(57)【要約】  冷却装置は、パーソナルコンピュータの単一のドライブベイ内に装着できるように構成された冷却ユニットを備える。冷却ユニットは、流体／空気熱交換器と、エアムーバと、ポンプと、流体ラインと制御回路とを備える。また、冷却装置は、１つ以上の発熱素子に連結される冷却ループを備える。冷却ループは、冷却ユニット内のポンプ及び流体／空気熱交換器と、フレキシブルな流体ラインを介して連結された少なくとも１つの熱交換器とを含む。熱交換器は、発熱素子に熱接触する。冷却ユニットは、特定の雑音仕様以下に雑音を抑えるように構成される。冷却ユニット内の部品のサイズ、位置及び種類は、この雑音仕様を満たすように特別に設計される。
2009535736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子に接続される熱交換器と、該熱交換器を冷却ユニットに連結する複数の流体ラインとを有し、パーソナルコンピュータ内の該発熱素子を冷却する冷却ユニットにおいて、
ａ．上記パーソナルコンピュータの単一のドライブベイ内に装着されるハウジングと、
ｂ．上記ハウジングの第１の端部に配設された流体／空気熱交換器と、
ｃ．上記ハウジングの第２の端部に配設されたエアムーバと、
ｄ．上記ハウジング内に配設されたポンプと、
ｅ．上記ポンプ及び流体／空気熱交換器に連結され、当該冷却ユニットに加熱された流体を流入し、当該冷却ユニットから冷却された流体を流出する複数の流体ラインと、
ｆ．上記エアムーバ及びポンプに連結され、該エアムーバの第１の動作速度及び該ポンプの第２の動作速度を調整する制御回路とを備え、
約４２ｄＢ以下で動作し、熱抵抗が０．３０℃／Ｗ以下であることを特徴とする冷却ユニット。
【請求項２】
当該冷却ユニットは、約３８ｄＢ以下で動作することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項３】
当該冷却ユニットの熱抵抗は、約０．２０℃／Ｗ以下であることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項４】
上記エアムーバは、２軸流送風機であることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項５】
上記２軸流送風機は、ハウジング内の気圧を大気圧より低くすることを特徴とする請求項４記載の冷却ユニット。
【請求項６】
上記２軸流送風機は、該２軸流送風機の上面に開設された第１の開口と、該２軸流送風機の側面に開設された第２の開口とを有することを特徴とする請求項４記載の冷却ユニット。
【請求項７】
上記２軸流送風機は、上記第１の開口を介して空気を引き込み、上記第２の開口から空気を送り出すことを特徴とする請求項６記載の冷却ユニット。
【請求項８】
上記２軸流送風機は、上記第２の開口を介して空気を引き込み、上記第１の開口から空気を送り出すことを特徴とする請求項６記載の冷却ユニット。
【請求項９】
上記エアムーバは、上記流体／空気熱交換器から少なくとも約２５ｍｍ離間されていることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１０】
上記ポンプは、該ポンプの反対側に配置されたポンプ流入口及びポンプ流出口を有するインラインポンプであることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１１】
上記流体／空気熱交換器は、ラジエータであることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１２】
上記ハウジングは、該ハウジングの第１の端部に隣接する第１の側に通気口を有することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１３】
上記ハウジングは、該ハウジングの第２の端部に隣接する第２の側にハウジング開口を有することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１４】
上記ハウジングは、上記制御回路に接続される制御インタフェースを有することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１５】
上記ハウジングは、上記エアムーバ、ポンプ及び制御回路に接続される電力インタフェースを有することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１６】
上記エアムーバの高さは、約２５ｍｍであり、該エアムーバは、直径が少なくとも約１００ｍｍの羽根車を有することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１７】
上記制御回路は、パルス幅変調方式で上記エアムーバを制御することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１８】
上記複数の流体ラインは、６５℃で０．３０ｇ／ｃｍ以下の透湿度を有することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項１９】
発熱素子に接続される熱交換器と、該熱交換器を冷却ユニットに連結する複数の流体ラインとを有するパーソナルコンピュータ内の該発熱素子を冷却する冷却ユニットにおいて、
ａ．上記パーソナルコンピュータの単一のドライブベイ内に装着され、第１の端部に通気口を有し、第２の端部にハウジング開口を有するハウジングと、
ｂ．上記ハウジングの第１の端部に配設された流体／空気熱交換器と、
