JP4056504B2 - 冷却装置及びこれを備えた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、発熱素子を搭載した電子機器の冷却構造に関し、特に循環型の液冷システムにおける冷媒液貯留用タンク（以下、「リザーブタンク」と称する。）の構造に関する。

近年、電子機器の高性能化にともない、電子機器に搭載される部品の発熱量は増加の一途をたどっている。その結果、デバイス冷却技術に対する要求はより厳しくなってきている。コンピュータ分野では、CPUの演算処理能力の高速化を図るために、プロセッサ上のトランジスタ数を増やし動作クロックを引き上げた結果、チップ電力密度が増加し、TDP(Thermal Design Power：熱設計消費電力)はモバイル用途でさえ30Wを超過してきている。このため、筐体内で発生する熱の効果的な冷却技術の確立が急務となっている。

従来、パソコン等の電子機器の冷却においては、CPUなどの発熱素子にヒートシンクを接続して熱を拡散し、強制空冷を利用して筐体外への排熱を行っていた。ところが、最近ではその放熱性能と静粛性から液冷技術を利用したデバイス冷却方法が検討されている。

図３４に、主にパソコンに適用されている液冷システムの構成を示す。

液冷システム1は、受熱ジャケット２ａと、ラジエータ３ａおよび循環ポンプ４ａと、リザーブタンク５ａから構成されている。受熱ジャケット２ａは、CPUやGPUといった発熱素子６に接続され、吸熱を行い、ジャケット内部を流れる冷媒液を介して受熱した熱量をラジエータ３ａへ輸送する。ラジエータ３ａでは、自然空冷もしくは強制空冷との組み合わせにより外気との間で熱交換を行い放熱する。ラジエータ３ａにより冷却された冷媒液は循環ポンプ４ａにより、再度受熱ジャケット２ａに輸送される。このようにして構築された循環系の液冷システムには、構成部材（主に樹脂チューブ７ａ）からの揮発による冷媒消失を補償するために必要な液量を確保したリザーブタンク５ａが用意されている。

図３５及び図３６は、このような液冷システムのモジュール構造を示しており、図３５がディスクトップＰＣ等に適用される汎用型の液冷モジュールを示した図、図３６がノートPC等に適用される薄型の液冷モジュールを示した図である。両モジュールの構成部品は共通であるが、実装する筐体の特性にあわせてラジエータ形状などが変更される。

ところで、上述した液冷システムを構成するリザーブタンクには、次の３つの役割が課せられている。すなわち、１）装置保証期間内における必要冷媒液量の確保、２）冷媒液受熱に伴う体積膨張による循環系圧力変動の緩和、３）循環系内に発生する気泡の捕捉と除去 である。

液冷システムの構成部品を相互に接続する樹脂チューブは、その分子隙間から冷媒液の水分揮発を許す。このため、長期使用にともない不凍液の凝縮が生じ、濃度変化による粘性変動が冷媒循環性能を悪化させ、システムの冷却性能を低下させる。したがって一定期間の動作保証を行うためには、揮発水分量を見越した余剰液を確保しておく必要があり、冷媒液の貯留用としてリザーブタンクが用意される。

また装置動作中、高温デバイスから熱を吸収した冷媒液は温度上昇にともない体積が膨張して循環水路の内圧を増加させる。このとき、モジュール連結部からの液漏れ（リーク）を避けるためにも系内に圧力緩和用の空気層を用意しておく必要がある。そこで、リザーブタンク内の液面位置（液体と空気層の境界線）を調整して必要空気容量を確保するようにしている。 同じく装置動作中は、系外空気の侵入、キャビテーション、液体分解等により水路内に気泡が発生することがある。この気泡が水路内に滞留して流路を塞ぐと、冷媒液が循環せず、システムの冷却機能が損なわれる危険がある。また液中の気泡が循環ポンプの回転体と主軸の間に流れる薄流に紛れ込むと、気泡によって間隙が封鎖され主軸と回転体の間が半乾燥潤滑または固体潤滑状態になり、ポンプ軸受部が急激な摩耗発熱により損傷しポンプ寿命を低下させる。さらには気泡が滞積し回転体が全て空気層に浸ると、ポンプの圧送自体が不可能になり冷媒液が循環できなくなる恐れがある。したがって、リザーブタンク内で、系内に存在する気泡を上記圧力緩衝用の空気層へと開放している。

