JP5703286B2 - 小型装置のための冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、たとえば電子回路を備え、冷やされる熱源が内部的に設けられた装置などの小型装置のための冷却システムであって、低減された寸法を有する前記システムが、熱源から熱を吸収するように配設された熱吸収部分と、熱源から吸収された熱を装置外部の環境に放出するように配設された熱散逸部分とを含む、装置内に装着される熱散逸デバイスを備えるシステムに関する。

本冷却システムは、ラップトップまたはノートブックタイプのコンピュータなどの小型の電子機器に使用される一般的なマイクロプロセッサおよび集積回路などの電子部品を冷やすことに特に適している。

一般的な電子装置、特に、ラップトップおよびノートブックなどの携帯用のものを含むコンピュータは、良好に機能するために温度がある一定の温度範囲内に維持されることを必要とする電気回路およびデバイスによって形成され、そのような温度範囲は、事前に決定され、その作動特性を保証するために主にその最大限よりも低くなっている。決められた機能を実行する際、前記電気−電子デバイスは、動作に使用された電気エネルギーの一部を熱、ノイズなどに変換する。熱エネルギーに変換されたエネルギーのこの一部は、好ましくは装置から引き出されるべきであり、その結果、その熱管理が適切に実施されることが可能になり、部品のより高レベルの効率性および信頼性をもたらし、それにより、これらの部品が、中程度の温度レベルで動作することができるようになるべきである。

従来、前記装置では、電子回路は、保護および組立てのためにケーシングまたはキャビネット内に収容され、それら部品の空間的配置の理由から、熱を発生させる装置の多くは、外部からのアクセスが難しい中央領域内に配置される。これらの場合、熱発生に関与する電気デバイスは、電子装置の内部に位置しており、その結果として、発生した熱エネルギーは、装置が動作している外部環境に伝達されなければならない。散逸レベルが、低いまたは中程度であるとき、エネルギーの散逸に関与し、装置内部の空気にさらされる領域を増大させるために、熱源に近接して配置されるフィン付き散逸デバイスが従来的に設けられている。このプロセスは、ファンを散逸デバイス内にまたはキャビネット自体内に取り付けることによって、強制換気によって補助されてもされなくてもよい。ファンの位置または有無とは無関係に、散逸デバイスから熱を吸収するために利用可能な空気は、電子装置の他の部品によってすでに事前に加熱されているデバイスに到達し、この部品もまた、自らの動作に使用されたエネルギーの一部を熱の形態で散逸する。この事前加熱は、冷やされることが望まれる部品から熱を伝達するプロセスの効率性を低減する。この影響を低減するために、熱は、たいてい冷やされるデバイスから装置の側部に近接する領域に効率的に伝導され、そこで、熱エネルギーは、事前加熱なく、装置の動作環境内の空気によって吸収され得る。前記目的のために、いくつかの部品が、エネルギーを効率的に輸送するために設けられる。これらの部品から熱を引き出すための知られている解決策は、たとえば固体媒介による熱伝導、ヒートパイプ、熱サイフォン、液体圧送回路および機械的蒸気圧縮による冷却回路などの受動的デバイスに基づくものである（図５から図５ｄ）。

提示されるすべての実施形態では、散逸デバイスは、冷やされる装置の内部に収容されてもされなくてもよい。図５から図５ｄは、電子装置によって担持された散逸デバイスを示している。

図５から図５ｄに提示される解決策では、熱散逸領域は、装置の最も外側部分に配置されて、熱を外部へと除去することを容易にするようになっている。熱をその源から装置外側の環境に伝導する際の効率性は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｄに示された解決策で生じるように作動流体の相変化プロセスによって、および相を変化させてもまたはさせなくてもよく、循環ポンプによって推進される（図５ｃ）、循環作動流体の高流量によって得られ得る。機械的蒸気圧縮（図５ｄ）を除いて、通常使用される作動流体は、水である。ヒートパイプ（図５ａ）および熱サイフォン（図５ｂ）の場合、閉じ込められる作動流体は、液相の流体によって占有された体積の一部および気相の流体によって占有された別の部分と平衡状態にある。液相は、重力的配向によって、または液相および気相に含浸させた多孔性要素によってもたらされたキャピラリ効果によって熱源に連結された領域に向けられ、熱源からエネルギーを除去するときに相を変化させる。蒸発した後、気相のこの作動流体は、外部環境の空気にさらされる部品、ヒートパイプ、または熱サイフォンの低温部分に移動し、ここでエネルギーが散逸される。熱の除去は、作動流体の液相から気相への相変化を再度引き起こし、こうしてサイクルを再開させる。

流体圧送回路では、液相の作動流体は、高温源から回路の低温部分に連続的に推進され、たいていはポンプである推進デバイスによって課された高い流速でエネルギーを熱源から外部環境の空気に伝達する。作動流体は、次いで、熱源と接触したときに加熱され、その後で外部環境の空気にさらされたときに冷やされる。流体圧送は、熱源上に配置されたフィン付き散逸デバイスによってもたらされるものより効率的なプロセスであるが、相変化が無くなり、推進要素がエネルギーを消費すると、ヒートパイプおよび熱サイフォンによって構成された散逸デバイスより効率性が下回る。

ヒートパイプを使用する知られている従来技術の解決策のうちの１つ（米国特許第７１１６５５２号明細書）では、コンピュータの加熱された領域からの熱の除去は、それぞれのヒートパイプによって各々形成される、受動タイプ（ヒートパイプ）の２つの冷却回路を有する熱散逸システムを通じて実施される。この構造では、第１の冷却回路は、コンピュータの加熱された領域に取り付けられた第１の端部と、第２の冷却回路の第２のヒートパイプの第１の端部分も収容する熱交換デバイス内に装着された第２の端部とを有する第１のヒートパイプを有しており、それにより、第１のヒートパイプの第２の端部と第２のヒートパイプの第１の端部分との間の熱交換が、前記熱交換デバイス内で生じるようになる。この構造では、熱が、熱交換デバイスにおいて、第１のヒートパイプの第２の端部と第２のヒートパイプの第１の端部分との間で交換された後、この熱が、コンピュータの加熱された領域から離れるように伝導され、次いで外部環境に散逸される。

