JP2007095902A - 冷却装置および冷却装置を有する電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、発熱量が大きい発熱体を効率良く冷却できる冷却装置を得ることにある。
【解決手段】冷却装置(15)は、第１の発熱体(10)に熱的に接続される第１の受熱部(16)と、第１の発熱体(10)よりも発熱量が大きい第２の発熱体(11)に熱的に接続される第２の受熱部(17)と、第１および第２の発熱体(11 ,12)の熱を放出する放熱部(18)と、第１の受熱部(16)、第２の受熱部(17)および放熱部(18)の間で液状冷媒を循環させる循環経路(19)とを備えている。第２の受熱部(17)は、液状冷媒を加圧して送り出すポンプ(30)を内蔵している。第２の受熱部(17)は、第１の受熱部(16)よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつ放熱部(18)よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば発熱する複数の電子部品を冷却する液冷式の冷却装置、および冷却装置を搭載した電子機器に関する。

電子機器に用いられるＣＰＵやＶＧＡコントローラのような電子部品は、高密度実装や高機能化に伴って発熱量が急増する傾向にある。この熱対策として、近年、例えば不凍液のような液状冷媒を用いて複数の電子部品を一括して冷却する冷却モジュールが提案されている。

従来の冷却モジュールは、一つの電子部品に熱的に接続される第１の受熱部と、他の電子部品に熱的に接続される第２の受熱部とを有している。第１の受熱部および第２の受熱部は、互いに隣り合うように金属製のケーシングに一体に形成されている。

第１の受熱部は、液状冷媒を加圧して送り出すポンプを内蔵している。第２の受熱部は、液状冷媒が流れる流路を有し、この流路の下流端がポンプの吸い込み端に接続されている。

このような冷却モジュールによると、液状冷媒は、最初に第２の受熱部の流路に流れ込み、この流路を流れる過程で第２の受熱部に伝わる電子部品の熱を奪う。次に、液状冷媒は第１の受熱部に流入し、ここで第１の受熱部に伝わる電子部品の熱を奪いながらポンプにより加圧されて、第１の受熱部から吐き出される。

この結果、複数の電子部品が発する熱を一つの冷却モジュールで吸収することができ、複数の電子部品を同時に冷却することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２５３４３５号公報

特許文献１に開示された冷却モジュールによると、ポンプを内蔵する第１の受熱部は、流路だけの第２の受熱部よりも大きく形成されている。そのため、効率的な受熱と冷却を実現するためには、特許文献１の段落番号００６２に記載があるように、高温となり易いＣＰＵのような比較的大型の電子部品を第１の受熱部に熱的に接続し、発熱量が少ない比較的小型の電子部品を第２の受熱部に熱的に接続することが望ましいものとなる。

しかしながら、液状冷媒は第２の受熱部から第１の受熱部に向けて流れるので、液状冷媒が第１の受熱部に到達する時点では、液状冷媒の温度は第２の受熱部での熱交換によって既に上昇していることになる。

言い換えると、最も高温となる電子部品に低温の液状冷媒を導くことができず、この液状冷媒と電子部品との温度差が少なくなる。この結果、特に高温となる電子部品を効率良く冷却することができなくなる。

さらに、特許文献１の冷却モジュールでは、第１の受熱部と第２の受熱部とが一体構造となっている。このため、第１の受熱部と第２の受熱部との位置関係が固定的に定まってしまい、これが原因で第１および第２の発熱体をレイアウトする上での自由度が失われるといった不具合がある。

本発明の目的は、発熱量が大きい発熱体を効率良く冷却できる冷却装置を得ることにある。

本発明の他の目的は、発熱体を効率良く冷却できる冷却装置を搭載した電子機器を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る冷却装置は、
第１の発熱体に熱的に接続される第１の受熱部と、
上記第１の発熱体よりも発熱量が大きい第２の発熱体に熱的に接続される第２の受熱部と、
上記第１および第２の発熱体の熱を放出する放熱部と、
上記第１の受熱部と上記第２の受熱部と上記放熱部との間で液状冷媒を循環させる循環経路と、を備えている。

上記第２の受熱部は、液状冷媒を加圧して送り出すポンプを有するとともに、上記第１の受熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつ上記放熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置することを特徴としている。

上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る電子機器は、
第１の発熱体および第１の発熱体よりも発熱量が大きい第２の発熱体を収容する筐体と、
上記筐体に収容され、液状冷媒を用いて上記第１および第２の発熱体を冷却する冷却装置と、を備えている。
上記冷却装置は、上記第１の発熱体に熱的に接続される第１の受熱部と、上記第２の発熱体に熱的に接続される第２の受熱部と、上記第１および第２の発熱体の熱を放出する放熱部と、上記第１の受熱部と上記第２の受熱部と上記放熱部との間で液状冷媒を循環させる循環経路とを含んでいる。上記第２の受熱部は、液状冷媒を加圧して送り出すポンプを有するとともに、上記第１の受熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつ上記放熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置することを特徴としている。

