(57)【要約】【課題】電子機器に発熱する電子部品が複数ある場合でも、複数の電子部品をまとめて効率よく冷却することができ、交換メンテナンスも容易に行うことができる吸熱装置吸熱装置を提供する。【解決手段】相変化材料が封入されたＰＣＭ部材２３が配設された吸熱ユニット２に、電子機器１内で暖められ排出された気体が暖気として流入される暖気流入口２１と、ＰＣＭ部材２３によって冷却された気体が冷気として排出される冷気排出口２２を形成させ、吸熱ユニット２から冷気として排出された気体を電子機器１に流入させると共に、電子機器１で暖められた気体を暖気として電子機器１から排出させ、さらに電子機器１から暖気として排出された気体を吸熱ユニット２に流入させる循環気流が形成される。【選択図】図５
2012019090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器で発生した熱を吸熱する吸熱装置であって、
相変化材料が封入されたＰＣＭ部材が配設された吸熱ユニットを具備し、
前記吸熱ユニットには、前記電子機器内で暖められ排出された気体が暖気として流入される暖気流入口と、前記ＰＣＭ部材によって冷却された気体が冷気として排出される冷気排出口が形成され、
前記吸熱ユニットから冷気として排出された気体を前記電子機器に流入させると共に、前記電子機器で暖められた気体を暖気として前記電子機器から排出させ、さらに前記電子機器から暖気として排出された気体を前記吸熱ユニットに流入させる循環気流が形成されることを特徴とする吸熱装置。
【請求項２】
前記暖気流入口から前記冷気排出口に直線的に抜ける気流を防止する遮風部材を具備することを特徴とする請求項１記載の吸熱装置。
【請求項３】
前記ＰＣＭ部材が配設された領域から前記冷気排出口に至る流路に、前記暖気流入口よりも断面積が小さい狭窄流路が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の吸熱装置。
【請求項４】
前記ＰＣＭ部材は、略板状の部材であり、
前記暖気流入口から前記冷気排出口に至る流路に対して平行に配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の吸熱装置。
【請求項５】
前記ＰＣＭ部材は、鉛直面と平行に配設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の吸熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置等の電子機器で発生した熱を吸熱する吸熱装置に関し、特に相変化材料の相変化を利用して熱を吸熱する吸熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品の冷却に、熱を蓄熱する相変化材料を用いることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。これらは、ＣＰＵ等の電子部品に直接取り付けるヒートシンクであり、電子部品が発生する熱を相変化材料に蓄熱し、この熱をヒートシンクのフィンから放熱させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５７２６２号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の相変化材料を用いたヒートシンクは、発熱する電子部品に直接取り付けて使用するものであるため、電子機器に発熱する電子部品が複数ある場合には、複数の電子部品それぞれに対して相変化材料が内蔵された高価なヒートシンクを設ける必要があり、機器価格が高価なものになってしまうという問題点があった。
【０００５】
特に、定期的に交換メンテナンスを行う必要がある電子機器においては、電子部品それぞれに取り付けてあるヒートシンクを再利用することが実質上困難であるため、ヒートシンクも電子部品と共に廃棄され、資源が無駄になってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子機器に発熱する電子部品が複数ある場合でも、複数の電子部品をまとめて効率よく冷却することができ、交換メンテナンスも容易に行うことができる吸熱装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る吸熱装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
