JP2006216906A - Liquid-cooing system and electronic device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機器内に設けられた複数の発熱部品を効率的に冷却するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for efficiently cooling a plurality of heat generating components provided in a device.
従来、発熱部と放熱部とをチューブで環状に接続して冷媒を循環させる冷却システムについては、特許文献1に開示されているノート型パーソナルコンピュータ内の発熱体を液冷する技術が知られている。この特許文献1には、冷却液ポンプが、CPUを含む少なくとも1つの発熱部と放熱部との間をチューブで環状に接続して冷却液を循環させるものが記載されており、この冷却液ポンプの吸込み側は、冷却液が循環するチューブの放熱側に接続され、冷却液ポンプの吐出し側は、冷却液が循環するチューブの受熱側に接続されているものが記載されている。ここでは発熱部と放熱部と冷却液ポンプがチューブで直列に接続される。
しかしながら、複数の発熱部を有する機器について特許文献1に開示されている直列の循環経路しかない液冷システムを適用すると、複数の発熱部に対してそれらすべてを通過するように循環経路を形成する必要があるため、発熱部を経由した冷媒が暖められて温度が上昇し、発熱部での冷媒の入口側を上流側、出口側を下流側としたとき、下流側の冷媒温度が高くため、この発熱部の下流側に配される他の発熱部が十分冷却されないおそれがある。
すなわち、通常冷却対策は、デザインや電気的・メカ的な面から部品の配置を決定した後で行うため、発熱する部品への冷媒の循環経路が制約されて循環経路が長くなりがちであり、冷却効率が不十分となり熱的に厳しい発熱部品を下流側に配置することができない不都合があった。
また、発熱部が複数あるとき、これら発熱部と放熱部とを配管で直列接続すると管路抵抗が大きくなり、必要流量を確保するのに容量の大きなポンプとしたり、管径を大きくしたりする必要が生じ筐体の小型化にとって不都合であった。
However, when a liquid cooling system having only a serial circulation path disclosed in
In other words, since the cooling measures are usually performed after the arrangement of the parts is determined from the design and electrical / mechanical aspects, the circulation path of the refrigerant to the heat-generating parts is restricted and the circulation path tends to be long. There is a disadvantage that the cooling efficiency becomes insufficient and the heat-strict heat generating component cannot be arranged downstream.
In addition, when there are multiple heat generating parts, connecting these heat generating parts and heat radiating parts in series will increase the pipe resistance, making it a large capacity pump to ensure the required flow rate, or increasing the pipe diameter. This was inconvenient for downsizing the housing.
かかる点に鑑み本発明は、複数の発熱体を効率的に冷却することができる液冷システム及び液冷システムを有する電子機器を提案するものである。 In view of this point, the present invention proposes a liquid cooling system capable of efficiently cooling a plurality of heating elements and an electronic device having the liquid cooling system.
上記課題を解決するため本発明は、複数の発熱部を有する液冷システムにおいて、発熱部からの熱を吸熱する受熱部と、この受熱部から熱交換により熱を奪う冷媒と、この冷媒から熱交換により熱を放散する放熱部と、受熱部と放熱部とを接続し、満たされた冷媒が循環自在とされる配管とから構成され、複数設けられる受熱部のうちの少なくとも1つの受熱部が、他の受熱部と並列に配管で接続されたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a liquid cooling system having a plurality of heat generating units, a heat receiving unit that absorbs heat from the heat generating unit, a refrigerant that takes heat away from the heat receiving unit by heat exchange, and heat from the refrigerant. The heat-dissipating part that dissipates heat by exchange, the heat-receiving part and the heat-dissipating part are connected, and the filled refrigerant is configured to be circulated, and at least one heat-receiving part among the plural heat-receiving parts provided These are connected by piping in parallel with other heat receiving parts.
また、本発明は上記記載の液冷システムにおいて、冷媒の循環を配管に配設したポンプにより行うものである。 Further, the present invention is the liquid cooling system described above, wherein the refrigerant is circulated by a pump arranged in a pipe.
さらに、本発明は上記記載の液冷システムにおいて、配管に冷媒の流量調節機構を備えたものである。 Further, according to the present invention, in the liquid cooling system described above, a pipe is provided with a refrigerant flow rate adjusting mechanism.
このように構成した本発明液冷システムによれば、冷媒の経路が複数の発熱部に対し並列接続されるため、効率よく発熱部を冷却することができると共に、複数の各々の経路の長さが抑制され不必要な配管を抑えることができるため配管抵抗による圧力損失を小さくすることができ、循環ポンプの小型化を図ることができる。 According to the liquid cooling system of the present invention configured as described above, since the refrigerant path is connected in parallel to the plurality of heat generating units, the heat generating unit can be efficiently cooled and the length of each of the plurality of paths is Therefore, unnecessary piping can be suppressed and pressure loss due to piping resistance can be reduced, and the circulation pump can be downsized.
