JP2573562B2 - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置

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JP2573562B2
JP2573562B2 JP60075465A JP7546585A JP2573562B2 JP 2573562 B2 JP2573562 B2 JP 2573562B2 JP 60075465 A JP60075465 A JP 60075465A JP 7546585 A JP7546585 A JP 7546585A JP 2573562 B2 JP2573562 B2 JP 2573562B2
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被冷却体に液体冷媒を循環供給する液体冷却
装置に関し、特に冷媒の温度制御を行いつつ冷却する冷
却装置に関するものである。
〔従来の技術〕
大型の情報処理装置等の電子機器は多数個の集積回路
素子を架に収容して構成されるが、近年特に集積回路素
子が大規模高集積化されるに従い、素子性能を最大限に
発揮させ、高性能の装置を実現するため、架内の素子実
装方法も大幅に高密度化されるようになった。このため
架内の発熱密度は増大し、従来の強制空冷方式では冷却
能力が不足するため、空気に比べ熱容量の大きな水など
の液体冷媒を集積回路素子の近傍に循環させ、素子から
の熱を冷媒に排熱する液体冷却方式が採用されるように
なっている。
液体冷媒を被冷却体に循環供給する冷却装置の従来例
を第4図に示す。第4図において、冷却装置1は、熱交
換ユニット11,膨張タンク12,ポンプ13,温度制御回路20
および温度センサ31を含んで構成され、液体冷媒の供給
側温度が規定の温度となるように熱交換ユニット11を制
御する方法がとられている。熱交換ユニット11として
は、被冷却体としての電子機器100が情報処理装置等で
あることから設置性に優れたものが使用され、たとえば
第2図に示すような圧縮機41,凝縮器42,膨張弁43,蒸発
器44およびファン45から成り,フロン液の循環冷凍サイ
クル(以下「フロン冷凍サイクル」という)により液体
冷媒の熱を空気中に排熱する空冷式の熱交換ユニットが
一般的に用いられている。
このような空冷式熱交換ユニット11を使用した温度制
御の場合、液体冷媒の供給側温度を温度センサ31にて検
出し、温度制御回路20にて熱交換ユニット11内の圧縮機
41の運転を制御して供給側温度を一定の温度に保った
り、雰囲気温度と一致させたりなどしていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら従来のこの制御方法では、熱交換ユニッ
ト11の能力を被冷却体の熱負荷に比較的一致させておか
なければ、圧縮機41のオン/オフが頻繁に行われること
になり、圧縮機の信頼性が著しく損なわれるといった問
題が生じる。このため、被冷却体である情報処理装置等
の機器構成の大きさによる熱負荷の変動に充分対応でき
ないといった問題も生じる。さらに、液体冷媒の温度を
制度よく制御しようとする場合にも上記と同様の問題が
あり、精度良く冷媒の温度制御が出来ないといった問題
も生じていた。
〔問題点を解決するための手段〕
このような問題点を解決するために本発明は、電子機
器内の集積回路の近傍に液体冷媒を循環させて前記集積
回路を冷却する冷却装置において、前記液体冷媒を循環
させるポンプと、前記液体冷媒を冷却する複数台の熱交
換ユニットと、この熱交換ユニットの前記液体冷媒の吐
出側に配置され、前記液体冷媒を加熱するとともに少な
くとも前記熱交換ユニットの1台分の能力よりも大きい
容量を有するヒータと、このヒータの前記液体冷媒の吐
出側に配置され、前記液体冷媒の供給温度を検出する第
1の検出手段と、前記熱交換ユニットの前記液体冷媒の
流入側に配置され、前記液体冷媒の戻り温度を検出する
第2の検出手段と、前記電子機器内の雰囲気温度を検出
する第3の検出手段と、前記第1の検出手段により検出
された前記液体冷媒の前記供給温度と前記第2の検出手
段により検出された前記液体冷媒の前記戻り温度との差
分を補償するに見合う台数の前記熱交換ユニットを選択
して前記液体冷媒を冷却するように制御する第1の制御
回路と、前記第1の検出手段により検出された前記液体
冷媒の前記供給温度と前記第3の検出手段により検出さ
れた前記電子機器内の前記雰囲気温度との差分に応じ
て、前記選択された熱交換ユニットにより冷却された前
記液体冷媒を加熱して該差分を零とするように前記ヒー
タを制御する第2の制御回路とを含む。
〔作用〕
本発明においては、機器構成の大きさによる熱負荷の
変動に応じて熱交換ユニットの運転台数を変え,細かい
