(57)【要約】【課題】本発明は、液体の冷媒の循環を利用した冷却などに用いられる比較的大きな冷却装置であり、コンパクト化を図り、冷却性能と装着作業性を向上した冷却装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、発熱電子部品と熱接続する受熱一体ポンプ２と、熱を伝導する液体冷媒が封入された液流路５と、液流路５の一部に配置され液体の冷媒と熱交換することにより放熱を行うラジエータ３と、ラジエータ３の方向へ送風する軸流ファン４を備え、軸流ファン４の吸排気方向とラジエータ３の通風方向を同じくするように対向して配置し、ラジエータ３の排気方向に排気ダクト７を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央処理装置などの発熱電子部品を実装した基板上で液冷却方式により前記発熱電子部品を冷却する装置であって、前記発熱電子部品と熱接続する受熱部と、前記受熱部の熱を伝導する液体の冷媒が封入された液流路と、前記液流路の一部に配置され液体の冷媒と熱交換することにより放熱を行うラジエータと、前記ラジエータの方向へ送風する吸気方向と排気方向が同一方向の軸流ファンを備え、前記軸流ファンの吸排気方向と前記ラジエータの通風方向を同じくするように対向して配置したことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記軸流ファンが対向配置された前記ラジエータの排気方向に排気ダクトを設けたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記排気ダクトが前記ラジエータを収容したことを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記受熱部は、液体の冷媒を前記液流路内に強制循環させるポンプを内蔵した受熱一体ポンプであることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項５】
前記受熱一体ポンプと前記ラジエータとの間に設けられた前記液流路の一部に自在管を用いたことを特徴とする請求項４記載の冷却装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１項に記載の冷却装置を備え、前記冷却装置の受熱部が発熱電子部品と熱接続されたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の筐体の内部に配設された中央処理装置（以下、ＣＰＵと称する）などの発熱電子部品の強制冷却を目的としたヒートパイプを用いた冷却方式やポンプを用いた液体の冷媒の循環を強制的に行う液冷却方式などに用いられる冷却装置及びそれを備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近のコンピュータにおけるデータ処理の高速化の動きはきわめて急速であり、ＣＰＵのクロック周波数は以前と比較して格段に大きなものになってきている。その結果、ＣＰＵの発熱量が増大し、従来のように放熱部であるヒートシンクや放熱フィンを発熱体に接触させて放熱する方法だけなく、そのヒートシンクをファンで直接冷却する方法、または、受熱部よりヒートパイプを用いて放熱部に熱接続したヒートシンクモジュールにおいてその放熱部をファンにより送風冷却する方法、或いは、熱伝導性の高い液体の冷媒をポンプを用いて強制循環させ受熱部と放熱部との間で熱交換をさせる液冷却方法などが必要不可欠になっており、今後さらにその冷却能力の向上と小型軽量化が必要とされている。
【０００３】
そこで、実装された発熱電子部品から発生する熱の放熱を行う冷却装置としては、例えば（特許文献１）に開示されているような、発熱体である発熱電子部品とヒートパイプを用いて熱接続された冷却装置があり、その放熱部の構造としてファンの送風口側に設けられたダクト内に送風方向に沿って複数枚の放熱フィンが並列して設けられ、複数枚の放熱フィンを突き刺すようにヒートパイプの放熱部が取り付けられている冷却ユニットが知られている。
【０００４】
図８は、この冷却装置の放熱部である冷却ユニット２０を模式的に拡大図で示しており、ファン２１とダクト２２を有する。この冷却装置の放熱部ではファン２１により吸気した空気を、ファン２１を収容するファンケース２５の内壁の形状に沿ってほぼ直角方向に空気流の向きを変化させダクト２２から排気するようになっている。そしてダクト２２の内部には放熱フィン２３がダクト２２内の送風方向に沿って複数枚が並列状態に配置され、ヒートパイプ２４の放熱側がダクト２２内の放熱フィン２３に突き刺すように取り付けられている。このような構造により、受熱ブロック（図示せず）から運ばれた熱が効率的に放散されるようになるため、この冷却ユニット２０を用いた冷却体はスペース効率の面でも優れたものとなる。
