JP6054052B2 - 発熱部品冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣＴ装置内のＣＰＵ等の高発熱部品の放熱機構に係り、特に空冷放熱と液冷放熱を兼ね備えた発熱体放熱技術に関する。

従来、データセンター等においてＩＣＴ装置の冷却は、ＩＣＴ装置が収納されたラック近傍まで空調機により冷気を送風し、その冷気をＩＣＴ装置内に取り込むことにより行われている。ＩＣＴ装置内には、ＣＰＵ、電源トランス等が収納されているのが一般的で、各部品からの発熱は、直接または放熱フィン等を介して冷気と熱交換して、外部に放熱することにより処理されている。
近年、社会のＩＣＴ化の進展に伴い、情報通信機器（ＩＣＴ装置）の高速化、大容量化、高密度化が急速に進んでおり、発熱量の増加及び発熱の偏在等によるＩＣＴ装置内の温度環境が悪化している。その改善には導入冷気風量の増加が必要となるが、空気を介しての放熱にはその物性上（熱伝達率等）一定の限界がある。また、高発熱量の放熱には放熱フィン等の伝熱面積を大きくする必要があり、そのためのスペース確保も問題となっている。さらに冷気風量増加に伴う送風機の動力増も問題となっている。

これらの問題を解消するため、サーバラック単位に冷媒を用いて熱回収する冷却装置を組み込む、液冷方式による技術が提案されている（例えば、特許文献１）。図１０は、この方式によるサーバラック１００を示すものであり、本体１０１内に冷凍サイクルを形成する冷却装置１０２を収容し、その気化部である蒸発器１０２ａを本体上下方向に配置している。サーバモジュール１０３では、発熱部１０３ａで発生する熱を、ポンプ１０３ｂにより循環させる冷却液を介して放熱部１０３ｃに搬送し、ここで蒸発器１０２ａと密着させて冷媒に放熱している。この技術によれば局所的な排熱処理が可能となり、サーバラック内部における効率的な熱処理と言うことができる。

特開２００４−３６３３０８号公報

液冷方式は空冷方式の限界という課題に対し有効ではあるものの、ＩＣＴ装置内の全ての構成機器の冷却を考慮した場合、電気部品の性質上、空気による冷却が必要な機器もある。
また、冷却設備構築の面から考えると、液冷方式の場合、ＩＣＴ装置の入れ替え毎に設備を構築する必要があるという問題がある。その点、空冷方式はその特性上ラック周辺の冷却を行うため、ラックに収容するＩＣＴ装置の入れ替え等に柔軟な対応が可能であり、必ずしも入れ替えの都度、設備を構築する必要がないという長所がある 。
設置現場に対応して液冷方式又は空冷方式を選択する場合、以下の問題がある。まず、ＩＣＴ装置の設置現場毎に適用可能な熱源が異なるため、熱源に応じた放熱機構の構築が必要になる。一方、ＩＣＴ装置製造側からみると、ＩＣＴ装置製作時に液冷または空冷を選択しなくてはならず、開発コスト、製造コストが二重にかかるという問題がある。

本発明は、上記各課題を解決するためのものであって、ＩＣＴ装置の冷却について、
（ａ）構成部品・装置ごとに適切な冷却方式を選択でき、
（ｂ）ＩＣＴ装置の入れ替え（設置または撤去）にも柔軟に対応可能、かつ、
（ｃ）液冷系統故障時のリスクを軽減することができる、
発熱部品冷却装置を提供するものである。
本発明は、以下の内容をその要旨とする。すなわち、本発明に係る発熱部品冷却装置は、

（１）ＩＣＴ機器の高発熱部品を冷却するための発熱部品冷却装置であって、
互いに交換可能、かつ、それぞれ下面が高発熱部品の上面に密着固定可能に構成した液冷ユニット及び空冷ユニットを備え、
空冷ユニットは、放熱フィン部を備えて構成され、
液冷ユニットは、内部を冷媒循環可能に構成され、
高発熱部品の冷却につき、空冷方式又は液冷方式の選択を可能に構成したことを特徴とする。

