(57)【要約】【課題】発熱体が複数存在するとき、効率的に放熱ができる、小型の液冷システムを得る。【解決手段】複数の発熱源；各発熱源に対応させて設けられ、それぞれの発熱源から受熱した冷媒を冷却するための複数のラジエータ；これら複数の発熱源からの受熱部と複数のラジエータの間で冷媒を循環させるポンプ；及び複数のラジエータに対して冷却風を与える冷却ファン；を備え、冷却ファンはシロッコファンからなり、複数のラジエータは、このシロッコファンの外周の異なる位置に配置されている液冷システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱源；
各発熱源に対応させて設けられ、それぞれの発熱源から受熱した冷媒を冷却するための複数のラジエータ；
これら複数の発熱源からの受熱部と複数のラジエータの間で冷媒を循環させるポンプ；及び
上記複数のラジエータに対して冷却風を与える冷却ファン；
を備え、
上記冷却ファンはシロッコファンからなり、上記複数のラジエータは、このシロッコファンの外周の異なる位置に配置されてい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、上記複数の発熱源は発熱量が大小に異なり、ポンプを出た冷媒は、発熱量大なる発熱源からの受熱部、該大発熱源用ラジエータ、発熱量小なる発熱源からの受熱部及び該小発熱源用ラジエータの順に流れる液冷システム。
【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、上記複数のラジエータはそれぞれ、シロッコファンの軸方向と平行な方向に間隔をおいて配置した複数段の流路ユニットを有している液冷システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、上記複数のラジエータは、同一仕様である液冷システム。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、大発熱源用ラジエータの合計流路面積又は（及び）流路長は、小発熱源用ラジエータの合計流路面積又は（及び）流路長より大きい液冷システム。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、上記大発熱量発熱源はＣＰＵであり、小発熱量発熱源はチップセットである液冷システム。
【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、上記複数の発熱源、複数のラジエータ、ポンプ及びシロッコファンは、単一の流路板上に配置されており、この流路板に、冷媒の循環流路が形成されている液冷システム。
【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、上記ポンプは、圧電ポンプである液冷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発熱体（特にＰＣの発熱源）を冷却するための液冷システムに関する。
【０００２】
最近のノート型パソコンは、ＣＰＵだけでなく、ＧＰＵ、チップセット等の複数の発熱体を有しており、これら複数の発熱体を如何に効果的に冷却するかが技術課題となっている。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2005-191452号公報
【特許文献２】特開2005-294519号公報
【特許文献３】特開2005-344562号公報
【特許文献４】特開2006-13376号公報
【特許文献５】特開2006-49382号公報
【特許文献６】特開2006-207881号公報
【特許文献７】特願2007-29774号公報
【特許文献８】特願2007-179381号公報
【特許文献９】特願2007-195760号公報
【特許文献１０】特開2007-281213号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、発熱体が複数存在するとき、効率的に放熱ができる、小型の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】
