JP5594784B2

JP5594784B2 - ヒートシンククーラ

Info

Publication number: JP5594784B2
Application number: JP2011144659A
Authority: JP
Inventors: ジュン江藤
Original assignee: NEC Computertechno Ltd
Current assignee: NEC Computertechno Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: JP2013012068A

Description

本発明は、電子機器、電気製品を冷却するためのヒートシンククーラに関する。

従来から、ＰＣ、サーバなどの電子機器、電気製品の発熱体にはその発熱による高温化を抑えるためにヒートシンククーラが設けられている。
ヒートシンククーラは、ＣＰＵなどの発熱体において発生した熱を放散させることによって、発熱体の温度を下げるヒートシンク（放熱器・放熱板）と、強制的に空気の移動量を増加させることで、ヒートシンクの冷却能力を増大させる冷却ファンとからなるものが一般的である。

ヒートシンククーラは、発熱体の表面に直接取り付けられたヒートシンクと、ヒートシンクの上方に載置され、ヒートシンクの直上から風を吹き付けるトップフロータイプが一般的であった。一方、更なる性能向上を狙って、発熱体の上方に設けられたヒートシンクに対して、側方から風を吹き付けるサイドフロータイプのヒートシンククーラも知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−２２５６３０号公報

ところで、サーバを構成するサーバボードは、高性能化のため、高密度な実装となっている。その中で特に、ＣＰＵへ電力を供給する電圧レギュレータ回路の小型化の進展が著しい。よって、熱密度の高い、これら回路部品の冷却方法の確立が目下の課題となっている。

電圧レギュレータを冷却するために、電圧レギュレータに対してヒートシンククーラを設ける方法も考えられるが、スペース効率や、騒音、コストの点で好ましくない。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ヒートシンククーラによって冷却される発熱体とは別の発熱体を効率的に冷却することを可能とするヒートシンククーラを提供することにある。

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明のヒートシンククーラは、冷却ファンと、前記冷却ファンの下流側に設けられているとともに第一の伝熱管と熱的に接続され、前記第一の伝熱管内を流れる熱媒体と送風空気とを熱交換するヒートシンク本体部と、前記冷却ファンから前記ヒートシンク本体部へ至る流路の外側に設けられているとともに前記第一の伝熱管に連通する第二の伝熱管と熱的に接続され、第一の発熱体からの熱を前記第二の伝熱管内の熱媒体に熱伝導させる第一の熱伝導体と、前記第一の熱伝導体および前記第二の伝熱管の少なくとも一方の方向へ前記冷却ファンから送風空気を導く整流板と、前記第一の熱伝導体より下流に設けられ、第二の発熱体からの熱を熱伝導させる第二の熱伝導体と、を有し、前記ヒートシンク本体部に対して所定間隔をおいて、前記第一の発熱体および前記第一の熱伝導体が設けられ、前記間隔へ向けて前記整流板が空気を導くことを特徴とする。

本発明のヒートシンククーラは、前記ヒートシンク本体部の一方の側に前記冷却ファンが設けられ、他方の側に前記第二の発熱体および第二の熱伝導体が設けられた構成としてもよい。

本発明によれば、整流板によって冷却ファンからの送風空気がヒートシンククーラの周囲であって、冷却ファンからヒートシンク本体部に至る流路の外側にも冷却ファンからの送風空気を導かれることによって、ヒートシンククーラによって冷却される発熱体とは別の発熱体を効率的に冷却することができる。

本発明の実施形態に係るヒートシンククーラの側面図である。図１のＡ矢視図である。

以下、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。
図１及び図２に示すように、本実施形態のヒートシンククーラ１は、マザーボード２０に実装されたＣＰＵ２１に取り付けられるものである。

ヒートシンククーラ１は、冷却ファン２と、冷却ファン２の下流側に設けられたヒートシンク本体部３と、ヒートシンク本体部３を貫通する４本の第一ヒートパイプ４と、第一ヒートパイプ４と連通する４本の第二ヒートパイプ５と、ＣＰＵ２１の上面に設けられ、第二ヒートパイプ５に接続された受熱ベース６と、受熱ベース６をマザーボード２０に固定することで、ヒートシンククーラ１全体をマザーボード２０に固定するクリップ７とを有している。

