JP2005140492A - 対向振動流型熱輸送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 対向振動流型熱輸送装置において、熱輸送能力が低下してしまうことを抑制しながら、液体の体積変化を吸収する。
【解決手段】 流路３とバッファタンク６とをキャピラリーチューブ５等の絞りを介して連通させる。これにより、流路３とバッファタンク６とを繋ぐ通路の通路抵抗（流路抵抗）が過度に小さくなってしまうことがないので、熱輸送デバイス本体２（流路３）内の液体が、熱輸送デバイス本体２内で液体（圧力）振動することなく、熱輸送デバイス本体２とバッファタンク６との間を行き来してしまうことを抑制できるので、熱輸送デバイス本体２内における液体の振幅が小さくなってしまうことを防止でき、対向振動流型熱輸送装置１の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、隣り合う流路において液体を対向振動させることにより隣り合う流路間で熱交換し、熱を高温側から低温側に輸送する対向振動流型熱輸送装置に関するもので、疑似超熱伝導プレート、熱スイッチおよび熱ダイオード等に適用して有効である。

対向振動流型熱輸送装置とは、振動流による拡散促進効果を利用したもので、その原理は以下のようなものである。

すなわち、図２１に示すように、円管内に液体があり、温度に分布がある場合を考える。いま、簡単のために、液体の振動はＨ点に半周期滞在し、即座にＬ点に移動し、そこで半周期滞在し、その後に即座にＨ点に戻る矩形波振動を考える。

振動がない場合にＣ点にいる液体部分（これを要素と呼ぶ。）を考えると、この要素が振動によりＨ点に移動すると、Ｈ点での円管壁の温度は要素より高いので、要素は壁から熱をもらう。要素が振動によりＬ点に移動すると、Ｌ点での壁の温度は要素より低いので要素は壁に熱を吐き出す。

すなわち、１回の振動により、熱がＨ点からＬ点に「蛙飛び」のように移動したことになる。こうした「蛙飛び」は振動が無い場合には起らず、振動により付加的に起ったものである。したがって、振動数が高くなれば単位時間当たりに起る「蛙飛び」回数が増え、振幅が大きくなると「蛙飛び」距離が増えるので、「蛙飛び」による熱の付加的移動は、振幅や周期の増加とともに増えることになる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６４９９１号公報

しかし、流路を構成する熱輸送デバイス本体に封入された液体は、温度変化や微小リーク等によりその体積が変化するので、温度上昇によって液体の体積が膨張するときには、その体積膨脹を吸収して圧力上昇を吸収して熱輸送デバイス本体の損傷を未然に防止する必要がある。

また、温度が低下して液体の体積が縮小して熱輸送デバイス本体内の圧力が低下すると、圧力低下に伴って熱輸送デバイス本体内に気体が発生し、気体が液体の振動を吸収して液体の振幅が小さくなって熱輸送能力が低下するので、液体の体積縮小を吸収して熱輸送能力の低下を防止する必要がある。

これに対しては、熱輸送デバイス本体内の流路をリザーブタンク等のバッファタンクと連通させ、流路内の液体が膨脹したときには、膨脹体積分をバッファタンクに導入することにより体積膨張を吸収し、流路内の液体の体積が縮小したときには、バッファタンク内の液体を流路に供給することにより体積が縮小した分を吸収すればよい。

しかし、液体は、流路のあらゆる箇所で液体（圧力）振動をしているので、流路とバッファタンクとを繋ぐ通路の通路抵抗（流路抵抗）が過度に小さいと、液体は、流路（熱輸送デバイス本体）内で液体（圧力）振動することなく、流路とバッファタンクとの間を行き来してしまうので、流路（熱輸送デバイス本体）内における液体の振幅が小さくなってしまい、熱輸送能力が低下してしまうという問題が発生する。

本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な対向振動流型熱輸送装置を提供し、第２には、熱輸送能力が低下してしまうことを抑制しながら、液体の体積変化を吸収することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、隣り合う流路（３）において液体を対向振動させることにより隣り合う流路（３）間で熱交換し、熱を高温側から低温側に輸送する対向振動流型熱輸送装置であって、流路（３）と連通し、液体の体積変化を吸収するバッファタンク（６）を有し、流路（３）とバッファタンク（６）とは、所定の通路抵抗を有する絞り手段（５）を介して連通していることを特徴とする。

これにより、流路（３）とバッファタンク（６）とを繋ぐ通路の通路抵抗（流路抵抗）が過度に小さくなってしまうことがないので、流路（３）内の液体が液体振動により流路（３）とバッファタンク６との間を行き来してしまうことを抑制できる。

したがって、流路（３）における液体の振幅が小さくなってしまうことを防止でき、対向振動流型熱輸送装置の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。

請求項２に記載の発明では、絞り手段（５）は、所定の通路長さを有するキャピラリーチューブにて構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明では、絞り手段（５）は、所定の穴径を有するオリフィスにて構成されていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明では、絞り手段（５）は、渦巻き状に形成された液体通路手段により構成されていることを特徴とする。

これにより、絞り手段（５）をなす液体通路の長さを確保しつつ、絞り手段（５）を小型にすることができるので、対向振動流型熱輸送装置が大型化してしまうことを抑制しつつ、流路（３）とバッファタンク（６）とを繋ぐ通路の通路抵抗（流路抵抗）が過度に小さくなってしまうことを抑制でき、対向振動流型熱輸送装置の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。

