(57)【要約】【課題】本発明は、ブロック化され、小型で、冷媒液の減少が少ない冷却装置およびこれを備えた電子機器を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、受熱部で受熱した冷媒液を循環させるためのポンプ１と，冷媒液が受熱した熱を放熱するラジエータ３と、冷媒液を収容し循環する冷媒液の気液分離を行って循環量を一定に保つリザーブタンク２と、ポンプ１、ラジエータ３、リザーブタンク２の３要素間を互いに接続する循環流路とを備えるとともに、３要素が１方向に並んで配設された冷却装置であって、３要素の中間に配設された要素には、両側の２要素との間の循環流路をそれぞれ接続する２つの継手管と、２要素間同士をつなぐ循環流路を構成するために各要素からの２つの流路を中継するバイパス流路及びその接続を行う継手管が設けられたことを主要な特徴とする。【選択図】図１
2006100692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱部で受熱した冷媒液を循環させるためのポンプと、前記冷媒液が受熱した熱を放熱するラジエータと、冷媒液を収容し循環する冷媒液の気液分離を行って循環量を一定に保つリザーブタンクと、前記ポンプ，前記ラジエータ及び前記リザーブタンクの３要素間を互いに接続する循環流路とを備えるとともに、前記３要素が１方向に並んで配設された冷却装置であって、前記３要素の中間に配設された要素には、両側の２要素との間の循環流路をそれぞれ接続する２つの継手管と、前記２要素間同士をつなぐ循環流路を構成するために各要素からの２つの流路を中継するバイパス流路及びその接続を行う継手管が設けられたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記３要素が、下からポンプ、リザーブタンク、ラジエータの順に積み重ねられていることを特徴とする請求項１の冷却装置。
【請求項３】
前記バイパス流路が、前記３要素で中間に配置された要素の表面に設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記リザーブタンクの高さが前記ラジエータの高さよりも低いことを特徴とする請求項２または３に記載の冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置を備え、前記冷却装置の受熱部が発熱部品に載置されたことを特徴とする冷却装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を循環させながら発熱部の熱を冷却する冷却装置およびそれを備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路のような発熱部、例えばコンピュータ装置等のマイクロプロセッサなど、を冷却する装置として、冷媒液を使って発熱部の熱を奪い、これをラジエータに搬送して大気中に放熱する冷却装置が知られている（特許文献１参照）。図６は従来の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【０００３】
この従来の冷却装置について説明する。図６において、５１は冷却すべき対象となるマイクロプロセッサ等の発熱部である。よく知られているように半導体集積回路は動作するときに発熱し、このとき冷却不足だと誤動作を起こす可能性がある。図６で示す発熱部５１は電子機器におけるこのような発熱部品である。５２は発熱部５１に接触して発熱部５１と熱交換する受熱部である。この熱交換により発熱部５１で発生した熱は循環中の冷媒液に移動する。５３はこの熱で温度上昇した冷媒液を循環させるためのポンプである。５４はポンプ５３によって搬送された冷媒液を外部の空気と熱交換し大気中に放熱するラジエータである。５５は冷媒液の減少を補うために予め冷媒液を蓄えておくリザーブタンクである。発熱部５１の上に受熱部５２が載置され、受熱部５２の上にポンプ５３が配置される。この配置によって熱交換が可能になる。５６はポンプ５３から排出される冷媒液をラジエータ５４に導くパイプ、５７はラジエータ５４で冷却された冷媒液をリザーブタンク５５に導くパイプ、５８はリザーブタンク５５からポンプ５３に冷媒液を導くパイプである。
