JP2002026560A

JP2002026560A - 電子素子用冷却装置

Info

Publication number: JP2002026560A
Application number: JP2000207320A
Authority: JP
Inventors: Masataka Mochizuki; 正孝望月; Koichi Masuko; 耕一益子; Yuji Saito; 祐士斎藤; Akihiro Takamiya; 明弘高宮; Yoji Kawahara; 洋司川原; Nuyen Tan; ニューエンタン
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】電子素子の熱が伝達された空気の流れを良好
にすることのできる電子素子用冷却装置を提供する。【解決手段】ケーシング１の内部Ａ１に設けられてい
る電子素子３の熱を、ケーシング１の内部Ａ１の空気中
に放熱させ、その空気に流れを生じさせることにより、
この空気をケーシング１の外部Ｂ１に排気させる構成の
電子素子用冷却装置において、ケーシング１の内部Ａ１
に、電子素子３の熱が伝達された空気を圧縮する放熱空
気圧縮装置Ｋ１が設けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子素子の熱が
伝達される空気に流れを生じさせる電子素子用冷却装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ノートブック型パソコンに搭載さ
れているＣＰＵ、ＭＰＵなどの電子素子は、データの処
理速度の高速化や、データの記憶容量の大容量化が促進
されている。このため、これらの電子素子はその発熱量
が多くなってきており、その発熱に伴って温度上昇によ
る誤動作や破損などの不具合が懸念される。そこで、こ
のような不具合を回避するため、電子素子の熱を空気中
に放熱するように構成された電子部品冷却装置が提案さ
れており、この冷却装置の一例が特開平８−２０４０７
７号公報および特開平８−３４００６６号公報に記載さ
れている。

【０００３】これらの公報に記載された冷却装置は、半
導体素子の表面に放熱器が接触されており、この放熱器
の上方にはファンが設けられている。また、ファンを駆
動するモータが設けられている。これらの公報に記載さ
れた冷却装置においては、半導体素子の熱が放熱器に伝
達されるとともに、放熱器に伝達された熱が空気中に放
熱されることで、半導体素子が冷却される。また、モー
タによりファンが駆動されると、半導体素子および放熱
器に向けて風が引き起こされ、放熱器から熱が伝達され
た空気に流れが生じ、放熱器の放熱性が向上する。な
お、上記公報には特に記載されていないが、熱が伝達さ
れた空気は、半導体素子が収容されているケーシングの
外部に排気される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載されている冷却装置は、ファンを駆動して空気
に流れを生じさせていることに止まるため、放熱器から
熱が伝達された空気が周辺の部品などに接触する。この
ため、空気の運動エネルギーの損失が発生し、空気がケ
ーシングの内部にこもり易く、その冷却性能が低下する
問題があった。

【０００５】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、電子素子の冷却性能を向上することの
できる電子素子用冷却装置を提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題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、電子素子の熱
が伝達される空気に流れを生じさせる電子素子用冷却装
置において、前記電子素子の熱が伝達される空気を圧縮
する放熱空気圧縮装置が設けられていることを特徴とす
るものである。

【０００７】ここで、空気の流れの発生と、空気に対す
る熱の伝達との時間的な相対関係としては、電子素子の
熱が伝達された空気に流れを生じさせる場合と、流れて
いる空気に電子素子の熱を伝達する場合と、空気に対す
る熱伝達と空気に流れが生じることとが同時におこなわ
れる場合とが挙げられる。

【０００８】請求項１の発明によれば、電子素子から熱
が伝達される空気が圧縮されて、その空気の運動エネル
ギー、具体的には圧力および速度が増加する。したがっ
て、熱が伝達された空気の流通性が確保され、電子素子
の冷却性能が向上する。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を、添付図面に基
づいて具体的に説明する。図１は、この発明をノートブ
ック型パソコンに適用した電子素子用冷却装置（以下、
単に冷却装置と略記する）Ｒ１の平面断面図、図２は冷
却装置Ｒ１の側面断面図である。図１および図２におい
て、ノートブック型パソコンの外殻を構成するケーシン
グ１の側壁には、排気口２が設けられている。この排気
口２により、ケーシング１の内部Ａ１と外部Ｂ１とが連
通されている。ケーシング１の内部Ａ１には、ＣＰＵま
たはＭＰＵまたはハードディスクドライブなどの電子素
子３が設けられている。この電子素子３は、通電、信号
の受信・送信、信号の処理などの動作にともない発熱す
る。

