(57)【要約】本発明は、コンピュータおよび電子機器用の冷却システムを備えるシステムを提供する。熱サイフォンは、ＣＰＵのような熱源の上に置かれた蒸発器を備える。熱源からの熱は、蒸発器の中の冷却液が気化または沸騰する原因となる。結果として得られた蒸気は、冷却器に入り、液相に戻る。冷却フィンは、冷却器に取り付けられる。それは、周囲のエアフローへの熱移動を容易にするためである。冷却システムおよびコンピュータまたは電子機器は、標準のコンピュータケースおよび高密度サーバのラック取り付け用ケース内に、収まる。
2007533944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）約０．７５インチ〜約２．０インチの長さと、約０．７５インチ〜約２．０インチの幅と、約０．５インチ〜約１．０インチの高さとを有する蒸発器と、
（ｂ）約５．０インチ〜約１３．０インチの長さと、約０．２インチ〜約０．５インチの幅と、約１．０インチ〜約１．７インチの高さとを有する狭幅冷却器と、
（ｃ）該蒸発器および該冷却器の内部の冷却液と、
（ｄ）該蒸発器を該冷却器に接続し、該冷却液の液面または液面より下にある少なくとも１つの冷却管と、
（ｅ）該蒸発器を該冷却器に接続し、該冷却液の液面より上にある少なくとも１つの蒸気管と
を備える、熱サイフォン冷却機器。
【請求項２】
前記冷却器の少なくとも１つの側面に取り付けられ、該冷却器から外側に拡がる複数の冷却用フィン
をさらに備える、請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記複数の冷却用フィンは、水平と垂直との間の角度に向けられる、請求項２に記載の機器。
【請求項４】
前記蒸発器は、熱源の頂部に取り付けられる、請求項１に記載の機器。
【請求項５】
前記熱源は、ＣＰＵである、請求項４に記載の機器。
【請求項６】
前記蒸発器内において、該蒸発器の底部に取り付けられ、前記冷却液の表面または表面の上に拡がる、１つ以上の垂直な蒸発器用フィンをさらに備える、請求項１に記載の機器。
【請求項７】
前記冷却液は、アセトン、エタノール、メタノールまたは水である、請求項１に記載の機器。
【請求項８】
前記機器は、銅、真鍮、アルミニウム、または、これらの組み合わせから製造される、請求項１に記載の機器。
【請求項９】
前記機器の高さは、約２．０インチ以下である、請求項１に記載の機器。
【請求項１０】
（ａ）約１７インチ以下の幅と、１．７５インチ以下の高さと、２８インチ以下の長さとを有するコンピュータケースと、
（ｂ）該コンピュータケース内の、少なくとも１つの熱源と、
（ｃ）該コンピュータケースの中の、少なくとも１つの熱サイフォン機器であって、該機器は、
（ｉ）蒸発器と、
（ｉｉ）互いに平行で、対向する第一と第二の長い側面、および、互いに平行で、対向する第一と第二の短い側面とを有する、狭幅冷却器と、
（ｉｉｉ）該蒸発器および該冷却器の内部に冷却液と、
（ｉｖ）該蒸発器を該冷却器に接続し、該冷却液の液面以下にある少なくとも１つの冷却管と、
（ｖ）該蒸発器を該冷却器に接続し、該冷却液の液面より上にある少なくとも１つの蒸気管と
を備える、少なくとも１つの熱サイフォン冷却機器と
を備える、コンピュータシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの熱サイフォン機器は、前記蒸発器内で、該蒸発器の底部に取り付けられ、前記冷却液の表面または表面の上に拡がる、１つ以上の垂直な蒸発器用フィンを備える、請求項１０に記載のコンピュータシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの熱サイフォン機器は、前記第一の長い側面、前記第二の長い側面、または、その双方に取り付けられた複数の冷却用フィンを備え、該フィンは、前記冷却器から外側に拡がる、請求項１０に記載のコンピュータシステム。
【請求項１３】
前記冷却フィンを介して、エアフローを生じるのに適したファンまたはエアブロワをさらに備える、請求項１２に記載のコンピュータシステム。
【請求項１４】
前記ケース内に２つの熱サイフォン機器を備える、請求項１０に記載のコンピュータシステム。
【請求項１５】
前記２つの熱サイフォン機器は、各冷却器の前記第一の長い側面または前記第二の長い側面に取り付けられた複数の冷却フィンを備える、請求項１４に記載のコンピュータシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの熱源は、ＣＰＵである、請求項１０に記載のコンピュータシステム。
【請求項１７】
前記蒸発器は、約１．８〜約２．０インチの幅であり、約１．８〜約２．０インチの長さであり、約０．７〜０．８インチの高さである、請求項１０に記載のコンピュータシステム。
【請求項１８】
前記冷却器は、約８．０〜約１０．０インチの長さであり、約０．２〜約０．２５インチの幅であり、約１．４〜約１．５インチの高さである、請求項１０に記載のコンピュータシステム。
【請求項１９】
前記蒸発器は、約１．９７インチの長さであり、１．９７インチの幅であり、０．７５インチの高さであり、前記冷却器は、約０．２４インチの幅と、約９．８４インチの長さと、１．４６インチの高さである、請求項１８に記載のコンピュータシステム。
【請求項２０】
前記ケースの底部に取り付けられ、前記蒸発器および前記熱源の上にわたって置かれた蒸発器ブラケットと、
該熱源と該ブラケットとの間に置かれたＳ字状バネとをさらに備え、
該蒸発器ブラケットおよびＳ字状バネは、該蒸発器の中心に、下向きの力を加える、請求項１３に記載のコンピュータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、米国仮特許出願第６０／５５８，６０７号（２００４年３月３１日出願）、の利益を主張するものである。該仮特許出願は本明細書にて、本開示と矛盾がない限り、援用される。
【背景技術】
【０００２】
（本発明の背景）
サーバおよび他のコンピュータシステムに対するデータセンタのスペースには、制限があることが多い。省スペースのために、コンピュータのコンポーネントは、密接して近くに設置される。サーバおよび他のコンピュータシステムを収納するケースは、できる限り少ないスペースで収まるように設計される。特に、高密度なサーバラックとともに使用されるラック取り付け用のケースは、典型的には、薄くて平たくなるように設計される。それは、多数のサーバまたはコンピュータシステムが、同じサーバラックに据え付けられるようにするためである。マイクロプロセッサおよび電子機器が、より高性能になるにつれ、ケースの限られたエリア内に収納でき、適切にデバイスを冷却できる冷却システムを提供するのは、難しいことが分かってきた。
【０００３】
