JP2009114894A - リニア電磁ポンプと熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな熱量運搬と高い信頼性の両立を実現する。
【解決手段】 パイプ１４１の両端にそれぞれジョイント部１４２，１４３を装着し、一方のジョイント部１４２を発熱装置１１側のパイプ、他方のジョイント部１４３を放熱装置１２側のパイプ１３に結合する。パイプ１４１内には導電性高分子を液状媒体に混合した電流通過媒体が注入されており、その周面には駆動部１４４が装着される。この駆動部１４４は、パイプの１４１の周面から、パイプ１４１中の電流通過媒体に電界をかける一対の電極１４５Ａ，１４５Ｂと、電界によって流れる電流の向きに対して直交する方向でかつ媒体を流す方向に起電力が生じる方向に磁界を発生する一対のコイル１４６Ａ，１４６Ｂを配置させ，電界と磁界を互いに直交する方向に同時にかけることで、電流通過媒体に進行方向への電磁力を発生させる。これにより、電流通過媒体は、自らの力によってパイプ１３内を流れるようになる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電流通過媒体をリニア電磁駆動によって流すリニア電磁ポンプと、このリニア電磁ポンプを用いる熱交換装置に関する。

近年のマイクロプロセッサやGaN（窒化ガリューム）に代表される高発熱素子は、素子当たりの発熱量が１００Ｗを裕に超える。この高発熱素子の冷却として、従来ではカーボングラファイトなど高熱伝導材でヒートシンクまで熱を導き放熱させる方式か、冷媒を機械的駆動ポンプにより循環させてラジエータで放熱する方式がとられている。

しかしながら、熱伝導材により熱を導き出す方式では放熱量に限界があり、冷媒循環方式ではポンプの機械的騒音・振動の発生や可動部磨耗・故障による信頼性の低下が問題となっている。そこで、高信頼性の要求される熱交換装置にあっては、機械的な可動部の無い、熱輸送媒体を直接駆動するタイプのポンプとして、リニア電磁ポンプの採用が試みられている。

ところが、従来のリニア電磁ポンプでは、電流通過媒体として液状化金属（ナトリュームもしくはハンダ）またはイオン化伝導材（塩水）が用いられている。液状化金属では、金属を液状に維持する必要があるため、利用可能な温度範囲が極めて高温であり、常温で冷却・加熱を行うような熱交換に利用することはできない。また、イオン化伝導材では、腐食性・可燃性ガスの発生といった問題があって、使用環境への危険性が懸念される。

尚、従来のポンプとして、導電性高分子を含むポンプ及びその駆動方法が特許文献１に開示されている。この文献に示されるポンプは、流体の吸入、吐出を行う駆動部材として導電性高分子成形品を用い、その成形品を低電圧駆動することで無音駆動を可能としたことを特徴とするものである。この構造は、静寂性に優れているものの、導電性高分子成形品の耐久性が大きく影響するため、信頼性の面で問題がある。
特開２００５−２０７４０６公報

以上述べたように、従来の熱交換装置では、熱輸送媒体の駆動にリニア電磁ポンプの利用が考えられているが、常温でのリニア電磁駆動を実施可能な熱輸送媒体として適当な材料がなく、実用化に至っていない。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、使用環境への危険性を考慮することなく、常温でのリニア電磁駆動が可能で、耐久性にも優れ、大きな熱量運搬と高い信頼性の両立を実現するリニア電磁ポンプと、このリニア電磁ポンプを利用した熱交換装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明に係るリニア電磁ポンプは、導電性高分子を常温で液状の媒体に混合してなる導電性液状媒体と、前記導電性液状媒体を電流通過媒体として流すパイプと、前記パイプにリニア電磁駆動を施すことで前記電流通過媒体に電磁力を発生させる駆動部とを具備し、前記電磁力によって前記パイプ中に前記電流通過媒体の流れを生じさせることを特徴とする。

また、本発明に係る熱交換装置は、発熱部と放熱部との間で常温で液状の熱輸送媒体を循環させる場合に、前記熱輸送媒体に導電性高分子を混合させて電流通過媒体とし、前記電流通過媒体を循環させるパイプにリニア電磁駆動を施すことで前記電流通過媒体に電磁力を発生させるリニア電磁ポンプを備え、前記電磁力により前記パイプ中に前記電流通過媒体の流れを生じさせることを特徴とする。

