JP5592926B2 - 動電流熱デバイス - Google Patents

Description

本発明は、概して、動電流熱デバイスに関する。

中央処理装置（ＣＰＵ）及びＧＭＣＨ（グラフィックス・メモリコントローラハブ）等の電子デバイスからの部品電力及び電力密度レベルの増加に伴い、熱管理方法における気流に対しての要求が高まっている。このため、コンピュータプラットフォームにおきる音響ノイズレベルが増加している。熱放散パフォーマンス限界を向上すべく、特に、セットトップボックス及び高解像度（ＨＤ）テレビ（ＴＶ）等の消費者電子製品に対して、低音響ノイズレベルを特徴とするより効率的な冷却が要求される。

本発明は、本発明の幾つかの実施形態を示す以下の詳細の記載及び添付図面により、より十分に理解できるであろう。しかしながら、詳細の記載及び添付図面は、本発明を記載された特定の実施形態に限定するためのものではなく、説明及び理解のためだけのものである。

本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。 本発明の幾つかの実施形態に準じた、システムを示す。

本発明の幾つかの実施形態は、動電流熱デバイスに関する。幾つかの実施形態においては、ヒートシンク等の熱デバイスは、電子デバイスを冷却する。界面動電駆動流を提供する目的で、動電流生成デバイスは、正電荷源を用い、また、熱デバイスの少なくとも一部を負帯電プローブまたは接地プローブとして用いる。

図１に、幾つかの実施形態に準じたシステム１００を示す。幾つかの実施形態において、システム１００は、正電荷源１０２、負帯電プレート１０４及び静電場１０６を含む。空気分子１０８は、静電場１０６においてイオン化される。正電荷源１０２は、空気分子を空気イオンに変換し、負帯電プレートは、空気イオンを変換して空気分子に戻す。幾つかの実施形態においては、システム１００は、強制空気ノイズレス動電システム（ＦＡＮＬＥＳ）である。システム１００等のＦＡＮＬＥＳシステムは、可動部を有さずに、全ての部分が固定状態で実装される。このため、実質的に無音であり、高い信頼性を備える。ＦＡＮＬＥＳを用いることで、静電場１０６が提供する、空気イオン化、及び、イオン化空気分子に対する動電エネルギー誘導を介して、ファンを用いない空気移動が実現できる。図１に簡略的に示された現象は、動電効果として知られる。

動電効果を用いた技術は、空気をイオン化及び浄化する目的で、商業デバイスにおいて以前から用いられている。この技術はまた、電子デバイス及びシステムを冷却する目的でも用いられている。しかしながら、幾つかの形態においては、ヒートシンクは、界面動電駆動流電子デバイスと組み合わされる。ヒートシンクと界面動電駆動流とを組み合わせた幾つかの形態では、電子デバイスのパフォーマンス（例えば、ＣＰＵパフォーマンス）は著しく向上すると同時に、システムの環境温度は著しく低減される。

（ヒートシンク等の）冷却デバイスとは独立した正極及び負極（及び／又は接地）プローブのセットを提供することで大気の生成を達成していたこの分野の過去の如何なる技術とも大きく異なり、幾つかの実施形態では、金属ヒートシンク自身が負極／接地プレートとして用いられ得る。

図２に、幾つかの実施形態に準じたシステム２００を示す。図２において、システム２００は、左側の図を正面図として、右側の図を断面図として示される。幾つかの実施形態において、システム２００は、簡素な接地円管２０４（例えば、アルミニウム接地チューブ）の一端付近に設けられた一点正極プローブ２０２を含む。システム２００においては、気流の相当量が管２０４の中を通って生成され得る。

幾つかの実施形態では、熱デバイス（例えば、ヒートシンク）は、負極及び／又は接地プローブとして用いられ、正極プローブは、例えば、金属線及び／又は点プローブから構成されても良い。これらの種類のプローブのいずれかを用いて、点及び線プローブの組み合わせを用いて、及び／又は、多くの異なる種類の熱デバイス（例えば、ヒートシンク）配置を用いて、多くの異なる形態が存在し得る。幾つかの実施形態は、サイドインサイドアウト（ＳＩＳＯ）気流構造に関連し、幾つかの実施形態では、トップインサイドアウト（ＴＩＳＯ）気流構造に関連する。これらの実施形態の幾つかは、以下で説明される。

