JP2002134664A - 半導体冷却装置及びその制御方法 - Google Patents
半導体冷却装置及びその制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体モジュールの消費電力の変動による半
導体モジュールの発熱量の変動にす速く追従でき、また
高い信頼性を確保できる半導体冷却装置及びその制御方
法を提供する。 【解決手段】 半導体モジュール２１の発熱量の変化に
伴う冷却器８の表面温度との相関関係を記憶内蔵するコ
ントローラ１６と、冷却器８に付設された温度検出手段
１４と、熱媒体が冷却器８を流れる前及び後とアキュム
レータ９との間に熱媒体を流す流通路とを備え、コント
ローラ１６は、温度検出手段１５からの表面温度情報に
よって冷却器８の前後の流通路のいずれか一方もしくは
双方に圧縮機５からのホットガス量を制御して流す。
導体モジュールの発熱量の変動にす速く追従でき、また
高い信頼性を確保できる半導体冷却装置及びその制御方
法を提供する。 【解決手段】 半導体モジュール２１の発熱量の変化に
伴う冷却器８の表面温度との相関関係を記憶内蔵するコ
ントローラ１６と、冷却器８に付設された温度検出手段
１４と、熱媒体が冷却器８を流れる前及び後とアキュム
レータ９との間に熱媒体を流す流通路とを備え、コント
ローラ１６は、温度検出手段１５からの表面温度情報に
よって冷却器８の前後の流通路のいずれか一方もしくは
双方に圧縮機５からのホットガス量を制御して流す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体冷却装置及
びその制御方法に係わり、特に、電子計算機などの電子
機器に用いられている半導体モジュールなどの冷却に好
適な半導体冷却装置及びその制御方法に関する。
びその制御方法に係わり、特に、電子計算機などの電子
機器に用いられている半導体モジュールなどの冷却に好
適な半導体冷却装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子計算機などの電子機器に用いられて
いる半導体冷却装置では、冷却すべき半導体モジュール
がたとえばＣＭＯＳ素子である場合には、その性能が温
度によって変化し、ＣＭＯＳ素子では低温化することに
よって動作速度が速くなることが知られている。そのた
め基板上に形成されたＣＭＯＳ素子を低温に保ち、ＣＭ
ＯＳ素子の動作速度を加速することが行われている。
いる半導体冷却装置では、冷却すべき半導体モジュール
がたとえばＣＭＯＳ素子である場合には、その性能が温
度によって変化し、ＣＭＯＳ素子では低温化することに
よって動作速度が速くなることが知られている。そのた
め基板上に形成されたＣＭＯＳ素子を低温に保ち、ＣＭ
ＯＳ素子の動作速度を加速することが行われている。
【０００３】半導体装置に冷却装置を付設した例とし
て、たとえば特開平５−２５９６７９号公報に記載の冷
却装置がある。この例では、発熱体に温度センサを付設
し、この温度センサからの温度情報を、熱媒体としての
冷媒の温度変化に伴う状態の変化を図化したモリエル線
図を内蔵したＲＯＭに入力するものである。そして、こ
の温度情報のＲＯＭへの入力によって、冷却装置内部の
冷媒圧力をコンプレッサの回転数制御と、冷媒を放出す
る膨張弁の開度制御とによって調整するものである。
て、たとえば特開平５−２５９６７９号公報に記載の冷
却装置がある。この例では、発熱体に温度センサを付設
し、この温度センサからの温度情報を、熱媒体としての
冷媒の温度変化に伴う状態の変化を図化したモリエル線
図を内蔵したＲＯＭに入力するものである。そして、こ
の温度情報のＲＯＭへの入力によって、冷却装置内部の
冷媒圧力をコンプレッサの回転数制御と、冷媒を放出す
る膨張弁の開度制御とによって調整するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の冷却
装置においては、半導体モジュールに搭載されている半
導体チップを低温に保つために、半導体モジュールに冷
却装置の冷却器(たとえば蒸発器)を取り付けて冷却する
場合に次のような現象が生じる。
装置においては、半導体モジュールに搭載されている半
導体チップを低温に保つために、半導体モジュールに冷
却装置の冷却器(たとえば蒸発器)を取り付けて冷却する
場合に次のような現象が生じる。
【０００５】ＣＭＯＳ素子を使った電子計算機では、演
算処理量によって半導体モジュールの消費電力量が時間
的に変動し、その結果半導体モジュールの発熱量が変動
すると言うＣＭＯＳ固有の現象がある。
算処理量によって半導体モジュールの消費電力量が時間
的に変動し、その結果半導体モジュールの発熱量が変動
すると言うＣＭＯＳ固有の現象がある。
【０００６】上記のような冷却装置は、発熱体に付設し
