クローズド空気冷却システム
【課題】コンピュータのキャビネット内の冷却能力を増大したクローズド空気冷却システム。
【解決手段】発熱部としてＣＰＵパッケージ１１０を有するキャビネット３００を密閉し、膨張機５００で作られた乾燥低温空気を循環させてキャビネット３００内部の温度を低下させて冷却する。前記乾燥低温空気は膨張機５００で作られ、フィンボード２００に設けられた空気入口管２１０から吹き出してＣＰＵパッケージ１１０に直接あるいはＣＰＵパッケージ１１０に密着する放熱板に衝突させて冷却する。更に、冷却効果を向上させるためにＣＰＵパッケージ１１０と密着した放熱板にフィンを設け、サブストレート１２０と相対するフィンボードで構成される流路から流出する低温空気でキャビネット３００内部を冷却し、膨張機の圧縮機へと戻る。前記フィンボード２００は、板に空気入口管２１０とフィンつき放熱板とを組み合わせて構成することができる。
【解決手段】発熱部としてＣＰＵパッケージ１１０を有するキャビネット３００を密閉し、膨張機５００で作られた乾燥低温空気を循環させてキャビネット３００内部の温度を低下させて冷却する。前記乾燥低温空気は膨張機５００で作られ、フィンボード２００に設けられた空気入口管２１０から吹き出してＣＰＵパッケージ１１０に直接あるいはＣＰＵパッケージ１１０に密着する放熱板に衝突させて冷却する。更に、冷却効果を向上させるためにＣＰＵパッケージ１１０と密着した放熱板にフィンを設け、サブストレート１２０と相対するフィンボードで構成される流路から流出する低温空気でキャビネット３００内部を冷却し、膨張機の圧縮機へと戻る。前記フィンボード２００は、板に空気入口管２１０とフィンつき放熱板とを組み合わせて構成することができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】コンピュータのＣＰＵに代表される記憶や演算をする素子の配線巾は０．１μに近づき、年々大容量化・高速化が図られている。一方、パッケージの上面表面積当りの発熱量は、ペンティアム（登録商標）（速度６６ＭＨｚ、消費電力１６Ｗ、上面面積３ｃｍ２）で５．４Ｗ／ｃｍ２に達しており、ホットプレートの１．５Ｗ／ｃｍ２を上回り、家庭用アイロンの５．７Ｗ／ｃｍ２並の熱流束となっている（佐竹博著、「プリント配線板の熱設計」、産業図書）。図２０〜２７（Ｉｎｔｅｌ社等の、資料より作成）に示すようにその後高速化されたＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩやＰｅｎｔｉｕｍＩＶの消費電力は速度とほぼ比例して増大しており、表面積が拡大されている。ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩ（消費電力３６Ｗ）のＣＰＵパッケージ上面表面積最大熱流束は４１．２Ｗ／ｃｍ２に達しているため放熱板の伝熱面積を拡大（９．６ｃｍ２）されているが、それでも３．７５Ｗ／ｃｍ２になっている。この場合のファン冷却装置は、図２１及び２２に示すように高さが１．８９インチ（４８ｍｍ）となっている。ＰｅｎｔｉｕｍＩＶは、消費電力が１．５ＧＨｚのとき５７．９Ｗ、２ＧＨｚのとき７５．３Ｗであり、そのときのパッケージ中心部の表面温度の許容最高温度をそれぞれ７３℃、７６℃と定めている。ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩに比べてＣＰＵパッケージやサブストレートの面積が拡大されているが、最大熱流束は６．１Ｗ／ｃｍ２に達し、放熱板とファンの強化により、冷却能力が増大されている。ＰｅｎｔｉｕｍＩＶのファン冷却装置は、図２３に示すように高さが７８ｍｍにも達している。パッケージの温度上昇を抑えるために、ファン冷却、液冷却、ガス冷却、ペルチェ冷却による冷却が行われている。
【０００４】ファン冷却装置（９００）は、図２１〜２３に示すように、パッケージ（１１０）に密着させて設けられたヒートシンク（９２０）をキャビネット（３００）内あるいはキャビネット（３００）外の空気をファン（９１０）で吸引または吹付け、ヒートシンク（９２０）の表面に空気の流れを作って冷却する方法であり、最も一般的で、現在のパソコンには、この冷却方法が採用されている。冷却能力向上には、ファン（９１０）の強化とフィン（９２１）で放熱面積を拡大したヒートシンク（９２０）を設ける方法が採用されている。ファン（９１０）は中心部がシャフトやモータのための空間となっており、発熱量が大きく最も冷却の必要なパッケージ（１１０）部分の流速が小さいため熱伝達率が小さく、冷却効果が小さい。また、ファン（９１０）の誘起する流れの分布は３次元流れとなるためフィン（９１０）で形成される流路形状に沿わない流れの速度成分は損失となり、冷却に寄与しない。
【０００５】液冷却は、液の密度が大きく、熱伝達率が大きいという利点があり、水を使う液冷却がスーパーコンピュータの冷却に使われている。
【０００６】ガス冷却は、一般的には、熱伝達率の良い水素やヘリウムを冷媒として使用する冷却方法であるが、コンピュータのパッケージ、冷却にフロン等の冷媒を使う冷却方法もパッケージ部分の冷却を、フロンを膨張させた後のガスで冷却するために、ガス冷却と呼んでいる例もある。
【０００７】ペルチェ冷却は、ペルチェ素子を冷却に使用する冷却方法である。
【０００８】改良ファン冷却として、ファンから送風された冷却風がダクトで導かれ、局所的に吹き出される冷却風で効率良く冷却される冷却方法が出願（図３、電子装置の局部冷却方式、特許出願平６−２９２５９４）されており、効果として不要な騒音の発生を抑制し、消費電力を軽減し、コストを安くできるという効果があることが示されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】ファン冷却は、キャビネット内あるいはキャビネット外の空気をファンで吸引または吹き付け、放熱板やフィンの表面に空気の流れを作って冷却能力を増す方法である。キャビネット内の空気を冷却に使う場合、パッケージ内の発熱、キャビネット外部との空気の交換、キャビネットの壁を通した熱交換による熱収支のバランスが取れるまで空気の温度が上昇する。キャビネット外の空気を冷却に使う場合、パッケージ内の熱を外部に排出することができるが、キャビネット外の空気の温度以上には冷却することはできない。キャビネット外、即ちコンピュータ室の空気の温度を低下させるためには、キャビネットよりはるかに大きな空間の空気を冷却する必要があり、冷却には多大のエネルギーを必要とする。また、キャビネット直近の温度を低下させる必要があり、コンピュータ室内の温度分布が大きく、冷房病などを誘発する。また、キャビネット内あるいはキャビネット外の空気を冷却に使う場合、両方とも空気の湿度がコントロールされていないため、キャビネット内の空気温度が高い状態でキャビネット内に保持された空気の湿分が停止時など、キャビネット内の温度が低下した時に、湿分が凝縮してパッケージに付着した水分によるパッケージクラックが発生しやすくなる。
【００１０】液冷却には、液を通すために配管が必要であり、局部的な冷却には適しているが、広い範囲を冷却することが困難である。また、周辺の空気中の湿分が凝縮するのを防止するために少なくともパッケージ表面温度を常に湿分の飽和温度以上に保つ必要がある。
【００１１】ガス冷却も液冷却と同じく、冷媒を流す部分以外を冷却することは困難であるが、冷媒と接する部分では−４０℃程度まで冷却することができる。しかし、キャビネット内部の空気の湿分をも冷却するために、飽和温度以下に冷却すると水分が凝縮して周辺の部品に悪影響を与えるという欠点がある。
【００１２】ペルチェ冷却は、可動部分が無く、温度を急速に変えることができ、温度を精密に制御できる、−４０℃程度まで冷却できるなどのペルチェ素子（ペルチェ素子カタログ）の利点を生かしたものであるが、ガス冷却と同様に局部的な冷却に限定され、低温部分に周辺の空気中の水分が凝縮するという欠点を持っている。また、温度差と冷却熱量が反比例するという特性を持つため、熱量と温度を独立に変えることができない、熱効率が最高でも２０％程度で低いという欠点もある。パッケージなどの冷却に用いる場合、冷却熱量の５倍以上の熱量を排出するために、その増加した排出熱量を処理する工夫が必要である。
【００１３】以上に述べたように、現在のパッケージ冷却方法は、■冷却熱量が不足している、、■熱流束が小さい、■空気中の水分が凝縮する、■キャビネット内部の湿度を制御できない、■キャビネット内部の熱を十分に排出できない、■キャビネットを設置された室内などの温度を上昇させるなどの欠点の少なくともいずれか一つを有している。
【００１４】特許出願平６−２９２５９４は、図２８示されるようにキャビネットに設けられたファンで外部の空気を吸い込み、ダクトを通して箱で囲まれた部分に空気を送り込み、箱内にある部品を効率良く冷却しようとするものであり、箱内の換気の役割を果たして空気の流れを作り出すため冷却効率は向上する。部品から奪い取る熱量は、その部品の伝熱（表）面積、熱伝達率、温度差の３つを掛けた量であり、伝熱（表）面積が変わらず、温度差が数度変化し、熱伝達率が２倍から５倍になるので、表面温度が大きく低下するように考えられるが、ＣＰＵのように熱伝達で奪い去る熱量よりも発熱量（前述のごとく５Ｗ／ｃｍ２で家庭用のアイロンと同程度の大きさ）がはるかに大きい場合は、アイロンの表面に息を吹きかけてもアイロンの表面温度が下がらないのと同じく、表面温度がわずかに変化するのみである。この出願特許平６−２９２５９４は、熱流束（発熱量／面積）の小さなものの冷却には有効である。
【００１５】以上に述べた従来の冷却方法では、ＣＰＵなどを収めたキャビネット内の空気の一部が強制的、あるいは自然循環によって外部と循環するようになっており、空気中の塵や埃がＣＰＵパッケージ等の部品や配線板に付着して絶縁不良などの故障原因となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】コンピュータのキャビネットを密閉して、外部の空気などと遮断する。
【００１７】コンピュータ内部で最も発熱量の大きなＣＰＵパッケージ部分に密着する主フィンを有する放熱板を設ける。
【００１８】主フィンにほぼ並行に低温空気の高速気流を流し、ＣＰＵパッケージに衝突させた後に、ＣＰＵのパッケージに沿って低温空気を流す。この低温空気の流れをガイドするためにＣＰＵパッケージの外面とほぼ平行なボードをパッケージの外面からある距離を設けて設置する。このボードもフィンを有し、フィンはパッケージ周辺のサブストレートに密着してサブストレートの冷却効率を向上させる。
【００１９】低温空気は、キャビネット外部あるいは内部からパイプで配送される。
【００２０】低温空気は、膨張機で連続的に生成され、キャビネット内部を冷却した後の空気は、膨張機を構成する圧縮機へ吸い込まれる。圧縮機で圧縮され、温度が上昇した空気は、空気冷却器で冷却されて膨張タービンで膨張し、低温空気となってパイプを通って冷却に使用される。
