(57)【要約】【課題】発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、アルミ平板で構成された放熱板を用いた冷却装置以上の熱交換性能を有し、かつ冷却液を循環させるポンプの形式を選ぶことなく、高性能化に伴い発熱量もより大きくなった構成素子を搭載した電子機器のための冷却装置の提供を目的とする。【解決手段】前記放熱部が並列に接続した複数のチューブであることを特徴とする。【選択図】      図１
2004293833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が並列に接続した複数のチューブであることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記放熱部の並列に接続した複数のチューブを、該チューブの軸方向が垂直方向であり、かつ、該チューブを軸方向から見た該チューブの軸中心の配置が直線状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】
前記放熱部の並列に接続した複数のチューブを、該チューブの軸方向が水平方向であり、かつ、該チューブを軸方向から見た該チューブの軸中心の配置が波形又はクランク形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】
前記放熱部の並列に接続した複数のチューブの間を、薄板でチューブ軸方向に繋ぎ、該薄板に複数の開口を設けたことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記開口は貫通型のルーバーであることを特徴とする請求項４記載の冷却装置。
【請求項６】
前記薄板の材質は、前記チューブと同じ材質であることを特徴とする請求項４ないし５の何れかに記載の冷却装置。
【請求項７】
前記放熱部の並列に接続した複数のチューブは、アルミ押出しチューブをプレス加工したものであることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の冷却装置。
【請求項８】
前記放熱部の並列に接続した複数のチューブは、プラスチック等の樹脂製であることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の冷却装置。
【請求項９】
前記チューブの内径は１００μｍ以上、２０００μｍ以下とすることを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載の冷却装置。
【請求項１０】
発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、前記液体が流れる複数の冷却通路を板厚方向と直交方向に設けた板状プレートと、該プレートの板厚方向と垂直な面に接合したフィンとから構成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
前記プレートに、前記冷却通路と直交方向にピンを設けたことを特徴とする請求項１０記載の冷却装置。
【請求項１２】
発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、内部に前記液体が流れる複数の冷却通路と、該冷却通路と直交する方向に前記冷却通路と連通しないように大気が流れる複数の貫通路とを交互に設けた直方体状プレートと、前記大気を前記貫通路に送る送風ファンとを備えたことを特徴とする冷却装置。
【請求項１３】
発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、前記液体が流れる複数の冷却通路を板厚方向と直交方向に設けた複数の板状プレートと、隣接する該プレートの間に大気を流す隙間と、前記大気を前記隙間に送る送風ファンとを備えたことを特徴とする冷却装置。
【請求項１４】
前記プレートの板厚方向に、大気を流す複数の貫通孔を設けたことを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置。
【請求項１５】
前記冷却通路の等価水力直径は１００μｍ以上、２０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１０ないし１４の何れかに記載の冷却装置。
【請求項１６】
発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、２枚の成型プレートを接合して構成し、その内部に前記液体を流す冷媒流路と、波板状のインナーフィンとを備えたことを特徴とする冷却装置。
【請求項１７】
発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、２枚の波板状の成型プレートを接合して構成し、その内部に前記液体を流す冷媒流路であることを特徴とする冷却装置。
【請求項１８】
前記冷媒流路を構成する成型プレートの内の１枚は平板状であり、該平板状の成型プレートを、電子機器の筐体を構成する平面に密着させて接合することを特徴とする請求項１７記載の冷却装置。
【請求項１９】
前記冷媒流路の等価水力直径は２００μｍ以上、２０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１６ないし１８の何れかに記載の冷却装置。
【請求項２０】
前記フィン、前記ピン、前記板状プレート、前記直方体状プレート、前記成型プレート、及び前記インナーフィンの材質が、アルミ、銅などの金属であることを特徴とする請求項１０ないし１９の何れかに記載の冷却装置。
【請求項２１】
前記放熱部において、液体冷媒の流れる方向と、大気の流れる方向とを反対方向としたことを特徴とする請求項１ないし２０の何れかに記載の冷却装置。
【請求項２２】
発熱部に接触した冷却ジャケットと、該ジャケットにその一端を接合し、パイプ内に封入された液体の相変化を利用して熱を伝えるヒートパイプ１と、その一端に放熱部を取り付け、パイプ内に封入された液体の相変化を利用して熱を伝えるヒートパイプ２と、該ヒートパイプ１の冷却ジャケットを接合しない端部と該ヒートパイプ２の放熱部を接合しない端部とを連結する熱伝導体によって構成する電子機器の冷却装置において、前記熱伝導体がチップ状炭素繊維、チップ状炭素繊維含有流体、高熱伝導液体で構成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２３】
前記放熱部側端部に、フィン、又はピンを設けたことを特徴とする請求項２２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノート型パソコンと省略する）等の持ち運び可能な電子機器に適用する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピューター等の電子機器を構成するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の構成素子は、演算処理性能の増大と共に単位表面積当りの発熱密度が大幅に向上しているので、該性能を発揮させるためには、より高い冷却性能を有する冷却装置で前記構成素子を冷却する必要がある。
図２０に従来の液冷式ノート型パソコンの冷却法を示す。ＣＰＵ１０１には冷却ジャケット１０２が接触してあり、ＣＰＵ１０１は、内部に低温度の冷却液が流れる冷却ジャケット１０２で冷却される。ＣＰＵ１０１から熱を受け取り温度が上昇した前記冷却液は、冷却ジャケット１０２を出て、放熱板１０７に接合されている冷却液パイプ１０３を流れて冷却液タンク１０８へ戻る。前記放熱板は熱伝導性の高いアルミ、銅などの金属で製作される。この時、前記冷却液は冷却液パイプ１０３内を流れて行くに従い、該パイプの管壁から前記放熱板を介して大気の自然対流によって放熱されて温度が下がる。温度が下がった前記冷却液が冷却液タンク１０８に戻る。該タンクに戻った冷却液は、循環ポンプ１０５によって駆動され、再び冷却ジャケット１０２に送られてＣＰＵ１０１の冷却を行なう。電子機器の電源が入り稼動している時は、このような冷却液の循環を連続的に行なう。
【０００３】
ノート型パソコンの液冷システムについては、特許文献１（特開２００２−１８２７９７）に開示されている。また、ポンプの小型化を図り、ダイヤフラムポンプを備え、該ポンプによって液体冷媒を循環させる循環サイクルを備えた冷却装置が、特許文献２（特開２００１−０２４３７２号公報）に開示されている。
前記冷却装置の他に、熱伝導体として金属製のヒートパイプを適用した電子機器の冷却装置がある。該装置は、棒状のヒートパイプの一端をＣＰＵ等の発熱体に接合し、他端を放熱板に接合した構造であり、該発熱体から吸熱し、該放熱板から放熱する作用を有する。前記電子機器がノート型パソコンの場合、前記発熱体がパソコン本体内に、前記放熱板を表示パネル筐体内に設置する。該放熱板を表示パネル筐体内に設置する理由は、前記本体内に設置する場合より放熱板の放熱面積を大きくできるからである。ノート型パソコンの場合、パソコン本体に対して表示パネル筐体を開閉する必要があるので、前記ヒートパイプは可撓性を有する熱伝導体で結合し、該可撓部を、前記開閉を担うヒンジ部近傍に設置する構造とする。可撓性を有する熱伝導体としては、例えば炭素繊維がある。
【０００４】
ヒートパイプを適用したノート型パソコンの冷却装置については、特許文献３（特開平０７−１４２８８６号公報）に、炭素繊維を熱伝導体として用い、ノート型パソコンに適用した冷却装置については、特許文献４（特開２００１−０１５９６２号公報）に、それぞれ開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８２７９７号公報
【特許文献２】特開２００１−０２４３７２号公報
【特許文献３】特開平０７−１４２８８６号公報
【特許文献４】特開２００１−０１５９６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上に示した従来技術に係わる液冷システム及びヒートパイプを用いた冷却装置においては、次のような問題点がある。放熱板の表面は大気との自然対流で冷却されるため熱伝達率および冷却熱流束が大きく取れないこと、設置スペースがパソコンの液晶パネルの背面となるために、放熱板の面積が液晶パネル以上に大きく取れないことから、熱流束と放熱面積の積で決まる放熱熱量に限界が生じる。例えば１５インチ液晶パネルの裏側に放熱板を設置し、ほぼ同面積の放熱板で自然対流により放熱する場合には、大気と放熱板の温度差が略１０〜２０℃程度であるから、１５〜２０Ｗの放熱量が限界であり、今後普及が予想される高性能ＣＰＵの搭載には限界がある。