た温度センサからの温度情報を、冷媒の状態変化を図化
したモリエル線図内臓ＲＯＭに入力し、冷媒温度に換算
して冷却装置内部の冷媒圧力を調整するコンプレッサの
回転数制御と、冷媒を放出する膨張弁の開度制御とによ
って調整するものであるが、半導体モジュールの消費電
力の変動、すなわち発熱量変動は極めて早い現象であ
る。したがって、冷却装置の内部圧力を調整するために
コンプレッサの回転数制御と冷媒を放出する膨張弁の開
度制御とを行っても、所定の温度・冷却力（冷凍能力）
を得るまでには時間遅れが生じる。その結果、半導体モ
ジュールの発熱量と冷却器の冷却力との間には時間的に
ずれが生じる。
た温度センサからの温度情報を、冷媒の状態変化を図化
したモリエル線図内臓ＲＯＭに入力し、冷媒温度に換算
して冷却装置内部の冷媒圧力を調整するコンプレッサの
回転数制御と、冷媒を放出する膨張弁の開度制御とによ
って調整するものであるが、半導体モジュールの消費電
力の変動、すなわち発熱量変動は極めて早い現象であ
る。したがって、冷却装置の内部圧力を調整するために
コンプレッサの回転数制御と冷媒を放出する膨張弁の開
度制御とを行っても、所定の温度・冷却力（冷凍能力）
を得るまでには時間遅れが生じる。その結果、半導体モ
ジュールの発熱量と冷却器の冷却力との間には時間的に
ずれが生じる。
【０００７】そのため、半導体モジュールの発熱量が減
少した場合に冷却器内の冷媒が部分的かつ一時的に未蒸
発の液の状態となる場合がある。この未蒸発液が圧縮機
に吸入されると（リキッドバック）、圧縮機に不具合が
生じるか、あるいは冷媒が過熱ガス域に大きく入り（ス
ーパヒート大）、冷却はできても半導体モジュールの表
面温度を一定に冷却できない恐れがあった。
少した場合に冷却器内の冷媒が部分的かつ一時的に未蒸
発の液の状態となる場合がある。この未蒸発液が圧縮機
に吸入されると（リキッドバック）、圧縮機に不具合が
生じるか、あるいは冷媒が過熱ガス域に大きく入り（ス
ーパヒート大）、冷却はできても半導体モジュールの表
面温度を一定に冷却できない恐れがあった。
【０００８】本発明の目的は、電子計算機などに固有な
半導体モジュールの消費電力の変動による半導体モジュ
ールの発熱量の変動にす速く追従でき、また高い信頼性
を確保できる半導体冷却装置及びその制御方法を提供す
ることにある。
半導体モジュールの消費電力の変動による半導体モジュ
ールの発熱量の変動にす速く追従でき、また高い信頼性
を確保できる半導体冷却装置及びその制御方法を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体冷却装置に係る発明の構成は、熱媒
体を圧縮する圧縮機と、半導体モジュールを冷却する冷
却器と、半導体モジュールを冷却後の熱媒体が一時的に
滞留するアキュムレータとを備える半導体冷却装置にお
いて、半導体モジュールの発熱量の変化に伴う前記冷却
器の表面温度との相関関係を記憶内蔵するコントローラ
と、前記冷却器に付設された温度検出手段と、前記熱媒
体が冷却器を流れる前及び後と前記アキュムレータとの
間に熱媒体を流す流通路とを備え、前記コントローラ
は、温度検出手段からの表面温度情報によって前記冷却
器の前後の流通路のいずれか一方もしくは双方に圧縮機
からのホットガス量を制御して流すものである。
に、本発明の半導体冷却装置に係る発明の構成は、熱媒
体を圧縮する圧縮機と、半導体モジュールを冷却する冷
却器と、半導体モジュールを冷却後の熱媒体が一時的に
滞留するアキュムレータとを備える半導体冷却装置にお
いて、半導体モジュールの発熱量の変化に伴う前記冷却
器の表面温度との相関関係を記憶内蔵するコントローラ
と、前記冷却器に付設された温度検出手段と、前記熱媒
体が冷却器を流れる前及び後と前記アキュムレータとの
間に熱媒体を流す流通路とを備え、前記コントローラ
は、温度検出手段からの表面温度情報によって前記冷却
器の前後の流通路のいずれか一方もしくは双方に圧縮機
からのホットガス量を制御して流すものである。
【００１０】詳しくは、前記アキュムレータに加熱手段
を設けるものである。
を設けるものである。
【００１１】また、前記加熱手段は、圧縮機の吐出側か
らのホットガスを利用するものである。
らのホットガスを利用するものである。
【００１２】さらに、前記加熱手段は、冷却器の負荷変
動量を検知してそれに応じて時間を遅延して加熱するも
のである。
動量を検知してそれに応じて時間を遅延して加熱するも
のである。
【００１３】さらにまた、前記加熱手段は、アキュムレ
ータに温度センサを取り付け、アキュムレータの温度に
応じて加熱するものである。
ータに温度センサを取り付け、アキュムレータの温度に
応じて加熱するものである。
【００１４】上記目的を達成するために、本発明の半導
体冷却装置の制御方法に係る発明の構成は、熱媒体を圧
