JP4214106B2

JP4214106B2 - 電子装置の冷却装置

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Publication number: JP4214106B2
Application number: JP2004333562A
Authority: JP
Inventors: 慎一小林
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2024-11-17
Also published as: JP2006147722A; KR100638231B1; CN1777354A; US20060102326A1; US7337830B2; KR20060055286A; CN100508710C

Description

本発明は電子装置の冷却装置に係り、特に冷却水を用いて電子装置の冷却処理を行う電子装置の冷却装置に関する。

近年、半導体装置をはじめとする電子装置は、高密度化及び高速化が図られており、これに伴い電子装置から発生する熱の処理が大きな問題となってきている。このように電子機器から発生する熱が増大すると、放熱フィン等を用いた自然放熱では対応することができなくなり、よって冷却装置を用いて強制的に冷却することが行なわれる（例えば、特許文献１参照）。

図１は、従来の一例である冷却装置１を示している。従来の冷却装置１は、同図に示されるように冷却部２，熱交換部３，タンク４，ポンプ５，及び配管８Ａ〜８Ｃから構成されている。タンク４には冷却水が貯留されており、ポンプ５は配管８Ａを介して冷却水をタンク４から吸引し、冷却部２に接続された配管８Ｂに圧送する。

冷却部２は、板状のクーリングプレート２ａ内に冷却用屈曲管９を配設した構成とされている。この冷却部２は、発熱体となる電子装置６（基板７に実装されている）と熱的に接続されている。従って、電子装置６で発生した熱はクーリングプレート２ａを介して冷却用屈曲管９内を流れる冷却水に熱伝導する。これにより、電子装置６は冷却部２により冷却されることとなる。

冷却部２と熱交換部３は、配管８Ｃにより接続されている。冷却部２により昇温した冷却水は熱交換部３に送られる。熱交換部３は、熱交換用屈曲管１０とファン１１とを有しており、ファン１１により発生する冷却風は熱交換用屈曲管１０に向け送風される構成とされている。

よって、冷却水の熱は冷却風の熱に熱変換され、これにより冷却水の温度は低下する。このようにして温度低下された冷却水は、配線８Ｄを通り再びタンク４に至り、タンク４に貯留される。冷却水は上記のように冷却装置１内を循環し、その過程において電子装置６を冷却する処理を行う。尚、図１において一点鎖線で示すのは、冷却水の流れ方向である。
特開平１０−２１３３７０号公報

しかしながら、上記した従来の冷却装置１では冷却部２，熱交換部３，タンク４，及び５が、それぞれ独立した構成であり別個に配設される構成とされていた。このため、冷却装置１を構成する各装置２〜５を接続するために多数の比較的長い配管８Ａ〜８Ｃを必要としていた。

このように、配管８Ａ〜８Ｃが長くなることにより、この配管８Ａ〜８Ｃを流れる過程における冷却水の熱吸収及び熱放出が電子装置６に対する冷却に大きく影響するようになり、冷却装置１としての熱効率が悪化してしまうという問題点があった。また、配管８Ａ〜８Ｃが長くなると、各装置２〜５間を冷却水が通過する際に配管８Ａ〜８Ｃで発生する圧損が大きくなり、よってポンプ５として能力の高いものを用いる必要が生じる。よって、ポンプ５が大型化し、これに伴い冷却装置１も大型化してしまうという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、小型化を図りつつ高い冷却効率を実現しうる電子装置の冷却装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、
被冷却物となる電子装置と熱的に接続されており、冷却水供給手段から冷却水が供給されることにより前記電子装置を冷却する冷却部と、
該冷却部と熱的に接続されており、冷却風供給手段から冷却風が供給されることにより、前記冷却部から熱伝導した熱を空気中に放熱する熱交換部とを有する電子装置の冷却装置において、
前記熱交換部と前記冷却風供給手段とを収納するハウジングを設け、
前記ハウジングの前記冷却風供給手段の配設位置上方に吸気口を設けると共に、前記冷却風供給手段の配設位置下方に前記冷却部と前記冷却水を溜めるタンクとを接続する連通路を配設し、かつ前記冷却部と前記熱交換部とを直接熱的に接続したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、冷却部と熱交換部とを直接熱的に接続したことにより、冷却部の熱を効率よく熱交換部に放熱し熱変換することが可能となるため、電子装置を効率良く冷却することができる。

