(57)【要約】【課題】発熱部位を適宜に冷却することのできる局部冷却装置を提供する。【解決手段】基板６に装着された電子部品７の発する熱を、ヒートパイプ１０によって熱輸送媒体３に伝達することにより、前記電子部品７を冷却する局部冷却装置において、前記基板６が差し込まれるスリット８を多数形成されたラック１に隣接して、前記熱輸送媒体３が流通させられるコールドプレート２が配置され、前記電子部品７と共に前記基板６に取り付けられた前記ヒートパイプ１０の一方の端部が、前記コールドプレート２に向けて延び出ており、前記コールドプレート２の側面には、前記基板６を前記スリット８に差し込むことにより、前記ヒートパイプ１０の前記一方の端部が熱伝達可能な状態に挿入される複数の熱コネクタ部１１が、前記スリット８に対応して設けられていることを特徴とする局部冷却装置である。【選択図】図１
2010212533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に装着された電子部品の発する熱を、ヒートパイプによって熱輸送媒体に伝達することにより、前記電子部品を冷却する局部冷却装置において、
前記基板が差し込まれるスリットを多数形成されたラックに隣接して、前記熱輸送媒体が流通させられるコールドプレートが配置され、
前記電子部品と共に前記基板に取り付けられた前記ヒートパイプの一方の端部が、前記コールドプレートに向けて延び出ており、
前記コールドプレートの側面には、前記基板を前記スリットに差し込むことにより、前記ヒートパイプの前記一方の端部が熱伝達可能な状態に挿入される複数の熱コネクタ部が、前記スリットに対応して設けられている
ことを特徴とする局部冷却装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプは、前記電子部品に面接触して前記電子部品の熱を全体に拡散させた後、前記ヒートパイプに伝達する熱拡散板を備えていることを特徴とする請求項１に記載の局部冷却装置。
【請求項３】
前記熱拡散板を前記電子部品に弾性力で密着させる弾性機構を更に備えていることを特徴とする請求項２に記載の局部冷却装置。
【請求項４】
前記熱輸送媒体は、水を含むことを特徴とする請求項１に記載の局部冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通電されて作動し、その作動にともなって発電する電子部品を冷却する局部冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パソコンやサーバなどの電子機器に搭載される集中演算処理装置（ＣＰＵ）およびハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）ならびにメモリなどの発熱素子を直接冷却するように構成された一例が特許文献１に記載されている。その特許文献１に記載された発明は、発熱体に熱伝達可能に設けられた放熱板に第１のヒートパイプの吸熱端が取り付けられて、発熱体から発生する熱を熱輸送し、この第１のヒートパイプの放熱端から第２のヒートパイプの吸熱端に熱を熱伝達するように構成されている。発熱体の熱が伝達された第２のヒートパイプは、第２のヒートパイプの放熱端に設けられた放熱フィンから大気中に放熱できるように構成されている。
【０００３】
また、特許文献２には、ヒートパイプの一方の端部が発熱部品に熱伝達可能に接続され、他方の端部がヒートシンクを形成するフィンユニットに熱伝達可能に接続されて、このフィンユニットから放熱されるように構成されている。さらにまた、特許文献３には、プリント基板を覆うように取り付けられた複数の平板状ヒートパイプの放熱部に、それぞれ放熱用のフィンを取り付けて、この放熱用フィンに冷却ガスを直接吹き付けるように構成された発明が記載されている。さらにまた、特許文献４には、発熱体から発生する熱を板状ヒートパイプにより発熱体を、内部に冷媒が流通するように構成された筐体に熱輸送し、その筐体から放熱するように構成された発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２７０８８４号公報
【特許文献２】特開平１０ー１０７４６９号公報
【特許文献３】特開平１０−３４１０９０号公報
【特許文献４】特開平１１−１２１９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載された発明によれば、第１のヒートパイプにより発熱体から取りだした熱を第２のヒートパイプに熱伝達し、第２のヒートパイプから放熱するように構成されているから、発熱体が配置されたプリント基板などを装脱着することができる。しかしながら、特許文献１に記載された構成では、第１のヒートパイプの放熱端の平面領域と第２のヒートパイプの吸熱端の平面領域とが互いに接触して熱伝達をおこなうので、熱を伝達する平面領域が限られる。その結果、発熱体を効率良く冷却できない虞がある。
