JP4050760B2 - 冷却装置および冷却装置を有する電子機器 - Google Patents

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。電子部品の温度が高くなり過ぎると、電子部品の効率的な動作が失われたり、動作不能に陥るといった不具合が生じてくる。

この熱対策として、従来、空気よりも熱容量が遥かに大きい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装置が提案されている。

従来の冷却装置は、液状冷媒を貯えるタンクと、タンク内の液状冷媒を複数の電子部品に分配する複数の送液ホースと、電子部品を冷却した液状冷媒をタンクに戻す一本のリターンホースと、上記各送液ホースに途中に設けられた送液ポンプおよび熱交換器とを備えている。

このような冷却装置によると、タンクから送液ホースに分配される液状冷媒は、熱交換器で冷やされた後に電子部品に供給され、電子部品を個別に冷却する。電子部品との熱交換により暖められた液状冷媒は、一本のリターンホースを介してタンクに戻る。タンクに戻った液状冷媒は、再び熱交換器で冷やされた後、電子部品に分配される。

このような液状冷媒の循環により、複数の電子部品の熱を熱交換器に移送して放出することができ、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）。
実開平４−２６５９７号公報 （第４頁−第５頁、第２図）

特許文献１に開示された冷却装置では、複数の電子部品を一つのタンクから分配される液状冷媒により個別に冷却している。言い換えると、一つのタンクを液状冷媒が流れる複数の送液ホースで共有化した構成となっている。

この際、複数の電子部品の発熱量が互いに相違していると、発熱量の小さな電子部品を冷却した液状冷媒は温度上昇が比較的少ないのに対し、発熱量の大きな電子部品を冷却した液状冷媒は、電子部品から多大な熱影響を受けて高温となる。したがって、発熱量の小さな電子部品を冷却した液状冷媒と発熱量の大きな電子部品を冷却した液状冷媒との間には、かなりの温度差が生じることになる。

ところが、上記冷却装置によると、複数の電子部品との熱交換により暖められた液状冷媒は、互いに混じり合ってタンクに戻るので、温度上昇が少ない液状冷媒が高温の液状冷媒の熱影響を受けるのを避けられない。

すなわち、特定の電子部品の発熱量が他の電子部品の発熱量よりも遥かに大きい場合に、タンクに戻る液状冷媒の温度が他の電子部品の温度を上回る虞があり得る。この結果、個々の送液ホースに設けられる熱交換器の放熱性能によっては、熱交換器によって冷却された後の液状冷媒と発熱量の小さな電子部品との間の温度差を十分に確保することができなくなる。

さらに、複数の電子機器を効率良く冷却するためには、全ての送液ホースに設けられる熱交換器の放熱性能を、高温となる特定の電子機器の発熱量を考慮して設定しなくてはならない。したがって、全ての熱交換器の放熱性能を高める必要があり、熱交換器の品質が過剰となるといった不具合が生じてくる。

本発明の目的は、リザーブタンクを共有化したにも拘らず、複数の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、リザーブタンクを共有化しつつ複数の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の発熱体を冷却する液状冷媒が循環する第１の循環経路と、
第２の発熱体を冷却する液状冷媒が循環する第２の循環経路と、
上記第１の循環経路に設けられ、液状冷媒に伝えられた上記第１の発熱体の熱を放出する第１の放熱部と、
上記第２の循環経路に設けられ、液状冷媒に伝えられた上記第２の発熱体の熱を放出する第２の放熱部と、
上記第１の循環経路および上記第２の循環経路に接続され、液状冷媒を貯える単一のリザーブタンクと、を具備し、
上記リザーブタンクは、液状冷媒を注入する注入口と、この注入口を液密に閉塞する閉塞部材とを有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の発熱体を冷却する液状冷媒が循環する第１の循環経路と、上記第２の発熱体を冷却する液状冷媒が循環する第２の循環経路と、上記第１の循環経路に設けられ、液状冷媒に伝えられた上記第１の発熱体の熱を放出する第１の放熱部と、上記第２の循環経路に設けられ、液状冷媒に伝えられた上記第２の発熱体の熱を放出する第２の放熱部と、上記第１の循環経路および上記第２の循環経路に接続され、液状冷媒を貯える単一のリザーブタンクと、を含み、
上記リザーブタンクは、液状冷媒を注入する注入口と、この注入口を液密に閉塞する閉塞部材とを有することを特徴としている。

