電子機器の冷却装置

【課題】少数の部品で簡単かつコンパクトに構成でき、液漏れのおそれがなく、メンテナンスも容易な電子機器冷却装置を提供する。
【解決手段】サーバ１において、ＣＰＵ等の発熱部に冷却ジャケット１２を装着する。奪熱プラグ１３を筺体２の開口部７に通して冷却ジャケット１２に着脱自在に取り付ける。奪熱プラグ１３に、冷却液をプラグ１３内部で流通させる流体通路と、流体通路を給液配管３８および排液配管４０に接続するためのコネクタ３９，４１とを設ける。冷却ジャケット１２に発熱部と接触する吸熱プレート１４を設け、吸熱プレート１４を介して発熱部の熱を流体通路内の冷却液に伝える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の発熱部を冷却液によって冷却する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器としてのサーバに液冷方式の冷却装置を装備した技術が知られている。例えば、特許文献１に記載された冷却装置は、図１８に示すように、サーバ５１の発熱部であるＣＰＵ５２に冷却ジャケット５３を被せ、冷却液Ｃをポンプ５４により給液配管５５を介して冷却ジャケット５３に供給し、ＣＰＵ５２を冷却した後に、排液配管５６を通してラジエータ５７に排出し、筺体５８の内部で循環させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の冷却装置によると、冷却液Ｃを筺体５８の内部で循環させているので、ポンプ５４やラジエータ５７がサーバ５１内に大きなスペースを占有するばかりでなく、筺体５８内部における冷却液配管５５，５６も長くなり、配管部品の接続箇所が増え、液漏れの可能性が高まるという問題点があった。特に、ＣＰＵ５２やその周辺部品の点検、交換等に際しては、冷却ジャケット５３のみならず、その関連部品も取り外す必要があり、メンテナンス作業に手間がかかるという不都合もあった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、少数の部品で簡単かつコンパクトに構成でき、液漏れのおそれがなく、メンテナンスも容易な電子機器冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は次のような電子機器冷却装置を提供する。
（１）電子機器の発熱部に冷却ジャケットを装着し、冷却ジャケットに奪熱プラグを着脱自在に取り付け、奪熱プラグに冷却液をプラグ内部で流通させる流体通路と、流体通路を給液配管および排液配管に接続するコネクタとを設け、冷却ジャケットまたは奪熱プラグに発熱部と接触する吸熱プレートを設け、吸熱プレートを介して発熱部の熱を流体通路内の冷却液に伝えることを特徴とする電子機器冷却装置。
【０００７】
（２）吸熱プレートを発熱部に弾性的に接触させるスプリングを備えたことを特徴とする電子機器冷却装置。
【０００８】
（３）吸熱プレートを奪熱プラグに設け、冷却ジャケットに開口部を形成し、吸熱プレートが開口部を通って発熱部に接触することを特徴とする電子機器冷却装置。
【０００９】
（４）吸熱プレートを冷却ジャケットに設け、奪熱プラグに発熱部の熱を吸熱プレートから流体通路内の冷却液に伝える伝熱プレートを設けたことを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１０】
（５）奪熱プラグを発熱部の発熱面と平行な方向へ移動して冷却ジャケットに着脱することを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１１】
（６）奪熱プラグを発熱部の発熱面と直交する方向へ移動して冷却ジャケットに着脱することを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１２】
（７）奪熱プラグを発熱部の発熱面と斜交する方向へ移動して冷却ジャケットに着脱することを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１３】
（８）冷却ジャケットの上に放熱フィンを取り付けたことを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１４】
（９）放熱フィンの上に空冷ファンを設置したことを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１５】
（１０）奪熱プラグを冷却ジャケットに拘束するロック部材およびロック解除部材を備えたことを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１６】
