(57)【要約】【課題】システム全体としてチューブ体を必要とせず、全ての要素を放熱シート上に備えたユニット性に優れた液冷システムを得る。また放熱シートに効率的に熱を分散させることができ、部分的な熱い部分が生じにくい液冷システムを得る。【解決手段】重ね合わせた一対の伝熱性金属板の間に循環流路を有する放熱シート上に、循環流路の両端部に位置する入口孔と出口孔を開口させ、この放熱シート上に、入口孔と出口孔に連通する吐出ポートと吸入ポートを有するポンプを設置し、放熱シート上にヒートスプレッダを介して発熱体を設置して受熱エリアとし、循環流路は、ヒートスプレッダの下面に位置する吸熱流路と、ヒートスプレッダ以外の放熱エリアに位置する、吸熱流路の流路長より十分長い流路長の放熱流路とを有する液冷システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた一対の伝熱性金属板を有し、該一対の伝熱性金属板の間に循環流路を有する放熱シート；
この放熱シート表面に開口させた、上記循環流路の両端部に位置する入口孔と出口孔；
この入口孔と出口孔に連通する吐出ポートと吸入ポートを有し、該放熱シート上に設置されたポンプ；
上記放熱シート上に設定された受熱エリアと放熱エリア；
この受熱エリア上に伝熱材料からなるヒートスプレッダを介して設置された発熱体；
を備え、
上記循環流路は、受熱エリアのヒートスプレッダの下面に位置する吸熱流路と、放熱エリアに位置する、上記吸熱流路の流路長より十分長い流路長の放熱流路とを有することを特徴とする液冷システム。
【請求項２】
請求項１記載の液冷システムにおいて、上記放熱流路の流路長は吸熱流路の流路長の１０倍以上である液冷システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の液冷システムにおいて、上記吸熱流路は、発熱体の直下に位置する主吸熱流路と、この主吸熱流路に隣接する少なくとも一つの吸熱Ｕ字状流路とを有する液冷システム。
【請求項４】
請求項３記載の液冷システムにおいて、上記吸熱Ｕ字状流路から放熱エリアに至った放熱流路は、再び吸熱エリアに戻る前に、該放熱エリアにおいて複数回往復する放熱往復流路を有している液冷システム。
【請求項５】
請求項３または４記載の液冷システムにおいて、上記主吸熱流路は、入口部と出口部において１本であり、発熱源直下において複数本に分岐している液冷システム。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、上記主吸熱流路は、該主吸熱流路を通過した後、放熱シートの最外周を通って上記出口孔に戻る最外周放熱流路に接続されている液冷システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、放熱シートの面積は、ヒートスプレッダの面積の１０倍以上である液冷システム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、循環流路の上記入口孔と出口孔は、放熱シートに筒状突起として形成されており、上記ポンプの吐出ポートと吸入ポートは、この入口孔筒状突起に連通する吐出流路孔と出口孔筒状突起に連通する吸入ポート孔として形成されている液冷システム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、上記ポンプは圧電ポンプである液冷システム。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、上記ポンプと、放熱シートの間にはスペーサブロックが介在しており、このスペーサブロックに、上記循環流路への注水孔が形成されている液冷システム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、上記発熱源はノートパソコンのＣＰＵであり、本液冷システムは全体がキーボードを有する本体内部に収納されている液冷システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液冷システムにおいて、本液冷システムの放熱シートは、キーボードの表面に沿わせて設けられている液冷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型の液冷（水冷）システムに関し、特にノート型パソコンに用いて好適な液冷システムに関する。
