JP2680572B2 - 半導体集積回路の冷却水温度制御方法 - Google Patents
半導体集積回路の冷却水温度制御方法Info
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- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体集積回路の冷却水温度制御方法に係
り、特に、例えば大形コンピユータにおける冷却と、冷
却配管系およびLSI基板部の結露防止に好適な半導体集
積回路の冷却水温度制御方法に関するものである。 〔従来の技術〕 大形コンピユータなどに用いられている半導体集積回
路（以下LSIという）の液体冷却システムについて、例
えば、日経エレクトロニクス、1985年６月17日号、ペー
ジ243〜266に、村野洋司ほかによる「マルチパッケージ
を水冷する、スーパーコンピユータSXシリーズの実装技
術」が開示されている。 一般に、LSI基板裏面などに冷却水を通し、直接的に
水冷を行う場合、冷却水温度が周囲環境の露点より低く
なると、空気中の湿り気のため冷却配管系およびLSI基
板部に結露を生じやすくなる。 この結露による水分が、電子回路および筐体部に生じ
ることを防ぐために、室温および温度から決まる露点よ
り高温に冷却水温度を設定することが行われる。 大形コンピユータのLSIが長期間停止し、また、コン
ピユータ室内などの周囲環境の暖房空調が停止している
とき、急に室内環境の温度のみを暖房により上昇させる
と、LSIの冷却水は熱容量を有しているために、周囲室
内の環境温度より低くなり、また、室内温度および湿度
から決まる露点よりもLSIの冷却水温度が低くなる。こ
のとき、LSIの冷却水とほぼ同じ温度となつている配管
上あるいはLSIの基板上に空気中の水分が凝縮して結露
する。このため、LSIが長期間停止し、LSIの冷却水が低
温状態になつているならば、LSIの作動時には、室温を
暖房により上昇させる前に、LSIの冷却水の温度を前記
の比較的高温の設定温度まで上昇させることが必要であ
る。 このLSIの冷却水の温度を上昇させる手段として、従
来は、LSIの冷却水流路に冷却水を循環させるポンプの
動力が、羽根の運動エネルギとして変換され、それが冷
却水へ熱として伝わり、温度を上昇させる方法が用いら
れていた。 〔発明が解決しようとする課題〕 LSIの冷却水流路および配管系に保有される流体の量
が少ない場合は、ポンプの循環による手段により温度を
設定温度まで上昇させることが可能である。しかし、LS
Iの水冷却系が複雑化し、例えば、実願昭53−54140号
（実開昭54−157567号）のマイクロフイルム記載の半導
体装置冷却装置のように、温度の異なる流体が合流する
際に温度を一定化するための混合タンク（水槽）などを
用いる流路系などでは、保有水量および配管部が増加す
るので熱容量が増大し、ポンプの動力のみでは設定温度
に達するのに時間がかかる。また、上記の半導体装置冷
却装置では、前記水槽内の特定空間に冷却水を加熱する
ヒータを設けているが、ヒータを用いると、消費電力が
増えることについて配慮されていなかった。 例えば、大形コンピユータを水冷却する場合、冷却水
が設定温度に上昇するまで大形コンピユータを運転でき
ず、不都合である。 本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、コンピユー
タ用LSIの冷却水の水温を設定温度まで効率良く、かつ
時間的に早く上昇させ、また、前記設定温度に達したの
ちには、環境温度変動、あるいはLSIの発熱変動が存在
しても、前記の設定温度を正確に保ち冷却を行いうる半
導体集積回路の冷却水温度制御方法を提供することにあ
る。 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明に係る半導体集積
回路の冷却水温度制御方法の構成は、空気調和機により
空調されるコンピユータ室内に設置されるもので、温度
センサを具備しコンピユータの半導体集積回路を冷却す
る冷却水流路と、圧縮機、冷媒，外部流体間の熱交換を
行う第１の熱交換器、減圧手段、冷媒の流れ方向を切り
換える四方弁、および前記冷却水流路と熱交換可能に配
置した第２の熱交換器を備えた冷媒流路とを備え、前記
圧縮機が、前記温度センサの検知信号に従つて、該圧縮
機の容量を制御するためのインバータによつて駆動され
る半導体集積回路の冷却水温度制御方法において、前記
半導体集積回路の起動時に、前記コンピユータ室内の空
