JP2002189535A - 液冷システムおよびこれを用いたパーソナルコンピュータ - Google Patents
液冷システムおよびこれを用いたパーソナルコンピュータInfo
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Abstract
器への影響を抑制してシステム全体の健全性を確保する
ことができる液冷システムまた、それを用いたパーソナ
ルコンピュータを提供する。 【解決手段】冷却液を供給するポンプと、前記冷却液が
供給され、発熱体から熱を受ける受熱ジャケットと、前
記受熱ジャケットを経た冷却液が供給され熱を放熱する
放熱パイプと、前記放熱パイプを経た冷却液が前記ポン
プに循環する経路と、を有する液冷システムであって、
前記放熱パイプを前記受熱ジャケットより耐食性の高い
材料で構成する。
Description
係わり、特に超小型・薄型構造に好適な液冷システムと
に関する。
半導体装置は、動作時に発熱する。特に近年の高集積半
導体は発熱量が増大している。半導体はある温度を超え
ると半導体としての機能が失われるため、発熱量の大き
い半導体装置はこれを冷却する必要がある。
ては、熱伝導によるもの、空冷によるもの、ヒートパイ
プを用いるもの、液冷によるものが知られている。
機器外部に至る放熱経路に熱伝導率の大きい材料を用い
ることにより達成される。この方法は半導体装置の発熱
量が比較的小さく、またノート型パーソナルコンピュー
タのようにコンパクトな電子機器に適している。
部に設け、半導体装置を強制対流冷却することにより達
成される。この方法はある程度の発熱量がある半導体装
置の冷却に広く用いられており、送風装置を小型・薄型
化することにより、パーソナルコンピュータにも適用さ
れている。
封入した冷媒により熱を電子装置外部に運ぶもので、特
開平1―84699号公報、特開平2―244748号
公報に記載されている。この方法は、送風装置のように
電力を消費する部品を用いないため効率がよく、熱伝導
による冷却をさらに高効率化したものである。しかしこ
の方法は輸送できる熱に限界があった。
置の冷却に適しており、具体的な方法が特開平5―33
5454号公報、特開平6―97338号公報、特開平
6―125188号公報、特開平10―213370号
公報に記載されている。しかし従来の液冷システムは大
型コンピュータにその用途が限られていた。これは、液
冷システムがポンプや配管系、放熱フィンなど多くの冷
却専用の部品を必要とするので装置が大型になることと
液体を冷却に用いることに対する信頼性確保が他の方法
に比べて難しいことによる。また、液冷を必要とするほ
ど発熱の大きい半導体装置は大型コンピュータ以外では
用いられていなかったこともその理由の一つである。
開平6―266474号公報に記載されている。この公
知例では、半導体装置に取り付けたヘッダとこれと離れ
たところに位置する放熱パイプをフレキシブルチューブ
で連結し、その中を流れる液体で冷却するものである。
ナルコンピュータ、サーバ、ワークステーションなどの
電子機器に用いられる半導体装置の発熱量が飛躍的に大
きくなっており、近年の電子機器、特にノート型パーソ
ナルコンピュータのように超小型・薄型化が求められ
る。これらの機器に用いられる半導体装置の冷却には、
先に述べた熱伝導、空冷、ヒートパイプを用いる冷却方
法が用いられているが、冷却能力が不十分になりつつあ
る。
てきた液冷システムを超小型・薄型化した電子機器に適
用するためには、液冷システム自体が超小型・薄型であ
ることが必要条件である。このシステムでは、保有液量
が大型コンピュータの1/10000程度と著しく少な
い。液量が少ないため、接液材料からのわずかな腐食性
イオンの溶出でも液質が著しく低下して、金属で構成さ
れている受熱ジャケットや放熱パイプの腐食は促進され
る。水漏れは装置機能を停止させるため、これを抑制す
ることが望まれるが、従来技術ではこの点の対策が充分
