(57)【要約】【課題】水冷システムの冷却水は稼動経過と共に減少するためタンクに一定量の冷却水を貯めておくが、タンク内の冷却水が不足した場合は、人手の冷却水の補給作業が必要があった。このため水冷システムが煩わしく、高コストになっていた。【解決手段】水補給時はペルチェ素子１６は水冷ジャケット５１側が発熱面でヒートシンク５２側が冷却面になる。このとき水冷ジャケット５１の熱はラジエータ５で冷やされヒートシンク５２側ではファン４から送られた空気で結露を生じ冷却水得る。更に通常運転時はペルチェ素子１６は水冷ジャケット５１側が冷却面でヒートシンク５２側が発熱面である。これにより冷却水が冷やされ冷却能力が高まる。ステムの冷却能力を向上させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を循環させて発熱部の冷却を行なう水冷システムにおいて、
空気中の水分を結露させる結露手段と、結露により得た水を貯めておく貯蔵手段と、前記貯蔵手段に貯えられた水を水冷システムに補給する補給手段とを備えたことを特徴とする水冷システム。
【請求項２】
貯蔵手段の貯水量を検知する検知手段と、水冷システムの冷却水量を検知する検知手段と、前記結露手段および前記補給手段の動作／非動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の水冷システム。
【請求項３】
前記結露手段で得た水をろ過するろ過手段を有する請求項１、２記載の水冷システム。
【請求項４】
前記結露手段で発生した熱を、該冷却システムで冷却することを特徴とする請求項１から３の水冷システム。
【請求項５】
前記結露手段はペルチェ素子から成り、前記ペルチェ素子の一端を発熱部に熱接続し、前記ペルチェ素子の多端に空気と接するフィンを配置し、
結露動作時には、フィン側の端部を冷却面とし、非結露動作時には、発熱部側の端部を冷却面とすることを特徴とする請求項４記載の水冷システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水を循環させて冷却を行なう水冷システムにおける冷却水の補給に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水冷システムでは冷却水の循環経路に発熱部の熱を吸収するジャケットや、冷却水を放熱をするラジエータや、冷却水の循環を行なうポンプや、冷却水を貯めておくタンクや、これらを接続するための配管と継手が存在する。このように水冷システム循環経路には様々な部位が存在するが、時間の経過と共に各部位から水分が透過し、冷却水が減少するという問題がある。この水分透過を抑制するための対策として、金属材料の使用や、樹脂材料へのメッキ加工等があるが、これらの対策はコストの増大を招く。またフレキシブルな動きが必要な箇所には金属配管を用いる事は困難である。このため、特許文献１に開示されているように、水冷ユニットの脱着を容易にするために継手を使用し、組立性やメンテナンス性を向上させている。この様な継手は、構造上プラグ側とソケット側の接触面積及び接触圧力を大きくするのは困難であるため、水分透過が発生する。このため、一定の期間、冷却水の補給をしなくてすむように、タンクは一定量の冷却水を貯める様にしている。しかし、一定期間が過ぎてタンク内の冷却水が不足した際には、人手で冷却水を補給する必要がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４１１５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、タンク内の冷却水が不足した際には、補給液を別途用意し人手にて補給する必要があった。従って、従来の水冷システムは、人手による補給のわずらわしさがあるという問題があった。また、冷却水の補給回数を減らす為にタンクを大型化した場合は、水冷システムの大型化を招くいう問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決し、水冷システムのタンクへの冷却水の補給に関し、人手による補給作業を無くし、自動で冷却水を補給することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の水冷システムは、コンプレッサーやペルチェ素子等の冷却手段を用いて空気の温度を低下させ、空気中の水分を結露させることで水得る。次に前記結露手段により得た水は自重による落下等の作用により貯蔵手段に貯めておく。そして水冷システムのリザーブタンクの冷却水量が少なくなった時点で、自重による落下やポンプ等の注水手段により、前記貯蔵手段の水をリザーブタンクへ補給する。以上に述べた方法により、補給液の用意をする事無くリザーブタンクに補給することができる。なお貯蔵手段は外気に接しているため、貯蔵手段内の水は蒸発するが、リザーブタンクは注水手段を隔てて貯蔵手段と分離しており、外気と接しておらず蒸発する事はない。
