JP5360226B2 - ループ型ヒートパイプシステム及び情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ループ型ヒートパイプシステムと、ループ型ヒートパイプを備えた情報処理装置とに関する。

各種発熱体を冷却するためのデバイスとして、作動液（液体状態にある作動流体）を発熱体からの熱で気化させるための蒸発器と、気化した作動液を放熱により凝縮させるための凝縮器とを、蒸気管及び液管によりループ状に接続したループ型ヒートパイプが知られている。

このループ型ヒートパイプは、その動作原理上、蒸発器内に作動液が存在していないと、発熱体の温度上昇により蒸発器の温度が上昇しても起動しない（熱輸送デバイスとしての動作を開始しない／内部の作動流体が循環し始めない）デバイスとなっている。従って、ループ型ヒートパイプは、通常、蒸発器の高さ（鉛直方向位置）が凝縮器よりも低くなるように構成されている（組込対象に組み込まれている）。しかしながら、ループ型ヒートパイプの組込対象によっては、蒸発器の高さを凝縮器よりも高くせざるを得ない場合もある。

そのため、蒸発器の高さが凝縮器よりも低いループ型ヒートパイプを起動できるようにするために、その蒸気管の一部（凝縮器近傍の部分）にヒーターを設け、発熱体（冷却対象）の始動前に、所定時間の間だけ、蒸気管の一部をヒーターで加熱することが提案されている。

米国特許第４７６５３９６号明細書 特開２００２−１７４４９２号公報 特開平０８−２８５４８４号公報 特開２００２−３４０４８９号公報 特開２００９−１１５３９６号公報 特開２００９−１６８２７３号公報 特表２００６−５０８３２４号公報 特開昭６２−２８４１９１号公報

発熱体の始動前（ループ型ヒートパイプを起動する必要が生じた時）に、蒸気管の一部が加熱されるようにしておけば、蒸発器内に作動液が存在していない状態にあるループ型ヒートパイプを起動することができる。

ただし、ループ型ヒートパイプ内の作動液の分布は、蒸発器、凝縮器の位置関係が変わらないものであっても、冷却対象を停止させた後の経過時間に応じて変化する。また、可搬型の情報処理装置（ノートＰＣ（Personal Computer）等）に組み込まれたループ型ヒートパイプ内の作動液の分布は、運搬時／未使用時の姿勢によっても変化する。そして、ループ型ヒートパイプ内の作動液の分布によっては、蒸気管の短時間の加熱でループ型ヒートパイプを起動することが出来る場合がある。従って、蒸気管の加熱時間を固定しておいたのでは、蒸気管の加熱に必要以上のエネルギーが消費されてしまう、冷却対象の起動時期が必要以上に遅れる、といった問題が生じてしまうことになる。

そこで、開示の技術の課題は、蒸発器の温度上昇では起動しない状態にあるループ型ヒートパイプを効率的に起動できるループ型ヒートパイプシステム及び情報処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、開示の技術の一態様のループ型ヒートパイプシステムは、液体状態にある作動流体を発熱体からの熱で気化させる蒸発器と、気体状態にある作動流体を放熱により凝縮させる凝縮器とを、蒸発器からの作動流体を凝縮器に供給する蒸気管及び凝縮器からの作動流体を蒸発器に供給する液管によりループ状に接続したループ型ヒートパイプと、ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作している状況下と、ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作しておらず，且つ，蒸発器内に液体状態にある作動流体が存在していない状況下とで、その内部の作動流体の相状態が異なる，ループ型ヒートパイプの部分の温度を測定する温度センサと、蒸気管の一部である加熱対象部分を加熱する加熱装置と、蒸発器の温度上昇では熱輸送デバイスとしての動作を開始しない状態にあるループ型ヒートパイプに熱輸送デバイスとしての動作を開始させるために、加熱装置を制御する制御装置であって、加熱装置に加熱対象部分を加熱させている間、温度センサを利用してループ型ヒートパイプの上記部分の温度を監視し、当該温度に、ループ型ヒートパイプ内での作動流体の凝縮液化に起因する変化が生じたときに、加熱装置の加熱動作を停止させる制御装置とを備える。

また、上記課題を解決するために、開示の技術の他の態様のループ型ヒートパイプシステムは、液体状態にある作動流体を発熱体からの熱で気化させる蒸発器と、気体状態にある作動流体を放熱により凝縮させる凝縮器と、凝縮器からの作動流体を蒸発器に供給する液管と、本管及び本管から枝分かれした複数の枝管を有し，各枝管の開口端が蒸発器に接続され，本管の開口端が凝縮器と接続された蒸気管とを含むループ型ヒートパイプと、ループ型ヒートパイプの複数の枝管の中の一部の枝管を加熱する加熱装置とを備える。

また、上記課題を解決するために、開示の技術の一態様の情報処理装置は、動作時に冷却すべき電子部品と、液体状態にある作動流体を電子部品からの熱で気化させる蒸発器と、気体状態にある作動流体を放熱により凝縮させる凝縮器とを、蒸発器からの作動流体を凝縮器に導入する蒸気管及び凝縮器からの作動流体を蒸発器に導入する液管によりループ状に接続したループ型ヒートパイプと、ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作している状況下と、ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作しておらず，且つ，蒸発器内に液体状の作動流体が存在していない状況下とで、その内部の作動流体の相状態が異なる，ループ型ヒートパイプの部分の温度を測定する温度センサと、蒸気管の一部である加熱対象部分を加熱する加熱装置と、蒸発器の温度上昇では熱輸送デバイスとしての動作を開始しない状態にあるループ型ヒートパイプに熱輸送デバイスとしての動作を開始させるために、加熱装置を制御する制御装置であって、加熱装置に加熱対象部分を加熱させている間、温度センサを利用してループ型ヒートパイプの上記部分の温度を監視し、当該温度に、ループ型ヒートパイプ内での作動流体の凝縮液化に起因する変化が生じたときに、加熱装置の加熱動作を停止させる制御装置とを備える。

