(57)【要約】【課題】発熱量が大小に異なる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】発熱量が大小に異なる複数の発熱源；これら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流路；及び複数のラジエータ流路に対して冷却風を与える共通冷却ファン；を備えた液冷システムにおいて、発熱量がより大きい発熱源から受熱した比較的高温の冷媒が通る高温側ラジエータ流路の数を、発熱量がより小さい発熱源から受熱した比較的低温の冷媒が通る低温側ラジエータ流路の数より多く設定し、これら高温側と低温側のラジエータ流路を上記共通冷却ファンによる冷却風流路に交わる方向に積層して配置した液冷システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱量が大小に異なる複数の発熱源；
これら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流路；
これら複数の発熱源と複数のラジエータ流路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流路に対して冷却風を与える共通冷却ファン；を備えた液冷システムにおいて、
発熱量がより大きい発熱源から受熱した比較的高温の冷媒が通る高温側ラジエータ流路の数を、発熱量がより小さい発熱源から受熱した比較的低温の冷媒が通る低温側ラジエータ流路の数より多く設定し、
かつ、これら高温側と低温側のラジエータ流路を上記共通冷却ファンによる冷却風流路に交わる方向に積層して配置した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、上記共通冷却ファンはシロッコファンであり、上記高温側と低温側のラジエータ流路は、該シロッコファンに対して同心状に積層配置されている液冷システム。
【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、上記高温側と低温側のラジエータ流路は、単一のラジエータユニットに設けられている液冷システム。
【請求項５】
請求項４記載の液冷システムにおいて、上記ラジエータユニットは、高温側ラジエータ流路を構成する少なくとも２層の高温側積層流路板と、低温側ラジエータ流路を構成する少なくとも１層の低温側積層流路板とをスペーサを介して間隔を空けて積層してなっている液冷システム。
【請求項６】
請求項５記載の液冷システムにおいて、高温側積層流路板と低温側積層流路板の平面流路形状は入口ポート部と出口ポート部を除き同一である液冷システム。
【請求項７】
請求項５または６記載の液冷システムにおいて、高温側積層流路板と低温側積層流路板の流路断面積は入口ポート部と出口ポート部を除き同一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2004-87841号公報
【特許文献２】特開2005-191452号公報
【特許文献３】特開2005-203660号公報
【特許文献４】特開2005-294519号公報
【特許文献５】特開2006-207881号公報
【特許文献６】特開2007-11786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、発熱量が大小に異なる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、発熱量がより大きい発熱源から受熱した比較的高温の冷媒が通る高温側ラジエータ流路の数を、発熱量がより小さい発熱源から受熱した比較的低温の冷媒が通る低温側ラジエータ流路の数より多くし、かつ、これら高温側と低温側のラジエータ流路を冷却風流路に交わる方向に積層すれば、大型化することなく、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、発熱量が大小に異なる複数の発熱源；これら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流路；これら複数の発熱源と複数のラジエータ流路の間で冷媒を循環させるポンプ；及び複数のラジエータ流路に対して冷却風を与える共通冷却ファン；を備えた液冷システムにおいて、発熱量がより大きい発熱源から受熱した比較的高温の冷媒が通る高温側ラジエータ流路の数を、発熱量がより小さい発熱源から受熱した比較的低温の冷媒が通る低温側ラジエータ流路の数より多く設定し、かつ、これら高温側と低温側のラジエータ流路を共通冷却ファンによる冷却風流路に交わる方向に積層して配置したことを特徴としている。
【０００６】
共通冷却ファンは、軸線に対して放射状に冷却風を出すシロッコファンとするのが好ましく、高温側と低温側のラジエータ流路は、該シロッコファンの軸芯に対して同心状に積層配置するのがよい。
【０００７】
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。
【０００８】
高温側と低温側のラジエータ流路は、単一のラジエータユニットに設けることが可能である。
【０００９】
ラジエータユニットは、例えば、高温側ラジエータ流路を構成する少なくとも２層の高温側積層流路板と、低温側ラジエータ流路を構成する少なくとも１層の低温側積層流路板とをスペーサを介して間隔を空けて積層して構成することができる。
【００１０】