縮する圧縮機と、半導体モジュールを冷却する冷却器
と、半導体モジュールを冷却後の熱媒体が一時的に滞留
するアキュムレータとを備える半導体冷却装置の制御方
法において、前記冷却器を熱媒体の流れ方向において温
度制御するため、前記熱媒体が冷却器を流れる前及び後
と前記アキュムレータとの間に熱媒体をバイパスさせる
流通路のいずれか一方もしくは双方に、前記圧縮機から
のホットガス量を制御して流すものである。
体冷却装置の制御方法に係る発明の構成は、熱媒体を圧
縮する圧縮機と、半導体モジュールを冷却する冷却器
と、半導体モジュールを冷却後の熱媒体が一時的に滞留
するアキュムレータとを備える半導体冷却装置の制御方
法において、前記冷却器を熱媒体の流れ方向において温
度制御するため、前記熱媒体が冷却器を流れる前及び後
と前記アキュムレータとの間に熱媒体をバイパスさせる
流通路のいずれか一方もしくは双方に、前記圧縮機から
のホットガス量を制御して流すものである。
【００１５】詳しくは、前記冷却器の熱媒体の出口側に
おいて、熱媒体の乾き度（Ｘ）が、Ｘ≦０．９となるよ
うに、前記圧縮機からのホットガス量を制御して流すも
のである。
おいて、熱媒体の乾き度（Ｘ）が、Ｘ≦０．９となるよ
うに、前記圧縮機からのホットガス量を制御して流すも
のである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【００１７】図１は、本発明の半導体冷却装置に係る実
施例の系統図を示す。基板１面上に１個または複数個の
半導体チップ２（たとえばＣＭＯＳ等）が搭載され、さ
らにモジュールキャップ３で封止され、これにより半導
体モジュール２１が構成される。
施例の系統図を示す。基板１面上に１個または複数個の
半導体チップ２（たとえばＣＭＯＳ等）が搭載され、さ
らにモジュールキャップ３で封止され、これにより半導
体モジュール２１が構成される。
【００１８】半導体チップ２とモジュールキャップ３と
の間には、熱を伝えるために、熱伝導グリースや組合せ
フィン状体などの熱伝導体４が設けられている。基板
１、半導体チップ２、モジュールキャップ３及び熱伝導
体４などで一つの半導体モジュール２１が構成される。
の間には、熱を伝えるために、熱伝導グリースや組合せ
フィン状体などの熱伝導体４が設けられている。基板
１、半導体チップ２、モジュールキャップ３及び熱伝導
体４などで一つの半導体モジュール２１が構成される。
【００１９】冷却装置は、熱媒体（もしくは作動流体）
としてのフロンなどの冷媒ガスを圧縮するための圧縮機
５、圧縮された高温・高圧の冷媒ガス（以下、ホットガ
スと称す）の熱を外部へ放出して液化冷媒とする凝縮器
６、減圧手段としての膨張弁７、モジュールキャップ３
に取り付けられ冷却器として作用する蒸発器８、ホット
ガスが一時的に滞留するアキュムレータ９、ホットガス
の流量、圧力を調整するための流量・圧力調整弁１０，
１１を備えている。
としてのフロンなどの冷媒ガスを圧縮するための圧縮機
５、圧縮された高温・高圧の冷媒ガス（以下、ホットガ
スと称す）の熱を外部へ放出して液化冷媒とする凝縮器
６、減圧手段としての膨張弁７、モジュールキャップ３
に取り付けられ冷却器として作用する蒸発器８、ホット
ガスが一時的に滞留するアキュムレータ９、ホットガス
の流量、圧力を調整するための流量・圧力調整弁１０，
１１を備えている。
【００２０】熱媒体温度センサ１３及び熱媒体圧力セン
サ１４の検知した冷媒の温度、圧力の状態値は、温度・
圧力検出器１５に入力され、さらにこの温度・圧力検出
器１５からの信号はコントローラ１６に入力されて前記
流量・圧力調整弁１０，１１の開度が制御されるように
なっている。
サ１４の検知した冷媒の温度、圧力の状態値は、温度・
圧力検出器１５に入力され、さらにこの温度・圧力検出
器１５からの信号はコントローラ１６に入力されて前記
流量・圧力調整弁１０，１１の開度が制御されるように
なっている。
【００２１】また、前記蒸発器８の表面温度から半導体
モジュール２１の発熱量を知るため、蒸発器８の表面に
取り付けられた蒸発器表面温度センサ１２、熱媒体の温
度もしくは圧力を検知するために蒸発器８の内部に取り
付けられた媒体温度センサ１３およびた熱媒体圧力セン
サ１４、冷媒の温度を検知するためアキュムレータ９に
取り付けられたアキュムレータ温度センサ１８を備えて
いる。
モジュール２１の発熱量を知るため、蒸発器８の表面に
取り付けられた蒸発器表面温度センサ１２、熱媒体の温
度もしくは圧力を検知するために蒸発器８の内部に取り
付けられた媒体温度センサ１３およびた熱媒体圧力セン
サ１４、冷媒の温度を検知するためアキュムレータ９に
取り付けられたアキュムレータ温度センサ１８を備えて
いる。
【００２２】上記構成において、その作用は次のとおり