上記構成を採用しておけば、蒸発器内の作動液が存在していない状態にあるループ型ヒートパイプを効率的に起動できるループ型ヒートパイプシステム及び情報処理装置を実現することが出来る。

第１実施形態に係る情報処理装置の構成図。 第１実施形態に係る情報処理装置が備えるループ型ヒートパイプ内の蒸発器の説明図。 第１実施形態に係る情報処理装置における，蒸発器周辺の温度センサの取り付け位置の説明図。 第１実施形態に係る情報処理装置内のループ型ヒートパイプの蒸気管に取り付けられている加熱装置の説明図。 第１実施形態に係る情報処理装置の簡略化した構成図。 第１実施形態に係る情報処理装置内の制御装置が実行する起動時処理の流れ図。 蒸気管の加熱対象部分を加熱した場合におけるループ型ヒートパイプの各部の温度の変化パターンの説明図。 蒸気管の加熱対象部分の加熱開始後、或る時間が経過したときのループ型ヒートパイプ内の作動液の状態の説明図。 制御装置が、起動完了監視処理前にＣＰＵ及び加熱装置に対して行う制御内容の説明図。 第２実施形態に係る情報処理装置の簡略化した構成図。 第２実施形態に係る情報処理装置が備えるループ型ヒートパイプ内の蒸発器の説明図。 第２実施形態に係る情報処理装置における，蒸発器周辺の温度センサの取り付け位置の説明図。 第３実施形態に係る情報処理装置の構成図。 第３実施形態に係る情報処理装置が備えるループ型ヒートパイプ内の蒸発器の説明図。 第３実施形態に係る情報処理装置における，蒸発器周辺の温度センサの取り付け位置の説明図。 第３実施形態に係る情報処理装置内のループ型ヒートパイプの蒸気管に取り付けられている加熱装置の説明図。 第３実施形態に係る情報処理装置の簡略化した構成図。 制御装置が、起動完了監視処理前にＣＰＵ及び加熱装置に対して行う制御内容の説明図。 第１実施形態に係る情報処理装置内のループ型ヒートパイプにおける蒸気の流れ方の説明図。 第３実施形態に係る情報処理装置内のループ型ヒートパイプにおける蒸気の流れ方の説明図。 第３実施形態に係る情報処理装置内のループ型ヒートパイプにおける蒸気の流れ方の説明図。 第４実施形態に係る情報処理装置の簡略化した構成図。 第４実施形態に係る情報処理装置が備えるループ型ヒートパイプ内の蒸発器の説明図。 第４実施形態に係る情報処理装置における，蒸発器周辺の温度センサの取り付け位置の説明図。 加熱装置として使用可能な装置の説明図。 実験に用いた情報処理装置の簡略化した構成図。 実験結果の説明図。 実験結果の説明図。 蒸気管の加熱対象部分を加熱した場合におけるループ型ヒートパイプの各部の温度の変化パターンの説明図。

以下、発明者らが開発した４タイプの情報処理装置（以下、第１〜第４実施形態に係る情報処理装置と表記する）を、図面を参照して詳細に説明する。

《第１実施形態》
まず、図１乃至図４を用いて、第１実施形態に係る情報処理装置１の構成を説明する。

図１に模式的に示してあるように、第１実施形態に係る情報処理装置１は、いわゆるノートＰＣであり、プリント回路板３０、ループ型ヒートパイプ１０₁等を備えている。

プリント回路板３０は、ＣＰＵ３２（本実施形態では、最大発熱量が８０Ｗのもの）等を、プリント配線板に取り付けたユニットである。

ループ型ヒートパイプ（以下、ＬＨＰと表記する）１０₁は、蒸発器１１と凝縮器１６とを、蒸気管１５及び液管１７によってループ状に接続し、それらの内部に所定量の作動流体（水、代替フロン等）を封入した熱輸送デバイスである。

蒸発器１１は、その内部に存在する，液体状態にある作動流体（以下、作動液と表記する）を、ＣＰＵ３２からの熱で気化させるためのユニットである。

ＬＨＰ１０₁には、この蒸発器１１として、図２に示した構成を有するものが用いられている。すなわち、ＬＨＰ１０₁には、ウィック１２を内蔵した，作動液をその内部で気化させるための本体部分と、作動液を一時的に溜めておくための液溜室１３とを有する蒸発器１１が用いられている。

蒸発器１１の本体部分（図１）は、高熱伝導性材料（本実施形態では、銅）からなる受熱ブロック２５を介してＣＰＵ３２と熱的に接触している。そして、情報処理装置１は、通常の使用形態では（意図的に傾けない場合には）、蒸発器１１と凝縮器１６とがほぼ水平となるように構成された装置となっている。

図３に示したように、蒸発器１１には、液溜室１３の温度を測定するための温度センサ２２ｃ（本実施形態では、熱電対：後述する他の各温度センサも同様）が取り付けられている。また、受熱ブロック２５の，ＣＰＵ３２と接する側の面には、蒸発器１１の本体部分の温度（ＣＰＵ３２の温度）を測定するための温度センサ２２ｂが取り付けられている。さらに、液管１７の，蒸発器１１近傍の部分（本実施形態では、液管１７の蒸発器１１側の端から３０ｍｍ離れた部分）には、当該部分の温度を測定するための温度センサ２２ｄが取り付けられている。

凝縮器１６（図１）は、蒸気管１５を介して供給される，蒸発器１１により気化された作動液を、放熱により、凝縮させるためのユニットである。この凝縮器１６は、蛇行するように曲げた管（図示略；以下、凝縮管と表記する）に複数の放熱フィンを取り付けたものとなっている。情報処理装置１には、この凝縮器１６を空冷するための冷却用ファン３３が設けられている。

