JPH0786777A - 空気冷却／水冷却転換可能な熱交換器 - Google Patents
空気冷却／水冷却転換可能な熱交換器Info
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- JPH0786777A JPH0786777A JP6195026A JP19502694A JPH0786777A JP H0786777 A JPH0786777 A JP H0786777A JP 6195026 A JP6195026 A JP 6195026A JP 19502694 A JP19502694 A JP 19502694A JP H0786777 A JPH0786777 A JP H0786777A
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- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
- H05K7/206—Air circulating in closed loop within cabinets wherein heat is removed through air-to-air heat-exchanger
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- F28F2280/02—Removable elements
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ワーク・ステーションから大規模並列プロセ
ッサにわたる広範囲のコンピュータ・システムに使用さ
れ、空気冷却装置及び水冷却装置と共に利用される熱交
換器１０に関する。 【構成】 熱交換器１０は、ベース・プレート１４と複
数の液体流動導管１１とマニホルド手段１５ａ、１５ｂ
とを有し、更に複数のフィン１２が互いに平行して配置
される。液体の通る流動導管１１は、複数のフィン１２
を貫通して配置される。フィン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
はシュラウド４０と連携して液体の流動経路が蛇行する
ように構成される。熱交換器はヒート・シンクによる冷
却モードからシュラウド３０を用いる空気冷却による冷
却モード、更にシュラウド４０を用いる液体冷却による
冷却モードに転換可能である。
ッサにわたる広範囲のコンピュータ・システムに使用さ
れ、空気冷却装置及び水冷却装置と共に利用される熱交
換器１０に関する。 【構成】 熱交換器１０は、ベース・プレート１４と複
数の液体流動導管１１とマニホルド手段１５ａ、１５ｂ
とを有し、更に複数のフィン１２が互いに平行して配置
される。液体の通る流動導管１１は、複数のフィン１２
を貫通して配置される。フィン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
はシュラウド４０と連携して液体の流動経路が蛇行する
ように構成される。熱交換器はヒート・シンクによる冷
却モードからシュラウド３０を用いる空気冷却による冷
却モード、更にシュラウド４０を用いる液体冷却による
冷却モードに転換可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にコンピュータ・シ
ステムで使用される電子回路部品の空気冷却または水冷
却に有用である熱交換器に関する。特に本発明はワーク
ステーション装置から大規模並行処理システム複合体に
及ぶコンピュータ・システムで使用されるフレキシブル
熱交換器に関する。更に本発明の装置は、低コスト、高
信頼性並びにシステム・ダウン時間を必要としないコン
ピュータ装置に対して、増大する熱に対処できる柔軟性
及び冷却性能改良性を提供する。
ステムで使用される電子回路部品の空気冷却または水冷
却に有用である熱交換器に関する。特に本発明はワーク
ステーション装置から大規模並行処理システム複合体に
及ぶコンピュータ・システムで使用されるフレキシブル
熱交換器に関する。更に本発明の装置は、低コスト、高
信頼性並びにシステム・ダウン時間を必要としないコン
ピュータ装置に対して、増大する熱に対処できる柔軟性
及び冷却性能改良性を提供する。
【０００２】
【従来の技術】データ処理装置においては多数のコンピ
ュータ・システムをまとめて連結する傾向がある。一般
に、これらはローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡ
Ｎ）の形式であり、ユーザ間の共同作業を容易にし及び
各コンピュータ・システムの最大利用率を保証する。更
にコンピュータ装置においてワークステーション群はま
とめて結合され、疎結合並列処理マシンを形成する。あ
る制限内で、大量のワークステーション・プロセッサが
まとめて実装され、大規模並列スーパーコンピュータ・
システムを形成する。そのためコンピュータ産業では、
電子回路基板のサブアセンブリを組合わせて大きいシス
テムにする傾向がある。従ってこれらのサブアセンブリ
はワークステーション、ワークステーション・クラスタ
及び大規模並行処理マシンで簡単に使用できる構成が望
ましい。しかし、これらの様々なシステムの冷却必要条
件は非常に多様である。それでもなお、コンピュータ装
置の多種類全体に適用できる冷却方法を持つことが望ま
しく、その運転には比較的に安価で、現場での柔軟性と
性能改良性のあるシステムが要求される。
ュータ・システムをまとめて連結する傾向がある。一般