（２）ＩＣＴ機器の高発熱部品を冷却するための発熱部品冷却装置であって、
上面に放熱フィン部を備え、下面が高発熱部品の上面に密着固定可能に構成した空冷ユニットと、
内部を冷媒循環可能に構成した吸熱部を備えた液冷ユニットと、を備えて成り、
液冷ユニットの各吸熱部を、空冷ユニットの隣接する放熱フィン部の間に差し込んだ状態で、液冷ユニットを空冷ユニットに密着して載置可能に構成し、
液冷ユニットの吸熱部に冷媒循環させることにより、空冷ユニットを介して液冷ユニットにより高発熱部品の冷却を可能に構成したことを特徴とする。

（３）上記発明において、前記吸熱部を変形自在な材質で構成し、冷媒循環状態において前記吸熱部が前記空冷ユニットの放熱フィン部に密着して載置可能に構成したことを特徴とする。

（４）上記各発明において、高発熱部品に取り付けられた既設の放熱フィンを、前記空冷ユニットとして利用可能に構成したことを特徴とする。

（５）上記各発明において、前記吸熱部を、内部に作動流体を充填したヒートパイプにより構成したことを特徴とする。

（６）上記各発明において、前記空冷ユニットは、「上面に放熱フィン部を備え、下面が高発熱部品の上面に密着固定可能に構成した」ものであることに替えて、「放熱フィン部を備え、かつ、前記高発熱部品と冷媒による熱搬送手段を介して熱交換可能に構成した」ものであることを特徴とする。
「冷媒による熱搬送手段」としては、ヒートパイプ、自然循環方式、ポンプによる冷媒循環方式 等が例示される。

（７）上記各発明において、前記液冷ユニットは、冷媒循環による高発熱部品からの吸熱を、熱交換器を介在させて外部に放熱するように構成して成り、かつ、
液冷方式選択時において、前記ＩＣＴ機器が備えた冷却用ファンの一部を取り外して、その空きスペースに該熱交換器を配置可能に構成したことを特徴とする。

また、本発明に係る機械室の空調方法は、
（８）上記各発熱部品冷却装置を備えたサーバを格納するサーバラックを収容する機械室の空調方法であって、各サーバの稼働率又は消費電力に基づいて、前記液冷ユニット又は前記空冷ユニットを選択することを特徴とする。
（９）上記各発熱部品冷却装置を備えたサーバを格納するサーバラックを収容する機械室の空調方法であって、
サーバラック吸い込み空気温度に基づいて、前記液冷ユニット又は前記空冷ユニットを選択することを特徴とする。

（１０）前記液冷ユニットに供給する冷媒が、空調機の蒸発器を循環する冷媒配管から分岐したものであることを特徴とする。

（１１）上記（１）の発明において、前記液冷ユニットは、上面に放熱フィンと、内部にヒートパイプと、を備え、冷媒循環停止時に、発熱部品の発明をヒートパイプを介して放熱フィンから放熱可能に構成して成ることを特徴とする。

上記各発明によれば、設置されるＩＣＴ装置の周辺環境によって、最適な冷却方式を選択することが可能となり、頻繁に行われるＩＣＴ装置の設置および撤去に対応した冷却方式が採用可能となり、最適な運用を行うことが可能になり、省エネルギーとなるという効果がある。
また、ＩＣＴ装置の負荷に応じて冷却装置の変更が可能となることから、ＩＣＴ装置の逐次増設を行わずに、放熱機構の変更のみで、ＩＣＴ装置の負荷の増加に対応可能となる

また、液冷と空冷を設置後に任意に選択できることで、ＩＣＴ装置の製作時に仕様を決定する必要がなく、ＩＣＴ装置の製作工程が簡易になるという効果がある。
また、空冷方式から液冷方式、または液冷方式から空冷方式への変更は、従来はＩＣＴ装置ごと入れ替える必要があったが、放熱機構のみの入替で済むので、冷却方式の変更にかかる作業が低減可能になる。また、入替コストも低減できるという効果がある。

また、液冷と空冷のどちらが放熱機構として優れているか、自動で判断することで、最適な放熱機構を選択できるという効果がある。
また、冷媒の流路を空冷方式、液冷方式の順に流すことで、新規の液冷用の設備が不要となるという効果がある。

