世界最高の放熱性能を山口理科大など達成、人の呼吸にヒント得た冷却技術

山口東京理科大学(山口理科大)とロータス・サーマル・ソリューション(LTS)は、次世代型電気自動車(EV)のインバータや高度情報化社会を担うデータセンターのサーバの熱問題を解消につながる、世界最高の放熱性能735W/cm2を達成したと6月3日に共同発表した。

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  グルーブを施した面に接合されたロータス銅(左)と、その表面画像(右)
  (出所:山口理科大Webサイト)

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  グルーブから蒸気を排出し、ロータス銅から液供給を行う呼吸モード(左)と、その逆のモード(右)
  (出所:山口理科大Webサイト)

同成果は、山口理科大 工学部 機械工学科の結城和久教授、同・結城光平助教、LTSの井手拓哉代表取締役、同・村上政明研究員、同・大串哲朗研究員らの共同研究チームによるもの。詳細は、熱プロセスを扱う学術誌「Applied Thermal Engineering」に掲載された。

省エネルギー技術のひとつとして注目を集めているのが、パワーエレクトロニクスだ。中でも近年は、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)などのワイドバンドギャップ半導体が、低電力損失の観点から期待されている。しかし、チップの小型化や大電流化に伴い、発熱密度は500W/cm2を超えるようになると推定されている。そのため、従来の強制循環式の水冷技術では、電力消費が既存の10倍以上に達する危機的な状況が危惧されている。

加えて近年は、生成AIの急激な活用拡大に伴い、データセンターの消費電力も大幅に増大しており、省エネルギー化が喫緊の課題となっている。特に、AIサーバの発熱密度は将来的に100W/cm2を超えると予測され、電力消費を抑えた新たな冷却技術が必須だ。

そうしたなか、これまで冷却用ポンプが不要な浸冷却技術に着目し、新しい冷却手法の開発を進めてきたのが上記の研究チームである。今回の研究では、液体の蒸発潜熱(気化熱)を応用した二相液浸冷却技術の開発に挑むことにしたという。