ｃ．上記ハウジングの第２の端部に配設され、上面に第１の開口を有し、側面に、上記ハウジング開口に揃えられた第２の開口を有する２軸流送風機と、
ｄ．上記ハウジング内に配設されたポンプと、
ｅ．上記ポンプ及び流体／空気熱交換器に連結され、当該冷却ユニットに加熱された流体を流入し、当該冷却ユニットから冷却された流体を流出する複数の流体ラインと、
ｆ．上記エアムーバ及びポンプに連結された制御回路とを備え、
約４２ｄＢ以下で動作し、熱抵抗が０．３０℃／Ｗ以下であることを特徴とする冷却ユニット。
【請求項２０】
当該冷却ユニットは、約３８ｄＢ以下で動作することを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項２１】
当該冷却ユニットの熱抵抗は、約０．２０℃／Ｗ以下であることを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項２２】
上記制御回路は、上記２軸流送風機の第１の動作速度及び上記ポンプの第２の動作速度を調整することを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項２３】
上記２軸流送風機は、ハウジング内の気圧を大気圧より低くすることを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項２４】
上記２軸流送風機は、上記第１の開口を介して空気を引き込み、上記第２の開口から空気を送り出すことを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項２５】
上記２軸流送風機は、上記第２の開口を介して空気を引き込み、上記第１の開口から空気を送り出すことを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項２６】
上記２軸流送風機は、上記流体／空気熱交換器から少なくとも約２５ｍｍ離間されていることを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項２７】
上記ポンプは、該ポンプの反対側に配置されたポンプ流入口及びポンプ流出口を有するインラインポンプであることを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項２８】
上記流体／空気熱交換器は、ラジエータであることを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項２９】
上記ハウジングは、上記制御回路に接続される制御インタフェースを有することを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項３０】
上記ハウジングは、上記エアムーバ、ポンプ及び制御回路に接続される電力インタフェースを有することを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項３１】
上記２軸流送風機の高さは、約２５ｍｍであり、該２軸流送風機は、直径が少なくとも約１００ｍｍの羽根車を有することを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項３２】
上記制御回路は、パルス幅変調方式で上記２軸流送風機を制御することを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項３３】
上記複数の流体ラインは、６５℃で０．３０ｇ／ｃｍ以下の透湿度を有することを特徴とする請求項１９記載の冷却ユニット。
【請求項３４】
パーソナルコンピュータ内の１つ以上の発熱素子を冷却するための冷却装置において、
ａ．
１．上記パーソナルコンピュータの単一のドライブベイ内に装着されるハウジングと、
２．上記ハウジングの第１の端部に配設された流体／空気熱交換器と、
３．上記ハウジングの第２の端部に配設されたエアムーバと、
４．上記ハウジング内に配設されたポンプと、
５．上記ポンプ及び流体／空気熱交換器に連結された複数の流体ラインと、
６．上記ハウジング内に配設され、上記エアムーバ及びポンプに連結された制御回路とを有する冷却ユニットと、
ｂ．上記複数の流体ライン及び１つ以上の発熱素子に接続された１つ以上の熱交換器とを備え、
上記１つ以上の熱交換器、上記複数の流体ライン、ポンプ及び流体／空気熱交換器は、流体ループを形成し、
上記冷却ユニットは、約４２ｄＢ以下で動作し、熱抵抗が０．３０℃／Ｗ以下であることを特徴とする冷却装置。
【請求項３５】
上記制御回路は、上記エアムーバの第１の動作速度及び上記ポンプの第２の動作速度を調整することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項３６】
上記複数の流体ラインは、上記冷却ユニットに加熱された流体を流入し、該冷却ユニットから冷却された流体を流出することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項３７】
上記流体ループに連結された流体タンクを更に備える請求項３４記載の冷却装置。
【請求項３８】
上記冷却ユニットは、約３８ｄＢ以下で動作することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項３９】
上記冷却ユニットの熱抵抗は、約０．２０℃／Ｗ以下であることを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項４０】