第一の実施形態に係る発熱部品冷却装置１の全体構成を示す図である。 空冷ユニット２の高発熱部品４への固定方法を示す図である。 液冷ユニット３の冷媒流路を示す図である。 液冷ユニット３の他の構成を示す図である。 第二の実施形態に係る液冷ユニット２１の構成を示す図である。 液冷ユニット２１の液冷時における放熱機構を示す図である。 液冷ユニット２１の冷媒循環停止時における放熱機構を示す図である。 第二の実施形態に係る液冷ユニット３２の構成を示す図である。 液冷ユニット３２の冷媒流路を示す図である。 発熱部品冷却装置３０の全体構成を示す図である。 発熱部品冷却装置３０における液冷ユニットの他の構成である液冷ユニット３３を示す図である。 液冷ユニット３３の冷媒流路を示す図である。 第四の実施形態に係る発熱部品冷却装置４０の構成を示す図（側面図）である。 図４（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す図（冷媒循環停止時）である。 図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面を示す図（冷媒循環停止時）である。 図４（ａ）の冷媒循環時におけるＢ−Ｂ’断面図である。 第五の実施形態に係る発熱部品冷却装置５０の断面構成（冷媒循環停止時）を示す図である。 発熱部品冷却装置５０の冷媒循環時における形態を示す図である。 第六の実施形態に係る機械室空調システム６０の全体構成を示す図である。 第七の実施形態に係る機械室空調システム７０の全体構成を示す図である。 第八の実施形態に係る発熱部品冷却装置８０の構成を示す図である。 同上の発熱部品冷却装置８１の構成を示す図である。 第九の実施形態に係る発熱部品冷却装置９０の空冷ユニット９２の構成を示す図である。 第九の実施形態に係る発熱部品冷却装置９０の液冷ユニット９１の構成を示す図である。 従来の発熱部品冷却装置１００を示す図である。

以下、本発明に係る発熱部品冷却装置の実施形態について、図１（ａ）乃至７を参照してさらに詳細に説明する。重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

＜第一の実施形態＞
本実施形態は空冷又は液冷に対応してユニットを交換する態様に関する。
図１（ａ）を参照して、本実施形態に係る発熱部品冷却装置（以下、冷却装置と略記する場合がある）１は、一対の空冷ユニット２及び液冷ユニット３により構成され、ＣＰＵ等の高発熱部品４の上側に密着、かつ、交換可能に取り付けられるように構成されている。

空冷ユニット２は、底面が高発熱部品４の上面と同一寸法の本体部２ａと、本体部２ａの上部に配設される放熱フィン部２ｂとが一体に構成されている。本体部２ａ及び放熱フィン部２ｂの材質としては、高伝熱性材料（例えばアルミ、銅等）を用いることができる。本体部２ａの底面と高発熱部品４の上面とは密着して固定されている。固定方法としては、例えば図１（ｂ）に示すように、本体部２ａの底面に複数のフック２ｃを設けて、これを高発熱部品４の上面部に設けたフック孔４ａにスライド嵌合することにより可能である。他の固定方法として接着剤を用いる方法や、ビス孔固定等によることも可能である。以下の各実施形態についても同様である。

液冷ユニット３は、高発熱部品４の上面と同一寸法の本体部３ａと、不図示の冷媒配管への接続部３ｂと、により構成されている。冷媒配管は、不図示の冷媒液供給装置と液冷ユニット３との間を結んで、必要量の冷媒液を液冷ユニット３に供給可能に構成されている。循環冷媒としては、水、ＣＯ２、フロン等を用いることができる。
図１（ｃ）を参照して、本体部３ａ内部には冷媒が集合管部３ｃ、３ｄと複数の吸熱管部３ｅがモールドされており、高発熱部品４からの放熱を吸熱するように構成されている。本体部３ａの材質としては、高伝熱性材料（例えばアルミ、銅等）を用いることができる。本体部３ａ底面と高発熱部品４上面の固定は、空冷ユニット２と同様に行うことができる。

