(57)【要約】  ラック内に位置するコンピュータ基板などの熱発生物（１２）を冷却するためのシステムが、熱発生物が配置される筐体（１６）を含む。筐体が、空気導入口および空気排出口を有し、ファン（１４）が、空気導入口へと入り、筐体を通過し、空気排出口を出る空気流を生じさせる。熱交換機（２０）が、熱発生物に対して離間した関係にあるように、筐体内に位置している。熱発生物を過ぎ、あるいは通過して移動する空気が加熱され、熱交換機が、空気が筐体から出る前に熱を取り除く。【その他】              本願に係る特許出願人の国際段階での記載住所は「アメリカ合衆国、オハイオ・４３２９９、コロンバス、デイアボーン・ドライブ・１０５０、リーバート・コーポレイシヨン」ですが、識別番号５０６１８８５８５を付与された国内書面に記載の住所が適正な住所表記であります。
2008520104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱発生物を冷却するためのシステムであって、
空気導入口および空気排出口を有する筐体と、
筐体内に位置する熱発生物と、
空気導入口へと入り、筐体を通過し、空気排出口を出る空気流を生じさせるためのファンと、
熱発生物に対して離間した関係にあるように筐体内に位置する熱交換機と、
を含むシステム。
【請求項２】
複数の熱発生物が、筐体内に垂直に位置している、請求項１に記載の熱発生物を冷却するためのシステム。
【請求項３】
熱交換機が、空気導入口に隣接して位置している、請求項１に記載のシ熱発生物を冷却するためのステム。
【請求項４】
熱交換機が、空気排出口に隣接して位置している、請求項１に記載の熱発生物を冷却するためのシステム。
【請求項５】
ファンが、空気排出口に隣接して位置している、請求項１に記載の熱発生物を冷却するためのシステム。
【請求項６】
ファンが、空気導入口に隣接して位置してい、請求項１に記載の熱発生物を冷却するためのシステム。
【請求項７】
ファンが、空気導入口に隣接して位置しており、第２のファンが、空気排出口に隣接して位置している、請求項１に記載の熱発生物を冷却するためのシステム。
【請求項８】
複数の熱発生物が、筐体内に垂直に位置しており、複数の熱交換機が、隣接する熱発生物の間に熱交換機が離間した関係で位置するように筐体内に位置している、請求項１に記載の熱発生物を冷却するためのシステム。
【請求項９】
熱交換機が、マイクロ−チャネルを含む、請求項１に記載の熱発生物を冷却するためのシステム。
【請求項１０】
熱交換機が、冷媒を含む、請求項１に記載の熱発生物を冷却するためのシステム。
【請求項１１】
冷媒が、２相の冷媒である、請求項１０に記載の熱発生物を冷却するためのシステム。
【請求項１２】
熱発生物を冷却するためのシステムであって、
空気導入口および空気排出口を有する筐体と、
筐体内に位置する熱発生物と、
空気導入口へと入り、筐体を通過し、空気排出口を出る空気流を生じさせるための手段と、
筐体を通過して流れる空気から熱を取り去るための手段と、
を含むシステム。
【請求項１３】
筐体内に位置する熱発生物を冷却するための方法であって、
熱発生物から離間して位置するように、熱交換機を筐体内に位置させることと、
空気導入口へと入り、筐体を通過し、空気排出口を出る空気流を生じさせ、熱交換機によって筐体を通って流れる空気から熱を取り去ることと、
を含む方法。
【請求項１４】
熱交換機を位置させることが、熱交換機を空気導入口に隣接させて位置させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
熱交換機を位置させることが、熱交換機を空気排出口に隣接させて位置させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
複数の熱発生物が、筐体内に垂直に位置しており、熱交換機を位置させることが、熱交換機を隣接する熱発生物の間に、熱交換機と熱発生物とが互いに離間して位置するように位置させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
空気流を生じさせることが、ファンを空気導入口に隣接して位置させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
