(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の発熱部からの熱が一端部に伝わり、他端部が放熱部に近接した複数のシリンダと、
上記複数のシリンダ内に配置されて、一端部と他端部との間で自由に移動可能で、水素吸蔵部材が取付けられたスライド部材と、
上記各シリンダの一端部と別のシリンダの他端部とを導通可能に順に接続し、その途中に熱再生手段を配置した複数の接続部材とを備えた
冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷却装置において、
上記スライド部材に取付けられた水素吸蔵部材は、上記発熱部からシリンダの一端部に伝わる熱で加熱されたとき、吸蔵した水素を放出し、上記他端部でその伝わる熱を放熱させたとき、気体中の水素を吸収する特性の部材とした
冷却装置。
【請求項３】
請求項１記載の冷却装置において、
上記シリンダ内のスライド手段の移動に伴って電力を得る発電手段を備えた
冷却装置。
【請求項４】
機器の作動により発熱する発熱部材と、
上記発熱部材からの熱が一端部に伝わる複数のシリンダと、
上記複数のシリンダの他端部に伝わる熱を排出する放熱手段と、
上記複数のシリンダ内に配置されて、一端部と他端部との間で自由に移動可能で、水素吸蔵部材が取付けられたスライド部材と、
上記各シリンダの一端部と別のシリンダの他端部とを導通可能に順に接続し、その途中に熱再生手段を配置した複数の接続部材とを備えた
電子機器。
【請求項５】
請求項４記載の電子機器において、
上記スライド部材に取付けられた水素吸蔵部材は、上記発熱部からシリンダの一端部に伝わる熱で加熱されたとき、吸蔵した水素を放出し、上記他端部でその伝わる熱を放熱させたとき、気体中の水素を吸収する特性の部材とした
電子機器。
【請求項６】
請求項４記載の電子機器において、
上記シリンダ内のスライド手段の移動に伴って電力を得る発電手段を備えた
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパーソナルコンピュータ装置に内蔵されたマイクロプロセッサのような部材の冷却に適用して好適な冷却装置と、この冷却装置を備えた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パーソナルコンピュータ装置等が備えるマイクロプロセッサは、動作中の発熱量が大きく、一般には何らかの冷却装置を取付けるようにしてある。例えば、モータにより回転するファンをマイクロプロセッサの近傍に配置して、そのファンの回転で、マイクロプロセッサの近傍の空気を、コンピュータ装置の外部に排出させて、マイクロプロセッサを冷却させる構成としたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなファンを使用した冷却装置は、ファンを回転させるのに電力が必要であり、コンピュータ装置の消費電力を増大させてしまう問題がある。また、ある程度の冷却効果を得るためには、比較的大型のファンが必要であり、ファンの回転に伴ってある程度の騒音が発生する問題がある。さらに、マイクロプロセッサを冷却した空気を、装置の外部に排出させる必要があり、その排出される空気の熱で、コンピュータ装置が設置された部屋の温度を上昇させてしまう問題がある。
【０００４】
また、従来の冷却装置は、例えばモータなどを使用してファンを強制的に回転させて空気流を発生させる構成であるため、冷却動作中には、そのファンの駆動などのために常時電力が必要である問題があった。
【０００５】
なお、ここではコンピュータ装置のマイクロプロセッサを例にして説明したが、その機器の動作中に発熱する種々の電子機器に同様な問題が存在する。
【０００６】
本発明の目的は、電子機器が備える発熱部を、少ない電力で効率良く冷却できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷却装置は、所定の発熱部からの熱が一端部に伝わり、他端部が放熱部に近接した複数のシリンダと、複数のシリンダ内に配置されて、一端部と他端部との間で自由に移動可能で、水素吸蔵部材が取付けられたスライド部材と、各シリンダの一端部と別のシリンダの他端部とを導通可能に順に接続し、その途中に熱再生手段を配置した複数の接続部材とを備えたものである。
