CN1658123A - 液冷系统和具有该液冷系统的电子装置 - Google Patents

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CN1658123A CN2004100120781A CN200410012078A CN1658123A CN 1658123 A CN1658123 A CN 1658123A CN 2004100120781 A CN2004100120781 A CN 2004100120781A CN 200410012078 A CN200410012078 A CN 200410012078A CN 1658123 A CN1658123 A CN 1658123A
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Abstract

一种具有冷却效率高且价格低廉的冷却系统的、被称为台式和笔记本型的个人计算机和服务器等电子装置。在框体(100)内，装载有需要进行冷却的CPU200；在对该CPU200进行冷却的液冷系统上，具有冷却套(50)、散热器(60)、和循环泵(70)。该冷却套由铜等热传导性高的材料所形成，并具有基板部(51)和盖部(52)，其中在该基板部(51)上，形成有液体致冷剂的流入口(54)和流出口(55)，并在其内部形成有“U”或“I”字状的流路；在“U”或“I”字状的流路的一部上，配置着通过将仍然由铜等热传导性高的材料所形成的细管、以对多根进行捆扎和钎焊的方式而形成的致冷剂分支部(56、57)。

Description

液冷系统和具有该液冷系统的电子装置
技术领域
本发明涉及一种被称为台式和/或笔记本型的个人计算机、和服务器等电子装置，特别是涉及一种具有液冷系统的电子装置，由该液冷系统，可以对被装载在其内部的作为发热元件的半导体集成电路元件由液体致冷剂而高效地进行冷却。
背景技术
在被称为台式和笔记本型的个人计算机、和服务器等电子装置上，对作为其发热元件的半导体集成电路元件、特别是以CPU(中央处理单元)为代表的发热元件，通常为确保其正常的动作，需要进行冷却。因此，在现有的技术上，一般地，由成一体地形成着被称为散热装置的散热片的传热体、和对其进行送风的风扇而实现该冷却。但在近年来，随着作为上述发热元件的半导体集成电路元件的小型化和高集成化，在发热元件上的发热部位会产生局部化等现象。为此，取代现有的空气冷却式的冷却系统，对使用了水等致冷剂的、冷却效率高的液冷式的冷却系统受到了人们的关注。
即，在上述的被称为台式和笔记本型的个人计算机、和服务器等电子装置上，对其所使用着的冷却效率高的液冷式的冷却系统，例如也如在以下的专利文献等中为人所知的，一般地，在作为发热体的CPU的表面上直接装载着被称为所谓的吸热(冷却)套的部件；另一方面，在形成于该吸热(冷却)套的内部的流路内，使之流通着液体状的致冷剂，以将从CPU上所产生的热量传递到在上述冷却套内流通着的致冷剂上；由此，对发热体进行高效的冷却。又，在这样液冷式的冷却系统上，通常，形成有以上述冷却套作为吸热部的散热装置。具体来说，在该冷却系统上具有：使上述液体致冷剂在循环中循环的循环泵，作为用于将上述液体致冷剂的热散发到外部的放热部的、所谓的散热器，以及根据需要而设置在循环的一部分上的致冷剂容器箱；而且，用金属制的管道，经例如由橡胶等弹性体所构成的管道，对这些部件进行连接。
[专利文献1]：特开平6-266474号公报。
[专利文献2]：特开平7-142886号公报。
[专利文献3]：特开2003-78270号公报。
但是，在上述现有技术的、冷却效率高的液冷式的冷却系统上，特别地，使吸热(冷却)套具有下列构成：在该吸热(冷却)套内部，在使液体致冷剂循环的同时，通过与作为发热体的CPU直接相接触，而将该热排放到外部；对该吸热(冷却)套，在例如由铜等热传导性高的部件的内部，例如通过使内径为2mm左右的微细通路以曲折状(“Z”字状)弯曲而构成，或由螺旋状地形成着的通路而构成。因此，该吸热(冷却)套的制造工序变得很复杂，而且难以降低其制造成本，这也成为了促使冷却系统整体的成本上升的原因之一。又，特别是，在由于其批量生产的效果而使其销售价格存在逐年下降倾向的、上述被称为台式和笔记本型的个人计算机、及服务器等上，当使用这种冷却效率高的液冷式的冷却系统时，上述这种情况特别会成为一个大的问题。
