JP2014183074A - 電子機器及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結露が発生しない範囲内で冷媒の温度をできるかぎり低くできる電子機器及び冷却方法を提供することを課題とする。
【解決手段】電子部品と、前記電子部品の冷却用の冷媒が流れる配管と、前記配管に接続された熱伝導部と、前記配管よりも先に前記熱伝導部に結露が発生するように促進する促進部と、前記熱伝導部に発生した結露を検出する検出部と、前記促進部による結露の発生の促進中での前記検出部の検出結果に応じて前記冷媒の温度を制御する制御部と、を備えた電子機器。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器、冷却方法に関する。

電子部品の冷却に利用される冷媒の温度はできる限り低いことが望ましいが、冷媒の温度が低すぎると、冷媒が流れる配管周辺に結露が発生する。このような結露が電子部品に付着すると故障の原因となるおそれがある。特許文献１〜４には、結露を防止する技術が開示されている。

特開２０１２−１８９９８号公報 特開２００６−３２５１５号公報 特開２００３−１７６９４２号公報 特開２００４−２３９７８９号公報

配管周辺の空気の温度及び湿度を検出して露点温度を算出し、算出された露点温度を超えるように冷媒の温度を制御することにより、配管に結露が生じることを防止することが考えられる。空気の温度、湿度を検出する温度センサ、湿度センサは、検出結果に誤差があり、この誤差を含む２つの検出温度と検出湿度に基づいて露点温度は算出される。このため算出された露点温度にはバラつきがあるおそれがある。このようなバラつきを考慮して、冷媒の温度は算出された露点温度よりも余裕を持って高めに設定されている。このため、結露が発生しない範囲で冷媒の温度をできる限り低くすることはできず、冷媒の冷却能力を十分に活用しきれてないおそれがある。

本発明は、結露が発生しない範囲内で冷媒の温度をできるかぎり低くできる電子機器及び冷却方法を提供することを目的とする。

本明細書に開示の電子機器は、電子部品と、前記電子部品の冷却用の冷媒が流れる配管と、前記配管に接続された熱伝導部と、前記配管よりも先に前記熱伝導部に結露が発生するように促進する促進部と、前記熱伝導部に発生した結露を検出する検出部と、前記促進部による結露の発生の促進中での前記検出部の検出結果に応じて前記冷媒の温度を制御する制御部と、を備えている。

本明細書に開示の冷却方法は、電子部品の冷却用の冷媒が流れる配管に接続された熱伝導部に前記配管より先に結露が発生するように促進し、結露の発生の促進中に前記熱伝導部に結露が発生したか否かに応じて前記冷媒の温度を制御する。

結露が発生しない範囲内で冷媒の温度をできるかぎり低くできる電子機器及び冷却方法を提供できる。

図１は、電子機器の説明図である。 図２は、配管周辺の説明図である。 図３は、制御部が実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図４は、変形例の説明図である。 図５は、変形例である電子機器の説明図である。 図６は、配管周辺の説明図である。 図７は、制御部が実行する制御の一例を示したフローチャートである。

図１は、電子機器１の説明図である。電子機器１は、例えば、スーパーコンピュータ、サーバ、ネットワーク装置、デスクトップ型コンピュータ、ノート型コンピュータ等の情報処理装置である。電子機器１は、詳しくは後述する電子部品６、電子部品６等を収納する筐体９、を含む。

電子機器１は、受熱プレート２、ポンプＰ、熱交換器Ｈ、電子部品６、プリント基板ＰＲ、制御部Ｃを含む。ポンプＰ、熱交換器Ｈ、受熱プレート２間は、配管が接続されており冷媒が循環する。熱交換器Ｈと受熱プレート２との間は配管Ｒａにより接続されている。受熱プレート２とポンプＰとの間は配管Ｒｂにより接続されている。冷媒は、ポンプＰにより、熱交換器Ｈ、配管Ｒａ、受熱プレート２、配管Ｒｂ、の順に循環する。

