KR100775717B1 - 전자 디바이스 냉각장치, 전자 디바이스 냉각방법 및 전자디바이스 냉각 제어 프로그램 - Google Patents

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Abstract

열분포 검출부(178)는, 전자 디바이스(200)의 표면의 열분포 상태를 검출한다. 분사 제어부(160)는 이 검출된 열분포 상태에 따라서, 냉각해야 할 위치를 특정한다. 노즐 선택부(180)는 그 위치에 대응한 냉각 노즐을 선택한다. 분사 시간 연산부(168)는 냉각 노즐의 냉매 분사 시간이나 타이밍을 연산한다. 분사 제어부(160)의 지시를 받아서, 구동 유닛(182)은 노즐 유닛(184)을 구동함으로써, 냉매가 전자 디바이스(200)에 분사된다.
전자 디바이스 냉각장치, 분사 제어부, 열분포 검출부, 노즐 선택부, 노즐 유닛

Description

전자 디바이스 냉각장치, 전자 디바이스 냉각방법 및 전자 디바이스 냉각 제어 프로그램{Electronic device cooler, electronic device cooling method, and electronic device cooling control program}
본 발명은 전자 디바이스를 냉각하기 위한 기술, 특히, 전자 디바이스의 표면을 분류 열전달(jet heat transfer)의 원리를 응용하여 냉각하기 위한 기술에 관한 것이다.
전자기기를 제어하는 CPU(Central Processing Unit)나 DSP(Digital Signal Processor)를 비롯한 각종의 전자 디바이스는, 트랜지스터 등의 능동소자나 커패시터 등의 수동소자를 포함한 여러 가지 전자부품에 의해 구성된다. 이들 전자부품을 구동하는 전기에너지의 일부는 열에너지로 변환되어 방열된다. 전자부품의 성능은, 통상, 온도 의존성을 갖기 때문에, 이 방산된 열은, 전자부품, 나아가서는 전자 디바이스의 성능에 영향을 미친다. 따라서, 전자 디바이스를 냉각하기 위한 기술은, 전자 디바이스를 정상적으로 제어하는 데 매우 중요한 기술이다.
냉각 기술의 일례로서, 전동 팬에 의한 공랭방법(空冷方法)이 있다. 이 방법에 있어서는, 전자 디바이스의 표면에 대향해서 전동 팬을 배치한다. 공기 도입구로부터 흡입한 차가운 공기를, 전동 팬에 의해 전자 디바이스 표면에 내뿜는다. 전 자 디바이스 표면에서의 발생한 열을 흡수해서 따뜻해진 공기는, 공기 배출구로부터 배출된다. 이와 같이, 전자 디바이스 표면에서 발생하는 열을 전동 팬에 의해 배제함으로써, 전자 디바이스를 냉각한다.
다른 예로서, 냉각수에 의한 전자 디바이스의 냉각방법이 있다. 전자 디바이스의 표면을 방수 케이스로 덮고, 냉각수를 전자 디바이스 표면으로 인도한다. 전자 디바이스 표면에서의 발생한 열을 흡수해서 따뜻해진 냉각수는, 냉각수 배출구로부터 배출된다. 전자 디바이스 표면에서 발생하는 열을 냉각수에 흡열시킴으로써, 전자 디바이스를 냉각한다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개 2002-026555호 공보
특허문헌 2: 일본국 특허공개 2001-221529호 공보
최근의 전자 디바이스는, 고속, 고기능, 고집적화하여, 전자 디바이스에서 발생하는 열은 점점 증가하는 경향에 있다. 종래의 공랭이나 액랭(液冷)에 의한 냉각방법에서는, 전자 디바이스의 충분한 냉각은 곤란해지고 있다.
상기에 나타낸 종래의 냉각방법은, 거시적 시점에서 보아, 전자 디바이스의 표면에서 발생한 열을 어떻게 배제하는지를 주안으로 하고 있다. 그러나, 미시적 시점에서 보면, 전자 디바이스의 열은 그 표면에서 한결같이 발생하고 있는 것은 아니다. 전자 디바이스를 구성하는 전자부품은, 통상, 기능마다 모듈화되어 있다. 따라서, 전자 디바이스가 실행하는 처리에 따라서는, 표면에서 발생하는 열의 분포가 변화한다. 처리에 따라, 전자 디바이스가 발휘해야 할 기능이 다르기 때문이다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 전자 디바이스를 효과적으로 냉각하기 위한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 어느 형태는, 전자 디바이스 냉각장치이다. 이 장치는, 전자 디바이스의 표면에 대향하도록 근접 배치된 복수의 냉각 노즐을 갖는 노즐 유닛과, 그 노즐 유닛에 도입된 냉매에 작용하여, 당해 냉매를 냉각 노즐로부터 분사시키는 구동 유닛과, 구동 유닛에 의한 분사 구동 능력을 제어하는 분사 구동 제어부를 구비한다.
"냉매"란, 공기 등의 기체나 물 등의 액체로서, 전자 디바이스의 표면에서 발생하는 열을 흡배열(吸排熱)하기 위한 매체를 말한다. 본 형태에 있어서는, 노즐 유닛에 도입된 냉매를, 냉각 노즐로부터 전자 디바이스의 표면에 분사함으로써, 전자 디바이스 표면에서 발생한 열을 배제한다. 후에 상세히 서술하는 바와 같이, 냉매를 전자 디바이스 표면에 분류(噴流)로서 내뿜음으로써, 국소적인 열 전달률을 크게 취할 수 있다. 전자 디바이스 표면에 직접 냉매를 내뿜어서 냉각해도 되고, 전자 디바이스 표면을 피막하는 케이스에 내뿜음으로써 간접적으로 냉각해도 된다. 이하, 냉매를 전자 디바이스 등의 발열체에 분사함으로써 발열체를 냉각하는 방법을 "분류냉각(噴流冷却)"이라고 부른다. 또한, 전자 디바이스 표면에 있어서 냉각 노즐의 분사축과 교차하는 점을 "분사축점(噴射軸点;jet axis point)"이라고 부른다.
냉각 노즐에 의한 분류냉각에 따르면, 특히 분사축점 근방에 발생한 열을 효과적으로 배제할 수 있다. 냉각 노즐을 많이 배치할수록, 또한, 냉각 노즐의 냉매 분사 능력이 높을수록, 냉각 효과도 높아진다. 전자 디바이스 중에서, 특히 발열량이 큰 부위를 미리 상정할 수 있는 경우에는, 그 부위 근방에 냉각 노즐을 집중적으로 배치해도 된다. 이와 같은 부위 근방을 분사축점으로 하는 냉각 노즐은, 보다 강력하게 분사하도록 설계해도 된다. 예를 들면, 냉각 노즐의 냉매 분출구 면적이나, 분류의 속도가 커지도록 설정해도 된다. 전자 디바이스 냉각장치는, 전자 디바이스와 일체화해서 형성해도 되고, 단체(單體)의 모듈로서 제공되어도 된다.
이 장치의 노즐 유닛은, 주(主;main) 노즐군과 부(副;sub) 노즐군을 구비하고, 주 노즐군과 상기 부 노즐군은 모두, 빽빽하게 배치된 복수의 냉각 노즐을 가지며, 전자 디바이스의 표면에 수평인 방향에 있어서는, 각각의 노즐군을 어긋나게 배치해도 된다. 주 노즐군과 부 노즐군은 전자 디바이스의 표면에 수직인 방향에 있어서는 지그재그로 놓여져도 된다.
노즐 유닛이, 많은 냉각 노즐을 갖을수록 전자 디바이스의 분사축점이 많아지고, 전자 디바이스 전체로서의 냉각에 효과가 있다. 본 형태에 있어서는, 노즐 유닛을 주 노즐군과 부 노즐군으로 나눈다. 주 노즐군의 냉각 노즐의 틈새에 부 노즐군의 냉각 노즐의 냉매 분출구가 오도록 배치한다. 이것에 의해, 냉각 노즐을 보다 빽빽하게 설치할 수 있다. 또한, 주 노즐군과 부 노즐군은 전자 디바이스 표면의 대향방향에 있어서는, 지그재그로 배치되어도 된다.