ヒートシンク本体部３は、ＣＰＵ２１及び受熱ベース６の上方に所定間隔をおいて配置されている。即ち、受熱ベース６は、冷却ファン２からヒートシンク本体部３に至る流路の外側に設けられている。

また、ヒートシンク本体部３には、ブラケット８がネジ固定されており、このブラケット８に冷却ファン２が固定されている。
ブラケット８の下方には整流板９が設けられており、冷却ファン２からの送風空気をヒートシンク本体部３の下方に導いている。整流板９の詳細については後述する。

冷却ファン２は角型のケーシング１１を有し、ケーシング１１内にはモータ１３と、モータ１３によって回転する回転軸１３Ａと、回転軸１３Ａに取り付けられ送風羽１２とが設けられている。冷却ファン２は、送風羽１２が回転することによって、空気流を図１の右側に発生させるように構成されている。以下、回転軸１３Ａに沿う方向であって、空気が流れる方向を流路方向Ｆ１と呼ぶ。

ヒートシンク本体部３は、一定の間隔をおいて多数配置された熱伝導性の高い金属板３Ａによって構成されている。金属板３Ａは、冷却ファン２の空気流が金属板３Ａの面に沿って流れるように配置されている。また、ヒートシンク本体部３には、金属板３Ａに直交する方向に後述する第一ヒートパイプ４が貫通しており、これにより、第一ヒートパイプ４内を流れる揮発性の液体（熱媒体）と冷却ファン２による送風空気とが熱交換される。

第一ヒートパイプ４は、熱伝導性の高い材質によって形成された管状部材からなるヒートパイプであり、第一ヒートパイプ４内には、揮発性の液体（熱媒体）が封入されている。第一ヒートパイプ４は複数の金属板３Ａを貫通して設けられており、複数の金属板３Ａと第一ヒートパイプ４は熱的に接続されている。
第二ヒートパイプ５は第一ヒートパイプ４と同じ構成のヒートパイプであり、第一ヒートパイプ４と連通している。即ち、熱媒体は、第一ヒートパイプ４と第二ヒートパイプ５とに亘って封入されている。

受熱ベース６は、熱伝導性の高い金属、例えば銅によって形成された板状の部材であり、ＣＰＵ２１の最も発熱する箇所（コア）に面接触するように設けられている。また、受熱ベース６には、第二ヒートパイプ５が接触させて設けられており、受熱ベース６と第二ヒートパイプ５とは熱的に接続されている。即ち、受熱ベース６はＣＰＵ２１からの熱を第二ヒートパイプ５内の熱媒体に伝導するように構成されている。

クリップ７は、受熱ベース６をマザーボード２０に固定する為の板金部材であり、受熱ベース６の周囲をマザーボード２０側に押え付けるように構成されている。クリップ７は、締結ピン１４によってマザーボード２０に固定されている。

整流板９は、ブラケット８の下方にブラケット８と一体に設けられている板状の部材である。また、ブラケット８の下部には、通風穴８Ａが形成されており、整流板９は、この通風穴８Ａに連続して設けられている。
整流板９は、冷却ファン２によって生成された送風空気を受熱ベース６及び第二ヒートパイプ５の少なくとも一方の方向へ導くように、流路方向Ｆ１に向かって斜め下方向に延在するように形成されている。具体的には、ヒートシンク本体部３と受熱ベース６との間において、整流板９の板面９ａとマザーボード２０との間隔が漸次狭くなるように、傾けられて設置されている。
これにより、冷却ファン２からの送風空気は、そのほとんどが流路方向Ｆ１に沿ってヒートシンク本体部３に流入するが、送風空気の一部は、ブラケット８の通風穴８Ａを介して整流板９の下方に流入する。

また、本実施形態のマザーボード２０上であって、ＣＰＵ２１及び受熱ベース６に対して流路方向Ｆ１下流には、電圧レギュレータ２２が設けられている。また、電圧レギュレータ２２には、電圧レギュレータ２２からの熱を熱伝導させるヒートシンク２３が取り付けられている。即ち、ヒートシンク本体部３に対して、冷却ファン２が設けられている方向とは反対側の方向に、電圧レギュレータ２２及びヒートシンク２３が設けられている。

