(57)【要約】  【課題】本発明は、発熱部品、特に電子装置の発熱部品に対する小型で静かな冷却装置を提供することを目的とする。  【解決手段】冷媒を取り入れる第１の取入口と冷媒を取り出す第１の取出口を備え、第１の取入口から取り入れられる冷媒により発熱部品を冷却した冷媒を第１の取出口から取り出す第１の熱交換手段と、第１の取出口から取り出される冷媒を取り入れる第２の取入口と冷媒を取り出す第２の取出口を備え、第２の取入口から取り入れられる冷媒を冷却する第２の熱交換手段と、冷媒が第１の熱交換手段と第２の熱交手段とを循環する冷媒循環手段とを有し、第２の熱交換手段は冷媒を冷却する放熱器であってファンと冷却カートリッジとを備える。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部品の冷却装置であって、
冷媒を取り入れる第１の取入口と前記第１の取入口から取り入れられる前記冷媒を取り出す第１の取出口を備え、前記第１の取入口に接続する第１の導管によって取り入れられる前記冷媒により発熱部品を冷却し、前記冷媒を前記第１の取出口から取り出す第１の熱交換手段と、
前記第１の取出口に接続する第２の導管によって取り出される前記冷媒を取り入れる第２の取入口と前記第２の取入口から取り入れられる前記冷媒を取り出す第２の取出口を備え、前記第２の取入口から取り入れられる前記冷媒を冷却する第２の熱交換手段と、
前記冷媒が前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交手段を循環する冷媒循環手段とを有し、
前記第２の熱交換手段は前記冷媒を冷却する放熱器であって前記放熱器は冷却カートリッジとを備えていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記放熱器はさらにファンを備えていることを特徴とする請求項１における冷却装置。
【請求項３】
前記放熱器は前記放熱器内部に前記冷媒を通過させる内部導管と前記内部導管を介して前記冷媒を冷却する冷却液とを備えたことを特徴とする請求項１および請求項２における冷却装置。
【請求項４】
前記冷却カートリッジを前記冷却液に浸すことにより前記冷媒を冷却する構造を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３における冷却装置。
【請求項５】
発熱部品の冷却方法であって、
発熱部品を第１の冷却ユニットの冷媒取入口から取り入れる冷媒により冷却する第１の熱交換ステップと、
前記第１の冷却ユニットの冷媒取出口から取り出される前記冷媒を冷却カートリッジとファンとを備えた放熱器である第２の冷却ユニットに取り入れて前記冷媒を冷却する第２の熱交換ステップと、
前記冷媒が前記第１の冷却ユニットと前記第２の冷却ユニットを循環する冷媒循環ステップとを有し、
前記第２の熱交換ステップはさらに、
所定位置における温度が所定温度より低いときは、前記ファンを停止させて前記冷却カートリッジにより前記放熱器の冷却液を冷却するステップと、
前記所定位置における温度が前記所定温度以上のときは、前記冷却カートリッジにより前記放熱器の冷却液を冷却し、かつ、前記ファンを作動させるステップを有することを特徴とする冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部品、特に電子装置の発熱部品に係わる冷却装置および冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭、オフィス、図書館などにおいて、静かな音で動作するパーソナルコンピュータ、いわゆる静音パソコンは、今後、ＣＰＵの動作速度が早くなるほどますます要求が高くなってくる。また、ＡＶ機器、プリンタ、複写機などにおいても、動作が静かでしかも発熱を抑えることが必要になっている。従来、例えば、ＰＣのＣＰＵを冷却するためには、ヒートシンクと冷却ファンを用いた空冷による方法で行なわれてきた。
【０００３】
しかし、これらの機器においては発熱部品の冷却をヒートシンクと冷却ファンだけで行なうには限度があり、冷却ファンをより小型にし、動作時の音の静かな冷却装置として、液冷による冷却装置の導入が始まっている。
【０００４】
例えば、ＣＰＵの高性能化に伴い、ＣＰＵの発熱量が増大してきているため、冷却ファンに加えて、水冷ジャケットに接続した水冷装置を取り付けてＣＰＵを水冷ジャケットにより冷却するタイプの静音パソコンが注目されている。
【０００５】
