特許 6369997 電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6369997

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/427 20060101AFI20180730BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20180730BHJP

   F28D 20/00 20060101ALI20180730BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/46 A

   H05K7/20 Q

   F28D20/00 G

【請求項の数】6

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2016-109580(P2016-109580)

(22)【出願日】2016年5月31日

(62)【分割の表示】特願2014-528144(P2014-528144)の分割

【原出願日】2013年7月29日

(65)【公開番号】特開2016-171342(P2016-171342A)

(43)【公開日】2016年9月23日

【審査請求日】2016年7月29日

(31)【優先権主張番号】特願2012-173042(P2012-173042)

(32)【優先日】2012年8月3日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】304021831

【氏名又は名称】国立大学法人千葉大学

(72)【発明者】

【氏名】三浦 忠将

(72)【発明者】

【氏名】山下 是如

(72)【発明者】

【氏名】小倉 裕直

【審査官】 鈴木 駿平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−００２０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５７６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０３１４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４３８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３６１９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｆ２５Ｂ １５／００−１７／１２

Ｆ２８Ｄ ２０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱部品と、
前記発熱部品が発する熱によって吸熱反応を示す化学蓄熱材を収容した反応室、前記化学蓄熱材の吸熱反応によって生じる凝縮性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室、および前記凝縮性成分が前記反応室と前記凝縮蒸発室との間を移動可能なように前記反応室と前記凝縮蒸発室とを連絡する連絡部を備えるデバイスと、を含む電子機器であって、
前記電子機器は、前記電子機器の筐体、バッテリの外装、基板及びディスプレイからなる群より選択される熱伝導性部材を更に含み、
前記発熱部品が、集積回路、発光素子、電界効果トランジスタ、モーター、コイル、コンバーター、インバーター及びコンデンサーからなる群より選択されるものであり、
前記反応室が、熱伝導性材料から成る部分を有し、該熱伝導性材料から成る部分が、前記発熱部品と直接または間接的に接触して配置され、
前記凝縮蒸発室が、熱伝導性材料から成る部分を有し、該熱伝導性材料から成る部分が、前記熱伝導性部材に直接または間接的に接触して配置され、
前記発熱部品が発熱し、所定の温度となった場合、前記発熱部品から熱を奪って前記反応室の前記化学蓄熱材の吸熱反応を進行させて前記発熱部品の温度上昇を低減する一方、
前記発熱部品が所定の温度以下となった場合、前記反応室で前記化学蓄熱材の発熱反応を進行させるとともに前記凝縮蒸発室における前記凝縮性成分を蒸発させて前記熱伝導性部材から熱を奪って前記熱伝導性部材の温度を低下させつつ前記発熱部品の温度を上昇させる電子機器。

【請求項2】

前記連絡部が、気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能でないフィルターを備える、請求項１に記載の電子機器。

【請求項3】

前記反応室において前記化学蓄熱材が成形または梱包されており、該成形または梱包された前記化学蓄熱材の最小断面寸法が、前記連絡部の最小断面寸法より大きい、請求項１または２に記載の電子機器。

【請求項4】

前記凝縮蒸発室が、液体をトラップ可能な物質を内部に有する、または前記凝縮蒸発室の内表面の少なくとも一部が、液体をトラップ可能な物質から構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器。

【請求項5】

第１部材および第２部材と、
互いに可逆な吸熱反応および発熱反応を示す化学蓄熱材を収容した反応室、前記化学蓄熱材の吸熱反応によって生じる凝縮性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室、および前記反応室と前記凝縮蒸発室とを連絡する連絡部を備えるデバイスと、を含み、前記第１部材と前記反応室とが熱的に結合され、かつ、前記凝縮蒸発室と前記第２部材とが熱的に結合されている電子機器であって、
前記第１部材が、集積回路、発光素子、電界効果トランジスタ、モーター、コイル、コンバーター、インバーター及びコンデンサーからなる群より選択されるものであり、
前記第２部材が、前記電子機器の筐体、バッテリの外装、基板及びディスプレイからなる群より選択される熱伝導性材料部材を含むものであり、
前記反応室が、熱伝導性材料から成る部分を有し、該熱伝導性材料から成る部分が、前記第1部材と直接または間接的に接触して配置され、
前記凝縮蒸発室が、熱伝導性材料から成る部分を有し、該熱伝導性材料から成る部分が、前記第２部材に直接または間接的に接触して配置され、
前記第１部材が発熱し、所定の温度となった場合、前記第１部材から熱を奪って前記反応室の前記化学蓄熱材の吸熱反応を進行させて前記第１部材の温度上昇を低減する一方、
前記第１部材が所定の温度以下となった場合、前記反応室で前記化学蓄熱材の発熱反応を進行させるとともに前記凝縮蒸発室における前記凝縮性成分を蒸発させて前記第２部材から熱を奪って前記第２部材の温度を低下させつつ前記第１部材の温度を上昇させる電子機器。

【請求項6】

前記連絡部が、気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能でないフィルターを備える、請求項５に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器に関し、より詳細には、発熱部品（または発熱する電子部品）を備える電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器に内蔵されている電子部品、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）その他の集積回路（ＩＣ）等においては、投入されたエネルギーの一部が熱に変換されて、発熱することにより失われている。そして、発熱による温度上昇が顕著になると、電子部品そのものが故障したり、周囲の他の部品に悪影響を及ぼしたりして、電子機器の寿命や信頼性を損ね得る。また、電子部品の発熱は、電子機器のユーザの使用感や安全性のうえでも好ましくない。

【0003】

かかる発熱部品の温度上昇を抑制するために、従来、冷却ファンを用いて強制対流により電子機器の外部へ熱を排気する方法や、ヒートパイプの両端をそれぞれ発熱部品およびヒートシンクや放熱板に接続し、ヒートパイプ内の作動液の蒸発および凝縮の潜熱を利用して熱を輸送してヒートシンク等から放熱する方法が知られている（例えば特許文献１を参照のこと）。これら方法は、発熱部品から直接または間接に放熱することにより、発熱部品の温度上昇を抑制するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−６８８８３号公報

【特許文献2】特開平１０−８９７９９号公報

【特許文献3】特開２００８−１１１５９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、電子機器の高性能化に伴い、１つの電子機器に内蔵される発熱部品の数が増加すると共に、個々の発熱部品に投入されるエネルギー量が増大し、これらの結果、電子機器における発熱量が増大している。

【0006】

冷却ファンを用いた従来の放熱方法では、冷却ファンを駆動するために追加のエネルギーを要しており、より高い放熱能力を得るためには電子機器の電力消費量が更に増すこととなり、好ましくない。そもそも、この方法は、エネルギー損失である発熱に対して、エネルギー投入により放熱するというものであり、効率的でない。加えて、冷却ファンを設置するには比較的大きなスペースを要し、小型の電子機器には不向きである。更に、スマートフォンやタブレット型端末などでは、電子機器の筺体が密閉されており、冷却ファンで気流を起こして外部へ排気することはできない。

【0007】

また、ヒートパイプを用いた従来の放熱方法では、熱を速やかに輸送することができるものの、この熱を放熱するにはヒートシンクや放熱板が必要である。ヒートシンク等を設置するには比較的大きなスペースを要し、小型の電子機器には不向きである。ヒートシンク等に代えて、電子機器の筐体等に熱を逃がすことも考えられ得るが、電子機器の小型薄型化により、筺体の表面積が減少しており、高い放熱能力を得ることはできない。加えて、筐体の温度が上昇し過ぎると、ユーザの使用感や安全性のうえで好ましくない。更に、スマートフォンなどの高性能モバイル機器ではリチウムイオンバッテリの寿命低下が問題となっているところ、筐体に熱を逃すと、リチウムイオンバッテリの使用環境温度が高くなり、バッテリ容量の経時低下を招き得る。

【0008】

かかる状況下、個々の発熱部品の温度を測定し、温度測定値が所定の閾値を超えた場合に、発熱部品に投入するエネルギー量を制限することが行われているのが実状である。この方法は、発熱部品の発熱量自体を減少させることにより、発熱部品の温度上昇を抑制するものである。しかしながら、この方法では、発熱部品の温度上昇により、発熱部品の機能（例えばＣＰＵのパフォーマンス）が都度妨げられることとなり、電子機器の性能を犠牲にしたものである。

【0009】

本発明は、発熱部品の温度上昇を抑制し得る新規な手段を備える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】

【0010】

本発明者らは、化学反応を利用して熱を蓄熱および移動させる技術、即ち、ケミカルヒートポンプに着目した。ケミカルヒートポンプは、現在、化学プラントや発電所における排熱利用の目的で用いられたり、家庭の給湯・暖房システムや冷凍車などの大型の装置に用いられている（例えば特許文献２〜３を参照のこと）。しかしながら、ケミカルヒートポンプを電子機器に適用したものは知られていない。本発明者らは、発熱部品の温度上昇を抑制し得る新規な手段として、ケミカルヒートポンプを利用するという独自の発想に基づいて鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。

【0011】

本発明の第１の要旨によれば、
発熱部品と、
発熱部品が発する熱によって吸熱反応を示す化学蓄熱材を収容した反応室、化学蓄熱材の吸熱反応によって生じる凝縮性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室、および凝縮性成分が反応室と凝縮蒸発室との間を移動可能なように反応室と凝縮蒸発室とを連絡する連絡部を備えるデバイスとを含む電子機器が提供される。

【0012】

本発明を限定する趣旨ではないが、反応室と凝縮蒸発室とが連絡部によって連絡しているデバイスは、いわゆるケミカルヒートポンプとして理解され得る。本明細書において、かかるデバイスをケミカルヒートポンプとも言う。

【0013】

本発明の第１の要旨に関連した１つの態様においては、反応室が、熱伝導性材料から成る部分を有し、該熱伝導性材料から成る部分が、発熱部品と直接または間接的に接触して配置されていてよい。

【0014】

本発明の上記の態様に代えてまたは加えて、電子機器が、熱伝導性部材を更に含み、
凝縮蒸発室が、熱伝導性材料から成る部分を有し、該熱伝導性材料から成る部分が、前記熱伝導性部材に直接または間接的に接触して配置されていてよい。

【0015】

熱伝導性部材は、例えば、電子機器の筐体、バッテリの外装、基板およびディスプレイからなる群より選択され得るが、これらに限定されるものではない。

【0016】

発熱部品は、例えば、集積回路、発光素子、電界効果トランジスタ、モーター、コイル、コンバーター、インバーターおよびコンデンサーからなる群より選択され得るが、これらに限定されるものではない。

【0017】

本発明の第２の要旨によれば、
第１部材および第２部材と、
互いに可逆な吸熱反応および発熱反応を示す化学蓄熱材を収容した反応室、化学蓄熱材の吸熱反応によって生じる凝縮性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室、および反応室と凝縮蒸発室とを連絡する連絡部を備えるデバイスとを含み、第１部材と反応室とが熱的に結合され、かつ、凝縮蒸発室と第２部材とが熱的に結合されている電子機器が提供される。

【0018】

かかる本発明の電子機器においては、第１部材の温度が上昇したときおよび／または第２部材の温度が低下したときに、第１部材から反応室に熱が伝達され、反応室内で化学蓄熱材が吸熱反応により凝縮性成分を生じ、凝縮性成分が気体状態で反応室から連絡部を通って凝縮蒸発室へ移動し、凝縮蒸発室内で凝縮性成分が凝縮して熱を生じ、凝縮蒸発室から第２部材に熱が伝達され得る。