【００２１】空気冷却器で空気を冷却して温度が上昇した媒体は、放熱器で冷却され、熱はコンピュータ室外に放出される。
【００２２】冷却に使用する空気の湿分は、空気冷却器などに設けられた湿分除去器で除去され、乾燥空気となる。
【００２３】コンピュータ内部で最も発熱量の大きなＣＰＵパッケージ部分をカバーする冷却流ガイドを設け、放熱板、パッケージ、サブストレートの裏面へも冷却空気を流して冷却後、周辺の部品を冷却する。
【発明の実施の形態】
【００２４】実施例１の系統図を図１に示す。キャビネット（３００）内のＣＰＵパッケージ（１１０）とサブストレート（１２０）をカバーするフィンボード（２００）の空気入口管（２１０）から送り込まれる冷却空気でＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）、その他の部品を順に冷却し、キャビネット（３００）からパイプ（３２０）を通ってコンピュータ室（４００）外に設置された予冷器（７０５）で冷却後、圧縮機（７００）で圧縮、冷却器（７１０）で冷却、パイプ（３１０）を通してキャビネット（３００）内へと冷却空気を送り込む。
【００２５】実施例２の系統図を図２に示す。膨張機（５００）で生成された低温空気は、パイプ（３１０）を通ってフィンボード（２００）の空気入口管（２１０）からＣＰＵパッケージ（１１０）に向けて噴出して冷却し、フィンボード（２００）とＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）で形成されるほぼ平行な流路（２２０）を通って流出する。流出した空気はまだ十分な冷却能力を有しており、周辺の部品を冷却した後、キャビネット（３００）を出て、パイプ（３２０）を通り、膨張機（５００）へと戻る。膨張機は、図１８に示すように、空気を圧縮する圧縮機（５１０）、空気を冷却する空気冷却器（５２０）、空気を膨張させて温度を低下させる膨張タービン（５３０）、圧縮機を駆動するモータ（５４０）、回転軸を支えるジャーナル軸受（５５０）、軸方向の動きを規制するスラスト軸受（５６０）で構成されている。空気冷却器（５２０）で空気から奪われた熱は、媒体によってコンピュータ室（４００）外の放熱器（６００）へと運ばれて放熱される。空気冷却器（５２０）には、空気中の水分を取り去る除湿機能が付加されている。
【００２６】実施例３の簡易型のフィンボード（２００）の構成を図３に示す。簡易型のフィンボード（２００）は、後述のフィンボード（２００）のフィンを除いて簡素化したものである。簡易型のフィンボード（２００）は、ボード（２３０）、空気入口管（２１０）、支柱（２７０）で構成され、冷却空気は、空気入口管（２１０）から送り込まれ、ボード（２３０）、放熱板（２５０）、サブストレート（１２０）で構成される上部流路（２６０）を通り、放熱板（２５０）を冷却してＣＰＵパッケージ（１１０）を冷却する。プロセッサー（１００）は、ＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）、ピン（１３０）で構成され、ＣＰＵパッケージ（１１０）に密着する放熱板（２５０）をサポート（１４０）でサブストレート（１２０）に取り付けられるようになっている。プロセッサー（１００）は、基本的に従来のものと同じ構成とするが、図２４〜２７に示す様にプロセッサー（１００）を構成するＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）、ピン（１３０）で構成され、ＣＰＵパッケージ（１１０）に密着する放熱板（２５０）、サポート（１４０）などの形状寸法が異なるものが作られており、この形状寸法に対応して本考案の形状寸法も変えるものとする。図３（ａ）は全体構成の断面図、（ｂ）は簡易型のフィンボード（２００）の上面図、（ｃ）は放熱板（２５０）と支柱（２７０）の上面図、（ｄ）はＣＰＵパッケージ（１１０）とサブストレート（１２０）の上面図を示したものである。
【００２７】実施例４（図４）は簡易型のフィンボード（２００）に放熱面拡張錘（２５１）を設けたものであり、放熱面拡張錘（２５１）の断面形状は円、多角形などの形状である。
【００２８】実施例５（図５）は、フィンボード（２００）の空気入口管（２１０）からフィンボード（２１０）と放熱板（２５０）で形成される上部流路（２６０）から放熱板（２５０）とサブストレート（１２０）で形成される下部流路（２６１）に冷却空気を送り込み、放熱板（２５０）の両面からの冷却と換気ができるように送気孔（２５２）を設けた構造である。
【００２９】実施例６（図６）は、上部流路（２６０）の冷却空気の流れと直交する断面面積を一定としたボード（２３０）を有する構造である。冷却空気を空気入口管（２１０）から挿入する場合、ほぼ中心部に位置する空気入口管（２１０）からの距離に上部流路（２６０）の高さが反比例するように設定することで上部流路（２６０）の流れに直交する断面積はほぼ一定となり、流速もほぼ一定となる。更に、放熱板（２５０）を貫通する送気孔（２５２）を設けると実施例５と同様の効果を得ることができる。
【００３０】図７に実施例７のフィンボード（２００）の構成とその設置状況を示す。フィンボード（２００）は、サブフィン（２２０）を植え込まれたボード（２３０）、空気入口管（２１０）、主フィン（２４０）を植え込まれた放熱板（２５０）で構成され、低温空気は、空気入口管（２１０）から主フィン（２４０）にほぼ平行に吹き込まれ、放熱板（２５０）を介してＣＰＵパッケージ（１１０）を冷却後、ボード（２３０）とサブストレート（１２０）で形成される上部流路（２６０）を通って流出する。この間にサブストレート（１２０）を冷却、ＣＰＵパッケージ（１１０）と接する面の温度を下げて間接的にＣＰＵパッケージ（１１０）の冷却の働きをする。サブフィン（２２０）は、サブストレート（１２０）に密着してサブストレート（１２０）からの放熱を助ける。主フィン（２４０）とボード（２３０）との間には適当な隙間が設けてあり、サブフィン（２２０）とサブストレート（１２０）とが密着することを妨害しないようになっている。放熱板（２５０）とＣＰＵパッケージ（１１０）を熱伝導性の良い接着剤などで接着、あるいはボード（２３０）と主フィン（２４０）を引き離すように作用するバネなどを設けて放熱板（２５０）とＣＰＵパッケージ（１１０）との密着性を良くすることができる。放熱板（２５０）に植えられた主フィン（２４０）の一例として、放熱板（２５０）中心部の主フィン（２４０）を間引いた例を図８に示しているが、間引かずに全面に主フィン（２４０）を設けても良い。主フィン（２４０）の断面形状は、四角形であるが、丸や三角などの自由な形状でも良い。空気入口管（２１０）の中心線（２９０）は、放熱板（２５０）と０度以上の角度を有するように設定される。図７（ａ）は全体構成の断面図、（ｂ）はボード（２３０）とサブフィン（２２０）、（ｃ）は主フィン（２４０）と放熱板（２５０）、（ｄ）はＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）、ピン（１３０）、（ｅ）は全体構成と冷却空気の流れ、（ｆ）は主フィン（２４０）、放熱板（２５０）、ＣＰＵパッケージ（１１０）と冷却空気の流れ、（ｇ）は主フィン（２４０）と放熱板（２５０）、（ｈ）は（ｇ）の主フィン（２４０）と放熱板（２５０）の断面を示した図である。図７の（ｉ），（ｊ），（ｋ）は、フィンボード（２００）の空気入口管（２１０）、サブフィン（２２０）、ボード（２３０）、支柱（２７０）の構成と形状を示し、（ｉ）は上面図、（ｊ）は断面図、（ｋ）は下面図を示す。図７は、フィンボード（２００）の空気入口管（２１０）、サブフィン（２２０）、ボード（２３０）の構成を示したもので、プロセッサー（１００）がＩｎｔｅｌ ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩに対応する形状を想定して描いたものであり、プロセッサー（１００）の形状に応じてフィンボードの形状寸法も異なるが、ここに描いたものが基本的な形状である。
【００３１】実施例８（図８）は、空気の通る通路断面積を調整した形状で、空気の速度がほぼ一定、あるいは伝熱面密度一定などと自由に選ぶことができる。更に、主フィン（２４０）やサブフィン（２２０）の面積あたりの本数、大きさ、高さなどを適当に選定することにより、ＣＰＵパッケージ（１１０）やサブストレート（１２０）の温度分布を制御できる。
【００３２】実施例９（図９）は、空気入口管（２１０）からボード（２３０）とほぼ平行にパイプ（２１１）を伸ばしたものである。
【００３３】実施例１０（図１０）は、空気入口管（２１０）部に流れを制御する空間（２１２）を設けたものである。
【００３４】実施例１１（図１１）は、サブフィン（２２０）の中間部で曲げたもので、サブフィン（２２０）を曲がりやすくし、サブストレート（１２０）に凹凸がある場合などにサブフィン（２２０）が曲がってサブストレート（１２０）の密着性を増す。サブフィン（２２０）の材料を銅などの曲がりやすく熱伝導性の良い材料とすることで更に曲がりやすくなり密着性が増す。
【００３５】実施例１２（図１２）は、サブフィン（２２０）がボード（２３０）を貫通したもので、サブフィン（２２０）とボード（２３０）はゆるく拘束されており、ボード（２３０）上面側からサブフィン（２２０）を押すことによりサブストレート（２３０）との間の密着性を増すことが出来る。
【００３６】実施例１３（図１３）は、放熱板（２５０）をＣＰＵパッケージ（１１０）に対して数倍の面積として放熱板（２５０）とボード（２３０）の間隔を保つ支柱（２７０）を設けたもので、ボード（２３０）と主フィン（２４０）との間には適当な隙間を設けることもでき、密着させることも可能である。放熱板（２５０）とサブストレート（１２０）との間には、ＣＰＵパッケージ（１１０）へ加わる力を調整できるサポート（１４０）が設けられている。サポート（１４０）と支柱（２７０）を弾性を持つ材料で作ることにより、ＣＰＵパッケージ（１１０）と放熱板（２５０）の間及び主フィン（２４０）とサブストレート（２３０）との間の密着性を良くする事が出来る。
【００３７】実施例１４（図１４）は、実施例１３（図１３１３）の放熱板（２５０）と主フィン（２４０）を変更したものである。放熱板（２５０）は、主フィン（２４０）とＣＰＵパッケージ（１１０）の冷却効果を良くするための中心部の微細主フィン（２４１）を有し、微細主フィン（２４１）と主フィン（２４０）の間に放熱板（２５０）の下面に冷却空気を流すための送気孔（２５２）、放熱板（２５０）の下面に下面フィン（２４２）を有する。
【００３８】実施例１５（図１５）は、空気入口管（２１０）から挿入された冷却空気が放熱板（２５０）の上面を冷却後、放熱板（２５０）の下面とサブストレート（１２０）で形成される下部流路（２６１）へと流れるように図１６（ａ）においてボード（２３０）の側面のスカート（２３１）が放熱板（２５０）の３側面と接して３側面のスカート（２３１）の長さがサブストレート（１２０）に達し、１側面のスカート（２３１）の長さが放熱板（２５０）の下面を超えず、３側面の内の１側面のスカート（２３１）が放熱板（２５０）と一定の距離を保つように設定されている。
