特開 2024-162939 一体型液冷放熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162939

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】一体型液冷放熱装置

(51)【国際特許分類】

   F28F 9/02 20060101AFI20241114BHJP

   F28D 1/053 20060101ALI20241114BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

F28F9/02 E

F28D1/053 A

H05K7/20 N

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099445

(22)【出願日】2023-06-16

(31)【優先権主張番号】112117110

(32)【優先日】2023-05-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】505446862

【氏名又は名称】▲黄▼ 崇賢

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼ 崇賢

【テーマコード（参考）】

3L103

5E322

【Ｆターム（参考）】

3L103AA11

3L103BB19

3L103BB20

3L103CC02

3L103CC22

3L103DD34

3L103DD42

5E322AA01

5E322AA06

5E322AA07

5E322AA10

5E322DA01

5E322DA04

5E322DB06

(57)【要約】

【課題】放熱構造を有する一体型液冷放熱装置を提供する。
【解決手段】一体型液冷放熱装置は、内循環式液冷ラジエータ１０と、液冷ヘッド２０と、液体ポンプ３０とを備える。内循環式液冷ラジエータ１０の集液ボックスの内部に空気断熱空間１１１が設けられる。集液ボックスの内部は、冷液室と熱液室とが区分されてなり、熱液室に流れ込んだ熱液から冷液室の冷液への熱伝導を不能にさせ、冷液が不正常な加熱により昇温されて冷却効果の減損を防止する。なおかつ内循環式液冷ラジエータ１０の並列管の両端に集液ボックスに係止されるフレア管壁１３１、１３２、１４１、１４２が形成され、集液ボックスに連結される強度を増大させることができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内循環式液冷ラジエータ（１０）と、液冷ヘッド（２０）と、液体ポンプ（３０）とを備える放熱構造を有する一体型液冷放熱装置であって、
前記内循環式液冷ラジエータは、第１集液ボックス（１１）と、第２集液ボックス（１２）と、多数個の第１並列管（１３）と、多数個の第２並列管（１４）とを有し、多数個の前記第１並列管と多数個の前記第２並列管とは、両端部がそれぞれ前記第１集液ボックスと前記第２集液ボックスとに結合された扁形金属管であると共に、前記第１集液ボックス内と前記第２集液ボックス内とに連通され、多数個の前記第１並列管と多数個の前記第２並列管との外面に多数個の放熱フィン（１５）が設置され、
前記第１集液ボックスの内部に空気断熱空間（１１１）が設置され、前記第１集液ボックスの内部は、前記空気断熱空間によって冷液室（１１２）と熱液室（１１３）とが区画されてなり、前記冷液室のボックス壁に前記作業液を前記冷液室から前記液冷ヘッドへと流させるための冷液入口（１１４）が設けられ、前記熱液室のボックス壁に前記作業液を前記液冷ヘッドから前記熱液室へと流し戻させるための熱液入口（１１５）が設けられ、
前記空気断熱空間は、前記第１集液ボックスの内部に設置されると共に、互いに距離間隔をおいて熱液仕切板（１１６）と、冷液仕切板（１１７）とから構成され、前記熱液仕切板と前記冷液仕切板とは、前記第１集液ボックスの内壁に溶接によって接合され、なおかつ前記第１並列管と前記第２並列管との間の位置箇所に位置し、前記空気断熱空間を前記熱液仕切板と前記冷液仕切板との間に形成させ、前記液冷ヘッドは、前記第１集液ボックスの外面に結合され、前記液体ポンプは、前記第２集液ボックス内に設置され、前記内循環式液冷ラジエータ内の作業液を循環流通させて前記液冷ヘッドを通過して吸熱及び放熱を行うように促すために用いられることを特徴とする、一体型液冷放熱装置。

【請求項2】

前記第１集液ボックスは、第１ボックス体（１１８）と、第１ボックス蓋（１１９）とを含み、前記第１ボックス体の第１端が錐形封閉端であり、前記液冷ヘッドは、前記錐形封閉端の外面に固定され、前記第１ボックス体のその第１端とは反対の第２端が開放端であり、前記第１ボックス蓋で前記第１ボックス体の開放端を覆蓋し、かつ前記第１ボックス蓋には、多数個の前記第１並列管と多数個の前記第２並列管とに対応する第１扁形通孔（１１９１）が設けられ、前記熱液仕切板と前記冷液仕切板との周辺が前記第１ボックス体の３面の内壁と前記第１ボックス蓋の内壁とに密接していることを特徴とする、請求項１に記載の一体型液冷放熱装置。

