JP2008027371A

JP2008027371A - 液冷ユニット用熱交換器および液冷ユニット並びに電子機器

Info

Publication number: JP2008027371A
Application number: JP2006202286A
Authority: JP
Inventors: Masumi Suzuki; 真純鈴木; Michimasa Aoki; 亨匡青木; Yosuke Tsunoda; 洋介角田; Masuo Onishi; 益生大西; Masahiko Hattori; 正彦服部
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: TWI382300B; KR100890971B1; CN101115378A; EP1890218A3; KR20080010330A; JP5133531B2; EP1890218A2; US20080023178A1; TW200813698A

Abstract

【課題】放熱の効率を高めることができる液冷ユニット用熱交換器および液冷ユニット並ぶに電子機器を提供する。
【解決手段】第１および第２平板７３、７４の間に平たい第１空間７５が区画される。第３および第４平板７６、７７の間に平たい第２空間７８が区画される。円筒状の管の断面積に比べて平たい第１および第２空間７５、７８では大きな断面積が確保される。平たい第１および第２空間７５、７８は冷媒の流通路として機能する。断面積の増大に基づき冷媒の流速は低下する。こうして冷媒は第１および第２空間７５、７８内を緩やかに流れることができる。冷媒は長い時間にわたって第１および第２平板７３、７４や第３および第４平板７６、７７に接触する。冷媒の熱は第１および第２平板７３、７４や第３および第４平板７６、７７に十分に受け渡される。放熱の効率は高められる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、例えばノートブックパーソナルコンピュータといった電子機器に組み込まれる液冷ユニットに関する。

例えば特許文献１に開示されるように、ノートブックパーソナルコンピュータ（ノートパソコン）には液冷ユニットが組み込まれる。液冷ユニットは熱交換器を備える。熱交換器は、冷媒の流通路を区画する複数のチューブを備える。チューブ同士の間に気流は流れる。こうしてチューブ内を流れる冷媒から気流に熱は受け渡される。冷媒は冷却される。
特開２００４−２９３８３３号公報特開２００４−３０４０７６号公報特開２００４−２５１４７４号公報特開２００５−３１７８７７号公報

熱交換器では多数のチューブが並列に延びる。各チューブは円筒状の管から構成される。各チューブの断面積は小さいことから、冷媒はチューブ内を高速で流れる。冷媒およびチューブの接触は極めて短時間に限られてしまう。冷媒からチューブに十分に熱が受け渡されることができない。冷媒の熱は効率的に大気中に放出されることができない。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、放熱の効率を高めることができる液冷ユニット用熱交換器および液冷ユニット並ぶに電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、基準平面に沿って広がる第１平板と、第１平板の表面に向き合わせられて、第１平板に沿って平たい第１空間を第１平板との間に区画する第２平板と、第１平板に並列に前記基準平面に沿って広がる第３平板と、第３平板の表面に向き合わせられて、第３平板に沿って第１空間に並列に平たい第２空間を第３平板との間に区画する第４平板とを備えることを特徴とする液冷ユニット用熱交換器が提供される。

こうした熱交換器では、第１および第２平板の間に平たい第１空間が区画される。第３および第４平板の間に平たい第２空間が区画される。円筒状の管の断面積に比べて平たい第１および第２空間では大きな断面積が確保されることができる。平たい空間は冷媒の流通路として機能する。断面積の増大に基づき冷媒の流速は低下する。こうして冷媒は第１および第２空間内を緩やかに流れることができる。冷媒は長い時間にわたって第１および第２平板や第３および第４平板に接触することができる。冷媒の熱は第１および第２平板や第３および第４平板に十分に受け渡される。放熱の効率は高められる。

こういった熱交換器は液冷ユニットに組み込まれる。液冷ユニットは、伝熱板で電子部品に受け止められて、伝熱板上に冷媒の流通路を区画する受熱器と、受熱器から一巡する循環経路と、循環経路に組み入れられて、冷媒から熱を奪う熱交換器とを備える。このとき、熱交換器は、基準平面に沿って広がる第１平板と、第１平板の表面に向き合わせられて、第１平板に沿って平たい第１空間を第１平板との間に区画する第２平板と、第１平板に並列に前記基準平面に沿って広がる第３平板と、第３平板の表面に向き合わせられて、第３平板に沿って第１空間に並列に平たい第２空間を第３平板との間に区画する第４平板とを備えればよい。

以上のような液冷ユニットは電子機器に組み込まれることができる。電子機器は、電子部品と、平板状の伝熱板で電子部品に受け止められる受熱器と、受熱器から一巡する循環経路と、循環経路に組み入れられて、冷媒から熱を奪う熱交換器とを備える。このとき、熱交換器は、前記熱交換器は、基準平面に沿って広がる第１平板と、第１平板の表面に向き合わせられて、第１平板に沿って平たい第１空間を第１平板との間に区画する第２平板と、第１平板に並列に前記基準平面に沿って広がる第３平板と、第３平板の表面に向き合わせられて、第３平板に沿って第１空間に並列に平たい第２空間を第３平板との間に区画する第４平板とを備えればよい。

