JP2006242176A - Piezoelectric pump and cooling device using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器の冷却装置に関し、特にノート型パソコン等に搭載されるＣＰＵ等の発熱部品を冷却するのに適した冷却装置において冷媒を循環するのに用いられる圧電ポンプおよびこの冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for electronic equipment, and more particularly to a piezoelectric pump used for circulating a refrigerant in a cooling device suitable for cooling a heat generating component such as a CPU mounted on a notebook computer or the like, and the cooling device. .
近年のパソコン等の電子機器においては演算処理量の増大とその高速化に伴って消費電力の大きいＣＰＵ等の発熱体が搭載されており、当該発熱体が発生する熱量は増加の一途であるが、これら電子機器では使用されている様々な電子部品は、耐熱信頼性や動作特性の温度依存性からその使用温度範囲が通常限定されているため、これら電子機器においては内部で発生する熱を効率よく外部に排出する技術の確立が急務となっている。 In recent electronic devices such as personal computers, a heating element such as a CPU that consumes a large amount of power is mounted along with an increase in calculation processing amount and speeding up, and the amount of heat generated by the heating element is increasing. Since various electronic components used in these electronic devices are usually limited in their operating temperature range due to the heat resistance reliability and temperature dependence of operating characteristics, the heat generated internally in these electronic devices is efficient. There is an urgent need to establish technologies that often discharge to the outside.
一般にパソコン等の電子機器においては、ＣＰＵ等に吸熱部品として金属性ヒートシンクやいわゆるヒートパイプ等を取り付けて熱伝導による電子機器全体への熱の拡散や、電磁式の冷却用のファンを筐体に取り付けて電子機器内部から外部へ熱の放出を行っていた。 In general, in electronic devices such as personal computers, a heat sink, a metal heat sink or so-called heat pipe, etc. is attached to a CPU or the like to spread heat to the entire electronic device due to heat conduction, or an electromagnetic cooling fan is used as a housing. It was installed to release heat from the inside of the electronic device to the outside.
しかしながら、例えばノート型パソコンのような電子部品が高密度実装された電子機器においては、電子機器内部での放熱空間が少ないため、従来の冷却ファン単独、あるいは冷却ファンとヒートパイプとを組み合わせた冷却方式では３０Ｗ程度までの消費電力のＣＰＵにおいては対応可能冷却効果があったが、これ以上の消費電力のＣＰＵでは内部の熱を充分に放出することが困難になっていた。また、放熱が可能な場合でも送風能力の大きい冷却ファンの設置が必須となり、このような電磁式の冷却ファンの場合、その回転羽根の風きり音等の騒音のために静音性が大きく損なわれていた。さらに、サーバ用のパソコンにおいても、普及率の増大に伴って小型化や静音化の要請が強くなっており、そのために熱の放出についてもノート型パソコンと同様な問題が生じていた。 However, in electronic devices with high-density mounting of electronic components such as laptop computers, for example, there is little heat dissipation space inside the electronic device, so cooling using a conventional cooling fan alone or a combination of a cooling fan and a heat pipe In the system, there is a cooling effect that can be accommodated in a CPU with power consumption up to about 30 W, but it has been difficult to sufficiently release internal heat with a CPU with power consumption higher than this. In addition, even if heat dissipation is possible, it is essential to install a cooling fan with a large blowing capacity. In such an electromagnetic cooling fan, the quietness is greatly impaired due to noise such as wind noise from the rotating blades. It was. Further, with respect to server personal computers, the demand for miniaturization and noise reduction has increased as the penetration rate has increased, and as a result, the same problems as in notebook personal computers have occurred in terms of heat release.
これらの問題を解決する方法として、特許文献１および特許文献２により開示されている電子機器の冷却装置がある。
As a method for solving these problems, there is a cooling device for an electronic device disclosed in
図１９は、従来の電子機器の冷却装置の構成を示す横断面図である。
これらの冷却装置は、図１９に示すように、吸熱部１０１と、熱を伝える放熱パイプ１０２および空冷ファン１０３を中心とした強制空冷部１０４とから構成されている。吸熱部１０１の一面にはＣＰＵ等の高い消費電力のデバイスと接触する吸熱部分を有し、吸熱部１０１の内部には、液流路１０５が設けられ、液流路１０５は、放熱パイプ１０２を経て強制空冷部１０４に接続されている。強制空冷部１０４は、放熱部であり、液体循環用ポンプ１０６と、空冷ファン１０３と、液体循環用ポンプ１０６および空冷ファン１０３を収納するハウジング部１０７とからなり、ガスケットを介して一体に組み立てられている。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional cooling device for electronic equipment.
As shown in FIG. 19, these cooling devices include a heat absorption unit 101 and a forced air cooling unit 104 centering on a heat radiating pipe 102 and an air cooling fan 103 that transmit heat. One surface of the heat absorption unit 101 has a heat absorption part that comes into contact with a high power consumption device such as a CPU. A liquid channel 105 is provided inside the heat absorption unit 101. Then, it is connected to the forced air cooling unit 104. The forced air cooling unit 104 is a heat radiating unit, and includes a liquid circulation pump 106, an air cooling fan 103, and a housing portion 107 that accommodates the liquid circulation pump 106 and the air cooling fan 103, and is integrally assembled via a gasket. ing.
電子機器のＣＰＵで発生した熱は、接触している冷却装置の吸熱部１０１に伝達され、吸熱部１０１の内部の液流路１０５の液体を温度上昇させる。液流路１０５内の液体は、液体循環用ポンプ１０６の圧力により運ばれて循環し、強制空冷部１０４に達する。強制空冷部１０４においては、空冷ファン１０３により液流路１０５で温度上昇した液体が冷却され温度低下し、温度低下した液体は、循環して吸熱部１０１に帰還する。一方、強制空冷部１０４で温められた空気は空冷ファン１０３により筐体の外に排熱される。
しかしながら、従来の冷却装置においては、強制空冷を液体循環用ポンプ１０６で行っているためにポンプ部の形状がポンプ単体の場合に比べて特に大きくなり複雑化し、全体の構成が厚くなってしまうという問題点があった。 However, in the conventional cooling device, since forced air cooling is performed by the liquid circulation pump 106, the shape of the pump portion is particularly large and complicated as compared with the case of a single pump, and the overall configuration becomes thick. There was a problem.
