JP4193848B2 - 冷却装置および電子機器 - Google Patents
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Description
これらの冷却装置は、図19に示すように、吸熱部101と、熱を伝える放熱パイプ102および空冷ファン103を中心とした強制空冷部104とから構成されている。吸熱部101の一面にはCPU等の高い消費電力のデバイスと接触する吸熱部分を有し、吸熱部101の内部には、液流路105が設けられ、液流路105は、放熱パイプ102を経て強制空冷部104に接続されている。強制空冷部104は、放熱部であり、液体循環用ポンプ106と、空冷ファン103と、液体循環用ポンプ106および空冷ファン103を収納するハウジング部107とからなり、ガスケットを介して一体に組み立てられている。
請求項1記載の発明の要旨は、電子機器内の発熱部品からの熱を冷媒によって拡散させる液冷手段と、該液冷手段によって拡散された熱を大気中に放熱する空冷フィン群を具備した空冷手段を有し、該空冷手段は前記液冷手段上に積層された冷却装置であって、前記液冷手段において、前記空冷フィン群に空気を供給する空気孔が、前記液冷手段において前記冷媒が流れる流通路を阻害せずに前記空冷フィン群に近接して形成されており、前記冷媒を循環するのに、発熱体による前記冷媒の蒸発により前記冷媒を循環させ、複数の前記発熱体を具備し、前記複数の発熱体の発熱タイミングを制御することによって前記冷媒が流れる方向が決定される蒸発方式ポンプが用いられていることを特徴とする冷却装置に存する。
請求項2記載の発明の要旨は、前記液冷手段は、前記発熱部品に接触あるいは接合させて熱を吸収する吸熱面を具備し、前記流通路は前記吸熱面に沿って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置に存する。
請求項3記載の発明の要旨は、前記流通路は、溝部が形成された基体と前記吸熱面との接合により形成されていることを特徴とする請求項2に記載の冷却装置に存する。
請求項4記載の発明の要旨は、前記空冷フィン群と前記基体とが一体成型されていることを特徴とする請求項3に記載の冷却装置に存する。
請求項5記載の発明の要旨は、前記空冷フィン群の複数個のフィンの内の少なくとも一つ以上のフィンの内部に前記流通路が形成されていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項6記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記空冷フィン群に空気を流すための空冷ファンを具備することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項7記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記空冷フィン群の全体を覆う第1の風洞手段を具備し、該第1の風洞手段より前記空冷ファンによって生じる空気の流れを規制させることを特徴とする請求項6に記載の冷却装置に存する。
請求項8記載の発明の要旨は、前記空冷フィン群は、複数のグループに分割されており、前記液冷手段には、前記空気孔が前記空冷フィン群の複数のグループ毎に形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項9記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記空冷フィン群の複数のグループをそれぞれ覆う第2の風洞手段を具備し、該第2の風洞手段により前記空冷フィン群の複数のグループ間で熱干渉を生じないように空気の流れを規制させることを特徴とする請求項8記載の冷却装置に存する。
請求項10記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記第2の風洞手段毎に空冷ファンを具備することを特徴とする請求項9記載の冷却装置に存する。
請求項11記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記空冷フィン群の全体を覆う第1の風洞手段と、前記空冷フィン群を複数のグループ毎にそれぞれ覆う第2の風洞手段とを具備し、前記空冷手段には、前記第1の風洞手段によって形成される共通空気流路と、前記第2の風洞手段によって前記空冷フィン群を複数のグループ毎に形成される個別空気流路とが形成されていることを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項12記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記共通空気流路に配置された空冷ファンを具備し、該空冷ファンにより前記個別空気流路のそれぞれに空気の流れを生じさせることを特徴とする請求項11記載の冷却装置に存する。
