(57)【要約】【課題】  液体冷媒の補充を必要とせず、機器の組立て作業やメンテナンスの支障とならず、冷却動作を可能とする冷却システムを備えた電子機器を提供する。【解決手段】  筐体１００内に、冷却を必要とするＣＰＵ２００を搭載し、このＣＰＵを冷却する液冷システムは、冷却ジャケット５０と、ラジエータ６０と、循環ポンプ７０とを備えており、かかる構成において、冷却ジャケットへ液体冷媒を通流するための配管を金属製の管で構成すると共に、その配管は、機器の組立て作業やメンテナンスの邪魔にならないように、螺旋状に形成し、又は、その途中にベローズを形成し、筐体内において自由に配置することが出来るようにする。【選択図】    図１
2005229030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、発熱する半導体素子であって、その正常な動作を確保するために冷却を必要とする素子を搭載した電子機器であって、当該筐体内又はその一部に、少なくとも以下のものを備えた液冷システムを備えており、
半導体素子に熱的に接続され、その発熱を内部に通流する液体冷媒に伝達するための冷却ジャケットと、
前記冷却ジャケットにおいて液体冷媒に伝達された熱を機器の外部へ放出するラジエータと、そして、
前記冷却ジャケットと前記ラジエータとを含むループに前記液体冷媒を循環するための循環ポンプと、
かかる構成において、更に、
前記冷却ジャケットへ液体冷媒を通流するための配管を金属製の管で構成すると共に、当該管は、前記冷却ジャケットの位置を前記筐体内において自由に配置することが出来る管であることを特徴とする液冷システムを備えた電子機器。
【請求項２】
前記請求項１に記載した電子機器において、前記冷却ジャケットへ液体冷媒を通流するための配管を螺旋状に形成したことを特徴とする液冷システムを備えた電子機器。
【請求項３】
前記請求項１に記載した電子機器において、前記冷却ジャケットへ液体冷媒を通流するための配管の途中にベローズを形成したことを特徴とする液冷システムを備えた電子機器。
【請求項４】
前記請求項１に記載した電子機器において、前記冷却ジャケットへ液体冷媒を通流するための配管は、前記冷却ジャケットの一側辺に沿って回動可能に取り付けられていることを特徴とする液冷システムを備えた電子機器。
【請求項５】
前記請求項１に記載した電子機器において、前記冷却ジャケットへ液体冷媒を通流するための配管は、銅の管により構成されていることを特徴とする液冷システムを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デスクトップ型やノート型と呼ばれるパーソナルコンピュータやサーバ等の電子機器であって、特に、その内部に搭載した発熱素子である半導体集積回路素子を液体冷媒により効率的に冷却することが可能な液冷システムを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デスクトップ型やノート型と呼ばれるパーソナルコンピュータやサーバ等の電子機器における発熱体である半導体集積回路素子、特に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に代表される発熱素子の冷却は、通常、その正常な動作を確保するために冷却を必要とする。そのため、従来、一般的には、ヒートシンクと呼ばれるフィンを一体に形成した伝熱体と、それに冷却風を送るファンとを用いることによってその冷却を実現されていた。しかしながら、近年、上記発熱素子である半導体集積回路素子の小型化及び高集積化は、発熱素子における発熱部位の局所化などを生じており、そのためにも、従来の空冷式の冷却システムに代えて、例えば水等の冷媒を用いた冷却効率の高い液冷式の冷却システムが注目されてきている。
【０００３】
