CN1485906A - 电子装置 - Google Patents

Abstract

提供一种易于进行电子设备装置的增设、维修作业、在装卸电子设备装置时不会泄漏液体、即使冷却系统出现故障也具有高可靠性的液冷系统。在电子设备装置中设置一个闭环的液冷系统，在安装多个电子设备装置的壳体中设置另一个闭环的液冷系统，这些闭环的液冷系统由受热部分、泵等构成。而且，在电子设备装置中设置突起，而在壳体内设置使液体停止、循环用的开关阀。

Description

电子装置

技术领域

本发明涉及具有利用液体循环的冷却装置的电子装置。

背景技术

除了一般的笔记本型个人计算机、台式个人计算机之外，电子装置还有银行、企业等大型计算机和中型等级的服务器系列计算机。

服务器系列计算机包括将多个终端连接起来的服务器(以后，称为电子装置)。在该电子装置中，装载各计算软件和取回邮件数据的软件等的电子设备多级叠积。

因此，用户有时根据其使用目的更换、增加、拆除装载软件的电子设备。

这种电子装置不断有来自终端的访问，因此，各电子设备存在必须不分昼夜一直通电的制约。

因此，各电子设备的冷却装置在主冷却装置之外还安装辅助冷却装置。例如，主冷却装置发生故障时，在发出故障警报后，在主冷却装置恢复使用之前通过辅助冷却装置进行冷却。

专利文献1

特开平6-97338号公报(第6页，第1图)

专利文献2

特开平5-142886号公报(第3页，第1图)

例如，在特开平6-97338号公报中，记载了大型计算机用的液体循环型冷却装置。

此外，在特开平5-142886号公报中，记载了利用液体循环的冷却装置的笔记本型个人计算机。

上述电子设备的冷却装置通常使用风扇。

但是，由于目前的高速、大容量化要求，各电子设备内的半导体元件(以后，称为CPU)的温度变高，会出现用风扇进行冷却具有局限性和为了提高冷却效果而使风扇高速旋转时产生噪音的问题，因此，正在重新考虑大型计算机中利用液体循环来实现冷却。

需要研究应用上述现有技术、今后的安全方面得以改善、利用可靠性高的液体循环的冷却装置。

但是，在通过上述专利文献已知的现有技术中，都是构造成通过收容在安装了发热电子部件的布线基板上的柔性管使冷却液在发热元件和热交换器之间循环，对于布线基板的装卸，并没有充分考虑。

即，在将安装了发热电子部件的布线基板装卸在电子设备外壳中时，与其电连接的同时，也和发热电子部件的放热路径(冷却液配管)连接，同时，希望简单地来进行这件事，但是，在上述现有技术中，对实现这样要求的构造未做任何的考虑。因此，问题在于在网络系统中使用的服务器等中，尤其在电子设备的操作中，不能在其外壳内安全地装卸需要更换的布线基板。而且，在这样的电子装置中，根据需要，有时需要新增作为安装发热电子部件的布线基板的电子模块。

而且，装载在电子设备内的布线基板或构成其冷却液循环系统的部件等中出现不合适的情况时，需要更换造成这种不合适的布线基板及其液体循环系统的组成部件，但是，在上述现有技术中，对于不停止系统而能适于维修作业的构造完全没有考虑。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠性高的电子设备装置。

为了达到上述目的，本发明提供一种电子装置，其具有装载半导体元件的电子设备和多个叠积地容纳该电子设备的机架，在上述电子设备中分别安装第一冷却装置，上述第一冷却装置包括：第一受热部分，接收上述半导体元件的热量；第一液体驱动装置，使液体在受热部分中循环；第一热交换器，释放上述液体的热量；第一配管，连接上述第一受热部分、第一液体驱动装置和第一热交换器，在上述机架中安装第二冷却装置，上述第二冷却装置包括：第二受热部分，和上述第一受热部分接触；第二液体驱动装置，使液体在第二受热部分中循环；第二热交换器，和上述第一热交换器接触；第二配管，连接上述第二受热部分、第二液体驱动装置和第二热交换器。

