CN1691881A

CN1691881A - 电子设备

Info

Publication number: CN1691881A
Application number: CNA2005100684990A
Authority: CN
Inventors: 畑由喜彦; 富冈健太郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2005-11-02
Also published as: JP2005317797A; US20050241312A1; US7215546B2

Abstract

本发明提供了一种电子设备，在该电子设备中，易于完成发热单元与冷却泵之间的定位。根据本发明的电子设备包括：壳体，具有发热单元；热量发散部分，位于壳体中，用于将热量从发热单元发散出去；泵，位于壳体中，并与发热单元相连接，该泵用于将液态冷却剂输送到热量发散部分处；循环流路，连接在泵与热量发散部分之间，循环流路用于使液态冷却剂在泵与热量发散部分之间循环流动，从而从发热单元带走热量，并将热量传递到热量发散部分中。泵包括泵壳，该泵壳具有泵腔和受热部分，受热部分与发热单元实现热连接，受热部分包括与发热单元相对应的凹陷。泵还包括叶轮，位于泵腔中。泵还包括电机，与叶轮相连，电机可转动所述叶轮。

Description

电子设备

技术领域

本发明涉及一种电子设备，该电子设备包括泵，该泵被用在一种液体冷却型冷却系统中，该冷却系统用来对发热单元进行冷却。

背景技术

近些年来，诸如个人计算机等电子设备的信息处理速度有了显著的提高。并且，CPU(中央处理单元)和周边半导体器件的时钟频率相比于现有技术也有了很大的增加。

与这一趋势相关，CPU或其它半导体器件的发热量也相应地增大了。因而，使用某种冷却系统的现有半导体器件必然将无法承受增大的发热量，在这种冷却系统中，散热片与CPU等发热单元保持热连接，并利用冷却空气对散热片执行冷却。

为了解决这一问题，出现了在个人计算机等小型电子设备上应用液体冷却型冷却系统的技术，这样的系统使用液体作为冷却剂，以便于获得比空气更高的比热容，进而实现更高的冷却效率。

例如，日本专利第3431024号、第3452059号、以及日本专利公开公报第2003-172286号就公开了一种冷却系统，该系统包括：闭合的循环流路，用于使液态冷却剂循环流动；散热器，用于将液态冷却剂所带的热量散发出去；以及泵，通过对液态冷却剂加压来使其在闭合的循环流路中环流，并通过使冷却剂与发热单元实现热接触而在二者之间进行热交换，由此来对发热单元进行冷却。

在现有技术中，所述泵包括：受热体，通过与发热单元接触而吸收热量；以及泵，用于促使已从受热体吸收了热量的液态冷却剂循环流动，该泵与受热体是相互独立的部件。与此相反，对于上述类型的泵，实现了薄化和小型化，且泵壳被用作受热体，从而实现了这些部件的整体集成化。

为了能利用液态冷却剂的循环流动以很高的冷却效率对CPU等发热单元进行冷却，必须要增强CPU等发热单元与冷却系统上受热体之间热耦合。

因而，首要的关键点是增强从发热单元到受热体之间的热传导。因此，用高导热系数的金属材料来制造受热体，该材料例如是铜或铝。

例如，按照日本专利第3452059号的设计，铜或铝被用作泵壳的制造材料。此外，如果铝被用作泵壳的制造材料，则优选地是：在发热单元与泵壳之间设置辅助导热构件，该构件是用导热系数高于铝的铜材制成的。

按照这种方式，很重要的一点是：提高泵壳或结合到泵壳上的辅助导热构件的导热系数。

但是，上述的措施并不充分。

一般来讲，诸如CPU等高发热半导体器件的上表面具有方形的基板和方板形的构件，其中的构件被称为热量分散体，略小于所述的基板。热量分散体用来接收CPU中电子器件所产生的热量，并将热量分散到分散体的整个方形表面上。

