CN1658124A

CN1658124A - 具有液冷系统的电子装置

Info

Publication number: CN1658124A
Application number: CN2004100120796A
Authority: CN
Inventors: 长绳尚; 南谷林太郎; 大桥繁男; 西原淳夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2005-08-24
Also published as: US20050180107A1; KR20050081841A; JP2005229030A; EP1564808A1; TW200529732A

Abstract

一种具有冷却系统的电子装置，在该冷却系统上进行冷却工作时，不需要对液体致冷剂进行补充，并且也不会对装置的安装和维护作业带来妨碍。在框体(100)内，装载有需要进行冷却的CPU200；在对该CPU200进行冷却的液冷系统上，具有冷却套(50)、散热器(60)、和循环泵(70)。在上述这样的构成上，对用于向冷却套流通液体致冷剂的配管，由金属制的管道所构成；同时，为了不会对装置的安装和维护作业带来妨碍，使该配管形成为螺旋状，或者在其中途形成有波纹管，从而可以在框体内自由地得到安置。

Description

具有液冷系统的电子装置

技术领域

本发明涉及一种被称为台式和/或笔记本型的个人计算机、和服务器等电子装置，特别是涉及一种具有液冷系统的电子装置，由该液冷系统，可以对被装载在其内部的作为发热元件的半导体集成电路元件由液体致冷剂而高效地进行冷却。

背景技术

在被称为台式和/或笔记本型的个人计算机、和服务器等电子装置上，对作为其发热元件的半导体集成电路元件、特别是以CPU(中央处理单元)为代表的发热元件，通常为确保其正常的动作，需要进行冷却。因此，在现有的技术上，一般地，由成一体地形成被称为散热装置的散热片的传热体、和对其进行送风的风扇而实现该冷却。但在近年来，随着作为上述发热元件的半导体集成电路元件的小型化和高集成化，在发热元件上的发热部位会产生局部化等现象。为此，取代现有的空气冷却式的冷却系统，对使用了水等致冷剂的、冷却效率高的液冷式的冷却系统受到了人们的关注。

即，在上述的被称为台式和笔记本型的个人计算机、和服务器等电子装置上，对其所使用的冷却效率高的液冷式的冷却系统，例如也如在以下的专利文献等中为人所知的，一般地，在作为发热体的CPU的表面上直接装载着被称为所谓的吸热(冷却)套的部件；另一方面，在形成于该吸热(冷却)套的内部的流路内，使之流通着液体状的致冷剂，以将从CPU上所产生的热量传递到在上述冷却套内流通着的致冷剂上；由此，对发热体进行高效的冷却。又，在这样液冷式的冷却系统上，通常，形成有以上述冷却套作为吸热部的散热装置。具体来说，在该冷却系统上具有：使上述液体致冷剂在循环内产生循环的循环泵，作为用于将上述液体致冷剂的热散发到外部的放热部的、所谓的散热器，以及根据需要而设置在循环的一部上的致冷剂容器箱；而且，用金属制的管道，经例如由橡胶等弹性体所构成的管道，对这些部件进行连接。

[专利文献1]：特开2003-304086号公报。

[专利文献2]：特开2003-022148号公报。

[专利文献3]：特开2002-182797号公报。

[专利文献4]：特开2002-189536号公报。

[专利文献5]：特开2002-188876号公报。

但是，在上述的现有技术的冷却系统上，对为了在循环内使上述液体致冷剂产生循环的致冷剂的流路，当用由橡胶等弹性体所形成的管道进行构成时，会存在液体致冷剂由于汽化而从其管壁面上向外部泄漏出去的现象。因此，在长的期间上，在这样的循环内难以事先对这样的致冷剂流路进行封闭。为此，在现有技术的冷却系统上，通常将致冷剂容器箱设置在循环内，并由此对向外部泄漏了的液体致冷剂进行补充。

但是，当在循环内设置有对液体致冷剂向外部的泄漏进行补充用的致冷剂容器箱时，需要进一步将该致冷剂容器箱设置在装置的框体内。但特别是，在近年来，由于对这样的装置有强烈的小型化的要求，所以变得难以确保为了在装置的框体内部设置这样的致冷剂容器箱所需要的足够的空间。而且，这种情况在被称为笔记本型的个人计算机上会很明显，因为从可携带性考虑，对笔记本型的个人计算机特别强烈地要求其小型化和薄型化。又，对将这样的致冷剂容器箱往框体内进行的设置，当进一步考虑到在其内部储存着的液体致冷剂有可能向容器外部泄漏时，不能说是一种好的解决方案。也就是说，当万一从致冷剂容器箱中泄漏了其内部的致冷剂液体时，对被设置在该框体内部的其它部件、特别是对电子部件，难免会带来极大的损害。