【０００７】
放熱熱量を増加させる方法として、送風ファンを利用して強制対流を発生させる方法もあるが、パソコン筐体内に該ファンの設置場所が必要となり、パソコンの小型化・軽量化に反すること、ファンの送風音が比較的大きく耳障りなこと、の問題点を有する。
また、同じ大きさのポンプにおいて、ダイヤフラムポンプは他の形式のポンプに比べて作動圧力は高くできるが、容量が小さい。従って、パソコンに搭載するＣＰＵ性能が向上するにつれて熱交換性能に制約が生じる。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、従来の液冷システム以上の熱交換性能を有し、かつ従来以上の該性能を保有するので、液体の冷媒を循環させるポンプの形式を選ばない冷却装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は係る課題を解決するため、請求項１記載の発明として、発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が並列に接続した複数のチューブであることを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項１記載の発明によれば、等価水力直径の小さいチューブを用いることによりチューブ壁の熱抵抗が小さくなるので、該チューブ内を流れる液体の冷媒と壁面の熱伝達率が増大する。従って、該チューブ壁面を介して大気との間で熱交換が生じる際の自然対流熱伝達率を数倍から一桁高くできる。その結果、前記熱交換を生じさせる放熱部の熱通過率が増大し、放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。また、複数のチューブに並列に液体の冷媒を流すので、冷媒流路の圧力損失を低減でき、前記ポンプの負荷を軽減できる。従って、ポンプの軽量化ができるので、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。更には、ポンプ駆動電力の低減を図ることができるので、電子機器を駆動する蓄電池の駆動時間を増大させることができる。更に、強制対流のためのファンを利用しないので、騒音低下を図ることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の冷却装置に係るものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、放熱部の並列に接続した複数のチューブを、該チューブの軸方向が垂直方向であり、かつ、該チューブを軸方向から見た該チューブの軸中心の配置が直線状であることを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項２記載の発明によれば、請求項１に加えて、該チューブの軸中心の配置が直線状であり、該チューブの前後に他のチューブがなく、該チューブの全周に渡り大気の自然対流が発生するので、熱交換性能が向上する。また、前記液体を流す方向を上から下へと選択できるので、該液体と空気との対数平均温度差を増大できる。その結果、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の冷却装置に係るものである。
請求項３記載の発明は、放熱部の並列に接続した複数のチューブを、該チューブの軸方向が水平方向であり、かつ、該チューブを軸方向から見た該チューブの軸中心の配置が波形又はクランク形であることを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項３記載の発明によれば、請求項１に加えて、大気の自然対流の方向が下から上への垂直方向であるのに対して、前記チューブは直交する方向に配置されるため、該チューブの全周に渡る平均熱伝達率を向上できる。その結果、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。更に、請求項２の効果と共に、電子機器の構造及び性能に適合させて冷却装置の設置方向を選択できる。その結果、電子機器の構造及び性能の設計の自由度を大きくすることができる。
【００１２】
請求項４ないし６の何れかに記載の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の冷却装置に係るものである。
請求項４に記載の発明は、放熱部の並列に接続した複数のチューブの間を、薄板でチューブ軸方向に繋ぎ、該薄板に複数の開口を設けたことを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項５に記載の発明は、開口は貫通型のルーバーであることを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項６に記載の発明は、薄板の材質は、チューブと同じ材質であることを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項４ないし６の何れかに記載の発明によれば、請求項１ないし３の何れかに加えて、前記チューブの外面だけでなく、隣接する該チューブ間にも放熱面を設け、かつ該放熱面に開口を設けたので、大気の自然対流を促進できる。また、前記チューブと前記薄板との材質を同じくしたので、該チューブから該薄板への伝熱において異種材質の接合に基づく熱抵抗が生じない。その結果、熱交換性能を向上でき、電子機器の軽量化を実現できる。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れかに記載の冷却装置に係るものである。
請求項７記載の発明は、放熱部の並列に接続した複数のチューブが、アルミ押出しチューブをプレス加工したものであることを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし６の何れかに加えて、チューブをアルミ押出し方法によって製造できるので、安価な冷却装置を実現できる。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし６の何れかに記載の冷却装置に係るものである。
請求項８記載の発明は、放熱部の並列に接続した複数のチューブが、プラスチック等の樹脂製であることを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし６の何れかに加えて、前記放熱部を安価な樹脂材質を用いて構成しても、前記チューブ等の等価水力直径が小さく、該チューブ等の壁の熱抵抗が小さくなり、該チューブ等の内を流れる液体の冷媒と壁面の熱伝達率が増大するので、冷却装置から大気への熱通過率は低下しない。その結果、冷却装置を大きくすることなく、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器を低コストで実現できる。
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れかに記載の冷却装置に係るものである。
請求項９記載の発明は、チューブの内径は１００μｍ以上、２０００μｍ以下とすることを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし８の何れかに加えて、チューブに液体の冷媒を流す場合の圧力損失を、従来の液冷方式の冷媒流路以下に保ち、かつ従来の強制対流方式による熱伝達率以上の熱伝達率を得ることができる。その結果、放熱部を大きくすることなく、電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器のための冷却装置を実現できる。
【００１５】
請求項１０記載の発明として、発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、前記液体が流れる複数の冷却通路を板厚方向と直交方向に設けた板状プレートと、該プレートの板厚方向と垂直な面に接合したフィンとから構成されていることを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項１０記載の発明によれば、等価水力直径の小さい冷却通路を用いることにより該冷却通路壁の熱抵抗が小さくなるので、該冷却通路内を流れる前記冷媒と壁面の熱伝達率が増大する。更に、該冷却通路壁にフィンを接合することにより放熱面積が大きくなるので、該冷却通路内に液体の冷媒を流すと、該冷却通路壁面からフィンを介して大気との間で熱交換が生じる際の熱通過率を数倍から一桁高くできる。その結果、前記熱交換を生じさせる放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。また、複数の冷却通路に並列に液体の冷媒を流すので、冷媒流路の圧力損失を低減でき、液体の冷媒を循環させるポンプの負荷を軽減できる。従って、該ポンプの軽量化ができるので、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。更には、ポンプ駆動電力の低減を図ることができるので、電子機器を駆動する蓄電池の駆動時間を増大させることができる。
【００１６】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の冷却装置に係るものである。
請求項１１記載の発明は、プレートに、冷却通路と直交方向にピンを設けたことを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項１１記載の発明によれば、請求項１０に加えて、前記冷却通路壁にピンが接合することにより放熱面積が大きくなるので、該冷却通路内に液体の冷媒を流すと、該冷却通路壁面を介して大気との間で熱交換が生じる際の熱通過率を数倍から一桁高くできる。その結果、前記熱交換を生じさせる放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。
【００１７】