【０００４】
本発明は、冷却ファンとして、軸線に対して放射方向に冷却風が放出される単一のシロッコファンを用い、このシロッコファンの外周の異なる位置に、複数の発熱源用の複数のラジエータを配置すれば、効率的な冷却ができるという着眼に基づいてなされたものである。
【０００５】
すなわち、本発明は、複数の発熱源；各発熱源に対応させて設けられ、それぞれの発熱源から受熱した冷媒を冷却するための複数のラジエータ；これら複数の発熱源からの受熱部と複数のラジエータの間で冷媒を循環させるポンプ；及び複数のラジエータに対して冷却風を与える冷却ファン；を備え、冷却ファンはシロッコファンからなり、複数のラジエータは、このシロッコファンの外周の異なる位置に配置されていることを特徴としている。
【０００６】
複数の発熱源の発熱量が大小に異なるときには、ポンプを出た冷媒を、発熱量大なる発熱源からの受熱部、該大発熱源用ラジエータ、発熱量小なる発熱源からの受熱部及び該小発熱源用ラジエータの順に流すことが好ましい。
【０００７】
複数のラジエータは、例えばシロッコファンの軸方向と平行な方向に間隔をおいて配置した複数段の流路ユニットを有するタイプとすると、効率的な冷却ができる。
【０００８】
複数のラジエータは、同一仕様とすることができる。あるいは、大発熱源用ラジエータの合計流路面積又は（及び）流路長を、小発熱源用ラジエータの合計流路面積又は（及び）流路長より大きく設定することもできる。
【０００９】
大発熱量発熱源は具体的には例えばＣＰＵであり、小発熱量発熱源はチップセットである。
【００１０】
複数の発熱源、複数のラジエータ、ポンプ及びシロッコファンは、単一の流路板上に配置し、この流路板に、冷媒の循環流路を形成することが好ましい。
【００１１】
ポンプは、圧電ポンプとすると小型の液冷システムが得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の液冷システムは、複数の発熱体から受熱した冷媒を冷却するための複数のラジエータを、シロッコファンの外周の異なる位置に配置したので、効率的な冷却をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１ないし図７は、本発明による液冷システムの一実施形態を示している。この実施形態は、発熱量が大小に異なる２つの発熱源として、図１、図２に示すノートＰＣの大発熱量のＣＰＵ１００と小発熱量のチップセット２００を冷却する水冷システムである。このＣＰＵ１００、チップセット２００、タンク２０、圧電ポンプ３０、第１、第２（高温側と低温側）のラジエータ４０（Ｈ）、４０（Ｌ）及びシロッコファン（共通冷却ファン）５０は、流路板１０上に配置されている。
【００１４】
シロッコファン５０は、図１に円形の鎖線で描いており、流路板１０には、このシロッコファン５０の中心と中心が一致する円形貫通穴１１が穿設されている。シロッコファン５０は、軸部の円形緩通穴１１から吸い込んだ空気を放射方向に放出する周知のファンである。高温側と低温側のラジエータ４０（Ｈ）、ラジエータ４０（Ｌ）は、シロッコファン５０の周囲に平面位置を異ならせて配置されている。そして、この実施形態では、シロッコファン５０からの放出風が、主にこの高温側と低温側のラジエータ４０（Ｈ）、４０（Ｌ）に当たるように（高温側と低温側のラジエータ４０（Ｈ）、４０（Ｌ）以外には放出されないように）、防護壁５１が設けられている。
【００１５】
本実施形態の液冷システムの全体の流路を、図１で説明する。圧電ポンプ３０の吐出口３１から出た冷媒は、流路接続ブロック１２を介して流路板１０の流路１３に供給される。流路１３に出た冷媒は、ＣＰＵ（高温側熱源）１００の直下の液流ジャケット（受熱部）１０１の蛇行流路１０１ａを通ってＣＰＵ１００から熱を奪う。液流ジャケット１０１を出た冷媒は、流路板１０の流路１４を通って高温側ラジエータ４０（Ｈ）に至り、該高温側ラジエータ４０（Ｈ）を流れる間、円形貫通穴１１から吸い込んだ空気を放射方向に放出するシロッコファン５０から冷却風を受けて冷却される。高温側ラジエータ４０（Ｈ）を出た冷媒は、流路板１０の流路１５を通ってチップセット（低温側熱源）２００の直下の液流ジャケット（受熱部）２０１の蛇行流路２０１ａを通り、チップセット２００から熱を奪う。液流ジャケット２０１を出た冷媒は、流路板１０の流路１６を通って低温側ラジエータ４０（Ｌ）に至り、該低温側ラジエータ４０（Ｌ）を流れる間、シロッコファン５０から冷却風を受けて冷却される。低温側ラジエータ４０（Ｌ）を出た冷媒は、流路板１０の流路１７を通ってタンク２０に至り、流路１８を経て流路接続ブロック１２に戻り、圧電ポンプ３０の吸込口３２に至る。以下、以上の循環が繰り返されてＣＰＵ１００とチップセット２００が冷却される。