发明内容
因此，本发明是针对在上述现有技术中的问题点而进行的。即，本发明的目的是，通过将其制造工序简单、并容易降低其制造成本的吸热(冷却)套应用在冷却系统上，而提供一种具有冷却系统的电子装置，其中该冷却系统可以作为被应用在由于其批量生产的效果而使其销售价格存在逐年下降倾向的、以上述被称为台式和笔记本型的个人计算机为首的、包括服务器等上的冷却系统。
依据本发明，为达到上述目的，本发明提供了一种具有液冷系统的电子装置。在该电子装置的框体内，装载有产生发热的半导体元件，对该半导体元件需要进行冷却以确保其正常的动作；在该框体内或其一部分上，具有液冷系统，并且该液冷系统至少具有下列构成：与半导体元件热连接的、并将该热传递到向内部流通的液体致冷剂上的冷却套，将在上述冷却套中被传递到液体致冷剂上的热散发到装置的外部的散热器，以及在包括上述冷却套和上述散热器的回路上、使上述液体致冷剂循环的循环泵。在上述的构成上，使上述冷却套由基板部、致冷剂分支部、和盖部所构成。其中，该基板部，由热传导性高的材料所构成，其上面侧为开放，并形成为大致的平板状，且具有上述液体致冷剂的流入口、流出口，同时在其内部形成有从上述流入口向着上述流出口的流路；该致冷剂分支部，通过对由热传导性高的部件所形成的细管、以多根进行捆扎的方式而形成，并在各细管的内部分流着上述液体致冷剂；该盖部，在将上述致冷剂分支部配置在上述基板部内的流路的一部分上后，被安装在上述基板部的开放面侧上。
又，依据本发明，在以上所述了的电子装置上，将在构成上述冷却套的基板部上、从上述流入口向着上述流出口的上述流路形成为“U”字状或“I”字状。而且，在以上所述了的电子装置上，构成上述冷却套的致冷剂分支部，通过将上述细管以多根并列为一层、并连结着的方式而形成，或通过将上述细管以多根并列为多层、并连结着的方式而形成。又，依据本发明，对构成上述冷却套的致冷剂分支部的上述细管，最好使其具有0.5～1.5mm的内径。
即，依据上述的本发明，通过将其制造工序简单、并容易降低其制造成本的吸热(冷却)套应用在冷却系统上，而可以提供一种具有冷却系统的电子装置，其中该冷却系统可以作为被应用在由于其批量生产的效果而使其销售价格存在逐年下降倾向的、以上述被称为台式和笔记本型的个人计算机为首的、包括服务器等上的冷却系统。与此同时，作为在这样的电子装置上的冷却系统，由于可以使用冷却效率高的液冷方式，所以具有一种可以使其整体的构成进一步小型化的优良效果。
附图说明
图1为显示在本发明的一实施例的电子装置上、其冷却系统的、特别是吸热(冷却)套的详细构造的、局部放大展开立体图。
图2为显示在装载有上述冷却系统的电子装置上、例如在台式个人计算机上，其内部的各部的配置的、局部展开立体图。
图3为显示在上述电子装置上，其冷却系统的全体构成的立体图。
图4为显示上述吸热(冷却)套的另一个实施例的详细构造的、局部放大展开立体图。
图5为显示上述吸热(冷却)套的又一个实施例的详细构造的、局部放大展开立体图。
图6为显示上述吸热(冷却)套的其它的制造方法的图，其中，(a)为将盖部除去后的平面图，(b)为(a)的A-A断面图，(c)为(a)的B-B断面图。
图7为显示上述吸热(冷却)套上、细管以适当的间隔进行排列时的实施例的断面图。
图8为具有其它实施例的上述吸热(冷却)套的断面图。
图9为具有其它实施例的上述吸热(冷却)套的断面图。
图10为具有其它实施例的上述吸热(冷却)套的断面图。
图11为具有其它实施例的上述吸热(冷却)套的断面图。
具体实施方式
以下，依据所附图面，对本发明的实施形态进行详细的说明。
首先，在所附的图2中，显示了作为本发明的一实施形态的、具有液冷系统的电子装置的全体构成的一例。又，在本例中，显示了例如将本发明应用在台式个人计算机的本体部分上的场合进行。
首先，在台式个人计算机的本体部分上，如图所示，具有例如通过将金属板形成为正方形状而构成的框体100；在其前面的面板部101上，设置有包括电源开关在内的各种开关、连接端子、和指示灯等。又，在该台式个人计算机的内部，以在其前面的面板部101上开口的方式，配置驱动磁盘、CD、DVD等外部信息记录媒体的各种驱动装置102。进一步，图中的符号103显示了设在上述框体100内的、例如由硬盘装置所构成的存储部。又，图中的符号104显示了覆盖在上述框体100上的盖部。
