JP2004274942A - 磁流発電と冷却の装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁流発電と冷却の装置及び方法の提供。
【解決手段】電子設備が発生する廃熱を特殊流体内に導入し、流体を吸熱により相変化させて該流体を駆動して流動させ、この特殊流体に磁性粒子をドープし、該磁性粒子を駆動してマイクロコイルを通過させて電気エネルギーを発生させる。本発明は余分に放熱装置を取り付けることなく廃熱を排除でき、且つ廃熱を最良して電気エネルギーを発生でき、これにより冷却とエネルギー節約の効果を達成する。
【選択図】 図２
【解決手段】電子設備が発生する廃熱を特殊流体内に導入し、流体を吸熱により相変化させて該流体を駆動して流動させ、この特殊流体に磁性粒子をドープし、該磁性粒子を駆動してマイクロコイルを通過させて電気エネルギーを発生させる。本発明は余分に放熱装置を取り付けることなく廃熱を排除でき、且つ廃熱を最良して電気エネルギーを発生でき、これにより冷却とエネルギー節約の効果を達成する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の発電と冷却の装置及び方法に係り、特に、相変化作用を利用して廃熱を排除すると共に電気エネルギーを発生させる、磁流発電と冷却の装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９５９年に集積回路（ＩＣ）が発明されて以来、半導体工程技術は急速に発展してきた。１９６５年にモース氏が提出したモース定律は、半導体技術を大きく進歩させた。これにより、ここ１０年で、半導体工程技術は１９８９年の最小線幅０．７ｍｍ及びトランジスタ数量１００Ｋ程度から、２０００年の０．１３ｍｍ線幅及びトランジスタ数量５Ｍにまで進歩し、２１世紀初頭には０．１ｍｍ線幅、トランジスタ数量１０Ｍ以上が達成され、正式にナノメータ時代に突入している。
【０００３】
しかし、電子製品のマイクロ化に伴い、装置、システムに影響が生じる。なぜならチップの機能が大幅に増加させるが、チップ面積はあまり大きくできない状況で、有限な空間中に更に多くのトランジスタを収容するために発生する熱量が大きくなるためである。この問題の解決は関係領域のエンジニアにとって極めて大きな挑戦である。将来的には、各種のチップセットの機能はますます整備され、各チップセットの組成チップ数量も多くなると予想され、すなわち運転過程の放熱の問題は必ず解決しなければならないことである。
【０００４】
このためデスクトップ型或いはノートブック型のいずれのコンピュータでも、使用上、放熱問題を有しており、コンピュータ内部に冷却ファンが設けられて改善がなされているものの、ファンを取り付けることでコンピュータの重量が増し、また、余分にエネルギーを消耗するという問題がある。ＣＰＵの処理速度はますます速くなり、価格もますます安くなっている一方で、高い廃熱を発生するという欠点がある。インテル社或いはＡＭＤのＣＰＵのいずれであっても、放熱作業は不可欠の要件の一つであり、そうでなければコンピュータの動作が不安定となり、システムがフリーズし、ＣＰＵが焼損することさえある。
【０００５】
ノートブック型コンピュータは、便利で携帯できることが売り物であるが、携帯に便利とするために、軽薄短小とすることが必要である。ゆえにノートブック型コンピュータの内部空間は極めて有限である。一般にノートブック型コンピュータで最も電力を消費する部品はＣＰＵであり、処理速度が高く、運転機能が高いＣＰＵほど電力を消耗する。次世代のＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４プロセッサが作業時に消耗する電力はＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）３或いは低価格のＣｅｌｅｒｏｎ機種より高く、発生する廃熱も更に高い。
【０００６】
このため、現在電子メーカー、特にノートブック型コンピュータのメーカーは、電子装置の放熱問題の解決を急いでいる。伝統的な電子放熱方法は図１に示されるようであり、それはＣＰＵ１０にファン１１とヒートシンク１２を取り付け、ヒートシンク１２の大面積を放熱面積としてＣＰＵ１０の廃熱を伝導排除し、ファン１１で強制的に対流を形成して冷却機能を提供している。
【０００７】
現在、ノートブック型コンピュータの多くはＣＰＵ嵌め込み式ファン（図１参照）とシステムファンを共に有しており、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４プロセッサを搭載したノートブック型コンピュータでは、この方法は電力を消耗（１．６から７．７Ｗ、平均約４．５Ｗ）し、且つ騒音（約３９ｄＢＡ）を発生しやすく、特に内部空間が有限なノートブック型コンピュータにあって、小型ファンの放熱効果は理想的でない（冷却効率：０．１Ｗ／ｃｍ２ ）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ゆえに、本発明は、上述の従来の技術の欠点を鑑み、有効にノートブック型コンピュータの放熱問題を解決し、並びにＣＰＵの発生する廃熱を冷却と発電の動力源となし、冷却と節電のダブル効果を発生する磁流発電と冷却の装置及び方法を提供する。
【０００９】
本発明は全く新しい放熱概念を提供し、即ち、高効率の吸熱システムを利用してＣＰＵの廃熱を特殊な作業流体に導入し、流体に吸熱させて沸点に達させ、気泡を発生させ、気泡の膨張押圧により流体にドープされたナノメータ磁性粒子を高速で回転させてマイクロコイルを通過させ、電気エネルギーを発生させる。この方式は廃熱を排除してシステムの作業効率を増加できるだけでなく、且つこの廃熱を熱源として利用し電気エネルギーを発生することができる。
【００１０】
