CN1601731A - 冷却模块 - Google Patents

Abstract

本发明的冷却模块，在CPU上部以层叠结构配置使CPU产生的热量被冷却液吸热的冷却套、使冷却液循环的泵、进行冷却液的补充并将冷却液中的空气除去的贮液箱、和使所述冷却液冷却的第一散热器，在上述第一散热器的侧部配置对上述冷却液进行冷却的第二散热器，进而，冷却液对从吸收CPU产生的热量的冷却套经由散热器、散热器流回贮液箱地、由泵驱动进行循环。

Description

冷却模块

技术领域

本发明涉及冷却模块，特别涉及在个人电脑等中安装多个发热量不同的CPU的场合适合的冷却模块。

背景技术

现有的个人电脑等的信息处理装置中，采用在CPU上安装散热片，进而在散热片的上部安装冷却风扇，通过空冷对CPU进行强制空冷的冷却方法。

在个人电脑等的信息处理装置中使用的CPU，沿着高速化的道路发展，今年，其热设计消费电力达到了100W。对于CPU消费电力的增加，现有技术中采取的强制空冷的冷却能力不足。

这样的电力消费高的CPU冷却技术，具有水冷技术，在一部分个人电脑中实际使用着。该水冷技术以循环冷却液的管道连接冷却套和散热器，在CPU中安装冷却套由冷却液吸收CPU发生的热量，并由散热器使冷却液散热。作为这样的水冷技术的一个例子，例如日本特开平6-266474号公报所公开的那样。

另外，在上述的强制空冷技术中，也如日本特开平10-294582号公报所公开的那样，通过改善吸热设备谋求提高冷却能力。

个人电脑中，相同的模块，也大多设置动作频率数的CPU等级对应用户的需求，或设定价格。因此，有时在相同的模块使用发热量不同的CPU。而且，也按照用户的定货要求更改个人电脑的结构，采用短时间内出货的销售形式。

这样的销售形式中，可以选择CPU的种类、CPU的动作频率数、HDD的容量、存储器的搭载容量、可移动媒体的驱动器的种类等。厂家根据用户指定的式样规格将这些设备组装到装置中，但是，由于即使用户要求各个不同的设备式样规格，CPU、HDD、存储模块、和驱动器也具有相同的外形尺寸，所以，只要在组装时选择设备装入即可。因此，可以谋求装置的安装构造或主板的通用化。

但是，对于CPU的冷却模块，由于增加CPU的种类或动作频率数的选择而使电力消费的幅度变大，因而难以使用通用的冷却模块。即，在试图将相同方式的冷却模块使用于所有CPU、采用强制空冷技术的场合，由于要符合所选择的CPU的电力消费的最大值，所以存在冷却模块大型化的问题。而且，为了小型化而采用水冷技术时，存在冷却模块成本上升和装配性降低的问题。

发明目的

本发明的目的是，为了解决上述问题而谋求水冷方式和强制空冷方式的冷却模块的通用化。即，提供一种冷却模块，其可以在使用电力消费低的CPU的场合选择强制空冷的冷却模块，在使用电力消费高的CPU的场合选择水冷方式的冷却模块。

本发明为了达到上述目的，冷却模块具备与该CPU热连接并将CPU产生的热量向冷却液传递的冷却套、使冷却液循环的泵、进行冷却液的补充的贮液箱、和使所述冷却液散热的第一散热器和第二散热器；将所述冷却套、泵、贮液箱、以及所述第一散热器和第二散热器配置在冷却液的循环路径上，同时，在所述冷却套的上方设置所述泵和贮液箱，进而，在其上方设置所述第一散热器；第二散热器配置在层叠设置的所述冷却套、泵、贮液箱和第一散热器的侧部，将第二散热器从第一散热器配置到冷却风的下游。

冷却CPU的冷却套，设置有在该冷却套内部层叠多个散热片的圆筒散热片，所述CPU产生的热量向所述圆筒散热片传递、并从所述圆筒散热片向冷却液进行热传递。而且，在层叠于所述圆筒散热片中的散热片的一部分设置冷却液的整流翼。而且，层叠在所述圆筒散热片中的散热片，具备形成层叠间隙的第一凸部，和设置在第一凸部的顶部用来对散热片进行定位的第二凸部。

因此，根据本发明，可以提供能与强制空冷方式的冷却片置换的水冷方式的冷却模块，所以无须对每个所使用的CPU采用不同的冷却方法，使冷却模块以外的通用化成为可能。

另外，由于可以与强制空冷的冷却模块进行置换，所以无须对每个个人电脑的模块变更装置构造。

下面参照附图以具体实施方式详细说明本发明的特征和优点。

附图说明

图1是从上方观察本发明的冷却模块的简图。

图2是从下方观察本发明的冷却模块的简图。

图3是适用冷却模块的个人电脑的构成图。

图4是表示冷却模块的外形尺寸的图。

图5是简要表示冷却液的循环路径的图。

图6是表示冷却模块的大概构成的图。

图7是冷却模块的冷却套的组装图。

图8是冷却套散热片的截面图。

图9是冷却套、壳体的构成图。

图10是冷却套的截面图。

图11是其他冷却套散热片的说明图(之一)。

图12是其他冷却套散热片的说明图(之二)。

具体实施方式

为了谋求与强制空冷方式的冷却模块的通用化，本发明的冷却模块在CPU的上部，把用于将上述CPU产生的热量吸收到冷却液的冷却套1、使冷却液循环的泵2、进行冷却液的补充和除去冷却液中的空气的贮液箱3、和将所述冷却液冷却的第一散热器4配置成层叠结构，在所述第一散热器4的侧部配置用于冷却所述冷却液的第二散热器5。

进而，由泵2驱动冷却液循环，使冷却液从吸收CPU产生的热量的冷却套1经由散热器5、散热器4，流回贮液箱3。此时，冷却风以散热器4至散热器5的顺序流动。

(实施例1)

图1是从上方观察本发明的冷却模块的简图。首先，说明冷却模块的结构。冷却模块安装在个人电脑(以下，在实施例中称为PC)的CPU的上部，为了可以与强制空冷散热片交换，同CPU的安装部形成为通用的。CPU产生的热量从CPU组件的表面(有时是CPU模片)向冷却模块的CPU受热面进行热传递，这在后文中还要详细叙述。

图1的冷却模块，采用循环冷却液并进行受热/散热的液冷方式，由将CPU产生的热量吸收到冷却液的冷却套1、使冷却液循环的泵2、进行冷却液的补充并除去冷却液中的空气的贮液箱3、和将所述冷却液冷却的第一散热器4和第二散热器5构成。他们都由充满冷却液的管道串联连接，使冷却液循环。

冷却模块1和泵2和贮液箱3和散热器4以朝着CPU的方向按上述顺序层叠设置。散热器5使其散热片与散热器4成为相同平面地配置在上述层叠了的部件的侧部，高度与上述层叠了的部件的总高度大致相等。

下面详细叙述进行冷却液的散热的散热器的结构。散热器4、5以一定间隔将薄板进行层叠，其散热片具有多个管道穿刺的结构。进而，在散热器的上下部以使冷却液S形流动的方式连接管道端。这样，通过采用管道以S形穿刺配置散热器片(ラジエ一タ·フイン)的结构，可以减小散热片之间的温度差，并有望通过管道自身与冷却风接触而提高冷却效果。

另外，与强制冷却方式的冷却散热片相比，由于可以使用薄板的散热片，所以可以以相同程度外形的容积确保较大散热面积，提供比强制冷却散热片更高的冷却能力。

而且还具有，通过散热器4和散热器5的分割，可以谋求散热片的通用化、以一种薄板散热片构成散热器这样的效果。这在后文中将要详细叙述。

图2是从下方观察本发明的冷却模块的简图。在冷却模块1的底部通过金刚石层7与CPU热连接。该金刚石层是涂布金刚石粉末的片层，为了进行层的面方向的热扩散而粘贴。一般地，金刚石作为热传导率高的材料为人所知，但作为冷却套的热扩散层也有效。特别是在LSI组件中未内装热散布器的CPU(例如，露出CPU模片的LSI组件的场合)，必须将CPU产生的热量有效地传递到冷却模块。

除此之外，为了提高冷却套的受热面的热传导率，也可以涂布硅润滑脂，或将接触面研磨从而降低面的粗糙度。而且，也可以在冷却模块的CPU受热面的四个角落设置安装螺钉，形成冷却模块压接在CPU上的结构，提高热传导率。

图3是适用本发明的冷却模块的PC的概略构成图。PC本体15由搭载CPU10和存储模块13等的基板9、电源单元(未图示)，和HDD等的媒体驱动器14构成。基板9在上述CPU10和存储模块13以外，安装了用于插入各种控制LSI和扩展板的转接连接器11和转换连接器(未图示)。为了在所述转换连接器上直接连接转换连接器，基板9在PC本体15的背面搭载在位置偏移了的部位。在PC装置15的前面搭载多个媒体驱动器14(HDD、DVD-ROM驱动器、FDD等)。

PC本体15的高度由插入转接连接器11中的扩展板的高度尺寸、或媒体驱动器14的外形尺寸规定。例如塔式PC中，一般地由媒体驱动器14的外形尺寸规定，成为在5英寸驱动器的宽度尺寸约150mm上增加构造上的余量的尺寸。此时，在基板9的CPU10的上方部，由于没有特别配置设备，所以可以设置本发明的冷却模块8。

另外，在将PCI板插入转接连接器11，由该板规定装置的尺寸的场合，约有100mm的上方余量，至少可以设置高度为100mm的冷却模块8。强制空冷式的冷却片也安装在CPU10的上方，可以置换力冷却模块8。

更为详细地说，将冷却模块8设置在CPU10上、从而使冷却模块8的散热器5形成PC本体15的背面侧，再在冷却模块8的更背面设置冷却散热器4和散热器5的风扇12。此时，风扇12驱动从PC本体15的背面排气。这样，由于可以进行PC本体15内部的换气，所以还可以冷却CPU10以外的发热部件(例如，存储模块13或媒体驱动器14)。

图4是更为具体地表示冷却模块的外形尺寸的图。该外形尺寸，约有120W的散热能力，可以冷却大于3G的动作频率数的CPU。具有与图4的冷却模块相同程度的容积的强制空冷散热片，只不过具有约70W的散热能力。虽然强制空冷方式只要提高风扇的转速增加冷却风量，就可以进行与图4的冷却模块相同程度的散热，但是，会增加风扇扇风产生的噪音。相反地，在发热量低的CPU上使用图4的冷却模块的场合，可以降低风扇12的转速，因而可以降低风扇的噪音。

图5是简要表示冷却模块8的冷却液的循环路径的图。冷却液由泵2驱动在图5的循环路径中循环。泵2排出的冷却液吸收CPU10所产生的冷却套1中的热量，将其以散热器5和散热器4的顺序送出。冷却液蓄积的热量在散热器5和散热器4中向散热器片进行热传递，对风扇的冷却风进行热传递而散热。散热器5的入口的冷却液的温度最高，在流过散热器期间被散热，在散热器4的出口处恢复到吸收CPU10产生的热量之前的温度。因此，散热器5和散热器4的冷却液的平均温度，散热器5的变高。

流出散热器4的冷却液流入贮液箱3。贮液箱3是为了补充从管道6或散热器等泄漏的冷却液而设置的。本发明中，由于形成散热器4、5与冷却套1接近的模块结构，所以透过冷却液的管道6的长度短，泄漏量有限。因此，只要准备小容量的贮液箱即可。

贮液箱3在补充冷却液之外还排出冷却液中产生的气泡。为此，在贮液箱3中形成液层部分和气层部分的两层，使冷却液的气泡汇集在气层部分。冷却液从贮液箱3冷却液排出，是从液层部分进行的。因此，需要根据冷却模块的设置方向调整贮液箱3的冷却液吸入口和排出口。

如图3所示那样基板9成为水平面时、CPU10也水平设置，所以，设置在CPU10上方部的贮液箱6的冷却液吸入口设置在贮液箱3的上部，冷却液排出口设置在贮液箱6的下方部。此外，基板9有时设置在垂直面上。此时，由于CPU10也设置在垂直面上，所以设置在CPU10的上方部的贮液箱6的冷却液吸入口和冷却液排出口，需要设置成使吸入口在垂直上部、排出口在垂直下部。