上記エアムーバは、２軸流送風機であることを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項４１】
上記２軸流送風機は、上記ハウジング内の気圧を大気圧より低くすることを特徴とする請求項４０記載の冷却装置。
【請求項４２】
上記２軸流送風機は、該２軸流送風機の上面に開設された第１の開口と、該２軸流送風機の側面に開設された第２の開口とを有することを特徴とする請求項４０記載の冷却装置。
【請求項４３】
上記２軸流送風機は、上記第１の開口を介して空気を引き込み、上記第２の開口から空気を送り出すことを特徴とする請求項４２記載の冷却装置。
【請求項４４】
上記２軸流送風機は、上記第２の開口を介して空気を引き込み、上記第１の開口から空気を送り出すことを特徴とする請求項４２記載の冷却装置。
【請求項４５】
上記エアムーバは、上記流体／空気熱交換器から少なくとも約２５ｍｍ離間されていることを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項４６】
上記ポンプは、該ポンプの反対側に配置されたポンプ流入口及びポンプ流出口を有するインラインポンプであることを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項４７】
上記流体／空気熱交換器は、ラジエータであることを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項４８】
上記ハウジングは、該ハウジングの第１の端部に隣接する第１の側に通気口を有することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項４９】
上記ハウジングは、該ハウジングの第２の端部に隣接する第２の側にハウジング開口を有することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項５０】
上記ハウジングは、上記制御回路に接続される制御インタフェースを有することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項５１】
上記ハウジングは、上記エアムーバ、ポンプ及び制御回路に接続される電力インタフェースを有することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項５２】
上記エアムーバの高さは、約２５ｍｍであり、該エアムーバは、直径が少なくとも約１００ｍｍの羽根車を有することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項５３】
上記制御回路は、パルス幅変調方式で上記エアムーバを制御することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【請求項５４】
上記複数の流体ラインは、６５℃で０．３０ｇ／ｃｍ以下の透湿度を有することを特徴とする請求項３４記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、２００６年５月４日に出願された係属中の米国仮特許出願番号６０／７９７，９５５、発明の名称「LIQUID COOLING THROUGH REMOTE DRIVE BAY HEAT EXCHANGER」の優先権を主張する。米国仮特許出願番号６０／７９７，９５５、発明の名称「LIQUID COOLING THROUGH REMOTE DRIVE BAY HEAT EXCHANGER」は、引用によって本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、発熱素子を冷却するための冷却方法及び冷却装置に関し、詳しくは、リモートドライブベイ冷却ユニット及び柔軟な流体相互接続を用いてパーソナルコンピュータ内の発熱素子を冷却する冷却方法及び冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
電子部品の冷却の分野において、大きな放熱によって高性能集積回路を冷却することが重要な課題となっている。ヒートパイプ及びファンが取り付けられたヒートシンクによる従来の冷却法は、次第に消費電力要求が大きくなっているチップの冷却には適さない。
【０００４】
パーソナルコンピュータ内で集積回路を冷却する特定の問題は、より多くの強力な集積回路が同じサイズ又はより小さいパーソナルコンピュータシャーシ内に配設されるという点である。より多くの強力な集積回路が開発されており、熱を発生するトランジスタの密度も高くなっており、個々の集積回路が発生する熱も高くなり続けている。更に、例えば、グラフィックプロセッサ、マイクロプロセッサマルチチップセット等のより多くの集積回路がパーソナルコンピュータに追加されている。更に、より強力でより多くの集積回路が、同じサイズ又はより小さいパーソナルコンピュータシャーシに追加され、これらの素子が発生する単位面積あたりの熱も高くなっている。このような従来のパーソナルコンピュータシャーシの構成では、適切な冷却構造を設けることができる空間が限られている。従来より、パーソナルコンピュータ内の集積回路は、ヒートシンク及びヒートシンクに空気を吹きつける大きなファンを用いることによって、又は単に集積回路を備える回路基板に空気を直接吹きつけることによって冷却されている。しかしながら、パーソナルコンピュータシャーシ内の空間は限られているので、集積回路を冷却するために使用できる空気の量及び例えば、ヒートシンク及びファン等の従来の冷却装置のために使用できる空間は、限定的である。
【０００５】