【請求項3】

各当該第１並列管と各当該第２並列管との第１端が、前記第１ボックス蓋の外壁から前記第１扁形通孔を貫通した後、前記第１ボックス蓋の内壁まで突出し、各当該第１並列管と各当該第２並列管との第１端の管壁が、外向きに拡張されたフレア管壁（１３１、１３２、１４１、１４２）として形成され、前記フレア管壁の外壁面が前記第１扁形通孔の周囲に当接することを特徴とする、請求項２に記載の一体型液冷放熱装置。

【請求項4】

前記第２集液ボックスは、矩形ボックス体である第２ボックス体（１２１）と、第２ボックス蓋（１２２）とを含み、前記第２ボックス体の第１端が封閉端であり、前記第２ボックス体のその第１端とは反対の第２端が開放端であり、前記第２ボックス蓋で前記第２ボックス体の開放端を覆蓋し、かつ前記第２ボックス蓋には、多数個の前記第１並列管と多数個の前記第２並列管とに対応する第２扁形通孔（１２２１）が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の一体型液冷放熱装置。

【請求項5】

各前記第１並列管と各前記第２並列管との第２端が、前記第２ボックス蓋の外壁から前記第２扁形通孔を貫通した後、前記第２ボックス蓋の内壁まで突出し、各当該第１並列管と各当該第２並列管との第２端の管壁が、外向きに拡張されたフレア管壁（１３１、１３２、１４１、１４２）として形成され、前記フレア管壁の外壁面が前記第２扁形通孔の周囲に当接することを特徴とする、請求項４に記載の一体型液冷放熱装置。

【請求項6】

前記第２ボックス体には、そのボックス壁の外面または外面から突出するリブ（１２３）が一体成形されていることを特徴とする、請求項４に記載の一体型液冷放熱装置。

【請求項7】

前記第２ボックス体のボックス壁に注液孔（１２４）と孔栓（１２５）とが設けられることを特徴とする、請求項４に記載の一体型液冷放熱装置。

【請求項8】

前記内循環式液冷ラジエータの両側辺に結合された２つのファン取付ブラケット（４０）をさらに備え、各前記ファン取付ブラケットの両端にそれぞれ係合凸部（１４１）が突設され、前記係合凸部は、それぞれ前記第１集液ボックスの凹孔（１１０）と前記第２集液ボックスの凹孔（１２０）とに嵌入されることを特徴とする、請求項１に記載の一体型液冷放熱装置。

【請求項9】

各前記ファン取付ブラケットは、前記内循環式液冷ラジエータの両側辺に対応する側板（４２）と、前記側板の少なくとも１辺に連結された面板（４３）とを有し、前記側板の両端には、それぞれ前記第１集液ボックスの外壁面と前記第２集液ボックスの外壁面とに当てがわれる端板（４４）が湾曲しており、前記端板の自由端から前記係合凸部が湾曲延出され、前記面板は、前記内循環式液冷ラジエータの一面まで延伸していると共に、前記面板上にファン固定孔が設けられることを特徴とする、請求項８に記載の一体型液冷放熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンピュータ及びサーバーの放熱分野に係り、特に、放熱構造を有する一体型液冷放熱装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

