JP2004015024A - 電子素子の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率が高い電子素子の冷却装置を提供する。
【解決手段】マイクロファン１Ａによって生起させた冷却風によって熱を奪うことにより電子素子８を冷却する電子素子の冷却装置１において、潜熱の形で熱を輸送する作動流体をコンテナ７Ａの内部に封入した平板型ヒートパイプ７を有し、そのコンテナ７Ａの一部によってマイクロファン１Ａのフレーム２の一部が形成され、かつそのコンテナ７Ａの他の一部に、電子素子８を熱伝達可能に配置する入熱部９が形成されている。また、コンテナ７Ａが作動流体を封入している中空部を形成している箇所に繋がっている平板部分を備え、その平板部分に吸込口５が貫通して形成されるとともに、マイクロファン１Ａが前記平板部分に配置され、かつその吐出口６Ａ，６Ｂから吐出される冷却風を受ける位置にコンテナ７Ａ外面に一体化させた放熱フィン１０が配置されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却用ファンによって冷却を行う電子素子の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、ノート型パソコンなど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、例えば平板型ヒートパイプは、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、表面が平坦になるので、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し、また冷却のための手段として使用する場合には、広い放熱面積を確保することができるなどの利点がある。
【０００７】
平板型ヒートパイプは、ベーパーチャンバーと称されることがある。したがって、前記ベーパーチャンバーによれば、作動流体の蒸発潜熱によって熱を輸送できるので、これを伝熱板に沿わせて配置することにより、電子素子からヒートシンクへの熱の輸送量が格段に増大して電子素子をより効率よく冷却することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように電子素子で発生する熱が伝熱板を介して、もしくは直接、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、ファンによる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。
【０００９】
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、上述のような冷却装置の放熱性を更に向上させることが望まれている。
【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、冷却効率が高い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】
【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、冷却用ファンによって生起させた冷却風によって熱を奪うことにより電子素子を冷却する電子素子の冷却装置において、潜熱の形で熱を輸送する作動流体をコンテナの内部に封入したヒートパイプを有し、そのコンテナの一部によって前記冷却用ファンのフレームの一部が形成され、かつそのコンテナの他の一部に、前記電子素子を熱伝達可能に配置する入熱部が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、冷却用ファンのフレームの一部が、ヒートパイプを有するコンテナの一部によって形成され、前記ヒートパイプのコンテナの他の一部に、電子素子の接触する入熱部が設けられている。そのため、前記電子素子に生じた熱が直接、前記ヒートパイプに伝達される。この入熱部に熱が伝えられると、前記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放熱部に流動する。そして前記放熱部で作動流体の有する熱が放熱され、その作動流体が凝縮して液化する。その後、作動流体は、毛細管作用によって前記入熱部側に還流される。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記コンテナが前記作動流体を封入している中空部を形成している箇所に繋がっている平板部分を備え、その平板部分に開口部が貫通して形成されるとともに、前記冷却用ファンがその開口部から吸気もしくは排気するように前記平板部分に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。
【００１４】