なお、本実施形態では液冷ユニット３が冷媒配管を介して直接、不図示の冷媒液供給装置に接続する例を示したが、図１（ｄ）に示すように、循環配管３ｆにより本体部３ａの発熱を熱交換器５に搬送し、さらに冷媒配管５ａを介して冷媒液供給装置に接続する態様とすることもできる。
ＩＣＴ装置内には電子部品が設置されており、漏水した場合には甚大な被害を与える。図１（ｄ）の方式によれば、循環冷媒として水が用いられている場合であっても、循環配管３ｆ側にフロン等の冷媒を循環させることにより、ＩＣＴ装置内に水を循環させる必要がなくなるため、漏水リスクの回避が可能となる。

以上の構成により、発熱部品冷却装置１は例えば高発熱部品であるＣＰＵの稼働率が高く発熱量大の状態の場合には液冷ユニット３を取り付け、稼働率が低い場合には空冷ユニット２に取り換えるという使用態様が可能となる。これにより空調システム全体としてのエネルギー効率向上が可能となる。

なお、冷媒配管３ｂ，５ａ又は循環配管３ｆのいずれかは、サーバ筺体を貫通して外部に配管されることとなるが、スペース、配線等との取り合い等を考慮して筺体前面、背面又は側面等の中から最適部位を貫通部として選択することができる。

＜第二の実施形態＞
次に、図２（ａ）乃至２（ｃ）を参照して本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態に係る発熱部品冷却装置２０が上述の発熱部品冷却装置１と異なる点は、液冷ユニットの構成である。
図２（ａ）を参照して、本実施形態に係る液冷ユニット２１は、高発熱部品４に固定される吸熱部２２と、吸熱部２２の上側の放熱部２３と、吸熱部２２と放熱部２３間にモールドされるヒートパイプ２５と、を主要構成として備えている。放熱部２３には後述するように、緊急時等に空冷可能な機能を有するフィン２３ａが設けられている。吸熱部２２の底面構成及び高発熱部品４への固定機構については、第一の実施形態の液冷ユニット３と同様であるので、重複説明を省略する。

吸熱部２２は伝熱層２２ａと、ヒートパイプ２５を介しての伝熱を促進するための断熱層２２ｂと、２層に構成されている。伝熱層２２ａと断熱層２２ｂの境界部にはヒートパイプ２５がモールドされており、後述するように吸熱部２２からの熱を放熱部２３に伝熱するように構成されている。ヒートパイプ２５内部には、作動液が充填されている。
伝熱層２２ａ材質としては高伝熱性材料（例えばアルミ、銅等）を用いることができ、また断熱層２２ｂ材質としては、フェノール樹脂等の発泡系の断熱材、又は炭化コルク等の繊維系断熱材などの耐熱性に優れた材質を用いることができる。吸熱部２２内部には上述の実施形態と同様に冷媒菅２４がモールドされており、不図示の冷媒液供給装置との接続及び冷媒循環の構成は上述の実施形態と同様である。
本実施形態の空冷ユニットの構成は上述の発熱部品冷却装置１と同様である。また、その他の構成についても発熱部品冷却装置１と同様であるので重複説明を省略する。

次に、液冷ユニット２１による高発熱部品の冷却の態様について説明する。
図２（ｂ）を参照して、冷媒循環が正常な場合には、高発熱部品４からの発熱は伝熱層２２ａを介して冷媒菅２４内を流れる冷媒に吸熱され、最終的に外部に放熱される。この場合には、断熱層２２ｂの存在により熱は上層には伝わることがないため、効率的に冷媒に吸熱される。

また、何らかの理由により冷媒循環が停止した場合には、図２（ｃ）に示すように高発熱部品４からの発熱は、伝熱層２２ａを介してヒートパイプ２５に吸熱され、さらにヒートパイプ２５を介して放熱部２３に伝熱され、最終的にフィン２３ａを介して外部に放熱される。

このように液冷ユニット２１では、液冷方式による運転中に冷媒循環に支障が生じた場合でも、一定の冷却が可能となる。

＜第三の実施形態＞
次に、図３（ａ）乃至３（ｅ）を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態に係る発熱部品冷却装置３０が上述の発熱部品冷却装置１と異なる点は、液冷ユニットの構成、及び、液冷ユニットと空冷ユニットの交換使用態様である。

