JP4530054B2

JP4530054B2 - 冷却ダクトおよび電子機器

Info

Publication number: JP4530054B2
Application number: JP2008012147A
Authority: JP
Inventors: 宗敏宮原; 淳澤井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: US20090183865A1; TWI367318B; CN101494967A; TW200946860A; JP2009176845A; US7990706B2

Description

本発明は、冷却ダクトおよび電子機器に関し、特に、筐体内に設置される複数の発熱素子をより効率よく冷却することができるようにする冷却ダクトおよび電子機器に関する。

従来、電子機器等において、筐体内部において発熱する電子部品（発熱素子）の冷却方法として様々な方法が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。特に、IC（Integrated Circuit）やLSI（Large Scale Integration）のような集積回路部品においては、近年の半導体技術の向上に伴い、集積度が向上し、発熱密度も飛躍的に増大している。このような強力な発熱素子に対しては、より強力な冷却方法が求められる。

例えば、特許文献１には、ヒートパイプによって発熱素子から、外気取入れ口近傍に設けられた放熱フィンに熱移動させ、その放熱フィンを外気により冷却することにより、発熱素子を冷却する方法が記載されている。また、特許文献２には、空気送入口から空気排出口に向かう空気流を発生させるダクト内にLSIの放熱フィンを設けることにより、その空気流によって放熱フィンを冷却し、結果的にLSIを冷却させる方法が記載されている。

特開２００１−５７４９２号公報特開平５−９５０６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、十分な冷却効率が得られず、近年のICやLSIを十分に冷却させることができない恐れがあった。また、特許文献２に記載の方法では、各LSIに対して１つずつダクトを設ける必要があるが、近年の電子機器においては、多数のICやLSIが使用されており、筐体内全体の広範囲に配置される場合が多い。このような場合、それぞれに対してダクトやファンを設けることはスペース的に困難であるばかりでなく、消費電力や動作音の増大を招く恐れがあった。

本発明はこのような問題を解決するためのものであり、筐体内に設置される複数の発熱素子の冷却効率を向上させることができるようにするものである。

本発明の一側面は、外気により筐体内部の発熱素子を冷却する冷却ダクトであって、筐体外部より取りこまれた外気が流入される流入口と、前記流入口より流入された外気を、発熱素子である第１の冷却対象素子に誘導する、前記流入口から排出口に向けて徐々に幅が広がるように形成される引導部と、前記引導部により誘導された前記外気を前記第１の冷却対象素子に向けて排出する、前記流入口より幅が広い前記排出口と、前記引導部内の、前記流入口と前記排出口の中間より前記排出口に近い位置に形成され、前記引導部内を流れる前記外気の一部を取り込む、前記流入口が形成される面および前記排出口が形成される面と平行な面上に、前記流入口に向けて形成される分岐口を備える内側分岐管と、前記引導部の外部に形成され、前記内側分岐管の前記分岐口により取りこまれた外気を、前記第１の冷却対象素子とは別の発熱素子である第２の冷却対象素子に誘導する、前記分岐口より面積が広い分岐排出口を備える外側分岐管とを備え、前記外側分岐管は、前記外側分岐管の前記分岐排出口に向かってスカート状に広がるような形状に形成される冷却ダクトである。

前記分岐口は、前記流入口に向けて形成されることができる。

前記外側分岐管は、前期内側分岐管により取りこまれた外気の一部を、前記第２の冷却対象素子近傍に設けられた発熱素子である第３の冷却対象素子に向けて排出するための切り欠きを備えることができる。

本発明の他の側面は、筐体内部に電子部品を備える電子機器であって、発熱素子である前記電子部品を冷却するために外気を誘導する冷却ダクトを備え、前記冷却ダクトは、前記筐体外部より取りこまれた外気が流入される流入口と、前記流入口より流入された外気を、発熱素子である第１の冷却対象素子に誘導する、前記流入口から排出口に向けて徐々に幅が広がるように形成される引導部と、前記引導部により誘導された前記外気を前記第１の冷却対象素子に向けて排出する、前記流入口より幅が広い前記排出口と、前記引導部内の、前記流入口と前記排出口の中間より前記排出口に近い位置に形成され、前記引導部内を流れる前記外気の一部を取り込む、前記流入口が形成される面および前記排出口が形成される面と平行な面上に、前記流入口に向けて形成される分岐口を備える内側分岐管と、前記引導部の外部に形成され、前記内側分岐管の前記分岐口により取りこまれた外気を、前記第１の冷却対象素子とは別の発熱素子である第２の冷却対象素子に誘導する、前記分岐口より面積が広い分岐排出口を備える外側分岐管とを備え、前記外側分岐管は、前記外側分岐管の排出口に向かってスカート状に広がるような形状に形成される電子機器である。