【０００４】
ポンプ５３の吐出側はパイプ５６によってラジエータ５４に接続され、このラジエータ５４がパイプ５７を介してリザーブタンク５５に接続される。さらにリザーブタンク５５がポンプ５３の吸い込み側に接続される。そして発熱部５１の上に置かれた受熱部５２の上に、さらにポンプ５３、リザーブタンク５５、ラジエータ５４が順に積み重ねられて配置される。このような受熱部５２から、ポンプ５３、ラジエータ５４、リザーブタンク５５を経由して再び受熱部５２に戻るという冷媒液の循環流路が一組の構成として利用される。
【特許文献１】特開平７−１４２８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の冷却装置は、図６に示すように受熱部５２の上にポンプ５３、リザーブタンク５５、ラジエータ５４を順に積み重ねた配置となるため、循環流路を形成するには図６に示すように、この３要素の真中に位置するリザーブタンク５５を飛び越えるパイプ５６が必要であった。しかし、このような構成では、パイプ５６の引き回しによってパイプ５６の空間に占める大きさが広がり、冷却装置が小型化できないという問題があった。
【０００６】
また、パイプ５６，５７，５８はゴムや樹脂のパイプが使われることが多く、このようなパイプは徐々にではあるが冷媒液が壁面を通して蒸発し、外部の空気が代わりに混入する。このため冷媒液は時間の経過とともに減少し、パイプ５６，５７，５８の長さが長いと物質移動を行える面積が増し、冷媒液の減少速度が大きくなるという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、ブロック化され、小型で、冷媒液の減少が少ない冷却装置およびこれを備えた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、受熱部で受熱した冷媒液を循環させるためのポンプと、冷媒液が受熱した熱を放熱するラジエータと、冷媒液を収容し循環する冷媒液の気液分離を行って循環量を一定に保つリザーブタンクと、ポンプ，ラジエータ及びリザーブタンクの３要素間を互いに接続する循環流路とを備えるとともに、３要素が１方向に並んで配設された冷却装置であって、３要素の中間に配設された要素には、両側の２要素との間の循環流路をそれぞれ接続する２つの継手管と、２要素間同士をつなぐ循環流路を構成するために各要素からの２つの流路を中継するバイパス流路及びその接続を行う継手管が設けられたことを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の冷却装置によれば、ポンプ、ラジエータ、リザーブタンクの３要素をブロック化したとき小型化することができ、両側の２要素間をバイパス流路で中継するため循環流路の長さが短くでき、循環流路から蒸発する冷媒液が減って、補給用の冷媒液を頻繁に補給しなくてもよい。また、本発明の電子機器によれば、小型で、冷媒液の減少が少なく、メンテナンスが容易な電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、受熱部で受熱した冷媒液を循環させるためのポンプと、冷媒液が受熱した熱を放熱するラジエータと、冷媒液を収容し循環する冷媒液の気液分離を行って循環量を一定に保つリザーブタンクと、ポンプ，ラジエータ及びリザーブタンクの３要素間を互いに接続する循環流路とを備えるとともに、３要素が１方向に並んで配設された冷却装置であって、３要素の中間に配設された要素には、両側の２要素との間の循環流路をそれぞれ接続する２つの継手管と、２要素間同士をつなぐ循環流路を構成するために各要素からの２つの流路を中継するバイパス流路及びその接続を行う継手管が設けられた冷却装置であり、ポンプ、ラジエータ、リザーブタンクの３要素をブロック化したとき小型化することができ、両側の２要素間をバイパス流路で中継するため循環流路の長さが短くでき、循環流路から蒸発する冷媒液が減る。
【００１１】
本発明の第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、３要素が、下からポンプ、リザーブタンク、ラジエータの順に積み重ねられている冷却装置であり、最下に配置された発熱部品の熱はポンプで受熱し、最上に配置されたラジエータで放熱されるので、放熱した熱が再び受熱されることがない。