この構造は、携帯用コンピュータに対して、それらの利用可能な領域を損なうことなく適用され得るが、キャピラリポンプの作動によってのみ生じる熱伝達および熱散逸は、機械的蒸気圧縮を用いる冷却システムにおいて得られるものほど効率的でない。

機械的蒸気圧縮による冷却システムを用いて熱エネルギーの伝導をもたらす技術的解決策では、熱源に連結された蒸発器から生じる気相の作動流体は、圧縮器内で圧縮され、外部環境の空気にさらされる凝縮器に向けられる。気相の作動流体がその中で液相に戻る凝縮器と呼ばれるこの熱交換機内では、熱エネルギーは、外部環境の空気によって除去され、凝縮された作動流体は、次いでその圧力を低減することに関与する膨張デバイスに向けられ、それにより蒸発器内で蒸発され、その後圧縮器によって圧縮されて、サイクルを完了することができる。作動流体が、冷却サイクル全体を通じて、２つの異なる圧力（蒸発器内の低圧および凝縮器内の高圧）を有するということは、エネルギー伝導プロセスが温度変動を伴って生じることを可能にし、故に、電子要素は、他のあらゆる代替策において見られるものを下回る温度レベルで冷やされることが可能であり、さらには外部環境の空気温度自体を下回る温度に到達することもできる。

米国特許第７１１６５５２号明細書

それにも関わらず、機械的蒸気圧縮によるそのような冷却システムの使用は、圧縮器の小型化のみならず、サイズがプロセッサの通常の寸法に低減されたときの知られている蒸発器の効率性などに関していくつかの障害を有する。

それに加えて、電子装置の熱管理に利用可能なほとんどのシステムでは、装置によって担持されるクーリングシステムが、ある動作範囲に合わせて、すなわち装置の動作中に除去されるエネルギーの決定されたレベルに合わせて寸法設定される。空間およびさらにはエネルギー消費の理由から、そのようなシステムは、動作のピークの間最高の効率性を提供するようには寸法設定されないが、これは、これらのピークが、短い時間内で、または間欠的な時間間隔で生じるためである。

主には携帯用のコンピュータの場合、クーリングシステムは、テキスト編集、インターネットの閲覧、画像編集などの動作で生じるように、低いおよび中程度の処理レベルの下で装置が正常に動作するように寸法設定されている。より厳しいレベルの処理またはオーバークロック動作の周波数が、必要とされているとき、クーリングシステムは、満足のいくように動作せず、より高い冷却能力を必要とする。

本発明の目的は、低減された寸法を有し、たとえば内部電子回路が設けられたものなどの小型装置の内部から熱を除去する際の効率性を選択的に大幅に増大させることを可能にする冷却システムを提供することである。

また、本発明の目的は、上記で規定され、さまざまな動作条件において装置によって発生させられた熱エネルギーに応じて選択的に規定された冷却能力を有する冷却システムを提供することである。

本発明のこれらおよび他の目的は、電子回路を備え、冷やされる熱源が内部的に設けられた装置などの小型装置のための冷却システムであって、前記システムが、熱源から熱を吸収するように配設された熱吸収部分と、熱源から吸収された熱を装置外部の環境に放出するように配設された熱散逸部分とを含む、装置内に装着される熱散逸デバイスを備え、熱散逸部分が、装置の外部からアクセス可能である、冷却システムを提供することによって達成される。

装置の冷却システムは、さらに、装置外部の補助冷却回路であって、熱源から受け取られ前記熱散逸部分によって散逸される熱の少なくとも一部を伝導によって熱散逸部分から受け入れるために、熱散逸部分に選択的に結合される熱吸収手段と、装置外部の環境に熱を放出するための熱散逸手段とを有する、補助冷却回路を備える。補助冷却回路は、たとえば、作動流体を使用して、熱吸収手段と熱散逸手段との間の熱連結をもたらすタイプのものでよい。

本発明の１つの態様によれば、熱散逸デバイスは、熱を熱吸収部分から熱散逸部分に伝達するように、固体媒介、ヒートパイプ、熱サイフォン、循環流体圧送および機械的蒸気圧縮による熱伝導のタイプの冷却システムのいずれかによって規定され得る。

本発明を実施する方法によれば、熱散逸部分および熱吸収手段の部分の一方は、熱交換壁によって少なくとも部分的に形成された少なくとも１つの熱交換ハウジングを画定し、その一方で前記部分の他方は、外側の熱交換表面によって少なくとも部分的に形成された少なくとも１つのプラグ要素を備え、前記プラグは、熱吸収手段と熱散逸部分との結合をもたらし、熱交換が、伝導によって熱交換壁と前記部分の外側熱交換表面との間で生じることを可能にするために、それぞれの熱交換ハウジングの内部に密接に取り外し可能に嵌合される。

本発明に関して上記で引用された構造によれば、熱交換ハウジングは、高熱伝導材料から作製され、熱散逸部分および熱吸収手段の一方によって熱的に結合され、担持された本体内に設けられた細長い穴であり、前記細長い穴の熱交換壁は、プラグ要素が細長い穴の内部に嵌合されたとき、プラグ要素の熱交換表面を密接に取り囲み、これに接触する。

本発明によれば、内部的に冷やされる小型装置は、熱散逸デバイスの熱交換能力が、決められた動作スキームの下で装置を適切な温度に維持するのに十分であるとき、熱散逸デバイスだけで動作することができる。