こうした電子機器によれば、前述と同様の作用効果が実現される。加えて、熱交換器では第２空間は第１空間に並列に区画される。冷媒は、第１空間で例えば熱交換器の一方の側面から他方の側面に向かって流れる。その後、冷媒は、第２空間で例えば熱交換器の他方の側面から一方の側面に向かって流れる。こうして例えば熱交換器の一方の側面で冷媒の流入と流出とが実現されることができる。電子機器内で電子部品や受熱器の配置に応じて流入と流出とを実現する側面は選択されることができる。電子機器内で電子部品や受熱器は様々な配置をとることができる。

以上のように本発明によれば、放熱の効率を高めることができる液冷ユニット用熱交換器および液冷ユニット並ぶに電子機器が提供されることができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る電子機器の一具体例すなわちノートブックパーソナルコンピュータ（ノートパソコン）１１の外観を概略的に示す。このノートパソコン１１は、薄型の第１筐体すなわち本体筐体１２と、この本体筐体１２に揺動自在に連結される第２筐体すなわちディスプレイ用筐体１３とを備える。本体筐体１２は、ベース１２ａと、ベース１２ａに着脱自在に結合されるカバー１２ｂとを備える。本体筐体１２の表面にはキーボード１４やポインティングデバイス１５といった入力装置が組み込まれる。利用者はこういった入力装置１４、１５から指示やデータを入力することができる。

ディスプレイ用筐体１３には例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルモジュール１６が組み込まれる。ＬＣＤパネルモジュール１６の画面は、ディスプレイ用筐体１３に区画される窓孔１７に臨む。画面にはテキストやグラフィックスが表示されることができる。利用者はそういったテキストやグラフィックスに基づきノートパソコン１１の動作を確認することができる。ディスプレイ用筐体１３は、本体筐体１２に対する揺動を通じて本体筐体１２に重ね合わせられることができる。

図２に示されるように、本体筐体１２の収容空間にはプリント基板ユニット１８が収容される。プリント基板ユニット１８は、プリント基板１９と、プリント基板１９の表面に実装される電子部品すなわち第１および第２ＬＳＩ（大規模集積回路）パッケージ２１、２２とを備える。第１ＬＳＩパッケージ２１では、小型のプリント基板上に例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）チップ（図示されず）が実装される。第２ＬＳＩパッケージ２２では、小型のプリント基板上に例えばビデオチップ（図示されず）が実装される。ＣＰＵチップは例えばＯＳ（オペレーティングシステム）やアプリケーションソフトウェアに基づき演算処理を実施する。ビデオチップは例えばＣＰＵチップの演算処理に基づき画像処理を実行する。

プリント基板１９の外側には、本体筐体１２の収容空間にＤＶＤ駆動装置２３やハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）２４といった記録媒体駆動装置が収容される。前述のＯＳやアプリケーションソフトウェアは例えばＨＤＤ２４に格納されればよい。本体筐体１２の収容空間にはカードユニット２５が収容される。カードユニット２５には、カードスロットからメモリカードやＳＣＳＩカード、ＬＡＮカードといったＰＣカードが差し込まれる。カードユニット２５は例えばプリント基板１９に実装されればよい。

本体筐体１２の収容空間にはプリント基板１９上に液冷ユニット２７が配置される。液冷ユニット２７は、第１ＬＳＩパッケージ２１に受け止められる第１受熱器２８を備える。第１受熱器２８はＣＰＵチップの熱を奪う。第１受熱器２８は例えばプリント基板１９にねじ留めされればよい。液冷ユニット２７では、第１受熱器２８から一巡する冷媒の循環経路が確立される。ここでは、冷媒には例えばプロピレングリコール系の不凍液が用いられればよい。第１受熱器２８の詳細は後述される。

循環経路には第２ＬＳＩパッケージ２２に受け止められる第２受熱器２９が組み入れられる。第２受熱器２９は第１受熱器２８の下流で第１受熱器２８に接続される。第２受熱器２９は、ビデオチップに受け止められる伝熱板を備える。こうして第２受熱器２９はビデオチップの熱を奪う。伝熱板は後述の金属管に取り付けられる。伝熱板は例えばプリント基板１９にねじ留めされればよい。伝熱板は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成されればよい。

循環経路には冷媒から熱を奪う熱交換器３１が組み入れられる。熱交換器３１は第２受熱器２９の下流で第２受熱器２９に接続される。熱交換器３１にはファンユニット３２の送風口が向き合わせられる。熱交換器３１やファンユニット３２は例えばプリント基板１９にねじ留めされればよい。熱交換器３１は、ファンユニット３２と本体筐体１２の排気口３３との間に配置される。ファンユニット３２は、熱交換器３１から排気口３３に抜ける気流を生成する。熱交換器３１およびファンユニット３２の詳細は後述される。ファンユニット３２は、プリント基板１９に形成される切り欠き内に配置されればよい。

ファンユニット３２はファンハウジング３４を備える。ファンハウジング３４は所定の収容空間を区画する。ファンハウジング３４の底板および天板には吸気用開口３５が形成される。吸気用開口３５はファンハウジング３４の内側の収容空間とファンハウジング３４の外側の空間とを相互に接続する。ファンハウジング３４の収容空間にはファン３６が収容される。