【００１２】
本発明の第３の発明は、第１または第２の発明に従属する発明であって、バイパス流路が、３要素で中間に配置された要素の表面に設けられた冷却装置であり、バイパス流路の長さをきわめて短くすることができる。
【００１３】
本発明の第４の発明は、第２または第３の発明に従属する発明であって、リザーブタンクの高さがラジエータの高さよりも低い冷却装置であり、リザーブタンクの高さが低く、バイパス流路で中継してポンプとラジエータ間を接続する循環流路が短くなり、循環流路から蒸発する冷媒液が減る。
【００１４】
本発明の第５の発明は、第１〜第４のいずれかの冷却装置を備え、冷却装置の受熱部が発熱部品に載置されたことを特徴とする電子機器であり、小型で、冷媒液の減少が少なく、メンテナンスが容易な電子機器を提供できる。
【００１５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は電子機器としてコンピュータ装置に搭載する冷却装置に関するものである。図１は本発明の実施の形態１における冷却装置全体の斜視図である。
【００１６】
図１において、１は水やプロピレングリコール水溶液等の冷媒液を循環させるポンプ、１ａはポンプ１の底面に設けられた受熱部（図２に示す）である。
【００１７】
ポンプ１は、内部に羽根車を収容した遠心型ポンプや渦流ポンプ等のターボ型ポンプが好適であり、小さなマイクロプロセッサに載置可能なように厚さ３ｍｍ〜２０ｍｍ、半径方向代表寸法１０ｍｍ〜７０ｍｍ、回転数は６００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍ、流量が０．０１Ｌ／分〜１.５Ｌ／分、ヘッド０．１ｍ〜２ｍ、比速度でいうと、１２〜２００（単位：ｍ、ｍ3／分、ｒｐｍ）程度のきわめて小型のものである。そして、受熱部１ａはこのターボ型ポンプのケーシング側面に形成されたマイクロプロセッサに密着できる壁面である。
【００１８】
２はリザーブタンクで、冷媒液の減少分を補うために補給用の冷媒液が予め収容されており、循環中の冷媒液が気液分離を行って混入した空気を除去し、循環量を一定に保つためのものである。すなわち、冷媒液は循環流路を構成するパイプ壁面や接続部を通して僅かではあるが徐々に蒸発し、代わりに外部の空気がパイプ壁面を通して冷媒液に混入する。このためリザーブタンク２には、冷媒液の減少で混入した空気を循環させないように、空気を冷媒液から気液分離する空気溜まりが設けられており、空気溜まりに混入した空気が分離されたときは、空気と同一容積の冷媒液を補って循環流路に送り出す。これにより循環量が保たれる。実施の形態１のリザーブタンク２はポンプ１の上に設けられる。そしてリザーブタンク２には、その外部表面もしくは内部に冷媒液をバイパスさせるバイパス流路が設けられる。
【００１９】
３はラジエータで、受熱部１ａで加熱された冷媒液の熱を大気中に放熱する。ラジエータ３は冷媒液の通るラジエータパイプ７（後述）に多数枚のフィンが固定されており、パイプの内壁面に伝わった熱がパイプ表面からフィンに伝達され、フィンに空気を当てることによって熱を大気中に放熱するものである。ラジエータ３は、熱伝導率が高く放熱性のよい材料、例えばアルミニウム、銅などの薄板材のフィンと、このフィンを貫通する銅管等のラジエータパイプ７から構成される。
【００２０】
４は冷却装置のベースであり、５はポンプ１、リザーブタンク２、ラジエータ３を両側から挟む側板、６は２枚の側板５の頂部を結合した天板、７は多数枚のフィンを貫通するラジエータパイプである。従って、受熱部１ａ、ポンプ１、リザーブタンク２、ラジエータ３は、上下方向（本発明における１方向）に順に積み重ねられて、ベース４、側板５及び天板６で構成される箱に固定され、１ブロックの冷却装置を構成する。そしてこのポンプ１、リザーブタンク２、ラジエータ３は、パイプによって接続され循環流路が形成される。
【００２１】