【００３９】実施例１６（図１６）は、空気入口管（２１０）から挿入された冷却空気が放熱板（２５０）の上面を冷却、一部が送気孔（２５２）を通って放熱板（２５０）の下面とサブストレート（１２０）で形成される下部流路（２６１）を冷却後、サブストレート（１２０）とソケット（８１０）で形成される隙間へと流れるように図１７（ａ）においてボード（２３０）の側面のスカート（２３１）が放熱板（２５０）の３側面と接して３側面のスカート（２３１）の長さがサブストレート（１２０）に達し、１側面のスカート（２３１）の長さがサブストレート（１２０）の下面を超えず、３側面の内の１側面のスカート（２３１）がサブストレート（１２０）と一定の距離を保つように設定されている。
【００４０】実施例１７は、図１７に示すように、ボード（２３０）と放熱板（２５０）との間の空間に空気入口管（２１０）とパイプ（２１１）を設置したものである。
【００４１】実施例１８は、ボード（２３０）を平面にした場合に流路面積を主フィン（２４０）とサブフィン（２２０）の巾Ｂまたは径Ｄを与えて、式１（フィン形状が四角形の場合の式）または式２（フィンの形状が円形の場合の式）の関係を使って流路面積に対するフィンの本数を設定するもので、ボード（２３０）の中心点からの距離Ｘの位置における流速を所定の値に対して±２０％の範囲の許容範囲内の値に設定する。実施例７及び９から１６に適用される。
【００４２】図１８は、膨張機（５００）の構成を外部のケースを除いて示したものである。膨張機（５００）は、圧縮機（５１０）で吸い込み圧縮されて温度が上昇した空気を空気冷却器（５２０）で冷却した後、膨張タービン（５３０）で膨張させて空気の温度を低下させるものである。圧縮機（５１０）と膨張タービン（５３０）は、軸（５７０）で結合され、膨張タービン（５３０）で発生する動力で不足する圧縮機（５１０）駆動動力分モータ（５４０）で駆動される。軸（５７０）の半径方向の動きは、ジャーナル軸受（５５０）で、軸方向の動きはスラスト軸受（５６０）で抑制される。モータ（５４０）は、磁性鋼板で作られたステータ（５４２）と永久磁石（５４１）を有するロータ（５４３）で構成される。
【００４３】図１９は、圧縮機（５１０）を２段構成とした膨張機（５００）を示しており、１段目の圧縮機（５１０）をモータ（５４０）で駆動し、圧縮された空気を１段目の空気冷却器（５２０）で冷却後、２段目の圧縮機（５１１）で更に圧縮、２段目の空気冷却器（５２１）で冷却後、膨張タービン（５３０）で膨張させて空気の温度を低下させるものである。
【００４４】実施例の説明では、圧縮機、冷却器、放熱器、膨張機などの配置例を図示して説明したが、ここで説明した以外の配置、キャビネット内、コンピュータ室内、コンピュータ室外についても本発明の主旨を逸脱しない配置も含まれる。
【００４５】サブストレート（１２０）のピン（１３０）と反対側を表、逆を裏として説明し、表側にフィンボード（２００）を設けた場合について説明したが、裏側にフィンボード（２００）を設けても本発明の基本的構造や効果は同じであり、本発明の範疇に含まれる。
【００４６】本発明の説明では、フィンボード（２００）をサブストレート（１２０）とほぼ同じ面積の場合について説明しているが、フィンボード（２００）をシステムボード（８００）の面積まで広げることもできる。
【発明の効果】
【００４７】乾燥した低温の空気で発熱部を冷却して温度が上昇した空気は、外部へ排出される実施例１の冷却システムでは、適切な場所の適切な熱量を取り去り、電子部品などが外部の水分やごみなどの影響を受けず、高い信頼性が保たれる。冷却により奪い取られた熱をコンピュータ室外へ放出することにより、コンピュータ室内の環境を適正に保つことができる。冷却媒体が空気であるので環境への影響もなく、どこででも入手でき、保守などで開放した場合も、キャビネット外から取り入れた空気を循環させて冷却し、除湿することで再び乾燥空気による冷却が可能となる。この場合は、冷却能力は空気冷却器の温度低下能力で空気の温度が決まる。空気冷却器には、水冷、空冷、液冷などの従来の方式も使用することができる。
【００４８】実施例２は、実施例１と同様の効果を持つとともに、膨張タービンによって更に冷却空気の温度を下げることができるために、冷却能力が高くなる。膨張タービンの出力を圧縮機の動力として直接利用できるために効率が高く、消費動力が低くなる。
【００４９】実施例３は、ＣＰＵパッケージ（１１０）に相対するボード（２３０）を設けて、ボード（２３０）が有する空気入口管から低温空気を高速でＣＰＵパッケージ（１１０）に吹きつけることにより、熱伝達率が高くなり、小さなスペースで発熱部の冷却効率と熱流束を高める働きをする。更に低温の冷却空気が放熱板（２５０）とボード（２３０）で形成される上部流路（２６０）を流れるときに放熱板（２５０）を冷却し、ＣＰＵパッケージ（１１０）の発熱を効率よく除去する。
【００５０】実施例４は、放熱板（２５０）の発熱するＣＰＵパッケージ（１１０）に近い部分に放熱面拡張錘（２５１）を設けることにより、空気流速の速い部分の伝熱面積が拡大するので、熱流束と熱伝達率を高められる。
【００５１】実施例５は、放熱板（２５０）に送気孔（２５２）を設けて冷却空気を放熱板（２５０）の反対側に冷却空気が送り込まれ、放熱板（２５０）が両面から冷却され、冷却効果が高まる。また、ＣＰＵパッケージ（１１０）に直接冷却空気が当り、冷却効果が向上する。
【００５２】実施例６は、上部流路（２６０）を空気入口管（２１０）からの距離に反比例する流路高さとなっており、上部流路（２６０）の流速がほぼ一定となり、熱伝達率も高く保たれる。
【００５３】実施例７は、発熱の大きなＣＰＵパッケージ（１１０）に密着する主フィン（２４０）を有する放熱板（２５０）のフィンに並行する流れと放熱板（２５０）に衝突する流れにより大きな熱流束と高い熱伝達率が得られる。更に、ボード（２３０）に植えられたサブフィン（２２０）がサブストレート（１２０）の密着し、サブストレート（１２０）からの放熱効果を高める。ＣＰＵパッケージ（１１０）とサブストレート（１２０）のサイズは、図２４から２７に示すように異なるが、ボード（２３０）と放熱板（２５０）のサイズを調整することにより、全てのサイズのプロセッサーに適用される。
【００５４】実施例８は、上部流路（２６０）の断面面積変更の１例であり、流速分布や熱伝達率分布が変わり、温度分布を選定できる。
【００５５】実施例９は、ボード（２３０）とほぼ並行するパイプ（２１１）を設けたことにより、所要スペースが小さくなる。
【００５６】実施例１０は、空気入口管（２１０）とパイプ（２１１）の間にスペース（２１２）を設けることによって流速パターンを制御することができる。
【００５７】実施例１１は、サブフィン（２２０）を中間部で曲げたもので、サブフィン（２２０）が接するサブストレート（１２０）の凹凸などにしたがって個々のサブフィン（２２０）が曲がってサブストレート（１２０）に密着して伝熱面積が確実に増大し、熱伝達率が高くなる。
【００５８】実施例１２は、サブフィン（２２０）がボード（２３０）を貫通し、ボード（２３０）で緩やかに拘束されているために、実施例１１と同様にサブストレート（１２０）への密着度が良くなる。
【００５９】実施例１３は、放熱板（２５０）に主フィン（２４０）を持ち、放熱板（１２０）全体の熱伝達率が向上する。
【００６０】実施例１４は、実施例１３の放熱板（２５０）の両面にフィンを、ＣＰＵパッケージ（１１０）の外周付近に送気孔（２４１）を設けられており、実施例１３よりも熱流束と熱伝達率が大きくなる。
【００６１】実施例１５は、ボード（２３０）のスカート（２３１）が放熱板（２５０）の３側面と接して冷却空気の漏出を防止し、１側面側から放熱板（２５０）の下面の下面流路へと冷却空気を流し、放熱面（２５０）を下面からも冷却し、冷却能力が向上する。
【００６２】実施例１６は、上面流路（２６０）、送気孔（２４１）を通って下面流路（２６１）を冷却した冷却空気がサブストレート（１２０）の下面にも流入するようにしたもので、冷却効果が高くなる。
【００６３】実施例１７は、空気入口管（２１０）及びパイプ（２１１）をボード（２３０）と放熱板（２５０）の間に設けたもので、フィンボード（２００）全体の高さが低くなり、プロセッサー（１００）の装着密度が向上する。
【００６４】本考案の共通する効果について、パラレルコンピュータを例にとって説明すると、システムボード（８００）上に装着されるプロセッサー（１００）としてインテルのＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩを採用するとファン冷却装置の高さが４８ｍｍあるためにシステムボード（８００）間の距離を少なくとも４８ｍｍ以上とる必要があり、一つのキャビネットの中には、４枚程度に抑えられるが、本考案の冷却システムを採用すると、高さが高々２０ｍｍであり、現状のものの２から３倍を装着でき、多くのＣＰＵを収めることができるので高速で大容量の計算や記憶能力をもたせることができるようになる。また、現在のＣＰＵパッケージは、湿度などの管理が行われている保管状態の温度−４０℃、コンピュータのキャビネット内での作動温度は、水分の凍結などによるＣＰＵパッケージの破損などを防止するために５℃に制限されている。本考案は、密閉システムであり、外部の湿度や塵芥の影響を受けない清浄な乾燥空気を使用できるために、高い信頼性が得られ、空気温度を膨張機の能力に応じてＣＰＵパッケージの保管最低温度の−４０℃まで下げることができるので、現在のキャビネット内温度４０℃から少なくとも−４０℃へ約８０℃下げることができる。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮機を有するクローズド空気冷却システム系統図
【図２】膨張機を有するクローズド空気冷却システム系統図
【図３】簡易型フィンボードの構成図
【図４】放熱面拡張錘を有する簡易型フィンボードの構成図
【図５】送気孔付放熱板を組み込んだ簡易型フィンボードの構成図
【図６】送気孔付放熱板を組み込んだ流路流速一定型の簡易型フィンボードの構成図
【図７】主フィン付放熱板を有するフィンボードの構成図
【図８】流路面積変化型フィンボード
【図９】入口パイプ付フィンボード
【図１０】流動制御スペース内在入口パイプ付フィンボード
【図１１】長さ可変型サブフィン付フィンボード
【図１２】ボード貫通型サブフィン付フィンボード
【図１３】主フィン付放熱板を有するフィンボード
【図１４】微細フィン、主フィン、下部フィン、送気孔付放熱板
【図１５】スカート付ボードを有するフィンボードとフィンとガイド付放熱板
【図１６】サブストレート上下面冷却型フィンボードの構成図
【図１７】側面冷却空気挿入型フィンボード
【図１８】単段型膨張機
【図１９】二段型膨張機