に、これらはローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡ
Ｎ）の形式であり、ユーザ間の共同作業を容易にし及び
各コンピュータ・システムの最大利用率を保証する。更
にコンピュータ装置においてワークステーション群はま
とめて結合され、疎結合並列処理マシンを形成する。あ
る制限内で、大量のワークステーション・プロセッサが
まとめて実装され、大規模並列スーパーコンピュータ・
システムを形成する。そのためコンピュータ産業では、
電子回路基板のサブアセンブリを組合わせて大きいシス
テムにする傾向がある。従ってこれらのサブアセンブリ
はワークステーション、ワークステーション・クラスタ
及び大規模並行処理マシンで簡単に使用できる構成が望
ましい。しかし、これらの様々なシステムの冷却必要条
件は非常に多様である。それでもなお、コンピュータ装
置の多種類全体に適用できる冷却方法を持つことが望ま
しく、その運転には比較的に安価で、現場での柔軟性と
性能改良性のあるシステムが要求される。
【０００３】高度のプロセッサ回路モジュールを冷却す
る手段の１つとして、ヒート・シンクとして使用される
並列プレート（フィン）の配列がある。電子部品で発生
する熱は、プレートに伝わりフィン間の高縦横比の流れ
チャネル内の強制空気流の経路を介して放散される。１
モジュール当たりの電力レベルが増大する将来のマシン
では、個々のマシン或いは大規模ＬＡＮの一部であって
も、限られた作業スペースでの多数のマシンによって放
散されて集められた熱は、システムが設置されたスペー
スの空調システムの能力を越える可能性がある。この場
合、これらのワークステーションにおいて、空気冷却の
代替として中央の冷却水配分モジュール（ＣＤＭ）から
配水される冷水を用いる、液体冷却メカニズムを採用す
るのがよい。サブアセンブリに対する空気冷却または水
冷却のオプションは、大規模並行処理マシンの冷却にも
使用できる。上記の場合では、一般に冷却条件は初期の
システム装置で決まる。しかし、大規模並行マシンであ
ってもプロセッサ数が増える場合、冷却能力を増すこと
ができる柔軟性を有することが望ましい。小型のマシン
から発生した熱負荷の総計は周囲の作業スペース内の空
気中に放散し、ビルディングの空調システムによって制
御できるが、大型のマシンで発生した熱負荷は、狭い容
積に実装された何百、何千ものプロセッサ・サブアセン
ブリからの熱であり、非常に大量（何百キロワットも
の）の熱であるので周囲の作業スペース内の空気中に放
散することはできない。
る手段の１つとして、ヒート・シンクとして使用される
並列プレート（フィン）の配列がある。電子部品で発生
する熱は、プレートに伝わりフィン間の高縦横比の流れ
チャネル内の強制空気流の経路を介して放散される。１
モジュール当たりの電力レベルが増大する将来のマシン
では、個々のマシン或いは大規模ＬＡＮの一部であって
も、限られた作業スペースでの多数のマシンによって放
散されて集められた熱は、システムが設置されたスペー
スの空調システムの能力を越える可能性がある。この場
合、これらのワークステーションにおいて、空気冷却の
代替として中央の冷却水配分モジュール（ＣＤＭ）から
配水される冷水を用いる、液体冷却メカニズムを採用す
るのがよい。サブアセンブリに対する空気冷却または水
冷却のオプションは、大規模並行処理マシンの冷却にも
使用できる。上記の場合では、一般に冷却条件は初期の
システム装置で決まる。しかし、大規模並行マシンであ
ってもプロセッサ数が増える場合、冷却能力を増すこと
ができる柔軟性を有することが望ましい。小型のマシン
から発生した熱負荷の総計は周囲の作業スペース内の空
気中に放散し、ビルディングの空調システムによって制
御できるが、大型のマシンで発生した熱負荷は、狭い容
積に実装された何百、何千ものプロセッサ・サブアセン
ブリからの熱であり、非常に大量（何百キロワットも
の）の熱であるので周囲の作業スペース内の空気中に放
散することはできない。
【０００４】また、熱的考察から、空気冷却及び水冷却
（或いは他の液体または冷却物）の両方に対して、ヒー
ト・シンク用のフィンのプレートを同時に最適化するこ
とはできないことに注意する必要がある。この制限は、
コンピュータ冷却装置の設計に余計な制約を加え、シス
テム性能レベルの範囲（ワーク・ステーションから並列
プロセッサまで）に影響する。
（或いは他の液体または冷却物）の両方に対して、ヒー
ト・シンク用のフィンのプレートを同時に最適化するこ
とはできないことに注意する必要がある。この制限は、
コンピュータ冷却装置の設計に余計な制約を加え、シス
テム性能レベルの範囲（ワーク・ステーションから並列
プロセッサまで）に影響する。
【０００５】現在、コンピュータ・システムに対する顧
客の期待の傾向は、（１）システム導入環境及び運転環
境の適応性、（２）システム拡張性、（３）システム使
用可能性を損なうことなしに実行できる保守とシステム
変更、（４）コンピュータの処理能力の単位当たりの価
格の低下などである。将来のコンピュータ導入における
期待を満足させるには、応用自在且つ拡張性のある冷却
装置が必要である。この冷却装置は、絶えず進展する新
しいコンピュータ装置及び個々の顧客側の環境条件の多
様な条件を満たすためにその現場で変更できる冷却装置
である。
客の期待の傾向は、（１）システム導入環境及び運転環
境の適応性、（２）システム拡張性、（３）システム使
用可能性を損なうことなしに実行できる保守とシステム
変更、（４）コンピュータの処理能力の単位当たりの価
