(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022122811
(43)【公開日】2022-08-23
(54)【発明の名称】演算処理装置の冷却装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/473 20060101AFI20220816BHJP
H01L 23/427 20060101ALI20220816BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20220816BHJP
【ＦＩ】
H01L23/46 Z
H01L23/46 A
H05K7/20 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021122753
(22)【出願日】2021-07-27
(31)【優先権主張番号】P 2021020130
(32)【優先日】2021-02-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】504077308
【氏名又は名称】安斎 聡
(74)【代理人】
【識別番号】110002217
【氏名又は名称】弁理士法人矢野内外国特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】安斎 聡
【テーマコード（参考）】
5E322
5F136
【Ｆターム（参考）】
5E322AA09
5E322AA10
5E322DA01
5E322DA02
5E322DA03
5E322DA04
5E322FA01
5E322FA09
5F136CB01
5F136CB13
5F136CB27
5F136CC35
5F136CC37
5F136FA12
(57)【要約】
【課題】金属を用いることなく放熱性を保つことができる演算処理装置の冷却装置を提供する。
【解決手段】演算処理装置１００の表面に接触する冷却部材７を有する演算処理装置１００の冷却装置１であって、冷却部材７は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されており、冷却部材７は、冷媒２によって冷却される。また、演算処理装置１００および冷却部材７は、冷媒２に浸漬されており、冷却部材７の内部には、気体を通す冷却部材内通路２７を有し、冷却部材内通路２７の気体を微細気泡として冷媒２へ放出する。
【選択図】図１
【解決手段】演算処理装置１００の表面に接触する冷却部材７を有する演算処理装置１００の冷却装置１であって、冷却部材７は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されており、冷却部材７は、冷媒２によって冷却される。また、演算処理装置１００および冷却部材７は、冷媒２に浸漬されており、冷却部材７の内部には、気体を通す冷却部材内通路２７を有し、冷却部材内通路２７の気体を微細気泡として冷媒２へ放出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
演算処理装置の表面に接触する冷却部材を有する演算処理装置の冷却装置であって、
前記冷却部材は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されており、
前記冷却部材は、冷媒によって冷却される
ことを特徴とする演算処理装置の冷却装置。
前記冷却部材は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されており、
前記冷却部材は、冷媒によって冷却される
ことを特徴とする演算処理装置の冷却装置。
【請求項2】
前記演算処理装置および前記冷却部材は、前記冷媒に浸漬されており、
前記冷却部材の内部には、気体を通す冷却部材内通路を有し、
前記冷却部材内通路の気体を微細気泡として前記冷媒へ放出する
ことを特徴とする請求項１に記載の演算処理装置の冷却装置。
前記冷却部材の内部には、気体を通す冷却部材内通路を有し、
前記冷却部材内通路の気体を微細気泡として前記冷媒へ放出する
ことを特徴とする請求項１に記載の演算処理装置の冷却装置。
【請求項3】
前記冷却部材は、前記冷媒通路と連通する液体流通路を内部に設け、
前記冷却部材は、気体を通す冷却部材内通路を有し、