本発明によれば、リザーブタンクを共有化しつつ、複数の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８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、後壁６および図示しない左右の側壁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、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ＣＰＵを構成するＢＧＡ形の半導体パッケージである。第２の発熱体１１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１および第２の発熱体１０，１１は、プリント回路基板８の第１の面８ａの上で互いに隣り合っている。

図３に示すように、第１の発熱体１０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１の発熱体１０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２の発熱体１１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に示すように、コンピュータ１の筐体２は、液冷式の冷却装置１５を搭載している。冷却装置１５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を冷却するためのものである。この冷却装置１５は、第１の発熱体１０を冷却する第１の冷却系列１５ａと、第２の発熱体１１を冷却する第２の冷却系列１５ｂとを備えている。第１の冷却系列１５ａおよび第２の冷却系列１５ｂは、互いに独立して第１の発熱体１０および第２の発熱体１１を冷却する。

図２に示すように、第１の冷却系列１５ａは、第１の受熱部１６、第１の放熱部１７および第１の循環経路１８を備えている。

図３ないし図６に示すように、第１の受熱部１６は熱交換型ポンプ２０を内蔵している。熱交換型ポンプ２０は、受熱ケーシングを兼ねるポンプケーシング２１を備えている。ポンプケーシング２１は、ケーシング本体２２および受熱カバー２３を有している。ケーシング本体２２は、第１の発熱体１０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２２は、第１の凹部２４と第２の凹部２５とを有している。第１の凹部２４および第２の凹部２５は、ケーシング本体２２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２５は、円筒状の周壁２６と、周壁２６の一端に位置する円形の端壁２７とを有している。周壁２６および端壁２７は、第１の凹部２４の内側に位置している。

受熱カバー２３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２３は、第１の凹部２４の開口端を塞ぐようにケーシング本体２２に固定されている。受熱カバー２３は、ポンプケーシング２１の外に露出する平坦な受熱面２８を有している。受熱カバー２３の四つの角部に夫々舌片２９が形成されている。舌片２９は、ポンプケーシング２１の周囲に張り出している。

図３および図６に示すように、ケーシング本体２２は、円筒状の周壁３１を有している。周壁３１は、第２の凹部２５の周壁２６を同軸状に取り囲むとともに、その下端が受熱カバー２３に接着されている。周壁３１は、第１の凹部２４の内部をポンプ室３２とリザーブタンク３３とに仕切っている。

ポンプ室３２に羽根車３４が収容されている。羽根車３４は、第２の凹部２５の端壁２７と受熱カバー２３との間で回転自在に支持されている。リザーブタンク３３は、液状冷媒を貯えるためのものであり、ポンプ室３２を取り囲んでいる。

ケーシング本体２２に羽根車３４を回転させる偏平モータ３６が組み込まれている。偏平モータ３６は、ロータ３７およびステータ３８を有している。ロータ３７は、羽根車３４の外周部に同軸状に固定されて、ポンプ室３２の外周部に位置している。ロータ３７の内側にマグネット３９が嵌め込まれている。マグネット３９は、ロータ３７および羽根車３４と一体に回転するようになっている。

ステータ３８は、ケーシング本体２２の第２の凹部２５に収容されている。ステータ３８は、ロータ３７のマグネット３９の内側に同軸状に位置している。第２の凹部２５の周壁２６は、ステータ３８とマグネット３９との間に介在されている。第２の凹部２５の開口端は、ステータ３８を覆うバックプレート４０によって塞がれている。

ステータ３８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３８の周方向に回転磁界が発生し、この磁界とロータ３７のマグネット３９とが磁気的に結合する。この結果、ステータ３８とマグネット３９との間にロータ３７の周方向に沿うトルクが発生し、羽根車３４が回転する。

図４ないし図６に示すように、ケーシング本体２２は、液状冷媒を吸い込む吸込口４２と、液状冷媒を吐き出す吐出口４３とを備えている。吸込口４２および吐出口４３は、ケーシング本体２２の側面から同一方向に向けて突出している。

吸込口４２は、第１の接続通路４４を介してポンプ室３２に連なっている。吐出口４３は、第２の接続通路４５を介してポンプ室３２に連なっている。第１および第２の接続通路４４，４５は、リザーブタンク３３の内部を横切っている。第１の接続通路４４は、気液分離用の通孔４６を有している。通孔４６は、リザーブタンク３３の内部に開口するとともに、常にリザーブタンク３３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３に示すように、第１の受熱部１６は、熱交換型ポンプ２０の受熱カバー２３を第１の発熱体１０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４８が重ね合わされている。補強板４８は、プリント回路基板８を間に挟んで熱交換型ポンプ２０と向かい合うとともに、上記ポンプケーシング２１の四つの舌片２９に対応する位置にナット４９を有している。

