(57)【要約】【課題】本発明は、電子システムで熱を発生する部品を効果的に冷却し、部品の取扱を容易にした液体冷却装置を提供しようとするものである。【解決手段】本発明の１実施形態である装置は、」剛性または半剛性な配管の２つのセグメントの周囲に延びて前記２つのセグメントを連結し、一方の前記セグメントが他方のセグメントに対して、回転軸を中心に回転運動可能とした円筒配管ヒンジを有する。【選択図】図１Ａ
2005317013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性または半剛性配管の２つのセグメントの周囲に延びて前記２つのセグメントを連結し、一方の前記セグメントが他方のセグメントに対して、回転軸を中心に回転運動可能とした円筒配管ヒンジを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
冷却用流体を循環させる内部ルーメンを有する剛性または半剛性の配管と、
前記配管に固定的に連結された可動冷却板と、
前記配管の２つのセグメントの周囲に延びて前記２つのセグメントを連結し、一方のセグメントが他方に対して、回転軸を中心に回転運動可能にし、前記可動冷却板が柔軟に移動可能にした円筒配管ヒンジとを備えることを特徴とする、液体ループ冷却装置。
【請求項３】
放熱部品と前記放熱部品を折りたたんで囲むカバー板とを備えた冷却板部品と、
前記冷却板部品に連結され、冷却用流体を循環させる内部ルーメンを有する剛性または半剛性の配管と、
前記配管の２つのセグメントの周囲に延びて前記２つのセグメントを連結し、一方のセグメントが他方に対して、回転軸を中心に回転運動可能にし、前記カバー板の柔軟な移動を可能にした円筒配管ヒンジとを有することを特徴とする、液体ループ冷却装置。
【請求項４】
シャシと、
前記シャシ内に搭載され、少なくとも１つの熱発生部品を含んでいる複数の部品と、
冷却用流体を循環させる内部ルーメンを有する剛性または半剛性の配管と、
前記配管に固定的に連結された可動冷却板と、
前記配管の２つのセグメントの周囲に延びて前記２つのセグメントを連結し、一方のセグメントが他方に対して回転運動可能にし、前記冷却板の柔軟な移動を可能にする円筒配管ヒンジとを有することを特徴とする、電子システム。
【請求項５】
前記配管ヒンジが、
それぞれ第１管端部および第２管端部で終わり、共通の長手方向軸を有するように配置された第１および第２配管セグメントと、
前記長手方向軸に対して半径方向外側に延びる、前記第１管端部上の隆起リップと、
長手方向の第２配管セグメント部で、前記長手方向軸に対して半径方向外側に延びて、半径方向内側に戻る、前記第２管端部上の隆起溝とを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置または電子システム。
【請求項６】
前記隆起リップに隣接して制限された前記第１配管セグメントの長手方向セグメントを取り囲み、かつ前記第２管端部の前記隆起溝内に収容されているリングをさらに備え、前記第１管端部の隆起リップおよび前記リングが前記第２管端部の前記隆起溝内に閉じ込められるように、前記第１管端部および前記リングが、前記第２管端部内に挿入されることを特徴とする、請求項５に記載の装置または電子システム。
【請求項７】
前記第１配管セグメントに連結された雄端部コネクタと、
前記第２配管セグメントに連結された雌端部コネクタとをさらに備え、前記雄端部コネクタが前記第２配管セグメントの前記雌端部コネクタに挿入されると、前記雌端部コネクタは、前記第１配管セグメントおよび第２配管セグメントが回転軸を中心とした回転運動は許可し、前記雌端部コネクタから前記雄端部コネクタが離れる直線運動は阻止することを特徴とする、請求項５に記載の装置または電子システム。
【請求項８】
前記可動冷却板と連結された放熱部品をさらに備え、前記冷却板は、前記放熱部品の追加、交換、または、取り外しが可能なように可動であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置または電子システム。
【請求項９】
