JP6426595B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置に関する。特に、コンピュータやサーバなどの情報処理装置に実装されたデバイスを冷却するための冷却装置に関する。

情報処理装置などの電子機器には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のように発熱するデバイスが搭載されている。このようなデバイスを冷却するためには、ヒートシンクなどの冷却装置が用いられる。

図１７は、一般的な情報処理装置１００の構成例である。情報処理装置１００の内部には、ＣＰＵなどの発熱量の大きいデバイス（以下、冷却対象１３１）や、その他のデバイス１３５が混在して実装されたプリント基板１３が搭載されている。一般的な情報処理装置１００では、冷却対象１３１で発生した熱をヒートスプレッダ１３２によってヒートシンク１１０に伝え、ヒートシンク１１０に伝わった熱をファン１３６からの送風で情報処理装置１００の内部や外部に拡散させる。

情報処理装置１００の内部に放熱すると、情報処理装置１００の内部温度が上昇する。ところで、冷却対象１３１の風下に実装されたデバイス１３５の周辺温度が上昇すると、デバイス１３５の部品性能を低下させることもある。高温条件下でデバイス１３５を使用し続けると、故障率を増大させて寿命を縮めてしまう恐れがある。そのため、冷却対象１３１以外のデバイス１３５の動作を保証する温度条件を満たすように装置内部を十分に冷却する必要がある。

特許文献１には、放熱フィンを内部に配列した構造を有し、その内部に高静圧送風機によって冷却空気を送気する強制空冷ヒートシンクについて開示されている。特許文献１のヒートシンクは、小型プロジェクタのような装置内の冷却対象に接触するように配置される。

特許文献２には、メインフレームやサーバから発生する熱を除去するのに好適な冷却装置を有する熱交換システムについて開示されている。特許文献２のシステムでは、ブレードサーバのように複数の情報処理装置（以下、ブレード）がモジュール化された環境において、各ブレード上のＣＰＵに熱交換器を設置する。熱交換器の内部には、冷媒を通すＵ字型の管が配置されている。Ｕ字型の管の中には、熱流速の向きと逆行するように冷媒を送り、熱伝達接触面に近いＵ字型の頂点を通過した媒質を熱流速の向きに排出するように配置される。

特開２００７−０１３０５２号公報 特表２００８−５０７１２９号公報

特許文献１のヒートシンクでは、冷却対象の温度変化に応じて冷却効率が変動するという問題点があった。なぜならば、特許文献１のヒートシンクでは、内部に配置するフィンの形状や配置が固定されているため、貫流させる空気の流速が変わった際に空気の流れる向きが変動し、ヒートシンク内部の温度分布が変動するためである。

特許文献２の装置には、熱交換効率が悪いという問題点があった。なぜならば、特許文献２の装置では、Ｕ字型の管の中に送った冷媒を熱伝達接触面に近いＵ字型の頂点で折り返すことになり、熱交換装置の中で最も温度が高い部位に冷媒が滞在する時間が短いためである。

本発明の目的は、上述した課題を解決するために、ヒートシンクによる冷却対象からの受熱を向上させ、冷却対象のデバイスを効率的に冷却することができる冷却装置を提供することにある。

本発明の冷却装置は、ヒートシンクと、ヒートシンクと熱的に接続される熱交換部を有し、所定の流体が導通可能に形成された流体路とを備え、熱交換部は、ヒートシンクの受熱面に対して略平行に配置される第１の経路を含む。

本発明によれば、ヒートシンクによる冷却対象からの受熱を向上させ、冷却対象のデバイスを効率的に冷却することができる冷却装置を提供することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の一例の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の一例の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の一例の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の別の一例の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置を搭載した情報処理装置の内部における熱移動について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置を搭載した情報処理装置の構成例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の変形例１を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の変形例２を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却システムの構成例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却システムの配置例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却システムの別の配置例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却システムのさらに別の配置例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却システムの変形例を示す概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る冷却システムの配置例を示す概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る冷却システムの別の配置例を示す概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る冷却システムのさらに別の配置例を示す概念図である。 一般的な冷却装置を搭載した情報処理装置の内部における熱移動について説明するための概念図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由が無い限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る冷却装置について図面を用いて説明する。以下においては、具体的な構造や構成の例をあげて説明していくが、本実施形態に係る冷却装置の構造や構成を以下の具体例に限定するわけではない。また、以下の図中には、構成要素の向きを把握するための座標軸（ｘｙｚ座標系）を図示している。

