JP4330015B2 - 電子機器用冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は電子機器用冷却装置、特に、遠心ファンを用いて空気吹き出し口の開口部を２方向に設ける場合に、吹き出し口の一部から空気が逆に吸い込まれることがなく、放熱性能が高い電子機器用冷却装置に関する。

ノートPCのCPU冷却に用いられるヒートパイプヒートシンクなどでは、遠心ファンを用い、インペラー側方の開口部から空気を吹き出し、開口部に設けられた放熱フィンによって、ヒートパイプ等で発熱素子から運ばれた熱を放熱するものが一般に用いられている。
引例：特開２００４−３１６０６号公報には、ノートＰＣ用の遠心ファンつきヒートパイプヒートシンクで、吹き出し口が２方向にあるものが示されている。
図７は、従来の電子機器用冷却装置を説明する図である。図７に示すように、ハウジング１０８内には遠心ファンが配置されている。電子素子１０６には２本のヒートパイプの吸熱部が熱的に接続され、その放熱部１１１、１１２が遠心ファンの吹き出口１０２、１０３に設けられた放熱フィンに熱的に接続されている。

放熱フィンまで熱を移動するヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。密封された空洞部を備え、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動により熱の移動が行われるヒートパイプの作動の詳細は次の通りである。

ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱を潜熱として吸収して、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は凝縮して潜熱を放出するとともに、再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によって熱の移動が行われる。
上または下方から取り入れた冷たい空気は、遠心ファンによって水平方向に２つの吹き出し口１０２、１０３から矢印１２１、１２２に示すように吹き出される。

特開２００４−３１６０６号公報

図７を参照して説明したように、放熱フィンや空気吹き出し口は、放熱量やファンの性能などと合わせて設計されるが、放熱量が大きくて空気吹き出し口の開口部を２方向に設ける場合、その境界近傍の一部で、風圧が負になり、遠心ファンによって吹き出された昇温した空気の一部が、矢印１２３で示すように、吹き出し口の一部から逆に遠心ファン内に吸い込まれることがある。
この場合、吹き出し口の隣接する部分から排出された熱風を再度吸い込むことになるので、放熱性能が悪くなる。

従って、この発明の目的は、放熱量が大きくて空気吹き出し口の開口部を２方向に設ける場合に、吹き出し口の一部から空気が逆に吸い込まれることがなく、放熱性能が高い電子機器用冷却装置を提供することにある。

本発明者は、上述した従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、本来なら吹き出し口の一部で熱風を吹き出す機能のみを有する部分から昇温した空気を逆に吸い込んでしまう部分を、吹き出し口の他の部分と分けて、第２の吸い込み口とし、さらにそこに放熱フィンを設けて吸い込まれた冷たい空気によってそこでも放熱すると、熱風の逆流を防止し、放熱性能を更に高めることができることが判明した。

即ち、隣接する吹き出し口の部分から排出された熱風を吸い込まないように、開口部の方向を別にすることによって、隣接する吹き出し口の部分から排出された熱風を吸い込むことがなく、第２の吸い込み口からの冷たい空気によって新たな放熱が可能になり放熱性能が高まることが判明した。

この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の電子機器用冷却装置の第１の態様は、遠心ファンと、遠心ファンのインペラーの上側または下側の少なくとも一方に設けられた第１の空気吸い込み口と、遠心ファンの側方に設けられ、放熱フィンを備えた空気吹き出し口と、空気の吹き出し口側部に設けられた第２の空気吸い込み口を備えた、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第２の態様は、前記空気吹き出し口は、それぞれ別の方向に空気を吹き出す第１の空気吹き出し口および第２の空気吹き出し口の２個の空気吹き出し口からなっている、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第３の態様は、前記第２の空気吸い込み口が、前記第２の空気吹き出し口の側部に設けられ、前記第２の空気吸い込み口の空気吸い込み方向と前記第２の空気吹き出し口の空気吹き出し方向がそれぞれ別方向である、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第４の態様は、前記第２の空気吸い込み口に放熱フィンを備え、第２の空気吸い込み口から吸い込む空気流によって、放熱フィンの熱を放熱する、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第５の態様は、前記第１の空気吹き出し口と前記第２の空気吹き出し口が直交する方向を向いている、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第６の態様は、前記第２の空気吸い込み口と前記第２の空気吹き出し口が直交する方向を向いている、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第７の態様は、前記第２の空気吹き出し口と第２の空気吸い込み口は、複数の金属の薄板を折り曲げて積層することによって、放熱フィンとダクトと開口部とが形成される、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第８の態様は、前記第２の空気吹き出し口と前記第２の空気吸い込み口は、折り曲げ方向を変えることによってそれぞれ形成される、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第９の態様は、前記遠心ファンの近傍で、前記空気吹き出し口の放熱フィンにその放熱部が熱的に接続され、その吸熱部が発熱素子に熱的に接続された少なくとも１つのヒートパイプを備えている、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第１０の態様は、前記第２の空気吹き出し口がコの字型に折り曲げられた薄板からなっており、前記第２の空気吸い込み口がＬの字型に折り曲げられた薄板からなっている、電子機器用冷却装置である。
本願の請求項１乃至請求項８に係る発明は、それぞれ、上記第３の態様乃至第１０の態様に相当するものである。

