(57)【要約】【課題】液体と熱伝導率が高い個体とが混合された冷却媒体を用いることによって向上された冷却性能が維持される。【解決手段】固体２は、高熱伝導性固体２ａの内部に低比重材料２ｂを有する構成としたために、固体２の比重が低下する。このため、固体２を混入することにより、一旦、低下した冷却媒体１の熱抵抗であるが、その後の時間の経過による熱抵抗の増大をある程度抑えて、維持することができ、結果的に、液体１ａのみの場合よりも冷却媒体１の冷却性能を向上させることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部の熱を受ける受熱部と、外部へ熱を放散する放熱部とを流路にて接続させ、前記流路内に、液体と、前記液体より熱伝導率が高い固体とが混合された冷却媒体を循環させて前記発熱部を冷却する冷却装置において、前記固体は、前記固体の内部に低比重材料を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記固体は、銅、アルミニウム、銀、金、マグネシウムの中の何れかの金属、または、銅、アルミニウム、銀、金、マグネシウムの中の元素を１種類以上含む合金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３】
前記低比重材料は、ウレタン樹脂および空気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４】
発熱部の熱を受ける受熱部と、外部へ熱を放散する放熱部とを流路にて接続させ、前記流路内に、液体と、前記液体より熱伝導率が高く、内部に低比重材料を有する固体とが混合された冷却媒体を循環させて前記発熱部を冷却する冷却装置を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
発熱部を冷却するための、液体と前記液体より熱伝導率が高い固体との混合物である冷却媒体において、前記固体は、前記固体の内部に低比重材料を有することを特徴とする冷却媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却装置、電子機器および冷却媒体に関し、特に液体の循環によって発熱部の冷却を行う冷却装置、電子機器および冷却媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
デスクトップ型のコンピュータ、ノート型のコンピュータ、移動体通信機器などの電子機器は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）素子、コイル素子、コンデンサなどの複数の電子部品がプリント基板上に設けられている。近年、電子機器の高速化、高機能化、高性能化が求められる中、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などの高速化、高集積化が進み、電子部品における処理速度、機能、性能も向上している。このように、電子機器の高速化、高機能化、高性能化に伴って、これらの電子部品の動作中の発熱量が増加する傾向にある。電子機器の安定した動作を持続させるためには、電子部品から発生した熱を迅速に外部へ放出する放熱性を高める必要がある。
【０００３】
従来、電子部品から発生した熱を外部へ放出するために、例えば、ＣＰＵにファンを設置し、それを回転させて、送出された空気による冷却を行ってきた。一方、既述の通り、電子部品の発熱量は増加しており、空気よりも高い放熱性を有する冷却装置が必要となる。そこで、空気よりも高い比熱を有する水や不凍液などの液体を冷却媒体として利用した冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照。）。
【０００４】
これらの冷却装置では、電子機器の縮小化を図ることができるだけでなく、電子部品（発熱体）からの熱を受ける受熱板（受熱部）と、熱を外部へ放散する放熱板（放熱部）と、ポンプとを、配管にて環状に連結し、ポンプの作用によりこの配管内に液体の冷却媒体を循環させて、受熱部で受けた熱を発熱体から、配管内を流れる冷却媒体を介して放熱部へ伝導させ、放熱部から熱を放散させて発熱体を冷却することができる。
【０００５】
