特許 7583468 一体型液冷ラジエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】一体型液冷ラジエータ

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20241107BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

H05K7/20 N

H01L23/46 Z

H05K7/20 H

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023147101

(22)【出願日】2023-09-11

【審査請求日】2023-09-21

(31)【優先権主張番号】112128302

(32)【優先日】2023-07-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【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

【審査官】太田 義典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１５３２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１６４８３１８６（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｆ２８Ｆ ９／００－ ９／２６

Ｈ０１Ｌ ２３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体冷却部と、
液冷ヘッドと、
液体ポンプと、
を含み、
前記液体冷却部は、第１の液体タンクと、第２の液体タンクと、放熱流路管ユニットとを備え、前記放熱流路管ユニットは、複数個の第１の流路管と、第２の流路管と、冷却フィンとを含み、各前記第１の流路管及び各前記第２の流路管は、両端がそれぞれ前記第１の液体タンク及び前記第２の液体タンクと結合された扁平金属管であり、前記冷却フィンはそれぞれ、各前記第１の流路管及び各前記第２の流路管の外面に設置され、
前記液冷ヘッドは、一方の面が前記第２の液体タンクの底壁外面と結合され、
前記液体ポンプは、前記第１の液体タンク内に設置される一体型液冷ラジエータにおいて、
前記第１の液体タンクは、第１のタンク本体と、第１のタンク蓋と、第１の仕切板とを備え、前記第１のタンク本体は、上部タンク及び下部タンクが一体化として成形され、前記上部タンクの厚さ及び幅は、前記下部タンクのそれよりも大きく、前記上部タンクの上端は、下へ凹んで第１の上チャンバーを形成し、前記下部タンクは、前記上部タンクの下端から下方へ突出し、前記第１の上チャンバーの底面は、前記下部タンクの中へ凹んだ第１の下チャンバーを形成し、前記下部タンクの底壁には、前記第１の下チャンバーと連通した複数個の第１の流路管挿入口が設けられ、前記第１の流路管及び前記第２の流路管の上端はそれぞれ、前記第１の流路管挿入口に挿入され、前記第１のタンク蓋は、前記上部タンクの上端を覆い、前記第１の仕切板は、前記第１の上チャンバー及び前記第１の下チャンバーに設置されて、前記第１の上チャンバー及び前記第１の下チャンバーを液体供給室と液体排出室とに仕切り、
前記第２の液体タンクは、第２のタンク本体と、第２のタンク蓋とを備え、前記第２のタンク本体の上端は、下へ凹んで第２のチャンバーを形成し、前記第２のチャンバーは、冷液室と熱液室とに仕切りされ、前記冷液室及び前記熱液室はそれぞれ、前記液冷ヘッドと連通され、前記第２のタンク蓋は、前記第２のタンク本体の上端を覆い、前記第２のタンク蓋の頂壁には、前記冷液室及び前記熱液室と連通した複数個の第２の流路管挿入口が設けられ、前記第１の流路管及び前記第２の流路管の下端はそれぞれ、前記第２の流路管挿入口に挿入され、且つ
前記第１の液体タンクの前記第１のタンク本体の前記上部タンクの前後端及び前記第２の液体タンクの前後端はそれぞれ、前記放熱流路管ユニットの表面と裏面から突出し、前記液体冷却部の表面と裏面のそれぞれに内へ凹んだファン設置空間を形成している一体型液冷ラジエータ。

【請求項2】

前記第１のタンク本体における前記上部タンク及び前記下部タンクは、側面視でＴ字形をなすタンク本体として形成され、
前記第１の上チャンバー及び前記第１の下チャンバーは、側面視で断面がＴ字形をなすチャンバーとして形成されている請求項１に記載の一体型液冷ラジエータ。

【請求項3】

前記第１のタンク蓋の内面は、前記第１のタンク本体内に突き出る液体ポンプ台座を有し、
前記第１のタンク蓋の外面には、内へ凹んだ、前記液体ポンプ台座まで延びる液体ポンプチャンバーが設けられ、
前記液体ポンプは、前記第１のタンク蓋の外面から前記液体ポンプチャンバーに装入される請求項２に記載の一体型液冷ラジエータ。