格の低下などである。将来のコンピュータ導入における
期待を満足させるには、応用自在且つ拡張性のある冷却
装置が必要である。この冷却装置は、絶えず進展する新
しいコンピュータ装置及び個々の顧客側の環境条件の多
様な条件を満たすためにその現場で変更できる冷却装置
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、空気
流冷却メカニズムまたは液体流冷却メカニズムの何れか
による、コンピュータ・システムのための転換可能な熱
交換器を提供することである。
流冷却メカニズムまたは液体流冷却メカニズムの何れか
による、コンピュータ・システムのための転換可能な熱
交換器を提供することである。
【０００７】本発明の別の目的は、ワーク・ステーショ
ンから大規模並行処理システムまでの広範囲にわたって
使用できる単一の冷却装置を提供することである。
ンから大規模並行処理システムまでの広範囲にわたって
使用できる単一の冷却装置を提供することである。
【０００８】本発明の他の目的は、顧客のコンピュータ
装置に対して冷却装置の設置コストを削減させることで
ある。
装置に対して冷却装置の設置コストを削減させることで
ある。
【０００９】本発明の他の目的は、ユーザ側の装置のシ
ステム・ダウン時間を最小にして現場で改良可能な冷却
装置を提供することである。
ステム・ダウン時間を最小にして現場で改良可能な冷却
装置を提供することである。
【００１０】本発明の他の目的は、コンピュータ・シス
テムの信頼性を高め、システム性能特性を改良し、そし
て、同じコンピュータ・システムを、例えばクロック信
号周波数によって決まる更に高い電力レベルで使用でき
る可能性を高めることである。
テムの信頼性を高め、システム性能特性を改良し、そし
て、同じコンピュータ・システムを、例えばクロック信
号周波数によって決まる更に高い電力レベルで使用でき
る可能性を高めることである。
【００１１】本発明の他の目的は、コンピュータ・シス
テムの製造コストを下げ、広範囲のコンピュータ・シス
テムの部品数を削減させることである。
テムの製造コストを下げ、広範囲のコンピュータ・シス
テムの部品数を削減させることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施例
によれば、電子回路部品の空気冷却または水冷却に特に
有用な転換可能な熱交換器は、ベース・プレートと複数
の液体流動導管とを有し、導管は、ベース・プレートに
取り付けられこれを介して液体のやりとりをするマニホ
ルド手段に接続される。更に、複数のフィンが互いに平
行して配置される。液体の通る流動導管は、複数のフィ
ンを貫通して配置される。フィンはシュラウドと連携し
て液体の流動経路が蛇行するように構成される。シュラ
ウドはフィン、マニホルド手段及び流動導管を覆い、ベ
ース・プレートに密着して取り付けられる。
によれば、電子回路部品の空気冷却または水冷却に特に
有用な転換可能な熱交換器は、ベース・プレートと複数
の液体流動導管とを有し、導管は、ベース・プレートに
取り付けられこれを介して液体のやりとりをするマニホ
ルド手段に接続される。更に、複数のフィンが互いに平
行して配置される。液体の通る流動導管は、複数のフィ
ンを貫通して配置される。フィンはシュラウドと連携し
て液体の流動経路が蛇行するように構成される。シュラ
ウドはフィン、マニホルド手段及び流動導管を覆い、ベ
ース・プレートに密着して取り付けられる。
【００１３】前述の熱交換機構は、空気冷却、または水
冷却の何れにも転換できるようになっている。空気冷却
と水冷却の転換は、最初に製造工場で取り付ける際に行
われるか、或いは後で顧客側の現場で改良のために行わ
れる。前述の熱交換器はシュラウドと共に使用すると特
に効果がある。シュラウドは１つ以上の側面に空気流発
生装置が取り付けられ、フィン構造体によって限定され
たスロット間に強制空気流を送る。これらのフィン構造
体は、複数の流動導管と熱接触状態にあり、流動導管及
びマニホルドを通り抜ける流体から熱エネルギを奪う。
冷却の何れにも転換できるようになっている。空気冷却
と水冷却の転換は、最初に製造工場で取り付ける際に行
われるか、或いは後で顧客側の現場で改良のために行わ
れる。前述の熱交換器はシュラウドと共に使用すると特
に効果がある。シュラウドは１つ以上の側面に空気流発
生装置が取り付けられ、フィン構造体によって限定され
たスロット間に強制空気流を送る。これらのフィン構造
体は、複数の流動導管と熱接触状態にあり、流動導管及
びマニホルドを通り抜ける流体から熱エネルギを奪う。
【００１４】本発明の熱交換器は、空気冷却に使用する
シュラウドを取り付けることができるだけでなく、水冷
却メカニズムを与えるシュラウドを取り付けることもで
きる。特にフィンは水冷却シュラウドと共に使用される
場合、水などの熱交換液を蛇行させて流す流動経路を形
成するように流動導管の周囲に配置される。
シュラウドを取り付けることができるだけでなく、水冷
却メカニズムを与えるシュラウドを取り付けることもで
きる。特にフィンは水冷却シュラウドと共に使用される
場合、水などの熱交換液を蛇行させて流す流動経路を形
成するように流動導管の周囲に配置される。
【００１５】空気流アダプタのシュラウドを取り外し、
液体流アダプタのシュラウドと交換する操作は簡単であ
る。特に本発明のシステムは、マシンが顧客側に発送後
であっても並びにマシンの稼働後であっても、現場にお
いてこの交換ができるように特に設計されている。本発
明の熱交換器のシュラウドの交換時間は短く、僅かな運
