JP2014038935A - 冷却装置及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効果を引き出すことができる冷却装置を提供する。
【解決手段】流入する冷却媒体を所定の方向に流出させ、所定の形状の冷却媒体流を形成する反射板を備える。すなわち、導風板１１が、吸気口４から取り入れられた外気を、電子機器筐体１の内部で円周状に誘導する。さらに、円周状に誘導された空気流は、回路基板２に実装された発熱部品３の表面から熱を奪いながら、回路基板２の中央部に設けられた通気穴１２に向かう。そして、通気穴１２の下部に設けられた冷却ファン５は、回路基板２の表面から熱を帯びた空気流を吸引して渦流状の流れを促進し、空気流を排気口へと排気する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置及び冷却方法に関し、特に冷却効果を向上させた冷却装置及び冷却方法に関する。

電子機器には、集積回路やドライバなどの半導体素子、トランスなどの電磁部品、モータなどの機械部品、ランプなどの光源のように、発熱する部品を内蔵するものがある。電子機器の正常動作を維持するためには、電子機器内部の温度を所定の範囲内に収める必要がある。そこで、電子機器は、内部で発生する熱を冷却するための冷却構造を備えることがある。

このような冷却構造として、特許文献１には、冷却ファンにて吸気される外気流と排出空気を使用して、光源ランプなどの熱源を冷却するプロジェクタ装置の配置が開示されている。また、特許文献２には、電子機器の放熱のための通風口を持たない筐体において、ファンにて強制対流を起こして、筐体内部から筐体への熱伝導効率を改善する筐体構造が開示されている。一方、プリント基板に実装された高密度集積素子の空冷方式として、中空のパイプとファンを使用した冷却用の空気流を生成する冷却方式が、特許文献３に開示されている。

特許文献１−３の技術は、プロジェクタであったり、通風口を有しない装置であったり、発熱部品を有したプリント基板に中空のパイプを配して支持する構造とするなど、固有の電子機器の筐体構造、支持構造での冷却を行うものである。

特開２００９−０６４０３２号公報 特開平１０−１９０２６７号公報 特開昭６３−３０６６９６号公報

特許文献１−３の技術に共通の、ファンによって吸引される空気流は、ファンに対して直線的経路をとる。また、空気の流れは、ファンの位置と筐体の構造で決まる。ところが、ファンの位置も筐体の構造も、特に空気の流れを考慮したものではない。そのため、空気流の通わない領域が冷却不全となるという問題点がある。そして、冷却不全を解消して、冷却効果を上げるには、ファンの大型化やファンを複数台設けるなどの対応が必要であった。

本発明の目的は、上記の課題に鑑みてなされたもので、冷却ファンを大型化したり、複数台設けたりすることなく、冷却効果を引き出すことができる冷却装置及び冷却方法を提供することにある。

本発明にかかる冷却装置は、流入する冷却媒体を所定の方向に流出させ、所定の形状の冷却媒体流を形成する反射板を備えることを特徴とする。

本発明にかかる冷却方法は、流入する冷却媒体を所定の方向に流出させ、所定の形状の冷却媒体流を形成することを特徴とする。

本発明によれば、筐体内部に排熱を促す冷却媒体の流れを効果的に形成して、冷却効果を高めることが可能となる。

本発明の第１の実施形態の電子機器の上面透視図である。 本発明の第１の実施形態の電子機器の側面透視図である。 本実施形態の導風板１１の第１の構成例の説明図である。 本実施形態の導風板１１の第２の構成例の説明図である。 本実施形態の導風板１１の第３の構成例の説明図である。 本実施形態の導風板１１の第４の構成例の説明図である。 本実施形態の導風板１１の第５の構成例の説明図である。 本発明の第２の実施形態の電子機器の上面透視図である。 本発明の第２の実施形態の電子機器の側面透視図である。 本発明の第３の実施形態の電子機器の斜視透視図である。 本発明の第３の実施形態の電子機器の側面透視図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の電子機器の上面透視図である。図２は、本発明の第１の実施形態の電子機器の側面透視図である。図３は、本実施形態の導風板１１の第１の構成例の説明図である。図４は、本実施形態の導風板１１の第２の構成例の説明図である。図５は、本実施形態の導風板１１の第３の構成例の説明図である。図６は、本実施形態の導風板１１の第４の構成例の説明図である。
図７は、本実施形態の導風板１１の第５の構成例の説明図である。