【0019】

また、かかる本発明の電子機器においては、第１部材の温度が低下したときおよび／または第２部材の温度が上昇したときに、反応室から第１部材に熱が伝達され、反応室内で発熱反応が生じて凝縮性成分が消費され、気体状態の凝縮性成分が凝縮蒸発室から連絡部を通って反応室へ移動し、凝縮蒸発室内で凝縮している凝縮性成分が熱を得て蒸発し、第２部材から凝縮蒸発室に熱が伝達され得る。

【0020】

本発明の第１の要旨および第２の要旨に関連した電子機器はいずれも、以下の特徴の少なくとも１つを備えることが好ましい。
（ｉ）連絡部が、気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能でないフィルターを備えること
（ｉｉ）反応室において化学蓄熱材が成形または梱包されており、該成形または梱包された化学蓄熱材の最小断面寸法が、連絡部の最小断面寸法より大きいこと
（ｉｉｉ）凝縮蒸発室が、液体をトラップ可能な物質を内部に有する、または凝縮蒸発室の内表面の少なくとも一部が、液体をトラップ可能な物質から構成されていること
かかる特徴によれば、電子機器が上下および／または左右に回転等した場合であっても、反応室内の化学蓄熱材（一般的に固体または固形状）が反応室から連絡部を通じて凝縮蒸発室へ移動することを効果的に防止でき（上記特徴（ｉ）および（ｉｉ）の場合）、また、凝縮蒸発室において凝縮した凝縮性成分（液体）が凝縮蒸発室から連絡部を通じて反応室へ移動することを効果的に防止でき（上記特徴（ｉ）および（ｉｉｉ）の場合）、これにより、デバイスのケミカルヒートポンプとしての性能を損なうことを効果的に防止できる。上記特徴およびそれによって得られる効果は、モバイル型の電子機器が上下および／または左右に回転等して使用されるため、デバイス内の固体および液体が２室間を移動する可能性があるという特有の課題に対処したものである。従来のケミカルヒートポンプは、設置して、または水平方向に移動しつつ使用されるものであり、電子機器の用途における上記課題は本発明者らが独自に見いだしたものである（後述する本発明の第３の要旨においても同様である）。

【0021】

本発明の第３の要旨によれば、発熱部品の温度上昇を抑制する機能を有する電子機器であって、
発熱部品と、
化学蓄熱材を収容した少なくとも１つの反応室と
を含み、発熱部品が発する熱を、発熱部品の外表面から、少なくとも１つの反応室に収容した化学蓄熱材へ伝導し、化学蓄熱材が反応により吸熱することによって、発熱部品の温度上昇を抑制する、電子機器が提供される。

【0022】

本発明の第３の要旨に関連した１つの態様においては、電子機器が、第１化学蓄熱材を収容した第１反応室と、第２化学蓄熱材を収容した第２反応室とを含み、
第１化学蓄熱材および第２化学蓄熱材は、同じ成分が関与する反応によって吸熱または発熱し、
第１反応室および第２反応室は、それらの間の連絡部によって該成分が移動可能に連絡しており、
発熱部品が発する熱は、第１反応室の第１化学蓄熱材および第２反応室の第２化学蓄熱材のいずれかに伝導される。

【0023】

本発明の上記の態様において、電子機器は、前記成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室を更に含み、
凝縮蒸発室は、第１反応室と第２反応室の間の前記連絡部に対して、該成分が移動可能に連絡していてよい。

【0024】

あるいは、本発明の上記の態様において、電子機器は、前記成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室を更に含み、
凝縮蒸発室は、第１反応室および第２反応室のいずれかに対して、別の連絡部によって該成分が移動可能に連絡していてよい。

【0025】

本発明の第３の要旨における電子機器は、以下の特徴の少なくとも１つを備えることが好ましい。
（ｉ’）各室（第１反応室、第２反応室および凝縮蒸発室）間をつなぐ連絡部のいずれかにおいて、気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能でないフィルターを備えること
（ｉｉ’）第１反応室において第１化学蓄熱材が成形または梱包されており、該成形または梱包された第１化学蓄熱材の最小断面寸法が、連絡部（および好ましくは、存在する場合は別の連絡部）の最小断面寸法より大きいこと、および／または第２反応室において第２化学蓄熱材が成形または梱包されており、該成形または梱包された第２化学蓄熱材の最小断面寸法が、連絡部（および好ましくは、存在する場合は別の連絡部）の最小断面寸法より大きいこと
（ｉｉｉ’）凝縮蒸発室が、液体をトラップ可能な物質を内部に有する、あるいは凝縮蒸発室の内表面の少なくとも一部が、液体をトラップ可能な物質から構成されていること
かかる特徴によれば、電子機器が上下および／または左右に回転等した場合であっても、第１および／または第２反応室内の化学蓄熱材（一般的に固体または固形状）が第１および／または第２反応室から連絡部を通じて凝縮蒸発室へ移動することを効果的に防止でき（上記特徴（ｉ’）および（ｉｉ’）の場合）、また、凝縮蒸発室において凝縮した凝縮性成分（液体）が凝縮蒸発室から連絡部を通じて第１および／または第２反応室へ移動することを効果的に防止でき（上記特徴（ｉ’）および（ｉｉｉ’）の場合）、これにより、これらの部材が構成するケミカルヒートポンプとしての性能を損なうことを効果的に防止できる。

【0026】

本発明の全ての要旨を通じて、「化学蓄熱材」とは、吸熱反応により熱を蓄熱できる物質を意味する。本発明において、化学蓄熱材が、吸熱反応によって生じる凝縮性成分（凝縮蒸発室において凝縮または蒸発が可能な成分）は水であり得るが、これに限定されるものではない。あるいは、本発明の第３の要旨に関して、化学蓄熱材は、吸熱反応によって、凝縮性成分に代えて、他の相変化（例えば昇華）可能な成分を生じるものであってもよい。この場合、凝縮蒸発室は、該成分が相変化する相変化室（例えば昇華室）として機能する。

【0027】

かかる化学蓄熱材は、３０〜２００℃の温度で吸熱反応を示すことが好ましい。

【0028】

また、本発明の全ての要旨を通じて、化学蓄熱材に代えて、ゼオライト、シリカゲル、
メソポーラスシリカおよび活性炭から成る群より選択される少なくとも１種の蓄熱材を用いることが可能である。この場合にも、各蓄熱材に相応した効果を奏することができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明の第１の要旨によれば、発熱部品を備える電子機器においてケミカルヒートポンプ（反応室と凝縮蒸発室とが連絡部によって連絡しているデバイス）を適用し、発熱部品が発する熱によって吸熱反応を示す化学蓄熱材を使用しているので、発熱部品が発熱したときに、化学蓄熱材が反応して発熱部品から熱を奪って蓄熱し、これにより、発熱部品の温度上昇を抑制することができ、換言すれば、電子機器において少なくとも時間的な熱の移動ないし平準化が実現される。

【0030】

本発明の第２の要旨によれば、電子機器において第１部材と第２部材との間にケミカルヒートポンプを適用し、ケミカルヒートポンプの反応室および凝縮蒸発室を第１部材および第２部材にそれぞれ熱的に結合しているので、化学蓄熱材で蓄熱または放熱しながら、第１部材から第２部材へ、または第２部材から第１部材へと、熱を移動させることができ、換言すれば、電子機器において時間的および空間的な熱の移動ないし平準化が実現される。

【0031】

本発明の第３の要旨によれば、発熱部品を備える電子機器において、化学蓄熱材を収容した反応室を設けて、発熱部品が発する熱を、発熱部品の外表面から、反応室に収容した化学蓄熱材へ伝導し、化学蓄熱材が反応により吸熱（蓄熱）する構成としており、これにより、発熱部品の温度上昇を抑制することができる。

【0032】

本発明のいずれの要旨においても、化学蓄熱材の化学反応を利用し得るので、大きい蓄熱容量を得ることができる。更に、発熱部品の発する熱が減少ないし低下したときには、発熱部品が発する熱が直接伝導されない室（通常、凝縮蒸発室であるが、本発明の第３の要旨による場合には、第１の反応室および第２の反応室のうち発熱部品が発する熱が直接伝導されないほうも含む）側にて冷熱（または負の熱量）を得ることができる。このように大きい蓄熱容量および冷熱が得られることは、潜熱を利用したヒートパイプや、顕熱を利用した熱輸送デバイスに比した、本発明の顕著な特徴である。化学反応を利用したケミカルヒートポンプを除く他のヒートポンプとしては、機械式（メカニカル）ヒートポンプや、吸着または吸収反応を利用したヒートポンプが知られている。本発明によれば、化学蓄熱材の化学反応を利用しているので、機械式ヒートポンプとは異なり、コンプレッサーのような大きくて複雑な構成を有する機械部品を必要とせず、また、吸着または吸収反応による場合よりも大きな蓄熱容量が得られ、幅広い温度範囲で蓄熱が可能である。

【0033】

しかしながら、本発明は、化学蓄熱材を用いたものに限定されず、その他の蓄熱材、例えばゼオライト、シリカゲル、メソポーラスシリカおよび活性炭から成る群より選択される少なくとも１種の蓄熱材を用いることも幅広く包含し得る。この場合にも、各蓄熱材に相応した効果を奏することができる。また、かかる蓄熱材は、化学蓄熱材と比べて、取り扱いが容易であり、構成を簡素化できる（例えば、腐食防止を考慮しなくてよい）という効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の１つの実施形態における電子機器の概略模式断面図である。

【図2】本発明の別の実施形態における電子機器の概略模式断面図である。

【図3】本発明の別の実施形態における電子機器の種々の改変例を示す概略模式上面図である。

【図4】本発明の電子機器の実施例における１つのＣＨＰ搭載例を示す概略模式上面図である。

【図5】本発明の電子機器の実施例におけるもう１つのＣＨＰ搭載例を示す概略模式上面図である。

【図6】本発明の電子機器の実施例におけるもう１つのＣＨＰ搭載例を示す概略模式上面図である。

【図7】本発明の電子機器の実施例におけるもう１つのＣＨＰ搭載例を示す概略模式上面図である。

【図8】本発明の電子機器の比較例におけるシミュレーションで用いたモデルを示す概略模式断面図である。

【図9】本発明の電子機器の１つの実施例におけるシミュレーションで用いたモデルを示す概略模式断面図である。

【図10】図９のシミュレーションにおけるＣＰＵおよび反応室の温度の経時変化を示すグラフおよび表である。

【図11】本発明の電子機器の別の実施例におけるシミュレーションで用いたモデルを示す概略模式断面図である。

【図12】本発明の１つの実施形態における電子機器に用いられるＣＨＰの製造例を示す概略模式斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本発明のいくつかの実施形態における電子機器について、以下、図面を参照しながら詳述するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0036】

まず、反応室と凝縮蒸発室とが連絡部によって連絡しているデバイスであるケミカルヒートポンプ（ＣＨＰ）の構成について説明する。本実施形態において、図１に示すように、ケミカルヒートポンプ１０は、化学蓄熱材を収容した反応室１と、凝縮性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室３と、これらの間を連絡する連絡部５とを備える。化学蓄熱材の化学反応は、ケミカルヒートポンプ１０による熱の移動の駆動源であり、凝縮性成分は、ケミカルヒートポンプ１０の作動媒体である。

【0037】

化学蓄熱材には、吸熱反応により熱を蓄熱できる限り、任意の適切な材料を使用し得る。ケミカルヒートポンプの原理上は、化学蓄熱材は、互いに可逆な吸熱反応および発熱反応を示し、これらのいずれかの反応によって凝縮性成分を生じるものであればよいが、これに限定されない。凝縮性成分は、使用環境下にて、気体状態（気相）と液体状態（液相）との間で相変化可能な成分であればよい。