另一方面，依据用铜等金属取代了上述的橡胶等弹性体而形成着的管道，可以防止发生液体致冷剂由于汽化而从管壁面上向外部泄漏出去的现象。但是，在将这样的由铜等金属制的管道作为在循环内对液体致冷剂进行循环用的通路时，从其可塑性考虑，对将这样的液冷系统装载在装置的框体内的安装作业、和在其后的维护作业的作业性能，会带来妨碍。特别是，在具有上述构成的冷却系统上，冷却套是作为与作为发热元件的CPU的表面直接相接触的、并由此将其所产生的热传递到作为放热部的散热器上的部件；当用金属制的管道而构成向上述冷却套流通着液体致冷剂的配管时，就难以对该冷却套的位置自由地进行移动，所以，在进行安装时的安装作业、和在进行维护作业时对其卸下和安装的作业就变得很麻烦。

发明内容

因此，鉴于在上述的现有技术中的问题点，依据本发明，其目的是提供一种具有液冷式的冷却系统的电子装置。该液冷式的冷却系统具有下列构成：对在构成液冷系统的各要素间用于液体致冷剂的流通的配管，特别是对位于冷却套的周围的配管，用金属制的管道形成，由此可以减少液体致冷剂的泄漏；同时，在对冷却套进行安装作业时，可以使其位置自由地移动。由此，实现实用性能优良的高效的液冷式的冷却系统。

依据本发明，为达到上述目的，本发明提供了一种具有液冷系统的电子装置。首先，在该电子装置的框体内，装载有产生发热的半导体元件，对该半导体元件需要进行冷却以确保其正常的动作；在该框体内或其一部上，具有液冷系统，并且该液冷系统至少具有下列构成：与半导体元件热连接触的、并将该热传递到在内部流通的液体致冷剂上的冷却套，将在上述冷却套中被传递到液体致冷剂上的热散发到装置的外部的散热器，以及在包括上述冷却套和上述散热器的回路上、使上述液体致冷剂循环的循环泵。在上述的构成上，进一步，将用于向上述冷却套流通液体致冷剂的配管由金属制的管道形成，同时由该管道可以在上述框体内对上述冷却套的位置自由地进行配置。

又，依据本发明，在以上所述的电子装置上，对向上述冷却套流通液体致冷剂的配管，使其形成为螺旋状，或在其中途形成为波纹管，进一步还可以对其以沿上述冷却套的一侧边可以进行转动的方式而进行安装。进一步，依据本发明，对向上述冷却套流通液体致冷剂的配管，最好是由铜管所构成。

即，依据上述的本发明，在对装置进行安装和维护作业时，也不会对这些作业带来妨碍；而且，不需要设置致冷剂容器箱。由此，可以发挥一种提供了具有冷却系统的电子装置的优良效果；该冷却系统可以使装置小型化，同时在规定的长期的期间内，可以在不补充液体致冷剂的情况下使装置工作。

附图说明

图1为显示在本发明的一实施例的电子装置上，对其吸热套的安装构造的一例的立体图，和其全体侧面的侧面图。

图2为显示在本发明的一实施形态的、具有液冷系统的电子装置上，即在台式个人计算机上，对其内部的各部的配置的局部展开立体图。

图3为显示以作为发热元件的CPU为中心的上述液冷系统的构成的一例的立体图。

图4为显示在本发明的另一实施例的电子装置上，吸热套的安装构造的一例的立体图，和全体侧面的侧面图。

图5为显示在本发明的又一实施例的电子装置上，吸热套的安装构造的一例的立体图，和全体的立体图。

图6为显示将本发明应用在笔记本型个人计算机上时的全体构成的局部展开立体图。

图7为显示在上述图6中所示的液冷系统上，吸热套的安装构造的一例的立体图。

图8为显示在上述图6中所示的液冷系统上，吸热套的安装构造的又一例的、局部的放大断面图。

具体实施方式

以下，依据所附图面，对本发明的实施形态进行详细的说明。

首先，在所附的图2中，显示了作为本发明的一实施形态的、具有液冷系统的电子装置的全体构成的一例。又，在本例中，显示了例如将本发明应用在台式个人计算机的本体部分上的场合进行。

