JP2005063434A - 電子装置の冷却システムおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子装置の配置場所を限定することなく使用可能な電子装置冷却システムを提供する。
【解決手段】 電子装置冷却システム（２００）において、熱交換ユニット（２１０）と、該熱交換ユニット（２１０）に熱的に接続され、電子装置の熱伝達インターフェースに配設された少なくとも１つの冷却インターフェース（２２０、２３０）と、前記熱交換ユニット（２１０）からの熱を前記電子装置から離れた遠隔位置（５００）に排気するよう前記熱交換ユニット（２１０）に熱的に接続された熱排気管（２４０）とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子装置の冷却システムに関する。

電子形態のデータは、広範囲な一連の装置によって、同様に多様な範囲の用途において用いられることができる。電子データを取り扱う装置は、多くの場合、プロセッサを備え、プロセッサは、そのプロセッサ用のプログラミングに従って電子データを処理、操作、格納、または送信する。

典型的なプロセッサを基礎（ベース）とした装置の例としては、コンピュータおよびサーバが挙げられる。一般に、サーバは、同じまたは他の接続されたコンピュータ上で実行されるクライアントプログラムからの要求を満足するコンピュータである。近年、コンピュータおよびサーバは、より強力になるとともに、ますますコンパクトかつ対費用効果がよくなっている。

コンピュータおよびサーバを含むプロセッサを基礎とした装置は、その動作中電流を消費する。この消費により、装置内に熱が生成される。この熱を蓄積したままにすると、装置の回路を傷つけることによって、プロセッサを基礎とした装置が損傷されたりまたは故障したりする可能性がある。多くの内部システムは、装置の内部部品のこのような熱による損傷を防ぐために、これらの装置内からの熱を周囲環境に排気するように開発されている。

より強力かつより経済的なプロセッサの開発とともに、インターネットにより、コンピュータ、サーバ、および他のプロセッサを基礎とした装置の使用が広がり、これらに対する需要も大幅に増加した。この需要を満たすために、複数のサーバを一緒に用いることが多い。スペースを効率的に用いるために、これらのサーバは、サーバラックに設置されることが多い。サーバラックは、複数のサーバを都合よく収容できるとともに、個々のサーバへのアクセスも可能にする。

サーバまたは他のプロセッサを基礎とした装置のラックに関連する１つの難しさは、生成される熱の消散である。各サーバは、通常、内部冷却システムを用いて、周囲環境へ内部熱を除去するが、ラックに備えられた非常に多くのサーバが限定されたスペースで動作し熱を放出すると、内部熱を周囲環境に排気し、それによって装置の内部部品を冷却する能力は、周囲温度の上昇によって損なわれる。より多くのサーバがサーバラックにおいてともにグループ化されるにつれて、内部熱を効果的に除去する必要性はますます顕著になる。

上記の需要に応じて、サーバの設置される空間（部屋等）内の熱を消散する大きな冷却システムが開発されており、それによって、サーバの内部冷却システムが、サーバ内からの熱が排気されるサーバの設置される空間において比較的低い周囲温度を維持することによって正常に機能することが可能になる。しかし、これらのサーバの設置される空間を冷却する冷却システムは、高価であることが多い。さらに、サーバを冷却された空間においてグループ化する必要があるため、サーバ群を配置できる場所が、その場所での冷却された空間の利用可能性によって限定される。

電子装置の配置場所を限定することなく使用可能な電子装置冷却システムを提供する。

電子装置冷却システムは、熱交換ユニット（熱交換器）と、熱交換ユニットに熱的に接続され、電子装置の熱伝達インターフェース（熱の流入口又は排出口）に配設された少なくとも１つの冷却インターフェース（冷却用部材）と、熱交換ユニットに熱的に接続された熱排気管とを備える。熱交換ユニットは、熱交換ユニットからの熱を電子装置からの遠隔位置に排気する。

添付の図面は、本発明の装置および方法の様々な実施形態を示し、本明細書の一部である。例示される実施形態は、単に、本発明の装置および方法の例であり、本開示の範囲を限定するものではない。

図面全体にわたって、同一の参照符号は、同様であるが必ずしも同一ではない要素を指す。

本明細書に記載されるように、電子装置冷却システムは、電子装置の少なくとも１つの熱伝達インターフェースとつながるように構成された少なくとも１つの冷却インターフェースを有する。冷却システムはさらに、電子装置からの遠隔位置と流体連通するように構成された熱排気管を有する。