なお、本情報処理装置１が備えるＬＨＰ１０₁は、上記した凝縮管、蒸気管１５、液管１７の長さがいずれもおよそ２００ｍｍとなっているデバイスである。また、ＬＨＰ１０₁は、各管として、外径４ｍｍ、内径３ｍｍの銅管を採用し、蒸発器１１として、本体部分のサイズ（外形）がおよそφ１５ｍｍ×６０ｍｍであり、液溜室１３部分のサイズがφ１５ｍｍ×５０ｍｍであるものを採用したデバイスとなっている。

ＬＨＰ１０₁の蒸気管１５の途中（詳細は後述）には、蒸気管１５を加熱するための加熱装置２１が取り付けられている。この加熱装置２１は、図４に示したように、高熱伝導性材料製の部材（本実施形態では、銅製の，蒸気管１５の長さ方向の長さがおよそ５０ｍｍの部材）にヒーター２１ｈ（発熱用電線）を埋め込んだ構成を有している。そして、同図に示してあるように、蒸気管１５の加熱装置２１が取り付けられている部分には、当該部分（以下、加熱対象部分と表記する）の温度を測定するための温度センサ２２ａが取り付けられている。

情報処理装置１（図１）のプリント回路板３０上には、制御装置３１（本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器等を内蔵した、比較的に低機能のマイクロコントローラ）が設けられている。この制御装置３１は、上記した加熱装置２１及び温度センサ２２ａ〜２２ｄと電気的に接続されている。そして、プリント回路板３０は、制御装置３１が、ＣＰＵ３２を始動／停止させることが出来るように構成された（回路設計がなされた）ものとなっている。

以上のことを前提に、以下、第１実施形態に係る情報処理装置１の構成及び動作をさらに具体的に説明する。なお、以下の説明では、温度センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによって測定される温度のことを、それぞれ、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄと表記する。

加熱装置２１（図４参照）の蒸気管１５への取り付け位置は、凝縮器１６を鉛直下方向に向けることにより全作動液をＬＨＰ１０₁内の凝縮器１６側に集めた場合に、図５に模式的に示した状態が形成されることになるように、定められている。すなわち、情報処理装置１は、加熱装置２１を、その蒸発器１１側の面位置が、全作動液をＬＨＰ１０₁内の凝縮器１６側に集めた場合における蒸気管１５内の作動液の液面位置とほぼ一致するように、蒸気管１５に取り付けたものとなっている。

そして、情報処理装置１内の制御装置３１は、情報処理装置１が起動される（情報処理装置１の図示せぬ電源スイッチが投入される）と、図６に示した手順の起動時処理を実行するように、構成（プログラミング）されている。

すなわち、情報処理装置１が起動されると、制御装置３１は、まず、ＣＰＵ３２を始動する処理（ステップＳ１０１）を行う。このステップＳ１０１で制御装置３１が実際に行う処理は、情報処理装置１内の電源装置からプリント回路板３０の主要部分（自装置を除いた部分）への電力供給をＯＮ／ＯＦＦするための半導体スイッチを制御する（オンにする）処理である。

次いで、制御装置３１は、Ｔｂ（温度センサ２２ｂによって測定される蒸発器１１の本体部分の温度）の上昇速度に基づき、ＬＨＰ１０₁の状態が、蒸発器１１の本体部分の温度が上昇してもＬＨＰ１０₁内で作動流体が循環し始めない起動不可状態、起動不可状態ではない起動可能状態のいずれであるかを判定する状態判定処理（ステップＳ１０２）を行う。

この状態判定処理は、設定時間が経過することと、Ｔｂが設定温度以上となることとを監視し、設定時間が経過する前にＴｂが設定温度以上となった場合には、ＬＨＰ１０₁の状態が起動不可状態であると判定して終了する処理である。また、状態判定処理は、Ｔｂが設定温度以上となる前に設定時間が経過した場合には、ＬＨＰ１０₁の状態が起動可能状態であると判定して終了する処理となっている。なお、設定時間、設定温度とは、上記手順／内容の状態判定処理により、ＬＨＰ１０₁の状態が起動可能状態であるか起動不可状態であるかを判定できる時間、温度として、予め設定されている値のことである。本実施形態に係る情報処理装置１は、これらの値を、『ＬＨＰ１０₁の状態が、蒸発器１１内に作動液が存在していない状態となっている情報処理装置１』（起動時処理が行われないもの）についてのＴｂの変化パターンの測定結果と、『ＬＨＰ１０₁の状態が、蒸発器１１内に作動液が存在している状態となっている情報処理装置１』についてのＴｂの変化パターンの測定結果とから、決定したものとなっている。

状態判定処理を終えた制御装置３１は、状態判定処理にてＬＨＰ１０₁の状態が起動可能状態であると判定した場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）には、特に処理を行うことなく、この起動時処理（図６の処理）を終了する。

一方、状態判定処理にてＬＨＰ１０₁の状態が起動不可状態であると判定した場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、制御装置３１は、ＣＰＵ３２の動作を停止させるための処理（ステップＳ１０４）を行う。より具体的には、このステップＳ１０４にて、制御装置３１は、通常の終了操作時にＣＰＵ３２が実行する処理をＣＰＵ３２に実行させるための処理を行う。

ステップＳ１０４の処理を終えた制御装置３１は、加熱装置２１（ヒーター２１ｈ）への電力供給を開始する（ステップＳ１０５）。その後、制御装置３１は、Ｔａ〜Ｔｄの変化速度に基づき、ＬＨＰ１０₁の起動が完了する（ＬＨＰ１０₁の状態が起動可能状態となる）のを監視（待機）する起動完了監視処理（ステップＳ１０６）を開始する。

この起動完了監視処理の詳細を説明する前に、図７及び図８を用いて、起動不可状態にあるＬＨＰ１０₁の蒸気管１５の加熱対象部分を加熱した場合に生ずる現象を説明しておくことにする。