温度制御をヒータにて行うので、機器構成の大きさによ
る広範囲な熱負荷変動に対し圧縮機のオン/オフが殆ど
なくなり、また、冷媒温度制御も精度よく行え、電子機
器内での結露を防止し得る高信頼度の冷却装置を実現で
きる。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について詳細に説明する。第1図
は本発明に係わる冷却装置の一実施例を示すブロック系
統図である。冷却装置1は被冷却体である電子機器100
に液体冷媒として水を循環供給するもので、電子機器10
0から奪った熱を排熱するための熱交換ユニット群11a〜
11d、水の体膨張を吸収し,かつ,水流・水温の細かい
変動を吸収するための膨張タンク12、冷却水を循環させ
るためのポンプ13、供給側温度,戻り側温度を測定する
第1,第2の検出手段としての温度センサ31,32、これら
の各構成ユニットを直列に接続する配管101,102(図中
太線で示されている)、冷却水の温度を上昇させるヒー
タ14および第1,第2の制御回路21,22を含んで構成され
る。熱交換ユニット群11a〜11dは、比較的小容量の熱交
換ユニット複数台(本実施例では4台)で構成されてお
り、各熱交換ユニットは第2図に示すフロン冷凍サイク
ルによる空冷式熱交換ユニットである。
次にこのように構成された冷却装置の動作について説
明する。膨張タンク12からポンプ13に吸い込まれた冷却
水はポンプ13で加圧され、配管101を通って電子機器100
に供給され、電子機器100内で熱を奪い、機器内の発熱
量に応じた温度上昇を伴い、配管102を通って冷却装置
1に戻り、熱交換ユニット11a〜11dでフロン冷凍サイク
ルを介して外気中に排熱し、膨張タンク12に戻る。冷却
水は、このような閉ループを構成して循環する。この冷
却水の温度は2つの制御回路21,22により制御されてい
る。制御回路21は、冷却装置1の供給側水温を検出する
温度センサ31と戻り側水温を検出する温度センサ32との
両センサの検出した温度の差分により、熱交換ユニット
群11a〜11dの運転台数を制御する。第3図により、この
関係を説明する。冷却水の流量を一定とすると、(戻り
側水温−供給側水温)の温度差ΔTは電子機器100から
奪った熱量Pに正比例することから予め直線Aで示す温
度差ΔTと熱量Pとの関係を求めておく。この関係と1
台の熱交換ユニットの能力P0とから熱交換ユニットの運
転台数を切換える温度差ΔT1,ΔT2,ΔT3が定まる。この
温度下がしきい値として制御回路21内に設定されてお
り、例えば、ΔT2とΔT3間の温度差ΔTXが検出されれ
ば、熱交換ユニット11a,11b,11cの3台の熱交換ユニッ
トを運転させるように制御が行われる。
次に制御回路22による制御について説明する。電子機
器100内の温度センサ33は、電子機器100内での結露を防
止する水温制御とするために電子機器100内の雰囲気温
度を検出する。制御回路22は、温度センサ33により検出
された温度と温度センサ31により検出された温度との差
分を零とするように膨張タンク12内に設けてあるヒータ
14を連続制御する。すなわち、供給側水温が雰囲気温度
より低い場合はヒータ14に通電する時間を長くして水温
を上昇させ、逆の場合はヒータ14の通電時間を短くして
水温を下降させる。このときのヒータの容量としては、
熱交換ユニット1台の能力よりも若干大きいものを必要
とする。これは、制御回路21が熱負荷より大きい冷却能
力の熱交換ユニット台数を選択して過冷却状態に保つた
め、これに逆負荷をかけて熱的なバランスをさせるため
である。第3図の例では、ΔTXの温度差で3台の熱交換
ユニットが運転されるが、(3P0−PX)だけ冷却能力過
剰となっているため、この分ヒータ14に通電することに
より、温度制御が行われる。このような温度制御により
供給水温と雰囲気温度とが一致し、結露を生じることな
く冷却を行うことができる。
上記のような構成,動作により、電子機器100の構成
の大小により熱負荷の変動に対して熱交換ユニットの運
転台数が変わるのみで圧縮機41(第2図)のオン/オフ
は殆んどなくなり、高信頼度の冷却装置が実現できる。
また、冷媒の供給側温度はヒータ14により連続制御され
るため、精度の良い温度制御が可能となる。さらに、熱
交換ユニットを複数台で構成したことにより、1台の故
障時のダメージが少なくて済み、また、熱負荷が少ない
場合、運転されない熱交換ユニットを故障時の予備とし
て働かせる構成とすることも容易であるといった利点も
有する。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、液体冷媒の供給側温度
と戻り側温度とを検出し、これらの検出温度の差分によ
り冷却装置を構成する複数台の熱交換ユニットの運転台
を制御し、液体冷媒供給側温度が被冷却媒体の雰囲気に