従来の冷却法の代替となる手法として、循環液体冷却がある。循環冷却法は、空冷法より効率的に周囲に熱を放出することができる。
【０００６】
従来のパーソナルコンピュータは、拡張性が高まっており、例えば、既存の部品をアップグレードしたり、新たな部品を追加したりすることができる。このようなアップグレード及び／又は追加の都度、既存の冷却装置に対する冷却要求も高まる。既存の殆どの冷却装置は、現在の冷却能力が、新たな又はアップグレードされた部品によって追加された冷却負荷にも対応できるとの仮定に基づいて、変更されないままでいる。或いは、既存の冷却装置は、より高い冷却能力を有する新たな冷却装置によって完全に取り換えられる。また、既存の冷却装置をアップグレードすることもできるが、この場合、既存の冷却装置に新たな冷却部品を追加するためのスプライシングが必要になる。液体冷却装置をアップグレードする場合は、冷却能力を追加するために、密封された冷却装置を開く必要がある。このような作業は、煩雑であり、液漏れによって内部の電子部品が故障することを回避するために、既存の液体ベースの冷却装置をパーソナルコンピュータから取り外さなくてはならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、パーソナルコンピュータ内で集積回路を冷却するための効率的な冷却装置を提供することである。また、本発明の目的は、パーソナルコンピュータ内の限られた空間をより効率的に使用できる空間効率が高い冷却法を提供することである。更に、本発明の目的は、今日のパーソナルコンピュータの拡張可能な構成に対応できる、拡張可能な冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
冷却装置は、パーソナルコンピュータの単一のドライブベイ内に装着できるように構成された冷却ユニットを備える。冷却ユニットは、流体／空気熱交換器と、エアムーバと、ポンプと、流体ラインと制御回路とを備える。また、冷却装置は、１つ以上の発熱素子に連結される冷却ループを備える。冷却ループは、冷却ユニット内のポンプ及び流体／空気熱交換器と、フレキシブルな流体ラインを介して連結された少なくとも１つの熱交換器とを含む。熱交換器は、発熱素子に熱接触し、これにより、熱交換器を介して流れる流体は、発熱素子から伝導された熱によって加熱される。加熱された流体は、熱交換器から冷却ユニット内の流体／空気熱交換器にポンプで圧送される。エアムーバは、流体／空気熱交換器を介して空気を送り、流体／空気熱交換器を流れる加熱された流体を冷却する。冷却ユニットは、特定の雑音仕様以下に雑音を抑えるように構成される。冷却ユニット内の部品のサイズ、位置及び種類は、この雑音仕様を満たすように特別に設計される。
【０００９】
本発明は、一側面として、パーソナルコンピュータ内の１つ以上の発熱素子を冷却するための冷却装置を提供する。冷却装置は、パーソナルコンピュータの単一のドライブベイ内に装着されるハウジングと、ハウジングの第１の端部に配設された流体／空気熱交換器と、ハウジングの第２の端部に配設されたエアムーバと、ハウジング内に配設されたポンプと、ポンプ及び流体／空気熱交換器に連結された複数の流体ラインと、エアムーバ及びポンプに連結された制御回路とを有する冷却ユニットを備える。冷却装置は、更に、複数の流体ライン及び１つ以上の発熱素子に接続された１つ以上の熱交換器とを有し、複数の流体ライン、ポンプ及び流体／空気熱交換器は、流体ループを形成し、冷却ユニットは、約４２ｄＢ以下で動作し、熱抵抗が０．３０℃／Ｗ以下である。制御回路は、エアムーバの第１の動作速度及びポンプの第２の動作速度を調整してもよい。複数の流体ラインは、冷却ユニットに加熱された流体を流入し、及び冷却ユニットから冷却された流体を流出する。冷却装置は、更に、流体ループに連結された流体タンクを更に備えていてもよい。幾つかの実施の形態では、冷却ユニットは、約３８ｄＢ以下で動作する。幾つかの実施の形態では、冷却ユニットの熱抵抗は、約０．２０℃／Ｗ以下である。エアムーバは、２軸流送風機であってもよい。この場合、２軸流送風機は、ハウジング内の気圧を大気圧より低くする。２軸流送風機は、２軸流送風機の上面に開設された第１の開口と、２軸流送風機の側面に開設された第２の開口とを有していてもよい。幾つかの実施の形態では、２軸流送風機は、第１の開口を介して空気を引き込み、第２の開口から空気を送り出す。他の実施の形態では、２軸流送風機は、第２の開口を介して空気を引き込み、第１の開口から空気を送り出す。一構成例では、エアムーバは、流体／空気熱交換器から少なくとも約２５ｍｍ離間されており、エアムーバの高さは、約２５ｍｍであり、エアムーバは、直径が少なくとも約１００ｍｍの羽根車を有する。ポンプは、ポンプの反対側に配置されたポンプ流入口及びポンプ流出口を有するインラインポンプであってもよい。幾つかの実施の形態では、流体／空気熱交換器は、ラジエータである。ハウジングは、好ましくは、ハウジングの第１の端部に隣接する第１の側に通気口を有し、及びハウジングの第２の端部に隣接する第２の側にハウジング開口を有する。ハウジングは、制御回路に接続される制御インタフェースを有していてもよい。更に、ハウジングは、エアムーバ、ポンプ及び制御回路に接続される電力インタフェースを有していてもよい。制御回路は、パルス幅変調方式でエアムーバを制御してもよい。幾つかの実施の形態では、上記複数の流体ラインは、６５℃で０．３０ｇ／ｃｍ以下の透湿度を有する。
【００１０】