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、前記コンテナの平板部分に前記冷却用ファンが設けられており、開口部が設けられている。そのため、前記コンテナの一部に設けられているヒートパイプに、前記冷却用ファンから前記放熱部までの送風の途中に、空気流が接触する。その結果、前記放熱部以外に、前記コンテナの一部も放熱面とされる。
【００１５】
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、前記開口部が前記冷却用ファンの吸気口とされ、かつその冷却用ファンから吐出される冷却風を受ける位置に前記ヒートパイプのコンテナ外面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、前記ヒートパイプの外面に、前記冷却用ファンの吐出される冷却風を受ける位置に放熱フィンが配置されているので、冷却時に前記冷却用ファンによって送風されると、放熱フィンから効率よく放熱される。そのため、前記ヒートパイプの放熱部と前記電子素子の接触している入熱部との温度差が大きくなるので、前記平板型ヒートパイプの熱輸送能力が向上する。
【００１７】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成に加えて、前記ヒートパイプが、前記コンテナを中空平板状に形成した平板型ヒートパイプであ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４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの作用に加えて、前記ヒートパイプが、前記コンテナを中空平板状に形成した平板型ヒートパイプとされている。そのため、前記平板型ヒートパイプの底面に、前記冷却用ファンからの風が直接接触する。その結果、前記放熱部以外に、前記平板型ヒートパイプの底面も放熱面とされる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の冷却装置の具体例について説明する。ここに示す例は、この発明の電子素子の冷却装置を図示しないノート型パソコンに適用した例である。なお、この発明の適用はノート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】
冷却装置１は、全体形状がＬ字型に形成されている。この冷却装置１と、ＰＣＢと称されるプリント回路基板１２とが、キャプティブハードウェアと称される固定部材１３によって固定されている。なお、この回路基板および固定部材は、適宜の他の部材でもよく、またこの部分の構成が省略されていてもよい。冷却装置１の内部には、冷却用ファンの一例である四角形状のマイクロファン１Ａが配置されている。マイクロファン１Ａは、中空平板状のフレーム２と、フレーム２の内部に収容されたモーターによって回転駆動するブレード３とを備えたいわゆる横型軸流ファンである。このマイクロファン１Ａには、吸気のために円形状に開口した吸込口５がフレーム２の天板部４に形成されている。また、マイクロファン１Ａの底部にも吸気のための切り欠き１Ｂが設けられている。一方、マイクロファン１Ａにおける周縁部には、矩形状に開口した吐出口６Ａおよび吐出口６Ｂが形成されている。この吐出口６Ａと吐出口６Ｂとは、直角を成すように配置されている。したがって、マイクロファン１Ａは、ブレード３の回転面での半径方向に送風するようになっている。
【００２１】
フレーム２の天板部４は、平板型ヒートパイプ７で形成されている。この平板型ヒートパイプ７は、気密状態に密閉したコンテナ７Ａ（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た熱伝導装置である。コンテナ７Ａは、全体形状がＬ字形状に形成されており、フレーム２の平面視で正方形状とされた天板部４の一部を覆っている。この状態で天板部４とコンテナ７Ａとは接触されて固定されており、一体とされている。
【００２２】
コンテナ７Ａのうち、マイクロファン１Ａの吸込口５の上方部分は円形状の切り欠きに形成されている。この切り欠きの形状は、ファンの吸込口に合わせた任意の形状とすることができる。また、コンテナ７ＡのＬ字の一辺の先端付近には、電子素子８が取り付けられるようになっており、入熱部９とされている。この電子素子８としては、ＭＰＵ（中央処理装置）などのいわゆる発熱チップが例示されるが、他の電子素子でもよい。また、入熱部９の周辺および他辺の先端付近には、熱伝導率が高くかつ加工性の良好なアルミニウム等の板材で形成した放熱フィン１０が設置されており、放熱部１１Ａおよび１１Ｂが形成されている。マイクロファン１Ａの吐出口６Ａおよび６Ｂは、放熱部１１Ａおよび１１Ｂに向けて配置されている。そのため、放熱部１１Ａおよび１１Ｂも直角を成している。放熱フィン１０は、コンテナ７Ａの外面に、ハンダ付けなどの固定手段で直接固着されている。この固定手段は、適宜の固定手段を用いることができる。