気調和機を動作させる前に、前記冷媒流路の第１の熱交
換器で室内空気から吸熱し、第２の熱交換器で前記冷却
水に放熱するヒートポンプサイクルにより半導体集積回
路の冷却水温度を所定温度まで上昇させ、前記半導体集
積回路の起動後、冷却水温度が上昇すると、前記冷媒流
路の流れ方向を切り換え、第２の熱交換器で冷却水から
吸熱し、第１の熱交換器で室内空気に放熱する冷凍サイ
クルにより前記半導体集積回路の冷却水温度を低下させ
るようにしたものである。 なお付記すると、LSIの冷却水を設定温度まで効率良
く、かつ早く上昇させるには、外部から効率的に熱をLS
Iの冷却水へ伝達し、LSIの冷却水を設定温度まで上昇さ
せる時間を短縮すれば、LSIを作動させるまでの立上げ
の時間を早くすることが可能となる。このLSIの冷却水
の温度を上昇させる手段として、ヒートポンプのサイク
ルを応用し、外部流体（例えばコンピユータが設置され
ている室内の空気）を低熱源として、これを冷凍サイク
ル中のフレオンなどの冷媒を介して、圧縮機により圧
縮，加熱し、LSIの冷却水と熱交換すれば熱量が移動
し、設定温度までLSIの冷却水の水温を上昇させること
ができる。また、このヒートポンプのサイクルを逆に設
定すれば冷凍サイクルとなり、LSIが動作する際の発熱
分を冷却することができる。このヒートポンプのサイク
ルと冷凍サイクルとは四方弁を切り換えることにより、
短時間で冷媒のサイクルを逆方向に変更することができ
る。 冷却のための冷凍サイクルでは、冷却水の熱を沸騰現
象を利用して冷媒へ伝達する第２の熱交換器（蒸発器と
して作用）により冷却水の水温を下げる。そして、この
第２の熱交換器からの気化された冷媒を圧縮機により加
圧圧縮し、圧縮機の吐出配管を経由し、第１の熱交換器
（凝縮器として作用）により高温冷媒の熱を外部流体
（例えばコンピユータ室内空気）へ放熱する。冷媒は減
圧手段に係る膨脹弁を経て第２の熱交換器へ再びもど
る。 ヒートポンプのサイクルは、この冷凍サイクルの圧縮
機の吸入配管と吐出配管とを共通の四方弁に接続させる
ことにより、配管中の冷媒の流れの向きを変えることに
より形成される。すなわち、四方弁を切り換えることに
より、圧縮機の吐出側に接続されていた第１の熱交換器
を吸込側の熱交換器とし、また圧縮機の吸込側の第２の
熱交換器を吐出側の熱交換器とすることが可能となる。 このように四方弁を切り換えて、同じ熱交換器を、圧
縮機に対して吸込側にも吐出側にもすることが可能とな
るので、LSIの冷却水に対して、第２の熱交換器を介し
て冷却も加熱も行うことができる。 〔作用〕 LSIの冷却水が、設定された温度に上昇するまで、ヒ
ートポンプのサイクルにより加熱された冷媒ガスが、第
２の熱交換器を介してLSIの冷却水を加熱し昇温させ
る。これにより、LSIの冷却水の水温が設定温度まで上
昇する時間を短縮することができる。 また、LSIの冷却水温度が設定された温度まで達した
ならば、四方弁を操作することにより、ヒートポンプサ
イクルからLSIを冷却するための冷凍サイクルに切り換
え、LSIの発熱を冷却する。 このように、四方弁などにより冷媒の流れ方向を切り
換えるのみでLSIを冷却することと加熱することとの両
方を兼ねそなえた冷却水温度制御を実現することがで
き、LSIの冷却水の水温を短時間で設定温度に制御する
ことができる。 この制御にあたつて、冷却水流路に設けた温度センサ
ーの検知信号に応じて、インバータによつて圧縮機の容
量を制御し、冷却水の水温を制御し、LSIの冷却あるい
は加熱を効率的に制御することができる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照
して説明する。 第１図は、本発明の一実施例に係るLSIの冷却水供給
装置のヒートポンプサイクル系統図、第２図は、第１図
のサイクルの逆サイクルの冷凍サイクル系統図、第３図
は、LSIの冷却水温度と時間との関係を示す線図であ
る。 第１図において、１は、コンピユータ用の半導体集積
回路に係るLSI、２は、LSI1の冷却水流路、３は、冷却
水を循環させるポンプ、４は冷媒流路、５は、LSI1の冷
却水流路２を流れる冷却水と冷媒流路４を流れる冷媒と
の間の熱交換を行う第２の熱交換器、６は圧縮機、７
は、冷媒と外部流体に係る室内空気11との間の熱交換を
行う第１の熱交換器、８は、減圧手段に係る膨脹弁、９
は、冷媒の流れ方向を切り換えるための四方弁であり、
これら機器，配管からなるLSIの冷却水供給装置は、空
気調和機12で室内空気11が空調されているコンピユータ
室10内に配置されている。すなわち、LSI1を冷却すべき
