JP2006039663A - 液循環システム及びこれを用いる液冷システム - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減し、小型化を図ることを可能とした液循環システム及びこれを用いる液冷システムを得る。
【解決手段】複数枚の羽根２０３を有するインペラーを備えるポンプ１１４は、液循環路中の部品の１つ、例えばラジエータ１１２の壁面に設けられた開口部に、前記ポンプ部のインペラーが内部に配置されるように、パッキン２１０を介して取り付けられる。部品の内部には、インペラーの中心に対向する位置に穴３０４が設けられた仕切り板３０５が設けられ、前記開口部を有する壁面と前記仕切り板との間にポート３０６が設けられ、前記インペラーの回転により、前記部品内部から前記穴を経て前記ポートの方向への液流を作る。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ポンプにより液を循環させる液循環システム及びこれを用いる液冷システムに係り、特に、小型化を可能にするポンプとその取り付け構造とを備えた液循環システム及びこれを用いる液冷システムに関する。

近年、パーソナルコンピュータやサーバ等に用いられるデバイスや集積回路、特に、ＣＰＵの高速化が図られているが、それに伴い発熱量が増大している。

現在、ＣＰＵの冷却は、ＣＰＵにヒートシンクを固定し、それにファンを取り付けて、その冷却風をヒートシンクに吹き付ける直接空冷方式が用いて行われるのが主流である。しかし、直接空冷方式による冷却は、装置の高密度化に伴いＣＰＵ周辺のスペースに制限が生じ、ヒートシンクサイズが制限されるため、冷却能力が制限されると共に、ファンサイズも制限されるため、高風量を得るためには小型ファンを高速で回転させる必要が生じ、騒音が増大している。

そこで、より効率の良い大型のヒートシンクや大型のファンを利用するため、液冷システム等による熱輸送手段の適用が試みられている。しかし、一般に、液冷システムは、空冷システムよりも部品点数が多く小型化が困難なために、部品点数の削減と小型化が要求されている。

液冷システムの小型化を図ることができる従来技術として、例えば、特許文献１等に記載された技術が知られている。この従来技術は、ポンプの小型化に関するものであり、小径のインペラーを用いることとしている。しかし、この従来技術は、小径のインペラーが、大径のインペラーに比較して効率が悪いため、流量増加が困難であるという問題点を生じるものである。

また、他の従来技術として、例えば、特許文献２等に記載された技術が知られている。この従来技術は、遠心ポンプを薄型化するため、薄型インペラー及び小径のポートを用いてポンプを構成したものである。遠心ポンプは、他の方式、例えば、ピストン式ポンプに比べて開放流量が多いが、静圧が低いという特性がある。従って、小径のポートを用いるこの従来技術は、特に粘性が高い冷却液を使用する場合に冷却液の流量が低下するという問題点を有している。

さらに、他の従来技術として、特許文献３に記載されたているもののように、ポンプと冷却用のジャケットとを一体化することにより液冷システムを小型化することを可能にした技術も知られている。しかし、この従来技術は、ポンプケーシングの一部が受熱面となるため、ポンプケースの形状を冷却対象の形状に合わせて特化したものとしなければならず、ポンプ自体の汎用性が失われ、量産効果によるコストダウンが困難であるという問題点を有している。
特開２００４−９２６１０号公報 特開２００３−３４３４９２号公報 特開２００４−４７９２１号公報

前述した特許文献１〜３に記載の従来技術は、それぞれ、前述で説明したような問題点を有している。

また、特許文献１〜３に記載の従来技術は、何れも遠心ポンプを用いる液冷システムに関するものであるが、遠心ポンプの基本的な問題として、ポンプ内部に空気が混入すると、液流が停止するという問題がある。この問題は、ポンプ内部の空間が少ないほど、空気混入による液流停止が起きやすくなる。

また、メンテナンスフリーを目指した液冷システムの問題として、ポンプ表面からの冷却液の透過、すなわち、ポンプケースを構成する材料を透過して冷却液が失われるという問題がある。この問題は、ポンプのケーシングに金属を用いることができれば解決することができるが、実際にはインペラーを磁力で駆動させなければならない場合、ケースに金属を用いることができずポリマー材を使わざるを得ない。なお、磁力と殆ど関係が無い部分については金属を用いることができるがコストが増大してしまうという問題を生じさせる。

