JP2004118251A - Electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液循環による冷却装置を備えた電子装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子装置には、一般的なノート型パソコン、ディスクトップパソコンの他に、銀行、企業などの大型コンピュータや中規模クラスのサーバ系コンピュータがある。
サーバ系コンピュータは複数の端末が接続されたサーバ(以後、電子装置という)がある。この電子装置には、各計算ソフトやメールデータを取り込むソフトなどが搭載された電子機器を複数段積み重ねたものである。
【0003】
従って、ユーザはその使用目的によってはソフトを搭載した電子機器の交換、増設、削除を行う場合がある。
【0004】
このような電子装置は、絶えず端末からのアクセスがあるため、各電子機器は昼夜を問わず常に通電しておかなければならないという制約がある。
従って、各電子機器の冷却装置は、メインの冷却装置の他に補助冷却装置が取り付けられている。例えば、メインの冷却装置が故障した場合は、故障のアラームを発した後、メインの冷却装置が復旧するまで補助の冷却装置で冷却するようになっている。
【特許文献1】
特開平6−97338号公報(第6頁、第1図)
【特許文献2】
特開平5−142886号公報(第3頁、第1図)
例えば、特開平6−97338号公報には、大型コンピュータ用の液循環型冷却装置が記載されている。
また、特開平5−142886号公報には、液循環による冷却装置を備えたノート型パソコンが記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記電子機器の冷却装置は、ファンを用いるのが一般的であった。
ところが、昨今の高速、大容量化により、各電子機器内の半導体素子(以後、CPUという)の温度が高くなり、ファンによる冷却には限度がきていることと、冷却効果を高めるためにファンを高速回転させると騒音の問題が発生してしまうことから、かつて大型コンピュータで実施されていた液循環による冷却が見直されている。
【0006】
上記従来技術を応用し、今後安全面などの改善を図り、信頼性の高い液循環による冷却装置の検討を行う必要となってきた。
【0007】
本発明の目的は、信頼性の高い電子機器装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、半導体素子を搭載した電子機器と、この電子機器を複数個積み重ねて収納するラックとを有する電子装置において、前記半導体素子の熱を受け取る第1の受熱部と、この受熱部に液体を循環させる第1の液駆動手段と、前記液体の熱を放熱する第1の熱交換器と、前記第1の受熱部と第1の液駆動手段と第1の熱交換器を連結する第1の配管とを備えた第1の冷却装置を前記電子機器それぞれに取付けてなり、前記第1の受熱部と接触する第2の受熱部と、この第2の受熱部に液体を循環させる第2液駆動手段と、前記第2の熱交換器と接触する第2の熱交換器と、前記第2の受熱部と第2の液駆動手段と第2の熱交換器を連結する第2の配管とを備えた第2の冷却装置を前記ラックに取付けたことにより達成される。
【0009】
また、上記目的は、前記第1の冷却装置は前記ラックから着脱自在であって、前記第2の配管には前記第1の冷却装置が着脱されることによって前記第2の冷却装置に液体を停動させる開閉弁を備えたことことにより達成される。
【0010】
また、上記目的は、前記第1の冷却装置の液体循環方向と前記第2の冷却装置の液体循環方向が異なることことにより達成される。
【0011】
また、上記目的は、前記第2の配管の配管径が液体の上流から下流方向に大から小に変化することにより達成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
上記従来技術で説明した各電子機器に液循環の冷却装置を取り付けた場合、ファンによる安全装置のように、液循環装置も二重に取り付ける必要がある。
しかしながら、各電子機器の内部に2個の液循環装置を取り付けるにはスペース的な問題や、コストの面で非常に不利である。
【0013】
そこで、本発明では、各電子機器ごとに2台の液循環装置を取り付けることなく安全で、かつ効果的な冷却装置を検討した結果、以下のような実施例を得た。
【0014】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
図1は、本実施例を備えた電子機器装置の斜視図である。
図1において、1は電子機器装置本体(別名サーバという)である。2は、この電子機器装置本体1の外郭を形成するキャビネット2である。3はキャビネット2の内部に複数段挿入された電子機器装置単体(本実施例では8段挿入した例を示した)である。4は電子機器装置単体3の正面側5に設けられた表示部4である。この表示部4は電子機器装置単体3が通電中であるかないかの表示や、冷却装置の故障などを表示する部分である。