また、液体通路の長さを長くすることにより通路抵抗（流路抵抗）を確保することができるので、液体通路の断面積を小さくして通路抵抗を確保する場合に比べ、液体通路が目詰まりし難くなり、対向振動流型熱輸送装置の信頼性を高めることができる。

請求項５に記載の発明では、液体通路手段は、渦巻き状に形成された溝（５ｂ）を有するプレート（５ａ）にて構成されていることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明では、絞り手段（５）は、螺旋状に形成された液体通路手段により構成されていることを特徴とする。

これにより、絞り手段（５）をなす液体通路の長さを確保しつつ、絞り手段（５）を小型にすることができるので、対向振動流型熱輸送装置が大型化してしまうことを抑制しつつ、流路（３）とバッファタンク（６）とを繋ぐ通路の通路抵抗（流路抵抗）が過度に小さくなってしまうことを抑制でき、対向振動流型熱輸送装置の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。

また、液体通路の長さを長くすることにより通路抵抗（流路抵抗）を確保することができるので、液体通路の断面積を小さくして通路抵抗を確保する場合に比べ、液体通路が目詰まりし難くなり、対向振動流型熱輸送装置の信頼性を高めることができる。

請求項７に記載の発明では、液体通路手段は、内周壁に螺旋状の溝（５ｂ）が形成された雌ネジ状部材（５ｃ）、およびこの雌ネジ状部材（５ｃ）に嵌め込まれた棒状の蓋部材（５ｄ）にて構成されていることを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明では、液体通路手段は、外周壁に螺旋状の溝（５ｂ）が形成された雄ネジ状部材（５ｅ）、およびこの雄ネジ状部材（５ｅ）に嵌り込む穴部（５ｆ）が形成された筒部材（５ｇ）にて構成されていることを特徴とするものである。

請求項９に記載の発明では、溝（５ｂ）は、断面形状が略三角状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項１０に記載の発明では、絞り手段（５）は、バッファタンク（６）内のうち、液体が満たされた体積変化可能なタンク室（６ａ）に連通していることを特徴とするものである。

請求項１１に記載の発明では、バッファタンク（６）は、液体が満たされたタンク室（６ａ）、および気体が充填されたガスタンク室（６ｄ）を有して構成されており、さらに、タンク室（６ａ）とガスタンク室（６ｄ）とを仕切る仕切部材（６ｂ、６ｆ）は、弾性的に変形変位可能であることを特徴とするものである。

請求項１２に記載の発明では、仕切部材（６ｂ）は、蛇腹状のベローズにより構成されていることを特徴とするものである。

請求項１３に記載の発明では、仕切部材（６ｆ）は、弾性材料からなる薄膜状の袋状部材にて構成されていることを特徴とするものである。

請求項１４に記載の発明では、バッファタンク（６）には、液体および気体が充填されており、さらに、絞り手段（５）のバッファタンク（６）側開口部を、液体と気体との界面より下方側に位置させる開口位置補正手段（６ｇ）を有することを特徴とする。

これにより、バッファタンク（６）の設置方向（上下方向）が制限されてしまうことを防止しながら、液体の体積変化を吸収しつつ、対向振動流型熱輸送装置の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。

また、請求項１５に記載の発明では、請求項１に記載の対向振動流型熱輸送装置において、バッファタンク（６）は液体内に配置され、内部に空間を有するカプセル形状であり、絞り手段（５）はバッファタンク（６）と一体に形成されており、バッファタンク（６）の内部空間には、気体および液体が充填されており、絞り手段（５）のタンク内側開口部（５ｈ）が液体に浸るようにタンク内側開口部（５ｈ）を方向づける錘部（６ｈ、９、１０ｂ）が備えられたことを特徴とする。

これにより、対向振動流型熱輸送装置の配置方向に関わらず、錘部（６ｈ、９、１０ｂ）が、タンク内側開口部（５ｈ）が液体に浸るようにタンク内側開口部（５ｈ）を方向づけることができる。したがって、液体の体積が増加した場合には、バッファタンク（６）内の気体が圧縮されることにより、液体体積の増加を吸収できる。また、液体の体積が減少した場合にはバッファタンク（６）内の液体が流路（３）に流出するため、液体体積の減少を防止できる。

また、経時変化が起こりやすい可動部や弾性部を有さずにこの効果を発揮できるため、耐久性を高くすることができる。

また、請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の対向振動流型熱輸送装置において、バッファタンク（６）に形成される雌ネジ部（６ｉ）と、雌ネジ部（６ｉ）に螺合する雄ネジ部（１０ａ）および錘部（１０ｂ）が一体となったボルト状部材（１０）とを備え、絞り部（５）が雄ネジ部（１０ａ）および錘部（１０ｂ）を貫通して形成されていることを特徴とする。

これにより、ボルト状部材（１０）の雄ネジ部（１０ａ）をバッファタンク（６）の雌ネジ部（６ｈ）にネジ止めすれば、簡便にバッファタンク（６）と絞り部（５）および錘部（１０ｂ）と一体化することができる。

また、請求項１７に記載の発明のように、請求項２ないし９のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置の絞り手段（５）を用いてバッファタンク（６）の絞り手段（５）を形成してもよい。

また、請求項１８に記載の発明のように、請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置において、流路（３）と連通する連通路（７）を有し、内部が液体で満たされた予備タンク（８）を備え、バッファタンク（６）が予備タンク（７）内に配置されていてもよい。

