JP2007531991A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
コンピュータ中央処理装置の冷却に適する熱交換器であって、該熱交換器には、伝導性底部(11)、冷却液を流してもよい複数の流路を画定する該底部(11)上の熱交換器フィン(13)列、底部(11)から遠い側のフィン(13)表面上に配置する密閉用シート又はパッド(14)、底部と密封係合させ、熱交換流路を囲む非伝導性カバー(15)であって、該カバーには流路に通じる流入口及び熱交換流路から通じる少なくとも1つの流出口を有する非伝導性カバーを備えている。
【選択図】図1A heat exchanger suitable for cooling a computer central processing unit, wherein the heat exchanger has a conductive bottom (11) on the bottom (11) defining a plurality of channels through which cooling liquid may flow. A row of heat exchanger fins (13), a sealing sheet or pad (14) placed on the surface of the fin (13) far from the bottom (11), non-conductive surrounding the heat exchange flow path, sealingly engaged with the bottom A conductive cover (15) comprising a non-conductive cover having an inlet leading to the flow path and at least one outlet leading from the heat exchange flow path.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、熱交換器に関し、特にはコンピュータ中央処理装置及び/又は熱電モジュールと関連させて使用するのに適する熱交換器に関する。 The present invention relates to heat exchangers, and more particularly to heat exchangers suitable for use in connection with computer central processing units and / or thermoelectric modules.
先行技術のマルチチャネル熱交換器については、オーストラリア国特許明細書第779,519号において記載されている。便宜上、本発明については、熱交換器をコンピュータ中央処理装置と関連させて使用することに関して記述する。 Prior art multi-channel heat exchangers are described in Australian Patent Specification No. 779,519. For convenience, the present invention will be described with respect to the use of a heat exchanger in connection with a computer central processing unit.
コンピュータ中央処理装置の性能は、熱の除去によって向上可能である。従ってコンピュータ中央処理装置と関連させて使用するよう構成する熱交換器に対するニーズが存在する。 The performance of the computer central processing unit can be improved by removing heat. Accordingly, there is a need for a heat exchanger that is configured for use in connection with a computer central processing unit.
本発明の1態様によれば、
(i)伝導性底部、
(ii)冷却液を流してもよい複数の流路を画定する該底部上の熱交換器フィン列、
(iii)該底部から遠い側のフィン表面上に配置する密閉用シート又はパッド、
(iv)該底部と密封係合させ、熱交換流路を囲む非伝導性カバーであって、該カバーには流路に通じる流入口及び熱交換流路から通じる少なくとも1つの流出口を有する非伝導性カバー、
を備える熱交換器を提供する。
According to one aspect of the invention,
(I) a conductive bottom,
(Ii) a heat exchanger fin row on the bottom defining a plurality of channels through which coolant may flow;
(Iii) a sealing sheet or pad disposed on the fin surface far from the bottom,
(Iv) a non-conductive cover that is hermetically engaged with the bottom and encloses the heat exchange channel, the cover having an inlet leading to the channel and at least one outlet leading from the heat exchange channel Conductive cover,
A heat exchanger is provided.
本発明の別の態様によれば、
(i)伝導性底部、
(ii)冷却液を流してもよい複数の流路を画定する該底部上の熱交換器フィン列、
(iii)該底部と密封係合させ、熱交換流路を囲む非伝導性カバーであって、該カバーには流路に通じる流入口及び熱交換流路から通じる少なくとも1つの流出口を有する非伝導性カバー、
を備える熱交換器を提供する。
According to another aspect of the invention,
(I) a conductive bottom,
(Ii) a heat exchanger fin row on the bottom defining a plurality of channels through which coolant may flow;
(Iii) a non-conductive cover that is hermetically engaged with the bottom and encloses the heat exchange channel, the cover having an inlet leading to the channel and at least one outlet leading from the heat exchange channel Conductive cover,
A heat exchanger is provided.
本発明の1形態では、伝導性カバーに中央流入口を設け、該流入口は最低温の液体を直接、CPUダイからの熱源に隣接する金属製のフィンへと導く。中央流入口は、熱交換器をCPUに使用する場合、最も好適であろう。熱電モジュールを熱交換器と共に使用する場合、好適な形態としては、熱交換器のどちらかの端部に流入口及び流出口を有するものになるだろう。 In one form of the invention, the conductive cover is provided with a central inlet that directs the coolest liquid directly to the metal fin adjacent to the heat source from the CPU die. A central inlet would be most suitable when a heat exchanger is used for the CPU. When a thermoelectric module is used with a heat exchanger, a preferred form would have an inlet and outlet at either end of the heat exchanger.
