JP5877834B2 - 特に高性能処理装置用の電子カードのための液体冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に高性能処理装置用の電子カードのための液体冷却装置に関するものである。

高性能処理装置すなわち"スーパーコンピュータ"の分野では、電子カードを冷却すること、特に、そこに実装された集積回路、マイクロプロセッサなどの電子部品を冷却することが知られており、これによって、それを超えると不可逆的損傷が生じ得る動作温度の限界値を超えることを防いでいる。また、電子カードの動作温度範囲を冷却によって制限することにより、可能性のある保守介入を減らすと同時に、それらの部品の動作寿命を向上させることが可能である。

空気冷却によって、つまり多くの熱を発生する電子部品の上を搬送された後に１つまたは複数のファンによって電子カードのコンテナまたはラックの内部から排出される強制空気流を利用することによって、発生する熱を効率的に除去することは、特にカード上の電子部品の集積密度が高い場合には可能ではない。

また、ファンのように継続的に作動する機械部品があることによって、正常動作を確認するため、または正常動作の障害となり得る粉末など、生じ得る残留不純物を除去するために、定期的な診断制御および／または保守が必要となる。さらに、このようなシステムは騒音も発するので、ファンの台数が多い場合には、作業環境を居心地悪くすることがある。

一般に高性能処理装置に用いられる冷却技術は、液体を使用するタイプのものである。このような技術は、カードの電子部品により加熱された空気の熱が、コンテナ内部で、少なくとも部分的にコンテナ自体の内部に展開される管内に循環される熱搬送流体に渡されるものである。その管は、一般に、主要電子部品の近く、または電子部品に直接装着され得る補助的放熱体の近く、および電子カードの"ホットスポット"としても知られる発熱の主なホットポイントの近くを通過し、そして、そのようにして取り込んだ熱を放出するために、コンテナまたはラックから出るように設計されている。このような管は、例えば処理装置が配置されている場所の外に配置された熱交換装置に向かって直接続いているものとすることができ、あるいは補助管に熱的に結合されて流体的には切り離されたものとすることが可能であり、そしてその補助管は熱交換装置に接続される。

この液体による冷却技術の１つの欠点は、電子部品が高集積度かつホットスポットが高密度である場合に、コンテナまたはラック内部で熱気が移動するためのスペースがかなり大幅に削減される可能性があり、さらには、熱交換のために提供される管上の位置に向けての熱風の望ましい動きが妨げられることもあり、これによって、熱除去が非効率的となり、処理装置の電力消費が増加する。

少なくとも部分的に冷却性能を向上させて、上記課題を解決するため、管は、主要電子部品および電子カードのホットスポットに直接接触するように設計することができる。

ところが、このソリューションの１つの欠点は、電子カードが格納されるコンテナまたはラック内部で管が配置および展開されることに起因する制約および機械的干渉である。そして、これによって、コンテナまたはラックから電子カードを取り外すことが非常に困難となり、実際に、時間および保守費用が増加する。

また、例えば特許文献１および特許文献２で、冷却プレートが知られており、これらは、電子カードに付属させることが可能で、熱搬送流体が流れる対応する内部流体回路を備えることができるものである。冷却プレートは横断方向の厚さを有しており、電子カード自体の厚さと合わせると、処理装置の格納ラックの中に挿入することが困難である。さらには、熱搬送流体が流体回路の出口に向かって熱くなることを考えると、熱除去があまり効率的ではなく、このため、一部の電子部品または関連するホットスポットでの非効率的な冷却を確定的とするか、あるいは流体回路自体のサイズを大きめにする必要がある。

別の周知のソリューションが、特許文献３に記載されており、これは、プリント回路（ＰＣＢ）を備えた各電子カードに支持要素を用いるものであり、それはカードの機械的支持として機能するとともにシステムも提供する。このソリューションは、別個の支持要素を必要とするので、あまり効率的ではなく、かさばるものであり、どのような形状でも可能なものでは全くなく、どのようなＰＣＢ構成にも適用できるものではなく、厳密な組立順序でなければならず、保守の問題があり、さらに他の欠点もある。