上記課題を解決するため本発明は、複数の発熱部品を冷却する液冷システムを有する電子機器において、発熱部からの熱を吸熱する受熱部と、熱交換して受熱部から熱を奪う冷媒と、この冷媒から熱交換により熱を放散する放熱部と、受熱部と放熱部とを接続し、満たされた冷媒が循環自在とされる配管とから構成され、複数設けられる受熱部のうちの少なくとも1つの受熱部が、他の受熱部と並列に配管で接続されたものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides an electronic device having a liquid cooling system that cools a plurality of heat generating components, a heat receiving portion that absorbs heat from the heat generating portion, and a refrigerant that removes heat from the heat receiving portion through heat exchange. A heat dissipating part that dissipates heat by heat exchange from the refrigerant, and a pipe that connects the heat receiving part and the heat dissipating part and that allows the filled refrigerant to circulate freely. One heat receiving part is connected by piping in parallel with the other heat receiving part.
また、本発明は上記記載の液冷システムを有する電子機器において、冷媒の循環を配管に配設したポンプにより行うものである。 In addition, the present invention is an electronic device having the liquid cooling system described above, wherein the refrigerant is circulated by a pump disposed in a pipe.
さらに、本発明は上記記載の液冷システムを有する電子機器において、配管に冷媒の流量調節機構を備えたものである。 Furthermore, the present invention is an electronic apparatus having the above-described liquid cooling system, wherein a pipe is provided with a refrigerant flow rate adjusting mechanism.
このように構成した本発明液冷システムを有する電子機器によれば、冷媒の経路が複数の発熱部に対し並列接続されるため、効率よく発熱部を冷却することができると共に、複数の各々の経路の長さが抑制され不必要な配管を抑えることができるため配管抵抗による圧力損失を小さくすることができ、小型の循環ポンプを備えればよくなり、筐体をより小型にすることができる。 According to the electronic apparatus having the liquid cooling system of the present invention configured as described above, since the refrigerant path is connected in parallel to the plurality of heat generating units, the heat generating unit can be efficiently cooled and each of the plurality of heat generating units can be cooled. Since the length of the path is suppressed and unnecessary piping can be suppressed, pressure loss due to piping resistance can be reduced, and a small circulation pump can be provided, and the housing can be made smaller. .
本発明液冷システムによれば、発熱部を効率よく冷却することができると共に、省スペース化を図ることができ経済性に優れたものとすることができる。 According to the liquid cooling system of the present invention, the heat generating portion can be efficiently cooled, space can be saved, and the cost can be improved.
本発明液冷システムを有する電子機器によれば、液冷システムの部品の省スペース化によりその筐体を小型化することができ、小型の循環ポンプでよいのでこのポンプ駆動電圧を抑えることができ騒音の低減や長期信頼性を向上させることができる。 According to the electronic apparatus having the liquid cooling system of the present invention, the housing can be reduced in size by saving the space of the components of the liquid cooling system, and the pump driving voltage can be suppressed because a small circulation pump is sufficient. Noise reduction and long-term reliability can be improved.
以下、本発明液冷システム及び液冷システムを有する電子機器を実施するための最良の形態の例を図1〜図11を参照して説明する。
図1は本例の液冷システムを有する筐体の斜視図を示し、この筐体の内部に複数設けられた発熱体が循環する冷媒により冷却される。ここで、液冷システムに用いられる冷媒として、例えば、純水、不凍液を含有する水などが挙げられる。
図1において1は筐体を示し、この筐体1内に冷却すべき発熱体2が2つ設けられている。そして、この発熱体2,2のそれぞれを冷却するため、筐体1内に搭載される2つの受熱部3,3、放熱部4、ポンプ5、パイプ6、チューブ7により液冷システムが構成される。
Hereinafter, an example of the best mode for carrying out the liquid cooling system and the electronic apparatus having the liquid cooling system of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view of a casing having the liquid cooling system of this example, and a plurality of heating elements provided in the casing are cooled by a circulating refrigerant. Here, examples of the refrigerant used in the liquid cooling system include pure water and water containing antifreeze.
