(57)【要約】【課題】本発明は、放熱能力が高く、高冷却効率で低騒音の放熱装置と、それを搭載した電子機器を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の放熱装置は、冷媒液によって冷却対象物の熱を受熱部で受熱し放熱部に送って放熱する放熱装置であって、放熱部３には、羽根車に向かって対向して突出した一対のノーズを有し相反方向へ吐出するダブルボリュートを備えた遠心型のファン４と、ダブルボリュートの各吐出路にそれぞれ設けられ複数の放熱フィンが吐出流に沿うように配置されて冷媒液の熱を放熱するための一対の放熱フィン列を備え、羽根車の中心が一対のノーズを結ぶ直線上から外されて、羽根車が回転することによって各ノーズで発生する圧力変動の位相を分散することを主要な特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒液によって冷却対象物の熱を受熱部で受熱し、受熱した熱を放熱するためのファンと放熱フィン列とが設けられた放熱部に前記冷媒液を送って放熱する放熱装置であって、前記ファンが、遠心型の羽根車と、該羽根車に向けて対向して突出する一対のノーズが形成されたダブルボリュートを備え、前記ダブルボリュートの各吐出路には前記放熱フィン列が設けられるとともに、その複数の放熱フィンが吐出流れに沿って配列され、前記羽根車の中心が前記ノーズ間を結ぶ直線上の位置から外され、前記羽根車が回転したときに各ノーズで発生する圧力変動の位相が分散されることを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記ノーズで発生するそれぞれの圧力変動の位相差が１２０°となるように前記羽根車の中心を設定し、各ノーズで発生する圧力変動のピークの位相が均等に分散されたことを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放熱装置を搭載し、前記受熱部が発熱電子部品に接触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、冷媒を循環させながら半導体集積回路等の発熱部品の熱をファンと放熱フィン列で放熱する放熱装置、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高速化の動きはきわめて急速である。このため、中央演算処理装置（ＣＰＵ）の発熱量が増し、従来のようにヒートシンクで空冷し、筐体内部の空気と外部の空気とを換気するだけでは冷却能力不足で、高効率で高出力の冷却装置が不可欠になっている。そこで従来、発熱部品を冷却するための装置として、受熱部と放熱部との間で冷媒液が循環する流路を設け、受熱部において、発熱部品からの熱を冷媒液に吸収させて、温度の高くなった冷媒液を放熱部に搬送し、放熱部において、冷媒液の熱を放出することで、冷媒液の温度を下げ、再び冷媒液を発熱部品に搬送して、冷却を繰り返す循環式の放熱装置が提案された（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この従来の放熱装置においては、放熱部では冷媒液の熱を表面に伝達し、その表面に空気を流し、大気中に放熱していた。放熱部での大気への放熱の構造としては、冷媒液の通るパイプに多数の板状のフィンを設け、ファンによって送風する構成になっていた。
【０００４】
また、一般に、ファンにおいて、ファンの回転音を低下するためにケーシング内の２箇所で発生する圧力波の波長を、半波長ずらして干渉させ、打ち消し合わせることにより騒音低下を行う技術があった。
【特許文献１】特開平０７−１４２８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、板状のフィンに対して送風するとフィンの表面において気流は層流となり、効率的に放熱することができなかった。すなわち、フィンの表面の熱はフィン表面を流れる層流の薄い境界層部分の空気にのみ伝達され、フィン表面から離れた主流の流れは単に通過するだけで熱を受け取らず、放熱に寄与しない。そこで、ファンの回転数を上げて送風量を増加させようとすると、概ね回転数の４乗に比例してファンの騒音が発生し、電子機器に使用するときに耳障りな音となる。
【０００６】
このように、回転数を上げて送風量を増加するだけでは騒音の増加を招くことになり、しかもフィン表面の層流境界層を乱流化できないため冷却効率が悪い。回転数を下げて送風量を減少させると、騒音は減少するが放熱能力が低下するし、放熱能力を上げようとすると騒音が増大する。さらに、このような放熱装置に従来の半波長ずらして打ち消し合わせるという技術を施しても、冷却効率、放熱能力の向上には結びつかず、騒音低下が図れるにすぎない。
【０００７】
従って、ファンの騒音を低下させつつ、大風量、高放熱能力、高効率の冷却を実現するということは、いわば矛盾を孕んだ課題であった。