前記冷却部材内通路の気体を微細気泡として前記液体流通路内の冷媒へ放出する
ことを特徴とする請求項１に記載の演算処理装置の冷却装置。
前記冷却部材は、気体を通す冷却部材内通路を有し、
前記冷却部材内通路の気体を微細気泡として前記液体流通路内の冷媒へ放出する
ことを特徴とする請求項１に記載の演算処理装置の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、演算処理装置の冷却装置の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば大規模集積回路ＬＳＩなどを有し、ごく少数のチップに全機能が集積されたマイクロプロセッサなどで構成される演算処理装置は公知となっている。前記演算処理装置はその高速処理性能を発揮することで半導体素子等の部品が発熱する。また、演算処理装置内で最も発熱するのはＣＰＵだが、他にも高速処理に必要な集積部品も高温となるため演算処理装置全体を効率よく冷却する必要がある。すなわち、演算処理装置の信頼性向上のため、演算処理装置を効率的に冷却する必要がある。
【0003】
一方、電力を制御するためのパワーモジュールなどの演算処理装置の冷却には、パワーモジュール表面に放熱のためにＡｌ等の金属板が接合され、さらに金属層を介してヒートシンクが接合されることで基板を冷却する冷却装置が提案されている。ヒートシンクには、炭素質部材中にアルミニウム又はアルミニウム合金が充填されたアルミニウム複合材料が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１０－９８０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、金属を有するヒートシンクは、酸化による放熱性劣化の可能性があった。また、フッ素系冷媒を用いた液浸式の冷却装置においては、金属のヒートシンクを用いることができなかった。そこで、金属を用いることなく放熱性を保つことができる演算処理装置の冷却装置が望まれていた。
【0006】
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、金属を用いることなく放熱性を保つことができる演算処理装置の冷却装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0008】
即ち、本発明においては、演算処理装置の表面に接触する冷却部材を有する演算処理装置の冷却装置であって、
前記冷却部材は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されており、
前記冷却部材は、冷媒によって冷却されるものである。
前記冷却部材は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されており、
前記冷却部材は、冷媒によって冷却されるものである。
【0009】
また、本発明においては、前記演算処理装置および前記冷却部材は、前記冷媒に浸漬されており、前記冷却部材の内部には、気体を通す冷却部材内通路を有し、
前記冷却部材内通路の気体を微細気泡として前記冷媒へ放出するものであってもよい。
前記冷却部材内通路の気体を微細気泡として前記冷媒へ放出するものであってもよい。
【0010】
また、本発明においては、前記冷却部材は、前記冷媒通路と連通する液体流通路を内部に設け、
前記冷却部材は、気体を通す気泡発生媒体内通路を有し、
前記気泡発生媒体内通路の気体を微細気泡として前記液体流通路内の冷媒へ放出するものであってもよい。
前記冷却部材は、気体を通す気泡発生媒体内通路を有し、
前記気泡発生媒体内通路の気体を微細気泡として前記液体流通路内の冷媒へ放出するものであってもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【0012】
本発明においては、演算処理装置の表面に接触する冷却部材を炭素系の多孔質セラミックス素材で形成したことにより、冷却部材の放熱性が向上し、演算処理装置の熱冷却効率が向上する。また、冷却部材を炭素系の多孔質セラミックス素材また、冷却部材の内部に液体流通路を設けたことにより、冷却部材を内部から恒常的に冷却させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図2】本発明の第一の実施形態に係る液浸式の冷却装置を示す概略図。