なるように膨張タンク内蔵のヒータを制御することによ
り、機器構成の大きさによる熱負荷の変動に応じた台数
の熱交換ユニットの運転とヒータの細かい温度制御とを
行うことができるので、機器構成の大きさによる広範囲
な熱負荷変動に対して熱交換ユニット内の圧縮機のオン
/オフが殆んどなくなり、また、冷媒温度制御も精度よ
く行え、電子機器内での結露を防止し得る高信頼度の冷
却装置を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる冷却装置の一実施例を示すブロ
ック系統図、第2図は熱交換ユニットの詳細図、第3図
は温度制御の能力を表わすグラフ、第4図は従来の冷却
装置を示すブロック系統図である。 1……冷却装置、11a〜11d……熱交換ユニット、12……
膨張タンク、13……ポンプ、14……ヒータ、21,22……
制御回路、31,32,33……温度センサ、41……圧縮機、42
……凝縮器、43……膨張弁、44……蒸発器、45……ファ
ン、100……電子機器、101,102……配管。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−34212(JP,A) 実開 昭58−111806(JP,U) 特公 昭48−23040(JP,B1) 特公 昭51−34127(JP,B1)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子機器内の集積回路の近傍に液体冷媒を
    循環させて前記集積回路を冷却する冷却装置において、 前記液体冷媒を循環させるポンプと、 前記液体冷媒を冷却する複数台の熱交換ユニットと、 この熱交換ユニットの前記液体冷媒の吐出側に配置さ
    れ、前記液体冷媒を加熱するとともに少なくとも前記熱
    交換ユニットの1台分の能力よりも大きい容量を有する
    ヒータと、 このヒータの前記液体冷媒の吐出側に配置され、前記液
    体冷媒の供給温度を検出する第1の検出手段と、 前記熱交換ユニットの前記液体冷媒の流入側に配置さ
    れ、前記液体冷媒の戻り温度を検出する第2の検出手段
    と、 前記電子機器内の雰囲気温度を検出する第3の検出手段
    と、 前記第1の検出手段により検出された前記液体冷媒の前
    記供給温度と前記第2の検出手段により検出された前記
    液体冷媒の前記戻り温度との差分を補償するに見合う台
    数の前記熱交換ユニットを選択して前記液体冷媒を冷却
    するように制御する第1の制御回路と、 前記第1の検出手段により検出された前記液体冷媒の前
    記供給温度と前記第3の検出手段により検出された前記
    電子機器内の前記雰囲気温度との差分に応じて、前記選
    択された熱交換ユニットにより冷却された前記液体冷媒
    を加熱して該差分を零とするように前記ヒータを制御す
    る第2の制御回路とを含むことを特徴とする冷却装置。
JP60075465A 1985-04-05 1985-04-11 冷却装置 Expired - Lifetime JP2573562B2 (ja)

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JP60075465A JP2573562B2 (ja) 1985-04-11 1985-04-11 冷却装置
FR8604928A FR2580060B1 (ja) 1985-04-05 1986-04-07
US07/052,174 US4729424A (en) 1985-04-05 1987-04-30 Cooling system for electronic equipment

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JP60075465A JP2573562B2 (ja) 1985-04-11 1985-04-11 冷却装置

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JPS61234410A JPS61234410A (ja) 1986-10-18
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5734212A (en) * 1980-08-08 1982-02-24 Tokyo Sanyo Electric Co Ltd Thermostatic controller

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JPS61234410A (ja) 1986-10-18

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