このような液冷システムを応用した例としては、特許文献１〜５などに記載の構成が知られている。図３７に特許文献４で開示されている従来例を示す。ノート型のパーソナルコンピュータ１０の本体側に受熱ジャケット２ｄを実装しCPU１１を冷却するとともに、ディスプレイケース１２に放熱パイプ１３と金属放熱板１４からなる薄型のラジエータを実装して排熱を行っている。

このとき冷媒液貯留用のリザーブタンク５ｄはラジエータ側に固定され、保証期間内における必要液量の維持と循環系に発生する気泡の除去を行い、循環ポンプの正常動作を助けている。
特開平6-266474号 特開2002-366260号 特開2003-022148号 特開2003-209210号 特開2004-047842号 特開2003-304086号 特開2004-８４９５８号 特開2003-７８２７１号

設置姿勢がユーザー毎に異なるような電子機器の冷却手段にこのような液冷システムを採用する場合、上述したリザーブタンクの機能が上手く働かない状況が生じる。

たとえば、スクリーンに画像を投写するプロジェクタ装置では、図３８(a)に示すように装置を床置きにして使用する場合と、図３８(b)に示すように天井に逆さ吊りに設置して使用する場合がある。また条件によっては装置を直立させて直角反射で投写させる使い方も想定されている。

しかしながら、従来の液冷システムは動作姿勢が一意であることを前提に設計されている。また、リザーブタンクも、図３７(b)の開示例に示すように、密閉ケースに流入口および流出口を設け、内部に適量の冷媒液２４ａを充填した構造になっているだけで、全方位姿勢に対応した構造（リザーブタンクの設置姿勢が３６０度自在な構造）とはなっていない。

このような従来構造のリザーブタンクでは、装置姿勢の変化により、タンク内の空気層が容易に水路出入口を遮断して冷媒液の循環を妨げ、冷却性能を著しく損なう危険がある。特に、特許文献６及び７のリザーブタンクは、流出管のタンク内の開口端面のみがタンク中央に位置しており、流入管のタンク内の開口端面は流出管のタンク内の開口端面から大きく離間して設定されている。この構造では、特定範囲の姿勢変化（0度から９０度）であれば、タンク内空気層が流入管のタンク内の開口端面に干渉することなく機能するが、０度から３６０度の姿勢変化には対応することはできない。

０度から３６０度の姿勢変化に対応することのできるリザーブタンクの構成例としては特許文献８に記載の発明がある。しかし、この発明は、タンク内の中央にて流入管の開口端と流出管の開口端を同一方向に並列に並べた構成である。このような構成は、流入管および流出管の開口端が剥き出しの状態であるため、タンク姿勢を変更した場合にリザーブタンク内の滞留空気が管水路に再流入する確率が高い。つまり、水路内の気泡を捕捉してタンク内の空気層に貯留しても、姿勢を変化させたときに水路に気泡が逆流し、水路の気泡詰まり、ポンプ破損などの弊害を引き起こす可能性が高い。

本発明の目的は、液冷システムを利用した電子機器の冷却装置において、全方位の設置姿勢に対応し、かつ姿勢変化において滞留空気を水路へ再流入させない構造のリザーブタンクを提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、内部に冷媒液を貯留するとともに空気層を有するタンクと、発熱部品に接触させて受熱を行う受熱手段と、前記冷媒液が吸収した熱を放熱する放熱手段と、前記冷媒液を前記受熱部材から前記タンク及び前記放熱手段を介して再び前記受熱部材に循環させる循環機構とを有する冷却装置において、
前記放熱手段が、放熱のための冷媒液循環用水路が形成されたラジエータを有し、
前記タンクが前記ラジエータ上に実装されており、
前記ラジエータの冷媒液循環用水路が、実装された前記タンクの中央位置において、水路幅を狭め、かつ狭小隙間で分断されており、
前記冷媒液循環用水路の前記狭小隙間が形成された部分を挟んだ両側に、実装された前記タンクに内包される大きさの空隙が設けられていることを特徴とする。

このような構成では、タンク内にてその中央位置を通るように冷媒液循環用水路が形成され、そのタンク中央位置において前記水路が開放されている。このため、圧力緩和用に用意されたタンク内の空気層が、装置姿勢変化に合わせて滞留位置を変えても、その滞留空気が、タンク中央において狭小隙間で分断されることで形成された冷媒液循環用水路の開口部内に入り込まない。さらに、タンク姿勢が変化した場合、タンク中央位置で水路形成部を分断することで形成された狭小隙間によって、水路内に生じた微小気泡を効率よく除去する機構でもある。したがって、どのような姿勢においても安定した冷媒循環を保証することができる。

特に、狭小隙間で分断されることで形成された冷媒液循環用水路の開口部がタンク中央位置で互いに向き合い、外側から隠れた状態にあるので、タンク姿勢の変化の際、タンク内の滞留空気が管水路に再流入する確率が低い。この点で特許文献８に記載の発明に対して優れている。

本発明の冷却装置を用いることにより、液冷システムの実装方向に制約がなくなるため、プロジェクタ装置のように多様な設置姿勢を想定した電子機器に対しても液冷技術を適用することが可能になる。

以下に、本発明による冷却装置のリザーブタンク構造について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の参考例）
図１から図５は、本発明の第１の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造を示し、図１はその全体図、図２はその内部構成図、図３はその上面図、図４はその斜視断面図、図５は冷媒液充填時の構成図である。

図６から図８は、本発明の第１の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造の、各設置姿勢における滞留空気層の挙動と、水路内混入気泡のトラップ作用を示した動作図である。

図１から図５において、本参考例の冷却装置１５ａは、受熱ジャケット２ｅと、ラジエータ３ｄと、放熱ファン１６ｃと、循環ポンプ４ｅと、リザーブタンク５ｅから構成されている。このうちリザーブタンク５ｅは、図１に示すように、冷却装置１５ａの構成部品を接続する樹脂チューブ７ｄの経路途中に連結され、冷媒液の貯留と、冷媒液の熱膨張を緩衝する空気層の滞留と、循環系に発生する気泡の捕捉（空気トラップ）を行っている。

図２にリザーブタンク５ｅの内部構成を示す。リザーブタンク５ｅは本体タンク部１８ａとタンクカバー１７ａの２つの部材を接合して構成されており、場合によっては、本体タンク部１８ａには別部材で用意したチューブ用継手１９ａが気密に接続される。

本体タンク部１８ａには、図２および図３に示すように、冷媒液の流入口部と流出口部を結ぶリザーブタンク中心軸上に架橋部２０ａが、本体タンク部１８ａと一体成形されている。架橋部２０ａの内部には、図４に示すように、冷媒液循環用水路２１ａとして貫通穴が設けられている。また、水路形成部である架橋部２０ａの本体タンク中央位置には、狭小隙間２２ａ（図３参照）が設定され、冷媒液循環用水路２１ａを分断して架橋部２０ａに空気トラップ用の断層部２３ａを形成している。

このような構成のリザーブタンク内部に、図５に示すように、冷媒液２４を適量を充填し、チューブ用継手１９ａに樹脂チューブ７ｄの流入端と流出端を接続して循環系の液冷システムを構築している。このとき、リザーブタンク内に充填する冷媒液量は、タンク上層部に一定容量の滞留空気層２５ａ（図５参照）が確保されるように調整されている。この滞留空気層２５ａを確保することで、冷媒液の熱膨張による体積変動を滞留空気層２５ａで受けて循環系の内圧増加を緩和し、冷媒液のリークを回避して、装置信頼性を保証するようになっている。

