CN100367493C - 液体冷却系统 - Google Patents

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Abstract

对于伴随着电子装置的处理性能提高带来的发热元件发热量增大，在提供成为必要且充分的循环液流量的、适应于小型化、薄型化的液体冷却构造的同时，提供可靠性高的电子装置。将受热套管(7)与发热元件热连接的同时，在散热器(1a)上安装泵(6)。另外，在散热器(1a)上设置容器部(2)。通过泵(8)使制冷液在受热套管(7)和散热器(1a)之间循环。

Description

液体冷却系统
技术领域
本发明涉及冷却半导体元件的液体冷却系统，该半导体元件将液体作为散热媒介物。
背景技术
近年来，随着电子装置高速化、大容量化的需求不断增高，半导体元件的高发热化发展很快。
作为对应这种高发热化的冷却手段，例如可以列举出专利文献1．在该专利文献1中所记载的电子装置由主体筐体和显示装置筐体组成，该主体筐体收纳着搭载了发热元件的配线基板，该显示装置筐体具有显示板，通过铰链旋转可动地安装在本体筐体上。
在发热元件上安装着受热套管，通过该受热套管将吸热后变热的液体从设置在表示装置筐体的散热管进行散热。液体通过液体驱动机构进行循环，该液体驱动机构安装于连接受热套管和散热管的配管路径的中途。各个部分之间通过可挠性软管的连接进行配管。
【专利文献1】特开2002-163042号公报
在上述专利文献所记载的液体冷却系统，泵由可挠性软管连接(在专利文献1中以“硅软管”记载)。这是由于液体冷却系统的散热是由笔记本电脑(以下称“笔记本PC”)的显示装置筐体进行，在从本体筐体侧向显示装置筐体配设散热用配管时必须需要可挠性软管的缘故。
另外，为了使液体能够高效率地循环，希望泵以水平状态运转，而泵通过可挠性软管的连接更容易使之保持水平。
像这样在受热部件和泵之间的可挠性软管对于存在可动部分的部分的使用是必须的，存在可挠性软管的部分会招致液体冷却系统的大型化，这样有可能会给向所有电子仪器的冷却系统的搭载带来障碍。
本发明的目的在于提供与纵向设置、横向设置无关，能够搭载于所
本发明的目的在于提供与纵向设置、横向设置无关，能够搭载于所有电子仪器的紧凑的液体冷却系统。
发明内容
上述目的通过下述手段达成，一种液体冷却系统，具有受热套管，该受热套管通过流过内部的液体吸收发热元件的热，通过泵将上述吸热后的液体输送至散热器使上述液体流过上述散热器进行散热，其特征在于，上述散热器具有排出配管和吸入配管，在该散热器的排出配管和吸入配管的两端部安装有容器，用隔板将上述容器的内部分割成两部分、形成分别独立地储存液体的空间，在上述容器的各个上述空间中连接有上述散热器的上述排出配管和吸入配管，上述泵具有吸入口和排出口，通过该吸入口和排出口将上述泵与上述容器直接连接。
另外，上述目的通过下述手段达成，一种液体冷却系统，具备受热套管、散热器、容器以及泵，该受热套管通过内部密封的液体从半导体元件吸热，该散热器通过可挠曲的配管与该受热套管连接，该容器通过配管与该散热器连接，该泵使上述液体进行循环，其中，在流动着上述散热器的液体的金属配管上安装多个散热片，上述容器安装在上述金属配管上，上述泵直接连接在该容器上。
另外，上述目的通过下述手段达成，上述散热器至少具备两根金属配管，将任意一方的金属配管作为向上述泵的吸入配管，另一方的配管作为向上述受热套管的排出配管，而上述吸入、排出配管与上述容器的内部连通。
另外，上述目的通过下述手段达成，在上述泵上设置吸入口与排出口，这些口插入在设置于上述容器的口插入孔中而连接。
另外，上述目的通过下述手段达成，用隔板将上述容器的内部分割成两部分，被分割的一方的空间开设上述泵的吸入口和上述吸入配管，另一方的空间开设上述排出口和上述排出配管。
另外，上述目的通过下述手段达成，将上述容器的内部分割成两部分的隔板形成大致S形状。
