(57)【要約】      （修正有）【課題】電子機器における冷却システムにおいて用いられ、この冷却システムを構成するアルミニウム合金製、銅製、ゴム製等の熱交換器、冷媒タンク、ポンプ、配管等に対する防食性能に優れた電子機器用冷却システムの液体冷媒を提供。液体冷媒を冷却システムの冷媒流路内に充填する方法を提供。また、このような液体冷媒が充填されたアルミニウム合金製の熱交換器を搭載した電子機器を提供する。【解決手段】グリコール類濃度が５〜６０重量％であって溶存酸素濃度が０．５ｐｐｍ以下であるグリコール類水溶液からなる電子機器用冷却システムの液体冷媒。グリコール類濃度５〜６０重量％のグリコール類水溶液からなる液体冷媒を冷却システムの冷媒流路内に充填し、次いでこの冷媒流路内の空気を不活性ガスで置換すると共に、液体冷媒中の溶存酸素を不活性ガスで置換して溶存酸素濃度０．５ｐｐｍ以下まで低減せしめる電子機器用冷却システムにおける液体冷媒の充填方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリコール類濃度が５〜６０重量％であって溶存酸素濃度が０．５ｐｐｍ以下であるグリコール類水溶液からなることを特徴とする電子機器用冷却システムの液体冷媒。
【請求項２】
グリコール類がプロピレングリコール又はエチレングリコールである請求項１に記載の電子機器用冷却システムの液体冷媒。
【請求項３】
冷却システムがアルミニウム合金製の熱交換器を含む請求項１又は２に記載の電子機器用冷却システムの液体冷媒。
【請求項４】
グリコール類濃度５〜６０重量％のグリコール類水溶液からなる液体冷媒を冷却システムの冷媒流路内に充填し、次いでこの冷媒流路内の空気を不活性ガスで置換すると共に、液体冷媒中の溶存酸素を不活性ガスで置換して溶存酸素濃度０．５ｐｐｍ以下まで低減せしめることを特徴とする電子機器用冷却システムにおける液体冷媒の充填方法。
【請求項５】
冷媒流路内の空気及び液体冷媒中の溶存酸素を不活性ガスで置換するに際し、冷媒流路内に充填された液体冷媒中に液体不活性ガスを添加し、この液体不活性ガスを気化させる請求項４に記載の電子機器用冷却システムにおける液体冷媒の充填方法。
【請求項６】
冷却システムがアルミニウム合金製の熱交換器を含み、この熱交換器の冷媒流路内に液体冷媒を充填する請求項４又は５に記載の電子機器用冷却システムにおける液体冷媒の充填方法。
【請求項７】
不活性ガスが窒素ガスである請求項４〜６のいずれかに記載の電子機器用冷却システムにおける液体冷媒の充填方法。
【請求項８】
液体不活性ガスが液体窒素である請求項５〜７のいずれかに記載の電子機器用冷却システムにおける液体冷媒の充填方法。
【請求項９】
請求項１又は２に記載された液体冷媒が充填されたアルミニウム合金製の熱交換器を搭載する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばノート型パソコン等の電子機器に組み込まれ、電子機器に搭載されたＣＰＵ（中央演算処理装置）等の集積回路の動作時に発生する熱を吸収して集積回路を冷却するために用いられる冷却システムの冷媒流路内、特にアルミニウム合金製の熱交換器内に充填するための液体冷媒及びその充填方法並びにこのような液体冷媒が充填された熱交換器を搭載する電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平０７−１４２，８８６号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０，３６７号公報
【特許文献３】特開平１０−２１３，３７０号公報
【特許文献４】特開２００１−１４２，５７３号公報
【特許文献５】特開２００２−１８２，７９７号公報
【０００３】
