(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロプロセッサを冷却するために熱遮断と関連する能動冷却システムを提供する。【解決手段】蒸気加圧冷却システム１０が、１又は複数のマイクロプロセッサ１２，１４を、マイクロプロセッサと結合する１又は複数のコールドプレート２２，２４を介して冷却するために設けられる。各コールドプレート２２，２４は蒸発装置３２，３４を含み、コールドプレート２２，２４の冷却能力を最大化するために（即ち、蒸発装置３２，３４の干上がりを回避するために）蒸発装置３２，３４を出る冷媒の質が１００％未満になることを目的として運転するように、システム１０は設計される。吸込みライン熱交換器２６が設けられ、気相の冷媒を圧縮器１６に供給する目的で蒸発装置からの冷媒の質を少なくとも１００％に増加させることによって圧縮器１６が保護される。【選択図】図１
2007150284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのマイクロプロセッサを冷却するための蒸気加圧冷却システムであって、
前記冷却システムで使用される冷媒を加圧する圧縮器、
前記圧縮器から受け取った加圧された冷媒を凝縮する凝縮器、
前記凝縮器から受け取った加圧された冷媒を膨張させる膨張装置、
コールドプレートを含み、前記コールドプレートが、
対応するマイクロプロセッサの熱遮蔽面と結合する面、及び
膨張した冷媒を前記膨張装置から受け取り、前記対応するマイクロプロセッサから前記膨張した冷媒へ熱を移し、加熱された冷媒を前記システムへ１００％未満の質で戻す蒸発装置を含み、前記冷却システムが、
加熱された冷媒を前記蒸発装置から１００％未満の質で受け取り、前記加圧された冷媒から前記加熱された冷媒へ熱を移し、冷媒を少なくとも１００％の質で前記圧縮器へ戻す吸込みライン熱交換器を更に含むことを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
もう１つのコールドプレートを更に含み、前記もう１つのコールドプレートが、
対応するマイクロプロセッサの熱遮蔽面と結合する面、及び
膨張した冷媒を前記膨張装置から受け取り、前記対応するマイクロプロセッサから前記膨張した冷媒へ熱を移し、加熱された冷媒を前記システムへ１００％未満の質で戻す蒸発装置を含む、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
少なくとも１つのマイクロプロセッサを冷却するための蒸気加圧冷却システムであって、
前記冷却システムで使用される冷媒を加圧する圧縮器、
前記圧縮器から受け取った加圧された冷媒を凝縮する凝縮器、
前記凝縮器から受け取った加圧された冷媒を膨張させる膨張装置、
コールドプレートを含み、前記コールドプレートが、
対応するマイクロプロセッサの熱遮蔽面と結合する面、及び
膨張した冷媒を前記膨張装置から受け取り、前記対応するマイクロプロセッサから前記膨張した冷媒へ熱を移し、加熱された冷媒を前記システムへ１００％未満の質で戻す蒸発装置を含み、前記冷却システムが、
加熱された冷媒を前記蒸発装置から１００％未満の質で受け取り、前記加圧された冷媒から前記加熱された冷媒へ熱を移し、冷媒を少なくとも１００％の質で前記圧縮器へ戻す吸込みライン熱交換器を更に含み、前記吸込みライン熱交換器が前記システムを貫流する前記冷媒に対して前記凝縮器から下流に配置され、前記加圧された冷媒を前記凝縮器から受け取ることを特徴とする冷却システム。
【請求項４】
もう１つのコールドプレートを更に含み、前記もう１つのコールドプレートが、
対応するマイクロプロセッサの熱遮蔽面と結合する面、及び
膨張した冷媒を前記膨張装置から受け取り、前記対応するマイクロプロセッサから前記膨張した冷媒へ熱を移し、加熱された冷媒を前記システムへ１００％未満の質で戻す蒸発装置を含む、請求項３に記載の冷却システム。
【請求項５】
少なくとも１つのマイクロプロセッサを冷却するための蒸気加圧冷却システムであって、
前記冷却システムで使用される冷媒を加圧する圧縮器、
前記圧縮器から受け取った加圧された冷媒を凝縮する凝縮器、
前記凝縮器から受け取った加圧された冷媒を膨張させる膨張装置、
コールドプレートを含み、前記コールドプレートが、