【０００２】
本出願人は、ノート型パソコンの発熱源（ＣＰＵ）を冷却する液冷システムを開発中である。部品の収納スペースが限られているノート型パソコンでは、全体として薄型でユニット性の高い液冷システムが求められている。
【特許文献１】特開2000-323880号公報
【特許文献２】特開2001-177024号公報
【特許文献３】特開2001-177283号公報
【特許文献４】特開2003-269876号公報
【特許文献５】特開2004-3816号公報
【特許文献６】特開2004-6563号公報
【特許文献７】特開2004-95891号公報
【特許文献８】特開2004-211932号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし従来品は、ポンプ、吸熱部、放熱部等が別々に備えられていて各要素間を接続するためにチューブを必要としており、このため、一体性（ユニット性）に乏しく、組付性に問題があった。また、効果的に発熱源（ＣＰＵ）を冷却して熱を分散させる（部分的に熱い部分をなくす）という点において改良の余地があった。
【０００４】
従って本発明は、システム全体としてチューブ体を必要とせず、全ての要素を放熱シート上に備えたユニット性に優れた液冷システムを得ることを目的とする。また本発明は、放熱シートに効率的に熱を分散させることができ、部分的な熱い部分が生じにくい液冷システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による液冷システムは、重ね合わせた一対の伝熱性金属板を有し、該一対の伝熱性金属板の間に循環流路を有する放熱シート；この放熱シート表面に開口させた、循環流路の両端部に位置する入口孔と出口孔；この入口孔と出口孔に連通する吐出ポートと吸入ポートを有し、該放熱シート上に設置されたポンプ；放熱シート上に設定された受熱エリアと放熱エリア；この受熱エリア上に伝熱材料からなるヒートスプレッダを介して設置された発熱体；を備え、循環流路は、受熱エリアのヒートスプレッダの下面に位置する吸熱流路と、放熱エリアに位置する、吸熱流路の流路長より十分長い流路長の放熱流路とを有することを特徴としている。
【０００６】
具体的には、放熱流路の流路長は吸熱流路の流路長の１０倍以上とするのがよい。
【０００７】
吸熱流路には、発熱体の直下に位置する主吸熱流路と、この主吸熱流路に隣接する少なくとも一つの吸熱Ｕ字状流路とを設けることが好ましい。そして、この吸熱Ｕ字状流路から放熱エリアに至った放熱流路には、再び吸熱エリアに戻る前に、該放熱エリアにおいて複数回往復する放熱往復流路を設けることが好ましい。
【０００８】
主吸熱流路は、入口部と出口部において１本とし、発熱源直下において複数本に分岐させるとよい。
【０００９】
主吸熱流路は、その一態様では、該主吸熱流路を通過した後、放熱シートの最外周を通って上記出口孔に戻る最外周放熱流路に接続される。
【００１０】
放熱シートの面積は、具体的には、ヒートスプレッダの面積の１０倍以上とするのがよい。
【００１１】
循環流路の上記入口孔と出口孔は、放熱シートに筒状突起として形成し、ポンプの吐出ポートと吸入ポートは、この入口孔筒状突起に連通する吐出流路孔と出口孔筒状突起に連通する吸入ポート孔として形成するのが実際的である。
【００１２】
ポンプは、圧電ポンプとすると小型化薄型化を図ることができる。
【００１３】
ポンプと、放熱シートの間にはスペーサブロックを介在させ、このスペーサブロックに、循環流路への注水孔を形成することができる。
【００１４】
本発明の液冷システムは、ノートパソコンのＣＰＵを冷却用に適用できる。この態様では、本液冷システム全体をキーボードを有する本体内部に収納するのがよい。このとき、本液冷システムの放熱シートは、キーボードの表面に沿わせて設けると放熱性がよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の液冷システムは、放熱シート上に、ポンプ、ヒートスプレッダ及び発熱源の全てを搭載しており、高いユニット性がある。また、放熱シート内の循環流路は、ヒートスプレッダの下方（吸熱エリア）に位置する吸熱流路と、放熱エリアに位置する放熱流路とを含み、放熱流路の流路長は吸熱流路の流路長より十分長いため、効果的な放熱及び比較的均等な熱分布を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明による液冷システムユニット１００の一実施形態の全体の平面図である。この液冷システムユニット１００は、図８に示すように、ノートパソコン１０１のキーボード１０２を有する本体部１０３内に収納されており、発熱源としてのＣＰＵ１０４を冷却するために用いられる。本実施形態の液冷システムユニット１００は、本体部１０３に対して開閉可能なＬＣＤ（表示部）１０５とは全く無関係に設けられている。