特許文献４は、流体流路を形成するように１つに固定された第１と第２の壁によって形成される流体冷却翼を開示しており、これを、冷却が必要となり得る電子部品に近接させてラックに組み付けることができる。

特許文献５は、高電力半導体デバイスの冷却に用いるための流体冷却ヒートシンクを開示している。

特許文献６は、電子装置の冷却要素を開示しており、これは、入口開口部と、出口開口部と、流路とを備え、その流路は、流路の先端と尾端との間に圧力差が生じるように設計されている。

米国特許出願公開第２００８／０２９６２５６号 特開平０２‐１６６７５５号公報 米国特許第５１７７６６６号 米国特許第７３１２９８７号 米国特許第４２６８８５０号 欧州特許第１６０５７４１号

本発明の１つの目的は、特に高性能処理装置用の電子カードのための液体冷却装置を得ることであり、それは、保守の時間およびコストを削減することを可能にし、関連するコンテナまたはラックからの電子カードの抜き出しおよび／または挿入を容易にするものである。

本発明の更なる目的は、特に高性能処理装置用の電子カードのための液体冷却装置を得ることであり、それは、高集積密度の電子カードの場合であっても、効率的な熱除去を可能にするものである。

本発明の更なる目的は、特に高性能処理装置用の電子カードのための液体冷却装置を得ることであり、それは、電力消費の削減を可能にするとともに、処理装置の動作寿命を向上させることを可能にするものである。

本発明の別の目的は、特に高性能処理装置用の電子カードのための液体冷却装置を得ることであり、それは、電子カードと本装置自体の、ひいては処理装置全体の、容積および全重量を最小限に抑えることを可能にするものである。

本出願人は、現状技術の欠点を克服するため、さらには、これらおよび他の目的および効果を得るために、本発明を考案し、検証し、具現化している。

本発明は、独立請求項に記載され、特徴付けられる一方、従属請求項は、発明の他の特徴、または主な発明思想に対する変形例を記載している。

上記の目的に従って、特にスーパーコンピュータなどの高性能処理装置用の電子カードのための、本発明に係る液体冷却装置は、電子部品により生じる熱、および／または少なくとも関連付けられた電子カード上にあるホットスポットにより生じる熱を除去するために、熱搬送流体または冷却流体が流れる少なくとも１つの流体回路を備えるタイプのものである。流体回路は、主要電子部品および／または電子カード上のホットスポットの配置に合わせた展開を持つように特別に設計されたものである。

本発明の１つの特徴によれば、液体冷却装置は、熱伝導性材料で構成された冷却プレートを少なくとも備え、これは使用時には、電子カードに機械的に連結されて、処理装置の電子カード用格納ラックに挿入される。冷却プレートは、関連付けられた電子カードの電子部品および／またはホットスポットに面する少なくとも１つの熱除去面を有し、関連付けられた電子カードの電子部品および／またはホットスポットに少なくとも部分的に接触するか、または１０分の数ミリメートル程度で少なくとも近接するように構成されている。プレート内部には、特にその厚みに、冷却流体が流れる流体回路が設定されており、それは、関連付けられた電子カード上の熱分布、すなわち関連付けられた電子カードの電子部品および／またはホットスポットの位置に合わせた展開形状に従うものである。

本発明の１つのソリューションでは、流体回路は、プレートの厚みに形成された規則的な幾何学的格子状の流路で構成されている。流路は、複数の流体サブ回路と、これらの流体サブ回路に関連付けられたスイッチング／デフレクタ手段と、を有し、これにより、冷却プレート内部の熱搬送流体の展開および流量は、電子部品および／またはホットスポットにより生じる実際の熱に応じて、変更可能に、選択的に調整される。

冷却プレートは、電子カード用格納ラックの対応するアライメント手段と協働することが可能なスライドガイド手段を有する。

このスライドガイド手段によって、周知の現状技術における回路自体の容積による隣接電子カード間の機械的干渉を防ぐことができる。また、保守のために、電子カードを対応する格納ラックから冷却プレートとともに抜き出すことは、現状技術の液体冷却装置の場合のように難しくはなく、その抜き出しは、スライドガイドによって十分に容易となる。さらには、それらのガイドがプレートに直接組み込まれることによって、挿抜操作時に電子カードが物理的に触れられないことを考えると、電子カードの破損の可能性をかなりの程度まで低減することが可能である。

