JP6276959B2

JP6276959B2 - 相変化モジュール及びそれを搭載した電子機器装置

Info

Publication number: JP6276959B2
Application number: JP2013213295A
Authority: JP
Inventors: 近藤　義広; 義広近藤; 武田　文夫; 文夫武田; 重匡佐藤; 繁裕椿; 藤本　貴行; 貴行藤本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: CN104576571A; US20150103486A1; JP2015075312A

Description

本発明は、サーバ、記憶装置、ネットワーク機器等で、その筐体内部に、ＣＰＵなどの発熱源を搭載する電子装置の冷却システムに関し、特に、サーモサイフォンを利用して冷却システムの省エネと小型化を図ることが可能な冷却システムとしての相変化モジュール、更には、かかる相変化モジュールを搭載するに適した電子機器装置に関する。

近年、サーバなどに代表される電子装置においては、処理速度の向上などにより、中央処理装置（ＣＰＵ）等、所謂、半導体デバイスを、複数、回路基板上に搭載しており、そして、かかる回路基板を、複数のハードディスク装置等と共に、箱状のラック内に高密度で搭載する構成になっている。

ところで、上述したＣＰＵなどの半導体デバイスは、一般に、所定の温度を超えると、その性能の維持を図れなくなるだけではなく、場合によっては、破損することもある。このため、冷却等による温度管理が必要とされ、発熱量の増大する半導体デバイスを効率的に冷却する技術が強く求められている。

このような技術背景において、発熱量の増大する半導体デバイス（ＣＰＵ等）を冷却するための冷却装置には、かかる半導体デバイスを効率よく冷却することが出来る高性能な冷却能力が要求されている。なお、従来、サーバなどの電子機器では、一般的に、空冷式の冷却装置が多く採用されていたが、しかしながら、上述した状況から、既に限界に近づいており、そのため、新たな方式の冷却システムが期待されており、その一つとして、例えば、水等の冷媒を利用した冷却システムに注目が集まっている。

なお、本発明に関連する従来技術としては、例えば、以下の（特許文献１）に、半導体素子等を冷却するもので、発熱体と接する受熱壁のある沸騰部と放熱フィンを有する放熱部とが一体となって重なって構成され、その重複部では冷媒蒸気の流路と冷やされた液体冷媒の流路が設けられた構成が示されている。また、（特許文献２）に、2枚の平板で囲まれた容器内冷媒で片方の板の外壁面の発熱体を沸騰させ、放熱フィンの放熱部で冷却し、蒸発部と放熱部が連続し、蒸気流路部と液戻り流路部も一体とした構成が示されている。また、（特許文献３）に、ヒートスプレッダによって構成された半導体素子等用冷却装置で、蒸発部ケースと凝縮部ケースとが横方向で重複せずに連結しており、蒸気流路部と液戻り流路部とは各々設けられた構成が示されている。さらに、（特許文献４）に、半導体素子が取り付けられた沸騰部と外壁に放熱フィンが取り付けられた凝縮部とが縦方向に分離連結されており、蒸気流路部と液戻り流路部が一体となった構成が示されている。また、（特許文献５）に、半導体素子冷却装置であり、発熱体から受熱する蒸発部と放熱フィンを付けた凝縮部とが断熱部で縦列接続されて、断熱部内は蒸気流路部と液戻り流路部とが分離された構成が示されている。

特開２００２−１６４４８６公報特開２０１２−２３７４９１公報特開２００４−１３２５５５公報特開２０００−０９１４８２公報特開平０７−０３００２３公報

上述の従来技術において、（特許文献１）〜（特許文献５）では、蒸発部と凝縮部の重なり具合の構成が明確になっておらず、相変化の伝熱性能の大小を支配する蒸気流れと液戻流れの互いが影響を与えない構造に対する言及はなく、何ら配慮されていない。

