JP3673249B2 - 電子機器および冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロプロセッサのような発熱する回路部品を搭載した電子機器に係り、特にその回路部品の冷却性能を高める冷却装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノート形のポータブルコンピュータに用いられるマイクロプロセッサは、処理速度の高速化や多機能化に伴い動作中の発熱量が増加している。このため、近年、空気よりも遥かに高い比熱を有する液状の冷媒を用いてマイクロプロセッサを冷却する、いわゆる液冷式の冷却システムが開発されている。
【０００３】
「特開平7−142886号公報」は、ポータブルコンピュータに用いる液冷式の冷却システムの一例を開示している。この冷却システムは、受熱ヘッダ、放熱ヘッダおよび冷媒を循環させるチューブを備えている。受熱ヘッダは、ポータブルコンピュータの筐体に収容されて、マイクロプロセッサに熱的に接続されている。放熱ヘッダは、上記筐体に支持された表示装置に収容されている。チューブは、筐体と表示装置とに跨って配管され、受熱ヘッダと放熱ヘッダとの間を熱的に接続している。
【０００４】
この冷却システムによると、マイクロプロセッサの熱は、受熱ヘッダでの熱交換により冷媒に伝えられる。この受熱ヘッダで加熱された冷媒は、チューブを通じて放熱ヘッダに移送され、この放熱ヘッダを通過する過程でマイクロプロセッサの熱を放出する。この放熱ヘッダでの熱交換により冷やされた冷媒は、チューブを通じて受熱ヘッダに戻され、再びマイクロプロセッサの熱を受ける。この冷媒の循環により、マイクロプロセッサの熱を効率良く放熱ヘッダに移送することができ、従来一般的な空冷式の冷却システムよりもマイクロプロセッサの冷却性能が向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液冷式の冷却システムに用いられる放熱ヘッダは、冷媒が流れる冷媒流路を有するとともに、上記表示装置の金属製筐体に熱的に接続されている。このため、冷媒に伝えられたマイクロプロセッサの熱は、放熱ヘッダから金属製筐体への熱伝導により拡散され、この金属製筐体の外表面から大気中に放出される。この際、金属製筐体の表面温度が高くなる程、放熱量が増大し、放熱ヘッダの放熱性能が高まる。
【０００６】
しかしながら、金属製筐体は、ポータブルコンピュータを持ち運んだり、あるいは表示装置を閉じたり開いたりする時に手を触れる箇所でもあるため、この金属製筐体の表面温度を無闇に高めることはできない。具体的には、金属製筐体の表面温度が例えば６０℃を超えないようにすると、放熱ヘッダの放熱量は高く見積もっても十数Ｗが限度となる。
【０００７】
ポータブルコンピュータ用のマイクロプロセッサは、今後更なる性能の向上が予測され、それに伴いマイクロプロセッサの発熱量も飛躍的な増加が見込まれる。したがって、現状の液冷による冷却システムでは、マイクロプロセッサの発熱量の増大に対応しきれなくなり、マイクロプロプロセッサの冷却性能が不足することが懸念される。
【０００８】
本発明の目的は、循環経路を流れる液状冷媒による液冷と、ヒートシンクおよびファン装置による強制空冷との併用を可能とし、発熱体の冷却性能を高めることができる電子機器および冷却装置を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、
発熱体を有する筐体と、
上記発熱体に熱的に接続されたポンプハウジングと、このポンプハウジングに収容された羽根車とを有するポンプと、
上記発熱体の熱を放出する放熱部と、
上記ポンプハウジングと上記放熱部との間で液状の冷媒を循環させ、上記ポンプハウジングに伝えられた上記発熱体の熱を上記冷媒を介して上記放熱部に移送する循環経路と、
上記放熱部とは別に設けられたヒートシンクと、
上記ポンプハウジングに熱的に接続された第１の端部と、上記ヒートシンクに熱的に接続された第２の端部とを有し、上記ポンプハウジングに伝えられた熱の一部を上記ヒートシンクに伝える熱移送部材と、
上記ヒートシンクに冷却風を吹き付けるファン装置、とを備え、
上記ポンプの羽根車は、上記発熱体と上記熱移送部材の第１の端部との間に位置することを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、発熱体の熱は、循環経路を循環する冷媒によりポンプハウジングから放熱部に移送され、この放熱部から放出される。さらに、ポンプハウジングに伝えられた発熱体の熱の一部は、熱移送部材を介して放熱部とは別のヒートシンクに移送され、このヒートシンクに吹き付けられる冷却風との熱交換により放出される。
【００１１】
このため、循環経路を流れる液状冷媒による液冷と、ヒートシンクおよびファン装置による強制空冷との共存が可能となり、発熱体の冷却性能が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず最初に、本発明の実施の形態の元となる第１の参考例および第２の参考例について説明する。図１ないし図７は、ポータブルコンピュータに関する第１の参考例を示している。
【００１３】
図１および図２に示すように、電子機器としてのポータブルコンピュータ１は、コンピュータ本体２とディスプレイユニット３とで構成されている。コンピュータ本体２は、偏平な箱形の第１の筐体４を備えている。第１の筐体４は、底壁４ａ、上壁４ｂ、前壁４ｃ、左右の側壁４ｄおよび後壁４ｅを有している。上壁４ｂは、キーボード５を支持している。
【００１４】
さらに、上壁４ｂは、キーボード５の背後に一対のディスプレイ支持部６ａ，６ｂを有している。ディスプレイ支持部６ａ，６ｂは、夫々凹みからなるとともに、第１の筐体４の幅方向に互いに離れている。
【００１５】
ディスプレイユニット３は、第２の筐体としてのディスプレイハウジング８を備えている。ディスプレイハウジング８は、図示しない液晶表示パネルを収容している。ディスプレイハウジング８は、その一端部から突出する一対の中空脚部９ａ，９ｂを有している。中空脚部９ａ，９ｂは、第１の筐体４のディスプレイ支持部６ａ，６ｂに挿入されているとともに、図示しないヒンジを介して第１の筐体４の後端部に支持されている。
【００１６】
そのため、ディスプレイユニット３は、キーボード５を上方から覆うように倒される閉じ位置と、キーボード５を露出させるように起立する開き位置とに亘って回動可能となっている。
【００１７】
図２に示すように、第１の筐体４は、プリント配線板１０およびCD‐ROM駆動装置１１を収容している。プリント配線板１０およびCD‐ROM駆動装置１１は、第１の筐体４の底壁４ａの上に並べて配置されている。
【００１８】
図４に示すように、プリント配線板１０の上面に発熱体としての半導体パッケージ１２が半田付けされている。半導体パッケージ１２は、ポータブルコンピュータ１の中枢となるマイクロプロセッサを構成しており、プリント配線板１０の後部に位置している。半導体パッケージ１２は、四角いベース基板１３と、このベース基板１３の中央部に配置されたICチップ１４とを有している。ICチップ１４は、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非常に大きく、安定した動作を維持するために冷却を必要としている。
【００１９】
図２に示すように、ポータブルコンピュータ１は、半導体パッケージ１２を冷却する冷却装置１５を搭載している。冷却装置１５は、液冷ユニット１６と空冷ユニット１７とを備えている。
