JP3908369B2

JP3908369B2 - Thermally driven cooling system

Info

Publication number: JP3908369B2
Application number: JP36776597A
Authority: JP
Inventors: ニューエンタン; 正孝望月; 祐士斎藤; 耕一益子
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2017-12-29
Also published as: JPH11193980A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、密閉構造の循環管路の内部に封入した液相の冷却媒体を用いることによって、顕熱として熱輸送を行う熱駆動型冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、デスクトップタイプやノートブックタイプのパソコン、サーバーやワークステーション等の普及が著しい。この種のコンピュータにはＣＰＵ（中央演算処理装置）等のコンピュータ素子が多数搭載されている。そして、これらのコンピュータ素子が作動することにより発熱する。そのため、これらのコンピュータ素子に熱が滞留しないように、その熱を放熱しコンピュータ素子を冷却する必要がある。
【０００３】
この発生した熱を放熱しコンピュータ素子を冷却する方法として、送風ファンによって空気の冷却風を発生させ、その冷却風の流路にコンピュータ素子を設けることにより冷却する方法が従来知られている。この方法は、送風ファンが回転することにより発生する空気流を、コンピュータ素子やそれに熱伝達可能に取り付けられている放熱フィン等に吹き付けることにより、コンピュータ素子の熱を空気中に放熱させ、空気流によって輸送し、コンピュータの筐体外部へ排出するものである。
【０００４】
また、発生した熱を放熱しコンピュータ素子を冷却する他の方法として、密閉された循環管路の内部に水等の比熱の大きい液相の冷却媒体を封入し、その循環管路の一部を受熱部とし、コンピュータ素子の近傍に熱伝達可能に設けるとともに、他の一部を発熱部としてフィン等を設け、その循環管路内の液相の冷却媒体を循環ポンプによって循環させることにより、コンピュータ素子から発生する熱を空気中に放熱する方法が従来知られている。この方法は、コンピュータ素子から発生する熱を受熱部において顕熱として液相の冷却媒体に吸収させ、その液相の冷却媒体を循環ポンプによって受熱部から放熱部に流動させ、放熱部から液相の冷却媒体に吸収された熱を空気中に放熱させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、送風ファンによるコンピュータ素子の冷却方法では、放熱能力が比較的少ないため、充分な放熱を行うことができない可能性があった。そのため、放熱能力を向上させるために、送風ファンの外径を大きくしたり、回転数を上昇させることになる。しかし、そのようにすることによって、騒音や消費電力の増大を惹起する可能性があった。また、この方法では、所定のコンピュータ素子から放熱された熱を保持する冷却風を他のコンピュータ素子に吹き付けることにより、他の冷却装置を加熱してしまう可能性があった。
【０００６】
また、液相の冷却媒体を密閉循環管路内で流動させる方法では、循環ポンプを新設する必要があった。また、循環ポンプを作動させることによって、騒音や消費電力の増大を惹起する可能性があった。さらに、循環ポンプがコンピュータの筐体内部に設けるとすれば、コンピュータの筐体内部に循環ポンプを設置するための空間が必要になるうえに、循環ポンプから発生する熱を筐体外部に放熱する手段を設けなければならなかった。
【０００７】
この発明は、上記の事情を背景にしてなされたものであり、水などの液相冷却媒体によって冷却する装置であって、発熱や騒音を発生することなく冷却媒体を循環させることにより、効率よく冷却することのできる冷却装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、顕熱として熱輸送をおこなう液相の冷却媒体を、発熱源から熱を受ける受熱部と熱を外部に放出する放熱部との間で循環させる熱駆動型冷却装置において、前記冷却媒体に該冷却媒体の沸点より低くかつ前記受熱部の温度範囲に沸点をもつ第二の冷却媒体が混入されるとともに、前記受熱部からその上方に延びる上昇管路が設けられ、その上昇管路の上部に気液分離部が設けられ、その気液分離部から更に斜め下方に延びる第一の管路と前記気液分離部から斜め上方に延びる第二の管路とが設けられ、前記第一の管路が液相の前記第一の冷却媒体を放熱させる第一の放熱部に連通されるとともに、前記第二の管路が気相の前記冷却媒体を放熱させる第二の放熱部に連通され、さらに第一および第二の放熱部が吸引管に連通させられていることを特徴とするものである。