이 장치는, 전자 디바이스의 표면에 있어서의 열분포 상태를 검지하는 열분포 검출 센서를 더 구비하며, 분사 구동 제어부는, 그 검지한 열분포 상태에 따라서, 구동 유닛을 제어해도 된다.
"열분포 상태"란, 전자 디바이스의 표면의 온도분포와 같이 발생하고 있는 열의 분포여도 되고, 발열량의 변화율의 분포여도 된다. "열분포 검출 센서"란, 예를 들면, 전자 디바이스의 내부에 매설되는 온도 센서여도 된다. 혹은, 전자 디바이스 표면에서 방사되는 적외선을 외부에서 검출하는 적외선 센서여도 된다. 전자 디바이스 표면의 열분포 상태에 따라서, 냉각 노즐을 구동함으로써, 전자 디바이스를 효과적으로 냉각할 수 있다. 예를 들면, 발열량이 큰 부위 근방을 분사축점으로 하는 냉각 노즐을 선택해서, 냉매를 분사하도록 구동하면, 다른 냉각 노즐을 일제히 구동하는 것보다도 더욱 효과적으로 냉각할 수 있는 경우도 있다. 또한, 냉각 노즐을 선택적으로 구동함으로써, 사용하는 냉매나, 구동 유닛을 구동하기 위한 소비전력을 억제하는 효과도 있다.
이 장치의 분사 구동 제어부는, 또한, 그 검지한 열분포 상태에 따라서, 구동 유닛이 냉각 노즐에 냉매를 분사시키는 냉매 분사 시간을 제어해도 된다.
예를 들면, 발열량이 큰 부위 근방을 분사축점으로 하는 냉각 노즐에 대해서는, 냉매를 분사하는 시간이 길어지도록 제어하면, 전자 디바이스를 더욱 효과적으로 냉각할 수 있다.
이 장치의 분사 구동 제어부는, 가장 냉각하고 싶은 위치에 대응하는 냉각 노즐로부터 주위를 향해서 순서대로 냉각 노즐을 분사시키도록 구동 유닛을 제어함으로써, 소기의 방향으로 냉매의 맥류(脈流)를 형성해도 된다.
어느 냉각 노즐을 구동해서, 전자 디바이스 표면에 냉매를 분사한 경우, 그 분사축점 근방에 발생하고 있었던 열은 냉매에 흡수되어 주변으로 방산(放散)된다. 이 방산된 열은, 분사축점 주위에 계속 체류할 가능성도 있다. 이와 같은 경우, 어느 냉각 노즐을 구동한 후, 그 냉각 노즐 주위에 위치하는 냉각 노즐을 순차 구동한다. 이것에 의해, 분사축점 근방에 발생하고 있었던 열은, 전자 디바이스 밖으로 맥류로서 방산된다. 따라서, 방산된 열이 효과적으로 전자 디바이스의 표면상에서 배출된다. 이 제어에 의해, 전자 디바이스 표면에 발생하는 열을 더욱 효과적으로 배제할 수 있다.
이 장치의 분사 구동 제어부는, 그 형성한 냉매의 맥류를, 배열 구멍(heat exhaust hole)을 향하도록, 구동 유닛을 제어해도 된다.
전자 디바이스 표면에서 발생하는 열을 회수하기 위한 배열 구멍이 형성되어 있는 경우에는, 흡열한 냉매가 배열 구멍에 유도되도록 냉각 노즐을 구동하면, 또한, 전자 디바이스의 표면에서 발생하는 열을 효과적으로 배출할 수 있다.
이 장치는, 전자 디바이스의 표면에 있어서의 열분포 상태를 예측하는 열분포 예측부를 더 구비하고, 분사 구동 제어부는, 그 예측한 열분포 상태에 따라서, 구동 유닛을 제어해도 된다.
예를 들면, 전자 디바이스 표면의 열분포 상태를 열검지 센서에 의해 적절히 검출하고, 그 취득한 열분포 상태에 관한 정보를 기록매체에 이력으로서 기록해도 된다(이하, 이 기록된 열분포 상태의 이력 정보를 "열분포 이력 정보"라고 부른다). 이 열분포 이력 정보를 기초로, 장래의 열분포 상태를 예측하고, 발열량이 많아지면 예측되는 부위 근방을 분사축점으로 하는 냉각 노즐을 선택해서, 냉매를 분사시켜도 된다. 본 형태에 따르면, 실제로 전자 디바이스의 소정의 부위가 고온이 되기 전에 앞질러서 냉각할 수 있다.
이 장치의 열분포 예측부는, 전자 디바이스가 실행해야 할 내용에 따라서, 열분포 상태를 예측해도 된다.
전자 디바이스 표면의 열분포는, 전자 디바이스가 실행하는 처리에 따라 변화한다. 예를 들면, CPU의 특정의 모듈은, CPU가 실행하는 명령의 내용에 따라, 빈번하게 구동되는 경우도 있다면, 거의 구동되지 않는 경우도 있다. 그 때문에, 전자 디바이스가 실행하는 처리에 따라, 열분포를 예측할 수 있는 경우도 있다. 그 예측은, 실행되는 소프트웨어의 종류나, 소프트웨어 중 발휘되고 있는 기능에 기초해서 행해도 된다. 예를 들면, 어느 소프트웨어 내의 통신 모듈과 3차원 렌더링 모듈(rendering module)에서는, 각각의 실행시에 주로 구동되는 전자 디바이스 내의 모듈은 다르다고 생각된다.
열분포 예측부는, 전자 디바이스가 실행하는 처리의 내용에 대응해서, 전자 디바이스의 예측되는 열분포 상태를 정의한 데이터(이하, "열분포 상관 데이터"라고 부른다)에 기초하여 열분포를 예측해도 된다. 즉, 전자 디바이스가 실행해야 할 처리의 내용에 따라서, 이 열분포 상관 데이터로부터 해당하는 예측 정보를 읽어냄으로써, 열분포를 예측해도 된다.
본 발명의 다른 형태도 전자 디바이스 냉각장치이다. 이 장치는, 전자 디바이스의 표면에 대향하도록 근접 배치된 복수의 냉각 노즐을 갖는 노즐 유닛과, 노즐 유닛에 도입된 냉매에 작용하여, 그 냉각 노즐마다 당해 냉매를 분사시키는 구동 유닛과, 전자 디바이스의 표면에 있어서의 열분포 상태를 검지하는 열분포 검출 센서와, 검지한 열분포 상태에 따라서, 냉각해야 할 위치를 특정하고, 특정한 위치에 대응한 냉각 노즐을 선택하는 노즐 선택부와, 선택한 냉각 노즐에 대하여, 구동 유닛에 의해 냉매를 분사시키는 분사 구동 제어부를 구비한다.
전자 디바이스의 표면의 열분포 상태에 따라서, 구동해야 할 냉각 노즐을 선택한다. 예를 들면, 발열량이 가장 큰 부위 근방을 분사축점으로 하는 냉각 노즐에 의해 냉매를 분사시키면, 다른 냉각 노즐에 비하여 흡열 효과가 높다고 생각된다. 이것에 의해, 냉각 노즐의 최적 제어가 실현된다.
이 장치는, 검지한 열분포 상태에 따라서, 선택한 냉각 노즐의 냉매 분사 시간을 계산하는 분사 시간 계산부를 더 구비하고, 분사 구동 제어부는, 선택한 냉각 노즐에 대하여, 계산한 냉매 분사 시간, 구동 유닛에 의해 냉매를 분사시켜도 된다. 또한, 이 장치는, 검지한 열분포 상태에 따라서, 선택한 냉각 노즐의 냉매 분사 타이밍을 계산하는 분사 타이밍 계산부를 더 구비하며, 분사 구동 제어부는, 선택한 냉각 노즐에 대하여, 계산한 냉매 분사 타이밍에 따라서, 구동 유닛에 의해 냉매를 분사시켜도 된다.
