(57)【要約】【課題】複数の熱源ごとに分岐された流路を通過した媒体を効率よく放熱する冷却構造および電子機器を提供する。【解決手段】複数の熱源と複数の放熱器とを通る水路に熱媒体となる液体を循環させることにより熱源で発生する熱を放熱する冷却構造であって、熱源の上流で液体を分流する分流部と、それぞれが複数の熱源に対応するように配置され、液体が循環する第１分岐水路と、それぞれが複数の放熱器に対応するように配置され、液体が循環する第２分岐水路と、第１分岐水路と第２分岐水路との間に配置され、第１分岐水路のうち他の水路よりも温度の高い一の水路を循環する液体が、２以上の第２分岐水路を循環するように水流を調節する水流調節部とを有するように、冷却構造を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱源と複数の放熱器とを通る水路に熱媒体となる液体を循環させることにより熱源で発生する熱を放熱する冷却構造であって、
前記熱源の上流で前記液体を分流する分流部と、
それぞれが前記複数の熱源に対応するように配置され、前記液体が循環する第１分岐水路と、
それぞれが前記複数の放熱器に対応するように配置され、前記液体が循環する第２分岐水路と、
前記第１分岐水路と前記第２分岐水路との間に配置され、前記第１分岐水路のうち他の水路よりも温度の高い一の水路を循環する液体が、２以上の前記第２分岐水路を循環するように水流を調節する水流調節部とを有することを特徴とする、冷却構造。
【請求項２】
前記水流調節部は、
前記第２分岐水路のそれぞれを開放／閉鎖する２以上の第１の弁と、
前記第２分岐水路のそれぞれの間を互いに接続するとともに開放／閉鎖する２以上の第２の弁とを有することを特徴とする、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項３】
前記水流調節部は、
前記第２の弁を、前記第１の弁の上流側と下流側とにそれぞれ有していることを特徴とする、請求項２に記載の冷却構造。
【請求項４】
複数の機能ブロックから成るＣＰＵと複数の放熱器とを通る水路に熱媒体となる液体を循環させることによりＣＰＵで発生する熱を放熱する冷却構造を有する電子機器であって、前記冷却構造が、
前記ＣＰＵの上流で前記液体を分流する分流部と、
それぞれが前記複数の機能ブロックに対応するように配置され、前記液体が循環する第１分岐水路と、
それぞれが前記複数の放熱器に対応するように配置され、前記液体が循環する第２分岐水路と、
前記第１分岐水路と前記第２分岐水路との間に配置され、前記第１分岐水路のうち他の水路よりも温度の高い一の水路を循環する液体が、２以上の前記第２分岐水路を循環するように水流を調節する水流調節部とを有することを特徴とする、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源と放熱器との間で液体を媒体として熱交換し、放熱器から放熱することによって冷却を行う冷却構造および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱源と放熱器との間で液体を媒体として熱交換し、放熱器から放熱することによって冷却を行う液冷方式は、媒体の量によって熱源の発熱量に応じた受熱容量を設定することができる。したがって、発熱量の大きな熱源に対応しやすいこと、放熱器の配置の自由度が大きいことなどの特徴を有している。かかる特徴は、熱源を有する筐体の小型化・デザイン性の追求の求められるパーソナルコンピュータにおける冷却に適している。例えば、特許文献１には、パーソナルコンピュータで液冷方式を採用することにつき記載されている。
【０００３】
液冷方式は、放熱器から出て放熱器に戻る経路に熱源を複数配置することにより、複数の熱源を１つの経路に配置された放熱器のみで冷却することができる。このとき、熱源ごとの発熱量が一様でないと、各熱源の動作を適切に維持できなくなる。
【０００４】
例えば、パーソナルコンピュータは、熱源として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）の他、グラフィックスプロセッサ、周辺機器制御用ＬＳＩ、ハードディスクドライブ、電源などの部品を有している。これらの部品の発熱量はそれぞれ異なり、動作可能な温度範囲も異なるため、特許文献１に記載の冷却構造では、１つの経路にこれらの部品を配置すると、各部品の動作を適切に維持できなくなるという問題が発生する。
【０００５】
また、パーソナルコンピュータの主たる熱源であるＣＰＵは、従来はそれ自体が単一の熱源であった。しかし昨今、半導体製造技術の微細化に伴い、複数の機能ブロック（コア）が単一のダイ上に実装されるようになってきている。かかるマルチコアＣＰＵにおいては、コアごとに発熱量が異なるため、単一の熱源として冷却を行うと、１つの経路に複数の部品を配置したときと同様の問題が発生する。
