JP2009236407A - 電子機器、冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】作動流体の逆流を防止できる電子機器を提供する。
【解決手段】電子機器は、筐体21と、筐体21の内部に収容される発熱部品25と、筐体21の内部に収容されるとともに、環状をなした内部流路に作動流体を封入して形成されるループヒートパイプ32と、を具備する。ループヒートパイプ32は、受熱部41、放熱部42、蒸気流路43、および液戻り流路44を備える。受熱部41は、液戻り流路44に連続するとともにウィック46が設けられる第1の領域41Aと、蒸気流路43に連続するとともに空洞になった第2の領域41Bと、を有する。受熱部41は、第1の領域41Aと第2の領域41Bとにまたがる位置で発熱部品25に熱的に接続される。
【選択図】図4

Description

本発明は、発熱部品を冷却するためのループヒートパイプを備えた電子機器、冷却装置およびループヒートパイプに関する。
ループ形状をなした扁平型のヒートパイプが開示されている。このヒートパイプは、内部にグルーブウィックを有する箱状のコンテナと、コンテナの中央部付近で凹まされるとともに対向壁に接触している凹壁と、コンテナの内部に注入された作動液と、を有している。凹壁は、コンテナの有効長さに満たない長さを有している。このため、コンテナの内部は、ループ形状になっている。
このヒートパイプでは、受熱部において作動液が核沸騰して蒸気胞となると同時に圧力振動波が発生する。潜熱を奪った全ての蒸気胞は、圧力振動波によって膨張収縮して放熱部側に徐々に移動する。この蒸気胞の移動によって、熱輸送が行われる(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−190596号公報
しかしながら、上記従来のヒートパイプでは、圧力振動波によって蒸気胞を送る構成となっているため、熱輸送効率が悪くなっていた。また、気相の作動流体と液相の作動流体が同一の経路を通り、気相の作動流体の熱が液相の作動流体に伝達されるため、輸送中の熱の一部が受熱部に戻ることがあり熱輸送の効率が悪くなっていた。
本発明の目的は、作動流体の逆流を防止できる電子機器を提供することにある。
前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、筐体と、前記筐体の内部に収容される発熱部品と、前記筐体の内部に収容されるとともに、環状をなした内部流路に作動流体を封入して形成されるループヒートパイプと、を具備する電子機器であって、前記ループヒートパイプは、前記発熱部品に熱的に接続される受熱部と、前記受熱部から送られた熱を外部に放出する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記受熱部で気化した前記作動流体を前記放熱部に流す蒸気流路と、前記蒸気流路とは独立に設けられ、前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記放熱部で液化した前記作動流体を前記受熱部に流す液戻り流路と、を備え、前記受熱部は、前記液戻り流路に連続するとともにウィックが設けられる第1の領域と、前記蒸気流路に連続するとともに空洞になった第2の領域と、を有し、前記第1の領域と前記第2の領域とにまたがる位置で前記発熱部品に熱的に接続される。
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る冷却装置は、環状をなした内部流路に作動流体を封入して形成されるとともに、受熱部および放熱部を具備するループヒートパイプと、前記受熱部に熱的に接続される発熱部品と、前記放熱部における放熱を促進するヒートシンクと、前記ヒートシンクに送風するファンユニットと、を具備する冷却装置であって、前記ループヒートパイプは、前記発熱部品に熱的に接続される前記受熱部と、前記受熱部から送られた熱を外部に放出する前記放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記受熱部で気化した前記作動流体を前記放熱部に流す蒸気流路と、前記蒸気流路とは独立に設けられ、前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記放熱部で液化した前記作動流体を前記受熱部に流す液戻り流路と、を備え、前記受熱部は、前記液戻り流路に連続するとともにウィックが設けられる第1の領域と、前記蒸気流路に連続するとともに空洞になった第2の領域と、を有し、前記第1の領域と前記第2の領域とにまたがる位置で前記発熱部品に熱的に接続される。