近年、ノート型パソコン等の電子機器においては、その目覚しい発展に伴って、これら電子機器で用いられるＣＰＵ等の集積回路の高性能化（高密度化や高処理速度化等）が進み、その動作時の発熱量が増大する傾向にあるほか、携帯に便利なように電子機器それ自体の小型化や薄型化も進んでいる。
【０００４】
このため、従来より行われていた空冷ファンによるＣＰＵ等の冷却では、集積回路の高性能化や電子機器それ自体の小型化や薄型化に対応しきれなくなり、従来の空冷式の冷却装置に替えて液冷式の冷却装置が登場し始めている。
【０００５】
例えば、特開平７−１４２，８８６号公報には、ＣＰＵ等の発熱部材に取り付けた液流路を有する扁平状の受熱ヘッダと、液流路を有し金属筐体の壁に接触させた放熱部材と、これら受熱ヘッダと放熱部材との間を接続するフレキシブルチューブとで構成され、内部に封入した液を放熱部材に内蔵した液駆動機構で循環させ、発熱部材で発生した熱をフレキシブルチューブを介して放熱部材に輸送し、金属筐体から外部に放熱させるようにした電子機器冷却装置が提案されている。
【０００６】
また、特開平１０−１６０，３６７号公報においては、アルミニウムや銅等の熱伝導性に優れた平板に蛇行状閉ループの主流路を設け、この主流路の一部をバイパスする従流路を交差状に設け、これらの流路内に水、フロン系冷媒等の冷媒液を密封して平板状ヒートパイプを構成し、この平板状ヒートパイプを電子機器の例えばキーボードベースやケース底面に設置すると共に、例えば高熱伝導性Ｓｉエラストマ等の可撓性エラストマを介して電子機器の発熱素子に接続し、この発熱素子で発生した熱を平板状ヒートパイプに熱拡散させてキーボードベースやケース底面から放熱させることが開示されている。
【０００７】
また、特開２００１−１４２，５７３号公報には、ノート型パソコン等の電子装置において、ＣＰＵ等の発熱素子を収納する筐体内に、冷却液を循環させるポンプと冷却液が封入された循環流路を有するアルミニウム製の加熱板を設け、この加熱板により発熱素子から発生する熱の一部を分散、放熱させることが開示されている。
【０００８】
更に、特開２００２−１８２，７９７号公報には、ＣＰＵ等の発熱部を備えたパソコン本体とこのパソコン本体に回動自在に支持された表示部とを備えたノート型パソコンの液冷システムであって、パソコン本体側の発熱部にはウオータージャケット等の受熱ヘッドを設け、この受熱ヘッドには真水やエチレングリコール水溶液等の冷却液が循環するチューブを接続し、このチューブを表示部側に持ち来して蛇行形状又はジグザグ形状に這わせ、チュウブ内を循環する冷却液を熱伝達媒体として発熱部での発生熱を他部で放熱するようにした液冷システムが開示されている。
【０００９】
ところで、このような液冷式の冷却システムで用いられる液体冷媒については、人体に対して毒性がないことは勿論、冷却システムの冷媒流路、特に熱伝導性に優れたアルミニウム合金や銅等で形成された熱交換器、冷媒タンク、ポンプ等や、これらの間を接続するアルミニウム合金製、銅製、ゴム製等の配管に対して腐食性のないことが要求されており、液体冷媒として防食性能に優れたエチレングリコール水溶液が用いられ、更には硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩、珪酸塩等の公知の腐食抑制剤を添加することが行われている（特開平１０−２１３，３７０号公報）。
【００１０】
しかしながら、冷却システムを構成する熱交換器、冷媒タンク、配管等として熱伝導性に優れ、かつ、軽量化に最適なアルミニウム合金を採用したり、あるいは、可撓性配管としてゴムチューブを採用した場合、例えば複雑な形状を有する熱交換器内面等はその表面処理ができなくてアルミニウム合金の生地材がそのまま露出することがあり、たとえ防食能に優れたエチレングリコール水溶液を用いたり、液体冷媒中に腐食抑制剤等を添加しても腐食が始まってアルミナ水和物皮膜が生成し、特に液体冷媒中に塩素イオンや硫酸イオン等が存在すると局部腐食も進行し、パソコン寿命に悪影響を及ぼすことが考えられる。
【００１１】
