JP2005175075A

JP2005175075A - 液循環型冷却装置

Info

Publication number: JP2005175075A
Application number: JP2003410531A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Sakayori; 一志酒寄; Hironori Kitajima; 寛規北嶋
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】循環系内での水分透過量を少なくしてリザーブタンクを小型化できると共に、電子機器メーカーでの筐体への組み込み作業を簡易化し、更にメンテナンス作業(CPUの交換等、被冷却素子の交換作業)を容易に行うことができる液循環型冷却装置を提供する。
【解決手段】発熱素子に接続され発熱素子からの熱を冷却液に伝える受熱体９、冷却液を循環させる液循環ポンプ１１、冷却液を貯留しておくリザーブタンク１２、機器筐体外に熱を放熱する放熱器１３、各部材間を連結すると共に冷却液が循環する液配管１５からなり、液配管１５として、フレキシブル配管１７と金属製の固定配管１８の組み合わせとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、発熱体を冷却する冷却装置に関し、特に、冷却液を伝熱媒体として電子機器等の発熱体を冷却する液循環型冷却装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータの高性能化が進んでおり、特に、本体内に収容される中央演算処理装置(CPU: Central Processing Unit)等の回路部品や、電源装置の発熱量が増大しており、外部への放熱性向上が望まれている。

発熱体の放熱を促すものとして、熱伝導性に優れる金属製のヒートシンクをＣＰＵ等の発熱体に設け、このヒートシンクを空冷する冷却装置が知られているが、空冷型の冷却装置は放熱量に応じたヒートシンクの放熱面積を必要とするために装置の大型化を招くという不都合がある。また、近年、パソコンに要求される高速演算処理性や多機能性に伴ってＣＰＵの発熱量は増大する傾向にあり、空冷型の冷却装置では放熱性がほぼ限界に達している。

かかる放熱性を改善するものとして、冷却液等の伝熱媒体を用いた液循環型冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような液循環型冷却装置の一例を図６（ａ）、（ｂ）に示す。なお、（ｂ）は（ａ）におけるリザーブタンク１２及び放熱器１３のＡ方向正面図である。

この液循環型冷却装置９０は、発熱素子に接続し発熱素子から効率良く熱を水等の冷却液に伝える受熱体９、各部材間を連結すると共に冷却液が循環する液配管１０、液を循環させる液循環ポンプ１１、冷却液を貯留しておくリザーブタンク１２、放熱スペースに配置し機器筐体外に熱を放熱する放熱器１３からなる。受熱体９は、発熱体で発生する熱を受熱し、液循環ポンプ１１の駆動に基づいて液配管１０内を矢印方向に循環する冷却液との熱交換を行う。放熱器１３は、冷却液との熱交換に基づいて受熱体９から運ばれる熱を放熱する。

この液循環型冷却装置９０において、リザーブタンク１２は、各部材の接続部や部材表面からの透水等により系の保有水量の減少分を補給する目的で設けられる。パソコン等の電子機器に液循環型冷却装置９０を搭載する場合、省スペース化の観点からリザーブタンク１２を小型化もしくは省略することが望まれる。このためには、透水等による水分透過量を極力少なくする必要がある。
特開２００３−２０９２１０号公報

しかしながら、上記液循環型冷却装置９０においては、液配管１０が可撓性を有するゴムや樹脂製のフレキシブルチューブから形成されている。かかるフレキシブルチューブでは透水等による水分透過量が多いため、補給用のリザーブタンクを小型化することができない。

一方、液配管１０として金属配管を用いた場合は、透水等による水分透過量を少なくすることができる。

しかしながら、液配管１０に金属配管を用いた場合には、液循環ポンプ１１、受熱体９、リザーブタンク１２及び放熱器１３の位置関係が固定されてしまうため、パソコン等の電子機器の筐体内への液循環型冷却装置９０を組み込む場合、筐体内での取り回しが不自由となり非常に作業し難いものとなる不都合があった。

この不都合を解消するために、液循環型冷却装置９０をユニットとして半組みの状態にしておいて電子機器筐体内で組み立てることも考えられるが、組立後の液漏れに対する確認が困難である。