另一方面，在上述框体100的背面侧上，配置着具有本发明的液冷系统的电子回路部105。又，图中的符号106为电源部，该电源部106从商用电源上对包括上述驱动装置102、存储部103、和电子回路部105的各部分提供所需的电源。
接着，在所附的图3中，对在上述中已对其大致的构成进行了说明的电子装置、即在台式个人计算机上的电子回路部105，特别地以装载着作为其主要构成部件的发热元件、即CPU的吸热套50为中心进行了显示。又，在本例中，作为上述发热元件的CPU的芯片200，以与上述吸热套50的下面侧直接接触的方式而被装载着，所以在这里没有被图示出来。
而且，如从图中也可以清楚地看到的，在该电子回路部105上，具有下列构成：装载有上述CPU的吸热(冷却)套50；将从上述CPU上所产生的热量散热到外部的散热器60；循环泵70；对通过以上这些部件而向构成热循环的各部分流通液体致冷剂(例如，水、或者与丙二醇等所谓的不冻液按规定的比例相混合了的水)的流路，例如由金属、或例如橡胶等弹性体所构成的管道(配管)81、82…而连接。又，在上述散热器60的一部分上，面向着装置的外部，安装着对作为其构成单元(要素)的多个的散热片61进行送风的平板型的风扇62、62…(在本例中为多个，例如为3个)，由此，对从上述吸热套50上所传递过来的热量强制地进行散热。而且，作为该吸热(冷却)套50，它具有下列构成：在例如由铜等高导热性的金属所形成的板状部件的内部，形成有冷却通路，并向该通路内流通上述液体致冷剂；由此，将从CPU上所产生的热量除去(移动)到外部。
接着，在所附的图1中，对上述吸热(冷却)套50的内部构造的详细情况进行了显示。如从图中也可以清楚地看到的，该上述吸热(冷却)套50具有其外形为大致的平板状(例如，40mm□～60mm□左右)的基板部51、和以覆盖着该基板部51的上面的方式而被安装着的盖部52。又，对这些基板部51和盖部52，例如，由铜等热传导性高的材料所形成。而且，在上述其外形为大致的平板状的基板部51的内部，例如由压力加工等而形成有凹部，并由该凹部形成流路53。又，在图1所示的例子中，由该凹部所形成的流路为大致的“U”字状；由此，作为液体致冷剂的流入口54和流出口55，被形成于上述基板部51的4个侧面中的同一侧面上。而且，如在以后将会说明了的，在图4的例子中，其凹部只是一个从相对着的一方的端面向着另一方的端面的简单的凹部，即，形成为“I”字状的流路。进一步，在该场合，对液体致冷剂的流入口54和流出口55，不是在上述基板部51的同一侧面上，而是在相对着的2个侧面上被形成着。
而且，在由该凹部所形成的流路的一部分上，特别是在图1所示的例子中，在形成为上述“U”字状的各个流路53上，为了将在其内部流通着的液体致冷剂分别分流为更细小的流路，而设置着所谓的致冷剂分支流路(部分)56、57。又，对该致冷剂分支流路(部分)56、57，如从图中也可以清楚地看到的，仍然是由与上述基板部51和盖部52同样的热传导性高的材料、例如铜等所构成，并通过将多根的细管进行捆扎(连结)而形成。更具体来说，将其内径为0.5～1.5mm左右、外径为1.0～2mm左右的铜细管，通过在其中间部分上进行钎焊等而形成。不过，当细管的内径在0.5～1.5mm左右的范围时，随着内径变细小，流路阻力会增加，从而使工作流量降低，但实验证明这对提高冷却性能却有好处。
又，在图1中所显示了的状态是，位于下游侧的致冷剂分支流路57已经被安装在上述“U”字状的流路53的一方上；而位于另一方的上游侧的致冷剂分支流路56，如空白箭头所示的那样，被安装在上述“U”字状的流路53的另一部分(图中虚线A所示的部分)上。而且，在这之后，在其内部的流路53上安装着致冷剂分支流路56、57的上述基板部51的上面，以对该表面全体进行覆盖的方式，覆盖上述盖部52，对这两者之间，由图中未示的密封件、螺钉、或钎焊等而进行接合，使两者之间产生液密封闭。