請求項13記載の発明の要旨は、前記個別空気流路から前記共通空気流路に至る開口の断面積は、前記個別空気流路の空気流量を一定になるように前記空冷ファンから遠ざかるにつれて大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項12記載の冷却装置に存する。
請求項14記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、圧電材への電圧制御により送風用平板を上下に振動させて空気を送る構造の圧電ファンを具備することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項15記載の発明の要旨は、前記送風用平板は、前記圧電材から遠ざかるに従って幅が広くなる形状であることを特徴とする請求項14記載の冷却装置に存する。
請求項16記載の発明の要旨は、前記送風用平板は、支持部に近い側と遠い側とで弾性率の異なる材質の平板からなり、遠い側の平板材質は、近い側の平板材質よりも弾性率が小さいことを特徴とする請求項14又は15記載の冷却装置に存する。
請求項17記載の発明の要旨は、前記送風用平板は、支持部に近い側と遠い側とで異なる厚さの平板からなり、遠い側の平板厚さが近い側の平板厚さよりも薄いことを特徴とする請求項14乃至16のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項18記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、複数個配列されている前記圧電ファンを具備し、隣接して配置されている前記圧電ファンの前記送風用平板の振動を1/2周期又は1/4周期分位相をずらして駆動させることを特徴とする請求項14乃至17のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項19記載の発明の要旨は、前記流通路は、循環方式で閉じている閉ループであり、当該閉ループの一部に前記流通路の断面積よりも小さい断面積を有するマイクロチャネル構造が形成されていることを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項20記載の発明の要旨は、前記マイクロチャネル構造において、前記流通路は、幅1mm以下の小さい溝が複数個配列された基体と前記吸熱面との接合により形成されていることを特徴とする請求項19記載の冷却装置に存する。
請求項21記載の発明の要旨は、前記冷媒を循環させる液冷用ポンプと前記空冷フィン群に空気を供給する空冷ファンと、前記液冷用ポンプおよび前記空冷ファンを駆動する電気制御回路とを具備し、該電気制御回路への外部からの入力が直流であることを特徴とする請求項1乃至20のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項22記載の発明の要旨は、前記液冷用ポンプ又は前記空冷ファンを駆動する前記電気制御回路部は、前記発熱部品の温度情報を取り込み、前記発熱部品の温度が上限を超えない範囲で最大温度を維持させるように前記液冷用ポンプ又は前記空冷ファンを駆動させることを特徴とする請求項21記載の冷却装置に存する。
請求項23記載の発明の要旨は、前記液冷手段の上面に冷媒を貯液する貯液漕が設けられていることを特徴とする請求項1乃至22のいずかに記載の冷却装置に存する。
請求項24記載の発明の要旨は、前記貯液漕の内部は、全てが冷媒で満たされることなく、空気が存在していることを特徴とする請求項23記載の冷却装置に存する。
請求項25記載の発明の要旨は、請求項1乃至24のいずかに記載の冷却装置を搭載したことを特徴とする電子機器に存する。
図2乃至図4は、図1に示す冷却装置の具体的な構成を示す横断面図である。
図5は、図1に示す冷却装置の具体的な構成を示す横断面図であり、図6は、図5に示すC−D断面を上方から見た液冷部の平面図である。
図7は、図1に示す空冷フィン群に形成された空冷フィン群内流路の構成を示す横断面図であり、図8は、図7に示すE−F断面図である。
図9は、この冷却装置の空冷ファンとして使用する圧電ファンの構成を示す斜視図であり、図10は、図9に示す圧電ファンの送風プレート(送風用平板)の第1および第2の変形例を示す上面図であり、図11は、図9に示す圧電ファンの送風プレートの第3および第4の変形例をそれぞれ示す上面図および側面図であり、図12は、この冷却装置の空冷ファンとして複数個の圧電ファンを使用した例を示す側面図であり、図13は、この冷却装置の空冷ファンとして使用する圧電ファンの変形例の構成を示す斜視図および側面図である。
