JPH10197172A

JPH10197172A - 冷却ファンを有する冷却システム

Info

Publication number: JPH10197172A
Application number: JP35910496A
Authority: JP
Inventors: 明弘 ▲高▼宮; Akihiro Takamiya; Hidetoshi Shinosawa; 英俊篠沢; Masataka Mochizuki; 正孝望月; Koichi Masuko; 耕一益子; Kazuhiko Goto; 和彦後藤
Original assignee: Fujikura Ltd; Nippon Keiki Works Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd; Nippon Keiki Works Ltd
Priority date: 1996-12-28
Filing date: 1996-12-28
Publication date: 1998-07-31
Anticipated expiration: 2016-12-28
Also published as: JP3895817B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱部に対する冷却能力が高く、かつ発熱部
以外に設けられる部品の昇温を防止できる冷却ファンを
有する冷却システムを提供する。【解決手段】金属製のハウジング１８ｃの内部に、冷
却用空気流Ａを生起させるための回転駆動されるブレー
ド１８ｄが設けられた冷却ファン１８を有する冷却シス
テムにおいて、一端部を発熱部１５に熱授受可能に連結
したヒートパイプ１６の他端部が、ハウジング１８ｃに
熱授受可能に連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷却ファンおよ
びヒートパイプを用いた冷却システムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータの分野では、多機能化や処
理速度の向上に伴って演算処理装置などの電子素子の出
力が増大されている。また、電子素子を冷却する装置に
ついて種々提案されている。

【０００３】その一例として従来では、パーソナルユー
スのコンピュータ（以下、パソコンという。）のケース
内部にマイクロファンを内部に設置して、マイクロファ
ンによって生起させた流動空気と共に電子素子から生じ
た熱をケースの外部に排出させるよう構成した冷却装置
がある。

【０００４】また一方で、ヒートパイプの一端部を電子
素子に熱伝達可能に連結するとともに、このヒートパイ
プの他端部をキーボートの裏面（パソコンケース側の
面）に取り付けられているアルミプレートからなる電磁
シールド板に配設して、ここを放熱面とした構成の冷却
装置がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コンピュー
タは小型化および軽量化が強く望まれており、したがっ
て当然、ケースの内部空間において冷却装置が占有でき
るスペースも極めて限定されている。

【０００６】しかしながら、マイクロファンを用いた冷
却装置では、多数の部品が密集するケースの空間内に空
気を流動させる構成であって、これらの部品が大きな流
動抵抗となるから、ケース内には熱が籠り易い。また、
これらの部品では、熱を帯びた空気流と積極的に接触す
る箇所が不可避的に昇温する。この両方を解消するため
には、マイクロファン自体を風力の強い大型なものとせ
ざるを得ず、そのため、この種の冷却装置は小型化およ
び軽量化が望まれるコンピュータに好適な手段ではなか
った。

【０００７】これに対して、ヒートパイプを採用した冷
却装置では、ケースの内部に設置される電磁シールド板
を放熱面とした構成であるから、ヒートパイプの作動流
体によって輸送された電子素子の熱は、当然、ケースの
内部に放出される。したがって、電子素子を冷却するこ
とはできるものの、ケースの内部空間に熱が籠り易く、
電子素子以外の既設部品を不可避的に昇温させてしまう
問題があった。

【０００８】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、発熱部に対する冷却能力が高く、かつ発熱部以外
に設けられる部品の昇温を防止できる冷却ファンを有す
る冷却システムを提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載した発明は、金属
製のハウジングの内部に、冷却用空気流を生起させるた
めの回転駆動されるブレードが設けられた冷却ファンを
有する冷却システムにおいて、一端部を発熱部に熱授受
可能に連結したヒートパイプの他端部が、前記ハウジン
グに熱授受可能に連結されていることを特徴とするもの
である。

【００１０】したがって、請求項１の発明によれば、発
熱部が発熱すると、まず、その熱はヒートパイプの一端
部に伝達される。すると、液相の作動流体が加熱されて
蒸発し、その作動流体蒸気はヒートパイプのコンテナの
うち内部圧力の低い冷却ファンに配設された端部に向け
て流動し、ハウジングに熱を奪われて凝縮する。また、
冷却ファンを動作させれば、ブレードが回転駆動して空
気の流動が生じ、その空気と共にハウジングの保有する
発熱部の熱が他方に流される。

【００１１】したがって、請求項１の発明の冷却システ
ムを例えば筐体などの密閉空間内に設置した場合でも、
筐体の内部空間に熱が籠らず、発熱部が良好に冷却され
るうえ、筐体内に備えられる他の部品などを不要に昇温
させるおそれもない。