現代のコンピュータおよび他の電子機器は、普通、大量のエネルギを消費し、そのエネルギのほとんどを熱に変換する。特に、小さなサーバで要求される電力は、通常、数百ワットにもなる。このエネルギの大部分の割合は、ハードドライブのモータ、ファンおよび他の電磁気部品に電力を供給するために、様々なチップおよび半導体デバイスによって使用される。このエネルギの一部は、ワイヤを熱し、電磁波を生成するために使用される。通常は、それらは周囲のケースおよびシールドによって、ブロックされる。このエネルギのほんの少しの一部のみが、電気信号または光として、コンピュータに残される。現代のコンピュータで消費されるエネルギのほとんど全ては、究極的には、熱に変換される。
【０００４】
これら数百ワットのうち、中央処理装置（ＣＰＵ）および他のチップは、その大部分を放散する。現代のＣＰＵは、それぞれ６０〜９０Ｗを放散し、従来のラック取り付け用ケースの設計およびサーバシャーシの設計は、約１７インチ幅、高さ１．７５インチの平らなケース（奥行きは、１４インチ〜２９インチまでのばらつきがある）の中に２個〜４個のＣＰＵを置くことが多い。ＣＰＵは小さなダイで、しばしば０．５インチ×０．５インチ未満であり、しばしば、そのビルトインでの熱の広がりは、ときどき、１インチ×１インチにまで拡がる。設計面での要求から、同じ基板に置かれたこれらチップは、互いに数インチずつ離れておく必要が生じ、多大な量の熱（モデルおよびＣＰＵの数に依存して、１２０〜３００Ｗ）が生成される小さな体積が形成される。熱源の表面は、１平方インチのわずかな割合であり、熱の生成は、この既に小さな体積に不均一に分散される。
【０００５】
これらチップで達成される温度は、ＣＰＵに対して、通常９０℃未満の許容範囲でなくてはならない。しかしながら、ＣＰＵの一部と多くの他のチップは、わずか６５℃が定格になっている。信頼性に対する要求によって、ハードウェアの設計者は、たとえ、その負荷が可能な限りの最大（ここで、最大負荷とは、電力消費が最大である動作モードを意味する。これは、一般には、動作の最大規格で、動作に関わるゲート数が最大になることを意味する）となっても、ＣＰＵを６０〜７０℃以下に、他のコンポーネントを４０〜５０℃未満に保つようにする。これを達成するために、熱が生成されるのと同じ速度で、その熱が取り除かれるようにすべきであり、最大負荷を受けているチップと冷却システムとの温度平衡が、これら温度未満に達するようにされるべきである。
【０００６】
冷たい移動エアによって取り囲まれるケース内で生成する熱は、結局のところ、外気に移る。したがって、熱を取り除くことは簡単であるが、問題は、熱を生成するコンポーネント（ＣＰＵを含む）を、そのコンポーネントの動作中、全期間にわたり、適切な温度限界内に保つことである。この問題に対する最も一般的な解決策は、ＣＰＵダイの最上部に、大きな空冷シンクタンクを設置することである。ときどき、ヒートシンクを上に有するＣＰＵアセンブリの一部として、ダイに取り付けられた個別の熱拡散器とともに設置される。高いフィンまたはスパイクがヒートシンクの底から突き出ており、大量のエアフローが、これらのフィンを通って、熱を外気に移動する。ヒートシンクのこのタイプの従来式の設計は、コンピュータで広く行われている。もっとも一般的な設計では、銅板またはアルミ板がＣＰＵの最上部に置かれ（この記述の目的のために、チップは、水平なボードのトップサイドに設置されると仮定する。これは、ラック取り付けサーバの標準的な配置である。）、この板にフィンが取り付けられ、このフィンの上に薄いファンが取り付けられる。ファンは、フィンを介して、床板に向かい、デバイスの外部では２つ以上の方向に向かうエアフローを生成する。床板は、ＣＰＵからフィンに熱を移動させ、フィンは熱を移動エアに移動させる。
【０００７】
ヒートシンクのサイズは、床板およびフィンの限られた熱伝導率によって制約される。温度は、ヒートシンクの中心で最高になり、フィンの端部と最上部に向かって低くなる。ヒートシンクのサイズが大きくなると、移動エアとフィン表面との温度差の平均は低くなり、全体の効率が劣化する原因となる。また、大きなヒートシンクは、そのヒートシンクの下にあるコンポーネントをエアフローから遮断し、ヒートシンクから出ていく熱風に、周囲のコンポーネントを曝すことになり、これらコンポーネントが過熱する原因となる。このため、技術者は、ヒートシンクに要するスペースを制限して、技術者の設計に、大きなファン、ブロワ、ダクトおよびシュラウドをしばしば含めて、エアフローを増やす。床板の端部あるいはフィンの上から２／３の位置に、熱を分配するために、ヒート管を組み込んだ設計もある。
【０００８】
典型的には、ヒート管は、内側に形成された真空を密閉する容器を含む。ヒート管の一端（蒸発器）は、熱源の表面に取り付けられる。また、熱源の他端（冷却器）は、熱源から遠くに向かい、熱交換器、ヒートシンクに取り付けられるか、あるいは、冷気に曝される。ヒート管は、容器の内部に、ウィック（ｗｉｃｋ）構造を含み、容器内に挿入された作動流体（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｆｌｕｉｄ）は、ウィック構造を飽和するために入れられる。容器内の雰囲気は、熱移動がなく、流体は液体−気体均衡が維持されている。
【０００９】
ヒート管が、熱源に取り付けられたとき、発生した熱は、熱源からヒート管の蒸発器に移動される。流体が液体から蒸気に相変化した結果、かなりの量の熱が吸収される。この熱移動の結果、蒸発器内の高い蒸気圧が生成する。蒸発器における蒸気圧は、蒸気が冷却器に向かう方向に流れる原因となる。冷却器では温度が低いために、蒸気が凝縮し、液体に戻り、それゆえ、その冷却器での気化熱を放出する。液化した流体は、ウィック構造を飽和し、ウィック構造で発達した毛管力によって、ヒート管の蒸発器に戻る。この気化−凝縮の連続サイクルによって、ヒート管は、非常に低い熱勾配で多量の熱を移動できる。空冷されたヒート管は、冷却器の外側表面の周りに、複数のフィンを含み得る。これは、冷却器から周囲のエアへの熱放散を促進するためである。こうして、冷却器の壁を冷たく維持し、ヒート管の熱移動性能を向上する。ヒート管に組み込まれるヒートシンクは、通常、床板に埋め込まれた管の蒸発器端部を有し、同じ管の冷却器端部は、表面上に冷却フィンを有するか、あるいは、フィンの上部セクションに取り付けられ、そのフィンの下端は床板に取り付けられる。床板に取り付けられたその下端を有する。こうして、フィン長さに均等にわたって、熱を分配できる。
【００１０】
これら設計によって、ヒートシンク性能は向上するが、床板に必要な厚さが増し、ヒート管へ／からの効率的な熱移動を確保する複雑な製造工程を要することが多い。
【００１１】
高密度サーバとして使用されることの多い薄い１．７５インチの高さのケースは、従来のヒートシンクにおいて、追加の問題を生じる。フィンの高さは、ＣＰＵの上のケースに残っているスペースによって、制限される。ファンをヒートシンクを上から側面に移動され、こうして、冷却フィン用にスペースをさらに残したときですら、フィンの高さは、従来のヒートシンクで通常使用される高さ未満である。ヒートシンクを貫通する排気管は、エアフローを孤立し得て、効率を向上し得るが、エアフローは、コンポーネントの周りを通らねばならず、そのため、その断面に制約が生じ、エアフローに追加の抵抗を生じる。その結果、より大きく、より強力なファンおよびブロワが必要とされる。