図１は、本実施形態に係る冷却装置の一例である冷却装置１の斜視図である。図２は、冷却装置１の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線で切断した冷却装置１の断面図である。

図１のように、冷却装置１は、ヒートシンク１１と、流体路１２とを備える。ヒートシンク１１と流体路１２とは、少なくとも一部が熱的に接続され、相互に熱交換できるように組み合わされる。なお、ヒートシンク１１と流体路１２とは、相互に熱移動するように配置されていればよく、必ずしも物理的に接触している必要はない。

図１の冷却装置１は、ヒートシンク１１の内部に流体路１２が配置された構造を有する。ここでは、ヒートシンク１１の下方の受熱面側に冷却対象のデバイスを配置するものとする。

図１の冷却装置１の流体路１２は、ヒートシンク１１の一端面側で複数の経路に分岐し、分岐された複数の経路が一端面側から他端面まで貫く構造を有する。そして、他端面を貫いた分岐経路は、他端面側でＵ字状に折り返され、ヒートシンク１１の内部を他端面側から一端面まで貫き、一端面側で一つにまとめられる。図２は、分岐した流体路１２が、一端面側を貫いた後に一つの経路にまとめられる様子を示す。なお、流体路１２は、給気経路と排気経路とがともに確保されていればどのような構造であってもかまわない。

図１の冷却装置１において、流体路１２に供給された流体は、ヒートシンク１１内の分岐経路を通ってヒートシンク１１の熱を吸収して排出される。図３のように、ヒートシンク１１を冷却するために流体路１２内に導入された流体は、ヒートシンク１１内部の下方を通過してから折り返され、ヒートシンク１１内部の上方を通過してから排出される。

流体路１２の内部には、ヒートシンク１１を冷却するための所定の流体が流される。流体路１１の内部には、所定の流体として空気を流すことが好ましい。また、流体路１２の内部には、窒素やアルゴン、二酸化炭素などの任意の気体を所定の流体として流してもよい。また、流体路１２の内部には、水やアルコールなどの任意の液体を所定の流体として流してもよい。すなわち、ヒートシンク１１の熱を吸収できさえすれば、流体路１２の内部を導通可能な任意の流体を所定の流体として選択することができる。ただし、所定の流体は、流体路１２の内部を塞いだりせず、漏れても安全な流体であることが好ましい。

ヒートシンク１１は、熱伝導性の高いブロックである。ヒートシンク１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの発熱するデバイス（以下、冷却対象）に熱的に接続される。ヒートシンク１１は、冷却対象から発生した熱をヒートスプレッダ経由で受熱面から吸収し、吸収した熱を冷却対象から離れた位置に放出するための部材である。ヒートシンク１１には、均質な塊のブロック材を用いてもよいし、空洞を設けたブロック材を用いてもよい。また、ヒートシンク１１の表面には、表面積を大きくして放熱しやすくするために凹凸やフィンなどを形成させてもよいし、滑らかに仕上げられていてもよい。

ヒートシンク１１には、金属などの熱伝導性の高い材料を用いることが好ましい。例えば、ヒートシンク１１には、銅やアルミニウム、鉄などを含む熱伝導性の高い金属材料が好適である。また、窒化アルミニウムや窒化ケイ素などの熱伝導性の高いセラミック材料や、銅モリブデン合金などの合金、アルミ―炭化ケイ素複合体などの複合体などをヒートシンク１１に用いてもよい。ただし、ヒートシンク１１の材料はここで挙げた限りではなく、任意の材料を選択することができる。また、流体路１２に熱を伝導させやすいように、ヒートシンク１１の表面を断熱材で被覆させてもよい。