한편, 이상의 구성 요소의 임의의 조합, 본 발명을 방법, 장치, 시스템, 기록매체, 컴퓨터 프로그램에 의해 표현한 것도 또한, 본 발명의 형태로서 유효하다.
<발명의 효과>
본 발명에 따르면, 전자 디바이스를 효과적으로 냉각할 수 있다.
도 1은 전자 디바이스 표면에 대하여 냉각 노즐을 격자형상으로 배치했을 때 의 열전달을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 계산한 도면이다.
도 2는 전자 디바이스 냉각장치의 기구(機構)를 나타내는 모식도이다.
도 3은 전자 디바이스의 대향방향에서 본 냉각 노즐의 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는 냉매가 공기인 경우에 있어서 전자 디바이스 냉각장치의 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 냉매가 기체인 경우에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치의 외관을 나타내는 도면이다.
도 6은 냉매가 액체인 경우에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치의 외관을 나타내는 도면이다.
도 7은 전자 디바이스 냉각장치의 장착의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시형태 1에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치의 기능 블록도이다.
도 9는 실시형태 2에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치의 기능 블록도이다.
도 10은 실시형태 3에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치의 기능 블록도이다.
도 11은 노즐 맵(nozzle map) 저장부의 데이터 구조도이다.
도 12는 열분포 이력 정보 저장부의 데이터 구조도이다.
도 13은 열분포 상관 데이터 저장부의 데이터 구조도이다.
도 14는 실시형태 1에 있어서의 열분포의 검출로부터 냉매의 분사까지의 과정을 나타내는 플로우차트이다.
도 15는 실시형태 2에 있어서의 열분포의 검출로부터 냉매의 분사까지의 과 정을 나타내는 플로우차트이다.
도 16은 실시형태 3에 있어서의 전자 디바이스의 실행 처리의 검출로부터 냉매의 분사까지의 과정을 나타내는 플로우차트이다.
<부호의 설명>
100 : 전자 디바이스 냉각장치 104 : 챔버
106 : 가동막 110 : 냉각 노즐
150 : 천장 기판 152 : 커넥터
160 : 분사 제어부 162 : 노즐 맵 저장부
164 : 맥류 연산부 166 : 열분포 이력 정보 저장부
168 : 분사 시간 연산부 170 : 열분포 예측부
172 : 열분포 상관 데이터 저장부 174 : 처리 실행 검출부
178 : 열분포 검출부 180 : 노즐 선택부
182 : 구동 유닛 184 : 노즐 유닛
200 : 전자 디바이스 246 : 온도 센서
CPU나 DSP 등의 전자 디바이스의 표면에서 발생하는 열은, 전자 디바이스 내의 전자부품이나 전자부품간을 접속하는 도선에 공급되는 전기에너지가 열에너지로 변환되어서 방산된 것이다. 이 열은 전자 디바이스의 표면에서 균일하게 발생하는 것은 아니다.
전자 디바이스의 표면을 냉각하기 위한 기술로서는, 전동 팬에 의한 공랭방 식이나 냉각수의 순환에 의한 액랭방식이 있는 것은 앞에 서술한 바와 같다. 이들 방식은, 전자 디바이스 표면에서 발생한 총 열량을 배출하는 것을 주안으로 한 것이며, 전자 디바이스 표면에서 발생하는 열의 편재성에 착안한 것은 아니다.
통상, 공랭방식보다도 액랭방식 쪽이 냉각 효과가 높다. 그러나, 액랭방식에있어서는, 전자 디바이스의 칩 패키지와 냉각 모듈이 별체(別體)이기 때문에, 전자 디바이스 표면에서 발생한 열이 냉각 모듈에 전도하는 데 인터페이스 열저항이 크다고 하는 문제가 있다. 냉각 모듈과 칩 패키지의 접합부에는, 통상, 약간의 공기가 들어와서, 이것이 단열재의 역할을 수행한다. 이 공기가 냉각 모듈에 의한 흡열을 방해한다. 접합부에 그리스(grease)를 도포하여, 이 공기를 배제함으로써, 흡열 효율은 약간은 개선된다. 그러나, 전자 디바이스의 고성능화에 따라, 종래의 액랭방식의 냉각도 한계에 가까워지는 감이 있다.
본 발명은, 이와 같은 현상을 감안하여, 분류냉각의 원리를 응용한 새로운 파라다임의 전자 디바이스 냉각기술을 제안하는 것이다.
실시형태의 설명에 앞서, 분류냉각의 원리에 대하여 설명한다.
분류냉각은, 국소적인 열전달 효율을 크게 취할 수 있는 냉각방법으로서 알려져 있다. 이 방법은, 예를 들면, 절삭가공 등 부분적으로 크게 발생하는 열에 대한 냉각방법으로서 유효하며, 냉매를 냉각 노즐로부터 분사해서 발열체에 내뿜음으로써 냉각한다. 분사되는 냉매의 흐름에 대한 수직면의 열전달은, 분류축점을 중심으로 해서, 동심원상으로 넓어진다.
분류반경 r0[m], 냉매의 열 전도율 λf[W/mK]에 있어서의 열 전달률 h0[W/m2K]는,
ho＝λf·Nu0/ro
로 나타난다. 여기에서, Nu0는 분류반경 r0[m]에 있어서의 평균 누셀트수(Nusselt number)이며, 이것은,
Nu0＝1.25·Pr0 .45·Re0 .45
로 나타난다. Pr은 프란틀수(Prandtl number)라고 불리는 정수(定數)이고, Re는 레이놀즈수(Reynolds number)이다. Re는 이하의 식으로 나타난다.
Re＝u0·d0/ν
여기에서, u0[m/s]는 분류의 체적 유량을 냉각 노즐 분출구의 단면적으로 나눈 대표 속도이다. d0[m]은 분출구의 직경, ν[s/㎡]는 유체의 점성을 나타낸다.
도 1은, 전자 디바이스 표면에 대하여 격자형상으로 배치된 냉각 노즐로부터 냉매를 분사했을 때의 열전달의 모양을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 계산한 도면이다. 도 1의 짙은 부분일수록 열 전달률이 높은, 즉, 냉각 효과가 큰 것을 나타낸 다. 도 1에서는, 짙은 부분이, 분류축점에 대응한다. 즉, 분류냉각에 따르면, 분류축점 근방에 있어서 높은 냉각 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 복수의 프로세서를 포함하는 전자 디바이스의 경우에는, 전자 디바이스 표면으로부터의 발열에 국소성을 발생시키기 쉽다. 이와 같은 전자 디바이스에는, 특히 분류냉각에 의한 냉각 효과가 높다. 그 중에서도, 복수의 프로세서를 내장함으로써, 복수의 처리를 독립적으로 병행 처리하는 기능을 갖는 칩과 같은 전자 디바이스의 경우에는, 그 칩에 있어서 처리를 실행하고 있는 프로세서가 발열하기 때문에, 결과적으로, 칩의 표면에 있어서의 발열에 국소성을 발생시키기 쉽다. 이와 같은 경우에는, 그 칩에 내장되는 각 프로세서의 바로 위가 분류축점에 대응하도록 냉각 노즐을 배치하면 된다. 칩 내에 있어서, 처리를 실행중인 프로세서와, 처리를 실행하고 있지 않은 프로세서에서는 발열량이 다르다. 이와 같은 경우, 처리를 실행중인 프로세서의 바로 위를 분류축점으로 하는 냉각 노즐을 선택적으로 구동하여, 냉매를 분사시킴으로써, 칩 전체를 냉각하는 것보다도 효율적으로 칩을 냉각할 수 있다.