本発明の目的は、前述した従来技術の問題点及び遠心ポンプが持つ前述した問題を解決し、部品点数を削減し、小型化を図ることを可能とした液循環システム及びこれを用いる液冷システムを提供することにある。

本発明によれば前記目的は、複数枚の羽根を有するインペラーを備えるポンプにより液を循環させる液循環システムにおいて、前記ポンプが、液循環路中の部品の壁面に設けられた開口部に、前記ポンプ部のインペラーが前記部品の内部に配置されるように、液封止機構を介して取り付けられ、前記部品の内部に、インペラーの中心に対向する位置に穴が設けられた仕切り板が設けられ、前記開口部を有する壁面と前記仕切り板との間にポートが設けられ、前記インペラーの回転により、前記部品内部から前記穴を経て前記ポートの方向への液流を作ることにより達成される。

前述において、前記インペラーを備えるポンプは、前記インペラーの回転軸の中心を挿通する軸と、前記軸を垂直に支える壁と、インペラーに取り付けられた永久磁石と、前記壁を挟んでインペラーの反対面に設けられたインペラーを回転駆動させるための電磁石とにより構成される。

また、前記目的は、熱交換を行う部品と冷却液を保持する部品と発熱部材に接触されていて発熱部材の冷却を行う部品とを有する液冷システムにおいて、前記した液循環システムを用いて構成することにより達成される。

本発明によれば、液循環システムの小型化を図ることができ、配管による圧損ロスを少なくすることができる。

以下、本発明による液循環システム及びこれを用いる液冷システムの実施形態を図面により詳細に説明する。

図１は本発明による液冷システムが適用される電子機器の構成例を示す斜視図であり、まず、これについて説明する。図１において、１０１は筐体、１０２はマザーボード、１０３はＣＰＵ、１０４はチップセット、１０５はメモリ、１０６はＰＣＩボード、１０７はＨＤＤ、１０８はＣＤ−ＲＯＭ、１０９はＦＤＤ、１１０は電源、１１１ａ、１１１ｂはジャケット、１１２はラジエータ、１１３はタンク部、１１４はポンプ部、１１５はファン、１１６〜１１８はチューブである。なお、図１に示す電子機器は、高さ約４４．４ｍｍの薄型サーバ、いわゆる１Ｕサーバを例としている。

図１に示す電源機器としてのサーバは、筐体１０１の内部にに設けられたマザーボード１０２上に、ＣＰＵ１０３、チップセット１０４、メモリ１０５、ＰＣＩボード１０６が搭載されて構成されている。また、外部記憶装置として、ＨＤＤ１０７、ＣＤ−ＲＯＭ１０８、ＦＤＤ１０９が前方に搭載され、電源１１０が筐体１０１の背面側に搭載されている。

前述したようなサーバに設けられる本発明の実施形態による液冷システムは、ファン１１５が取り付けられたラジエータ１１２と、その一端に設けられたタンク部１１３と、他端に設けられたポンプ部１１４と、２つのＣＰＵ１０３に取り付けられたジャケット１１１ａ、１１１ｂと、ジャケット相互間を接続するチューブ１１８と、ジャケット１１１ｂとタンク部１１３とを接続するチューブ１１６と、ジャケット１１１ａとポンプ部１１４とを接続するチューブ１１７と、内部を循環する冷却液とにより構成される。なお、冷却液としては、エチレングリコールまたはプロピレングリコールと水との混合液を用いればよく、エチレングリコールまたはプロピレングリコールを水に３０％程度混入したものであってよい。

前述において、液冷システムのジャケット１１１ａ及び１１１ｂは、ＣＰＵ１０３に取り付けられ、ＣＰＵ１０３の熱を吸収する。より詳しくは、このジャケット１１１ａ、１１１ｂは、銅あるいはアルミといった伝熱性に優れた金属により形成されている。そして、両ジャケットとＣＰＵ１０３との接触面は、サーマルコンパウンド、あるいは、高熱伝導性シリコンゴム等を挟んで圧着されており、ＣＰＵ１０３で発生する熱がジャケットに効率よく伝わるように構成されている。また、ジャケット内部には冷却液が流れており、ＣＰＵ１０３からの熱は、冷却液に伝えられてラジエータ１１２に運ばれる。

