、図５に示す別形態の蒸発部を蒸発器の軸方向と直交する方向に切断した断面図である。
【００７４】
これらの図に示す別形態の蒸発部２１０は、蒸発器収容体１１４を除く構成要素が、上記の図２から図３に示す蒸発部１１０の構成要素と同等であり、図５から図７では、これらの構成要素については図２から図３における符号と同じ符号が付され、以下では、これら同等な構成要素については重複説明を省略する。
【００７５】
この別形態の蒸発部２１０が備える蒸発器収容体２１１は銅製のブロックであり、内部に、３つの蒸発器１１２それぞれの外壁面と接する３つの空洞２１１ｂを有し、その３つの空洞２１１ｂそれぞれに上記３つの蒸発器１１２それぞれが収容されている。
【００７６】
この蒸発器収容体２１１の下面２１１ａがＣＰＵ５１０で加熱されることにより、ＣＰＵ５１０からの熱は、蒸発器収容体２１１の銅ブロックに伝えられ、さらにこの銅ブロックを介して銅パイプ１１２に伝えられる。このように、この別形態の蒸発部２１０では、蒸発器収容体２１１の下面２１１ａから蒸発器１１２への伝熱方法として銅の熱伝導を利用する方法が採用されている。
【００７７】
以上で、この別形態の蒸発部２１０についての説明を終了し、図１に示すループ型ヒートパイプ１００についての説明を続ける。
【００７８】
図８は、図１に示すループ型ヒートパイプの、蒸発部およびその近傍を示す拡大図である。
【００７９】
図１のループ型ヒートパイプ１００では、上述したように、蒸発部１１０におけるインテークマニホールド１１１の液入口１１１ａと、液管１４０との間には、液管１４０を通ってきた液相の作動流体を一時的に溜めるリザーバタンク１５０が備えられている。また、蒸発部１１０におけるエキゾーストマニホールド１１３の蒸気出口１１３ａの近傍では、蒸気管１３０が、熱伝導ブロック１７０によって覆われている。そして、ペルチェ素子１６０の冷却部１６１がリザーバタンク１５０に接し、加熱部１６２が熱伝導ブロック１７０に接している。
【００８０】
図９は、リザーバタンク１５０とインテークマニホールド１１１との内部構造を模式的に示す断面図である。
【００８１】
上述したように、インテークマニホールド１１１の内壁面は液入口１１１ａの内壁面も含めてウィック１１１ｂで覆われている。このインテークマニホールド１１１のウィック１１１ｂは、蒸発器１１２のウィック１１２ｃに接しており、インテークマニホールド１１１内における液相の第１の作動流体を毛細管現象によって蒸発器１１２へと導く役割を担っている。
【００８２】
リザーバタンク１５０は、図９に示すように直方体形状の箱体であり、本実施形態では、このリザーバタンク１５０の内壁面も、蒸発器１１２のウィック１１２ｃやインテークマニホールド１１１のウィック１１１ｂと同質のウィック１５１で覆われており、このリザーバタンク１５０のウィック１５１が、インテークマニホールド１１１のウィック１１１ｂに接している。このリザーバタンク１５０のウィック１５１は、液管１４０から流入してくる液相の第１の作動流体を毛細管現象によってインテークマニホールド１１１へと導く役割を担っており、このウィック１５１の働きによって、たとえ液管１４０から流入してくる液相の第１の作動流体が少量であっても、その液相の第１の作動流体がインテークマニホールド１１１に確実に導かれることとなる。
【００８３】
以上に説明した構成により、基本的には、図１に示すループ型ヒートパイプ１００は、第１の作動流体を相変化させながら循環させることで発熱体であるＣＰＵ５１０の冷却を行う。
【００８４】
ところで、本実施形態では、コンピュータ５００は、基本的に、図１に示す姿勢で使用される。そして、ループ型ヒートパイプ１００は、図１に示す姿勢に置かれたコンピュータ５００内で、蒸発部１１０と凝縮器１２０とがほぼ同じ高さに位置する水平状態でこのコンピュータ５００内に搭載されている。一般に、ループ型ヒートパイプは、蒸発部の位置が凝縮器の位置よりも高いトップヒートや水平状態に置かれると、作動流体の循環の開始時点で蒸発部に液相の作動流体が存在している保証がなく、ドライアウトとなって作動流体の循環が開始しないおそれがある。本実施形態では、このようなドライアウトを解消するために、蒸発部１１０における液相の作動流体の入り口と気相の作動流体の出口の近傍において以下に説明する工夫が凝らされている。
【００８５】
図８を参照して説明したように、本実施形態では、液入口１１１ａに接続されたリザーバタンク１５０と、蒸気出口１１３ａの近傍で蒸気管１３０を覆う熱伝導ブロック１７０との間にペルチェ素子１６０が配置されている。そして、このペルチェ素子１６０の冷却部１６１がリザーバタンク１５０に接し、加熱部１６２が熱伝導ブロック１７０に接している。
