JP3805723B2 - 電子素子の冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートパイプおよび送風ファンが用いられている冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどの電子装置に内蔵されている各種の電子素子は、不可避的な内部抵抗があるので、通電して動作させることにより発熱し、その結果、ある程度以上に温度が上昇すると、動作が不安定になり、ついには動作不良を起こしてしまう。そのため、電子素子の冷却のための種々の装置が開発されており、例えば電子素子にヒートシンクを直接取り付けて放熱面積を増大させる装置や、そのヒートシンクにマイクロファンを取り付けて強制空冷する装置などが開発されている。
【０００３】
これらの冷却装置は、電子素子の実質的な放熱面積をヒートシンクによって増大させることにより、電子素子からの放熱量を増大させて、電子素子の過熱を防止する構造である。したがって、冷却に使用される空気は、電子素子の周囲の空気に限られる。そのため、電子素子が収容されている筐体の内容積が小さい場合には、その内部温度が次第に上昇し、電子素子を充分に冷却できなくなる事態が生じる。
【０００４】
その典型的な例が、ノート型パソコン等の小型のデータ処理装置であり、この種の装置では、携帯性や搬送性を重視して可及的に小容積の筐体を使用するから、電子素子の周囲の空間部分が極めて限られたものとなる。そのために、電子素子の周囲に放熱するのでは、筐体内の空気の熱容量が少ないことにより充分な冷却をおこなうことができない。言い換えれば、使用可能な電子素子が冷却装置の冷却能力で制限されてしまう。
【０００５】
そこで従来では、電子素子などの発熱体から離れた箇所で、外気に放熱させることにより、電子素子の冷却をおこなう冷却装置が開発されている。この種の冷却装置は、冷却対象物である電子素子と放熱部とが離隔しているので、両者の間で効率よく熱を伝達する必要がある。そのために、アルミニウムなどの熱伝導性の高い伝熱板の上に発熱体を接触させるとともに、その伝熱板の他の部分にヒートシンクを取り付けた構成としている。また、その伝熱板による熱の伝導を補助するために、伝熱板にヒートパイプを沿わせて配置することもおこなわれている。
【０００６】
そのヒートパイプは、密閉した容器（コンテナ）の内部に、水やアルコールなどの凝縮性の流体を作動流体として封入し、外部からの入熱によってその作動流体を蒸発させるとともに、その蒸気を低温・低圧部に流動させた後、放熱させて凝縮させ、さらにその液化した作動流体を蒸発の生じる箇所に、毛細管圧力などによって還流させるように構成した伝熱装置である。そのコンテナとしては必要に応じて各種のものを採用することができ、例えばヒートパイプは、中空平板構造のコンテナによって密閉された空間部を形成し、その空間部に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で凝縮性の流体を作動流体として封入したものである。この種のヒートパイプは、熱交換対象物との接触面積が広くなり、その結果、熱伝達性能あるいは熱交換性能が向上することができるなどの利点がある。
【０００７】
上記のようなヒートパイプを利用した冷却装置であれば、電子素子で発生する熱が伝熱板を介して、熱輸送能力に優れるヒートパイプに伝達されて放熱機構まで運ばれ、その後、空気流によって電子素子から離れた箇所に放熱されるので、電子素子の温度上昇を抑制することができる。
【０００８】
上記のような冷却装置の冷却効率を更に向上させる一例として、ヒートパイプにフィンを設けて、前記フィンの設けられている部分をファンの吹き出し口に沿うように配置した構造の冷却装置がある。このような構造の冷却装置であれば、前記フィンによって放熱面積を増加することができるので、冷却効率を更に向上させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近では、コンピュータなどの電子機器の性能向上が顕著なため、電子素子の性能も向上し、それに伴って、電子素子の発熱量も増加している。このため、冷却装置の冷却効率を更に向上させることが望まれていた。
【００１０】
この発明は、上記の事情を背景にしてなされたものであり、冷却効率が良好な電子素子の冷却装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【発明を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、ヒートパイプによって熱輸送し、ファンによる送風で強制冷却をおこなう電子素子の冷却装置において、前記ファンのハウジングに、ブレードの回転方向に並べて複数の吹き出し部が形成され、この各吹き出し部に対応して少なくとも１本のヒートパイプが設けられ、かつ各ヒートパイプの一方の端部周縁が、前記吹き出し部に対向するように配置されるとともに、前記各ヒートパイプの他方の端部周縁の少なくとも一部分が連結されて、電子素子と接触する入熱部が形成され、さらに、前記ファンおよび前記ヒートパイプがフレームに連結されて一体化されるとともに、前記ヒートパイプが扁平形状に形成されていることを特徴とする電子素子の冷却装置である。