【0038】

本実施形態においては、吸熱反応によって凝縮性成分を生じる化学蓄熱材を使用する。
かかる化学蓄熱材は、吸熱反応として脱水反応を示し、発熱反応として水和反応を示すものであり得、この場合、凝縮性成分は水である。

【0039】

より具体的には、上記の化学蓄熱材としては、無機化合物の水和物および無機水酸化物などが使用され得る。より詳細には、アルカリ土類金属化合物の水和物およびアルカリ土類金属の水酸化物、例えば硫酸カルシウムや塩化カルシウムなどの水和物、カルシウムやマグネシウムの水酸化物などが挙げられる。

【0040】

例えば、硫酸カルシウムの半水和物は、以下の吸熱反応を示す。

【化1】

式中、Ｑ_１は、１６．７ｋＪ／ｍｏｌ程度であることが知られている。
硫酸カルシウムの半水和物の吸熱反応は、種々の条件にもよるが、例えば約５０〜１５０℃程度で進行し得る。これは可逆反応であり、上記の逆反応は、発熱反応となる。硫酸カルシウムの半水和物は、固体状態（例えば粉末）であり、硫酸カルシウムは固体状態であり、水は気体状態である。

【0041】

また例えば、塩化カルシウムの水和物は、以下の吸熱反応を示す。

【化2】

式中、ｎは水和する分子数、具体的には１、２、４、６であり得、Ｑ_２は、３０〜５０ｋＪ／ｍｏｌ程度であることが知られている。
塩化カルシウムの水和物の吸熱反応は、種々の条件にもよるが、例えば約３０〜１５０℃程度で進行し得る。これは可逆反応であり、上記の逆反応は、発熱反応となる。塩化カルシウムの水和物は、固体状態（例えば粉末）であり、塩化カルシウムは固体状態であり、水は気体状態である。

【0042】

しかしながら、化学蓄熱材は、上記の例に限定されず、任意の適切な化学蓄熱材を使用してよく（例えば、アンモニアを発生し得るものであってもよい）、発熱部品が発する熱によって吸熱反応を示すように適宜選択され得る。

【0043】

より広範な概念において、本発明に利用可能な化学蓄熱材は、例えば３０〜２００℃の温度で吸熱反応を示すものであることが好ましく、特に４０℃以上、更に５０℃以上で、１５０℃以下、より更に１２０℃以下の温度で吸熱反応を示すものであることが好ましい
。

【0044】

かかる化学蓄熱材は、反応室１に収容される。化学蓄熱材は、例えば固相２ａを成していてよく、反応室１内には、凝縮性成分を含む気相２ｂが存在し得る。反応室内の圧力は、通常（発熱部品が非発熱状態であるとき）の使用温度環境下にて、吸熱反応と発熱反応の平衡圧力に実質的に等しいことが望ましい。

【0045】

他方、凝縮蒸発室３には、凝縮性成分が気相４ａおよび液相４ｂに含まれて存在し得る。本実施形態を限定するものではないが、凝縮蒸発室に予め凝縮させた成分（例えば液体状態の水）を収容しておいてよい。凝縮蒸発室内の圧力は、使用温度環境下にて、凝縮性成分の飽和蒸気圧（水の場合には飽和水蒸気圧）に実質的に等しいことが望ましい。

【0046】

反応室１と凝縮蒸発室３とを連絡する連絡部５は、これらの間を凝縮性成分が移動可能なようになっていればよい。より詳細には、凝縮性成分は気体状態で移動し得、この場合、連絡部５は気体が通過し得るものであればよい。かかる連絡部は、簡便には、管状部材であってよいが、これに限定されない。

【0047】

連絡部５は、バルブ（図示せず）を備えていても、いなくてもよい。連絡部５がバルブを備えない場合、デバイス構成が簡単になり、凝縮性成分の移動ひいてはケミカルヒートポンプ１０の作動は、反応室１における反応の進行および／または凝縮蒸発室３における相変化の進行（代表的には、反応室１および／または凝縮蒸発室３における温度）に依存する。連絡部５がバルブを備える場合、凝縮性成分の移動ひいてはケミカルヒートポンプ１０の作動は、バルブの開閉によって制御でき、熱の移動、発熱および冷却のタイミングを管理できるので、より綿密な電子機器内部の熱設計ができるようになる。

【0048】

かかるケミカルヒートポンプ１０は、物質の出入りのない閉じた系となっているが、熱の出入りは、少なくとも反応室１において、好ましくは反応室１および凝縮蒸発室３において可能なように構成される。具体的には、反応室１および好ましくは凝縮蒸発室３は、それぞれ少なくとも一部が熱伝導性材料から構成され得る。熱伝導性材料は、特に限定されないが、例えば金属（銅など）、酸化物（アルミナなど）、窒化物（窒化アルミニウムなど）、カーボンなどの熱の良導体であってよい。

【0049】

本実施形態の電子機器に用いられるケミカルヒートポンプ１０は、以下の特徴のいずれか１つを単独で、または任意の２つ以上を組み合わせて備えることが好ましい。
（ｉ）連絡部５が、気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能でないフィルターを備えること
（ｉｉ）反応室１において化学蓄熱材が成形または梱包されており、該成形または梱包された化学蓄熱材の最小断面寸法が、連絡部５の最小断面寸法より大きいこと
（ｉｉｉ）凝縮蒸発室３が、液体をトラップ可能な物質を内部に有する、または凝縮蒸発室３の内表面の少なくとも一部が、液体をトラップ可能な物質から構成されていること

【0050】

上記（ｉ）について、連絡部５が、気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能でないフィルターを備えることにより、電子機器２０が上下および／または左右に回転等した場合であっても、反応室１内の化学蓄熱材（一般的に固体または固形状）が反応室１から連絡部５を通じて凝縮蒸発室３へ移動することを効果的に防止でき、また、凝縮蒸発室３において凝縮した凝縮性成分（液体）が凝縮蒸発室３から連絡部５を通じて反応室１へ移動することを効果的に防止できる。

【0051】

かかるフィルターは、気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能でないものであればよい。「固体および液体は実質的に通過可能でない」とは、ケミカルヒートポンプの性能を損なわない程度で、固体および液体を少量通過するものであってもよいことを意味する。フィルターは、液体は少量通過させても、固体は通過可能でないことが好ましく、固体および液体の双方が通過可能でないことがより好ましい。

【0052】

より詳細には、フィルターは、透湿性（ＪＩＳ Ｌ１０９９（Ｂ法、一般的にはＢ−１法）による）が１０００ｇ／ｍ^２／２４ｈ以上、特に１００００ｇ／ｍ^２／２４ｈ以上であることが好ましく、これによりフィルターに起因する圧力損失を十分に小さくすることができる。固体の非通過性については、化学蓄熱材が通過しないものであればよく、使用する化学蓄熱材の寸法に応じて適宜選択可能である。液体の非通過性については、防水性（ＪＩＳ Ｌ１０９２（Ａ法）による）が１０００ｍｍ以上、特に１００００ｍｍ以上であることが好ましい。

【0053】

具体的には、例えば、ポリテトラフルオロエチレンを延伸加工したフィルム（微細孔フィルター）を使用することができ、これは、必要に応じてポリウレタンポリマーと複合化されていてもよい。かかるフィルムは、例えば、商品名「ゴアテックス」（登録商標）として市販で入手可能である。また、撥水加工した繊維生地にポリウレタンコーティングを施したものを使用することもできる。かかるポリウレタンコーティング生地は、例えば、東レ株式会社より、商品名「エントラントＧＩＩ」（登録商標）ＸＴ等として市販で入手可能である。

【0054】

しかしながら、これらの例に限定されず、フィルターには、水分子よりも小さく、かつ、水蒸気分子よりも大きい寸法の孔を有する任意の適切な構造体を適用することができる。

【0055】

フィルターは、気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能とし得る限り、任意の様式で連絡部５に備えられ得る。フィルターは、例えば、連絡部５の内部空間の少なくとも一部（好ましくは反応室１の近傍）を充填するように配置されていてよく、また、連絡部５の開口部（好ましくは反応室１側の開口部）を覆うように配置されていてよい。

【0056】

上記（ｉｉ）について、反応室１において化学蓄熱材が成形または梱包されており、該成形または梱包された化学蓄熱材の最小断面寸法が、連絡部５の最小断面寸法より大きいことにより、電子機器２０が上下および／または左右に回転等した場合であっても、反応室１内の化学蓄熱材（一般的に固体または固形状）が反応室１から連絡部５を通じて凝縮蒸発室３へ移動することを効果的に防止できる。

【0057】

反応室１において化学蓄熱材は、任意の適切な方法で成形または梱包されていてよい。
化学蓄熱材が無機化合物の水和物（例えば硫酸カルシウムや塩化カルシウムなどの水和物）である場合には、無機化合物の水和により固化するので、その際に型等を用いて成形することが可能である。また、化学蓄熱材を樹脂材料および必要に応じて溶媒等と混合し、得られた組成物を型プレス等で成形することが可能である（なお、樹脂材料および存在する場合には溶媒等は、成形時にその一部、好ましくは大部分が除去され得る）。またあるいは、化学蓄熱材が粒状物である場合には、化学室熱材の粒径（例えば平均粒径）よりも小さい開口寸法を有するメッシュ、ネット、布帛（例えば織布または不織布）、フィルム等の梱包材料を用いて、化学蓄熱材を梱包することが可能である。梱包材料は、例えば金属、天然または合成繊維、高分子材料等からなっていてよい。

【0058】

このように成形または梱包された化学蓄熱材は、その最小断面寸法が、連絡部５の最小断面寸法より大きいものとされる。成形または梱包された化学蓄熱材の最小断面寸法は、成形または梱包された化学蓄熱材の任意の断面寸法のうち、最小となる断面寸法を言う。また、連絡部５の最小断面寸法は、連絡部５の内部空間の任意の断面寸法のうち、最小となる断面寸法を言い、通常は、連絡部５の最も狭い部分の寸法を言う。別の表現では、成形または梱包された化学蓄熱材の任意の投影面積のうち、投影面積が最小となるときの最大寸法が、連絡部５の内部空間の中心線に対して垂直な断面寸法のうち、最小となる断面寸法より大きいと言うこともできる。要するに、成形または梱包された化学蓄熱材が、連絡部５を通過できない寸法となっていればよい。例えば、成形または梱包された化学蓄熱材の最小断面寸法より、連絡部５の反応室１側の開口部（および場合により凝縮蒸発室３側の開口部）の開口寸法が小さくなっていれば、連絡部５の両開口部の間の部分は大きくなっていてよい。

【0059】

成形または梱包された化学蓄熱材は、反応室１内に存在すればよいが、熱の速やかかつ効率的な移動のためには、発熱部品１１からの熱がよく伝わる位置に接触するように配置されることが好ましい。

【0060】

上記（ｉｉｉ）について、凝縮蒸発室３が、液体をトラップ可能な物質を内部に有する、または凝縮蒸発室３の内表面の少なくとも一部が、液体をトラップ可能な物質から構成されていることにより、電子機器２０が上下および／または左右に回転等した場合であっても、凝縮蒸発室３において凝縮した凝縮性成分（液体）が凝縮蒸発室３から連絡部５を通じて反応室１へ移動することを効果的に防止できる。

【0061】

かかる物質は、液体を可逆的にトラップできるものであればよい。より詳細には、多孔質材料、例えばセラミックス、ゼオライト、金属等から成る多孔質材料を使用することができるが、これに限定されない。