本発明によれば、発熱量の大きい発熱体を効率良く冷却できる冷却装置およびこの冷却装置を搭載した電子機器を得ることができる。

以下本発明の第１の実施の形態を、図１ないし図９に基づいて説明する。

図１は電子機器の一例である据え置き形のコンピュータ１を開示している。コンピュータ１は、例えば机の天板の上に置かれる筐体２を有している。筐体２は、底壁３、上壁４、前壁５、左右の側壁６ａ，６ｂおよび後壁７を有する中空の箱状をなしている。

筐体２は、プリント回路基板８を収容している。プリント回路基板８は、側壁６ａ，６ｂと平行となるように筐体２の奥行き方向に沿って垂直に起立している。

プリント回路基板８は、第１の面８ａと、この第１の面８ａの反対側に位置する第２の面８ｂとを有している。プリント回路基板８の第１の面８ａに第１の発熱体１０および第２の発熱体１１が実装されている。

第１の発熱体１０は、例えばＶＧＡコントローラを構成する半導体パッケージである。第２の発熱体１１は、例えばＣＰＵを構成するＢＧＡ形の半導体パッケージである。第１および第２の発熱体１０，１１は、プリント回路基板８の中央部で互いに隣り合っている。

図４に示すように、第２の発熱体１１は、ベース基板１２とＩＣチップ１３とを有している。ベース基板１２は、プリント回路基板８の第１の面８ａに半田付けされている。ＩＣチップ１３は、ベース基板１２の中央部に実装されている。第２の発熱体１１は、ＩＣチップ１３の処理速度の高速化や多機能化に伴って、動作中の発熱量が第１の発熱体１０よりも大きくなっている。第１および第２の発熱体１０，１１は、共に安定した動作を維持するために冷却を必要としている。

図１および図２に示すように、コンピュータ１の筐体２は、例えば水あるいは不凍液のような液状冷媒を用いて第１および第２の発熱体１０，１１を冷却する液冷式の冷却装置１５を搭載している。冷却装置１５は、第１の受熱部１６、第２の受熱部１７、放熱部１８および循環経路１９を備えている。

図３に示すように、第１の受熱部１６は、受熱ケーシング２０を有している。受熱ケーシング２０は、第１の発熱体１０よりも一回り大きい偏平な四角い箱形であり、例えばアルミニウム合金のような熱伝導率の高い金属材料で造られている。

受熱ケーシング２０の内部に複数のガイド壁２１が形成されている。ガイド壁２１は、受熱ケーシング２０の内部に液状冷媒が流れる冷媒流路２２を規定している。冷媒流路２２は、蛇行状に折れ曲がっている。

受熱ケーシング２０は、冷媒流路２２の上流端に位置する流入口２３と、冷媒流路２２の下流端に位置する流出口２４とを有している。流入口２３および流出口２４は、受熱ケーシング２０の側面から同一方向に向けて突出している。

さらに、受熱ケーシング２０は、四つの舌片２５を有している。舌片２５は、受熱ケーシング２０の四つの角部から受熱ケーシング２０の周囲に張り出すとともに、夫々ねじ２６を介してプリント回路基板８に固定されている。これにより、受熱ケーシング２０は、第１の発熱体１０を覆うような姿勢でプリント回路基板８に保持されて、第１の発熱体１０に熱的に接続されている。

図４ないし図７に示すように、第２の受熱部１７は、第１の受熱部１６から独立するように切り離されているとともに熱交換型ポンプ３０を内蔵している。熱交換型ポンプ３０は、受熱ケーシングを兼ねるポンプケーシング３１を備えている。

ポンプケーシング３１は、ケーシング本体３２および受熱カバー３３を有している。ケーシング本体３２は、第２の発熱体１１よりも一回り大きい偏平な四角形の箱形であり、例えば耐熱性を有する合成樹脂材料で造られている。

ケーシング本体３２は、第１の凹部３４と第２の凹部３５とを有している。第１の凹部３４および第２の凹部３５は、ケーシング本体３２の厚み方向に沿うように互いに逆向きに開口している。第２の凹部３５は、円筒状の周壁３６と、周壁３６の一端に位置する円形の端壁３７とを有している。周壁３６および端壁３７は、第１の凹部３４の内側に位置している。

受熱カバー３３は、例えば銅あるいはアルミニウムのような熱伝導性の高い金属材料で造られている。受熱カバー３３は、第１の凹部３４の開口端を塞ぐようにケーシング本体３２に固定されている。受熱カバー３３は、ポンプケーシング３１の外に露出する平坦な受熱面３８を有している。受熱カバー３３の四つの角部に夫々舌片３９が形成されている。舌片３９は、ケーシング本体３２の周囲に張り出している。

図４および図７に示すように、ケーシング本体３２は、円筒状の周壁４１を有している。周壁４１は、第２の凹部３５の周壁３６を同軸状に取り囲むとともに、その下端が受熱カバー３３に接着されている。周壁４１は、第１の凹部３４の内部をポンプ室４２とリザーブタンク４３とに仕切っている。

