JP2023501829A - 電子デバイスを冷却するためのコールドプレートおよびシステム - Google Patents

Abstract

コールドプレートは、分離された一次液体冷却材および二次液体冷却材を使用するように構成され、内部容積を画定し、電子デバイスに対して取り付けられ、電子デバイスから内部容積に熱を伝達するように構成される熱伝導体と、伝達された熱を受けるよう二次液体冷却材を内部容積内に受け入れるための冷却材入口と、二次液体冷却材が内部容積から流出するための冷却材出口とを備える。熱伝導体は、一次液体冷却材と二次液体冷却材との間の熱伝達のために一次液体冷却材を受容および保持するように構成される容積を有する外部レセプタクルを画定するように構成される。コールドプレートは、電子デバイスを冷却するためのシステムの一部を形成してもよい。

Description

開示の分野
本開示は、コールドプレート、およびそのようなコールドプレートを備える電子デバイスを冷却するためのシステムに関する。

発明の背景
（情報技術またはＩＴと呼ばれる）データ処理に用いられるコンピュータ、サーバ、および他のデバイスは、典型的には、プリント回路基板（ＰＣＢ）を備える。これらのＰＣＢ上には、集積回路（ＩＣ）と呼ばれる小型デバイスがあり、集積回路は、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを含み得る。これらの電子構成要素またはデバイスはすべて、使用時に熱を発生する。ＩＴの性能を最大にするために、内容物を最適な温度に維持するために、熱を伝達しなくてはならない。これらの考慮事項は、他のタイプの電子デバイスまたはシステムにも適用される。

ＩＴは通常、ケース、エンクロージャ、またはハウジング内に収容される。例えばサーバでは、このエンクロージャは、サーバシャーシと呼ばれることがある。サーバシャーシは、典型的には、１ＲＵ（１つのラックユニット）または１ＯＵ（１つのオープンユニット）と呼ばれる各シャーシの高さを指定するいくつかの業界規格に準拠し、これらは１Ｕまたは１ＯＵとも略称される。２つの主な規格のうちの小さい方は、高さが４４．４５ｍｍまたは１．７５インチである１ＲＵ／１Ｕである。そのようなユニットは、形状およびスタイルの意味で「ブレード」サーバと呼ばれることがあるが、そのようなサーバシャーシはたとえばバックプレーンにスロットまたはプラグインする必要はないことがある。

異なるサーバ製品は、シャーシに対して一度に複数のＲＵ／ＯＵを利用することができ、例えば、２Ｕシャーシは、２つのラックユニットを使用する。各サーバシャーシのサイズは、通常、サーバラック当たりの計算能力を最大にするために最小に保たれる（サーバラックは、サーバシャーシが追加される主ハウジングである）。

典型的には、ＩＴ上またはＩＴ内で用いられる電子構成要素またはデバイスは、空気を使用して冷却される。これは、通常、フィンなどが、チップ表面と直接、または２つの構成要素間のＴＩＭ（熱界面材料）と接触して配置される、何らかの種類のヒートシンクを含む。ヒートシンクに加えて、各エンクロージャは、一連のファンを使用して、エンクロージャを通して空気を引き込み、ヒートシンクから熱を除去し、それをシャーシから排出する。このタイプのヒートシンクは、空調など、サーバ設備側の冷却と組み合わせて用いられる。この冷却方法は、特に効率的ではなく、ランニングコストが高く、冷却に用いられる空気を管理するために大量の空間を使用する。

ＩＴを冷却するこの方法は、大量生産されたＩＴおよびサーバ機器にほぼ排他的に用いられている。しかしながら、より最近では、空気でデバイスを冷却することの制限により、発熱チップのピーク性能が抑制されている。（ムーアの法則に例示されるように）数年ごとに同じ性能のために技術のサイズが半分になるにつれて、チップによって生成される熱は、構成要素のフットプリントが減少するにつれて増加している。これは、空冷用に設計されたヒートシンクのサイズおよび複雑さの増加を見た。その結果、必要とされるサーバシャーシサイズが大きくなることが多く、したがって、１つのラック内の計算能力が低下する。

空冷に代わるものとして、液体冷却を使用することができる。液体冷却は、場合によっては、電子構成要素またはデバイスからのより効率的な熱伝達、したがって、より大きい冷却力を提供することができる。これらの液体は、いくつかを挙げると、誘電性流体、鉱油および水を含む。液体冷却を使用するいくつかの既存の手法が知られている。例えば、本開示と共通に譲渡された国際公開２０１８／０９６３６２は、一次液体冷却材、典型的には誘電性液体が、内部に留まるように、封止されたシャーシ内で圧送される、浸漬型液体冷却手法を説明する。熱交換器もシャーシ内にあり、一次液体冷却材から、シャーシの外側を流れ、（複数のシャーシ間で共有されてもよく、）典型的には、水または水系（高い比熱容量を有するものとして有利である）である二次液体冷却材に熱を伝達する。