冷却水流路２と、圧縮機６、第１熱交換器７、膨脹弁
８、および四方弁９を備えた冷媒流路４とを、第２の熱
交換器５を介して熱交換可能に配設してヒートポンプサ
イクルを形成したものである。 そして、このLSIの冷却水供給装置は、前記圧縮機６
に、当該圧縮機の容量を制御するためのインバータ13を
設け、前記冷却水流路２の熱交換器５の下流側に温度セ
ンサー14を設け、図示しないが、この温度センサー14の
検知信号に従つてインバータ13を作動せしめる制御回路
を備えている。 第１図に示すサイクル系統で、第１図に示す四方弁９
の切換え状態では、冷媒は矢印の方向に流れる。 冷媒は、蒸発器として作用する第１の熱交換器７にお
いて、コンピユータ室10の室内空気11から熱を奪つて気
化冷媒となり圧縮機６に吸入される。そして圧縮機６で
冷媒は高温高圧に圧縮され吐出されたのち、凝縮器とし
て作用する第２の熱交換器５においてLSI1の冷却水へ熱
を伝え、冷媒みずからは凝縮し、冷却水流路２を流れる
冷却水は加熱される。凝縮され液化した冷媒は膨脹弁８
で減圧され第１の熱交換器に流入し、前記のように室内
空気11から吸熱して気化する。 このサイクルは、ヒートポンプのサイクルであり、LS
Iが起動する場合に用いられる。 この場合、冷却水流路２に設けた温度センサー14が検
知する冷却水の温度に応じて、インバータ13を作動さ
せ、その周波数変動によつて圧縮機６の冷媒循環量を変
化させれば、第２の熱交換器５における冷却水に対する
加熱量を制御でき、LSIの冷却水を急速に加温すること
が可能である。すなわち、圧縮機６を用いたサイクルの
起動直後では、目標となる冷却水の設定温度と、その時
点での冷却水と水温との温度差が大きいので、イナバー
タ13の周波数を高くして圧縮機６の容量を上げ、ヒート
ポンプのサイクルによる加熱量を多くする。そして、時
間が経過して設定温度に近づいたら、インバータ13の周
波数を下げて加熱量を少なくすると効率的な温度制御を
行うことができる。 次に、第２図は、コンピユータなどのLSIを冷却する
ための冷却水が冷却水流路２を循環し、LSIが作動して
いるときに、LSIの発熱を冷却している系を示してい
る。 第２図で、第１図と同一符号のものは同一部分である
から、その説明を省略する。また、第２図では、LSI1の
部分の図示を省略している。 第２図の四方弁９の状態では、冷媒は第１図の場合と
は逆向きに流れていて、この場合、蒸発器として作用す
る第２の熱交換器５により冷却水から熱を奪つて気化
し、LSI1を冷却している。気化した冷媒は圧縮機６によ
つて高温高圧のガスに圧縮され、凝縮器として作用する
第１の熱交換器７を介して室内空気11中に放熱される。 このサイクルは、いわゆる冷凍サイクルと呼ばれてい
るものである。 この場合も、インバータ13により圧縮機６の容量制御
を行えば、LSIの負圧変動がある場合に対応して、冷却
量をも変化させることができる。 このように、冷媒流路４の冷媒の流れの向きを変更す
ることにより、LSI1の冷却水を冷却することも加温する
ことも可能である。 LSI1の冷却水温度を、冷却水が流れる配管上あるいは
LSI基板上に結露しないように、室内の温度と湿度とか
ら決まる露点よりも高い温度を設定温度とし、この設定
温度を保つてLSIを作動させる。この場合、仮にコンピ
ユータ室10の室内温度が20℃とすると、冷却水設定温度
は安全をみて25℃に決めるとする。このとき、例えば冬
期に、いつたんコンピユータのLSI1を停止させ、空気調
和機12も停止した場合、停止したのちの室内温度および
冷却水温度は、外気温度にもよるるが、例えば両方とも
10℃になつたとする。そして、再びコンピユータを作動
させるとき、室内温度のみ前記した20℃まで空気調和機
12により急速に暖房を行うと、LSIの冷却水は熱容量を
有しているため、10℃以上にはなるが20℃には達しなく
て、このときの室内温度20℃および湿度から決まる露点
以下になり、LSIの冷却水の配管およびLSI1に結露を生
じる。このため、室内を暖房する前にLSIの冷却水温度
を上昇させる必要がある。 LSIの冷却水全量を前記の設定温度（例えば25℃）ま
で上昇させるのに、第３図に示すように、縦軸にLSIの
冷却水温度、横軸に時間をとつて示すと、次のようにな
る。 LSIの冷却水と初期温度は、前記のように外気温度
（例えば10℃）であり、これを加熱昇温するのに、従来
の方法により、LSIの冷却水を圧縮機を作動させないで
循環し、ポンプ動力が羽根を通して伝わり、LSIの冷却