【請求項4】

前記液体ポンプ台座の端面には、前記液体ポンプチャンバーと前記液体供給室を連通した液体供給口が設けられ、
前記液体ポンプ台座の側面には、バンプが設けられ、前記バンプには、前記液体ポンプチャンバーと前記液体排出室とを連通した液体排出口が設けられ、
且つ、前記第１の仕切板には、前記バンプの輪郭に対応する切欠が設けられ、前記切欠は、前記バンプの周面と密着している請求項３に記載の一体型液冷ラジエータ。

【請求項5】

前記上部タンクの底壁には、前記第１の上チャンバーに突出した第１の凸条が設けられ、
且つ、前記第１のタンク蓋の頂壁には、前記第１の上チャンバーに突出した第２の凸条が設けられている請求項４に記載の一体型液冷ラジエータ。

【請求項6】

前記第１のタンク蓋の頂壁には、前記第１の上チャンバーと連通した液体注入口が設けられ、前記液体注入口の中には、分離可能なシール部品が結合されている請求項１に記載の一体型液冷ラジエータ。

【請求項7】

前記第２のタンク本体における前記第２のチャンバーの中には、空気断熱空間が設けられ、前記空気断熱空間は、前記第２のチャンバーの中で一定の距離を離れて設置された熱液仕切板と冷液仕切板とで構成され、
前記空気断熱空間は、前記第２のチャンバーを前記冷液室と前記熱液室とに仕切りし、前記冷液室の下端のタンク壁には、作動液を前記冷液室から前記液冷ヘッドに流入させる冷液流入口が設けられ、前記熱液室の下端のタンク壁には、前記作動液を前記液冷ヘッドから前記熱液室に戻す熱液流出口が設けられている請求項１に記載の一体型液冷ラジエータ。

【請求項8】

前記第２のタンク本体は、表面が上端から下端にかけて幅が狭くなる四角錐台をなし、
前記第２のチャンバーは、前記四角錐台に対応する錐台状チャンバーである請求項７に記載の一体型液冷ラジエータ。

【請求項9】

更に、２つのファンシャーシを含み、前記２つのファンシャーシは、前記放熱流路管ユニットの両側に結合されている請求項１に記載の一体型液冷ラジエータ。

【請求項10】

更に、少なくとも一つのファンを含み、前記ファンは、前記ファン設置空間に入れられて、前記２つのファンシャーシに固定される請求項９に記載の一体型液冷ラジエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液冷ラジエータ技術分野に関し、特に高さを縮小でき、液冷ラジエータ内部の作動液容量を増加できる一体型液冷ラジエータに関する。

【背景技術】

【0002】

コンピュータ及びサーバに適用される液冷ラジエータは、通常、分離式液冷ラジエータであり、それぞれ分離した液体冷却部、液冷ヘッド、及び液体ポンプなどの手段を有し、複数の液体チューブを用いて各手段の間を結合していることが知られている。

【0003】

分離式液冷ラジエータは、液体冷却部と液冷ヘッドとが別々に設置され、構造が十分にコンパクトではなく、取り付けが比較的不便である上、クーラントの流速が比較的遅い。そのため、本発明者は、一体型液冷ラジエータを提案し（特許文献１）、既知の分離式液冷ラジエータの欠点を解消した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】台湾特許公告第Ｉ７６５６８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、（特許文献１では）一体型液冷ラジエータの取り付け時、液体冷却部の底部の液冷ヘッドをチッププロセッサの表面に貼り合わせて、液体冷却部をチッププロセッサの上に縦置きで設置しなければならないので、コンピュータ筐体の内部空間が不足する問題を生じやすい。そのため、一体型液冷ラジエータの高さ・体積を縮小できると同時に内部の作動液容量をも増加できることは、本発明が解決しようとする一番の課題である。