これを基礎として、同様に本開示と共通して譲渡された国際公開２０１９／０４８８６４は、電子デバイス上、電子デバイスの周囲、もしくは電子デバイスに隣接して取り付けられ得るか、または電子デバイスが上もしくは周囲に取り付けられ得る、いくつかのタイプのヒートシンクを説明する。ヒートシンクは、電子デバイス（単数または複数）に隣接して一次液体冷却材を蓄積および保持するための内部容積を画定する。一次液体冷却材がシャーシ内を（圧送および／または対流によって）流れると、ヒートシンクの内部容積に向けられ、電子デバイス（例えば、動作中に特に高温になるＩＣまたは電源ユニット）の冷却が改善される。次いで、一次液体冷却材は、ヒートシンク内部容積から（例えば、溢流によって、および／または容積内の穴を通って流れることによって）流出し、他の電子デバイス（例えば、ＰＣＢ上もしくはシャーシ内で他の方法で実装される他の構成要素またはＩＣ）を冷却するために、シャーシ内の残りの一次液体冷却材と共に集まる。一次液体冷却材は再びシャーシ内の熱交換器によって冷却され、熱は二次液体冷却材に伝達される。この手法では、シャーシ内の一次液体冷却材の高さを低く保つことができ、ヒートシンク内部容積内の一次液体冷却材の高さよりも確実に低く保つことができる。これは、液体冷却を複数のレベル（高さ）で形成し、必要とされる液体冷却材の量を低減し、電子デバイスの効率的な単相（すなわち、液相のみ）冷却を可能にする。一次液体冷却材は、高価であり、封じ込めが困難であり、汚染されやすい可能性があるので、この手法は、コストおよび複雑さの低減の点で著しい利益をもたらすことができる。

異なる手法では、米国特許第７，７２４，５２４号は、ブレードサーバのシャーシが電子構成要素を収容する、コンピューティングシステムのためのハイブリッド浸漬冷却装置を説明する。コールドプレートは、冷却のために電子構成要素のいくつかに結合され、シャーシ内のパイプは、シャーシの外側からコールドプレートに冷却材を与える。コールドプレートを通過した後（または複数のコールドプレートを通過した後）、冷却材はシャーシの外側に戻される。別の冷却材がシャーシ内に与えられ、残りの電子構成要素およびコールドプレートを浸漬する。シャーシは、この冷却材の漏出を防止するために液密にされる。浸漬冷却材は、コールドプレートを通って流れる冷却材によって冷却される。サーバ環境をより静かにし、よりエネルギー効率良くすることは、この文書において重要な考慮事項として特定される。

高い性能および効率を有する改善された液体冷却材ベースのシステムを提供することは望ましいであろう。

開示の概要
この背景に対して、請求項１に記載のコールドプレート、および請求項８に記載の電子デバイスを冷却するためのシステムが提供される。さらなる好ましいおよび／または有利な特徴は、従属請求項および本明細書の残りの開示において特定される。本明細書に記載の構造的特徴に対応するステップを有する、電子デバイスを冷却するためのコールドプレートおよび／もしくはシステムを製造ならびに／または動作させる方法も考えられる。

外部レセプタクルを有するコールドプレートが提供される。外部レセプタクルは、（例えば、従来の方法で、）コールドプレートの外側の一次液体冷却材とコールドプレートを通って流れる二次液体冷却材との間の熱伝達を提供するように一次液体冷却材を（例えば、ノズルを通して）受け、蓄積および／または保持することができる容積を画定する。一次液体冷却材および二次液体冷却材は、有利には、別個であり、分離しており、（熱的には結合されるが）互いに物理的に隔離される。そのような手法は、先に説明されたものより有意により効率的であり得、を増加させる。

一次液体冷却材は誘電体であってもよく、および／または二次液体冷却材は水性であってもよい。コールドプレートの本体は熱伝導性であり、コールドプレートが取り付けられる電子デバイスまたはコールドプレートが隣接して取り付けられる電子デバイスから二次液体冷却材への熱伝達を可能にする。二次液体冷却材は、典型的には、一次液体冷却材とは完全に別個の液体回路を通って流れる。外部レセプタクル容積は、コールドプレートの本体によって形成されるか、またはそれと一体の保持壁によって画定されてもよく、熱伝達をさらに促進する。容積は、典型的には１つの側が開いていることを除いて、概して閉じている。開放側は、コールドプレートの取り付け面（典型的には平面）と平行（例えば、反対側）であってもよく、このような実施形態は水平取り付けに適してもよい。代替的に、開放側は、コールドプレートの取り付け面に垂直（例えば、隣接）であってもよく、これは垂直取り付けに適してもよい。

突起（ピンおよび／またはフィン）が、外部レセプタクルの容積内に形成されてもよい。これは、一次液体冷却材と二次液体冷却材との間の熱伝達を促進し得る。加えて、または代替として、突起（ピンおよび／またはフィン）は、コールドプレート内に形成されてもよい。これらは、特に、突起が、冷却される電子デバイスに隣接して位置するコールドプレートの内面とコールドプレートの反対側の内面（外部レセプタクルの容積に概して隣接する）との間に全体的に（または少なくとも実質的に）延在する場合に、より概して熱伝達を促進し得る。

コールドプレートは、概して、電子デバイスを収納するシャーシも含むシステムの一部を形成し、コールドプレートは、電子デバイスのうちの１つおよび一次液体冷却材を冷却するために、電子デバイスのうちの１つに、またはそれに隣接して取り付けられる。一次液体冷却材は、（例えば、圧送および／または対流によって）流れ、適切なノズルを介してコールドプレートの外部レセプタクルの容積内へと向けられる。したがって、一次液体冷却材は、コールドプレート、具体的にはその外部レセプタクルとの接触によって、冷却されることができる。複数のそのようなコールドプレートを設けてもよく、各々が異なる電子デバイス（単数または複数）を冷却し、以下で論じるように、これらを直列および／または並列に接続してもよい。