도 2는 본 실시형태에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치(100)의 기구(機構)를 나타내는 모식도이다. 전자 디바이스 냉각장치(100)에는, 주 노즐(110a)이나 보조 노즐(110b)이 각각 복수개 매설된다. 전자 디바이스 냉각장치(100)로부터 전자 디바이스(200)의 표면에 냉매를 분사함으로써, 전자 디바이스(200)가 냉각된다. 냉매가 액체인 경우에는, 전자 디바이스(200)의 표면은 방수용의 케이스로 덮여진다. 주 노즐(110a)과 보조 노즐(110b)은 동일한 기구이다. 주 노즐(110a)은 보조 노즐(110b)보다도 냉매 분출구가 전자 디바이스(200)에 가깝기 때문에 냉각 효과가 높 다. 전자 디바이스(200)의 표면 중, 미리 고온이 되기 쉬운 부위를 알 수 있는 경우에는, 그 부위에 주 노즐(110a)이 대응하도록 설치해도 된다. 냉각 노즐(110)을 전자 디바이스 냉각장치(100)에 고밀도로 실장하는 경우에는, 도 2에 나타내는 바와 같이 주 노즐(110a)과 서로 상이하게 보조 노즐(110b)을 매설해도 된다.
전자 디바이스 냉각장치(100)는, 실리콘 가공기술, 이른바, 마이크로 제조기술에 의해 실현된다. 냉각 노즐(110)은, MEMS(Micro Electro Mechanical System)에 의한 메커니컬 구동에 의해 냉매를 분사한다. 구체적으로는, 냉매 공급로(102)를 통하여 냉매가 챔버(104)에 도입된다. 챔버(104)는 냉매를 소량이긴 하지만 저장함으로써 드라이 아웃(dry-out)을 방지한다. 가동막 구동부(108)는, 외부로부터의 제어신호에 따라서 가동막(106)을 구동한다. 가동막(106)은 챔버(104)에 고여진 냉매를 전자 디바이스(200)를 향해서 압출함으로써 냉매를 분사한다. 전자 디바이스(200)에 분사된 냉매는 도시하지 않은 냉매 회수 구멍에 회수된다. 회수된 냉매는 그대로 폐기되어도 되고, 순환해서 다시 전자 디바이스(200)에 분사되어도 된다. 가동막 구동부(108)는, 외부로부터 제어신호를 받아서, 정전력이나 압전소자, 자기 등의 힘에 의해 가동막(106)을 구동해도 된다. 냉매가 되는 유체는 공기 등의 기체여도 물 등의 액체여도 된다. 냉매가 액체인 경우에는, 냉매의 액적(液滴)을 국소 가열해서 비등(沸騰) 열팽창시킴으로써 냉매를 분사해도 된다.
도 3은 전자 디바이스의 대향방향에서 본 도 2의 주 노즐(110a) 및 보조 노즐(110b)의 배열을 나타내는 도면이다. 냉매 공급관(112)은 주 노즐(110a)에 냉매를 공급한다. 냉매 공급관(112) 내의 냉매는, 냉매 공급로(102)를 통하여 챔버 (104)로 인도된다. 보조 노즐(110b)에 냉매를 공급하기 위한 냉매 공급로(도시하지 않음)도 별도로 존재한다. 도 3에 나타내는 바와 같이 주 노즐(110a) 및 보조 노즐(110b)은 서로 상이하게 배치되기 때문에, 주 노즐(110a)만을 배치하는 것보다도 분사축점이 빽빽해진다. 주 노즐(110a) 및 보조 노즐(110b)은 도 3에 나타내는 바와 같이 격자형상으로 배치해도 되고, 전자 디바이스의 특정의 부위에 있어서의 냉각 노즐의 배치가 가장 빽빽하게 되도록 조정해서 배치해도 된다.
도 4는, 전자 디바이스 냉각장치(100)의 사용 상태를 나타내는 모식도이다. 여기에서는, 냉매가 공기이고, 전자 디바이스 냉각장치(100)는 단체(單體)의 모듈로서 제공되는 경우를 나타낸다. 전자 디바이스(200)는 통상 기판(220)상에 설치된다. 전자 디바이스 냉각장치(100)는, 전자 디바이스(200)의 상방에 설치된다. 전자 디바이스 냉각장치(100)를 구동하는 전력은, 기판(220)으로부터 공급된다. 도 4에서는, 전자 디바이스 냉각장치(100)의 상부로부터 외기(外氣)가 도입된다. 그리고, 전자 디바이스 냉각장치(100)로부터 전자 디바이스(200)에, 앞서 서술한 방법에 의해 공기가 분사된다.
도 5는, 냉매가 공기인 경우에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치(100)의 사용 상태를 나타내는 모식도이다. 외기 공급로(130)는 외부의 공기를 전자 디바이스 냉각장치(100)에 공급한다. 전자 디바이스 냉각장치(100)는 이 공기를 전자 디바이스(200)에 분사한다. 공기 배출로(132)는 분사되어 따뜻해진 공기를 배출한다. 외기 공급로(130)는, 이 배출된 공기를 또한 냉각해서 전자 디바이스 냉각장치(100)에 공급해도 된다.
도 6은, 냉매가 물인 경우에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치(100)의 사용 상태를 나타내는 모식도이다. 버퍼(140)는 냉각수를 저장한다. 이것에 의해, 전자 디바이스 냉각장치(100)에 공급해야 할 냉각수에 부족이 생기지 않도록 한다. 액체 공급로(134)는 냉각수를 전자 디바이스 냉각장치(100)에 공급한다. 전자 디바이스 냉각장치(100)는 이 냉각수를 전자 디바이스(200)에 분사한다. 전자 디바이스(200)의 표면에서 발생하는 열에 의해 따뜻해진 냉각수는 귀환로(136)를 통해서 회수되며, 응축부(138)로 인도된다. 이 냉각수의 귀환은, 이미 알고 있는 방법인 모세관력(capillary force)을 사용해도 되고, 펌프 등의 동력을 사용해도 된다. 응축부(138)는, 귀환한 냉각수를 외기에 의해 냉각한다. 냉각수는 버퍼(140)를 통해서 다시 전자 디바이스 냉각장치(100)에 공급된다. 냉매는, 예를 들면, 알코올 등의 휘발성이 높은 액체여도 된다.
액체 공급로(134)나 귀환로(136) 등의 액체가 흐르는 경로를 감압해서, 전자 디바이스(200)의 표면에서 발생하는 열로 냉각수를 기화(氣化)시켜도 된다. 귀환로(136)에 있어서의 액체는, 모세관력이나 펌프 등에 의해 회수해도 된다. 냉매가 물과 같이 열용량이 큰 액체인 경우에는, 액체로서 전자 디바이스에서 발생한 열을 빼앗는다. 냉매가 알코올과 같이 휘발성이 높은 액체이면, 전자 디바이스에서 발생한 열을 액체의 기화열에 의해 빼앗는다. 본 실시형태에 있어서는, 냉매가 기체인지 액체인지에 의해 공급방법이 다르지만, 냉매의 분사에 관해서는 동일하다.
도 7은, 전자 디바이스 냉각장치(100)의 장착예에 대하여 나타내는 도면이다. 전자 디바이스 냉각장치(100)는, 천장 기판(150)에 의해 전자 디바이스(200)에 대향하도록 설치된다. 커넥터(152)는 전자 디바이스 냉각장치(100)의 전자 디바이스(200)에 대한 위치 결정을 행한다. 전자 디바이스 냉각장치(100)를 구동하는 전력은 기판(220)으로부터 커넥터(152), 천장 기판(150)을 통하여 전자 디바이스 냉각장치(100)에 공급된다. 마찬가지로, 전자 디바이스 냉각장치(100)에 매설되는 냉각 노즐(110)의 구동에 관한 제어신호도 기판(220)으로부터 동일한 경로를 거쳐 전달된다. 전자 디바이스 냉각장치(100) 내에 매설되는 각 가동막 구동부(108)는, 기판(220)으로부터의 제어신호에 기초해서 가동막(106)을 구동하여, 냉매를 분사시킨다. 전자 디바이스(200)의 내부에는 열분포 상태를 검출하기 위한 온도 센서(246)가 곳곳에 매설된다.
도 8은 전자 디바이스 냉각장치(100)의 기능 블록도이다. 여기에 나타내는 각 블록은, 하드웨어적으로는, 컴퓨터의 CPU를 비롯한 소자나 기계장치로 실현할 수 있으며, 소프트웨어적으로는 컴퓨터 프로그램 등에 의해 실현되지만, 여기에서는, 그들의 제휴에 의해 실현되는 기능 블록을 그리고 있다. 따라서, 이들 기능 블록은 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의해 여러 가지 형태로 실현할 수 있는 것은, 당업자에게는 이해되는 바이다.
