WO2005059996A1 - 電子デバイス冷却装置、電子デバイス冷却方法および電子デバイス冷却制御プログラム - Google Patents

電子デバイス冷却装置、電子デバイス冷却方法および電子デバイス冷却制御プログラム Download PDF

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WO2005059996A1
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electronic device
cooling
refrigerant
nozzle
heat distribution
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PCT/JP2004/014613
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Kazuaki Yazawa
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Sony Computer Entertainment Inc.
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Definitions

  • Electronic device cooling apparatus electronic device cooling method, and electronic device cooling control program
  • the present invention relates to a technology for cooling an electronic device, and particularly to a technology for cooling the surface of an electronic device by applying the principle of jet heat transfer.
  • a CPU Central Processing Unit
  • DSP Digital Signal
  • Various electronic devices including processers, are composed of various electronic components including active elements such as transistors and passive elements such as capacitors. Some of the electrical energy that drives these electronic components is converted to heat energy and dissipated. Since the performance of an electronic component usually has a temperature dependency, the dissipated heat affects the performance of the electronic component and thus the electronic device. Therefore, technology for cooling electronic devices is a very important technology for controlling electronic devices normally.
  • an air cooling method using an electric fan there is an air cooling method using an electric fan.
  • an electric fan is provided facing the surface of the electronic device. Cold air drawn from the air intake is blown onto the surface of the electronic device by an electric fan. The air heated by absorbing the heat generated by the surface force of the electronic device is discharged to the air discharge location. In this way, the electric device is cooled by removing the heat generated by the surface force of the electronic device by the electric fan.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-026555
  • Patent Document 2 JP 2001-221529 A Disclosure of the invention
  • the conventional cooling method described above focuses on how to remove heat generated from the surface of the electronic device from a macro viewpoint.
  • the heat of the electronic device is not generated uniformly by its surface force.
  • Electronic components that make up an electronic device are usually modularized for each function. Therefore, the distribution of heat generated from the surface changes depending on the processing performed by the electronic device. This is because the functions to be performed by the electronic device differ depending on the processing.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique for effectively cooling an electronic device.
  • One embodiment of the present invention relates to an electronic device cooling device.
  • This device includes a nozzle unit having a plurality of cooling nozzles arranged close to each other so as to face the surface of the electronic device, a drive unit that acts on the refrigerant introduced into the nozzle unit, and injects the refrigerant from the cooling nozzle, An ejection drive control unit that controls the ejection drive capability of the drive unit is provided.
  • the term "refrigerant” refers to a medium for absorbing and discharging heat generated by the surface force of an electronic device, which is a gas such as air or a liquid such as water.
  • the heat generated on the surface of the electronic device is eliminated by injecting the refrigerant introduced into the nozzle unit onto the surface of the electronic device on the cooling nozzle.
  • a coolant onto the surface of the electronic device as a jet, a large local heat transfer coefficient can be obtained.
  • the cooling may be performed by directly spraying a coolant on the surface of the electronic device! Alternatively, the cooling may be performed indirectly by spraying the case on the surface of the electronic device.
  • a method of cooling a heating element by injecting a refrigerant into a heating element such as an electronic device is referred to as “jet cooling”.
  • the point on the surface of the electronic device that intersects the injection axis of the cooling nozzle is called the injection axis Call.
  • the cooling nozzle According to the jet cooling by the cooling nozzle, heat generated particularly near the injection axis point can be effectively eliminated.
  • the cooling nozzles may be intensively arranged near the location.
  • a cooling nozzle having an injection axis point in the vicinity of such a location may be designed to inject more strongly.
  • the cooling nozzle may be set so that the area of the refrigerant outlet of the cooling nozzle or the speed of the jet is increased.
  • the electronic device cooling device may be formed integrally with the electronic device, or may be provided as a single module.
  • the nozzle unit of this apparatus includes a main nozzle group and a sub-nozzle group, and the main nozzle group and the sub-nozzle group each have a plurality of closely arranged cooling nozzles, and are arranged horizontally on the surface of the electronic device. In a different direction, the respective nozzle groups may be staggered. The main nozzle group and the sub-nozzle group may be placed differently in a direction perpendicular to the surface of the electronic device.
  • the nozzle unit has more cooling nozzles, the number of injection axis points of the electronic device increases, which is effective in cooling the electronic device as a whole.
  • the nozzle units are divided into a main nozzle group and a sub nozzle group.
  • the cooling nozzles of the sub-nozzle group are arranged so that the coolant outlets are located between the cooling nozzles of the main nozzle group. This allows the cooling nozzles to be installed more densely.
  • the main nozzle group and the sub nozzle group may be arranged at different levels in the direction facing the electronic device surface.
  • This apparatus further includes a heat distribution detection sensor that detects a heat distribution state on the surface of the electronic device, and the ejection drive control unit controls the drive cut according to the detected heat distribution state. May be.
  • the "heat distribution state” may be a distribution of heat generated like a temperature distribution on the surface of an electronic device, or a distribution of a rate of change of a calorific value.
  • the “heat distribution detection sensor” may be, for example, a temperature sensor embedded inside an electronic device. Alternatively, it may be an infrared sensor that detects infrared rays emitted from the surface of the electronic device from the outside. By driving the cooling nozzle according to the heat distribution on the surface of the electronic device Thus, the electronic device can be effectively cooled.
  • cooling can be more effectively performed than driving other cooling nozzles all at once. In some cases.
  • cooling nozzle by selectively driving the cooling nozzle, there is also an effect of suppressing the refrigerant to be used and the power consumption for driving the drive unit.
  • the injection drive control unit of this device may further control the refrigerant injection time during which the drive unit injects the refrigerant into the cooling nozzles, according to the detected heat distribution state.
  • the electronic device can be cooled more effectively by controlling the injection time of the coolant to be longer.
  • the injection drive control unit of this device controls the drive unit so as to sequentially inject the cooling nozzles toward the cooling nozzle force circumference corresponding to the position where cooling is desired most, so that the pulse of the refrigerant in the desired direction is obtained. You may form a flow.
  • the injection drive control unit of this device may control the drive unit so that the formed pulsating flow of the refrigerant is directed to the heat discharge holes.
  • the apparatus further includes a heat distribution prediction unit that predicts a heat distribution state on the surface of the electronic device, and the injection drive control unit controls the drive unit according to the predicted heat distribution state.
  • the heat distribution state on the surface of the electronic device may be appropriately detected by a heat detection sensor, and the information on the obtained heat distribution state may be recorded as a history on a recording medium (hereinafter, the recorded heat distribution state).
  • the state history information is called "heat distribution history information"). Based on this heat distribution history information, it is possible to predict the future heat distribution state, select a cooling nozzle with an injection axis point near the location where the heat generation is predicted to increase, and inject the refrigerant. Good. According to this aspect, it is possible to proactively cool the electronic device before it reaches a predetermined temperature.
  • the heat distribution prediction unit of this apparatus may predict a heat distribution state according to the content to be executed by the electronic device.
  • the heat distribution on the surface of the electronic device changes depending on the processing executed by the electronic device.
  • certain modules of a CPU may be driven more or less, depending on the instructions executed by the CPU. Therefore, the heat distribution can be predicted in some cases by the processing performed by the electronic device. The prediction can be made based on the type of software to be executed and the functions that are exhibited and performed among the software. For example, the communication module and the three-dimensional rendering module in a piece of software are considered to have different modules in the electronic device that are mainly driven during their execution.
  • the heat distribution prediction unit is based on data (hereinafter, referred to as "heat distribution correlation data") that defines a predicted heat distribution state of the electronic device corresponding to the content of the processing executed by the electronic device. May be used to predict the heat distribution. That is, the heat distribution may be predicted by reading out the prediction information corresponding to the heat distribution correlation data according to the content of the process to be executed by the electronic device.
  • Another embodiment of the present invention also relates to an electronic device cooling device.
  • This device includes a nozzle unit having a plurality of cooling nozzles arranged in close proximity to the surface of an electronic device, and a drive unit that acts on the refrigerant introduced into the nozzle unit and injects the refrigerant for each cooling nozzle.
  • a heat distribution detection sensor that detects a heat distribution state on the surface of the electronic device, and a nozzle selection unit that specifies a position to be cooled according to the detected heat distribution state, and selects a cooling nozzle corresponding to the specified position.
  • an injection drive control unit for injecting a refrigerant by a drive unit for the selected cooling nozzle.
  • a cooling nozzle to be driven is selected according to the heat distribution state of the surface of the electronic device. For example, if the coolant is injected by a cooling nozzle whose injection axis point is near the location where the calorific value is the largest, it is considered that the heat absorption effect is higher than that of other cooling nozzles. Thereby, optimal control of the cooling nozzle is realized.
  • the apparatus further includes an injection time calculation unit that calculates the refrigerant injection time of the selected cooling nozzle according to the detected heat distribution state, and the injection drive control unit calculates the selected cooling nozzle for the selected cooling nozzle.
  • the refrigerant may be injected by the drive unit during the refrigerant injection time.
  • the apparatus further includes an injection timing calculation unit that calculates a refrigerant injection timing of the selected cooling nozzle according to the detected heat distribution state, and the injection drive control unit performs the calculation for the selected cooling nozzle.
  • the coolant may be injected by the drive unit according to the coolant injection timing.
  • an electronic device can be effectively cooled.
  • FIG. 1 is a diagram in which heat transfer when cooling nozzles are arranged in a grid pattern on the surface of an electronic device is calculated by computer simulation.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a mechanism of the electronic device cooling device.
  • FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of cooling nozzles in view of the opposing force of the electronic device.
  • FIG. 4 is a diagram showing a usage state of the electronic device cooling device when the refrigerant is air.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an appearance of the electronic device cooling device when the refrigerant is a gas.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an appearance of the electronic device cooling device when the refrigerant is a liquid. It is a figure showing an example of attachment of a cooling device.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the electronic device cooling device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of an electronic device cooling device according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a functional block diagram of an electronic device cooling device according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a data structure diagram of a nozzle map storage unit.
  • FIG. 12 is a data structure diagram of a heat distribution history information storage unit.
  • FIG. 13 is a data structure diagram of a heat distribution correlation data storage unit.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a process from detection of a heat distribution to injection of a refrigerant in the first embodiment.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a process from detection of a heat distribution to injection of a refrigerant in a second embodiment.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a process from detection of execution processing of an electronic device to injection of a refrigerant in Embodiment 3.
  • the heat generated from the surface of electronic devices such as CPUs and DSPs is generated by converting the electrical energy supplied to the electronic components in the electronic devices and the conductors connecting the electronic components into thermal energy and dissipating it. It is. This heat is not generated uniformly by the surface force of the electronic device.
  • the present invention proposes a new paradigm electronic device cooling technology applying the principle of jet cooling.
  • Jet cooling is known as a cooling method that can increase local heat transfer efficiency. This method is effective, for example, as a cooling method for heat generated in large portions such as cutting, and cools by injecting a cooling nozzle with a cooling nozzle and blowing it onto a heating element. The heat transfer of the vertical plane to the flow of the injected refrigerant spreads concentrically around the jet axis point.