【図２０】プロセッサーの速度（周波数）と消費電力
【図２１】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩのファン冷却装置
【図２２】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩのファン冷却装置
【図２３】ＰｅｎｔｉｕｍＩＶのファン冷却装置
【図２４】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩとＰｅｎｔｉｕｍＩＶの形状寸法
【図２５】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩの形状寸法
【図２６】ＰｅｎｔｉｕｍＩＶの形状寸法
【図２７】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩの形状寸法
【図２８】他の特許の構成図
【００６６】
【符号の説明】
（１） 冷却用ファン （２） 冷却用ファン固定板
（３） 冷却用ファン固定ネジ （４） 穴空き板固定ネジ
（５） 穴空き板 （６） 不要穴ふさぎ板
（７） 冷却風吹出し口 （８） 非発熱部
（９） 発熱部 （１０） 論理素子等の電子部品を実装している電子回路板
（１１） ダクト取り付け部 （１２） ダクト
（１３） ダクト吹出し口固定部 （１４） 冷却用ファン
（１５） 冷却用ファン固定板 （１６） 冷却用ファン固定ネジ
（１７） 穴空き板固定ネジ （１８） ダクト取付け板
（１９） ダクト不要穴ふさぎ板 （２０） ダクト取付け穴
（２１） ダクト吹出し口固定板
（１００）プロセッサー （１１０）ＣＰＵパッケージ
（１２０）サブストレート （１３０）ピン
（１４０）サポート
（２００）フィンボード （２１０）空気入口管
（２１１）パイプ （２１２）スペース
（２２０）サブフィン （２３０）ボード
（２３１）スカート （２４０）主フィン
（２４１）微細主フィン （２４２）下面フィン
（２４３）ガイド
（２５０）放熱板 （２５１）放熱面拡張錘
（２５２）送気孔 （２６０）上部流路
（２６１）下部流路 （２７０）支柱
（２９０）中心線
（３００）キャビネット （４００）コンピュータ室
（５００）膨張機 （５１０）圧縮機
（５１１）２段目の圧縮機 （５２０）空気冷却器
（５３０）膨張タービン （５４０）モータ
（５４１）永久磁石 （５４２）ステータ
（５４３）ロータ （５５０）ジャーナル軸受
（５６０）スラスト軸受
（６００）放熱器
（７００）圧縮機 （７０５）予冷器
（７１０）冷却器
（８００）システムボード （８１０）ソケット
（９００）ファン冷却装置 （９１０）ファン
（９２０）ヒートシンク （９２１）フィン
【数１】Ｎ＝１／Ｂ・（２Ｘ−Ａ／Ｈ）
Ｍ＝Ａ／Ｂ／Ｈ／（Ｎ−１）
Ａ；中心点からＸの距離の流路面積
Ｘ；中心点からのフィン前面までの距離
Ｈ；流路高さ
Ｂ；フィン巾
Ｎ；フィン数
Ｍ；隙間ＩＢ
【数２】Ｎ＝１／Ｄ・（２Ｘ−Ａ／Ｈ）
Ｍ＝Ａ／Ｄ／Ｈ／（Ｎ−１）
Ａ；中心点からＸの距離の流路面積
Ｘ；中心点からフィン中心までの距離
Ｈ；流路高さ
Ｂ；フィン径
Ｎ；フィン数
Ｍ；隙間／Ｂ
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】コンピュータのＣＰＵに代表される記憶や演算をする素子の配線巾は０．１μに近づき、年々大容量化・高速化が図られている。一方、パッケージの上面表面積当りの発熱量は、ペンティアム（登録商標）（速度６６ＭＨｚ、消費電力１６Ｗ、上面面積３ｃｍ２）で５．４Ｗ／ｃｍ２に達しており、ホットプレートの１．５Ｗ／ｃｍ２を上回り、家庭用アイロンの５．７Ｗ／ｃｍ２並の熱流束となっている（佐竹博著、「プリント配線板の熱設計」、産業図書）。図２０〜２７（Ｉｎｔｅｌ社等の、資料より作成）に示すようにその後高速化されたＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩやＰｅｎｔｉｕｍＩＶの消費電力は速度とほぼ比例して増大しており、表面積が拡大されている。ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩ（消費電力３６Ｗ）のＣＰＵパッケージ上面表面積最大熱流束は４１．２Ｗ／ｃｍ２に達しているため放熱板の伝熱面積を拡大（９．６ｃｍ２）されているが、それでも３．７５Ｗ／ｃｍ２になっている。この場合のファン冷却装置は、図２１及び２２に示すように高さが１．８９インチ（４８ｍｍ）となっている。ＰｅｎｔｉｕｍＩＶは、消費電力が１．５ＧＨｚのとき５７．９Ｗ、２ＧＨｚのとき７５．３Ｗであり、そのときのパッケージ中心部の表面温度の許容最高温度をそれぞれ７３℃、７６℃と定めている。ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩに比べてＣＰＵパッケージやサブストレートの面積が拡大されているが、最大熱流束は６．１Ｗ／ｃｍ２に達し、放熱板とファンの強化により、冷却能力が増大されている。ＰｅｎｔｉｕｍＩＶのファン冷却装置は、図２３に示すように高さが７８ｍｍにも達している。パッケージの温度上昇を抑えるために、ファン冷却、液冷却、ガス冷却、ペルチェ冷却による冷却が行われている。
【０００４】ファン冷却装置（９００）は、図２１〜２３に示すように、パッケージ（１１０）に密着させて設けられたヒートシンク（９２０）をキャビネット（３００）内あるいはキャビネット（３００）外の空気をファン（９１０）で吸引または吹付け、ヒートシンク（９２０）の表面に空気の流れを作って冷却する方法であり、最も一般的で、現在のパソコンには、この冷却方法が採用されている。冷却能力向上には、ファン（９１０）の強化とフィン（９２１）で放熱面積を拡大したヒートシンク（９２０）を設ける方法が採用されている。ファン（９１０）は中心部がシャフトやモータのための空間となっており、発熱量が大きく最も冷却の必要なパッケージ（１１０）部分の流速が小さいため熱伝達率が小さく、冷却効果が小さい。また、ファン（９１０）の誘起する流れの分布は３次元流れとなるためフィン（９１０）で形成される流路形状に沿わない流れの速度成分は損失となり、冷却に寄与しない。
【０００５】液冷却は、液の密度が大きく、熱伝達率が大きいという利点があり、水を使う液冷却がスーパーコンピュータの冷却に使われている。
【０００６】ガス冷却は、一般的には、熱伝達率の良い水素やヘリウムを冷媒として使用する冷却方法であるが、コンピュータのパッケージ、冷却にフロン等の冷媒を使う冷却方法もパッケージ部分の冷却を、フロンを膨張させた後のガスで冷却するために、ガス冷却と呼んでいる例もある。
【０００７】ペルチェ冷却は、ペルチェ素子を冷却に使用する冷却方法である。
【０００８】改良ファン冷却として、ファンから送風された冷却風がダクトで導かれ、局所的に吹き出される冷却風で効率良く冷却される冷却方法が出願（図３、電子装置の局部冷却方式、特許出願平６−２９２５９４）されており、効果として不要な騒音の発生を抑制し、消費電力を軽減し、コストを安くできるという効果があることが示されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】ファン冷却は、キャビネット内あるいはキャビネット外の空気をファンで吸引または吹き付け、放熱板やフィンの表面に空気の流れを作って冷却能力を増す方法である。キャビネット内の空気を冷却に使う場合、パッケージ内の発熱、キャビネット外部との空気の交換、キャビネットの壁を通した熱交換による熱収支のバランスが取れるまで空気の温度が上昇する。キャビネット外の空気を冷却に使う場合、パッケージ内の熱を外部に排出することができるが、キャビネット外の空気の温度以上には冷却することはできない。キャビネット外、即ちコンピュータ室の空気の温度を低下させるためには、キャビネットよりはるかに大きな空間の空気を冷却する必要があり、冷却には多大のエネルギーを必要とする。また、キャビネット直近の温度を低下させる必要があり、コンピュータ室内の温度分布が大きく、冷房病などを誘発する。また、キャビネット内あるいはキャビネット外の空気を冷却に使う場合、両方とも空気の湿度がコントロールされていないため、キャビネット内の空気温度が高い状態でキャビネット内に保持された空気の湿分が停止時など、キャビネット内の温度が低下した時に、湿分が凝縮してパッケージに付着した水分によるパッケージクラックが発生しやすくなる。
【００１０】液冷却には、液を通すために配管が必要であり、局部的な冷却には適しているが、広い範囲を冷却することが困難である。また、周辺の空気中の湿分が凝縮するのを防止するために少なくともパッケージ表面温度を常に湿分の飽和温度以上に保つ必要がある。
【００１１】ガス冷却も液冷却と同じく、冷媒を流す部分以外を冷却することは困難であるが、冷媒と接する部分では−４０℃程度まで冷却することができる。しかし、キャビネット内部の空気の湿分をも冷却するために、飽和温度以下に冷却すると水分が凝縮して周辺の部品に悪影響を与えるという欠点がある。
【００１２】ペルチェ冷却は、可動部分が無く、温度を急速に変えることができ、温度を精密に制御できる、−４０℃程度まで冷却できるなどのペルチェ素子（ペルチェ素子カタログ）の利点を生かしたものであるが、ガス冷却と同様に局部的な冷却に限定され、低温部分に周辺の空気中の水分が凝縮するという欠点を持っている。また、温度差と冷却熱量が反比例するという特性を持つため、熱量と温度を独立に変えることができない、熱効率が最高でも２０％程度で低いという欠点もある。パッケージなどの冷却に用いる場合、冷却熱量の５倍以上の熱量を排出するために、その増加した排出熱量を処理する工夫が必要である。
【００１３】以上に述べたように、現在のパッケージ冷却方法は、
【００１４】特許出願平６−２９２５９４は、図２８示されるようにキャビネットに設けられたファンで外部の空気を吸い込み、ダクトを通して箱で囲まれた部分に空気を送り込み、箱内にある部品を効率良く冷却しようとするものであり、箱内の換気の役割を果たして空気の流れを作り出すため冷却効率は向上する。部品から奪い取る熱量は、その部品の伝熱（表）面積、熱伝達率、温度差の３つを掛けた量であり、伝熱（表）面積が変わらず、温度差が数度変化し、熱伝達率が２倍から５倍になるので、表面温度が大きく低下するように考えられるが、ＣＰＵのように熱伝達で奪い去る熱量よりも発熱量（前述のごとく５Ｗ／ｃｍ２で家庭用のアイロンと同程度の大きさ）がはるかに大きい場合は、アイロンの表面に息を吹きかけてもアイロンの表面温度が下がらないのと同じく、表面温度がわずかに変化するのみである。この出願特許平６−２９２５９４は、熱流束（発熱量／面積）の小さなものの冷却には有効である。