循環経路にはタンク３７が組み入れられる。タンク３７は熱交換器３１の下流で熱交換器３１に接続される。タンク３７は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成されればよい。タンク３７は例えばプリント基板１９にねじ留めされればよい。タンク３７は循環経路内で冷媒や空気を貯蔵することができる。冷媒や空気はタンク３７の貯蔵空間に貯蔵される。貯蔵空間には冷媒の流出口が区画される。冷媒の流出口は貯蔵空間の底面に近接して区画される。例えば蒸発に基づき冷媒が減少しても、重力の働きで冷媒は貯蔵空間の底面に溜まる。したがって、流出ノズルに空気の進入は回避されることができる。流出口には冷媒のみが流入することができる。

循環経路にはポンプ３８が組み入れられる。ポンプ３８はタンク３７の下流でタンク３７に接続される。ポンプ３８の下流には第１受熱器２８が接続される。ポンプ３８は例えばプリント基板１９にねじ留めされればよい。ポンプ３８には例えば圧電式ポンプが用いられればよい。圧電式ポンプには圧電素子が組み込まれる。圧電素子に電流が供給されると、圧電素子の振幅運動でポンプ３８から第１受熱器２８に向かって冷媒は吐き出される。こうしてポンプ３８は循環経路で冷媒を循環させる。こうしたポンプ３８は例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂といった水分透過性の比較的に低い樹脂材料から形成されればよい。ポンプ３８には例えばカスケードポンプやピストンポンプが用いられてもよい。

図３に示されるように、第１受熱器２８および第２受熱器２９の間、第２受熱器２９および熱交換器３１の間、熱交換器３１およびタンク３７の間、タンク３７およびポンプ３８の間、ポンプ３８および第１受熱器２８の間はそれぞれ１本のホース４１で接続される。ホース４１の両端は、第１受熱器２８や第２受熱器２９、熱交換器３１、タンク３７、ポンプ３８の金属管４２に結合される。ホース４１や金属管４２は例えば円筒形に形成される。ホース４１および金属管４２の結合にあたってホース４１には留め具（図示されず）が取り付けられればよい。

ホース４１は例えばゴムといった可撓性の弾性樹脂材料から構成されればよい。金属管４２は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成されればよい。ホース４１の弾性に基づき第１受熱器２８や第２受熱器２９、熱交換器３１、タンク３７、ポンプ３８の相対的な位置ずれは許容される。ホース４１の長さは、位置ずれを許容する最小値に設定されればよい。ホース４１が金属管４２から取り外されれば、第１受熱器２８や第２受熱器２９、熱交換器３１、タンク３７、ポンプ３８はそれぞれ個別に簡単に交換されることができる。

図４に示されるように、第１受熱器２８は例えば箱形の筐体４４を備える。筐体４４は、密閉された内部空間を区画する。筐体４４は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成されればよい。筐体４４は底板で平板状の伝熱板４５を区画する。伝熱板４５上には冷媒の流通路４６が区画される。

筐体４４には、伝熱板４５の外側で筐体４４の外側から流通路４６の上流端に臨む少なくとも２つの流入ノズル４７、４７が連結される。流入ノズル４７は例えば円筒形に形成されればよい。流入ノズル４７は金属管４２から二股に分岐すればよい。流入ノズル４７、４７同士は相互に並列に配置される。ここでは、流入ノズル４７、４７は相互に平行に配置されればよい。流通路４６は流入ノズル４７の延長線上に延びる。

その一方で、筐体４４には、伝熱板４５の外側で筐体４４の外側から流通路の下流端に臨む流出ノズル４８が連結される。流出ノズル４８は例えば円筒形に形成されればよい。流入ノズル４７および流出ノズル４８は同一の向きで配置される。筐体４４内では、流入ノズル４７から流通路４６に流入した冷媒は筐体４４の内壁に沿って流れる。冷媒は筐体４４の内壁でＵターンする。冷媒は筐体４４の内壁に沿って流出ノズル４８に向かって流通する。冷媒は流出ノズル４８から吐き出される。伝熱板４５から冷媒に熱は受け渡される。こうして筐体４４内にはＵ字形の流通路４６が区画される。

伝熱板４５上には複数枚の放熱フィン４９が千鳥状に配置される。放熱フィン４９は伝熱板４５の表面から立ち上がる。放熱フィン４９は冷媒の流通方向に広がる。放熱フィン４９は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成されればよい。放熱フィン４９は例えば伝熱板４５に一体に形成されればよい。放熱フィン４９、４９は千鳥状に配置されることから、放熱フィン４９、４９同士の間には前述の流通路４６が確保されることができる。流通路４６で冷媒は淀みなく流れることができる。放熱フィン４９には伝熱板４５から熱が伝達される。放熱フィン４９から冷媒に熱は受け渡される。

図５に示されるように、伝熱板４５は第１ＬＳＩパッケージ２１上のＣＰＵチップ５１に受け止められる。第１ＬＳＩパッケージ２１は例えばＰＧＡ（ピングリッドアレイ）に基づきソケットを介してプリント基板１９に固定されればよい。ＣＰＵチップ５１および伝熱板４５の間には熱拡散プレート５２が挟み込まれる。熱拡散プレート５２は例えば銅といった高熱伝導性の金属材料から形成されればよい。こうした熱拡散プレート５２の働きでＣＰＵチップ５１から伝熱板４５に効率的に熱は受け渡されることができる。