作動液がＬＨＰ１０₁内の凝縮器１６側にのみ存在している状況下（図５参照）、時間ｔ０に、ＣＰＵ３２を機能させることなく、蒸気管１５の加熱対象部分の加熱を開始した場合を考える。

この場合、図７に示したように、加熱対象部分の温度Ｔａは、加熱装置２１の発熱量に応じた速度で上昇することになる。また、加熱対象部分から離れた各部の温度Ｔｂ〜Ｔｄは、より遅い速度で上昇することになる。なお、この図７に示してある各温度は、情報処理装置１の凝縮器１６を鉛直下方向に向けることにより、作動液がＬＨＰ１０₁内の凝縮器１６側にのみ存在している状態を形成した後、加熱装置２１を実際に機能させることにより測定した温度である。

加熱対象部分の温度Ｔａが上昇すると、加熱対象部分内の作動液が気化することにより、加熱対象部分内の圧力が上昇する。そのため、ＬＨＰ１０₁内の，加熱対象部分とは異なる部分（作動液蒸気が存在している各部分）の圧力も上昇し、その結果として、温度が比較的に低い部分で作動液蒸気が凝縮液化することになる。

また、加熱対象部分内の作動液が気化すると、気化した，温度の高い作動液蒸気が、温度の低い蒸発器１１側に流れて、凝縮液化することにもなる。従って、Ｔａが或る程度上昇すると、図８に模式的に示したように、蒸発器１１内や、液管１７の蒸発器１１近傍の部分で、作動液蒸気が凝縮液化する。

そして、作動液蒸気の凝縮液化時には、熱が放出されるので、作動液蒸気が或る時間ｔ１に凝縮液化した場合、図７に示してあるように、作動液蒸気が凝縮液化した各部分の温度Ｔｂ〜Ｔｄが、凝縮液化時の熱量放出により１〜５℃程度上昇することになる。

また、作動液蒸気が凝縮液化すると、各部の内圧が急激に減少する。そのため（ＰＶ＝ｎＲＴにより圧力が下がると温度が下がるため）、加熱対象部分の温度Ｔａの上昇速度が低下する（情報処理装置１では、０．４５℃/sec→０．０７℃/sec）ことにもなる。

このように、起動不可状態にあるＬＨＰ１０₁の蒸気管１５の加熱対象部分を加熱すると、ＬＨＰ１０₁の状態を、蒸発器１１内に作動液が存在する状態（つまり、起動可能状態）とすることが出来る。また、ＬＨＰ１０₁の状態が起動可能状態となる際には、ＬＨＰ１０₁の各部で特徴的な温度変化（温度の変化速度の変化）が生ずる。

制御装置３１が実行する起動完了監視処理（図６：ステップＳ１０６）は、そのような特徴的な温度変化が、温度センサ２２ａ〜２２ｄが取り付けられているいずれかの部分で生ずるのを監視する処理である。

より具体的には、起動完了監視処理は、Ｔａについては、『１秒あたりの温度上昇幅が３０％以上低下する』という条件が満たされるのを監視し、他の各温度Ｔｂ〜Ｔｄについては、『５秒間の間に１℃以上の温度変化が生ずる』という条件が満たされるのを監視する処理となっている。

なお、制御装置３１は、図９に模式的に示したように、ＣＰＵ３２を起動した後、ＬＨＰ１０₁の状態が起動不可状態となっていることが分かったときに、ＣＰＵ３２の動作を停止させて加熱装置２１を機能させる装置（図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０５参照）である。すなわち、制御装置３１は、Ｔｂが高い状態で、蒸気管１５の加熱対象部分の加熱を開始する装置となっている。そのため、上記した各条件は、図７に示した温度の測定結果からではなく、『Ｔｂを設定温度まで上昇させた後、ＣＰＵ３２の動作を停止させると共に加熱装置２１を機能させることにより得られたＴａ〜Ｔｄの測定結果』から定めたものとなっている。

起動完了監視処理（図６：ステップＳ１０６）を終えた制御装置３１は、加熱装置２１への電力供給を停止（ステップＳ１０７）してから、ＣＰＵ３２を始動（再始動）する（ステップＳ１０８）。そして、制御装置３１は、この起動時処理を終了する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る情報処理装置１（制御装置３１）は、起動不可状態にあるＬＨＰ１０₁の起動のために加熱装置２１を動作させる場合、液管１７の蒸発器１１近傍の部分等の温度変化パターンに基づき、ＬＨＰ１０₁の状態が起動可能状態になるのを監視し、ＬＨＰ１０₁の状態が起動可能状態になったときに、加熱装置２１の動作を停止させる装置となっている。

従って、この情報処理装置１は、起動不可状態にあるＬＨＰ１０₁を、効率的に（蒸気管１５の加熱に必要以上のエネルギーが消費されてしまうといったことや、ＣＰＵ３２の起動時期が必要以上に遅れるといったことが生じない形で）、起動できる装置となっていることになる。

《第２実施形態》
以下、第１実施形態に係る情報処理装置１と異なっている点を中心に、第２実施形態に係る情報処理装置１の構成、動作を説明する。

図１０に模式的に示してあるように、第２実施形態に係る情報処理装置１は、ＣＰＵ３２を冷却するためのＬＨＰ（ループ型ヒートパイプ）１０₂、加熱装置２１、制御装置３１等を備えた装置である。

この情報処理装置１（以下、第２情報処理装置１とも表記する）は、上記した第１実施形態に係る情報処理装置１（以下、第１情報処理装置１とも表記する）と同様に、いわゆるノートＰＣである。

