JP2013545265A - コンピュータ・デバイスのための煙突ベースの冷却機構 - Google Patents

Abstract

コンピュータ部品の煙突ベースの冷却についての機構が説明されている。本発明の方法の実施形態は、コンピュータ・デバイスの熱放出部品を決定する決定ステップを含む。この方法はさらに、１つ以上の熱放出部品に煙突を連結する連結ステップであって、煙突の煙突効果によって、煙突の内外の部品に関係する空気が案内される、連結ステップを含む。

Description

本願は、概して電子デバイスのための冷却ソリューションに関し、より具体的には、コンピュータ・デバイスのための煙突ベースの冷却機構の使用に関する。

今日、コンピュータを冷却するための様々なソリューションが存在する。しかしながら、コンピュータを冷却するためのこれらのソリューション（例えば、オールインワン（ＡＩＯ）型デスクトップコンピュータ）は、ファンやブロアを含む。例えば、典型的なＡＩＯコンピュータは、周囲からの冷気を取込み、取込まれた冷気が順々にコンピュータの発熱した部品上に流されるような１つ以上の送風ファンによって、又はそれら発熱した部品に関係する熱交換器によって冷却され、それら発熱した部品を冷却する。これは、高いアコースティック・ペナルティとコンピュータが接続される電源に対する高い電力消費とが生じる結果となる。さらに、ＡＩＯコンピュータは、画面の背部や下部にそのすべての電子デバイスを詰込んでいるので、ファンの高い騒音についての問題はさらに悪化する。

図１は、本発明の一実施形態による煙突ベースの冷却機構を示す図である。 図２Ａは、本発明の一実施形態による図１の煙突ベースの冷却機構の側面図を示す。 図２Ｂは、本発明の一実施形態による図１の煙突ベースの冷却機構の側面図を示す。 図２Ｃは、本発明の一実施形態による図１の煙突ベースの冷却機構の側面図を示す。 図３は、本発明の一実施形態による煙突ベースの冷却機構を示す図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態による図３の煙突ベースの冷却機構３００の側面図を示す。 図４Ｂは、本発明の一実施形態による図３の煙突ベースの冷却機構３００の側面図を示す。 図４Ｃは、本発明の一実施形態による図３の煙突ベースの冷却機構３００の側面図を示す。 図５は、本発明の一実施形態によるファンを使用した煙突ベースの冷却機構を示す図である。 図６は、本発明の一実施形態によるコンピュータ部品の煙突ベースの冷却プロセスを示す図である。 図７は、煙突ベースの冷却機構を使用することが可能なコンピュータ・システムを示す図である。

本発明の実施形態は、例として説明されているが、添付図面の図に限定して説明されるものではない。同様の参照符号が同様の構成要素を示す。
本発明の実施形態は、コンピュータ部品の煙突ベースの冷却機構を提供する。本発明の方法の実施形態は、コンピュータ・デバイスの熱放出部品を決定する決定ステップを含む。この方法はさらに、１つ以上の熱放出部品に煙突を連結する連結ステップであって、煙突の煙突効果によって、煙突の内外の部品に関係する空気が案内される、連結ステップを含む。

一実施形態では、煙突は、冷却目的のためにコンピュータにおいて使用され、その煙突によって、ファンやブロアを使用する必要性が排除され、その結果、ファンの騒音の排除と、ファンやブロアに関する消費電力の大幅な削減とがもたらされる。煙突効果（又はスタック効果）は、よく知られた現象であり、家屋や建物等の内部及び外部の空気の浮力によって引き起こされる気体の移動を指称する。煙突効果は、自然対流に関係する空気の移動を増幅させることに関与し、家屋やいくつかの発熱する電化製品等の換気のために頻繁に利用されている。気温差、湿度差等に起因する空気密度の差によって浮力が生じる。典型的に、温度差や構造の高さが大きくなればなる程、浮力や煙突効果も大きくなる。一実施形態では、この煙突効果又はスタック効果が利用され且つ活用されて、コンピュータ内の様々な部品から生じる加熱された空気は、その加熱後の空気密度が、周囲の空気やガスの密度に比べて異なる（すなわち、より小さくなる）ことに起因して、ダクト通路を通じて浮上する。これは、自然通気による気流の流れを最大限促進させ、システム内で発生した熱を放散する効果を増大させる。この技術は、コンピュータ・システムのすべての形式や形態を含む多数の電子デバイスと連動することを企図している。しかし、簡潔に、明確に、及び理解を容易にするために、ＡＩＯコンピュータは、本明細書全体を通して例示として記載されている。

