JP2008124458A - 空気／流体冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 空気／流体冷却システムを提供すること。
【解決手段】 本発明は、空気／流体冷却システムである。１つの実施形態においては、熱発生デバイスから熱を放散させるための装置は、熱発生デバイスと熱的結合するように構成された第１の側面を有するベースと、ベースに結合され、空気により熱の少なくとも一部を放散させるための空気ベースの冷却経路と、ベースに結合され、流体により熱の少なくとも一部を放散させるための流体ベースの冷却経路と、を含む。空気ベースの冷却経路及び流体ベースの冷却経路は、同時に又は個々に動作して、熱発生デバイスから熱を放散させることができ、及び、例えば保守、修理、並びにアップグレードのために冷却システムへのクセスを可能にすることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明は、空気／流体冷却システムである。１つの実施形態においては、熱発生デバイスから熱を放散させるための装置は、熱発生デバイスと熱的結合するように構成された第１の側面を有するベースと、ベースに結合され、空気により熱の少なくとも一部を放散させるための空気ベースの冷却経路と、ベースに結合され、流体により熱の少なくとも一部を放散させるための流体ベースの冷却経路と、を含む。空気ベースの冷却経路及び流体ベースの冷却経路は、同時に又は個々に動作して、熱発生デバイスから熱を放散させることができ、及び、例えば保守、修理、並びにアップグレードのために冷却システムへのクセスを可能にすることができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、一般に、マイクロプロセッサ及び集積回路に関し、より特定的には集積回路（ＩＣ）チップの冷却に関する。
近年、より高性能のマイクロプロセッサ・チップの発展が目覚ましい。この発展は、言い換えると、チップの性能が高ければ高いほど動作中に発生する熱が多くなる傾向があるため、チップから熱を排出する（例えばヒートシンクなどの）高性能の冷却システムに関心が向けられている。この熱を適切に放散しなければ、チップは故障する可能性が高い。
マイクロプロセッサ・チップから熱を排出する２つの一般的なシステムは、チップから熱を取り除くための移送手段として空気又は流体のいずれかを用いる。これら両方のシステムは良好に動作するが、双方とも幾つかの欠点を生じる。例えば、空気ベースの冷却システムは、やや大きくかつ騒々しい傾向があり、（例えば１００Ｗ／ｃｍ２を超えるような）高い出力密度を有するチップは、空気ベースのシステムを用いて冷却するのは難しい。流体冷却システムは、空気ベースのシステムより典型的には小さく、静かで、より効率的であるが、より複雑でもあり、実施及び維持により費用がかかる。さらに、漏れの危険性が、流体ベースのシステムの一般的受容性を遅らせている。
空気冷却は、殆どの低価格及び中程度のコンピュータ及びサーバシステムにおけるデフォルトの冷却方法である。空気冷却は、典型的には、あらゆる環境で動作し、配管工事の複雑さなしで、サーバの柔軟な取り付け及び取り扱いを可能にするため、製造業者に好まれている。しかしながら、多くのサーバを用いるデータ・センターでは、空気冷却システムは特に大きい熱負荷を受ける傾向がある。したがって、データ・センター環境においては、より効果的な冷却方法であるだけでなく、さらにパワー及びインフラストラクチャの観点からも費用がかからない流体冷却を付加的に提供するという選択肢を有することが有利である。
したがって、空気、流体、又はその両方により、熱発生デバイスから熱を選択的に放散させることが可能な冷却システムの必要性がある。