装置が、熱散逸デバイスの熱交換能力を上回るレベルの熱エネルギーを発生させるスキームで動作するとき、補助冷却回路は、熱散逸デバイスの熱散逸部分に物理的にかつ熱的に結合された熱吸収手段を有しており、それによって冷却システムの能力が大幅に増大され、前記システムが、適切な温度で動作する装置を維持することが可能になる。

本発明は、本発明の実施形態の例として与えられた、同封の図を参照して以下で説明される。

電子回路と、本発明の熱吸収手段および熱散逸手段を含む補助冷却回路が結合された熱散逸デバイスとが内部的に設けられた、小型装置の概略正面斜視図である。 電子回路と、本発明の熱吸収手段および熱散逸手段を含む補助冷却回路が結合された熱散逸デバイスとが内部的に設けられた、小型装置の概略後面斜視図である。 内部的に冷やされる図１の装置に結合されていない、本発明の補助冷却回路を画定する小型の構造モジュールを概略的に表す斜視図である。 機械的蒸気圧縮を用いる、冷やされる装置の内部の熱散逸デバイスに熱的に物理的に連結されたタイプ、およびヒートパイプのタイプの補助冷却回路によって形成されたときの本発明の冷却システムを表すブロック図である。 熱源を画定する電子回路と、固体媒介による熱伝導システムによって規定された熱散逸デバイスとが内部的に設けられた小型装置を概略的に表す図である。 熱源を画定する電子回路と、ヒートパイプの熱伝導システムによって規定された熱散逸デバイスとが内部的に設けられた小型装置を概略的に表す図である。 熱源を画定する電子回路と、熱サイフォンの熱伝導システムによって規定された熱散逸デバイスとが内部的に設けられた小型装置を概略的に表す図である。 熱源を画定する電子回路と、循環流体圧送によって規定された熱散逸デバイスとが内部的に設けられた小型装置を概略的に表す図である。 熱源を画定する電子回路と、機械的蒸気圧縮システムによって規定された熱散逸デバイスとが内部的に設けられた小型装置を概略的に表す図である。 ヒートパイプの形態の熱散逸デバイスを担持する小型装置の部分的な概略斜視図であり、補助冷却回路を画定し、装置に連結された小型の構造モジュールも示されている。 図６に部分的に表された装置内おいて示された熱散逸部分であって、その内側に補助冷却回路の熱吸収手段が、収容され熱的に連結される、熱散逸部分を表す斜視図である。 ヒートパイプの形態の熱散逸デバイスの斜視図であり、その熱散逸部分の中には、補助冷却回路のプラグ要素の形態の熱吸収手段が収容されている、斜視図である。 図８に示されたプラグ要素の嵌合するハウジングが中に画定される細長い穴を有する、高熱伝導性材料から作製された本体であって、熱散逸デバイスの作動流体ダクトのためのクレードルの対を提示する本体を表す幾分概略的で、部分的な断面斜視図である。 本発明のプラグ要素のための構造を概略的に表す斜視図である。 図９の線ＸＩ−ＸＩに沿って切り取られた、図３、図７、図９および図１０に示されたプラグ要素を概略的に表す長手方向の断面図である。 図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿って切り取られた、図３、図７、図９、図１０および図１１に示されたプラグ要素を概略的に表す横断面図である。 プラグ要素を概略的に表す分解斜視図である。 高熱伝導性材料から作製された本体の細長い穴によって画定されたハウジング内に導入される、先述の図の、装着された状態のプラグ要素を概略的に表す斜視図である。

本発明の冷却システムは、ラップトップまたはノートブックタイプのコンピュータなどの小型電子機器で使用される一般的なマイクロプロセッサおよび集積回路の場合の、冷やされる熱源Ｆを画定する内部電子回路を全般的に有する小型装置Ｅに適用可能である。

そのようなタイプの装置Ｅは、たいてい、すでにその内部に、前記装置Ｅのマイクロプロセッサに全体的に関連付けられた熱源Ｆから熱を除去することによって作動する冷却システムを有しており、前記熱は、強制空気換気の有無にかかわらずフィンシステムを通じて装置Ｅ外部の環境に向けられる。そのような装置Ｅからの熱の除去を向上させることが必要である場合、本発明は、これから説明される、補助冷却回路の選択的かつ取り外し可能な結合を提供する。

本発明の冷却システムは、装置Ｅの内部に装着された熱散逸デバイス１０と、装置Ｅ外部の補助冷却回路ＣＡであって、熱源Ｆによって発生させられた熱の少なくとも一部を伝導によって熱散逸デバイス１０から受け入れるために、熱散逸デバイス１０に外部的にかつ選択的に結合される熱吸収手段２０と、前記熱を装置Ｅ外部の環境に放出するための熱散逸手段３０とを有する、補助冷却回路ＣＡとを備える。伝導による熱の伝達は、これから説明されるように、熱散逸デバイス１０および熱吸収手段２０の部分間の接触が存在する領域内で生じる。

熱散逸デバイス１０は、熱源Ｆから熱を吸収するように配設された熱吸収部分１１と、装置Ｅの外部からアクセス可能であり、熱源Ｆから吸収された熱を装置Ｅ外部の環境に放出するように配設された熱散逸部分１２とを含む。熱吸収手段２０は、熱源Ｆから受け取られ前記熱散逸部分１２によって散逸される熱の少なくとも一部を伝導によって熱散逸部分１２から受け取るために、熱散逸部分１２に選択的に結合される。

本発明によれば、熱散逸デバイス１０は、熱を熱吸収部分１１から熱散逸部分１２に伝達するように、固体媒介（図５）、ヒートパイプ（図５ａ）、熱サイフォン（図５ｂ）、循環流体圧送（図５ｃ）および機械的蒸気圧縮（図５ｄ）による熱伝導のタイプの冷却システムのいずれかによって規定され得る。

