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公開番号2025032948
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-12
出願番号2023173244
出願日2023-08-28
発明の名称冷媒循環方式コンピューター冷却法
出願人パテントフレア株式会社
代理人
主分類G06F 1/20 20060101AFI20250305BHJP(計算;計数)
要約【課題】コンピューターは、長時間の使用により、CPUなどの部品が発熱し、周辺部品への影響もあり、性能低下や故障の原因になるため、冷却、排熱の必要がある。
従来は、空冷、水冷、空間冷却などで対応していた。
従来とは異なる方法を提供し、冷却効率の向上と、コスト(電気料金)の削減に寄与する。
【解決手段】サーバーのケース(外枠)、大型コンピューターの収納ラックを、従来の空冷方式(排熱用ファンと通気孔のある構造)ではなく、業務用冷蔵ケース(卓上型ショーケース、据え置き型リーチイン)と同様の構造とする。
冷媒管内の冷媒を圧縮装置と減圧装置で循環させて冷却する電気冷蔵方式。
又、高温の冷媒が通過する冷媒管を焦電体又は金属製の部材の外周に巻きつける、冷媒管の外周に焦電体又は金属の加工材料をコーティングするなどの方法で熱エネルギーを、電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーで冷却装置を動かす。
この方法で、コンピューターの冷却効率の向上と冷却コストの削減という課題を解決する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
サーバー、ＰＣ（デスクトップ型）などの単体のコンピューターは、制御装置、演算装置、記憶装置、入力装置、出力装置の５つの機能に分けることができる。
この内、入力装置（キーボードなど）、出力装置（ディスプレイなど）を除く制御装置、演算装置、記憶装置は、回線で接続され、外部との接触を防ぐため、スチール製などのケース（外枠）に収納されている。
この制御装置、演算装置に使われるＣＰＵなどの部品は、長時間の使用により、熱を持ち半導体基板や他の部品へ影響を与え、性能の低下や故障の原因になるため、発熱部品の冷却やケース（外枠）内の排熱が必要となる。
従来は、ケース（外枠）内や、ケース（外枠）の壁にファン（羽根車）が配置され、冷却や排熱用に使われる空冷方式（周辺の空気を動かすことによる熱交換方式）が一般的であった。
これに対し、電気冷蔵庫やエアコンで使われている冷却方法（冷媒管内に冷媒を循環させ、圧縮装置と減圧装置を用いて冷却した冷媒との温度差による熱交換方式）を用いてケース（外枠）内の発熱部品の冷却、排熱に利用する方法。
サーバー、ＰＣ（デスクトップ型）内のマザーボード（プリント回路板）に配置されたＣＰＵなどの発熱に対する冷却、ケース（外枠）内の排熱の方法で従来のファン（羽根車）を用いる空冷方式ではなく、冷媒管内の冷媒を圧縮作用と減圧作用で冷却する電気冷蔵庫やエアコンなどで使われている冷却方式を使用する方法。
（小売店などのレジの横などにあり、飲料などを販売している業務用冷蔵ショーケース（扉がガラスで外から中の商品が見える）と同様の構造のケース（外枠）で、内部に制御装置、演算装置、記憶装置が固定されている。）
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
スーパーコンピューター、大型サーバー（メインフレーム）などのコンピューターは、サーバー（制御装置、演算装置、記憶装置が１セットで回路で接続され、ケース（外枠）に収納された装置）が、大型の収納ラックに多数置かれてケーブルで接続、全てのサーバーが連動して稼動することで、処理能力を飛躍的に高めたものである。
データセンターなどでは、これらのコンピューターが、２４時間３６５日休みなく稼動しており、発生する熱量は非常に大きい。
従来は、個々のサーバーや収納ラックに冷却用、排熱用のファン（羽根車）が配置される空冷方式、又は収納ラックのヒートシンク（放熱装置）に水道管を密着させて水を循環させて熱交換をする水冷方式、
コンピューターが設置されている部屋全体をエアコン（冷房）で低い温度に設定する空間冷却方式などであった。
これに対し、請求項１に記載の方法を、多数のサーバーが収納されている収納ラックに使用する方法。
収納ラックに設置されている多数のサーバーの冷却、排熱の方法で、従来の空冷方式、水冷方式、空間冷却方式ではなく、冷媒管内の冷媒を圧縮作用と減圧作用で冷却する電気冷蔵庫やエアコンなどで使われている冷却方式を使用する方法。
（小売店などで使われ、飲料などを販売している業務用冷蔵リーチイン（扉がガラスで外から中の商品が見える）と同様の構造の収納ラックで、従来は多数のサーバーを接続するケーブルは、収納ラックの外側に出ている場合が多いが、このケーブルも長時間の使用により熱を持つため、リーチイン方式の収納ラックの内側に入れるようにする。
【請求項３】
請求項１、請求項２に記載の方法を使用した装置で圧縮された冷媒とこれが通過する冷媒管が持つ熱を利用して発電する（熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を設置して各々の電気冷蔵式収納ラックや、収納サーバーの電力をまかなう方法。
冷媒の減圧作用に伴う冷媒の低温状態を利用して、収納ラック内を、冷却し、冷媒の圧縮作用に伴う冷媒の高温状態を利用して、発電し、サーバー単体用のケース（外枠）、サーバー複数用の収納ラックの冷却装置とサーバーの電力をまかなう方法。
