JP2006308117A - 冷媒注入装置および冷媒注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液状冷媒を冷却モジュールに注入する際に、効率良く短時間で注入できると共に、液状冷媒中の気泡を確実に除去し、注入中に吐き出された液状冷媒を回収し再利用することができる冷媒注入装置を提供する。
【解決手段】注入口と回収口とを有する冷却モジュールに液状冷媒を注入する冷媒注入装置において、液状冷媒を収容する冷媒供給タンクと、冷媒供給タンクから前記注入口に冷媒を注入する注入経路と、回収口から吐き出された液状冷媒を回収し前記冷媒供給タンクに戻す回収経路とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、冷媒注入装置および冷媒注入方法に係り、特に、冷却モジュールの内部に液状冷媒を注入する冷媒注入方法および冷媒注入方法に関する。

近年、パーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられるＣＰＵ等の電子部品の性能向上は著しく、処理速度の向上に伴って発熱量も格段に増加してきている。ＣＰＵ等の性能を維持するためには、適切な冷却技術が不可欠である。

このため、従来からＣＰＵ等の近傍に冷却用ファンを配設し、ＣＰＵ等に熱的に接続されたヒートシンクを強制空冷することによってＣＰＵ等を冷却する方法がとられていた。

しかしながら、ＣＰＵ等の発熱量のさらなる増大により従来の強制空冷方法によっても充分な冷却性能が確保できない状況が発生しつつある。

そこで、空気よりも遥かに比熱の高い液状冷媒を用いた液冷方式によってＣＰＵ等を冷却する方式が開発されてきている。

液冷方式による冷却モジュールは、液状冷媒を内部に収納し、液状冷媒を循環させると同時に熱交換することによりＣＰＵ等を冷却するものである。このため、冷却モジュールの製造段階では、液状冷媒を冷却モジュールの内部に注入しておく必要がある。

液状冷媒を冷却モジュール等の対象物に注入する場合、液状冷媒の注入位置やエアの抜出し位置を対象物の構造や特性に応じて適切に決定する必要がある。このため、対象物専用の冷媒注入装置や冷媒注入方法を用いることにより、効率良くかつ短時間で液状冷媒を注入できる場合が多い。

例えば、特許文献１は、冷却モジュールへの冷媒注入を直接の目的とするものではないが、対象物から冷媒を回収し、回収した冷媒とバージン冷媒とを用いて新たな冷媒を所定の容器に封入するための装置に関する技術を開示している。
特開２００４−１７７０６９号公報

一般に、ＣＰＵ等を液冷方式で冷却する冷却モジュールの構成は、ＣＰＵ等に熱的に接続され熱を液状冷媒に受熱させる受熱部と、液状冷媒の熱を放熱させる放熱部と、受熱部と放熱部との間で液状冷媒を循環させる循環経路と、循環経路内の液状冷媒を強制循環させるポンプとを備えたものが多い。

特に、冷却モジュールを小型化・高密度実装化するために、受熱部とポンプとを兼用させ、ポンプ自体をＣＰＵ等に直接熱的に接続する熱交換型ポンプを備えた冷却モジュールも新たに開発されてきている。

このような冷却モジュールに液状冷媒を注入する冷媒注入装置および冷媒注入方法は、特に以下の要求を満足することが求められる。

まず、第１に、液状冷媒を効率良く短時間で冷却モジュール内に注入できることが求められる。一般に液状冷媒は、熱交換型ポンプ（受熱部兼用）と放熱部とを循環経路で閉じた後にこの閉経路内に設けた注入口から注入される。注入開始時は、閉経路内に空気が充満しているため、空気抜きを適切に行わないと閉経路内の空気圧によって液状冷媒の注入が妨げられ、注入に長時間を要することになる。

第２に、液状冷媒を冷却モジュールに注入する際に液状冷媒中に気泡が混入する場合があるが、この気泡を適切に除去することが求められる。

第３に、上記の気泡を除去する際に、液状冷媒を冷却モジュールに注入しつつ一方で液状冷媒を冷却モジュールから吐き出す工程をとるが、この場合吐き出した液状冷媒を廃棄することなく有効に再利用することがコスト低減の観点から求められる。

従来、熱交換型ポンプを備えた冷却モジュール自体の開発は進められて来ているものの、このような新たな冷却モジュールに対して効率良くかつ低コストで液状冷媒を注入することができる冷媒注入装置或いは冷媒注入方法は未だ実現されていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、液状冷媒を冷却モジュールに注入する際に、効率良く短時間で注入できると共に、液状冷媒中の気泡を確実に除去し、注入中に吐き出された液状冷媒を回収し再利用することができる冷媒注入装置および冷媒注入方法を提供することを目的とする。