【０００８】
本発明の冷却装置によると、発熱部の発熱により各シリンダ内の一端部側が加熱されることで、各シリンダ内のスライド部材に取付けられた水素吸蔵部材が加熱されて、その水素吸蔵部材が吸収して貯蔵していた水素が、シリンダ内の一端部側に放出される。この水素の放出で、シリンダ内のスライド部材から一端部までの間の圧力が高くなり、その圧力でスライド部材が他端側に押し出されて移動する。そして、スライド部材が他端部側に移動すると、その他端部に近接した放熱部による放熱で、スライド部材が冷却されて、シリンダ内の水素を吸収するようになり、シリンダ内のスライド部材から一端部までの間の圧力が低くなり、スライド部材が元の位置に戻るように移動する。このスライド部材の往復動が、冷却動作を行う限り繰り返される。
【０００９】
本発明の電子機器は、機器の作動により発熱する発熱部材と、発熱部材からの熱が一端部に伝わる複数のシリンダと、複数のシリンダの他端部に伝わる熱を排出する放熱手段と、複数のシリンダ内に配置されて、一端部と他端部との間で自由に移動可能で、水素吸蔵部材が取付けられたスライド部材と、各シリンダの一端部と別のシリンダの他端部とを導通可能に順に接続し、その途中に熱再生手段を配置した複数の接続部材とを備えたものである。
【００１０】
本発明の電子機器によると、機器が作動して発熱部材が発熱することで、各シリンダ内の一端部側が加熱され、各シリンダ内のスライド部材に取付けられた水素吸蔵部材が加熱されて、その水素吸蔵部材が吸収して貯蔵していた水素が、シリンダ内の一端部側に放出される。この水素の放出で、シリンダ内のスライド部材から一端部までの間の圧力が高くなり、その圧力でスライド部材が他端側に押し出されて移動する。そして、スライド部材が他端部側に移動すると、その他端部に近接した放熱部による放熱で、スライド部材が冷却されて、シリンダ内の水素を吸収するようになり、シリンダ内のスライド部材から一端部までの間の圧力が低くなり、スライド部材が元の位置に戻るように移動する。このスライド部材の往復動が、冷却動作を行う限り繰り返される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図４を参照して説明する。
【００１２】
本実施の形態においては、内部に発熱体を備えた電子機器としたものである。即ち、例えば図４に示すように、ここでは電子機器としていわゆるデスクトップ型のパーソナルコンピュータ装置１に適用した例としてある。このパーソナルコンピュータ装置１は、本体部２とディスプレイ部３とキーボード部４とで構成され、本体部２内の回路基板５の所定位置にマイクロプロセッサ６が配置してある。
【００１３】
マイクロプロセッサ６は、パーソナルコンピュータ装置１を作動させたとき、装置内で必要な演算処理を実行する半導体素子の１つであり、作動中には比較的高い温度に発熱する発熱体となる。ここで本例においては、このマイクロプロセッサ６の周囲に冷却部１０及び放熱板７を配置して、マイクロプロセッサ６を冷却する構成としてある。具体的には、例えばマイクロプロセッサ６の上に冷却部１０を載せて、その冷却部１０の上に更に放熱板７を載せてある。放熱板７としては、例えばアルミ板などの熱伝導性の高い金属部材を、空気と広い面積で接触する形状としてある。そして本例の冷却部１０は、水素吸蔵合金の特性を利用して冷却動作を行う機構としてある。
【００１４】
図１は、回路基板上のマイクロプロセッサ６の上に配置された冷却部１０を示す図である。本例の冷却部１０は、４つのシリンダ１１，１２，１３，１４で構成される。マイクロプロセッサ６の上には、この４つのシリンダ１１，１２，１３，１４が四角形に並べて、直立させて配置してある。なお、以下の説明では各シリンダ１１〜１４のマイクロプロセッサ６側の端部を一端部と称し、反対側の端部（放熱板７が配置された側）を他端部と称する。
【００１５】
