(57)【要約】【課題】電子部品を直接空気で冷却する冷却アセンブリを提供すること。【解決手段】冷却アセンブリは、冷却空気を電子部品上に向けるためのノズルを支持するハウジングを備える。ケーシングはシャフトを回転可能に支持し、シャフトは圧縮機、伸張器、および電動機を支持して、空気を循環させ、冷却空気をノズルに送出する。このアセンブリは、空気の薄膜上でケーシング内のシャフトを支持する空気軸受けを有し、それによって汚染のないハウジングが維持される点が優れている。【選択図】図１
2008047877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を直接空気で冷却する冷却アセンブリであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された少なくとも１つの電子部品と、
冷却空気を前記電子部品上に向けるための前記ハウジング内で支持されたノズルと、
前記冷却空気を前記ノズルに供給するための前記ハウジング内に配置された大気サイクル冷却ユニットであって、ケーシング、および空気を移動させるための前記ケーシングに回転可能に支持された凝縮器を具備する冷却ユニットと、
汚染のないハウジングを維持するための空気の薄膜上で前記ケーシング内の前記圧縮機を支持する空気軸受けとを備えるアセンブリ。
【請求項２】
前記ケーシングが、対向するケーシング端部、およびその間に延在するケーシングの軸、前記ケーシング端部の間で前記ケーシングの軸に沿って延在するシャフトを備え、前記圧縮機が前記シャフト上で支持され、前記空気軸受けが前記シャフトと前記ケーシングの間に存在する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記シャフトを回転するための前記ケーシング内に配置された電動機を備える、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記シャフト上で支持され、伸張器を通って流れる空気の圧力を低減するための伸張器を備える、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記伸張器が前記シャフトに連結されて前記シャフトを回転させる、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記冷却ユニットが熱交換器入口および熱交換器出口を有する熱交換器を備え、前記ノズルがノズル入口および前記電子部品上に配置された少なくとも１つのノズル出口を備え、前記圧縮機が圧縮機入口および圧縮機出口を備え、前記伸張器が伸張器入口および伸張器出口を備え、前記冷却ユニットが、前記圧縮機出口を前記熱交換器入口に相互連結して空気がその間を流れるようにする第１の空気管、前記熱交換器出口を前記伸張器入口に相互連結して空気がその間を流れるようにする第２の空気管、および前記伸張器出口を前記ノズル入口に相互連結して空気がその間を流れるようにする第３の空気管を備える、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記ハウジングが、対向するハウジング端部と、固体でハウジング底部とハウジング頂部の間に延在する間隔をおいて配置された平行の側壁を有するハウジング底部およびハウジング頂部と、前記ケーシングの軸に対して平行に延在するハウジングの軸とを備え、前記ハウジング底部、前記側壁、および前記ハウジング頂部が前記ハウジング端部の間に軸方向に延在して前記ハウジング端部の１つに空気入口を、前記ハウジング端部の他方に空気出口を画定して空気の流れが前記ハウジングを通ることができるようになされた、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記冷却ユニットが、空気を前記空気出口から外に移動させるための並列かつ前記空気出口に対して平行に配置された複数の送風機を備え、前記熱交換器が前記複数の送風機と前記空気出口の間に配置され、前記ケーシングが前記ハウジング底部上で前記複数の送風機と前記空気入口の間で支持される、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