受熱プレート２は、電子部品６に接触するように設けられ、受熱プレート２内に冷媒が流れることにより電子部品６から熱を受け取り冷媒に伝える。受熱プレート２は受熱器の一例である。熱交換器Ｈは冷媒の熱を外部に放熱することにより、冷媒が冷却される。従って、配管Ｒａには、熱交換器Ｈで冷却された冷媒が受熱プレート２側に流れる。熱交換器Ｈは、空冷式、水冷式の何れでもよい。熱交換器Ｈが空冷式の場合には、熱交換器Ｈを冷却するためのファンが設けられていてもよい。冷媒は、例えば、プロピレングリコール系の不凍液が使用されるがこれに限定されない。

電子部品６は、例えばＬＳＩ（Large-Scale Integration）やＣＰＵ（Central Processing Unit）等の電子部品である。電子部品６は、単一のパッケージ内に複数の電子部品が内蔵されているものであってもよいし、単体の半導体チップ等であってもよい。電子部品６は、電力が供給されることにより発熱する部品であればよい。電子部品６はプリント基板ＰＲに実装されている。配管Ｒａには板部材Ｂが接続されている。板部材Ｂには板部材Ｂに接触するように結露センサＳ、ペルチェ素子Ｅが設けられている。結露センサＳ、ペルチェ素子Ｅは、制御部Ｃに電気的に接続されている。

制御部Ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含み、冷媒の水温を制御する。例えば、熱交換器Ｈが水冷式の場合、制御部Ｃは、電子部品６から熱を受けた冷媒と熱交換される相手側の冷媒の流量又は流速を制御することにより、電子部品６から熱を受けた冷媒の温度を制御することができる。この場合、熱交換される相手側の冷媒の流量又は流速が大きいほど電子部品６から熱を受けた冷媒の温度を低下させることができる。この場合、制御部Ｃは、熱交換される相手側の冷媒の流量を制御するポンプを制御する。また、熱交換器Ｈが水冷式の場合、電子部品６から熱を受けた冷媒が熱交換器Ｈを通過する際の流量を低下させることによっても、電子部品６から熱を受けた冷媒の温度を制御することができる。この場合、制御部ＣはポンプＰを制御する。熱交換器Ｈが空冷式の場合には、例えば、熱交換器Ｈに送風するファンの回転速度を増大することにより電子部品６から熱を受けた冷媒の温度を低下させることができる。

図２は、配管Ｒａ周辺の説明図である。上述したように配管Ｒａには、熱交換器Ｈで冷却された冷媒Ｍが流れる。板部材Ｂは薄板状である。板部材Ｂは、配管Ｒａに接続されている。接続方法は、溶接のように接合されていてもよいし、接着剤により接着されていてもよいし、配管Ｒａに形成された穴に板部材Ｂが嵌合していてもよい。板部材Ｂは、熱伝導性がよい材料により形成されており、例えば銅やアルミ等の金属製である。また、配管Ｒａも同様に金属製である。冷媒Ｍの熱は、配管Ｒａを介して板部材Ｂに伝たわる。一般的に熱交換器Ｈで冷却された後の冷媒Ｍの温度はこれら筐体９内の空気の温度よりも低い。このため、配管Ｒａ、板部材Ｂは、筐体９内の空気の温度よりも低くなる。板部材Ｂは熱伝導部の一例である。

板部材Ｂの上面には結露センサＳが設けられている。結露センサＳは、板部材Ｂの上面に結露が発生したか否かを検出する。結露センサＳは検出部の一例である。制御部Ｃは結露センサＳからの出力の変化により板部材Ｂに結露が発生したか否かを判定する。板部材Ｂの下面にはペルチェ素子Ｅが固定されている。ペルチェ素子Ｅに電力が供給されることにより板部材Ｂは冷却される。ペルチェ素子Ｅは、配管Ｒａの外面よりも温度が低くなるように板部材Ｂを冷却する。これにより、ペルチェ素子Ｅにより板部材Ｂが冷却されている間は、配管Ｒａの外面よりも板部材Ｂの温度が低くなり、配管Ｒａよりも先に板部材Ｂに結露が発生しやすくなる。即ち、ペルチェ素子Ｅは、板部材Ｂ上での結露の発生を促進する促進部の一例である。