【００８６】
ここで、ループ型ヒートパイプ１００においてドライアウトが起きているときには、多くの場合、蒸発部１１０の内部からリザーバタンク１５０の内部に至るまで、蒸気相の作動流体で占められる。このとき、このループ型ヒートパイプ１００の内部は、上述したように第１の作動流体である水の飽和蒸気圧に設定されている。このため、リザーバタンク１５０内の蒸気相の第１の作動流体の温度が、例えば蒸気管１３０等の他の部分内の作動流体の温度よりも低温状態となると、リザーバタンク１５０内で相変化が起きて液相の第１の作動流体が発生する。本実施形態では、ドライアウトが起きているときに、ペルチェ素子１６０の冷却部１６１がリザーバタンク１５０を冷却することでこのリザーバタンク１５０内の蒸気相の第１の作動流体を冷却し、加熱部１６２が熱伝導ブロック１７０を介して蒸気管１３０を加熱することでこの蒸気管１３０内の蒸気相の第１の作動流体を加熱する。これにより、リザーバタンク１５０内で相変化が起きる条件が作られ、その結果、リザーバタンク１５０内に液相の第１の作動流体が発生することとなる。このように発生する液相の第１の作動流体は少量ではあるが、上述したように、図９に示すリザーバタンク１５０のウィック１５１における毛細管現象、およびインテークマニホールド１１１のウィック１１１ｂにおける毛細管現象によって、蒸発部１１０内の蒸発器１１２におけるウィック１１２ｃに確実に伝わることになる。さらに、液相の第１の作動流体は、蒸発器１１２のウィック１１２ｃ自体の毛細管現象によって蒸発器１１２内部に進み、この蒸発器１１２内部で蒸発し、この蒸発によって、ループ型ヒートパイプ１００における第１の作動流体の循環が開始されることとなる。
【００８７】
また、一般に、トップヒートや水平状態に置かれたループ型ヒートパイプでは、作動流体の循環中であっても、冷却対象である発熱体での発熱が少ない状態が続いたとき等に、液相の作動流体を蒸発部に送るための蒸気圧が不足して蒸発部から液相の作動流体が無くなってしまいドライアウトが発生して循環が停止してしまうことがある。本実施形態のループ型ヒートパイプ１００では、循環中にこのようなドライアウトが発生して循環が停止した場合であっても、上記のようにペルチェ素子１６０によるリザーバタンク１５０内の蒸気相の第１の作動流体の冷却と、熱伝導ブロック１７０を介した蒸気管１３０内の蒸気相の第１の作動流体の加熱とによって、リザーバタンク１５０内に液相の第１の作動流体を発生させることでドライアウトが解消され、一旦停止した循環が再開されることとなる。
【００８８】
このようなペルチェ素子１６０による冷却あるいは加熱は、図１に示す第１から第４の４つの温度センサ１８１，…，１８４で検出された各温度に基づいてペルチェ素子１６０のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部１９０によって行われる。
【００８９】
以下、この制御部１９０によって行われるペルチェ素子１６０のＯＮ／ＯＦＦ制御について説明する。
【００９０】
図１０は、図１に示す制御部によって行われるペルチェ素子のＯＮ／ＯＦＦ制御における処理の流れを示すフローチャートである。
【００９１】
この図１０のフローチャートが示す処理は、図１のコンピュータ５００に電源が投入され、ループ型ヒートパイプ１００の冷却対象の発熱体であるＣＰＵ５１０に電源が供給されると開始される。処理が開始されると、まず、図１に示す第１から第４の４つの温度センサ１８１，…，１８４によって、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕの検出とリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋの検出と熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐの検出と凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄの検出とが開始される（ステップＳ１０１）。
【００９２】
すると、制御部１９０において、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとが、Ｔｔａｎｋ＜（Ｔｖｐ−ａ１）という条件式を満たすか否かの判定が行われる（ステップＳ１０２）。ここで、ａ１は、ドライアウトが発生していない場合におけるリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとの温度差の下限値として予め決められた規定の温度差であり、上述した第２のループ型ヒートパイプの基本形態における第１の値の一例に相当する。