【００１５】以上に述べた従来の冷却方法では、ＣＰＵなどを収めたキャビネット内の空気の一部が強制的、あるいは自然循環によって外部と循環するようになっており、空気中の塵や埃がＣＰＵパッケージ等の部品や配線板に付着して絶縁不良などの故障原因となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】コンピュータのキャビネットを密閉して、外部の空気などと遮断する。
【００１７】コンピュータ内部で最も発熱量の大きなＣＰＵパッケージ部分に密着する主フィンを有する放熱板を設ける。
【００１８】主フィンにほぼ並行に低温空気の高速気流を流し、ＣＰＵパッケージに衝突させた後に、ＣＰＵのパッケージに沿って低温空気を流す。この低温空気の流れをガイドするためにＣＰＵパッケージの外面とほぼ平行なボードをパッケージの外面からある距離を設けて設置する。このボードもフィンを有し、フィンはパッケージ周辺のサブストレートに密着してサブストレートの冷却効率を向上させる。
【００１９】低温空気は、キャビネット外部あるいは内部からパイプで配送される。
【００２０】低温空気は、膨張機で連続的に生成され、キャビネット内部を冷却した後の空気は、膨張機を構成する圧縮機へ吸い込まれる。圧縮機で圧縮され、温度が上昇した空気は、空気冷却器で冷却されて膨張タービンで膨張し、低温空気となってパイプを通って冷却に使用される。
【００２１】空気冷却器で空気を冷却して温度が上昇した媒体は、放熱器で冷却され、熱はコンピュータ室外に放出される。
【００２２】冷却に使用する空気の湿分は、空気冷却器などに設けられた湿分除去器で除去され、乾燥空気となる。
【００２３】コンピュータ内部で最も発熱量の大きなＣＰＵパッケージ部分をカバーする冷却流ガイドを設け、放熱板、パッケージ、サブストレートの裏面へも冷却空気を流して冷却後、周辺の部品を冷却する。
【発明の実施の形態】
【００２４】実施例１の系統図を図１に示す。キャビネット（３００）内のＣＰＵパッケージ（１１０）とサブストレート（１２０）をカバーするフィンボード（２００）の空気入口管（２１０）から送り込まれる冷却空気でＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）、その他の部品を順に冷却し、キャビネット（３００）からパイプ（３２０）を通ってコンピュータ室（４００）外に設置された予冷器（７０５）で冷却後、圧縮機（７００）で圧縮、冷却器（７１０）で冷却、パイプ（３１０）を通してキャビネット（３００）内へと冷却空気を送り込む。
【００２５】実施例２の系統図を図２に示す。膨張機（５００）で生成された低温空気は、パイプ（３１０）を通ってフィンボード（２００）の空気入口管（２１０）からＣＰＵパッケージ（１１０）に向けて噴出して冷却し、フィンボード（２００）とＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）で形成されるほぼ平行な流路（２２０）を通って流出する。流出した空気はまだ十分な冷却能力を有しており、周辺の部品を冷却した後、キャビネット（３００）を出て、パイプ（３２０）を通り、膨張機（５００）へと戻る。膨張機は、図１８に示すように、空気を圧縮する圧縮機（５１０）、空気を冷却する空気冷却器（５２０）、空気を膨張させて温度を低下させる膨張タービン（５３０）、圧縮機を駆動するモータ（５４０）、回転軸を支えるジャーナル軸受（５５０）、軸方向の動きを規制するスラスト軸受（５６０）で構成されている。空気冷却器（５２０）で空気から奪われた熱は、媒体によってコンピュータ室（４００）外の放熱器（６００）へと運ばれて放熱される。空気冷却器（５２０）には、空気中の水分を取り去る除湿機能が付加されている。
【００２６】実施例３の簡易型のフィンボード（２００）の構成を図３に示す。簡易型のフィンボード（２００）は、後述のフィンボード（２００）のフィンを除いて簡素化したものである。簡易型のフィンボード（２００）は、ボード（２３０）、空気入口管（２１０）、支柱（２７０）で構成され、冷却空気は、空気入口管（２１０）から送り込まれ、ボード（２３０）、放熱板（２５０）、サブストレート（１２０）で構成される上部流路（２６０）を通り、放熱板（２５０）を冷却してＣＰＵパッケージ（１１０）を冷却する。プロセッサー（１００）は、ＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）、ピン（１３０）で構成され、ＣＰＵパッケージ（１１０）に密着する放熱板（２５０）をサポート（１４０）でサブストレート（１２０）に取り付けられるようになっている。プロセッサー（１００）は、基本的に従来のものと同じ構成とするが、図２４〜２７に示す様にプロセッサー（１００）を構成するＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）、ピン（１３０）で構成され、ＣＰＵパッケージ（１１０）に密着する放熱板（２５０）、サポート（１４０）などの形状寸法が異なるものが作られており、この形状寸法に対応して本考案の形状寸法も変えるものとする。図３（ａ）は全体構成の断面図、（ｂ）は簡易型のフィンボード（２００）の上面図、（ｃ）は放熱板（２５０）と支柱（２７０）の上面図、（ｄ）はＣＰＵパッケージ（１１０）とサブストレート（１２０）の上面図を示したものである。
【００２７】実施例４（図４）は簡易型のフィンボード（２００）に放熱面拡張錘（２５１）を設けたものであり、放熱面拡張錘（２５１）の断面形状は円、多角形などの形状である。
【００２８】実施例５（図５）は、フィンボード（２００）の空気入口管（２１０）からフィンボード（２１０）と放熱板（２５０）で形成される上部流路（２６０）から放熱板（２５０）とサブストレート（１２０）で形成される下部流路（２６１）に冷却空気を送り込み、放熱板（２５０）の両面からの冷却と換気ができるように送気孔（２５２）を設けた構造である。
【００２９】実施例６（図６）は、上部流路（２６０）の冷却空気の流れと直交する断面面積を一定としたボード（２３０）を有する構造である。冷却空気を空気入口管（２１０）から挿入する場合、ほぼ中心部に位置する空気入口管（２１０）からの距離に上部流路（２６０）の高さが反比例するように設定することで上部流路（２６０）の流れに直交する断面積はほぼ一定となり、流速もほぼ一定となる。更に、放熱板（２５０）を貫通する送気孔（２５２）を設けると実施例５と同様の効果を得ることができる。
【００３０】図７に実施例７のフィンボード（２００）の構成とその設置状況を示す。フィンボード（２００）は、サブフィン（２２０）を植え込まれたボード（２３０）、空気入口管（２１０）、主フィン（２４０）を植え込まれた放熱板（２５０）で構成され、低温空気は、空気入口管（２１０）から主フィン（２４０）にほぼ平行に吹き込まれ、放熱板（２５０）を介してＣＰＵパッケージ（１１０）を冷却後、ボード（２３０）とサブストレート（１２０）で形成される上部流路（２６０）を通って流出する。この間にサブストレート（１２０）を冷却、ＣＰＵパッケージ（１１０）と接する面の温度を下げて間接的にＣＰＵパッケージ（１１０）の冷却の働きをする。サブフィン（２２０）は、サブストレート（１２０）に密着してサブストレート（１２０）からの放熱を助ける。主フィン（２４０）とボード（２３０）との間には適当な隙間が設けてあり、サブフィン（２２０）とサブストレート（１２０）とが密着することを妨害しないようになっている。放熱板（２５０）とＣＰＵパッケージ（１１０）を熱伝導性の良い接着剤などで接着、あるいはボード（２３０）と主フィン（２４０）を引き離すように作用するバネなどを設けて放熱板（２５０）とＣＰＵパッケージ（１１０）との密着性を良くすることができる。放熱板（２５０）に植えられた主フィン（２４０）の一例として、放熱板（２５０）中心部の主フィン（２４０）を間引いた例を図８に示しているが、間引かずに全面に主フィン（２４０）を設けても良い。主フィン（２４０）の断面形状は、四角形であるが、丸や三角などの自由な形状でも良い。空気入口管（２１０）の中心線（２９０）は、放熱板（２５０）と０度以上の角度を有するように設定される。図７（ａ）は全体構成の断面図、（ｂ）はボード（２３０）とサブフィン（２２０）、（ｃ）は主フィン（２４０）と放熱板（２５０）、（ｄ）はＣＰＵパッケージ（１１０）、サブストレート（１２０）、ピン（１３０）、（ｅ）は全体構成と冷却空気の流れ、（ｆ）は主フィン（２４０）、放熱板（２５０）、ＣＰＵパッケージ（１１０）と冷却空気の流れ、（ｇ）は主フィン（２４０）と放熱板（２５０）、（ｈ）は（ｇ）の主フィン（２４０）と放熱板（２５０）の断面を示した図である。図７の（ｉ），（ｊ），（ｋ）は、フィンボード（２００）の空気入口管（２１０）、サブフィン（２２０）、ボード（２３０）、支柱（２７０）の構成と形状を示し、（ｉ）は上面図、（ｊ）は断面図、（ｋ）は下面図を示す。図７は、フィンボード（２００）の空気入口管（２１０）、サブフィン（２２０）、ボード（２３０）の構成を示したもので、プロセッサー（１００）がＩｎｔｅｌ ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩに対応する形状を想定して描いたものであり、プロセッサー（１００）の形状に応じてフィンボードの形状寸法も異なるが、ここに描いたものが基本的な形状である。
【００３１】実施例８（図８）は、空気の通る通路断面積を調整した形状で、空気の速度がほぼ一定、あるいは伝熱面密度一定などと自由に選ぶことができる。更に、主フィン（２４０）やサブフィン（２２０）の面積あたりの本数、大きさ、高さなどを適当に選定することにより、ＣＰＵパッケージ（１１０）やサブストレート（１２０）の温度分布を制御できる。
【００３２】実施例９（図９）は、空気入口管（２１０）からボード（２３０）とほぼ平行にパイプ（２１１）を伸ばしたものである。
【００３３】実施例１０（図１０）は、空気入口管（２１０）部に流れを制御する空間（２１２）を設けたものである。
【００３４】実施例１１（図１１）は、サブフィン（２２０）の中間部で曲げたもので、サブフィン（２２０）を曲がりやすくし、サブストレート（１２０）に凹凸がある場合などにサブフィン（２２０）が曲がってサブストレート（１２０）の密着性を増す。サブフィン（２２０）の材料を銅などの曲がりやすく熱伝導性の良い材料とすることで更に曲がりやすくなり密着性が増す。
【００３５】実施例１２（図１２）は、サブフィン（２２０）がボード（２３０）を貫通したもので、サブフィン（２２０）とボード（２３０）はゆるく拘束されており、ボード（２３０）上面側からサブフィン（２２０）を押すことによりサブストレート（２３０）との間の密着性を増すことが出来る。
【００３６】実施例１３（図１３）は、放熱板（２５０）をＣＰＵパッケージ（１１０）に対して数倍の面積として放熱板（２５０）とボード（２３０）の間隔を保つ支柱（２７０）を設けたもので、ボード（２３０）と主フィン（２４０）との間には適当な隙間を設けることもでき、密着させることも可能である。放熱板（２５０）とサブストレート（１２０）との間には、ＣＰＵパッケージ（１１０）へ加わる力を調整できるサポート（１４０）が設けられている。サポート（１４０）と支柱（２７０）を弾性を持つ材料で作ることにより、ＣＰＵパッケージ（１１０）と放熱板（２５０）の間及び主フィン（２４０）とサブストレート（２３０）との間の密着性を良くする事が出来る。