図1〜図7に示す熱交換器10は銅製の底部又はトレイ11から成るが、該底部又はトレイはプラスチック製下部フランジ12に取付けられ、熱交換器流路を画定する銅製フィン13列を支持する。シート又はパッド14形状のゴム製シール部材をフィン13上に配置し、プラスチック製カバー15を底部フランジ12と、Oリング16をその間に挟み、密封係合させる。
The
フィン13は1枚の連続した銅製のシートから、該シートを蛇腹状に折畳んで作製する。流路の上面及び下面を、フィンを相互に圧迫させることにより密閉する。フィン13を銅製底部と半田付けし、ゴム製パッド14で上部を密閉して、フィン上部とプラスチック製カバーとの間で液体がバイパスするのを防ぐ。
The
フィン13列によって画定する熱交換器流路は、熱交換器10の流入口側20から流出口側21まで延在する。カバー15には、流入口側20に通じる流入口22及び流出口側21から通じる流出口23を有する。
The heat exchanger flow path defined by the rows of
図5及び図7に示すように、カバー又はマニホルド上部15には、外周フランジ24を有し、該フランジは内向きフランジ25で終端して、外周フランジ24と内向きフランジ25との間に流路26を画定し、該流路26内にはOリング16を収容する。フランジ24には、段付凹部27をその内面28に有し、該凹部27で同様な形状の下部フランジ12のリップ部29を受容する。本発明の1実施例では、熱交換器10をコンピュータ中央処理装置上に直接置き、その後適所にクランプ固定する。水を、熱交換器を通してポンプで送り、熱をコンピュータ中央処理装置から除去し、離れたラジエータに管で送り、そこで熱を大気中に放散する。
As shown in FIGS. 5 and 7, the cover or
本発明の別の実施例では、熱交換器10を熱電モジュール40上に装着するが、該モジュールはコンピュータ中央処理装置又は、他の熱源又はコールドシンクと接触するよう配置されている。熱電モジュールは、活発にコンピュータ中央処理装置から熱を除去し、その熱を熱電モジュールの高温側に装着した熱交換器中を流れる水に伝達する。前述のように、離れたラジエータに水を管で送り、該ラジエータにより熱を大気中に放散させる。
In another embodiment of the present invention, the
図8〜図11に示す熱交換器の実施例では、銅製のカバー又はマニホルド上部30を有し、中央流入口31及び該流入口31の両側に2本の流出口32及び33を有する。銅製カバー30を使用することで、半田付けによる接合を図1の実施例のOリング16の代わりに使用できる。従って、底部34をカバー30に半田付けすると、図1の実施例のフランジ12及びゴム製パッド14及びOリング16が不要になる。
The heat exchanger embodiment shown in FIGS. 8-11 has a copper cover or
図11で示すように、銅製フィン13には、V字型切欠部35を該フィンに亘り有して、流体の流入を促進する。この噴流衝合機能によって、最低温の液体を直接、CPUダイからの熱源に隣接する金属製のフィンに導くが、その結果冷却性能を向上させる。
As shown in FIG. 11, the
図面に示した熱電熱交換器では、極めて僅かなポンピングパワーで、著しく低い熱抵抗を有する。僅か0.01°C/Wの熱抵抗を、所要ポンピングパワー2.2ワットで、毎分2リットルの流量を40mm×40mm表面積上に流すことで、これを獲得している。 The thermoelectric heat exchanger shown in the drawing has a very low thermal resistance with very little pumping power. This is achieved by a thermal resistance of only 0.01 ° C / W with a required pumping power of 2.2 watts and a flow rate of 2 liters per minute over a 40 mm x 40 mm surface area.
最適化したマイクロ流路によって、こうした低い熱抵抗が獲得可能であり、その効果については、高いヒートポンプ性能の熱電モジュールに対する作用を検討することで、証明できよう。該モジュールが100W容量で1.0の成績係数(COP)で冷却している場合、低温側を通過する熱は100Wとなり、高温側を通過する熱は200Wとなる。低温側及び高温側の熱交換器は熱流に対して熱抵抗を付加する、即ち、温度差がインターフェース全体に熱を行渡らせるのに必要となる。強制的に対流空気流を起こす典型的な熱電モジュール用熱交換器での熱抵抗は0.1°C/Wであり、それと比較して本発明の熱交換器での熱抵抗は0.01°C/Wである。 Such a low thermal resistance can be obtained by the optimized micro-channel, and the effect can be proved by examining the effect on the thermoelectric module with high heat pump performance. When the module is cooled with a 100 W capacity and a coefficient of performance (COP) of 1.0, the heat passing through the low temperature side is 100 W and the heat passing through the high temperature side is 200 W. The cold side and hot side heat exchangers add a thermal resistance to the heat flow, i.e. a temperature difference is required to spread the heat across the interface. The thermal resistance of a typical thermoelectric module heat exchanger that forces a convection air flow is 0.1 ° C./W, compared with the thermal resistance of the heat exchanger of the present invention is 0.01. ° C / W.