  • Pr is a constant called the Prandtl number
  • Re is the Reynolds number
  • u [m / s] is the representative velocity obtained by dividing the volumetric flow rate of the jet by the cross-sectional area of the cooling nozzle outlet.
  • FIG. 1 is a diagram in which the state of heat transfer when a coolant is injected from cooling nozzles arranged in a grid on the surface of an electronic device is calculated by computer simulation.
  • the darker part in the figure indicates that the heat transfer coefficient is higher, that is, the cooling effect is greater.
  • the dark part corresponds to the jet axis point. That is, according to the jet cooling, it is understood that the cooling effect can be obtained near the jet axis point.
  • an electronic device including a plurality of processors locality is easily generated in heat generation from the surface of the electronic device.
  • Such an electronic device has a particularly high cooling effect by jet cooling.
  • an electronic device such as a chip that has a function of independently performing parallel processing by embedding a plurality of processors, a chip!
  • the processor that executes the process generates heat, and as a result, localization is likely to occur in heat generation on the surface of the chip.
  • the cooling nozzles may be arranged so that the position immediately above each processor embedded in the chip corresponds to the jet axis point.
  • the amount of heat generated differs between a processor that is executing processing and a processor that is not executing processing.
  • the chip is cooled more efficiently than by cooling the entire chip by selectively driving the cooling nozzle with the jet axis point directly above the processor that is executing the process and injecting the coolant. This comes out.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a mechanism of electronic device cooling apparatus 100 in the present embodiment.
  • a plurality of main nozzles 110a and a plurality of auxiliary nozzles 110b are embedded in the electronic device cooling device 100, respectively.
  • the electronic device 200 is cooled by injecting a coolant from the electronic device cooling device 100 onto the surface of the electronic device 200.
  • the refrigerant is a liquid
  • the surface of electronic device 200 is covered with a waterproof case.
  • the main nozzle 110a and the auxiliary nozzle 110b have the same mechanism.
  • the main nozzle 110a has a higher cooling effect since the refrigerant outlet is closer to the electronic device 200 than the auxiliary nozzle 110b.
  • the main nozzle 110a may be installed so as to correspond to the part.
  • the auxiliary nozzle 110b may be embedded differently from the main nozzle 110a as shown in FIG.
  • the electronic device cooling apparatus 100 is based on a silicon manufacturing technology, a so-called micro-manufacturing technology. Is realized.
  • the cooling nozzle 110 injects a refrigerant by mechanical drive by MEMS (Micro Electro Mechanical System). Specifically, the coolant is introduced into the first chamber 104 via the coolant supply path 102.
  • the first chamber 104 stores a small amount of refrigerant to prevent dryout.
  • the movable film driving unit 108 drives the movable film 106 according to a control signal from the outside.
  • the movable film 106 ejects the refrigerant by pushing the refrigerant stored in the chamber 104 toward the electronic device 200.
  • the refrigerant injected into the electronic device 200 is collected in a refrigerant collection hole (not shown).
  • the collected refrigerant may be discarded as it is, or may be circulated and injected again into the electronic device 200.
  • the movable film drive unit 108 may receive a control signal from the outside and drive the movable film 106 by a force such as an electrostatic force, a piezoelectric element, or magnetism!
  • the fluid serving as the refrigerant may be a gas such as air or a liquid such as water. When the refrigerant is a liquid, the refrigerant may be injected by locally heating the droplets of the refrigerant to cause thermal expansion by boiling.
  • FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of the main nozzles 110a and the auxiliary nozzles 110b of FIG. 2 as viewed from the opposing direction of the electronic device.
  • the coolant supply pipe 112 supplies coolant to the main nozzle 110a.
  • the refrigerant in the refrigerant supply pipe 112 is guided to the first chamber 104 via the refrigerant supply path 102.
  • the injection axis point becomes denser than when only the main nozzle 110a is arranged.
  • the main nozzles 110a and the auxiliary nozzles 110b may be arranged in a grid as shown in the figure, or may be arranged so that the arrangement of the cooling nozzles at a specific location of the electronic device is the closest. .
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a usage state of the electronic device cooling apparatus 100.
  • the cooling medium is air and the electronic device cooling device 100 is provided as a single module.
  • Electronic device 200 is typically mounted on substrate 220.
  • the electronic device cooling device 100 is installed above the electronic device 200. Power for driving the electronic device cooling apparatus 100 is supplied from the substrate 220.
  • air outside the upper part of the electronic device cooling device 100 is introduced. Then, air is injected from the electronic device cooling device 100 to the electronic device 200 by the above-described method.
  • FIG. 5 shows the use state of the electronic device cooling apparatus 100 when the refrigerant is air.
  • the outside air supply path 130 supplies outside air to the electronic device cooling device 100 mm.
  • the electronic device cooling device 100 injects this air into the electronic device 200.
  • the air discharge passage 132 discharges the air that has been injected and heated.
  • the outside air supply path 130 may further cool the discharged air and supply the cooled air to the electronic device cooling device 100.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a use state of electronic device cooling apparatus 100 when the refrigerant is water.
  • Knoffer 140 stores cooling water. This prevents shortage of cooling water to be supplied to the electronic device cooling device 100.
  • the liquid supply path 134 supplies cooling water to the electronic device cooling device 100.
  • the electronic device cooling device 100 injects the cooling water to the electronic device 200.
  • the cooling water heated by the heat that also generates the surface force of the electronic device 200 is recovered through the return path 136 and guided to the condenser 138.
  • the return of the cooling water may be performed by using a known method, such as cavitation, or by using a power such as a pump.
  • the condenser 138 cools the returned cooling water with outside air.
  • the cooling water is supplied again to the electronic device cooling device 100 via the notifier 140.
  • the refrigerant may be highly volatile, such as alcohol! Or a liquid! /.
  • the flow path of the liquid such as the liquid supply path 134 and the return path 136 may be reduced in pressure, and the cooling water may be vaporized by heat that also generates the surface force of the electronic device 200.
  • the liquid in the return path 136 may be collected by capillary force or a pump.
  • the refrigerant is a liquid having a large heat capacity, such as water
  • the liquid takes away the heat generated by the electronic device power.
  • the refrigerant is a liquid with a high degree of volatility, such as alcohol
  • the heat generated by the electronic device is removed by the heat of vaporization of the liquid.
  • the supply method differs depending on whether the refrigerant is a gas or a liquid.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of mounting the electronic device cooling device 100.
  • the electronic device cooling device 100 is installed so as to face the electronic device 200 by the ceiling substrate 150.
  • the connector 152 positions the electronic device cooling device 100 with respect to the electronic device 200.
  • Power for driving the electronic device cooling device 100 is supplied from the substrate 220 to the electronic device cooling device 100 via the connector 152 and the ceiling substrate 150.
  • a control signal for driving the cooling nozzle 110 embedded in the same electronic device cooling device 100 is also transmitted from the substrate 220 via a similar path.
  • Each movable embedded in the electronic device cooling device 100 The film driving unit 108 drives the movable film 106 based on a control signal from the substrate 220 to inject the refrigerant.
  • temperature sensors 246 for detecting a heat distribution state are embedded in various places.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the electronic device cooling device 100.
  • Each block shown here can be realized in terms of hardware by elements such as a CPU of a computer or a mechanical device, and in terms of software, a power realized by a computer program or the like. It depicts the functional blocks that are realized. Therefore, it is understood by those skilled in the art that these functional blocks can be realized in various forms by combining hardware and software.
  • the injection control unit 160 performs the control of the cooling nozzle 110 in an integrated manner.
  • the drive unit 182 drives the nozzle unit 184 including the cooling nozzle 110 to inject the refrigerant in accordance with an instruction from the injection control unit 160.
  • the injection control unit 160 may control the drive unit 182 such that the same control is performed on all the cooling nozzles 110 like a shower.
  • jet cooling a high cooling effect can be obtained near the jet axis point as shown in FIG.
  • the cooling nozzle 110 is closely buried in the electronic device cooling device 100, or when the cooling nozzle 110 is arranged by assuming in advance the locality of heat generated by the surface force of the electronic device 200. In this case, the effect is great even with such control. Since the control is simple, there is an advantage that it can be realized at low cost. There are several more variations in the embodiment. Hereinafter, three typical embodiments will be described with reference to the block diagrams of FIGS. 8 to 10.
  • Embodiment 1 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • the nozzle map storage unit 162 stores data relating to the arrangement of each cooling nozzle 110 (hereinafter, referred to as “nozzle map”). Specifically, the coordinate information of each cooling nozzle 110 with respect to the electronic device 200 is stored. The data structure of the nozzle map storage unit 162 will be described later in detail with reference to FIG.
  • the nozzle selection unit 180 selects a cooling nozzle 110 whose injection axis point is in the vicinity of the location to be cooled, based on the nozzle map stored in the nozzle map storage unit 162.
  • the heat distribution detecting section 178 detects the state of heat distribution on the surface of the electronic device 200.
  • the heat distribution detecting unit 178 detects the state of heat distribution on the surface of the electronic device 200 by using temperature sensors 246 embedded in various parts of the electronic device 200.
  • the heat distribution detecting section 178 periodically detects this heat distribution state.
  • the injection control unit 160 instructs the nozzle selecting unit 180 to select the cooling nozzle 110 based on the heat distribution state detected by the heat distribution detecting unit 178 so as to cool the portion having the largest heat generation.
  • the nozzle selection unit 180 selects the cooling nozzle 110 to be driven based on the detected heat distribution state and the nozzle map stored in the nozzle map storage unit 162.
  • the injection control unit 160 controls the drive unit 182 so that the selected cooling nozzle 110 injects the refrigerant.
  • the injection time calculation unit 168 calculates the refrigerant injection time of the cooling nozzle 110.
  • the surface of the electronic device 200 generates a large amount of heat and is close to the location!
  • the cooling nozzle 110 can inject the refrigerant for a long time to achieve a higher cooling effect.
  • the injection control unit 160 controls to repeatedly inject the refrigerant to each cooling nozzle 110, the time ratio between the refrigerant injection time of each cooling nozzle 110 and the time when the refrigerant is not being injected (hereinafter, ⁇ duty '') May be calculated.
  • the pulsating flow calculation unit 164 calculates a control method for each cooling nozzle 110 in order to pulsate the refrigerant injected by the cooling nozzle 110.
  • the coolant is injected from the cooling nozzle 110 corresponding to the injection axis point closest to the point where the calorific value is large on the surface of the electronic device 200, the temperature near the injection axis point decreases.
  • the refrigerant absorbs heat generated near the injection axis point by the injection of the refrigerant, but the heated refrigerant is radiated around the injection axis point.
  • the refrigerant dissipated therearound can be dissipated so as to be further pushed out.
  • the refrigerant is sequentially injected from the cooling nozzle 110 to form a pulsating flow of the refrigerant, the amount of heat absorbed by the refrigerant can be effectively discharged.
  • control when there is a heat exhaust hole for recovering the refrigerant, control may be performed so as to face the heat-absorbing refrigerant gas S heat exhaust hole. Further, regardless of the heat distribution state, even if all the cooling nozzles 110 are controlled simultaneously, the electronic The heart force may also be controlled so that the refrigerant is discharged toward the outside or the heat discharge holes.