熱散逸部分１２によって散逸され、熱吸収手段２０によって吸収されなかった熱は、放射によって、自然対流によって、および強制空気対流によって規定される熱エネルギー伝達モードの少なくとも１つによって装置Ｅ外部の環境に散逸される。

構造の特定の形態では、装置Ｅには、熱吸収手段２０によって吸収されない熱を強制空気対流によって外部環境に散逸するために、任意の知られているタイプのファンＶ（図４および図５から図５ｄ）が内部的に設けられる。

装置Ｅは、さらに、前記装置Ｅの周囲輪郭から外向きに開口する少なくとも１つの窓であって、その隣にフィン１２ａが設けられ熱散逸部分１２に組み込まれた、少なくとも１つの窓１（図１、図２、図５から図５ｄおよび図６）を備えることができ、ファンＶは、フィン１２ａを通じて空気流を窓１に向かっておよび装置Ｅ外部の環境へと強制的に通過させる。図６に示された構造では、装置Ｅは、前記装置Ｅ内の下方に配設された空気取り込み窓（図示せず）と、装置Ｅ内で横方向にかつ後方に設けられた窓１とを備え、窓１は、熱散逸部分１２からの熱を運ぶ自然のまたは強制的な空気流が、装置Ｅの外側にそこを通じて向けられる排出開口部を画定する。

本発明によれば、かつ熱散逸デバイス１０および熱吸収手段２０の構造に関係なく、熱散逸部分１２および熱吸収手段２０の部分の一方は、熱交換壁４０ａによって少なくとも部分的に形成された少なくとも１つの熱交換ハウジング４０を画定し、その一方で前記部分の他方は、外側の熱交換表面５０ａによって少なくとも部分的に形成された少なくとも１つのプラグ要素５０を備え、前記プラグ要素５０は、熱吸収手段２０と熱散逸部分１２との結合をもたらし、熱交換が、伝導によって熱交換ハウジング４０の熱交換壁４０ａとプラグ要素５０の外側熱交換表面５０ａとの間で実施されることを可能にするために、それぞれの熱交換ハウジング４０の内部に密接に取り外し可能に嵌合される。

熱散逸部分１２によって受け取られた熱のかなりの部分が、伝導によって熱吸収手段２０に伝達される本発明の特定の形態では、熱交換ハウジング４０は、全体が熱伝導性材料の内壁を有しており、熱吸収手段２０の全体の外面もまた、好ましくは熱交換ハウジング４０を形成する材料のものと類似の熱伝導能力を備えた熱伝導材料で画定される。この構造では、プラグ要素５０は、熱交換ハウジング４０によって完全に取り囲まれており、それにより、プラグ要素５０の外側熱交換表面５０ａは、熱交換ハウジング４０の内壁を押し付けて着座する。この着座が完全に達成されることを可能にするために、熱交換ハウジング４０およびプラグ要素５０は、プラグ要素５０が熱交換ハウジング４０の内部に密接に嵌合することを可能にするために同じ形状を有する断面を有している。

本発明によれば、プラグ要素５０は、たとえば熱交換ハウジング４０の内部において、プラグ要素５０のかなりの部分または全長が、細長い穴４１によって取り囲まれるまで摺動させることによって導入される。本明細書において説明された冷却システムの動作中の圧力の上昇により、プラグ要素５０および熱交換ハウジング４０の連結された部分に変形が発生して、前記部分間の干渉が増大し、それらが相互に嵌合されて保持され、熱交換接触が増大する。

プラグ要素５０および熱交換ハウジング４０の構造的および動作特性に関して本明細書において説明された態様は、これらの要素が、熱交換デバイスまたは補助冷却回路に関連付けられるということに依存しないことが理解されなければならない。

本発明によれば、熱交換ハウジング４０は、高熱伝導性材料から作製され、熱散逸部分１２および熱吸収手段２０の部分の一方によって熱的に結合され担持された本体Ｃ内に設けられた細長い穴４１の形態を有し、前記細長い穴４１の熱交換壁は、プラグ要素５０が細長い穴４１の内部に嵌合されたとき、プラグ要素５０の熱交換表面５０ａを密接に取り囲みこれに接触する。

プラグ要素５０は、入口端部５１ａおよび出口端部５１ｂを有する冷媒流体チューブ５１によって画定され、長手方向にかつ内部的に、複数の周囲チャネル５３および中央チャネル５４を含み、周囲チャネル５３の第１の端部５３ａは、冷媒流体チューブ５１の入口端部５１ａに連結され、その一方で周囲チャネル５３の第２の端部５３ｂは、中央チャネル５４の第１の端部５４ａに開口しており、中央チャネル５４の第２の端部５４ｂは、冷媒流体チューブ５１の出口端部５１ｂに開口している。

プラグ要素５０は、前記プラグ要素５０を画定するチューブの内部に装着されたフィンによって、あるいはプラグ要素５０を画定するチューブの押し出し中に長手方向チャネルがその中に得られる、溝付きチューブまたは押し出しチューブを介して画定されたさまざまな形態を有する内側チャネルを有することができる。

図示される構造では、周囲チャネル５３の各々１つの第１の端部５３ａは、管状ヘッド５５の内部に開口しており、管状ヘッド５５は、本体Ｃに取り付けられ、冷媒流体チューブ５１の入口端部５１ａを画定するノズル５５ａを有する。管状ヘッド５５は、任意の適切な材料で構成され、これは、たとえば溶接によって冷媒流体チューブ５１に密閉して容易に固着され得る。

