JP4512296B2 - 可搬型情報処理装置の液冷システム - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可搬型情報処理装置に関し、特に、前記可搬型情報処理装置の発熱体の放熱機構に液冷技術を用いているものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の冷却装置についての従来技術は、電子機器内の発熱部材と金属筐体壁との間に金属板又はヒートパイプを介在させて発熱部を熱的に金属筐体壁と接続することによって、発熱部で発熱する熱を金属筐体壁で放熱する、さらには金属筐体壁にファン（ＦＡＮ）を設置し強制空冷するものであった。
【０００３】
可搬型情報処理装置の主たる熱発生部は、本体に内蔵された中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと云う）であるが、発生熱によって回路動作が不安定になったり、機構類の熱変形を引き起こすことがある。特に、最近ではＣＰＵの動作周波数が高速化するのに伴って発熱量の増大を来しており、この増大した発熱を効率良く外部に放熱するために可搬型情報処理装置内部にて冷却液を循環させる液冷方式の冷却構造が公知技術としてある。
【０００４】
図６は公知技術の一実施の形態に係る可搬型情報処理装置の液冷方式の冷却構造の全体構成を示すものである。図６に従い公知技術の可搬型情報処理装置の液冷方式の冷却構造の説明を行う。
【０００５】
Ｗ／Ｊ（ウォータージャケット）１は、可搬型情報処理装置の主たる熱発生部であるＣＰＵ上に配されている。Ｗ／Ｊ１は冷却液を充填したチューブ３を介しポンプ４に接続され、冷却液はポンプ４にてＷ／Ｊ１とチューブ内を循環される。チューブ３は放熱効果を上げるため可搬型情報処理装置内部をジグザグに配置されている。ＣＰＵの発生熱はＷ／Ｊ１へと伝導され冷却液を熱媒体として装置内に配されたチューブ３を循環し冷却される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可搬型情報処理装置で使用している電子部品は耐湿性が低く、冷却液の水分の透湿（ゴムチューブ又は金属チューブにおけるゴム等を用いた接続部からの透湿）及び不慮の事態による冷却液の漏洩による部品寿命や信頼性の低下の恐れがある。
【０００７】
また、液冷方式の冷却では冷却液の循環経路を前記水分透湿や漏洩により密閉構造にする必要があるため、構造が複雑となり容易に分解することができない。そのため組み立て性、保守性を著しく阻害している。
【０００８】
さらに、液冷技術を構成する部品は可搬型情報処理装置の構成部品に比して大きく、可搬型情報処理装置の小型化が困難になっている。
【０００９】
本発明の目的は、可搬型情報処理装置の液冷方式の冷却機構において、従来技術にない特有な安全性、保守性、持ち運び利便性を得られる機構を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。
【００１１】
パソコン本体部内の発熱体から発生する熱を受熱する受熱ヘッドを備えたパソコン本体部と、
前記発熱体からの発生熱を前記受熱ヘッドを介して伝熱される接続ヘッド、前記接続ヘッドに接続され冷却液を充填したチューブ、前記冷却液を循環するポンプ、を備えて前記パソコン本体部の下部に接続可能な液冷部筐体と、から構成され、
前記液冷部筐体は、前記パソコン本体部と別体構造とし且つ前記パソコン本体部に取り外し自在の構造とし、
前記液冷部筐体を前記パソコン本体部に連結すると、前記接続ヘッドに配された熱伝導シートを介して前記受熱ヘッドから前記接続ヘッドに発生熱が伝達され、
前記冷却液を循環させて熱拡散を行う前記チューブは、前記液冷部筐体の底面に配置され、冷却液循環が前記液冷部筐体内部に限られていて、冷却液漏れが前記パソコン本体部に浸透しない構成である可搬型情報処理装置。
【００１２】
また、前記可搬型情報処理装置において、前記パソコン本体部には外部との電気的接続を行う接続コネクタを備え、前記液冷部筐体には前記接続コネクタに対向して配置された接続コネクタを備える可搬型情報処理装置。
【００１３】
また、前記可搬型情報処理装置において、前記液冷部筐体が前記パソコン本体部から取り外されているか否かを検出する検出手段と、前記パソコン本体部内の中央演算処理装置の動作電圧と動作周波数を変更する変更手段と、を備え、
前記検出手段の検出によって前記液冷部筐体が取り付けられていないことを検出したときに、前記中央演算処理装置の動作電圧と動作周波数を下げて動作する可搬型情報処理装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る可搬型情報処理装置の液冷システムについて、図面を参照しながら以下説明する。
【００１６】