空気流を生じさせることが、ファンを空気排出口に隣接して位置させることを含む請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電子機器または熱を発生する他の機器を冷却するためのシステムに関し、さらに詳しくは、ラックまたはキャビネット内において垂直バンクに構成された電子機器の近傍を流れる空気を冷却するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この数十年間にわたるコンピュータ産業の成長は、驚異的である。多数の新規なコンピュータの設計は、多数のコンピュータ／プロセッサ基板を組み合わせて「ハイエンド」のコンピュータおよび「サーバ」を作り出している。床面積の必要性ゆえ、コンピュータ基板は、ラックまたはキャビネット内で垂直に「積層」されて構成されることが多い。このような垂直ラックに収容された電子機器用の既存の冷却システムの多くは、適切な冷却を提供できていない。これらの冷却システムの多くにおいては、空気がコンピュータ基板を収容してなるラックまたはキャビネットの底部から引き込まれ、各々のコンピュータ基板を順次に冷却しつつキャビネットを垂直に通過して移動する。この設計においては、ラック内の「より高い」場所に取り付けられた基板は、空気がすでに１つ以上の基板を通過して熱を吸収しているため、下方に取り付けられた基板よりも高温の空気を受け取る。したがって、「より高い」位置の基板は、高温の空気が流れるがために適切な冷却を受けることができない。
【０００３】
同時に、新規であってより強力なマイクロプロセッサが、常に導入され続けているが、これらの高性能は、熱発生の大幅な増加を伴うことが通常である。結果として、これらのより新しいプロセッサの構成は、「支援なし」の空冷ではこれらの「積層」コンピュータを過熱から守るための充分な能力を提供することができない点まで、熱負荷を増大させる。結果として、「積層」サーバを、熱負荷を抑えるために処理速度を落として動作させなければならない可能性があり、性能を損なうことになる。
【０００４】
さらに、既存の冷却システムは、かなり限られた冷却能力しか有していない。例えば、既存の冷却システムの多くは、１平方フィート当たり約８０ワット（Ｗ／ｆｔ２）の熱密度を有し、未だ開発中の冷却システムのいくつかは、最大で１５０Ｗ／ｆｔ２の熱密度を達成すると言われている。しかしながら、このような熱密度を有する冷却システムであっても、今日の最新の電子機器を効果的に冷却することは不可能である。
【０００５】
容易に明らかであるとおり、機器が充分に冷却されない場合、機器内の電子部品の内部温度が比較的短い時間の間に急激に上昇し、システムの性能の大幅な低下を引き起こす可能性があり、或る場合には、部品またはシステム全体の故障につながる可能性がある。システムの性能が損なわれないにせよ、不充分な冷却は、機器の冷却のコストを不必要に増加させる可能性がある。したがって、ラック内において垂直バンクに構成されたコンピュータ基板を適切かつ効率的に冷却する冷却システムについて、ニーズが依然として存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ラック内に位置するコンピュータ基板などの熱発生物を冷却するためのシステムが、熱発生物が配置される筐体を含む。筐体は、空気導入口および空気排出口を有し、ファンが、空気導入口へと入り、筐体を通過し、空気排出口を出る空気流を生じさせる。ファンを、空気導入口または空気排出口に隣接して位置させることができ、あるいは複数のファンを、導入口および排出口に使用することができる。熱交換機が、熱発生物に対して離間した関係にあるように、筐体内に位置している。熱発生物を過ぎ、あるいは通過して移動する空気が加熱され、熱交換機が、空気が筐体を出る前に熱を取り除く。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
或るいくつかの典型的な実施形態においては、熱交換機が、空気導入口に隣接して位置している。さらなる実施形態においては、熱交換機が、空気排出口に隣接して位置しており、あるいは熱交換機が、筐体の導入口および排出口の両者に位置している。多くの場合、複数の熱発生物が、筐体内に垂直に位置しており、複数の熱交換機が、隣接する熱発生物の間に熱交換機が離間した関係で位置するように筐体内に位置している。
【０００８】
本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を検討し、さらに図面を参照することによって、明らかになるであろう。
【０００９】