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、電子機器内の発熱部品からの熱を冷媒によって拡散させる液冷手段と、該液冷手段によって拡散された熱を大気中に放熱する空冷フィン群が形成され、前記液冷手段上に積層された空冷手段とを具備した冷却装置において、前記冷媒を循環させる圧電ポンプであって、平板型圧電素子を駆動源とし、前記液冷手段内に組み込まれ、金属素材を用いて前記液冷手段と一体連結されて形成されていることを特徴とする圧電ポンプに存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記冷媒の流れる方向を規制する板羽根構造の逆止弁を有する積層プレート構造を具備することを特徴とする請求項１記載の圧電ポンプに存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記冷媒を吸入および排出する複数のポンプ部と、該複数のポンプ部をそれぞれ駆動する複数の圧電ポンプ駆動部とを具備することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電ポンプに存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記複数の圧電ポンプ駆動部は、前記複数のポンプ部の前記冷媒の吸入および排出を異なるタイミングで制御することを特徴とする請求項３記載の圧電ポンプに存する。
請求項５記載の発明の要旨は、前記圧電ポンプ駆動部は、前記ポンプ部の排出時間より吸引時間を２倍以上長くすることを特徴とする請求項３又は４記載の圧電ポンプに存する。
請求項６記載の発明の要旨は、請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電ポンプにより前記冷媒を循環させることを特徴とする冷却装置に存する。
請求項７記載の発明の要旨は、前記液冷手段は、前記発熱部品に接触あるいは接合させて熱を吸収する吸熱面と、該吸熱面に沿って形成された前記冷媒が流れる流通路とを具備することを特徴とする請求項６に記載の冷却装置に存する。
請求項８記載の発明の要旨は、前記流通路は、溝部が形成された基体と前記吸熱面との接合により形成されていることを特徴とする請求項７に記載の冷却装置に存する。
請求項９記載の発明の要旨は、前記空冷フィン群と前記基体とが一体成型されていることを特徴とする請求項８に記載の冷却装置に存する。
請求項１０記載の発明の要旨は、前記空冷フィン群の複数個のフィンの内の少なくとも一つ以上のフィンの内部に前記流通路が形成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項１１記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記空冷フィン群に空気を流すための空冷ファンを具備することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項１２記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記空冷フィン群の全体を覆う第１の風洞手段を具備し、該第１の風洞手段より前記空冷ファンによって生じる空気の流れを規制させることを特徴とする請求項１１に記載の冷却装置に存する。
請求項１３記載の発明の要旨は、前記液冷手段には、前記空冷手段に空気を供給するための空気孔が形成されていることを特徴とする請求項６乃至１２のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項１４記載の発明の要旨は、前記空冷フィン群は、複数のグループに分割されており、前記液冷手段には、前記空冷フィン群に空気を供給する空気孔が前記空冷フィン群の複数のグループ毎に形成されていることを特徴とする請求項６乃至１３のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項１５記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記空冷フィン群の複数のグループをそれぞれ覆う第２の風洞手段を具備し、該第２の風洞手段により前記空冷フィン群の複数のグループ間で熱干渉を生じないように空気の流れを規制させることを特徴とする請求項１４記載の冷却装置に存する。
請求項１６記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記第２の風洞手段毎に空冷ファンを具備することを特徴とする請求項１５記載の冷却装置に存する。
請求項１７記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記空冷フィン群の全体を覆う第１の風洞手段と、前記空冷フィン群を複数のグループ毎にそれぞれ覆う第２の風洞手段とを具備し、前記空冷手段には、前記第１の風洞手段によって形成される共通空気流路と、前記第２の風洞手段によって前記空冷フィン群を複数のグループ毎に形成される個別空気流路とが形成されていることを特徴とする請求項６乃至１６のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項１８記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、前記共通空気流路に配置された空冷ファンを具備し、該空冷ファンにより前記個別空気流路のそれぞれに空気の流れを生じさせることを特徴とする請求項１７記載の冷却装置に存する。
請求項１９記載の発明の要旨は、前記個別空気流路から前記共通空気流路に至る開口の断面積は、前記個別空気流路の空気流量を一定になるように前記空冷ファンから遠ざかるにつれて大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１８記載の冷却装置に存する。
請求項２０記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、圧電材への電圧制御により送風用平板を上下に振動させて空気を送る構造の圧電ファンを具備することを特徴とする請求項６乃至１９のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項２１記載の発明の要旨は、前記送風用平板は、前記圧電材から遠ざかるに従って幅が広くなる形状であることを特徴とする請求項２０記載の冷却装置に存する。
請求項２２記載の発明の要旨は、前記送風用平板は、支持部に近い側と遠い側とで弾性率の異なる材質の平板からなり、遠い側の平板材質は、近い側の平板材質よりも弾性率が小さいことを特徴とする請求項２０又は２１記載の冷却装置に存する。
請求項２３記載の発明の要旨は、前記送風用平板は、支持部に近い側と遠い側とで異なる厚さの平板からなり、遠い側の平板厚さが近い側の平板厚さよりも薄いことを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項２４記載の発明の要旨は、前記空冷手段は、複数個配列されている前記圧電ファンを具備し、隣接して配置されている前記圧電ファンの前記送風用平板の振動を１／２周期又は１／４周期分位相をずらして駆動させることを特徴とする請求項２０乃至２３のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項２５記載の発明の要旨は、前記流通路は、循環方式で閉じている閉ループであり、当該閉ループの一部に前記流通路の断面積よりも小さい断面積を有するマイクロチャネル構造が形成されていることを特徴とする請求項７記載の冷却装置に存する。
請求項２６記載の発明の要旨は、前記マイクロチャネル構造において、前記流通路は、幅１ｍｍ以下の小さい溝が複数個配列された基体と前記吸熱面との接合により形成されていることを特徴とする請求項２５記載の冷却装置に存する。
請求項２７記載の発明の要旨は、前記冷媒を循環させる液冷用ポンプと前記空冷フィン群に空気を供給する空冷ファンと、前記液冷用ポンプおよび前記空冷ファンを駆動する電気制御回路とを具備し、該電気制御回路への外部からの入力が直流であることを特徴とする請求項６乃至２６のいずれかに記載の冷却装置に存する。
請求項２８記載の発明の要旨は、前記液冷用ポンプ又は前記空冷ファンを駆動する前記電気制御回路部は、前記発熱部品の温度情報を取り込み、前記発熱部品の温度が上限を超えない範囲で最大温度を維持させるように前記液冷用ポンプ又は前記空冷ファンを駆動させることを特徴とする請求項２７記載の冷却装置に存する。
請求項２９記載の発明の要旨は、前記液冷手段の上面に冷媒を貯液する貯液漕が設けられていることを特徴とする請求項６乃至請求項２８のいずかに記載の冷却装置に存する。
請求項３０記載の発明の要旨は、前記貯液漕の内部は、全てが冷媒で満たされることなく、空気が存在していることを特徴とする請求項２９記載の冷却装置に存する。
請求項３１記載の発明の要旨は、請求項６乃至請求項３０のいずかに記載の冷却装置を搭載したことを特徴とする電子機器に存する。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
According to a third aspect of the present invention, there is provided a plurality of pump parts for sucking and discharging the refrigerant, and a plurality of piezoelectric pump driving parts for respectively driving the plurality of pump parts. Or it exists in the piezoelectric pump of 2.
According to a fourth aspect of the present invention, in the piezoelectric pump according to the third aspect, the plurality of piezoelectric pump driving units controls suction and discharge of the refrigerant in the plurality of pump units at different timings. Exist.
The gist of the invention according to
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in claim 11 resides in the cooling device according to any one of
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in claim 17 is that the air cooling means includes first wind tunnel means that covers the whole of the air cooling fin group, and second wind tunnel means that covers the air cooling fin group for each of a plurality of groups. The air cooling means includes a common air flow path formed by the first wind tunnel means and an individual air flow path in which the air cooling fin group is formed by a plurality of groups by the second wind tunnel means. The cooling device according to any one of
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in claim 25 is that the flow passage is a closed loop that is closed in a circulation manner, and a microchannel structure having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the flow passage is formed in a part of the closed loop. It exists in the cooling device of
The gist of the invention of claim 26 is characterized in that, in the microchannel structure, the flow passage is formed by joining a base body in which a plurality of small grooves having a width of 1 mm or less are arranged and the endothermic surface. A cooling device according to claim 25.
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided a liquid cooling pump that circulates the refrigerant, an air cooling fan that supplies air to the air cooling fin group, and an electric control circuit that drives the liquid cooling pump and the air cooling fan. 27. The cooling device according to
According to a twenty-eighth aspect of the invention, the electric control circuit unit that drives the liquid cooling pump or the air cooling fan takes in temperature information of the heat generating component, and the temperature of the heat generating component does not exceed an upper limit. 28. The cooling apparatus according to claim 27, wherein the liquid cooling pump or the air cooling fan is driven so as to maintain the maximum temperature.
The gist of a twenty-ninth aspect of the present invention is the cooling according to any one of the sixth to twenty-eighth aspects, wherein a liquid storage tank for storing a refrigerant is provided on an upper surface of the liquid cooling means. Exists in the device.
The gist of the invention described in
The gist of the invention described in claim 31 resides in an electronic device in which the cooling device according to any one of
本発明によれば、これを用いた冷却装置の設計の自由度をさらに向上させ、全体の厚みを１０ｍｍ以下、もしくは５ｍｍ以下と薄型化させることができ、電子機器、特にノート型パソコン等への搭載の自由度向上が図れるという効果を奏する。 According to the present invention, the degree of freedom in designing a cooling device using this can be further improved, and the overall thickness can be reduced to 10 mm or less, or 5 mm or less. There is an effect that the degree of freedom of mounting can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施の形態に係る圧電ポンプを用いた冷却装置の構成を示す図であり、（Ａ）は、この冷却装置が電子機器に組み込まれた状態を示す断面図であり、（Ｂ）は、裏面側から見た斜視図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に示すＡ−Ｂ線の断面図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a cooling device using a piezoelectric pump according to an embodiment of the present invention, and (A) is a cross-sectional view illustrating a state in which the cooling device is incorporated in an electronic device. (B) is the perspective view seen from the back surface side, (C) is sectional drawing of the AB line shown to (B).