請求項１記載の吸熱装置は、電子機器で発生した熱を吸熱する吸熱装置であって、相変化材料が封入されたＰＣＭ部材が配設された吸熱ユニットを具備し、前記吸熱ユニットには、前記電子機器内で暖められ排出された気体が暖気として流入される暖気流入口と、前記ＰＣＭ部材によって冷却された気体が冷気として排出される冷気排出口が形成され、前記吸熱ユニットから冷気として排出された気体を前記電子機器に流入させると共に、前記電子機器で暖められた気体を暖気として前記電子機器から排出させ、さらに前記電子機器から暖気として排出された気体を前記吸熱ユニットに流入させる循環気流が形成されることを特徴とする。
さらに、請求項２記載の吸熱装置は、前記暖気流入口から前記冷気排出口に直線的に抜ける気流を防止する遮風部材を具備することを特徴とする。
さらに、請求項３記載の吸熱装置は、前記ＰＣＭ部材が配設された領域から前記冷気排出口に至る流路に、前記暖気流入口よりも断面積が小さい狭窄流路が形成されていることを特徴とする。
さらに、請求項４記載の吸熱装置は、前記ＰＣＭ部材は、略板状の部材であり、前記暖気流入口から前記冷気排出口に至る流路に対して平行に配設されていることを特徴とすることを特徴とする。
さらに、請求項５記載の吸熱装置は、前記ＰＣＭ部材は、鉛直面と平行に配設されていことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の吸熱装置は、相変化材料が封入されたＰＣＭ部材が配設された吸熱ユニットに、電子機器内で暖められ排出された気体が暖気として流入される暖気流入口と、前記ＰＣＭ部材によって冷却された気体が冷気として排出される冷気排出口を形成させ、前記吸熱ユニットから冷気として排出された気体を前記電子機器に流入させると共に、前記電子機器で暖められた気体を暖気として前記電子機器から排出させ、さらに前記電子機器から暖気として排出された気体を前記吸熱ユニットに流入させる循環気流が形成されるように構成することにより、電子機器に発熱する電子部品が複数ある場合でも、複数の電子部品で発生した熱が、気体を媒体として搬送されて冷却されるため、複数の電子部品をまとめて効率よく冷却することができると共に、電子機器と吸熱ユニットとの接続を簡単に解消することが可能であり、交換メンテナンスも容易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る吸熱装置の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す吸熱装置において導風路を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示す吸熱ユニットの構成を示す水平方向から見た内部構成図である。
【図４】図１に示す吸熱ユニット内の構成を示す水平方向から見た縦断面図である。
【図５】図１に示す吸熱装置の気体循環経路を説明するための鉛直方向上部から見た横断面図である。
【図６】図１に示す吸熱ユニットにヒートシンクを設けた他の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図７】図１に示す吸熱ユニットを電子機器の鉛直方向上部に配置した他の実施の形態の構成を示す水平方向から見た縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
本実施の形態の吸熱装置は、図１および図２を参照すると、電子機器１で発生する熱を吸熱することで、電子機器１を冷却する装置であり、相変化材料（以下、ＰＣＭ：phase change materialと称す）の相変化による蓄熱作用を用いて吸熱を行う吸熱ユニット２と、電子機器１で発生した熱で暖められた空気（以下、暖気と称す）を吸熱ユニット２に導く導風路３とを備えている。なお、ＰＣＭ（相変化材料）は、潜熱蓄熱材とも呼称され、物質の相が変化、例えば物質が固体から液体に相転移するときに必要とされる潜熱を熱エネルギーとして蓄える材料であり、ＰＣＭを用いることで、他の動力（エネルギー）を用いることなく、効果的に冷却を行うことができる。ＰＣＭとしては、パラフィン類等が用いられ、目標の冷却温度に応じて相変化温度の異なる材料を用いることができる。また、本実施の形態では、電子機器１の横に吸熱ユニット２を並べて配置するように構成したが、電子機器１に対する吸熱ユニット２の配置位置は、任意である。さらに、本実施の形態では、吸熱ユニット２と導風路３とを別体として構成したが、吸熱ユニット２と導風路３とを一体として構成しても良く、電子機器１と吸熱ユニット２とを直接接続するようにしても良い。
【００１２】
電子機器１は、図２を参照すると、機器筐体１０内にＬＳＩ等の発熱部品が実装された回路基板１１が配設され、機器筐体１０には、機器外部から取り入れた空気を回路基板１１に吹き付けて冷却する冷却ファン４が取り付けられていると共に、回路基板１１によって暖められた空気が暖気として排出される暖気排出口１２が形成されている。
【００１３】