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るループヒートパイプは、環状をなした内部流路に作動流体を封入して形成されるループヒートパイプであって、発熱部品に熱的に接続される受熱部と、前記受熱部から送られた熱を外部に放出する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記受熱部で気化した前記作動流体を前記放熱部に流す蒸気流路と、前記蒸気流路とは独立に設けられ、前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記放熱部で液化した前記作動流体を前記受熱部に流す液戻り流路と、を具備し、前記受熱部は、前記液戻り流路に連続するとともにウィックが設けられる第1の領域と、前記蒸気流路に連続するとともに空洞になった第2の領域と、を有し、前記第1の領域と前記第2の領域とにまたがる位置で前記発熱部品に熱的に接続される。
本発明によれば、作動流体の逆流を防止できる電子機器を提供できる。
以下に、図1から図6を参照して、電子機器の第1の実施形態について説明する。図1に示すように、電子機器の一例であるポータブルコンピュータ11は、本体ユニット12と、表示ユニット13と、本体ユニット12と表示ユニット13との間に設けられるヒンジ機構14と、を備えている。ヒンジ機構14は、本体ユニット12に対して表示ユニット13が回転できるようにこれを支持している。
表示ユニット13は、ディスプレイ15を有している。ディスプレイ15は、例えば、液晶ディスプレイで構成されている。図1と図2に示すように、本体ユニット12は、筐体21と、筐体21に取り付けられたキーボード22、タッチパッド23と、筐体21の内部に収容されたプリント回路板24と、筐体21の内部に収容されるとともに、プリント回路板24の発熱部品25を冷却する冷却装置26と、を備えている。
図2と図3に示すように、プリント回路板24は、複数の銅製の配線層を積層したプリント配線板31と、プリント回路板24上に実装された3つの発熱部品25と、を有している。3つの発熱部品25は、例えば、CPU(central processing unit)、ノースブリッジ、グラフィックスチップでそれぞれ構成されているが、これに限定されるものではない。発熱部品25は、その他の回路部品であってもよい。また、本実施形態では、冷却装置26によって冷却される発熱部品25を3つ示しているが、これに限定されるものではなく、1つの発熱部品25を本実施形態の冷却装置26によって冷却してもよい。
冷却装置26は、発熱部品25を冷却するためのループヒートパイプ32と、ループヒートパイプ32の放熱部に接続されるヒートシンク33と、ヒートシンク33に空気を送ってヒートシンク33の冷却を促進するためのファンユニット34と、を備えている。ヒートシンク33は、例えば、複数のフィンを有しており、銅やアルミニウム合金等の熱伝導性のよい金属で形成されている。本発明にいう冷却装置は、発熱部品を含んだ概念である。なお、ヒートシンク33は、発熱部品25と接続する面と同じ側の面に固定されており、冷却装置26の薄型化が図られている。
図3に示すように、ループヒートパイプ32は、扁平な板形状をなしており、その一例として、1つの平面内で環状をなして密閉された内部流路を有している。ループヒートパイプ32は、この内部流路に作動流体を封入して形成されている。ループヒートパイプ32は、銅製の2枚の板材35を張り合わせて形成されており、2枚の板材35は、その外周部に枠部36をそれぞれ有している。なお、ループヒートパイプ32は、平板状に形成されているが、発熱部品25の設置される高さに違いがある場合に、発熱部品25の高さに沿うように適宜折り曲げて使用することができる。
図4に示すように、ループヒートパイプ32は、発熱部品25に熱的に接続される受熱部41と、ヒートシンク33に熱的に接続される放熱部42と、受熱部41と放熱部42とを接続する蒸気流路43と、蒸気流路43から外れた位置で受熱部41と放熱部42とを接続する液戻り流路44と、蒸気流路43と液戻り流路44とを仕切るための仕切部45と、を有している。