【００１２】
熱を回路基板に要するエリアの外側に置かれたヒートシンクに移動すると、その問題の一部を解決できるが、従来型のヒート管は、液体を自身のウィックを通過させて、必要な効率を達成するためには、あまりにも大きくなくてはならない。ケース内のスペースは制約があることが多く、ＣＰＵは高さのある他のコンポーネント、特に、様々な基板およびケーブル用の自身の電源回路の特定のコンデンサおよびコネクタによって取り囲まれていることが多い。管ベースの冷却システムは、冷却に対する要求が少ない小型ラップトップ用に、あるいは、追加スペースが利用可能な大きなデスクトップのケース内の小型ラップトップ用に、使用される。高密度サーバで使用されるようなケースのように、小さなケース内に収納するのに十分小さなヒート管ベースの冷却システムは、よりハイパワーを要求するＣＰＵから熱を効率的に移動しない。ウィックは、冷却液の気化をサポートするために使用され得るが、熱サイフォンは、ウィックまたはウィックのような構造を欠くヒート管である。
【００１３】
熱サイフォンは、液化された冷却液が蒸発器に戻るのを、表面張力に依存するウィック内の毛細力の代わりに、重力に依存している。熱サイフォンを使用すると、機器は簡素化され、冷却液の流れを速くできるが、重力の力の向きに対する蒸発器および冷却器の特定の位置で必要とされる明らかに不利な点がある。熱サイフォンは、蒸発器が冷却器の上に設置された場合、機能しない。
【００１４】
熱サイフォンは、冷却液の液面がほぼ一定に維持される大きな蒸発器を有する。蒸発器は、気化を補助するために、薄い平滑な底部を有するか、あるいは、液中に完全に浸る多孔性の材料または構造を有する。蒸発器は、１本の管、あるいは、冷却液用および蒸気用の個別の管によって冷却器（ループ熱サイフォンとして周知）に接続されている。熱サイフォンは、業界で十分に周知であるが、小型の電子機器に使用されるのに、容易に適応されない。
【００１５】
Ｔｈｅｒｍｏｃｏｒｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．（７８０  Ｅｄｅｎ  Ｒｏａｄ，  Ｌａｎｃａｓｔｅｒ，  ＰＡ  １７６０１）は、航空電子工学およびハイパワー電子工学におけるループ熱サイフォンおよびヒート管を提供している。しかしながら、これらデバイスの長さは、約０．６メートル〜２メートルの範囲である（非特許文献１参照）。追加の機器は、多数の熱源を走査する長いＵ字状の蒸発器と、蒸発器から１５ｃｍ〜１５０ｃｍ上に置かれた冷却器を有する（非特許文献２参照）。Ｋｈｒｕｓｔａｌｅｖは、水平な輸送ラインを有するループ熱サイフォンと、冷却器の最上部に取り付けられた複数の垂直な冷却フィンを備えた大きな冷却器についても開示している（非特許文献２参照）。このようなデバイスは、約１．７５インチ（４．４ｃｍ）の高さでしかない現在のラック取り付け用ケースと関わる限られたスペースでは不向きなことは、明らかである。ただし、冷却器と管がケースの外に設置された場合は除く。
【００１６】
ＢｅｉｔｅｌｍａｌおよびＣｈａｎｄｒａｋａｎｔ（非特許文献３）は、１．５ＧＨｚのＰｅｎｔｉｕｍ−４（登録商標）プロセッサを有するデスクトップコンピュータＨＰ  Ｖｅｃｔｒａ  ＶＬ８００を冷却するために使用されるループ熱サイフォンについて、記載している。ＢｅｉｔｅｌｍａｌおよびＣｈａｎｄｒａｋａｎｔによって記載された熱サイフォンは、幅が８．２ｃｍ、高さが７．５ｃｍ、および、奥行きが２．６ｃｍである液化器と、幅が３．２ｃｍ、高さが２．９ｃｍ、および、奥行きが３．２ｃｍである蒸発器とを有する冷却器を有する。これら寸法は、デスクトップコンピュータにとって十分であるが、冷却器のみでは、一般的なラック取り付け用にフィットしない。さらに、熱サイフォンは、冷却液の輸送を重力に頼っているので、冷却器は、蒸発器より高い位置に置かれる。それゆえ、全体の熱サイフォン機器の高さが、さらに高くなる。
【００１７】
熱サイフォンに基づく設計および実験的機器は他にも様々あり、ヒートシンクベースの中に単一の真空空洞のような単純なものもあれば、「サーマルバス」およびマルチステージの熱サイフォンのように複雑で手の込んだものもある。これら設計のいずれもは、そのサイズ、複雑さ、および、コスト的に許容可能でないために、現在、一般的に利用されているものはない。この機器の欠点の大きな問題は、適切な冷却能を維持しながら、標準的なラック取り付け用のケースの幾何学的条件に全体を納める機器がないことである。ユーザが、同じラックに様々なデバイスを混在させて使用できるためのモジュール性に対する要求があるため、また、データセンタにおけるスペースにコストが掛かるため、大きな外部冷却機器は、このような環境では使えない。そして、柔軟に組織化されるスペースで同一のサーバが多数使用される会社のニーズは、これら解決策を実現可能とする十分な需要を生み出さない。
【００１８】
必要とされるのは、小型コンピュータシステムおよび電子機器用で、現在のスペース要求に見合う、特に、典型的なラック取り付け用のサーバケースにおけるスペース要求に見合い、効率化され、単純化された冷却システムである。
【非特許文献１】ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｔｈｅｒｍａｃｏｒｅ．ｃｏｍ／ｔｈｅｒｍａｌｏｏｐ．ｈｔｍ
【非特許文献２】Ｋｈｒｕｓｔａｌｅｖ，Ｄｍｉｔｒｙ著、「Ｌｏｏｐ  Ｔｈｅｒｍｏｓｙｐｈｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．  ｔｈｅｒｍａｃｏｒｅ．ｃｏｍ／ｐｄｆｓ／Ｔｈｅｒｍｏｓｙｐｈｏｎｓ．ｐｄｆより入手可能。
【非特許文献３】ＢｅｉｔｅｌｍａｌおよびＣｈａｎｄｒａｋａｎｔ著、「Ｔｗｏ  Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｏｐ：  Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｔｈｅｒｍｏｓｙｐｈｏｎ」、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ、２００２年１月
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
（発明の概要）
本発明の冷却システムは、コンピュータまたは電子機器に冷却を提供でき、それでもなお、標準的なコンピュータケースまたはラック取り付け用ケースに収めることのできる熱サイフォン機器を備える。典型的なラック取り付け用ケースの寸法は、幅が約１７〜１９インチ、高さが約１．７〜１．７５インチ、および、奥行きが約１４〜２９インチの範囲である。例えば、Ａｎｔｅｃ（１Ｕ２６ＡＴＸ２５０）ＡＴＸのラック取り付け用ケースの寸法は、幅が１７．０２インチ、奥行きが２６インチ、および、高さが１．７３インチである。Ｉｎｔｅｌ  １Ｕ  ３５０Ｗ（ｓｒ１３５０ｅｎａ）のラック取り付け用シャシ、および、ＳｕｐｅｒＭｉｃｒｏ  ＣＳＥ−５１２Ｌ  ＡＴＸのケースは、いずれも幅が１６．７インチ、奥行きが１４インチ、および、高さが１．７インチである。