図１及び図２に示す第１の実施形態の電子機器筐体１は、回路基板２と、発熱部品３と、吸気口４と、冷却ファン５と、排気口６と、導風板１１と、通気穴１２とを備える。

回路基板２は、電子機器筐体１の内部に実装され、発熱部品３を含む部品が表面に実装されている。

発熱部品３は、回路基板２に実装された、発熱する部品である。

吸気口４は、冷却用の外気を取り入れるために、電子機器筐体１に設けられた開口部である。

冷却ファン５は、外気を内部に取り入れ、内部で空気流を動かし、外部に排気する。

排気口６は、内部の熱を帯びた空気流を排気するために、電子機器筐体１に設けられた開口部である。

導風板１１は、電子機器筐体１の内部で空気流を導いて、発熱部品３からの排熱を効果的に促す導風経路を形成する。

通気穴１２は、回路基板２の表面と裏面を通気するために、回路基板２に設けられた開口部である。

次に、第１の実施形態について詳細に説明する。図１及び図２に示す第１の実施形態では、導風板１１が、吸気口４から取り入れられた外気を、電子機器筐体１の内部で円周状に誘導する。さらに、円周状に誘導された空気流は、回路基板２に実装された発熱部品３の表面から熱を奪いながら、回路基板２の中央部に設けられた通気穴１２に向かう。そして、通気穴１２の下部に設けられた冷却ファン５は、回路基板２の表面から熱を帯びた空気流を吸引して渦流状の流れを促進し、空気流を排気口６へと排気する。このように、渦状の空気流は、冷却対象のすべての発熱部品３に接触し、発熱部品３が発生する熱を排気口６へと運ぶ。渦状の空気流を形成するために、導風板１１は、空気流の流れる方向を、下流に位置する導風板１１の方向へ変える。

このように、本実施形態では、導風板１１が、回路基板表面の全域に渦流状の導風経路を形成する。そして、冷却ファン５は、回路基板２の表面の熱を帯びた空気流を、通気穴１２を介して裏面から排気口６に排出することで、渦流状の流れを促進する。

したがって、本実施形態では、冷却ファン５の性能を有効に活用して冷却を行うことができる効果が得られる。

図３は、本実施形態の導風板１１の第１の構成例の説明図である。図３に示すとおり、導風板１１は、空気を反射することによって、空気流の進路を制御する。

図４は、本実施形態の導風板１１の第２の構成例の説明図である。図４に示すとおり、導風板１１は、空気を反射することによって、空気流を分割する。

図５は、本実施形態の導風板１１の第３の構成例の説明図である。図５に示すとおり、導風板１１は、空気を反射することによって、空気流を合流する。

なお、図３、図４、図５にて、空気流の発生方法、空気の流入部及び排出部の構造は、限定されない。すなわち、冷却ファン５、吸気口４、排気口６、通気穴１２は、本発明の本質部分には影響を与えない。

図６は、本実施形態の導風板１１の第４の構成例の説明図である。図６（ａ）は、電子機器筐体１の内部の回路基板２と発熱部品３と導風板１１を含む部分を側面からみたイメージ図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の線Ａ−Ａ‘で切った断面を示す断面図である。

図６に示すとおり、導風板１１は、空気流を導くとともに、発熱部品３の表面に接触してもよい。導風板１１は、発熱部品３の表面に接触することにより、発熱部品３が発生する熱を、導風板１１を熱伝導体として電子機器筐体１に熱伝導により排熱する。

図７は、本実施形態の導風板１１の第５の構成例の説明図である。図７（ａ）は、電子機器筐体１の内部の回路基板２と発熱部品３と導風板１１を含む部分を側面からみたイメージ図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の線Ａ−Ａ‘で切った断面を示す断面図である。

図７に示すとおり、導風板１１は、本来の導風板の役割と、発熱部品３の放熱板の役割を兼ねてもよい。つまり、導風板１１は、導風経路を形成する役割とともに、発熱部品３の発生する熱を排熱するために、発熱部品３の表面積を拡大して導風経路を通る空気流に広く接触させて熱を放散する、放熱板の役割を担う。

なお、導風板１１を固定する先の構造物及び固定する方法は限定されない。すなわち、導風板１１は、電子機器筐体１、回路基板２、発熱部品３や他の部品に装着されてもよい。
導風板１１を固定する方法としては、ネジ止め、接着など、種々の方法を用いることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態の電子機器の上面透視図である。図９は、本発明の第２の実施形態の電子機器の側面透視図である。

第２の実施形態は、冷却ファン５ａが遠心式ファンであることと、冷却ファン５ａにて、空気流の方向を変えることによって、排気口６の位置が変更されているところが、第１の実施形態と相違する。よって、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の参照数字を付記して、その説明を省略する。なお、遠心式ファンは、軸方向に吸引された空気を、ファンの遠心力によりファンの回転外周方向へと、９０度向きを変えて押し出すものである。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、導風板１１が、吸気口４からの外気を、電子機器筐体１の内部で円周状に誘導する。さらに、円周状に誘導された空気流は、回路基板２に実装された発熱部品３の表面から熱を奪いながら、回路基板２の中央部に設けられた通気穴１２に向かう。そして、通気穴１２の下部に設けられた冷却ファン５ａは、回路基板２の表面から熱を帯びた空気流を吸引して渦流状の流れを促進し、空気流を排気口６へと排気する。このとき、冷却ファン５ａは、空気流の方向を変えて排気口６に誘導する。

このように、本実施形態では、導風板１１が、回路基板２の表面に渦流状の導風経路を形成する。そして、冷却ファン５ａは、回路基板２の表面の熱を帯びた空気流を、通気穴１２を介して背面の排気口６に排出することで、渦流状の流れを促進する。