ＬＨＰ１０₂は、図１１（及び図１０）に示した蒸発器１１′、すなわち、液溜室１３を有さない蒸発器１１′を備えたＬＨＰである。

そして、第２情報処理装置１は、図１２に示したように、蒸発器１１′に、温度センサ２２ｃ（図３参照）相当のものを取り付けずに構成した装置であると共に、起動完了監視処理時にＴｃの変化パターンを監視しない点のみが上記した制御装置３１と異なる装置を、制御装置３１として、プリント配線板３０上に実装した装置となっている。

要するに、第２情報処理装置１は、第１情報処理装置１内の蒸発器１１を蒸発器１１′に変更すると共に、その変更により不要となった構成及び機能を第１情報処理装置１から取り除いた構成を有している。

そして、Ｔｃが分からなくても、Ｔａ等が分かれば、ＬＨＰ１０₂の状態が起動可能状態になったことを検出できる。従って、この第２実施形態に係る情報処理装置１も、起動不可状態にあるＬＨＰ１０₂を効率的に起動できる装置となっていると言うことが出来る。

《第３実施形態》
以下、図１３乃至図２１を用いて、第３実施形態に係る情報処理装置１（以下、第３情報処理装置１とも表記する）の構成及び動作を、説明する。

図１３に模式的に示してあるように、第３情報処理装置１も、いわゆるノートＰＣであり、プリント回路板３０、ＬＨＰ１０₃等を備えている。

ＬＨＰ１０₃は、ＬＨＰ１０₁（図１、図５参照）と同様に、蒸発器１１と凝縮器１６とを蒸気管１５及び液管１７によってループ状に接続し、それらの内部に所定量の作動流体を封入した熱輸送デバイスである。

このＬＨＰ１０₃の蒸発器１１、液管１７は、それぞれ、ＬＨＰ１０₁の蒸発器１１、液管１７と同じものである。ＬＨＰ１０₃の蒸気管１５は、本管１５ｃと、本管１５ｃから枝分かれした２本の枝管１５ａ及び枝管１５ｂとからなる多岐管である。この蒸気管１５は、各管として、外径４ｍｍ、内径３ｍｍの銅管を採用して製造したものとなっている。

ＬＨＰ１０₃の蒸発器１１は、ＬＨＰ１０₁の蒸発器１１と本質的には同じものである。ただし、ＬＨＰ１０₃の蒸発器１１（図１３〜図１５参照）は、蒸気管１５の枝管１５ａ及び枝管１５ｂに接続されたもの（蒸気管１５との接続箇所が２箇所あるもの）となっている。

ＬＨＰ１０₃の蒸発器１１（図１３）は、プリント回路板３０上のＣＰＵ３２上に位置している。蒸発器１１の本体部分は、高熱伝導性材料（本実施形態では、銅）からなる受熱ブロック２５に収容されており、受熱ブロック２５は、ＣＰＵ３２の上面に固定されている。

図１５に示してあるように、蒸発器１１には、液溜室１３の温度を測定するための温度センサ２２ｃが取り付けられている。また、受熱ブロック２５の，ＣＰＵ３２と接する側の面には、蒸発器１１の本体部分の温度（ＣＰＵ３２の温度）を測定するための温度センサ２２ｂが取り付けられている。さらに、液管１７の，蒸発器１１近傍の部分（本実施形態では、液管１７の蒸発器１１側の端から３０ｍｍ離れた部分）には、当該部分の温度を測定するための温度センサ２２ｄが取り付けられている。

蒸気管１５の枝管１５ａ（図１３）には、加熱装置２１が取り付けられている。この加熱装置２１は、図１６に示したように、高熱伝導性材料製の部材（本実施形態では、銅製の，蒸気管１５の長さ方向の長さがおよそ５０ｍｍの部材）にヒーター２１ｈを埋め込んだ構成を有している。そして、同図に示してあるように、蒸気管１５の加熱装置２１が取り付けられている部分には、当該部分（以下、加熱対象部分と表記する）の温度を測定するための温度センサ２２ａが取り付けられている。

蒸気管１５の形状は、第３情報処理装置１の凝縮器１６側を鉛直下方向に向けることにより全作動液をＬＨＰ１０₃内の凝縮器１６側に集めた場合に、図１７に示した状態が形成されることになるように、定められている。すなわち、蒸気管１５の形状は、凝縮器１６側を鉛直下方向に向けることにより全作動液を凝縮器１６側に集めた場合における作動液の液面位置が、蒸気管１５の分岐部よりも高くなるように、定められている。

そして、加熱装置２１は、蒸発器１１側の面が、上記液面位置とほぼ一致するように、枝管１５ａに対して取り付けられている。

第３情報処理装置１が備えるプリント回路板３０は、第１情報処理装置１が備えるプリント回路板３０と同じものである。

すなわち、第３情報処理装置１が備えるプリント回路板３０上には（図１３、図１７参照）、加熱装置２１及び温度センサ２２ａ〜２２ｄと電気的に接続された制御装置３１が設けられている。そして、この制御装置３１は、第３情報処理装置１が起動されると、既に説明した内容の起動時処理（図６参照）を実行する。従って、制御装置３１は、第３情報処理装置１の起動時にＬＨＰ１０₃が起動不可状態にあった場合には、図１８に模式的に示したように、ＣＰＵ３２の動作を一旦停止させてから、加熱装置２１への電力供給を開始することになる。

加熱装置２１への電力供給が開始されると、第１情報処理装置１と同様に（図９参照）、暫くしてから、蒸発器１１内や液管１７の蒸発器１１近傍の部分で作動液蒸気が凝縮液化する。そして、作動液蒸気が凝縮液化した際（図７参照）には、作動液蒸気が凝縮液化した各部分の温度Ｔｂ〜Ｔｄが、凝縮液化時の熱量放出により１〜５℃程度上昇する。また、加熱対象部分の温度Ｔａの上昇速度が低下するが、制御装置３１は、そのような温度変化が生じたときに、加熱装置２１への電力供給を停止してから、ＣＰＵ３２を再始動する機能（図６参照）を有している。

