JP2003078271A - 電子機器装置 - Google Patents
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Abstract
素子の発熱量増大に対して、液循環を安定的に供給でき
る水冷構造を提供する。 【解決手段】水冷システムのタンクから冷却水が流出す
る側の配管を、タンクの中心の位置まで伸ばして実装す
る。さらに、この冷却水が流出する配管入口部近傍を仕
切るような板を2枚タンクに設ける。このタンクへの冷
却水注入にタンク接合部を有する冷却水注入治具を使用
する。
Description
する液体で冷却する電子機器装置に関するものである。
置の従来技術として、例えば特開平7−142886号
公報、特開2001−24372号公報があげられる。
電子装置の発熱部分の冷却としての水冷モジュールの配
管系にタンクを配置した従来技術として、例えば特開平
6−125188号公報、特開平9−268386号公
報があげられる。また、タンクの水位が変動してもポン
プが空気を吸込まないようにした従来技術として、例え
ば特開平2−209685号公報、特開平5−3121
43号公報があげられる。特に、特開平5−31214
3号公報に見られるように、自動車等の燃料タンクでの
空気混入を避けるために、受水タンク内のフロート付き
水中ポンプの吐出口とフィルタとをホースで連結し、タ
ンクの水位に追従し上下に可動できるようにしている。
れもタンクが可動(天地逆転)した場合の空気混入に関
して考慮されていない。すなわち、タンクが可動した場
合、ポンプに空気などの気体を吸込む恐れがある。この
場合、水冷システムとしての冷却性能が著しく低下し、
発熱素子の冷却が十分に行えなくなるという問題もあ
る。
理性能向上に伴う発熱素子の発熱量増大に対して、液循
環を安定的に供給できる電子機器装置を提供することに
ある。
体子を搭載した筐体と、この半導体素子と熱的に接続さ
れた受熱部材と、前記筐体の内面側に配設された放熱部
材と、この放熱部材と前記受熱部材との間で液媒体を駆
動させる液駆動手段と、前記液媒体を貯留するタンク
と、このタンクと前記放熱部材と受熱部材とをチューブ
で接続した電子機器装置において、前記タンク内に連結
された吸込管の吸込端部を前記タンク内の水面が変化し
ても水面から露出しない位置としたことにより達成され
る。
した第1の筐体と、内部に表示装置を収納し前記第1の
筐体に回転支持された第2の筐体とを備え、前記半導体
素子と熱的に接続された受熱部材と、前記第2筐体の内
面側に配設された放熱部材と、この放熱部材と前記受熱
部材との間で液媒体を駆動させる液駆動手段と、前記液
媒体を貯留するタンクと、このタンクと前記放熱部材と
受熱部材とをチューブで接続した電子機器装置におい
て、前記タンクに連結する吸込管の吸込端部を、タンク
中心部に配置したことにより達成される。
の仕切板で3室に区分し、前記吸込管の吸込端部を前記
3室のうち中間の室内に位置させたことにより達成され
る。
板との間に隙間を設けて前記3室を連通させたことによ
り達成される。
る前記チューブの流入口と流出口とを備え、前記チュー
ブ内の空気を押し出して前記冷却媒体を注入するノズル
を前記流入口と流出口とに接続可能としたことにより達
成される。
ルコンピュータ(以下、パソコンという)には、携帯が
可能なノート型パソコンと机上での使用が中心のディス
クトップ型パソコンとがある。これらのパソコンは、い
ずれも年々高速処理、大容量化の要求が高くなり、この
要求を満たす結果、半導体素子であるCPU(以下、C
PUという)の発熱温度が高くなっていった。この傾向
は、今後も更に続くものと予想される。
ファン等による空冷式が一般的である。この空冷式は、
放熱の能力に限界があり、前述のような高発熱傾向のC
PUの放熱に追従できなくなってしまう可能性がある。
ただし、ファンを高速回転させたり、ファンを大型化す
ることによって対応も可能であるが、パソコンの低騒音