転休止ですむ。
液体流アダプタのシュラウドと交換する操作は簡単であ
る。特に本発明のシステムは、マシンが顧客側に発送後
であっても並びにマシンの稼働後であっても、現場にお
いてこの交換ができるように特に設計されている。本発
明の熱交換器のシュラウドの交換時間は短く、僅かな運
転休止ですむ。
【００１６】
【実施例】図１は、本発明の熱交換器１０の等角図を示
し、更に熱交換器１０のフィン１２を覆うように空気冷
却シュラウド３０または水冷却シュラウド４０を配置で
きることを示している。実際の構成ではフィン１２を備
え、熱交換器１０の一方から他方へ、フィン間を通る空
気流の経路及びフィン構造体を蛇行して通る液体の流動
経路を与えることで、流動導管１１内を流れる流体とこ
れらの流動導管１１に導入される流体との間に熱交換機
構を与える。特に熱交換器１０は、好適には、マニホル
ド１５ａ及び１５ｂが取り付けられるベース・プレート
１４を有する。ベース・プレート１４を通して、マニホ
ルド１５ａに入口接続部１６、及びマニホルド１５ｂに
出口接続部１７がそれぞれ配置される。ベース・プレー
ト１４は本発明において熱移動メカニズムの積極的な役
割はないので、必ずしも熱伝導性の高い材料を使用する
必要はない。実際にはベース・プレート１４はステンレ
ス鋼などの材料でもよい。このことはシュラウド３０及
び４０にも当てはまる。これらのシュラウドは熱移動メ
カニズムの積極的な役割はないので、必ずしも熱伝導性
の高い材料を必要としない。従ってシュラウド３０及び
４０はステンレス鋼などの材料でもよい。また、シュラ
ウド３０と４０はその機能上、ポリカーボネートなどの
熱抵抗性を有するプラスチック・ポリマーの材料を使用
できる。このようなシュラウドは、プラスチックの従来
の射出成形方法を用いて容易に製作可能である。これは
コンピュータ・システムの製造の経済性、最終的にはエ
ンド・ユーザに経済性をもたらす。
し、更に熱交換器１０のフィン１２を覆うように空気冷
却シュラウド３０または水冷却シュラウド４０を配置で
きることを示している。実際の構成ではフィン１２を備
え、熱交換器１０の一方から他方へ、フィン間を通る空
気流の経路及びフィン構造体を蛇行して通る液体の流動
経路を与えることで、流動導管１１内を流れる流体とこ
れらの流動導管１１に導入される流体との間に熱交換機
構を与える。特に熱交換器１０は、好適には、マニホル
ド１５ａ及び１５ｂが取り付けられるベース・プレート
１４を有する。ベース・プレート１４を通して、マニホ
ルド１５ａに入口接続部１６、及びマニホルド１５ｂに
出口接続部１７がそれぞれ配置される。ベース・プレー
ト１４は本発明において熱移動メカニズムの積極的な役
割はないので、必ずしも熱伝導性の高い材料を使用する
必要はない。実際にはベース・プレート１４はステンレ
ス鋼などの材料でもよい。このことはシュラウド３０及
び４０にも当てはまる。これらのシュラウドは熱移動メ
カニズムの積極的な役割はないので、必ずしも熱伝導性
の高い材料を必要としない。従ってシュラウド３０及び
４０はステンレス鋼などの材料でもよい。また、シュラ
ウド３０と４０はその機能上、ポリカーボネートなどの
熱抵抗性を有するプラスチック・ポリマーの材料を使用
できる。このようなシュラウドは、プラスチックの従来
の射出成形方法を用いて容易に製作可能である。これは
コンピュータ・システムの製造の経済性、最終的にはエ
ンド・ユーザに経済性をもたらす。
【００１７】フィン１２の材料は銅が好ましいが、使用
される冷却液と流動システムの材料とに適合性のある他
の材料でもよい。特に場合によっては上記材料にアルミ
ニウムも使用可能である。
される冷却液と流動システムの材料とに適合性のある他
の材料でもよい。特に場合によっては上記材料にアルミ
ニウムも使用可能である。
【００１８】図１を参照すると、入口部のマニホルド１
５ａから出口部のマニホルド１５ｂに延びる複数の流動
導管１１が示されている。これらの流動導管は冷却され
る熱せられた液体をコンピュータ冷却装置から搬送す
る。特に図２において流動導管１１が示されていること
に注目されたい。また、複数のフィン１２が流動導管１
１に付けられ、流動導管１１と良好な熱接触を行い、周
囲の空気、導かれる空気流或いは液体の熱交換流体の何
れとも接触するための広い表面積が備わっている。更に
本発明において重要なフィン１３ａ、１３ｂ及び１３ｃ
が備わっている。特にフィン１３ａと１３ｃは、シュラ
ウド４０のフランジ４１がベース・プレート１４に密着
するようにシュラウド４０が適正に配置された時、シュ
ラウド４０の背壁４２と接触するように配置される。同
様にフィン１３ｂはベース・プレート１４に接触するよ
うに配置される。このようにシュラウド４０が所定の位
置に設置されると、図２に詳細に示されているように蛇
行する流動経路が画定される。この流動経路はシュラウ
ド４０の液体導入口４７と液体排出口４６とをつなぐ。
隔壁として配置されたフィン１３ａ、１３ｂ及び１３ｃ
の存在は、液体導入口４７から入る熱交換流体に対して
流動経路を与える。
５ａから出口部のマニホルド１５ｂに延びる複数の流動
導管１１が示されている。これらの流動導管は冷却され
る熱せられた液体をコンピュータ冷却装置から搬送す
る。特に図２において流動導管１１が示されていること
に注目されたい。また、複数のフィン１２が流動導管１
１に付けられ、流動導管１１と良好な熱接触を行い、周
囲の空気、導かれる空気流或いは液体の熱交換流体の何
れとも接触するための広い表面積が備わっている。更に