図３に、幾つかの実施形態に準じた、システム３００を示す。システム３００は、サイドインサイドアウト（ＳＩＳＯ）気流構造をなす、多点正極プローブ３０２及び接地ヒートシンク３０４（例えば、アルミニウムヒートシンク３０４）を含む。

図４に、幾つかの実施形態に準じた、システム４００を示す。システム４００は、サイドインサイドアウト（ＳＩＳＯ）気流構造をなす、多線正極プローブ４０２及び接地ヒートシンク４０４（例えば、アルミニウムヒートシンク４０４）を含む。

図５に、幾つかの実施形態に準じた、システム５００を示す。システム５００は、サイドインサイドアウト（ＳＩＳＯ）気流構造をなす、多点正極プローブ５０２及び接地トンネルヒートシンク５０４（例えば、アルミニウムヒートシンク５０４）を含む。

図６に、幾つかの実施形態に準じた、システム６００を示す。システム６００は、正面図が別のヒートシンク配置である、サイドインサイドアウト（ＳＩＳＯ）気流構造をなす、多点正極プローブ６０２及び接地ヒートシンク６０４（例えば、アルミニウムヒートシンク６０４）を含む。

図７に、幾つかの実施形態に準じた、システム７００を示す。システム７００は、トップインサイドアウト（ＴＩＳＯ）気流構造をなす、多点正極プローブ７０２及び接地放射状ヒートシンク７０４（例えば、アルミニウムヒートシンク７０４）を含む。

図８に、幾つかの実施形態に準じた、システム８００を示す。システム８００は、トップインサイドアウト（ＴＩＳＯ）気流構造をなす、多線正極プローブ８０２及び接地プレーナヒートシンク８０４（例えば、アルミニウムヒートシンク８０４）を含む。

図９に、幾つかの実施形態に準じた、システム９００を示す。システム９００は、トップインサイドアウト（ＴＩＳＯ）気流構造をなす、多点正極プローブ９０２及び接地ピンフィンヒートシンク９０４（例えば、アルミニウムヒートシンク９０４）を含む。

プローブ、ヒートシンク及び気流構造の幾つかの異なる例は、本発明の実施例の説明を促進するためにここで記載している。しかしながら、熱デバイスを負極／接地プレートとして用いた、（ヒートシンク等の）熱デバイスにＦＡＮＬＥＳ技術を組み込んだ多くの他の実施形態が存在する。特定の状況において、特定の要件及び用途に応じて、多様な改良形態が存在する。そのような変更は、例えば、より良いフォームファクタ効率及びより高いパフォーマンスを得るための正極プローブに対する改良を含んでも良い。

図１０に、幾つかの実施形態に準じた、システム１０００を示す。幾つかの実施形態において、システム１０００は、多輪多点正極源１００２（図１０の左側）、単一の電荷放出点を有する正極点プローブ１０１２（図１０の右上）、及び、複数の電荷放出点を有する正極点プローブ１０２２（図１０の右下）を含む。

幾つかの実施形態においては、裸アルミニウムヒートシンク及び／又は陽極酸化ヒートシンクと共に、異なる直径及び異なる長さの空洞アルミニウム管を用いても良い。気流の相当量が生成され、気流量は、管の大きさ及び長さ、正電荷放出部とヒートシンクとの距離、及び放電量を調整することによって最適化できることが実験的に証明されている。