【００２３】
上記の例の冷却装置１において、マイクロファン１Ａを駆動させると、空気が吸込口５からマイクロファン１Ａの内部に入り込むとともに、吐出口６Ａと６Ｂとから各放熱フィン１０に向けて送り出される。したがって、マイクロファン１Ａの半径方向において相対的に直角な２つの空気流が発生する。この２つの空気流が、各放熱フィン１０同士の間ならびにコンテナ７Ａの底部を通過して外部に送り出される。その際、マイクロファン１Ａの天板部４がコンテナ７Ａによって形成されているので、マイクロファン１Ａの送風によって熱伝達と冷却が同時に行われる。
【００２４】
また、平板型ヒートパイプ７の入熱部９に電子素子８が接触しているので、電子素子８に生じた熱が直接、平板型ヒートパイプ７に熱伝達される。この入熱部９に熱が伝えられると、コンテナ７Ａ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、放熱フィン１０が配置されている放熱部１１Ａおよび１１Ｂに流動する。そして放熱部１１Ａおよび１１Ｂで作動流体の有する熱が放熱され、その作動流体が凝縮して液化する。その際、各放熱フィン１０が、マイクロファン１Ａの吐出口６Ａおよび６Ｂに隣接するように配置されているので、放熱フィン１０に伝達された熱は、マイクロファン１Ａからの送風による空気流に伝達され、その高温の空気流は外部に排出される。その後、作動流体は、毛細管作用によって前記入熱部９側に還流され、電子素子８の熱によって再度蒸発する。
【００２５】
また、マイクロファン１Ａの天板部４がコンテナ７Ａとされており、吸込口５が設けられている。そのため、マイクロファン１Ａから放熱部１１Ａまたは１１Ｂまでの送風の途中に、平板型ヒートパイプ７に空気流が接触する。そのため、コンテナ７Ａの底面が放熱面とされる。
【００２６】
上述の具体例では、冷却装置１に設置されているマイクロファン１Ａの天板部４が平板型ヒートパイプ７のコンテナ７Ａによって形成され、前記コンテナ７Ａに電子素子８が接触されている入熱部６が設けられている。そのため、マイクロファン１Ａから放熱部１１Ａまたは１１Ｂまでの送風の途中に、その空気流をコンテナ７Ａの底面に接触させることができる。その結果、コンテナ７Ａの底面も放熱面とすることができるので、平板型ヒートパイプ７の放熱面積を増加することができる。その結果、電子素子８に生じた熱が効率よく空気流に伝達されるので、冷却装置１の冷却効率を向上することができる。
【００２７】
また、コンテナ７Ａの外面に、放熱フィン１０が配置されているので、冷却時にマイクロファン１Ａによって送風されると、放熱フィン１０から効率よく空気流に熱が伝達される。そのため、前記平板型ヒートパイプ７の放熱部１１Ａおよび１１Ｂと電子素子８の接触している入熱部６との温度差が大きくなるので、前記平板型ヒートパイプ７の熱輸送能力を向上することができる。その結果、冷却装置１の冷却効率を向上することができる。
【００２８】
また、マイクロファン１Ａの天板部４が平板型ヒートパイプ７とされており、吸込口５が設けられているので、コンテナ７Ａの底面に、マイクロファン１Ａからの風を直接接触させることができる。そのため、放熱部１１Ａおよび１１Ｂ以外のコンテナ７Ａの底面も放熱面とすることができる。したがって、平板型ヒートパイプ７の放熱面積を増加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。
【００２９】
また、平板型ヒートパイプ７に直接、電子素子８が接触しているので、従来平板型ヒートパイプと電子素子との間に介在していた伝熱板などの部材を省略することができる。その結果、冷却装置１を薄型化することができる。
【００３０】
なお、上記の冷却装置では、ヒートパイプの一例として、平板型ヒートパイプを使用したが、この発明の冷却装置は、平板型ヒートパイプに限定されず、任意の形状のヒートパイプを使用することができる。
【００３１】
また、上記の冷却装置１では、全体形状をＬ字型としたが、この発明の冷却装置は上記の構造に限定されず、例えばＣ字型などでもよい。要は、冷却装置を構成しているファンのフレームの一部が、ヒートパイプで形成されており、前記ヒートパイプに直接、電子素子が接触していればよい。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形状とすることができる。
【００３２】
また、上記の冷却装置では、平板型ヒートパイプが、マイクロファン１Ａのフレームの天板部分および底部とされたが、このフレームにおけるヒートパイプの適応部分は天板部分および底部に限定されない。例えば、マイクロファン１Ａの側面部分でもよい。要は、フレームの一部がヒートパイプで形成されていればよい。
【００３３】