【００２０】
液冷ユニット１６は、受熱部１８、放熱部としての放熱器１９、循環経路２０およびポンプ２１を備えている。受熱部１８は、図３ないし図５に示すような金属製のハウジング２２を有している。ハウジング２２は、偏平な箱形であり、上記第１の筐体４に収容されたプリント配線板１０の上面に固定されている。ハウジング２２は、半導体パッケージ１２よりも一回り大きな平面形状を有し、このハウジング２２の下面は、平坦な受熱面２３となっている。受熱面２３は、図示しない熱伝導性グリース又は熱伝導性シートを介して半導体パッケージ１２のICチップ１４に熱的に接続されている。
【００２１】
さらに、ハウジング２２の内部に冷媒流路２４が形成されている。冷媒流路２４は、受熱面２３に対応した位置に設けられ、この受熱面２３を介してICチップ１４に熱的に接続されている。冷媒流路２４は、仕切り壁２５を介して第１の流路２６と第２の流路２７とに仕切られている。第１の流路２６の下流端と第２の流路２７の上流端は、ハウジング２２の内部で互いに合流している。
【００２２】
ハウジング２２は、その一端に冷媒入口２８および冷媒出口２９を有している。冷媒入口２８および冷媒出口２９は、第１の筐体４の後方に向けて開口するように互いに並べて配置されているとともに、上記第１および第２の流路２６，２７の合流部とは反対側に位置している。そのため、冷媒入口２８は、第１の流路２６の上流端に連なり、冷媒出口２９は、第２の流路２７の下流端に連なっている。
【００２３】
放熱器１９は、ディスプレイハウジング８の背面と液晶表示パネルとの間に介在されて、このディスプレイハウジング８の背面に熱的に接続されている。放熱器１９は、ディスプレイハウジング８の背面よりも一回り小さな長方形の板状をなしている。図６に示すように、放熱器１９は、第１の放熱板３１と第２の放熱板３２とを備えている。これら放熱板３１，３２は夫々金属製であり、互いに重ね合わされている。
【００２４】
第１の放熱板３１は、第２の放熱板３２に対し反対側に張り出す膨出部３３を有している。膨出部３３は、第１の放熱板３１の略全面に亘って蛇行状に形成されている。この膨出部３３の開口端は、第２の放熱板３２によって閉じられている。そのため、第１の放熱板３１の膨出部３３は、第２の放熱板３２との間に冷媒流路３４を構成している。
【００２５】
放熱器１９は、冷媒入口３６と冷媒出口３７とを有している。冷媒入口３６は、冷媒流路３４の上流端に位置するとともに、冷媒出口３７は、冷媒流路３４の下流端に位置している。これら冷媒入口３６および冷媒出口３７は、ディスプレイハウジング８の幅方向に互いに離れている。
【００２６】
上記循環経路２０は、第１の管路３８と第２の管路３９とを備えている。第１の管路３８は、受熱部１８の冷媒出口２９と放熱器１９の冷媒入口３６との間を接続している。この第１の管路３８は、第１の筐体４の内部から左側の脚部９ａの内側を通してディスプレイハウジング８の内部に導かれている。第２の管路３９は、受熱部１８の冷媒入口２８と放熱器１９の冷媒出口３７との間を接続している。この第２の管路３９は、第１の筐体４の内部から右側の脚部９ｂの内側を通してディスプレイハウジング８の内部に導かれている。
【００２７】
受熱部１８の冷媒流路２４、放熱器１９の冷媒流路３４および循環経路２０には、液状の冷媒としての冷却液が充填されている。この冷却液としては、例えば水にエチレングリコール溶液および必要に応じて腐蝕防止剤を添加した不凍液が用いられている。
【００２８】
上記ポンプ２１は、上記第１の管路３８の途中に設置されている。ポンプ２１は、冷却液を受熱部１８と放熱器１９との間で強制的に循環させるためのものであり、本参考例の場合はディスプレイハウジング８に収容されている。このポンプ２１は、例えばポータブルコンピュータ１の電源投入時あるいは半導体パッケージ１２の温度が予め決められた値に達した時に駆動される。
【００２９】
ポンプ２１が駆動を開始すると、冷却液が放熱器１９に向けて送り出され、この冷却液が循環経路２０に沿って流れる。すなわち、受熱部１８の冷媒流路２４を第１の流路２６から第２の流路２７に向けて流れる冷却液は、この流れの過程で半導体パッケージ１２の熱を受けて加熱される。この加熱された冷却液は、第１の管路３８を通じて放熱器１９に送り込まれ、蛇行状に屈曲された冷媒流路３４を流れる。この流れの過程で冷却液に吸収された半導体パッケージ１２の熱が第１および第２の放熱板３１，３２に拡散される。それとともに、この熱は第１および第２の放熱板３１，３２からディスプレイハウジング８に伝わり、このディスプレイハウジング８の外表面から自然空冷により放出される。
【００３０】
放熱器１９での熱交換により冷やされた冷却液は、第２の管路３９を介して受熱部１８の冷媒流路２４に戻される。この冷却液は、冷媒流路２４を流れる過程で再び半導体パッケージ１２の熱を吸収した後、放熱器１９に向けて送り出される。このようなサイクルを繰り返すことで、半導体パッケージ１２の熱が放熱器１９に順次移送され、ディスプレイハウジング８の外表面から放出される。
【００３１】
一方、図２、図３および図７に示すように、上記冷却装置１５の空冷ユニット１７は、ヒートシンク４１、熱移送部材としてのヒートパイプ４２およびファン装置４３を備えている。
【００３２】
ヒートシンク４１は、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料により形成されている。ヒートシンク４１は、第１の筐体４の左側の側壁４ｄに沿って延びる一つのブロックからなり、このヒートシンク４１の中央部に貫通孔４４が形成されている。さらに、ヒートシンク４１の外周面には、複数の放熱フィン４５が形成されている。
【００３３】
上記ヒートパイプ４２は、上記受熱部１８に伝えられた半導体パッケージ１２の熱の一部をヒートシンク４１に移送するためのものであり、冷媒が充填された金属製の外管４６を含んでいる。外管４６は、第１の端部４６ａと第２の端部４６ｂとを有している。この外管４６は、第１の端部４６ａと第２の端部４６ｂとが互いに直交するような位置関係となるように屈曲されている。
【００３４】
外管４６の第１の端部４６ａは、上記受熱部１８のハウジング２２の上面に形成された嵌合溝４７に嵌め込まれている。嵌合溝４７は、上記冷媒流路２４の第１の流路２６と第２の流路２７との合流部に対応する箇所に位置している。外管４６の第２の端部４６ｂは、上記ヒートシンク４１の貫通孔４４に嵌め込まれている。このため、ヒートパイプ４２は、受熱部１８およびヒートシンク４１の双方に熱的に接続されている。
【００３５】
図２に示すように、ヒートパイプ４２の第１の端部４６ａは、第１の筐体４の幅方向に延びている。これに伴いヒートパイプ４２の第２の端部４６ｂは、第１の筐体４の左側の側壁４ｄに沿って延びている。この第２の端部４６ｂに熱的に接続された上記ヒートシンク４１は、側壁４ｄに開けた排気口４８と向かい合っている。
【００３６】
図２や図３に示すように、上記ファン装置４３は、上記受熱部１８とヒートシンク４１との間に介在されている。言い換えると、ファン装置４３、受熱部１８およびヒートシンク４１は、第１の筐体４の内部において、この筐体４の幅方向に並べて配置されている。
【００３７】
ファン装置４３は、金属製のファンケーシング５０と、遠心式の羽根車５１とを備えている。ファンケーシング５０は、上端壁５２ａ、下端壁５２ｂおよび周壁５２ｃを有する偏平な箱形であり、第１の筐体４の底壁４ａに固定されている。
【００３８】