図14は、この冷却装置の液冷用ポンプとして使用する積層型圧電ポンプの構成を示す断面図であり、(A)は、側方断面図であり、(B)は、(A)に示すZ−Z’面上方断面図である。図15は、図14に示す積層型圧電ポンプの構成を示す構成図であり、図16は、この冷却装置の液冷用ポンプとして使用する円環状圧電ポンプの構成を示す構成図である。
圧電板113、114は、ジルコン酸・チタン酸鉛系セラミックス材料を用いた。圧電セラミックス材料を、長さ15mm、幅15mm、厚さ0.1mmの形状に加工し、両主面に銀電極を焼成法により形成した。なお、電極は導電性のある、金、ニッケル、クロム、銅、銀・パラジウム合金、白金等を用いても良く、電極形成法も、スパッタ法、メッキ法、蒸着法、化学気相法等用いても特性に影響を及ぼさない電極を形成した。また、この圧電板113、114を振動板115にエポキシ系接着剤を用いて接合した。当該接合にはアクリル系もしくはポリイミド系接着剤を使用しても良い。また、本実施例では、圧電板113、114を機械加工により作製したが、振動板115としてジルコニアセラミックスやシリコンを用いれば、これに圧電セラミックスを、印刷焼成法やスパッタ法、ゾルゲル法、化学気相法により一体形成することが可能である。
図17は、この蒸発方式ポンプの構成を示す上面図であり、図18は、この蒸発方式ポンプの構成を示す横断面である。
図20は、この冷却装置の流路上に貯液槽を設置した構成を示す横断面図であり、図21は、この冷却装置の流路上に貯液槽を設置した構成を示す平面図である。
2 筐体
3 CD−ROM
4 PCカード
5 HDD
6 CPU
7 発熱体
8 マザーボード
9 液冷部
10 流通路
11 キーボード
12 空冷部
13a〜13e 空冷フィン群
14 液冷用ポンプ
15a〜15e 空気孔
16 空冷ファン
17 空気流入口
18 空気流出口
19 吸熱面(金属蓋)
20 空冷ファンカバー(風洞1)
21 DCファン
22a〜22e フィンカバー(風洞2)
23 冷却空気
24 基体
30a〜30e 内蔵空冷ファン
40a〜40e フィン間隙間
50 液体駆動ポンプ
60 ループ状流通路
61 マイクロチャネル
70 空冷フィン群内流路
101 吸熱部
102 放熱パイプ
103 空冷ファン
104 強制空冷部
105 液流路
106 液体循環用ポンプ
107 ハウジング部
111、112 電源
113、114 圧電板
115 振動板
121 圧力室板
122、123 圧力室
131 上部逆止弁板
132、133 流入逆止弁
141 中央部逆止弁板
142、143 流入孔
144、145 排出孔
151 下部逆止弁板
154、155 排出逆止弁
161 流入排出板
162 流入口
163 排出口
164 流入流路
165 排出流路
166 予備室
171 弾性板
181 剛性板
182 弾性板中抜き
191 上部保護板
192 流路
193 下部保護板
194 圧電アクチュエータ
200、200a〜200e 圧電ファン
201 圧電素子
202、202a、202b 送風プレート(送風用平板)
203 支持体
204 薄型送風プレート
205 壁
301 本流
302 支流
303 発熱体
304 逆止弁
305 蒸気
400 貯液槽
401 分岐孔
Claims (25)
- 電子機器内の発熱部品からの熱を冷媒によって拡散させる液冷手段と、該液冷手段によって拡散された熱を大気中に放熱する空冷フィン群を具備した空冷手段を有し、該空冷手段は前記液冷手段上に積層された冷却装置であって、
前記液冷手段において、
前記空冷フィン群に空気を供給する空気孔が、前記液冷手段において前記冷媒が流れる流通路を阻害せずに前記空冷フィン群に近接して形成されており、
前記冷媒を循環するのに、発熱体による前記冷媒の蒸発により前記冷媒を循環させ、複数の前記発熱体を具備し、前記複数の発熱体の発熱タイミングを制御することによって前記冷媒が流れる方向が決定される蒸発方式ポンプが用いられていることを特徴とする冷却装置。 - 前記液冷手段は、前記発熱部品に接触あるいは接合させて熱を吸収する吸熱面を具備し、
前記流通路は前記吸熱面に沿って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。 - 前記流通路は、溝部が形成された基体と前記吸熱面との接合により形成されていることを特徴とする請求項2に記載の冷却装置。
- 前記空冷フィン群と前記基体とが一体成型されていることを特徴とする請求項3に記載の冷却装置。
- 前記空冷フィン群の複数個のフィンの内の少なくとも一つ以上のフィンの内部に前記流通路が形成されていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の冷却装置。