【００１０】つぎに、前記冷却装置Ｒ１の構成を説明す
る。この冷却装置Ｒ１は、ケーシング１の内部に設けら
れており、冷却装置Ｒ１は、中空のハウジング５を有し
ている。このハウジング５は、熱伝導性能に優れた金属
材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅
合金などにより構成されている。ハウジング５は、相互
に平行に、かつほぼ水平に配置された天板６および底板
７と、天板６の外周縁と底板７の外周縁とを接続する側
板８とを有している。この側板８は、略直線状に構成さ
れ、かつ、相互に平行に配置された直線部９，１０と、
この直線部９の一端と直線部１０の一端とを接続する湾
曲部１１とを有している。

【００１１】底板７の外面には、電子素子３が熱授受可
能に直接接触している。なお、電子素子３と底板７との
間に、平板形状の金属ブロック（図示せず）を介在させ
ることもできる。金属ブロックとして選択される金属材
料は、熱伝導性能に優れた金属材料、例えばアルミニウ
ム、アルミニウム合金、銅、銅合金などである。

【００１２】また、直線部９の水平方向の長さよりも、
直線部１０の水平方向の長さの方が長く設定されてい
る。そして、湾曲部１１の内面１２の形状は、直線部９
側から直線部１０側に近づくことにともない、その曲率
半径が大きくなるように設定されている。上記のように
構成されたハウジング５の内部に、羽根車収納室Ｃ１が
形成されている。さらに、天板６には、ケーシング１の
内部Ａ１と羽根車収納室Ｃ１とを連通する吸気口１３が
設けられている。

【００１３】一方、羽根車収納室Ｃ１の内部における吸
気口１３の下方には、電動機１５が設けられている。な
お、羽根車収納室Ｃ１には、電動機１５を支持するサポ
ート部材（図示せず）が設けられている。電動機１５の
主軸（図示せず）は略垂直に配置されており、主軸に
は、羽根車１７が固定されている。この羽根車１７は、
電動機１５の外周空間および上方空間を取り囲むように
構成されている。羽根車１７は、その平面外周形状が略
円形に構成され、羽根車１７の中央上部には吸気口１８
が設けられている。また、羽根車１７は、半径方向に延
ばされた複数の羽根１９を有している。各羽根１９は円
周方向に所定間隔おきに配置されており、各羽根１９同
士の間にそれぞれ通路２０が形成されている。各通路２
０は吸気口１８に連通している。この各通路２０の端部
には排気口２１が形成されている。そして、各排気口２
１は、羽根車１７の外周に円周方向に沿って配置されて
いる。

【００１４】上記のように構成された羽根車１７の外周
縁（具体的には各排気口２１）と、側板８の内面１２と
の間に、羽根車１７の半径方向の隙間Ｄ１が形成されて
いる。そして、内面１２は、その形状が直線部９側から
直線部１０側に近づくことにともない、その曲率半径が
大きくなるように設定されているために、隙間Ｄ１が、
直線部９側から直線部１０側に近づくことにともない広
くなっている。上記の電動機１５、羽根車１７、ハウジ
ング５などにより、放熱空気圧縮装置Ｋ１が構成されて
いる。この放熱空気圧縮装置Ｋ１として、公知の空気機
械のうち、ターボ形の送風機（ファンおよびブロワを含
む）、もしくはターボ形の圧縮機を用いることができ
る。

【００１５】また、前記ハウジング５の内部における直
線部９，１０の端部側には開口部には排気管２２が接続
されており、この排気管２２の内部にダクト２３が形成
されている。このダクト２３の一端側は羽根車収納室Ｃ
１に連通されているとともに、ダクト２３の他端側は排
気口２側に開口されている。