また、請求項１９に記載の発明のように、請求項１８に記載の対向振動流型熱輸送装置において、バッファタンク（６）が予備タンク（８）内に複数配置されていてもよい。

また、請求項２０に記載の発明のように、請求項１８または１９に記載の対向振動流型熱輸送装置において、連通路（７）を複数配置すれば、バッファタンク（６）が連通路を塞ぐことを防止できる。

また、請求項２１に記載の発明のように、請求項１５ないし２０のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置において、バッファタンク（６）を略球状に形成すれば、より確実に早く錘部（６ｈ、９、１０ｂ）が、絞り手段（５）のタンク内側開口部（５ｈ）が液体に浸るようにタンク内側開口部（５ｈ）を方向づけることができる。

また、請求項２２に記載の発明のように、請求項１５ないし２１のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置において、錘部を絞り手段（５）とバッファタンク（６）を固定する固着材料（９）とすれば、絞り手段（５）のバッファタンク（６）への固定と同時に錘部をバッファタンク（６）に固定することができる。

請求項２３に記載の発明では、絞り手段（５）で発生する通路抵抗は、流路（３）で発生する通路抵抗の０．１％以上、５％以下であることを特徴とするものである。

請求項２４に記載の発明では、絞り手段（５）で発生する通路抵抗は、流路（３）で発生する通路抵抗の０．５％以上、３％以下であることを特徴とするものである。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明を電子部品の冷却装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の模式図であり、図２はバッファタンク６部分の拡大模式図である。

図１中、熱輸送デバイス本体２は、蛇行した流路３内に液体が充填された略帯板状のもので、その板面のうち長手方向略一端（紙面上端）側には、冷却対象、すなわち熱源をなす発熱体（図示せず。）が組み付けられている。なお、熱輸送デバイス本体２の構造は後述する。

因みに、本実施形態では、発熱体としては、電子計算機用の集積回路等の電子部品等を想定している。

また、熱輸送デバイス本体２のうち発熱体が組み付けられた板面と反対側の板面には、高温側である発熱体から輸送された熱を低温側である大気中に放熱するための薄板状に形成された複数枚の放熱フィンが形成されたヒートシンク（図示せず。）が接合されている。

振動発生装置４は熱輸送デバイス本体２内の液体を振動させるポンプ手段であり、この振動発生装置４は、例えば電磁力により変位する可動子と液体を振動させるピストンとが一体化されたプランジャを往復動さることにより液体を振動させる加振装置（バイブレータ）である。

因みに、流路３内に充填される液体として、本実施形態では水を採用しているが、金属の腐食を防止したり液体の粘度を低下させる添加剤や、凍結を防ぐためのエチレングリコール等の不凍液を混合した水等を採用してもよいことは言うまでもない。

なお、本実施形態に係る熱輸送デバイス本体２は、銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属プレートにエッチングにて蛇行した溝を成形し、この溝が成形されたプレートをその厚み方向に積層してろう付け又は熱圧着することにより、内部に蛇行した複数本の流路３を形成したものである。

そして、流路３のうち振動発生装置４の近傍は、所定の通路抵抗を有する絞り手段を構成するキャピラリーチューブ５を介してバッファタンク６と連通している。

なお、図１では、絞り手段をなすキャピラリーチューブ５を、ＪＩＳ Ｂ ０１２５番号２−３．７に準拠した形で記載されているが、実際には、図２に示すように、所定の通路長さを有する細管により絞り手段を構成している。

また、バッファタンク６は、図２に示すように、液体が満たされた体積変化可能なタンク室である液タンク室６ａを構成する蛇腹状のベローズ６ｂ、およびベローズ６ｂの周りを覆ってベローズ６ｂ、つまりバッファタンク６を保護するカバー６ｃ等からなるものである。カバー６ｃには液タンク室６ａの外側を密閉空間としないための穴６ｈがあるのが望ましい。

なお、本実施形態では、ベローズ６ｂをステンレス合金製とするとともに、カバー６ｃをベローズ６ｂの最大変位、つまり液タンク室６ａの最大体積を規制するストッパとして機能させている。

因みに、液体温度が０℃から８０℃の間で変化した場合、液体の体積は数％（水では約３％、エチレングリコール等の不凍液を混合したときには約４％）増大するので、本実施形態では、ベローズ６ｂの外形を２６ｍｍとし、最大１２ｍｍ変位することができるようにしている。

次に、本実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の概略作動を述べる。

振動発生装置４により流路３（熱輸送デバイス本体２）内の液体を振動させると、隣り合う流路３に存在する液体間で熱交換され、熱輸送デバイス本体２の長手方向一端側に配置された発熱体の熱が熱輸送デバイス本体２の長手方向他端側に向かって輸送され、熱輸送デバイス本体２全体に広がる。

そして、熱輸送デバイス本体２の全体に広がった長手方向端部側に集まってきた熱は、ヒートシンクを介して大気中に放出される。

次に、バッファタンク６の作動およびその効果を述べる。

熱輸送デバイス本体２（流路３）内の液体が膨脹すると、その膨脹体積分の液体は、キャピラリーチューブ５を経由してバッファタンク６（液タンク室６ａ）内に流入するので、熱輸送デバイス本体２における液体の体積膨張が吸収される。

また、熱輸送デバイス本体２（流路３）内の液体の体積が縮小すると、バッファタンク６（液タンク室６ａ）内の液体が、キャピラリーチューブ５を経由して熱輸送デバイス本体２に戻るので、体積が縮小した分が吸収される。