In FIG. 1,
受熱部3は、図1及び図2に示すように、発熱体2に熱的に接触するように密着固定されるものであり、発熱体2から受熱部3への伝熱における熱抵抗を小さくするため、発熱体2と受熱部3との間に図示しない伝熱シートや伝熱グリースなどを介在させる。そして、受熱部3は、図2に示すように、内部に空間が形成されると共に、冷媒8を流すことができるように両端に孔を設け、この孔に後述するパイプ6,6が接合される。この受熱部3は、発熱体2から伝熱された熱を効果的に冷媒8に伝えるため金属で作製され、受熱部3の受熱面は発熱体2と十分な接触を行うことができるように形成される。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
放熱部4は、図1に示すように、発熱体2から受熱部3を介して伝達されて暖められた冷媒8から熱を放散させるためものであり、放熱効率を大きくするため伝熱性が良好な金属で作製するのが望ましく、内部に空間が形成されると共に、冷媒8を流すことができるように両端に孔が設けられる。ここで放熱部4の内部は図3に示すように、空間に複数の壁9を設け、冷媒8が流れるときできるだけ放熱部4の内壁との間で熱交換がし易いようになされる。
また、放熱部4から外気への伝達を効率よく行うため、図1に示すように、放熱部4の外面に複数のフィンを取り付け表面積を大きくし、なおかつ放射による放熱効率を上げるため、アルミニウム素材に対するアルマイト処理とすることが望ましい。
そして、放熱部4は大容量の冷媒を貯えておけるようにし、蒸発などによる自然な冷媒の液減りに対して、リザーブタンクの機能も併せ持つようにする。
As shown in FIG. 1, the heat dissipating unit 4 is for radiating heat from the refrigerant 8 which is transmitted from the
Further, in order to efficiently transmit heat from the heat radiating part 4 to the outside air, as shown in FIG. 1, an aluminum material is used to increase the surface area by attaching a plurality of fins to the outer surface of the heat radiating part 4 and to increase the heat radiation efficiency by radiation. It is desirable to use alumite treatment.
The heat dissipating section 4 can store a large volume of refrigerant, and also has a function of a reserve tank with respect to natural reduction of the refrigerant due to evaporation or the like.
受熱部3、放熱部4、ポンプ5間を接続するための、図1に示されるパイプ6は金属製のもの、チューブ7はゴムなどの柔軟性を有する樹脂製のものを用いる。柔軟性の樹脂製のチューブ7を用いるのは、全て金属製のパイプ6を用いると衝撃や振動などにより位置ズレの力が働いたとき局部的に応力集中を引き起こし、破損に至り液漏れなどを生じさせるおそれがあるため、適所に柔軟性を有する樹脂製のチューブを用い、位置ズレの力を緩衝させ、応力が集中しないようにするためである。
ここで、パイプ6は図2に示すように部品に直接接合されたり、管継手を介して部品に接続される。また、チューブ7は管継手とこれに接続される柔軟性の樹脂製のチューブからなるものである。
The
Here, the
本例の液冷システムは、図1に示すように、2つの受熱部3,3は、パイプ6とチューブ7によって互いに並列に配管して接続される。そして、内部に充填された冷媒8がポンプ5の駆動により輸送される際、ポンプ5の下流にある配管の分岐で冷媒8が分流されて2つの受熱部を通り発熱体2から熱を受け取り、その後分流されている冷媒8が統合されて放熱部4に供給され循環するようになされている。
すなわち、冷媒8の循環により発熱体2からの熱が、受熱部3→冷媒8→放熱部4と内部の壁9→放熱部4の外壁のフィン→外気の順に伝えられて暖められた冷媒8から熱が奪われて冷却され、電子機器が起動中の間、循環する冷媒8により発熱体4が冷却され続ける。
In the liquid cooling system of this example, as shown in FIG. 1, the two
That is, the refrigerant 8 is heated by the circulation of the refrigerant 8 in the order of the
このように図1に示す液冷システムでは、ポンプ5に対して受熱部3,3が並列接続されるため、直列接続のときと比べ2つの発熱体2,2は略同じに冷却されるだけでなくポンプ5から見た配管抵抗も略半減されるのでポンプ5を大きなものとする必要がない。
なお、流量は管路抵抗、ポンプ5の能力によって決定されるため、必要十分な流量が確保できるように、ポンプ5の能力・配置、パイプ6、チューブ7の仕様が決められる。
複数の発熱体に対して各受熱部で必要とされる必要流量は、次式となる。
必要流量 ≧ 総発熱量/( 冷媒密度 × 冷媒比熱 × 冷媒温度差 )
ここで、≧としたのは、発熱体2と冷媒8との間に伝熱損失があるため、右辺で見積もった値より大きな流量とする必要があるためである。
Thus, in the liquid cooling system shown in FIG. 1, since the
Since the flow rate is determined by the pipe line resistance and the capacity of the
The required flow rate required for each heat receiving unit for a plurality of heating elements is given by the following equation.