本発明に係る冷媒注入装置は、上記課題を解決するため、請求項１に記載したように、注入口と回収口とを有する冷却モジュールに液状冷媒を注入する冷媒注入装置において、液状冷媒を収容する冷媒供給タンクと、前記冷媒供給タンクから前記注入口に冷媒を注入する注入経路と、前記回収口から吐き出された液状冷媒を回収し前記冷媒供給タンクに戻す回収経路とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る冷媒注入方法は、上記課題を解決するため、請求項６に記載したように、注入口と回収口とを有する冷却モジュールに液状冷媒を注入する冷媒注入方法において、液状冷媒を冷媒供給タンクに収容し、前記冷媒供給タンクから前記注入口に冷媒を注入し、前記回収口から吐き出された液状冷媒を回収し前記冷媒供給タンクに戻すことを特徴とする。

また、本発明に係る冷媒注入方法は、上記課題を解決するため、請求項９に記載したように、ポンプ室とリザーブ室とを具備し、前記ポンプ室に連通した回収口と前記リザーブ室に連通した注入口とが一方の側壁に隣接して配設され、前記一方の側壁と対向する他方の側壁には前記ポンプ室から液状冷媒を吐き出す吐出口と前記ポンプ室に液状冷媒を吸い込む吸込口とが隣接して配設されたポンプと、前記吐出口と前記吸込口との間を放熱部を介して接続する循環経路とを有する冷却モジュールに液状冷媒を注入する冷媒注入方法において、前記一方の側壁と前記他方の側壁とを鉛直にかつ前記注入口が前記回収口よりも上側になるように前記ポンプを設置し、前記注入口から前記リザーブ室に液状冷媒を注入すると共に前記ポンプ室から前記回収口を介して前記冷却モジュール内の空気を排出し、液状冷媒が前記リザーブ室の容積の略半分まで注入されたのち、前記一方の側壁が上側に前記他方の側壁が下側にそれぞれ水平になるように前記ポンプの姿勢を変更し、前記ポンプ室に内蔵されるロータを回転させ、前記注入口から液状冷媒を注入する共に前記回収口から前記冷却モジュール内の空気或いは空気と混合した液状冷媒を排出し、液状冷媒が前記ポンプ室、リザーブ室、および前記循環経路に略充満されたのち、前記ロータの回転を所定期間停止し、前記回収口から気泡を排出させ、所定期間経過後再度ロータを回転させ、前記回収口から気泡が排出されなくなるまで前記ロータの回転、停止を繰り返し、前記回収口から気泡が排出されなくなった後、前記液状冷媒の注入方向を切り替え、前記回収口から液状冷媒を注入し、前記注入口から前記リザーブ室に混入している気泡を排出することを特徴とする。

本発明に係る冷媒注入装置および冷媒注入方法によれば、液状冷媒を冷却モジュールに注入する際に、効率良く短時間で注入できると共に、液状冷媒中の気泡を確実に除去し、注入中に吐き出された液状冷媒を回収し再利用することができる。

本発明に係る冷媒注入装置および冷媒注入方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。

最初に冷媒注入装置を用いて液状冷媒を注入する対象物である、冷却モジュールの一例についてその概要を説明する。

（１）冷却モジュール
図１は、液状冷媒の注入対象物である冷却モジュールが収容される電子機器の一例として、ノートブック型パーソナルコンピュータ１の外観例を示す斜視図である。ノートブック型パーソナルコンピュータ１は、本体ユニット２と表示ユニット３とを備えて構成されている。

本体ユニット２は、薄型の箱形状の第１の筐体４を有しており、第１の筐体４は上壁４ａ、底壁４ｂ、左右の側壁４ｃ、前壁４ｄ、及び後壁４ｅを備えて構成される。

表示ユニット３は、第２の筐体８と液晶表示パネル９を有しており、液晶表示パネル９は、第２の筐体８が備える開口部１０から第２の筐体８の前方に露出している。

第２の筐体８は、第１の筐体４の後端部にヒンジ（図示せず）を介して回動可能に支持されている。

図２は、ノートブック型パーソナルコンピュータ１に収容される冷却モジュール１４の外観を示す図である。

ノートブック型パーソナルコンピュータ１は、第１の筐体４の底壁４ｃと平行にプリント基板１０が配設されており、プリント基板１０には発熱体であるＣＰＵ１１が実装されている。