この冷却装置１が搭載されるノートＰＣは、図１（Ａ）を参照すると、外形で厚み３〜４センチメートルほどの筐体２の中に、ＣＤ−ＲＯＭ３と、ＰＣカード４と、ＨＤＤ５と、さらに局所的な発熱を伴うＣＰＵ６および例えばチップセット等の発熱体７とがマザーボード８に実装され、狭い空間に多くの電子部品が搭載されている。なお、図１（Ａ）において、１１は、キーボードであり、ＬＣＤ等の表示部は、省略されている。
Referring to FIG. 1A, a notebook PC on which the
この冷却装置１は、図１を参照すると、液冷部９と、空冷部１２とが一体成形され、筐体２の中でも最も消費電力が大きく、しかも小面積で局所的に発熱を伴うＣＰＵ６や発熱体７等の発熱部品に対し、液冷部９の吸熱面（金属蓋）１９が接触あるいは接合されている。なお、図１（Ｂ）は、液冷部９の内部の流通路１０を説明するために、実際には接合されて閉じている冷却装置１の下側の蓋となる吸熱面（金属蓋）１９を取り外した状態を示している。
Referring to FIG. 1, the
液冷部９には、水や不凍液等の冷媒が流れる流通路１０が吸熱面（金属蓋）１９に沿って形成されており、流通路１０は、図１（Ｃ）を参照すると、溝部が形成された基体２４の下面に吸熱面（金属蓋）１９を接合させることによって形成されている。基体２４と吸熱面（金属蓋）１９とには、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）材等の良導性の金属材料が用いられ、ＣＰＵ６や発熱体７等で発生した熱は、吸熱面（金属蓋）１９を介して液冷部９に形成された流通路１０内の冷媒および基体２４に伝えられる。なお、吸熱面（金属蓋）１９は、液冷部９の基体に対して拡散接合（ろう付け）、圧接、Ｏリングを用いた接合方法等のいずれかの方法により接合される。
In the
また、液冷部９には、流通路１０の中の冷媒を循環させるポンプである、液冷用ポンプ１４が設けられており、液冷用ポンプ１４によって冷媒を循環させることにより、ＣＰＵ６や発熱体７等の発熱部品で発生した熱を熱伝達により液冷部９全体に熱拡散させる。この液冷用ポンプ１４として、本発明の実施の形態に係る圧電ポンプを使用することができる。
Further, the
さらに、液冷部９には、吸熱面（金属蓋）１９側から空冷部１２に貫通する複数個の空気孔１５ａ〜１５ｅが流通路１０を回避する位置に形成されており、筐体２に設けられている空気流入口１７からの冷却空気２３が複数個の空気孔１５ａ〜１５ｅを通過して空冷部１２に至るように構成されている。
Further, the
空冷部１２には、図１を参照すると、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の良導性の金属材料からなる空冷フィン群１３ｅ〜１３ｅと、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅの熱を周辺の空気に排出する空冷ファン１６と、空冷部１２から冷却空気２３が周辺部に飛散して冷却効率を妨げないように空冷フィン群１３ａ〜１３ｅの上面を覆う空冷ファンカバー（風洞１）２０と、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅの相互間で熱干渉が起きないように、空冷フィン群１３ａ〜１３e毎に冷却空気２３の流路を形成するフィンカバー（風洞２）２２ａ〜２２ｅとが設けられている。なお、空冷部１２の空冷フィン群１３ａ〜１３ｅと液冷部９の基体２４とは、銅やアルミニウム等の同一金属により一体成型され、液冷部９からの熱が効率的に空冷部１２に伝えられる。
Referring to FIG. 1, the
ＣＰＵ６や発熱体７等の発熱部品から発生した熱は、液冷用ポンプ１４によって流通路１０内を循環する冷媒に熱伝導で伝わった後、閉じた中で循環する冷媒の熱伝達により液冷部９全体に熱拡散され、空冷部１２の空冷フィン群１３ａ〜１３ｅに熱伝導により伝えられ、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅに伝えられた熱は、空冷ファン１６によって形成される冷却空気２３の流れによって筐体２外に熱放出される。すなわち冷却空気２３は、筐体２に設けられている空気流入口１７から筐体２内に流入し、液冷部９に設けられた空気孔１５ａ〜１５ｅを通過して空冷フィン群１３ａ〜１３ｅの内部にそれぞれ分散されて至り、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅのそれぞれに至った冷却空気２３は、その他の空冷フィン群１３ａ〜１３ｅに熱干渉することなく空冷ファン１６を通り、筐体２の空気流出口１８を通って筐体２外に熱放出される。
The heat generated from the heat generating components such as the
図１の形態において、電子機器筐体内に自由空間の存在するデスクトップパソコン等では、空冷部１２として空冷フィン群１３ａ〜１３ｅのみを有する自然空冷条件でも消費電力２５Ｗ級のＣＰＵ６の冷却が可能であるが、このノートＰＣにおける筺体２のような狭い空間に２５Ｗを超える電子部品が搭載される電子機器においては、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅに伝えられた熱が筺体２内に籠もってしまい、筺体２内の温度上昇が起きてしまうので、筺体２外に熱を排出するための空冷ファン１６が必要になってくる。
In the form of FIG. 1, a desktop personal computer or the like having a free space in the electronic device casing can cool the
次に、冷却装置１の空冷部１２の具体的な構成について図２乃至図４を参照して詳細に説明する。
図２乃至図４は、図１に示す冷却装置の具体的な構成を示す横断面図である。
Next, a specific configuration of the
2 to 4 are cross-sectional views showing a specific configuration of the cooling device shown in FIG.
空冷部１２の空冷ファン１６として、図２に示すように、公知のＤＣファン２１を使用することができる。ＤＣファン２１を液冷部９と空冷ファンカバー（風洞１）２０との間隙に配置可能である場合には、図２（Ａ）に示すように、液冷部９と空冷ファンカバー（風洞１）２０との間隙にＤＣファン２１を配置させ、ＤＣファン２１を液冷部９と空冷ファンカバー（風洞１）２０との間隙に配置できない場合には、図２（Ｂ）に示すように、空冷ファンカバー（風洞１）２０の上部にＤＣファン２１を配置させると良い。
A known
また、空冷部１２の空冷ファン１６として、図３に示すように、空冷部１２のフィンカバー（風洞２）２２ａ〜２２ｅの冷却空気出口付近に内蔵空冷ファン３０ａ〜３０ｅをそれぞれ設けても良い。内蔵空冷ファン３０ａ〜３０ｅによって冷却空気２３の流れを形成する場合には、フィンカバー（風洞２）２２ａ〜２２ｅがファンカバーとしての役割をするため、空冷ファンカバー（風洞１）２０を設けなくても良い。
Further, as the
空冷部１２の空冷フィン群１３ａ〜１３ｅは、液冷部９から貫通で形成された複数個の空気孔１５ａ〜１５ｅから流入する冷却空気２３を効率よく取り込むために複数のグループに分割されている。すなわち、それぞれの空冷フィン群１３ａ〜１３ｅには、それぞれ空気孔１５ａ〜１５ｅからの冷却空気２３が供給されることになる。さらに、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅの分割だけでは、ＣＰＵ６や発熱体７からの発熱によって空冷フィン群１３ａ〜１３ｅの相互間で熱干渉が生じてしまうため、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅのそれぞれを通過した冷却空気２３がその他の空冷フィン群１３ａ〜１３ｅに供給されないように冷却空気２３の流れを規制するフィンカバー（風洞２）２２ａ〜２２ｅが空冷フィン群１３ａ〜１３ｅのそれぞれに対応して設けられている。
The air
また、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅとフィンカバー（風洞２）２２ａ〜２２ｅによって規制された冷却空気２３の流れに対し、さらに効率よく熱を筐体２外に排出するために、共通空気流路を流れる冷却空気２３が発散しないよう全体を覆う空冷ファンカバー（風洞１）２０を備えている。すなわち、空冷ファンカバー（風洞１）２０によって空冷フィン群１３ａ〜１３ｅを流れる空気の共通空気流路が形成され、フィンカバー（風洞２）２２ａ〜２２ｅによって空冷フィン群１３ａ〜１３ｅのそれぞれを流れる空気の個別空気流路が形成されている。
In addition, a common air flow path is provided in order to discharge heat to the outside of the
さらに、図４に示すように、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅ間のそれぞれフィン間隙間４０ａ〜４０ｅの断面積（個別空気流路から共通空気流路に至る開口の断面積）をＤＣファン２１から遠ざかるにつれて大きくなるように形成し、液冷部９から貫通する複数個の空気孔１５ａ〜１５ｅからそれぞれ流入して空冷フィン群１３ａ〜１３ｅおよびフィンカバー（風洞２）２２ａ〜２２ｅの間を流れる冷却空気２３の流量が各空冷フィン群１３ａ〜１３ｅにおいて均等になるように、すなわち、開口面積をコントロールすることにより圧力制御して空冷フィン群１３ａ〜１３ｅ内部の冷却空気２３の流速を一定に保っている。
Further, as shown in FIG. 4, the cross-sectional areas of the inter-fin gaps 40 a to 40 e between the air-cooled
次に、冷却装置１の液冷部９の具体的な構成について図５および図６を参照して詳細に説明する。
図５は、図１に示す冷却装置の具体的な構成を示す横断面図であり、図６は、図５に示すＣ−Ｄ断面を上方から見た液冷部の平面図である。
Next, a specific configuration of the
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a specific configuration of the cooling device shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a plan view of the liquid cooling unit as seen from above the CD cross section shown in FIG.
