JP2007122132A - 可搬型電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリー装置に対するＣＰＵなどから発生する熱の影響を低減する。
【解決手段】ノート型コンピュータ１のケース２内には、複数のセルを有するバッテリー装置１１と、ＣＰＵ１３などの発熱源とが隣接して配置されている。バッテリー装置１１と発熱源との間に断熱用の空間２１を設けることで、バッテリー装置１１に対する熱の影響を低減できる。また、断熱用の空間２１の上方に排気用の孔２２を設けて、断熱用の空間２１における熱せられた空気を効果的に排出できる。さらに、断熱用の空間２１を冷却ファン１５に取り込まれる空気の流路として使用したり、断熱用の空間２１に水冷パイプ２７を配設することで、バッテリー装置１１に対する熱の影響を低減できる。
【選択図】図５

Description

この発明は、バッテリー装置が受けるＣＰＵ(Central Processing Unit)などの発熱源から発生する熱の影響を低減できる可搬型電子機器に関する。

近年、電子機器に内蔵されるＩＣ(Integrated Circuit)の高集積化、高速動作化に伴い、機器内で発生する発熱量が大きくなっている。他方、例えばノート型パーソナルコンピュータなどに代表される可搬型電子機器の小型化が進み、機器内で発生した熱を外部に排出する排出効果が悪化しており、可搬型電子機器における熱対策が重要な課題となっている。

これまでの可搬型電子機器における熱対策は、機器内の回路基板上に実装されたＩＣチップなどの発熱源から発生する熱を対流によって機器外に排出したり、空冷若しくは水冷によって発熱源そのものを冷却することで行われていた。

下記特許文献１には、ＣＰＵと冷却ファンを隣接して配置して両者を熱伝導板で熱結合し、熱伝導板がＣＰＵが発生する熱を吸収し、冷却ファンによって熱伝導板を冷却するようにしたノート型パーソナルコンピュータ用冷却装置が記載されている。

特開２０００−１０５６３５号公報

しかしながら、従来の熱対策は発熱源そのものを冷却するようにされ、発熱源と近接した位置に配置されたバッテリー装置に対する熱の影響を考慮した冷却処理が行われていなかった。したがって、発熱源に対する冷却が不十分であると、発熱源から発生した熱によって、特に発熱源に近接した位置に配置されたバッテリー装置に対して悪影響を及ぼすおそれがあった。

図７を参照して、発熱源から発生する熱がバッテリー装置に対して与える影響について説明する。図７は、ノート型パーソナルコンピュータの内部の断面の一例を示す。参照符号１０１はノート型パーソナルコンピュータの筐体（以下、適宜、ケースと称する）を示し、ケース１０１の内部には基板１０２が配され、基板１０２上にはＣＰＵ１０３が実装されている。また、ＣＰＵ１０３には、ＣＰＵ１０３から発生する熱を効果的に排出するための放熱フィン１０４が設けられる。ＣＰＵ１０３から発生する熱は放熱フィン１０４の内部を移動して、放熱フィン１０４の側面などから放出される。

また、図７に示すノート型パーソナルコンピュータには参照符号１０５に示すバッテリー装置が装着されている。バッテリー装置１０５は、例えば、直列接続された２個の円筒型のリチウムイオン電池（以下、適宜、セルと称する）が３組並列に接続されており、それらの６個のセルが樹脂ケース等でパック化された組電池である。図７では、並列に接続された３個のセル１０５ａ、１０５ｂおよび１０５ｃの断面が示されている。

セル１０５ａ〜１０５ｃと発熱源であるＣＰＵ１０３との距離は、バッテリー装置１０５内の構造に応じて異なる。図７に示す例では、バッテリー装置１０５内のセルのうちセル１０５ａがＣＰＵ１０３に最も近接した位置にあり、セル１０５ｂ、１０５ｃの順にＣＰＵ１０３から離れた位置にある。ＣＰＵ１０３が発生する熱は、矢印１１１に示すようにケース１０１を介してバッテリー装置１０５に伝わる。ＣＰＵ１０３に最も近接した位置にあるセル１０５ａは他のセル１０５ｂ、１０５ｃに比べてＣＰＵ１０３が発生する熱の影響を最も受け易くなる。このようにＣＰＵ１０３とそれぞれのセルとの距離が異なるため、各セルが受ける熱の影響の度合いが異なり、各セル間のセル温度のばらつきやセルの劣化率のばらつきが生じる。