本発明の一側面においては、筐体外部より取りこまれた外気が流入される流入口と、流入口より流入された外気を、発熱素子である第１の冷却対象素子に誘導する、流入口から排出口に向けて徐々に幅が広がるように形成される引導部と、引導部により誘導された外気を第１の冷却対象素子に向けて排出する、流入口より幅が広い排出口と、引導部内の、流入口と排出口の中間より排出口に近い位置に形成され、引導部内を流れる外気の一部を取り込む、流入口が形成される面および排出口が形成される面と平行な面上に、流入口に向けて形成される分岐口を備える内側分岐管と、引導部の外部に形成され、内側分岐管の分岐口により取りこまれた外気を、第１の冷却対象素子とは別の発熱素子である第２の冷却対象素子に誘導する、分岐口より面積が広い分岐排出口を備える外側分岐管とが備えられ、外側分岐管は、外側分岐管の排出口に向かってスカート状に広がるような形状に形成される。

また、本発明の他の側面においては、発熱素子である電子部品を冷却するために外気を誘導する冷却ダクトが備えられ、その冷却ダクトは、筐体外部より取りこまれた外気が流入される流入口と、流入口より流入された外気を、発熱素子である第１の冷却対象素子に誘導する、流入口から排出口に向けて徐々に幅が広がるように形成される引導部と、引導部により誘導された外気を第１の冷却対象素子に向けて排出する、流入口より幅が広い排出口と、引導部内の、流入口と排出口の中間より排出口に近い位置に形成され、引導部内を流れる外気の一部を取り込む、流入口が形成される面および排出口が形成される面と平行な面上に、流入口に向けて形成される分岐口を備える内側分岐管と、引導部の外部に形成され、内側分岐管により取りこまれた外気を、第１の冷却対象素子とは別の発熱素子である第２の冷却対象素子に誘導する外側分岐管とが備えられ、その外側分岐管は、外側分岐管の排出口に向かってスカート状に広がるような形状に形成される。

本発明によれば、発熱素子を冷却することができる。特に、筐体内に設置される複数の発熱素子をより効率よく冷却することができる。

図１は、本発明を適用した電子機器の筺体内部の構成例の一部を示す斜視図である。図１において、基板１２０は、配線プリント基板であり、IC（Integrated Circuit）等の各種電子部品が設置され、電子機器の電子回路が形成される。このような電子部品の多くは駆動することにより発熱し、発熱素子となる。発熱量の大きな大型のICに対しては、ヒートシンク１２１Ａ、ヒートシンク１２１Ｂ、およびヒートシンク１２２のように、放熱効率を向上させるためのヒートシンクが設置される。

大型の発熱素子からの熱を放熱するためのヒートシンク１２１Ａおよびヒートシンク１２１Ｂに対しては、さらに冷却効率を高めるために、冷却ファン１１０Ａおよび冷却ファン１１０Ｂ、並びに冷却ダクト１３０が設けられている。つまり、ヒートシンク１２１Ａおよびヒートシンク１２１Ｂには、その冷却のために、冷却ファン１１０Ａおよび冷却ファン１１０Ｂにより取り込まれた筺体外部の空気（外気）が、冷却ダクト１３０内部を介して強制的に送り込まれる。

なお、ヒートシンク１２１Ａおよびヒートシンク１２１Ｂに送り込まれた外気は、それらから熱を奪った後、図示せぬ筐体の排気口より筺体外部に放出される。また、ヒートシンク１２１Ａおよびヒートシンク１２１Ｂに供給された外気の一部は、ヒートシンク１２２にもさらに供給され、ヒートシンク１２２も冷却する。