液冷部９の液冷用ポンプ１４（本発明の実施の形態に係る圧電ポンプ）は、図５および図６に示すように、空冷部１２の空冷フィン群１３ａ〜１３ｅと一体成形される流通路１０内に内蔵された液体駆動ポンプ５０の形態とすることができる。流通路１０内に内蔵された液体駆動ポンプ５０の形態とすることにより、流通路１０内の冷媒と液体駆動ポンプ５０とを配管等で接続する部分を無くして、閉じた中で冷媒を循環することができる。
A liquid cooling pump 14 (piezoelectric pump according to an embodiment of the present invention) of the
流通路１０は、図６に示すように、循環方式により閉じたループ状流通路６０となっており、ループ状流通路６０は、液冷部９に形成された複数個の空気孔１５ａ〜１５ｅを避けるように閉ループ状に形成され、冷却装置１全体への熱拡散機能を有する。また、ＣＰＵ６等で発生した熱を素早く移動させるために、ＣＰＵ６等に対応するループ状流通路６０の部分では、ＣＰＵ６等よりも横方向（図６中上下方向）に長く形成されている。
As shown in FIG. 6, the
搭載される多くの電子部品の中でも発熱量の大きいＣＰＵ６に対応する部分には、図６に示すように、マイクロチャネル６１が形成されている。マイクロチャネル６１は、ＣＰＵ６に接する吸熱面（金属蓋）１９の近傍に形成され、基体２４に形成された幅１ｍｍ以下の小さい複数個の溝部であり、マイクロチャネル６１においてループ状流通路６０の断面積よりも断面積を小さく分割することで流速を高めて熱交換効率が改善する効果がある。しかしながら、マイクロチャネル６１では、流路の抵抗が増大するため、ＣＰＵ６付近のみに限定して設けるべきである。
As shown in FIG. 6, a
ループ状流通路６０内の冷媒として、例えば体積当たりの熱容量の大きい水等の液体を用いることによって、気体等に比べて飛躍的に放熱性能を上げることができる。また、ループ状流通路６０の横方向の長さをＣＰＵ６のサイズ以上とすることで、ループ状流通路６０内を循環する冷媒とＣＰＵ６との接触面積を大きくすることができ、熱伝達が効率的に行われる。ただし、接触表面積を必要以上に大きくしてしまうと圧力損失が増大するため、場合によっては液体駆動ポンプ５０の能力を超えて冷媒は循環しなくなるので、放熱性能は低下する。従って、本冷却装置１では、放熱性能、圧力損失、液体駆動ポンプ５０の能力を考慮した最適値が適用される。
By using, for example, a liquid such as water having a large heat capacity per volume as the refrigerant in the loop-shaped
次に、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅに空冷フィン群内流路７０を設けた例について図７および図８を参照して詳細に説明する。
図７は、図１に示す空冷フィン群に形成された空冷フィン群内流路の構成を示す横断面図であり、図８は、図７に示すＥ−Ｆ断面図である。
Next, an example in which the air cooling fin
7 is a cross-sectional view showing the configuration of the air-cooling fin group flow path formed in the air-cooling fin group shown in FIG. 1, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line EF shown in FIG.
図７に示すように、空冷フィン群１３ａ〜１３ｅの複数個のフィンの内、少なくとも一つ以上のフィンの内部に冷媒が流れる空冷フィン群内流路７０を形成する。空冷フィン群内流路７０を、図７に示すように、空冷フィン群１３ａと空冷フィン群１３ｅとの内部に形成することにより、封入された水等の冷媒が液冷部９のみならず空冷部１２の空冷フィン群１３ａや空冷フィン群１３ｅにも循環することになり、熱拡散効果をより高めることができる。空冷フィン群内流路７０は、図８（Ａ）に示すように、空冷フィン群１３ａの内の一部に設けても、図８（Ｂ）に示すように、空冷フィン群１３ａの全てに設けても良く、また、空冷フィン群内流路７０によって空冷効率が高まるため、図８（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、空冷フィン群１３ａの数を少なく形成するようにしても良い。さらに、空冷フィン群内流路７０は、図８（Ａ）のＡ−Ａ’断面に示すように、板状の空冷フィン群１３ａの中に形成しても良く、また、図８（Ｂ）および（Ｃ）のＡ−Ａ’断面に示すように、パイプ状の空冷フィン群内流路７０自体が空冷フィン群１３ａとして機能するよう形成しても良い。さらに、パイプ状の空冷フィン群内流路７０自体を空冷フィン群１３ａとして用いる場合には、図８（Ｄ）のＡ−Ａ’断面に示すように、空冷フィン群内流路７０の間隙に金属網（ラジエーター構造）を設けて空冷効率を向上させると好適である。
As shown in FIG. 7, an air-cooling fin
次に、空冷ファン１６として使用することができる圧電ファンの構成について図９乃至図１３を参照して詳細に説明する。
図９は、この冷却装置の空冷ファンとして使用する圧電ファンの構成を示す斜視図であり、図１０は、図９に示す圧電ファンの送風プレート（送風用平板）の第１および第２の変形例を示す上面図であり、図１１は、図９に示す圧電ファンの送風プレートの第３および第４の変形例をそれぞれ示す上面図および側面図であり、図１２は、この冷却装置の空冷ファンとして複数個の圧電ファンを使用した例を示す側面図であり、図１３は、この冷却装置の空冷ファンとして使用する圧電ファンの変形例の構成を示す斜視図および側面図である。
Next, a configuration of a piezoelectric fan that can be used as the
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric fan used as an air cooling fan of this cooling device, and FIG. 10 is a first and second modification of the blower plate (blower plate) of the piezoelectric fan shown in FIG. 11 is a top view showing an example, FIG. 11 is a top view and a side view showing third and fourth modifications of the blower plate of the piezoelectric fan shown in FIG. 9, respectively, and FIG. 12 is an air cooling diagram of this cooling device. FIG. 13 is a perspective view and a side view showing a configuration of a modified example of a piezoelectric fan used as an air cooling fan of the cooling device.
この冷却装置１の空冷ファン１６として圧電ファン２００を使用することができる。圧電ファン２００は、図９を参照すると、圧電素子２０１の先端に送風プレート２０２を接合して、圧電素子２０１を支持体２０３に固定した圧電ファンであり、圧電素子２０１に通電駆動することにより、送風プレート２０２が上下に振動して、結果として空気を送ることができる。
A
図１０（Ａ）は、送風プレート２０２として、プレート形状が先端ほど大きくなる台形プレートを使用した第１の変形例を示し、図１０（Ｂ）は、送風プレート２０２として、プレート形状が先端ほど大きくなるお椀型プレートを使用した第２の変形例を示す。送風プレート２０２の第１もしくは第２の変形例を圧電ファン２００に使用した場合には、いずれの場合も、送風プレート２０２のテーパー形状となった側面や、お椀形状となった側面より空気を取り込みやすくなるため、より多くの空気を送ることができ、圧電ファン２００の送風量を図９に示した変形前の送風プレートを用いる場合より大きくすることが可能になる。
FIG. 10A shows a first modification using a trapezoidal plate in which the plate shape becomes larger at the tip as the
また、送風プレート２０２の材質、厚さを複数種類組み合わせた構造とすることもでき、図１１（Ａ）は、送風プレート２０２として、弾性力の異なる送風プレート２０２ａと２０２ｂとを使用し、圧電素子２０１に接合されている送風プレート２０２ａの弾性率よりも開放端である送風プレート２０２ｂの弾性率を小さくした第３の変形例を示す。また、図１１（Ｂ）は、送風プレート２０２よりも薄い薄型送風プレート２０４を送風プレート２０２の開放端に接合した第４の変形例を示し、第４の変形例では、薄型送風プレート２０４は送風プレート２０２よりも薄いため、撓りやすくなっている。送風プレート２０２の第３もしくは第４の変形例を圧電ファン２００に使用した場合には、いずれの場合も、圧電ファン２００の送風量を図９に示した変形前の送風プレートを用いる場合より大きくすることが可能となる。
Moreover, it can also be set as the structure which combined the material and thickness of the
空冷ファン１６として圧電ファン２００を複数個用いた空冷ファン構造にすることにより、空気流量の安定化を図ることができ、例えば、図１２に示すように、両側に壁２０５を有する空気流路の流れ方向に対して複数個の圧電ファン２００ａ〜２００ｃを同じ間隔で配置した構造をとる空冷ファン構造である。各圧電ファンの駆動位相を１／２ずつ、ずらすことにより、単体の圧電ファンの場合よりも安定した空気流量を実現することができる。
The air cooling fan structure using a plurality of
図１３（Ａ）は、圧電素子２０１に対して、送風プレート２０２を接合して、さらに薄い薄型送風プレート２０４を側面に接合した構造の圧電ファンである。図１３（Ｂ）は、前記の圧電ファンを、空気流路に複数個配置した構造の空冷ファン構造である。この例では５個の圧電ファン２００ａから２００ｅを配置しており、これら５個の圧電ファン２００ａ〜２００ｅの位相を１／４ずつ、ずらして駆動させている。この構造により、空気流量を安定化させることが可能となる。
FIG. 13A shows a piezoelectric fan having a structure in which a
次に、本発明の実施の形態に係る圧電ポンプ１４の構成について図１４乃至図１６を参照して詳細に説明する。
図１４は、本発明の実施の形態に係る圧電ポンプの構成を示す断面図であり、（Ａ）は、側方断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＺ−Ｚ’面上方断面図である。図１５は、図１４に示す圧電ポンプの構成を示す構成図であり、図１６は、円環状圧電ポンプの構成を示す構成図である。
Next, the configuration of the
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the piezoelectric pump according to the embodiment of the present invention, (A) is a side cross-sectional view, and (B) is a ZZ ′ plane shown in (A). FIG. 15 is a configuration diagram showing the configuration of the piezoelectric pump shown in FIG. 14, and FIG. 16 is a configuration diagram showing the configuration of the annular piezoelectric pump.