対応するマイクロプロセッサの熱遮蔽面と結合する面、及び
膨張した冷媒を前記膨張装置から受け取り、前記対応するマイクロプロセッサから前記膨張した冷媒へ熱を移し、加熱された冷媒を前記システムへ１００％未満の質で戻す蒸発装置を含み、前記冷却システムが、
加熱された冷媒を前記蒸発装置から１００％未満の質で受け取り、前記加圧された冷媒から前記加熱された冷媒へ熱を移し、冷媒を少なくとも１００％の質で前記圧縮器へ戻す吸込みライン熱交換器を更に含み、前記吸込みライン熱交換器が前記システムを貫流する前記冷媒に対して前記凝縮器から上流に配置され、前記加圧された冷媒を前記凝縮器へ届けることを特徴とする冷却システム。
【請求項６】
もう１つのコールドプレートを更に含み、前記もう１つのコールドプレートが、
対応するマイクロプロセッサの熱遮蔽面と結合する面、及び
膨張した冷媒を前記膨張装置から受け取り、前記対応するマイクロプロセッサから前記膨張した冷媒へ熱を移し、加熱された冷媒を前記システムへ１００％未満の質で戻す蒸発装置を含む、請求項６に記載の前記冷却システム。
【請求項７】
少なくとも１つのマイクロプロセッサを冷却するための蒸気加圧冷却システムを運転する方法であって、
冷媒を加圧して加圧された冷媒を前記システムに供給するステップ、
前記加圧された冷媒を凝縮して凝縮された冷媒を前記システムに供給するステップ、
前記凝縮された冷媒を膨張させて冷却された冷媒を前記システムに供給するステップ、
マイクロプロセッサから前記冷却された冷媒へ熱を移して加熱された冷媒を１００％未満の質で前記システムに供給するステップ、及び
前記加圧された冷媒から前記加熱された冷媒へ付加的な熱を移し、前記加圧ステップでの使用のために冷媒を少なくとも１００％の質で前記システムに供給するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
少なくとも１つのマイクロプロセッサを冷却するための蒸気加圧冷却システムを運転する方法であって、
冷媒を加圧して加圧された冷媒を前記システムに供給するステップ、
前記加圧された冷媒を凝縮して凝縮された冷媒を前記システムに供給するステップ、
前記凝縮された冷媒を膨張させて冷却された冷媒を前記システムに供給するステップ、
マイクロプロセッサから前記冷却された冷媒へ熱を移して加熱された冷媒を１００％未満の質で前記システムに供給するステップ、及び
前記凝縮された冷媒から前記加熱された冷媒へ付加的な熱を移し、前記加圧ステップでの使用のために冷媒を少なくとも１００％の質で前記システムに供給するステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子装置のための冷却システムに関し、更に詳細には、少なくとも１つのマイクロプロセッサを冷却するための蒸気加圧冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置（例えば、デスクトップ・コンピュータ、ラップトップ（又は、ポータブル）コンピュータ、ハンドヘルド・コンピュータ、携帯電話、及び類似のもの）の処理速度、能力、及びメモリを向上させるための絶えず増加している要求が現在存在し、一方、その種の装置の全体のサイズと重さは減少している。このために、より強力なマイクロプロセッサが、ますます小型化したパッケージの中で絶えず開発されているが、増加した処理能力と速度のために発生した熱を除去するための熱遮断に対する要求も増加している。熱遮断と関連する課題を克服するために、多数の能動冷却システムがマイクロプロセッサを冷却するために提案され、これらのシステムの多くが、この使用目的に対して適当であると実証するが、常に改善の余地がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の１特徴によると、少なくとも１つのマイクロプロセッサを冷却するために、蒸気加圧冷却システムが設けられる。冷却システムは、冷却システムで使用される冷媒を加圧する圧縮器、圧縮器から受け取った加圧された冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮器から受け取った加圧された冷媒を膨張させる膨張装置、及びコールドプレートを含む。コールドプレートは、対応するマイクロプロセッサの熱遮蔽面と結合する面、及び膨張した冷媒を膨張装置から受け取り、対応するマイクロプロセッサから膨張した冷媒へ熱を移し、加熱された冷媒をシステムへ１００％未満の質で戻す蒸発装置を含む。更に、冷却システムは、加熱された冷媒を蒸発装置から１００％未満の質で受け取り、加圧された冷媒から加熱された冷媒へ熱を移し、冷媒を少なくとも１００％の質で圧縮器へ戻す吸込みライン熱交換器を含む。