上述目的是这样来实现：从上述机架上自由地装卸上述第一冷却装置，并通过装卸上述第一冷却装置，在上述第二配管上配备开关阀使液体在上述第二冷却装置中停止流动。

上述目的这样来实现：使上述第一冷却装置的液体循环方向和上述第二冷却装置的液体循环方向不同。

上述目的这样来实现：上述第二配管的配管直径在从液体上游到下游方向上从大到小变化。

附图说明

图1是本发明第一实施例的斜视图；

图2是图1的侧面截面图；

图3是从图1实施例中取出1个电子设备装置单体后的侧面截面图；

图4是改变配管的流道面积后的电子设备装置的侧面截面图；

图5是具有本发明另一个实施例的电子设备装置的斜视图；

图6是图5的侧面截面图；

图7是具有另一个实施例的电子设备装置单体的侧面截面图；

图8表示图7实施例说明的CPU元件温度曲线；

图9是根据本发明第一实施例的电子装置的详细内部结构的俯视图；

图10是上述电子装置的液冷套管和集管部分的详细结构的截面图；

图11是包含上述电子装置的液冷套管和集管部分的液体连接器结构的一部分截面的斜视图；

图12是上述电子装置的液体循环回路变形例的详细结构的一部分放大平面图；

图13用于说明上述图4所示液体循环回路部分的动作原理；

图14是根据上述本发明实施例的电子装置变形例的俯视图；

图15是根据上述本发明实施例的电子装置再一个变形例的侧面图，俯视图和A-A截面图；

图16示出了上述图7所示实施例中水冷式布线基板及其周边部分的详细结构，包含一部分截面的放大图；

图17是上述图7所示实施例中液冷套管内部的详细结构的截面图；

图18是根据本发明另一个实施例的电子装置详细内部结构的俯视图；

图19是详细表示根据上述另一个实施例的电子装置中各布线基板的热连接部分的放大图；

图20是另一个上述图10和图11所示结构的液冷板和导热板的接触结构例的俯视图；

图21是再一个上述图10和图11所示结构的液冷板和导热板的接触结构例的侧面图和俯视图；

图22是上述图10所示实施例的变形例的俯视图。

具体实施方式

在上述现有技术中说明的各电子设备中安装液体循环的冷却装置时，象利用风扇的安全装置一样，液体循环装置也需要安装2个。

但是，在各电子设备内部安装2个液体循环装置，在空间问题和成本方面非常不利。

因此，本发明研究在每个电子设备中不安装2个液体循环装置的安全且有效的冷却装置的结果是得到以下实施例。

以下，利用附图说明本发明的一个实施例。

图1示出了具备本发明的电子设备装置的斜视图。

图1中，1是电子设备装置本体(又称服务器)。2是形成电子设备装置本体1的外观的机壳2。3是多级插入机壳2内部的电子设备装置单体(本实施例示出了8级插入)。4是设在电子设备装置单体3正面侧5上的显示部分4。显示部分4是用于显示电子设备装置单体3是否处在通电状态中和冷却装置故障等的部分。

图2是从侧面看图1的电子设备装置中装载的水冷系统的示意图。

图2中，电子设备装置1是多个电子设备装置单体3叠积在机壳2中。在电子设备装置单体3中装载发热的CPU7。CPU7产生的热通过水冷套管15散除。冷却液向表示液体循环方向的箭头14的方向流动。通过微型泵6驱动冷却液，首先，通过水冷套管15，经热交换器8被放热，返回微型泵6。

另一方面，在机壳2中设置固定配管12和第一受热部分10、第二受热部分11、大型泵9。在机壳2中安装电子设备装置单体3时，打开设在机壳2的固定配管12中的开关阀13，冷却液分别独立且并行地向各电子设备装置单体3循环。

各电子设备装置单体3内的水冷套管15、热交换器8和机壳2内的第一受热部分10、第二受热部分11热接触。从而，从各电子设备装置单体3的CPU7产生的热可传至机壳2。传至机壳2的热量通过机壳2整体自然散热或通过设在机壳内的冷却风扇被强制释放到空气中。

各电子设备装置单体3以及机壳2的液冷系统是独立的结构，因此，装卸电子设备装置单体3时能够不泄漏冷却液。

而且，在各个液冷系统内，即使一个系统发生故障时，也不会使电子设备装置停止。通过发热体时，液体温度必然上升。电子设备装置单体3的冷却液循环方向和机壳2的冷却液循环方向14变成反向。机壳2的低温部分位于电子设备装置单体3的高温部分，因此，可缓和冷却液温度的上升，并可提高构成液冷系统的材料的可靠性。

图3示出了在图2的机壳中少安装1个电子设备装置单体3时的示意图。

图3中，若还没有安装电子设备装置单体3，则关闭设在机壳2的固定配管12中的开关阀13，从而来自机壳2的冷却液不向未安装电子设备装置单体3的地方循环。

因此，冷却液不向不需要冷却的地方循环，可减轻大型泵9的负荷。可防止机壳2的配管内流动的冷却液的流速下降，防止热交换的减少。

图4示出了改变机壳侧的配管流道面积时的示意图。

图4中，为了降低机壳2内部的液冷系统配管的压力损失，可使配管截面积越靠近泵一侧取得越大。从而，可使供给各电子设备装置单体3的冷却液量均匀。

图5和图1的情况不同，示出了仅能装载3个电子设备装置单体3时的实施例。图6是图5的侧面截面图。

图5、图6中，电子设备装置1在机壳2中装载了多个电子设备装置单体3。电子设备装置单体3中装载CPU7，从该CPU7产生的热量通过水冷套管15散除。冷却液向箭头14的方向流动。通过微型泵6驱动冷却液。

首先，通过水冷套管15，经热交换器8被放热，返回微型泵6。另一方面，在机壳2中安装固定配管12和第一受热部分10、第二受热部分11、大型泵9。

在机壳2中安装有电子设备装置单体3时，打开设在机壳2的固定配管12中的开关阀13，冷却液分别独立且并行地向各电子设备装置单体3循环。各电子设备装置单体3内的水冷套管15、热交换器8和机壳2内的第一受热部分10、第二受热部分11热接触。

由此，由各电子设备装置单体3的CPU7产生的热量可传至机壳2。传至机壳2的热量通过机壳2整体自然散热或通过设在机壳内的冷却风扇被强制释放到空气中。

这样，在本实施例中，由于分别单独具备各电子设备装置单体3的冷却系统和机壳2的液冷系统，因此，在装卸电子设备装置单体3时可不泄漏冷却液。

而且，在各个液冷系统内，即使一个系统发生故障时，也不会使电子设备装置停止。

液体通过CPU时，引起液体温度上升的电子设备装置单体3的冷却液循环方向和机壳2的冷却液循环方向14变成反向，因此，机壳2的低温部分位于电子设备装置单体3的高温部分，可缓和冷却液温度的上升，并可提高构成液冷系统的材料的可靠性。

