JP2004178117A - パソコンの液冷システム - Google Patents

Abstract

【課題】パソコンの冷却に液冷システムを適用する際に、パソコン内には複数の発熱部材が存在し、更に稼動条件によってその発熱部材の温度が変化することを考慮した冷却手法の検討が必要となる。
【解決手段】パソコンにおいて、その中に存在するＣＰＵ及び表示チップ、ＨＤＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の複数の発熱部材に授熱ヘッドを固定し、各樹熱ヘッドを冷却液を満たしたチューブで接続する。
各発熱部材毎においてチューブを分岐し、発熱部材からの熱を回収するルートと発熱部材からの熱に影響されないルートを有する構成とする。
冷却液は発熱部材が設定温度に達しない限り発熱部材の熱に影響されないルートを通り、一定温度より高くなったときのみ発熱部材からの熱を回収するルートを通る制御を有する。
冷却液のルート変更を実施する温度は発熱部材毎に温度設定を可能とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータ等の情報処理装置の冷却方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年はＣＰＵをはじめとする情報処理装置内部の発熱量が増加により、その発熱を情報処理装置外部に放熱する手法の一つとして大型コンピュータ等に使用されていた液冷システムが小型化されＰＣ等の小型情報処理装置にも使用されるようになった。
【０００３】
液冷システムは冷却ＦＡＮを使用した空冷システムに比べ騒音軽減等のメリットを有している。
【０００４】
現在ＰＣに使用されている水冷システムは、パソコン内部にある一つ以上の発熱箇所に冷却液で満たされたチューブを接続し、発熱部の熱量を冷却液を媒体として放熱部に移動し放熱する方法を採用している。
【０００５】
また、特開２００２−１８２７９７号公報（下記の特許文献１）にはＰＣ内部に存在する複数の発熱部材を冷却する液冷システムの技術が開示されており、これによると複数の発熱部材を冷却液で満たされたチューブで接続し、その発熱部材の熱量を冷却液を媒体として放熱部に移動し放熱する方法を採用している。
【０００６】
更に、前記公報ではポンプから送り出される冷却液の循環する順番を冷却対象である発熱部材の許容上限温度の違いや発熱量の違いによって決める方式を提案している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１８２７９７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
パソコン内部にはＣＰＵをはじめとし、表示チップ、ＨＤＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等複数の異なる許容上限温度と発熱量をもつ発熱部材がある。
【０００９】
液冷システムは小型化が進んでいるが、一台のＰＣ内部にポンプやチューブ、放熱部等、液冷システムに必要な部材を複数搭載する事はコスト的に不利である。
【００１０】
また、ＰＣをはじめとする小型情報処理装置は小型化が重要なファクターであり、スペース的にも複数の液冷システムの搭載は現実的でない為、１つの液冷システムでこれら全ての発熱部材を冷却する必要が有る。
【００１１】
その実現には特開２００２−１８２７９７号にもあるように１つの液冷システムで発熱部材全てに冷却液を循環させなければならないが、単純に全てのデバイスに冷却液を循環させるだけでは常に全てのデバイスからの発熱量を受取る事となる為、１つの液冷システムが持つ冷却能力を効率的に使用出来ていない。
【００１２】
さらに、この方式ではＰＣの動作条件による発熱部材の温度変化の考慮が無く、いかに発熱部材の温度が変化したとしても常に一定の順番で全ての発熱部材の熱量を回収する方式になっている。
【００１３】
本発明は許容温度スペックと発熱量の異なるデバイスに対して個別に冷却の要否を判断し冷却が必要なデバイスを優先して冷却する方法を提案する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決する為に本発明は、一つの冷却回路に分岐経路を持たせる。
【００１５】
分岐経路は冷却対象となる発熱部材ごとに準備され、一方は発熱部材の熱を回収するルートで、他方は発熱部材の熱を回収しないルートとする。
【００１６】
分岐経路は発熱部材の温度によって制御され、普段発熱部材の温度が設定温度よりも低い状態のとき冷却液は発熱部材の熱を回収しないルートを通る。
【００１７】
逆に発熱部材の温度が設定温度より高くなった状態のとき冷却液は発熱部材の熱を回収するルートを通る。
【００１８】
この方式によって、発熱量の可変する発熱部材を必要なときだけ冷却する事が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る液冷システム技術について、図面を用いて以下説明する。
