JP2007094648A - 電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】放熱部の冷却効率を高めつつ、筐体内の温度上昇を防止できる低騒音の電子機器を得ることにある。
【解決手段】電子機器(1)は、吸気孔(79)および排気孔(84)を有する筐体(2)と、筐体(2)に収容される発熱体(10, 11)と、筐体(2)に収容され、発熱体(10, 11)に熱的に接続される受熱部(16, 17)と、筐体(2)内において吸気孔(79)の近傍に配置され、吸気孔(79)から冷却風を吸い込むファン(66)と、筐体(2)に収容され、発熱体(10, 11)の熱を放出する放熱部(65)とを備えている。放熱部(65)は、吸気孔(79)とファン(66)との間に配置されている。受熱部(16, 17)は、ファン(66)から排気孔(84)に至る冷却風の吐出領域(85)に配置されている。
【選択図】 図2
【解決手段】電子機器(1)は、吸気孔(79)および排気孔(84)を有する筐体(2)と、筐体(2)に収容される発熱体(10, 11)と、筐体(2)に収容され、発熱体(10, 11)に熱的に接続される受熱部(16, 17)と、筐体(2)内において吸気孔(79)の近傍に配置され、吸気孔(79)から冷却風を吸い込むファン(66)と、筐体(2)に収容され、発熱体(10, 11)の熱を放出する放熱部(65)とを備えている。放熱部(65)は、吸気孔(79)とファン(66)との間に配置されている。受熱部(16, 17)は、ファン(66)から排気孔(84)に至る冷却風の吐出領域(85)に配置されている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、例えばCPUのような発熱する電子部品を搭載した電子機器に係り、特に電子部品の冷却効率を高めるための構造に関する。
電子機器に用いられるCPUやVGAコントローラのような電子部品は、高密度実装や高機能化に伴って発熱量が急増する傾向にある。電子部品の温度が高くなり過ぎると、電子部品の効率的な動作が失われたり、動作不能に陥るといった不具合が生じてくる。
この熱対策として、従来の電子機器は、その外郭となる筐体に吸気孔および排気孔を形成するとともに、筐体の内部に電子部品を強制的に冷却する冷却装置を収容している。冷却装置は、電子部品の熱を受ける受熱部と、電子部品の熱を放出する放熱部と、上記受熱部に伝えられた電子部品の熱を上記放熱部に移送する熱移送手段と、上記放熱部に冷却風を送風するファンとを備えている。
従来の電子機器では、放熱部およびファンは、排気孔に隣り合うように筐体の内部に設置されている。ファンは、筐体の内部の空気を吸い込んで放熱部に吹き付ける。放熱部に吹き付けられた空気は、放熱部との熱交換により暖められるとともに、排気孔を通じて筐体の外に吐き出される。
ところが、筐体の内部には、動作中に発熱する回路部品やドライブユニットが存在するので、筐体内の空気の温度は、回路部品やドライブユニットの熱影響を受けて既に上昇していることになる。このため、ファンは筐体内の暖かい空気を吸い込んで放熱部に吹き付けることになり、この空気と放熱部との温度差が少なくなる。よって、放熱部を効率良く冷却することができなくなる。
この改善策として、筐体の吸気孔の近傍にファンおよび放熱部を配置した電子機器が知られている。この電子機器によると、ファンは筐体の外の冷たい空気を吸い込んで放熱部に吹き付けるので、放熱部を効率良く冷却することができる(例えば、特許文献1参照)。
特開平8−162576号公報
特許文献1に開示された電子機器では、ファンが放熱部よりも空気の送風方向に沿う上流に位置し、ファンの羽根車が吸気孔に面している。言い換えると、放熱部がファンよりも筐体の奥方に入り込んでいるので、放熱部からの輻射熱が筐体の内部に籠り易くなる。したがって、放熱部の雰囲気温度が高くなり、放熱部の冷却効率を高める上で不利な構成となる。
加えて、ファンの羽根車が吸気孔から見えるので、特にファンを高速回転させた時に、ファンの運転音が吸気孔から筐体の外に直接漏れてしまう。この結果、ファンの運転音が騒音となり、不快感を招く原因となるといった不具合がある。
本発明の目的は、放熱部の冷却効率を高めつつ、筐体内の温度上昇を防止でき、しかも、騒音問題を解消できる電子機器を得ることにある。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る電子機器は、
吸気孔および排気孔を有する筐体と、
上記筐体に収容される発熱体と、
上記筐体に収容され、上記発熱体に熱的に接続される受熱部と、
上記筐体内において上記吸気孔の近傍に配置され、上記吸気孔から冷却風を吸い込むファンと、
上記筐体に収容され、上記発熱体の熱を放出する放熱部と、を備えている。
上記放熱部は、上記吸気孔と上記ファンとの間に配置され、上記受熱部は、上記ファンから上記排気孔に至る冷却風の吐出領域に配置されていることを特徴としている。
吸気孔および排気孔を有する筐体と、
上記筐体に収容される発熱体と、
上記筐体に収容され、上記発熱体に熱的に接続される受熱部と、
上記筐体内において上記吸気孔の近傍に配置され、上記吸気孔から冷却風を吸い込むファンと、
上記筐体に収容され、上記発熱体の熱を放出する放熱部と、を備えている。
上記放熱部は、上記吸気孔と上記ファンとの間に配置され、上記受熱部は、上記ファンから上記排気孔に至る冷却風の吐出領域に配置されていることを特徴としている。
本発明によれば、筐体の外の空気で放熱部を効率良く冷却しつつ、筐体内の温度上昇を防止することができる。しかも、吸気孔が筐体の内側から放熱部で覆われるので、ファンの運転音を放熱部で遮ることができる。