【０００８】
そこで、本発明は、放熱能力が高く、高冷却効率で低騒音の放熱装置と、それを搭載した電子機器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】
【０００９】
本発明の放熱装置は、冷媒液によって冷却対象物の熱を受熱部で受熱し、受熱した熱を
放熱するためのファンと放熱フィン列とが設けられた放熱部に冷媒液を送って放熱する放熱装置であって、ファンが、遠心型の羽根車と、該羽根車に向けて対向して突出する一対のノーズが形成されたダブルボリュートを備え、ダブルボリュートの各吐出路には放熱フィン列が設けられるとともに、その複数の放熱フィンが吐出流れに沿って配列され、羽根車の中心がノーズ間を結ぶ直線上の位置から外され、羽根車が回転したときに各ノーズで発生する圧力変動の位相が分散されることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、放熱能力が高く、高効率の冷却を実現することができるとともに、あわせて低騒音の放熱装置と、それを搭載した電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、冷媒液によって冷却対象物の熱を受熱部で受熱し、受熱した熱を放熱するためのファンと放熱フィン列とが設けられた放熱部に冷媒液を送って放熱する放熱装置であって、ファンが、遠心型の羽根車と、該羽根車に向けて対向して突出する一対のノーズが形成されたダブルボリュートを備え、ダブルボリュートの各吐出路には放熱フィン列が設けられるとともに、その複数の放熱フィンが吐出流れに沿って配列され、羽根車の中心がノーズ間を結ぶ直線上の位置から外され、羽根車が回転したときに各ノーズで発生する圧力変動の位相が分散される放熱装置であり、放熱能力が高く、高効率の冷却を実現することができるとともに、あわせて低騒音の放熱装置を実現できる。
【００１２】
本発明の第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、ノーズで発生するそれぞれの圧力変動の位相差が１２０°となるように羽根車の中心を設定し、各ノーズで発生する圧力変動のピークの位相が均等に分散された放熱装置であり、確実に高放熱能力、高効率で、低騒音の放熱装置とすることができる。
【００１３】
本発明の第３の発明は、第１または２の放熱装置を搭載するとともに、受熱部が発熱電子部品に接触された電子機器であり、放熱能力が高く、高効率の冷却を実現することができるとともに、あわせて低騒音で、信頼性の高い電子機器にすることができる。
【００１４】
（実施例１）
本発明の実施例１は電子機器としてコンピュータ装置に関するものであり、このコンピュータ装置に搭載する放熱装置に関するものである。図１は本発明の実施例１における放熱装置を搭載したコンピュータ装置の構成図である。
【００１５】
図１において、１はコンピュータ装置の発熱部品であるＣＰＵであり、動作のためのクロック周波数に比例して発熱する。最近では１ＧＨｚ〜３ＧＨｚクラスの高い周波数で動作するコンピュータ装置が出現し、発熱量はきわめて大きく、コンピュータ装置の筐体はコンパクトで熱がこもり易い構造となっている。
【００１６】
２は受熱部が側面に設けられてＣＰＵ１から熱を吸収し冷媒との間で熱交換して冷媒を循環させ、ポンプを駆動するモータが設けられた受熱部一体型ポンプである。この受熱部一体型ポンプ２は、図示はしないが遠心型ポンプや渦流ポンプ等のターボ型ポンプであり、ＣＰＵ１面上に載置できるように、ポンプの諸元は、厚さ３ｍｍ〜２０ｍｍ、半径方向代表寸法１０ｍｍ〜７０ｍｍ、回転数は６００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍ、流量が０．０１Ｌ／分〜１．５Ｌ／分、ヘッド０．１ｍ〜２ｍ、比速度でいうと、１２〜２００（単位：ｍ、ｍ3／分、ｒｐｍ）程度のきわめて小型のものである。また、高効率の伝熱が可能になるように、受熱部一体型ポンプ２のモータの設置側とは反対側の側面が発熱部品と相補形状に形成されている。
【００１７】
３はアルミニウムや銅等の熱伝導性の良好な金属で形成されて冷媒から熱を奪う放熱部、４は放熱部３に設けられて放熱部３を強制冷却する遠心型のファンである。ファン４を駆動することによって空気を放熱部３で流動させ、その外表面から熱を大気中に放出させる。放熱部３には冷媒液の流路となる金属管に多数のフィンが設けられており、ファン４によって空気をフィンに当てることにより、フィンの熱を大気中に放出させる。５は冷媒液の減少時に冷媒液を補充するためにこれを蓄えておくリザーブタンク、７はこれらを接続し循環路を形成するフレキシブルな配管である。実施例１の受熱部一体型ポンプ２は、６００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍで設定された所定の設定回転数で駆動され、ＣＰＵ１に接触させた受熱部を介して熱を奪い、所定の流量の冷媒を循環させる。