【0015】
図2は、図1の電子機器装置に搭載された水冷システムを側面から見た概略図である。
図2において、電子機器装置1はキャビネット2に複数台の電子機器装置単体3が積み重ねられている。電子機器装置単体3の中には発熱するCPU7が搭載されている。このCPU7から発せられる熱は水冷ジャケット15で除熱される。冷却液は液循環方向を示す矢印14方向に流れる。マイクロポンプ6で冷却液は駆動され、まず、水冷ジャケット15を通り、熱交換器8で放熱され、マイクロポンプ6に戻る。
一方、キャビネット2には固定配管12と第1の受熱部10、第2の受熱部11、大型ポンプ9が設けられている。このキャビネット2に電子機器装置単体3が実装されている場合、キャビネット2の固定配管12に設けられた開閉弁13が開き、各電子機器装置単体3へそれぞれ単独、かつ並列に冷却液が循環する。
【0016】
各電子機器装置単体3内の水冷ジャケット15、熱交換器8と、キャビネット2内の第1の受熱部10、第2の受熱部10が熱的に接触する。これにより、各電子機器装置単体3のCPU7から発した熱はキャビネット2まで伝えることができる。キャビネット2まで伝わった熱は、キャビネット2全体で自然放熱またはキャビネット内に設けた冷却ファンにより強制的に大気に放出される。
【0017】
各電子機器装置単体3、及びキャビネット2の液冷システムが単独な構成となっているため、電子機器装置単体3を着脱時に冷却液の漏れをなくすことができる。
さらに、それぞれの液冷システムの内でひとつのシステムで故障が生じた場合でも、電子機器装置を停止させることない。また、発熱体を通過すると、必ず液温度の上昇が生じる。電子機器装置単体3の冷却液循環方向とキャビネット2の冷却液循環方向14は逆向きになる。電子機器装置単体3の高温部にキャビネット2の低温部が位置するため、冷却液の温度上昇を緩和でき、液冷システムを構成する材料の信頼性を向上できる。
【0018】
図3に図2のキャビネットに電子機器装置単体3が1台実装されていない場合の概略図を示す。
図3において、電子機器装置単体3が実装されていないと、キャビネット2の固定配管12に設けてある開閉弁13が閉じ、その電子機器装置単体3を実装する箇所へは、キャビネット2からの冷却液は循環しない。
従って、冷却を必要としない箇所への冷却液の循環は行われず、大形ポンプ9の負荷を軽減できる。キャビネット2の配管内を流れる冷却液の流速の低下を防ぐことができ、熱交換の減少を防止できる。
【0019】
図4にキャビネット側の配管流路面積を変えた場合の概略図を示す。
図4において、キャビネット2内部の液冷システムの配管での圧損を低減するために、ポンプに近い側ほど配管断面積を大きく取る。これにより、各電子機器装置単体3へ供給する冷却液の量を均一にすることができる。
【0020】
図5に図1の場合と異なり、電子機器装置単体3を3台のみ搭載可能とした場合の実施例を示す図である。図6は図5の側面断面図である。
図5、図6において、電子機器装置1はキャビネット2に複数台の電子機器装置単体3が搭載されている。電子機器装置単体3の中にはCPU7が搭載されており、そのCPU7から発せられる熱は水冷ジャケット15で除熱される。冷却液は矢印14方向に流れる。マイクロポンプ6で冷却液は駆動される。
まず、水冷ジャケット15を通り、熱交換器8で放熱され、マイクロポンプ6に戻る。一方、キャビネット2には固定配管12と第1の受熱部10、第2の受熱部11、大型ポンプ9が取り付けられている。
キャビネット2内に電子機器装置単体3が実装されている場合、キャビネット2の固定配管12に設けられた開閉弁13が開き、各電子機器装置単体3へそれぞれ単独、かつ並列に冷却液が循環する。各電子機器装置単体3内の水冷ジャケット15、熱交換器8と、キャビネット2内の第1の受熱部10、第2の受熱部11が熱的に接触する。
【0021】
これにより、各電子機器装置単体3の発熱体7から発する熱はキャビネット2まで伝えることができる。キャビネット2まで伝わった熱は、キャビネット2全体で自然放熱またはキャビネット内に設けた冷却ファンにより強制的に大気に放出される。
【0022】
このように、本実施例では、各電子機器装置単体3の冷却システムとキャビネット2の液冷システムがそれぞれ単独に備えているため、電子機器装置単体3を着脱時に冷却液の漏れをなくすことができる。
さらに、それぞれの液冷システムの内でひとつのシステムで故障が生じた場合でも、電子機器装置を停止させることがない。