更に、ユーザーがＣＰＵ(発熱素子：被冷却物)を取り替える可能性があるが、液配管１０を金属配管とした場合、この作業も困難となる。

従って、本発明の目的は、循環系内での水分透過量を少なくしてリザーブタンクを小型化できると共に、電子機器メーカーでの筐体への組み込み作業を簡易化し、更にメンテナンス作業(CPUの交換等、被冷却素子の交換作業)を容易に行うことができる液循環型冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の液循環型冷却装置は、発熱体に接続される受熱体と、液体を貯留しておくリザーブタンクと、前記受熱体から伝熱される熱を前記液体を介して放熱する放熱器と、前記液体を循環させる駆動手段とを液配管を介して接続し、各部材間を接続した前記液配管に前記液体を循環させることによって前記発熱体の冷却を行う液循環型冷却装置において、前記液配管のうちの前記受熱体との連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外の部分の少なくとも一部を金属製配管としたことを特徴とする。

前記受熱体及び前記リザーブタンクの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記リザーブタンクの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を金属製配管とすることができる。

前記受熱体及び前記リザーブタンクの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記リザーブタンクの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を金属製配管とフレキシブル配管との組み合わせとすることもできる。

前記受熱体及び前記リザーブタンクの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記リザーブタンクの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を容易に屈曲が可能な金属製コルゲート管としても良い。

前記受熱体及び前記液循環ポンプの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記液循環ポンプの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を金属製配管とすることができる。

前記受熱体及び前記液循環ポンプの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記液循環ポンプの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を容易に屈曲が可能な金属製コルゲート管とすることもできる。

前記受熱体をパーソナルコンピュータのＣＰＵに接続することができる。

前記フレキシブル配管をゴムチューブ又は樹脂チューブとすることが好ましい。

前記金属製配管を銅チューブ、アルミニウムチューブ又はステンレスチューブとすることが好ましい。

本発明の液循環型冷却装置によれば、液配管のうちの受熱体との連結部分をフレキシブル配管とし、連結部分以外の部分の少なくとも一部を金属製配管としたので、循環系内での水分透過量を少なくしてリザーブタンクを小型化できると共に、電子機器メーカーでの筐体への組み込み作業を簡易化し、更にメンテナンス作業(CPUの交換等、被冷却素子の交換作業)を容易に行うことができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
図１に、本実施形態の液循環型冷却装置を搭載したコンピュータ装置の一例を示す。同図においては内部を示すために側面を開放した状態としている。このコンピュータ装置１は、金属又は樹脂材料により形成される筐体２と、筐体２に収容されるハードディスクドライブ３と、フロッピィディスクやコンパクトディスク等の記録媒体を扱うためのディスクドライブ４と、種々の回路部品を搭載するマザーボード５と、筐体２に設けられる空気循環用のケースファン６と、マザーボード５や各ドライブに電力を供給する電源部７と、発熱体（ＣＰＵ）８から受熱する受熱体９と、冷却液を循環させる液配管１５と、冷却液を送り出す液循環ポンプ１１と、冷却液を貯留しておくリザーブタンク１６と、冷却液を介して伝熱される発熱体８の熱を放熱するための放熱器１３と、放熱器１３に風を送り込むファン１４とを有している。受熱体９、液配管１５、リザーブタンク１６、放熱器１３、液循環ポンプ１１は、発熱体８を冷却液の循環に基づいて冷却する液循環型冷却装置１０を形成している。また、ファン１４により放熱器１３に空気を送り込むことによって熱交換を促進できるようになっている。

図２（ａ）、（ｂ）に、この液循環型冷却装置１０の概略図を示す。なお、（ｂ）は（ａ）におけるリザーブタンク１６及び放熱器１３のＡ方向正面図である。

この液循環型冷却装置１０では、放熱器１３と連結して形成されているリザーブタンク１６の容積が図６に示す従来のリザーブタンク１２と比較して小型化されている。また、受熱体９、リザーブタンク１６（放熱器１３）、液循環ポンプ１１の各部材を連結している液配管１５において、各部材と連結される部分にはフレキシブル配管１７が用いられている。また、受熱体９及びリザーブタンク１６の間の液配管１５のうちの上記連結部分以外の中央部分、及び受熱体９及び液循環ポンプ１１の間の液配管１５のうちの上記連結部分以外の中央部分には、金属製固定配管１８が用いられている。フレキシブル配管１７としては、ゴムチューブ、樹脂チューブのいずれも用いることができる。また、金属製固定配管１８としては、熱伝導性に優れる銅チューブ、アルミニウムチューブ、ステンレスチューブ等を用いることができる。ゴムチューブとしては、例えばシリコンチューブが用いられる。

