JP2005019907A

JP2005019907A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2005019907A
Application number: JP2003185996A
Authority: JP
Inventors: Masao Nakano; 雅夫中野; Akira Ikeda; 明池田; Hiromasa Ashitani; 博正芦谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】半導体装置などの発熱体を、より確実に、冷却し得る冷却装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１に熱結合されて内部に冷媒液を導き蒸発を行う蒸発器２と、この蒸発器２からの冷媒蒸気を導くとともに放熱用ファン装置３により冷却されて凝縮を行う凝縮器４と、この凝縮器４にて凝縮された冷媒液を蒸発器２に移送するとともに中間の一部分が分岐されて並流路を構成する２つの分岐管部５ａ，５ｂが設けられた第１冷媒移送管５と、蒸発器２にて蒸発された冷媒蒸気を上記凝縮器４に移送する第２冷媒移送管６と、第１冷媒移送管５の各分岐管部５ａ，５ｂの途中に設けられて冷媒液を凝縮器４から蒸発器２にそれぞれ移送するための冷媒ポンプ７Ａ，７Ｂとから構成されたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータシステムにおける発熱体、例えばマイクロプロセッサなどの半導体装置を冷却するための冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ，ＭＰＵ）などの半導体装置（半導体素子ともいう）の集積度が極めて高くなり、それに伴い発熱量が増大し、このため、半導体装置には冷却装置が具備されている。
【０００３】
ところで、この種の冷却装置としては、半導体装置の表面に放熱板を単に張り付けただけのものもあるが、より積極的に且つ大量の熱を放熱するために冷媒を使用したものがある。
【０００４】
従来、この冷媒を使用した冷却装置としては、図３に示すように、基板上に配置された半導体装置２１の表面に取り付けられるとともに内部に冷媒液を導き蒸発を行う蒸発室が形成された蒸発器２２と、この蒸発器２２からの冷媒蒸気（実際には、気液二相流である）を凝縮室に導き具備された放熱用ファン装置２３により冷却されて凝縮を行う凝縮器２４と、この凝縮器２４にて凝縮された冷媒液を上記蒸発器２２に移送する第１冷媒移送管２５と、上記蒸発器２２にて蒸発された冷媒蒸気を上記凝縮器２４に移送する第２冷媒移送管２６と、上記第１冷媒移送管２５の途中に設けられて冷媒液を凝縮器２４から蒸発器２２に移送するための冷媒ポンプ２７とから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
そして、この冷却装置において、凝縮器２４から蒸発器２２に冷媒液が移送され、ここで半導体装置２１にて発生した熱により冷媒液が気化されて冷媒蒸気となる。すなわち、冷媒の蒸発潜熱により半導体装置２１が冷却される。
【０００６】
蒸発器２２にて発生した冷媒蒸気は凝縮器２４に導かれ、ここで放熱用ファン装置２３により冷却されて凝縮し、再び蒸発器２２に移送されることになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２１９７５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の冷却装置の構成によると、第１冷媒移送管２５に設けられている冷媒ポンプ２７は一台であり、この冷媒ポンプ２７が故障した場合、蒸発器２２には冷媒が移送されなくなり、半導体装置２１が冷却されず異常動作を引き起こしたり、または動作が停止してしまう。この冷却装置が大型コンピュータシステムにおけるサーバの半導体装置用として設けられている場合には、システム停止の被害が甚大なものとなり、したがって半導体装置の冷却が確実に行われることが望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、半導体装置などの発熱体を、より確実に、冷却し得る冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る冷却装置は、発熱体に熱結合されて冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器にて放熱が行われた冷媒を上記吸熱器に移送するとともに一部分が２つに分岐されて並流路となる分岐管部が設けられた第１冷媒移送管と、上記吸熱器からの冷媒を上記放熱器に移送する第２冷媒移送管と、上記第１冷媒移送管の各分岐管部の途中にそれぞれ設けられた冷媒ポンプとから構成したものである。