【００１６】つぎに、図１および図２に示す冷却装置Ｒ
１の作用を説明する。まず、電子素子３が発熱すると、
この熱がハウジング５の外面に伝達され、熱伝導により
ハウジング５の内面から羽根車収納室Ｃ１内の空気中に
放熱される。一方、電動機１５の駆動により羽根車１７
が、図１の反時計方向に回転すると、空気が吸気口１８
を通過して通路２０に吸引される。この通路２０に進入
した空気は、羽根車１７の回転による遠心力により、通
路２０内を排気口２１側に向けて半径方向に移動する。
この時、空気の運動エネルギー、具体的には、圧力およ
び速度が上昇する。

【００１７】このようにして、圧力および速度が上昇し
た空気は、排気口１８から隙間Ｄ１に排気されるととも
に、その圧力が低下しやすくなる方向に流れる。つま
り、湾曲面１１の内周面に沿って、隙間Ｄ１が広くなる
方向に流れる。このようにして、ハウジング５の内面、
つまり放熱面において、いわゆる強制対流が生じる。そ
して、熱が伝達された空気は、羽根車収納室Ｃ１からダ
クト２３側に流れ、排気口２を通過してケーシング１の
外部Ｂ１に排気される。上記のようにして、電子素子３
の過熱が防止され、かつ冷却される。

【００１８】以上のように、この実施形態においては、
電子素子６の熱が羽根車収納室Ｃ１内の空気に伝達され
るとともに、放熱空気圧縮装置Ｋ１により空気の流れが
生じ、かつ、圧縮されて、その空気の運動エネルギー、
具体的には圧力および速度が増加する。このため、ダク
ト２３に流される空気の排気性能が向上する。このた
め、電子素子３と他の部品とを接続する回路などの条件
に基づいて、電子素子３をケーシング１の内部Ａ１の中
央に配置されていること、他の部品を回避するためにダ
クト２３が複雑な形状に屈曲していることなどの理由に
より、熱が伝達された空気が流れる際に、この空気が周
辺の部品や排気管２２に接触して、空気の運動エネルギ
ーがある程度低下した場合（例えば圧損が生じた場合）
でも、電子素子３の熱が伝達された空気を確実に外部Ｂ
１に排気することができる。つまり、電子素子３の熱が
ケーシング１の内部Ａ１にこもることがなく、その冷却
性能が向上する。言い換えれば、電子素子３および放熱
空気圧縮装置Ｋ１を排気口２から離れた場所に配置した
としても、電子素子３の放熱性を確保できる。したがっ
て、ハウジング５の内部Ａ１において、電子素子３およ
びその他の部品のレイアウトの自由度が増す。

【００１９】図３は、冷却装置Ｒ１の他の実施形態を示
す平面断面図である。図３において、図１および図２の
構成と同様の部分については図１および図２と同じ符号
を付してその説明を省略する。図４の実施形態において
は、電子素子３と平板形状の金属ブロック３０とが熱授
受可能に接触している。この金属ブロック３０として選
択される金属材料は、熱伝導性能に優れた金属材料、例
えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金など
である。

【００２０】また、ケーシング１の内部Ａ１には、ヒー
トパイプ３１が設けられている。このヒートパイプ３１
は、密閉された金属パイプ等のコンテナの内部に、真空
脱気した状態で、水、アセトン、アンモニア、ヘリウ
ム、ナトリウム、窒素などの凝縮性の流体を作動流体と
して封入したものである。ヒートパイプ３１を構成する
コンテナの材料としては、銅、アルミニウム、鋼、ステ
ンレス鋼、ニッケル、チタン、インコネルなどが例示さ
れる。このヒートパイプ３１の見かけ上の熱伝導率は、
銅やアルミ等の金属と比較して数十倍ないし数百倍程度
優れている。なお、ヒートパイプ３１のコンテナの内部
に、作動流体の還流を促進するウィックを、必要に応じ
て設けることもできる。そして、ヒートパイプ３１の一
端と金属ブロック３０とが熱授受可能に接触している。