本発明において重要なフィン１３ａ、１３ｂ及び１３ｃ
が備わっている。特にフィン１３ａと１３ｃは、シュラ
ウド４０のフランジ４１がベース・プレート１４に密着
するようにシュラウド４０が適正に配置された時、シュ
ラウド４０の背壁４２と接触するように配置される。同
様にフィン１３ｂはベース・プレート１４に接触するよ
うに配置される。このようにシュラウド４０が所定の位
置に設置されると、図２に詳細に示されているように蛇
行する流動経路が画定される。この流動経路はシュラウ
ド４０の液体導入口４７と液体排出口４６とをつなぐ。
隔壁として配置されたフィン１３ａ、１３ｂ及び１３ｃ
の存在は、液体導入口４７から入る熱交換流体に対して
流動経路を与える。
【００１９】１つのモードの動作では、熱交換器１０は
何れのシュラウドもなしに動作できる。これは冷却の必
要性が少ない状況において特に有用である。
何れのシュラウドもなしに動作できる。これは冷却の必
要性が少ない状況において特に有用である。
【００２０】しかし、図ｌに示される熱交換器１０の重
要な利点は、分離可能なシュラウド３０と共に使用し
て、空気冷却能力が高められることである。特に図１で
注目する点は、シュラウド３０が熱交換器１０を覆うよ
うに配置されることである。シュラウド３０には、好適
には、例えばモータ駆動のファンを有する空気流発生装
置３２が配置される。従って、空気流発生装置３２のフ
ァンは、図１で示される高縦横比のフィン・チャネルを
通る空気の強制流を与える。高度の信頼性を持たなけれ
ばならない冷却装置の目的上、２重の空気流発生手段を
有することが好ましい。この場合、空気流発生手段は空
気流経路の入口と出口のそれぞれに配置される。従って
１つの空気流発生メカニズムが故障した場合、第２の空
気流メカニズムによって追加の空気流の必要条件を満た
すことができる。従って第２の装置は、第１の装置のフ
ァン・メカニズムが故障しても自らの出力を増強するこ
とによって故障前と変わらない冷却能力が保持されるよ
うに好ましくは設計される。従って、冷却ファンはプッ
シュ・プル対として構成されるのが好ましく、一方はフ
ィン１２の上流側に、他方はフィン１２の下流側に置か
れる。この方式により冷却装置の高信頼性及び高使用可
能性を保証し、システムを連続利用できるようにする。
このため熱交換器１０は、ただ１つの冷却ファンの運転
により完全に機能するように設計される。これはもう１
つの空気流発生装置の故障による損失に対して冷却ファ
ンの回転を高めてこれを補償するように動作できる必要
があるからである。更に２重の冷却ファンは、例えば、
熱環境が大きく変化する場合などに対して流量を増す手
段を与える。シュラウド３０はまた、シュラウド３０を
ベース・プレート１４に密着させて取り付けるための合
わせ板３１を好ましくは有する。密着方法に関しては何
れの従来の方法でもよい。
要な利点は、分離可能なシュラウド３０と共に使用し
て、空気冷却能力が高められることである。特に図１で
注目する点は、シュラウド３０が熱交換器１０を覆うよ
うに配置されることである。シュラウド３０には、好適
には、例えばモータ駆動のファンを有する空気流発生装
置３２が配置される。従って、空気流発生装置３２のフ
ァンは、図１で示される高縦横比のフィン・チャネルを
通る空気の強制流を与える。高度の信頼性を持たなけれ
ばならない冷却装置の目的上、２重の空気流発生手段を
有することが好ましい。この場合、空気流発生手段は空
気流経路の入口と出口のそれぞれに配置される。従って
１つの空気流発生メカニズムが故障した場合、第２の空
気流メカニズムによって追加の空気流の必要条件を満た
すことができる。従って第２の装置は、第１の装置のフ
ァン・メカニズムが故障しても自らの出力を増強するこ
とによって故障前と変わらない冷却能力が保持されるよ
うに好ましくは設計される。従って、冷却ファンはプッ
シュ・プル対として構成されるのが好ましく、一方はフ
ィン１２の上流側に、他方はフィン１２の下流側に置か
れる。この方式により冷却装置の高信頼性及び高使用可
能性を保証し、システムを連続利用できるようにする。
このため熱交換器１０は、ただ１つの冷却ファンの運転
により完全に機能するように設計される。これはもう１
つの空気流発生装置の故障による損失に対して冷却ファ
ンの回転を高めてこれを補償するように動作できる必要
があるからである。更に２重の冷却ファンは、例えば、
熱環境が大きく変化する場合などに対して流量を増す手
段を与える。シュラウド３０はまた、シュラウド３０を
ベース・プレート１４に密着させて取り付けるための合
わせ板３１を好ましくは有する。密着方法に関しては何
れの従来の方法でもよい。
【００２１】空気冷却の代替方法の水冷却用として特に
有用なシュラウドが、図１及び図２で示されるように取
り付けられる。シュラウド４０は熱交換器１０を覆って
使用され、液体導入口４７と液体排出口４６とを有す
る。更にシュラウドの側壁４５ａと４５ｂはそれぞれ、
マニホルド１５ａと１５ｂに対してスライドするように
形状を合わせて作られている。シュラウド４０はまたフ
ランジ４１を備え、ベース・プレート１４に対して密着
するように合わせられる。密着方法は何れの従来の方法
でもよい。特にガスケットとシールが、締金、ボルト或
いは他の締付けメカニズムで使用される。
有用なシュラウドが、図１及び図２で示されるように取
り付けられる。シュラウド４０は熱交換器１０を覆って
使用され、液体導入口４７と液体排出口４６とを有す
る。更にシュラウドの側壁４５ａと４５ｂはそれぞれ、
マニホルド１５ａと１５ｂに対してスライドするように
形状を合わせて作られている。シュラウド４０はまたフ
ランジ４１を備え、ベース・プレート１４に対して密着
するように合わせられる。密着方法は何れの従来の方法
でもよい。特にガスケットとシールが、締金、ボルト或
いは他の締付けメカニズムで使用される。
【００２２】冷却機能は流動導管１１とフィン１２の手
段によって実質的に得られるので、シュラウド３０と４
０は熱伝導性の低い高分子材料でもよいことに注目され
たい。上記材料にはポリカーボネートなどのプラスチッ
クも含まれる。これは、シェルすなわちシュラウドは、
射出成形を含む大量生産で用いられる従来の低コストの
方法によって、軽量の非伝導体から製作できることを意
味する。シュラウドの内面は、フィン或いは隔壁１３
ａ、１３ｂ及び１３ｃと共に、熱交換器１０を通る複数
のシリアルな流動経路を与える。
段によって実質的に得られるので、シュラウド３０と４
０は熱伝導性の低い高分子材料でもよいことに注目され
たい。上記材料にはポリカーボネートなどのプラスチッ
クも含まれる。これは、シェルすなわちシュラウドは、
射出成形を含む大量生産で用いられる従来の低コストの
方法によって、軽量の非伝導体から製作できることを意
味する。シュラウドの内面は、フィン或いは隔壁１３
ａ、１３ｂ及び１３ｃと共に、熱交換器１０を通る複数
のシリアルな流動経路を与える。
【００２３】本発明の１実施例が図３に示されている。
この図は、空気冷却用のシュラウド３０が熱交換器１０
と共に使用される場合の配置を例示する断面図である。
矢印３６は空気流がフィン１２を通る方向を示す。特に
ファン駆動モータ３２ａは、ファン３２ｂを駆動して所
望の空気運動を与えることがわかる。この特定の実施例
において、シュラウド３０はすそ広がりの形をした吸込
み口３５を備え、熱交換器１０を通って大量の空気が流
れることを確実にすることに注目されたい。
この図は、空気冷却用のシュラウド３０が熱交換器１０
と共に使用される場合の配置を例示する断面図である。
矢印３６は空気流がフィン１２を通る方向を示す。特に
ファン駆動モータ３２ａは、ファン３２ｂを駆動して所
望の空気運動を与えることがわかる。この特定の実施例
において、シュラウド３０はすそ広がりの形をした吸込
み口３５を備え、熱交換器１０を通って大量の空気が流
れることを確実にすることに注目されたい。
【００２４】本発明の好ましい実施例では、フィン１２
は銅製が好ましい。ベース・プレート１４も銅製でもよ
いが、銅はそれ自体がかなり柔らかいためベース・プレ
ート１４での使用はあまり望ましくないことに注意され
たい。しかしながら、一般に、液体が流れる箇所は同種
類の金属とし、電解腐食の問題を軽減するのが好まし
い。
は銅製が好ましい。ベース・プレート１４も銅製でもよ
いが、銅はそれ自体がかなり柔らかいためベース・プレ
ート１４での使用はあまり望ましくないことに注意され
たい。しかしながら、一般に、液体が流れる箇所は同種
類の金属とし、電解腐食の問題を軽減するのが好まし
い。
【００２５】本発明がどのように使われるかを次に説明
する。特に、本発明の熱交換器はそのままで（すなわ
ち、現場において）下記のように変更できることに注目
されたい。（１）熱を周囲の空気中に直接に放散する。
（２）冷却装置の蒸発器の役目をするので、熱を周囲の
空気中に放散させながら低温の温度が得られる。（３）
熱を顧客側供給（ビルディングなど）の冷水に放散でき
る。熱交換器は、コンピュータ・システム用の冷却水分
配装置（ＣＤＵ）の１部であることができる。流動シス
テムの冷却液、例えば水またはフルオロカーボンは、回
路部で温められた後、熱交換器の暖部側のマニホルド１
５ａへ流れ込み、流動導管１１の管群に分配される。冷
却液は複数の管内を流れ、熱は放散されて熱が熱交換器
の冷部側には伝わらないことになる。最終的に冷却液は
下流のマニホルド１５ｂに集められ、冷却するためにコ
ンピュータ・システム或いは他の電子部品に戻る。
する。特に、本発明の熱交換器はそのままで（すなわ
ち、現場において）下記のように変更できることに注目
されたい。（１）熱を周囲の空気中に直接に放散する。
（２）冷却装置の蒸発器の役目をするので、熱を周囲の
空気中に放散させながら低温の温度が得られる。（３）
熱を顧客側供給（ビルディングなど）の冷水に放散でき
る。熱交換器は、コンピュータ・システム用の冷却水分
配装置（ＣＤＵ）の１部であることができる。流動シス
テムの冷却液、例えば水またはフルオロカーボンは、回
路部で温められた後、熱交換器の暖部側のマニホルド１
５ａへ流れ込み、流動導管１１の管群に分配される。冷
却液は複数の管内を流れ、熱は放散されて熱が熱交換器
の冷部側には伝わらないことになる。最終的に冷却液は
下流のマニホルド１５ｂに集められ、冷却するためにコ
ンピュータ・システム或いは他の電子部品に戻る。
【００２６】板状のフィン１２は、図１と図２に見られ
るように管群の管に沿って多数設けられており、冷却側
の熱放散を助ける役割を行う。これらのフィンは、従来
のプレスばめまたは鑞付けのプロセスによって管に取り
付けられる。フィンのプレスばめ取り付けは、対流が限
定される冷部側空気冷却において一般的である。本発明
ではフィンの取り付けは鑞付けが好ましい。これは冷部
側での液体冷却が実行される場合、管とフィンの熱伝導
の接触抵抗が低いからである。
るように管群の管に沿って多数設けられており、冷却側
の熱放散を助ける役割を行う。これらのフィンは、従来
のプレスばめまたは鑞付けのプロセスによって管に取り
付けられる。フィンのプレスばめ取り付けは、対流が限