この高温側積層流路板と低温側積層流路板の平面流路形状、及び（又は）流路断面積は、入口ポート部と出口ポート部を除き同一とすると、ラジエータユニットの構成が容易になる。また、このようなラジエータ構造とすると、複数のラジエータに用いる積層流路板を同一位置に積層し、この複数のラジエータに対して単一の冷却ファンを容易に配置することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液冷システムは、発熱量がより大きい発熱源から受熱した比較的高温の冷媒が通る高温側ラジエータ流路の数を、発熱量がより小さい発熱源から受熱した比較的低温の冷媒が通る低温側ラジエータ流路の数より多くし、かつ、これら高温側と低温側のラジエータ流路を冷却風流路に交わる方向に積層したので、大型化することなく、発熱量が大小に異なる複数の発熱源を効率的に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１ないし図９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、大発熱量（例えば発熱量が３０Ｗ程度）のノートＰＣのＣＰＵ１００と小発熱量（例えば発熱量が１０Ｗ程度）のチップセット２００を冷却する水冷システムである。図１は、その全体の平面的な流路構造を示しており、図の右方の第一流路板１０上に、チップセット２００、タンク２０及び圧電ポンプ３０が配置され、下方の第二流路板４０上にＣＰＵ１００が配置されている。第一流路板１０と第二流路板４０は、ラジエータユニット５０に結合されており、ラジエータユニット５０に形成された円形の空間６１にシロッコファン（共通冷却ファン）６０が配置されている。
【００１３】
ラジエータユニット５０は、図３から図７に示すように、シロッコファン６０の周囲に位置させて、１層の低温側ラジエータ流路５２（低温側積層流路板５７Ｌ）と２層の高温側ラジエータ流路５５（高温側積層流路板５７Ｈ）とをスペーサ５８を介して積層してなっている。積層方向は、シロッコファン６０の軸線方向（シロッコファン６０からの冷却風の方向と直交する方向）であり、各積層流路板の間には、冷却風の通る隙間Ｓが形成されている。１層の低温側ラジエータ流路５２（低温側積層流路板５７Ｌ）の両端部には、低温側入口ポート５１と低温側出口ポート５３が形成され、２層の高温側ラジエータ流路５５（高温側積層流路板５７Ｈ）の両端部にはそれぞれ、高温側入口ポート５４と高温側出口ポート５６が形成されている。低温側ラジエータ流路５２と高温側ラジエータ流路５５の平面形状及び流路断面積は、入口ポート５１と出口ポート５６の位置、及び出口ポート５３と入口ポート５４の位置が若干異なるだけで、その他は同一である。
【００１４】
図３は、低温側積層流路板５７Ｌと高温側積層流路板５７Ｈを重ねた状態を描いたものであり、図４は高温側積層流路板５７Ｈ単体を描いたものであり、図５は低温側積層流路板５７Ｌ単体を描いたものである。これらの図では、低温側ラジエータ流路５２の形状を一点鎖線で描き、高温側ラジエータ流路５５の形状を破線で描いている。また冷媒の流れ方向を矢印で示している。
【００１５】
各要素の詳細を説明する前に、全体の流路を説明すると、圧電ポンプ３０の吐出口３１から出た冷媒は、第一流路板１０の液流路（受熱流路）１１を流れてチップセット２００から熱を奪い、ラジエータユニット５０の低温側入口ポート５１から、１層のみ備えられている低温側ラジエータ流路５２（低温側積層流路板５７Ｌ）に入って、シロッコファン６０の周囲を円弧状に流れ、低温側出口ポート５３に至る。低温側出口ポート５３に至った冷媒は、第二流路板４０の液流路４１を流れてＣＰＵ１００から熱を奪い、ラジエータユニット５０の高温側入口ポート５４から、２層設けられている高温側ラジエータ流路５５（高温側積層流路板５７Ｈ）に入って、シロッコファン６０の周囲を円弧状に流れ、高温側出口ポート５６に至る。２層の高温側ラジエータ流路５７Ｈの高温側出口ポート５６に至った冷媒は、第一流路板１０の液流路１２に合流して入口孔２１からタンク２０内に入り、該タンク２０の出口孔２２から液流路１３を通って圧電ポンプ３０の吸入口３２に至る。
【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、第一流路板１０の液流路１１を通って小発熱量のチップセット２００から熱を奪い、１層の低温側ラジエータ流路５２を流れてシロッコファン６０からの冷却風により冷却される。次に第二流路板４０の液流路４１を通って大熱量のＣＰＵ１００から熱を奪い、２層の高温側ラジエータ流路５５を流れて、シロッコファン６０の冷却風により冷却され、タンク２０から圧電ポンプ３０に戻る。つまり、小発熱量のチップセット２００から熱を奪った冷媒が通る低温側ラジエータ流路５２は１段（１層）だけであるのに対し、大発熱量のＣＰＵ１００から熱を奪った冷媒が通る高温側ラジエータ流路５５は２段（２層）配置されているために、大発熱量のＣＰＵ１００と小発熱量のチップセット２００の双方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。第一流路板１０は、図８に明らかなように、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１１、１２、１３を形成する貫通穴１１ａ、１２ａ、１３ａが形成されている。タンク２０と圧電ポンプ３０側の積層板１０ａには、入口孔２１、出口孔２２、吐出口３１、吸入口３２にそれぞれ嵌まる連通突起２１ａ、２２ａ、３１ａ、３２ａが形成されている。また、第一流路板１０の液流路１２のラジエータユニット５０側の端部は、２層の高温側ラジエータ流路５５（高温側積層流路板５７Ｈ）の高温側出口ポート５６に連通している。スペーサ５８にはこれらの流路を作る連通穴が形成されている（図７参照）。液流路１２は、低温側ラジエータ流路５２には連通していない。