本発明の他の側面として、冷却ユニットは、パーソナルコンピュータの単一のドライブベイ内に装着され、第１の側に通気口を有し、第２の側にハウジング開口を有するハウジングと、ハウジングの第１の端部に配設された流体／空気熱交換器と、ハウジングの第２の端部に配設され、上面に第１の開口を有し、側面に、ハウジング開口に揃えられた第２の開口を有する２軸流送風機と、ハウジング内に配設されたポンプと、ポンプ及び流体／空気熱交換器に連結され、冷却ユニットに加熱された流体を流入し、及び冷却ユニットから冷却された流体を流出する複数の流体ラインと、エアムーバ及びポンプに連結された制御回路とを備える。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、以下に詳しく説明する実施の形態の詳細な記述によって明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、幾つかの図面を参照して本発明を説明する。同じ要素が複数の図面に示されている場合にのみ、適切であれば、これらの同じ要素に同じ参照符号を付している。
【００１３】
本発明の実施の形態は、パーソナルコンピュータ内の１つ以上の発熱素子から発生した熱を取り除く拡張可能なモジュール式の冷却装置を提供する。発熱素子には、以下に限定されるものではないが、マザーボード、ドータカード及び／又はＰＣ拡張カードに取り付けられた１つ以上の中央処理装置（central processing unit：ＣＰＵ）、１つ以上のＣＰＵの入出力を管理するために使用されるチップセット、１つ以上のグラフィック処理装置（graphics processing unit：ＧＰＵ）及び／又は１つ以上の物理演算処理装置（physics processing unit：ＰＰＵ）等が含まれる。また、冷却装置は、例えば、冷却が必要なＭＯＳＦＥＴ、スイッチ及び他の大電力電子部品等の電子部品を冷却するために用いることもできる。本明細書に開示する冷却装置は、包括的には、冷却する発熱素子を有する如何なる電子サブシステムにも適用できる。ここでは、説明を簡潔にするために、冷却する１つ以上の発熱素子を有し、パーソナルコンピュータ内にインストールされるあらゆるサブシステムをＰＣカードと呼ぶ。
【００１４】
冷却ユニットは、単一のＰＣドライブベイ内に装着されるように構成される。例えば、新たなＰＣカードの追加によって、新たな冷却の必要性が生じ、又は冷却の必要性が高まった場合、更なる冷却ユニットを追加することができる。冷却ユニットは、ＰＣドライブベイ内に装着され、ＰＣ内の１つ以上の離れて位置する発熱素子に連結される。更に、冷却装置に対応する変更を加えることによって、既にインストールされているＰＣカードを新たな又はアップグレードされたＰＣカードに差し替えることができる。
【００１５】
冷却ユニットは、好ましくは、パーソナルコンピュータシャーシの単一のドライブベイ内に装着されるように構成される。これに代えて、冷却ユニットは、冷却すべき発熱素子を備えるあらゆる電子装置のドライブベイ内に装着されるように構成してもよい。冷却装置は、冷却ユニット及び独立した流体ベースの冷却ループを備える。冷却ユニットは、流体／空気熱交換器、エアムーバ、ポンプ、流体ライン及び制御回路を備える。エアムーバは、好ましくは、２軸流送風機である。エアムーバは、冷却ユニットに空気を引き込み、流体／空気熱交換器を介して空気を送る。
【００１６】
冷却ループは、冷却ユニット内の流体／空気熱交換器及びポンプと、他の少なくとも１つの熱交換器とを含む。冷却ループの部品は、フレキシブルな流体ラインを介して連結されている。幾つかの実施の形態では、流体／空気熱交換器は、ラジエータである。ここでは、ラジエータを用いた実施の形態を説明する。なお、ラジエータは、ラジエータに固有の特徴を明示的に示す場合以外は、他のあらゆる種類の周知の流体／空気熱交換装置を代表している。冷却ループの各熱交換器は、それぞれ、異なる冷却ループ又は素子の一部である他の熱交換器又は発熱素子に連結されている。
【００１７】
発熱素子から発生した熱は、冷却ループ内の熱交換器を流れる流体に伝導される。加熱された流体は、冷却ユニット及び冷却ユニットに含まれるラジエータに流れる。エアムーバは、ラジエータに空気を送り、これにより、ラジエータを流れる加熱された流体を冷却する。そして、ラジエータ内で冷却された流体は、冷却ユニットから出て、熱交換器に戻る。
【００１８】
図１は、パーソナルコンピュータの単一のドライブベイ内に装着されるように構成された例示的な冷却ユニット１０の上面及び前面からの斜視図である。図２は、図１の冷却ユニット１０の上面及び背面からの斜視図である。図１及び図２では、説明のために冷却ユニット１０の上面カバーを取り外して示している。冷却ユニット１０は、実際には、トップカバーを備える。冷却ユニット１０は、好ましくは、パーソナルコンピュータの従来のドライブベイ内に装着できるように構成されたハウジング１２を備える。従来のドライブベイは、幅約５と１／４インチ、高さ４０ｍｍの直方体状のハウジングが挿入されるように構成されている。代替の構成として、従来の単一のドライブベイより大きい又はより小さい寸法に基づいて冷却ユニットを構成してもよい。
【００１９】
冷却ユニット１０は、ラジエータ１６、エアムーバ１８及びポンプ２０を備える。ハウジングは、通気口１４、ハウジング開口３４及びハウジング開口３８を備える。ポンプ２０は、流出用の流体ライン２２に連結されている。ラジエータ１６は、流入用の流体ライン２４に連結されている。ラジエータ１６は、流体ライン４２を介してポンプ２０に連結されている。流出用の流体ライン２２及び流入用の流体ライン２４は、ハウジング開口３８を介して冷却ユニット１０に接続されている。ラジエータ１６は、通気口１４に近接して配設され、これにより、通気口１４からラジエータ１６に空気が流れる。