本発明の主要な目的は、一種の磁流発電と冷却の装置及び方法を提供し、それを先進の相変化の電子冷却方式と廃熱駆動の発電システムに組合せ、冷却のエネルギー節約の効果を達成することにある。このほか、この相変化放熱方式の採用により放熱効率を高め、且つ余分のエネルギーを使用せず、いかなる騒音も発生させないようにする。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、一種の磁流発電と冷却の装置及び方法を提供し、熱エネルギーを発生する電子設備に応用することにある。このシステムは管路とコイルで組成し、該管路と該電子設備を連結し、且つ複数の磁性粒子を含む流体を具え、該コイルは該管路の一部分に巻かれ、熱エネルギーが該流体に伝導されて吸収されると、一部の流体が気化し気泡を発生し冷却機能を達成し、並びに流体に流動を発生させ並びにこの複数の磁性粒子を駆動し該コイルを通過させ、該複数の磁性粒子にコイル内で磁束量の変化を発生させて誘導電流を発生させる。
【００１２】
上述の構想に基づき、該管路システムは密閉式環状管路とされ、且つ順に、気化推進区、渦流発生区、磁場アレイ区、コイル誘導区、及びその他のチャネル区が配置されて組成される。
【００１３】
上述の構想に基づき、該気化推進区は電子設備と連結され接触し、熱エネルギーが該流体に伝えられて一部の流体が気化して気泡を発生する時、該基本の膨張により該流体が押圧されて複数の磁性粒子が該コイルを通過させられる。且つ該気化推進区の両端それぞれに制御弁が設けられ、該気泡を制御して固定方向に前進させ、該流体を押圧して該コイル誘導区に向けて前進させる。
【００１４】
上述の構想に基づき、該渦流発生区（ｖｏｒｔｅｘ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）は複数の磁性粒子に回転を発生させるのに用いられ、これにより複数の磁性粒子の該コイルを通過する速度を高める。該渦流発生区内部には複数の表面凹溝（ｃａｖｉｔｙ）が設けられて通過する流体に渦流を発生させ、複数の磁性粒子に回転を発生させる。
【００１５】
上述の構想に基づき、該磁場アレイ区はこの部分のチャネル外に磁場アレイが配置され、回転する複数の磁性粒子に相互の位相角度差を除去させて同期回転させ、これにより複数の磁性粒子がコイル誘導区に進入する時にその磁束量を増加させる。該磁場アレイは永久磁場とされ、この永久磁場が複数の磁性粒子に対する磁方向を位置決めすることにより該複数の磁性粒子間の磁場の相互打ち消しを防止する。
【００１６】
上述の構想に基づき、該その他のチャネル区にはさらに放熱装置がこの部分のチャネル外に套設されて、該熱エネルギーを排除する機能を高めている。この放熱装置は水平に離間設置されたフィン状構造とされる。該コイルは該管路のコイル誘導区のこの部分の管路外に巻かれる。該コイルはマイクロレベルの銅コイルとされる。
【００１７】
上述の構想に基づき、該流体は本質的に、該複数の磁性粒子、低沸点液体と水で組成された混合溶液とされる。該低沸点液体は、非電解化学冷却液、例えばＦＣ−８７、ＰＦ−５０５２、ＦＣ−７２のいずれか或いはその任意の組合せのフッ化液溶液とされ、該磁性粒子は磁化されたナノメータ鉄イオンとされる。
【００１８】
上述の構想に基づき、発生する誘導電流は高周波交流電気とされ、さらに整流設備によりそれが直流電流に変換される。もし該電子設備がノートブック型コンピュータのＣＰＵ或いはそのうちの任意のチップに設置されるなら、変換後の直流電流がノートブック型コンピュータのリチウム電池中にフィードバックされる。該電子設備は任意のマイクロマシン電気設備とされる。
【００１９】
本発明のまた一つの目的は、磁流発電方法を提供することにあり、この方法は、電子設備の発生する熱エネルギーを利用し、流体を透過して該熱エネルギーを吸収させて一部の流体に相変化作用を発生させて複数の磁性粒子を含む流体を押動させてコイルを通過させ、該磁性粒子を含む流体に磁束量の変化を発生させて誘導電流を発生させる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、磁流発電と冷却の装置において、該磁流発電と冷却の装置は熱エネルギーを発生する電子設備中に応用され、該磁流発電と冷却の装置は、
該電子設備と連結、接触し、複数の磁性粒子を含む流体を具えた管路と、
コイルとされ、該管路の一部分に巻かれ、該熱エネルギーが該流体に伝導されて流体に吸収されて一部の該流体が気化し気泡を発生することにより冷却機能を達成し、並びに該流体が駆動され流動して該複数の磁性粒子を高速回転させて該コイルを通過させ、該複数の磁性粒子が該コイル内で磁束量変化を発生して該コイルに誘導電流を発生させる、上記コイルと、
を具えたことを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の磁流発電と冷却の装置において、管路が密閉式環状管路とされたことを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項３の発明は、請求項２に記載の磁流発電と冷却の装置において、管路が気化推進区、渦流発生区、磁場アレイ区、コイル誘導区及びその他のチャネル区が順に配置されてなることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項４の発明は、請求項３に記載の磁流発電と冷却の装置において、気化推進区が電子設備と連結接触し、熱エネルギーが流体に伝導されて一部の流体が気化して気泡を発生する時、該気泡が膨張して該流体を押圧して複数の磁性粒子を駆動して前進させてコイルを通過させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項５の発明は、請求項４に記載の磁流発電と冷却の装置において、気化推進区の両端にそれぞれ制御弁が設置され、気泡を制御して固定方向に前進させ、流体を押圧してコイル誘導区に向けて前進させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項６の発明は、請求項３に記載の磁流発電と冷却の装置において、渦流発生区が複数の磁性粒子に回転を発生させて複数の磁性粒子がコイルを通過する時の速度を高めることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項７の発明は、請求項６に記載の磁流発電と冷却の装置において、渦流発生区内部に複数の表面凹溝が設けられてそれを通過する流体に渦流を発生させることにより、複数の磁性粒子にその周囲の速度の違いにより回転を発生させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