冷却液を冷やすラジエータ１１２には、脇にタンク機能を有するタンク部１１３と、液流を発生させるポンプ部１１４がもうけられている。このポンプ部１１４を有するラジエータ１１２の構造については後に詳述する。また、ラジエータ１１２には、ファン１１５が取り付けられており、ラジエータ１１２に風を送っている。

すでに説明したように、液冷システムの配管は、チューブ１１６〜１１８により構成され、チューブ１１６はジャケット１１１ｂとタンク部１１３との間を接続しており、チューブ１１７はポンプ部１１４とジャケット１１１ａとの間を接続しており、また、チューブ１１８はジャケット１１１ａとジャケット１１１ｂとの間を繋いでいる。

また、本発明の実施形態での冷却液の流れる順路は、ポンプ部１１４−ジャケット１１１ａ−ジャケット１１１ｂ−タンク部１１３−ラジエータ１１２−再びポンプ部１１４という順路としている。このように、ポンプ部１１４にラジエータ１１２で冷やされた冷却液を流すようにすることにより、ポンプ部１４４の過熱を防止することができる。

図２は本発明の実施形態で使用するポンプ部の構造を示す断面図、図３はポンプ部を構成するインペラー及び羽根の形状、電磁石の配置、永久磁石の配置について説明する図、図４は本発明の第１の実施形態による液冷システムの構成を示す断面図であり、次に、これらの図面を参照して、本発明の第１の実施形態による液冷システムについて説明する。図４に示す液冷システムは、ポンプ部をラジエータに取り付けて構成したものである。図２〜図４において、２０１はインペラー、２０２は永久磁石、２０３は羽根、２０４は軸受、２０５は軸、２０６はワッシャー、２０７は底壁、２０８はストッパー、２０９は折り曲げ部、２１０はパッキン、２１１は電磁石、３０１は流路、３０２はフィン、３０３は壁面、３０４は穴、３０５は仕切り板、３０６はポート、３０７はネジであり、他の符号は、図１の場合と同一である。

ポンプ部１１４は、モータと一体に構成された遠心ポンプとして構成されており、図２に示すように永久磁石２０２、羽根２０３を有するインペラー２０１と、インペラー２０１を支持する底壁２０７と、底壁２０７に取り付けられた電磁石２１１とにより構成されている。インペラー２０１は、図３（ａ）、図３（ｃ）に示すように複数の永久磁石２０２を有すると共に、複数枚の羽根２０３を有して構成されている。インペラー２０１の中心には軸受２０４が設けられ、軸受２０４には軸２０５が通っている。軸受２０４内を挿通する軸２０５には、その上下に２つのワッシャー２０６が設けられており、底面側のワッシャー２０６は、切り欠かれた形状とされて底壁２０７に埋め込まれて固定され、上部側のワッシャー２０６は、ストッパー２０８の折り曲げ部２０９により、回転しないようにされている。

前述した軸受け２０４、軸２０５、ワッシャー２０６は、耐磨耗性に優れた材質、例えば、セラミック等により構成することができる。また、軸受２０４は、上下のワッシャー２０６と接触するようにされているため、インペラー２０１の回転時にこれらの接触面が擦れることになるが、前述したようにこれらの部品は耐磨耗性に優れているため、長寿命となっている。

軸を支える底壁２０７には、インペラー２０１が取り付けられる面と同一側の面にパッキン２１０が設けられ、反対面に電磁石２１１が設けられている。底板２０７に設けられる電磁石２１１と、インペラー２０１に設けられる永久磁石２０２とは、インペラー２０１を回転駆動するモータを構成している。底板２０７に設けられる電磁石２１１は、図３（ｂ）に示すように、底壁２０７を垂直に貫通する方向に磁力を発生する複数のコイルにより構成され、インペラー２０１に設けられる永久磁石２０２は、同様に、図３（ｃ）に示すように、底壁２０７を垂直に貫通する方向に磁力を発生する複数の永久磁石であり、隣り合う磁石が互いに逆極性となるように配置されている。

前述したように、インペラー２０１を回転させるモータは、底板２０７を介して対向する永久磁石２０２と、電磁石２１１とにより構成されるため、底板２０７は、磁力を透過させることができる材質の部材を用いる必要があり、硬質プラスチック等により形成されてよい。

