放熱装置

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【発明の名称】	放熱装置
【発明者】	【氏名】古賀愼弥【住所又は居所】福岡県福岡市博多区美野島４丁目１番６２号パナソニックコミュニケーションズ株式会社内【氏名】酒井敏輔【住所又は居所】福岡県福岡市博多区美野島４丁目１番６２号パナソニックコミュニケーションズ株式会社内
【要約】	【課題】本発明は、コンパクトで放熱能力が高く、冷却装置の冷却効率を全体として向上させることができる放熱装置と、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、内部に冷媒を流す流路が形成された環状放熱器２１と、環状放熱器２１の外表面に突設された複数の放熱突起２２と、羽根車２６の回転に環状放熱器２１の周りに空気を流すファン６とを備え、羽根車２６には環状放熱器２１の傍を回転する羽根２５が設けられ、この羽根２５には放熱突起２２を非接触で通過させるための切り欠き２７が設けられたことを特徴とする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒を流す流路が形成された放熱器と、前記放熱器の外表面に突設された複数の放熱突起と、羽根車の回転により前記放熱器の周りに空気を流すファンとを備え、前記羽根車には前記放熱器の傍を回転する羽根が設けられ、該羽根には前記放熱突起を非接触で通過させるための切り欠きが設けられたことを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記放熱器が環状放熱器であることを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
【請求項３】
前記放熱突起が前記環状放熱器と同心円上に配列されたことを特徴とする請求項２記載の放熱装置。
【請求項４】
前記放熱器の流路内に複数の流路突起が設けられたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の放熱装置。
【請求項５】
前記環状放熱器が２つ割のケーシングから構成されていることを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載の放熱装置。
【請求項６】
前記羽根車が回転軸方向に２つ割の構造を有し、前記環状放熱器を挟んで一体にすることを特徴とする請求５記載の放熱装置。
【請求項７】
前記羽根車の羽根の外径が前記環状放熱器の流路の内径よりも大きいことを特徴とする請求５記載の放熱装置。
【請求項８】
前記羽根が前記環状放熱器の両側面を挟み、前記流路突起を通過させる切り欠きが形成されていることを特徴とする請求７記載の放熱装置。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路で構成された中央演算処理装置（以下、ＣＰＵ）等の発熱部品を、冷媒を循環させて冷却する冷却装置の放熱装置、及びそれを搭載し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、ＣＰＵの発熱量が増し、従来のようにヒートシンクで空冷するだけでは能力不足で、高効率で高出力の冷却装置が不可欠になっている。そこでこのような冷却装置として、発熱部品を搭載した基板を、冷媒を循環させて冷却する冷却装置が提案された（特許文献１参照）。
【０００３】
以下、このような冷媒を循環させて冷却する従来の電子機器の冷却装置とその放熱装置について説明する。なお、本明細書において電子機器というのは、ＣＰＵ等にプログラムをロードして処理を行う装置、中でもデスクトップ型やノート型パソコンのようなコンピュータ装置を中核とするが、ほかにも通電により発熱する発熱部品を搭載した電子部品で構成された装置を含むものである。この従来の冷却装置は、例えば図７に示すようなものが知られている。図７は従来の電子機器の冷却装置の構成図である。
【０００４】
図７において、１００は筐体であり、１０１は発熱部品、１０２は発熱部品１０１を実装した基板、１０３は発熱部品１０１と冷媒との間で熱交換を行ない、発熱部品１０１を冷却する受熱部、１０４は冷媒から熱を取り除く放熱装置、１０５は冷媒を循環させるポンプ、１０６はこれらを接続する配管、１０７は放熱装置１０４を空冷するファンである。