定される冷部側空気冷却において一般的である。本発明
ではフィンの取り付けは鑞付けが好ましい。これは冷部
側での液体冷却が実行される場合、管とフィンの熱伝導
の接触抵抗が低いからである。
【００２７】しかしながら、ある顧客は、空気冷却の熱
交換器を介して放散される、コンピュータの熱負荷を処
理する能力がある十分な空調設備を有していない場合が
ある。このような場合、空気冷却シュラウド３０は水冷
却シュラウド４０と置き換えられ、水冷却シェルと菅を
組合わせた熱交換器となる。熱はこの熱交換器から顧客
側供給の冷水または他のヒート・シンク・メカニズムに
対して放散される。水冷却シュラウド４０そのものは直
接に冷却に係わらないので、シェルはプラスチックなど
の軽量の非熱伝導の材料で製作できる。管群のフィンを
覆うシェルの内側は、熱交換器内で複数の流動経路を形
成する。特に図２は４つの経路が配列された熱交換の例
を図示する。ある顧客は、最初は空気冷却の冷却水分配
装置を使用するが、その後コンピュータ・システムの拡
張のために熱負荷が増大し、空気冷却システム或いは空
調設備の能力を越える場合がある。このような場合、フ
ィールド・エンジニアは顧客側の現場で簡単に空気冷却
シュラウド３０を外し、より冷却能力のある水冷却シュ
ラウド４０と交換することができる。
交換器を介して放散される、コンピュータの熱負荷を処
理する能力がある十分な空調設備を有していない場合が
ある。このような場合、空気冷却シュラウド３０は水冷
却シュラウド４０と置き換えられ、水冷却シェルと菅を
組合わせた熱交換器となる。熱はこの熱交換器から顧客
側供給の冷水または他のヒート・シンク・メカニズムに
対して放散される。水冷却シュラウド４０そのものは直
接に冷却に係わらないので、シェルはプラスチックなど
の軽量の非熱伝導の材料で製作できる。管群のフィンを
覆うシェルの内側は、熱交換器内で複数の流動経路を形
成する。特に図２は４つの経路が配列された熱交換の例
を図示する。ある顧客は、最初は空気冷却の冷却水分配
装置を使用するが、その後コンピュータ・システムの拡
張のために熱負荷が増大し、空気冷却システム或いは空
調設備の能力を越える場合がある。このような場合、フ
ィールド・エンジニアは顧客側の現場で簡単に空気冷却
シュラウド３０を外し、より冷却能力のある水冷却シュ
ラウド４０と交換することができる。
【００２８】別のある顧客は、空気冷却の冷却水分配装
置を望むが、しかし冷却ファンでは十分な冷却を得るこ
とができない場合がある。これは下記の理由のどれかで
ある。（１）顧客が直接的な空調によって処理できる能
力を越えた、大きい熱負荷（コンピュータの計算能力が
高い）を有する場合、（２）顧客の現場での環境では直
接的な空気冷却ができない（例えば、温度、湿度が高い
か、或いは現場が高所に位置する）、（３）顧客が直接
の空気冷却で得られる温度よりも低い冷却温度を必要と
するコンピュータを所有する場合、などである。この場
合では、熱交換器１０のコアを覆う水冷却シュラウド４
０は、周囲の作業スペース内に熱を放散しながらシステ
ム能力を高める或いは温度を低下させる冷却システムの
蒸発器となる。空気冷却及び水冷却のシュラウドであっ
ても、熱交換器製造工場または顧客側の現場で取り付け
られる。
置を望むが、しかし冷却ファンでは十分な冷却を得るこ
とができない場合がある。これは下記の理由のどれかで
ある。（１）顧客が直接的な空調によって処理できる能
力を越えた、大きい熱負荷（コンピュータの計算能力が
高い）を有する場合、（２）顧客の現場での環境では直
接的な空気冷却ができない（例えば、温度、湿度が高い
か、或いは現場が高所に位置する）、（３）顧客が直接
の空気冷却で得られる温度よりも低い冷却温度を必要と
するコンピュータを所有する場合、などである。この場
合では、熱交換器１０のコアを覆う水冷却シュラウド４
０は、周囲の作業スペース内に熱を放散しながらシステ
ム能力を高める或いは温度を低下させる冷却システムの
蒸発器となる。空気冷却及び水冷却のシュラウドであっ
ても、熱交換器製造工場または顧客側の現場で取り付け
られる。
【００２９】熱的に考察して、流動導管１１のバンク及
びフィン１２は、空気冷却、水冷却或いは蒸発器の機能
に合わせて同時に最適化することはできない。しかしな
がら本発明は、コンピュータ産業において急速に増加し
つつある多様な顧客の要求を満足させる利点がある。フ
ィールド改造可能冷却装置（ＦＣＣ）では、自由自在に
拡張可能な冷却水分配装置（ＣＤＵ）を組立てることが
できる。単一のＣＤＵ設計は、多様の装置と環境条件に
合い、顧客の機構の拡張に対して早急に対応できる。一
般的な顧客の機構拡張には、より性能のよいプロセッ
サ、マルチプロセッサ、新しいマシン、或いは単一の機
構での複数のマシンの実行などの改良が含まれる。この
柔軟性が製造業者の部品数を減らし、それによって開発
コストと製造コストとの両方を減らす。顧客側にとって
も新しいＣＤＵを購入せずに及び製造業者を経由せずに
機構の拡張ができるので費用を安くできる。本明細書で
述べるフィールド改造可能冷却装置は、コンピュータ機
構の連続使用に対する要求に適応する。本発明によるＦ
ＣＣ熱交換器は、マシン側の冷却液に触れずに現場にお
いて変更可能である。更にＦＣＣの変更が行われてもマ
シン側の冷却液はそのまま流すことができる。ＣＤＵに
おいて２台のＦＣＣ熱交換器を動作させることによって
コンピュータ機構は、１台が改造中であっても、もう１
台のＦＣＣ熱交換器によって熱の放散を続けることがで
きる。それゆえに本発明は熱交換器として満足させるも