また、液体がCPUを通過すると、液温度の上昇が生じが電子機器装置単体3の冷却液循環方向とキャビネット2の冷却液循環方向14は逆向きになっているため、電子機器装置単体3の高温部にキャビネット2の低温部が位置し、冷却液の温度上昇を緩和でき、液冷システムを構成する材料の信頼性を向上させることができる。
【0023】
図7は、他の電子機器装置1の実施例を備えた電子機器装置単体の部分断面図である。
図7において、電子機器装置単体3には3個の発熱体(第1の発熱体16、第2の発熱体17、および第3の発熱体18)が実装されている。それぞれの発熱体は異なる形状、異なる発熱量と成っている。これらの3個の発熱体に搭載された水冷ジャケット15は、キャビネット2に実装された第1の受熱部19、第2の受熱部20、および第3の受熱部21が熱的に接触し、個別に熱の受け渡しを行うことができる。冷却液は矢印14方向に流れる。キャビネット2まで伝わった熱は、キャビネット2全体で自然放熱またはキャビネット内に設けた冷却ファンにより強制的に大気に放出される。
【0024】
各電子機器装置単体3、及びキャビネット2の液冷システムが単独で構成されているため、電子機器装置単体3を着脱時に冷却液の漏れをなくすことができる。
さらに、それぞれの液冷システムの内でひとつのシステムで故障が生じた場合でも、電子機器装置を停止させることはない。
また、発熱体を通過すると、必ず液温度の上昇が生じる。
電子機器装置単体3の冷却液循環方向とキャビネット2の冷却液循環方向は逆向きになっているため、電子機器装置単体3の高温部にキャビネット2の低温部が位置し、冷却液の温度上昇を緩和でき、液冷システムを構成する材料の信頼性を向上できる。
【0025】
図8は、図7の電子機器装置単体3に実装する第1の発熱体16、第2の発熱体17、および第3の発熱体18の素子温度22が変化する経過を表したグラフである。
図8において、実線は今回のマルチ水冷システム23であり、破線は従来からの単一液冷システムである。これより、マルチ水冷システム23は、3つの発熱体ともほぼ同じ素子温度22にできる。一方、従来からの単一液冷システム24は液温上昇のため、下流側ほど素子温度22が高くなる。
【0026】
以上のごとく、電子機器装置に設けた液冷システムと、複数の電子機器装置を実装するキャビネットに設けた液冷システムが、それらの液冷システムを構成する受熱部で、熱的に接合、または接触する。
さらに、ポンプなどの故障により液冷システムが停止した場合でも、電子機器装置を停止させることがないよう、冷却系を多重で設ける。また、電子機器装置に突起物を設け、電子機器装置をキャビネットに着脱する際に、キャビネットの液冷システムの開閉弁を作動させ、電子機器装置を実装した箇所のみ液が循環する。
【0027】
本実施例によれば、電子機器装置で発熱したものをキャビネットまで運び、そこで大気に放散、ならびに熱交換することができ、ポンプなどの故障により液冷システムが停止した場合でも、電子機器装置を停止させることなく、信頼性の高い電子機器装置を提供できる。電子機器装置をキャビネットに着脱する際に、キャビネットの液冷システムの開閉弁を作動させ、電子機器装置を実装した箇所のみ液が循環し、ポンプの負荷を軽減し、冷却液の有効利用ができる。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、信頼性の高い電子機器装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1実施例の斜視図である。
【図2】図2は、図1の側面断面図である。
【図3】図3は、図1の実施例から1台の電子機器装置単体を取り外した側面断面図である。
【図4】図4は、配管の流路面積を変えた電子機器装置の側面断面図である。
【図5】図5は、本発明の他実施例を備えた電子機器装置の斜視図である。
【図6】図6は、図5の側面断面図である。
【図7】図7は、他実施例を備えた電子機器装置単体の側面断面図である。
【図8】図8は、図7の実施例で説明したCPU素子温度を示すグラフである。
【符号の説明】
1・・・電子機器装置、2・・・キャビネット、3・・・電子機器装置単体、4・・・表示部、5・・・正面側、6・・・マイクロポンプ、7・・・発熱体、8・・・放熱器、9・・・大型ポンプ、10・・・受熱部A、11・・・受熱部B、12・・・固定配管、13・・・開閉弁、14・・・液循環方向、15・・・水冷ジャケット、16・・・第1の発熱体、17・・・第2の発熱体、18・・・第3の発熱体、19・・・第1の受熱部、20・・・第2の受熱部、21・・・第3の受熱部、22・・・素子温度、23・・・マルチ液冷システム、27・・・単一液冷システム。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device provided with a cooling device using liquid circulation.
[0002]
[Prior art]
Examples of the electronic device include a large-sized computer such as a bank and a company, and a medium-sized server computer in addition to a general notebook personal computer and a desktop personal computer.
The server computer includes a server (hereinafter referred to as an electronic device) to which a plurality of terminals are connected. This electronic device is obtained by stacking a plurality of electronic devices each equipped with calculation software, software for taking in mail data, and the like.
[0003]
Therefore, the user may replace, add, or delete an electronic device equipped with software depending on the purpose of use.
[0004]
Since such an electronic device is constantly accessed from a terminal, there is a restriction that each electronic device must be constantly energized regardless of day or night.
Accordingly, the cooling device of each electronic device is provided with an auxiliary cooling device in addition to the main cooling device. For example, when the main cooling device has failed, an alarm of a failure is issued, and then cooling is performed by the auxiliary cooling device until the main cooling device is restored.
[Patent Document 1]
JP-A-6-97338 (
[Patent Document 2]
JP-A-5-142886 (
For example, Japanese Patent Laying-Open No. 6-97338 discloses a liquid circulation type cooling device for a large computer.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-142886 discloses a notebook personal computer provided with a cooling device using liquid circulation.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The cooling device of the electronic device generally uses a fan.
However, with the recent increase in speed and capacity, the temperature of semiconductor elements (hereinafter referred to as CPU) in each electronic device has increased, and cooling by the fan has been limited. Since high-speed rotation causes a noise problem, cooling by liquid circulation, which was once performed by a large computer, has been reviewed.
[0006]
By applying the above-mentioned conventional technology, it is necessary to improve the safety and the like in the future and to study a cooling device using a highly reliable liquid circulation.
[0007]
An object of the present invention is to provide a highly reliable electronic device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide an electronic apparatus having an electronic device on which a semiconductor element is mounted, and a rack for stacking and storing a plurality of the electronic devices, wherein a first heat receiving unit for receiving heat of the semiconductor element, A first liquid driving means for circulating the heat, a first heat exchanger for radiating heat of the liquid, and a first heat exchanger for connecting the first heat receiving portion, the first liquid driving means and the first heat exchanger. A first cooling device including a first pipe and a first cooling device attached to each of the electronic devices, a second heat receiving portion that contacts the first heat receiving portion, and a second heat receiving portion that circulates a liquid through the second heat receiving portion. A two-liquid driving unit, a second heat exchanger in contact with the second heat exchanger, and a second connecting the second heat receiving unit, the second liquid driving unit, and the second heat exchanger. This is achieved by attaching a second cooling device provided with piping to the rack.
[0009]
Further, the above-mentioned object is that the first cooling device is detachable from the rack, and the first cooling device is attached to and detached from the second pipe so that liquid is supplied to the second cooling device. This is achieved by providing an on-off valve for stopping operation.
[0010]
Further, the above object is achieved by that the liquid circulation direction of the first cooling device is different from the liquid circulation direction of the second cooling device.
[0011]
Further, the above object is achieved by changing the pipe diameter of the second pipe from large to small in the direction from the upstream to the downstream of the liquid.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
When a cooling device for liquid circulation is attached to each of the electronic devices described in the related art, it is necessary to attach the liquid circulation device in duplicate, like a safety device using a fan.
However, mounting two liquid circulation devices inside each electronic device is very disadvantageous in terms of space and cost.
[0013]
Therefore, in the present invention, as a result of studying a safe and effective cooling device without mounting two liquid circulation devices for each electronic device, the following example was obtained.
[0014]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of an electronic apparatus having the present embodiment.
In FIG. 1,
[0015]
FIG. 2 is a schematic view of a water cooling system mounted on the electronic apparatus of FIG. 1 as viewed from a side.