「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態に係る可搬型情報処理装置の液冷方式の冷却機構に関する全体構成を示すものである。図１によると、本発明における可搬型情報処理装置は主たる発熱部であるＣＰＵ６を配置したパソコン本体部５と、パソコン本体部５下部に接続可能な液冷部筐体９から構成される。パソコン本体部５に配置されたＣＰＵ６からの発生熱は受熱ヘッド７を介して、液冷部筐体９内の接続ヘッド１０へと伝熱される。接続ヘッド１０は液冷部筐体９の底面に配された冷却液を充填されたチューブ３に接続されており、チューブ３内の冷却液をポンプ４で循環させ熱拡散を行う。
【００１７】
図２は本実施形態におけるパソコン本体部５と液冷部筐体９との伝熱部の接続構造を示すものである。図２によると、パソコン本体部５のマザーボード２上に配置されたＣＰＵ６は、熱伝導シート１２を介して受熱ヘッド７に接続されている。受熱ヘッド７はマザーボード２の穴を通ってマザーボード２の上下を挟む形状になっており、マザーボード２の裏面とも熱伝導シート１２を介して接続されている。
【００１８】
パソコン本体部５の筐体底面の受熱ヘッド７が配置されている部分はカバー１３構造になっており取り外し可能になっている。接続ヘッド１０は液冷部筐体９をパソコン本体部５に取り付けたときに受熱ヘッド７の真下になる位置に配置されており、パソコン本体部５と液冷部筐体９を接続（連結）すると、熱伝導シート１２を介してパソコン本体部５内の受熱ヘッド７と接続される。液冷部筐体９の天面の接続ヘッド１０が配置されている部分もカバー１３構造になっており取り外し可能になっている。
【００１９】
図１から明らかなように、冷却液が循環するのは液冷部筐体９の内部に限られ、ポンプ４やチューブ３や接続ヘッド１０及びその結合部からの水分の透過や不慮の冷却液漏れが発生しても、パソコン本体部５まで水分が浸透することはない。また、複雑な構造を要する液冷方式の冷却構造を採用しているにも係わらずパソコン本体部５には液冷方式の冷却構造を構成する部品は内蔵していないので、パソコン本体部５の分解、組み立て性が従来通りであるのはいうまでもない。
【００２０】
図３は本発明の第１の実施形態に係る可搬型情報処理装置の電気回路構成を示す概略図である。図３によると商用電源をＡＣアダプタ１４がＤＣ電源に変換しパソコン本体部５に供給し、パソコン本体部５はＤＣＤＣコンバータ１５で電圧変換して各部品に電源を供給している。また、ＤＣＤＣコンバータ１５の出力電源は接続コネクタ８（図１に示す、パソコン本体部と液冷部筐体の接続コネクタ８参照）を介し液冷部筐体９へも供給され、液冷部筐体９内で冷却液循環用のポンプ４に接続される。
【００２１】
また、この接続コネクタ８には液冷部筐体検出信号１９（液冷部筐体がパソコン本体部に接続されたことを検出した信号）も配され、パソコン本体部５内でＥＣ（Ｅｍｂｅｄｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１７に接続されている。前記検出信号はパソコン本体部５でＥＣ電源２５にプルアップ抵抗１８を介して接続され、接続コネクタ８を介して接続される液冷部筐体９内部ではＧＮＤに接続されており、ＥＣ１７はこの信号の電圧値によりパソコン本体部５に液冷部筐体９が接続されているか否かを判定する。
【００２２】
ＥＣ１７は液冷部筐体９の接続状態により、ＣＰＵ動作電源設定信号２０をＤＣＤＣコンバータ１５へ、ＣＰＵ動作周波数設定信号２１をチップセット１６へと送信し、信号を受信したＤＣＤＣコンバータ１５とチップセット１６は信号の要求に従いＣＰＵ動作電源（例えば、バッテリモードとＡＣモードの２系統の動作電源）とＣＰＵ動作周波数を変更する。
【００２３】
ＣＰＵの動作電源、動作周波数は液冷部筐体９が接続されているときは最高速で動作するように設定され、液冷部筐体９が接続されていないときは、液冷部筐体９なしでも動作可能なように発熱量を低減するため低速で動作するように設定される。
【００２４】
図４はポンプ４駆動用のインバータ１１を液冷部筐体９内に配置するのではなく、パソコン本体部５に配置したときの電気回路構成である。この電気回路構成でも同様の効果が得られることを開示している。
【００２５】
「第２の実施形態」
図５は本発明の第２の実施形態に係る可搬型情報処理装置に関する冷却構造の構成図である。第２の実施形態では液冷部筐体９はバッテリパックと同一形状（但し、パソコン本体部のバッテリコネクタ２８に対向する部分は、部品干渉しないように切欠削除されている）であり、パソコン本体部５への接続は液冷部筐体９かバッテリパックのどちらか一方といった排他接続となる。
【００２６】
本実施形態では、受熱ヘッド７はＣＰＵ６上に配されその側面（図５でハッチング部分）がパソコン本体部５から露出しており、液冷部筐体９が接続されたときに接続ヘッド１０の側面（図５でハッチング部分）が接する位置に配されている。受熱ヘッド７と接続ヘッド１０とは、図２に示す構造と同様に、熱伝導シートを介して結合される。制御方法は図３及び第１の実施形態で述べたとおりである。
【００２７】
第２の実施形態においても、前記第１の実施形態と同様にパソコン本体部５への水分の浸透の防止と従来通りのパソコン本体部５の分解、組み立て性が実現されているのはいうまでもない。また、第１の実施形態では液冷部筐体９を接続すると可搬型情報処理装置が厚くなってしまうが、第２の実施形態では液冷部筐体９はバッテリパックと排他関係で可搬型情報処理装置に搭載されるため可搬型情報処理装置の外形寸法を同一にすることができる。