另外，上述目的通过下述手段达成，在上述容器的各空间内设置空气积存部。
另外，上述目的通过下述手段达成，一种液体冷却系统，具备受热套管、散热器、容器以及泵，该受热套管通过内部密封的液体从半导体元件吸热，该散热器通过配管与该受热套管连接，该容器通过配管与该散热器连接，该泵使上述液体进行循环，其中，构成上述液体孔中而连接。
通过本发明，能够提供与纵向设置、横向设置无关，能够搭载于所有电子仪器的紧凑的液体冷却系统。
如上所述、在笔记本电脑或台式电脑中，通过循环的液体来冷却发热的半导体元件的产品正逐渐被销售，可以预想通过电脑的液体循环的冷却方式将进一步增加。
但是，这种液体冷却系统并非仅限定搭载于电脑，而是能够应用于所有搭载了发热电子零件的电子仪器。
例如，作为替代了原有磁带录像机的AV仪器有家庭服务器。这种家庭服务器记录下来地上波数字播放的开始，在家庭内大量地获取被传送的电视节目，仅保存和播放有必要保存的内容，作为今后的AV仪器已经引起了瞩目。
一方面，等离子显示器作为与该家庭服务器相对应的影像器材有可能进一步普及。
这些电子仪器，特别是安装在家庭起居室的仪器，由于用风扇冷却会引起回音而不适宜，那么当然液体冷却系统的搭载会引起瞩目。
这样，就需要开发出能够简便地安装于上述家庭服务器及等离子显示器的液体冷却系统。
本发明根据上述要求进行了各种研究，结果获得了以下的实施例。
附图说明
图1是具备本实施例的散热器的液体冷却系统的俯视图。
图2是具备本实施例的散热器的液体冷却系统的立体图。
图3是表示在散热器上安装泵之前的状态的局部剖视图。
图4是表示在散热器安装了泵状态的局部剖视图。
图5是将本实施例的液体冷却系统横向设置的立体图。
图6是将本实施例的液体冷却系统纵向设置的立体图。
图7是将具有本实施例的液体冷却系统的电子仪器横向设置的立体图。
图8是将具有本实施例的液体冷却系统的电子仪器纵向设置的立体图。
图9是具备第2实施例的电子仪器的立体图。
图10是本实施例中冷却多个发热元件的散热器的图。
具体实施方式
图1是包含本实施例的散热器的液体冷却系统的俯视图。
如图1所示，液体冷却系统1，散热器1a和受热套管7通过软管8连接。该软管就是所谓的可挠性软管(即可挠曲的配管，在本实施例中采用异丁橡胶)。在散热器1a上直接安装泵6。该散热器1a由安装了散热片4的排出配管5a、吸入配管5b以及容器2构成。容器2被安装于散热器1a的排出配管5a、吸入配管5b的两端部，成为来自泵的液体的储存部。
在该液体冷却系统1内放入制冷液(例如水、不冻液等)，通过泵6的驱动，使制冷液在泵6、散热器1a以及受热套管7之间循环。
图2是包含本实施例的散热器的液体冷却系统的立体图(是将泵从散热器中取出的状态)。
如图2所示，上述构成散热器1a部分的排出配管5a、吸入配管5b、散热片4、容器2由框架4a固定。在泵6上设置排出口9a、吸入口9b，口9b被插入在容器2的吸入侧，口9a被插入在容器2的排出侧(有关这点，以图3进行详细说明)。
图3及图4对本实施例的液体冷却系统的散热器和泵的安装部构造进行说明。
图3及图4是散热器和泵的局部剖视图，图3表示在散热器1a上安装泵6之前的状态，图4表示安装后的状态。
如图3所示，在容器2上，在设置于泵6的排出口9a和吸入口9b相互面对的位置上设置口插入孔2a、2b。该容器2通过隔板3被分割成2室的空间，各自的空间与散热器1a内的排出配管5a、吸入配管5b相对地分别连接。
如图4所示，排出口9a和吸入口9b分别插入容器2的口插入孔2a、2b后，制冷液通过安装于插入部位的0型环10被密封。
形成若驱动泵6，制冷液按图中箭头表示方向流动的构造。
图5和图6是说明设置了本实施例的散热器时的方向以及泵的吸入、排出位置的立体图。
另外，为了说明方便，将泵6和散热器1a分开表示，在泵6和散热器1a之间制冷液的流向以箭头表示。假设图5的设置状态为“横向设置”，图6的设置状态为“纵向设置”。
图5a是表示散热器和泵的组合构造的立体图，图5b是对容器内部进行说明的图。