一方、今後、社会からの要望や技術の進展により、電子機器の更なる高速化、高性能化、高機能化が進むことが予想される。これに伴って、電子部品の発熱量もさらに増加していくことが考えられる。これに対し、冷却媒体に液体を用いれば、例えば、水よりも熱伝導率が高い液体や、液体の中に、その液体よりも熱伝導率が高い固体を混入した混合冷却媒体など、冷却媒体の熱伝導率を大きくすることによって冷却性能を向上させることが可能となる。このように、液体を冷却媒体に用いることによって、十分な冷却性能を維持することが可能となり、電子部品の発熱量が増加しても、液体の熱伝導率を変化させることによって、ある程度の対応が可能となる。
【特許文献１】特開２００４−１１１８２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７５８２号公報
【特許文献３】特開２００４−９５８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、冷却媒体の熱伝導率を向上させるために、液体に熱伝導率が高い固体を混入させることには以下の問題点があった。
図５は、高熱伝導性固体が混入された冷却媒体を有する冷却装置の模式図である。
【０００７】
冷却装置２００は、ポンプ部１０４と、発熱部１０５と熱的に接合された受熱部１０６と、放熱部１０７とが流路１０３を介して環状に接続されている。循環させる液体、例えば、水１０１ａに、水１０１ａより熱伝導率が高い固体として、例えば、銅（Ｃｕ）粉末１０２が混入された冷却媒体１０１が、ポンプ部１０４の駆動によって、流路１０３内を矢印で示す方向に循環するようになっている。
【０００８】
次に、Ｃｕ粉末１０２を混入することによって冷却媒体１０１の熱抵抗θの時間変化について説明する。
図６は、冷却媒体の熱抵抗の時間依存性を示すグラフである。
【０００９】
図５の冷却装置２００において、以下の式（１）で表される熱抵抗θを経過時間ごとに測定した。なお、熱抵抗θとは、熱が移動している２点間の１ワット（Ｗ）当たりの温度差をいい、熱の伝わりにくさを表し、単位は℃／Ｗである。
【００１０】
θ＝（ＴH−ＴR）／Ｑ  ・・・（１）
但し、ＴH：室温、ＴR：発熱部の温度、Ｑ：伝達される発熱量、とする。
そして、この測定結果から図６のようなグラフを得ることができる。
【００１１】
図６によれば、水１０１ａにＣｕ粉末１０２が混入された冷却媒体１０１の熱抵抗θは、測定初期において、水１０１ａのみの熱抵抗θよりも小さくなっている。これは、高熱伝導性固体であるＣｕ粉末１０２により、冷却媒体１０１の熱伝導率が向上することにより、冷却能力が向上したことが分かる。
【００１２】
そして、一定時間経過後、Ｃｕ粉末１０２が混入された冷却媒体１０１の熱抵抗θが水１０１ａのみの熱抵抗θに近づいていき、Ｃｕ粉末１０２による冷却能力向上の効果が得られていないことが分かる。
【００１３】
この原因として次のようなことが考えられる。Ｃｕ粉末１０２の比重は９であり、水１０１ａの比重に比べて非常に大きい。測定初期は、Ｃｕ粉末１０２と水１０１ａとの攪拌性が高いために、水１０１ａと共にＣｕ粉末１０２も循環し、冷却媒体１０１の熱抵抗θを低下することができた。ところが、一定時間経過後、この比重の差のために、Ｃｕ粉末１０２は受熱部１０６内や放熱部１０７内に沈降するなど、Ｃｕ粉末１０２と水１０１ａとの攪拌性が低下する。よって、水１０１ａと共に循環するＣｕ粉末１０２の量が減少してしまい、Ｃｕ粉末１０２の混入により、一旦、低下した冷却媒体１０１の熱抵抗θが増加し、水１０１ａのみの冷却性能まで戻ってしまうという問題があった。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、液体と熱伝導率が高い個体とが混合された冷却媒体を用いることによって向上された冷却性能が維持される冷却装置、電子機器および冷却媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すように、発熱部５の熱を受ける受熱部６と、外部へ熱を放散する放熱部７とを流路３にて接続させ、流路３内に、液体１ａと、液体１ａより熱伝導率が高い固体２とが混合された冷却媒体１を循環させて発熱部５を冷却する冷却装置１０において、固体２は、高熱伝導性固体２ａの内部に低比重材料２ｂを有することを特徴とする冷却装置１０が提供される。
【００１６】
このような構成によれば、固体を、高熱伝導性固体の内部に低比重材料を有する構成としたために、固体の比重が低下する。
また、本発明では、発熱部の熱を受ける受熱部と、外部へ熱を放散する放熱部とを流路にて接続させ、前記流路内に、液体と、前記液体より熱伝導率が高く、内部に低比重材料を有する固体とが混合された冷却媒体を循環させて前記発熱部を冷却する冷却装置を備えることを特徴とする電子機器が提供される。
【００１７】
このような構成によれば、固体は、高熱伝導性固体の内部に低比重材料を有するために、固体の比重が低下する。