有利には、一次液体冷却材は、（例えば、溢流によって）外部レセプタクルの容積から流出し、次いで、シャーシ内において他の電子デバイスを少なくとも部分的に浸漬する。ヒートシンクの外側のシャーシ内の一次液体冷却材の高さは、外部レセプタクルの容積内に保持される高さよりも低い。これは、複数の高さの一次液体冷却材を形成し、熱伝達の効率を低下させることなく、必要とされる一次液体冷却材の量を減少させる。特に、システムは、すべての一次液体冷却材が１つ以上のコールドプレートの外部レセプタクルの容積を通って流れるように構成されてもよい。

シャーシは、有利には、（例えば、クイック脱着コネクタを使用して、）シャーシの外への、および外からの、二次液体冷却材のための、それぞれの入口および出口を備える。次いで、冷たい二次液体冷却材を入口からコールドプレートに移送し、温められた二次液体冷却材をコールドプレートから出口に移送するための配管が設けられてもよい。入口マニホールドが、入口と配管との間に設けられてもよく、および／または出口マニホールドが、配管と出口との間に設けられてもよい。マニホールドは、複数のコールドプレートを同じ入口および出口に並列に連結するのに有用であり得る。加えて、または代替として、コールドプレートは、直列に連結されてもよい。複数のコールドプレートが提供される場合、コールドプレートのうちの１つ、いくつか、またはすべてが、本明細書に開示されるコールドプレート設計に従ってもよい。

一次液体冷却材は、対流および／または圧送によって流れてもよい。ポンプが用いられる場合、ポンプマニホールドが、単一ポンプを複数のコールドプレートに連結するように提供されてもよい。実施形態では、複数のポンプが用いられてもよい。例えば、各ポンプは、それぞれのコールドプレートの一部を形成してもよい。これは、例えば、マイクロポンプの形態であってもよい。

本開示は、いくつかの方法で実践されてもよく、好ましい実施形態が、ここで、実施例のみとして、添付の図面を参照して説明される。

本開示の一実施形態によるサーバシャーシの内部の概略等角図である。 図１に示すサーバシャーシの内部の概略平面図である。 図１に示すサーバシャーシ内の構成要素の一部の概略分離等角図である。 図１に示すサーバシャーシで使用するための、本開示の一実施形態によるコールドプレートの等角図を概略的に示す。 図４のコールドプレートの分解図である。 本開示の実施形態によるコールドプレートの概略断面図である。 本開示の簡略化または変形実施形態によるコールドプレートの概略断面図を示す。 図１に示すもののさらに別の変形例におけるサーバシャーシ内の構成要素の一部の概略分離等角図である。 図１に示されるもののさらに別の変形例におけるサーバシャーシ内の複数のコールドプレートおよびさらなる構成要素の一部の概略分離等角図を示す。

好ましい実施形態の詳細な記載
本開示は、概して、多段（単相）液体冷却システムにおいて使用するための、特にコンピュータサーバブレードを冷却する際に使用するための、ハイブリッドコールドプレートおよびヒートシンク構成要素を提供するが、当業者は、他の電子構成要素およびデバイスを冷却することに対する本技術の適用可能性を認識するであろう。一次液体冷却材は、サーバシャーシ内を循環する（典型的には圧送によるが、それに加えてまたはその代わりに対流を使用してもよい）。シャーシ内の一次液体冷却材の一般的な高さは、シャーシ内の、より低温の構成要素を冷却するために用いられる。より高温の構成要素は、構成要素に熱的に結合されたコールドプレートによって冷却される（特に、コールドプレートに取り付けられる）。コールドプレートは、シャーシの外側から二次液体冷却材を受ける。一次液体冷却材および二次液体冷却材は、それらが別個であり、異なり（特に、一次液体冷却材は典型的には導電性ではないが、二次液体冷却材は概して水性である）、相互に直接接触しないという意味で、相互から隔離される。しかしながら、一次液体冷却材は、コールドプレート上に直接圧送され、コールドプレートの容器形状（レセプタクル）部分においてコールドプレートの熱伝導体に対して保持される。コールドプレート本体に対する一次液体冷却材のこの保持は、一次液体冷却材と二次液体冷却材との間の熱伝達を可能にする。

このように、本開示のコールドプレートは、（水系冷却材を使用する）コールドプレートと、（誘電性冷却材を使用する）国際公開２０１９／０４８８６４に開示されるタイプのヒートシンクとのハイブリッドを表してもよい。コールドプレート技術は、高性能冷却を提供し、最も高温の構成要素の冷却に焦点を当てている。しかしながら、本開示によって取られる手法は、コールドプレートが各構成要素に直接取り付けられる必要性を回避する。コールドプレートは、最も高温の構成要素（例えば、プロセッサまたはグラフィック処理ユニット、ＧＰＵ）を冷却し、残りの構成要素は、誘電性冷却材を使用して冷却される。

一般化された第１の態様では、あるコールドプレートが考慮され得る。コールドプレートは、隔離された（言い換えれば、別個の、分離された、または混合されない）一次液体冷却材および二次液体冷却材を使用するように構成される。コールドプレートは、熱伝導体を備え、熱伝導体は、（二次液体冷却材を受けるための）内部容積を画定し、（熱伝導体を介して）電子デバイスから内部容積に熱を伝達するように、電子デバイスに対して（例えば、熱伝導体の成形および／または寸法決め、ならびに取り付け点および／または穴の提供、のうちの１つ以上によって）取り付けるように構成され、コールドプレートはさらに、伝達された熱を受けるよう二次液体冷却材を内部容積内に受け入れるための冷却材入口と、二次液体冷却材が内部容積から流出するための冷却材出口とを備える。熱伝導体はさらに、外部レセプタクル（すなわち、本体内の内部容積とは対照的に、コールドプレート本体またはハウジングの外側にあるレセプタクル）を画定するように構成される（例えば、成形または配置される）。外部レセプタクルは、ある容積を有し、一次液体冷却材と二次液体冷却材との間の熱伝達のために一次液体冷却材を受容および保持するように構成される。特に、外部レセプタクルの容積は、１つの側を除くすべての側で（例えば、比較的小さい穴を除いて）実質的に閉じられる。