複数の電子部品、および前記電子部品上に空気を送るための前記複数の電子部品上に配置された複数のノズル出口を備える、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記空気入口に配置された入口プレート、および前記空気出口に配置された出口プレートを備え、前記入口プレートおよび前記出口プレートが前記空気入口および前記空気出口を通る空気の流れのための複数の開口を有する、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記ハウジングが、４つの角部を画定する全般的に矩形の周囲、電気信号を前記アセンブリに供給するための第１の側壁および前記空気入口に隣接する第１の角部に配置された第１の電子装置の箱、電気信号を前記アセンブリに供給するための前記第１の側壁および前記空気出口に隣接する第２の角部に配置された第２の電子装置の箱を備え、前記複数の送風機が前記第２の電子装置の箱と第２の側壁の間に配置される、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記電子部品が、前記ハウジング底部上に配置されたマザーボード、前記マザーボード上に配置された複数の回路、および前記マザーボード上に配置された複数の電子チップを備える、請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
各前記チップに配置された複数の伝熱フィンを有するコールドプレートを備える、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記圧縮機が前記空気入口に比較的近い前記ケーシング端部の１つで前記シャフト上で支持され、前記伸張器が前記空気出口に比較的近い前記ケーシング端部の１つで前記シャフト上で支持され、前記電動機が前記圧縮機と前記伸張器の間に配置される、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記空気軸受けが、前記シャフトの半径方向の負荷を空中で支持するための複数のジャーナル軸受け、および前記シャフトの軸方向の負荷を空中で支持するための複数のスラスト軸受けを備える、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
電子部品を直接空気で冷却する冷却アセンブリであって、
金属ハウジングであって、４つの角部を画定する全般的に矩形の周囲を有し、固体でハウジング底部とハウジング頂部の間に延在する間隔をおいて配置された平行の側壁を有するハウジング底部およびハウジング頂部を備え、前記ハウジングが対向するハウジング端部およびハウジングの軸を備え、前記ハウジング底部、前記側壁、および前記ハウジング頂部が前記ハウジング端部の間に軸方向に延在して前記ハウジング端部の１つに空気入口を、前記ハウジング端部の他方に空気出口を画定し空気の流れが前記ハウジングを通ることができるようになされた、ハウジングと、
金属入口プレートであって、前記空気入口に配置され、空気の流れが前記空気入口を通るための複数の入口開口を有する入口プレートと、
金属出口プレートであって、前記空気出口に配置され、空気の流れが前記空気出口を通るための複数の出口開口を有する出口プレートと、
電気信号を前記アセンブリに供給するための、第１の側壁および前記空気入口に隣接する第１の角部に配置された第１の電子装置の箱と、
電気信号を前記アセンブリに供給するための、前記第１の側壁および前記空気出口に隣接する第２の角部に配置された第２の電子装置の箱と、
前記ハウジング内に配置された複数の電子部品であって、前記部品が前記ハウジング底部上に配置されたマザーボードを備え、前記部品が前記マザーボード上に配置された複数の回路を備え、前記部品が前記マザーボード上に配置された複数の電子チップを備えた、電子部品と、
前記チップ上に配置された複数の伝熱フィンを有する複数のコールドプレートと、
前記電子部品を冷却する空気を冷却するための前記ハウジング内に配置された大気サイクル冷却ユニットであって、前記冷却ユニットが、空気を前記出口プレートを通って移動させるための前記第２の電子装置の箱と第２の側壁の間に並列に、かつ前記出口プレートに対して平行に配置された複数の送風機を備え、前記冷却ユニットが、空気を冷却するための熱交換器であり、前記複数の送風機と前記出口プレートの間に配置され、空気が前記熱交換器を通って流れるための熱交換器入口および熱交換器出口を有する熱交換器を備え、前記冷却ユニットが、対向するケーシング端部および前記ハウジングの軸に平行に延在するケーシングの軸を有し前記ハウジング底部上で前記複数の送風機と前記空気入口の間で支持されたケーシングを備える、冷却ユニットと、
前記ケーシング端部の間で前記ケーシングの軸に沿って回転可能に支持されるシャフトと、
空気を圧縮するための、前記空気入口に比較的近い前記ケーシング端部の１つで前記シャフト上に取り付けられ、圧縮機入口および圧縮機出口を有する圧縮機と、
伸張器を通って流れる空気の圧力を低減し前記シャフトを回転するための、前記空気入口に比較的近い前記ケーシング端部の１つで前記シャフト上に取り付けられ、伸張器入口および伸張器出口を有する伸張器と、
前記シャフトを回転させるための、前記ケーシング内で前記圧縮機と前記伸張器の間に配置された電動機とを備え、