【０００６】
特許文献２ないし４に記載された各発明によれば、ヒートパイプの一端部と発熱部品とが熱伝達できるように接続固定され、他端部に放熱フィンもしくは伝達された熱を放熱できる筐体が接続固定されて設けられているので、発熱部品が配置された装置と、発熱体を冷却する装置とを分離することができない。
【０００７】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、通電されて作動し、その作動にともなって発熱する電子部品を効率よく冷却し、また、発熱する電子部品と冷却装置とを装脱着できるように構成された局部冷却装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、基板に装着された電子部品の発する熱を、ヒートパイプによって熱輸送媒体に伝達することにより、前記電子部品を冷却する局部冷却装置において、前記基板が差し込まれるスリットを多数形成されたラックに隣接して、前記熱輸送媒体が流通させられるコールドプレートが配置され、前記電子部品と共に前記基板に取り付けられた前記ヒートパイプの一方の端部が、前記コールドプレートに向けて延び出ており、前記コールドプレートの側面には、前記基板を前記スリットに差し込むことにより、前記ヒートパイプの前記一方の端部が熱伝達可能な状態に挿入される複数の熱コネクタ部が、前記スリットに対応して設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ヒートパイプは、前記電子部品に面接触して前記電子部品の熱を全体に拡散させた後、前記ヒートパイプに伝達する熱拡散板を備えていることを特徴とする局部冷却装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記熱拡散板を前記電子部品に弾性力で密着させる弾性機構を更に備えていることを特徴とする局部冷却装置である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記熱輸送媒体は、水を含むことを特徴とする局部冷却装置である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、電子部品の発する熱がヒートパイプによって熱輸送され、このヒートパイプはラックに隣接し、熱輸送媒体が流通させられるコールドプレートに熱コネクタを介して熱伝達可能な状態に接続される。したがって、基板に装着された電子部品の発する熱をヒートパイプによって熱輸送し、ラックに隣接したコールドプレートによって冷却することができる。すなわち、発熱部位のみを適切に冷却することができるので、冷却効率を向上させることができるとともに、発熱部位の発する熱がラック内部にこもるなどによって、新たな発熱部位を発生させることを抑制できる。また、冷却にかかる消費電力を抑えることができる。さらにまた、ヒートパイプは電子部品と共に基板に取り付けられており、このヒートパイプの一方の端部がコールドプレートに設けられた熱コネクタに挿入されることによって熱伝達をおこなうように構成されているので、基板と冷却部位であるコールドプレートとを装脱着可能にすることができる。したがって、基板が装脱着されるラックに隣接されたコールドプレートによって電子部品を冷却するので、ラック単位もしくは電子部品が装着される基板ごとに電子部品の冷却を管理することができるようになり、電子部品の急激な発熱に対する対応が早められるとともに、冷却エネルギの振り分けをおこなうことができる。また、ラック単位もしくは電子部品が装着される基板ごとに電子部品の冷却を管理できることから、電子部品を十分に冷却できないなどの不具合があった場合に、その不具合による被害を最小限に抑えることができるとともに、メンテナンスを個別におこなうことができる。さらに、電子部品の発する熱をヒートパイプによって取り出して熱輸送するので、電子部品が水に浸漬されることがない。さらにまた、ヒートパイプが輸送した熱はラックに隣接されて、熱輸送媒体が流通させられているコールドプレートによって奪われて、電子部品が冷却される。したがって、電子部品を空冷する場合と比較して冷却効率を向上させることができる。さらにまた、コールドプレートに伝達された熱は、熱輸送媒体によって奪うように構成されているので、コールドプレートを小型化することができるとともに、省スペース化を図ることができる。