すなわち、上記デスクトップ型やノート型と呼ばれるパーソナルコンピュータやサーバ等において用いられる冷却効率の高い液冷式の冷却システムは、例えば、以下の特許文献等によっても知られるように、一般に、発熱体であるＣＰＵの表面に、所謂、受熱（冷却）ジャケットと呼ばれる部材を直接に搭載し、一方、この受熱ジャケットの内部に形成された流路内に液状の冷媒を通流させ、ＣＰＵからの発熱を上記ジャケット内を流れる冷媒に伝達し、もって、発熱体を高効率で冷却するものである。なお、かかる液冷式の冷却システムでは、通常、上記冷却ジャケットを受熱部とするヒートサイクルが形成されており、具体的には、上記液体冷媒をサイクル内に循環させるための循環ポンプ、上記液体冷媒の熱を外部に放熱するための放熱部である、所謂、ラジエータ、さらには、必要に応じてサイクルの一部に設けられた冷媒タンクを備えており、そして、これらを金属製のチューブや、例えば、ゴムなどの弾性体からなるチューブを介して接続して構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０４０８６号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２００３−０２２１４８号公報
【特許文献３】特開２００２−１８２７９７号公報
【特許文献４】特開２００２−１８９５３６号公報
【特許文献５】特開２００２−１８８８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の従来技術になる冷却システムにおいては、上記液体冷媒をサイクル内に循環するための冷媒経路をゴムなどの弾性体等からなるチューブによって構成した場合、その管壁面から液体冷媒が気化によりその外部へ漏出してしまう現象が生じ、そのため、冷媒経路を長期に渡ってかかるサイクル内に封じ込めておくことは難しい。そこで、従来技術になる冷却システムでは、通常、冷媒タンクをサイクル内に設け、もって、外部に漏出した液体冷媒を補充することが行なわれている。
【０００７】
しかしながら、液体冷媒の外部への漏出を補充するための冷媒タンクをサイクル内に設ける場合、すなわち、この冷媒タンクは、更に、機器の筐体内に設置する必要があるが、しかしながら、特に、近年におけるかかる機器への強い小型化への要求から、機器の筐体内部にかかる冷媒タンクを設けるために十分なスペースを確保することが難しくなっている。なお、このことは、特に、その可搬性から、特に、その小型化に加えて薄型化の要求が強く求められるノート型と呼ばれるパーソナルコンピュータにおいて著しい。また、かかる冷媒タンクの筐体内への設置は、更に、その内部に貯留している液体冷媒のタンク外部への漏出の可能性を考慮した場合、必ずしも好ましい解決手段とは言えるものではなかった。即ち、もしも、冷媒タンクからその内部の冷媒液が漏出した場合、当該筐体の内部に設置した他の部品、特に、電子部品に対して甚大な被害を及ぼしかねないからである。
【０００８】
一方、上記したゴムなどの弾性体に代え、銅などの金属により形成したチューブによれば、上述したような、即ち、液体冷媒の気化による管壁面からの漏出を防止することが出来る。しかしながら、かかる銅などの金属製のチューブをサイクル内に液体冷媒を循環するための通路とした場合には、その可塑性から、かかる液冷システムを機器の筐体内部に搭載する組立て作業や、その後にメンテナンスを行なう場合の作業に支障を来すことが考えられる。特に、上述したような構成を有する冷却システムにおいては、発熱素子であるＣＰＵの表面に直接接触して配置され、もって、その発熱を放熱部であるラジエータへ伝達するための部材である上記冷却ジャケットへ液体冷媒を導通する配管を金属製のチューブにより構成した場合には、当該冷却ジャケットの位置を自由に移動することが難しく、そのため、組立て時の取り付けの作業が、又は、メンテナンス時にあっては、その取り外しと共に、その取り付けの作業が面倒なものとなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明によれば、上述の従来技術における問題点に鑑みて、すなわち、液冷システムを構成する要素間の液体冷媒のための配管、特に、冷却ジャケットの周囲における配管を、金属製のチューブを利用することで液体冷媒の漏出を低減すると共に、冷却ジャケットの組立て作業においてもその位置が自由に移動可能となる構造を提供し、もって、実用性に優れた冷却効率の高い液冷式の冷却システムを備えた電子機器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、上述した目的を達成するため、まず、筐体内に、発熱する半導体素子であって、その正常な動作を