ここで、滞留空気層２５ａの容量設計は、冷却装置１５ａを構成する樹脂チューブ７ｄの濡れ縁面積と冷媒液総量およびシステムの耐圧設計に依存し、各々が相関関係にある。すなわち、冷媒液総量はシステムの循環経路長に依存し、循環経路長は樹脂チューブの濡れ縁面積を左右し、樹脂チューブ濡れ縁面積は冷媒揮発消失量に影響するため、充填する冷媒液量は上記の設計パラメータと実装する電子機器の保証期間との兼ね合いより決定される。このとき、用意される冷媒液量に応じて吸熱時熱膨張における容積変化量が決まるため、必要な滞留空気容積は液冷システムの循環系耐圧設計範囲内に収まるように決定される。但し、滞留空気容積がタンク内容積の１／２以上である場合、冷媒液循環用水路管の開口部をタンク内中央に配置した構造であっても、タンク姿勢変化時に移動する滞留空気が水路開口部に干渉してしまう。よって、滞留空気容積はタンク内容積の１／３以下が好ましい。

なお、リザーブタンク５ｅの架橋部２０ａにおける空気トラップ用断層部２３ａの前後に、図２から図４に示すように、切削溝２６ａを設けて滞留空気移動用の空間を確保している。具体的には、実装する電子機器の設置姿勢変動にともないリザーブタンク５ｅの天地が変わる場合、空気層２５ａの滞留位置移動に際して、切削溝２６ａの空間を通過するように設定して、空気トラップ用断層部２３ａから冷媒循環用水路２１ａへの移動空気の逆流を回避するようにしている。

図６から図８に、上述した本参考例のリザーブタンク５ｅの各設置姿勢に応じた気泡トラップ動作を示す。

図６は冷媒液循環水路周りの回転（同図（ａ）中、Ｘ軸）に、図７は冷媒液循環水路に直交するＹ軸周りに、また図８は垂直軸周り（同図（ａ）中、Ｚ軸）の回転に対応したリザーブタンク内の滞留空気層２５ａの様相を示している。図６から図８の各図において、図（ｃ）は図（ｂ）の状態を矢印方向に９０°回転させた状態、図（ｄ）は図（ｃ）の状態をさらに９０°回転させた状態である。また、循環水路中の微小な気泡４３が空気トラップ用断層２３ａで捕捉されて滞留空気層２５ａへ合流する様子を示している。

このように、リザーブタンク中央に冷媒液循環用水路２１の断層部２３ａを設定することより、全方位の姿勢変化において、滞留空気層２５ａが水路開口位置（空気トラップ用断層部）に干渉することがないため、循環水路に空気を噛むことがなく安定した冷媒液の圧送が可能になる。また、このとき設けた空気トラップ用の断層部２３ａにより、動作中に発生した気泡４３を効果的に流路から除去することが可能になる。さらには、タンク本体内の架橋部２０ａに設けた切削溝２６ａの空間を介して、姿勢変化時における空気層の移動が容易になるように設定することにより、水路開口部への気泡の逆流を回避しやすい構成となっている。

このような構造のリザーブタンクを設けることにより、実装姿勢を選ばない液冷システムを構築することが可能になる。

（第２の参考例）
図９から図１３は、本発明の第２の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造を示し、図９はその全体図、図１０はその内部構成図、図１１はその斜視構成断面図、図１２はその斜視断面図、図１３は動作説明図である。

本参考例におけるリザーブタンク５ｆは、第１の参考例で示したリザーブタンクのタンク内架橋部に設けられた切削溝の空隙を介した滞留空気の移動をより行い易くしたものであり、一対の軸対称部材を接合して構成されることを特徴としている。