（１１）吸熱プレートが、発熱部の発熱面と接触する熱伝導シートを備え、熱伝導シートを介して発熱部の熱を吸収することを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１７】
（１２）吸熱プレートを発熱部の発熱面と直交する方向へ移動して、熱伝導シートを発熱面に接触させることを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１８】
（１３）吸熱プレートを発熱部の発熱面と斜交する方向へ移動して、熱伝導シートを発熱面に接触させることを特徴とする電子機器冷却装置。
【００１９】
（１４）吸熱プレートを発熱部の発熱面と平行な方向へ移動した後に直交する方向に移動して、熱伝導シートを発熱面に接触させることを特徴とする電子機器冷却装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の冷却装置によれば、冷却ジャケットに対して着脱自在な奪熱プラグに流体通路とコネクタを設け、発熱部の熱を流体通路内の冷却液によって回収するように構成したので、少数の部品で簡単かつコンパクトに構成でき、液漏れのおそれがなく、特に、メンテナンスが容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１を示すサーバ冷却装置の斜視図である。
【図２】冷却装置をＣＰＵから取り外した状態を示す斜視図である。
【図３】冷却装置の内部構造を示す断面図である。
【図４】冷却ジャケット内に奪熱プラグをロックした状態を示す断面図である。
【図５】奪熱プラグをロック解除した状態を示す断面図である。
【図６】流体通路を示す奪熱プラグの下面図である。
【図７】流体通路の変更例を示す奪熱プラグの下面図である。
【図８】本発明の実施例２を示す冷却装置の分解斜視図である。
【図９】冷却装置の内部構造を示す断面図である。
【図１０】冷却ジャケットに奪熱プラグを装着する状態を示す断面図である。
【図１１】冷却ジャケットに奪熱プラグをロックした状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施例３を示す冷却装置の斜視図である。
【図１３】本発明の実施例４を示す冷却装置の断面図である。
【図１４】本発明の実施例５を示す冷却装置の斜視図および断面図である。
【図１５】実施例５の冷却装置の動作を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施例６を示す冷却装置の断面図である。
【図１７】本発明の実施例７を示す冷却装置の断面図である。
【図１８】従来の冷却装置を示すサーバの要部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、電子機器としてのサーバ１は、筺体２の内部にＣＰＵやＬＳＩ等の発熱部３（図２参照）と、発熱部３を冷却液により冷却する冷却装置１１と、メモリや電源ユニットを含む各種の電子部品４とを装備している。次に、冷却装置１１の詳細な構成を幾つかの実施例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１〜図７は実施例１の冷却装置１１を示す。この冷却装置１１は、図１〜図３に示すように、サーバ１の発熱部３に装着される冷却ジャケット１２と、冷却ジャケット１２に着脱自在に取り付けられる奪熱プラグ１３とを備えている。冷却ジャケット１２には、銅製の吸熱プレート１４とアルミ製のケース１５が設けられ、奪熱プラグ１３が発熱部３の発熱面（上面）と平行な方向または斜交する方向へ移動して、ケース１５の空洞部１８に着脱される。
【００２４】
吸熱プレート１４は、発熱部３に接触する状態でサーバ１のシステム基板５に被せられ、段付きネジ１６で筺体２のボス部６に取り付けられる。段付きネジ１６には、吸熱プレート１４を発熱部３に弾性的に接触させるスプリング１７が嵌挿されている。必要に応じ、吸熱プレート１４または発熱部３の接触面に、シリコングリース等の高伝熱性ペースト材料を塗布してもよい。ケース１５には、空洞部１８に差し込まれた奪熱プラグ１３を冷却ジャケット１２に拘束するロック部材１９と、奪熱プラグ１３を空洞部１８から押し出す方向に付勢するプランジャー２０とが設けられている。
【００２５】
図３〜図５に示すように、ロック部材１９は、支軸２１でケース１５に揺動可能に支持され、奪熱プラグ１３を係止する係止爪２２と、係止爪２２を奪熱プラグ１３側（下側）へ付勢するスプリング２３とを備えている。奪熱プラグ１３には、係止爪２２が係止される係止溝２４と、係止爪２２を係止溝２４から解除するロック解除部材２５と、ロック解除部材２５を奪熱プラグ１３の長手方向（係止溝２４と直交する方向）へ摺動案内する案内溝２６とが設けられている。
【００２６】
奪熱プラグ１３は、係止溝２４および案内溝２６が形成されたアルミ製の冷却ブロック２８と、吸熱プレート１４に接合する銅製の伝熱プレート２９とを備えている。冷却ブロック２８の基端には厚肉部３０が形成され、厚肉部３０にロック解除部材２５が貫通されている。ロック解除部材２５の基端にはスプリング３１を介してボタン３２が設けられ、ボタン３２を押し込んだときに（図５参照）、ロック解除部材２５の先端がロック部材１９を押し上げ、係止爪２２を係止溝２４から解除する。
【００２７】
図６、図７に示すように、冷却ブロック２８の下面には、冷却液を奪熱プラグ１３の内部で流通させる流体通路３４，３５が形成されている。図６に示す流体通路３４は、冷却ブロック２８の下面に矩形状に凹設されている。図７に示す流体通路３５は、冷却ブロック２８の下面に蛇行状に形成されている。伝熱プレート２９は、流体通路３４，３５を奪熱プラグ１３の下側から密閉するように、Ｏリング３６を介してネジ３７で冷却ブロック２８に組み付けられている。
【００２８】
冷却ブロック２８の厚肉部３０には、流体通路３４，３５の一側部を給液配管３８に接続するための供給側コネクタ３９と、流体通路３４，３５の他側部を排液配管４０に接続するための排出側コネクタ４１とが設けられている。給液配管３８はポンプ（図示略）を介して冷却液供給源に接続され、排液配管４０が冷却液回収タンク（図示略）に接続されている。そして、発熱部３の熱を吸熱プレート１４と伝熱プレート２９を介して流体通路３４，３５内の冷却液Ｃに伝えるようになっている。
【００２９】
上記のように構成された実施例１の冷却装置１１によれば、図１に示すように、奪熱プラグ１３を筺体２の前面開口部７に通して、あるいは、筺体２の斜め上方から冷却ジャケット１４にワンタッチで着脱できる。奪熱プラグ１３の取付状態では、発熱部３の熱を吸熱プレート１４で吸収し、冷却液Ｃを加温し、昇温した冷却液Ｃを奪熱プラグ１３上の排出側コネクタ４１から効率よく回収できる。したがって、少数の部品で簡単かつコンパクトに構成でき、液漏れのおそれがなく、メンテナンスも容易に行うことができる。
【実施例２】
【００３０】
次に、本発明の実施例２を図８〜図１１に基づいて説明する。実施例２の冷却装置１１１は、図８、図９に示すように、サーバ１の発熱部３に装着される冷却ジャケット１１２と、冷却ジャケット１１２に着脱自在に取り付けられる奪熱プラグ１１３とを備えている。奪熱プラグ１１３は、下面に銅製の吸熱プレート１１４を備え、発熱部３の発熱面と直交する方向へ移動して冷却ジャケット１１２に着脱される。
【００３１】
冷却ジャケット１１２は、サーバ１のシステム基板５に被せられ、ネジ１１６で筺体２のボス部６に取り付けられる。冷却ジャケット１１２の中央部には開口部１１５が形成され、開口部１１５を通して吸熱プレート１１４が発熱部３に接触する。冷却ジャケット１１２の上面には一対のロックカバー１１８が固定され、ロックカバー１１８に奪熱部材１１３を拘束するロック部材１１９が取り付けられている。
【００３２】
図９〜図１１に示すように、ロック部材１１９は、冷却ジャケット１１２の上面に摺動可能に載置され、スプリング１１７で奪熱プラグ１１３側へ付勢されている。奪熱プラグ１１３には、ロック部材１１９の係止爪１２２が係止される係止片１２４が設けられている。ロック部材１１９には、係止爪１２２を係止片１２４から解除するロック解除部１２５がロックカバー１１８の上面から突出するように形成されている。
【００３３】
奪熱プラグ１１３は、係止片１２４を保持するアルミ製の押えブロック１２７と、吸熱プレート１１４を保持するアルミ製の冷却ブロック１２８とを備えている。冷却ブロック１２８は、押えブロック１２７の下側に所定のストロークで昇降可能に配置されている。押えブロック１２７には、冷却ブロック１２８を下方へ付勢するスプリング１２３が設けられ、スプリング１２３により吸熱プレート１１４が発熱部３に弾性的に接触している。
【００３４】
冷却ブロック１２８の下面には、冷却液Ｃを奪熱プラグ１１３の内部で流通させる流体通路１２９が形成されている。流体通路１２９は、図６に示すような矩形状、または図７に示すような蛇行状に形成することができる。吸熱プレート１１４は、流体通路１２９を奪熱プラグ１１３の下側から密閉するように、Ｏリング１３０を介してネジ（図示略）で冷却ブロック１２８に締め付けられている。
【００３５】
冷却ブロック１２８の上面には、流体通路１２９の一側部を給液配管１３１に接続するための供給側コネクタ１３２と、流体通路１２９の他側部を排液配管１３３に接続するための排出側コネクタ１３４とが設けられている。給液配管１３１および排液配管１３３は、実施例１と同様に冷却液供給源と回収タンク（図示略）に接続されている。そして、発熱部３の熱が吸熱プレート１１４を介して流体通路１２９内の冷却液Ｃに伝熱される。
【００３６】
上記のように構成された実施例２の冷却装置１１１によれば、図８に示すように、奪熱プラグ１１３を上方から冷却ジャケット１１２にワンタッチで着脱できる。奪熱プラグ１１３の取付状態では、発熱部３の熱を吸熱プレート１１４で吸収し、冷却液Ｃを加温し、昇温した冷却液Ｃを奪熱プラグ１１３上の排出側コネクタ１３４から効率よく回収できる。したがって、実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００３７】
図１２は、本発明の実施例３を示す。実施例３の冷却装置２１１では、実施例１と同様の冷却ジャケット１２の上面に放熱フィン２１２が取り付けられ、放熱フィン２１２の上面に空冷ファン２１３が設置されている。この構成によれば、奪熱プラグ１３による液冷と空冷ファン２１３による空冷とを併用できる。また、液冷システムが何らかの事情で停止した場合に、放熱フィン２１２と空冷ファン２１３とからなる空冷システムを代用して発熱部３を冷却することもできる。その他の構成並びに作用は実施例１と同じである。
【実施例４】
【００３８】
図１３に示す実施例４の冷却装置４１１では、実施例２と同様に、吸熱プレート１１４が奪熱プラグ１１３の下面に設けられている。冷却ジャケット１１２には開口部１１５が形成され、開口部１１５の内側で吸熱プレート１１４が発熱部３の発熱面３ａに接合する。そして、吸熱プレート１１４の下面に熱伝導シート４１２が接着され、奪熱プラグ１１３を冷却ジャケット１１２に装着したときに、熱伝導シート４１２が発熱面３ａに接触し、発熱部３の熱を吸熱プレート１１４に伝達するようになっている。
【００３９】
熱伝導シート４１２としては、炭素の同素体である黒鉛をシート状に加工したグラファイト系のシート、あるいは、炭素系フィラーを含む熱伝導性に優れかつ柔軟性に富んだシートを使用できる。また、カーボンナノワイヤー、カーボンナノ粒子、ナノ銀ワイヤー、ナノ銀粒子などを含む熱伝導シートも使用可能である。特に、発熱部３に幾度も脱着される奪熱プラグ１１３の場合、充分な密着性と耐久性が得られる点で、シートの厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましい。ちなみに、従来は、ファン等の放熱器具の取り付けにシリコングリースを多用しているが、塗布ムラや気泡が発生しやすく、温度分布にバラツキが生じ、伝熱抵抗が増加するうえ、グリースの塗布に伴い電子機器内の周辺機器が汚れたり、作業者が難儀するという問題点があった。
【実施例５】
【００４０】
図１４、図１５に示す実施例５の冷却装置５１１は、奪熱プラグ５１３の下面に吸熱プレート５１４を設け、吸熱プレート５１４の下面に熱伝導シート４１２を接着し、吸熱プレート５１４を発熱部３の発熱面３ａと斜交する方向へ移動して冷却ジャケット５１２に着脱し、熱伝導シート４１２を発熱面３ａに接触、離間させるように構成されている。冷却ジャケット５１２は、図１４に示すように、奪熱プラグ５１３を支持するフレーム５１５を備え、フレーム５１５の内側に熱伝導シート４１２を露出させる開口部５１６が形成されている。
【００４１】
フレーム５１５は、支軸５１７でシステム基板５に上下へ傾動可能に支持され、巻バネ５１８により上方へ付勢されている。システム基板５には、２本のホルダ５１９がフレーム５１５の左右に位置するように立設され、ホルダ５１９の上端に奪熱プラグ５１３を下降位置に弾性的に保持するバネ部５２０が形成されている。そして、図１５に示すように、奪熱プラグ５１３を筺体２の開口部７から挿入し、冷却ジャケット５１２に支持し、奪熱プラグ５１３を押し下げ、熱伝導シート４１２を発熱面３ａに接触させ、ホルダ５１９によって密接状態に保持する。こうすれば、熱伝導シート４１２を破損することなく、発熱部３の発熱面３ａに接触、離間させることができる。
【実施例６】
【００４２】