Required flow rate ≧ Total calorific value / (Refrigerant density x Refrigerant specific heat x Refrigerant temperature difference)
Here, ≧ is because there is a heat transfer loss between the
このように構成した本例の冷却システムによれば、複数の受熱部3のそれぞれに放熱部4で冷却された冷媒8が分岐されて流されるため、発熱体2を効率よく冷却することができる。また、複数の各々の経路の長さが抑制され不必要な配管を抑えることができるため複数の受熱部3を直列接続する場合と比べ、本例のような並列接続では、配管による圧力損失が小さくなり負荷が小さくなるためその分容量の小さい小型のポンプ5を採用することができ冷却システムを省スペースで構成することができ経済性に優れたものとすることができる。
また、本例の液冷システムを有する電子機器によれば、冷却システムの部品の省スペース化によりその筐体を小型化することができるだけでなく、循環ポンプも小型でよいのでポンプ駆動電圧を抑えることができ騒音の低減や長期信頼性を向上させることができる。
According to the cooling system of this example configured as described above, since the refrigerant 8 cooled by the heat radiating unit 4 is branched and flowed to each of the plurality of
In addition, according to the electronic apparatus having the liquid cooling system of this example, not only can the housing be reduced in size by saving the space of the cooling system components, but also the circulating pump can be reduced in size so that the pump drive voltage is suppressed. This can reduce noise and improve long-term reliability.
なお、2つの発熱体2を有する図1例に対しこれより多くの発熱体2を有するときは、例えば図4に示すように、複数の受熱部3を直列接続としてもよい。この場合、直列とされる受熱部3のうち下流側に配される方の発熱体2は、上流側に配される受熱部3に密着固定される発熱体2より発熱量の小さいものとする。また、一般に受熱部3を複数直列接続すると配管抵抗が大きくなり流量が小さくなりがちなので、必要十分な冷媒流量が確保できるように、配管径、循環ポンプ5の容量が決められる。
また、部品レイアウト上、発熱体2が狭小な領域に複数個実装される場合、図5に示すように、1つの受熱部3に発熱体2を複数個密着固定し、冷却するようにしてもよい。
In addition, when it has more
In addition, when a plurality of
また、配管系をパイプ6やチューブ7で構成するのでなく、図6及び図7に示すように、比較的厚くても軽量化できるアルミニウムやマグネシウムなどの金属やその合金による板状のプレート10の内部に冷媒8の循環路11を設け、このプレート10の所定位置に発熱体2を伝熱シートなどを介して密着固定するようにしてもよい。
なお、プレート10の構造としては、図6に示す単一部材で構成されていても、図7に示す複数の部材で構成されていてもよい。図7に示すように複数の部材に分割した構造のプレート10では、それぞれの部材単位では流路が短くなるので作製が容易となる。
また、全体としての放熱量を多くするため、図8に示すように、受熱部3に放熱フィンを取り付け受熱部3自体からも放熱できるようにしてもよい。
In addition, the piping system is not constituted by the
In addition, as a structure of the
Further, in order to increase the heat radiation amount as a whole, as shown in FIG. 8, heat radiation fins may be attached to the
また、受熱部3,3で必要流量を確保するためにポンプ5を複数用いてもよく、例えばポンプ5の配置を図10に示すように並列に設けられた受熱部3,3の各々に接続したり、図9に示すように直列接続したりすることができる。
受熱部3の各々の冷媒8の流量制御を精度よく行わせたいとき、図9に示す受熱部3ごとにポンプ5を接続し、単に流量を増加させるとき、図10に示す並列に配設された受熱部3,3に対してポンプ5,5を直列に接続する。
Further, a plurality of
When it is desired to accurately control the flow rate of each refrigerant 8 in the
また、それぞれの受熱部3における冷媒8の流量を最適化するため、図9及び図10に示すように、流量コントロールユニット13を各受熱部3に接続される配管に設けてもよい。
この流量コントロールユニット13の例としては、配管の径に対して流路の一部にオリフィスを設けたり、配管の内径より小径部を設けることで管路抵抗を調整して所望の流量となるようにした単純な構成のものでもよい。図11に示す部品は、管路に小径部を設けるようにした流量コントロールユニット13の例であり、図11A及びBに示すように部品の両側に管継手を接続するためのねじ孔が設けられ、略中央部に小径とされた流路が形成される。
また、他の流量コントロールユニット13の例としては、冷媒8の流量を電気信号に変換する検出器を有するものでもよい。検出器を有する流量コントロールユニット13では、検出された電気信号を基に所望の流量になるようにポンプ駆動電圧を制御することができる。
Further, in order to optimize the flow rate of the refrigerant 8 in each
As an example of the flow
Another example of the flow
また、放熱部4は、図1例では一筐体に一面の場合で示したが、放熱部4を複数面で構成し一筐体に複数に分けて取り付けてもよいものである。
さらに、上述例では、チューブ7は柔軟性のある樹脂製として説明したが、これに限らず薄肉のステンレスパイプなどの金属に螺旋状もしくは一山ずつ波付けしたフレキシブルチューブを用いてもよく、配管継手については特に言及していないが、食い込み継手や面シール継手などを用いることができる。
Further, in the example of FIG. 1, the heat radiating unit 4 is shown as being one surface in one housing, but the heat radiating portion 4 may be configured by a plurality of surfaces and attached to a single housing in a plurality.