【００１８】
圧電ポンプ３０は、図８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には、該ハウジングの板厚平面に直交させて、吐出口３１と吸入口３２が互いに平行に穿設されている。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を介して圧電振動子（ダイヤフラム）３４が液密に挟着支持されていて、該圧電振動子３４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３４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。
【００１９】
圧電振動子３４は、中心部のシム３４ａと、シム３４ａの表裏の一面（図８の上面）に積層形成した圧電体３４ｂ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３４ａが臨んで冷媒と接触する。シム３４ａ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３４ｂ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。
【００２０】
ロアハウジング３０Ｌの吐出口３１と吸入口３２にはそれぞれ、逆止弁（アンブレラ）３５と３６が設けられている。逆止弁３５は、吸入口３２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３６は、ポンプ室Ｐから吐出口３１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。
【００２１】
逆止弁３５、３６は、同一の形態であり、流路に接着固定される穴あき基板３５ａ、３６ａに、弾性材料からなるアンブレラ３５ｂ、３６ｂ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。
【００２２】
以上の圧電ポンプ３０は、圧電振動子３４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３５が開いて吐出側逆止弁３６が閉じるため、吐出口３１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３５が閉じるため、ポンプ室Ｐから吐出口３１に冷媒が流出する。したがって、圧電振動子３４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。
【００２３】
第二流路板４０は、図９に示すように、第一流路板１０と同様の３枚の積層板（ブレージングシート）４０ａ、４０ｂ、４０ｃからなっていて、真ん中の積層板４０ｂに、液流路４１を形成する貫通穴４１ａが形成されている。第二流路板４０の液流路４１の一方の端部は、図６に示すように、１層の低温側ラジエータ流路５２（低温側積層流路板５７Ｌ）の低温側出口ポート５３に連通し、他方の端部は、図７に示すように、２層の高温側ラジエータ流路５５（高温側積層流路板５７Ｈ）の高温側入口ポート５４に連通している。スペーサ５８にはこれらの流路を作る連通穴が形成されている。ＣＰＵ１００は、チップセット２００と同様に、積層板４０ａ上にヒートスプレッダ２０１を介して載置（接触）している。
【００２４】
ＣＰＵ１００（チップセット２００）は、図９に示すように、第一流路板１０（第二流路板４０）の積層板１０ａ（４０ａ）上にヒートスプレッダ１０１（２０１）を介して載置（接触）しており、液流路１１（４１）を冷媒が流れることにより、ＣＰＵ１００（チップセット２００）から熱を奪って昇温する。
【００２５】
ラジエータユニット５０の低温側積層流路板５７Ｌと高温側積層流路板５７Ｈはそれぞれ、図６、図７に示すように、３枚の積層板（ブレージングシート）５７ａ、５７ｂ、５７ｃからなっている。真ん中の積層板５７ｂには、低温側ラジエータ流路５２と高温側ラジエータ流路５５を形成する貫通穴５２ａと５５ａが形成されている。貫通穴５２ａの両端部は低温側入口ポート５１と低温側出口穴５３に連通し、貫通穴５５ａの両端部は、高温側入口ポート５４と高温側出口ポート５６に連通している。なお、積層板５７Ｈ、５７Ｌは、例えば図１１に示すように、積層板５７ａと５７ｃをプレス加工して所定の位置にスペーサ突起５８’を形成し、これらスペーサ突起５８’を突き合わせて、冷却風の通る隙間Ｓを形成することで、スペーサ５８及び積層板５７ｂを省略してすることも可能である。
【００２６】
従って、以上のラジエータユニット５０は、第一流路板１０の液流路１１を流れて低温側入口ポート５１に至った冷媒が、低温側ラジエータ流路５２に流れ、低温側出口ポート５３から第二流路板４０の液流路４１に至る。次に、液流路４１を流れて２段の高温側ラジエータ流路５５の高温側入口ポート５４に至った冷媒が、同２段の高温側ラジエータ流路５５に分流して流れた後、高温側出口ポート５６から第一流路板１０の液流路１２に合流する。
【００２７】
次に、本発明による液冷システムを用い、チップセット２００の発熱量を１０Ｗ（一定）とし、ＣＰＵ１００の発熱量を１５Ｗ、２０Ｗ、２５Ｗ、３０Ｗと異ならせたときの実際の冷却能を実験結果によって説明する。実験は、ＣＰＵ１００とチップセット２００の表面温度Ｓ１とＳ２を熱電対により測定し、冷媒の流れ順に、液流路１１、４１、１２を形成している第一流路板１０と第二流路板４０上の温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４を測定し、シロッコファン６０の出口の空気温度Ａ１とＡ２を測定したものである。これらの測定点は、図１上に表した。具体的には、Ｔ１はチップセット２００を出た直後、Ｔ２はＣＰＵ１００に入る直前（低温側積層流路板５７Ｌを出た直後）、Ｔ３はＣＰＵ１００を出た直後、Ｔ４は２段の高温側積層流路板５７Ｈを出た直後の温度である。
