JP2005038112A

JP2005038112A - Liquid cooling system and radiator

Info

Publication number: JP2005038112A
Application number: JP2003198851A
Authority: JP
Inventors: Shinji Matsushita; 伸二松下; Takeshi Toizono; 武樋園; Ichiro Asano; 一郎浅野; Kenichi Saito; 賢一斎藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: JP4603783B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling technique that improves the performance of a cooling system for cooling by radiating heat generated from a CPU away without increasing the mounting height of the cooling system in a rack-mounted server module, and in particular, a cooling system and a cooling device that are useful in configuring a 1U server module and do not impair a thin design of the 1U. <P>SOLUTION: For CPU cooling in a server module, the liquid cooling system mounts jackets for absorbing generated heat in a coolant on CPUs, circulates the coolant by pumps and radiates the heat out at a radiator. In the liquid cooling system, the radiator is so constructed that a plurality of radiating fin units depending on the heat generation of the CPUs are arrayed in the flow direction of cooling air by cooling fans and that coolant circuits of the radiating fin units are connected in series. The cooling fans of the liquid cooling system are arranged in the center of the server module and shared for the air cooling of the radiator and the air cooling of the other device. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックマウントサーバシステムのサーバモジュール等の薄型の情報処理装置の冷却に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーバ等の情報処理装置のシステム構成・収納および設置において、ラックマウント方式が主流となっている。ラックマウント方式とは、各々の機能を持った装置を特定の規格に基づき形成されたラックキャビネットに段積み搭載するもので、各装置の選択・配置を自由に行え、システム構成の柔軟性・拡張性に優れ、システム全体の占有面積も縮小できるという利点がある。
【０００３】
特に、ラックマウントサーバではＩＥＣ規格（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）／ＥＩＡ規格（ＴｈｅＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）に規定された１９インチラックキャビネットが主流となっており、装置を搭載するための支柱の左右間口寸法を４５１ｍｍ、搭載における高さ寸法を１Ｕ（１ＥＩＡ）＝４４．４５ｍｍという単位で規定されている。
【０００４】
このラックマウントサーバのモジュールの実装例を図２にしめす。図２のモジュールは、１Ｕ（約４５）の高さをもち、ＣＰＵ（１）やメモリ２を実装したメインボード３、専用の冷却ファンを内蔵する電源ユニット４、ＨＤＤやＣＤ−ＲＯＭ等のストレージ５、拡張ボード６から構成される。さらに、主にＣＰＵを冷却するために、モジュールの中央部に冷却ファン７を配置し、ファンの冷却風をＣＰＵのヒートシンクに吹き付けて冷却をおこなっている。
【０００５】
また、図２の従来のラックマウントサーバのモジュールでは、モジュールの前面から吸気し、冷却風はモジュール後面から周囲に排気される。このとき、冷却ファン７による冷却風の流れにより、モジュールの前部に配置されたストレージやＣＰＵ以外のメモリ２等のメインボード３に実装されている電子部品（図示せず）も冷却される。このようなラックマウントサーバの冷却技術が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３６６２５８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ラックマウント方式では、ラックキャビネットにおけるサーバモジュールの高密度搭載や省スペース化のため、装置の薄型化が進み、装置内部に実装できる冷却ファンも小型で風量の少ないものしか実装できなくなっている。加えて、装置前面にはディスク等のデバイスが実装され、装置後面には外部との接続コネクタ等が配置されるため、吸排気面積が著しく小さくなってきている。