本発明は、空気／流体冷却システムである。１つの実施形態においては、熱発生デバイスから熱を放散させるための装置は、熱発生デバイスと熱的結合するように構成された表面を有するベースと、ベースに結合され、空気により熱の少なくとも一部を放散させるための空気ベースの冷却経路と、ベースに結合され、流体により熱の少なくとも一部を放散させるための流体ベースの冷却経路と、を含む。空気ベースの冷却経路及び流体ベースの冷却経路は、同時に又は個々に動作して、熱発生デバイスから熱を放散させることができ、及び、例えば保守、修理、並びにアップグレードのために冷却システムにアクセスすることを可能にすることができる。
上に挙げられた本発明の実施形態の方法を実現し、詳細に理解できるように、上で簡単に要約された本発明のより具体的な説明を、添付図面に示される実施形態を参照して得ることができる。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態を示すにすぎず、したがって本発明の範囲を限定するものではなく、本発明に関して他の同等の効果的な実施形態を認めることができる。
理解を容易にするように、可能である場合には、同一の参照番号が図面に共通な同一の要素を示すのに用いられる。
１つの実施形態においては、本発明は（例えばマイクロプロセッサ・チップのような）熱発生デバイスから熱を放散させるのに用いられる空気／流体冷却システムである。本発明の実施形態は「水補助」又は「流体補助」冷却と呼ぶことができる。本発明の実施形態は、チップから熱を取り除くために空気と流体の両方を利用し、それによって冷却システムの冷却効果を最大にする。さらに、万一冷却システムの空気又は流体部品の１つが故障した場合には、第２の部品が予備として働いて、冷却システムの動作を継続させることができる。
図１は、本発明による空気／流体冷却システム１００の１つの実施形態を示す断面図である。示されるように、冷却システム１００はマイクロプロセッサ・チップ１０２又は他の熱発生デバイスから熱を放散させるように配置することができる。
冷却システム１００は、ベース１０４と、複数のフィン１０６１〜１０６ｎ（以下、集合的に「フィン１０６」と呼ばれる）と、少なくとも１つの流体チャネル１０８１〜１０８ｎ（以下、集合的に「流体チャネル１０８」と呼ばれる）と、を含む。
ベース１０４は、（例えば、図示されていないが、熱界面を介して）チップ１０２と直接熱的接触をするように構成されている。このために、ベース１０４は、少なくとも、チップ１０２と接触するように適合された第１の比較的平坦な表面１０４ａを含む。１つの実施形態においては、ベース１０４は、熱伝導材料のソリッド・ブロック、例えば銅、アルミニウム、ダイアモンド、炭化ケイ素、クロム、ニッケル、鉄、又はこれらの材料の組み合わせを含む。別の実施形態においては、ベースは熱パイプ（図示せず）又は、部分的に水又は他の一般的な二相材料で満たされるベース１０４の中空内側部分からなる蒸気チャンバ１１０を含む。
１つの実施形態においては、フィン１０６は、ベース１０４の第２の比較的平坦な表面１０４ｂ（すなわち、第１の比較的平坦な表面１０４ａと反対側に配置されている）に結合され、ベース１０４に対して実質的に垂直の方向に配置されている。他の実施形態においては、フィン１０６は、ベース１０４の第１の比較的平坦な表面１０４ａに結合されてもよいし、又はベース１０４の側面に結合されてもよい。フィン１０６は、フィン１０６の各々の対の間に空間が形成されるように、ベース１０４の長さに沿って互いに離間されている。
流体チャネル１０８は、ベース１０４に隣接して配置されており、１つの実施形態においては、流体チャネル１０８は、２つのフィン１０６の間に配置される。１つの実施形態においては、流体チャネル１０８は、例えばはんだ又はポリマー接着剤によって、ベース１０４に取り付けられる。流体チャネル１０８は、実質的に管状の形状であり、流体がその中を通って循環するように適合されている。このために、各々の流体チャネル１０８は、入口１０８ａ及び出口１０８ｂを含む。流体は入口１０８ａから流体チャネル１０８を通って出口１０８ｂに循環し、循環流体に伝えられた熱は、流体が流体チャネル１０８を出るときに冷却システム１００から外に運ばれる。１つの実施形態においては、流体チャネル１０８は金属からなる。１つの実施形態においては、流体チャネル１０８を通って循環する流体は、水性冷却剤、高圧空気、加圧空気、蒸気、過フッ化炭化水素、炭化水素、ヘリウム、水素、酸素、窒素、二酸化炭素、又は冷凍剤を含む。