【００２０】
本発明の熱サイフォン冷却機器は、内部に形成された真空を有する密閉機器である。熱サイフォン機器は、蒸発器と、狭幅冷却器と、蒸発器および冷却器との内部に冷却液と、蒸発器を冷却器に接続し、冷却液の液面または液面の下（ａｔ  ｏｒ  ｂｅｌｏｗ）にある少なくとも１つの冷却管と、蒸発器を冷却器に接続し、冷却液の液面より上にある少なくとも１つの蒸気管とを備える。容器内の圧力は、熱交換がない場合、冷却液が液体−気体均衡が維持されるように、設定される。蒸発器と冷却器は、冷却管および蒸気管によって接続された個別の中空チャンバである。このため、冷却液は、冷却器から蒸発器に自由に流れることができ、蒸気は、蒸発器から冷却器に流れることができる。熱サイフォン機器は、オプションとして、１つ以上の垂直な蒸発器用のフィンを備え、この垂直なフィンは、蒸発器の底部に取り付けられ、冷却液の表面または表面より上（ｔｏ  ｏｒ  ａｂｏｖｅ）に拡がる。
【００２１】
典型的には、熱サイフォンの冷却器は、蒸発器の上に、あるいは、蒸発器より高い位置に置かれる。これは、重力を使って、液体を冷却器から蒸発器へ向かわせるためである。この配置は、利用可能な高さが厳しく制限されているスペースにおいては、可能ではない。冷却器の一部は、蒸発器より高い位置にあり得る、あるいは、その逆もあり得るが、冷却器および蒸発器は、本発明においては、互いにほぼ水平である。
【００２２】
熱サイフォン機器は、また、オプションとして、冷却器の少なくとも１つの面の外側表面に取り付けられ、該冷却器から垂直に拡がる複数の冷却フィンを備える。利用可能な高さが、厳しく制限されているスペースにおいて、冷却フィンは、冷却器の上に拡がる十分なスペースを有しない。冷却フィン用のスペースとして利用可能なのは、冷却器の側面のみである。ファンまたはブロワが、冷却フィンを介して、ケースの外部から冷気を押し込む。一実施形態において、冷却フィンは、長方形の形状を有するが、移動するエアに十分な面積を提供する任意の形状も可能である。冷却フィンは、冷却器から水平面に拡がるか、あるいは、水平および垂直の間の角度に向けられる。
【００２３】
蒸発器は、熱源の最上部に置かれる。熱源はＣＰＵのように、コンピュータまたは回路基板で使用される任意の熱を発生するチップまたはコンポーネントである。蒸発器および冷却器を接続する１つ以上の冷却管は、水平に、あるいは、水平から少し角度を付けて、蒸発器および冷却器内の冷却液の液面以下に、置かれる。「冷却液の液面以下」という場合、この１つ以上の冷却管が、冷却液が完全あるいは不完全に満たされること、冷却液は冷却器から蒸発器に流れ得ることを意味する。蒸発器および冷却器を接続する１つ以上の蒸気管は、水平に、あるいは、ある角度を付けて、冷却器の上に置かれ、蒸気で満たされる。
【００２４】
熱源から発生した熱は、冷却液の沸騰および／または蒸発、および、その結果得られた蒸気が冷却器に移動することによって除去される。冷却器の外壁または冷却器に取り付けられた冷却フィンを通過したエアフローは、冷却器の温度を下げ、蒸気を液化する。液化した液体は、冷却部の底部から冷却管を介して流れ、蒸発器の中に戻る。
【００２５】
蒸発器は、平坦な熱伝導底面、側面およびカバーを有する中空のチャンバである。蒸発器の形状は、ほぼ長方形、立方体であり得るし、あるいは、ドーム状の形状を有し得る。底面、側面およびカバーは、単一のドーム状として製造され得るし、あるいは、底面および側面、そして、おそらく、カバーは、単一の断片としても製造され得る。蒸発器と冷却器とを接続する冷却管は、蒸発器の底面あるいは底面近くの蒸発器の側面に接続される。蒸気管は、蒸発器のカバーに、あるいは、蒸発器の上部あるいは上部近くの蒸発器の側面に接続される。
【００２６】
冷却器は、互いに対向する長い側面であって、少し放れて置かれた長い側面を有する狭く長いチャンバであり、冷却器の内側の内部に狭いチャネルを形成する。冷却器の形状は、ほぼ長方形あるいは円筒状である。本明細書での使用において、冷却器の長さは、２つの対向する長い側面を意味し、幅は、２つの対向する短い側面を意味する。本発明において、冷却器は、その幅より非常に大きな長さを有する。一実施形態において、冷却器の長さは、冷却器の幅の少なくとも１０倍を上回る。他の実施形態において、冷却器の長さは、冷却器の幅の少なくとも２０倍を上回る。さらに他の実施形態において、冷却器の長さは、冷却器の幅の少なくとも３０倍を上回る。一実施形態において、冷却器の高さは、冷却器の幅の少なくとも２倍であり、より好ましくは、幅の少なくとも５倍を上回る。
【００２７】
蒸発器と冷却器とを接続する管は、冷却器の長い側面の一方（冷却器の中央近く、あるいは、冷却器の両端の一方近く）に取り付けられている。冷却液管は、冷却器の側面または冷却器の底面に接続され、蒸気管は、冷却器の側面または冷却器の最上部近くに接続されている。コンピュータコンポーネントの冷却に使用されるとき、蒸発器と冷却器との間の管のルーティングは、コンピュータケースの内側で利用可能なスペースによって決定される。冷却液管は、コンデンサ、コイル、小さなチップ、ヒートシンク、電源およびファンコネクタ、ならびに、ＲＡＭソケットの周りを通過する。蒸気管は、ＲＡＭ、電源コネクタおよび他の高いパーツ以外のほとんどのデバイスの上を通り得る。管の形状は、冷却液の流れが妨げられず、管が液面未満に落ちない限り、冷却機器の効率には影響しない。機器は、挿入するのに容易で、管の長さが短いときも、チッピングによる影響を受けない。
【００２８】
冷却器の長い側面は、液化が起こるのに十分なエリアを内部に提供する。蒸気が液化するときに形成される差圧によって、蒸気は冷却器の側面を流れる。蒸気管は、熱移動効率にほとんど影響を与えずに、冷却器の側面に沿ったどこにでも接続され得る。蒸気流れの速度は、濃縮速度に依存する。順に、この濃縮速度は、蒸気と冷却器の側面との温度差に依存する。蒸気の温度は、冷却機器の容積内にわたって、内部でほぼ一定である。それは、蒸気が飽和し、その圧力は冷却機器のパーツ間で大きく変動しないからである。そのため、温度は、ほぼ一定な飽和蒸気の気圧に対応する。冷却器の側面の温度は、外部クーラントとの熱交換に依存する。外部クーラントは、空気、水または他の冷却システムであり得る。蒸気管の直径は、蒸気の流れに十分であるべきである。
【００２９】
冷却器内における液体フローは、重力によって起こり、摩擦、液体粘性、および表面張力によって妨げられる。冷却器の内側面は、なめらか、または、垂直方向の溝を有し得、それによって、冷却剤のしずくのサイズが、側面を覆い、冷却効率を減少させるのに十分な大きさに達することなく、冷却器の底部に向かって流れる。側面間の距離は、毛管効果およびフロー抵抗による液体面の著しい上昇のない（液体面の上昇は、冷却に対して利用可能な領域を減少させ、液体との熱交換の効率を下げる）、または、反対側の壁に形成されるしずくと組み合わさることのない、冷却管に向かう液体フローを維持するのに十分であるべきである。底部において冷却管へ向かって流れる液体が一部存在し、好ましくは、蒸気バブルの形成を避けるために液体で浸された状態であり、それによって、蒸発器への液体フローが、沸騰レートおよび／または蒸発レートを維持する限り、その機器は、正確に作動している。