そのような構成は、既存の手法と比較して有意な利点を有する。そのような設計のコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置は、効率的な一次（例えば、誘電性）液体冷却材ループを提供し、その中で、熱は、効率的な方法で、流動する一次液体冷却材から二次（例えば、水系または本質的に水を含む）液体冷却材に伝達される。以下でさらに論じられるように、圧力、空間、および電力において結果として生じる利益がある。さらなる任意選択および／または好ましい特徴は、以下により一般化された意味で論じられるが、特定の実施形態のさらなる詳細が最初に提示される。

まず図１を参照すると、本開示の実施形態によるサーバシャーシ１の内部の概略等角図が示されている。この図では、水系（二次）冷却材ループが特に示されている。これは、入口クイック脱着コネクタ２；入口ホース３；入口マニホールド４；入口配管ホース５；コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６；出口配管ホース７；出口マニホールド８；出口ホース１０；出口クイック脱着コネクタ１１を含む。この実施形態の一部を形成する他の特徴は、図２に関して以下で論じられる。

二次冷却材は、シャーシ１の後部の入口クイック脱着コネクタ２を通って、液密シャーシハウジング１に入る。次いで、冷却材は、入口ホース３を通過し、入口マニホールド４（この場合、２つの道筋があるが、より多くの道筋があり得ることが理解されるであろう）を介して、それぞれの入口配管ホース５によって画定された２つの経路にわたって分割され、各入口配管ホースは、二次液体冷却材をそれぞれのコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６に向ける。二次液体冷却材は、各コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６を通過し、装置６が取り付けられる電子構成要素を冷却する。これらは比較的高温の電子構成要素であるが、（コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６のため、）この図では見えない。コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６を通過した後、二次液体冷却材（これは、単相系であるため、依然として液体形態である）は、出口配管ホース７を通って出口マニホールド８に流れ、出口ホース１０および出口クイック脱着器１１を通る。

次に図２を参照すると、図１に示すサーバシャーシ１の内部の概略平面図が示されている。図１と同じ特徴が示される場合、同じ参照番号が用いられる。これは、一次（誘電）液体冷却材ループをより詳細に示す。この点において、実施形態は、さらに、基部１２；ポンプ１３；ポンプ入口ノズル１４；出口ノズル１６；比較的低温の構成要素１７；一次冷却材パイプ１８；ポンプ出口ホース１９；およびポンプ出口マニホールド２０を含む。コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６に関するさらなる詳細はまた、装置６が、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置１５の外側にある容積を画定するレセプタクル部分を備えるという点で、より可視的である。誘電性冷却材は、通常、液密シャーシ１の基部１２に座する。ポンプ１３は、ポンプ入口ノズル１４を通して高温の液体誘電性冷却材を取り上げる。一次液体冷却材は、ポンプ出口ホース１９を通ってポンプ出口マニホールド２０に進み、冷却材パイプ１８を通って、出口ノズル１６を介してコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６のレセプタクル部分１５に入る。次いで、一次液体冷却材は、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６のコールドプレート部分を通って流れる二次液体冷却材によって冷却される。一次液体冷却材は、レセプタクル部分１５に溜まって溢れる。次いで、溢れた一次液体冷却材は、他の一次液体冷却材と共に集まり、ポンプ入口ノズル１４に戻る前または戻るときに、他のすべての低温構成要素１７を冷却する。

典型的には、基部１２内の一次液体冷却材の高さは、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６のレセプタクル部分１５内に保持される一次液体冷却材の高さよりも低い。このようにして、低温構成要素１７もコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置も、一次液体冷却材によっては浸漬されない。しかしながら、低温構成要素１７は、一次液体冷却材に少なくとも部分的に浸漬され、一次液体冷却材は、低温構成要素の発生した熱の少なくとも一部を受ける。

図３を参照すると、図１および図２に示すサーバシャーシ内の構成要素の一部の概略分離等角図が示されている。この部分は、上述のように一次液体冷却材ループ（または回路）に関するが、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６のレセプタクル部分１５からシャーシ１の基部１２への流れは、この図には示されていない。同じ参照番号は、前の図面に示されたものと同じ特徴にラベルを付けるために用いられる。

コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６の重要な態様は、一次液体冷却材（および典型的には一次液体冷却材のすべて）が、二次液体冷却材ループによって、具体的には、一次液体冷却材がコールドプレート上に圧送され、コールドプレートに対して、特別なレセプタクル部分内で保持されることによって、冷却されることである。コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６内を流れる二次液体（水系）冷却材は、加熱された一次（誘電性）液体冷却材よりも冷たい。これについては、以下でさらに説明する。