【００１１】
また、請求項２に係る冷却装置は、請求項１に記載の冷却装置の第１冷媒移送管における両分岐管部への分岐箇所に、冷媒を両側に振り分けるための仕切部材を有する分岐用容器を設けたものである。
【００１２】
上記の構成によると、冷媒を放熱器から吸熱器に移送する第１冷媒移送管の途中に、２つの分岐管部を設けるとともに、これら各分岐管部に冷媒ポンプをそれぞれ設けたので、一方の冷媒ポンプが故障した場合でも、他方の冷媒ポンプにて、冷媒を吸熱器に移送して発熱体の冷却をそのまま続けることができる。すなわち、発熱体を確実に冷却することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る冷却装置を、図１に基づき説明する。
この冷却装置は、例えば大型コンピュータシステムのサーバに設けられているマイクロプロセッサ（ＣＰＵ，ＭＰＵ）などの半導体装置（発熱体の一例で、半導体素子ともいい、マイクロプロセッサ以外の部品で、例えばハードディスクなどであってもよい）を、冷媒（Ｒ１３４ａなどの代替フロンまたは水）を用いて冷却するためのものである。
【００１４】
この冷媒を使用した冷却装置は、図１に示すように、半導体装置１に熱結合されて、すなわちその表面に取り付けられて、内部に冷媒液を導き蒸発を行う［半導体装置にて発生した熱が冷媒に吸収（吸熱）される］蒸発室が形成された蒸発器（吸熱器の一例）２と、この蒸発器２からの冷媒蒸気（実際には、気液二相流の状態になっているが、以下、冷媒蒸気と称する）を凝縮室に導くとともに所定位置に設けられた放熱用ファン装置３により冷却されて［冷媒の持つ熱が放出（放熱）される］凝縮を行う凝縮器（放熱器の一例）４と、この凝縮器４にて凝縮された冷媒液を上記蒸発器２に移送するとともに中間の一部分が分岐されて並流路を構成する２つの分岐管部５ａ，５ｂが設けられた第１冷媒移送管５と、上記蒸発器２にて蒸発された冷媒蒸気を上記凝縮器４に移送する第２冷媒移送管６と、上記第１冷媒移送管５の各分岐管部５ａ，５ｂの途中に設けられて冷媒液を凝縮器４から蒸発器２にそれぞれ移送するための冷媒ポンプ７（７Ａ，７Ｂ）とから構成され、また上記第１冷媒移送管５における両分岐管部５ａ，５ｂへの分岐箇所には、冷媒を両側に振り分けるための仕切板（仕切部材）８が配置されて２つの分岐室９ａ，９ｂが形成された分岐用容器９が設けられている。この仕切板８は、第１冷媒移送管５の接続口部の中央に位置して、冷媒液が両側に均等に振り分けられるようにしている。なお、上記各冷媒ポンプ７Ａ，７Ｂは、ポンプ本体７ａと、このポンプ本体７ａを駆動するための電動機７ｂとからなり、これら各電動機７ｂには電源１０（１０Ａ，１０Ｂ）がそれぞれ接続され、さらにこれら各電源１０Ａ，１０Ｂは制御器（制御手段）１１により制御されている。
【００１５】
また、上記蒸発器２の蒸発室は、例えば平面視が矩形状で且つ高さが数ミリ程度の空間部にされており、さらに上記凝縮器４については、例えばフィン付きのパイプが蛇行状に配置されたものが用いられた場合、そのパイプの内部が凝縮室となる。
【００１６】
そして、上記各分岐管部５ａ，５ｂに設けられた各冷媒ポンプ７Ａ，７Ｂについては、一台だけで作動している場合でも、半導体装置１から発生する熱を充分に吸収し得る冷媒を供給するような能力にされている。
【００１７】
上記構成において、サーバが稼動している間は、当然に、半導体装置１が発熱している状態が続いており、したがって両冷媒ポンプ７Ａ，７Ｂにより冷媒液が第１冷媒移送管５を介して蒸発器２に移送される。この移送時において、凝縮器４からの冷媒液は、第１冷媒移送管５に入った後、分岐用容器９の各分岐室９ａ，９ｂを経て各分岐管部５ａ，５ｂに到る。そして、蒸発器２に移送された冷媒液は、半導体装置１にて発生した熱を奪い冷媒蒸気となる。すなわち、冷媒液の蒸発潜熱により、半導体装置１が冷却される。
【００１８】
この蒸発器２にて発生した冷媒蒸気は第２冷媒移送管６を介して凝縮器４に導かれ、ここで放熱用ファン装置３からの送風により放熱が行われ、冷媒蒸気は冷媒液となり（凝縮され）、再び、冷媒ポンプ７Ａ，７Ｂにより、第１冷媒移送管５を介して蒸発器２に移送されて、冷却サイクルが続行されることになる。
【００１９】