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • the injection control unit 160 controls the nozzle unit 184 by predicting the heat distribution state of the electronic device 200.
  • the functional blocks shown in Fig. 9 and corresponding to Fig. 8 are the same.
  • the heat distribution history information storage unit 166 stores the heat distribution history information based on the information on the heat distribution state periodically detected by the heat distribution detection unit 178.
  • the data structure of the heat distribution history information storage unit 166 will be described later in detail.
  • the heat distribution prediction unit 170 predicts a future heat distribution state based on the heat distribution history information stored in the heat distribution history information storage unit 166.
  • the prediction of the heat distribution state may be performed by, for example, predicting a future temperature of a predetermined portion of the surface of the electronic device 200 from a temperature detected several times in the past by a moving average method.
  • the ejection control section 160 may record the ejection history information of the refrigerant on a recording medium.
  • the injection history information is information on the timing of refrigerant injection of each cooling nozzle 110 divided by the refrigerant injection time.
  • the heat distribution prediction unit 170 may perform heat distribution prediction in view of refrigerant injection history information. For example, it is necessary to further inject refrigerant to a place where the calorific value does not tend to decrease despite the fact that the refrigerant is being injected in the vicinity.
  • the coolant injection time of the corresponding cooling nozzle 110 may be further extended, or the coolant may be simultaneously injected from a plurality of cooling nozzles 110 near the target location.
  • the amount of heat generated increases at the point V, and at the place where the heat generation increases! /
  • the refrigerant is injected for a short time and the state of the temperature change is observed.
  • the next control may be determined.
  • the injection of the refrigerant can be adjusted according to the location where heat is generated in a short time and the location where heat is constantly generated.
  • Embodiment 3 is a diagrammatic representation of Embodiment 3
  • the injection control unit 160 controls the nozzle unit 184 by predicting the heat distribution state of the electronic device 200.
  • the electronic device 200 runs The case where the heat distribution state is predicted according to the content of the processing to be performed will be described.
  • Fig. 10 The functional blocks shown in Fig. 8 and Fig. 9 are the same.
  • the process execution detection unit 174 determines the content of the process executed by the electronic device 200.
  • the heat distribution correlation data storage unit 172 stores the content of the processing executed by the electronic device 200 and heat distribution correlation data that is prediction data of a heat generation distribution predicted accordingly.
  • the heat distribution correlation data corresponds to the contents of the processing executed by the electronic device 200 and heat distribution prediction information obtained by predicting in advance the heat generation distribution on the surface of the electronic device 200 due to the execution of the processing.
  • the program is provided by a computer-readable recording medium storing the stored information. This data may be provided for each computer program executed by the electronic device 200. Further, the heat distribution correlation data may be appropriately corrected based on the heat generation distribution on the surface of the electronic device 200 when the electronic device 100 actually executes each process.
  • the data structure of the heat distribution correlation data storage unit 172 will be described later in detail.
  • the heat distribution prediction unit 170 obtains, from the heat distribution correlation data storage unit 172, heat distribution correlation data corresponding to the execution content of the electronic device 200 obtained by the processing execution detection unit 174, and Predict the calorific value.
  • FIG. 11 is a diagram showing a data structure of the nozzle map storage unit 162.
  • the nozzle map storage unit 162 stores a nozzle map of the cooling nozzle 110 for the electronic device 200, as shown in FIG.
  • the nozzle ID column 188 indicates a nozzle ID which is an ID number for identifying each cooling nozzle 110.
  • the main supplementary column 183 indicates whether each cooling nozzle 110 is a main nozzle or an auxiliary nozzle.
  • the X coordinate column 185 shows the X coordinate of each cooling nozzle 110.
  • the Y coordinate column 186 shows the Y coordinate of each cooling nozzle 110.
  • the coordinates here are coordinates based on the opposing electronic device 200.
  • the center coordinates of the electronic device 200 are (0, 0), and (-1, 50, 50), (50, —50), (-1, 50, 50), (50, 50) are four vertices, and the cooling nozzle is 110 are arranged in a grid.
  • the cooling nozzle 110 with the nozzle ID “03” is the main nozzle, and its coordinates are (1-30, ⁇ 50).
  • FIG. 12 is a diagram showing a data structure of the heat distribution history information storage unit 166.
  • the heat distribution history information storage unit 166 stores a table of the electronic devices 200 periodically detected by the heat distribution detection unit 178.
  • the heat distribution state of the surface is stored as heat distribution history information.
  • the temperature sensors 246 embedded in a plurality of locations of the electronic device 200 detect the state of heat distribution on the surface of the electronic device 200. In response to this, several temperature detection positions are set on the surface of the electronic device 200.
  • the position ID column 190 indicates a position ID which is an ID number for identifying the temperature detection position.
  • the X coordinate column 192 shows the X coordinate of the temperature detection position.
  • the Y coordinate column 194 shows the Y coordinate of the temperature detection position.
  • the coordinates here are coordinates based on the opposing electronic device 200.
  • the time tl column 196 indicates the temperature (° C.) at each temperature detection position acquired last time among the heat distribution information periodically acquired by the heat distribution detection unit 178.
  • the time t2 column 198 indicates the temperature at each temperature detection position acquired two times before.
  • each column of the time tl column 196—the time tlO column 208 indicates the temperature at each temperature detection position.
  • the coordinates of the temperature detection position having the position ID "01" are (-1 50, -50). And the temperature at that position is rising rapidly, such as: 50.0 ° C, 60.0 ° C, 68.5 ° C. Therefore, the heat distribution prediction unit 170 in FIG. 9 predicts that the temperature at the coordinates (50, -50) is likely to further rise.
  • the nozzle selection unit 180 also searches the nozzle map force stored in the nozzle map storage unit 162 for the cooling nozzle 110 having the injection axis point near the position ID “01”. According to FIG. 11, since the injection axis point of the cooling nozzle 110 (main nozzle) of the nozzle ID “01” corresponds exactly, the injection control unit 160 focuses the injection of the refrigerant from the cooling nozzle 110. Control.
  • FIG. 13 is a diagram showing a data structure of the heat distribution correlation data storage unit 172.
  • the heat distribution correlation data storage unit 172 stores heat distribution correlation data for each content of a process executed by the electronic device 200.
  • the process ID column 230 indicates a process ID which is an ID number for identifying the content of the process executed by the electronic device 200.
  • the position ID 01 column 232 shows the temperature prediction information for the position ID “01” shown in the position ID column 190 in FIG.
  • the position ID 02 column 232—the position ID 36 column 244 also shows the predicted temperature information at each position ID.
  • A indicates a location where it is predicted that the temperature will increase with the processing.
  • “B” indicates a place where a temperature rise is predicted to be less than “A”
  • “C” indicates a place where a significant temperature rise is not expected.
  • the processes correspond to the position IDs "02" and "03". This indicates that the temperature of the part to be heated becomes particularly high.
  • the process execution detection unit 174 of FIG. 10 detects that the electronic device 200 is executing or is going to execute the process of the process ID “0004”
  • the heat distribution prediction unit 170 stores the heat distribution correlation data storage unit 172. Obtain the corresponding data from the heat distribution correlation data. From FIG. 13, it is predicted that the temperature of the position IDs “02” and “03” will become particularly high with the execution of the process of the process ID “0004”.
  • the nozzle selection unit 180 accesses the nozzle map storage unit 162 to select the cooling nozzle 110 having the vicinity of the position IDs “02” and “03” as the injection axis point. Then, the injection controller 160 controls the selected cooling nozzle 110 to inject the refrigerant at a predetermined timing.
  • the heat distribution prediction unit 170 predicts a place where a temperature rise is expected in advance according to the content of the processing executed by the electronic device 200, so that the place can be cooled in advance.
  • the heat distribution correlation data may be set in advance by the user according to the electronic device 200 to be cooled.
  • the application software may have its own heat distribution correlation data. In this case, the heat distribution correlation data may be stored in the heat distribution correlation data storage unit 172 with the installation of the application software.
  • the forces indicated as 1 to 3 as the embodiments may be implemented in combination with each other.
  • control is performed so that the refrigerant is injected from all the cooling nozzles 110 at the same time.
  • the heat distribution detecting unit 178 detects a bias in the heat distribution
  • the cooling nozzles 110 are individually controlled accordingly.
  • the method may be switched.
  • the injection control unit 160 controls the nozzle unit 184 based on both the information on the heat distribution detected by the heat distribution detection unit 178 and the information on the heat distribution predicted by the heat distribution prediction unit 170.
  • the prediction may be based on heat distribution history information, heat distribution correlation data, or both.
  • the heat distribution correlation data may be appropriately modified based on the heat distribution state detected by the heat distribution detection unit 178. As a result, the accuracy of the heat distribution correlation data is further improved. It will be understood by those skilled in the art that these various combinations fall within the scope of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a process from detection of the heat distribution to injection of the refrigerant in the first embodiment.
  • the heat distribution detection unit 178 detects a heat distribution state on the surface of the electronic device 200 (S10).
  • the injection control unit 160 detects this
  • the location to be cooled is specified according to the heat distribution state (S12).
  • the nozzle selection unit 180 receives the instruction from the injection control unit 160, and specifies the cooling nozzle 110 to which the refrigerant is to be injected, based on the nozzle map stored in the nozzle map storage unit 162 (S14).
  • the injection time calculation unit 168 receives the instruction from the injection control unit 160 and determines the duty of the refrigerant injection (S16).
  • the injection time calculation unit 168 also determines the timing at which the refrigerant is injected. As described above, when the refrigerant is controlled to form a pulsating flow (Y in S18), the pulsating flow calculation unit 164 calculates the timing for driving the cooling nozzle 110 for the control (S20). . The injection control unit 160 instructs the drive unit 182 to drive the predetermined cooling nozzle 110 based on these calculations (S22).
  • FIG. 15 is a flowchart showing a process from the detection of the heat distribution to the injection of the refrigerant in the second embodiment. Explanation is made in correspondence with FIG.
  • the heat distribution detection unit 178 detects the state of heat distribution on the surface of the electronic device 200 (S10), and records the heat distribution history information in the heat distribution history information storage unit 166 (S24).
  • the heat distribution prediction unit 170 predicts a future heat distribution based on the heat distribution history information stored in the heat distribution history information storage unit 166 (S26). Subsequent steps are the same as in FIG.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a process from detection of a process executed by electronic device 200 to injection of a coolant in the third embodiment. This will be described with reference to FIG. First, the process execution detection unit 174 detects a process executed by the electronic device 200 (S28). The heat distribution prediction unit 170 predicts a heat distribution based on the heat distribution correlation data stored in the heat distribution correlation data storage unit 172 (S30). Subsequent steps are the same as in FIG.
  • cooling of an electronic device that causes a bias in heat distribution can be realized with low thermal resistance by jet cooling. Since the injection of the refrigerant is controlled in accordance with the location where the calorific value is large or the location where the calorific value is expected to be large, the temperature of the surface of the electronic device can be made uniform. This is effective in avoiding a situation where a semiconductor element in an electronic device, particularly a transistor or the like, becomes hot and abnormally operates. In turn, this has the effect of increasing the durability of the electronic device itself and the reliability of processing.