【０００５】
また、このダクト２２からの空気はこの冷却装置の搭載された携帯型パソコンの外部に排気されるようにするので、ダクト２２はこの携帯型パソコンの筐体に取り付けておくと簡便となり、このような冷却装置は、例えば携帯型パソコンのようなその内部のスペース制約が強い製品の場合に特に有効なものである。つまりヒートパイプを応用することで、発熱電子部品と近接しない位置に放熱フィンやヒートシンクを配置することができるようになり、放熱フィンやヒートシンクの大型化や、その配置の設計等の自由度が高まる。
【特許文献１】特開２０００−３５２９１号公報（第４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような冷却装置は携帯型パソコンのようにその内部がスペース的に制約される製品の場合に特に有効なものとして用いられ、ヒートパイプを応用することで、発熱体である発熱電子部品と近接しない位置に放熱フィンやヒートシンクを配置することができるようになり、放熱フィンやヒートシンクの大型化や、その電子機器の筐体の内部での配置の設計等の自由度を高める方法が提案されているが、このような方法で軸流ファンを用いて高風量を確保しようとしても、空気の流入方向と排気方向が直交しているため、吸気された空気流がファンケースの内壁に一旦ぶつかりその方向をほぼ直角に変えるので、送風量も著しく減少してしまい冷却性能が低下するばかりでなく、局部的な圧力損失によりファン騒音が増大するという新たな課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係わる冷却装置は、ＣＰＵなどの発熱電子部品を実装した基板上で液冷却方式により発熱電子部品を冷却する装置であって、発熱電子部品と熱接続する受熱部と、受熱部の熱を伝導する液体の冷媒が封入された液流路と、液流路の一部に配置され液体の冷媒と熱交換することにより放熱を行うラジエータと、ラジエータの方向へ送風する吸気方向と排気方向が同一方向の軸流ファンを備え、軸流ファンの吸排気方向とラジエータの通風方向を同じくするように対向して配置したことを主要な特徴としており、吸気方向と排気方向を変化させることなくしかもラジエータの通風方向と同一であるので、円滑にラジエータへの送風が行えるため冷却に必要な送風量を確保することができる。また、局所的な圧力損失の発生も低減できるので、ファン騒音を抑制することにもなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の冷却装置によれば、発熱電子部品と熱接続する受熱部と、受熱部の熱を伝導する液体の冷媒が封入された液流路と、液流路の一部に配置され液体の冷媒と熱交換することにより放熱を行うラジエータと、ラジエータの方向へ送風する吸気方向と排気方向が同一方向の軸流ファンを備え、軸流ファンの吸排気方向とラジエータの送風方向を同じくするように対向して配置したことにより、冷却性能を向上することが可能となり、しかもファン騒音を抑制しながら、取り付け位置の制約が少なく電子機器への組み込みの容易な冷却装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、ＣＰＵなどの発熱電子部品を実装した基板上で液冷却方式により発熱電子部品を冷却する装置であって、発熱電子部品と熱接続する受熱部と、受熱部の熱を伝導する液体の冷媒が封入された液流路と、液流路の一部に配置され液体の冷媒と熱交換することにより放熱を行うラジエータと、ラジエータの方向へ送風する吸気方向と排気方向が同一方向の軸流ファンを備え、軸流ファンの吸排気方向とラジエータの通風方向を同じくするように対向して配置したことを主要な特徴としており、冷却ファンとして吸気方向と排気方向が同一方向の軸流ファンがラジエータを構成する複数枚の放熱フィンとヒートパイプのほぼ全面の領域に対向して配置され、ファンを収容するファンケースなどにより空気流の方向を強制的に変化させることがないので、ラジエータを形成する放熱フィンの全面にほぼ均一的かつ十分な風量が確保でき、ラジエータからの放熱が効率的に行われ、その結果放熱性を向上でき、しかも不要な局所的な圧力損失もなくファン騒音も抑制できる。
【００１０】
また、発熱電子部品と熱接続する受熱部と放熱を行うラジエータとの間が液体の冷媒が封入された液流路で構成されているので、液流路を必要に応じて長く設定することにより、比較的大きな構成要素であるラジエータや軸流ファンを発熱電子部品に近接して設置しなくもよくなるので、電子機器の筐体の内部においてＣＰＵ実装基板や他の周辺装置との配置を設計する上で自由度が大きくなり、電子機器への組み込みが容易となる。
【００１１】
