JP2000252671A - 冷却装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子機器が備える特定の発熱部だけを、外気
などを当てることなく効果的に冷却できるようにする。 【解決手段】 発熱面２の発熱温度により気化する液体
が貯蔵された液体貯蔵手段２１と、液体貯蔵手段２１に
貯蔵された液体を発熱面２ａに噴射させる噴射手段２
２，２３と、発熱面２ａに噴射された液体が気化したも
のが供給されてその気体が持つ熱を外部に放出する熱交
換手段３０と、熱交換手段３０での熱の放出により液化
したものを回収して液体貯蔵手段２１に供給する液体回
収手段１４，１５とを備えて、これらの手段を密閉され
た空間内に形成して、液体及び気体を循環させて、気化
熱を利用して発熱面だけを効率良く冷却するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばパーソナル
コンピュータ装置に内蔵されたマイクロプロセッサのよ
うな部材の冷却に適用して好適な冷却装置及びこの冷却
装置を備えた電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、パーソナルコンピュータ装置等が
備えるマイクロプロセッサは、動作中の発熱量が大き
く、一般には何らかの冷却装置を取付けて冷却するよう
にしてある。例えば、モータにより回転するファンをマ
イクロプロセッサの近傍に配置して、そのファンの回転
で、マイクロプロセッサの近傍の空気を、コンピュータ
装置の外部に排出させて、マイクロプロセッサを冷却さ
せる構成としたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ファンを使用した冷却装置で、ある程度の冷却効果を得
るためには、比較的大型のファンが必要であり、発熱箇
所が比較的小面積であっても冷却装置は比較的大型にな
ってしまう問題がある。また、このようなファンを使用
した冷却装置は、ファンの回転に伴ってある程度の騒音
が発生する問題がある。

【０００４】また、冷却のために外気を取り込んで、フ
ァンなどで直接マイクロプロセッサなどの発熱した箇所
に外気を当てる構成とした場合、例えば機器が設置され
た場所の空気が汚れた環境であるとき、マイクロプロセ
ッサなどにチリやほこりが吹きつけられることになり、
機器の動作信頼性の点から好ましくない状態になってし
まう。

【０００５】また、ヒートパイプなどを使用してマイク
ロプロセッサなどの発熱箇所の熱を機器の外部に排出さ
せるような冷却機構もあるが、冷却効率の点から十分で
はなかった。

【０００６】なお、ここではコンピュータ装置のマイク
ロプロセッサを例にして説明したが、その機器の動作中
に特定の箇所が発熱する種々の電子機器に同様な問題が
存在する。

【０００７】本発明の目的は、電子機器が備える発熱部
を、外気などを当てることなく効果的に冷却できるよう
にすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の冷却装置は、発
熱面の発熱温度により気化する液体が貯蔵された液体貯
蔵手段と、液体貯蔵手段に貯蔵された液体を発熱面に噴
射させる噴射手段と、発熱面に噴射された液体が気化し
たものが供給されてその気体が持つ熱を外部に放出する
熱交換手段と、熱交換手段での熱の放出により液化した
ものを回収して液体貯蔵手段に供給する液体回収手段と
を備えて、これらの手段を密閉された空間内に形成し
て、液体及び気体の循環で冷却するようにしたものであ
る。

【０００９】本発明の冷却装置によると、噴射手段によ
り噴射された液体が発熱面の熱で気化し、この気化する
ときの気化熱で発熱面の熱が奪われる。そして、気化さ
れたものの熱が熱交換手段で外部に排出されると共に、
この熱の排出で再び液化し、液化した液体が液体回収手
段で回収されて貯蔵手段に戻って、再び噴射される循環
経路が形成され、その循環経路内において、発熱面での
気化と熱交換手段での液化を繰り返すことで、発熱体だ
けを冷却する動作が行われる。

【００１０】本発明の電子機器は、機器の作動により発
熱する特定箇所を備えた機器において、特定箇所の発熱
温度により気化する液体が貯蔵された液体貯蔵手段と、
液体貯蔵手段に貯蔵された液体を特定箇所の発熱面に噴
射させる噴射手段と、発熱面に噴射された液体が気化し
たものが供給されてその気体が持つ熱を外部に放出する
熱交換手段と、熱交換手段での熱の放出により液化した
ものを回収して液体貯蔵手段に供給する液体回収手段と
を備えたものである。