上記リニア電磁ポンプの駆動部は、前記パイプの周面から、前記パイプ中の電流通過媒体に電界と磁界を互いに直交する方向にかけて前記電流通過媒体に電磁力を発生させることを特徴とする。または、前記パイプの周囲に誘導磁界を発生させて前記パイプ中の電流通過媒体に誘導電流を発生させ、前記誘導磁界を前記パイプの長手方向に移動させることで前記電流通過媒体に電磁力を発生させることを特徴とする。

すなわち、本発明に係るリニア電磁ポンプでは、導電性高分子を常温で液状の媒体に混合して導電性液状媒体を生成し、この媒体を電流通過媒体としてパイプに流すようにし、このパイプにリニア電磁駆動を施すことでパイプ内の媒体に電磁力を発生させ、この電磁力によってパイプ内を流れるように駆動するようにしている。この構成によれば、導電性高分子を液状媒体に混合した媒体を電流通過媒体として用いるので、常温でのリニア電磁駆動が可能となり、しかも腐食性・可燃性ガスの発生の危険性もない。これにより、使用環境への危険性を考慮することなく、常温でのリニア電磁駆動が可能となる。

また、本発明に係る熱交換装置では、常温で液状の媒体に導電性高分子を混合した熱輸送媒体をリニア電磁ポンプでパイプ内に送り込むようにしているので、機械的な可動部を有することなく発熱装置と放熱装置との間の循環を行えるようになり、極めて高い信頼性・長寿命を実現した装置となる。

以上のように、本発明によれば、使用環境への危険性を考慮することなく、常温でのリニア電磁駆動が可能で、耐久性にも優れ、大きな熱量運搬と高い信頼性の両立を実現するリニア電磁ポンプと、このリニア電磁ポンプを利用した熱交換装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る熱交換装置の一実施形態を示すブロック構成図である。図１において、１１は発熱装置、１２は放熱装置であり、両装置間には冷媒循環用のパイプ１３が配設され、ポンプ１４により発熱装置１１と放熱装置１２との間でパイプ１３内の冷媒を循環させ、発熱装置１１から放熱装置１２に熱エネルギーを輸送し、放熱装置１２から放熱する。

上記冷媒には導電性高分子を常温で液状の媒体に混合してなる導電性液状媒体を用いる。ポンプ１４は、リニア電磁方式を採用し、導電性液状媒体を電流通過媒体としてパイプ１３内に流入し、パイプ１３にリニア電磁駆動を施すことで電流通過媒体に電磁力を発生させる。電磁力が与えられた電流通過媒体は、自らの力によってパイプ１３内を流れるようになる。

ここで、導電性高分子とは、電気伝導性を持つ高分子化合物の呼称であり、共役したポリエン系がエネルギー帯を形成して伝導性を示すと考えられている。代表的な物質としてはポリアセチレン、ポリチオフェン類などが挙げられる。

上記リニア電磁ポンプ１４の２つの実施例を、図２及び図３に示す。

図２は、上記リニア電磁ポンプ１４の第１の実施例の構成を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は概念図である。この実施例では、パイプ１４１の両端にそれぞれジョイント部１４２，１４３を装着し、一方のジョイント部１４２を発熱装置１１側からのパイプに結合し、他方のジョイント部１４３を放熱装置１２へのパイプ１３に結合する。パイプ１４１内には、上記電流通過媒体が注入されており、その周面には駆動部１４４が装着される。

この駆動部１４４は、循環用の磁界中に電流を流すとフレミングに左手の法則により電磁力が発生することを利用している。すなわち、パイプの１４１の周面から、パイプ１４１中の電流通過媒体に電界をかける一対の電極１４５Ａ，１４５Ｂと、電界によって流れる電流の向きに対して直交する方向でかつ媒体を流す方向に起電力が生じる方向に磁界を発生する一対のコイル１４６Ａ，１４６Ｂを配置させ，電界と磁界を互いに直交する方向に同時にかけることで、電流通過媒体に進行方向への電磁力を発生させる。これにより、電流通過媒体は、自らの力によってパイプ１３内を流れるようになる。