ファンケーシング５０の上端壁５２ａおよび下端壁５２ｂの中央部に夫々吸込口５３（一方のみを図示）が形成されている。ファンケーシング５０の周壁５２ｃは、上端壁５２ａの外周縁と下端壁５２ｂの外周縁との間を結んでおり、この周壁５２ｃに吐出口５４が形成されている。吐出口５４は、上記ヒートシンク４１に対応するような大きさを有し、ファンケーシング５０から上記第１の筐体４の排気口４８に向けて突出している。ヒートシンク４１は、ファンケーシング５０の吐出口５４に配置されている。
【００３９】
上記羽根車５１は、ファンケーシング５０に収容されて、上記吸込口５３の間に位置している。羽根車５１は、半導体パッケージ１２の温度が予め決められた値を上回った時に、図示しないモータにより駆動される。
【００４０】
羽根車５１が回転すると、第１の筐体４の内部の空気が吸込口５３から羽根車５１の回転中心部に吸い込まれる。この吸い込まれた空気は、羽根車５１の外周部からファンケーシング５０内に吐き出されるとともに、冷却風となって吐出口５４に導かれる。そのため、冷却風は、吐出口５４に位置するヒートシンク４１に吹き付けられる。
【００４１】
半導体パッケージ１２の熱の一部は、受熱部１８からヒートパイプ４２の第１の端部４６ａに伝えられる。この熱伝導により、外管４６内の冷媒が加熱されて蒸気となり、この蒸気が第１の端部４６ａから第２の端部４６ｂに向けて流れる。第２の端部４６ｂに移送された蒸気は、ここで放熱し凝縮する。この凝縮により放出された熱は、第２の端部４６ｂからヒートシンク４１への熱伝導により放出される。
【００４２】
第２の端部４６ｂでの熱交換により液化された冷媒は、毛細管力により第１の端部４６ａに戻る。この戻った冷媒は、再び半導体パッケージ１２の熱を受けて加熱され、蒸気となる。この冷媒の蒸発および凝縮の繰り返しにより、半導体パッケージ１２の熱の一部がヒートシンク４１に移送される。
【００４３】
半導体パッケージ１２の温度が予め決められた値を上回ると、ファン装置４３の羽根車５１が回転する。この羽根車５１の回転により、ファンケーシング５０の吐出口５４に位置するヒートシンク４１に冷却風が吹き付けられる。この冷却風は、ヒートシンク４１の放熱フィン４５の間を通り抜け、この流れの過程でヒートシンク４１を強制的に冷やす。ヒートシンク４１に移送された半導体パッケージ１２の熱は、冷却風との熱交換により持ち去られる。この熱交換により暖められた冷却風は、排気口４８から第１の筐体４の外部に排出される。
【００４４】
上記構成によると、半導体パッケージ１２の熱は、循環経路２０を流れる冷却液に吸収されて放熱器１９に移送され、この放熱器１９から放出される。それとともに、受熱部１８に伝えられた半導体パッケージ１２の熱の一部は、ヒートパイプ４２を通じて上記放熱器１９とは別のヒートシンク４１に移送され、このヒートシンク４１から放出される。このため、循環経路２０を流れる冷却液による液冷と、ヒートシンク４１およびファン装置４３による強制空冷との共存が可能となり、半導体パッケージ１２の冷却性能を飛躍的に高めることができる。よって、半導体パッケージ１２の発熱量の増大に無理なく対応することができる。
【００４５】
しかも、半導体パッケージ１２の熱は、ディスプレイハウジング８内の放熱器１９ばかりでなく、第１の筐体４内のヒートシンク４１からも放出されるので、例えばディスプレイハウジング８の外表面の温度が６０℃を超えないように、放熱器１９の放熱性能を十数Ｗに設定した場合でも、半導体パッケージ１２の冷却性能が高まる。このため、半導体パッケージ１２の冷却性能を確保しつつ、放熱器１９に熱的に接続されたディスプレイハウジング８の外表面の温度上昇を抑えることができ、ユーザがディスプレイハウジング８に触れた時の体感温度を低く抑えることができる。
【００４６】
図８は、第２の参考例を開示している。
【００４７】
第２の参考例では、プリント配線板１０の上面に他の発熱体としてのチップセット６１が実装されている。チップセット６１は、複数のICチップを一つのモジュールとしてパッケージ化したものであり、上記半導体パッケージ１２と隣り合っている。
【００４８】
上記受熱部１８のハウジング２２は、上記チップセット６１の上に張り出す延長部６２を有している。この延長部６２の下面は、チップセット６１に熱的に接続されている。受熱部１８の冷媒流路２４は、上記延長部６２の内部に達するように延長されており、この冷媒流路２４を流れる冷却液にチップセット６１の熱が吸収されるようになっている。さらに、ヒートパイプ４２の第１の端部４６ａは、ハウジング２２の延長部６２に熱的に接続されている。
【００４９】
このような構成によると、半導体パッケージ１２およびチップセット６１の熱は、循環経路２０を流れる冷却液に吸収されて放熱器１９に移送され、この放熱器１９から放出される。それとともに、受熱部１８に伝えられた半導体パッケージ１２およびチップセット６１の熱の一部は、ヒートパイプ４２を通じて上記放熱器１９とは別のヒートシンク４１に移送され、このヒートシンク４１から放出される。
【００５０】
したがって、半導体パッケージ１２およびチップセット６１を、冷却液による液冷と強制空冷とを併用して効率良く冷却することができる。
【００５１】
図９および図１０は、本発明の実施の形態を開示している。
【００５２】
本発明の実施の形態は、半導体パッケージ１２の熱を受ける構成と、冷却液を循環させる構成が上記第１の参考例と相違している。それ以外のポータブルコンピュータ１の基本的な構成は、上記第１の参考例と同様である。そのため、本発明の実施の形態において、上記第１の参考例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。
【００５３】
図９および図１０に示すように、冷却装置１５の液冷ユニット１６は、受熱部７１と一体化された回転形ポンプ７２を備えている。受熱部７１は、半導体パッケージ１２のベース基板１３よりも大きな金属板にて構成され、上記ICチップ１４を上方から覆っている。このICチップ１４は、図示しない熱伝導性グリースを介して受熱部７１の下面中央部に熱的に接続されている。
【００５４】
ポンプ７２は、羽根車７３とポンプハウジング７４とを備えている。羽根車７３は、フラットモータ７５を介してポンプハウジング７４に支持され、その回転軸R1が第１の筐体４の厚み方向に沿って延びている。フラットモータ７５は、例えばポータブルコンピュータ１の電源投入時あるいは半導体パッケージ１２の温度が予め決められた値に達した時に、上記羽根車７３を回転させる。
【００５５】
ポンプハウジング７４は、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料にて構成されている。ポンプハウジング７４は、底壁７６ａ、上壁７６ｂおよび周壁７６ｃを有する偏平な箱形をなしている。ポンプハウジング７４の各壁７６ａ，７６ｂ，７６ｃは、ポンプハウジング７４の内部に冷却液が満たされるポンプ室７７を構成しており、このポンプ室７７に羽根車７３が収容されている。
【００５６】
ポンプハウジング７４の底壁７６ａは、上記受熱部７１の上面に重ね合わされて、この受熱部７１に熱的に接続されている。また、ポンプハウジング７４の上壁７６ｂは、その上面に開放された嵌合溝７８を有している。嵌合溝７８は、ポンプハウジング７４の中央部を横切っており、この嵌合溝７８にヒートパイプ４２の第１の端部４６ａが嵌め込まれている。そのため、ヒートパイプ４２は、ポンプハウジング７４に熱的に接続されている。
【００５７】