【００１７】
液冷システムユニット１００は、図２ないし図４にも示すように、放熱シート１０と、この放熱シート１０上に載置した圧電ポンプ２０と、伝熱性金属材料からなるヒートスプレッダ４０とを有しており、ヒートスプレッダ４０上にＣＰＵ１０４が載置されている。ＣＰＵ１０４上には、カバー４１が位置し（ヒートスプレッダ４０とカバー４１でＣＰＵ１０４が挟着され）、放熱シート１０と圧電ポンプ２０の間にはスペーサ４２が位置している。なお、圧電ポンプ２０、ヒートスプレッダ４０及びＣＰＵ１０４は、放熱シート１０の裏面（キーボード１０２の裏面側）に設けられているが、図示の便宜上、図１、図２及び図５は、本液冷システム１００を裏面から見た状態を描いている。
【００１８】
放熱シート１０は、一対の重ね合わせた伝熱性金属板（ブレージングシート）１０Ｕと１０Ｌからなるもので、その一方のブレージングシート１０Ｌに、循環流路１１を構成する流路凹部１１ａが形成されている。流路凹部１１ａの深さは例えば０．２ｍｍ前後である。ブレージングシートは周知のように、金属材料（一般的にアルミニウム合金）からなるシート芯材の表裏にロウ材を付着形成したもので、プレス加工によって流路凹部１１ａを形成可能であり、一対を当接させて加圧下で加熱することにより、ロウ材が溶融して互いに接着される。一般的にブレージングプレート１０Ｕ（１０Ｌ）は、０．４ｍｍ程度の厚さを有するものであるが、本発明は、放熱シート１０（ブレージングシート）の材質や厚みその他は問わない。
【００１９】
放熱シート１０の循環流路１１の全体形状は、図１に表れている。この循環流路１１は、入口部１１ｂと出口部１１ｃ（図２、図５参照）の間を循環するもので、ブレージングシート１０Ｕには、流路凹部１１ａの両端部である入口部１１ｂと出口部１１ｃに連通する入口突起（入口孔）１２と出口突起（出口孔）１３が突出形成されている。入口突起１２と出口突起１３は、スペーサ４２を介して圧電ポンプ２０の吐出ポート（孔）３４と吸入ポート（孔）３５にそれぞれ連通（嵌合）している。より詳細には、図７に示すように、スペーサ４２には、中継孔４２ａ、４２ｂが形成されていて、この中継孔４２ａ、４２ｂに放熱シート１０（ブレージングシート１０Ｕ）の入口突起１２、出口突起１３が嵌まり、中継孔４２ａ、４２ｂと同軸に突出させた環状突起４２ａ’、４２ｂ’が圧電ポンプ２０の吐出ポート３４と吸入ポート３５に嵌まっている。
【００２０】
スペーサ４２にはまた、ブレージングシート１０Ｕに形成した注液孔１４に連通する注液栓４２ｃが設けられている。スペーサ４２は、注液栓４２ｃを他の部分に設けることにより、省略することが可能である。すなわち、放熱シート１０の入口突起１２と出口突起１３を圧電ポンプ２０の吐出ポート３４と吸入ポート３５に直接嵌合させることも可能である。これら嵌合部分の液密構造は図示していない。環状突起４２ａ’と、４２ｂ’と圧電ポンプ２０の吐出ポート３４と吸入ポート３５の嵌合部はＯリングを介して接続することも可能であり、この場合、より確実なシール性を得ることができる。
【００２１】
本発明は、ポンプ（圧電ポンプ）２０自体の構成を問うものではないが、実施形態の圧電ポンプ２０を、図６、図７について説明する。この圧電ポンプ２０は、下方から順にロアハウジング２１とアッパハウジング２２を有している。
【００２２】
ロアハウジング２１には、該ハウジングの板厚平面に直交させて、上記吐出ポート３４と吸入ポート３５が互いに平行に穿設されている。ロアハウジング２１とアッパハウジング２２の間には、Ｏリング２９を介して圧電振動子（ダイヤフラム）２８が液密に挟着支持されていて、該圧電振動子２８とロアハウジング２１との間にポンプ室Ｐを構成している。圧電振動子２８とアッパハウジング２２との間には、大気室Ａが形成される。
【００２３】