本発明によれば、中央チャネル５４の第２の端部５４ｂは、管状ヘッド５５を通ってそこから外向きに突出する。図示される構造では、管状ヘッド５５は、半径方向に配設されたノズル５５ａ、および冷媒流体チューブ５１の出口端部５１ｂを画定するために、管状ヘッド５５の内部に密接に関連付けて、中央チャネル５４の第２の端部５４ｂと前記管状ヘッド５５の外部を連通させる中央ダクト５５ｂもまた担持する。

本発明によれば、各周囲チャネル５３の第２の端部５３ｂは、好ましくは閉鎖端部５６ａおよび開放端部５６ｂを備えた管状ケーシング５６の一部分の内部に開口し、前記管状ケーシング５６は、本体Ｃの閉鎖端部分によって取り囲まれている。

本発明を実施する方法では、管状ケーシング５６は、たとえば熱交換ハウジング４０を画定する本体Ｃの長手方向穴の内部に前記冷媒流体チューブ５１を装着する前に、周囲チャネル５３の第２の端部５３ｂが中に画定される冷媒流体チューブ５１の領域に近接して、冷媒流体チューブ５１に密閉式に固着された開放端部５６ｂを有する。図示される構造では、管状ケーシング５６は、前記管状ケーシング５６のものと一致したプロファイルを有する本体Ｃの内面に押し付けて着座する。冷媒流体チューブ５１を画定する部分の固定は、たとえば封止ガスケットによって得られる。

本発明によれば、管状ケーシング５６および中央チャネル５４の部分の一方は、中央チャネル５４の第１の端部５４ａに連結された第１の端部５７ａと、管状ケーシング５６の内部の方に向けられた半径方向開口部５７ｃが設けられた第２の端部５７ｂとを有する軸方向の管状ハブ５７を担持する。

本発明を実施する方法では、管状ケーシング５６は、軸方向の管状ハブ５７を一体品として内部的に組み込むことができる。しかしながら、本明細書に示される実施形態では、軸方向の管状ハブ５７は、管状ケーシング５６を冷媒流体チューブ５１に装着する前に中央チャネル５４に取り付けられる。管状ケーシング５６は、液体流体が冷却システムの圧縮チャンバ内に入ることを防止するために、冷媒流体を液体状態で保持することを可能にする。

本発明によれば、本冷却システムの補助冷却回路ＣＡは、熱を熱吸収手段２０から熱散逸手段３０に伝達するように、固体媒介、ヒートパイプ、熱サイフォン、循環流体圧送および機械的蒸気圧縮による熱伝導のタイプの冷却システムのいずれかによって規定され得る。装置Ｅ内で熱を除去する動作において使用されるように補助冷却回路ＣＡを嵌合させることに関して本明細書において提示された選択的かつ取り外し可能な結合の概念は、熱散逸デバイス１０および補助冷却回路ＣＡの部分の各々の構造のタイプに左右されないこと、および装置Ｅからの熱の除去が、均等の部分、同じタイプの部分、または異なる部分を結合させることによって実施され得ることが理解されなければならない。

図１、図２、図３および図６に示されるように、補助冷却回路ＣＡは、小型ケーシングＣＣの内部に設けられることが可能であり、小型ケーシングＣＣは、その延長部の一部分から外部に突出する、円筒状のピン（図示される実施形態）、円錐形ピン、または平坦ピンの形態のプラグ要素５０を担持する。

本明細書で例示されるように、プラグ要素５０は、装置Ｅの本体の外部に対してその側壁の１つを介して開口する細長い穴４１内に嵌合され、その細長い穴４１を通じて補助冷却回路ＣＡのケーシングＣＣが、装置Ｅに結合される。

図示される構造では、補助冷却回路ＣＡのケーシングＣＣの装着は、装置Ｅからの高温空気の排出のための窓１を妨害しないように行われる。この目的のため、ケーシングＣＣの隣接部分は、少なくとも１つの窓１が中に設けられた装置Ｅの壁との直接接触部からわずかに離間されて配設される。ケーシングＣＣに関して例示されたこの構造的配置に加えて、装置Ｅの単一側に隣接して配設される細長いケーシングＣＣなどの他の実施形態が可能であることが理解されなければならない。補助冷却回路ＣＡのケーシングＣＣの寸法設定は、好ましくは、但し必須ではないが、装置Ｅの輪郭を超えないように規定される。

本発明を実施する好ましい方法では、補助冷却回路ＣＡは、熱吸収手段２０を熱散逸手段３０に熱的に連結するための作動流体を含む冷却回路である。特に、補助冷却回路ＣＡは、冷媒流体の形態の作動流体を使用する。

補助冷却回路ＣＡに関する可能な構造的形態の中でもとりわけ、機械的蒸気圧縮（図４、図５から図５ｄ）によるものは、より高い冷却効率性を有しており、そのほとんどは、本明細書で考慮されるタイプの装置Ｅに近接する選択的な結合を用いるように示されている。機械的蒸気圧縮を備えた回路を本明細書で考慮されるタイプの装置の選択的および相補的な冷却に使用することは、使用される冷却回路の小型化、特にたとえば同一出願人の同時係属のブラジル特許出願ＰＣＴ／ＢＲ０６／０００２４６およびＰＣＴ／ＢＲ０７／０００９８に説明されたような圧縮ユニットの小型化、ならびに本明細書で説明されるような蒸発ユニットの小型化によってのみ可能である。

好ましくかつ図示された構造的形態では、本発明の補助冷却回路ＣＡは、冷媒流体などの循環作動流体を使用するタイプの、機械的蒸気圧縮による冷却回路である。

図示される実施形態では、補助冷却回路ＣＡは、圧縮機７０と、熱散逸手段３０を画定し、圧縮機７０から冷媒流体を受け取り、これを膨張デバイス８０、続いて熱吸収手段２０のプラグ要素５０によって画定された蒸発器２１に放出する凝縮器３１とを含む、冷媒流体の機械的圧縮による冷却回路である。