【００２８】
本発明は、第１及び第２の実施形態から明らかなように、液冷方式の冷却機構を、ＣＰＵ６からの発生熱を一時的に吸収する冷却液を持たない部分、すなわち本実施形態における受熱ヘッド７と、冷却液を循環させ熱拡散を行う部分、すなわち本実施形態における液冷部筐体９とに分割したことが特徴である。液冷部筐体９の形状について、第１の実施形態ではパソコン本体部５の下方に接続する形状を、第２の実施形態ではバッテリパックと同一の形状を開示したが、前記以外にも然るべき種々の形状でも良い。熱伝導部の形状についても同様である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、液冷方式の冷却機構を搭載する可搬型情報処理装置のパソコン本体部を液冷方式の冷却機構からの水分の透過や不慮の冷却液漏れから守ることができる。
【００３０】
また、複雑な機構を要する液冷システムをパソコン本体に搭載しても、液冷システムを別体構造としたから、ファンを用いた従来の空冷システムの分解、組み立て性の容易さを維持することができる。
【００３１】
また、可搬型情報処理装置の使用者は液冷方式の冷却機構の接続を任意に選択することが可能となり、使用形態に即した使い方をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可搬型情報処理装置の液冷方式の冷却機構に関する全体構成を示すものである。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る可搬型情報処理装置のパソコン本体部と液冷部筐体の熱伝導部の接続構造を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る可搬型情報処理装置の電気回路構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る可搬型情報処理装置の他の電気回路構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る可搬型情報処理装置の液冷方式の冷却機構に関する全体構成を示す図である。
【図６】公知技術に関する冷却機構の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１ Ｗ／Ｊ
２ マザーボード
３ チューブ
４ ポンプ
５ パソコン本体部
６ ＣＰＵ
７ 受熱ヘッド
８ 接続コネクタ
９ 液冷部筐体
１０ 接続ヘッド
１１ インバータ（ＤＣ−ＡＣ）
１２ 熱伝導シート
１３ カバー
１４ ＡＣアダプタ
１５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６ チップセット
１７ ＥＣ
１８ プルアップ抵抗
１９ 液冷部筐体検出信号
２０ ＣＰＵ動作電源設定信号
２１ ＣＰＵ動作周波数設定信号
２２ ＣＰＵ動作周波数変更信号
２３ ポンプ電源
２４ インバータ電源
２５ ＥＣ電源
２６ チップセット電源
２７ ＣＰＵ電源
２８ バッテリコネクタ

Claims (3)

  1. パソコン本体部内の発熱体から発生する熱を受熱する受熱ヘッドを備えたパソコン本体部と、
    前記発熱体からの発生熱を前記受熱ヘッドを介して伝熱される接続ヘッド、前記接続ヘッドに接続され冷却液を充填したチューブ、前記冷却液を循環するポンプ、を備えて前記パソコン本体部の下部に接続可能な液冷部筐体と、から構成され、
    前記液冷部筐体は、前記パソコン本体部と別体構造とし且つ前記パソコン本体部に取り外し自在の構造とし、
    前記液冷部筐体を前記パソコン本体部に連結すると、前記接続ヘッドに配された熱伝導シートを介して前記受熱ヘッドから前記接続ヘッドに発生熱が伝達され、
    前記冷却液を循環させて熱拡散を行う前記チューブは、前記液冷部筐体の底面に配置され、冷却液循環が前記液冷部筐体内部に限られていて、冷却液漏れが前記パソコン本体部に浸透しない構成である
    ことを特徴とする可搬型情報処理装置。
  2. 請求項１に記載の可搬型情報処理装置において、
    前記パソコン本体部には外部との電気的接続を行う接続コネクタを備え、前記液冷部筐体には前記接続コネクタに対向して配置された接続コネクタを備える
    ことを特徴とする可搬型情報処理装置。
  3. 請求項１又は２に記載の可搬型情報処理装置において、
    前記液冷部筐体が前記パソコン本体部から取り外されているか否かを検出する検出手段と、前記パソコン本体部内の中央演算処理装置の動作電圧と動作周波数を変更する変更手段と、を備え、
    前記検出手段の検出によって前記液冷部筐体が取り付けられていないことを検出したときに、前記中央演算処理装置の動作電圧と動作周波数を下げて動作する
    ことを特徴とする可搬型情報処理装置。
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