【００１２】
したがって、請求項１の発明によれば、冷却装置の入熱部が、各ヒートパイプの端部周縁同士を連結することによって形成されている。この入熱部に電子素子が取り付けられる。そのため、電子素子に通電して生じた熱が入熱部に伝達される。入熱部に熱が伝達されると、各ヒートパイプの内部の作動流体が蒸発し、その蒸気が温度および圧力の低い、各ヒートパイプの他方の端部周縁の放熱部に流動する。そして、この各放熱部に対向しているファンの複数の吹き出し部からの送風によって、作動流体の有する熱が放熱される。したがって、電子素子に生じた熱が、複数のヒートパイプの各放熱部に分散され、その後ファンの各吹き出し部からの送風によって強制冷却される。
【００１４】
したがって、請求項１の発明によれば、上記の作用に加えて、フレームに前記ファンおよび前記各ヒートパイプとが連結されて、一体に形成されている。そのため、前記各ヒートパイプの放熱部と前記ファンの吹き出し部とが、フレームによって固定される。また、前記各ヒートパイプの一方の端部周縁同士がフレームによって連結され入熱部が形成される。
【００１５】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記吹き出し部に対向するように配置されているヒートパイプの一方の端部周縁に、一体化させた放熱フィンが配置されていることを特徴とする電子素子の冷却装置である。
【００１６】
したがって、請求項２の発明によれば、請求項１の作用に加えて、前記吹き出し部に対向するように配置されているヒートパイプの一方の端部周縁に放熱フィンが設けられているので、前記ヒートパイプの放熱面積が増加されている。そのため、前記吹き出し口から前記各ヒートパイプの一方の端部周縁に対して送風されると、効率よく強制冷却される。
【００１７】
また、請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記ハウジングが多角形状に形成され、前記吹き出し部が前記多角形状の連続する二つの側面にそれぞれ設けられるとともに、上下面に開口が設けられて、前記ファンの吸気口とされていることを特徴とする電子素子の冷却装置である。
【００１８】
したがって、請求項３の発明によれば、請求項１または２の作用に加えて、前記ハウジングが多角形状に形成されて、前記吹き出し部が前記多角形状の連続する二つの側面にそれぞれ設けられ、さらに前記ハウジングの上下面に吸気口が設けられている。そのため、前記ファンを起動すると、前記ハウジングの上下方向から吸気が行われて二方向に送風される。その後、前記吹き出し部に対向するように、前記ヒートパイプの一方の端部周縁が配置されているので強制冷却される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の具体例を説明する。ここに示す例は、この発明の冷却装置を図示しないノートブック型パソコンに適用した例である。なお、この発明はこのノートブック型パソコンに限定されず、適宜の機器に適用することができる。
【００２０】
前記図示しないノートブック型パソコンの内部には、冷却装置１が配置されている。この冷却装置１には、二本のヒートパイプ２と全体形状が正方形に形成されているファン３とが設けられている。ここに示すヒートパイプ２は、気密状態に密閉したコンテナ（中空密閉容器）の内部に、空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で水などの凝縮性の流体を作動流体として封入し、さらに前記作動流体を還流するためのウイックが設けられている熱伝導装置である。
【００２１】
冷却装置１は、フレーム４にヒートパイプ２とファン３とが連結されて構成されている。ファン３は、フレーム４のファン装着部４Ａに連結されている。このフレーム４としては、アルミニウムをダイカスト鋳造によって形成したものが例示されるが、他の材料が他の製造方法で形成されていてもよい。このフレーム４には屈曲した溝が形成されている。この溝に扁平形状に形成された二本のヒートパイプ２の一方の各端部周縁が収納されて、カバープレート５が被せられ入熱部６とされている。なお、このヒートパイプの本数は複数本であればよく、必要に応じて適宜の本数とすることができる。また、カバープレート５の材料としては、銅が例示されるが他の材料で形成されていてもよい。入熱部６には、電子素子７が取り付けられており、熱伝達可能とされている。この電子素子７にはＣＰＵが例示されるが、この発明で対象とする電子素子はＣＰＵに限定されないのであって、通電して動作することにより発熱する広く一般の電子素子を含んでいる。