一実施形態では、スライドガイド手段は、冷却プレートの１つまたは複数の側縁に長手方向に展開される溝またはガイドを含んでいる。

本発明の変形例によれば、冷却プレートは、関連付けられた電子カードの熱の発生がない所定領域に対応する特定の位置に形成された穴あき部を有する。

更なる変形例によれば、冷却プレートは、これを電子カードに取り付けるための手段を有し、それは、電子カードに実装されたマイクロプロセッサに付属するバックプレートの対応するクランプ手段に合わせて配置されたものであり、ここで、バックプレートは、電子カードのマイクロプロセッサが実装されている面と反対の面に装着されている。

本発明の１つのソリューションでは、スイッチング／デフレクタ手段は、プレートに形成された流体回路の分岐の少なくとも一部に沿って配置されたプラグまたは同様の手段からなり、それらは、より多くの液体がそこを通って流れることによって、より強く冷却される領域を作り出すのに適したものである。

よって、本発明に係る液体冷却装置は、関連付けられた電子カードの実際の回路構成または位相的構成に応じて、望ましい量の熱搬送流体を、特定の電子部品に向けて選択的に搬送することが可能である。また、熱除去面が、電子部品および電子カードのホットスポットに直接接触することを考えると、極めて効率的に熱交換を行うことが可能である。これによって、電子部品の温度を、一般的には推奨動作範囲である最適な動作範囲内に維持することが可能であり、電力消費を大幅に削減し、それらの動作寿命を向上することができる。

本発明の更なる変形例によれば、冷却プレートは、取付手段と弾性牽引手段によって、電子カードに機械的に連結される。

よって、本発明に係る冷却装置は、関連する更なる効果として、電子カードの機械的剛性および安定性を向上させ、生じ得る機械的張力および応力を吸収することも可能である。実際に、高性能処理装置用の電子カードは、通常、かなりの長手方向サイズを有し、それらがラックに挿入されるときに、ラック内で関連する電気コネクタとの機械的連結を決定づけるために、長手方向にかなりの機械的応力を受ける。また、冷却プレートが、使用時に冷却対象の部品に上から直接接触して、安定的に配置されることを考えると、これが保護要素として機能して、通常の保守作業時の電子部品の破損の可能性が大幅に低減される。

本発明の変形例によれば、熱除去面は、電子部品および／または電子カードのホットスポットの位置に合わせて配置された放熱突起部を有するように適合されており、これによって、電子部品および／またはホットスポットに接触する。

本発明の他の変形例によれば、突起部の少なくとも一部は、対応する高温の電子部品から冷却プレートに向けての熱の伝達を促進するための熱界面材料に関連付けられている。

本発明の更なる変形例によれば、熱除去面は、さらに、特定の電子部品の位置に合わせて配置された中空部を有し、それらは特定の電子部品の高さに合わせた深さを有している。

本発明の更なる変形例によれば、冷却プレートは、迅速に切断でき、液漏れのしない流体コネクタを有し、これらは流体回路の入口と出口に関連付けられている。

冷却プレートが、熱除去面の反対側に、別の電子カードと関連付けられる補助熱除去面を有することは、本発明の領域内にある。この場合、別の電子カードを補助熱除去面上に装着することができ、あるいは補助熱除去面を、使用時に、隣接する電子カードの後部に近接するように配置することが可能であり、そして、その電子カードには関連付けられた冷却プレートが付属している。

また、本発明に係る冷却装置のプレートが、例えば処理装置の格納ラックからの抜き出しまたは格納ラックへの挿入のためなど、関連付けられた電子カードの取り扱いを容易にするための引き出しハンドルを有することも、本発明の領域内にある。

