JP2007227413A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液冷システムを搭載したパソコンなどの電子装置において，省スペース化，エネルギー効率の向上を図れる電子装置を提供する。
【解決手段】液冷システム７を搭載した電子装置において，発熱部材２と液冷ジャケット４の間にゼーベック効果を生じる熱電変換素子３を搭載し，発熱部材２の発する熱エネルギーを熱電変換素子３により電気エネルギーに変換し，生成した電気エネルギーを冷媒液を循環させる為のポンプ５，冷媒液の熱を外部に排熱する為の放熱体６に対し，電力源として供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は，半導体素子などの発熱部材が実装された電子装置と，冷媒液を媒体として発熱部材の冷却を行う液冷システムに関する。

電子装置に使用される半導体，特にＣＰＵに代表されるような半導体は，日々進化しており，高密度・高発熱量化の一途を辿っていることは周知の事実である。これら発熱体の冷却方式としては，ヒートシンク等に熱を伝導させ熱伝達により空気中に放熱する自然空冷方式，ファンを用いヒートシンクに直接風を当てて空気中への放熱を促進させる強制空冷方式と，発熱部に装着された液冷ジャケットより，循環液体を媒体として放熱部に熱輸送を行い，放熱を行う液冷方式などが挙げられる。近年では，メインフレームや大型のサーバ等に用いられていた前記液冷方式が小型サーバやノート型パソコン・デスクトップ型パソコンに採用され始めている。例えば，特開２００２−２３２１７４がある。

特開２００２−２３２１７４号公報

液冷システムはその大きな熱輸送能力に加え，ファンレスによる低騒音化が大きな利点である。しかし液冷システムでは，冷媒液を循環させる為のポンプ，及び冷媒液が受熱部より受熱した熱をシステム外へ放熱する為の放熱体もしくは熱交換器が必要となり，電子装置の基本的な機能である半導体等を動作させる為に必要な電源以外に，液冷システム用ポンプや熱交換器を稼動させる為の電源が必要となる。このため，電子装置全体としてのエネルギー効率の低下を招く場合もある。

前記課題を解決する為に本発明では，複数の半導体素子などの発熱部材が搭載された配線基板と，前記発熱部材で発生する熱を受熱する液冷ジャケットと該液冷ジャケットで受熱した熱を放熱する放熱体と冷媒液を循環させる駆動力となるポンプとを流路によって接続し冷媒液の循環流を形成する液冷システムを有する電子装置において，前記発熱部材と前記液冷ジャケット間に複数の熱電変換素子が搭載し，前記発熱部品の発する熱エネルギーを前記熱電変換素子が電気エネルギーに変換し，前記熱電変換素子が生成した電気エネルギーを，前記ポンプと前記放熱体の一方もしくは両方の電力源として供給することを特徴とする。

また，前記電子装置において，前記熱電変換素子が生成した電気エネルギーを，ペルチェ効果を生ずる熱電変換素子へ電力源として供給することを特徴とする。

本発明によれば，液冷システムを有する電子装置において，熱電変換素子がゼーベック効果という静的なエネルギー変換方式により生成した電気エネルギーを使用することで，システムの省エネルギー化ができ，同時に装置の電源に要するコストの低減もできる。

以下，本発明の実施形態に係る電子装置について，図面を参照して説明する。
ここで，図１は，本発明の第１の実施例よる液冷システムを有する電子装置の構成を示すブロック図であり，図２は，本発明の第２の実施例よる液冷システムを有する電子装置の構成を示すブロック図であり，図３は，本発明の第３の実施例による液冷システムを有する電子装置の構成を示すブロック図である。

まず，図１を用いて，本発明の第１の実施例よる液冷システムを有する電子装置の構成及び，作用について説明する。図１において，配線基板１上には，ＬＳＩチップなどの発熱部材２が搭載され，固定されている。ここで，発熱部材２は高発熱量の半導体であり，例えば，複数のＬＳＩがモジュール化されたものである。発熱部材２の上部には，ゼーベック効果を生じる熱電変換素子３が，取り付けられている。ここで，熱電変換素子３は，例えば素子単体であり，例えば複数の素子をモジュール化したものである。そして熱電変換素子３が発熱部材２で生じる熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。熱電変換素子３の上部には，液冷ジャケット４が取り付けられている。ポンプ５は，冷媒液を流路内に循環させる動力源である。放熱体６は，冷媒液が液冷ジャケット４で受熱した熱エネルギーを外部へと放熱するものであり，例えば熱交換器である。液冷ジャケット４とポンプ５，放熱体６を流路によって接続し，流路内に冷媒液を循環させることで液冷システム７が構成されている。

この第１の実施例による作用については，発熱部材２で生じる熱エネルギーを全て，液冷ジャケット４を介して，冷媒液，放熱体６へと直接伝導させず，発熱部材２と液冷ジャケット４間に熱電変換素子３を搭載することで，ゼーベック効果という静的なエネルギー変換方式を利用し，熱エネルギーの一部または，全てを電気エネルギーへと変換する。この熱電変換素子３が生成した電気エネルギーを，液冷システム７を構成するポンプ５，放熱体６の一方の電力源として利用することで，エネルギー効率の向上及び，省スペース化ができる。また，前記電気エネルギーをポンプ５，放熱体６両方の電力源と利用することで，液冷システム７は，他に電力源を必要としない独立した構成にできる。また，ポンプ５，放熱体６において，熱電変換素子３が生成した電気エネルギーを，電気信号として受け取ることで，ポンプ５の能力や回転数，放熱体６の能力を制御できる。つまり，発熱部材２の発熱量に応じて，必要なポンプ５の能力，羽根の回転数もしくは，放熱体６の能力が制御可能となるので，ポンプ５，放熱体６の長寿命化，ポンプ５の駆動音の低騒音化が図れる。

