JP3636118B2 - 電子装置用の水冷装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を循環する液体で冷却する電子機器装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水冷装置を備え、移動可能な電子機器装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５−３１２１４３号公報があげられる。
特に、特開平５−３１２１４３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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、いずれもタンクが可動（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。
【０００４】
本発明の目的は、電子装置が天地逆転による使われ方をしたとしても安定した液媒体の供給が可能な電子装置用の水冷装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、内部に半導体素子を搭載した筐体と、前記半導体素子と熱的に接続された受熱部と、前記筐体内に配置された放熱部と、この放熱部と前記受熱部とを接続して流路を形成するチューブと、このチューブによって前記受熱部と前記放熱部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、このタンクの内部に位置し前記液媒体を前記受熱部材に供給する管と、前記タンクと前記放熱部と前記受熱部と前記液駆動手段とをチューブで接続した電子装置用の水冷装置において、
前記タンク内の液媒体の水面が前記電子装置の天地逆転によって変化しても前記液媒体が前記受熱部材に供給される位置に前記管の流体流出口が配置されてなることにより達成される。
【０００６】
また、上記目的は、前記管の流体流出口を前記タンク内の中心部に位置させ、この中心部に前記水面を分割する仕切板を設けたことにより達成される。
【０００７】
また、上記目的は、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室のうちの中間に室内に位置させたことにより達成される。
【０００８】
また、上記目的は、前記タンク内面と仕切板との間の隙間を設けて前記３室を連通させたことにより達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
電子機器装置、いわゆるパーソナルコンピュータ（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、ＣＰＵ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。
【００１１】
これに対して、現状のこれらパソコンは、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ＣＰＵ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。
【００１２】
従がって、移動が頻繁に行われるノート型パソコンや、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。
【００１３】
そこで、上述の従来技術のように、小型の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。
【００１４】
これに対して、本発明はコンピュータ本体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。
【００１５】
そこで、本発明は、あらゆる方向にパソコ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。
【００１６】
以下、本発明の実施例を図１〜図２２に示す（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。
【００１７】
図２に、水冷システムに接続されたリザー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２７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。
【００１８】
図３に電子装置通常稼動時のリザーバタンクの平面図を示す。
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。
【００１９】
図４に電子機器装置全開時のリザーバタンクの平面図を示す。
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。
【００２０】
ところで、ノート型パソコンの使用環境は個人差、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。
【００２１】
図５は、ディスプレイを格納（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、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。
【００２２】
図６は、図５と同じくディスプレイを格納（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。
【００２３】
図７は、図６および図５の場合と異なり、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。
【００２４】
次に、図８に他の実施例であるリザーバタンク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２２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。
【００２５】
図９は、図８の実施例であるリザーバタンクの平面図であり、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。
【００２６】
さて、この水冷システムはリザーバタンク、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。
【００２７】
図１０は、リザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
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。
【００２８】
図１１は、他の実施例であるリザーバタンク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。
【００２９】
図１２は、図１０、図１１で説明したリザーバタンクが図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。
【００３０】
図１３に他の実施例のリザーバタンク水位図（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。
【００３１】
図１４に他の実施例のリザーバタンク水位図（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。
【００３２】
図１５に他の実施例でのリザーバタンクの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１９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。
【００３３】
図１６にリザーバタンクの液注入治具を説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。
【００３４】
図１７は、リザーバタンクの液注入治具を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。
【００３５】
図１８から図２１に他の実施例であるリザ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。
【００３６】
図１９は、リザーバタンクへの冷却水の注入図である。
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。
【００３７】
図２０は、液注入のシステムの運転図である。
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。
【００３８】
図２１は、冷却水の排出図である。
図２１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。
【００３９】
図２２は、液注入時の最終確認図である。
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。
【００４０】
以上のごとく、移動可能な電子機器装置用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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、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。