本発明は、さらに、特にスーパーコンピュータなどの高性能処理装置のための、前述のような液体冷却装置を備えた電子カードに関するものである。

本発明のこれらおよび他の特徴は、添付の図面を参照して、非限定的な例として提示される以下の好適な実施形態の説明から明らかになるであろう。

図１は、本発明に係る液体冷却装置が装着された電子カードの斜視図である。 図２は、本発明に係る液体冷却装置の熱除去面の斜視図である。 図３は、本発明に係る液体冷却装置から分離された電子カードの斜視図である。 図４は、電子カードと結び付けられた液体冷却装置のアセンブリの模式図である。 図５は、図１の液体冷却装置を備える電子カード用のハウジングラックのバックカードすなわちバックプレーンの斜視図である。 図６は、関連する冷却装置と結び付けられた電子カードが格納されるハウジングラックの正面斜視図である。 図６Ａは、図６における細部の様々に異なる例の拡大図である。 図６Ｂは、図６における細部の様々に異なる例の拡大図である。 図６Ｃは、図６における細部の様々に異なる例の拡大図である。 図７は、本発明に係る冷却装置の変形例の斜視図である。 図８は、本発明に係る液体冷却装置と協働する支持要素を備えた電子カードの"側面‐底面"図である。 図９は、図８の電子カードと冷却装置のアセンブリの詳細の模式図である。 図１０は、本発明に係る液体冷却装置の流体回路を示す断面模式図である。 図１１は、図１０の流体回路における熱搬送流体の進行を示す断面模式図である。 図１２は、電子カードとそれに付属する液体冷却装置により完全に塞がった、図６のハウジングラックの正面斜視図である。 図１３は、図１２のラックの背面斜視図である。 図１４は、複数の電子カードとそれに付属する本発明に係る液体冷却装置が中に入ったハウジングラックの模式図である。

理解を容易にするため、可能な限り、図面において同一の共通要素を識別するのに同じ参照番号を使用している。なお、当然のことながら、一実施形態における要素および特徴は、更なる明確な説明がなくても、適宜、他の実施形態に組み込むことができる。

添付の図面を参照して、本発明に係る電子カード用液体冷却装置１０は、限定するものではないが、好ましくはスーパーコンピュータなどの高性能処理装置で用いることができる。特に、本発明に係る液体冷却装置１０は、電子カードの機械的安定性を高めることを可能にするとともに、上記スーパーコンピュータの電子カードまたは計算ノードの抜き出し、または差し換え、またはホットスワップなどの保守作業の迅速化を可能にする。また、本発明に係る装置１０は、当然のことながら、同様にワークステーションなどの処理装置で使用されるグラフィック処理カード、制御カード、または他のカードの冷却に用いることもできる。

図面に示すように、装置１０は、モジュール式にカード１６が差し込まれる１つまたは複数の格納ラック３０を備える高性能処理装置４０（図１２）またはスーパーコンピュータの電子処理カード１６に適用されるものである。ラック３０は、スライドガイド手段またはレール３１を有し、それらはラック３０で深さ方向に展開しており、カード１６をそれに付属する本装置１０とともにラック３０から挿抜するために用いられる。

処理装置４０は、さらに、電子背面板３２すなわちバックプレーン（図５および１３）を有し、これはラック３０を背面で閉じるだけではなく、カード１６を差すための電気コネクタ３３と、カード１６との通信のためのインタフェース・コネクタ３４を備える。コネクタ３３、３４は、所定の相互間距離で、使用時にラック３０の内側に面する背面板３２の第１の面に規則的に配置されている。具体的には、コネクタ３３、３４はペアで配置されており、コネクタ３３，３４の各ペアは、関連するカード１６を接続するために用いられ、これによって、格納ラック３０内に、それらのカード１６を付属する冷却装置１０とともに相互に隣接させて配置することが可能である。

背面板３２は、さらに、複数の雄型入口流体コネクタ３６（電子カード１６にそれぞれ１つずつ）と、複数の雄型出口流体コネクタ３７（電子カード１６にそれぞれ１つずつ）と、を備え、これらは、以下でより詳細に説明するように、冷却装置１０の対応する雌型入口コネクタと出口コネクタに機械的かつ流体的に連結される。

電子カード１６は、所望の処理機能を実現するものであり、多層ＰＣＢなどのＰＣＢ１７（プリント回路基板）（図３）を有しており、その上には所定の位相的回路設計に従って電子部品が溶接されている。