また、本発明では、発熱部を冷却するための、液体と前記液体より熱伝導率が高い固体との混合物である冷却媒体において、前記固体は、前記固体の内部に低比重材料を有することを特徴とする冷却媒体が提供される。
【００１８】
このような構成によれば、固体は、高熱伝導性固体の内部に低比重材料を有するために、固体の比重が低下する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、液体に、高熱伝導性固体の内部に低比重材料を有する固体が混合された冷却媒体を構成することによって、固体の比重が低下し、固体を混入することにより、一旦、低下した冷却媒体の熱抵抗θであるが、その後の時間の経過による熱抵抗θの増大をある程度抑えて、維持することができ、結果的に、液体のみの場合よりも冷却媒体の冷却性能を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の原理について説明する。
図１は、本発明の原理図である。
【００２１】
本発明による冷却装置１０は、ポンプ部４と、発熱部５と熱的に接合している受熱部６と、放熱部７とが流路３を介して環状に接続されている。液体１ａに固体２が混入された冷却媒体１が、ポンプ部４の駆動によって、流路３内を矢印で示す方向に循環するようになっている。なお、固体２については、後に詳細を説明する。
【００２２】
上述のような構成からなる冷却装置１０の冷却処理について以下に説明する。
ポンプ部４の駆動により、液体１ａおよび固体２を有する冷却媒体１が流路３内を循環する。発熱部５からの熱が受熱部６に接続されている流路３内を流れる冷却媒体１へ伝導され、温度上昇した冷却媒体１は流路３内を流れて、冷却媒体１を介して運ばれた熱が放熱部７から、外部へ放散される。放熱されて温度が降下した冷却媒体１は、ポンプ部４の駆動により、引き続き、流路３内を循環する。このように、冷却媒体１の循環によって発熱部５が冷却される。
【００２３】
次に、固体２について以下に説明する。
同じく図１に示すように、液体１ａに混入された固体２は、高熱伝導性固体２ａによって、低比重材料２ｂが覆われることにより構成されている。
【００２４】
液体１ａに高熱伝導性固体２ａのみを混入した場合、液体１ａ中の高熱伝導性固体２ａは、その比重と液体１ａの比重との差によって、時間が経つにつれて、受熱部６内や放熱部７内などに沈降してしまう。このため、液体１ａと共に循環する高熱伝導性固体２ａの量が減少してしまう。すなわち、高熱伝導性固体２ａの混入によって、一旦、低下した冷却媒体１の熱抵抗θが大きくなり、液体１ａのみの冷却性能まで戻ってしまう。
【００２５】
そこで、高熱伝導性固体２ａで、低比重材料２ｂを覆うようにすることにより、固体２の比重を小さくすることができる。このため、時間の経過による、受熱部６内や放熱部７内などへの固体２の沈降をある程度抑えることが可能となり、液体１ａに固体２がなじむようになり、液体１ａと共に流路３内を循環する固体２の量が増加する。この結果、低比重材料２ｂを高熱伝導性固体２ａが覆うことにより構成される固体２の混入によって、一旦、低下した冷却媒体１の熱抵抗θの増大をある程度抑えて、維持することができ、結果的に、液体１ａのみの場合よりも冷却媒体１の冷却性能を向上させることが可能となる。
【００２６】
次に、第１の実施の形態について以下に説明する。
図２は、第１の実施の形態における冷却装置の模式図である。
第１の実施の形態による冷却装置２０は、ポンプ１４と、発熱体１５と熱的に接合している受熱板１６と、放熱板１７とが配管１３を介して環状に接続されている。水１１ａに、直径５μｍのウレタン樹脂１２ｂの表面に２μｍの厚さのＣｕ１２ａのメッキ処理が施された固体１２が混入された冷却媒体１１は、ポンプ１４の駆動によって、配管１３内を矢印で示す方向に循環するようになっている。
【００２７】
なお、受熱板１６と熱的に接合されている発熱体１５は、例として、ＣＰＵなどが考えられる。
また、放熱板１７には、熱を放散する放熱フィン１８が取り付けられており、放熱フィン１８の近傍には空気を放熱フィン１８に向けて送出する送風ファン１９が設けられている。
【００２８】
上述のような構成からなる冷却装置２０の冷却処理について以下に説明する。
ポンプ１４の駆動により、水１１ａおよび固体１２を有する冷却媒体１１を配管１３内に循環させる。発熱体１５からの熱が受熱板１６に接続されている配管１３内を流れる冷却媒体１１へ伝導され、温度上昇した冷却媒体１１は配管１３内を流れて、冷却媒体１１を介して運ばれた熱が放熱板１７から、外部へ放散される。放熱されて温度が降下した冷却媒体１１は、ポンプ１４の駆動により、引き続き、配管１３内を循環する。このように、冷却媒体１１の循環によって発熱体１５が冷却される。