本明細書において用いる場合、電子装置は、電気を消費し、熱を生成する任意の装置であると広く理解される。電子装置の特定の例としては、コンピュータおよびサーバなどの、プロセッサ処理電子データを有する装置が挙げられる。さらに、熱伝達インターフェースまたは冷却インターフェースは、熱伝達および／または交換を容易にする任意の装置、装置、または一部であると広く理解される。さらに、遠隔位置は、熱の排気が、特定の動作温度にまたは特定の動作温度範囲内に維持される電子装置の周囲およびその近傍における周囲空気の温度に実質的に影響を与えない、任意の位置であると広く理解される。

以下の記載では、説明を目的として、本発明の方法および装置を完全に理解してもらうために、多くの具体的な詳細が提示される。しかし、本発明の方法および装置は、これらの具体的な詳細なしで実施することができることは当業者に明白である。本明細書における「１つの実施形態」または「実施形態」という言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。明細書のいくつかの箇所において、「１つの実施形態では」という言い回しが登場するが、これらはすべて同じ実施形態を指すとは限らない。
例示的な構造
図１Ａおよび図１Ｂは、同じくプロセッサを基礎とした装置である２つの例示的な電子装置の斜視図を示す。本明細書に開示される冷却システムは、たとえば、図１Ａおよび図１Ｂに示されるものを含む様々な電子装置の動作温度で使用され、これを維持するものである。

図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、典型的な電子装置またはプロセッサを基礎とした装置（１００）は、ハウジング（１１０）、ならびに周囲空気取り込み口（１２０）および温風排気口（１３０）などの熱伝達インターフェースを有する。装置（１００）はまた、通常、ライト（１４０）などの状態インジケータまたはユーザに装置の動作状態に関する情報を提供するためのディスプレイ（１５０、図１Ａ）を有する。さらに、ボタン（１６０、図１Ｂ）または他の制御装置は、装置（１００）を制御するために用いられてもよい。これらのボタンは、たとえば、電力スイッチおよび／またはリセットボタンであってもよい。

図１Ａのプロセッサを基礎とした装置は、以下に記載されるようなサーバラックに配置されることができるタイプのサーバである。さらに、図１Ｂは、ディスクドライブ（１７０）を有し、周辺機器を容易に受け入れることができるように構成されたサーバまたはコンピュータなどの電子装置を示す。

図２は、本発明の電子装置冷却システム（２００）の概略図を示す。図２に示されるように、装置は、熱交換または冷却ユニット（２１０）、入口および出口の冷却インターフェース（それぞれ２２０、２３０）、および遠隔排気管（２４０）を有する。

装置（２００）は、ラック（２５０）によって支持される。サーバ、ブレード（送風機）または他のコンピュータなどのプロセッサを基礎とした装置（１００）もまた、ラックに支持される。プロセッサを基礎とした装置（１００）はそれぞれ、周囲空気入口（１２０）および温風排気口（１３０）などの一対の熱伝達インターフェース（熱の伝達口）を有する。

冷却システム（２００）の入口冷却インターフェース（２２０）（入口冷却用部材）は、ラックに搭載された装置（１００）の周囲空気入口（１２０）に近接して配設される。冷却システム（２００）の出口冷却インターフェース（２３０）（出口冷却用部材）は、ラックに搭載された装置（１００）の温風排気口（１３０）に近接している。

例示される実施態様では、入口冷却インターフェース（２２０）および出口冷却インターフェース（２３０）は、冷却コイル（２６０）を有する。冷却された流体は、熱交換ユニット（２１０）からコイル（２６０）に運ばれる。流体は、コイル（２６０）を通って循環し、熱交換ユニット（２１０）に戻る。

空気がコイル（２６０）上を通過すると、熱は、空気から除去され、コイルおよびコイル（２６０）を通って流れる流体に伝達される。この結果、コイル（２６０）内の冷却流体が暖められるが空気は冷却される。このプロセスは、図４を参照しながら、以下にさらに詳細に記載される。

次に、暖められた冷却流体は、熱交換ユニット（２１０）に戻される。熱交換ユニット（２１０）は、蓄積された熱を冷却流体から除去し、それによって、流体を冷却する。次に、冷却流体は、冷却コイルを通って再循環し、プロセスを続行する準備ができる。このため、冷却インターフェース（２２０、２３０）から蓄積された熱は、熱交換ユニット（２１０）に伝達される。