前記冷却ユニットが、ノズル入口、および空気を前記コールドプレートに送るための前記コールドプレート上に配置された複数のノズル出口を有するノズルを備え、
前記圧縮機出口を前記熱交換器入口に相互連結して空気がその間を流れるようにする第１の空気管と、
前記熱交換器出口を前記伸張器入口に相互連結して空気がその間を流れるようにする第２の空気管と、
前記伸張器出口を前記ノズル入口に相互連結して空気がその間を流れるようにする第３の空気管と、
汚染のない空気流を維持するための、空気の薄膜上で前記シャフトを支持する空気軸受けであって、前記空気軸受けが、前記シャフトの半径方向の負荷を支持するための複数のジャーナル軸受け、および前記シャフトの軸方向の負荷を支持する複数のスラスト軸受けを備える、空気軸受けとを備える冷却アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を直接空気で冷却する冷却アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
より高速のコンピュータを作成するため、コンピュータの動作速度は絶えず向上されている。それに伴って発熱量が増加し、その熱を効果的に消散させる必要性も高まっている。
【０００３】
マイクロプロセッサやコンピュータチップなど熱源が非常に集中している電子装置から熱を消散させるには、自然または強制の対流冷却方法を実施する熱交換器および熱シンクアセンブリが使用されている。コンピュータチップを冷却する最も一般的な方法は直接空気で冷却する方法であり、チップによって発生する普通の熱負荷には十分である。通常、こうした熱交換器は、空気を使用して電子装置から直接除熱するが、空気は熱容量が比較的小さい。したがって、熱容量が大きい流体と併せてコールドプレートを使用するＬＣＵと呼ばれる液体冷却ユニットがこの種の熱源からの除熱に使用されている。ＬＣＵは普通の熱流束には十分であるが、コンピュータの加速につれて、さらに効果的な熱シンクアセンブリが必要とされている。
【０００４】
したがって高熱流束を有する電子装置の冷却には、熱対流冷却ユニット（ＴＣＵ）が使用されている。通常のＴＣＵは、ユニットのボイラプレート上に収容された作動流体を気化させることによって電子装置で発生した熱を吸収する。作動流体を沸騰させると、液体から気体状態に相が変化するため、ＴＣＵの作動流体はそれ自体が２相流体であると考えられる。作動流体の沸騰中に発生する蒸気は次いで凝縮器に移送され、そこでＴＣＵの凝縮面上の薄膜凝縮のプロセスによって液化される。熱は、凝縮器中を走る管を通って流れ、または凝縮器から延びるフィン上を流れる空気流内に除去される。あるいは、冷却効果を向上させる第２の冷媒を管を通して流してもよい。凝縮液体は重力によってボイラプレートに戻され、沸騰―凝縮サイクルが継続される。
【０００５】
近年ではチップの設計の改良によって高熱負荷が発生しないように対処されており、高速コンピュータでもチップが多大な発熱量を生じないようになされている。したがってＬＣＵまたはＴＣＵを使用せずに、チップの冷却に空気冷却で対処することができる。従来技術でも電子装置から熱を消散させるが、コンピュータが高速になるにつれて、従来の電子冷却アセンブリと比較して、より効率的な、または代替の熱伝達能力を有する冷却アセンブリが依然として求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、電子部品を直接空気で冷却する冷却アセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このアセンブリは、ハウジング、およびハウジング内に配置された少なくとも１つの電子部品を備える。ノズルがハウジング内で支持され、冷却空気を電子部品に向ける。大気サイクル冷却ユニットはハウジング内に配置され、冷却空気をノズルに供給する。冷却ユニットは、ケーシング、およびケーシングに回転可能に支持されて空気を移動させる圧縮機を備える。このアセンブリは、空気の薄膜上でケーシング内の圧縮機を支持する空気軸受けを有し、それによってハウジングが非汚染状態に維持される点が優れている。
【０００８】
したがって本発明は、改良型空気冷却アセンブリを提供する。大気サイクル冷却ユニットは、コンピュータケースまたはハウジングの内部に収容され、冷却効果を高めるものである。空気流に油が導入されないため、大気サイクル冷却ユニットは電子部品の冷却に理想的である。
【０００９】
本発明の他の利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて考慮し参照することによってより良く容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図を参照すると、図では同様の数字は幾つかの図を通じて対応する部品を示しており、図１〜４に直接空気で電子部品を冷却する冷却アセンブリ２０が全般的に示されている。