確保するために冷却を必要とする素子を搭載した電子機器であって、当該筐体内又はその一部に、少なくとも以下のものを備えた液冷システムを備えており：半導体素子に熱的に接続され、その発熱を内部に通流する液体冷媒に伝達するための冷却ジャケットと；前記冷却ジャケットにおいて液体冷媒に伝達された熱を機器の外部へ放出するラジエータと；そして、前記冷却ジャケットと前記ラジエータとを含むループに前記液体冷媒を循環するための循環ポンプと、かかる構成において、更に、前記冷却ジャケットへ液体冷媒を通流するための配管を金属製の管で構成すると共に、当該管は、前記冷却ジャケットの位置を前記筐体内において自由に配置することが出来る管である液冷システムを備えた電子機器が提供される。
【００１１】
なお、本発明によれば、前記に記載した電子機器において、前記冷却ジャケットへ液体冷媒を通流するための配管を螺旋状に形成し、又は、その途中にベローズを形成してもよく、更には、前記冷却ジャケットの一側辺に沿って回動可能に取り付けられてもよい。また、本発明によれば、前記冷却ジャケットへ液体冷媒を通流するための配管は、銅の管により構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
すなわち、上述した本発明によれば、機器の組立て作業時やそのメンテナンス時においてもその作業を邪魔することなく、かつ、冷媒タンクを設けることなく、もって、機器の小型化を可能にすると共に、所定の長期の期間において液体冷媒を補充することなく、機器の動作を可能とする冷却システムを備えた電子機器が得られるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
まず、添付の図２は、本発明の一実施の形態になる、液冷システムを備えた電子機器の全体構成の一例が示されている。なお、本例では、例えば、デスクトップ型のパーソナルコンピュータの本体部分に本発明を適用した場合について示している。
【００１５】
まず、デスクトップ型のパーソナルコンピュータの本体部分は、図示のように、例えば、金属板を立方形状に形成してなる筐体１００を備えており、その前面パネル部１０１には、電源スイッチを含む各種のスイッチや接続端子やインジケータランプなどが設けられており、また、その内部には、ディスクやＣＤ、ＤＶＤ等の外部情報記録媒体を駆動する各種のドライバ装置１０２が、上記前面パネル部１０１に開口するように配置されている。また、図中の符号１０３は、上記筐体１００内に設けられた、例えば、ハードディスク装置からなる記憶部を示している。また、図中の参照符号１０４は、上記筐体１００の上に被せられる蓋を示している。
【００１６】
一方、上記筐体１００の背面側には、図中に破線で示すように、その内部に本発明になる液冷システムを備えた電子回路部１０５が配置されるスペースが設けられている。また、図中の符号１０６は、商用電源から上記ドライバ装置１０２、記憶部１０３、電子回路部１０５を含む各部に所望の電源を供給するための電源部を示している。
【００１７】
次に、添付の図３には、上記にその概略構成を説明した電子装置、すなわち、デスクトップ型のパーソナルコンピュータにおける電子回路部１０５が、特に、その主要な構成部である発熱素子、即ち、ＣＰＵを搭載する受熱ジャケット５０を中心として示されている。なお、本例では、上記発熱素子であるＣＰＵのチップ２００は、上記受熱ジャケット５０の下面側に直接接触されて搭載されており、そのため、ここでは図示されていない。
【００１８】
そして、この電子回路部１０５は、図からも明らかなように、上記ＣＰＵを搭載する受熱（冷却）ジャケット５０と、上記ＣＰＵからの発熱を装置の外部へ放熱するラジエータ部６０と、冗長系の冷却システムを形成するための循環ポンプ７０と、これらにより熱サイクルを構成する各部に液体冷媒（例えば、水、又は、プロピレングリコール等、所謂、不凍液を所定の割合で混合した水など）を通流するための流路が、例えば、金属から形成され、内部の液体冷媒が外部へ漏洩し難いチューブ（配管）８１、８２によって接続されている。また、上記ラジエータ部６０の一部には、その構成要素である多数のフィン６１に送風し、もって、上記受熱ジャケット５０から搬送された熱を強制的に放熱するための平板型のファン６２、６２…（本例では、複数、例えば３個）が、装置の外部に向かって取り付けられている。なお、この受熱（冷却）ジャケット５０とは、例えば、銅等の伝熱性の高い金属からなる板状部材の内部に冷却通路を形成し、その通路内に上記の液体冷媒を通流し、もって、ＣＰＵからの発熱を外部へ取り除く（移動）させるものである。