ポンプケーシング２１の舌片２９にねじ５０が挿通されている。ねじ５０は、プリント回路基板８を貫通してナット４９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２０と一体の第１の受熱部１６が第１の発熱体１０を覆うような姿勢でプリント回路基板８に保持される。この結果、受熱カバー２３の受熱面２８が第１の発熱体１０のＩＣチップ１３に熱的に接続される。

図１に示すように、冷却装置１５の第１の放熱部１７は、筐体２の前端部に設置されている。放熱部１７は、第１の発熱体１０の熱を放出するためのものであり、ラジエータ５１と軸流ファン５２とを備えている。図２に示すように、ラジエータ５１は、ラジエータコア５３、流入タンク５４、流出タンク５５およびリザーブタンク５６を備えている。

ラジエータコア５３は、液状冷媒が流れる複数の第１の水管５８、液状冷媒が流れる複数の第２の水管５９および複数のフィン６０を有している。第１および第２の水管５８，５９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６０は、隣り合う水管５８，５９の間に介在されて、水管５８，５９に熱的に接続されている。第１および第２の水管５８，５９の下端は、ロアプレート６１によって連結されている。同様に第１および第２の水管５８，５９の上端は、アッパプレート６２によって連結されている。

流入タンク５４および流出タンク５５は、夫々ロアプレート６１の下面にろう付けされて、第１および第２の水管５８，５９の配列方向に並んでいる。流入タンク５４は、第１の水管５８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５４の中央部に冷媒入口６３が形成されている。第１の水管５８の下端は、流入タンク５４内に開口している。

流出タンク５５は、第２の水管５９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５５の中央部に冷媒出口６４が形成されている。第２の水管５９の下端は、流出タンク５５内に開口している。

図７に示すように、リザーブタンク５６は、アッパプレート６２の上面にろう付けされている。リザーブタンク５６は、第１および第２の水管５８，５９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５３の幅方向に沿って延びている。第１の水管５８の上端および第２の水管５９の上端は、リザーブタンク５６内に開口している。

液状冷媒は、冷媒入口６３から流入タンク５４に導かれるとともに、第１の水管５８の下端に流れ込む。液状冷媒は、第１の水管５８を下から上に向けて流れた後、リザーブタンク５６内に吐き出される。リザーブタンク５６内に吐き出された液状冷媒は、このリザーブタンク５６に一時的に貯えられるとともに、第２の水管５９の上端に流れ込む。液状冷媒は、第２の水管５９を上から下に向けて流れた後、流出タンク５５内に吐き出される。

図７に示すように、第１および第２の水管５８，５９の上端は、リザーブタンク５６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５６の上面と液状冷媒の液面Ｌ１との間には、空気溜まり６５が形成されている。

このため、第１の水管５８からリザーブタンク５６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５９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６５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５６は、ラジエータ５１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５８，５９が水平となるようにラジエータ５１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５９が第１の水管５８の下方に位置するようにラジエータ５１の向きを規定する。これにより、リザーブタンク５６内に開口する第２の水管５９の端部が図７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５８からリザーブタンク５６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５６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５１は、筐体２の前壁５に沿うように起立するとともに、前壁５に開けた複数の吸気孔６６の近傍に位置している。言い換えると、ラジエータ５１は吸気孔６６と向かい合うとともに、この吸気孔６６を筐体２の内側から覆っている。

第１の放熱部１７の軸流ファン５２は、四角いファンケース６８と、このファンケース６８に収容された羽根車６９と、この羽根車６９を回転させるモータ７０とを有している。羽根車６９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６８に支持されている。軸流ファン５２は、ラジエータ５１の背後に設置されており、その羽根車６９がラジエータ５１を間に挟んで吸気孔６６と向かい合っている。

羽根車６９が回転すると、筐体２の吸気孔６６に負圧が作用し、筐体２の外の空気が吸気孔６６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５３を通過するとともに、ファンケース６８から筐体２の内部に吐き出される。ラジエータコア５３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の周囲を通って筐体２の後端に到達する。この冷却風は、筐体２の後壁６に開けた複数の排気孔７１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、第１の冷却系列１５ａの第１の循環経路１８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１の放熱部１７およびラジエータ５１の間を直列に接続している。