这样，如上所述，对在图1所示的例子中的上述吸热(冷却)套50，可以仅仅由下述的简单的工序而进行制造：在上述基板部51的、例如由压力加工等而在其内部形成着的流路(凹部)53的一部分上，将预先通过将多根细管进行捆扎(连结)而形成着的致冷剂分支流路(部分)56、57插入并固定(例如，由钎焊而进行接合)住；然后，在其上面的开口部上，安装上述盖部52。所以，与现有的吸热(冷却)套相比，就可以大幅度地降低其制造成本。
而且，依据在具有以上所详细说明了的吸热(冷却)套50的电子装置上的液冷系统，如在上述图1中的箭头所示，从上述循环泵70中被输送出的液体致冷剂从流入口54流入到冷却套50的内部。然后，在通过分支流路56内的多个细管内、并进一步通过分支流路57内的多个细管内后，该液体致冷剂从其流出口55中流出，其中这些分支流路56内的多个细管和分支流路57内的多个细管被分别插入和固定在形成于冷却套内部的“U”字状的流路53的上游侧和下游侧上；并如在上述图3的例子中所示的，进一步，该液体致冷剂被引导到将液体致冷剂的热散发到外部的上述散热器部60上。
进一步，依据上述的吸热(冷却)套50的构造，由于流入到内部的液体致冷剂在分支流路56和57上通过多个的细管内，而且这些细管与构成上述冷却套50的基板部51和盖部52热连接，所以，液体致冷剂可以在更多的表面积上与冷却套50接触并进行热交换。即，由于在吸热(冷却)套50上，对从与其下面产生面接触的、作为发热元件的CPU200上所产生的热，可以高效地传递到向其内部流通着的上述液体致冷剂上，所以，可以将CPU维持在为确保其正常的工作所需要的温度范围内。又，图中的符号210为在其一部分上装载着上述CPU200的回路基板。
接着，在所附的图4中，显示了一种吸热(冷却)套50的内部构造的详细情况。在该吸热(冷却)套50上，在冷却套的内部由压力加工等而形成的凹部，不是使其形成为上述的“U”字状的流路，而是形成为“I”字状的流路。又，在该场合，如从图中也可以清楚地看到的，液体致冷剂的流入口54和流出口55形成于上述基板部51的相对着的两个侧面上。然后，在由该凹部所形成的“I”字状的流路的一部上，具体来说，在其中央部上，安装着上述致冷剂分支流路(部分)56，而该致冷剂分支流路(部分)56仍然是通过钎焊等对由铜等所制成的多根的细管进行捆扎(连结)而形成的。在这之后，与在上述中同样地，以对其表面全体进行覆盖的方式，覆盖上述盖部52，并对这两者之间进行接合，使产生液密封闭。
又，作为吸热(冷却)套50的其它的制造方法，如在图6(a)～(c)中所示的，在该吸热(冷却)套50上构成有基板部51和盖部52(使基板部51和盖部52为同一的形状即可)，其中在该基板部51和盖部52上，在其与将多根的细管进行捆扎而构成的致冷剂分支流路(部分)56、以及与液体致冷剂的流入口54和流出口55相应的部分上，形成有凹部；基板部51、盖部52、致冷剂分支流路(部分)56、液体致冷剂的流入口54的口部、以及流出口55的口部，也可以集中起来同时进行接合。依据本方法，就可以用很简单的工序，而且以低的成本制造吸热(冷却)套50。
又，依据具有这样构成的吸热(冷却)套50的构造，仍然与上述中同样地，由于流入到其内部的液体致冷剂会通过其分支流路56上的多个的细管内，而且这些细管与构成上述冷却套50的基板部51和盖部52热连接，所以，液体致冷剂可以在更多的表面积上与冷却套50接触并进行热交换。即，由于在吸热(冷却)套50上，与在上述中同样地，对从与其下面产生面接触的、作为发热元件的CPU200上所产生的热，可以高效地传递到向其内部流通着的上述液体致冷剂上，所以可以将CPU维持在为确保其正常的工作所需要的温度范围内。
而且，如在图7中所示的，通过将细管56或者57以适当的间隔进行排列，就不但使细管内，而且使细管之间也可以作为液体致冷剂的流路。由于从细管内外的两壁上都可以向液体致冷剂进行热传递，所以即使用少量根数的细管，也可以进行高效的热交换。又，例如，当设细管的内半径和外半径分别为r1和r2，而细管之间的间隙a为：
a＝π·(r12+r22)/(2·r2)
时，细管间的断面积和细管的断面积为相等，从而使在两者间流动着的液体致冷剂的液体流量达到均一。
又，在所附的图5中，显示了冷却套的进一步其它的实施例。在该实施例中，在冷却套内由压力加工等而形成有“U”字状或“I”字状的流路；被插入到该流路内的上述致冷剂分支流路(部分)56或57是由铜等所形成的多根细管，不是象如上所述的那样只形成为一层后进行捆扎，而是使其堆积成多层(在本例中，为2层)后进行捆扎而形成。又，在该图中，用实线显示了与“I”字状的流路相对应的构成；而对与上述的“U”字状的流路相对应的流入口54等，用虚线进行了显示。
