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公開番号2024146660
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2023078255
出願日2023-05-11
発明の名称液冷放熱装置
出願人個人
代理人弁理士法人服部国際特許事務所
主分類F28F 9/02 20060101AFI20241004BHJP(熱交換一般)
要約【課題】液冷放熱装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る液冷放熱装置は、液冷ヘッドと、液冷ラジエータと、液冷ヘッドと液冷ラジエータとの間に連結される輸液管とを備える。液冷ラジエータは、液体ポンプボックスと、放熱ラジエータ管と、液戻しボックスとを有する。液体ポンプボックス内は、空気遮断空間を介して熱液室と冷液室とが区画されてなり、熱液室の空間は、冷液室の空間よりも小さく形成されることで、熱液を、液体ポンプボックスを迅速に通過して放熱ラジエータ管に進入させ、液体ポンプボックス内の熱液は、蓄熱しやすく、及び熱が冷液に伝導される問題を克服する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
プロセッサ上に設置するために用いられる液冷ヘッドと、前記液冷ヘッドと分離して放熱のために用いられる液冷ラジエータと、前記液冷ヘッドと前記液冷ラジエータとの間に連結される２つの輸液管とを備える液冷放熱装置であって、
前記液冷ラジエータは、金属で作製されるボックス体と、ボックス蓋とを含む液体ポンプボックスと、放熱ラジエータ管と、液戻しボックスとを有し、前記ボックス体は、底壁と、四周側壁と、開口とから一体成形されてなり、前記ボックス体の左側壁または右側壁に両列に垂直に配列される複数の並列管挿通孔が設けられ、前記放熱ラジエータ管は、両列に垂直に配列される複数の扁管と、前記扁管の上下両平面に接合される複数の放熱フィンとを有し、前記扁管は、一端が前記ボックス体の並列管挿通孔に挿入されて接合され、他端が前記液戻しボックスに挿入されて接合され、
前記ボックス体の内部に空気遮断空間を有し、前記空気遮断空間の一端が前記ボックス体の前側壁の内面に隣接し、前記空気遮断空間の他端が湾曲後に前記ボックス体の左側壁の内面または右側壁の内面に隣接すると共に、両列の前記並列管挿通孔の間の位置に位置しており、前記ボックス体の内部は、前記空気遮断空間を介して熱液入液室と冷液出液室とが区画されてなり、前記熱液入液室の空間は、前記冷液出液室の空間よりも小さく形成され、前記熱液入液室は、そのうちの一列の並列管挿通孔に連通され、前記冷液出液室は、そのうちの他列の並列管挿通孔に連通され、前記熱液入液室と前記冷液出液室とは、いずれも前記空気遮断空間と連通しないように仕切られ、前記ボックス体の前側壁には、前記熱液入液室に連通される入液管と、前記冷液出液室に連通される出液管とが設けられ、
前記空気遮断空間は、間隔をおいて配列される熱液折曲仕切板と、冷液折曲仕切板とを含み、前記熱液折曲仕切板及び前記冷液折曲仕切板は、一端がそれぞれ前記ボックス体の前側壁の内面に接合され、他端がそれぞれ前記ボックス体の左側壁の内面または右側壁の内面に接合されると共に、両列の前記並列管挿通孔の間の位置に位置しており、その底端がそれぞれ前記ボックス体の底壁の内面に接合されることで、前記空気遮断空間を前記熱液折曲仕切板と前記冷液折曲仕切板との間に位置させ、
前記ボックス蓋で前記ボックス体の開口上を覆蓋して、前記空気遮断空間、前記熱液入液室及び前記冷液出液室を密封し、前記ボックス蓋は、前記熱液折曲仕切板と前記冷液折曲仕切板との上端に密接することを特徴とする、液冷放熱装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記空気遮断空間は、Ｌ形のように湾曲しており、前記熱液折曲仕切板と前記冷液折曲仕切板とは、それぞれＬ形折曲仕切板であることを特徴とする、請求項１に記載の液冷放熱装置。
【請求項３】
前記液体ポンプボックスの前記ボックス体の内部または前記液体ポンプボックスの前記ボックス蓋の内部に設置される液体ポンプをさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の液冷放熱装置。
【請求項４】
前記ボックス体または前記ボックス蓋の内面から液体ポンプ基台が突設され、前記ボックス体または前記ボックス蓋の外面に前記液体ポンプ基台まで凹入する液体ポンプ取付室が形成され、前記液体ポンプ取付室の端面には、前記冷液出液室に連通される入液孔が設けられ、前記液体ポンプ取付室の側面には、前記出液管に連通される出液孔が設けられることを特徴とする、請求項３に記載の液冷放熱装置。
【請求項５】
前記放熱ラジエータ管の両列の複数の前記扁管は、水平及び垂直になるように間隔をおいて配列され、複数の前記放熱フィンの幅は、両列の複数の前記扁管の合計幅と等しく、複数の前記放熱フィンは、両列の複数の前記扁管の上下両平面を跨ぐように接合されることを特徴とする、請求項１に記載の液冷放熱装置。