また、エチレングリコール水溶液等の液体冷媒を用いると、グリコール類の化学的な性質として、５０℃を超えるような比較的高温に晒された場合、アルミニウム合金の腐食を防止することの反対の作用としてグリコール類が酸化されて分解し、その結果としてアルデヒド類が生成し、このアルデヒド類が可撓性配管として用いられるゴムチューブを侵食することがあり、例えば、ノート型パソコンの冷却システムにおいてその本体部と表示部とのと間を接続する配管や、冷媒タンクとポンプとの間を接続する配管等を侵食し、その水密性に関する長期信頼性を損なう場合がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は、液体冷媒としてグリコール類水溶液を用いた場合における上記の問題点を解消すべく鋭意検討した結果、液体冷媒として用いるグリコール類水溶液中の溶存酸素濃度を０．５ｐｐｍ以下に低減することにより、長期間安定的にアルミニウム合金製の熱交換器内面に対する防食性能を発揮でき、しかも、ゴムチューブ等の可撓性配管に対しても顕著にその劣化を防止できることを見出し、本発明に到達した。
【００１３】
従って、本発明の目的は、ノート型パソコン等の電子機器における冷却システムにおいて用いられ、この冷却システムを構成するアルミニウム合金製、銅製、ゴム製等の熱交換器、冷媒タンク、ポンプ、配管等に対する防食性能に優れた電子機器用冷却システムの液体冷媒を提供することにある。
また、本発明は、このような液体冷媒を冷却システムの冷媒流路内に充填する方法を提供することにある。
更にまた、本発明は、このような液体冷媒が充填されたアルミニウム合金製の熱交換器を搭載した電子機器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、グリコール類濃度が５〜６０重量％であって溶存酸素濃度が０．５ｐｐｍ以下であるグリコール類水溶液からなる、電子機器用冷却システムの液体冷媒である。
また、本発明は、このような液体冷媒が充填されたアルミニウム合金製の熱交換器を搭載する電子機器である。
更に、本発明は、グリコール類濃度５〜６０重量％のグリコール類水溶液からなる液体冷媒を冷却システムの冷媒流路内に充填し、次いでこの冷媒流路内の空気を不活性ガスで置換すると共に、液体冷媒中の溶存酸素を不活性ガスで置換して溶存酸素濃度０．５ｐｐｍ以下まで低減せしめることを特徴とする電子機器用冷却システムにおける液体冷媒の充填方法である。
【００１５】
本発明において、液体冷媒として用いるグリコール類水溶液のグリコール類としては、好ましくはプロピレングリコール又はエチレングリコールであり、その１種のみを単独で使用してもよいほか２種以上を混合して使用してもよいが、人体に対する安全性が高いという観点からより好ましくはプロピレングリコールである。
【００１６】
このグリコール類水溶液のグリコール類濃度については、通常５重量％以上６０重量％以下であり、好ましくは１０重量％以上５０重量％以下であるのがよい。このグリコール類濃度が５重量％より低いと、冷媒としての効果が不十分になるほか、アルミニウム合金製等の冷媒流路内面での防食性能が低下し、この冷媒流路内面に孔食等が発生する原因になり、反対に、６０重量％より高くなると、冷媒としての効果が飽和するほか、液体の粘度が上昇して冷媒流路を阻害する。
【００１７】
また、この液体冷媒として用いるグリコール類水溶液においては、その溶存酸素濃度が０．５ｐｐｍ以下、好ましくは０．３ｐｐｍ以下である必要がある。このグリコール類水溶液中の溶存酸素濃度が０．５ｐｐｍを超えると、使用する冷却システムを形成する冷媒流路の材質にもよるが、特にアルミニウム合金製である場合には、その内面に擬似ベーマイト皮膜（アルミナ水和物皮膜）が形成されて変色し、熱交換特性が低下する。
【００１８】