本実施の形態の吸熱装置が冷却の対象とする電子機器１は、無停電電源装置等のように一過的（過渡的）に発熱するタイプの機器であることが望ましい。すなわち、本実施の形態では、ＰＣＭの相変化による蓄熱作用を用いて吸熱を行っているため、全てのＰＣＭが相変化した後は、吸熱を行うことができなくなってしまい、吸熱できる熱量は、ＰＣＭの蓄熱量に左右される。従って、電子機器１で一過的（過渡的）に発生した総熱量を全て蓄熱できる量のＰＣＭを用い、発生した総熱量をＰＣＭに全て吸熱して蓄熱した後、次回に電子機器１で熱が発生するまでの間に、ＰＣＭに蓄熱された熱が自然に放熱されるように構成すると良い。なお、ＰＣＭに蓄熱された熱を放熱させる放熱手段を設け、ＰＣＭに吸熱される熱量よりも放熱される熱量が上回るように構成する場合には、常時発熱するタイプの電子機器１に適用することができる。
【００１４】
吸熱ユニット２は、図３および図４を参照すると、熱伝導性の良い部材、例えばアルミ等の金属で構成されたユニット筐体２０を有し、ユニット筐体２０の対向する側板には、暖気流入口２１と、冷気排出口２２とが形成されている。電子機器１の暖気排出口１２とユニット筐体２０の暖気流入口２１とを接続する導風路３に導かれて、暖気排出口１２を通って電子機器１から排出された暖気が、暖気流入口２１を通って吸熱ユニット２内に流入される。なお、本実施の形態では、吸熱ユニット２の筐体が幅の狭い縦長の直方体で構成され、長手方向の対向面の下方側に暖気流入口２１と、冷気排出口２２とがそれぞれ形成されている。
【００１５】
ＰＣＭは、熱伝導性の良い部材、例えばアルミラミネートパック等に封入され、略板状のＰＣＭ部材２３として暖気流入口２１から冷気排出口２２に至る流路に配設されている。暖気流入口２１から吸熱ユニット２内に流入された暖気は、ＰＣＭ部材２３が配設された領域（以下、ＰＣＭ領域と称す）を通ることで、熱がＰＣＭ部材２３に吸熱されて冷却され、冷却された空気（以下、冷気と称す）が冷気排出口２２を通って吸熱ユニット２外に排出される。なお、ＰＣＭ部材２３の枚数やＰＣＭ部材２３に封入するＰＣＭ量は、蓄熱する熱量に応じて適宜設定される。
【００１６】
暖気流入口２１から冷気排出口２２に至る流路には、ＰＣＭ領域の下流側に、暖気流入口２１から冷気排出口２２へ直線的に抜ける気流を防止する遮風部材２４が設けられている。これにより、暖気流入口２１から流入した暖気が直線的に冷気排出口２２から排出されることがないため、暖気流入口２１から流入した暖気の吸熱ユニット２内での滞留時間が増加し、ＰＣＭが相変化するための反応時間を確保することができる。
【００１７】
また、ＰＣＭ領域の下流側の、遮風部材２４と冷気排出口２２との間には、暖気流入口２１の断面積Ｘよりも小さい断面積Ｙの狭窄流路２５が形成されている。狭窄流路２５によっても、吸熱ユニット２におけるＰＣＭ領域の気圧が高められ、暖気流入口２１から流入した暖気の吸熱ユニット２内での滞留時間が増加し、ＰＣＭが相変化するための反応時間を確保することができる。なお、狭窄流路２５は、吸熱ユニット２におけるＰＣＭ領域の下流であれば、どのように形成しても良く、例えば、遮風部材２４と上板との間に狭窄流路２５を形成するようにしても良い。
【００１８】
本実施の形態では、遮風部材２４として、下板から延設されている板状部材が用いられ、暖気流入口２１から冷気排出口２２に至る流路は、遮風部材２４によって鉛直方向にカーブするように構成されている。従って、暖気は、図４に矢印で示すように、側面の下方側に形成された暖気流入口２１から流入し、ＰＣＭ領域で冷却されながら上方に流れ、遮風部材２４を越えた後に、側面の下方側に形成された冷気排出口２２に向かうようになり、暖気流入口２１から流入した暖気をＰＣＭ領域内に拡散させることができる。
【００１９】
ＰＣＭ部材２３は、暖気流入口２１から冷気排出口２２に至る流路に対して平行になるように配設されている。この構成により、吸熱ユニット２内の気流は、ＰＣＭ部材２３の面に吹き付けられることなく、ＰＣＭ部材２３の面に沿って流れることになる。従って、ＰＣＭ部材２３の偏った小面積で集中して吸熱が行われることなく、大面積に分散させて吸熱を行わせることができ、ＰＣＭ部材２３に封入されたＰＣＭを有効に使って吸熱効果を向上させることができる。
【００２０】
また、ＰＣＭ部材２３は、鉛直面に平行に配設すると好適である。すなわち暖気は、上昇する傾向にあるため、ＰＣＭ部材２３を鉛直面に平行に配設することで、上昇する暖気がＰＣＭ部材２３の面に沿って流れることになり、大面積に分散させて吸熱を行わせることができる。
【００２１】