以下本発明の第1の実施の形態を、図1ないし図10に基づいて説明する。
図1は電子機器の一例である据え置き形のコンピュータ1を開示している。コンピュータ1は、例えば机の天板の上に置かれる筐体2を有している。筐体2は、底壁3、上壁4、前壁5、左右の側壁6a,6bおよび後壁7を有する中空の箱状をなしている。
筐体2は、プリント回路基板8を収容している。プリント回路基板8は、側壁6a,6bと平行となるように筐体2の奥行き方向に沿って垂直に起立している。
プリント回路基板8は、第1の面8aと、この第1の面8aの反対側に位置する第2の面8bとを有している。プリント回路基板8の第1の面8aに第1の発熱体10および第2の発熱体11が実装されている。
第1の発熱体10は、例えばVGAコントローラを構成する半導体パッケージである。第2の発熱体11は、例えばCPUを構成するBGA形の半導体パッケージである。第1および第2の発熱体10,11は、プリント回路基板8の中央部で互いに隣り合っている。
図4に示すように、第2の発熱体11は、ベース基板12とICチップ13とを有している。ベース基板12は、プリント回路基板8の第1の面8aに半田付けされている。ICチップ13は、ベース基板12の中央部に実装されている。第2の発熱体11は、ICチップ13の処理速度の高速化や多機能化に伴って、動作中の発熱量が第1の発熱体10よりも大きくなっている。第1および第2の発熱体10,11は、共に安定した動作を維持するために冷却を必要としている。
図2に示すように、プリント回路基板8の第1の面8aおよび第2の面8bに他の発熱体としての複数の電子部品14が実装されている。電子部品14は、第1および第2の発熱体10,11の下方に位置するとともに、動作中の発熱量が第1および第2の発熱体10,11よりも小さくなっている。
図1および図2に示すように、コンピュータ1の筐体2は、例えば水あるいは不凍液のような液状冷媒を用いて第1および第2の発熱体10,11を冷却する液冷式の冷却装置15を搭載している。冷却装置15は、第1の受熱部16、第2の受熱部17、放熱ユニット18および循環経路19を備えている。
図3に示すように、第1の受熱部16は、受熱ケーシング20を有している。受熱ケーシング20は、第1の発熱体10よりも一回り大きい偏平な四角い箱形であり、例えばアルミニウム合金のような熱伝導率の高い金属材料で造られている。
受熱ケーシング20の内部に複数のガイド壁21が形成されている。ガイド壁21は、受熱ケーシング20の内部に液状冷媒が流れる冷媒流路22を規定している。冷媒流路22は、蛇行状に折れ曲がっている。
受熱ケーシング20は、冷媒流路22の上流端に位置する流入口23と、冷媒流路22の下流端に位置する流出口24とを有している。流入口23および流出口24は、受熱ケーシング20の側面から同一方向に向けて突出している。
さらに、受熱ケーシング20は、四つの舌片25を有している。舌片25は、受熱ケーシング20の四つの角部から受熱ケーシング20の周囲に張り出すとともに、夫々ねじ26を介してプリント回路基板8に固定されている。これにより、受熱ケーシング20は、第1の発熱体10を覆うような姿勢でプリント回路基板8に保持されて、第1の発熱体10に熱的に接続されている。
図4ないし図7に示すように、第2の受熱部17は、第1の受熱部16から独立した別の構成要素であって、熱交換型ポンプ30を内蔵している。熱交換型ポンプ30は、受熱ケーシングを兼ねるポンプケーシング31を備えている。
ポンプケーシング31は、ケーシング本体32および受熱カバー33を有している。ケーシング本体32は、第2の発熱体11よりも一回り大きい偏平な四角形の箱形であり、例えば耐熱性を有する合成樹脂材料で造られている。
ケーシング本体32は、第1の凹部34と第2の凹部35とを有している。第1の凹部34および第2の凹部35は、ケーシング本体32の厚み方向に沿うように互いに逆向きに開口している。第2の凹部35は、円筒状の周壁36と、周壁36の一端に位置する円形の端壁37とを有している。周壁36および端壁37は、第1の凹部34の内側に位置している。
受熱カバー33は、例えば銅あるいはアルミニウムのような熱伝導性の高い金属材料で造られている。受熱カバー33は、第1の凹部34の開口端を塞ぐようにケーシング本体32に固定されている。受熱カバー33は、ポンプケーシング31の外に露出する平坦な受熱面38を有している。受熱カバー33の四つの角部に夫々舌片39が形成されている。舌片39は、ケーシング本体32の周囲に張り出している。
図4および図7に示すように、ケーシング本体32は、円筒状の周壁41を有している。周壁41は、第2の凹部35の周壁36を同軸状に取り囲むとともに、その下端が受熱カバー33に接着されている。周壁41は、第1の凹部34の内部をポンプ室42とリザーブタンク43とに仕切っている。
ポンプ室42に羽根車44が収容されている。羽根車44は、第2の凹部35の端壁37と受熱カバー33との間で回転自在に支持されている。リザーブタンク43は、液状冷媒を貯えるためのものであり、ポンプ室42を取り囲んでいる。
ケーシング本体32に羽根車44を回転させる偏平モータ46が組み込まれている。偏平モータ46は、ロータ47およびステータ48を有している。ロータ47は、羽根車44の外周部に同軸状に固定されて、ポンプ室42の外周部に位置している。ロータ47の内側にマグネット49が嵌め込まれている。マグネット49は、ロータ47および羽根車44と一体に回転するようになっている。