また、上記の冷却装置１では、冷却用ファンの一例としてマイクロファン１Ａを使用したが、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。また、上記の冷却装置１では、マイクロファン１Ａに矩形状の吐出口６Ａおよび６Ｂが直角に配置されたが、この発明の冷却装置の冷却用ファンは、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。
【００３４】
【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、冷却用ファンのフレームの一部がヒートパイプによって形成され、前記ヒートパイプに電子素子が接触されている入熱部が設けられている。その結果、電子素子に生じた熱を直接、前記ヒートパイプに伝達することができる。そのため、前記電子素子から前記放熱部までの熱伝達効率を向上することができる。その結果、冷却装置全体の冷却効率を向上することができる。また、ヒートパイプに直接、電子素子が接触しているので、従来ヒートパイプと電子素子との間に介在していた伝熱板などの部材を省略することができる。その結果、冷却装置を薄型化することができる。
【００３５】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、ヒートパイプの外面に、放熱フィンが配置されているので、冷却時に冷却用ファンによって送風されると、放熱フィンから効率よく放熱することができる。そのため、前記ヒートパイプの放熱部と入熱部との温度差が大きくなるので、前記ヒートパイプの熱輸送能力を向上することができる。その結果、冷却装置の冷却効率を向上することができる。
【００３６】
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、冷却用ファンの一部が平板型ヒートパイプとされており、吸込口が設けられているので、平板型ヒートパイプの底面に、冷却用ファンからの風を直接接触させることができる。そのため、放熱部以外のヒートパイプの一部を放熱面とすることができる。したがって、ヒートパイプの放熱面積を増加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。
【００３７】
また、請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの効果に加えて、ヒートパイプが平板型とされているので、平板型ヒートパイプの底面を放熱面とすることができる。その結果、他の形状のヒートパイプよりも放熱面積を増加することができるので、冷却装置の冷却効率をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る冷却装置が使用された装置を示す平面図である。
【図２】図１の装置の側面図である。
【図３】図１に示す冷却装置の斜視図である。
【図４】図１に示す冷却装置の平面図である。
【図５】図１の平板型ヒートパイプの平面図である。
【図６】図１の平板型ヒートパイプの内部の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…冷却装置、　１Ａ…マイクロファン、　２…フレーム、　４…天板部、　５…吸込口、　６Ａ，６Ｂ…吐出口、　７…平板型ヒートパイプ、　７Ａ…コンテナ、　８…電子素子、　９…入熱部、　１０…放熱フィン。

Claims (4)

1. 冷却用ファンによって生起させた冷却風によって熱を奪うことにより電子素子を冷却する電子素子の冷却装置において、
   潜熱の形で熱を輸送する作動流体をコンテナの内部に封入したヒートパイプを有し、そのコンテナの一部によって前記冷却用ファンのフレームの一部が形成され、かつそのコンテナの他の一部に、前記電子素子を熱伝達可能に配置する入熱部が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. 前記コンテナが前記作動流体を封入している中空部を形成している箇所に繋がっている平板部分を備え、その平板部分に開口部が貫通して形成されるとともに、前記冷却用ファンがその開口部から吸気もしくは排気するように前記平板部分に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. 前記開口部が前記冷却用ファンの吸気口とされ、かつその冷却用ファンから吐出される冷却風を受ける位置に前記ヒートパイプのコンテナ外面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または２に記載の電子素子の冷却装置。
4. 前記ヒートパイプが、前記コンテナを中空平板状に形成した平板型ヒートパイプであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子素子の冷却装置。

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