【００３７】実施例１４（図１４）は、実施例１３（図１３１３）の放熱板（２５０）と主フィン（２４０）を変更したものである。放熱板（２５０）は、主フィン（２４０）とＣＰＵパッケージ（１１０）の冷却効果を良くするための中心部の微細主フィン（２４１）を有し、微細主フィン（２４１）と主フィン（２４０）の間に放熱板（２５０）の下面に冷却空気を流すための送気孔（２５２）、放熱板（２５０）の下面に下面フィン（２４２）を有する。
【００３８】実施例１５（図１５）は、空気入口管（２１０）から挿入された冷却空気が放熱板（２５０）の上面を冷却後、放熱板（２５０）の下面とサブストレート（１２０）で形成される下部流路（２６１）へと流れるように図１６（ａ）においてボード（２３０）の側面のスカート（２３１）が放熱板（２５０）の３側面と接して３側面のスカート（２３１）の長さがサブストレート（１２０）に達し、１側面のスカート（２３１）の長さが放熱板（２５０）の下面を超えず、３側面の内の１側面のスカート（２３１）が放熱板（２５０）と一定の距離を保つように設定されている。
【００３９】実施例１６（図１６）は、空気入口管（２１０）から挿入された冷却空気が放熱板（２５０）の上面を冷却、一部が送気孔（２５２）を通って放熱板（２５０）の下面とサブストレート（１２０）で形成される下部流路（２６１）を冷却後、サブストレート（１２０）とソケット（８１０）で形成される隙間へと流れるように図１７（ａ）においてボード（２３０）の側面のスカート（２３１）が放熱板（２５０）の３側面と接して３側面のスカート（２３１）の長さがサブストレート（１２０）に達し、１側面のスカート（２３１）の長さがサブストレート（１２０）の下面を超えず、３側面の内の１側面のスカート（２３１）がサブストレート（１２０）と一定の距離を保つように設定されている。
【００４０】実施例１７は、図１７に示すように、ボード（２３０）と放熱板（２５０）との間の空間に空気入口管（２１０）とパイプ（２１１）を設置したものである。
【００４１】実施例１８は、ボード（２３０）を平面にした場合に流路面積を主フィン（２４０）とサブフィン（２２０）の巾Ｂまたは径Ｄを与えて、式１（フィン形状が四角形の場合の式）または式２（フィンの形状が円形の場合の式）の関係を使って流路面積に対するフィンの本数を設定するもので、ボード（２３０）の中心点からの距離Ｘの位置における流速を所定の値に対して±２０％の範囲の許容範囲内の値に設定する。実施例７及び９から１６に適用される。
【００４２】図１８は、膨張機（５００）の構成を外部のケースを除いて示したものである。膨張機（５００）は、圧縮機（５１０）で吸い込み圧縮されて温度が上昇した空気を空気冷却器（５２０）で冷却した後、膨張タービン（５３０）で膨張させて空気の温度を低下させるものである。圧縮機（５１０）と膨張タービン（５３０）は、軸（５７０）で結合され、膨張タービン（５３０）で発生する動力で不足する圧縮機（５１０）駆動動力分モータ（５４０）で駆動される。軸（５７０）の半径方向の動きは、ジャーナル軸受（５５０）で、軸方向の動きはスラスト軸受（５６０）で抑制される。モータ（５４０）は、磁性鋼板で作られたステータ（５４２）と永久磁石（５４１）を有するロータ（５４３）で構成される。
【００４３】図１９は、圧縮機（５１０）を２段構成とした膨張機（５００）を示しており、１段目の圧縮機（５１０）をモータ（５４０）で駆動し、圧縮された空気を１段目の空気冷却器（５２０）で冷却後、２段目の圧縮機（５１１）で更に圧縮、２段目の空気冷却器（５２１）で冷却後、膨張タービン（５３０）で膨張させて空気の温度を低下させるものである。
【００４４】実施例の説明では、圧縮機、冷却器、放熱器、膨張機などの配置例を図示して説明したが、ここで説明した以外の配置、キャビネット内、コンピュータ室内、コンピュータ室外についても本発明の主旨を逸脱しない配置も含まれる。
【００４５】サブストレート（１２０）のピン（１３０）と反対側を表、逆を裏として説明し、表側にフィンボード（２００）を設けた場合について説明したが、裏側にフィンボード（２００）を設けても本発明の基本的構造や効果は同じであり、本発明の範疇に含まれる。
【００４６】本発明の説明では、フィンボード（２００）をサブストレート（１２０）とほぼ同じ面積の場合について説明しているが、フィンボード（２００）をシステムボード（８００）の面積まで広げることもできる。
【発明の効果】
【００４７】乾燥した低温の空気で発熱部を冷却して温度が上昇した空気は、外部へ排出される実施例１の冷却システムでは、適切な場所の適切な熱量を取り去り、電子部品などが外部の水分やごみなどの影響を受けず、高い信頼性が保たれる。冷却により奪い取られた熱をコンピュータ室外へ放出することにより、コンピュータ室内の環境を適正に保つことができる。冷却媒体が空気であるので環境への影響もなく、どこででも入手でき、保守などで開放した場合も、キャビネット外から取り入れた空気を循環させて冷却し、除湿することで再び乾燥空気による冷却が可能となる。この場合は、冷却能力は空気冷却器の温度低下能力で空気の温度が決まる。空気冷却器には、水冷、空冷、液冷などの従来の方式も使用することができる。
【００４８】実施例２は、実施例１と同様の効果を持つとともに、膨張タービンによって更に冷却空気の温度を下げることができるために、冷却能力が高くなる。膨張タービンの出力を圧縮機の動力として直接利用できるために効率が高く、消費動力が低くなる。
【００４９】実施例３は、ＣＰＵパッケージ（１１０）に相対するボード（２３０）を設けて、ボード（２３０）が有する空気入口管から低温空気を高速でＣＰＵパッケージ（１１０）に吹きつけることにより、熱伝達率が高くなり、小さなスペースで発熱部の冷却効率と熱流束を高める働きをする。更に低温の冷却空気が放熱板（２５０）とボード（２３０）で形成される上部流路（２６０）を流れるときに放熱板（２５０）を冷却し、ＣＰＵパッケージ（１１０）の発熱を効率よく除去する。
【００５０】実施例４は、放熱板（２５０）の発熱するＣＰＵパッケージ（１１０）に近い部分に放熱面拡張錘（２５１）を設けることにより、空気流速の速い部分の伝熱面積が拡大するので、熱流束と熱伝達率を高められる。
【００５１】実施例５は、放熱板（２５０）に送気孔（２５２）を設けて冷却空気を放熱板（２５０）の反対側に冷却空気が送り込まれ、放熱板（２５０）が両面から冷却され、冷却効果が高まる。また、ＣＰＵパッケージ（１１０）に直接冷却空気が当り、冷却効果が向上する。
【００５２】実施例６は、上部流路（２６０）を空気入口管（２１０）からの距離に反比例する流路高さとなっており、上部流路（２６０）の流速がほぼ一定となり、熱伝達率も高く保たれる。
【００５３】実施例７は、発熱の大きなＣＰＵパッケージ（１１０）に密着する主フィン（２４０）を有する放熱板（２５０）のフィンに並行する流れと放熱板（２５０）に衝突する流れにより大きな熱流束と高い熱伝達率が得られる。更に、ボード（２３０）に植えられたサブフィン（２２０）がサブストレート（１２０）の密着し、サブストレート（１２０）からの放熱効果を高める。ＣＰＵパッケージ（１１０）とサブストレート（１２０）のサイズは、図２４から２７に示すように異なるが、ボード（２３０）と放熱板（２５０）のサイズを調整することにより、全てのサイズのプロセッサーに適用される。
【００５４】実施例８は、上部流路（２６０）の断面面積変更の１例であり、流速分布や熱伝達率分布が変わり、温度分布を選定できる。
【００５５】実施例９は、ボード（２３０）とほぼ並行するパイプ（２１１）を設けたことにより、所要スペースが小さくなる。
【００５６】実施例１０は、空気入口管（２１０）とパイプ（２１１）の間にスペース（２１２）を設けることによって流速パターンを制御することができる。
【００５７】実施例１１は、サブフィン（２２０）を中間部で曲げたもので、サブフィン（２２０）が接するサブストレート（１２０）の凹凸などにしたがって個々のサブフィン（２２０）が曲がってサブストレート（１２０）に密着して伝熱面積が確実に増大し、熱伝達率が高くなる。
【００５８】実施例１２は、サブフィン（２２０）がボード（２３０）を貫通し、ボード（２３０）で緩やかに拘束されているために、実施例１１と同様にサブストレート（１２０）への密着度が良くなる。
【００５９】実施例１３は、放熱板（２５０）に主フィン（２４０）を持ち、放熱板（１２０）全体の熱伝達率が向上する。
【００６０】実施例１４は、実施例１３の放熱板（２５０）の両面にフィンを、ＣＰＵパッケージ（１１０）の外周付近に送気孔（２４１）を設けられており、実施例１３よりも熱流束と熱伝達率が大きくなる。
【００６１】実施例１５は、ボード（２３０）のスカート（２３１）が放熱板（２５０）の３側面と接して冷却空気の漏出を防止し、１側面側から放熱板（２５０）の下面の下面流路へと冷却空気を流し、放熱面（２５０）を下面からも冷却し、冷却能力が向上する。
【００６２】実施例１６は、上面流路（２６０）、送気孔（２４１）を通って下面流路（２６１）を冷却した冷却空気がサブストレート（１２０）の下面にも流入するようにしたもので、冷却効果が高くなる。
【００６３】実施例１７は、空気入口管（２１０）及びパイプ（２１１）をボード（２３０）と放熱板（２５０）の間に設けたもので、フィンボード（２００）全体の高さが低くなり、プロセッサー（１００）の装着密度が向上する。
【００６４】本考案の共通する効果について、パラレルコンピュータを例にとって説明すると、システムボード（８００）上に装着されるプロセッサー（１００）としてインテルのＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩを採用するとファン冷却装置の高さが４８ｍｍあるためにシステムボード（８００）間の距離を少なくとも４８ｍｍ以上とる必要があり、一つのキャビネットの中には、４枚程度に抑えられるが、本考案の冷却システムを採用すると、高さが高々２０ｍｍであり、現状のものの２から３倍を装着でき、多くのＣＰＵを収めることができるので高速で大容量の計算や記憶能力をもたせることができるようになる。また、現在のＣＰＵパッケージは、湿度などの管理が行われている保管状態の温度−４０℃、コンピュータのキャビネット内での作動温度は、水分の凍結などによるＣＰＵパッケージの破損などを防止するために５℃に制限されている。本考案は、密閉システムであり、外部の湿度や塵芥の影響を受けない清浄な乾燥空気を使用できるために、高い信頼性が得られ、空気温度を膨張機の能力に応じてＣＰＵパッケージの保管最低温度の−４０℃まで下げることができるので、現在のキャビネット内温度４０℃から少なくとも−４０℃へ約８０℃下げることができる。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮機を有するクローズド空気冷却システム系統図