  • coolant is supplied to the electronic device cooling device.
  • the technology used in the conventional air-cooling method or liquid-cooling method can be used as it is. If feedback control is performed based on the heat distribution detected by the temperature sensor, autonomous temperature control can be realized with only the electronic device cooling device. It is possible to perform more advanced temperature control in cooperation with a radiator such as an electric fan.
  • control may be performed so as to shift to cooling by the electric fan until the heated refrigerant is cooled.
  • cooling may be performed by the electric fan, and when the electronic device has local heat generation, control may be performed so as to perform refrigerant injection.
  • the apparatus may be able to learn an effective cooling nozzle control method based on refrigerant injection history, heat distribution history information, heat correlation data, and heat distribution information.
  • the type of refrigerant may be different for the main nozzle and the auxiliary nozzle!
  • the present invention can be applied as a technique for cooling an electronic device that controls an electronic device.

Abstract

 熱分布検出部178は、電子デバイス200の表面の熱分布状態を検出する。噴射制御部160は、この検出された熱分布状態に応じて、冷却すべき位置を特定する。ノズル選択部180は、その位置に対応した冷却ノズルを選択する。噴射時間演算部168は、冷却ノズルの冷媒噴射時間やタイミングを演算する。噴射制御部160の指示をうけ、駆動ユニット182はノズルユニット184を駆動することにより、冷媒が電子デバイス200に噴射される。

Description

明 細 書
電子デバイス冷却装置、電子デバイス冷却方法および電子デバイス冷却 制御プログラム
技術分野
[0001] 本発明は電子デバイスを冷却するための技術、特に、電子デバイスの表面を噴流 熱伝達の原理を応用して冷却するための技術、に関するものである。
背景技術
[0002] 電子機器を制御する CPU (Central Processiong Unit)や DSP(Digital Signal
Processer)を始めとする各種の電子デバイスは、トランジスタなどの能動素子やコンデ ンサなどの受動素子を含めたさまざまな電子部品によって構成される。これらの電子 部品を駆動する電気エネルギーの一部は熱エネルギーに変換されて放熱される。電 子部品の性能は、通常、温度依存性を有するため、この放散された熱は、電子部品 、ひいては電子デバイスの性能に影響を及ぼす。したがって、電子デバイスを冷却す るための技術は、電子デバイスを正常に制御する上で極めて重要な技術である。
[0003] 冷却技術の一例として、電動ファンによる空冷方法がある。この方法においては、 電子デバイスの表面に対向して電動ファンを配設する。空気取り入れ口から吸入した 冷たい空気を、電動ファンにより電子デバイス表面に吹き付ける。電子デバイス表面 力 の発生した熱を吸収して温められた空気は、空気排出ロカ 排出される。このよ うに、電子デバイス表面力 発生する熱を電動ファンによって排除することにより、電 子デバイスを冷却する。
[0004] 別の例として、冷却水による電子デバイスの冷却方法がある。電子デバイスの表面 を防水ケースで覆い、冷却水を電子デバイス表面に導く。電子デバイス表面からの 発生した熱を吸収して温められた冷却水は、冷却水排出ロカ 排出される。電子デ バイス表面力 発生する熱を冷却水に吸熱させることにより、電子デバイスを冷却す る。
特許文献 1:特開 2002-026555号公報
特許文献 2 :特開 2001— 221529号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 近年の電子デバイスは、高速、高機能、高集積化し、電子デバイスから発生する熱 はますます増加する傾向にある。従来の空冷や液冷による冷却方法では、電子デバ イスの充分な冷却は困難になりつつある。
[0006] 上記に示した従来の冷却方法は、マクロの視点からみて、電子デバイスの表面から 発生した熱をいかに排除するかを主眼としている。しかし、ミクロの視点力もみれば、 電子デバイスの熱はその表面力 一様に発生して 、るのではな 、。電子デバイスを 構成する電子部品は、通常、機能ごとにモジュールィ匕されている。したがって、電子 デバイスが実行する処理によっては、表面から発生する熱の分布が変化する。処理 によって、電子デバイスが発揮すべき機能が異なるからである。
[0007] 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子デバイスを効 果的に冷却するための技術、を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明のある態様は、電子デバイス冷却装置である。この装置は、電子デバイスの 表面に対向するよう近接配置された複数の冷却ノズルを有するノズルユニットと、その ノズルユニットに導入された冷媒に作用し、当該冷媒を冷却ノズルから噴射せしめる 駆動ユニットと、駆動ユニットによる噴射駆動能力を制御する噴射駆動制御部を備え る。
[0009] 「冷媒」とは、空気などの気体や水などの液体であって、電子デバイスの表面力 発 生する熱を吸排熱するための媒体をいう。本態様においては、ノズルユニットに導入 された冷媒を、冷却ノズルカゝら電子デバイスの表面に噴射することにより、電子デバ イス表面カゝら発生した熱を排除する。後に詳述するように、冷媒を電子デバイス表面 に噴流として吹き付けることにより、局所的な熱伝達率を大きく取ることができる。電子 デバイス表面に直接冷媒を吹き付けて冷却してもよ!ヽし、電子デバイス表面を皮膜 するケースに吹き付けることにより間接的に冷却してもよい。以下、冷媒を電子デバイ スなどの発熱体に噴射することにより発熱体を冷却する方法を「噴流冷却」とよぶ。ま た、電子デバイス表面において冷却ノズルの噴射軸と交わる点のことを「噴射軸点」と よぶ。
[0010] 冷却ノズルによる噴流冷却によれば、特に噴射軸点近傍に発生した熱を効果的に 排除できる。冷却ノズルを多く配置するほど、また、冷却ノズルの冷媒噴射能力が高 いほど、冷却効果も高くなる。電子デバイス中で、特に発熱量が大きい箇所をあらか じめ想定できる場合には、その箇所の近傍に冷却ノズルを集中的に配置してもよい。 このような箇所の近傍を噴射軸点とする冷却ノズルは、より強力に噴射するように設 計してもよい。たとえば、冷却ノズルの冷媒噴出口面積や、噴流の速度が大きくなる ように設定してもよい。電子デバイス冷却装置は、電子デバイスと一体化して形成し てもよいし、単体のモジュールとして提供されてもよい。
[0011] この装置のノズルユニットは、主ノズル群と副ノズル群を備え、主ノズル群と前記副 ノズル群はともに、密に配置された複数の冷却ノズルを有し、電子デバイスの表面に 水平な方向においては、それぞれのノズル群をずらして配置してもよい。主ノズル群 と副ノズル群は電子デバイスの表面に垂直な方向においては段違いに置かれてもよ い。
[0012] ノズルユニットが、多くの冷却ノズルを有するほど電子デバイスの噴射軸点が多くな り、電子デバイス全体としての冷却に効果がある。本態様においては、ノズルユニット を主ノズル群と副ノズル群にわける。主ノズル群の冷却ノズルの隙間に副ノズル群の 冷却ノズルの冷媒噴出口がくるように配置する。これによつて、冷却ノズルをより密に 設置できる。また、主ノズル群と副ノズル群は電子デバイス表面の対向方向において は、段違いに配置されてもよい。
[0013] この装置は、電子デバイスの表面における熱分布状態を検知する熱分布検出セン サを更に備え、噴射駆動制御部は、その検知した熱分布状態に応じて、駆動ュ-ッ トを制御してもよい。
[0014] 「熱分布状態」とは、電子デバイスの表面の温度分布のように発生して 、る熱の分 布であってもよいし、発熱量の変化率の分布であってもよい。「熱分布検出センサ」と は、たとえば、電子デバイスの内部に埋設される温度センサであってもよい。あるいは 、電子デバイス表面カゝら放射される赤外線を外部から検出する赤外線センサであつ てもよい。電子デバイス表面の熱分布状態に応じて、冷却ノズルを駆動することにより 、電子デバイスを効果的に冷却できる。たとえば、発熱量が大きい箇所の近傍を噴射 軸点とする冷却ノズルを選択して、冷媒を噴射するように駆動すれば、他の冷却ノズ ルを一斉に駆動するよりも更に効果的に冷却できる場合もある。また、冷却ノズルを 選択的に駆動することにより、使用する冷媒や、駆動ユニットを駆動するための消費 電力を抑制する効果もある。
[0015] この装置の噴射駆動制御部は、更に、その検知した熱分布状態に応じて、駆動ュ ニットが冷却ノズルに冷媒を噴射せしめる冷媒噴射時間を制御してもよい。
[0016] たとえば、発熱量が大きい箇所の近傍を噴射軸点とする冷却ノズルについては、冷 媒を噴射する時間が長くなるように制御すれば、更に電子デバイスを効果的に冷却 できる。
[0017] この装置の噴射駆動制御部は、最も冷却したい位置に対応する冷却ノズル力 周 囲に向けて順に冷却ノズルを噴射せしめるよう駆動ユニットを制御することにより、所 期の方向に冷媒の脈流を形成してもよ 、。
[0018] ある冷却ノズルを駆動して、電子デバイス表面に冷媒を噴射した場合、その噴射軸 点の近傍に発生していた熱は冷媒に吸収されて周辺に放散される。この放散された 熱は、噴射軸点のまわりに滞留しつづける可能性もある。このような場合、ある冷却ノ ズルを駆動したあと、その冷却ノズルの周囲に位置する冷却ノズルを順次駆動する。 これにより、噴射軸点の近傍に発生していた熱は、電子デバイスの外に脈流として放 散される。したがって、放散された熱が効果的に電子デバイスの表面上力 排出され る。この制御により、更に電子デバイス表面に発生する熱を効果的に排除できる。