各シリンダ１１〜１４の内部には、スライダが一端部側と他端部側との間で自由に可動できる状態で配置してある。このスライダについては後述する。そして、各シリンダ１１〜１４は、パイプ状の接続部３１，３３，３５，３７を介して相互に接続してある。即ち、第１のシリンダ１１の一端部は、接続部３１を介して第２のシリンダ１２の他端部に接続してあり、第２のシリンダ１２の一端部は、接続部３３を介して第３のシリンダ１３の他端部に接続してあり、第３のシリンダ１３の一端部は、接続部３５を介して第４のシリンダ１４の他端部に接続してあり、第４のシリンダ１４の一端部は、接続部３７を介して第１のシリンダ１１の他端部に接続してある。各接続部３１，３３，３５，３７の途中には、熱再生交換器３２，３４，３６，３８が配置してある。
【００１６】
それぞれの熱再生交換器３２，３４，３６，３８は、接続されたパイプの一端側と他端側との間で、熱の移動を少なくした状態で流体（気体）が自由に移動できる状態にしたものである。熱再生交換器３２，３４，３６，３８の具体的な構成としては、例えばメッシュ状の金属を内部に配置する構成にしたり、スポンジ状の樹脂を充填する構成などがある。パイプの内部に充填される流体の特性によって、適切な構成を選択すれば良い。
【００１７】
図２は、４つのシリンダ１１〜１４の内部を展開した状態で示した図である。第１のシリンダ１１の内部には、一端部１１ａと他端部１１ｂとの間で自由に移動可能なスライド部材であるスライダ２１が配置してある。このスライダ２１には、水素吸蔵合金部２１ａが取付けてある。水素吸蔵合金部２１ａは、常温付近の温度で気体中の水素を吸収し、加熱されるとその吸収した水素を気体中に放出する性質を持つ合金で構成される。具体的には、例えば水素を吸収する金属と活性化する金属との組み合わせからなり、水素分子は活性化された原子状となった金属格子のすき間にとらえられる。水素吸蔵合金部２１ａが吸蔵できる水素の量は、温度によって異なる。この水素吸蔵合金は、種々の組成のものが開発されていて、例えばニッケル合金が知られている。
【００１８】
図３は、スライダ２１の形状の例を示したものである。円筒形のシリンダ１１内に配置される円盤状のスライダ２１は、ニッケル等の金属で形成された格子状の枠部材２１ｂに、粒子状の水素吸蔵合金２１ａを保持させるようにしてある。その粒子状の水素吸蔵合金２１ａを保持させる具体的な機構については示さないが、シリンダ内の気体と効率良く接触できるように保持させるのが好ましい。
【００１９】
第２，第３，第４のシリンダ１２，１３，１４についても、同様の形状のスライダ２２，２３，２４が一端部と他端部との間で自由に移動可能に配置してあり、それぞれのスライダ２２，２３，２４に水素吸蔵合金部２２ａ，２３ａ，２４ａが取付けてある。
【００２０】
各スライダ２１〜２４は、各シリンダ内で一端部１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ側に移動したとき、その一端部でシリンダを蓋する部材の突起部１１ｄ，１２ｄ，１３ｄ，１４ｄと接触するようにしてあり、他端部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ側に移動したときにも、その他端部でシリンダを蓋する部材の突起部１１ｅ，１２ｅ，１３ｅ，１４ｅと接触するようにしてある。このように接触することで、スライダが一端部に接触している状態では、外部（本例の場合にはマイクロプロセッサ６）からシリンダの一端部１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａに伝わる熱が、スライダに迅速に伝わる。また、スライダが他端部に接触している状態では、その他端部の近傍に配置された放熱板７に、スライダが持つ熱を迅速に伝えて放熱させることができる。図２では、第１のシリンダ１１内ではスライダ２１を一端部１１ａの突起１１ｄと接触した位置で示してあり、第３のシリンダ１３内ではスライダ２３を他端部１３ｂの突起１３ｄと接触した位置で示してあり、第２，第４のシリンダ１２，１４内ではスライダ２２，２４を中間の位置で示してある。
【００２１】
また本例の各スライダ２１〜２４の外周部の一部には着磁させた部分を形成させてあり、スライダがシリンダ内で移動する際に、その着磁させた部分がシリンダの内壁と接触する部分には、図２に示すように、コイル１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃが配置してある。そして、スライダが移動した際の磁場変化でコイル１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃに得られる電圧信号を、本例の機器が備える電源回路（図示せず）が取り出せるようにしてある。