【０００８】
さらに、ラックマウント方式では、サーバモジュールの高性能化に伴い、ＣＰＵやＬＳＩ等の高速化、ＣＰＵのマルチ構成化、ディスクドライブ等のデバイスの高回転化やアレイ化などが進み、発熱量も増加している。このため、冷却風の流路の確保が難しくなり、冷却風による強制空冷が困難になっている。特に１ＵのサーバモジュールではＣＰＵの発熱量の増加による影響が大きく、冷却フィンの大型化が必要となり、１Ｕの高さに実装することが困難になってきている。
【０００９】
本発明の目的は、ラックマウントサーバのモジュールにおいて、冷却システムの実装高さを増すことなく、ＣＰＵの発熱を周囲に放熱して冷却をおこなう冷却システムの高性能化をおこなう冷却技術を提供することにある。
【００１０】
特に１Ｕのサーバモジュールを構成するのに有用で、１Ｕの薄型を損なうことのない冷却システムや冷却デバイスを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、ラックマウントサーバのモジュールに、液冷システムを設けることにより解決する。詳しくは、冷却液をポンプにより循環させ、ＣＰＵに装着したジャケットでＣＰＵの発生熱を冷却液に吸熱し、冷却ファンにより冷却されるラジエーターで冷却液を空冷するようにして、ＣＰＵの発生熱を放熱するようにした。
【００１２】
このとき、モジュール内のディスクやＣＰＵ以外の電子部品の冷却もおこなうため、冷却ファンをモジュールの中央部に配置し、この冷却ファンによりモジュールの前面から吸気された外気により、ディスク等のストレージ部品を冷却する。さらに、冷却ファンの空気の吐出し側にラジエーターを配置して、吐出した冷却風をラジエーターに当ててＣＰＵの発生熱を吸熱した冷却液を冷やすとともに、ラジエーターを通過した冷却風で、モジュール内の他のデバイスやメインボード上の電子部品を冷却するようにした。
【００１３】
また、上記ラジエーターは、冷却液が流れるＵ字管の管の円周方向に薄板の放熱フィンを設けて放熱面積を大きくしたフィンモジュールを、冷却風の流れ方向であって、Ｕ字管が流れ方向に垂直になるように複数の個数設ける構成とした。このフィンモジュールのＵ字管を、冷却風の流れ方向に順次接続し、冷却液が冷却風の流れの上流から下流の順に、フィンモジュールを流れるようにした。冷却液が複数のフィンモジュールを順に流れ、このフィンモジュールのフィンの間を冷却風がとおることで、冷却液に吸熱された熱は放熱フィンから冷却風に放熱され、冷却液は冷却される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明の一例として、１Ｕサイズ（約４５ｍｍ高さ）の２ＣＰＵ構成のモジュールの液冷システムの概要をしめす図である。液冷システムは、２つの冷却液を循環させるポンプ１０と、ＣＰＵの発生熱を冷却液に吸熱するジャケット１１と、冷却液を冷やすラジエーター１２と、ラジエーター１２に冷却風を吹き付けラジエーターを冷やす冷却ファン１３とから構成される。
【００１６】
冷却液は、プロピレングリコールを希釈した不凍液を使用し、さらに銅やアルミニュウムの腐食防止剤を含有させる。
【００１７】
冷却液が循環するジャケット１１やラジエーター１２は、熱伝導性のよい銅あるいはアルミニュウムで作られ、これらはブチルゴム等のフレキシブルチューブで接続される。
【００１８】
冷却液の循環路の途中には、冷却液のエア抜きをおこなうタンク１４を設けている。フレキシブルチューブやジョイント部から浸透したエアは、ポンプ１０の性能を低下させたり、ジャケット１１やラジエーター１２の熱伝達効率を低下させるため、タンク１４で冷却液から除去する。
【００１９】
また、冷却液の循環路の途中に、逆止弁つきのユニバーサルジョイントを設け、ジャケットをフィールドで増設・交換できる構成にするとよい。これにより、ＣＰＵのフィールド増設や故障等によるＣＰＵ交換を容易におこなうことができる。
【００２０】
図１にしめす液冷システムを、１Ｕサイズ（約４５ｍｍ）に収めるために、冷却ファン１３は、４０ｍｍ角のものを複数個使用する構成とし、ポンプ１０も外形寸法４０ｍｍのものを選択する。また、ラジエーター１２の高さを４０ｍｍ以下にする。
【００２１】
図３は、図１にしめした液冷システムを搭載したラックマウントサーバのサーバモジュール概要図をしめす図であり、図４は、その上面をしめす図である。図では、上部面が開放された図になっているが、これは内容物をしめすためであり、実機では、天板でカバーされている。ラックマウントサーバでは、このような１Ｕサイズのモジュールを複数積層してラックにマウントしている。このため、上部面からの換気はおこなわれず、冷却風は、モジュール前面から吸気され、モジュール後面から排気する。
【００２２】
液冷システムをモジュールの中央部に配置し、冷却ファン１３によりモジュールの前面から吸気された外気により、ディスク等のストレージ部品５を冷却する。さらに、冷却ファンの空気の吐出し側にラジエーター１２を配置して、吐出した冷却風をラジエーターに当ててＣＰＵ（１１）の発生熱を吸熱した冷却液を冷やすとともに、ラジエーターを通過した冷却風で、モジュール内の他のデバイスやメインボード上の電子部品を冷却するようにした。
【００２３】