前述で説明したポンプ部１１４は、従来から使用されているポンプに見られるような、ポートや水密を確保するためのケーシングがなく、図２に示す構造だけで単独に使用することができるものではなく、他のラジエータ、タンク等に取り付けられて、ポンプとしての機能を発揮することができるものであり、次に、図４を参照して、ラジエータ１１２に図２に示すポンプ部１１４を取り付けた構成例について説明する。なお、図４に示す矢印は、冷却液の流れを示している。

ラジエータ１１２は、複数の流路３０１を構成する配管と、それらに取り付けられた多数のフィン３０２とにより構成され、左右にタンク部１１３とポンプ部１１４とが設けられ、それぞれが流路３０１で接続されている。複数の流路３０１は、平行な流路とされており、流路３０１にはフィン３０２が熱的に接合されている。これにより、流路３０１を流れる冷却液の熱は、フィン３０２に伝えられる。これら流路３０１及びフィン３０２は、ファン１１５からの風が当たるようにされており、ここで冷却液の熱が冷まされる。なお、ラジエータ部１１２は、熱伝導性に優れた銅やアルミといった金属部材により構成される。

タンク部１１３は、ある一定量の冷却液を溜めておくことにより、液冷システムの長期間にわたる信頼性を確保するためのものである。詳しくは、液冷システムは、ポリマー部材等、水分透過が起こる部材を使用する部分があり、この部分から水分透過が起こり液量が除々に減少する。一般に、タンク部１１３は、長期間の使用に耐えるように、十分な液量を保持する必要があるが、本発明の実施形態においては、後に詳述するように、ポリマー材の使用量が少なくて済むため、水分透過量が少なく、従って、従来に比べ小型のタンクでよい。

ラジエータ１１２のポンプ部１１４を取り付ける側は、穴の空いた壁面３０３により構成されており、ここにポンプ部１１４が組み込まれる。ポンプ部１１４のインペラー２０１の羽根２０３は、壁面３０３の内部側に入り込んでいる。ポンプ部１１４は、ネジ３０７により壁面３０３に固定される。壁面３０３とポンプ部１１４の底壁２０７との間には、パッキン２１０が介在されられるため、ここから液が漏れることはない。また、ラジエータ１１２の穴の空いた壁面３０３の内側には、壁面３０３に取り付けられたポンプ部１１４のインペラー２０１に接触しない程度に近接した位置に穴３０４の空いた仕切り板３０５が設けられている。この穴３０４は、インペラー２０１の中心部に対向するように設けられており、この穴３０４の流路３０１側には、複数の流路３０１からの冷却液を集めて穴３０４に導く部屋が設けられている。また、仕切り板３０５で仕切られた空間のインペラー側には、すなわち、仕切り板３０５と壁面３０３との間にはポート３０６が設けられている。

前述したような構成により、インペラーが回転駆動させられることにより、ラジエータ１１２の流路３０１からの冷却液が仕切り板３０５に設けられた穴３０４から液が吸い込まれ、ポート３０６から流れ出すことになる。また、前述したような構成により、ポンプ部１１４は、ラジエータ１１２に組み込まれた状態で稼動することとなり、ポンプ部とラジエータを接続する配管を不要とすることができ、液冷システムの小型化が可能になる。さらに、前述したような本発明の実施形態によれば、配管による圧損ロスを無くすことができる。詳しくは、インペラー２０１の羽根２０３の回転により生じる負圧により液を吸込む部分は、仕切り板３０５の穴３０４である。穴３０４の径には制約が無いため、十分大きく取ることができ、圧損を殆ど無視できる程度とすることができる。

ちなみに、従来技術の場合には、ポンプ部とラジエータとは、配管を用いて接続するように構成されており、配管を太く使用とすると、ポンプポート自身も太くなるため、ポンプが大型化する。従って、ポンプを小型化しようとすると、ポートも小径にせざるを得なくなり、圧損による流量低下を生じていた。

また、従来技術の場合、ポンプケーシング全体から水分透過が起きていたが、前述した本発明の実施形態によるポンプ部１１４は、金属製のラジエータ１１２に半分埋没する形になるため、ポンプ部１１４からの水分透過は、底壁２０７の表面のみに限定される。この底壁２０７は、従来のポンプケーシングの半分以下の表面積であるので水分透過量も半分以下とすることができる。

