JP4731366B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の電子部品などの発熱部品を、冷却媒体の循環によって冷却する冷却装置に関する。

デスクトップ型のコンピュータ、ノート型のコンピュータ、移動体通信機器などの電子機器では、ＣＰＵ素子、コイル素子、コンデンサなどの複数の電子部品がプリント基板上に設けられている。近年、電子機器における処理の高速化、高機能化、高性能化に伴って、これらの電子部品の動作中の発熱量が増加する傾向にある。電子機器の安定した動作を持続させるためには、電子部品から発生した熱を迅速に外部へ放出して放熱性を高める必要がある。

そこで、これらの電子部品を冷却する空冷式の冷却装置を電子機器に装備していることが一般的である。空冷式の冷却装置において、冷却性能を向上させるために、ヒートシンクの大型化、冷却ファンの性能向上などの対応が採られている。しかしながら、大型のヒートシンクを使用する場合には、これを組み込むために電子機器も大型化するという問題がある。一方、冷却ファンの性能向上を図るためには、ファン構造の大型化または冷却ファンの回転数の増加などを行う必要があるが、この手法では、電子機器の大型化またはファン騒音の増大が避けられないという問題がある。

そこで、空気に比べて高い比熱を有する水などの液体を冷却媒体として利用する液冷式の冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。これらの冷却装置では、電子部品（発熱部品）からの熱を受ける受熱板（受熱部）と、熱を外部へ放散する放熱板（放熱部）と、ポンプとを、配管にて環状に連結し、ポンプの作用によりこの配管内に冷却液（冷却媒体）を循環させて、電子部品から受熱板で受けた熱を、配管内を流れる冷却液を介して放熱板へ伝導させ、放熱板から熱を放散させて電子部品を冷却している。
特開２００４−１１１８２９号公報 特開２００１−２３７５８２号公報 特開２００４−９５８９１号公報

このような液冷式の冷却装置にあっては、配管はゴムなどの樹脂材料にて構成することが一般的である。樹脂材料は水分を透過するため、長時間を経過した後は、冷却液の一部が配管内壁に溜まり、循環される冷却液の流量が減少して、冷却液中に気泡が発生する。このため、減少する冷却液を補給するために、冷却液を貯留するタンク（サーバータンク）が循環経路内に設けられている。

図７は、従来のタンクの構造を示す断面図である。タンク５３内には冷却液５７が貯留され、その入口及び出口はゴム製の配管５５にそれぞれ連通されている。タンク５３の容積が小さい場合、初期の状態では気泡は小さいが（図７（ａ）の気泡Ａ）、長期間経った状態では、経時変化に伴う冷却液５７の減少を補いきれずに、大きな気泡がタンク５３内に生じて（図７（ｂ）の気泡Ｂ）、ついには配管５５内（冷却液５７中）に気泡が混入することになる（図７（ｂ）の気泡Ｃ）。

循環流路内（配管内）に気泡が混入した場合には、ポンプが空気を噛み込んだ際の性能の低下、または、受熱部、放熱部に生じた空洞による熱抵抗の増加などを引き起こすことになり、冷却性能の低下が避けられない。そこで、タンクの容量を増加させるか、タンクの形状を上下方向に拡大させるかして、配管内への気泡の混入を防止する手法が採られている。

しかしながら、タンクの容量を増加させる手法では、タンクの容量増加に伴う冷却装置の重量化及び大型化が避けられないという問題がある。また、タンクの形状を上下方向に拡大させる手法は、小型・薄型の電子機器には適用し難いという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、タンクを大きくすることなく、配管内への気泡の混入を防止できる冷却装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷却装置は、発熱部品からの熱を受ける受熱部と、熱を外部へ放散する放熱部と、冷却媒体を貯留するタンクとを配管で連結し、該配管を流れる前記冷却媒体により、前記受熱部で受けた熱を前記放熱部へ伝導させて、前記発熱部品を冷却する冷却装置において、前記タンクの内壁に、板状をなす複数の突起体を前記タンクの長手方向に連設させてなる気泡を封止するための封止構造を設けてあることを特徴とする。