又，由上述的进一步其它的实施例的构造，可以得到与上述中同样的动作和效果，这对行业人员来说应该是清楚的。而且，虽在这里没有进行图示，但对行业人员来说，应该清楚还可以进行其它适当的变更。
在图8～图11中，对具有其它的实施例的上述吸热(冷却)套进行了说明。
在图8中，将细管列沿长度方向切断成多段(561、562、563、571、572、573)，并将被切断了的管列的中心相错开；而且，在被切断了的管列间设有间隙580。
由管的切断而产生的温度边界层的消失、和在被错开了排列的管入口部上的紊流的促进作用，可以得到高性能。
又，图8(a)为对具有該其它的实施例的吸热套从上面所见到的图，图8(b)为图8(a)的断面图。
在图9中，与在图6中为同样的构成和制造方法，但取代微细管列，使用波纹状的板(波纹板)而形成流路。在该波纹状的板的表面，如果预先设置用于促进紊流的狭缝(未图示)，就可以进一步提高向液体的传热效率。
在图10中，与在图6中为同样的构成和制造方法，但取代微细管列，使用具有相当于流路部的狭缝列561、562的狭缝板560而形成流路。在盖部52上，设有连通了狭缝列561、562的凹部521。基板563、狭缝板560、和盖部52，用钎焊而集中在一起。基板563、狭缝板560、和盖部52，可以仅仅用对铜板等的压力加工而形成，所以可以以很低的成本进行制造。
又，图10(a)为对具有該其它的实施例的吸热套进行显示了的立体图，图10(b)为对狭缝板560的形状进行了显示的上面图。
在图11中，在图1中所示的构成上，在基板51的、与细管56、57的两端相对应的部位上，设有凹部511、512。在对细管和基板51之间进行钎焊时，即使当使用的钎料多于对细管和基板间进行接合所必要的量时，由于多余部分的钎料513会被吸收到凹部511、512上，所以也不会堵塞细管的开口。因此，通过使用比必要的量要多一些的钎料，可以在不会由于钎料而堵塞开口的情况下，确实地对细管和基板间进行接合。由此，可以稳定地对在细管内流通的液体具有高的传热效率的吸热套进行制造。

Claims (6)

1.一种具有液冷系统的电子装置，在该电子装置上，在框体内装载有产生发热的半导体元件，对该半导体元件需要进行冷却以确保其正常的动作；在该框体内或其一部分上，具有液冷系统，并且该液冷系统至少具有下列构成：
与半导体元件热连接的、并将该热传递到向内部流通着的液体致冷剂上的冷却套，
将在上述冷却套中被传递到液体致冷剂上的热散发到装置的外部的散热器，以及
在包括上述冷却套和上述散热器的回路上、使上述液体致冷剂循环的循环泵；其特征在于：
上述冷却套由基板部、致冷剂分支部、和盖部所构成；
该基板部，由热传导性高的材料所构成，其上面侧为开放，并形成为大致的平板状，且具有上述液体致冷剂的流入口、流出口，同时在其内部形成有从上述流入口向着上述流出口的流路；
该致冷剂分支部，通过对由热传导性高的部件所形成的细管、以多根进行捆扎的方式而形成，并在各细管的内部分流上述液体致冷剂；
该盖部，在将上述致冷剂分支部配置在上述基板部内的流路的一部分上后，被安装在上述基板部的开放面侧上。
2.如权利要求项1所述的具有液冷系统的电子装置，其特征是：在构成上述冷却套的基板部上、从上述流入口向着上述流出口的上述流路形成为“U”字状。
3.如权利要求项1所述的具有液冷系统的电子装置，其特征是：在构成上述冷却套的基板部上、从上述流入口向着上述流出口的上述流路形成为“I”字状。
4.如在权利要求项1所述的具有液冷系统的电子装置，其特征是：构成上述冷却套的致冷剂分支部，通过将上述细管以多根并列为一层、并进行连结的方式而形成。
5.如权利要求项1所述的具有液冷系统的电子装置，其特征是：构成上述冷却套的致冷剂分支部，通过将上述细管以多根并列为多层、并进行连结的方式而形成。
6.如权利要求项1所述的具有液冷系统的电子装置，其特征是：构成上述冷却套的致冷剂分支部的上述细管具有0.5～1.5mm的内径。
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