このとき、熱輸送デバイス本体２（流路３）とバッファタンク６とは、所定の通路抵抗を有するキャピラリーチューブ５を介して連通しているので、流路３とバッファタンク６とを繋ぐ通路の通路抵抗（流路抵抗）が過度に小さくなってしまうことがない。

したがって、熱輸送デバイス本体２（流路３）内の液体が、熱輸送デバイス本体２内で液体（圧力）振動することなく、熱輸送デバイス本体２とバッファタンク６との間を行き来してしまうことを抑制できるので、熱輸送デバイス本体２内における液体の振幅が小さくなってしまうことを防止でき、対向振動流型熱輸送装置１の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。

なお、上記作動説明から明らかなように、液タンク室６ａおよび熱輸送デバイス本体２内に液体を充填する際には、液タンク室６ａおよび流路３内に気体が残存しないように、真空ポンプ等で液タンク室６ａおよび流路３内の気体を吸引した後、液体（本実施形態では、水）を注入することが望ましい。

ところで、キャピラリーチューブ５の通路抵抗が過度に大きいと、液体の体積が縮小したときに、速やかに液体をバッファタンク６から熱輸送デバイス本体２に供給することができなくなるので、絞り手段をなすキャピラリーチューブ５で発生する通路抵抗は、流路３で発生する通路抵抗の約０．１％以上、５％以下、望ましくは０．５％以上、３％以下とすることが望ましい。

そこで、本実施形態では、キャピラリーチューブ５の長さを３０ｍｍとし、かつ、キャピラリーチューブ５の穴径を０．１２ｍｍ〜０．１９ｍｍとすることにより、キャピラリーチューブ５で発生する通路抵抗を流路３で発生する通路抵抗の０．５％〜３％としている。

なお、絞り手段で発生する通路抵抗、つまりキャピラリーチューブ５で発生する通路抵抗、および流路３で発生する通路抵抗とは、基準となる液体（本実施形態では、水）を所定流量で流した場合に発生する圧力損失を言う。

また、キャピラリーチューブ５での通路抵抗を適切な値とすることにより、振動発生装置４で発生させる振動とバッファタンク６内の液体とが共振してしまうことを防止でき得るので、共振に伴って発生する振動騒音および損傷を未然に防止でき得る。

（第２実施形態）
第１実施形態ではでは、ベローズ６ｂ内の空間を液タンク室６ａとしたが、本実施形態は、図３に示すように、バッファタンク６を液体が満たされた液タンク室６ａと気体が充填されたガスタンク室６ｄとを設けるとともに、液タンク室６ａとガスタンク室６ｄとを仕切る仕切部材として、弾性的に変形変位可能なベローズ６ｂを採用している。

なお、本実施形態では、ベローズ６ｂと円筒状のハウジング６ｅとによって囲まれた空間を液タンク室６ａとし、ベローズ６ｂ内の空間をガスタンク室６ｄとしている。

因みに、本実施形態では、ガスタンク室６ｄを密閉空間としているので、ガスタンク室６ｄ内に封入するガスは窒素等の不活性ガスが望ましいが、仮に、穴６ｈを設け、ガスタンク室６ｄを開放空間とした場合には、実質的に、第１実施形態と同様な構成のバッファタンク６となる。

（第３実施形態）
本実施形態は、第２実施形態の変形例であり、具体的には、図４に示すように、液タンク室６ａとガスタンク室６ｄとを仕切る仕切部材として、ゴム等の弾性材料からなる薄膜状の袋状部材６ｆを採用したものである。

なお、本実施形態では、袋状部材６ｆとハウジング６ｅとによって囲まれた空間を液タンク室６ａとし、袋状部材６ｆ内の密閉空間をガスタンク室６ｄとしている。

（第４実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、バッファタンク６に液体と気体とを充填するとともに、キャピラリーチューブ５をゴムホース等の可撓性を有する材質として、キャピラリーチューブ５のバッファタンク６側開口部に錘６ｇを設けて、キャピラリーチューブ５のバッファタンク６側開口部が、常に液体と気体との界面より下方側に位置するようにしたものである。

これにより、バッファタンク６の設置方向によらず熱輸送デバイス本体２（流路３）に気体が流入してしまうことを防止しながら、液体の体積変化を吸収しつつ、対向振動流型熱輸送装置１の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。

なお、バッファタンク６を密閉する場合には、気体として、窒素等の液体に溶け込み難い気体を用いることが望ましいが、バッファタンク６を開放空間としてもよいことは言うまでもない。

因みに、例えば液体（本実施例では水）の体積が１００ｃｃで気体の体積が１０ｃｃとして、液体と気体とを大気圧（０．１ＭＰａ）で封入したとすると、その最大圧力は、約０．１４ＭＰａであるので、バッファタンク６を密閉タンクとしても、バッファタンク６の製造原価が大きく上昇することはない。

（第５実施形態）
本実施形態も、図６に示すように、キャピラリーチューブ５のバッファタンク６側開口部に錘６ｇを設けて、キャピラリーチューブ５のバッファタンク６側開口部が、常に液体と気体との界面より下方側に位置するようにしたものである。

なお、本実施形態では、キャピラリーチューブ５を上方から下方側に延びるように、バッファタンク６内に挿入装着しているので、キャピラリーチューブ５をゴムホース等の可撓性を有する材質とする必要性はないが、可撓性を有する材質にてキャピラリーチューブ５を構成してもよい。