このように、冷却風はモジュールの前面から後面に向かって流れるので、拡張ボード６やメモリモジュール２や電源ユニット４は、冷却風の流れに沿って配置するとよい。このような配置により、冷却風の流れが良くなり、ＣＰＵの冷却効率の増加や、冷却ファンの小容量化をおこなうことができる。
【００２４】
図５は、図１にしめした液冷システムの模式図であり、この図を使用して冷却動作を詳細に説明する。符号は図１と同様に付してあり、内容の説明は省略する。冷却液は、ポンプ１０により循環され、ジャケット１１でＣＰＵの発生熱を吸熱し、ラジエーター１２で冷却風により冷却される。冷却された冷却液は、タンク１４でエア抜きされて、ポンプ１０に戻ってくる。このように、冷却液の循環の過程で熱の授受をおこない、ＣＰＵの発生熱を外気に放熱して、ＣＰＵを冷却する。
【００２５】
本実施例の２ＣＰＵ構成のモジュールでは、ラジエーター１２は共用とし、ＣＰＵごとにポンプ１０とジャケット１１を設けてユニット化し、冷却液の循環路に並列に接続するようにした。さらに、ポンプ１０とジャケット１１をユニット化して、ユニバーサルジョイント１６で、冷却液の循環路に接続するようにしてもよい。これにより、２ＣＰＵ構成以外の４ＣＰＵ構成の場合でもこのユニットを４つ並列に接続することで構成できる。
【００２６】
液冷システムの冷却性能は、ジャケット１１の受熱性能や冷却液の流量やラジエーター１２の放熱性能、冷却風量により決まってくるが、特にラジエーター１２の性能が重要となる。また、上記のようにポンプ１０とジャケット１１をユニット化した場合には、ユニット数により求められるラジエーターの放熱性能がことなるため、調整が必要となる。このため、複数の放熱容量の異なるラジエーターを用意する必要がある。
【００２７】
本発明では、詳細は後述するが、冷却風の流れ方向にラジエーターを複数配置し、それぞれのラジエーターをシリーズに接続して冷却液の循環路を形成するようにした。これにより、放熱容量の増大に対しては、接続するラジエーターの個数を増すことにより対応する。この方法によれば、ラジエーターの高さは変わらないので、１Ｕサイズのモジュール内で放熱容量の調整が可能となる。このとき、冷却風は、放熱量が増すこととラジエーター部の流路抵抗が増すため、流量増加等をおこなう。
【００２８】
図６は、ＣＰＵの発生熱を冷却液に受熱するジャケット１１の構造を示す図である。ジャケットは銅あるいはアルミニュウムで形成される。ジャケット１１は、ＣＰＵの上面に熱接続するように、受熱板２０を介して、ネジ固定される。ＣＰＵの発生熱は、受熱板２０からフィン１８に熱伝導し、導入管１７から流入した冷却液に熱伝達される。ＣＰＵの発生熱を吸熱した冷却液は、吐出管１９からラジエーターに流出する。フィン１８は、冷却液の流れに平行に設置して流路抵抗を小さくするともに、放熱面積を大きくして熱伝達量を大きくしている。なお、ジャケットの内部構造は、これに限られたものでないことはいうまでもない。
【００２９】
図７は、ラジエーターの構造図であり、（ａ）はモジュールの上部からみた上面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は左側面図をしめしている。図７（ａ）で、複数の冷却液の流路管２１が、冷却ファン１３の冷却風の方向（図では下から上の方向）に直角方向に平行に配置されている。流路管２１は、その円周方向に放熱フィン２２を有し、冷却液の熱が流路管を介して放熱フィン２２に熱伝導している。冷却風は、この放熱フィン２２の隙間を流れ、このとき、放熱フィンの表面から熱をうばう。このようにしてＣＰＵの発生熱を吸熱した冷却液は、ラジエーターから外気に放熱して冷却される。
【００３０】
放熱フィン２２は、２本の流路管２１ごとに分割され、（ｂ）図のように、ユニット２３化されている。それぞれのユニット２３は、冷却風の流れの方向に、配置する。また、（ｃ）図のように、ユニット２３の他端部で、流路管は他のユニットと接続され（図の２４部）、１本の流路を形成している。
【００３１】
冷却風の流れ方向に配置するユニット２３の個数を増減することにより、放熱フィンの放熱面積が増減し、ラジエーター１２の放熱容量を調整することができる。
【００３２】
図８は、冷却液の流路の一部に設けるタンクの概略構造をしめす図である。このタンクは、冷却液のエア抜きのために設けられており、上部より流入した冷却液がタンクに一旦溜まるようになっている。このとき、冷却液の気泡がタンク上部に溜まるようになっている。冷却液は、タンクの下部から吐出されて、循環する。また、このタンクは、冷却液のチューブ等から浸透や接続部からの漏れによる減少分を補充するリザーブタンクとして使ってもよい。この場合には、補充量以上の容量のタンクを設ける必要がある。
【００３３】
図９は、本発明のラジエーターの製造手順をしめす図である。（ａ）から（ｄ）は製造手順の概略をしめしている。まず、放熱フィンのユニットを形成する。（ａ）にしめすように、銅あるいはアルミニュームのＵ字管にアルミニュームの薄板を圧入する。Ｕ字管の管径は、冷却液の流量により決まるが、本実施例では、外径５ｍｍ・肉厚０．４ｍｍのパイプを使用した。Ｕ字管の曲げＲは、管の材質と管径により決まるが、本実施例では、１０ｍｍとして。これらの寸法は、１Ｕサイズであれば、ラジエーター高さが４０ｍｍ程度になるように適宜決めることができる。このＵ字管にアルミニュームの薄板を、１．５ｍｍのピッチで複数枚圧入し、（ｂ）の放熱フィンのユニットを形成する。このとき、理由は後述するが、Ｕ字管の圧入位置を中央から所定の高さ方向のオフセットを設けるようにする。つぎに、放熱フィンのユニットを、Ｕ字管に平行であって、交互に上下反転するように組み立てる（（ｃ）図）。その後、Ｕ字管の開放端を、隣のユニットと接続する（（ｄ）図）。このようにして、流路が一本のラジエーターを形成する。
