JP4434880B2 - 冷却システム及び電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、発熱体を冷却する冷却システム、及びその冷却システムを備えた電気機器に関する。

電気機器、例えばノート型のパーソナルコンピュータにおいては、発熱体であるＣＰＵを冷却するための冷却システムとして、次のような構成のものが提案されている。すなわち、液冷媒が流れる冷媒流路を有すると共に、発熱体であるＣＰＵに熱的に接触するように設けられる受熱部と、冷媒流路を有する放熱部と、冷媒流路を介して前記受熱部及び放熱部に接続され、液冷媒を前記冷媒流路を通して循環させる循環用ポンプと、連絡路を介して前記冷媒流路に接続され、液冷媒を貯留すると共に、その貯留した液冷媒を前記連絡路を通して前記冷媒流路へ補充するリザーブタンクとを備え、前記受熱部において前記液冷媒によりＣＰＵから熱を奪い、その奪った熱を前記放熱部において放出させることにより、ＣＰＵを冷却しようとするものである（例えば、特許文献１参照）。

そして、リザーブタンクには注液口（継手）が設けられていて、その注液口から液冷媒を注入する構成となっている。リザーブタンクの内部と冷媒流路とは、連絡路（接続口）によって連通していて、リザーブタンク内の液冷媒と冷媒流路内の空気の入れ替えが、前記連絡路を介して行われるようになっている。
特開２００４−４７９２２号公報

上記した従来構成のものでは、液冷媒を注入するための注液口はリザーブタンクにのみ設けられていて、冷媒流路には、冷却システムの外部に通じる経路はなかった。このため、液冷媒を上記注液口から注入すると、上記連絡路を通じて、冷媒流路内の空気とリザーブタンク内の液冷媒とが入れ替わり、冷媒流路内に液冷媒が満たされていくのであるが、その入れ替えがスムーズに行われないことがある。このため、冷媒流路内に多量の空気が残留したままとなり、冷却システムにおいて液冷媒を収容し得る内容積に対して実際に注入された液冷媒の容量が大幅に少なくなるおそれがある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、注液時に冷媒流路やリザーブタンク内の空気をスムーズに外部へ排出できて、それらに多量の空気が残留することを防止できる冷却システム及び電気機器を提供することである。

上記した目的を達成するために、本発明の冷却システムは、液冷媒が流れる冷媒流路を有すると共に、発熱体に熱的に接触するように設けられる受熱部と、冷媒流路を有する放熱部と、冷媒流路を介して前記受熱部及び放熱部に接続され、液冷媒を前記冷媒流路を通して循環させる循環用ポンプと、連絡路を介して前記冷媒流路に接続され、液冷媒を貯留すると共に、その貯留した液冷媒を前記連絡路を通して前記冷媒流路へ補充するリザーブタンクとを備え、前記受熱部において前記液冷媒により前記発熱体から熱を奪い、その奪った熱を前記放熱部において放出させる構成の冷却システムであって、前記リザーブタンクに当該リザーブタンクの内外を連通させる第１の注液口を設けると共に、前記冷媒流路に当該冷媒流路の内外を連通させる第２の注液口を設け、前記第２の注液口は、前記冷媒流路内側の開口部の開口面積が、その開口部より外側の部位の開口面積より大きくなるように形成したことを特徴とする。

そして、本発明の電気機器は、上記冷却システムを備えたことを特徴とする。

本発明の冷却システムによれば、リザーブタンクに第１の注液口が設けられていると共に、冷媒流路にも第２の注液口が設けられている。このため、例えば第１の注液口から液冷媒をリザーブタンク内に注入した場合、冷媒流路内に存していた空気の多くは、リザーブタンク側へ移動することなく、第２の注液口から外部へスムーズに排出されるようになる。また、リザーブタンク内の空気は、第１の注液口から外部へ排出されるようになる。このため、冷媒流路内やリザーブタンク内に空気が多量に残留してしまうことを防止でき、冷却システムの内容積のほぼすべてに液冷媒を満たすことができるようになる。これに伴い、補充用の液冷媒の量、すなわち、リザーブタンクの内容積を小さくすることが可能になり、リザーブタンク、ひいては、リザーブタンクを含む冷却システムの小型化が可能となる。