ポンプ室４２に羽根車４４が収容されている。羽根車４４は、第２の凹部３５の端壁３７と受熱カバー３３との間で回転自在に支持されている。リザーブタンク４３は、液状冷媒を貯えるためのものであり、ポンプ室４２を取り囲んでいる。

ケーシング本体３２に羽根車４４を回転させる偏平モータ４６が組み込まれている。偏平モータ４６は、ロータ４７およびステータ４８を有している。ロータ４７は、羽根車４４の外周部に同軸状に固定されて、ポンプ室４２の外周部に位置している。ロータ４７の内側にマグネット４９が嵌め込まれている。マグネット４９は、ロータ４７および羽根車４４と一体に回転するようになっている。

ステータ４８は、ケーシング本体３２の第２の凹部３５に収容されている。ステータ４８は、ロータ４７のマグネット４９の内側に同軸状に位置している。第２の凹部３５の周壁３６は、ステータ４８とマグネット４９との間に介在されている。第２の凹部３５の開口端は、ステータ４８を覆うバックプレート５０によって塞がれている。

ステータ４８に対する通電は、例えばコンピュータ１の電源投入と同時に行われる。この通電により、ステータ４８の周方向に回転磁界が発生し、この磁界とロータ４７のマグネット４９とが磁気的に結合する。この結果、ステータ４８とマグネット４９との間にロータ４７の周方向に沿うトルクが発生し、羽根車４４が回転する。

図５ないし図７に示すように、ケーシング本体３２は、液状冷媒を吸い込む吸込口５２と、液状冷媒を吐き出す吐出口５３とを備えている。吸込口５２および吐出口５３は、ケーシング本体３２の側面から同一方向に向けて突出している。

吸込口５２は、第１の接続通路５４を介してポンプ室４２に連なっている。吐出口５３は、第２の接続通路５５を介してポンプ室４２に連なっている。第１および第２の接続通路５４，５５は、リザーブタンク４３の内部を横切っている。第１の接続通路５４は、気液分離用の通孔５６を有している。通孔５６は、リザーブタンク４３の内部に開口するとともに、常にリザーブタンク４３に貯えられる液状冷媒の液面下に位置するようになっている。

図４に示すように、第２の受熱部１７は、熱交換型ポンプ３０の受熱カバー３３を第２の発熱体１１に向けた姿勢でプリント回路基板８に取り付けられている。プリント回路基板８の第２の面８ｂに金属製の補強板５８が重ね合わされている。補強板５８は、プリント回路基板８を間に挟んで熱交換型ポンプ３０と向かい合うとともに、上記ポンプケーシング３１の四つの舌片３９に対応する位置にナット５９を有している。

ポンプケーシング３１の舌片３９にねじ６０が挿通されている。ねじ６０は、プリント回路基板８を貫通してナット５９にねじ込まれている。このねじ込みにより、熱交換型ポンプ３０と一体の第２の受熱部１７が第２の発熱体１１を覆うような姿勢でプリント回路基板８に保持される。この結果、受熱カバー３３の受熱面３８が第２の発熱体１１のＩＣチップ１３に熱的に接続される。

図１および図２に示すように、冷却装置１５の放熱部１８は、筐体２の前端下部に設置されている。放熱部１８は、第１および第２の発熱体１０，１１の熱を放出するためのものであり、ラジエータ６５と軸流ファン６６とを備えている。図８に示すように、ラジエータ６５は、ラジエータコア６７、流入タンク６８、流出タンク６９およびリザーブタンク７０を備えている。

ラジエータコア６７は、液状冷媒が流れる複数の第１の水管７１、液状冷媒が流れる複数の第２の水管７２および複数のフィン７３を有している。第１および第２の水管７１，７２は、互いに間隔を存して一列に並んでいるとともに、筐体２の高さ方向に沿って起立している。フィン７３は、隣り合う水管７１，７２の間に介在されて、水管７１，７２に熱的に接続されている。第１および第２の水管７１，７２の下端は、ロアプレート７４によって連結されている。同様に第１および第２の水管７１，７２の上端は、アッパプレート７５によって連結されている。

流入タンク６８および流出タンク６９は、夫々ロアプレート７４の下面にろう付けされて、第１および第２の水管７１，７２の配列方向に並んでいる。流入タンク６８は、第１の水管７１の配列領域に対応するような大きさであり、この流入タンク６８の中央部に冷媒入口７６が形成されている。第１の水管７１の下端は、流入タンク６８内に開口している。

流出タンク６９は、第２の水管７２の配列領域に対応するような大きさであり、この流出タンク６９の中央部に冷媒出口７７が形成されている。第２の水管７２の下端は、流出タンク６９内に開口している。