である。
である。
【００２３】半導体モジュール２１で発生した熱は、熱
伝導体４を介してモジュールキャップ３に伝えられ、さ
らに蒸発器８に伝わる。この蒸発器８の蒸発温度を低く
設定することにより、半導体モジュール２の温度を低く
保つことができ、基板１面上に構成されたＣＭＯＳ素子
は、低温化することによってより高速化が可能となる。
伝導体４を介してモジュールキャップ３に伝えられ、さ
らに蒸発器８に伝わる。この蒸発器８の蒸発温度を低く
設定することにより、半導体モジュール２の温度を低く
保つことができ、基板１面上に構成されたＣＭＯＳ素子
は、低温化することによってより高速化が可能となる。
【００２４】図２は、半導体モジュール２１の発熱量と
蒸発器８の表面温度との相関関係で、縦軸に蒸発器８の
表面温度、横軸に蒸発器８の位置をとって示してある。
蒸発器８の表面温度との相関関係で、縦軸に蒸発器８の
表面温度、横軸に蒸発器８の位置をとって示してある。
【００２５】図から明らかなように、半導体モジュール
２１の発熱量ＱＭがＱＭ３＞ＱＭ２＞ＱＭ１のように、
多くなるに従って蒸発器８の表面温度も高くなる。した
がってこの時の冷却サイクルの運転条件、特に冷媒の循
環流量、すなわち圧縮機５の回転数、膨張弁７の開度と
共に、半導体モジュール２１の発熱量ＱＭと蒸発器８の
表面温度との相関を前もって知っておき、この情報をコ
ントローラ１６に内蔵しておく。
２１の発熱量ＱＭがＱＭ３＞ＱＭ２＞ＱＭ１のように、
多くなるに従って蒸発器８の表面温度も高くなる。した
がってこの時の冷却サイクルの運転条件、特に冷媒の循
環流量、すなわち圧縮機５の回転数、膨張弁７の開度と
共に、半導体モジュール２１の発熱量ＱＭと蒸発器８の
表面温度との相関を前もって知っておき、この情報をコ
ントローラ１６に内蔵しておく。
【００２６】この情報を基に、半導体モジュール２１と
接する蒸発器８の表面温度を蒸発器表面温度センサ１２
及び温度・圧力検出器１５によって検出し、これによっ
て、半導体モジュール２１の発熱量ＱＭを知ることがで
きる。圧縮機５を回転数一定、膨張弁７を開度一定にし
て、温度・温度検出器１５の情報をコントローラ１５に
入力し、半導体モジュール２１の負荷変動に対応するホ
ットガスのバイパス量を流量圧力調整弁１０，１１で制
御する。ホットガスは、蒸発器８の前側（図示下側）ま
たは冷却器の後ろ側（図示上側）とアキュムレータ９と
の間のいずれか一方もしくは双方に送り込まれる。これ
によって半導体モジュール２１は、負荷変動に対応して
適正な温度で冷却される。
接する蒸発器８の表面温度を蒸発器表面温度センサ１２
及び温度・圧力検出器１５によって検出し、これによっ
て、半導体モジュール２１の発熱量ＱＭを知ることがで
きる。圧縮機５を回転数一定、膨張弁７を開度一定にし
て、温度・温度検出器１５の情報をコントローラ１５に
入力し、半導体モジュール２１の負荷変動に対応するホ
ットガスのバイパス量を流量圧力調整弁１０，１１で制
御する。ホットガスは、蒸発器８の前側（図示下側）ま
たは冷却器の後ろ側（図示上側）とアキュムレータ９と
の間のいずれか一方もしくは双方に送り込まれる。これ
によって半導体モジュール２１は、負荷変動に対応して
適正な温度で冷却される。
【００２７】図３、図４は、半導体モジュール２１の最
大発熱量（ＱＭｍａｘ）を想定し、この時の蒸発器８の
入り口から出口までの液状態の冷媒とガス状態の冷媒と
の割合（重量比）を表す乾き度（Ｘ）と、蒸発器８の表
面温度との関係を示す実測値である。乾き度（Ｘ）は、
たとえば、Ｘ＝０．２は液＝０．８、ガス＝０．２、ま
たＸ＝０．９は液＝０．１、ガス＝０．９の割合を示
す。すなわち、乾き度（Ｘ）が大きくなると、「液」状
態の冷媒が少なくなり、「ガス」状態の冷媒が多くなる
ことを示す。表面温度は、蒸発器８の入り口から出口ま
での間を、１６個所の位置での温度を熱電対で実測した
ものである。
大発熱量（ＱＭｍａｘ）を想定し、この時の蒸発器８の
入り口から出口までの液状態の冷媒とガス状態の冷媒と
の割合（重量比）を表す乾き度（Ｘ）と、蒸発器８の表
面温度との関係を示す実測値である。乾き度（Ｘ）は、
たとえば、Ｘ＝０．２は液＝０．８、ガス＝０．２、ま
たＸ＝０．９は液＝０．１、ガス＝０．９の割合を示
す。すなわち、乾き度（Ｘ）が大きくなると、「液」状
態の冷媒が少なくなり、「ガス」状態の冷媒が多くなる
ことを示す。表面温度は、蒸発器８の入り口から出口ま
での間を、１６個所の位置での温度を熱電対で実測した
ものである。
【００２８】図３は、蒸発器８の出口での冷媒のＸ＝
１．０になるように圧縮機５の回転数を制御し、かつ膨
張弁７の開度を制御したものである。また、図４は、蒸
発器８の出口での冷媒のＸ＝０．９になるように圧縮機
５の回転数を制御し、かつ膨張弁７の開度を制御したも