冷却モジュール１４は、ＣＰＵ１１と熱的に接続され受熱部を兼ねるポンプ１５と、放熱部１６と、循環経路１７を備えて構成される。

循環経路１７は、ポンプ１５の吐出口４４に接続される第１の管路８０と、ポンプ１５の吸込口４３に接続される第２の管路８１と、第１及び第２の管路８０、８１と接続部７７ａ、７７ｂを介して接続される冷媒通路７５により構成されている。冷媒通路７５は、例えば扁平な銅パイプで形成され、略リング状の形状をなしている。

放熱部１６は、ファン６８、放熱ブロック６６、及びファンケース６９を備えて構成されている。ファン６８はモータ（図示せず）によって回転し、吸気口７１ｂから空気を吸い込みファンの外周方向に遠心力によって冷却風を吐き出す。

放熱ブロック６６は、多数のフィン７６が円周状に配列され、放熱ブロック６６の下に配置される冷媒通路７５と熱的に接続されている。ファン６８によって生成された冷却風はフィン７６の隙間を通る間にフィン７６を冷却した後、ファンケース６９の内面にそって流れ、ファンケース６９が形成する排気口７２から吐き出される。ファンケース６９から吐き出された冷却風は、ノートブック型パーソナルコンピュータの第１の筐体４の後壁４ｅに設けられた排気出口６から第１の筐体４の外部に吐き出される。

ポンプ１５と循環経路１７の内部には液状冷媒が充填されており、受熱部を兼ねたポンプ１５でＣＰＵ１１の熱を受熱した液状冷媒は、循環経路１７を流れる間に放熱部１６で放熱される。液状冷媒の熱は放熱部１６で熱交換された後、再びポンプ１５に戻ってくる。このサイクルを繰り返すことによってＣＰＵ１１の熱を継続的に第１の筐体４の外部に吐き出すことができる。

図３および図４は、ポンプ１５を構成するポンプケーシング１８の構造の詳細を示した図である。

ポンプケーシング１８は、ケーシング本体１９と受熱カバー２０とから構成されている。ケーシング本体１９はＣＰＵ１１の外形よりも一回り大きな扁平な四角形の箱形状をなし、例えば耐熱性を有する合成樹脂で形成される。ケーシング本体１９は第１乃至第４の側壁２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、及び２２ｄを有している。

また、ケーシング本体１９は凹部２３を備えており、凹部２３はケーシング本体１９の下面に開口している。

受熱カバー２０は、例えば銅やアルミニウムのような熱伝導率の高い金属材料で形成されている。受熱カバー２０は凹部２３の開口部を塞ぐようにケーシング本体１９の下面に固定されている。受熱カバー２０の下面は平坦な受熱面２７となっており、受熱面２７はＣＰＵ１１と熱的に接続されＣＰＵ１１の熱を受熱する。

受熱カバー２０は４つの舌片２８を備えており、舌片２８に設けられた貫通口に取り付けネジ（図示せず）を貫通させ、ＣＰＵ１１をポンプ１５とプリント基板１０との間に挟みこんで固定する。

ケーシング本体１９は円筒状の周壁３０を備えている。周壁３０はその下端が受熱カバー２０の内面に接しており、周壁３０により凹部２３の内部はポンプ室３１とリザーブ室３２とに仕切られている。

リザーブ室３２は、液状冷媒が蒸発等で減少した場合に補給するための液状冷媒を蓄えるためのものである。リザーブ室３２は、第１の側壁２２ａ、第２の側壁２２ｂ、及び第４の側壁２２ｄの方向からポンプ室３１を取り囲んでいる。

ポンプ室３１には多数の羽根３６が放射状に形成されたロータ３５が収容されている。ロータ３５は、ポンプ室３１の裏側に配置された小型モータ（図示せず）によって駆動され回転する。

ケーシング本体１９には、液状冷媒をポンプ室３１に導く吸込口４３と、液状冷媒をポンプ室３１から吐き出す吐出口４４とが設けられている。吸込口４３と吐出口４４とは、ケーシング本体１９の第１の側壁２２ａからケーシング本体１９の外側に突出するとともに互いに隣接して配設されている。

吸込口４３は、第１の接続通路４５を介してポンプ室３１に連なっている。一方、吐出口４４は第２の接続通路４６を介してポンプ室３１に連なっている。第１、及び第２の接続通路４５、４６は、リザーブ室３２の内部を横切っている。