図１は、本発明の一実施形態による煙突ベースの冷却機構１００を示す。例示される実施形態では、複数の熱放出部品を有するコンピュータ・システムのマザーボード１５０が示される。簡潔に、簡易に、及び理解を容易にするために、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１１２と、ＡＩＯコンピュータのマザーボード１５０のメモリ１１４とが示されている。一実施形態では、単一の煙突１２２と１２４とが、それぞれ、ＣＰＵ１１２とメモリ１１４との上に設置される。一実施形態では、例示されるように、煙突１２２，１２４は、それら煙突の吸気口１０２を通じて冷気１３２，１３４を吸込む又は受取り、そして、それら煙突の排気口１０４を通じて（ＣＰＵ１１２、メモリ１１４によって生成された）熱気１４２，１４４を吐出する又は放出する。この空気の移動は、２つの煙突１１２，１１４の煙突効果又はスタック効果によって実現される。

図２Ａ〜２Ｃに関して説明されるように、煙突１２２，１２４は、金属からプラスチックの（適当且つ必要と認められる）範囲に及ぶ任意の材料から作製することができ、そして、部品１１２，１１４との直接接触を確立することによって、又はそれら部品のスプレッダーや熱交換器（ＨＸｓ）を介して、又はいくつかの他の同様の方法によって、それら煙突と対応する部品１１２，１１４と熱接触を持たせることができる。簡潔にするために、熱交換器（ＨＸ）は、例示として、本明細書で使用されている。一実施形態では、煙突効果は、従来のいかなるファンやブロアをインストールする必要性なしに、容易に、規律を持って、そして効率的に冷気１３２，１３４と熱気１４２，１４４との空気の移動を煙突１２２，１２４内部に導く。さらに、単一の煙突は、１つ以上の部品に対して使用されることがある。例えば、ＣＰＵ１１２のように高い発熱量の部品に対して、例示される単一の大きな煙突１２２が適切な場合もあるが、より小さい又はあまり頻繁に使用されない低い発熱量の部品に対して、単一の煙突は、そのような低い発熱量の複数の部品に対して十分対応でき得る。

図２Ａ〜２Ｃは、本発明の一実施形態による図１の煙突ベースの冷却機構１００の側面図を示す。繰返しになるが、簡潔かつ簡易にするために、図１のＣＰＵ１１２のみが、この側面図を示すために用いられている。図２Ａでは、マザーボード１５０は、熱交換器２０２が取付けられたＣＰＵ１１２を含むように示されている。熱交換器（ＨＸ）は、一つの媒体から別の媒体への効率的な熱移動のために使用される装置を指称する。一実施形態では、煙突やダクト１２２は、熱交換器（ＨＸ）２０２に直接的に連結され、それによって、密接な熱接続（例えば、はんだ、熱伝導グリース等による）が、熱交換器（ＨＸ）２０２に対して維持される。前述のように、煙突は、任意の種類の材料から作製されるが、熱交換器（ＨＸ）２０２との熱接続性を与えることができ、この特定のケースでは、金属が好ましい材料となり得る（例えば、プラスチック等の他の材料が、同様に機能するが、効率が減少する）。一実施形態では、煙突効果を利用する煙突１２２は、従来のファンやブロアを必要とせずに、その煙突の吸気口から排気口に空気２０４（例えば、図１の冷気１３２と熱気１４２とを含む）を移動させる。