분사 제어부(160)는, 냉각 노즐(110)의 제어를 종합해서 행한다. 구동 유닛(182)은, 분사 제어부(160)로부터의 지시에 따라서, 냉각 노즐(110)을 포함하는 노즐 유닛(184)을 구동하여 냉매를 분사시킨다. 분사 제어부(160)는 샤워와 같이, 모든 냉각 노즐(110)에 대해서 동일한 제어가 이루어지도록 구동 유닛(182)을 제어해도 된다. 분류냉각에 따르면, 도 1에 나타낸 바와 같이 분류축점 근방에 있어서 높 은 냉각 효과가 얻어진다. 특히, 냉각 노즐(110)이 전자 디바이스 냉각장치(100)에 있어서 빽빽하게 매설되어 있는 경우나, 전자 디바이스(200)의 표면에서 발생하는 열의 국소성을 미리 상정해서 냉각 노즐(110)이 배치되는 경우에는, 이와 같은 제어라도 효과가 크다. 제어가 심플하기 때문에, 저비용으로 실현할 수 있다는 장점이 있다. 실시형태에는, 또한 몇 가지의 변형(variation)이 있다. 이하, 도 8 내지 도 10의 각 블록도를 사용해서 전형적인 3가지 실시형태에 대하여 설명한다.
실시형태 1:
도 8에 의해, 전자 디바이스(200)의 열분포 상태에 따라 분사 제어부(160)가 노즐 유닛(184)을 제어하는 경우에 대하여 설명한다. 노즐 맵 저장부(162)는, 각 냉각 노즐(110)의 배치에 관한 데이터(이하, "노즐 맵"이라고 부른다)를 저장한다. 구체적으로는, 각 냉각 노즐(110)의 전자 디바이스(200)에 대한 좌표 정보를 저장한다. 노즐 맵 저장부(162)의 데이터 구조에 대해서는 도 11에 관련해서 후에 상세히 서술한다. 노즐 선택부(180)는, 냉각해야 할 부위 근방을 분사축점으로 하는 냉각 노즐(110)을 노즐 맵 저장부(162)가 저장하는 노즐 맵에 기초해서 선택한다.
열분포 검출부(178)는, 전자 디바이스(200)의 표면의 열분포 상태를 검출한다. 전자 디바이스(200)의 곳곳에 매설되는 온도 센서(246)에 의해, 열분포 검출부(178)는 전자 디바이스(200)의 표면의 열분포 상태를 검출한다. 열분포 검출부(178)는, 정기적으로 이 열분포 상태를 검출한다. 분사 제어부(160)는, 열분포 검출부(178)가 검출한 열분포 상태에 기초해서, 가장 발열량이 큰 부위를 냉각하도록 노즐 선택부(180)에 냉각 노즐(110)의 선택을 지시한다. 노즐 선택부(180)는, 검출 된 열분포 상태와, 노즐 맵 저장부(162)에 저장되는 노즐 맵에 기초해서, 구동해야 할 냉각 노즐(110)을 선택한다. 분사 제어부(160)는, 이 선택된 냉각 노즐(110)이 냉매를 분사하도록 구동 유닛(182)을 제어한다.
분사 시간 연산부(168)는, 냉각 노즐(110)의 냉매 분사 시간을 계산한다. 전자 디바이스(200)의 표면 중 발열량이 큰 부위에 가까운 냉각 노즐(110)일수록 냉매를 장시간 분사함으로써, 보다 높은 냉각 효과를 발휘할 수 있다. 분사 제어부(160)가 각 냉각 노즐(110)에 반복해서 냉매를 분사시키도록 제어하는 경우에는, 각 냉각 노즐(110)의 냉매 분사 시간과, 냉매를 분사하고 있지 않은 시간의 시간비(이하, "듀티"라고 부른다)를 계산해도 된다.
맥류 연산부(164)는, 냉각 노즐(110)이 분사하는 냉매를 맥류시키기 위하여, 각 냉각 노즐(110)의 제어방법을 계산한다. 전자 디바이스(200)의 표면 중, 발열량이 큰 부위에 가장 가까운 분사축점에 대응하는 냉각 노즐(110)로부터, 냉매를 분사시키면 그 분사축점 근방의 온도는 저하한다. 냉매의 분사에 의해, 분사축점 근방에서 발생하고 있었던 열은 냉매가 흡열하는데, 이 따뜻해진 냉매는, 분사축점 주위로 방산된다. 냉매를 분사한 그 냉각 노즐(110) 근방의 냉각 노즐(110)로부터, 일정한 시간경과 후에 또한 냉매를 분사시킴으로써, 이 주위로 방산된 냉매를 더욱 외부로 압출하도록 방산시킬 수 있다. 동일하게 제어해서, 냉각 노즐(110)로부터 순차 냉매를 분사시킴으로써 냉매의 맥류를 형성시키면, 냉매가 흡열한 열량을 효과적으로 배출할 수 있다.
예를 들면, 도 5나 도 6에 나타낸 바와 같이, 냉매를 회수하는 배열 구멍이 있는 경우에는, 이 흡열한 냉매가 배열 구멍을 향하도록 제어해도 된다. 또한, 열분포 상태에 관계없이, 모든 냉각 노즐(110)을 일제히 제어하는 경우라도, 전자 디바이스(200)의 중심으로부터 외부나 배열 구멍을 향하여 냉매가 배출되도록 제어해도 된다.
실시형태 2:
도 9에 의해, 전자 디바이스(200)의 열분포 상태를 예측해서 분사 제어부(160)가 노즐 유닛(184)을 제어하는 경우에 대하여 설명한다. 여기에서는, 열분포 이력 정보에 의해 예측을 행하는 경우에 대하여 설명한다. 도 9에 나타내는 기능 블록에서 도 8에 대응하는 것은 동일하다. 열분포 이력 정보 저장부(166)는, 열분포 검출부(178)가 정기적으로 검출한 열분포 상태에 관한 정보를 기초로, 열분포 이력 정보를 저장한다. 열분포 이력 정보 저장부(166)의 데이터 구조에 대해서는 후에 상세히 서술한다. 열분포 예측부(170)는, 열분포 이력 정보 저장부(166)에 저장되는 열분포 이력 정보에 기초해서, 장래의 열분포 상태를 예측한다. 예를 들면, 전자 디바이스(200)의 표면 중, 발열량이 계속 증대하고 있는 부위는, 장래에 있어서는 더욱 발열할 가능성이 높다고 말할 수 있다. 그와 같은 부위를 미리 냉각함으로써, 사전에 발열량이 소정값을 넘는 부위가 발생하는 것을 방지하도록 제어한다.
열분포 상태의 예측은, 예를 들면, 전자 디바이스(200)의 표면의 소정 부위에 대하여, 과거 수회 검출된 온도로부터, 이동 평균법에 의해 장래의 온도를 예측해도 된다. 분사 제어부(160)는, 냉매의 분사 이력 정보를 기록매체에 기록해도 된다. 이 분사 이력 정보란, 각 냉각 노즐(110)의 냉매 분사의 타이밍이나 냉매 분사 시간에 대한 정보이다. 열분포 예측부(170)는, 냉매의 분사 이력 정보를 감안해서 열분포 예측을 행해도 된다. 예를 들면, 그 근방에 냉매를 분사하고 있음에도 불구하고, 발열량이 감소 경향에 없는 부위에는, 더욱 냉매를 분사할 필요가 있다. 이 경우에는, 대응하는 냉각 노즐(110)의 냉매 분사 시간을 더욱 연장하거나, 대상 부위 근방의 복수의 냉각 노즐(110)로부터 동시에 냉매를 분사시켜도 된다. 또한, 그 근방에 냉매를 거의 분사하고 있지 않은 부위에 있어서 발열량이 증가하고 있는 경우에는, 냉매를 단시간 분사시켜 보고, 온도 변화의 상태를 봐서 다음의 제어를 결정해도 된다. 이것에 의해, 단기적으로 발열하는 부위와, 정상적으로 발열하는 부위에 따라 냉매의 분사를 조정할 수 있다.