【０００５】
この従来の冷却装置の動作を説明すると、ポンプ１０５から吐出された冷媒は、配管１０６を通って受熱部１０３に送られる。ここで発熱部品１０１の熱を奪うことでその温度が上昇し、放熱装置１０４に送られる。この放熱装置１０４でファン１０７によって強制空冷されてその温度が降下し、再びポンプ１０５へ戻ってこれを繰り返す。このように、冷媒を循環させて発熱部品１０１から熱を奪って冷却するものであった。
【０００６】
そしてこの従来の放熱装置１０４の構成は、冷媒液の流路を伝熱性の高い金属管等によって形成し、この金属管等の表面積を増大させるように、フィンを設けている。このため、金属管を加熱された冷媒液が通過すると金属管内表面から外表面に伝播し、外表面からフィンに熱が伝わる。このフィンにファンによって空気を当てることによって、大気中に放熱するように構成されている。
【特許文献１】特開平７－１４２８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、放熱に寄与していなかった。従って、フィン表面の薄い空気の層での熱交換が限度となって放熱効率の更なる向上は望めなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、コンパクトで放熱能力が高く、冷却装置の冷却効率を全体として向上させることができる放熱装置と、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、内部に冷媒を流す流路が形成された放熱器と、放熱器の外表面に突設された複数の放熱突起と、羽根車の回転により放熱器の周りに空気を流すファンとを備え、羽根車には放熱器の傍を回転する羽根が設けられ、該羽根には放熱突起を非接触で通過させるための切り欠きが設けられたことを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンパクトで放熱能力が高く、冷却装置の冷却効率を全体として冷却効率を向上させることができる。
【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、内部に冷媒を流す流路が形成された放熱器と、放熱器の外表面に突設された複数の放熱突起と、羽根車の回転により放熱器の周りに空気を流すファンとを備え、羽根車には放熱器の傍を回転する羽根が設けられ、該羽根には放熱突起を非接触で通過させるための切り欠きが設けられた放熱装置であり、放熱突起で伝熱面積を増加させ、羽根を放熱突起と非接触で放熱器外表面に形成される層流の薄い空気の層を除くため、放熱能力が高く、冷却装置の冷却効率を全体として冷却効率を向上させることができる。
【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、放熱器が環状放熱器である放熱装置であり、環状であるためコンパクトである。
【００１３】
本発明の第３の発明は、第２の発明に従属する発明であって、放熱突起が環状放熱器と同心円上に配列された放熱装置であり、切り欠きの数を減らすことができる。
【００１４】
本発明の第４の発明は、第１～３のいずれかの発明に従属する発明であって、放熱器の流路内に複数の流路突起が設けられた放熱装置であり、冷媒と放熱器のケーシングとの間の熱交換量を上げ、コンパクトで放熱能力が高く、冷却効率を向上させることができる。
【００１５】
本発明の第５の発明は、第２～４のいずれかの発明に従属する発明であって、環状放熱器が２つ割のケーシングから構成されている放熱装置であり、組み立てが容易である。
【００１６】
本発明の第６の発明は、第５の発明に従属する発明であって、羽根車が回転軸方向に２つ割の構造を有し、環状放熱器を挟んで一体にする放熱装置であり、羽根を放熱突起と接触させることなく組み立てることができ、放熱器の周囲の空気の層流境界層を除くことができる。
【００１７】
本発明の第７の発明は、第５の発明に従属する発明であって、羽根車の羽根の外径が環状放熱器の流路の内径よりも大きい放熱装置であり、内部の冷媒を全面的に冷却できる。
【００１８】
本発明の第８の発明は、第７の発明に従属する発明であって、羽根が環状放熱器の両側面を挟み、流路突起を通過させる切り欠きが形成されている放熱装置であり、羽根の組み立てが容易である。