【0062】

液体をトラップ可能な物質は、凝縮蒸発室３の内部に収容されていても、凝縮蒸発室３の内表面の少なくとも一部を構成していてもよい。前者の場合、予め準備した液体をトラップ可能な物質を、凝縮蒸発室３内に配置すればよい。後者の場合、例えば、凝縮蒸発室３の壁面材料の内側表面上に、例えば水熱合成などによりセラミックスやゼオライトを合成して、該表面を覆うようにしてよい。いずれの場合にも、液体をトラップ可能な物質は、凝縮蒸発室３内またはその内表面に存在すればよいが、熱の速やかかつ効率的な移動の
ためには、熱伝導性部材１３に対して熱がよく伝わる位置に存在することが好ましい。

【0063】

このような構成のケミカルヒートポンプ１０は、本実施形態を限定するものではないが、一例として、以下のようにして作製することができる。

【0064】

まず、図１２（ａ）を参照して、２枚の金属板４１ａ、４１ｂを用意する。これら金属板４１ａ、４１ｂは、好ましくは耐食性金属、例えばＳＵＳ等のステンレス鋼から成っていてよいが、これに限定されない。金属板４１ａ、４１ｂの厚さは、例えば０．０１ｍｍ以上、特に０．０５〜０．５ｍｍとし得る。金属板４１ａ、４１ｂの材質および厚さは、互いに同じであっても、異なっていてもよい。

【0065】

次に、図１２（ｂ）に示すように、１つの金属板４１ａに、反応室１および凝縮蒸発室３に対応する２つの凸部４３ａを形成する。凸部４３ａの寸法は、反応室１および凝縮蒸発室３に対して所望される寸法に応じて適宜決定され得、凸部４３ａの高さは、例えば０．１〜１００ｍｍ、特に０．３〜１０ｍｍとし得、互いに同じであっても、異なっていてもよい。他方、もう１つの金属板４２ｂには、連絡部３に対応する凹部４３ｂを形成する。凹部４３ｂの寸法は、反応室１と凝縮蒸発室３との間を連絡する連絡部５を形成し、その内部を凝縮性成分が移動し得るものであればよく、凹部４３ｂの深さは、例えば０．１〜１００ｍｍ、特に０．３〜１０ｍｍとし得る。これら金属板４１ａ、４１ｂへの凹凸形状４３ａ、４３ｂの形成は、任意の適切な方法を適用してよく、例えば絞り加工、プレス成形などの方法を利用できる。

【0066】

そして、金属板４１ａの２つの凸部４３ａのうち反応室１に対応するほうに、化学蓄熱材４５を配置する。化学蓄熱材４５は、一般的に固体または固形状であり、例えば粒状、シート状等であり得る。化学蓄熱材４５は、予め上記のように成形または梱包されていることが好ましいが、このことは必須ではない。

【0067】

また、必要に応じて、金属板４１ａの２つの凸部４３ａのうち凝縮蒸発室３に対応するほうに、上記した液体をトラップ可能な物質（例えば多孔質材料、図示せず）を配置する。あるいは、２つの凸部４３ａのうち凝縮蒸発室３に対応するほうの内側表面を、上述したようにして液体をトラップ可能な物質で覆っておいてもよい。

【0068】

他方、金属板４１ｂの凹部４３に、上記の気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能でないフィルター４７を配置することが好ましいが、このことも必須ではない。

【0069】

その後、図１２（ｃ）に示すように、これら金属板４１ａ、４１ｂを、凸部４３ａと凹部４３ｂとが一緒になって内部空間を形成するように重ね合わせる。これにより、金属板４１ａ、４１ｂの外周平坦面が互いに密接することとなる。

【0070】

そして、図１２（ｄ）に示すように、重ね合わせた金属板４１ａ、４１ｂの外周部４９を気密封止する。気密封止は、ケミカルヒートポンプ内部に所望される圧力、一般的には（使用する化学蓄熱材にもよるが）減圧下、例えば０．１〜１０００００Ｐａ、特に１．０〜１００００Ｐａ（絶対圧）にて実施することが好ましい。気密封止には、任意の適切な方法を適用してよく、例えばレーザ溶接、アーク溶接、抵抗溶接、ガス溶接、ろう付けなどの方法を利用できる。気密封止後、外周部４９のうち不要な縁部は、適宜、打ち抜き加工などによって除去してもよい。

【0071】

以上のようにして、ケミカルヒートポンプ１０を作製することができる。但し、上記の製造方法は単なる例示に過ぎず、本発明に適用されるケミカルヒートポンプは、任意の適切な方法に従って製造可能である。

【0072】

次に、上述のような構成のケミカルヒートポンプ１０を、発熱部品１１を備える電子機器２０に組み込む。電子機器２０は、少なくとも１つの電子部品を発熱部品１１として備えるものであればよい。電子機器２０は、一般的には、少なくとも１つの電子部品が基板に実装された電子回路基板が、筐体（または外装）内に収容されて成る。かかる電子機器２０内（より詳細にはその筐体内）にケミカルヒートポンプ１０が設けられる。本実施形態において、ケミカルヒートポンプ１０は、発熱部品１１の温度上昇を抑制する（または発熱部品を冷却する）ための手段として理解され得る。

【0073】

発熱部品１１は、投入されたエネルギーの一部が熱に変換されて、発熱することにより失われる電子部品であればよい。発熱部品１１の例としては、中央処理装置（ＣＰＵ）、
パワーマネージメントＩＣ（ＰＭＩＣ）、パワーアンプ（ＰＡ）、トランシーバーＩＣ、
ボルテージレギュレータ（ＶＲ）などの集積回路（ＩＣ）；発光ダイオード（ＬＥＤ）、
白熱電球、半導体レーザーなどの発光素子；電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などが挙げられるが、これらに限定されない。発熱部品は、電子機器２０において少なくとも１つ、一般的には複数存在し得る。

【0074】

かかる発熱部品１１に対して、上述のケミカルヒートポンプ１０の反応室１が熱的に結合するように配置される。例えば、発熱部品１１に対して、反応室１の熱伝導性材料から成る部分を直接または間接的に接触させて配置してよい。これにより、発熱部品１１と反応室１との間で熱の移動が可能となる。電子機器２０に発熱部品が複数存在する場合、反応室１と熱的に結合される発熱部品１１は１つまたは複数であってよい。

【0075】

他方、ケミカルヒートポンプ１０の凝縮蒸発室３は、本実施形態に必須ではないが、電子機器２０に存在する任意の適切な熱伝導性部材１３に対して熱的に結合するように配置してよい。この熱伝導性部材１３は、発熱部品１１が発熱しているときに、発熱部品１１の温度より低い温度を有するものであればよい。熱伝導性部材１３の例としては、電子機器の筐体、バッテリ（例えばリチウムイオンバッテリ、アルカリバッテリ、ニッケル水素バッテリなど）の外装、基板、ディスプレイなどが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、熱伝導性部材１３に対して、凝縮蒸発室３の熱伝導性材料から成る部分を直接または間接的に接触させて配置してよい。これにより、凝縮蒸発室３と熱伝導性部材１３との間で熱の移動が可能となる。凝縮蒸発室３と熱的に結合される熱伝導性部材１３は１つまたは複数であってよい。

【0076】

なお、本発明において、２つの部材が「熱的に結合する」とは、これら部材の間を熱が移動可能なように組み合わせることを意味する。熱的な結合は、直接または間接的な接触による熱伝導でもよいし、非接触で熱放射によるものでもよいし、熱媒または熱伝導性部材を利用したものであってもよい。２つの部材を熱的に結合させるために間接的に接触させる場合には、熱伝導性の接着剤層（例えば、金属フィラーなどで熱伝導性を高めた接着剤を用いて得られる層）や、熱伝導性材料から成る部材（例えば、金属などから成る伝熱板や、サーマルシート）等を介して接触させることが好ましい。

【0077】

以上のようにして構成される本実施形態の電子機器２０は、次の２つのモードで使用され得る。

【0078】

・第１モード（蓄熱過程）
まず、発熱部品１１にエネルギーが投入されて熱を発するようになり、発熱部品１１の温度が上昇すると、これと熱的に結合している反応室１へと熱が伝達される。具体的には、発熱部品１１が発する熱は、発熱部品１１の外表面から、例えば反応室１の熱伝導性材料から成る部分を通じて、反応室１に収容した化学蓄熱材へと伝導される。このようにして反応室に熱が供給されると、反応室内で化学蓄熱材の吸熱反応（蓄熱）が進行して凝縮性成分を生じる（即ち、反応室内の凝縮性成分の分圧が上昇する）。この結果、発熱部品から熱が奪われ、発熱部品の温度（代表的には、発熱部品の外表面の温度、以下も同様）の上昇が抑制される。

【0079】

このようにして反応室１内で生じた凝縮性成分は、気体状態（蒸気）で反応室１から連絡部５を通って凝縮蒸発室３へ移動する。かかる移動は、拡散現象により自然に起り得るが、これに限定されない。連絡部５がバルブを備える場合には、バルブの開閉によって凝縮性成分の移動を制御できる。

【0080】

凝縮蒸発室３内では、凝縮性成分が凝縮して熱（潜熱）を生じる。例えば、凝縮性成分が水の場合、以下の反応により、気体状態の水が液体状態の水に相変化する。

【化3】

式中、Ｑ_３は、２０．９ｋＪ／ｍｏｌであることが知られている。

【0081】

凝縮蒸発室内の温度は、生じた熱により上昇し得る。このとき、凝縮蒸発室内の圧力を予め（非発熱状態において、例えば熱伝導性部材１３が凝縮蒸発室３に熱的に結合して配置されている場合には、熱伝導性部材１３に対して適宜設定され得る温度にて）凝縮性成分の飽和蒸気圧とし、凝縮性成分を気液平衡状態にしておくと、凝縮が速やかに進行し得るので好ましい。

【0082】

そして、本実施形態に必須ではないが、凝縮蒸発室３が熱伝導性部材１３に熱的に結合されている場合には、凝縮蒸発室３で生じた熱は、例えば凝縮蒸発室３の熱伝導性材料から成る部分を通じて、熱伝導性部材１３に伝達される。

【0083】

以上、第１モードによれば、化学蓄熱材の吸熱反応（蓄熱）を利用して、発熱部品１１の温度上昇を抑制する（または発熱部品を冷却する）ことができる。また、凝縮蒸発室３が、熱伝導性部材１３として電子機器２０の筐体に熱的に結合されている場合には、化学蓄熱材に蓄熱していること、および、発熱部品１１から反応室１内に入る熱よりも凝縮蒸発室３から熱伝導性部材１３へ出る熱を小さくできる（温度レベルを変えられる）ことによって、筐体の温度を比較的低温に維持できる。これにより、発熱部品１１ひいては電子機器２０全体の温度制御が可能になる。

【0084】

なお、凝縮蒸発室３が熱伝導性部材１３に熱的に結合されている場合には、熱伝導性部材１３の温度を低下させることによっても、上記と同様の作用（メカニズム）が得られ、発熱部品１１から熱を奪うことができ、発熱部品１１の温度の上昇を抑制し、更には低下させることも可能である。本実施形態では、発熱部品１１および熱伝導性部材１３は、反応室１と熱的に結合される第１部材および凝縮蒸発室３と熱的に結合される第２部材としてそれぞれ把握できるが、第１部材および第２部材はこれらに限定されず、任意の部材を適用して熱設計することができる。

【0085】

・第２モード（放熱過程）
次に、例えば発熱部品１１へのエネルギー投入を減少または停止するなどして、発熱部品１１の温度が低下すると、これと熱的に結合している反応室１から発熱部品１１へと熱が伝達される。具体的には、反応室１内の系から、例えば反応室１の熱伝導性材料から成る部分を通じて、発熱部品１１へと伝導される。このようにして反応室１内の系から熱が奪われると、反応室１内で、化学蓄熱材の上記吸熱反応と逆の発熱反応（放熱）が進行して凝縮性成分を消費する（即ち、反応室内の凝縮性成分の分圧が低下する）。この結果、発熱部品１１の温度は上昇に転じることとなる。