【０００６】
特許文献２には、複数の熱源の前で媒体の流路を分岐させ、熱源通過後の媒体の温度に応じて分岐した流路に流入する媒体の量を制御して、均等に冷却することにつき記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２８７２１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に記載の技術によれば、熱源ごとに媒体の流路に流入する媒体の量が制御できるため、熱源ごとに適切な温度となるように制御することが可能となる。これによって、各熱源の集合を全体として適切に冷却することができる。特許文献２に記載の技術では、媒体が再び１つの経路に合流するようになっている。
【０００９】
ここで、熱源ごとの発熱量の差によって熱源通過後の媒体の温度に大きな差が生じたときは、１つの経路に合流することにより、温度の異なる媒体が混合されて中間程度の均一な温度となり、放熱器で放熱される。すなわち、発熱量の大きい熱源を通過して高温になった媒体は、他の温度の低い熱源と混合されて温度が低下するため温度差が減少する。
【００１０】
放熱器における放熱効率は放熱器内外の温度差に比例するため、媒体の温度が低下することによって放熱効率が低下するという課題を有する。
【００１１】
そこで、本発明は、複数の熱源ごとに分岐された流路を通過した媒体を効率よく放熱する冷却構造および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】
【００１２】
本発明の冷却構造は、複数の熱源と複数の放熱器とを通る水路に熱媒体となる液体を循環させることにより熱源で発生する熱を放熱する冷却構造であって、熱源の上流で液体を分流する分流部と、それぞれが複数の熱源に対応するように配置され、液体が循環する第１分岐水路と、それぞれが複数の放熱器に対応するように配置され、液体が循環する第２分岐水路と、第１分岐水路と第２分岐水路との間に配置され、第１分岐水路のうち他の水路よりも温度の高い一の水路を循環する液体が、２以上の第２分岐水路を循環するように水流を調節する水流調節部とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の電子機器は、複数の機能ブロックから成るＣＰＵと複数の放熱器とを通る水路に熱媒体となる液体を循環させることによりＣＰＵで発生する熱を放熱する冷却構造を有する電子機器であって、冷却構造が、ＣＰＵの上流で液体を分流する分流部と、それぞれが複数の機能ブロックに対応するように配置され、液体が循環する第１分岐水路と、それぞれが複数の放熱器に対応するように配置され、液体が循環する第２分岐水路と、第１分岐水路と第２分岐水路との間に配置され、複数の機能ブロックのうち、他の機能ブロックよりも温度の高い一の機能ブロックを通る、第１分岐水路のうちの一の水路を循環する液体が、２以上の第２分岐水路を循環するように水流を調節する水流調節部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の熱源ごとに分岐された流路を通過した媒体を効率よく放熱する冷却構造および電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の冷却構造の全体概要図である。
【図２】本実施形態の水流調節部６が各分岐水路の流れを変更しないよう制御されている状態を示す図である。
【図３】本実施形態の水流調節部６が分岐水路３ａの流れを分岐水路３ａ、３ｂに分配し、分岐水路３ｂ、３ｃの流れを分岐水路３ｃに集約するよう制御されている状態を示す図である。
【図４】本実施形態の水流調節部６が分岐水路３ｃの流れを分岐水路３ｂ、３ｃに分配し、分岐水路３ａ、３ｂの流れを分岐水路３ａに集約するよう制御されている状態を示す図である。
【図５】本実施形態の水流調節部６が分岐水路３ｂの流れを分岐水路３ａ、３ｂに分配し、分岐水路３ａ、３ｃの流れを分岐水路３ｃに集約するよう制御されている状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について詳細に説明する。本実施形態は、発熱量の異なる複数の機能ブロックを有するＣＰＵを搭載したデスクトップ型パーソナルコンピュータの冷却構造であるが、本発明はデスクトップ型パーソナルコンピュータに限らず、発熱量の異なる複数の熱源の冷却に適用可能である。
【００１７】