流体路１２は、内部に流された空気によってヒートシンク１１の熱を吸収し、吸収した熱を系外に放出するための経路である。流体路１２は、金属やプラスチック、セラミックス、ガラスなどの材料をパイプ状に形成させた構造を有する。流体路１２の材料は、冷却対象１３１の発熱量や設置場所の雰囲気に応じて適宜選択すればよい。

流体路１２は、所定の流体が導通可能に形成された構造を有する。流体路１２の内部は空洞であることが好ましいが、流体の導通を塞ぐことさえなければ流体路１２の内部に何かを配置してもよい。例えば、所定の流体に含まれる不純物を吸着する吸着剤や、所定の流体の流れを整流するための整流機構、所定の流体に熱を伝えやすくするための熱伝導性の高い粒子などを流体路１２の内部に配置してもよい。また、流体路１２の断面は、一定の断面積ではなくてもよく、断面形状も任意の形状とすることができる。例えば、流体路１２の内部に凹凸を形成させて、流体路１２と所定の流体との熱伝導を高めるように構成してもよい。

流体路１２は、ヒートシンク１１と熱的に接続される熱交換部を有する。熱交換部は、ヒートシンク１１の受熱面に略平行に配置される第１の経路と、第１の経路を通過した空気が送られる第２の経路とを含む。熱交換部は、ヒートシンク１１との熱的な結合部分を増やすことによって熱交換しやすいように、ヒートシンク１１の内部または外部で少なくとも一回往復する構造を有する。言い換えると、図１の冷却装置１は、第１および第２の経路が複数の分岐路に分岐された構造を有する。

流体路１２の両端部には、流体路１２の内部に空気を取り入れるための吸気口１２１と、流体路１２の内部から空気を排出するための排気口１２２とが開口されている。すなわち、流体路１２は、第１の経路から延伸される吸気口１２１と、第２の経路から延伸される排気口１２２とを有する。

本実施形態においては、冷却装置１の構造について説明するため、流体路１２内に空気を送る機構については図示していないが、実際には流体路１２の内部に空気を流すための送風機構が流体路１２のいずれかの端部に接続される。なお、流体路１２の内部に空気を流すための装置については後述する。

図３のように、流体路１２は、給気経路１２３、第１の経路１２４、折り返し経路１２５、第２の経路１２６および排気経路１２７を有する。第１の経路１２４、折り返し経路１２５および第２の経路１２６が熱交換部を構成する。図３のように、折り返し経路１２５で流体路１２を折り返す構造にすると、流体路１２がコンパクトになる。なお、図３の例では、ヒートシンク１１の外部に折り返し経路１２５を配置しているが、ヒートシンク１１の内部に折り返し経路１２５を配置してもよい。

吸気口１２１から導入された冷却空気は、給気経路１２３から第１の経路１２４に送られ、第１の経路１２４を通過している間にヒートシンク１１から熱を吸収する。第１の経路１２４を通過して暖められた空気は、折り返し経路１２５で折り返されて第２の経路１２６に送られる。第２の経路１２６を通過する空気は、ヒートシンク１１との温度の大小関係に応じて、ヒートシンク１１の熱をさらに吸収するか、ヒートシンク１１に熱を排出する。第２の経路１２６を通過して排気経路１２７に送られた空気は、排気口１２２から排気される。このようにして、吸気口１２１から流体路１２の内部に導入された空気は、ヒートシンク１１の熱を熱交換部で吸収して暖められた後に、排気口１２２から排気される。

図３のように、冷却装置１の流体路１２においては、第１の経路１２４が第２の経路１２６よりも受熱面の近くに配置され、第１の経路１２４と第２の経路１２６とが並行して配置される。図３の冷却装置１の構成では、ヒートシンク１１の熱を吸収するために供給される空気が進行する向きと、ヒートシンク１１の熱を吸収して暖められた空気が進行する向きとが反対向きになる。ヒートシンク１１自体は、冷却対象に近い下方（受熱面側）の温度が高く、冷却対象から離れている上方の温度が低い。すなわち、図３のような流体路１２の配置にすれば、比較的高温であるヒートシンク１１の下方に冷たい空気が送られ、比較的低温であるヒートシンク１１の上方に温められた空気が送られる。その結果、ヒートシンク１１の受熱面側では、冷却対象からヒートシンク１１への熱勾配が大きくなって熱移動が起こりやすくなり、冷却効果が向上する。

以上のように、本実施形態に係る冷却装置１によれば、ヒートシンク１１による冷却対象からの受熱を向上させ、冷却対象のデバイスを効率的に冷却することができる。

ここで、本実施形態の冷却装置１の別の例（冷却装置１−２）を示す。

図４の冷却装置１−２は、図１の冷却装置１とは流体路１２の折り返し構造が異なる。冷却装置１−２は、一端面と他端面との間で一本のパイプ状の流体路１２を何度か往復させた折り返し構造を有する。すなわち、冷却装置１−２は、第１の経路１２４と第２の経路１２６とのペアが折り返し経路１２５によって直列に接続された構造を有する。言い換えると、図４の冷却装置１−２の熱交換部は、第１の経路１２４と第２の経路１２６とのペアを複数組接続した構造を有し、前段のペアの第２の経路１２６を通過した空気が後段のペアの第１の経路１２４に送られるように接続される。連続するペア同士は、前段のペアの第２の経路１２６を通過した空気が、後段のペアの第１の経路１２４に送られるように接続される。

冷却装置１−２の流体路１２は、ヒートシンク１１の一端面から内部に導入され、他端面を貫いた後に折り返され、他端面から再度内部に戻される。その後、流体路１２は、ヒートシンク１１の内部を他端面から一端面まで貫通し、さらに一端面側で折り返されてヒートシンク１１の内部を貫く。ヒートシンク１１の内部を何度か往復した流体路１２は、ヒートシンク１１の一端面から外部に向けて延伸される。

図４の冷却装置１−２の構成では、冷却対象によって暖められた空気が、再度冷却対象の近くに送られる。そのため、図１の冷却装置１と比較すると、冷却装置１−２の冷却効率は低い。しかしながら、冷却対象からの熱で一度暖められた空気であっても、冷却対象の温度以上になることはないので、図４のような流体路１２がない場合と比較すれば高い冷却効率が得られる。

図１〜図４の例を用いて説明した本実施形態の冷却装置１および１−２は、ヒートシンク１１と、流体路１２とを少なくとも含む。流体路１２は、ヒートシンク１１と熱的に接続される熱交換部を有する。流体路１１の内部には、空気などの流体が流される。

流体路１１の熱交換部は、ヒートシンク１１の受熱面に対して略平行に配置される第１の経路１２４を含む。第１の経路１２４は、ヒートシンク１１の受熱面に対して略平行に配置されることにより、受熱面との距離が一定となる時間が長くなる。そのため、第１の経路１２を含む熱交換部は、第１の経路１２４の部位でヒートシンク１１の熱を効率的に吸収することができる。

流体路１２の熱交換部は、ヒートシンク１１の受熱面に対して略平行に配置される箇所を最低限含めば、図１〜図４のような折り返し構造だけではなく任意の形状にすることができる。例えば、熱交換部は、ヒートシンク１１の一端部から、その一端部に対向する他端部に向けて真っ直ぐに抜けていく形状であってもよい。また、例えば、熱交換部は、ヒートシンク１１の下方から上方に向けてとぐろを巻くようならせん状であってもよい。また、熱交換部は、一端面から他端面に向けて受熱面に平行に進行させ、他端部近傍で略垂直に折り返す箇所を含んでいてもよい。また、例えば、熱交換部は、受熱面に対して斜め上方や下方に傾斜をつけた箇所を含んでいてもよい。ただし、ヒートシンク１１と流体路１２との熱的な接続箇所を多くするとともに、流体路１２をコンパクトに配置するためには、図１〜図４のような折り返し構造があることが好ましい。