セル間の温度のばらつきや劣化率のばらつきが生じることでセル電圧のばらつきが生じ、最も電圧の高いセルで保護回路が充電を禁止してしまい、他のセルが満充電されない問題が生じる。また、最も低い電圧のセルで保護回路が放電を禁止してしまい、他のセルが規定の電圧まで放電されない。そのようなセルは次の充電時に最も早く満充電に達する。この充放電のサイクルが繰り返されることで、本来のバッテリー装置の有する充放電特性が変化して、バッテリー装置の容量が早く低下してしまうおそれがある。

このように、複数のセルを含むバッテリー装置では、各セルと発熱源との距離が異なり、各セル受ける熱の影響の度合いが異なるため、セル間のバランスが崩れ、バッテリー装置全体の性能の劣化が通常より早く進むおそれがある。従って、特に発熱源に近接した位置にあるセルに対する熱の影響を低減し、セル間のバランスが崩れることを防ぐことが望まれる。

従って、この発明の目的は、バッテリー装置に対するＣＰＵなどから発生する熱の影響を低減する可搬型電子機器を提供することである。

上述した課題を解決するために、この発明は、筐体内に複数のセルを含むバッテリー装置と基板に実装された発熱部品とが隣接して配置される可搬型電子機器であって、
バッテリー装置と発熱部品との間に、断熱用の空間を設けたことを特徴とする可搬型電子機器である。

この発明によれば、ＣＰＵなどの発熱源からの熱がバッテリー装置の性能に与える影響を低減することができる。従って、各セルの温度や劣化率のばらつきに伴うバッテリー装置の充放電特性の変化を防ぐことができ、バッテリー装置が有する本来の性能を発揮することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の複数の実施の形態について説明する。以下説明する複数の実施の形態は可搬型電子機器がノート型パーソナルコンピュータ（以下、適宜、コンピュータと略す）の例である。

図１は、この発明の第１の実施の形態におけるコンピュータ１のケース２内に収納される主要な部品の配置の一例を示す。コンピュータ１には、バッテリー装置１１が装着されており、バッテリー装置１１に隣接した位置の回路基板１２上には、発熱源の一例であるＣＰＵ１３およびグラフィックチップ１４が実装されている。バッテリー装置１１は、例えば、直列接続された２個の円筒型リチウムイオン電池が３組並列に接続されたものである。

ＣＰＵ１３は、コンピュータ１の信号処理系統の各部を制御する。また、グラフィックチップ１４は、コンピュータ１の画面（図１では図示されない）に表示される画面表示処理を担うＬＳＩ(Large Scale Integrated Circuit)チップである。近年のグラフィックチップにはＭＰＥＧ（Moving Picture Coding Experts Group）２方式で圧縮された画像データのデコード機能が内蔵されるものもあり、演算処理量の増加、処理の高速化に伴いグラフィックチップからの発熱量も大きくなっている。

コンピュータ１は、さらにＣＰＵ１３およびグラフィック１４を空冷するための冷却ファン１５、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１６、ＣＤ(Compact Disc)、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)等を装着するマルチメディアドライブ１７を備える。なお、図示しないが、この他にもコンピュータ１はＬＡＮ（Local Area Network）カードを装着する挿入口やＵＳＢ(Universal Serial Bus)用の挿入口を備える。このように配置された部品が、ケース２によってコンピュータ１に収納されている。

第１の実施の形態は、バッテリー装置１１とＣＰＵ１３やグラフィックチップ１４などの発熱源との間に断熱用の空間（以下、適宜、断熱空間と称する）２１を設けた構成とされる。図２は、図１における一点鎖線Ａ−Ａ´線のコンピュータ１の断面を拡大して示したものである。ケース２内の基板１２にはＣＰＵ１３が実装され、ＣＰＵ１３には排熱効果を高めるための放熱フィン１８が設けられている。また、図２ではバッテリー装置１１内のセル１１ａ〜１１ｃの断面が示されている。ＣＰＵ１３から発生した熱は、矢印３１で示すようにケース２を介して断熱空間２１に放出される。

図２に示すように、バッテリー装置１１とＣＰＵ１３との間には断熱空間２１が設けられている。断熱空間２１の幅は、ＣＰＵ１３から発生する熱の影響を低減できる程度に設定される。空気の熱伝導率は低い（１００℃下においておよそ０．０３２程度）ため、断熱空間２１を設けることでバッテリー装置１１のセル１１ａに対する熱の影響を低減することができる。

続いて第２の実施形態について説明する。第２の実施の形態では、さらにケース２に排気用の孔（開口部）を設け、自然対流を利用してより効果的にバッテリー装置に対する熱の影響を低減するものである。