化や軽量化に逆行するため現実的ではない。一方、従来
から空冷式の放熱に代わる放熱として、水等の冷却媒体
を循環させてCPUを冷却する装置がある。この冷却装
置は、主に企業或いは銀行等で使用される大型コンピュ
ータの冷却に使用され、冷却水をポンプで強制的に循環
させ、専用の冷凍機で冷却するといった大規模な装置で
ある。
パソコンや、事務所内の配置換え等で移動の可能性があ
るディスクトップ型パソコンには上述のような水による
冷却装置は、例えこの冷却装置を小型化したとしても到
底搭載することはできない。
パソコンに搭載可能な水による冷却装置が種々検討され
ているが、この従来技術の出願当時は、半導体素子の発
熱温度が近年ほど高くなく、現在に至っても水冷装置を
備えたパソコンは製品化に至っていない。
の外郭を形成する筐体を放熱性に良好なアルミ合金やマ
グネシウム合金等にすることによって、水冷装置の大幅
な小型化が実現でき、パソコンへの搭載が可能となった
ものである。ところが、パソコン本体内に組み込む水冷
装置には水を貯留するためのタンクが必要であり、この
タンクがパソコンの移動時に大きな弊害があることが明
らかとなった。即ち、パソコン本体の動きに応じてタン
クも動くため、タンク内の水面が変化して、水面が流体
流出口より低くなってしまう場合があると、水が循環さ
れず、半導体素子の冷却ができなくなってしまうという
問題が発生してしまった。特に、電源ON状態で移動す
る可能性が高いノート型パソコンは、この現象が顕著で
ある。また、フレキシブルチューブ等の配管自身から水
が透過してしまい、水位が低下してしまうなどの問題が
ある。
ンが動かされたとしても、タンク内の水面が流体流出口
以下とならないような水冷装置としたものである。
す(本実施例では、ノート型パソコンを例に説明す
る)。図1は、本実施例の電子装置の斜視図である。図
1において、電子装置は、本体ケース1とディスプレイ
を備えたディスプレイケース2とからなり、本体ケース
1に設置されるキーボード3、複数の素子を搭載した配
線基板4、ハードディスクドライブ5、補助記憶装置
(例えば、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ、
CDドライブ等)6等が設置される。配線基板4上に
は、CPU(中央演算処理ユニット)7等の特に発熱量
の大きい半導体素子(以下、CPUという)が搭載され
ている。このCPU7には、水冷ジャケット8が取り付
けられている。CPU7と水冷ジャケット8とは、柔軟
熱伝導部材(たとえばSiゴムに酸化アルミなどの熱伝
導性のフィラーを混入したもの)を介して接続される。
また、ディスプレイケース2の背面(ケース内側)には、
放熱パイプ9が接続された金属放熱板10が設置されて
いる。尚、ディスプレイケース2自体を金属製(たとえ
ば、アルミ合金やマグネシウム合金等)にすることによ
って、この金属放熱板10を省略し、放熱パイプ9を直
接ディスプレイケース2に接続してもよい。また、液輸
送手段であるポンプ11が本体ケース1内に、冷却水の
貯水用としてリザーバタンク13がディスプレイケース
2に設置される。水冷ジャケット8、放熱パイプ9、ポ
ンプ11、及びリザーバタンク13のそれぞれは、フレ
キシブルチューブ12で接続され、ポンプ11によって
内部に封入した冷却水(たとえば、水、不凍液等)お循
環させている。14は後述するが、リザーバタンクに設
けられた水補給口を塞ぐ蓋である。27は流体の流動方
向を示す矢印である。CPU7で発生する熱は、水冷ジ
ャケット8内を流通する冷却水に伝えられ、放熱パイプ
9を通過する間にディスプレイ背面に設置した金属放熱
板10からディスプレイケース2表面を介して外気に放
熱される。これにより温度の下がった冷却水は、ポンプ
11を介して再び水冷ジャケット8に送出される。
バタンクの概略を説明する斜視図である。図2におい
て、リザーバタンク13には冷却水流体領域20と気体