【図3】冷却部材を示す拡大図。
【図4】本発明の第二の実施形態に係る演算処理装置の冷却装置を示す概略図。
【図5】本発明の第三の実施形態に係る演算処理装置の冷却装置を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
【0015】
冷却装置１は、演算処理装置１００の表面に接触する冷却部材７を有する演算処理装置１００の冷却装置である。演算処理装置１００は、小型化および集積化により、発熱量が大きいものが開発されている。例えば、ＣＰＵであるマイクロプロセッサ１００ａを有し、高速演算処理に用いられるブリッジなどの各種集積部品を有する。また、演算処理装置１００内で最も発熱するのはマイクロプロセッサ１００ａだが、他にも高速処理に必要な集積部品も高温となるため演算処理装置１００全体を効率よく冷却する必要がある。当該発熱量の大きい半導体素子を有する演算処理装置１００を冷却するために放熱効率の良い素材でできた冷却部材７が求められていた。
【0016】
冷却部材７は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されている。冷却部材７は、半導体素子等で構成された演算処理装置１００の一部であるマイクロプロセッサ１００ａが格納された箱状部材１００ｂの表面に貼設される。マイクロプロセッサ１００ａは基板１００ｃに搭載されている。マイクロプロセッサ１００ａから発生した熱は、箱状部材１００ｂの表面から冷却部材７へ伝導され、冷却部材７から空冷式であれば空気中に、冷媒冷却式であれば冷媒２中に放熱される。
【0017】
炭素系の多孔質セラミックス素材とは、炭素のみ若しくは炭素及びセラミックを含む複合素材であり、無機質の素材である。また、炭素系の多孔質素材の表面には、厚さ数ｎｍの膜が形成されている。前記膜はケイ素を含む無機質の膜で形成されている。このように構成することにより、炭素系の多孔質素材の空隙に熱が伝導することで、放熱効率の高い素材となる。また、炭素系の多孔質素材は、耐腐食性、耐高温性に優れているため放熱効率の低下を防止することができる。これにより、マイクロプロセッサ１００ａが想定外の高熱となったときであっても、効率が低下することなく冷却することができる。
【0018】
次に、液浸式の冷却装置１について図２および図３を用いて説明する。
冷却装置１は、演算処理装置１００および冷却部材７を冷媒２に浸漬することによって恒常的に冷却する装置であり、冷媒２を貯蔵する冷媒容器３を備える。液浸式の冷却装置１においては、冷媒２が効率的に演算処理装置１００の熱を除去するため、ハードウェア密度が高まるという利点がある。また、液浸式の冷却装置１においては、冷媒２の劣化が発生しがたいため、液交換などのメンテナンスが不要であるという利点もある。
冷却装置１は、演算処理装置１００および冷却部材７を冷媒２に浸漬することによって恒常的に冷却する装置であり、冷媒２を貯蔵する冷媒容器３を備える。液浸式の冷却装置１においては、冷媒２が効率的に演算処理装置１００の熱を除去するため、ハードウェア密度が高まるという利点がある。また、液浸式の冷却装置１においては、冷媒２の劣化が発生しがたいため、液交換などのメンテナンスが不要であるという利点もある。
【0019】
冷媒２は、例えば、フロン系冷媒で構成され、演算処理装置１００のような電子機器に影響を与えない液体で構成される。すなわち、フロン系冷媒は絶縁性が非常に高い性質を有しており、基板１００ｃやマイクロプロセッサ１００ａの通電を防止することができる。冷媒２は、図示せぬポンプ等により循環されており、チラーなどの冷却器によって冷却される。
【0020】
冷却部材７の内部には、冷却部材内通路２７が設けられている。冷却部材内通路２７は、気体通路５５と連通しており、気体通路５５には圧縮装置２２が連結されている。圧縮装置２２は、酸素を圧送する装置であり、例えば圧縮酸素容器と弁とで構成される。
【0021】
また、冷却部材７は、多孔質素材で構成されており、図３に示すように、直径数μｍ～数十μｍの細かな孔７Ａを多数有している。また、冷却部材７は導電体であり、冷却部材７から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である冷却部材７を通過する際に微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【0022】