【0086】

このようにして反応室１内で凝縮性成分が消費されると、気体状態（蒸気）の凝縮性成分が凝縮蒸発室３から連絡部５を通って反応室１へ移動する。かかる移動も、拡散現象により自然に起り得るが、これに限定されない。連絡部５がバルブを備える場合には、バルブの開閉によって凝縮性成分の移動を制御できる。

【0087】

凝縮蒸発室３内では、液相の凝縮性成分が熱（潜熱）を得て蒸発する。凝縮蒸発室３内の温度は、熱を奪われることにより低下し得る。

【0088】

そして、本実施形態に必須ではないが、凝縮蒸発室３が熱伝導性部材１３に熱的に結合されている場合には、熱伝導性部材１３から、例えば凝縮蒸発室３の熱伝導性材料から成る部分を通じて、凝縮蒸発室３に伝達される。換言すれば、凝縮蒸発室３から熱伝導性部材１３に対して、冷熱を得ることができる。

【0089】

以上、第２モードによれば、化学蓄熱材の発熱反応（放熱）を利用して、発熱部品１１の温度低下を抑制することができる。また、凝縮蒸発室３が、熱伝導性部材１３として電子機器の筐体やバッテリの外装などに熱的に結合されている場合には、筐体やバッテリの温度を低下させる（または筐体やバッテリを冷却する）こともできる。これにより、発熱部品１１ひいては電子機器２０全体の温度制御が可能になる。

【0090】

なお、凝縮蒸発室３が熱伝導性部材１３に熱的に結合されている場合には、熱伝導性部材１３の温度を上昇させることによっても、上記と同様の作用（メカニズム）が得られ、発熱部品１１の温度を上昇させることができる。本実施形態では、発熱部品１１および熱伝導性部材１３は、反応室と熱的に結合される第１部材および凝縮蒸発室と熱的に結合される第２部材としてそれぞれ把握できるが、第１部材および第２部材はこれらに限定されず、任意の部材を適用して熱設計することができる。例えば、第２モードで、第２部材の温度上昇の抑制（または第２部材の冷却）を行うことも可能である。

【0091】

以上から理解されるように、本発明の電子機器は、冷却ファンを用いた従来の放熱方法にように、発熱部品の温度上昇を抑制する目的で余計にエネルギー投入する必要がなく、エネルギー効率に優れた電子機器が実現される。

【0092】

また、本発明の電子機器は、冷却ファンを用いた従来の放熱方法にように、対流により放熱する（気流を起こして外部へ排気する）ものではなく、電子機器の筐体は密閉状態（閉じられた系）であってもよい。

【0093】

また、本発明の電子機器は、ヒートパイプを用いた従来の放熱方法に比べて、化学蓄熱材に蓄熱しているので大きい蓄熱容量を得ることができ、高い放熱能力を得ることができる。更に、凝縮蒸発室が、熱伝導性部材に熱的に結合されている場合には、上記第１モード（蓄熱過程）では発熱部品から反応室に入る熱よりも凝縮蒸発室から熱伝導性部材へ出る熱を小さくできる（温度レベルを変えられる）うえ、上記第２モード（放熱過程）では熱伝導性部材に対して冷熱を得ることができる。よって、凝縮蒸発室と熱的に結合される熱伝導性部材として電子機器の筐体を利用すれば、筐体の温度を比較的低温（例えば、表面温度５５℃以下）に維持できると共に、筐体内の他の部品（例えばリチウムイオンバッテリ）への温度による悪影響を低減することができる。また、凝縮蒸発室と熱的に結合される熱伝導性部材としてバッテリの外装を利用すれば、バッテリ（例えば、高い使用環境温度によるバッテリ容量の低下が問題とされているリチウムイオンバッテリ）の寿命を延すことができる。また、凝縮蒸発室と熱的に結合される熱伝導性部材として基板を利用すれば、基板に実装されている他の電子部品の信頼性を損なうことを防止できる。

【0094】

加えて、本発明の電子機器によれば、反応室と熱的に結合される第１部材および凝縮蒸発室と熱的に結合される第２部材として、任意の部材を適用して熱設計することができ、電子機器の具体的な仕様に応じて、熱的に最適な電子部品のレイアウトが可能となる。

【0095】

以上、本発明の１つの実施形態における電子機器について詳述したが、本発明の電子機器はかかる実施形態に限定されず、本発明の基本的概念に基づいて種々の改変が可能である。

【0096】

例えば、電子機器に組み込まれ得るケミカルヒートポンプの数、１つの発熱部品に対して使用されるケミカルヒートポンプの数、１つのケミカルヒートポンプに存在する反応室、凝縮蒸発室および連絡部の数および配置等は、適宜選択可能である。

【0097】

また例えば、凝縮蒸発室は筐体内の周囲雰囲気により取り囲まれていてもよい（いわゆる空気断熱など）。あるいは、凝縮蒸発室が熱伝導性材料から成る部分を実質的に有さず、低熱伝導性ないし断熱性の材料から構成されていてもよい。更に、凝縮蒸発室そのものを無くしてもよく、この場合にも、化学蓄熱材の吸熱反応により発熱部品の温度上昇を抑制することは、ある程度可能である。

【0098】

即ち、本発明の別の実施形態における電子機器２１は、図２に示すように、発熱部品１１と、化学蓄熱材（例えば固相２ａを成し得る）を収容した少なくとも１つの反応室１とを最低限有するものであればよい。この場合、発熱部品１１が発する熱を、発熱部品１１の外表面から、少なくとも１つの反応室１に収容した化学蓄熱材へ伝導し、化学蓄熱材が反応により吸熱することによって、発熱部品１１の温度上昇を抑制することができる。なお、発熱部品１１は、反応室１に熱的に結合する限り、任意の態様で配置され得る。

【0099】

かかる別の実施形態の電子機器において、２つの反応室が存在してよい。より詳細には、図３（ａ）に示すように、電子機器２２において、第１化学蓄熱材を収容した第１反応室１ａと、第２化学蓄熱材を収容した第２反応室１ｂとが存在していてよい。第１化学蓄熱材および第２化学蓄熱材は、同じ成分（作動媒体となる成分、例えば凝縮性成分であるが、これに限定されず、気体状態をとり得るものであればよい）が関与する任意の反応によって吸熱または発熱するものであればよい。かかる第１化学蓄熱材および第２化学蓄熱材は、相互に異なる反応平衡状態を有するものであればよい。第１化学蓄熱材および第２化学蓄熱材は、上記で例示したような化学蓄熱材から適宜選択してよく、例えば、第１化学蓄熱材および第２化学蓄熱材の一方を硫酸カルシウムの半水和物とし、他方を塩化カルシウムの水和物としてよく、上記同じ成分として水が、これらの吸熱および発熱の可逆反応に関与するが、これに限定されない。第１反応室１ａおよび第２反応室１ｂは、それらの間の連絡部５ａによってこの成分（作動媒体）が移動可能に連絡しており、発熱部品（図示せず）が発する熱は、第１反応室１ａの第１化学蓄熱材および第２反応室１ｂの第２化学蓄熱材のいずれかに伝導されればよい。発熱部品（図示せず）が発する熱は、第１反応室１ａおよび第２反応室１ｂのいずれか一方に選択的または切り替え可能に伝導され得る限り、発熱部品、第１反応室１ａおよび第２反応室１ｂの配置は特に限定されない。

【0100】

また、図３（ｂ）に示す電子機器２３のように、上記の移動性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室３ａを更に含んでいてよく、凝縮蒸発室３ａは、第１反応室１ａと第２反応室１ｂの間の連絡部５ａに対して、連絡部５ｂによって連絡している。この凝縮蒸発室３ａの配置は、２つの反応室１ａおよび１ｂに対して並列の配置である。

【0101】

あるいは、図３（ｃ）に示す電子機器２４のように、上記の移動性成分を凝縮または蒸発させるための凝縮蒸発室３ｂを更に含んでいてよく、凝縮蒸発室３ｂは、第１反応室１ａおよび第２反応室１ｂのいずれか（図３（ｃ）では第２反応室１ｂ）に対して、別の連絡部５ｃによって連絡している。この凝縮蒸発室３ｂの配置は、２つの反応室１ａおよび１ｂに対して直列な配置である。

【0102】

図３（ｂ）および（ｃ）の例では、移動性成分は凝縮性成分（即ち、気体状態（気相）
と液体状態（液相）との間で相変化可能な成分）であるが、これに限定されない。例えば、移動性成分は、気体状態（気相）と固体状態（固相）との間で相変化可能な成分であってもよく、この場合、凝縮蒸発室３ａおよび３ｂは、昇華室として理解され得る。

【0103】

なお、図３は本発明の別の実施形態を例示的に説明するものであり、反応室の数および場合により存在する凝縮蒸発室または昇華室の数、ならびにこれらの配置等は、適宜選択可能である。

【0104】

かかる本発明の別の実施形態における電子機器について、特に説明のない限り、上述の実施形態と同様の説明が当て嵌まり得る。

【0105】

例えば、図３に例示した別の実施形態の電子機器は、以下の特徴のいずれか１つを単独で、または任意の２つ以上を組み合わせて備えることが好ましい。
（ｉ’）第１反応室１ａおよび第２反応室１ｂ、ならびに凝縮蒸発室３ａまたは３ｂ間をつなぐ連絡部５ａ、５ｂ、５ｃのいずれか、好ましくは凝縮蒸発室側の連絡部５ｂ、５ｃにおいて、気体は通過可能であるが、固体および液体は実質的に通過可能でないフィルターを備えること
（ｉｉ’）第１反応室１ａにおいて第１化学蓄熱材が成形または梱包されており、該成形または梱包された第１化学蓄熱材の最小断面寸法が、連絡部５ａの最小断面寸法より大きいこと、および／または第２反応室１ｂにおいて第２化学蓄熱材が成形または梱包されており、該成形または梱包された第２化学蓄熱材の最小断面寸法が、連絡部５ａ（および好ましくは、存在する場合は別の連絡部５ｃ）の最小断面寸法より大きいこと
（ｉｉｉ’）凝縮蒸発室３ａ、３ｂが、液体をトラップ可能な物質を内部に有する、あるいは凝縮蒸発室３ａ、３ｂの内表面の少なくとも一部が、液体をトラップ可能な物質から構成されていること

【0106】

これら特徴については、図１および図１２を参照して上述した実施形態と同様の説明が当て嵌まり、これと同様の作用効果を奏する。

【0107】

以上、本発明のいくつかの実施形態における電子機器について説明したが、これらは全て更なる改変が可能である。

【0108】

即ち、上記した実施形態における電子機器は、いずれも、化学蓄熱材を用いたものであるが、これに代えて、吸熱現象を伴って相変化可能な成分を生じる他の蓄熱材を使用してもよい。この場合、相変化可能な成分がデバイスの作動媒体となり、該成分は反応室から気体状態で移動し得、上述した凝縮蒸発室または昇華室は、該成分が相変化する室（即ち相変化室）として理解され、凝縮蒸発室として機能しても、昇華室として機能してもよい。

【0109】

かかる他の蓄熱材は、本発明の電子機器の用途に応じて（例えば、発熱部品が発する熱によって吸熱現象を示すように）適宜選択され得る。他の蓄熱材も、化学蓄熱材と同様、例えば３０〜２００℃の温度で吸熱現象を示すものであることが好ましく、特に４０℃以上、更に５０℃以上で、１５０℃以下、より更に１２０℃以下の温度で吸熱現象を示すものであることが好ましい。