本発明を実施する方法によれば、高熱伝導材料の本体Ｃは、循環流体を含む少なくとも１つの熱導管１３を通じて熱源Ｆに熱的に連結される。

図４、図７、図８および図９に示された本発明の構造的形態では、熱散逸デバイス１０は、熱吸収部分１１を画定する一次蒸発器１１ａと、熱散逸部分１２の少なくとも１つの熱導管１３によって画定された一次凝縮器１２ｂとを備える、ヒートパイプによる一次冷却回路によって画定され、前記熱導管１３は、入口端部１３ａによって一次蒸発器１１ａ内で蒸発された循環流体を受け取り、凝縮された循環流体を、外側端部１３ｂ内に、また一次蒸発器１１ａに戻るように放出する。この構造では、熱導管１３の入口端部および出口端部は、それぞれ一次凝縮器１２ｂの作動流体入口および出口を画定する。この構造に関しては、熱散逸部分１２は、少なくとも１つの熱導管１３によって熱吸収部分１１に熱的に連結される。

本発明によれば、本体Ｃには、熱導管１３の外面の対応する部分がそれに対して着座し、保持される熱接触表面を有する少なくとも１つのクレードルＣ１が設けられる。図示される構造では、本体Ｃは、互いから、かつ本体Ｃの部分によって細長い穴４１から離間されたクレードルＣ１の対を有する。図示された特定の形態（図７、図８、図９、図１２、図１３および図１４）では、クレードルＣ１が、熱交換ハウジング４０を画定する細長い穴４１に対して横方向に設けられたそれぞれの細長いチャネルＣ１ａによって画定される。

クレードルＣｌは、細長いチャネルＣ１ａが、その上に着座し収容される熱導管１３の部分のものと同じ周囲輪郭を有するように一致させられ、その結果、本体Ｃと熱導管１３の表面の間の熱接触および伝達を最適化するようになる。

本体Ｃは、冷媒流体チューブ５１と熱導管１３の部分間の構造的結合を可能にするのに加えて、前記部分間の伝導による熱交換を円滑に進める、たとえば銅またはアルミニウムなどの高熱伝導材料で構築される。

図５、図８、図９および図１０に示された熱導管１３による冷却回路は、さらに、蒸発チューブ１４およびキャピラリポンプ１５を備え、前記蒸発チューブ１４は、一次蒸発器１１ａから作動流体を受け取り、蒸発された作動流体を一次凝縮器１２ｂのダクトに放出する。キャピラリポンプ１５は、一次凝縮器１２ｂのダクト出口端部からもたらされる凝縮された作動流体を受け取り、前記作動流体を一次蒸発器１１ａに導く。

熱導管１３によるこの冷却回路では、部品間の流体連通は、従来の導管内で生じ、一次蒸発器１１ａおよび一次凝縮器１２ｂは、作動流体の状態をその中で変化させるヒートパイプタイプの熱交換の形態で構成される。

冷媒流体の機械的圧縮による冷却回路は、冷蔵庫またはエアコンに応用される家庭用冷却システムのものに類似しているが、小型の冷却システムでの使用に合わせて、たとえば携帯用タイプのコンピュータで使用されるものなどの電子デバイスでの用途に特に合わせて小型化される。

低減されたサイズのこれらの冷却回路では、圧縮器は、部品または電子デバイスを冷やすために生み出される冷却の自動調整を可能にするために、リニアタイプで、好ましくは可変速度（ＶＣＣ）を備えたものでよい。リニア圧縮器は、たとえば、ブラジル特許出願ＰＣＴ／ＢＲＯ６／０００２４６およびＰＣＴ／ＢＲ０７／００００９８で説明されたタイプのものである。

しかしながら、本明細書において説明される特許請求された散逸システムが、コンピュータのタイプに限定されず、モータのタイプまたは例として提示された圧縮器のタイプにも限定されないことが理解されるべきである。

冷媒流体の機械的圧縮による冷却回路では、圧縮器７０は、冷却閉回路を通じて冷媒流体を凝縮器３１に圧送する。

この構造では、補助冷却回路ＣＡの蒸発器２１を通過する冷媒流体によって一次凝縮器１２ｂから除去された熱は、前記補助冷却回路ＣＡの凝縮器３１に到達した際に大気に放出される。

本発明によれば、蒸発器２０を画定するプラグ要素５０は、膨張デバイス８０を通じて凝縮器出口３１に結合された入口端部５１ａと、圧縮器７０の吸引部に連結された出口端部５１ｂとを有する冷媒流体チューブ５１を含む。冷媒流体チューブ５１の入口端部５１ａおよび出口端部５１ｂは、それぞれ、蒸発器２１に関連する、冷媒流体の流入口および流出口を画定する。

図示される構造的形態によれば、蒸発器２１の冷媒流体チューブ５１は、円筒状であり、フィンの有無にかかわらず、平滑化され、溝付けされ、押し出しされ得る。前記冷媒流体チューブはまた、円錐形または平坦なものでもよく、熱散逸デバイス１２に嵌合され保持されるためにねじ山が外部的に設けられてもよい。冷媒流体チューブ５１と熱導管１３との間に高い熱伝達をもたらすために、前記チューブおよび前記導管および本体Ｃもまた、ろう付けされなければならない。

図示されていないが、各々のクレードルＣｌは、熱交換ハウジング４０の形態などの、本体Ｃの長さの全体にわたって設けられた穴の形態を有することもできる。それにも関わらず、そのような構造的オプションは、熱導管１３の装着を難しくするだけでなく、電子回路で常に入手可能であるとは限らないより大きい装着領域も必要する。