また、熱の輸送および冷却に動力を必要としないので、静穏な冷却装置を構成することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、電子部品の発する熱は、電子部品に面接触する熱拡散板によって拡散させられた後にヒートパイプに伝達されるから、電子部品の発する熱を効率よくヒートパイプに伝達することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明による効果と同様の効果に加えて、熱拡散板は弾性機構の弾性力によって電子部品に密着させられて熱伝達がおこなわれるので、電子部品に熱拡散板を固定する必要がなく、また、固定による電子部品に対する負荷を抑制することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、熱輸送媒体は水を含んでいるので、熱輸送媒体にかかるコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明に係る局部冷却装置の主要構成を模式的に示す図であって、図１（ａ）は上視図であって、図１（ｂ）は側面図である。
【図２】この発明を適用できる既存のデータセンタにおけるサーバラックの構成を模式的に示す図である。
【図３】この発明におけるコールドプレートの要部構成を模式的に示す図である。
【図４】この発明に係る局部冷却装置をサーバラックに適用した場合の構成例を模式的に示す上視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図２は、この発明を適用できる既存のデータセンタにおけるサーバラック１の構成を模式的に示す図である。そのサーバラック１は一定間隔を隔てて室内に複数台設置されており、このサーバラック１の間の隙間にこの発明におけるコールドプレート２が設置される。また、従来のサーバラック１が設置される室内は、エアコンなどの空調設備によって室内全体が冷却されており、各サーバの動作にともなって発生した熱を奪うように構成されている。このようなエアコン方式によるサーバの冷却は、その室内あるいはサーバラック１の内部に温度分布むらが発生しやすいため、無駄が多く、また冷却に掛かる消費電力が大きいなどの問題がある。
【００１８】
図３は、この発明におけるコールドプレート２の要部構成を模式的に示す図である。図３に示すコールドプレート２は、熱輸送媒体３を流通させる複数の流路４が互いに連結させられてプレート状に構成され、床５に配置されている。その流路４の一方の端部から供給された熱輸送媒体３は、連結された複数の流路４の内部を流動して他方の端部から排出されるように構成されている。すなわち、コールドプレート２は、その内部に熱輸送媒体３を流通させてコールドプレート２に伝達された熱を奪って電子部品７を冷却させられるように構成されていればよい。したがって、コールドプレート２を小型化することが容易となり、複数のサーバラック１の間の隙間に配置させることが可能となる。また、コールドプレート２は床５に配置され、熱輸送媒体３には水を使用することができるので、熱輸送媒体３にかかるコストを低減させることができる。
【００１９】
図４は、この発明に係る局部冷却装置をサーバラック１に適用した場合の構成例を模式的に示す上視図である。サーバラック１の内部における発熱部は、例えばマザーボード６などの基板６上に配置された集中演算処理装置（ＣＰＵ）７やメモリなどの電子部品７である。これらの電子部品７が装着された基板６は、サーバラック１の内部に複数形成されたスリット８に装脱着可能に差し込まれて設けられている。またこれらの電子部品７の発する熱は、電子部品７に熱伝達可能に面接触して設けられた熱拡散板（ヒートスプレッダ）９によって拡散させられて、ヒートパイプ１０などの熱伝導部材に伝熱されるように構成されている。そして、ヒートパイプ１０に伝達された熱は、ヒートパイプ１０によってサーバラック１の内部から外部に熱輸送される。
【００２０】
ヒートパイプ１０によってサーバラック１の外部に熱輸送された熱は、サーバラック１の外部に吐出したヒートパイプ１０の端部がコールドプレート２の側面に設けられた熱コネクタ部１１に接続されることにより、コールドプレート２に伝達されるように構成されている。熱コネクタ部１１を介してコールドプレート２に伝達された電子部品７の発する熱は、コールドプレート２の内部を流通する熱輸送媒体３によってその熱が奪われるように構成されている。換言すれば、電子部品７が発する熱はコールドプレート２に放熱されて、電子部品７が冷却されるように構成されている。このコールドプレート２は、サーバラック１の間に配置され、伝達された熱を十分に奪うことができる量の熱輸送媒体３が流通されている。
【００２１】