【００２０】
エアムーバ１８は、好ましくは、送風機吸気口２８及び送風機排気口３０を備える２軸流送風機（two-axial blower）である。この２軸流送風機であるエアムーバ１８は、好ましくは、送風機吸気口２８に空気を引き込み、送風機排気口３０から空気を排出するように構成されている。送風機１８は、送風機排気口３０がハウジング開口３４に揃うように、ハウジング開口３４に近接して配設されている。送風機１８から排出される空気は、送風機排気口３０及びハウジング開口３４を介して冷却ユニット１０から排出される。この構成によって、ハウジング１２内の気圧が低下する。この気圧の低下によって、通気口１４を介して、一様に空気が引き込まれ、したがって、ラジエータ１６を介して空気が一様に流れる。このような気流の一様な分布によって、ラジエータ１６の効率が最大化される。
【００２１】
送風機吸気口２８は、送風機１８の上面３２上に位置しているので、送風機１８は、上面３２が、冷却ユニット１０のカバーから少なくとも最短距離にあり、送風機１８の性能が最大化されるように構成されている。カバーから上面３２までの距離が最短距離ではないと、冷却ユニット１０に引き込まれる空気の量が不十分になりラジエータ１６を流れる加熱された流体は、適切に冷却されない。送風機１８の高さが低いほど、同じ空気流量を維持するために送風機を高速に駆動する必要がある。しかしながら、送風機を高速に駆動すると、冷却ユニットの騒音が大きくなる。
【００２２】
幾つかの実施の形態では、冷却ユニットは、特定の熱性能を満たし、又は特定の熱性能を超えながら、雑音レベルを特定の雑音仕様以下に維持するように構成される。雑音仕様は、４２ｄＢであり、すなわち、冷却ユニットは、雑音が約４２ｄＢ以下になるように構成され、冷却ユニットを備える冷却装置及び外部熱の交換器に連結されている冷却ループの熱抵抗は、約０．３０℃／Ｗ以下であることが好ましい。より好ましくは、雑音仕様は、約３８ｄＢ以下であり、冷却装置の熱抵抗は、約０．２０℃／Ｗ以下である。例示的な構成では、ハウジングの高さは約４０ｍｍであり、２軸流送風機の高さは約２５ｍｍであり、これにより、２軸流送風機の上面とハウジングのカバーとの間の距離は、約１５ｍｍとなり、２軸流送風機が備える羽根車の直径は、約１００ｍｍであり、２軸流送風機は、ラジエータから少なくとも約２５ｍｍの距離に配置される。送風機は、ラジエータの熱性能が最大化されるように、ラジエータから少なくとも最小距離だけ離間して配置され、送風機がラジエータに近すぎると、ラジエータへの気流が均一でなくなり、この結果、ラジエータの熱性能が低下する。変形例として、上述したものより大きい又はより小さい寸法に基づいて送風機を構成してもよく、ラジエータに対する送風機の位置も上述した位置より遠くても近くてもよい。冷却ユニット１０のサイズ要求を満たすために、ポンプ２０は、ポンプ２０の流入口及び流出口が、同じ側又は直交する側ではなく、互いにポンプの反対側に位置するインラインポンプとして構成することが好ましい。
【００２３】
冷却ユニット１０は、更に、雑音を低減するように構成できる。このような手法の１つとして、ハウジング１２から分離して振動するように送風機１８を構成してもよい。このような構成によって、送風機のハウジングへの音響結合が実質的に防止され、雑音が低減される。他の手法として、ラジエータ１６と送風機吸気口２８との間にダクトを追加してもよい。これにより、ハウジング１２内で空気が再循環するため、雑音が減少する。更に他の手法として、標準のユーザ位置への照準線（line of sight）に平行でないベクトルに沿って冷却ユニット１０に空気を流してもよい。これは、通気口１４をルーバとして構成することによって又は冷却ユニット１０の流入口側に空気取り入れ口（scoop）を加えることによって実現できる。なお、これらの手法は、何れも、個別に用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
【００２４】
加熱された流体は、流入用の流体ライン２４を介してラジエータ１６に流される。加熱された流体からの熱は、ラジエータ１６の材料、例えば、ラジエータフィンに伝導される。冷却された流体は、ラジエータ１６から流体ライン４２を介して流れる。冷却された流体は、ポンプ２０を経由して流れ、流出用の流体ライン２２を介して冷却ユニット１０から出る。ラジエータ１６は、通気口１４を介して冷却ユニット１０に引き込まれた空気によって冷却される。加熱された空気は、ラジエータ１６を出て、送風機吸気口２８から送風機１８に入る。加熱された空気は、送風機排気口３０を介して冷却ユニット１０から出る。
【００２５】
用いられる流体の種類は、好ましくは、水をベースとする液体である。これに代えて、流体は、以下に限定されるものではないが、プロピレングリコール、エタノール及びイソプロパノール（isopropanol：ＩＰＡ）等、有機溶液の組合せをベースとしてもよい。更に、流体として、好ましくは、染料、防錆剤、不凍液及び沈殿物阻害剤のうちの幾つか及び全てを用いてもよい。一実施の形態では、冷却ユニット、冷却ユニットが連結される冷却ループ及び冷却される発熱素子の動作特性に応じて、流体は、冷却装置内を循環している間、単相流として存在する。他の実施の形態においては、流体は、二相流となる温度に加熱され、流体は、液体から、蒸気又は液体／蒸気混合体に相転移する。
【００２６】