領域21、及びその境界22(水面)があり、冷却水注
入用の開口を閉鎖するための蓋14が取付けられてい
る。なお、図1の電子機器装置の正面側15に向かって
右側面側16には流体流入口19(水冷ジャケット8か
らの放熱パイプ9が接続される部分)である配管孔が設
けられている。また、左側面側17には流体流出口18
を有する中空管23が設けられている。流体流動方向2
7は流体流入口19から流体流出口18である。この流
体流出口18の中空管23はリザーバタンク13の中心
まで伸びている。
クの平面図を示す。図3において、通常稼動時にはディ
スプレイがほぼ鉛直に立った状態となる。正面側15か
ら見て、中空管23がリザーバタンク13の中心部まで
伸びている。水面である境界面22がこの中空管23よ
りも水面下に位置し、空気を排出することなく冷却水の
みを流出することができ、水冷システムの安定した冷却
水流量を供給できる。なお、流体流入口19の位置は、
右側面側16の底部に位置しているが、どの側面のどの
位置に設けてもよい。
クの平面図を示す。近年、モバイル化が進み、特にノー
ト型パソコンは車中、膝の上で使用する場合が増えてき
ている。その場合、ディスプレイを180度開いて使用
する場合がある。その際のリザーバタンク13の流体領
域20と気体領域21の境界面22の位置を図4に示し
た。図4に示すように、図3の左右側面側に見られた境
界面22の向きと異なる境界面22が見える。この場合
であっても、冷却水流出口18の中空管23は水面下に
ある。したがって、空気を排出することなく、冷却水の
みを流出することができ、水冷システムの安定した冷却
水流量を供給できる。尚、図3の場合と同様に、流体流
入口19の位置は、右側面側16の中央部に位置してい
るが、どの側面のどの位置に設けてもよい。
個人差、或いは国によっても様々であるが、かなり激し
い取り扱いがされている場合がる。例えば、机上で使用
中の状態でディスプレイを折り畳んで移動した後、車内
でそのまま継続して使用するケースが海外で特に多いと
いう。これは、OSの立ち上げ、終了時間をなくしたい
という考えから来ているものと考えられる。従がって、
あらゆる移動形態を想定して対応する必要がある。そこ
で、本発明では、電源ON状態のままで移動される特殊
な移動形態に乗じたリザーバタンクの状態を図5〜図7
に示した。
状態)して移動する際のリザーバタンクの平面図であ
り、右側面側を上部にして移動する場合の例である。図
5において、流体領域20と気体領域21の境界面22
は正面側15に見える。この場合でも、冷却水流出口1
8の中空管23は水面下にある。したがって、空気を排
出することなく、冷却水のみを流出することができ、水
冷システムの安定した冷却水流量を供給できる。尚、流
体流入口19の位置は、右側面側16の上部に位置して
いるが、どの側面のどの位置に設けてもよい。
(折り畳んだ状態)して移動する際のリザーバタンクの
平面図であるが、図5とは異なり左側面側を上部にして
移動する場合の例である。図6において、図5の場合と
同様に、境界面22は正面側15に見える。この場合で
も、冷却水流出口18の中空管23は水面下にある。し
たがって、空気を排出することなく、冷却水のみを流出
することができ、水冷システムの安定した冷却水流量を
供給できる。やはり、図5の例と同様に、この状態で電
源がON状態にあることは稀であり、CPUの熱暴走に
繋がる可能性は少ない。尚、流体流入口19の位置は、
右側面側16の上部に位置しているが、どの側面のどの
位置に設けてもよい。
流体領域20と空気領域21の境界面22が斜めとなる
場合のリザーバタンク13の平面図を示す。これは、デ
ィスプレイを折り畳み、斜めにした状態で手持ち或いは
車内に放置された場合を想定した例である。図7におい
て、境界面22は正面側15に見えてくるが、右側面側
16、左側面側17に見える場合も同様なことがいえ
る。境界面22が斜めの場合でも冷却水流出口18の中