【0110】

本発明に利用可能な他の蓄熱材としては、例えばゼオライト、シリカゲル、メソポーラスシリカおよび活性炭から成る群より選択される少なくとも１種の蓄熱材（以下、単に「ゼオライト等」とも言う）が挙げられる。これらはいずれも、例えば水を可逆的に吸着および脱着すること（または水和反応および脱水反応、以下も同様）が可能であり、水の脱着の際に吸熱現象を示す。

【化4】

式中、Ｚは、ゼオライト等の組成を代表して表したものであり、その組成に応じてｘは種々の値をとり得る。Ｑ_４は、具体的な組成にもよるが、例えば、ゼオライトで約３０〜８０ｋＪ／ｍｏｌであり得る。かかる水の脱着は、種々の条件にもよるが、例えば、ゼオライトで約５０〜１５０℃、シリカゲルで約５〜１５０℃、メソポーラスシリカで約５〜１５０℃、活性炭で約５〜１５０℃で進行し得る。

【0111】

ゼオライトとは、いわゆるゼオライト構造、即ち、ＳｉＯ_４四面体およびＡｌＯ_４四面体が頂点酸素を共有し３次元に連なった網目状構造を基本骨格として有する結晶性含水アルミノケイ酸塩を言う。ゼオライトは、通常、下記の一般式で表され得る。
（Ｍ^１，Ｍ^２_１／２）_ｍ（Ａｌ_ｍＳｉ_ｎＯ_{２（ｍ＋ｎ）}）・ｘＨ_２Ｏ （ｎ≧ｍ）
Ｍ^１は、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋等の１価のカチオンであり、Ｍ^２は、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２
＋、Ｂａ^２＋等の２価のカチオンである。

【0112】

なかでも、本発明に好適に利用され得るゼオライトとしては、Ａ型ゼオライト（ＬＴＡ）、Ｘ型ゼオライト（ＦＡＵ）、Ｙ型ゼオライト（ＦＡＵ）、ベータ型ゼオライト（ＢＥＡ）、ＡｌＰＯ-５（ＡＦＩ）などである。

【0113】

シリカゲルは、コロイド状シリカの三次元構造体であり、細孔径が数ｎｍ〜数十ｎｍ、
比表面積は５〜１０００ｍ／ｇと多孔体特性を広範囲に制御できる。また、シリカゲルの一次粒子表面はシラノールに覆われており、シラノールの影響で極性分子（水など）を選択的に吸着する。

【0114】

メソポーラスシリカは、二酸化ケイ素を材質として均一で規則的な細孔を持つ物質で、
細孔径は約２〜１０ｎｍのものを言う。

【0115】

活性炭は、「細孔を有する多孔質の炭素質物質」で、大きな比表面積と吸着能力を持つ物質を言う。その基本骨格は炭素原子が１２０°の角度で結ばれた二次元格子の平面構造である。この二次元格子が不規則に積層して結晶格子を形成し、この結晶格子がランダムにつながったものが活性炭であり、結晶格子間の空隙が活性炭細孔であり、細孔に水が吸着する。

【0116】

これらゼオライト等は、本発明の電子機器を作製するに際して、予め水を十分に吸着させておくことが好ましい。

【0117】

本発明の電子機器において他の蓄熱材としてゼオライト等を用いた場合、凝縮性成分である水が作動媒体となり、従って、上述の化学蓄熱材を用いた実施形態（凝縮性成分として水を生じ、これを作動媒体とするもの）と同様のメカニズムにより、同様の作用効果を奏する。

【0118】

本発明の電子機器は、例えばスマートフォン、携帯電話、タブレット型端末、ラップトップ型パソコン、携帯型ゲーム機、携帯型音楽プレイヤー、デジタルカメラなどのモバイル型電子機器として好適に利用され得る。

【実施例】

【0119】

・ＣＨＰ搭載例
本発明の電子機器において、第１部材／発熱部材１１および第２部材／熱伝導性部材１３として種々の部品／部材を適用したケミカルヒートポンプ（ＣＨＰ）搭載例について、以下、図面を参照しながらより具体的に説明するが、これらに限定されない。

【0120】

（搭載例１）
図４を参照して、この搭載例では、電子機器がラップトップ型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２０ａであり、発熱部品がＣＰＵ１１ａである。ケミカルヒートポンプ１０は、反応室１、凝縮蒸発室３およびこれらの間を連絡する連絡部５を含む。反応室１は、ＣＰＵ１１ａに対して熱的に結合されている。例えば、金属フィラーなどで熱伝導性を高めた接着剤を用いて、反応室１をＣＰＵ１１ａに接着してよいが、これに限定されない。凝縮蒸発室３は、リチウムイオンバッテリ１３ａおよび筐体１３ｂのいずれとも熱的に結合されておらず、空気断熱されている。凝縮蒸発室３は、ＣＰＵ１１ａ（発熱部品）と断熱されていることが好ましい。

【0121】

この搭載例では、ＣＰＵ１１ａが動作して発熱し、ある程度高い温度（使用する化学蓄熱材による）に達すると、ＣＰＵ１１ａから熱を奪って反応室１の化学蓄熱材の吸熱反応が進行し（このとき発生した凝縮性成分は凝縮蒸発室３で凝縮し得る）、これにより、ＣＰＵ１１ａの温度上昇を低減し、好ましくはＣＰＵ１１ａの温度を安定化させて、ＣＰＵ１１ａを耐熱温度以下に維持できる。その後、ＣＰＵ１１ａの動作がより低いレベルに変化ないし停止して、ＣＰＵ１１ａの温度がある程度低い温度まで低下すると、反応室１で化学蓄熱材の発熱反応が進行してＣＰＵ１１ａに熱を与え（このとき凝縮蒸発室３では凝縮性成分が蒸発し得る）、これにより、ＣＰＵ１１ａの温度は若干上昇し得る。すなわち、ケミカルヒートポンプ１０は、ＣＰＵ１１ａの高温動作時にはＣＰＵ１１ａから熱を奪い、低温動作時にはＣＰＵ１１ａに熱を与える。

【0122】

（搭載例２）
図５を参照して、この搭載例では、電子機器がラップトップ型ＰＣ２０ａであり、発熱部品がＣＰＵ１１ａである。ケミカルヒートポンプ１０は、反応室１、凝縮蒸発室３およびこれらの間を連絡する連絡部５を含む。反応室１は、ＣＰＵ１１ａに対して熱的に結合されている。凝縮蒸発室３は、筐体１３ｂに対して熱的に結合されている。例えば、金属フィラーなどで熱伝導性を高めた接着剤を用いて、反応室１および凝縮蒸発室３をＣＰＵ１１ａおよび筐体１３ｂにそれぞれ接着してよいが、これに限定されない。

【0123】

この搭載例では、ＣＰＵ１１ａが動作して発熱し、ある程度高い温度（使用する化学蓄熱材による）に達すると、ＣＰＵ１１ａから熱を奪って反応室１の化学蓄熱材の吸熱反応が進行し、この吸熱反応で発生した凝縮性成分は凝縮蒸発室３で凝縮して筐体１３ｂに熱を与え、これにより、ＣＰＵ１１ａの温度上昇を低減し、好ましくはＣＰＵ１１ａの温度を安定化させて、ＣＰＵ１１ａを耐熱温度以下（例えば１２０℃以下）に維持できる。その後、ＣＰＵ１１ａの動作がより低いレベルに変化ないし停止して、ＣＰＵ１１ａの温度がある程度低い温度まで低下すると、反応室１で化学蓄熱材の発熱反応が進行すると共に凝縮蒸発室３では筐体１３ｂから熱を奪って凝縮性成分が蒸発し、これにより、ＣＰＵ１１ａの温度は若干上昇し、筐体１３ｂの温度は低下し、比較的低温（例えば５５℃以下）に維持できる。すなわち、ケミカルヒートポンプ１０は、ＣＰＵ１１ａの高温動作時にはＣＰＵ１１ａから熱を奪うと共に筐体１３ｂに熱を逃がし、低温動作時にはＣＰＵ１１ａに熱を与えると共に筐体１３ｂから熱を奪う（冷却する）。

【0124】

（搭載例３）
図６を参照して、この搭載例では、電子機器がスマートフォン２０ｂであり、発熱部品がパワーマネージメントＩＣ１１ｂである。ケミカルヒートポンプ１０は、反応室１、凝縮蒸発室３およびこれらの間を連絡する連絡部５を含む。反応室１は、パワーマネージメントＩＣ１１ｂに対して熱的に結合されている。凝縮蒸発室３は、リチウムイオンバッテリ１３ａに対して熱的に結合されている。例えば、金属フィラーなどで熱伝導性を高めた接着剤を用いて、反応室１および凝縮蒸発室３をパワーマネージメントＩＣ１１ｂおよびリチウムイオンバッテリ１３ａにそれぞれ接着してよいが、これに限定されない。

【0125】

この搭載例では、パワーマネージメントＩＣ１１ｂが動作して発熱し、ある程度高い温度（使用する化学蓄熱材による）に達すると、パワーマネージメントＩＣ１１ｂから熱を奪って反応室１の化学蓄熱材の吸熱反応が進行し、この吸熱反応で発生した凝縮性成分は凝縮蒸発室３で凝縮してリチウムイオンバッテリ１３ａに熱を与え、これにより、パワーマネージメントＩＣ１１ｂの温度上昇を低減し、好ましくはパワーマネージメントＩＣ１１ｂの温度を安定化させて、パワーマネージメントＩＣ１１ｂを耐熱温度以下（例えば８５℃以下）に維持できる。その後、パワーマネージメントＩＣ１１ｂの動作がより低いレベルに変化ないし停止して、パワーマネージメントＩＣ１１ｂの温度がある程度低い温度まで低下すると、反応室１で化学蓄熱材の発熱反応が進行すると共に凝縮蒸発室３ではリチウムイオンバッテリ１３ａから熱を奪って凝縮性成分が蒸発し、これにより、パワーマネージメントＩＣ１１ｂの温度は若干上昇し、リチウムイオンバッテリ１３ａの温度は低下し、リチウムイオンバッテリ１３ａの寿命低下が問題とならない温度以下（例えば４０℃以下）に維持できる。すなわち、ケミカルヒートポンプ１０は、パワーマネージメントＩＣ１１ｂの高温動作時にはパワーマネージメントＩＣ１１ｂから熱を奪うと共にリチウムイオンバッテリ１３ａに熱を逃がし、低温動作時にはパワーマネージメントＩＣ１１ｂに熱を与えると共にリチウムイオンバッテリ１３ａから熱を奪う（冷却する）。

【0126】

（搭載例４）
図７を参照して、この搭載例では、電子機器がスマートフォン２０ｂであり、発熱部品が２つのパワーアンプ１１ｃおよび１１ｃ’である。第１のケミカルヒートポンプ１０は、反応室１、凝縮蒸発室３およびこれらの間を連絡する連絡部５を含む。第２のケミカルヒートポンプ１０’は、反応室１’、凝縮蒸発室３’およびこれらの間を連絡する連絡部５’を含む。反応室１は、パワーアンプ１１ｃに対して熱的に結合されている。反応室１’は、パワーアンプ１１ｃ’に対して熱的に結合されている。凝縮蒸発室３および３’は、筐体１３ｂに対して熱的に結合されている。例えば、金属フィラーなどで熱伝導性を高めた接着剤を用いて、反応室１および凝縮蒸発室３をパワーアンプ１１ｃおよび筐体１３ｂにそれぞれ接着し、反応室１’および凝縮蒸発室３’をパワーアンプ１１ｃ’および筐体１３ｂにそれぞれ接着してよいが、これに限定されない。