CPU上需要进行冷却的高发热半导体部分(下文称之为“待冷却部分”)即为热量分散体，从热量分散体环周露出的基板部分无需进行冷却。必须只能从有限的区域接收热量，该有限的区域对应于热量分散体。

因而，用于增强CPU等发热单元与冷却系统上的受热体之间的热耦合的第二个关键点是将受热体适当地布置到发热单元上的待冷却部分上。

对于还作为受热体的冷却泵，必须要相对于发热单元上的待冷却部分正确地设定冷却泵的位置。

日本专利第3452059号公开了这样一种技术：相对于发热单元，将用高导热性材料制成的泵壳的接触面制成与发热单元的三维形状互补的形状。该文件还公开了这样一种技术：在设置了高导热系数的辅助导热构件的情况下，将辅助导热构件的接触面制成与发热单元的三维形状互补的形状。

这些技术方案用来增强相对于发热单元的导热性(上述的第一要点)，而并非用来对发热单元和泵进行定位。

发明内容

考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供一种设备，在该设备中，易于完成泵与发热单元之间的定位。

为了实现上述目的，本发明的一个方面是提供一种电子设备，包括：壳体，具有发热单元；热量发散部分，位于壳体中，用于将热量从发热单元发散出去；泵，位于壳体中，并与发热单元相连接，该泵用于将液态冷却剂输送到热量发散部分处；循环流路，连接在泵与热量发散部分之间，循环流路用于使液态冷却剂在泵与热量发散部分之间循环流动，从而从发热单元带走热量，并将热量传递到热量发散部分中。泵包括泵壳，该泵壳具有泵腔和受热部分，受热部分与发热单元实现热连接，受热部分包括与发热单元相对应的凹陷。泵还包括叶轮，位于泵腔中。泵还包括电机，与叶轮相连，电机可转动所述叶轮。

附图说明

附图包含在说明书中，并作为说明书的一个组成部分，表示了本发明的几种实施方式，附图与上文的概括描述及下文对实施方式的详细描述一起来解释本发明的原理。

图1是根据本发明第一实施方式的电子设备的第一外观视图。

图2使根据本发明第一实施方式的电子设备的第二外观视图。

图3是一个解释性的视图，表示根据本发明的冷却泵的安装状态的一种实施方式。

图4表示冷却系统一实施方式的结构，该冷却系统被设置在根据本发明的电子设备上。

图5表示冷却系统中的发热部分的结构。

图6是根据本发明第一实施方式的冷却泵结构的第一视图。

图7是根据本发明第一实施方式的冷却泵结构的第二视图。

图8是根据本发明第一实施方式的冷却泵结构的剖视图。

图9中的解释性视图表示了根据本发明第一实施方式的冷却泵中的定位构件。

图10中的解释性视图表示了根据本发明第二实施方式的冷却泵中的定位构件。

图11中的解释性视图表示了根据本发明第三实施方式的冷却泵中的定位构件。

具体实施方式

下文将参照附图对根据本发明的电子设备的实施方式进行描述。

图1和图2表示个人计算机1的外观形状，该个人计算机为根据本发明的电子设备的实施方式。

个人计算机1包括计算机主体2和面板单元3。

计算机主体2具有薄盒形的主体罩壳4。主体罩壳4包括底壁4a、上壁4b、前壁4c、左右两侧壁4d、以及后壁4e。

后壁4e上设置了多个用于排出冷却空气的排气口6。

主体罩壳4的上壁4b支撑着键盘5。

面板单元3包括面板单元罩壳8和显示装置9。显示装置9安装在面板单元罩壳8之中，并包括显示屏板9a。显示屏板9a从形成在面板单元罩壳8前表面上的开孔10外露出来。

面板单元罩壳8被设置在主体罩壳4后端的铰链支撑着，从而能张开和闭合。

图1表示了当面板单元3处于张开状态时的外观，图2表示了当面板单元3闭合时的外观。

图3中的剖视图表示出了如下部件：安装在主体罩壳4中的印刷电路板12；安装在印刷电路板12上的作为发热单元的半导体器件，该器件例如是CPU13；以及冷却泵17，与CPU13保持热连接。