次に、液浸式の冷却装置１の冷却方法について図２および図３を用いて説明する。
冷媒容器３内の冷媒２は、循環しながら常時冷却されている。冷媒２は、冷媒容器３内の冷却部材７を冷却する。圧縮装置２２から冷媒２中の冷却部材７内へ酸素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された酸素は、気体通路５５を通って冷却部材内通路２７へと送られる。冷却部材内通路２７へと送られた酸素は冷却部材７の孔７Ａから微細気泡として発生し、冷媒容器３内の冷媒２に微細気泡が溶存する。すなわち、冷却部材内通路２７へ供給された酸素は、冷却部材７に設けられた直径数μｍ～数十μｍの細かな孔７Ａを通って、微細気泡となり液体中へ放出される。冷媒２中へ放出される微細気泡は、冷却部材７表面に放出された瞬間に、表面から離間される。
冷媒容器３内の冷媒２は、循環しながら常時冷却されている。冷媒２は、冷媒容器３内の冷却部材７を冷却する。圧縮装置２２から冷媒２中の冷却部材７内へ酸素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された酸素は、気体通路５５を通って冷却部材内通路２７へと送られる。冷却部材内通路２７へと送られた酸素は冷却部材７の孔７Ａから微細気泡として発生し、冷媒容器３内の冷媒２に微細気泡が溶存する。すなわち、冷却部材内通路２７へ供給された酸素は、冷却部材７に設けられた直径数μｍ～数十μｍの細かな孔７Ａを通って、微細気泡となり液体中へ放出される。冷媒２中へ放出される微細気泡は、冷却部材７表面に放出された瞬間に、表面から離間される。
【0023】
冷媒２内の微細気泡は、冷媒２の冷却効率を向上させる。すなわち、冷媒２中の微細気泡が冷媒２を攪拌することにより、冷媒２の温度の偏りが解消されて均一な温度となり、冷却効率が向上する。また、微細気泡の圧壊により熱エネルギーが消費されるため、冷媒２の冷却効率が向上する。
【0024】
次に、第二の実施形態にかかる演算処理装置１００の冷却装置１０１の全体構成について図４を用いて説明する。なお、冷却装置１０１は、冷却部材１０７内に、液体流通路１２１と冷却部材内通路１２７とを設けるものである。なお、第二の実施形態にかかる冷却装置１０１において、第一の実施形態に係る冷却装置１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0025】
冷却装置１０１は、演算処理装置１００を冷媒２によって冷却する装置であり、冷媒２が循環する冷媒通路１０３と、サーキュレータ４と、放熱器５と、冷却部材１０７とで構成される。
【0026】
冷却部材１０７は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されている。冷却部材１０７は、半導体素子等で構成された演算処理装置１００の一部であるマイクロプロセッサ１００ａが格納された箱状部材１００ｂの表面に貼設される。マイクロプロセッサ１００ａから発生した熱は、箱状部材１００ｂの表面から冷却部材１０７へ伝導され、冷媒２中に放熱される。
【0027】
冷却部材１０７の内部には、冷媒通路１０３と連通する液体流通路１２１が設けられている。液体流通路１２１は、冷媒通路１０３の循環経路の中途部に設けられており、冷媒通路１０３中の冷媒が液体流通路１２１内に流入し、冷却部材１０７の熱を吸入した後、再び冷媒通路１０３内へ放出される。
【0028】
また、冷却部材１０７の内部には、冷却部材内通路１２７が設けられている。冷却部材内通路１２７は、気体通路５５と連通しており、気体通路５５には圧縮装置２２が連結されている。圧縮装置２２は、酸素を圧送する装置であり、例えば圧縮酸素容器と弁とで構成される。
【0029】
また、冷却部材１０７は、第一の実施形態の冷却部材７と同様に、多孔質素材で構成されており、直径数μｍ～数十μｍの細かな孔を多数有している。また、冷却部材１０７は導電体であり、冷却部材１０７から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である冷却部材１０７を通過する際に微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【0030】
次に、第二の実施形態にかかる演算処理装置１００の冷却装置１０１の冷却方法について説明する。