如图5a所示，将泵6的排出口9a作为上侧，将吸入口9b作为下侧。在安装于散热器1a的容器2的内部大约中央部分上设置隔板3，形成左右两室的空间地被分离。其中一室为排出侧，另一室为吸入侧。与容器2内部的排出口9a相对的散热器1a的口插入孔2a位于上侧，与吸入口9b相对的散热器1a的口插入孔2b位于下侧。隔板3形成大致S形状(另外，由于做成大致S形状而带来的效果以图6的实施例进行说明)。
在图5b中，用于连接散热器1a和受热套管7的可挠性软管8，由于自身的水分渗透而使液体流失的部分，由于外界的空气侵入配管内而使内部混入空气，泵6吸入该空气的情况下，将造成其压出液体的力极度降低。因此，在本实施例中，在容器内设置了用于储存配管内空气的空间，该空间即是图5b表示的空间2c。
本实施例中散热器由2根排出配管5a、2根吸入配管5b共4根配管构成。排出配管5a在被隔板3隔开的口插入孔2a一侧的空间被开放，吸入配管5b在口插入孔2b一侧的空间被开放。如图5b所示，由于一方的吸入配管5b的一部分露出于空气中，另一方的吸入配管5b在液体中，因此，泵6不会吸入空气。
图6是表示散热器和泵的组合构造的立体图，是表示将图5所示散热器旋转90度状态的图，图6b是对容器内部进行说明的图。
在图6中，在本实施例中与图5不同，泵6的排出口9a成为上侧，吸入口9b成为下侧。设置于容器2的隔板3呈横向，如图中虚线所示、上下的截面积在口插入孔2b一侧狭窄，口插入孔2a一侧宽阔。这是由于隔板3呈S形状的结果，从口插入孔2a一侧侵入空气时，该上部空间即成为空气的储存部。
这样，假设泵6吸入空气致使循环吸入配管内混入空气，通过设置于容器2的隔板3，空气停留在截面积宽阔一侧的上部，而在口插入孔2a中空气不能侵入，因此仅制冷液进行循环。但是，其条件为口插入孔2b必须处于液体中。
在图6b中，由于通过隔板3设置可储存配管内混入的空间，将其形状做成S形状。该空间即是图5b所表示的空间2c。
本实施例中散热器由2根排出配管5a、2根吸入配管5b共4根配管构成，排出配管5a在被隔板3隔开的口插入孔2a一侧的空间被开放，吸入配管5b在口插入孔2b一侧的空间开放。如图5b所示，由于2根吸入配管5b位于液体中，泵6不会吸入空气。但是，如上述所示，条件是口插入孔2b必须位于液体中。
图7和图8是对将本实施例的散热器1a等的液体冷却系统设置于电子装置12的筐体内的状态进行说明，
另外，为了说明方便，使电子装置12的相当于外面的筐体12a可视化地进行说明。
图7是将电子仪器横向设置的立体图。
图8是将电子仪器纵向设置的立体图。
如图7和图8所示，在电子装置12的筐体12a内，安装了搭载着多个元件的主配线基板14等。在主配线基板14上装载了CPU板13等，该CPU板13搭载了CPU(中央计算处理单元)等的特别是发热量大的元件(以下简称CPU)。
在CPU(无图示)上安装了受热套管7，CPU和受热套管7通过柔软的热传导部件(例如，在硅橡胶中混入氧化铝等热传导性的填充物。但无图示)连接。
泵6与被安装的散热器1a和受热套管7通过软管8连接，成为密封制冷液的循环回路。如泵6运转，则被密封在内部的制冷液按照泵6→散热器1a→受热套管7→散热器1a→泵6的顺序循环。
由CPU产生的热量被传送到流通在受热套管7内的制冷液，在通过散热器1a期间，通过散热器1a的表面向外界散热。这样，已降温的制冷液再被送出受热套管7。
本实施例中散热器1a的吸入配管(无图示)、容器部2、受热套管7是热传导性很好的铜合金，泵6外侧的壳体是由容易形成复杂的成型且机械强度高的树脂(PPS：聚苯硫化树脂+玻璃纤维40％)形成，连接各个零件的软管是由耐热性且耐渗透性好的异丁橡胶形成。
另外，采用树脂制作泵6外壳是由于重量轻且成型比较容易。
另外，本实施例中，虽然将泵6的外壳做成以PPS为基础树脂的树脂制，也可采用其他耐热性及耐渗透性优秀的树脂。或者，使用金属制作泵6的外壳本身，能够防止制冷液体的渗透。