でない。
子機器に用いられる高発熱の半導体装置等に好適な、腐
食に伴う機器への影響を抑制してシステム全体の健全性
を確保することができる液冷システムまた、それを用い
たパーソナルコンピュータを提供することにある。
に、腐食傾向を制御して、小型・薄型構造のコンピュー
タであっても効果的に腐食防止を図れるシステムを備え
る。
ポンプと、前記冷却液が供給され、発熱体から熱を受け
る受熱ジャケットと、前記受熱ジャケットを経た冷却液
が供給され熱を放熱する放熱パイプと、前記放熱パイプ
を経た冷却液が前記ポンプに循環する経路と、を有する
液冷システムであって、前記放熱パイプを前記受熱ジャ
ケットより耐食性の高い材料で構成する。
囲うよう構成して信頼性を向上させることができる。前
記耐食性は、冷却液中に溶け出したイオン(特にゴム・
プラスチック等の有機物に接触する領域から溶け出すフ
ッ素、塩素等のハロゲン系のイオンに対する孔食性に注
目した。) 例えば、前記受熱ジャケットはアルミニウムを主成分と
する材料を構成要素とし、前記放熱パイプはステンレス
材料を構成要素とする。なお、他に耐食性は前記より低
下するかもしれないが熱伝導性を重視すれば、例えば、
受熱ジャケットに銅を主成分とする材料を構成要素と
し、放熱パイプにステンレス材料を構成要素とするよう
にすることも考えられる。また、耐食性は落ちる可能性
があるが、上記観点では、他に受熱ジャケットにアルミ
ニウムを主成分とする材料を構成要素とし、放熱パイプ
に銅を主成分とする材料を構成要素とすることも考えら
れる。しかし、この場合には、耐食性の観点から銅の腐
食防止腐食抑制剤を添加等の対策ととることが望まし
い。
トより耐食性の高い材料で構成し、前記受熱ジャケット
における前記冷却液流路から前記ジャケットの表面まで
の厚さは、前記放熱パイプにおける前記冷却流路から前
記放熱パイプ表面までの厚さより厚く構成されている。
とする材料を構成要素とし、前記放熱パイプは銅を主成
分とする材料を構成要素とすることも考えられる。な
お、この場合は、銅系材料の腐食抑制材を併せて添加す
ることが腐食抑制効果を高める観点から望ましい。
ムを主成分とする材料を構成要素とし、前記放熱パイプ
はアルミニウムを主成分とする材料を構成要素とするこ
とも考えられる。なお、この場合は、アルミニウム系材
料の腐食抑制剤を添加することが腐食抑制効果を高める
観点では好ましい。
力部と、表示装置と、を備え、冷却液を供給するポンプ
と、前記冷却液が供給され前記半導体素子で生じる熱を
受ける受熱ジャケットと、前記受熱ジャケットを経た冷
却液が供給され熱を放熱する放熱パイプと、前記放熱パ
イプを経た冷却液が前記ポンプに循環する経路と、を有
するパーソナルコンピュータを提供することが好まし
い。
としては、半導体素子と、信号入力部とを備える本体
と、前記本体と可動部機構を介して連絡する表示部を備
えた表示装置と、冷却液を吐出するポンプと、前記本体
に配置され、前記冷却液が供給され前記半導体素子で生
じる熱を受ける受熱ジャケットと、前記表示装置の前記
表示部の背面に前記受熱ジャケットを経た冷却液が供給
され熱を放熱する放熱パイプと、前記放熱パイプを経た
冷却液が前記ポンプに循環する経路と、を有するパーソ
ナルコンピュータであって、前記受熱ジャケットはアル
ミニウムを主成分とする材料を構成要素とし、前記放熱
パイプはアルミニウムを主成分とする材料を構成要素と
し、前記受熱ジャケットにおける前記冷却液流路から前
記ジャケットの表面までの厚さは、前記放熱パイプにお
ける前記冷却流路から前記放熱パイプ表面までの厚さよ
り厚く構成されているものである。
に説明する。図1に本発明の冷却システムを用いたノー
ト型パーソナルコンピュータを示す。本体筐体6に実装
された半導体素子5には、内部に冷却液の流路を設けた
受熱ジャケット2が接続されている。本体筐体6にはポ
ンプ1も設けられている。表示装置筐体7の表示パネル
背面には放熱パイプ4が設けられている。ポンプ1、受
