JP4520487B2 - 電子機器用冷却装置 - Google Patents
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Description
前記発熱体と熱的に接続された受熱部と、冷媒凝縮部と、冷媒液ポンプと、冷媒液タンクとにより冷媒循環閉路を形成し、
前記受熱部と、前記冷媒凝縮部と、送風部とによりガス循環閉路を形成し、
前記受熱部は、前記発熱体と接触し略平面を有する受熱ベースと、ガス流通空間を有する箱状の壁体とから成り、かつ前記受熱ベースの受熱部内部壁面に沿って冷媒液を滴下する冷媒液注入口と、前記冷媒液を膜状に広げる冷媒液拡散部材と、前記送風部から供給される冷媒気化用のガスを前記箱状の壁体のガス流通空間に導入するガス流入口と、前記冷媒拡散部材から前記ガス流通空間に気化した冷媒が含まれる前記冷媒気化用のガスを排出するためのガス排出口とを有し、
前記冷媒液拡散部材は、気化した冷媒を前記ガス流通空間に放射するための開口目を有することを特徴とする電子機器用冷却装置を提供する。
前記冷媒液拡散部材が、前記受熱ベースの受熱部内部壁面の略全面に設置されていることを特徴とする電子機器用冷却装置を提供する。
前記冷媒液拡散部材のメッシュ部の開口目が、0.2〜1.8 mmであることを特徴とする電子機器用冷却装置を提供し、さらに、前記冷媒液拡散部材のメッシュ部が、0.2〜0.5 mm径の金属製ワイヤによる平織りであることを特徴とする電子機器用冷却装置を提供する。
前記冷媒液拡散部材が、前記発熱体中の半導体チップ部と対面する箇所に、前記半導体チップ部と略同等の投影形状を有する切り欠き部を有することを特徴とする電子機器用冷却装置を提供する。
前記受熱ベースの受熱部内部壁面の表面と、前記冷媒液拡散部材のメッシュ部の表面で前記受熱ベースの受熱部内部壁面の表面から遠い方の表面との間の距離が、1〜1.5 mmであることを特徴とする電子機器用冷却装置を提供する。
前記受熱部に流入するガスの温度を、温度制御機構を用いて前記受熱ベース内部壁面に滴下する冷媒液の温度よりも高く制御したことを特徴とする電子機器用冷却装置を提供する。
(電子機器用冷却装置の全体構造)
図1は、本発明の電子機器用冷却装置の1例を示した概略構成図である。電子機器1は、例えばブレードサーバであり、筐体2内には、CPU等の発熱体を搭載した複数個のブレードモジュール3が設置されている。ブレードモジュール3は、CPUを発熱体とするサーバブレード31や、ネットワーク等の他の機能を有する周辺機器ブレード32から構成され、それぞれ異なる発熱量を有する発熱体を搭載する。冷却装置11は、各ブレードモジュール3に対して別個に設置してもよいし、複数のブレードモジュールに対して分岐する形態でもよい。
つぎに、受熱部4の構造についてより詳細に説明する。図2は、本発明の電子機器用冷却装置における受熱部の1例を示した断面模式図である。図2に示すように、受熱部4は、略平面を有する受熱ベース41と箱状の壁体42とから成り、内部にガス流通空間43を形成している。受熱ベース41は、熱伝導性の良好な金属製(例えば、銅やアルミニウム等)であることが望ましく、ブレードモジュール基板に実装された発熱体30に熱接触している。また、受熱ベース41は、冷却対象とする発熱体面の全面と略同等の形状(面積)を有することが好ましいが、ブレードモジュール基板上に隣接する複数の発熱体を一括して覆う形状でもよい。なお、発熱体30としてCPUを想定した場合、発熱体30は、半導体チップ部301、ヒートスプレッダ部302、樹脂モールド部303などから成る。
つぎに、冷媒液拡散部材47の構造について説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係る冷媒液拡散部材を示す概略構造模式図である。冷媒液拡散部材47は、受熱ベース内部壁面の外形に略等しい形状を有する外枠471と、外枠471内に線径(t〔mm〕)のワイヤによるメッシュ部472とから成る。メッシュ部472は、開口目473(d〔mm〕)を有する。また、外枠471の上端部には、複数の冷媒液注入口44が設置され、注入された冷媒液がメッシュ部472に浸透するようになっている。浸透した冷媒液は、メッシュ部472の開口目473および/または受熱ベース内部壁面との間の微細な空隙による毛細管現象によって、メッシュ部472の全面に拡散する。
つぎに、冷媒液を気化させて、効果的に発熱体を冷却するための条件について考察する。例えば、冷媒液を純水とし、発熱体30として熱設計電力(TDP)が80 WのCPUを想定した場合、純水の蒸発潜熱が約2390 J/gであることから、該CPUの発熱量を相殺するためには、約2g/min以上の割合で冷媒液を気化させる必要がある。もちろん、発熱量の増減に伴って、必要とされる冷媒液蒸発量も増減することは言うまでもない。