図２は、図１の冷却ダクト１３０を透過させた図である。図２に示されるように、冷却ダクト１３０の途中の部分には、後述する分岐管が設けられており、冷却ダクト１３０下部に位置する、基板１２０上のヒートシンク１４１Ａおよびヒートシンク１４１Ｂに対しても、冷却ダクト１３０内部を通過する外気の一部が供給されるようになされている。

図３は、基板１２０の一部の構成例を示す図である。図３に示されるように、基板１２０の、ヒートシンク１２１Ａおよびヒートシンク１２１Ｂの下には、それぞれ、大型のIC１５１およびIC１５２が設置されており、同様に、ヒートシンク１２２の下には、大型のIC１５３が設置されている。

つまり、冷却ダクト１３０を介して外気がヒートシンク１２１Ａに送り込まれることによりIC１５１が冷却される（IC１５１において発生した熱が放熱される）。同様に、冷却ダクト１３０を介して外気がヒートシンク１２１Ｂに送り込まれることによりIC１５２が冷却される（IC１５２において発生した熱が放熱される）。さらに同様に、冷却ダクト１３０を介して外気がヒートシンク１２２に送り込まれることによりIC１５３が冷却される（IC１５３において発生した熱が放熱される）。

また、基板１２０の、ヒートシンク１４１Ａの下には、中型のIC１５４、IC１５５、およびIC１５６が設置されており、ヒートシンク１４１Ｂの下には、中型のIC１５７、IC１５８、およびIC１５９が設置されている。

つまり、冷却ダクト１３０の分岐管を介して外気がヒートシンク１４１Ａに送り込まれることによりIC１５４乃至IC１５６が冷却される（IC１５４乃至IC１５６において発生した熱が放熱される）。同様に、冷却ダクト１３０の分岐管を介して外気がヒートシンク１４１Ｂに送り込まれることによりIC１５７乃至IC１５９が冷却される（IC１５７乃至IC１５９において発生した熱が放熱される）。

図４は、本発明を適用した冷却ダクトの構成例を示す斜視図である。図４に示される冷却ダクト１３０は、２つの流入口（流入口２０１Ａおよび流入口２０１Ｂ）、２つの引導部（引導部２０２Ａおよび引導部２０２Ｂ）、２つの排出口（排出口２０３Ａおよび排出口２０３Ｂ）、並びに、２つの分岐口（分岐口２０４Ａおよび分岐口２０４Ｂ）を有する。

流入口２０１Ａは、図１の冷却ファン１１０Ａに取り付けられ、冷却ファン１１０Ａにより取り込まれた外気が、矢印２１１Ａのように冷却ダクト１３０内（引導部２０２Ａ）に送り込まれる開口部である。引導部２０２Ａは、冷却ダクト１３０の流入口２０１Ａより送り込まれたダクト内の外気を排出口２０３Ａまたは分岐口２０４Ａ（つまり、冷却対象素子付近）まで誘導する管である。排出口２０３Ａは、引導部２０２Ａを介して供給された外気を冷却対象素子に向けて排出する開口部である。同様に、分岐口２０４Ａは、引導部２０２Ａを介して供給された外気を冷却対象素子に向けて排出する開口部である。

つまり、冷却ファン１１０Ａにより取り込まれた外気は、矢印２１１Ａに示されるように、流入口２０１Ａより引導部２０２Ａに流入され、その引導部２０２Ａに沿って流れ、その一部が矢印２１２Ａに示されるように排出口２０３Ａより冷却対象素子（ヒートシンク１２１Ａ）に排出されるとともに、残りの一部が矢印２１３Ａに示されるように分岐口２０４Ａを介して冷却対象素子（ヒートシンク１４１Ａ）に排出される。

流入口２０１Ｂは、図１の冷却ファン１１０Ｂに取り付けられ、冷却ファン１１０Ｂにより取り込まれた外気が、矢印２１１Ｂのように冷却ダクト１３０内（引導部２０２Ｂ）に送り込まれる開口部である。引導部２０２Ｂは、冷却ダクト１３０の流入口２０１Ｂより送り込まれたダクト内の外気を排出口２０３Ｂまたは分岐口２０４Ｂ（つまり、冷却対象素子付近）まで誘導する管である。排出口２０３Ｂは、引導部２０２Ｂを介して供給された外気を冷却対象素子に向けて排出する開口部である。同様に、分岐口２０４Ｂは、引導部２０２Ｂを介して供給された外気を冷却対象素子に向けて排出する開口部である。