また、請求項２に記載した発明は、請求項１の発明において、前記受熱部の外側の平坦面にヒートパイプが接合されていることを特徴とするものである。さらに、請求項３に記載した発明は、請求項２の発明において、前記ヒートパイプには発熱源の取り付けられている加熱部とこの加熱部と対向するように隔離されて前記加熱部よりも面積の広い放熱部とが設けられ、この放熱部と前記受熱部の外側の平坦面とが接合されていることを特徴とするものである。そしてまた、請求項４に記載した発明は、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、前記平坦面の内側の面にヒートシンクが取り付けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
したがって、請求項１に記載した発明では、液相の第一の冷却媒体にその冷却媒体とは沸点がより低く、かつ受熱部における温度範囲に沸点をもつ第二の冷却媒体を混入させることによって、受熱部においてその第二の冷却媒体が気化して気泡を生じる。そして、その気化した第二の冷却媒体の気泡が上昇管路内を上方へ流動することによって、液相の冷却媒体を上方へ汲み上げることができる。そのため、液相の冷却媒体を汲み上げるための循環ポンプを必要とせず、騒音や発熱が発生しない。また、コンピュータ素子からの廃熱の一部が第二の冷却媒体の気化に用いられることにより、液相の冷却媒体を汲み上げる作用を得ることができるので、新たな動力を必要とせず、かつエネルギーロスを減少させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を図面に基づいて具体的に説明する。図１はこの発明に係る熱駆動型冷却装置の一例を示している。ここに示す熱駆動型冷却装置１は、矩形断面状の循環管路２とその循環管路２の二点間を連通する矩形断面状の曲線状管路３とから構成されている。また、循環管路２の一部には受熱部４が形成されている。さらに、その受熱部４から循環管路２の一部が鉛直上方に延びており、上昇管路である吐出管５を構成している。さらに、受熱部４から循環管路２の一部が鉛直下方に延びており、吸引管６を構成している。
【００１１】
そして、吐出管５の上端には気液分離部７が形成されている。また、この気液分離部７から斜め上方に曲線状管路３が延びており、第二の管路である気流管８を構成している。そして、この気流管８は途中から鉛直下方へ延びており、気流管８が鉛直下方に延びている区間には、その表面に平板状フィン９が多数設けられた第二の放熱部である気相放熱部１０が形成されている。さらに、気流管８は気相放熱部１０の下端から水平方向に延び、吸引管６に連通している。
【００１２】
また、気液分離部７から斜め下方に循環管路２の一部が延びており、第一の管路である液流管１１を構成している。そして、この液流管１１は途中から鉛直下方へ延びており、液流管１１が鉛直下方に延びている区間には、その表面に平板状フィン９が多数設けられた液相放熱部１２が形成されている。さらに、液流管１１は液相放熱部１２の下端から水平方向に延び、吸引管６に連通している。
【００１３】
なお、受熱部４における循環管路２の内部には、図２に示すヒートシンク２１が設けられている。このヒートシンク２１は平板状のベース２２の一つの平坦面に複数枚の平板状のフィン２３が立設されたものである。そして、図３に示すように、このヒートシンク２１はそのベース２２が受熱部４における循環管路２の内部の一つの平坦面に熱伝達可能に接合されるとともに、フィン２３の厚さ方向が水平方向と一致するように設けられている。
【００１４】
そして、循環管路２と曲線状管路３との内部には、受熱部４の温度範囲では常時液相を維持する冷却媒体として水１３と、水１３よりも沸点が低く、かつ受熱部４の温度範囲に沸点をもつ第二の冷却媒体としてフレオン１４が封入されている。なお、フレオン１４の代わりにベンゼンや四塩化炭素等を用いることができる。そして、水１３とフレオン１４とは、受熱部４に設けられたヒートシンク２１のフィン２３の少なくとも下半分を浸漬する程度の量が、循環管路２と曲線状管路３との内部に封入されている。
【００１５】
つぎに、上述の熱駆動型冷却装置１をパソコンのＣＰＵ（中央演算処理装置）に取り付けた状態を図４に示す。ここに示すパソコン本体３１の筐体内部には、平板状のマザーボード３２が垂直に配置されている。そして、そのマザーボード３２には、発熱源であるＣＰＵ３３が取り付けられている。さらに、図５に示すヒートパイプ４１が、その加熱部４３をＣＰＵ３３に熱伝達可能に接合することによって取り付けられている。なお、このヒートパイプ４１は金属製であり中空偏平状のコンテナ４２から形成されている。そして、このコンテナ４２が正方形の面を有した加熱部４３と、この加熱部４３と対向するように離隔し、その加熱部よりも面積の広い正方形の面を有した放熱部４４と、これら加熱部４３の四辺と放熱部４４の四辺とをそれぞれ連結する台形の面を有した四つの傾斜側壁部４５とによって構成されている。さらに、コンテナ４２の内部には、図示しない作動流体が封入されている。
【００１６】
また、図６は放熱部４４を除いた状態でのヒートパイプ４１の平面図である。加熱部４３の内面と四つの傾斜側壁部４５のうちの一つの内面とには、焼結粉末からなるウィック４６が設けられている。このウィック４６は焼結粉末が溶射されることによって設けられている。また、このウィック４６は毛細管力によって、図示しない液相の作動流体を放熱部４４から加熱部４３に還流させる作用をなす。
【００１７】
なお、ヒートパイプ４１は、ウィック４６が設けられた傾斜側壁部４５が底面となるように、ＣＰＵ３３に取り付けられている。
【００１８】
さらに、ヒートパイプ４１の放熱部４４には、ヒートシンク２１のベース２２が接合している循環管路２の平坦面とは裏側（受熱部４の外側）となる平坦面に接合するように、かつ、受熱部４の鉛直上方に気液分離部７が位置するように、熱駆動型冷却装置１が取り付けられている。
【００１９】
上記の、パソコン本体３１のＣＰＵ３３に取り付けた熱駆動型冷却装置１の作用を説明する。パソコン本体３１の使用によってＣＰＵ３３が作動し、発熱すると、発生した熱がヒートパイプ４１の加熱部４３に伝達される。すると、ヒートパイプ４１の内部に封入されている図示しない作動流体が入熱によって蒸発し、発生した作動流体の蒸気が放熱部４４側へ流動する。そして、作動流体の蒸気が放熱部４４で放熱すると、凝縮して液相になり、ウィック４６が設けられた傾斜側壁部４５に流動する。さらに、図示しない液相の作動流体はウィック４６の毛細管力によって加熱部４３に還流する。そして、作動流体は同じ動作を繰り返し、それによってヒートパイプ４１は熱輸送を行う。
【００２０】
さらに、ヒートパイプ４１の放熱部４４に放熱されたＣＰＵ３３からの熱が、熱駆動型冷却装置１の受熱部４に接合しているヒートシンク２１に伝達される。すると、ヒートシンク２１のフィン２３の間隙に存在している水１３とフレオン１４とが加熱される。そして、受熱部４における温度がフレオン１４の沸点と等しくなると、フレオン１４が沸騰し、気化し始める。その結果、一部水蒸気を含んだフレオン１４の気泡１５が発生する。すると、受熱部４の内部に圧力変化が生じ、それによって液相の水１３が気泡１５とともに吐出管５を通って気液分離部７へ強制的に流動する。
【００２１】
液相の水１３と気泡１５とが気液分離部７に流入すると、そこで液相の水１３と一部水蒸気を含むフレオン１４の蒸気１６とに分離される。これは、気流管８が液流管１１よりも上方に位置するように、気流管８と液流管１１とが水平面に対して傾斜しているためである。そのため、一部水蒸気を含むフレオン１４の蒸気１６は気流管８へ流動し、液相の水１３は気液分離部７から溢れ出て液流管１１へ流動する。
【００２２】
液流管１１に流動した液相の水１３は、液相放熱部１２に設けられた平板状フィン９を介して熱を空気中に放熱し、液温が低下する。そして、液温の低下した液相の水１３は吸引管６を通って受熱部４に還流する。そして、再度同じサイクルを繰り返す。
【００２３】
また、気流管８に流動した一部水蒸気を含むフレオンの蒸気１６は気相放熱部１０における平板状フィン９を介して熱を空気中に放熱し、凝縮する。すると、一部水蒸気を含むフレオンの蒸気１６の凝縮によって気流管８と吸引管６との間で圧力差が生じるので、発生した一部水を含む液相のフレオン１７は吸引管６を通って受熱部４に還流する。そして、再度同じサイクルを繰り返す。
【００２４】
上記の具体例のように、液相の冷却媒体である水に、水よりも沸点がより低く、かつ受熱部における温度範囲に沸点をもつ第二の冷却媒体であるフレオンを混入させることによって、受熱部においてフレオンが気化し、その気化したフレオンが上方へ流動しようとすることによって、水を上方へ汲み上げることができる。そのため、水を汲み上げるための循環ポンプを必要とせず、騒音の発生や発熱が発生しない。また、コンピュータ素子からの廃熱の一部がフレオンの気化に用いられることにより、水を汲み上げる作用を得ることができるので、新たな動力を必要とせず、かつエネルギーロスを減少させることができる。
【００２５】
なお、上記の具体例では、熱駆動型冷却装置の循環管路と曲線状管路とに矩形断面状の管路を用いたが、この発明は上記の具体例に限定されず、円形断面状の管路なども用いることができる。
【００２６】
また、上記の具体例では、熱駆動型冷却装置の冷却媒体として水とフレオンとを用いたが、この発明は上記の具体例に限定されず、発熱源の温度に基づいて採用すべき冷却媒体の種類を決定することができる。
【００２７】
さらに、上記の具体例では、気相放熱部と液相放熱部とに平板状フィンを設けたが、この発明は上記の具体例に限定されず、冷却媒体の種類に応じて最適な熱交換部材を採用すればよい。
【００２８】
そして、上記の具体例では、熱駆動型冷却装置をパソコンのＣＰＵを冷却するために用いたが、この発明は上記の具体例に限定されず、パソコン内部のＣＰＵ以外の発熱体にも使用することができ、さらにワークステーションやサーバー等の内部の発熱体にも使用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、液相の第一の冷却媒体にその冷却媒体とは沸点がより低く、かつ受熱部における温度範囲に沸点をもつ第二の冷却媒体を混入させることによって、受熱部においてその第二の冷却媒体が気化して気泡を生じる。そして、その気化した第二の冷却媒体の気泡が上昇管路内を上方へ流動することによって、液相の冷却媒体を上方へ汲み上げることができる。そのため、液相の冷却媒体を汲み上げるための循環ポンプを必要とせず、騒音の発生や発熱が発生しない。また、コンピュータ素子からの廃熱の一部が第二の冷却媒体の気化に用いられることにより、液相の冷却媒体を汲み上げる作用を得ることができるので、新たな動力を必要とせず、かつエネルギーロスを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の熱駆動型冷却装置の一例を示す概略図である。
【図２】ヒートシンクを示す斜視図である。
【図３】この発明の熱駆動型冷却装置の受熱部における水平面での断面図である。
【図４】この発明の熱駆動型冷却装置をパソコンのＣＰＵに熱交換可能に取り付けた状態を示す斜視図である。
【図５】ヒートパイプを示す斜視図である。
【図６】放熱部を除いた状態でのヒートパイプの平面図である。
【図７】この発明の熱駆動型冷却装置をパソコンのＣＰＵに熱交換可能に取り付けた後の、受熱部における水平面での断面図である。
【符号の説明】
１…熱駆動型冷却装置、２…循環管路、３…曲線状管路、４…受熱部、５…吐出管、６…吸引管、７…気液分離部、８…気流管、９…平板状フィン、１０…気相放熱部、１１…液流管、１２…液相放熱部、１５…気泡、２１…ヒートシンク、３１…パソコン本体、３３…ＣＰＵ（中央演算処理装置）、４１…ヒートパイプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat-driven cooling device that transports heat as sensible heat by using a liquid-phase cooling medium sealed inside a circulation pipe having a sealed structure.
[0002]
[Prior art]
Recently, desktop-type and notebook-type personal computers, servers, workstations, and the like have been widely used. This type of computer is equipped with many computer elements such as a CPU (central processing unit). And when these computer elements operate, it generates heat. Therefore, it is necessary to dissipate the heat and cool the computer elements so that the heat does not stay in these computer elements.
[0003]
As a method of dissipating the generated heat and cooling the computer element, a method of cooling by generating a cooling air of air with a blower fan and providing a computer element in the flow path of the cooling air is conventionally known. In this method, the air flow generated by the rotation of the blower fan is blown to the computer element or heat radiating fins attached to the computer element so that heat can be transferred to the computer element to dissipate the heat of the computer element into the air. It is transported by and discharged outside the computer casing.
[0004]
As another method of dissipating the generated heat and cooling the computer element, a liquid phase cooling medium having a large specific heat, such as water, is enclosed in a sealed circulation line, and a part of the circulation line is sealed. A heat receiving part is provided so that heat can be transferred in the vicinity of the computer element, and another part is provided with a fin as a heat generating part, and a liquid phase cooling medium in the circulation pipe is circulated by a circulation pump, thereby providing a computer. A method of radiating heat generated from an element into the air is conventionally known. In this method, heat generated from the computer element is absorbed in the liquid phase cooling medium as sensible heat in the heat receiving part, and the liquid phase cooling medium is caused to flow from the heat receiving part to the heat radiating part by a circulation pump, and from the heat radiating part to the liquid phase. The heat absorbed by the cooling medium is radiated into the air.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the cooling method of the computer element by the blower fan, there is a possibility that sufficient heat radiation cannot be performed because the heat radiation capability is relatively small. Therefore, in order to improve the heat dissipation capability, the outer diameter of the blower fan is increased or the rotational speed is increased. However, doing so may cause an increase in noise and power consumption. Further, in this method, there is a possibility that other cooling devices may be heated by blowing cooling air holding heat radiated from a predetermined computer element to other computer elements.
[0006]
Further, in the method of flowing the liquid-phase cooling medium in the closed circulation pipe, it is necessary to newly install a circulation pump. In addition, operating the circulation pump may cause an increase in noise and power consumption. Furthermore, if the circulation pump is provided inside the computer housing, a space for installing the circulation pump is required inside the computer housing, and heat generated from the circulation pump is dissipated outside the housing. We had to provide a means.
[0007]
The present invention has been made in the context of the above circumstances, and is an apparatus that cools with a liquid phase cooling medium such as water, and efficiently circulates the cooling medium without generating heat or noise. A cooling device capable of cooling is provided.
[0008]
[Means for Solving the Problem and Action]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes a liquid-phase cooling medium that performs heat transport as sensible heat, a heat receiving part that receives heat from a heat generation source, and a heat dissipation part that releases heat to the outside. in the heat-driven cooling system which circulates between, with a second cooling medium having a boiling point is mixed in a temperature range of and the heat receiving portion lower than the boiling point of the cooling medium to the cooling medium, before Symbol receiving portion its rising pipe extending upward is provided, the gas-liquid separator is provided on top of the riser channel from the first conduit and the gas-liquid separator extending the gas-liquid separator or found further obliquely downward A second pipe line extending obliquely upward, and the first pipe line communicates with a first heat radiating portion for radiating the first cooling medium in a liquid phase , and the second pipe line. Is communicated with the second heat dissipating part for dissipating the cooling medium in the gas phase, It is characterized in that the first and second heat radiating portion is communicated with the suction pipe. The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, a heat pipe is joined to a flat surface outside the heat receiving portion. Furthermore, the invention described in claim 3 is the invention of claim 2, wherein the heat pipe is separated from the heating unit to which a heat source is attached and is opposed to the heating unit so that the area is larger than the heating unit. The heat radiation part is provided, and the heat radiation part and the flat surface outside the heat receiving part are joined to each other. The invention described in claim 4 is characterized in that, in the invention described in any one of claims 1 to 3, a heat sink is attached to an inner surface of the flat surface.
[0009]
Therefore, in the first aspect of the invention, by mixing the first cooling medium in the liquid phase with the second cooling medium having a boiling point lower than that of the cooling medium and having a boiling point in the temperature range in the heat receiving part. In the heat receiving part, the second cooling medium is vaporized to generate bubbles. Then, the bubbles of the vaporized second cooling medium flow upward in the ascending pipeline, whereby the liquid phase cooling medium can be pumped upward. Therefore, a circulation pump for pumping up the liquid-phase cooling medium is not required, and no noise or heat is generated. Further, since a part of the waste heat from the computer element is used for vaporizing the second cooling medium, an action of pumping up the liquid-phase cooling medium can be obtained, so that no new power is required and energy is consumed. Loss can be reduced.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a thermally driven cooling device according to the present invention. The heat-driven cooling device 1 shown here is composed of a circulation pipe 2 having a rectangular cross section and a curved pipe 3 having a rectangular cross section that communicates between two points of the circulation pipe 2. A heat receiving portion 4 is formed in a part of the circulation pipe 2. Further, a part of the circulation pipe 2 extends vertically upward from the heat receiving portion 4 to constitute a discharge pipe 5 that is a rising pipe. Further, a part of the circulation pipe line 2 extends vertically downward from the heat receiving part 4 to constitute a suction pipe 6.
[0011]
A gas-liquid separator 7 is formed at the upper end of the discharge pipe 5. In addition, a curved pipe line 3 extends obliquely upward from the gas-liquid separation unit 7 to constitute an air flow pipe 8 that is a second pipe line. The airflow pipe 8 extends vertically downward from the middle, and a section where the airflow pipe 8 extends vertically downward is a second heat radiating portion provided with a large number of flat fins 9 on the surface thereof. A phase heat radiating portion 10 is formed. Further, the airflow pipe 8 extends in the horizontal direction from the lower end of the gas-phase heat radiation part 10 and communicates with the suction pipe 6.
[0012]
Further, a part of the circulation pipe line 2 extends obliquely downward from the gas-liquid separation unit 7 to constitute a liquid flow pipe 11 that is a first pipe line. The liquid flow pipe 11 extends vertically downward from the middle. In the section where the liquid flow pipe 11 extends vertically downward, a liquid phase heat dissipating section 12 having a large number of flat fins 9 provided on the surface thereof is provided. Is formed. Further, the liquid flow pipe 11 extends in the horizontal direction from the lower end of the liquid phase heat radiating portion 12 and communicates with the suction pipe 6.
[0013]
A heat sink 21 shown in FIG. 2 is provided inside the circulation pipe 2 in the heat receiving unit 4. The heat sink 21 has a plurality of flat fins 23 erected on one flat surface of a flat base 22. As shown in FIG. 3, the heat sink 21 has a base 22 bonded to one flat surface inside the circulation pipe 2 in the heat receiving portion 4 so that heat can be transferred, and the thickness direction of the fins 23 is horizontal. It is provided so as to coincide with the direction.
[0014]
In the circulation line 2 and the curved line 3, water 13 as a cooling medium that always maintains a liquid phase in the temperature range of the heat receiving part 4, a boiling point lower than that of the water 13, and the heat receiving part 4 Freon 14 is enclosed as a second cooling medium having a boiling point in the temperature range. In place of Freon 14, benzene, carbon tetrachloride, or the like can be used. The water 13 and the freon 14 are enclosed in the circulation pipe 2 and the curved pipe 3 in such an amount that at least the lower half of the fins 23 of the heat sink 21 provided in the heat receiving part 4 is immersed. ing.
[0015]
Next, FIG. 4 shows a state in which the above-described heat-driven cooling device 1 is attached to a CPU (central processing unit) of a personal computer. A flat mother board 32 is vertically arranged inside the housing of the personal computer main body 31 shown here. The motherboard 32 is attached with a CPU 33 as a heat source. Furthermore, the heat pipe 41 shown in FIG. 5 is attached by joining the heating part 43 to the CPU 33 so that heat can be transferred. The heat pipe 41 is made of metal and is formed from a hollow flat container 42. The container 42 is separated from the heating unit 43 having a square surface, the heat dissipating unit 44 having a square surface wider than the heating unit 43, and the heating unit 43. It comprises four inclined side wall portions 45 each having a trapezoidal surface for connecting the four sides of the portion 43 and the four sides of the heat radiating portion 44. Further, a working fluid (not shown) is sealed inside the container 42.
[0016]
FIG. 6 is a plan view of the heat pipe 41 with the heat radiating portion 44 removed. A wick 46 made of sintered powder is provided on the inner surface of the heating unit 43 and one of the four inclined side wall portions 45. The wick 46 is provided by spraying sintered powder. Further, the wick 46 functions to recirculate a liquid-phase working fluid (not shown) from the heat radiating unit 44 to the heating unit 43 by a capillary force.
[0017]
The heat pipe 41 is attached to the CPU 33 so that the inclined side wall portion 45 provided with the wick 46 becomes the bottom surface.
[0018]
Further, the heat radiating portion 44 of the heat pipe 41 is joined to a flat surface that is the back side (outside of the heat receiving portion 4) with respect to the flat surface of the circulation pipe line 2 to which the base 22 of the heat sink 21 is joined, and The heat-driven cooling device 1 is attached so that the gas-liquid separation unit 7 is positioned vertically above the heat receiving unit 4.
[0019]
The operation of the heat driven cooling device 1 attached to the CPU 33 of the personal computer main body 31 will be described. When the CPU 33 is activated by using the personal computer main body 31 and generates heat, the generated heat is transmitted to the heating unit 43 of the heat pipe 41. Then, a working fluid (not shown) enclosed in the heat pipe 41 evaporates due to heat input, and the generated working fluid vapor flows toward the heat radiating portion 44. When the working fluid vapor dissipates heat in the heat radiating portion 44, it condenses into a liquid phase and flows to the inclined side wall portion 45 provided with the wick 46. Further, the liquid-phase working fluid (not shown) is returned to the heating unit 43 by the capillary force of the wick 46. The working fluid repeats the same operation, whereby the heat pipe 41 performs heat transport.
[0020]
Further, the heat from the CPU 33 radiated to the heat radiating portion 44 of the heat pipe 41 is transmitted to the heat sink 21 joined to the heat receiving portion 4 of the heat-driven cooling device 1. Then, the water 13 and the freon 14 existing in the gap between the fins 23 of the heat sink 21 are heated. And if the temperature in the heat receiving part 4 becomes equal to the boiling point of the freon 14, the freon 14 will boil and will begin to vaporize. As a result, bubbles 15 of freon 14 partially containing water vapor are generated. Then, a pressure change is generated inside the heat receiving unit 4, whereby the liquid phase water 13 is forced to flow together with the bubbles 15 through the discharge pipe 5 to the gas-liquid separation unit 7.
[0021]
When the liquid-phase water 13 and the bubbles 15 flow into the gas-liquid separator 7, they are separated into the liquid-phase water 13 and the vapor 16 of Freon 14 partially containing water vapor. This is because the airflow tube 8 and the liquid flow tube 11 are inclined with respect to the horizontal plane so that the airflow tube 8 is positioned above the liquid flow tube 11. Therefore, the vapor 16 of Freon 14 partially containing water vapor flows to the airflow pipe 8, and the liquid phase water 13 overflows from the gas-liquid separation unit 7 and flows to the liquid flow pipe 11.
[0022]
The liquid-phase water 13 that has flowed to the liquid flow pipe 11 dissipates heat into the air via the plate-like fins 9 provided in the liquid-phase heat radiating section 12, and the liquid temperature decreases. Then, the liquid phase water 13 whose liquid temperature has decreased returns to the heat receiving section 4 through the suction pipe 6. Then, the same cycle is repeated again.
[0023]
Further, the Freon's vapor 16 including the partial water vapor that has flowed to the airflow pipe 8 dissipates heat into the air via the flat fins 9 in the gas-phase heat radiation unit 10 and condenses. As a result, a pressure difference is generated between the airflow pipe 8 and the suction pipe 6 due to condensation of the freon steam 16 containing part of water vapor, so that the generated liquid phase freon 17 containing part of water passes through the suction pipe 6. It returns to the heat receiving part 4. Then, the same cycle is repeated again.
[0024]
As in the above specific example, by mixing freon, which is the second cooling medium having a boiling point lower than that of water and having a boiling point in the temperature range in the heat receiving portion, into water, which is the liquid phase cooling medium, The freon is vaporized in the heat receiving portion, and the vaporized freon tries to flow upward, whereby water can be pumped upward. Therefore, a circulation pump for pumping water is not required, and no noise or heat is generated. In addition, since a part of the waste heat from the computer element is used for vaporizing freon, it is possible to obtain an action of pumping water, so that no new power is required and energy loss can be reduced.