水の温度が露点（例えば16℃）を越え、設定温度まで昇
温するには、第３図中の曲線15のように、LSIの温度上
昇は緩やかであり、LSIの設定温度まで到達するのに長
時間を要する。しかし、第２図に示したように圧縮機６
を作動させるサイクルを形成させ、インバータ13により
圧縮機６の容量制御を行えば、LSIの冷却水の設定温度
までの温度上昇が、第３図の曲線16のように早くなる。 このように、本実施例によれば、LSI1の起動時に結露
を防ぐために、比較的高温までLSIの冷却水温度を昇温
する方法として、冷媒を圧縮機で圧縮した熱を冷却水へ
伝達することにより、短時間でLSIの冷却水温度をLSIが
作動可能な設定温度まで上昇させることができる効果が
ある。また、冷媒の流れ方向を逆向きにすることによ
り、LSIから発生する熱を吸熱することが可能である。 本実施例のヒートポンプを用いた加熱方法は、通常の
発熱体によるヒータを用いる加熱法にくらべて、同じ発
生熱量に対して消費電力が少なくてすむ利点がある。 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、コンピユータ室
用LSIの冷却水の水温を設定温度まで効率良く、かつ時
間的に早く上昇させ、また、前記設定温度に達したのち
には、環境温度変動、あるいはLSIの発熱変動が存在し
ても、前記の設定温度を正確に保ち冷却を行いうる半導
体集積回路の冷却水温度制御方法を提供することができ
る。
り、特に、例えば大形コンピユータにおける冷却と、冷
却配管系およびLSI基板部の結露防止に好適な半導体集
積回路の冷却水温度制御方法に関するものである。 〔従来の技術〕 大形コンピユータなどに用いられている半導体集積回
路（以下LSIという）の液体冷却システムについて、例
えば、日経エレクトロニクス、1985年６月17日号、ペー
ジ243〜266に、村野洋司ほかによる「マルチパッケージ
を水冷する、スーパーコンピユータSXシリーズの実装技
術」が開示されている。 一般に、LSI基板裏面などに冷却水を通し、直接的に
水冷を行う場合、冷却水温度が周囲環境の露点より低く
なると、空気中の湿り気のため冷却配管系およびLSI基
板部に結露を生じやすくなる。 この結露による水分が、電子回路および筐体部に生じ
ることを防ぐために、室温および温度から決まる露点よ
り高温に冷却水温度を設定することが行われる。 大形コンピユータのLSIが長期間停止し、また、コン
ピユータ室内などの周囲環境の暖房空調が停止している
とき、急に室内環境の温度のみを暖房により上昇させる
と、LSIの冷却水は熱容量を有しているために、周囲室
内の環境温度より低くなり、また、室内温度および湿度
から決まる露点よりもLSIの冷却水温度が低くなる。こ
のとき、LSIの冷却水とほぼ同じ温度となつている配管
上あるいはLSIの基板上に空気中の水分が凝縮して結露
する。このため、LSIが長期間停止し、LSIの冷却水が低
温状態になつているならば、LSIの作動時には、室温を
暖房により上昇させる前に、LSIの冷却水の温度を前記
の比較的高温の設定温度まで上昇させることが必要であ
る。 このLSIの冷却水の温度を上昇させる手段として、従
来は、LSIの冷却水流路に冷却水を循環させるポンプの
動力が、羽根の運動エネルギとして変換され、それが冷
却水へ熱として伝わり、温度を上昇させる方法が用いら
れていた。 〔発明が解決しようとする課題〕 LSIの冷却水流路および配管系に保有される流体の量
が少ない場合は、ポンプの循環による手段により温度を
設定温度まで上昇させることが可能である。しかし、LS
Iの水冷却系が複雑化し、例えば、実願昭53−54140号
（実開昭54−157567号）のマイクロフイルム記載の半導
体装置冷却装置のように、温度の異なる流体が合流する
際に温度を一定化するための混合タンク（水槽）などを
用いる流路系などでは、保有水量および配管部が増加す
るので熱容量が増大し、ポンプの動力のみでは設定温度
に達するのに時間がかかる。また、上記の半導体装置冷
却装置では、前記水槽内の特定空間に冷却水を加熱する
ヒータを設けているが、ヒータを用いると、消費電力が
増えることについて配慮されていなかった。 例えば、大形コンピユータを水冷却する場合、冷却水
が設定温度に上昇するまで大形コンピユータを運転でき
ず、不都合である。 本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、コンピユー
タ用LSIの冷却水の水温を設定温度まで効率良く、かつ
時間的に早く上昇させ、また、前記設定温度に達したの