まず、本実施形態における空冷ユニット及び液冷ユニットの構成について説明する。後述するように、空冷ユニット３１の構成は第一の実施形態の空冷ユニット２と同様である。
次に図３（ａ）を参照して、本実施形態の液冷ユニット３２は、上側の支持部３２ａと、下側の複数の吸熱部３２ｂと、支持部３２ａの端部に冷媒配管（図示せず）への接続部３２ｃと、により構成されている。
図３（ｂ）を参照して、液冷ユニット３２内部の冷媒配管は、支持部３２ａ内には接続部３２ｃに繋がる集熱管３２ｄ、３２ｅと、それぞれの吸熱部３２ｂ内を蛇腹状に配管した吸熱管３２ｆと、により構成される。

次に、図３（ｃ）を参照して本実施形態における液冷の態様について説明する。液冷ユニット３２の吸熱部３２ｂが空冷ユニット３１の隣接するフィン部３１ａ間に密着して差し込まれる状態で取り付けられる。吸熱部３２bとフィン部３１aの間に、伝熱促進のためのグリス等を塗布してもよい。この状態で、内部に冷媒を循環させることにより、放熱フィン３１ａから吸熱部３２ｂに伝熱され、さらに吸熱部３２ｂ内を流れる冷媒を介して外部に放熱される。

本実施形態によれば、空冷ユニットとして新たに交換することなく、既存の放熱フィン付発熱体のフィン間距離に合せた液冷ユニットを用いることにより、空冷、液冷の切り替えが可能となる。
なお、本実施形態では支持部３２ａが吸熱部３２ｂの上側に配置する形態としたが、これに限らず図３（ｄ）の液冷ユニット３３に示すように、集熱部３３ａを吸熱部３３ｂの側面に配置してもよい。液冷ユニット３３内部の冷媒配管は集熱部３３ａ内の集熱管３３ｄ、３３ｅと、それぞれの吸熱部３３ｂ内を蛇腹状に配管した吸熱管３３ｆと、により構成される。

＜第四の実施形態＞
次に、図４（ａ）乃至４（ｄ）を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態に係る発熱部品冷却装置４０が上述の発熱部品冷却装置３０と異なる点は、液冷ユニット４１の構成である。空冷ユニット４２の構成は発熱部品冷却装置１と同様である。また、液冷が必要な場合に、空冷ユニット４２の隣接するフィン間に密着して液冷ユニット４１を差し込む点についても共通である。

但し、液冷ユニット４１は剛体構造ではなく、例えば耐熱ゴム、耐熱シリコンゴム等のような表面が変形可能な材質により構成されていることである。
液冷ユニット４１は、両端の冷媒流入部４１ａ及び流出部４１ｂと、冷媒の整流化促進のための分流部４１ｄ及び合流部４１ｅと、冷媒が空冷ユニット４２のフィン側面を通過するように構成した流路部４１ｆ（請求項の吸熱部に該当）と、により構成されている。

図４（ｃ）を参照して、以上の構成により冷媒流れがないときには液冷ユニット４１は萎んだ状態にある。これに対して、図４（ｄ）を参照して、流路部４１ｆを冷媒が流れる状態では、冷媒圧力により流路部４１ｆの外表面がフィン部４２ａ表面に密着する。これによりフィン部４２ａの発熱は冷媒に吸熱されて冷却効果を確保することができる。

本実施形態によれば、既存の放熱フィン付発熱体を空冷ユニットとして用いて、その上側に本発明に係る液冷ユニットを被せることにより、空冷、液冷の切り替えが可能となる。この場合、フィン間距離に関わらず対応できるため、極めて適応範囲が高いという特徴がある。

＜第五の実施形態＞
さらに、図５（ａ）、５（ｂ）を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態に係る発熱部品冷却装置５０は、液冷が必要な場合に空冷ユニット５２の上部から液冷ユニット５１を差し込む点については、上述の各実施形態と共通である。
発熱部品冷却装置５０が発熱部品冷却装置４０と異なる点は、液冷ユニットの構成である。すなわち液冷ユニット５１は、内部に作動液５１ｃが封入された吸熱部５１ｂと、吸熱部５１ｂを上側から固定する集熱部５１ａにより構成されている。冷媒液は集熱部５１ａ内の冷媒配管５１ｃ内を流れている。吸熱部５１ｂは表面が変形可能な、例えば耐熱ゴム、耐熱シリコンゴム等の材質により構成されている点において上述の発熱部品冷却装置４０と共通である。