【００１６】
以上の冷媒の流路を見ると、圧電ポンプ３０を出た冷媒は、まず、大発熱量のＣＰＵ１００から熱を奪って昇温し、高温側ラジエータ４０（Ｈ）を流れる間にシロッコファン５０によって冷却される。次いで、小発熱量のチップセット２００から熱を奪って再び昇温し、低温側ラジエータ４０（Ｌ）を流れる間にシロッコファン５０によって冷却される。高温側ラジエータ４０（Ｈ）と低温側ラジエータ４０（Ｌ）は、軸線の放射方向に冷却風を放出するシロッコファン５０の周囲の平面的に見て異なる位置に配置されているので、ＣＰＵ１００とチップセット２００を効率的に冷却することができる。
【００１７】
次に各要素を詳細に説明する。流路板１０は、図２、図３に明らかなように、互いに接合される３枚の積層板（ブレージングシート）１０ａ、１０ｂ、１０ｃからなっていて、真ん中の積層板１０ｂに、液流路１３ないし１８を形成する貫通穴１３ａないし１８ａが形成されている。流路板１０には、冷却能を高めるとともに、ブレージングシートのロウ材を逃がすための表裏貫通穴１９（図１）が形成されている。
【００１８】
ＣＰＵ１００とチップセット２００回りは、同一構造である。図１及び図２に示すように、ＣＰＵ１００（チップセット２００）は、液流ジャケット１０１（２０１）上に熱的に接触させて配置したヒートスプレッダ１０２（２０２）上に載置されている。液流ジャケット１０１は、流路板１０の流路１３と１４に連通する蛇行流路１０１ａを有しており、液流ジャケット２０１は、流路板１０の流路１５と１６に連通する蛇行流路２０１ａを有している。液流ジャケット１０１（２０１）の流路構造は、図２に示されており、図２、図３に示した流路板１０の流路構造と同様に、３枚の積層板（ブレージングシート）の中心板に蛇行流路１０１ａと２０１ａを穿設してなっている。流路板１０上の液流ジャケット１０１（２０１）上には、これらヒートスプレッダ１０２（２０２）とＣＰＵ１００（チップセット２００）、及び押え板１０３（２０３）が重ねて配置され、締結手段１０４（２０４）を介して結合されている。
【００１９】
タンク２０は、図３に示すように、流路板１０の流路１７に連通する入口穴２１と流路１８に連通する出口穴２２を有している。
【００２０】
圧電ポンプ３０は、図４に示すように、下方から順にロアハウジング３０Ｌとアッパハウジング３０Ｕを有している。ロアハウジング３０Ｌとアッパハウジング３０Ｕの間には、Ｏリング３３と押えリング３４を介して圧電振動子（ダイヤフラム）３５が液密に挟着支持されていて、該圧電振動子３５とロアハウジング３０Ｌとの間にポンプ室Ｐを構成している。圧電振動子３５とアッパハウジング３０Ｕとの間には、大気室Ａが形成される。
【００２１】
圧電振動子３５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シム３５ａと、このシム３５ａの表裏の少なくとも一面（図示例は上面のみ）に積層形成した圧電体３５ｂとからなるもので、圧電体３５ｂは、例えば厚さ３００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）から構成され、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。
【００２２】