图7示出了具备其它电子设备装置1的实施例的电子设备装置单体的部分截面图。

图7中，电子设备装置单体3中安装了3个发热体(第一发热体16、第二发热体17和第三发热体18)。各个发热体形状不同，产生不同的热量。这3个发热体上装载的水冷套管15能够分别与机壳2中安装的第一受热部分19、第二受热部分20和第三受热部分21热接触、并单独地接受热量。冷却液沿箭头14所示的方向流动。传至机壳2的热量通过机壳2整体自然散热或通过设在机壳内的冷却风扇被强制释放到空气中。

各电子设备装置单体3以及机壳2的液冷系统是独立的结构，因此，在装卸电子设备装置单体3时可不泄漏冷却液。

而且，在各个液冷系统内，即使一个系统发生故障时，也不会使电子设备装置停止。

通过发热体时，液体温度必然上升。

电子设备装置单体3的冷却液循环方向和机壳2的冷却液循环方向变成反向，因此，机壳2的低温部分位于电子设备装置单体3的高温部分，从而，可缓和冷却液温度的上升，并可提高构成液冷系统的材料的可靠性。

图8表示安装在图7的电子设备装置单体3中的第一发热体16、第二发热体17和第三发热体18的元件温度22变化经过的曲线。

图8中，实线是这次的多个水冷系统23，虚线是以前的单一液冷系统。与其相比，多个水冷系统23可使3个发热体处于几乎相同的元件温度22。另一方面，以前，因为单一液冷系统24的液体温度上升，所以越靠近下游侧，元件温度22的温度越高。

如上所述，设在电子设备装置中的液冷系统和设在安装多个电子设备装置的机壳内的液冷系统通过构成这些液冷系统的受热部分热接合或热接触。

而且，即使液冷系统由于泵等的故障而停止工作时，因为设有多个冷却系统，所以不会使电子设备装置停止。在电子设备装置中设置突起物、在机壳中装卸电子设备装置时，使机壳的液冷系统的开关阀动作，液体仅在安装了电子设备装置的地方循环。

根据本实施例，将电子设备装置产生的热运至机壳，在那里释放到空气中，并可进行热交换，而且即使液冷系统由于泵等的故障而停止时，也不会使电子设备装置停止，从而能够提供可靠性高的电子设备装置。在机壳内装卸电子设备装置时，机壳的液冷系统的开关阀动作，使液体仅在安装了电子设备装置的地方循环，从而减轻了泵的负荷，并可有效利用冷却液。

但是，如上所述，由于电子设备的高性能化，尤其是例如半导体元件产生的热量增大的事实，为此，电子设备需要高性能的冷却方法。

例如，在网络系统中使用的服务器外壳内配置和容纳多个将CPU及其外围设备装载在一个布线基板上的所谓电子模块。因此，特别是装载了明显高速化和高性能化的CPU等的多个电子模块造成了该电子装置内部产生的热量增加。

因此，为了有效冷却作为装置内的发热体的这样的电子模块，期望更好的高可靠性且高性能的冷却装置和方法。

现有技术中，例如，由以下的专利文献1可知：作为高性能的冷却装置，将在其表面上安装发热的半导体元件的布线基板多个叠积地配置在装置的外壳内，将扁平的集管安装在作为发热元件的半导体元件上，该集管还通过柔性管等使冷却液在发热元件和热交换器之间循环并冷却。

例如，由以下的专利文献2可知：采用具备受热集管、放热集管、柔性管等的柔性结构的热传输设备，作为可移动型电子设备(笔记本型个人计算机)的高可靠性且高性能的液冷装置。

但是，在上述专利文献所记载的已知现有技术中，都是构造成通过收容在安装有发热电子部件的布线基板上的柔性管等，使冷却液在发热元件和热交换器之间循环，但对于布线基板的装卸，并没有充分考虑。

即，在将安装了发热电子部件的布线基板装卸在电子设备外壳中时，与其电连接的同时，也和发热电子部件的放热路径(冷却液配管)连接，虽然希望简单地来进行这件事，但在上述现有技术中并未对实现这种要求的构造做任何的考虑。因此，问题在于在网络系统中使用的服务器等中，尤其在电子设备的操作中，不能在其外壳内安全地装卸需要更换的布线基板。而且，在这样的电子装置中，根据需要，有时需要新增作为安装了发热电子部件的布线基板的电子模块。

而且，在装载在电子设备内的布线基板或构成其冷却液循环系统的部件等中出现不合适的情况时，需要更换造成这种不合适的布线基板及其液体循环系统的组成部件，但是，在上述现有技术中，完全没有考虑不停止系统而能适于维修作业的构造。

因此，为了解决上述现有技术的问题，本发明的目的是提供一种电子装置，其具有能在电子设备中容易地进行电子模块的增设和维修等作业的液冷结构，而且，提供一种用于这种装置的外壳结构并且适于这种结构的电子模块。

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。

首先，图9示出了本发明第一实施例的电子装置。在本实施例中，示出的例子适用于在上述网络系统中使用本发明的服务器、尤其是在其内部内置多个高速且高性能的计算机(电子模块)的所谓叶片式服务器(Blade Server)的情况。但是，本领域的技术人员显然知道，本发明不限于此。