のである。図は、Ｘ≦０．９となるような回転数で圧縮
機５を運転し、かつ膨張弁９の開度を定めることで、蒸
発器８の表面温度をほぼ一定にできることを示してい
る。これとともに、冷媒の未蒸発液が圧縮機５の吸い込
み口で適度な過熱度（たとえば、飽和温度＋５℃）とな
るように、流量圧力調整弁１０，１１の開度を制御し、
蒸発器８の前側または後ろ側とアキュムレータ９との間
のいずれか一方もしくは双方に送り込む。
１．０になるように圧縮機５の回転数を制御し、かつ膨
張弁７の開度を制御したものである。また、図４は、蒸
発器８の出口での冷媒のＸ＝０．９になるように圧縮機
５の回転数を制御し、かつ膨張弁７の開度を制御したも
のである。図は、Ｘ≦０．９となるような回転数で圧縮
機５を運転し、かつ膨張弁９の開度を定めることで、蒸
発器８の表面温度をほぼ一定にできることを示してい
る。これとともに、冷媒の未蒸発液が圧縮機５の吸い込
み口で適度な過熱度（たとえば、飽和温度＋５℃）とな
るように、流量圧力調整弁１０，１１の開度を制御し、
蒸発器８の前側または後ろ側とアキュムレータ９との間
のいずれか一方もしくは双方に送り込む。
【００２９】図４は、蒸発器８の出口側の乾き度（Ｘ）
が１．０になると、出口側の表面温度が高くなることを
示している。
が１．０になると、出口側の表面温度が高くなることを
示している。
【００３０】Ｘ≦０．９の範囲で蒸発器８の表面温度を
ほぼ一定にできる理由は、Ｘ≦０．９の範囲では蒸発し
て冷却できる液状態の冷媒が多く、液冷媒が蒸発してい
る状態の冷媒の蒸発温度は一定に保たれるためであり、
これによって蒸発器８の表面温度も一定に保たれるもの
である。理論上は、Ｘ＝０．９〜１．０の間も冷媒の蒸
発温度は一定であるので蒸発器８の表面温度も一定に保
たれるはずであるが、蒸発器８の出口側以遠の周辺機器
の熱が配管を伝わって入り込み、入り込むことによって
出口側で表面温度が上昇するものと考えられる（なお、
通常の冷却装置では、Ｘ＝０．２程度であるが、凝縮器
を大形化すればＸ＝０も可能）。
ほぼ一定にできる理由は、Ｘ≦０．９の範囲では蒸発し
て冷却できる液状態の冷媒が多く、液冷媒が蒸発してい
る状態の冷媒の蒸発温度は一定に保たれるためであり、
これによって蒸発器８の表面温度も一定に保たれるもの
である。理論上は、Ｘ＝０．９〜１．０の間も冷媒の蒸
発温度は一定であるので蒸発器８の表面温度も一定に保
たれるはずであるが、蒸発器８の出口側以遠の周辺機器
の熱が配管を伝わって入り込み、入り込むことによって
出口側で表面温度が上昇するものと考えられる（なお、
通常の冷却装置では、Ｘ＝０．２程度であるが、凝縮器
を大形化すればＸ＝０も可能）。
【００３１】図５は、本発明の冷却装置に係る他の実施
例の系統図である。
例の系統図である。
【００３２】前記実施例では、半導体モジュール２１の
負荷変動に見合うホットガスのバイパス量を、負荷変動
量を検知してから蒸発器８の前側または後ろ側とアキュ
ムレータ９との間の流通路いずれか一方もしくは双方に
送り込むようにして制御したが、本実施例では図６に示
すように、アキュムレータ９の外周に、圧縮機５の吐出
側からのホットガスを導く加熱配管１８を流量圧力調整
弁１９を介して配置し、再度凝縮器８の入り口側に接続
する構成としたものである。なお、２０は金網（多孔部
材）である。
負荷変動に見合うホットガスのバイパス量を、負荷変動
量を検知してから蒸発器８の前側または後ろ側とアキュ
ムレータ９との間の流通路いずれか一方もしくは双方に
送り込むようにして制御したが、本実施例では図６に示
すように、アキュムレータ９の外周に、圧縮機５の吐出
側からのホットガスを導く加熱配管１８を流量圧力調整
弁１９を介して配置し、再度凝縮器８の入り口側に接続
する構成としたものである。なお、２０は金網（多孔部
材）である。
【００３３】これによって、アキュムレータ９内の冷媒
を高温のホットガスで加熱し、その結果圧縮機５の吸い
込み口で冷媒が適正な過熱度となるようにしたものであ
る。
を高温のホットガスで加熱し、その結果圧縮機５の吸い
込み口で冷媒が適正な過熱度となるようにしたものであ
る。
【００３４】なお、ここでは加熱配管１８をもってアキ
ュムレータ９を外周から加熱する構成としたが、たとえ
ば電気ヒータのように必要な加熱量を供給できるもので
あれば他の加熱手段でもよい。
ュムレータ９を外周から加熱する構成としたが、たとえ
ば電気ヒータのように必要な加熱量を供給できるもので
あれば他の加熱手段でもよい。
【００３５】図７は、アキュムレータ９のさらに他の実
施例の縦断面図である。
施例の縦断面図である。
【００３６】前記実施例では、半導体モジュール２１の
負荷変動に見合う熱量のホットガス量を導く加熱配管１
８をアキュムレータ９の外周に配置して加熱するもので
あったが、本実施例では、加熱配管１８をアキュムレー