【００２２】
次に、このように構成される冷却部１０の冷却動作を、図２を参照して説明する。ここでは、各シリンダ内のスライダ２１〜２４と一端部１１ａ〜１４ａとの間の空間の圧力をＰｈとし、スライダ２１〜２４と他端部１１ｂ〜１４ｂとの間の空間の圧力をＰｃとする。
【００２３】
まず、この冷却部１０の下側（但し位置関係によっては必ずしも下側とは限らない）に位置するマイクロプロセッサ６が発熱することで、各シリンダ１１〜１４の一端部１１ａ〜１４ａが加熱されて、シリンダ内のスライダ２１〜２４についても加熱される。このスライダ２１〜２４が加熱されることで、各スライダ２１〜２４に取付けられた水素吸蔵合金部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが吸蔵した水素が、各シリンダ内の一端部寄りの空間に放出される。
【００２４】
このようにシリンダ内で水素が放出されることで、各スライダ２１〜２４と一端部１１ａ〜１４ａとの間のシリンダ内の圧力Ｐｈが、シリンダの反対側の圧力Ｐｃよりも高くなる。これにより各スライダ２１〜２４は他端部１１ｂ〜１４ｂ側に押し出されるように移動する。そして、この移動により各スライダ２１〜２４が他端部１１ｂ〜１４ｂ側の突起１１ｅ〜１４ｅと接触する状態になることで、各スライダ２１〜２４が持つ熱が他端部１１ｂ〜１４ｂに接続された放熱板７に奪われて、各スライダ２１〜２４の温度が低下する。
【００２５】
このスライダ２１〜２４の温度低下で、各スライダ２１〜２４に取付けられた水素吸蔵合金部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが水素を吸収し始め、各スライダ２１〜２４と一端部１１ａ〜１４ａとの間のシリンダ内の圧力Ｐｈが低下し始める。ここで、スライダの移動時に低温側（他端部側）の圧力Ｐｃを高温側（一端部側）の圧力Ｐｈと同じとしておくことで、今度は一端部側の圧力Ｐｈが圧力Ｐｃより低くなり、スライダ２１〜２４を一端部１１ａ〜１４ａに吸い寄せる力が発生し、各スライダ２１〜２４か一端部１１ａ〜１４ａ側に移動する。
【００２６】
ここまでが各シリンダ内のスライダの１サイクルの動きであり、マイクロプロセッサ６が発熱し続ける限り、この往復動を繰り返し、マイクロプロセッサ６が持つ熱が放熱板７から外部に放熱される。ここで、各シリンダ内は、熱再生交換器３２，３４，３６，３８が取付けられた接続部３１，３３，３５，３７で相互に接続されていることで、１つのシリンダ内での圧力上昇と隣のシリンダ内での圧力低下とが連動するようになり、４つのシリンダ１１〜１４内でのスライダ２１〜２４の動きが所定の位相差を持って行われるようになり、良好に各スライダ２１〜２４が往復動を行うようになる。特に本例のように４つのシリンダを持った構成とすることで、スライダの１往復の動作を３６０度とすると、１つ毎に９０度の位相差を持って作動することになり、図２に示したような各スライダの位置関係となって作動し、良好に作動する。
【００２７】
このように本例の電子機器（パーソナルコンピュータ装置１）に取付けられた冷却部１０によると、内部の発熱体（マイクロプロセッサ）が発する熱を機器の外部に排出して、冷却を行うことができる。特に、本例のようなパーソナルコンピュータ装置のマイクロプロセッサのように、発熱部が特定の１箇所（又は数カ所）に集中している場合に効率の良い冷却ができ、この種の小型の電子機器に好適である。また、冷却時の作動音としては、密閉された空間である冷却部内でスライダが往復をする音だけであり、ファン装置などで冷却を行う場合に比べて非常に静かである。
【００２８】
そして本例においては、各シリンダ１１〜１４内でのスライダ２１〜２４の動きに伴って、コイル１１ｃ〜１４ｃで発生する電圧信号を電力として取り出すことで、冷却動作に伴った発電を行うようになり、機器の作動に伴う熱で電力を得ることが可能になる。この場合、得られた電力は、例えば電源回路に接続された二次電池に充電させたり、或いはコンピュータ装置１を作動させる電力として直接使用することが考えられる。このように発電された電力を有効に活用することで、結果的に機器の消費電力を低減させることができる効果を有する。