本来なら吹き出し口の一部であるはずだが空気を逆に吸い込んでしまう部分で、隣接する部分から排出された熱風を吸い込むことがなくなり、さらにその部分では上下方向から冷風を吸い込んでフィン間を通過させることで、放熱性能を向上した。

この発明の電子機器用冷却装置を、図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の電子機器用冷却装置を説明する部分斜視図である。図１に示すように、この発明の電子機器用冷却装置１は、上または下方の少なくとも一方から空気を吸い込み側方から遠心方向に空気を送り出す遠心ファン２０と、遠心ファンの（図示しない）インペラーの上側または下側の少なくとも一方に設けられた第１の空気吸い込み口８と、遠心ファンの側方に設けられ、放熱フィン２、４を備えた空気吹き出し口５、７と、空気の吹き出し口近傍に設けられた第２の空気吸い込み口６を備えている。

即ち、空気吹き出し口として、それぞれ直交した方向に別々に空気を吹き出す第１の空気吹き出し口７と第２の空気吹き出し口５がある。第１の空気吹き出し口は放熱フィン４を備えており、第２の空気吹き出し口は放熱フィン２を備えている。第２の空気吹き出し口５に隣接して、第２の空気吹き出し口（図では水平方向）と直交する方向（即ち、図では、垂直方向）に第２の空気吸い込み口６が形成されている。図に示すように、第２の空気吹き出し口５に隣接する垂直部分は閉じられており、閉じられた水平部分２に隣接する水平部分には空気吸い込み口が開口している。

図２は、図１に示すこの発明の電子機器用冷却装置１を裏面から見た図である。図２に示すように、受熱プレート９の一方の面の端部付近に発熱素子３０が熱的に接続されている。受熱プレート９の同じ面の他方の端部に遠心ファン２０、空気吹き出し口、空気吸い込み口等が熱的に接続されている。受熱プレート９の裏面の発熱素子３０の対応する位置に、例えば扁平型ヒートパイプ１１、１２の吸熱部が熱的に接続され、直交して配置されたそれぞれの放熱フィン２、４に沿ってヒートパイプの放熱部が熱的に接続して受熱プレート９の裏面に配置されている。

図３は、この発明の電子機器用冷却装置における空気の流れを説明する図である。
図２を参照して説明したように、受熱プレート９の一方の面に配置された発熱素子３０の熱は、受熱プレート９に移動し、受熱プレートの裏面の発熱素子に対応した位置に配置されたヒートパイプ１１、１２の吸熱部に移動する。ヒートパイプはその放熱部が放熱フィン２、４に熱的に接続して、遠心ファン２０の周りを旋回するように配置されている。

ヒートパイプ１１、１２の吸熱部に移動した熱によって、ヒートパイプの密閉された空洞部に収容された作動液が蒸発し、蒸発した作動液が空洞部内を移動して放熱部に熱を移動する。次いでヒートパイプの放熱部に熱的に接続された放熱フィン２、４に熱が移動する。放熱フィン２、４は相互に直交するように配置された空気吹き出し口７と第２の空気吹き出し口５にそれぞれ配置されている。第２の空気吹き出し口５に隣接して第２の空気吸い込み口６が配置されている。第２の空気吹き出し口は水平方向に開口部が設けられ、第２の空気吸い込み口は垂直方向に開口部が設けられている。