筐体４４は、流通路４６の下流端および流出ノズル４８の間で伝熱板４５から窪む窪み５３を備える。こうした窪み５３に基づき筐体４４は流通路４６よりも低い空間５４を区画する。空間５４には流出ノズル４８が臨む。こうして流出ノズル４８は伝熱板４５の縁に向き合う。同様に、筐体４４では、流通路４６の上流端および流入ノズル４７、４７の間で伝熱板４５から窪む窪み５３ａが区画される。窪み５３ａに基づき流通路４６よりも低い空間５４ａが区画される。空間５４ａには流入ノズル４７、４７が臨む。こうして流入ノズル４７は伝熱板４５の縁に向き合う。その一方で、筐体４４には平板状の天板５５が区画される。天板５５は伝熱板４５および窪み５３、５３ａに向き合わせられる。

こうした第１受熱器２８では、窪み５３、５３ａは流通路４６の上流端や下流端と流入ノズル４７や流出ノズル４８との間に区画される。すなわち、空間５４、５４ａは伝熱板４５すなわち第１ＬＳＩパッケージ２１の外側に配置される。こうした空間５４、５４ａに流入ノズル４７や流出ノズル４８は臨む。その結果、流入ノズル４７や流出ノズル４８が第１ＬＳＩパッケージ２１上で直接に流通路４６に臨む場合に比べて、筐体４４の厚みの増大は回避される。プリント基板１９の表面から第１受熱器２８の高さは抑制される。こうした第１受熱器２８は本体筐体１２の薄型化に大いに貢献することができる。

筐体４４では、伝熱板４５は水平方向に広がる。空間５４は流通路４６よりも低いことから、重力の働きで冷媒は流入路４６から空間５４に流れ込む。循環経路でポンプ３８やホース４１からの蒸発に基づき例えば冷媒が減少しても、冷媒は空間５４に溜め込まれることができる。したがって、流通路４６内に空気が混入したとしても、空間５４内では空気は天板５５側に集められる。その結果、流出ノズル４８内に空気の進入はできる限り回避される。循環経路内で空気の流通は回避される。

図６に示されるように、ファン３６はいわゆる遠心ファンに構成される。ファン３６は、回転体５６と、回転体５６の周囲で回転体５６から放射状に広がる複数枚の羽根５７とを備える。ファン３６が回転中心軸５８回りで回転すると、ファンハウジング３４の底板の吸気用開口３５や天板の吸気用開口３５から回転中心軸５８に沿って空気は導入される。ファン３６の回転で遠心方向に気流は生成される。

ファンハウジング３４には、ファン３６の遠心方向外側に配置される送風口５９が区画される。送風口５９および排気口３３の間には熱交換器３１が配置される。遠心方向の気流はファンハウジング３４の内面に沿って送風口５９まで誘導される。こうして送風口５９から気流は吐き出される。気流は熱交換器３１を通過して排気口３３に至る。熱交換器３１は気流の流通方向に直交する方向に延びる。

図７に示されるように、熱交換器３１は、ベース１２ａの底面に平行に広がる第１平板６１と、第１平板６１の表面に向き合わせられる第２平板６２とを備える。第２平板６２は第１平板６１に平行に広がる。第１および第２平板６１、６２の縁同士は結合される。こうして第１および第２平板６１、６２の間には第１平板６１に沿って平たい空間６３が区画される。空間６３は冷媒の流通路として機能する。空間６３は金属管４２の中心軸に沿って広がる。第１および第２平板６１、６２は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成される。

第１平板６１の外向き面には複数枚の第１放熱フィン６４が立ち上がる。第２平板６２の外向き面には複数枚の第２放熱フィン６５が立ち上がる。第１および第２放熱フィン６４、６５はファンユニット３２の送風口５９から排気口３３に向かって延びる。こうして第１放熱フィン６４、６４同士の間や第２放熱フィン６５、６５同士の間には気流の流通路が区画される。気流は流通路や第１および第２平板６１、６２の外向き面に沿って流通する。第１および第２放熱フィン６４、６５は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成される。

図８に示されるように、空間６３は平たく形成される。金属管４２の断面積に比べて空間６３では十分な断面積で冷媒の流通路が確保される。空間６３では冷媒の流速は抑制される。こうして冷媒は空間６３を比較的に緩やかに流れることができる。冷媒は長い時間にわたって第１および第２平板６１、６２に接触することができる。冷媒の熱は第１および第２平板６１、６２に十分に伝達されることができる。冷媒の熱は効率的に気流に受け渡されることができる。

いま、冷媒が循環経路を循環する場面を想定する。前述されるように、冷媒には例えばプロピレングリコール系の不凍液が用いられる。ノートパソコン１１の電源が入れられると、ＣＰＵチップ５１はファンユニット３２を稼働させる。ファン３６は回転する。本体筐体１２に形成される吸気口（図示されず）から外気が導入される。吸気用開口３５から回転中心軸５８に沿って空気は導入される。こうしてプリント基板１９の表裏面に沿って気流は流通する。同時に、ＣＰＵチップ５１はポンプ３８を稼働させる。循環経路内で冷媒の流れは作り出される。