第１の循環経路１８は、第１のチューブ７３および第２のチューブ７４を有している。第１および第２のチューブ７３，７４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７３は、ラジエータ５１の冷媒出口６４と熱交換型ポンプ２０の吸込口４２との間を接続している。第２のチューブ７４は、熱交換型ポンプ２０の吐出口４３とラジエータ５１の冷媒入口６３との間を接続している。このため、ラジエータ５１の冷媒出口６４から流出する液状冷媒は、第１の受熱部１６を経由してラジエータ５１の冷媒入口６３に戻るようになっている。

図１および図２に示すように、冷却装置１５の第２の冷却系列１５ｂは、第２の受熱部７６、第２の放熱部７７および第２の循環経路７８を備えている。第２の受熱部７６、第２の放熱部７７および第２の循環経路７８は、上記第１の冷却系列１５ａの第１の受熱部１６、第１の放熱部１７および第１の循環経路１８に夫々対応するものであり、その構成は第１の冷却系列１５ａと基本的に同一である。

したがって、第２の受熱部７６、第２の放熱部７７および第２の循環経路７８の各構成要素については、第１の冷却系列１５ａと同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図２に示すように、第２の冷却系列１５ｂの第２の放熱部７７は、筐体２の前端部に設置されている。第２の冷却系列１５ｂの第２の放熱部７７および第１の冷却系列１５ａの第１の放熱部１７は、筐体２の幅方向に互いに並んでいる。

図１および図２に示すように、冷却装置１５は、単一のリザーブタンク８０を備えている。リザーブタンク８０は、液状冷媒を貯えるためのものであり、第１の冷却系列１５ａと第２の冷却系列１５ｂとで共有化されている。

本実施の形態のリザーブタンク８０は、第１および第２の冷却系列１５ａ，１５ｂの二つのラジエータ５１の下方に位置するとともに、ブラケット８１を介してラジエータ５１に一体的に支持されている。リザーブタンク８０は、ラジエータ５１に付属するリザーブタンク５６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。

図２に示すように、リザーブタンク８０は、第１および第２の循環経路１８，７８の第１のチューブ７３に接続されている。詳しく述べると、第１の循環経路１８の第１のチューブ７３は、リザーブタンク８０内に液状冷媒を排出する第１の冷媒流出口８２と、リザーブタンク８０内の液状冷媒が流入する第１の冷媒流入口８３とを有している。第１の冷媒流出口８２は、ラジエータ５１の冷媒出口６４に連なっている。第１の冷媒流入口８３は、熱交換型ポンプ２０の吸込口４２に連なっている。第１の冷媒流出口８２および第１の冷媒流入口８３は、リザーブタンク８０の一端を貫通してリザーブタンク８０内に導かれている。

同様に、第２の循環経路７８の第１のチューブ７３は、リザーブタンク８０内に液状冷媒を排出する第２の冷媒流出口８４と、リザーブタンク８０内の液状冷媒が流れ込む第２の冷媒流入口８５とを有している。第２の冷媒流出口８４は、ラジエータ５１の冷媒出口６４に連なっている。第２の冷媒流入口８５は、熱交換型ポンプ２０の吸込口４２に連なっている。第２の冷媒流出口８４および第２の冷媒流入口８５は、リザーブタンク８０の他端を貫通してリザーブタンク８０内に導かれている。

第１よび第２の冷媒流出口８２，８４は、リザーブタンク８０に貯えられた液状冷媒の液面Ｌ３よりも上方に位置している。言い換えると、第１よび第２の冷媒流出口８２，８４は、リザーブタンク８０の上面と液状冷媒の液面Ｌ３との間に形成される空気溜まり８６に開口している。

図２に示すように、第１および第２の冷媒流入口８３，８５は、第１よび第２の冷媒流出口８２，８４よりも下方に位置している。第１および第２の冷媒流入口８３，８５は、液状冷媒の液面Ｌ３よりも下方に位置するように、リザーブタンク８０の略中央部において互いに向かい合っている。

冷却装置１５の第１の冷却系列１５ａを流れる液状冷媒は、ラジエータ５１の冷媒出口６４から第１のチューブ７３の第１の冷媒流出口８２を経由してリザーブタンク８０内の空気溜まり８６に流れ込む。第１のチューブ７３の第１の冷媒流入口８３は、リザーブタンク８０の略中央部において液状冷媒の液面Ｌ３の下方に位置している。