上記に関連する公知の技術として、例えば、特開平０１−２６９１１３号公報には、電子装置の発熱部品の水冷方式で、発熱部品を冷却するための第１の冷媒である水を熱交換器にて第２の冷媒である水により冷却する冷却方式が開示されている。
【０００６】
また、特開２００４−２５３４３９号公報には、ＰＣ等のＣＰＵの水冷方式で、循環される冷却水をラジエーター部に取り付けられたファンにより空冷する例が示されている。
【０００７】
しかし、これら公知例に示されている水冷による冷却装置は、発熱部品により暖められた冷却水をラジエーターで空冷するため、ラジエーターが大規模になってしまうという問題があった。さらに、ラジエーターを小型化するためには、ラジエーターに強力な冷却ファンを取り付ける必要があるため、静かな音で動作させるという点で問題があった。
【特許文献１】特開平０１−２６９１１３号公報
【特許文献２】特開２００４−２５３４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記の２つの問題、すなわち、発熱部品により暖められた冷却水をラジエーターで空冷するためラジエーターが大規模になってしまうという問題と、ラジエーターを小型化するためにラジエーターに強力な冷却ファンを取り付けると静かな音で動作させる点で問題があるという相反する問題を解決する簡便な技術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】
本発明の請求項１に記載の発明は、発熱部品の冷却装置であって、冷媒を取り入れる第１の取入口と前記第１の取入口から取り入れられる前記冷媒を取り出す第１の取出口を備え、前記第１の取入口に接続する第１の導管によって取り入れられる前記冷媒により発熱部品を冷却し、前記冷媒を前記第１の取出口から取り出す第１の熱交換手段と、前記第１の取出口に接続する第２の導管によって取り出される前記冷媒を取り入れる第２の取入口と前記第２の取入口から取り入れられる前記冷媒を取り出す第２の取出口を備え、前記第２の取入口から取り入れられる前記冷媒を冷却する第２の熱交換手段と、前記冷媒が前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交手段を循環する冷媒循環手段とを有し、前記第２の熱交換手段は前記冷媒を冷却する放熱器であって前記放熱器は冷却カートリッジとを備えていることを特徴とする冷却装置である。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、例えば、第１の熱交換手段として銅製の水冷ジャケットを用い、水冷ジャケットの平坦面をＣＰＵの表面に接触させておく。水冷ジャケット内を流れる冷媒として冷却水を用い、水冷ジャケット内を流れる冷却水を導く２本の銅パイプ製の導管の各々の一端を水冷ジャケットの入口と出口に接続し、各々の導管の他端を放熱器（ラジエーター）内を通過する冷却水の入口と出口に接続する。途中の経路に冷却水を循環させるポンプを配することにより冷却水が水冷ジャケットと放熱器の間を循環する。
【００１１】
ここで、冷水を収容した銅製の冷却カートリッジを放熱器の外面に密着して接触、例えば、通常の放熱器の表面には放熱フィンが設けられているが、一部に平面部を設け、冷却カートリッジの外面の平面部とを熱伝導グリスを塗布して密着させるか、または放熱器の冷却液の中に冷水を収容した冷却カートリッジを浮かせるか沈めて、放熱器の冷却液を冷却することにより、放熱器内を通過する冷却水を冷却する。このように、冷水を収容した冷水カートリッジを放熱器に対して着脱可能にしておくことにより、ある時間内は放熱器の冷却ファンを作動させることなく冷水カートリッジにより冷却水を冷却すれば、この間は放熱器の冷却ファンが停止しているため静音な時間を確保するようになっている。
【００１２】
また、適度な時間毎に冷水を収容したカートリッジに交換すれば、強力な冷却ファンを用いずとも、作動音の静かな冷却ファンにより冷却水を冷却するようになっている。
【００１３】
さらに、水冷ジャケットに送られる冷却水の温度を一定温度以下に主に第２の熱交換器で保つようにすれば、第１の熱交換器に風を当てるＰＣの冷却ファンを静かに動作するファンとすることにより、第１の熱交換器と第２の熱交換器に関わるファンによる騒音を低下させる。このように、目的に合わせて騒音レベルを選択し、ある時間帯における騒音レベルを他の時間帯に比べて下げるようになっている。
【００１４】