次に図４を参照すると、先の図面に示されているが、より詳細に示されているコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６の等角図が概略的に示されている。図５も参照され、図４のコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６の分解図が示され、この装置の可能な構造および動作を説明するために用いられる。前の図面に示されたものと同じ特徴が示される場合、同じ参照番号が用いられる。コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６は、基部２７；上側ハウジング２２；コールドプレート内部容積２３；およびレセプタクル部分１５（上述）を含む。基部２７および上側ハウジング２２は、二次液体冷却材を受けるための閉じられたコールドプレート内部容積２３を画定する。上側ハウジング２２は、レセプタクル部分１５も画定する。基部２７は、例えば基部２７に形成された取付穴２８によって、電子デバイスまたは構成要素に取り付けるように適合されている。上側ピン２１はレセプタクル部分１５に設けられ、下側ピン２６はコールドプレート内部容積２３に設けられる。

コールドプレート内部容積２３とレセプタクル部分１５との間の界面は、一次液体冷却材と二次液体冷却材との間の熱伝達ゾーンを画定する。比較的冷たい（水系の）二次液体冷却材は、レセプタクル部分１５内の伝熱ゾーンおよびピン２１を冷却する。これは、次いで、一次（誘電性）液体冷却材がサーバシャーシ１内に溢れる前に、一次（誘電性）液体冷却材を冷却する。ポンプ１３がこの回路を通して高温の一次液体冷却材を絶えず循環させているので、一次液体冷却材のすべてが、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６、特にそのレセプタクル部分１５を通過し、したがって、システムの二次（水系）液体冷却材側によって能動的に冷却される。一次液体冷却材のすべてが冷却されるように、このループを通して一次液体冷却材を圧送することによって、サーバシャーシ１の停滞領域（一次液体冷却材が高温のままである）は生じない。したがって、そのような実現例の熱伝達性能は高い。

さらに、（例えば、国際公開２０１９／０４８８６４に記載されるように、）プレート熱交換器を使用するのではなく、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６において一次液体冷却材のすべてを冷却することは、一次液体冷却材ループ内の全体的な圧力降下が著しく小さいことを意味する。これは、いくつかの利点を有し、すなわち、この冷却ループのために必要とされるポンプがより少なく、空間を節約する；必要とされるポンプ出力がより少なく、エネルギーを節約する；シャーシ１内の貴重な空間が、１つ以上のプレート熱交換器で占められない；一次液体冷却材を冷却するための領域は、コールドプレート６上に封じ込められ、これは、１Ｕの高さ内に保つことができ、シャーシ１内において一次液体冷却材に与えるフットプリントはゼロであるという効果がある。

上記で論じた一般化された意味に戻ると、実質的に閉じていない側は、電子デバイス上に取り付けるために構成される本体の表面にほぼ平行であると考えられ得る。

実施形態において、コールドプレートは、さらに、一次液体冷却材と二次液体冷却材との間の熱伝達を促進するように外部レセプタクルの容積内に形成される外側突起を含んでもよい。例えば、熱伝導体は、外部レセプタクルの容積を少なくとも部分的に画定する保持壁を形成してもよい。その場合、外側突起は、有利には、保持壁の高さと実質的に同じサイズである（かつほぼ平行である）。

追加的または代替的に、コールドプレートは、特に電子デバイスから内部容積への熱伝達および／または一次液体冷却材と二次液体冷却材との間の熱伝達を促進するように、熱伝導体の内部容積内に形成された内側突起をさらに備えてもよい。好ましい実施形態では、内側突起は、外部レセプタクルの遠位にある内部容積の表面と外部レセプタクルに近接する内部容積の表面との間（またはそれらの間の距離全体）に実質的に延在する。これは、改善された熱伝達および増加した構造的完全性を提供してもよい。

任意選択的に、外側突起および／または内側突起は、ピンおよび／またはフィンを備える。

本明細書で説明される任意の他の態様と組み合わせられ得る別の一般化された態様では、電子デバイスを冷却するためのシステムが考慮され得、このシステムは、電子デバイスおよび一次液体冷却材を収容する封止可能モジュール（例えば、液密）を備え、システムは、動作中に一次液体冷却材が（例えば、対流および／または圧送によって）流れるように構成され、システムはさらに、本明細書に記載され、一次液体冷却材を受けるための外部レセプタクルを有し、（および二次液体冷却材を内部に受けるように構成され）、電子デバイスの少なくとも１つの上に（特に、電子デバイスの少なくとも１つから熱を受け取るように）取り付けられるコールドプレートと、流れる一次液体冷却材をコールドプレートの外部レセプタクルの容積内に向けるように構成されるノズル構成とを備える。システムは、有利には、一次液体冷却材（のすべて）が、コールドプレート、具体的にはその外部レセプタクルとの接触によって冷却されるように構成される。好ましくは、本開示によれば、システムは、すべての一次液体冷却材が少なくとも１つのコールドプレートの外部レセプタクルの容積を通って流れるように構成される。

有利には、一次液体冷却材は、ノズル構成からコールドプレートの外部レセプタクルの容積に流れ込み、（例えば、溢流によって）コールドプレートの外部レセプタクルの容積から流出して、封止可能モジュール内に収容された他の電子デバイスを少なくとも部分的に浸漬する。他の電子デバイスは、典型的には、コールドプレートによって冷却される電子デバイスの温度よりも低い動作温度を有する。特に、封止可能モジュール内に収容された他の電子デバイスを少なくとも部分的に浸漬している一次液体冷却材の高さは、コールドプレートの外部レセプタクルの容積内に保持される一次液体冷却材の高さよりも低い。

システムは、さらに、封止可能モジュールの外側から二次液体冷却材を受けるためのモジュール冷却材入口と、モジュール冷却材入口からコールドプレートの冷却材入口に二次液体冷却材を与えるように構成される入口配管構成とを含んでもよい。加えて、または代替として、システムはさらに、二次液体冷却材をモジュールの外側に与えるためのモジュール冷却材出口と、コールドプレートの冷却材出口からモジュール冷却材出口に二次液体冷却材を与えるように構成される出口配管構成とを備えてもよい。

