JP2009535737A

JP2009535737A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2009535737A
Application number: JP2009509746A
Authority: JP
Inventors: ブレワー、リチャード; コンウェイ、ブルース; ホーム、ジェイムズ
Original assignee: クーリギーインコーポレイテッド
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2009-10-01
Also published as: WO2007130583A2; US20070256815A1; EP2016812A2; WO2007130583A3

Abstract

拡張可能なモジュール式の冷却装置を開示する。冷却装置は、複数の拡張スロットを有する空気吹出口を備える。各拡張スロットは、モジュール構成の流体／空気熱交換器、例えば、ラジエータが取り付けられるように構成される。また、空気吹出口は、拡張スロットに（つまり、拡張スロット内に取り付けられているラジエータに）空気を送る１つ以上のエアムーバを備える。使用されていない拡張スロットについては、各未使用の拡張スロットにブランクプレートが嵌め込まれる。各ブランクプレートは、モジュール式に構成されたラジエータと同様に、モジュール構成を有している。これにより、空気のバイパスが防止される。各ラジエータは、発熱素子を冷却するために直接又は間接的に用いられる独立した冷却ループの一部である。

Description

関連出願

本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、２００６年５月４日に出願された係属中の米国仮特許出願の第６０／７９７，９５５号、発明の名称「LIQUID COOLING THROUGH REMOTE DRIVE BAY HEAT EXCHANGER」の優先権を主張する。米国仮特許出願の第６０／７９７，９５５号、発明の名称「LIQUID COOLING THROUGH REMOTE DRIVE BAY HEAT EXCHANGER」は、引用によって本願に援用される。

本発明は、発熱素子を冷却する冷却装置に関し、詳しくは、モジュール式ラジエータである拡張可能な液体ベースの冷却装置を用いてパーソナルコンピュータ内の発熱素子を冷却する冷却装置に関する。

電子部品の冷却の分野においては、効率的な放熱によって高性能集積回路を冷却することが重要な課題となっている。ヒートパイプ及びファンが取り付けられたヒートシンクによる従来の冷却法は、次第に消費電力要求が大きくなっているチップの冷却には適さない。

パーソナルコンピュータ内で集積回路を冷却する特定の問題は、より多くの強力な集積回路が同じサイズ又はより小さいパーソナルコンピュータシャーシ内に配設されるという点である。より多くの強力な集積回路が開発されており、熱を発生するトランジスタの密度も高くなっており、個々の集積回路が発生する熱も高くなり続けている。更に、例えば、グラフィックプロセッサ、マイクロプロセッサ、マルチチップセット等のより多くの集積回路がパーソナルコンピュータに追加されている。更に、より強力でより多くの集積回路が、同じサイズ又はより小さいパーソナルコンピュータシャーシに追加され、これらの素子が発生する単位面積あたりの熱も高くなっている。このような従来のパーソナルコンピュータシャーシの構成では、適切な冷却構造を設けることができる空間が限られている。従来より、パーソナルコンピュータ内の集積回路は、ヒートシンク及びヒートシンクに空気を吹きつける大きなファンを用いることによって、又は単に集積回路を備える回路基板に空気を直接吹きつけることによって冷却されている。しかしながら、パーソナルコンピュータシャーシ内の空間は限られているので、集積回路を冷却するために使用できる空気の量及び例えば、ヒートシンク及びファン等の従来の冷却装置のために使用できる空間は、限定的である。

従来の冷却法の代替となる手法として、循環液体冷却がある。循環冷却法は、空冷法より効率的に周囲に熱を放出することができる。

従来のパーソナルコンピュータは、拡張性が高まっており、例えば、既存の部品をアップグレードしたり、新たな部品を追加したりすることができる。このようなアップグレード及び／又は追加の都度、既存の冷却装置に対する冷却要求も高まる。既存の殆どの冷却装置は、現在の冷却能力が、新たな又はアップグレードされた部品によって追加された冷却負荷にも対応できるとの仮定に基づいて、変更されないままでいる。或いは、既存の冷却装置は、より高い冷却能力を有する新たな冷却装置によって完全に取り換えられる。また、既存の冷却装置をアップグレードすることもできるが、この場合、既存の冷却装置に新たな冷却部品を追加するためのスプライシングが必要になる。液体冷却装置をアップグレードする場合は、冷却能力を追加するために、密封された冷却装置を開く必要がある。このような作業は、煩雑であり、液漏れによって内部の電子部品が故障することを回避するために、既存の液体ベースの冷却装置をパーソナルコンピュータから取り外さなくてはならない。

そこで、本発明の目的は、パーソナルコンピュータ内で集積回路を冷却するための効率的な冷却装置を提供することである。また、本発明の目的は、パーソナルコンピュータシャーシ内に取り付けられた複数の回路基板上の集積回路を冷却する、より効率的な冷却装置を提供することである。更に、本発明の目的は、今日のパーソナルコンピュータの拡張可能な構成に対応できる、拡張可能な冷却装置を提供することである。