本発明は、通常空冷式である放熱器部分に交換式の冷却カートリッジを備えることにより、冷却カートリッジが暖まるまでの間、冷却ファンを停止させて静音な時間帯を得、冷却カートリッジが暖まってきた時は冷却ファンを回転させてＣＰＵを冷却する。本発明における冷却カートリッジを、特に、放熱器内の冷却液の中に浮かせるか浸す場合、冷却液を急速に冷却するため、冷媒をより短時間で冷却できるという大きな利点をもつ。
【００１５】
このように、本発明においては、従来、空冷式であった放熱器と異なり、交換式の冷却カートリッジを備えているため、ある時間帯において静音な環境を得たり、季節により、あるいは、電子機器の設置場所が変わり、室内温度の高い環境に置かれた場合などに有用であるほか、より短時間内に冷却したい場合においても有用である。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記放熱器はさらにファンを備えていることを特徴とする請求項１における冷却装置である。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、放熱器には冷却カートリッジと共に冷却用のファンが備えられているため、従来よりも小型で騒音の低いファンと冷却カートリッジを併用することにより、機器の動作環境を騒音の少ないレベルに抑えるようになっている。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、前記放熱器は前記放熱器内部に前記冷媒を通過させる内部導管と前記内部導管を介して前記冷媒を冷却する冷却液とを備えたことを特徴とする請求項１および請求項２における冷却装置である。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、冷却液を収容した密封型の放熱器において本発明を適用するとき、例えば、冷却ファンの風の当たらない放熱器の外面の一部に平面を形成し、銅製の冷却カートリッジの平面を有する外面を密着させるかあるいは熱伝導グリスを塗布したうえで密着させる。このようにして、放熱器の外部から冷水を収容した冷却カートリッジを密着させることにより、放熱器の外部から放熱器内部にある冷却液を冷却し、内部導管を通過する発熱部品の熱を吸収した冷媒を冷やすようになっている。
【００２０】
本発明の請求項４に記載の発明は、前記冷却カートリッジを前記冷却液に浸すことにより前記冷媒を冷却する構造を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３における冷却装置である。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、例えば、冷水を収容した銅製の冷却カートリッジを放熱器の冷却液に浮かべるか、浸す構造をもつ放熱器を備えることにより、冷却カートリッジによる冷却液の冷却が効率よく行なわれ、これに伴って、放熱器の冷却液内に置かれた銅製の導管を通過する冷媒の熱を吸収するようになっている。
【００２２】
本発明の請求項５に記載の発明は、発熱部品の冷却方法であって、発熱部品を第１の冷却ユニットの冷媒取入口から取り入れる冷媒により冷却する第１の熱交換ステップと、前記第１の冷却ユニットの冷媒取出口から取り出される前記冷媒を冷却カートリッジとファンとを備えた放熱器である第２の冷却ユニットに取り入れて前記冷媒を冷却する第２の熱交換ステップと、前記冷媒が前記第１の冷却ユニットと前記第２の冷却ユニットを循環する冷媒循環ステップとを有し、前記第２の熱交換ステップはさらに、所定位置における温度が所定温度より低いときは、前記ファンを停止させて前記冷却カートリッジにより前記放熱器の冷却液を冷却するステップと、前記所定位置における温度が前記所定温度以上のときは、前記冷却カートリッジにより前記放熱器の冷却液を冷却し、かつ、前記ファンを作動させるステップを有することを特徴とする冷却方法である。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、第１の冷却ユニットは、例えば、液冷式の冷却部を備え、冷却部を通過して発熱部品の熱を吸収した冷媒を第２の冷却ユニットに導き冷却して再び第１の冷却ユニットに送り込むように循環させている。第２の液冷ユニットは空冷式の冷却ファンを備えた放熱器と冷却液を収容した冷却カートリッジとを備え、冷却カートリッジは放熱器の外面に熱伝導よく接触されるか、あるいは、放熱器内部の冷却液に浮かべるか沈める構造となっている。
【００２４】