続いて、本実施形態の冷却装置を情報処理装置１０の内部に搭載する例（冷却システム）について説明する。

図５および図６は、本実施形態に係る冷却システムを搭載した情報処理装置１０の構成例である。

図５には、情報処理装置１０の内部に配置されたプリント基板１３上に実装された発熱するデバイス（以下、冷却対象１３１）にヒートシンク１１および流体路１２を搭載する例である。なお、プリント基板１３には、冷却対象１３１が少なくとも一つ搭載されているものとする。本実施形態のヒートシンク１１は、ヒートスプレッダ１３２を介して冷却対象１３１に熱的に接続される。情報処理装置１０の内部には、ヒートシンク１１に向けて送風するファン１３６が設置されている。また、プリント基板１３には、冷却対象１３１以外のデバイス１３５が冷却対象１３１の風下に搭載されている。

図５のように、吸気口１２１および排気口１２２は、冷却対象１３１が搭載された情報処理装置１０の外部に配置される。例えば、図６のように、吸気口１２１および排気口１２２は、情報処理装置１０を設置する建屋の屋内に配置することができる。本実施形態では、吸気口１２１から冷却用の空気を供給し、ヒートシンク１１に伝導してきた熱を流体路１２の熱交換部の空気で吸収し、暖められた空気を排気口１２２から排出することによって冷却対象１３１を冷却する。

本実施形態の冷却システムでは、吸気口１２１と排気口１２２とは、情報処理装置１０が配置された屋内に配置されている。屋内に設置される情報処理装置１０等の機器の数が少ない場合は図６のような構成でもよいが、屋内に設置する機器の数が多い場合には、屋内の温度が高くなりやすいので、吸気口１２１や排気口１２２を屋外に配置する方がよい。

以上のように、本実施形態の冷却システムは、吸気口および排気口がともに情報処理装置の外部に配置される点に特徴がある。すなわち、本実施形態の冷却システムにおいては、ヒートシンクを冷やすための空気を供給する給気経路と、ヒートシンクから熱を外部に排出する排気経路とがともに確保されている。本実施形態の冷却システムによれば、冷却対象から発生した熱の経路を確保することによって、情報処理装置の排熱を分散させずに経路外に熱移動させることができる。

本実施形態の冷却システムによれば、情報処理装置内の発熱するデバイスに取り付けられたヒートシンクをファンで冷却するときに発生した熱の一部がヒートシンクの風下にある電子部品等へ及ばずに流体路内に排熱される。そのため、情報処置装置内の冷却能力を落とすことができる。

一般に、ヒートシンクからの排熱の影響を受けた高温条件下にて電子部品等を使用した場合、熱によって電子部品等の故障率を悪化させ、寿命を縮めてしまうこともある。それに対し、本実施形態の冷却システムによれば、排熱経路を確保することによって、ヒートシンクの風下にある電子部品等に排熱の影響を与えないため、電子部品等の故障率を悪化させたり、寿命を縮めたりすることもない。すなわち、本実施形態の冷却システムは、ヒートシンクの風下に排熱の影響を及ぼさないため、ヒートシンクの風下に配置できる電子部品等の実装や配置の制約が緩和される。

また、本実施形態の冷却システムによれば、情報処理装置の冷却能力を落とすことができるため、情報処理装置全体の消費電力を低減できる。さらに、本実施形態の冷却システムによれば、冷却に使用するファンの回転数を抑えることにより騒音を減らすことができる。

また、本実施形態の冷却システムにおいては、特殊な冷媒を用いた冷却／放熱方式ではなく、空気を用いて冷却対象を冷却するため、冷媒である空気が流体路の外に漏れたとしても情報処理装置内部の他の電子部品等に化学的な変質等が起こる恐れはない。

（変形例）
ここで、本実施形態の冷却装置１の変形例について図面を参照しながら説明する。

図７は、変形例１の冷却装置１−３の断面図である。冷却装置１−３では、ヒートシンク１１の外部を取り囲むように流体路１２を配置する。流体路１２は、ヒートシンク１１の下方でヒートスプレッダ１３２に接触する。ヒートシンク１１は、流体路１２を介して、冷却対象１３１およびヒートスプレッダ１３２と熱的に接続される。

