JP3169627U - 冷却装置の放熱構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱電子部品に取り付けられ、急速に放熱でき、しかも、構造が単純な冷却装置の放熱構造体を提供する。【解決手段】放熱構造体は吸熱体及び放熱体を備える。吸熱体は中空であり、その空間により第一空間を形成する。第一空間は空間内に流体を備える。吸熱体及び放熱体の間に複数の第一パイプを設置する。吸熱体の接触面が発熱電子部品の発する熱を吸収し、それにより流体が蒸発し、その蒸気が第一パイプを経由し放熱体内にある第二空間へ移動する。放熱体は放熱面を備え、放熱面より熱交換が行われる。熱交換により冷却された蒸気は再び流体へ戻り、流体は毛細管構造を備える第二パイプを経由し第一空間へ移動する。【選択図】図２

Description

本考案は、冷却装置の放熱構造体、より詳しくは、毛細管構造を備える冷却装置の放熱構造体に関する。

科学の進歩により電子製品の性能は飛躍的に向上し、演算速度及び安定性を追求したサーバやワークステーションだけでなく、ノートパソコンのようなパーソナルコンピュータも高いＣＰＵ性能が求められてきた。しかし、この性能向上の最大の障害が発熱の問題であり、電子製品の故障或いは破損の原因のほとんどが放熱効率の悪さによる過熱である。熱は主にＩＣチップに備えられるトランジスタ等の電子ユニットが演算をする際に生み出される。ＩＣチップ内のトランジスタの数が増えるにつれて、発熱量も増加していくのに対し、電子製品の体積は小さくする傾向にある。ＩＣチップの大きさが変わらないのに対し、放熱面積が減少していくために電子ユニットの発熱密度がどんどん高くなり、従来の放熱構造体では不十分である。そして過熱問題は電子製品の進歩のボトルネックとなっている。

電子ユニットが過熱することによって故障或いは破損する頻度を下げるため、放熱問題は常に電子システムを設計する際の重要なファクターである。これにより電子製品のシステムの安定度を引き上げ、更に電子製品の寿命を延ばすことも可能である。文献によると、温度が１０〜１５度上昇するとＩＣチップの寿命は５０％短縮する。そのため、どのようにして効率よく電子ユニットが生みだす熱を排出するかが重要な研究課題となる。例えば、コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）の現在主流な放熱方式はＣＰＵ上にファン或いはヒートシンクを設置し、直接放熱する方式である。しかしファンによる冷却は電力の消費や騒音及び寿命が短い等の問題がある。それに対し、ヒートパイプを利用しＣＰＵが生みだす熱をヒートシンク或いはコンピュータケースへ移動させる方式がある。このような方式は電力や騒音及び寿命等の問題がないというメリットがあるため、ヒートパイプは将来のノートパソコンや小型の情報端末製品の放熱問題において重要な役割を果たす。

台湾特許第Ｉ３２１６４４号には、ヒートパイプによる放熱装置が記載されている。該発明はヒートパイプ及び放熱器を備え、前記ヒートパイプは蒸発部、冷却部及び前記蒸発部及び冷却部を連結する断熱部を備える。前記蒸発部は発熱ユニットの表面に密接しており、その密接面積は前記発熱ユニットの表面積とほぼ等しい。前記冷却部及び前記放熱器は連結しており、前記蒸発部及び前記断熱部の間には徐々に小さくなる形状によって連結されており、その連結部の曲率半径は断熱部の断面の直径との比率は０．２より大きく１以下である。

前述の技術の欠点は、その放熱能力がヒートパイプ内の容積によって制限されてしまうことである。内部の容積が小さいことで溶液の量も少なくなる。また、単一ヒートパイプの設計では放熱効率も良いとは言えず、発熱量の大きい超高速電子演算ユニットのようなものに対しては、その放熱要求には応えられない。

台湾特許第Ｉ３２１６４４号明細書

本考案の目的は、前述の技術内容の放熱効率が低い欠点を解決することである。
上述の目的を達成するため、本考案は電子ユニットの放熱に利用できる冷却装置の放熱構造体の改良を提供する。