つまり、冷却ファン１１０Ｂにより取り込まれた外気は、矢印２１１Ｂに示されるように、流入口２０１Ｂより引導部２０２Ｂに流入され、その引導部２０２Ｂに沿って流れ、その一部が矢印２１２Ｂに示されるように排出口２０３Ｂより冷却対象素子（ヒートシンク１２１Ｂ）に排出されるとともに、残りの一部が矢印２１３Ｂに示されるように分岐口２０４Ｂを介して冷却対象素子（ヒートシンク１４１Ｂ）に排出される。

分岐口２０４Ａは、引導部２０２Ａ内において、図５に示されるように、流入口２０１Ａに向けて開口している。同様に、分岐口２０４Ｂは、引導部２０２Ｂ内において、図５に示されるように、流入口２０１Ｂに向けて開口している。

図５は、図４の流入口２０１Ａおよび流入口２０１Ｂの方から冷却ダクト１３０を矢印２２１（図４）の方向に見たときの図である。

図５において、左上右下の斜線で示される部分が排出口２０３Ａと排出口２０３Ｂを示し、左下右上の斜線で示される部分が分岐口２０４Ａおよび分岐口２０４Ｂを示している。なお、点線は、冷却ダクト１３０の外側から見えない部分の構造を示している。図５に示されるように、分岐口２０４Ａおよび分岐口２０４Ｂは、それぞれ、引導部２０２Ａおよび引導部２０２Ｂに、流入口２０１Ａおよび流入口２０１Ｂに向けて形成される。

図６は、冷却ダクト１３０を、図４の流入口２０１Ａおよび流入口２０１Ｂ側からみて右側の側面の方から、矢印２２２（図４）の方向に見たときの図である。

図６に示されるように、引導部２０２Ｂには、分岐管２３０Ｂが形成される。分岐管２３０Ｂは、冷却ダクト１３０の内部（引導部２０２Ｂ）に形成される内側分岐管２３１Ｂと、冷却ダクト１３０外部に形成される外側分岐管２３２Ｂにより構成される。内側分岐管２３１Ｂは、引導部２０２Ｂ内を流れる外気の一部を取り込む管であり、引導部２０２Ｂに形成される分岐口２０４Ｂは、内側分岐管２３１Ｂの開口部である。外側分岐管２３２Ｂは、内側分岐管２３１Ｂにより誘導された外気をさらに冷却対象素子に向けて誘導させる管である。

引導部２０２Ｂ内を矢印２４１のように流れる外気は、その一部が矢印２４２のように排出口２０３Ｂより排出され、ヒートシンク１２１Ｂに供給され、ヒートシンク１２１Ｂを冷却する。また、引導部２０２Ｂ内を矢印２４１のように流れる外気の一部は、矢印２４３に示されるように、分岐口２０４Ｂに流入する。分岐口２０４Ｂに送り込まれた外気は、矢印２４４に示されるように、内側分岐管２３１Ｂにより進行方向を図中下向きに変更され、矢印２４５に示されるように、外側分岐管２３２Ｂを介して分岐排出口２３３Ｂより排出され、ヒートシンク１４１Ｂに供給され、ヒートシンク１４１Ｂを冷却する。

なお、この分岐管２３０Ｂと同様の分岐管が、引導部２０２Ａ側にも形成される。

図７は、冷却ダクト１３０を、図４の流入口２０１Ａおよび流入口２０１Ｂ側からみて左側の側面の方から、矢印２２３（図４）の方向に見たときの図である。

図７に示されるように、分岐管２３０Ａは、冷却ダクト１３０の内部（引導部２０２Ａ）に形成される内側分岐管２３１Ａと、冷却ダクト１３０外部に形成される外側分岐管２３２Ａにより構成される。内側分岐管２３１Ａは、引導部２０２Ａ内を流れる外気の一部を取り込む管であり、引導部２０２Ａに形成される分岐口２０４Ａは、内側分岐管２３１Ａの開口部である。外側分岐管２３２Ａは、内側分岐管２３１Ａにより誘導された外気をさらに冷却対象素子に向けて誘導させる管である。