図１は、この発明に係る局部冷却装置の主要構成を模式的に示す図であって、図１（ａ）は上視図であって、図１（ｂ）は側面図である。すなわち、サーバラック１に装脱着可能なマザーボード６などのプリント基板６上に配置されたＣＰＵ７などの電子部品７の上部には、熱伝達可能に面接触したヒートスプレッダ（熱拡散板）９が設けられている。このヒートスプレッダ９は、ＣＰＵ７に所定圧で面接触するようにバネ１２などから構成されて、弾性力を付与する弾性機構１２によってＣＰＵ７に密着させられている。また、ヒートスプレッダ９に一体化して、もしくは熱伝達可能にヒートパイプ１０の一方の端部が設けられている。ヒートパイプ１０の他方の端部は、サーバラック１の外部に吐出するように構成されている。そのサーバラック１の外部に吐出したヒートパイプ１０の他方の端部は、コールドプレート２の側面に設けられた熱コネクタ部１１に熱伝達可能に挿入（接続）できるように構成されている。この熱コネクタ部１１は、コールドプレート２の側面に面接触して設けられおり、ヒートパイプ１０の輸送した熱をコールドプレート２に熱伝達できるように構成されている。
【００２２】
ついでこの発明に係る局部冷却装置の動作例について説明する。マザーボード６上に配置されたＣＰＵ７などの電子部品７に通電されて動作し、その動作にともなって発熱すると、その発生した熱は、ヒートスプレッダ９によって拡散させられ、ヒートパイプ１０に熱伝達される。ヒートパイプ１０に伝達された熱は、ヒートパイプ１０よってサーバラック１の外部に熱輸送される。ここで、サーバラック１の外部に吐出したヒートパイプ１０の端部が熱コネクタ部１１に挿入（接続）されると、ヒートパイプ１０の輸送した熱は熱コネクタ部１１を介してコールドプレート２に伝達される。この熱コネクタ部１１はコールドプレート２に熱伝達可能に面接触しているので、熱コネクタ部１１に伝達された熱はコールドプレート２によって奪われる。また、このコールドプレート２には熱輸送媒体３が流通しており、伝達された熱は熱輸送媒体３によって奪われるので、熱を空中に放散させて冷却する空冷方式の場合と比較して、冷却効率を向上させることができる。また、コールドプレート２は床５に配置され、コールドプレート２の内部を流通させる熱輸送媒体３には、水を使用することができるので、既存の設備を利用することができる。
【００２３】
この発明に係る局部冷却装置によれば、ＣＰＵ７などから発生する熱をヒートパイプ１０によってサーバラック１の外部に熱輸送し、別に設置されたコールドプレート２によってその熱を奪うように構成されている。したがって、複数のサーバラック１を収容する室内全体を冷却することによって電子部品７を冷却する従来の冷却方式に比べて、発熱部位のみを的確に冷却できるので、冷却効率を向上させることができるとともに、ＣＰＵ７などの発する熱がサーバラック１の内部にこもるなどによって、新たな発熱部位を発生させることを抑制できる。また、エアコンなどの空調設備が不要となり、冷却にかかる消費電力を抑えることができる。また、サーバラック１ごとに冷却を管理することができるようになるので、電子部品７の急激な発熱に対する対応が早められるとともに、冷却エネルギの振り分けをおこなうことができる。また、サーバラック１もしくは基板６ごとに電子部品７の冷却を管理できることから、電子部品７を十分に冷却できないなどの不具合があった場合に、その不具合による被害を最小限に抑えることができるとともに、メンテナンスを個別におこなうことができる。さらにまた、電子部品７の発する熱をヒートパイプによって取り出して熱輸送するので、電子部品７が水に浸漬されることがない。また、冷熱源であるコールドプレート２は熱輸送媒体３による水冷式であるから、エアコンなどの空調設備を利用した空冷式と比較して、冷却能力が高く、冷却効率を向上させることができる。さらにまた、電子部品７の冷却にファンなどの動力を必要としないので静穏な冷却装置とすることができる。
【００２４】
なお、この発明に係る局部冷却装置は、スーパーコンピュータなどの大型のコンピュータシステムにも適用することができる。また、ヒートスプレッダおよびヒートパイプならびに熱コネクタを形成する材質には、熱伝導性を有する金属材料として例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金など、任意の材質を用いることができる。
【符号の説明】
【００２５】
２…コールドプレート、  ３…熱輸送媒体、  ６…基板、  ７…集中演算処理装置（ＣＰＵ）、  ８…スリット、  ９…熱拡散板（ヒートスプレッダ）、  １０…ヒートパイプ、  １１…熱コネクタ部。
【図１】
2010212533.tif 000003
【図２】
2010212533.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010212533.tif 000006