動作中、熱は熱界面を介してチップ１０２からベース１０４に伝えられる。ベース１０４は次いで、熱をフィン１０６及び流体チャネル１０８に分散させる。フィン１０６に伝えられた熱は次いで、空気により（すなわち、図示されていないが、１つ又は複数のファンの補助により）冷却システム１００から放散され、流体チャネル１０８に伝えられた熱はその中に配置された流体により放散される。１つの実施形態においては、空気冷却経路及び流体冷却経路は、チップ１０２から熱を放散させるために同時に実施される。別の実施形態においては、空気冷却経路及び流体冷却経路のうちの一方だけが所与の時間に実施される。本実施形態においては、冷却システム１００は、冷却されるデバイスの動作中に（すなわち、動作の中断なしで）、一方の冷却経路の使用から他方の使用へと移行することができる。
冷却システム１００は、このようにマイクロプロセッサ・チップ及び他の熱発生デバイスの高性能の冷却を提供する。空気冷却及び流体冷却の両方を提供することによって、熱発生デバイスからの熱の放散は、既存のヒートシンク技術を用いて可能であるより迅速かつ効果的に成し遂げることができる。さらに、２つの冷却経路（すなわち、１つは空気、１つは流体）を備えることにより、冷却経路の一方の動作中に他方を取り外す又は分離することが可能になる。これは、例えば、保守及び修理目的に、部品のホット・スワップに、又は冷却経路の一方が故障したときに有利である。さらに、流体チャネルに金属を用いることにより、流体がチップ１０２に漏れる可能性が少なくなる。特に、（１つの実施形態においては、完全に冷却システム１００の外側に位置する）連結部以外の場所において、冷却システム１００から流体が漏れる可能性が大いに減少するため、漏れによりチップが故障するリスクが減少する。
図２は、本発明による空気／流体冷却システム２００の第２の実施形態を示す断面図である。冷却システム１００と同様に、冷却システム２００は、マイクロプロセッサ・チップ２０２又は他の熱発生デバイスから熱を放散させるように配置することができる。
ここでも冷却システム１００と同様に、冷却システム２００はベース２０４と、複数のフィン２０６１〜２０６ｎ（以下、集合的に「フィン２０６」と呼ばれる）と、少なくとも１つの流体チャネル２０８１〜２０８ｎ（以下、集合的に「流体チャネル２０８」と呼ばれる）と、を含む。
ベース２０４は、（例えば、図示されていないが、熱界面を介して）チップ２０２と直接熱的接触をするように構成されている。このために、ベース２０４は、少なくとも、チップ２０２と接触するように適合された第１の比較的平坦な表面２０４ａを含む。１つの実施形態においては、ベース２０４は、熱伝導材料のソリッド・ブロック、例えば銅、アルミニウム、ダイアモンド、炭化ケイ素、クロム、ニッケル、鉄、又はこれらの材料の組み合わせを含む。別の実施形態においては、ベースは熱パイプ（図示せず）又は、部分的に水又は他の一般的な二相材料で満たされるベース２０４の中空内側部分からなる蒸気チャンバ１１０を含む。
１つの実施形態においては、フィン２０６は、ベース２０４の第２の比較的平坦な表面２０４ｂ（すなわち、第１の比較的平坦な表面２０４ａと反対側に配置されている）に結合され、ベース２０４に対して実質的に垂直の方向に配置されている。他の実施形態においては、フィン２０６は、ベース２０４の第１の比較的平坦な表面２０４ａに結合されてもよいし、又はベース２０４の側面に結合されてもよい。フィン２０６は、フィン２０６の各々の対の間に空間が形成されるように、ベース２０４の長さに沿って互いに離間されている。