如图9所示，电子设备装置1的结构是：在由例如钢板和塑料形成的矩形等规定形状的外壳(壳体)100内装载多个布线基板(电子模块)2、2…，同时，装载控制用基板模块3，电源模块4等。而且，在装载多个布线基板(电子模块)2、2…的各个表面上，还同时装载作为发热元件的CPU5、其他的多个发热元件6、7、硬盘8等。即，各布线基板(电子模块)2本身构成计算机时，尤其是在服务器等的外壳(壳体)100内，以各布线基板(电子模块)2为单位，进行装卸和维修。

即，上述各布线基板(电子模块)2的一端(图的右端)具有用于进行电连接的连接器9，通过将连接器9插入(压入)公共布线基板11的连接器10中，在装置侧的控制用基板模块3和电源模块4等之间进行必要的电连接。即，公共布线基板11进行上述多个布线基板(电子模块)2、2…、控制用基板模块3、电源模块4等彼此之间的电连接。

各布线基板(电子模块)2的另一个面(即，和CPU5及其他发热元件6、7的装载面相反侧的面)上装载液冷套管12，并且，在液冷套管12和CPU5及其他多个发热元件6之间例如通过导热片等热连接。此外，在液冷套管12中，液体连接器13设在和用于电连接基板(电子模块)2的连接器9相同的位置(方向)上，即图的右端，将该液体连接器13插入(压入)另一个液体连接器14中，并将其构造成对以下所述的液体循环回路是可装卸的。

如图所示，液体循环回路例如由冷却风扇18、热交换器15、泵等液体驱动装置16和集管17等构成。从图中可知，在集管17中对应于外壳100内多个布线基板(电子模块)2、2…的装载位置安装多个上述液体连接器14。

接着，附图10示出了上述液冷套管12和集管17部分的截面图。即，液冷套管12例如用铜和铝等导热性和加工性优良的金属形成为平板状，在其内部，冷却液的流道22形成为“コ”字形，而且，在流道22内，沿着流道形成多个肋片列19。在液冷套管12的流道22的流入口和流出口处安装以以下图11中的结构为例说明的液体连接器13a、13b。考虑到冷却液由于长期使用而产生腐蚀的情况，液冷套管12可以由例如不锈钢这样的耐腐蚀性好的材料形成。

另一方面，集管17的内部分为流入侧20和流出侧21两个部分，对应于上述多个液冷套管12(布线基板2)的装载位置分别设置液体连接器14a、14b。多个液冷套管12内的冷却液流道通过集管17并列地连接。即，集管17的液体连接器14a、14b和设在上述液冷套管12上的液体连接器13a、13b连接，并且，通过使这些液体连接器13a、13b和液体连接器14a、14b连接，集管17内的流道和液冷套管12内的流道成为流体连接。

此外，在这些液体连接器13a、13b和液体连接器14a、14b的内部，在正(オス)侧和反(メス)侧都设置阀，还没有连接液体连接器时，关闭该阀，反之，将液体连接器连接起来时，打开双方的阀，使冷却液流通。由此，例如，系统运行时，即使进行上述布线基板(电子模块)2的装卸，也能防止由于装卸作业而引起内部的冷却液向外部泄漏。即，可在不停止系统的情况下安全且容易地进行维护，包括更换、增设、拆除安装在电子装置1内的布线基板(电子模块)等。此外，在插拔布线基板(电子模块)2时，例如，电连接用的连接器9、10和连接器13、14的有效接合长度最好具有余量，以便能够不泄漏冷却液地稳妥执行和公共布线基板11的电连接/切断，尤其是液冷套管12和液体循环回路之间的连接/切断。

上述液冷套管12内部的流动阻力最好在液体循环回路内是最大的。即，利用液冷套管12内部的流动阻力对液体循环回路内整体流动阻力的支配，可向上述多个液冷套管12、12…分别均匀地分配冷却液流量，从而，可均匀地冷却各布线基板(电子模块)2。因此，布线基板(电子模块)2可装载在电子装置1的外壳100内的任意位置上。而且，设置开关等检测装置，以便检测其他的布线基板(电子模块)2在电子装置1内的装载数，根据装载数，可以控制来自上述泵16的冷却液的排出流量或上述风扇18的冷却能力(例如，旋转数等)。而且，通过在上述集管17内部，设置用于连接流入侧20和流出侧21这2个部分的旁路流道，并根据上述装载数，控制旁路流道的旁路流量(例如，通过流量可变阀)，可以构造成不限制布线基板(电子模块)2的装载数地使提供给各液冷套管的液量总是均匀的结构。

附图11示出了上述液体连接器13、14的详细结构。即，以大致圆锥形状构成这些液体连接器13、14且在其前端具有突起部分131、141的阀本体132、142分别通过弹簧133、143(这些弹簧的反弹力是相同的)向阀片134、144侧按压。从而，通常为关闭状态。另一方面，若将液体连接器13插入(压入)液体连接器14中，则双方的阀本体132、142通过其前端的突起部分131、141彼此压合并平衡，而且与阀片134、144分离，即变成开放状态。此外，图中的符号145是橡胶作的O型环，用于液密地密封液体连接器13、14之间。

接着，在以上描述了其结构的电子装置中，上述布线基板(电子模块)2、2…相对于电子装置1可分别装卸，并且在插拔时，在各布线基板(电子模块)2和公共布线基板11之间电连接或切断的同时，同时进行液冷套管12和液体循环回路的流体连接或切断。在该液体循环回路内，例如密封水或不冻液(混合液)作为冷却液，该冷却液通过泵16在液冷套管12和水冷套管15之间循环。