すなわち、図１０から図１２に示すように、リザーブタンク５ｆの中心軸上に冷媒液循環用水路２１ｂ、２１ｃを内包した架橋部２０ｂを有し、空気トラップ用断層部２３ｂの位置で軸対称となるような一対の本体タンク部１８ｂ、１８ｃを上下から嵌合する構造である。また、嵌合した時に、架橋部２０ｂに用意された切削溝２６ｂ、２６ｃも、軸対称に配置されるようになっている。このため、図１３に示すように、設置姿勢変化にともなう滞留空気の移動用空隙２７ａおよび２７ｂも上下対称に用意されるため、どのような姿勢からでもタンク内の滞留空気層２５ｂの安定した移動が可能となる。

（第３の参考例）
図１４から図１８は、本発明の第３の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造を示し、図１４はその全体図、図１５はその内部構成図、図１６はその上面図、図１７はその斜視構成図、図１８はその斜視断面図である。

図１９から図２１は、本発明の第３の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造の、各設置姿勢における滞留空気層の挙動と、水路内混入気泡のトラップ作用を示した動作図である。

本参考例の冷却装置１５ｃは、第１の実施形態におけるリザーブタンクの冷媒液流入口および冷媒液流出口を同じ側に設けて循環システムをコンパクトに構成し、電子機器への実装性の向上を図ることを目的としている。

すなわち、図１４から図１８において、本参考例の冷却装置１５ｃは、受熱ジャケット２ｅと、ラジエータ３ｄと、放熱ファン１６ｃと、循環ポンプ４ｅおよびリザーブタンク５ｇから構成されている。リザーブタンク５ｇは、図１４に示すように、樹脂チューブ７ｄを接続する流入口部と流出口部とを同一方向に有し、冷媒液の貯留と、冷媒液の受熱にともなう熱膨張を緩衝する空気層の滞留と、循環系に発生する気泡の捕捉（空気トラップ）を行っている。

図１５に本参考例のリザーブタンク５ｇの構成を示す。リザーブタンク５ｇは鏡面対称となる２つの本体タンク部１８ｄおよび１８ｅと、チューブ用継手１９ｃおよび１９ｄとを接合して構成されている。本体タンク部１８ｄおよび１８ｅには、図１６に示すように、タンク内部にＵ字形の架橋２０ｃが一体成形されており、その接合面上に水路溝２８を用意することにより上下一対の本体タンク部１８ｄと１８ｅを接合したとき、Ｕ字形の冷媒液循環水路を構成する。

また、Ｕ字形の架橋部２０ｃの極位置においては、図１６に示すように、狭小隙間２２ｂにより水路溝２８を分断して空気トラップ用断層部２３ｃを形成している。さらに、水路溝２８の空気トラップ用断層部２３ｃにおける開口位置に、図１６および図１８に示すように、水路幅の絞り部２９を設けている。

図１９から図２１に、本参考例のリザーブタンク５ｇの各設置姿勢に応じた気泡トラップ動作を示す。

図１９は冷媒液循環水路周りの回転（同図（ａ）中、Ｘ軸）に、図２０は冷媒液循環水路に直交するＹ軸周りに、また図２１は垂直軸周り（同図（ａ）中、Ｚ軸）の回転に対応したリザーブタンク内の滞留空気層２５ｃの様相を示している。図１９から図２１の各図において、図（ｃ）は図（ｂ）の状態を矢印方向に９０°回転させた状態である。図１９及び図２０において図（ｄ）は図（ｃ）の状態を矢印方向にさらに９０°回転させた状態である。さらに図２１において図（ｄ）は図（ｃ）の状態をさらに１８０°回転させた状態である。また、循環水路中の微小な気泡４３が空気トラップ用断層部２３ｃで捕捉されて滞留空気層２５ｃへ合流する様子を示している。

このようにＵ字形の冷媒液循環水路をリザーブタンク内に設定することで、冷媒液の流入口部と流出口部とを同一方向に揃うため、液冷システムの接続がコンパクトになり、電子機器への実装性が改善される。