【００１８】
続いて、実施例１の放熱部３の詳細な構成について説明する。図２は本発明の実施例１における放熱部の一部分解した斜視図である。図２において、２１はパイプであり、配管７を使って送られてきた冷媒液を放熱部３内部で循環させるため設けられる。ＣＰＵ１の熱を吸収して温度が上昇した冷媒液は受熱一体ポンプ２から吐出され、図２のように放熱部３に入る。放熱部３で放熱して温度が下がった冷媒液は放熱部３から排出され、配管７により再び受熱部一体型ポンプ２に戻る。
【００１９】
２２ａ，２２ｂは複数枚のアルミ板を並べた一対の放熱フィン列で、パイプ２１が貫通され、両者は熱的に結合されている。吐出口では放熱フィン列２２ａ，２２ｂの放熱フィンが流れに沿った向きに配列される。パイプ２１を通る冷媒液の熱がパイプ２１の外表面から放熱フィン列２２に伝わり、その熱は大気中に放出される。放熱フィン列２２ａ，２２ｂの各長さは、ファン４の直径よりも長尺に形成される。
【００２０】
２３は放熱部３のケースである。ケース２３には遠心型のファン３と後述の放熱フィン列２２ａ，２２ｂが固定される。２４はモータが中央に配置されたファン３の羽根車である。ケース２３は逆向き２方向の吐出が行えるダブルボリュートであり、各吐出口の中間に羽根車２４は設けられる。２５はケース２３の下面に開けられた空気の流入口、２６は羽根車２４を覆うためのカバー、２７はカバー２６に設けられた流入口、２８はケース２３に設けられたダブルボリュートの流路を構成するリブである。
【００２１】
ケース２３とカバー２６の流入口２５、２７から吸い込まれた空気は、羽根車２４の回転によって遠心方向に向きを変え、運動量を得て昇圧される。羽根車２４はダブルボリュートの数（後述するようにノーズの数と同数であり、ダブルボリュートの場合は２個）と公約数をもたない素数の羽根数にされる。例えば図２では１３枚の羽根数が採用されている。これはダブルボリュートの２箇所で、同時に、圧力波を発生させないためである。すなわち、羽根が２箇所で同位相の圧力波を発生すると、この２つの圧力波が伝播して干渉を起こすからである。しかし、素数の羽根数の場合はダブルボリュートの数と公約数をもたず、従って同時に圧力波を発生することがなく、干渉しない。羽根車２４から吐出された空気は、ケース２３に設けられたリブ２８に沿ってダブルボリュートの各吐出口に設けられた放熱フィン列２２ａ，２２ｂに流入する。この放熱フィン列２２ａ，２２ｂを空気が通過するとき放熱フィン列２２ａ，２２ｂの熱を奪って冷媒液を冷却する。
【００２２】
図３は本発明の実施例１におけるケースとそれに設けられた羽根車の平面図、図４は本発明の実施例１における第１のノーズに第１の羽根が最も接近した状態の平面図、図５は本発明の実施例１における第２のノーズに第２の羽根が最も接近した状態の平面図である。図３において、３１，３２は羽根車２４に向けて対向して突出する一対のダブルボリュートのノーズである。ノーズ３１，３２はそれぞれ羽根車２４との距離が最も近い点となる最接近点である。このノーズ３１，３２から圧力回復させるためのそれぞれのボリュートが形成される。羽根車２４が矢印のように反時計回りで回転すると、リブ２８に沿って
空気は遠心方向に吐出され、左右２方向に流出される。そして実施例１では、ノーズ３１，３２を結ぶ直線上から外れた位置に羽根車２４の中心がくるように配置される。また、図４，５に示す２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄはそれぞれ１３枚の羽根車２４の羽根である。
【００２３】
図４はノーズ３２に羽根車２４の一枚の羽根２４ａが最も接近した状態を示す。この状態では、羽根２４ｂと羽根２４ｃとの間にノーズ３１が位置する。この位置は、正確には、羽根２４ｂと羽根２４ｃとの中央ではなく、羽根２４ｃと羽根２４ｂとの間を略１／３と略２／３に分けるところである。また、図５は図４の状態から羽根車２４が少し回転してノーズ３１に羽根車２４の一枚の羽根２４ｂが最も接近した状態を示す。この状態では、ノーズ３２は羽根２４ａと羽根２４ｄとの間に位置する。この位置は、正確には、羽根２４ａと羽根２４ｄとの中央ではなく、羽根２４ｄと羽根２４ａとの間を略１／３と略２／３に分けるところである。
【００２４】
そこで、以上説明したノーズで発生する圧力変動について具体的に説明する。図６は本発明の実施例１における第１及び第２のノーズと羽根車の圧力変化を示すグラフである。図６において、Ｐ３１はノーズ３１での圧力変化を示し、Ｐ３２はノーズ３２での圧力変化である。波形Ｐ３１，Ｐ３２は正弦波形状で、波形Ｐ３１，Ｐ３２の１波長は羽根車２４のある羽根がノーズ３１またはノーズ３２の近傍を通過してから次の羽根が通過するまでの期間である。そして、上述したように、羽根の１枚がノーズ３１，３２の一方に差し掛かったときに、ノーズ３１，３２の他方は２枚の羽根間を略１／３と略２／３に分けるところに位置するため、図６に示すように波形Ｐ３１，Ｐ３２は位相が３分の１ずれることになる。このため、Ｐ３１のピークとＰ３２のピークが同時に出現することはなく、波形Ｐ３１，Ｐ３２が同位相のために干渉し、回転数Ｎ、羽根数Ｚとしたとき、周波数ＮＺとその高周波成分の強い騒音となって伝播することはない。