項８の発明は、請求項３に記載の磁流発電と冷却の装置において、磁場アレイ区にあってこのチャネルセクション外に磁場アレイが配置され、該磁場アレイが回転する複数の磁性粒子の相互の位相角差を除去させて同期回転を発生させるのに供され、これにより複数の磁性粒子がコイル誘導区に進入する時の磁束量を増加させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項９の発明は、請求項８に記載の磁流発電と冷却の装置において、磁場アレイが永久磁場とされ、該永久磁場が複数の磁性粒子の磁方向を定めて該複数の磁性粒子間の磁場の相互相殺を防止することを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項１０の発明は、磁流発電と冷却方法において、該磁流発電と冷却方法は熱エネルギーを発生する電子設備中に応用され、
密閉式管路を提供して電子設備と連結させ、そのうち該密閉式管路が低沸点流体を具えたものとし、該流体が複数の磁性粒子を具えたものとするステップと、
コイルを提供し、該コイルを一部の該管路に巻き付け、該熱エネルギーが該流体に伝導されて流体に吸収されて一部の該流体が気化し気泡を発生することにより冷却機能を達成し、並びに該流体が駆動され流動して該複数の磁性粒子を高速回転させて該コイルを通過させ、該複数の磁性粒子が該コイル内で磁束量変化を発生して該コイルに誘導電流を発生させるステップと、
を具えたことを特徴とする、磁流発電と冷却方法としている。
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の磁流発電と冷却方法において、
整流設備を提供し、誘導電流を直流電流に変換して電子設備に戻して充電するステップ、を具えたことを特徴とする、磁流発電と冷却方法としている。
請求項１２の発明は、磁流発電方法において、該磁流発電方法は電子設備の発生する熱エネルギーを利用して、複数の磁性粒子を含む流体に該熱エネルギーを吸収させて一部の流体に相変化を形成させ、該磁性粒子を含む流体にコイルを通過させ、該磁性粒子を含む流体に磁束量の変化を発生させて誘導電流を発生させることを特徴とする、磁流発電方法としている。
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の磁流発電方法において、相変化が液体が沸点に達することにより気化して気体となる反応であることを特徴とする、磁流発電方法としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の好ましい実施例の磁流発電と冷却の装置の基本レイアウト表示図である。本発明は本質上、管路２０とコイル３０で組成され、該管路２０と廃熱を発生する電子設備（以下にＣＰＵ４０を例として説明する）が連結接触させられ、該コイル３０は該管路２０の一部分に巻かれている。そのうち、該管路２０は密閉式環状管路とされ、その内部に低沸点流体（図示せず）が含まれ、該流体内に複数の磁性粒子（図示せず）が含まれる。熱エネルギーが該流体に伝えられて該流体に吸収され、一部の流体が気化して気泡２０１を発生すると、これにより熱エネルギーが除去されて冷却の効果が達成され、また、該気泡２０１が該流体を駆動して流動させて該複数の磁性粒子を押動してコイル３０を通過させ、これにより複数の磁性粒子がコイル３０内で磁束量の変化を発生し該コイル３０に誘導電流を発生させる。
【００２２】
細かく説明すると、該管路２０は本質的に気化推進区２１、渦流発生区２２、磁場アレイ区２３、コイル誘導区２４及びその他のチャネル区が配置されて組成されている。
【００２３】
該気化推進区２１はＣＰＵ４０と連結され接触する部分とされ、この区域内にあって、ＣＰＵ４０の熱エネルギーは流体に伝導され一部の流体を気化させて気泡２０１を発生させる。気泡２０１が膨張すると該流体を押圧し、該複数の磁性粒子を前向きに押してコイル３０を通過させる。且つ気化推進区２１の両端それぞれに制御弁２１１が設置され、気泡２０１を制御して固定方向に前進させ、該流体を押圧してコイル誘導区２４に向けて前進させる。
【００２４】
該渦流発生区（ｖｏｒｔｅｘ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２２の内部には、複数の表面凹溝（ｃａｖｉｔｙ）２２１が設けられて通過する流体に渦流を発生させ、複数の磁性粒子に高速回転を発生させ、これにより複数の磁性粒子が該コイル３０を通過する時の速度を高める。該磁場アレイ区２３はこの部分のチャネル外に磁場アレイ３１が配置され、回転する複数の磁性粒子に相互の位相角度差を除去させて同期回転させ、これにより複数の磁性粒子がコイル誘導区２４に進入する時にその磁束量を増加させる。該磁場アレイ３１は永久磁場とされ、この永久磁場が複数の磁性粒子に対する磁方向を位置決めすることにより該複数の磁性粒子間の磁場の相互打ち消しを防止する。
【００２５】
該コイル誘導区２４は該管路２０に環状にコイル３０が巻かれた部分とされる。その他のチャネル区に放熱装置２５が架設されて、熱エネルギーの排除機能を高める。該放熱装置２５は水平に離間配置されたフィン状放熱構造とされる。
【００２６】
該流体は本質的に、該複数の磁性粒子、低沸点液体と水で組成された混合溶液とされる。該低沸点液体は、非電解化学冷却液、例えばＦＣ−８７、ＰＦ−５０５２、ＦＣ−７２のいずれか或いはその任意の組合せのフッ化液溶液とされ、その飽和温度はそれぞれ５６．６℃、３２．０℃、５０．０℃とされ、純水の１００℃と較べ、沸点が低く、気化の周波数と気泡数量を増し、熱伝導量を増し、急速放熱の効果を達成する。該磁性粒子は磁化されたナノメータ鉄イオンとされる。該コイル３０はナノメータレベルの銅コイルとされ、高速回転する磁化ナノメータ鉄イオンに容易に磁束量変化を発生させる。
【００２７】