[0019] この装置の噴射駆動制御部は、その形成した冷媒の脈流を、排熱孔に向力うよう、 駆動ユニットを制御してもよ 、。
[0020] 電子デバイス表面力 発生する熱を回収するための排熱孔が形成されている場合 には、吸熱した冷媒が排熱孔に誘導されるように冷却ノズルを駆動すれば、更に、電 子デバイスの表面力 発生する熱を効果的に排出できる。
[0021] この装置は、電子デバイスの表面における熱分布状態を予測する熱分布予測部を 更に備え、噴射駆動制御部は、その予測した熱分布状態に応じて、駆動ユニットを 制御してちょい。 [0022] たとえば、電子デバイス表面の熱分布状態を熱検知センサにより適宜検出し、その 取得した熱分布状態に関する情報を記録媒体に履歴として記録してもよい(以下、こ の記録された熱分布状態の履歴情報を「熱分布履歴情報」とよぶ)。この熱分布履歴 情報をもとに、将来の熱分布状態を予測し、発熱量が多くなると予測される箇所の近 傍を噴射軸点とする冷却ノズルを選択して、冷媒を噴射せしめてもよい。本態様によ れば、実際に電子デバイスの所定の箇所が高温になる前に先回りして冷却できる。
[0023] この装置の熱分布予測部は、電子デバイスが実行すべき内容に応じて、熱分布状 態を予測してもよい。
[0024] 電子デバイス表面の熱分布は、電子デバイスが実行する処理によって変化する。
たとえば、 CPUの特定のモジュールは、 CPUが実行する命令の内容によって、頻繁 に駆動される場合もあれば、ほとんど駆動されない場合もある。そのため、電子デバ イスが実行する処理により、熱分布を予測できる場合もある。その予測は、実行される ソフトウェアの種類や、ソフトウェアのうち発揮されて 、る機能に基づ 、て行ってもょ ヽ 。たとえば、あるソフトウェア内の通信モジュールと 3次元レンダリングモジュールでは 、それぞれの実行時に主として駆動される電子デバイス内のモジュールは異なると考 えられる。
[0025] 熱分布予測部は、電子デバイスが実行する処理の内容に対応して、電子デバイス の予測される熱分布状態を定義したデータ (以下、「熱分布相関データ」と呼ぶ)に基 づいて熱分布を予測してもよい。すなわち、電子デバイスが実行すべき処理の内容 に応じて、この熱分布相関データ力 該当する予測情報を読み出すことにより、熱分 布を予測してもよい。
[0026] 本発明の別の態様も電子デバイス冷却装置である。この装置は、電子デバイスの 表面に対向するよう近接配置された複数の冷却ノズルを有するノズルユニットと、ノズ ルユニットに導入された冷媒に作用し、その冷却ノズルごとに当該冷媒を噴射せしめ る駆動ユニットと、電子デバイスの表面における熱分布状態を検知する熱分布検出 センサと、検知した熱分布状態に応じて、冷却すべき位置を特定し、特定した位置に 対応した冷却ノズルを選択するノズル選択部と、選択した冷却ノズルについて、駆動 ユニットにより冷媒を噴射せしめる噴射駆動制御部を備える。 [0027] 電子デバイスの表面の熱分布状態に応じて、駆動すべき冷却ノズルを選択する。 たとえば、発熱量が最も大きい箇所の近傍を噴射軸点とする冷却ノズルにより冷媒を 噴射せしめれば、他の冷却ノズルに比べて吸熱効果が高いと考えられる。これにより 、冷却ノズルの最適制御が実現される。
[0028] この装置は、検知した熱分布状態に応じて、選択した冷却ノズルの冷媒噴射時間 を計算する噴射時間計算部を更に備え、噴射駆動制御部は、選択した冷却ノズルに ついて、計算した冷媒噴射時間、駆動ユニットにより冷媒を噴射せしめてもよい。また 、この装置は、検知した熱分布状態に応じて、選択した冷却ノズルの冷媒噴射タイミ ングを計算する噴射タイミング計算部を更に備え、噴射駆動制御部は、選択した冷 却ノズルについて、計算した冷媒噴射タイミングに応じて、駆動ユニットにより冷媒を 噴射せしめてもよい。
[0029] なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明を方法、装置、システム、記録媒 体、コンピュータプログラムにより表現したものもまた、本発明の態様として有効である 発明の効果
[0030] 本発明によれば、電子デバイスを効果的に冷却することができる。
図面の簡単な説明
[0031] [図 1]電子デバイス表面に対して冷却ノズルを格子状に配置したときの熱伝達をコン ピュータシミュレーションにより計算した図である。
[図 2]電子デバイス冷却装置の機構を示す模式図である。
[図 3]電子デバイスの対向方向力も見た冷却ノズルの配置を示す図である。
[図 4]冷媒が空気である場合において電子デバイス冷却装置の使用状態を示す図で ある。
[図 5]冷媒が気体である場合における電子デバイス冷却装置の外観を示す図である [図 6]冷媒が液体である場合における電子デバイス冷却装置の外観を示す図である [図 7]電子デバイス冷却装置の取付の一例を示す図である。 [図 8]実施の形態 1における電子デバイス冷却装置の機能ブロック図である。
[図 9]実施の形態 2における電子デバイス冷却装置の機能ブロック図である。
[図 10]実施の形態 3における電子デバイス冷却装置の機能ブロック図である。
[図 11]ノズルマップ格納部のデータ構造図である。
[図 12]熱分布履歴情報格納部のデータ構造図である。
[図 13]熱分布相関データ格納部のデータ構造図である。
[図 14]実施の形態 1における熱分布の検出から冷媒の噴射までの過程を示すフロー チャートである。
[図 15]実施の形態 2における熱分布の検出から冷媒の噴射までの過程を示すフロー チャートである。
[図 16]実施の形態 3における電子デバイスの実行処理の検出から冷媒の噴射までの 過程を示すフローチャートである。
符号の説明
[0032] 100 電子デバイス冷却装置、 104 チャンバ一、 106 可動膜、 110 冷却ノズル 、 150 天井基板、 152 コネクタ、 160 噴射制御部、 162 ノズルマップ格納部、 1 64 脈流演算部、 166 熱分布履歴情報格納部、 168 噴射時間演算部、 170 熱 分布予測部、 172 熱分布相関データ格納部、 174 処理実行検出部、 178 熱分 布検出咅^ 180 ノス、ノレ選択咅^ 182 馬区動ユニット、 184 ノス、ノレユニット、 200 電 子デバイス、 246 温度センサ。
発明を実施するための最良の形態
[0033] CPUや DSPなどの電子デバイスの表面から発生する熱は、電子デバイス内の電 子部品や電子部品間を接続する導線に供給される電気エネルギーが熱エネルギー に変換されて放散されたものである。この熱は電子デバイスの表面力 均一に発生 するものではない。
[0034] 電子デバイスの表面を冷却するための技術としては、電動ファンによる空冷方式や 冷却水の循環による液冷方式があることは先述の通りである。これらの方式は、電子 デバイス表面力も発生した総熱量を排出することを主眼としたものであり、電子デバイ ス表面から発生する熱の偏在性に着目したものではな!/、。 [0035] 通常、空冷方式よりも液冷方式の方が冷却効果が高! 、。しかし、液冷方式にお!、て は、電子デバイスのチップパッケージと冷却モジュールが別体であるため、電子デバ イス表面力 発生した熱が冷却モジュールに伝導する上でインタフェース熱抵抗が 大きいという問題がある。冷却モジュールとチップパッケージとの接合部には、通常、 わずかな空気が入り込み、これが断熱材の役割を果たす。この空気が冷却モジユー ルによる吸熱を妨げる。接合部にグリースを塗布して、この空気を排除することにより 、吸熱効率はいくばくかは改善される。しかし、電子デバイスの高性能化に伴い、従 来の液冷方式の冷却も限界に近づきつつある感がある。
[0036] 本発明は、このような現状に鑑み、噴流冷却の原理を応用した新しいパラダイムの 電子デバイス冷却技術を提案するものである。
[0037] 実施の形態の説明に先立ち、噴流冷却の原理について説明する。
[0038] 噴流冷却は、局所的な熱伝達効率を大きく取ることができる冷却方法として知られ ている。この方法は、たとえば、切削加工など部分的に大きく発生する熱に対する冷 却方法として有効であり、冷媒を冷却ノズル力 噴射して発熱体に吹き付けることに より冷却する。噴射される冷媒の流れに対する垂直面の熱伝達は、噴流軸点を中心 にして、同心円上に広がる。
[0039] 噴流半径 r [m]、冷媒の熱伝導率 λ [W/mK]における熱伝達率 h [W/m ]は、
O f 0
[0040] (数 1)
= -Nu /r
O f 0 0
と表される。ここで、 Nuは、噴流半径 r [m]における平均ヌセルト数であり、これは、
0 0
[0041] (数 2)
Nu =1.25 -Pr°-45-Re°-45
0
と表される。 Prはプラントル数と呼ばれる定数であり、 Reはレイノルズ数である。 Reは、 以下の式で表される。
[0042] (数 3)
Re=u · d / V
0 0
ここで、 u [m/s]は、噴流の体積流量を冷却ノズル噴出口の断面積で割った代表速
0
度である。 d [m]は、噴出口の直径、 V [s/m2]は、流体の粘性を表す。 [0043] 図 1は、電子デバイス表面に対して格子状に配置された冷却ノズルカゝら冷媒を噴射 したときの熱伝達の様子をコンピュータシミュレーションにより計算した図である。同図 の濃い部分ほど熱伝達率が高い、すなわち、冷却効果が大きいことを示す。同図で は、濃い部分が、噴流軸点に対応する。すなわち、噴流冷却によれば、噴流軸点近 傍にぉ 、て高 、冷却効果が得られることが分かる。複数のプロセッサを含む電子デ バイスの場合には、電子デバイス表面からの発熱に局所性を生じやすい。このような 電子デバイスには、特に噴流冷却による冷却効果が高い。中でも、複数のプロセッサ を埋め込むことより、複数の処理を独立に並行処理する機能を有するチップのような 電子デバイスの場合には、そのチップにお!、て処理を実行して ヽるプロセッサが発 熱するため、結果として、チップの表面における発熱に局所性を生じやすい。このよう な場合には、そのチップに埋め込まれる各プロセッサの直上が噴流軸点に対応する ように冷却ノズルを配置すればよい。チップ内において、処理を実行中のプロセッサ と、処理を実行していないプロセッサとでは発熱量が異なる。このような場合、処理を 実行中のプロセッサの直上を噴流軸点とする冷却ノズルを選択的に駆動して、冷媒 を噴射せしめることにより、チップ全体を冷却するよりも効率的にチップを冷却するこ とがでさる。
[0044] 図 2は、本実施の形態における電子デバイス冷却装置 100の機構を示す模式図で ある。電子デバイス冷却装置 100には、主ノズル 110aや補助ノズル 110bがそれぞ れ複数個埋設される。電子デバイス冷却装置 100から電子デバイス 200の表面に冷 媒を噴射することにより、電子デバイス 200が冷却される。冷媒が液体である場合に は、電子デバイス 200の表面は防水用のケースで覆われる。主ノズル 110aと補助ノ ズル 110bは、同様の機構である。主ノズル 110aは、補助ノズル 110bよりも冷媒噴 出口が電子デバイス 200に近いため冷却効果が高い。電子デバイス 200の表面のう ち、あら力じめ高温になりやすい箇所が分力つている場合には、その箇所に主ノズル 110aが対応するように設置してもよ ヽ。冷却ノズル 110を電子デバイス冷却装置 10 0に高密度に実装する場合には、同図に示すように主ノズル 110aと互 ヽ違いに補助 ノズル 110bを埋設してもよ!/、。