図３に示すように、遠心ファン２０は矢印３２に示すように回転し、上方（および下方）から矢印３１に示すように冷たい空気を吸い込む。このように吸い込まれた冷たい空気は、矢印３４および３５に示すように、放熱フィンに吹き付けて、それぞれ発熱素子からヒートパイプを介して放熱フィンに移動した熱を冷却装置外に放熱する。このとき、矢印３３で示すように、冷たい空気が第２の空気吸い込み口を通って、放熱フィン３に吹き付けられて遠心ファン内に吸い込まれる。このように第２の空気吸い込み口の放熱フィンの間を通って遠心ファン内に吸い込まれた昇温した空気は、矢印３４および３５に示す経路を通って、冷却装置外に放熱される。

矢印３４に示すように放熱フィンに吹き付けられ昇温した空気の一部が、矢印３６で示すように移動しても、第２の空気吹き出し口５に隣接して設けられた放熱フィンの閉じられた面３によって塞がれているので、遠心ファン２０の内部に逆流することはない。

さらに、上述したように、第２の吸い込み口にもフィンを設け、そこでは吸い込む空気流によってフィンから放熱できるようにした。
第２の吸い込み口と吹き出し口を分け、吹き出した熱風を第２の吸い込み口から再吸入しないように、直交する方向とした。つまり吹き出しは側方に、吸い込みは上方からとした。

このように、第１および第２の吹き出し口から水平方向に吹き出された空気は放熱フィンの熱で昇温して、放熱フィンの近傍に設けられた排出口から例えば筐体外に吹き出される。更に、昇温した空気を水平方向に吹き出す第２の空気吹き出し口５に隣接して、垂直方向から冷たい空気を吸い込む第２の空気吸い込み口６が形成されているので、筐体外から第２の空気吸い込み口を通って吸い込まれた冷たい空気が放熱フィンを通過して昇温し、第１および／または第２の空気吹き出し口から筐体外に吹き出される。

図４は、この発明の電子機器用冷却装置の１つの態様の部分拡大図である。即ち、電子機器用冷却装置の第２の空気吸い込み口および第２の空気吹き出し口を説明する図である。図４に示すように、第２の空気吹き出し口５に隣接して第２の空気吸い込み口が設けられている。

第２の空気吹き出し口は水平方向に空気が吹き出されるように、複数の金属の薄板１７が垂直方向に平行に配置されて放熱フィンを形成している。
このように平行に配置された複数の放熱フィンの上下面および側面が金属の薄板で覆われていることにより、第２の空気吹き出し口の空気吹き出し方向は、水平方向に制限される。

第２の空気吸い込み口は垂直方向に空気が吸い込まれるように、複数の金属の薄板１８が垂直方向に平行に配置されて放熱フィンを形成している。このように平行に配置された複数の放熱フィンの側面が金属の薄板で覆われていることにより、第２の空気吸い込み口の空気吸い込み方向は、垂直方向に制限される。

つまり、第２の空気吹き出し口の開口部に隣接する第２の空気吸い込み口の部分が金属の薄板で覆われ、第２の空気吸い込み口の開口部に隣接する第２の空気吹き出し口が金属の薄板で覆われていることによって、第２の空気吹き出し口と第２の空気吸い込み口の空気の流れは、水平方向と垂直方向に分かれている。このようにして、第２の空気吹き出し口を出る昇温した空気と、第２の空気吸い込み口に入る冷たい空気が混ざらないようにそれぞれの開口部が形成されている。

図５は、この発明の電子機器用冷却装置の他の態様の部分拡大図である。即ち、電子機器用冷却装置の第２の空気吹き出し口を説明する図である。図６は、この発明の電子機器用冷却装置の他の態様の部分拡大図である。即ち、電子機器用冷却装置の第２の空気吸い込み口を説明する図である。

金属の薄板を折り曲げて積層することで、第２の空気吹き出し口と第２の空気吸い込み口のフィンとダクトと開口部を形成する。ここで、空気吹き出し口ではコの字型に折り曲げた薄板を積層し、コの字の上下の辺１０、２２がダクトを形成し、縦の辺２１がフィンを形成する。第２の空気吸い込み口では、Ｌの字型に曲げた薄板を積層し、Ｌの字の縦の辺１４がフィンとなり、底辺１５が吹き出し方向に向けられて側方からの空気流入を防ぐ。Ｌの字の開いた部分が上下方向に向けられ、そこから空気を吸い込む。
このように第２の吸い込み口にもフィンを設け、そこでは吸い込む空気流によってフィンから放熱できるようにした。