拡張可能なモジュール式の冷却装置を開示する。冷却装置は、複数の拡張スロットを有する空気吹出口を備える。各拡張スロットは、モジュール構成の流体／空気熱交換器、例えば、ラジエータが取り付けられるように構成される。また、空気吹出口は、拡張スロット（拡張スロット内に取り付けられているラジエータ）に空気を吹き付ける１つ以上のエアムーバを備える。使用されていない拡張スロットについては、各未使用の拡張スロットにブランクプレートが嵌め込まれる。各ブランクプレートは、モジュール式に構成されたラジエータと同様に、モジュール構成を有している。これにより、空気がバイパスする（air bypass）ことが防止される。各ラジエータは、発熱素子を冷却するために直接又は間接的に用いられる独立した冷却ループの一部である。

本発明は、一側面として、パーソナルコンピュータ内の１つ以上の発熱素子を冷却する冷却装置を提供する。冷却装置は、モジュール式の流体／空気熱交換器と、流体／空気熱交換器を流れる流体とを有する、１つ以上の独立した流体ベースの冷却ループと、各冷却ループの流体／空気熱交換器に空気を供給する１つ以上のエアムーバと、１つ以上のエアムーバに接続される第１の端部と、複数の取付ベイに接続される第２の端部とを有する空気吹出口とを備え、各取付ベイは、対応する冷却ループからの１つの取り外し可能な流体／空気熱交換器が取り付けられるように構成され、及び各取付ベイは、１つの取り外し可能なブランクプレートが取り付けられるように構成され、各取付ベイには、１つの流体／空気熱交換器又は１つのブランクプレートが取り付けられる。各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する取付ベイ内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器に積み重ねてもよい。上記各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する取付ベイ内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器に相互にロックしてもよい。各モジュール式の流体／空気熱交換器、各ブランクプレート及び空気吹出口の第２の端部は、空気が空気吹出口の第２の端部をバイパスすることを防止する。１つ以上のエアムーバ及び空気吹出口の第１の端部は、空気が空気吹出口の第１の端部をバイパスすることを防止する。各ブランクプレートは、ブランクプレートが取り付けられている取付ベイへの空気の吹き込みを防止する。これに代えて、各ブランクプレートは、１つ以上の通気貫通孔を有し、通気貫通孔の数及び各通気貫通孔の寸法は、ブランクプレートが取り付けられている取付ベイを介して、特定の通気率が実現するように構成してもよい。各ブランクプレートの通気率は、モジュール式の流体／空気熱交換器が取り付けられている取付ベイを介する通気率に略等しく、これにより、各取付ベイを介する通気率が略等しい。各冷却ループは、１つ以上の熱交換器及びポンプを有していてもよい。幾つかの実施の形態では、各エアムーバは、ファンである、各流体／空気熱交換器は、ラジエータである。

本発明は、他の側面として、パーソナルコンピュータ内の１つ以上の発熱素子を冷却する他の冷却装置を提供する。冷却装置は、モジュール式の流体／空気熱交換器と、流体／空気熱交換器を流れる流体とを有する、１つ以上の独立した流体ベースの冷却ループと、各冷却ループの流体／空気熱交換器に空気を供給する１つ以上のエアムーバと、１つ以上のエアムーバに接続される第１の端部と、複数の拡張スロットに接続される第２の端部とを有する空気吹出口とを備え、各拡張スロットは、対応する冷却ループの１つの取り外し可能な流体／空気熱交換器が取り付けられ、１つの流体／空気熱交換器が取り付けられる各拡張スロットは、使用されている拡張スロットであり、１つの流体／空気熱交換器が取り付けられない各拡張スロットは、未使用の拡張スロットであり、各未使用の拡張スロットには、１つの取り外し可能なブランクプレートが取り付けられる。各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する拡張スロット内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器に積み重ねてもよい。各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する拡張スロット内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器に相互にロックしてもよい。各モジュール式の流体／空気熱交換器、各ブランクプレート及び空気吹出口の第２の端部は、空気が空気吹出口の第２の端部をバイパスすることを防止する。１つ以上のエアムーバ及び空気吹出口の第１の端部は、空気が空気吹出口の第１の端部をバイパスすることを防止する。各ブランクプレートは、ブランクプレートが取り付けられている１つ以上の拡張スロットへの空気の吹き込みを防止する。これに代えて、各ブランクプレートは、１つ以上の通気貫通孔を有し、通気貫通孔の数及び各通気貫通孔の寸法は、ブランクプレートが取り付けられている１つ以上の拡張スロットのそれぞれを介して、特定の通気率が実現するように構成してもよい。各ブランクプレートの通気率は、モジュール式の流体／空気熱交換器が取り付けられている拡張スロットを介する通気率に略等しく、これにより、各拡張スロットを介する通気率が略等しい。各冷却ループは、１つ以上の熱交換器及びポンプを有していてもよい。幾つかの実施の形態では、各エアムーバは、ファンであり、各流体／空気熱交換器は、ラジエータである。