低騒音、薄型かつ高い冷却機能を有する熱流体循環を促す冷却装置を実現するために、冷媒の循環を促すポンプの役割は極めて重要である。さらに、携帯性を必要とする小型電子機器では、携帯性が必要であり、電気エネルギー供給源として、ＡＣ−ＤＣアダプター等の商用電源のみならず電池が用いられる。電池はその電気エネルギー蓄積容量に制限があるため、冷却装置の消費電力は極小にしなければならない。さらにポンプ駆動源の発熱は、冷却液の温度上昇を誘起し、冷却装置の熱交換効率を悪化させる。それ故、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率の高いポンプ駆動源を使用する必要がある。一般的に、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率の高い素子として圧電セラミックスを用いた圧電アクチュエータが知られている。分極処理された圧電セラミックスは、金属板等に貼り付けて動作させることにより屈曲振動を励起させることが可能であり、このような積層プレート構造の圧電アクチュエータは、変位量は大きくないが、一般に電磁式のアクチュエータに比べて、薄型化が可能であり、発生力も大きくとれ、高周波駆動も容易であるという特徴がある。 The role of the pump that promotes the circulation of the refrigerant is extremely important in order to realize a cooling device that promotes the circulation of the thermal fluid having a low noise, a thin shape, and a high cooling function. Furthermore, in a small electronic device that requires portability, portability is required, and not only a commercial power source such as an AC-DC adapter but also a battery is used as an electrical energy supply source. Since the battery has a limited electric energy storage capacity, the power consumption of the cooling device must be minimized. Furthermore, the heat generated by the pump drive source induces an increase in the temperature of the coolant, which deteriorates the heat exchange efficiency of the cooling device. Therefore, it is necessary to use a pump drive source with high conversion efficiency from electrical energy to mechanical energy. Generally, a piezoelectric actuator using piezoelectric ceramics is known as an element having high conversion efficiency from electrical energy to mechanical energy. Polarized piezoelectric ceramics can excite flexural vibrations by attaching them to a metal plate and operating them. Piezoelectric actuators with such a laminated plate structure are not large in displacement, but are generally electromagnetic. Compared to the actuator of the type, it is possible to reduce the thickness, generate large force, and facilitate high frequency driving.
しかし、圧電アクチュエータの屈曲動作を利用した圧電ポンプは、容積変化により流れと圧力を発生させるため、流れを一方向に誘導するために逆止弁が必要になる。そのため、その質量に起因した流速の遅延、および圧力損失の発生を防止する必要がある。また、圧電ポンプ部と流路との結合部が樹脂等の弾性体で構成されているとやはり圧力損失の発生が起こり得る。さらに長期に使用した後では前記結合部に使用されている弾性体は劣化が起こり個々を基点とした冷却媒体のもれや揮発等の発生が起こり得る。また、冷却液が密閉された冷媒循環型の冷却装置では、逆止弁が間欠動作になり、一定流量を得にくい。また、循環密閉型冷却装置においては、流路内の冷却液中に発生する気泡による圧損の対策が必要となる。また、加熱源の熱量は時間変動が生じるが、この熱量変動により冷却装置を循環する冷却液の液温変動による粘性等の物性変化や、冷却装置を構成する部材の熱膨張係数の変化のため、圧力変動による流量変動が生じやすい。また、逆止弁がポンプの下側の位置に配置されているとこの寸法によりポンプの薄型化が困難になる。従って、冷却装置１に使用されるポンプにおいては、このような問題点を解決する必要がある。
However, since the piezoelectric pump using the bending operation of the piezoelectric actuator generates a flow and a pressure due to a volume change, a check valve is required to guide the flow in one direction. Therefore, it is necessary to prevent the flow rate delay and pressure loss due to the mass. In addition, if the coupling portion between the piezoelectric pump portion and the flow path is made of an elastic body such as resin, pressure loss can occur. In addition, after a long period of use, the elastic body used in the connecting portion is deteriorated, and the leakage or volatilization of the cooling medium based on the individual may occur. Further, in the refrigerant circulation type cooling device in which the coolant is sealed, the check valve is intermittently operated, and it is difficult to obtain a constant flow rate. Further, in the circulating and sealing type cooling device, it is necessary to take measures against pressure loss due to bubbles generated in the coolant in the flow path. In addition, the amount of heat of the heating source varies with time, but due to the variation in physical properties such as viscosity due to the variation in the temperature of the coolant circulating in the cooling device due to the variation in the amount of heat and the change in the thermal expansion coefficient of the members constituting the cooling device. , Flow rate fluctuations are likely to occur due to pressure fluctuations In addition, if the check valve is disposed at the lower position of the pump, it is difficult to reduce the thickness of the pump due to this dimension. Therefore, in the pump used for the
本発明の実施の形態に係る圧電ポンプとしては、図１４に示すような、２個の圧力室を有する積層プレート構造の一体型屈曲型圧電ポンプを使用することができる。この一体型屈曲型圧電ポンプは、圧電板１１３、１１４のそれぞれ伸縮運動に基づいて、圧力室１２２、１２３に液体の導入および圧力室１２２、１２３からの液体の排出を行うことにより、流入口１６２から液体を取り入れ、排出口１６３から液体を排出する仕組みである。圧力室１２２、１２３には、液体の流れる方向を規制する流入逆止弁１３２、１３３と、排出逆止弁１５４、１５５とがそれぞれ設けられている。なお、図１４（Ａ）では、流入流路１６４と排出流路１６５とが左右に一つずつ存在しているが、これら流路は、図１４（Ｂ）に示すように、それぞれポンプ圧力室から離れた場所で合流される構造になっている。また、図１４（Ａ）中に示す矢印は、冷媒等の液体の流れる方向を示している。さらにまた、一体型屈曲型圧電ポンプは、図５に示す液体駆動ポンプ５０のように、液冷部９内に組み込まれ、一体型屈曲型圧電ポンプと液冷部９との結合をアルミニウム、ステンレス、銅等の金属素材を用いて一体連結されているため、ポンプ筐体構造における圧力損失をできるだけ低く抑えることができる。
As the piezoelectric pump according to the embodiment of the present invention, an integrated bending type piezoelectric pump having a laminated plate structure having two pressure chambers as shown in FIG. 14 can be used. This integrated bending type piezoelectric pump introduces liquid into the
流入口１６２から流入した液体は、予備室１６６に入って減速され、次に流入孔１４２、１４３を通じて流入逆止弁１３２、１３３に達する。このとき、流入逆止弁１３２、１３３は圧力室１２２、１２３の方向に持ち上がり、液体は、圧力室１２２、１２３に達する。圧力室１２２、１２３においては、圧電板１１３、１１４の伸縮運動により振動板１１５と圧電板１１３、１１４の複合的な屈曲振動が励振され、この屈曲振動により圧力室１２２、１２３内の液体が加圧、減圧が繰り返され、同時に流入逆止弁１３２、１３３の開閉がなされ流入孔１４２、１４３を塞ぐため逆流することはなく、また同時に排出逆止弁１５４、１５５が流入逆止弁とは逆相で開閉が繰り返され、液体は、排出孔１４４、１４５を通じて排出口１６３から排出される。なお、流入逆止弁１３２、１３３および排出逆止弁１５４、１５５は、例えば板羽根構造等により薄型化されたものであり、液体の運動を阻害することなく高速に動作する。
The liquid flowing in from the
次に一体型屈曲型圧電ポンプの具体的な作製方法について図１５を参照して詳細に説明する。
圧電板１１３、１１４は、ジルコン酸・チタン酸鉛系セラミックス材料を用いた。圧電セラミックス材料を、長さ１５ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの形状に加工し、両主面に銀電極を焼成法により形成した。なお、電極は導電性のある、金、ニッケル、クロム、銅、銀・パラジウム合金、白金等を用いても良く、電極形成法も、スパッタ法、メッキ法、蒸着法、化学気相法等用いても特性に影響を及ぼさない電極を形成した。また、この圧電板１１３、１１４を振動板１１５にエポキシ系接着剤を用いて接合した。当該接合にはアクリル系もしくはポリイミド系接着剤を使用しても良い。また、本実施例では、圧電板１１３、１１４を機械加工により作製したが、振動板１１５としてジルコニアセラミックスやシリコンを用いれば、これに圧電セラミックスを、印刷焼成法やスパッタ法、ゾルゲル法、化学気相法により一体形成することが可能である。
Next, a specific manufacturing method of the integrated bending type piezoelectric pump will be described in detail with reference to FIG.