【０００４】
１特徴によると、吸込みライン熱交換器は、システムを貫流する冷媒に対して凝縮器から下流に配置され、加圧された冷媒を凝縮器から受け取る。
【０００５】
１特徴では、吸込みライン熱交換器は、システムを貫流する冷媒に対して凝縮器から上流に配置され、加圧された冷媒を凝縮器へ届ける。
【０００６】
１特徴によると、冷却システムは、対応するマイクロプロセッサの熱遮蔽面と結合する面、及び膨張した冷媒を膨張装置から受け取り、対応するマイクロプロセッサから膨張した冷媒へ熱を移し、加熱された冷媒をシステムへ１００％未満の質で戻す蒸発装置を含むもう１つのコールドプレートを含む。
【０００７】
本発明の１特徴によると、少なくとも１つのマイクロプロセッサを冷却する蒸気加圧冷却システムを運転するための方法が提供される。本発明の方法は、冷媒を加圧して加圧された冷媒をシステムに供給するステップ、加圧された冷媒を凝縮して凝縮された冷媒をシステムに供給するステップ、凝縮された冷媒を膨張させて冷却された冷媒をシステムに供給するステップ、マイクロプロセッサから冷却された冷媒へ熱を移して加熱された冷媒を１００％未満の質でシステムに供給するステップ、及び加圧された冷媒から加熱された冷媒へ付加的な熱を移し、加圧ステップでの使用のために冷媒を少なくとも１００％の質でシステムに供給するステップを含む。
【０００８】
本発明の１特徴によると、少なくとも１つのマイクロプロセッサを冷却する蒸気加圧冷却システムを運転するための方法が提供される。本発明の方法は、冷媒を加圧して加圧された冷媒をシステムに供給するステップ、加圧された冷媒を凝縮して凝縮された冷媒をシステムに供給するステップ、凝縮された冷媒を膨張させて冷却された冷媒をシステムに供給するステップ、マイクロプロセッサから冷却された冷媒へ熱を移して加熱された冷媒を１００％未満の質でシステムに供給するステップ、及び凝縮された冷媒から加熱された冷媒へ付加的な熱を移し、加圧ステップでの使用のために冷媒を少なくとも１００％の質でシステムに供給するステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、蒸気加圧冷却システム１０が、１又は複数のマイクロプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ１２、及びマイクロプロセッサ１４）を冷却するために設けられる。冷却システムは、圧縮器１６（速度制御を有する、電動機駆動の圧縮器が好ましい）によって供給される加圧を介して冷却システムを循環させられる適切な冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）を利用する。更に、冷却システムは、凝縮器１８、膨張装置２０、（マイクロプロセッサ１２，１４の対応する１つに各々が関連する）１組のコールドプレート２２，２４、及び吸込みライン熱交換器（ＳＬＨＸ）２６を含む。各コールドプレート２２，２４は、対応するマイクロプロセッサ１２，１４と結合する面２８，３０、対応するマイクロプロセッサ１２，１４が発生した熱を受け取る蒸発装置３２，３４を含む。マイクロプロセッサ１２（又は、マイクロプロセッサ１４）に対する１つの典型的なフットプリントは、１３ｍｍの幅、９ｍｍの長さ、及び１７５Ｗの熱遮断を有する矩形フットプリントである。システム１０の上記各構成要素は１又は複数のマイクロプロセッサ１２，１４の冷却に要求される正確な大きさにされなければならないが（一般に、従来の家庭用（又は、自動車用）蒸気加圧冷却システムと比較して小型化することを意味する）、各構成要素に対する多くの既知の適切な形態が存在し、その種の構成要素の詳細は、冷却システム１０が使用される各特定用途のパラメータに大きく依存する。従って、各構成要素の正確な構造（及び／又は、形態）の詳細は、ここでは記さない。