従って、この第３情報処理装置１も、起動不可状態にあるＬＨＰ１０₃を、効率的に（蒸気管１５の加熱に必要以上のエネルギーが消費されてしまうといったことや、ＣＰＵ３２の起動時期が必要以上に遅れるといったことが生じない形で）、起動できる装置となっていることになる。

さらに、ＬＨＰ１０₃の蒸発器１１、凝縮器１６間は、加熱装置２１によって加熱される枝管１５ａと、加熱装置２１によって加熱されない枝管１５ｂとにより接続されている。そのため、第３情報処理装置１は、起動不可状態にあるＬＨＰ１０₃を、第１情報処理装置１よりも早く（短時間で）起動できる装置となっていることにもなる。

具体的には、ＬＨＰ１０₁の蒸発器１１、凝縮器１６間は、１本の蒸気管１５により接続されている。そのため、ＬＨＰ１０₁の蒸気管１５の加熱時には、図１９に模式的に示したように、加熱対象部分にて発生した，温度が高い作動液蒸気（白抜き矢印）が、蒸発器１１側からの低い温度の作動液蒸気（黒矢印）の流れに邪魔されるため、スムーズに蒸発部１１のウィック１２付近まで流れないことになる。

一方、ＬＨＰ１０₃の蒸発器１１、凝縮器１６間は、加熱装置２１によって加熱される枝管１５ａと、加熱装置２１によって加熱されない枝管１５ｂとにより接続されている。そのため、ＬＨＰ１０₃の蒸気管１５（枝管１５ａ）の加熱時には、図２０に模式的に示したように、加熱対象部分にて発生した温度が高い作動液蒸気は、枝管１５ａを通って蒸発器１１側に流れ、蒸発器１１側からの低い温度の作動液蒸気は、枝管１５ｂを通って凝縮器１６側に流れることになる。

そして、加熱により発生した作動液蒸気が蒸発器１１側に流れ易い方が、作動液蒸気の凝縮液化が早く生ずる。そのため、第３情報処理装置１の方が、第１情報処理装置１よりも、ＬＨＰ１０₃（１０₁）を早く起動できる装置となっているのである。

なお、凝縮器１６を鉛直下方向を向けた姿勢での第１、第３情報処理装置１の起動実験（加熱装置２１への供給電力：１０Ｗ）から、蒸発器１１を完全にドライアウトさせたＬＨＰ１０₁の起動に要する時間がおよそ３０秒であることや、蒸発器１１を完全にドライアウトさせたＬＨＰ１０₃の起動に要する時間がおよそ１０秒であることが、確認できている。従って、第３情報処理装置１に採用されている上記構成は、ＬＨＰの起動時間の短縮に極めて効果があるものとなっていると言うことが出来る。

また、ＬＨＰ１０₃の蒸気管１５は、ＬＨＰ１０₁の蒸気管１５よりも、流路断面積が大きな部分を有している。換言すれば、ＬＨＰ１０₃は、図２２に模式的に示したように、蒸発器１１からの作動液蒸気が流れやすい構成を有している。従って、ＬＨＰ１０₃は、その分、スタートアップ後の作動安定性が高いものとなっていることにもなる。

《第４実施形態》
以下、第４実施形態に係る情報処理装置１（以下、第４情報処理装置１とも表記する）の構成、動作を説明する。

図２２に模式的に示してあるように、第４情報処理装置１は、ＣＰＵ３２を冷却するためのＬＨＰ１０₄、加熱装置２１、制御装置３１等を備えた装置である。

この第４情報処理装置１も、上記した第１〜第３情報処理装置１と同様に、いわゆるノートＰＣである。第４情報処理装置１が備えるＬＨＰ１０₄は、図２２と図１７とを比較すれば明らかなように、蒸発器１１を蒸発器１１′に変更したＬＨＰ１０₃に相当するものである。

ＬＨＰ１０₄に使用されている蒸発器１１′は、ＬＨＰ１０₂に使用されている蒸発器１１′（図１０、図１１参照）と本質的には同じものである。ただし、図２３（及び図２２）に示してあるように、ＬＨＰ１０₄の蒸発器１１′は、蒸気管１５の枝管１５ａ及び枝管１５ｂに接続されたもの（蒸気管１５との接続箇所が２箇所あるもの）となっている。

そして、第４情報処理装置１は、図２４に示してあるように、蒸発器１１′に温度センサ２２ｃ（図３参照）相当のものが取り付けられていない装置であると共に、第２情報処理装置１内の制御装置３１と同機能の装置を、制御装置３１として、プリント配線板３０上に実装した装置となっている。

要するに、第４情報処理装置１は、第３情報処理装置１内の蒸発器１１を蒸発器１１′に変更すると共に、その変更により不要となった構成及び機能を第３情報処理装置１から取り除いた構成を有している。

そして、Ｔｃが分からなくても、Ｔａ等が分かれば、ＬＨＰ１０₄の状態が起動可能状態になったことを検出できる。従って、この第４実施形態に係る情報処理装置１も、起動不可状態にあるＬＨＰ１０₂を効率的に起動できる装置となっていると言うことが出来る。

《変形形態》
上記した各実施形態に係る情報処理装置１は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、各実施形態に係る情報処理装置１を、蒸発器１１（１１′）が凝縮器１６よりも上方に位置しているタワー型ＰＣに変形することが出来る。なお、情報処理装置１をそのように変形した場合、情報処理装置１の起動時のＬＨＰ１０の状態が、通常は（短時間の間に再起動されない限り）、起動不可状態となっていることになる。従って、この場合、制御装置３１を、『ＣＰＵ３２の始動前に加熱装置２１を機能させる起動時処理』を実行するものとしておくことが出来る。