さらに、前述した本発明の実施形態は、ポンプ部１１４を取り付ける壁面３０３の穴を液冷システムの液注入用の穴として、また、ポンプ部１１４をその「蓋」として使用することがができる。壁面３０３の穴は、配管径に比べてかなり大きいため液の注入を容易に行うことができる。

なお、前述した本発明の第１の実施形態は、ラジエータ１１２にタンク部１１３を設けるとして説明したが、本発明は、タンク部１１３をラジエータと独立して構成し、配管で接続するようにしてもよい。

図５は本発明の第２の実施形態による液冷システムの構成を示す断面図であり、次に、この図面を参照して、本発明の第２の実施形態による液冷システムについて説明する。図５に示す液冷システムは、ポンプ部を独立したタンク部に取り付けて構成したものである。図５において、４０１はタンク、４０２、４０３はポート、４０４は壁面、４０５は穴、４０６は仕切り板であり、他の符号は図１〜図４の場合と同一である。なお、図５に示す矢印は、冷却液の流れを示している。

図５において、タンク４０１は金属により構成されており、タンク４０１の底面は、ポンプ部１１４を取り付ける穴の空いた壁面４０４により構成されており、ここにポンプ部１１４が組み込まれる。ポンプ部１１４のインペラー２０１の羽根２０３は、壁面４０４の内部側に入り込んでいる。ポンプ部１１４は、ネジ３０７により壁面４０４に固定される。壁面４０４とポンプ部１１４の底壁２０７との間には、パッキン２１０が介在されられるため、ここから液が漏れることはない。また、タンク４０１の穴の空いた壁面４０４の内側には、壁面４０４に取り付けられたポンプ部１１４のインペラー２０１に接触しない程度に近接した位置に穴４０５の空いた仕切り板４０６が設けられている。この穴４０６は、インペラー２０１の中心部に対向するように設けられており、この穴４０６は、タンク内の冷却液に対して直接開口されている。また、仕切り板４０６で仕切られた空間のインペラー側には、すなわち、仕切り板４０６と壁面４０４との間には冷却液の出口ポート４０３が設けられており、タンク４０１の上部には冷却液の入口ポート４０２が設けられている。

前述したような構成により、インペラーが回転駆動させられることにより、タンク４０１内の冷却液が仕切り板４０６に設けられた穴４０５から吸い込まれ、出口ポート４０３から流れ出すことになる。また、前述したような構成により、ポンプ部１１４は、タンク４０１に組み込まれた状態で稼動することとなり、ポンプ部とタンクとを接続する配管を不要とすることができ、液冷システムの小型化が可能になる。さらに、前述したような本発明の実施形態によれば、配管による圧損ロスを無くすことができる。詳しくは、インペラー２０１の羽根２０３の回転により生じる負圧により液を吸込む部分は、仕切り板４０６の穴４０５である。穴４０６の径には制約が無いため、十分大きく取ることができ、圧損を殆ど無視できる程度とすることができる。

なお、図５には示していないが、出口ポート４０３からの冷却液は、ジャケット、ラジエータの順に流れて、入口ポート４０２からタンク４０１に戻されることになる。また、前述したような構成により、ポンプ部１１４は、タンク４０１に組み込まれた状態で稼動することとなり、ポンプ部とタンクとを接続する配管を不要とすることができ、液冷システムの小型化が可能になる。さらに、前述したような本発明の実施形態によれば、配管による圧損ロスをなくすことができる。

ちなみに、従来技術の場合には、ポンプ部とタンクとは、配管を用いて接続するように構成されており、配管を太く使用とすると、ポンプポート自身も太くなるため、ポンプが大型化する。従って、ポンプを小型化しようとすると、ポートも小径にせざるを得なくなり、圧損による流量低下を生じていた。

また、従来技術の場合、ポンプケーシング全体から水分透過が起きていたが、前述した本発明の実施形態によるポンプ部１１４は、金属製のタンク４０１に半分埋没する形になるため、ポンプ部１１４からの水分透過は、底壁２０７の表面のみに限定される。この底壁２０７は、従来のポンプケーシングの半分以下の表面積であるので水分透過量も半分以下とすることができる。

さらに、前述した本発明の実施形態は、ポンプ部１１４を取り付けるタンク４０１の壁面４０４の穴を液冷システムの液注入用の穴として、また、ポンプ部１１４をその「蓋」として使用することがができる。壁面４０４の穴は、配管径に比べてかなり大きいため液の注入を容易に行うことができる。

