JP2011187762A - 冷却装置、電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空冷装置における電力の消費を抑えつつ、高発熱密度部品を確実に冷却できる技術を提供する。
【解決手段】２つの開口面を有し開口面のいずれか一方より他方へ風を流すファンを設けた筐体の、内部に設けられた第１の高発熱密度部品及び第２の高発熱密度部品とを冷却するための冷却装置であって、第１の高発熱密度部品と接触しており、冷媒を通すための管路と、管路に接触し、第２の高発熱密度部品より風上側に設けられたフィンとを設けた事を特徴とする冷却装置である。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子部品を冷却する技術に関する。

電子部品に搭載されたＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）などの高発熱密度部品を冷却する技術として、液冷方式が知られている。

かかる技術に関連する技術として、内部が空洞の冷却部品をＣＰＵ（Central Processing Unit）に装着し、冷却部品とラジエータとの間で冷却液をポンプにより循環させる液冷システムが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、このような液冷方式は、高発熱密度部品に装着する冷却部品と、ラジエータとの間に、冷媒を循環させるためのパイプを設ける必要がある。加えて、冷却のための部品点数を減らすために、１つのラジエータと複数の冷却部品間をパイプにより接続し、そのパイプは冷媒が経由する循環経路となる。

このため、一般的に高発熱密度部品が複雑に配置されたシステムボード上の高発熱密度部品のすべてを冷却するためには、パイプの設計が難しくなったり、パイプの引き回し長さが長くなったりするという課題が生じる。

このため、対象となる高発熱密度部品すべてを液冷方式にて冷却するのではなく、一部の高発熱密度部品に空冷方式を併用することが一般的である。

特開平８−１８６３８８号公報 特開２００８−２８７７３３号公報

しかしながら、空冷方式の冷却効果を高めるためには、冷却のための空気の温度は、低い方が良い。より空気の温度を低くするには、電子装置の外部に空冷装置を設置し、冷却のための空気の設定温度を低くすれば良い。しかし、これでは、空冷装置による電力の消費が大きくなってしまう。

この出願に開示された技術は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、空冷装置における電力の消費を抑えつつ、高発熱密度部品を確実に冷却できる技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、２つの開口面を有し開口面のいずれか一方より他方へ風を流すファンを設けた筐体の、内部に設けられた第１の高発熱密度部品及び第２の高発熱密度部品とを冷却するための冷却装置であって、前記第１の高発熱密度部品と接触しており、冷媒を通すための管路と、前記管路に接触し、前記第２の高発熱密度部品より風上側に設けられたフィンと、を設けた事を特徴とする冷却装置である。

本発明の別の一態様は、所定の閉空間内に配設された発熱体を液体により冷却するとともに、前記閉空間内で循環する空気を送風して前記発熱体を冷却するようにした冷却装置であって、前記発熱体に前記液体を循環させる配管の一部を、前記発熱体よりも前記空気の風上側に設けるとともに、該風上側に設けられた前記配管の一部に前記空気を前記発熱体に導くフィンを設けたことを特徴とする冷却装置である。

本発明の別の一態様は、気体に接する基板と、前記基板上に設けられた第１発熱体と、前記第１発熱体に接すると共に液体を内部に通す配管と、前記配管のうち前記気体の経路内の部分に設けられた第１フィンと、前記基板上且つ前記経路内で前記第１フィンの下流側に設けられた第２発熱体とを備える電子装置である。

この出願に開示された技術によれば、液冷方式と空冷方式を併用しつつ、空冷装置における電力の消費を抑え、高発熱密度部品を確実に冷却できる技術を提供することができる。

データセンタの液冷機構を示すブロック図である。 ラックキャビネットを示す斜視図である。 計算機室の空冷機構を示す模式図である。 実施の形態１のシステムボードにおける電子回路部品の配置を示す斜視図である。 実施の形態１のシステムボードおよび液冷機構を示す斜視図である。 液循環冷却部品を示す分解斜視図である。 実施の形態１の二つのシステムボードおよびファンを示す斜視図である。 比較例のシステムボードおよび液冷機構を示す斜視図である。 比較例のシステムボード上の空気の温度分布を示すグラフである。 実施の形態１のシステムボード上の空気の温度分布を示すグラフである。 実施の形態２のシステムボードにおける電子回路部品の配置を示す斜視図である。 実施の形態２のシステムボードおよび液冷機構を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

＜実施の形態１＞
まず、データセンタの液冷機構について説明する。

図１は、データセンタの液冷機構を示すブロック図である。データセンタはシステムボードが収納されたラックキャビネット１４が複数設置された計算機室１２、および液冷のための冷水チラー１１を有する。液冷機構は、冷却水（冷媒）を冷却する冷水チラー１１と、この冷水チラー１１で冷却された冷却水を計算機室１２内の複数のラックキャビネット１４内へ分配して供給する往路配管２４と、複数のラックキャビネット１４内で熱を吸収することにより加熱された冷却水を合流させて冷水チラー１１へ還流させる復路配管２５とを有する。すなわち、液冷機構は、冷却水を冷水チラー１１と各ラックキャビネット１４との間で循環させ、ラックキャビネット１４を冷却する。

冷水チラー１１は、冷媒（冷却媒体）を通す冷媒用配管１９と、冷媒を冷媒用配管１９内に循環させると共に冷媒を冷却する冷凍機１５と、冷媒用配管１９に接して設けられており復路配管２５からの冷却水を通す冷却用配管１８と、冷却水を冷却用配管１８から吸入して往路配管２４へ吐出する冷水ポンプ１６とを有する。冷却用配管１８と冷媒用配管１９は互いに接している。そのため、冷却用配管１８内が冷却され、この冷却用配管１８へ流入した冷却水は冷却される。そして冷却された冷却水は、冷却用配管１８から往路配管２４へ流出することとなる。