図２Ｂは、熱交換器（ＨＸ）２０２を包含した煙突１２２を示す。例示されるように、熱交換器（ＨＸ）２０２と煙突１２２とが、共にシームレスに結合される、すなわち、熱交換器（ＨＸ）２０２の外壁と煙突１２２の内壁との間にギャップ又はリークが生じておらず、空気２０４の移動の効率性が最大化される。この実施形態では、煙突１２２が、ＣＰＵ１１２に直接的に接続されている。図２Ｃを参照すると、煙突１２２が、マザーボード１５０に直接的に接続され、煙突１２２と熱交換器（ＨＸ）２０２とＣＰＵ１１２との間にギャップやリークを生じさせることなく、ＣＰＵ１１２と熱交換器（ＨＸ）２０２との両方をシームレスに包含する。図２Ｂ及び図２Ｃの煙突１１２は、金属やプラスチック等から作製できる。

図３は、本発明の一実施形態による煙突ベースの冷却機構３００を示す。図１と同様に、例示された実施形態では、複数の熱放出部品を有するコンピュータ・システムのマザーボード３５０が示されている。繰返しになるが、簡潔かつ簡易にするために、ＡＩＯコンピュータのマザーボード３５０のＣＰＵ３１２とメモリ３１４とが示されている。一実施形態では、単一の煙突３２２と３２４とが、それぞれ、ＣＰＵ３１２とメモリ３１４との上に設置される。一実施形態では、例示されるように、煙突３２２，３２４は、それら煙突の吸気口３０２を通じて冷気３３２，３３４を吸込む又は受取り、そして、それら煙突の排気口３０４を通じて（ＣＰＵ３１２、メモリ３１４によって生成された）熱気３４２，３４４を吐出する又は放出する。この空気の移動は、２つの煙突３１２，３１４の煙突効果又はスタック効果によって実行される。

一実施形態では、ＣＰＵ３１２とメモリ３１４とに対応する熱交換器（ＨＸｓ）は、リモート熱交換器（ＲＨＸｓ）３５２，３５４である。換言すれば、これらのリモート熱交換器（ＲＨＸｓ）３５２，３５４は、それらのリモート熱交換器に対応する部品であるＣＰＵ３１２とメモリ３１４とに取付けられておらず、むしろ、それらリモート熱交換器（ＲＨＸｓ）は、マザーボード３５０の底部近く又は一方の側に間隔を隔てて設置され、且つそれらそれぞれの煙突３２２，３２４の端部に位置される。ヒートパイプ３６２，３６４は、リモート熱交換器（ＲＨＸｓ）３５２，３５４を対応する部品３１２，３１４に接続する。ヒートパイプ３６２，３６４は、例えばリモート熱交換器（ＲＨＸｓ）３５２，３５４とＣＰＵ３１２，メモリ３１４との２つ以上の固体界面の間に熱を移動させる熱移動機構を表している。冷気３３２，３３４は、典型的には、重大な影響を受けずに、熱気３４２，３４４の移動が重要となり、その熱気の移動が要求されるので、一実施形態では、煙突３２２，３２４の底部近くにリモート熱交換器（ＲＨＸｓ）３５２，３５４を配置することによって、熱気３４２，３４４のためのより大きな空間が提供され、煙突に沿って排気口３０４の外側にその熱気が効率的に移動される。一実施形態では、リモート熱交換器（ＲＨＸ）３５２，３５４が、最大の冷却性能を発揮するために煙突１２２，１２４の基部に設置される。さらに、リモート熱交換器（ＲＨＸｓ）３５２，３５４は、熱源と必ずしも一緒に並べられていない。リモート熱交換器（ＲＨＸ）３５２，３５４と対応する熱放出部品３１２，３１４との端末接続は、例示されるように、ヒートパイプ３６２，３６４を介して行われるが、汲出ループ、ループ状のヒートパイプ、熱サイフォン、又はさらに熱伝導率の高い材料片等の他の複数の熱輸送デバイスとすることができる。