熱交換ユニット（２１０）の動作によって生成される熱だけでなく、この収集された熱は、熱を遠隔位置に除去する遠隔排気管（２４０）に伝達される。遠隔排気管（２４０）は、熱風が強制的に排気される通気孔を有してもよい。あるいは、遠隔排気管（２４０）は、循環し、コイル（２６０）を通した交換ユニット（２１０）への熱の伝達と同様に、交換ユニット（２１０）からの遠隔位置に、熱を伝達する冷却流体を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、電子装置冷却システム（２００）は、電子装置冷却システム（２００）が、プロセッサを基礎とした装置（１００）用に設計されたラック（２５０）に適合するように、プロセッサを基礎とした装置（１００）と実質的に同じ幅である。したがって、電子装置冷却システム（２００）は、標準的なサーバラック（たとえば、２５０）内またはその上に設けられることができる。電子装置冷却システム（２００）の動作を以下にさらに詳細に説明する。

いくつかの実施形態では、冷却システム（２００）は、入口冷却インターフェース（２２０）のみを有し、出口冷却インターフェース（２３０）を有していなくてもよい。他のいくつかの実施形態では、冷却システム（２００）は、出口冷却インターフェース（２３０）のみを有し、入口冷却インターフェース（２２０）を有していなくてもよい。
例示的な実施態様および動作
図３は、電子装置を冷却する方法を例示するフローチャートである。この方法は、電子装置冷却組立品の部品を集めることによって開始する（ステップ３００）。これらの部品は、電子装置冷却システム、およびプロセッサを基礎とした装置などの少なくとも１つの電子装置を有する。冷却システムは、入口および出口冷却インターフェース、熱伝達機構、および遠隔排気管を有する。プロセッサを基礎とした装置は、例として、周囲空気入口および温風排気口などの熱伝達インターフェースを有する。

次に、部品は、電子装置冷却システムおよびプロセッサを基礎とした装置をラックに搭載することによって組み立てられる（ステップ３１０）。いくつかの実施形態では、プロセッサを基礎とした装置は、すでにラックの定位置にあり、組み立ては、単に、ラックへの冷却システムの搭載を含む。他の実施形態では、プロセッサを基礎とした１つまたは複数の装置は、ラックによってではなく、他の装置構成または装置によって支持されることができる。

組み立てステップはさらに、電子装置冷却システムと、プロセッサを基礎とした装置との熱的な接続を構築することを含む。この接続ステップは、冷却システムの少なくとも１つの冷却インターフェースと、プロセッサを基礎とした装置の熱伝達インターフェースの少なくとも１つとの熱的な接続を構築することを含む。冷却システムの冷却インターフェースは、入口および／または出口冷却インターフェースを有し、プロセッサを基礎とした装置の熱伝達インターフェースは、周囲空気入口および／または温風排気口を有することができる。さらに、冷却システムの冷却インターフェースは、プロセッサを基礎とした装置の周囲空気入口および温風排気口の両方に接続されることができる。

次に、熱は、プロセッサを基礎（ベース）とした１つまたは複数の装置（３２０）を通して空気流から取り除かれる。たとえば、プロセッサを基礎とした装置に入る空気流、すなわち周囲空気入口（１２０、図２）に入る空気流は、たとえば、入口冷却インターフェース（２２０、図２）を通して熱を冷却システムに伝達することによって冷却される。このように、プロセッサを基礎とした装置に取り込まれる空気は、プロセッサを基礎とした装置のほぼ近傍における周囲空気よりも冷たい。さらに、熱風が、温風排気口（１３０、図２）を通してプロセッサを基礎とした装置から排気されると、その空気は、冷却システムの出口冷却インターフェース（２３０、図２）によって冷却される。このように、プロセッサを基礎とした装置の周囲環境にはあまり熱が導入されない。

このように、システムの冷却は、直接または間接的に行われることができる。直接的な冷却は、空気流を、プロセッサを基礎とした装置によって取り込まれる前に、冷却インターフェース上に流すことによって成し遂げられることができる。間接的な冷却は、プロセッサを基礎とした装置を出る温風流から熱を除去し、周囲空気の温度をより低くすることによって成し遂げられることができる。

いずれの場合でも、空気流から除去される熱は、次に、遠隔位置に排気される（ステップ３３０）。このように、冷却システムは、冷却されている装置と同じラックに配置されたユニットを用いて、複数のプロセッサを基礎とした装置の冷却を容易にすることができる。