冷媒通路１０３内の冷媒２は、サーキュレータ４によって循環されている。冷媒２は、冷媒通路１０３から冷却部材７の液体流通路１２１に流入し冷却部材１０７を冷却する。また、圧縮装置２２から冷媒２内へ酸素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された酸素は、気体通路５５を通って冷却部材内通路１２７へと送られる。冷却部材内通路１２７へと送られた酸素は冷却部材１０７の孔から微細気泡として発生し、液体流通路２１内の冷媒２に微細気泡が溶存する。すなわち、冷却部材内通路１２７へ供給された酸素は、冷却部材１０７に設けられた直径数μｍ～数十μｍの細かな孔を通って、微細気泡となり液体中へ放出される。冷媒２中へ放出される微細気泡は、冷却部材１０７の内表面に放出された瞬間に、周りの冷媒２の流れによって、表面から離間される。
冷媒通路１０３内の冷媒２は、サーキュレータ４によって循環されている。冷媒２は、冷媒通路１０３から冷却部材７の液体流通路１２１に流入し冷却部材１０７を冷却する。また、圧縮装置２２から冷媒２内へ酸素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された酸素は、気体通路５５を通って冷却部材内通路１２７へと送られる。冷却部材内通路１２７へと送られた酸素は冷却部材１０７の孔から微細気泡として発生し、液体流通路２１内の冷媒２に微細気泡が溶存する。すなわち、冷却部材内通路１２７へ供給された酸素は、冷却部材１０７に設けられた直径数μｍ～数十μｍの細かな孔を通って、微細気泡となり液体中へ放出される。冷媒２中へ放出される微細気泡は、冷却部材１０７の内表面に放出された瞬間に、周りの冷媒２の流れによって、表面から離間される。
【0031】
冷媒２内の微細気泡は、冷媒２の圧力損失の低減を可能にする。すなわち、圧力損失は冷媒通路１０３の至る所で発生する冷媒２内部の流体と流体との摩擦による運動エネルギー消散の総和として現れるが、微細気泡を混入することにより、冷媒２内の流体と流体との摩擦を低減させることで圧力損失を低減させることができるのである。
【0032】
また、冷却部材１０７の液体流通路１２１に直接微細気泡を発生させることにより、最も圧力損失が発生しやすい液体流通路１２１内において微細気泡が発生するため、液体流通路１２１内に到着するまでに微細気泡が圧壊する機会が減る。これにより、冷媒２の圧力損失の低減をより効率的に可能にする。
【0033】
冷却部材１０７を炭素系の多孔質素材で構成することで、より熱伝導性が高くなり放熱性が向上する。また、冷媒２の圧力損失が少なくなることにより、冷却部材１０７の冷却が効率よく行える。
【0034】
次に、第三の実施形態にかかる演算処理装置１００の冷却装置２０１の全体構成について図５を用いて説明する。なお、冷却装置２０１は、冷媒通路１０３の中途部に微細気泡発生槽２３１を設けるものである。なお、第三の実施形態にかかる冷却装置２０１において、第一の実施形態に係る冷却装置１および第二の実施形態に係る冷却装置１０１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0035】
冷却装置２０１は、演算処理装置１００を冷媒２によって冷却する装置であり、冷媒２が循環する冷媒通路１０３と、サーキュレータ４と、放熱器５と、冷却部材２０７とで構成される。
【0036】
冷却部材２０７は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されている。冷却部材２０７は、半導体素子等で構成された演算処理装置１００の一部であるマイクロプロセッサ１００ａが格納された箱状部材１００ｂの表面に貼設される。マイクロプロセッサ１００ａから発生した熱は、箱状部材１００ｂの表面から冷却部材２０７へ伝導され、冷媒２中に放熱される。
【0037】
冷却部材２０７の内部には、冷媒通路１０３と連通する液体流通路２２１が設けられている。液体流通路２２１は、冷媒通路１０３の循環経路の中途部に設けられており、冷媒通路１０３中の冷媒が液体流通路２２１内に流入し、冷却部材２０７の熱を吸入した後、再び冷媒通路１０３内へ放出される。
【0038】
また、冷却部材２０７は、第一の実施形態の冷却部材７と同様に、多孔質素材で構成されており、直径数μｍ～数十μｍの細かな孔を多数有している。
【0039】