図３は本発明の磁流発電と冷却の装置の発電システム設計構造図である。図２と類似するが、この発電原理は気化推進区２１の流体が吸収したＣＰＵ４０の熱エネルギーで気泡２０１を発生させて磁性粒子を前進させ、渦流発生区２２に設置された凹溝２２１に磁性粒子を進入させることにより、粒子周囲の速度との違いにより回転を発生させ、並びに磁場アレイ区２３に進入させ、該磁場アレイ区２３中で永久磁場である磁場アレイ３１により磁性粒子の磁方向を定め、相互粒子間の磁場の相殺を防止し、これによりコイル誘導区２４中にあって磁束量を高めて最大の誘導電流を形成させることにある。全体システム発電後の余剰の廃熱は放熱装置２５により排出され、それが最終的に発生する誘導電流Ａは高周波交流電流とされ、このためさらに外接の整流設備３２によりそれを直流電流に変換する。これにより、もし電子設備がノートブック型コンピュータのＣＰＵ４０或いはそのうちの任意のチップに設置されるなら、変換後の直流電流はノートブック型コンピュータのリチウム電池４１に戻される。
【００２８】
図４は本発明の磁流発電と冷却の装置の全体の具体的構造表示図である。図５は図４の立体図、図６は図５中の気化推進区２１、渦流発生区２２、及び磁場アレイ区の局部断面拡大図である。これと図２及び図３の違いは、図４、５、６はＣＰＵ４０の上下或いは左右に本発明の磁流発電と冷却の装置が連結されて接触し、これによりＣＰＵ４０の発生する廃熱が有効に利用及び排除されることである。
【００２９】
本発明の実際の実施結果を、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４搭載のノートブック型コンピュータの例で以下に説明する。一般にＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４搭載のノートブック型コンピュータのＣＰＵの発生する熱エネルギーは約３５Ｗであり、その表面温度は約７０℃から８５℃であり、実際の測定と数値シュミレート演算によりその発生する機能を評価した。ＣＰＵの発生する廃熱は本発明の提供する低沸点流体により吸収され、ＣＰＵが冷却され、低沸点流体はこれにより相変化して気泡を発生する。その流体の液体が吸熱し沸騰して気化する過程はＲｏｈｓｅｎｏｗ’ｓ ｎｕｃｌｅａｔｔｅ ｐｏｏｌ ｂｏｉｌｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎ により計算される。
【数１】
発電効率＝発電量／熱エネルギー，
【数２】
【００３０】
相変化による冷却に廃熱磁流発電が加わり、冷却熱エネルギーは３６Ｗ、発電効率は約１０．７％、発電エネルギーは約３．５Ｗである。これにより全体システムが全体で約１７．８６％の電気エネルギーを節約でき、特にノートブック型コンピュータのリチウム電池は１．５〜２．５時間しかもたないので、エネルギーを節約できれば、使用時間を増加でき、或いは電池の占有体積を節約できる。
【００３１】
【発明の効果】
総合すると、本発明は磁流発電と冷却の装置及び方法を提供し、それは伝統的な電力を消耗するファンや外接メカニズム或いはその他のエネルギーを使用することなく冷却放熱を達成でき、先進の相変化の電子冷却方式と廃熱利用を動力源とする発電システムを結合させることにより、冷却とエネルギー節約の効果を達成する。このほか、この相変化放熱方式を採用することで大幅に放熱効率を高めることができ、且つ余分のエネルギー源を消耗せず、騒音を発生しない。本発明の原理は磁化ナノメータ鉄イオンをドープした低沸点流体を採用し、該流体が吸熱し相変化を発生することにより流体を駆動し、該磁性粒子にマイクロコイルを通過させて電気エネルギーを発生させる。これにより本発明は熱エネルギーを発生する任意のチップセット或いはマイクロマシン設備中に応用でき、或いは熱エネルギーを利用した発電の補助発電設備として利用できる。
【００３２】
以上は本発明の好ましい実施例の説明であって本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】周知のコンピュータのＣＰＵの放熱装置表示図である。
【図２】本発明の好ましい実施例の磁流発電と冷却の装置の基本レイアウト表示図である。
【図３】本発明の好ましい実施例の磁流発電と冷却の装置中の発電システム設計構造図である。
【図４】本発明の好ましい実施例の磁流発電と冷却の装置の全体の具体構造表示図である。
【図５】図４の立体図である。
【図６】図５の局部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ ＣＰＵ １１ ファン
１２ ヒートシンク
２０ 管路 ２１ 気化推進区
２２ 渦流発生区 ２３ 磁場アレイ区
２４ コイル誘導区 ２５ 放熱装置
２０１ 気泡 ２１１ 制御弁
２２１ 凹溝 ３０ コイル
３１ 磁場アレイ ３２ 整流設備
４０ ＣＰＵ ４１ リチウム電池
Ａ 誘導電流
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の発電と冷却の装置及び方法に係り、特に、相変化作用を利用して廃熱を排除すると共に電気エネルギーを発生させる、磁流発電と冷却の装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９５９年に集積回路（ＩＣ）が発明されて以来、半導体工程技術は急速に発展してきた。１９６５年にモース氏が提出したモース定律は、半導体技術を大きく進歩させた。これにより、ここ１０年で、半導体工程技術は１９８９年の最小線幅０．７ｍｍ及びトランジスタ数量１００Ｋ程度から、２０００年の０．１３ｍｍ線幅及びトランジスタ数量５Ｍにまで進歩し、２１世紀初頭には０．１ｍｍ線幅、トランジスタ数量１０Ｍ以上が達成され、正式にナノメータ時代に突入している。
【０００３】
しかし、電子製品のマイクロ化に伴い、装置、システムに影響が生じる。なぜならチップの機能が大幅に増加させるが、チップ面積はあまり大きくできない状況で、有限な空間中に更に多くのトランジスタを収容するために発生する熱量が大きくなるためである。この問題の解決は関係領域のエンジニアにとって極めて大きな挑戦である。将来的には、各種のチップセットの機能はますます整備され、各チップセットの組成チップ数量も多くなると予想され、すなわち運転過程の放熱の問題は必ず解決しなければならないことである。
【０００４】