【００３０】
蒸発器は、沸騰レートおよび／または蒸発レートを維持し、ＣＰＵによる熱生成とマッチする。蒸発器内における液体冷却剤の液面は、蒸発器に液体冷却剤が一部ある限り、機器の作動に大きな影響を与えることなく、変化し得る。低ＣＰＵ温度を達成するために、蒸発器の底部と、液体冷却剤が蒸発または沸騰する領域との間における熱抵抗は低くなければならない。蒸発器が、液体冷却剤を含む簡単な箱として実施される場合、熱抵抗は高くなる。
【００３１】
本発明の一実施形態において、蒸発器は、簡単な箱として実施された。そこにおいて、システムは、アセトンで満たされ、小さな領域におけるアセトンの表面においてのみ沸騰が生じた。冷却液管を介して冷却器へと到達する低温の液体、および蒸発器内の大量は、液体アセトンの大部分を介して均等に熱を分配した。熱源により近い蒸発器の底部が、高温であり、それによって、液体アセトンとの熱交換がより効率的である場合において、液体アセトンを沸騰させても、そのアセトンの低層は、液体の上層よりも高い温度に加熱されることから妨げられる。アセトンは、静水圧が若干低い表面においてのみ、および、熱が金属から移る蒸発器の側面に沿ってのみ、蒸発した。これは、液体アセトンの表面において、沸騰領域を小さな外縁へと縮小させた。沸騰層と蒸発器の底部との温度差は、ほぼ完全に、蒸発器の材料を介する熱移動によって決定された。ＣＰＵと蒸気との最終的な温度差は、容認範囲を超えて大きくなった。
【００３２】
この現象に逆らうために、蒸発器フィンが、蒸発器の底部に取り付けられ、液体の表面に到達し、交わる付加的な表面を形成する。蒸発器フィンは、蒸発器の底部から上向けに熱を移動させ、沸騰の間、バブルを形成するための表面を提供する。蒸発器フィンを介する液体冷却剤の表面への熱移動もまた、沸騰が起こらない状況における、および、バブルが形成されずに沸騰が液体の表面において起こる状況における、沸騰を改善する。これは、蒸発器の底部と蒸気との温度差を小さくし、液体冷却剤の液面が変化する場合において作動し続ける。それによって、処理の安定性を確実にする。このアプローチは、表面より下における沸騰を促進するための、蒸発器の他のタイプにおいて用いられる従来技術において記載された完全に沈められた機器とは異なる。
【００３３】
液体より上の蒸発器における空間は、液体冷却剤が蒸気管を浸さない限り、蒸発器の効率に影響をおよぼさない。蒸気管の位置、型、および数は、蒸気を管内部において液化させるのに十分な熱を消散させることなく（それによって、蒸発を遅れさせ得、場合によると、コンピュータの他の部分を冷却するはずの空気を加熱させ得る）、蒸気が冷却器に到達するのに十分な合計断面を提供する。蒸気管の周りに熱絶縁の薄い層を加えることは、熱消散を防ぐ。冷却器の端が蒸発器の端よりも高い位置にあるところにおいて、水平と垂直の間の角度において、蒸気管を配置することもまた、冷却された液体を蒸気管から除去するのを助け、任意の液化された液体を蒸発器へと返し得る。
【００３４】
機器が、ファンまたはブロワのようなエア冷却と共に使用される場合、冷却器の長い側面の１つ、または、両方の長い側面は、動いている空気へ熱を移動するために利用され得る。ケースの底部または上部に、縦のエアフローを提供するためのファンの空間を有さない、平らな１．７５インチの高さを有するコンピュータケースにおいて、空気は、冷却器の長い側面の外表面に沿って水平方向に動く。冷却器の長い側面の外表面は、動いている空気の熱移動を大きくするために、複数の冷却フィンを含み得る。熱の大部分は、蒸発器からの蒸気が液化される場合、冷却器の壁に移動する。冷却剤への圧力およびその温度は、熱移動壁の全領域を通してほぼ一定である。結果として、冷却器の内部における蒸気フローの方向は、熱移動外表面を通しての温度分布に対して大きな影響をもたらさない。冷却剤が、動いている空気への熱の移動の際、その相を変化しない従来の熱変換器においては必要であったが、ここにおいては、冷却剤フローと反対の方向を有するエアフローを提供する必要性はない。
【００３５】
本発明の一実施形態において、十分な大きさの空間が、コンピュータケースの側壁の一つに沿って与えられ、それによって、ケースの正面から後面にかけて狭い通路が形成される。冷却器は、この通路に沿って位置し、空気移動が、１つまたは２つのファン、またはブロワによって通路を介して起こる。従来のヒートシンクフィンがこの設計において用いられる場合、入ってくる冷たい空気は、一端において冷却器の壁を効率的に冷却するが、空気の温度は、空気が冷却器に沿って動くするにつれて高くなる。その結果、空気と冷却器との温度差は小さくなり、機器を冷却する空気の効率性を下げる。さらに、大きな冷却フィンは、エアフローに対して大きな摩擦および抵抗を形成し、したがって、空気スピードおよび熱移動が減少する、または、利用可能な空間に合わない可能性のあるより強力なファンを必要とする。
【００３６】
本機器を用いる最適な熱移動は、直角に水平方向に空気を側面に向かって吹き付け、垂直方向の上向きおよび下向きに空気を外に出すことによって達成される、空気の温度が、冷却器の側面の表面を通して一定である場合、に起こる。これは、１．７５インチの高さを有するラック取り付け用ケースにおいて、起こることでは少なく、その理由として、通常、ケースの上部、底部、および側面が、他の機器またはラックによってブロックされ、パネルの正面および裏面のみが通気孔であることが挙げられる。本発明の一実施形態において、ケースのエアフローは、水平方向であり、冷却器の長い側面の少なくとも一つに沿ってほぼ並行して動かされる。空気を用いての熱移動の効率性の向上のために、冷却フィンは、水平方向から角度をつけて位置付けられ、冷却器の壁の全領域を覆わない。それによって、そのフィンより下と上とにおいて、くさび状の空気「吸い込み」および「排気」ギャップを残す。くさび状ギャップは、冷却フィンによって覆われない冷却器の側面上の区域である。フィンの全ては、１つの構造を形成するように位置付けされ得、または、フィンは、段を形成するように群によって位置付けられ得る。何れの場合においても、冷たい空気が、冷却器に沿う複数の領域におけるフィンの間の空間を行き来し、それによって、フィンが均一的に水平方向である場合に、または、フィンが冷却器の全長に渡って延びる場合に生じる温度分布よりも、より均等化された温度分布が成立する。
【００３７】
ケースが、本機器によって冷却される１つの熱源のみを含む実施形態において、冷却フィンは、冷却器の長い側面の両方に置かれても良い。２つ以上の熱源が本機器によって冷却される実施形態において、エアフローに対する空間を維持し、抵抗を少なくすることが、しばし、必要である。本発明の一実施形態は、２つの熱サイフォン機器を備え、各冷却器の長い側面の一つがもう一方の長い側面と向き合い、お互いが並行であるように配置される。冷却フィンは、冷却器の側面上に置かれ、お互い向き合い、エアフローは、冷却器間へと導かれる。
【００３８】
冷却フィンの明確な配置は、エアフロー、異なった高さのフィンの効率性、および、冷却器上の利用可能な表面領域の大きさに対する要求をもとにするべきである。冷却管および蒸気管は、様々なコンポーネントの周りを経路付けられ、管の数は、冷却フローおよび蒸気フローに対する要求によって決定されるべきである。異なった配置は、複数の熱源が存在する場合において、組になって、または固まって置かれた蒸発器および冷却器の個々のセットを用いて、利用可能である。複数の蒸発器は、複数の冷却器と共に、平行に接続され得る、並行システムは、蒸気管および冷却管を有し、それらは、様々な配列において、複数の機器の上部と底部とを接続する。複数の冷却器は、大量の熱が発生される場合、または、エアフローが少ししか利用可能でない場合のために、同じ（複数の）蒸発器に結合され得る。
【００３９】
好ましくは、本発明と用いられるラック取り付け用ケースが、ラックに水平方向に置かれるが、ラックが、厳密に水平方向に置かれる必要性はなく、技術者が、しばし、装置を移動し、デスク上またはカート上にケースを置かなければならない。蒸発器および冷却器は、沸騰、および／または、蒸発および冷却中に特有な、液体冷却剤の液面における変化を許容し、蒸気管の一時的な出水から、または、蒸発器または冷却管の底部の乾燥から回復し得る。さらに、機器が小さな角度において傾けられた場合、機器の冷却特性が顕著に変化しないことは、本発明の利点である。蒸発器フィンは、液体の液面の変化に関わらず、全長に沿う液体冷却剤への効率的な熱移動のために、表面を有することによって安定性を提供する。さらに、機器は、冷却器に向かって傾けられた場合、重力が、液体冷却剤を冷却器に向かって流れさす。しかし、冷却器および蒸発器の幅以外の寸法に対して、冷却器の幅が小さいため、より少ない容量が、冷却器の液体冷却剤の液面を上昇するのに必要である。これは、冷却管が、冷却器の冷却剤の液面以下において維持する可能性を増大させ、それによって、液体冷却剤が、蒸発器へ流れ続けることを可能にする。冷却器の長さ以外の寸法に対して大きな冷却器の長さは、熱分配のために大きな表面領域を提供する。冷却器は、蒸気が冷却器の側面において液化されることを可能にするために、液体の液面よりも上に十分な空間が存在する限り、作動し続ける。
【００４０】
通常、ヒートシンクおよび他の冷却機器は、ブラケットおよびクリップを用いて、ＣＰＵおよび他の熱源へ結合される。本発明の冷却機器は、蒸発器を熱源に結合するために強力なブラケットを使用するべきである。そのブラケットは、従来のヒートシンクによって発生する曲げ力よりも大きな曲げ力を引き起こすべきではない。また、そのブラケットは、機器がインストールされている間、均一でない圧力の印加、傾き、または、チップの一つの縁のみへの全ての力の印加、を避けるべきである。このゴールを達成するために、特別なブラケットおよびロッキングバネが用いられる。リバースＵ型ブラケットが、任意の標準ヒートシンクのように、コンピュータケース、ボード、スタンドオフ、またはソケットへ結合される。しかし、ブラケットは、通常のものよりも背が高く、全蒸発器を覆うべきである。それによって、漠然とＳ字状バネを合わせるために、蒸発器の上部とブラケットとの間の空間が残る。Ｓ字状バネは、チップの中心の真上にある中心において、蒸発器に、または、蒸発器のカバープレートに接触するべきである。インストールされる時、バネは、回転し、ブラケットとラッチするまで曲がり、それによって、機器が安定する。蒸発器を取り外すために、バネの端が押され、ラッチされた端が離され、Ｓ字状バネは、蒸発器が解除されるまで、逆向けに回転する。このメカニズムは、力が、蒸発器の中心に常にかかり、チップの中心に向かって下方向に導かれることを確実にする。これは、チップへの損傷、または、蒸発器のかき傷を防ぎ、インストレーションが、データセンタによくみられる狭い環境において為されても、良好な熱接触をユーザが達成することができる。同様のブラケットおよびＳバネメカニズムが、オープントップを必要としない通常のヒートシンクの結合のような、他のアプリケーションに使用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
高密度なサーバは、平たく置いた場合、約１７インチ〜約１９インチの幅と、約１．７５インチ以下の高さのラック取り付け用のケースにおいて配置される。ケース内の冷却機器を含む全ての機器は、これらの寸法内に収まる必要がある。ケースの底、スタンドオフ、回路基板、ＣＰＵソケットおよびＣＰＵ自体の高さは、ＣＰＵの表面とケースの上部との間に約１インチだけ残すため、ＣＰＵまたは他の熱源の上部に取り付けられる任意の蒸発器またはヒートシンクは、１インチの高さを超えるべきではない。このような場合における熱サイフォン機器は、液体を動かす非常に少ない量の静水圧（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を用いて作用する必要がある。ＣＰＵにおける負荷、従って熱の生成は、時間を通じて変化し得、ケースは必ずしも正確に水平に配置されないため、熱サイフォン機器の設計は、ＣＰＵ、液体の液面、および管内の蒸気バブルによって生成される熱の量の変化を含む、変化する状態に適するべきである。熱は、ケースの中であるが回路基板のフットプリントの外、または少なくとも基板から移動する外気に突き出る大部分のフットプリントの外にある熱交換器に移され得る。
【００４２】
本発明の熱サイフォン機器の一実施形態は、１７〜１９インチ以下の幅、および２インチ以下の高さを有するケース内のコンピュータまたは電子機器を冷却する。本発明の他の実施形態においては、熱サイフォン機器は、１７〜１９インチ以下の幅、および２インチ以下の高さであるケース内の複数の熱源を有するコンピュータまたは電子機器を冷却する。一実施形態においては、熱サイフォン機器の高さは２．０インチを超えない。他の実施形態においては、熱サイフォン機器の高さは１．７５インチを超えない。他の実施形態においては、熱サイフォン機器の高さは１．７インチを超えない。更なる他の実施形態においては、熱サイフォン機器の高さは１．５インチを超えない。
【００４３】
本発明の熱サイフォン機器のコンポーネントは、強くて耐久性があり、必要な熱伝導特性を有する材料から成る。本発明の一実施形態においては、熱伝導表面および蒸発器フィンは銅から成る。蒸発器の上部および冷却器の非熱伝導表面も銅から成るが、銅部分にはんだ付け、ろう付け、精密成形または溶接によって取り付けられ得るブラスまたはアルミニウムのような他の材料からも成り得る。冷却器に取り付けられた冷却フィンは銅から成るが、冷却器との良好な熱接触がある限り、アルミニウムからも成り得る。冷却剤および蒸気管も銅から成るが、管がさらされている状態にて安定したままである他の材料からも成り得る。
【００４４】