【００１０】
ここでは、「冷媒の質」（又は、単に「質」）を参照する。質は、従来のように定義されてきた。即ち、システムの中の所定の点における冷媒の全質量（即ち、液相の冷媒と気相の冷媒の総質量）に対する気相の冷媒の質量の重量比％である。従って、気相の冷媒は全体として１００％の質を有し、一方、液相の冷媒は全体として０％の質を有する。液相と気相の両方の冷媒は、０％より大きく１００％より小さい質を有し、正確な数字は全ての冷媒に対する気相の冷媒の比率によって決定される。
【００１１】
コールドプレート２２，２４の冷却能力を最大化するために（即ち、蒸発装置３２，３４の干上がりを回避するために）蒸発装置３２，３４を出る冷媒の質が１００％未満になることを目的として運転するように、システム１０は設計される。吸込みライン熱交換器２６が設けられ、気相の冷媒を圧縮器１６に供給する目的で蒸発装置からの冷媒の質を少なくとも１００％(及び、過熱状態が好ましい)に増加させることによって圧縮器１６が保護される。ここで使用されるように、語句「少なくとも１００％の質で」は、冷媒が１００％の質（又は、過熱された気相状態）にあることを意味する。
【００１２】
ライン４０によって示されるように、運転中、圧縮器１６は冷媒を加圧し、加圧された冷媒をシステム１０に供給する。ライン４２によって示されるように、凝縮された冷媒をシステムに供給する目的で、凝縮器１８は加圧された冷媒を圧縮器２０から受け取り、熱を冷却剤流３６(空気流が好ましい)に移す。ライン４４によって示されるように、膨張装置２０は凝縮器１８から受け取った凝縮され加圧された冷媒を膨張させ、冷却された冷媒をシステムに供給する。ライン４６によって示されるように、熱がマイクロプロセッサ１２，１４から冷却された冷媒に移され、加熱された冷媒を１００％未満の質でシステムに供給する蒸発装置３２，３４に、冷却された冷媒は向けられる。ライン４８によって示されるように、冷媒を１００％の質で圧縮器１６に戻す目的で、熱が(凝縮器１８の下流で膨張装置２０の上流である吸込みライン熱交換器２６にも向けられた)凝縮された冷媒から加熱された冷媒に移される吸込みライン熱交換器２６に、加熱された冷媒は向けられる。
【００１３】
システムを通過するときの冷媒の圧力−エンタルピーが、図１のシステム１０の中の類似の文字付き点に対応する点Ａ，Ａ’；Ｂ，Ｂ’；Ｃ，Ｃ’：Ｄ，Ｄ’；Ｅ，Ｅ’；及びＦ，Ｆ’を用いて(理想的システムを仮定する)図２に示される。
【００１４】
図１と図２のシステム１０の実施例として、膨張装置２０から蒸発装置３２，３４に供給された冷媒は、入るときに約１６．２％の質を有し、蒸発装置３２，３４からシステムに供給される冷媒は出るときに約６５％の質を有し、吸込みライン熱交換器２６から圧縮器１６に戻る冷媒は約５度の過熱を有する。
【００１５】
図３の蒸気加圧冷却システム１０は、類似の構成要素を示す類似の番号を有する図１のシステム１０と（吸込みライン熱交換器２６の位置を除いて）類似しており、吸込みライン熱交換器２６は、図１のシステム１０のように凝縮器１８の下流ではなく、図３では凝縮器１８の上流に配置される。図１のシステム１０と同様に、コールドプレート２２，２４の冷却能力を最大化するために（即ち、蒸発装置３２，３４の干上がりを回避するために）蒸発装置３２，３４を出る冷媒の質が１００％未満になることを目的として運転するように、図３のシステム１０は設計される。吸込みライン熱交換器２６が設けられ、気相の冷媒を圧縮器１６に供給する目的で蒸発装置からの冷媒の質を１００％に増加させることによって圧縮器１６が保護される。
【００１６】
従って、図３のシステム１０に対して、ライン５０によって示されるように、吸込みライン熱交換器２６は加圧された冷媒を圧縮器１６から受け取り、ライン５２によって示されるように、熱を加圧された冷媒から蒸発装置３２，３４から受け取った加熱された冷媒に移して、１００％の質の冷媒を圧縮器１６に戻す。次に、ライン５３によって示されるように、加圧された冷媒は、吸込みライン熱交換器２６から凝縮器１８に向けられるので、ライン５４によって示されるように、凝縮器１８は熱を加圧された冷媒から冷却剤流３６（例えば、空気流）に移して、凝縮され加圧された冷媒をシステム１０に供給できる。ライン３６によって示されるように、膨張装置２０は凝縮され加圧された冷媒を凝縮器１８から受け取り、冷媒を膨張させて、冷却された冷媒をシステム１０に供給する。ライン５８によって示されるように、熱がマイクロプロセッサ１２，１４から冷媒に移され、加熱された冷媒をシステムに１００％未満の質で戻す蒸発装置３２，３４に膨張させられ冷却された冷媒は向けられる。