【００２５】
このように実施例１においては、羽根車２４の干渉音を低減させるため、少なくとも、羽根数Ｚとノーズの数（ダブルボリュートであるから２個）との間に公約数が存在いないようにしている。さらに実施例１においては、ノーズ３１，３２の先端を結ぶ直線上に羽根車２４の中心をおかず、これから少し外れた位置にこの中心を配置している。これにより、ノーズ３１，３２の一方を１枚の羽根が通過しているとき、同時にノーズ３１，３２の他方を別の羽根が通過するということを防止する。中でも、波形Ｐ３１，Ｐ３２の位相差が約１２０°になるように羽根車２４とノーズ３１，３２とを配置するのが好適である。すなわち、このような配置にするときには、図６に示すようにノーズ３１，３２における圧力変動の合計４つの正負のピークの出現時期を均等に分散させることができるからである。
【００２６】
ところで、従来、２つの圧力波の波長を半波長（１８０°）ずらし、両者を打ち消しあわせて騒音を低下することが騒音対策の１つの手段として提案されている。しかし、この方法では、放熱フィン列２２ａ，２２ｂのフィン表面の層流境界層を乱流化できず、少なくとも放熱能力や冷却効率の向上に結びつけることはできない。
【００２７】
そこで、本発明の実施例１の放熱部３においては、ダブルボリュートの各吐出口の中に、複数のフィン表面を流れの方向に沿わせて放熱フィン列２２ａ，２２ｂを配列する。この構成の場合、圧力変動を打ち消すのではなく、逆に圧力変動を利用して放熱フィンの層流境界層を乱流化し（これにより放熱能力、放熱効率が向上する）、放熱フィン列２２ａ，２２ｂから吐出する時点では整流作用で騒音を減少させることが可能になる。干渉までは起こさず、適度に管理されたノーズ３１，３２から発生する圧力変動と、放熱フィン列２２ａ，２２ｂとにより、低層音、大風量、高放熱能力、高効率の放熱が実現できる。
【００２８】
これに対して、波形Ｐ３１，Ｐ３２の圧力波を同位相で干渉させた場合には、圧力変動は大きく放熱部３の外部に伝播し、騒音が低下することはない。
【００２９】
ノーズ３１，３２で発生する圧力変動を干渉しないで適度に変化する圧力変動にするには、波形Ｐ３１，Ｐ３２の４つのピークの出現時期を均等に分散させ、羽根とノーズ３１，３２との距離を調整することにより強さをコントロールすればよい。このとき規則的で適度な大きさの圧力波が発生し、放熱フィン列２２ａ，２２ｂで高効率の放熱と整流ができ、全体として、騒音低下、高放熱能力、高効率の放熱部３にすることができる。実施例１においては、上述のように羽根車２４の中心をノーズ３１，３２の先端を結ぶ直線から外してピークの位置を分散させ、波形Ｐ３１，Ｐ３２の位相差が約１２０°になるように構成するものである。
【００３０】
このように実施例１の放熱装置とそれを搭載した電子機は、放熱能力が高く、高効率の冷却を実現することができるとともに、あわせて低騒音も実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、放熱能力が高く、高効率の冷却を実現することができるとともに、あわせて低騒音の放熱装置、またそれを搭載した電子機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１における放熱装置を搭載したコンピュータ装置の構成図
【図２】本発明の実施例１における放熱部の一部分解した斜視図
【図３】本発明の実施例１におけるケースとそれに設けられた羽根車の平面図
【図４】本発明の実施例１における第１のノーズに第１の羽根が最も接近した状態の平面図
【図５】本発明の実施例１における第２のノーズに第２の羽根が最も接近した状態の平面図
【図６】本発明の実施例１における第１及び第２のノーズと羽根車の圧力変化を示すグラフ
【符号の説明】
【００３３】
１    ＣＰＵ
２    受熱部一体型ポンプ
３    放熱部
４    ファン
５    リザーブタンク
７    配管
２１    パイプ
２２ａ，２２ｂ    放熱フィン列
２３    ケース
２４    羽根車
２５    流入口
２６    カバー
２７    流入口
２８    リブ
３１，３２    ノーズ
【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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