AI熱対策に新技術　「泡」で冷却革命　三菱電機×京大

三菱電機株式会社は、国立大学法人京都大学（以下、京都大学）大学院工学研究科の鈴木・名村グループとの共同研究により、直径10µmのマイクロバブルを駆動源として、流路内に数ミリメートルの流れを生成する技術を開発した。同社の調べでは世界初となる。

本研究は、2019年から継続している京都大学との組織連携活動の一環として実施した。三菱電機が、マイクロバブルが生成する流れの冷却デバイスへの応用研究を担当し、京都大学が、マイクロバブルの生成およびその周りの流れ制御に関する基礎研究を担った。

電子デバイスの高出力化や、生成AIの急速な普及に伴うAIサーバーの演算負荷増大などにより、電子機器の熱対策の重要性が高まっている。発熱量が多く、安定した冷却が必要となる電子機器の冷却には水冷方式が用いられている（電子機器の用途・発熱量・設置環境によって、他に空冷、液浸などの方式がとられる）。しかし近年は、微細流路に液体を循環させる、従来の冷却器よりも高効率のマイクロチャネル冷却器の需要が拡大している。そうした中、マイクロチャネル冷却器のさらなる効率化に向けて流路幅を100µm以下に微細化する動きも進む一方、微細流路に液体を循環させるには強力な外部ポンプが必要となるために、消費電力の増加が課題となっていた。

この課題に対し三菱電機は、京都大学が保有する「局所加熱によって発生させたマイクロバブルの振動とバブル界面の温度差に起因するマランゴニ力を利用して流れを生み出す技術」に着目した。「マランゴニ力」とは、液体界面の物質移動を駆動する流体力を指し、本技術では、マイクロバブル周りの温度分布を制御することで、液体の流れの方向を流路壁と平行方向に制御することが可能だ。

これまでもバブル周辺の数百マイクロメートルの流れについては研究されてきた。三菱電機は今回、本技術を数ミリメートルの流路へ適用する研究に取り組み、断面の寸法が100µm×400µm、一辺3mmの正方形の流路内に、外部ポンプを使うことなく流速100µm/sの流れを生成することに成功した。さらに、バブルの配置と流路形状を最適化することで、流速を440µm/sまで向上させた。

本研究成果は、米国物理学協会発行の応用物理学に関する国際的な学術誌「Applied Physics Letters」に採択された。

三菱電機では今後も開発を進め、省エネかつ高性能な次世代冷却システムの開発によってカーボンニュートラルの実現に貢献することを目指す。