矢印２６１に示されるように、分岐口２０４Ａに流入された外気は、内側分岐管２３１Ａにより進行方向が図中下向きに変更され、矢印２６２に示されるように、外側分岐管２３２Ａを介して分岐排出口２３３Ａより排出され、ヒートシンク１４１Ａに供給され、ヒートシンク１４１Ａを冷却する。

また、外側分岐管２３２Ａには切り欠き２５１Ａが形成されている。分岐管２３０Ａを通過する外気の一部は、矢印２６３に示されるように、この切り欠き２５１Ａから漏れ、ヒートシンク１４１Ａ近傍の他の発熱素子（電子部品）に供給される（つまりヒートシンク１４１Ａ近傍に設置された電子部品が冷却される）。

なお、この切り欠きは、図８に示されるように、上述した分岐管２３０Ｂの外側分岐管２３２Ｂにも形成される（切り欠き２５１Ｂ）。

図８は、冷却ダクト１３０を、図４の冷却ダクト１３０の上面の方から、矢印２２４（図４）の方向に見たときの図である。図８に示されるように、引導部２０２Ａには、分岐口２０４Ａが形成され、その外側分岐管２３２Ａには、切り欠き２５１Ａが形成される。同様に、引導部２０２Ｂには、分岐口２０４Ｂが形成され、その外側分岐管２３２Ｂには、切り欠き２５１Ｂが形成される。この切り欠き２５１Ｂにより、基板１２０の、分岐管２３０Ａと分岐管２３０Ｂとの間に位置するところに設置された電子部品に外気を供給し、冷却させることができる。

図９は、図４の排出口２０３Ａおよび排出口２０３Ｂの側から矢印２２５（図４）の方向に見たときの図である。

図９に示されるように、内側分岐管２３１Ａおよび内側分岐管２３１Ｂは、それぞれ、引導部２０２Ａおよび引導部２０２Ｂの一部を塞ぐように形成される。従って、冷却ダクト１３０内に流れ込まれた外気は、必ず、少なくともその一部が排出口２０３Ａおよび排出口２０３Ｂにも供給される。

以上のように、本発明を適用した冷却ダクト１３０は、排出口の他に、引導部に分岐管が形成される。これにより、冷却ダクト１３０は、複数の電子部品（発熱素子）に対して同時に外気を供給することができ、冷却効率を向上させることができる。同時に、冷却ファンや冷却ダクトよりなる冷却システムの不要な肥大化を抑制し、電子機器の筺体を小さくすることができる。

また、この分岐管は、引導部内に形成される内側分岐管と引導部の外側に形成される外側分岐管により構成される。内側分岐管は、引導部の一部を占有し、さらに流入口に向けて開口する分岐口を有しているので、引導部内を流れる外気の一部を確実に取り込み外側分岐管に誘導させることができる。また、外側分岐管によって、引導部の外部においても引導部より取り込んだ外気を整流し、冷却対象素子まで誘導することにより、冷却対象素子をより効率よく冷却することができる。

なお、この外側分岐管が分岐排出口に向かってスカート状に広がるようにしてもよい。このようにすることにより、冷却ダクト１３０は、分岐排出口より排出された外気を、冷却対象素子の周囲の素子にも供給する（すなわち、冷却する）ことができる。

また、外側分岐管には切り欠きが設けられており、この切り欠きにより、分岐管の冷却対象素子近傍に配置された素子にも外気を供給する（すなわち、冷却する）ことができる。なお、この切り欠きの位置、大きさ、数、および形状は任意である。

以上においては、冷却ダクト１３０に、流入口、引導部、排出口、および分岐管をそれぞれ２つずつ設ける場合について説明したが、これらの数は任意である。また、引導部を流れる外気の一部を取り込むことができるのであれば、分岐管および分岐口の大きさ、形状、および数は任意である。例えば、１つの引導部に対して複数の分岐管を形成するようにしてもよい。また、分岐管の位置は、基板１２０上の電子部品の配置により決まる。つまり、分岐管は、引導部内の任意の位置に形成することができる。例えば、１つの引導部に対して複数の分岐管を形成する場合、各分岐管を、外気の流れる方向に対して横方向に並べて配置するようにしてもよいし、前後方向に並べて配置するようにしてもよい。もちろん、斜め方向に並べて配置するようにしてもよい。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