熱ジャケット2、放熱パイプ4は接続パイプ3で図のよ
うに閉ループ状に接続されており、これらの内部におい
て冷却液を循環する。前記冷却液は、例えば純水系の冷
媒を用いることができる。基本的には水を使用すること
ができる。場合によっては、腐食抑制剤等を添加するこ
とも考えられる。
にもよるが、一例として、ノート型パーソナルコンピュ
ータであれば、5cc〜10cc程度、デスクトップ型
パーソナルコンピュータであれば、5cc〜200cc
程度を用いることも考えられる。
ータの冷却システムの第1実施例を模式的に示したのが
図2である。放熱パイプ4は受熱ジャケット2より耐食
性の良い材料で構成している。本実施例では、更に受熱
ジャケット2を防水シート8で囲った状態を示す。
熱パイプ4より高めて、冷却液と接するゴムやプラスチ
ック等の部材から冷却液中に溶解したイオンと反応させ
て、放熱パイプ4の腐食を抑制する。面積の大きい放熱
パイプ4での孔食による液漏れ等を抑制することができ
るので、面積の小さい受熱ジャケット2での腐食対策を
図ればすむので、効率良く全体システムの腐食効果を得
ることができる。
8で囲うことにより、受熱ジャケットの腐食の促進によ
り部材を貫通して腐食孔が形成されても水漏れを防止す
ることができる。
ミニウム(ADC材料(例えばADC12)を用いた鋳造
のジャケット)として、放熱パイプをステンレス管(S
US304を使用)にした場合について述べる。アルミ
ニウムは、熱伝導性、加工性、軽量の観点から、受熱ジ
ャケットの材質として適している。アルミニウムはpH
中性域で表面にAl2O3の酸化皮膜を形成して耐食性
を確保している。一方、ステンレス鋼はその不働態皮膜
により淡水環境では優れた耐食性を示す。Feイオンの
溶出量はわずかである。異種金属を併存させると腐食の
観点から好ましくない場合が多いが、アルミニウムから
解け出したイオンは、ステンレスの表面皮膜により影響
を抑制できる。加えて、前述のように冷却液に接するゴ
ムやプラスチックから溶け出した塩化物他のイオンを受
熱ジャケット2で反応させて前記イオンにより放熱パイ
プ4での腐食を抑制できる。
の液部から表面までの厚さを厚くすることにより、受熱
ジャケット2の半導体素子等の高発熱体からの熱拡散を
効率良く行えると共に、腐食による孔食が生じても孔食
部が表面まで貫通することを併せて抑制することができ
る。
イプ4をステンレスとする場合は、半導体素子等の発熱
体の熱伝導を重視すれば当該構成を採用することもでき
る。材質を銅とした場合、銅は表面酸化皮膜によりステ
ンレス同様淡水環境では優れた耐食性を示すが、ステン
レス鋼に比べて多量のCuイオンが溶出する。そこで、
Cuイオンによるアルミニウムの腐食が進行した場合に
は、防水シートにより水漏れを防止する構造を備えてお
くことが好ましい。また、予め冷媒中に銅系材料用の腐
食抑制剤(例えば、ベンゾトリアゾール、メルカプベン
ゾチアゾール、トリルトリアゾールなど)を添加してお
いて、Cuイオンの溶出を抑制することも有効である。
ムを用いて、放熱パイプに銅を用いることも考えられ
る。しかし、この場合には、耐食性の観点から銅の腐食
防止腐食抑制剤を添加等の対策ととることが望ましい。
ータの冷却システムの他の例を模式的に示したのが図3
である。図3に示すように受熱ジャケット2と半導体素
子5との間に防水性の熱伝導性シート9を備えるよう構
成することができる。
以外の肉厚は厚くして、そこでの水漏れが起こらないよ
うにしておくこともでき。
をこえる発熱量の半導体装置の液冷システムに用いるの
が効果的である。
きい部位を特定して対応を容易化して全体としての信頼
性を向上させるものである。その一例模式的に示したの
が図4である。受熱ジャケット2は放熱パイプ4より耐
食性の良い材料で構成する。本図は更に、放熱パイプ4
は防水シート8で囲う構成にしたものである。
る材質を放熱パイプ4に絞ることができる。このため、