【００１７】
更に、システムを通過するときの冷媒の圧力−エンタルピーが、図３のシステム１０の中の類似の文字付き点に対応する点Ａ，Ａ’；Ｂ，Ｂ’；Ｃ，Ｃ’：Ｄ，Ｄ’；Ｅ，Ｅ’；及びＦ，Ｆ’を用いて(理想的システムを仮定する)図４に示される。
【００１８】
図３と図４のシステム１０の実施例として、膨張装置２０から蒸発装置３２，３４に供給された冷媒は、入るときに約３４．１％の質を有し、蒸発装置３２，３４からシステムに供給される冷媒は出るときに約６５％の質を有し、吸込みライン熱交換器２６から圧縮器１６に戻る冷媒は約５度の過熱を有する。
【００１９】
蒸発装置３２，３４から出るときの質が１００％未満であることを保証するために図１−図４のシステム１０で利用できる多くの実現可能な制御機構が存在するが、好ましい１形態では、圧縮器の速度は、適切なセンサ（又は、プローブ）（図示されない）を使用してモニタされる選択されたシステム・パラメータに応答して、適切な電動機速度制御を使用し、圧縮器駆動電動機（図示されない）の速度を介して制御される。例えば、図１と図２の点Ａと点Ｄ及び図３と図４の点Ａと点Ｄにおける冷媒が出るときの温度はモニタされ、蒸発装置３２，３４から出るときに所望する質をもたらす適切な目標値と比較され、圧縮器の速度はモニタされる温度を目標値の適切な範囲内に維持するために増減される。膨張装置２０がその形態で設けられるとき、他の実施例を介して、温度センサ６０は、検出された温度を有する吸込みライン熱交換器２６の低圧側から出るときの温度を検出するために使用され、次に熱膨張弁を制御するために使用される。その種のシステムでは、凝縮器３６と吸込みライン熱交換器２６の間の高圧流経路に受器を含むことが好ましく、この受器は凝縮器３６の一体化部分である可能性がある。更に他の実施例として、膨張装置２０が固定されたオリフィスの形態で設けられるとき、吸込みライン熱交換器２６は液体集積機能を含むことが望ましい。
【００２０】
図１−図４のシステム１０は２つのコールドプレート２２，２４を有するものとしてここに示されてきたが、各々はマイクロプロセッサ１２，１４の対応する１つを冷却し、システム１０が単一の（又は、２以上の）コールドプレートを用いて形成できること、及び所定のコールドプレートが単一の（又は、複数の）マイクロプロセッサ専用であることを理解すべきである。
【００２１】
当然のことながら、コールドプレート２２，２４の蒸発装置３２，３４から出るときの質が常に１００％未満に維持される蒸気加圧冷却システム１０に吸込みライン熱交換器２６を設けることによって、システム１０はマイクロプロセッサ１２，１４の最適な冷却を提供でき、一方、冷媒を圧縮器に１００％の質で供給することによる損害から圧縮器１６を保護する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施する冷却システムを示す図である。
【図２】図１のシステムの運転を示す冷媒の圧力−エンタルピー図である。
【図３】本発明を実施する他の蒸気加圧冷却システムを示す図である。
【図４】図３のシステムの運転を示す冷媒の圧力−エンタルピー図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０      蒸気加圧冷却システム
１２，１４      マイクロプロセッサ
１６      圧縮器
１８      凝縮器
２０      膨張装置
２２，２４      コールドプレート
２６      吸込みライン熱交換器
２８，３０、      面
３２，３４      蒸発装置
３６，４０，４２，４４，４６，４８，５０，５２，５３，５４，５８      ライン
６０      温度センサ
【図１】
2007150284.tif 000003
【図２】
2007150284.tif 000004
【図３】
2007150284.tif 000005
【図４】
2007150284.tif 000006