本発明を適用した電子機器の筐体内部の構成例の一部を示す斜視図である。図１の冷却ダクトを透過させた図である。図１の基板の一部の構成例を示す図である。本発明を適用した冷却ダクトの構成例を示す斜視図である。図４の冷却ダクトの平面図である。図４の冷却ダクトの平面図である。図４の冷却ダクトの平面図である。図４の冷却ダクトの平面図である。図４の冷却ダクトの平面図である。

符号の説明

１１０Ａおよび１１０Ｂ冷却ファン，１２０基板，１２１Ａおよび１２１Ｂヒートシンク，１２２ヒートシンク，１３０冷却ダクト，１４１Ａおよび１４１Ｂヒートシンク，１５１乃至１５９ IC，２０１Ａおよび２０１Ｂ流入口，２０２Ａおよび２０２Ｂ引導部，２０３Ａおよび２０３Ｂ排出口，２０４Ａおよび２０４Ｂ分岐口，２３０Ａおよび２３０Ｂ分岐管，２３１Ａおよび２３１Ｂ内側分岐管，２３２Ａおよび２３２Ｂ外側分岐管，２３３Ａおよび２３３Ｂ分岐排出口，２５１Ａおよび２５１Ｂ切り欠き

Claims

外気により筐体内部の発熱素子を冷却する冷却ダクトであって、
筐体外部より取りこまれた外気が流入される流入口と、
前記流入口より流入された外気を、発熱素子である第１の冷却対象素子に誘導する、前記流入口から排出口に向けて徐々に幅が広がるように形成される引導部と、
前記引導部により誘導された前記外気を前記第１の冷却対象素子に向けて排出する、前記流入口より幅が広い前記排出口と、
前記引導部内の、前記流入口と前記排出口の中間より前記排出口に近い位置に形成され、前記引導部内を流れる前記外気の一部を取り込む、前記流入口が形成される面および前記排出口が形成される面と平行な面上に、前記流入口に向けて形成される分岐口を備える内側分岐管と、
前記引導部の外部に形成され、前記内側分岐管の前記分岐口により取りこまれた外気を、前記第１の冷却対象素子とは別の発熱素子である第２の冷却対象素子に誘導する、前記分岐口より面積が広い分岐排出口を備える外側分岐管と
を備え、
前記外側分岐管は、前記外側分岐管の前記分岐排出口に向かってスカート状に広がるような形状に形成される
冷却ダクト。
前記外側分岐管は、前記内側分岐管により取りこまれた外気の一部を、前記第２の冷却対象素子近傍に設けられた発熱素子である第３の冷却対象素子に向けて排出するための切り欠きを備える
請求項１に記載の冷却ダクト。
筐体内部に電子部品を備える電子機器であって、
発熱素子である前記電子部品を冷却するために外気を誘導する冷却ダクトを備え、
前記冷却ダクトは、
前記筐体外部より取りこまれた外気が流入される流入口と、
前記流入口より流入された外気を、発熱素子である第１の冷却対象素子に誘導する、前記流入口から排出口に向けて徐々に幅が広がるように形成される引導部と、
前記引導部により誘導された前記外気を前記第１の冷却対象素子に向けて排出する、前記流入口より幅が広い前記排出口と、
前記引導部内の、前記流入口と前記排出口の中間より前記排出口に近い位置に形成され、前記引導部内を流れる前記外気の一部を取り込む、前記流入口が形成される面および前記排出口が形成される面と平行な面上に、前記流入口に向けて形成される分岐口を備える内側分岐管と、
前記引導部の外部に形成され、前記内側分岐管の前記分岐口により取りこまれた外気を、前記第１の冷却対象素子とは別の発熱素子である第２の冷却対象素子に誘導する、前記分岐口より面積が広い分岐排出口を備える外側分岐管と
を備え、
前記外側分岐管は、前記外側分岐管の前記分岐排出口に向かってスカート状に広がるような形状に形成される
電子機器。