In FIG. 2, a plurality of
On the other hand, the
[0016]
The
[0017]
Since each of the
Further, even when a failure occurs in one of the liquid cooling systems, the electronic apparatus is not stopped. In addition, when the liquid passes through the heating element, the liquid temperature always increases. The coolant circulation direction of the
[0018]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a case where one
In FIG. 3, when the
Therefore, the cooling liquid is not circulated to a portion that does not require cooling, and the load on the large pump 9 can be reduced. It is possible to prevent a decrease in the flow rate of the cooling liquid flowing in the piping of the
[0019]
FIG. 4 shows a schematic diagram in the case where the pipe flow area on the cabinet side is changed.
In FIG. 4, in order to reduce the pressure loss in the piping of the liquid cooling system inside the
[0020]
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment in which only three
5 and 6, a plurality of
First, heat is radiated by the
When the
[0021]
Thereby, the heat generated from the heating element 7 of each
[0022]
As described above, in the present embodiment, since the cooling system of each
Further, even if a failure occurs in one of the liquid cooling systems, the electronic apparatus is not stopped.
Further, when the liquid passes through the CPU, the liquid temperature rises, and the cooling liquid circulation direction of the
[0023]
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of an electronic device alone including another embodiment of the
7, three heating elements (a
[0024]
Since each of the
Further, even if a failure occurs in one of the liquid cooling systems, the electronic apparatus is not stopped.
In addition, when the liquid passes through the heating element, the liquid temperature always increases.
Since the cooling liquid circulation direction of the
[0025]
FIG. 8 is a graph showing a change in the
In FIG. 8, the solid line is the current
[0026]
As described above, the liquid cooling system provided in the electronic device and the liquid cooling system provided in the cabinet in which the plurality of electronic devices are mounted are thermally joined at the heat receiving sections constituting the liquid cooling systems, or Contact.
Furthermore, even if the liquid cooling system stops due to a failure of the pump or the like, multiple cooling systems are provided so as not to stop the electronic device. In addition, when the electronic device is provided with a projection, and the electronic device is attached to and detached from the cabinet, the opening / closing valve of the liquid cooling system of the cabinet is operated, and the liquid circulates only at the portion where the electronic device is mounted.
[0027]
According to the present embodiment, the heat generated by the electronic device is carried to the cabinet, where it can be radiated to the atmosphere, and heat can be exchanged. A highly reliable electronic device can be provided without stopping. When the electronic equipment is attached to or detached from the cabinet, the on-off valve of the liquid cooling system of the cabinet is operated, the liquid circulates only at the place where the electronic equipment is mounted, the load on the pump is reduced, and the coolant can be used effectively. .
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, a highly reliable electronic device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of FIG. 1;
FIG. 3 is a side cross-sectional view in which one electronic device alone is removed from the embodiment of FIG. 1;
FIG. 4 is a side cross-sectional view of the electronic device in which a flow passage area of a pipe is changed.
FIG. 5 is a perspective view of an electronic apparatus provided with another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side sectional view of FIG. 5;
FIG. 7 is a side cross-sectional view of an electronic apparatus alone having another embodiment.
FIG. 8 is a graph showing the CPU element temperature described in the embodiment of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体素子の熱を受け取る第1の受熱部と、この受熱部に液体を循環させる第1の液駆動手段と、前記液体の熱を放熱する第1の熱交換器と、前記第1の受熱部と第1の液駆動手段と第1の熱交換器を連結する第1の配管とを備えた第1の冷却装置を前記電子機器それぞれに取付けてなり、
前記第1の受熱部と接触する第2の受熱部と、この第2の受熱部に液体を循環させる第2液駆動手段と、前記第2の熱交換器と接触する第2の熱交換器と、前記第2の受熱部と第2の液駆動手段と第2の熱交換器を連結する第2の配管とを備えた第2の冷却装置を前記ラックに取付けたことを特徴とする電子装置。In an electronic device having an electronic device equipped with a semiconductor element and a rack for stacking and storing a plurality of the electronic devices,
A first heat receiving unit that receives heat of the semiconductor element, a first liquid driving unit that circulates liquid through the heat receiving unit, a first heat exchanger that releases heat of the liquid, and the first heat receiving unit A first cooling device comprising a first part, a first liquid driving means, and a first pipe connecting the first heat exchanger, is attached to each of the electronic devices,
A second heat receiving portion that contacts the first heat receiving portion, a second liquid driving unit that circulates liquid through the second heat receiving portion, and a second heat exchanger that contacts the second heat exchanger And a second cooling device including a second pipe connecting the second heat receiving section, the second liquid driving means, and the second heat exchanger to the rack. apparatus.
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