【００１１】本発明の電子機器によると、噴射手段によ
り噴射された液体が特定箇所の熱で気化し、この気化す
るときの気化熱で発熱した箇所の熱が奪われる。そし
て、気化されたものの熱が熱交換手段で外部に排出され
ると共に、この熱の排出で再び液化し、液化した液体が
液体回収手段で回収されて貯蔵手段に戻って、再び噴射
される循環経路が形成され、その循環経路内において、
発熱箇所での気化と熱交換手段での液化を繰り返すこと
で、機器内の発熱した特定箇所だけを冷却する動作が行
われる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を、
添付図面を参照して説明する。

【００１３】本実施の形態においては、内部に発熱体を
備えた電子機器としたものである。即ち、例えば図３に
示すように、ここでは電子機器としていわゆるデスクト
ップ型のパーソナルコンピュータ装置１００に適用した
例としてある。このパーソナルコンピュータ装置１００
は、本体１０１とディスプレイ部１０２とキーボード部
１０３などで構成され、例えば本体１０１の内部に配置
した回路基板１の所定位置にマイクロプロセッサ２が配
置してある（図３ではマイクロプロセッサ２は破線で示
す）。

【００１４】マイクロプロセッサ２は、パーソナルコン
ピュータ装置１００を作動させたとき、装置内で必要な
演算処理を実行する半導体素子の１つであり、作動中に
は比較的高い温度に発熱する発熱体となる。ここで本例
においては、このマイクロプロセッサ２の周囲に本例の
冷却部１０を配置して、この冷却部１０でマイクロプロ
セッサ２で生じた熱をコンピュータ装置１００の外部に
排出させる構成としてある。

【００１５】図１は、マイクロプロセッサ２の周囲に構
成された冷却部１０の全体構成を断面で示す図である。
回路基板１の上にマイクロプロセッサ２が取付けてあ
り、このマイクロプロセッサ２の上面２ａには、発熱面
密閉部１１が取付けてある。この発熱面密閉部１１に
は、噴射部収納部１７が接続してあり、この噴射部収納
部１７のノズル部１８から上面２ａにほぼ垂直に液体が
噴射される構成としてある。この噴射させる構成の詳細
については後述するが、ここではマイクロプロセッサ２
の上面２ａの発熱温度で気化し、常温で液化する液体を
噴射するようにしてある。

【００１６】マイクロプロセッサ２が作動中である場合
には、発熱面密閉部１１内でマイクロプロセッサ２の上
面２ａに噴射された液体は、この面２ａの熱で気化す
る。発熱面密閉部１１の上側には、この気化した熱を輸
送する気体輸送路１２の一端が接続してある。ここでは
気体輸送路１２として中空のパイプで構成してある。

【００１７】気体輸送路１２の他端は、熱交換部１３に
接続してある。この熱交換部１３内には、メッシュ状の
金属などが配置された液体回収部１４が設けてある。こ
の液体回収部１４に隣接した冷却部１０の外側には、外
部放熱部３０が配置してある。この外部放熱部３０は、
例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で構成し
てあり、複数枚の放熱用フィン３１が配置してある。こ
の放熱用フィン３１は、例えばこの冷却部１０が設置さ
れた機器（ここではパーソナルコンピュータ装置１００
の本体１０１）の背面などの外側に露出させてあり、熱
交換部１３の内部の温度の方が周囲温度よりも高いと
き、その内部の熱が機器の外側に放熱される。

【００１８】この放熱が熱交換部１３で行われること
で、液体回収部１４では気体の熱が奪われて液化する。
ここで、液体回収部１４には中空パイプなどで構成され
る液体輸送路１５の一端が接続してあり、この液体輸送
路１５の他端が噴射部収納部１７内の液体貯蔵部２１に
接続してあり、液体回収部１４で回収（液化）した液体
を、液体貯蔵部２１に輸送して貯蔵させる。