【００１２】また、請求項２に記載した発明は、前記ヒ
ートパイプが、前記ハウジングに巻き付けた状態に取り
付けられていることを特徴とするものである。

【００１３】したがって、請求項２の発明によれば、ヒ
ートパイプがハウジングとの熱授受面積が大きいため、
ヒートパイプから冷却ファンへの熱伝達が良好に行わ
れ、その結果、冷却能力が向上する。

【００１４】さらに、請求項３に記載した発明は、前記
ヒートパイプが、所定長さに亘って密着状態に添わせて
取り付けられていることを特徴とするものである。

【００１５】したがって、請求項３の発明によれば、ヒ
ートパイプがハウジングの形状に倣っているから、ヒー
トパイプから冷却ファンへの熱伝達が良好に行われ、そ
の結果、冷却能力が向上する。

【００１６】また、請求項４に記載した発明は、請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載した冷却ファンに対
して、前記ハウジングのうち冷却用空気流と接触する箇
所に、その冷却用空気流の流動方向に沿った多数条の溝
部を形成したことを特徴とするものである。

【００１７】したがって、請求項４の発明によれば、冷
却用空気流とハウジング自体との熱交換面積が上記各請
求項に記載した冷却ファンと比べて大きくなるから、ハ
ウジングから熱が奪われ易くなる。また一方で、溝部が
上記の向きに形成されていることから、冷却用空気流の
流動は妨げられず、すなわち冷却ファンに作用する圧力
損失が増大しないから、冷却ファンの実質的な風量（冷
却用空気流の量）は低下しない。したがって、冷却シス
テムとしての冷却能力が更に向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、請求項１および請求項２の
発明に係る具体例について図１および図２を参照して説
明する。ここに示す例は、ノートブック型のパソコンに
搭載したＣＰＵの冷却に適用した例である。参照符号１
４は、パソコンケースを示している。このパソコンケー
ス１４は、プラスチックパネルあるいはマグネシウム合
金などの金属パネルによって形成された中空容器であ
る。このパソコンケース１４の図１での上面部には、回
動軸を中心とした所定範囲内で自在に開閉するディスプ
レイ（共に図示せず）が備えられている。

【００１９】また、パソコンケース１４の内部の底部付
近には、プリント基板（図示せず）がほぼ水平に設けら
れている。このプリント基板の図１での上面には、この
発明の発熱部に相当するＣＰＵ１５が取り付けられてい
る。ＣＰＵ１５の上面には、ヒートパイプ１６の一端部
および伝熱ブロック１７が取り付けられている。より詳
細には、一例としてヒートパイプ１６は、幅の狭い中空
扁平形状の銅製コンテナの内部に、作動流体として純水
を封入したものが採用されている。なお、このヒートパ
イプ１６は、可撓性を有していてコンテナの中間部分を
自在に屈曲させることができる。

【００２０】これに対して、伝熱ブロック１７は、ＣＰ
Ｕ１５とヒートパイプ１６との熱伝達を促進させるため
に必要に応じて備えられるものであり、一例として銅あ
るいはアルミ合金等から形成された板状体であって、そ
の図１での下面には、ヒートパイプ１６のコンテナ形状
に倣った凹部が形成されている。そして、この伝熱ブロ
ック１７は、凹部にヒートパイプ１６を緊密に嵌め込ん
だ状態でＣＰＵ１５の上面に図示しない適宜手段によっ
て密着して固定されている。したがって、ＣＰＵ１５と
ヒートパイプ１６とは、互いに熱伝達可能になってい
る。

【００２１】他方、パソコンケース１４の底部には、こ
の発明の冷却ファンに相当するマイクロファン１８が設
けられている。より詳細には、このマイクロファン１８
は、一例として円筒部１８ａとその半径方向に延びたフ
ランジ１８ｂとからなる金属製ハウジング１８ｃのう
ち、回転駆動する羽根車１８ｄを円筒部１８ａの内部に
同軸状に設けた構成の軸流ファンである。

【００２２】そして、このマイクロファン１８は、吸込
み部１９となる円筒部１８ａの開口端をＣＰＵ１５側に
突出させるとともに、吐出部２０となるフランジ１８ｂ
側をパソコンケース１４に設けられた排気孔（図示せ
ず）の近傍に配置させた状態で適宜手段によってパソコ
ンケース１４に固定されている。すなわち、このマイク
ロファン１８を動作させた場合、パソコンケース１４の
内部の空気は、ＣＰＵ１５側から円筒部１８ａの内側に
入り込むとともに、吐出部２０および排気孔を経て外部
に送り出される。