首先，在台式个人计算机的本体部分上，如图所示，具有例如通过将金属板形成为正方形状而构成的框体100；在其前面的面板部101上，设置有包括电源开关在内的各种开关、连接端子、和指示灯等。又，在该台式个人计算机的内部，以在其前面的面板部101上开口的方式，配置对磁盘、CD、DVD等外部信息记录媒体进行驱动的各种驱动装置102。进一步，图中的符号103显示了设在上述框体100内的、例如由硬盘装置所构成的存储部。又，图中的符号104显示了覆盖在上述框体100上的盖体。

另一方面，在上述框体100的背面侧上，如图中的虚线所示，在其内部设置有用于安置具有本发明的液冷系统的电子回路部105的空间。又，图中的符号106为电源部，该电源部106从商用电源上对包括上述驱动装置102、存储部103、和电子回路部105在内的各部分提供所需的电源。

接着，在所附的图3中，对在上述中已对其大致的构成进行了说明的电子装置、即在台式个人计算机上的电子回路部105，特别地以装载着作为其主要构成部件的发热元件、即CPU的吸热套50为中心进行了显示。又，在本例中，作为上述发热元件的CPU的芯片200，以与上述吸热套50的下面侧直接相接触的方式而被装载着，所以在这里没有被图示出来。

而且，如从图中也可以清楚地看到的，在该电子回路部105上，具有下列构成：装载有上述CPU的吸热(冷却)套50；将从上述CPU上所产生的热量散热到外部的散热器60；用于形成冗长的冷却系统的循环泵70；对通过以上这些部件而向构成热循环的各部分流通液体致冷剂(例如，水、或者与丙二醇等不冻液按规定的比例相混合了的水)的流路，例如由金属所形成，并由不容易使内部的液体致冷剂向外部泄漏出去的管道(配管)81、82所连接。又，在上述散热器60的一部分上，面向着装置的外部，安装着对作为其构成单元的多个的散热片61进行送风的平板型的风扇62、62…(在本例中为多个，例如为3个)，由此，对从上述吸热(冷却)套50上所传递过来的热量强制地进行散热。而且，作为该吸热(冷却)套50，它具有下列构成：在例如由铜等高导热性的金属所形成的板状部件的内部，形成有冷却通路，并向该通路内流通着上述液体致冷剂；由此，将从CPU上所产生的热量除去(移动)到外部。

接着，在所附的图1(a)中，对上述的吸热套50、和与该吸热套相连接的由金属(例如铜)制的管道(配管)81、82，以更具体的形式进行了显示。即，如从该图中也可以清楚地看到的，在上述吸热套50的上面侧上，一对金属制的管道(配管)81、82以相互平行、且卷绕成螺旋状的方式而被配置着；该一对金属制的管道(配管)81、82用于向上述吸热套50中流进或从中流出液体致冷剂。也即，由形成于其中途的螺旋状部的作用，如图中箭头所示，上述一对金属制的管道(配管)81、82就可以使安装在其前端上的吸热套50沿着包括转动方向在内的上下左右的方向自由地进行移动。

更具体地来说，如在所附的图1(b)中所示的那样，在本例中，对上述散热器部60和用于对液体致冷剂进行循环驱动的循环泵70，利用构成上述装置的框体100的盖体104的一部分而进行安装；而且，上述一对金属制的管道(配管)81、82从该散热器部60向下方延伸，并且如图所示，在被卷绕成螺旋状后与(到达)上述吸热套50相接。另一方面，将为了确保其正常的动作而需要进行冷却的发热元件、即CPU200装载在配线基板210上，而该配线基板210则被配置在上述框体100的底板105上；而且，在图示的状态中，该CPU200与上述吸热套50的下面接触。又，虽然没有在图中进行显示，但在进行安装作业时，通常是在将上述盖体104从框体100上拆卸下来后的状态下，对上述吸热套50以其下面与上述CPU200的表面接触的方式进行安装的(这里虽没有进行图示，但可由螺钉等而得到安装和固定)；然后，将盖体104覆盖在规定的位置上，并被固定在框体100上。这时，如上所述，上述吸热套50由一对金属制的管道(配管)81、82而被连接，且该一对金属制的管道(配管)81、82从被固定在上述盖体104的一部分上的散热器部60延伸出来。由于其中间部分形成为螺旋状，所以可以对其位置自由地进行移动，从而使对其所进行的安装作业容易进行。