配管Ｒａを通過する冷媒は配管Ｒｂを通過する冷媒よりも温度が低いため、配管Ｒｂよりも配管Ｒａの方が先に結露が発生しやすい。このため、板部材Ｂは配管Ｒａに接続されている。尚、板部材Ｂは、電子部品６やプリント基板ＰＲから離れた位置に設けられていることが望ましい。詳しくは後述するが板部材Ｂに発生した結露の電子部品６等への付着を防止するためである。

図３は、制御部Ｃが実行する制御の一例を示したフローチャートである。制御部Ｃは、ペルチェ素子Ｅに電力を供給して板部材Ｂの冷却を開始する（ステップＳ１）。即ち、制御部Ｃは、板部材Ｂに結露の発生を促進する処理を実行する。次に、制御部Ｃは、上述した方法により冷媒Ｍの温度を低下させる（ステップＳ２）。ここで、制御部Ｃは、冷媒Ｍの温度を徐々に低下させる。例えば熱交換器Ｈが水冷式の場合には、制御部Ｃは熱交換される相手側の冷媒の流量を徐々に増加させ、または、熱交換器Ｈを通過する冷媒Ｍの流量を徐々に低下させる。熱交換器Ｈが空冷式の場合には、制御部Ｃは熱交換器Ｈを冷却するファンの回転数を徐々に増大させる。

次に、制御部Ｃは、結露センサＳからの出力により板部材Ｂに結露が発生したか否かを判定する（ステップＳ３）。否定判定の場合には、制御部ＣはステップＳ２の処理を継続し更に冷媒Ｍの温度を低下させる。これにより板部材Ｂに結露が発生するまで冷媒Ｍの温度が低下される。

肯定判定の場合には、制御部Ｃはペルチェ素子Ｅへの電力供給を停止して板部材Ｂの冷却を停止し（ステップＳ４）冷媒Ｍの温度を、板部材Ｂに結露が発生した時の冷媒Ｍの温度よりも僅かに上昇させた温度で維持する（ステップＳ５）。例えば熱交換器Ｈが水冷式の場合には、熱交換される相手側の冷媒の流量を結露発生時よりも僅かに低い状態で維持し、又は熱交換器Ｈを通過する冷媒Ｍの流量を結露発生時よりも僅か高い状態で維持する。また、熱交換器Ｈが空冷式の場合には、熱交換器Ｈを冷却するファンの回転数を結露発生時よりも僅かに低い状態で維持する。このように板部材Ｂに結露が発生した場合に冷媒Ｍの温度の低下を停止することにより、配管Ｒａに結露が発生しない範囲で冷媒Ｍをできるかぎり低温に維持でき、冷媒Ｍの冷却能力を十分に活用することができる。

次に、制御部Ｃは、板部材Ｂに発生した結露の揮発を促進する（ステップＳ６）。具体的には、制御部Ｃに対して、板部材Ｂを冷却した時の通電方向とは逆方向に通電することにより板部材Ｂを加熱させて、板部材Ｂに発生した結露の揮発を促進する。次に制御部Ｃは、結露センサＳからの出力により板部材Ｂ上の結露が消失したか否かを判定する（ステップＳ７）。結露が消失していない場合には、制御部Ｃは、ステップＳ６の処理を継続して結露を消失させる。結露が消失した場合には、制御部Ｃは再度ステップＳ１の処理を実行する。このように、板部材Ｂに生じた結露を揮発させて再度ステップＳ１以降の処理を繰り返す。これにより、経時的に変化する電子部品６から冷媒Ｍが受ける熱量の変化や配管Ｒａ周辺の空気の温度、湿度の変化に対応して、配管Ｒａに結露が発生しない範囲で出来るかぎり冷媒Ｍの温度を低下させることができる。

尚、上記ステップＳ５で、結露発生後に冷媒温度が僅かに高い状態で維持するが、板部材Ｂでの結露発生時に板部材Ｂが配管Ｒａより十分に低温であるような場合には、上記ステップＳ５は実行せずに結露発生時での冷媒Ｍの温度を維持してもよい。この場合、配管Ｒａに結露が発生しないからである。