更に他の側面として、上述した各冷却装置は、複数の拡張スロットに取り付けられるように構成されたラジエータ及び／又はブランクプレートを収容してもよい。具体的には、冷却装置は、モジュール式の流体／空気熱交換器と、流体／空気熱交換器を流れる流体とを有する、１つ以上の独立した流体ベースの冷却ループと、各冷却ループの流体／空気熱交換器に空気を供給する１つ以上のエアムーバと、１つ以上のエアムーバに接続される第１の端部と、複数の拡張スロットに接続される第２の端部とを有する空気吹出口とを備え、各流体／空気熱交換器は、１つ以上の拡張スロットに取り外し可能に取り付けられ、流体／空気熱交換器が取り付けられている各拡張スロットは、使用されている拡張スロットであり、流体／空気熱交換器が取り付けられていない各拡張スロットは、未使用の拡張スロットであり、１つ以上の未使用の拡張スロットには、ブランクプレートが取り外し可能に連結される。

本発明の他の特徴及び利点は、以下に詳しく説明する実施の形態の詳細な記述によって明らかになる。

以下では、幾つかの図面を参照して本発明を説明する。同じ要素が複数の図面に示されている場合にのみ、適切であれば、これらの同じ要素に同じ参照符号を付している。

本発明の実施の形態は、パーソナルコンピュータ内の１つ以上の発熱素子から発生した熱を取り除く拡張可能なモジュール式の冷却装置を提供する。発熱素子には、以下に限定されるものではないが、マザーボード、ドータカード及び／又はＰＣ拡張カードに取り付けられた１つ以上の中央処理装置（central processing unit：ＣＰＵ）、１つ以上のＣＰＵの入出力を管理するために使用されるチップセット、１つ以上のグラフィック処理装置（graphics processing unit：ＧＰＵ）及び／又は１つ以上の物理演算処理装置（physics processing unit：ＰＰＵ）等が含まれる。また、冷却装置は、例えば、冷却が必要なＭＯＳＦＥＴ、スイッチ及び他の大電力電子部品等の電子部品を冷却するために用いることもできる。本明細書に開示する冷却装置は、包括的には、冷却する発熱素子を有する如何なる電子サブシステムにも適用できる。ここでは、説明を簡潔にするために、冷却する１つ以上の発熱素子を有し、パーソナルコンピュータ内にインストールされるあらゆるサブシステムをＰＣカードと呼ぶ。

冷却装置は、発熱素子を有する新たなＰＣカードをパーソナルコンピュータに追加し、冷却装置に接続できるように、拡張可能なモジュール式の構成を有する。更に、既にインストールされているＰＣカードを新たな又はアップグレードされたＰＣカードに差し替えることもできる。

冷却装置は、好ましくは、パーソナルコンピュータシャーシ内に取り付けられる。これに代えて、冷却装置は、冷却される発熱素子を含む電子装置の一部として構成してもよい。冷却装置は、１つ以上の独立した流体ベースの冷却ループと、空気吹出口と、１つ以上のエアムーバと、１つ以上の拡張スロットとを備える。ここでは、単一のエアムーバについて説明する。なお、単一のエアムーバは、１つ以上のエアムーバを代表している。各エアムーバは、好ましくは、ファンである。エアムーバは、空気吹出口の第１の端部に接続される。拡張スロットは、空気吹出口の第２の端部に接続される。エアムーバは、空気吹出口を介して、拡張スロットに向けて空気を送る。エアムーバは、空気吹出口の第１の端部に接続されており、エアムーバと空気吹出口の壁との間で空気が通過することを防止している。

各冷却ループは、流体／空気熱交換器と、ポンプと、他の少なくとも１つの熱交換器とを含む。冷却ループの部品は、フレキシブルな流体ラインを介して連結されている。幾つかの実施の形態では、流体／空気熱交換器は、ラジエータである。ここでは、流体／空気熱交換器がラジエータである実施の形態を説明する。なお、ラジエータは、ラジエータの特定の特徴を明示的に示している場合を除き、あらゆる種類の流体／空気熱交換器を代表している。冷却ループ内の他の各熱交換器は、異なる冷却ループ又は機器の一部である他の熱交換器、又は発熱素子に接続されている。

拡張スロットは、ラジエータの１つが取り付けられる取付ベイとして機能する。各ラジエータは、空気吹出口に接続される何れの拡張スロットにも取り付けられるように、モジュール形式に構成されている。一般化して言えば、空気吹出口は、Ｎ個の拡張スロットを備え、これらのＮ個の拡張スロットに最大Ｎ個のモジュール式ラジエータを取り付けることができる拡張性を有する。各ラジエータは、好ましくは、他のモジュール式のラジエータにスタックされるように構成される。このような構成により、スタックされたラジエータの間を空気が通過することを防ぐことができる。一般化して言えば、各ラジエータは、他のモジュール式のラジエータに隣接して配設され、２つのラジエータ間では、空気のバイパスが防がれる。隣接するラジエータは、上下に積み重ねてもよく、側面と側面とを接続してもよい。