ステータ48は、ケーシング本体32の第2の凹部35に収容されている。ステータ48は、ロータ47のマグネット49の内側に同軸状に位置している。第2の凹部35の周壁36は、ステータ48とマグネット49との間に介在されている。第2の凹部35の開口端は、ステータ48を覆うバックプレート50によって塞がれている。
ステータ48に対する通電は、例えばコンピュータ1の電源投入と同時に行われる。この通電により、ステータ48の周方向に回転磁界が発生し、この磁界とロータ47のマグネット49とが磁気的に結合する。この結果、ステータ48とマグネット49との間にロータ47の周方向に沿うトルクが発生し、羽根車44が回転する。
図5ないし図7に示すように、ケーシング本体32は、液状冷媒を吸い込む吸込口52と、液状冷媒を吐き出す吐出口53とを備えている。吸込口52および吐出口53は、ケーシング本体32の側面から同一方向に向けて突出している。
吸込口52は、第1の接続通路54を介してポンプ室42に連なっている。吐出口53は、第2の接続通路55を介してポンプ室42に連なっている。第1および第2の接続通路54,55は、リザーブタンク43の内部を横切っている。第1の接続通路54は、気液分離用の通孔56を有している。通孔56は、リザーブタンク43の内部に開口するとともに、常にリザーブタンク43に貯えられる液状冷媒の液面下に位置するようになっている。
図4に示すように、第2の受熱部17は、熱交換型ポンプ30の受熱カバー33を第2の発熱体11に向けた姿勢でプリント回路基板8に取り付けられている。プリント回路基板8の第2の面8bに金属製の補強板58が重ね合わされている。補強板58は、プリント回路基板8を間に挟んで熱交換型ポンプ30と向かい合うとともに、上記ポンプケーシング31の四つの舌片39に対応する位置にナット59を有している。
ポンプケーシング31の舌片39にねじ60が挿通されている。ねじ60は、プリント回路基板8を貫通してナット59にねじ込まれている。このねじ込みにより、熱交換型ポンプ30と一体の第2の受熱部17が第2の発熱体11を覆うような姿勢でプリント回路基板8に保持される。この結果、受熱カバー33の受熱面38が第2の発熱体11のICチップ13に熱的に接続される。
図1および図2に示すように、冷却装置15の放熱ユニット18は、筐体2の前端下部に設置されている。放熱ユニット18は、第1および第2の発熱体10,11の熱を放出するためのものであり、放熱部としてのラジエータ65と軸流ファン66とを備えている。図8に示すように、ラジエータ65は、ラジエータコア67、流入タンク68、流出タンク69およびリザーブタンク70を備えている。
ラジエータコア67は、液状冷媒が流れる複数の第1の水管71、液状冷媒が流れる複数の第2の水管72および複数のフィン73を有している。第1および第2の水管71,72は、互いに間隔を存して一列に並んでいるとともに、筐体2の高さ方向に沿って起立している。フィン73は、隣り合う水管71,72の間に介在されて、水管71,72に熱的に接続されている。第1および第2の水管71,72の下端は、ロアプレート74によって連結されている。同様に第1および第2の水管71,72の上端は、アッパプレート75によって連結されている。
流入タンク68および流出タンク69は、夫々ロアプレート74の下面にろう付けされて、第1および第2の水管71,72の配列方向に並んでいる。流入タンク68は、第1の水管71の配列領域に対応するような大きさであり、この流入タンク68の中央部に冷媒入口76が形成されている。第1の水管71の下端は、流入タンク68内に開口している。
流出タンク69は、第2の水管72の配列領域に対応するような大きさであり、この流出タンク69の中央部に冷媒出口77が形成されている。第2の水管72の下端は、流出タンク69内に開口している。
図9に示すように、リザーブタンク70は、アッパプレート75の上面にろう付けされている。リザーブタンク70は、第1および第2の水管71,72の配列領域に跨るような大きさを有するとともに、ラジエータコア67の幅方向に沿って延びている。第1の水管71の上端および第2の水管72の上端は、リザーブタンク70内に開口している。
液状冷媒は、冷媒入口76から流入タンク68に導かれるとともに、第1の水管71の下端に流れ込む。液状冷媒は、第1の水管71を下から上に向けて流れた後、リザーブタンク70内に吐き出される。リザーブタンク70内に吐き出された液状冷媒は、このリザーブタンク70に一時的に貯えられるとともに、第2の水管72の上端に流れ込む。液状冷媒は、第2の水管72を上から下に向けて流れた後、流出タンク69内に吐き出される。
図9に示すように、第1および第2の水管71,72の上端は、リザーブタンク70に貯えられる液状冷媒の液面L1よりも下方に位置している。リザーブタンク70の上面と液状冷媒の液面L1との間には、空気溜まり78が形成されている。
このため、第1の水管71からリザーブタンク70内に吐き出される液状冷媒に、例えば気泡のような気体成分が含まれていた場合、気体成分は液状冷媒が第2の水管72に流れ込むまでの過程において液状冷媒から分離し、空気溜まり78に放出される。
したがって、本実施の形態のリザーブタンク70は、ラジエータ65に導かれた液状冷媒から気体成分を分離させる気液分離手段を兼ね備えている。
なお、筐体2の内部のレイアウトによっては、第1および第2の水管71,72が水平となるようにラジエータ65を横置きの姿勢で設置することがあり得る。この場合においては、第2の水管72が第1の水管71の下方に位置するようにラジエータ65の向きを規定する。これにより、リザーブタンク70内に開口する第2の水管72の端部が図9に二点鎖線で示す液状冷媒の液面L2の下方に位置する。