冷媒通路１０３の中途部には、微細気泡発生槽２３１が設けられている。微細気泡発生槽２３１には、気泡発生媒体２２７が設けられる。気泡発生媒体２２７は、気体通路５５と連通しており、気体通路５５には圧縮装置２２が連結されている。圧縮装置２２は、酸素を圧送する装置であり、例えば圧縮酸素容器と弁とで構成される。
【0040】
また、気泡発生媒体２２７は導電体であり、第一の実施形態の冷却部材７と同様に、多孔質素材で構成されており、直径数μｍ～数十μｍの細かな孔を多数有している。気泡発生媒体２２７から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である気泡発生媒体２２７を通過する際に微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【0041】
次に、第三の実施形態にかかる演算処理装置１００の冷却装置２０１の冷却方法について図５を用いて説明する。
冷媒通路１０３内の冷媒２は、サーキュレータ４によって循環されている。冷媒２は、冷媒通路１０３から冷却部材２０７の液体流通路２２１に流入し冷却部材２０７を冷却する。また、冷媒通路１０３の中途部には、微細気泡発生槽２３１が設けられており、微細気泡発生槽２３１には、気泡発生媒体２２７が設けられている。圧縮装置２２から冷媒２内へ酸素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された酸素は、気体通路５５を通って気泡発生媒体２２７内の通路へと送られる。前記通路へと送られた酸素は気泡発生媒体２２７の孔から微細気泡として発生し、微細気泡発生槽２３１の冷媒２に微細気泡が溶存する。すなわち、気泡発生媒体２２７へ供給された酸素は、気泡発生媒体２２７に設けられた直径数μｍ～数十μｍの細かな孔を通って、微細気泡となり冷媒２中へ放出される。冷媒２中へ放出される微細気泡は、気泡発生媒体２２７の表面に放出された瞬間に、周りの冷媒２の流れによって、表面から離間される。
冷媒通路１０３内の冷媒２は、サーキュレータ４によって循環されている。冷媒２は、冷媒通路１０３から冷却部材２０７の液体流通路２２１に流入し冷却部材２０７を冷却する。また、冷媒通路１０３の中途部には、微細気泡発生槽２３１が設けられており、微細気泡発生槽２３１には、気泡発生媒体２２７が設けられている。圧縮装置２２から冷媒２内へ酸素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された酸素は、気体通路５５を通って気泡発生媒体２２７内の通路へと送られる。前記通路へと送られた酸素は気泡発生媒体２２７の孔から微細気泡として発生し、微細気泡発生槽２３１の冷媒２に微細気泡が溶存する。すなわち、気泡発生媒体２２７へ供給された酸素は、気泡発生媒体２２７に設けられた直径数μｍ～数十μｍの細かな孔を通って、微細気泡となり冷媒２中へ放出される。冷媒２中へ放出される微細気泡は、気泡発生媒体２２７の表面に放出された瞬間に、周りの冷媒２の流れによって、表面から離間される。
【0042】
冷媒２内の微細気泡は、冷媒２の圧力損失の低減を可能にする。すなわち、圧力損失は冷媒通路１０３の至る所で発生する冷媒２内部の流体と流体との摩擦による運動エネルギー消散の総和として現れるが、微細気泡を混入することにより、冷媒２内の流体と流体との摩擦を低減させることで圧力損失を低減させることができるのである。
【0043】
また、冷却部材２０７内部を流れる冷媒２に微細気泡が溶存することにより、冷媒２の圧力損失を効率的に低減して、冷却効率を向上させることができる。また、放熱器５において微細気泡が圧壊することで放熱効率が向上する。
【0044】
冷却部材２０７を炭素系の多孔質素材で構成することで、することで、より熱伝導性が高くなり放熱性が向上する。また、冷媒２の圧力損失が少なくなることにより、冷却部材２０７の冷却が効率よく行える。
【0045】
以上のように、演算処理装置１００の表面に接触する冷却部材７を有する演算処理装置１００の冷却装置１であって、冷却部材７は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されており、冷却部材７は、冷媒２によって冷却されるものである。
【0046】