ロータ３５の回転によってポンプ室３１内の液状冷媒は吐出口４４から吐き出され、循環経路１７を循環してきた液状冷媒は吸込口４３からポンプ室３１に導かれる。

第１の接続通路４５には、気液分離孔４７が設けられている。気液分離孔４７はリザーブ室３２の内部に開口するとともに、リザーブ室３２に蓄えられる液状冷媒の液面下に常に位置するように設けられている。この気液分離孔４７を介してリザーブ室３２とポンプ室３１とが互いに通じ合っている。ポンプ室３１と循環経路１７を循環する液状冷媒に気泡が発生した場合には、気泡は浮力により気液分離孔４７を通ってリザーブ室３２側に移動するため、液状冷媒から気泡を分離することができる。

ポンプケーシング１８には、冷却モジュール１４の製造最終段階において、液状冷媒を冷媒注入装置から冷却モジュール１４に注入するための注入口５１と、冷却モジュール１４内の空気を排出すると共に液状冷媒の注入時にあふれ出る液状冷媒を回収するための回収口５０を有している。

注入口５１は第３の側壁２２ｃを貫通してリザーブ室３２に通じている。また、回収口５０は第３の側壁２２ｃを貫通してポンプ室３１に通じている。

注入口５１と回収口５０とは共に第３の側壁２２ｃに設けられており、隣接している。

注入口５１は、リザーブ室３２に開口する小径部５１ａと、第３の側壁２２ｃに開口する大径部５１ｂとを有している。同様に、回収口５０は、ポンプ室３１に開口する小径部５０ａと、第３の側壁２２ｃに開口する大径部５０ｂとを有している。

冷却モジュール１４への液状冷媒の注入が完了すると、注入口５１と回収口５０にはそれぞれ封入ネジ（図示せず）がねじ込まれ、液状冷媒の漏れを防止する。この際、小径部５１ａ、５０ａに封入ネジがねじ込まれ、大径部５１ｂ、５０ｂにはＯリング（図示せず）を介して封入ネジの頭部が収容される。Ｏリングによって冷却モジュール１４内部の液密性が確保される。

上記のように構成された冷却モジュール１４に液状冷媒を注入する冷媒注入装置および冷媒注入方法について説明する。なお、以下の説明では、冷却モジュール１４のポンプ１５と循環経路１７とは予め接続されており、液状冷媒の注入開始前には冷却モジュール１４の内部には空気が充満していることを前提として説明する。

（２）冷媒注入装置
図５は、本発明の実施形態に係る冷媒注入装置１００の構成例を示した図である。

冷媒注入装置１００は、冷媒回収タンク１０１、注入経路１１０、注入回収切換部１１６、回収経路１２０、脱泡処理器１２５、加圧機構１３０、およびアクチュエータ１５０を備えて構成される。

冷媒注入装置１００を用いて冷却モジュール１４に液状冷媒を注入する際には、冷媒注入装置１００を冷却モジュール１４のポンプ１５が有する注入口５１と回収口５０とに接続する。ポンプ１５の注入口５１から冷却モジュール１４に液状冷媒を注入しつつ、ポンプ１５の回収口５０からあふれた液状冷媒を回収する動作を基本として、冷却モジュール１４に液状冷媒を充填させる。この際、必要に応じてアクチュエータ１５０を用いて冷却モジュール１４の姿勢角を変更して液状冷媒を注入する。

冷媒回収タンク１０１は、回収タンク本体１０２と、開閉バルブ１０４と、冷媒受け部１０３とを備えて構成される。回収タンク本体１０２には、注入経路１１０を介して冷却モジュール１４に注入する液状冷媒が所定量収容されている。冷媒受け部１０３は、冷却モジュール１４から回収経路１２０を介して回収される液状冷媒を回収タンク本体１０２に導くために設けられている。開閉バルブ１０４は、注入動作時には開かれて回収された液状冷媒を回収タンク本体１０２に補給する。

加圧機構１３０は、加圧ポンプ１３１と、冷媒圧送用バルブ１３２と、圧力センサ１３３とを備えている。加圧ポンプ１３１は、所定の空気圧を発生させ、冷媒圧送用バルブ１３２を介して回収タンク本体１０２に空気圧を印加する。冷媒圧送用バルブ１３２を開くことで回収タンク本体１０２に空気圧が印加され、回収タンク本体１０２に収容されている液状冷媒が注入経路１１０に圧送される。圧力センサ１３３で回収タンク本体１０２内部の空気圧をモニタし、空気圧を所定の範囲に維持する。

注入経路１１０は、回収タンク本体１０２の出口で大流量用の経路と小流量用の経路の２つの経路に分岐される。大流量用の経路には、冷媒オン・オフ大流量バルブ１０５と大流量流量計１０６が設けられている。他方、小流量用の経路には、冷媒オン・オフ小流量バルブ１０７と小流量流量計１０８が設けられている。