【００４３】
本発明によれば、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。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、電子装置が天地逆転による使われ方をしたとしても安定した液媒体の供給が可能な電子装置用の水冷装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を備えた電子機器装置の斜視図である。
【図２】図２は、第１実施例を備えたリザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
【図３】図３は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の通常稼動状態）である。
【図４】図４は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の全開状態）である。
【図５】図５は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の特殊な移動状態その１）である。
【図６】図６は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の特殊な移動状態その２）である。
【図７】図７は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の特殊な移動状態その３）である。
【図８】図８は、他の実施例を備えたリザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
【図９】図９は、他の実施例を備えたリザーバタンクを展開した平面図である。
【図１０】図１０は、他の実施例を備えたリザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
【図１１】図１１は、他の実施例を備えたリザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
【図１２】図１２は、他の実施例を備えたリザーバタンクの水位を説明する図である。
【図１３】図１３は、他の実施例を備えたリザーバタンクの水位を説明する図である。
【図１４】図１４は、他の実施例を備えたリザーバタンクの水位を説明する図である。
【図１５】図１５は、他の実施例を備えたリザーバタンクの入排出構造を説明する図である。
【図１６】図１６は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入治具を説明する概略図である。
【図１７】図１７は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入治具を説明する詳細図である。
【図１８】図１８は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【図１９】図１９は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【図２０】図２０は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【図２１】図２１は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【図２２】図２２は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【符号の説明】
１…本体ケース、２…ディスプレイケース、３…キーボード、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。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を循環する液体で冷却する電子機器装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水冷装置を備え、移動可能な電子機器装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５−３１２１４３号公報があげられる。
特に、特開平５−３１２１４３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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、いずれもタンクが可動（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。
【０００４】
本発明の目的は、電子装置が天地逆転による使われ方をしたとしても安定した液媒体の供給が可能な電子装置用の水冷装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、内部に半導体素子を搭載した筐体と、前記半導体素子と熱的に接続された受熱部と、前記筐体内に配置された放熱部と、この放熱部と前記受熱部とを接続して流路を形成するチューブと、このチューブによって前記受熱部と前記放熱部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、このタンクの内部に位置し前記液媒体を前記受熱部材に供給する管と、前記タンクと前記放熱部と前記受熱部と前記液駆動手段とをチューブで接続した電子装置用の水冷装置において、
前記タンク内の液媒体の水面が前記電子装置の天地逆転によって変化しても前記液媒体が前記受熱部材に供給される位置に前記管の流体流出口が配置されてなることにより達成される。
【０００６】
また、上記目的は、前記管の流体流出口を前記タンク内の中心部に位置させ、この中心部に前記水面を分割する仕切板を設けたことにより達成される。
【０００７】
また、上記目的は、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室のうちの中間に室内に位置させたことにより達成される。
【０００８】
また、上記目的は、前記タンク内面と仕切板との間の隙間を設けて前記３室を連通させたことにより達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
電子機器装置、いわゆるパーソナルコンピュータ（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、ＣＰＵ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。
【００１１】
これに対して、現状のこれらパソコンは、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ＣＰＵ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。
【００１２】
従がって、移動が頻繁に行われるノート型パソコンや、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。
【００１３】
そこで、上述の従来技術のように、小型の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。
【００１４】
これに対して、本発明はコンピュータ本体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。
【００１５】
そこで、本発明は、あらゆる方向にパソコ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。
【００１６】
以下、本発明の実施例を図１〜図２２に示す（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。
【００１７】
図２に、水冷システムに接続されたリザー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２７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。
【００１８】
図３に電子装置通常稼動時のリザーバタンクの平面図を示す。
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。
【００１９】
図４に電子機器装置全開時のリザーバタンクの平面図を示す。
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。
【００２０】
ところで、ノート型パソコンの使用環境は個人差、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。
【００２１】
図５は、ディスプレイを格納（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、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。
【００２２】