次に、本実施形態のヒートシンククーラ１の作用について説明する。
まず、ＣＰＵ２１において発生する熱の伝熱経路について説明する。ＣＰＵ２１において熱が発生すると、熱はＣＰＵ２１に面接触された受熱ベース６に伝導する。この熱は、受熱ベース６に熱的に接続された第二ヒートパイプ５及び第一ヒートパイプ４を介してヒートシンク本体部３に伝導する。

次に、ヒートパイプ４に伝導された熱の冷却について説明する。
冷却ファン２のモータ１３を駆動した場合に、ヒートシンク本体部３の金属板３Ａに伝導されたＣＰＵ２１の熱が冷却ファン２で送られた風によって外部に強制的に放出され、その結果、ＣＰＵ２１の冷却が促進されることになる。

また、冷却ファン２によって生じた送風空気は、整流板９によって、冷却ファン２からヒートシンク本体部３に至る流路方向Ｆ１の外側に導かれる。即ち、送風空気の一部は、受熱ベース６及び第二ヒートパイプ５の少なくとも一方の方向Ｆ２へ導かれる。この送風空気の一部は、図１に示すように、更に下流に配置された電圧レギュレータ２２のヒートシンク２３に当たる。これにより、ヒートシンク２３が送風空気の一部によって冷却され、電圧レギュレータ２２の温度が下げられる。

上記実施形態によれば、整流板９によって冷却ファン２からの送風空気がヒートシンククーラ１の周囲であって、ＣＰＵ２１に対して流路方向Ｆ１下流に設けられた電圧レギュレータ２２のヒートシンク２３に当たることによって、電圧レギュレータ２２の温度を効果的に下げることができる。

電圧レギュレータ２２に別途ヒートシンククーラを設ける必要がないため、コストを削減できるとともに、サーバから発生する騒音レベルを下げることができる。

表３は、本発明に係るヒートシンククーラをサーバ装置に適用した実施例と、従来のヒートシンククーラをサーバ装置に適用した比較例の結果を示す表である。
表３に示すように、本発明の整流板を採用したヒートシンククーラを適用することによって、電圧レギュレータ回路部品について、約１５℃の温度低減が確認された。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、以上で説明した実施形態では、ヒートシンククーラが電圧レギュレータのヒートシンクの冷却に寄与する構成であったが、これに限ることはなく、ＣＰＵ周辺の他の熱密度の高い部品の冷却に寄与する構成としてもよい。

また、整流板は、ブラケットと一体に形成される構成を示したが、これに限らず、整流板は、他の構成要素に取り付けられる構成としてもよい。

１ヒートシンククーラ
２冷却ファン
３ヒートシンク本体部
４第一ヒートパイプ（第一の伝熱管）
５第二ヒートパイプ（第二の伝熱管）
６受熱ベース（第一の熱伝導体）
９整流板
２１ＣＰＵ（第一の発熱体）
２２電圧レギュレータ（第二の発熱体）
２３ヒートシンク（第二の熱伝導体）

Claims

冷却ファンと、
前記冷却ファンの下流側に設けられているとともに第一の伝熱管と熱的に接続され、前記第一の伝熱管内を流れる熱媒体と送風空気とを熱交換するヒートシンク本体部と、
前記冷却ファンから前記ヒートシンク本体部へ至る流路の外側に設けられているとともに前記第一の伝熱管に連通する第二の伝熱管と熱的に接続され、第一の発熱体からの熱を前記第二の伝熱管内の熱媒体に熱伝導させる第一の熱伝導体と、
前記第一の熱伝導体および前記第二の伝熱管の少なくとも一方の方向へ前記冷却ファンから送風空気を導く整流板と、
前記第一の熱伝導体より下流に設けられ、第二の発熱体からの熱を熱伝導させる第二の熱伝導体と、を有し、
前記ヒートシンク本体部に対して所定間隔をおいて、前記第一の発熱体および前記第一の熱伝導体が設けられ、
前記間隔へ向けて前記整流板が空気を導くことを特徴とするヒートシンククーラ。
前記ヒートシンク本体部の一方の側に前記冷却ファンが設けられ、他方の側に前記第二の発熱体および第二の熱伝導体が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンククーラ。