JP2006005039A - Cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプにより液体を循環させて熱を移動し、主に冷却を行う冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling system in which liquid is circulated by a pump to move heat and mainly perform cooling.
近年、CPUの処理速度の高速化に伴い発熱量も増大してきている。従来のようにヒートシンクを取り付けてファンにより冷却するシステムは限界に近づきつつある。このため、CPU及びその他の電子部品を効率良く冷却する冷却システムが望まれており、これに対応する冷却方法として冷媒を循環させて冷却する冷媒式冷却システムが提案された(例えば特許文献1参照)。以下、このような冷媒を循環させて冷却する従来の冷却システムについて説明する。この従来の冷却システムは、例えば図3に示すものが知られている。図3は従来の冷却システムの構成図である。図3において、100は筐体であり、101はCPU、102はCPU101を実装した基板、103はCPU101と冷媒との間で熱交換を行いCPU101を冷却する冷却器、104は冷媒から熱を取り除く放熱器、105は冷媒を循環させるポンプ、106はこれらを接続する配管、107は放熱器104を空冷するファンである。
In recent years, the amount of heat generated has increased as the processing speed of the CPU has increased. A conventional system in which a heat sink is attached and cooled by a fan is approaching its limit. For this reason, a cooling system that efficiently cools the CPU and other electronic components is desired. As a cooling method corresponding to this, a refrigerant-type cooling system that circulates and cools the refrigerant has been proposed (for example, see Patent Document 1). ). Hereinafter, a conventional cooling system that circulates and cools such a refrigerant will be described. As this conventional cooling system, for example, the one shown in FIG. 3 is known. FIG. 3 is a block diagram of a conventional cooling system. In FIG. 3,
この従来の第1の冷却システムの動作を説明すると、ポンプ105から吐出された冷媒は、配管106を通って冷却器103に送られる。ここでCPU101からの熱を奪うことでその温度が上昇し、放熱器104に送られる。この放熱器104でファン107によって強制空冷されてその温度が降下し、再びポンプ105へ戻ってこれを繰り返す。このように冷媒を循環させてCPU101を冷却するものであった。
The operation of the conventional first cooling system will be described. The refrigerant discharged from the
次にCPUの第1の冷却システムの効率を大幅に改善したものとして、従来の第2の冷却システムとして、図2に示すものが提案されている(例えば特許文献2参照)。この従来の第2の冷却システムの動作を図2及び、受熱部と放熱部の関係は本発明と同じ構成であるため図1も使って説明する。図2は本発明のポンプをケーシング側から見た分解斜視図で、この第2の冷却システムは、接触熱交換型ポンプがCPUに接触されて内部の冷媒の熱交換作用でCPU4から熱を奪い、放熱部から放熱を行う冷却システムであって、接触熱交換型ポンプのポンプケーシングが高熱伝導率の材料で形成されるとともに、ポンプケーシングには、内部のポンプ室に沿った側面に受熱面が形成され、受熱面が接触位置においてCPUの上部表面の3次元的な形状と相補的な形状に形成されている。ポンプのステーター6に制御された電流を与えるとローター(羽根車)5が回転を始める、ローター6と一体化した羽根車11は吸込口15から流入した冷媒に運動エネルギーを与え吐出口16に送り出す。この時、ポンプケーシング9とケーシングカバー10に囲まれた領域では乱流が発生し、高温となったポンプケーシング9の熱を冷媒に与える。CPUからの熱を奪って昇温した冷媒は配管(チューブ)3を通って放熱器2に送られ、放熱器2で冷却されて、温度降下した後に再度配管(チューブ)3を通って接触熱交換ポンプに戻り、これを繰り返すことによってCPU4を冷却するものであった。
しかしながら、従来の第1冷却システムでは、CPU101と冷媒とで熱交換を行いCPU101を冷却する冷却器103、冷媒から熱を取り除くための放熱器104、冷媒を循環させるポンプ105と構成部品が多くなり小型化が難しくコストも高くなると言う問
題があった。また、従来の第2冷却システムはコンパクトに収納でき、熱交換特性にも優れるシステムではあるが、CPU4の発熱を吸収するには限界があった。
However, the conventional first cooling system has many components such as a
そこで、本発明は、冷却効果を大幅に改善することが出来、かつ小型、薄型化に対応できる冷却システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cooling system that can greatly improve the cooling effect and can cope with a reduction in size and thickness.