請求項１２記載の発明として、発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、内部に前記液体が流れる複数の冷却通路と、該冷却通路と直交する方向に前記冷却通路と連通しないように大気が流れる複数の貫通路とを交互に設けた直方体状プレートと、前記大気を前記貫通路に送る送風ファンとを備えたことを特徴とする冷却装置を提案する。
請求項１２記載の発明によれば、等価水力直径の小さい冷却通路を用いることにより該冷却通路壁の熱抵抗が小さくなるので、該冷却通路内を流れる前記冷媒と壁面の熱伝達率が増大する。更に、液体の冷媒が流れる冷却通路と大気が流れる貫通路とが交差する方向に、交互に構成されているので、液体の冷媒が流れる冷却通路と大気が流れる貫通路との間の熱通過率を向上できる。その結果、熱交換を生じさせる放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。また、複数の冷却通路に並列に液体の冷媒を、複数の貫通路に並列に大気を流すので、それぞれの流路の圧力損失を低減でき、液体の冷媒を循環させるポンプ、及び大気を送る送風ファンの負荷を軽減できる。従って、該ポンプ及び該ファンの軽量化ができるので、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。更には、ポンプ及び送風ファンの駆動電力の低減を図ることができるので、電子機器を駆動する蓄電池の駆動時間を増大させることができる。
【００１８】
請求項１３記載の発明として、発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、前記液体が流れる複数の冷却通路を板厚方向と直交方向に設けた複数の板状プレートと、隣接する該プレートの間に大気を流す隙間と、前記大気を前記隙間に送る送風ファンとを備えたことを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項１３記載の発明によれば、等価水力直径の小さい冷却通路を用いることにより該冷却通路壁の熱抵抗が小さくなるので、該冷却通路内を流れる前記冷媒と壁面の熱伝達率が増大する。更に、複数のプレートが狭い隙間を有して配置されているので、該隙間に送風ファンにより大気を強制対流させることで、該プレートにフィンを接合することなく、液体の冷媒が流れる冷却通路と大気が流れる隙間との間の熱通過率を向上できる。その結果、熱交換を生じさせる放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。また、前記プレートは押出し成型加工で製造できるので、冷却装置の製造コストの低減を実現できる。
【００１９】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の冷却装置に係るものである。
請求項１４記載の発明は、プレートの板厚方向に、大気を流す複数の貫通孔を設けたことを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項１４記載の発明によれば、請求項１３に加えて、プレートの板厚方向にも大気が通り抜ける複数の貫通孔が設けられているので、液体の冷媒が流れる冷却通路と大気が流れる貫通孔との間の熱交換性能をより向上できる。その結果、前記熱交換を生じさせる放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化を実現できる。
【００２０】
請求項１５記載の発明は、請求項１０ないし１４の何れかに記載の冷却装置に係るものである。
請求項１５記載の発明は、冷却通路の等価水力直径が１００μｍ以上、２０００μｍ以下であることを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項１５記載の発明によると、請求項１０ないし１４の何れかに加えて、該冷却通路壁面を介して液体の冷媒と大気との間で熱交換が生じる際の熱通過率を増大できる。特に、請求項１２に記載の冷却装置においては、液体の冷媒を流す冷却通路と大気を流す貫通路とを交互に設けたので、熱通過率をより向上させることができる。また、冷却通路に液体の冷媒を流す場合の圧力損失を、従来の冷却方式の冷媒流路以下に保ち、かつ従来の強制対流方式による熱伝達率以上の熱伝達率を得ることができる。その結果、冷却装置を大きくすることなく、電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器を実現できる。
【００２１】
請求項１６記載の発明として、発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、２枚の成型プレートを接合して構成し、その内部に前記液体を流す冷媒流路と、波板状のインナーフィンとを備えたことを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項１６記載の発明によれば、前記冷媒流路に流れる液体の冷媒は、前記インナーフィンにより該流路内で均一に分配されるので、前記成型プレートの表面温度が均一化される。従って、該プレートの表面を介して大気へ均一に放熱することができるので、熱交換性能を増大させることができる。その結果、冷却装置を大きくすることなく、電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器を実現できる。
【００２２】
請求項１７記載の発明として、発熱部に接触した冷却ジャケットと、該発熱部で発生した熱を放熱する放熱部と、該冷却ジャケットから該放熱部へ熱を移動させる冷媒としての液体を駆動するポンプとによって閉回路の冷媒循環系を構成する電子機器の冷却装置において、前記放熱部が、２枚の波板状の成型プレートを接合して構成し、その内部に前記液体を流す冷媒流路であることを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項１７記載の発明によれば、前記冷媒流路の表面が波状なので、平面に比べて放熱面積を増大させることができる。その結果、冷却装置を大きくすることなく電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器を実現できる。
【００２３】
請求項１８記載の発明は、請求項１７記載の冷却装置に係るものである。
請求項１８記載の発明は、冷媒流路を構成する成型プレートの内の１枚は平板状であり、該平板状の成型プレートを、電子機器の筐体を構成する平面に密着させて接合することを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項１８記載の発明によれば、請求項１７に加えて、前記冷媒流路の一面を、例えばノート型パソコンの表示パネル筐体の内平面に密着させて接合させることができるので、液体の冷媒から大気への放熱を、表示パネル筐体内部を流れる大気の層を介さずに、冷媒流路壁面と表示パネル筐体外部を流れる大気とを介して放熱できる。その結果、電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器を実現できる。
【００２４】
請求項１９記載の発明は、請求項１６ないし１８の何れかに記載の冷却装置に係るものである。
請求項１９記載の発明は、冷媒流路の等価水力直径が２００μｍ以上、２０００μｍ以下であることを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項１９記載の発明によれば、請求項１６ないし１８の何れかに加えて、インナーフィンを内包する流路に液体の冷媒を流す場合の圧力損失を、従来の冷却方式の冷媒流路以下に保ち、かつ従来の強制対流方式による熱通過率以上の熱交換性能を得ることができる。その結果、冷却装置を大きくすることなく、電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器を実現できる。
【００２５】
請求項２０記載の発明は、請求項１０ないし１９の何れかに記載の冷却装置に係るものである。
請求項２０記載の発明は、フィン、ピン、板状プレート、直方体状プレート、成型プレート、及びインナーフィンの材質が、アルミ、銅などの金属であることを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項２０記載の発明によれば、請求項１０ないし１９の何れかに加えて、放熱部を熱伝導率の良好な材質を用いて構成するので、放熱部から大気への熱通過率を高くできる。その結果、冷却装置を大きくすることなく、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器を低コストで実現できる。
【００２６】
請求項２１記載の発明は、請求項１ないし２０の何れかに記載の冷却装置に係るものである。
請求項２１記載の発明は、放熱部において、液体冷媒の流れる方向と、大気の流れる方向とを反対方向としたことを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項２１記載の発明によれば、請求項１ないし２０の何れかに加えて、液体の冷媒と大気との対数平均温度差が増大するので、熱交換性能を向上できる。その結果、冷却装置を大きくすることなく、電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器を実現できる。
【００２７】
請求項２２記載の発明として、発熱部に接触した冷却ジャケットと、該ジャケットにその一端を接合し、パイプ内に封入された液体の相変化を利用して熱を伝えるヒートパイプ１と、その一端に放熱部を取り付け、パイプ内に封入された液体の相変化を利用して熱を伝えるヒートパイプ２と、該ヒートパイプ１の冷却ジャケットを接合しない端部と該ヒートパイプ２の放熱部を接合しない端部とを連結する熱伝導体によって構成する電子機器の冷却装置において、前記熱伝導体がチップ状炭素繊維、チップ状炭素繊維含有流体、高熱伝導液体で構成されていることを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項２２記載の発明によれば、前記炭素繊維等の熱伝導率は金属と同じ程度に大きいため、該炭素繊維と前記ヒートパイプとを連結して一体とした熱伝導体を用いても、該熱伝導体の熱通過率は桁違いに低下しない。よって、可撓性を有する前記炭素繊維を熱伝導体として用いることができるので、発熱部と放熱部とが屈曲部を介して配置されている電子機器にも、金属製ヒートパイプを適用できる。その結果、該ヒートパイプを破損させることなくノート型パソコンの表示パネル筐体を開閉できる。また、発熱体の発熱量に応じて必要な本数だけヒートパイプを取り付ければよいので、ノート型パソコン筐体内部の冷却装置の設置スペースの節約と、軽量化とを実現できる。