冷却装置１−３では、第１の経路１２４、折り返し経路１２５、第２の経路１２６を含む熱交換部をヒートシンク１１の外側に配置する。第１の経路１２４は、ヒートスプレッダ１３２と接触し、冷却対象１３１から発せられた熱をヒートスプレッダ１３２から直接吸収する。すなわち、冷却装置１−３では、吸気口１２１から取り入れられた冷却空気によってヒートスプレッダ１３２に伝わった冷却対象１３１の熱を吸収し、吸収した熱の一部をヒートシンク１１に伝えることになる。

流体路１２内の空気の流速を十分に速くすれば、冷却対象１３１からの熱はヒートシンク１１にそれほど伝わらずに、流体路１２内の暖まった空気は排気口１２２からそのまま排出される。この場合は、ヒートシンク１１の熱伝導度が小さくてもかまわないため、ヒートシンク１１の材料を選択する幅が広がる。また、ヒートシンク１１から情報処理装置１０内に伝播する熱量が小さくなるため、情報処理装置１０内のファン１３６の容量を小さくすることができる。ただし、流体路１２の内部を流れる空気だけで冷却対象１３１からの熱を全て吸収しきれないので、流体路１２を介して、ヒートシンク１１を冷却対象１３１に熱的に接続することが好ましい。

なお、変形例１においては、熱交換部の全てがヒートシンク１１の外部に露出している例を示したが、熱交換部の少なくとも一部がヒートシンク１１の外部に露出していればよい。言い換えると、第１および第２の経路の一部がヒートシンク１１の外部に配置されていればよい。例えば、ヒートシンク１１の内部に第１の経路１２４を貫通させ、ヒートシンク１１外部の上方から第２の経路１２６を戻す構造としてもよい。また、例えば、ヒートシンク１１外部の下方に第１の経路１２４を配置し、ヒートシンク１１の内部に第２の経路１２６を通す構造としてもよい。

図８は、変形例２の冷却装置１−４の断面図である。冷却装置１−４では、ヒートシンク１１の外部に位置する流体路１２の少なくとも一部の周囲に断熱材１５を被覆させる。断熱材１５には、ウレタンフォームやフェノールフォーム、ポリスチレンフォーム、発泡ゴムなどの発泡系の材料を用いることができる。また、断熱材１５には、ガラス繊維やセルロース繊維などの繊維系の材料を用いてもよい。なお、断熱材１５は、断熱効果さえあればよく、その材料には特に限定を加えない。

断熱材１５は、流体路１２の少なくとも一部を被覆していればよい。図８の例では、排気経路１２７の周囲を断熱材１５で被覆しているが、給気経路１２３の周囲を断熱材１５で被覆させてもよい。また、給気経路１２３および排気経路１２７の両方の周囲を断熱材１５で被覆させてもよい。また、熱交換部を構成する第１の経路１２４、折り返し経路１２５または第２の経路の周囲を断熱材１５で被覆させてもよい。

変形例２の構造によれば、ヒートシンク１１によって暖められた空気が排気経路１２７から情報処理装置１０内部の他のデバイスに伝播することが低減されるため、より冷却効果を向上することができる。また、給気経路１２３を断熱材１５で被覆すれば、ヒートシンク１１に導入する冷却空気が情報処理装置１０内部で暖められてしまうことを防ぐことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る冷却システム２について図面を参照しながら説明する。本実施形態の冷却システム２は、流体路１２内に空気を流す送風機や排風機などの送風機構を備える。

図９は、本実施形態に係る冷却システム２の構成を示す概念図である。図９のように、本実施形態の冷却システム２は、流体路１２の吸気口１２１に送風機２０を取り付けた構成を有する。

送風機２０は、流体路１２の内部に空気を送るための装置である。例えば、送風機２０は、ファンなどの送風装置や、コンプレッサなどの圧縮装置によって実現される。なお、送風機２０には、空気を冷却するための冷却装置や、空気を清浄化するためのフィルタを併設してもよい。

送風機２０は、吸気口１２１から流体路１２の内部に向けて空気を送風する。送風機２０から送風された空気は、給気経路１２３を経て第１の経路１２４に導かれて暖められ、折り返し経路１２５を経由して第２の経路１２６から排気経路１２７を通過して排気口１２２から排出される。送風機２０は、流体路１２内部の空気の流れを制御するための装置である。