【請求項６】
複数の前記放熱フィンは、垂直プレートと、その上下両端の両水平プレートとで一体成形されており、前記垂直プレート及び両前記水平プレートと両列の複数の前記扁管とは、相互に垂直方向に沿って配列されており、かつ前記垂直プレートは、前記ボックス体の一側壁と互いに平行になるよう配置されると共に、前記水平プレートを両列の複数の前記扁管の外表面に接合させ、複数の前記放熱フィン同士は、互いに緊密に寄せ集まり、前記水平プレートを相隣り合う別の前記放熱フィンの前記垂直プレートに当て止めし、前記放熱ラジエータ管の風流入端は、前記ボックス体の前側壁近傍に位置しており、前記放熱ラジエータ管の風流出端は、前記ボックス体の後側壁近傍に位置していることを特徴とする、請求項５に記載の液冷放熱装置。
【請求項７】
前記扁管の内部には、その上下両管壁を連結する熱伝導シートを有することを特徴とする、請求項５に記載の液冷放熱装置。
【請求項８】
両フィン外蓋をさらに備え、各前記フィン外蓋は、広さが前記放熱フィンの前記水平プレートが互いに並列する総面積と同等の範囲に設けられると共に、前記放熱ラジエータ管の上下両面の前記放熱フィンの前記水平プレートに接合されることを特徴とする、請求項６に記載の液冷放熱装置。
【請求項９】
少なくとも１つのファンをさらに備え、前記ファンは、ねじを介して両フィン外蓋の一端の多数個の錠止部に螺着され、前記ファンは、前記ボックス体の前側壁近傍に位置している風流入端に向けて気流を送り出すことを特徴とする、請求項７に記載の液冷放熱装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーバーの液冷放熱の技術分野に係り、特に、サーバー（Ｓｅｒｖｅｒ）内に取り付けられたそのプロセッサに対して行う放熱に適用される液冷放熱装置に関するものである。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
現今のサーバーのプロセッサを作動させるときに発熱しやすく、従来の空冷放熱装置では、既にニーズに不向きで選択幅を欠けており、その代わりとして冷却効率がさらに良好な液冷放熱システムが使用されている。従来の液冷放熱システムは、液冷ヘッドと、液冷ラジエータ（Ｒａｄｉａｔｏｒ）と、液体ポンプと、液管とを備えることにより、一セットの密封液体循環システムを構成する。その内、液冷ラジエータは、分流ボックスと、流し戻しボックスと、分流ボックスと流し戻しボックスとの間に連結される放熱ラジエータ管とを有し、通常、分流ボックスの内部は、熱液の入液室と冷液の出液室とが区画されてなる。上記の液体ポンプを運転すると、加工液を液冷ヘッドに流過させるように促し、プロセッサを降温させて加工液が昇温されて熱液となり、この熱液は、液冷ラジエータの分流ボックスの入液室に進入した後、次に順次に一半分の放熱ラジエータ管、流し戻しボックス及び他半分の放熱ラジエータ管を経て出液室に流れ込み、この時の熱液は、既に放熱されて冷液となり、液冷ヘッドに再び流れ込んでプロセッサに対して冷却が行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の熱液は、入液室に存在するときに、金属仕切板を通して熱が出液室の冷液に伝導されることにより、冷却後の冷液が加熱されることになる。なおかつ、従来の入液室の空間は、出液室と同サイズに形成されることで、入液室に熱液を素早く通過させて放熱ラジエータ管に流し込むことができなくなり、結果として分流ボックスでの熱液の熱蓄積が起こり、続いて水冷ラジエータ全体の前部（放熱ラジエータ管の前端を含む）に熱伝導することで、放熱後の冷液が流過するときに加熱されてしまうおそれがある。そのほか、従来の放熱ラジエータ管は、多数本の扁管と、扁管の両面に結合される波浪状の放熱フィンとを有し、波浪状の放熱フィンは、扁管の表面に対して、局部的な線接触状態のみで接触し、扁管と放熱フィンとの間の熱伝導効率に影響を与え、放熱効果が低下することとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、その目的は、液冷放熱装置における液体ポンプボックスの設計を通して、液体ポンプボックスに流入させた熱液を素早く通過させて放熱ラジエータ管中に流し込んで放熱することができ、熱液の液体ポンプボックスでの蓄熱を回避すると共に、液体ポンプボックス内の空気遮断空間の設計を通して、熱液からの熱を冷液に熱伝導させることができないようにし、これにより液体ポンプボックスでの蓄熱を防止したり、液体ポンプボックスにおいて熱液から冷液への熱伝導を防止する液冷放熱装置を提供することにある。
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明の液冷放熱装置では、プロセッサ上に設置するために用いられる液冷ヘッドと、前記液冷ヘッドと分離して放熱のために用いられる液冷ラジエータと、前記液冷ヘッドと前記液冷ラジエータとの間に連結される２つの輸液管とを備える。