さらには、冷却装置の放熱部に属する主要要素である軸流ファンやラジエータを任意の場所、例えば発熱電子部品と離れた位置やマザーボードのＣＰＵ実装面の裏面側などにも設置することも可能となり、その分電子機器の筐体の内部での配置の制約が少なくなり、電子機器の筐体の内部での配置設計の自由度が向上する。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に従属する発明で、ＣＰＵなどの発熱電子部品を実装した基板上で液冷却方式により発熱電子部品を冷却する装置であって、発熱電子部品と熱接続する受熱部と、受熱部の熱を伝導する液体の冷媒が封入された液流路と、液流路の一部に配置され液体の冷媒と熱交換することにより放熱を行うラジエータと、ラジエータの方向へ送風する吸気方向と排気方向が同一方向の軸流ファンを備え、軸流ファンの吸排気方向とラジエータの通風方向を同じくするように対向して配置したことに加え、軸流ファンが対向配置されたラジエータの排気方向に排気ダクトを設けたことを特徴としており、軸流ファンが対向配置されたラジエータの排気方向に排気ダクトを設けているので、ラジエータとの熱交換により暖まった空気が電子機器の筐体の内部に滞留することなく円滑に電子機器の筐体に設けられた排気口より排出でき、電子機器全体としての冷却性能をより向上することができる。
【００１３】
また、静音性や操作性を重視した電子機器の筐体内で用いた場合には、所定の方向に排気された空気の方向を制御できるので、筐体後部や筐体底部に配置された排気口まで接続することにより、オペレータの作業環境に影響の少ない空気流路を形成することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明に従属する発明で、ＣＰＵなどの発熱電子部品を実装した基板上で液冷却方式により発熱電子部品を冷却する装置であって、発熱電子部品と熱接続する受熱部と、受熱部の熱を伝導する液体の冷媒が封入された液流路と、液流路の一部に配置され液体の冷媒と熱交換することにより放熱を行うラジエータと、ラジエータの方向へ送風する吸気方向と排気方向が同一方向の軸流ファンを備え、軸流ファンの吸排気方向とラジエータの通風方向を同じくするように対向して配置し、軸流ファンが対向配置されたラジエータの排気方向に排気ダクトを設けたことに加え、排気ダクトがラジエータを収容したことを特徴としており、排気ダクトがラジエータの外郭部材をも兼ねているので、その内部に放熱フィンやパイプを配置しているので、ラジエータを構成する部品点数も減り製作が容易となる。
【００１５】
また、排気ダクトの製作用部材として熱伝導性のよい金属材料を使用した場合、ラジエータの外郭部材を兼ねた場合は、放熱フィンからの熱伝導により排気ダクト自体でも放熱性を有することになり、ラジエータより排気された空気流を方向制御するだけでなく、ラジエータ自体の放熱性能をも向上できる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明に従属する発明で、ＣＰＵなどの発熱電子部品を実装した基板上で液冷却方式により発熱電子部品を冷却する装置であって、発熱電子部品と熱接続する受熱部と、受熱部の熱を伝導する液体の冷媒が封入された液流路と、液流路の一部に配置され液体の冷媒と熱交換することにより放熱を行うラジエータと、ラジエータの方向へ送風する吸気方向と排気方向が同一方向の軸流ファンを備え、軸流ファンの吸排気方向とラジエータの通風方向を同じくするように対向して配置したことに加え、受熱部は、液体の冷媒を液流路内に強制循環させるポンプを内蔵した受熱一体ポンプであることを特徴としており、請求項１記載の発明の効果に加え、受熱部にポンプを内蔵した小型でコンパクトな形態で冷却装置を構成できるので、冷却装置全体の小型化がより容易となる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明に従属する発明で、ＣＰＵなどの発熱電子部品を実装した基板上で液冷却方式により発熱電子部品を冷却する装置であって、発熱電子部品と熱接続する受熱部と、受熱部の熱を伝導する液体の冷媒が封入された液流路と、液流路の一部に配置され液体の冷媒と熱交換することにより放熱を行うラジエータと、ラジエータの方向へ送風する吸気方向と排気方向が同一方向の軸流ファンを備え、軸流ファンの吸排気方向とラジエータの通風方向を同じくするように対向して配置し、受熱部は、液体の冷媒を液流路内に強制循環させるポンプを内蔵した受熱一体ポンプであることに加え、受熱一体ポンプとラジエータとの間に設けられた液流路の一部に自在管を用いたことを特徴としており、受熱部である受熱一体ポンプと放熱部であるラジエータとの間に設けられた液流路の一部に自在管を用いているので、受熱一体ポンプをラジエータ、軸流ファン、排気ダクトなどの他の構成要素と位置関係が一定の範囲内で独立して扱えるので、例えばＣＰＵなどの発熱電子部品に熱接続させるための固定作業や発熱電子部品の交換作業などにおいての装着性がより向上しメンテナンスを容易に行える。