[0025]
In the above specific example, the circular cross-section pipe is used for the circulation pipe and the curved pipe of the heat-driven cooling device. However, the present invention is not limited to the above specific example, and the circular cross-section A pipe line or the like can also be used.
[0026]
In the above specific example, water and freon are used as the cooling medium of the heat-driven cooling device. However, the present invention is not limited to the above specific example, and the cooling medium to be adopted based on the temperature of the heat source. The type of can be determined.
[0027]
Further, in the above specific example, flat fins are provided in the gas phase heat radiation part and the liquid phase heat radiation part, but the present invention is not limited to the above specific example, and optimal heat exchange according to the type of the cooling medium. What is necessary is just to employ | adopt a member.
[0028]
In the above specific example, the heat-driven cooling device is used for cooling the CPU of the personal computer. However, the present invention is not limited to the above specific example, and is also used for a heating element other than the CPU inside the personal computer. It can also be used for internal heating elements such as workstations and servers.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first cooling medium in the liquid phase is mixed with the second cooling medium having a boiling point lower than that of the cooling medium and having a boiling point in the temperature range in the heat receiving part. In the heat receiving part, the second cooling medium is vaporized to generate bubbles. Then, the bubbles of the vaporized second cooling medium flow upward in the ascending pipeline, whereby the liquid phase cooling medium can be pumped upward. Therefore, a circulation pump for pumping up the liquid-phase cooling medium is not required, and no noise or heat is generated. Further, since a part of the waste heat from the computer element is used for vaporizing the second cooling medium, an action of pumping up the liquid-phase cooling medium can be obtained, so that no new power is required and energy is consumed. Loss can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a thermally driven cooling device of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a heat sink.
FIG. 3 is a cross-sectional view in a horizontal plane in a heat receiving portion of the heat driven cooling device of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a state in which the heat-driven cooling device of the present invention is attached to a CPU of a personal computer so that heat exchange is possible.
FIG. 5 is a perspective view showing a heat pipe.
FIG. 6 is a plan view of a heat pipe in a state where a heat radiating portion is removed.
FIG. 7 is a horizontal cross-sectional view of the heat receiving portion after the heat-driven cooling device of the present invention is attached to the CPU of the personal computer so that heat exchange is possible.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermal drive type cooling device, 2 ... Circulation pipe line, 3 ... Curved pipe line, 4 ... Heat receiving part, 5 ... Discharge pipe, 6 ... Suction pipe, 7 ... Gas-liquid separation part, 8 ... Airflow pipe, 9 ... Flat fin, 10 ... Gas phase heat radiation part, 11 ... Liquid flow pipe, 12 ... Liquid phase heat radiation part, 15 ... Bubble, 21 ... Heat sink, 31 ... Personal computer body, 33 ... CPU (Central processing unit), 41 ... Heat pipe.

Claims

In a thermally driven cooling device that circulates a liquid-phase cooling medium that transports heat as sensible heat between a heat receiving part that receives heat from a heat source and a heat radiating part that releases heat to the outside,
Wherein the cooling medium with a second cooling medium having a boiling point and a temperature range of the heat receiving portion lower than the boiling point of the cooling medium is mixed, riser passage extending from the front Stories heat receiving portion in its upper is provided, that gas-liquid separator is provided at an upper portion of the riser passage, provided with a second conduit extending obliquely upward from the first conduit and the gas-liquid separator extending the gas-liquid separator or found further obliquely downward And the first conduit communicates with a first heat dissipating part that dissipates the first cooling medium in the liquid phase , and the second conduit dissipates the cooling medium in the gas phase. A heat- driven cooling device characterized in that the first and second heat dissipating parts are communicated with a suction pipe .

The heat-driven cooling device according to claim 1, wherein a heat pipe is joined to a flat surface outside the heat receiving unit.

The heat pipe is provided with a heating part to which a heat source is attached and a heat radiating part which is isolated so as to face the heating part and has a larger area than the heating part. The heat radiating part and the outside of the heat receiving part The heat-driven cooling device according to claim 2, wherein the flat surface is joined.

The heat-driven cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein a heat sink is attached to an inner surface of the flat surface.