具体的には、電子部品として、マイクロプロセッサ１８、図示していない抵抗、コンデンサ、インダクタなどの受動部品、メモリバンクまたは他の特定の部品などの集積回路２１を含むことができる。特に、メモリバンクまたは他の高周波機能部品によって、カード１６上に所定のホットスポット（図３に参照番号２０で示す）、すなわち大きな熱が生じるＰＣＢ１７上の特定領域が規定される。

電子カード１６は、さらに貫通穴１９を備えており、これらは、後述するように、使用時に装置１０の冷却プレート１２の取付穴２７に位置合わせされる。

冷却プレート１２は、例えばアルミニウム、または熱伝導率の高い他の適当な材料で構成され、電子カード１６に合わせた形状に設計されており、通常、使用時にラック３０の外側に向けて配置される前部１１を有している。前部１１は、両側にハンドル３８（図１）を備えており、これにより、電子カード１６をプレート１２とともにラック３０への挿抜を容易にしている。別の実施形態（図７および８）では、引き出しハンドル１３８は、周知のタイプのグリッパなどの引抜き工具と結合することができるタイプのものである。ハンドル３８、１３８は、プレート１２と一体に形成されたものとすることができ、あるいはプレート１２に安定した方法で取り付けられたものとすることができる。

プレート１２は、使用時にＰＣＢ１７に面する熱除去面２４（図２）を有し、そのＰＣＢ１７上には、電子部品が実装され、集積回路２１群により規定されるホットスポット２０が集中している。

プレート１２は、その除去面２４に放熱突起部２５を有し、これらは、ＰＣＢ１７上のマイクロプロセッサ１８またはホットスポット２０の位置に合わせて配置されており、また、そのサイズと形状は、その作動中の熱が除去されるべき電子部品のものに合わせたものになっている。突起部２５は、使用時に、関連付けられた部品またはホットスポット２０と直接的または間接的に接触するような横断方向厚さを有している。

本発明の一実施形態では、突起部２５は、この突起部２５と例えばマイクロプロセッサ１８である対応する電子部品との間に介在する周知のタイプの熱界面材料２９の層に関連付けられており、これによって、プレート１２への熱伝導効率を向上させている。

プレート１２は、さらに所定の中空部２６を有し、これらは、高さにおいてより大きい容積を有する特定の電子部品の位置に合わせて配置されている。このように、冷却プレート１２は、生じ得る機械的干渉を防止するような形状、すなわち様々に異なるサイズの特定の部品からなるアセンブリを許容するような形状になっている。

図７に示す実施形態では、プレート１２は、さらに、熱除去面２４と、それと反対側の面との間に貫通穴あき部３９を有している。穴あき部３９は、関連付けられた電子カード１６の熱の発生がない所定領域（例えばマイクロプロセッサ１８または他の電子部品がない領域など）に対応する特定の位置に形成されている。したがって、このようにして形成されたプレート１２は、略完全な板に比較して軽量になっている。このソリューションによって、格納ラック３０により支持しなければならない全重量を、ひいては、複数のラック３０で構成され得るキャビネットにおける全重量を、軽減することが可能である。

プレート１２は、さらに流体回路１３（図４、９、１０、および１１）を有し、その中に熱搬送流体が流されることによって、電子部品により生じる熱が取り除かれて、プレート１２の外に搬送される。流体回路は、プレート１２の内部に展開されており、関連付けられた電子カード１６の電子部品およびホットスポット２０の位置にほぼ合わせた所定の展開形状に従って、その横断方向厚さに構成されている。

プレート１２は、さらに、流体回路１３の各端にそれぞれ配置された雌型入口流体コネクタ２２と雌型出口流体コネクタ２３（図２）であるペアの流体コネクタを備えており、これらは、それぞれ入口点と出口点を規定している。雌型流体コネクタ２２、２３は、雄型流体コネクタ３６、３７とそれぞれ機械的に連結するように、プレート１２の対応する側方部に形成されており、これによって、流体回路１３を、背面板３２に進入する分配回路４６（図１３）に流体接続させる。