実施形態では、システムはさらに、モジュール冷却材入口に連結され、二次冷却材をモジュール冷却材入口から入口配管構成に向けるように構成される入口マニホールドを含む。追加的または代替的に、システムはさらに、モジュール冷却材出口に連結され、二次冷却材を出口配管構成からモジュール冷却材出口に向けるように構成される出口マニホールドを備えてもよい。

システムは、好ましくは、さらに、一次液体冷却材を封止可能モジュール内においてコールドプレートのノズル構成に流すように構成されるポンプ構成を備える。ポンプ構成は、以下で論じるように、１つ以上のポンプを有してもよい。対流は、一次液体冷却材の流れを補助してもよく、いくつかのあまり好ましくない実施形態では、一次液体冷却材の流れは、完全に対流によるものであってもよい。この場合、配管および１つ以上のノズルが、それに応じて冷却材の流れを方向付けるように設けられる。

複数のコールドプレートを使用してもよく、それらの各々は、モジュール内のそれぞれの１つ以上の電子デバイスを冷却するように構成されてもよい。例えば、上記において一般的な用語で説明したコールドプレートは、第１のコールドプレートと見なしてもよい。次いで、本システムは、電子デバイスのうちの少なくとも１つの他の電子デバイス（から熱を受け取るように）その上に取り付けられる第２のコールドプレートをさらに備えてもよく、第２のコールドプレートは、冷却材入口および冷却材出口を有する。第２のコールドプレートは、本明細書に記載される任意のものに従ってもよく、または異なる、例えばより従来的なコールドプレートであってもよい。

いくつかの実施形態では、入口配管構成は、さらに、二次液体冷却材を入口マニホールドから第２のコールドプレートの冷却材入口に与えるよう構成される。出口配管構成は、さらに、第２の液体冷却材を第２のコールドプレートの冷却材出口から出口マニホールドに与えるよう構成されてもよい。言い換えれば、第１および第２のコールドプレートの二次液体冷却材ループは、並列に設けられてもよい。

代替的に、第１および第２のコールドプレートの二次液体冷却材ループは、直列に設けられてもよい。次いで、出口配管構成は、さらに、第１のコールドプレートの冷却材出口から第２のコールドプレートの冷却材入口へ、および第２のコールドプレートの冷却材出口からモジュール冷却材出口へ、二次液体冷却材を与えるよう構成される。

第２のコールドプレートが用いられる場合、システムはさらに、一次液体冷却材をポンプから第１のコールドプレートのノズル構成および第２のコールドプレートのノズル構成に向けるように構成されるポンプマニホールドを備えてもよい。追加的にまたは代替的に、ポンプ構成は、複数のポンプ、例えば、一次液体冷却材を第１のコールドプレートのノズル構成に向けるように構成される第１のポンプと、一次液体冷却材を第２のコールドプレートのノズル構成に向けるように構成される第２のポンプとを含んでもよい。

実施形態では、システムはさらに、封止可能モジュールの外側に設けられ、封止可能モジュールから二次液体冷却材を受け、二次液体冷却材から、例えば、流体（液体または気体であってもよい）に熱を伝達するように構成される、熱交換器を備えてもよい。熱排除ユニットは、いくつかの実施形態では、この目的のためにユニット化されてもよい。

ここで、特定の実施形態のさらなる詳細について論じる。以下の点においても一般化した説明を行う。

ここで図６を参照すると、先の図面に示されるようなコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６の概略断面図が示される。前に示したものと同じ特徴には、同じ参照番号が付されている。同図において、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６は、電子構成要素２５（集積回路、ＩＣ等）上に取り付けられている。電子構成要素２５は、プリント回路基板（ＰＣＢ）またはシャーシ１の基部１２でさえあってもよい基板２４上に実装される。基板２４上に実装された他の低温構成要素１７も示されている。レセプタクル部分１５内の上側ピン２１およびコールドプレート内部容積２３内の下側ピン２６が両方とも示されている。コールドプレート内部容積２３内のピン２６は、全高であり、延在し、接触し、（電子構成要素２５と接触している）基部２７と上側ハウジング２２に画定された熱伝達ゾーンとの間の間隙を架橋する。言い換えれば、ピン２６は、基部２７をコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６の上側ハウジング（蓋）２２に接続する。これは、一次液体冷却材と二次液体冷却材との間の熱伝達に大きな利益をもたらし、冷却性能を高める。全高ピン２６はまた、構成要素の強度を改善し、冷却材がピン２６の周りで近道を取る能力を除去し得る。

ここで図７を参照すると、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６の簡略化または変形の概略断面図が示されている。これは、図６に示されるものと本質的に同じであるが、上側ピン２１および下側ピン２６がない。これらのピンの省略は、さらなる詳細を見ることを可能にする。特に、シャーシ１内の一次液体冷却材の高さ３０が示されている。この例では、高さ３０は、（いずれにせよコールドプレート６によって冷却される）電子構成要素２５を覆い、低温構成要素１７を部分的に覆うのに充分である。したがって、シャーシ１内の一次液体冷却材の高さ３０は、概して低く、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６のレセプタクル部分１５内の一次液体冷却材の高さ（これは、上側ハウジング２２からレセプタクル部分１５の高さまで延在する）よりも低いことが分かる。