【００１１】
本発明はハウジング２２を備え、ハウジング２２は４つの角部２４、２６（４つの角部のうちの第１および第２の角部だけに番号を付けてある）を画定する全般的に矩形の周囲を有するところが全般的に示されている。ハウジング２２は通常は金属で作成されるが、当技術分野で周知の任意の他の材料でもよい。ハウジング２２は、間隔をおいて配置された平行の側壁３２、３４を有するハウジング底部２８およびハウジング頂部３０を備える。側壁３２、３４は固体であり、ハウジング底部２８とハウジング頂部３０の間に延在する。ハウジング２２はさらに、対向するハウジング端部３６、および長手方向のハウジングの軸３８を備える。ハウジング底部２８、側壁３２、３４、およびハウジング頂部３０は、ハウジング端部３６の間に軸方向に延在し、ハウジング端部３６の１つに空気入口４０、かつハウジング端部３６の他方に空気出口４２を画定する。空気入口４０および空気出口４２は、空気がハウジング２２を通って流れることができるようにする。
【００１２】
入口プレート４４は空気入口４０に配置される。入口プレート４４は複数の入口開口４６を有して、空気が空気入口４０を通って流れるようにする。空気入口４０は通常は金属で作成されるが、当技術分野で周知の任意の他の材料でもよい。
【００１３】
出口プレート４８は空気出口４２に配置される。出口プレート４８は複数の出口開口５０を有して、空気が空気出口４２を通って流れるようにする。空気出口４２は通常、金属で作成されるが、当技術分野で周知の任意の他の材料でもよい。
【００１４】
第１の電子装置の箱５２は第１の側壁３２と空気入口４０に隣接する第１の角部２４に配置され、アセンブリ２０に電気信号を供給する。第２の電子装置の箱５４は第１の側壁３２および空気出口４２に隣接する第２の角部２６に配置され、アセンブリ２０に電気信号を供給する。
【００１５】
アセンブリ２０はさらに、ハウジング２２内に配置された複数の電子部品を備える。電子部品は、ハウジング底部２８上に配置されたマザーボード５６、マザーボード５６上に配置された複数の回路５８、およびマザーボード５６上に配置された複数の電子チップ６０を備える。複数の伝熱フィン６４を有する複数のコールドプレート６２がチップ６０上に配置される。
【００１６】
アセンブリ２０はさらに、ハウジング２２内に配置されて電子部品を冷却する空気を冷却するところが全般的に示されている大気サイクル冷却ユニット６６を備える。冷却ユニット６６は、第２の電子装置の箱５４と第２の側壁３４の間に並列に配置された複数の送風機６８を備える。送風機６８は出口プレート４８に対して平行であり、空気を出口プレート４８内の出口開口５０を通して移動させる。
【００１７】
冷却ユニット６６は空気を冷却するための熱交換器７０を備える。熱交換器７０は、複数の送風機６８と出口プレート４８の間にそれに平行に配置される。熱交換器７０は、熱い圧縮空気が熱交換器７０を通って流れるための熱交換器入口７２および熱交換器出口７４を備える。冷却ユニット６６はさらにケーシング７６を備え、ケーシング７６は、対向するケーシング端部７８、およびハウジングの軸３８に平行に延びるケーシングの軸８０を有するところが全般的に示されている。ケーシング７６はハウジング底部２８上で複数の送風機６８と空気入口４０の間で支持される。シャフト８２はケーシング端部７８の間でケーシングの軸８０に沿って回転可能に支持される。
【００１８】
圧縮機８４は、空気入口４０に比較的近いケーシング端部７８の１つでシャフト８２上に取り付けられる。圧縮機８４は圧縮機入口８６および圧縮機出口８８を有して、熱交換器７０を通る空気の流れを確立する。伸張器９０は空気出口４２に比較的近いケーシング端部７８の１つでシャフト８２上に取り付けられる。伸張器９０は伸張器９０を通って流れる空気の圧力を低減し、シャフト８２を回転させる。伸張器９０は伸張器入口９２および伸張器出口９４を有して、空気が伸張器９０を通って流れるようにする。電動機９６はシャフト８２を回転し、ケーシング７６内に圧縮機８４と伸張器９０の間に配置される。
【００１９】
冷却ユニット６６はさらに、コールドプレート６２上に空気を送るノズル９８を備える。ノズル９８はノズル入口１００およびコールドプレート６２上に配置された複数のノズル出口１０２を備える。
【００２０】
第１の空気管１０４は、圧縮機出口８８を熱交換器入口７２に相互連結して、空気がその間を流れるようにする。第２の空気管１０６は熱交換器出口７４を伸張器入口９２に相互連結して、空気がその間を流れるようにする。第３の空気管１０８は、伸張器出口９４をノズル入口１００に相互連結して、空気がその間を流れるようにする。