即，通过液冷套管12被吸收的布线基板(电子模块)2的热量(CPU5及其他的发热元件6的热量)被输送到配置在外壳100内的热交换器15中，并通过风扇18释放到空气中。同时，由于风扇18运转而在电子装置1内产生的空气在上述多个布线基板(电子模块)2、2…之间流动，此外，尚未与上述液冷套管12热连接，从而例如可冷却其他的发热元件7和硬盘8等。另一方面，通过热交换器15冷却的冷却液通过上述泵16的运转及集管17被输送到装载在各布线基板(电子模块)2中的液冷套管12中。此外，在不善于在高温下工作时，泵16最好设置在热交换器15的下游侧。

这样，在上述结构的电子装置中，由于安装在电子装置内部的各个布线基板(电子模块)2、2…中所装载的发热元件的热量会集在热交换器15中，并通过风扇18集中放热，因此，可实现热交换器15的小型化和/或冷却风的低风量化。

接着，图12示出了以上说明的电子装置中液体循环回路部分的变形例的一例详细结构。此外，例子是：图12所示的实施例中装载了多个(本例中为2个)上述图9中的泵16，而且构成所谓的复接系统。即，各个泵16a、16b通过阀内置的液体连接器32、33与泵吸入侧集管34和泵排出侧集管35连接并可装卸。尽管未图示，但这些向多个泵16a、16b供电用的连接器和上述液体连接器一样可装卸，而且，可同时装卸液体连接器和供电用连接器。上述泵吸入侧集管34和泵排出侧集管35分别与热交换器15和向装载在各布线基板上的液冷套管供液用的集管17连接。和上述一样，这些液体连接器32、33的正(オス)侧和反(メス)侧内部都有阀，还没有连接液体连接器时，关闭阀，反之，一旦连接，则双方的阀打开，冷却液变为流通。

即，在构成这种复接系统的液体循环回路部分中，当1个泵出现故障等时，即使将1个泵从液体循环回路中分离出来，冷却液也不泄漏，因此，例如即使在维修电子装置时，也可以不停止系统、安全且容易地更换泵。

此外，密封在上述液体循环回路内的冷却液的液量除了循环所必须的量以外，还需要考虑长时间内作为蒸汽从构成流道的部件(例如，泵，液体连接器，液冷套管，集管，热交换器，配管部件以及它们相互的连接部分)的表面透过的液量。即，需要在其流道中设置具有与透过液量相应的内部容积的备用箱。于是，如图13所示，例如通过增大泵吸入侧的集管34的内部容积，使集管34也可兼用作备用箱。这时，兼作备用箱的泵吸入侧的集管34由于冷却液36的透过而使空气跑到集管内上部分，如图所示，泵16a、16b最好尽量连接在集管34内形成的较低位置上。

如图14所示，对于构成上述液体循环回路的泵16a、16b、热交换器15、集管34、35和风扇18，可将它们元件化(为1个元件37)，而且，也可通过阀内置的液体连接器38a、38b、39a、39b，使之成为可相对于集管17装卸的结构。此外，和上述一样，这些液体连接器38a、38b、39a、39b在还没有连接液体连接器时，内部阀关闭，反之，一旦连接，则双方的阀打开，冷却液流通。即，根据这种结构，液体循环回路的热交换器37可很容易且安全地从装置的外壳100上拆卸下来，从而实现了提高装置可维护性的效果。

图15示出了采用本发明的电子装置中的液冷结构并在其内部安装了多个电子模块的叶片式服务器的整体结构。图中，用和上述图1所示的实施例相同的编号表示相同的组成元件。图15所示的实施例中，除了对应于上述液冷式布线基板(电子模块)的多个布线基板(电子模块)60、60之外，还混合安装了多个气冷式布线基板61、61…。

图中，热交换器15倾斜地配置在装置外壳100内，从而形成入气侧和排气侧的空间。即，如图中箭头40～43所示，由于冷却风扇18的运转，空气通过装置外壳100的前面、侧面、底面附近等形成的未图示的多个狭缝，从外部进入装置外壳100内部，通过用于集中且高效地冷却上述液冷式布线基板(电子模块)60、60的热交换器之后，从背面排出。

另一方面，还设置有其它冷却风扇44，通过这些风扇44，从前面吸入的空气主要在气冷式的布线基板61、61…之间的空间流动，从而直接冷却装载在这些气冷式布线基板上的发热部件。

本实施例还设置了多个上述风扇18和泵16，由此构成以上说明的复接系统。即，由此，即使在出现故障和进行维修时，也能不停止系统地进行更换。此外，本实施例中，这些风扇18和泵16的更换可从装置的背面侧(图的左侧)进行。而且，在本实施例中，液体循环流道内流速最缓的部分，具体地说，泵16的流入侧集管部分34、35中设置过滤器。此外，在本实施例中，同样也装载了多个电源模块4和控制用基板模块3，从而构成复接系统。

特别地，在上述图15下面的(C)部分中，为图15中央部分的A-A截面。即，示出了上述集管17及其液体连接器14a、14b、公共布线基板11及其电连接器10的配置关系。即，从图中可知，液体连接器14a、14b分别接近(邻近)对应的电连接器10并均匀地配置。由此，可构造成在装置的外壳100内部的适当、自由的位置上混合安装上述水冷式布线基板(电子模块)或气冷式布线基板61。通常，对于由于高性能和高速而伴随高温发热的CPU等，将其装载在水冷式布线基板(电子模块)60上，而对其它不伴随有这样的高温发热的CPU等，将其装载在气冷式布线基板61上。即，根据这种结构，可根据所装载的电子模块的发热量来选择其冷却方式是液冷还是气冷。即使在比较狭小的装置的外壳内，也能有效地安装。在上述气冷式布线基板61上还可以设置散热板52。