前記冷却板は、前記放熱部品へのアクセスを可能にするために、放熱部品から回転して持ち上がり離れることを特徴とする、請求項８に記載の装置または電子システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子システムにある熱源の冷却装置に関し、特に液体ループに配管ヒンジを用いた冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータシステム、ネットワークインタフェース、記憶システム、および電気通信機器などの電子システムおよび機器は一般に、その支持、物理的なセキュリティ、および効率的な空間使用のために、シャシ、キャビネット、またはハウジング内に格納される。格納器内に収容された電子機器は、かなりの量の熱を発生する。熱を取り除かなければ、電子機器に対して熱損傷が生じる場合がある。
【０００３】
小型電子システムおよびデバイス、たとえば、小型コンピュータサーバは、冷却効果をもたらすのに利用可能な空間が非常に小さい場合が多い。従来の空冷ヒートシンクは一般に、熱源に直接接続しなければならない。アルミニウムまたは銅ヒートシンクの熱拡散固有抵抗を考慮すると、ヒートシンクの占有面積は、熱源より遥かに大きくすることはできない。フォームファクタ（形状因子)で決まるヒートシンクの高さに対する制約、およびヒートシンクの占有面積に対する実際的な限界を考慮すると、冷却能力は非常に制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、電子システムで熱を発生する部品を効果的に冷却し、部品の取扱を容易にした液体冷却装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの実施形態によれば、円筒配管ヒンジが、剛性または半剛性な配管の２つのセグメント(区分)に延びるとともに該２つのセグメントを連結し、かつ一方のセグメントが他方に対して回転運動可能にする。
【０００６】
本発明の実施形態は、以下の説明および添付図面を参照することによって構造と動作方法の両方がよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
小型サーバアーキテクチャなどのこれからの電子システムアーキテクチャは、マイクロプロセッサおよび関連する電子回路の電力および密度の増加に対処するために、液体ループ冷却による解法を採用する場合がある。液体ループシステムは、ポンプを有し、プロセッサおよび他の高出力部品に取り付けられた冷却板を通して冷却用流体を流し、冷却板、熱交換器、およびポンプ間でループを作る管に流体を流すことができる。熱源を直接冷却して、システムの冷却を容易にするために、１つまたは複数の放熱要素を液体ループ配管に接続し、部品、特に、熱発生部品に連結することができる。熱交換器で空気を強制対流させることによって、熱がループから取り除かれる。
【０００８】
液体ループの配管ヒンジは、放熱部品などの部品の取扱を容易にする。
【０００９】
伝導および対流により、放熱部品から液体に熱を伝達する冷却板は、液体冷却ループ、たとえば、単相冷却ループ内の熱交換器である。ほとんどの液体ループでは、冷却板は、液体冷却ループの残りの部分に固定的に、または、ほぼ固定的に（semi-rigidly）取り付けられているため、放熱部品の追加、取り外し、または、交換が難しくなっている。例示的なシステムでは、液体冷却ループのヒンジ式保持板によって、放熱部品が、容易に追加、取り外し、または交換できる。
【００１０】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図１Ｄの斜視図は、剛性または半剛性配管の２つのセグメント１０２、１０４の周囲に延びるとともにこれらを連結し、回転軸１０６を中心として、一方のセグメント１０２が他方１０４に対して回転運動することを可能にする円筒配管ヒンジ１００を含む装置の一実施形態を示す。
【００１１】