現今のコンピュータ及びサーバー上の液冷放熱器は、通常、相互に分離された液冷ラジエータと、液冷ヘッドと、液体ポンプと、液管とから構成され、液冷ラジエータと液冷ヘッドとの間を液管で連結し、液冷ラジエータと液冷ヘッド内の冷却液を循環流動させ、液冷ヘッド上に熱量を吸収した後の冷却液を液冷ラジエータ上に進入させて放熱を行い、放熱後の冷却液を液冷ヘッド内へと流し戻すことができる。しかしながら、液冷放熱器の液冷ラジエータと、液冷ヘッドとを別々に設置し、その構造がコンパクトではなく、かつ取り付けが不便であり、その液冷ラジエータの集液槽にいずれも液体ポンプ機能を有しないことから、液冷ラジエータにおける冷却液の流動速度が比較的に遅く、放熱効率が比較的に低く、なおかつ集液槽中に区画を画定しないもので、液冷ラジエータ内の冷却液の流動行程を比較的に短くし、冷却液を効率よく降温させて放熱させることができなくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第１１５６６８４７（Ｂ２）号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記原因に基づき、本発明者は、従来の分離型液冷放熱器の欠点を解決するため、一体型液冷放熱器（特許文献１）を提案した。しかしながら、一体型液冷放熱器の液冷ラジエータは、通常、１枚の金属仕切板のみを用いてその集液ボックスは、冷液室と熱液室とが区分されてなり、液冷ヘッドへと流過した液体は、吸熱されて熱液になると共に熱液室に流入されるとき、金属仕切板を通して隣り合う冷液室の冷液に熱伝導され、液冷ヘッドに流れ込んだ冷液の予加熱を準備するので、液冷ヘッドに流入された後のその冷却効果に影響することを引き起こしてしまう。加えて、従来の液冷ラジエータの並列管と集液ボックスとは、溶接によって接合された結合構造であり、なおかつ並列管の出入口端末は、液体の流れ込みまたは流れ出しの円滑性を考慮して、不規則な流れを引き起こして流速に影響を与えてしまう。そのほか、従来の液冷ラジエータは、両端の集液ボックスを並列管のみに頼って連結し、両端の集液ボックスを連結するように補助するためのその他の設計が欠如していて、その構造の強度は、並列管の管壁の強度に影響されやすく、管壁が薄ければ薄いほど、全体の液冷ラジエータの構造はより一層不安定になる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る一体型液冷放熱装置は、内循環式液冷ラジエータ（１０）と、液冷ヘッド（２０）と、液体ポンプ（３０）とを備える。その内、前記内循環式液冷ラジエータは、第１集液ボックス（１１）、第２集液ボックス（１２）、前記第１集液ボックスと前記第２集液ボックスとの間に連通する多数の並列管（１３、１４）、及び前記第１集液ボックスの内部に設置される空気断熱空間（１１１）の構造設計を通して、第１集液ボックスを前記空気断熱空間によって熱液室（１１３）と冷液室（１１２）とに区分させる構造となっている。

【0006】

本発明に係る一体型液冷放熱装置は、並列管の両端の管壁は、外向きに拡張されたフレア管壁（１３１、１３２、１４１、１４２）として形成されることにより、フレア管壁を第１集液ボックスと第２集液ボックスとの扁形通孔で係止させる。

【0007】

本発明に係る一体型液冷放熱装置は、そのファン取付ブラケット（４０）の両端にそれぞれ係合凸部（１４１）が突設され、相応する前記第１集液ボックスと第２集液ボックスとに凹孔構造が設けられる。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一体型液冷放熱装置によれば、以下の効果を得ることができる。
（一）本発明の一体型液冷放熱装置によれば、空気阻断空間は、熱液室の熱液から冷液室の冷液への熱伝導を阻止することができ、降温した冷液の再加熱を防止し、液冷ヘッドの冷却効率を向上させることができる。

【0009】

（二）本発明の一体型液冷放熱装置によれば、並列管の両端のフレア管壁は、第１集液ボックスと第２集液ボックスとの扁形通孔で係止され、その結合構造の強度を増大させ、また並列管への作業液の流れ込みまたは流れ出しの平滑性を向上させることができる。

【0010】

（三）本発明の一体型液冷放熱装置によれば、ファン取付ブラケットの係合凸部は、それぞれ第１集液ボックスと第２集液ボックスとの凹孔に嵌入され、組合せ構造の強度を増大させる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の好適な実施形態を示す斜視図である。

【図2】本発明の図１の好適な実施形態を示す前面図である。

【図3】本発明の図２の好適な実施形態を示す断面図である。

【図4】本発明の図１の好適な実施形態を示す分解斜視図である。

【図5】本発明の並列管の端部の組付け構造を示す斜視図である。

【図6】本発明の図３中のＣ箇所を示す部分断面図である。

【図7】本発明の第２ボックス体の内部のリブ構造を示す右側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態による一体型液冷放熱装置を図面に基づいて説明する。
本発明に係る放熱構造を有する一体型液冷放熱装置は、伝統的な風冷放熱器の代わりに、コンピュータまたはサーバーの内部の処理器上に取り付けられるように用いられ、処理器に対して液体冷却を行って温度が過高温になることを防止する。図１及び図２に示すように、その好適な具体的実施形態は、内循環式液冷ラジエータ１０と、液冷ヘッド２０と、液体ポンプ３０とを備える。