本発明の冷却装置にあっては、板状をなす複数の突起体をタンクの長手方向に連設させて気泡を封止する封止構造をタンクの内壁に設けている。よって、タンク内に気泡が発生しても、発生した気泡は封止構造によって効率良く封止（トラップ）されるため、長時間経っても、タンク内にとどまり、配管内へ出ていくことがない。また、タンク内に封止構造を設けるだけであるので、タンクの大型化は不要であり、冷却装置の重量化及び大型化は招かない。

本発明に係る冷却装置は、前記封止構造が、前記冷却媒体の流れに対して逆向きに傾いて設けられていることを特徴とする。

本発明の冷却装置にあっては、封止構造を冷却媒体の流れに対して逆向きに傾けて設けている。よって、封止構造（突起状の構造）により気泡を更に効率良く封止（トラップ）する。

本発明に係る冷却装置は、前記封止構造が繊維にて構成されていることを特徴とする。

本発明の冷却装置にあっては、封止構造を金属繊維、樹脂繊維などの繊維にて構成している。よって、気泡に繊維が絡みつくため、気泡の封止性は良好である。

本発明に係る冷却装置は、前記封止構造の表面に撥水処理を施してあることを特徴とする。

本発明の冷却装置にあっては、封止構造の表面に撥水処理を施している。よって、冷却媒体が封止構造に接触しにくくなり、封止（トラップ）されている気泡が封止状態から外れることを防止する。

本発明の冷却装置では、冷却媒体を貯留するタンクの内壁に、板状をなす複数の突起体をタンクの長手方向に連設させて気泡を封止する封止構造を設けるようにしたので、タンクを大きくすることなく、タンク内に発生した気泡を封止構造にて効率良く封止（トラップ）することができ、配管内への気泡の混入を防止して、長時間にわたって高い冷却性能を維持することができる。

本発明の冷却装置では、封止構造を冷却媒体の流れに対して逆向きに傾いて設けるようにしたので、気泡を更に効率良く封止（トラップ）することができる。

本発明の冷却装置では、封止構造を繊維にて構成するようにしたので、気泡に繊維を絡みつかせて封止（トラップ）するため、優れた封止性を呈することができる。

本発明の冷却装置では、封止構造の表面に撥水処理を施すようにしたので、冷却媒体が封止構造に接触しにくくなるため、優れた封止性を呈することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る冷却装置の構成を示す図である。図１において、冷却装置は、受熱部１と、放熱部２と、タンク３と、ポンプ４とを、ゴム製の配管５を介して環状に接続させた構成を有しており、ポンプ４の駆動により配管５内を冷却媒体としての冷却液が矢符で示す方向に循環するようになっている。

板状をなす受熱部１は、基板１０に搭載されている発熱部品としての電子部品１１に接続されている。放熱部２は、放熱板２ａ上に熱を放散する放熱フィン２ｂを取り付けて構成されている。放熱フィン２ｂの近傍には空気を放熱フィン２ｂに向けて送出する送風ファン６が設けられている。

図２は、本発明の特徴部分であるタンク３の構造を示す断面図である。タンク３は、例えばアルミニウム製の容器であり、その入口３ａ及び出口３ｂはゴム製の配管５にそれぞれ連通されている。タンク３の上面側の内壁３ｃには、板状をなす複数の突起体３ｄがタンク３の長手方向に連設させた態様で設けられている。各突起体３ｄは、例えばアルミニウム製の金属繊維を束ねて構成されている。これらの突起体３ｄが、気泡を封止（トラップ）する封止構造として機能する。

タンク３は、内部に冷却液７を貯留している。冷却液７として、水、不凍液、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの液体を使用できる。なお、タンク３の材質は、アルミニウム以外に、銅などの他の金属、またはプラスチックなどの樹脂材料であっても良い。

突起体３ｄの材料は、アルミニウム繊維以外に、銅などの他の金属繊維、またはプラスチックなどの樹脂繊維であっても良い。突起体３ｄに要求される最も重要な物性は、タンク３内の冷却液７の流れによって容易に形状が変わらない剛性である。突起体３ｄに使用する金属繊維または樹脂繊維には、形状を保持できる剛性と太さとが必要である。なお、突起体３ｄを繊維にて構成したが、金属または合成樹脂の中実体で構成しても良い。