異常の構成により、空冷ユニット５２に放熱がない状態では、図５（ａ）に示すように吸熱部５１ｂは萎んだ状態にあり、作動液５１ｃは液体の状態で底部に滞留している。また、図５（ｂ）を参照して、空冷ユニット５２が高温発熱状態となった場合には、作動液５１ｃが蒸発膨張してその圧力により、吸熱部５１ｂの表面がフィン５２ａに密着する。
蒸発した作動液５１ｃは吸熱部５１ｂ内を上昇して、集熱部５１ａ内を流れる冷媒により冷却されて凝縮して内壁面を流下する。流下途中でフィン５２ａから吸熱して再度蒸発する。この工程を繰り返し行うことにより空冷ユニット５２の冷却が進行する。

本実施形態においても、上述の実施形態と同様に既存の放熱フィン付発熱体を空冷ユニットとして用いることができるという特徴がある。

＜第六の実施形態＞
次に、図６を参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の各発熱部品冷却装置を備えたサーバを収容する機械室空調システムの発明に関する。
本実施形態に係る機械室空調システム６０は、冷気供給源として空調機６１を備えている。冷房対象空間６２ａには、複数のサーバラック６３ａ乃至６３ｄがラック列を構成して収容されている。
冷房対象空間６２ａにおける空調は以下のように行われる。天井パネル６２ｂを介して空調機６１に戻される室内空気は、蒸発器６１ａにおいて冷気となって二重床空間６２ｃに送出され、吹出し口６２ｄを介してコールドアイル６４ａに供給される。冷気は各サーバラック６３に導入され、ラック内のサーバ６５を冷却した後に高温排気となって背面からホットアイル６４ｂに排出される。サーバラック６３内部は複数段に分割されており、各段にサーバ６５が格納されている。コールドアイルのラック前面には温度センサ６６が配設されており、吸込み温度を計測可能に構成されている

次に、本実施形態における空冷又は液冷ユニットの切り替え判定方法について説明する。今、同図において左端のラック６３ａのサーバ６５ａのＣＰＵ６７ａの稼働率が高く、排気からの回り込みにより吸込み温度が上昇している状態を想定する。この場合。温度センサ６６の計測温度が所定の温度（例えば３７℃）以上の場合、ＣＰＵ６７ａに取り付けられている空冷ユニットを取り外して、液冷ユニットに交換する。これにより空調機の風量動力を増加することなく冷却能力が確保され、データ処理に支障をきたすことなく運転継続が可能となる。
本実施形態において、液冷ユニットへの冷媒供給温度は、空調機への温度と比べ高くすることができる。従って、液冷ユニット冷却に際して、冷凍機等を用いることなく冷却塔等によるフリークーリングにより行うことも可能となり、冷凍機動力を削減できるというメリットがある。

＜第七の実施形態＞
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、空調機の冷媒を発熱部品冷却装置に供給するシステムに関する。
図７を参照して、本実施形態に係る空調システム７０が上述の空調システム６０と異なる点は、空調機７１及び発熱部品冷却装置７２の冷媒循環の構成である。すなわち、空調機７１の蒸発器７１ａへの冷媒配管７１ｂ、７１ｃと分岐、合流する冷媒循環配管７２を備えている。
さらに、不図示の制御部が各サーバ７４の消費電力を監視している点が異なる。

以上の構成により、空調システム７０においては稼働率が高い（高消費電力）のサーバ内のＣＰＵ等の高発熱部品７３について、取り付けられている空冷ユニットを液冷ユニットに交換し、冷媒循環配管７２に接続することにより、液冷方式に切り替えることができる。
本実施形態では、新たに液冷ユニット用に冷媒供給装置を配置することなく、既設の空調機の循環冷媒を利用して空冷・液冷の切り替えが可能となる。

＜第八の実施形態＞
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、サーバに取り付けられている冷却用ファンを取り外して、その位置に図１（ｄ）と同タイプの液冷ユニット熱交換器を配設する形態に関する。
図８（ａ）を参照して、本実施形態に係る発熱部品冷却装置８０の空冷ユニット８２は、高発熱部品４の上部に固定されている既存の放熱フィン８２ａにより構成されている。また図８（ｂ）を参照して液冷ユニット８１は、上述の液冷ユニット３２（図３（ａ）参照）と同様、空冷ユニット８２を覆うタイプであり、循環配管８１ｂを介して熱交換器８１ｃと接続するように構成されている。

発熱部品４を含む電子部品を格納するサーバ筺体８４の背面部８４ｂには、冷却用ファン８５ａ乃至８５ｃが取り付けられており、前面部８４ａから冷気を吸い込んで空冷ユニット８２の放熱フィン８２ａ表面を通過する際に、高発熱部品４を冷却するように構成されている。

高発熱部品４の発熱が大であり、空冷ユニット８２では対応できない場合には、図３（ｃ）と同様に放熱フィン８２ａの上側に液冷ユニット８１を被せて固定する。さらに、３つの冷却用ファンのうち冷却用ファン８２ｃを取り外し、空いたスペースに熱交換器８１ｃを配設する。さらに、液冷ユニット８１と熱交換器８１ｃ間を循環配管８１ｂで結ぶ。
このような構成により発熱部品冷却装置８０によれば、高発熱部品４からの発熱を熱交換器８１ｃに搬送し、さらに冷媒配管８１ｄを介して外部に放熱することができる。

なお、熱交換器８１ｃとしては、図１（ｄ）と同様の冷媒自然循環式のもの、又は、冷却用ファン８２ｃの空スペースに余裕があれば、循環ポンプ内蔵の強制循環式のものを選択することができる。

また、本実施形態では液冷ユニットとして、液冷ユニット３２（図３（ａ））を用いる例を示したが、これに限らず例えば液冷ユニット３３（図３（ｄ））、液冷ユニット４１（図４（ａ））、液冷ユニット５１（図５（ａ））を用いる態様とすることもできる。

また、本実施形態では、発熱部品４がサーバ筺体中央部に配置されている場合の液冷ユニット適用の例を示したが、図８（ｂ）の発熱部品冷却装置８６に示すように、発熱部品４がサーバ背面端部に配置され、冷却用ファン８７ｂと一体に構成した放熱フィン８７ａから成る空冷ユニット８７（同図（ａ）、（ｂ））についても適用可能である。
この場合には、同図（ｃ）に示すようにファン８７ｂを取り外して、放熱フィン８７ａの上部に図３（ａ）と同タイプの液冷ユニット８８を被せることにより、液冷化が可能となる。このような構成により発熱部品冷却装置８６により、高発熱部品４からの発熱を液冷ユニット８８で吸熱し、冷媒配管８８ａを介して外部に搬送することができる。
なお、この場合にも液冷ユニット３３（図３（ｄ））、液冷ユニット４１（図４（ａ））、液冷ユニット５１（図５（ａ））を用いる態様とすることができる。

＜第九の実施形態＞
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、高発熱部品の放熱フィンが離れた位置に取り付けられている場合に適した形態に関する。
図９（ａ）を参照して、本実施形態に係る発熱部品冷却装置９０の空冷ユニット９２は、既存の放熱フィン９２ｂを含んで構成されている点で上述の実施形態と同様である。但し、上述の実施形態と異なり、本実施形態に係る空冷ユニット９２は高発熱部品４の上部に固定されておらず、高発熱部品４から離れたサーバ筺体９４の背面部９４ｂの近傍に配設されている。また、空冷ユニット９２は放熱フィン９２ｂと一体に構成される冷却用ファン９２ｃを備えている。高発熱部品４と空冷ユニット９２とはヒートパイプ９３を介して熱搬送可能に構成されている。ヒートパイプ９３の両端は、高発熱部品４の上面及び放熱フィン９２ｂの下面に取り付けられる伝熱板９３ａ、９２ｄにそれぞれモールドされている。
また液冷ユニット９１は、上述の液冷ユニット８１と同様、空冷ユニット９２を覆うタイプである。
以上の構成により、高発熱部品４からの発熱は、ヒートパイプ９３を介して空冷ユニット９２の放熱フィン９２ｂに熱搬送され、さらに冷却用ファン９２ｃにより外部に放熱される。