流体チャネル２０８は、ベース２０４に隣接して配置されており、１つの実施形態においては、流体チャネル２０８は、２つのフィン２０６の間に配置される。１つの実施形態においては、各々の流体チャネル２０８は実質的にＵ字形状であり、入口２０８ａ及び出口２０８ｂを含む。例えば、図３は図２の冷却システム２００で用いられる流体チャネル２０８の１つの実施形態を示す斜視図である。このように、１つの実施形態においては、流体チャネル２０８は、入口２０８ａ及び出口２０８ｂの一方がベース２０４に隣接して配置され、入口２０８ａ及び出口２０８ｂの両方が実質的にフィン２０６とじかに接触して配置される。フィン２０６と流体チャネル２０８との間のこの密接な結合は、その間のより良好な熱結合を提供する。１つの実施形態においては、流体チャネル２０８は金属からなる。１つの実施形態においては、流体チャネル２０８を通って循環する流体は、水性冷却剤、高圧空気、加圧空気、蒸気、過フッ化炭化水素、炭化水素、ヘリウム、水素、酸素、窒素、二酸化炭素又は冷凍剤を含む。
流体チャネル２０８の形状及び位置決めによって、流体チャネル２０８を選択的に挿入及び取り外すことが可能になる。このように、図１の冷却システム１００とは異なり、冷却システム２００は、アップグレード可能であり、配置後に修正して、より多い又はより少ない流体チャネル２０８を含むことができる。
図４は、本発明による空気／流体冷却システム４００の第３の実施形態を示す断面図である。冷却システム１００及び２００と同様に、冷却システム４００は、マイクロプロセッサ・チップ４０２又は他の熱発生デバイスから熱を放散させるように配置することができる。
ここでも冷却システム１００及び２００と同様に、冷却システム４００はベース４０４と、複数のフィン４０６１〜４０６ｎ（以下、集合的に「フィン４０６」と呼ばれる）と、少なくとも１つの流体チャネル４０８１〜４０８ｎ（以下、集合的に「流体チャネル４０８」と呼ばれる）と、を含む。
ベース４０４は、（例えば、図示されていないが、熱界面を介して）チップ４０２と直接熱的接触をするように構成されている。このために、ベース４０４は、少なくとも、チップ４０２と接触するように適合された第１の比較的平坦な表面４０４ａを含む。１つの実施形態においては、ベース４０４は、熱伝導材料のソリッド・ブロック、例えば銅、アルミニウム、ダイアモンド、炭化ケイ素、クロム、ニッケル、鉄、又はこれらの材料の組み合わせを含む。別の実施形態においては、ベースは熱パイプ（図示せず）又は、部分的に水又は他の一般的な二相材料で満たされるベース１０４の中空内側部分からなる蒸気チャンバ４１０を含む。
１つの実施形態においては、フィン４０６は、ベース４０４の第２の比較的平坦な表面４０４ｂ（すなわち、第１の比較的平坦な表面４０４ａと反対側に配置されている）に結合され、ベース４０４に対して実質的に垂直の方向に配置されている。他の実施形態においては、フィン４０６は、ベース４０４の第１の比較的平坦な表面４０４ａに結合されてもよいし、又はベース４０４の側面に結合されてもよい。フィン４０６は、フィン４０６の各々の対の間に空間が形成されるように、ベース４０４の長さに沿って互いに離間されている。
流体チャネル４０８は、ベース４０４に隣接して配置されており、１つの実施形態においては、流体チャネル４０８は、ベース４０４の第１の比較的平坦な表面４０４ａ（すなわち、チップ４０２が結合されているベースの同じ側の面）に結合されている。１つの実施形態においては、各々の流体チャネル４０８は、実質的に管状の形状であり、入口４０８ａ及び出口４０８ｂを含む。１つの実施形態においては、流体チャネル４０８は、はんだ蝋付け、熱伝導性ポリマー、又は別の好適な接着方法の少なくとも１つを用いてベース４０４に取り付けられる。流体チャネル４０８をベース４０４に取り付けるのに用いられる方法は、流体チャネル４０８とベース４０４との間で、機械的支持及び効果的な熱的接触の両方を提供する。