[0045] 電子デバイス冷却装置 100は、シリコンカ卩ェ技術、いわゆる、マイクロ製造技術によ つて実現される。冷却ノズル 110は、 MEMS (Micro Electro Mechanical System)によ るメカ-カル駆動によって冷媒を噴射する。具体的には、冷媒供給路 102を介して冷 媒がチャンバ一 104に導入される。チャンバ一 104は冷媒を少量ながらも貯蔵するこ と〖こよりドライアウトを防止する。可動膜駆動部 108は、外部からの制御信号に応じて 可動膜 106を駆動する。可動膜 106はチャンバ一 104に溜められた冷媒を電子デバ イス 200に向けて押し出すことにより冷媒を噴射する。電子デバイス 200に噴射され た冷媒は図示しない冷媒回収孔に回収される。回収された冷媒はそのまま廃棄され てもよいし、循環して再び電子デバイス 200に噴射されてもよい。可動膜駆動部 108 は、外部から制御信号を受け、静電力や圧電素子、磁気などの力により可動膜 106 を駆動してもよ!/、。冷媒となる流体は空気などの気体でも水などの液体であってもよ い。冷媒が液体である場合には、冷媒の液滴を局所加熱して沸騰熱膨張させること により冷媒を噴射してもよい。
[0046] 図 3は、電子デバイスの対向方向力 見た図 2の主ノズル 110aおよび補助ノズル 1 10bの配列を示す図である。冷媒供給管 112は主ノズル 110aに冷媒を供給する。 冷媒供給管 112内の冷媒は、冷媒供給路 102を介してチャンバ一 104に導かれる。 補助ノズル 110bに冷媒を供給するための冷媒供給路(図示せず)も別に存在する。 同図に示すよう〖こ主ノズル 110aおよび補助ノズル 110bは互 、違いに配置されるた め、主ノズル 110aだけを配置するよりも噴射軸点が密になる。主ノズル 110aおよび 補助ノズル 110bは同図に示すように格子状に配置してもよいし、電子デバイスの特 定の箇所における冷却ノズルの配置が最密になるよう調整して配置してもよい。
[0047] 図 4は、電子デバイス冷却装置 100の使用状態を示す模式図である。ここでは、冷 媒が空気であり、電子デバイス冷却装置 100は単体のモジュールとして提供される場 合を示す。電子デバイス 200は、通常基板 220上に設置される。電子デバイス冷却 装置 100は、電子デバイス 200の上方に設置される。電子デバイス冷却装置 100を 駆動する電力は、基板 220から供給される。同図では、電子デバイス冷却装置 100 の上部カゝら外気が導入される。そして、電子デバイス冷却装置 100から電子デバイス 200に、先述の方法により空気が噴射される。
[0048] 図 5は、冷媒が空気である場合における電子デバイス冷却装置 100の使用状態を 示す模式図である。外気供給路 130は外部の空気を電子デバイス冷却装置 100〖こ 供給する。電子デバイス冷却装置 100はこの空気を電子デバイス 200に噴射する。 空気排出路 132は噴射されて温められた空気を排出する。外気供給路 130は、この 排出された空気を更に冷却して電子デバイス冷却装置 100に供給してもよい。
[0049] 図 6は、冷媒が水である場合における電子デバイス冷却装置 100の使用状態を示 す模式図である。ノッファ 140は、冷却水を貯蔵する。これにより、電子デバイス冷却 装置 100に供給すべき冷却水に不足が生じないようにする。液体供給路 134は冷却 水を電子デバイス冷却装置 100に供給する。電子デバイス冷却装置 100はこの冷却 水を電子デバイス 200に噴射する。電子デバイス 200の表面力も発生する熱により温 められた冷却水は帰還路 136を通って回収され、凝縮部 138に導かれる。この冷却 水の帰還は、既知の方法であるキヤビラリ一力を用いてもよいし、ポンプなどの動力 を用いてもよい。凝縮部 138は、帰還した冷却水を外気によって冷却する。冷却水は 、ノッファ 140を介して再び電子デバイス冷却装置 100に供給される。冷媒は、たと えば、アルコールなどの揮発性の高!、液体であってもよ!/、。
[0050] 液体供給路 134や帰還路 136などの液体が流れる経路を減圧し、電子デバイス 20 0の表面力も発生する熱で冷却水を気化させてもよい。帰還路 136にける液体は、キ ャピラリー力やポンプなどにより回収してもよい。冷媒が水のように熱容量が大きな液 体である場合には、液体として電子デバイス力も発生した熱を奪う。冷媒がアルコー ルのように揮発性の高!、液体であれば、電子デバイスから発生した熱を液体の気化 熱により奪う。本実施の形態においては、冷媒が気体か液体かで供給方法が異なる 力 冷媒の噴射に関しては同様である。
[0051] 図 7は、電子デバイス冷却装置 100の取付例について示す図である。電子デバイス 冷却装置 100は、天井基板 150により電子デバイス 200に対向するように設置される 。コネクタ 152は、電子デバイス冷却装置 100の電子デバイス 200に対する位置決め を行う。電子デバイス冷却装置 100を駆動する電力は基板 220からコネクタ 152、天 井基板 150を介して電子デバイス冷却装置 100に供給される。おなじぐ電子デバィ ス冷却装置 100に埋設される冷却ノズル 110の駆動に関する制御信号も基板 220か ら同様の経路を経て伝達される。電子デバイス冷却装置 100内に埋設される各可動 膜駆動部 108は、基板 220からの制御信号に基づいて可動膜 106を駆動し、冷媒を 噴射せしめる。電子デバイス 200の内部には熱分布状態を検出するための温度セン サ 246が各所に埋設される。
[0052] 図 8は電子デバイス冷却装置 100の機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは 、ハードウェア的には、コンピュータの CPUをはじめとする素子や機械装置で実現で き、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現される力 ここでは、そ れらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能 ブロックはハードウェア、ソフトウェアの糸且合せによって ヽろ 、ろなかたちで実現できる ことは、当業者には理解されるところである。
[0053] 噴射制御部 160は、冷却ノズル 110の制御を統合して行う。駆動ユニット 182は、 噴射制御部 160からの指示に応じて、冷却ノズル 110を含むノズルユニット 184を駆 動し冷媒を噴射せしめる。噴射制御部 160は、シャワーの様に、すべての冷却ノズル 110に対して同一の制御がなされるよう駆動ユニット 182を制御してもよい。噴流冷却 によれば、図 1に示したように噴流軸点近傍において高い冷却効果が得られる。特に 、冷却ノズル 110が電子デバイス冷却装置 100にお 、て密に埋設されて 、る場合や 、電子デバイス 200の表面力 発生する熱の局所性を予め想定して冷却ノズル 110 が配置される場合には、このような制御でも効果が大きい。制御がシンプルであるた め、低コストで実現できるメリットがある。実施の形態には、更にいくつかのバリエーシ ヨンがある。以下、図 8から図 10の各ブロック図を用いて典型的な 3つの実施の形態 について説明する。
[0054] 実施の形態 1 :
図 8により、電子デバイス 200の熱分布状態に応じて噴射制御部 160がノズルュ- ット 184を制御する場合について説明する。ノズルマップ格納部 162は、各冷却ノズ ル 110の配置に関するデータ(以下、「ノズルマップ」とよぶ)を格納する。具体的には 、各冷却ノズル 110の電子デバイス 200に対する座標情報を格納する。ノズルマップ 格納部 162のデータ構造にっ 、ては図 11に関連して後に詳述する。ノズル選択部 1 80は、冷却すべき箇所の近傍を噴射軸点とする冷却ノズル 110をノズルマップ格納 部 162が格納するノズルマップに基づいて選択する。 [0055] 熱分布検出部 178は、電子デバイス 200の表面の熱分布状態を検出する。電子デ バイス 200の各所に埋設される温度センサ 246により、熱分布検出部 178は、電子 デバイス 200の表面の熱分布状態を検出する。熱分布検出部 178は、定期的にこの 熱分布状態を検出する。噴射制御部 160は、熱分布検出部 178が検出した熱分布 状態に基づき、最も発熱量が大きい箇所を冷却するようノズル選択部 180に冷却ノズ ル 110の選択を指示する。ノズル選択部 180は、検出された熱分布状態と、ノズルマ ップ格納部 162に格納されるノズルマップに基づ!/、て、駆動すべき冷却ノズル 110を 選択する。噴射制御部 160は、この選択された冷却ノズル 110が冷媒を噴射するよう 駆動ユニット 182を制御する。
[0056] 噴射時間演算部 168は、冷却ノズル 110の冷媒噴射時間を計算する。電子デバィ ス 200の表面のうち発熱量が大き 、箇所に近!、冷却ノズル 110ほど冷媒を長時間噴 射することにより、より高い冷却効果を発揮できる。噴射制御部 160が、各冷却ノズル 110に繰り返し冷媒を噴射せしめるよう制御する場合には、各冷却ノズル 110の冷媒 噴射時間と、冷媒を噴射していない時間の時間比 (以下、「デューティ」とよぶ)を計 算してちよい。
[0057] 脈流演算部 164は、冷却ノズル 110の噴射する冷媒を脈流させるため、各冷却ノズ ル 110の制御方法を計算する。電子デバイス 200の表面のうち、発熱量の大きい箇 所に最も近い噴射軸点に対応する冷却ノズル 110から、冷媒を噴射させるとその噴 射軸点の近傍の温度は低下する。冷媒の噴射によって、噴射軸点近傍から発生して いた熱は冷媒が吸熱するが、この温められた冷媒は、噴射軸点の周りに放散される。 冷媒を噴射したその冷却ノズル 110の近傍の冷却ノズル 110から、一定の時間経過 後に更に冷媒を噴射させることにより、この周りに放散された冷媒をさらに外部に押し 出すように放散させることができる。同様に制御して、冷却ノズル 110から順次冷媒を 噴射せしめることにより冷媒の脈流を形成させれば、冷媒が吸熱した熱量を効果的 に排出できる。
[0058] たとえば、図 5や図 6に示したように、冷媒を回収する排熱孔がある場合には、この 吸熱した冷媒カ S排熱孔に向力うように制御してもよい。また、熱分布状態に関わらず 、すべての冷却ノズル 110を一斉に制御する場合であっても、電子デバイス 200の中 心力も外部や排熱孔に向かって冷媒が排出されるように制御してもよい。
[0059] 実施の形態 2 :