空管23は水面下にある。この境界面22が斜めの状態
は電子機器装置を移動している場合などに生じる。この
際、境界面22が波状に変化するスロッシングの場合を
含む。したがって、境界面22が斜めの場合でも空気を
排出することなく、冷却水のみを流出することができ、
水冷システムの安定した冷却水流量を供給できる。な
お、流体流入口19の位置は、右側面側16の下部に位
置しているが、どの側面のどの位置に設けてもよい。
ンク13の概略図を示す。図8において、図2の場合と
異なり、2枚の仕切板34を流体流出口18付近に設け
ている。この仕切板34は正面側15に取付けられてお
り、以下の効果の他にリザーバタンク13の強度を増す
効果もある。この2枚の仕切板34により、電子機器装
置を移動した場合、流体領域20と気体領域21の境界
面22の動きを緩和することができる。これは、境界面
22を仕切板で分割し、流体流出口18付近の境界面2
2の変動を少なくしたものである。これにより、空気を
排出することなく、冷却水のみを流出することができ、
水冷システムの安定した冷却水流量を供給できる。
クの平面図であり、図3に示したように、机上での通常
使用状態でディスプレイがほぼ鉛直に立った状態であ
る。図9において、2枚の仕切板34は流体排出口18
付近を区切る形態となっているが、1枚の仕切板34は
正面側15に固定され、その対面側には、ある一定の隙
間34aを設けている。さらに、もう1枚の仕切板34
は正面側15にある一定の隙間34aが設けられてお
り、その対面側で固定されている。この固定により、リ
ザーバタンク13の強度を増すことができる。また、あ
る一定の隙間を設けることにより、冷却水である流体領
域20と空気である気体領域21の境界面22の大きな
変動を抑制でき、流体流出口18周りの境界面22の変
化をスムーズにすることができる。したがって、流体排
出口18付近の境界面22の変動を少なくでき、空気を
排出することなく、冷却水のみを流出することができ、
水冷システムの安定した冷却水流量を供給できる。
ク、ポンプ、水冷ジャケット、放熱パイプの順に、直列
の密閉された配管経路が形成される。この密閉配管の経
路内に水を注水する場合、リザーバタンクの蓋を開けて
注水することになるが、単に注水しただけでは、全経路
内に水が行き渡るわけではない。つまり、リザーバタン
ク以外は細径の管内に空気が充満しているため、この空
気が水を押し出してしまう。従がって、リザーバタンク
内に水を注水後、水圧で管内に空気を押し出して水を通
す必要がある。以下、管内への水供給手段を説明する。
る斜視図である。図10において、リザーバタンク13
には流体の入排出部26、リザーバタンク13への水補
給孔を閉鎖する蓋14、及び目盛り25が設けられてい
る。流体の入排出部26は、フレキシブルチューブ12
で水冷システムの他の部品と接続されている。26は、
流体の入排出部であり、液注入治具接続面24が設けら
れている。この面24は、配管内への液の注入を行う部
分である。流体流動方向27は矢印のように底部からリ
ザーバタンク13に入って、底部に出る形態となってい
る。
ク13の概略を説明する斜視図である。図11におい
て、図10の場合と異なり、流体流動方向は右側面から
リザーバタンク13に入って、左側面に出る形態とな
る。
ーバタンクが図3と同じような状態であった場合を説明
する図である。図12において、電子機器装置用水冷シ
ステムでは高分子系のゴム/チューブを使用するため、
そこから冷却水が水蒸気となって透過して大気に放出さ
れる。その際、空気が水冷システム内に入って来る。こ
の冷却水の減少分を考慮して、液注入治具接合面24が
境界面22から出ない量を入れる。これにより、空気を
排出することなく、冷却水のみを流出することができ、
水冷システムの安定した冷却水流量を供給できる。
図(90度傾斜時)を示す。図13において、この実施例
では、図12の場合と同様、冷却水の減少分を考慮し
て、液注入治具接合面24が境界面22から出ない量を