国際公開２０１９／０４８８６４で説明されるヒートシンクと同様に、本開示のコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置は、異なるフォーマットＰＣＢまたはマザーボード上の高温構成要素に適応するように、水平または垂直のいずれかに取り付けられることができる。図８を参照すると、図１に示されるもののさらなる変形例における、サーバシャーシ内の構成要素の一部の概略分離等角図が示され、冷却される電子構成要素およびそれを冷却するコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置は、垂直に取り付けられる。同じ参照番号は、他の図面に示されるものと同じ特徴をラベル付ける。この実施形態では、垂直に取り付けられたコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置３６が、他の低温構成要素３７が上に設けられる、垂直に配向されたＰＣＢ５とともに示されている。これは、先に示されているコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６と実質的に同じであるが、レセプタクル部分をわずかに異なるよう画定するために、その上側ハウジングの構成が異なる。先に示されているコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６のレセプタクル部分１５は、コールドプレート内部容積の反対側に開放側を有するのに対して、この変形例のコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置３６では、レセプタクル部分の開放側は、コールドプレート内部容積に隣接して、開放側がシャーシの基部の遠位にあるようにコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置３６が取り付けられるときに冷却材がレセプタクル部分内に保持されることを可能にする。また、出口ノズル１６は、一次液体冷却材を開放側の遠位でレセプタクル部分の容積の中へ向けるように位置付けられる。これは、一次冷却材が、レセプタクル部分内において、底部から、開放側で溢れるまで流れることを促進することを可能にする。

上記で論じた一般的な用語では、外部レセプタクルの容積が、１つの側を除くすべての側で実質的に閉じられる場合、実質的に閉じられていない側は、電子デバイス上に取り付けるために配置される本体の表面に対して垂直であってもよいと考えられてもよい。この場合、外側突起が設けられ、熱伝導体が、外部レセプタクルの容積を少なくとも部分的に画定する保持壁を形成する場合、外側突起は、有利には、保持壁の少なくとも一部に対してほぼ垂直であってもよい。

図９を参照すると、さらに別の変形例におけるサーバシャーシ内の複数のコールドプレートおよびさらなる構成要素の一部の概略分離等角図が示されている。再び、同じ特徴には同じ参照番号が付されている。この変形例では、各コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６は、それ自体の個々のマイクロポンプ２８を有する。マイクロポンプ２８は、先の図面に示されるように、単一の中央ポンプ１３の必要性に取って代わる。これは、いくつかの利点を有し、すなわち、より低い圧力降下；冷却材高さの低下；コストの低減；部分冗長度（単一のマイクロポンプ２８の故障は、システムの動作の成功を妨げる必要はない）；ならびにマイクロポンプ２８およびコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６は、単一のサブアセンブリとして設置され得る。この変形例は、例えば図８に示すように、垂直に取り付けられたコールドプレートヒートシンクハイブリッド装置３６にも適用されてもよい。

上記で論じた一般化された意味において、ポンプ構成の各ポンプは、それぞれのコールドプレートの一部を形成してもよい（またはそれと統合されてもよい）。例えば、第１のポンプは、第１のコールドプレートの一部を形成してもよく、第２のポンプは、第２のコールドプレートの一部を形成してもよい。この目的のために、ポンプ（または各ポンプ）はマイクロポンプであってもよい。

特定の実施形態について説明してきたが、当業者であれば、様々な修正および変更が可能であることを理解するであろう。例えば、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６、３６の構造および／または設計は、示されたものと異なってもよい。他の形状および用途も可能である。平面が好ましいが、例えば、階段状基部（熱界面）表面（複数の平行平面を有する）が用いられてもよい。ピンが冷却表面積の増加および／または構造的改善のために示される場合、ピン、フィンまたは他の突起の任意の組合せを使用してもよい。特定の複数部品のコールドプレートアセンブリが説明されるが、コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置は、他の複数部品アセンブリを使用して、または一体的に構築された装置として実現されてもよいことを理解されたい。コールドプレートヒートシンクハイブリッド装置６、３６のレセプタクル部分からの一次液体冷却材の主流は、溢流によって説明されるが、加えて、または代替として、レセプタクル部分に穴を設けて、一次液体冷却材がシャーシ内部容積の残りの部分に流出することを可能にしてもよい。複数のコールドプレートが、それらの二次液体冷却材ループが有利な並列構成にある状態で図面に示されているが、直列構成または直列と並列との組み合わせである構成が可能である。

本明細書に開示される特徴のすべては、そのような特徴および／またはステップの少なくともいくつかが相互排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせられてもよい。特に、本発明の好ましい特徴は、本発明のすべての態様に適用可能であり、任意の組み合わせで使用することができる。同様に、非必須の組み合わせで説明される特徴は、別個に（組み合わせではなく）用いられてもよい。

Claims (19)