本実施形態の冷却システムによれば、送風機から送る空気の送風量や温度を制御することによって、流体路１２内に流す空気の速度や温度を変更することができる。そのため、冷却対象の発熱の程度に応じて適切な状態の空気を排熱経路内に送風することができる。

ここで、流体路１２の吸気口１２１や排気口１２２、送風機２０の配置について図１０〜図１２を用いて説明する。すなわち、図１０〜図１２の例において、吸気口１２１および排気口１２２のうち少なくとも一方は、情報処理装置１０が配置された建屋の屋外に配置される。

図１０は、情報処理装置１０を設置する屋内に送風機２０を配置し、流体路１２の排気口１２２も屋内に配置する例である。図１０の例によれば、情報処理装置１０の排熱が屋内に放出されるため、情報処理装置１０からの排熱量が大きい場合、屋内に冷却機構を設ける必要がある。

図１１は、情報処理装置１０を設置する屋内に送風機２０を配置し、流体路１２の排気口１２２を屋外に配置する例である。図１１の例によれば、情報処理装置１０の排熱が屋外に放出されるため、屋内の冷却機器の能力を下げることができる。

図１２は、流体路１２の排気口１２２と、送風機２０とをともに屋外に配置する例である。図１２の例によれば、情報処理装置１０の排熱が屋外に放出されるため、屋内の冷却機構の能力を下げることができる。また、図１２の例は、送風機２０を屋外に設置できるため、屋内に空間的な制約がある場合に好適である。

本実施形態の冷却システムにおいては、吸排気口の設置場所に複数のバリエーションがある。屋内排気であれば、情報処理装置からの排熱の影響により屋内の環境温度が上昇してしまうため、屋内の温度条件を一定に保つために、冷却能力を上げて屋内を冷却する必要がある。一方、屋外排気であれば、情報処理装置からの排熱の影響を考慮しなくて済むので、屋内排気に比べて屋外排気の方が屋内の冷却能力を落とすことができる。

（変形例）
ここで、本実施形態の冷却システム２の変形例について図面を参照しながら説明する。

図１３は、変形例の冷却システム３の構成を示す概念図である。図１３のように、本変形例の冷却システム３は、流体路１２の排気口１２２に排風機３０を取り付けた構成を有する。

排風機３０は、流体路１２の内部から空気を排出するための装置である。例えば、排風機３０は、真空ポンプなどによって実現される。なお、流体路１２の吸気口１２１側に、空気を冷却するための冷却装置を併設してもよい。また、吸気口１２１に空気を清浄化するためのフィルタや、ヒートシンク１１で暖められた空気を冷却する冷却装置などを設けてもよい。

本変形例の冷却システム３によれば、冷却システム２と同様の効果が得られる。

（第３の実施形態）
図１４〜図１６は、本発明の第３の実施形態に係る冷却システムの構成例を示す概念図である。図１４〜図１６は、複数の情報処理装置１０−１〜３（以下、単に情報処理装置１０と記載）を屋内に配置する例である。なお、図１４〜図１６には、３台の情報処理装置１０に本実施形態の冷却システムを設置する例を示しているが、本実施形態の冷却システムは任意の台数の情報処理装置に設置することができる。

本実施形態においては、流体路１２が第１および第２の経路のペアを含む複数の熱交換部を有する。複数の熱交換部のそれぞれは、異なる冷却対象１３１に熱的に接続された複数のヒートシンク１１と熱的に接続される。

図１４は、流体路１２の排気口１２２と、送風機２０とを屋外に配置する例である。図１４の流体路１２は、複数の情報処理装置１０に分岐され、各情報処理装置１０の冷却対象に搭載されたヒートシンク１１に熱的に接続される。そして、各情報処理装置１０に分岐して導入された流体路１２は、屋外から空気を導入し、ヒートシンク１１の熱で暖められた空気を装置の外部に運ぶように配置される。各情報処理装置１０からの排熱を伝播して戻る流体路１２は、情報処理装置１０の外部で一本にまとめられ、屋外まで延伸される。