ＣＰＵチップ５１の処理動作中、ＣＰＵチップ５１は第１発熱量で発熱する。ＣＰＵチップ５１の熱は第１受熱器２８の伝熱板４５および放熱フィン４９に受け渡される。伝熱板４５や放熱フィン４９の熱は流通路４６内の冷媒に受け渡される。冷媒は２つの流入ノズル４７、４７から流通路４６に流入する。こうして流通路４６では２つの流れが生み出される。流通路４６では冷媒の流れは大きく広がる。冷媒は流通路４６内で淀みなく流れる。伝熱板４５の熱は効率的に冷媒に受け渡されることができる。こうしてＣＰＵチップ５１は冷却される。

冷媒は第１受熱器２８から第２受熱器２９に流れる。ビデオチップの処理動作中、ビデオチップは、第１発熱量より小さい第２発熱量で発熱する。ビデオチップの熱は第２受熱器２９の伝熱板に受け渡される。熱は伝熱板から金属管４２内の冷媒に受け渡される。こうしてビデオチップは冷却される。冷媒は第２受熱器２９から熱交換器３１に流れる。ここでは、ビデオチップはＣＰＵチップ５１の第１発熱量より小さい第２発熱量で発熱することから、発熱量の大きいＣＰＵチップ５１が最初に冷却されることができる。こうしてＣＰＵチップ５１およびビデオチップは効率的に冷却されることができる。

熱交換器３１では冷媒は空間６３に流入する。冷媒の熱は第１および第２平板６１、６２や第１および第２放熱フィン６４、６５に受け渡される。ファンユニット３２の働きで送風口５９から排気口３３に向かって気流は生み出される。冷媒の熱は第１および第２平板６１、６２の外向き面や第１および第２放熱フィン６４、６５の表面から大気中に放出される。冷媒は冷却される。気流は排気口３３から本体筐体１２の外側に吐き出される。冷媒はタンク３７に流れる。その後、冷媒はタンク３７からポンプ３８に流れる。

以上のようなノートパソコン１１では、本体筐体１２の収容空間に液冷ユニット２７が配置される。ディスプレイ用筐体１３には液冷ユニット２７の構成部品は組み込まれない。ホース４１や金属管４２が本体筐体１２およびディスプレイ用筐体１３の間で行き来する必要はない。ノートパソコン１１の組立にあたって、液冷ユニット２７は簡単に本体筐体１２に組み込まれることができる。組立コストは抑制されることができる。同様に、液冷ユニット２７は本体筐体１２から簡単に取り外されることができる。

しかも、ノートパソコン１１は本体筐体１２で例えば机上に設置される。前述の図１から明らかなように、ディスプレイ用筐体１３は、水平姿勢を確立する本体筐体１２の一端に沿って傾斜姿勢を確立する。液冷ユニット２７が本体筐体１２に組み込まれれば、液冷ユニット２７の重量でノートパソコン１１の重心は低く設定されることができる。ノートパソコン１１の姿勢は安定することができる。

加えて、液冷ユニット２７では、第１受熱器２８、第２受熱器２９、熱交換器３１、タンク３７、金属管４２はすべてアルミニウムから形成される。したがって、循環経路内で冷媒はアルミニウム以外の金属材料に接触しない。冷媒に金属イオンの溶出は回避される。第１受熱器２８や第２受熱器２９、熱交換器３１、タンク３７、ポンプ３８、金属管４２の浸食は防止される。循環経路から液漏れは回避される。

さらに、熱交換器３１では、円筒状の管で冷媒の流通路が区画される場合に比べて、第１平板６１や第２平板６２は大きな面積で第１放熱フィン６４や第２放熱フィン６５に接触することができる。放熱の効率は高められることができる。さらにまた、空間６３は金属管４２の中心軸に沿って広がる。たとえ冷媒の量が減少しても、金属管４２から空間６３に空気の流入は回避される。冷媒は第２平板６２に沿って流れることができる。放熱の効率は高められる。その一方で、第１および第２平板６１、６２に比べて円筒状の管は気流の流通を妨げてしまう。

図９に示されるように、第１受熱器２８では、流入ノズル４７の先端は例えば横長に広がってもよい。ここでは、流入ノズル４７の先端は伝熱板４５や天板５５に沿って横長に広がればよい。こうした流入ノズル４７によれば、冷媒は流入ノズル４７の先端から流入路４６に横長に広がりつつ流入することができる。流通路４６では冷媒の流れは一層大きく広がることができる。伝熱板４５や放熱フィン４９から冷媒に一層効率的に熱は受け渡されることができる。

図１０に示されるように、液冷ユニット２７は前述の熱交換器３１に代えて熱交換器３１ａを備えてもよい。熱交換器３１ａは、前述の第１および第２平板６１、６２に加えて、第３および第４平板６６、６７をさらに備える。第３平板６６は第２平板６２の表面に向き合わせられる。第４平板６７は第３平板６６の表面に向き合わせられる。第３および第４平板６６、６７の縁同士は結合される。こうして第３および第４平板６６、６７の間には第３平板６６に沿って平たい空間６８が区画される。空間６８は冷媒の流通路として機能する。第３および第４平板６６、６７は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成される。

前述の熱交換器３１と同様に、第１平板６１の外向き面には複数枚の第１放熱フィン６４が立ち上がる。その一方で、複数枚の第２放熱フィン６５は第４平板６７の外向き面から立ち上がる。こうして第２平板６２の表面および第３平板６６の裏面の間には隙間が区画される。こうした隙間はファンユニット３２の送風口５９から排気口３３に向かって気流の流通路として機能する。

