JP2560559B2

JP2560559B2 - 電子計算機

Info

Publication number: JP2560559B2
Application number: JP3072778A
Authority: JP
Inventors: 繁男大橋; 敏夫畑田; 忠克中島; 平吉桑原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1996-12-04
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JPH04307993A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクルを備えた
電子計算機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子計算機では、筐体の中に、半
導体素子、電源など多数存在する発熱源を冷却するため
に１ないし数個のファンが設けられている。そして冷却
用空気がファンにより穴から筐体中へ送風され、熱源を
冷却した後、筐体外部へ出るようになっている。このよ
うな構成では、冷却用空気の流入温度は室温であり、温
度の上昇した空気が、筐体背面あるいは床下へと送風さ
れている。これらの装置に関しては実開平１−１３９４
９５号，実開平１−１８７９５号公報に記載がある。

【０００３】また、特開昭６４−５１５１４号公報では
コンピュ−タの筐体内に冷凍機を具備し、半導体素子を
冷却している。この例では、半導体素子の熱を冷凍機内
の熱交換器で熱交換した後、外部に放熱している。

【０００４】さらに特開昭６４−６７５４２号、特開昭
６４−５７０２７号公報には、冷凍サイクルを用いた空
気調和器を備えた机が開示されている。これらの例で
は、机上方に冷風吹き出し口を、下方に空気吸込口を備
え、机上部から冷風を吹き出す構造になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の電子計算
機においては、半導体素子などの電子計算機の構成部品
からの発熱が半導体の高集積化により増大し、筐体内部
の空気温度が上昇する。そのため、半導体素子の誤動
作、作動不良を引き起こす一因となっている。また、上
昇した空気を筐体の背面あるいは床下に吹き出す構造と
なっているため、操作者の周囲の温度を制御し、所定の
温度環境を提供するということについては何等考慮され
ていなかった。

【０００６】また、空気調和器を備えた机の例では、操
作者の周囲に冷風を吹き出すだけであり、電子計算機の
発熱による周囲温度の上昇、熱源の存在については考慮
されていなかった。

【０００７】本発明の目的は、電子計算機を構成する半
導体素子を効果的に冷却するとともに、電子計算機の操
作者の周囲の温度を、操作者の設定する所定の温度に保
ち、快適な作業環境が得られる電子計算機の冷却装置を
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、筐体内に収
納された演算装置と、圧縮機と、この圧縮からの冷却媒
体を冷却する第３の熱交換器と、この第３の熱交換器と
減圧手段を介して接続され前記演算手段を冷却する第１
の熱交換器とを備えた電子計算機において、前記第３の
熱交換器と減圧手段を介して接続された第２の熱交換器
と、前記第３の熱交換器により熱交換された空気を前記
筐体下部に設けられた吹き出し口に送風する手段と、前
記第２の熱交換器と熱交換された空気を前記筐体上部に
設けられた吹き出し口より送風する手段とを備えること
により達成される。

【０００９】また、特に、筐体下部及び筐体上部に設け
られ前記吹き出し口から流出する風向きを夫々調節する
ルーバと、前記電子計算機の周囲温度を検出する温度検
出手段と、この温度検出手段の出力と温度設定値に基づ
いて前記ルーバを調節する手段とを備えたものである。

【００１０】さらに、上記目的は、筐体内に収納された
演算装置と、圧縮機と、この圧縮からの冷却媒体を冷却
する第３の熱交換器と、この第３の熱交換器と減圧手段
を介して接続され前記演算手段を冷却する第１の熱交換
器とを備えた電子計算機において、前記第３の熱交換器
と減圧手段を介して接続された第２の熱交換器と、前記
電子計算機の周囲温度を検出する温度検出手段と、この
温度検出手段の出力が設定温度より低いとき、前記第３
の熱交換器により熱交換された空気を前記筐体下部に設
けられた吹き出し口から操作者側に送風する手段と、前
記温度検出手段の出力が設定温度より高いとき、前記第
２の熱交換器と熱交換された空気を前記筐体上部に設け
られた吹き出し口より送風する手段とを備えることによ
って達成される。