図１Ａは、分離したヒンジ１００の部分および接続式の配管セグメント０２、１０４を示す分解斜視図である。図１Ｂは、組み立てられた構成を示す。図１Ｃは、組み立てた時のヒンジ１００の部分と配管の関係を示す切り取り断面図である。図１Ｄは、Ｏリング密封材を圧縮した状態に保つ波形ばね１３０を含んだ一実施態様の切り取り断面図である。１つの実施形態では、配管ヒンジ１００は、共通の長手方向軸１０６を有するように配置できる第１および第２配管セグメント１０２、１０４をさらに含んでいる。第１および第２配管セグメント１０２、１０４は、それぞれの第１および第２管端部１１２、１２２で終わる。隆起リップ１１４は、第１管端部１１２上に形成され、長手方向軸１０６に対して半径方向外側に延びる。隆起溝１２４は、第２管端部１２２上に形成され、長手方向の第２配管セグメント部１２６において、長手方向軸１０６に対して半径方向外側に延びて、半径方向内側に戻る。
【００１２】
図１Ｂを参照すると第１管端部の隆起リップ１１４が第２管端部の隆起溝１２４内に閉じ込められるように、前記第１管端部１１２が、第２管端部１２２内に挿入される。配管ヒンジ１００は、隆起リップ１１４に隣接し、制限されている、第１配管セグメント１０２の長手方向セグメントを取り囲み、第２管端部１２２の隆起溝１２４内に収容されたリング１０８、たとえば、プラスチック、ゴム、または柔軟合成Ｏリングを含んでもよい。
【００１３】
１つの実施形態によれば、配管ヒンジ１００は、第１配管セグメント１０２に連結された雄端部コネクタ１１６、および、第２配管セグメント１０４に連結された雌端部コネクタ１２８を含んでいる。雄端部コネクタ１１６は、第２配管セグメントの雌端部コネクタ１２８に挿入できる。雌端部コネクタ１２８は、第１および第２配管セグメント１０２、１０４の回転運動を可能にしながら、雌端部コネクタ１２８から雄端部コネクタ１１６が直線運動で離れるのを阻止する。
【００１４】
円筒配管ヒンジ１００は、第１配管セグメント１０２の端部１１２上に隆起リップ１１４を形成した構成にすることができる。隆起リップ１１４は、第１配管セグメント１０２の長手方向軸１０６に対し半径方向外側に延びるように配置されている。ヒンジ１００はさらに、第２配管セグメント１０４の端部１２２上に隆起溝１２４を形成した構成にすることができる。溝１２４は、長手方向の第２配管セグメント部１２６で、長手方向軸１０６に対し半径方向外側に延びて、半径方向内側に戻る。第１配管セグメント端部１１２は、第１配管セグメント端部の隆起リップ１１４が第２配管セグメント端部の隆起溝１２４内に収納されるように、第２配管セグメント端部１２２内に挿入される。
【００１５】
円筒配管ヒンジ１００を製造するには、リング１０８が、隆起リップ１１４に隣接かつ制限されて、第２配管セグメント１０４の隆起溝１２４内に収容されるように、第１配管セグメント１０２の長手方向部分をリング１０８が取り巻くようにする作業を含めることができる。
【００１６】
別な組み立て方法として、長手方向第２配管セグメント部１２６を、２つの部分に分離し、一方に隆起溝１２４および移行エリアを含めることができる。隆起溝１２４の内部ねじ山は、管１０２のフランジの前方のエリア（領域)では、管１０２上を摺動できる。第２配管セグメント１０４の端部の大きなフランジは、外縁に外部ねじ山を有し、管１０２および管１０４は、Ｏリングを適所に設置した後に共にねじ込みができる。図１Ｄに示すばね１３０は、Ｏリング密封材を圧縮するために、ヒンジの内部のフランジを挟んでＯリングの反対側で使用される。
【００１７】
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃの斜視図は、冷却用流体を循環させる内部ボアまたはルーメンを有する剛性または半剛性配管２０２と、配管２０２に固定的に連結された可動冷却板２０４と、円筒配管ヒンジ２０６とを含んだ液体ループ冷却装置２００の一実施形態を示している。円筒配管ヒンジ２０６は、配管２０２の２つのセグメント２０８、２１０の周囲に延びてこれらを連結し、一方のセグメント２０８が他方２１０に対して回転運動でき、可動冷却板２０４の柔軟な移動を可能にしている。図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、液体ループ冷却装置２００に使用するのに適した配管ヒンジ１００、２０６を示している。ヒンジ１００、２０６は、非常に小型で、システム内部の空間すなわち容積を実質的に増やすことなく、小型の構造を移動させ、あるいは関節式に連結することを可能にする構造である。