また、一般に、遠心ポンプは、空気混入時に液流が停止するという問題があり、空気が混入した場合に空気を排出する必要があるが、従来技術による液冷システムは、配管により接続されているために圧損が高く、ポンプ内部の空気を排出するには特別な手段が必要であった。

これに対して、前述した本発明の第２の実施形態によれば、ポンプ内部の空気を容易に排出することが可能である。すなわち、図５に示す本発明の実施形態は、ポンプ部１１４に空気が溜まった場合、即ち仕切り板４０６と壁面４０４とにより囲まれた、インペラー２０１の羽根２０３の周囲に空気が溜まった場合、ポンプ部１１４の動作を止めることだけで、空気が穴４０５から上部へ抜けていく。このように、本発明の実施形態によれば、ポンプ内部の空気の排出を容易に行うことができる。

また、液流の停止は、インペラー２０１の羽根２０３の周りに空気が溜まり、逆にこの空間の液量が減少したときに発生する。本発明の実施形態によれば、インペラー２０１の羽根２０３を囲む容積、すなわち、タンク４０１内部の仕切り板４０６で囲まれたインペラー２０１の羽根２０３周りの空間は、タンク４０１の一部であるが、一般的にポンプよりもタンクサイズの方が大きく、自ずとこの容量、すなわち、液量は、従来のポンプよりも大きくなっているため、空気混入の影響が軽減され、液流停止が起こりにくくなる。

図６は本発明の第３の実施形態による液冷システムの構成を示す断面図であり、次に、この図面を参照して、本発明の第３の実施形態による液冷システムについて説明する。図６に示す液冷システムは、ポンプ部をラジエータと一体に構成したものである。図６において、５０１はジャケット、５０２、５０３はポート、５０４は壁面、５０５は穴、５０６はダクト、５０７は開口、５０８はヒートシンクであり、他の符号は図１、図２の場合と同一である。なお、図６に示す矢印は、冷却液の流れを示している。

図６において、ジャケット５０１は、熱伝導性に優れた金属、例えば、銅またはアルミにより構成されており、ジャケット５０１の底面には、ＣＰＵ等の冷却すべき発熱体が熱伝導グリス等を介して接合されている。また、ジャケット５０１の側面には、冷却液の入口ポート５０２と出口ポート５０３とが設けられ、天面５０４には穴５０５が設けられている。この天面５０４の穴５０５には、ポンプ部１１４が組み込まれ、インペラーの羽根２０３は、ジャケット内部に入り込んでいる。なお、図示しないが、前述までに接続した本発明の実施形態と同様、ポンプ部１１４は、ネジにより固定され、天面５０４とポンプ部１１４との間にはパッキンが存在するため、ジャケット５０１とポンプ部１１４との間から液が漏れることはない。

ジャケット５０１の内部には、ダクト５０６が備えられている。このダクト５０６は、格子状に並んだピン状のヒートシンク５０８を一部を含む形で被さっている。また、ダクト５０６は、入口ポート５０２と接続されており、開口５０７が設けられている。開口５０７は、インペラー２０１の羽根２０３の中心部と対面するように設けられている。すなわち、ダクト５０６は、入口ポート５０２からインペラー２０１の羽根２０３の中心部までの配管として機能する。従って、インペラー２０１の羽根２０３を回転させると、その中心部は負圧となるため、入口ポート５０２が吸い込み口として機能する。また、ジャケット５０１の内部に設けられるヒートシンク５０８は、発熱体と接した面、すなわち、ジャケット５０１の底面と一体に成形されて、発熱体の熱が伝えられるようにされている。そして、ヒートシンク５０８に伝わった熱は、冷却液に接することにより冷やされる。

前述したような構成により、本発明の実施形態によるにジャケットと一体に形成した液冷システムは、従来のジャケットよりも熱伝達率を高くすることができる。以下、これについて詳述する。

まず、ポート５０２から入った冷却液は、ダクト５０６を通り、開口５０７からインペラー２０１の羽根２０３に吸い込まれる。なお、ダクト５０６内部にもヒートシンク５０８が存在するため、この時点においてもある程度の冷却がなされる。インペラー２０１の羽根２０３を通過した冷却液は、インペラー２０１の羽根２０３の回転により攪拌されながら、ダクト５０６に覆われた部分以外のヒートシンク５０８に叩きつけられ、その後、出口ポート５０３から図示しないタンク、ラジエータに向けて流れ出る。