【００１８】
また、自在管を屈曲させ発熱体であるＣＰＵの実装面側に受熱一体ポンプを熱接続し、マザーボードの裏面側にラジエータ、軸流ファン、排気ダクトなどの他の構成要素を配置することも容易となるので、周辺装置を含めた配置設計の自由度がより大きくなる。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１から５いずれか１項に記載の冷却装置を備え、その冷却装置の受熱部が発熱電子部品と熱接続されたことを特徴としており、冷却装置の受熱部が発熱電子部品と熱接続された電子機器であり、電子機器全体の冷却性能を向上することが可能となり、電子機器のＣＰＵなどの処理能力を向上し、動作状態の安定性をより確保できる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態は、電子機器としてコンピュータ装置に搭載する液体の冷媒を用いた液冷却方式の冷却装置に関するもので、図面を用いて説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１〜図３において、図１は本発明に係わる冷却装置の斜視図で、図２は本発明に係わる冷却装置の正面図で、図３は本発明に係わる冷却装置の側面図で、液体の冷媒を用いた冷却装置１の受熱一体ポンプ２の受熱面がＣＰＵ（図示せず）の中央に所定の荷重で押し付けられる構造となっている。冷却装置１は、受熱一体ポンプ２、ラジエータ３、軸流ファン４、液流路５、リザーブタンク６、排気ダクト７を主要な構成要素とした液体の冷媒を用いた液冷却方式の冷却装置である。
【００２２】
発熱電子部品であるＣＰＵから発生した熱は受熱部である受熱一体ポンプ２の底面２aに位置する受熱面を介して受熱面内部に循環している液体の冷媒である冷却液に伝えられ冷却液の温度が上昇する。暖められた冷却液は受熱一体ポンプ２による強制輸送により、ゴムやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などを含む薄肉弾性材料を用いて製作したものや金属部材を複合させたものなどの自在管８を経由し、液流路５により直列に接続されたラジエータ３へ送られる。ラジエータ３は排気ダクト７に収容されており、冷却液が流れる金属製のパイプ３aとこれと熱的に接触している複数枚のアルミニウムや銅などの熱伝導性が良好な放熱フィン３ｂとで構成され、暖められた冷却液の熱が複数枚の放熱フィン３ｂに効率よく伝わる構造となっている。
【００２３】
さらに、図１の矢印で示された方向の吸気方向と同一の方向に排気しラジエータ３の通気方向に空気を送風する軸流ファン４を備え、排気ダクト７に収容されたラジエータ３の一方の面に対向して軸流ファン４が配置されるようにファンケース４ａにより保持されており、ファンケース４aの吸気口より導入された空気は、軸流ファン４の回転軸とほぼ平行に送風され、ファンケース４ａ内に配置された複数枚の放熱フィン３ｂと金属製のパイプ３ａの全面領域にほぼ均一な冷却風を当てることができるような構造となっている。
【００２４】
また、ＣＰＵの実装面側に配置される受熱一体ポンプ２は放熱部であるラジエータ３へ屈曲性のある自在管８を用いて接続させているので、容易にラジエータ３、軸流ファン４、リザーブタンク６、及び排気ダクト７などの他の構成要素をＣＰＵなどの発熱電子部品と離れた位置に配置することが可能となり、配置の設計自由度が増すため、冷却装置１の電子機器への装着性も向上し組み込みが容易となっている。そして、受熱一体ポンプ２の上面に取り付けられた固定部材９は、ＣＰＵなどの発熱電子部品に受熱一体ポンプ２の底面２ａを熱接続させるための部材で、４箇所に固定ネジ９ａがあらかじめ取り付けられており、実装基板側の所定のネジ穴に固定することで、ＣＰＵなどの発熱電子部品の上面に熱的接続を容易に行える構造となっている。
【００２５】
一方、図４は本発明における冷却装置のラジエータを収容した排気ダクトを説明する正面図で、軸流ファン４、ファンケース４ａ、さらに受熱一体ポンプ２側に接続された液流路５から先に接続された部分を省略した図であるが、排気ダクト７は、ラジエータ３を収容しており、さらに排気ダクト７がラジエータ３の外郭部材をも兼ねており、その内部に冷却液が流れる金属製のパイプ３ａとこのパイプ３ａが貫通し熱的に接触しているアルミニウムや銅など熱伝導性が良好な放熱フィン３ｂが所定の位置に配置されているので、ラジエータ３を外郭部材を構成する部品点数が減り製作が容易となっている。ここで、排気ダクト７は樹脂成型品を用いたが、排気ダクト７の製作用部材としてステンレス鋼やアルミニウムなどの熱伝導性のよい金属材料を用いて、ラジエータ３の外郭部材を兼ねた場合は、放熱フィン３ｂからの熱伝導により排気ダクト７自体でも放熱性を有することになり、ラジエータ３より排気された空気流の方向を制御するだけでなく、ラジエータ３自体の放熱性能をも向上することが可能となる。