使用されていない拡張スロットには、取り外し可能なブランクプレートが取り付けられる。各ブランクプレートは、隣接して配設されたラジエータ又は他のブランクプレートの間を空気が通過することを防止するように構成される。空気吹出口の第２の端部は、空気吹出口に対向して配設されたラジエータ又はブランクプレートが、両者の間の空気のバイパス通過を防ぐように構成される。各ブランクプレートは、空気を通過させるための１つ以上の通気貫通孔を有する。通気貫通孔の数及び各通気貫通孔の寸法は、対応する拡張スロットの通気率を調整するように決定される。幾つかの実施の形態では、ブランクプレートが取り付けられた拡張スロットの通気率は、ラジエータが取り付けられた拡張スロットの通気率と略等しくされる。これにより、拡張スロットにラジエータが取り付けられているか、ブランクプレートが取り付けられているかにかかわらず、各拡張スロットを介する通気率の一貫性が保証される。他の実施の形態では、ブランクプレートの通気率は、特定のアプリケーションに基づいて設定され、この場合、ブランクプレートの通気率は、他の拡張スロットの通気率と同じであってもよく、異なっていてもよい。幾つかの実施の形態では、通気貫通孔がないブランクプレートを設けてもよい。この構成では、ブランクプレートは、対応する拡張スロットを空気が通過することを防ぐ。

発熱素子が発生した熱は、冷却ループ内の熱交換器を流れる流体に伝導される。加熱された流体は、空気吹出口の拡張スロット内に取り付けられたラジエータに流れる。エアムーバは、空気吹出口の拡張スロット内に取り付けられたラジエータに空気を吹きつけ、各ラジエータを流れる加熱された流体を冷却する。そして、冷却された流体は、ラジエータから熱交換器に戻る。

図１は、冷却ループで用いられ、空気吹出口の拡張スロットに取り付けられるように構成された例示的なラジエータの正面図である。ラジエータ１０は、流体チャネル１６に連結されている複数のフィン１８を備える。流入口１２と流出口１４は流体チャネル１６に連結されている。ラジエータ１０には、流入口１２を介して加熱された流体が流れ込む。加熱された流体は、チャネル１６を流れる。加熱された流体がチャネル１６を流れると、流体からフィン１８に熱が伝導される。冷却された流体は、流出口１４を介してラジエータ１０から流れ出る。フィン１８は、フィン１８の外表面に空気を吹きつけることによって冷却される。

ラジエータ１０は、隣接して配設される他のラジエータと合体するように、モジュール形式で構成される。ラジエータ１０は、隣接して配設される他のラジエータの相補的な接合面に当接する接合面６を有するモジュール構造体８を備える。図２は、図１に示すモジュール式のラジエータを用いたラジエータスタックの正面図である。ラジエータ２０及びラジエータ３０は、モジュール式のラジエータ１０と同様に構成されている。ラジエータ１０は、それぞれの接合面６を介してラジエータ２０に積み重ねられている。ラジエータ２０は、それぞれの接合面６を介してラジエータ３０に積み重ねられている。各接合面６において形成される界面は、２つのラジエータ間を空気が通過することを防ぐ。スタックされたラジエータ１０、２０、３０は、下位のラジエータの上に積み重ねられ、重力によって所定の位置に保持される。また、各ラジエータは、他のラジエータに連結するための更なる保持機構、例えば、相互ロック用の留め金又はチャネル、クリップ等を備えていてもよい。幾つかの実施の形態では、外部の保持機構を端部のラジエータ、例えば、ラジエータ１０及びラジエータ３０に適用し、ラジエータスタックをまとめて挟み込み及び／又は保持する。幾つかの実施の形態では、隣り合うラジエータの側面と側面とを接続する。

図３は、例示的な空気吹出口構成の側断面図である。空気吹出口７０は、壁７８によって形成される。空気吹出口７０は、複数の拡張スロット７２、７４、７６及びエアムーバ８０を備える。空気吹出口７０の第１の端部には、エアムーバ８０が配設され、空気吹出口７０の第２の端部には、拡張スロット７２、７４、７６が配設されている。エアムーバ８０は、空気吹出口７０の第２の端部に向かって空気を送る。図３には、単一のエアムーバ８０のみを示しているが、空気吹出口７０の第１の端部に２つ以上のエアムーバを配設し、使用してもよい。また、図３には、３つの拡張スロット７２、７４、７６を示しているが、空気吹出口７０の第２の端部にこれより多い又は少ない拡張スロットを配設し、使用してもよい。各拡張スロット７２、７４、７６には、図１及び図２を用いて説明した種類のラジエータ又はブランクプレートが取り付けられる。ブランクプレート及び／又はラジエータは、互いに積み重ねられ、空気吹出口７０の第２の端部に取り付けられ、空気のバイパスを防止する。換言すればエアムーバ８０から送られた空気は、ブランクプレート、ラジエータ及び／又は壁７８の間を通過することが防止される。また、ブランクプレートに通気貫通孔及び／又はラジエータが設けられている場合は、空気は、ブランクプレートを通過することができる。