上記ステップＳ６では、ペルチェ素子以外の加熱部により板部材Ｂを加熱してもよい。例えば、ヒータにより板部材Ｂを加熱してもよいし、ヒータとファンにより温風を板部材Ｂに送風してもよい。

尚、ステップＳ１〜７の実行後に再びステップＳ２を実行しなくてもよい。例えば、ステップＳ１〜７を実行後にステップＳ１を実行し、冷媒Ｍが受ける熱量の変化や配管Ｒａ周辺の空気の変化等により板部材Ｂに結露が発生した場合に制御部Ｃは冷媒Ｍの温度を上昇させてもよい。これにより、配管Ｒａに結露が発生することが防止される。

尚、板部材Ｂよりも電子部品６に近い配管Ｒａに結露センサＳとは異なる別の結露センサを設けてもよい。例えばこの結露センサにより結露が検出された場合には制御部ＣはポンプＰを停止して冷媒Ｍの温度を上昇させて、それ以上の結露の発生を防止してもよい。

上記実施例おいて、制御部Ｃは、ポンプＰを制御すると共に結露センサＳやペルチェ素子Ｅと電気的に接続されているがこれに限定されない。例えば、ポンプを制御する制御部と結露センサＳやペルチェ素子Ｅと電気的に接続される制御部とを個別に設け、両制御部が互いに通信してもよい。

図４は、変形例の説明図である。配管Ｒａ´は、熱伝導率が低い材料から形成され、例えばプラスチック製又はゴム製のチューブ又はホースである。板部材Ｂは、配管Ｒａ´の外壁を貫通して冷媒Ｍに直接晒される。これにより、配管Ｒａ´の熱伝導率が低い場合であっても、冷媒Ｍの熱は配管Ｒａ´よりも先に板部材Ｂに伝たわり、配管Ｒａ´よりも先に板部材Ｂに結露を発生させやすくすることができる。

図５は、変形例である電子機器１´の説明図である。尚、電子機器１´について、電子機器１と同一又は類似の符号を付することにより重複する説明を省略する。制御部Ｃ´に電気的に接続されたファンＦＮが設けられている。

図６は、配管Ｒａ周辺の説明図である。筒部材Ｂ´は、配管Ｒａの外面に固定されている。筒部材Ｂ´は、熱伝導性がよい材料により形成されており、例えば銅やアルミ等の金属製である。筒部材Ｂ´は熱伝導部の一例である。筒部材Ｂ´の一端の開口部には加湿フィルタＦ１が設けられ、筒部材Ｂ´の他端の開口部には除湿フィルタＦ２が設けられている。筒部材Ｂ´内に結露センサＳが配置されている。尚、筒部材Ｂ´には結露センサＳと制御部Ｃとの電気的接続を確保するケーブルを逃す孔が設けられている。

ファンＦＮは、加湿フィルタＦ１を介して筒部材Ｂ´内を空気が通過し除湿フィルタＦ２から空気が排出されるように送風する。ここで加湿フィルタＦ１は、空気及び空気中の水分の通過を許容するが、除湿フィルタＦ２は、空気は通過させるが空気中の水分の通過を抑制する。これにより、配管Ｒａ周辺よりも筒部材Ｂ´内の湿度が上昇する。配管Ｒａ周辺の雰囲気の温度及び筒部材Ｂ´内の雰囲気の温度は略同じであると考えられるため、配管Ｒａ周辺よりも筒部材Ｂ´内のほうが結露が発生しやすくなる。これにより、配管Ｒａよりも先に筒部材Ｂ´内に結露を発生させることができる。加湿フィルタＦ１、除湿フィルタＦ２、筒部材Ｂ´内を加湿する促進部の一例である。

筒部材Ｂ´内には、筒部材Ｂ´を加熱する加熱素子ＨＮが設けられている。加熱素子ＨＮは制御部Ｃ´により制御される。加熱素子ＨＮは筒部材Ｂ´の外面に固定されていてもよい。加熱素子ＨＮは加熱部の一例である。尚、筒部材Ｂ´は筒状であるがこれに限定されない。例えば、板状の熱伝導部に別体の部材を固定して全体的に結露センサＳを包囲する筒状の部材を形成してもよい。また、外部から筐体９内に自然風が流れる場合にファンＦＮはなくてもよい。