そして、放熱器を通る冷却水の出入口における導管の表面温度、放熱器内の所定箇所における冷却液の温度、あるいは、放熱器に限らず第１の冷却ユニットの所定箇所における、例えば、冷却ジャケットの表面温度などを以って、所定位置における観測温度として設定することにより、効果的に冷却カートリッジの交換基準とするようになっている。
【００２５】
ここで、観測箇所は１箇所に限らず、複数箇所でも勿論かまわない。また、冷媒は液体状のものでも、ガス状のものであっても構わない。要は、導管内を通過するに足る物質である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、一般には発熱部品により暖められた冷却水を放熱器で空冷するため放熱器が大規模になってしまうという問題と、放熱器を小型化するために放熱器に強力な冷却ファンを取り付けると静かな音で動作させる点で問題があるという相反する問題を解決することができる。
【００２７】
本発明においては、従来、空冷式であった放熱器と異なり、交換式の冷却カートリッジを備えているため、ある時間帯において静音な環境を得たり、季節により、あるいは、電子機器の設置場所が変わり、室内温度の高い環境に置かれた場合などのほか、短時間内に冷却したい場合に大きな効果をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図２は、従来例を示す。ＰＣに内蔵されるＣＰＵ１は表面が水冷ジャケット２に接触しており、動作時に発熱するＣＰＵ１は水冷ジャケット２内に設けられたパイプ３を通過する冷却水によって、また、ファン４によってＣＰＵ１は冷却される。水冷ジャケット２内を通過する冷却水は、冷却水の経路に設けられたポンプ５、冷却水タンク６、放熱器７を循環する。ポンプ５は冷却水を経路内で強制循環させ、冷却水タンク６は冷却水の温度変化による膨張収縮を内部の空気層で吸収し、放熱器７は水冷ジャケット２内を通過して温められた冷却水を放熱器７内部の冷却液８により冷却する。冷却水により温められた冷却液８を冷却するために放熱器７の外表面には放熱フィン（図示省略）が設けられており、さらにファン９は放熱フィンに風を当て冷却液８を放熱器７の外側から強制空冷する。また、循環する冷却水の温度を検出するため、例えば、温度センサ１０が冷却水タンク６の内部に、また、温度センサ１１が水冷ジャケット２の表面に取り付けられている。従来の電子機器のうち静音ＰＣと呼ばれるコンピュータは、コンピュータの動作時に発熱を伴うＣＰＵをこのように冷却しているものがある。水冷ジャケット２を外から強制空冷しているファン４は、コンピュータ内部の他の部品を冷却するファン（図示省略）と兼用している電子機器もある。
【００２９】
コンピュータの動作速度が速くなるとともにＣＰＵの発熱による温度上昇も激しくなり、従来の空冷式から、空冷式に加えて液冷式の冷却方法が併用されている。ファンによる強制空冷は安価で、従来から用いられてきているが、空冷効果を高めるために強力なファンを用いると作動時の騒音がより大きくなる。ファンによる空冷に加えて水冷ジャケットと放熱器を循環させる水冷方式を併用すると、ファンによる空冷方式だけによる場合より冷却効果が大きく、小型の作動時の騒音が小さなファンを使用できる。
【００３０】
しかし、さらにコンピュータの動作速度が速くなってくると、小型の作動時の騒音が小さなファンでは十分ではなく、より良い方法が求められている。
【００３１】
図１は本発明による装置の一実施例である。図１には、図２の従来例に示されるＣＰＵ１、水冷ジャケット２、パイプ３、ファン４、ポンプ５、冷却水タンク６、温度センサ１０及び温度センサ１１が図示されており、それぞれの説明は省略する。
【００３２】
図１には図２とは異なる本発明による放熱器１００が図示されている。放熱器１００は冷却液１０１を内部に収め、放熱器１００の外部にファン１０２を取り付けて放熱器１００を外部から強制空冷し、加えて冷却カートリッジ１０３を冷却液１０１に浸すようになっている。冷却液１０１は、例えば、水であって、冷却カートリッジ１０３は外面が円柱の銅製タンク状で外周部にオネジが形成され、内部に冷水を蓄え、上部に把手とキャップの付いた冷水の給排水用口を備えている（図示省略）。放熱器１００の上部には冷却カートリッジ１０３の外周部のネジと対をなすメネジが形成され（図示省略）、冷却カートリッジ１０３は図の上方から回転しながら放熱器１００に浸されネジ止めされるようになっている。冷却カートリッジ１０３は熱伝導性の良い銅板の外壁が放熱器１００の冷却液１０１に浸されると、温められた冷却液１０１の熱は銅板の外壁を通して冷却カートリッジ１０３内部の冷水に吸いとられる。放熱器１００の内部の冷却液と接触面積の大きなパイプ３の中を流れる温められた冷却水は前述の構造をもつ冷却カートリッジ１０３により短時間内に効率よく冷却される。