ところで、一方の冷媒ポンプ７Ａ（または７Ｂ）に故障が生じた場合、他方の冷媒ポンプ７Ｂ（または７Ａ）だけで冷媒液の蒸発器２への移送が行われ、冷却サイクルが続行される。したがって、高い信頼性でもって半導体装置１の冷却を行うことができる。
【００２０】
なお、運転方法として、一方の冷媒ポンプ７Ａ（または７Ｂ）だけを使用し、当該一方の冷媒ポンプ７Ａ（または７Ｂ）が故障した場合に、他方の冷媒ポンプ７Ｂ（または７Ａ）を使用するようにしてもよく、さらに両冷媒ポンプ７Ａ，７Ｂを所定の時間間隔でもって交互に使用するようにしてもよく、この場合も、当然、現在、使用している冷媒ポンプ７が故障した場合には、停止している冷媒ポンプ７が作動されて冷却が続行される。勿論、これらの運転は、制御器１１により行われる。
【００２１】
このように、冷媒液を凝縮器４から蒸発器２に移送する第１冷媒移送管５の途中に、２つの分岐管部５ａ，５ｂを設けるとともに、これら各分岐管部５ａ，５ｂに冷媒ポンプ７（７Ａ，７Ｂ）をそれぞれ設けたので、一方の冷媒ポンプ７が故障した場合でも、他方の冷媒ポンプ７にて、冷媒液を蒸発器２に移送して半導体装置１の冷却をそのまま続けることができる。すなわち、半導体装置１を確実に冷却することができるので、この冷却装置を、大型コンピュータシステムのサーバなどに用いた場合には、システム停止を防止することができる。
【００２２】
また、第１冷媒移送管５における両分岐管部５ａ，５ｂへの分岐箇所に、仕切板８を有する分岐用容器９を設けたので、冷媒液を両分岐管部５ａ，５ｂに均等に振り分けることができる。したがって、例えば２台の冷媒ポンプ７を交互に使用した場合でも、冷却能力を一定に維持することができる。
【００２３】
ところで、上記実施の形態においては、第１冷媒移送管５の分岐箇所に分岐用容器９を設けたが、この分岐用容器９を設けずに、直接、第１冷媒移送管５から分岐配管部５ａ，５ｂを分岐させるとともに、これら各分岐配管部５ａ，５ｂに冷媒ポンプ７（７Ａ，７Ｂ）を設けるようにしてもよい。
【００２４】
すなわち、図２に示すように、各冷媒ポンプ７Ａ，７Ｂのポンプ本体７ａ，７ａ同士を並べて配置する（例えば、一つの容器に収納させてもよい）とともに、これら各ポンプ本体７ａ，７ａをそれぞれ分岐管部５ａ，５ｂの途中に配置するようにしてもよい。
【００２５】
また、上記実施の形態においては、冷媒の蒸発・凝縮などの潜熱を利用して熱の授受を行う場合について説明したが、冷媒として水を用いた場合、その顕熱を利用して熱の授受が行われる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明の冷却装置の構成によると、冷媒を放熱器から吸熱器に移送する第１冷媒移送管の途中に、２つの分岐管部を設けるとともに、これら各分岐管部に冷媒ポンプをそれぞれ設けたので、一方の冷媒ポンプが故障した場合でも、他方の冷媒ポンプにて、冷媒を吸熱器に移送して発熱体の冷却をそのまま続けることができる。すなわち、発熱体を確実に冷却することができるので、この冷却装置を、例えば大型コンピュータシステムのサーバに設けられた半導体装置の冷却に用いた場合には、システム停止を防止することができる。
【００２７】
また、第１冷媒移送管における両分岐管部への分岐箇所に、仕切部材を有する分岐用容器を設けたので、冷媒を両分岐管部に均等に振り分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る冷却装置の概略構成を示す図である。
【図３】従来例に係る冷却装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１半導体装置
２蒸発器
３放熱用ファン装置
４凝縮器
５第１冷媒移送管
５ａ分岐管部
５ｂ分岐管部
６第２冷媒移送管
７冷媒ポンプ
７ａポンプ本体
７ｂ電動機
８仕切板
９分岐用容器
９ａ分岐室
９ｂ分岐室

Claims

発熱体に熱結合されて冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器にて放熱が行われた冷媒を上記吸熱器に移送するとともに一部分が分岐されて並流路を構成する２つの分岐管部が設けられた第１冷媒移送管と、上記吸熱器からの冷媒を上記放熱器に移送する第２冷媒移送管と、上記第１冷媒移送管の各分岐管部の途中にそれぞれ設けられた冷媒ポンプとから構成したことを特徴とする冷却装置。
第１冷媒移送管における両分岐管部への分岐箇所に、冷媒を両側に振り分けるための仕切部材を有する分岐用容器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。