図３は、上記リニア電磁ポンプ１４の第２の実施例の構成を示すものである。尚、図３において、図２と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分を中心に説明する。

この実施例では、パイプ１４３の周面に３相誘導コイル１４７を装着し、各相（±Ｕ，±Ｖ，±Ｗ）で図中上から順に誘導磁界を発生させるようにしたものである。すなわち、この構成は、リニアモータの原理と同様であり、パイプ周囲に誘導磁界を発生させながら移動させる（図４では上から下へ）と電流通過媒体に誘導電流が発生し、誘導磁界の移動によって電磁力が発生する。この結果、誘導磁界の移動方向と同一方向に媒体の流れが発生するようにしている。

以上のように、上記構成によるリニア電磁ポンプを用いれば、導電性高分子を液状の冷媒と混入させることで、可動部の無い冷却ポンプとして実現することができる。また、このポンプは熱輸送を行う常温でも動作可能であり、また、揮発性ガスを生じさせないため、高い信頼性の冷却ポンプを実現することができる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、例えば液状媒体は冷媒に限定されるものではない。また、第２の実施例の３相誘導コイルに限定されるものではなく、さらに多相の誘導コイルであってもよく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係る熱交換装置の一実施形態を示すブロック構成図。 図１の熱交換装置に用いられるリニア電磁ポンプの第１の実施例の構成を示す図。 図１の熱交換装置に用いられるリニア電磁ポンプの第２の実施例の構成を示す図。

符号の説明

１１…発熱装置、１２…放熱装置、１３…循環パイプ、１４…ポンプ、１４１…パイプ、１４２，１４３…ジョイント部、１４４…駆動部、１４５Ａ，１４５Ｂ…電極、１４６Ａ，１４６Ｂ…コイル、１４７…三相誘導コイル。

Claims (7)

1. 導電性高分子を常温で液状の媒体に混合してなる導電性液状媒体と、
   前記導電性液状媒体を電流通過媒体として流すパイプと、
   前記パイプにリニア電磁駆動を施すことで前記電流通過媒体に電磁力を発生させる駆動部と
   を具備し、
   前記電磁力によって前記パイプ中に前記電流通過媒体の流れを生じさせることを特徴とするリニア電磁ポンプ。
2. 前記駆動部は、前記パイプの周面から、前記パイプ中の電流通過媒体に電界と磁界を互いに直交する方向にかけて前記電流通過媒体に電磁力を発生させることを特徴とする請求項１記載のリニア電磁ポンプ。
3. 前記駆動部は、前記パイプの周囲に誘導磁界を発生させて前記パイプ中の電流通過媒体に誘導電流を発生させ、前記誘導磁界を前記パイプの長手方向に移動させることで前記電流通過媒体に電磁力を発生させることを特徴とする請求項１記載のリニア電磁ポンプ。
4. 前記常温で液状の媒体は熱輸送媒体であることを特徴とする請求項１記載のリニア電磁ポンプ。
5. 発熱部と放熱部との間で、常温で液状の熱輸送媒体を循環させる熱交換装置において、
   前記熱輸送媒体に導電性高分子を混合させて電流通過媒体とし、前記電流通過媒体を循環させるパイプにリニア電磁駆動を施すことで前記電流通過媒体に電磁力を発生させるリニア電磁ポンプを備え、
   前記電磁力により前記パイプ中に前記電流通過媒体の流れを生じさせることを特徴とする熱交換装置。
6. 前記リニア電磁ポンプは、前記パイプの周面から、前記パイプ中の電流通過媒体に電界と磁界を互いに直交する方向にかけて前記電流通過媒体に電磁力を発生させることを特徴とする請求項５記載の熱交換装置。
7. 前記リニア電磁ポンプは、前記パイプの周囲に誘導磁界を発生させて前記パイプ中の電流通過媒体に誘導電流を発生させ、前記誘導磁界を前記パイプの長手方向に移動させることで前記電流通過媒体に電磁力を発生させることを特徴とする請求項５記載の熱交換装置。

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