【0013】

その内、内循環式液冷ラジエータ１０は、第１集液ボックス１１と、第２集液ボックス１２と、多数個の第１並列管１３と、多数個の第２並列管１４とを有するように実施することが好ましい。第１集液ボックス１１と第２集液ボックス１２は、それぞれ集液のための中空の金属ボックスであり、例えば、アルミニウム合金材質から作製されたボックス体である。多数個の第１並列管１３と多数個の第２並列管１４は、両端がそれぞれ第１集液ボックス１１と第２集液ボックス１２との扁形金属管に固定的に結合されると共に、第１集液ボックス１１内と第２集液ボックス１２内とに連通され、第１集液ボックス１１内の作業液を、第１並列管１３を経由して第２集液ボックス１２内に流入させてから、第２並列管１４を経由して第１集液ボックス１１内に流入させることができる。密閉した内循環式液冷ラジエータ１０が形成され、そしてかつ多数個の第１並列管１３と多数個の第２並列管１４との外面に多数個の放熱フィン１５が設置され、第１並列管１３と第２並列管１４とに作業液を流過させるときに放熱を行う。液冷ヘッド２０は、例えば、特許文献１中に示された液冷ヘッド、または液冷ラジエータに直接結合されたその他の液冷ヘッドのような現有の物品であり、それは、第１集液ボックス１１の外面に固定的に結合され、コンピュータまたはサーバー内の処理器の表面に接触して冷却を行うように用いられる。そして、液体ポンプ３０は、第２集液ボックス１２内に設置され、それは、既知のモータ及び羽根車構造を有し、内循環式液冷ラジエータ１０内の作業液を循環流通させて液冷ヘッド２０を通過して冷却（吸熱）を行うと共に、第１並列管１３と第２並列管１４内に流通させるときに放熱を行うように促すために用いることができる。

【0014】

図３及び図４に示すように、本発明に係る内循環式液冷ラジエータ１０は、第１集液ボックス１１の内部に空気断熱空間１１１が設置され、第１集液ボックス１１の内部に空気断熱空間１１１によって冷液室１１２と熱液室１１３とが区画されてなり、冷液室１１２のボックス壁に作業液を冷液室１１２から液冷ヘッド２０へと流させるための冷液入口１１４が設けられ、熱液室１１３のボックス壁に作業液を液冷ヘッド２０から熱液室１１３へと流し戻させるための熱液入口１１５が設けられる。その内、空気断熱空間１１１は、第１集液ボックス１１の内部に設置されると共に、互いに距離間隔をおいて熱液仕切板１１６と、冷液仕切板１１７とから構成され、熱液仕切板１１６と冷液仕切板１１７とは、周辺が第１集液ボックス１１の内面に溶接によって接合され、なおかつ第１並列管１３と第２並列管１４との間の位置箇所に位置し（図３を参照）、空気断熱空間１１１を熱液仕切板１１６と冷液仕切板１１７との間に形成させる。空気の熱伝導率は０．０２５Ｗ／ｍ．Ｋであり、そしてアルミニウムの熱伝導率は２３７Ｗ／ｍ．Ｋであるので、本発明に係る内循環式液冷ラジエータ１０の空気断熱空間１１１によって、熱液室１１３に流れ込んだ熱液から隣りの冷液室１１２の冷液への熱伝導を有効に阻止することができ、冷液に対して不正常な加熱を防止し、冷液が液冷ヘッド２０に流れ込んだ冷却効率を確保することができる。

【0015】

次に、図３及び図４に示すように、第１集液ボックス１１は、具体的には、第１ボックス体１１８と、第１ボックス蓋１１９とを含み、第１ボックス体１１８の第１端が錐形封閉端であり、液冷ヘッド２０は、錐形封閉端の外面に固定され、第１ボックス体１１８のその第１端とは反対の第２端が開放端であり、第１ボックス蓋１１９で第１ボックス体１１８の開放端を覆蓋し、かつ第１ボックス蓋１１９には、多数個の第１並列管１３と第２並列管１４とに対応する第１扁形通孔１１９１が設けられる。熱液仕切板１１６と冷液仕切板１１７との周辺が第１ボックス体１１８の３面の内面と第１ボックス蓋１１９の内面とに密接していることから、空気断熱空間１１１が形成される。第２集液ボックス１２は、具体的には、第２ボックス体１２１と、第２ボックス蓋１２２とを含む。第２ボックス体１２１は、矩形ボックス体であり、第２ボックス体１２１の第１端が封閉端であり、第２ボックス体１２１のその第１端とは他端の第２端が開放端であり、第２ボックス蓋１２２で第２ボックス体１２１の開放端を覆蓋する。かつ第２ボックス蓋１２２には、多数個の第１並列管１３と第２並列管１４とに対応する第２扁形通孔１２２１が設けられる。