上記課題は、発熱体の上に設けられる沸騰伝熱面と、複数個の前記沸騰伝熱面が底面に設けられたジャケットケースと、片端部に放熱フィンを取り付けたラジエータケースと、前記ジャケットケースの上部と前記ラジエータケースの下部とを連結する連結板と、前記ジャケットケースの他端部と前記ラジエータケースとが重なる位置の前記連結板に設けられた蒸気通過用穴と液戻り通過用穴と、前記蒸気通過用穴と前記液戻り通過用穴とを介して、前記ジャケットケース内と前記ラジエータケース内とを循環する冷媒とを備え、前記液戻り通過用穴が上記蒸気通過用穴よりも前記放熱フィンに近い側に設けられたことを特徴とする相変化モジュールにより解決される。

また、上記課題は、複数個のＣＰＵと、前記ＣＰＵの上に設けられる沸騰伝熱面と、複数個の前記沸騰伝熱面が底面に設けられたジャケットケースと、片端部に放熱フィンを取り付けたラジエータケースと、前記ジャケットケースの上部と前記ラジエータケースの下部とを連結する連結板と、前記ジャケットケースの他端部と前記ラジエータケースとが重なる位置の前記連結板に設けられた蒸気通過用穴と液戻り通過用穴と、前記蒸気通過用穴と前記液戻り通過用穴とを介して、前記ジャケットケース内と前記ラジエータケース内とを循環する冷媒とを備え、前記液戻り通過用穴が上記蒸気通過用穴よりも前記放熱フィンに近い側に設けられた相変化モジュールと、を備え、前記ラジエータケースに風をあてることにより前記ＣＰＵを冷却することを特徴とする電子機器装置により解決される。

上記本発明の構成によって、相変化モジュール及びそれを搭載した電子機器装置は、沸騰伝熱面、ジャケットケース、ラジエータケース、フィンと連結板の最小部品構成で相変化モジュールを実現することが可能になり、サーモサイフォンの低コスト化を図れる。

また、上記本発明の構成によって、相変化モジュール及びそれを搭載した電子機器装置は、新たな冷却ファンを備えなくても効率的かつ確実に冷却することが実現できる。

本発明の一実施の形態になるサーモサイフォンを利用した相変化モジュール周りの側面から見た全体構造図である。上記相変化モジュールの上面図である。上記相変化モジュールの受熱ジャケット側から見た正面図である。本発明の他の実施例である受熱許容量を向上させた相変化モジュールの側面図気化促進板の空洞部の蒸気泡生成時の断面図である。本発明の他の実施例である半導体デバイスに装着することを考慮した相変化モジュールの側面図である。本発明の他の実施例である蒸気流れ、液戻り流れを促進した相変化モジュールの側面図である。本発明の他の実施例である直列に配置された半導体デバイス２個を冷却する相変化モジュールの側面図である。本発明の他の実施例である直列に配置された半導体デバイス２個を冷却する相変化モジュールの上面図である。本発明の他の実施例である並列に配置された半導体デバイス２個を冷却する相変化モジュールの側面図である。本発明の他の実施例である並列に配置された半導体デバイス２個を冷却する相変化モジュールの上面図である。本発明のサーモサイフォンを利用した相変化モジュールが適用される電子装置の代表例として、サーバ、特に、ラックに複数搭載されるサーバの外観斜視図である。上記サーバ筐体内の内部構造の一例を示すため、その蓋体を外した状態を示す斜視図である。上記サーバ筐体内の相変化モジュールの配置状態を説明するための上面図である。本発明の他の実施例である相変化モジュール1個を並列実装の半導体デバイス２個に適用した上面図である。本発明の他の実施例である相変化モジュール２個を並列実装の半導体デバイス２個を夫々適用した上面図である。