図４Ａ〜４Ｃに関して説明されるように、煙突３２２，３２４は、金属からプラスチックの（適当且つ必要と認められる）範囲に及ぶ任意の材料から作製することができ、そして、部品３１２，３１４との直接接触を確立することによって、又はそれら部品のリモート熱交換器（ＲＨＸｓ）３５２，３５４を介して、又はいくつかの他の同様の方法によって、それら煙突と対応する部品３１２，３１４と熱接触を持たせることができる。一実施形態では、煙突効果は、従来のいかなるファンやブロアをインストールする必要性なしに、容易且つ効果的に、煙突１２２，１２４の吸気口３０２から排気口３０４へ冷気３３２，３３４と熱気３４２，３４４との空気の移動を導く。さらに、単一の煙突が、1つ以上の部品に対して使用されることがある。例えば、ＣＰＵ３１２のように高い発熱量の部品に対して、例示される単一の大きな煙突３２２が適切な場合もあるが、より小さい又はあまり頻繁に使用されない低い発熱量の部品に対して、単一の煙突は、そのような低い発熱量の複数の部品に対して十分対応でき得る。

図４Ａ〜４Ｃは、本発明の一実施形態による煙突ベースの冷却機構３００の側面図を示す。繰返しになるが、簡潔かつ簡易にするために、図３のＣＰＵ３１２のみが、この側面図を示すために用いられている。図４Ａでは、マザーボード３５０は、ＣＰＵダイ４０４を介して煙突３２２に取付けられたＣＰＵ３１２を含むように示されている。例示の実施形態では、リモート熱交換器（ＲＨＸ）３５２が、ＣＰＵに間隔を隔てて設置されるとともにヒートパイプ３６２を介してＣＰＵに接続されている。さらに、リモート熱交換器（ＲＨＸ）３５２が、煙突３２２の底部に設置されており、煙突の大部分をそのまま残すことによって、煙突３２２の排気口を通じて熱気４０２を外側に移動させるとともに管理する。一実施形態では、煙突３２２は、（ダイ４０４を介して）リモート熱交換器（ＲＨＸ）３５２とＣＰＵダイ４０４とに直接的に連結されるとともに、リモート熱交換器（ＲＨＸ）３５２とＣＰＵ３１２とに対する密接な熱接続を維持する。前述したように、煙突は、プラスチックから金属の範囲に及ぶ任意の種類の材料から作製されてもよい。一実施形態では、煙突効果を利用した煙突３２２は、従来のファンやブロアを必要とせずに、その煙突の吸気口から排気口に空気４０２（例えば、図３の冷気３３２と熱気３４２とを含む）を移動させる。

図４Ｂは、ＣＰＵダイ４０４を包含した煙突３２２を示しており、そのダイは、ＣＰＵ３１２に直接的に接続されている。図４Ｃを参照すると、煙突３２２は、マザーボード３５０に直接的に接続されるとともに、煙突３２２とリモート熱交換器（ＲＨＸ）３５２とＣＰＵ３１２とＣＰＵダイ４０４との間にギャップやリークを生じさせることなく、ＣＰＵ３１２とＣＰＵダイ４０４とリモート熱交換器（ＲＨＸ）３５２とをシームレスに包含する。図４Ｂ及び図４Ｃの煙突３２２は、金属やプラスチック等で作製することができる。

図５は、本発明の一実施形態によるファン５３２を使用した煙突ベースの冷却機構５００を示す。例示の実施形態では、煙突やダクト５１２は、マザーボード５５０上に設置されたＣＰＵ５０２の上方で使用され、冷気と熱気５２２とに沿って移動される。一実施形態では、ファン５３２（例えば、小型のファンや、シンセティックジェット、ピエゾフラッパー、イオン風などのファン状の気体移動装置（air mover）が、空気５２２のさらに効率的な移動をさせるためにファンの効果と煙突効果とを結合するように使用できる。例えば、特定のシナリオでは、自然対流によって取込まれた空気は、部品接合又はケースの温度をそれらの規定範囲以下に維持することができない場合があり、したがって、そのような場合は、煙突５１２の効果は、小型ファン等の小さな伝統的な気体移動装置の存在によって、又は上述した気体移動装置の1つの等の別の非従来の気体移動装置技術によって増大させられることもある。