このように構成することにより、冷却部材７を炭素系の多孔質セラミックス素材で構成することより熱伝導性が高くなり放熱性が向上する。このため、例えば、ＣＰＵであるマイクロプロセッサ１００ａを有し、高速演算処理に用いられるブリッジなどの各種集積部品を有する演算処理装置１００全体を効率よく冷却することができるのである。
【0047】
また、演算処理装置１００および冷却部材７は、冷媒２に浸漬されており、冷却部材７の内部には、気体を通す冷却部材内通路２７を有し、冷却部材内通路２７の気体を微細気泡として冷媒２へ放出するものである。
【0048】
このように構成することにより、冷却部材７から微細気泡が発生するため、冷媒２の冷却効率が向上する。
【0049】
また、冷却部材１０７は、冷媒通路１０３と連通する液体流通路１２１を内部に設け、冷却部材１０７は、気体を通す冷却部材内通路１２７を有し、冷却部材内通路１２７の気体を微細気泡として液体流通路１２１内の冷媒２へ放出するものであってもよい。
【0050】
このように構成することにより、冷却部材７の液体流通路１２１に直接微細気泡を発生させることにより、最も圧力損失が発生しやすい液体流通路１２１内において微細気泡が発生するため、液体流通路１２１内に到着するまでに微細気泡が圧壊する機会が減る。これにより、冷媒２の圧力損失の低減をより効率的に可能にする。
【0051】
なお、第一～第三の実施形態では、冷媒であるフロン系冷媒に対して、微細気泡として圧縮酸素を溶存させたが、これに限定するものではなく、例えば不活性ガスである窒素やアルゴンを用いることも可能である。
【0052】
また、別の実施形態として、冷媒２は純水で構成されている。純水は通常酸素が溶存している。そこで、本実施形態においては、溶存酸素を除去するために微細気泡として窒素を用いるものである。
【0053】
冷却装置１は、演算処理装置１００の表面に接触する冷却部材７を有する演算処理装置１００の冷却装置である。演算処理装置１００は、小型化および集積化により、発熱量が大きいものが開発されている。例えば、ＣＰＵであるマイクロプロセッサ１００ａを有し、高速演算処理に用いられるブリッジなどの各種集積部品を有する。また、演算処理装置１００内で最も発熱するのはマイクロプロセッサ１００ａだが、他にも高速処理に必要な集積部品も高温となるため演算処理装置１００全体を効率よく冷却する必要がある。当該発熱量の大きい半導体素子を有する演算処理装置１００を冷却するために放熱効率の良い素材でできた冷却部材７が求められていた。
【0054】
冷却部材７は、炭素系の多孔質セラミックス素材で板状に形成されている。冷却部材７は、半導体素子等で構成された演算処理装置１００の一部であるマイクロプロセッサ１００ａが格納された箱状部材１００ｂの表面に貼設される。マイクロプロセッサ１００ａは基板１００ｃに搭載されている。マイクロプロセッサ１００ａから発生した熱は、箱状部材１００ｂの表面から冷却部材７へ伝導され、冷却部材７から空冷式であれば空気中に、冷媒冷却式であれば冷媒２中に放熱される。
【0055】
炭素系の多孔質セラミックス素材とは、炭素のみ若しくは炭素及びセラミックを含む複合素材であり、無機質の素材である。また、炭素系の多孔質素材の表面には、厚さ数ｎｍの膜が形成されている。前記膜はケイ素を含む無機質の膜で形成されている。このように構成することにより、炭素系の多孔質素材の空隙に熱が伝導することで、放熱効率の高い素材となる。また、炭素系の多孔質素材は、耐腐食性、耐高温性に優れているため放熱効率の低下を防止することができる。これにより、マイクロプロセッサ１００ａが想定外の高熱となったときであっても、効率が低下することなく冷却することができる。
【0056】
次に、液浸式の冷却装置１について図２および図３を用いて説明する。
冷却装置１は、演算処理装置１００および冷却部材７を冷媒２に浸漬することによって恒常的に冷却する装置であり、冷媒２を貯蔵する冷媒容器３を備える。液浸式の冷却装置１においては、冷媒２が効率的に演算処理装置１００の熱を除去するため、ハードウェア密度が高まるという利点がある。また、液浸式の冷却装置１においては、冷媒２の劣化が発生しがたいため、液交換などのメンテナンスが不要であるという利点もある。
純水はコストが低く、蒸発による喪失分を容易に再装填することができる。
冷却装置１は、演算処理装置１００および冷却部材７を冷媒２に浸漬することによって恒常的に冷却する装置であり、冷媒２を貯蔵する冷媒容器３を備える。液浸式の冷却装置１においては、冷媒２が効率的に演算処理装置１００の熱を除去するため、ハードウェア密度が高まるという利点がある。また、液浸式の冷却装置１においては、冷媒２の劣化が発生しがたいため、液交換などのメンテナンスが不要であるという利点もある。