【００３４】
図１０により、Ｕ字管をフィンに薄板にオフセットを設けて取り付ける理由を説明する。（ａ）図は、本発明のラジエーターの冷却液の流路管の配置をしめす図であり、放熱フィンユニットを上下反転させて組立てたことにより、流路管が冷却風の流れ方向に対して千鳥配置になっている。これに対して、放熱フィンユニットを全て同じ方向に組立て場合には、（ｂ）図のようになる。この場合には、流路管は、冷却風の流れ方向に対して平行に配置される。両者を比較すると、（ｂ）図の方が、隣のユニットとの冷却管の接続距離がながく、Ｕ字管で接続したときに、曲げＲが大きくなり加工性・組立て性がよくなる特徴がある。しかし、放熱フィンの間の冷却風の流れの点で考えると、（ｂ）より（ａ）の方が、冷却風の流れを阻害する流路管の距離が大きくなるため、ラジエーターの平均的な冷却風の流れが安定する特徴がある。冷却風の流れが安定することにより、熱伝達が安定するため、（ａ）図の構成の方がよい。
【００３５】
図１１は、ラジエーターの他の実施例をしめした図である。この例では、図３にしめしたモジュール構成図で、ラジエーター１２の放熱容量を大きくする例を説明する。上述のようにラジエーターの放熱容量は、放熱フィン等の放熱面積に依存する。ここで、メインボードの電子部品の配置を考えると、電子部品の高集積化に伴い、部品高さは小さくなってきている。また、面実装部品が多数となり、部品高さの大きな部品は限られた部品となってきている。この点に着目し、本実施例のラジエーターは、冷却風の吐出し側（メインボード３側）に、冷却風の吸入側の放熱フィン高さよりちいさな高さの放熱フィンを取り付けるようにし、メインボード３にオーバーハングして設置するようにした。オーバーハングする部分の放熱フィン高さは、当該メインボードの部品に接触しない高さにすればよい。これにより、ラジエーターの高さを大きくすることなく、また、冷却風の流れる奥行方向の設置長を増加させることなく、放熱容量を増加させることができる。
【００３６】
図１２は、ラジエーター１２の放熱容量を調整する他の実施例を説明する図である。本発明の上記実施例では、冷却風の流れ方向に組み付ける放熱フィンユニットの個数で、ラジエーターの放熱容量を調整する例について説明した。図１２にしめす実施例では、放熱フィンの枚数を調整してラジエーターの放熱容量を調整する例についてしめす。
【００３７】
標準的なサーバーモジュールが２ＣＰＵ構成のとき、ラジエーターの幅がＬで、組み立てる放熱フィンユニットの個数が４ユニットだったとする。このラジエーターを１ＣＰＵ構成で使用した場合には、ラジエーターの放熱容量に余裕がでる。性能的には問題にならないが、ラジエーターの製造コストは有効に使われない。上記実施では、放熱ユニットの個数を２ユニットで構成するが、本実施例では、放熱フィンの薄板をＬ／２の幅分の個数とし、ラジエーター１２を構成した。これは、ラジエーターの放熱容量は、放熱フィンの放熱面積に比例することに起因する。
【００３８】
本実施例は、特に、標準構成に対して、ＣＰＵ構成が少ないモジュールを構成する場合に有効な実施例である。ここで、他のデバイスの冷却のため、冷却ファンは半分にすることなく、同一個数とすることが望ましい。
【００３９】
本実施例では、液冷システムで冷却するデバイスをＣＰＵとして説明したが、メモリモジュールやチップセット、ＨＤＤ等のストレージデバイスをこのような液冷システムで冷却するようにしてもよい。この場合、冷却するデバイスにジャケットを熱接続し、冷却液の循環路にＣＰＵの冷却と並列に接続するようにしてもいいし、ＣＰＵの冷却ジャケットとは、直列に接続するようにしてもいい。直列に接続する場合には、ＣＰＵの発熱量に比べて小さいので、ラジエーター直後に接続し、その後でＣＰＵの冷却ジャケットを接続することが望ましい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、高発熱量の高速ＣＰＵや高発熱デバイスを使用する場合でも、高効率にＣＰＵやデバイスの発生熱を放熱できるので、モジュールサイズを増加させることなく、１ＵサイズのサーバーモジュールでもこのようなＣＰＵやデバイスを搭載できる。
【００４１】
また、ラジエーターを必要な放熱容量に応じて、放熱フィンユニットを組合せて構成できるので、安価にラジエーターを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２ＣＰＵ冷却システムの概略図。
【図２】ラックマウントサーバのモジュールの従来技術による実装例。
【図３】本発明を適用したラックマウントサーバモジュールの概略図。
【図４】モジュールの上面図。
【図５】本発明の液冷システムを模式図。
【図６】ジャケットの構造図。
【図７】ラジエーターの構造図。
【図８】タンクの構造図。
【図９】ラジエーターの製造手順をしめす図。
【図１０】ラジエーターの流路管の構成図。
【図１１】ラジエーターの他の実施例の図。
【図１２】ラジエーターの他の実施例の図。
【符号の説明】
１０…ポンプ、１１…ＣＰＵジャケット、１２…ラジエータ、１３…放熱ファン、
２１…Ｕ字管、２２…放熱フィン、２２…放熱フィンユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique effective when applied to cooling thin information processing apparatuses such as server modules of a rack mount server system.