すなわち、図１４の構成によれば、流体路１２を屋外まで確保する構造を有する。

図１５は、流体路１２の排気口１２２を屋外に配置し、送風機２０を屋内に配置する例である。図１５の流体路１２の構成は、図１４の構成と同様である。図１５の例では、送風機２０を屋内に設置するスペースがあり、送風機２０に冷却装置を併設する場合などに好適である。

図１６は、流体路１２の排気口１２２を屋外に配置し、送風機２０を屋内に配置する例である。図１６の例では、流体路１２の排気口１２２を建屋の上方に設置する点で図１５の例とは異なる。暖められた空気は上方に移動しやすいため、図１６の構造によればより排熱効果を高めることができる。すなわち、図１６の例では、流体路１２の両端部が隔離された位置に配置される。

以上のように、本実施形態の冷却システムにおいても、第２の実施形態の例と同様に、吸排気口の設置場所に複数のバリエーションがある。なお、図１４〜図１６には、複数の熱交換部のそれぞれが、異なる機器に搭載された冷却対象に熱的に接続された複数のヒートシンク１１と熱的に接続される例を示した。複数の熱交換部のそれぞれは、同じ情報処理装置１０内の異なる冷却対象に熱的に接続された複数のヒートシンク１１と熱的に接続されるように構成してもよい。

本実施形態においては、複数の情報処理装置から排出される熱の経路を屋内で１ヵ所に纏めてから屋外へ排気するため、屋内の冷却能力を落とすことができる。情報処理装置にも動作可能な温度範囲があるため、屋内の温度条件は、所定の温度範囲内に調節される必要がある。データセンターのように多くの情報処理装置が配置された建屋の屋内は、個々の情報処理装置から発生した熱がこもらないように冷却する必要がある。そのため、これまでは、屋内の冷却能力を上げるために建屋自体を冷却するために大規模な冷却装置を稼動させる必要があったが、本実施形態によればこのような問題点を解決することができる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明の冷却装置は、コンピュータやサーバなどの情報処理装置に搭載されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの任意の発熱するデバイスの冷却に利用することができる。また、本発明の冷却装置は、電力機器向けの電力用半導体素子やプロジェクタの光源などに搭載された任意のデバイスの冷却に利用することができる。

１ 冷却装置
２、３ 冷却システム
１０ 情報処理装置
１１ ヒートシンク
１２ 流体路
１５ 断熱材
２０ 送風機
３０ 排風機
１２１ 吸気口
１２２ 排気口
１２３ 給気経路
１２４ 第１の経路
１２５ 折り返し経路
１２６ 第２の経路
１３１ 冷却対象
１３２ ヒートスプレッダ
１３５ デバイス
１３６ ファン

Claims (8)

1. ヒートシンクと、
   前記ヒートシンクと熱的に接続される熱交換部を有し、所定の流体が導通可能に形成された流体路とを備え、
   前記熱交換部は、
   前記ヒートシンクの受熱面に対して略平行に配置される第１の経路と、
   前記第１の経路よりも前記受熱面から離れた位置に前記第１の経路に並行して配置され、前記第１の経路を通過した流体が送られる第２の経路とを含み、
   前記流体路は、
   前記第１の経路から延伸される吸気口と、前記第２の経路から延伸される排気口とを有する冷却装置。
2. 前記吸気口および前記排気口は、冷却対象が搭載された機器の外部に配置される請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記第１および第２の経路が複数の分岐路に分岐された構造を有する請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記熱交換部は、
   前記第１の経路と前記第２の経路とのペアを複数組接続した構造を有し、
   連続する前記ペア同士は、
   前段の前記ペアの前記第２の経路を通過した流体が、後段の前記ペアの前記第１の経路に送られるように接続される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却装置。
5. 前記第１および第２の経路の一部が前記ヒートシンクの外部に配置される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷却装置。
6. 前記流体路の内部に流体を送る送風機構を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の冷却装置。
7. 前記流体路の少なくとも一部が断熱材で被覆される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の冷却装置。
8. 前記流体路が複数の前記熱交換部を有し、
   複数の前記熱交換部のそれぞれは、異なる冷却対象に熱的に接続された複数の前記ヒートシンクと熱的に接続される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の冷却装置。