そのため、第1の水管71からリザーブタンク70内に吐き出される液状冷媒に気泡が含まれていても、この気泡はリザーブタンク70内で液状冷媒から分離されることになる。
このような構成のラジエータ65は、筐体2の前壁5に沿うように起立するとともに、前壁5に開けた複数の吸気孔79の近傍に位置している。言い換えると、ラジエータ65は吸気孔79と向かい合うとともに、この吸気孔79を筐体2の内側から覆っている。
放熱ユニット18の軸流ファン66は、四角いファンケース81と、このファンケース81に収容された羽根車82と、この羽根車82を回転させるモータ83とを有している。羽根車82は、その回転軸線O1が筐体2の奥行き方向に沿うような横置きの姿勢でファンケース81に支持されている。
軸流ファン66は、ラジエータ65の背後に設置されて、ラジエータ65よりも筐体2の内側に入り込んでいる。言い換えると、ラジエータ65は、吸気孔79と軸流ファン65との間に配置されている。これにより、軸流ファン65の羽根車82がラジエータ65を間に挟んで吸気孔79と向かい合っている。
羽根車82が回転すると、筐体2の吸気孔79に負圧が作用し、筐体2の外の空気が吸気孔79に吸い込まれる。この吸い込まれた空気は、冷却風となってラジエータコア67を通過するとともに、ファンケース81から筐体2の内部に吐き出される。ラジエータコア67との熱交換により暖められた冷却風は、プリント回路基板8や第1および第2の受熱部16,17の周囲を通って筐体2の後端に到達する。この冷却風は、筐体2の後壁7に開けた複数の排気孔84から筐体2の外に排出される。
図2に矢印Bで示すように、軸流ファン66から吐き出された冷却風は、筐体2の内部の吐出領域85を流れる。吐出領域85は、軸流ファン66の吐出端と筐体2の後壁7との間に規定されており、この吐出領域85の下流端に排気孔84が位置している。
本実施の形態によると、排気孔84は、後壁7の略全面に亘って分散するように形成されている。このため、吐出領域85は、軸流ファン66から排気孔84の方向に進むに従い次第に筐体2の高さ方向に広がっている。第1および第2の発熱体10,11、第1および第2の受熱部16,17、動作中に発熱を伴う電子部品14は、吐出領域85に位置するとともに、この吐出領域85を流れる冷却風に直接晒されるようになっている。
図1および図2に示すように、冷却装置15の循環経路19は、液状冷媒を循環させるためのものであり、第1の受熱部16、第2の受熱部17およびラジエータ65の間を直列に接続している。
循環経路19は、第1ないし第3のチューブ91,92,93を有している。第1ないし第3のチューブ91,92,93は、例えばゴムあるいは合成樹脂のような可撓性材料で造られている。
第1のチューブ91は、ラジエータ65の冷媒出口77と熱交換型ポンプ30の吸込口52との間を接続している。第2のチューブ92は、熱交換型ポンプ30の吐出口53と第1の受熱部16の流入口23との間を接続している。第3のチューブ93は、第1の受熱部16の流出口24とラジエータ65の冷媒入口76との間を接続している。
ラジエータ65の冷媒出口77から流出する液状冷媒は、第2の受熱部17を経由して第1の受熱部16に導かれた後、ラジエータ65の冷媒入口76に戻る。よって、第2の受熱部17は、第1の受熱部16よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつラジエータ65よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置している。
図2および図10に示すように、プリント回路基板8の第1の面8aに補助冷却装置95が実装されている。補助冷却装置95は、プリント回路基板8および電子部品14の放熱を促進させるためのものであって、ヒートパイプ96と複数の放熱フィン97とを備えている。
ヒートパイプ96は、受熱端部96aと放熱端部96bとを有するとともに、これら両端部96a,96bが互いに直交する位置関係となるように略直角に折れ曲がっている。ヒートパイプ96の受熱端部96aは、ヒートパイプホルダ97を介してプリント回路基板8の第1の面8aに熱的に接続されている。受熱端部96aとプリント回路基板8との熱接続部分は、電子部品14の近傍に位置している。ヒートパイプ96の放熱端部96bは、プリント回路基板8の第1の面8aから筐体2の側壁6aに向けて突出するとともに、上記吐出領域85に張り出している。
放熱フィン97は、ヒートパイプ96の放熱端部96bに熱的に接続されている。放熱フィン97は、放熱端部96bの軸方向に間隔を存して並んでいるとともに、上記吐出領域85に露出している。
電子部品14が発熱すると、この電子部品14の熱はプリント回路基板8に伝わる。これにより、プリント回路基板8が局部的に高温となり、このプリント回路基板8の熱がヒートパイプ96の受熱端部96aに伝わる。この熱伝導により、受熱端部96aに封入された作動液が過熱されて蒸気となる。この蒸気は受熱端部96aから放熱端部96bに向けて流れるとともに、放熱端部96bで凝縮する。凝縮により放出された熱は、放熱フィン97に伝わるとともに、放熱フィン97の表面から吐出領域85を流れる冷却風の流れに乗じて放出される。
放熱端部96bで液化された作動液は、毛細管力により受熱端部96aに戻り、再びプリント回路基板8の熱を受ける。この作動液の蒸発・凝縮の繰り返しにより、プリント回路基板8に伝わる電子部品14が放熱フィン97に移送される。