図２は、ラックキャビネット１４を示す斜視図であり、図３は、計算機室１２の空冷機構を示す模式図である。図２に示されたように、ラックキャビネット１４は、キャビネット壁２７を有し、そのキャビネット壁２７に沿って高さ方向に配列された複数のシステムボード２２を収納する。ラックキャビネット１４は更に、複数のシステムボード２２へ電力を供給する電源部６５を有する。冷却チラー１１からの往路配管２４と復路配管２５は、キャビネット壁２７の反対側の側面に沿って配設され、ラックキャビネット１４の下部からラックキャビネット１４内の各システムボード２２に接続される。往路配管２４は、一つのラックキャビネット１４内へ供給された冷却水を複数のシステムボード２２へ分配して供給する。復路配管２５は、一つのラックキャビネット１４内の複数のシステムボード２２から還流された冷却水を合流させて冷水チラー１１へ還流する。

以上に述べた液冷機構によって、複数のシステムボード２２は、冷水チラー１１にて冷却された冷却水により冷却される。

次に、計算機室１２の空冷機構について説明する。

図３に示されたように、計算機室１２は、二重床と二重天井を有する。

更に計算機室１２は、計算機室１２室内の最下部の空間であって床４１ａと床４１ｂとに挟まれた空間である下方通風路４５を有する。更に計算機室１２は、天井４２ａを介して計算機収容部４４の上側に位置する空間であって天井４２ａと天井４２ｂとに挟まれた空間である上方通風路４６を有する。更に、床４１ｂと天井４２ｂに挟まれた空間である計算機収容部４４とを有している。床４１ｂは、空気を空調機１３から下方通風路４５へ通す通風孔である空調機吐出孔５１と、空気を下方通風路４５から計算機収容部４４へ通す通風孔である複数の床通風孔５２とを有する。天井４２ａは、空気を計算機収容部４４へ通す通風孔である複数の天井通風孔５３と、空気を上方通風路４６から空調機１３へ通す通風孔である空調機吸入孔５４とを有する。

計算機収容部４４は、空気を計算機室１２内に循環させると共に空気を冷却する空調機１３とを有している。空調機１３は、空調機吸込口５４を介して上方通風路４６から空気を吸入し、吸入された空気を冷却し、冷却された空気を空調機吐出口５１を介して下方通風路４５へ吐出する。

計算機収容部４４内でラックキャビネット１４により区切られた複数の空間のうち、床通風孔５２に通じる空間は下方通風路４５からの空気をラックキャビネット１４内へ導く吸気用通風路４７であり、天井通風孔５３に通じる空間はラックキャビネット１４内からの空気を上方通風路４６へ導く排気用通風路４８である。図２中の床通風孔５２上に付された矢印は、下方通風路４５から床通風孔５２を介して吸気用通風路４７へ流れる風の方向を示す。図２中の天井通風孔５３上に付された矢印は、排気用通風路４８から天井通風孔５３を介して上方通風路４６へ流れる風の方向を示す。

ラックキャビネット１４は、往路配管２４と復路配管２５が配設された側面に隣接する側面であって吸気用通風路４７側の側面と排気用通風路４８側の側面とに、それぞれ開口を有する。前述した図２に示されるようにラックキャビネット１４は更に、ラックキャビネット１４内の空気を排気用通風路４８へ排出するための複数のファン２３を、排気用通風路４８側の開口内に有する。これにより吸気用通風路４７を流れる空気は、吸気用通風路４７側の開口からラックキャビネット１４内へ流入し、ラックキャビネット１４内を水平方向に流れ、排気用通風路４８側の開口から排気用通風路４８へ流出する。図２中のファン２３上に付された矢印は、ラックキャビネット１４から排気用通風路４８へ流れる風の方向を示す。ラックキャビネット１４は、吸気用通風路４７側の開口内に吸引（吸気）用のファンを有しても良い。

以上に述べた空冷機構によれば、空調機１３により冷却されて空調機１３から吐出される空気は、空調機吐出口５１を介して下方通風路４５へ流入し、床通風孔５２を介して吸気用通風路４７内へ流入し、ラックキャビネット１４内へ流入する。ラックキャビネット１４内から吸気用通風路４７内へ流出した空気は、天井通風孔５３を介して上方通風路４６内へ流入し、空調機吸込口５４を介して空調機１３により吸入され、再び空調機１３により冷却される。

以下、実施の形態１のシステムボード２２の電子回路部品と液冷機構と空冷機構について説明する。

まず、システムボード２２の電子回路部品について説明する。

図４は、実施の形態１のシステムボード２２における電子回路部品の配置を示す斜視図であり、図５は、実施の形態１のシステムボード２２および液冷機構を示す斜視図である。図４に示されたように、システムボード２２は、水平に設けられている四角形の平板であるメイン基板３１を有する。更にシステムボード２２は、メイン基板３１上での四隅付近にそれぞれ配設されているチップ部品３２ａａ，３２ａｂ，３２ｂａ，３２ｂｂを有する。チップ部品３２ａａ，３２ｂａは、メイン基板３１上での四隅のうち、ラックキャビネット１４の往路配管２４及び復路配管２５が配設された方向に位置する。更にシステムボード２２は、メイン基板３１に垂直に設けられている平板であってチップ部品３２ａａとチップ部品３２ａｂの間に設けられている複数のサブ基板３３ａａを有する。更にシステムボード２２は、メイン基板３１に垂直に設けられている平板であってチップ部品３２ｂａとチップ部品３２ｂｂの間に設けられている複数のサブ基板３３ｂａとを有する。複数のサブ基板３３ａａは互いに平行に配置され、チップ部品３２ａａ，３２ａｂを結ぶ方向に所定のサブ基板間隔で配列される。複数のサブ基板３３ｂａは互いに平行に配置され、チップ部品３２ｂａ，３２ｂｂを結ぶ方向に所定のサブ基板間隔で配列される。

チップ部品３２ａａ，３２ａｂ，３２ｂａ，３２ｂｂは、例えばＣＰＵなどのＬＳＩであり、回路動作に伴って発熱する。サブ基板３３ａａ，３３ａｂは、例えばＤＩＭＭ（Dual Inline Memory Module）等のメモリボードであり、回路動作に伴って発熱する。