【0016】

第１並列管１３と第２並列管１４とが第１扁形通孔１１９１と第２扁形通孔１２２１とに結合する組合せ強度を増大させると同時に、液体の流れ込みまたは流れ出しの円滑性を改善するためには、図４、図５及び図６に示すような第１集液ボックス１１の方を例にとって説明する。本発明に係る内循環式液冷ラジエータ１０の多数個の第１並列管１３と第２並列管１４との第１端が、第１ボックス蓋１１９の外壁から第１扁形通孔１１９１を貫通した後、第１ボックス蓋１１９の内面まで突出すると共に、多数個の第１並列管１３と第２並列管１４との第１端の管壁を、外向きに拡張されたフレア管壁１３１、１４１として形成させ、フレア管壁１３１、１４１の外壁面が第１扁形通孔１１９１の周囲に当接するため、第１扁形通孔１１９１で係止されるだけでなく、液体の円滑性をさらに改善できる。同じ理由で、本発明に係る内循環式液冷ラジエータ１０の第１並列管１３と第２並列管１４との第２端のフレア管壁１３２、１４２が第２集液ボックス１２の第２扁形通孔１２２１に結合されるとき、上記の構造と同様のものを採用してもよい。

【0017】

次に、図１及び図４に示すように、本発明の好適な実施形態は、２つのファン取付ブラケット４０をさらに備える。２つのファン取付ブラケット４０は、内循環式液冷ラジエータ１０の両側辺に結合され、各ファン取付ブラケット４０の両端にそれぞれ係合凸部４１が突設され（図６を参照）る。係合凸部４１は、それぞれ第１集液ボックス１１と第２集液ボックス１２とに互いに対応する位置での凹孔１１０、１２０に嵌入される。さらに具体的には、各ファン取付ブラケット４０は、アルミニウム合金板から一体的にプレス成形され、それは、内循環式液冷ラジエータ１０の両側辺に対応する側板４２と、側板４２の少なくとも１辺に連結された面板４３（図４に示すような両面板４３に相当）とを有する。面板４３は、内循環式液冷ラジエータ１０の片面または両面まで延伸するために用いられると共に、面板４３上にファン固定孔が設けられる。そして、側板４２の両端には、それぞれ第１集液ボックス１１の外壁面と第２集液ボックス１２の外壁面とに当てがわれる端板４４が湾曲しており、端板４４の自由端から再び係合凸部４１が湾曲延出されるため、第１集液ボックス１１と第２集液ボックス１２とに互いに対応する位置での凹孔１１０、１２０に嵌入されることにより、ファン取付ブラケット４０の組付け構造の強度を増大させることができ、内循環式液冷ラジエータ１０の全体構造の強度を増大させることもできる。

【0018】

次に、図３及び図７に示すように、本発明に係る内循環式液冷ラジエータ１０の第２集液ボックス１２の第２ボックス体１２１には、そのボックス壁の内面または外面から突出するリブ１２３がさらに一体成形されてもよく、リブ１２３の構造を通して、第２ボックス体１２１の構造の強度を増大させることができ、同じ理由で第１ボックス体１１８には、それと同様のリブ構造を実施してもよい。加えて、第２ボックス体１２１のボックス壁にまた注液孔１２４と孔栓１２５とが設けられ、液冷放熱装置の作業液の注入及び補充を便利に行うために供する。
以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

【符号の説明】

【0019】

１０：内循環式液冷ラジエータ
１１：第１集液ボックス
１１０：凹孔
１１１：空気断熱空間
１１２：冷液室
１１３：熱液室
１１４：冷液入口
１１５：熱液入口
１１６：熱液仕切板
１１７：冷液仕切板
１１８：第１ボックス体
１１９：第１ボックス蓋
１１９１：第１扁形通孔
１２：第２集液ボックス
１２０：凹孔
１２１：第２ボックス体
１２２：第２ボックス蓋
１２２１：第２扁形通孔
１２３：リブ
１２４：注液孔
１２５：孔栓
１３：第１並列管
１３１，１３２：フレア管壁
１４：第２並列管
１４１，１４２：フレア管壁
１５：放熱フィン
２０：液冷ヘッド
３０：液体ポンプ
４０：ファン取付ブラケット
４１：係合凸部
４２：側板
４３：面板
４４：端板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】