JP2005252271A - 液冷システム - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器装置の増設、保守時の作業を容易し、電子機器装置の着脱時の液漏れをなくし、冷却系の故障に対しても高信頼な液冷システムを提供する。
【解決手段】電子機器装置１にひとつの閉ループの液冷システムを、複数の電子機器装置１を実装するキャビネット２に他の閉ループの液冷システムを設置し、それらの閉ループの液冷システムは受熱部１０、ポンプ９などで構成されている。さらに、電子機器装置１に突起物を設けたり、キャビネット２に液停止、循環用の開閉弁１３を設ける。
【選択図】図２

Description

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。

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。

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。

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。

特開平６−９７３３８号公報（第６頁、第１図）

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。

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。

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。

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。

上記目的は、電子機器装置に搭載される発熱素子の液冷システムにおいて、前記液冷システムは、前記発熱素子の熱を受け取る受熱部と、この受熱部に冷媒液を循環させる液駆動手段と、前記発熱素子からの熱を放熱する熱交換器とを備えて前記発熱素子と一体的に構成され、前記電子機器装置には、前記液冷システムと熱的に接続されて前記発熱素子の熱を前記電子機器装置の筐体外に放熱する放熱手段を有し、前記発熱素子を一体的に構成した前記液冷システムを前記電子機器装置に取り付け可能な構成とし、前記液冷システムが前記電子機器装置に取り付けられる際、前記放熱手段は前記電子機器装置内に取り付けられた状態を維持し、前記液冷システムは前記発熱素子を一体的に構成された状態で前記電子機器装置に対して取り付け可能としたことにより達成される。
を特徴とする電子機器装置の発熱素子の液冷システム。

また、上記目的は、前記放熱手段はファンであることにより達成される。

また、上記目的は、前記電子機器本体の外郭を形成するキャビネットには第2の液冷システムを備え、この第2の液冷システムは前記液冷システムが吸熱した熱を受け取ることにより達成される。

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。

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。

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。

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。

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。

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。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１は、本発明の第１実施例の斜視図である。 図２は、図１の側面断面図である。 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は、図５の側面断面図である。 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。

Claims (4)

1. 電子機器装置に搭載される発熱素子の液冷システムにおいて、
   前記液冷システムは、前記発熱素子の熱を受け取る受熱部と、この受熱部に冷媒液を循環させる液駆動手段と、前記発熱素子からの熱を放熱する熱交換器とを備えて前記発熱素子と一体的に構成され、
   前記電子機器装置には、前記液冷システムと熱的に接続されて前記発熱素子の熱を前記電子機器装置の筐体外に放熱する放熱手段を有し、前記発熱素子を一体的に構成した前記液冷システムを前記電子機器装置に取り付け可能な構成とし、
   前記液冷システムが前記電子機器装置に取り付けられる際、前記放熱手段は前記電子機器装置内に取り付けられた状態を維持し、前記液冷システムは前記発熱素子を一体的に構成された状態で前記電子機器装置に対して取り付け可能としたことを特徴とする電子機器装置の発熱素子の液冷システム。
2. 請求項１に記載の液冷システムにおいて、
   前記放熱手段はファンであることを特徴とする液冷システム。
3. 請求項１に記載の液冷システムにおいて、
   前記電子機器本体の外郭を形成するキャビネットには第2の液冷システムを備え、この第2の液冷システムは前記液冷システムが吸熱した熱を受け取ることを特徴とする液冷システム。
4. 請求項１に記載の液冷システムにおいて、
   前記液冷システムの液体循環方向と前記第２の液冷システムの液体循環方向が異なることを特徴とする液冷システム。

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