さらに、Ｕ字形冷媒液循環水路の流れ方向転換位置となる極において、空気トラップ用断層部２３ｃを設定することにより、タンク中央位置に水路開口部が配置される。このため、第１の実施形態と同様に、全方位の姿勢変化に対して滞留空気層２５ｃが水路開口と干渉しなくなるので、安定した冷媒液圧送が可能となる。また、Ｕ字形水路溝の開口位置（極位置）に絞りを設けることにより、姿勢変化時におけるタンク内残留空気の移動に際して、循環水路へ気泡が逆流し難くなる。

（第４の参考例）
図２２から図２５は、本発明の第４の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造を示し、図２２はその内部構成図、図２３はその斜視断面図、図２４はタンク内の水路管の詳細図、図２５はタンクの動作説明図である。

本参考例におけるリザーブタンクは、第１の実施形態で示したリザーブタンクにおいて生産性の改善を図るために用いられる。すなわち、第１の実施形態において本体タンク部と一体成形される架橋部と冷媒液循環用水路とを、１本の円管からなる別部材を接合して形成した構成である。本参考例におけるリザーブタンク５ｈは、図２２に示すように、本体タンク部１８ｆの中心軸上に１本の冷媒液循環用水路管３０を貫通させ、タンクカバー１７ｂを接合して構成される。冷媒液循環用水路管３０のタンク中央位置には、図２４に示すように、流路に直交する形で十字状に空気トラップ用の貫通孔３４ａを設けている。ここで、空気トラップ用貫通孔３４ａを水平方向と垂直方向に設定したのは、全方位の設置姿勢に概ね対応できるようにするためである。これにより、図２５に示すように、気泡トラップ用の水路開口部をタンク中央に設定でき、あらゆる姿勢における滞留空気層２５ｄの水路干渉を回避できるとともに、空気層の移動用間隙を冷媒液循環用水路管３０の外側空間に用意することができる。

（第５の参考例）
図２６から図２９は、本発明の第５の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造を示し、図２６はその内部構成図、図２７はその水平断面図、図２８その垂直断面図、図２９はタンクの動作説明図である。

本参考例におけるリザーブタンク５ｉは、第１の参考例で示したリザーブタンクにおいて、加工性の改善を図るために用いられる。すなわち、第１の参考例において本体タンク部と一体成形されたＵ字形の架橋部とＵ字形の冷媒液循環用水路とを、１本の円管を屈曲させてなる別部材を接続して形成した構造である。特に本参考例では円管部に樹脂チューブに代表されるようなフレキシブルチューブを採用している。

すなわち、図２６に示すように、本体タンク部１８ｈの同一方向に冷媒液流入用と流出用の２本の継手管３２ａ、３２ｂを接合し、２本の継手管３２ａ、３２ｂの本体タンク側端面を、Ｕ字状に湾曲させた樹脂製の水路管チューブ３３と接続して循環水路を構成している。水路管チューブ３３の、タンク中央に相当する極位置（流れ方向転換位置）には、第４の参考例の図２４で示したような空気トラップ用貫通孔３４ｂを水平方向と鉛直方向に設けている（図２７、図２８参照）。

このような構造のリザーブタンクを用いることにより、循環系の流入口部と流出口部をリザーブタンクにおいて同一方向に揃えてシステムをコンパクトにし実装性を改善することができる。さらに、図２９に示すように、Ｕ字形の水路管３３の流れ方向転換位置となる極において空気トラップ用貫通孔３４ｂを設けてタンク中央に水路開口部を設定し、また同時に水路管３３の外側空間を滞留空気層２５ｅの移動のための空隙に充当することにより全方位の姿勢変化に対応したリザーブタンクを提供することができる。さらにＵ字形の水路管にフレキシブルチューブを用いることにより、加工性と組立性に優れたリザーブタンクを提供することが可能となる。

（第１の実施形態）
図３０は、本発明の第１の実施形態による冷却装置のリザーブタンク構造を示し、同図（a）は全体図、同図（ｂ）は図（ａ）の一部拡大図である。図３１は本実施形態の冷却装置を示す平面図、図３２はリザーブタンクの動作説明図である。図３３の（ａ）〜（ｃ）はリザーブタンクの各種構成例を示す側面図である。