실시형태 3:
도 10에 의해, 전자 디바이스(200)의 열분포 상태를 예측해서 분사 제어부(160)가 노즐 유닛(184)을 제어하는 경우에 대하여 설명한다. 여기에서는, 전자 디바이스(200)가 실행하는 처리의 내용에 따라 열분포 상태의 예측을 행하는 경우에 대하여 설명한다. 도 10에 나타내는 기능 블록에서 도 8, 도 9에 대응하는 것은 동일하다. 처리 실행 검출부(174)는 전자 디바이스(200)가 실행하는 처리의 내용을 판단한다. 열분포 상관 데이터 저장부(172)는, 전자 디바이스(200)가 실행하는 처리의 내용과, 그에 따라 예측되는 발열 분포의 예측 데이터인 열분포 상관 데이터를 저장한다. 이 열분포 상관 데이터는, 전자 디바이스(200)가 실행하는 처리의 내용과, 그들 처리의 실행에 따른 전자 디바이스(200)의 표면의 발열 분포를 미리 예측한 열분포 예측 정보를 각각 대응지어서 저장한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체 에 의해 제공된다. 이 데이터는, 전자 디바이스(200)가 실행하는 컴퓨터 프로그램마다 제공되어도 된다. 또한, 전자 디바이스(100)가 실제로 각 처리를 실행할 때의 전자 디바이스(200)의 표면에 있어서의 발열 분포에 기초해서, 열분포 상관 데이터는 적절히 보정되어도 된다. 열분포 상관 데이터 저장부(172)의 데이터 구조에 대해서는 후에 상세히 서술한다. 열분포 예측부(170)는, 처리 실행 검출부(174)에 의해 취득한 전자 디바이스(200)의 실행 내용에 대응하는 열분포 상관 데이터를 열분포 상관 데이터 저장부(172)로부터 취득함으로써, 전자 디바이스(200)의 각 부위의 발열량을 예측한다.
다음으로 데이터 구조에 대해서 설명한다.
도 11은, 노즐 맵 저장부(162)의 데이터 구조를 나타내는 도면이다. 노즐 맵 저장부(162)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 냉각 노즐(110)의 전자 디바이스(200)에 대한 노즐 맵을 저장한다. 노즐 ID란(nozzle ID column;188)은, 각 냉각 노즐(110)을 식별하는 ID번호인 노즐 ID를 나타낸다. 주/보조란(main/auxiliary column;183)은, 각 냉각 노즐(110)이, 주 노즐인지 보조 노즐인지를 나타낸다. X좌표란(X-coordinate column;185)은, 각 냉각 노즐(110)의 X좌표를 나타낸다. Y좌표란(186)은, 각 냉각 노즐(110)의 Y좌표를 나타낸다. 여기에서 말하는 좌표란, 대향하는 전자 디바이스(200)를 기준으로 한 좌표이다. 도 11에서는, 전자 디바이스(200)의 중심 좌표를 (0, 0)으로 하고, (－50, 50), (－50, －50), (50, －50), (50, 50)을 4정점으로 해서 냉각 노즐(110)이 격자형상으로 배치되어 있다. 도 11에 따르면, 예를 들면, 노즐 ID가 "03"인 냉각 노즐(110)은, 주 노즐이며, 그 좌표는 (－30, － 50)이다.
도 12는, 열분포 이력 정보 저장부(166)의 데이터 구조를 나타내는 도면이다. 열분포 이력 정보 저장부(166)는, 열분포 검출부(178)가 정기적으로 검출한 전자 디바이스(200)의 표면의 열분포 상태를 열분포 이력 정보로서 저장한다. 앞서 서술한 바와 같이 전자 디바이스(200)의 복수의 부위에 매설된 온도 센서(246)가, 전자 디바이스(200)의 표면의 열분포 상태를 검출한다. 이것에 대응해서, 전자 디바이스(200)의 표면에는 몇 갠가의 온도 검출 위치가 설정된다. 위치 ID란(190)은, 이 온도 검출 위치를 식별하기 위한 ID번호인 위치 ID를 나타낸다. X좌표란(192)은, 온도 검출 위치의 X좌표를 나타낸다. Y좌표란(194)은, 온도 검출 위치의 Y좌표를 나타낸다. 여기에서 말하는 좌표란, 대향하는 전자 디바이스(200)를 기준으로 한 좌표이다. 시각 t1란(time t1 column;196)은, 열분포 검출부(178)가 정기적으로 취득하는 열분포 정보 중, 전회 취득한 각 온도 검출 위치에 있어서의 온도(℃)를 나타낸다. 시각 t2란(198)은, 전전회 취득한 각 온도 검출 위치에 있어서의 온도를 나타낸다. 이와 같이, 시각 t1란(196)∼시각 t10란(208)의 각 난(欄)은, 각 온도 검출 위치에 있어서의 온도를 나타낸다.
예를 들면 위치 ID가 "01"인 온도 검출 위치의 좌표는 (－50, －50)이다. 그리고, 그 위치의 온도는, …50.0℃, 60.0℃, 68.5℃와 같이 급상승하고 있다. 따라서, 도 9의 열분포 예측부(170)는, 좌표(－50, －50)의 온도는 더욱 상승할 가능성이 높다고 예측한다. 노즐 선택부(180)는, 이 위치 ID "01"의 근방을 분사축점으로 하는 냉각 노즐(110)을 노즐 맵 저장부(162)에 저장되는 노즐 맵으로부터 검색한 다. 도 11에 따르면, 노즐 ID "01"의 냉각 노즐(110)(주 노즐)의 분사축점이 정확히 대응하고 있기 때문에, 분사 제어부(160)는, 이 냉각 노즐(110)로부터 중점적으로 냉매가 분사되도록 제어한다.
도 13은, 열분포 상관 데이터 저장부(172)의 데이터 구조를 나타내는 도면이다. 열분포 상관 데이터 저장부(172)는, 전자 디바이스(200)가 실행하는 처리의 내용마다의 열분포 상관 데이터를 저장한다. 처리 ID란(230)은, 전자 디바이스(200)가 실행하는 처리의 내용을 식별하기 위한 ID번호인 처리 ID를 나타낸다. 위치 ID 01란(232)은, 도 12의 위치 ID란(190)에 나타내는 위치 ID "01"에 대한 온도 예측 정보를 나타낸다. 마찬가지로, 위치 ID 02란(232)∼위치 ID 36란(244)도, 각 위치 ID에 있어서의 예측 온도 정보를 나타낸다. 여기에서 "A"라고 있는 것은, 처리에 따라 고온이 되는 것이 예측되는 부위인 것을 나타낸다. "B"는 "A"만큼은 아니더라도 온도 상승이 예측되는 부위이고, "C"는 유의한 온도 상승이 없다고 예측되는 부위인 것을 나타낸다.
예를 들면, 처리 ID "0004"의 처리가 실행되면, 위치 ID "02" 및 "03"에 대응하는 부위가 특히 고온이 되는 것을 나타낸다. 도 10의 처리 실행 검출부(174)는, 전자 디바이스(200)가 처리 ID "0004"의 처리를 실행 또는 실행 예정이라고 검출하면, 열분포 예측부(170)는, 열분포 상관 데이터 저장부(172)가 저장하는 열분포 상관 데이터로부터 대응하는 데이터를 취득한다. 도 13으로부터, 처리 ID "0004"의 처리의 실행에 따라, 위치 ID "02" 및 "03"이 특히 고온이 된다고 예측된다. 노즐 선택부(180)는, 노즐 맵 저장부(162)에 액세스하여, 이 위치 ID "02" 및 "03" 근방을 분사축점으로 하는 냉각 노즐(110)을 선택한다. 그리고, 분사 제어부(160)는 소정의 타이밍으로, 이 선택한 냉각 노즐(110)에 냉매를 분사시키도록 제어한다. 열분포 예측부(170)는, 전자 디바이스(200)가 실행하는 처리의 내용에 따라 미리 온도 상승이 예상되는 부위를 예측하므로, 사전에 그 부위를 냉각해 둘 수 있다. 열분포 상관 데이터는, 냉각해야 할 전자 디바이스(200)에 따라 미리 사용자에 의해 설정되어도 된다. 혹은, 애플리케이션 소프트웨어가 자기의 열분포 상관 데이터를 가져도 된다. 이 경우, 그 애플리케이션 소프트웨어의 인스톨에 따라, 이 열분포 상관 데이터가 열분포 상관 데이터 저장부(172)에 저장되어도 된다.