（第６実施形態）
第１〜３実施形態では、絞り手段をなすキャピラリーチューブ５が真っ直ぐな直線状であったが、本実施形態では、絞り手段をなす液体通路を渦巻き状に構成したものである。

すなわち、本実施形態では、図７に示すように、金属または樹脂等のプレート５ａに渦巻き状の溝５ｂを形成するとともに、図８に示すように、プレート５ａの溝５ｂ側を熱輸送デバイス本体２に接合することにより溝５ｂを熱輸送デバイス本体２にて塞いで渦巻き状の液体通路、つまり絞り手段を構成したものである。

なお、プレート５ａは、接着やろう付け等接合またはバネの押し付けもしくはネジ等の機械的手段により熱輸送デバイス本体２に固定されている。

そして、本実施形態では、溝５ｂのうち渦巻きの中心部を熱輸送デバイス本体２の流路３と連通させ、溝５ｂの巻き終わり側を液タンク室６ａ内に連通させている。

これにより、絞り手段をなす液体通路、つまり溝５ｂの通路長さを確保しつつ、溝５ｂが形成されたプレート５ａを小型にすることができるので、対向振動流型熱輸送装置１が大型化してしまうことを抑制しつつ、熱輸送デバイス本体２（流路３）とバッファタンク６とを繋ぐ通路の通路抵抗（流路抵抗）が過度に小さくなってしまうことを抑制して対向振動流型熱輸送装置１の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。

また、液体通路、つまり溝５ｂの通路長さを長くすることにより通路抵抗（流路抵抗）を確保することができるので、液体通路の断面積を小さくして通路抵抗を確保する場合に比べ、液体通路が目詰まりし難くなり、対向振動流型熱輸送装置１の信頼性を高めることができる。

因みに、キャピラリーチューブ５そのものを渦巻き状としても本実施形態を実施することができるものの、キャピラリーチューブ５そのものを渦巻き状に曲げ加工することは、プレート５ａに渦巻き状の溝５ｂを形成する加工に比べて加工が困難であるので、本実施形態では、プレート５ａに渦巻き状の溝５ｂを形成して渦巻き状の液体通路、すなわち絞り手段を構成している。

なお、本実施形態では、溝５ｂの断面形状を略三角形状としているが、これは、切削加工にて溝５ｂを製作する場合には、三角断面形状が製作し易いからである。

したがって、本実施形態に係る溝５ｂは、三角形状に限定されるものではなく、例えばプレス加工やインジェクション成形等の型成形にて溝５ｂを形成する場合には、矩形状または半円状としてもよい。

また、本実施形態では、熱輸送デバイス本体２にて溝５ｂの開口側を閉塞したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、専用のプレートにて溝５ｂの開口側を閉塞してもよい。

また、溝５ｂのうち渦巻きの中心部を熱輸送デバイス本体２の流路３と連通させ、溝５ｂの巻き終わり側を液タンク室６ａ内に連通させたが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、これとは逆に、溝５ｂのうち渦巻きの中心部を液タンク室６ａ内と連通させ、溝５ｂの巻き終わり側を熱輸送デバイス本体２の流路３に連通させてもよい。

（第７実施形態）
第６実施形態では、絞り手段をなす液体通路を渦巻き状としたが、本実施形態は、絞り手段をなす液体通路を螺旋状としたものである。

すなわち、図９に示すように、内周壁に螺旋状の溝５ｂが形成された雌ネジ状部材５ｃに棒状の蓋部材５ｄを嵌め込むことにより雌ネジ状部材５ｃに形成された溝５ｂを開口側を塞いで螺旋状の液体通路を構成したものである。

これにより、本実施形態においても第６実施形態と同様に、絞り手段をなす液体通路、つまり溝５ｂの通路長さを確保しつつ、溝５ｂが形成されたプレート５ａを小型にすることができるので、対向振動流型熱輸送装置１が大型化してしまうことを抑制しつつ、熱輸送デバイス本体２（流路３）とバッファタンク６とを繋ぐ通路の通路抵抗（流路抵抗）が過度に小さくなってしまうことを抑制して対向振動流型熱輸送装置１の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。

また、液体通路、つまり溝５ｂの通路長さを長くすることにより通路抵抗（流路抵抗）を確保することができるので、液体通路の断面積を小さくして通路抵抗を確保する場合に比べ、液体通路が目詰まりし難くなり、対向振動流型熱輸送装置１の信頼性を高めることができる。

また、ネジ加工にて容易に絞り手段をなす溝５ｂを形成することができるので、加工工数を増大することなく、容易に絞り手段を得ることができる。

なお、蓋部材５ｄには、図９に示すように、雌ネジ状部材５ｃの谷径寸法Ｄより小さい山径寸法ｄを設ける、または図１０に示すように、蓋部材５ｄを雌ネジ状部材５ｃの山径寸法と同一の直径を有する単純な円柱状もしくは円筒状として、圧入にて雌ネジ状部材５ｃ内に固定してもよい。また、蓋部材５ｄは、樹脂や金属等、特に問わない。

因みに、本実施形態では、図１１に示すように、熱輸送デバイス本体２に設けられた液タンク室６ａに連通する連通穴を雌ネジ状部材５ｃとして、内周壁に螺旋状の溝５ｂを形成しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。

また、本実施形態では、溝５ｂを形成する際の切削性を考慮して、溝５ｂの断面形状を略三角状としたが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば矩形状または半円状としてもよい。