図３は、拡張スロットの例示的な構成を示している。この例示的な構成では、拡張スロット７２には、ブランクプレート６０が取り付けられており、拡張スロット７４には、ラジエータ４０が取り付けられており、拡張スロット７６には、ラジエータ５０が取り付けられている。ラジエータ４０及びラジエータ５０は、図１及び図２に示すラジエータ１０と同様のラジエータである。ラジエータ４０及びラジエータ５０は、図２に示すラジエータ１０、２０、３０に関して説明した手法と同様の手法で、互いに積み重ねられている。図３は、ラジエータ４０、５０の端部を示しており、ここには、各ラジエータ４０、５０の流入口４２、５２及び流出口４４、５４が示されている。ブランクプレート６０は、ラジエータ４０に対する相補的な接合面を有し、これにより、ブランクプレート６０とラジエータ４０との間で空気が通過することを防止している。変形例では、ブランクプレートは、略ラジエータと同じ寸法のボックス又はブロックとして構成される。このような構成によって、ブランクプレートが取り付けられた拡張スロット内で空気の再循環又は渦流が生じることを防止することができる。他の変形例では、ブランクプレートは、ラジエータより大きな寸法を有するボックス、ブロック又は他の形状によって構成される。

ブランクプレート６０は、好ましくは、空気が通過できる１つ以上の通気貫通孔（図示せず）を有する。通気貫通孔の数及び各通気貫通孔の寸法は、拡張スロット７２の通気率を調整するように決定される。幾つかの実施の形態では、ブランクプレート６０の通気率（ブランクプレート６０が取り付けられた拡張スロット７２の通気率）は、ラジエータ４０が取り付けられた拡張スロット７４の通気率及びラジエータ５０が取り付けられた拡張スロット７６の通気率に略等しい。これにより、各拡張スロット７２、７４、７６を介する通気率の一貫性が保証される。他の実施の形態では、ブランクプレート６０の通気率は、特定のアプリケーションに基づいて設定され、この場合、ブランクプレート６０の通気率は、他の拡張スロット７４、７６の通気率と同じであってもよく、異なっていてもよい。幾つかの実施の形態では、ブランクプレート６０に通気貫通孔を設けなくてもよい。この構成では、ブランクプレート６０は、拡張スロット７２を空気が通過することを防ぐ。

空気吹出口７０の壁７８は、剛性を有する材料から形成してもよく、柔軟性を有する材料から形成してもよく、これらの材料を組み合わせて形成してもよい。例えば、エアムーバ８０及び／又は拡張スロット７２、７６に係合する壁７８の一部は、対応する接合面の形状に応じて変形できるような柔軟性を有していてもよく、壁７８の残りの部分は、支持構造を提供するための剛性を有していてもよい。好ましい実施の形態では、壁７８は、剛性を有し、拡張スロット７２及び拡張スロット７４に係合する壁７８の一部は、ラジエータ４０に対する（及びブランクプレート６０に対する）相補的な接合面を有し、これにより、壁７８とラジエータ５０との間、及び壁７８とブランクプレート６０との間の空気のバイパスを防止する。

図３に示すブランクプレート又はラジエータが取り付けられた拡張スロットの特定の構成は、例示的な構成に過ぎない。各ラジエータ及びブランクプレートは、全ての拡張スロットに取り付けることができるモジュール部品として構成されている。したがって、各拡張スロットには、ブランクプレート及びラジエータの何れも取り付けることができる。例えば、拡張スロット７４及び拡張スロット７６にそれぞれブランクプレートを取り付けてもよく、拡張スロット７２にラジエータを取り付けてもよい。空気吹出口が上下に積み重ねられるように構成されている場合は、一番下の拡張スロットから上へ順にラジエータを積み上げることが望ましい。例えば、最初のラジエータは、一番下の拡張スロット７６に取り付けられ、更なるラジエータを追加する場合は、拡張スロット７４に取り付けられる。ラジエータが取り付けられていない拡張スロットには、図３に示すように、一番上の拡張スロットから下へ順にブランクプレートを取り付けることが好ましい。なお、特にこのような順序を指定せず、自由な順序で拡張スロットにラジエータを取り付けてもよい。この場合、ラジエータ（又は他のブランクプレート又は空気吹出口の壁）に当接する各ブランクプレートの接合面は、ラジエータの対応する接合面と略同じ寸法を有するように構成される。これにより、１つ以上のラジエータ間、又はラジエータの下にブランクプレートを安定した構成で積み重ねることができる。

各ラジエータは、独立した冷却ループに連結されている。具体的には、ラジエータ５０は、第１の冷却ループに連結され、ラジエータ４０は、第２の冷却ループに連結されている。第１の冷却ループは、第２の冷却ループから独立している。図４は、空気吹出口７０に連結された第１の冷却ループの例示的なブロック図である。説明を簡潔にするために、図４では、ラジエータ５０に連結されている第１の冷却ループだけを示し、以下では、この第１の冷却ループについて説明する。なお、ラジエータ４０は、第２の冷却ループにも同様に連結されているが、図４では、第２の冷却ループを示さず、これに関する説明も行わない。第１の冷却ループは、ラジエータ５０、ポンプ９０及び熱交換器９２を有し、これらは、それぞれ流体ライン９４、９６、９８を介して連結されている。この構成では、第１の冷却ループは、流体ライン９４を介してラジエータ流入口５２に連結され、流体ライン９６を介してラジエータ流出口５４に連結されている。なお、流体ライン（つまり、第１の冷却ループを介する流体のフロー）は、ラジエータ流入口５２に流体ライン９６を連結し、ラジエータ流出口５４に流体ライン９４を連結することによって逆にすることもできる。また、第１の冷却ループ内の各部品の相対的位置も、例示的に示しているに過ぎない。例えば、ポンプ９０は、図４に示すように、熱交換器９２の流出口側ではなく、流入口側に配設してもよい。

熱交換器９２は、発熱素子１００に接続されている。発熱素子１００に熱交換器９２を接続するために、周知の如何なる接続機構を用いてもよい。取り外し可能な接続機構を用いて、熱交換器を取り外し、再使用できるようにすることが好ましい。これに代えて、取り外し不能な接続機構を用いてもよい。発熱素子が発生する熱は、熱交換器９２を流れる流体に伝達される。加熱された流体は、熱交換器９２から流れ出て、ラジエータ５０に流れ込む。ここでは、第１の冷却ループは、単一の熱交換器９２を有しているが、第１の冷却ループは、熱交換器９２に直列又は並列に接続された２つ以上の熱交換器を有していてもよい。このようにして、第１の冷却ループを用いて、単一のＰＣカードに取り付けられた、又は複数のＰＣカードに分散して配置された複数の発熱素子を冷却することができる。ラジエータ４０を含む第２の冷却ループは、第１の冷却ループと同様の構成を有していてもよく、異なる構成を有していてもよい。このような設計の柔軟性によって、各冷却ループ毎にアプリケーションに応じた固有の構成を実現することができる。この柔軟性と、ブランクプレートの様々な通気貫通孔の構成とを組み合わせることによって、アプリケーションに固有の設計の柔軟性が更に高められる。

変形例として、第１の冷却ループと発熱素子１００との間に中間の冷却ループを接続してもよい。図５は、図４の第１の冷却ループと発熱素子１００との間に連結された中間の冷却ループの例示的なブロック図である。中間の冷却ループは、第１の冷却ループから独立している。中間の冷却ループは、熱交換器１１０、ポンプ１１２及び他の熱交換器１１４を備え、これらは、流体ライン１１６を介して連結されている。熱交換器１１０は、熱交換器９２に接続されている。熱交換器１１４は、図４に示す発熱素子に接続された熱交換器９２と同様の手法で、発熱素子１００に接続されている。熱交換器９２は、熱交換器１１０に同様に接続され、熱交換器９２と熱交換器１１０との間には、サーマルインタフェースが形成される。中間の冷却ループは、発熱素子１００に接続される単一の熱交換器１１４を有するが、中間の冷却ループは、熱交換器１１４に直列又は並列に接続された１つ以上の同様の熱交換器を更に有していてもよい。

発熱素子１００が発生した熱は、熱交換器１１４を流れる流体に伝導される。加熱された流体は、熱交換器１１４から流れ出て、熱交換器１１０に流れ込む。熱は、熱交換器１１０と熱交換器９２との間のサーマルインタフェースを介して、熱交換器１１０から熱交換器９２に伝導される。熱交換器１１０から熱交換器９２に伝導された熱は、更に、熱交換器９２を流れる流体に伝導される。加熱された流体は、熱交換器９２から流れ出て、ラジエータ５０に流れ込む。２つ以上の独立した流体冷却ループを介して発熱素子から流体／空気熱交換器に熱を伝導する例示的な手法の詳細については、同じ出願人によって２００７年２月１６日に出願された米国特許出願第１１／７０７，３５０、発明の名称「Liquid Cooling Loops for Server Applications」に開示されており、この特許文献の全体は、引用によって本願に援用される。

更に他の変形例では、第１の冷却ループの熱交換器９２は、熱バスに連結され、熱バスは、複数の異なる冷却ループに含まれる複数の熱交換器に接続できる。このような構成については、同じ出願人によって、２００７年４月６日に出願された米国特許出願（代理人整理番号Ｃｏｏｌ０５２０１）、発明の名称「Methodology of Cooling Multiple Heat Sources in a Personal Computer Through the Use of Multiple Fluid-based Heat Exchanging Loops Coupled via Modular Bus-type Heat Exchangers」に開示されており、この特許文献の全体は、引用によって本願に援用される。