上述した第１の空気吸い込み口は、上および下方から冷たい空気を取り込めるように開口部を設けてもよく、更に、第２の空気吸い込み口も同様に、上および下方から冷たい空気を取り入れるように、上下面に開口部を設けてもよい。従って、第１の空気吸い込み口および第２の空気吸い込み口のそれぞれにおいて、上下両方から冷たい空気を吸い込み、第１の空気吹き出し口、第２の空気吹き出し口のそれぞれにおいて、水平方向に昇温した空気を吹き出す。

この発明においては、２方向に放熱フィンを備えた冷却装置で、負の風圧になる部分のフィンの吹き出し口を塞ぎ、上面を開放することで、排出した熱い風の（ファン内部への）流入（逆流）を防ぎ、且つ、冷たい空気をフィン開放部より吸気できる。

この発明によると、本来なら吹き出し口の一部であるはずだが空気を逆に吸い込んでしまう部分で、隣接する部分から排出された熱風を吸い込むことがなくなり、さらにその部分では上下方向から冷風を吸い込んでフィン間を通過させることで、放熱性能を向上することができ、産業上利用価値が高い。

図１は、この発明の電子機器用冷却装置を説明する部分斜視図である。 図２は、この発明の電子機器用冷却装置を裏面から見た図である。 図３は、この発明の電子機器用冷却装置における空気の流れを説明する図である。 図４は、この発明の電子機器用冷却装置の１つの態様の部分拡大図である。 図５は、この発明の電子機器用冷却装置の他の態様の部分拡大図である。 図６は、この発明の電子機器用冷却装置の他の態様の部分拡大図である。 図７は、従来の電子機器用冷却装置を説明する図である。

符号の説明

１ この発明の電子機器用冷却装置
２ 放熱フィン
３ 放熱フィン
４ 放熱フィン
５ 空気吹き出し口
６ 第２の空気吸い込み口
７ 空気吹き出し口
８ 第１の空気吸い込み口
９ 受熱プレート
１０ ダクト
１１ ヒートパイプ
１２ ヒートパイプ
１３ 開口部
１４ フィン
１５ ダクト
１６ 開口部
１７ 金属の薄板
１８ 金属の薄板
２１ フィン
２２ ダクト

Claims (8)

1. 遠心ファンと、遠心ファンのインペラーの上側または下側の少なくとも一方に設けられた第１の空気吸い込み口と、遠心ファンの側方に設けられ、それぞれ別の方向に空気を吹き出す、放熱フィンを備えた第１および第２の空気吹き出し口と、前記空気吹き出し口側部に設けられた第２の空気吸い込み口と、を備えた電子機器用冷却装置であって、
   前記第２の空気吸い込み口が、前記第２の空気吹き出し口の側部に設けられ、前記第２の空気吸い込み口の空気吸い込み方向と前記第２の空気吹き出し口の空気吹き出し方向がそれぞれ別方向である、ことを特徴とする電子機器用冷却装置。
2. 前記第２の空気吸い込み口に放熱フィンを備え、第２の空気吸い込み口から吸い込む空気流によって、放熱フィンの熱を放熱する、請求項１に記載の電子機器用冷却装置。
3. 前記第１の空気吹き出し口と前記第２の空気吹き出し口が直交する方向を向いている、請求項１または２に記載の電子機器用冷却装置。
4. 前記第２の空気吸い込み口と前記第２の空気吹き出し口が直交する方向を向いている、請求項１から３の何れか１項に記載の電子機器用冷却装置。
5. 前記第２の空気吹き出し口と第２の空気吸い込み口は、複数の金属の薄板を折り曲げて積層することによって、放熱フィンとダクトと開口部とが形成される、請求項４に記載の電子機器用冷却装置。
6. 前記第２の空気吹き出し口と前記第２の空気吸い込み口は、折り曲げ方向を変えることによってそれぞれ形成される、請求項５に記載の電子機器用冷却装置。
7. 前記遠心ファンの近傍で、前記空気吹き出し口の放熱フィンにその放熱部が熱的に接続され、その吸熱部が発熱素子に熱的に接続された少なくとも１つのヒートパイプを備えている、請求項１から６の何れか１項に記載の電子機器用冷却装置。
8. 前記第２の空気吹き出し口がコの字型に折り曲げられた薄板からなっており、前記第２の空気吸い込み口がＬの字型に折り曲げられた薄板からなっている、請求項６に記載の電子機器用冷却装置。

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