【００２３】また、マイクロファン１８のハウジング１
８ｃのうち円筒部１８ａの外周には、ヒートパイプ１６
の他端部が巻き付けた状態で取り付けられている。した
がって、ヒートパイプ１６とマイクロファン１８とは、
互いに熱授受可能な構成になっている。なお、ヒートパ
イプ１６の中間部分は、パソコンケース１４の内部に備
えられた図示しないパーツ同士の隙間、いわゆるデッド
スペースを通るようにして適宜に折り曲げられている。

【００２４】また、マイクロファン１８の設置状態での
高さは、ＣＰＵ１５の高さよりも大きく設定されてお
り、したがって、ヒートパイプ１６は、このマイクロフ
ァン１８に配設された端部がＣＰＵ１５に配設された端
部に対して上方に位置している。なお、必要に応じてヒ
ートパイプ１６のうちＣＰＵ１５およびマイクロファン
１８と接触しない中間箇所の外周部を断熱被覆してもよ
く、このように構成すれば、ヒートパイプ動作中にコン
テナからパソコンケース１４の内部空間に放出される熱
を減少させることができる。

【００２５】つぎに、上記のように構成されたこの発明
の作用について説明する。まず、マイクロファン１８を
動作させる。すると、パソコンケース１４内の空気がマ
イクロファン１８の円筒部１８ａの内部を流通するとと
もに、矢印方向に排気孔を経由してパソコンケース１４
の外部に流れ出る。

【００２６】他方、パソコンの使用に伴う通電によって
ＣＰＵ１５が発熱すると、その熱はヒートパイプ１６の
一端部および伝熱ブロック１７に伝達される。その場
合、ヒートパイプ１６の外周部が伝熱ブロック１７によ
って覆われているために、ヒートパイプ１６に対してＣ
ＰＵ１５の熱が無駄なく伝達されて、コンテナの底部に
溜まっている作動流体が加熱されて蒸発する。したがっ
て、ヒートパイプ１６のうち伝熱ブロック１７に取り付
けられた端部の内面が蒸発部となる。

【００２７】蒸気となった作動流体は、内部圧力および
温度が共に低いハウジング１８ｃに配設された端部に向
けて流動し、マイクロファン１８に熱を奪われて凝縮す
る。したがって、ヒートパイプ１６のうちこの端部の内
面が凝縮部となる。前述の通り、ヒートパイプ１６は、
勾配を持たせた状態に配設されているから、その動作態
様はボトムヒートモードとなり、作動流体の蒸発・凝縮
サイクルがスムースに行われ、その結果、熱輸送能力が
高くなる。なお、凝縮して液相に戻った作動流体は、コ
ンテナ中間部の内面を伝わって蒸発部まで還流し、そこ
で再度加熱・蒸発する。

【００２８】他方、ヒートパイプ１６から円筒部１８ａ
に伝達されたＣＰＵ１５の熱は、ハウジング１８ｃのほ
ぼ全域に伝導される。前述の通り、ハウジング１８ｃの
内側には、空気の流動が生じており、その空気によって
マイクロファン１８の保有するＣＰＵ１５の熱が排気孔
を経由してパソコンケース１４の外部まで運ばれる。す
なわち、ＣＰＵ１５の熱は、空気と共にパソコンケース
１４の外部に排出される。したがって、パソコンケース
１４の内部に熱が籠らず、パソコン使用中におけるＣＰ
Ｕ１５の過熱が防止される。

【００２９】このように、ＣＰＵ１５の熱をヒートパイ
プ１６によって金属製のハウジング１８ｃに集めた状態
で、その熱をマイクロファン１８の送風力によってパソ
コンケース１４の外部に排出させるため、パソコンケー
ス１４の内部空間に熱が籠らず、従来の冷却構造よりも
冷却能力が向上し、また、ＣＰＵ１５以外の既存パーツ
の過剰な昇温が防止される利点も生じる。

【００３０】また、上記具体例では、ヒートパイプ１６
の端部をマイクロファン１８に固定させておくための専
用部材が不要な構成であるから、その分だけ装置全体が
コンパクトになるとともに、マイクロファン１８とヒー
トパイプ１６との着脱を容易に行うことができる利点も
ある。なお、扁平状コンテナのヒートパイプ１６に替え
て、例えば一般的な円形断面のコンテナ形状のヒートパ
イプを用いることもできる。