ポンプハウジング７４は、その周壁７６ｃに冷媒入口８０と冷媒出口８１とを有している。冷媒入口８０および冷媒出口８１は、第１の筐体４の後方に向けて互いに平行に配置されており、夫々ポンプ室７７に連なっている。ポンプ７２の冷媒入口８０は、第２の管路３９を介して放熱器１９の冷媒出口３７に連なっている。ポンプ７２の冷媒出口８１は、第１の管路３８を介して放熱器１９の冷媒入口３６に連なっている。
【００５８】
受熱部７１と一体化されたポンプ７２は、プリント配線板１０の上面に固定されている。図９に示すように、プリント配線板１０に四本のスタッドピン８２が固定されている。スタッドピン８２は、半導体パッケージ１２の実装領域の外側において、この半導体パッケージ１２の対角線上に位置している。これらスタッドピン８２は、その一端にねじ部８３を有している。ねじ部８３は、プリント配線板１０を貫通するとともに、このプリント配線板１０の下面に重ね合わせた補強板８４にねじ込まれている。
【００５９】
スタッドピン８２の上端面の間に跨って十字形の保持部材８５ががねじ８６を介して固定されている。保持部材８５は板ばねであり、その中央にポンプハウジング７４の上壁７６ｂを下向きに押圧する押圧部８７を有している。このため、ポンプハウジング７４は、保持部材８５により半導体パッケージ１２に押し付けられており、これによりポンプ７２がプリント配線板１０の上に移動不能に保持されている。さらに、保持部材８５の押圧部８７は、ヒートパイプ４２の第１の端部４６ａを嵌合溝７８の内面に押し付けており、ヒートパイプ４２とポンプハウジング７４との熱的な接続をより確実なものとしている。
【００６０】
このような構成において、半導体パッケージ１２のICチップ１４の熱は、受熱部７１を経由してポンプハウジング７４の底壁７６ａに伝わる。ポンプハウジング７４は、冷却液が満たされたポンプ室７７を有するので、このポンプハウジング７４に伝わった熱の多くを冷却液が吸収する。
【００６１】
ポンプ７２の羽根車７３が回転すると、ポンプ室７７内の冷却液が第１の管路３８を介して放熱器１９に向けて送り出され、ポンプ室７７と放熱器１９の冷媒流路３４との間で冷却液が強制的に循環される。
【００６２】
すなわち、ポンプ室７７での熱交換により加熱された冷却液は、第１の管路３８から放熱器１９に送り出され、蛇行状に屈曲された冷媒流路３４を流れる。この流れの過程で冷却液に吸収されたICチップ１４の熱が第１および第２の放熱板３１，３２を介してディスプレイハウジング８に伝わり、このディスプレイハウジング８の外表面から自然空冷により放出される。
【００６３】
冷媒流路３４を流れる過程で冷やされた冷却液は、第２の管路３９を通じてポンプ７２のポンプ室７７に戻される。この冷却液は、ポンプ室７７を流れる過程で再びICチップ１４の熱を吸収した後、放熱器１９に送り出される。このようなサイクルを繰り返すことで、ICチップ１４の熱が放熱器１９を通じてポータブルコンピュータ１の外部に放出される。
【００６４】
ところで、本発明の実施の形態では、ポンプハウジング７４にヒートパイプ４２の第１の端部４６ａが熱的に接続されている。このため、ポンプハウジング７４に伝えられたICチップ１４の熱の一部は、ヒートパイプ４２を通じて上記放熱器１９とは別のヒートシンク４１に移送され、このヒートシンク４１から放出される。
したがって、半導体パッケージ１２を冷却液による液冷と強制空冷とを併用して効率良く冷却することができる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施の形態に制約されない。例えば発熱体は、マイクロプロセッサを構成する半導体パッケージに限らず、プリント配線板に実装されたその他の回路部品であっても良い。
【００６７】
さらに、本発明に係る電子機器は、ポータブルコンピュータに限らず、例えばPDA(Personal Digital Assistants)のような情報端末機器であっても良い。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、液冷と強制空冷とを併用して発熱体を効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の参考例に関与するポータブルコンピュータの斜視図。
【図２】 第１の参考例において、液冷ユニットと空冷ユニットとの位置関係を示すポータブルコンピュータの断面図。
【図３】 第１の参考例において、受熱部、ヒートシンク、ファン装置およびヒートパイプの位置関係を示す斜視図。
【図４】 第１の参考例において、半導体パッケージと受熱部との位置関係を示すポータブルコンピュータの断面図。
【図５】 第１の参考例に係る受熱部の断面図。
【図６】 第１の参考例に係る放熱器の断面図。
【図７】 第１の参考例において、ファン装置とヒートシンクとの位置関係を示す斜視図。
【図８】 第２の参考例において、液冷ユニットと空冷ユニットとの位置関係を示すポータブルコンピュータの断面図。
【図９】 液冷ユニットと空冷ユニットとの位置関係を示す本発明の実施の形態に係るポータブルコンピュータの断面図。
【図１０】 本発明の実施の形態において、受熱部を一体化したポンプをプリント配線板の上に固定した状態を示す断面図。
【符号の説明】
４…筐体（第１の筐体）、８…第２の筐体（ディスプレイハウジング）、１２…発熱体（半導体パッケージ）、１９…放熱部（放熱器）、２０…循環経路、４１…ヒートシンク、４２…熱移送部材（ヒートパイプ）、４３…ファン装置、４６ａ…第１の端部、４６ｂ…第２の端部、７２…ポンプ、７３…羽根車、７４…ポンプハウジング。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロプロセッサのような発熱する回路部品を搭載した電子機器に係り、特にその回路部品の冷却性能を高める冷却装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノート形のポータブルコンピュータに用いられるマイクロプロセッサは、処理速度の高速化や多機能化に伴い動作中の発熱量が増加している。このため、近年、空気よりも遥かに高い比熱を有する液状の冷媒を用いてマイクロプロセッサを冷却する、いわゆる液冷式の冷却システムが開発されている。
【０００３】
「特開平7−142886号公報」は、ポータブルコンピュータに用いる液冷式の冷却システムの一例を開示している。この冷却システムは、受熱ヘッダ、放熱ヘッダおよび冷媒を循環させるチューブを備えている。受熱ヘッダは、ポータブルコンピュータの筐体に収容されて、マイクロプロセッサに熱的に接続されている。放熱ヘッダは、上記筐体に支持された表示装置に収容されている。チューブは、筐体と表示装置とに跨って配管され、受熱ヘッダと放熱ヘッダとの間を熱的に接続している。
【０００４】
この冷却システムによると、マイクロプロセッサの熱は、受熱ヘッダでの熱交換により冷媒に伝えられる。この受熱ヘッダで加熱された冷媒は、チューブを通じて放熱ヘッダに移送され、この放熱ヘッダを通過する過程でマイクロプロセッサの熱を放出する。この放熱ヘッダでの熱交換により冷やされた冷媒は、チューブを通じて受熱ヘッダに戻され、再びマイクロプロセッサの熱を受ける。この冷媒の循環により、マイクロプロセッサの熱を効率良く放熱ヘッダに移送することができ、従来一般的な空冷式の冷却システムよりもマイクロプロセッサの冷却性能が向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液冷式の冷却システムに用いられる放熱ヘッダは、冷媒が流れる冷媒流路を有するとともに、上記表示装置の金属製筐体に熱的に接続されている。このため、冷媒に伝えられたマイクロプロセッサの熱は、放熱ヘッダから金属製筐体への熱伝導により拡散され、この金属製筐体の外表面から大気中に放出される。この際、金属製筐体の表面温度が高くなる程、放熱量が増大し、放熱ヘッダの放熱性能が高まる。
【０００６】
しかしながら、金属製筐体は、ポータブルコンピュータを持ち運んだり、あるいは表示装置を閉じたり開いたりする時に手を触れる箇所でもあるため、この金属製筐体の表面温度を無闇に高めることはできない。具体的には、金属製筐体の表面温度が例えば６０℃を超えないようにすると、放熱ヘッダの放熱量は高く見積もっても十数Ｗが限度となる。
【０００７】
ポータブルコンピュータ用のマイクロプロセッサは、今後更なる性能の向上が予測され、それに伴いマイクロプロセッサの発熱量も飛躍的な増加が見込まれる。したがって、現状の液冷による冷却システムでは、マイクロプロセッサの発熱量の増大に対応しきれなくなり、マイクロプロプロセッサの冷却性能が不足することが懸念される。
【０００８】
本発明の目的は、循環経路を流れる液状冷媒による液冷と、ヒートシンクおよびファン装置による強制空冷との併用を可能とし、発熱体の冷却性能を高めることができる電子機器および冷却装置を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、
発熱体を有する筐体と、
上記発熱体に熱的に接続されたポンプハウジングと、このポンプハウジングに収容された羽根車とを有するポンプと、
上記発熱体の熱を放出する放熱部と、
上記ポンプハウジングと上記放熱部との間で液状の冷媒を循環させ、上記ポンプハウジングに伝えられた上記発熱体の熱を上記冷媒を介して上記放熱部に移送する循環経路と、
上記放熱部とは別に設けられたヒートシンクと、
上記ポンプハウジングに熱的に接続された第１の端部と、上記ヒートシンクに熱的に接続された第２の端部とを有し、上記ポンプハウジングに伝えられた熱の一部を上記ヒートシンクに伝える熱移送部材と、
上記ヒートシンクに冷却風を吹き付けるファン装置、とを備え、
上記ポンプの羽根車は、上記発熱体と上記熱移送部材の第１の端部との間に位置することを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、発熱体の熱は、循環経路を循環する冷媒によりポンプハウジングから放熱部に移送され、この放熱部から放出される。さらに、ポンプハウジングに伝えられた発熱体の熱の一部は、熱移送部材を介して放熱部とは別のヒートシンクに移送され、このヒートシンクに吹き付けられる冷却風との熱交換により放出される。
【００１１】
このため、循環経路を流れる液状冷媒による液冷と、ヒートシンクおよびファン装置による強制空冷との共存が可能となり、発熱体の冷却性能が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず最初に、本発明の実施の形態の元となる第１の参考例および第２の参考例について説明する。図１ないし図７は、ポータブルコンピュータに関する第１の参考例を示している。
【００１３】
図１および図２に示すように、電子機器としてのポータブルコンピュータ１は、コンピュータ本体２とディスプレイユニット３とで構成されている。コンピュータ本体２は、偏平な箱形の第１の筐体４を備えている。第１の筐体４は、底壁４ａ、上壁４ｂ、前壁４ｃ、左右の側壁４ｄおよび後壁４ｅを有している。上壁４ｂは、キーボード５を支持している。
【００１４】
さらに、上壁４ｂは、キーボード５の背後に一対のディスプレイ支持部６ａ，６ｂを有している。ディスプレイ支持部６ａ，６ｂは、夫々凹みからなるとともに、第１の筐体４の幅方向に互いに離れている。
【００１５】
ディスプレイユニット３は、第２の筐体としてのディスプレイハウジング８を備えている。ディスプレイハウジング８は、図示しない液晶表示パネルを収容している。ディスプレイハウジング８は、その一端部から突出する一対の中空脚部９ａ，９ｂを有している。中空脚部９ａ，９ｂは、第１の筐体４のディスプレイ支持部６ａ，６ｂに挿入されているとともに、図示しないヒンジを介して第１の筐体４の後端部に支持されている。
【００１６】
そのため、ディスプレイユニット３は、キーボード５を上方から覆うように倒される閉じ位置と、キーボード５を露出させるように起立する開き位置とに亘って回動可能となっている。
【００１７】
図２に示すように、第１の筐体４は、プリント配線板１０およびCD‐ROM駆動装置１１を収容している。プリント配線板１０およびCD‐ROM駆動装置１１は、第１の筐体４の底壁４ａの上に並べて配置されている。
【００１８】
図４に示すように、プリント配線板１０の上面に発熱体としての半導体パッケージ１２が半田付けされている。半導体パッケージ１２は、ポータブルコンピュータ１の中枢となるマイクロプロセッサを構成しており、プリント配線板１０の後部に位置している。半導体パッケージ１２は、四角いベース基板１３と、このベース基板１３の中央部に配置されたICチップ１４とを有している。ICチップ１４は、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非常に大きく、安定した動作を維持するために冷却を必要としている。
【００１９】
図２に示すように、ポータブルコンピュータ１は、半導体パッケージ１２を冷却する冷却装置１５を搭載している。冷却装置１５は、液冷ユニット１６と空冷ユニット１７とを備えている。
【００２０】
液冷ユニット１６は、受熱部１８、放熱部としての放熱器１９、循環経路２０およびポンプ２１を備えている。受熱部１８は、図３ないし図５に示すような金属製のハウジング２２を有している。ハウジング２２は、偏平な箱形であり、上記第１の筐体４に収容されたプリント配線板１０の上面に固定されている。ハウジング２２は、半導体パッケージ１２よりも一回り大きな平面形状を有し、このハウジング２２の下面は、平坦な受熱面２３となっている。受熱面２３は、図示しない熱伝導性グリース又は熱伝導性シートを介して半導体パッケージ１２のICチップ１４に熱的に接続されている。
【００２１】
さらに、ハウジング２２の内部に冷媒流路２４が形成されている。冷媒流路２４は、受熱面２３に対応した位置に設けられ、この受熱面２３を介してICチップ１４に熱的に接続されている。冷媒流路２４は、仕切り壁２５を介して第１の流路２６と第２の流路２７とに仕切られている。第１の流路２６の下流端と第２の流路２７の上流端は、ハウジング２２の内部で互いに合流している。
【００２２】
ハウジング２２は、その一端に冷媒入口２８および冷媒出口２９を有している。冷媒入口２８および冷媒出口２９は、第１の筐体４の後方に向けて開口するように互いに並べて配置されているとともに、上記第１および第２の流路２６，２７の合流部とは反対側に位置している。そのため、冷媒入口２８は、第１の流路２６の上流端に連なり、冷媒出口２９は、第２の流路２７の下流端に連なっている。
【００２３】
放熱器１９は、ディスプレイハウジング８の背面と液晶表示パネルとの間に介在されて、このディスプレイハウジング８の背面に熱的に接続されている。放熱器１９は、ディスプレイハウジング８の背面よりも一回り小さな長方形の板状をなしている。図６に示すように、放熱器１９は、第１の放熱板３１と第２の放熱板３２とを備えている。これら放熱板３１，３２は夫々金属製であり、互いに重ね合わされている。
【００２４】