放熱パイプ4を防水シート8で囲うことにより、放熱パ
イプ4の腐食の促進により部材を貫通して腐食孔が形成
されても他の部位への水漏れを防止することができる。
ム、受熱ジャケットの材質をステンレスにした場合につ
いて述べる。放熱パイプ4と受熱ジャケット2配置関係
によっては、放熱パイプ4の方が腐食対策を施し易い場
合を考慮したものである。系中のゴムなどから出たイオ
ンは前記放熱パイプ4で多く反応して受熱ジャケット2
の腐食を抑制することが考えられる。
レス鋼、受熱ジャケットの材質を銅とした場合は、腐食
抑制剤や防水シートで被覆する等の手段を併せて講じる
ことが好ましい。
放熱パイプを同種の材料で構成することが考えられる。
その際、肉厚の薄い方の部材は防水シート8で囲うこと
が好ましい。
イプが表示装置筐体7に設置されている場合、放熱パイ
プ4の許容寸法は受熱ジャケット2に比べて小さくする
ことが好ましい。また、発熱体の熱を受熱ジャケット2
に有効に伝えるためには、熱が拡散するための厚さが必
要であることから、放熱パイプ4の肉厚は受熱ジャケッ
ト2に比べて薄くすることが好ましい。
食が進行する。しかしながら、異種金属で組み合わせた
場合に比べて、一方から溶け出した金属イオンが他方の
腐食を悪影響を与えることを抑制することができる。
を銅で構成することが考えられる。冷却液に水を用いた
場合製造工程で微生物が混入することがありうる。その
場合であっても、冷却液が銅と接触する面積を多くとっ
た構造にして微生物に伴う冷却液接触部位の腐食等を抑
制して、システム全体としての信頼性を向上させること
ができる。
を同種の材料で構成することが考えられる。この場合、
大きさを極力小型化・軽量化を図ることができるので小
型・軽量のパーソナルコンピュータをに適応するには好
適である。その際、肉厚の薄い方の部材は防水シート8
で囲うことが好ましい。放熱パイプ4、受熱ジャケット
2の材質を銅/アルミニウムとした場合に予め冷媒中に
銅/アルミニウム系材料用の腐食抑制剤を添加しておけ
ば腐食量を抑制することが可能である。
適な、腐食に伴う機器への影響を抑制してシステム全体
の健全性を確保することができる液冷システムまた、そ
れを用いたパーソナルコンピュータを提供することがで
きる。
Claims (11)
- 【請求項1】冷却液を供給するポンプと、前記冷却液が
供給され、発熱体から熱を受ける受熱ジャケットと、前
記受熱ジャケットを経た冷却液が供給され熱を放熱する
放熱パイプと、前記放熱パイプを経た冷却液が前記ポン
プに循環する経路と、を有する液冷システムであって、
前記放熱パイプを前記受熱ジャケットより耐食性の高い
材料で構成することを特徴とする液冷システム。 - 【請求項2】請求項1において、前記受熱ジャケットは
アルミニウムを主成分とする材料を構成要素とし、前記
放熱パイプはステンレス材料を構成要素とすることを特
徴とする液冷システム。 - 【請求項3】冷却液を供給するポンプと、前記冷却液が
供給され、発熱体から熱を受ける受熱ジャケットと、前
記受熱ジャケットを経た冷却液が供給され熱を放熱する
放熱パイプと、前記放熱パイプを経た冷却液が前記ポン
プに循環する経路と、を有する液冷システムであって、
前記放熱パイプを前記受熱ジャケットより耐食性の高い
材料で構成し、前記受熱ジャケットにおける前記冷却液
流路から前記ジャケットの表面までの厚さは、前記放熱
パイプにおける前記冷却流路から前記放熱パイプ表面ま
での厚さより厚く構成されていることを特徴とする液冷
システム。 - 【請求項4】冷却液を供給するポンプと、前記冷却液が
供給され、発熱体から熱を受ける受熱ジャケットと、前
記受熱ジャケットを経た冷却液が供給され熱を放熱する
放熱パイプと、前記放熱パイプを経た冷却液が前記ポン
プに循環する経路と、を有する液冷システムであって、
前記受熱ジャケットは銅を主成分とする材料を構成要素
とし、前記放熱パイプは銅を主成分とする材料を構成要