図９に示すように、リザーブタンク７０は、アッパプレート７５の上面にろう付けされている。リザーブタンク７０は、第１および第２の水管７１，７２の配列領域に跨るような大きさを有するとともに、ラジエータコア６７の幅方向に沿って延びている。第１の水管７１の上端および第２の水管７２の上端は、リザーブタンク７０内に開口している。

液状冷媒は、冷媒入口７６から流入タンク６８に導かれるとともに、第１の水管７１の下端に流れ込む。液状冷媒は、第１の水管７１を下から上に向けて流れた後、リザーブタンク７０内に吐き出される。リザーブタンク７０内に吐き出された液状冷媒は、このリザーブタンク７０に一時的に貯えられるとともに、第２の水管７２の上端に流れ込む。液状冷媒は、第２の水管７２を上から下に向けて流れた後、流出タンク６９内に吐き出される。

図９に示すように、第１および第２の水管７１，７２の上端は、リザーブタンク７０に貯えられる液状冷媒の液面Ｌ１よりも下方に位置している。リザーブタンク７０の上面と液状冷媒の液面Ｌ１との間には、空気溜まり７８が形成されている。

このため、第１の水管７１からリザーブタンク７０内に吐き出される液状冷媒に、例えば気泡のような気体成分が含まれていた場合、気体成分は液状冷媒が第２の水管７２に流れ込むまでの過程において液状冷媒から分離し、空気溜まり７８に放出される。

したがって、本実施の形態のリザーブタンク７０は、ラジエータ６５に導かれた液状冷媒から気体成分を分離させる気液分離手段を兼ね備えている。

なお、筐体２の内部のレイアウトによっては、第１および第２の水管７１，７２が水平となるようにラジエータ６５を横置きの姿勢で設置することがあり得る。この場合においては、第２の水管７２が第１の水管７１の下方に位置するようにラジエータ６５の向きを規定する。これにより、リザーブタンク７０内に開口する第２の水管７２の端部が図９に二点鎖線で示す液状冷媒の液面Ｌ２の下方に位置する。

そのため、第１の水管７１からリザーブタンク７０内に吐き出される液状冷媒に気泡が含まれていても、この気泡はリザーブタンク７０内で液状冷媒から分離されることになる。

このような構成のラジエータ６５は、筐体２の前壁５に沿うように起立するとともに、この前壁５に開けた複数の吸気孔７９と向かい合っている。言い換えると、吸気孔７９は、筐体２の内側からラジエータ６５によって覆われている。

放熱部１８の軸流ファン６６は、四角いファンケース８１と、このファンケース８１に収容された羽根車８２と、この羽根車８２を回転させるモータ８３とを有している。羽根車８２は、その回転軸線Ｏ１が筐体２の奥行き方向に沿うような横置きの姿勢でファンケース８１に支持されている。軸流ファン６６は、ラジエータ６５の背後に設置されており、その羽根車８２がラジエータ６５を間に挟んで吸気孔７９と向かい合っている。

羽根車８２が回転すると、筐体２の吸気孔７９に負圧が作用し、筐体２の外の空気が吸気孔７９に吸い込まれる。この吸い込まれた空気は、冷却風となってラジエータコア６７を通過するとともに、筐体２の内部に吐き出される。ラジエータコア６７との熱交換により暖められた冷却風は、プリント回路基板８や第１および第２の受熱部１６，１７を冷却した後、筐体２の後壁７に開けた複数の排気孔８４から筐体２の外に排出される。

図１および図２に示すように、冷却装置１５の循環経路１９は、液状冷媒を循環させるためのものであり、第１の受熱部１６、第２の受熱部１７およびラジエータ６５の間を直列に接続している。

循環経路１９は、第１ないし第３のチューブ９１，９２，９３を有している。第１ないし第３のチューブ９１，９２，９３は、例えばゴムあるいは合成樹脂のような可撓性材料で造られている。

第１のチューブ９１は、ラジエータ６５の冷媒出口７７と熱交換型ポンプ３０の吸込口５２との間を接続している。第２のチューブ９２は、熱交換型ポンプ３０の吐出口５３と第１の受熱部１６の流入口２３との間を接続している。第３のチューブ９３は、第１の受熱部１６の流出口２４とラジエータ６５の冷媒入口７６との間を接続している。

ラジエータ６５の冷媒出口７７から流出する液状冷媒は、第２の受熱部１７を経由して第１の受熱部１６に導かれた後、ラジエータ６５の冷媒入口７６に戻る。よって、第２の受熱部１７は、第１の受熱部１６よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつラジエータ６５よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置している。

次に、冷却装置１５の動作について説明する。

コンピュータ１の使用中においては、第１の発熱体１０および第２の発熱体１１が発熱する。第１の発熱体１０が発する熱は、第１の受熱部１６の受熱ケーシング２０に伝わる。受熱ケーシング２０内の冷媒流路２２は液状冷媒で満たされているので、この液状冷媒が受熱ケーシング２０に伝わる第１の発熱体１０の熱を吸収する。