ロアハウジング３０Ｌには、外方に突出する上述の吐出口３１及び吸込口３２と、この吐出口３１及び吸込口３２にそれぞれ連通する吐出室３１ａ及び吸入室３２ａが形成されている。この吐出室３１ａと吸込室３２ａには、ポンプ室Ｐとの境界部にそれぞれ、逆止弁（アンブレラ）３６と３７が設けられている。逆止弁３６は、ポンプ室Ｐから吐出室３１ａ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り、逆止弁３７は、吸込室３２ａ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る。
【００２３】
逆止弁３６、３７は、同一の形態であり、流路に接着固定される穴あき基板３６ａ、３７ａに、弾性材料からなるアンブレラ３６ｂ、３７ｂ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。
【００２４】
以上の圧電ポンプ３０は、圧電振動子３５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３７が開いて吐出側逆止弁３６が閉じるため、吸込口３２（吸込室３２ａ）からポンプ室Ｐ内に冷媒が流入する。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３６が開いて吸入側逆止弁３７が閉じるため、ポンプ室Ｐから吐出口３１（吐出室３１ａ）に冷媒が流出する。したがって、圧電振動子３５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る。
【００２５】
高温側と低温側のラジエータ４０（Ｈ、Ｌ）は、同一構造（仕様）である。各ラジエータ４０は、図５ないし図７に示すように、複数段（この実施形態では６段）積層された流路ユニット（積層流路板）４１を備えている。各流路ユニット４１は、最上段の流路ユニット４１を除き同一構造である。各流路ユニット４１は、重ね合わせて結合される一対の流路板４２Ｕと４２Ｌによって構成されている。流路板４２Ｕと４２Ｌは、例えば伝熱性に優れた金属材料（ブレージングシート）のプレス成形品から構成するもので、重ね合わせ面（積層面）に関して対称な形状（同一の単体形状）をしている。流路板４２Ｕ（４２Ｌ）は細長形状をなしており、平面Ｕ字状の流路凹部４６の周縁に平坦な接合面４５を有している。Ｕ字状流路凹部４６の両端部（Ｕ字状折返部の反対側の端部）には、該Ｕ字状流路凹部４６部分より外方に突出させてスペーサ部４７Ｓと４８Ｓが形成されており、このスペーサ部４７Ｓと４８Ｓに、入口穴４７と出口穴４８が穿設されている。
【００２６】
以上の流路板４２Ｕと４２Ｌは、流路凹部３６が外側に向くように向きを反対にして重ね合わされ、接合面４５どうしを例えばロウ付けによって接合される。すると、上下の互いに反対方向に突出するＵ字状流路凹部４６により偏平なＵ字状の流路４０Ｘが形成される。また、上下の流路ユニット４１のスペーサ部４７Ｓ（４８Ｓ）どうしが当接して上下の流路ユニット４１の入口穴４７どうし、出口穴４７どうしがそれぞれ連通する。重ね合わされた流路ユニット４１の間には、冷却空気通過空間Ｓ（図７）が形成され、該空間Ｓをシロッコファン５０による冷却風が通過する。最上段の流路ユニット４１の上方の流路板４２Ｕのスペーサ部４７Ｓ（４８Ｓ）には、入口穴４７（出口穴４８）が穿設されていない。そして、最下方の流路ユニット４１の入口穴４７と出口穴４８は、流路板１０の流路１４と１５（流路１６と１７）にそれぞれ液密に連通する（図６）。
【００２７】
従って、以上のラジエータ４０（Ｈ、Ｌ）は、６段の流路ユニット４１内を流れる冷媒を、シロッコファン５０の冷却風により十分冷却することができる。４１の段数、合計流路面積及び流路長は、適宜定めることができる。
【００２８】
また、ラジエータ４０（Ｈ、Ｌ）の入口穴４７と出口穴４８は、出口穴４８がシロッコファン５０に近く、入口穴４７がシロッコファン５０に遠い側に配置されている（図１）。この配置によると、熱源ＣＰＵ１００（ＧＰＵ２００）で熱せられた熱い冷媒は、Ｕ字状流路凹部４６のシロッコファン５０から見て遠い側から入り、若干冷却された後にシロッコファン５０に近い側から出て行くこととなり、シロッコファン５０から出た最も冷たい風が、最初にＵ字状流路凹部４６内における若干冷やされた冷媒（図１においてシロッコファン５０の近い側の流路）を冷却して若干風が暖められる。次にこの若干暖められた冷却風が、シロッコファン５０から見て遠い側のＵ字状流路凹部４６内の熱源から出てきたより熱い冷媒を冷やし、結果的に冷媒はＵ字状流路凹部４６内で次第に冷やされることとなり、冷却効率を上げることが可能となる。