【００１９】
（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冷却装置の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折り畳み式コンピュータ装置の一部破砕斜視図、図２は本
発明の実施例１における放熱装置の斜視図、図３は本発明の実施例１における放熱装置の断面図、図４は図３の放熱装置の軸に直交する断面図、図５は図２の放熱装置の平面図である。
【００２０】
図１において、１は折り畳み可能なノート型のコンピュータ装置の筐体であり、１ａは液晶ディスプレイ、１ｂは液晶ディスプレイ１ａが設けられたカバー、１ｃは本体に設けたキーボードを覆う本体、２はこのコンピュータ装置の発熱部品であるＣＰＵ、３はＣＰＵ２を実装した基板である。このコンピュータ装置に搭載されたＣＰＵ２は、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、筐体１はコンパクトで熱がこもり易い構造となっている。
【００２１】
４は受熱部が側面に設けられてＣＰＵ２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内蔵されている受熱部一体型ポンプである。この受熱部一体型ポンプ４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、ＣＰＵ２に載るように、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な受熱部を形成するため、受熱部一体型ポンプ４のモータ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。
【００２２】
５はアルミニウムやステンレス等の熱伝導性の良好な金属で形成された冷媒から熱を取り除く放熱装置、６は放熱装置５に設けられて熱を強制冷却する遠心型のファンである。放熱装置５には後述するように多数の放熱突起２２が設けられており、ファン６を駆動することによって空気を放熱装置５の周りに流動させ、この外表面から熱を大気中に放出させる。７は冷媒液の減少時に冷媒液を補充するためにこれを保持しておくリザーブタンク、８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４は、６００ｒｐｍ～４０００ｒｐｍの間で設定された所定の設定回転数で駆動され、ＣＰＵ２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。高温の冷媒は配管８を通って放熱装置５に送られる。この放熱装置５ではファン６によって放熱され、コンピュータ装置のカバー１ｂの外面へ伝熱されてその温度が降下し、再びポンプ６へ戻って循環を繰り返すものである。
【００２３】
続いて、本発明の実施例１の放熱装置とファンについて図２～図６に基づいて説明する。図２において、６は強制冷却用のファン、２１は配管８に接続され冷却装置の循環流路の一部を構成する高熱伝導率の環状放熱器、２２は環状放熱器２１の外表面から突出された多数の放熱突起である。放熱突起２２は同心円上に位置し、例えば図２においては３つの同心円上に配列されている。環状放熱器２１はリング状で、内部には冷媒の流路となる内部空間が形成されている。２３は環状放熱器２１の内部空間と連通して配管８から冷媒を流入させる流入管、２４は環状放熱器２１の内部空間から冷媒を吐出させるための流出管である。環状放熱器２１に流入した高温の冷媒は、環状放熱器２１を概ね一周しながらそのケーシングに保有している熱を渡し、この熱は多数の放熱突起２２が形成されて大きな放熱面積をもつケーシング外表面から大気中に放散される。このときファン６が駆動され、表面に空気の流れを形成して強制的に熱を奪い取る。
【００２４】
２５はファン６の羽根、２６は羽根２５が取り付けられる羽根車、２７は羽根２５に形成された切り欠きである。この強制冷却用のファン６はいわば両吸い込みの遠心型のファンであり、環状放熱器２１の中心に羽根車２６のボス部分が配置され、羽根２５で環状放熱器２１の周りを包み込むようにして回転される。このため羽根２５の形状は、環状放熱