この課題を解決するために本発明の冷却システムは、熱を移送する冷媒中に金、銀、銅、アルミニウム、ダイヤモンド、炭化ケイ素、窒化アルミニウム等の高熱伝導性微粒子を混在させたことを特徴とする。 In order to solve this problem, the cooling system of the present invention is characterized in that highly heat conductive fine particles such as gold, silver, copper, aluminum, diamond, silicon carbide, and aluminum nitride are mixed in a refrigerant that transfers heat. To do.
これにより、構造が簡単で低コストでありながら冷却効率を改善出来る冷却装置を実現できる。 Thereby, it is possible to realize a cooling device that can improve the cooling efficiency while having a simple structure and low cost.
また、本発明の冷却システムは、高熱伝導性の線の束を発熱部品に直接接触する冷媒収納金属ケースの内側の一部に一端を固定し、冷媒を移送するチューブ内に配設し、もう一端を放熱部の一部に固定したことを特徴とする。 Further, the cooling system of the present invention has one end fixed to a part of the inside of the refrigerant housing metal case in which a bundle of highly heat conductive wires is in direct contact with the heat generating component, and is disposed in a tube for transferring the refrigerant. One end is fixed to a part of the heat radiating portion.
これにより、構造が簡単で低コストでありながら冷却効率を改善出来る冷却装置を実現できる。 Thereby, it is possible to realize a cooling device that can improve the cooling efficiency while having a simple structure and low cost.
以上説明したように、本発明によれば、熱の受熱部から放熱部への移動を、熱伝導率の小さい冷媒(水)だけでなく、高熱伝導性金属あるいは高熱伝導性セラミックスの微粒子や高熱伝導性の金属線や炭素繊維の線の束に肩代わりすることにより、より効率的な冷却システムを提供するものである。 As described above, according to the present invention, the movement of heat from the heat receiving portion to the heat radiating portion is not limited to refrigerant (water) having a low thermal conductivity, but also fine particles of high heat conductive metal or high heat conductive ceramics or high heat. By replacing a bundle of conductive metal wires or carbon fiber wires, a more efficient cooling system is provided.
本発明の請求項1に記載の発明は、発熱部品から発生する熱を冷媒に移動する受熱部と、冷媒をポンプで循環することによって放熱部より大気中に放熱させる冷却システムにおいて、冷媒中に高熱伝導性微粒子を混在させた事を特徴とする冷却システムであるから、冷媒による熱移送の効率化が図れ、システムを複雑化することなく冷却効率を改善できる。 The invention according to claim 1 of the present invention is a heat receiving part that transfers heat generated from a heat-generating component to a refrigerant, and a cooling system that radiates heat from the heat radiating part to the atmosphere by circulating the refrigerant with a pump. Since it is a cooling system characterized by mixing high heat conductive fine particles, the efficiency of heat transfer by the refrigerant can be improved, and the cooling efficiency can be improved without complicating the system.
本発明の請求項2に記載の発明は、発熱部品から発生する熱を冷媒に移動し、冷媒をポンプで循環することによって放熱部より大気中に放熱させる冷却システムにおいて、高熱伝導性の線の束を受熱部のケースの内側に一端を固定し、他端を放熱部のケースの内側に固定したことを特徴とする冷却システムであるから、冷媒の移送速度を速めなくても熱移送の効率化が図れ、冷却効率を改善できる。
The invention according to
本発明の請求項3に記載の発明は、冷媒中に混在させる高熱伝導性微粒子は、銀、銅、アルミニウム、ダイヤモンド、炭化ケイ素、窒化アルミニウムの一つ以上からなることを特徴とする、請求項1に記載の冷却システムであるから、ポンプの性能に応じて最適な、種類とサイズ、充填量を選ぶことが出来る。 The invention according to claim 3 of the present invention is characterized in that the high thermal conductive fine particles mixed in the refrigerant are composed of one or more of silver, copper, aluminum, diamond, silicon carbide, and aluminum nitride. Since it is the cooling system of 1, it is possible to select the optimum type, size and filling amount according to the performance of the pump.
本発明の請求項4に記載の発明は、チューブ内に配設する線の束の材料が金、銀、銅、アルミニウム、炭素繊維の中の一つ以上からなることを特徴とする請求項2に記載の冷却システムであるから、配設する空間の複雑さやチューブの剛性に応じて最適な組み合わせを得ることが出来る。 The invention according to claim 4 of the present invention is characterized in that the material of the bundle of wires arranged in the tube is composed of one or more of gold, silver, copper, aluminum, and carbon fiber. Therefore, the optimum combination can be obtained according to the complexity of the space to be arranged and the rigidity of the tube.