のである。
びフィン１２は、空気冷却、水冷却或いは蒸発器の機能
に合わせて同時に最適化することはできない。しかしな
がら本発明は、コンピュータ産業において急速に増加し
つつある多様な顧客の要求を満足させる利点がある。フ
ィールド改造可能冷却装置（ＦＣＣ）では、自由自在に
拡張可能な冷却水分配装置（ＣＤＵ）を組立てることが
できる。単一のＣＤＵ設計は、多様の装置と環境条件に
合い、顧客の機構の拡張に対して早急に対応できる。一
般的な顧客の機構拡張には、より性能のよいプロセッ
サ、マルチプロセッサ、新しいマシン、或いは単一の機
構での複数のマシンの実行などの改良が含まれる。この
柔軟性が製造業者の部品数を減らし、それによって開発
コストと製造コストとの両方を減らす。顧客側にとって
も新しいＣＤＵを購入せずに及び製造業者を経由せずに
機構の拡張ができるので費用を安くできる。本明細書で
述べるフィールド改造可能冷却装置は、コンピュータ機
構の連続使用に対する要求に適応する。本発明によるＦ
ＣＣ熱交換器は、マシン側の冷却液に触れずに現場にお
いて変更可能である。更にＦＣＣの変更が行われてもマ
シン側の冷却液はそのまま流すことができる。ＣＤＵに
おいて２台のＦＣＣ熱交換器を動作させることによって
コンピュータ機構は、１台が改造中であっても、もう１
台のＦＣＣ熱交換器によって熱の放散を続けることがで
きる。それゆえに本発明は熱交換器として満足させるも
のである。
【００３０】
【発明の効果】ワーク・ステーションから大規模並列プ
ロセッサにわたる広範囲のコンピュータ・システムに使
用され、空気冷却装置及び水冷却装置が現場で簡単に交
換でき、柔軟性及び冷却性能改良性を有する、熱交換器
を提供できる。
ロセッサにわたる広範囲のコンピュータ・システムに使
用され、空気冷却装置及び水冷却装置が現場で簡単に交
換でき、柔軟性及び冷却性能改良性を有する、熱交換器
を提供できる。
【図１】転換可能な熱交換器並びに共に使用される空気
冷却及び水冷却の両方のジャケットすなわちシュラウド
を例示する本発明の等角図である。
冷却及び水冷却の両方のジャケットすなわちシュラウド
を例示する本発明の等角図である。
【図２】熱交換器と共に使用される水冷却シュラウドの
使用及び特にフィンとシュラウドによって限定される蛇
行する流動経路を示す、上から見た断面図である。
使用及び特にフィンとシュラウドによって限定される蛇
行する流動経路を示す、上から見た断面図である。
【図３】本発明の空気流発生装置、熱交換器及びマニホ
ルドと共に空気冷却シュラウドの使用を示す断面図であ
る。
ルドと共に空気冷却シュラウドの使用を示す断面図であ
る。
１０ 熱交換器 １１ 流動導管 １２ フィン １３ａ、１３ｂ、１３ｃ フィン １４ ベース・プレート １５ａ、１５ｂ マニホルド １６ 入口接続部 １７ 出口接続部 ３０ 空気冷却シュラウド ３１ 合わせ板 ３２ 空気流発生装置 ３２ａ、３２ｂ ファン駆動モータ ３５ 吸込み口 ４０ 水冷却シュラウド ４１ フランジ ４２ 背壁 ４５ａ、４５ｂ 側壁 ４６ 液体排出口 ４７ 液体導入口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー・メーリル・アンダーソン アメリカ合衆国12603−3312、ニューヨー ク州ポキプシ、ノース・アンダーソン・ア ベニュー ４ (72)発明者 グレゴリー・マーティン・クライスラー アメリカ合衆国12601−1213、ニューヨー ク州ポキプシ、マファー・ドライブ 11 (72)発明者 リチャード・チャオ−ファン・チュー アメリカ合衆国12601、ニューヨーク州ポ キプシ、サン・レーン ４ (72)発明者 ロバート・エドワード・シモンズ アメリカ合衆国12603、ニューヨーク州ポ キプシ、シャムロック・サークル 16 (72)発明者 デビッド・セオドア・ベイダー アメリカ合衆国17055、ペンシルベニア州 メカニクスバーグ、パーク・リッジ・ドラ イブ 611
Claims (4)
- 【請求項１】電子回路部品の空気冷却または液体冷却の
ための転換可能な熱交換器であって、 ベース・プレートと、 上記ベース・プレートを介して流体を供給可能なマニホ
ルド手段と流体のやりとりを行う複数の流動導管と、 上記流動導管が中を通り、上記流動導管と熱接触関係に
ある、互いに平行して配置された複数のフィンとを有
し、上記フィンは、上記フィン、上記マニホルド手段及
び上記流動導管を覆って上記ベース・プレートに密着し
て取り付けられるシュラウドと連携して蛇行する液体流
動経路を形成するように構成されている、 熱交換器。 - 【請求項２】上記流動導管及び上記フィンを少なくとも
部分的に囲むように配置された気体流冷却シュラウドを
更に有し、上記シュラウドは上記シュラウドの一方の側
に気体流発生手段を有し、上記フィン及び上記流動導管
を経て上記シュラウドの反対側から気体流を流出させる
ように配置された、請求項１記載の熱交換器。 - 【請求項３】上記フィン及び上記流動導管を覆い、上記
ベース・プレートに対して密着するように配置された液
体流冷却シュラウドを更に有し、上記シュラウドは上記
ベース・プレート及び上記フィンと協働して、上記フィ
ンに実質的に並行して流れ且つ上記流動導管を横切って
蛇行して流れる経路を画定する、請求項１記載の熱交換
器。 - 【請求項４】上記シュラウドは上記気体流発生手段とは
反対側の位置に第２の気体流発生手段を有する、請求項
２記載の熱交換器。
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