雌型流体コネクタ２２、２３および雄型流体コネクタ３６、３７は、二重遮断弁を持つ周知の"クイックディスコネクト漏出ゼロ（quick disconnect zero spillage）"タイプのコネクタであり、これは、機械的に切り離された瞬間に、それぞれの流体回路を遮断して、熱搬送流体の漏出を防ぐものである。

流体回路１３は、格子構造の複数の流体サブ回路１３ａを有し、これらをスイッチング／デフレクタ要素４２によって選択的にアクティブにすることで、冷却プレート１２内部での熱搬送流体の進行および循環は、入口流体コネクタ２２から出口流体コネクタ２３までの所望の流路に従って、適切な状態に調整される。このようにして、プレート１２内の熱搬送流体の流れを、図１１に示すように、電子部品および／またはホットスポット２０による実際の発熱に応じて適応させることが可能である。

取付穴２７は、ＰＣＢ１７の貫通穴１９の位置に合わせた位置に形成されており、このため、相互に位置合わせして、対応する取付ネジ４３（図４）をそれらに挿入することが可能であり、これによって、プレート１２と電子カード１６の安定した機械的連結が得られる。具体的には、ネジ４３の末端が、対応する貫通穴１９に圧入されたネジ付き連結ワッシャ２８すなわち"ｐｅｎｍｅｔ"と協働する。

効果的には、この機械的連結は、プレート１２の取付穴２７の中に、ネジ４３に同軸に配置される弾性バネ４４を使用するようになっており、これによって、ネジ４３による牽引作用のバランスを取ることが可能である。

一実施形態では、プレート１２の取付穴２７のいくつかは、関連するマイクロプロセッサ１８に対応して電子カード１６の反対の面に装着されたバックプレート４７の対応するクランプ穴４８と位置合わせされるように、所定の位置に形成されている。従って、プレート１２は、バックプレート４７上とＰＣＢ１７上の両方の穴（これらの穴は、バックプレート４７自体の組み付け用に既に存在するものである）に挿入されるネジ４３を用いて、電子カード１６に取り付けられる。さらに、同じくマイクロプロセッサ１８に対応して、バックプレート４７とプレート１２とが相互に締め付けられて、相互に機械的に協働し、熱界面層２９とマイクロプロセッサ１８に圧縮作用を及ぼすことで、ＰＣＢ１７上でのより大きな局部補強が決定づけられる。これによって、カード１６とプレート１２を組み合わせたものの安定性と機械的剛性の両方が向上し、また、バックプレート４８に関連付けられた特定のマイクロプロセッサ１８により生じる熱の除去が向上する。

プレート１２は、さらに、ラック３０への電子カード１６の挿抜のためのスライドガイド手段１５を備えており、これらは格納ラック３０のレール３１と協働するのに適したものである。スライドガイド手段１５は、レール３１と実質的にかみ合うように適合されている。スライドガイド手段１５がプレート１２に直接形成されていることによって、現状技術において発生するようなＰＣＢ１７の端とレール３１自体との直接接触を回避することが可能であり、カード１６の挿抜操作中の破損または損傷の可能性が低減される。

スライドガイド手段１５は、カード１６の側縁にほぼ沿って、その長さの全体に展開されている。スライドガイド手段１５は、格納ラック３０の深さ方向に水平に展開された対応するスライドレール３１と協働する。

図６Ａ〜６Ｃに、実施形態のいくつかの例を示している。第１の実施形態（図６Ａ）では、スライドガイド手段１５は、プレート１２の側縁部１２ａをすべて含んでおり、これが、レール３１に形成された溝３１ａと協働する。第２の実施形態では、スライドガイド手段１５は、方形の横断面形状を持つ突起４１を有し、これが長手方向に展開されて、溝３１ｂと協働する。別の実施形態（図６Ｃ）では、スライドガイド手段１５は、方形の断面形状を持つ溝４９を有し、これがレール３１の嵌合突起部３１ａと協働する。