以下、本発明における実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

(基本構成)
図１は、サーモサイフォンを利用した相変化モジュール３００周りの側面から見た全体構造を示しており、図において、参照番号１００は回路基板を示しており、その表面には、例えば、ＣＰＵなど、発熱源として半導体デバイス２００を搭載している。そして、当該半導体デバイス２００の表面には、本発明のサーモサイフォンを利用した相変化モジュール３００の一部を構成する受熱ジャケット３１０が取り付けられている。受熱ジャケット３１０は沸騰伝熱面３１１とジャケットケース３１２から構成されている。沸騰伝熱面３１１はジャケットケース３１２にロウ付け等で固着されている。より具体的には、半導体デバイス２００の表面には、沸騰伝熱面３１１との良好な熱的接合を確保するため、所謂、熱伝導グリス２１０を塗布すると共に、その表面には、上記沸騰伝熱面３１１の底面を接触させ、ネジなどの固定具(図示無し)により固定されている。なお、相変化モジュール３００は、以下にその詳細構造を説明するが、上記受熱ジャケット３１０と共に、ラジエータケース３２１、フィン３２２を備えた凝縮器３２０を備えており、かつ、これら受熱ジャケット３１０と凝縮器３２０の間には、連結板３３０を介在して、取り付けられる。ここでは図示していないが、ジャケットケース３１２とラジエータケース３２１の重複する連結板３３０には蒸気穴と液戻り穴が設けられている。さらに、その内部を大気圧の略１／１０程度の減（低）圧状態に保たれている。

上記受熱ジャケット３１０が沸騰部を、上記凝縮器３２０が凝縮部を、それぞれ、構成しており、もって、以下にも説明するように、液体冷媒の相変化により、電動ポンプなどの外部動力なしで、当該冷媒液を循環することの出来る、所謂、サーモサイフォンを構成している。

即ち、上記にその概略を述べたサーモサイフォンを利用した相変化モジュール３００では、発熱源である半導体デバイス２００で発生した熱は、熱伝導グリス２１０を介して沸騰部である沸騰伝熱面３１１へ伝達される。その結果、当該沸騰部では、図示しないが、伝達された熱により液体冷媒が減圧下で沸騰して蒸発し、発生した蒸気は、受熱ジャケット３１０から凝縮器３２０へ導かれる。そして、この凝縮部では、冷媒蒸気が、冷却ファン４００などによって送風される空気（ＡＩＲ）により冷却され、もって、液体となり、その後、重力により、連結板３３０に沿って再び上記受熱ジャケット３１０へ戻る。

ここで、上記受熱ジャケット３１０の構造は図示しないが、例えば、銅、アルミなど、熱伝導率に優れた金属板からなる沸騰伝熱面３１１を、銅、アルミなどの金属を椀状に絞り、沸騰伝熱面３１１が取り付けられるように、穴を設けたジャケットケース３１２と、例えば、加圧溶接などにより接合する。

また、この多孔構造面を備えた気化促進板３１３は、液状冷媒が枯渇しない限り安定した蒸発性能（気化性能）を発揮し、そして入力熱量が少ないときは液状冷媒が含浸して多孔質の孔を埋めているが、入力熱量が大きいときは孔を埋めている液状冷媒が蒸発して少なくなるので、多孔質内部に冷媒液膜の薄い部分が増えるため蒸発がより促進され、放熱性能が増加した状態となり熱輸送量が増大する。すなわち、入力熱量の増大により温度に依存して蒸発が促進されるのに加え、蒸気量の増加に依存して蒸発が促進されるため、入力熱量が大きいほど熱輸送量が大幅に増加し効率が向上する。

なお、かかる沸騰伝熱面３１１は、上記受熱ジャケット３１０を構成するジャケットケース３１２に穴を設けて溶接などにより取り付けられるが、しかしながら、本発明では、これのみに限定されることなく、上述した沸騰伝熱面３１１を、上記底ジャケットケース３１２を構成する銅板の外壁面に直接、形成してもよい。

図２に相変化モジュール３００の上面図を示す。沸騰伝熱面３１１にはほぼ中央に沸騰を促進する加工面３１３がある。この加工面３１３は図示しないが、微小の凹凸突起部、穴部からなる。連結板３３０には蒸気穴３３１と液戻り穴３３２がある。蒸気穴３３１は沸騰伝熱面３１１の加工面３１３の中心とほぼ同じ位置に、液戻り穴３３２は加工面３１３の端部付近で凝縮器側のフィン３２２に近い側に設けられている。すなわち、蒸気穴３３１よりも液戻り穴３３２は凝縮器３２０に近い側にあり、液戻りを効率的に行えるようになっている。

図３に相変化モジュール３００の受熱ジャケット３１０側から見た正面図を示す。ジャケットケース３１２の幅よりもラジエータケース３２１の幅が大きい。これにより、ラジエータケース３２１に取り付けるフィン３２２の面積を大きくとることができ、冷却性能を向上できる。

(連結板にウィック)
図４に別の実施例である受熱許容量を向上させた相変化モジュール３００の側面図を示す。連結板３３０にウィック３３３が設けられている。ウィック３３３は金属細線のより線、メッシュの金網等で構成されている。ウィック３３３の長さは凝縮器３２０のフィン３２２の位置から、図示していないが、液戻り穴までの長さである。このウィック３３３を設けることで、冷媒蒸気の高速な流れによる液戻りの流れの阻害することなく、液戻り穴に冷媒液を導くことができる。それにより、沸騰伝熱面３１１に冷媒液を十分に供給することができ、半導体デバイスからの受熱許容量を向上させることが出来る。

(連結板にねじ穴)
図５に別の実施例である半導体デバイスに装着することを考慮した相変化モジュール３００の側面図を示す。連結板３３０には半導体デバイスに装着するためのネジ取付け用穴３４０が設けられている。
このネジ取付け用穴３４０は回路基板に設けられているネジ穴に相当する位置に設けられている。これにより、相変化モジュール３００を半導体デバイスに安定して装着することができる。

(連結板の蒸気穴、液戻り穴に、各々蒸気噴出ガイド板、液戻りガイド板)
図６に別の実施例である蒸気流れ、液戻り流れを促進した相変化モジュール３００の側面図を示す。連結板３３０の蒸気穴、液戻り穴に、各々蒸気噴出ガイド板３３４、液戻りガイド板３３５が設けられている。これらは連結板３３０の打ち抜き、曲げ加工で一体成型することができるが、別部材をろう付けすることで成形することもできる。

(複数の沸騰伝熱面)
図７に別の実施例である直列に配置された半導体デバイス２個を冷却する相変化モジュール３００の側面図を示す。受熱ジャケット３１０には２個の半導体デバイスを冷却するための沸騰伝熱面３１１が半導体デバイスに相当する２箇所の位置に設けられている。凝縮器３１０には上記までと同様、ラジエータケース３２１にフィン３２２が設けられているのに加え、連結板３３０にもう一つのフィン３２２が取り付けられている。このふたつのフィン３２２により、２個の半導体デバイスを十分に冷却することができる。

図８に直列に配置された半導体デバイス２個を冷却する相変化モジュール３００の上面図を示す。連結板３３０には蒸気穴３３１、液戻り穴３３２が凝縮器３２０に近い側の沸騰伝熱面３１１の位置に設けられている。さらに、液戻り穴３２２は蒸気穴３３１よりも凝縮器３２０のフィン３２２に近い側に設けられている。この蒸気穴３３１、液戻り穴３３２により、受熱ジャケット３１０のふたつの沸騰伝熱面３１１で発生した蒸気は蒸気穴３３１を通り、凝縮器３２０へ行き、フィン３２２で冷却され、液化した冷媒は液戻り穴３３２を経由して、受熱ジャケット３１０に流れ、ふたつの沸騰伝熱面３１１に冷媒液を供給できる。これにより、ふたつの沸騰伝熱面３１１に対しても安定した冷却性能を得ることができる。

(連結板にもう一つのフィン)
図９に別の実施例である並列に配置された半導体デバイス２個を冷却する相変化モジュール３００の側面図を示す。凝縮器３１０には上記までと同様、ラジエータケース３２１にフィン３２２が設けられているのに加え、連結板３３０にもう一つのフィン３２２が取り付けられている。このふたつのフィン３２２により、２個の半導体デバイスを十分に冷却することができる。

図１０に並列に配置された半導体デバイス２個を冷却する相変化モジュール３００の上面図を示す。連結板３３０には蒸気穴３３１、液戻り穴３３２が並列に配置された沸騰伝熱面３１１の中間の位置に設けられている。さらに、液戻り穴３２２は蒸気穴３３１よりも凝縮器３２０のフィン３２２に近い側に設けられている。この蒸気穴３３１、液戻り穴３３２により、受熱ジャケット３１０のふたつの沸騰伝熱面３１１で発生した蒸気は蒸気穴３３１を通り、凝縮器３２０へ行き、フィン３２２で冷却され、液化した冷媒は液戻り穴３３２を経由して、受熱ジャケット３１０に流れ、ふたつの沸騰伝熱面３１１に冷媒液を供給できる。これにより、ふたつの沸騰伝熱面３１１に対しても安定した冷却性能を得ることができる。