入れる。これにより、空気を排出することなく、冷却水
のみを流出することができ、水冷システムの安定した冷
却水流量を供給できる。
図(180度回転時)を示す。図14において、この実施
例では、図12、13の場合と同様、冷却水の減少分を
考慮して、液注入治具接合面24が境界面22から出な
い量を入れる。これにより、空気を排出することなく、
冷却水のみを流出することができ、水冷システムの安定
した冷却水流量を供給できる。
入排出構造図を示す。図15において、運転中に液体排
出口18から空気が排出された場合、再び液体流入口1
9に空気が入らない様、液体流入口19とは並列した位
置にする。この場合、空気はリザーバタンク13の上部
に溜まる。また、液注入治具の穴と位置ずれが起きない
形状となっている。例えば、テーパー形状である。さら
に、入排出部の高さは、冷却水が減少しても空気を吸い
込まない高さである、リザーバタンク13の中心の位置
である。
明する概略図を示す。図16において、給水ポンプ28
により、流体領域20を有するところからフレキシブル
チューブ12を経由してタンク接続部31まで冷却水が
供給される。その間に液抜き用バルブ30があり、空気
を抜く作業をここで行う。さらに、タンクから出た冷却
水は排水ポンプ29で流体領域20を有するところまで
戻ってくる。リザーバタンク内に水を注水した後、液注
入治具をリザーバタンク内に挿入し、例えば図14のよ
うに液注入治具接合面24にタンク接続部31を押し当
て、流体流動方向27のように水を配管内に注水する
と、配管内の空気が水で押し出されて、水はタンク及び
配管内に充満する。そのため、本発明の冷却システムで
は、空気を含有しない冷却水のみを発熱素子側に供給で
きる。
説明する詳細図である。図17において、タンク接合部
31とタンクの入排出部26は、テーパ形状となってお
り、これらがテーパどうしの接合によって密着性が増
し、冷却水の漏れを生じさせないで水冷システムへの水
の供給が可能となる。
ーバタンク液注入手段の一連の動作を示す。図18は、
図17の場合のタンク接合部31と入排出部26が接合
したものである。この際、冷却システム循環系への注入
液注入治具を動作させ冷却システム内に冷却水を流して
おく。空気が出なくなるまでしばらく治具を動作させて
おくことが必要である。
入図である。図19において、タンク接合部31を目標
液面位置26まで上方へ動かし、リザーバタンク13内
に冷却水を満たす。目標液面位置26まで達した冷却水
は、自動で排出されるのであふれる事は無い。したがっ
て、安全に作業を行うことができる。
る。図20において、タンク接合部31をタンクの入排
出部から取り外し、冷却システムを運転させ、ポンプ内
部の空気を完全に排出させることができる。これによ
り、冷却システムの冷却水を安定的に供給することがで
きる。
において、図15で説明した液注入治具の液抜き用バル
ブ30を開け、チューブ内に溜まった冷却水をリザーバ
タンク13内に排出する。これにより、液注入治具であ
るタンク接合部31をリザーバタンク13から取り外す
際の冷却水の漏れを防止することができる。
図22において、リザーバタンク13内に所定の量の冷
却水が充填されていることを確認してフタ14を閉め
る。これにより、リザーバタンク13内の冷却水を十分
に確保でき、空気を排出することなく、冷却水のみを流
出することができ、水冷システムの安定した冷却水流量
を供給できる。
水冷システムのタンクから冷却水が流出する側の配管
を、タンクの中心の位置まで伸ばして実装することによ
り、冷却水と空気との境界面(水面)の変動に対して
も、冷却水が流出する側の配管が必ず水面下に位置する
ことになる。
近傍を仕切るような板を2枚タンクに設けることによ
り、冷却水の水面変動を緩和でき、必ず、冷却水の流出
する側の配管が必ず水面下にある。
接合部を有する冷却水注入治具を使用することにより、
水冷システム内に混入した空気を除去できる。