【００１１】さらに、上記目的は、圧縮機と、この圧縮
機に接続された第３の熱交換器と、この第３の熱交換器
に第１の減圧手段を介して接続され冷却対象である演算
装置を冷却する第１の熱交換器とを備えた電子計算機に
おいて、前記圧縮機と前記第３の熱交換器との間に設け
られた四方弁と、一方が前記第３の熱交換器と第２の減
圧手段を介して接続され、他方が前記四方弁に接続され
た第２の熱交換器と、前記電子計算機の周囲温度に応じ
て前記四方弁を切り替える手段とを備えることによって
達成される。

【００１２】

【作用】電子計算機は、演算装置、記憶装置等を備え、
演算装置は冷凍サイクルと同一筐体に収納されているの
で、演算装置や記憶装置を効率的に冷却できるととも
に、電子計算機の移設が容易になる。また、環境温度に
拘らず、安定した運転が可能となる。

【００１３】また、電子計算機は複数の熱交換器を含む
冷凍サイクルを備え、発熱部である演算装置は、冷凍サ
イクルの蒸発器で得られる冷熱源に熱的に接続されてい
る。このため、演算装置と冷熱源との間で温度差を大き
くとれるので高い冷却性能が得られる。さらに、別に設
けた蒸発器で外部空気から吸熱して冷風を得るととも
に、冷凍サイクルを構成する凝縮器において、演算装置
の熱及び外部空気から吸収した熱により温風を得ること
ができる。従って、操作者の設定する温度に応じて冷
風、温風を吹き出すことができるので、操作者の周囲の
温度を設定した所定の温度に保つことができる。

【００１４】また、演算装置と熱的に接続された冷却部
材内部に液流路群を設けている。液ポンプは外部空気の
熱交換器と液流路群との間で液を循環させている。その
結果、演算装置が冷却され、演算装置の熱により温度上
昇した空気を操作者の周囲に吹き出すことができ、操作
者の周囲の温度を設定した所定の温度に保つことができ
る。

【００１５】また、冷凍サイクルの蒸発器で得られる冷
熱源によって演算装置を冷却するとともに、冷凍サイク
ルを構成する蒸発器と凝縮器の機能を入れ替え、操作者
の周囲に冷風、温風を切り替えて吹き出すようにしたの
で、操作者の周囲の温度を設定した所定の温度に保つこ
とができる。さらに、計算機本体と冷凍サイクルユニッ
トを分離して設置も可能となり、大きな熱負荷にも対応
できる。

【００１６】

【実施例】図１に本発明の第１の実施例を示す。電子計
算機は演算装置および記憶装置、入力装置１７、表示装
置１８、等より構成される。ここで、表示装置１８及び
入力装置１７は操作机１００上に載置されている。ま
た、筐体１０３には演算装置、記憶装置等が収納されて
いる。なお、この例では筐体１０３を２つの筐体１０
１、１０２として構成している。

【００１７】ここで、例えば、電子計算機が図１０に示
すホストコンピュータ２０１と接続された端末用電子計
算機２０２の場合には、空調システムの完備していない
製造現場等へも分散して設置される。この場合、電子計
算機２０２の温度が許容作動温度範囲を超えることもあ
り、電子計算機２０２を冷却する必要が生じる。そこ
で、電子計算機２０２内部に冷凍サイクル２０３を設け
ることにより、効率的に電子計算機２０２を冷却できる
とともに、大規模の空調設備を設けることなく電子計算
機２０２の安定な運転が可能となる。また、工場のレイ
アウト変更や端末装置の設定位置の変更の際にも、新た
に空調設備を設ける必要がなく、容易に設置位置が変更
できる。なお、これは、端末用電子計算機に限るもので
はなく、ホストコンピュータや単独に設けられた電子計
算機にも実施できる。