純水はコストが低く、蒸発による喪失分を容易に再装填することができる。
【0057】
冷却部材７の内部には、冷却部材内通路２７が設けられている。冷却部材内通路２７は、気体通路５５と連通しており、気体通路５５には圧縮装置２２が連結されている。圧縮装置２２は、不活性ガスである窒素を圧送する装置であり、例えば圧縮窒素容器と弁とで構成される。
【0058】
また、冷却部材７は、多孔質素材で構成されており、図３に示すように、直径数μｍ～数十μｍの細かな孔７Ａを多数有している。また、冷却部材７は導電体であり、冷却部材７から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である冷却部材７を通過する際に微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【0059】
次に、液浸式の冷却装置１の冷却方法について図２および図３を用いて説明する。
冷媒容器３内の冷媒２は、循環しながら常時冷却されている。冷媒２は、冷媒容器３内の冷却部材７を冷却する。圧縮装置２２から冷媒２中の冷却部材７内へ不活性ガスである窒素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された窒素は、気体通路５５を通って冷却部材内通路２７へと送られる。冷却部材内通路２７へと送られた窒素は冷却部材７の孔７Ａから微細気泡として発生し、冷媒容器３内の冷媒２に微細気泡として窒素が溶存する。すなわち、冷却部材内通路２７へ供給された窒素は、冷却部材７に設けられた直径数μｍ～数十μｍの細かな孔７Ａを通って、微細気泡となり液体中へ放出される。冷媒２内へ放出された窒素は圧力が大きく、分圧が溶存酸素よりも大きくなるため、酸素が不活性ガスである窒素に置換される。脱酸素処理された純水には酸化剤である酸素がなくなるため、マイクロプロセッサ１００ａやその他の基板１００ｃなどの部品の酸化による劣化を防止することができる。冷媒２は、図示せぬポンプ等により循環されており、チラーなどの冷却器によって冷却される。
冷媒容器３内の冷媒２は、循環しながら常時冷却されている。冷媒２は、冷媒容器３内の冷却部材７を冷却する。圧縮装置２２から冷媒２中の冷却部材７内へ不活性ガスである窒素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された窒素は、気体通路５５を通って冷却部材内通路２７へと送られる。冷却部材内通路２７へと送られた窒素は冷却部材７の孔７Ａから微細気泡として発生し、冷媒容器３内の冷媒２に微細気泡として窒素が溶存する。すなわち、冷却部材内通路２７へ供給された窒素は、冷却部材７に設けられた直径数μｍ～数十μｍの細かな孔７Ａを通って、微細気泡となり液体中へ放出される。冷媒２内へ放出された窒素は圧力が大きく、分圧が溶存酸素よりも大きくなるため、酸素が不活性ガスである窒素に置換される。脱酸素処理された純水には酸化剤である酸素がなくなるため、マイクロプロセッサ１００ａやその他の基板１００ｃなどの部品の酸化による劣化を防止することができる。冷媒２は、図示せぬポンプ等により循環されており、チラーなどの冷却器によって冷却される。
【0060】
また、冷媒２内の微細気泡は、冷媒２の冷却効率を向上させる。すなわち、冷媒２中の微細気泡が冷媒２を攪拌することにより、冷媒２の温度の偏りが解消されて均一な温度となり、冷却効率が向上する。また、微細気泡の圧壊により熱エネルギーが消費されるため、冷媒２の冷却効率が向上する。
【符号の説明】
【0061】
１ 冷却装置
２ 冷媒
３ 冷媒容器
４ サーキュレータ
５ 放熱器
７ 冷却部材
７Ａ 孔
２２ 圧縮装置
２７ 冷却部材内通路
５５ 気体通路
１００ 演算処理装置
１０１ 冷却装置
１０７ 冷却部材
１２１ 液体流通路
１２７ 冷却部材内通路
２ 冷媒
３ 冷媒容器
４ サーキュレータ
５ 放熱器
７ 冷却部材
７Ａ 孔
２２ 圧縮装置
２７ 冷却部材内通路
５５ 気体通路
１００ 演算処理装置
１０１ 冷却装置
１０７ 冷却部材
１２１ 液体流通路
１２７ 冷却部材内通路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】