このような補助冷却装置95をプリント回路基板8に付設することで、プリント回路基板8に伝わる電子部品14の熱を吐出領域85に移して、ここから積極的に放出することができる。よって、電子部品14の放熱性能が向上するとともに、プリント回路基板8の局部的な過熱を回避できる。
次に、冷却装置15の動作について説明する。
コンピュータ1の使用中においては、第1の発熱体10および第2の発熱体11が発熱する。第1の発熱体10が発する熱は、第1の受熱部16の受熱ケーシング20に伝わる。受熱ケーシング20内の冷媒流路22は液状冷媒で満たされているので、この液状冷媒が受熱ケーシング20に伝わる第1の発熱体10の熱を吸収する。
一方、第2の発熱体11が発する熱は、受熱面38を通じて熱交換型ポンプ30のポンプケーシング31に伝わる。ポンプケーシング31内のポンプ室42およびリザーブタンク43は液状冷媒で満たされているので、この液状冷媒がポンプケーシング31に伝わる第2の発熱体11の熱を吸収する。
熱交換型ポンプ30の羽根車44が回転すると、ポンプ室42に充填された液状冷媒に運動エネルギが付与され、この運動エネルギによりポンプ室42内の液状冷媒の圧力が高まる。加圧された液状冷媒は、ポンプ室42から第2の接続通路55を介して吐出口53に押し出される。
言い換えると、ポンプ室42内の液状冷媒は、第2の発熱体11の熱を奪いながら回転する羽根車44により加圧される。このため、ポンプ室42を流れる液状冷媒の流速が早くなり、ポンプケーシング31から液状冷媒への熱伝達が効率良く行われる。
ポンプ室42で加圧された液状冷媒は、吐出口53から第2のチューブ92を介して第1の受熱部16の冷媒流路22に流れ込む。液状冷媒は、冷媒流路22を流れる過程で受熱ケーシング20に伝わる第1の発熱体10の熱を吸収する。
液状冷媒が第1の受熱部16の冷媒流路22に流れ込む時点では、液状冷媒の温度は第2の受熱部17での受熱作用によって上昇している。しかしながら、本実施の形態では、第1の受熱部16に導かれる液状冷媒の温度が受熱ケーシング20に伝わる第1の発熱体10の温度よりも低くなるように、液状冷媒の単位時間当たりの流量を決定している。
この結果、液状冷媒と受熱ケーシング20との間の温度差が確保され、液状冷媒が冷媒流路22を流れる時に、この液状冷媒で受熱ケーシング20に伝わる第1の発熱体10の熱を奪うことができる。
冷媒流路22を通過した液状冷媒は、流出口24から第3のチューブ93を介してラジエータ65の流入タンク68に送られる。流入タンク68に戻された液状冷媒は、第1の水管71を通ってリザーブタンク70に導かれるとともに、ここから第2の水管72を通って流出タンク69に送られる。この流れの過程で、液状冷媒に吸収された第1および第2の発熱体10,11の熱が第1および第2の水管71,72やフィン73に伝わる。
放熱ユニット18の軸流ファン66は、例えば液状冷媒の温度が予め決められた値に達した時に運転を開始する。これにより羽根車82が回転し、筐体2の外の空気が吸気孔79から筐体2内に吸い込まれる。この空気は、冷却風となって第1および第2の水管71,72の間を通り抜け、第1および第2の水管71,72やフィン73を強制的に冷やす。この結果、第1および第2の水管71,72やフィン73に伝えられた熱の多くが冷却風の流れに乗じて持ち去られる。
ラジエータ65での熱交換により冷やされた液状冷媒は、流出タンク69から第1のチューブ91を介して熱交換型ポンプ30のポンプ室42に導かれる。この液状冷媒は、ポンプケーシング31の熱を奪いながら羽根車44の回転により加圧されて、第1の受熱部16の冷媒流路22に向けて送り出される。
よって、液状冷媒は、ラジエータ65、第2の受熱部17、第1の受熱部16の間で繰り返し循環し、この循環により第1および第2の発熱体10,11の熱がラジエータ65に移送される。
このような第1の実施の形態によれば、筐体2の外の空気でラジエータ65を直接冷却することができ、ラジエータ65の冷却効率が向上する。
それとともに、液状冷媒の熱を受けるラジエータ65が吸気孔79を通じて筐体2の外に露出するので、ラジエータ65からの輻射熱の一部を吸気孔79から筐体2の外に直接放出できる。このため、ラジエータ65の熱が筐体2の内部に籠もり難くなり、ラジエータ65の雰囲気温度を低く抑えてラジエータ65の冷却性能を高めることができる。
しかも、ラジエータ65を冷却した後、軸流ファン66から吐き出される冷却風は、筐体2の内部の吐出領域85を通って排気孔84から筐体2の外に排出される。このため、筐体2内の通気性が良好となる。特に、第1および第2の発熱体10,11、第1および第2の受熱部16,17は、筐体2内の吐出領域85に位置するので、この吐出領域85を流れる冷却風を利用して第1および第2の発熱体10,11、第1および第2の受熱部16,17を冷却することができる。
この結果、第1および第2の発熱体10,11、第1および第2の受熱部16,17の熱が筐体2の内部に籠もり難くなり、筐体2の内部の温度上昇を防止することができる。
さらに、吸気孔79は、筐体2の内側からラジエータ65で覆われるので、軸流ファン66の運転音をラジエータ65で遮ることができる。加えて、軸流ファン66はラジエータ65よりも冷却風の流れ方向に上流に位置するので、ラジエータ65に軸流ファン66からの冷却風が吹き付けられることはない。
この結果、冷却風がラジエータ65を通過する時の風きり音が小さくなる。よって、軸流ファン66の運転音が吸気孔79から漏れ難くなることと合わせて、軸流ファン66の運転時に生じる騒音を低く抑えることができる。