【００９３】
ステップＳ１０２において、上記の条件式が満たされていない（ステップＳ１０２におけるＮｏ判定）ということは、ドライアウトが発生しており、リザーバタンク１５０と熱伝導ブロック１７０で覆われた蒸気管１３０とが、ほぼ同程度の温度の蒸気相の第１の作動流体で占められていることをことを意味する。そこで、上記の条件式が満たされていない場合には、制御部１９０によって、ペルチェ素子１６０がＯＮ状態にされ、熱伝導ブロック１７０の加熱とリザーバタンク１５０の冷却とが実行される（ステップＳ１０３）。そして、ペルチェ素子１６０がＯＮ状態にされた後は、ステップＳ１０２に戻って上記の判定が繰り返される。そして、ペルチェ素子１６０による加熱と冷却とによって、上記の条件式が満たされるようになると（ステップＳ１０２におけるＹｅｓ判定）、次の処理（ステップＳ１０４）に進む。
【００９４】
本実施形態における、上記のステップＳ１０２およびステップＳ１０３の処理は、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとを検出することで、リザーバタンク１５０と蒸気管１３０との温度差を間接的に検出し、その温度差が上記の規定の温度差ａ１よりも小さい場合に、蒸気管１３０の温度を上昇させ、リザーバタンク１５０の温度を下降させる処理である。
【００９５】
ステップＳ１０４では、制御部１９０によって、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと、凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄとが、Ｔｔａｎｋ＜（Ｔｃｏｎｄ−ａ２）という条件式を満たすか否かの判定が行われる。ここで、ａ２は、第１の作動流体が十分に循環し始めた場合におけるリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄとの温度差の下限値として予め決められた規定の温度差であり、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態における第２の値の一例に相当する。
【００９６】
このステップＳ１０４において、上記の条件式が満たされていない（ステップＳ１０４におけるＮｏ判定）ということは、ドライアウトは解消されつつあるものの、リザーバタンク１５０内における液相の第１の作動流体が少量で、第１の作動流体が未だ十分には循環していないことを意味する。そこで、この場合には、ステップＳ１０３に戻ってペルチェ素子１６０のＯＮ状態が継続される。そして、その後は、ステップＳ１０２の判定とステップＳ１０４の判定とが繰り返される。そして、第１の作動流体が十分に循環し、ステップＳ１０４における条件式が満たされるようになると（ステップＳ１０４におけるＹｅｓ判定）、制御部１９０によって、ペルチェ素子１６０がＯＦＦ状態にされる（ステップＳ１０５）。
【００９７】
以上に説明したステップＳ１０１からステップＳ１０５に至る一連の処理が、第１の作動流体の循環の開始時点におけるドライアウトを解消して、この循環を正常に開始させる処理である。
【００９８】
このように第１の作動流体の循環が正常に開始された後も、図１に示す第１から第４の４つの温度センサ１８１，…，１８４によって、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕの検出とリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋの検出と熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐの検出と凝縮器１２０の温度Ｔｃｏｎｄの検出とが引き続いて行われる（ステップＳ１０６）。
【００９９】
そして、制御部１９０において、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕが、予め定められた上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）を超えているか否かの判定が行われる（ステップＳ１０７）。この上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）は、上述の応用形態における上限値の一例に相当する。
【０１００】
ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕがこの上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）を超えていない場合（ステップＳ１０７におけるＮｏ）には、第１の作動流体の循環が順調でＣＰＵ５１０の冷却が十分に行われていることを意味しているので、ペルチェ素子１６０のＯＦＦ状態が継続される（ステップＳ１０８）。
【０１０１】
一方、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕがこの上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）を超えている場合（ステップＳ１０７におけるＹｅｓ）には、第１の作動流体の循環が停止している可能性がある。そこで、そのことを確かめるために、リザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとが、Ｔｖｐ＜（Ｔｔａｎｋ＋ａ３）という条件式を満たすか否かの判定が行われる（ステップＳ１０９）。ここで、ａ３は、第１の作動流体が正常に循環している場合におけるリザーバタンク１５０の温度Ｔｔａｎｋと熱伝導ブロック１７０の温度Ｔｖｐとの温度差の下限値として予め決められた規定の温度差であり、上述した第２のループ型ヒートパイプの応用形態における第３の値の一例に相当する。
【０１０２】
上記の条件式が満たされている（ステップＳ１０９におけるＹｅｓ判定）ということは、ドライアウトが発生してリザーバタンク１５０と蒸気管１３０とが、ほぼ同程度の温度の蒸気相の第１の作動流体で占められていることをことを意味する。そこで、この場合には、制御部１９０によってペルチェ素子１６０が再びＯＮ状態にされてドライアウトの解消と循環の再開が図られる（ステップＳ１１０）。
【０１０３】
ペルチェ素子１６０がＯＮ状態にされた後は、ステップＳ１０７の判定とステップＳ１０９の判定が繰り返され、ステップＳ１０７の判定において、ＣＰＵ５１０の温度Ｔｃｐｕが上限温度Ｔｃｐｕ（ＭＡＸ）を超えていないと判定されると（ステップＳ１０７におけるＮｏ）、第１の作動流体の循環が順調に再開されてＣＰＵ５１０の冷却が十分に行われていること意味するので、ステップＳ１０８に進んでペルチェ素子１６０がＯＦＦ状態にされる。
【０１０４】
一方、ステップＳ１０９の条件式が満たされていない（ステップＳ１０９におけるＮｏ判定）場合には、第１の作動流体の循環が順調であるにも関わらずＣＰＵ５１０において異常な温度上昇が発生していることを意味するので、この場合には、制御部１９０によって、ＣＰＵ５１０におけるクロック数のダウンあるいはＣＰＵ５１０の強制停止が行われる（ステップＳ１１１）。また、この場合には、第１の作動流体の循環自体は順調であるので、ステップＳ１０８に進んでペルチェ素子１６０のＯＦＦ状態が継続される。
【０１０５】
以上に説明したステップＳ１０６からステップＳ１１１に至る一連の処理が、第１の作動流体の循環の開始後においてドライアウトが発生し循環が停止してしまった場合に、そのドライアウトを解消して、この循環を再開させる処理である。
【０１０６】
以上に説明したように、本実施形態によれば、コンピュータ５００内で、ループ型ヒートパイプ１００が水平状態に置かれ、そのために第１の作動流体の循環の開始時点においてドライアウトが発生している場合であっても、循環が始まった後にその循環を妨げないように開始することができる。さらに、本実施形態によれば、循環の開始後においてドライアウトが発生し循環が停止してしまった場合には、そのドライアウトを解消して、この循環を再開させることができる。また、本実施形態では、電力の消費量が比較的に多いペルチェ素子の動作が、ドライアウトの発生が想定される循環の開始のときと、循環中であってＣＰＵ５１０で異常な温度上昇が見られたときに行われるので効率的である。
【０１０７】
尚、上記では、ループ型ヒートパイプの一例として、水平状態に置かれて使用されるループ型ヒートパイプ１００を例示したが、このループ型ヒートパイプはこれに限るものではなく、例えばトップヒートで使用されるもの等であっても良い。
【０１０８】
また、上記では、ループ型ヒートパイプが搭載される電子機器の一例として、コンピュータ５００を例示したが、この電子機器はコンピュータに限るものではなく、例えば家電製品等であっても良い。
【０１０９】
また、上記では、ループ型ヒートパイプにおける蒸気管および液管として、銅管である蒸気管１３０および銅管である液管１４０を例示したが、この蒸気管および液管はこれに限るものではなく、例えば銅以外の金属製の管であっても良い。