第２平板６２の表面および第３平板６６の裏面の隙間には支柱６９、６９が配置される。支柱６９は第２平板６２および第３平板６６に受け止められる。こうして支柱６９は第２平板６２および第３平板６６の隙間を維持する。こうして熱交換器３１ａの製造時、第１平板６１および第４平板６７すなわち第２平板６２および第３平板６６に相互に近づく方向に力が加えられても、第１〜第４平板６１、６２、６６、６７の撓みは回避される。撓みに基づく空間６３、６８の断面積の減少は回避される。

こういった熱交換器３１ａでは、相互に並列に２つの空間６３、６８が区画される。空間６３、６８内で冷媒は流通する。前述の熱交換器３１に比べて流通路の断面積は増大することができる。断面積の増大に基づき冷媒の流速は低下する。冷媒は空間６３、６８を一層緩やかに流れることができる。冷媒は長い時間にわたって第１および第２平板６１、６２並びに第３および第４平板６６、６７に接触する。冷媒の熱は第１および第２平板６１、６２並びに第３および第４平板６６、６７に十分に伝達される。冷媒の熱は効率的に気流に受け渡される。

しかも、第２平板６２および第３平板６６の間に区画される隙間には気流が流れ込むことができる。こうした気流は第２平板６２の表面および第３平板６６の裏面に沿って流通する。その結果、第２平板６２の表面および第３平板６６の裏面から大気中に熱が放出される。前述の熱交換器３１に比べて、放熱の効率は高められることができる。

図１１に示されるように、液冷ユニット２７は前述の熱交換器３１、３１ａに代えて熱交換器３１ｂを備えてもよい。この熱交換器３１ｂは、熱交換器３１ａの第１および第２平板６１、６２並びに第３および第４平板６６、６７に加えて、第５および第６平板７１、７２をさらに備える。第５平板７１は第２平板６２の表面に向き合わせられる。第６平板７２は第５平板７１の表面に向き合わせられる。同時に、第６平板７２は第３平板６６の裏面に向き合わせられる。第５および第６平板７１、７２の縁同士は結合される。こうして第５および第６平板７１、７２の間には第５平板７１に沿って平たい空間７３が区画される。空間７３は冷媒の流通路として機能する。第５および第６平板７１、７２は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成される。

前述の熱交換器３１ａと同様に、第１平板６１の外向き面には複数枚の第１放熱フィン６４が立ち上がる。第４平板６７の外向き面には複数枚の第２放熱フィン６５が立ち上がる。こうして第２平板６２の表面および第５平板７１の裏面の間には隙間が区画される。同時に、第６平板７２の表面および第３平板６６の裏面の間には隙間が区画される。こうした２つの隙間はファンユニット３２の送風口５９から排気口３３に向かって気流の流通路として機能する。隙間には前述と同様に支柱６９、６９が配置されればよい。

こうした熱交換器３１ｂでは、相互に並列に３つの空間６３、６８、７３が区画される。空間６３、６８、７３内で冷媒は流通する。前述の熱交換器３１、３１ａに比べて流通路の断面積は増大することができる。前述に比べて、冷媒は空間６３、６８、７３を一層緩やかに流れる。前述と同様に、冷媒の熱は効率的に気流に受け渡されることができる。こうして熱交換器３１、３１ａ、３１ｂでは、空間６３、６８、７３の数に基づき冷媒の流速は調整されることができる。しかも、２つの隙間には気流が流れ込むことができる。前述の熱交換器３１、３１ａに比べて、放熱の効率は高められることができる。

図１２に示されるように、液冷ユニット２７は、前述の熱交換器３１、３１ａ、３１ｂに代えて、熱交換器３１ｃを備えてもよい。この熱交換器３１ｃでは、前述の熱交換器３１の第１および第２平板６１、６２が冷媒の流通方向に２つに分割される。すなわち、熱交換器３１ｃは、基準平面に沿って広がる第１平板７４と、第１平板７４の表面に向き合わせられる第２平板７５とを備える。第１および第２平板７４、７５の間には平たい空間７６が区画される。空間７６は冷媒の流通路として機能する。第１および第２平板７４、７５は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成される。

同様に、熱交換器３１ｃは、第３平板７７と、第３平板７７の表面に向き合わせられる第４平板７８とを備える。第３平板７７は前述の基準平面に沿って広がる。第３および第４平板７７、７８の間には平たい空間７９が区画される。空間７９は冷媒の流通路として機能する。空間７９は空間７６に並列に延びる。ここでは、送風口５９から排気口３３に向かう気流の流通方向に沿って規定される空間７６の長さＬ１は、同様に規定される空間７９の長さＬ２に等しく設定されればよい。第３および第４平板７７、７８は例えばアルミニウムといった熱伝導性の金属材料から形成される。

図１３に示されるように、液冷ユニット２７では、熱交換器３１ｃに代えて、熱交換器３１ｄが用いられてもよい。この熱交換器３１ｄでは、前述の熱交換器３１ｃの空間７６、７９の長さＬ１、Ｌ２が変更される。ここでは、空間７９の長さＬ２は空間７６の長さＬ１よりも大きく設定されればよい。ただし、空間７９の長さＬ２が空間７６の長さＬ１よりも小さく設定されてもよい。