【００２１】一方、排気管２２の内部に形成されている
ダクト２３には、ヒートシンク３２が設けられている。
ヒートシンク３２は、平板形状のベース部３３と、ベー
ス部３３の表面に立設された多数の放熱フィン３４とを
有している。各放熱フィン３４は、ハウジング５側から
排気口２側に向けて配置され、各放熱フィン３４同士が
平行に配置されている。ヒートシンク３２は、熱伝導性
に優れた金属材料、例えば、アルミニウム、アルミニウ
ム合金などにより一体的に構成されている。

【００２２】前記排気管２２には、ケーシング１の内部
Ａ１とダクト２３とを連通する貫通孔３５が設けられて
いる。この貫通孔３５を介してヒートパイプ３１の他端
が排気管２２の内部に配置され、かつ、ヒートパイプ３
１とベース部３３とが熱授受可能に接触している。

【００２３】図３の実施形態の作用を説明する。まず、
電子素子３の熱が、金属ブロック３０を介してヒートパ
イプ３１に伝達されると、その高温部（蒸発部）の内部
で蒸発した作動流体が、ヒートシンク３１の低温部（凝
縮部）に流動する。そして、この低温部で作動流体の熱
がヒートシンク３２のベース部３３に伝達されて、作動
流体の凝縮がおこなわれることにより、作動流体の潜熱
として熱輸送がおこなわれる。低温部で凝縮された作動
流体は高温部に還流される。一方、ベース部３３に伝達
された熱は、各放熱フィン３４からダクト２３内の空気
中に放熱される。

【００２４】ところで、図１および図２の実施形態で説
明したように、電動機１５の駆動により、内部Ａ１の空
気がハウジング５の内部に吸引されると、その空気が圧
縮された状態で流れが生じ、その空気が羽根車収納室Ｃ
１からダクト２３側に流れ込む。このように、ダクト２
３で空気の流れが生じることにより、ヒートシンク３２
付近で強制対流が生じ、ヒートシンク３２の放熱性が向
上する。そして、ヒートシンク３２から放熱された空気
が排気口２から外部Ｂ１に排気される。このような作用
により、図３の実施形態においても、図１および図２の
実施形態と同様の効果を得られる。

【００２５】ここで、上記の具体例に基づいて開示され
たこの発明の特徴的な構成を記載すれば以下のとおりで
ある。すなわち、ケーシングの内部に設けられている電
子素子の熱を、前記ケーシング内部の空気中に放熱させ
るとともに、その空気に流れを生じさせることにより、
この空気を前記ケーシングの外部に排気する構成の電子
素子用冷却装置において、前記ケーシングの内部に、前
記電子素子の熱が伝達される空気を圧縮する放熱空気圧
縮装置が設けられていることを特徴とする。

【００２６】

【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、電子素子から熱が伝達されて流れる空気を圧縮
するため、空気の運動エネルギーがある程度低下した場
合でも、熱が伝達された空気の流通性が良好な状態に確
保され、電子素子の放熱性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電子素子用冷却装置の一実施形態
を示す平面断面図である。

【図２】図１の電子素子用冷却装置を示す側面断面図
である。

【図３】この発明の電子素子用冷却装置の他の実施形
態を示す平面断面図である。

【符号の説明】

１…ケーシング、２…排気口、３…電子素子、５
…ハウジング、Ａ１…内部、Ｂ１…外部、Ｋ１…
放熱空気圧縮装置、Ｒ１…冷却装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斎藤祐士東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者高宮明弘東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者川原洋司東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者タンニューエン東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内Ｆターム(参考） 3L044 AA04 BA06 CA14 DA01 FA03 KA04 5E322 BA04 BA05 BB10 5F036 BA04 BB35 BB60

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子素子の熱が伝達される空気に流れを
生じさせる電子素子用冷却装置において、前記電子素子の熱が伝達される空気を圧縮する放熱空気
圧縮装置が設けられていることを特徴とする電子素子用
冷却装置。