【００２９】
次に、ウレタン樹脂１２ｂの表面にＣｕ１２ａのメッキ処理が施された固体１２を有する冷却媒体１１の熱抵抗θを測定することによって、Ｃｕ１２ａのメッキ処理による冷却媒体１１の冷却性能への影響を以下に説明する。
【００３０】
図３は、冷却媒体の熱抵抗の時間依存性を示すグラフである。
図３には、水１１ａのみの冷却媒体１１の熱抵抗θの時間依存性（１）、水１１ａにＣｕ１２ａが混入された冷却媒体１１の熱抵抗θの時間依存性（２）、水１１ａにウレタン樹脂１２ｂの表面にＣｕ１２ａのメッキ処理が施された固体１２が混入された冷却媒体１１の熱抵抗θの時間依存性（３）について示されている。
【００３１】
既に説明したように、水１１ａにＣｕ１２ａが混入された冷却媒体１１の熱抵抗θの時間依存性（２）は、測定初期は、高熱伝導性固体であるＣｕ１２ａによって、冷却媒体１１の熱抵抗θは低下する。しかし、一定時間経過後、Ｃｕ１２ａが混入された冷却媒体１１の熱抵抗θが水１１ａのみの熱抵抗θに近づいていき、Ｃｕ１２ａによる冷却能力向上の効果が得られなくなっている。
【００３２】
この原因として、水１１ａとＣｕ１２ａとの比重の差によって、時間が経つにつれて、Ｃｕ１２ａが受熱部６内や放熱部７内などに沈降してしまうことが考えられる。したがって、水１１ａ中のＣｕ１２ａの攪拌性が低下し、水１１ａと共に循環するＣｕ１２ａの量が減少してしまい、一旦、低下した冷却媒体１１の熱抵抗θが増加し、水１１ａのみの冷却性能まで戻ってしまうのである。
【００３３】
これに対して、水１１ａにウレタン樹脂１２ｂの表面にＣｕ１２ａのメッキ処理が施された固体１２が混入された冷却媒体１１の熱抵抗θの時間依存性（３）は、測定初期は、（２）の場合よりも、熱抵抗θは大きいが、時間が経つにつれて、熱抵抗θが増加するものの、ある程度増加した後は、そのまま維持されて、結果的に（２）の場合よりも小さい熱抵抗θが維持されていることが分かる。
【００３４】
これは、上述の本発明の原理でも触れたように、高熱伝導性固体であるＣｕ１２ａで、低比重材料であるウレタン樹脂１２ｂを覆うことによって、固体１２の比重を小さくすることができるためである。このため、時間が経っても、受熱板１６内や放熱板１７内などへの固体１２の沈降をある程度抑えることが可能となり、水１１ａに固体１２がある程度なじみ、水１１ａと共に配管１３内を循環する固体１２の量が増加する。
【００３５】
この結果、ウレタン樹脂１２ｂをＣｕ１２ａが覆うことにより構成される固体１２の混入によって、一旦、低下した冷却媒体１１の熱抵抗θの増加をある程度抑えて、維持することができ、結果的に、水１１ａのみの場合よりも冷却媒体１１の冷却性能を向上させることが可能となる。
【００３６】
なお、高熱伝導性固体として、Ｃｕの他に、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）の中のいずれかの金属、または、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｇの中の元素を１種類以上含む合金などや、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）などが挙げられる。
【００３７】
また、低比重材料として、ウレタン樹脂の他に、空気や発泡スチロールなどの発泡材料を適用することも可能である。
次に、第２の実施の形態について以下に説明する。
【００３８】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の冷却装置を備えた電子機器の例としてポータブルコンピュータを例に挙げて説明する。
図４は、第２の実施の形態における冷却装置を備えたポータブルコンピュータの模式図である。
【００３９】
ポータブルコンピュータ４５は冷却装置４０を備えており、この冷却装置４０は、配管３３を介して環状に接続されたポンプ３４、発熱体３５と熱的に接続された受熱板３６、放熱フィン３８が上部に設置された放熱板３７およびリサーバタンク４１により構成されているとともに、送風ファン３９を具備している。
【００４０】
この冷却装置４０の配管３３の中を流れる冷却媒体として、第１の実施の形態において処理が施された固体が混合された液体を用いると、既出の効果によって、例えばＣＰＵなどの発熱体３５に対する冷却能率を向上させることができ、ＣＰＵなどの安定動作を維持でき、結果的にポータブルコンピュータ４５の性能を高めることができる。