送風機１８は、第１のモード又は第２のモードの何れかに構成できる。第１のモードでは、上述のように、空気は、送風機吸気口２８を介して送風機に引き込まれ、送風機排気口３０から排出される。第１のモードで送風機１８は、冷却ユニット１０の空気吹出口内の気圧を下げる。この気圧は、周囲の大気に対して下げられ、これにより、通気口１４を介して、空気が一様に流入し、したがって、ラジエータ１６に亘って一様に流れる。このような条件下では、ラジエータ１６の高さ全体が効果的に活用される。
【００２７】
第２のモードでは、空気は、送風機１８の開口３０に引き込まれ、開口２８から排出される。この第２のモードでは、空気は、ハウジング開口３４を介して冷却ユニット１０に引き込まれ、送風機からラジエータ１６に向かって流される。空気は、ラジエータ１６を通過し、通気口１４を介して冷却ユニット１０から排出される。この構成では、ＰＣシャーシの内部に加熱された空気が流れ込まないという利点がある。しかしながら、この構成では、送風機１８からの空気は、上面に沿って流れるため、ラジエータ１６に空気が一様に供給されない。すなわち、送風機１８から排出される空気のうちの大部分は、ハウジングのカバー付近の冷却ユニットの上部に沿って流れ、ハウジングの下部である冷却ユニット１０の底部に達する空気の割合は小さい。この構成の更なる短所として、ハウジング開口３４を介して冷却ユニット１０に引き込まれた空気は、ＰＣシャーシの内部からの空気であり、この空気は、他のＰＣ装置の構成要素によって既に温められている。この加熱された空気が、ラジエータ１６を流れる流体を冷却するためにラジエータ１６に流される。しかし、ラジエータ１６を冷却するのに加熱された空気を用いることは効率が悪く、すなわち、ラジエータ１６を流れる流体を効率的に冷却することができない。
【００２８】
また、冷却ユニット１０は、制御回路２６を備え、ハウジング１２は、電気インタフェース３６を備える。電気インタフェース３６は、制御回路２６に接続されている。電気インタフェース３６には、外部制御信号及び／又は入力電力が供給される。制御回路２６は、エアムーバ１８及びポンプ２０に接続されている。制御回路２６には、電気インタフェース３６から制御信号及び／又は入力電力が供給され、制御回路２６は、送風機１８及びポンプ２０に対応する制御信号及び／又はパワーを提供する。変形例として、制御回路は、冷却ユニット１０の外部に設けてもよい。この場合、電気インタフェースは、ポンプ２０及び送風機１８に接続される。
【００２９】
変形例として、電力入力は、制御入力から独立させてもよい。この場合、ハウジング１２は、電気インタフェース３６及び制御回路２６から独立した入力電力インタフェースを備える。この変形例では、入力電力インタフェースは、エアムーバ１８及びポンプ２０に電力を供給するように接続される。幾つかの実施の形態では、入力電力インタフェースは、制御回路２６にも接続され、制御回路２６は、エアムーバ１８及びポンプ２０に供給される電力の量を調整する。
【００３０】
幾つかの実施の形態では、制御回路２６は、パルス幅変調（pulse width modulation：ＰＷＭ）方式で送風機１８を制御する。この場合、比例制御によって送風機の速度を調整できる。例えば、冷却される熱源が低電力モードで動作している間は、送風機の動作速度を低減できる。このような制御によって、未使用期間に冷却ユニットから発生する雑音を低減させることができる。包括的に言えば、送風機のＰＷＭ制御によって、可能な限り雑音の影響を低くしながら、送風機が生成する気流を性能要求に一致させる。幾つかの実施の形態では、ＰＷＭ制御によって、ポンプの動作速度も制御される。
【００３１】
図３は、図１の冷却ユニット１０を含む例示的な冷却ループのブロック図である。冷却ループは、熱交換器４０、流体ライン２２、流体ライン２４、ポンプ２０（図１）、流体ライン４２（図１）及びラジエータ１６（図１）を含む。冷却ループを用いることによって、冷却ユニット１０は、発熱素子とも呼ばれる熱源５０に遠隔的に連結される。詳しくは、熱源５０には、熱交換器４０が接続されている。流体ライン２２、２４、４２は、柔軟性を有し、このため、熱源５０がパーソナルコンピュータ内のどこに配置されていても、熱交換器４０を熱源５０に連結することができる。熱源５０が発生した熱は、熱交換器４０に伝導される。流体が熱交換器４０を介してポンプで圧送されると、熱は、熱交換器４０から、熱交換器４０を流れる流体に伝導される。加熱された流体は、流入用の流体ライン２４を介して、熱交換器４０から流出され、冷却ユニット１０に流入する。加熱された流体は、上述のように、冷却ユニット１０内で冷却される。冷却された流体は、流出用の流体ライン２２を介して冷却ユニット１０から流出され、熱交換器４０に戻る。
【００３２】
流体ライン２２、２４、４２は、透湿度が低い管（a low permeability tubing）から形成することが好ましい。幾つかの実施の形態では、流体ラインは、６５℃で０．３０ｇ／ｃｍ以下の透湿度を有する。なお、他の透湿度を有する流体ラインを用いてもよい。透湿度が低い管の具体例については、本願と同じ出願人によって、２００７年１月２９日に出願された米国特許出願番号１１／６９９，７９５、発明の名称「Tape-Wrapped Multilayer Tubing and Method for Making the Same」に開示されており、この文献の全体は、引用によって本願に援用される。幾つかの実施の形態では、冷却ループは、冷却ループ内で失われた流体を補給するための流体タンクを備える。
【００３３】
例示的なアプリケーションでは、図３の熱源５０は、グラフィックスカード上のＧＰＵである。冷却ユニット１０は、ＰＣシャーシの拡張スロット内に装着されたグラフィックスカードに遠隔的に連結される。この具体例では、グラフィックスカードは、ＧＰＵを備え、冷却ループは、ＧＰＵに接続された熱交換器を備える。