器２１周りを非接触で回転できるようにその断面形状に沿って切り欠かれ、放熱突起２２が形成された同心円上の位置ではこれと非接触で通過できるように切り欠き２７が設けられる。これにより、放熱突起２２が林立した複雑な外面形状をもつ環状放熱器２１であるが、羽根２５が環状放熱器２１と干渉しないで回転でき、羽根車２６の両側から吸い込んだ空気を半径方向に吐出すことができる。この空気流が環状放熱器２１の表面から強制的に熱を奪い取る。
【００２５】
２８は環状放熱器２１の側部に設けられたモータ取付け用の固定部、２９は後述するモータ６ａに設けられたモータフランジ、３０はモータフランジ２９の側部に設けられ固定部２８にビス等で締結されるモータ取付け用の固定部である。固定部２８と固定部３０を固定することにより、モータ６ａが環状放熱器２１の中央の所定位置に配設され、羽根２５が環状放熱器２１に接触することなく、回転できるようになる。図５は環状放熱器２１の正面形状を示しており、放熱突起２２は同心円状に多数形成されている。
【００２６】
次に、図３、図４において、６ａはファン６の駆動部であるモータ、２１ａは環状放熱器２１の２つ割の第１ケーシング、２１ｂは環状放熱器２１の２つ割の第２ケーシング、２６ａは羽根車２６の回転軸方向に２つ割の第１羽根車、２６ｂは羽根車２６の回転軸方向に２つ割の第２羽根車、３２はモータ６ａの回転軸、３３ａは第１ケーシング２１ａの内部空間に突設された流路内突起、３３ｂは第２ケーシング２１ｂの内部空間に突設された流路内突起である。なお、既に説明したように、２１は環状放熱器、２２は放熱突起、２３は流入管、２４は流出管、２７は切り欠き、２９はモータフランジである。また、Ａは環状放熱器２１の流路となる内部空間である。
【００２７】
環状放熱器２１の２つ割の第１ケーシング２１ａと第２ケーシング２１ｂは内部空間Ａを形成するように突き合わされて溶接等で接合される。同様に、第１羽根車２６ａと第２羽根車２６ｂはこのようにして形成された環状放熱器２１を上下両側面から挟み込んで組み立てる必要があり、２つ割の構成となっている。なお、羽根車を２つ割とせずに第１羽根車２６ａもしくは第２羽根車２６ｂの片側だけで構成することもできる。この場合、組み立てが容易になる。
【００２８】
流路内突起３３ａ，３３ｂも対向位置で突き合せられるため、環状放熱器２１を接合するとき１本の柱を形成する。しかし、流路内突起３３ａ，３３ｂの場合は必ずしも上下端面が接合される必要はなく、隙間があってもよい。このように流路内突起３３ａ，３３ｂが流路中に多数設けられているため、冷媒流れを乱し、液との伝熱面積を増やすことができるため、熱を効率的に環状放熱器２１に伝達することができる。なお、流入管２３と流出管２４は、第１ケーシング２１ａ、第２ケーシング２１ｂを接合後にそれぞれ別体の２本の短管を所定の流入口、流出口に挿入して構成するのが望ましい。
【００２９】
第１ケーシング２１ａ（第２ケーシング２１ｂも同様）の内表面に設けられた流路内突起３３ａの軸心の位置と、第１ケーシング２１ａ（第２ケーシング２１ｂも同様）の外表面に設けられた放熱突起２２の軸心の位置を一致させるのが伝熱上好適である。これに対し、第１ケーシング２１ａ（第２ケーシング２１ｂも同様）の内表面に設けられた流路内突起３３ａの軸心の位置と、第１ケーシング２１ａ（第２ケーシング２１ｂも同様）の外表面に設けられた放熱突起２２の軸心の位置をずらし、互い違いとするのも強度上好適である。
【００３０】
モータ６ａの回転軸３２に羽根車２６（第１羽根車２６ａと第２羽根車２６ｂ）が装着され、モータ６ａの駆動により回転される。モータフランジ２９の中央にモータ６ａが配置されており、回転軸３２は環状放熱器２１の中心、すなわち放熱突起２２が並ぶ同心円の中心に設けられている。モータフランジ２９の固定部３０と、環状放熱器２１に設けら
れた固定部２８をビス留めすることによって、環状放熱器２１はモータフランジ２９に支持される。この構成によって、環状放熱器２１と羽根２５との物理的距離を正確に縮めることができ、環状放熱器２１外表面近傍の空気の層をファン６の羽根２５によって取り除くので、放熱効果の向上が図れる。
【００３１】