続いて、上述したサーモサイフォンを利用した相変化モジュールを用いた電子機器装置に採用した例について、以下に、添付の図１１〜１５を参照しながら詳細に説明する。

(電子装置機器に適用)
まず、添付の図１１には、本発明になるサーモサイフォンを利用した相変化モジュールが適用される電子装置の代表例として、サーバ、特に、ラックに複数搭載されるサーバの外観斜視図で示す。図において、ラック１は、筐体２と蓋体３、４（３は表扉、４は裏扉）とを含んでおり、その内部には、所定の形状・寸法で形成された複数のサーバ筐体５が、着脱自在に設けられている。

これら複数のサーバ筐体５の各々の内部には、一般に、例えば、添付の図１２及び１３に示すように、そのメンテナンス性を考慮して、一方の面（本例では図の右側に示す前面側）に複数（本例では３個）の大容量の記録装置であるハードディスクドライブ５１が設けられており、その後方には、やはり筐体内で発熱源となるこれらのハードディスクドライブを空冷するための複数（本例では４個）の冷却ファン５２が取り付けられている。そして、サーバ筐体５の他方の面との間（即ち、後方の空間には、やはり冷却ファン５３と共に、電源や通信手段のインターフェイスであるＬＡＮ等を収納したブロック５４が設けられており、更に、その残りの空間には、その表面に複数（本例では直列２個）の発熱源である半導体デバイス２００、例えば半導体デバイス２００を搭載した上記回路基板１００が配置されている。なお、この図１２の斜視図は、その蓋体を外した状態を示している。

そして、この図にも明らかなように、各半導体デバイス（ＣＰＵ）２００には、上述した本発明のサーモサイフォンを利用した相変化モジュール３００が設けられている。即ち、各半導体デバイス（ＣＰＵ）２００の表面には、その間に塗布した熱伝導グリスを介して上記受熱ジャケット３１０の底面を接触させており、もって、良好な熱的接合を確保している。そして、本発明によれば、相変化モジュール３００を構成する凝縮器３２０が、上記ハードディスクドライブを空冷するための４個の冷却ファン５２の背後に配置されている。即ち、相変化モジュールを構成する凝縮器３２０が、冷却ファン５２によって外部から供給される空気（冷却風）の通路に沿って並んで配置されている。即ち、凝縮器３２０が、上記冷却ファン５２の列に平行に並んで取り付けられている。

このように、上述した電子装置の構造では、その筐体５内に組み込まれる他の装置の冷却手段である冷却ファン５２を、本発明のサーモサイフォンを利用した相変化モジュール３００を構成する凝縮器３２０の冷却手段（フィン）として利用（又は、共用）している。このことにより、筐体内の発熱源である半導体デバイス（ＣＰＵ）２００を、専用の冷却ファンを持つことなく、換言すれば、比較的簡単で安価であり、かつ、液駆動のためのポンプ動力も不要で省エネにも優れた冷却システムによって、効率的かつ確実に冷却することが可能となる。また、本発明のサーモサイフォンを利用した相変化モジュール３００を利用することにより、熱交換効率が比較的高く、かつ、その比較的簡単な構造によって、高密度実装が要求されるサーバなどの電子装置においても、自由度の高い配置が可能となる。

また、前述した実施例からも明らかなように、相変化モジュール３００を構成する凝縮器３２０は、複数（本例では直列２個）の冷却ファンの排気面を覆うように配置されている。なお、かかる構成によれば、何れかの冷却ファンが故障により停止しても、残りの冷却ファンにより生ずる冷却風により凝縮器３２０の冷却が継続され、即ち、冗長性を確保することが出来ることから、電子装置の冷却システムの構造として好適である。凝縮器に対向する面積が小さい冷却ファンの側に寄せることによれば、何れかの冷却ファンの故障による停止に対し、更に、その冗長性を向上することが出来る。