【０１１０】
また、上記では、作動流体として水を例示したが、作動流体はこれに限るものではなく、例えばアルコール等といった、水以外の流体であっても良い。
【０１１１】
また、上記では、ペルチェ素子によってリザーバタンクの冷却と熱伝導ブロックの加熱との両方を行う例を示したが、ペルチェ素子による処理はこれに限るものではなく、例えばリザーバタンクの冷却のみを行うものであっても良い。
【０１１２】
また、上記では、冷却と加熱にペルチェ素子を用いているが、冷却と加熱を行う方法はこれに限るものではなく、例えば、冷却を放熱ファンを用いて行い加熱をヒータで行う等といった方法であっても良い。
【０１１３】
以下、上述した基本形態および応用形態を含む種々の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１１４】
（付記１）
蒸発器と凝縮器とを連結する蒸気管、及び、前記凝縮器と前記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、前記液管の内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
前記作動流体の循環を制御する制御手段を有し、
前記制御手段が、前記循環を開始させる起動時に、前記液管内の作動流体を冷却する手段を有する
ことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【０１１５】
（付記２）
蒸発器、凝縮器、前記蒸発器と前記凝縮器とを連結する蒸気管、及び、前記凝縮器と前記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
前記蒸気管と前記液管との温度差を検出する第１の温度差検出手段と、
前記温度差が予め定められた所定の第１の値よりも小さい場合に、前記蒸気管の温度を上昇させるとともに前記液管の温度を下降させる調整手段と
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【０１１６】
（付記３）
前記調整手段が、前記蒸気管と前記液管の間に配置されたペルチェ素子を含む機構である
ことを特徴とする付記２に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１１７】
（付記４）
前記ペルチェ素子の一方の面が前記蒸気管の表面と接触し、且つ、前記ペルチェ素子の他方の面が前記液管の表面と接触する
ことを特徴とする付記３に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１１８】
（付記５）
前記第１の温度差検出手段は、前記蒸気管の温度と前記液管の温度との双方を検出してこれら２つの温度の差を求めることにより、前記温度差を間接的に検出する手段である
ことを特徴とする付記２から４のうちいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１１９】
（付記６）
前記蒸発器は、電力の供給を受けて発熱する発熱素子によって加熱されるものであり、
前記調整手段は、前記発熱素子に電力が供給された時点で、前記温度差が前記第１の値よりも小さい場合に、前記蒸気管の温度を上昇させるとともに前記液管の温度を下降させるものである
ことを特徴とする付記２から５のうちいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１２０】
（付記７）
前記蒸発器は、電力の供給を受けて発熱する発熱素子によって加熱されるものであり、
前記調整手段は、前記発熱素子に電力が供給された時点で、前記温度差が前記第１の値よりも小さい場合に、前記蒸気管の温度を上昇させるとともに前記液管の温度を下降させ、該発熱素子に電力が供給されている間は、該温度差が所定の第３の値よりも小さい場合に、該蒸気管の温度を上昇させるとともに該液管の温度を下降させるものである
ことを特徴とする付記２から６のうちいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。
【０１２１】
（付記８）
蒸発器と凝縮器とを連結する蒸気管、及び、前記凝縮器と前記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、前記液管の内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプを備えた電子機器であって、