【００２９】
なお上述した実施の形態では、冷却部を構成するシリンダとして、４本のシリンダを配置して相互に接続させる構成としたが、同様の冷却動作で作動可能であれば、他の本数のシリンダで構成させても良い。また、スライダの往復動から電力を取り出す手段として、上述した実施の形態ではシリンダに取付けたコイルを使用したが、他の手段を使用しても良い。例えば、スライダの往復動から、何らかのリンク機構等を使用して回転力を得るようにして、その回転力で発電機を駆動するようにしても良い。
【００３０】
また上述した実施の形態では、機器の内部に本例の冷却部だけを冷却機構として配置したが、他の冷却用の機構と組み合わせるようにしても良い。例えば、冷却用のファンで装置の内部全体を冷却させながら、本例の冷却部で特に発熱温度の高い部分を集中的に冷却させても良い。この場合のファンを駆動させる電源として、冷却部で発生した電力を使用しても良い。
【００３１】
さらに上述した実施の形態では、デスクトップ型のパーソナルコンピュータ装置内のマイクロプロセッサの冷却装置とした例を説明したが、ノート型などの携帯用のパーソナルコンピュータ装置などの他の形状のコンピュータ装置用の冷却装置としても良く、或いは機器内の特定箇所が特に高温に発熱する機器であれば、コンピュータ装置以外のその他の各種電子機器における冷却装置としても使用できることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の冷却装置によると、シリンダ内のスライド部材の加熱と冷却で、そのスライド部材に取付けられた水素吸蔵部材からの水素の放出と吸収が繰り返され、シリンダ内の圧力上昇と低下が繰り返され、スライド部材がシリンダ内で往復動を繰り返すようになり、そのスライド部材のシリンダ内での往復動で、発熱部を効率良く冷却することができる。
【００３３】
この場合、スライド部材の往復動に伴って電力を得る発電手段を備えたことで、発熱部を熱源とした発電装置として機能するようになる。
【００３４】
また本発明の電子機器によると、シリンダ内のスライド部材の加熱と冷却で、そのスライド部材に取付けられた水素吸蔵部材からの水素の放出と吸収が繰り返され、シリンダ内の圧力上昇と低下が繰り返され、スライド部材がシリンダ内で往復動を繰り返すようになり、そのスライド部材のシリンダ内での往復動で、機器内の発熱部材を効率良く冷却することができる。
【００３５】
この場合、スライド部材の往復動に伴って電力を得る発電手段を備えたことで、機器の動作に伴う発熱で発電を行うことができ、得られた電力を機器の動作用電源の一部としたり、機器が内蔵する二次電池を充電させる等することで、機器の動作に伴って発生する熱を電力として変換して有効に活用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による冷却部の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態による冷却部の内部を展開して示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるスライダの例を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態による電子機器の例を一部破断して示す斜視図である。
【符号の説明】
１…パーソナルコンピュータ装置、５…回路基板、６…マイクロプロセッサ、７…放熱板、１０…冷却部、１１…第１のシリンダ、１２…第２のシリンダ、１３…第３のシリンダ、１４…第４のシリンダ、１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ…コイル、２１，２２，２３，２４…スライダ、２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ…水素吸蔵合金部、３１，３３，３５，３７…接続部、３２，３４，３６，３８…熱再生交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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