図 9により、電子デバイス 200の熱分布状態を予測して噴射制御部 160がノズルュ ニット 184を制御する場合について説明する。ここでは、熱分布履歴情報によって予 測を行う場合について説明する。図 9に示す機能ブロックで図 8に対応するものは同 様である。熱分布履歴情報格納部 166は、熱分布検出部 178が定期的に検出した 熱分布状態に関する情報をもとに、熱分布履歴情報を格納する。熱分布履歴情報 格納部 166のデータ構造については後に詳述する。熱分布予測部 170は、熱分布 履歴情報格納部 166に格納される熱分布履歴情報に基づ 、て、将来の熱分布状態 を予測する。たとえば、電子デバイス 200の表面のうち、発熱量が増大しつづけてい る箇所は、将来においては更に発熱する可能性が高いといえる。そのような箇所を前 もって冷却することにより、事前に発熱量が所定値を超える箇所が生じるのを防ぐよう 制御する。
[0060] 熱分布状態の予測は、たとえば、電子デバイス 200の表面の所定の箇所について 、過去数回検出された温度から、移動平均法により将来の温度を予測してもよい。噴 射制御部 160は、冷媒の噴射履歴情報を記録媒体に記録してもよい。この噴射履歴 情報とは、各冷却ノズル 110の冷媒噴射のタイミングゃ冷媒噴射時間につ 、ての情 報である。熱分布予測部 170は、冷媒の噴射履歴情報に鑑みて熱分布予測を行つ てもよい。たとえば、その近傍に冷媒を噴射しているにもかかわらず、発熱量が減少 傾向にない箇所には、さらに冷媒を噴射する必要がある。この場合には、対応する冷 却ノズル 110の冷媒噴射時間を更に延長したり、対象箇所近傍の複数の冷却ノズル 110から同時に冷媒を噴射させてもよい。また、その近傍に冷媒をほとんど噴射して V、な 、箇所にぉ 、て発熱量が増加して!/、る場合には、冷媒を短時間噴射させてみ て、温度変化の様子をみて次の制御を決めてもよい。これにより、短期的に発熱する 箇所と、定常的に発熱する箇所に応じて冷媒の噴射を調整できる。
[0061] 実施の形態 3 :
図 10により、電子デバイス 200の熱分布状態を予測して噴射制御部 160がノズル ユニット 184を制御する場合について説明する。ここでは、電子デバイス 200が実行 する処理の内容に応じて熱分布状態の予測を行う場合について説明する。図 10〖こ 示す機能ブロックで図 8、図 9に対応するものは同様である。処理実行検出部 174は 電子デバイス 200が実行する処理の内容を判断する。熱分布相関データ格納部 17 2は、電子デバイス 200が実行する処理の内容と、それにともなって予測される発熱 分布の予測データである熱分布相関データを格納する。この熱分布相関データは、 電子デバイス 200が実行する処理の内容と、それらの処理の実行による電子デバィ ス 200の表面の発熱分布をあらカゝじめ予測した熱分布予測情報をそれぞれ対応づ けて格納したコンピュータにて読み取り可能な記録媒体により提供される。このデー タは、電子デバイス 200が実行するコンピュータプログラムごとに提供されてもよい。 また、電子デバイス 100が実際に各処理を実行するときの電子デバイス 200の表面 における発熱分布に基づいて、熱分布相関データは適宜補正されてもよい。熱分布 相関データ格納部 172のデータ構造にっ 、ては後に詳述する。熱分布予測部 170 は、処理実行検出部 174により取得した電子デバイス 200の実行内容に対応する熱 分布相関データを熱分布相関データ格納部 172から取得することにより、電子デバ イス 200の各箇所の発熱量を予測する。
[0062] 次にデータ構造について説明する。
図 11は、ノズルマップ格納部 162のデータ構造を示す図である。ノズルマップ格納 部 162は、図 3に示したように、冷却ノズル 110の電子デバイス 200に対するノズルマ ップを格納する。ノズル ID欄 188は、各冷却ノズル 110を識別する ID番号であるノズ ル IDを示す。主補欄 183は、各冷却ノズル 110力 主ノズルか補助ノズルかを示す。 X座標欄 185は、各冷却ノズル 110の X座標を示す。 Y座標欄 186は、各冷却ノズル 110の Y座標を示す。ここでいう座標とは、対向する電子デバイス 200を基準とした座 標である。同図では、電子デバイス 200の中心座標を (0, 0)とし、(一 50, 50)、 (50 ,—50)、(一 50, 50)、 (50, 50)を 4頂点として冷却ノズル 110が格子状に配置され ている。同図によれば、たとえば、ノズル IDが「03」の冷却ノズル 110は、主ノズルで あり、その座標は (一 30,—50)である。
[0063] 図 12は、熱分布履歴情報格納部 166のデータ構造を示す図である。熱分布履歴 情報格納部 166は、熱分布検出部 178が定期的に検出した電子デバイス 200の表 面の熱分布状態を熱分布履歴情報として格納する。先述のように電子デバイス 200 の複数の箇所に埋設された温度センサ 246が、電子デバイス 200の表面の熱分布 状態を検出する。これに対応して、電子デバイス 200の表面にはいくつかの温度検 出位置が設定される。位置 ID欄 190は、この温度検出位置を識別するための ID番 号である位置 IDを示す。 X座標欄 192は、温度検出位置の X座標を示す。 Y座標欄 194は、温度検出位置の Y座標を示す。ここでいう座標とは、対向する電子デバイス 200を基準とした座標である。時刻 tl欄 196は、熱分布検出部 178が定期的に取得 する熱分布情報のうち、前回取得した各温度検出位置における温度 (°C)を示す。時 刻 t2欄 198は、前々回取得した各温度検出位置における温度を示す。このように、 時刻 tl欄 196—時刻 tlO欄 208の各欄は、各温度検出位置における温度を示す。
[0064] たとえば位置 IDが「01」の温度検出位置の座標は(一 50,—50)である。そして、そ の位置の温度は、 · ' · 50. 0°C、 60. 0°C、 68. 5°Cのように急上昇している。したがつ て、図 9の熱分布予測部 170は、座標 (一 50,—50)の温度は更に上昇する可能性が 高いと予測する。ノズル選択部 180は、この位置 ID「01」の近傍を噴射軸点とする冷 却ノズル 110をノズルマップ格納部 162に格納されるノズルマップ力も検索する。図 1 1によれば、ノズル ID「01」の冷却ノズル 110 (主ノズル)の噴射軸点がちょうど対応し ているため、噴射制御部 160は、この冷却ノズル 110から重点的に冷媒が噴射される よう制御する。
[0065] 図 13は、熱分布相関データ格納部 172のデータ構造を示す図である。熱分布相 関データ格納部 172は、電子デバイス 200が実行する処理の内容ごとの熱分布相関 データを格納する。処理 ID欄 230は、電子デバイス 200が実行する処理の内容を識 別するための ID番号である処理 IDを示す。位置 ID01欄 232は、図 12の位置 ID欄 190に示す位置 ID「01」についての温度予測情報を示す。同様に、位置 ID02欄 23 2—位置 ID36欄 244も、各位置 IDにおける予測温度情報を示す。ここで「A」とある のは、処理に伴って高温になることが予測される箇所であることを示す。「B」は、「A」 ほどではないにしろ温度上昇が予測される箇所であり、「C」は、有意な温度上昇がな いと予測される箇所であることを示す。
[0066] たとえば、処理 ID「0004」の処理が実行されると、位置 ID「02」および「03」に対応 する箇所が特に高温になることを示す。図 10の処理実行検出部 174は、電子デバィ ス 200が処理 ID「0004」の処理を実行または実行予定であると検出すると、熱分布 予測部 170は、熱分布相関データ格納部 172が格納する熱分布相関データから対 応するデータを取得する。図 13より、処理 ID「0004」の処理の実行にともない、位置 ID「02」および「03」が特に高温になると予測される。ノズル選択部 180は、ノズルマ ップ格納部 162にアクセスして、この位置 ID「02」および「03」の近傍を噴射軸点とす る冷却ノズル 110を選択する。そして、噴射制御部 160は所定のタイミングで、この選 択した冷却ノズル 110に冷媒を噴射せしめるよう制御する。熱分布予測部 170は、電 子デバイス 200が実行する処理の内容に応じてあら力じめ温度上昇が見込まれる箇 所を予測するので、事前にその箇所を冷却しておくことができる。熱分布相関データ は、冷却すべき電子デバイス 200に応じて予めユーザにより設定されてもよい。ある いは、アプリケーションソフトウェアが自らの熱分布相関データを有してもよい。この場 合、そのアプリケーションソフトウェアのインストールに伴って、この熱分布相関データ が熱分布相関データ格納部 172に格納されてもょ 、。
[0067] 実施の形態として 1から 3をそれぞれ示した力 これらは互いに組み合わされて実施 されてもよい。たとえば、通常は、すべての冷却ノズル 110から同時に冷媒が噴射さ れるように制御するが、熱分布検出部 178が熱分布の偏りを検出するとそれに対応し て、各冷却ノズル 110を個別に制御する方式に切り換えることとしてもよい。また、噴 射制御部 160は、熱分布検出部 178が検出した熱分布の情報と熱分布予測部 170 が予測した熱分布の情報の両方に基づ 、て、ノズルユニット 184を制御してもよ 、。 その予測は、熱分布履歴情報に基づいてもよいし、熱分布相関データに基づいても よいし、その両方に基づいてもよい。熱分布相関データは、熱分布検出部 178が検 出した熱分布状態に基づいて、適宜修正されてもよい。これによつて、熱分布相関デ ータはさらに精度が高くなる。これらのさまざまな組み合わせが本発明の範囲に含ま れることは当業者には理解されるところである。
[0068] 図 14は、実施の形態 1について、熱分布の検出から冷媒の噴射までの過程を示す フローチャートである。図 8と対応して説明する。まず、熱分布検出部 178は、電子デ バイス 200の表面の熱分布状態を検出する(S10)。噴射制御部 160は、この検出し た熱分布状態に応じて冷却すべき箇所を特定する(S12)。ノズル選択部 180は、噴 射制御部 160の指示を受け、ノズルマップ格納部 162が格納するノズルマップに基 づいて、冷媒を噴射すべき冷却ノズル 110を特定する(S 14)。噴射時間演算部 168 は、噴射制御部 160からの指示を受け、冷媒噴射のデューティを決定する(S 16)。 噴射時間演算部 168は冷媒を噴射するタイミングも決定する。前述のように、冷媒が 脈流を形成するよう制御する場合には(S18の Y)、脈流演算部 164は、その制御の ために冷却ノズル 110を駆動するタイミングの演算を行う(S20)。噴射制御部 160は 、駆動ユニット 182に所定の冷却ノズル 110をこれらの演算に基づいて駆動するよう 指示する(S22)。
[0069] 図 15は、実施の形態 2について、熱分布の検出から冷媒の噴射までの過程を示す フローチャートである。図 9と対応して説明する。熱分布検出部 178は、電子デバイス 200の表面の熱分布状態を検出し (S 10)、熱分布履歴情報格納部 166に熱分布履 歴情報を記録する(S24)。熱分布予測部 170は、この熱分布履歴情報格納部 166 が格納する熱分布履歴情報をもとに将来の熱分布を予測する(S26)。以降は、図 1 4と同様である。
[0070] 図 16は、実施の形態 3について、電子デバイス 200が実行する処理の検出から冷 媒の噴射までの過程を示すフローチャートである。図 10に対応して説明する。まず、 処理実行検出部 174は、電子デバイス 200が実行する処理を検出する(S28)。熱分 布予測部 170は、熱分布相関データ格納部 172が格納する熱分布相関データをも とに、熱分布を予測する(S30)。以降は、図 14と同様である。