图16详细示出了了上述实施例中尤其是水冷式布线基板(电子模块)2及其周边部分。即，和上述一样，在水冷式布线基板(电子模块)2的一个面上，与液冷套管12热连接并热接触，在液冷套管12的一端安装液体连接器13a、13b，在其前端分别形成锥形部分(面)131(另外，最好同样在集管17侧的液体连接器14a、14b中形成锥形部分(面)141)。而且，在布线基板2侧也安装电连接器9，在本实施例中，与上述连接器9邻接地树立定位销。即，根据这样的结构，在水冷式布线基板(电子模块)2和其液冷套管12一起插入(压入)公共布线基板11上的电连接器10和套管17的液体连接器14时，由于上述定位销53和锥形部分(面)131的作用，吸收了尺寸误差、矫正了布线基板的位置偏差，从而实现了可靠、平滑的电气及流体连接。

另外，连接水冷式布线基板(电子模块)2时，预先在已经连接在其一面侧的液冷套管12中密封冷却液，从而，空气可不进入形成的液体循环回路的流道中。

考虑上述水冷式布线基板(电子模块)2和其液冷套管12一起与公共布线基板11的电连接器10和集管17的液体连接器14连接或切断的顺序：(1)插入时，先连接电气侧，拔出时，先切断液体侧，(例如，在连接变为有效之前，电气、液体连接器的オス和メス间的距离是电气侧一方短)，或者，(2)插入时，先连接液体侧，拔出时，先切断电气侧(例如，在连接变为有效之前，电气、液体连接器的正(オス)侧和反(メス)侧间的距离是液体侧一方短)。

另外，前者(1)的优点是，例如，起动装载在布线基板(电子模块)2上的电路(例如CPU等)，检测冷却液本身是否流动，若不流动，则向装置本体侧(例如图15中的控制用基板模块3)发送信号，使得布线基板2不上升。另一方面，后者(2)的优点是，能够使布线基板(电子模块)2内冷却液的循环稳定，并在确保冷却能力后起动(发热)布线基板2的电路。拔出时，在发热停止后，才切断液体流道。

液体连接器的流入侧和流出侧的连接顺序可构成为：例如，在插入布线基板2时，先连接从液冷套管12流出的一侧，另一方面，在拔出时，先切断流入侧。这种结构的优点是，在液冷套管内有压力的时刻(即，连接流入侧的液体连接器的时刻)总是连接流出侧的液体连接器，从而能可靠地避免冷却液向外部泄漏。

此外，装载在布线基板2上的CPU设置在相当于液冷套管内流道的上游侧的位置上，但也可以通过低温的冷却液来实现有效的冷却。即使冷却液泄漏时，电连接器因为与装载在布线基板上的电气回路无关，所以最好配置在液体连接器的上侧。而且，考虑到填充、密封在配管流道内部的冷却液在长期使用过程中的渗透，希望配管流道尽可能不用柔性管而由金属配管构成。如上述图16所示，金属配管相互的连接最好通过使金属配管54、55各自的端部对接、在两者的对接部分覆盖柔性管来进行。由此，能够在减少填充、密封在内部的冷却液渗透的同时，使其连接部分具有柔软性。

图17示出了上述液冷套管12内部的详细结构。另外，在本例中，和上述图2所示的一样，通过将铜和铝等导热性和加工性好的金属以及象不锈钢这样的耐腐蚀性好的金属形成为平板状，在其内部形成冷却液的流道，而且，沿着流道在流道内形成多个肋片列19。但是，在本实施例中，在液冷套管12内形成的流道的向下游侧走的路程的位置处于上方，而且，对于其内部的肋片列19而言，被倾斜地形成以使下游侧路程的位置同样处于上方。而且，在其内部设置堰57，由此，即使空气58混入其内部，也能可靠地跑到液冷套管上部分58(不助于放热的部分)。

另一方面，内部冷却液的液面59不低到堰57的上端以下，在其以上的空气混入时，从液冷套管12向外部排出。因此，不管空气由于何种原因混入液冷套管12内，空气都不留在有助于液冷套管放热的部分中，这样，达到了不会由于空气混入内部而降低液冷套管放热性能的效果。

根据以上说明的本发明电子装置及其外壳、还有适于它的结构的电子模块(布线基板)，在电子设备本体中插拔电子模块(布线基板)时，在和设备本体电连接/切断的同时，在设置在设备本体外壳内的液冷系统(冷却液循环回路)之间，也同时进行热(流体)连接/切断，因此，即使设备在运转中，也可以不停止系统地装卸布线基板。另外，此时，由于电子模块(布线基板)和液冷系统的连接是通过上述内置阀的液体连接器来进行的，因此可使密封在内部的冷却液不向外部泄漏地、安全而简单地进行装卸。

接着，图18示出了根据本发明另一个实施例的电子装置。从图中可知，根据另一个实施例的电子装置的结构和上述图9所示实施例相同，但是，区别在于布线基板和液体循环回路的热连接方式。

即，在根据另一个实施例的电子装置1的外壳100内，对应于各布线基板(电子模块)2的装载位置预先设置多个液冷板23、23…。即，与上述图1所示实施例的液冷套管12相对应，预先在外壳100内设置多个液冷板23、23…，各布线基板(电子模块)2装载成与这些液冷板23热连接。