【００３１】つぎに、図３ないし図５を参照して請求項
１および請求項３に係る発明の具体例について説明す
る。パソコンケースの内部には、上面にヒートパイプの
一端部および伝熱ブロックを取り付けたＣＰＵが設けら
れている。また、パソコンケースの内部には、ヒートパ
イプの他端部が連結されたマイクロファンが設けられて
いる。

【００３２】より具体的には、このマイクロファン１８
は、図３の（Ｂ）での上方箇所が左右に張り出したプレ
ート形状の金属製のハウジング１８ｃに、空気流Ａがハ
ウジング１８ｃの厚さ方向に生じるように羽根車１８ｄ
を取り付けた構成の軸流ファンである。ハウジング１８
ｃのうち図３の（Ａ）での下側の面には、紙面の奥行き
方向に向けて凹となる係止溝２１が２条形成されてい
る。また、ハウジング１８ｃの上面部のうち、各係止溝
２１と図３の（Ａ）での上下方向にそれぞれ対向する位
置には、ネジ孔２２が形成されている。

【００３３】そして、ハウジング１８ｃの上面部には、
ヒートパイプ１６の一端部が沿った状態に布設されてお
り、更にヒートパイプ１６はその上側を覆う押え板２３
によってハウジングに取り付けられている。この押え板
２３は、金属薄板からなり、ハウジング１８ｃのネジ孔
２２と一致するネジ孔２３ａが形成された平坦部２３ｂ
と、ヒートパイプ１６を覆うように折り曲げられた屈曲
部２３ｃとを備えた構成となっている。また、押え板２
３の屈曲部２３ｃには、図４の（Ｂ）での上方に突出す
る爪部２４が２個設けられている。

【００３４】すなわち、押え板２３は、各爪部２４を係
止溝２１にそれぞれ嵌め込み、またネジ２５を締結する
ことによって自身をハウジング１８ｃの上面部に固定
し、同時にヒートパイプ１６をハウジング１８ｃ側に押
し付けて固定する構成となっている。

【００３５】したがって、この具体例においてもＣＰＵ
１５の冷却を行う場合には、上記第一具体例と同様に、
マイクロファン１８を動作させれば、ヒートパイプ１６
を介してハウジング１８ｃに集められたＣＰＵ１５の熱
が、流動する空気に運ばれてパソコンケース１４の外部
に排出される。その結果、ＣＰＵ１５以外の部品の昇温
を防止しつつ、ＣＰＵ１５の過熱を防止できる。

【００３６】また、上記の具体例によれば、ハウジング
１８ｃに対する押え板２３の締結力によってヒートパイ
プ１６をマイクロファン１８に固定した構成であるか
ら、マイクロファン１８に対するヒートパイプ１６の取
り付け強度が上記具体例に比べて向上する。また、ヒー
トパイプ１６のうちマイクロファン１８に連結された箇
所の外面全域が覆われているから、ヒートパイプ１６と
マイクロファン１８との間での熱損失が小さく、したが
って、ＣＰＵ１５に対する冷却能力が上記具体例に比べ
て更に良好になる。

【００３７】なお、上記具体例では、爪部２４を係止溝
２１に嵌合させ、かつネジ止めによってヒートパイプ１
６とハウジング１８ｃと押え板２３とを一体に係合する
構成を例示したが、この発明は上記具体例に限定され
ず、爪部２４とこれに対応した数の係止溝２１のみによ
って三者を連結する構成としてもよい（図６参照）。

【００３８】また、上記各具体例では、ＣＰＵ１５から
マイクロファン１８への熱輸送をヒートパイプ１６を用
いて行うため、通常、パソコンケース１４の壁面付近に
設置せざるを得ないマイクロファン１８にＣＰＵ１５を
隣接させる必要がなく、そのため、パソコンケース１４
の内部におけるＣＰＵ１５のレイアウトの自由度が向上
する。また、ヒートパイプ１６がデッドスペースに配設
されているから、従来の冷却構造よりもパソコンケース
１４自体を小規模化することができる。