さらに別の実施形態においては、ベース４０４の第１の比較的平坦な表面４０４ａは、流体チャネル４０８の第１の壁４１２１を含み、流体チャネル４０８の第２の４１２２、第３の４１２３、及び第４の４１２４の壁のうちの少なくとも１つは可撓性のある材料からなる。このことによって、（幾つの実施形態においては、蒸気チャンバ４１０を含む）ベース４０４を、プロセッサ及びその他の部品（図示せず）を保持するカードに密に近接して配置することが可能になる。すなわち、流体チャネル４０８の第２の４１２２、第３の４１２３、及び第４の４１２４の壁は、カード上の突き出る部品に対して曲がることができ、依然として、ベース４０４に非常に近接して接触する状態で流体がその中を流れることを可能にする。１つの実施形態においては、流体チャネル４０８は金属からなる。１つの実施形態においては、流体チャネル４０８を通って循環する流体は、水性冷却剤、高圧空気、加圧空気、蒸気、過フッ化炭化水素、炭化水素、ヘリウム、水素、酸素、窒素、二酸化炭素又は冷凍剤を含む。
図５は、本発明による空気／流体冷却システム５００の第４の実施形態を示す断面図である。示されるように、冷却システム５００はマイクロプロセッサ・チップ５０２又は他の熱発生デバイスから熱を放散させるように配置することができる。
冷却システム５００は、ベース５０４と、複数のフィン５０６１〜５０６ｎ（以下、集合的に「フィン５０６」と呼ばれる）と、少なくとも１つの流体冷却器５０８と、を含む。
ベース５０４は、（例えば、図示されていないが、熱界面を介して）チップ５０２と直接熱的接触をするように構成されている。このために、ベース５０４は、少なくとも、チップ５０２と接触するように適合された第１の比較的平坦な表面５０４ａを含む。１つの実施形態においては、ベース５０４は、熱伝導材料のソリッド・ブロック、例えば銅、アルミニウム、ダイアモンド、炭化ケイ素、クロム、ニッケル、鉄、又はこれらの材料の組み合わせを含む。別の実施形態においては、ベースは熱パイプ（図示せず）又は、部分的に水又は他の一般的な二相材料で満たされるベース５０４の中空内側部分からなる蒸気チャンバ５１０を含む。
１つの実施形態においては、フィン５０６は、ベース５０４の第２の比較的平坦な表面５０４ｂ（すなわち、第１の比較的平坦な表面５０４ａと反対側に配置されている）に結合され、ベース５０４に対して実質的に垂直の方向に配置されている。他の実施形態においては、フィン５０６は、ベース５０４の第１の比較的平坦な表面５０４ａに結合されてもよいし、又はベース５０４の側面に結合されてもよい。フィン５０６は、フィン５０６の各々の対の間に空間が形成されるように、ベース５０４の長さに沿って互いに離間されている。
１つの実施形態においては、流体冷却器５０８は、ベース５０４の第１の比較的平坦な表面５０４ａと結合しており、チップ５０２に隣接している。１つの実施形態においては、流体冷却器５０８は、それ自体の流体フィン５１２１〜５１２ｎ（以下、集合的に「フィン５１２」と呼ばれる）と、流体入口５１４及び流体出口５１６とを含み、それによって冷却システム５００の性能を高める従来の流体冷却システムである。１つの実施形態においては、流体冷却器５０８の流体チャネルを通って循環する流体は、水性冷却剤、高圧空気、加圧空気、蒸気、過フッ化炭化水素、炭化水素、ヘリウム、水素、酸素、窒素、二酸化炭素又は冷凍剤を含む。
図６は、例えばブレード・センターのコンピュータ・システムを冷却するために実施することができる、空気／流体冷却システム６００の１つの実施形態を示す概略図である。
冷却システム６００は、ブレード・センター６０２と、ブレード・センター６０２に結合された流体マニホルド６０４とを含む。ブレード・センター６０２は、複数のベイを含むシャーシ６０６を含んでおり、各々のベイはブレード・サーバを受け入れる大きさになっている。図６の例においては、ブレード・センター６０２は、最大８つのブレード・サーバに対して８つのベイを有しており、２つのブレード・サーバ６０８１及び６０８ｎ（斜交平行線模様で示されており、本明細書では集合的に「ブレード・サーバ６０８」と呼ばれる）はベイに挿入され、６つのベイは空である。当業者であれば、ブレード・センター６０２は、任意の数のブレード・サーバ６０８と併せて使用できるように構成されており、示される例に限定されるものではないことを理解するであろう。