次に、システムボード２２上の液冷機構について説明する。

図５に示されたように、システムボード２２には、更に、図４に示されたチップ部品３２ａａ，３２ａｂ，３２ｂａ，３２ｂｂのそれぞれの上平面部に密接している液循環冷却部品３５ａａ，３５ａｂ，３５ｂａ，３５ｂｂが設けられている。液循環冷却部品３５ａａ，３５ａｂ，３５ｂａ，３５ｂｂは、内部が空洞になっており、また、上壁に冷却水が流入する流入口と冷却水が流出する流出口とを有している。なお、液循環冷却部品３５ａａ，３５ａｂ，３５ｂａ，３５ｂｂは例えば、水冷クーリングプレートや冷媒ジャケットやウォーターブロックを含む。

システムボード２２には、更に、メイン基板３１のチップ部品３２ａａ，３２ｂａ側の端部とメイン基板３１の下面とを支持するシャーシ３９と、シャーシ３９のチップ部品３２ａａ，３２ｂａ側の端部に設けられており往路配管２４及び復路配管２５に接続される配管接続部２６とが設けられている。配管接続部２６は、一つの流入口と二つの流出口を有する往路接続配管６１と、二つの流入口と一つの流出口を有する復路接続配管６２とを有する。往路接続配管６１は、流入口に接続された往路配管２４からの冷却水を、二つの流出口のそれぞれに接続されたボード配管３４ａａ，３４ｂａへ分配して導く。復路接続配管６２は、二つの流入口のそれぞれに接続されたボード配管３４ａｃ，３４ｂｃからの冷却水を合流させて、流出口に接続された復路配管２５へ導く。

システムボード２２には、更に、往路接続配管６１からの冷却水を液循環冷却部品３５ａａの流入口へ導くボード配管３４ａａと、液循環冷却部品３５ａａの流出口からの冷却水を液循環冷却部品３５ａｂの流入口へ導くボード配管３４ａｂと、液循環冷却部品３５ａｂの流出口からの冷却水を復路接続配管６２へ導くボード配管３４ａｃとが設けられている。システムボード２２は更に、往路接続配管６１からの冷却水を液循環冷却部品３５ｂａの流入口へ導くボード配管３４ｂａと、液循環冷却部品３５ｂａの流出口からの冷却水を液循環冷却部品３５ｂｂの流入口へ導くボード配管３４ｂｂと、液循環冷却部品３５ｂｂの流出口からの冷却水を復路接続配管６２へ導くボード配管３４ｂｃとが設けられている。

図６は、図５に示された液循環冷却部品３５ａａを示す分解斜視図である。液循環冷却部品３５ａａは、液循環冷却部品３５ａａの下壁と側壁を形成する容器５５と、容器５５の上に接合されて液循環冷却部品３５ａａの上壁を形成する蓋部５６と、容器５５の下壁の内壁面上に立設される円柱状の複数のピンフィン５７とを有する。蓋部５６は、開口である流入口５８と流出口５９を有する。流入口５８にはボード配管３４ａａが接続される。流出口５９にはボード配管３４ａｂが接続される。流入口５８を介して液循環冷却部品３５ａａ内へ流入した冷却水は、ピンフィン５７の間を流れ、流出口５９を介して流出する。チップ部品３２ａａからの熱はピンフィン５７を介して冷却水へ移動する。流入口５８および流出口５９は、それぞれ複数設けられても良い。流入口５８は、蓋部５６の中央に設けられていても良い。

液循環冷却部品３５ａａは、固定部材３８ａと固定板３８ｂによりメイン基板３１に取り付けられる。即ち、この固定部材３８ａの下部は容器５５とメイン基板３１とを貫き、メイン基板３１の下に位置する固定板３８ｂに固定される。固定部材３８ａの上部は弾性体を有し、この弾性体は容器５５に下向きの力を与える。これにより、固定部材３８ａと固定板３８ｂは、容器５５とチップ部品３２ａａとメイン基板３１を挟み付けて固定する。チップ部品３２ａａの上平面部と液循環冷却部品３５ａａの下平面部とは、グリース等を介して密接する。液循環冷却部品３５ａｂ，３５ｂａ，３５ｂｂの構造は、液循環冷却部品３５ａａの構造と同様である。

前述した図５に示されるようにシステムボード２２の液冷機構において、ボード配管３４ａａと液循環冷却部品３５ａａとボード配管３４ａｂと液循環冷却部品３５ａｂとボード配管３４ａｃとは、冷却水による液流の経路である第１液流経路を形成している。更に、ボード配管３４ｂａと液循環冷却部品３５ｂａとボード配管３４ｂｂと液循環冷却部品３５ｂｂとボード配管３４ｂｃとは、冷却水による液流の別の経路である第２液流経路を形成している。

往路配管２４から往路接続配管６１を介して第１液流経路へ流入した冷却水は、ボード配管３４ａａを介して液循環冷却部品３５ａａ内を通過することによりチップ部品３２ａａからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ａａからの冷却水は、ボード配管３４ａｂを介して液循環冷却部品３５ａｂ内を通過することによりチップ部品３２ａｂからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ａｂからの冷却水は、ボード配管３４ａｃを介して第１液流経路から流出し、復路接続配管６２を介して復路配管２５へ流出する。この第１液流経路により、チップ部品３２ａａ，３２ａｂが冷却される。

同様に、往路配管２４から往路接続配管６１を介して第２液流経路へ流入した冷却水は、ボード配管３４ｂａを介して液循環冷却部品３５ｂａ内を通過することによりチップ部品３２ｂａからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ｂａからの冷却水は、ボード配管３４ｂｂを介して液循環冷却部品３５ｂｂ内を通過することによりチップ部品３２ｂｂからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ｂｂからの冷却水は、ボード配管３４ｂｃを介して第２液流経路から流出し、復路接続配管６２を介して復路配管２５へ流出する。この第２液流経路により、チップ部品３２ｂａ，３２ｂｂが冷却される。