以下、本発明の実施の形態について図1、図2を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(実施の形態1)
図1(a)は本発明の実施の形態1における冷却システムの概要を示す図、(b)は本発明の実施の形態1におけるア部の断面透視を示す図、(c)本発明の実施の形態1の別の適用例におけるア部の断面透視を示す図である。図1において、1はCPU4からの熱を冷媒に伝えるための受熱部、2は暖められた冷媒の熱を空気中に排出する放熱部、3は受熱部1から放熱部2、あるいは放熱部2から受熱部1へと冷媒が循環する配管(チューブ)、4は熱を放出するCPU、5は冷媒を攪拌しかつ冷媒の循環を促すポンプのロータ(羽根車)、6はローター5と磁気的に結合されローター5に回転を与えるためのステータ、9は冷媒を密封し、かつCPUの熱を冷媒に伝えるための金属製のポンプケーシング、12はローター5の回転の軸となるシャフト、7は冷媒中に添加された高熱伝導性微粒子、8はパイプ中に配設された高熱伝導性の線の束である。なお冷媒としては、水を主体とし、食品添加物などに用いられる無害なプロピレングリコールを添加したものが適当であり、さらに後述するようにケーシング材料としてアルミや銅等を使用する場合には、これらに対する防食性能を向上させるための防食添加剤を添加するのが望ましい。
(Embodiment 1)
1A is a diagram showing an outline of a cooling system in Embodiment 1 of the present invention, FIG. 1B is a diagram showing a cross-sectional perspective view of a portion in Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1C is an implementation of the present invention. It is a figure which shows the cross-sectional perspective of the A part in another application example of the form 1. In FIG. 1, 1 is a heat receiving part for transferring heat from the CPU 4 to the refrigerant, 2 is a heat radiating part for discharging the heat of the heated refrigerant into the air, and 3 is a
放熱部2は、ノート型パソコンの表示装置の裏面の幅の狭く広い空間で冷媒から熱を取り除く必要があるため、熱伝導率が高く放熱性の良い材料、例えば銅、アルミニウムなどの薄板材で構成され、内部に冷媒通路が形成されている。また、放熱部2に強制的に空気を当てて冷やすためのファンを設けてもよい。配管(チューブ)3は、配管レイアウトの自由度を確保するため、フレキシブルでガス透過性の少ないゴム、例えばブチルゴムなどのゴムチューブで構成されている。これはチューブ3内に気泡が混入するのを防止するためである。
The
続いて実施の形態1における冷却システムの動作について説明する。外部電源から電力を供給されると、ポンプに設けられた半導体スイッチング回路により制御された電流がステーター6のコイルに流れ、回転磁界が発生する。この回転磁界がローターマグネットに作用することにより、このローターマグネットと一体成型されている羽根車11がシャフト12を軸に回転する。そして、羽根車11に設けられた羽根は吸込口15から流入した冷媒に運動エネルギーを与え、その運動エネルギーによりケーシング内の冷媒の圧力が高められ吐出口16から吐き出される。次に熱の移動に関して説明する。発熱源であるCPU4は熱伝導グリスを介してケーシングに押し付けられた状態で固定されている。CPU4から発生した熱はこのグリスを通してポンプケーシング9に伝えられる。ポンプケーシング9は熱伝導性の高い金属で構成されているため、直ちに反対側の冷媒と接触する面に伝えられる。ポンプケーシング9の材料としては、熱伝導率の高いアルミニウム(236W/m・K)や銅(403W/m・K)が好適である。しかしながら、発熱源であるCPU4の表面積は一辺10mmないしは7mmの正方形であるため、熱を如何に拡散するかが大きな課題となる。このため、反対側の冷媒と接触する面には凹凸を設けたり、表面を粗くすることにより、表面積を大きくとる工夫がされている。次に、ポンプケーシング9の反対面(冷媒と接触する面)に到達した熱は、冷媒に熱伝達される。冷媒としては液体中で、熱伝導率の最も高い水(0.56W/m・K)を主要冷媒として用いる。実際の使用においては、凍結による機器破壊を防ぐためにエチレングリコールやプロピレングリコールなどの物質を混入させて凝固点を下げて用いられる。このため、熱伝導に関しては若干下がる方向にならざるを得ない。液体(水)は気体(空気;熱伝導率=0.0241W/m・K)に比べて20倍近く熱伝導率が高いので空冷に比べ圧倒的に有利ではあるが、金属中の熱伝導に比べたら1/200以下しかない。そこで、液体中に高熱伝導物質である、金属、その中でも熱伝導率の高い、金(319W/m・K)、銀(428W/m・K