第１の放熱板３１は、第２の放熱板３２に対し反対側に張り出す膨出部３３を有している。膨出部３３は、第１の放熱板３１の略全面に亘って蛇行状に形成されている。この膨出部３３の開口端は、第２の放熱板３２によって閉じられている。そのため、第１の放熱板３１の膨出部３３は、第２の放熱板３２との間に冷媒流路３４を構成している。
【００２５】
放熱器１９は、冷媒入口３６と冷媒出口３７とを有している。冷媒入口３６は、冷媒流路３４の上流端に位置するとともに、冷媒出口３７は、冷媒流路３４の下流端に位置している。これら冷媒入口３６および冷媒出口３７は、ディスプレイハウジング８の幅方向に互いに離れている。
【００２６】
上記循環経路２０は、第１の管路３８と第２の管路３９とを備えている。第１の管路３８は、受熱部１８の冷媒出口２９と放熱器１９の冷媒入口３６との間を接続している。この第１の管路３８は、第１の筐体４の内部から左側の脚部９ａの内側を通してディスプレイハウジング８の内部に導かれている。第２の管路３９は、受熱部１８の冷媒入口２８と放熱器１９の冷媒出口３７との間を接続している。この第２の管路３９は、第１の筐体４の内部から右側の脚部９ｂの内側を通してディスプレイハウジング８の内部に導かれている。
【００２７】
受熱部１８の冷媒流路２４、放熱器１９の冷媒流路３４および循環経路２０には、液状の冷媒としての冷却液が充填されている。この冷却液としては、例えば水にエチレングリコール溶液および必要に応じて腐蝕防止剤を添加した不凍液が用いられている。
【００２８】
上記ポンプ２１は、上記第１の管路３８の途中に設置されている。ポンプ２１は、冷却液を受熱部１８と放熱器１９との間で強制的に循環させるためのものであり、本参考例の場合はディスプレイハウジング８に収容されている。このポンプ２１は、例えばポータブルコンピュータ１の電源投入時あるいは半導体パッケージ１２の温度が予め決められた値に達した時に駆動される。
【００２９】
ポンプ２１が駆動を開始すると、冷却液が放熱器１９に向けて送り出され、この冷却液が循環経路２０に沿って流れる。すなわち、受熱部１８の冷媒流路２４を第１の流路２６から第２の流路２７に向けて流れる冷却液は、この流れの過程で半導体パッケージ１２の熱を受けて加熱される。この加熱された冷却液は、第１の管路３８を通じて放熱器１９に送り込まれ、蛇行状に屈曲された冷媒流路３４を流れる。この流れの過程で冷却液に吸収された半導体パッケージ１２の熱が第１および第２の放熱板３１，３２に拡散される。それとともに、この熱は第１および第２の放熱板３１，３２からディスプレイハウジング８に伝わり、このディスプレイハウジング８の外表面から自然空冷により放出される。
【００３０】
放熱器１９での熱交換により冷やされた冷却液は、第２の管路３９を介して受熱部１８の冷媒流路２４に戻される。この冷却液は、冷媒流路２４を流れる過程で再び半導体パッケージ１２の熱を吸収した後、放熱器１９に向けて送り出される。このようなサイクルを繰り返すことで、半導体パッケージ１２の熱が放熱器１９に順次移送され、ディスプレイハウジング８の外表面から放出される。
【００３１】
一方、図２、図３および図７に示すように、上記冷却装置１５の空冷ユニット１７は、ヒートシンク４１、熱移送部材としてのヒートパイプ４２およびファン装置４３を備えている。
【００３２】
ヒートシンク４１は、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料により形成されている。ヒートシンク４１は、第１の筐体４の左側の側壁４ｄに沿って延びる一つのブロックからなり、このヒートシンク４１の中央部に貫通孔４４が形成されている。さらに、ヒートシンク４１の外周面には、複数の放熱フィン４５が形成されている。
【００３３】
上記ヒートパイプ４２は、上記受熱部１８に伝えられた半導体パッケージ１２の熱の一部をヒートシンク４１に移送するためのものであり、冷媒が充填された金属製の外管４６を含んでいる。外管４６は、第１の端部４６ａと第２の端部４６ｂとを有している。この外管４６は、第１の端部４６ａと第２の端部４６ｂとが互いに直交するような位置関係となるように屈曲されている。
【００３４】
外管４６の第１の端部４６ａは、上記受熱部１８のハウジング２２の上面に形成された嵌合溝４７に嵌め込まれている。嵌合溝４７は、上記冷媒流路２４の第１の流路２６と第２の流路２７との合流部に対応する箇所に位置している。外管４６の第２の端部４６ｂは、上記ヒートシンク４１の貫通孔４４に嵌め込まれている。このため、ヒートパイプ４２は、受熱部１８およびヒートシンク４１の双方に熱的に接続されている。
【００３５】
図２に示すように、ヒートパイプ４２の第１の端部４６ａは、第１の筐体４の幅方向に延びている。これに伴いヒートパイプ４２の第２の端部４６ｂは、第１の筐体４の左側の側壁４ｄに沿って延びている。この第２の端部４６ｂに熱的に接続された上記ヒートシンク４１は、側壁４ｄに開けた排気口４８と向かい合っている。
【００３６】
図２や図３に示すように、上記ファン装置４３は、上記受熱部１８とヒートシンク４１との間に介在されている。言い換えると、ファン装置４３、受熱部１８およびヒートシンク４１は、第１の筐体４の内部において、この筐体４の幅方向に並べて配置されている。
【００３７】
ファン装置４３は、金属製のファンケーシング５０と、遠心式の羽根車５１とを備えている。ファンケーシング５０は、上端壁５２ａ、下端壁５２ｂおよび周壁５２ｃを有する偏平な箱形であり、第１の筐体４の底壁４ａに固定されている。
【００３８】
ファンケーシング５０の上端壁５２ａおよび下端壁５２ｂの中央部に夫々吸込口５３（一方のみを図示）が形成されている。ファンケーシング５０の周壁５２ｃは、上端壁５２ａの外周縁と下端壁５２ｂの外周縁との間を結んでおり、この周壁５２ｃに吐出口５４が形成されている。吐出口５４は、上記ヒートシンク４１に対応するような大きさを有し、ファンケーシング５０から上記第１の筐体４の排気口４８に向けて突出している。ヒートシンク４１は、ファンケーシング５０の吐出口５４に配置されている。
【００３９】
上記羽根車５１は、ファンケーシング５０に収容されて、上記吸込口５３の間に位置している。羽根車５１は、半導体パッケージ１２の温度が予め決められた値を上回った時に、図示しないモータにより駆動される。
【００４０】
羽根車５１が回転すると、第１の筐体４の内部の空気が吸込口５３から羽根車５１の回転中心部に吸い込まれる。この吸い込まれた空気は、羽根車５１の外周部からファンケーシング５０内に吐き出されるとともに、冷却風となって吐出口５４に導かれる。そのため、冷却風は、吐出口５４に位置するヒートシンク４１に吹き付けられる。
【００４１】
半導体パッケージ１２の熱の一部は、受熱部１８からヒートパイプ４２の第１の端部４６ａに伝えられる。この熱伝導により、外管４６内の冷媒が加熱されて蒸気となり、この蒸気が第１の端部４６ａから第２の端部４６ｂに向けて流れる。第２の端部４６ｂに移送された蒸気は、ここで放熱し凝縮する。この凝縮により放出された熱は、第２の端部４６ｂからヒートシンク４１への熱伝導により放出される。
【００４２】
第２の端部４６ｂでの熱交換により液化された冷媒は、毛細管力により第１の端部４６ａに戻る。この戻った冷媒は、再び半導体パッケージ１２の熱を受けて加熱され、蒸気となる。この冷媒の蒸発および凝縮の繰り返しにより、半導体パッケージ１２の熱の一部がヒートシンク４１に移送される。
【００４３】