各々のブレード・サーバ６０８は、独立したコンピューティング・ユニットとして働き、それ自体のプロセッサ、メモリ、ストレージ、ネットワーク・コントローラ、オペレーティング・システム、アプリケーション、及び冷却システム（図示せず）を含む。１つの実施形態においては、ブレード・サーバ６０８の各々を冷却するのに使用される冷却システムは、空気／流体冷却システムである。１つの実施形態においては、ブレード・サーバ６０８を冷却するのに使用される空気／流体冷却システムは、前述の図面に関して上述された空気／流体冷却システム１００、２００、４００又は５００のいずれかを含む。上述のように、ブレード・サーバ６０８は、ブレード・センター６０２に選択的に加えたり又はそこから取り外したりできるように、シャーシ６０６から取り外し可能である。
マニホルド６０４は、流体入口６１０と、空気入口６１２と、流体出口６１４と、ドレイン６１６と、複数のホース６１８１〜６１８ｎ（以下、集合的に「ホース６１８」と呼ばれる）と、を含む。ホース６１８は、マニホルド６０４をブレード・サーバ６０８の空気／流体冷却システムに結合し、流体が空気／流体冷却システムを通って循環することを可能にする。
これにより冷却システム６００は、マニホルド６０４をブレード・サーバ６０８の空気／流体冷却システムに単に連結することによって、ブレード・センターのコンピューティング・システムが稼動している間に、ブレード・センターのコンピューティング・システムにおいて流体冷却機能を実施することができる。さらに、やはりブレード・センターのコンピューティング・システムが稼動している間に、空気入口６１２及びドレイン６１６は、冷却システム６００からの切り離しのために、（例えば、空気パージによって）流体を空気／流体冷却システム及びホース６１８から取り除くことを可能にする。どちらの場合（すなわち、流体冷却機能の連結及び切り離しの場合）も、ブレード・センターのコンピューティング・システムは、各々の個々のブレード・サーバ６０８において空気冷却を用いて動作し続ける。ブレード・センターのコンピューティング・システムの動作中に、補助的な冷却機能を加える又は取り除く能力は、（例えば保守又は修理のために）複合ユニットシステムにおける単一ユニットにアクセスしなければならない基幹システムの場合に特に有利であることがわかる。
さらに、流体冷却機能の追加は、個々のブレード・サーバ６０８における空気／流体冷却システムを通して空気を移動させるのに使用されるファンの速度を可能にすることができ、これは、冷却システム６００によって生じるノイズの量及び周囲への熱の放出量を減少させる。これは、ブレード・サーバ６０８の大きさが高さ１フィート及び幅１〜２フィートもあるデータセンター又はサーバ・ファームを冷却するのに使用される非常に大きい冷却システムの場合に特に有利である。
図７は、本発明による空気／流体冷却システム７００の第５の実施形態を示す概略図である。示されるように、冷却システム７００はマイクロプロセッサ・チップ７０２又は他の熱発生デバイスから熱を放散させるように配置することができる。
冷却システム７００はベース７０４と、複数のフィン７０６１〜７０６ｎ（以下、集合的に「フィン７０６」と呼ばれる）と、複数の流体チャネル７０８１〜７０８ｎ（以下、集合的に「流体チャネル７０８」と呼ばれる）と、を含む。
ベース７０４は、（例えば、図示されていないが、熱界面を介して）チップ７０２と直接熱的接触をするように構成されている。このために、ベース７０４は、少なくとも、チップ７０２と接触するように適合された第１の比較的平坦な表面７０４ａを含む。本実施形態においては、ベース７０４は、部分的に水又は他の一般的な二相材料で満たされるベース７０４の中空内側部分からなる蒸気チャンバ７１０を含む。
１つの実施形態においては、フィン７０６は、ベース７０４の第２の比較的平坦な表面７０４ｂ（すなわち、第１の比較的平坦な表面７０４ａと反対側に配置された）に結合され、ベース７０４に対して実質的に垂直の方向に配置されている。他の実施形態においては、フィン７０６は、ベース７０４の第１の比較的平坦な表面７０４ａに結合されてもよいし、又はベース７０４の側面に結合されてもよい。フィン７０６は、フィン７０６の各々の対の間に空間が形成されるように、ベース７０４の長さに沿って互いに離間されている。