図７は、制御部Ｃ´が実行する制御の一例を示したフローチャートである。制御部Ｃ´は、ファンＦＮを駆動して筒部材Ｂ´内の加湿を開始する（ステップＳ１´）。筒部材Ｂ´内に結露が発生した場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御部Ｃ´はファンＦＮを停止して加湿を停止し（ステップＳ４´）、加熱素子ＨＮにより筒部材Ｂ´を加熱して結露の揮発を促進する（ステップＳ６´）。これにより、配管Ｒａに結露が発生しない範囲で冷媒Ｍの温度を出来るかぎり低く維持でき、冷媒Ｍの冷却能力を十分に活用することができる。尚、この場合もステップＳ７の実行後に再びステップＳ２を実行しなくてもよい。また、ステップＳ６´において、加熱素子ＨＮにより筒部材Ｂ´を加熱すると共にファンＦＮを逆回転させて筒部材Ｂ´内の空気を加湿フィルタＦ１を介して外部に排出させてもよい。加熱素子ＨＮの代わりにペルチェ素子で筒部材Ｂを加熱してもよい。

以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１、１´ 電子機器
２ 受熱プレート（受熱器）
６ 電子部品
９ 筐体
Ｈ 熱交換器
Ｐ ポンプ
Ｒａ 配管
Ｂ 板部材（熱伝導部）
Ｂ´ 筒部材（熱伝導部）
Ｅ ペルチェ素子（促進部）
Ｆ１ 加湿フィルタ（促進部）
Ｆ２ 除湿フィルタ（促進部）
Ｓ 結露センサ（検出部）
ＦＮ ファン
ＨＮ 加熱素子

Claims (12)

1. 電子部品と、
   前記電子部品の冷却用の冷媒が流れる配管と、
   前記配管に接続された熱伝導部と、
   前記配管よりも先に前記熱伝導部に結露が発生するように促進する促進部と、
   前記熱伝導部に発生した結露を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に応じて前記冷媒の温度を制御する制御部と、を備えた電子機器。
2. 前記促進部は、前記配管の外面の温度より低い温度にまで前記熱伝導部を冷却して結露の発生を促進する、請求項１の電子機器。
3. 前記促進部は、前記熱伝導部を加湿することにより結露の発生を促進する、請求項１の電子機器。
4. 前記促進部は、ペルチェ素子である、請求項２の電子機器。
5. 前記熱伝導部は、前記検出部を包囲する筒状であり、
   前記促進部は、筒状の前記熱伝導部内に配置された加湿フィルタ及び除湿フィルタを含む、請求項３の電子機器。
6. 前記促進部による結露の促進は、前記検出部が結露を検出した場合には停止される、請求項１乃至５の何れかの電子機器。
7. 前記検出部が結露を検出した場合に前記熱伝導部を加熱する加熱部を備えている、請求項１乃至６の何れかの電子機器。
8. 前記検出部が結露を検出した場合、前記ペルチェ素子が前記熱伝導部を冷却する状態から加熱する状態に前記ペルチェ素子への電力供給が切り替えられる、請求項４の電子機器。
9. 前記配管は、前記冷媒の熱を放熱する熱交換器と前記発熱部品からの熱を前記冷媒に伝える受熱器との間にある、請求項１乃至８の何れの電子機器。
10. 前記制御部は、結露の発生の促進中に前記熱伝導部に結露が発生したことが検出されるまで前記冷媒の温度を低下させ、結露の発生の促進中に前記熱伝導部に結露が発生したことが検出された場合には前記冷媒の温度の低下を停止する、請求項１乃至９の何れかの電子機器。
11. 前記制御部は、結露の発生の促進中に前記熱伝導部に結露が発生したことが検出された場合には前記冷媒の温度を上昇させる、請求項１乃至９の何れかの電子機器。
12. 電子部品の冷却用の冷媒が流れる配管に接続された熱伝導部に前記配管より先に結露が発生するように促進し、
    結露の発生の促進中に前記熱伝導部に結露が発生したか否かに応じて前記冷媒の温度を制御する、冷却方法。

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