另外，在各液冷板23中的内部也形成流道，并且，各液冷板23被预先固定在集管17中，构成液体循环回路的一部分。这些个液冷板23的流道也连接成彼此并列，因此，密封在内部的冷却液从上述集管17的流出侧21(参考图10)提供给液冷板23内之后，再返回集管17的流入侧20(参考图10)，从而使冷却液循环并流通。

在各布线基板2上还装载导热板24，导热板24和装载在基板上的发热元件5、6热连接，并例如由铜和铝等导热性好的金属板构成。这些布线基板2可装卸到电子设备装置1内，即，如图所示，通过将电连接用的连接器9插入公共布线基板11的电连接用电连接器10中进行电连接的同时，导热板24和液冷板接触，并和液体循环回路进行热连接。

图19详细示出了上述图18所示实施例中各布线基板的热连接部分。即，在上述导热板24和CPU等发热元件5、6之间通过导热片27热连接。这些发热元件5、6的热量在传导给上述导热板24后，在导热板24的内部扩散，而且，通过和上述液冷板23的接触，传导给液冷板23内的冷却液。即，根据本实施例的冷却结构，由于发热元件产生的热量在导热板24的内部热扩散并与上述液冷板23接触，因此，也能以较大面积传送热量，因此，实现了有效的冷却。

图中的符号26是预先固定设置在装置外壳100内的固定壁26。即，通过根据另一个实施例的冷却结构，在电子设备装置1内插入并连接布线基板2后，最好在固定壁26和液冷板23之间插入锥形部件25。由此，插入的锥形部件25向导热板24侧按压液冷板23，从而，它们之间的接触，换言之热连接变好。即，可通过小的热阻使两者热连接。另外，该锥形部件25例如也可设计成和装卸布线基板2时的动作连动地插入、拔出。由此，在布线基板2的电连接用连接器9和公共布线基板的电连接用连接器10电连接的同时，液冷板23和导热板24的接触和按压可变成一个动作。根据需要，也可使导电性润滑脂或导热片介于上述液冷板23和导热板24之间。

接着，图20示出了上述图18和图19所示结构的液冷板和导热板的接触结构的另一个实施例。本例中，在液冷板23和导热板24的接触部分双方都形成彼此啮合的肋片28、29。即，增大液冷板23和导热板24之间的接触面积，可减小它们之间的接触热阻。

图21示出了上述导热板的另一个结构。从图中可知，本例中，在导热板30的一个表面上还安装热管31，以促进接触其表面的发热元件5的热量向导热板30的表面方向扩散。即，根据这样的结构，导热板30通过在其表面方向上扩散热量的较大表面和液冷板23接触。从而，能有效地将热传给液冷板23。

另外，作为给导热板30安装热管31的方法的一个例子，例如可以在导热板30上设置U字形的沟，在沟内固定热管等来代替图示结构。所需的热管31的个数根据发热元件5的发热量来决定。

最后，图22示出了上述图18所示实施例的变形例。即，图22的结构基本和上述图10的结构相同，但是，在插入并装载在装置外壳100内的布线基板2上，不仅是单面而且在其两面都装载发热元件5、6。这样，在两面装载发热元件的布线基板2不通过上述导热板30直接与液冷板23热连接。即，根据这样的结构，可用一个液冷板23冷却配置在其两面的2个布线基板2，尤其适于配置在装置外壳内的狭小空间中。或者，也可以和上述一样，使导热板30介于配置在液冷板23两面上的2个布线基板2之间。

根据以上说明的本发明电子装置及其外壳，在电子设备本体中插拔装载了发热的电子元件的布线基板时，在预先设置在设备本体中并与设置在设备本体内的液冷系统(冷却液循环回路)相连接的液冷板23之间进行热连接/切断，因此，即使设备在运转中，也可不停止系统地装卸布线基板。另外，在本实施例中，上述液冷板23和设在设备本体内的液冷系统(冷却液体循环回路)之间是预先连接的，因而在插拔布线基板时，可使密封在内部的冷却液不向外部泄漏地、更安全简单地向电子装置中装卸电子模块。

根据以上实施例，在电子设备本体中插拔电子模块(布线基板)时，通过简单的作业，可在与设备本体电连接/切断的同时，与设在设备本体外壳内的液冷系统(冷却液体循环回路)之间热连接/切断，因此，即使设备在运转中，也可不停止系统地装卸上述电子模块(布线基板)，并容易地进行电子设备的增设和维修等作业，同时，可提供用于电子设备的高可靠性、高效率的液冷系统。

根据本发明，还可提供可靠性高的电子设备装置。

Claims (26)

1.一种电子装置，具有装载半导体元件的电子设备和叠积地容纳多个该电子设备的机架，其特征在于，

在上述电子设备中分别安装第一冷却装置，上述第一冷却装置包括：第一受热部分，接收上述半导体元件的热量；第一液体驱动装置，使液体在该受热部分中循环；第一热交换器，释放上述液体的热量；第一配管，连接上述第一受热部分、第一液体驱动装置和第一热交换器，

在上述机架中安装第二冷却装置，上述第二冷却装置包括：第二受热部分，和上述第一受热部分接触；第二液体驱动装置，使液体在第二受热部分中循环；第二热交换器，和上述第二热交换器接触；第二配管，连接上述第二受热部分、第二液体驱动装置和第二热交换器。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，从上述机架上自由地装卸上述第一冷却装置，在上述第二配管上配备开关阀，并通过装卸上述第一冷却装置，使液体在上述第二冷却装置中停止流动。