The
図１５を参照すると、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのアルミニウムからなる振動板１１５と、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウムからなる圧力室板１２１と、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのアルミニウムからなる上部逆止弁板１３１と、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍとアルミニウムからなる中央部逆止弁板１４１と、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのアルミニウムからなる下部逆止弁板１５１と、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのアルミニウムからなる流入排出板１６１と、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのアルミニウムからなる弾性板１７１と、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウムからなる剛性板１８１とを拡散接合法により積層一体化し、総厚さ２．５５ｍｍの薄型ポンプ形状とした。
Referring to FIG. 15, a
振動板１１５の圧力室１２２、１２３のそれぞれに対応する位置には、圧電板１１３、１１４を接合し、圧電板１１３、１１４には、それぞれ電源１１１、１１２を接続した。また、圧力室板１２１には、幅１５ｍｍ、長さ１５ｍｍの圧力室１２２、１２３を形成し、上部逆止弁板１３１には、流入逆止弁１３２、１３３と排出孔１４４、１４５とを形成し、中央部逆止弁板１４１には、流入孔１４２、１４３と排出孔１４４、１４５とを形成し、下部逆止弁板１５１には、排出逆止弁１５４、１５５と流入孔１４２、１４３とを形成し、流入排出板１６１には、流入口１６２および流入流路１６４と排出口１６３および排出流路１６５と予備室１６６とを形成し、剛性板１８１には、弾性板中抜き１８２を形成した。流入孔１４２、１４３および排出孔１４４、１４５は、直径５ｍｍに形成し、流入逆止弁１３２、１３３および排出逆止弁１５４、１５５は、長さ１０ｍｍ、幅６ｍｍとし、その先端を各流入孔１４２、１４３および各排出孔１４４、１４５を塞ぐ位置に配置した。なお、圧電板１１３、１１４は、圧電セラミックスと電極を交互に積層した構造にすれば低電圧駆動が可能である。さらに、振動板１１５をはさみ、上下部に圧電板１１３、１１４を1枚ずつ配置したバイモルフ構造にすれば、流入圧、排出圧が向上できる。
また、図１５に示すように２個の圧力室１２２、１２３をポンプ部として形成し、２個のポンプ部の内、一方のポンプ部が液体排出時に、一方のポンプ部が液体流入を行い、また逆に液体流入されたポンプ部が今度は液体排出を行い、液体搬出した他方のポンプ部が液体流入を行うというように２個のポンプ部の振動位相を反転させ交互に連動させて駆動させることで液体の流量を一定に保つことができる。なお、図１５では圧力室を２個とし、２個のポンプ部が存在するように表記したが、複数個のポンプ部を形成し、それぞれの振動位相を隣り合うポンプ部同士で互い違いに反転させることにおいても同様の効果は得られる。
In addition, as shown in FIG. 15, two
例として、流入動作時には、圧電板１１３、１１４にＤＣ５０Ｖ、ＡＣ振幅５０Ｖ、１０ｋＨｚ、半周期の電界を印加して、また排出時はＤＣ５０Ｖ、流入時とは逆相のＡＣ５０Ｖ、５ｋＨｚの電界を印加して圧電ポンプを駆動させた。なお、圧電板１１３ならびに圧力室１２２と、圧電板１１４ならびに圧力室１２３で構成されるそれぞれ２つのポンプは各逆相すなわち交互に動作させるよう制御を行うことで流量を安定化させることが可能である。さらに、電源１１１、１１２の駆動電圧を調整して、１個のポンプ部の排出時間より吸引時間を２倍以上長くする。これにより排出時に生じるポンプ室内の液の乱流が吸入時に沈静化するため、排出効率を向上できる。また、下部逆止弁板１５１、流入排出板１６１、弾性板１７１、剛性板１８１を金属材料で作製し、これを冷媒循環部と共有すれば、従来例に示される接合部を必要とせず、従って同部位による圧損を防止できる。また、結合部に樹脂を使用しないため、長時間使用後に発生する樹脂のひび割れによる冷却液体のもれや蒸発を防止することができる。
For example, during inflow operation, an electric field of DC 50 V, AC amplitude of 50 V, 10 kHz, and a half cycle is applied to the
液冷用ポンプ１４として、図１６に示すような複数の圧電板を円環状に配列した円還状の圧電アクチュエータを用いた圧電ポンプを使用しても良い。円還状の圧電アクチュエータを配置した圧電ポンプは、円環状圧電アクチュエータを構成する個々の圧電板を駆動する位相を円環方向に順次変化させることで、屈曲振動の進行波を発生させ、これにより逆止弁を用いることなく流路中の液体を一方向に回転させる。図１６において、（Ａ）は、積層構成を示す断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＧ−Ｈ断面図であり、（Ｃ）は、下面図である。
As the
図１６（Ａ）を参照すると、上部保護板１９１と下部保護板１９３との２枚の保護板により流路１９２を密閉している。下部保護板１９３の下面には、図１６（Ｂ）に示すように、円環状に圧電板を配列した圧電アクチュエータ１９４が配置され、図１６（Ｃ）に示す流路１９２の円環部に添うように接続される。圧電アクチュエータ１９４は、例えば分極の極性を交互に反転させておき個々の圧電板に位相をずらして電界を印加すると、上下方向の伸縮運動が進行波のように励振されて、流路１９２内の滞留する液体が、円環状の流路に沿って円運動を起こし、図１６（Ｃ）左側の流路から液体の流入と排出が同時に起こり、一方向の流れを生じる。この円環状圧電アクチュエータ１９４の運動により逆止弁を設けることなく冷媒液の流れを作り出すことができる。また、流れが一定方向に流れることから、流路１９２内で発生する気泡も同時に循環させることも可能である。
Referring to FIG. 16A, the
次に、液冷用ポンプ１４として前記圧電ポンプと同様に使用することができる液体の蒸発沸騰を利用した蒸発方式ポンプの構成について図１７および図１８を参照して詳細に説明する。
図１７は、蒸発方式ポンプの構成を示す上面図であり、図１８は、この蒸発方式ポンプの構成を示す横断面である。
Next, the configuration of an evaporation pump that uses liquid evaporation boiling that can be used as the
FIG. 17 is a top view showing the configuration of the evaporation pump, and FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the evaporation pump.