本実施の形態では、図３に示すように、鉛直面（鉛直方向の直線を含む平面）に対して平行な４枚のＰＣＭ部材２３が面平行に等間隔で並べられており、当該４枚のＰＣＭ部材２３が上下に２段、計８枚のＰＣＭ部材２３が配設されている。各ＰＣＭ部材２３は、熱伝導性の良い部材、例えばアルミ等の金属で構成され、ユニット筐体２０に熱的に接続されたコの字状のホルダ２６によって上下を保持されている。従って、ＰＣＭ部材２３とユニット筐体２０とは、ホルダ２６を介して熱的に接続されていることになり、ＰＣＭ部材２３に蓄熱された熱を吸熱ユニット２外に放熱することができるようになっている。
【００２２】
図５は、電子機器１および吸熱ユニット２を鉛直方向上部から見た横断面図であり、図５を参照すると、電子機器１と吸熱ユニット２とは、外部筐体５内に収納されるように構成されており、吸熱ユニット２の冷気排出口２２から排出された冷気は、図５に矢印で示すように、冷却ファン４によって電子機器１内に取り入れられ、回路基板１１に吹き付けられる。このように、吸熱ユニット２から排出された空気が電子機器１内に流入すると共に、電子機器１内で暖められた空気が導風路３を通って吸熱ユニット２内に流入する循環気流が、気流発生手段である冷却ファン４によって形成され、空気が熱を搬送する媒体となって電子機器１が冷却されることになる。
【００２３】
なお、吸熱ユニット２の冷気排出口２２と電子機器１の冷却ファン４とを近接させて配置することで、吸熱ユニット２の冷気排出口２２から排出された冷気を電子機器１内に効率よく取り入れることができ、必ずしも外部筐体５は完全に密閉させる必要はない。他方、外部筐体５が完全に密閉されている場合には、熱を搬送する媒体として空気以外の気体を用いることができ、空気よりも熱の搬送効率が良い気体を使用することで、冷却効率を高めることができる。さらに、外部筐体５を設けない場合には、吸熱ユニット２の冷気排出口２２と冷却ファン４とを導風路で接続するようにしても良い。
【００２４】
図６には、吸熱ユニット２に複数の放熱フィン６を設けた例が示されている。放熱フィン６は、ＰＣＭ部材２３と熱的に接続されており、ＰＣＭ部材２３に蓄熱された熱を効率よく放熱させることができ、冷却効率を向上させることができる。なお、電子機器１と吸熱ユニット２とが外部筐体５内に収納されている場合には、外部筐体５に吸熱ユニット２のユニット筐体２０と熱的に接続された放熱フィン６を設け、ユニット筐体２０を介して、外部筐体５に設けた放熱フィン６とＰＣＭ部材２３とを熱的に接続するようにしても良い。
【００２５】
本発明に係る吸熱装置の他の実施の形態として、図７には、吸熱ユニット２ａを電子機器１ａの鉛直方向上部に配置した例が示されている。電子機器１ａ内の回路基板１１で暖められた空気は、上昇するため、機器筐体１０ａの上板に暖気排出口１２ａが形成され、電子機器１ａ内の回路基板１１で暖められた空気が暖気排出口１２ａから上方に暖気として排出される。暖気排出口１２ａから排出された暖気は、導風路３ａによって暖気流入口２１を通って吸熱ユニット２ａ内に導かれ、吸熱ユニット２ａ内で冷却される。吸熱ユニット２ａ内で冷却された空気は、下降するため、ユニット筐体２０ａの下板に冷気排出口２２ａが形成され、吸熱ユニット２ａ内で冷却された空気が冷気排出口２２ａから下方に冷気として排出される。ここで、電子機器１ａ内では、回路基板１１で暖められた空気が電子機器１ａ外に排出されているため、電子機器１ａ内の気圧が減少しており、吸熱ユニット２ａから排出された冷気は、機器筐体１０ａの側面の下方側に形成された冷気取入口１３から電子機器１ａ内に取り入れられる。このように吸熱ユニット２ａを電子機器１ａの上部に配置した場合には、熱によって発生する気流によって、気流発生手段である冷却ファン４を用いることなく、吸熱ユニット２ａから排出された空気が電子機器１ａ内に流入すると共に、電子機器１ａ内で暖められた空気が導風路３ａを通って吸熱ユニット２ａ内に流入する循環気流を形成することができる。
【００２６】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係る吸熱装置は、無停電電源装置等の各種電源装置に限らず、発熱部品が実装された電子機器を冷却する装置として利用される。
【符号の説明】
【００２８】
１、１ａ  電子機器
２、２ａ  吸熱ユニット
３、３ａ  導風路
４  冷却ファン
５  外部筐体
６  放熱フィン
１０、１０ａ  機器筐体
１１  回路基板
１２、１２ａ  暖気排出口
１３  冷気取入口
２０  ユニット筐体
２１  暖気流入口
２２  冷気排出口
２３  ＰＣＭ部材
２４  遮風部材
２５  狭窄流路
２６  ホルダ
【図１】
2012019090.tif 000003
【図２】
2012019090.tif 000004
【図３】
2012019090.tif 000005
【図４】
2012019090.tif 000006
【図５】
2012019090.tif 000007
【図６】
2012019090.tif 000008
【図７】
2012019090.tif 000009