また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の電子装置の冷却装置において、
前記ハウジング内に前記熱交換部と前記冷却風供給手段とが一体的に配置されるように隔壁を設け、前記熱交換部に前記隔壁と平衡となるように熱交換用フィンを設けたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、冷却部と熱交換部がハウジング内に一体的に設けられているため、スペース効率を高めることができ、冷却装置の小型化を図ることができる。

また、請求項３記載の発明は、
請求項２記載の電子装置の冷却装置において、
前記冷却水供給手段を前記ハウジング内に一体的に設けたことを特徴とするものである。

上記請求項３記載の発明によれば、冷却水供給手段をハウジング内に一体的に設けたことにより、冷却水供給手段と冷却部とが同一のハウジング内に配設されることとなり、冷却水供給手段と冷却部とを接続する流路を短くすることができ、冷却水供給手段と冷却部との間における冷却水の圧損を低減できる。これにより、冷却装置の冷却効率の向上及び小型化を図ることができる。

また、請求項４記載の発明は、
請求項３記載の電子装置の冷却装置において、
前記ハウジング内に前記タンクを一体的に設けると共に、前記タンクと前記冷却部との間に前記冷却水供給手段を配置したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、ハウジング内にタンクを一体的に設けると共にこのタンクと冷却部との間に冷却水供給手段を配置したことにより、冷却水を循環させる際の圧損を低減することができる。これにより、冷却水供給手段の小型化を図ることができ、よって冷却装置の小型化を図ることができる。

上述の如く本発明によれば、冷却部の熱を効率よく熱交換部に放熱し熱変換することが可能となり、よって冷却水供給手段及び冷却風供給手段の出力低減及び小型化を図ることができ、冷却効率を高く維持しつつ冷却装置の小型化を図ることが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図２乃至図は、本発明の一実施例である電子装置の冷却装置２０を説明するための図である。図２は冷却装置２０の構成図であり、図３乃至図７は冷却装置２０の各種斜視図である。先ず、図２を用いて冷却装置２０の全体構成について説明する。

冷却装置２０は、大略すると冷却部２２，熱交換部２３，タンク２４，ポンプ２５（冷却水供給手段），ファン３１（冷却風供給手段），及びハウジング３０等により構成されている。タンク２４は、冷液となる冷却水３９を貯留している（図７参照）。ポンプ２５は、タンク２４から冷却通路２８Ａを介して冷却水３９を吸引し、これを冷却部２２に接続された冷却通路２８Ｂに圧送する。

冷却部２２は内部に冷却用フィン４０が配設されており、冷却水３９はこの冷却用フィン４０と接触するよう冷却部２２内を流れるよう構成されている。この冷却部２２は、発熱体となる電子装置２６（基板２７に実装されている）と熱的に接続されている。従って、電子装置２６で発生した熱は、冷却部２２内を流れる冷却水３９に熱伝導する。これにより、電子装置２６は冷却部２２により冷却されることとなる。

冷却部２２と熱交換部２３は積層された構成とされており、分離板４２により液密に画成された構成とされている。熱交換部２３の内部には熱交換用フィン４１が設けられている。

この熱交換用フィン４１と前記した冷却用フィン４０は、分離板４２を介して熱的に接続された構成とされている。即ち、冷却部２２と熱交換部２３は、熱的に直接接続された構成とされている。よって、上記のように電子装置２６で発生し、冷却部２２内を流れる冷却水３９に伝導した熱は、冷却用フィン４０及び分離板４２を介して熱交換用フィン４１に熱伝導する。