ちには、環境温度変動、あるいはLSIの発熱変動が存在
しても、前記の設定温度を正確に保ち冷却を行いうる半
導体集積回路の冷却水温度制御方法を提供することにあ
る。 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明に係る半導体集積
回路の冷却水温度制御方法の構成は、空気調和機により
空調されるコンピユータ室内に設置されるもので、温度
センサを具備しコンピユータの半導体集積回路を冷却す
る冷却水流路と、圧縮機、冷媒，外部流体間の熱交換を
行う第１の熱交換器、減圧手段、冷媒の流れ方向を切り
換える四方弁、および前記冷却水流路と熱交換可能に配
置した第２の熱交換器を備えた冷媒流路とを備え、前記
圧縮機が、前記温度センサの検知信号に従つて、該圧縮
機の容量を制御するためのインバータによつて駆動され
る半導体集積回路の冷却水温度制御方法において、前記
半導体集積回路の起動時に、前記コンピユータ室内の空
気調和機を動作させる前に、前記冷媒流路の第１の熱交
換器で室内空気から吸熱し、第２の熱交換器で前記冷却
水に放熱するヒートポンプサイクルにより半導体集積回
路の冷却水温度を所定温度まで上昇させ、前記半導体集
積回路の起動後、冷却水温度が上昇すると、前記冷媒流
路の流れ方向を切り換え、第２の熱交換器で冷却水から
吸熱し、第１の熱交換器で室内空気に放熱する冷凍サイ
クルにより前記半導体集積回路の冷却水温度を低下させ
るようにしたものである。 なお付記すると、LSIの冷却水を設定温度まで効率良
く、かつ早く上昇させるには、外部から効率的に熱をLS
Iの冷却水へ伝達し、LSIの冷却水を設定温度まで上昇さ
せる時間を短縮すれば、LSIを作動させるまでの立上げ
の時間を早くすることが可能となる。このLSIの冷却水
の温度を上昇させる手段として、ヒートポンプのサイク
ルを応用し、外部流体（例えばコンピユータが設置され
ている室内の空気）を低熱源として、これを冷凍サイク
ル中のフレオンなどの冷媒を介して、圧縮機により圧
縮，加熱し、LSIの冷却水と熱交換すれば熱量が移動
し、設定温度までLSIの冷却水の水温を上昇させること
ができる。また、このヒートポンプのサイクルを逆に設
定すれば冷凍サイクルとなり、LSIが動作する際の発熱
分を冷却することができる。このヒートポンプのサイク
ルと冷凍サイクルとは四方弁を切り換えることにより、
短時間で冷媒のサイクルを逆方向に変更することができ
る。 冷却のための冷凍サイクルでは、冷却水の熱を沸騰現
象を利用して冷媒へ伝達する第２の熱交換器（蒸発器と
して作用）により冷却水の水温を下げる。そして、この
第２の熱交換器からの気化された冷媒を圧縮機により加
圧圧縮し、圧縮機の吐出配管を経由し、第１の熱交換器
（凝縮器として作用）により高温冷媒の熱を外部流体
（例えばコンピユータ室内空気）へ放熱する。冷媒は減
圧手段に係る膨脹弁を経て第２の熱交換器へ再びもど
る。 ヒートポンプのサイクルは、この冷凍サイクルの圧縮
機の吸入配管と吐出配管とを共通の四方弁に接続させる
ことにより、配管中の冷媒の流れの向きを変えることに
より形成される。すなわち、四方弁を切り換えることに
より、圧縮機の吐出側に接続されていた第１の熱交換器
を吸込側の熱交換器とし、また圧縮機の吸込側の第２の
熱交換器を吐出側の熱交換器とすることが可能となる。 このように四方弁を切り換えて、同じ熱交換器を、圧
縮機に対して吸込側にも吐出側にもすることが可能とな
るので、LSIの冷却水に対して、第２の熱交換器を介し
て冷却も加熱も行うことができる。 〔作用〕 LSIの冷却水が、設定された温度に上昇するまで、ヒ
ートポンプのサイクルにより加熱された冷媒ガスが、第
２の熱交換器を介してLSIの冷却水を加熱し昇温させ
る。これにより、LSIの冷却水の水温が設定温度まで上
昇する時間を短縮することができる。 また、LSIの冷却水温度が設定された温度まで達した
ならば、四方弁を操作することにより、ヒートポンプサ
イクルからLSIを冷却するための冷凍サイクルに切り換
え、LSIの発熱を冷却する。 このように、四方弁などにより冷媒の流れ方向を切り
換えるのみでLSIを冷却することと加熱することとの両
方を兼ねそなえた冷却水温度制御を実現することがで
き、LSIの冷却水の水温を短時間で設定温度に制御する
ことができる。 この制御にあたつて、冷却水流路に設けた温度センサ
ーの検知信号に応じて、インバータによつて圧縮機の容
量を制御し、冷却水の水温を制御し、LSIの冷却あるい