液冷用ポンプ１４として使用する蒸発方式ポンプは、図１７を参照すると、液体流れの本流３０１から分岐した流路である支流３０２を形成して、支流３０２に発熱体３０３を設けた構造のポンプである。発熱体３０３に通電することにより発熱体が温度上昇して発熱体に接している液体の沸点温度を超えると、液体が沸騰して蒸気３０５が発生し、液体に流れを作り出す。なお、支流３０２の発熱体３０３の手前には、液体の逆流を防止するための逆止弁３０４が設けられており、液体は一方向に流れるように制御されている。通常、液体が沸騰して気体になると大きく体積が膨張するため、閉じた流路内にある液体に対して部分的に加熱して沸騰させると、気化による膨張により液体が押し出され、これを連続的に行い、かつ流路の一部に逆止弁構造を設けることにより、液体のポンプの機能を実現できる。
Referring to FIG. 17, an evaporation pump used as the
図１８には、複数個の発熱体３０３を設けた構造の蒸発方式ポンプの構成が示されており、本流３０１内の液体に接する形で発熱体３０３が５個並んで配置されている。図１８（Ａ）は、ある時間における蒸発の様子であり、３つの発熱体の上から蒸気３０５が発生している。図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）の状態から１００ミリ秒経過した時の蒸発の様子を示している。この時、発熱体の蒸発のタイミングが所望の流れの方向へシフトしていくようにすると、流体の流れを形成することができる。つまり、図１８（Ｂ）に示す状態の蒸発している蒸気３０５は、図１８（Ａ）に示す状態よりも左側にずれており、これを連続させることにより液体を図１８に矢印で示す右から左に送ることが可能になる。
FIG. 18 shows a configuration of an evaporation type pump having a structure in which a plurality of
なお、以上説明してきた冷却装置１では、空冷ファン１６としてＤＣファン２１、圧電ファン２００等を使用する例を挙げたが、この選択は任意である。
In the
この冷却装置１は、任意の電子機器に搭載して、その効果を発揮することが可能である。例えば、ノート型のパソコン等は、比較的消費電力が大きく、筐体は小型薄型という特徴を有しているため、この冷却装置の効果は非常に大きい。例えば厚さ５ｍｍで全体の寸法が１００ｍｍ＊２００ｍｍ程度の、この冷却装置１を用いることにより、４０Ｗ程度のＣＰＵの冷却を実現可能である。従って、この冷却装置１を搭載したノート型パソコンは、従来の冷却装置を搭載したノート型パソコンよりも、小型化、薄型化、低騒音化が可能であり、消費者にとって大きな魅力を持つノート型パソコンを実現できる。また、その他の電子機器としても、ディスクトップパソコン、コンピュータサーバ、ネットワーク機器から、プラズマディスプレイ、プロジェクタ、ホームサーバ等にも搭載が可能であり、ノート型パソコンの場合と同様に小型・低騒音で高い冷却効果が得られる。
The
この冷却装置１の冷却性能として、外形２００＊１００ｍｍ、厚み１ｍｍの液冷部９の流通路１０内に少なくとも２０ｍｌ程度の冷却水を封入して流量毎分１０〜２０ｍｌで循環することにより、空冷部１２がない場合でも消費電力２５Ｗ級のＣＰＵを動作させた時の最大温度を９０℃以下に抑えられることを実験により確認した。従って、従来の消費電力２５Ｗ級のＣＰＵを冷却できるヒートパイプ技術や強制空冷技術に比べ、冷却部の体積を約１／５に小型かつ薄型にできる。
As the cooling performance of the
また、この冷却装置１の液冷部９と空冷部１２を組み合わせた構成で、外形２００＊１００ｍｍ、厚み５ｍｍの場合において、液冷部９の流通路１０内に少なくとも２０ｍｌ程度の冷却水を封入して流量毎分１０〜２０ｍｌで循環し、さらに、フィン群や、風洞１、風洞２を有する空冷部１２に備えた空冷ファンから風速毎秒０．８ｍ程の強制対流を発生させることにより、消費電力４０Ｗ級のＣＰＵ動作時の最大温度を９０℃以下に抑えられることを実験により確認した。従って、消費電力４０Ｗ級のＣＰＵを冷却できる従来の強制空冷技術に比べ、冷却部の体積を約１／１０に小型かつ薄型化できる。
In addition, in the configuration in which the
また、この冷却装置１からの騒音について、冷却装置１の空冷部１２に備えた内蔵空冷ファン３０および液冷部９に備えた液体駆動ポンプ５０のそれぞれの駆動源として、前記実施例で述べた圧電技術を採用することにより、本冷却装置１の動作時の騒音を３０ｄＢ以下に抑えることができた。消費電力４０Ｗ級のＣＰＵを冷却させる従来の強制空冷技術においては、例えばノートパソコンの場合には少なくとも２個のＤＣファン２１が利用されており、騒音も４０ｄＢ程度に達しており、これに比べると大きな改善を実現した。従って、本冷却装置の搭載されたノートパソコンであれば、図書館や病院等騒音発生が問題となる公共の場所でも利用が可能となる。
Further, the noise from the
冷却装置１の液冷部９と空冷部１２の製造方法においては、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等の金属材料を用い、液冷部９と空冷部１２の一体化加工には公知のダイキャスト技術、金型技術、エッチング技術等既存のヒートシンクの場合と同様な製造技術を適用することが可能である。
In the manufacturing method of the
次に、冷却装置１の液冷部９の流通路１０上に貯液漕４００を設置した構成について図２０および図２１を参照して詳細に説明する。
図２０は、この冷却装置の流路上に貯液槽を設置した構成を示す横断面図であり、図２１は、この冷却装置の流路上に貯液槽を設置した構成を示す平面図である。
Next, a configuration in which the
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a configuration in which a liquid storage tank is installed on the flow path of the cooling device, and FIG. 21 is a plan view showing a configuration in which a liquid storage tank is installed on the flow path of the cooling device. .
この冷却装置１の液冷部９では、冷媒が完全循環路である流通路１０を循環するように構成されているため、発熱源である発熱部品がかなりの高温となる場合には、冷媒の熱膨張に起因する液循環路の内圧上昇による装置破壊の可能性がある。これを避けるために、図２０および図２１に示すように、冷却装置１の液冷部９の上面部に冷媒を貯液する貯液槽４００を設け、液流路１０から分岐孔４０１で結合するようにした。
The
貯液槽４００に貯液される冷媒量は、貯液槽４００の容積の全てを満たすことなく、貯液槽４００内部に空気が存在するように、液冷部９の流通路１０を循環する冷媒の量が調整されている。好ましくは、貯液槽４００に貯液される冷媒量を貯液槽４００の容積の半分程度とし、残り半分程度は空気で満たすようにすると良い。こうすることにより、冷媒が熱により膨張した場合、貯液槽４００内部の空気がダンパー機能を果たし、完全循環路である流通路１０の内圧上昇を防ぐ働きをする。
The amount of refrigerant stored in the
なお、貯液槽４００の容積は、完全循環路である流通路１０の全体積ならびに温度上昇度、冷媒の膨張率等により最適設計するこが可能であることは言うまでもない。また、貯液槽４００を液冷部９に対して脱着可能とすると、冷媒の補充を行うことができるという効果も奏する。
Needless to say, the volume of the
以上説明したように、この冷却装置によれば、液冷部９と空冷部１２とが積層された構成であり、各構成部品に対して平板形状もしくは平板形状に近い形状を採用することができ、各部品を積層化一体化することにより組み立てることができ、全体が平坦化形状とすることができるため、また熱伝導効率や放熱性能に優れ、かつ全体の構成の薄型化することができ、組み立て性や電子機器への取り付けが容易であるという効果を奏する。
As described above, according to this cooling device, the
さらに、この冷却装置によれば、本発明の実施の形態に係る圧電ポンプを液冷部９に一体化させる構成をとることで、設計の自由度がさらに向上し、全体の厚みを１０ｍｍ以下、もしくは５ｍｍ以下と薄型化させることができ、電子機器、特にノート型パソコン等への搭載の自由度向上が図れるという効果を奏する。
Furthermore, according to this cooling device, by adopting a configuration in which the piezoelectric pump according to the embodiment of the present invention is integrated with the
さらに、この冷却装置によれば、空冷部１２において、複数の個別空気流路を形成して各個別空気流路に温められていない空気を取り入れるための空気孔を設けると共に、個別空気流路が通過した空気を流すための共通空気流路を形成することにより、限られたスペースの中で発熱部品から吸熱した熱を効果的に電子機器の外へ排出することが可能になるという効果を奏する。
Furthermore, according to this cooling device, the
さらに、この冷却装置によれば、冷媒が流れる流通路１０を有する液冷部９においては、空冷用フィンの内部にまで空冷フィン群内流路７０を設けたり、流通路１０の一部に流速を部分的に向上させるためのマイクロチャネル６１を設けたりすることにより、冷却媒体から効率よく熱交換することが可能となり冷却性能の向上を図ることができるという効果を奏する。
Further, according to this cooling device, in the
さらに、この冷却装置によれば、本発明の実施の形態に係る圧電ポンプによる液体循環式冷却機構と空冷ファン１６による強制空冷とを組み合わせることで、空冷ファン１６の送風量を抑制することが可能であり、空冷ファン１６部分からの騒音の発生を緩和させることができるという効果を奏する。
Furthermore, according to this cooling device, it is possible to suppress the air blowing amount of the
さらに、液冷用ポンプ１４（本発明の実施の形態に係る圧電ポンプ）もしくは液体駆動ポンプ５０や空冷ファン１６を駆動する電気制御回路に対する外部からの入力は、直流であることが望ましく、電気制御回路部において、ＣＰＵ６、発熱体７等の発熱部品の温度情報を取り込み、発熱部品の温度が上限を超えない範囲で最大温度を維持するように液冷用ポンプ１４（本発明の実施の形態に係る圧電ポンプ）もしくは液体駆動ポンプ５０や空冷ファン１６を駆動させると、冷却装置１の消費電力を節約することができる。
Furthermore, it is desirable that the external input to the liquid control pump 14 (piezoelectric pump according to the embodiment of the present invention) or the electric control circuit for driving the
さらに、冷却装置１の制御回路として、液冷用ポンプ１４（本発明の実施の形態に係る圧電ポンプ）もしくは液体駆動ポンプ５０を駆動する電気駆動回路と、空冷ファン１６を駆動する電気駆動回路とがあるが、これら電気駆動回路の入力電圧を一定電圧以下とした構成や、両者を一体化させた構成を採用することが有効であり、この場合には、制御回路の簡略化や効率化、高精度化が可能になり、冷却装置全体の高性能化を図ることができる。
Further, as a control circuit of the
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that the embodiments can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the above-described embodiment, and can be set to a suitable number, position, shape, and the like in practicing the present invention. In each figure, the same numerals are given to the same component.