図３０の（a）および(b)において、本実施形態の冷却装置１５ｄは、受熱ジャケット２ｆと、ラジエータ３５ａと、放熱ファン１６ｄと、樹脂チューブ７ｅと、循環ポンプ４ｆと、リザーブタンクとから構成されている。ラジエータ３５ａは冷媒循環用の水路溝が形成された２枚の薄板を接合して形成されるような薄型構造を採用している。一方、前記リザーブタンクは、循環ポンプ４ｆや放熱ファン１６ｄとともに、ラジエータ３５ａ上に実装されて液冷モジュールを構成している。

本実施形態における冷却装置は、薄型のラジエータ上に全方位設置姿勢に対応したリザーブタンクを備えることを特徴としている。すなわち、前記リザーブタンクは、タンクカバー１７ｃとラジエータ３５ａとを接合して構成されている。ラジエータ３５ａのタンクカバー接合部に延在するラジエータ水路３６ａが、図３０（ｂ）に示すように、リザーブタンク中央位置において幅が絞られ、かつ狭小隙間２２ｃで分断されている。分断によって形成された開口部３８を挟む左右のラジエータ面には、タンクカバー１７ｃに内包される範囲内（図３１参照）で凹部空隙３７ａが設けられている。また、ラジエータ水路３６ａの開口部３８においては、図３０（ｂ）に示すように、ピボット状の突起部３９ａが設けられている。

次に、図３１から図３３を参照して本実施形態のリザーブタンクの動作を説明する。

図３１は、本実施形態における冷却装置を示す平面図であり、図３２は図３１のB-B断面における空気トラップ動作を示している。図３２の（ａ）が床置き状態を、同図（ｂ）が180°反転させた状態を想定しており、また図３３の（ａ）には図３１のC-C断面から見たリザーブタンク断面構造を示している。

本実施形態では、凹部空隙３７ａが、ラジエータ３５ａの厚さ方向にザグリ加工することで形成されている。これにより、ラジエータ３５ａにタンクカバー17cを接合したとき、タンクカバー１７ｃの内部において冷媒液貯留容積と空気滞留空間を天地両面に用意することができる。そして、タンク中央の狭小隙間２２ｃで形成されたラジエータ水路開口部において空気トラップ用の断層が構築されて気泡の捕捉がなされる。このとき、設置姿勢が逆転（図３２(ｂ)参照）しても、ラジエータ面側に形成された凹部空隙３７ａが滞留空気層２５ｆを天井側に保持するため、反転設置にも対応が可能になる。さらに、図３２（ｂ）に示すように、ラジエータ水路開口部３８に設けられたピボット状の突起部３９ａが循環流を乱し混入気泡を揺動するため、水路開口部３８の左右に設けられた凹部空隙３７ａへと誘導し易くしている。

ここで、図３３の（ｂ）及び（ｃ）に、本実施形態のリザーブタンクの別の構成例を示す。

図３３（ｂ）に示すリザーブタンクでは、図３３（ａ）のようなザグリ加工で形成した凹部空隙に代えて、ラジエータ３５ａを絞り加工することによって凹部空隙３７ａおよび突起部３９ａを形成している。この構成例は、ラジエータの板厚が薄い場合において好適である。

また、図３３（ｃ）に示すリザーブタンクでは、ラジエータ３５ａに貫通穴４０を設け、タンクカバー１７ｅとは反対側面から別部材のラジエータカバー４４を接合することで凹部空隙３７ａを形成している。この構成例は、図３３（ｂ）の構成例において十分な容積の空隙がプレスで得られない場合において適用される。