次に、前述した図４及び図５を用いて、システムボード２２の空冷機構について説明する。

図７は、実施の形態１の二つのシステムボード２２およびファン２３を示す斜視図である。図２および図７に示されるように、ラックキャビネット１４内の複数のシステムボード２２は高さ方向に重なっている。図７に示されるように二つのシステムボード２２とキャビネット壁２７は、２つの開口を有する管状空間を形成している。なお、最も上部のシステムボード２２上においては、そのシステムボード２２とラックキャビネット１４の上壁とキャビネット壁２７が、２つの開口を有する管状空間を形成している。このように各システムボード２２上に管状空間が形成されている。

図５及び図７中の矢印は、管状空間内の気流の方向を示す。図２および図７に示されるように、ラックキャビネット１４の一つの側面には複数のファン２３が設けられており、ラックキャビネット１４内の空気を排気用通風路４８へ排出する。これにより、空気は前述の管状空間のファン２３の反対側の開口を介して吸気用通風路４７から管状空間内へ流入し、管状空間内をファン２３の反対側の開口からファン２３側の開口へ流れ、管状空間のファン２３の反対側の開口を介して管状空間から排気用通風路４８へ流出する。

前述した図５に示されるように管状空間は、複数のフィン３６ａａと仕切り板３７ａａ，３７ａｂと複数のフィン３６ｃａと仕切り板３７ｂａ，３７ｂｂと複数のフィン３６ｂａにより仕切られている。これにより管状空間のうち、複数のフィン３６ａａの間の空間と仕切り板３７ａａ，３７ａｂの間の空間と複数のフィン３６ｃａの間の空間と仕切り板３７ｂａ，３７ｂｂの間の空間と複数のフィン３６ｂａの間の空間とは、空気による気流の経路である第１気流経路を形成している。吸気用通風路４７からラックキャビネット１４へ流入した空気は、システムボード２２の吸気用通風路４７側の端部を介して第１気流経路へ流入し、システムボード２２の排気用通風路４８側の端部を介して第１気流経路から流出し、ファン２３によりラックキャビネット１４内から排気用通風路４８へ流出する。サブ基板３３ａａ，３３ｂａは、第１気流経路内に位置する。ボード配管３４ａｂ，３４ａｃ，３４ｂｂ，３４ｂｃは第１気流経路内を横断する。

システムボード２２は更に、チップ部品３２ａａとサブ基板３３ａａとの間に設けられている平板であってサブ基板３３ａａに平行な仕切り板３７ａａと、チップ部品３２ａｂとサブ基板３３ａａとの間に設けられている平板であってサブ基板３３ｂａに平行な仕切り板３７ａｂと、チップ部品３２ｂａとサブ基板３３ｂａとの間に設けられている平板であって仕切り板３７ａａに対向して設けられている仕切り板３７ｂａと、チップ部品３２ｂｂとサブ基板３３ｂａとの間に設けられている平板であって仕切り板３７ｂａに対向して設けられている仕切り板３７ｂｂとを有する。

システムボード２２は更に、ボード配管３４ａｂの外壁上に接合された平板である複数のフィン３６ａａと、ボード配管３４ｂｂの外壁上に接合された平板である複数のフィン３６ｂａと、ボード配管３４ａｃ，ｂｃの外壁上に接合された平板である複数のフィン３６ｃａとを有する。複数のフィン３６ａａ，３６ｂａ，３６ｃａは、サブ基板３３ａａ，３６ｂａに平行に配置され、サブ基板３３ａａ，３６ｂａの配列方向と平行に所定のフィン距離の間隔で配列される。フィン３６ａａは、第１気流経路内でサブ基板３３ａａの上流側に設けられている。フィン３６ｃａは、第１気流経路内でサブ基板３３ａａの下流側且つサブ基板３３ｂａの上流側に設けられている。フィン３６ｂａは、第１気流経路内でサブ基板３３ｂａの下流側に設けられている。

前述した図５に示されるように第１気流経路において、複数のフィン３６ａａが配列されている距離と、仕切り板３７ａａ及び仕切り板３７ａｂの間隔と、複数のフィン３６ｃａが配列されている距離と、仕切り板３７ｂａ及び仕切り板３７ｂｂの間隔と、複数のフィン３６ｂａが配列されている距離とが一定であることが望ましい。これにより、第１気流経路はその経路上で一定の幅を有し、空気を効率よく流すことができる。他の部品により第１気流経路を形成できる場合、仕切り板３７ａａ，３７ａｂ，３７ｂａ，３７ｂｂは省かれても良い。

以下、システムボード２２の液冷機構と空冷機構の協調動作について説明する。

この例において、ボード配管３４ａｂ内を流れる冷却水の温度は、複数のフィン３６ａａの間を流れる空気の温度より低いものとする。更にボード配管３４ａｃ及びボード配管３４ｂｃ内の冷却水の温度は、複数のフィン３６ｃａの間を流れる空気の温度より低いものとする。更にボード配管３４ｂｂ内を流れる冷却水の温度は、複数のフィン３６ｂａの間を流れる空気の温度より低いものとする。

第１気流経路においてまず、複数のフィン３６ａａの間を流れる空気の熱の一部は、ボード配管３４ａｂ内を流れる冷却水へ移動する。次に、複数のサブ基板３３ａａの熱の一部は、仕切り板３７ａａ及び仕切り板３７ａｂの間を流れる空気へ移動する。次に、複数のフィン３６ｃａの間を流れる空気の熱の一部は、ボード配管３４ａｃ，３４ｂｃ内を流れる冷却水へ移動する。次に、複数のサブ基板３３ｂａの熱の一部は、仕切り板３７ｂａ及び仕切り板３７ｂｂの間を流れる空気へ移動する。次に、複数のフィン３６ｂａの間を流れる空気の熱の一部は、ボード配管３４ｂｂ内を流れる冷却水へ移動する。

以下、実施の形態１の効果について比較例と比較しつつ説明する。

比較例のデータセンタはシステムボード２２の代わりに、液冷機構と空冷機構の協調動作を行わないシステムボード２２ｘを用いる。図８は、比較例のシステムボード２２ｘおよび液冷機構を示す斜視図である。システムボード２２ｘにおいて、システムボード２２と同一符号はシステムボード２２に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。システムボード２２ｘは、システムボード２２におけるフィン３６ａａ，３６ｂａ，３６ｃａと仕切り板３７ａａ，３７ａｂ，３７ｂａ，３７ｂｂとを持たない。