また、熱交換部２３はファン３１が接続されており、ファン３１で発生した冷却風は熱交換用フィン４１に向け送風される構成とされている。よって、冷却部２２で電子装置２６の熱は冷却水３９に熱伝導し、続いて冷却水３９の熱は冷却用フィン４０及び分離板４２を介して熱交換用フィン４１に熱伝導し、その後にファン３１が生成する冷却風の熱に熱変換される。これにより、電子装置２６が発生する熱により昇温されても、冷却水３９は熱交換部２３により直ちに熱交換処理が行われ、常に略一定の温度を維持することができる。

冷却部２２において電子装置２６を冷却するのに寄与した冷却水３９は、冷却通路２８Ｃを通り再びタンク２４に戻り貯留される。尚、図２において一点鎖線で示すのは、冷却水の流れ方向である。

本実施例では、上記のように冷却部２２と熱交換部２３とを直接熱的に接続した構成としている。よって、冷却部２２内を流れる冷却水３９の熱を効率よく熱交換部２３に放熱し熱変換することが可能となり、電子装置２６を効率よく冷却することができる。また、本実施例では、冷却部２２，熱交換部２３，タンク２４，ポンプ２５，及びファン３１を全て同一のハウジング３０内に配設した構成としている。この構成することにより、冷却装置２０の小型化を図れると共に冷却効率を高めることができる。以下、この点について説明する。

ハウジング３０は、図３及び図４に示すように、大略すると本体部３２，蓋体部３３，底部３４等により構成されている。図３は本体部３２，蓋体部３３，及び底部３４を組み立てた状態を示しており、図４はハウジング３０を分解した状態を示している。

本体部３２は略矩形状とされており（本実施例では、ファン収納室３８に一部湾曲部分がある）、内部に隔壁３５Ａ〜３５Ｃが設けられている。蓋体部３３は、後述するファン収納室３８と対向する位置に取り入れ口４３が形成されている。更に、底部３４は、外周壁部３４Ａ，リブ４５Ａ〜４５Ｃ，及び冷却用フィン４０等が形成されている。

蓋体部３３は、本体部３２の図中上部の開口部分に取付けられ、また底部３４は本体部３２の図中下部の開口部分に取付けられ、これによりハウジング３０が形成される。この本体部３２に蓋体部３３及び底部３４を取付ける際、ポンプ２５及びファン３１も内部に取付けられる。

具体的には、前記のように本体部３２には隔壁３５Ａ〜３５Ｃが設けられているため、蓋体部３３及び底部３４が取付けられることにより、本体部３２の内部にはタンク２４，ポンプ収納室３６，熱交換室３７，及びファン収納室３８が形成される。図７に示すように、ポンプ２５はこのポンプ収納室３６内に収納され、ファン３１はファン収納室３８内に収納される。

また、図４に示されるように、底部３４に形成されるリブ４５Ａ〜４５Ｃは、本体部３２に形成された隔壁３５Ａ〜３５Ｃと対応するよう形成されている。よって、底部３４を本体部３２に取付けた状態において、リブ４５Ａ〜４５Ｃと隔壁３５Ａ〜３５Ｃとは液密に当接した状態となる。

しかしながら、図４に示されるように、底部３４に形成されるリブ４５Ａ〜４５Ｃは、いずれも外周壁部３４Ａと接していない。このため、底部３４を本体部３２に取付けた状態において、リブ４５Ａと外周壁部３４Ａとの間には開口部２９Ａが形成され、リブ４５Ｂと外周壁部３４Ａとの間には開口部２９Ｂが形成され、更にリブ４５Ｃと外周壁部３４Ａとの間には開口部２９Ｃが形成される。この各開口部２９Ａ〜２９Ｃは、冷却水３９が通過する通路として機能する。

また、本体部３２の熱交換室３７内には、底部に分離板４２が形成されており、この分離板４２には熱交換用フィン４１が一体的に多数形成されている。また、底部３４に形成される冷却用フィン４０は、この熱交換用フィン４１と対応する位置に形成されている。但し、底部３４の外周に形成された外周壁部３４Ａと、冷却用フィン４０の端部（図中、矢印Ｘ１方向端部）との間には、間隙が形成されている（図４参照）。