このためデスクトップ型或いはノートブック型のいずれのコンピュータでも、使用上、放熱問題を有しており、コンピュータ内部に冷却ファンが設けられて改善がなされているものの、ファンを取り付けることでコンピュータの重量が増し、また、余分にエネルギーを消耗するという問題がある。ＣＰＵの処理速度はますます速くなり、価格もますます安くなっている一方で、高い廃熱を発生するという欠点がある。インテル社或いはＡＭＤのＣＰＵのいずれであっても、放熱作業は不可欠の要件の一つであり、そうでなければコンピュータの動作が不安定となり、システムがフリーズし、ＣＰＵが焼損することさえある。
【０００５】
ノートブック型コンピュータは、便利で携帯できることが売り物であるが、携帯に便利とするために、軽薄短小とすることが必要である。ゆえにノートブック型コンピュータの内部空間は極めて有限である。一般にノートブック型コンピュータで最も電力を消費する部品はＣＰＵであり、処理速度が高く、運転機能が高いＣＰＵほど電力を消耗する。次世代のＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４プロセッサが作業時に消耗する電力はＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）３或いは低価格のＣｅｌｅｒｏｎ機種より高く、発生する廃熱も更に高い。
【０００６】
このため、現在電子メーカー、特にノートブック型コンピュータのメーカーは、電子装置の放熱問題の解決を急いでいる。伝統的な電子放熱方法は図１に示されるようであり、それはＣＰＵ１０にファン１１とヒートシンク１２を取り付け、ヒートシンク１２の大面積を放熱面積としてＣＰＵ１０の廃熱を伝導排除し、ファン１１で強制的に対流を形成して冷却機能を提供している。
【０００７】
現在、ノートブック型コンピュータの多くはＣＰＵ嵌め込み式ファン（図１参照）とシステムファンを共に有しており、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４プロセッサを搭載したノートブック型コンピュータでは、この方法は電力を消耗（１．６から７．７Ｗ、平均約４．５Ｗ）し、且つ騒音（約３９ｄＢＡ）を発生しやすく、特に内部空間が有限なノートブック型コンピュータにあって、小型ファンの放熱効果は理想的でない（冷却効率：０．１Ｗ／ｃｍ２ ）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ゆえに、本発明は、上述の従来の技術の欠点を鑑み、有効にノートブック型コンピュータの放熱問題を解決し、並びにＣＰＵの発生する廃熱を冷却と発電の動力源となし、冷却と節電のダブル効果を発生する磁流発電と冷却の装置及び方法を提供する。
【０００９】
本発明は全く新しい放熱概念を提供し、即ち、高効率の吸熱システムを利用してＣＰＵの廃熱を特殊な作業流体に導入し、流体に吸熱させて沸点に達させ、気泡を発生させ、気泡の膨張押圧により流体にドープされたナノメータ磁性粒子を高速で回転させてマイクロコイルを通過させ、電気エネルギーを発生させる。この方式は廃熱を排除してシステムの作業効率を増加できるだけでなく、且つこの廃熱を熱源として利用し電気エネルギーを発生することができる。
【００１０】
本発明の主要な目的は、一種の磁流発電と冷却の装置及び方法を提供し、それを先進の相変化の電子冷却方式と廃熱駆動の発電システムに組合せ、冷却のエネルギー節約の効果を達成することにある。このほか、この相変化放熱方式の採用により放熱効率を高め、且つ余分のエネルギーを使用せず、いかなる騒音も発生させないようにする。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、一種の磁流発電と冷却の装置及び方法を提供し、熱エネルギーを発生する電子設備に応用することにある。このシステムは管路とコイルで組成し、該管路と該電子設備を連結し、且つ複数の磁性粒子を含む流体を具え、該コイルは該管路の一部分に巻かれ、熱エネルギーが該流体に伝導されて吸収されると、一部の流体が気化し気泡を発生し冷却機能を達成し、並びに流体に流動を発生させ並びにこの複数の磁性粒子を駆動し該コイルを通過させ、該複数の磁性粒子にコイル内で磁束量の変化を発生させて誘導電流を発生させる。
【００１２】
上述の構想に基づき、該管路システムは密閉式環状管路とされ、且つ順に、気化推進区、渦流発生区、磁場アレイ区、コイル誘導区、及びその他のチャネル区が配置されて組成される。
【００１３】
上述の構想に基づき、該気化推進区は電子設備と連結され接触し、熱エネルギーが該流体に伝えられて一部の流体が気化して気泡を発生する時、該基本の膨張により該流体が押圧されて複数の磁性粒子が該コイルを通過させられる。且つ該気化推進区の両端それぞれに制御弁が設けられ、該気泡を制御して固定方向に前進させ、該流体を押圧して該コイル誘導区に向けて前進させる。
【００１４】
上述の構想に基づき、該渦流発生区（ｖｏｒｔｅｘ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）は複数の磁性粒子に回転を発生させるのに用いられ、これにより複数の磁性粒子の該コイルを通過する速度を高める。該渦流発生区内部には複数の表面凹溝（ｃａｖｉｔｙ）が設けられて通過する流体に渦流を発生させ、複数の磁性粒子に回転を発生させる。
【００１５】
上述の構想に基づき、該磁場アレイ区はこの部分のチャネル外に磁場アレイが配置され、回転する複数の磁性粒子に相互の位相角度差を除去させて同期回転させ、これにより複数の磁性粒子がコイル誘導区に進入する時にその磁束量を増加させる。該磁場アレイは永久磁場とされ、この永久磁場が複数の磁性粒子に対する磁方向を位置決めすることにより該複数の磁性粒子間の磁場の相互打ち消しを防止する。
【００１６】
上述の構想に基づき、該その他のチャネル区にはさらに放熱装置がこの部分のチャネル外に套設されて、該熱エネルギーを排除する機能を高めている。この放熱装置は水平に離間設置されたフィン状構造とされる。該コイルは該管路のコイル誘導区のこの部分の管路外に巻かれる。該コイルはマイクロレベルの銅コイルとされる。
【００１７】
上述の構想に基づき、該流体は本質的に、該複数の磁性粒子、低沸点液体と水で組成された混合溶液とされる。該低沸点液体は、非電解化学冷却液、例えばＦＣ−８７、ＰＦ−５０５２、ＦＣ−７２のいずれか或いはその任意の組合せのフッ化液溶液とされ、該磁性粒子は磁化されたナノメータ鉄イオンとされる。
【００１８】