一方、第２の発熱体１１が発する熱は、受熱面３８を通じて熱交換型ポンプ３０のポンプケーシング３１に伝わる。ポンプケーシング３１内のポンプ室４２およびリザーブタンク４３は液状冷媒で満たされているので、この液状冷媒がポンプケーシング３１に伝わる第２の発熱体１１の熱を吸収する。

熱交換型ポンプ３０の羽根車４４が回転すると、ポンプ室４２に充填された液状冷媒に運動エネルギが付与され、この運動エネルギによりポンプ室４２内の液状冷媒の圧力が高まる。加圧された液状冷媒は、ポンプ室４２から第２の接続通路５５を介して吐出口５３に押し出される。

言い換えると、ポンプ室４２内の液状冷媒は、第２の発熱体１１の熱を奪いながら回転する羽根車４４により加圧される。このため、ポンプ室４２を流れる液状冷媒の流速が早くなり、ポンプケーシング３１から液状冷媒への熱伝達が効率良く行われる。

ポンプ室４２で加圧された液状冷媒は、吐出口５３から第２のチューブ９２を介して第１の受熱部１６の冷媒流路２２に流れ込む。液状冷媒は、冷媒流路２２を流れる過程で受熱ケーシング２０に伝わる第１の発熱体１０の熱を吸収する。

液状冷媒が第１の受熱部１６の冷媒流路２２に流れ込む時点では、液状冷媒の温度は第２の受熱部１７での受熱作用によって上昇している。しかしながら、本実施の形態では、第１の受熱部１６に導かれる液状冷媒の温度が受熱ケーシング２０に伝わる第１の発熱体１０の温度よりも低くなるように、液状冷媒の単位時間当たりの流量を決定している。

この結果、液状冷媒と受熱ケーシング２０との間の温度差が確保され、液状冷媒が冷媒流路２２を流れる時に、この液状冷媒で受熱ケーシング２０に伝わる第１の発熱体１０の熱を奪うことができる。

冷媒流路２２を通過した液状冷媒は、流出口２４から第３のチューブ９３を介してラジエータ６５の流入タンク６８に送られる。流入タンク６８に戻された液状冷媒は、第１の水管７１を通ってリザーブタンク７０に導かれるとともに、ここから第２の水管７２を通って流出タンク６９に送られる。この流れの過程で、液状冷媒に吸収された第１および第２の発熱体１０，１１の熱が第１および第２の水管７１，７２やフィン７３に伝わる。

放熱部１８の軸流ファン６６は、例えば液状冷媒の温度が予め決められた値に達した時に運転を開始する。これにより羽根車８２が回転し、筐体２の外の空気が吸気孔７９から筐体２内に吸い込まれる。この空気は、冷却風となって第１および第２の水管７１，７２の間を通り抜け、第１および第２の水管７１，７２やフィン７３を強制的に冷やす。この結果、第１および第２の水管７１，７２やフィン７３に伝えられた熱の多くが冷却風の流れに乗じて持ち去られる。

ラジエータ６５での熱交換により冷やされた液状冷媒は、流出タンク６９から第１のチューブ９１を介して熱交換型ポンプ３０のポンプ室４２に導かれる。この液状冷媒は、ポンプケーシング３１の熱を奪いながら羽根車４４の回転により加圧されて、第１の受熱部１６の冷媒流路２２に向けて送り出される。

よって、液状冷媒は、ラジエータ６５、第２の受熱部１７、第１の受熱部１６の間で繰り返し循環し、この循環により第１および第２の発熱体１０，１１の熱がラジエータ６５に移送される。

このような第１の実施の形態によれば、ラジエータ６５で冷やされた液状冷媒は、最初に熱交換型ポンプ３０を内蔵する第２の受熱部１７に導かれ、ここで第２の発熱体１１の熱を吸収した後に第１の受熱部１６に導かれる。

このため、第１の発熱体１１よりも発熱量が大きい第２の発熱体１１に導かれる液状冷媒が第１の発熱体１０の熱影響を受けることはない。よって、第１の発熱体１１よりも冷却を要する第２の発熱体１１と液状冷媒との温度差を十分に確保することができ、その分、第２の発熱体１１を効率良く冷却することができる。

加えて、上記構成によると、第１の受熱部１０と第２の受熱部１７とは互いに切り離されるとともに、第２のチューブ９２を介して接続されているので、第１の受熱部１０と第２の受熱部１７との相対的な位置を自由に設定できる。このため、第１の発熱体１０および第２の発熱体１１をプリント回路基板８の任意な位置にレイアウトすることができ、プリント回路基板８のパターン形状を決定する上での自由度が増大する。

さらに、上記第１の実施の形態では、熱交換型ポンプ３０およびラジエータ６５に夫々気液分離機能を兼ね備えたリザーブタンク４３，７０が設けられている。このため、第１ないし第３のチューブ９１〜９３を透過して液状冷媒に混入する気泡のような気体成分を、液状冷媒が循環する経路の二箇所で分離除去することができる。