冷媒の高温状態（熱エネルギー）を利用する発電方法とは、焦電体又は、金属などの焦電効果という物質特性を持つ材料を粉末状又は、溶液状に加工して、圧縮されて高温状態の冷媒が通過する冷媒管の外周にコーティング（塗布）する。
さらに、この外周に絶縁体を粉末状又は、溶液状に加工してコーティング（塗布）する。
冷媒管にコーティング（塗布）された材料が焦電効果により、発電機能を有するため、ここに電極とケーブルを接続し、サーバーやケース、収納ラックの冷却装置と接続することで、冷却する際発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、サーバーや冷却装置の電力をまかなう方法。
【請求項４】
圧縮されて高温状態の冷媒が通過する冷媒管を、焦電体又は、金属などの焦電効果という物質特性を持つ材料製の固定された板状又は、柱状のものに巻きつける。
これで冷媒の熱エネルギーが冷媒管を巻きつけた対象に伝わる。
当該対象は、焦電効果により発電する。（熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。）
当該発電体に電極とケーブルを接続し、サーバーやケース、収納ラックの冷却装置と接続することで、冷却する際発生する熱エネルギーを、電気エネルギーに変換し、サーバーや冷却装置の電力をまかなう方法。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４に記載の方法を使用した装置、設備
【請求項６】
請求項５に記載の装置、設備を使用した役務、事業。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の圧縮作用、減圧作用に伴う温度変化の応用技術に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
業務用冷蔵ケース、リーチインの技術
【０００３】
エアコン（冷暖房）の技術
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンピューターは、長時間の使用によりＣＰＵなどの部品が熱を持ち、半導体基板や他の部品、回路に影響を与え、性能の低下や故障の原因になることがあるため、発熱部品の冷却やケース（外枠）内の排熱が必要となる。
従来は、発熱部品の近くに冷却用ファン（羽根車）を配置し、送風冷却する、ケース（外枠）の壁に排熱用ファン（羽根車）を配置し、換気排熱する、という方法で対応していた。（空冷方式）
又、データセンターなどの大型コンピューターでは、多くのサーバーが接続され収納ラックに設置されているので、個々のサーバー内に発熱部品の冷却用ファンを配置、収納ラックの背面側に複数の排熱用ファンを配置、さらに水を循環させて冷却するための水道管を、収納ラックのヒートシンクに設置し放熱する。（水冷方式）
さらに、コンピューター設置場所の部屋全体を、エアコン（冷房）で低温に設定するなどの方法で対応していた。
これらの従来の方法と異なる冷却方法を提案し、冷却排熱効率の向上、コスト（電気料金）削減に寄与する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）サーバー、ＰＣ（デスクトップ型）などの単体のコンピューターは、制御装置、演算装置、記憶装置が収納されているケース（外枠）を、従来のスチール製などの箱ではなく、小売店などで飲料などを販売している業務用の冷蔵ショーケース（扉がガラスで外から中の商品が見える卓上型のもの）と同様の構造のケースとする。
（２）データセンターなどで複数のサーバーを接続し、収納ラックに設置する大型サーバー（メインフレーム）などは、収納ラック（外枠）を、従来の空冷方式や水冷方式ではなく、小売店などで飲料などを販売している業務用の冷蔵ケースのリーチイン（扉がガラスで外から中の商品が見える据え置き型のもの）と同様の構造の収納ラックとする。
（３）冷媒を用いて冷却する際、圧縮作用と減圧作用を利用するため、高温状態の冷媒が通過する冷媒管がある。
この冷媒管の外周に焦電効果という物質特性を持つ焦電体又は、金属を粉末状又は、溶液状に加工したものをコーティング（塗布）する。このコーティング材は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するため、ここに電極とケーブルを接続し、コンピューターや、冷却装置に接続する。
これにより、圧縮され高温状態の冷媒の熱エネルギーが冷媒管の外周コーティング材に伝わり、電気エネルギーに変換され、コンピューターや冷却装置の電力をまかなう。
（４）冷媒を用いて冷却する際、圧縮作用と減圧作用を利用するため、高温状態の冷媒が通過する冷媒管がある。
この冷媒管を焦電効果という物質特性を持つ焦電体又は、金属を材料とする固定された板状、柱状などの形状の装置に巻きつける。
この巻きつける装置は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するため、ここに電極とケーブルを接続し、コンピューターや冷却装置に接続する。
これにより、圧縮され高温状態の冷媒の熱エネルギーが冷媒管を巻いてある装置に伝わり、電気エネルギーに変換され、コンピューターや冷却装置の電力をまかなう。
この（１）（２）（３）（４）の方法を用いることにより、課題を解決する。

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