【００２２】
更にヒートパイプ２の近傍には、ファン３が設置されていて、適宜の手段によってフレーム４に固定されている。このファン３は、中空平板状のハウジング８と、ハウジングの内部に収容された回転駆動するブレード９とを備えたいわゆる横型軸流ファンが採用されている。また、ブレード９の回転軸の軸線方向の上下方向であるハウジング８の上下面には、円形状に開口した二つの吸込口８Ａ，８Ｂが形成されている。
【００２３】
二本のヒートパイプ２の他方の端部周縁は、ファン３の外側部分であるハウジング８に沿って、それぞれ屈曲あるいは湾曲している。このハウジング８は多角形状の一例として直方体に形成されており、その側面部の四面のうち、直角を形成している二面に矩形状の開口部が設けられている。
【００２４】
この開口部が、ファン３の空気を送り出す吹出口１０および吹出口１１とされている。言い換えると、直方体のハウジング８におけるブレード９の半径方向に、連続して吹出口１０と吹出口１１とが直角に形成されている。
【００２５】
この吹出口１０および吹出口１１に対して、前記ヒートパイプ２の他方の端部周縁が沿うように設置されて、それぞれ放熱部１２および放熱部１３とされている。放熱部１２および放熱部１３には、熱伝導率が大きくかつ加工性の良好なアルミニウム等で形成された薄板状の放熱フィン１４が平行に配置されている。この放熱フィン１４とヒートパイプ２とは、ハンダ付けで固定されている。
【００２６】
したがって、放熱フィン１４の間隙によって形成されている放熱部１２および放熱部１３の通風路同士が直角を成している。なお、ヒートパイプ２と放熱フィン１４との固定方法は、ハンダ付けに限定されず、他の方法でもよい。
【００２７】
したがって、上記の冷却装置１によれば、冷却装置１の入熱部６が、各ヒートパイプ２の端部周縁同士を連結することによって形成されている。この入熱部６に電子素子７が取り付けられる。そのため、電子素子７に通電して生じた熱が入熱部６に伝達される。入熱部６に熱が伝達されると、各ヒートパイプ２の内部の作動流体が蒸発し、その蒸気が温度および圧力の低い、各ヒートパイプ２の他方の端部周縁の放熱部１２および１３に流動する。そして、この放熱部１２および１３に対向しているファン３の吹出口１０および吹出口１１からの送風によって、作動流体の有する熱が放熱される。
【００２８】
したがって、電子素子７に生じた熱が、各ヒートパイプ２の放熱部１２および１３に分散され、その後ファン３の吹出口１０および吹出口１１からの送風によって強制冷却される。
【００２９】
また、フレーム４にファン３および各ヒートパイプ２とが連結されて、一体に形成されている。そのため、ヒートパイプ２の放熱部１２および１３とファン３の吹出口１０および吹出口１１とが、フレーム４によって固定される。また、前記各ヒートパイプ２の一方の端部周縁同士がフレーム４によって連結され入熱部６が形成される。
【００３０】
また、吹出口１０および吹出口１１に対向するように配置されている各ヒートパイプ２の放熱部１２および１３に放熱フィン１４が設けられているので、前記ヒートパイプ２の放熱面積が増加されている。したがって、ファン３を駆動させると、パソコンケースの内部の空気が、ハウジング８の内側に入り込むとともに、吹出口１０および吹出口１１からヒートパイプ２に向けて供給され、各放熱フィン１４同士の間を通過して効率よく強制冷却される。
【００３１】
また、前記ハウジングが多角形状に形成されて、前記吹き出し部が前記多角形状の連続する二つの側面にそれぞれ設けられ、さらに前記ハウジングの上下面に吸気口が設けられている。そのため、前記ファンを起動すると、前記ハウジングの上下方向から吸気が行われて二方向に送風される。その後、前記吹き出し部に対向するように、前記ヒートパイプの一方の端部周縁が配置されているので強制冷却される。
【００３２】
上述の冷却装置１によると、電子素子７に生じた熱を、二本のヒートパイプ２の放熱部１２および１３に分散することができる。そのため、放熱面積を増加することができる。その結果、電子素子７に生じた熱を効率よく放熱することができる。さらに、その後この放熱部１２および１３を、ファン３の吹出口１０および吹出口１１からの送風によって、それぞれ強制冷却することができる。したがって、電子素子７に生じた熱を、分散して強制冷却することができるので、冷却装置１の冷却効率を向上することができる。
【００３３】
また、フレーム４にファン３および各ヒートパイプ２とが連結されて、一体に形成されていることにより、冷却装置１をコンパクト化することができる。そのため、冷却性能が高いうえに全体としての構成がコンパクト化されるので、冷却装置１の配置の自由度を向上することができる。
【００３４】
また、ヒートパイプ２の放熱部１２および１３に放熱フィン１４が設けられているので、前記ヒートパイプ２の放熱面積をさらに増加することができる。したがって、冷却装置１の冷却効率をさらに向上することができる。