【0127】

この搭載例では、バンド１使用時にパワーアンプ１１ｃが動作して発熱し、ある程度高い温度（使用する化学蓄熱材による）に達すると、パワーアンプ１１ｃから熱を奪って反応室１の化学蓄熱材の吸熱反応が進行し、この吸熱反応で発生した凝縮性成分は凝縮蒸発室３で凝縮して筐体１３ｂに熱を与え、これにより、パワーアンプ１１ｃの温度上昇を低減し、好ましくはパワーアンプ１１ｃの温度を安定化させて、パワーアンプ１１ｃを耐熱温度以下（例えば８５℃以下）に維持できる。その後、バンド１からバンド２に切り替えて、パワーアンプ１１ｃの動作を停止すると共にパワーアンプ１１ｃ’を動作させる。すると、パワーアンプ１１ｃ’が動作して発熱し、ある程度高い温度（使用する化学蓄熱材による）に達すると、パワーアンプ１１ｃ’から熱を奪って反応室１’の化学蓄熱材の吸熱反応が進行し、この吸熱反応で発生した凝縮性成分は凝縮蒸発室３’で凝縮して筐体１３ｂに熱を与え、これにより、パワーアンプ１１ｃ’の温度上昇を低減し、好ましくはパワーアンプ１１ｃ’の温度を安定化させて、パワーアンプ１１ｃ’を耐熱温度以下（例えば８５℃以下）に維持できる。一方、パワーアンプ１１ｃの温度がある程度低い温度まで低下し、反応室１で化学蓄熱材の発熱反応が進行すると共に凝縮蒸発室３では筐体１３ｂから熱を奪って凝縮性成分が蒸発し、これにより、パワーアンプ１１ｃの温度は若干上昇し、筐体１３ｂの温度は低下する。これにより、筐体１３ｂを比較的低温（例えば５５℃以下）に維持できる。すなわち、ケミカルヒートポンプ１０および１０’は、バンド１とバンド２の切り替え使用により、高温動作時中のパワーアンプ１１ｃまたは１１ｃ’から熱を奪うと共に、停止中のパワーアンプ１１ｃまたは１１ｃ’に熱を与えて、筐体１３ｂへの熱の出入りを制御し得る。

【0128】

・シミュレーション
次に、いくつかのモデルに基づいて、熱収支のシミュレーションを行った。

【0129】

（シミュレーションモデル１）
既存のスマートフォンの構成を模したモデルに基づいて、まず、シミュレーションで使用する解析方法（各種条件を含む）の適否についてＣＰＵ発熱量１．８Ｗ（実測発熱量に等しい）の場合で検証し、次に、この解析方法に従って、比較例としてＣＰＵ発熱量７Ｗの場合でシミュレーションを行った。

【0130】

図８に示すように、本シミュレーションモデルで想定した電子機器モデル３０は、ＣＰＵ２１ａおよびパワーマネージメントＩＣ（ＰＭＩＣ）２１ｂが上面および下面にそれぞれ実装された電子回路基板２２と、バッテリ２４と、カメラユニット２５とが、シャーシ（上側熱伝導性部材）２３ａとバッテリカバー（下側熱伝導性部材）２３ｂとの間の内部空間に収容され、シャーシ２３ａの上面にディスプレイ２６を備える。カメラユニット２５は、電子回路基板２２、シャーシ２３ａおよびバッテリカバー２３ｂと接触する。バッテリ２４は、シャーシ２３ａおよびバッテリカバー２３ｂと接触する。電子回路基板２２は、バッテリ２４と接触せずに、バッテリカバー２３ｂと接触する（接触部は図示せず）。シャーシ２３ａはディスプレイ２６と接触し、ディスプレイ２６は周囲雰囲気（大気）２９に曝される。バッテリカバー２３ｂはその一部分が人体２８と接触し、残りの部分は周囲雰囲気（大気）２９に曝される。この電子機器モデル３０において熱の出入り可能な想定ルートは、図８中に両矢印にて示す通りである。

【0131】

電子機器モデル３０につき上述した各部材の寸法および発熱量を下記の表１の通り設定した（表１中、記号「−」は発熱量ゼロを意味する）。これら部材のうち、ＣＰＵ２１ａおよびＰＭＩＣ２１ｂが発熱部品であり、カメラユニット２５およびバッテリ２４も発熱部品であるが、ＣＰＵ２１ａおよびＰＭＩＣ２１ｂに比して発熱量が非常に小さい。

【0132】

【表1】

【0133】

これら各部材について、密度、比熱、熱伝導率等の物性値を、既存のスマートフォンに使用されている各部材に相当するように適宜設定し、ｍｃ値（質量と比熱の積）を算出して使用した。なお、密度および比熱は、温度によらず一定と仮定した。

【0134】

本シミュレーションにおける初期条件および境界条件は以下の通りとした。
初期条件：
周囲雰囲気（大気）２９は２５℃一定の温度とする。
各部材は全て２５℃の温度にあるものとする。
境界条件：
ＣＰＵ２１ａ、ＰＭＩＣ２１ｂ、カメラユニット２５、バッテリ２４は、ｔ＝０にて発熱を開始するものとする（発熱開始時点をｔ＝０とする）。
人体２８は３６℃一定の温度とし、ｔ＝０にてバッテリカバー２３ｂの露出表面の１／３が人体２８と接触（伝熱）するようになり、残りの２／３が周囲雰囲気（大気）２９に曝されるものとする。
ディスプレイ２６およびバッテリカバー２３ｂと周囲雰囲気（大気）２９との間の伝熱は対流伝熱および放射伝熱によるものとする。
その他、特に断りのない限り、伝熱は伝導伝熱によるものとする。

【0135】

ＣＰＵ発熱量１．８Ｗの場合（解析方法の検証）
既存のスマートフォンに使用されているＣＰＵの発熱量を実測したところ、約１．８Ｗであった。
そこで、まず、電子機器モデル３０におけるＣＰＵ２１ａの発熱量を１．８Ｗとして、
上述した各種条件／仮定を含む解析方法を適用して熱収支のシミュレーションを行った。このシミュレーションの結果、ＣＰＵ２１ａの温度は、ｔ＝約１００秒で約５０℃まで上昇し、ｔ＝約１０００秒で約６０℃まで上昇して擬定常状態となること、および、バッテリカバー２３ｂの温度はｔ＝約１０００秒で約４０℃まで上昇して擬定常状態となることが示された。
他方、既存のスマートフォンを同様の条件（周囲雰囲気２５℃、バッテリーカバー２３ｂの露出表面の１／３を体温約３６℃の人体と接触させるものとする）で使用して、ＣＰＵおよびバッテリカバー等の温度を実測したところ、擬定常状態におけるＣＰＵおよびバッテリカバーの温度はそれぞれ６２℃および３９℃であり、上記のシミュレーション値とほぼ同様であった。
従って、このシミュレーションで適用した解析方法は適切であることが確認された。

【0136】

ＣＰＵ発熱量７Ｗの場合（比較例）
電子機器モデル３０においてＣＰＵ２１ａの発熱量を未知数とし、上述した各種条件／仮定を含む解析方法を適用して、擬定常状態でＣＰＵ２１ａの温度が１３０℃となるＣＰＵ２１ａの発熱量をシミュレーションにより求めたところ７Ｗとなった。ＣＰＵの発熱量を７Ｗとすることは、ＣＰＵの通常の使用条件では想定され得ないほど厳しい条件である。
そして、電子機器モデル３０におけるＣＰＵ２１ａの発熱量を７Ｗと仮定して、上述した各種条件／仮定を含む解析方法を適用して熱収支のシミュレーションを行った。このシミュレーションの結果、ＣＰＵ２１ａの温度は、ｔ＝約１００秒で１００℃まで上昇し、ｔ＝約４００秒で約１２０℃まで上昇し、ｔ＝約１０００秒で約１３０℃の擬定常状態となること、および、バッテリカバー２３ｂの温度はｔ＝約１０００秒で約５３℃まで上昇することが示された。

【0137】

（シミュレーションモデル２）
本発明の電子機器の実施例の１つのモデルについてシミュレーションを行った。このモデルは、上記シミュレーションモデル１と同様にスマートフォンを模したものであるが、ケミカルヒートポンプを１つ搭載した点で大きく異なっている。本シミュレーションは、シミュレーションモデル１と同様の解析方法に従って、ＣＰＵ発熱量７Ｗの場合について行った。

【0138】

図９に示すように、本シミュレーションモデルで想定した電子機器モデル３１は、１つのケミカルヒートポンプ１０を追加して、反応室１をＣＰＵ２１ａに、凝縮蒸発室３をシャーシ（上側熱伝導性部材）２３ａにそれぞれ取り付けた点、およびシャーシ２３ａをバッテリ２４およびカメラユニット２５から離間させた点を除き、図８の電子機器モデル３０と同様である。この電子機器モデル３１において熱の出入り可能な想定ルートは、図９中に両矢印にて示す通りである。但し、この電子機器モデル３１において、反応室１は、他の部材から断熱した状態と、ＣＰＵ２１ａと熱的に結合した状態とで、切り替え可能なものとする。

【0139】

この電子機器モデル３１のうち、ケミカルヒートポンプ１０を除く各部材の寸法および発熱量（但し、ＣＰＵの発熱量は７Ｗのみ）、密度、比熱、熱伝導率等の物性値、ｍｃ値、初期条件および境界条件は、シミュレーションモデル１にて上述したものと同様とする。

【0140】

ケミカルヒートポンプ１０については、以下の通り設定および仮定する。
反応室１は、ＳＵＳ３０４から成る容器（外形寸法４０ｍｍ×４０ｍｍ×２．５ｍｍ、
壁厚さ０．２５ｍｍ）に硫酸カルシウムを５．２３５ｇ充填したものとする。凝縮蒸発室３は、ＳＵＳ３１６から成る容器（外形寸法１５ｍｍ×１５ｍｍ×１．５ｍｍ、壁厚さ０．２５ｍｍ）に蒸留水を０．３４６ｇ充填したものとする。反応室１および凝縮蒸発室３について、密度、比熱、熱伝導率等の物性値を各材質に応じて適宜設定し、ｍｃ値（質量と比熱の積）を算出して使用した。
反応室１とＣＰＵ２１ａとの間ならびに凝縮蒸発室３とシャーシ２３ａとの間の接触熱抵抗は無視する。
反応室１と凝縮蒸発室３との間を連絡する連絡部５について、これら部材間での伝熱は無視する。
硫酸カルシウム半水和物の吸熱反応および硫酸カルシウムの発熱反応について、既知の化学反応速度式（化学工学論文集、第３５巻、第４号、pp.390-395、2009年）を用いる。
硫酸カルシウム半水和物／硫酸カルシウムは、平均粒径０．８５ｍｍの球状粒子の形態を有するものとし、粒子の膨張収縮は無視する。
水蒸気について、移動拡散抵抗等は無視し、反応室内の温度および凝縮蒸発室内の温度は各容器温度と等しいものとし、凝縮蒸発室内の圧力は当該温度における飽和水蒸気の圧力とし、反応室内の圧力はこれと連絡している凝縮蒸発室内の圧力と等しいものとする。

【0141】

ＣＰＵ発熱量７Ｗの場合（実施例１）
電子機器モデル３１におけるＣＰＵ２１ａの発熱量を７Ｗと仮定して、上述した各種条件／仮定を含む解析方法を適用して熱収支のシミュレーションを行った。このシュミレーションでは、ケミカルヒートポンプ１０を放熱過程で、その後、蓄熱過程で作動させるものとした。このシミュレーションにおけるＣＰＵおよび反応室の温度の経時変化を、図１０のグラフおよび表に示す。具体的には、以下の通りである。