１ 冷却装置
２ 筐体
３ ＣＤ−ＲＯＭ
４ ＰＣカード
５ ＨＤＤ
６ ＣＰＵ
７ 発熱体
８ マザーボード
９ 液冷部
１０ 流通路
１１ キーボード
１２ 空冷部
１３ａ〜１３ｅ 空冷フィン群
１４ 液冷用ポンプ
１５ａ〜１５ｅ 空気孔
１６ 空冷ファン
１７ 空気流入口
１８ 空気流出口
１９ 吸熱面（金属蓋）
２０ 空冷ファンカバー（風洞１）
２１ ＤＣファン
２２ａ〜２２ｅ フィンカバー（風洞２）
２３ 冷却空気
２４ 基体
３０ａ〜３０ｅ 内蔵空冷ファン
４０ａ〜４０ｅ フィン間隙間
５０ 液体駆動ポンプ
６０ ループ状流通路
６１ マイクロチャネル
７０ 空冷フィン群内流路
１０１ 吸熱部
１０２ 放熱パイプ
１０３ 空冷ファン
１０４ 強制空冷部
１０５ 液流路
１０６ 液体循環用ポンプ
１０７ ハウジング部
１１１、１１２ 電源
１１３、１１４ 圧電板
１１５ 振動板
１２１ 圧力室板
１２２、１２３ 圧力室
１３１ 上部逆止弁板
１３２、１３３ 流入逆止弁
１４１ 中央部逆止弁板
１４２、１４３ 流入孔
１４４、１４５ 排出孔
１５１ 下部逆止弁板
１５４、１５５ 排出逆止弁
１６１ 流入排出板
１６２ 流入口
１６３ 排出口
１６４ 流入流路
１６５ 排出流路
１６６ 予備室
１７１ 弾性板
１８１ 剛性板
１８２ 弾性板中抜き
１９１ 上部保護板
１９２ 流路
１９３ 下部保護板
１９４ 圧電アクチュエータ
２００、２００ａ〜２００ｅ 圧電ファン
２０１ 圧電素子
２０２、２０２ａ、２０２ｂ 送風プレート（送風用平板）
２０３ 支持体
２０４ 薄型送風プレート
２０５ 壁
３０１ 本流
３０２ 支流
３０３ 発熱体
３０４ 逆止弁
３０５ 蒸気
４００ 貯液槽
４０１ 分岐孔
1
4
6 CPU
7
20 Air cooling fan cover (wind tunnel 1)
21
23
203
Claims (31)
平板型圧電素子を駆動源とし、
前記液冷手段内に組み込まれ、
金属素材を用いて前記液冷手段と一体連結されて形成されていることを特徴とする圧電ポンプ。 Liquid cooling means for diffusing heat from heat-generating components in the electronic device with the refrigerant, and air cooling fin groups for radiating the heat diffused by the liquid cooling means to the atmosphere are formed and stacked on the liquid cooling means. In a cooling device comprising air cooling means, a piezoelectric pump for circulating the refrigerant,
A flat plate type piezoelectric element is used as a drive source,
Incorporated in the liquid cooling means,
A piezoelectric pump characterized in that it is integrally connected to the liquid cooling means using a metal material.
該吸熱面に沿って形成された前記冷媒が流れる流通路とを具備することを特徴とする請求項６に記載の冷却装置。 The liquid cooling means includes an endothermic surface that absorbs heat by contacting or joining the heat generating component,
The cooling apparatus according to claim 6, further comprising a flow passage formed along the heat absorption surface through which the refrigerant flows.
前記液冷手段には、前記空冷フィン群に空気を供給する空気孔が前記空冷フィン群の複数のグループ毎に形成されていることを特徴とする請求項６乃至１３のいずれかに記載の冷却装置。 The air cooling fin group is divided into a plurality of groups,
The cooling according to any one of claims 6 to 13, wherein an air hole for supplying air to the air cooling fin group is formed in the liquid cooling means for each of the plurality of groups of the air cooling fin group. apparatus.
該第２の風洞手段により前記空冷フィン群の複数のグループ間で熱干渉を生じないように空気の流れを規制させることを特徴とする請求項１４記載の冷却装置。 The air cooling means includes second wind tunnel means for covering a plurality of groups of the air cooling fin groups,
15. The cooling device according to claim 14, wherein the air flow is restricted by the second wind tunnel means so as not to cause thermal interference between the plurality of air cooling fin groups.
前記空冷フィン群を複数のグループ毎にそれぞれ覆う第２の風洞手段とを具備し、
前記空冷手段には、前記第１の風洞手段によって形成される共通空気流路と、
前記第２の風洞手段によって前記空冷フィン群を複数のグループ毎に形成される個別空気流路とが形成されていることを特徴とする請求項６乃至１６のいずれかに記載の冷却装置。 The air cooling means includes a first wind tunnel means that covers the entire air cooling fin group,
A second wind tunnel means for covering the air cooling fin group for each of a plurality of groups,
The air cooling means includes a common air flow path formed by the first wind tunnel means,
The cooling device according to any one of claims 6 to 16, wherein the second air channel means forms an individual air flow path in which the air cooling fin group is formed for each of a plurality of groups.
該空冷ファンにより前記個別空気流路のそれぞれに空気の流れを生じさせることを特徴とする請求項１７記載の冷却装置。 The air cooling means includes an air cooling fan disposed in the common air flow path,
18. The cooling device according to claim 17, wherein an air flow is generated in each of the individual air flow paths by the air cooling fan.
隣接して配置されている前記圧電ファンの前記送風用平板の振動を１／２周期又は１／４周期分位相をずらして駆動させることを特徴とする請求項２０乃至２３のいずれかに記載の冷却装置。 The air cooling means comprises a plurality of the piezoelectric fans arranged,
The vibration of the blowing plate of the piezoelectric fan arranged adjacent to the piezoelectric fan is driven with a phase shifted by a 1/2 period or a 1/4 period. Cooling system.
当該閉ループの一部に前記流通路の断面積よりも小さい断面積を有するマイクロチャネル構造が形成されていることを特徴とする請求項７記載の冷却装置。 The flow path is a closed loop that is closed in a circulating manner;
The cooling device according to claim 7, wherein a microchannel structure having a cross-sectional area smaller than a cross-sectional area of the flow passage is formed in a part of the closed loop.
前記液冷用ポンプおよび前記空冷ファンを駆動する電気制御回路とを具備し、
該電気制御回路への外部からの入力が直流であることを特徴とする請求項６乃至２６のいずれかに記載の冷却装置。 A liquid cooling pump for circulating the refrigerant, an air cooling fan for supplying air to the air cooling fin group,
An electric control circuit for driving the liquid cooling pump and the air cooling fan,
27. The cooling device according to claim 6, wherein an input from the outside to the electric control circuit is a direct current.
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