下表では熱電モジュールが本発明の熱交換器で獲得可能なdTへの作用について、典型的な熱交換器と、低温側を100Wとして、比較したものである。
In the table below, the effect of the thermoelectric module on the dT that can be obtained by the heat exchanger of the present invention is compared with a typical heat exchanger and a low temperature side of 100 W.
最良の熱電モジュールでは最大dTが75℃で、そのため熱交換器インターフェース全体で30℃の損失が発生し、有効温度差が単に45℃となってしまう。それと比較すると、本発明の熱交換器では3℃の温度差で、モジュールでは72℃の有効温度差となる。 The best thermoelectric module has a maximum dT of 75 ° C., which results in a 30 ° C. loss across the heat exchanger interface and an effective temperature difference of simply 45 ° C. In comparison, the heat exchanger of the present invention has a temperature difference of 3 ° C. and the module has an effective temperature difference of 72 ° C.
本発明の別の実施例によれば、底部を純銀製とし、カバーをポリカーボネート製とする。本発明の具体的な1実施例の冷却性能は、以下の通りである:
According to another embodiment of the invention, the bottom is made of pure silver and the cover is made of polycarbonate. The cooling performance of one specific embodiment of the present invention is as follows:
図12は、本発明による熱交換器に関する、流量(L/分)に対する、熱抵抗(°C/W)及び圧力降下(kPa)のグラフである。 FIG. 12 is a graph of thermal resistance (° C./W) and pressure drop (kPa) versus flow rate (L / min) for a heat exchanger according to the present invention.
様々な変形を、本発明の意図及び範囲から逸脱することなく、熱交換器の詳細及び設計及び構造において、実施してもよい。
Various modifications may be made in the details and design and construction of the heat exchangers without departing from the spirit and scope of the present invention.
10 熱交換器
11、34 底部
12 下部フランジ
13 フィン
14 シート又はパッド
15、30 カバー又はマニホルド上部
16 Oリング
20 流入口側
21 流出口側
22、31 流入口
23、32、33 流出口
24 外周フランジ
25 内向きフランジ
26 流路
27 凹部
35 切欠部
DESCRIPTION OF
Claims (19)
(ii)冷却液を流してもよい複数の流路を画定する前記底部上の熱交換器フィン列、
(iii)前記底部から遠い側のフィン表面上に配置する密閉用シート又はパッド、
(iv)前記底部と密封係合させ、熱交換流路を囲む非伝導性カバーであって、該カバーには流路に通じる流入口及び熱交換流路から通じる少なくとも1つの流出口を有する非伝導性カバー、
を備えることを特徴とする熱交換器。 (I) a conductive bottom,
(Ii) a row of heat exchanger fins on the bottom that defines a plurality of channels through which coolant may flow;
(Iii) a sealing sheet or pad disposed on the fin surface far from the bottom;
(Iv) a non-conductive cover that is hermetically engaged with the bottom and surrounds the heat exchange channel, the cover having an inlet leading to the channel and at least one outlet leading from the heat exchange channel. Conductive cover,
A heat exchanger comprising:
(ii)冷却液を流してもよい複数の流路を画定する前記底部上の熱交換器フィン列、
(iii)前記底部と密封係合させ、熱交換流路を囲む非伝導性カバーであって、該カバーには流路に通じる流入口及び熱交換流路から通じる少なくとも1つの流出口を有する非伝導性カバー、
を備えることを特徴とする熱交換器。 (I) a conductive bottom,
(Ii) a row of heat exchanger fins on the bottom that defines a plurality of channels through which coolant may flow;
(Iii) a non-conductive cover that is hermetically engaged with the bottom and surrounds the heat exchange channel, the cover having an inlet leading to the channel and at least one outlet leading from the heat exchange channel. Conductive cover,
A heat exchanger comprising:
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