半導体パッケージ１２の温度が予め決められた値を上回ると、ファン装置４３の羽根車５１が回転する。この羽根車５１の回転により、ファンケーシング５０の吐出口５４に位置するヒートシンク４１に冷却風が吹き付けられる。この冷却風は、ヒートシンク４１の放熱フィン４５の間を通り抜け、この流れの過程でヒートシンク４１を強制的に冷やす。ヒートシンク４１に移送された半導体パッケージ１２の熱は、冷却風との熱交換により持ち去られる。この熱交換により暖められた冷却風は、排気口４８から第１の筐体４の外部に排出される。
【００４４】
上記構成によると、半導体パッケージ１２の熱は、循環経路２０を流れる冷却液に吸収されて放熱器１９に移送され、この放熱器１９から放出される。それとともに、受熱部１８に伝えられた半導体パッケージ１２の熱の一部は、ヒートパイプ４２を通じて上記放熱器１９とは別のヒートシンク４１に移送され、このヒートシンク４１から放出される。このため、循環経路２０を流れる冷却液による液冷と、ヒートシンク４１およびファン装置４３による強制空冷との共存が可能となり、半導体パッケージ１２の冷却性能を飛躍的に高めることができる。よって、半導体パッケージ１２の発熱量の増大に無理なく対応することができる。
【００４５】
しかも、半導体パッケージ１２の熱は、ディスプレイハウジング８内の放熱器１９ばかりでなく、第１の筐体４内のヒートシンク４１からも放出されるので、例えばディスプレイハウジング８の外表面の温度が６０℃を超えないように、放熱器１９の放熱性能を十数Ｗに設定した場合でも、半導体パッケージ１２の冷却性能が高まる。このため、半導体パッケージ１２の冷却性能を確保しつつ、放熱器１９に熱的に接続されたディスプレイハウジング８の外表面の温度上昇を抑えることができ、ユーザがディスプレイハウジング８に触れた時の体感温度を低く抑えることができる。
【００４６】
図８は、第２の参考例を開示している。
【００４７】
第２の参考例では、プリント配線板１０の上面に他の発熱体としてのチップセット６１が実装されている。チップセット６１は、複数のICチップを一つのモジュールとしてパッケージ化したものであり、上記半導体パッケージ１２と隣り合っている。
【００４８】
上記受熱部１８のハウジング２２は、上記チップセット６１の上に張り出す延長部６２を有している。この延長部６２の下面は、チップセット６１に熱的に接続されている。受熱部１８の冷媒流路２４は、上記延長部６２の内部に達するように延長されており、この冷媒流路２４を流れる冷却液にチップセット６１の熱が吸収されるようになっている。さらに、ヒートパイプ４２の第１の端部４６ａは、ハウジング２２の延長部６２に熱的に接続されている。
【００４９】
このような構成によると、半導体パッケージ１２およびチップセット６１の熱は、循環経路２０を流れる冷却液に吸収されて放熱器１９に移送され、この放熱器１９から放出される。それとともに、受熱部１８に伝えられた半導体パッケージ１２およびチップセット６１の熱の一部は、ヒートパイプ４２を通じて上記放熱器１９とは別のヒートシンク４１に移送され、このヒートシンク４１から放出される。
【００５０】
したがって、半導体パッケージ１２およびチップセット６１を、冷却液による液冷と強制空冷とを併用して効率良く冷却することができる。
【００５１】
図９および図１０は、本発明の実施の形態を開示している。
【００５２】
本発明の実施の形態は、半導体パッケージ１２の熱を受ける構成と、冷却液を循環させる構成が上記第１の参考例と相違している。それ以外のポータブルコンピュータ１の基本的な構成は、上記第１の参考例と同様である。そのため、本発明の実施の形態において、上記第１の参考例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。
【００５３】
図９および図１０に示すように、冷却装置１５の液冷ユニット１６は、受熱部７１と一体化された回転形ポンプ７２を備えている。受熱部７１は、半導体パッケージ１２のベース基板１３よりも大きな金属板にて構成され、上記ICチップ１４を上方から覆っている。このICチップ１４は、図示しない熱伝導性グリースを介して受熱部７１の下面中央部に熱的に接続されている。
【００５４】
ポンプ７２は、羽根車７３とポンプハウジング７４とを備えている。羽根車７３は、フラットモータ７５を介してポンプハウジング７４に支持され、その回転軸R1が第１の筐体４の厚み方向に沿って延びている。フラットモータ７５は、例えばポータブルコンピュータ１の電源投入時あるいは半導体パッケージ１２の温度が予め決められた値に達した時に、上記羽根車７３を回転させる。
【００５５】
ポンプハウジング７４は、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料にて構成されている。ポンプハウジング７４は、底壁７６ａ、上壁７６ｂおよび周壁７６ｃを有する偏平な箱形をなしている。ポンプハウジング７４の各壁７６ａ，７６ｂ，７６ｃは、ポンプハウジング７４の内部に冷却液が満たされるポンプ室７７を構成しており、このポンプ室７７に羽根車７３が収容されている。
【００５６】
ポンプハウジング７４の底壁７６ａは、上記受熱部７１の上面に重ね合わされて、この受熱部７１に熱的に接続されている。また、ポンプハウジング７４の上壁７６ｂは、その上面に開放された嵌合溝７８を有している。嵌合溝７８は、ポンプハウジング７４の中央部を横切っており、この嵌合溝７８にヒートパイプ４２の第１の端部４６ａが嵌め込まれている。そのため、ヒートパイプ４２は、ポンプハウジング７４に熱的に接続されている。
【００５７】
ポンプハウジング７４は、その周壁７６ｃに冷媒入口８０と冷媒出口８１とを有している。冷媒入口８０および冷媒出口８１は、第１の筐体４の後方に向けて互いに平行に配置されており、夫々ポンプ室７７に連なっている。ポンプ７２の冷媒入口８０は、第２の管路３９を介して放熱器１９の冷媒出口３７に連なっている。ポンプ７２の冷媒出口８１は、第１の管路３８を介して放熱器１９の冷媒入口３６に連なっている。
【００５８】
受熱部７１と一体化されたポンプ７２は、プリント配線板１０の上面に固定されている。図９に示すように、プリント配線板１０に四本のスタッドピン８２が固定されている。スタッドピン８２は、半導体パッケージ１２の実装領域の外側において、この半導体パッケージ１２の対角線上に位置している。これらスタッドピン８２は、その一端にねじ部８３を有している。ねじ部８３は、プリント配線板１０を貫通するとともに、このプリント配線板１０の下面に重ね合わせた補強板８４にねじ込まれている。
【００５９】
スタッドピン８２の上端面の間に跨って十字形の保持部材８５ががねじ８６を介して固定されている。保持部材８５は板ばねであり、その中央にポンプハウジング７４の上壁７６ｂを下向きに押圧する押圧部８７を有している。このため、ポンプハウジング７４は、保持部材８５により半導体パッケージ１２に押し付けられており、これによりポンプ７２がプリント配線板１０の上に移動不能に保持されている。さらに、保持部材８５の押圧部８７は、ヒートパイプ４２の第１の端部４６ａを嵌合溝７８の内面に押し付けており、ヒートパイプ４２とポンプハウジング７４との熱的な接続をより確実なものとしている。
【００６０】
このような構成において、半導体パッケージ１２のICチップ１４の熱は、受熱部７１を経由してポンプハウジング７４の底壁７６ａに伝わる。ポンプハウジング７４は、冷却液が満たされたポンプ室７７を有するので、このポンプハウジング７４に伝わった熱の多くを冷却液が吸収する。
【００６１】
ポンプ７２の羽根車７３が回転すると、ポンプ室７７内の冷却液が第１の管路３８を介して放熱器１９に向けて送り出され、ポンプ室７７と放熱器１９の冷媒流路３４との間で冷却液が強制的に循環される。