圧縮器の作動中、周囲チャネル５３を通って冷媒流体チューブ５１に到達する凝縮された冷媒流体は、一次凝縮器１２ｂの熱導管１３を通過する蒸発された作動流体との熱交換によって蒸発させられ、次いで、軸方向の管状ハブ５７の軸方向の半径方向開口部５７ｃを通り、中央チャネル５４を通るように向けられ、冷媒流体の機械的圧縮により、冷却回路の圧縮器７０によって引き出され、凝縮器３１に導かれて、装置Ｅの内部に設けられた熱源Ｆから除去された熱を大気に放出する。冷媒流体チューブ５１に到達する凝縮された冷媒流体は、前記冷媒流体の相変化がその中で生じる周囲チャネル５３を、中央チャネル５４を通過する際の方向とは反対の方向に通過し、次いで、圧縮器７０の吸引部に向けられる。蒸発後、冷媒流体は、中央チャネル５４を通って戻り、圧縮機７０の吸引部の方に向けられたその出口に到達する。

本明細書において説明され示された解決策は、蒸発器２１だけを、たとえば携帯用コンピュータの熱源Ｆがその中に見出される環境内に導入することを可能にする。圧縮器７０および膨張デバイス８０などの他の部品は、前記コンピュータまたは本発明が適用される小型装置のタイプを規定する他のデバイスに外部的に装着される。

本明細書において提案された冷却システムは、携帯用コンピュータなどの、本明細書において考慮されるタイプの装置Ｅ内に、追加の冷却が必要される臨時的な状況において、装置の冷却能力を高めるために使用される冷却システムの追加の結合を可能にしており、前記結合されたシステムは、独立した携帯用の冷却システムである。したがって、通常の動作条件下の装置は、その内部冷却システムによって冷やされ、高レベルの熱が発生する（たとえばコンピュータでゲームをする）ときはいつでも、本明細書において提案される補助冷却システムが使用される。

補助冷却回路の蒸発器のいかなる形状に関しても、熱交換ハウジングは、前記補助冷却回路を容易に装着および脱着することを可能にするために、摺動、または円筒状表面、円錐表面、もしくは平坦表面のねじ切りのいずれかによって、前記蒸発器を受け入れるように考えられる。

それに加えて、たとえば高い蒸発温度などのいくつかの動作条件に合わせて、蒸発器の直径の増大が、内側の蒸発圧力を増大させることによって意図的にもたらされることが可能であり、したがって、蒸発器の弾性的な半径方向の変形が、本発明の電子装置の冷却システムの熱交換ハウジングとの熱接触を向上させ、さらに、前記蒸発器を熱交換ハウジングの内部により良好に固着させるために使用され得る。

同封の図に提示されるように、本発明の冷却システムの補助冷却回路は、低減されたサイズを有しており、蒸発器は、より高い冷却能力が望まれる電子装置との「プラグアンドプレイ」タイプの容易な結合をもたらすように特別に設計される。本発明の冷却システムは、小型で容易に動作するため、すでに知られている、本明細書で説明されたタイプの装置内にたいていは設けられるクーリングデバイスのどのようなものにも結合され得る。

本解決策の冷却システムの対象物は、１つまたは複数の蒸発器と、圧縮器と、機械的蒸気圧縮によって冷却サイクル内で動作するように配置された凝縮器および膨張デバイスを有することができる。

本発明の補助冷却回路の目的の蒸発器は、本明細書において図示されたものに加えて、異なる形状、および補助冷却回路の前記蒸発器と装置Ｅ内部の冷却システムの凝縮器との異なる結合形態を有することができる。本明細書で説明され図示されたものに加えて、蒸発器の内側チャネルを得る異なる形態も可能である。

好ましくは、蒸発器は、液相および気相の作動流体を方向付けるように画定された内側チャネルを有する円筒状の形状を有している。しかしながら、他の外部結合の形態もまた可能であることが理解されなければならない。

すべての提示された実施形態では、内側チャネルは、液相の作動流体が、外側チャネルに向けられて散逸デバイスからのエネルギーを吸収し、内側チャネル内で相を変化させ気相に戻るように配設される。

蒸発器の外部形態に加えて、円筒状の蒸発器の内側チャネルもまた、図示されるようにいくつかの形態で得られ得る。

Claims (13)