（第８実施形態）
第７実施形態では、内周壁に螺旋状の溝５ｂが形成された雌ネジ状部材５ｃに棒状の蓋部材５ｄを嵌め込むことにより雌ネジ状部材５ｃに形成された溝５ｂを開口側を塞いで螺旋状の液体通路を構成したが、本実施形態は、図１２示すように、これとは逆に、外周壁に螺旋状の溝５ｂが形成された雄ネジ状部材５ｅ、およびこの雄ネジ状部材５ｅが嵌り込んだ穴部５ｆが形成された筒部材５ｇにて螺旋状の液体通路を構成したものである。

因みに、雄ネジ状部材５ｅ圧入にて筒部材５ｇに固定されている。

そして、本実施形態においても第７実施形態と同様に、絞り手段をなす液体通路、つまり溝５ｂの通路長さを確保しつつ、溝５ｂが形成されたプレート５ａを小型にすることができるので、対向振動流型熱輸送装置１が大型化してしまうことを抑制しつつ、熱輸送デバイス本体２（流路３）とバッファタンク６とを繋ぐ通路の通路抵抗（流路抵抗）が過度に小さくなってしまうことを抑制して対向振動流型熱輸送装置１の熱輸送能力が低下してしまうことを防止できる。

また、液体通路、つまり溝５ｂの通路長さを長くすることにより通路抵抗（流路抵抗）を確保することができるので、液体通路の断面積を小さくして通路抵抗を確保する場合に比べ、液体通路が目詰まりし難くなり、対向振動流型熱輸送装置１の信頼性を高めることができる。

なお、本実施形態では、熱輸送デバイス本体２に設けられた液タンク室６ａに連通する連通穴を筒部材５ｇとしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。

（第９実施形態）
第６〜８実施形態では、螺旋状の溝５ｂ、つまり絞り手段を熱輸送デバイス本体２に設けたが、本実施形態は、図１３に示すように、振動発生装置４に螺旋状の溝５ｂ、つまり絞り手段を設けたものである。

なお、図１３では、溝５ｂは螺旋状であったが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、溝５ｂを渦巻き状としてもよいことは言うまでもない。

（第１０実施形態）
本実施形態は、上述の実施形態とは違い、バッファタンク６が液体内を移動可能な球状かつカプセル形状で形成されている。図１４に示すようにバッファタンク６には、タンク外殻が肉厚となった錘部６ｈと、この錘部６ｈを貫通してバッファタンク内外を連通する絞り部５が形成されている。なお、バッファタンク６の内部空間には液体Ｌと気体Ｇが充填されている。

また、バッファタンク６は、連通路７で流路３に連通し内部が液体Ｌで満たされている予備タンク８内に配置されている。この連通路７の最大径は、バッファタンク６の最小径よりも小さく形成されており、バッファタンク６が流路３に流出しないようになっている。

これによると、錘部６ｈが当然に重力方向（図１４中下方向）に位置するため、絞り部５のタンク内側開口部５ｈを常に液体に浸らせることができる。したがって、バッファタンク６の方向が図１４（ａ）から図１４（ｂ）の状態へ９０度回転しても熱輸送デバイス本体２（流路３）に気体が流入することを防止しながら、液体の体積変化を吸収しつつ、対向振動流型熱輸送装置１の熱輸送能力が低下することを防止できる。

また、本実施形態では上述の実施形態で液タンク室６ａを構成していたベローズ６ｂや、ガスタンク室６ｄと液タンク室６ａを仕切る弾性部材などを廃止して、液体の体積変化を吸収することができる。このベローズ６ｂや弾性部材は可動部であるため、経時により割れや亀裂が発生する場合がある。

しかし、本実施形態では、液体の体積が増加した場合には、バッファタンク６内の気体が圧縮されることにより、液体体積の増加を吸収できる。また、液体の体積が減少した場合にはバッファタンク６内の液体が流路３に流出するため、液体体積の減少を防止できる。この効果を径時変化が起こりやすい可動部や弾性部を有さずに発揮できるため、耐久性を高くすることができる。

また、本実施形態ではバッファタンク６を球形としたため、バッファタンク６の方向が変化した時に素早く錘部６ｈを重力方向に位置させることができる。

なお、バッファタンク６の方向が９０度回転する場合とは、対向振動流型熱輸送装置１が配置された熱輸送対象物（例えば冷却対象物である電子計算機やインバータ等）をユーザーが様々な方向に設置する場合、一例として横置きを縦置きにする場合などである。

（第１１実施形態）
本実施形態は、第１０実施形態とほぼ同構成であるが図１５に示すように絞り部５を固着材料９で固定している。本実施形態のように固着材料９で絞り部材５をバッファタンク６に固定するとともに、固着材料９を錘部として使用してもよい。固着材料９は、絞り部材５を固定できるものであればよいが耐水性があるものが望ましく溶接材、ハンダ、ろう材、接着剤など種々使用可能である。

（第１２実施形態）
本実施形態は、第１１実施形態とほぼ同構成であるが図１６に示すように絞り部材５の通路を延長し、さらに絞り部材５の通路を曲げているため、絞り部材５で液体が受ける通路抵抗を大きくできる。これによると、例えば第１１実施形態のように通路長さが短く直線状の絞り部材５と同等の通路抵抗を得る場合には、絞り部材５の内径を大きくすることができる。したがって、絞り部材５内で液体が滞留する(詰まる)ことを防止できる。