ここで、比較例のシステムボード２２ｘ上において、第１気流経路の吸気用通風路４７側の端部上でサブ基板３３ａａの中央に最も近い位置は位置Ｒで示され、第１気流経路の排気用通風路４８側の端部上でサブ基板３３ｂａの中央に最も近い位置は位置Ｓで示される。同様に、実施の形態１のシステムボード２２上において、吸気用通風路４７側の端部上でサブ基板３３ａａの中央に最も近い位置は位置Ｐで示され、第１気流経路の排気用通風路４８側の端部上でサブ基板３３ｂａの中央に最も近い位置は位置Ｑで示される。

図９は、比較例のシステムボード２２ｘ上の空気の温度分布を示すグラフである。この図９において、横軸は線分ＲＳ上の位置を示し、縦軸は空気の温度Ｔａを示す。横軸上の符号は左から、ボード配管３４ａｂ、サブ基板３３ａａ、ボード配管３４ａｃ、ボード配管３４ｂｃ、サブ基板３３ｂａ、ボード配管３４ｂｂの位置をそれぞれ示す。図８中の矢印は、システムボード２２ｘ上の気流の方向を示す。

まず位置Ｒからシステムボード２２ｘ上へ流入した空気は、ボード配管３４ａｂ付近を通過し、複数のサブ基板３３ａａの間の空間を進むにつれてサブ基板３３ａａから吸熱する。次に、空気は、ボード配管３４ａｃとボード配管３４ｂｃ付近を通過し、複数のサブ基板３３ｂａの間の空間を進むにつれてサブ基板３３ｂａから吸熱する。次に、空気は、ボード配管３４ｂｂ付近を通過し、位置Ｓからシステムボード２２ｘ外へ流出する。その結果、流出する位置Ｓにおける空気の温度は、流入する位置Ｒにおける空気の温度より高くなる。即ち空気がシステムボード２２ｘ上を通過することにより、空気の温度は大幅に上昇する。測定結果の一例によれば、流入する位置Ｒにおける空気の温度は２５℃、流出する位置Ｓにおける空気の温度は４０℃である。従って多数のシステムボード２２ｘを有する計算機室１２において、空調機１３は、４０℃の空気を冷却する必要がある。

図１０は、実施の形態１のシステムボード２２上の空気の温度分布を示すグラフである。この図１０において、横軸は線分ＰＱ上の位置を示し、縦軸は空気の温度Ｔａを示す。横軸上の符号は左から、フィン３６ａａ、サブ基板３３ａａ、フィン３６ｃａ、サブ基板３３ｂａ、フィン３６ｂａの位置をそれぞれ示す。

まず位置Ｐからシステムボード２２上へ流入した空気は、複数のフィン３６ａａの間の空間を進むにつれて複数のフィン３６ａａへ排熱する。次に、空気は、複数のサブ基板３３ａａの間の空間を進むにつれて複数のサブ基板３３ａａから吸熱する。次に、空気は、複数のフィン３６ｃａの間の空間を進むにつれて複数のフィン３６ｃａへ排熱する。次に、空気は、複数のサブ基板３３ｂａの間の空間を進むにつれて複数のサブ基板３３ｂａから吸熱する。次に、空気は、複数のフィン３６ｂａの間の空間を進むにつれて複数のフィン３６ｂａへ排熱する。次に、空気は、位置Ｑからシステムボード２２外へ流出する。その結果、流出する位置Ｑにおける空気の温度は、流入する位置Ｐにおける空気の温度より低くなる。即ち空気がシステムボード２２上を通過することにより、空気の温度は低下する。測定結果の一例によれば、流入する位置Ｐにおける空気の温度は２５℃、流出する位置Ｑにおける空気の温度は１８℃である。従って多数のシステムボード２２ｘを有する計算機室１２において、空調機１３の規模や消費電力を比較例より小さくすることができる。

システムボード２２において、フィン３６ａａ及びボード配管３４ａｂが空気の熱を冷却水へ移動させることにより、第１気流経路内でフィン３６ａａより下流に位置するサブ基板３３ａａ，３３ｂａ付近の空気の温度を下げることができる。これにより、サブ基板３３ａａ，３３ｂａの冷却効率を向上させることできる。同様にシステムボード２２において、フィン３６ｃａ及びボード配管３４ａｃ，３４ｂｃが空気の熱を冷却水に移動させることにより、第１気流経路内でフィン３６ｃａより下流に位置するサブ基板３３ｂａを通過する空気の温度を下げることができる。これにより、サブ基板３３ｂａの冷却効率を向上させることできる。このようにシステムボード２２上の部品の冷却効率を向上させることにより、システムボード２２において更に高密度に部品を実装することができる。

システムボード２２が空気の熱を冷却水へ移動させることにより、空気を冷却するための空調機１３の負荷は比較例より減少するが、冷却水を冷却するための冷却チラー１１の負荷は比較例より増大する。但し、冷却チラー１１の冷却効率は、空調機１３の冷却効率より高い。従って、比較例のデータセンタに比べて実施の形態１のデータセンタは、液冷機構と空冷機構とを合わせた冷却機構全体の消費電力を削減できる。

＜実施の形態２＞
以下、実施の形態２のシステムボードの電子回路部品と液冷機構と空冷機構について説明する。実施の形態２のデータセンタは、実施の形態１のデータセンタにおけるシステムボード２２の代わりにシステムボード２２ｂを有する。