特に受熱体９との連結部分では、ユーザーでのメンテナンス作業(CPUバージョンアップのための交換等)のために、受熱体９の着脱作業の作業性を考慮してフレキシブル配管１７の長さを適切なものに決定することが好ましい。更に、液循環型冷却装置１０全体の水分透過許容量と使用するフレキシブル配管１７の水分透過度に基づき、全体のフレキシブル配管１７の使用可能長さを求め、ユーザーの作業性や電子機器メーカーでの筐体への組み付け作業性を考慮してフレキシブル配管１７を各部材間の液配管１５に割り振ることで、水分透過を極力抑え、それぞれの個別的なニーズに合った液循環型冷却ユニットを供給することが可能となる。

この液循環型冷却装置１０によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）受熱体９との連結部分にフレキシブル配管１７を使用しているので、ユーザーがCPUバージョンアップのための交換等のメンテナンス作業を行うに際して、受熱体９の着脱作業の作業性が大幅に向上する。
（２）液循環ポンプ１１との連結部分、リザーブタンク１６及び放熱器１３との連結部分にもフレキシブル配管１７を使用しているので、電子機器メーカーでの筐体への組み付け作業性が向上すると共に、その後のユーザーにおける各部材の取り替え作業等も容易に行うことができる。
（３）各部材との連結部分以外の液配管１５の部分を金属製固定配管１８とし、銅チューブ、アルミニウムチューブ、ステンレスチューブ等を用いることにより、循環系における透水等による水分透過量を極力少なくすることができる。このため、リザーブタンク１２を小型化することが可能となり、省スペース化に貢献することができる。
（４）使用するフレキシブル配管１７の水分透過度に基づき、液循環型冷却装置全体のフレキシブル配管１７の使用可能長さを求め、ユーザーの作業性や電子機器メーカーでの筐体への組み付け作業性を考慮してフレキシブル配管１７を各部材間の液配管１５に割り振ることで、それぞれの個別的なニーズに合った液循環型冷却ユニットを供給することが可能となる。
［第２の実施形態］
図３に、第２の実施形態の液循環型冷却装置２０の概略図を示す。
この液循環型冷却装置２０は、第１の実施形態の液循環型冷却装置１０における受熱体９及びリザーブタンク１６の間の金属製固定配管１８において、中央部分にもフレキシブル配管１７を用いたものである。

この液循環型冷却装置２０によれば、第１の実施形態が奏する効果の他に、以下の効果も奏することができる。
（５）受熱体９及びリザーブタンク１６の間の金属製固定配管１８の中央部分にもフレキシブル配管１７を用いているので、液配管１５の屈曲性が向上し、電子機器メーカーでの筐体への組み付け作業やユーザーでの取り替え作業等の作業性を更に向上させることができる。特に第１の実施形態の液循環型冷却装置１０と比較して、受熱体９及びリザーブタンク１６の間の液配管１５が長い場合に、組み付け作業や取り替え作業等の作業効率が向上するものとなる。
［第３の実施形態］
図４に、第３の実施形態の液循環型冷却装置３０の概略図を示す。
この液循環型冷却装置３０は、第１の実施形態の液循環型冷却装置１０における受熱体９及びリザーブタンク１６の間の金属製固定配管１８の代わりに、繰り返し曲げが可能な屈曲性を有すると共に水分透過量の少ない金属製コルゲート管１９を用いたものである。