1. 電子回路を備え、冷やされる熱源（Ｆ）が内部に設けられた小型装置のための冷却システムであって、
   ａ）熱源（Ｆ）から熱を吸収する熱吸収部分（１１）と、熱源（Ｆ）から吸収された熱を装置（Ｅ）外部の環境に放出するように配設された熱散逸部分（１２）とを含む、装置内に装着された熱散逸デバイス（１０）を備えており、
   ｂ）熱散逸部分（１２）が、装置（Ｅ）の外部からアクセス可能であり、さらに、熱源（Ｆ）から受け取られて熱散逸部分（１２）によって散逸される熱の少なくとも一部を、伝導によって熱散逸部分（１２）から受け入れるために熱散逸部分（１２）に選択的に結合される熱吸収手段（２０）と、装置（Ｅ）外部の環境に熱を放出するための熱散逸手段（３０）とを有する、装置（Ｅ）外部の補助冷却回路（ＣＡ）を備えており、
   ｃ）熱散逸デバイス（１０）が、熱吸収部分（１１）から熱散逸部分（１２）に熱を伝達するために、固体媒介、ヒートパイプ、熱サイフォン、循環流体圧送および機械的蒸気圧縮による熱伝導のタイプのいずれかのシステムよって規定されており、
   ｄ）熱散逸部分（１２）が、熱交換壁（４０ａ）によって少なくとも部分的に形成された少なくとも１つの熱交換ハウジング（４０）を画定し、一方、熱吸収手段（２０）が、外側の熱交換表面（５０ａ）によって少なくとも部分的に形成された少なくとも１つのプラグ要素（５０）を備え、該プラグ要素（５０）は、熱吸収手段（２０）と熱散逸部分（１２）との結合をもたらし、熱交換が、熱交換壁（４０ａ）と外側熱交換表面（５０ａ）との間で、伝導によって生じるように、各熱交換ハウジング（４０）の内部に密接にかつ取り外し可能に嵌合され、
   ｅ）熱交換ハウジング（４０）が、高熱伝導材料から作製され、熱散逸部分（１２）に熱的に接続された本体（Ｃ）内に設けられた細長い穴（４１）であり、該細長い穴（４１）の熱交換壁（４０ａ）は、プラグ要素（５０）が細長い穴（４１）の内部に嵌合されたとき、プラグ要素（５０）の熱交換表面（５０ａ）を密接に取り囲んでこれに接触し、
   ｆ）補助冷却回路（ＣＡ）が、小型ケーシング（ＣＣ）の内部に設けられており、
   ｇ）補助冷却回路（ＣＡ）は、熱吸収手段（２０）を熱散逸手段（３０）に熱的に接続するための作動流体を含有する冷却回路であり、該補助冷却回路（ＣＡ）が、圧縮機（７０）と、熱散逸手段（３０）を規定し、圧縮機（７０）から冷媒流体を受け取り、これを、膨張デバイス（８０）、続いて熱吸収手段（２０）のプラグ要素（５０）によって規定される蒸発器（２１）に放出する凝縮器（３１）とを含む、冷媒流体の機械的圧縮による冷却回路であり、
   ｈ）プラグ要素（５０）が、入口端部（５１ａ）および出口端部（５１ｂ）を有する冷媒流体チューブ（５１）によって画定され、長手方向にかつ内部に、中央チャネル（５４）および複数の周囲チャネル（５３）を含み、周囲チャネル（５３）の第１の端部（５３ａ）は、冷媒流体チューブ（５１）の入口端部（５１ａ）に接続され、一方、周囲チャネル（５３）の第２の端部（５３ｂ）は、中央チャネル（５４）の第１の端部（５４ａ）に開口し、中央チャネル（５４）の第２の端部（５４ｂ）が、冷媒流体チューブ（５１）の出口端部（５１ｂ）に開口していることを特徴とする、前記冷却システム。
2. 熱散逸部分（１２）によって散逸され、熱吸収手段（２０）によって吸収されなかった熱が、放射によって、自然対流によって、および強制空気対流によって規定される熱エネルギー伝達モードの少なくとも１つによって装置（Ｅ）外部の環境に散逸されることを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
3. 装置（Ｅ）の内部に設けられ、熱吸収手段（２０）によって吸収されなかった熱を、強制空気対流によって散逸するファン（Ｖ）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の冷却システム。
4. 装置（Ｅ）が、装置（Ｅ）から外向きに開口する少なくとも１つの窓（１）を備え、このとき熱散逸部分（１２）が、装置（Ｅ）の前記窓（１）に隣接して配設されたフィン（１２ａ）を組み込むことを特徴とする、請求項１、２、または３のいずれかに記載の冷却システム。
5. 周囲チャネル（５３）の第１の端部（５３ａ）が、本体（Ｃ）に取り付けられ冷媒流体チューブ（５１）の入口端部（５１ａ）を画定するノズル（５５ａ）を有する管状ヘッド（５５）の内部に開口することを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
6. 中央チャネル（５４）の第２の端部（５４ｂ）が、管状ヘッド（５５）を通ってそこから外向きに突出することを特徴とする、請求項５に記載の冷却システム。
7. 周囲チャネル（５３）の第２の端部（５３ｂ）が、本体（Ｃ）に対して取り付けられた閉鎖端部（５６ａ）および開放端部（５６ｂ）を備えた管状ケーシング（５６）の一部分の内部に開口していることを特徴とする、請求項１、５または６のいずれかに記載の冷却システム。
8. 管状ケーシング（５６）が、本体（Ｃ）の端部分によって取り囲まれることを特徴とする、請求項７に記載の冷却システム。
9. 管状ケーシング（５６）および中央チャネル（５４）の部分の一方が、中央チャネル（５４）の第１の端部（５４ａ）に連結された端部（５７ａ）と、管状ケーシング（５６）の内部の方に向けられた半径方向の開口部（５７ｃ）が設けられた第２の端部（５７ｂ）とを有する軸方向の管状ハブ（５７）を担持することを特徴とする、請求項８に記載の冷却システム。
10. 熱交換ハウジング（４０）を画定する細長い穴（４１）が設けられた本体Ｃが、循環流体を含む少なくとも１つの熱導管（１３）を通じて熱散逸部分（１２）に熱的に連結されることを特徴とする、請求項１または請求項６から９のいずれかに記載の冷却システム。
11. 熱散逸デバイス（１０）が、熱吸収部分（１１）を画定する一次蒸発器（ｌｌａ）と、熱散逸部分（１２）を画定する一次凝縮器（１２ｂ）であり、入口端部によって一次蒸発器（１１ａ）内で蒸発された循環流体を受け入れ、循環流体を出口端部内で放出して一次蒸発器（ｌｌａ）に戻す少なくとも１つの熱導管（１３）によって、熱吸収部分（１１）に熱的に連結された一次凝縮器（１２ｂ）とを備える一次冷却回路によって画定されることを特徴とする、請求項５に記載の冷却システム。
12. 本体（Ｃ）が、熱導管（１３）の外面の対応する部分がそれに対して着座し、保持される熱接触表面を各々が有するクレードル（Ｃｌ）の対であり、互いから、かつ細長い穴（４１）から本体（ｃ）の部分によって離間されたクレードル（Ｃｌ）を有することを特徴とする、請求項１１に記載の冷却システム。
13. クレードル（Ｃｌ）が、それぞれの細長いチャネル（Ｃ１ａ）によって画定されることを特徴とする、請求項１２に記載の冷却システム。

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