而且同样地，在对其进行维护作业时，通常，仍然是在将上述盖体104从框体100上拆卸下来后的状态下，将上述吸热套50从与上述CPU200的表面接触的状态上脱离开(这里虽没有进行图示，但例如可以通过将固定用的螺钉取出，然后将吸热套50向上方及左右移动)。这时，也如上所述，上述吸热套50由一对金属制的管道(配管)81、82而连接，且该一对金属制的管道(配管)81、82从被固定在上述盖体104的一部分上的散热器部60延伸出来。由于其(使该液冷系统的)中间部分形成为螺旋状，所以可以对其位置自由地进行移动，从而可容易地进行作业。而且，在结束维护作业后，与上述中同样地，可以再一次将盖体104覆盖在规定的位置上，并被固定在框体100上。

在现有技术上，由于考虑到要进行的安装作业而需要确保可移动性，所以通常使用由橡胶等弹性体所形成的管道作为上述吸热套50周边的配管。而在具有本发明的上述构成的液冷系统的电子装置上，通过将上述吸热套50周边的配管用金属制的管道(配管)81、82所构成，在该配管部上，就可以减少在其内部流通着的液体致冷剂向外部泄漏的现象。例如，由这样的构成，就不需要设置致冷剂容器箱，由此可以实现装置的小型化；同时，在规定的长期的期间(例如，在装置的质量保证期间)内，可以在不需要对液体致冷剂进行补充的情况下使装置工作。又，与此同时，在对冷却系统进行组装和维护作业时，由于其位置可以自由地进行移动，所以也不会对这些作业带来妨碍。

下面，在所附的图4(a)和4(b)中，显示了在本发明的另一实施例的液冷系统上的吸热套50、和与该吸热套连接的金属(例如，铜)制的管道(配管)81、82。即，在本例中，如从图4(a)中也可以清楚地看到的，为了向上述吸热套50中流进或从中流出液体致冷剂，一对金属制的管道(配管)81、82被安装在该吸热套50的上面侧上；在该一对金属制的管道(配管)81、82的中途，分别形成着所谓的金属制的的波纹管83、83。又，在图4(b)上，显示了将吸热套50以与作为发热元件的CPU200的表面接触的方式而被安装的状态。这时，该吸热套50由具有上述波纹管83、83的一对金属制的管道(配管)81、82而与上述散热器部60连接；CPU200被装载在配线基板210上，而该配线基板210则被配置在上述框体100的底板105上。而且，在该实施例中，在上述一对金属制的管道(配管)81、82上，由于各自的波纹管83、83的作用，也可以确保对被安装在其前端上的吸热套50自由地进行移动。由此，与在上述中同样地，在对装置进行安装和维护作业时，也不会对这些作业带来妨碍；而且，由于不需要设置致冷剂容器箱，所以可以实现装置的小型化；同时，在规定的长期的期间(例如，在装置的质量保证期间)内，可以在不需要对液体致冷剂进行补充的情况下使装置工作。

进一步，在所附的图5(a)和5(b)中，显示了在本发明的又一实施例的液冷系统上的吸热套50和金属(例如，铜)制的管道(配管)81、82。具体来说，将在上述图4(a)中所示的金属制的的波纹管83、83安装在上述吸热套50的侧壁部上。又，在这样的构造下，如从图5(b)中也可以清楚地看到的，有利于将散热器部60固定在框体100的底板105侧上。这样，在该又一实施例上，在上述一对金属制的管道(配管)81、82上，由于各自的波纹管83、83的作用，也可以确保固定在前端上的吸热套50自由地进行移动。由此，与在上述中同样地，在对装置进行安装和维护作业时，也不会对这些作业带来妨碍；而且，由于不需要设置致冷剂容器箱，所以可以实现装置的小型化；同时，在规定的长期的期间(例如，在装置的质量保证期间)内，可以在不需要对液体致冷剂进行补充的情况下使装置工作。

下面，在所附的图6～图8中，对具有本发明的进一步其它的实施例的液冷系统的电子装置，显示了其全体构成的一例。即，在本例中，例如对将上述液冷系统特别是应用在笔记本型个人计算机的本体部分上时的情况进行了显示。