（第１３実施形態）
本実施形態は、図１７に示すようにバッファタンク６の外殻に雌ネジ部６ｉを形成し、この雌ネジ部６ｉに雄ネジ部１０ａと錘部１０ｂを有するボルト１０をネジ止めしている。ボルト１０には、錘部１０ｂ（ボルト１０の頭）と雄ネジ部１０ａを貫通するように絞り部５が形成されているため、ボルト１０のバッファタンク６へのネジ止めにより簡便に絞り部５および錘部１０ｂをバッファタンク６と一体化することができる。

（第１４実施形態）
本実施形態は、第１１実施形態とほぼ同構成であるがバッファタンク６の外殻が直線的な面で構成された多面体形状をしている。これによると、外殻が球形状の場合に比べてバッファタンク６を容易に製造することができるため、バッファタンク６のコストをより低減することができる。

（第１５実施形態）
図１９に示す本実施形態のように予備タンク８内に複数のバッファタンク６を配置すれば、１つのバッファタンク６の場合に比べて１つ１つのバッファタンク６を小さく、言い換えるとバッファタンク６内に存在する気体量を少なくすることができる。これにより、例えば１つのバッファタンク６の錘部６ｈが重力方向を向かない場合にバッファタンク６内から流出する気体量を少なくすることができる。

なお、図１５、１６のようにバッファタンク６内に突き出した形状で絞り部５のタンク内側開口部５ｈを配置すれば、バッファタンク６の錘部６ｈが重力方向を向かない場合でも、一部の気体をバッファタンク６内に留めて置くことができるため、バッファタンク６から流出する気体の量を少なくすることができる。

（第１６実施形態）
図２０に示す本実施形態のように予備タンク８と流路３とを連通する連通路７を複数配置すれば、バッファタンク６により連通路７が塞がれて予備タンク８内のバッファタンク６で流路３の液体の体積増加が吸収できなくなることを防止できる。本実施形態では、少なくとも１つの連通路７により流路３と予備タンク８が連通するようにバッファタンク６の数よりも連通路７の数が多くなるようにしている。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、電子計算機用の集積回路等の電子部品の冷却装置に本発明に係る対向振動流型熱輸送装置を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、その他のものにも適用できる。

また、上述の実施形態では、ガスタンク室６ｄまたは大気側と液タンク室６ａとを仕切る部材として、ベローズ６ｂを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばダイヤフラム等の薄膜やピストン等を用いてもよい。

また、上述の実施形態では、絞り手段としてキャピラリーチューブ５を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば所定の穴径を有するオリフィス（小孔）にて絞り手段を構成してもよい。

また、上述の絞り手段は複数あってもよい。

また、上述の実施形態では、絞り手段の絞り開度が固定値であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば振動発生装置４の振動周波数に応じて絞り手段開度を変化させてもよい。

また、上述の実施形態では、流路３のうち振動発生装置４の近傍にてバッファタンク６と流路３とを連通させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、流路３とバッファタンク６とは何れの箇所で連通させてもよい。

また、上述の第１１、１４〜１６実施形態では、絞り部５が直線形状の例を示したが絞り部５は当然に第２実施形態のキャピラリチューブや第６〜９実施形態のような流体通路で形成されていてもよい。

本発明の実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の模式図である。 本発明の第１実施形態に係るバッファタンクの模式図である。 本発明の第２実施形態に係るバッファタンクの模式図である。 本発明の第３実施形態に係るバッファタンクの模式図である。 本発明の第４実施形態に係るバッファタンクの模式図である。 本発明の第５実施形態に係るバッファタンクの模式図である。 本発明の第６実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す図である。 本発明の第７実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す（ａ）断面図、（ｂ）要部拡大図である。 本発明の第７実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す図である。 本発明の第７実施形態の変形例に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す図である。 本発明の第８実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す図である。 本発明の第９実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す図である。 本発明の第１０実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す断面図であり、（ａ）装置をある一方向に設置した場合、（ｂ）装置を（ａ）から９０度回転させて設置した場合を示している。 本発明の第１１実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す断面図である。 本発明の第１２実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す断面図である。 本発明の第１３実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す断面図である。 本発明の第１４実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す断面図である。 本発明の第１５実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す断面図である。 本発明の第１６実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置の特徴を示す断面図である。 対向振動流型熱輸送装置の作動説明図である。

符号の説明

１…対向振動流型熱輸送装置、２…熱輸送デバイス本体、３…流路、４…振動発生装置、
５…キャピラリーチューブ、絞り部（絞り手段）、５ａ…プレート、５ｂ…溝、
５ｃ…雌ネジ状部材、５ｄ…蓋部材、５ｅ…雄ネジ状部材、５ｆ…穴部、５ｇ…筒部材、
５ｈ…タンク内側開口部、６…バッファタンク、６ａ…液タンク室（タンク室）、
６ｂ…ベローズ（仕切部材）、６ｆ…袋状部材（仕切部材）、
６ｇ…錘（開口位置補正手段）、６ｈ…錘部、６ｉ…雌ネジ部、７…連通路、
８…予備タンク、９…固着材料（錘部）、１０…ボルト（ボルト状部材）、
１０ａ…雄ネジ部、１０ｂ…ボルト頭（錘部）。

Claims (24)