装置１０の流体回路１３は、それぞれ入口と出口で、背面板３２の中間回路３５を介して流体分配回路４６（図１４）に接続され、これにより、高温の熱搬送流体は、流体出口コネクタ２３、３５を通して個々の流体回路１３から出て、例えば処理装置４０が稼働している場所の外に配置された熱交換器５０に向かうように輸送される。

熱搬送流体は、徐々に冷却されて、再び、流体回路１３の個々の入口に、つまり入口流体コネクタ２２、３６を通して進入させられ、これによって、除去面２４により吸収された熱を除去する。

従って、本発明に係る装置１０は、関連付けられた電子カード１６からの熱を非常に効率的に除去および搬送するだけではなく、カード１６をラック３０から迅速に抜き出すことを、後者（ラック３０）を通電したまま、すなわち処理装置４０をオフにすることなく、さらには中間回路３５、分配回路４６、および他のカード１６に付属する他の流体回路１３における熱搬送流体の流れを遮断することなく、可能にしている。これによって、保守作業を容易にし、それに関連する時間およびコストを削減することが可能である。

また、本発明に係る装置１０によれば、例えば個々のカード１６のマイクロプロセッサ１８に装着される冷却ファンなどの可動機械部品の使用を回避することができる。このようにして、冷却機械部品の作動音が抑えられるだけではなく、カード１６の破損の可能性を大幅に低減して動作寿命を向上させることが可能である。

さらには、電子カード１６およびその上にある関連する電子部品を所望の温度に維持するにあたって、流体回路１３を循環する熱搬送流体を、処理装置４０が稼働している場所の温度よりもはるかに低い温度にすることが可能である。これによって、マイクロプロセッサ、メモリバンク、またはカードのホットスポットを規定する他の集積回路といった電子部品の動作温度を、最適な動作温度範囲で適切な状態に調整することが可能であり、こうして、関連する電力消費がかなり削減される。

本発明に係る液体冷却装置１０の更なる利点は、除去面２４と電子部品との間の密接な相互接触により電子カード１６からの熱除去効率が優れていることを考えると、例えば約５０℃の温度で流体回路１３に入る熱搬送流体のような比較的高温の熱搬送流体を使用することも可能であるということである。これによって、温度調節がないときには約７０〜８０℃超となる通常の動作温度よりも低い動作温度に部品を調整することが可能である。そして、これによると、例えば建物の外に配置された非冷却式の熱交換器５０を使用することができる。この熱交換器は、ドライ式のもの、すなわち"ドライクーラー（dry-cooler）"とすることができ、これによって、冷却熱交換器すなわち"チラー（chiller）"を使用する場合に比較して、熱交換器のコストを８０％も削減することが可能であり、また、関連する動作コストを９０％削減することが可能である。

一方、電子カードの電力消費、ひいては処理装置全体での消費を抑える必要があるときには、場合によっては凍結防止液を熱搬送流体に加えて、例えば０℃未満の極めて低い温度で熱搬送流体を使用することが可能である。

しかし、この場合、環境の温度および湿度を制御するシステムを提供することにより、処理装置４０の内部が露点温度に達しないようにすることは必須である。例えば、処理装置が配置されている場所の温度が約２５℃である場合に、空気の湿度が約６０％未満であれば、回路１３を循環する熱搬送流体の温度を１７℃より低くすることはできない。空気の湿度を約４５％まで低減させることにより、同じ周囲温度であると仮定して、熱搬送流体の温度を約１２℃まで下げることが可能である。湿度を約２０％までさらに低減させることにより、同じ周囲温度であると仮定して、熱搬送流体の温度を約０℃まで下げることが可能である。

特に高性能処理装置用の電子カードのための上記のような液体冷却装置１０に対し、本発明の領域および範囲から逸脱することなく、部品の変更および／または追加を実施し得ることは明らかである。

Claims (12)