本発明について、様々な変更および代案となる形態が容易に可能であるが、本発明の特定の実施形態が例として図面に示されており、本明細書において詳しく説明される。しかしながら、本明細書における特定の実施形態についての説明は、本発明を本明細書に開示される特定の形態のみに限定しようとするものではなく、むしろ反対に、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的思想および技術的範囲に含まれる全ての変形物、均等物、および代替物を包含しようとするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の例示の実施形態を、以下で説明する。分かり易くするため、本明細書においては、実際の実施例の全ての特徴が説明されるわけではない。当然ながら、そのような実際の実施形態の開発においては、実施例ごとに様々であるシステム関連およびビジネス関連の制約への準拠など、開発者にとっての特定の目標を達成するために、実施における細目について多数の決定を行わなければならないことを、理解できるであろう。また、そのような開発における労苦が、複雑かつ時間を要するものであるかもしれないが、本開示の利益を受ける当業者にとって定型的な仕事にすぎないと考えられることを、理解できるであろう。
【００１１】
次に、図１に目を向けると、キャビネット１６などの筐体内にてバンクに構成された熱発生物１２を冷却するための冷却システム１０の実施形態が示されている。典型的には、熱発生物は、回路基板アセンブリなど、キャビネット１６内でラックに収容された電子アセンブリからなる。冷却システムは、導入口を通過してキャビネット１６内に入り、上方へとキャビネット１６を通過し、排出口を通ってキャビネット１６から出る矢印１５の方向の空気流を生じさせるファン１４を含む。ファン１４がキャビネット１６を通過する空気流を生じさせる任意の位置に位置してよいこと、および複数のファンを使用してもよいことは、当業者にとって明らかであろう。空気流１５が、機器の各バンクを通過するときに、電子機器１２を冷却する。電子機器１２を冷却することで、流れている空気流の温度が上昇し、したがってキャビネット１６の上部の排出口を出る空気流１９は、キャビネット１６の空気導入口に進入する空気流よりも高温である。空気流そのものは、電子機器１２の各バンクの間に位置する熱交換機２０を通過するときに冷却される。熱交換機２０は、機器１２と熱交換機２０との間に空気の空間が定められるよう、機器１２から離間している。さらに空気流１９は、キャビネット１６内の部品から離れて上部の熱交換機１８を通過して外へと出る際にも冷却され、したがって室内の空調に不要な熱負荷を加えることがない。
【００１２】
他のシステム１０Ａが、図２に示されており、熱交換機２２が、最初の熱負荷すなわち熱発生装置１２の前面すなわち手前に位置している。図２に示されるように、前部熱交換機２２は、ファン１４と最初の熱発生装置１２との間に配置することができる。これにより、熱発生装置またはその周囲への進入に先立って、空気を「あらかじめ冷却」することができる。典型的な状況においては、ファン１４が、空気導入口を通って上方かつキャビネット１６内へと、矢印１５の方向に空気流を生じさせる。空気流は、最初に前部熱交換機２２を通過し、熱発生装置１２との接触に先立って冷却される。次いで、今やあらかじめ冷却された空気が上方へと、熱発生装置１２および／または熱発生装置１２の周囲を通過して流れ、随意により１つ以上の追加の中間の熱交換機２０を通過し、上部の熱交換機１８を通過して、空気排出口を通ってキャビネット１６を出る。すでに述べたように、上部の熱交換機１８を備えることで、キャビネット１６を出る空気流１９を部屋へと出る前に冷却することができ、室内の空調への熱負荷の影響を最小限にすることができる。図２に示されるとおり、熱発生装置１２および各々の熱交換機１８、２０、２２は、熱発生物１２と隣接する熱交換機との間に空気の空間が定められるよう、離間した関係にある。
【００１３】
図３および図４は、他の例示的な冷却システム１０Ｂの正面図および側面図を概略的に示している。ここに示されるように、冷却システム１０Ｂは、前部熱交換機２２の前面または手前に離間して位置する第１のファン１４を含む。さらにシステム１０Ｂは、間に１つ以上の熱交換機２０を最も効率的な冷却を得るために必要とされるとおりに介在させつつ、キャビネット１６内に垂直に配置された複数の熱発生装置１２（すなわち、装置１２が他の装置１２の上方に位置している）、ならびにやはりキャビネット１６内で熱発生装置１２の下流に間隔を空けつつ位置する上部熱交換機１８を含む。各装置１２と隣接する熱交換機２０との間には、空気の空間が定められている。システム１０Ｂの上端のキャビネットの空気排出口の近傍には、第２のファン２４が位置しており、第２のファン２４は、キャビネット１６の外部に取り付けることができ、あるいは随意によりキャビネット１６内に収容されてもよい。第２のファン２４を使用することで、上部熱交換機１８によって冷却された空気を上方かつ／またはキャビネット１６、およびキャビネットに収容された部品から離れるように引っ張ることができ、室内の空調システムへと加えられる余分な熱負荷を最小限にするうえで役に立つ。動作時、空気流が第１のファン１４によってシステム１０Ｂへと引き込まれ、矢印１５の方向に移動する。空気流は、キャビネットを通って上方へと導かれ、各バンクを通過する際に熱発生装置１２を冷却する。さらに、この空気流そのものは、前部熱交換機２０を通過する際に冷却され、装置１２の間に介装された他の熱交換機２０またはその周囲を通過する際に冷却される。次いで、空気流は、最後に上部熱交換機１８またはその周囲を通過する際に冷却され、空気をキャビネット１６およびキャビネットに収容された部品から離れるように追いやる第２のファン２４によって、上方へとキャビネット１６の外に吸い出される。