【００２８】
請求項２３記載の発明は、請求項２２に記載の冷却装置に係るものである。
請求項２３記載の発明は、放熱部側端部に、フィン、又はピンを設けたことを特徴とする冷却装置を提供する。
請求項２３記載の発明によれば、請求項２２に加えて、前記ヒートパイプ２に接合したフィン、又はピンを介して放熱させるので、平板の放熱板に比べて放熱面積が大きくなり、自然対流熱伝達率を高くすることができる。その結果、冷却装置を大きくすることなく、電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、より高性能であるが発熱量もより大きい構成素子を搭載した電子機器を実現できる。
【００２９】
【発明の実施形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは、特定的な記載が特にない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
（実施形態１）
図１は本願発明の実施形態１に係る冷却装置の構成を示す説明図である。本実施形態は、ノート型パソコンのＣＰＵを冷却するための液冷式冷却装置において、液体の冷媒（以下、冷却液と記載）の放熱に内径１００μｍ以上、２０００μｍ以下のチューブ式放熱部を用いたものである。
ノート型パソコン１００の本体内に搭載した発熱体であるＣＰＵ１０１には、冷却ジャケット１０２が熱伝導シート（不図示）を介して一様に、かつ熱抵抗が少なく熱移動できるように接触している。更に、該本体内には冷却液を駆動するポンプ１０５が搭載されている。該パソコンの表示パネル筐体１０６の内部に、冷却液ヘッダ２０１及び２０３とチューブ２０２とで構成される直線形チューブ式放熱部１０４が設置されている。該放熱部は、複数のチューブを垂直方向に並列に並べ、該チューブの上端部と下端部とをそれぞれ冷却液ヘッダ２０１で連通させた構造となっている。該チューブを並列に並べる際、該チューブの軸方向から見た該チューブの軸中心の配置は直線状になるようにする。該ヘッダ２０１及び２０３は水平方向に設置されており、各ヘッダの冷却液の入口又は出口は前記放熱部の対角位置とする。更に、冷却ジャケット１０２と冷却液ヘッダ２０１とが、冷却液ヘッダ２０３とポンプ１０５とが、ポンプ１０５と冷却ジャケット１０２とが、それぞれ冷却液パイプ１０３によって接続されている。
【００３１】
直線形チューブ式放熱部１０４周囲の大気の自然対流を促進させるために、表示パネル筐体１０６に通気用開口（不図示）を設けてもよい。表示パネル筐体１０６の表示パネル面と反対側の面、或いは側面に給気口と排気口とを設ける。より好ましい構成は、該筐体のノート型パソコン本体１００との開閉に用いるヒンジ部（不図示）に近い側に給気口を、ヒンジ部と離れた側に排気口を設けることである。給気口と排気口とを設けることによって、表示パネル筐体１０６内に埃等異物が入らないように、開口部にフィルターを設けてもよい。前記通気用開口は、表示パネル筐体１０６の表示パネル面と反対側の面が全面的に開いてもよい。表示パネル面と反対側の面は、蝶番によって開閉させてもよいし、表示パネル筐体の厚さ方向に蛇腹式に開閉させてもよい。
【００３２】
このように構成した冷却装置の運転方法について説明する。
ノート型パソコンの稼動と共に、ポンプ１０５が運転を開始し、冷却液は、ポンプ１０５、冷却ジャケット１０２、冷却液ヘッダ２０１、チューブ２０２、冷却液ヘッダ２０３、ポンプ１０５の経路で連続的に循環する。
ＣＰＵ１０１の稼動に伴って該ＣＰＵから発せられる熱は、冷却ジャケット１０２を流れる冷却液により吸熱される。温度が上昇した冷却液は、冷却液ヘッダ２０１に流入し、該ヘッダ内で複数のチューブ２０２に均等に分配され、該チューブ内を流れて冷却液ヘッダ２０３で合流する。冷却液が保有する熱は、該チューブ内を流れる際に、該チューブ壁を通して、該チューブ外面側の大気に自然対流によって放熱される。放熱し、温度が下降した冷却液は、ポンプ１０５に流入し、該ポンプで昇圧されて再び冷却ジャケット１０２へ送られる。ポンプ１０５へ戻す冷却液は、該ポンプの保護のために冷却後のものとする。
【００３３】
チューブ２０２の内径は、図１６に示すデータから１００μｍ〜２０００μｍが適正な範囲であるとした。また、該内径に対する該チューブの管壁の肉厚はおよそ１０％程度と設定される。これより該チューブの管壁肉厚は２００μｍ程度となるので、該管壁の熱抵抗は該チューブ内を流れる冷却液、及び該チューブ外周囲を流れる大気の熱伝達に比べて無視できるほど小さくなる。つまり、自然対流によってチューブ外周囲に大気が流れる場合、チューブ径に反比例して極めて大きなチューブの熱通過率が得られる。直線形チューブ式放熱部１０４は表示パネル筐体内に設置されているので、パソコン使用時にはほぼ垂直状態となる。従って、該放熱部の周囲の大気より温度の高いチューブの外面には周囲大気の密度差による自然対流が発生するので、該チューブを放熱部として自然対流による冷却が可能となる。
前記チューブの材質は熱伝導率の大きい金属だけでなく、金属に比べて熱伝導率の小さいプラスチックなどの有機系材料も使用することができる。また、チューブの代わりに中空糸を用いても構わない。冷却液をチューブ２０２に流す向きは、下から上（冷却液ヘッダ２０３から冷却液ヘッダ２０１）、上から下（冷却液ヘッダ２０１から冷却液ヘッダ２０３）を問わない。特に、上から下に向けて流した場合は、該冷却液の流れの向きが大気の自然対流の方向と対向して、冷却液と大気との対数平均温度差が増大するので、熱交換性能をより向上できる。前記チューブは冷却液ヘッダに対して二列以上の千鳥配列により連通させても構わない。
【００３４】
図２に、チューブを用いた他の放熱部形状を示す。複数のチューブ２０２を並列に並べ、該チューブの両端部を、それぞれ冷却液ヘッダ２１１と冷却液ヘッダ２１２とによって連通させている。図１に示した直線形チューブ式放熱部１０４の構成と異なる点は、冷却液ヘッダ２１１と２１２とがＡ−Ａ（１）断面図に示すように、湾曲形状、或いはクランク形状をしていること、チューブ２０２が水平方向に設置されていることである。従って、チューブ２０２の軸方向から見た軸中心の配置は前記ヘッダの軸線に沿って、Ａ−Ａ（１）断面図のように波状、或いはクランク状となる。このように、チューブ２０２、冷却液ヘッダ２１１及び２１２によって構成されるのが、湾曲形チューブ式放熱部２２０である。
上記構成で、冷却装置を稼動させた場合、大気２１３は自然対流によって下側から上側に向かってチューブ２０２に直交して流れ、冷却液から熱を奪う。前記放熱部２２０の構成の場合、直線状のヘッダに比べてヘッダ単位長さあたりの前記チューブの接続本数を多くできるので、表面積を増大できることと、隣り合う前記チューブ間の流れの干渉が低減でき、チューブの全周に渡って自然対流が生じることにより、チューブ全周の平均熱伝達率が増大することにより熱交換性能が更に向上する。チューブ２０２内を流す冷却液の向きは、冷却液ヘッダ２１１から２１２へ、冷却液ヘッダ２１２から冷却液ヘッダ２１１へ、を問わない。
【００３５】
図３に、チューブを用いた他の放熱部形状を示す。複数のチューブ２１０を並列に並べ、該チューブの両端部を、それぞれ冷却液ヘッダ２０１と冷却液ヘッダ２０３とによって連通させている。該ヘッダは水平方向に設置する。図１に示した直線形チューブ式放熱部１０４の構成と異なる点は、隣合うチューブ２１０の間に、チューブを連結する薄板２１４を設けていることである。このようなチューブと薄板の連結体は、アルミニウムの押し出し加工により製作できる複数の長孔（チューブ内空間に相当）を持つプレートを、孔以外の部分をプレス加工によって薄板にする一体成型加工により得ることができる。前記連結体は、前記チューブと前記薄板とを接合して製作してもよい。
図３には、前記薄板に多数のルーバー２１５を設けたものを示している。ルーバー２１５とは、前記薄板をプレス打ち抜きによって設けた開口であるが、個々の開口を全面的に打ち抜くのではなく、打ち抜いた部分をＢ−Ｂ断面図に示すように半球状に残した形状としたものである。ルーバーの開口方向は、自然対流による空気の流れに対向した方向、すなわち、この場合では垂直方向下向きとする。薄板部分はチューブ２１０と同じ材質とする。このように、チューブ２１０、冷却液ヘッダ２０１及び２０３、薄板２１４、ルーバー２１５によって構成されるのが、ルーバー形チューブ式放熱部２３０である。
【００３６】
前記放熱部２３０の場合、チューブ２１０はＡ−Ａ（２）断面図のように直線状でも構わないし、Ａ−Ａ（１）断面図のように湾曲形状、クランク形状でも構わない。
上記構成で、冷却装置を稼動させた場合、大気２１３は自然対流によって下側から上側に向かって、薄板２１４の面に沿って流れる。該大気の一部はルーバー２１５の開口を通過して、該薄板の裏面に出て、更に上昇を続けながら、冷却液から熱を奪う。前記放熱部２３０の場合、薄板２１４とルーバー２１５とを設けたことによって放熱面積が増加することと、該ルーバーが障害物となって自然対流を乱し熱伝達率が増加することと、該薄板の表裏両面にかけて自然対流が生じることとにより、熱交換性能が向上する。Ａ−Ａ（１）断面図に示す構成の場合、チューブの長さを直線状の場合に比べて長くできるので、該チューブ１本当たりの放熱負荷を軽減できるので、熱交換性能を更に向上できる。
【００３７】
冷却液をチューブ２１０に流す向きは、下から上（冷却液ヘッダ２０３から冷却液ヘッダ２０１）、上から下（冷却液ヘッダ２０１から冷却液ヘッダ２０３）を問わない。特に、上から下に向けて流した場合は、該冷却液の流れの向きが大気の自然対流の方向と対向して、冷却液と大気との対数平均温度差が増大するので、熱交換性能をより向上できる。薄板付きのチューブを、アルミ押出し加工チューブをプレス加工する方法によって製造すれば、チューブを薄板によって接合していくよりも安価に製造できる。
実施形態１に記載したチューブの断面形状は、円形、流線形が好ましいが、それ以外でも構わない。流線形にした場合、大気の自然対流の圧力損失を低減でき、チューブとの熱交換性能が向上する。
【００３８】