前記ループ型ヒートパイプは、
前記作動流体の循環を制御する制御手段を有し、
前記制御手段が、前記循環を開始させる起動時に、前記液管内の作動流体を冷却する手段を有する
ことを特徴とする電子機器。
【符号の説明】
【０１２２】
３０ 管
５０ 発熱素子
９０ 加熱部
９１ ヒータ
９２ 電源
９３ スイッチ
９４ 制御装置
９５ フィルタ
１，２，１００ ループ型ヒートパイプ
１０，６０，１１０ 蒸発部
１１１ インテークマニホールド
１１１ａ 液入口
１２，１１１ｂ ウィック
１１，１１２ 蒸発器
１１２ａ 銅パイプ
１３，１１２ｂ 蒸気通路
１１２ｃ ウィック
１１３ エキゾーストマニホールド
１１３ａ 蒸気出口
１１４ 蒸発器収容体
１１４ａ 下面
１１４ｂ 内部空間
１１５ 断熱材
１１６ 第１の作動流体
１１７ 気化した蒸気相の第１の作動流体
１１８ 第２の作動流体
２０，４０，１２０ 凝縮器
４１，１２１ 放熱フィン
７０，１３０ 蒸気管
８０，１４０ 液管
１５０ リザーバタンク
１５１ ウィック
１６０ ペルチェ素子
１６１ 冷却部
１６２ 加熱部
１７０ 熱伝導ブロック
１８１ 第１温度センサ
１８２ 第２温度センサ
１８３ 第３温度センサ
１８４ 第４温度センサ
１９０ 制御部
２１０ 蒸発部
２１１ 蒸発器収容体
２１１ａ 下面
２１１ｂ 空洞
５００ コンピュータ
５１０ ＣＰＵ
５２０ ＨＤＤ
５３０ 電源部
５４０ 送風ファン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器、凝縮器、前記蒸発器と前記凝縮器とを連結する蒸気管、及び、前記凝縮器と前記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
前記蒸気管と前記液管との温度差を検出する第１の温度差検出手段と、
前記温度差が予め定められた所定の第１の値よりも小さい場合に、前記蒸気管の温度を上昇させるとともに前記液管の温度を下降させる調整手段と
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記調整手段が、前記蒸気管と前記液管の間に配置されたペルチェ素子を含む機構である
ことを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項３】
前記ペルチェ素子の一方の面が前記蒸気管の表面と接触し、且つ、前記ペルチェ素子の他方の面が前記液管の表面と接触する
ことを特徴とする請求項２に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項１】
蒸発器、凝縮器、前記蒸発器と前記凝縮器とを連結する蒸気管、及び、前記凝縮器と前記蒸発器とを連結する液管がループ状に連結され、内部を作動流体が通過するループ型ヒートパイプであって、
前記蒸気管と前記液管との温度差を検出する第１の温度差検出手段と、
前記温度差が予め定められた所定の第１の値よりも小さい場合に、前記蒸気管の温度を上昇させるとともに前記液管の温度を下降させる調整手段と
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記調整手段が、前記蒸気管と前記液管の間に配置されたペルチェ素子を含む機構である
ことを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
【請求項３】
前記ペルチェ素子の一方の面が前記蒸気管の表面と接触し、且つ、前記ペルチェ素子の他方の面が前記液管の表面と接触する
ことを特徴とする請求項２に記載のループ型ヒートパイプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９８０１９（Ｐ２０１２−１９８０１９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３６８１２（Ｐ２０１２−１３６８１２）
【出願日】平成２４年６月１８日（２０１２．６．１８）
【分割の表示】特願２００８−４３２５（Ｐ２００８−４３２５）の分割
【原出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１８日（２０１２．６．１８）
【分割の表示】特願２００８−４３２５（Ｐ２００８−４３２５）の分割
【原出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
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