仕切部45は、上記銅製の2枚の板材35のうち、一方に例えば絞り加工を加えることで形成される。この仕切部45の形成方法は、絞り加工に限定されるものではない。仕切部45は、上記2枚の板材35のうち、一方にろう付けを行うことや、2枚の板材35同士の間でスポット溶接を行うことによっても形成することができる。また、円筒形の管をつぶしてループヒートパイプ32を形成してもよい。その場合には、仕切部45になる箇所を蒸気流路43になる部分、および液戻り流路44になる部分よりも大きく潰すことで、仕切部45を形成することができる。
2枚の板材35を張り合わせる際には、仕切部45は、他方の板材35に隙間なく突き当てられる。もっとも、仕切部45と他方の板材35との間には隙間があってもよく、実質的に蒸気流路43と液戻り流路44とを仕切ることができればよい。
受熱部41は、液戻り流路44に連続している第1の領域41Aと、蒸気流路43に連続している第2の領域41Bと、をその内部に有している。第1の領域41Aに、ウィック46が設けられている。第2の領域41Bは、空洞になっている。
ウィック46は、液化した作動流体に毛細管力を作用させて、作動流体を放熱部42から受熱部41に還流させるものの総称である。本実施形態において、ウィック46は、例えば、板材35の内部に金属粉末、つまり銅粉末を焼結して形成された多孔質部材で形成されている。もっとも、ウィック46は、多孔質部材に限定されるものではなく、金属のメッシュや、細溝(グルーブ)、ワイヤ、布などであってもよい。
図4と図6に示すように、受熱部41は、第1の領域41Aと第2の領域41Bにまたがる位置で、発熱部品25に熱的に接続されている。つまり、発熱部品25は、第1の領域41Aに設けられたウィック46に対して、位置がずれて(オフセットして)配置されている。より具体的には、受熱部41は、発熱部品25の接続部分の面積の例えば1/3から1/4程度をウィック46にオーバラップさせるように、発熱部品25と接続される。受熱部41は、この位置で作動流体の気化を促すことで、発熱部品25の熱をうばうことができる。また、受熱部41と発熱部品25との間に、例えばグリス等の熱接続材料が介在されている。
蒸気流路43は、内部が空洞になっており、気化した作動流体を受熱部41から放熱部42に向けて流すことができる。液戻り流路44は、蒸気流路43とは独立に設けられている。液戻り流路44は、内部が空洞になっており、作動流体を放熱部42から受熱部41に向けて流すことができる。放熱部42は、内部が空洞になっている。放熱部42は、外面でヒートシンク33に固定されている。放熱部42は、この位置で作動流体の液化を促して、受熱部41から送られた熱を外部、つまりヒートシンク33に放出することができる。
作動流体は、液体と気体との間で状態変化することができる。作動流体は、例えば、水で構成されている。もっとも、作動流体は、水に限定されるものではない。作動流体は、例えば、エタノールや、アンモニア、ブタンであってもよい。
なお、ループヒートパイプ32の熱輸送量は、従来型のロッド状のヒートパイプの熱輸送量に比して飛躍的に向上しており、従来型のものと同列に論ずることはできない。より具体的には、従来型の棒状のヒートパイプ(外径3mm)の熱輸送量が例えば、30W程度であるのに対して、本実施形態のループヒートパイプ32(厚み寸法1.2mm)の熱輸送量は、例えば90W程度である。
図4から図6を参照して、本実施形態の冷却装置26の作用について説明する。図4と図6に示すように、発熱部品25で発熱した熱は、ループヒートパイプ32の受熱部41に伝達される。このとき、受熱部41では、作動流体の気化が促され、この気化によって発熱部品25の熱がループヒートパイプ32内に取り込まれる。このとき、作動流体の気化は、専らウィック46が第2の領域41Bに接する面、つまり第1の領域41Aと第2の領域41Bの境界面において行われ、発熱部品25から遠い位置である受熱部41の第1の領域41Aと液戻り流路44との境界部では気化がなされない。
受熱部41で気化した作動流体は、図4に矢印で示すように、蒸気流路43を介して放熱部42に送られる。放熱部42において、作動流体の熱がヒートシンク33に伝達されて、作動流体の液化が促進される。放熱部42において液化された作動流体は、図4に矢印で示すように、液戻り流路44を介して受熱部41に送られる。このように、ループヒートパイプ32の内部では作動流体が循環して、熱の伝達が円滑になされる。ヒートシンク33に伝達された熱は、ファンユニット34からの送風によって空気に伝達される。当該空気は、筐体21に形成された貫通孔21Aを介して、筐体21の外部に排出される。