以上のように、チューブ式放熱部を適用すると、熱伝達率が大きく、かつ径の細いチューブを複数列配置して放熱部の単位体積当りの放熱表面積を大きくできるので、大気の強制対流によってアルミ平板を冷却する従来の放熱装置に比べて、騒音源であった強制対流用ファンを不要とするばかりでなく、同じ大きさの放熱部でより大きな放熱量を得ることが可能となる。また、複数のチューブに冷却液を分配して流すので、チューブ内を流れる冷却液の圧力損失を小さくできる。従って、ノート型パソコンのＣＰＵに代表される電子機器の構成素子の性能向上に伴って、該素子からの発熱量が増加しても、これを冷却できる。また、圧力損失が小さくなるのでポンプの小型化、低動力化が可能となる。その結果、電子機器の軽量化を図ったり、蓄電池を用いた場合の作動時間を増大させることができるので、該機器のモバイル性の向上にも寄与する。
【００３９】
（実施形態２）
図４は本願発明の実施形態２に係る冷却装置の構成を示す説明図である。本実施形態は、ノート型パソコンのＣＰＵを冷却するための液冷式冷却装置において、冷却液の放熱にフィン或いはピン式放熱部４０６を用いたものである。
実施形態１と同様の構成要素については、同じ符号を用いている。実施形態１と異なる構成は、直線形チューブ式放熱部１０４に代わり、フィン式放熱部４０６を備えたことである。該放熱部は、冷却液ヘッダ４０３、フィン４０２付き冷却通路４０１、冷却液ヘッダ４０４から構成されている。フィン４０２の代わりにピン４０５付き冷却通路４０１でも構わない。冷却液ヘッダ４０３と４０４との間には、複数の冷却通路４０１が並行に並び、該冷却通路の両端と該ヘッダとが連通している。冷却通路４０１の等価水力直径は、図１７に示すデータから１００μｍ〜２０００μｍが適正な範囲であるとした。
【００４０】
図５にフィン付き冷却通路を、図６にピン付き冷却通路を示す。
図５を用いて、フィン４０２付き冷却通路４０１の構造を説明する。紙面奥側に冷却液ヘッダ４０３が縦方向にあり、該ヘッダの軸方向に、内面が矩形断面の冷却通路４０１が複数設けられている。冷却通路４０１には、前記ヘッダの軸と直交方向に、且つ紙面と垂直方向にフィン４０２が一体化して設けられている。該フィンの厚さは冷却通路の一辺相当である。また、該フィンの長さは、冷却液ヘッダ４０３と４０４との間隔に相当するものである。該フィンの高さは、これを設置する、例えば表示パネル筐体の厚さに依存して、また、目標とするフィン効率を達成できる範囲で熱交換性能を鑑みて適宜決めればよい。
【００４１】
図６を用いて、ピン４０５付き冷却通路４０１の構造を説明する。フィン付きの場合と異なる構造は、複数並ぶ冷却通路４０１の間に、ピン４０５が、冷却液ヘッダ４０３の軸と直交方向に、且つ紙面に垂直方向に複数本貫通させて設けられていることである。ピン４０５の径は、前記冷却通路径相当とすればよい。該ピンの長さと本数とは、これを設置する、例えば表示パネル筐体の厚さに依存して、また、目標とするフィン効率を達成できる範囲で熱交換性能を鑑みて適宜決めればよい。
フィン４０２、ピン４０５共に、冷却通路と同じ材質とすることが望ましい。
フィン式放熱部４０６周囲の自然対流を促進させるために、表示パネル筐体１０６に通気用開口（不図示）を設けてもよいことは、実施形態１と同様である。
【００４２】
このように構成した冷却装置の運転について、実施形態１と異なる点について説明する。冷却ジャケット１０２から出てきた冷却液は、冷却液ヘッダ４０３へ入り、複数の冷却通路４０１に等分配される。該冷却通路を通過すると、冷却液ヘッダ４０４で合流し、ポンプ１０５に向かう。冷却通路４０１を通過する時に、フィン４０２の周囲の大気との自然対流によって、冷却液が有している熱が放熱される。ピン４０５を用いる場合も同様であり、該ピンの周囲の大気との自然対流により放熱が起きる。
特に、ピンの径を前記冷却通路径相当としたので、該ピンの表面での熱伝達率を増大させることができる。また、ピンの材質は熱伝導率の大きい金属だけでなく、熱伝導率の小さいプラスチックなどの有機系材料を使用することもできる。
冷却液を冷却通路４０１に流す向きは、下から上（冷却液ヘッダ４０４から冷却液ヘッダ４０３）、上から下（冷却液ヘッダ４０３から冷却液ヘッダ４０４）を問わない。特に、上から下に向けて流した場合は、該冷却液の流れの向きが大気の自然対流の方向と対向して、冷却液と大気との対数平均温度差が増大するので、熱交換性能をより向上できる。
【００４３】
以上のように、フィン式放熱部を適用すると、フィン効率を大きくでき、その結果、伝達面積拡大率を増加できるので、大気の強制対流によってアルミ平板を冷却する従来の放熱装置に比べて、騒音源であった強制対流用ファンを不要とするばかりでなく、より大きな放熱量を得ることが可能となる。また、複数のチューブに冷却液を分配して流すので、チューブ内を流れる冷却液の圧力損失を小さくできる。従って、ノート型パソコンのＣＰＵ等の電子機器の構成素子の性能向上に伴って、該素子からの発熱量が増加しても、これを冷却できる。また、圧力損失が小さくなるのでポンプの小型化、低動力化が可能となる。その結果、電子機器の軽量化を図ったり、蓄電池を用いた場合の作動時間を増大させることができるので、該機器のモバイル性の向上にも寄与する。
【００４４】
（実施形態３）
図７は本願発明の実施形態３に係る冷却装置の構成を示す説明図である。本実施形態は、ノート型パソコンのＣＰＵを冷却するための液冷式冷却装置において、冷却液の放熱に冷却通路式放熱部５０４、５０５、又は５０６を用いたものである。
実施形態１と同様の構成要素については、同じ符号を用いている。実施形態１と異なる構成は、直線形チューブ式放熱部１０４に代わり、冷却通路式放熱部５０４、クロスフローファン５０６、フード５０７が備えられたことである。冷却通路式放熱部５０４に並行して、該放熱部に向かって送風できる向きにクロスフローファン５０６が設置される。該ファンの上辺側と該放熱部の上辺側とが、該ファンの下辺側と該放熱部の下辺側とがフード５０７によって連結されている。フード５０７は材質は問わず、薄板状であり、前記連結が容易にできるように湾曲加工が容易なものがよい。
【００４５】
冷却通路式放熱部５０４の詳細な構造を図８に示す。該放熱部は、冷却液が流通する複数の冷却液用冷却通路６０７と大気が流通する複数の大気用貫通路６０８が、交互に積層される状態で構成されている。冷却液用冷却通路６０７と大気用貫通路６０８との方向は直交させるのがよいが、鋭角で交わっても構わない。冷却液用冷却通路６０７の両端部には、冷却液ヘッダ６０１と冷却液ヘッダ６０２とが接続されている。大気用貫通路６０８の両端部は開放されており、一方の該端部は、クロスフローファン５０６に対面している。冷却液用冷却通路６０７及び大気用貫通路６０８の等価水力直径は、図１７に示すデータから１００μｍ〜２０００μｍが適正な範囲であるとした。
【００４６】
図８に示す構造は、例えば、冷却液或いは大気を流す各冷却通路として、アルミ押出し成形によって板状に成型したものを交互に積層しながら製作する。また、薄板を断面形状がクランク形状になるようにプレス加工し、該薄板の向きを９０°づつずらしながら、該薄板のクランク面が重なるように別の薄板を介しながら積層して製作してもよい。前記断面形状は、波形状、三角形状等、周期的な形状を保持できれば、クランク形状に限らない。
冷却通路式放熱部５０４周辺の自然対流を促進させるために、ノート型パソコン１００本体に通気用開口（不図示）を設けてもよい。該本体の側面、或いは底面に開口を設けて、クロスフローファンによる送風のための大気の給気口と、冷却通路式放熱部５０４を通って出てきた温度の上昇した大気の排気口とする。前記本体内に埃等の異物が入らないように、前記開口にフィルターを設けることは実施形態１と同様である。
【００４７】
このように構成した冷却装置の運転について説明する。冷却ジャケット１０２から温度の上昇した冷却液が冷却液ヘッダ６０１に流入する。該冷却液は複数の冷却液用冷却通路６０７に等分に分配され、該冷却通路内を流れていく。該冷却通路から出た冷却液は冷却液ヘッダ６０２で合流し、ポンプ１０５に向かう。一方、冷却液を循環させている時は、クロスフローファン５０６を駆動し、冷却通路式放熱部５０４に向けて送風する。送風された大気は、フード５０７に沿いながら大気用貫通路６０８に向い、該冷却通路内に入り、該冷却通路内を通過して、反対側へ通り抜ける。該冷却通路を通過する時に、前記大気は前記冷却液から熱を奪う。
特に、冷却液用冷却通路６０７及び大気用貫通路６０８の等価水力直径を１００μｍ〜２０００μｍに設定することによって、前記各冷却通路内の熱伝達率と単位体積当りの伝熱面密度とを向上させ、体積熱交換量を増大させることができる。その結果、ノート型パソコンの筐体内に収めることができる冷却装置の小型化が可能となる。
【００４８】
図９に冷却通路式放熱部５０４の他の構造５０５を示す。冷却液ヘッダ６０１と６０２との間に、複数の冷却液用冷却通路６０７を１列に設けた、複数の冷却通路プレート６０３を並列に接続する。この時、隣接する冷却通路プレート６０３の間には、大気２１３が流通できる隙間６０６を設ける。該隙間の一方の開口面は、クロスフローファン５０６に対面している。冷却液用冷却通路６０７の等価水力直径は図１７に示す根拠から１００μｍ〜２０００μｍの範囲がよい。同様に、隙間６０６の間隔は、前記冷却通路の等価水力直径相当である１００μｍ〜２０００μｍの範囲がよい。
【００４９】
このように構成した冷却装置の運転について説明する。冷却ジャケット１０２から温度の上昇した冷却液が冷却液ヘッダ６０１に流入する。該冷却液は複数の冷却液用冷却通路６０７に等分に分配され、該冷却通路内を流れていく。該冷却通路から出た冷却液は冷却液ヘッダ６０２で合流し、ポンプ１０５に向かう。一方、冷却液を循環させている時は、クロスフローファン５０６を駆動し、冷却通路式放熱部５０４に向けて送風する。送風された大気は、フード５０７に沿いながら隙間６０６に向い、該隙間内に入り、該隙間内を通過して、反対側へ通り抜ける。該隙間を通過する時に、前記大気は冷却液から熱を奪う。
特に、冷却液用冷却通路６０７の等価水力直径を１００μｍ〜２０００μｍに設定することによって、前記冷却通路内の熱伝達率と単位体積当りの伝熱面密度とを向上させ、体積熱交換量を増大させることができる。その結果、ノート型パソコンの筐体内に収めることができる冷却装置の小型化が可能となる。また、冷却通路プレート６０３はアルミ押出し成形によっても製作できるので、放熱部を安価に製作できる。
【００５０】