そして、上記した冷却システムを電気機器に用いることにより、電気機器も小型化が可能となる。

以下、本発明の一実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。
まず、図１には、冷却システム１の構成図が示されている。この冷却システム１の受熱部２は、内部に液冷媒が流れる冷媒流路（図示せず）を有していて、後述する発熱体が熱的に接触されるようになっている。この受熱部２は、発熱体の熱を、冷媒流路を流れる液冷媒により受ける構成となっている。放熱部３は、内部に液冷媒が流れる冷媒流路（図示せず）を有していて、冷媒流路４により受熱部２と接続されている。循環ポンプ５は、ケース６の外部に吸入口７と吐出口８とを有していて、吸入口７が、冷媒流路９を介して上記放熱部３と接続され、吐出口８が、冷媒流路１０を介して上記受熱部２と接続されている。

ここで、循環ポンプ５は、図示はしないが、ケース５の内部にポンプ羽根及びこのポンプ羽根を回転駆動するモータ、並びに冷媒流路を備えていて、モータによりポンプ羽根を回転させると、ポンプ羽根のポンプ作用により、液冷媒を吸入口７から吸入すると共に、吐出口８から吐出させ、これにより、各冷媒流路４，９，１０を介して液冷媒を循環させる構成となっている。

上記冷媒流路４，９，１０のうち、放熱部３と循環ポンプ５の吸入口７との間を接続する冷媒流路９の中間部の外側には、リザーブタンク１５が設けられている。冷媒流路９は、リザーブタンク１５を、図１中、左右方向に貫通している。冷媒流路９とリザーブタンク１５との間は、水密にシールされている。冷媒流路９には、リザーブタンク１５内において、孔からなる連絡路１６が形成されていて、この連絡路１６により、冷媒流路９内とリザーブタンク１５内とを連通させている。

リザーブタンク１５は、扁平な矩形容器状をなしていて、図１の上部に位置させて、リザーブタンク１５内と外部とを連通させる第１の注液口１７が設けられている。第１の注液口１７は、上方へ突出する筒部１８を有している。このリザーブタンク１５の第１の注液口１７を上にした図１の状態で、リザーブタンク１５における上部の内面１９（内壁面の上部に相当）は、図２にも示すように、第１の注液口１７に向けて上昇するように傾斜している。この場合、リザーブタンク１５は、左右方向の幅寸法Ｌ１が、奥行き寸法Ｌ２よりも十分大きいため、長辺側となる左右両側の内面１９のみ傾斜させている。

そして、上記冷媒流路９において、放熱部３とリザーブタンク１５との間で、かつ当該冷媒流路９の一番高い位置に、第２の注液口２０を設けている。この第２の注液口２０は、冷媒流路９内と外部とを連通させている。この第２の注液口２０も、上方へ突出する筒部２１を有している。また、第２の注液口２０は、図３にも示すように、冷媒流路９内側の開口部２０ａの開口面積が、その開口部２０ａより外側の部位２０ｂの開口面積より大きく形成されていて、ここを液溜まり部２２としている。

さて、上記した構成の冷却システム１の冷媒流路内に液冷媒を注入する場合には、次のようにして行う。まず、図１に示すように、リザーブタンク１５の第１の注液口１７を上向きとすると共に、冷媒流路９の第２の注液口２０を上向きとする。この状態で、液冷媒を第１の注液口１７からリザーブタンク１５内に注入する。このとき、循環ポンプ５のモータによりポンプ羽根を適宜回転させる。これに伴い、リザーブタンク１５内に注入された液冷媒は、連絡路１６を通って冷媒流路９内に流れ込んだ後、循環ポンプ５のポンプ作用により、循環ポンプ５内の冷媒流路内、冷媒流路１０内、受熱部３の冷媒流路内、冷媒流路４内、放熱部３の冷媒流路内、冷媒流路９内へと注入されるようになる。このとき、各冷媒流路内に存していた空気の多くは、リザーブタンク１５側へ移動することなく、第２の注液口２０から外部へスムーズに排出されるようになる。また、リザーブタンク１５内の空気は、第１の注液口１７から外部へ排出されるようになる。