圧電振動子２８は、中心部のシム２８ａと、シム２８ａの表裏の一面（図７の上面）に積層形成した圧電体２８ｂとを有するユニモルフタイプである。ポンプ室Ｐには、シム２８ａが臨んで液体と接触する。シム２８ａは、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ５０〜３００μｍ程度のステンレス、４２アロイ等により形成された金属製の薄板からなる。圧電体２８ｂは、例えば厚さ３００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）から構成されるもので、その表裏方向に分極処理が施されている。このような圧電振動子は周知である。
【００２４】
ロアハウジング２１の吐出ポート３４と吸入ポート３５にはそれぞれ、逆止弁（アンブレラ）３２と３３が設けられている。逆止弁３２は、吸入ポート３５からポンプ室Ｐへの流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁であり、逆止弁３３は、ポンプ室Ｐから吐出ポート３４への流体流を許してその逆の流体流を許さない吐出側逆止弁である。
【００２５】
逆止弁３２、３３は、同一の形態であり、流路に接着固定される穴あき基板３２ａ、３３ａに、弾性材料からなるアンブレラ３２ｂ、３３ｂを装着してなっている。このような逆止弁（アンブレラ）自体は周知である。
【００２６】
以上の圧電ポンプ２０は、圧電振動子２８が正逆に弾性変形（振動）すると、ポンプ室Ｐの容積が拡大する行程では、吸入側逆止弁３２が開いて吐出側逆止弁３３が閉じるため、吸入ポート３５（放熱シート１０の出口突起１３）からポンプ室Ｐ内に液体が流入する。一方、ポンプ室Ｐの容積が縮小する行程では、吐出側逆止弁３３が開いて吸入側逆止弁３２が閉じるため、ポンプ室Ｐから吐出ポート３４（放熱シート１０の入口突起１２）に液体が流出する。したがって、圧電振動子２８を正逆に連続させて弾性変形させる（振動させる）ことで、ポンプ作用が得られ、液体は、放熱シート１０の循環流路１１の入口部１１ｂから出口部１１ｃに流れる。なお、図７においては、説明上放熱シート１０上に圧電ポンプ２０が配置されているように描かれているが、実際は放熱シート１０を上にして圧電ポンプ２０がその裏側、すなわち、放熱シート１０のパソコン１０１のキーボード１０２側と反対側の面に設置されている。
【００２７】
放熱シート１０の表面は、ヒートスプレッダ４０（カバー４１）の設置部分が受熱エリアであり、ヒートスプレッダ４０（カバー４１）とスペーサ４２（圧電ポンプ２０）を除いたエリアが放熱エリアである。放熱シート１０全体の面積は、ヒートスプレッダ４０の面積の１０倍以上（この実施形態では約１７倍）に設定されている。また、ヒートスプレッダ４０の下面に位置する吸熱流路における循環流路１１の合計流路長は、放熱エリアに位置する放熱流路における循環流路１１の合計流路長より十分長く（１０倍以上（この実施形態では約２０倍）設定されている。
【００２８】
上記構成の本液冷システムユニット１００は、放熱シート１０上にヒートスプレッダ４０（ＣＰＵ１０４）とポンプ２０が搭載されていて、フレキシブルなチューブ体を用いることなく、全ての循環流路が形成されている。
【００２９】
圧電ポンプ２０の吐出ポート３４（入口突起１２、入口部１１ｂ）から出て吸入ポート３５（出口突起１３、出口部１１ｃ）に戻る本実施形態の循環流路１１の流路を、図１において循環流路１１内に付した符号１ｆないし３８ｆによって、流れ順に追うと次の通りである。入口部１１ｂから放熱直進流路１ｆ、２ｆを直進した循環流路１１は、放熱Ｕ字状流路３ｆにおいてＵ字状に折り返され、放熱直進流路４ｆを直進した後、ヒートスプレッダ４０下面（吸熱エリア）に入って吸熱Ｕ字状流路５ｆで折り返される。この吸熱Ｕ字状流路５ｆを通るとき、通過液体に一次的にヒートスプレッダ４０（ＣＰＵ１０４）の熱が吸熱される。
【００３０】
次に、循環流路１１は、ヒートスプレッダ４０の下面を出た後、放熱直進流路６ｆを直進した後放熱Ｕ字状流路７ｆで折り返され、ヒートスプレッダ４０直下に入ることなく、放熱Ｕ字状流路９ｆで折り返される。次に放熱直進流路１０ｆを直進した後、放熱直角流路１１ｆ、１２ｆで大きく外を回り、放熱直進流路１３ｆを直進した後、放熱Ｕ字状流路１４ｆで折り返される。この時点でも未だヒートスプレッダ４０の直下には入ることなく放熱エリアを往復している。さらに、放熱直進流路１５ｆを直進し、放熱Ｕ字状流路１６ｆで折り返され、放熱直進流路１７ｆを直進した後に、ヒートスプレッダ４０の直下の吸熱エリアに達する。このように、吸熱Ｕ字状流路５ｆから放熱エリアに至った放熱流路は、再びヒートスプレッダ４０（吸熱エリア）に戻る前に、該放熱エリアにおいて複数回往復しており、この間にヒートスプレッダ４０（ＣＰＵ１０４）で吸熱して昇温した液体が十分に冷却される。