【００２０】
ノートＰＣで使用した場合を例に図１で本発明の実施形態に係る全体構成を示し、図１の特徴を図２に示す従来の液冷システムを採用した場合と比較して説明する。
【００２１】
図２の構成では液冷システムがＣＰＵ１をはじめＨＤＤ２、表示チップ３、ＣＤ−ＲＯＭ４と言った冷却対象となる全ての発熱部材に対してチューブの接続を行い冷却液による発熱量の回収を常に実施している。
【００２２】
それに対し図１が示す本発明では冷却対象となる発熱部材毎にチューブに分岐経路５を加え、その分岐経路５を使用すると発熱部材の発熱量を回収しないことを特徴としている。
【００２３】
次に分岐経路５の制御について形状記憶合金等の一定温度で変形する材質をチューブの一部に使用した場合を例に図４、図５で説明する。
【００２４】
特開２００２−１８２７９７号では、液冷システムのチューブ部にシリコン系、ゴム系、もしくはＡｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＳＵＳ等の金属もしくはその合金を使用し、金属部とシリコン系、もしくはゴム系部が組み合わされてその経路を構成するとある。
【００２５】
本発明では図４、図５中に示した制御部に形状記憶合金等の一定温度で変形する材質を適用し冷却液の流動経路を制御可能とする。
【００２６】
制御部とそれ以外の材質を用いた箇所の接続は図６に示した様に、シリコン系、ゴム系のチューブを制御部に被せる構造での接続、又は接着剤による接続等が考えられる。
【００２７】
また金属系同士の結合であれば溶接と言う方法も可能である。
【００２８】
従来の液冷システムでは図３に示すように発熱部材がどの様な状態にあっても常に冷却液がＡのルート（発熱部材上）を通ることになり必ず発熱部材の熱量を回収することになる。
【００２９】
それに対して本発明では図４に示すように発熱部材が一定の温度に達するまでは冷却液がＡのルート（発熱部材上）を通らずＢのルートを通るようにしているが、発熱部材が一定の温度を超過した場合にのみチューブの一部が変形し図５の様に冷却液がＡのルート（発熱部材上）を通る。
【００３０】
また、ここではチューブ自身の熱変形を例に冷却液の制御を説明したが、冷却液の制御は図７と図８に示した様にチューブ内に制御弁を持たせることによって行っても良い。以降、図７〜１０の説明はチューブ内に制御弁を持たせた場合のものである。
【００３１】
更に、冷却液の制御は熱による変形に限らず電気的に制御を行ってもよい。
【００３２】
冷却液の制御を電気的に弁を制御して行う場合の例を図９、図１０を用いて説明する。
【００３３】
図９は冷却液制御部をブロック図に表した物である。本制御部は発熱部材上に設置した温度センサー、その温度センサーからの温度情報信号を受けてモーターを動作させるモーター制御部、実際に弁を開閉動作させるモーター、モーターに連動して動作する冷却液制御弁から構成される。
【００３４】
モーター制御部は、温度センサーからの制御信号（抵抗値、電圧等）をもとに、予め決められたしきい値に従ってモータの動作（回転角）及び冷却液制御弁の開閉を制御する。
【００３５】
図１０は主に複数ある冷却液制御弁の内の１つについて制御手順をフロー化したもので、まず１０１にて冷却液をチューブ内に送り出される。次に１０２にて発熱部材に設置された温度センサーが温度を検知し信号を送信する。
【００３６】
もし、ここで設定温度を超過した場合は１０３にて温度センサーから設定温度以上時の信号を発信する。次に１０４にて、その制御信号を受けたモーター制御部がＢのルート（発熱部材外）に弁で蓋をする様にモーターを動作させる。すると１０５にてモーターに直結した弁が可動し冷却液の流れをＡのルート（発熱部材上）にすることが出来る。
【００３７】
逆に１０２にて設定温度を超過していない場合は１０６にて温度センサーから設定温度以下時の信号を発信する。次に１０７にて、その制御信号を受けたモーター制御部がＡのルート（発熱部材上）に弁で蓋をする様にモーターを動作させる。すると１０５にてモーターに直結した弁が可動し冷却液の流れをＢのルート（発熱部材外）にすることが出来る。
【００３８】
発熱部材が設定温度を超過している場合もしていない場合も最終的には１０９に冷却液を流し込み次の発熱部材または放熱部に冷却液が流れて行くことになる。
【００３９】
更に、弁やチューブの変形による冷却液の制御部は図１１に示す連結部１と連結部２の両方で行う方式の方が発熱部の熱量を回収するときとしないときの制御をより確実に行えるが、冷却液の流れの上流にあたる連結部１だけで行う方式でも十分に冷却液の流れを制御できるため同様の効果を得ることが出来る。よって本発明は、どちらの方式を採用しても良い。
【００４０】