[0002]
[Prior art]
In the system configuration / storage and installation of information processing apparatuses such as servers, the rack mount method has become the mainstream. The rack-mount system is a system in which devices with each function are stacked in a rack cabinet that is formed based on specific standards. Each device can be freely selected and arranged, and the system configuration is flexible and expanded. There is an advantage that it can be reduced and the occupied area of the entire system can be reduced.
[0003]
In particular, in rack mount servers, 19-inch rack cabinets stipulated in the IEC standard (International Electrical Commission) / EIA standard (The Electrical Industries Association) are the mainstream, and the left and right front dimensions of the column for mounting the equipment are 451 mm. The height dimension for mounting is defined in units of 1U (1EIA) = 44.45 mm.
[0004]
An example of mounting the rack mount server module is shown in FIG. The module of FIG. 2 has a height of 1U (about 45), a main board 3 on which a CPU (1) and a memory 2 are mounted, a power supply unit 4 incorporating a dedicated cooling fan, and a storage such as an HDD or a CD-ROM. 5 and an expansion board 6. Further, in order to mainly cool the CPU, a cooling fan 7 is disposed at the center of the module, and cooling is performed by blowing fan cooling air to the heat sink of the CPU.
[0005]
Further, in the conventional rack mount server module of FIG. 2, the air is sucked from the front surface of the module, and the cooling air is exhausted from the rear surface of the module to the surroundings. At this time, electronic components (not shown) mounted on the main board 3 such as the storage 2 and the memory 2 other than the CPU arranged at the front of the module are also cooled by the flow of the cooling air by the cooling fan 7. Such a cooling technique for a rack mount server is disclosed in, for example, Patent Document 1.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-366258
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, rack mount systems have become thinner due to the high density mounting and space saving of server modules in rack cabinets, and cooling fans that can be mounted inside the system can only be mounted with small size and low airflow. . In addition, since a device such as a disk is mounted on the front surface of the apparatus and a connector for connection to the outside is disposed on the rear surface of the apparatus, the intake / exhaust area has been remarkably reduced.
[0008]
In addition, in the rack mount method, with the higher performance of server modules, the speed of CPUs and LSIs, the multi-configuration of CPUs, the high rotation and array of devices such as disk drives, etc. have progressed and the amount of heat generation has also increased. is doing. For this reason, it is difficult to secure a flow path for cooling air, and forced air cooling with cooling air is difficult. In particular, a 1U server module is greatly affected by an increase in the amount of heat generated by the CPU, so that it is necessary to increase the size of the cooling fin, and it is difficult to mount it at a height of 1U.
[0009]
An object of the present invention is to provide a cooling technology for improving the performance of a cooling system that cools a rack mount server module by radiating CPU heat to the surroundings without increasing the mounting height of the cooling system. It is in.
[0010]
Particularly, it is an object of the present invention to provide a cooling system and a cooling device that are useful for configuring a 1U server module and that do not impair the thinness of the 1U.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention solves this problem by providing a liquid cooling system in a module of a rack mount server. Specifically, the cooling liquid is circulated by a pump, the heat generated by the CPU is absorbed into the cooling liquid by a jacket attached to the CPU, and the cooling liquid is cooled by air by a radiator cooled by a cooling fan. I tried to dissipate heat.
[0012]
At this time, in order to cool the electronic components other than the disk and CPU in the module, a cooling fan is arranged in the center of the module, and the storage parts such as the disk are removed by the outside air sucked from the front of the module by the cooling fan. Cooling. Furthermore, a radiator is arranged on the air discharge side of the cooling fan, and the discharged cooling air is applied to the radiator to cool the cooling liquid that has absorbed the heat generated by the CPU, and with the cooling air that has passed through the radiator, Cooled other devices and electronic components on the main board.
[0013]
In addition, the radiator is a fin module in which a thin heat dissipating fin is provided in the circumferential direction of the U-shaped tube through which the cooling liquid flows to increase the heat dissipating area. A plurality of numbers were provided so as to be perpendicular to the direction. The U-shaped tubes of the fin modules were sequentially connected in the direction of cooling air flow so that the coolant flowed through the fin modules in order from the upstream side to the downstream side of the cooling air flow. The cooling liquid sequentially flows through the plurality of fin modules, and the cooling air passes between the fins of the fin modules, so that the heat absorbed by the cooling liquid is radiated from the radiating fins to the cooling air, and the cooling liquid is cooled.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.
