(57)【要約】      （修正有）【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提供する。【解決手段】発熱量が大小に異なる複数の発熱源１００および２００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５２、５５、および複数のラジエータ流路５２、５５に対して冷却風を与える共通冷却ファン６０を備えた液冷システムであり、複数のラジエータ流路５２、５５のうち、発熱量がより小さい発熱源２００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５２を共通冷却ファン６０に近い側に配置し、発熱量がより大きい発熱源１００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５５を共通冷却ファン６０から遠い側に配置した。【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、
上記複数のラジエータ流路のうち、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を共通冷却ファンに近い側に配置し、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を共通冷却ファンから遠い側に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、上記低温側と高温側のラジエータ通路は、該シロッコファンに対して同心状に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、上記低温側と高温側のラジエータ流路はそれぞれ、シロッコファンの軸方向と平行な方向に複数段が配置され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５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の液冷システムにおいて、上記低温側と高温側のラジエータ通路は、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６】
請求項５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、低温側と高温側のそれぞれの入口ポートと出口ポート、及び両端部がこの入口ポートと出口ポートに連通する流路を有し、互いの間に空気流通隙間を与えて積層された複数の積層流路板を有している液冷システム。
【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、発熱量の異なる発熱体から受熱した冷媒を冷却するためのラジエータを、低温側から順に冷却ファンに近い側に配置すれば、低温側ラジエータを冷却し昇温した後の冷却風であっても、高温側ラジエータの冷却能を持っているため、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、複数のラジエータ流路のうち、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を共通冷却ファンに近い側に配置し、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を共通冷却ファンから遠い側に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、低温側と高温側のラジエータ通路（複数のラジエータ通路）は、該シロッコファンに対して同心状に配置するのがよい。
【０００７】
また、低温側ラジエータ流路と高温側ラジエータ流路はそれぞれ、シロッコファンの軸方向と平行な方向に複数段を配置するのがよい。
【０００８】
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。
【０００９】
低温側と高温側のラジエータ通路は、単一のラジエータユニットに設けることが可能である。
【００１０】
そして、このラジエータユニットには、低温側と高温側のそれぞれの入口ポートと出口ポート、及び両端部がこの入口ポートと出口ポートに連通する流路を有し、互いの間に空気流通隙間を与えて積層された複数の積層流路板を設けるのがよい。各積層流路板の間に形成される空気流通隙間に共通冷却ファンからの冷却風を通過させることで、冷媒を冷却することができる。積層流路板の数は、発熱源の発生熱量（各ラジエータの負担冷却熱量）に応じて増減することができる。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明の液冷システムは、発熱量の異なる発熱体から受熱した冷媒を冷却するためのラジエータ流路を、低温側から順に冷却ファンに近い側に配置したので、低温側ラジエータを冷却し昇温した後の冷却風により、高温側ラジエータを冷却することができ、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６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、大発熱量のノートＰＣ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。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、弧状をなすラジエータユニット５０に結合されており、第一流路板１０、第二流路板４０及びラジエータユニット５０で形成される円形の空間にシロッコファン（共通冷却ファン）６０が配置されている。
【００１４】
図１で、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、低温側ラジエータ流路５２に入って、シロッコファン６０に近い側を円弧状に流れ、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、高温側ラジエータ流路５５に入って、シロッコファン６０から遠い側を円弧状に流れ、高温側出口ポート５６に至る。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を通って入口孔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。
【００１５】
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、シロッコファン６０に近い側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、シロッコファン６０から遠い側の高温側ラジエータ流路５５を流れて、低温側ラジエータ流路５２を流れる冷媒を冷却した後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がシロッコファン６０に近い側に配置され、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がラジエータユニット５０から遠い側に配置されているため、冷却風は、低温側ラジエータ流路５２、高温側ラジエータ流路５５部分を通る間に徐々に昇温する。従って、効率的に冷却ができる。
【００１６】
次に各要素を詳細に説明する。第一流路板１０は、図５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、高温側出口ポート５６にそれぞれ嵌まる連通突起２１ａ、２２ａ、３１ａ、３２ａ、５６ａが形成されている。積層板１０ａには、図示しないが、低温側入口ポート５１に嵌まる連通突起も同様に形成されている。
【００１７】
圧電ポンプ３０は、図５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。
【００１８】
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７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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
第二流路板４０は、図６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。ラジエータユニット５０側の積層板４０ａには、図示しないが、低温側出口ポート５３、高温側入口ポート５４にそれぞれ嵌まる連通突起が形成されている。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。
【００２３】
ＣＰＵ１００（チップセット２００）は、図６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。
【００２４】
ラジエータユニット５０は、図２から図５に示すように、円弧状の低温側ラジエータ流路５２と高温側ラジエータ流路５５を有する積層流路板５７を複数段（図示例では４段）積層してなっている。４段の積層流路板５７の間には、該積層流路板５７の間に空間（空気流通隙間）を確保するスペーサ５８が挿入されている。各積層流路板５７は、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が形成されており、各積層流路板５７とスペーサ５８には、各低温側ラジエータ流路５２の両端を低温側入口ポート５１と低温側出口ポート５３にそれぞれ連通させる流路５１ａと５３ａ、及び各高温側ラジエータ流路５５の両端を高温側入口ポート５４と高温側出口ポート５６にそれぞれ連通させる流路５４ａと５６ａが形成されている。
【００２５】
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、流路５１ａを介して４段の低温側ラジエータ流路５２に流れ、その間シロッコファン６０による冷却風を受けて冷却された後、流路５３ａを介して低温側出口ポート５３から第二流路板４０の液流路４１に合流する。同様に、液流路４１を流れて高温側入口ポート５４に至った冷媒が、流路５４ａを介して４段の高温側ラジエータ流路５５に流れ、その間シロッコファン６０による冷却風を受けて冷却された後、流路５６ａを介して高温側出口ポート５６から第一流路板１０の液流路１２に合流する。
【００２６】
４段の低温側ラジエータ流路５２（高温側ラジエータ流路５５）の合計流路面積は、液流路１１（液流路４１）の流路面積より大きく設定されている。これは、ラジエータユニット５０では、冷媒の流速を落として、効果的に冷媒の温度を下げるためである。
【００２７】
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、シロッコファン６０に近い側から順に、より低温の発熱源を冷却した冷媒が通るラジエータ流路を形成すればよい。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】
【００２８】
【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IV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図１のV-V線に沿う断面図である。
【図６】図１のVI-VI線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
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
５７  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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