まず、システムボード２２ｂの電子回路部品について説明する。

図１１は、実施の形態２のシステムボード２２ｂにおける電子回路部品の配置を示す斜視図であり、図１２は、実施の形態２のシステムボード２２ｂおよび液冷機構を示す斜視図である。システムボード２２ｂにおいて、システムボード２２と同一符号はシステムボード２２に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。図１１に示されたように、システムボード２２ｂはシステムボード２２の構成に加え更に、チップ部品３２ａａと同様のチップであってメイン基板３１上に設けられるチップ部品３２ａｃ，３２ｂｃを有する。チップ部品３２ａｃは、チップ部品３２ａｂに対してチップ部品３２ａａの反対側に設けられる。チップ部品３２ｂｃは、チップ部品３２ｂｂに対してチップ部品３２ｂａの反対側に設けられる。システムボード２２ｂは更に、サブ基板３３ａａと同様の基板であってメイン基板３１に垂直に設けられている複数のサブ基板３３ａｂ，３３ｂｂを有する。複数のサブ基板３３ａｂは、チップ部品３２ａｂとチップ部品３２ａｃの間に互いに平行に配列され、チップ部品３２ａｂとチップ部品３２ａｃとを結ぶ方向に所定のサブ基板距離の間隔で配列されている。複数のサブ基板３３ｂｂは、チップ部品３２ｂｂとチップ部品３２ｂｃの間に互いに平行に配列され、チップ部品３２ｂｂとチップ部品３２ｂｃとを結ぶ方向に所定のサブ基板距離の間隔で配列されている。

次に、システムボード２２ｂの液冷機構について説明する。

図１２に示されたように、システムボード２２ｂにはシステムボード２２と同様の構成が設けられる。システムボード２２ｂには更に、液循環冷却部品３５ａａと同様の構造を有して図１０に示されたチップ部品３２ａｃ，３２ｂｃのそれぞれの上平面部に密接している液循環冷却部品３５ａｃ，３５ｂｃが設けられている。

システムボード２２ｂには、システムボード２２におけるボード配管３４ａｃ，３４ｂｃの代わりに、液循環冷却部品３５ａｂの流出口からの冷却水を液循環冷却部品３５ａｃの流入口へ導くボード配管３４ａｆと、液循環冷却部品３５ａｃの流出口からの冷却水を復路接続配管６２へ導くボード配管３４ａｇと、液循環冷却部品３５ｂｂの流出口からの冷却水を液循環冷却部品３５ｂｃの流入口へ導くボード配管３４ｂｆ、液循環冷却部品３５ｂｃの流出口からの冷却水を復路接続配管６２へ導くボード配管３４ｂｇとが設けられている。

前述した図１２に示されるようにシステムボード２２ｂの液冷機構において、ボード配管３４ａａと液循環冷却部品３５ａａとボード配管３４ａｂと液循環冷却部品３５ａｂとボード配管３４ａｆと液循環冷却部品３５ａｃとボード配管３４ａｇとは、冷却水による液流の経路である第１液流経路を形成している。更にボード配管３４ｂａと液循環冷却部品３５ｂａとボード配管３４ｂｂと液循環冷却部品３５ｂｂとボード配管３４ｂｆと液循環冷却部品３５ｂｃとボード配管３４ｂｇとは、冷却水による液流の別の経路である第２液流経路を形成している。

往路配管２４から往路接続配管６１を介して第１液流経路へ流入した冷却水は、ボード配管３４ａａを介して液循環冷却部品３５ａａ内を通過することによりチップ部品３２ａａからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ａａからの冷却水は、ボード配管３４ａｂを介して液循環冷却部品３５ａｂ内を通過することによりチップ部品３２ａｂからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ａｂからの冷却水は、ボード配管３４ａｆを介して液循環冷却部品３５ａｃ内を通過することによりチップ部品３２ａｃからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ａｃからの冷却水は、ボード配管３４ａｇを介して第１液流経路から流出し、復路接続配管６２を介して復路配管２５へ流出する。この第１液流経路により、チップ部品３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃが冷却される。

往路配管２４から往路接続配管６１を介して第２液流経路へ流入した冷却水は、ボード配管３４ｂａを介して液循環冷却部品３５ｂａ内を通過することによりチップ部品３２ｂａからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ｂａからの冷却水は、ボード配管３４ｂｂを介して液循環冷却部品３５ｂｂ内を通過することによりチップ部品３２ｂｂからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ｂｂからの冷却水は、ボード配管３４ｂｆを介して液循環冷却部品３５ｂｃ内を通過することによりチップ部品３２ｂｃからの熱を吸収する。次に、液循環冷却部品３５ｂｃからの冷却水は、ボード配管３４ｂｇを介して第２液流経路から流出し、復路接続配管６２を介して復路配管２５へ流出する。この第２液流経路により、チップ部品３２ｂａ，３２ｂｂ，３２ｂｃが冷却される。

次に、前述した図１０及び図１２を用いて、システムボード２２ｂの空冷機構について説明する。

図７と同様、各システムボード２２ｂ上に管状空間が形成されている。図１２中の矢印は、管状空間内の気流の方向を示す。前述した図１２に示されるように、システムボード２２と同様、管状空間のうち、複数のフィン３６ａａの間の空間と仕切り板３７ａａ，３７ａｂの間の空間と複数のフィン３６ｃａの間の空間と仕切り板３７ｂａ，３７ｂｂの間の空間と複数のフィン３６ｂａの間の空間とは、システムボード２２と同様、空気による気流の経路である第１気流経路を形成している。更に管状空間は、複数のフィン３６ａｂと仕切り板３７ａｃ，３７ａｄと複数のフィン３６ｃｂと仕切り板３７ｂｃ，３７ｂｄと複数のフィン３６ｂｂとにより仕切られている。これにより管状空間のうち、複数のフィン３６ａｂの間の空間と仕切り板３７ａｃ，３７ａｄの間の空間と複数のフィン３６ｃｂの間の空間と仕切り板３７ｂｃ，３７ｂｄの間の空間と複数のフィン３６ｂｂの間の空間とは、空気による気流の経路であって、第１気流経路と平行な第２気流経路を形成している。