図１は、本実施形態の冷却構造の全体概要図である。図１を参照すると、本実施形態のデスクトップ型パーソナルコンピュータは、ポンプ１、弁２ａおよび２ｂ、分岐水路３ａ、３ｂおよび３ｃ、制御部４、ＣＰＵ５、水流調節部６、ファン７、ラジエータ８ａ、８ｂおよび８ｃ、温度センサ９ａ、９ｂおよび９ｃを有している。
【００１８】
ポンプ１は、熱媒体となる液体を水路に循環させる。熱媒体とする液体としては、水や水に何らかの物質を溶かした水溶液を使用することができる。ポンプ１による液体の循環経路を点線ＬＦで示している。
【００１９】
弁２ａおよび２ｂは、制御部４に制御されて、液体を分岐水路３ａ、３ｂおよび３ｃに分岐させる。例えば、水量を３ａ：３ｂ：３ｃ＝２：２：６としたい場合、弁２ａが３ａ：（３ｂ＋３ｃ）＝１：４となるよう弁の開度を制御し、弁２ｂが３ｂ：３ｃ＝１：３となるように制御することで、所望の割合で分岐させることができる。本実施例では、分岐水路で３分岐する構成となっているが、これに限らず、例えば２分岐または４分岐以上であってもよい。
【００２０】
制御部４は、弁２ａおよび２ｂならびに後述する水流調節部６の動作を後述する温度センサ９ａ、９ｂ、９ｃによって検出された温度に基づいて制御する。弁２ａ、２ｂは、熱源通過後の温度の高い分岐水路に多くの水量が流れるように制御される。これにより、後述するファン７による送風を増加させないようにして静音を維持しつつ、ＣＰＵ５の動作温度を過剰に上昇させることのない範囲で動作させる制御が可能となる。水流調節部６の制御は後述する。制御部４は、専用ＬＳＩで構成してもよく、ＣＰＵ５で所定のソフトウェアを実行することによって構成してもよい。
【００２１】
ＣＰＵ５は、汎用処理プロセッサであり、発熱量の異なる複数の機能ブロック５ａ、５ｂおよび５ｃを有している。発熱量の異なる複数の機能ブロックとは、例えば数値演算ブロック、画像処理ブロック、周辺制御ブロック、キャッシュメモリブロックなどである。
【００２２】
水流調節部６は、制御部４に制御されて、分岐水路３ａ、３ｂおよび３ｃから後述するラジエータ８ａ、８ｂおよび８ｃに流れる量を調節する。水流調節部６の構成は後述する。
【００２３】
ファン７は、回転によって送風し、ラジエータ８ａ、８ｂおよび８ｃの周辺に空気を循環させてラジエータ内の液体の温度を低下させる。ファン７による空気の流れを点線ＡＦで示している。ラジエータ８ａ、８ｂおよび８ｃは、ファンからの風による冷却効率を上げるため、表面積が大きくなるように屈曲されたりフィンが取りつけられたりしている。なお、ラジエータの分岐数は、本実施形態では分岐水路３の分岐数と同じになっているが、これに限られず、例えば４分岐以上であってもよい。
【００２４】
ラジエータ８ａ、８ｂおよび８ｃを通過して冷却された液体は、再び１本の水流となってポンプ１に流入し、この経路を循環する。
【００２５】
温度センサ９ａ、９ｂおよび９ｃは、ＣＰＵ５の各機能ブロックを通過した後の液体の温度を検出する。温度センサ９ａ、９ｂおよび９ｃは、制御部４に接続され、制御部４は温度センサの検出する温度によって弁２ａおよび２ｂならびに後述する水流調節部６の動作を制御する。
【００２６】
図２ないし図５は、本実施形態の水流調節部６の詳細な構造を示す図である。図２は、本実施形態の水流調節部６が各分岐水路の流れを変更しないよう制御されている状態を示す図である。
【００２７】
本実施形態の水流調節部６が各分岐水路の流れを変更しないよう制御されている状態を上面から見た図２（ａ）を参照すると、水流調節部６は、弁６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇおよびパイプ６ｈを有している。弁６ａは、分岐水路３ａ中に配置され、分岐水路３ａを開放／閉鎖するよう制御部４に制御される。弁６ｂ、６ｃは、分岐水路３ａと分岐水路３ｂとの間に、水流ＬＦに対して弁６ａの前後に配置され、分岐水路３ａと分岐水路３ｂとの間を開放／閉鎖するよう制御部４に制御される。弁６ｄは、分岐水路３ｂ中に配置され、分岐水路３ｂを開放／閉鎖するよう制御部４に制御される。弁６ｅ、６ｆは、分岐水路３ｂと分岐水路３ｃとの間に、水流ＬＦに対して弁６ｄの前後に配置され、分岐水路３ｂと分岐水路３ｃとの間を開放／閉鎖するよう制御部４に制御される。
【００２８】
パイプ６ｈは、分岐水路３ａと分岐水路３ｃとを接続して液体が流れるようになっている。弁６ｇは、パイプ６ｈ中に配置され、パイプ６ｈを開放／閉鎖するよう制御部４に制御される。本実施形態の水流調節部６が各分岐水路の流れを変更しないよう制御されている状態のＬ−Ｌ断面図である図２（ｂ）を参照すると、パイプ６ｈは分岐水路３ｂと交わらないように配置されている。
【００２９】