(水面)の変動に対しても、冷却水が流出する側の配管
が必ず水面下となることができ、安定した水冷システム
を提供でき、水冷システム内に混入した空気を除去で
き、安全な作業性を確保できる。
処理性能向上に伴う発熱素子の発熱量増大に対して、液
循環を安定的に供給できる電子機器装置を提供できる。
である。
概略を説明する斜視図である。
た平面図(電子機器装置の通常稼動状態)である。
た平面図(電子機器装置の全開状態)である。
た平面図(電子機器装置の特殊な移動状態その1)であ
る。
た平面図(電子機器装置の特殊な移動状態その2)であ
る。
た平面図(電子機器装置の特殊な移動状態その3)であ
る。
概略を説明する斜視図である。
展開した平面図である。
クの概略を説明する斜視図である。
クの概略を説明する斜視図である。
クの水位を説明する図である。
クの水位を説明する図である。
クの水位を説明する図である。
クの入排出構造を説明する図である。
クの液注入治具を説明する概略図である。
クの液注入治具を説明する詳細図である。
クの液注入手段を説明する図である。
クの液注入手段を説明する図である。
クの液注入手段を説明する図である。
クの液注入手段を説明する図である。
クの液注入手段を説明する図である。
ード、4…配線基板、5…ハードディスクドライブ、6
…補助記憶装置、7…CPU、8…水冷ジャケット、9
…放熱パイプ、10…放熱金属板、11…ポンプ、12
…フレキシブルチューブ、13…リザーバタンク、14
…フタ、15…正面側、16…右側面側、17…左側面
側、18…液体流出口、19…液体流入口、20…流体
領域、21…空気領域、22…境界面、23…中空管、
24…液流入治具接合部、25…目盛、26…入排出
部、27…流体流動方向、28…給水ポンプ、29…排
水ポンプ、30…液抜き用バルブ、31…タンク接合
部、32…目標液面位置、33…気体小泡、34…仕切
板。
Claims (5)
- 【請求項1】内部に半導体子を搭載した筐体と、この半
導体素子と熱的に接続された受熱部材と、前記筐体の内
面側に配設された放熱部材と、この放熱部材と前記受熱
部材との間で液媒体を駆動させる液駆動手段と、前記液
媒体を貯留するタンクと、このタンクと前記放熱部材と
受熱部材とをチューブで接続した電子機器装置におい
て、 前記タンク内に連結された吸込管の吸込端部を前記タン
ク内の水面が変化しても水面から露出しない位置とした
ことを特徴とする電子機器装置。 - 【請求項2】内部に半導体子を搭載した第1の筐体と、
内部に表示装置を収納し前記第1の筐体に回転支持され
た第2の筐体とを備え、前記半導体素子と熱的に接続さ
れた受熱部材と、前記第2筐体の内面側に配設された放
熱部材と、この放熱部材と前記受熱部材との間で液媒体
を駆動させる液駆動手段と、前記液媒体を貯留するタン
クと、このタンクと前記放熱部材と受熱部材とをチュー
ブで接続した電子機器装置において、 前記タンクに連結する吸込管の吸込端部を、タンク中心
部に配置したことを特徴とする電子機器装置。 - 【請求項3】前記タンク内を2枚の仕切板で3室に区分
し、前記吸込管の吸込端部を前記3室のうち中間の室内
に位置させたことを特徴とする請求項1乃至2記載の電
子機器装置。 - 【請求項4】前記タンク内面と仕切板との間に隙間を設
けて前記3室を連通させたことを特徴とする請求項3記
載の電子機器装置。 - 【請求項5】前記タンク内と連通する前記チューブの流
入口と流出口とを備え、前記チューブ内の空気を押し出
して前記冷却媒体を注入するノズルを前記流入口と流出
口とに接続可能としたことを特徴とする請求項1乃至5
記載の電子機器装置。
Priority Applications (9)
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---|---|---|---|
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