特に、二つのリザーブタンク４３，７０は、熱交換型ポンプ３０のポンプ室４２の上流において直列の位置関係を保って並んでいる。したがって、ポンプ室４２に流れ込む液状冷媒から熱伝達の妨げとなる気泡を確実に排除することができ、最も高温となる第２の発熱体１１の冷却効率を高めることができる。

なお、本発明は上記第１の実施の形態に特定されるものではない。図１０ないし図１２は、本発明の第２の実施の形態を開示している。

第２の実施の形態では、第３の発熱体１００と、この第３の発熱体１００よりも発熱量の大きい第４の発熱体１０１がプリント回路基板８の第１の面８ａに実装されている。さらに、筐体２は、第３および第４の発熱体１００，１０１を冷却する液冷式の他の冷却装置１０２を収容している。

第３および第４の発熱体１００，１０１は、例えば半導体パッケージのような電子部品であって、第１および第２の発熱体１０，１１よりも前方に位置している。第３の発熱体１００よりも発熱量の大きい第４の発熱体１０１は、第３の発熱体１００の下方に位置している。

他の冷却装置１０２は、第１の受熱部１０３、第２の受熱部１０４、放熱部１０５および循環経路１０６を備えている。第１の受熱部１０３、第２の受熱部１０４、放熱部１０５および循環経路１０６は、夫々第１の実施の形態の第１の受熱部１６、第２の受熱部１７、放熱部１８および循環経路１９に対応するものであり、その構成は第１の実施の形態と基本的に同一である。

したがって、第１の受熱部１０３、第２の受熱部１０４、放熱部１０５および循環経路１０６の各構成要素については、第１の実施の形態と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図１１に示すように、第１の受熱部１０３は、第３の発熱体１００を覆うようにプリント回路基板８に保持されるとともに、第３の発熱体１００に熱的に接続されている。同様に熱交換型ポンプ３０を内蔵する第２の受熱部１０４は、第４の発熱体１０１を覆うようにプリント回路基板８に保持されて、第４の発熱体１０１に熱的に接続されている。

放熱部１０５は、筐体２の前端下部に配置されている。図１２に示すように、第２の実施の形態では二つの放熱部１８，１０５が筐体２の幅方向に並んでおり、これら放熱部１８，１０５の間にプリント回路基板８の前端部が入り込んでいる。

放熱部１０５のラジエータ６５で冷やされた液状冷媒は、最初に第２の受熱部１０４の熱交換型ポンプ３０に導かれ、ここで第４の発熱体１０１の熱を吸収した後に第１の受熱部１０３に導かれる。第１の受熱部１０３に導かれた液状冷媒は、第３の発熱体１００の熱を吸収した後、ラジエータ６５に戻り、ここで冷却風との熱交換により冷やされる。

そのため、他の冷却装置１０２においても、第３の発熱体１００よりも高温となる第４の発熱体１０１に導かれる液状冷媒が第３の発熱体１００の熱影響を受けることはない。したがって、発熱量が大きい第４の発熱体１０１と液状冷媒との温度差を十分に確保することができ、第４の発熱体１０１を効率良く冷却することができる。

図１３は、本発明の第３の実施の形態を開示している。

この第３の実施の形態は、ラジエータ６５のリザーブタンク７０の内部構造が上記第１の実施の形態と相違している。それ以外のラジエータ６５の構成は第１の実施の形態と同様である。

図１３に示すように、リザーブタンク７０の内部は、バッフルプレート２００によって第１の室２０１と第２の室２０２とに仕切られている。バッフルプレート２００は、ラジエータ６５のアッパプレート７５にリザーブタンク７０と一緒にろう付けされている。

アッパプレート７５は、バッフルプレート２００と協働して上記第１の室２０１を規定している。アッパプレート７５に気液分離手段としての仕切り板２０３が固定されている。仕切り板２０３は、第１の室２０１を冷媒流入領域２０４と冷媒流出領域２０５とに仕切っている。

ラジエータ６５の第１の水管７１の上端は、冷媒流入領域２０４に開口している。第１の水管７１の上端は、冷媒流入領域２０４に貯えられる液状冷媒の液面下に位置している。ラジエータ６５の第２の水管７２の上端は、冷媒流出領域２０５に開口している。第２の管７２の上端は、冷媒流出領域２０５に貯えられる液状冷媒の液面下に位置している。

バッフルプレート２００は、仕切り板２０３に対応する位置に開口部２０６を有している。仕切り板２０３の上端は、開口部２０６を貫通して第２の室２０２内に僅かに突出している。このため、第１の室２０１の冷媒流入領域２０４は、開口部２０６および第２の室２０２を介して冷媒流出領域２０５に連なっている。

第１の受熱部１６からラジエータ６５に戻る液状冷媒は、流入タンク６８から第１の水管７１を介してリザーブタンク７０の冷媒流入領域２０４に吐き出される。冷媒流入領域２０４内の液状冷媒は、図１３に矢印Ａで示すように、開口部２０６に入り込むとともに仕切り板２０３をオーバフローすることで冷媒流出領域２０５に流出する。