印刷电路板12被布置成例如与主体罩壳4的底壁4a平行。CPU13被安装在印刷电路板12的一个表面上，例如是印刷电路板的上表面。

CPU13包括基板14和热量分散体15，热量分散体被设置在基板14的上表面的中心部位处。为了维持CPU13的工作，必须要对热量分散体15施加有效的冷却。

冷却泵17的底壁25的外表面对应于受热表面26，并与热量分散体15的表面保持热连接。

图4表示了冷却系统16的一种示例性结构，该冷却系统被安装在计算机主体2中。

冷却系统16包括冷却泵17、散热部分18、循环流路19、以及电扇20。

冷却泵17被布置成遮盖着印刷电路板12上安装的CPU。螺钉47穿透冷却泵17的四个角。螺钉47还穿透了印刷电路板12，并被旋拧到四个支柱46中，这些支柱被固定到主体罩壳4的底壁4a上。

利用该螺纹连接，将冷却泵17固定到印刷电路板12以及主体罩壳4的底壁4a上，并实现了与CPU13的热连接。

冷却泵17与进口管32和排出管33制成一体，其中的进口管用于吸入液态冷却剂，排出管用于排出液态冷却剂。

散热部分18包括第一流道50、第二流道51、以及第三流道52，液态冷却剂在这些流道中流动。

图5中的立体图表示了散热部分18的详细结构。如图5所示，第一流道50和第二流道51分别设置有横截面为扁平状的管道53、54。管道53、54以使得各自横截面的纵向轴线被定向成与主体罩壳4的底壁4a平行的方式设置。

在第一流道50的上游端，管道53的横截面形状变为圆形，这一部分管道作为液态冷却剂的进口56，用于将液态冷却剂引入。在另一方面，第一流道50的下游端仍保持为扁平截面形状，并与第三流道52的上游端相连接。

在第二流道51的下游端，管道54的横截面形状变为圆形，这一部分管道作为液态冷却剂的出口57，用于将液态冷却剂排出。在另一方面，第二流道51的上游端仍保持为扁平截面形状，并与第三流道52的下游端相连接。

在管道53的支撑表面53a与管道54的支撑表面54a之间设置了多个冷却片63。例如利用钎焊工艺将冷却片63固定到支撑表面53a、54a上，从而使冷却片63与两管道53、54实现热连接。

各冷却片63之间的空间形成了多个冷却空气通道62。

如图4所示，循环流路19设置有上游管部分70和下游管部分71。

上游管部分70的一端与冷却泵17的排出管33相连接，另一端则与第一流道50的液态冷却剂进口56相连。

在另一方面，下游管部分71的一端与冷却泵17的进口管32相连接，另一端则与第二流道51的液态冷却剂出口57相连。

电扇20将冷却空气分配给散热部分18。

电扇20包括扇壳73和风扇叶轮74，叶轮74被安装在扇壳73中。

扇壳73包括：冷却空气排气口75，用于排出冷却空气；以及通气道76，用于将排出的冷却空气引导向散热部分。

下面将详细地介绍冷却泵17的结构。

图6和图7中的解释性视图表示了根据本发明第一实施方式的冷却泵17的结构。

冷却泵17包括泵壳21，该泵壳作为受热部分。泵壳21包括壳体22和盖板23。

壳体22是用铜或铝等高导热系数的金属材料制成的。盖板23是用树脂材料制成的。壳体22和盖板23利用O型圈22a结合到一起。壳体22具有凹陷24，在图7中，该凹陷的开口向上，凹陷24的底壁25面对着CPU13。底壁25的下表面对应于与CPU13保持热连接的受热表面26。