[0071] 以上、実施の形態においては、熱分布に偏りを生じる電子デバイスの冷却を噴流 冷却により低い熱抵抗で実現できる。発熱量が大きい箇所、発熱量が大きくなると予 測される箇所に対応して冷媒の噴射を制御するので、電子デバイスの表面の温度を 均一化できる。これにより、電子デバイス内における、特に、トランジスタ等の半導体 素子が高温になり異常動作する事態を回避する上で効果がある。ひいては、電子デ バイスそのものの耐久性や処理の信頼性を高める効果がある。
[0072] 電子デバイスの必要な箇所だけを冷却するように制御できるため、噴射に使用する 冷媒の量や噴射に要する電力を抑制できる。また、電子デバイス冷却装置に冷媒を 供給するシステムや、使用した冷媒を回収するシステムについては、従来の空冷方 式や液冷方式において使用されてきた技術をそのまま用いることができる。温度セン サが検出した熱分布状態をもとにフィードバック制御を行えば、電子デバイス冷却装 置だけで自律的な温度制御を実現することも可能である。電動ファンなどの放熱機 構と連携してさらに高度な温度制御を行うことも可能である。
[0073] 以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施の形態に限 定されることなぐそのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。
[0074] そうした変形例として、冷媒の温度に応じて、電動ファンと冷媒噴射の 、ずれを重 点的に使うべきかを選択的に制御してもよい。たとえば、電子デバイスの熱によって 冷媒が温まっているときには、温まった冷媒が冷却されるまで、電動ファンによる冷却 にシフトするように制御してもよい。あるいは、電子デバイスが全体的に発熱している ときには、電動ファンによる冷却を行い、電子デバイスの発熱が局所性を有する場合 には、冷媒噴射を行うように制御してもよい。
[0075] また、冷媒の噴射履歴、熱分布履歴情報、熱相関データ、熱分布情報に基づいて 、効果的な冷却ノズルの制御方法を装置が学習できてもよい。主ノズルと補助ノズル とで冷媒の種類は別であってもよ!/、。
産業上の利用可能性
[0076] 本発明は、電子機器を制御する電子デバイスを冷却するための技術として応用で きる。

Claims

請求の範囲
[1] 電子デバイスの表面に対向するよう近接配置された複数の冷却ノズルを有するノズ ノレユニットと、
前記ノズルユニットに導入された冷媒に作用し、当該冷媒を前記冷却ノズルから噴 射せしめる駆動ユニットと、
前記駆動ユニットによる噴射駆動能力を制御する噴射駆動制御部と、
を備えることを特徴とする電子デバイス冷却装置。
[2] 前記ノズルユニットは、主ノズル群と副ノズル群を備え、
前記主ノズル群と前記副ノズル群はともに、格子状に配置された複数の冷却ノズル を有し、
前記主ノズル群と前記副ノズル群は前記電子デバイスの表面に水平な方向にぉ ヽ ては、それぞれのノズル群をずらして配置したことを特徴とする請求項 1に記載の電 子デバイス冷却装置。
[3] 前記主ノズル群と前記副ノズル群は前記電子デバイスの表面に垂直な方向にぉ ヽ ては段違いに置かれることを特徴とする請求項 2に記載の電子デバイス冷却装置。
[4] 前記電子デバイスの表面における熱分布状態を検知する熱分布検出センサを更 に備え、
前記噴射駆動制御部は、前記検知した熱分布状態に応じて、前記駆動ユニットを 制御することを特徴とする請求項 1に記載の電子デバイス冷却装置。
[5] 前記噴射駆動制御部は、更に、前記検知した熱分布状態に応じて、前記駆動ュニ ットが前記冷却ノズルに冷媒を噴射せしめる冷媒噴射時間を制御することを特徴とす る請求項 4に記載の電子デバイス冷却装置。
[6] 前記噴射駆動制御部は、最も冷却した ヽ位置に対応する冷却ノズルから所期の方 向に向けて順に冷却ノズルを噴射せしめるよう前記駆動ユニットを制御することを特 徴とする請求項 1から 5のいずれかに記載の電子デバイス冷却装置。
[7] 前記噴射駆動制御部は、前記所期の方向に向けて冷媒の脈流を形成させるよう前 記駆動ユニットを制御することを特徴とする請求項 6に記載の電子デバイス冷却装置
[8] 前記噴射駆動制御部は、前記形成した冷媒の脈流を、排熱孔に向力 よう、前記 駆動ユニットを制御することを特徴とする請求項 7に記載の電子デバイス冷却装置。
[9] 前記電子デバイスの表面における熱分布状態を予測する熱分布予測部を更に備 え、
前記噴射駆動制御部は、前記予測した熱分布状態に応じて、前記駆動ユニットを 制御することを特徴とする請求項 1から 4のいずれかに記載の電子デバイス冷却装置
[10] 前記熱分布予測部は、前記電子デバイスが実行すべき内容に応じて、前記熱分布 状態を予測することを特徴とする請求項 9に記載の電子デバイス冷却装置。
[11] 電子デバイスの表面に対向するよう近接配置された複数の冷却ノズルを有するノズ ノレユニットと、
前記ノズルユニットに導入された冷媒に作用し、前記冷却ノズルごとに当該冷媒を 噴射せしめる駆動ユニットと、
前記電子デバイスの表面における熱分布状態を検知する熱分布検出センサと、 前記検知した熱分布状態に応じて、冷却すべき位置を特定し、前記特定した位置 に対応した冷却ノズルを選択するノズル選択部と、
前記選択した冷却ノズルにっ 、て、前記駆動ユニットにより冷媒を噴射せしめる噴 射駆動制御部と、
を備えることを特徴とする電子デバイス冷却装置。
[12] 前記検知した熱分布状態に応じて、前記選択した冷却ノズルの冷媒噴射時間を計 算する噴射時間計算部を更に備え、
前記噴射駆動制御部は、前記選択した冷却ノズルについて、前記計算した冷媒噴 射時間、前記駆動ユニットにより冷媒を噴射せしめることを特徴とする請求項 11に記 載の電子デバイス冷却装置。
[13] 前記検知した熱分布状態に応じて、前記選択した冷却ノズルの冷媒噴射タイミング を計算する噴射タイミング計算部を更に備え、
前記噴射駆動制御部は、前記選択した冷却ノズルについて、前記計算した冷媒噴 射タイミングに応じて、前記駆動ユニットにより冷媒を噴射せしめることを特徴とする請 求項 11に記載の電子デバイス冷却装置。
[14] 複数の冷却ノズルに冷媒が導入されるよう冷媒導入機構を制御するステップと、 前記冷却ノズルに近接配置された電子デバイスの表面に、前記冷媒を導入された 冷却ノズルから冷媒を噴射せしめるよう冷媒噴射機構を制御するステップと、 を含むことを特徴とする電子デバイス冷却方法。
[15] 複数の冷却ノズルに冷媒が導入されるよう冷媒導入機構を制御するステップと、 電子デバイスの表面における熱分布状態を熱センサの出力値により検知するステ ップと、
前記検知した熱分布状態に応じて、前記電子デバイスの表面の冷却すべき位置を 特定するステップと、
冷却ノズルの配置に関するデータに基づ 、て、前記特定した位置に対応した冷却 ノズルを選択するステップと、
前記選択した冷却ノズルから冷媒を噴射せしめるよう冷媒噴射機構を制御するステ ップと、
を含むことを特徴とする電子デバイス冷却方法。
[16] 前記検知した熱分布状態に応じて、前記選択した冷却ノズルの冷媒噴射時間を計 算するステップを更に含むことを特徴とする請求項 15に記載の電子デバイス冷却方 法。
[17] 前記検知した熱分布状態に応じて、前記選択した冷却ノズルの冷媒噴射タイミング を計算するステップを更に含むことを特徴とする請求項 15に記載の電子デバイス冷 却方法。
[18] 複数の冷却ノズルに冷媒が導入されるよう冷媒導入機構を制御する機能と、
前記冷却ノズルに近接配置された電子デバイスの表面に、前記冷媒を導入された 冷却ノズルから冷媒を噴射せしめるよう冷媒噴射機構を制御する機能と、
をコンピュータに発揮させることを特徴とする電子デバイス冷却制御プログラム。
[19] 複数の冷却ノズルに冷媒が導入されるよう冷媒導入機構を制御する機能と、
電子デバイスの表面における熱分布状態情報を熱センサの出力値により取得する 機能と、 前記取得した熱分布状態情報に応じて、前記電子デバイスの表面の冷却すべき位 置を特定する機能と、
冷却ノズルの配置に関するデータに基づ 、て、前記特定した位置に対応した冷却 ノズルを選択する機能と、
前記選択した冷却ノズルから冷媒を噴射せしめるよう冷媒噴射機構を制御する機 能と、
をコンピュータに発揮させることを特徴とする電子デバイス冷却制御プログラム。
[20] 前記取得した熱分布状態情報に応じて、前記選択した冷却ノズルの冷媒噴射時間 を計算する機能を更に備え、
前記冷媒噴射機構は、前記計算した冷媒噴射時間に応じて冷媒を噴射せしめるよ う制御されることを特徴とする請求項 19に記載の電子デバイス冷却制御プログラム。
[21] 前記取得した熱分布状態情報に応じて、前記選択した冷却ノズルの冷媒噴射タイ ミングを計算する機能を更に備え、
前記冷媒噴射機構は、前記計算した冷媒噴射タイミングに応じて冷媒を噴射せし めるよう制御されることを特徴とする請求項 19に記載の電子デバイス冷却制御プログ ラム。
[22] コンピュータにて読取可能な記録媒体であって、
複数の冷却ノズルに冷媒が導入されるよう冷媒導入機構を制御する機能と、 前記冷却ノズルに近接配置された電子デバイスの表面に、前記冷媒を導入された 冷却ノズルから冷媒を噴射せしめるよう冷媒噴射機構を制御する機能と、
をコンピュータに発揮させることを特徴とする電子デバイス冷却制御プログラムを格 納した記録媒体。
[23] コンピュータにて読み取り可能な記録媒体であって、
複数の冷却ノズルに冷媒が導入されるよう冷媒導入機構を制御する機能と、 電子デバイスの表面における熱分布状態情報を熱センサの出力値により取得する 機能と、
前記取得した熱分布状態情報に応じて、前記電子デバイスの表面の冷却すべき位 置を特定する機能と、 冷却ノズルの配置に関するデータを記録媒体力 検索することにより、前記特定し た位置に対応した冷却ノズルを選択する機能と、
前記選択した冷却ノズルから冷媒を噴射せしめるよう冷媒噴射機構を制御する機 能と、
をコンピュータに発揮させることを特徴とする電子デバイス冷却制御プログラムを格 納した記録媒体。
[24] 前記取得した熱分布状態情報に応じて、前記選択した冷却ノズルの冷媒噴射時間 を計算する機能を更に備え、
前記冷媒噴射機構は、前記計算した冷媒噴射時間に応じて冷媒を噴射せしめるよ う制御されることを特徴とする請求項 23に記載の電子デバイス冷却制御プログラムを 格納した記録媒体。
[25] 前記取得した熱分布状態情報に応じて、前記選択した冷却ノズルの冷媒噴射タイ ミングを計算する機能を更に備え、
前記冷媒噴射機構は、前記計算した冷媒噴射タイミングに応じて冷媒を噴射せし めるよう制御されることを特徴とする請求項 23に記載の電子デバイス冷却制御プログ ラムを格納した記録媒体。
[26] コンピュータにて読み取り可能な記録媒体であって、
電子デバイスが実行する処理の内容と、
前記処理の実行による前記電子デバイス表面の発熱分布をあらカゝじめ予測した熱 分布予測情報と、
をそれぞれ対応づけて格納した記録媒体。
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