【図２】膨張機を有するクローズド空気冷却システム系統図
【図３】簡易型フィンボードの構成図
【図４】放熱面拡張錘を有する簡易型フィンボードの構成図
【図５】送気孔付放熱板を組み込んだ簡易型フィンボードの構成図
【図６】送気孔付放熱板を組み込んだ流路流速一定型の簡易型フィンボードの構成図
【図７】主フィン付放熱板を有するフィンボードの構成図
【図８】流路面積変化型フィンボード
【図９】入口パイプ付フィンボード
【図１０】流動制御スペース内在入口パイプ付フィンボード
【図１１】長さ可変型サブフィン付フィンボード
【図１２】ボード貫通型サブフィン付フィンボード
【図１３】主フィン付放熱板を有するフィンボード
【図１４】微細フィン、主フィン、下部フィン、送気孔付放熱板
【図１５】スカート付ボードを有するフィンボードとフィンとガイド付放熱板
【図１６】サブストレート上下面冷却型フィンボードの構成図
【図１７】側面冷却空気挿入型フィンボード
【図１８】単段型膨張機
【図１９】二段型膨張機
【図２０】プロセッサーの速度（周波数）と消費電力
【図２１】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩのファン冷却装置
【図２２】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩのファン冷却装置
【図２３】ＰｅｎｔｉｕｍＩＶのファン冷却装置
【図２４】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩとＰｅｎｔｉｕｍＩＶの形状寸法
【図２５】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩの形状寸法
【図２６】ＰｅｎｔｉｕｍＩＶの形状寸法
【図２７】ＰｅｎｔｉｕｍＩＩＩの形状寸法
【図２８】他の特許の構成図
【００６６】
【符号の説明】
（１） 冷却用ファン （２） 冷却用ファン固定板
（３） 冷却用ファン固定ネジ （４） 穴空き板固定ネジ
（５） 穴空き板 （６） 不要穴ふさぎ板
（７） 冷却風吹出し口 （８） 非発熱部
（９） 発熱部 （１０） 論理素子等の電子部品を実装している電子回路板
（１１） ダクト取り付け部 （１２） ダクト
（１３） ダクト吹出し口固定部 （１４） 冷却用ファン
（１５） 冷却用ファン固定板 （１６） 冷却用ファン固定ネジ
（１７） 穴空き板固定ネジ （１８） ダクト取付け板
（１９） ダクト不要穴ふさぎ板 （２０） ダクト取付け穴
（２１） ダクト吹出し口固定板
（１００）プロセッサー （１１０）ＣＰＵパッケージ
（１２０）サブストレート （１３０）ピン
（１４０）サポート
（２００）フィンボード （２１０）空気入口管
（２１１）パイプ （２１２）スペース
（２２０）サブフィン （２３０）ボード
（２３１）スカート （２４０）主フィン
（２４１）微細主フィン （２４２）下面フィン
（２４３）ガイド
（２５０）放熱板 （２５１）放熱面拡張錘
（２５２）送気孔 （２６０）上部流路
（２６１）下部流路 （２７０）支柱
（２９０）中心線
（３００）キャビネット （４００）コンピュータ室
（５００）膨張機 （５１０）圧縮機
（５１１）２段目の圧縮機 （５２０）空気冷却器
（５３０）膨張タービン （５４０）モータ
（５４１）永久磁石 （５４２）ステータ
（５４３）ロータ （５５０）ジャーナル軸受
（５６０）スラスト軸受
（６００）放熱器
（７００）圧縮機 （７０５）予冷器
（７１０）冷却器
（８００）システムボード （８１０）ソケット
（９００）ファン冷却装置 （９１０）ファン
（９２０）ヒートシンク （９２１）フィン
【数１】Ｎ＝１／Ｂ・（２Ｘ−Ａ／Ｈ）
Ｍ＝Ａ／Ｂ／Ｈ／（Ｎ−１）
Ａ；中心点からＸの距離の流路面積
Ｘ；中心点からのフィン前面までの距離
Ｈ；流路高さ
Ｂ；フィン巾
Ｎ；フィン数
Ｍ；隙間ＩＢ
【数２】Ｎ＝１／Ｄ・（２Ｘ−Ａ／Ｈ）
Ｍ＝Ａ／Ｄ／Ｈ／（Ｎ−１）
Ａ；中心点からＸの距離の流路面積
Ｘ；中心点からフィン中心までの距離
Ｈ；流路高さ
Ｂ；フィン径
Ｎ；フィン数
Ｍ；隙間／Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項１】ＣＰＵパッケージなどの発熱体を内在するキャビネットとその内部の空気を循環させる圧縮機、空気を冷却する空気冷却器で構成され、それらが密閉ループを形成し、低温空気で発熱体を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項２】ＣＰＵパッケージなどの発熱体を内在するキャビネットとその内部の空気を循環する圧縮機、冷却する空気冷却器、冷却後の空気を膨張させて温度を低下させる膨張タービン、温度低下により生じる凝縮水を除去する除湿機で構成され、それらが密閉ループを形成し、低温空気で発熱体を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項３】請求項１、２において発熱体に密着した放熱板と相対するボードに設けた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板からの熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項４】請求項１、２において発熱体に密着したフィンを有する放熱板と放熱板と相対するボードに設けた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板の熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項５】請求項１、２において発熱体に密着したフィンを有する放熱板と放熱板のフィンと干渉しないフィンを有するボードに設けた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板からの熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項６】請求項３、４、５において放熱板に少なくとも１個の孔を設けて冷却空気が放熱板の裏側へ流出するようにしたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項７】請求項６において放熱板の裏面にフィンを有することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項８】請求項４から７において発熱体近傍のフィンサイズを小さくし、それ以遠のフィンサイズを大きくしたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項９】請求項３から８においてボードのスカートでボードと放熱板の形成する空間の３側面及び放熱板とサブストレートの形成する空間の２側面を密閉して残りのスカートの１側面と放熱板の間に隙間を設けて密閉することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１０】請求項３から８においてボードと放熱板及び放熱板とサブストレートの形成する空間の３側面とサブストレートとソケットの形成する空間の２側面を密閉して残りのスカートの１側面と放熱板及びサブストレートの間に隙間を設けたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１１】請求項３から１０においてボードと放熱板の間に形成される空間に空気入口とパイプを設けたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１３】請求項３を除く請求項４から１１のボードと放熱板が平行なクローズド空気冷却システムにおいて所定の流路面積となる式１の関係式を使って求めた空気入口管の中心線からの距離に対する四角形フィンの巾と間隔の値に対して±２０％以下の許容範囲の値を使って作られたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１４】請求項３を除く請求項４から１１のボードと放熱板が平行なクローズド空気冷却システムにおいて所定の流路面積となる式２の関係式を使って求めた空気入口管の中心線からの距離に対する円形フィンの巾と間隔の値に対して±２０％以下の許容範囲の値を使って作られたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１５】空気入口管を有するボードと放熱板で構成される簡易型フィンボード冷却装置において、発熱体に密着した放熱板と放熱板に相対するボードに設けられた空気入口管を有することを特徴とする簡易型フィンボード冷却装置。
【請求項１６】請求項１５において発熱体とほぼ同面積の底面を放熱板と接する放熱面拡大錐を有することを特徴とする簡易型フィンボード冷却装置。
【請求項１７】空気入口管とフィンを有するボードと放熱板で構成されるフィンボード冷却装置において、発熱体に密着した放熱板と放熱板に相対するボードに設けられた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板の熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項１８】空気入口管とフィンを有するボードとフィンを有する放熱板で構成されるフィンボード冷却装置において、発熱体に密着した放熱板と放熱板に相対するボードに設けた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板の熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項１９】請求項１５から１８において放熱板に放熱板を貫通する少なくとも１個の孔を設けて冷却空気が放熱板の裏側へも流出するようにしたことを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２０】請求項１９において放熱板の裏面にフィンを有することを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２１】請求項１７から２０において発熱体近傍のフィンサイズを小さくし、それ以外のフィンサイズを大きくしたことを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２２】請求項１５から２１においてボードのスカートでボードと放熱板の形成する空間の３側面及び放熱板とサブストレートの形成する空間の２側面を密閉して残りのスカートの１側面と放熱板の間に隙間を設けて密閉することを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２３】請求項１６から２１においてボードと放熱板及び放熱板とサブストレートの形成する空間の