【０００７】
また本発明の他の特徴は、上記の水冷システムに制御手段を加えたものであり、この制御手段は、貯蔵手段の水位センサー及びリザーブタンクの水位センサーを入力とし、結露手段のコンプレッサーやペルチェ素子等の冷却部位の動作／非動作を制御し、また貯蔵手段からリザーブタンクへの注水手段の動作／非動作も制御する。この制御手段により、リザーブタンクの冷却水不足を自動で検地し補給することができる。
【０００８】
また本発明の他の特徴は、水冷システムの結露手段で得られる水に含まれる埃等を、フィルター等のろ過手段により取り除くことを目的としている。これは、結露手段の結露面および貯蔵手段の水は外気と接しているため、結露手段で得られる水に埃等が混入する恐れがあるが、この埃等をリザーブタンクに入り込むのを防止するものである。
【０００９】
また本発明の他の特徴は、本発明の水冷システムの小型化を目的としている。上記水冷システムの結露手段はコンプレッサーやペルチェ素子等があるが、これらが冷却機能を果たす為には、これら結露手段から発する熱を冷却する必要がある。たとえばペルチェ素子の場合は、冷却面の反対側は発熱面であり、冷却面に冷却能力をもたせる為には、発熱面を冷却する必要がある。この発熱面の冷却に水補給先の水冷システムを用いることにより、結露手段単体の冷却装置は必要なくなる。このためシステムの小型化が図れる。
【００１０】
また本発明の他の特徴は、上記結露手段にペルチェ素子を用いて、水を補給する必要がない通常の水冷システム稼動時には水冷システムの冷却能力を向上させる事を目的としている。つまり、ペルチェ素子には与える電圧の極性により、冷却面と発熱面が切り替わる性質があるが、これを利用し、結露による水を得る際は空気と接するフィンを冷却面とし、水を補給する必要がない通常の水冷システム稼動時には水冷ジャケットと接する面を冷却面にする事で水冷システムの冷却能力の向上が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による水冷システムの第１の実施の形態を、図１および図１の斜視図である図２を用いて説明する。
第１の実施の形態における水冷システム７１は、図１及び図２に示すように電子計算機６１に搭載されている。電子計算機６１には電源６２、ハードディスク６３、ＣＤ−ＲＯＭドライブ６４、マザーボード６５があり、マザーボード６５上のＣＰＵ７ａ及びＣＰＵ７ｂには、それぞれ水冷システム７１と接続されている受熱ヘッダ１ａ、１ｂが搭載されている。一方本発明の水冷システム７１は構成的には大きく分けて、冷却部Ａと給水部Ｂがある。まず冷却部Ａについて説明する。この冷却部Ａは発熱体を冷却する機能を備える一般的な水冷システムと同様の構成となっており、受熱ヘッダ１ａ及び１ｂとポンプ２、リザーブタンク３、ファン４、ラジエータ５、そしてフレキシブルチューブ６から成る。
【００１２】
以下に各構成要素について説明する。ます受熱ヘッダ１ａ及び１ｂであるが、これは冷却対象であるＣＰＵ７ａ及び７ｂに取り付けられている。ＣＰＵ７ａ及び７ｂと受熱ヘッダ１ａ及び１ｂとの間にサーマルコンパウンド、もしくは高熱伝導性シリコンゴムなどを挟んで圧着しており、ＣＰＵの熱を受熱ヘッダ１ａ及び１ｂに効率よく伝える構造になっている。また受熱ヘッダ１ａ及び１ｂの内部には冷却水が流れており、受熱ヘッダ１ａ及び１ｂの熱が冷却水に伝わる構造になっている。次のフレキシブルチューブ６は受熱ヘッダ１ａ及び１ｂとラジエータ５を繋ぎ、チューブ内部に冷却水を流すことで受熱ヘッダ１ａ及び１ｂとラジエータ５の熱輸送路となっている。
【００１３】
次にポンプ２について説明する。これは冷却水を受熱ヘッダ１ａ及び１ｂとラジエータ５の間を循環駆動させるものである。ポンプ２の冷却水を流す方向は、リザーブタンク３から冷却水を吸い込み、ラジエータ５側に吐き出す方向である。次にリザーブタンク３であるが、基本的には冷却水を溜めておくものであるが、この目的以外にも次の３つの機能がある。１つは水分の蒸発による冷却水減少等で空気が混入した際には、タンク内に空気を止めておく機能と、２つめは金属イオンにより金属が腐食するのを防止するためのイオン交換機能と、３つめは外部から循環装置内部に冷却水を注入／排出する際のアクセス口の機能である。本水冷システムの冷却水は添加物が無い水、たとえば金属腐食防止剤等が無い水を用いている。従ってタンクにイオン交換機能を備え金属が腐食するのを防止している。