このような構成によると、冷媒流入領域２０４に貯えられた液状冷媒が仕切り板２０３をオーバフローする時に、この液状冷媒に含まれる気泡のような気体成分が液状冷媒から分離し、第２の室２０２に放出される。そのため、ラジエータ６５の第２の室２０２は、空気溜まり２０７として機能する。

なお、第１および第２の水管７１，７２が水平となるようにラジエータ６５を横置きの姿勢で設置する場合は、第２の水管７２が１の水管７１の下方に位置するようにラジエータ６５の姿勢を規定する。これにより、図１３に二点鎖線で示すように、リザーブタンク７０内の液状冷媒の液面Ｌ３よりも下方に第２の水管７２の端部が位置するとともに、液面Ｌ３の上に仕切り板２０３が位置する。

このため、第１の水管７１から冷媒流入領域２０４に吐き出される液状冷媒は、仕切り板２０３をガイドとして開口部２０６から第２の室２０２を経由して冷媒流出領域２０５に流れ込む。

よって、ラジエータ６５が縦置きおよび横置きのいずれにおいても、リザーブタンク７０に戻る液状冷媒の中から熱伝達の妨げとなる気体成分を確実に排除することができ、最も高温となる第２の発熱体１１の冷却効率を高めることができる。

図１４および図１５は、本発明の第４の実施の形態を開示している。

この第４の実施の形態では、冷却装置１５の放熱部１８に専用のリザーブタンク３００を設置している。それ以外の放熱部１８の構成は、基本的に上記第１の実施の形態と同様である。そのため、第４の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図１４および図１５に示すように、放熱部１８は、ラジエータ６５と軸流ファン６６を一体的に連結するフレーム３０１を有している。フレーム３０１は、ラジエータ６５の下方に向けて突出するタンク支持部３０２を有している。リザーブタンク３００は、タンク支持部３０２の下端に保持されている。

リザーブタンク３００は、ラジエータ６５に付属するリザーブタンク７０よりも遥かに大きな内容量を有する横長の箱状をなしている。リザーブタンク３００は、冷媒流入口３０３と冷媒流出口３０４とを有している。

冷媒流入口３０３は、リザーブタンク３００の上面の略中央部に設けられている。冷媒流入口３０３は、接続チューブ３０５を介してラジエータ６５の冷媒出口７７に接続されているとともに、リザーブタンク３００に貯えられた液状冷媒の液面Ｌ４よりも上方に位置している。

冷媒流出口３０４は、冷媒流入口３０３よりも下方に位置するようにリザーブタンク３００の側面の略中央部に設けられている。冷媒流出口３０４は、第１のチューブ９１を介して熱交換型ポンプ３０の吸込口５２に接続されている。

さらに、冷媒流出口３０４は、リザーブタンク３００内の液状冷媒の液面Ｌ４よりも下方に位置している。そのため、リザーブタンク３００の上面と液状冷媒の液面Ｌ４との間には、空気溜まり３０６が形成されている。

このような構成によると、ラジエータ６５で冷やされた液状冷媒は、熱交換型ポンプ３０よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流で冷媒流入口３０３を介してリザーブタンク３００に流れ込む。リザーブタンク３００の冷媒流出口３０４は、リザーブタンク３００に貯えられる液状冷媒の液面Ｌ４の下方に位置している。

そのため、液状冷媒中にラジエータ６５のリザーブタンク７０で分離しきれなかった気体成分が含まれていたとしても、気体成分は液状冷媒がリザーブタンク３００内に流入する過程で液状冷媒から分離除去され、空気溜まり３０６に放出される。

したがって、本実施の形態のリザーブタンク３００は、ラジエータ６５から熱交換型ポンプ３０に向う液状冷媒から気体成分を分離させる気液分離手段を兼ね備えている。

さらに、本実施の形態によると、ラジエータ６５から熱交換型ポンプ３０のポンプ室４２に至る液状冷媒の流れ経路に気液分離機能を有する三つのリザーブタンク７０，３００，４３が直列に介在されている。このため、ポンプ室４２で第２の発熱体１１の熱を受ける液状冷媒から熱伝達の妨げとなる気体成分を確実に排除でき、最も高温となる第２の発熱体１１の冷却効率を高めることができる。

なお、ラジエータ６５を横置きの姿勢で設置した場合でも、リザーブタンク３００の冷媒流出口３０４は、図１４に二点鎖線で示す液状冷媒の液面Ｌ５や冷媒流入口３０３よりも下方に位置する。したがって、液状冷媒に含まれる気体成分は、液状冷媒がリザーブタンク３００内に流入する過程で液状冷媒から分離除去される。

よって、ラジエータ６５が縦置きおよび横置きのいずれにおいても、熱伝達の妨げとなる気体成分を液状冷媒から確実に排除することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に特定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施可能である。