図１０に冷却通路式放熱部５０４の他の構造５０６を示す。冷却液ヘッダ６０１と６０２との間に、複数の冷却液用冷却通路６０７を１列に設けた、複数の冷却通路プレート６１０を並列に接続する。該プレート内の隣接する冷却液用冷却通路６０７の間に、大気２１３が流通する貫通孔６１１を、該冷却通路と直交する方向に複数設ける。該貫通孔の開口形状は問わないが、円形、長円形或いは長方形が好ましい。また、隣接する冷却通路プレート６１０の間には、大気２１３が流通できる隙間６０６を設ける。前記貫通孔の開口の一方の面は、クロスフローファン５０６に対面している。前記冷却液用冷却通路６０７の等価水力直径は図１７に示すデータから１００μｍ〜２０００μｍの範囲がよい。同様に、貫通孔の等価水力直径、及び隙間６０６の間隔は、冷却通路径相当である１００μｍ〜２０００μｍの範囲がよい。
【００５１】
このように構成した冷却装置の運転について説明する。冷却ジャケット１０２から温度の上昇した冷却液が冷却液ヘッダ６０１に流入する。該冷却液は複数の冷却液用冷却通路６０７に等分に分配され、該冷却通路内を流れていく。該冷却通路から出た冷却液は冷却液ヘッダ６０２で合流し、ポンプ１０５に向かう。一方、冷却液を循環させている時は、クロスフローファン５０６を駆動し、冷却通路式放熱部５０４に向けて送風する。送風された大気は、フード５０７に沿いながら貫通孔６１１に向い、該貫通孔に入り、該貫通孔内を通過して、反対側へ通り抜ける。通り抜けた大気は、隙間６０６を経て隣りの冷却通路プレート６１０に設けられた貫通孔６１１に入るか、該プレートの縁端部から排気される。前記貫通孔を通過する時に、前記大気は冷却液から熱を奪う。
特に、冷却液用冷却通路６０７の等価水力直径を１００μｍ〜２０００μｍに設定することによって、前記冷却通路内の熱伝達率と単位体積当りの伝熱面密度とを向上させ、体積熱交換量を増大させることができる。その結果、ノート型パソコンの筐体内に収めることができる冷却装置の小型化が可能となる。また、冷却通路プレート６１０はアルミ押出し成形によっても製作できるので、放熱部を安価に製作できる。
【００５２】
（実施形態４）
図１１は本発明に実施形態４に係わる冷却装置を示す説明図である。本実施形態はノート型パソコンのＣＰＵを冷却するための液冷式冷却装置において、冷却液の放熱に、２枚の成型プレートを接合して冷却液の流路を形成した成型プレート接合式放熱部６５５、６５６、又は６５７を用いたものである。
本実施形態は、実施形態１、又は２における放熱部が置き換わったものであるので、放熱部以外の構成は、実施形態１、又は２と同じである。
図１１に成型プレート接合式放熱部６５５を示す。これは、波板状インナーフィン６５１を挟み込んで、２枚の成型プレート６５０を接合し、波板状の部分が冷却液流路を形成したものである。該成型プレートには、前記インナーフィンの波状両端部にあたるところに前記冷却液流路を連結する冷却液ヘッダ６５２、６５３をも形成している。
図１２に成型プレート接合式放熱部６５６を示す。２枚の成型プレート６５４に波板状部分と冷却液ヘッダ６５２、６５３とが整形されており、該プレートを接合することで、該プレートの波状に成型した部分がそのまま冷却液流路を形成するようにした放熱部である。
図１３に成型プレート接合式放熱部６５７を示す。冷却液ヘッダ６５２、６５３を成型済の平板状の成型プレートと波板状の成型プレートとを接合することで、波板状に成型した部分がそのまま冷却液流路を形成するようにした放熱部である。
インナーフィン６５１、及び波板状の成型プレート６５４の１つの凹部の等価水力直径は、図１９に示すデータから２００〜２０００μｍの範囲がよい。
【００５３】
このように構成した冷却装置の運転について説明する。図１１においては、冷却ジャケット１０２から温度の上昇した冷却液が冷却液ヘッダ６５２に流入する。該冷却液は、インナーフィン６５１の両面の凹部に沿って流れる。該インナーフィンの端部まで流れた冷却液は冷却液ヘッダ６５３にて合流し、ポンプ１０５へ向かう。インナーフィン６５１の凹部に沿って冷却液が流れる時、成型プレート６５０の壁面を介して、大気の自然対流によって該冷却液から熱が奪われる。
図１２、図１３における運転も、冷却液が波板状の成型プレート６５４の凹部に沿って流れること以外は、図１１の場合と同じである。
前記成型プレートと前記インナーフィンとはプレス加工によって製作できる、更に、２枚の前記成型プレートはロー付けによって接合できるので、安価に製作できる。特に、成型プレート接合式放熱部６５７の場合、平板状の成型プレート面を表示パネル筐体の内壁面に密着させることができるので、該筐体内を流れる大気の自然対流だけでなく、該筐体外を流れる大気の自然対流も冷却に利用できる。
【００５４】
以上のように、成型プレート接合式放熱部を適用すると、伝達面積拡大率を増加できるので、大気の強制対流によってアルミ平板を冷却する従来の放熱装置に比べて、騒音源であった強制対流用ファンを不要とするばかりでなく、より大きな放熱量を得ることが可能となる。また、波板状インナーフィンに冷却液を分配して流すので、該インナーフィン内を流れる冷却液の圧力損失を小さくできる。従って、ノート型パソコンのＣＰＵ等の電子機器の構成素子の性能向上に伴って、該素子からの発熱量が増加しても、これを冷却できる。また、圧力損失が小さくなるのでポンプの小型化、低動力化が可能となる。その結果、電子機器の軽量化を図ったり、蓄電池を用いた場合の作動時間を増大させることができるので、該機器のモバイル性の向上にも寄与する。
【００５５】
（実施形態５）
図１４は本願発明の実施形態５に係る冷却装置の構成を示す説明図である。本実施形態は、ノート型パソコンのＣＰＵを冷却するための冷却装置において、熱伝導体としてヒートパイプと可撓性を有する熱伝導体とを適用した、ヒートパイプ式放熱部７０１を用いたものである。本実施形態は、実施形態１ないし４の何れかに記載したような冷却液を用いる装置ではない。図１５は、図１４に示したヒートパイプ式放熱部７０１を搭載したノート型パソコンの側面図である。
ヒートパイプは、パイプ内に封入された液体の相変化を利用して熱を伝えるものである。ヒートパイプの一般的な形状は、直径数ｍｍ、長さ数１００ｍｍであり、パイプは金属製、該パイプ内に作動液、例えば純水を封入している。
ノート型パソコン１００の本体内に搭載した発熱体であるＣＰＵ１０１には、冷却ジャケット７０２が熱伝導シート（不図示）を介して一様に、且つ熱抵抗が少ない状態で熱移動できるように接合されている。冷却ジャケット７０２には、複数のヒートパイプ７０３の一端部が挿入されている。ヒートパイプ７０３の他端部は可撓性を有する熱伝導体７０４に接続されている。熱伝導体７０４の他端部はヒートパイプ７０５に接続されている。ヒートパイプ７０５のもう一端は放熱板１０７に接合している。ヒートパイプ７０５は、放熱板１０７に接合する代わりに、フィン付きヒートパイプ（不図示）としても構わない。
【００５６】
可撓性を有する熱伝導体７０４は次の構造とする。熱伝導体の物質としては、炭素繊維、チップ状炭素繊維含有流体、高熱伝導液体等の液体の何れかを利用する。炭素繊維はチップ状が好ましいが、この形状に限る必要は無い。これらの物質を、柔軟性を有する筒状の包装物の中に密に収め、該包装物の両端にそれぞれヒートパイプを挿入し、該ヒートパイプの端部が前記物質に密着するまで押込む。更に、該ヒートパイプが前記包装物から抜けないように、該ヒートパイプと前記包装物とを固定する。
また、前記熱伝導体７０４は次の構造でもよい。熱伝導体の物質として、チップ状炭素繊維含有流体、高熱伝導液体等の液体を用いる場合、前記包装物からの液漏れを予防するために、クラッチ構造とする。前記液体を充填した筐体の中に、突き合わせる方向で２本のヒートパイプが挿入されている。挿入した側の該ヒートパイプ端部には、ヒートパイプの軸と垂直方向に円板が接合されている。前記ヒートパイプに対する前記筐体の回転摺動部には例えばＯリングが設置されており、前記液体の漏洩防止と回転摺動との両方を機能させている。
ヒートパイプ式放熱部７０１の周囲、特に、放熱板１０７、或いはフィン付きヒートパイプ周辺の自然対流を促進させるために、表示パネル筐体１０６に通気用開口（不図示）を設けてもよいことは、実施形態１と同様である。
【００５７】
このように構成した冷却装置の運転方法について説明する。ノート型パソコンの稼動と共に、ＣＰＵ１０１が発熱する。該熱は、冷却ジャケット７０２を介してヒートパイプ７０３、可撓性熱伝導体７０４、ヒートパイプ７０５或いはフィン付きヒートパイプ、放熱板１０７に順次伝わる。そして、該フィン部或いは放熱板１０７にて大気の自然対流よって放熱される。
ヒートパイプ式放熱部７０１の数量は１本でも複数本でも構わない。また、ヒートパイプ７０３、可撓性を有する熱伝導体７０４、ヒートパイプ７０５、フィン付きヒートパイプの形状は、これらを搭載するノート型パソコンの大きさ、必要とされる熱交換性能によって適宜決めればよい。
【００５８】
ヒートパイプは一般的に金属パイプで製造されているので、ノート型パソコンの本体側と表示パネル筐体側とに貫通するように設けると、表示パネル筐体の開閉によって繰り返しの屈曲を受け、金属疲労により破損する。本発明では、ヒートパイプを可撓性の熱伝導体で接続するので、該ヒートパイプをノート型パソコンに適用しても、該パイプを屈曲させることがない。その結果、ヒートパイプを破損させることなくノート型パソコンの表示パネル筐体を開閉できるようになる。
更に、フィン付きヒートパイプを用いることによって、放熱板１０７よりも放熱面積を大きくできるので、放熱板１０７を用いた場合には、表示パネルの面積で制限される放熱容量をそれ以上に増加できる。その結果、ノート型パソコンのＣＰＵ等の電子機器の構成素子の性能向上に伴って、該素子からの発熱量が増加しても、これを冷却できる。また、発熱体の発熱量に応じて必要な本数だけヒートパイプを取り付ければよいので、ノート型パソコン筐体内部の冷却装置の設置スペースの節約と、軽量化とを実現できる。
【００５９】
（実施例１）
実施形態１に示した直線形チューブ式放熱部１０４を用いた場合の熱交換性能について示す。
図１６に、チューブ内径に対する熱伝達率と圧力損失とを計算した結果を示す。層流域での熱伝達率αは式１にて求めることができる。
【式１】
2004293833.tif 000003
ここで、αは熱伝達率、Ｎｕはヌッセルト数（流れの状態によって決まる無次元数）、λは流体の熱伝導率、ｄは流路の直径である。
計算条件は以下のようである。
チューブ長さ：３５ｍｍ