このため、液状冷媒中にラジエータ５１のリザーブタンク５６で分離しきれなかった気体成分が含まれていても、気体成分は液状冷媒がリザーブタンク８０内に流入する過程で液状冷媒から分離され、空気溜まり８６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８０は、液状冷媒を単に貯えるだけではなく、液状冷媒から気体成分を分離除去する気液分離手段を兼ね備えている。

さらに、第１のチューブ７３の第１の冷媒流入口８３がリザーブタンク８０の略中央部に位置するので、筐体２が傾いたとしても、第１の冷媒流入口８３は液状冷媒の液面Ｌ３の下方に止まる。言い換えると、第１の冷媒流入口８３が空気溜まり８６に露出することはなく、第１の冷媒流入口８３が空気溜まり８６内の空気を吸い込むのを防止できる。

第１のチューブ７３の第１の冷媒流入口８３に流入する液状冷媒は、第１の受熱部１６の熱交換型ポンプ２０を経由してラジエータ５１の冷媒入口６３に戻る。このため、熱交換型ポンプ２０を含む第１の受熱部１６は、ラジエータ５１よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつリザーブタンク８０よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置している。

同様に、冷却装置１５の第２の冷却系列１５ｂを流れる液状冷媒は、ラジエータ５１の冷媒出口６４からリザーブタンク８０に導かれ、ここで気体成分が分離される。気体成分が除去された液状冷媒は、第２の受熱部７６の熱交換型ポンプ２０を経由してラジエータ５１の冷媒入口６３に戻る。このため、熱交換型ポンプ２０を含む第２の受熱部７６は、ラジエータ５１よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつリザーブタンク８０よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置している。

図２および図８に示すように、リザーブタンク８０は、その上面の中央部に注入口としての注入孔９０を備えている。注入孔９０は、液状冷媒を注入するためのものであり、リザーブタンク８０の空気溜まり８６に開口している。

さらに、リザーブタンク８０の上面にリング状の凹部９１が形成されている。凹部９１は、注入孔９０を同軸状に取り囲むとともに、シール部材の一例であるＯリング９２を保持している。

注入孔９０は、閉塞部材としてのねじ９３により閉塞されている。ねじ９３は、ワッシャ９４を介して注入孔９０に取り外し可能にねじ込まれている。このねじ込みにより、Ｏリング９２がワッシャ９４に接触し、注入孔９０を液密にシールしている。

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は、第１の循環系列１５ａを流れる液状冷媒によって冷却され、第２の発熱体１１は、第２の循環系列１５ｂを流れる液状冷媒によって冷却される。第１および第２の循環系列１５ａ，１５ｂによる冷却のメカニズムは互いに同一であるため、第１の循環系列１５ａを代表して説明する。

第１の発熱体１０の熱は、受熱面２８を通じて熱交換型ポンプ２０のポンプケーシング２１に伝わる。ポンプケーシング２１内のポンプ室３２およびリザーブタンク３３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１の発熱体１０の熱を吸収する。

熱交換型ポンプ２０の羽根車３４が回転すると、ポンプ室３２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３２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３２から第２の接続通路４５を介して吐出口４３に押し出される。

言い換えると、ポンプ室３２内の液状冷媒は、第１の発熱体１０の熱を奪いながら回転する羽根車３４により加圧される。このため、ポンプ室３２を流れる液状冷媒の流速が早くなり、ポンプケーシング２１から液状冷媒への熱伝達が効率良く行われる。

ポンプ室３２で加圧された液状冷媒は、吐出口４３から第２のチューブ７４を介してラジエータ５１の流入タンク５４に送られる。流入タンク５４に戻された液状冷媒は、第１の水管５８を通ってリザーブタンク５６に導かれるとともに、ここから第２の水管５９を通って流出タンク５５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の発熱体１０の熱が第１および第２の水管５８，５９やフィン６０に伝わる。

第１の放熱部１７の軸流ファン５２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６９が回転し、筐体２の外の空気が吸気孔６６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５８，５９の間を通り抜け、第１および第２の水管５８，５９やフィン６０を強制的に冷やす。この結果、第１および第２の水管５８，５９やフィン６０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５１での熱交換により冷やされた液状冷媒は、流出タンク５５から第１のチューブ７３に導かれるとともに、この第１のチューブ７３の第１の冷媒流出口８２からリザーブタンク８０の空気溜まり８６に吐き出される。

リザーブタンク８０に貯えられた液状冷媒は、その液面Ｌ３の下方に開口する第１の冷媒流入口８３に流れ込むとともに、ここから第１のチューブ７３を介して熱交換型ポンプ２０のポンプ室３２に導かれる。この液状冷媒は、ポンプケーシング２１の熱を奪いながら羽根車３４の回転により加圧されて再びラジエータ５１に向けて送り出される。