さて、熱伝達率は、冷却液の流速が早いほど、また、衝突噴流であるほど効率がよい。本発明の実施形態においては、インペラー２０１の羽根２０３の回転により、ジャケット内部には回転する液流が生じ、ヒートシンク５０８に対しては叩きつける衝突噴流となる。従って、図６に示す本発明の実施形態による冷却システムを構成するジャケットは、単純に冷却液が通過するだけの従来のジャケットよりも内部の液流が早く、また、衝突噴流となるため、熱伝達率が高くなり、冷却性能を向上させることができる。

また、図６に示す本発明の実施形態は、ポンプ部１１４がジャケット５０１に組み込まれた状態で稼動することとなり、従って、ポンプを接続する配管を不要とすることができ、液冷システムの小型化を図ることができる。

なお、前述した本発明の第３の実施形態においてはヒートシンク５０８の形状を、格子状に並んだピン状のフィンとしたが、フィンは、このような形状に限ったものではなく、冷却液と接する面積が広いものであれば、どのような形状のものであってもよい。

図７は本発明の実施形態で使用するポンプ部の他の構造を示す断面図である。図７において、７０１はＯリングであり、他の符号は図２の場合と同一である。

前述までに説明した本発明の第１〜第３の実施形態は、ポンプ部とポンプ部がが組み込まれる部品との隙間を埋めるためにパッキンを用いるとして説明したが、本発明は、図７に示すようにＯリング７０１を用いてポンプ部とポンプ部がが組み込まれる部品との隙間をシールするようにしてもよい。また、図示しないが、カシメにより水密構造とするようにしてもよい。要するに、ポンプ部とこれが組み込まれる部品との隙間を埋める構造であればよい。

また、ポンプ部を構成する永久磁石と電磁石との実装構造は、図７に示すように、永久磁石２０２をＯリング状にし、電磁石２１１を埋設したようなな形態であってもよく、また、インペラー２０１全体を永久磁石としてもよい。要するに、インペラー２０１を回転させる機能が実現できればよい。

前述したように、本発明の実施形態において、液流を発生させるポンプ部は、インペラー、軸、前記軸を垂直に支える壁、壁を挟んでインペラー反対面に位置する電磁石から成り、従来のポンプに見られるような、ポートや水密を確保したケーシングを備えずに構成される点に特徴を有する。そして、液循環路中の部品の壁面は、前記ポンプ部のインペラーサイズ以上の開口を有し、前記ポンプ部が前記開口部に組み込まれ、前記ポンプ部の壁と前記部品の壁面との間に液封止構造を有し、前記部品の内部にインペラーが回転することにより発生する圧力を所望の方向の液流に変える手段として仕切り板が設けられている。

本発明の実施形態は、前述の構成により、前記ポンプ部が前記液循環路中の部品に組み込まれた状態で稼動することとなり、従来のようなポンプを接続する配管が不要となり、これにより液循環システムの小型化を図ることができる。

また、前述において、インペラーが回転することにより発生する圧力を所望の方向の液流に変える手段としての仕切り板は、インペラーの中心部に対応する位置に穴が設けられ、この穴がインペラーの吸液口のポートとなるようにされており、また、前記仕切り板で仕切られた空間のインペラー側に出口ポートが設けられている。

本発明の実施形態は、これにより、ポンプ部と液循環システムの構成部品との間に生じる圧損をなくすことができ、冷却液の流量を増加させることができる。また、液循環システムの構成部品の仕切り板に設けたポートがポンプ部のポートを兼ねるため、液循環システムを小型に構成することができる。

さらに、前述において、インペラーの回転軸の中心を挿通する軸には、ストッパーが設けられているので、インペラー周りのケーシングがなくても、インペラーが軸から抜けることを防止することができる。

前述したような液循環システムを用いて構成した本発明の実施形態による液冷システムは、前述した液循環システムによる液流を用いて熱輸送を行うことができ、ポンプ部が組み込まれる部品を、ラジエータ、ジャケット、タンクとすることにより、システムの小型化、流量増加による冷却性能向上を図ることができる。