図１１に、幾つかの実施形態に準じた、システム１１００を示す。幾つかの実施形態において、システム１１００は、正電荷源１１０２及びアルミニウム管１１０４を含む。気流速度１１１２（出口における側面速度）、１１１４（管１１０４内の中央速度）及び１１１６（最大速度）が測定され得る。幾つかの実施形態では、中央速度１１１４として、約２６０ｌｆｍ（リニアフィート／分）が測定され、最大速度１１１６として、４６０から４８０ｌｆｍが測定された。幾つかの実施形態において、速度の大きさは、管１１０４の直径に対して実質的に影響を受けず、気流が接地管１１０４の露呈表面に向かって実質的に駆動されることを示した。外部強制空気（すなわちファン駆動流）によって駆動されて、管を通る気流とは対照的に、幾つかの実施形態では、気流速度は、管１１０４のセンターラインに沿ってよりもむしろ、管１１０４の内側表面により近い部分において最大となった。これは、幾つかの実施形態における重要な利点である。なぜなら、非常に大きな速度勾配が表面において提供されるので、幾つかの実施形態においては、流体力学パフォーマンスが等価な外部駆動流システムに比べて、より良い対流熱除去能力が提供されるからである。つまり、同一の体積気流（例えば、同一のｃｆｍ−立方フィート／分）を提供するファンシステムと比較して、幾つかの実施形態に準じた負極及び／又は接地プローブとしてヒートシンクを組み込んだＦＡＮＬＥＳシステムは、ヒートシンク管等の熱デバイス表面におけるより急峻な速度勾配によって、はるかに良好な熱パフォーマンスを提供し得る。さらに、ヒートシンクを介しての従来の強制気流とは対照的に、幾つかの実施形態において、より長いヒートシンクは、（イオン化された空気が、ヒートシンクから出る前に完全に無くならない限り）より大きな気流速度を生成し得る。幾つかの実施形態においては、より大きな流量断面積（すなわち、直径のより大きいアルミニウム管）を有する組み込まれたヒートシンクは、ｃｆｍ単位で測定される総体積流動速度をより大きく生成する。

幾つかの実施形態においては、正極放出部上の中央に位置するフィン／フィンチャネルのセットを通してヒートシンクから出る流速はより大きく、付近のチャネルを通して出る流速は、より小さい（がそれでもなお大きい）流速を有する。このため、幾つかの実施形態においては、フィンチャネルごとに点放出部を設ける必要はない。幾つかの実施形態においては、ヒートシンクを陽極酸化することは、気流速度（例えば、中央フィンチャネル速度）に如何なる影響も与えない。幾つかの実施形態においては、ヒートシンクは、実装穴を介して接地されるため、コア金属は接地パスを有する。

幾つかの実施形態においては、動電空気推進は、接地プローブとしてのヒートシンク等の熱デバイスを用いて電子機器を冷却する目的で適用される。電子機器冷却のための動電空気推進における過去の技術は、冷却用気流を提供する目的で、別個の独立した動電モジュールを用いることに焦点を当てていた。対照的に、幾つかの実施形態においては、より小さくコンパクトなフォームファクタ及び低コスト化を提供する目的で、別個の接地／負極プレートは金属ヒートシンクに置き換えられる。幾つかの実施形態においては、ＣＰＵ及び／又はチップセット等の集積回路のヒートシンクを用いても良い。これは、セットトップボックス及びデジタルＴＶ等の典型的な消費者電子デバイスにおけるように、高信頼性を備えた低音響特性が望まれるアプリケーションで用いられる場合に、特に効果的である。

ヒートシンクを用いて実施されるものとして幾つかの実施形態をここに示してきたが、幾つかの実施形態においては、これら特定の実施形態は必須ではなく、ヒートシンク以外の他の熱デバイスを用いても良い。

特定の実施形態に関連して幾つかの実施例を示してきたが、幾つかの実施例に準じて、他の実施形態も実行可能である。さらに、図面及び／又は本記載において説明した回路構成要素又は他の機構の配置及び／又は順序は、記載された特定の方法で配置される必要はない。幾つかの実施例に準じて、多くの他の配置が可能である。

図で示された各システムにおいて、特定の場合における構成要素は、それぞれが同一の参照番号である場合もあり、または、提示された構成要素が異なること及び／又は類似することを示唆する目的で、別の参照番号である場合もある。しかしながら、異なる実施形態を有すること、及び、ここに記されたシステムの一部又は全てと協働することに十分なほど構成要件は順応性を有し得る。図示された多様な構成要素は、同一であってもよく、異なってもよい。どの構成要素を第１の構成要素として参照するか、及び、どの構成要素を第２の構成要素として呼ぶかに決まりはない。

本記載及び請求項において、「結合した」及び「接続した」との用語は、それらの派生意味と共に用いられても良い。これらの用語が互いに同義語であるとは意図していないことを理解されたい。むしろ、特定の実施形態においては、「接続した」とは、２つ以上の構成要素が直接的に物理的又は電気的に互いに接触されることを意図して用いられる場合もある。しかしながら、「結合した」とは、２つ以上の構成要素は直接的には接触しないが、互いに協働又は相互作用することを意味してもよい。