上述の構想に基づき、発生する誘導電流は高周波交流電気とされ、さらに整流設備によりそれが直流電流に変換される。もし該電子設備がノートブック型コンピュータのＣＰＵ或いはそのうちの任意のチップに設置されるなら、変換後の直流電流がノートブック型コンピュータのリチウム電池中にフィードバックされる。該電子設備は任意のマイクロマシン電気設備とされる。
【００１９】
本発明のまた一つの目的は、磁流発電方法を提供することにあり、この方法は、電子設備の発生する熱エネルギーを利用し、流体を透過して該熱エネルギーを吸収させて一部の流体に相変化作用を発生させて複数の磁性粒子を含む流体を押動させてコイルを通過させ、該磁性粒子を含む流体に磁束量の変化を発生させて誘導電流を発生させる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、磁流発電と冷却の装置において、該磁流発電と冷却の装置は熱エネルギーを発生する電子設備中に応用され、該磁流発電と冷却の装置は、
該電子設備と連結、接触し、複数の磁性粒子を含む流体を具えた管路と、
コイルとされ、該管路の一部分に巻かれ、該熱エネルギーが該流体に伝導されて流体に吸収されて一部の該流体が気化し気泡を発生することにより冷却機能を達成し、並びに該流体が駆動され流動して該複数の磁性粒子を高速回転させて該コイルを通過させ、該複数の磁性粒子が該コイル内で磁束量変化を発生して該コイルに誘導電流を発生させる、上記コイルと、
を具えたことを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の磁流発電と冷却の装置において、管路が密閉式環状管路とされたことを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項３の発明は、請求項２に記載の磁流発電と冷却の装置において、管路が気化推進区、渦流発生区、磁場アレイ区、コイル誘導区及びその他のチャネル区が順に配置されてなることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項４の発明は、請求項３に記載の磁流発電と冷却の装置において、気化推進区が電子設備と連結接触し、熱エネルギーが流体に伝導されて一部の流体が気化して気泡を発生する時、該気泡が膨張して該流体を押圧して複数の磁性粒子を駆動して前進させてコイルを通過させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項５の発明は、請求項４に記載の磁流発電と冷却の装置において、気化推進区の両端にそれぞれ制御弁が設置され、気泡を制御して固定方向に前進させ、流体を押圧してコイル誘導区に向けて前進させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項６の発明は、請求項３に記載の磁流発電と冷却の装置において、渦流発生区が複数の磁性粒子に回転を発生させて複数の磁性粒子がコイルを通過する時の速度を高めることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項７の発明は、請求項６に記載の磁流発電と冷却の装置において、渦流発生区内部に複数の表面凹溝が設けられてそれを通過する流体に渦流を発生させることにより、複数の磁性粒子にその周囲の速度の違いにより回転を発生させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項８の発明は、請求項３に記載の磁流発電と冷却の装置において、磁場アレイ区にあってこのチャネルセクション外に磁場アレイが配置され、該磁場アレイが回転する複数の磁性粒子の相互の位相角差を除去させて同期回転を発生させるのに供され、これにより複数の磁性粒子がコイル誘導区に進入する時の磁束量を増加させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項９の発明は、請求項８に記載の磁流発電と冷却の装置において、磁場アレイが永久磁場とされ、該永久磁場が複数の磁性粒子の磁方向を定めて該複数の磁性粒子間の磁場の相互相殺を防止することを特徴とする、磁流発電と冷却の装置としている。
請求項１０の発明は、磁流発電と冷却方法において、該磁流発電と冷却方法は熱エネルギーを発生する電子設備中に応用され、
密閉式管路を提供して電子設備と連結させ、そのうち該密閉式管路が低沸点流体を具えたものとし、該流体が複数の磁性粒子を具えたものとするステップと、
コイルを提供し、該コイルを一部の該管路に巻き付け、該熱エネルギーが該流体に伝導されて流体に吸収されて一部の該流体が気化し気泡を発生することにより冷却機能を達成し、並びに該流体が駆動され流動して該複数の磁性粒子を高速回転させて該コイルを通過させ、該複数の磁性粒子が該コイル内で磁束量変化を発生して該コイルに誘導電流を発生させるステップと、
を具えたことを特徴とする、磁流発電と冷却方法としている。
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の磁流発電と冷却方法において、
整流設備を提供し、誘導電流を直流電流に変換して電子設備に戻して充電するステップ、を具えたことを特徴とする、磁流発電と冷却方法としている。
請求項１２の発明は、磁流発電方法において、該磁流発電方法は電子設備の発生する熱エネルギーを利用して、複数の磁性粒子を含む流体に該熱エネルギーを吸収させて一部の流体に相変化を形成させ、該磁性粒子を含む流体にコイルを通過させ、該磁性粒子を含む流体に磁束量の変化を発生させて誘導電流を発生させることを特徴とする、磁流発電方法としている。
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の磁流発電方法において、相変化が液体が沸点に達することにより気化して気体となる反応であることを特徴とする、磁流発電方法としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の好ましい実施例の磁流発電と冷却の装置の基本レイアウト表示図である。本発明は本質上、管路２０とコイル３０で組成され、該管路２０と廃熱を発生する電子設備（以下にＣＰＵ４０を例として説明する）が連結接触させられ、該コイル３０は該管路２０の一部分に巻かれている。そのうち、該管路２０は密閉式環状管路とされ、その内部に低沸点流体（図示せず）が含まれ、該流体内に複数の磁性粒子（図示せず）が含まれる。熱エネルギーが該流体に伝えられて該流体に吸収され、一部の流体が気化して気泡２０１を発生すると、これにより熱エネルギーが除去されて冷却の効果が達成され、また、該気泡２０１が該流体を駆動して流動させて該複数の磁性粒子を押動してコイル３０を通過させ、これにより複数の磁性粒子がコイル３０内で磁束量の変化を発生し該コイル３０に誘導電流を発生させる。