よって、液状冷媒は、第１の受熱部１６とラジエータ５１との間で繰り返し循環し、この循環により第１の発熱体１０の熱がラジエータ５１に移送される。

このような第１の実施の形態によれば、第１の発熱体１０との熱交換により暖められた液状冷媒は、第１の放熱部１７のラジエータ５１で冷やされた後、第１の循環経路１８を介してリザーブタンク８０に導かれる。同様に、第２の発熱体１１との熱交換により暖められた液状冷媒は、第２の放熱部７７のラジエータ５１で冷やされた後、第２の循環経路７８を介してリザーブタンク８０に導かれる。

このため、例えば第１の発熱体１０の発熱量と第２の発熱体１１の発熱量の相違に伴い、第１の発熱体１０を冷却した液状冷媒と第２の発熱体１１を冷却した液状冷媒との間にかなりの温度差が生じていても、この液状冷媒がリザーブタンク８０に戻るまでの過程において互いに熱影響を及ぼし合うことはない。

したがって、一つのリザーブタンク８０を第１の循環系列１５ａと第２の循環系列１５ｂとで共有化した構成でありながら、第１および第２の発熱体１０，１１と液状冷媒との温度差を十分に確保することができる。よって、１および第２の発熱体１０，１１を効率良く冷却できる。

加えて、リザーブタンク８０に対し第１および第２の放熱部１７，７７が液状冷媒の流れ方向に沿う上流に位置するので、第１および第２の放熱部１７，７７の放熱性能を第１および第２の発熱体１０，１１の発熱量に見合った大きさとすることができる。このため、第１および第２の放熱部１７，７７の放熱性能を過不足なく設定できる。

さらに、上記構成によると、第１の循環経路１８からリザーブタンク８０に戻る液状冷媒と、第２の循環経路７８からリザーブタンク８０に戻る液状冷媒との間の温度差が少なくなる。したがって、リザーブタンク８０から第１および第２の受熱部１６，７６に導かれる液状冷媒の温度管理を容易に行えるとともに、第１および第２の発熱体１０，１１を安定して冷却することができ、冷却装置１５の信頼性が向上するといった利点がある。

上記第１の実施の形態では、熱交換型ポンプ２０およびラジエータ５１に夫々気液分離機能を備えたリザーブタンク３３，５６が付設されているので、第１および第２の循環経路１８，７８に夫々気液分離機能を有する三つのリザーブタンク３３，５６，８０が直列に介在されることになる。このため、ポンプ室３２で第１および第２の発熱体１０，１１の熱を受ける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、二つの発熱体１０，１１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９は、本発明の第２の実施の形態を開示している。

この第２の実施の形態は、ラジエータ５１のリザーブタンク５６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５１の構成は第１の実施の形態と同様である。

図９に示すように、リザーブタンク５６の内部は、バッフルプレート１００によって第１の室１０１と第２の室１０２とに仕切られている。バッフルプレート１００は、ラジエータ５１のアッパプレート６２にリザーブタンク５６と一緒にろう付けされている。

アッパプレート６２は、バッフルプレート１００と協働して上記第１の室１０１を規定している。アッパプレート６２に気液分離手段としての仕切り板１０３が固定されている。仕切り板１０３は、第１の室１０１を冷媒流入領域１０４と冷媒流出領域１０５とに仕切っている。

ラジエータ５１の第１の水管５８の上端は、冷媒流入領域１０４に開口している。第１の水管５８の上端は、冷媒流入領域１０４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５１の第２の水管５９の上端は、冷媒流出領域１０５に開口している。第２の管５９の上端は、冷媒流出領域１０５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１００は、仕切り板１０３に対応する位置に開口部１０６を有している。仕切り板１０３の上端は、開口部１０６を貫通して第２の室１０２内に僅かに突出している。このため、第１の室１０１の冷媒流入領域１０４は、開口部１０６および第２の室１０２を介して冷媒流出領域１０５に連なっている。

ラジエータ６５に戻る液状冷媒は、流入タンク５４から第１の水管５８を介してリザーブタンク５６の冷媒流入領域１０４に吐き出される。冷媒流入領域１０４内の液状冷媒は、図９に矢印Ａで示すように、開口部１０６に入り込むとともに仕切り板１０３をオーバフローすることで冷媒流出領域１０５に流出する。