タ９内に配設し、アキュムレータ９内の冷媒を加熱配管
１８を介してより直接的に加熱するようにしたものであ
る。
負荷変動に見合う熱量のホットガス量を導く加熱配管１
８をアキュムレータ９の外周に配置して加熱するもので
あったが、本実施例では、加熱配管１８をアキュムレー
タ９内に配設し、アキュムレータ９内の冷媒を加熱配管
１８を介してより直接的に加熱するようにしたものであ
る。
【００３７】本実施例によれば、ホットガスがアキュム
レータ９内の冷媒に加熱配管１８を介してより直接的に
加熱できるので、効率よく冷媒をガス化でき、その結果
冷媒を効率よく冷却サイクル内に循環させることができ
る。
レータ９内の冷媒に加熱配管１８を介してより直接的に
加熱できるので、効率よく冷媒をガス化でき、その結果
冷媒を効率よく冷却サイクル内に循環させることができ
る。
【００３８】なお、他の加熱手段をアキュムレータ内の
熱媒体とより直接的に接するように配設することでもよ
いことは勿論である。
熱媒体とより直接的に接するように配設することでもよ
いことは勿論である。
【００３９】図８、図９は、本発明の冷却装置に係るさ
らに他の実施例の系統図である。
らに他の実施例の系統図である。
【００４０】半導体モジュール２の負荷変動に見合う熱
量のホットガス量を、流量圧力調整弁１９の開度を制御
してアキュムレータ９内に流入させ、液化冷媒と混合し
て加熱するようにしたものである。冷媒にホットガスを
直接混合することによってアキュムレータ９内に冷媒液
の滞留をなくし、効率よくガス化でき、その結果冷媒を
効率よく冷却サイクル内に循環させることができる。
量のホットガス量を、流量圧力調整弁１９の開度を制御
してアキュムレータ９内に流入させ、液化冷媒と混合し
て加熱するようにしたものである。冷媒にホットガスを
直接混合することによってアキュムレータ９内に冷媒液
の滞留をなくし、効率よくガス化でき、その結果冷媒を
効率よく冷却サイクル内に循環させることができる。
【００４１】また図６、図７、図９において、次のよう
に制御することもできる。
に制御することもできる。
【００４２】半導体モジュール２１の負荷変動を知り、
この負荷変動に見合う熱量のホットガス量によってアキ
ュムレータ９を加熱する際、負荷変動を知ってから時間
を遅延してアキュムレータ９を加熱するようにしたもの
である。
この負荷変動に見合う熱量のホットガス量によってアキ
ュムレータ９を加熱する際、負荷変動を知ってから時間
を遅延してアキュムレータ９を加熱するようにしたもの
である。
【００４３】半導体モジュール２１の負荷が変動して
も、負荷変動により冷媒がアキュムレータ９に滞留し始
めるまでには時間遅れが生じる。この時間遅れと同期さ
せてホットガスを遅延バイパスさせるように制御するも
のである。ホットガスのバイパス開始を遅延させること
により、アキュムレータ９内の冷媒の滞留開始と同時に
アキュムレータ９内の冷媒の加熱を開始することができ
るので無駄がなく、効率よく冷媒をアキュムレータ９内
に滞留させることなく加熱、ガス化でき、その結果冷媒
を効果的に冷却サイクル内に循環させることができる。
も、負荷変動により冷媒がアキュムレータ９に滞留し始
めるまでには時間遅れが生じる。この時間遅れと同期さ
せてホットガスを遅延バイパスさせるように制御するも
のである。ホットガスのバイパス開始を遅延させること
により、アキュムレータ９内の冷媒の滞留開始と同時に
アキュムレータ９内の冷媒の加熱を開始することができ
るので無駄がなく、効率よく冷媒をアキュムレータ９内
に滞留させることなく加熱、ガス化でき、その結果冷媒
を効果的に冷却サイクル内に循環させることができる。
【００４４】さらに、次のように制御することもでき
る。
る。
【００４５】半導体モジュール２１の負荷変動を知り、
半導体モジュール２１の負荷変動に見合う熱量のホット
ガス量によってアキュムレータ９を加熱する際に、アキ
ュムレータ９に設置したアキュムレータ温度センサ１７
によって温度を検知し、これによって流量圧力調整弁１
９の制御の開始及び閉止を指示するようにしたものであ
る。
半導体モジュール２１の負荷変動に見合う熱量のホット
ガス量によってアキュムレータ９を加熱する際に、アキ
ュムレータ９に設置したアキュムレータ温度センサ１７
によって温度を検知し、これによって流量圧力調整弁１
９の制御の開始及び閉止を指示するようにしたものであ
る。
【００４６】アキュムレータ温度センサ１７により、ア
キュムレータ９内の冷媒の滞留状況を知ることができる
ので、流量圧力調整弁１９の開度を行って必要な熱量だ
けアキュムレータ９へホットガスをバイパスさせること
ができる。
キュムレータ９内の冷媒の滞留状況を知ることができる
ので、流量圧力調整弁１９の開度を行って必要な熱量だ