本考案の冷却装置の放熱構造体は、吸熱体及び放熱体を備える。前記吸熱体は中空であり、その空間により第一空間を形成する。また前記吸熱体は接触面により電子ユニットに連結されており、前記電子ユニットが発する熱を吸収する。前記第一空間内は空間内に流体を備える。前記放熱体は放熱面及び内部に第二空間を備える。前記吸熱体及び前記放熱体の間に複数の第一パイプを設置し、前記第一パイプは前記第一空間及び前記第二空間を連結する。前記電子ユニットが発する熱を前記吸熱体の前記接触面により吸収した後、前記第一空間内の前記流体が熱により蒸発し、その蒸気が前記第一空間から前記第一パイプを経由し前記第二空間へ移動する。前記蒸気は前記第二空間内で散熱面により熱交換が行われ流体へ戻り、毛細管構造を備える第二パイプにより前記吸熱体の前記第一空間内へ移動する。これにより熱循環が行われ、電子ユニットの熱を連続的に放出する。

本考案の特徴である毛細管構造を備える第二パイプにより、本考案の冷却装置の放熱構造体は迅速に流体を第一空間へ戻し熱循環を行い、前記吸熱体及び前記放熱体がそれぞれ備える前記第一空間及び前記第二空間により、内部容積が大きく、より多くの流体を備えることで、構造が簡単であり放熱効率の向上を可能にする。

以下、本考案の詳細な説明と技術内容を図面に基づいて説明する。

図１は、冷却装置の放熱構造体の斜視図、図２は、冷却装置の放熱構造体の分解図である。本考案の放熱構造体１は、主に電子ユニット６０上で放熱を行うことに使われる。放熱構造体１は吸熱体１０、放熱体２０及び吸熱体１０と放熱体２０を連結する複数の第一パイプ３０を備える。吸熱体１０は電子ユニット６０の表面に設置され、電子ユニット６０が発する熱を吸収する。吸熱体１０は中空であり、内部に第一空間１２を備える。放熱体２０もまた中空であり、熱交換を行うために放熱面２１及び内部に第二空間２２を備える。吸熱体１０及び放熱体２０はそれぞれ第一パイプ３０を接続するための複数の第一穴１３及び第二穴２３を備える。以上が本考案の主要な構造である。

図３及び図４は冷却装置の放熱構造体の動作を示す断面図である。図３に示すように、吸熱体１０を電子ユニット６０上に装着し、接触面１１により電子ユニット６０が作動中に生み出す熱を吸収する。第一空間１２内には流体５０が備えられる。流体５０は冷媒または真水、メタノール、エタノール、アセトン、ヘプタン等の液体であるが、これらに限定されない。電子ユニット６０が熱を発する際、接触面１１は電子ユニット６０からの熱を吸収し、熱は第一空間１２内の流体５０へ移動する。同時に流体５０の温度が上昇し始め、温度が流体５０の蒸発点を超えると、流体５０は蒸気となり、第一空間１２から第一パイプ３０を経由し放熱体２０の第二空間２２内へ移動する。放熱体２０は導熱性の高い材質で造られ、前記蒸気が第二空間２２へ入り放熱面２１に接触した際、前記蒸気が持つ熱は迅速に放熱面２１に吸収され外部の空気と熱交換が行われる。それにより前記蒸気の温度が下がり、前記蒸気の温度が凝縮点まで下がると、前記蒸気は流体５０へ戻り、放熱体２０の内壁面に付着する。

図４に示すように、放熱構造体１は第二パイプ４０を備える。第二パイプ４０は複数の毛細管構造４１を備える。毛細管構造４１は細かな溝や金属繊維、焼結体、金属網或いは綿布等であるが、これらに限定されず、毛細組織を持つものを全て本考案の保護範囲とする。第二パイプ４０は両端に導流部４２を備える。導流部４２は流体５０がスムーズに第二パイプ４０内へ流れるよう逆台形である。放熱体２０の傾斜壁面２４は端から第二パイプ４０の方向へ下向きに傾斜を持ち、凝縮した流体５０は傾斜壁面２４に沿って流れる。これにより流体５０が迅速に第二パイプ４０の方へ流れるよう工夫し、循環効率を向上させる。更に、流体５０は第二パイプ４０の毛細管構造４１の吸収作用により吸熱体１０の第一空間１２内へ引き戻され、引き続き電子ユニット６０が発する熱を吸収する。以上の熱循環により電子ユニット６０は適度な作動温度を維持することが可能になる。

図５は毛細管構造に棒状の綿を使用した冷却装置の放熱構造体の動作を示す断面図である。本実施例では毛細管構造４１に棒状の綿を使用する。第二パイプ４０の内部には棒状の綿布を有する毛細管構造４１が備えられ、前記蒸気が第二空間２２内で流体５０へと凝縮した際、流体５０は放熱体２０の傾斜壁面２４に沿って第二パイプ４０へ流れ、流体５０は毛細管構造４１に吸収され、第二パイプ４０を経由して第一空間１２へと移動する。これにより熱循環を行う。