【００２６】
次に、図５〜図７は、それぞれ本発明に係わる冷却装置の取り付け後の状態を示す電子機器の内部斜視図、内部正面図、及び内部側面図である。ここで、図７に示したように、受熱部である受熱一体ポンプ２は発熱電子部品であるＣＰＵ１６と熱的に接続しており、液体の冷媒が受熱一体ポンプ２と排気ダクト７に収容されたラジエータ３との間を自在管８や液流路５を介して循環している。一方、放熱部を構成している軸流ファン４、ラジエータ３、及び排気ダクト７が電子機器の筐体１０の内部の上部に位置する電源１１に隣接して固定されており、マザーボード１２の電子部品実装面側の方向には、電子機器の主要部品であるＨＤＤ１３、ＰＣＩカード１４、メモリボード１５などがそれぞれ所定の位置に配置され、受熱一体ポンプ２は、自在管８により位置の制約を受けることなく配置できるので、それら主要部品の配置にも影響を与えることなく、電子機器の筐体１０の内部全体の構成部品がコンパクトに配置されている。
【００２７】
つまり、マザーボード１２に実装された発熱電子部品であるＣＰＵ１６の上面には、受熱一体ポンプ２のみが熱的に接続するように配置されているので、受熱一体ポンプ２の真上には、ＨＤＤ１３が配置されており、電子機器の筐体１０の内部のスペースが最大限に活用されている。
【００２８】
一方、図５や図６で示されるように、排気ダクト７の排気口７ａを、電子機器の筐体１０の背面側に設置できるように空気経路を形成しているので、排気口７ａでの騒音や排気風などが直接オペレータの作業環境に与える影響を低減する構造としている。
【００２９】
なお、以上説明した実施の形態では、冷却装置として液体の冷媒を用いた液冷却方式の冷却装置であって、その主要な構成要素である受熱一体ポンプや、他の構成要素であるラジエータ、軸流ファン、液流路、リザーブタンク、及び排気ダクトのそれぞれの個数、配設位置、配置方法、及び相互の接続方法などについては本実施の形態に制限されるものではなく、マザーボード１２においてＣＰＵ１６の実装面の他方の面にそれらの一部の構成要素を配設しても別段問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、液体の冷媒を循環させながら発熱電子部品を冷却する冷却装置及びそれを備えた電子機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷却装置の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における冷却装置の正面図
【図３】本発明の実施の形態１における冷却装置の側面図
【図４】本発明の実施の形態１における冷却装置の排気ダクトを説明する正面図
【図５】本発明の実施の形態１における冷却装置の取り付け後の状態を示す電子機器の内部斜視図
【図６】本発明の実施の形態１における冷却装置の取り付け後の状態を示す電子機器の内部正面図
【図７】本発明の実施の形態１における冷却装置の取り付け後の状態を示す電子機器の内部側面図
【図８】従来の特許文献１に記載の冷却装置を示す説明図
【符号の説明】
【００３２】
１    冷却装置
２    受熱一体ポンプ
２ａ    受熱一体ポンプの底面
３    ラジエータ
３ａ    パイプ
３ｂ    放熱フィン
４    軸流ファン
４ａ    ファンケース
５    液流路
６    リザーブタンク
７    排気ダクト
７ａ    排気口
８    自在管
９    固定部材
９ａ    固定ネジ
１０    電子機器の筐体
１１    電源
１２    マザーボード
１３    ＨＤＤ
１４    ＰＣＩカード
１５    メモリボード
１６    ＣＰＵ
１７    ＯＤＤ
２０    冷却ユニット
２１    ファン
２２    ダクト
２３    放熱フィン
２４    ヒートパイプ
２５    ファンケース
【図１】
2006163563.tif 000003
【図２】
2006163563.tif 000004
【図３】
2006163563.tif 000005
【図４】
2006163563.tif 000006
【図５】
2006163563.tif 000007
【図６】
2006163563.tif 000008
【図７】
2006163563.tif 000009
【図８】
2006163563.tif 000010