실시형태로서 1에서 3을 각각 나타내었으나, 이들은 서로 조합되어 실시되어도 된다. 예를 들면, 통상은, 모든 냉각 노즐(110)로부터 동시에 냉매를 분사시키도록 제어하지만, 열분포 검출부(178)가 열분포의 치우침을 검출하면 그것에 대응해서, 각 냉각 노즐(110)을 개별적으로 제어하는 방식으로 전환하는 것으로 해도 된다. 또한, 분사 제어부(160)는, 열분포 검출부(178)가 검출한 열분포의 정보와 열분포 예측부(170)가 예측한 열분포의 정보의 양방에 기초해서, 노즐 유닛(184)을 제어해도 된다. 그 예측은, 열분포 이력 정보에 기초해도 되고, 열분포 상관 데이터에 기초해도 되며, 그 양방에 기초해도 된다. 열분포 상관 데이터는, 열분포 검출부(178)가 검출한 열분포 상태에 기초해서, 적절히 수정되어도 된다. 이것에 의해, 열분포 상관 데이터는 더욱 정밀도가 높아진다. 이들의 여러 가지 조합이 본 발명의 범위에 포함되는 것은 당업자에게는 이해되는 바이다.
도 14는, 실시형태 1에 대해서, 열분포의 검출로부터 냉매의 분사까지의 과 정을 나타내는 플로우차트이다. 도 8과 대응해서 설명한다. 우선, 열분포 검출부(178)는 전자 디바이스(200)의 표면의 열분포 상태를 검출한다(S10). 분사 제어부(160)는 이 검출한 열분포 상태에 따라서 냉각해야 할 부위를 특정한다(S12). 노즐 선택부(180)는 분사 제어부(160)의 지시를 받아서, 노즐 맵 저장부(162)가 저장하는 노즐 맵에 기초하여, 냉매를 분사해야 할 냉각 노즐(110)을 특정한다(S14). 분사 시간 연산부(168)는 분사 제어부(160)로부터의 지시를 받아서, 냉매 분사의 듀티를 결정한다(S16). 분사 시간 연산부(168)는 냉매를 분사하는 타이밍도 결정한다. 상술한 바와 같이, 냉매가 맥류를 형성하도록 제어하는 경우에는(S18의 Y), 맥류 연산부(164)는 그 제어를 위하여 냉각 노즐(110)을 구동하는 타이밍의 연산을 행한다(S20). 분사 제어부(160)는 구동 유닛(182)에 소정의 냉각 노즐(110)을 이들의 연산에 기초해서 구동하도록 지시한다(S22).
도 15는, 실시형태 2에 대해서, 열분포의 검출로부터 냉매의 분사까지의 과정을 나타내는 플로우차트이다. 도 9와 대응해서 설명한다. 열분포 검출부(178)는 전자 디바이스(200)의 표면의 열분포 상태를 검출하고(S10), 열분포 이력 정보 저장부(166)에 열분포 이력 정보를 기록한다(S24). 열분포 예측부(170)는 이 열분포 이력 정보 저장부(166)가 저장하는 열분포 이력 정보를 기초로 장래의 열분포를 예측한다(S26). 이후는, 도 14와 동일하다.
도 16은, 실시형태 3에 대해서, 전자 디바이스(200)가 실행하는 처리의 검출로부터 냉매의 분사까지의 과정을 나타내는 플로우차트이다. 도 10에 대응해서 설명한다. 우선, 처리 실행 검출부(174)는 전자 디바이스(200)가 실행하는 처리를 검 출한다(S28). 열분포 예측부(170)는 열분포 상관 데이터 저장부(172)가 저장하는 열분포 상관 데이터를 기초로, 열분포를 예측한다(S30). 이후는, 도 14와 동일하다.
이상, 실시형태에 있어서는, 열분포에 치우침을 발생시키는 전자 디바이스의 냉각을 분류냉각에 의해 낮은 열저항으로 실현할 수 있다. 발열량이 큰 부위, 발열량이 커진다고 예측되는 부위에 대응해서 냉매의 분사를 제어하므로, 전자 디바이스의 표면의 온도를 균일화할 수 있다. 이것에 의해, 전자 디바이스 내에 있어서의, 특히, 트랜지스터 등의 반도체 소자가 고온이 되어 이상 동작하는 사태를 회피하는 데 효과가 있다. 나아가서는, 전자 디바이스 자체의 내구성이나 처리의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
전자 디바이스의 필요한 부위만을 냉각하도록 제어할 수 있기 때문에, 분사에 사용하는 냉매의 양이나 분사에 필요로 하는 전력을 억제할 수 있다. 또한, 전자 디바이스 냉각장치에 냉매를 공급하는 시스템이나, 사용한 냉매를 회수하는 시스템에 대해서는, 종래의 공랭방식이나 액랭방식에 있어서 사용되어 온 기술을 그대로 사용할 수 있다. 온도 센서가 검출한 열분포 상태를 기초로 피드백 제어를 행하면, 전자 디바이스 냉각장치만으로 자율적인 온도 제어를 실현하는 것도 가능하다. 전동 팬 등의 방열 기구와 제휴해서 더욱 고도의 온도 제어를 행하는 것도 가능하다.
이상, 실시형태를 기초로 본 발명을 설명하였다. 한편 본 발명은 이 실시형태에 한정되지 않으며, 그 여러 가지 변형예도 또한, 본 발명의 형태로서 유효하 다.
그러한 변형예로서, 냉매의 온도에 따라서, 전동 팬과 냉매 분사 중 어느 하나를 중점적으로 사용해야 할지를 선택적으로 제어해도 된다. 예를 들면, 전자 디바이스의 열에 의해 냉매가 따뜻해져 있을 때에는, 따뜻해진 냉매가 냉각될 때까지, 전동 팬에 의한 냉각으로 시프트하도록 제어해도 된다. 혹은, 전자 디바이스가 전체적으로 발열하고 있을 때에는, 전동 팬에 의한 냉각을 행하고, 전자 디바이스의 발열이 국소성을 갖는 경우에는, 냉매 분사를 행하도록 제어해도 된다.
또한, 냉매의 분사 이력, 열분포 이력 정보, 열 상관 데이터, 열분포 정보에 기초해서, 효과적인 냉각 노즐의 제어방법을 장치가 학습할 수 있어도 된다. 주 노즐과 보조 노즐에서 냉매의 종류는 달라도 된다.
본 발명은, 전자기기를 제어하는 전자 디바이스를 냉각하기 위한 기술로서 응용할 수 있다.