以上説明した実施例１の放熱装置５の放熱作用について説明すると、熱伝達の第１段階として、受熱部一体型ポンプ４で温度上昇した冷媒は図３に示す流入管２３から流入して内部空間Ａ内を進み、ほぼ半周回って図３の右半面の内部空間Ａに至り、さらにそのままほぼ半周回って図示しない流出管２４から排出される。この流動の間に、冷媒は図４の内部空間Ａの流路内突起３３ａ，３３ｂの間を矢印で示すように不規則に流れる。この不規則な流れのために熱伝達の妨げとなる層流流れが乱流化し、冷媒の熱を効率よく環状放熱器２１のケーシングに伝達することができる。
【００３２】
次に、熱伝達の第２段階として、この環状放熱器２１に伝達した熱は外表面からファン６の作用で強制的に冷却される。そして、この羽根２５が環状放熱器２１の周りをコ字状に囲むような形状に形成され、環状放熱器２１の断面形状に沿って切り欠かれ、同時に、放熱突起２２が通過できるように切り欠き２７を形成されるから、羽根２５が環状放熱器２１と干渉しないでごく近傍を回転し、環状放熱器２１外表面に形成される層流の薄い空気の層を取り除きながら流動させるため、放熱能力が高く、冷却装置の冷却効率を全体として冷却効率を向上させることができるものである。
【００３３】
続いて、実施例１の放熱装置とファンの組み立てについて図６に基づいて説明する。図６は本発明の実施例１における放熱装置とファンの組み立て図である。図６に示すように、環状放熱器２１の２つ割の第１ケーシング２１ａと第２ケーシング２１ｂは内部空間Ａを形成するように接合する（第１工程）。次に、モータ６ａの回転軸３２に上下で２分割した第２羽根車２６ｂを取り付ける（第２工程）。そして、モータフランジ２９に設けられた固定部３０に、環状放熱器２１に設けられた固定部２８を載せてビスで両者を締結する（第３工程）。次いで、ファン６の上部分の第１羽根車２６ａをモータ６ａの回転軸３２に挿入し、第２羽根車２６ｂに固定する（第４工程）。
【００３４】
このように実施例１の放熱装置は、第１ケーシング２１ａと第２ケーシング２１ｂを２つ割にすることで組み立てが容易になる。また、第１羽根車２６ａと第２羽根車２６ｂを２つ割にすることで、放熱突起２２が形成されたコンパクトで複雑な形状の環状放熱器２１であっても、羽根２５が環状放熱器２１と干渉しないでごく近傍を回転し、環状放熱器２１外表面に形成される層流の薄い空気の層を取り除き、冷却効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、コンパクトで放熱能力が高く、冷却装置の冷却効率を全体として向上させることができる放熱装置と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】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１における放熱装置を搭載した折り畳み式コンピュータ装置の一部破砕斜視図
【図２】本発明の実施例１における放熱装置の斜視図
【図３】本発明の実施例１における放熱装置の断面図
【図４】図３の放熱装置の軸に直交する断面図
【図５】図２の放熱装置の平面図
【図６】本発明の実施例１における放熱装置とファンの組み立て図
【図７】従来の電子機器の冷却装置の構成図
【符号の説明】
【００３７】
１筐体
１ａ液晶ディスプレイ
１ｂカバー
１ｃ本体
２ＣＰＵ
３基板
４受熱部一体型ポンプ
５放熱装置
６ファン
６ａモータ
７リザーブタンク
８配管
２１環状放熱器
２１ａ第１ケーシング
２１ｂ第２ケーシング
２２放熱突起
２３流入管
２４流出管
２５羽根
２５ａ第１羽根
２５ｂ第２羽根
２６羽根車
２７切り欠き
２８，３０固定部
２９モータフランジ
３２回転軸
３３ａ，３３ｂ流路内突起

【出願人】	【識別番号】０００００５８２１【氏名又は名称】松下電器産業株式会社【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地
【出願日】	平成１６年１月１９日（２００４．１．１９）
【代理人】	【識別番号】１０００９７４４５【弁理士】【氏名又は名称】岩橋文雄【識別番号】１００１０３３５５【弁理士】【氏名又は名称】坂口智康【識別番号】１００１０９６６７【弁理士】【氏名又は名称】内藤浩樹
【公開番号】	特開２００５－２０３６６０（Ｐ２００５－２０３６６０Ａ）
【公開日】	平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願番号】	特願２００４－１０１０９（Ｐ２００４－１０１０９）