【００１４】
また給水部Ｂへ水位センサー１１と補給チューブ１２が取り付けられている。これらについては後の給水部Ｂにて説明する。次にラジエータ５とファン４にであるが、ラジエータ５の内部には冷却水が流れており、ＣＰＵ７ａ及び７ｂの熱はこのラジエータ５に伝わる。一方ファン４はラジエータを冷却する為のものであり、ファン４の風は矢印２４で示す様にラジエータ５に沿うように流れる仕組みになっており、この風によりラジエータ５は冷却される。ラジエータ５で冷却された冷却水は再び受熱ヘッダ１ａおよび１ｂに流れＣＰＵ７ａ及び７ｂを冷却する。以上述べた様に冷却部ＡはＣＰＵ７ａ及び７ｂを冷却する。
【００１５】
次に給水部Ｂについて説明する。給水部Ｂは冷却部Ａで不足した冷却水を補給する機能を備えている。構成は受熱ヘッダ５１、ヒートシンク５２、ペルチェ素子１６、結露水タンク１７、不純物除去フィルター１８、補給ポンプ１９、コントローラ２０があり、コントローラ２０には、補給ポンプ電源コード２１、結露水タンク水位センサー２２、リザーブタンク水位センサー１１、ペルチェ素子電源コード２３が接続されてる。以下に各構成要素の動作について図１、図２及び図３のコントローラ２０の動作フローを用いて説明する。まずコントローラ２０は図３のフローの３１にてリザーブタンク水位センサー１１によりリザーブタンク３の水位低下を検知する。ここで水位センサー１１がリザーブタンク３の水位低下を検知する仕組みについて説明する。
【００１６】
まず図４は水位センサー１１の構造を示す。水位センサー１１は細い同軸ケーブルであり、先端にはそれぞれ電極４２、及び４３がつけられている。次に水位センサーのタンクに対する取り付け位置を図５に示す。
【００１７】
なお図５はリザーブタンク３を横から見た図である。リザーブタンク内の水４４の水位が水位センサー１１の取り付け位置４５よりも上にある場合は電極４２と４３は通電状態であり、取り付け位置４５よりも下になると電極４２と４３は絶縁状態になる。従って、センサー取り付け位置４５を検知したい水面低下の位置に設置し、電極４２及び４３が通電常態か絶縁状態かを調べる事によりリザーブタンク３の水位低下を検知する。なお水位センサー２２も同様の検知方法で結露水タンク１７の水位を検知する。
【００１８】
さてフローの３１でリザーブタンク３の水位低下が判明した場合、次のフローの３２で結露水タンク１７の水位を確認するが、この方法は先に述べた様にセンサー２２の電極が通電常態か絶縁状態が調べる事により確認する。ここで結露水タンク１７に水がない場合、つまりセンサー２２が絶縁状態の場合、フローの３３にてコントローラ２０はペルチェ素子１６を動作させる。フロー３２及び３３の動作は、結露水が結露水タンク内に貯まり、センサー２２が通電状態になるまで続けられる。次に結露水を得る仕組みについて説明する。
【００１９】
まずペルチェ素子１６は、受熱ヘッダ５１とヒートシンク５２に挟まれており、受熱ヘッダ５１側が発熱面、ヒートシンク５２側が冷却面となっている。ペルチェ素子１６の電力はコントローラ２０からペルチェ素子電源コード２３により供給される。受熱ヘッダ５１はペルチェ素子１６の発熱面の冷却用であり、受熱ヘッダ５１の熱は冷却部Ａのラジエータ５により冷却される。ヒートシンク５２はペルチェ素子１６により冷やされ、冷却部Ａのファン４から送られる空気の温度を下げる。ここで空気の飽和水蒸気量が１００％に達するまで、すなわち結露するまで空気が冷やされると水分がヒートシンク５２に付着する。このヒートシンク５２についた水は自重により結露水タンク１７に落ちる。なお結露水タンクはロート状になっており、少量の水でも下に貯まるようになっている。以上述べたことにより結露水タンク１７に結露水を貯めることができる。
【００２０】
さて、結露水がセンサー２２が通電状態になるまで貯まった場合はフローの３４においてポンプ１９が動作し、結露水は途中のフィルター１８により不純物は取り除かれ、リザーブタンク３へ補給される。以上述べた方法により水冷システムの冷却水を補給することができる。
【００２１】
なおリザーブタンク３の容量は、補給部Ｂで水を生成している期間の水分透過量分を蓄えておけば良いので、従来の水冷システムのリザーブタンクよりも小型にすることが出来る。
【００２２】