は加熱を効率的に制御することができる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照
して説明する。 第１図は、本発明の一実施例に係るLSIの冷却水供給
装置のヒートポンプサイクル系統図、第２図は、第１図
のサイクルの逆サイクルの冷凍サイクル系統図、第３図
は、LSIの冷却水温度と時間との関係を示す線図であ
る。 第１図において、１は、コンピユータ用の半導体集積
回路に係るLSI、２は、LSI1の冷却水流路、３は、冷却
水を循環させるポンプ、４は冷媒流路、５は、LSI1の冷
却水流路２を流れる冷却水と冷媒流路４を流れる冷媒と
の間の熱交換を行う第２の熱交換器、６は圧縮機、７
は、冷媒と外部流体に係る室内空気11との間の熱交換を
行う第１の熱交換器、８は、減圧手段に係る膨脹弁、９
は、冷媒の流れ方向を切り換えるための四方弁であり、
これら機器，配管からなるLSIの冷却水供給装置は、空
気調和機12で室内空気11が空調されているコンピユータ
室10内に配置されている。すなわち、LSI1を冷却すべき
冷却水流路２と、圧縮機６、第１熱交換器７、膨脹弁
８、および四方弁９を備えた冷媒流路４とを、第２の熱
交換器５を介して熱交換可能に配設してヒートポンプサ
イクルを形成したものである。 そして、このLSIの冷却水供給装置は、前記圧縮機６
に、当該圧縮機の容量を制御するためのインバータ13を
設け、前記冷却水流路２の熱交換器５の下流側に温度セ
ンサー14を設け、図示しないが、この温度センサー14の
検知信号に従つてインバータ13を作動せしめる制御回路
を備えている。 第１図に示すサイクル系統で、第１図に示す四方弁９
の切換え状態では、冷媒は矢印の方向に流れる。 冷媒は、蒸発器として作用する第１の熱交換器７にお
いて、コンピユータ室10の室内空気11から熱を奪つて気
化冷媒となり圧縮機６に吸入される。そして圧縮機６で
冷媒は高温高圧に圧縮され吐出されたのち、凝縮器とし
て作用する第２の熱交換器５においてLSI1の冷却水へ熱
を伝え、冷媒みずからは凝縮し、冷却水流路２を流れる
冷却水は加熱される。凝縮され液化した冷媒は膨脹弁８
で減圧され第１の熱交換器に流入し、前記のように室内
空気11から吸熱して気化する。 このサイクルは、ヒートポンプのサイクルであり、LS
Iが起動する場合に用いられる。 この場合、冷却水流路２に設けた温度センサー14が検
知する冷却水の温度に応じて、インバータ13を作動さ
せ、その周波数変動によつて圧縮機６の冷媒循環量を変
化させれば、第２の熱交換器５における冷却水に対する
加熱量を制御でき、LSIの冷却水を急速に加温すること
が可能である。すなわち、圧縮機６を用いたサイクルの
起動直後では、目標となる冷却水の設定温度と、その時
点での冷却水と水温との温度差が大きいので、イナバー
タ13の周波数を高くして圧縮機６の容量を上げ、ヒート
ポンプのサイクルによる加熱量を多くする。そして、時
間が経過して設定温度に近づいたら、インバータ13の周
波数を下げて加熱量を少なくすると効率的な温度制御を
行うことができる。 次に、第２図は、コンピユータなどのLSIを冷却する
ための冷却水が冷却水流路２を循環し、LSIが作動して
いるときに、LSIの発熱を冷却している系を示してい
る。 第２図で、第１図と同一符号のものは同一部分である
から、その説明を省略する。また、第２図では、LSI1の
部分の図示を省略している。 第２図の四方弁９の状態では、冷媒は第１図の場合と
は逆向きに流れていて、この場合、蒸発器として作用す
る第２の熱交換器５により冷却水から熱を奪つて気化
し、LSI1を冷却している。気化した冷媒は圧縮機６によ
つて高温高圧のガスに圧縮され、凝縮器として作用する
第１の熱交換器７を介して室内空気11中に放熱される。 このサイクルは、いわゆる冷凍サイクルと呼ばれてい
るものである。 この場合も、インバータ13により圧縮機６の容量制御
を行えば、LSIの負圧変動がある場合に対応して、冷却
量をも変化させることができる。 このように、冷媒流路４の冷媒の流れの向きを変更す
ることにより、LSI1の冷却水を冷却することも加温する
ことも可能である。 LSI1の冷却水温度を、冷却水が流れる配管上あるいは
LSI基板上に結露しないように、室内の温度と湿度とか
ら決まる露点よりも高い温度を設定温度とし、この設定
温度を保つてLSIを作動させる。この場合、仮にコンピ
ユータ室10の室内温度が20℃とすると、冷却水設定温度
は安全をみて25℃に決めるとする。このとき、例えば冬
期に、いつたんコンピユータのLSI1を停止させ、空気調
和機12も停止した場合、停止したのちの室内温度および