【００１８】
図２Ａは、冷却板２０４が閉じた位置にある液体ループ冷却装置２００を示している。図２Ｂは、冷却板２０４の一方が開いた位置にある液体ループ冷却装置２００を示している。
【００１９】
液体ループ冷却装置２００はまた、可動冷却板２０４に連結される放熱部品２１２を含んでもよい。冷却板２０４は、放熱部品２１２の追加、交換、または、取り外しを可能にするように動くことができる。冷却板２０４は、放熱部品２１２へのアクセスを可能にするために、たとえば、挿入、取り外し、試験などを可能にするために、放熱部品２１２から離れるように回転して持ち上がることができる。図２Ｃは、放熱部品２１２および連結する熱発生デバイスまたは部品を示すために、冷却板２０４が開いた状態での液体ループ冷却装置２００の拡大図を示している。
【００２０】
同様に、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを参照すると、液体ループ冷却装置２００の一実施形態には、放熱部品２１２と、放熱部品２１２を折りたたんで囲むカバー板２１６をさらに備えている冷却板部品２１４が含まれている。液体ループ冷却装置２００は、冷却板部品２１４に連結され、冷却用流体を循環させる内部ルーメン（内腔）を有する剛性または半剛性配管２０２をさらに含んでいる。円筒配管ヒンジ２０６は、配管の２つのセグメント２０８、２１０の周囲に延びてこれらを連結し、一方のセグメント２０８が他方２１０に対して回転運動でき、カバー板２１６の柔軟な移動を可能にしている。
【００２１】
図３Ａおよび図３Ｂの斜視図および上面図は、シャシ３０２と、シャシ３０２内に搭載されて、少なくとも１つの熱発生部品を含んでいる複数の部品３０４とを備える、コンピュータサーバのような２つの電子システム３００および３３０を異なる実施形態で示している。内部ボアを有する剛性または半剛性の配管３０６は、閉ループシステム内の部品３０４を循環する冷却用流体を含んでいる。可動冷却板３０８は、配管３０６に固定的に連結されている。円筒配管ヒンジ３１０は、配管の２つのセグメントの周囲に延びてこれらを連結し、一方のセグメントが他方に対して回転運動でき、可動冷却板３０８の柔軟な移動を可能にしている。
【００２２】
ヒンジ３１０は通常、液体ループの管セグメントに対になって可動冷却板３０８の両側で装着されている。ヒンジ３１０は、機械的な分離が必要な状況に応じて、１つまたは複数の他の配管脚部上に使用できる。図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、電子システム３００に使用するのに適した配管ヒンジ１００、３００を示している。
【００２３】
冷却板３０８は、放熱部品３０４の追加、交換、または、取り外しを可能にするため動くことができる。冷却板３０８は、放熱部品３０４へのアクセスを可能にするために、放熱部品３０４から離れるように回転して持ち上がることができる。一般に、放熱部品３０４は、冷却板３０８に連結され、取り付けられている。したがって、可動冷却板３０８は、連結されている放熱部品３０４を囲んでいることが多い。
【００２４】
電子システム３００はまた、シャシ３０２内の空気流入口穴および空気流出口穴３１４、および、入口穴から出口穴３１４へ空気を流す１つまたは複数のファン３１６をさらに含んでいる。
【００２５】
１つの実施形態では、電子システム３００は、たとえば、小型フォームファクタシャシとして構成されるシャシ３０２によって、効率的な大きさに作られて、比較的小さなパッケージにされる。一般的な小型のサイズは、ほぼ１Ｕまたは２Ｕフォームファクタである。
【００２６】
電子システム３００はまた、液体ループを通る冷却用流体の循環を補助できるように、配管３０６に連結されるポンプ３１８をオプションで含んでもよい。他の実施形態では、重力を利用して、または流体の流れをつくる配管内のウィッキング（wick）構造を使って、ポンプを省略してもよい。たとえば、ポンピング作用は、加熱下の微細孔ウィックに誘起される表面張力を利用して、作動流体を流す、２相熱搬送デバイスを使って得ることができる。
【００２７】