プロセッサを基礎とした装置と同じラックに設けられた冷却システムを用いることによって、高価な大規模冷却システムの必要性が最少限に抑えられる。これにより、コストは低減され、より多くの消費者が複数のプロセッサを基礎とした装置をさらに使用しやすいようになる可能性がある。

図４は、図２の冷却システム（２００）によって冷却される、プロセッサを基礎とした装置（１００）などの電子装置の部分断面図を示す。プロセッサを基礎とした装置（１００）の動作中、周囲空気流（４００）は、周囲空気入口（１２０）を通してプロセッサを基礎とした装置（１００）に引き込まれる。そこでは、周囲空気流（４００）は、プロセッサを基礎とした装置（１００）の加熱された内部部品（４１０）上を流れる。

内部部品（４１０）は、このように周囲空気（４００）と内部部品（４１０）の間の温度差による対流によって冷却される。対流は強制的または非強制的であってもよい。したがって、周囲空気流（４００）が加熱された内部部品上を通過すると、周囲空気流（４００）は、加熱され、温風排気口（１３０）を通してプロセッサを基礎とした装置（１００）から流れ出る温風排気流（４２０）に変換される。

上記のように、内部対流冷却式のプロセッサを基礎とした装置（１００）は、強制的または非強制的であってもよい。強制対流は、ファン（４３０）を用いて成し遂げられることができる。所望の強制対流を成し遂げるために、任意の数のファン（４３０）を、任意に組み合わせて用いることができる。

内部部品（３１０）の冷却における周囲空気流（４００）の効果は、周囲空気流がプロセッサを基礎とした装置（１００）に入るときの周囲空気流（４００）における熱の量に依存する。周囲空気流（４００）における熱の量は、周囲空気流（４００）がプロセッサを基礎とした装置（１００）に入るとき直接的に制御されることができるか、または温風流（４２０）が温風排気口（１３０）から出るとき間接的に制御されることができる。

たとえば、周囲空気流（４００）は、入口冷却インターフェース（２２０）の冷却コイル（２６０）上を通過し、それによって、周囲空気流がプロセッサを基礎とした装置（１００）に入るときの周囲空気流（４００）の温度に直接影響を与えることによって冷却されることができる。同様に、温風排気流（４２０）は、出口冷却インターフェース（２３０）の冷却コイル（２６０）上を通過し、それによって、周囲空気流における熱の量に間接的に影響を与えることによって冷却されることができる。したがって、温風流（４２０）から周囲空気にはあまり熱は入らない。なぜなら、熱は、出口冷却インターフェース（２３０）によって吸収されるからである。したがって、周囲空気の温度である周囲空気流（４００）は、出口冷却インターフェース（２３０）によって間接的に冷却される。

冷却インターフェース（２２０、２３０）からの熱は、熱交換ユニット（２１０、図２）に伝達される。熱交換ユニット（２１０、図２）自体は、この熱および熱交換ユニット（２１０、図２）の動作によって生成された熱を、遠隔排気管（２４０、図２）に伝達する。

図５に示されるように、遠隔排気管（２４０、図２）は、次に、熱を遠隔位置（５００）に除去する。遠隔位置（５００）は、冷却システム（２００）および冷却されている装置（１００、図２）から十分に離れているため、周囲空気の温度は、排気された熱によって実質的に影響されない。

例示される実施態様では、遠隔位置（５００）は、冷却システム（２００）が位置する空間（例えば部屋）（５１０）の外側にある。従って、冷却システム（２００）は、標準的なサーバラック内にあり、空間（たとえば、５１０）全体を冷却するためのシステムを必要とせずに、プロセッサを基礎とした装置（１００、図２）から熱を消散することができる。
他の実施形態
図６は、冷却コイル（２６０、図２）ではなく、空気ダクト（６００）を用いる冷却システム（２００ａ）の概略図を示す。空気ダクト（６００）は、装置が冷却されているとき、冷却または熱交換ユニット（２１０）を冷却インターフェース（２２０ａ、２３０ａ）に接続する。

この構成では、空気は、熱交換ユニット（２１０）（熱交換器）によって冷却され、導管（６１０）を通して、冷却インターフェース（２２０ａ、２３０ａ）に吹きつけられる。入口冷却インターフェース（２２０ａ）は、冷却された空気を周囲空気入口（１２０）に導く。このプロセッサを基礎とした装置（１００）を直接的に冷却することは、内部部品（４１０、図４）をさらに直接的に冷却することによって、冷却システム（２００ａ）の効率を改善することができる。