注入経路１１０から小流量の液状冷媒を注入するときには、冷媒オン・オフ大流量バルブ１０５を閉パス１０５ｂ側に設定し、冷媒オン・オフ小流量バルブ１０７を開パス１０７ａ側に設定する（図５の状態）。

逆に、注入経路１１０から大流量の液状冷媒を注入するときには、冷媒オン・オフ大流量バルブ１０５を開パス１０５ａ側に設定し、冷媒オン・オフ小流量バルブ１０７を閉パス１０７ｂ側に設定する。

大流量用の経路と小流量用の経路は一旦合流した後、再度２つの経路に分離する。一方の経路は、第１の三方弁１１４に接続され、他方の経路は第２の三方弁１１５に接続される。

さらに第１の三方弁１１４は、ポンプ１５の注入口５１に接続され、第２の三方弁１１５はポンプ１５の回収口５０に接続されている。

第１、第２の三方弁１１４、１１５は液状冷媒の注入方向と回収方向とを切り換える注入回収切換部１１６を構成するものである。第１の三方弁１１４は、注入パス１１４ａと回収パス１１４ｂを有しており相互に切換可能に構成されている。同様に、第２の三方弁１１５は、注入パス１１５ａと回収パス１１５ｂを有しており相互に切換可能に構成されている。

図５に示した状態は、第１の三方弁１１４が注入パス１１４ａ側に設定されており、第２の三方弁１１５が回収パス１１５ｂ側に設定されている。この設定の場合、液状冷媒は第１の三方弁１１４を介してポンプ１５の注入口５１に注入され、ポンプ１５の回収口５０から吐き出された液状冷媒は第２の三方弁１１５を通って回収経路１２０に流れることになる。

逆に、第１の三方弁１１４を回収パス１１４ｂ側に設定し、第２の三方弁１１５を注入パス１１５ａ側に設定した場合には、液状冷媒は第２の三方弁１１５を介してポンプ１５の回収口５０に注入され、ポンプ１５の注入口５１から吐き出されることになる。このように、第１、第２の三方弁１１４、１１５の設定を切り換えることにより、ポンプ１５側の配管接続を変更することなく短時間で注入方向と回収方向とを切り換えることができる。

回収経路１２０には、サックバックバルブ１１３、冷媒回収バルブ１１１、１１２、冷媒受け容器１１８、および脱泡処理器１２５が設けられている。

サックバックバルブ１１３は、冷却モジュール１４を他の冷却モジュール１４に交換する場合等に発生することのある液ダレを防止するために設けられている。

冷媒回収バルブ１１１、１１２は、注入回収切換部１１６と整合して液状冷媒の注入と回収の方向を切り換えるものである。第１の三方弁１１４に接続される冷媒回収バルブ１１２を閉パス１１２ｂ側に設定し、第２の三方弁１１５に接続される冷媒回収バルブ１１１を開パス１１１ａ側に設定することで（図５の状態）、ポンプ１５の回収口５０から吐き出される液状冷媒を回収経路１２０に導くことができる。

回収された液状冷媒は一旦冷媒受け容器１１８に蓄積させた後、回収経路１２０を介して冷媒回収タンク１０１に回収される。この際、回収経路１２０に脱泡処理器１２５を設ける形態としても良い。ポンプ１５から吐き出される液状冷媒には気泡が含まれることがある。冷却モジュール１４の内部に気泡が残存する状態では、冷却性能が低下するほか、リザーブ室３２に貯蔵される液状冷媒の量が実質的に低下することになる。このため、液状冷媒の注入作業完了時には、冷却モジュール１４内に残存する気泡を可能な限り排除することが求められている。

回収経路１２０に脱泡処理器１２５を設けることで回収経路１２０を通過する液状冷媒の気泡を除去することが可能であり、冷媒回収タンク１０１に気泡が除去された液状冷媒を収容することができる。

（３）冷媒注入方法
上記のように構成された冷媒注入装置１００を用いて冷却モジュール１４に液状冷媒を注入する方法の具体例について説明する。

図６は、本実施形態に係る冷媒注入方法における冷媒注入方向と冷却モジュール１４（主としてポンプ１５）の姿勢等を説明する図である。

本実施形態に係る冷媒注入方法は、工程１、工程２、および工程３の３つの工程を有している。図６（ａ）は工程１、図６（ｂ）は工程２、また図６（ｃ）は工程３における液状冷媒の注入方向および冷却モジュール１４の姿勢を示したものである。