- 前記空冷手段は、前記空冷フィン群に空気を流すための空冷ファンを具備することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の冷却装置。
- 前記空冷手段は、前記空冷フィン群の全体を覆う第1の風洞手段を具備し、該第1の風洞手段より前記空冷ファンによって生じる空気の流れを規制させることを特徴とする請求項6に記載の冷却装置。
- 前記空冷フィン群は、複数のグループに分割されており、
前記液冷手段には、前記空気孔が前記空冷フィン群の複数のグループ毎に形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の冷却装置。 - 前記空冷手段は、前記空冷フィン群の複数のグループをそれぞれ覆う第2の風洞手段を具備し、
該第2の風洞手段により前記空冷フィン群の複数のグループ間で熱干渉を生じないように空気の流れを規制させることを特徴とする請求項8記載の冷却装置。 - 前記空冷手段は、前記第2の風洞手段毎に空冷ファンを具備することを特徴とする請求項9記載の冷却装置。
- 前記空冷手段は、前記空冷フィン群の全体を覆う第1の風洞手段と、
前記空冷フィン群を複数のグループ毎にそれぞれ覆う第2の風洞手段とを具備し、
前記空冷手段には、前記第1の風洞手段によって形成される共通空気流路と、
前記第2の風洞手段によって前記空冷フィン群を複数のグループ毎に形成される個別空気流路とが形成されていることを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の冷却装置。 - 前記空冷手段は、前記共通空気流路に配置された空冷ファンを具備し、
該空冷ファンにより前記個別空気流路のそれぞれに空気の流れを生じさせることを特徴とする請求項11記載の冷却装置。 - 前記個別空気流路から前記共通空気流路に至る開口の断面積は、前記個別空気流路の空気流量を一定になるように前記空冷ファンから遠ざかるにつれて大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項12記載の冷却装置。
- 前記空冷手段は、圧電材への電圧制御により送風用平板を上下に振動させて空気を送る構造の圧電ファンを具備することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の冷却装置。
- 前記送風用平板は、前記圧電材から遠ざかるに従って幅が広くなる形状であることを特徴とする請求項14記載の冷却装置。
- 前記送風用平板は、支持部に近い側と遠い側とで弾性率の異なる材質の平板からなり、遠い側の平板材質は、近い側の平板材質よりも弾性率が小さいことを特徴とする請求項14又は15記載の冷却装置。
- 前記送風用平板は、支持部に近い側と遠い側とで異なる厚さの平板からなり、遠い側の平板厚さが近い側の平板厚さよりも薄いことを特徴とする請求項14乃至16のいずれかに記載の冷却装置。
- 前記空冷手段は、複数個配列されている前記圧電ファンを具備し、
隣接して配置されている前記圧電ファンの前記送風用平板の振動を1/2周期又は1/4周期分位相をずらして駆動させることを特徴とする請求項14乃至17のいずれかに記載の冷却装置。 - 前記流通路は、循環方式で閉じている閉ループであり、
当該閉ループの一部に前記流通路の断面積よりも小さい断面積を有するマイクロチャネル構造が形成されていることを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の冷却装置。 - 前記マイクロチャネル構造において、前記流通路は、幅1mm以下の小さい溝が複数個配列された基体と前記吸熱面との接合により形成されていることを特徴とする請求項19記載の冷却装置。
- 前記冷媒を循環させる液冷用ポンプと前記空冷フィン群に空気を供給する空冷ファンと、
前記液冷用ポンプおよび前記空冷ファンを駆動する電気制御回路とを具備し、
該電気制御回路への外部からの入力が直流であることを特徴とする請求項1乃至20のいずれかに記載の冷却装置。 - 前記液冷用ポンプ又は前記空冷ファンを駆動する前記電気制御回路部は、前記発熱部品の温度情報を取り込み、前記発熱部品の温度が上限を超えない範囲で最大温度を維持させるように前記液冷用ポンプ又は前記空冷ファンを駆動させることを特徴とする請求項21記載の冷却装置。
- 前記液冷手段の上面に冷媒を貯液する貯液漕が設けられていることを特徴とする請求項1乃至22のいずかに記載の冷却装置。
- 前記貯液漕の内部は、全てが冷媒で満たされることなく、空気が存在していることを特徴とする請求項23記載の冷却装置。
- 請求項1乃至24のいずかに記載の冷却装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
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