本体部３２に形成された熱交換用フィン４１及び底部３４に形成された冷却用フィン４０は、いずれも図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向に延在するよう構成されており、隣接する冷却用フィン４０の間、及び隣接する熱交換用フィン４１の間には間隙が形成された構成とされている。ファン３１で生成される冷却風は、この間隙部分を図中Ｘ１方向に流れ、この過程において冷却水３９及び冷却用フィン４０から分離板４２を介して熱交換用フィン４１に熱伝導してきた電子装置２６の熱を冷却（熱交換）する。

図７は、冷却装置２０の蓋体部３３を透視した状態を示している。同図に示すように、タンク２４には冷却水３９が貯留され、またポンプ収納室３６にはポンプ２５が収納され、ファン収納室３８にはファン３１が収納されている。また、ポンプ２５の図中下面は防水構造となっており、同様にファン３１の図中下面も防水構造となっている。また、ポンプ２５及びファン３１の本体部３２の内壁と接する部分にも防水加工が行われている。

このため、ポンプ２５の下面と底部３４との離間部分（以下、冷却通路２８Ａという）、分離板４２と底部３４と離間部分、及びファン３１の下面と底部３４と離間部分（以下、冷却通路２８Ｃという）には、冷却水３９が流れる冷却通路２８Ａ〜２８Ｃが形成される。尚、図４には説明の便宜上、底部３４の上記の冷却通路に対応する部分に、２８Ａ〜２８Ｃの符号を付している。

上記構成とすることにより、タンク２４内の冷却水３９は、ポンプ２５により吸引されることにより開口部２９Ａを通り冷却通路２８Ａに流入し、この冷却通路２８Ａを通過した後に開口部２９Ｂを通り冷却通路２８Ｂに流入する。冷却通路２８Ｂに流入した冷却水３９は、冷却用フィン４０の間を図中矢印Ｘ２方向（図４参照）に流れ冷却通路２８Ｃに至る。その後に開口部２９Ｃを通り、再びタンク２４に還流する。

図６に示されるように、冷却部２２は被冷却物となる電子装置２６と熱的に接続されているため、電子装置２６の熱は底部３４を介して冷却用フィン４０に熱伝達し、この熱は冷却用フィン４０の間を通過する冷却水３９に熱伝達する。これにより、電子装置２６は冷却される。また、冷却水３９の熱及び冷却用フィン４０の熱は分離板４２を介して熱交換用フィン４１に熱伝導し、前記したようにファン３１で生成される冷却風により冷却（熱交換）される。

上記したように、本実施例に係る冷却装置２０では、冷却部２２と熱交換部２３がハウジング３０内に一体的に設けられているため、スペース効率を高めることができ、冷却装置２０の小型化を図ることができる。また、ポンプ２５もハウジング３０内に一体的に設けているため、ポンプ２５と冷却部２２とを接続する流路を短くすることができ、ポンプ２５と冷却部２２との間における圧損を低減できる。更に、本実施例ではタンク２４と冷却部２２との間にポンプ２５が配置されているため、これによっても冷却水３９を循環させる際の圧損を低減することができる。よって上記構成とすることにより、ポンプ２５として小型のものを使用することができ、冷却装置２０の冷却効率の向上及び小型化を図ることが可能となる。
尚、上記した実施例で用いた冷却水は必ずしも水に限定されるものではなく、他の材質よりなる冷液を用いることも可能である。本実施例で用いた冷却水は、これらの他の材質も含めたものと定義する。