３側面とサブストレートとソケットの形成する空間の２側面を密閉して残りのスカートの１側面と放熱板及びサブストレートの間に隙間を設けたことを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２４】請求項１６から２３においてボードと放熱板の間に形成される空間に空気入口とパイプを設けたことを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２５】請求項１５，１６を除く請求項１７から２４のボードと放熱板が平行なクローズド空気冷却システムにおいて所定の流路面積となる式１の関係式を使って求めた空気入口管の中心線からの距離に対する四角形フィンの巾と間隔の値に対して±２０％以下の許容範囲の値を使って作られたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項２６】請求項１５、１６を除く請求項１７から２４のボードと放熱板が平行なクローズド空気冷却システムにおいて所定の流路面積となる式２の関係式を使って求めた空気入口管の中心線からの距離に対する円形フィンの巾と間隔の値に対して±２０％以下の許容範囲の値を使って作られたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１】ＣＰＵパッケージなどの発熱体を内在するキャビネットとその内部の空気を循環させる圧縮機、空気を冷却する空気冷却器で構成され、それらが密閉ループを形成し、低温空気で発熱体を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項２】ＣＰＵパッケージなどの発熱体を内在するキャビネットとその内部の空気を循環する圧縮機、冷却する空気冷却器、冷却後の空気を膨張させて温度を低下させる膨張タービン、温度低下により生じる凝縮水を除去する除湿機で構成され、それらが密閉ループを形成し、低温空気で発熱体を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項３】請求項１、２において発熱体に密着した放熱板と相対するボードに設けた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板からの熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項４】請求項１、２において発熱体に密着したフィンを有する放熱板と放熱板と相対するボードに設けた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板の熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項５】請求項１、２において発熱体に密着したフィンを有する放熱板と放熱板のフィンと干渉しないフィンを有するボードに設けた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板からの熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項６】請求項３、４、５において放熱板に少なくとも１個の孔を設けて冷却空気が放熱板の裏側へ流出するようにしたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項７】請求項６において放熱板の裏面にフィンを有することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項８】請求項４から７において発熱体近傍のフィンサイズを小さくし、それ以遠のフィンサイズを大きくしたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項９】請求項３から８においてボードのスカートでボードと放熱板の形成する空間の３側面及び放熱板とサブストレートの形成する空間の２側面を密閉して残りのスカートの１側面と放熱板の間に隙間を設けて密閉することを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１０】請求項３から８においてボードと放熱板及び放熱板とサブストレートの形成する空間の３側面とサブストレートとソケットの形成する空間の２側面を密閉して残りのスカートの１側面と放熱板及びサブストレートの間に隙間を設けたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１１】請求項３から１０においてボードと放熱板の間に形成される空間に空気入口とパイプを設けたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１３】請求項３を除く請求項４から１１のボードと放熱板が平行なクローズド空気冷却システムにおいて所定の流路面積となる式１の関係式を使って求めた空気入口管の中心線からの距離に対する四角形フィンの巾と間隔の値に対して±２０％以下の許容範囲の値を使って作られたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１４】請求項３を除く請求項４から１１のボードと放熱板が平行なクローズド空気冷却システムにおいて所定の流路面積となる式２の関係式を使って求めた空気入口管の中心線からの距離に対する円形フィンの巾と間隔の値に対して±２０％以下の許容範囲の値を使って作られたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項１５】空気入口管を有するボードと放熱板で構成される簡易型フィンボード冷却装置において、発熱体に密着した放熱板と放熱板に相対するボードに設けられた空気入口管を有することを特徴とする簡易型フィンボード冷却装置。
【請求項１６】請求項１５において発熱体とほぼ同面積の底面を放熱板と接する放熱面拡大錐を有することを特徴とする簡易型フィンボード冷却装置。
【請求項１７】空気入口管とフィンを有するボードと放熱板で構成されるフィンボード冷却装置において、発熱体に密着した放熱板と放熱板に相対するボードに設けられた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板の熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項１８】空気入口管とフィンを有するボードとフィンを有する放熱板で構成されるフィンボード冷却装置において、発熱体に密着した放熱板と放熱板に相対するボードに設けた空気入口管から低温空気を吹き込んで放熱板の熱流束を大きくし、放熱板とボードの成す流路を通してキャビネット内へ低温空気を流出させて周辺の部品を冷却することを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項１９】請求項１５から１８において放熱板に放熱板を貫通する少なくとも１個の孔を設けて冷却空気が放熱板の裏側へも流出するようにしたことを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２０】請求項１９において放熱板の裏面にフィンを有することを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２１】請求項１７から２０において発熱体近傍のフィンサイズを小さくし、それ以外のフィンサイズを大きくしたことを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２２】請求項１５から２１においてボードのスカートでボードと放熱板の形成する空間の３側面及び放熱板とサブストレートの形成する空間の２側面を密閉して残りのスカートの１側面と放熱板の間に隙間を設けて密閉することを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２３】請求項１６から２１においてボードと放熱板及び放熱板とサブストレートの形成する空間の３側面とサブストレートとソケットの形成する空間の２側面を密閉して残りのスカートの１側面と放熱板及びサブストレートの間に隙間を設けたことを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２４】請求項１６から２３においてボードと放熱板の間に形成される空間に空気入口とパイプを設けたことを特徴とするフィンボード冷却装置。
【請求項２５】請求項１５，１６を除く請求項１７から２４のボードと放熱板が平行なクローズド空気冷却システムにおいて所定の流路面積となる式１の関係式を使って求めた空気入口管の中心線からの距離に対する四角形フィンの巾と間隔の値に対して±２０％以下の許容範囲の値を使って作られたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【請求項２６】請求項１５、１６を除く請求項１７から２４のボードと放熱板が平行なクローズド空気冷却システムにおいて所定の流路面積となる式２の関係式を使って求めた空気入口管の中心線からの距離に対する円形フィンの巾と間隔の値に対して±２０％以下の許容範囲の値を使って作られたことを特徴とするクローズド空気冷却システム。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１８】
【図１５】
【図１７】
【図１９】
【図２８】
【図１６】
【図２１】
【図２０】
【図２３】
【図２２】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１８】
【図１５】
【図１７】
【図１９】
【図２８】
【図１６】
【図２１】
【図２０】
【図２３】
【図２２】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００３−２２９５２５（Ｐ２００３−２２９５２５Ａ）
【公開日】平成１５年８月１５日（２００３．８．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−６７６６５（Ｐ２００２−６７６６５）
【出願日】平成１４年２月５日（２００２．２．５）
【出願人】（５９８０５４６９２）
【出願人】（５００５３８６８９）
【出願人】（５００５３８７２６）
【出願人】（５００５３８７３７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年８月１５日（２００３．８．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年２月５日（２００２．２．５）
【出願人】（５９８０５４６９２）
【出願人】（５００５３８６８９）
【出願人】（５００５３８７２６）
【出願人】（５００５３８７３７）
【Ｆターム（参考）】
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