【0006】

また、既知の一体型液冷ラジエータにおける液体冷却部の一端の液体回収タンクは、内部が冷液室と熱液室とに仕切られており、液冷ヘッドを流れた液体が吸熱して熱液となって熱液室に流入した時、金属仕切板を介して隣接する冷液室の冷液へと熱伝導し、液冷ヘッドに流入しようとする冷液が先に異常に加熱される。このため、液冷ヘッドに流入した後の冷却効果に影響を与えてしまう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の主な目的は、一体型液冷ラジエータを提供することである。その好適な形態は、液体冷却部と、第２の液体タンクの底部に設置されている液冷ヘッドと、第１の液体タンクの中に設置されている液体ポンプとを含み、前記液体冷却部は、第１の液体タンクと、第２の液体タンクと、両端が第１の液体タンク及び第２の液体タンクと結合された放熱流路管ユニットとを備える。前記第１の液体タンクは、上部タンクと、上部タンクの下端から下方へ突出した下部タンクとが形成され、下部タンクの下端は、放熱流路管ユニットの上端と結合されることで、第１の液体タンク内の液体回収空間は第１の液体タンクの下方に変更された。

【0008】

本発明の次の目的は、一体型液冷ラジエータを提供することである。その好適な形態は、上記上部タンク及び第２の液体タンクの前後端が放熱流路管ユニットの表裏面から突出することを含む。作動液の容量を増加でき、液体冷却部の表裏面に内へ凹んだファン取付空間を形成する。

【0009】

本発明の別の目的は、一体型液冷ラジエータを提供することである。その好適な形態は、前記液体冷却部における第２の液体タンクの内部が空気断熱空間によって仕切られた冷液室と熱液室とを含む。前記空気断熱空間の空気熱伝導率が比較的低い原理により、熱液室中の熱い作動液から冷液室の冷たい作動液への熱伝導を防止する。

【発明の効果】

【0010】

（一）本発明は、液体冷却部の上端の第１の液体タンクを、上部タンクの高さが比較的小さく、下部タンクが上部タンクの底部から下方へ突出した構造として実施することにより、下部タンクを下方に向かって放熱流路管ユニットの空間へ延ばして、液体冷却部の高さを縮小する効果を奏し得る。

【0011】

（二）本発明では、第１の液体タンク及び第２の液体タンクの前後端が前後方に突出することにより、液体冷却部の高さを増やすことなく作動液の容量を増加できる。同時に、放熱流路管ユニットの表裏面に内へ凹んだファンの設置空間を形成し、放熱流路管ユニットと下部タンクへ、ともにファンで空気供給して放熱することができる。

【0012】

（三）本発明は、前記液体冷却部の下端の第２の液体タンクの内部を空気断熱空間によって冷液室と熱液室に仕切りすることにより、熱液室中の熱い作動液から冷液室の冷たい作動液への熱伝導を防止して、液冷ラジエータの冷却効果の向上を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一体型液冷ラジエータの概略斜視図である。