このような構成によると、冷媒流入領域１０４に貯えられた液状冷媒が仕切り板１０３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１０２に放出される。そのため、ラジエータ６５の第２の室１０２は、空気溜まり１０７として機能する。

なお、第１および第２の水管５８，５９が水平となるようにラジエータ５１を横置きの姿勢で設置する場合は、第２の水管５９が１の水管５８の下方に位置するようにラジエータ５１の姿勢を規定する。これにより、図９に二点鎖線で示すように、リザーブタンク５６内の液状冷媒の液面Ｌ４よりも下方に第２の水管５９の端部が位置するとともに、液面Ｌ４の上に仕切り板１０３が位置する。

このため、第１の水管５８から冷媒流入領域１０４に吐き出される液状冷媒は、仕切り板１０３をガイドとして開口部１０６から第２の室１０２を経由して冷媒流出領域１０５に流れ込む。

よって、ラジエータ５１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５６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る。

図１０および図１１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、第１および第２の受熱部１６，７６からポンプ機能を分離させた点が上記第１の実施の形態と相違している。それ以外の冷却装置１５の基本的な構成は、上記第１の実施の形態と同様である。そのため、第３の実施の形態において、第１の実装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。

第１の受熱部１６と第２の受熱部７６は互いに同一の構成を有するため、第１の受熱部１６を代表して説明する。図１１に示すように、第１の受熱部１６は、受熱ケーシング２００を有している。受熱ケーシング２００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２００の内部に複数のガイド壁２０１が形成されている。ガイド壁２０１は、受熱ケーシング２００の内部に液状冷媒が流れる冷媒流路２０２を規定している。冷媒流路２０２は、蛇行状に折れ曲がっている。

受熱ケーシング２００は、四つの舌片２０３を有している。舌片２０３は、受熱ケーシング２００の四つの角部から受熱ケーシング２００の周囲に張り出すとともに、夫々図示しないねじ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２００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。

受熱ケーシング２００は、冷媒流路２０２の上流端に位置する流入口２０４と、冷媒流路２０２の下流端に位置する流出口２０５とを有している。流入口２０４は、第１のチューブ７３の第１の冷媒流入口８３を介してリザーブタンク８０に連なっている。流出口２０５は、第２のチューブ７４を介してラジエータ５１の冷媒入口６３に連なっている。

図１０に示すように、第１の循環系列１５ａおよび第２の循環系列１５ｂは、夫々ポンプ２０６を有している。ポンプ２０６は、第１の受熱部１６から独立した構成要素であって、第１のチューブ７３の途中に接続されている。ポンプ２０６は、リザーブタンク８０内の液状冷媒を吸い込むとともに、この吸い込んだ液状冷媒を加圧して第１の受熱部１６に送り出すためのものである。そのため、ポンプ２０６は、リザーブタンク８０よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流であり、かつ第１の受熱部１６よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流に位置している。

このような第３の実施の形態によれば、第１の発熱体１０との熱交換により暖められた液状冷媒は、第１の放熱部１７のラジエータ５１で冷やされた後、第１の循環経路１８を介してリザーブタンク８０に導かれる。同様に、第２の発熱体１１との熱交換により暖められた液状冷媒は、第２の放熱部７７のラジエータ５１で冷やされた後、第２の循環経路７８を介してリザーブタンク８０に導かれる。リザーブタンク８０内の液状冷媒は、ポンプ２０６で加圧された後に第１および第２の受熱部１６，７６に送り込まれる。

したがって、上記第１の実施の形態と同様に、例えば第１の発熱体１０を冷却した液状冷媒と第２の発熱体１１を冷却した液状冷媒との間にかなりの温度差が生じていても、この液状冷媒がリザーブタンク８０に戻るまでの過程において互いに熱影響を及ぼし合うことはない。

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および第２の受熱部の下流に夫々第３の発熱体の熱を受ける第３の受熱部を直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断面図。 本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す正面図。 本発明の第１の実施の形態において、第１の受熱部と第１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、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１の実施の形態において、リザーブタンクの注入孔をねじで塞いだ状態を示す断面図。 本発明の第２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３の実施の形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す正面図。 本発明の第３の実施の形態に係る第１の受熱部の断面図。

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、１５ａ…第１の冷却系列、１５ｂ…第２の冷却系列、１６…第１の受熱部、１７…第１の放熱部、１８…第１の循環経路、７６…第２の受熱部、７７…第２の放熱部、７８…第２の循環経路、８０…リザーブタンク、９０…注入口（注入孔）、９３…閉塞部材（ねじ）。