【００２２】
細かく説明すると、該管路２０は本質的に気化推進区２１、渦流発生区２２、磁場アレイ区２３、コイル誘導区２４及びその他のチャネル区が配置されて組成されている。
【００２３】
該気化推進区２１はＣＰＵ４０と連結され接触する部分とされ、この区域内にあって、ＣＰＵ４０の熱エネルギーは流体に伝導され一部の流体を気化させて気泡２０１を発生させる。気泡２０１が膨張すると該流体を押圧し、該複数の磁性粒子を前向きに押してコイル３０を通過させる。且つ気化推進区２１の両端それぞれに制御弁２１１が設置され、気泡２０１を制御して固定方向に前進させ、該流体を押圧してコイル誘導区２４に向けて前進させる。
【００２４】
該渦流発生区（ｖｏｒｔｅｘ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２２の内部には、複数の表面凹溝（ｃａｖｉｔｙ）２２１が設けられて通過する流体に渦流を発生させ、複数の磁性粒子に高速回転を発生させ、これにより複数の磁性粒子が該コイル３０を通過する時の速度を高める。該磁場アレイ区２３はこの部分のチャネル外に磁場アレイ３１が配置され、回転する複数の磁性粒子に相互の位相角度差を除去させて同期回転させ、これにより複数の磁性粒子がコイル誘導区２４に進入する時にその磁束量を増加させる。該磁場アレイ３１は永久磁場とされ、この永久磁場が複数の磁性粒子に対する磁方向を位置決めすることにより該複数の磁性粒子間の磁場の相互打ち消しを防止する。
【００２５】
該コイル誘導区２４は該管路２０に環状にコイル３０が巻かれた部分とされる。その他のチャネル区に放熱装置２５が架設されて、熱エネルギーの排除機能を高める。該放熱装置２５は水平に離間配置されたフィン状放熱構造とされる。
【００２６】
該流体は本質的に、該複数の磁性粒子、低沸点液体と水で組成された混合溶液とされる。該低沸点液体は、非電解化学冷却液、例えばＦＣ−８７、ＰＦ−５０５２、ＦＣ−７２のいずれか或いはその任意の組合せのフッ化液溶液とされ、その飽和温度はそれぞれ５６．６℃、３２．０℃、５０．０℃とされ、純水の１００℃と較べ、沸点が低く、気化の周波数と気泡数量を増し、熱伝導量を増し、急速放熱の効果を達成する。該磁性粒子は磁化されたナノメータ鉄イオンとされる。該コイル３０はナノメータレベルの銅コイルとされ、高速回転する磁化ナノメータ鉄イオンに容易に磁束量変化を発生させる。
【００２７】
図３は本発明の磁流発電と冷却の装置の発電システム設計構造図である。図２と類似するが、この発電原理は気化推進区２１の流体が吸収したＣＰＵ４０の熱エネルギーで気泡２０１を発生させて磁性粒子を前進させ、渦流発生区２２に設置された凹溝２２１に磁性粒子を進入させることにより、粒子周囲の速度との違いにより回転を発生させ、並びに磁場アレイ区２３に進入させ、該磁場アレイ区２３中で永久磁場である磁場アレイ３１により磁性粒子の磁方向を定め、相互粒子間の磁場の相殺を防止し、これによりコイル誘導区２４中にあって磁束量を高めて最大の誘導電流を形成させることにある。全体システム発電後の余剰の廃熱は放熱装置２５により排出され、それが最終的に発生する誘導電流Ａは高周波交流電流とされ、このためさらに外接の整流設備３２によりそれを直流電流に変換する。これにより、もし電子設備がノートブック型コンピュータのＣＰＵ４０或いはそのうちの任意のチップに設置されるなら、変換後の直流電流はノートブック型コンピュータのリチウム電池４１に戻される。
【００２８】
図４は本発明の磁流発電と冷却の装置の全体の具体的構造表示図である。図５は図４の立体図、図６は図５中の気化推進区２１、渦流発生区２２、及び磁場アレイ区の局部断面拡大図である。これと図２及び図３の違いは、図４、５、６はＣＰＵ４０の上下或いは左右に本発明の磁流発電と冷却の装置が連結されて接触し、これによりＣＰＵ４０の発生する廃熱が有効に利用及び排除されることである。
【００２９】
本発明の実際の実施結果を、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４搭載のノートブック型コンピュータの例で以下に説明する。一般にＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４搭載のノートブック型コンピュータのＣＰＵの発生する熱エネルギーは約３５Ｗであり、その表面温度は約７０℃から８５℃であり、実際の測定と数値シュミレート演算によりその発生する機能を評価した。ＣＰＵの発生する廃熱は本発明の提供する低沸点流体により吸収され、ＣＰＵが冷却され、低沸点流体はこれにより相変化して気泡を発生する。その流体の液体が吸熱し沸騰して気化する過程はＲｏｈｓｅｎｏｗ’ｓ ｎｕｃｌｅａｔｔｅ ｐｏｏｌ ｂｏｉｌｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎ により計算される。
【数１】
【数２】
相変化による冷却に廃熱磁流発電が加わり、冷却熱エネルギーは３６Ｗ、発電効率は約１０．７％、発電エネルギーは約３．５Ｗである。これにより全体システムが全体で約１７．８６％の電気エネルギーを節約でき、特にノートブック型コンピュータのリチウム電池は１．５〜２．５時間しかもたないので、エネルギーを節約できれば、使用時間を増加でき、或いは電池の占有体積を節約できる。
【００３１】
【発明の効果】