【００１８】電子計算機の高密度実装化に伴い、電子計
算機で発生する熱が増大する。そこで、その熱を奪い冷
却するための冷凍サイクルシステムが電子計算機に設け
られている。このシステムは第１、第２、第３の熱交換
器３、５、４、圧縮機６、膨張弁７で構成された冷凍サ
イクルと、ファン等の送風装置８，９と、冷却空気及び
暖房空気の向き、風量を変化させるルーバー１０、１１
と、除湿装置１２と、電子計算機の操作者の周りの空気
温度の検出装置１３と、制御装置１９及び温度設定装置
１４などで構成される。ボード２、圧縮機６、膨張弁
７、第１の熱交換器３は筐体１０１内部に収納されてい
る。なお、半導体素子１で形成されるボード２には、電
子計算機の演算装置と記憶装置の部分が搭載されてい
る。

【００１９】半導体素子１で発生する熱により第１の熱
交換器３の内部を流れる冷媒が蒸発し、半導体素子１が
冷却される。ここで、半導体素子と第１の熱交換器３と
は、柔軟かつ低熱抵抗の部材などを介して押しつけられ
ており、半導体素子で発生する熱は効率良く第１の熱交
換器３に伝導される。第１の熱交換器３は、圧縮機６、
膨張弁７、第３の熱交換器４とともに冷凍サイクルを形
成し、半導体素子１の熱は最終的に第３の熱交換器４を
介して外部に放熱される。

【００２０】さらに、第２の熱交換器５も冷凍サイクル
の一部を形成しており、外部空気から吸熱して冷風を作
り、吸収した熱を第３の熱交換器４を介して外部に放出
する。この時、第２の熱交換器５の空気流入部には除湿
装置１２が設けられており、電子計算機に露が付くのを
防止している。第２及び第３の熱交換器５，４は、例え
ば、フィン上の空気熱交換器で、ファン等の送風装置
９，８を備えている。送風装置８，９は熱交換器に空気
を強制的に送り、ルーバー１０，１１により風向きを変
えられた風が、吹き出し口１５，１６から吹き出され
る。

【００２１】電子計算機の入力装置１７、表示装置１８
を扱う操作者は、温度設定装置１４に環境温度を設定す
る。すると、電子計算機周囲の温度が制御装置１９によ
り制御され、以下のようにして希望の温度を得ることが
できる。

【００２２】操作者周囲の温度が設定した温度より高い
場合、第２の熱交換器５から冷風を操作者の周囲に供給
する。この時、空気から吸熱した熱及び半導体素子で発
生する熱が第３の熱交換器４によって外部空気と熱交換
され、吹き出し口１６から電子計算機の背面に放出され
る。逆に、操作者周囲の温度が設定した温度より低い場
合、第２の熱交換器５で空気から吸熱した熱及び半導体
素子で発生する熱が第３の熱交換器４によって外部空気
と熱交換され、熱風が吹き出し口２０から操作者の足元
に放出される。これにより、操作者に快適な環境を提供
できるとともに、高い冷却性能を有する電子計算機の冷
却装置が実現できる。

【００２３】図２、図３を用いて本発明の動作の説明を
する。図２は、操作者周囲の温度が設定した温度より高
い場合で、第２の熱交換器５から冷風２３が操作者の周
囲に供給される場合である。

【００２４】温度検出器１３の出力が温度設定装置１４
で設定された設定温度より高くなると、制御装置１９は
ル−バ−１０、１１の向きを変える指令を出す。具体的
には、ル−バ−１１が側方の吹き出し口２１を塞ぐ指令
が制御装置より出され、冷風２３が筐体１０２の上部に
設けた吹き出し口１５から操作者の周囲へ送風される。
一方、制御装置１９は、電子計算機で発生する熱が操作
者周囲に及ぶのを防止するため、ル−バ−１０を回動さ
せる指令をも発する。そこで、第３の熱交換器４の上方
に設けた空気取り入れ口２２から流入し熱交換された温
風２４が、ル−バ−１０の向きに従って、計算機システ
ムの背面側の吹き出し口１６から送風され、操作者の周
囲温度の上昇を防ぐ。