図２は本発明の実施の形態１における冷却装置の正面図、図３は本発明の実施の形態１における冷却装置の側面図である。図２、図３において、１１はポンプ１から吐出された冷媒液をリザーブタンク２に設けられた後述のバイパス流路３５（図５参照）の入口に送るための第１パイプ、１２はリザーブタンク２に設けられたバイパス流路３５の出口からラジエータ３の流入口に冷媒液を送るための第２パイプである。次に、１３はラジエータ３によって冷却された冷媒液をリザーブタンク２に戻すための第３パイプ、１４はリザーブタンク２からポンプ１に冷媒液を送る第４パイプである。ラジエータ３にはラジエータパイプ７が設けられており、第２パイプ１２と第３パイプ１３はラジエータパイプ７に接続される。この第１パイプ１１、第２パイプ１２、第３パイプ１３、第４パイプ１４は、
配管を行うとき作業が容易になるように、フレキシブルでガス透過性の少ないゴム、例えばブチルゴムなどのゴムチューブや、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）等の樹脂で構成される。
【００２２】
ところで図１、図２、図３からも分かるように、リザーブタンク２とラジエータ３の平面への投影形状は概ね同じであり、その高さ（高さ方向の幅）はラジエータ３の方がリザーブタンク２より高く、リザーブタンク２がラジエータ３の下部に配置されて組み立てられる。このように冷却装置の中間に位置するリザーブタンク２の方が高さが低いので、循環流路を配管するとき、配管の長さを短くすることができる。
【００２３】
実施の形態１の冷却装置では、受熱部１ａでマイクロプロセッサ（図示しない）の熱を吸収すると、その熱はポンプ１に伝達され、ポンプ１内を通過中の冷媒液を加熱する。熱交換して温度が上昇した冷媒液はリザーブタンク２に設けられたバイパス流路を経由してラジエータ３に至る。ラジエータ３では、冷媒液の熱がラジエータパイプ７の壁面を通して表面からフィンに伝わり、フィンから大気中に放出され、冷媒液の温度が下げられる。温度の下がった冷媒液は、再びリザーブタンク２を経由して再びポンプ１に戻る。
【００２４】
このように受熱部１ａが下で、ポンプ１、リザーブタンク２、ラジエータ３が順に積み重なった配置であるため、最下部に配置されたマイクロプロセッサの熱は受熱部１ａで受熱され、最上部に配置されたラジエータ３で放熱されることになり、ラジエータ３を下部に配置したときのように下方で加熱された空気が空中を上昇し、上部の受熱部１ａの雰囲気温度を上げて再度受熱されるようなことがない。
【００２５】
図４は図２の冷却装置のリザーブタンク２のＡ−Ａ断面図、図５は図４のリザーブタンク２を抜き出した説明用の断面図である。図４、図５に示すように、３１は第１パイプ１１が接続される流入継手管、３２は第２パイプ１２が接続される流出継手管、３３は第３パイプ１３が接続される流入継手管、３４は第４パイプ１４が接続される流出継手管である。３５はリザーブタンク２内に設けられたバイパス流路である。ラジエータ３に接続された第３パイプ１３と、ポンプ１に接続された第４パイプ１４が、ラジエータ３とポンプ１をつなぐ循環流路を構成するための本発明の２つの流路であり、バイパス流路３５によって中継される。流入継手管３１，３３、流出継手管３２，３４が本発明の実施の形態１における継手管である。
【００２６】
バイパス流路３５はリザーブタンク２の配管を中継するのに好適な位置に設けられ、ポンプ１から第１パイプ１１を介して送られた高温の冷媒液を受け入れ、第２パイプ１２を介してラジエータ３に流入させる。従来のようにポンプ１からラジエータ３まで１本のパイプを使って引き回すのでなく、バイパス流路３５で定まった位置で一旦中継するものである。流入継手管３１の開口をポンプ１の方向に向け、流出継手管３２の開口をラジエータ３の方向に向ければ、長いパイプが必要でなく、第１パイプ１１と第２パイプ１２を最短の長さになる。すなわち、最下部のポンプ１から中間部のリザーブタンク２を飛び越えて最上部のラジエータ３に１本のパイプで配管する場合、ゴムや樹脂等のパイプで配管するとどうしても長くなり易いが、実施の形態１の冷却装置ではバイパス流路３５で中継するため最短長のパイプで設置方向が安定した配管にすることができる。同様に、第３パイプ１３と第４パイプ１４も、流入継手管３３、流出継手管３４の開口の向きを選ぶことにより最短長さにすることができる。
【００２７】
そして、このように第１パイプ１１、第２パイプ１２、第３パイプ１３、第４パイプ１４の長さを短くすることができるため、パイプ壁面を通しての冷媒液の蒸発量を減らし、空気の混入量を減らすことができる。これによって冷媒液の補給の回数が減ってメンテナンスが容易になる。また、冷却装置が配管だけでなくコンパクトになり、発熱部品の上に