【図2】本発明の一体型液冷ラジエータの概略前面図である。

【図3】本発明の一体型液冷ラジエータの概略分解図である。

【図4】本発明の第１の液体タンク及び放熱流路管ユニットの概略分解図である。

【図5】本発明の第１の液体タンクの概略分解図である。

【図6】本発明の第２の液体タンク及び放熱流路管ユニットの概略分解図である。

【図7】本発明の第２の液体タンクの概略分解図である。

【図8】本発明の一体型液冷ラジエータの概略前面断面図である。

【図9】本発明の一体型液冷ラジエータの概略側面断面図である。

【図10】本発明の一体型液冷ラジエータにファンを取り付けた概略図である。

【図11】本発明の一体型液冷ラジエータにファンを取り付けた概略分解図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１及び図２に示したように、本発明の一体型液冷ラジエータの好適かつ具体的な実施例は、液体冷却部１００と、液冷ヘッド２００と、液体ポンプ３００とを含み、液体冷却部１００は、第１の液体タンク１０と、第２の液体タンク２０と、放熱流路管ユニット３０とを備え、第１の液体タンク１０及び第２の液体タンク２０は、放熱金属（例えば、アルミニウム合金）で製造されたタンクであって、第１の液体タンク１０及びと第２の液体タンク２０に作動液（水又はその他のクーラント）を注入するためのものであり、放熱流路管ユニット３０は、間隔を開けて平行して配列された複数個の第１の流路管３１と、第２の流路管３２と、冷却フィン３３とを含み、第１の流路管３１及び第２の流路管３２は扁平金属管であり、その両端はそれぞれ第１の液体タンク１０及び第２の液体タンク２０に結合・連通され、冷却フィン３３はそれぞれ、各第１の流路管３１及び第２の流路管３２の外面に設置され、液冷ヘッド２００は、一方の面が第２の液体タンク２０の底壁外面と結合され、液冷ヘッド２００の他方の面がチッププロセッサ（図示せず）に貼り合わされるために用いられ、液体ポンプ３００は、第１の液体タンク１０内に設置され、液体冷却部内の作動液が第１の液体タンク１０、第１の流路管３１、第２の液体タンク２０、液冷ヘッド２００、第２の流路管３２、第１の液体タンク１０の間で循環流動するよう駆動させる。

【0015】

図３、図４、図５に示したように、液体冷却部１００の上方の第１の液体タンク１０の好適な実施形態は、第１のタンク本体１１と、第１のタンク蓋１２と、第１の仕切板１３とを備える。第１のタンク本体１１は、矩形の上部タンク１１１及び下部タンク１１２が一体化として成形され、上部タンク１１１の厚さＬ１及び幅Ｗ１は、下部タンク１１２のそれよりも大きく、上部タンク１１１の上端は、下へ凹んで第１の上チャンバー１１３を形成し、下部タンク１１２は、上部タンク１１１の下端から下方へ突出して、第１のタンク本体１１の上部タンク１１１及び下部タンク１１２は、側面視でＴ字形をなすタンク本体として形成される（図９に示す）。同時に、第１の上チャンバー１１３の底面は、下部タンクの中へ凹んだ第１の下チャンバー１１４を形成して、第１の上チャンバー１１３と第１の下チャンバー１１４は、側面視で断面がＴ字形をなすチャンバーとして形成される（図９に示す）。下部タンク１１２の底壁には、第１の下チャンバー１１４と連通した複数個の第１の流路管挿入口１１５が設けられ、上記放熱流路管ユニット３０における第１の流路管３１及び第２の流路管３２の上端はそれぞれ、第１の流路管挿入口１１５に挿入される（図８に示す）。第１のタンク蓋１２は、上部タンク１１１の上端を覆い第１の上チャンバー１１３を密封し、第１の仕切板１３は、第１の上チャンバー１１３及び第１の下チャンバー１１４の中を横断して設置されて、第１の上チャンバー１１３及び第１の下チャンバー１１４を液体供給室１１６と液体排出室１１７とに仕切り、第１の流路管３１の上端が液体排出室１１７と連通され、第２の流路管３２の上端が液体供給室１１６と連通され、そして、上記液体ポンプ３００が第１のタンク蓋１２と結合され、かつ液体供給室１１６の中に位置する。

【0016】

図６、図７、図８に示したように、液体冷却部１００下方の第２の液体タンク２０の好適な実施形態は、第２のタンク本体２１と、第２のタンク蓋２２とを備え、第２のタンク本体２１の上端は、下へ凹んで第２のチャンバー２３を形成し、第２のチャンバー２３は、冷液室２４と熱液室２５とに仕切られ、第２のタンク本体２１の底壁の外面は、上記液冷ヘッド２００と接し、冷液室２４及び熱液室２５はそれぞれ、液冷ヘッド２００と連通される。第２のタンク蓋２２は、第２のタンク本体２１の上端を覆い第２のチャンバー２３を密封し、第２のタンク蓋２２の頂壁には、冷液室２４及び熱液室２５と連通した複数個の第２の流路管挿入口２６が設けられ、上記第１の流路管３１及び第２の流路管３２の下端はそれぞれ、第２の流路管挿入口２６に挿入され（図８に示す）、第１の流路管３１の下端を冷液室２４と連通させ、第２の流路管３２の下端を熱液室２５と連通させる。