当然、このことは発熱部材の発熱量を回収するルートへ流れる冷却液の量を流路における抵抗を増加させることによって制限出来れば良いことを意味し、前述したチューブの変形や弁による制御で完全に他方への冷却液の流れを完全に遮断する必要は無い。
【００４１】
つぎに本発明を採用したことによる利点についての説明する。
【００４２】
液冷システムが接続される順番は先に述べた様に従来の技術である特開２００２−１８２７９７号と同様に、まず放熱部によって冷却された冷却液をポンプで加圧して送り出すことが望ましい、そして許容上限温度の低い発熱部材を優先して先に接続するか、前の発熱部材の発熱量を回収した冷却液が次の発熱部材の許容上限温度を超過しない場合に限りその逆の順番での接続を可能とする。
【００４３】
この場合の例として発熱部材ＡをＨＤＤ、発熱部材ＢをＣＤ−ＲＯＭ、発熱部材ＣをＣＰＵとすると図１２に示すルートで冷却液が循環するため放熱部は必ず全ての発熱部材の熱量を外部に放熱しなければならない。
【００４４】
それに対して本発明では、サスペンド時等の低電力モードでＰＣが稼動している状態において全ての発熱部材が冷却不要な温度であれば図１３に示すルートで冷却液が循環し放熱部の負担を軽減し冷却液をより温度の低い最大冷却性能の状態に保つことが出来る。
【００４５】
このことは液冷システムの放熱部をユーザーが接触する部分にも共用させる場合を例に考えると有利な点と言える。
【００４６】
また、発熱部材Ｂが主に稼動する条件でＰＣを動作させた場合を図１４に示す。
【００４７】
発熱部材ＢはＣＤ−ＲＯＭデバイスであるのでＣＤ−ＲＯＭを挿入していない状態、もしくはＣＤ−ＲＯＭを読み込みしていない状態ではこのＣＤ−ＲＯＭデバイスの可動率はほとんど無いに等しい。つまり、このときの発熱部材Ｂの発熱量は非常に低い状態にある。
【００４８】
しかし、ＣＤ−ＲＯＭを実装し読み込みを実施した場合は発熱部材Ｂの発熱量が増加し冷却が必要な状態になることが予想される。
【００４９】
またＣＤ−ＲＯＭデバイスの読み込みだけの処理を実施した場合を想定すると、他の発熱部材となるＨＤＤやＣＰＵ処理能力はそれほど必要ではない、よって発熱部材Ａと発熱部材Ｃは冷却が必要な温度に達していないと考えられる。
【００５０】
更に、この条件下ではいかに発熱部材Ｂを冷却するかが重要となり、図１３のルート冷却液を循環させる制御を提供する本発明の方が図１１の従来の方式と比較して、より有効に発熱部材Ｂを冷却することを可能とする。
【００５１】
この様なＰＣの可動条件による発熱部材の発熱量変化は、他の発熱部材でも同様なことが起こり得る。例えばＣＰＵは計算処理能数によってその負荷が変化し消費電力もそれに比例して大きくなる。とうぜんＣＤ−ＲＯＭの読み込み等の処理では負荷が軽く消費電力も少なくてすむ、逆に計算処理能力の多い動作条件では負荷が高くなりＣＰＵ自身の温度が高くなる。次に表示チップの例として、モニターの長寿命化を考慮した。
【００５２】
非表示時と言う表示機能だけを殺すモードが従来から存在する。このときは当然表示チップへの負荷が極端に下がり殆ど消費電力を必要としない状態となる。逆に３Ｄ描画等の高表示負荷条件ではＣＰＵ同様に負荷に比例し温度が上昇し高温状態となる。
【００５３】
ＨＤＤに関して言えば非アクセス時はもちろんＨＤＤへの電力をカットする省電力モードが存在している為、その時と大量データーのコピー等の高アクセス条件との温度変化は大きく異なることが明確である。
【００５４】
このようにＰＣ内部で冷却を必要とする発熱部材はその動作条件によって大きく発熱量が変化し、どの発熱部材が温度変化するかも動作条件によって異なるため発熱部材単位に冷却回路を変化させることが出来る本発明による効果は大きい。
【００５５】
【発明の効果】
本発明を適用すれば、一つの液冷システムが持っている冷却能力をＰＣの稼動状況に応じて、冷却を必要としている発熱部材に優先して割り当てる事が可能となり、発熱部材の安定動作、及び寿命を伸ばす効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液冷システム全体図。
【図２】従来の液冷システム全体図。
【図３】従来の冷却ルート図。
【図４】低温時冷却ルート図。
【図５】高温時冷却ルート図。
【図６】制御部結合方法図。
【図７】弁による制御図。
【図８】弁の構造図。
【図９】弁制御ブロック図。
【図１０】弁制御フロー図。
【図１１】制御部設置個所説明図。
【図１２】従来の冷却液循環経路図。
【図１３】低温時冷却液循環経路図。
【図１４】発熱部材Ｂ高温時冷却液循環経路図。
【符号の説明】
１…ＣＰＵ、２…ＨＤＤ、３…表示チップ、４…ＣＤ−ＲＯＭ、５…分岐経路。

Claims (2)

1. 一つの冷却回路で複数の発熱部材に対して冷却を行う際に、発熱部材毎に冷却するかどうかを判断可能な液冷システム。
2. 請求項１の判断基準温度を発熱部材毎に設定できる液冷システム。

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