【００４１】
第３の実施の形態では、電子機器として、ポータブルコンピュータを例に挙げて説明したが、他にもデスクトップ型のコンピュータや移動体通信機器などの電子機器に備えることによっても同様の効果を得ることができる。
【００４２】
今回示した実施例は、高熱伝導性固体の比重を水に近づかせるために、高熱伝導性固体内に低比重材料を有するような実施例としたが、その他の高熱伝導性固体の比重を向上させる構成が可能な材料系の組み合わせや処理を行っても同様の効果が得られる。
【００４３】
（付記１）  発熱部の熱を受ける受熱部と、外部へ熱を放散する放熱部とを流路にて接続させ、前記流路内に、液体と、前記液体より熱伝導率が高い固体とが混合された冷却媒体を循環させて前記発熱部を冷却する冷却装置において、前記固体は、前記固体の内部に低比重材料を有することを特徴とする冷却装置。
【００４４】
（付記２）  前記液体は、水であることを特徴とする付記１記載の冷却装置。
（付記３）  前記固体は、アルミナ、窒化アルミ、酸化銅、酸化亜鉛、酸化ベリリウム、酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウムであることを特徴とする付記１記載の冷却装置。
【００４５】
（付記４）  前記固体は、銅、アルミニウム、銀、金、マグネシウムの中の何れかの金属、または、銅、アルミニウム、銀、金、マグネシウムの中の元素を１種類以上含む合金であることを特徴とする付記１記載の冷却装置。
【００４６】
（付記５）  前記低比重材料は、発泡材料であることを特徴とする付記１記載の冷却装置。
（付記６）  前記発泡材料は、発泡スチロールであることを特徴とする付記５記載の冷却装置。
【００４７】
（付記７）  前記低比重材料は、ウレタン樹脂および空気であることを特徴とする付記１記載の冷却装置。
（付記８）  発熱部の熱を受ける受熱部と、外部へ熱を放散する放熱部とを流路にて接続させ、前記流路内に、液体と、前記液体より熱伝導率が高く、内部に低比重材料を有する固体とが混合された冷却媒体を循環させて前記発熱部を冷却する冷却装置を備えることを特徴とする電子機器。
【００４８】
（付記９）  発熱部を冷却するための、液体と前記液体より熱伝導率が高い固体との混合物である冷却媒体において、前記固体は、前記固体の内部に低比重材料を有することを特徴とする冷却媒体。
【００４９】
（付記１０）  前記液体は、水であることを特徴とする付記９記載の冷却媒体。
（付記１１）  前記固体は、アルミナ、窒化アルミ、酸化銅、酸化亜鉛、酸化ベリリウム、酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウムであることを特徴とする付記９記載の冷却媒体。
【００５０】
（付記１２）  前記固体は、銅、アルミニウム、銀、金、マグネシウムの中の何れかの金属、または、銅、アルミニウム、銀、金、マグネシウムの中の元素を１種類以上含む合金であることを特徴とする付記９記載の冷却媒体。
【００５１】
（付記１３）  前記低比重材料は、発泡材料であることを特徴とする付記９記載の冷却媒体。
（付記１４）  前記発泡材料は、発泡スチロールであることを特徴とする付記１３記載の冷却媒体。
【００５２】
（付記１５）  前記低比重材料は、ウレタン樹脂および空気であることを特徴とする付記９記載の冷却媒体。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】第１の実施の形態における冷却装置の模式図である。
【図３】冷却媒体の熱抵抗の時間依存性を示すグラフである。
【図４】第２の実施の形態における冷却装置を備えたポータブルコンピュータの模式図である。
【図５】高熱伝導性固体が混入された冷却媒体を有する冷却装置の模式図である。
【図６】冷却媒体の熱抵抗の時間依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１  冷却媒体
１ａ  液体
２  固体
２ａ  高熱伝導性固体
２ｂ  低比重材料
３  流路
４  ポンプ部
５  発熱部
６  受熱部
７  放熱部
１０  冷却装置
【図１】
2008060384.tif 000003
【図２】
2008060384.tif 000004
【図３】
2008060384.tif 000005
【図４】
2008060384.tif 000006
【図５】
2008060384.tif 000007
【図６】
2008060384.tif 000008