図３は、第２の実施の形態におけるコンピュータ１の断面の一部を拡大して示したものである。図３では、図２と対応する部分には同一の参照符号を付す。ケース２における断熱空間２１の上方に位置する部分には複数の排気用の孔（以下、複数の排気孔を総称して排気孔２２と称する）が設けられている。ＣＰＵ１３などから発生した熱は、矢印３２に示すようにケース２を介して断熱空間２１に放出される。すると断熱空間２１の空気は徐々に熱せられる。断熱空間２１では矢印３３に示すような下から上への空気の流れが生じる。熱せられた空気は上方に流れ、矢印３４に示すように排気孔２２を介してケース２の内部から外部へと排出される。ケース２に排気孔を設けることで断熱空間２１において熱せられた空気を自然対流を利用して効果的に外部に排出することができ、バッテリー装置１１に対する熱の影響を低減できる。

図４は、この発明の第２の実施形態におけるコンピュータ１の全体構成を示す。コンピュータ１は例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）２４を有する表示部２３を備える。２点鎖線はケース２を示す仮想線であり、ケース２内には図１を用いて説明した部品が配置されている。なお、図４では説明を分かり易くするために、グラフィックチップ１４の図示を省略している。また、ケース２に設けられる排気孔２２を実線で示す。

冷却ファン１５が回転することで、矢印３５で示すように外気がケース２の側面の吸入孔から取り込まれ、取り込まれた外気は矢印３６に示すようにＣＰＵ１３に対して放出され、ＣＰＵ１３が冷却される。そしてＣＰＵ１３を冷却することで熱せられた空気はさらに流れて、矢印３７に示すようにしてケース２の側面に設けられた排出孔から排出される。

また、冷却ファン１５による空冷が十分でないときは、ＣＰＵ１３が発生する熱は断熱空間２１に放出される。断熱空間２１に放出された熱は自然対流により、矢印３４に示すようにケース２の断熱空間２１の上方の部分に設けられた排気孔２２から排出される。従って、冷却ファン１５による発熱源に対する空冷が十分でないときもバッテリー装置１１に対する熱の影響を防ぐことができる。断熱空間２１の幅は、断熱空間２１における空気が自然対流するのに必要な程度に設定される。

このように第２の実施の形態によれば、断熱空間２１を設けてバッテリー装置１１に対する熱の影響を低減できるとともに、断熱空間２１の上方に設けられた排気孔２２を使用して断熱空間２１における熱せられた空気を効果的に外部に排出することができる。近年、ＣＰＵなどの発熱源が発生する発熱量が大きくなる一方、冷却ファンから発生するノイズ音を抑制するために冷却ファンの回転数を大きくして冷却効果を高めることが困難となっているが、そのような場合でも上述した第２の実施の形態による構成によって、バッテリー装置に対する熱の影響を効果的に低減することができる。

次に第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は断熱空間２１を冷却ファン１５に取り込まれる空気の流路として使用するものである。

図５は、第３の実施の形態におけるコンピュータ１の全体構成を示す。図５では、図４と対応する部分には同一の参照符号を付す。

ケース２の側面に吸気孔が設けられ、吸気孔は断熱空間２１と通じている。矢印４１に示すように吸気孔から取り込まれた外気は、矢印４２に示すようにして断熱空間２１を流路として流れ、冷却ファン１５に取り込まれる。取り込まれた空気は冷却ファン１５によって矢印４３に示すようにしてＣＰＵ１３に向かって放出され、ＣＰＵ１３が冷却される。ＣＰＵ１３を冷却することで熱せられた空気はさらに流れて、矢印４４に示すようにしてケース２の外部へ排出される。

このように、第３の実施の形態では、バッテリー装置１１に対する発熱源から発生する熱の影響を低減するだけでなく、断熱空間２１が空気の流路として使用されるため、断熱空間２１と接するバッテリー装置１１を空冷によって冷却することができる。

なお、ケース２の側面には吸気孔、排気孔だけでなく、吸気用と排気用のファンを設けて空気の流れを作り出すようにしても良い。

次に第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は水冷方式を利用して、断熱空間２１に水冷のためのパイプを配設し、バッテリー装置１１を冷却するものである。

図６は、第４の実施の形態におけるコンピュータ１の全体構成を示す。図６では、図４と対応する部分には同一の参照符号を付す。第４の実施の形態におけるコンピュータ１は、上述した実施の形態における空冷ファン１５を備えず、水冷機構２５を備える。

水冷機構２５は例えば放熱板、冷却水タンク、ポンプを備える。また水冷機構２５に対しては可撓性を有するチューブからなる水冷パイプが接続され、この水冷パイプ内を冷媒としての液体が流れる。水冷パイプ内を流れる液体は、例えば水を主体とする不凍液が用いられる（以下の説明では水冷パイプ内を流れる液体を単に水と称する）。水冷パイプはＣＰＵ１３などの発熱源を冷却するための水冷パイプ２６と、断熱空間２１内に配設される水冷パイプ２７とからなる。