[0015]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a liquid cooling system of a module of 2 CPU having a 1U size (about 45 mm height) as an example of the present invention. The liquid cooling system includes a pump 10 that circulates two cooling liquids, a jacket 11 that absorbs heat generated by the CPU into the cooling liquid, a radiator 12 that cools the cooling liquid, and a cooling fan that blows cooling air to the radiator 12 to cool the radiator. 13.
[0016]
As the cooling liquid, an antifreeze diluted with propylene glycol is used, and further a corrosion inhibitor of copper or aluminum is added.
[0017]
The jacket 11 and the radiator 12 through which the coolant circulates are made of copper or aluminum having good thermal conductivity, and these are connected by a flexible tube such as butyl rubber.
[0018]
In the middle of the coolant circulation path, a tank 14 for venting the coolant is provided. The air that has permeated from the flexible tube or the joint portion is removed from the coolant in the tank 14 in order to reduce the performance of the pump 10 or the heat transfer efficiency of the jacket 11 or the radiator 12.
[0019]
In addition, a universal joint with a check valve may be provided in the middle of the coolant circulation path so that the jacket can be added or replaced in the field. As a result, CPU replacement due to CPU field expansion or failure can be easily performed.
[0020]
In order to accommodate the liquid cooling system shown in FIG. 1 in a 1U size (about 45 mm), the cooling fan 13 is configured to use a plurality of 40 mm square ones, and the pump 10 is also selected to have an external dimension of 40 mm. Further, the height of the radiator 12 is set to 40 mm or less.
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing a schematic view of a server module of a rack mount server equipped with the liquid cooling system shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram showing the top surface thereof. In the figure, the upper surface is opened, but this is for showing the contents, and in the actual machine, it is covered with a top plate. In the rack mount server, a plurality of such 1U size modules are stacked and mounted on the rack. For this reason, ventilation from the upper surface is not performed, and the cooling air is sucked from the front surface of the module and exhausted from the rear surface of the module.
[0022]
A liquid cooling system is arranged in the center of the module, and the storage component 5 such as a disk is cooled by outside air sucked from the front of the module by the cooling fan 13. Furthermore, a radiator 12 is arranged on the air discharge side of the cooling fan, and the discharged cooling air is applied to the radiator to cool the cooling liquid that has absorbed the heat generated by the CPU (11), and the cooling air that has passed through the radiator is used. Cooled other devices in the module and electronic components on the main board.
[0023]
As described above, the cooling air flows from the front surface to the rear surface of the module. Therefore, the expansion board 6, the memory module 2, and the power supply unit 4 are preferably arranged along the flow of the cooling air. With such an arrangement, the flow of cooling air can be improved, the cooling efficiency of the CPU can be increased, and the capacity of the cooling fan can be reduced.
[0024]
FIG. 5 is a schematic diagram of the liquid cooling system shown in FIG. 1, and the cooling operation will be described in detail with reference to FIG. The reference numerals are assigned in the same manner as in FIG. 1, and description of the contents is omitted. The coolant is circulated by the pump 10, absorbs heat generated by the CPU by the jacket 11, and is cooled by the cooling air by the radiator 12. The cooled coolant is vented in the tank 14 and returned to the pump 10. In this way, heat is transferred during the circulation of the cooling liquid, and the CPU generates heat to the outside air to cool the CPU.
[0025]
In the two-CPU module of this embodiment, the radiator 12 is shared, and a pump 10 and a jacket 11 are provided for each CPU to be unitized, and connected in parallel to the coolant circulation path. Furthermore, the pump 10 and the jacket 11 may be unitized and connected to the coolant circulation path by the universal joint 16. Thereby, even in the case of a 4-CPU configuration other than the 2-CPU configuration, it can be configured by connecting four units in parallel.
[0026]
The cooling performance of the liquid cooling system is determined by the heat receiving performance of the jacket 11, the flow rate of the coolant, the heat radiation performance of the radiator 12, and the amount of cooling air, but the performance of the radiator 12 is particularly important. Further, when the pump 10 and the jacket 11 are unitized as described above, the radiator heat dissipation performance determined by the number of units is different, so adjustment is necessary. For this reason, it is necessary to prepare a plurality of radiators having different heat dissipation capacities.
[0027]
In the present invention, as will be described in detail later, a plurality of radiators are arranged in the flow direction of the cooling air, and each radiator is connected in series to form a cooling liquid circulation path. As a result, the increase in the heat radiation capacity is dealt with by increasing the number of radiators to be connected. According to this method, since the height of the radiator does not change, the heat radiation capacity can be adjusted within the 1U size module. At this time, the cooling air increases the flow rate because the heat radiation amount increases and the flow passage resistance of the radiator portion increases.
[0028]
FIG. 6 is a diagram showing the structure of the jacket 11 that receives the heat generated by the CPU in the coolant. The jacket is made of copper or aluminum. The jacket 11 is screwed through the heat receiving plate 20 so as to be thermally connected to the upper surface of the CPU. The heat generated by the CPU conducts heat from the heat receiving plate 20 to the fins 18 and is transferred to the coolant flowing in from the introduction pipe 17. The coolant that has absorbed the heat generated by the CPU flows out from the discharge pipe 19 to the radiator. The fins 18 are installed in parallel with the flow of the cooling liquid to reduce the flow path resistance and increase the heat radiation area to increase the heat transfer amount. Needless to say, the internal structure of the jacket is not limited to this.