また、ヒーター２１ｈを内蔵した加熱装置２１（図４）の代わりに、ペルチェ素子を用いることも出来る。なお、加熱装置２１の代わりにペルチェ素子を用いる場合には、蒸気管１５及び液管１７の形状を工夫することにより、１つのペルチェ素子で蒸気管１５の加熱対象部分の加熱と液管１７の蒸発器１１（１１′）近傍の部分の冷却が行われるようにしておくことも出来る。

また、図２５に模式的に示したように、加熱装置２１を設ける代わりに、蒸気管１５の加熱対象部分に高熱伝導性の部材４３を設ける共に、受熱ブロック２５から部材４３への熱輸送を行うための，ポンプ４１を備えた熱媒体循環流路４２を設けておくことも出来る。

また、各温度センサ２２ｘ（ｘ＝ａ〜ｄ）の取り付け位置は、ＬＨＰ１０が熱輸送デバイスとして動作している状況下と、ＬＨＰ１０が熱輸送デバイスとして動作しておらず，且つ，蒸発器１１（１１′）内に作動液が存在していない状況下（ＬＨＰ１０の状態が起動不可状態となっている状況下）とで、その内部の作動流体の相状態が異なる箇所でありさえすれば良い。

より具体的には、上記したものよりも若干大きなサイズのＬＨＰに、図２５に示したように、８つの温度センサ２２ａ〜２２ｈを取り付けて行った実験から、図２６Ａ、図２６Ｂに示した結果が得られている。なお、図２５Ａ、図２５Ｂにおいて、Ｔａ〜Ｔｅとは、温度センサ２２ａ〜２２ｈによって測定された温度のことである。

この結果は、液管１７の，蒸発器１１から離れた部分の温度Ｔｅ、Ｔｆや、蒸気管１５の，凝縮器１６近傍の部分の温度Ｔｈでは、作動液蒸気の凝縮液化を検出しにくいが、加熱対象部分の温度Ｔａや、蒸発器１１近傍部分の温度Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ、Ｔｇを用いれば、作動液蒸気の凝縮液化を検出できることを示すものである。

従って、各温度センサ２２ｘ（ｘ＝ａ〜ｄ）は、上記２状況で作動流体の相状態が異なる箇所、特に、加熱対象部分や蒸発器１１近傍に取り付けておくことが望ましい。

なお、各温度センサ２２ｘによって測定される，ＬＨＰ１０（ＬＨＰ１０₁〜ＬＨＰ１０₄）の各部分の温度は、各部分内の作動流体の温度に相当するものでありさえすれば良い。従って、各温度センサ２２ｘを、管壁（図３等参照）等に取り付けておく必要はなく、各温度センサ２２ｘ（温度センサ２２ｘの，実際に温度を測定する部分；熱電対の先端部分等）を、管内に配置しておくことも出来る。

また、各実施形態に係る情報処理装置１は、ＬＨＰ１０に温度センサ２２ｘを複数個取り付けたものであったが、１つの温度センサ２２ｘによる温度の測定結果のみからでも、ＬＨＰ１０の状態が起動可能状態になったか否かを判定できる。従って、各実施形態に係る情報処理装置１を、１つの温度センサ２２ｘのみがＬＨＰ１０に取り付けられているものに変形することも出来る。なお、作動液蒸気の凝縮液化に起因する温度変化量（温度の変化速度の変化量）は、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄの順で、小さくなっていく（図７参照）。そのため、１つの温度センサ２２ｘのみをＬＨＰ１０に取り付ける場合には、加熱対象部分の温度を測定するための温度センサ２２ａのみを取り付けておくことが望ましい。

また、上記した起動完了監視処理は、Ｔａ〜Ｔｄの変化速度に基づき、ＬＨＰ１０の状態が起動可能状態となったか否かを判定する処理であったが、この起動完了監視処理の具体的な内容は、作動流体蒸気の凝縮液化に起因して実際に生ずる温度変化の内容に応じたものとすることが出来る。

具体的には、ＬＨＰ１０の構成〔各部（蒸気管１５等）のサイズ、ＬＨＰ１０の各部のプリント回路板３０に対する位置関係等〕によっては、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄが図２７に示したように変化する場合もある。Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄがこのように変化する場合、起動完了監視処理を、Ｔａについては、Ｔａを周期的に測定すると共に、その最大値を管理し、今回の測定結果が、管理している最大値−α（例えば、３℃）以下となったときに、ＬＨＰ１０の状態が起動可能状態になったと判定する処理としておくことが出来る。なお、当然のことではあるが、この場合にも、Ｔａ〜Ｔｄの変化速度に基づき、ＬＨＰ１０の状態が起動可能状態となったか否かを判定するタイプの起動完了監視処理を採用しておくことが出来る。

さらに、蒸気管１５の加熱に必要以上のエネルギーが消費されてしまうことになるが、起動完了監視処理を、Ｔａが、作動液蒸気が凝縮液化していることが確実な温度（例えば、５０℃；図７参照。）になったときに、ＬＨＰ１０の状態が起動可能状態になったと判定する処理としておくことも出来る。

各ＬＨＰ１０を、蒸発器１１（１１′）と並列に幾つかの蒸発器１１（１１′）が設けられているもの（蒸気管１５と液管１７との間に、複数の蒸発器１１（１１′）が並列接続されているもの）に変形することも出来る。また、ＬＨＰ１０₂、１０₄を、枝管の本数が３本以上の蒸気管１５が用いられたものに変形することも出来る。さらに、情報処理装置１（ノートＰＣ）を、ＬＨＰ１０が停止している間の自装置の姿勢を加速度計により検出することにより、蒸発器１１内に作動液があるか否か（起動時に蒸気管１５の加熱が必要であるか否か）を管理する装置に変形することも出来る。