１つの実施形態においては、流体チャネル７０８は、蒸気チャンバ７１０を通して組み込まれる又は配置される。１つの実施形態においては、流体チャネル７０８を通って循環する流体は、水性冷却剤、高圧空気、加圧空気、蒸気、過フッ化炭化水素、炭化水素、ヘリウム、水素、酸素、窒素、二酸化炭素又は冷凍剤を含む。
図８は、本発明による空気／流体冷却システム８００の第６の実施形態を示す概略図である。示されるように、冷却システム８００はマイクロプロセッサ・チップ８０２又は他の熱発生デバイスから熱を放散させるように配置することができる。
冷却システム８００はベース８０４と、複数のフィン８０６１〜８０６ｎ（以下、集合的に「フィン８０６」と呼ばれる）と、複数の流体チャネル８０８１〜８０８ｎ（以下、集合的に「流体チャネル８０８」と呼ばれる）と、を含む。
ベース８０４は、（例えば、図示されていないが、熱界面を介して）チップ８０２と直接熱的接触をするように構成されている。このために、ベース８０４は、少なくとも、チップ８０２と接触するように適合された第１の比較的平坦な表面８０４ａを含む。本実施形態においては、図７に示された実施形態とは異なり、ベース８０４は、熱伝導材料のソリッド・ブロック、例えば銅、アルミニウム、ダイアモンド、炭化ケイ素、クロム、ニッケル、鉄、又はこれらの材料の組み合わせを含む。
１つの実施形態においては、フィン８０６は、ベース８０４の第２の比較的平坦な表面８０４ｂ（すなわち、第１の比較的平坦な表面８０４ａと反対側に配置されている）に結合され、ベース８０４に対して実質的に垂直の方向に配置されている。他の実施形態においては、フィン８０６は、ベース８０４の第１の比較的平坦な表面８０４ａに結合されてもよいし、又はベース８０４の側面に結合されてもよい。フィン８０６は、フィン８０６の各々の対の間に空間が形成されるように、ベース８０４の長さに沿って互いに離間されている。
１つの実施形態においては、流体チャネル８０８は、ベース８０４のソリッド・ブロックを通して組み込まれる又は配置される。１つの実施形態においては、流体チャネル８０８を通って循環する流体は、水性冷却剤、高圧空気、加圧空気、蒸気、過フッ化炭化水素、炭化水素、ヘリウム、水素、酸素、窒素、二酸化炭素又は冷凍剤を含む。
すべての実施形態において、流体チャネルは、流体が流体チャネルを通って循環するときに熱の除去を可能にするために、チップと空気の熱交換器と熱的接触状態にあることが理解される。
本発明は基本的に（例えば、高性能情報処理装置を冷却するためのような）コンピュータ産業の内容において説明されてきたが、当業者であれば、本明細書において説明されるようなデュアル空気／流体冷却システムは、航空宇宙産業及び航空機の冷却システム、保守パネル及び同様のものを含む、様々な他の分野において有利に適用され得ることを理解するであろう。
このように、ＩＣチップのような熱発生デバイスから熱をより効果的に放散させる冷却システムが開示される。本発明の実施形態は、チップから熱を取り除くために空気及び流体の両方を利用し、それによって冷却システムの冷却効果を最大にする。さらに、万一冷却システムの空気又は流体部品の１つが作動しなくなった場合には、第２の部品が予備として働き、冷却システムの動作を継続させることができる。
上記は本発明の好ましい実施形態に向けられたが、本発明のその他の及びさらに別の実施形態は、その基本的な範囲を逸脱することなく考案されることが可能であり、その範囲は特許請求の範囲に規定される。
１００：空気／流体冷却システム
１０２：マイクロプロセッサ・チップ
１０４：ベース
１０６：フィン
１０８：流体チャネル
１０８ａ：入口
１０８ｂ：出口
１１０：蒸気チャンバ
１０２：マイクロプロセッサ・チップ
１０４：ベース
１０６：フィン
１０８：流体チャネル
１０８ａ：入口
１０８ｂ：出口
１１０：蒸気チャンバ
Claims (20)
- 熱発生デバイスから熱を放散させるための装置であって、
前記熱発生デバイスに熱的結合するように構成された表面を有するベースと、