したがって、本実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態では、冷却ファン５ａが、空気流の方向を変えることにより、電子機器筐体１の背面に排気口６を設けることを可能とする。よって、本実施形態では、第１の実施形態で設けていた排気を逃がすための筐体底部の空隙が不要となり、筐体の小型化と筐体の実装の自由度を高める効果が得られる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態の電子機器の斜視透視図である。図１１は、本発明の第３の実施形態の電子機器の側面透視図である。

第３の実施形態は、導風板１１が外気を分割して、複数の導風経路を形成することと、分割された外気が、各々の導風経路に設けられた通気穴１２を介して冷却ファン５により吸引され合流されて排気されることと、排気口６の位置が背面に設けられているところが、第１の実施形態と相違する。よって、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の参照数字を付記して、その説明を省略する。

本実施形態では、導風板１１が、吸気口４からの外気を、発熱部品３の配置に合わせて、分割する。そして、各分割された空気流は、各発熱部品３の表面から熱を奪いながら、回路基板２に設けられた各通気穴１２を介して、冷却ファン５によって裏面に吸引される。冷却ファン５は、回路基板２の表面の熱を帯びた各空気流を、各通気穴１２を介して裏面に吸引し、合流させて、排気口６から排気する。

したがって、本実施形態では、導風板１１と通気穴１２を用いて、回路基板の発熱部品３の配置に適した複数の導風経路を回路基板の全域に配置形成し、冷却ファン５の性能を有効に活用して電子機器の冷却を行うことができる効果が得られる。

なお、本願発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更、変形して実施することができる。

例えば、第１乃至第３の実施形態では、冷却媒体として、空気の使用が想定されている。しかし、冷却媒体は、発熱部品からの熱を運ぶことができる媒体であればよく、空気には限定されない。したがって、冷却媒体として、本発明が適用される装置に応じて、特定の元素の気体や、水、その他の液体など、適宜、適切な流体を使用することができる。

第１乃至第３の実施形態では、冷却媒体として、空気を想定したため、流入する空気の流れる方向を変えたり、空気の流れを分割したり、空気の流れを合流したりする構造物として導風板を用いた。流入する冷却媒体が空気以外の場合は、導風板の代わりに、冷却媒体の流出方向を所定の方向に反射する反射板、または冷却媒体の流れを分割する反射板、または冷却媒体の流れを合流する反射板を用いればよい。すなわち、反射板は、ある方向から流入する冷却媒体を所望の方向に反射して冷却媒体の流れ（冷却媒体流）を形成したり、冷却媒体流を分割したり、冷却媒体流を合流したりするものであればよい。

１ 電子機器筐体
２ 回路基板
３ 発熱部品
４ 吸気口
５ 冷却ファン
５ａ 冷却ファン（遠心式ファン）
６ 排気口
１１ 導風板
１２ 通気穴

Claims (10)

1. 流入する第１の冷却媒体を第１の方向に流出させ、所定の形状の冷却媒体流を形成する第１の反射板
   を備えることを特徴とする冷却装置。
2. 前記第１の反射板は、前記冷却媒体流が筐体内部の全ての冷却対象物に接触するように、
   前記流入する第１の冷却媒体を反射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 第２の反射板を備え、
   前記第１の反射板は、前記流入する第１の冷却媒体を前記第２の反射板の方向に反射し、
   前記第２の反射板は、前記第１の反射板の方向から流入する冷却媒体を、第２の方向に反射する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 流入する第２の冷却媒体を、複数の方向に分割する第３の反射板
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 複数の方向から流入する第３の冷却媒体を、１つの方向に合流する第４の反射板
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 前記第１、第２または第３の冷却媒体の流入口と、
   前記第１、第２または第３の冷却媒体の流出口と、
   下部もしくは上部に配置されて、前記第１、第２または第３の冷却媒体を前記流出口に流動させるファンと、を備え、
   前記第１の反射板は、前記流入口から流入する冷却媒体を反射して、前記流入口から前記ファンまでの渦流を形成する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷却装置。
7. 表面に前記冷却対象物が実装され、中央部に前記第１、第２または第３の冷却媒体を通過させる流動穴が形成された回路基板と、
   前記流動穴の下部に配置されて、前記第１、第２または第３の冷却媒体を前記流動穴から流出口に流動させるファンと、を備え、
   前記第１の反射板は、前記流入口から流入する冷却媒体を反射して、前記回路基板の表面で、前記渦流を形成する
   ことを特徴とした請求項６に記載の冷却装置。
8. 前記ファンは、遠心式ファンである
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の冷却装置。
9. 前記冷却媒体流の形成若しくは分割、合流、及び前記冷却対象物が発生した熱を前記筐体に熱伝導させる第５の反射板、
   または、
   前記冷却媒体流の形成若しくは分割、合流、及び前記熱を前記冷却媒体流に放散して放熱する第６の反射板を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷却装置。
10. 流入する冷却媒体を所定の方向に流出させ、所定の形状の冷却媒体流を形成する冷却方法。

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