【００２９】
図８は、ＣＰＵ１００の発熱量を５０Ｗ、チップセット２００の発熱量を３０Ｗとし、高温側と低温側のラジエータ４０（Ｈ）と４０（Ｌ）を同一仕様とし、冷媒を図１の配置構成のように、ＣＰＵ１００（液流ジャケット１０１）、高温側ラジエータ４０（Ｈ）、チップセット２００（液流ジャケット２０１）及び低温側ラジエータ４０（Ｌ）の順に流したときの冷却性能の具体例（実験例、●）を示している。ＣＰＵ１００（発熱源１）とチップセット２００（発熱源２）の温度は、ＣＰＵ１００（ＧＰＵ２００）とヒートスプレッダ１０２（２０２）の間の温度、つまり、ＣＰＵ１００（ＧＰＵ２００）の表面温度である。ラジエータ１の入口温度は、高温側ラジエータ４０の入口穴４７における冷媒の温度、高温側ラジエータ４０（Ｈ）（ラジエータ１）と低温側ラジエータ４０（Ｌ）（ラジエータ２）の温度は、ラジエータ出口の空気温度である。
【００３０】
図８には、併せて、図１の配置構成において、ＣＰＵ１００とチップセット２００の位置を入れ替えた場合の冷却性能の具体例（実験例、△）を示している。
【００３１】
この実験結果は、高温側と低温側のラジエータ４０（Ｈ）と４０（Ｌ）を同一仕様としたときには、冷媒を高温側発熱源、高温側ラジエータ、低温側発熱源、低温側ラジエータの順に流した方が冷却性能が高い（発熱源の最高温度を低く抑えることができる）ことを示している。高温側と低温側のラジエータ４０（Ｈ）と４０（Ｌ）を同一仕様とすることは、加工コスト、組立コストの上で有利である。
【００３２】
一方、両ラジエータを同一仕様とすることなく、大発熱源用ラジエータの合計流路面積又は（及び）流路長を、小発熱源用ラジエータの合計流路面積又は（及び）流路長より大きく設定すれば、冷媒を流す順番には自由度が得られる。
【００３３】
以上の実施形態では、発熱源として、ＣＰＵ１００とチップセット２００を例示したが、本発明は、複数の発熱源を冷却するための一般の冷却システムとして用いることができる。発熱源が３つ以上ある場合には、シロッコファン５０の周囲の平面的に異なる位置にそれぞれのラジエータを配置すればよい。また、圧電ポンプ３０は、圧力損失が小さいため、この種の用途に有利であるが、他のポンプを用いることを妨げない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による液冷システムの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】図１のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】ラジエータユニットの斜視図である。
【図６】図５のVI-VI線に沿う断面図である。
【図７】図５のVII-VII線に沿う断面図である。
【図８】本発明による液冷システムによる冷却効果の例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ＣＰＵ（大発熱量発熱源）
２００  チップセット（小発熱量発熱源）
１０１  ２０１  液流ジャケット（受熱部）
１０１ａ  ２０１ａ  蛇行流路
１０２  ２０２  ヒートスプレッダ
１０３  ２０３  押え板
１０４  ２０４  締結手段
１０  流路板
１０ａ  １０ｂ  １０ｃ  積層板
１１  円形貫通穴
１２  流路接続ブロック
１３〜１８  液流路
２０  タンク
２１  入口孔
２２  出口孔
３０  圧電ポンプ
３１  吐出口
３２  吸入口
３５  圧電振動子
３６  吐出側逆止弁
３７  吸入側逆止弁
４０  ラジエータ
４１  流路ユニット
４０Ｘ  液流路
５０  シロッコファン（共通冷却ファン）
【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】
2009170513.tif 000009
【図８】
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