【００２１】
本発明は、空気の薄膜上でシャフト８２を支持する空気軸受け１１０、１１２を有し、それによって汚染のない空気流が維持される点が優れている。空気軸受け１１０、１１２は自力流体力学式空気軸受け１１０、１１２であり、圧縮空気源が不要である。空気軸受け１１０、１１２は、シャフト８２の半径方向の負荷を支持する複数のジャーナル軸受け１１０、およびシャフト８２の軸方向の負荷を支持する複数のスラスト軸受け１１２を備える。
【００２２】
空気が圧縮機入口８６内に入ると、空気は圧縮される。圧縮空気の体積は減少し、温度が上昇する。熱い圧縮空気は圧縮機出口８８を出て第１の空気管１０４内に入り、熱交換器入口７２に流れる。熱い圧縮空気は熱交換器７０を通って流れ、送風機６８によって冷却される。送風機６８は、空気を熱交換器７０上の複数の間隔をおいて配置されたフィンを通るように移動させる。冷却された空気は熱交換器出口７４を通って熱交換器７０を出て、第２の空気管１０６内に入り、伸張器入口９２に流れる。冷却された空気の体積は膨張し、冷却空気の温度はさらに下降する。冷却空気は伸張器出口９４を出て、第３の空気管１０８内に入り、ノズル入口１００に流れる。冷却空気は、冷却すべき電子部品上に配置されたノズル出口１０２によって電子部品上に送られる。
【００２３】
本発明は、一般に熱交換器出口７４に配置される水分離器を備えることができる。伸張器９０から出る空気の温度を圧縮機８４に入る空気の露点温度より高くなるように制御することによって、水分離器の必要を省くことができる。伸張器９０を出る空気の温度を監視する制御システムを使用して温度を制御することができる。
【００２４】
例示の実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者には理解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、等価のものを本発明の要素と置き換えることができる。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、多くの修正を加えて特定の状況または材料を本発明の教示に適合させることができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図された最良のモードとして開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内に全ての実施形態を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を示す斜視図である。
【図２】空気が本発明の電子チップ上に向けられるところを示す概略図である。
【図３】本発明の空気サイクル冷却ユニットに使用されるケーシングを示す斜視図である。
【図４】本発明で使用されるスラスト軸受けを示す側面図である。
【図５】本発明で使用されるスラスト軸受けを示す分解図である。
【図６】本発明で使用されるジャーナル軸受けを示す分解図である。
【図７】図６で示したジャーナル軸受けを示す部分切欠きおよび断面の部分端面図である。
【図８】本発明で使用される空気サイクル冷却ユニットを示す概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
２０  冷却アセンブリ
２２  ハウジング
２４  第１の角部
２６  第２の角部
２８  ハウジング底部
３０  ハウジング頂部
３２  第１の側壁
３４  第２の側壁
３６  ハウジング端部
３８  ハウジングの軸
４０  空気入口
４２  空気出口
４４  入口プレート
４６  入口開口
４８  出口プレート
５０  出口開口
５２  第１の電子装置の箱
５４  第２の電子装置の箱
５６  マザーボード
５８  回路
６０  チップ
６２  コールドプレート
６４  フィン
６６  大気サイクル冷却ユニット
６８  送風機
７０  熱交換器
７２  熱交換器入口
７４  熱交換器出口
７６  ケーシング
７８  ケーシング端部
８０  ケーシングの軸
８２  シャフト
８４  圧縮機
８６  圧縮機入口
８８  圧縮機出口
９０  伸張器
９２  伸張器入口
９４  伸張器出口
９６  電動機
９８  ノズル
１００  ノズル入口
１０２  ノズル出口
１０４  第１の空気管
１０６  第２の空気管
１０８  第３の空気管
１１０  ジャーナル軸受け
１１２  スラスト軸受け
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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