本実施形態によれば、電子機器の一例であるポータブルコンピュータ11は、筐体21と、筐体21の内部に収容される発熱部品25と、筐体21の内部に収容されるとともに、環状をなした内部流路に作動流体を封入して形成されるループヒートパイプ32と、を具備し、ループヒートパイプ32は、発熱部品25に熱的に接続される受熱部41と、受熱部41から送られた熱を外部に放出する放熱部42と、受熱部41と放熱部42とを接続するとともに、受熱部41で気化した作動流体を放熱部42に流す蒸気流路43と、蒸気流路43とは独立に設けられ、受熱部41と放熱部42とを接続するとともに、放熱部42で液化した作動流体を受熱部41に流す液戻り流路44と、を具備し、受熱部41は、液戻り流路44に連続するとともにウィック46が設けられる第1の領域41Aと、蒸気流路43に連続するとともに空洞になった第2の領域41Bと、を有し、第1の領域41Aと第2の領域41Bとにまたがる位置で発熱部品25に熱的に接続される。
この構成によれば、ウィック46と第2の領域41Bとの境界部において、作動流体の気化を促すことができる。一方、ウィック46と液戻り流路44との間の境界部を発熱部品25から遠い位置に配置して、この境界部の温度を低くできるため、この部分から作動流体が気化してしまうことを極力防止できる。また、ウィック46と液戻り流路44との間の境界部を発熱部品25から遠い位置に配置できれば、この方向への圧力損失を大きくして、この方向へ蒸発した作動流体の気泡が流れることが防止される。以上2つの点から、作動流体に逆流を生じてしまうことを防止できる。これによって、簡単な構造で、効率的に発熱部品25を冷却できるループヒートパイプ32を備えたポータブルコンピュータ11を提供できる。また、発熱部品25がウィック46と一部重複するように配置されるため、発熱部品25からウィック46への熱伝導性が向上しており、発熱部品25を効率的に冷却することができる。
この場合、ウィック46は、金属粉末を焼結して形成した多孔質部材である。この構成によれば、多孔質部材の毛細管力によって、液化した作動流体を重力に逆らう方向に導くことができ、ループヒートパイプ32の設置角度によって冷却性能が左右されてしまう角度依存性を低減することができる。
この場合、発熱部品25は、複数のものであり、複数の発熱部品25は、第1の領域41Aと第2の領域41Bとの境界線上に並んで配置される。この構成によれば、第1の領域41Aと第2の領域41Bとにまたがる位置に複数の発熱部品25を配置することができる。これによって、複数の発熱部品25を一括して冷却するマルチ冷却にも円滑に対応することができる。すなわち、第1の領域41Aと第2の領域41Bの間の境界線の長さを十分に確保し、且つこの境界線上に発熱部品25を横並びに配置することで、複数の発熱部品25の冷却に柔軟に対応することができる。これによって、例えば発熱部品が2個であるポータブルコンピュータや、発熱部品が4個であるポータブルコンピュータに対しても、ループヒートパイプ32を共通に用いることができ、ループヒートパイプ32に汎用性を持たせることができる。
続いて、図7を参照して、電子機器の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態の電子機器の一例であるポータブルコンピュータ51は、ウィック52の構造が第1の実施形態と異なっているが、他の部分は共通している。このため、主として第1の実施形態と異なる部分について説明し、共通する箇所については共通の符号を付して説明を省略する。
第2の実施形態において、ウィック52は、例えば、板材35の内部に金属粉末、つまり銅粉末を焼結して形成された多孔質部材で形成されている。ウィック52は、受熱部41の第1の領域41Aと、液戻り流路44の内部と、にそれぞれ設けられている。ウィック52は、受熱部41の第1の領域41Aから延びて、液戻り流路44の内部まで連続している。
第2の実施形態によれば、ウィック52は、第1の領域41Aから延びて液戻り流路44の内部まで連続している。この構成によれば、液戻り流路44の内部にある液化した作動流体を受熱部41にまで吸い上げることができるため、ループヒートパイプ32の角度依存性をより一層低減することができる。これにより、ポータブルコンピュータ51用のみならず、例えば、タブレット型のノートパソコンや、携帯情報端末のような設置角度が変化する機器にも好適なループヒートパイプ32を提供できる。