首先，在图6中，显示了通常的、被称作笔记本型的个人计算机的构成，其构成包括个人计算机的本体300，和例如通过铰接机构而可以相对于该本体300自由地进行开闭动作的盖体350。在该图中，在上述本体300侧上，为了对显示其内部，以将通常安装在其表面上的键盘部拆卸掉了的状态进行了显示。在小型、且可携带的这种笔记本型的个人计算机上，与上述的台式个人计算机不同，通常，在被安装在盖体350的内面上的液晶显示部351的里侧上，配置有金属板352；并通过在其(该金属板352的)表面使金属制的配管353曲折弯行而形成散热器部60’。又，由上述散热器部60’、上述吸热(冷却)套50、和循环泵70一起构成热循环，并由此构成冷却系统。而且，对向构成热循环的各部分流通液体致冷剂(例如，水、或者与丙二醇等不冻液按规定的比例相混合了的水)的流路，与在上述中的同样地形成着。又，在该图中，用箭头显示了上述吸热(冷却)套50的可能的移动方向。

在该图6所示的实施例中，在被配置在上述本体300的底部的配线基板210上，装载有作为发热元件的CPU200；在该CPU200的上面，与在上述中同样地，以相互间为面接触的方式而安装吸热套50’(这里虽没有进行图示，但可由螺钉等而得到安装和固定)。又，对这些构成热循环的各部分之间的流路，仍然如同上述中那样由金属形成，并由不容易使内部的液体致冷剂向外部泄漏出去的管道(配管)81、82连接。又，图中的符号84显示了对上述本体300和盖体350之间进行连接用的铰接管。

而且，如在所附的图7中也显示了的那样，对该吸热套50’，使其外形形成为板状，而在其内部形成有液体致冷剂的流路(参照图中的虚线)，并以可以沿其一侧的边进行转动的方式而被安装着。更具体地来说，在与装载有上述CPU200的配线基板210相接近的位置(或者，在配线基板210)上，固定着管道(配管)81、82；并在这些被固定着的管道(配管)81、82之间，以可以进行转动的方式而安装吸热套50’。又，对该管道(配管)81与吸热套50’之间进行液密结合的构造的一例，显示在所附的图8中。

即，如在上述的图8中也清楚地显示了的那样，形成于管道(配管)81、82的前端上的凸部811通过被插入到凹部501的内部而得到连接，其中该凹部501被设置在形成于吸热套50’内的流路的周围；由此，就将吸热套50’以可以相对于管道(配管)81、82进行转动的方式而得到安装。又，图中的符号502为所谓的O型密封圈，该O型密封圈被同样地插入到形成于上述吸热套50’的流路的一部上的凹部503的内部，其作用是用于确保在上述连接部上的液体致冷剂的密封性。

这样，作为具有在上述图6～图8中所示的本发明的进一步其它的实施例的液冷系统的电子装置，在笔记本型的个人计算机上，由于对上述吸热套50，也可以确保在其转动方向上对其自由地进行转动，所以与在上述中同样地，在对装置进行安装和维护作业时，也不会对这些作业带来妨碍；而且，由于不需要设置致冷剂容器箱，所以可以实现装置的小型化；同时，在规定的长期的期间(例如，在装置的质量保证期间)内，可以在不需要对液体致冷剂进行补充的情况下使装置工作。而且特别是，对可携带性和小型化的要求高的笔记本型的个人计算机来说，不需要设置致冷剂容器箱的上述构成就成为一种很有利的特征。

Claims

1.一种具有液冷系统的电子装置，在该电子装置上，在其框体内装载有发热的半导体元件，对元件需要进行冷却以确保其正常的动作；在该框体内或其一部分上，具有液冷系统，并且该液冷系统至少具有下列构成：

与半导体元件热连接的、并将该热传递到向内部流通的液体致冷剂上的冷却套，

将在上述冷却套中被传递到液体致冷剂上的热散发到装置的外部的散热器，以及

使上述液体致冷剂在包括上述冷却套和上述散热器的回路中循环的循环泵；

其特征在于：

将用于向上述冷却套流通液体致冷剂的配管由金属制的管道所形成，同时由该管道可以在上述框体内对上述冷却套的位置自由地进行配置。

2.如权利要求1所述的具有液冷系统的电子装置，其特征是：向上述冷却套流通液体致冷剂的配管形成为螺旋状。

3.如权利要求1所述的具有液冷系统的电子装置，其特征是：向上述冷却套流通液体致冷剂的配管的中途形成为波纹管。

4.如权利要求1所述的具有液冷系统的电子装置，其特征是：向上述冷却套流通液体致冷剂的配管，以沿上述冷却套的一侧边可以进行转动的方式而被安装。

5.如权利要求1所述的具有液冷系统的电子装置，其特征是：向上述冷却套流通液体致冷剂的配管，由铜管构成。