以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
（付記１）
被冷却物となる電子装置と熱的に接続されており、冷却水供給手段から冷却水が強制的に供給されることにより前記電子装置を冷却する冷却部と、
該冷却部と熱的に接続されており、冷却風供給手段から冷却風が強制的に供給されることにより、前記冷却部から熱伝導した熱を空気中に放熱する熱交換部とを有する電子装置の冷却装置において、
前記冷却部と前記熱交換部とを直接熱的に接続したことを特徴とする電子装置の冷却装置。
（付記２）
付記１記載の電子装置の冷却装置において、
前記冷却部と前記熱交換部とをハウジング内に一体的に設けたことを特徴とする電子装置の冷却装置。
（付記３）
付記２記載の電子装置の冷却装置において、
前記冷却水供給手段を前記ハウジング内に一体的に設けたことを特徴とする電子装置の冷却装置。
（付記４）
付記２または３記載の電子装置の冷却装置において、
前記冷却風供給手段を前記ハウジング内に一体的に設けたことを特徴とする電子装置の冷却装置。
（付記５）
付記３または４記載の電子装置の冷却装置において、
前記ハウジング内に前記冷却水を溜めるタンクを一体的に設けると共に、前記タンクと前記冷却部との間に前記冷却水供給手段を配置したことを特徴とする電子装置の冷却装置。
（付記６）
付記５記載の電子装置の冷却装置において、
前記冷却部と前記タンクとを接続する連通路を、前記ハウジング内の前記冷却風供給手段の配設位置内に設けたことを特徴とする電子装置の冷却装置。
（付記７）
付記１乃至６のいずれか１項に記載の電子装置の冷却装置において、
前記冷却部と前記熱交換部とを画成する隔壁に、前記冷却部に向け延出する複数の第１のフィンと、前記熱交換部に向け延出する複数の第２のフィンとを形成してなることを特徴とする電子装置の冷却装置。

図１は、従来の一例である電子装置の冷却装置の構成図である。図２は、本発明の一実施例である電子装置の冷却装置の構成図である。図３は、本発明の一実施例である電子装置の冷却装置の外観を示す斜視図である。図４は、本発明の一実施例である電子装置の冷却装置の分解斜視図である。図５は、本発明の一実施例である電子装置の冷却装置を構成するハウジングの蓋体部を透視した斜視図である。図６は、本発明の一実施例である電子装置の冷却装置の電子装置を冷却している様子を示す側面図である。図７は、本発明の一実施例である電子装置の冷却装置の蓋体部を透視した斜視図である。

符号の説明

２０冷却装置
２２冷却部
２３熱交換部
２４タンク
２５ポンプ
２６電子装置
２８Ａ〜２８Ｃ冷却通路
３０ハウジング
３１ファン
３２本体部
３３蓋体部
３４底部
３６ポンプ収納室
３７熱交換室
３８ファン収納室
３９冷却水
４０冷却用フィン
４１熱交換用フィン

Claims

被冷却物となる電子装置と熱的に接続されており、冷却水供給手段から冷却水が供給されることにより前記電子装置を冷却する冷却部と、
該冷却部と熱的に接続されており、冷却風供給手段から冷却風が供給されることにより、前記冷却部から熱伝導した熱を空気中に放熱する熱交換部とを有する電子装置の冷却装置において、
前記熱交換部と前記冷却風供給手段とを収納するハウジングを設け、
前記ハウジングの前記冷却風供給手段の配設位置上方に吸気口を設けると共に、前記冷却風供給手段の配設位置下方に前記冷却部と前記冷却水を溜めるタンクとを接続する連通路を配設し、かつ前記冷却部と前記熱交換部とを直接熱的に接続したことを特徴とする電子装置の冷却装置。
請求項１記載の電子装置の冷却装置において、
前記ハウジング内に前記熱交換部と前記冷却風供給手段とが一体的に配置されるように隔壁を設け、前記熱交換部に前記隔壁と平衡となるように熱交換用フィンを設けたことを特徴とする電子装置の冷却装置。
請求項２記載の電子装置の冷却装置において、
前記冷却水供給手段を前記ハウジング内に一体的に設けたことを特徴とする電子装置の冷却装置。
請求項３記載の電子装置の冷却装置において、
前記ハウジング内に前記タンクを一体的に設けると共に、前記タンクと前記冷却部との間に前記冷却水供給手段を配置したことを特徴とする電子装置の冷却装置。