けアキュムレータ９へホットガスをバイパスさせること
ができる。
【００４７】その結果、アキュムレータ９内に冷媒を滞
留させることなく冷却サイクル内に循環させ、効率よく
半導体モジュール２１を冷却することができる。
留させることなく冷却サイクル内に循環させ、効率よく
半導体モジュール２１を冷却することができる。
【００４８】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、電子
計算機などに固有な半導体モジュールの消費電力の変動
による半導体モジュールの発熱量の変動にす速く追従で
き、また高い信頼性を確保できる半導体冷却装置及びそ
の制御方法を提供することができる。
計算機などに固有な半導体モジュールの消費電力の変動
による半導体モジュールの発熱量の変動にす速く追従で
き、また高い信頼性を確保できる半導体冷却装置及びそ
の制御方法を提供することができる。
【図１】本発明の半導体冷却装置に係る実施例の系統図
を示す図である。
を示す図である。
【図２】半導体モジュールの発熱量と蒸発器の表面温度
との相関関係を示す図である。
との相関関係を示す図である。
【図３】蒸発器の入り口から出口までの冷媒の乾き度
（Ｘ）と蒸発器の表面温度との関係を示す図である。
（Ｘ）と蒸発器の表面温度との関係を示す図である。
【図４】蒸発器の入り口から出口までの冷媒の乾き度
（Ｘ）と蒸発器の表面温度との関係を示す図である。
（Ｘ）と蒸発器の表面温度との関係を示す図である。
【図５】本発明の冷却装置に係る他の実施例の系統図で
ある。
ある。
【図６】図６の実施例のアキュムレータの縦断面図であ
る。
る。
【図７】アキュムレータのさらに他の実施例の縦断面図
である。
である。
【図８】本発明の冷却装置に係るさらに他の実施例の系
統図である。
統図である。
【図９】図８の実施例のアキュムレータの縦断面図であ
る。
る。
１ 基板 ２ 半導体チップ ３ モジュールキャップ ４ 熱伝導体 ５ 圧縮機 ６ 凝縮器 ７ 膨張弁 ８ 蒸発器（冷却器） ９ アキュムレータ １１ 流量圧力調整弁 １２ 蒸発器表面温度センサ １３ 熱媒体温度センサ １４ 熱媒体圧力センサ １５ 温度圧力検出器 １６ コントローラ １７ アキュムレータ温度センサ １８ 加熱配管 １９ 流量圧力調整弁 ２０ 金網 ２１ 半導体モジュール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 圭三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大黒 崇弘 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所エンタープライズサーバ事業部内 (72)発明者 出居 昭男 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所エンタープライズサーバ事業部内 Ｆターム(参考） 5E322 DB01 DB06 FA01 5F036 AA08 BA03 BF03
Claims (7)
- 【請求項１】熱媒体を圧縮する圧縮機と、半導体モジュ
ールを冷却する冷却器と、半導体モジュールを冷却後の
熱媒体が一時的に滞留するアキュムレータとを備える半
導体冷却装置において、 半導体モジュールの発熱量の変化に伴う前記冷却器の表
面温度との相関関係を内蔵するコントローラと、 前記冷却器に付設された温度検出手段と、 前記熱媒体が冷却器を流れる前及び後と前記アキュムレ
ータとの間に熱媒体を流す流通路とを備え、 前記コントローラは、温度検出手段からの表面温度情報
によって前記冷却器の前後の流通路のいずれか一方もし
くは双方に圧縮機からのホットガス量を制御して流すも
のであることを特徴とする半導体冷却装置。 - 【請求項２】前記アキュムレータに加熱手段を設けるこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体冷却装置。 - 【請求項３】前記加熱手段は、圧縮機の吐出側からのホ
ットガスを利用するものであることを特徴とする請求項
２に記載の半導体冷却装置。 - 【請求項４】前記加熱手段は、冷却器の負荷変動量を検
知してそれに応じて時間を遅延して加熱するものである
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体冷却装置。 - 【請求項５】前記加熱手段は、アキュムレータに温度セ
ンサを取り付け、アキュムレータの温度に応じて加熱す
るものであることを特徴とする請求項２に記載の半導体
冷却装置。 - 【請求項６】熱媒体を圧縮する圧縮機と、半導体モジュ
ールを冷却する冷却器と、半導体モジュールを冷却後の
熱媒体が一時的に滞留するアキュムレータとを備える半