図１４は本発明の第２実施形態に係る電子機器の一具体例すなわちノートパソコン１１ａの内部構造を概略的に示す。このノートパソコン１１ａでは、本体筐体１２の収容空間に液冷ユニット２７ａが配置される。液冷ユニット２７ａは、前述の第１受熱器２８、第２受熱器２９および熱交換器３１に代えて、第１受熱器８１、第２受熱器８２および熱交換器８３を備える。液冷ユニット２７ａでは第１受熱器８１から一巡する循環経路が区画される。その他、前述のノートパソコン１１と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。

液冷ユニット２７ａでは、ファンユニット３２は冷媒の循環経路の外側に配置される。タンク３７およびポンプ３８はプリント基板１９の外側に配置される。タンク３７はプリント基板１９およびＨＤＤ２４の間に配置される。ポンプ３８はプリント基板１９およびＤＶＤ駆動装置２３の間に配置される。タンク３７やポンプ３８は例えばベース１２ａの底板にねじ留めされればよい。なお、ベース１２ａの底板に例えば開口（図示されず）が区画されれば、タンク３７やポンプ３８はベース１２ａの底面側から交換されることができる。

タンク３７およびポンプ３８とプリント基板１９との間には仕切り板８４が配置される。仕切り板８４はベース１２ａの底板から直立すればよい。仕切り板８４は、プリント基板１９の収容空間と、タンク３７およびポンプ３８の収容空間とを仕切る。その結果、プリント基板１９の収容空間と、タンク３７およびポンプ３８の収容空間との間で空気の移動は抑制される。その結果、タンク３７およびポンプ３８の収容空間に、第１および第２ＬＳＩパッケージ２１、２２の熱を帯びた空気の進入は回避される。タンク３７やポンプ３８の温度上昇は回避される。ポンプ３８から冷媒の蒸発は抑制される。

図１５に示されるように、ベース１２ａの底板には第１吸気口８５および第２吸気口８６が区画される。第１および第２吸気口８５、８６は本体筐体１２外側の空間から本体筐体１２内側の空間に空気を導入する。ここでは、第１吸気口８５は本体筐体１２内でタンク３７に向き合わせられる。第２吸気口８６は本体筐体１２内でポンプ３８に向き合わせられる。こうしてタンク３７やポンプ３８は本体筐体１２外側の外気に曝されることができる。第１および第２吸気口８５、８６は一体化されてもよい。

本体筐体１２の底面の四隅にはパッド８７が固定される。パッド８７は本体筐体１２の底面から突き出る。こうしたパッド８７は例えばゴムといった弾性樹脂材料から形成されればよい。ノートパソコン１１ａが机上に設置されると、本体筐体１２はパッド８７で机の表面に受け止められる。その結果、本体筐体１２の底面および机の表面の間に隙間が形成されることができる。第１および第２吸気口８５、８６の遮蔽は回避されることができる。

図１６に示されるように、第１受熱器８１では、流入ノズル４７、４７および流出ノズル４８は相互に向き合う。こうして伝熱板４５上には、流入ノズル４７、４７から流出ノズル４８に向かって真っ直ぐに流通路４６が区画される。図１７に示されるように、流入ノズル４７は空間５４ａに臨む。流出ノズル４８は空間５４に臨む。こうして、前述と同様に、流入ノズル４７および流出ノズル４８は第１ＬＳＩパッケージ２１の外側で流通路４６に接続される。筐体４４の厚みの増大は回避される。

図１８に示されるように、熱交換器８３では、前述の熱交換器３１ｃと同様に、相互に並列に延びる空間７６、７９が区画される。ただし、１対の金属管４２が熱交換器８３の一方の側面に接続される。こうして冷媒は一方の金属管４２から空間７９に流入する。空間７９から空間７６に冷媒は流れる。冷媒は空間７６から他方の金属管４２に流入する。こうして冷媒は長い時間にわたって第１および第２平板７４、７５並び第３および第４平板７６、７７に接触することができる。同時に、冷媒の流通路は細分化される。流通路内で冷媒は淀みなく流れることができる。冷媒の熱は効率的に気流に受け渡される。

こうして空間７６、７９が並列に区画されれば、冷媒の流通路の確立にあたって１対の金属管４２、４２が熱交換器８３の一方の側面に接続されれば足りる。熱交換器８３では他方の側面に金属管４２が連結される必要はない。熱交換器８３の小型化は実現されることができる。同時に、プリント基板１９上で電子部品の配置に応じて金属管４２の配置は変更されることができる。本体筐体１２の収容空間で電子部品は様々な配置をとることができる。

以上のようなノートパソコン１１ａでは、前述のノートパソコン１１と同様に、ポンプ３８の働きで循環経路に冷媒が循環する。ＣＰＵチップ５１の熱は第１受熱器８１に受け渡される。ビデオチップの熱は第２受熱器８２に受け渡される。冷媒の温度は上昇する。冷媒は第２受熱器８２から熱交換器８３に導入される。熱交換器８３では、冷媒の熱は大気中に放出される。冷媒は冷却される。気流は排気口３３から本体筐体１２の外側に吐き出される。冷却後の冷媒はタンク３７に導入される。