【００２５】図３は、操作者周囲の温度が設定した温度
より低い場合である。温度検出器１３の出力が温度設定
装置１４で設定された設定温度より低くなると、制御装
置１９はル−バ−１０、１１の向きを変える指令を出
す。すなわち、側方の吹き出し口２１をル−バ−１１が
開く指令が制御装置より出され、冷風２３が筐体１０２
の側部に設けた吹き出し口２１から吹き出され、操作者
の周囲へ送風されるのを防止する。一方、制御装置１９
は、電子計算機で発生する熱を操作者の足元に送るため
に、ル−バ−１０を回動させる指令をも発する。その
時、第３の熱交換器４の上方に設けた空気取り入れ口２
２から流入し熱交換された空気が、ル−バ−１０の向き
に従って、電子計算機の操作者側の吹き出し口２０から
吹き出され、操作者の周囲へ温風２４が送風される。こ
の場合、吹き出し口２１から吹き出される冷風２３は、
周囲の空気より重いので床下面に沈降する。その結果、
操作者周囲への冷風の回り込みが防止される。

【００２６】また、制御装置１９の制御指令を変えるこ
とにより、ル−バ−１０、ル−バ−１１の角度を変化さ
せ、操作者側に放出される温風２４、冷風２３の風量を
可変にすることも可能である。さらに、両者を同時に操
作者の周囲に吹き出し、頭寒足熱の理想的な環境を提供
することもできる。

【００２７】図４に本発明の系統図を示す。冷凍サイク
ルは、制御装置１９によって制御されており、制御装置
１９には、温度検出器１３、温度設定装置１４、及び、
半導体素子１の図示しない温度検出器が接続されてい
る。そして、温度検出器１３で検出した操作者周囲の温
度、温度設定装置14で設定した温度、および、半導体素
子の温度に応じて、冷凍能力、並びに、操作者の周囲に
送風する風量及び風向を制御する。制御装置１９は、温
度検出器１３で検出した操作者周囲の温度と、温度設定
装置１４で設定した温度との温度差に応じて、第３の熱
交換器４で生ずる温風及び第２の熱交換器５で生ずる冷
風の量及び方向を変化させる。これらは、ル−バ−１
０，１１の角度、送風装置８、９の回転数、圧縮器６に
使用するモ−タ６１の回転数、並びに、膨張弁７、７１
の開度を制御することにより実行される。操作者周囲に
温風を吹き出す場合、半導体素子で発生する熱を利用す
るので効率が良い。また、常時、半導体素子の温度を監
視し、その温度に応じて冷却能力を制御できるので動作
信頼性の高い電子計算機の冷却システムを提供できる。

【００２８】なお、外気温度の状況により、送風装置
８、９の何れかを停止するように制御装置１９で制御す
ることも可能である。この場合、無駄な冷房もしくは、
暖房を防止できる。

【００２９】図５に本発明の第２の実施例を示す。本実
施例と第１の実施例との違いは、第１の熱交換器３の取
付け方の違いにある。すなわち、本実施例では第１の熱
交換器３において筐体内部の空気と冷却液との間で熱交
換が行われ、冷却された筐体内部の空気をファン８１が
ボード２へ送風するこの結果、半導体素子１を搭載した
複数のボード２へ冷風が一様に送風され、均一な冷却が
可能になると共に、熱交換器やファンの構成を簡素にす
ることが可能である。