上述したような構成をなす冷却装置を用いた電子部品１１の冷却処理について説明する。ポンプ４の駆動により、冷却液７を配管５内に循環させる。電子部品１１からの熱が受熱部１内部の配管５内を流れる冷却液７に伝導され、温度上昇した冷却液７は配管５内を流れて、冷却液７からの熱が放熱部２の放熱板２ａ及び放熱フィン２ｂを介して外部へ放散される。この際、送風ファン６から、放熱フィン２ｂに向けて空気を送出して、より大きな放熱効果を得る。放熱して温度が下降した冷却液７は、タンク３を介して配管５内を流れて、再び受熱部１へと循環される。以上のようにして、電子部品１１が冷却される。

このような冷却処理におけるタンク３内の状態を説明する。図３はタンク３内の状態を示す断面図であり、図３（ａ）は冷却処理の比較的初期の状態を示しており、図３（ｂ）は長期間にわたって冷却処理を行った状態を示している。

冷却液７の一部がゴム製の配管５に浸潤するため、循環する冷却液７の流量が減少して、タンク３内に気泡２１が発生する（図３（ａ）参照）。この発生した気泡２１は、タンク３の上面側の内壁３ｃに設けた突起体３ｄ（封止構造）によって封止（トラップ）される。

冷却処理が長期間にわたって継続されると、経時変化に伴ってタンク３内に発生する気泡２１も多くなる。しかしながら、多数の気泡２１が発生しても、発生したこれらの多数の気泡２１を、タンク３の上面側の内壁３ｃに設けた突起体３ｄ（封止構造）によって封止（トラップ）することができる（図３（ｂ）参照）。この際、突起体３ｄが繊維にて構成されているため、気泡２１の動きは抑制されて高い封止性が実現される。したがって、多数の気泡２１が発生しても、気泡２１がタンク３外に出て配管５内に混入することはない。この結果、循環流路内（配管内）に気泡が混入した場合に生じるポンプ性能の低下、または受熱部、放熱部での熱抵抗の増加などは起こらず、いつまでも安定した優れた冷却性能を維持し続けることができる。

図４は、本発明の冷却装置における封止構造の他の例を示す断面図である。この例では、断面視が台形である角柱状をなす突起体３ｄをタンク３の上面側の内壁３ｃに設けている。この例でも同様の効果を奏する。なお、突起体３ｄ（封止構造）の形状は円柱状であっても良い。

図５は、本発明の冷却装置における封止構造の更に他の例を示す断面図である。この例では、板状をなす突起体３ｄ（封止構造）を、冷却液７の流れに対して逆向きに傾けた態様で、タンク３の上面側の内壁３ｃに設けている。よって、より効率良く気泡２１を封止（トラップ）することができる。

図６は、本発明の冷却装置における封止構造の更に他の例を示す断面図である。この例では、タンク３の上面側の内壁３ｃに設けた板状をなす突起体３ｄ（封止構造）の表面に、例えばポリテトラフルオロエチレンからなる撥水剤８を塗布している。よって、冷却液７が突起体３ｄ（封止構造）に接触しにくくなり、気泡２１の封止状態が良好に維持される。

本発明に係る冷却装置の構成を示す図である。 本発明におけるタンクの構造を示す断面図である。 本発明におけるタンク内の状態を示す断面図である。 封止構造の他の例を示す断面図である。 封止構造の更に他の例を示す断面図である。 封止構造の更に他の例を示す断面図である。 従来のタンクの構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 受熱部
２ 放熱部
２ａ 放熱板
２ｂ 放熱フィン
３ タンク
３ｃ 内壁
３ｄ 突起体（封止構造）
４ ポンプ
５ 配管
６ 送風ファン
７ 冷却液（冷却媒体）
８ 撥水剤
１１ 電子部品（発熱部品）
２１ 気泡

Claims (4)

1. 発熱部品からの熱を受ける受熱部と、熱を外部へ放散する放熱部と、冷却媒体を貯留するタンクとを配管で連結し、該配管を流れる前記冷却媒体により、前記受熱部で受けた熱を前記放熱部へ伝導させて、前記発熱部品を冷却する冷却装置において、
   前記タンクの内壁に、板状をなす複数の突起体を前記タンクの長手方向に連設させてなる気泡を封止するための封止構造を設けてあることを特徴とする冷却装置。
2. 前記封止構造は、前記冷却媒体の流れに対して逆向きに傾いて設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記封止構造は、繊維にて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記封止構造の表面に撥水処理を施してあることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の冷却装置。

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