図６は、図５と同じくディスプレイを格納（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。
【００２３】
図７は、図６および図５の場合と異なり、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。
【００２４】
次に、図８に他の実施例であるリザーバタンク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２２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。
【００２５】
図９は、図８の実施例であるリザーバタンクの平面図であり、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。
【００２６】
さて、この水冷システムはリザーバタンク、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。
【００２７】
図１０は、リザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
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。
【００２８】
図１１は、他の実施例であるリザーバタンク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。
【００２９】
図１２は、図１０、図１１で説明したリザーバタンクが図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。
【００３０】
図１３に他の実施例のリザーバタンク水位図（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。
【００３１】
図１４に他の実施例のリザーバタンク水位図（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。
【００３２】
図１５に他の実施例でのリザーバタンクの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１９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。
【００３３】
図１６にリザーバタンクの液注入治具を説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。
【００３４】
図１７は、リザーバタンクの液注入治具を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。
【００３５】
図１８から図２１に他の実施例であるリザ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。
【００３６】
図１９は、リザーバタンクへの冷却水の注入図である。
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。
【００３７】
図２０は、液注入のシステムの運転図である。
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。
【００３８】
図２１は、冷却水の排出図である。
図２１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。
【００３９】
図２２は、液注入時の最終確認図である。
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。
【００４０】
以上のごとく、移動可能な電子機器装置用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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、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。
【００４３】
本発明によれば、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。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、電子装置が天地逆転による使われ方をしたとしても安定した液媒体の供給が可能な電子装置用の水冷装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を備えた電子機器装置の斜視図である。
【図２】図２は、第１実施例を備えたリザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
【図３】図３は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の通常稼動状態）である。
【図４】図４は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の全開状態）である。
【図５】図５は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の特殊な移動状態その１）である。
【図６】図６は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の特殊な移動状態その２）である。
【図７】図７は、第１実施例のリザーバタンクを展開した平面図（電子機器装置の特殊な移動状態その３）である。
【図８】図８は、他の実施例を備えたリザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
【図９】図９は、他の実施例を備えたリザーバタンクを展開した平面図である。
【図１０】図１０は、他の実施例を備えたリザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
【図１１】図１１は、他の実施例を備えたリザーバタンクの概略を説明する斜視図である。
【図１２】図１２は、他の実施例を備えたリザーバタンクの水位を説明する図である。
【図１３】図１３は、他の実施例を備えたリザーバタンクの水位を説明する図である。
【図１４】図１４は、他の実施例を備えたリザーバタンクの水位を説明する図である。
【図１５】図１５は、他の実施例を備えたリザーバタンクの入排出構造を説明する図である。
【図１６】図１６は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入治具を説明する概略図である。
【図１７】図１７は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入治具を説明する詳細図である。
【図１８】図１８は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【図１９】図１９は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【図２０】図２０は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【図２１】図２１は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【図２２】図２２は、他の実施例を備えたリザーバタンクの液注入手段を説明する図である。
【符号の説明】
１…本体ケース、２…ディスプレイケース、３…キーボード、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)
- 内部に半導体素子を搭載した筐体と、前記半導体素子と熱的に接続された受熱部と、前記筐体内に配置された放熱部と、この放熱部と前記受熱部とを接続して流路を形成するチューブと、このチューブによって前記受熱部と前記放熱部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、このタンクの内部に位置し前記液媒体を前記受熱部材に供給する管と、前記タンクと前記放熱部と前記受熱部と前記液駆動手段とをチューブで接続した電子装置用の水冷装置において、
前記タンク内の液媒体の水面が前記電子装置の天地逆転によって変化しても前記液媒体が前記受熱部材に供給される位置に前記管の流体流出口が配置されてなることを特徴とする電子装置用の水冷装置。 - 請求項１記載の電子装置用の水冷装置において、
前記管の流体流出口を前記タンク内の中心部に位置させたことを特徴とする電子装置用の水冷装置。 - 請求項１記載の電子装置用の水冷装置において、
前記タンク内の中心部に前記水面を分割する仕切板を設けたことを特徴とする電子装置用の水冷装置。 - 請求項１ないし３のいずれかに記載の電子装置用の水冷装置において、
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室のうちの中間に室内に位置させたことを特徴とする電子装置用の水冷装置。 - 請求項４記載の電子装置用の水冷装置において、
前記タンク内面と仕切板との間の隙間を設けて前記３室を連通させたことを特徴とする電子装置用の水冷装置。
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