【0017】

本発明は、上記第１の液体タンク１０の上部タンク１１１及び下部タンク１１２の構造設計によって、第１の液体タンク１０を、上部タンク１１１の高さが比較的小さく、下部タンク１１２が上部タンク１１１の底部から下方へ突出した構造として実施できるため、下部タンク１１２を下へ放熱流路管ユニット３０の空間まで延びさせ、高さの比較的小さい上部タンク１１１のみを放熱流路管ユニット３０（及び下記のファンの上）に残すので、液体冷却部１００の高さ・体積を縮小でき、比較的小さいコンピュータの筐体内に取り付けられる。そして、図９に示したように、上記第１の液体タンク１０の上部タンク１１１の前後端及び第２の液体タンク２０の前後端はそれぞれ、放熱流路管ユニット３０の表面と裏面から突出して、液体冷却部１００の高さを増やすことなく液体冷却部１００内により多くの作動液（水など）を収容でき、また、液体冷却部１００の表面と裏面のそれぞれに内へ凹んだファン設置空間４０を形成し、それぞれにファン４００を収納することができる（図１０及び図１１に示す）。

【0018】

更に、図４、図５及び図８に示したように、上記第１の液体タンク１０における第１のタンク蓋１２の内面は、第１のタンク本体１１内に突き出る液体ポンプ台座１２１を有し、液体ポンプ台座１２１は円柱形であり、第１のタンク蓋１２の外面には、内へ凹んだ、液体ポンプ台座１２１まで延びる液体ポンプチャンバー１２２が設けられ、これによって、液体ポンプ３００は、第１のタンク蓋１２の外面から液体ポンプチャンバー１２２に装入される。液体ポンプ台座１２１の端面には、液体ポンプチャンバー１２２と液体供給室１１６とを連通した液体供給口１２３、液体ポンプ台座１２１の側面には、バンプ１２４が設けられ、且つ、バンプ１２４には、液体ポンプチャンバー１２２と液体排出室１１７とを連通した液体排出口１２５が設けられている。また、上記第１の仕切板１３は、Ｔ字形板として形成され、その長辺には、バンプ１２４の輪郭に対応する切欠１３１が設けられ、切欠１３１をバンプ１２４の周面と密着させ、第１の仕切板１３の他のエッジを第１の上チャンバー１１３及び第１の下チャンバー１１４の内壁と密着させた。液体ポンプ３００が作動する時、液体供給室１１６の作動液を液体供給口１２３から吸い込んでから、液体排出口１２５から液体排出室１１７に搬送し、作動液が液体冷却部１００内で持続して循環流動させることができ、その循環流動は必ず液冷ヘッド２００を通過し、チッププロセッサを冷却し、更に放熱流路管ユニット３０によって放熱することができる。

【0019】

更に、図４、図５及び図８に示したように、第１の液体タンク１０の構造強度を向上させるために、上記第１のタンク本体１１の上部タンク１１１の底壁には、第１の上チャンバー１１３に突出した第１の凸条１１８が設けられ、且つ、第１のタンク蓋１２の頂壁には、第１の上チャンバー１１３に突出した第２の凸条１２６が設けられている。また、第１のタンク蓋１２の頂壁には、第１の上チャンバー１１３と連通した液体注入口１２７が設けられ、液体注入口１２７の中には、分離可能なシール部品１２８（例えばシールねじなど）が結合されている。