まず、工程１では、冷却モジュール１４のポンプ１５を第１、第３の側壁２２ａ、２２ｃが地面に対して垂直になるように設定する。この際、注入口５１が回収口５０の上側に位置するように設定する。

また、ポンプ１５の注入口５１を冷媒注入装置１００の第１の三方弁１１４に配管接続し、ポンプ１５の回収口５０を冷媒注入装置１００の第２の三方弁１１５に配管接続する。

液状冷媒の注入を開始する前は冷却モジュール１４のポンプ１５及び循環経路１７は空の状態（空気が充満している状態）である。

工程１では、冷媒注入装置１００の各バルブや三方弁は図５に示した状態に設定する。即ち、冷媒オン・オフ大流量バルブ１０５は閉パス１０５ｂ側、冷媒オン・オフ小流量バルブ１０７を開パス１０７ａ側、第１の三方弁１１４は注入パス１１４ａ側、第２の三方弁１１５は回収パス１１５ｂ側、冷媒回収バルブ１１２は閉パス１１２ｂ側、冷媒回収バルブ１１１は開パス１１１ａ側にそれぞれ設定する。

これらの設定により、回収タンク本体１０２に収容された液状冷媒は小流量でポンプ１５の注入口５１に注入され始める。

注入口５１から注入された液状冷媒はリザーブ室３２の下側に溜まっていく。一方、液状冷媒の注入に伴ってリザーブ室３２にあった空気は気液分離孔４７、吸込口４３、循環経路１７、吐出口４４を介して順次押し出され、最終的にはポンプ室３１の回収口５０から冷媒注入装置１００側に吐き出される。冷媒注入装置１００側では第２の三方弁１１５から冷媒受け容器１１８までの間は通過可能の状態に設定されているため、回収口５０からは妨げられることなく空気が吐き出される。この結果、スムーズに短時間で液状冷媒を注入することができる。

液状冷媒がリザーブ室３２の略半分まで満たされた状態（図６（ａ）の状態）になった段階で工程１から工程２に進む。

工程２では、ポンプ１５の姿勢を工程１から変更する。即ち、図６（ｂ）に示したように第１の側壁２２ａを下側に、第３の側壁２２ｃを上側にしてそれぞれ水平に設定する。

他方、冷媒注入装置１００側の各バルブ、三方弁の設定は、図７の状態に変更する。工程１に対応する図５の状態との相違点は、冷媒オン・オフ大流量バルブ１０５は開パス１０５ａ側に、冷媒オン・オフ小流量バルブ１０７を閉パス１０７ｂ側に変更している点である。ポンプ１５に対する液状冷媒の注入、回収の方向は工程１と同じである。

図７の状態の設定により、回収タンク本体１０２に収容された液状冷媒は工程１よりも流量の大きな大流量でポンプ１５の注入口５１に注入され始める。

また、工程２では、それまで回転させていなかったポンプ１５のロータ３５を回転させながら液状冷媒を注入する。

図６（ｂ）は工程２を開始した直後の状態を示している。リザーブ室３２には一部空気が残留しているものの、大流量で液状冷媒が注入されるため、短時間でリザーブ室３２は液状冷媒で満たされる。併せて、気液分離孔４７から循環経路１７に液状冷媒が流れ込み始める。注入口５１からは液状冷媒が圧送されて流入してくるため、この圧力によって液状冷媒は短時間で循環経路１７を充満し、最終的にはポンプ室３１にいきわたり回収口５０から吐き出され始める。

ロータ３５の回転により、循環経路１７に残存している空気の吐き出しが促進され、注入時間をさらに短縮することができる。

図６（ｃ）は液状冷媒がリザーブ室３２、循環経路１７、およびポンプ室３１の総てにほぼ充満された状態を示している。この段階で液状冷媒は冷却モジュール１４の内部に充満されるものの、冷却モジュール１４内の液状冷媒には注入過程で生じた気泡が混入している場合が多い。そこで、気泡を除去する処理が必要となってくる。

具体的には、冷却モジュール１４内に液状冷媒が行き渡り冷却モジュール１４と冷媒注入装置１００との間を液状冷媒が循環するようになった段階で一旦ロータ３５の回転を停止し、循環経路１７、ポンプ室３１に留まっている気泡を回収口５０から排出させる。次にロータ３５を再度回転させた後、再び回転を停止して気泡を排出させる。このサイクルを回収口５０から気泡が排出されなくなるまで繰り返す。小さな気泡の場合、ロータ３５を回転させていると気泡がポンプ室３１と循環経路１７との間を循環するため回収口５０からはなかなか排出しない傾向がある。ロータ３５の回転を一旦止めることで小さな気泡が回収口５０から排出されやすくなる。