この液循環型冷却装置３０によれば、第１の実施形態が奏する効果の他に、以下の効果も奏することができる。
（６）屈曲性を有すると共に水分透過量の少ない金属製コルゲート管１９を用いているので、第１の実施形態と比較して、更に作業性を向上させることができる。また、第２の実施形態のように金属製固定配管１８同士の間にフレキシブル配管１７を挿入する必要がない。このため部品数を減少できると共に、水分透過量を減少させることができる。
［第４の実施形態］
図５に、第４の実施形態の液循環型冷却装置４０の概略図を示す。
この液循環型冷却装置４０は、第２の実施形態の液循環型冷却装置２０における受熱体９及び液循環ポンプ１１の間の金属製固定配管１８の代わりに、繰り返し曲げが可能な屈曲性を有すると共に水分透過量の少ない金属製コルゲート管１９を用いたものである。

この液循環型冷却装置４０によれば、第２の実施形態が奏する効果の他に、以下の効果も奏することができる。
（７）屈曲性を有すると共に水分透過量の少ない金属製コルゲート管１９を用いているので、第２の実施形態と比較して、更に作業性を向上させることができる。また、受熱体９及び液循環ポンプ１１の間の液配管１５が長い場合であっても金属製固定配管１８同士の間にフレキシブル配管１７を挿入することなく作業効率を向上できる。また、フレキシブル配管１７を挿入する必要がないため、部品数を減少できると共に、水分透過量を減少させることができる。

なお、上記第４の実施形態においては、受熱体９及び液循環ポンプ１１の間のみ金属コルゲート管１９を用いたが、受熱体９及びリザーブタンク１６の間にも金属コルゲート管１９を用いることもできる。また、第１〜第４の実施形態においては、液循環ポンプ１１と放熱器１３との間の配管をフレキシブル配管１７としたが、必要に応じて固定配管１８とフレキシブル配管１７との組み合わせや、金属コルゲート管１９にすることもできる。

第１の実施形態に係る液循環型冷却装置を搭載したコンピュータ装置の斜視図である。第１の実施形態に係る液循環型冷却装置を示す概略図である。第２の実施形態に係る液循環型冷却装置を示す概略図である。第３の実施形態に係る液循環型冷却装置を示す概略図である。第４の実施形態に係る液循環型冷却装置を示す概略図である。従来の液循環型冷却装置を示す概略図である。

符号の説明

１コンピュータ装置
９受熱体
１０液循環型冷却装置
１１液循環ポンプ
１３放熱器
１５液配管
１６リザーブタンク
１７フレキシブル配管
１８金属製固定配管
１９金属製コルゲート管
２０液循環型冷却装置
３０液循環型冷却装置
４０液循環型冷却装置

Claims

発熱体に接続される受熱体と、液体を貯留しておくリザーブタンクと、前記受熱体から伝熱される熱を前記液体を介して放熱する放熱器と、前記液体を循環させる駆動手段とを液配管を介して接続し、各部材間を接続した前記液配管に前記液体を循環させることによって前記発熱体の冷却を行う液循環型冷却装置において、前記液配管のうちの前記受熱体との連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外の部分の少なくとも一部を金属製配管としたことを特徴とする液循環型冷却装置。
前記受熱体及び前記リザーブタンクの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記リザーブタンクの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を金属製配管としたことを特徴とする請求項１記載の液循環型冷却装置。
前記受熱体及び前記リザーブタンクの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記リザーブタンクの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を金属製配管とフレキシブル配管との組み合わせとしたことを特徴とする請求項１記載の液循環型冷却装置。
前記受熱体及び前記リザーブタンクの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記リザーブタンクの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を容易に屈曲が可能な金属製コルゲート管としたことを特徴とする請求項１記載の液循環型冷却装置。
前記受熱体及び前記液循環ポンプの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記液循環ポンプの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を金属製配管としたことを特徴とする請求項１記載の液循環型冷却装置。
前記受熱体及び前記液循環ポンプの間に設けられた液配管のうち、前記受熱体及び前記液循環ポンプの連結部分をフレキシブル配管とし、前記連結部分以外を容易に屈曲が可能な金属製コルゲート管としたことを特徴とする請求項１記載の液循環型冷却装置。
前記受熱体がパーソナルコンピュータのＣＰＵに接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の液循環型冷却装置。
前記フレキシブル配管がゴムチューブ又は樹脂チューブであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の液循環型冷却装置。
前記金属製配管が銅チューブ、アルミニウムチューブ又はステンレスチューブであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項又は請求項５記載の液循環型冷却装置。