図６は、本発明の一実施形態によるコンピュータ部品の煙突ベースの冷却プロセスを示す。ブロック６０５では、コンピュータ・システム内のマザーボード上の熱放出部品や熱気体放出部品が検出される。ブロック６１０では、一実施形態では、煙突が、マザーボードの各部品に連結される。一実施形態では、単一の煙突が、各部品に連結される、別の実施形態では、単一の煙突が、２つ以上の部品を覆うように連結される。例えば、単一の煙突が、高い発熱量の高い部品のために必要とされる一方、単一の煙突は、低い発熱量の２つ以上の部品について十分対応でき得る。

ブロック６１５では、煙突は、その煙突の吸気口から冷気を吸込む又は受取り、そして、その煙突の排気口から熱気を吐出する又は放出するという点で、その煙突効果を実行することが可能になる。ブロック６２０では、コンピュータ・システムのマザーボード上の熱放出部品や熱気体放出部品が、煙突とその煙突効果とを利用することによって低温に保たれる。

図７は、煙突ベースの冷却機構を使用可能であるコンピュータ・システム７００を示す。図７の例示的なコンピュータ・システムは、１）上記の特徴のうちの少なくとも１つを含み得る１つ以上のプロセッサ７０１と、２）メモリコントロールハブ（ＭＣＨ）７０２と、３）システムメモリ７０３（ダブルデータレートＲＡＭ（ＤＤＲ ＲＡＭ）、拡張データ出力ＲＡＭ（ＥＤＯ ＲＡＭ）等の異なるタイプが存在する）と、４）キャッシュ７０４と、５）入力／出力（Ｉ／Ｏ）制御ハブ（ＩＣＨ）７０５と、６）グラフィックス・プロセッサ７０６と、７）ディスプレイ／画面７０７（例えば、ブラウン管（ＣＲＴ）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ＤＰＬ等の様々な種類が存在する）と、８）１つ以上のＩ／Ｏデバイス７０８とを含む。

１つ以上のプロセッサ７０１は、コンピュータ・システムが実装するどの様なソフトウェア・ルーチンであっても実施するための命令を実行する。この命令は、しばしば、データ上で実施された何らかの操作を含む。データと命令との両方が、システムメモリ７０３とキャッシュ７０４とに格納される。キャッシュ７０４は、典型的には、システムメモリ７０３よりも待ち時間が短くなるように設計されている。例えば、キャッシュ７０４が、プロセッサ（複数可）と同じシリコンチップ（複数可）上に統合される及び／又はより速いスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）セルを使用して構築される一方、システムメモリ７０３は、より遅いダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）セルを使用して構築されることもある。システムメモリ７０３とは対照的に、より頻繁に使用される命令やデータをキャッシュ７０４内に格納するような傾向を持たせることによって、コンピュータ・システムの全体的なパフォーマンス効率が向上する。

システムメモリ７０３は、コンピュータ・システム内の他の部品を意図的に使用できるようになる。例えば、様々なインターフェィスからコンピュータ・システムに受信されたデータ（例えば、キーボードやマウス、プリンタポート、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ポート、モデムポート等）、又はコンピュータ・システムの内部記憶素子（ハードディスクドライブ等）から読み出されたデータは、多くの場合、ソフトウェア・プログラムの実行において1つ以上のプロセッサ７０１によって操作される前に、一時的にシステムメモリ７０３にキューイング（queue）される。同様に、ソフトウェア・プログラムが決定するデータは、コンピュータ・システムの１つのインターフェィスを介してコンピュータ・システムから外部エンティティへ送信される、又は内部記憶素子に格納され、そのデータは、多くの場合、そのデータが送信される又は格納される前にシステムメモリ７０３に一時的にキューイングされる。

ＩＣＨ７０５は、そのようなデータが、システムメモリ７０３とコンピュータ・システムの対応する適切なインターフェィス（と、コンピュータ・システムがそのように設計されている場合には、内部記憶装置）との間で適切に渡されることを保証することに関与する。ＭＣＨ７０２は、プロセッサ（複数可）７０１とインターフェィスと内部記憶素子との間で互いに関して近接した時間で起こるシステムメモリ７０３のアクセスの競合する様々な要求を管理することに関与する。