【００３０】なお、第２の熱交換器５を設けず、筐体内
部を循環する空気を用いても良い。この場合構造が簡単
になるという利点がある。

【００３１】図６に本発明の第３の実施例を示す。本実
施例と第１、第２の実施例との違いは、冷却液の送液の
ために、液ポンプ６２を設けたことにある。この結果、
半導体素子１の発熱量に応じて、液ポンプの流量を変え
ることにより、効率的に電子計算機を冷却することが可
能となる。

【００３２】図７に第４の実施例を示す。本実施例は、
上記実施例と異なり、電子計算機本体８０と冷凍サイク
ル８２とが別筐体よりなり、分離可能に構造されてい
る。そして、冷凍サイクル８２は、例えば、屋外などに
置かれ、屋外空気との間で吸熱、放熱を行う。第１の熱
交換器３、第３の熱交換器４は、圧縮機６、四方弁７
２、膨張弁７、７１、及び、第２の熱交換器７０ととも
に冷凍サイクルを形成する。ここで、操作者周囲の温度
が設定した温度より高い場合、第２の熱交換器７０は冷
凍サイクルにおける蒸発器となり、第３の熱交換器４は
凝縮器となる。これとは逆に、操作者周囲の温度が設定
した温度より低い場合、第２の熱交換器７０は冷凍サイ
クルにおける凝縮器に、第３の熱交換器４は蒸発器に機
能が入れ替わる。凝縮器と蒸発器との機能は、四方弁７
２によって冷媒の流れる方向を逆転させることによって
入れ替えられる。これにより、操作者周囲の温度が冷風
もしくは温風により効率良く制御できるので、操作者に
快適な温度環境を提供できる。

【００３３】図８に第４の実施例の系統図を示す。冷凍
サイクルは、熱交換器３，４，７０、圧縮器６、膨張弁
７，７１、四方弁７２から構成される。なお、制御装置
は省略している。第１の熱交換器３は、半導体素子を冷
却するため常に蒸発器になっている。一方、第３の熱交
換器４と第２の熱交換器７０は、上記したように操作者
周囲の温度に応じて凝縮器と蒸発器との機能を、四方弁
７２の切り換えにより交換する。

【００３４】図９に第５の実施例を示す。ボード２上に
搭載された多数の半導体素子１がファン８１で空冷され
ている。半導体素子１には、必要に応じて放熱フィンが
取り付けられる。本実施例においては、計算機本体８０
と冷凍サイクルユニット８２とは別ユニットであり、分
離できる構造になっている。半導体素子１の発熱量が小
さい場合、冷凍サイクルユニット８２は用いず、ファン
８１のみを用い外部空気で半導体素子１を空冷する。半
導体素子１の発熱量が大きい場合には、高い冷却性能が
要求されるので、冷凍サイクルユニット８２を計算機本
体８０に取付ける。そして、冷凍サイクルユニット８２
の蒸発器７０で発生する冷気をファン８１を用いて電子
計算機本体８０内に送風し、半導体素子１を空冷する。
この時、蒸発器７０で発生する低温の空気、及び、第３
の熱交換器（凝縮器）４で発生する熱風を操作者の設定
する温度に応じて吹き出すことによって、操作者に快適
な温度環境を提供できるとともに高い冷却性能を有する
電子計算機の冷却装置を実現できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明では、半導体素子を複数備えた電
子計算機の冷却に用いる冷凍サイクルに、複数の熱交換
器を設けている。その一つ（第１の熱交換器）は、電子
計算機内部で発生した熱を外部へ放出し、別の一つ（第
２の熱交換器）は外部大気を冷却する。この結果、電子
計算機の操作者にとって外部気温が高いときには、第２
の熱交換器で生ずる冷風を、逆に外部気温が低いときに
は第１の熱交換器で生ずる温風を操作者の周囲に吹き出
すことにより、電子計算機の冷却と操作者の作業環境を
快適に保つことが同時に可能である。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の斜視図である。