図６は冷却装置の放熱構造体にヒートシンクを取り付けた実施例の斜視図である。冷却装置の放熱構造体１の放熱効率を向上するため、本実施例の冷却装置の放熱構造体１は更にヒートシンク７０を備える。放熱体２０の放熱面２１上にヒートシンク７０を取付ける。ヒートシンク７０は放熱性に優れるアルミ或いは銅等の材質で製造され、表面には複数の溝を有する。この溝により放熱面積を増加させ、更に通風性を備える。これによりヒートシンク７０を備える放熱体２０の放熱効果を向上し、本考案の放熱機能を強化することが可能となる。

上述のように、本考案は第二パイプ４０に設置される毛細管構造４１により、流体５０を迅速に第一空間１２内へ移動させ熱循環を行い、構造が簡単であり放熱効率の向上を可能にする。

上述において、本考案の説明の利便性のために最良の実施例を挙げて説明したが、これらの実施例は本考案の請求の範囲を限定するものではなく、本考案の請求の範囲に基づく修正は全て本考案の請求の範囲に属する。

本考案の冷却装置の放熱構造体の斜視図である。 本考案の冷却装置の放熱構造体の分解図である。 本考案の冷却装置の放熱構造体の動作を示す断面図である。 本考案の冷却装置の放熱構造体の動作を示す断面図である。 毛細管構造に棒状の綿を使用した本考案の冷却装置の放熱構造体の動作を示す断面図である。 本考案の冷却装置の放熱構造体にヒートシンクを取り付けた実施例の斜視図である。

１ 放熱構造体
１０ 吸熱体
１１ 吸熱体の接触面
１２ 吸熱体の内部の第一空間
１３ 吸熱体のパイプ接続穴
２０ 放熱体
２１ 放熱体の放熱面
２２ 放熱体の内部の第二空間
２３ 放熱体のパイプ接続穴
２４ 放熱体の傾斜壁面
３０ 第１パイプ
４０ 第２パイプ
４１ 第２パイプの毛細管構造
４２ 第２パイプの導流部
５０ 流体
６０ 発熱電子部品
７０ ヒートシンク

Claims (5)

1. 電子ユニットに対して放熱を行う冷却装置の放熱構造体であって、
   接触面（１１）を備え電子ユニット（６０）に連結される吸収体（１０）と、
   放熱面（２１）を備える放熱体（２０）と、
   複数の第一パイプ（３０）及び複数の第二パイプ（４０）と、
   を備え、
   前記吸収体（１０）の内部は中空であり、その空間により第一空間（１２）を形成し、前記第一空間（１２）は空間内に流体（５０）を備え、前記吸熱体（１０）は前記接触面（１１）から前記電子ユニット（６０）が発する熱を吸収し、その熱により前記流体（５０）が蒸発して蒸気となり、
   前記放熱体（２０）の内部は中空であり、その空間により第二空間（２２）を形成し、
   前記第一パイプ（３０）及び前記第二パイプ（４０）はそれぞれ前記第一空間（１２）及び前記第二空間（２２）に連結され、前記蒸気が前記第一パイプ（３０）を経由し前記第二空間（２２）へ移動し、前記放熱面（２１）と接触することで熱交換を行い、凝縮して流体（５０）へ戻り、
   前記第二パイプ（４０）は毛細管構造（４１）を備え、前記毛細管構造（４１）により前記第二空間（２２）内にある凝縮した前記流体（５０）を前記第一空間（１２）へ移動させることで熱循環を行うことを特徴とする冷却装置の放熱構造体。
2. 前記放熱体（２０）の前記放熱面（２１）に更にヒートシンク（７０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置の放熱構造体。
3. 前記第二パイプ（４０）は更に両端に導流部（４２）を備え、前記導流部（４２）は前記流体（５０）がスムーズに第二パイプ（４０）内へ流れるよう逆台形であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置の放熱構造体。
4. 前記吸熱体（１０）及び前記放熱体（２０）はそれぞれ複数の第一穴（１３）及び第二穴（２３）を有し、第二パイプ（３０）及び第二パイプ（４０）と連結されることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置の放熱構造体。
5. 前記放熱体（２０）は更に端から前記第二穴（２３）の方向へ下向きに傾斜を持つ傾斜壁面（２４）を備えることを特徴とする請求項４に記載の冷却装置の放熱構造体。