上述した実施の形態では、各ラジエータは、単一の拡張スロットに取り付けられるように構成されている。変形例では、複数の拡張スロットに取り付けられるように単一のラジエータを構成してもよい。例えば、単一のラジエータを、ラジエータ４０とラジエータ５０（図３）とを積み重ねたサイズと同じサイズに構成してもよく、この場合、２つの隣接する拡張スロットに単一のラジエータが取り付けられる。一般化して言えば、ラジエータは、モジュール式のラジエータ１０（図１）の整数倍のサイズに構成することができる。同様に、単一のブランクプレートのサイズは、ブランクプレート６０（図３）のサイズの整数倍に構成してもよく、この場合、単一のブランクプレートが、対応する複数の隣接する拡張スロットに取り付けられる。任意の個数分のサイズに対応するように構成された１以上のモジュール式のラジエータと、任意の個数分のサイズに対応するように構成された１以上のモジュール式のブランクプレートとの如何なる組合せによって全ての拡張スロットを埋めてもよい。

本発明に基づく冷却装置は、図１〜図５に示す部品に限定されず、他の部品及び素子を備えていてもよいことは当業者にとって明らかである。例えば、図４には示していないが、第１の冷却ループは、流体タンクを有していてもよい。流体タンクは、時間の経過と共に、浸透のために失われた流体を補うために使用される。

更に、図１〜図５を用いて上述した実施の形態は、ポンプを用いた流体ベースの冷却装置に関するものであるが、例えば、ヒートパイプ、熱伝導材料等、他の冷却装置を用いてもよい。また、１つ以上のポンプで圧送される冷却ループ及び１つ以上のヒートパイプベースの冷却ループによって単一の冷却装置を構成してもよい。

幾つかの実施の形態では、冷却装置は、ＰＣシャーシ内に含まれている各発熱素子を冷却するように構成される。他の実施の形態では、冷却装置は、選択された発熱素子のみ、又は単一の発熱素子のみを冷却するように構成され、他の発熱素子は、他の又は補助的な冷却機構によって冷却する。

本発明の構成及び動作原理を明瞭に説明するために、様々な詳細を含む特定の実施の形態を用いて本発明を説明した。このような特定の実施の形態の説明及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、例示的に選択された実施の形態を変更できることは、当業者にとって明らかである。

例示的なラジエータ構成の正面図である。図１に示すモジュール式のラジエータを用いるラジエータスタックの正面図である。例示的な空気吹出口構成の側断面図である。図３に示す空気吹出口に連結された第１の冷却ループの例示的なブロック図である。図４の第１の冷却ループと発熱素子との間に連結された中間の冷却ループの例示的なブロック図である。