【図２】本発明の機能を説明する図である。

【図３】本発明の機能を説明する図である。

【図４】本発明の第１の実施例の系統図である。

【図５】本発明の第２の実施例の斜視図である。

【図６】本発明の第３の実施例の斜視図である。

【図７】本発明の第４の実施例の側面図である。

【図８】本発明の第４の実施例の系統図である。

【図９】本発明の第５の実施例の側面図である。

【図１０】本発明をネットワークに用いた１実施例であ
る。

【符号の説明】

１：半導体素子３：第１の熱交換器，４：第２
の熱交換器，５：第３の熱交換器６：圧縮機８，９：送風機１０，１１：ル−バ− １５，１６，２０，２１：空
気吹き出し口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桑原平吉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 (56)参考文献特開昭63−298513（ＪＰ，Ａ) 特開平２−204813（ＪＰ，Ａ) 特開平１−270296（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】筐体内に収納された演算装置と、圧縮機
と、この圧縮からの冷却媒体を冷却する第３の熱交換器
と、この第３の熱交換器と減圧手段を介して接続され前
記演算手段を冷却する第１の熱交換器とを備えた電子計
算機において、前記第３の熱交換器と減圧手段を介して
接続された第２の熱交換器と、前記第３の熱交換器によ
り熱交換された空気を前記筐体下部に設けられた吹き出
し口に送風する手段と、前記第２の熱交換器と熱交換さ
れた空気を前記筐体上部に設けられた吹き出し口より送
風する手段とを備えた電子計算機。
【請求項２】請求項１において、前記筐体下部及び筐体
上部に設けられ前記吹き出し口から流出する風向きを夫
々調節するルーバーと、前記電子計算機の周囲温度を検
出する温度検出手段と、この温度検出手段の出力と温度
設定値に基づいて前記ルーバーを調節する手段とを備え
た電子計算機。
【請求項３】請求項１において、前記電子計算機の周囲
温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の出
力と温度設定値に基づいて前記第２の熱交換器の冷却能
力を調整する手段とを備えた電子計算機。
【請求項４】前記筐体は前記第３の熱交換器及びこの第
３の熱交換器により熱交換された空気を前記筐体下部に
設けられた吹き出し口に送風する手段とを収納する第１
の部分と、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器、
前記圧縮機、前記減圧手段、及び前記第２の熱交換器と
熱交換された空気を前記筐体上部に設けられた吹き出し
口より送風する手段とを収納する第２の部分とに区分し
た筐体である請求項１に記載の電子計算機。
【請求項５】筐体内に収納された演算装置と、圧縮機
と、この圧縮からの冷却媒体を冷却する第３の熱交換器
と、この第３の熱交換器と減圧手段を介して接続され前
記演算手段を冷却する第１の熱交換器とを備えた電子計
算機において、前記第３の熱交換器と減圧手段を介して
接続された第２の熱交換器と、前記電子計算機の周囲温
度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の出力
が設定温度より低いとき、前記第３の熱交換器により熱
交換された空気を前記筐体下部に設けられた吹き出し口
から操作者側に送風する手段と、前記温度検出手段の出
力が設定温度より高いとき、前記第２の熱交換器と熱交
換された空気を前記筐体上部に設けられた吹き出し口よ
り送風する手段とを備えた電子計算機。
【請求項６】圧縮機と、この圧縮機に接続された第３の
熱交換器と、この第３の熱交換器に第１の減圧手段を介
して接続され冷却対象である演算装置を冷却する第１の
熱交換器とを備えた電子計算機において、前記圧縮機と
前記第３の熱交換器との間に設けられた四方弁と、一方
が前記第３の熱交換器と第２の減圧手段を介して接続さ
れ、他方が前記四方弁に接続された第２の熱交換器と、
前記電子計算機の周囲温度に応じて前記四方弁を切り替
える手段とを備えた電子計算機。
【請求項７】請求項６において、前記圧縮機、第３の熱
交換器及び四方弁を収納する屋外筐体と、前記演算装
置、第１の熱交換器、第２の熱交換器を収納する屋内筐
体とを備えた電子計算機。