(1)冷媒液の蒸気圧とガス流通空間内の飽和蒸気圧との圧力差に起因する拡散
(2)気化した冷媒を供給したガスで運び去る物質移動
である。特に上記(1)の拡散により、受熱ベース内部壁面からの冷媒液の気化が律速されると考えられる。
つぎに、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、「電子機器用冷却装置の全体構造」および「受熱部の構造」については、前述の第1の実施形態と同様であることから、詳細な説明を省略する。
つぎに、本発明の第3の実施形態について説明する。なお、「電子機器用冷却装置の全体構造」および「受熱部の構造」については、前述の第1の実施形態と同様であることから、詳細な説明を省略する。
上記の本発明の実施形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)本発明の電子機器用冷却装置は、冷媒液の循環による冷却に加えて冷媒液の気化潜熱を積極的に活用することにより、効率良く冷却することができる。
(2)本発明の電子機器用冷却装置は、冷媒液の循環による冷却に加えて冷媒液の気化潜熱を積極的に活用することにより、従来の液冷方式による冷却装置に比して、冷媒液の量を低減することができ、冷却装置を小型化することができる。
(3)本発明の電子機器用冷却装置は、受熱部に冷媒液拡散部材を設置し冷媒液を膜状に保持することにより、従来のヒートパイプ方式による冷却装置に比して、冷媒液に対する伝熱面積と気化面積を拡大することができ、効率良く冷却することができる。
(4)本発明の電子機器用冷却装置は、冷媒循環閉路とガス循環閉路を別個に設けることにより安定した循環力(ポンプ力)を維持することができ、電子機器における発熱体の温度変動(電子機器の負荷変動)に関わらず、安定して冷却することができる。
3…ブレードモジュール、31…サーバブレード、32…周辺機器ブレード、
4…受熱部、5…冷媒凝縮部、6…冷媒液ポンプ、7…冷媒液タンク、8…送風部、
9…冷媒配管、9’…ガス配管、10…共通配管、11…冷却装置、
30…発熱体、301…半導体チップ部、302…ヒートスプレッダ部、303…樹脂モールド部、
41…受熱ベース、42…箱状の壁体、43…ガス流通空間、
44…冷媒液注入口、45…ガス流入口、46…ガス排出口、
47,47’,47”…冷媒液拡散部材、48…逆流防止部材、
471…外枠、
472,474,477…メッシュ部、
473,475,478…開口目、
476…切り欠き部。
Claims (5)
- 電子機器における発熱体の冷却装置であって、
前記発熱体と熱的に接続された受熱部と、冷媒凝縮部と、冷媒液ポンプと、冷媒液タンクとにより冷媒循環閉路を形成し、
前記受熱部と、前記冷媒凝縮部と、送風部とによりガス循環閉路を形成し、
前記受熱部は、前記発熱体と接触し平面を有する受熱ベースと、ガス流通空間を有する箱状の壁体とから成り、かつ前記受熱ベースの受熱部内部壁面に沿って冷媒液を滴下する冷媒液注入口と、前記冷媒液を膜状に広げる冷媒液拡散部材と、前記送風部から供給される冷媒気化用のガスを前記箱状の壁体のガス流通空間に導入するガス流入口と、前記冷媒拡散部材から前記ガス流通空間に気化した冷媒が含まれる前記冷媒気化用のガスを排出するためのガス排出口とを有し、
前記冷媒液拡散部材は、前記受熱ベースの受熱部内部壁面の全面に設置されており、
気化した冷媒を前記ガス流通空間に放射するための開口目を有するメッシュ部を有し、前記メッシュ部の開口目が0.2〜1.8 mmであり、
前記発熱体中の半導体チップ部と対面する箇所に、前記半導体チップ部と同等の投影形状を有する切り欠き部を有することを特徴とする電子機器用冷却装置。 - 請求項1に記載の電子機器用冷却装置において、
前記冷媒液拡散部材のメッシュ部が、0.2〜0.5 mm径の金属製ワイヤによる平織りであることを特徴とする電子機器用冷却装置。 - 請求項1に記載の電子機器用冷却装置において、
前記冷媒液拡散部材のメッシュ部が、平板状の板であることを特徴とする電子機器用冷却装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電子機器用冷却装置において、
前記受熱ベースの受熱部内部壁面の表面と、前記冷媒液拡散部材のメッシュ部の表面で前記受熱ベースの受熱部内部壁面の表面から遠い方の表面との間の距離が、1〜1.5 mmであることを特徴とする電子機器用冷却装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電子機器用冷却装置において、
前記受熱部のガス流通空間に導入する冷媒気化用のガスの温度を、温度制御機構を用いて前記受熱ベースの受熱部内部壁面に滴下する冷媒液の温度よりも高く制御したことを特徴とする電子機器用冷却装置。
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