上記第1の実施の形態では、熱交換型ポンプ30およびラジエータ65に夫々気液分離機能を備えたリザーブタンク43,70が設けられている。このため、第1ないし第3のチューブ91〜93を透過して液状冷媒に混入する気泡のような気体成分を、液状冷媒が循環する経路の二箇所で分離除去することができる。
特に、二つのリザーブタンク43,70は、熱交換型ポンプ30のポンプ室42の上流において直列の位置関係を保って並んでいる。したがって、ポンプ室42に流れ込む液状冷媒から熱伝達の妨げとなる気泡を確実に排除することができ、最も高温となる第2の発熱体11の冷却効率を高めることができる。
なお、本発明は上記第1の実施の形態に特定されるものではない。図11は、本発明の第2の実施の形態を開示している。
この第2の実施の形態は、ラジエータ65のリザーブタンク70の内部構造が上記第1の実施の形態と相違している。それ以外のラジエータ65の構成は第1の実施の形態と同様である。
図11に示すように、リザーブタンク70の内部は、バッフルプレート100によって第1の室101と第2の室102とに仕切られている。バッフルプレート100は、ラジエータ65のアッパプレート75にリザーブタンク70と一緒にろう付けされている。
アッパプレート75は、バッフルプレート100と協働して上記第1の室101を規定している。アッパプレート75に気液分離手段としての仕切り板103が固定されている。仕切り板103は、第1の室101を冷媒流入領域104と冷媒流出領域105とに仕切っている。
ラジエータ65の第1の水管71の上端は、冷媒流入領域104に開口している。第1の水管71の上端は、冷媒流入領域104に貯えられる液状冷媒の液面下に位置している。ラジエータ65の第2の水管72の上端は、冷媒流出領域105に開口している。第2の管72の上端は、冷媒流出領域105に貯えられる液状冷媒の液面下に位置している。
バッフルプレート100は、仕切り板103に対応する位置に開口部106を有している。仕切り板103の上端は、開口部106を貫通して第2の室102内に僅かに突出している。このため、第1の室101の冷媒流入領域104は、開口部106および第2の室102を介して冷媒流出領域105に連なっている。
第1の受熱部16からラジエータ65に戻る液状冷媒は、流入タンク68から第1の水管71を介してリザーブタンク70の冷媒流入領域104に吐き出される。冷媒流入領域104内の液状冷媒は、図11に矢印Aで示すように、開口部106に入り込むとともに仕切り板103をオーバフローすることで冷媒流出領域105に流出する。
このような構成によると、冷媒流入領域104に貯えられた液状冷媒が仕切り板103をオーバフローする時に、この液状冷媒に含まれる気泡のような気体成分が液状冷媒から分離し、第2の室102に放出される。そのため、ラジエータ65の第2の室102は、空気溜まり107として機能する。
なお、第1および第2の水管71,72が水平となるようにラジエータ65を横置きの姿勢で設置する場合は、第2の水管72が1の水管71の下方に位置するようにラジエータ65の姿勢を規定する。これにより、図11に二点鎖線で示すように、リザーブタンク70内の液状冷媒の液面L3よりも下方に第2の水管72の端部が位置するとともに、液面L3の上に仕切り板103が位置する。
このため、第1の水管71から冷媒流入領域104に吐き出される液状冷媒は、仕切り板103をガイドとして開口部106から第2の室102を経由して冷媒流出領域105に流れ込む。
よって、ラジエータ65が縦置きおよび横置きのいずれにおいても、リザーブタンク70に戻る液状冷媒の中から熱伝達の妨げとなる気体成分を確実に排除することができ、最も高温となる第2の発熱体11の冷却効率を高めることができる。
図12ないし図14は、本発明の第3の実施の形態を開示している。
第3の実施の形態では、第3の発熱体200と、この第3の発熱体200よりも発熱量の大きい第4の発熱体201がプリント回路基板8の第1の面8aに実装されている。さらに、筐体2は、第3および第4の発熱体200,201を冷却する液冷式の他の冷却装置202を収容している。
第3および第4の発熱体200,201は、例えば半導体パッケージのような電子部品であって、第1および第2の発熱体10,11よりも前方に位置している。第3の発熱体200よりも発熱量が大きい第4の発熱体201は、第3の発熱体200の下方に位置している。
他の冷却装置202は、第1の受熱部203、第2の受熱部204、放熱ユニット205および循環経路206を備えている。第1の受熱部203、第2の受熱部204、放熱ユニット205および循環経路206は、夫々第1の実施の形態の第1の受熱部16、第2の受熱部17、放熱ユニット18および循環経路19に対応するものであり、その構成は第1の実施の形態と基本的に同一である。
したがって、第1の受熱部203、第2の受熱部204、放熱ユニット205および循環経路206の各構成要素については、第1の実施の形態と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
図13に示すように、第1の受熱部203は、第3の発熱体200を覆うようにプリント回路基板8に保持されるとともに、第3の発熱体200に熱的に接続されている。同様に熱交換型ポンプ30を内蔵する第2の受熱部204は、第4の発熱体201を覆うようにプリント回路基板8に保持されて、第4の発熱体201に熱的に接続されている。
放熱ユニット205は、筐体2の前端下部に配置されている。図14に示すように、第3の実施の形態では二つの放熱ユニット18,205が筐体2の幅方向に並んでおり、これら放熱ユニット18,205の間にプリント回路基板8の前端部が入り込んでいる。