冷却水温度は、外気温度にもよるるが、例えば両方とも
10℃になつたとする。そして、再びコンピユータを作動
させるとき、室内温度のみ前記した20℃まで空気調和機
12により急速に暖房を行うと、LSIの冷却水は熱容量を
有しているため、10℃以上にはなるが20℃には達しなく
て、このときの室内温度20℃および湿度から決まる露点
以下になり、LSIの冷却水の配管およびLSI1に結露を生
じる。このため、室内を暖房する前にLSIの冷却水温度
を上昇させる必要がある。 LSIの冷却水全量を前記の設定温度（例えば25℃）ま
で上昇させるのに、第３図に示すように、縦軸にLSIの
冷却水温度、横軸に時間をとつて示すと、次のようにな
る。 LSIの冷却水と初期温度は、前記のように外気温度
（例えば10℃）であり、これを加熱昇温するのに、従来
の方法により、LSIの冷却水を圧縮機を作動させないで
循環し、ポンプ動力が羽根を通して伝わり、LSIの冷却
水の温度が露点（例えば16℃）を越え、設定温度まで昇
温するには、第３図中の曲線15のように、LSIの温度上
昇は緩やかであり、LSIの設定温度まで到達するのに長
時間を要する。しかし、第２図に示したように圧縮機６
を作動させるサイクルを形成させ、インバータ13により
圧縮機６の容量制御を行えば、LSIの冷却水の設定温度
までの温度上昇が、第３図の曲線16のように早くなる。 このように、本実施例によれば、LSI1の起動時に結露
を防ぐために、比較的高温までLSIの冷却水温度を昇温
する方法として、冷媒を圧縮機で圧縮した熱を冷却水へ
伝達することにより、短時間でLSIの冷却水温度をLSIが
作動可能な設定温度まで上昇させることができる効果が
ある。また、冷媒の流れ方向を逆向きにすることによ
り、LSIから発生する熱を吸熱することが可能である。 本実施例のヒートポンプを用いた加熱方法は、通常の
発熱体によるヒータを用いる加熱法にくらべて、同じ発
生熱量に対して消費電力が少なくてすむ利点がある。 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、コンピユータ室
用LSIの冷却水の水温を設定温度まで効率良く、かつ時
間的に早く上昇させ、また、前記設定温度に達したのち
には、環境温度変動、あるいはLSIの発熱変動が存在し
ても、前記の設定温度を正確に保ち冷却を行いうる半導
体集積回路の冷却水温度制御方法を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例に係るLSIの冷却水供給装
置のヒートポンプサイクル系統図、第２図は、第１図の
サイクルの逆サイクルの冷凍サイクル系統図、第３図
は、LSIの冷却水温度と時間との関係を示す線図であ
る。 １……LSI、２……冷却水流路、４……冷媒流路、５…
…第２の熱交換器、６……圧縮器、７……第１の熱交換
器、８……膨脹弁、９……四方弁、13……インバータ、
14……温度センサー。
置のヒートポンプサイクル系統図、第２図は、第１図の
サイクルの逆サイクルの冷凍サイクル系統図、第３図
は、LSIの冷却水温度と時間との関係を示す線図であ
る。 １……LSI、２……冷却水流路、４……冷媒流路、５…
…第２の熱交換器、６……圧縮器、７……第１の熱交換
器、８……膨脹弁、９……四方弁、13……インバータ、
14……温度センサー。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．空気調和機により空調されるコンピユータ室内に設
置されるもので、 温度センサを具備しコンピユータの半導体集積回路を冷
却する冷却水流路と、圧縮機、冷媒，外部流体間の熱交
換を行う第１の熱交換器、減圧手段、冷媒の流れ方向を
切り換える四方弁、および前記冷却水流路と熱交換可能
に配置した第２の熱交換器を備えた冷媒流路とを備え、 前記圧縮機が、前記温度センサの検知信号に従って、該
圧縮機の容量を制御するためのインバータによって駆動
される半導体集積回路の冷却水温度制御方法において、 前記半導体集積回路の起動時に、前記コンピユータ室内
の空気調和機を動作させる前に、前記冷媒流路の第１の
熱交換器で室内空気から吸熱し、第２の熱交換器で前記
冷却水に放熱するヒートポンプサイクルにより半導体集
積回路の冷却水温度を所定温度まで上昇させ、 前記半導体集積回路の起動後、冷却水温度が上昇する
と、前記冷媒流路の流れ方向を切り換え、第２の熱交換
器で冷却水から吸熱し、第１の熱交換器で室内空気に放
熱する冷凍サイクルにより前記半導体集積回路の冷却水