図１６に示す実施例６の冷却装置６１１は、吸熱プレート６１４が斜めとなる姿勢で、奪熱プラグ６１３を発熱面３ａと平行な方向へ移動した後に直交する方向へ降ろして冷却ジャケット６１２に着脱し、熱伝導シート４１２を発熱面３ａに接触、離間させるようになっている。冷却ジャケット６１２は、奪熱プラグ６１３の左右に２枚の案内板６１５を備え、案内板６１５の上縁に奪熱プラグ６１３のピン６１６が嵌入する前後一対の切欠６１７が形成されている。この構成によっても、熱伝導シート４１２を破損することなく、発熱面３ａに接触、離間させることができる。
【実施例７】
【００４３】
図１７に示す実施例７の冷却装置７１１では、実施例１（図３参照）と同様、奪熱プラグ１３が発熱部３の発熱面３ａと平行な方向へ移動して冷却ジャケット１２に着脱される。冷却ジャケット１２は奪熱プラグ１３の伝熱プレート２９に接合する吸熱プレート１４を備え、吸熱プレート１４の下面に熱伝導シート４１２が接着されている。そして、熱伝導シート４１２は、スプリング１７の付勢力によって発熱面３ａに圧接した状態で、発熱部３の放熱を吸熱プレート１４に効率よく伝達するようになっている。
【００４４】
なお、本発明の冷却装置は、サーバ１に限定されるものではなく、サーバ機能を備えないコンピュータ、例えば、パーソナルコンピュータやデータベース用コンピュータなど、発熱部の冷却を必要とする各種電子機器に適用できる。また、上記各実施例の冷却装置を装備した多数の電子機器をラックに収納したり、複数のラックをコンテナやブース内に設置したりするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１サーバ
２筺体
３発熱部
１１冷却装置（実施例１）
１２冷却ジャケット
１３奪熱プラグ
１４吸熱プレート
１９ロック部材
２５ロック解除部材
３４，３５流体通路
３９供給側コネクタ
４１排出側コネクタ
１１１冷却装置（実施例２）
１１２冷却ジャケット
１１３奪熱プラグ
１１４吸熱プレート
１２９流体通路
２１１冷却装置（実施例３）
２１２放熱フィン
２１３空冷ファン
４１１冷却装置（実施例４）
４１２熱伝導シート
５１１冷却装置（実施例５）
６１１冷却装置（実施例６）
７１１冷却装置（実施例７）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器の発熱部に冷却ジャケットを装着し、冷却ジャケットに奪熱プラグを着脱自在に取り付け、奪熱プラグに冷却液を該プラグ内部で流通させる流体通路と、流体通路を給液配管および排液配管に接続するコネクタとを設け、冷却ジャケットまたは奪熱プラグに発熱部の熱を吸収する吸熱プレートを設け、吸熱プレートが吸収した熱を流体通路内の冷却液に伝えることを特徴とする電子機器冷却装置。
【請求項２】
前記吸熱プレートを発熱部に弾性的に接触させるスプリングを備えた請求項１記載の電子機器冷却装置。
【請求項３】
前記吸熱プレートを奪熱プラグに設け、冷却ジャケットに開口部を形成し、吸熱プレートが開口部を通って発熱部の発熱面に接触する請求項１または２記載の電子機器冷却装置。
【請求項４】
前記吸熱プレートを冷却ジャケットに設け、前記奪熱プラグに発熱部の熱を吸熱プレートから流体通路内の冷却液に伝える伝熱プレートを設けた請求項１または２記載の電子機器冷却装置。
【請求項５】
前記奪熱プラグを発熱部の発熱面と平行な方向へ移動して冷却ジャケットに着脱する請求項３または４記載の電子機器冷却装置。
【請求項６】
前記奪熱プラグを発熱部の発熱面と直交する方向へ移動して冷却ジャケットに着脱する請求項３または４記載の電子機器冷却装置。
【請求項７】
前記奪熱プラグを発熱部の発熱面と斜交する方向へ移動して冷却ジャケットに着脱する請求項３または４記載の電子機器冷却装置。
【請求項８】
前記冷却ジャケットの上に放熱フィンを取り付けた請求項４〜７の何れか一項に記載の電子機器冷却装置。
【請求項９】
前記放熱フィンの上に空冷ファンを設置した請求項８記載の電子機器冷却装置。
【請求項１０】
前記奪熱プラグを冷却ジャケットに拘束するロック部材およびロック解除部材を備えた請求項１〜９の何れか一項に記載の電子機器冷却装置。
【請求項１１】
前記吸熱プレートが、発熱部の発熱面と接触する熱伝導シートを備え、熱伝導シートを介して発熱部の熱を吸収する請求項１記載の電子機器冷却装置。
【請求項１２】
前記吸熱プレートを発熱部の発熱面と直交する方向へ移動して、熱伝導シートを発熱面に接触させる請求項１１記載の電子機器冷却装置。
【請求項１３】
前記吸熱プレートを発熱部の発熱面と斜交する方向へ移動して、熱伝導シートを発熱面に接触させる請求項１１記載の電子機器冷却装置。
【請求項１４】
前記吸熱プレートを発熱部の発熱面と平行な方向へ移動した後に直交する方向に移動して、熱伝導シートを発熱面に接触させる請求項１１記載の電子機器冷却装置。

【図１】