)、銅(403W/m・K)、アルミニウム(236W/m・K)、あるいは、無機物であるダイヤモンド(約2000W/m・K)、炭化ケイ素(約250W/m・K)、窒化アルミニウム(約250W/m・K)等の高熱伝導性微粒子7を混在させることにより、熱伝達・熱伝導の一部を受け持つようにする。ただし、この高熱伝導性微粒子7はポンプの軸と軸受けの隙間に入り込むほど小さくあってはならない。大きさとしては、径100μm〜径500μmくらいが適切である。また、羽根車11とポンプケーシング9の隙間よりも小さくすべきである。さらにこの高熱伝導性微粒子7はチューブを通って放熱部へ流入して放熱板との接触により熱交換をすることが出来る。また、別の使い方として、比重の大きい金属微粒子を受熱部のケーシング内に留まらせ、羽根車の回転によりケーシング内を動き回ることにより、冷媒に熱を伝えるための補助手段として使うことも可能である。他方、冷媒の熱伝導率を改善する手段として、ケーシングの一部に、金、銀、銅、アルミニウム、炭素繊維(熱伝導率500W/m・K以上)の一つないしは組み合わせてなる高熱伝導性線の束8をねじ止めあるいは溶接等により固定し、その高熱伝導性線の束8を配管(チューブ)3内に配設し、他方を放熱板にねじ止め、ないしは溶接により固定することにより、ケーシングの熱の移動を冷媒を介して行うとともに、直接的にも行なえるようにする。この線の束は配管(チューブ)3と同じようにノートパソコンの場合のディスプレイ部の開閉にも、あるいは、受熱部1と放熱器2の取り付けに際しても自由に動かせるようにフレキシブルな構成であることとする。また、配管(チューブ)3内に配設する場合も冷媒の流れを邪魔しないような体積を占めるように設定する。高熱伝導性線の1本の直径としては100μm前後が適当である。この線を10本から50本程度束ねたものを高熱伝導性線の束8として用いることが好適である。
Next, the operation of the cooling system in the first embodiment will be described. When electric power is supplied from an external power source, a current controlled by a semiconductor switching circuit provided in the pump flows through the coil of the
), Copper (403 W / m · K), aluminum (236 W / m · K), or inorganic diamond (about 2000 W / m · K), silicon carbide (about 250 W / m · K), aluminum nitride (about By mixing high thermal conductive fine particles 7 such as 250 W / m · K), a part of heat transfer / heat conduction is handled. However, the high thermal conductive fine particles 7 should not be so small as to enter the gap between the pump shaft and the bearing. As the size, a diameter of about 100 μm to about 500 μm is appropriate. Moreover, it should be smaller than the gap between the impeller 11 and the
本発明の冷却システムは、冷媒を循環して冷却を行う冷却装置を用いる電子機器の冷却に有用である。 The cooling system of the present invention is useful for cooling an electronic device using a cooling device that circulates and cools a refrigerant.
1 受熱部
2 放熱器
3 配管(チューブ)
4 CPU
5 ローター
6 ステータ−
7 高熱伝導微粒子
8 高熱伝導線の束
9 ポンプケーシング
10 ケーシングカバー
11 羽根車
12 シャフト
13 仕切りリング
14 Oリング
15 吸込口
16 吐出口
17 ねじ
100 筐体
101 CPU
102 CPU基板
103 冷却器
104 放熱器
105 ポンプ
106 配管
107 ファン
1
4 CPU
5
7 High Thermal Conductive Particles 8 Bundles of High
102
Claims (4)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004177866A JP2006005039A (en) | 2004-06-16 | 2004-06-16 | Cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004177866A JP2006005039A (en) | 2004-06-16 | 2004-06-16 | Cooling system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=35773174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004177866A Pending JP2006005039A (en) | 2004-06-16 | 2004-06-16 | Cooling system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006005039A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012004389A (en) * | 2010-06-17 | 2012-01-05 | Denso Corp | Device with fluid stirring function |
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2004
- 2004-06-16 JP JP2004177866A patent/JP2006005039A/en active Pending
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