【００３３】
冷却水の温度と流量は、温度センサ１０や温度センサ１１により測定される所定箇所における温度、ポンプ５によりパイプ３内を循環する冷却水の流量により適度に調整されるようになっている。
【００３４】
図３は、本発明による第１の実施例を示す。図においては主要部である放熱器部の構造を示している。左側が上から見た平面図、右側が右側面から見た側面図である。放熱器２００は外表面の一部に放熱フィンを備え（図示省略）、放熱器２００の内部には冷却液２０１を蓄え、冷却液２０１の中を内部導管２０２が屈曲して設けられている。内部導管２０２は一端を外部から放熱器２００に冷却水を取り入れる部分であるＩＮ２０３に、他端を放熱器２００から外部に冷却水を取り出す部分であるＯＵＴ２０４に接続されている。本実施例においては、放熱器２００の外表面の平坦部分に冷水を貯えた銅製の冷却カートリッジ２０５の平坦な外表面をスライドさせて固定する冷却カートリッジ・スライドガイド２０６を備えている。さらに、外部から強制空冷するファン２０７が備えられている。ここで、ファン２０７は冷却カートリッジ２０５の外表面に風を送るようになっているが、ファン２０７は図の反対面にあっても、また、両方に備えられていても構わない。
【００３５】
図４は、本発明による第２の実施例を示す。図においては主要部である放熱器部の構造を示しており、説明のため放熱器の上カバー（図示省略）は取り除かれている。左側が上から見た平面図、右側が右側面から見た側面図である。放熱器３００は外表面の一部に放熱フィンを備え（図示省略）、放熱器３００の内部には冷却液３０１を蓄え、冷却液３０１の中を内部導管３０２が屈曲して設けられている。内部導管３０２は一端を外部から放熱器３００に冷却水を取り入れる部分であるＩＮ３０３に、他端を放熱器３００から外部に冷却水を取り出す部分であるＯＵＴ３０４に接続されている。本実施例においては、放熱器３００の上部に設けられた蓋（図示省略）を外して、放熱器３００の内部の冷却液３０１の中に、冷水を貯えた銅製の冷却カートリッジ３０５を浸すかあるいは浮かべるようになっている。図においては、冷却カートリッジ３０５が冷却液面３０７より下に浸されている例を示している。さらに、外部から強制空冷するファン３０６が備えられている。ここで、ファン３０６は放熱器３００の一方の外表面に風を送るようになっているが、ファン３０６は図の両方の側に備えられていても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による冷却装置の一実施例
【図２】従来例
【図３】本発明による第１の実施例
【図４】本発明による第２の実施例
【符号の説明】
【００３７】
１                              ＣＰＵ
２                              水冷ジャケット
３                              パイプ
４、９、１０２、２０７、３０６  ファン
５                              ポンプ
６                              冷却水タンク
７、１００、２００、３００      放熱器
８、１０１、２０１、３０１      冷却液
１０、１１                      温度センサ
１０３、２０５、３０５                冷却カートリッジ    
２０２、３０２                  内部導管
２０３、３０３                  ＩＮ
２０４、３０４                  ＯＵＴ
２０６                          冷却カートリッジ・スライドガイド
３０７                          冷却液面
【図１】
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【図２】
2007032869.tif 000004
【図３】
2007032869.tif 000005
【図４】
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