１つ以上のＩ／Ｏデバイス７０８はさらに、典型的なコンピュータ・システムに実装される。Ｉ／Ｏデバイスは、通常、コンピュータ・システム（例えば、ネットワークアダプタ）へのデータ転送及び／又はこのシステムからのデータ転送に関与する、又は、コンピュータ・システム（例えば、ハードディスク・ドライブ）内の大規模な不揮発性ストレージに関与する。ＩＣＨ７０５は、それ自体と検出されたＩ／Ｏデバイス７０８との間で双方向性のポイントツーポイント接続を有する。

本発明の種々の実施形態の一部が、コンピュータ・プログラム製品として提供することができ、その上にコンピュータ・プログラム命令が格納されたコンピュータ可読媒体を含むことができ、本発明の実施形態による処理を実行するためにコンピュータ（又は他の電子装置）をプログラムするために使用される。機械可読媒体が含まれ得るが、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、読取り専用メモリコンパクトディスク（ＣＤＲＯＭ）、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、消去可能なプログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的なＥＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、磁気カードや光カード、フラッシュメモリ、又は電子化された命令を格納するのに適した他のタイプの媒体／機械可読媒体に制限されない。

前述の明細書において、本発明は、その特定の例示的な実施形態を参照しながら説明してきた。しかしながら、様々な改良及び変更は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の広範な精神及びその範囲から逸脱することなく実施できることは明らかであろう。よって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示として解釈されるべきである。

Claims (17)

1. コンピュータ・デバイスの熱放出部品を決定する決定ステップと；
   １つ以上の熱放出部品に煙突を連結する連結ステップであって、前記煙突の煙突効果によって、前記煙突の内外の部品に関係する空気が案内される、前記連結ステップと；
   を含む、
   方法。
2. 空気を案内する案内ステップが、煙突効果を利用して煙突の外側の部品に関係する熱気を排除する排除ステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記煙突が、１つ以上の部品に直接的又は間接的に連結される、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記煙突が、２つ以上の部品に連結される、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記熱放出部品が、１つ以上のプロセッサ、メモリ、バッテリー、及びコネクタを含む、
   請求項１に記載の方法。
6. 熱放出部品を有するデータ処理装置と；
   １つ以上の熱放出部品に連結された煙突であって、煙突効果を利用して前記煙突の内外の部品によって放出された熱に関係する熱気が案内される、前記煙突と；
   を備える、
   装置。
7. 前記煙突が、１つ以上の部品に直接的又は間接的に連結される、
   請求項６に記載の装置。
8. 前記煙突が、ダクトを含む、
   請求項６に記載の装置。
9. 前記熱放出部品が、１つ以上のプロセッサ、メモリ、バッテリー、及びコネクタを含む、
   請求項６に記載の装置。
10. １つ以上の煙突には、熱気の案内を支援するためにファンが搭載されている、
    請求項６に記載の装置。
11. 熱放出部品を有するコンピュータ・システムと；
    １つ以上の熱放出部品に連結された煙突であって、煙突効果を利用して前記煙突の内外の部品によって放出される熱に関係する熱気が案内される、前記煙突と；
    前記１つ以上の熱放出部品に関係するリモート熱交換器と；
    を備える、システムであって、
    該リモート熱交換器が、前記煙突の冷却性能を高めるために対応する部品に関係する煙突の基部に設置されている、
    システム。
12. 前記煙突が、１つ以上の部品に直接的又は間接的に連結される、
    請求項１１に記載のシステム。
13. 前記煙突が、ダクトを含む、
    請求項１１に記載のシステム。
14. 前記熱放出部品が、１つ以上のプロセッサ、メモリ、バッテリー、及びコネクタを含む、
    請求項１１に記載のシステム。
15. １つ以上の煙突には、熱気の案内を支援するためにファンが搭載されている、
    請求項１１記載のシステム。
16. 前記リモート熱交換器と対応する部品との間に熱的接続を確立するための熱輸送装置をさらに備える、
    請求項１１に記載のシステム。
17. 前記熱輸送装置は、１つ以上のヒートパイプ、熱サイフォン、及び熱伝導率の高い材料片を含む、
    請求項１６に記載のシステム。

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