Furthermore, in the above example, the tube 7 has been described as being made of a flexible resin. However, the present invention is not limited to this, and a flexible tube spirally or waved one by one to a metal such as a thin stainless steel pipe may be used. Although there is no particular mention of the joint, a bite joint, a face seal joint, or the like can be used.
本発明の液冷システム及び液冷システムを有する電子機器は、上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成をとりうることは勿論である。 Of course, the liquid cooling system and the electronic device having the liquid cooling system of the present invention are not limited to the above-described examples, and can take various other configurations without departing from the gist of the present invention.
2…発熱体、3…受熱部3、4…放熱部、5…循環ポンプ、6…パイプ、7…チューブ
2 ... heating element, 3 ...
Claims (6)
前記発熱部からの熱を吸熱する受熱部と、
該受熱部から熱交換により前記熱を奪う冷媒と、
該冷媒から熱交換により前記熱を放散する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部とを接続し、満たされた前記冷媒が循環自在とされる配管とから構成され、
複数設けられる前記受熱部のうちの少なくとも1つの前記受熱部が、他の前記受熱部と並列に前記配管で接続された
ことを特徴とする液冷システム。 In a liquid cooling system having a plurality of heat generating parts,
A heat receiving part that absorbs heat from the heat generating part;
A refrigerant that removes the heat from the heat receiving portion by heat exchange;
A heat dissipating part that dissipates the heat from the refrigerant by heat exchange;
The heat receiving portion and the heat radiating portion are connected to each other, and the filled refrigerant is configured to be freely circulated.
The liquid cooling system, wherein at least one of the plurality of the heat receiving units provided is connected by the pipe in parallel with the other heat receiving units.
前記冷媒の循環を前記配管に配設したポンプにより行う
ことを特徴とする液冷システム。 The liquid cooling system according to claim 1,
A liquid cooling system in which the refrigerant is circulated by a pump disposed in the pipe.
前記配管に前記冷媒の流量調節機構を備えた
ことを特徴とする液冷システム。 The liquid cooling system according to claim 1,
A liquid cooling system comprising a flow rate adjusting mechanism for the refrigerant in the pipe.
前記発熱部からの熱を吸熱する受熱部と、
熱交換して前記受熱部から前記熱を奪う冷媒と、
該冷媒から熱交換により前記熱を放散する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部とを接続し、満たされた前記冷媒が循環自在とされる配管とから構成され、
複数設けられる前記受熱部のうちの少なくとも1つの前記受熱部が、他の前記受熱部と並列に前記配管で接続された
ことを特徴とする液冷システムを有する電子機器。 In an electronic device having a liquid cooling system for cooling a plurality of heat generating components,
A heat receiving part that absorbs heat from the heat generating part;
A refrigerant that exchanges heat and removes the heat from the heat receiving unit;
A heat dissipating part that dissipates the heat from the refrigerant by heat exchange;
The heat receiving portion and the heat radiating portion are connected to each other, and the filled refrigerant is configured to be freely circulated.
An electronic apparatus having a liquid cooling system, wherein at least one of the plurality of the heat receiving portions provided is connected to the other heat receiving portions in parallel with the pipe.
前記冷媒の循環を前記配管に配設したポンプにより行う
ことを特徴とする液冷システムを有する電子機器。 In the electronic device which has the liquid cooling system of Claim 4,
An electronic apparatus having a liquid cooling system, wherein the refrigerant is circulated by a pump disposed in the pipe.
前記配管に前記冷媒の流量調節機構を備えた
ことを特徴とする液冷システムを有する電子機器。
In the electronic device which has the liquid cooling system of Claim 4,
An electronic apparatus having a liquid cooling system, wherein the pipe is provided with a flow rate adjusting mechanism for the refrigerant.
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