【００３４】
幾つかの実施の形態では、電気インタフェース３６は、冷却ユニット１０の外部にあるパーソナルコンピュータ内の制御回路、例えば、パーソナルコンピュータのＣＰＵ又はパーソナルコンピュータ内のグラフィックスカード上のＧＰＵに接続される。外部制御回路は、冷却ユニット１０に連結され、冷却ユニット１０によって冷却される熱源５０（図３）等の発熱素子であってもよい。
【００３５】
図１〜図３に示す構成では、冷却ループは、流入用の流体ライン２４を介してラジエータ１６に連結され、及び流出用の流体ライン２２を介してポンプ２０に連結されている。なお、流体ライン２４をポンプ２０に連結し、流体ライン２２をラジエータ１６に連結することによって、流体ライン、したがって、冷却ループを流れる流体のフローを逆にしてもよい。また、冷却ループ内の各部品の相対的位置も例示的に示しているに過ぎない。例えば、ポンプ２０は、図２及び図３に示すように、流入管側ではなく、熱交換器４０の流出管側に配置してもよい。
【００３６】
熱交換器４０は、熱源５０に接続されている。熱交換器４０を熱源５０に接続するために、周知の如何なる結合の手法を用いてもよい。熱交換器４０を取り外して、再利用できるように、取外可能な結合の手法を用いることが望ましい。これに代えて、取り外し不能な結合の手法を用いてもよい。
【００３７】
冷却ループは、単一の熱交換器４０を備えているが、冷却ループは、熱交換器４０に直列又は並列に接続される２つ以上の熱交換器を備えていてもよい。これにより、複数の発熱素子が単一のＰＣカードに取り付けられている場合でも、複数のＰＣカード上に分散されている場合でも、冷却ループを用いて複数の発熱素子を冷却することができる。
【００３８】
変形例として、冷却ループと熱源５０との間に中間の冷却ループを連結してもよい。中間の冷却ループは、冷却ユニット１０に連結されている冷却ループから独立している。中間の冷却ループは、他方の冷却ループの熱交換器４０に連結されている第１の熱交換器と、ポンプと、他の少なくとも１つの第２の熱交換器とを備えていてもよく、これらは、全て、流体ラインを介して連結されている。第２の熱交換器は、図３に示す熱源５０に連結されている熱交換器４０と同様の手法で、熱源５０に連結されている。熱交換器４０は、中間の冷却ループの第１の熱交換器に同様に連結されており、これにより、熱交換器４０と第１の熱交換器との間にサーマルインタフェースが形成される。中間の冷却ループは、直列又は並列に接続された１つ以上のこのような第２の熱交換器を備えていてもよい。
【００３９】
熱源５０によって生成された熱は、中間の冷却ループを流れる流体に伝導され、続いて、冷却ユニット１０に連結されている冷却ループを流れる流体に伝導される。２つ以上独立した流体冷却ループを介して発熱素子から流体／空気熱交換器に熱を伝導する手法の詳細については、例えば、本願と同じ出願人によって、２００７年２月１６日に出願された米国特許出願番号１１／７０７，３５０、発明の名称「Liquid Cooling Loops for Server Applications」に開示されており、この文献の全体は、引用によって本願に援用される。
【００４０】
更に他の変形例では、冷却ループの熱交換器４０は、熱バスに接続され、熱バスは、複数の異なる冷却ループからの複数の熱交換器に接続される。このような構成については、本願と同じ出願人によって、２００７年４月６日に出願された米国特許出願（代理人整理番号Ｃｏｏｌ０５２０１）、発明の名称「Methodology of Cooling Multiple Heat Sources in a Personal Computer Through the Use of Multiple Fluid-based Heat Exchanging Loops Coupled via Modular Bus-type Heat Exchangers」に開示されており、この文献の全体は、引用によって本願に援用される。
【００４１】
本発明に基づく冷却装置は、図１〜図３に示す部品に制限されず、これに代えて、他の部品及び素子を備えていてもよいことは当業者にとって明らかである。例えば、図３には示していないが、冷却ループは、流体タンクを備えていてもよい。流体タンクは、経時的な浸透による流体損失を補う。
【００４２】
幾つかの実施の形態では、冷却装置は、ＰＣシャーシ内の各発熱素子を冷却する。他の実施の形態では、冷却装置は、選択された発熱素子又は単一の発熱素子のみを冷却し、他の発熱素子は、他の冷却装置又は手段によって冷却される。
【００４３】
本発明の構成及び動作原理を明瞭に説明するために、様々な詳細を含む特定の実施の形態を用いて本発明を説明した。このような特定の実施例の説明及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、例示的に選択された実施の形態を変更できることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】パーソナルコンピュータの単一のドライブベイ内に装着されるように構成された例示的な冷却装置の上面及び前面からの斜視図である。
【図２】図１の冷却ユニットの上面及び背面からの斜視図である。
【図３】図１の冷却ユニットを含む例示的な冷却ループのブロック図である。
【図１】
2009535736.tif 000003
【図２】
2009535736.tif 000004
【図３】
2009535736.tif 000005
【国際調査報告】
2009535736.tif 000006