冷却液の流量：４０ｃｃ／ｍｉｎ
計算結果
熱伝達率：３７０Ｗ／ｍ２Ｋ  於  チューブ内径１０００μｍ
比較例１
熱伝達率：３０〜１００Ｗ／ｍ２Ｋ  於  １５インチアルミ平板の強制対流冷却方式
図１６に示すように、チューブ内径が大きくなるにつれて、熱伝達率と圧力損失とは低下していくことがわかる。従って、圧力損失の上限からチューブの最小内径を決める必要があることがわかる。圧力損失が大きくなると、冷却液を循環させるポンプ容量も大きくなり、ノート型パソコンに搭載できない大きさ、駆動容量となるからである。図２０に示す従来の液冷システムに搭載されているポンプを基準として、その場合の圧力損失約１５００Ｐａ以下に抑えるためには、チューブ内径は１００μｍ以上にする必要があることがわかった。
【００６０】
一方、従来の強制対流方式による熱伝達率の値である１００Ｗ／ｍ２Ｋ以上を得るためには、チューブ内径は２０００μｍ以下とする必要があることがわかった。以上の計算結果より、チューブ内径は１００μｍ以上、２０００μｍ以下の範囲に設定した。
チューブの肉厚は、強度の観点から内径の概略１０％程度にすることが望ましいので、内径２０００μｍのチューブの場合、肉厚は概略２００μｍとなる。この場合、チューブの肉厚方向の熱抵抗は、該チューブの材質によって次のように変わる。
計算結果
金属アルミニウム：約２×１０−６ｍ２Ｋ／Ｗ
プラスチック樹脂：約１×１０−３ｍ２Ｋ／Ｗ
比較例１
１５インチアルミ平板の強制対流冷却方式熱伝達の熱抵抗：約１×１０−２ｍ２Ｋ／Ｗ
このように、チューブの肉厚方向の熱抵抗は、従来の放熱部における熱抵抗の値に比べて桁違いに小さくなるので、チューブ内部から外部の大気への熱伝達を律速することはない。ＣＰＵ等の発熱体の発熱量に応じた放熱量を得るためには、このようなチューブを一列又は複数列に配置することにより必要な放熱面積を得ることができる。
【００６１】
また、冷却液は複数のチューブに分配して流れるため、該チューブ一本当りの流量は少なくなり、これによりチューブの冷却液圧力損失が小さくなる。計算例を以下に示す。
計算条件
放熱量：３０Ｗ
冷却液流量：約５０ｃｍ３／分
計算結果
マイクロチューブ圧力損失：約７０Ｐａ
比較例１
１５インチアルミ平板に接合された冷却液パイプの圧力損失：約１０００Ｐａ
このように桁違いに圧力損失を低減できるため、冷却液を循環させるポンプの大きさ、動力を小さくすることができる。
【００６２】
（実施例２）
実施形態２に示したフィン式放熱部４０６を用いた場合の熱交換性能について示す。フィン式放熱部４０６は表示パネル筐体内に配置され、パソコンの使用時はほぼ垂直の状態となるため、周囲の大気より温度の高い該放熱部の外面には周囲大気との密度差による自然対流が発生する。以下に、この自然対流による熱交換性能について示す。
図１７に、冷却通路等価水力直径に対して熱伝達率と圧力損失とを計算した結果を示す。
計算条件
冷却通路長さ：３５ｍｍ
冷却液の流量：４０ｃｃ／ｍｉｎ
計算結果
熱伝達率：２５００Ｗ／ｍ２Ｋ  於  冷却通路等価水力直径１０００μｍ
比較例１
熱伝達率：１０００Ｗ／ｍ２Ｋ  於  従来方式の冷却液パイプ１０３の強制対流冷却方式
等価水力直径は、円以外の断面形状を円に換算した場合の直径として定義され、式２を用いて計算できる。
【式２】
2004293833.tif 000004
ここで、Ｄｅｑは等価水力直径、Ａは断面積、Ｓは周長である。
【００６３】
図１７に示すように、冷却通路等価水力直径が大きくなるにつれて、熱伝達率と圧力損失とは低下していく。従って、冷却通路式放熱部４０６の場合も、実施例１と同様の考え方で、冷却液の圧力損失を従来方式の１５００Ｐａ以下に抑えるために、冷却通路等価水力直径は１００μｍ以上とする必要があることがわかる。また、冷却通路の熱伝達率を従来方式の約１０００Ｗ／ｍ２Ｋ以上にするためには、冷却通路等価水力直径は２０００μｍ以下にする必要があることがわかる。以上の計算結果より、冷却通路等価水力直径は１００μｍ以上、２０００μｍ以下の範囲に設定した。
次に、冷却通路にフィンを取り付けた場合の熱交換性能について示す。この場合、フィンの厚さは冷却通路等価水力直径と同等とする。
図１８に、フィン厚さとフィン効率との関係を、フィン高さをパラメータとして示す。フィン効率の定義は、フィンの全ての部分の温度がフィンの根元温度に等しいとした場合の放熱に対する実際の放熱量の比であり、式３で表わされる。
【式３】
2004293833.tif 000005
ここで、Ｈはフィン高さ、αｐはフィン周りの熱伝達率、λはフィンの熱伝導率、ｂはフィン厚さである。フィン効率は１が理想的であり、１に近い数値にフィン形状を設計することが望ましい。
【００６４】
一般的に、フィン厚さに対してフィン高さを高くしていくとフィン効率は低下する。ここでは、フィン厚さに対して理想的なフィン効率に近く、かつ発熱体にフィンを直接接合し強制対流冷却する場合のフィン効率よりも高い効率として０．９８を設定し、これを維持するフィン高さの範囲を明らかにした。
計算条件
フィン材質：アルミニウム
フィン周り熱伝達率：３００Ｗ／ｍ２Ｋ
計算結果
フィン高さ：２５００μｍ以下  於  フィン厚さ１００μｍ
フィン高さ：１００００μｍ以下  於  フィン厚さ２０００μｍ
つまり、フィン厚さが厚くなるに従い、０．９８を維持できるフィン高さは高くなる。
比較例１
ＣＰＵに接合したフィンを強制対流冷却する場合のフィン効率：０．６〜０．８
以上の結果より、冷却通路等価水力直径に相当する厚さを有するフィンを利用することで、フィン高さ１０ｍｍ以下で、発熱体にフィンを直接接合する強制対流冷却方式によって得られるフィン効率０．６〜０．８を上回るフィン効率を得られることがわかった。すなわち、図１８における破線以上の領域において、フィン厚さとフィン高さとの組合わせを選択できる。
【００６５】
次に、フィンの作用を伝熱面積拡大率で示す。伝熱面積拡大率の定義は、フィン面積とフィン効率φとの積をフィンが無い場合の平板面積で除したものである。図１８より、フィン効率０．９８以上になるフィン形状を以下のように選択し、伝熱面積拡大率を計算した。
2004293833.tif 000006
比較例１
伝熱面積拡大率：１  於  １５インチアルミ平板の強制対流冷却方式
以上の計算結果より、同一放散熱量の場合、従来のアルミ平板を用いた放熱装置に比べて等価の放熱面積を約１／１７に小さくできることがわかる。従って、放熱部を大幅に小型化できる。
【００６６】
（実施例３）
実施形態３に示した冷却通路式放熱部５０４を用いた場合の熱交換性能について示す。
図８に示した、冷却液を流す冷却通路と大気を流す冷却通路とを交互に積層した構成において、熱交換性能を熱通過率として計算した結果を示す。熱通過率の定義は、熱が通過する壁の単位面積（ｍ２）、単位温度（Ｋ）当たりの熱移動量（Ｗ／ｍ２Ｋ）であり、熱流束（Ｗ／ｍ２）を壁の両側の温度差（Ｋ）で除したものである。式４によっても表わすことができる。
【式４】
2004293833.tif 000007
ここで、αｉ、α０は両面の熱伝達率、λｎは壁の構成材料の熱伝導率、δｎは壁の構成材料の厚さである。
計算条件
冷却液側冷却通路の等価水力直径：４００μｍ
冷却液流速：４ｍｍ／ｓ
大気側冷却通路の等価水力等価直径：４００μｍ
大気流速：３ｍ／ｓ
計算結果
熱通過率：２６０Ｗ／ｍ２
比較例１
熱通過率：約５Ｗ／ｍ２  於  １５インチアルミ平板の強制対流冷却方式
【００６７】
実施例２に示したように、冷却通路の等価水力直径が小さいため内部の熱伝達率が大きくなり、冷却液側から大気側への熱通過率は従来のアルミ平板を用いた放熱部に比べて約５０倍の大きさになるので、放熱部を小さくできる。例えば、前記熱通過率２６０Ｗ／ｍ２を元に、大気と冷却液との対数平均温度差を７．２Ｋとし、放散熱量３０Ｗを得る必要がある場合の放熱部の大きさを概算すると、幅１１０ｍｍ×高さ１５ｍｍ×厚さ３ｍｍとなる。これは、従来の１５インチアルミ平板（約２７０ｍｍ四方×厚さ数ｍｍ）の放熱板に比べて非常に小さな放熱部となる。この大きさであれば、実施形態１及び２に示したような、放熱部を表示パネル筐体内に設置する形態だけでなく、ノート型パソコン本体の筐体内に収納する形態を選択できる。その結果、ノート型パソコンの軽量化を図れると共に、該パソコン内部の構造の設計の自由度を高くできる。
また、前記厚さ３ｍｍ方向に大気を流すので、大気の圧力損失は約４０Ｐａとなる。従って、クロスフロー型のファンを用いることができるので、強制対流冷却に用いる軸流ファンに比べて、低動力かつ低騒音の冷却装置を実現できる。
【００６８】
（実施例４）
実施形態４に示した成型プレート接合式放熱部６５５、６５６、又は６５７を用いた場合の等価水力直径と圧力損失との関係について示す。図１９に示すように、等価水力直径が小さくなるにつれて圧力損失は増大する。
計算条件
放熱部の大きさ：表示パネル筐体内に収まる大きさ（厚さ３ｍｍ以下）
冷却液流量：４０ｃｃ／ｍｉｎ
計算結果
圧力損失１５００Ｐａ以下とするためには、等価水力直径２００μｍ以上が必要、更に、厚さ３ｍｍ以下にするためには、等価水力直径は２０００μｍ以下が必要とわかる。
以上の計算結果より、成型プレート接合式放熱部の流路の等価水力直径は２００μｍから２０００μｍが適正な範囲であるとわかる。
【００６９】
（実施例５）
実施形態５に示したヒートパイプ式放熱部７０１を用いた場合の熱交換性能として熱通過率について示す。
計算条件
ヒートパイプ：直径３ｍｍ
可撓性を有する熱伝導体：直径３ｍｍの炭素繊維束
炭素繊維の熱伝導率：５００Ｗ／ｍＫ
炭素繊維で構成した可撓部の長さ：１０ｍｍ
計算結果
ヒートパイプの熱輸送量：約１．４Ｗ／Ｋ
ヒートパイプの熱通過率：２０２０００Ｗ／ｍ２Ｋ
炭素繊維の熱通過率：５００００Ｗ／ｍ２Ｋ
ヒートパイプ＋炭素繊維＋ヒートパイプの熱通過率：３３４００Ｗ／ｍ２Ｋ
ヒートパイプ＋炭素繊維＋ヒートパイプの熱通過率は式５から求めた。
【式５】
2004293833.tif 000008
【００７０】
次に、この熱通過率を元に、何本のヒートパイプを用いればＣＰＵ等の発熱を除去できるか計算した。
計算条件
冷却ジャケット７０２と放熱板１０７の温度差：１０℃
ヒートパイプ７０３の両端につく温度差：１．６℃
炭素繊維の両端に生じる温度差：６．８℃
ヒートパイプ７０５の両端につく温度差：１．６℃
計算結果
ヒートパイプ式放熱部７０１熱移動量：２．４Ｗ／本