【００１９】
続いて、添付の図１（ａ）には、上記した受熱ジャケット５０と、この受熱ジャケットに接続された金属（例えば、銅）製のチューブ（配管）８１、８２が、より具体的な形態で示されている。すなわち、この図からも明らかなように、上記受熱ジャケット５０へ液体冷媒を入・出するため、その上面側に取り付けられた一対の金属製のチューブ（配管）８１、８２は、その上部において、互いに並列に、かつ、螺旋状に巻き回されて配置されている。すなわち、上記一対の金属製のチューブ（配管）８１、８２は、その途中に形成された螺旋状部の働きにより、図にも矢印で示すように、その先端に取り付けた受熱ジャケット５０を、回転方向も含めて上下左右に自由に移動すことを可能にする。
【００２０】
より具体的には、添付の図１（ｂ）にも示すように、本例では、上記ラジエータ部６０及び液体冷媒を循環駆動するための循環ポンプ７０とは、上記機器の筐体１００を構成する蓋１０４の一部を利用して取り付けられており、そして、上記一対の金属製のチューブ（配管）８１、８２は、このラジエータ部６０から下方に延び、かつ、図示のように螺旋状に巻き回されて上記受熱ジャケット５０へ到っている。一方、その正常な動作を確保するために冷却が必要な発熱素子、即ち、ＣＰＵ２００が、上記筐体１００の底板１０５上に配置された配線基板２１０上に搭載されており、そして、図示の状態で、上記受熱ジャケット５０の下面に接触している。なお、図示しないが、組立て作業においては、通常、上記蓋１０４を筐体１００から外した状態で、上記受熱ジャケット５０を、その下面が上記ＣＰＵ２００の表面に接触するように取り付け（図示しないが、例えば、ネジ等により取り付けて固定する）、その後、蓋１０４を所定の位置に被せて筐体１００に固定する。その際、上述したように、上記受熱ジャケット５０は、上記蓋１０４の一部に固定されたラジエータ部６０から延びた一対の金属製のチューブ（配管）８１、８２によって連結されているが、しかしながら、その中間部を螺旋状に形成されていることから、その位置を自由に移動することが出来ることとなり、その取り付け作業が容易となる。
【００２１】
また、同様に、そのメンテナンスの際においても、やはり、通常、上記蓋１０４を筐体１００から外した状態で、上記受熱ジャケット５０を、上記ＣＰＵ２００の表面との接触状態から取り外す（図示しないが、例えば、固定用のネジを取り外して、受熱ジャケット５０を上方左右に移動する）。その際にも、上述したように、上記受熱ジャケット５０は、上記蓋１０４の一部に固定されたラジエータ部６０から延びた一対の金属製のチューブ（配管）８１、８２によって連結されているが、しかしながら、その中間部を螺旋状に形成されていることから、その位置を自由に移動することが出来ることとなり、その作業が容易となる。なお、メンテナンスを終えた後には、再び、上記蓋１０４を所定の位置に被せて筐体１００に固定することは上記と同様である。
【００２２】
このように、上述した構成になる液冷システムを備えた電子機器では、従来では、その取り付け作業を考慮して可動性を確保するため、通常、ゴム等の弾性体により形成されたチューブを利用していた上記受熱ジャケット５０周辺の配管を、金属製のチューブ（配管）８１、８２を利用することにより構成したことから、当該配管部においてその内部を通流する液体冷媒の外部への漏出を低減することが可能となる。例えば、これにより、冷媒タンクを設けることなく、もって、機器の小型化を可能にすると共に、所定の長期の期間（例えば、機器の保証期間など）において液体冷媒を補充することなく、機器の動作を可能とする。また、それと共に、冷却ジャケットの組立て作業やメンテナンス時においても、その位置が自由に移動可能となることから、作業の邪魔になることもない。
【００２３】