次に本実施の補給部Ｂのもう１つの効果である冷却能力を高める作用について説明する。まず冷却水を補給する必要がない場合は、ペルチェ素子の電極を、冷却水を補給する時と逆にする。これにより水冷ジャケット５１が冷却面でヒートシンク５２が発熱面となる。ヒートシンク５２は冷却部Ａのファン４からの風を受けているため効率良くペルチェ素子の発熱面を冷却し、これにより反対面の受熱ヘッダ５１は冷却機能を発揮する。従って冷却水は受熱ヘッダ５１を流れる際に更に冷やされた後、次の受熱ヘッダ１ｂ、１ａに流れ込む。この様にしてＣＰＵ１ａ及び１ｂを冷やす能力を高める事ができる。以上説明した様に本実施例１によれば、人手による補給作業をする事無く自動で水冷システムの冷却水を補給することができる。更に冷却水を補給する必要がない場合は水冷システムの冷却能力を向上することができる。
【００２３】
次に本発明による水冷システムの第２の実施形態を図６を用いて説明する。本実施例は、第１の実施形態の給水部Ｂを分離させたものであり、電子計算機６１及び冷却部Ａは第１の実施形態と同様である。なお図６は電子計算機６１を省略し、水冷システムのみを示している。まず、受熱ヘッダ１ａ及び１ｂとポンプ２、リザーブタンク３、ファン４、ラジエータ５、フレキシブルチューブ６、結露水タンク１７、不純物除去フィルター１８、補給ポンプ１９、水位センサー１１及び２２は第１の実施形態と同様の物である。ペルチエ素子１６は放熱ヒートシンク１４と結露ヒートシンク１５で挟まれており、放熱ヒートシンク側がペルチェ素子の発熱面、結露ヒートシンク側が冷却面となっている。ファン１３は放熱ヒートシンク１４の熱を上部に逃がす為と、結露ヒートシンク１５に外気を導入する為のものである。
【００２４】
コントローラ２０の動作は図３のフロー３３において、ペルチェ素子１６と共にファン１３を駆動させる。他のフロー３１、３２、３４については第１の実施形態と同様である。本実施例は放熱ヒートシンク１４を冷却する為の専用のファン１３を使用することにより、より多くの結露水を得ることが出来るようにしたものである。また補給部Ｂを分離したことにより、より結露水を得やすい高湿度の場所、たとえば低い位置に補給部Ｂを設置することが可能であり、より効果的に結露水を得る事が出来る。なお第２の実施例では結露発生用の冷却体にペルチェ素子を用いたが、コンプレッサーを用いた方式でも良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、自動的に水冷システムの冷却水の不足を検知し、空気を冷却して空気中に含まれる水分結露させ、この結露水を水冷システムに補給することができるので、これまで人が行なっていた冷却水の補給を省略することができる。
【００２６】
また常に空気中の水分から冷却水が補給できるので、水冷システムのタンク容量を小さくすることができる。
【００２７】
また水分透過が大きい樹脂製の部材の使用が可能になるため、水冷システムのコストの低下が図れ、更に冷却水を補給する必要がない場合は水冷システムの冷却能力を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の斜視図である。
【図３】コントローラ２０の動作フローの図である。
【図４】水位センサー１１の構造を示した図である。
【図５】リザーブタンク３内部の水位センサー１１の取付位置を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の斜視図である。
【符号の説明】
１ａ．受熱ヘッダ、１ｂ．受熱ヘッダ、２．ポンプ、３．リザーブタンク、
４．ファン、５．ラジエータ、６．フレキシブルチューブ、７ａ．ＣＰＵ、
７ｂ．ＣＰＵ、１１．水位センサー、１２．補給チューブ、１３．ファン、
１４．放熱ヒートシンク、１５．結露ヒートシンク、１６．ペルチェ素子、
１７．結露水タンク、１８．不純物除去フィルター、１９．補給ポンプ、
２０．コントローラ、２１．ポンプ電源コード、２２．水位センサー、
２３．ペルチェ素子電源コード、２４．風の流れ、４２．電極、４３．電極、
４４．タンク内の水位、４５．水位センサー取付位置、
５１．水冷ジャケット、５２．ヒートシンク、６１．電子計算機、
６２．電源、６３．ハードディスク、６４．ＣＤ−ＲＯＭドライブ、
７１．水冷システム
【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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