在底壁25上结合有定位构件50。设置该定位构件50是为了将冷却泵17与CPU13上的待冷却部分对正。

凹陷24被隔壁板27分隔开，该隔壁板形成有泵腔28和储容腔29。储容腔用于存放液态冷却剂。

隔壁板27具有进口30和出口31。进口管32连接到进口30上，用于将液态冷却剂吸入到泵腔28中。排出管33被连接到出口31上，用于将液态冷却剂从泵腔28中排出。

在泵腔28中安装转子39。

转子39被制成盘状，并在其中心处固定有旋转轴36。旋转轴36的一端可转动地支撑在泵腔28的中心处，另一端则支撑在盖板23的中心处。

转子39包括用于对液态冷却剂加压的叶轮35。在转子39的环形侧壁41中嵌有多个永磁体。叶轮35和多个永磁体作为一个整体绕旋转轴36转动。

盖板23以液密的形式遮盖了其中安装有转子39的泵腔28和储容腔29。

如图7所示，在盖板23的上表面上形成的凹陷23a中，安装有定子38。定子38具有多个电磁铁40。

通过向电磁铁40施加预定的电流，定子38可产生旋转的磁场。利用该旋转磁场与转子39上所带永磁体的磁场之间的排斥力，定子38使转子39产生一定扭矩，从而使其发生转动，并通过向设置在转子39上的叶轮35施压，而使液态冷却剂循环流动。

在盖板23上安装了控制电路板42，用于对输送给电磁铁40的电流执行控制。

为了罩封和保护定子38及控制电路板42，设置了罩盖44，利用螺钉43将罩盖44固定到泵壳21上。

图8示意性地表示了冷却泵17的剖面结构。

定位构件50被结合到冷却泵17的壳体22上。该定位构件50被制成能被装配到安装于印刷电路板12上的CPU13上。

CPU13包括基板14和热量分散体15。热量分散体15对应于CPU13上的待冷却部分。

冷却泵17的泵壳21中设置有泵腔28和储容腔29。液态冷却剂流速很快的部位，例如底壁25上泵腔28一侧的部分，因而，该部位具有很高的冷却性能，而在储容腔29一侧的部分处，冷却性能相比于泵腔28侧部分的冷却性能则是不足的。不难理解，在泵壳21的整个底壁25上，冷却性能并非均等分布的。

因而，通过使底壁25上具有高冷却性能的部分与CPU13上待冷却部分对正，就从整体上增强热耦合，进而提高了冷却性能。

定位构件50就是为此目的而设置的。换言之，定位构件50可按照一定方式确定冷却泵17与CPU13之间的相对位置，使得底壁25上冷却性能最高的部分与CPU13上的待冷却部分排列在一条直线上。

另外，通过设置定位构件50，非常有利于电子设备1组装过程中的定位操作。

与此相关，通过保证了冷却泵17与CPU13之间的统一定位，就能消除各个电子设备1产品之间在冷却性能方面的差异，从而可确保获得统一一致的冷却性能。

如图9所示，定位构件50为板件的形状，并具有凹陷，例如CPU13的热量分散体15可组装到该凹陷中。为了能将热量分散体15的热量有效地传递给泵壳21，至少该凹陷部分需要用高导热系数的金属材料进行制造。

通过将泵壳21的底壁25制成凹陷形状，也能获得类似的定位效果。但是，CPU13上待冷却部分的形状和尺寸却是随电子设备1的型号不同而变化的。因而，如果在泵壳21的底壁25上设置凹陷，则对于各种不同类型的CPU13，泵壳21需要具有不同的形状。