水冷パイプ２６は、発熱源に密着される水冷ジャケットの内部を通るように形成される。水冷ジャケットは、例えばアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属によって作製される。水冷パイプ２６内を循環している水は、水冷機構２５のポンプによって水冷パイプ２６内を強制的に循環させられて、水冷機構２５に戻る。そして水冷機構２５の放熱板によって水が冷却され、再び水冷パイプ２６内を循環する。このように水冷機構を利用して発熱源を冷却することができる。なお、水冷パイプ２６内で若干、水が蒸発するが、水冷機構２５は冷却水タンクを備えるため、常に一定量の水を供給することができる。

また、断熱空間２１に水冷ジャケットが設けられ、水冷パイプ２７は断熱空間２１に設けられた水冷ジャケット内を通るように形成される。断熱空間２１に設けられる水冷ジャケットは、ケース２およびバッテリー装置１１に密着するようにしても良いし、いずれか一方に密着するようにしても良い。

上述したようにＣＰＵ１３などの発熱源の小型化、高速処理が進み発熱温度も高温となり、またコンピュータ１自体も小型化が進んでいることから水冷パイプ２６を配置できるスペースも限られるため、水冷方式によって発熱源を完全に冷却することは困難である。そこで、断熱空間２１に放出された熱のバッテリー装置１１に対する影響を低減するために、断熱空間２１にも水冷ジャケットを設けて水冷パイプ２７が通るようにする。断熱空間２１に発熱源からの熱が放出されても、断熱空間２１に配置された水冷ジャケット内を通る水冷パイプ２７内の水によって断熱空間２１の空気が冷却される。従って、バッテリー装置１１に対する発熱源から発生する熱の影響を低減できる。

上述した第４の実施の形態によれば、バッテリー装置１１に対する発熱源から発生する熱の影響を低減できる。また、冷却ファンを使用しないため、コンピュータ１の使用時におけるファンの回転音などのノイズ音が発生しない。また、冷却ファンを設ける必要がないため、ケース２内の設計の自由度が高まる。さらに、ケース２とバッテリー装置１１との間に設けられた断熱空間２１のスペースを有効に活用することができる。

なお、上述した第４の実施の形態においては、冷却機構２５を表示部２３の背面に設ける構成としても良い。

以上、この発明の複数の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述した複数の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述した実施の形態では、円筒型のリチウムイオン電池を用いて説明したが、円筒型に限らず角型などの他の形状のリチウムイオン電池を使用することもできる。また、リチウムイオン電池ではなく、ニッカド電池、ニッケル水素電池などの他の２次電池を使用することもできる。

また、上述した実施の形態では、可搬型電子機器の一例としてノート型パーソナルコンピュータを用いて説明したが、例えばＰＤＡ（Personal Digital Assistants）や携帯電話などの他の可搬型電子機器に対してもこの発明を適用することができる。

この発明の第１の実施の形態におけるコンピュータのケース内の部品の配置の一例を示す略線図である。 この発明の第１の実施の形態におけるコンピュータのケースの断面図である。 この発明の第２の実施の形態におけるコンピュータのケースの断面図である。 この発明の第２の実施の形態におけるコンピュータの全体を示す略線図である。 この発明の第３の実施の形態におけるコンピュータの全体を示す略線図である。 この発明の第４の実施の形態におけるコンピュータの全体を示す略線図である。 従来のコンピュータのケースの断面図である。

符号の説明

１ ノート型パーソナルコンピュータ
２ ケース
１１ バッテリー装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ セル
１３ ＣＰＵ
１４ グラフィックチップ
１５ 冷却ファン
２１ 断熱用の空間
２２ 排気用の孔
２５ 水冷機構

Claims (4)

1. 筐体内に、複数のセルを含むバッテリー装置と基板に実装された発熱部品とが隣接して配置される可搬型電子機器であって、
   上記バッテリー装置と上記発熱部品との間に、断熱用の空間を設けたことを特徴とする可搬型電子機器。
2. 上記断熱用の空間の上方に位置する上記筐体の一部に排気用の孔を設けたことを特徴とする請求項１に記載の可搬型電子機器。
3. さらに、上記発熱部品を冷却する冷却ファンを上記筐体内に備え、
   上記冷却ファンによって取り込まれた空気が上記断熱用の空間を通って上記発熱部品を冷却して上記筐体外へ排出されることを特徴とする請求項１に記載の可搬型電子機器。
4. さらに、冷却機構と、上記冷却機構と接続され、上記冷却機構から送出される液体の流路であるパイプとを備え、
   上記パイプが上記断熱用の空間を通るように配設されることを特徴とする請求項１に記載の可搬型電子機器。
   

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