图6是表示冷却模块的基板和垂直面的截面图。如上所述，在安装在基板9上的作为发热部件的CPU10上、热连接着冷却模块的冷却套1。在冷却套1的上部设置泵2和贮液箱3，进而在其上部设置散热器4。在层叠配置的冷却套1和泵2和贮液箱3和散热器4的侧部配置散热器5。

在此，由配置在散热器5的与散热器4相对一侧的风扇，吸引产生冷却散热器4和散热器5的冷却风。通过该冷却风以散热器4到散热器5的顺序穿过散热器片之间，在此过程中将散热片冷却。如对图5的说明，散热器4和散热器5的平均温度，是散热器5的温度高。而且，散热器因散热器片温度与冷却风的温度差而产生热传递。因此，假设，即使冷却风吸热而达到散热器4的平均温度，由于散热器5的平均温度比散热器4的温度高，所以散热器5的散热器温度也比冷却风的温度高，因此可以进行散热器片的散热。这样，通过将高温的散热器设置在冷却风的风下，可以改善散热效率。

进而，散热器4和散热器5各自的散热器片，使冷却风在散热片之间通风，所以最好使散热器4的散热器片和散热器5的散热器片配置在相同平面上。这样设置可以降低冷却风的流动阻力。

而且，散热器5与散热器4相比，由于其具有总高，所以散热面积变大。冷却风流过与该散热器的总高相符合的幅度，从而使散热效率提高。将风扇12设置在散热器5的与散热器4相对一侧，是因为在风扇12和散热器5之间没有对冷却风形成障碍的障碍物，所以合适。

由于散热器的散热容量与散热器片的散热面积成比例，所以可以通过将散热器片的层叠片数增加到22片为止来进行调整。在冷却模块的上方部，如对图3作的说明，由于不是搭载设备的空隙，所以直至PC本体15的范围都可以容易地进行。此时，为了冷却风的幅度也随此增加，最好加大风扇12的风扇直径。不用说，在散热容量减小的场合，只要减少散热器片的层叠片数即可。

另外，在增加散热器5的散热容量时，也可以将散热片的面积加大到23。也可以进行向上方增加层叠片数、和增加散热片的面积这两方面，来加大散热容量。无论那种情况，都可以通过改变散热片的层叠片数或面积来容易地调整散热容量。

图1或图6等的说明，说明了将散热器4和散热器5并排构成L形的散热器片的结构，但是，将大小不同的散热片沿纵向层叠形成L形的散热器片的结构，也可以通过改变散热片的层叠片数或面积而容易地调整散热容量。但是，在此情况下，由于需要两种散热片，所以不具备因通用化而带来的减少部件点数的效果。

图7是冷却模块的冷却套的组装图。冷却套由冷却套壳体1、冷却套散热片17和冷却套盖19构成，在壳体1的下部与CPU10热连接。冷却套散热片17保持间隙地插入设置于冷却套壳体1中央部的圆筒部24，形成圆筒散热片。此时，在冷却套散热片的一部分设置整流翼插入不同形状的散热片18。这在下文中还要详细描述。

在壳体1的内部填充冷却液，在壳体1的下部接受的CPU的产生出的热量，经由圆筒部24传递到多个冷却套散热片17，从冷却套散热片17传递到冷却液。冷却套盖19是用于使冷却套壳体1的冷却液不泄漏的盖子。由于从冷却套壳体1的一端被吸引、从另一端排出的冷却液的进出，冷却液可以通过冷却套散热片17从CPU散热。

冷却套散热片17由热传递性高的铜板组成，插入圆筒部24并被钎焊。冷却套散热片17的固定方法并不限于钎焊，也可以是将散热片压入的制造方法或插入散热片之后使圆筒部膨胀敛缝，也可以同样地制造上文所述的散热器4或散热器5。