更に、本発明の液体冷媒として用いるグリコール類水溶液については、好ましくは塩素イオンや硫酸イオン等の金属腐食性、特にアルミニウム合金に対する腐食性の強い陰イオンの含有量が可及的に低減されたもの（好ましくは、５ｐｐｍ以下）であるのがよく、グリコール類水溶液を調製する際には好ましくはイオン交換水や蒸留水を用いて調製するのがよい。
【００１９】
本発明の液体冷媒中には、冷媒システムの冷媒流路を構成する部材の材質に応じて、必要により腐食抑制剤を添加してもよく、例えば、冷媒流路がアルミニウム合金製である場合、珪酸ソーダ等の珪酸塩、炭酸水素カリウム等の炭酸水素塩、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩等のアルカリ又は中性塩を挙げることができる。
【００２０】
本発明の液体冷媒が用いられる電子機器の冷却システムとしては、その冷媒流路として、例えば上記特開平１０−１６０，３６７号公報に記載の平板状ヒートパイプを備えたものであっても、また、上記特開平０７−１４２，８８６号公報、特開２００１−１４２，５７３号公報や特開２００２−１８２，７９７号公報等に記載されているようにアルミニウム合金製、銅製等の熱交換器、冷媒タンク、ポンプ等と、ゴム製等の可撓性配管等を備えたものであってもよいが、特に軽量で熱伝導性に優れたアルミニウム合金製の熱交換器やゴム製の可撓性配管等を備えた冷却システムの冷媒流路に好適に適用することができる。
【００２１】
そして、このような冷却システムの冷媒流路に上記液体冷媒を充填する方法については、例えば予めグリコール類濃度５〜６０重量％で溶存酸素濃度０．５ｐｐｍ以下のグリコール類水溶液を調製してから、このグリコール類水溶液を冷媒流路に充填してもよいが、好ましくは、先ずグリコール類濃度５〜６０重量％のグリコール類水溶液からなる液体冷媒を冷却システムの冷媒流路内に充填し、次いでこの冷媒流路内の空気を不活性ガスで置換すると共に、液体冷媒中の溶存酸素を不活性ガスで置換して溶存酸素濃度０．５ｐｐｍ以下まで低減せしめるのがよく、より好ましくは、上記冷媒流路内の空気及び液体冷媒中の溶存酸素を不活性ガスで置換するに際し、冷媒流路内に充填された液体冷媒中に液体不活性ガスを添加し、この液体不活性ガスを気化させるのがよい。このようにして冷媒流路内に液体冷媒を充填することにより、冷媒流路内の空気をより確実に不活性ガスで置換することができ、この冷媒流路内に残存した空気により液体冷媒中に酸素が再び溶存するのを可及的に防止することができる。
【００２２】
この目的で用いることができる不活性ガスとしては、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等を例示することができるが、好ましくはグリコール類水溶液に対する溶解度が小さく、常温で容易に液体から気体に気化し、また、気化する際の体積膨張が大きくて取り扱い易いものであるのがよく、窒素ガスや炭酸ガスが好ましい。
【００２３】
この冷却システムの冷媒流路内に充填された液体冷媒中に液体不活性ガスを添加して、冷媒流路内の空気及び液体冷媒中の溶存酸素を不活性ガスで置換する際には、例えば、冷却システムが熱交換器、冷媒タンク、ポンプ等を備えている場合には、この冷却システムの全ての冷媒流路内の空気が可及的に不活性ガスと置換するように、液体冷媒中に液体不活性ガスを添加した後、この液体不活性ガスの気化を待って、例えば冷媒タンクとポンプとの間のゴムチューブを繋ぐ等の方法で冷媒流路を封止するのがよい。
【００２４】
本発明の液体冷媒は、特に熱伝導性に優れているだけでなく軽量で加工性に富むアルミニウム合金やゴム等の材質に対して優れた防食性能を有するので、アルミニウム合金製の熱交換器やゴム製の可撓性配管等で構成された冷媒流路を備えた冷却システムを搭載するノート型パソコン等の電子機器において特に有用である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００２６】
〔試験用熱交換器の構成〕