なお、回収口５０から排出された気泡は、冷媒注入装置１００が備える脱泡処理器１２５によって液状冷媒から除去される。このため、冷媒注入装置１００から順次注入される液状冷媒は気泡の含まれていない液状冷媒となっている。

回収口５０から気泡が排出されなくなった段階で工程３に進む。

工程３では、図６（ｄ）に示したように、ポンプ１５に対する液状冷媒の注入と回収の方向を工程１、２に対して切り換えている。

工程２の気泡除去の処理により、循環経路１７とポンプ室３１の気泡は除去できるものの、リザーブ室３２には気泡が残存する。このリザーブ室３２に残存している気泡を除去するためである。

工程３では、ポンプ１５に対する液状冷媒の注入と回収の方向を切り換えるため、冷媒注入装置１００のバルブ及び三方弁の設定を図８に示した状態に変更する。

具体的には、第１の三方弁１１４は回収パス１１４ｂ側、第２の三方弁１１５は注入パス１１５ａ側、冷媒回収バルブ１１２は開パス１１２ａ側、冷媒回収バルブ１１１は閉パス１１１ｂ側にそれぞれ設定する。なお、冷媒オン・オフ大流量バルブ１０５と冷媒オン・オフ小流量バルブ１０７は工程２と同じ大流量がながれるように設定する。

これらの設定により、回収タンク本体１０２に収容された液状冷媒は大流量でポンプ１５の回収口５０から注入され、注入口５１から回収されることになり、ポンプ１５に対する注入と回収の方向をポンプ１５の配管接続を変更することなく逆転させることができる。

工程３において、リザーブ室３２に残留した気泡は注入口５１から排出され徐々に減少していく。注入口５１から気泡が排出されなくなった段階で工程３が終了する。この後、ポンプ１５の注入口５１および回収口５０に接続されている配管を取り外し、注入口５１および回収口５０を封入ネジで封入することにより冷却モジュール１４への冷媒注入が完了する。

本実施形態に係る冷媒注入装置１００および冷媒注入方法によれば、冷却モジュール１４に液状冷媒を注入しつつ排出される液状冷媒を廃棄することなく再利用することができるため、経済性に優れる。

また、冷媒注入装置１００の回収経路１２０に脱泡処理器１２５を設けることで、回収された液状冷媒に含まれる気泡を除去することができるため、再度冷却モジュール１４に注入する液状冷媒に気泡が含まれることが無い。冷却モジュール１４内の液状冷媒に気泡が残留していると冷却性能の低下をもたらす。また、リザーブ室３２に気泡が残像している場合はリザーブ室３２内の液状冷媒の容量が実質的に減少し、液状冷媒の補給量が低下することになる。液状冷媒の気泡を除去することでこのような問題を排除することができる。

また、本実施形態に係る冷媒注入装置１００および冷媒注入方法によれば、注入流量やポンプ１５の姿勢を変えることにより、効率良く短時間で液状冷媒を注入することができる。

さらに、ロータ３５の回転・停止サイクルを繰り返すことで、循環経路１７およびポンプ室３１に残存する気泡を効率良く排出することができる。

また、注入最終段階でポンプ１５に対する注入、回収方向を逆転させることで、リザーブ室３２に残存する気泡も効率良く除去することもできる。注入、回収方向の逆転は三方弁を含む注入回収切換部１１６によって簡易に行えるため、配管の取替え作業が不要であり作業性が向上する。

なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明に係る冷媒注入装置および冷媒注入方法の対象物である冷却モジュールが収容される電子機器の一例を示す図。 本発明に係る冷媒注入装置および冷媒注入方法の対象物である冷却モジュールの一例を示す図。 本発明に係る冷媒注入装置および冷媒注入方法の対象物である冷却モジュールの構成品であるポンプの構造例を示す第１の図。 本発明に係る冷媒注入装置および冷媒注入方法の対象物である冷却モジュールの構成品であるポンプの構造例を示す第２の図。 本発明の実施形態に係る冷媒注入装置の構成例を示す第１の図であり、本発明の実施形態に係る冷媒注入方法の工程１に対応する図。 本発明の実施形態に係る冷媒注入方法を説明する図であり、（ａ）は工程１、（ｂ）及び（ｃ）は工程２、（ｄ）は工程３の冷媒注入方法を説明する図。 本発明の実施形態に係る冷媒注入装置の構成例を示す第２の図であり、本発明の実施形態に係る冷媒注入方法の工程２に対応する図。 本発明の実施形態に係る冷媒注入装置の構成例を示す第３の図であり、本発明の実施形態に係る冷媒注入方法の工程３に対応する図。