温度を低下させることを特徴とする半導体集積回路の冷
却水温度制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62006097A JP2680572B2 (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 半導体集積回路の冷却水温度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62006097A JP2680572B2 (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 半導体集積回路の冷却水温度制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63176956A JPS63176956A (ja) | 1988-07-21 |
| JP2680572B2 true JP2680572B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=11629006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62006097A Expired - Lifetime JP2680572B2 (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 半導体集積回路の冷却水温度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2680572B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013152045A (ja) * | 2012-01-25 | 2013-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | 冷却装置および冷却システム |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02246255A (ja) * | 1989-03-20 | 1990-10-02 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JP2003314910A (ja) | 2002-04-24 | 2003-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体素子冷却装置およびその制御方法 |
| JP5411423B2 (ja) * | 2007-12-14 | 2014-02-12 | 株式会社テイエルブイ | 加熱冷却装置 |
| JP5821135B2 (ja) * | 2013-06-04 | 2015-11-24 | Smc株式会社 | 恒温液循環装置及び恒温液の温度調整方法 |
| JP6581131B2 (ja) * | 2017-03-02 | 2019-09-25 | 三菱電機株式会社 | 体温調整装置 |
| CN111578546B (zh) * | 2020-05-19 | 2022-02-08 | 南通鸿亨热控科技有限公司 | 一种高精度智能控制冷水机 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5832269Y2 (ja) * | 1978-04-21 | 1983-07-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置用冷却装置における結露防止装置 |
| JPS55168134U (ja) * | 1979-05-21 | 1980-12-03 |
-
1987
- 1987-01-16 JP JP62006097A patent/JP2680572B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013152045A (ja) * | 2012-01-25 | 2013-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | 冷却装置および冷却システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63176956A (ja) | 1988-07-21 |
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