素とすることを特徴とする液冷システム。 - 【請求項5】冷却液を供給するポンプと、前記冷却液が
供給され、発熱体から熱を受ける受熱ジャケットと、前
記受熱ジャケットを経た冷却液が供給され熱を放熱する
放熱パイプと、前記放熱パイプを経た冷却液が前記ポン
プに循環する経路と、を有する液冷システムであって、
前記受熱ジャケットはアルミニウムを主成分とする材料
を構成要素とし、前記放熱パイプはアルミニウムを主成
分とする材料を構成要素とすることを特徴とする液冷シ
ステム。 - 【請求項6】半導体素子と、信号入力部と、表示装置
と、を備え、冷却液を供給するポンプと、前記冷却液が
供給され前記半導体素子で生じる熱を受ける受熱ジャケ
ットと、前記受熱ジャケットを経た冷却液が供給され熱
を放熱する放熱パイプと、前記放熱パイプを経た冷却液
が前記ポンプに循環する経路と、を有するパーソナルコ
ンピュータであって、前記放熱パイプを前記受熱ジャケ
ットより耐食性の高い材料で構成することを特徴とする
パーソナルコンピュータ。 - 【請求項7】請求項6において、前記受熱ジャケットは
アルミニウムを主成分とする材料を構成要素とし、前記
放熱パイプはステンレス材料を構成要素とすることを特
徴とするパーソナルコンピュータ。 - 【請求項8】半導体素子と、信号入力部と、表示装置
と、を備え、冷却液を供給するポンプと、前記冷却液が
供給され前記半導体素子で生じる熱を受ける受熱ジャケ
ットと、前記受熱ジャケットを経た冷却液が供給され熱
を放熱する放熱パイプと、前記放熱パイプを経た冷却液
が前記ポンプに循環する経路と、を有するパーソナルコ
ンピュータであって、前記受熱ジャケットは銅を主成分
とする材料を構成要素とし、前記放熱パイプは銅を主成
分とする材料を構成要素とすることを特徴とするパーソ
ナルコンピュータ。 - 【請求項9】半導体素子と、信号入力部と、表示装置
と、を備え、冷却液を供給するポンプと、前記冷却液が
供給され前記半導体素子で生じる熱を受ける受熱ジャケ
ットと、前記受熱ジャケットを経た冷却液が供給され熱
を放熱する放熱パイプと、前記放熱パイプを経た冷却液
が前記ポンプに循環する経路と、を有するパーソナルコ
ンピュータであって、前記受熱ジャケットはアルミニウ
ムを主成分とする材料を構成要素とし、前記放熱パイプ
はアルミニウムを主成分とする材料を構成要素とするこ
とを特徴とするパーソナルコンピュータ。 - 【請求項10】半導体素子と、信号入力部と、表示装置
と、を備え、冷却液を供給するポンプと、前記冷却液が
供給され前記半導体素子で生じる熱を受ける受熱ジャケ
ットと、前記受熱ジャケットを経た冷却液が供給され熱
を放熱する放熱パイプと、前記放熱パイプを経た冷却液
が前記ポンプに循環する経路と、を有するパーソナルコ
ンピュータであって、前記受熱ジャケットはアルミニウ
ムを主成分とする材料を構成要素とし、前記放熱パイプ
はアルミニウムを主成分とする材料を構成要素とするこ
とを特徴とするパーソナルコンピュータ。 - 【請求項11】半導体素子と、信号入力部とを備える本
体と、前記本体と可動機構を介して連絡する表示部を備
えた表示装置と、冷却液を吐出するポンプと、前記本体
に配置され、前記冷却液が供給され前記半導体素子で生
じる熱を受ける受熱ジャケットと、前記表示装置の前記
表示部の背面に前記受熱ジャケットを経た冷却液が供給
され熱を放熱する放熱パイプと、前記放熱パイプを経た
冷却液が前記ポンプに循環する経路と、を有するパーソ
ナルコンピュータであって、前記受熱ジャケットはアル
ミニウムを主成分とする材料を構成要素とし、前記放熱
パイプはアルミニウムを主成分とする材料を構成要素と
し、前記受熱ジャケットにおける前記冷却液流路から前
記ジャケットの表面までの厚さは、前記放熱パイプにお
ける前記冷却流路から前記放熱パイプ表面までの厚さよ
り厚く構成されていることを特徴とするパーソナルコン
ピュータ。
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