本例では１個のサーモサイフォンの凝縮部に対して冷却ファンを１．５個使用している。このとき冷却ファン１個が停止した場合には、残りの０．５個のファンだけで冷却されることになり、サーモサイフォン凝縮部のラジエータの２/３の部分で放熱ができなくなるに等しい状況となる。サーバシステムにおいては緊急時のシステム正常終了までにある程度時間が必要であるため、その間冷却性能を確保しなければならない。従来の水冷方式のラジエータではラジエータ全体に均等に冷媒が流れるため、有効な放熱面積が２/３減ったとすれば、その分冷媒の冷却性能が落ちることとなり、この冷却性能が落ちた分がＣＰＵの温度上昇に直接寄与することとなる。しかし、サーモサイフォンの相変化モジュールにおいては、蒸気は流速が高いため凝縮器３２０での液膜を押し流し、凝縮性能の向上に寄与する。したがって、冷却ファンが１台停止した際の放熱性能の低下をより抑えることができる。このためサーモサイフォンを利用することで、より少ないファン台数で冗長性を確保することが可能である。

(複数の冷却ファンで冷却)
図１４に半導体デバイス（ＣＰＵ）２００を回路基板１００に並列に実装した場合の相変化モジュールを適用した実施例である。この図からも明らかなように、相変化モジュール３００を構成する凝縮器３２０は、複数（本例では並列２個）の冷却ファンの排気面を覆うように配置されている。なお、かかる構成によれば、何れかの冷却ファンが故障により停止しても、残りの冷却ファンにより生ずる冷却風により凝縮器３２０の冷却が継続され、即ち、冗長性を確保することが出来ることから、電子装置の冷却システムの構造として好適である。凝縮器に対向する面積が小さい冷却ファンの側に寄せることによれば、何れかの冷却ファンの故障による停止に対し、更に、その冗長性を向上することが出来る。

図１５に図１４に半導体デバイス（ＣＰＵ）２００を回路基板１００に並列に実装した場合の別の相変化モジュールを適用した実施例である。この図にも明らかなように、各半導体デバイス（ＣＰＵ）２００には、それぞれ、上述した本発明のサーモサイフォンを利用した相変化モジュール３００が設けられている。即ち、半導体デバイス（ＣＰＵ）２００の表面には、その間に塗布した熱伝導グリスを介して上記受熱ジャケット３１０の底面を接触させており、もって、良好な熱的接合を確保している。そして、本発明によれば、相変化モジュール３００を構成するオフセットフィンを備えた凝縮器３２０が、上記ハードディスクドライブを空冷するための４個の冷却ファン５２の背後に配置されている。即ち、相変化モジュールを構成する凝縮器３２０が、冷却ファン５２によって外部から供給される空気（冷却風）の通路に沿って並んで配置されている。即ち、オフセットフィンを備えた凝縮器３２０が、上記冷却ファン５２の列に平行に並んで取り付けられている。

このように、上述した電子装置の構造では、その筐体５内に組み込まれる他の装置の冷却手段である冷却ファン５２を、本発明のサーモサイフォンを利用した冷却システム３００を構成する凝縮器３２０の冷却手段（ラジエータ）として利用（又は、共用）している。このことによれば、筐体内の発熱源であるＣＰＵ２００を、専用の冷却ファンを持つことなく、換言すれば、比較的簡単で安価であり、かつ、液駆動のためのポンプ動力も不要で省エネにも優れた相変化モジュールによって、効率的かつ確実に冷却することが可能となる。また、本発明のサーモサイフォンを利用した相変化モジュール３００を利用することによれば、熱交換効率が比較的高く、かつ、その比較的簡単な構造によって、高密度実装が要求されるサーバなどの電子装置においても、自由度の高い配置が可能となる。

また、前述の実施例からも明らかなように、相変化モジュール３００を構成する凝縮器３２０は、それぞれ、複数（本例では２個）の冷却ファンの排気面を覆うように配置されている。なお、かかる構成によれば、何れかの冷却ファンが故障により停止しても、残りの冷却ファンにより生ずる冷却風により凝縮器３２０の冷却が継続され、即ち、冗長性を確保することが出来ることから、電子装置の相変化モジュールの構造として好適である。