【００１４】
第２のファン２４は、図３および図４に示されるように、キャビネット１６の上部に直接取り付けることができる。同様に認容できる代案として、ファン２４を、上部熱交換機１８とキャビネットの上部パネルの空気排出口との間など、キャビネット１６の上部に収容することも可能である。第２のファン２４を、或る距離だけキャビネット１６の上部から離間して位置させることも同様に認容可能であり、そのような距離は、ファン２４の強さに応じて決まるが、数ミリメートルからさらに大きな距離の範囲であってよい。例えば、第２のファン２４を、天井の構造体から吊り下げることができ、あるいは第２のファン２４が、既存の冷却システムの一部であっても、既存の冷却システムへと追加されてもよい。
【００１５】
図１から図４は、各々複数の熱発生物および熱交換機を有する例示的なシステムを示している。他の実施形態は、前部熱交換機２２などのようなただ１つの熱交換機を、コンピュータ基板のバンクなどのような熱発生装置の下流に含む。そのような冷却システムは、効果的かつ効率的な冷却のために２つ以上の熱交換機を必要としない熱発生機器の冷却を補助するために、特に有用であり得る。本発明のさらなる利点は、拡大縮小が可能な点にあり、すなわちコンピュータのサイズおよびアーキテクチャによって決定される数の熱交換機を、随時に追加することができる点にある。本明細書において使用されるように、用語「下流」は、他の物体の後ろに続く物体を指し、用語「上流」は、他の物体よりも先に立つ（ただし、必ずしも直前でなくてよい）物体を指す。例えば、図１を参照すると、熱交換機２０は、ファン１４の「下流」であり、ファン１４は、熱発生物１２の「上流」である。
【００１６】
或る例示的な実施形態においては、熱交換機が、マイクロ−チャネル冷媒熱交換機であって、コンピュータ基板または他の熱発生装置の垂直向きのバンクの各々の後方において空気流中に配置されている。マイクロ−チャネル熱交換機を使用することで、熱交換機は、各組のコンピュータ基板からの高温の空気を次の組のコンピュータ基板との接触の前に、熱を冷媒へと伝達する（その後に冷媒が、ポンプで運び去られる）ことによって冷却する。
【００１７】
いくつかの例示的な実施形態においては、使用される冷却用の冷媒が、水の代わりの代替の冷却用媒体として機能する非導電性の２相冷媒であり、冷却液が漏れても、電気的短絡または同種の危険の恐れが生じない。この種の冷媒によれば、マイクロチャネルコイルの使用および気化時の冷媒による多量の熱の吸収ゆえ、同じ空間にてより良好な熱伝達能力が可能になる。２相の冷媒を使用することで、熱交換機を本質的に等温的に動作させることが可能であり、コンピュータ基板へと均一な温度の空気がもたらされる。さらに、このようなシステムを使用することで、水または他の単相流体が使用される場合に比べて、より小さな「占有面積」が可能になる。
【００１８】
上述した特定の実施形態は、あくまで説明を目的とするものであり、本発明を上述のやり方とは異なるが均等であるやり方にて変更および実施することが可能であることは、本明細書の教示の利益を受ける当業者にとって明らかである。また、本発明は、特許請求の範囲に記載される構成または設計の詳細を除き、本明細書に示した構成または設計の詳細には限定されない。すなわち、上述した特定の実施形態について変形または変更が可能であり、そのような変種が全て本発明の技術的範囲および技術的思想に包含されると考えられることは、明らかである。したがって、本明細書において求めようとする保護は、特許請求の範囲に記載されているとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】キャビネット内の熱発生物を冷却するためのシステムを概略的に示した斜視図である。
【図２】キャビネット内の熱発生物を冷却するための別のシステムを概略的に示した斜視図である。
【図３】キャビネット内の熱発生物を冷却するための他のシステムを概略的に示した正面図である。
【図４】キャビネット内の熱発生物を冷却するための他のシステムを概略的に示した側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2008520104.tif 000007
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