【００３９】つぎに、図７を参照して請求項４の発明に
係る具体例について説明する。ここに示すマイクロファ
ン１８は、中央部に円筒状の貫通部１８ｅを備えた全体
として矩形を成す金属製のハウジング１８ｃを備え、そ
の貫通部１８ｅに羽根車１８ｄが回転可能に収容されて
おり、ハウジング１８ｃの厚さ方向に空気流Ａが生じる
よう構成された軸流ファンである。また、ハウジング１
８ｃのうちの貫通部１８ｅの内周面には、羽根車１８ｄ
の回動軸１８ｆと同じ方向に沿って延びる多数条の溝部
２６が形成されている。すなわち、これらの溝部２６
は、羽根車１８ｄの回転によって生じる空気流Ａの流動
方向に倣う向きに形成されている。

【００４０】そして、このマイクロファン１８は、特に
図示はしないが、上記各具体例と同様にパソコンケース
の内部に設置されるとともに、ＣＰＵに一端部を連結さ
せたヒートパイプの他端部を熱授受可能に連結してい
る。なお、ヒートパイプをハウジング１８ｃに対して取
り付ける手段としては、例えば上記第二具体例と同様に
押え板を用いた構成が挙げられる。

【００４１】したがって、上記の構成によれば、空気流
Ａとハウジング１８ｃとの熱交換面積が上記各具体例に
比べて溝部２６の分だけ大きく、ハウジング１８ｃ自体
がいわゆるヒートシンクとして作用するようになるか
ら、ハウジング１８ｃの保有する熱が空気流Ａによって
良好に奪われるようになり、その結果、ＣＰＵに対する
冷却能力を更に向上させることができる。

【００４２】なお、上記の構成によれば、例えば溝部２
６を備えていない従来一般の冷却ファンの吐出口あるい
は吸入口に、ヒートシンクを設置するとともに、熱源に
一端部を連結したヒートパイプの他端部をヒートシンク
に連結させた構成の冷却装置と比べると、空気流Ａがヒ
ートシンクを通過しない分だけ冷却ファンに作用する圧
力損失が少なくなり、それに伴って冷却ファンの実質的
な風量が大きくなるから、良好な冷却能力を得ることが
できる。

【００４３】なお、上記各具体例では、ノートブック型
パソコンのＣＰＵの冷却を例示したが、この発明は上記
具体例に限定されるものではなく、例えばデスクトップ
型パソコンやサーバー等に搭載される電子素子に適用す
ることもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１ないし請求項３のいずれ発明においても、ヒートパイ
プの凝縮部となる端部が冷却ファンのハウジングに直接
取り付けられているので、発熱部以外の昇温を防止しつ
つ、発熱部に対する冷却能力を従来になく向上させるこ
とができる。

【００４５】また、請求項４の発明によれば、空気流量
の低下を招くことなく、ハウジングと冷却用空気流との
熱交換面積を増大させる多数条の溝部を設けているか
ら、冷却能力をより一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１および請求項２の発明に係る具体例を
示す概略図である。

【図２】その具体例のマイクロファンとヒートパイプと
の連結状態を示す概略図である。

【図３】マイクロファンを示す概略図である。

【図４】押え板を示す概略図である。

【図５】請求項１および請求項３の発明に係る具体例の
マイクロファンとヒートパイプとの連結状態を示す概略
図である。

【図６】マイクロファンとヒートパイプとの連結状態の
他の例を示す概略図である。

【図７】請求項４の発明に係るマイクロファンを示す概
略図である。

【符号の説明】

１４…パソコンケース、１５…ＣＰＵ、１６…ヒー
トパイプ、１８…マイクロファン、１８ｃ…ハウジ
ング、１８ｄ…羽根車、２６…溝部。

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【手続補正書】

【提出日】平成９年３月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図６】

【図３】

【図４】

【図５】

【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者望月正孝東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者益子耕一東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者後藤和彦東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製のハウジングの内部に、冷却用空
気流を生起させるための回転駆動されるブレードが設け
られた冷却ファンを有する冷却システムにおいて、一端部を発熱部に熱授受可能に連結したヒートパイプの
他端部が、前記ハウジングに熱授受可能に連結されてい
ることを特徴とする冷却ファンを有する冷却システム。
【請求項２】前記ヒートパイプが、前記ハウジングに
巻き付けた状態に取り付けられていることを特徴とする
請求項１に記載した冷却ファンを有する冷却システム。
【請求項３】前記ヒートパイプが、所定長さに亘って
密着状態に添わせて取り付けられていることを特徴とす
る請求項１に記載した冷却ファンを有する冷却システ
ム。
【請求項４】前記ハウジングのうち冷却用空気流と接
触する箇所に、その冷却用空気流の流動方向に沿った多
数条の溝部が形成されていることを特徴とする請求項１
ないし請求項３のいずれかに記載した冷却ファンを有す
る冷却システム。