吸気用通風路４７からラックキャビネット１４へ流入した空気は、システムボード２２の吸気用通風路４７側の端部を介して第１気流経路または第２気流経路へ流入し、システムボード２２の排気用通風路４８側の端部を介して第１気流経路または第２気流経路から流出し、ファン２３によりラックキャビネット１４内から排気用通風路４８へ流出する。サブ基板３３ａｂ，３３ｂｂは、第２気流経路内に位置する。ボード配管３４ａｂ，３４ａｇ，３４ｂｂ，３４ｂｇは第１気流経路内を横断する。ボード配管３４ａｆ，３４ａｇ，３４ｂｆ，３４ｂｇは第２気流経路内を横断する。

システムボード２２ｂは更に、仕切り板３７ａａと同様の平板である仕切り板３７ａｃ，３７ａｄ，３７ｂｃ，３７ｂｄを有する。仕切り板３７ａｃは、チップ部品３２ａｂとサブ基板３３ａｂとの間に設けられておりサブ基板３３ａｂに平行に設けられている。仕切り板３７ｂｃは、チップ部品３２ｂｂとサブ基板３３ｂｂとの間に設けられておりサブ基板３３ｂｂに平行に設けられている。仕切り板３７ａｄは、チップ部品３２ａｃとサブ基板３３ａｂとの間に設けられており仕切り板３７ａｃに対向して設けられている。仕切り板３７ｂｄは、チップ部品３２ｂｃとサブ基板３３ｂｂとの間に設けられており仕切り板３７ｂｃに対向して設けられている。

システムボード２２ｂは更に、ボード配管３４ａｆの外壁上に接合された平板である複数のフィン３６ａｂと、ボード配管３４ｂｆの外壁上に接合された平板である複数のフィン３６ｂｂと、ボード配管３４ａｇ，ｂｇの外壁上に接合された平板である複数のフィン３６ｃｂとを有する。複数のフィン３６ａｂ，３６ｂｂ，３６ｃｂは、ボード配管３４ａｆ，３４ｂｆ，３４ａｇ，３４ｂｇに平行な方向に所定のフィン距離の間隔で配列される。フィン３６ａｂは、第２気流経路内でサブ基板３３ａｂの上流側に設けられている。フィン３６ｃｂは、第２気流経路内でサブ基板３３ａｂの下流側且つサブ基板３３ｂｂの上流側に設けられている。フィン３６ｂｂは、第２気流経路内でサブ基板３３ｂｂの下流側に設けられている。

前述した図１２に示されるように第２気流経路において、複数のフィン３６ａｂが配列されている距離と、仕切り板３７ａｃ及び仕切り板３７ａｄの間隔と、複数のフィン３６ｃｂが配列されている距離と、仕切り板３７ｂｃ及び仕切り板３７ｂｄの間隔と、複数のフィン３６ｂｂが配列されている距離とが一定であることが望ましい。これにより、第２気流経路はその経路上で一定の幅を有し、空気を効率よく流すことができる。他の部品により第２気流経路を形成できる場合、仕切り板３７ａｃ，３７ａｄ，３７ｂｃ，３７ｂｄは省かれても良い。

以下、システムボード２２ｂの液冷機構と空冷機構の協調動作について説明する。

この例において、ボード配管３４ａｆ内を流れる冷却水の温度は、複数のフィン３６ａｂの間を流れる空気の温度より低いものとする。更にボード配管３４ａｇ及びボード配管３４ｂｇ内の冷却水の温度は、複数のフィン３６ｃｂの間を流れる空気の温度より低いものとする。更にボード配管３４ｂｆ内を流れる冷却水の温度は、複数のフィン３６ｂｂの間を流れる空気の温度より低いものとする。

第１気流経路の作用は実施の形態１と同様である。第２気流経路においてまず、複数のフィン３６ａｂの間を流れる空気の熱の一部は、ボード配管３４ａｆ内を流れる冷却水へ移動する。次に、複数のサブ基板３３ａｂの熱の一部は、仕切り板３７ａｃ及び仕切り板３７ａｄの間を流れる空気へ移動する。次に、複数のフィン３６ｃｂの間を流れる空気の熱の一部は、ボード配管３４ａｇ，３４ｂｇ内を流れる冷却水へ移動する。次に、複数のサブ基板３３ｂｂの熱の一部は、仕切り板３７ｂｃ及び仕切り板３７ｂｄの間を流れる空気へ移動する。次に、複数のフィン３６ｂｂの間を流れる空気の熱の一部は、ボード配管３４ｂｆ内を流れる冷却水へ移動する。

システムボード２２ｂにおいて、フィン３６ａｂ及びボード配管３４ａｆが空気の熱を冷却水へ移動させることにより、第２気流経路内でフィン３６ａｂより下流に位置するサブ基板３３ａｂ，３３ｂｂ付近の空気の温度を下げることができる。これにより、サブ基板３３ａｂ，３３ｂｂの冷却効率を向上させることできる。同様にシステムボード２２ｂにおいて、フィン３６ｃｂ及びボード配管３４ａｇ，３４ｂｇが空気の熱を冷却水に移動させることにより、第２気流経路内でフィン３６ｃｂより下流に位置するサブ基板３３ｂｂを通過する空気の温度を下げることができる。これにより、サブ基板３３ｂｂの冷却効率を向上させることできる。このようにシステムボード２２ｂ上の部品の冷却効率を向上させることにより、システムボード２２ｂにおいて更に高密度に部品を実装することができる。

なお、液循環冷却部品３５ａａ，３５ａｂ，３５ｂａ，３５ｂｂ，３５ａｃ，３５ｂｃ、ボード配管３４ａａ，３４ａｂ，３４ａｃ，３４ｂａ，３４ｂｂ，３４ｂｃ，３４ａｆ，３４ｂｆ，３４ａｇ，３４ｂｇ、フィン３６ａａ，３６ｂａ，３６ｃａ，３６ａｂ，３６ｂｂ，３６ｃｂは、材料として銅やアルミニウムなど、熱伝導率が冷却水より十分高い物質を用いることが望ましい。