図13に示すように、放熱ユニット205においても、ラジエータ65は前壁5に開けた複数の吸気孔79と向かい合い、吸気孔79を筐体2の内側から覆っている。さらに、軸流ファン66は、ラジエータ65の背後に設置されて、ラジエータ65よりも筐体2の内側に入り込んでいる。このため、放熱ユニット205のラジエータ65は、吸気孔79と軸流ファン66との間に配置されている。
放熱ユニット205のラジエータ65で冷やされた液状冷媒は、最初に第2の受熱部204の熱交換型ポンプ30に導かれ、ここで第4の発熱体201の熱を吸収した後に第1の受熱部203に導かれる。第1の受熱部203に導かれた液状冷媒は、第3の発熱体200の熱を吸収した後、ラジエータ65に戻り、ここで冷却風との熱交換により冷やされる。
図13に示すように、発熱量の大きい第4の発熱体201に熱的に接続された第2の受熱部204は、軸流ファン66の背後に位置している。このため、第2の受熱部204は、筐体2内の吐出領域85に位置し、この吐出領域85を流れる冷却風に直接晒されるようになっている。
このような第3の実施の形態によると、二つの放熱ユニット18,205のラジエータ65の冷却効率を高めつつ、筐体2の内部の温度上昇を防止できる。加えて、軸流ファン66の運転音が吸気孔79から漏れ難くなり、軸流ファン66の運転に伴う騒音を低く抑えることができる。
図15および図16は、本発明の第4の実施の形態を開示している。
この第4の実施の形態は、冷却装置15の放熱ユニット18の構成が上記第1の実施の形態と相違している。それ以外の冷却装置15の構成は、基本的に上記第1の実施の形態と同様である。このため、第4の実施の形態において、第1の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
図15および図16に示すように、放熱ユニット18は、ラジエータ65と軸流ファン66とを一体的に連結するフレーム301を有している。ラジエータ65と軸流ファン66とは、互いに間隔を存して向かい合っている。ラジエータ65と軸流ファン66との間に生じる隙間302は、フレーム301によって取り囲まれている。
フレーム301は、ラジエータ65の下方に向けて突出するタンク支持部303を有している。タンク支持部303は、専用のリザーブタンク304を支持している。リザーブタンク304は、ラジエータ65に付属するリザーブタンク70よりも遥かに大きな内容量を有する横長の箱状であり、ラジエータ65の真下に位置している。
このため、本実施の形態では、ラジエータ65および軸流ファン66が筐体2の高さ方向に沿う中間部に位置し、ラジエータ65の下方にリザーブタンク304を設置するスペースが確保されている。
さらに、第1および第2の受熱部16,17は、軸流ファン66の背後に位置している。そのため、第1および第2の受熱部16,17は、筐体2の内部に定められる吐出領域85の略中央部に位置している。
図16に示すように、リザーブタンク304は、冷媒流入口305と冷媒流出口306を有している。冷媒流入口305は、リザーブタンク304の上面の略中央部に設けられている。冷媒流入口305は、接続チューブ307を介してラジエータ65の冷媒出口77に接続されているとともに、リザーブタンク304に貯えられた液状冷媒の液面L4よりも上方に位置している。
冷媒流出口306は、冷媒流入口305よりも下方に位置するようにリザーブタンク304の側面の略中央部に設けられている。冷媒流出口306は、第1のチューブ91を介して熱交換型ポンプ30の吸込口52に接続されている。
さらに、冷媒流出口306は、リザーブタンク304内の液状冷媒の液面L4よりも下方に位置している。そのため、リザーブタンク304の上面と液状冷媒の液面L4との間には、空気溜まり308が形成されている。
このような構成によると、ラジエータ65で冷やされた液状冷媒は、熱交換型ポンプ30よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流で冷媒流入口305を介してリザーブタンク304に流れ込む。リザーブタンク304の冷媒流出口306は、リザーブタンク304に貯えられる液状冷媒の液面L4の下方に位置している。
そのため、液状冷媒中にラジエータ65のリザーブタンク70で分離しきれなかった気体成分が含まれていたとしても、気体成分は液状冷媒がリザーブタンク304内に流入する過程で液状冷媒から分離除去され、空気溜まり308に放出される。
したがって、本実施の形態のリザーブタンク304は、ラジエータ65から熱交換型ポンプ30に向う液状冷媒から気体成分を分離させる気液分離手段を兼ね備えている。
さらに、本実施の形態によると、ラジエータ65から熱交換型ポンプ30のポンプ室42に至る液状冷媒の流れ経路に気液分離機能を有する三つのリザーブタンク70,304,43が直列に介在されている。このため、ポンプ室42で第2の発熱体11の熱を受ける液状冷媒から熱伝達の妨げとなる気体成分を確実に排除でき、最も高温となる第2の発熱体11の冷却効率を高めることができる。
なお、ラジエータ65を横置きの姿勢で設置した場合でも、リザーブタンク304の冷媒流出口306は、図14に二点鎖線で示す液状冷媒の液面L5や冷媒流入口305よりも下方に位置する。したがって、液状冷媒に含まれる気体成分は、液状冷媒がリザーブタンク304内に流入する過程で液状冷媒から分離除去される。
よって、ラジエータ65が縦置きおよび横置きのいずれにおいても、熱伝達の妨げとなる気体成分を液状冷媒から確実に排除することができる。