従って、３０Ｗの発熱に対しては、１３本のヒートパイプ式放熱部を設ければよいことがわかる。
また、熱移動量を律速している箇所は炭素繊維（可撓性を有する熱伝導体）の部分であるので、熱移動量を増大させるためにはカーボン繊維束の直径を大きくすればよい。例えば、ヒートパイプ直径は３ｍｍのままで、炭素繊維束の直径を４．２ｍｍとし断面積を２倍にすると、ヒートパイプ＋炭素繊維＋ヒートパイプの総括熱通過率Ｕは５０３００Ｗ／ｍ２Ｋとなり、同一温度差において、ヒートパイプ式放熱部一本当り３．６Ｗの熱移動量が可能となる。従って、３０Ｗの発熱に対しては、９本のヒートパイプ式放熱部で対応できる。このように、炭素繊維束の直径を大きくすることにより、総括熱通過率を向上させることができ、ヒートパイプの本数を低減させる事ができる。
フィン付きヒートパイプのフィンの効果については、実施例２及び図１８に示す通りである。
【００７１】
【発明の効果】
以上記載の如く、請求項１ないし９の発明によれば、チューブの径が細いので、チューブ壁での熱伝達率が大きくなるため、該チューブ内を液体の冷媒が流れ、該チューブ壁面を介して大気との間で熱交換が生じる際の熱通過率を数倍から一桁高くできる。その結果、前記熱交換を生じさせる放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化に寄与する。
また、複数のチューブに並列に液体の冷媒を流すので、冷媒流路の圧力損失を低減でき、冷却液循環用のポンプの負荷を軽減できる。従って、ポンプの軽量化ができるので、電子機器の小型化、軽量化に寄与する。更には、ポンプ駆動電力の低減を図ることができるので、電子機器を駆動する蓄電池の駆動時間の増加に寄与する。更に、強制対流のためのファンを利用しないので、電子機器の騒音低下に寄与する。
また、チューブをアルミ押出し加工、又は樹脂で製作できるので、放熱部の加工が容易となり、冷却装置の設計・製作の自由度を向上できる。アルミ押出し加工費、樹脂原料費も低廉なので、安価な冷却装置を実現できる。
【００７２】
また、請求項１０ないし１１の発明によれば、冷却通路の径が細いので、該冷却通路壁での熱伝達率が大きくなること、更に、該冷却通路壁にフィン、又はピンが接合されているので放熱面積が大きくなることにより、該冷却通路内を液体の冷媒が流れ、該冷却通路壁面を介して大気との間で熱交換が生じる際の熱通過率を数倍から一桁高くできる。その結果、前記熱交換を生じさせる放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化に寄与する。
また、複数のチューブに並列に液体の冷媒を流すので、冷媒流路の圧力損失を低減でき、冷却液循環用のポンプの負荷を軽減できる。従って、ポンプの軽量化ができるので、電子機器の小型化、軽量化に寄与する。更には、ポンプ駆動電力の低減を図ることができるので、電子機器を駆動する蓄電池の駆動時間の増加に寄与する。更に、強制対流のためのファンを利用しないので、電子機器の騒音低下に寄与する。
【００７３】
また、請求項１２の発明によれば、冷却通路の等価水力直径が細いので、該冷却通路壁での熱伝達率が大きくなること、更に、冷却液と大気とが流れる該冷却通路が交差する方向に、交互に構成されているので、冷却液が流れる冷却通路と大気が流れる冷却通路との間の熱交換性能を向上できる。その結果、前記熱交換を生じさせる放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化に寄与する。また、複数の冷却通路に並列に冷却液と大気とを流すので、流路の圧力損失を低減でき、冷却液を循環させるポンプ、及び大気を送る送風ファンの負荷を軽減できる。従って、該ポンプ及び該ファンの軽量化ができるので、電子機器の小型化、軽量化に寄与する。更には、ポンプ及び送風ファンの駆動電力の低減を図ることができるので、電子機器を駆動する蓄電池の駆動時間の増加に寄与する。
【００７４】
また、請求項１３ないし１４の発明によれば、冷却通路の径が細いので、該冷却通路壁での熱伝達率が大きくなること、更に、複数の冷却通路プレートが間隔を有して配置されている、或いは、該冷却通路プレートに貫通孔を設けているので、その空間に送風ファンにより大気を強制対流させることで、液体の冷媒が流れる冷却通路と大気が流れる空間との間の熱交換性能を向上できる。その結果、前記熱交換を生じさせる放熱部の容積を小さくできるので、電子機器の小型化、軽量化に寄与する。
【００７５】
また、請求項１５の発明によれば、冷却通路内を冷却液が流れ、該冷却通路壁面を介して液体の冷媒と大気との間で熱交換が生じる際の熱通過率を飛躍的に増大できる。また、冷却通路に冷却液を流す場合の圧力損失を、従来の冷却方式の冷媒流路以下に保ち、かつ従来の強制対流方式による熱伝達率以上の値を得ることができる。その結果、冷却装置を大きくすることなく、電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、高性能化に伴い発熱量もより大きくなった構成素子を搭載した電子機器のための冷却装置の実現に寄与する。
【００７６】
また、請求項１６ないし１９の発明によれば、２枚の成型プレートを接合することによって放熱部を構成できるので、プレス加工とロー付け技術とを利用でき、安価に放熱部を製作できる。また、冷却通路の径が細いので、該冷却通路壁での熱伝達率が大きくなる。更に、放熱部を表示パネル筐体内面に密着させて設置できるので、冷却装置を大きくすることなく、電子機器の熱交換性能を向上させることができる。その結果、高性能化に伴い発熱量もより大きくなった構成素子を搭載した電子機器のための冷却装置の実現に寄与する。
【００７７】
また、請求項２０の発明によれば、フィン、ピン、冷却通路、冷却通路プレート、インナーフィン、及び冷媒流路の材質として熱伝導率の高い金属を用いるので、該材質部分が冷却装置の放熱部における熱伝達の律速部分となることがない。従って、請求項１０ないし１９の何れかに記載の冷却装置の熱交換性能を損なうことなく、高性能化に伴い発熱量もより大きくなった構成素子を搭載した電子機器のための冷却装置の実現に寄与する。
また、請求項２１の発明によれば、冷却液と大気との対数平均温度差が向上するので、熱交換性能を向上できる。その結果、冷却装置を大きくすることなく、電子機器の熱交換性能を向上させることができるので、高性能化に伴い発熱量もより大きくなった構成素子を搭載した電子機器のための冷却装置の実現に寄与する。
【００７８】
また、請求項２２の発明によれば、金属に比べて熱伝導率が大きく、かつ、可撓性を有する炭素繊維を熱伝導体として用いるので、該炭素繊維に密着する金属製ヒートパイプを主体とする熱伝導体の熱通過率を低下させることなく、発熱部と放熱部とが屈曲部を介して配置されている電子機器にも前記ヒートパイプを適用できる。その結果、該ヒートパイプを破損させることなくノート型パソコンの表示パネル筐体を開閉できる。また、発熱体の発熱量に応じて必要な本数だけヒートパイプを取り付ければよいので、ノート型パソコン筐体内部の冷却装置の設置スペースの節約と、軽量化とに寄与する。更に、強制対流のためのファンを利用しないので、電子機器の騒音低下に寄与する。
【００７９】
また、請求項２３の発明によれば、前記ヒートパイプの放熱面積を増大できるので、大気との間で熱交換が生じる際の熱通過率を数倍から一桁高くできる。その結果、ヒートパイプに接合した平板状の放熱板では熱交換性能が不十分である場合にも、ヒートパイプ式放熱部を適用できる。その結果、電子機器の小型化、軽量化に寄与する。更に、強制対流のためのファンを利用しないので、電子機器の騒音低下に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る冷却装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る冷却装置の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る冷却装置の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施形態４に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施形態４に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施形態４に係る冷却装置の放熱部の構造を示す説明図である。
【図１４】本発明の実施形態５に係る冷却装置の構成を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施形態５に係る冷却装置の構成を示す説明図（側面図）である。
【図１６】本発明の実施形態１に係る冷却装置の熱交換性能を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施形態２及び３に係る冷却装置の熱交換性能を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施形態２に係る冷却装置の熱交換性能を示す説明図である。
【図１９】本発明の実施形態４に係る冷却装置の熱交換性能を示す説明図である。
【図２０】冷却装置の従来技術を示す説明図である。
【符合の説明】
１０４…直線形チューブ式放熱部
２０１…冷却液ヘッダ（冷却液供給側）
２０２…チューブ
２０３…冷却液ヘッダ（冷却液排出側）
２１０…チューブ
２１４…薄板
２１５…ルーバー
２２０…湾曲形チューブ式放熱部
２３０…ルーバー形チューブ式放熱部
４０１…冷却通路
４０２…フィン
４０５…ピン
４０６…フィン式放熱部
５０４…冷却通路式放熱部
５０５…冷却通路式放熱部
５０６…冷却通路式放熱部
６０３…冷却通路プレート
６０６…冷却通路プレート間の隙間
６０７…冷却液用冷却通路
６０８…大気用貫通路
６１１…貫通孔
６５０…平板状成型プレート
６５１…インナーフィン
６５４…波板状成型プレート
６５５…成型プレート接合式放熱部
６５６…成型プレート接合式放熱部
６５７…成型プレート接合式放熱部
７０１…ヒートパイプ式放熱部
７０２…冷却ジャケット
７０３…ヒートパイプ
７０４…可撓性を有する熱伝導体
７０５…ヒートパイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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