在另一方面，如果定位构件50和泵壳21被设计成独立的结构，则只通过改变定位构件50的形状就能应对CPU13形状的改变。

图10表示了冷却泵17的第二实施方式。定位构件50与根据第一实施方式的冷却泵17的定位构件存在区别。

第二实施方式的定位构件50为中心带有空洞的板件形状。通过制出空洞形状可将作为待冷却部分的热量分散体15装配到其中，由此完成冷却泵17与CPU13之间的定位。

由于在第二实施方式中定位构件50的中心部位处制有空洞，所以热量分散体15可与泵壳21的底壁25实现直接的热连接。

因而，定位构件50不需要用高导热系数的材料制造，从而其材料可以是非金属。例如可使用合成树脂材料。

由于第二实施方式实现了与第一实施方式相同的效果，且相比于第一实施方式，定位构件50的材料可具有更大的选择范围，因而能减轻重量，或降低生产成本。

图11表示了根据第三实施方式的冷却泵17。

在第三实施方式中，定位构件50被设计成是由多个定位销构成的。在图11所示的实例中，这些定位销被设计成四个短的方形立柱。

定位销的数目和形状并不限于图11所示的实例。可根据对热量分散体15进行定位的要求而选定定位销的数目和形状。

如同第二实施方式中的情况，定位销的材料也不限于金属材料。

按照第三实施方式，能获得与第一、第二实施方式相同的效果，并能进一步减轻重量。

下面将参照图4和图8对根据本发明的冷却泵17以及带有该冷却泵17的冷却系统16的工作过程进行描述。

如图8所示，作为发热单元的CPU13的热量分散体15与定位构件50上的凹陷表面利用导热脂或传热片(图中未示出)实现热连接。

在冷却泵17的第二、第三实施方式中，热量分散体15与泵壳21的底壁25利用导热脂或传热片(图中未示出)实现热连接。

CPU13产生的热量经定位构件50传递给泵腔28的内表面，或从底壁25的外表面直接传递给泵腔的内表面。

被冷却后的液态冷却剂从进口管32经进口30流入到泵腔28中，由CPU13发出的、并被传给泵腔28内表面的热量被传递给冷却后的液态冷却剂。从而，液态冷却剂就吸收了热量。

在另一方面，转子39受到由定子38所产生旋转磁场的作用而承受扭矩，从而发生旋转。利用设置在转子39上的叶轮35的转动，已接收了热量的液态冷却剂受压，从而经出口31、从排出管33排出。

如图4所示，已吸收了热量的液态冷却剂被冷却泵17施压，并从排出管33排出，且经循环流路19的上游管部分70而流入到散热部分18中。

在散热部分18中，液态冷却剂循环地流过第一流道50、第三流道52、以及第二流道51。在此环流过程中，吸收了热量后的液态冷却剂所带的热量被传递给了第一流道50、第二流道51、以及实现了第一流道50与第二流道51之间热连接的散热片62。

在另一方面，由电扇20的风扇叶轮74转动所产生的冷却空气吹到第一流道50、第二流道51、以及散热片62上，以便于将热量从这些构件上带走，然后，从设置在主体罩壳4的后壁4e上的多个排气口6排出。

如上所述，接收了热量的液态冷却剂在散热部分18中进行环流的过程中获得了冷却。冷却后的液态冷却剂流经循环流路19的下游管部分71，然后经冷却泵17的进口管32返回到泵腔28中。

通过重复进行该循环过程，可利用电扇20产生的冷却空气将CPU13产生的热量依次地排出到主体罩壳4的外部。

本发明并不限于上述的实施方式。在不悖离本发明设计思想的前提下，可通过改变各个构件来以其它方式实施本发明。还可通过将上述实施方式中公开的各个部件适当地组合起来而形成多种模式。例如，可从上述实施方式的所有部件中去除某些部件。

Claims

1.一种电子设备，其包括：

壳体，具有发热单元；

热量发散部分，位于壳体中，用于将热量从发热单元发散出去；

泵，位于壳体中，并与发热单元相连接，该泵用于将液态冷却剂输送到热量发散部分处，该泵包括：

泵壳，该泵壳具有泵腔和受热部分，受热部分与发热单元实现热连接，受热部分包括一与发热单元相对应的凹陷；

叶轮，位于泵腔中；以及

电机，与叶轮相连，该电机用于转动所述叶轮；以及

循环流路，连接在泵与热量发散部分之间，该循环流路用于使液态冷却剂在泵与热量发散部分之间循环流动，从而从发热单元带走热量，并将热量传递到热量发散部分中。