また、ウィック52は、液戻り流路44の内部まで連続しているため、ウィック52と放熱部42との境界部を発熱部品25から遠い位置に配置することができる。これによって、ウィック52と放熱部42との境界部から作動流体が気化することを防止して、作動流体に逆流を生ずることを防止することができる。
続いて、図8を参照して、電子機器の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態の電子機器の一例であるポータブルコンピュータ61は、ウィック62の構造が第1の実施形態と異なっているが、他の部分は共通している。このため、主として第1の実施形態と異なる部分について説明し、共通する箇所については共通の符号を付して説明を省略する。
第3の実施形態では、ウィック62は、例えば、板材35の内部に金属粉末、つまり銅粉末を焼結して形成された多孔質部材で形成されている。ウィック62は、受熱部41の第1の領域41Aと、液戻り流路44の内部と、放熱部42の内部の一部分と、にそれぞれ設けられている。ウィック62は、受熱部41の第1の領域41Aから延びて、液戻り流路44の内部を通り、放熱部42の内部まで連続している。
第3の実施形態によれば、ウィック62は、液戻り流路44から延びて放熱部42の内部まで連続している。この構成によれば、液戻り流路44の内部にある液化した作動流体を重力に逆らう方向に運ぶことができ、ウィック62を介して作動流体を受熱部41まで吸い上げることができる。またこの構成によれば、多孔質部材としてウィック62が用いられるため、受熱部41を放熱部42よりも高い位置にして、鉛直方向に配置したトップヒート状態としても、ループヒートパイプ32の性能劣化を約1割程度に抑えることができる。さらに、ウィック62によって、液化した作動流体を放熱部42内に留めて、作動流体が意図しない方向に移動してしまうことを防止できる。これらによって、ポータブルコンピュータ61用のみならず、例えば、タブレット型のノートパソコンや、携帯情報端末のような設置角度が変化する機器にも好適なループヒートパイプ32を提供できる。
また、本実施形態では、ウィック62の一部がヒートシンク33と重なる位置に配置されるため、この部分において熱伝導性が向上させて、ループヒートパイプ32からヒートシンク33への熱の移動を効率的に行うことができる。
本発明の電子機器は、上記のポータブルコンピュータ11、51、61に限らず、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
第1の実施形態に係る電子機器の一例であるポータブルコンピュータを示す斜視図。 図1に示すポータブルコンピュータの筐体の水平方向に沿った断面図。 図2に示す筐体の内部に収容される冷却装置を分解して示す斜視図。 図3に示す冷却装置のループヒートパイプの水平方向に沿った断面図。 図4に示すループヒートパイプのF5−F5線に沿った断面図。 図4に示すループヒートパイプのF6−F6線に沿った断面図。 第2の実施形態に係る電子機器の一例であるポータブルコンピュータのループヒートパイプの水平方向に沿った断面図。 第3の実施形態に係る電子機器の一例であるポータブルコンピュータのループヒートパイプの水平方向に沿った断面図。
符号の説明
11、51、61…ポータブルコンピュータ、21…筐体、25…発熱部品、26…冷却装置、32…ループヒートパイプ、33…ヒートシンク、34…ファンユニット、41…受熱部、41A…第1の領域、41B…第2の領域、42…放熱部、43…蒸気流路、44…液戻り流路、46、52、62…ウィック

Claims (14)

  1. 筐体と、
    前記筐体の内部に収容される発熱部品と、
    前記筐体の内部に収容されるとともに、環状をなした内部流路に作動流体を封入して形成されるループヒートパイプと、
    を具備する電子機器であって、
    前記ループヒートパイプは、
    前記発熱部品に熱的に接続される受熱部と、
    前記受熱部から送られた熱を外部に放出する放熱部と、
    前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記受熱部で気化した前記作動流体を前記放熱部に流す蒸気流路と、
    前記蒸気流路とは独立に設けられ、前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記放熱部で液化した前記作動流体を前記受熱部に流す液戻り流路と、
    を備え、