【００３１】
吸熱エリアに達した循環流路１１は、吸熱Ｕ字状流路１８ｆで折り返されて吸熱した後、放熱エリアに出る。放熱エリアに出た後、放熱直進流路１９ｆを直進し、放熱Ｕ字状流路２０ｆで折り返され、放熱直進流路２１ｆを直進し、放熱Ｕ字状流路２２ｆで折り返され、放熱直進流路２３ｆを直進し、放熱Ｕ字状流路２４ｆで折り返され、放熱直進流路２５ｆで直進する。この間、一度もヒートスプレッダ４０の直下の吸熱エリアに入ることがない。すなわち、吸熱Ｕ字状流路１８ｆから放熱エリアに至った放熱流路は、再びヒートスプレッダ４０（吸熱エリア）に戻る前に、該放熱エリアにおいて複数回往復している。この放熱エリアでの複数回の往復により、同様に、ヒートスプレッダ４０（ＣＰＵ１０４）で吸熱して昇温した液体が十分に冷却される。
【００３２】
放熱直進流路２５ｆを直進した循環流路１１は、吸熱入口部２６ｆにおいて、再びヒートスプレッダ４０の下方に入る。この吸熱入口部２６ｆから分岐流路２７ｆを経て吸熱出口部２８ｆに至る流路は、ヒートスプレッダ４０上のＣＰＵ１０４の直下に位置する主吸熱流路である。この主吸熱流路は、吸熱Ｕ字状流路５ｆと１８ｆの間に位置している。分岐流路２７ｆは、吸熱入口部２６ｆと出口部２８ｆにおいては１本であった流路を、ＣＰＵ１０４の直下において複数本に分岐させる（合計流路面積を広げる）もので、ＣＰＵ１０４の下方において流速を低下させ、ＣＰＵ１０４の発熱を効果的に吸熱する。
【００３３】
ヒートスプレッダ４０（ＣＰＵ１０４）の直下を出た循環流路１１は、放熱シート１０の最外周を通る外周流路２９ｆから３４ｆに至る。ＣＰＵ１０４の直下を通り最も高温に昇温された液体が放熱シート１０の最外周、すなわち、より外気との温度差が大きい部分を通ることにより、効果的な冷却が可能となる。そして、放熱Ｕ字状流路３４ｆで内側に折り返された後、放熱直進流路３５ｆを直進し、放熱Ｕ字状流路３６ｆで折り返され、放熱直進流路３７ｆ、３８ｆを直進して、吸入ポート３５（出口突起１３、出口部１１ｃ）に戻る。
【００３４】
図９と図１０は、放熱シート１０の循環流路１１の別の形成例を示している。図９は、ブレージングシート１０Ｕと１０Ｌの対向面にそれぞれ、流路凹部１１ａをスタンプ加工で形成した例、図１０は、一方のブレージングシート１０Ｌのみに同様に流路凹部１１ａを形成した例を示している。
【００３５】
上記実施形態に示した循環流路１１の態様は一例であり、変更が可能である。放熱シート１０上のヒートスプレッダ４０とポンプ２０の位置は変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による液冷システムをノートＰＣの冷却システムに適用した一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の一部拡大平面図である。
【図３】図２の右側面図である。
【図４】図３のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図２の部分の分解斜視図である。
【図６】図１の液冷システム中の圧電ポンプの平面図である。
【図７】図６のVII-VII線に沿う断面図である。
【図８】図１の液冷システムをノートＰＣに組み込んだ状態を示す断面図である。
【図９】放熱シートの別の流路構成例を示す、図４に対応する断面図である。
【図１０】同別の流路構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  液冷システムユニット
１０１  ノートパソコン
１０２  キーボード
１０３  本体部
１０４  ＣＰＵ
１０  放熱シート
１０Ｕ  １０Ｌ  ブレージングシート
１１  循環流路
１１ａ  流路凹部
１１ｂ  入口部
１１ｃ  出口部
１２  入口突起（入口孔）
１３  出口突起（出口孔）
２０  圧電ポンプ（ポンプ）
２１  ２２  ハウジング
４０  ヒートスプレッダ
４１  カバー
４２  スペーサ４２
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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