Claims (31)

  1. 전자 디바이스의 표면에 대향하도록 근접 배치된 복수의 냉각 노즐을 갖는 노즐 유닛과,
    상기 노즐 유닛에 도입된 냉매에 작용하여, 당해 냉매를 상기 냉각 노즐로부터 분사시키는 구동 유닛과,
    상기 전자 디바이스에 대한 좌표정보를 참조하여, 상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 냉각해야 할 부분의 근방과 분사축이 교차하는 냉각 노즐을 상기 복수의 냉각 노즐 중에서 선택하고, 선택한 냉각 노즐로부터 냉매를 분사시키게 하도록 상기 구동 유닛에 의한 분사 구동 능력을 제어하는 분사 구동 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  2. 전자 디바이스의 표면에 대향하도록 근접 배치된 복수의 냉각 노즐을 가지는 노즐 유닛과,
    상기 노즐 유닛에 도입된 냉매에 작용하고, 당해 냉매를 상기 냉각 노즐로부터 분사시키게 하는 구동 유닛과,
    상기 구동 유닛에 의한 분사구동능력을 제어하는 분사구동제어부를 구비하고,
    상기 노즐 유닛은, 주(主;main) 노즐군과 부(副;sub) 노즐군을 구비하고,
    상기 주 노즐군과 상기 부 노즐군은 모두, 격자형상으로 배치된 복수의 냉각 노즐을 가지며,
    상기 주 노즐군과 상기 부 노즐군은 상기 전자 디바이스의 표면에 수평인 방향에 있어서는, 각각의 노즐군을 어긋나게 배치한 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 주 노즐군과 상기 부 노즐군은 상기 전자 디바이스의 표면에 수직인 방향에 있어서는 지그재그로 놓여지는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 열분포 상태를 검지하는 열분포 검출 센서를 더 구비하고,
    상기 분사 구동 제어부는, 상기 검지한 열분포 상태에 따라서, 상기 구동 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 분사 구동 제어부는, 또한, 상기 검지한 열분포 상태에 따라서, 상기 구동 유닛이 상기 냉각 노즐에 냉매를 분사시키는 냉매 분사 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분사 구동 제어부는, 가장 냉각하고 싶은 위치에 대응하는 냉각 노즐로부터 소기의 방향을 향해서 순서대로 냉각 노즐을 분사시키도록 상기 구동 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 분사 구동 제어부는, 상기 소기의 방향을 향해서 냉매의 맥류(脈流)를 형성시키도록 상기 구동 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 분사 구동 제어부는, 상기 형성한 냉매의 맥류를, 배열 구멍(heat exhaust hole)을 향하도록, 상기 구동 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 열분포 상태를 예측하는 열분포 예측부를 더 구비하고,
    상기 분사 구동 제어부는, 상기 예측한 열분포 상태에 따라서, 상기 구동 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 열분포 예측부는, 상기 전자 디바이스가 실행해야 할 내용에 따라서, 상기 열분포 상태를 예측하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 열분포 상태를 검지하는 열분포 검출 센서와,
    상기 검지한 열분포 상태에 따라서, 상기 선택한 냉각 노즐의 냉매 분사 타이밍을 계산하는 분사 타이밍 계산부를 더 구비하고,
    상기 분사 구동 제어부는, 상기 선택한 냉각 노즐에 대하여, 상기 계산한 냉매 분사 타이밍에 따라서, 상기 구동 유닛에 의해 냉매를 분사시키는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  14. 전자 디바이스의 표면에 대향하도록 근접 배치된 복수의 냉각 노즐에 냉매가 도입되도록 냉매 도입 기구(機構)를 제어하는 단계와,
    상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 냉각해야 할 부분의 근방과 분사축이 교차하는 냉각 노즐을 상기 전자 디바이스에 대한 좌표 정보를 참조하여, 상기 복수의 냉각 노즐 중에서 선택하는 단계와,
    상기 냉각 노즐에 근접 배치된 전자 디바이스의 표면에, 상기 선택된 냉각 노즐로부터 냉매를 분사시키도록 냉매 분사 기구를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각방법.
  15. 복수의 냉각 노즐에 냉매가 도입되도록 냉매 도입 기구를 제어하는 단계와,
    복수의 프로세서 모듈이 집적된 전자 디바이스의 표면에 있어서, 상기 전자 디바이스에 집적된 프로세서 모듈로부터의 발열에 의해 발생하는 열분포 상태를 열 센서의 출력값에 의해 검지하는 단계와,
    상기 검지한 열분포 상태에 따라서, 상기 전자 디바이스의 표면의 냉각해야 할 위치를 특정하는 단계와,
    상기 특정한 위치에 대응한 냉각 노즐을 상기 복수의 냉각 노즐들 중에서 선택하는 단계와,
    상기 선택한 냉각 노즐로부터 냉매를 분사시키도록 냉매 분사 기구를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 검지한 열분포 상태에 따라서, 상기 선택한 냉각 노즐의 냉매 분사 시간을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 검지한 열분포 상태에 따라서, 상기 선택한 냉각 노즐의 냉매 분사 타이밍을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체로서,
    전자 디바이스의 표면에 대향하도록 근접 배치된 복수의 냉각 노즐에 냉매가 도입되도록 냉매 도입 기구를 제어하는 기능과,
    상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 냉각해야 할 부분의 근방과 분사축이 교차하는 냉각 노즐을 상기 전자 디바이스에 대한 좌표 정보를 참조하여, 상기 복수의 냉각 노즐 중에서 선택하는 기능과,
    상기 냉각 노즐에 근접 배치된 전자 디바이스의 표면에, 상기 선택된 냉각 노즐로부터 냉매를 분사시키도록 냉매 분사 기구를 제어하는 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각 제어 프로그램을 저장한 기록매체.
  23. 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체로서,
    복수의 냉각 노즐에 냉매가 도입되도록 냉매 도입 기구를 제어하는 기능과,
    복수의 프로세서 모듈이 집적된 전자 디바이스의 표면에 있어서, 상기 전자 디바이스에 집적된 프로세서 모듈로부터의 발열에 의해 발생하는 열분포 상태 정보를 열 센서의 출력값에 의해 취득하는 기능과,
    상기 취득한 열분포 상태 정보에 따라서, 상기 전자 디바이스의 표면의 냉각해야 할 위치를 특정하는 기능과,
    상기 특정한 위치에 대응한 냉각 노즐을 상기 복수의 냉각 노즐 중에서 선택하는 기능과,
    상기 선택한 냉각 노즐로부터 냉매를 분사시키도록 냉매 분사 기구를 제어하는 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각 제어 프로그램을 저장한 기록매체.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 취득한 열분포 상태 정보에 따라서, 상기 선택한 냉각 노즐의 냉매 분사 시간을 계산하는 기능을 더 구비하고,
    상기 냉매 분사 기구는, 상기 계산한 냉매 분사 시간에 따라서 냉매를 분사시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각 제어 프로그램을 저장한 기록매체.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 취득한 열분포 상태 정보에 따라서, 상기 선택한 냉각 노즐의 냉매 분사 타이밍을 계산하는 기능을 더 구비하고,
    상기 냉매 분사 기구는, 상기 계산한 냉매 분사 타이밍에 따라서 냉매를 분사시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각 제어 프로그램을 저장한 기록매체.
  26. 삭제
  27. 복수의 프로세서 모듈이 집적된 전자 디바이스의 표면에 대향하도록 근접 배치된 복수의 냉각 노즐을 가지는 노즐 유닛과,
    상기 노즐 유닛에 도입된 냉매에 작용하고, 당해 냉매를 상기 냉각 노즐로부터 분사시키게 하는 구동 유닛과,
    상기 구동 유닛에 의한 분사구동능력을 제어하는 분사구동제어부를 구비하고,
    상기 복수의 냉각 노즐은, 상기 전자 디바이스에 채워지는 상기 복수의 프로세서 모듈의 위치가 분사축에 대응하도록 근접 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 열분포 상태를 검지하는 열분포 검출 센서를 더 구비하고,
    상기 분사 구동 제어부는, 상기 검지한 열분포 상태에 따라서, 상기 구동 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 분사 구동 제어부는, 가장 냉각하고 싶은 위치에 대응하는 냉각 노즐로부터 소기의 방향을 향해서 순서대로 냉각 노즐을 분사시키도록 상기 구동 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  30. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 열분포의 시간적인 상태변화를 나타내는 열분포 이력 정보를 기억하는 열분포 이력 정보 격납부를 더 구비하고,
    사익 분사 구동 제어부는, 상기 열 분포 이력 정보에 따라, 상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 냉각해야할 부분의 근방과 분사축이 교차하는 냉각 노즐을 상기 복수의 냉각 노즐 중에서 선택하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 냉각 장치.
  31. 제 27 항에 있어서, 상기 전자 디바이스의 표면에 있어서의 열분포 상태를 예측하는 열분포 예측부를 더 구비하고,
    상기 분사 구동 제어부는, 상기 예측한 열분포 상태에 따라서, 상기 구동 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
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