    前記受熱部は、前記液戻り流路に連続するとともにウィックが設けられる第1の領域と、前記蒸気流路に連続するとともに空洞になった第2の領域と、を有し、前記第1の領域と前記第2の領域とにまたがる位置で前記発熱部品に熱的に接続されることを特徴とする電子機器。
  2. 前記ウィックは、金属粉末を焼結して形成した多孔質部材であることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
  3. 前記発熱部品は、複数のものであり、
    複数の前記発熱部品は、前記第1の領域と前記第2の領域との境界線上に並んで配置されることを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
  4. 前記ウィックは、前記第1の領域から延びて前記液戻り流路の内部まで連続していることを特徴とする請求項3に記載の電子機器。
  5. 前記ウィックは、前記液戻り流路から延びて前記放熱部の内部まで連続していることを特徴とする請求項4に記載の電子機器。
  6. 環状をなした内部流路に作動流体を封入して形成されるとともに、受熱部および放熱部を具備するループヒートパイプと、
    前記受熱部に熱的に接続される発熱部品と、
    前記放熱部における放熱を促進するヒートシンクと、
    前記ヒートシンクに送風するファンユニットと、
    を具備する冷却装置であって、
    前記ループヒートパイプは、
    前記発熱部品に熱的に接続される前記受熱部と、
    前記受熱部から送られた熱を外部に放出する前記放熱部と、
    前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記受熱部で気化した前記作動流体を前記放熱部に流す蒸気流路と、
    前記蒸気流路とは独立に設けられ、前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記放熱部で液化した前記作動流体を前記受熱部に流す液戻り流路と、
    を備え、
    前記受熱部は、前記液戻り流路に連続するとともにウィックが設けられる第1の領域と、前記蒸気流路に連続するとともに空洞になった第2の領域と、を有し、前記第1の領域と前記第2の領域とにまたがる位置で前記発熱部品に熱的に接続されることを特徴とする冷却装置。
  7. 前記ウィックは、金属粉末を焼結して形成した多孔質部材であることを特徴とする請求項6に記載の冷却装置。
  8. 前記発熱部品は、複数のものであり、
    複数の前記発熱部品は、前記第1の領域と前記第2の領域との境界線上に並んで配置されることを特徴とする請求項7に記載の冷却装置。
  9. 前記ウィックは、前記第1の領域から延びて前記液戻り流路の内部まで連続していることを特徴とする請求項8に記載の冷却装置。
  10. 前記ウィックは、前記液戻り流路から延びて前記放熱部の内部まで連続していることを特徴とする請求項9に記載の冷却装置。
  11. 環状をなした内部流路に作動流体を封入して形成されるループヒートパイプであって、
    発熱部品に熱的に接続される受熱部と、
    前記受熱部から送られた熱を外部に放出する放熱部と、
    前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記受熱部で気化した前記作動流体を前記放熱部に流す蒸気流路と、
    前記蒸気流路とは独立に設けられ、前記受熱部と前記放熱部とを接続するとともに、前記放熱部で液化した前記作動流体を前記受熱部に流す液戻り流路と、
    を具備し、
    前記受熱部は、前記液戻り流路に連続するとともにウィックが設けられる第1の領域と、前記蒸気流路に連続するとともに空洞になった第2の領域と、を有し、前記第1の領域と前記第2の領域とにまたがる位置で前記発熱部品に熱的に接続されることを特徴とするループヒートパイプ。
  12. 前記ウィックは、金属粉末を焼結して形成した多孔質部材であることを特徴とする請求項11に記載のループヒートパイプ。
  13. 前記ウィックは、前記第1の領域から延びて前記液戻り流路の内部まで連続していることを特徴とする請求項12に記載のループヒートパイプ。
  14. 前記ウィックは、前記液戻り流路から延びて前記放熱部の内部まで連続していることを特徴とする請求項13に記載のループヒートパイプ。
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