同時に、ＣＰＵチップ５１の熱やビデオチップの熱はプリント基板１９に受け渡される。プリント基板１９内の配線パターンを介して熱はプリント基板１９内に広がる。タンク３７やポンプ３８はプリント基板１９の外側に配置されることから、タンク３７やポンプ３８にこうした熱は伝達されない。タンク３７内の冷媒やポンプ３８内の冷媒の温度上昇は回避される。タンク３７やポンプ３８では冷媒の熱は本体筐体１２内に放出されることができる。

しかも、タンク３７やポンプ３８には第２吸気口８６や第１吸気口８５が向き合わせられる。第１吸気口８５や第２吸気口８６から本体筐体１２内に外気が導入される。タンク３７やポンプ３８は外気に曝される。タンク３７内の冷媒やポンプ３８内の冷媒の熱はタンク３７やポンプ３８から外気中に放出される。熱交換器８３に加えてタンク３７やポンプ３８でも冷媒の熱は大気中に放出されることができる。冷媒は一層効率的に冷却されることができる。

その他、図１９に示されるように、熱交換器８３では、前述の熱交換器３１ｄと同様に、空間７６、７９の長さＬ１、Ｌ２は変更されてもよい。ここでは、空間７９の長さＬ２は空間７６の長さＬ１よりも大きく設定されればよい。ただし、空間７９の長さＬ２は空間７６の長さＬ１よりも小さく設定されてもよい。

以上のような冷却ユニット２７、２７ａは、ノートパソコン１１、１１ａに加えて、例えば携帯情報端末（ＰＤＡ）やデスクトップパーソナルコンピュータ、サーバコンピュータといったその他の電子機器に組み込まれることができる。

本発明の第１実施形態に係る電子機器の一具体例すなわちノートブックパーソナルコンピュータ（ノートパソコン）の外観を概略的に示す斜視図である。ノートパソコンの内部構造を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る液冷ユニットの構造を概略的に示す平面図である。本発明の一具体例に係る受熱器の構造を概略的に示す断面図である。図４の５−５線に沿った断面図である。ファンユニットの構造を概略的に示す部分断面図である。図６の７−７線に沿った断面図であり、本発明の一具体例に係る熱交換器の構造を概略的に示す図である。図７の８−８線に沿った断面図である。流入ノズルの構造を概略的に示す図である。図７に対応し、本発明の他の具体例に係る熱交換器の構造を概略的に示す断面図である。図７に対応し、本発明のさらに他の具体例に係る熱交換器の構造を概略的に示す断面図である。図８に対応し、本発明のさらに他の具体例に係る熱交換器の構造を概略的に示す断面図である。図８に対応し、本発明のさらに他の具体例に係る熱交換器の構造を概略的に示す断面図である。本発明の第２実施形態に係るノートパソコンの内部構造を概略的に示す斜視図である。本体筐体の構造を概略的に示す斜視図である。図４に対応し、本発明の他の具体例に係る受熱器の構造を概略的に示す断面図である。図１６の１７−１７線に沿った断面図である。図８に対応し、本発明のさらに他の具体例に係る熱交換器の構造を概略的に示す断面図である。図８に対応し、本発明のさらに他の具体例に係る熱交換器の構造を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１１電子機器（ノートブックパーソナルコンピュータ）、２１電子部品（第１ＬＳＩパッケージ）、２２電子部品（第２ＬＳＩパッケージ）、２７液冷ユニット、２８受熱器、２９受熱器、３１液冷ユニット用熱交換器、４５伝熱板、４６流通路、７３第１平板、７４第２平板、７５第１空間、７６第３平板、７７第４平板、７８第２空間、８３液冷ユニット用熱交換器、８１受熱器、８２受熱器。

Claims

基準平面に沿って広がる第１平板と、第１平板の表面に向き合わせられて、第１平板に沿って平たい第１空間を第１平板との間に区画する第２平板と、第１平板に並列に前記基準平面に沿って広がる第３平板と、第３平板の表面に向き合わせられて、第３平板に沿って第１空間に並列に平たい第２空間を第３平板との間に区画する第４平板とを備えることを特徴とする液冷ユニット用熱交換器。
伝熱板で電子部品に受け止められて、伝熱板上に冷媒の流通路を区画する受熱器と、受熱器から一巡する循環経路と、循環経路に組み入れられて、冷媒から熱を奪う熱交換器とを備え、前記熱交換器は、基準平面に沿って広がる第１平板と、第１平板の表面に向き合わせられて、第１平板に沿って平たい第１空間を第１平板との間に区画する第２平板と、第１平板に並列に前記基準平面に沿って広がる第３平板と、第３平板の表面に向き合わせられて、第３平板に沿って第１空間に並列に平たい第２空間を第３平板との間に区画する第４平板とを備えることを特徴とする液冷ユニット。
電子部品と、平板状の伝熱板で電子部品に受け止められる受熱器と、受熱器から一巡する循環経路と、循環経路に組み入れられて、冷媒から熱を奪う熱交換器とを備え、前記熱交換器は、前記熱交換器は、基準平面に沿って広がる第１平板と、第１平板の表面に向き合わせられて、第１平板に沿って平たい第１空間を第１平板との間に区画する第２平板と、第１平板に並列に前記基準平面に沿って広がる第３平板と、第３平板の表面に向き合わせられて、第３平板に沿って第１空間に並列に平たい第２空間を第３平板との間に区画する第４平板とを備えることを特徴とする電子機器。