同様に、出口冷却インターフェース（２３０ａ）は、冷却された空気を温風排気口（１３０）に導くことができる。これにより、プロセッサを基礎とした装置（１００）の周囲環境に留まる熱の量が減少する。

当業者には、空気ダクト（６００）および／または冷却コイル（２６０、図２）の任意の組み合わせが、周囲空気流（４００、図４）および／または内部部品（４１０、図４）を直接的および／または間接的に冷却するために用いることができることが理解されよう。さらに、任意の数の冷却システム（２００、２００ａ）は、任意の数のプロセッサを基礎とした装置（１００）、または他の発熱装置（図示せず）と組み合わせられることができる。

他の実施形態では、図示されていないが、冷却電子装置冷却システムは、電子装置内に配置された冷却ループ（冷却冷媒循環路）に結合される。この実施形態では、電子装置、および冷却機構はすべて同じラックに収容される。さらに、冷却ループは、サービスする対象の電子装置との切り離しを容易にした流体接合部（流体継手）を有する。

上記の電子装置のいくつかは、プロセッサを基礎とした装置であるが、当業者には、本発明の装置および方法は、電子装置または電子装置の組み合わせについて用いることができることが理解されよう。

上記の説明は、単に、本発明の方法および装置を例示および記載するために提示されている。この説明は、排他的であること、開示されているのと全く同じ形態に本開示を限定することを意図しない。多くの変更および変形は、上記の教示を鑑みて可能である。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定されることが意図される。

本発明は、サーバ等のコンピュータ関連機器の冷却システムとして利用できる。

電子装置の斜視図である。 電子装置の斜視図である。 １つの例示的な実施形態による電子装置冷却システムを示す図である。 １つの例示的な実施形態による電子装置を冷却する方法を例示するフローチャートである。 １つの例示的な実施形態による電子装置冷却システムに接続された電子装置の一部の概略図である。 １つの例示的な実施形態による電子装置冷却組立品の概略図である。 １つの例示的な実施形態による電子装置冷却システムを示す図である。

符号の説明

１００ 電子装置またはプロセッサを基礎とした装置
１２０ 周囲空気取り込み口
１３０ 温風排気口
２００ 電子装置用の冷却システム
２１０ 熱交換ユニット
２２０ 入口冷却インターフェース
２３０ 出口冷却インターフェース
２４０ 熱排気管
２５０ ラック
２６０ 冷却コイル

Claims (10)

1. 電子装置冷却システムであって、
   熱交換ユニットと、
   該熱交換ユニットに熱的に接続され、電子装置の熱伝達インターフェースに配設された少なくとも１つの冷却インターフェースと、
   前記熱交換ユニットからの熱を前記電子装置から離れた遠隔位置に排気するために前記熱交換ユニットに熱的に接続された熱排気管とを備えることを特徴とする電子装置冷却システム。
2. 前記電子装置は、複数の熱伝達インターフェースをさらに備え、該熱伝達インターフェースは、周囲空気入口および温風出口を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 第１の冷却インターフェースは、前記電子装置の前記周囲空気入口に配設され、第２の冷却インターフェースは、前記電子装置の前記温風出口に配設されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 冷却インターフェースが、各電子装置の熱伝達インターフェースに配設されるように、複数の電子装置および複数の冷却インターフェースをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 支持構造体をさらに有し、前記電子装置および前記冷却装置は、前記支持構造体によって共通に支持されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記支持構造体は、サーバラックを備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記支持構造体は、空間内に入れられ、前記遠隔位置は、前記空間の外側の位置であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
8. 前記電子装置は、サーバであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 電子装置冷却組立品であって、
   複数の熱伝達インターフェースを有する少なくとも１つの電子装置と、
   熱排気管を有する熱交換ユニットとを備え、
   該熱交換ユニットは、前記熱伝達インターフェースの少なくとも１つから熱を取り込むように構成され、
   前記熱排気管は、前記電子装置からの遠隔位置において前記熱伝達インターフェースの１つから取り込まれた前記熱を排気するように構成されていることを特徴とする電子装置冷却組立品。
10. 電子装置の組立品の温度を調整する方法であって、
    熱伝達インターフェースを有する少なくとも１つの電子装置を設けること、
    前記少なくとも１つの電子装置の前記熱伝達インターフェースとつながる冷却ユニットを設けること、および
    前記冷却ユニットを用いて、前記熱伝達インターフェースからの熱を前記電子装置からの遠隔位置に排気することを含むことを特徴とする方法。

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