ここで、アルゴリズムは、概して、所望の結果をもたらす動作又は作用の自己無撞着シーケンスであるとみなされる。これらは、物理量の物理的操作を含む。通常、必然ではないが、これらの量は、保存、転送、結合、比較及びその他の操作が可能である電気的又は磁気的信号の形をとる。主に共通使用の理由で、これらの信号をビット、値、エレメント、シンボル、文字、用語、数字等で参照することで、時には便利性が証明される。しかしながら、これらの全て及び類似の用語は、適切な物理量と関連するものであり、これらの量に適用された便宜的ラベルに過ぎないことを理解されたい。

幾つかの実施形態は、ハードウエア、ファームウエア及びソフトウエアの１つ又は組み合わせで実現されても良い。幾つかの実施形態はまた、ここに記した動作を実行する目的で、コンピューティングプラットフォームによって読み出し及び実行され得る、機械読取可能メディアに格納された命令として実行されても良い。機械読取可能メディアは、機械（例えば、コンピュータ）によって読み出し可能な形式で情報を格納又は転送する機構を含んでも良い。例えば、機械読取可能メディアは、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク保存メディア、光学保存メディア、フラッシュメモリデバイス、電気的、光学的、音響的又はその他の形式の伝播信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号、及び、信号を送信及び／又は受信するインターフェース等）及びその他を含んでも良い。

１つの実施形態は、本発明の１つの実施例又は例である。本明細書における「実施形態」、「１つの実施形態」、「幾つかの実施形態」又は「他の実施形態」の参照は、当該実施形態に関連して記載された特定の特徴、構成又は特性が、少なくとも幾つかの実施形態に含まれることを意味するが、本発明の全ての実施形態に含まれる必要はない。多様な表現「実施形態」、「１つの実施形態」又は「幾つかの実施形態」が、必ずしも全て同一の実施形態を指すわけではない。

ここに記載された部材、特徴、構成及び特性等の全てが、特定の１つ又は複数の実施形態に含まれる必要はない。本明細書で、部材、特徴、構成又は特性を述べる場合、例えば、「してもよい」、「かもしれない」、「できる」又は「し得る」を含み得、特定の部材、特徴、構成又は特性が含まれる必要性はない。本明細書又は請求項において、「ある」又は「１つの」構成要素と参照されている場合でも、１つだけの構成要素が存在することを意味しているわけではない。本明細書又は請求項において、「１つのさらなる」構成要素と参照されている場合でも、さらなる構成要素が１つ以上存在することを排除してはいない。

実施形態を説明する目的で、フロー図及び／又は状態図がここで用いられている場合もあるが、本発明は、ここに記載したそれらの図又は対応する記載に限定されるものではない。例えば、フローは、ここに記載された各工程及び状態を経る必要はなく、記載されたものと完全に同一の順序である必要もない。