【００１９】また、熱交換部１３には中空パイプなどで
構成される気体輸送路１６の一端も接続してあり、この
気体輸送路１６の他端についても噴射部収納部１７内に
接続してある。

【００２０】次に、図２を参照して液体貯蔵部２１に貯
蔵された液体を、発熱部に噴射する構成について説明す
る。図２は噴射部２０の近傍を拡大して示す断面図であ
る。本例の噴射部２０内には、圧電膜２２が振動できる
状態に配置してあり、コンピュータ装置本体１０１内に
設けられた駆動回路４０から印加される駆動信号によ
り、圧電膜２２は逆圧電効果で歪み（即ち印加された信
号により圧電膜２２を構成する材質が歪む状態が発生し
て歪み）、その歪みの発生で振動するようにしてある。
駆動回路４０から供給される駆動信号については、ここ
では比較的高い周波数のパルス状の交流信号としてあ
り、この駆動信号を供給することで、圧電膜２２が対応
した周波数で振動するようになる。

【００２１】この圧電膜２２を振動可能に配置した位置
の近傍には、液体貯蔵部２１に接続された液体供給ノズ
ル２１ａが配置してあり、圧電膜２２を振動させたと
き、圧電膜２２の周囲の圧力変化で、液体供給ノズル２
１ａから貯蔵された液体が吸い出されて、その吸い込ま
れた液体が噴射部２０に設けた内部ノズル部２３からマ
イクロプロセッサ２側に噴出する構成としてある。即
ち、図２に示すように、圧電膜２２への駆動信号の印加
で、圧電膜２２が噴射位置から離れた位置（図２では右
側）に歪んだ状態２２ａであるとき、圧電膜２２と内部
ノズル部２３との間の空間が広がる状態になって、その
部分の圧力が低下して、液体供給ノズル２１ａの先端か
ら液体が吸い出される。この状態から、圧電膜２２への
逆方向の電圧の駆動信号の印加で、圧電膜２２が噴射位
置に近い位置（図２では左側）に歪んだ状態２２ｂとな
ったとき、圧電膜２２と内部ノズル部２３との間の空間
が狭くなる状態になって、その部分の圧力が高くなり、
その圧力上昇で噴射部２０の内部に吸い出された液体が
内部ノズル部２３の先端から矢印ａで示すように噴出す
るようになる。

【００２２】ここで、内部ノズル部２３は、噴射部収納
部１７のノズル部１８の内部に配置してあり、噴射部収
納部１７内の空気が矢印ｂで示すように同時に吸い出さ
れて、液体と気体が混合した飛翔体としてノズル部１８
から噴出して、マイクロプロセッサ２の面２ａに吹きつ
けられる構成としてある。

【００２３】なお、この冷却部１０の内部に充填される
液体としては、マイクロプロセッサ２の上面２ａの発熱
温度で気化し、常温で液化するを使用する。ここで本例
の場合には、噴出させた液体がマイクロプロセッサ２の
表面と接触するので、マイクロプロセッサ２のパッケー
ジを構成する素材と接触しても問題のない液体を使用す
る必要がある。また、冷却部１０の外部には充填した液
体が漏れない密閉構造にする必要がある。また、液体を
充填する量としては、液体回収部１４で回収させて液体
貯蔵部２１で適量が貯蔵できる程度とする。

【００２４】次に、このように構成される冷却部の動作
について説明する。パーソナルコンピュータ装置が作動
してマイクロプロセッサ２が作動したとき、マイクロプ
ロセッサ２の温度が上昇するが、冷却部１０に接続され
た駆動回路４０から圧電膜２２への駆動信号の供給を開
始させることで、冷却動作が開始される。即ち、圧電膜
２２に駆動信号が供給されることで、この圧電膜２２が
振動を開始し、液体貯蔵部２１に貯蔵された液体が、ノ
ズル部１８から空気が混合された飛翔体として噴出さ
れ、マイクロプロセッサ２の上面２ａに吹きつけられ
る。