総合すると、本発明は磁流発電と冷却の装置及び方法を提供し、それは伝統的な電力を消耗するファンや外接メカニズム或いはその他のエネルギーを使用することなく冷却放熱を達成でき、先進の相変化の電子冷却方式と廃熱利用を動力源とする発電システムを結合させることにより、冷却とエネルギー節約の効果を達成する。このほか、この相変化放熱方式を採用することで大幅に放熱効率を高めることができ、且つ余分のエネルギー源を消耗せず、騒音を発生しない。本発明の原理は磁化ナノメータ鉄イオンをドープした低沸点流体を採用し、該流体が吸熱し相変化を発生することにより流体を駆動し、該磁性粒子にマイクロコイルを通過させて電気エネルギーを発生させる。これにより本発明は熱エネルギーを発生する任意のチップセット或いはマイクロマシン設備中に応用でき、或いは熱エネルギーを利用した発電の補助発電設備として利用できる。
【００３２】
以上は本発明の好ましい実施例の説明であって本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】周知のコンピュータのＣＰＵの放熱装置表示図である。
【図２】本発明の好ましい実施例の磁流発電と冷却の装置の基本レイアウト表示図である。
【図３】本発明の好ましい実施例の磁流発電と冷却の装置中の発電システム設計構造図である。
【図４】本発明の好ましい実施例の磁流発電と冷却の装置の全体の具体構造表示図である。
【図５】図４の立体図である。
【図６】図５の局部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ ＣＰＵ １１ ファン
１２ ヒートシンク
２０ 管路 ２１ 気化推進区
２２ 渦流発生区 ２３ 磁場アレイ区
２４ コイル誘導区 ２５ 放熱装置
２０１ 気泡 ２１１ 制御弁
２２１ 凹溝 ３０ コイル
３１ 磁場アレイ ３２ 整流設備
４０ ＣＰＵ ４１ リチウム電池
Ａ 誘導電流
Claims (13)
- 磁流発電と冷却の装置において、該磁流発電と冷却の装置は熱エネルギーを発生する電子設備中に応用され、該磁流発電と冷却の装置は、
該電子設備と連結、接触し、複数の磁性粒子を含む流体を具えた管路と、
コイルとされ、該管路の一部分に巻かれ、該熱エネルギーが該流体に伝導されて流体に吸収されて一部の該流体が気化し気泡を発生することにより冷却機能を達成し、並びに該流体が駆動され流動して該複数の磁性粒子を高速回転させて該コイルを通過させ、該複数の磁性粒子が該コイル内で磁束量変化を発生して該コイルに誘導電流を発生させる、上記コイルと、
を具えたことを特徴とする、磁流発電と冷却の装置。 - 請求項１に記載の磁流発電と冷却の装置において、管路が密閉式環状管路とされたことを特徴とする、磁流発電と冷却の装置。
- 請求項２に記載の磁流発電と冷却の装置において、管路が気化推進区、渦流発生区、磁場アレイ区、コイル誘導区及びその他のチャネル区が順に配置されてなることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置。
- 請求項３に記載の磁流発電と冷却の装置において、気化推進区が電子設備と連結接触し、熱エネルギーが流体に伝導されて一部の流体が気化して気泡を発生する時、該気泡が膨張して該流体を押圧して複数の磁性粒子を駆動して前進させてコイルを通過させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置。
- 請求項４に記載の磁流発電と冷却の装置において、気化推進区の両端にそれぞれ制御弁が設置され、気泡を制御して固定方向に前進させ、流体を押圧してコイル誘導区に向けて前進させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置。
- 請求項３に記載の磁流発電と冷却の装置において、渦流発生区が複数の磁性粒子に回転を発生させて複数の磁性粒子がコイルを通過する時の速度を高めることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置。
- 請求項６に記載の磁流発電と冷却の装置において、渦流発生区内部に複数の表面凹溝が設けられてそれを通過する流体に渦流を発生させることにより、複数の磁性粒子にその周囲の速度の違いにより回転を発生させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置。
- 請求項３に記載の磁流発電と冷却の装置において、磁場アレイ区にあってこのチャネルセクション外に磁場アレイが配置され、該磁場アレイが回転する複数の磁性粒子の相互の位相角差を除去させて同期回転を発生させるのに供され、これにより複数の磁性粒子がコイル誘導区に進入する時の磁束量を増加させることを特徴とする、磁流発電と冷却の装置。
- 請求項８に記載の磁流発電と冷却の装置において、磁場アレイが永久磁場とされ、該永久磁場が複数の磁性粒子の磁方向を定めて該複数の磁性粒子間の磁場の相互相殺を防止することを特徴とする、磁流発電と冷却の装置。
- 磁流発電と冷却方法において、該磁流発電と冷却方法は熱エネルギーを発生する電子設備中に応用され、
密閉式管路を提供して電子設備と連結させ、そのうち該密閉式管路が低沸点流体を具えたものとし、該流体が複数の磁性粒子を具えたものとするステップと、
コイルを提供し、該コイルを一部の該管路に巻き付け、該熱エネルギーが該流体に伝導されて流体に吸収されて一部の該流体が気化し気泡を発生することにより冷却機能を達成し、並びに該流体が駆動され流動して該複数の磁性粒子を高速回転させて該コイルを通過させ、該複数の磁性粒子が該コイル内で磁束量変化を発生して該コイルに誘導電流を発生させるステップと、
を具えたことを特徴とする、磁流発電と冷却方法。 - 請求項１０に記載の磁流発電と冷却方法において、
整流設備を提供し、誘導電流を直流電流に変換して電子設備に戻して充電するステップ、を具えたことを特徴とする、磁流発電と冷却方法。 - 磁流発電方法において、該磁流発電方法は電子設備の発生する熱エネルギーを利用して、複数の磁性粒子を含む流体に該熱エネルギーを吸収させて一部の流体に相変化を形成させ、該磁性粒子を含む流体にコイルを通過させ、該磁性粒子を含む流体に磁束量の変化を発生させて誘導電流を発生させることを特徴とする、磁流発電方法。
- 請求項１２に記載の磁流発電方法において、相変化が液体が沸点に達することにより気化して気体となる反応であることを特徴とする、磁流発電方法。
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