本発明の一実施形態においては、液体冷却剤はアセトンである。他の実施形態においては、エタノールおよびメタノールのような、アセトンと同様な沸点を有する他の液体が使用される。他の実施形態においては、液体冷却剤は水である。
【００４５】
本発明の熱サイフォン冷却機器の寸法は、コンピュータまたは電子機器に冷却を提供するのに十分に大きいが、熱サイフォン機器およびコンピュータまたは電子コンポーネントの両方がケース内に納まるのに十分に小さい。一実施形態においては、本発明は、１９インチの幅またはそれ以下のラック取り付け用のケース、２インチより低い高さのケース内にて１つ以上の熱源を有するコンピュータまたは電子機器に冷却を提供する。
【００４６】
本発明の一実施形態は、約１７インチ以下の幅と、１．７５インチ以下の高さと、２８インチ以下の長さとを有するケースと、ＣＰＵのようなケース内に、少なくとも１つの熱源と、ケースの中に、少なくとも１つの熱サイフォン機器を備える、コンピュータシステムまたは電子機器である。熱サイフォン機器は、（ｉ）蒸発器と、（ｉｉ）互いに平行で、対向する第一と第二の長い側面、および、互いに平行で、対向する第一と第二の短い側面と、（ｉｉｉ）蒸発器および冷却器の内部に液体冷却剤と、（ｉｖ）蒸発器を冷却器に接続し、液体冷却剤の液面以下にある少なくとも１つの冷却管と、（ｖ）蒸発器を冷却器に接続し、液体冷却剤の液面より上にある少なくとも１つの蒸気管とを含む。少なくとも１つの熱サイフォン機器は、必要に応じて、第一の長い側面、第二の長い側面、または、その双方に取り付けられた複数の冷却フィンを備え、フィンは、冷却器から外側に（ｌａｔｅｒａｌｌｙ）拡がる。熱サイフォン機器は、必要に応じて、蒸発器内に１つ以上の垂直な蒸発器フィンを備え、１つ以上の蒸発器フィンは、蒸発器の底部に取り付けられ、液体冷却剤の表面または表面の上に拡がる。
【００４７】
本発明の一実施形態は、約５インチ〜約１３インチの長さ、好ましくは約６インチ〜約１０インチの長さ、および約０．２０インチ〜約０．５インチの幅（冷却フィンの寸法を含まず）の冷却器を含む熱サイフォンデバイスを備える。冷却器の高さは、ケース内の利用可能な高さにおける任意の高さになり得、約１．０インチから約１．７インチの間の及ぶ。冷却フィンの形状およびサイズは、エアフローを用いて効率的な熱伝達を提供する間、利用可能な空間に納まるように設計され得る。一般的に、冷却フィンの高さは、冷却器の高さを超えず、冷却フィンは、冷却器の側面から横に約０．５インチ〜約１．０インチ拡がる。蒸発器は、熱源からの熱伝達によって液体冷却剤が蒸発または沸騰することを可能にする任意のサイズになり得るが、より大きい蒸発器の土台は、機器が傾いた場合において蒸発器の浸水を防ぐのに役立つ。一実施形態においては、蒸発器は約１．０インチ〜約２．０インチの長さ、約１．０インチ〜約２．０インチの幅、および約０．５０インチ〜約１インチの高さである。蒸気および冷却管は、約０．５インチ〜約５．５０インチの長さであり、約０．１５インチ〜約０．５０インチの外径を有する。
【００４８】
本発明の一実施形態においては、冷却器の寸法は、約８．０インチ〜約１０．０インチの長さ、約０．２インチ〜約０．２５インチの幅、および約１．４インチ〜約１．５インチの高さである。蒸発器は、約１．８インチ〜約２．０インチの長さ、約１．８インチ〜約２．０インチの幅、および約０．７インチ〜約０．８インチの高さである。蒸気および冷却管は、約１．３０インチ〜約４．７０インチの長さであり、約０．２５インチの外径を有する。更なる実施形態においては、冷却器は、８．２７インチの長さ、１．４６インチの高さ、および０．２４インチの幅である。冷却フィンは、冷却器の少なくとも１つの長い側面から追加の．６６インチ拡がる。他の実施形態においては、冷却器の寸法は、９．８４インチの長さ、１．４６インチの高さ、および０．２４インチの幅であり、冷却フィンは、冷却器の側面から追加の．６６インチ拡がる。一実施形態においては、蒸発器は、１．９７インチの長さ、１．９７インチの幅、および０．７５インチの高さである。
【００４９】
図１は、液体冷却剤７を含む蒸発器５および冷却器１０を有する熱サイフォン機器を示す。蒸発器５は、冷却管８および蒸気管１３によって冷却器１０に接続される。冷却管８は、蒸発器５および冷却器１０の両方の底面において、またはその底面の近くに取り付けられる水平管である。冷却管８は、液体冷却剤７の液面以下であり、液体冷却剤７を用いて完全にまたは不完全に満たされる。蒸気管１３は、わずかな角度において液体冷却剤７の液面の上に配置され、蒸発器５および冷却器１０の上部にまたはその上部の近くに取り付けられる。図１において、１つだけの冷却管８および蒸気管１３が示されるが、複数の管も使用され得る。
【００５０】
蒸発器５の底面は、一般的にＣＰＵである熱源２と接触する。複数の蒸発器フィン６は、蒸発器の底面から液体冷却剤７の表面上に拡がる。個別の蒸発器フィン６間の距離、および蒸発器フィン６と蒸発器５の側面との間の距離は、異なる蒸発器６フィンおよび側面に形成されるバブルが、蒸発器フィン６および側面から分離する前に組み合わさることを防ぐのに十分である。
【００５１】
冷却器１０は、狭い内部チャネル１２を有する長いチャンバである。冷却器１０における液体冷却剤７の液面は、液体冷却剤７の一部の量が、蒸発および／または沸騰の率を支えるために、冷却管８を介して蒸発器５へと流れることを可能にするのに十分に高い。複数の冷却フィン１１は、冷却器１０の外壁に取り付けられる。
【００５２】
使用の際、熱源２によって生成された熱は、蒸発器５の底面および蒸発器フィン６を介して液体冷却剤７へ移され、液体冷却剤７に沸騰または蒸発させる。液体冷却剤７の沸騰および／または蒸発によって生成される蒸気１４は、蒸気管１３を介して蒸発器５を去り、冷却器１０のチャネル１２に入る。一般的にファンまたはブロワ（図示せず）によって提供される冷却フィン１１を通過したエアフローは、冷却器１０の内壁の温度を下げ、蒸気１４にチャネル１２の底面へと液化させる。冷却器１０の底面における液体冷却剤７は、冷却管８を介して蒸発器５へと戻る。
【００５３】
本発明の一実施形態においては、図２、図３、および図４Ｂに示されるように、冷却フィン１１は、水平と垂直の間の角度において配置され、冷却器１０の長い側面の１つに取り付けられる。図２および図３は、複数の冷却管８および蒸気管１３を有する２つの熱サイフォンが、２つの熱源２がある冷却システムにおいて並んで使用される一実施形態を示す。冷却管８および蒸気管１３は冷却器１０に取り付けられ、冷却器１０の端の近くまたは冷却器１０の真ん中の近くのどちらかに取り付けられる。２つの熱サイフォン機器は、取り付けられた冷却フィン１１を有する冷却器１０の側面が互いに向き合うように方向づけられる。ファンまたはブロワ（図示せず）は、冷却フィン１１を介して、冷却器１０の間に水平に空気を送る。
【００５４】
一実施形態においては、図２、図３、および図４Ｂに示されるように、熱サイフォン機器は安全弁を含む。安全弁とは管、この実施形態においては直径約１／８インチの銅管であり、管は冷却器１０の内側の上部に取り付けられた一端、および２つの冷却器１０の間または十分な空間を有する何らかの方向を指す自由端を有する。