、受熱部１ａ、ポンプ１、リザーブタンク２、ラジエータ３が順に積み重ねられ、使い易く、小型になる。
【００２８】
ところで、リザーブタンク２は、図４、図５に示すように、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）等の樹脂モールドで形成されたＡ，Ｂの有底角筒状もしくは枡状の２部材を超音波溶着によって接合して作製される。部材Ａの表面の隅角部にバイパス流路３５が設けられる。これによりリザーブタンク２は箱状となり、内部に一定量の冷媒液を蓄え、気液分離することができる。なお、流入継手管３１、流出継手管３２、流入継手管３３、流出継手管３４の形状は図４、図５に示す形状が唯一ではなく、循環流路を構成する配管のレイアウトに応じて開口方向や変形が可能である。さらに、バイパス流路３５は加工を容易にするため、流路長さはできるだけ短く、リザーブタンク２の直方体の隅角部に正面側の流入継手管３１から流入して側面側の流出管３２から流出するように形成するのが望ましい。
【００２９】
ところで、冷却装置を電子機器に使用するときは、放熱量、放熱効率の変化に応じてラジエータ３の大きさや形状が変化する。従って、このほかにポンプの大きさや能力、台数、配管径等も変化させる必要がある。しかし、電子機器ごとにポンプを変化させるのは、小型で複雑な形状のポンプを個々の場合に応じて金属加工しなければならず、併せてリザーブタンク２やラジエータ３に対する配管も多様に変化させなければならない。このような方法で放熱量、放熱効率の変化に対応させるのは難しい。これに対し、リザーブタンク２は樹脂モールドで比較的簡単に作製できるため、ポンプより加工が容易である。従って、ラジエータ３の変化に対応させるために、中間に存在するリザーブタンク２を変更することによって種々のラジエータ３に対応することにより、電子機器の製造が容易になる。
【００３０】
なお、以上説明した実施の形態１の冷却装置は発熱部品であるマイクロプロセッサ等を最下部に配置して、受熱部１ａを接触させ、その上にポンプ１、リザーブタンク２、ラジエータ３を順に積み重ねた配置としたものである。しかし、ポンプ１、リザーブタンク２、ラジエータ３の３要素は、必ずしもこの順に配置される必要はない。上下方向でなく横方向に配置したり、あるいは電子機器の部品のレイアウトによって別の順に変更せざるを得ない場合もある。本発明はこのように３要素の配列順を適宜変更できるものである。このとき、バイパス流路が形成される要素は、ポンプ、ラジエータとなったりするが、ポンプの場合ケーシング表面の隅角部等、ラジエータの場合一番外側のフィン等に設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、冷媒を循環させながら発熱部の熱を冷却する冷却装置およびそれを備えた電子機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１における冷却装置全体の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における冷却装置の正面図
【図３】本発明の実施の形態１における冷却装置の側面図
【図４】図２の冷却装置のリザーブタンクのＡ−Ａ断面図
【図５】図４のリザーブタンクを抜き出した説明用の断面図
【図６】従来の冷却装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３３】
１    ポンプ
１ａ    受熱部
２    リザーブタンク
３    ラジエータ
４    ベース
５    側板
６    天板
７    ラジエータパイプ
１１    第１パイプ
１２    第２パイプ
１３    第３パイプ
１４    第４パイプ
３１，３３    流入継手管
３２，３４    流出継手管
３５    バイパス流路
【図１】
2006100692.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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