図２の状態では、弁６ａ、６ｄは開放され、弁６ｂ、６ｃ、６ｅ、６ｆ、６ｇは閉鎖されている。このとき、分岐水路間が閉鎖されており、各分岐水路は開放されているため、各分岐水路の流れは変更されず、ＣＰＵ５から流れてきた液体はそのままラジエータ８ａ、８ｂ、８ｃに流れてゆく。
【００３０】
制御部４は、温度センサ９ａ、９ｂおよび９ｃの検出する温度が均一であるときは、液体を一様に冷却すればよいため、流れを変更しない図２の状態となるように水流調節部６を制御する。
【００３１】
図３は、本実施形態の水流調節部６が分岐水路３ａの流れを分岐水路３ａ、３ｂに分配し、分岐水路３ｂ、３ｃの流れを分岐水路３ｃに集約するよう制御されている状態を示す図である。
【００３２】
図３の状態では、弁６ａ、６ｂは開放され、弁６ｃ、６ｄ、６ｅは閉鎖されている。これにより、分岐水路３ａの流れが分岐水路３ａ、３ｂに分配される。また、弁６ｃ、６ｄを閉鎖し、弁６ｆを開放することにより、分岐水路３ｂ、３ｃの流れが分岐水路３ｃに集約される。また、弁６ｇは閉鎖されているため、分岐水路３ａと３ｃは分離されたままである。
【００３３】
制御部４は、温度センサ９ａの検出する温度が温度センサ９ｂ、９ｃの検出する温度よりも高いときは、分岐水路３ａの液体を特に冷却するようにする。すなわち、分岐水路３ａの液体をラジエータ８ａおよび８ｂで冷却させるため、図３の状態となるように水流調節部６を制御する。
【００３４】
図４は、本実施形態の水流調節部６が分岐水路３ｃの流れを分岐水路３ｂ、３ｃに分配し、分岐水路３ａ、３ｂの流れを分岐水路３ａに集約するよう制御されている状態を示す図である。
【００３５】
図４の状態では、弁６ｅは開放され、弁６ｂ、６ｄ、６ｆは閉鎖されている。これにより、分岐水路３ｃの流れが分岐水路３ｂ、３ｃに分配される。また、弁６ｂ、６ｄ、６ｆを閉鎖し、弁６ａ、６ｃを開放することにより、分岐水路３ａ、３ｂの流れが分岐水路３ａに集約される。また、弁６ｇは閉鎖されているため、分岐水路３ａと３ｃは分離されたままである。
【００３６】
制御部４は、温度センサ９ｃの検出する温度が温度センサ９ａ、９ｂの検出する温度よりも高いときは、分岐水路３ｃを流れてきた液体を特に冷却するようにする。すなわち、分岐水路３ｃの液体をラジエータ８ｂおよび８ｃで冷却させるため、図４の状態となるように水流調節部６を制御する。
【００３７】
図５は、本実施形態の水流調節部６が分岐水路３ｂの流れを分岐水路３ａ、３ｂに分配し、分岐水路３ａ、３ｃの流れを分岐水路３ｃに集約するよう制御されている状態を示す図である。
【００３８】
図５の状態では、弁６ｂ、６ｄは開放され、弁６ａ、６ｃ、６ｅ、６ｆは閉鎖されている。これにより、分岐水路３ｂの流れが分岐水路３ａ、３ｂに分配される。また、弁６ａ、６ｃ、６ｅ、６ｆを閉鎖し、弁６ｇを開放することにより、分岐水路３ａの流れはパイプ６ｈを通り、分岐水路３ｃの流れと合流して分岐水路３ｃに集約される。
【００３９】
制御部４は、温度センサ９ｂの検出する温度が温度センサ９ａ、９ｃの検出する温度よりも高いときは、分岐水路３ｂを流れてきた液体を特に冷却するようにする。すなわち、分岐水路３ｂの液体をラジエータ８ａおよび８ｂで冷却させるため、図５の状態となるように水流調節部６を制御する。
【００４０】
パーソナルコンピュータを上述のように構成することにより、複数の熱源ごとに分岐された流路を通過した媒体であっても、媒体ごとの温度差に応じて適切な放熱経路を選択することができるため、効率よく放熱することが可能となる。
【００４１】
本実施形態では、制御部４が温度センサ９ａ、９ｂ、９ｃで検出された温度に応じて水流調節部６を制御しているが、温度センサの検出する温度によって制御される弁２ａおよび２ｂの状態とも関連づけて制御してもよい。
【００４２】
また、温度センサ９ａ、９ｂ、９ｃで所定の温度が検出され、弁２ａおよび２ｂが所定の状態に制御されるときに、水流調節部６を制御可能なパターン（本実施形態においては４パターン）で制御して、分岐水路３ａ、３ｂ、３ｃが合流した後の温度を図示しない温度センサで検出し、最も冷却効率のよいパターンを判定して、その所定の温度、弁の状態においては水流調節部６をその冷却効率のよいパターンになるよう制御してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１    ポンプ
２ａ、２ｂ  弁
３ａ、３ｂ、３ｃ  分岐水路
４  制御部
５  ＣＰＵ
６  水量調節部
７  ファン
８ａ、８ｂ、８ｃ  ラジエータ
９ａ、９ｂ、９ｃ  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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