次に，図２を用いて，本発明の第２の実施例による液冷システムを有する電子装置の構成及び，作用について説明する。図２において，基本構成は前記第一の実施例の構成に加えて， ポンプ５，放熱体６のどちらかもしくは，両方に電力を供給する補助電力源８を有する構成となる。ここで，補助電力源８は，例えば前記電子装置において，発熱部材２や配線基板１に搭載される別部品へ電力供給を行う電力源と兼用であり，例えば前記電力源とは別に前記電子装置に搭載されている電力源である。

この第２の実施例による作用については，ポンプ５，放熱体６の一方もしくは，両方への電力供給を熱電変換素子３が生成する電気エネルギーのみとする第１の実施例に対し，補助電力源８からの電力供給も行うことで，第１の実施例よりも高性能で，大きな電力を必要とするポンプ５，放熱体６を使用でき，冷却能力を向上できる。また，熱電変換素子３を搭載していない従来の液冷システムにおいて，冷却能力を向上する為には，ポンプ５，放熱体６の電力源として大容量の電力を電子装置内に必要とする場合があったが，本第２の実施例によれば，熱電変換素子３が生成する電気エネルギーを活用することで，電子装置内に必要とされるポンプ５，放熱体６のための電力源の容量を低減できるので，エネルギー効率の向上ができる。

次に，図３を用いて，本発明の第３の実施例による液冷システムを有する電子装置の構成及び，作用について説明する。図３において，前記第1の実施例と同じく，配線基板１上に発熱部材２が搭載され，発熱部材２の上部に熱電変換素子３が，熱電変換素子３の上部に液冷ジャケット４が取り付けられ，液冷ジャケット４とポンプ５，放熱体６が冷媒液を循環させる流路により接続された液冷システム７を有している。ペルチェ素子９は，ペルチェ効果を生じる熱電変換素子もしくは，ペルチェ効果を生じる熱電変換素子を複数個モジュール化したものである。要冷却部材１０は、本電子装置内または，配線基板１上に搭載され，発熱部材２より低発熱量だが冷却する必要がある部材のことである。ペルチェ素子９は，要冷却部材１０の上部に取り付けられる構成となっている。

この第３の実施例による作用については，熱電変換素子３を搭載することで，ゼーベック効果という静的なエネルギー変換方式を利用し，発熱部材２で生じる熱エネルギーの一部もしくは，全てを電気エネルギーに変換する。この熱電変換素子３が生成した電気エネルギーを，本電子装置内に搭載されたペルチェ効果を生じるペルチェ素子９の電力源として利用する。ペルチェ効果は，電気エネルギーを供給されると，吸熱エネルギーに変換する静的なエネルギー変換方式である。本実施例では，熱電変換素子３でゼーベック効果という静的なエネルギー変換方式により電気エネルギーを生成し，さらに当該電気エネルギーを，ペルチェ効果という静的なエネルギー変換方式により吸熱エネルギーに再生成し利用することで，エネルギー効率の向上，省エネルギー化ができる。また，ゼーベック効果，ペルチェ効果という共に静的なエネルギー変換方式を利用することで，騒音の低減にも繋げることができる。

なお、上記実施の形態は以下のように捉えることが可能である。
（１）複数の半導体素子などの発熱部材が搭載された配線基板と，前記発熱部材で発生する熱を受熱する液冷ジャケットと該液冷ジャケットで受熱した熱を放熱する放熱体と冷媒液を循環させる駆動力となるポンプとを流路によって接続し冷媒液の循環流を形成する液冷システムを有する電子装置において，前記発熱部材と前記液冷ジャケット間に複数の熱電変換素子を搭載し，前記発熱部品の発する熱エネルギーを前記熱電変換素子が電気エネルギーに変換し，前記熱電変換素子が生成した電気エネルギーを，ペルチェ効果を生ずる熱電変換素子の電力源とすることを特徴とする電子装置。
（２）（１）に加え、前記発熱部材と前記熱電変換素子間に熱伝導材を有する電子装置。
（３）（１）に加え、前記熱電変換素子と前記液冷ジャケット間に熱伝導材を有する電子装置
（４）（１）に加え、前記ポンプと前記放熱体の一方、もしくは両方の補助電力源となる補助電源を有する電子装置。

本発明の第１の実施例による電子装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例による電子装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施例による電子装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１・・・基板
２・・・発熱部材
３・・・熱電変換素子
４・・・液冷ジャケット
５・・・ポンプ
６・・・放熱体
７・・・液冷システム
８・・・補助電力源
９・・・ペルチェ素子
１０・・・要冷却部材

Claims (1)

1. 複数の半導体素子などの発熱部材が搭載された配線基板と，前記発熱部材で発生する熱を受熱する液冷ジャケットと該液冷ジャケットで受熱した熱を放熱する放熱体と冷媒液を循環させる駆動力となるポンプとを流路によって接続し冷媒液の循環流を形成する液冷システムを有する電子装置において，
   前記発熱部材と前記液冷ジャケット間に複数の熱電変換素子を搭載し，前記発熱部品の発する熱エネルギーを前記熱電変換素子が電気エネルギーに変換し，前記熱電変換素子が生成した電気エネルギーを前記ポンプと前記放熱体の一方，もしくは両方の電力源とすることを特徴とする電子装置。
   

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