Claims

パーソナルコンピュータ内の１つ以上の発熱素子を冷却する冷却装置において、
ａ．モジュール式の流体／空気熱交換器と、該流体／空気熱交換器を流れる流体とを有する１つ以上の独立した流体ベースの冷却ループと、
ｂ．上記各冷却ループの流体／空気熱交換器に空気を供給する１つ以上のエアムーバと、
ｃ．上記１つ以上のエアムーバに接続される第１の端部と、複数の取付ベイに接続される第２の端部とを有する空気吹出口とを備え、
上記各取付ベイは、対応する冷却ループからの１つの取り外し可能な流体／空気熱交換器が取り付けられるように構成されており、あるいは、該各取付ベイは、１つの取り外し可能なブランクプレートが取り付けられるように構成され、該各取付ベイには、１つの流体／空気熱交換器又は１つのブランクプレートが取り付けられることを特徴とする冷却装置。
上記各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する取付ベイ内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器に積み重ねられることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
上記各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する取付ベイ内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器にインターロックされることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
上記各モジュール式の流体／空気熱交換器、各ブランクプレート及び空気吹出口の第２の端部は、空気が該空気吹出口の第２の端部をバイパスすることを防止することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
上記１つ以上のエアムーバ及び空気吹出口の第１の端部は、空気が該空気吹出口の第１の端部をバイパスすることを防止することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
上記各ブランクプレートは、該ブランクプレートが取り付けられている取付ベイへの空気の吹き込みを防止することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
上記各ブランクプレートは、１つ以上の通気貫通孔を有し、
上記通気貫通孔の数及び寸法は、ブランクプレートが取り付けられている取付ベイを介して、特定の通気率が実現するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
上記各ブランクプレートの通気率は、上記モジュール式の流体／空気熱交換器が取り付けられている取付ベイを介する通気率に略等しく、これにより、各取付ベイを介する通気率は、略等しくなることを特徴とする請求項７記載の冷却装置。
上記各冷却ループは、１つ以上の熱交換器及びポンプを更に有することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
上記各エアムーバは、ファンであることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
上記各流体／空気熱交換器は、ラジエータであることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
パーソナルコンピュータ内の１つ以上の発熱素子を冷却する冷却装置において、
ａ．モジュール式の流体／空気熱交換器と、該流体／空気熱交換器を流れる流体とを有する１つ以上の独立した流体ベースの冷却ループと、
ｂ．上記各冷却ループの流体／空気熱交換器に空気を供給する１つ以上のエアムーバと、
ｃ．上記１つ以上のエアムーバに接続される第１の端部と、複数の拡張スロットに接続される第２の端部とを有する空気吹出口とを備え、
上記各拡張スロットは、対応する冷却ループの１つの取り外し可能な流体／空気熱交換器が取り付けられ、１つの流体／空気熱交換器が取り付けられる各拡張スロットは、使用されている拡張スロットであり、１つの流体／空気熱交換器が取り付けられない各拡張スロットは、未使用の拡張スロットであり、該各未使用の拡張スロットには、１つの取り外し可能なブランクプレートが取り付けられることを特徴とする冷却装置。
上記各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する拡張スロット内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器に積み重ねられることを特徴とする請求項１２記載の冷却装置。
上記各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する拡張スロット内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器にインターロックされることを特徴とする請求項１２記載の冷却装置。
上記各モジュール式の流体／空気熱交換器、各ブランクプレート及び空気吹出口の第２の端部は、空気が該空気吹出口の第２の端部をバイパスすることを防止することを特徴とする請求項１２記載の冷却装置。
上記１つ以上のエアムーバ及び空気吹出口の第１の端部は、空気が該空気吹出口の第１の端部をバイパスすることを防止することを特徴とする請求項１２記載の冷却装置。
上記各ブランクプレートは、該ブランクプレートが取り付けられている拡張スロットへの空気の吹き込みを防止することを特徴とする請求項１２記載の冷却装置。
上記各ブランクプレートは、１つ以上の通気貫通孔を有し、
上記通気貫通孔の数及びの寸法は、ブランクプレートが取り付けられている拡張スロットを介して、特定の通気率が実現するように構成されていることを特徴とする請求項１２記載の冷却装置。
上記各ブランクプレートの通気率は、上記モジュール式の流体／空気熱交換器が取り付けられている拡張スロットを介する通気率に略等しく、これにより、各拡張スロットを介する通気率は、略等しくなることを特徴とする請求項１８記載の冷却装置。
上記各冷却ループは、１つ以上の熱交換器及びポンプを有することを特徴とする請求項１２記載の冷却装置。
上記各エアムーバは、ファンであることを特徴とする請求項１２記載の冷却装置。
上記各流体／空気熱交換器は、ラジエータであることを特徴とする請求項１２記載の冷却装置。
パーソナルコンピュータ内の１つ以上の発熱素子を冷却する冷却装置において、
ａ．モジュール式の流体／空気熱交換器と、該流体／空気熱交換器を流れる流体とを有する１つ以上の独立した流体ベースの冷却ループと、
ｂ．上記各冷却ループの流体／空気熱交換器に空気を供給する１つ以上のエアムーバと、
ｃ．上記１つ以上のエアムーバに連結されている第１の端部と、複数の拡張スロットに接続される第２の端部とを有する空気吹出口とを備え、
上記各流体／空気熱交換器は、１つ以上の拡張スロットに取り外し可能に取り付けられ、流体／空気熱交換器が取り付けられている各拡張スロットは、使用されている拡張スロットであり、流体／空気熱交換器が取り付けられていない各拡張スロットは、未使用の拡張スロットであり、１つ以上の未使用の拡張スロットには、ブランクプレートが取り外し可能に連結されている冷却装置。
上記各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する拡張スロット内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器に積み重ねられることを特徴とする請求項２３記載の冷却装置。
上記各モジュール式の流体／空気熱交換器は、隣接する拡張スロット内にある他のモジュール式の流体／空気熱交換器にインターロックされることを特徴とする請求項２３記載の冷却装置。
上記各モジュール式の流体／空気熱交換器、各ブランクプレート及び空気吹出口の第２の端部は、空気が該空気吹出口の第２の端部をバイパスすることを防止することを特徴とする請求項２３記載の冷却装置。
上記１つ以上のエアムーバ及び空気吹出口の第１の端部は、空気が該空気吹出口の第１の端部をバイパスすることを防止することを特徴とする請求項２３記載の冷却装置。
上記各ブランクプレートは、該ブランクプレートが取り付けられている１つ以上の拡張スロットへの空気の吹き込みを防止することを特徴とする請求項２３記載の冷却装置。
上記各ブランクプレートは、１つ以上の通気貫通孔を有し、
上記通気貫通孔の数及び寸法は、ブランクプレートが取り付けられている１つ以上の拡張スロットのそれぞれを介して、特定の通気率が実現するように構成されていることを特徴とする請求項２３記載の冷却装置。
上記各拡張スロットを介する通気率は、略等しいことを特徴とする請求項２９記載の冷却装置。
上記各冷却ループは、１つ以上の熱交換器及びポンプを更に有することを特徴とする請求項２３記載の冷却装置。
上記各エアムーバは、ファンであることを特徴とする請求項２３記載の冷却装置。
上記各流体／空気熱交換器は、ラジエータであることを特徴とする請求項２３記載の冷却装置。