【００２５】ここで、マイクロプロセッサ２の発熱温度
により吹きつけられた液体は気化し、その気化するとき
の気化熱でマイクロプロセッサ２が持つ熱が奪われる。
そして気化したものは、図１に矢印で示すように、気体
輸送路１２を経由して熱交換部１３に到達し、熱交換部
１３に接続された外部放熱部３０への放熱が行われるこ
とで、熱交換部１３内の液体回収部１４で再び液化し、
その液化した液体が液体輸送路１５を経由して液体貯蔵
部２１に戻される。また、熱交換部１３内で液化しない
気体については、図１に矢印で示すように、気体輸送路
１６を経由して噴射部収納部１７内に導かれ、再びノズ
ル部１８の先端から噴射される液体と混合される。

【００２６】このように本例の冷却部１０を備えること
で、噴射した液体の気化熱で発熱体であるマイクロプロ
セッサ２の熱を奪って、熱交換部１３でその熱を外部に
排出する動作が行われて、マイクロプロセッサ２が冷却
される。そして、冷却に使用した液体は、密閉された循
環路内で循環するので、繰り返し冷却に使用される。従
って、振動膜２２を振動させて液体と気体の混合体を噴
射させるだけの簡単な構成で、機器内の発熱箇所だけを
集中的に効率良く冷却させることができる。

【００２７】また、本例の冷却部は、冷却用の液体及び
気体が循環する部分が完全に密封された閉回路になって
いるために、冷却させる部材であるマイクロプロセッサ
２に、外気などが吹きつけられることがなく、マイクロ
プロセッサ２の周囲にチリやほこりが溜まることがな
く、マイクロプロセッサ２の周囲を防塵構造にすること
ができ、マイクロプロセッサ２の動作信頼性を向上させ
ることができる。

【００２８】また、冷却動作時の動作音についても、駆
動源としては密閉された空間内で振動する圧電膜などを
備えるだけであり、冷却動作に伴ったノイズが非常に少
ない効果がある。

【００２９】なお上述した実施の形態では、液体と気体
の混合体を噴出させる噴出手段として、駆動信号により
振動する圧電膜を使用したが、他の手段により噴出させ
る構成としても良い。例えばバイメタルと称される熱膨
張係数が異なる２種類の金属板を張り合わせたものを、
電流の供給による加熱で振動させるようにしても良い。

【００３０】また上述した実施の形態では、外部放熱部
３０の外部フィン３１を機器本体１０１の背面に露出さ
せる構成としたが、その他の部分に外部フィンを配置す
るようにしても良い。例えば外部フィンは機器の外側に
露出してなくても良く、例えばコンピュータ装置内の内
部を全体的に冷却させる空気流を発生させる別の冷却機
構がある場合に、その空気流がある位置に外部フィンを
配置しても良い。また、このようなフィンを使用した放
熱部以外の構成により熱交換手段を構成しても良い。

【００３１】さらに上述した実施の形態では、デスクト
ップ型のパーソナルコンピュータ装置内のマイクロプロ
セッサの冷却部とした例を説明したが、ノート型などの
携帯用のパーソナルコンピュータ装置などの他の形状の
コンピュータ装置用の冷却装置としても良く、或いはコ
ンピュータ装置以外のその他の各種電子機器における特
定の発熱部分の冷却装置として使用できることは勿論で
ある。

【００３２】

【発明の効果】本発明の冷却装置によると、循環経路内
において、噴射させた液体の発熱面での気化と熱交換手
段での液化を繰り返すことで、発熱体だけを集中的に冷
却する動作が行われることになり、液体を噴射させるた
めの駆動を行うだけで、気化熱を利用して特定の箇所だ
けを効率良く冷却できる。この場合、発熱体には冷却装
置内で循環する液体と気体が接触するだけであるため、
発熱体の近傍を防塵構造にすることが可能であると共
に、循環経路内で噴射させるための駆動を行うだけであ
るため、動作ノイズの発生もほとんどない。