このとき、第２の注液口２０の冷媒流路９内側には液溜まり部２１が形成されているため、液冷媒が冷媒流路９内を通過する際に、その液溜まり部２１部分を通過する液冷媒の速度が遅くなる。このため、液溜まり部２１部分を通過する液冷媒に含まれた空気（気泡）は、第２の注液口２０から外部へ一層逃げ易くなる。
また、リザーブタンク１５においては、上部の内面１９が、第１の注液口１７に向かって上昇するように傾斜しているので、リザーブタンク１５内の空気は、リザーブタンク１５内を上昇した後、その内面１９に沿って第１の注液口１７から外部へ逃げ易くなる。

このようにして、冷却システム１の冷媒流路内への液冷媒の注入作業が終了したら、第１の注液口１７及び第２の注液口２０に、封止用のキャップ２５，２６（図４参照）を装着する。
図４は、上記冷却システム１を、電気機器として、ノート型のパーソナルコンピュータ３０に組み込んだ状態が示されている。このとき、リザーブタンク１５は、第１の注液口１７が横向きとなるようにする。また、冷却対象の発熱体であるＣＰＵ３１を、受熱部２に接触状態に配置する。

上記構成において、冷却システム１の循環ポンプ５を駆動させると、冷却システム１内の冷媒流路に注入された液冷媒が図１の矢印Ａ方向に流されることにより循環される。このとき、ＣＰＵ３１の発生する熱は、受熱部２においてここを流れる冷媒により奪われる。熱を奪った冷媒は、放熱部３において放熱される。このようにして、ＣＰＵ３１の温度上昇が抑えられる。

上記した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。まず、冷却システム１において、リザーブタンク１５に第１の注液口１７が設けられていると共に、冷媒流路９にも第２の注液口２０が設けられている。このため、例えば第１の注液口１７から液冷媒をリザーブタンク１５内に注入した場合、冷媒流路内に存していた空気の多くは、リザーブタンク１５側へ移動することなく、第２の注液口２０から外部へスムーズに排出されるようになる。また、リザーブタンク１５内の空気は、第１の注液口１７から外部へ排出されるようになる。このため、冷媒流路内やリザーブタンク１５内に空気が多量に残留してしまうことを防止でき、冷却システム１の内容積のほぼすべてに液冷媒を満たすことができるようになる。これに伴い、補充用の液冷媒の量、すなわち、リザーブタンク１５の内容積を小さくすることが可能になり、リザーブタンク１５、ひいては、リザーブタンク１５を含む冷却システム１の小型化が可能となる。

また、リザーブタンク１５の第１の注液口１７から液冷媒を注入した際に、リザーブタンク１５内の空気は、リザーブタンク１５内を上昇した後、傾斜した上部の内面１９に沿って第１の注液口１７へ流れ易くなり、その第１の注液口１７から外部へ排出され易くなる。このため、リザーブタンク１５内に空気が多量に残留してしまうことを防止でき、リザーブタンク１５の内容積のほぼすべてに液冷媒を満たすことができるようになる。これに伴い、補充用の液冷媒の量、すなわち、リザーブタンク１５の内容積を小さくすることが可能になり、リザーブタンク１５、ひいては、リザーブタンク１５を含む冷却システム１の小型化が可能となる。