例えば、第１の発熱体および第１の受熱部は一つに限らず、複数の第１の発熱体に複数の第１の受熱部を熱的に接続し、これら第１の受熱部の冷媒流路を直列又は並列に接続してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る電子機器の斜視図。 本発明の第１の実施の形態に係る電子機器の断面図。 本発明の第１の実施の形態において、第１の発熱体に熱的に接続される第１の受熱部の断面図。 本発明の第１の実施の形態において、熱交換型ポンプと第２の発熱体とを熱的に接続した状態を示す断面図。 本発明の第１の実施の形態において、ケーシング本体と受熱カバーとを互いに分離した状態を示す熱交換型ポンプの斜視図。 本発明の第１の実施の形態において、ポンプ室に羽根車を収容した状態を示すケーシング本体の平面図。 本発明の第１の実施の形態に係るケーシング本体の斜視図。 本発明の第１の実施の形態において、放熱部を構成するラジエータの正面図。 本発明の第１の実施の形態において、ラジエータコアとリザーブタンクとの位置関係を示すラジエータの断面図。 本発明の第２の実施の形態に係る電子機器の斜視図。 本発明の第２の実施の形態に係る電子機器の断面図。 本発明の第２の実施の形態において、二つのラジエータの位置関係を示す正面図。 本発明の第３の実施の形態において、ラジエータコアとリザーブタンクとの位置関係を示すラジエータの断面図。 本発明の第４の実施の形態に係る放熱部の正面図。 本発明の第４の実施の形態に係る放熱部の側面図。

符号の説明

２…筐体、１０…第１の発熱体、１１…第２の発熱体、１５…冷却装置、１６…第１の受熱部、１７…第２の受熱部、１８…放熱部、１９…循環経路、３０…ポンプ（熱交換型ポンプ）。

Claims (10)

1. 第１の発熱体に熱的に接続される第１の受熱部と、
   上記第１の発熱体よりも発熱量が大きい第２の発熱体に熱的に接続される第２の受熱部と、
   上記第１および第２の発熱体の熱を放出する放熱部と、
   上記第１の受熱部と上記第２の受熱部と上記放熱部との間で液状冷媒を循環させる循環経路と、を具備し、
   上記第２の受熱部は、液状冷媒を加圧して送り出すポンプを有するとともに、上記第１の受熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつ上記放熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置することを特徴とする冷却装置。
2. 請求項１の記載において、上記第１の受熱部、上記第２の受熱部および上記放熱部は、上記循環経路を介して互いに直列に接続されていることを特徴とする冷却装置。
3. 請求項１の記載において、上記第１の受熱部と上記第２の受熱部との間は、チューブを介して互いに接続されていることを特徴とする冷却装置。
4. 請求項１の記載において、上記第２の受熱部および上記放熱部は、夫々液状冷媒を貯えるリザーブタンクを有することを特徴とする冷却装置。
5. 請求項４の記載において、上記リザーブタンクは、液状冷媒に含まれる気体成分を分離する気液分離手段を有することを特徴とする冷却装置。
6. 請求項１の記載において、上記循環経路は、上記放熱部で冷やされた液状冷媒を上記第２の受熱部に導く部分に液状冷媒を貯えるリザーブタンクを有し、このリザーブタンクは、液状冷媒に含まれる気体成分を分離する気液分離手段を有することを特徴とする冷却装置。
7. 請求項６の記載において、上記第２の受熱部および上記放熱部は、夫々液状冷媒を貯えるリザーブタンクを有し、各リザーブタンクは、液状冷媒に含まれる気体成分を分離する気液分離手段を有することを特徴とする冷却装置。
8. 請求項６の記載において、上記放熱部は、液状冷媒を冷却するラジエータと、このラジエータに冷却風を送風するファンと、上記ラジエータ、上記ファンおよび上記リザーブタンクを一体的に支持するフレームと、備えていることを特徴とする冷却装置。
9. 第１の発熱体および第１の発熱体よりも発熱量が大きい第２の発熱体を収容する筐体と、
   上記筐体に収容され、液状冷媒を用いて上記第１および第２の発熱体を冷却する冷却装置と、を具備する電子機器であって、
   上記冷却装置は、
   上記第１の発熱体に熱的に接続される第１の受熱部と、
   上記第２の発熱体に熱的に接続される第２の受熱部と、
   上記第１および第２の発熱体の熱を放出する放熱部と、
   上記第１の受熱部と上記第２の受熱部と上記放熱部との間で液状冷媒を循環させる循環経路と、を含み、
   上記第２の受熱部は、液状冷媒を加圧して送り出すポンプを有するとともに、上記第１の受熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつ上記放熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置することを特徴とする電子機器。
10. 請求項９の記載において、上記筐体は、上記第１および第２の発熱体が実装される回路基板を収容し、上記第１および第２の受熱部は、個々に上記回路基板に保持されることを特徴とする電子機器。

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