【００２８】
表１に、測定結果を示す（測定温度単位；℃）。図１０は、以上の実験結果をグラフ化したものである。
（表１）
実験１        実験２        実験３        実験４
低温-高温    10W-15W        10W-20W      10W-25W      10W-30W
外気温         26.3          25.7         27.2         26.3
Ｓ２            35.7          42.9         50.8         50.1
Ｔ１            39.4          41.6         47.6         50.3
Ｔ２            40.0          43.3         49.0         52.1
Ｓ１            51.1          52.2         65.6         69.6
Ｔ３            42.2          45.1         51.4         54.6
Ｔ４            40.3          43.0         49.1         52.0
Ａ１            31.6          34.6         39.0         40.3
Ａ２            33.0          28.4         29.7         31.4
【００２９】
この実験から、本発明の液冷システムを具体化した装置によれば、チップセット２００の発熱量１０Ｗで、ＣＰＵ１００の発熱量が１５Ｗから３０Ｗ程度までばらついても、最も高温になりやすいＣＰＵ１００の温度を７０℃程度に保持できることが分かった。
【００３０】
以上の実施形態では、低温側ラジエータ流路５２と高温側ラジエータ流路５５の平面形状及び流路断面積を実質的に同一としているため、ラジエータユニット５０の形成が容易であるが、これらは互いに異ならせてもよい。
【００３１】
また、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、発熱量が異なる複数の発熱源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、発熱量がより大きい発熱源から受熱した比較的高温の冷媒が通る高温側ラジエータ流路の数を、発熱量がより小さい発熱源から受熱した比較的低温の冷媒が通る低温側ラジエータ流路の数より多く設定し、これら複数のラジエータ流路を共通冷却ファンによる冷却風流路に交わる方向に積層して配置すればよい。また、圧電ポンプ３０は、圧力損失による流量低下が小さいため、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】
【００３２】
【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矢視正面図である。
【図３】ラジエータユニット単体の平面図である。
【図４】図３のラジエータユニット内のチップセット用積層流路板（ラジエータ）の平面図である。
【図５】図３のラジエータユニット内のＣＰＵ用積層流路板（ラジエータ）の平面図である。
【図６】図１のVI-VI線に沿う断面図であり、図３、図５のVI-VI線に沿う断面を含んでいる。
【図７】図１のVII-VII線に沿う断面図であり、図３、図４のVI-VI線に沿う断面を含んでいる。
【図８】図１のVIII-VIII線に沿う断面図である。
【図９】図１のIX-IX線に沿う断面図である。
【図１０】本発明による液冷システムの冷却能を調べたグラフ図である。
【図１１】本発明による液冷システムのラジエータユニットに用いる積層流路板の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
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  ヒートスプレッダ
１０  第一流路板
１０ａ  １０ｂ  １０ｃ  積層板
１１  １２  １３  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
３４  圧電振動子
３５  吸入側逆止弁
３６  吐出側逆止弁
４０  第二流路板
４０ａ  ４０ｂ  ４０ｃ  積層板
４１  液流路
５０  ラジエータユニット
５１  低温側入口ポート
５２  低温側ラジエータ流路
５３  低温側出口ポート
５４  高温側入口ポート
５５  高温側ラジエータ流路
５６  高温側出口ポート
５７Ｌ  低温側積層流路板
５７Ｈ  高温側積層流路板
５７ａ  ５７ｂ  ５７ｃ  積層板
５８  スペーサ
６０  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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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