[0029]
FIGS. 7A and 7B are structural views of the radiator, where FIG. 7A is a top view seen from the top of the module, FIG. 7B is a right side view, and FIG. 7C is a left side view. In FIG. 7A, a plurality of cooling fluid flow channel pipes 21 are arranged in a direction perpendicular to the direction of the cooling air of the cooling fan 13 (from the bottom to the top in the figure). The flow path pipe 21 has heat radiation fins 22 in the circumferential direction, and the heat of the coolant is thermally conducted to the heat radiation fins 22 through the flow path pipe. The cooling air flows through the gaps between the heat radiating fins 22, and at this time, heat is received from the surface of the heat radiating fins. The coolant that has absorbed the heat generated by the CPU in this manner is radiated from the radiator to the outside air and cooled.
[0030]
The radiating fins 22 are divided into two flow channel pipes 21 and are unitized as shown in FIG. Each unit 23 is arranged in the direction of the flow of cooling air. Further, as shown in (c), at the other end of the unit 23, the channel pipe is connected to another unit (24 part in the figure) to form one channel.
[0031]
By increasing or decreasing the number of units 23 arranged in the flow direction of the cooling air, the heat dissipating area of the heat dissipating fins can be increased and decreased, and the heat dissipating capacity of the radiator 12 can be adjusted.
[0032]
FIG. 8 is a diagram showing a schematic structure of a tank provided in a part of the coolant flow path. This tank is provided for venting the cooling liquid, and the cooling liquid flowing in from the upper part is temporarily accumulated in the tank. At this time, bubbles of the coolant are accumulated in the upper part of the tank. The coolant is discharged from the lower part of the tank and circulates. Further, this tank may be used as a reserve tank for replenishing a decrease due to permeation from a coolant tube or the like or leakage from a connecting portion. In this case, it is necessary to provide a tank having a capacity larger than the replenishment amount.
[0033]
FIG. 9 is a diagram showing a manufacturing procedure of the radiator of the present invention. (A) to (d) outline the manufacturing procedure. First, a unit for radiating fins is formed. As shown in (a), a thin aluminum plate is press-fitted into a copper or aluminum U-shaped tube. The pipe diameter of the U-shaped pipe is determined by the flow rate of the coolant, but in this example, a pipe having an outer diameter of 5 mm and a wall thickness of 0.4 mm was used. The bending R of the U-shaped tube is determined by the material of the tube and the tube diameter, but in this embodiment, it is 10 mm. These dimensions can be appropriately determined so that the radiator height is about 40 mm if the size is 1U. A plurality of aluminum thin plates are press-fitted into this U-shaped tube at a pitch of 1.5 mm to form a radiation fin unit (b). At this time, although the reason will be described later, the press-fitting position of the U-shaped tube is provided with an offset in a predetermined height direction from the center. Next, the unit of the radiating fin is assembled so as to be parallel to the U-shaped tube and alternately inverted up and down (FIG. (C)). Thereafter, the open end of the U-shaped tube is connected to the adjacent unit (FIG. (D)). In this way, the flow path forms a single radiator.
[0034]
The reason why the U-shaped tube is attached to the fin by providing an offset to the thin plate will be described with reference to FIG. (A) The figure is the figure which shows arrangement | positioning of the flow path pipe | tube of the cooling fluid of the radiator of this invention. Staggered arrangement. On the other hand, when all the radiating fin units are assembled in the same direction, it is as shown in FIG. In this case, the flow channel pipe is arranged in parallel to the flow direction of the cooling air. Comparing the two, (b) is characterized in that the cooling pipe connection distance to the adjacent unit is shorter and the bending R becomes larger and the workability and assemblability are improved when connected by a U-shaped pipe. . However, in terms of the flow of cooling air between the radiating fins, since the distance of the flow path tube that inhibits the flow of cooling air is larger in (a) than in (b), the average of the radiator is increased. The cooling air flow is stable. Since the heat transfer is stabilized by stabilizing the flow of the cooling air, the configuration shown in FIG.
[0035]
FIG. 11 is a diagram showing another embodiment of the radiator. In this example, an example of increasing the heat dissipation capacity of the radiator 12 will be described with reference to the module configuration diagram shown in FIG. As described above, the heat radiation capacity of the radiator depends on the heat radiation area of the heat radiation fin or the like. Here, considering the arrangement of the electronic components on the main board, the height of the components is becoming smaller as the electronic components are highly integrated. In addition, there are a large number of surface-mounted components, and components with a large component height have become limited components. Paying attention to this point, the radiator of the present embodiment is designed so that a radiating fin having a height smaller than the radiating fin height on the cooling air suction side is attached to the cooling air discharge side (main board 3 side). 3 was overhanged and installed. The height of the heat radiating fin in the overhanging portion may be set so as not to contact the main board component. Accordingly, the heat radiation capacity can be increased without increasing the height of the radiator and without increasing the installation length in the depth direction in which the cooling air flows.