高発熱部品４の発熱が大きく、空冷ユニット９２では対応できない場合には、図９（ｂ）に示すように、冷却用ファン９２ｃを取り外して、放熱フィン９２ｂの上側に液冷ユニット９１を被せて取り付けする。
以上の構成により、液冷ユニット９１内部に冷媒を循環させることにより、高発熱部品４からの発熱は、ヒートパイプ９３→放熱フィン９２ｂ→液冷ユニット９１に熱搬送され、さらに液冷ユニット９１内を流れる冷媒を介して外部に放熱することができる。

なお、本実施形態では高発熱部品と空冷ユニット間の熱搬送手段としてヒートパイプを用いる例を示したが、これに限らず例えば冷媒自然循環方式や、循環ポンプによる冷媒強制循環方式による手段を用いる態様とすることもできる。

本発明は、機械室に収容されるＩＣＴ装置のみならず、広くＩＣＴ装置の高発熱部品冷却装置として広く適用可能である。

１、２０、３０、４０、５０、７２、８０、８６、９０・・・・・発熱部品冷却装置
２，３１、４２、８２、８７、９２・・・・・空冷ユニット
３、２１、３２、３３、４１、５１、８１、８８、９１・・・・・液冷ユニット
４・・・・・高発熱部品
６０、７０・・・・機械室空調システム
６１、７１・・・・空調機

Claims (9)

1. ＩＣＴ機器の高発熱部品を冷却するための発熱部品冷却装置であって、
   上面に放熱フィン部を備え、下面が高発熱部品の上面に密着固定可能に構成した空冷ユニットと、
   内部を冷媒循環可能に構成した吸熱部を備えた液冷ユニットと、を備えて成り、
   液冷ユニットの各吸熱部を、空冷ユニットの隣接する放熱フィン部の間に差し込んだ状態で、液冷ユニットを空冷ユニットに密着して載置可能に構成し、
   液冷ユニットの吸熱部に冷媒循環させることにより、空冷ユニットを介して液冷ユニットにより高発熱部品の冷却を可能に構成したことを特徴とする発熱部品冷却装置。
2. 前記吸熱部を変形自在な材質で構成し、冷媒循環状態において前記吸熱部が前記空冷ユニットの放熱フィン部に密着して載置可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の発熱部品冷却装置。
3. 前記液冷ユニットの各吸熱部の間隔を、高発熱部品に取り付けられた既設の放熱フィンの間隔に合わせることにより、既設の放熱フィンを前記空冷ユニットとして機能するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱部品冷却装置。
4. 前記吸熱部を、内部に作動流体を充填したヒートパイプにより構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発熱部品冷却装置。
5. 前記空冷ユニットは、「上面に放熱フィン部を備え、下面が高発熱部品の上面に密着固定可能に構成した」ものであることに替えて、「放熱フィン部を備え、かつ、前記高発熱部品と冷媒による熱搬送手段を介して熱交換可能に構成した」ものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発熱部品冷却装置。
6. 前記液冷ユニットは、冷媒循環による高発熱部品からの吸熱を、熱交換器を介在させて外部に放熱するように構成して成り、かつ、
   液冷方式選択時において、前記ＩＣＴ機器が備えた冷却用ファンの一部を取り外して、その空きスペースに該熱交換器を配置可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の発熱部品冷却装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の発熱部品冷却装置を備えたサーバを格納するサーバラックを収容する機械室の空調システムであって、消費電力を監視する手段を備え、
   各サーバの稼働率又は消費電力に基づいて、前記液冷ユニット又は前記空冷ユニットの切り替えを可能に構成したことを特徴とする機械室の空調システム。
8. 請求項１乃至６のいずれかに記載の発熱部品冷却装置を備えたサーバを格納するサーバラックを収容する機械室の空調システムであって、サーバラック吸い込み空気温度を計測する手段を備え、
   サーバラック吸い込み空気温度に基づいて、前記液冷ユニット又は前記空冷ユニットの切り替えを可能に構成したことを特徴とする機械室の空調システム。
9. 請求項１乃至６のいずれかに記載の液冷ユニットに供給する冷媒が、空調機の蒸発器を循環する冷媒配管から分岐したものであることを特徴とする空調システム。
   

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