加えて、第4の実施の形態によると、ラジエータ65と軸流ファン66との間に隙間302が形成されているので、軸流ファン66は隙間302内の空気を吸い込むことになる。このため、ラジエータ65と軸流ファン66とが密着している場合との比較において、軸流ファン66が動作した時の吸気抵抗を少なく抑えることができ、ラジエータ65から風きり音が発生し難くなる。
図17は、本発明の第5の実施の形態を開示している。
第5の実施の形態は、第1の発熱体10よりも発熱量の大きい第2の発熱体11のみを液状冷媒を介して強制的に冷却するようにした点が上記第4の実施の形態と相違している。それ以外のコンピュータ1の構成は、基本的に第4の実施の形態と同様である。このため、第5の実施の形態において、第4の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
図17に示すように、第2の発熱体11に第2の受熱部17が熱的に接続されている。第2の受熱部17の吐出口53は、第2のチューブ92を介してラジエータ65の冷媒入口76に接続されている。
第5の実施の形態では、第2の発熱体11よりも発熱量が小さい第1の発熱体10は、軸流ファン66から排気孔84に至る吐出領域85に位置している。このため、第1の発熱体10は、吐出領域85を流れる冷却風によって強制的に冷やされる。
さらに、プリント回路基板8の第1の面8aに複数の発熱する電子部品400が実装されている。電子部品400は、冷却風が流れる吐出領域85から外れているとともに、ヒートパイプ96の受熱端部96aの近傍に位置している。
電子部品400が発熱すると、電子部品400の熱は、プリント回路基板8を経由してヒートパイプ96に伝わる。この結果、ヒートパイプ96の熱移送作用により電子部品400の熱が放熱フィン97に移送されるとともに、放熱フィン97の表面から吐出領域85を流れる冷却風の流れに乗じて放出される。
したがって、吐出領域85から外れた電子部品400の熱を、吐出領域85に移してここから積極的に放出することができる。よって、筐体2の内部に回路部品400の熱が籠もり難くなり、筐体2の内部温度の上昇を防止できる。
なお、本発明は上記実施の形態に特定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施可能である。
例えば、上記各実施の形態では、発熱体の熱を受ける受熱部に熱交換型ポンプを一体的に組み込んでいる。しかしながら、本発明はこれに限らず、液状冷媒を加圧するポンプと受熱部とを互いに切り離してもよい。
2…筐体、10,11,200,201…発熱体(第1〜第4の発熱体)、16,17,203,204…受熱部(第1の受熱部、第2の受熱部)、19…循環経路、65…放熱部(ラジエータ)、66…ファン(軸流ファン)、79…吸気孔、84…排気孔、85…吐出領域。
Claims (8)
- 吸気孔および排気孔を有する筐体と、
上記筐体に収容される発熱体と、
上記筐体に収容され、上記発熱体に熱的に接続される受熱部と、
上記筐体内において上記吸気孔の近傍に配置され、上記吸気孔から冷却風を吸い込むファンと、
上記筐体に収容され、上記発熱体の熱を放出する放熱部と、を具備し、
上記放熱部は、上記吸気孔と上記ファンとの間に配置され、上記受熱部は、上記ファンから上記排気孔に至る冷却風の吐出領域に配置されていることを特徴とする電子機器。 - 請求項1の記載において、上記放熱部は、上記吸気孔を上記筐体の内側から覆うことを特徴とする電子機器。
- 請求項1の記載において、上記筐体は、(1)上記吐出領域から外れて位置する他の発熱体と、(2)上記他の発熱体の熱を受熱する受熱端部と、上記他の発熱体の熱を放出する放熱端部とを有するヒートパイプと、(3)上記ヒートパイプの放熱端部に熱的に接続された放熱フィンとを収容するとともに、上記ヒートパイプの放熱端部および上記放熱フィンが上記吐出領域に位置することを特徴とする電子機器。
- 吸気孔および排気孔を有する筐体と、
上記筐体に収容される発熱体と、
上記筐体に収容され、上記発熱体の熱を受ける受熱部と、
上記筐体内において上記吸気孔の近傍に配置され、上記吸気孔から冷却風を吸い込むファンと、
上記筐体に収容され、上記発熱体の熱を放出する放熱部と、
上記受熱部と上記放熱部との間で液状冷媒を循環させ、この液状冷媒を介して上記受熱部に伝えられた上記発熱体の熱を上記放熱部に移送する循環経路と、を具備し、
上記放熱部は、上記吸気孔と上記ファンとの間に配置され、上記受熱部は、上記ファンから上記排気孔に至る冷却風の吐出領域に配置されていることを特徴とする電子機器。 - 請求項4の記載において、上記受熱部および上記放熱部は、夫々液状冷媒を貯えるリザーブタンクを有し、各リザーブタンクは、液状冷媒に含まれる気体成分を分離する気液分離手段を有することを特徴とする電子機器。
- 請求項4の記載において、上記循環経路は、上記放熱部で冷やされた液状冷媒を上記受熱部に導く部分に液状冷媒を貯えるリザーブタンクを有し、このリザーブタンクは、液状冷媒に含まれる気体成分を分離する気液分離手段を有することを特徴とする電子機器。
- 請求項4の記載において、上記受熱部は、液状冷媒を加圧して送り出すポンプを有することを特徴とする電子機器。
- 請求項1又は請求項4の記載において、上記放熱部および上記ファンは、フレームを介して一体的に連結され、これら放熱部とファンとの間に隙間が形成されているとともに、この隙間は上記フレームによって取り囲まれていることを特徴とする電子機器。
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