【0020】

図７及び図８に示したように、液冷ヘッド２００を通過して第２のタンク本体２１の熱液室２５に流れ込んだ熱作動液が隣接する冷液室２４へ熱伝導することを防止するために、本発明の第２のタンク本体２１における第２のチャンバー２３の中には、空気断熱空間２７が設けられ、空気断熱空間２７は、第２のチャンバー２３の中で一定の距離を離して設置された熱液仕切板２７１と冷液仕切板２７２とで構成され、空気断熱空間２７によって第２のチャンバー２３を冷液室２４と熱液室２５とに仕切りし、冷液室２４の下端のタンク壁には、冷たい作動液を冷液室２４から液冷ヘッド２００に流入させる冷液流入口２４１が設けられ、熱液室２５の下端のタンク壁には、熱い作動液を液冷ヘッド２００から熱液室２５に戻す熱液流出口２５１が設けられている。なかでも、第２のタンク本体２１の好適な実施形態は、表面が上端から下端にかけて幅が狭くなる四角錐台をなし、第２のチャンバー２３は、四角錐台に対応する錐台状チャンバーである。

【0021】

更に、図１０及び図１１に示したように、本発明の液体冷却部１００の好適な実施例は、更に２つのファンシャーシ５０を含み、２つのファンシャーシ５０は、放熱流路管ユニット３０の両側に結合され、これによって、１つ又は２つのファン４００を上記液体冷却部１００の表裏面のファン設置空間４０に入れ、ファン４００をそれぞれ２つのファンシャーシ５０に固定し、ファン４００が作動し送風する時、放熱流路管ユニット３０だけでなく、放熱流路管ユニット３０の上に下へ突き出た下部タンク１１２にも送風することができ、本発明の放熱効率を向上させる。

【符号の説明】

【0022】

１００：液体冷却部
１０ ：第１の液体タンク
１１ ：第１のタンク本体
１１１：上部タンク
１１２：下部タンク
１１３：第１の上チャンバー
１１４：第１の下チャンバー
１１５：第１の流路管挿入口
１１６：液体供給室
１１７：液体排出室
１１８：第１の凸条
１２ ：第１のタンク蓋
１２１：液体ポンプ台座
１２２：液体ポンプチャンバー
１２３：液体供給口
１２４：バンプ
１２５：液体排出口
１２６：第２の凸条
１２７：液体注入口
１２８：シール部品
１３ ：第１の仕切板
１３１：切欠
Ｌ１ ：厚さ
Ｗ１ ：幅
２０ ：第２の液体タンク
２１ ：第２のタンク本体
２２ ：第２のタンク蓋
２３ ：第２のチャンバー
２４ ：冷液室
２４１：冷液流入口
２５ ：熱液室
２５１：熱液流出口
２６ ：第２の流路管挿入口
２７ ：空気断熱空間
２７１：熱液仕切板
２７２：冷液仕切板
３０ ：放熱流路管ユニット
３１ ：第１の流路管
３２ ：第２の流路管
３３ ：冷却フィン
４０ ：ファン設置空間
５０ ：ファンシャーシ
２００：液冷ヘッド
３００：液体ポンプ
４００：ファン

【要約】      （修正有）

【課題】高さを縮小でき、液冷ラジエータ内部の作動液容量を増加できる一体型液冷ラジエータを提供する。
【解決手段】一体型液冷ラジエータは、液体冷却部１００と、液冷ヘッド２００と、液体ポンプ３００と、を含む。液体冷却部１００は、第１の液体タンク１０と、第２の液体タンク２０と、放熱流路管ユニット３０と、を備える。第１の液体タンク１０は、上部タンクと、上部タンクの下端から下方へ突出した下部タンクとが形成され、下部タンクの下端は、放熱流路管ユニット３０の上端と結合され、第１の液体タンク１０内の液体回収空間を第１の液体タンク１０の下方に変更することで上部タンクの高さを縮小した。上部タンクと第２の液体タンク２０の前後端を、放熱流路管ユニット３０の表裏面から突出させ、液体冷却部１００の表裏面にファン設置空間４０を形成し、ファン４００により同時に放熱流路管ユニット３０及び下部タンクに送風して放熱する。
【選択図】図１１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】