図５（ａ）〜（ｄ）は、リザーブタンク１５における第１の注液口１７部分の第１〜４の変形例を示していて、上記した実施形態とは次の点が異なっている。
すなわち、（ａ）の第１の変形例は、第１の注液口１７を上にした状態で、リザーブタンク１５の上部の内面３５（内壁面の上部に相当）は、上側へ円弧状に窪む傾斜面となっている。
（ｂ）の第２の変形例は、第１の注液口１７を上にした状態で、リザーブタンク１５の上部の内面３６（内壁面の上部に相当）は、リザーブタンク１５の内方側へ突出するような円弧状となる傾斜面となっている。
（ｃ）の第３の変形例では、第１の注液口１７は、リザーブタンク１５の左角部に配置され、リザーブタンク１５の上部の内面のうち右側の内面３７（内壁面の上部に相当）が、第１の注液口１７へ向かって上昇するような傾斜面となっている。
（ｄ）の第４の変形例では、第１の注液口１７に筒部１８がない構成となっている。この場合、第１の注液口１７は、図示しない封止栓によって封止される。
これら第１〜第４の変形例においても、上記した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
第２の注液口２０は、循環ポンプ５によって液冷媒が循環する冷媒流路であれば、冷媒流路４，１０に設けても良く、また、受熱部２や放熱部３、或いは循環ポンプ５内の冷媒流路に設けるようにしても良い。
また、リザーブタンク１５の第１の注液口１７は、１個に限られず、２個以上設けても良い。また、冷媒流路９の第２の注液口２０も、１個に限られず、２個以上設けることもできる。
さらに、冷却システム１を搭載する電気機器としては、パーソナルコンピュータ以外の電気機器でも良い。

本発明の冷却システムの一実施形態を示すもので、一部を破断して示す全体の構成図 リザーブタンクの上部を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２線に沿う断面図 第２の注液口部分の拡大断面図 冷却システムをノート型のパーソナルコンピュータに組み込んだ状態の構成図 （ａ）〜（ｄ）は、リザーブタンクの第１の注液口部分の変形例を示す断面図

符号の説明

図面中、１は冷却システム、２は受熱部、３は放熱部、４，９，１０は冷媒流路、５は循環ポンプ、１５はリザーブタンク、１７は第１の注液口（注液口）、１８は筒部、１９は内面、２０は第２の注液口、２０ａは開口部、２１は筒部、２２は液溜まり部、３０はパーソナルコンピュータ（電気機器）、３５，３６，３７は内面を示す。

Claims (4)

1. 液冷媒が流れる冷媒流路を有すると共に、発熱体に熱的に接触するように設けられる受熱部と、冷媒流路を有する放熱部と、冷媒流路を介して前記受熱部及び放熱部に接続され、液冷媒を前記冷媒流路を通して循環させる循環用ポンプと、連絡路を介して前記冷媒流路に接続され、液冷媒を貯留すると共に、その貯留した液冷媒を前記連絡路を通して前記冷媒流路へ補充するリザーブタンクとを備え、前記受熱部において前記液冷媒により前記発熱体から熱を奪い、その奪った熱を前記放熱部において放出させる構成の冷却システムであって、
   前記リザーブタンクに当該リザーブタンクの内外を連通させる第１の注液口を設けると共に、前記冷媒流路に当該冷媒流路の内外を連通させる第２の注液口を設け、
   前記第２の注液口は、前記冷媒流路内側の開口部の開口面積が、その開口部より外側の部位の開口面積より大きくなるように形成したことを特徴とする冷却システム。
2. 前記リザーブタンクの前記第１の注液口は、前記リザーブタンクを前記第１の注液口が上向きとなる状態とした状態で、当該リザーブタンクの内壁面の上部が、前記第１の注液口に向けて上昇するように傾斜していることを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
3. 前記第１の注液口及び前記第２の注液口の少なくとも一方は、上方へ突出する筒部を有していることを特徴とする請求項１または２記載の冷却システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の冷却システムを備えたことを特徴とする電気機器。

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