導体冷却装置の制御方法において、 前記冷却器を熱媒体の流れ方向において温度制御するた
め、 前記熱媒体が冷却器を流れる前及び後と前記アキュムレ
ータとの間に熱媒体を流す流通路のいずれか一方もしく
は双方に、前記圧縮機からのホットガス量を制御して流
すことを特徴とする半導体冷却装置の制御方法。 - 【請求項７】前記冷却器の熱媒体の出口側において、熱
媒体の乾き度（Ｘ）が、Ｘ≦０．９となるように、前記
圧縮機からのホットガス量を制御して流すことを特徴と
する請求項６に記載の半導体冷却装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000320879A JP2002134664A (ja) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | 半導体冷却装置及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000320879A JP2002134664A (ja) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | 半導体冷却装置及びその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002134664A true JP2002134664A (ja) | 2002-05-10 |
Family
ID=18799093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000320879A Pending JP2002134664A (ja) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | 半導体冷却装置及びその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002134664A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007288197A (ja) * | 2006-04-18 | 2007-11-01 | Daytona Control Co Ltd | 温度制御装置 |
| WO2015097992A1 (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-02 | Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 | 冷却システムおよび電子機器 |
| JP2016040833A (ja) * | 2015-09-24 | 2016-03-24 | Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 | 冷却システムおよび電子機器 |
| US9313933B2 (en) | 2011-10-06 | 2016-04-12 | Mitsubishi Electric Corporation | Power converter performing evaporative cooling of a switching element |
| CN108598052A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-09-28 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种直接氟冷芯片散热器及其使用方法 |
| JP2021021527A (ja) * | 2019-07-26 | 2021-02-18 | 株式会社鷺宮製作所 | 温度式膨張弁及び冷凍サイクルシステム |
| JP2021021528A (ja) * | 2019-07-26 | 2021-02-18 | 株式会社鷺宮製作所 | 冷却装置 |
| US11236420B2 (en) * | 2018-04-03 | 2022-02-01 | Tokyo Electron Limited | Cleaning method |
-
2000
- 2000-10-20 JP JP2000320879A patent/JP2002134664A/ja active Pending
Cited By (10)
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| US10408545B2 (en) | 2013-12-25 | 2019-09-10 | Nec Platforms, Ltd. | Cooling system and electronic equipment |
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