【００６２】
すなわち、ポンプ室７７での熱交換により加熱された冷却液は、第１の管路３８から放熱器１９に送り出され、蛇行状に屈曲された冷媒流路３４を流れる。この流れの過程で冷却液に吸収されたICチップ１４の熱が第１および第２の放熱板３１，３２を介してディスプレイハウジング８に伝わり、このディスプレイハウジング８の外表面から自然空冷により放出される。
【００６３】
冷媒流路３４を流れる過程で冷やされた冷却液は、第２の管路３９を通じてポンプ７２のポンプ室７７に戻される。この冷却液は、ポンプ室７７を流れる過程で再びICチップ１４の熱を吸収した後、放熱器１９に送り出される。このようなサイクルを繰り返すことで、ICチップ１４の熱が放熱器１９を通じてポータブルコンピュータ１の外部に放出される。
【００６４】
ところで、本発明の実施の形態では、ポンプハウジング７４にヒートパイプ４２の第１の端部４６ａが熱的に接続されている。このため、ポンプハウジング７４に伝えられたICチップ１４の熱の一部は、ヒートパイプ４２を通じて上記放熱器１９とは別のヒートシンク４１に移送され、このヒートシンク４１から放出される。
したがって、半導体パッケージ１２を冷却液による液冷と強制空冷とを併用して効率良く冷却することができる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施の形態に制約されない。例えば発熱体は、マイクロプロセッサを構成する半導体パッケージに限らず、プリント配線板に実装されたその他の回路部品であっても良い。
【００６７】
さらに、本発明に係る電子機器は、ポータブルコンピュータに限らず、例えばPDA(Personal Digital Assistants)のような情報端末機器であっても良い。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、液冷と強制空冷とを併用して発熱体を効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の参考例に関与するポータブルコンピュータの斜視図。
【図２】 第１の参考例において、液冷ユニットと空冷ユニットとの位置関係を示すポータブルコンピュータの断面図。
【図３】 第１の参考例において、受熱部、ヒートシンク、ファン装置およびヒートパイプの位置関係を示す斜視図。
【図４】 第１の参考例において、半導体パッケージと受熱部との位置関係を示すポータブルコンピュータの断面図。
【図５】 第１の参考例に係る受熱部の断面図。
【図６】 第１の参考例に係る放熱器の断面図。
【図７】 第１の参考例において、ファン装置とヒートシンクとの位置関係を示す斜視図。
【図８】 第２の参考例において、液冷ユニットと空冷ユニットとの位置関係を示すポータブルコンピュータの断面図。
【図９】 液冷ユニットと空冷ユニットとの位置関係を示す本発明の実施の形態に係るポータブルコンピュータの断面図。
【図１０】 本発明の実施の形態において、受熱部を一体化したポンプをプリント配線板の上に固定した状態を示す断面図。
【符号の説明】
４…筐体（第１の筐体）、８…第２の筐体（ディスプレイハウジング）、１２…発熱体（半導体パッケージ）、１９…放熱部（放熱器）、２０…循環経路、４１…ヒートシンク、４２…熱移送部材（ヒートパイプ）、４３…ファン装置、４６ａ…第１の端部、４６ｂ…第２の端部、７２…ポンプ、７３…羽根車、７４…ポンプハウジング。
Claims (9)
- 発熱体を有する筐体と、
上記発熱体に熱的に接続されたポンプハウジングと、このポンプハウジングに収容された羽根車とを有するポンプと、
上記発熱体の熱を放出する放熱部と、
上記ポンプハウジングと上記放熱部との間で液状の冷媒を循環させ、上記ポンプハウジングに伝えられた上記発熱体の熱を上記冷媒を介して上記放熱部に移送する循環経路と、
上記放熱部とは別に設けられたヒートシンクと、
上記ポンプハウジングに熱的に接続された第１の端部と、上記ヒートシンクに熱的に接続された第２の端部とを有し、上記ポンプハウジングに伝えられた熱の一部を上記ヒートシンクに伝える熱移送部材と、
上記ヒートシンクに冷却風を吹き付けるファン装置と、を具備し、
上記ポンプの羽根車は、上記発熱体と上記熱移送部材の第１の端部との間に位置することを特徴とする電子機器。 - 請求項１の記載において、上記熱移送部材はヒートパイプであり、上記ヒートシンクはその外周面に複数の放熱フィンを有することを特徴とする電子機器。
- 請求項１の記載において、上記ポンプ、上記ファン装置および上記ヒートシンクは、上記筐体内で互いに並べて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、上記ファン装置は、羽根車と、この羽根車を収容するファンケーシングとを備え、このファンケーシングは、冷却風を吐き出す吐出口を有するとともに、上記ヒートシンクは、上記ファンケーシングの吐出口に配置されていることを特徴とする電子機器。
- 発熱体を収容する第１の筐体と、
上記第１の筐体に支持された第２の筐体と、
上記発熱体に熱的に接続されたポンプハウジングと、このポンプハウジングに収容された羽根車とを有し、上記第１の筐体に収容されたポンプと、
上記第２の筐体に収容され、上記発熱体の熱を放出する放熱部と、
上記第１の筐体と上記第２の筐体との間に跨って配管され、上記ポンプハウジングと上記放熱部との間で液状の冷媒を循環させることで、上記ポンプハウジングに伝えられた上記発熱体の熱を上記冷媒を介して上記放熱部に移送する循環経路と、
上記第１の筐体に収容され、上記放熱部とは別のヒートシンクと、
上記ポンプハウジングに熱的に接続された第１の端部と、上記ヒートシンクに熱的に接続された第２の端部とを有し、上記ポンプハウジングに伝えられた熱の一部を上記ヒートシンクに伝える熱移送部材と、
上記第１の筐体に収容され、上記ヒートシンクに冷却風を吹き付けるファン装置、とを具備し、
上記ポンプの羽根車は、上記発熱体と上記熱移送部材の第１の端部との間に位置することを特徴とする電子機器。 - 請求項５の記載において、上記放熱部は、上記第２の筐体に熱的に接続されていることを特徴とする電子機器。
- 電子機器の筐体に収容された発熱体を冷却するための冷却装置であって、
上記発熱体に熱的に接続されたポンプハウジングと、このポンプハウジングに収容された羽根車とを有するポンプと、
上記発熱体の熱を放出する放熱部と、
上記ポンプハウジングと上記放熱部との間で液状の冷媒を循環させ、上記ポンプハウジングに伝えられた上記発熱体の熱を上記冷媒を介して上記放熱部に移送する循環経路と、
上記放熱部とは別に設けられたヒートシンクと、
上記ポンプハウジングに熱的に接続された第１の端部と、上記ヒートシンクに熱的に接続された第２の端部とを有し、上記ポンプハウジングに伝えられた熱の一部を上記ヒートシンクに伝える熱移送部材と、
上記ヒートシンクに冷却風を吹き付けるファン装置、とを具備し、
上記ポンプの羽根車は、上記発熱体と上記熱移送部材の第１の端部との間に位置することを特徴とする冷却装置。 - 請求項７の記載において、上記熱移送部材はヒートパイプであり、上記ヒートシンクは、その外周面に複数の放熱フィンを有することを特徴とする冷却装置。
- 請求項８の記載において、上記ポンプハウジングは、上記ヒートシンクの第１の端部が嵌め込まれる嵌合溝を有することを特徴とする冷却装置。
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