【００３５】
また、ハウジング８が四角形状に形成されて、吹出口１０および１１が前記四角形状の直角を成す二つの辺にそれぞれ設けられ、さらに前記ハウジング８の上下面に吸込口８Ａおよび８Ｂが設けられている。そのため、前記ファン３を起動すると、前記ハウジングの上下方向から吸気が行われて、パソコンケースの内部の空気がハウジング８の内側に入り込むとともに、直角を成す二方向に送風することができる。その結果、放熱部１２および１３を同時に強制冷却することができる。
【００３６】
なお、上記の冷却装置では、ファン３をマイクロファンとしたが、この発明の冷却装置の冷却用ファンは、マイクロファンに限定されない。例えば、シロッコファンなどの多翼ファンでもよい。要は、送風できるファンならばよい。したがって、この発明の冷却装置は、設計や仕様に応じて任意のファンを適用することができる。
【００３７】
また、上記の冷却装置１では、ファン３に矩形状の吐出口１０および１１が直角に配置されたが、この発明の冷却装置のファンは、上記の吐出口の形状および配置に限定されず、この吐出口の形状および配置、さらに吐出口の個数も適宜のものとすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、電子素子に生じた熱を、複数本のヒートパイプの各放熱部に分散することができる。そのため、放熱面積を増加することができる。その結果、電子素子に生じた熱を効率よく放熱することができる。さらに、各放熱部を、ファンの各吹出口の送風によって、それぞれ強制冷却することができる。したがって、電子素子に生じた熱を、分散して強制冷却することができるので、冷却装置の冷却効率を向上することができる。
【００３９】
また、請求項１の発明によれば、上記の効果に加えて、フレームに前記ファンおよび前記複数のヒートパイプとが連結されて、一体に形成されていることにより、冷却装置をコンパクト化することができる。そのため、冷却性能が高いうえに全体としての構成がコンパクト化されるので、冷却装置の配置の自由度を向上することができる。
【００４０】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、ヒートパイプの各放熱部に放熱フィンが設けられているので、前記各ヒートパイプの放熱面積をさらに増加することができる。したがって、冷却装置の冷却効率をさらに向上することができる。
【００４１】
また、請求項３の発明によれば、請求項１または２の効果に加えて、前記ファンのハウジングが多角形状に形成されて、吹出口が前記多角形状の直角を成す二つの辺にそれぞれ設けられ、さらに前記ハウジングの上下面に吸込口が設けられている。そのため、前記ファンを起動すると、前記ハウジングの上下方向から吸気が行われて、空気が前記ハウジングの内側に入り込むとともに、直角を成す二方向に送風することができる。その結果、各放熱部を同時に強制冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る冷却装置の一具体例を示す平面図である。
【図２】 図１に示す冷却装置の背面図である。
【符号の説明】
１…冷却装置、 ２…ヒートパイプ、 ３…ファン、 ４…フレーム、 ６…入熱部、 ７…電子素子、 ８…ハウジング、 ８Ａ，８Ｂ…吸込口、 ９…ブレード、 １０，１１…吹出口、 １２，１３…放熱部、 １４…放熱フィン。

Claims (3)

1. ヒートパイプによって熱輸送し、ファンによる送風で強制冷却をおこなう電子素子の冷却装置において、
   前記ファンのハウジングに、ブレードの回転方向に並べて複数の吹き出し部が形成され、この各吹き出し部に対応して少なくとも１本のヒートパイプが設けられ、かつ各ヒートパイプの一方の端部周縁が、前記吹き出し部に対向するように配置されるとともに、前記各ヒートパイプの他方の端部周縁の少なくとも一部分が連結されて、電子素子と接触する入熱部が形成され、さらに、前記ファンおよび前記ヒートパイプがフレームに連結されて一体化されるとともに、前記ヒートパイプが扁平形状に形成されていることを特徴とする電子素子の冷却装置。
2. 前記吹き出し部に対向するように配置されているヒートパイプの一方の端部周縁に、一体化させた放熱フィンが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子素子の冷却装置。
3. 前記ハウジングが多角形状に形成され、前記吹き出し部が前記多角形状の連続する二つの側面にそれぞれ設けられるとともに、上下面に開口が設けられて、前記ファンの吸気口とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子素子の冷却装置。

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