1. 隣り合う流路（３）において液体を対向振動させることにより隣り合う前記流路（３）間で熱交換し、熱を高温側から低温側に輸送する対向振動流型熱輸送装置であって、
   前記流路（３）と連通し、前記液体の体積変化を吸収するバッファタンク（６）を有し、
   前記流路（３）と前記バッファタンク（６）とは、所定の通路抵抗を有する絞り手段（５）を介して連通していることを特徴とする対向振動流型熱輸送装置。
2. 前記絞り手段（５）は、所定の通路長さを有するキャピラリーチューブにて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の対向振動流型熱輸送装置。
3. 前記絞り手段（５）は、所定の穴径を有するオリフィスにて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の対向振動流型熱輸送装置。
4. 前記絞り手段（５）は、渦巻き状に形成された液体通路手段により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の対向振動流型熱輸送装置。
5. 前記液体通路手段は、渦巻き状に形成された溝（５ｂ）を有するプレート（５ａ）にて構成されていることを特徴とする請求項４に記載の対向振動流型熱輸送装置。
6. 前記絞り手段（５）は、螺旋状に形成された液体通路手段により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の対向振動流型熱輸送装置。
7. 前記液体通路手段は、内周壁に螺旋状の溝（５ｂ）が形成された雌ネジ状部材（５ｃ）、およびこの雌ネジ状部材（５ｃ）に嵌め込まれた棒状の蓋部材（５ｄ）にて構成されていることを特徴とする請求項６に記載の対向振動流型熱輸送装置。
8. 前記液体通路手段は、外周壁に螺旋状の溝（５ｂ）が形成された雄ネジ状部材（５ｅ）、およびこの雄ネジ状部材（５ｅ）に嵌り込む穴部（５ｆ）が形成された筒部材（５ｇ）にて構成されていることを特徴とする請求項６に記載の対向振動流型熱輸送装置。
9. 前記溝（５ｂ）は、断面形状が略三角状に形成されていることを特徴とする請求項５、７、８のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
10. 前記バッファタンク（６）内に配置され、前記液体が満たされた体積変化可能なタンク室（６ａ）を備え、
    前記絞り手段（５）は、前記タンク室（６ａ）に連通していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
11. 前記バッファタンク（６）内に配置され、気体が充填されたガスタンク室（６ｄ）と、
    前記タンク室（６ａ）と前記ガスタンク室（６ｄ）とを仕切る仕切部材（６ｂ、６ｆ）とを備え、
    前記仕切部材（６ｂ、６ｆ）は、弾性的に変形変位可能であることを特徴とする請求項１０に記載の対向振動流型熱輸送装置。
12. 前記仕切部材は、蛇腹状のベローズ（６ｂ）により構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の対向振動流型熱輸送装置。
13. 前記仕切部材は、弾性材料からなる薄膜状の袋状部材（６ｆ）にて構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の対向振動流型熱輸送装置。
14. 前記バッファタンク（６）には、前記液体および気体が充填されており、
    さらに、前記絞り手段（５）の前記バッファタンク（６）側開口部を、前記液体と前記気体との界面より下方側に位置させる開口位置補正手段（６ｇ）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の対向振動流型熱輸送装置。
15. 前記バッファタンク（６）は前記液体内に配置され、内部に空間を有するカプセル形状であり、
    前記絞り手段（５）は前記バッファタンク（６）と一体に形成されており、
    前記バッファタンク（６）の内部空間には、気体および前記液体が充填されており、
    前記絞り手段（５）のタンク内側開口部（５ｈ）が前記液体に浸るように前記タンク内側開口部（５ｈ）を方向づける錘部（６ｈ、９、１０ｂ）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の対向振動流型熱輸送装置。
16. 前記バッファタンク（６）に形成される雌ネジ部（６ｉ）と、
    前記雌ネジ部（６ｉ）に螺合する雄ネジ部（１０ａ）および前記錘部（１０ｂ）が一体となったボルト状部材（１０）とを備え、
    前記絞り部（５）が前記雄ネジ部（１０ａ）および前記錘部（１０ｂ）を貫通して形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の対向振動流型熱輸送装置。
17. 前記バッファタンク（６）は前記液体内に配置され、内部に空間を有するカプセル形状であり、
    前記絞り手段（５）は前記バッファタンク（６）と一体に形成されており、
    前記バッファタンク（６）の内部空間には、気体および前記液体が充填されており、
    前記絞り手段（５）のタンク内側開口部（５ｈ）が前記液体に浸るように前記タンク内側開口部（５ｈ）を方向づける錘部（６ｈ、９、１０ｂ）を備えたことを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
18. 前記流路（３）と連通する連通路（７）を有し、内部が前記液体で満たされた予備タンク（８）を備え、
    前記バッファタンク（６）が前記予備タンク（８）内に配置されることを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
19. 前記バッファタンク（６）が前記予備タンク（８）内に複数配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の対向振動流型熱輸送装置。
20. 前記連通路（７）が複数配置されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の対向振動流型熱輸送装置。
21. 前記バッファタンク（６）が略球状に形成されていることを特徴とする請求項１５ないし２０のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
22. 前記錘部は、前記絞り手段（５）を前記バッファタンク（６）に固定する固着材料（９）であることを特徴とする請求項１５ないし２１のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
23. 前記絞り手段（５）で発生する通路抵抗は、前記流路（３）で発生する通路抵抗の０．１％以上、５％以下であることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
24. 前記絞り手段（５）で発生する通路抵抗は、前記流路（３）で発生する通路抵抗の０．５％以上、３％以下であることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。

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