なお、システムボード２２，２２ｂにおいて、空気の温度を低下させるために空気の熱の一部を冷却水へ移動させる部分が第１気流経路内に少なくとも一つあれば良い。同様に、システムボード２２ｂにおいて、空気の温度を低下させるために空気の熱の一部を冷却水へ移動させる部分が第２気流経路内に少なくとも一つあれば良い。また、システムボード２２，２２ｂにおいて、空気が第１気流経路を通過することにより空気の熱の一部を冷却水へ移動させることができれば、第１気流経路の通過後の空気の温度が第１気流経路の通過前の空気の温度より低くならなくても良い。同様に、システムボード２２ｂにおいて、空気が第２気流経路を通過することにより空気の熱の一部を冷却水へ移動させることができれば、第２気流経路の通過後の空気の温度が第２気流経路の通過前の空気の温度より低くならなくても良い。また、前述した例においてシステムボード２２，２２ｂ上の冷却水の経路の数は２であるが、システムボード２２，２２ｂ上の冷却水の経路の数は、少なくとも１であれば良い。また、システムボード２２，２２ｂ上のチップ部品の数は、少なくとも１であれば良い。また、システムボード２２，２２ｂ上のサブ基板の数は、少なくとも１であれば良い。

前述した例において、システムボード上のチップ部品は冷却水により冷却され、サブ基板は空気により冷却されるとしたが、チップ部品が冷却水と空気の両方により冷却されても良い。この場合例えば、チップ部品に密接する液循環冷却部品の少なくとも一部分が空気の経路内に設けられ、その部分の外壁上にフィンが設けられる。

第１の高発熱密度部品および第１発熱体は例えば、チップ部品３２ａａ，３２ａｂ，３２ｂａ，３２ｂｂ，３２ａｃ，３２ｂｃのいずれかを含む。第１の高発熱密度部品および第２発熱体は例えば、サブ基板３３ａａ，３３ｂａ，３３ａｂ，３３ｂｂのいずれかを含む。気体の経路は例えば、第１気流経路及び第２気流経路のいずれかを含む。配管は例えば、ボード配管３４ａａ，３４ａｂ，３４ａｃ，３４ｂａ，３４ｂｂ，３４ｂｃ，３４ａｆ，３４ｂｆ，３４ａｇ，３４ｂｇと液循環冷却部品３５ａａ，３５ａｂ，３５ｂａ，３５ｂｂ，３５ａｃ，３５ｂｃとのいずれかを含む。第１フィンは例えば、サブ基板のいずれかより気流の上流側に位置するフィンであってフィン３６ａａ，３６ｃａ，３６ａｂ，３６ｃｂのいずれかを含む。第２フィンは例えば、サブ基板のいずれかより気流の下流側に位置するフィンであってフィン３６ｂａ，３６ｃａ，３６ｂｂ，３６ｃｂのいずれかを含む。発熱体は例えば、チップ部品３２ａａ，３２ａｂ，３２ｂａ，３２ｂｂ，３２ａｃ，３２ｂｃのいずれかを含む。

なお、本発明の別の一態様は、電子機器に搭載された第１の高発熱密度部品及び第２の高発熱密度部品とを冷却するための冷却装置であって、前記第１の高発熱密度部品と接触しており、冷媒を通すための管路と、前記管路に接触し、前記第２の高発熱密度部品の周辺に設けられたフィンとを設けた事を特徴とする冷却装置である。

１２ 計算機室
１４ ラックキャビネット
２２，２２ｂ システムボード
２３ ファン
２４ 往路配管
２５ 復路配管
２６ 配管接続部
２７ キャビネット壁
３１ メイン基板
３２ａａ，３２ａｂ，３２ｂａ，３２ｂｂ，３２ａｃ，３２ｂｃ チップ部品
３３ａａ，３３ｂａ，３３ａｂ，３３ｂｂ サブ基板
３４ａａ，３４ａｂ，３４ａｃ，３４ｂａ，３４ｂｂ，３４ｂｃ，３４ａｆ，３４ｂｆ，３４ａｇ，３４ｂｇ ボード配管
３５ａａ，３５ａｂ，３５ｂａ，３５ｂｂ，３５ａｃ，３５ｂｃ 液循環冷却部品
３６ａａ，３６ｂａ，３６ｃａ，３６ａｂ，３６ｂｂ，３６ｃｂ フィン
３７ａａ，３７ａｂ，３７ａｃ，３７ａｄ，３７ｂａ，３７ｂｂ，３７ｂｃ，３７ｂｄ 仕切り板
３８ａ 固定部材
３８ｂ 固定板
３９ シャーシ
５５ 容器
５６ 蓋部
５７ ピンフィン
５８ 流入口
５９ 流出口
６１ 往路接続配管
６２ 復路接続配管

Claims (4)

1. ２つの開口面を有し開口面のいずれか一方より他方へ風を流すファンを設けた筐体の、内部に設けられた第１の高発熱密度部品及び第２の高発熱密度部品とを冷却するための冷却装置であって、
   前記第１の高発熱密度部品と接触しており、冷媒を通すための管路と、
   前記管路に接触し、前記第２の高発熱密度部品より風上側に設けられたフィンと、
   を設けた事を特徴とする冷却装置。
2. 更に、前記管路の一部を前記第２の高発熱密度部品より風下側に設けるとともに、前記風を前記第２の高発熱密度部品から導く第２フィンを前記管路の一部に設けた事を特徴とする、
   請求項１に記載の冷却装置。
3. 所定の閉空間内に配設された発熱体を液体により冷却するとともに、前記閉空間内で循環する空気を送風して前記発熱体を冷却するようにした冷却装置であって、
   前記発熱体に前記液体を循環させる配管の一部を、前記発熱体よりも前記空気の風上側に設けるとともに、該風上側に設けられた前記配管の一部に前記空気を前記発熱体に導くフィンを設けたことを特徴とする冷却装置。
4. 気体に接する基板と、
   前記基板上に設けられた第１発熱体と、
   前記第１発熱体に接すると共に液体を内部に通す配管と、
   前記配管のうち前記気体の経路内の部分に設けられた第１フィンと、
   前記基板上且つ前記経路内で前記第１フィンの下流側に設けられた第２発熱体と
   を備える電子装置。

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