Claims (12)

1. 第１の発熱体を冷却する液状冷媒が循環する第１の循環経路と、
   第２の発熱体を冷却する液状冷媒が循環する第２の循環経路と、
   上記第１の循環経路に設けられ、液状冷媒に伝えられた上記第１の発熱体の熱を放出する第１の放熱部と、
   上記第２の循環経路に設けられ、液状冷媒に伝えられた上記第２の発熱体の熱を放出する第２の放熱部と、
   上記第１の循環経路および上記第２の循環経路に接続され、液状冷媒を貯える単一のリザーブタンクと、を具備し、
   上記リザーブタンクは、液状冷媒を注入する注入口と、この注入口を液密に閉塞する閉塞部材とを有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、上記リザーブタンクは、上記第１および第２の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。
3. 請求項１の記載において、上記第１の循環経路は、上記第１の発熱体に熱的に接続された第１の受熱部を有し、上記第１の受熱部は、上記第１の放熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつ上記リザーブタンクよりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流に位置し、
   上記第２の循環経路は、上記第２の発熱体に熱的に接続された第２の受熱部を有し、上記第２の受熱部は、上記第２の放熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流であり、かつ上記リザーブタンク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。
4. 請求項３の記載において、上記第１および上記第２の受熱部は、夫々液状冷媒を加圧して送り出すポンプを有することを特徴とする冷却装置。
5. 請求項１の記載において、上記第１および第２の循環経路は、夫々液状冷媒を加圧して送り出すポンプを有し、各ポンプは、上記リザーブタンク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。
6. 請求項１の記載において、上記第１の循環経路および上記第２の循環経路は、夫々上記リザーブタンク内に液状冷媒を排出する冷媒流出口と、上記リザーブタンクに貯えられた液状冷媒が流入する冷媒流入口とを有し、上記冷媒流入口は、上記リザーブタンクの中央部において上記リザーブタンクに貯えられる液状冷媒の液面下に位置することを特徴とする冷却装置。
7. 第１の発熱体の熱を受ける第１の受熱部と、上記第１の発熱体の熱を放出する第１の放熱部と、上記第１の受熱部と上記第１の放熱部との間で液状冷媒を循環させる第１の循環経路とを含む第１の冷却系列と、
   第２の発熱体の熱を受ける第２の受熱部と、上記第２の発熱体の熱を放出する第２の放熱部と、上記第２の受熱部と上記第２の放熱部との間で液状冷媒を循環させる第２の循環経路とを含む第２の冷却系列と、
   上記第１の循環経路および上記第２の循環経路に接続され、液状冷媒を貯える単一のリザーブタンクと、を具備し、
   上記第１の受熱部および上記第２の受熱部は、夫々液状冷媒を加圧して送り出すポンプを有し、各ポンプは、上記リザーブタンク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。
8. 請求項７の記載において、上記リザーブタンクは、上記第１および第２の放熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う下流であり、かつ上記第１および第２の受熱部よりも液状冷媒の流れ方向に沿う上流に位置することを特徴とする冷却装置。
9. 請求項７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。
10. 請求項９の記載において、上記第１の受熱部、上記第２の受熱部、上記第１の放熱部および上記第２の放熱部は、夫々液状冷媒を貯えるリザーブタンクを有するとともに、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除去する気液分離手段を有することを特徴とする冷却装置。
11. 第１の発熱体および第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、を具備し、
    上記冷却装置は、
    上記第１の発熱体を冷却する液状冷媒が循環する第１の循環経路と、
    上記第２の発熱体を冷却する液状冷媒が循環する第２の循環経路と、
    上記第１の循環経路に設けられ、液状冷媒に伝えられた上記第１の発熱体の熱を放出する第１の放熱部と、
    上記第２の循環経路に設けられ、液状冷媒に伝えられた上記第２の発熱体の熱を放出する第２の放熱部と、
    上記第１の循環経路および上記第２の循環経路に接続され、液状冷媒を貯える単一のリザーブタンクと、を含み、
    上記リザーブタンクは、液状冷媒を注入する注入口と、この注入口を液密に閉塞する閉塞部材とを有することを特徴とする電子機器。
12. 請求項１１の記載において、上記筐体は、吸気孔および排気孔を有し、上記第１の放熱部および上記第２の放熱部は、夫々ファンを有するとともに上記吸気孔の近傍に位置することを特徴とする電子機器。

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