如上所述，由于在与发热元件连接的受热套管7和安装了泵6的散热器1a之间通过软管8连接，这种构造减少了软管连接部的数量，能够提高对液体泄漏的可靠性。
图9是在实施例1中的液体冷却系统中再安装风扇的电子装置的立体图。
在图9中，制冷液循环的结构与实施例1相同，在散热器1a上安装有风扇15。在制冷液循环时，由于风扇15运转，散热器1a周围的热量被强制向筐体12a外散热，提高了散热器1a的冷却效果。
图10是包含本实施例的散热器1a的冷却多个发热元件的液体冷却系统1的图。图10a是立体图，图10b是俯视图。
3个发热元件20被分别设置在三个位置，在各个发热元件20上连接着形成了口插入孔7a、7b的受热套管7。口插入孔7a、7b之间通过受热套管7内的流路7c流通。
在共同集管器21上安装着口21a和口21b，该口21a、21b在与3个发热元件20的口插入孔连接的位置形成。另外，设置于共同集管器21各个口之间，通过流路21c流通。
安装了泵6的散热器1a和共同集管器21通过软管8连接，另外，共同集管器21和3个受热套管7，由于共同集管器21的口21a、21b被插入在受热套管7的口插入孔7a、7b中，形成了封闭的循环路径。
若泵6运转，被密封在内部的制冷液按照泵6→散热器1a→共同集管器21→受热套管7(第一个)→共同集管器21→受热套管7(第二个)→共同集管器21→受热套管7(第三个)→共同集管器21→散热器1a→泵6的顺序循环。
发热元件20的热被传递到在受热套管内流通的制冷液，经过共同集管器21，在通过散热器1a期间，从散热器1a的表面向外界散热。这样，降温后的制冷液再次经过共同集管器21，被送出到受热套管7。另外，当制冷液再循环时，由于风扇15运转，散热器1a周边的热被强制向外界排出，提高了散热器1a的冷却效果。
另外，本液体冷却系统，与将泵6以及散热器1a可拆装地安装的情况同样，安装于多个发热元件20上的受热套管7与共同集管器21可拆装地安装。
实施例虽然表示了适用于个人电脑的示例，但本构造不仅适用于个人电脑，对于紧密安装了多个发热部件的电子设备也同样适用。
另外，可做成在发热部件上形成流路的构造，同样能够适用于直接向共同集管器流通的构造。
本实施例中，如图7-图9所示，以台式电脑为例表示，而对于一些将筐体或纵向或横向设置的电子仪器、例如DVD播放机、游戏机等都非常有效。
另外，实施例3如图10所示，通过可拆装的受热套管的结构，即使搭载了多个发热元件，也能够分别对其进行冷却。
如上所述，根据本发明能够以必要且充分的循环液体量将发热元件或发热部件的热量从散热器散热，提高了长时间使用的可靠性。

Claims (6)

1.一种液体冷却系统，具有受热套管，该受热套管通过流过内部的液体吸收发热元件的热，通过泵将上述吸热后的液体输送至散热器使上述液体流过上述散热器进行散热，其特征在于，
上述散热器具有排出配管和吸入配管，在该散热器的排出配管和吸入配管的两端部安装有容器，
用隔板将上述容器的内部分割成两部分、形成分别独立地储存液体的空间，
在上述容器的各个上述空间中连接有上述散热器的上述排出配管和吸入配管，上述泵具有吸入口和排出口，通过该吸入口和排出口将上述泵与上述容器直接连接。
2.如权利要求1所述的液体冷却系统，其特征在于，上述散热器所具有的上述排出配管和吸入配管与上述容器的各个储存空间的内部连通。
3.如权利要求1所述的液体冷却系统，其特征在于，上述容器设有插入上述泵的吸入口和排出口的口插入孔。
4.如权利要求1所述的液体冷却系统，其特征在于，上述容器的一方的空间开设上述泵的吸入口和上述吸入配管，另一方的空间开设上述排出口和上述排出配管。
5.如权利要求1所述的液体冷却系统，其特征在于，将上述容器的内部分割成两部分的隔板形成S形状。
6.如权利要求1所述的液体冷却系统，其特征在于，在上述容器的各储存空间内设置空气积存部。
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