本発明による液冷システムが適用される電子機器の構成例を示す斜視図である。 本発明の実施形態で使用するポンプ部の構造を示す断面図である。 ポンプ部を構成するインペラー及び羽根の形状、電磁石の配置、永久磁石の配置について説明する図である。 本発明の第１の実施形態による液冷システムの構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による液冷システムの構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態による液冷システムの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態で使用するポンプ部の他の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０１ 筐体
１０２ マザーボード
１０３ ＣＰＵ
１０４ チップセット
１０５ メモリ
１０６ ＰＣＩボード
１０７ ＨＤＤ
１０８ ＣＤ−ＲＯＭ
１０９ ＦＤＤ
１１０ 電源
１１１ａ、１１１ｂ、５０１ ジャケット
１１２ ラジエータ
１１３ タンク部
１１４ ポンプ部
１１５ ファン
１１６〜１１８ チューブ
２０１ インペラー
２０２ 永久磁石
２０３ 羽根
２０４ 軸受
２０５ 軸
２０６ ワッシャー
２０７ 底壁
２０８ ストッパー
２０９ 折り曲げ部
２１０ パッキン
２１１ 電磁石
３０１ 流路
３０２ フィン
３０３、４０４、５０４ 壁面
３０４ 穴
３０５、４０６ 仕切り板
３０６ ポート
３０７ ネジ
４０１ タンク
４０２、４０３、５０２、５０３ ポート
４０５、５０５ 穴
５０６ ダクト
５０７ 開口
５０８ ヒートシンク
７０１ Ｏリング

Claims (7)

1. 複数枚の羽根を有するインペラーを備えるポンプにより液を循環させる液循環システムにおいて、前記ポンプは、液循環路中の部品の壁面に設けられた開口部に、前記ポンプ部のインペラーが前記部品の内部に配置されるように、液封止機構を介して取り付けられ、前記部品の内部に、インペラーの中心に対向する位置に穴が設けられた仕切り板が設けられ、前記開口部を有する壁面と前記仕切り板との間にポートが設けられ、前記インペラーの回転により、前記部品内部から前記穴を経て前記ポートの方向への液流を作ることを特徴とする液循環システム。
2. 前記インペラーを備えるポンプは、前記インペラーの回転軸の中心を挿通する軸と、前記軸を垂直に支える壁と、インペラーに取り付けられた永久磁石と、前記壁を挟んでインペラーの反対面に設けられたインペラーを回転駆動させるための電磁石とにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の液循環システム。
3. 複数枚の羽根を有するインペラーを備えるポンプにより液を循環させる液循環システムにおいて、前記ポンプは、液循環路中の部品の壁面に設けられた開口部に、前記ポンプ部のインペラーが前記部品の内部に配置されるように、液封止機構を介して取り付けられ、前記部品の内部に、インペラーの中心に対向する位置に穴が設けられ、部品外部の入り口ポートに接続されたダクトを備え、前記部品の壁面に出口ポートが設けられ、前記インペラーの回転により、前記入り口ポートから前記ダクトの穴を経て前記部品の内部に衝突噴流を作ることを特徴とする液循環システム。
4. 前記インペラーを備えるポンプは、前記インペラーの回転軸の中心を挿通する軸と、前記軸を垂直に支える壁と、インペラーに取り付けられた永久磁石と、前記壁を挟んでインペラーの反対面に設けられたインペラーを回転駆動させるための電磁石とにより構成されていることを特徴とする請求項３記載の液循環システム。
5. 熱交換を行う部品と冷却液を保持する部品と発熱部材に接触されていて発熱部材の冷却を行う部品とを有する液冷システムにおいて、請求項１または２記載の液循環システムを用い、前記部品が、前記熱交換を行う部品であることを特徴とする液冷システム。
6. 熱交換を行う部品と冷却液を保持する部品と発熱部材に接触されていて発熱部材の冷却を行う部品とを有する液冷システムにおいて、請求項１または２記載の液循環システムを用い、前記部品は、前記冷却液を保持する部品であるあることを特徴とする液冷システム。
7. 熱交換を行う部品と冷却液を保持する部品と発熱部材に接触されていて発熱部材の冷却を行う部品とを有する液冷システムにおいて、請求項３または４記載の液循環システムを用い、前記部品は、前記発熱部材に接触されていて発熱部材の冷却を行う部品であることを特徴とする液冷システム。
   

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