次に、添付の図４（ａ）及び（ｂ）には、本発明の他の実施例になる液例システムにおける、受熱ジャケット５０と、この受熱ジャケットに接続された金属（例えば、銅）製のチューブ（配管）８１、８２が示されている。すなわち、この例では、図４（ａ）からも明らかなように、上記受熱ジャケット５０へ液体冷媒を入・出するため、その上面側に取り付けられた一対の金属製のチューブ（配管）８１、８２は、それぞれ、その途中において、所謂、金属製のベローズ８３、８３を有して構成されている。また、図４（ｂ）には、このベローズ８３、８３を備えた一対の金属製のチューブ（配管）８１、８２により上記ラジエータ部６０に連結された受熱ジャケット５０を、筐体１００の底板１０５上に配置された配線基板２１０上に搭載された発熱素子であるＣＰＵ２００の表面に接触して取り付けた状態が示されている。なお、この実施例においても、上記一対の金属製のチューブ（配管）８１、８２は、それぞれ、そのベローズ８３、８３の働きにより、その先端に取り付けられた受熱ジャケット５０の移動を自由に確保することが出来ることから、上記と同様に、機器の組立て作業時やそのメンテナンス時においてもその作業を邪魔することなく、かつ、冷媒タンクを設けることなく、もって、機器の小型化を可能にすると共に、所定の長期の期間（例えば、機器の保証期間など）において液体冷媒を補充することなく、機器の動作を可能とする。
【００２４】
更に、添付の図５（ａ）及び（ｂ）には、更に他の実施例になる液例システムにおける、受熱ジャケット５０と金属製のチューブ（配管）８１、８２が示されており、具体的には、上記図４（ａ）にも示した金属製のベローズ８３、８３を、上記受熱ジャケット５０の側壁部に取り付けたものである。なお、かかる構造は、図５（ｂ）にも明らかなように、特に、ラジエータ部６０が筐体１００の底板１０５側に固定された場合に有利である。このように、この他の実施例においても、上記一対の金属製のチューブ（配管）８１、８２は、それぞれ、そのベローズ８３、８３の働きにより、その先端に取り付けられた受熱ジャケット５０の移動を自由に確保することが出来ることから、上記と同様に、機器の組立て作業時やそのメンテナンス時においてもその作業を邪魔することなく、かつ、冷媒タンクを設けることなく、もって、機器の小型化を可能にすると共に、所定の長期の期間（例えば、機器の保証期間など）において液体冷媒を補充することなく、機器の動作を可能とする。
【００２５】
次に、添付の図６〜図８には、本発明の更に他の実施例になる液冷システムを備えた電子機器の全体構成の一例が示されている。すなわち、本例では、例えば、上記の液冷システムを、特に、ノート型のパーソナルコンピュータの本体部分に適用した場合について示す。
【００２６】
まず、図６には、パーソナルコンピュータ本体３００と共に、例えば、ヒンジ機構によって当該本体３００に対して自在に開閉可能に取り付けられた蓋体３５０とから構成される、一般的なノート型と呼ばれるパーソナルコンピュータの構成が示されている。この図において、上記本体３００側は、その内部を示すため、通常はその表面に取り付けられているキーボード部を取り外した状態で示されている。小型で可搬である、かかるノート型のパーソナルコンピュータでは、上記に示したデスクトップ型のパーソナルコンピュータとは異なり、通常、蓋体３５０の内側面に取り付けられた液晶ディスプレイ３５１の裏側に、金属板３５２を配置し、その表面に金属製の配管３５３を蛇行して這い回してラジエータ部６０’が形成されている。なお、上記のラジエータ部６０’を含めて、上記受熱（冷却）ジャケット５０や循環ポンプ７０と共に熱サイクルを構成して冷却システムを形成し、かつ、その熱サイクルを構成する各部に液体冷媒（例えば、水、又は、プロピレングリコール等の、所謂、不凍液を所定の割合で混合した水など）を通流するための流路が形成されることは、上記と同様である。なお、この図では、上記受熱（冷却）ジャケット５０の移動可能な方向を、矢印で示している。
【００２７】
この図６に示す例でも、上記本体３００の底部に配置された配線基板２１０上には、発熱素子であるＣＰＵ２００が搭載されており、その上面には、やはり上記と同様に、受熱ジャケット５０’が互いに面接触した状態で、取り付けられている（図示しないが、例えば、ネジ等により取り付けて固定する）。また、これら熱サイクルを構成する各部の間の流路としては、やはり上記と同様に、金属から形成され、内部の液体冷媒が外部へ漏洩し難いチューブ（配管）８１によって接続されている。なお、図中の符号８４は、上記本体３００と蓋体３５０との間を連結するためのヒンジパイプを示している。