1. 分離された一次液体冷却材および二次液体冷却材を使用するように構成されるコールドプレートであって、
   内部容積を画定し、電子デバイスに対して取り付けられ、前記電子デバイスから前記内部容積に熱を伝達するように構成される熱伝導体と、
   伝達された熱を受けるよう前記二次液体冷却材を前記内部容積内に受け入れるための冷却材入口と、
   前記二次液体冷却材が前記内部容積から流出するための冷却材出口とを備え、
   前記熱伝導体はさらに、前記一次液体冷却材と前記二次液体冷却材との間の熱伝達のために前記一次液体冷却材を受容および保持するように構成される容積を有する外部レセプタクルを画定するように構成される、コールドプレート。
2. 前記外部レセプタクルの前記容積は、１つの側を除くすべての側で実質的に閉じられている、請求項１に記載のコールドプレート。
3. 実質的に閉じられていない前記側は、前記電子デバイス上に取り付けるために構成される前記熱伝導体の表面に対してほぼ平行または垂直である、請求項２に記載のコールドプレート。
4. 前記一次液体冷却材と前記二次液体冷却材との間の熱伝達を促進するように前記外部レセプタクルの前記容積内に形成される外側突起をさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレート。
5. 前記熱伝導体は、前記外部レセプタクルの前記容積を少なくとも部分的に画定する保持壁を形成し、前記外側突起は、前記保持壁の高さと実質的に同じサイズである、請求項４に記載のコールドプレート。
6. 前記熱伝導体の前記内部容積内に形成され、前記電子デバイスから前記内部容積への熱伝達および／または前記一次液体冷却材と前記二次液体冷却材との間の熱伝達を促進するように、内側突起をさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレート。
7. 前記内側突起は、実質的に、前記外部レセプタクルの遠位にある前記内部容積の表面と、前記外部レセプタクルに近接する前記内部容積の表面との間に延在する、請求項６に記載のコールドプレート。
8. 電子デバイスを冷却するためのシステムであって、
   前記電子デバイスおよび一次液体冷却材を収容する封止可能モジュールを備え、前記システムは、動作中に前記一次液体冷却材が流れるように構成され、前記システムはさらに、
   前記電子デバイスの少なくとも１つに取り付けられる、先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレートと、
   前記流れる一次液体冷却材を前記コールドプレートの前記外部レセプタクルの容積内に向けるように構成されるノズル構成とを備える、システム。
9. 前記一次液体冷却材が、前記ノズル構成から前記コールドプレートの前記外部レセプタクルの前記容積内に流れ、前記コールドプレートの前記外部レセプタクルの前記容積から流れ出て、前記封止可能モジュール内に収容された他の電子デバイスを少なくとも部分的に浸漬するようにさらに構成される、請求項８に記載のシステム。
10. 前記封止可能モジュール内に収容された他の電子デバイスを少なくとも部分的に浸漬している一次液体冷却材の高さが、前記コールドプレートの前記外部レセプタクルの前記容積内に保持される一次液体冷却材の高さよりも低いように構成される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記封止可能モジュールの外側から前記二次液体冷却材を受けるためのモジュール冷却材入口と、
    前記モジュールの外部に前記二次液体冷却材を与えるためのモジュール冷却材出口と、
    前記二次液体冷却材を前記モジュール冷却材入口から前記コールドプレートの前記冷却材入口に与えるように構成される入口配管構成と、
    前記二次液体冷却材を前記コールドプレートの前記冷却材出口から前記モジュール冷却材出口に与えるように構成される出口配管構成とをさらに備える、請求項８～１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記モジュール冷却材入口に連結され、前記二次冷却材を前記モジュール冷却材入口から前記入口配管構成に向けるように構成される入口マニホールドと、
    前記モジュール冷却材出口に連結され、前記二次冷却材を前記出口配管構成から前記モジュール冷却材出口に向けるように構成される出口マニホールドとをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記コールドプレートは、第１のコールドプレートであり、前記システムは、さらに、
    前記電子デバイスのうちの少なくとも１つの他の電子デバイス上に取り付けられる第２のコールドプレートを備え、前記第２のコールドプレートは、冷却材入口および冷却材出口を有し、
    前記入口配管構成はさらに、前記二次液体冷却材を前記入口マニホールドから前記第２のコールドプレートの前記冷却材入口に与えるように構成され、前記出口配管構成はさらに、前記二次液体冷却材を前記第２のコールドプレートの前記冷却材出口から前記出口マニホールドに与えるように構成される、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記コールドプレートは、第１のコールドプレートであり、前記システムは、さらに、
    前記電子デバイスのうちの少なくとも１つの他の電子デバイス上に取り付けられる第２のコールドプレートを備え、前記第２のコールドプレートは、冷却材入口および冷却材出口を有し、
    前記出口配管構成はさらに、前記第１のコールドプレートの前記冷却材出口から前記第２のコールドプレートの前記冷却材入口へ、および前記第２のコールドプレートの前記冷却材出口から前記モジュール冷却材出口へ、前記二次液体冷却材を与えるように構成される、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記第２のコールドプレートは、請求項１～７のいずれか１項に従うものである、請求項１３または１４に記載のシステム。
16. 前記一次液体冷却材を前記封止可能モジュール内において前記コールドプレートの前記ノズル構成に流すように構成されるポンプ構成をさらに備える、請求項８～１５のいずれか１項に記載のシステム。
17. 前記コールドプレートは、第１のコールドプレートであり、前記システムは、さらに、
    請求項１～７のいずれか１項に従う第２のコールドプレートと、
    前記一次液体冷却材を前記ポンプから前記第１のコールドプレートの前記ノズル構成および前記第２のコールドプレートの前記ノズル構成に向けるように構成されるポンプマニホールドとを備える、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記コールドプレートは、第１のコールドプレートであり、前記システムは、さらに、
    請求項１～７のいずれか１項に従う第２のコールドプレートをさらに備え、
    前記ポンプ構成は、一次液体冷却材を前記第１のコールドプレートの前記ノズル構成に向けるように構成される第１のポンプと、一次液体冷却材を前記第２のコールドプレートの前記ノズル構成に向けるように構成される第２のポンプとを含む、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記第１のポンプは前記第１のコールドプレートの一部を形成し、前記第２のポンプは前記第２のコールドプレートの一部を形成する、請求項１８に記載のシステム。

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