1. 電子部品（１８）から生じる熱、および／または、少なくとも一つの関連づけられた電子カード（１６）のプリント回路基板（１７）上にあるホットスポット（２０）から生じる熱を除去するために、熱搬送流体が流れる少なくとも一つの流体回路（１３）を有する、特に高性能処理装置用の電子カード（１６）のための液体冷却装置であって、
   該液体冷却装置は、熱伝導性材料で構成された冷却プレート（１２）と、前記処理装置の電子カード用収納ラック（３０）に前記冷却プレート（１２）が前記電子カード（１６）と共に挿入されることを可能とする機械的結合手段（４３）と、を有し、
   前記冷却プレート（１２）は、前記電子部品（１８）および／または前記ホットスポット（２０）がその上にある前記プリント回路基板（１７）に直接面する熱除去面（２４）を少なくとも有し、
   該熱除去面（２４）は、前記電子部品（１８）および／または前記ホットスポット（２０）に少なくとも部分的に接触するか、または１０分の数ミリメートル程度で少なくとも近接し、
   前記流体回路（１３）は、前記冷却プレート（１２）の厚みに形成されて、複数の流体サブ回路（１３ａ）と、該流体サブ回路（１３ａ）の分岐の少なくとも一部に沿って配置されたプラグからなるスイッチング／デフレクタ手段（４２）と、を有し、
   これにより、前記電子カード（１６）の主要な電子部品（１８）および／またはホットスポット（２０）に対応させて前記流体の流れを切り替えることにより選択的に変更することが可能な所望の流路が規定されることと、
   前記冷却プレート（１２）は、該プレート（１２）／前記カード（１６）を組み合わせたものを前記ラック（３０）に挿抜するために、該格納ラック（３０）の対応するアライメント手段（３１）と協働することが可能なスライドガイド手段（１５）を有することと、
   を特徴とする液体冷却装置。
2. 前記スライドガイド手段は、前記冷却プレート（１２）の１つまたは複数の側縁に長手方向に展開される溝（１５）またはガイドを含むことを特徴とする、請求項１に記載の液体冷却装置。
3. 前記冷却プレート（１２）は、前記関連付けられた電子カード（１６）の熱の発生がない所定領域に対応する特定の位置に形成された穴あき部（３９）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の液体冷却装置。
4. 前記冷却プレート（１２）は、前記電子カード（１６）に実装されたマイクロプロセッサに付属するバックプレート（４７）の嵌合クランプ手段（４８）に対応して配置された、前記電子カード（１６）への取付手段（２７）を有し、前記バックプレート（４７）は、前記電子カード（１６）の前記マイクロプロセッサが実装されている面と反対の面に装着されていることを特徴とする、請求項１、２、または３に記載の液体冷却装置。
5. 前記熱除去面（２４）は、前記関連付けられた電子カード（１６）の前記電子部品（１８）および／または前記ホットスポット（２０）の位置に配置されるように形成された放熱突起部（２５）を有し、それらは前記電子部品（１８）および／または前記ホットスポット（２０）に接触可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の液体冷却装置。
6. 前記突起部（２５）の少なくとも一部は、対応する電子部品（１８）またはホットスポット（２０）から前記冷却プレート（１２）に向けての熱の伝達を促進するための熱界面層（２９）に関連付けられていることを特徴とする、請求項５に記載の液体冷却装置。
7. 前記熱除去面（２４）は、前記電子カード（１６）上の特定の電子部品（１８）の位置に配置されるように形成された中空部（２６）を有し、それらは前記特定の電子部品（１８）の高さに合わせた深さを持つことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の液体冷却装置。
8. 前記冷却プレート（１２）は、迅速に切断でき、液漏れのない流体コネクタ（２２、２３）を有し、それらは前記流体回路（１３）の入口と出口に関連付けられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 前記冷却プレート（１２）は、取付手段（４３）と弾性牽引手段（４４）によって、前記電子カード（１６）に機械的に連結されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の液体冷却装置。
10. 前記冷却プレート（１２）は、前記熱除去面（２４）の反対側に、別の電子カードと関連付けられる補助熱除去面を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
11. 前記冷却プレート（１２）は、前記関連付けられた電子カード（１６）の取り扱いを容易にするための引き出しハンドル（３８，１３８）を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の液体冷却装置。
12. 特にスーパーコンピュータなどの高性能処理装置用の電子カードであって、請求項１ないし１１のいずれかに記載の液体冷却装置（１０）を備えることを特徴とする、電子カード。

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