图8是保持间隙地设置的冷却套散热片的毂部的截面图。以挤压方法在冷却套散热片上设置第一突部20和第二突部21。此时，第一突部20，在层叠时空出突部的高度的间隙地、改变突部的顶出侧和凹陷侧的截面形状。形成第二突部21在第一突部20的顶部隐藏在第一突部20的凹陷侧的形状。这样，层叠冷却套散热片时，可以保持用于冷却液流动的一定的间隙进行层叠，进而，可以进行冷却套散热片的止转。通过止转，可以顺利地进行冷却套散热片的钎焊工序。特别是，可以有效地对后文将要叙述的具有整流翼的冷却套散热片18进行定位。

图9是冷却套壳体1的构成图。(a)表示概略图、(b)表示中央截面图、(c)表示横截面图、(d)表示侧面图。在冷却套壳体1上，如图(c)所示在壳体左右设置冷却液的流入口和流出口，流入的冷却液穿过上述设置冷却套散热片的中央部，从流出口排出。进而，在冷却套壳体1的四个角落具有对CPU的安装部。壳体1在其底部与CPU热连接，为了将CPU产生的热量传递到冷却液，以热传导率高的材料形成。例如，适合用铝或铜，特别是，以铝的模铸法制造的话效率好。

图10是表示冷却套1的截面的图。在中央部配置上述冷却套散热片，在其下部热连接的CPU所产生的热量向该散热片进行热传递。从冷却套散热片的相对的两端注入/排出对冷却套散热片进行冷却的冷却液。为了将CPU产生的热量传递到冷却液，使用上述圆筒散热片，冷却套散热片的总高也比冷却液的循环管道的直径大。因此，冷却液将不能在圆筒冷却套散热片中均等地流动而使散热量分布不均。为了防止该问题，本发明中设置了整流翼，从而使冷却液在圆筒的冷却套散热片的高度方向均匀流动。图10中，表示延长冷却套散热片的一部分、设置作为整流翼的散热片18的例子。在图11中，表示为了使流入散热器片的中央部的冷却液向上下方向分散，而层叠了具有方向不同的两种整流翼的冷却套散热片的圆筒散热片。此时，在通常的散热片之外，组合了具有两种整流翼的散热片，所以会造成成本增高。因此，如图12所示，也有将整流翼作为另外的部件插入冷却套中的方法。

上文对本发明的具体实施例进行了描述，但本发明并不限于上述实施例，本领域技术人员可在不超出本发明内容的范围和不背离本发明主旨的情况下，对其进行各种变更和修改。

Claims (8)

1.一种冷却模块，是搭载在信息处理装置上的CPU的冷却模块，其特征在于，具备：与该CPU热连接并将CPU产生的热量向冷却液传递的冷却套、使冷却液循环的泵、进行冷却液的补充的贮液箱、和使所述冷却液散热的第一散热器和第二散热器；

将所述冷却套、泵、贮液箱、以及所述第一散热器和第二散热器配置在冷却液的循环路径上，同时，在所述冷却套的上方设置所述泵和贮液箱，进而，在其上方设置所述第一散热器；

所述第二散热器配置在层叠设置的所述冷却套、泵、贮液箱和第一散热器的侧部。

2.如权利要求1所述的冷却模块，其特征在于，将第一散热器的散热片和第二散热器的散热片设置在同一平面上。

3.如权利要求1所述的冷却模块，其特征在于，所述第二散热器比所述第一散热器更靠近冷却套、配置在循环路径的上游侧。

4.如权利要求1所述的冷却模块，其特征在于，使冷却风按照第一散热器至第二散热器的顺序进行通风。

5.如权利要求1所述的冷却模块，其特征在于，冷却液按照泵、冷却套、第二散热器、第一散热器和贮液箱的顺序进行循环。

6.一种冷却套，是搭载在信息处理装置上的CPU的液冷方式的冷却套，其特征在于，设置有在该冷却套内部层叠多个散热片的圆筒散热片，所述CPU产生的热量向所述圆筒散热片传递、并从所述圆筒散热片向冷却液进行热传递。

7.如权利要求6所述的冷却套，其特征在于，在层叠于所述圆筒散热片的散热片的一部分设置冷却液的整流翼。

8.如权利要求6所述的冷却套，其特征在于，层叠于所述圆筒散热片的散热片，具备：形成层叠间隙的第一凸部，和设置在第一凸部的顶部用来对散热片进行定位的第二凸部。

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