【0142】

まず、初期条件（ｔ＝０）より、ＣＰＵ２１ａの発熱量を７Ｗとして、ＣＰＵ２１ａの温度が１２０℃に達するまで、ケミカルヒートポンプ１０の反応室１を断熱状態として（ＣＰＵ２１ａから熱的に切り離して）発熱反応を進行させ（図１０中、記号（１）にて示す）、その後、反応室１とＣＰＵ２１ａとを熱的に結合させて熱交換（伝熱）を開始し、ＣＰＵ２１ａの温度が再び１２０℃に達するまでをシミュレーションした。このシミュレーションの結果、以下のことが示された。ｔ＝約２３０秒にてＣＰＵ２１ａの温度が１２０℃に達し、この間、反応室１では硫酸カルシウムが水蒸気と反応して平均１．７Ｗ程度で発熱すると共に凝縮蒸発室３では水の蒸発により潜熱２．１Ｗ程度で吸熱し、ｔ＝約２３０秒での反応室１の温度は７０℃まで上昇する（図１０中、記号（２）にて示す）。そして、ｔ＝約２３０秒にて、ＣＰＵ２１ａ（１２０℃）と反応室１（７０℃）とを熱的に結合させることにより、ＣＰＵ２１ａの温度はｔ＝約２４５秒にて８５℃まで低下する（図１０中、記号（３）にて示す）。その後も反応室１では硫酸カルシウムが水蒸気と反応して平均１．７Ｗ程度で発熱すると共に凝縮蒸発室３では水の蒸発により潜熱２．１Ｗ程度で吸熱し続け、ｔ＝約３６０秒で反応室１の温度が１０１℃となり（図１０中、記号（４）にて示す）、反応平衡圧力が凝縮蒸発室温度１６℃の飽和水蒸気圧に達するため、反応室１での吸熱反応が終了することとなる（反応率約９７％）。その後、ｔ＝５９０秒でＣＰＵ２１ａならびに反応室１（容器および内部）の温度が約１２０℃に達する（図１０中、記号（５）にて示す）。この間、凝縮蒸発室３では水の蒸発により潜熱２．１Ｗ程度で吸熱し続け、ｔ＝５９０秒にて、凝縮蒸発室３（容器および内部）、シャーシ２３ａ、ディスプレイ２６の温度が約１７℃に低下する。以上より、ｔ＝０〜３６０秒の間、ケミカルヒートポンプ１０は放熱過程で作動し（反応率約９７％）、ｔ＝０〜５９０秒の間、ＣＰＵ２１ａの温度を１２０℃以下とすることができる。

【0143】

引き続いて（ｔ＝５９０秒から引き続いて）、ＣＰＵ２１ａの発熱量を７Ｗとし、反応室１とＣＰＵ２１ａとを熱的に結合させたまま、１２０℃となった反応室１にて硫酸カルシウム半水和物が吸熱により水蒸気を生じ、反応率が９０％に達するまでをシミュレーションした。このシミュレーションの結果、以下のことが示された。反応室１にて硫酸カルシウム半水和物は平均１．３Ｗ程度で吸熱して水蒸気を放出（蓄熱）し続け、ｔ＝５９０〜１０４０秒（吸熱開始から４５０秒後まで）の間（図１０中、記号（６）にて示す）、ＣＰＵ２１ａならびに反応室１（容器および内部）の温度が約１２０℃に維持される。この間に発生した水蒸気は、凝縮蒸発室３へ移動し、水になる際に潜熱１．６Ｗ程度で放熱し、ｔ＝１０４０秒にて凝縮蒸発室３（容器および内部）、シャーシ２３ａ、ディスプレイ２６の温度が約２８℃まで上昇する。また、ｔ＝１０４０秒にてバッテリカバー２３ｂの温度は約５５℃に上昇する。以上より、ｔ＝５９０〜１０４０秒の間、ケミカルヒートポンプ１０は蓄熱過程で作動し（反応率９０％）、ＣＰＵ２１ａの温度を１２０℃に維持することができる。

【0144】

従って、本シミュレーションによれば、ケミカルヒートポンプ１０を搭載することにより、ＣＰＵの発熱量が７Ｗと極めて大きい極端な場合でも、ＣＰＵ発熱開始から約１０４０秒間もの間、ＣＰＵを１２０℃以下に保てることが判明した。

【0145】

（シミュレーションモデル３）
本発明の実施例のもう１つのモデルについてシミュレーションを行った。このモデルは、上記シミュレーションモデル１で用いたモデルと同様にスマートフォンを模したものであるが、ケミカルヒートポンプを２つ搭載した点で大きく異なっている。本シミュレーションは、シミュレーションモデル１と同様の解析方法に従って、ＣＰＵ発熱量７Ｗの場合について行った。

【0146】

図１１に示すように、本シミュレーションモデルで想定した電子機器モデル３２は、２つのケミカルヒートポンプ１０および１０’を追加して、反応室１をＣＰＵ２１ａに、反応室１’をバッテリカバー（下側熱伝導性部材）２３ｂにそれぞれ取り付け、凝縮蒸発室３および３’を相互に取り付けた点を除き、図８の電子機器モデル３０と同様である。この電子機器モデル３２において熱の出入り可能な想定ルートは、図１１中に両矢印にて示す通りである。

【0147】

この電子機器モデル３２のうち、ケミカルヒートポンプ１０および１０’を除く各部材の寸法および発熱量（但し、ＣＰＵの発熱量は７Ｗのみ）、密度、比熱、熱伝導率等の物性値、ｍｃ値、初期条件および境界条件は、シミュレーションモデル１にて上述したものと同様とする。

【0148】

ケミカルヒートポンプ１０および１０’については、以下の通り設定および仮定し、特段断りのない限り、シミュレーションモデル２にてケミカルヒートポンプ１０について上述したものと同様の設定および仮定が当て嵌まる。（但し、反応室１へ仕込む化学物質は硫酸カルシウム半水和物（硫酸カルシウム換算で５．２３５ｇ）とし、反応室１’に仕込む化学物質は硫酸カルシウム（５．２３５ｇ）とする。）
反応室１とＣＰＵ２１ａとの間、反応室１’とバッテリカバー２３ｂとの間、ならびに凝縮蒸発室３と凝縮蒸発室３’との間の接触熱抵抗は無視する。
反応室１と凝縮蒸発室３との間を連絡する連絡部５、ならびに反応室１’と凝縮蒸発室３’との間を連絡する連絡部５’について、これら部材間での伝熱は無視する。
凝縮蒸発室３および凝縮蒸発室３’は、他の部材から断熱した状態にあるものとする。

【0149】

ＣＰＵ発熱量７Ｗの場合（実施例２）
電子機器モデル３２におけるＣＰＵ２１ａの発熱量を７Ｗと仮定して、上述した各種条件／仮定を含む解析方法を適用して熱収支のシミュレーションを行った。このシュミレーションでは、最初、ケミカルヒートポンプ１０および１０’を作動させず、次に、ケミカルヒートポンプ１０を放熱過程で作動させると同時にケミカルヒートポンプ１０’を放熱過程で作動させるものとした。具体的には、以下の通りである。

【0150】

まず、初期条件（ｔ＝０）より、ＣＰＵ２１ａの発熱量を７Ｗとして、ケミカルヒートポンプ１０および１０’を作動させずに、ＣＰＵ２１ａの温度が１２０℃に達するまでをシミュレーションした。この結果、ｔ＝８００秒で、ＣＰＵ２１ａならびに反応室１（容器および内部）の温度が１２０℃に上昇した。

【0151】

その後（ｔ＝８００秒から引き続いて）、ＣＰＵ２１ａの発熱量を７Ｗとし、１２０℃
となった反応室１にて硫酸カルシウム半水和物が吸熱により水蒸気を生じ、反応率が１００％に達するまでをシミュレーションした。このシミュレーションの結果、以下のことが示された。反応室１にて硫酸カルシウム半水和物は平均１．３Ｗ程度で吸熱して水蒸気を放出（蓄熱）し続け、ｔ＝８００〜１３００秒（吸熱開始から５００秒後まで）の間、ＣＰＵ２１ａならびに反応室１（容器および内部）の温度が約１２０℃に維持される。この間に発生した水蒸気は、凝縮蒸発室３へ移動し、水になる際に潜熱１．６Ｗ程度で放熱するが、凝縮蒸発室３はこれと熱的に結合されている凝縮蒸発器３’により冷却され、約２５℃に維持される。以上より、ｔ＝８００〜１３００秒の間、ケミカルヒートポンプ１０は蓄熱過程で作動し（反応率１００％）、ＣＰＵ２１ａの温度を１２０℃に維持することができる。

【0152】

同時に（ｔ＝８００秒から引き続いて）、凝縮蒸発器３’にて水が蒸発し、ｔ＝１３００秒に達するまでをシミュレーションした。このシミュレーションの結果、以下のことが示された。凝縮蒸発器３’にて水が水蒸気になる際に潜熱２．１Ｗ程度で吸熱し、これにより発生した水蒸気は、反応室１’へ移動し、硫酸カルシウムと反応して１．７Ｗ程度で発熱（放熱）する。ｔ＝１１９０秒（発熱開始から３９０秒）で、反応率１００％に達し、反応室１’での放熱が終了する。ｔ＝８００〜１１９０秒の間、凝縮蒸発室３’（容器および内部）の温度は約２５℃に維持される。バッテリーカバー２３ｂの温度は、硫酸カルシウム／硫酸カルシウム半水和物の顕熱効果もあり、ｔ＝１３００秒にて約５２℃までの上昇に留まる。これは、上述したシミュレーションモデル１の比較例におけるバッテリカバー２３ｂの温度より１℃低い。以上より、ｔ＝８００〜１１９０秒の間、ケミカルヒートポンプ１０’は放熱過程で作動する（反応率１００％）。

【0153】

従って、本シミュレーションによれば、ケミカルヒートポンプ１０および１０’を搭載することにより、ＣＰＵの発熱量が７Ｗと極めて大きい極端な場合でも、ＣＰＵ発熱開始から約１３００秒間もの間、ＣＰＵを１２０℃以下に保てることが判明した。

【産業上の利用可能性】

【0154】

本発明は、例えばスマートフォン、携帯電話、タブレット型端末、ラップトップ型パソコン、携帯型ゲーム機、携帯型音楽プレイヤー、デジタルカメラなどのモバイル型電子機器において好適に利用され得るが、これらに限定されるものではない。

【0155】

本願は、２０１２年８月３日付けで出願された特願２０１２−１７３０４２に基づく優先権を主張し、その記載内容の全てが、参照することにより本明細書に援用される。

【符号の説明】

【0156】

１、１ａ、１ｂ、１’ 反応室
２ａ 固相（化学蓄熱材を含む）
２ｂ 気相（凝縮性成分を含む）
３、３ａ、３ｂ、３’ 凝縮蒸発室
４ａ 気相（凝縮性成分を含む）
４ｂ 液相（凝縮性成分を含む）
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５’ 連絡部
１０、１０’ ケミカルヒートポンプ（デバイス）
１１ 発熱部品
１３ 熱伝導性部材
２０、２１、２２、２３、２４ 電子機器
２１ａ ＣＰＵ
２１ｂ パワーマネージメントＩＣ
２２ 電子回路基板
２３ａ シャーシ
２３ｂ バッテリカバー
２４ バッテリ
２５ カメラユニット
２６ ディスプレイ
２８ 人体
２９ 周囲雰囲気（大気）
３０、３１、３２ 電子機器モデル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】