液体ループ冷却システムの他のオプション部品は、配管３０６に連結できる液体−空気熱交換器３２０である。さらに別なオプション部品は、冷却用流体を蓄積する、配管に連結されたリザーバ３２２である。
【００２８】
液体ループ冷却は、パワーエレクトロニクス、防衛、医療、およびコンピュータ応用形態で出力密度が増加していることから生ずる、電子回路の熱管理のため使用してもよい。液体ループ冷却は、出力密度の向上およびパッケージングサイズの減少の結果として、ハイエンドサーバ、記憶システム、電気通信機器、自動試験機器などでますます有用となっている。
【００２９】
液体ループ冷却システムは、冷媒を閉ループ循環させ、管およびポンプなど流れ分配部品、弁およびオリフィスを含む流れ制御デバイス、ならびに、冷却板および熱交換器などの熱伝達デバイスを含んでもよい。液体ループ冷却システムの仕組みは一般に、電子部品の温度を適したレベルに維持するのに必要な流れと分配を作るように構成される。
【００３０】
本開示では種々の実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例示的であり、多くの変形、変更、付加、および改良が可能である。たとえば、当業者は、プロセスパラメータ、材料、および寸法が単に例として挙げられていることを理解するであろう。パラメータ、材料、および寸法は、望ましい構造、ならびに、変更を行うために変えることができる。本明細書では、ヒンジの特定の形状、大きさ、および幾何形状を示したが、他の配置が可能である。同じ様に、特定の電子システムの実施形態、たとえば、コンピュータサーバが示されている。他の実施形態として、通信システム、記憶システム、娯楽システムなど、他のタイプの電子システムにおいて、ヒンジを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】円筒配管ヒンジを含む装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図１Ｂ】円筒配管ヒンジを含む装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図１Ｃ】円筒配管ヒンジを含む装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図１Ｄ】円筒配管ヒンジを含む装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２Ａ】運用性に役立つ配管ヒンジを含む液体ループ冷却システムの種々の図および実施形態の１つを示す斜視図である。
【図２Ｂ】運用性に役立つ配管ヒンジを含む液体ループ冷却システムの種々の図および実施形態の１つを示す斜視図である。
【図２Ｃ】運用性に役立つ配管ヒンジを含む液体ループ冷却システムの種々の図および実施形態の１つを示す斜視図である。
【図３Ａ】運用性に役立つ配管ヒンジを用いた液体ループ冷却システムを有する電子システムの実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｂ】運用性に役立つ配管ヒンジを用いた液体ループ冷却システムを有する電子システムの実施形態を示す上面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００、２０６、３１０  円筒配管ヒンジ
１０２、１０４、２０８、２１０  配管セグメント
１０６  回転軸
１０８  リング
１１４  隆起リップ
１２４  隆起溝
２０２、３０６  剛性又は半剛性な管
２０４、３０８  冷却板
２１６  カバー板
３００  電子システム
【図１Ａ】
2005317013.tif 000003
【図１Ｂ】
2005317013.tif 000004
【図１Ｃ】
2005317013.tif 000005
【図１Ｄ】
2005317013.tif 000006
【図２Ａ】
2005317013.tif 000007
【図２Ｂ】
2005317013.tif 000008
【図２Ｃ】
2005317013.tif 000009
【図３Ａ】
2005317013.tif 000010
【図３Ｂ】
2005317013.tif 000011