符号の説明

１ 電子機器（ノートブック型パーソナルコンピュータ）
１１ ＣＰＵ
１４ 冷却モジュール
１５ ポンプ
１６ 放熱部
１７ 循環経路
３１ ポンプ室
３２ リザーブ室
４３ 吸込口
４４ 吐出口
５０ 回収口
５１ 注入口
１００ 冷媒注入装置
１０１ 冷媒回収タンク
１１０ 注入経路
１１４、１１５ 三方弁
１１６ 注入回収切換部
１２０ 回収経路
１２５ 脱泡処理器
１３０ 加圧機構

Claims (9)

1. 注入口と回収口とを有する冷却モジュールに液状冷媒を注入する冷媒注入装置において、
   液状冷媒を収容する冷媒供給タンクと、
   前記冷媒供給タンクから前記注入口に冷媒を注入する注入経路と、
   前記回収口から吐き出された液状冷媒を回収し前記冷媒供給タンクに戻す回収経路と、
   を備えたことを特徴とする冷媒注入装置。
2. 前記回収経路には、液状冷媒に混入した気泡を除去する脱泡処理器が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の冷媒注入装置。
3. 前記注入経路と前記回収経路とには、前記冷却モジュールへの液状冷媒の流れの方向を逆転させ、前記回収口に液状冷媒を注入し前記注入口から液状冷媒を吐き出させる三方弁が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の冷媒注入装置。
4. 前記液状冷媒の注入時に前記冷却モジュールの姿勢角を変更するアクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷媒注入装置。
5. 前記冷媒供給タンク内の空気を加圧し前記液状冷媒を圧送する加圧機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷媒注入装置。
6. 注入口と回収口とを有する冷却モジュールに液状冷媒を注入する冷媒注入方法において、
   液状冷媒を冷媒供給タンクに収容し、
   前記冷媒供給タンクから前記注入口に冷媒を注入し、
   前記回収口から吐き出された液状冷媒を回収し前記冷媒供給タンクに戻す、
   ことを特徴とする冷媒注入方法。
7. 前記回収口から吐き出された液状冷媒を前記冷媒供給タンクに戻す前に、前記液状冷媒に混入した気泡を除去することを特徴とする請求項６に記載の冷媒注入方法。
8. 前記冷媒供給タンク内の空気を加圧し、前記液状冷媒を前記冷却モジュールに圧送して注入することを特徴とする請求項６に記載の冷媒注入方法。
9. ポンプ室とリザーブ室とを具備し、前記ポンプ室に連通した回収口と前記リザーブ室に連通した注入口とが一方の側壁に隣接して配設され、前記一方の側壁と対向する他方の側壁には前記ポンプ室から液状冷媒を吐き出す吐出口と前記ポンプ室に液状冷媒を吸い込む吸込口とが隣接して配設されたポンプと、
   前記吐出口と前記吸込口との間を放熱部を介して接続する循環経路と、
   を有する冷却モジュールに液状冷媒を注入する冷媒注入方法において、
   前記一方の側壁と前記他方の側壁とを鉛直にかつ前記注入口が前記回収口よりも上側になるように前記ポンプを設置し、
   前記注入口から前記リザーブ室に液状冷媒を注入すると共に前記ポンプ室から前記回収口を介して前記冷却モジュール内の空気を排出し、
   液状冷媒が前記リザーブ室の容積の略半分まで注入されたのち、前記一方の側壁が上側に前記他方の側壁が下側にそれぞれ水平になるように前記ポンプの姿勢を変更し、
   前記ポンプ室に内蔵されるロータを回転させ、前記注入口から液状冷媒を注入する共に前記回収口から前記冷却モジュール内の空気或いは空気と混合した液状冷媒を排出し、
   液状冷媒が前記ポンプ室、リザーブ室、および前記循環経路に略充満されたのち、前記ロータの回転を所定期間停止し、前記回収口から気泡を排出させ、所定期間経過後再度ロータを回転させ、前記回収口から気泡が排出されなくなるまで前記ロータの回転、停止を繰り返し、
   前記回収口から気泡が排出されなくなった後、前記液状冷媒の注入方向を切り替え、前記回収口から液状冷媒を注入し、前記注入口から前記リザーブ室に混入している気泡を排出することを特徴とする冷媒注入方法。

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