前記液冷ラジエータは、金属で作製されるボックス体と、ボックス蓋とを含む液体ポンプボックスと、放熱ラジエータ管と、液戻しボックスとを有し、前記ボックス体は、底壁と、四周側壁と、開口とから一体成形されてなり、前記ボックス体の左側壁または右側壁に両列に垂直に配列される複数の並列管挿通孔が設けられ、前記放熱ラジエータ管は、両列に垂直に配列される複数の扁管と、前記扁管の上下両平面に接合される複数の放熱フィンとを有し、前記扁管は、一端が前記ボックス体の並列管挿通孔に挿入されて接合され、他端が前記液戻しボックスに挿入されて接合され、前記ボックス体の内部に空気遮断空間を有し、前記空気遮断空間の一端が前記ボックス体の前側壁の内面に隣接し、前記空気遮断空間の他端が湾曲後に前記ボックス体の左側壁の内面または右側壁の内面に隣接すると共に、両列の前記並列管挿通孔の間の位置に位置している。
本発明の液冷放熱装置では、その好適な技術方案において、前記液冷ラジエータにおける液体ポンプボックスの構造設計を通して、前記液体ポンプボックス内は、前記空気遮断空間、熱液折曲仕切板と冷液折曲仕切板を利用して、熱液入液室と冷液出液室とが区画されてなり、かつ前記熱液入液室の空間は、前記冷液出液室の空間よりも小さく形成されることで、液体ポンプボックスに流入させた熱液を素早く通過させて放熱ラジエータ管中に流し込んで放熱することができ、熱液の液体ポンプボックスでの蓄熱を回避する。それと共に、前記空気遮断空間の設計を通して、前記空気遮断空間によって前記液体ポンプボックスに流入させた熱液からの熱を阻止し、冷液に熱伝導させることができないようにする。
前記熱液入液室は、そのうちの一列の並列管挿通孔に連通され、前記冷液出液室は、そのうちの他列の並列管挿通孔に連通され、前記熱液入液室と前記冷液出液室とは、いずれも前記空気遮断空間と連通しないように仕切られ、前記ボックス体の前側壁には、前記熱液入液室に連通される入液管と、前記冷液出液室に連通される出液管とが設けられ、前記空気遮断空間は、間隔をおいて配列される熱液折曲仕切板と、冷液折曲仕切板とを含み、前記熱液折曲仕切板及び前記冷液折曲仕切板は、一端がそれぞれ前記ボックス体の前側壁の内面に接合され、他端がそれぞれ前記ボックス体の左側壁の内面または右側壁の内面に接合されると共に、両列の前記並列管挿通孔の間の位置に位置しており、その底端がそれぞれ前記ボックス体の底壁の内面に接合されることで、前記空気遮断空間を前記熱液折曲仕切板と前記冷液折曲仕切板との間に位置させ、前記ボックス蓋で前記ボックス体の開口上を覆蓋して、前記空気遮断空間、前記熱液入液室及び前記冷液出液室を密封し、前記ボックス蓋は、前記熱液折曲仕切板と前記冷液折曲仕切板との上端に密接する。
【０００６】
本発明の副次的な目的は、放熱ラジエータ管の両列の複数の扁管、及びその表面に溶接によって接合される放熱フィンの構造設計を通して、放熱フィンを面状の溶接によって扁管の表面に接合することで、放熱ラジエータ管の構造をさらに強固に保持することができると共に、扁管内に流通させた熱液からの熱をより速やかに放熱フィンへと伝導させる液冷放熱装置を提供することにある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の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）空気遮断空間を介して熱液折曲仕切板と冷液折曲仕切板とを互いに接触させないようにし、入液室の熱液から出液室の冷液への熱伝導を阻止することができ、降温した冷液が加熱されてしまうおそれを防止して、液冷ヘッドの冷却効率を向上させることができる。
【０００８】
（二）本発明の液冷放熱装置の入液室の空間を出液室よりもさらに小さくすることで、熱液を入液室に進入させた後、放熱ラジエータ管に素早く流し込んで放熱を行うことにより、熱液の液体ポンプボックスでの蓄熱を防止して、放熱効率を向上させる効果を奏することができる。
【０００９】
（三）放熱ラジエータ管の改良を通して、放熱フィンと扁管との両者間の熱伝導効果を増進すると同時に、放熱フィンを利用して扁管を強固に保持するように、放熱ラジエータ管の構造強度を増大させている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の液冷放熱装置をラックマウント型サーバーに取り付ける状態を示す模式的斜視図である。
本発明の液冷放熱装置の組合せ模式的斜視図である。
本発明の液冷放熱装置の模式的分解斜視図である。
本発明の液冷放熱装置の液体ポンプボックスの模式的分解斜視図である。
本発明の液冷放熱装置の液体ポンプの模式的分解斜視図である。
本発明の液冷放熱装置の熱液と冷液が液体ポンプボックスを流過する状態を示す模式的断面図である。
本発明の液冷放熱装置の放熱ラジエータ管とフィン外蓋の模式的分解斜視図である。
本発明の液冷放熱装置の放熱フィンと扁管の模式的分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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