本発明は、ここに記載した特定の詳細に限定されるものではない。実際、本開示の恩恵を有する当業者であれば、上記の記載及び図面に対しての多くの他の変更が本発明の範囲を逸脱しない範囲で可能であることを理解できるであろう。それ故に、本発明の請求範囲を定義するものは、補正を含めた以下の請求項である。
［項目１］
電子デバイスを冷却する熱デバイスと、
正電荷源を用い、前記熱デバイスの少なくとも一部を負帯電プローブまたは接地プローブとして用いることで、界面動電駆動流を提供する動電流生成デバイスとを備え、
前記熱デバイスは、円管形状であるヒートシンクであり、
前記正電荷源は、前記円管の一端の中央に設けられる装置。
［項目２］
前記正電荷源は、一点プローブである項目１に記載の装置。
［項目３］
前記正電荷源は、多点プローブである項目１に記載の装置。
［項目４］
前記正電荷源は線プローブである項目１に記載の装置。
［項目５］
前記界面動電駆動流は、サイドインサイドアウト方法で、前記熱デバイスに対して流れる項目１から４の何れか一項に記載の装置。
［項目６］
前記動電流生成デバイスは、機械的可動部を含まない、強制空気ノイズレス動電システムである項目１から５の何れか一項に記載の装置。
［項目７］
前記動電流生成デバイスは、前記正電荷源及び前記熱デバイスの前記少なくとも一部が位置する静電場を用いて界面動電駆動流を提供する項目１から６の何れか一項に記載の装置。
［項目８］
前記界面動電駆動流は、前記熱デバイスの中を通って流れる項目１から７の何れか一項に記載の装置。
［項目９］
熱デバイスを用いて電子デバイスを冷却する工程と、
正電荷源を用い、前記熱デバイスの少なくとも一部を負帯電プローブまたは接地プローブとして用いることで、界面動電駆動流を提供する工程とを備え、
前記熱デバイスは、円管形状であるヒートシンクであり、
前記正電荷源は、前記円管の一端の中央に設けられる方法。
［項目１０］
前記正電荷源は、一点プローブである項目９に記載の方法。
［項目１１］
前記正電荷源は、多点プローブである項目９に記載の方法。
［項目１２］
前記正電荷源は、線プローブである項目９に記載の方法。
［項目１３］
前記界面動電駆動流は、サイドインサイドアウト方法で、前記熱デバイスに対して流れる項目９から１２の何れか一項に記載の方法。
［項目１４］
前記正電荷源及び前記熱デバイスの前記少なくとも一部が位置する静電場を用いて界面動電駆動流を提供する工程をさらに備える項目９から１３の何れか一項に記載の方法。
［項目１５］
前記界面動電駆動流を前記熱デバイスの中を通して流す工程をさらに備える項目９から１４の何れか一項に記載の方法。

Claims (16)

1. 正電荷源と、
   負帯電プローブまたは接地プローブを用いて電子デバイスを冷却する熱デバイスとを備え、
   前記正電荷源及び前記負帯電プローブまたは前記接地プローブは、前記正電荷源と前記熱デバイスとの間に静電場を提供し、前記正電荷源と前記熱デバイスとの間にイオン化気流を提供し、
   前記熱デバイスは、トンネル状であり、
   前記正電荷源は、前記熱デバイスの一端の中央に設けられる
   装置。
2. 前記正電荷源は、正極放出部であり、
   前記熱デバイスは、複数のフィンを有するヒートシンクであり、
   前記正極放出部は、前記複数のフィンの中央にある請求項１に記載の装置。
3. 前記正電荷源は、線プローブである請求項１または２に記載の装置。
4. 前記熱デバイスは、接地ピンフィンヒートシンクである請求項１から３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記イオン化気流は、可動部を有さずに全ての部分が固定状態において生成され、無音である請求項１から４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記正電荷源及び前記負帯電プローブまたは前記接地プローブは、界面動電駆動流を提供する請求項１から５の何れか一項に記載の装置。
7. 前記熱デバイスは、陽極酸化されたヒートシンクである請求項１から６の何れか一項に記載の装置。
8. 前記正電荷源は、多点プローブである請求項１または２に記載の装置。
9. 負帯電プローブまたは接地プローブに結合された熱デバイスを用いて電子デバイスを冷却する段階と、
   正電荷源と前記負帯電プローブまたは前記接地プローブとを用いて、前記正電荷源と前記熱デバイスとの間に、前記正電荷源と前記熱デバイスとの間にイオン化気流を提供する静電場を形成する段階とを備え、
   前記熱デバイスは、トンネル状であり、
   前記正電荷源は、前記熱デバイスの一端の中央に設けられる
   方法。
10. 前記正電荷源は、複数のフィンを有するヒートシンクと共に設けられる正極放出部であり、
    前記正極放出部は、前記複数のフィンの中央にある請求項９に記載の方法。
11. 前記正電荷源は、線プローブである請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記熱デバイスは、接地ピンフィンヒートシンクである請求項９から１１の何れか一項に記載の方法。
13. 前記イオン化気流は、可動部を有さずに全ての部分が固定状態において生成され、無音である請求項９から１２の何れか一項に記載の方法。
14. 前記正電荷源及び前記負帯電プローブまたは前記接地プローブは、界面動電駆動流を提供する請求項９から１３の何れか一項に記載の方法。
15. 前記熱デバイスは、陽極酸化されたヒートシンクである請求項９から１４の何れか一項に記載の方法。
16. 前記正電荷源は、多点プローブである請求項９または１０に記載の方法。

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