[0036]
FIG. 12 is a diagram for explaining another embodiment for adjusting the heat dissipation capacity of the radiator 12. In the above embodiment of the present invention, the example in which the radiator heat dissipation capacity is adjusted by the number of the radiation fin units assembled in the flow direction of the cooling air has been described. In the embodiment shown in FIG. 12, an example in which the number of radiating fins is adjusted to adjust the radiating capacity of the radiator will be shown.
[0037]
When the standard server module has a 2 CPU configuration, the width of the radiator is L, and the number of radiating fin units to be assembled is 4 units. When this radiator is used in a 1 CPU configuration, there is a surplus in the heat dissipation capacity of the radiator. Although this is not a problem in terms of performance, the manufacturing cost of the radiator is not used effectively. In the above embodiment, the number of heat dissipating units is composed of two units. However, in this embodiment, the radiator 12 is composed of thin heat dissipating fins corresponding to the width of L / 2. This is because the heat dissipation capacity of the radiator is proportional to the heat dissipation area of the heat dissipation fin.
[0038]
The present embodiment is an embodiment that is particularly effective when a module having a smaller CPU configuration than the standard configuration is configured. Here, in order to cool other devices, it is desirable that the number of cooling fans is the same, not halved.
[0039]
In this embodiment, the device that is cooled by the liquid cooling system is described as a CPU. However, a storage device such as a memory module, a chip set, or an HDD may be cooled by such a liquid cooling system. In this case, the jacket may be thermally connected to the device to be cooled, and may be connected in parallel with the cooling of the CPU to the coolant circulation path, or may be connected in series with the cooling jacket of the CPU. . When connecting in series, the amount of heat generated by the CPU is smaller than that of the CPU, so it is desirable to connect immediately after the radiator and then connect the cooling jacket of the CPU.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when a high-speed CPU or a high heat-generating device having a high heat generation amount is used, the heat generated by the CPU or device can be radiated with high efficiency, so even a 1U size server module can be used without increasing the module size. Such CPU and device can be mounted.
[0041]
Moreover, since a radiator can be comprised combining a radiation fin unit according to a required heat dissipation capacity, a radiator can be manufactured cheaply.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a 2CPU cooling system of the present invention.
FIG. 2 is a mounting example of a rack mount server module according to the prior art.
FIG. 3 is a schematic view of a rack mount server module to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a top view of the module.
FIG. 5 is a schematic view of a liquid cooling system of the present invention.
FIG. 6 is a structural diagram of a jacket.
FIG. 7 is a structural diagram of a radiator.
FIG. 8 is a structural diagram of a tank.
FIG. 9 shows a procedure for manufacturing a radiator.
FIG. 10 is a configuration diagram of a flow path pipe of a radiator.
FIG. 11 is a view of another embodiment of the radiator.
FIG. 12 is a view of another embodiment of the radiator.
[Explanation of symbols]
10 ... Pump, 11 ... CPU jacket, 12 ... Radiator, 13 ... Heat dissipation fan,
21 ... U-shaped tube, 22 ... radiating fin, 22 ... radiating fin unit

Claims

Liquid cooling of an information processing apparatus comprising a jacket that absorbs heat generated by the heat generating portion into the cooling liquid, a radiator that radiates heat stored in the cooling liquid to the outside air, a pump that circulates the cooling liquid, and a cooling fan that cools the radiator. A system,
The radiator is formed by arranging a plurality of radiating fin units in a flow direction of cooling air of the cooling fan and connecting the cooling liquid so that the cooling liquid flows in series. Liquid cooling system.

The heat dissipating fan and the radiator are installed close to each other in the center of the information processing apparatus, and the heat dissipating fan sucks outside air from the outside of the apparatus to cool the device on the intake side of the heat dissipating fan, and from the heat dissipating fan. 2. The liquid cooling system according to claim 1, wherein after cooling the radiator with the discharged cooling air, the device on the discharge side of the heat radiating fan is cooled to the outside of the apparatus while being cooled.

The liquid cooling system according to claim 1, further comprising a coupling portion that can be connected in parallel with another jacket in the circulation path of the liquid cooling system at least in the jacket.

A plurality of heat dissipating fin units in which thin plates are provided at regular intervals in the circumferential direction of the U-shaped pipe through which the cooling liquid flows are arranged in the flow direction so that the U-shaped pipe is perpendicular to the flow direction of the cooling air A radiator for a liquid cooling system of an information processing apparatus, wherein U-tubes of adjacent heat radiating units are connected in series so that the coolant flows.

The radiator for a liquid cooling system of an information processing apparatus according to claim 4, wherein the U-shaped tubes of the radiation fin units are arranged in a staggered manner in the flow direction of the cooling air.