開示の技術は、冷却が必要とされる各種分野で利用できる。

１ 情報処理装置
１０₁、１０₂、１０₃、１０₄ ループ型ヒートパイプ（ＬＨＰ）
１１ 蒸発器
１２ ウィック
１３ 液溜室
１５ 蒸気管
１５ａ、１５ｂ 枝管
１５ｃ 本管
１６ 凝縮器
１７ 液管
２１ 加熱装置
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 温度センサ
２５ 受熱ブロック
３０ プリント回路板
３１ 制御装置
３２ ＣＰＵ
３３ 冷却用ファン
４１ ポンプ
４２ 熱媒体循環流路
４３ 部材

Claims (10)

1. 液体状態にある作動流体を発熱体からの熱で気化させる蒸発器と、気体状態にある作動流体を放熱により凝縮させる凝縮器とを、前記蒸発器からの作動流体を前記凝縮器に供給する蒸気管及び前記凝縮器からの作動流体を前記蒸発器に供給する液管によりループ状に接続したループ型ヒートパイプと、
   前記ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作している状況下と、前記ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作しておらず，且つ，前記蒸発器内に液体状態にある作動流体が存在していない状況下とで、その内部の作動流体の相状態が異なる，前記ループ型ヒートパイプの部分の温度を測定する温度センサと、
   前記蒸気管の一部である加熱対象部分を加熱する加熱装置と、
   前記蒸発器の温度上昇では熱輸送デバイスとしての動作を開始しない状態にある前記ループ型ヒートパイプに熱輸送デバイスとしての動作を開始させるために、前記加熱装置を制御する制御装置であって、前記加熱装置に前記加熱対象部分を加熱させている間、前記温度センサを利用して前記ループ型ヒートパイプの前記部分の温度を監視し、当該温度に、前記ループ型ヒートパイプ内での作動流体の凝縮液化に起因する変化が生じたときに、前記加熱装置の加熱動作を停止させる制御装置と、
   を備えることを特徴とするループ型ヒートパイプシステム。
2. 前記ループ型ヒートパイプの前記蒸気管が、
   本管及び前記本管から枝分かれした複数の枝管を有する，各枝管の開口端が前記蒸発器に接続され，前記本管の開口端が前記凝縮器と接続された部材であり、
   前記加熱装置が、
   前記ループ型ヒートパイプの前記複数の枝管の中の一部の枝管を加熱する装置である
   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システム。
3. 前記ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作している状況下と、前記ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作しておらず，且つ，前記蒸発器内に液体状の作動流体が存在していない状況下とで、その内部の作動流体の相状態が異なる，前記ループ型ヒートパイプの複数の部分のそれぞれについて、その温度を測定する温度センサを、備え、
   前記制御装置が、
   前記加熱装置に前記加熱対象部分を加熱させている間、各温度センサを利用して前記ループ型ヒートパイプの前記複数の部分のそれぞれの温度を監視し、いずれかの温度に、前記ループ型ヒートパイプ内での作動流体の凝縮液化に起因する変化が生じたときに、前記加熱装置の加熱動作を停止させる装置である
   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システム。
4. 前記温度センサが、前記蒸気管の途中に設けられている
   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システム。
5. 前記制御装置が、
   前記ループ型ヒートパイプの状態が、前記加熱対象部分の加熱を行わなくても熱輸送デバイスとしての動作を開始する起動可能状態にあるか否かを判断し、前記ループ型ヒートパイプの状態が起動可能状態ではなかった場合に、前記加熱装置を制御する装置である
   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システム。
6. 前記蒸発器が、作動流体を一時的に貯留する液溜室を備えている
   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システム。
7. 前記加熱装置が、
   前記ループ型ヒートパイプに、前記凝縮器が鉛直下側を向き、且つ、液体状の作動流体が前記凝縮器側にのみ存在する状態を取らせた場合における前記蒸気管内の作動流体の液面位置より鉛直下方側の部分を前記加熱対象部分として加熱する装置である
   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システム。
8. 前記加熱装置が、
   その内部を熱媒体が循環可能な、前記発熱体が発生した熱を前記加熱対象部分に伝える熱媒体循環流路と、前記熱媒体循環流路内の熱媒体を循環させる、前記制御装置により制御されるポンプとを備えた装置である
   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システム。
9. 前記ループ型ヒートパイプの前記蒸気管が、本管及び前記本管から枝分かれした複数の枝管を有し，各枝管の開口端が前記蒸発器に接続され，前記本管の開口端が前記凝縮器と接続された構成を有し、
   前記加熱装置が、前記ループ型ヒートパイプの前記複数の枝管の中の一部の枝管を加熱する
   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システム。
10. 動作時に冷却すべき電子部品と、
    液体状態にある作動流体を前記電子部品からの熱で気化させる蒸発器と、気体状態にある作動流体を放熱により凝縮させる凝縮器とを、前記蒸発器からの作動流体を前記凝縮器に導入する蒸気管及び前記凝縮器からの作動流体を前記蒸発器に導入する液管によりループ状に接続したループ型ヒートパイプと、
    前記ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作している状況下と、前記ループ型ヒートパイプが熱輸送デバイスとして動作しておらず，且つ，前記蒸発器内に液体状の作動流体が存在していない状況下とで、その内部の作動流体の相状態が異なる，前記ループ型ヒートパイプの部分の温度を測定する温度センサと、
    前記蒸気管の一部である加熱対象部分を加熱する加熱装置と、
    前記蒸発器の温度上昇では熱輸送デバイスとしての動作を開始しない状態にある前記ループ型ヒートパイプに熱輸送デバイスとしての動作を開始させるために、前記加熱装置を
    制御する制御装置であって、前記加熱装置に前記加熱対象部分を加熱させている間、前記温度センサを利用して前記ループ型ヒートパイプの前記部分の温度を監視し、当該温度に、前記ループ型ヒートパイプ内での作動流体の凝縮液化に起因する変化が生じたときに、前記加熱装置の加熱動作を停止させる制御装置と
    を備えることを特徴とする情報処理装置。

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