本実施例では２個のサーモサイフォンの凝縮部に対して冷却ファンを３個使用しており１個の凝縮部に対して１．５個の冷却ファンを対応させている。このとき冷却ファン１個が停止した場合には、残りの０．５個分のファンだけで冷却されることになり、サーモサイフォン凝縮部のラジエータの２/３の部分で放熱ができなくなるに等しい状況となる。サーバシステムにおいては緊急時のシステム正常終了までにある程度時間が必要であるため、その間冷却性能を確保しなければならない。従来の水冷方式のラジエータではラジエータ全体に均等に冷媒が流れるため、有効な放熱面積が２/３減ったとすれば、その分冷媒の冷却性能が落ちることとなり、この冷却性能が落ちた分がＣＰＵの温度上昇に直接寄与することとなる。しかし、サーモサイフォンの相変化モジュールにおいては、蒸気は流速が高いため凝縮器３２０の液膜を押し流すために凝縮性能の向上に寄与する。これにより、冷却ファンが１台停止した際の放熱性能の低下をより抑えることができる。このためサーモサイフォンを利用することで、より少ないファン台数で冗長性を確保することが可能である。

１…ラック、２…ラック筐体、３、４…蓋体、５…サーバ筐体、１００…回路基板、２００…半導体デバイス、２１０…熱伝導グリス、３００…相変化モジュール、３１０…受熱ジャケット、３１１…沸騰伝熱面、３１２…ジャケットケース、３１３…加工面、３２０…凝縮器、３２１…ラジエータケース、３２２…フィン、３３０…凝縮器、３３１…蒸気穴、３３２…液戻り穴、３３３…ウィック、３３４…蒸気噴出用ガイド板、３３５…液戻りガイド板、３４０…ネジ取付け用穴、４００…冷却ファン。

Claims

発熱体の上に設けられる沸騰伝熱面と、
複数個の前記沸騰伝熱面が底面に設けられたジャケットケースと、
片端部に放熱フィンを取り付けたラジエータケースと、
前記ジャケットケースの上部と前記ラジエータケースの下部とを連結する連結板と、
前記ジャケットケースの他端部と前記ラジエータケースとが重なる位置の前記連結板に設けられた蒸気通過用穴と液戻り通過用穴と、
前記蒸気通過用穴と前記液戻り通過用穴とを介して、前記ジャケットケース内と前記ラジエータケース内とを循環する冷媒とを備え、
前記液戻り通過用穴が上記蒸気通過用穴よりも前記放熱フィンに近い側に設けられたことを特徴とする相変化モジュール。
請求項１において、
前記連結板に他の放熱フィンを備えたことを特徴とする相変化モジュール。
請求項１の相変化モジュールを搭載した電子機器装置。
複数個のＣＰＵと、
前記ＣＰＵの上に設けられる沸騰伝熱面と、複数個の前記沸騰伝熱面が底面に設けられたジャケットケースと、片端部に放熱フィンを取り付けたラジエータケースと、前記ジャケットケースの上部と前記ラジエータケースの下部とを連結する連結板と、前記ジャケットケースの他端部と前記ラジエータケースとが重なる位置の前記連結板に設けられた蒸気通過用穴と液戻り通過用穴と、前記蒸気通過用穴と前記液戻り通過用穴とを介して、前記ジャケットケース内と前記ラジエータケース内とを循環する冷媒とを備え、前記液戻り通過用穴が上記蒸気通過用穴よりも前記放熱フィンに近い側に設けられた相変化モジュールと、
を備え、
前記ラジエータケースに風をあてることにより前記ＣＰＵを冷却することを特徴とする電子機器装置。
請求項４において、
前記ラジエータケースに複数の冷却ファンによる風を当てることを特徴とする電子機器装置。
請求項５において、
複数の相変化モジュールを備え、
複数の前記ラジエータケースに複数の冷却ファンによる風を当てることを特徴とする電子機器装置。
請求項４において、
前記ＣＰＵ以外の部材を冷却する冷却ファンにより前記ラジエータケースに風を当てることを特徴とする電子機器装置。