【００２８】
そして、この受熱ジャケット５０’は、添付の図７にも示すように、その外形を板状に形成し、その内部には液体冷媒の流路（図中の破線を参照）を形成すると共に、その一側辺に沿って回動可能に取り付けられている。より具体的には、上記ＣＰＵ２００が搭載された配線基板２１０に近接した位置（又は、配線基板２１０上）に、チューブ（配管）８１、８２を固定し、これら固定されたチューブ（配管）８１、８２の間に受熱ジャケット５０’を回動可能に取り付ける。なお、このチューブ（配管）８１と受熱ジャケット５０’との間の液密な結合構造の一例が、添付の図８に示されている。
【００２９】
すなわち、上記の図８にも明らかなように、チューブ（配管）８１、８２の先端に形成した凸部８１１が、受熱ジャケット５０’内に形成された流路の周囲に形成された凹部５０１の内部に挿入されて連結され、もって、受熱ジャケット５０’はチューブ（配管）８１、８２に対して回転可能に取り付けられている。なお、図中の符号５０２は、上記の連結部における液体冷媒のシール性を確保するため、やはり上記受熱ジャケット５０’の通路の一部に形成した凹部５０３内に挿入された、所謂、オーリングである。
【００３０】
このように、上記の図６〜図８に示した本発明の更に他の実施例になる液冷システムを備えた電子機器であるノート型のパーソナルコンピュータにおいても、上記受熱ジャケット５０は、その回転方向においてその移動の自由に確保することが出来ることから、上記と同様に、機器の組立て作業時やそのメンテナンス時においてもその作業を邪魔することなく、かつ、冷媒タンクを設けることなく、もって、機器の小型化を可能にすると共に、所定の長期の期間（例えば、機器の保証期間など）において液体冷媒を補充することなく、機器の動作を可能とする。なお、特に、冷媒タンクを設ける必要のない上述の構成は、特に、その可搬性や小型化の要求が強いノート型のパーソナルコンピュータにとって非常に有利な特徴となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例になる電子装置における受熱ジャケットの取り付け構造の一例を示す斜視図とその全体側面を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態になる液冷システムを備えた電子機器である、デスクトップ型のパーソナルコンピュータの内部における各部の配置を示す一部展開斜視図である。
【図３】上記液冷システムの構成の一例を、発熱素子であるＣＰＵを中心として示した斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例になる電子装置における受熱ジャケットの取り付け構造の一例を示す斜視図とその全体側面を示す側面図である。
【図５】本発明の他の実施例になる電子装置における受熱ジャケットの取り付け構造の一例を示す斜視図とその全体を示す斜視図である。
【図６】本発明をノート型のパーソナルコンピュータに適用した場合の全体構成を示す一部展開斜視図である。
【図７】上記図６に示した液冷システムにおける受熱ジャケットの取り付け構造の一例を示す斜視図である。
【図８】上記図６に示した液冷システムにおける受熱ジャケットの取り付け構造の一例を示す一部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
５０…受熱（冷却）ジャケット、
６０、６０’…ラジエータ部、
６２、６２…ファン、
７０…循環ポンプ、
８１、８２…チューブ（配管）、
８３…ベローズ、
２００…ＣＰＵチップ、
２１０…配線基板。
【図１】
2005229030.tif 000003
【図２】
2005229030.tif 000004
【図３】
2005229030.tif 000005
【図４】
2005229030.tif 000006
【図５】
2005229030.tif 000007
【図６】
2005229030.tif 000008
【図７】
2005229030.tif 000009
【図８】
2005229030.tif 000010