【００５５】
安全弁３の自由端は、機器の動作範囲の上の温度であるが、熱サイフォン機器が蒸気の圧力によって、または熱サイフォンの一部を結合するために使用されるはんだの溶融によって破壊され得、それによってコンピュータシステムまたは電子機器、もしくはラック、格納装置、および他の対象物に更なるダメージを与え得る温度より低い温度において溶けるはんだを用いて密封される。火災の場合においては、温度が安全弁のはんだの融点に届いた場合、安全弁３は開き、蒸気ははんだを押し出し、機器から抜け出す。冷却剤が可燃性であった場合、火によって既に加熱されているケース内の空間の中の熱サイフォンの外で燃える。この空間は、２つの冷却器１０の間にあり、または冷却器１０とケースの外壁（図示せず）との間にあり得る。この空間は可燃性材料を含まず、熱サイフォン機器内の総量は小さく、一実施形態においては一ＣＰＵあたり約２０ミリリットルである。燃焼冷却剤は、したがって、この空間内に含まれ、火に対してあまり貢献せず、または最悪の状態のシナリオにおける爆発を起こさない。安全弁３は、熱サイフォン機器の通常動作の間、機能を全く行わず、ＣＰＵ、マザーボード、電源回路およびコンピュータの他の重要部分が高温によってダメージを受ける地点においてのみトリガされる。
【００５６】
図２、図３、および図４Ａに示されるように、充填管１は、蒸発器５の内部に取り付けられた直径約３／１６インチの銅管である。冷却機器を冷却剤を用いて満たすために、充填機（図示せず）は、圧縮器具または同様な機器を使用して充填管１に取り付く。充填機は、初めに、冷却機器から空気を取り除き、次いで適した量の冷却剤を用いて満たす。冷却剤が追加された後、充填管１はクリンプ（ｃｒｉｍｐ）され、冷却機器は充填機から外され、充填管１は密封される。
【００５７】
密封がはんだ付けまたは溶接を介して行われた場合、冷却システムは、高温が充填管の端に適用される一方、冷却剤の温度および圧力をシステムの中に保つために、水タンク内に配置され得る。充填管は、蒸発器とクリンプ／密封点との間に十分な距離を保つ一方、機器のフットプリントを減らすために、充填の前または後に曲げられ得る。代替的に、充填管は、冷却器、管、または安全弁のような冷却機器の他のコンポーネントに取り付けられ得る。更に、一部の実施形態においては、安全弁は、充填管として使用され得る。
【００５８】
図４Ｂは、冷却器１０に取り付けられた角度の付いた冷却フィン１１の側面図を示す。くさび形の領域１５は、同形の構造を形成するために配置された冷却フィン１１によって形成され、または冷却フィン１１は、ステップ（図示せず）を形成して複数の群において配置される。くさび形領域１５は、外気が、冷却器１０に沿って複数の領域における冷却フィン１１を介して入り、出ることを可能にし、したがって、より多くの同一の温度分布を生成する。
【００５９】
本発明の一実施形態においては、図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、蒸発器ブラケット２０およびＳ字状バネ２２は、蒸発器５を熱源２（図示せず）にクランプする。必要に応じて、蒸発器カバー２１（図５Ａに示される）は、蒸発器５の上部に配置される。Ｓ字状バネ２２は、カバーが使用されていない場合、蒸発器カバー２１または蒸発器５の上部に配置される。それによって、Ｓ字状バネ２２は、熱源２（図示せず）の中心のすぐ上の中心における蒸発器カバー２１または蒸発器５と接触する。蒸発器ブラケット２０は、Ｓ字状バネ２２および蒸発器カバー２１のために蒸発器５の上部の上に小さな空間を残して、蒸発器５の上に納まる。蒸発器ブラケット２０の一端が、ブラケット２０の垂直の側面が蒸発器５の側面に近くなるように配置される一方、ブラケット２０の他端は、ブラケット２０と蒸発器５の側面との間に空間を生成して、更に拡がる。Ｓ字状バネ２２は、機器を安全に保ち、ブラケット２０をラッチするまで回転および曲げられる。蒸発器５を取り除くため、Ｓ字状バネ２２の端は押され、ラッチされた端を開放し、Ｓ字状バネ２２は、ブラケット２０解放するまで回転して戻される。
【００６０】
図６は、図２および図３に示されるように構成され、コンピュータケース２７内に配置された２つの熱サイフォン機器を示す。蒸発器５は、回路基板２８に含まれる熱源２において配置される。冷却器１０は、冷却管８および蒸気管１３を介して、蒸発器５に接続される。取り付けられた冷却フィン１１を有する冷却器１０の側面は、互いを向き合うように方向づけされる。冷却フィン１１は、水平と垂直との間の角度において配置される。冷却器１０および冷却フィン１１を通過する空気は、ケース２７の端における通気孔を介して出る。
【００６１】
本発明の一実施形態においては、コンピュータケースを覆う冷却システムは、１７インチの幅、１．７３インチの高さ、および２７インチの長さである。サーバにおけるハイエンドボードに対して一般に使用される、標準のＥｘｔｅｎｄｅｄ  ＡＴＸマザーボードフォーマットは、１２インチ×１３インチの大きさの回路基板である。ケースの閉じられたコンパートメントは、電源、ハードドライブ、ファンおよび様々な接続器を含む。一実施形態においては、２つのＡｔｈｌｏｎ  ＣＰＵは、２つの熱サイフォン機器を用いて冷却される。冷却器を冷却するエアフローは、電源およびファンを含むコンパートメントから冷却器フィンを介して、ケースの後ろにあるグリルへと移行される。
【００６２】
発明が、特定の好ましい実施形態を用いて記載されたが、前述の記載が、本発明の範囲を限定する意図がないことは理解される。様々な均等物および修正が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、特定の実施形態において示された発明に為されることは、当業者によって理解されるであろう。本明細書中に参照された全刊行物は、ある程度、ここにおいて援用され、相反するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明の熱サイフォン冷却機器の断面図を示す。
【図２】図２は、２つの熱サイフォン機器を備える本発明の冷却システムの透視図を示す。この冷却フィンは、互いに向き合う冷却器の側面に取り付けられている。
【図３】図３は、図２に示す冷却システムの平面図を示す。
【図４】図４Ａは、図２に示す冷却システムの側面図を示し、図４Ｂは、複数の角度の付いた冷却フィンを有する本発明の冷却器の側面図を示す。
【図５】図５Ａは、本発明の蒸発器を熱源にクランプするために使用されるブラケットおよびＳ字状バネの側面図を示し、図５Ｂは、ブラケットおよびＳ字状バネの平面図を示す。
【図６】図６は、コンピュータケースに置かれた２つの熱サイフォン機器を備える本発明の冷却システムを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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