【００３３】また、この冷却装置において、噴射手段と
して、駆動信号の供給で振動する振動手段と、この振動
手段の振動による圧力で液体貯蔵手段に貯蔵された液体
に気体を混合して発熱面に噴射させるノズル部とを備え
たことで、振動手段を振動させるだけの簡単な構成で効
果的に噴射させることができる。

【００３４】また本発明の電子機器によると、機器内に
設置された循環経路内において、噴射させた液体の発熱
面での気化と熱交換手段での液化を繰り返すことで、機
器内の特定の発熱箇所だけを集中的に冷却する動作が行
われることになり、液体を噴射させるための駆動を行う
だけで、気化熱を利用して特定の箇所だけを効率良く冷
却できる。この場合、発熱体には冷却機構内で循環する
液体と気体が接触するだけであるため、発熱箇所の近傍
を防塵構造にすることが可能であると共に、循環経路内
で噴射させるための駆動を行うだけであるため、機器内
での冷却動作に伴ったノイズの発生もほとんどない。

【００３５】また、この電子機器において、噴射手段と
して、駆動信号の供給手段と、この供給手段からの駆動
信号で振動する振動手段と、この振動手段の振動による
圧力で液体貯蔵手段に貯蔵された液体に気体を混合して
発熱面に噴射させるノズル部とを備えたことで、振動手
段に駆動信号を供給して振動させるだけの簡単な構成で
効果的に噴射させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による冷却部の全体構成
の例を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態による冷却部の液体を噴
射する部分の構成の例を示す断面図である。

【図３】本発明の一実施の形態による電子機器に冷却部
を配置した例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…回路基板、２…発熱体（マイクロプロセッサ）、２
ａ…マイクロプロセッサの上面（発熱面）、１０…冷却
部、１１…発熱面密閉部、１２…気体輸送路、１３…熱
交換部、１４…液体回収部、１５…液体輸送路、１６…
気体輸送路、１７…噴射部収納部、１８…ノズル部、２
０…噴射部、２１…液体貯蔵部、２２…圧電膜、２３…
内部ノズル部、３０…外部放熱部、３１…放熱用フィ
ン、４０…駆動回路、１００…パーソナルコンピュータ
装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも所定の発熱体の発熱面を覆う
   密閉空間形成手段と、 上記発熱面の発熱温度により気化する液体が貯蔵された
   液体貯蔵手段と、 上記液体貯蔵手段に貯蔵された液体を、上記密閉空間形
   成手段で密閉された上記発熱面に噴射させる噴射手段
   と、 上記発熱面に噴射された液体が気化したものが上記密閉
   空間形成手段から供給されて、その気体が持つ熱を外部
   に放出する熱交換手段と、 上記熱交換手段での熱の放出により液化したものを回収
   して、その回収した液体を上記液体貯蔵手段に供給する
   液体回収手段とを備えた冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の冷却装置において、 上記噴射手段として、 駆動信号の供給で振動する振動手段と、この振動手段の
   振動による圧力で上記液体貯蔵手段に貯蔵された液体に
   気体を混合して上記発熱面に噴射させるノズル部とを備
   えた冷却装置。
3. 【請求項３】 機器の作動により発熱する特定箇所を備
   えた電子機器において、 上記特定箇所の発熱面を覆う密閉空間形成手段と、 上記発熱面の発熱温度により気化する液体が貯蔵された
   液体貯蔵手段と、 上記液体貯蔵手段に貯蔵された液体を、上記密閉空間形
   成手段で密閉された上記発熱面に噴射させる噴射手段
   と、 上記発熱面に噴射された液体が気化したものが上記密閉
   空間形成手段から供給されて、その気体が持つ熱を外部
   に放出する熱交換手段と、 上記熱交換手段での熱の放出により液化したものを回収
   して、その回収した液体を上記液体貯蔵手段に供給する
   液体回収手段とを備えた電子機器。
4. 【請求項４】 請求項３記載の電子機器において、 上記噴射手段として、 駆動信号供給手段と、この供給手段からの駆動信号の供
   給で振動する振動手段と、この振動手段の振動による圧
   力で上記液体貯蔵手段に貯蔵された液体に気体を混合し
   て上記発熱面に噴射させるノズル部とを備えた電子機
   器。