図１に示すように、アルミニウム合金（Ａ５０５２Ｐ−Ｈ３２）板をプレス成形して往路溝２ａ、復路溝２ｂ、貯液溝２ｃ，２ｄ、及び冷媒取入用接続管３及び冷媒排出用接続管４を取り付けるための図示外の溝を有する２枚の放熱板２を成形し、これら２枚の放熱板２をその接合面２ｅに接着剤を塗布して接合し、上記往路溝２ａ、復路溝２ｂ及び貯液溝２ｃ，２ｄにより形成された冷媒流路を有する熱交換器１を構成した。
また、上記熱交換器１の冷媒取入用接続管３にはゴムチューブ５ａを介して図示外のＣＰＵ等の集積回路に接触させて若しくはその近傍に配設される受熱部６に接続すると共に、熱交換器１の冷媒排出用接続管４にはゴムチューブ５ｂを介して遠心ポンプ７に接続し、これら受熱部６と遠心ポンプ７との間を金属製の接続管８で接続して試験用冷却システムを構成した。
【００２７】
〔実施例１〜８及び比較例１〜４〕
上記試験用冷却システムのゴムチューブ５ａを熱交換器１の冷媒取入用接続管３から取り外し、この冷媒取入用接続管３から熱交換器１内に表１に示すプロピレングリコール濃度（ＰＧ濃度）の液体冷媒を充填し、この液体冷媒中に適当量の液体窒素を添加して気化させ、熱交換器１中の空気及び液体冷媒の溶存酸素を窒素ガスで置換し、再びゴムチューブ５ａを冷媒取入用接続管３に接続して冷却システムを構成した。
【００２８】
このようにして構成した冷却システムについて、その全体を恒温恒湿度試験槽内に収納し、遠心ポンプ７を作動させて１００ｍｌ／分の流速で液体冷媒を循環せしめ、８０℃１６時間加熱→８時間室温冷却を１サイクルとして９０サイクルの腐食試験を行った。
この腐食試験終了後、冷却システムを分解し、熱交換器は切断して内部の冷媒流路を露出させ、これら冷媒流路の変色、孔食、及びゴムチューブ５ａ，５ｂのゴム劣化の程度を観察した。
また、ゴムチューブに関しては、ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１（加硫ゴム物性試験方法）に準拠して残存伸び｛（試験後の伸び／試験前の伸び）×１００｝を求め、その結果から判断した。
【００２９】
冷媒流路の変色については、○：変化なく良好、△：皮膜の生成が認められる、×：皮膜の生成に伴う変色ありの３段階で評価し、また、冷媒流路の孔食については、○：変化なく良好、△：初期孔食が認められる、×：孔食ありの３段階で評価し、更に、ゴム劣化については、○：変化なく良好、△：伸びの低下が僅かに認められる、×：内面に変色・ひび割れが認められるの３段階で評価した。
結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１に示す結果から、各実施例のようにプロピレングリコール濃度５重量％以上であって溶存酸素濃度０．５ｐｐｍ以下の液体冷媒の場合には、いずれも冷媒流路における変色や孔食が認められないほか、ゴム劣化も顕著に防止されている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の液体冷媒はノート型パソコン等の電子機器において冷却システムを構成するアルミニウム合金製、銅製、ゴム製等の熱交換器、冷媒タンク、ポンプ、配管等に対して優れた防食性能を有する。
また、本発明の液体冷媒の充填方法によれば、優れた防食性能を有する液体冷媒を容易にかつ確実に充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の液体冷媒が適用される試験用冷却システムの一部を省略して示す説明図である。
【符号の説明】
１…熱交換器、２…放熱板、２ａ…往路溝、２ｂ…復路溝、２ｃ，２ｄ…貯液溝、２ｅ…接合面、３…冷媒取入用接続管、４…冷媒排出用接続管、５ａ，５ｂ…ゴムチューブ、６…受熱部、７…遠心ポンプ、８…金属製接続管。
【図１】
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