3.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，上述第一冷却装置的液体循环方向和上述第二冷却装置的液体循环方向不同。

4.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，上述第二配管的配管直径在从液体上游到下游方向上从大到小变化。

5.一种电子装置，容纳有在外壳内装载发热元件的电子模块、冷却液的液体驱动装置、和与该冷却液进行热交换的热交换器、给该热交换器输送冷却风的风扇，其特征在于，上述电子模块内部一体配备有形成冷却液流道的冷却套管，并且，上述电子装置具有用于将一体配备有上述冷却套管的电子模块可装卸地装载在外壳内的装置。

6.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于，装载在上述外壳内的上述电子模块和与其一体的上述冷却套管分别和电连接装置及流体连接装置配备在同一方向上。

7.根据权利要求6所述的电子装置，其特征在于，上述电子模块的电连接装置和与其一体的上述冷却套管的流体连接装置配置在彼此相邻的的位置上。

8.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于，在上述外壳内还设置用于将多个上述电子模块与相应装置电连接的公共布线基板和可流体连接多个上述冷却套管的集管部分。

9.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，上述冷却套管和上述集管部分之间的流体连接装置由可通过插拔来开关的液体连接器构成。

10.一种电子装置，容纳有在外壳内装载发热元件的电子模块、冷却液的液体驱动装置、和与该冷却液进行热交换的热交换器、给该热交换器输送冷却风的风扇，其特征在于，在其外壳内预先配备在上述电子装置内部形成相应冷却液流道的冷却套管，当上述电子模块装载在上述电子装置中时，和相应的冷却套管一体装载。

11.根据权利要求10所述的电子装置，其特征在于，在上述外壳内还设置公共布线基板，用于使多个上述电子模块与相应装置电连接；集管部分，预先和多个上述冷却套管流体连接。

12.一种电子装置用的外壳，用于装载发热元件并可由内部装卸与冷却套管一体配备的电子模块，并且，在其内部容纳有冷却液的液体驱动装置、与该冷却液进行热交换的热交换器、给该热交换器输送冷却风的风扇，其特征在于，其内部还具有：公共布线基板，用于进行上述电子模块的电连接；集管部分，用于与和相应电子模块一体配备的上述冷却套管进行流体连接。

13.根据权利要求12所述的电子装置的外壳，其特征在于，上述集管部分与上述冷却液的液体驱动装置流体连接。

14.根据权利要求12所述的电子装置的外壳，其特征在于，上述集管部分配置在与上述电子模块的电连接装置相互邻接的位置上。

15.根据权利要求12所述的电子装置的外壳，其特征在于，上述集管部分和上述冷却套管的连接部分由可通过插拔来开关的液体连接器构成。

16.一种电子装置用的外壳，可将装载发热元件的电子模块装载在内部，并且，在其内部容纳有冷却液的液体驱动装置、与该冷却液进行热交换的热交换器、给该热交换器输送冷却风的风扇，其特征在于，在该外壳内预先配备：在其内部进行上述电子模块的电连接的公共布线基板；在其内部形成相应冷却液的流道，并在装载相应电子模块时进行热连接的冷却套管。

17.根据权利要求16所述的电子装置的外壳，其特征在于，还设置集管部分，多个上述冷却套管与该集管部分连接。

18.一种电子模块，可装卸在电子装置的外壳内，一体配备有在其表面上装载发热元件的基板以及与发热元件热连接且在其内部形成冷却液流道的冷却套管。

19.根据权利要求14所述的电子模块，与上述冷却套管一体配备的电子模块的电连接装置和流体连接装置配备在同一方向上相互邻接的位置上。

20.一种电子装置，容纳有在外壳内装载发热元件的电子模块、冷却液的液体驱动装置、与该冷却液进行热交换的热交换器、给该热交换器输送冷却风的风扇，其特征在于，上述电子模块内部一体配备有形成冷却液流道的冷却套管，并且，上述电子装置具有用于将一体配备了上述冷却套管的电子模块可装卸地装载在外壳内的装置。

21.根据权利要求20所述的电子装置，其特征在于，装载在上述外壳内的上述电子模块和与其一体的上述冷却套管分别在同一方向上配备电连接装置和流体连接装置。

22.根据权利要求21所述的电子装置，其特征在于，上述电子模块的电连接装置和与其一体的上述冷却套管的流体连接装置配置在彼此相邻的的位置上。

23.根据权利要求20所述的电子装置，其特征在于，在上述外壳内还设置用于将多个上述电子模块与相应装置电连接的公共布线基板和可流体连接多个上述冷却套管的集管部分。

24.根据权利要求23所述的电子装置，其特征在于，上述冷却套管和上述集管部分之间的流体连接装置由可通过插拔来开关的液体连接器构成。

25.一种电子装置，容纳有在外壳内装载发热元件的电子模块、冷却液的液体驱动装置、与该冷却液进行热交换的热交换器、给该热交换器输送冷却风的风扇，其特征在于，上述电子装置在其外壳内预先配备有在其内部形成相应冷却液流道的冷却套管，当上述电子模块装载在上述电子装置中时，和相应冷却套管一体装载。

26.根据权利要求25所述的电子装置，其特征在于，在上述外壳内还设置公共布线基板，用于使多个上述电子模块与相应装置电连接；集管部分，预先和多个上述冷却套管流体连接。

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