前記ベースに結合され、空気により熱の少なくとも一部を放散させるための空気ベースの冷却経路と、
前記ベースに結合され、流体により熱の少なくとも一部を放散させるための流体ベースの冷却経路と、
を含む装置。 - 前記ベースが、銅、アルミニウム、ダイアモンド、炭化ケイ素、クロム、ニッケル、又は鉄の少なくとも１つからなるソリッド・ブロックを含む、請求項１に記載の装置。
- 前記ベースは蒸気チャンバを含む、請求項１に記載の装置。
- 前記ベースは熱パイプを含む、請求項１に記載の装置。
- 前記空気ベースの冷却経路は、
各々が前記ベースに対して実質的に垂直の方向に配置され、前記ベースに結合された複数のフィンを含む、請求項１に記載の装置。 - 前記流体ベースの冷却経路は、
前記複数のフィンの２つの間に配置され、流体がそれを通って入口から出口に循環するように適合された少なくとも１つの流体チャネルを含む、請求項５に記載の装置。 - 前記流体は、水性冷却剤、高圧空気、加圧空気、蒸気、過フッ化炭化水素、炭化水素、ヘリウム、水素、酸素、窒素、二酸化炭素、又は冷凍剤の少なくとも１つである、請求項６に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの流体チャネルは金属からなる、請求項６に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの流体チャネルは実質的に管状の形状である、請求項６に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの流体チャネルは前記ベースに取り付けられる、請求項９に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの流体チャネルは実質的にＵ字形状である、請求項６に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの流体チャネルは前記装置から選択的に取り外し可能である、請求項１１に記載の装置。
- 前記流体ベースの冷却経路は、前記ベースに結合された少なくとも１つの流体チャネルを含んでおり、前記少なくとも１つの流体チャネルは、流体がそれを通って入口から出口に循環するように適合される、請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの流体チャネルは、
前記ベースの前記表面からなる第１の壁と、
前記第１の壁に結合された第２の壁と、
前記第１の壁に結合された第３の壁と、
前記第２の壁及び前記第３の壁に結合された第４の壁と、
を含み、
前記第２の壁、前記第３の壁、及び前記第４の壁の少なくとも１つは可撓性のある材料からなる、請求項１３に記載の装置。 - 前記流体ベースの冷却経路はマニホルドに結合される、請求項１に記載の装置。
- 前記熱発生デバイスは集積回路チップである、請求項１に記載の装置。
- 熱発生デバイスを冷却するための方法であって、
熱発生デバイスに熱的結合するように構成された表面を有するベースを提供するステップと、
前記ベースに結合され、空気により熱の少なくとも一部を放散させるための空気ベースの冷却経路を提供するステップと、
前記ベースに結合され、流体により熱の少なくとも一部を放散させるための流体ベースの冷却経路を提供するステップと、
を含む方法。 - 所与の時間に前記空気ベースの冷却経路及び前記流体ベースの冷却経路の少なくとも一方を実施するステップ
をさらに含む請求項１７に記載の方法。 - 前記空気ベースの冷却経路を用いて前記熱発生デバイスを冷却するステップと、
前記空気ベースの冷却経路が動作している間に前記流体ベースの冷却経路を分離するステップと、
をさらに含む請求項１７に記載の方法。 - 前記流体ベースの冷却経路を用いて前記熱発生デバイスを冷却するステップと、
前記流体ベースの冷却経路が動作している間に前記空気ベースの冷却経路にアクセスするステップと、
をさらに含む請求項１７に記載の方法。
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