本発明の第１の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造を示す全体図である。 図１のリザーブタンクの内部構成図である。 図１のリザーブタンクの正面図である。 図１のリザーブタンクの斜視断面図である。 図１のリザーブタンクの冷媒液充填時の構成図である。 図１のリザーブタンクをＸ軸周りに姿勢変化させたときの滞留空気層の様相を示す図である。 図１のリザーブタンクをＹ軸周りに姿勢変化させたときの滞留空気層の様相を示す図である。 図１のリザーブタンクをＺ軸周りに姿勢変化させたときの滞留空気層の様相を示す図である。 本発明の第２の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造を示す全体図である。 図９のリザーブタンクの内部構成図である。 図９のリザーブタンクの斜視構成断面図である。 図９のリザーブタンクの斜視断面図である。 図９のリザーブタンクの動作説明図である。 本発明の第３の参考例による冷却装置のリザーブタンク構造を示す全体図である。 図１４のリザーブタンクの内部構成図である。 図１４のリザーブタンクの上面図である。 図１４のリザーブタンクの斜視構成図である。 図１４のリザーブタンクの斜視断面図である。 図１４のリザーブタンクをＸ軸周りに姿勢変化させたときの滞留空気層の様相を示す図である。 図１４のリザーブタンクをＹ軸周りに姿勢変化させたときの滞留空気層の様相を示す図である。 図１４のリザーブタンクをＺ軸周りに姿勢変化させたときの滞留空気層の様相を示す図である。 本発明の第４の参考例による冷却装置のリザーブタンクを示す内部構成図である。 図２２のリザーブタンクの斜視断面図である。 図２２のリザーブタンク内の水路管の詳細図である。 図２２のリザーブタンクの動作説明図である。 本発明の第５の参考例による冷却装置のリザーブタンクを示す内部構成図である。 図２６のリザーブタンクの水平断面図である。 図２６のリザーブタンクの垂直断面図である。 図２６のリザーブタンクの動作説明図である。 本発明の第１の実施形態による冷却装置のリザーブタンク構造を示し、図（a）は全体図、図（ｂ）は図（ａ）の一部拡大図である。 図３０の冷却装置を示す平面図である。 図３０のリザーブタンクの動作説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はリザーブタンクの各種構成例を示す側断面図である。 従来の液冷システムを模式的に示す構成図である。 従来の、汎用型の液冷システムの構成を示す斜視図である。 従来の、薄型の液冷システムの構成を示す斜視図である。 特許文献４の液冷システムを搭載した電子機器の構成図である。 プロジェクタ装置の設置姿勢を示す側面図である。

符号の説明

２ｅ 受熱ジャケット
３ｄ ラジエータ
４ｅ 循環ポンプ
５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ リザーブタンク
７ｄ 樹脂チューブ
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 冷却装置
１６ｃ 放熱ファン
１７ａ、１７ｂ タンクカバー
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｈ 本体タンク部
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ チューブ用継手
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 架橋部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３０ 冷媒液循環用水路
２２ａ、２２ｂ 狭小隙間
２３ａ、２３ｃ 断層部
２４ 冷媒液
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ 滞留空気層
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 切削部
２７ａ、２７ｂ 残留空気の移動用空隙
２８ 水路溝
２９ 絞り部
３２ａ、３２ｂ 継手管
３３ 水路管チューブ
３４ａ、３４ｂ 貫通孔
４３ 気泡

Claims (3)

1. 内部に冷媒液を貯留するとともに空気層を有するタンクと、発熱部品に接触させて受熱を行う受熱手段と、前記冷媒液が吸収した熱を放熱する放熱手段と、前記冷媒液を前記受熱部材から前記タンク及び前記放熱手段を介して再び前記受熱部材に循環させる循環機構とを有する冷却装置において、
   前記放熱手段が、放熱のための冷媒液循環用水路が形成されたラジエータを有し、
   前記タンクが前記ラジエータ上に実装されており、
   前記ラジエータの冷媒液循環用水路が、実装された前記タンクの中央位置において、水路幅を狭め、かつ狭小隙間で分断されており、
   前記冷媒液循環用水路の前記狭小隙間が形成された部分を挟んだ両側に、実装された前記タンクに内包される大きさの空隙が設けられていることを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷媒液循環用水路の前記狭小隙間が形成された部分に突起部を有する請求項１に記載の冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の冷却装置が搭載された電子機器。

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