JP3232908B2 - 電子装置 - Google Patents

電子装置

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JP3232908B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコンピュータに代表され
る電子装置に係わり、特に半導体部品の熱的な信頼性を
確保しつつ、結露による事故を防止するのに好適な電子
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、コンピュータに代表される電子装
置は、内部に複数の発熱半導体部品を搭載しており、こ
れらの半導体部品の電子的性能を維持するために冷却を
行う必要がある。この冷却方法は、通常、装置の筐体内
にファンやブロアなどの送風機を設置して、外部の空気
を強制対流させることにより冷却を行っている。
【０００３】ここで、外部から筐体内に冷却空気を流し
て強制対流により冷却を行うものであるためた、供給さ
れる空気はある程度の水分を含んだいわゆる湿り空気で
ある。そのため、空気中の水分量が比較的多いときに筐
体内に結露を生じることがある。結露が生じると、結線
の短絡が生じやすく、又、回路の誤動作が生じるなど故
障の原因になりうる。特に、半導体部品や基板に結露が
生じると、故障の危険性は大きくなる。結露が起こる要
因としては、次に述べる２つの形態に大別することがで
きる。第１の形態は、供給される冷却空気の相対湿度あ
るいは飽和度が１００％を超える場合である。このよう
な場合、空気中の水分は蒸気としての状態を維持するこ
とができないので、冷却空気は霧のような状態で筐体内
に供給されることになり、筐体内で結露を起こす可能性
が高くなる。第２の形態は、固体表面の温度が、供給さ
れる空気の露点温度よりも低い場合である。電子装置の
場合、通常の運転中は半導体部品や電源などが発熱して
いるので、筐体内の表面温度が冷却空気の露点温度より
低くなることは稀であるが、電子装置の起動時などの非
定常な状態においてはこのようなことが起こりうる。
【０００４】従来の技術では、特開昭５９−７９５９９
号公報に記載されているように、筐体内に供給する空気
を温度センサによりあらかじめ除湿することにより結露
を防止することが開示されている。
【０００５】又、特開平３−２５２１９９号公報に記載
のものでは、例えば、図５に示すように、電気ヒータな
どの加熱器により冷却空気を予め加熱して供給すること
で結露を防止している。すなわち、図５に示すように、
電子装置５０の筐体内部には、主要部品である発熱半導
体部品１を実装した基板２が収納されている。また、筐
体内部にはブロアなどの送風機３が設置されている。開
口部４を通って筐体内に流入した冷却空気は、送風機３
により筐体外へ排出される。筐体内部で発生した熱は筐
体内を流れる冷却空気と熱交換されることによって、発
熱半導体部品１をある温度以下に維持し、その電子的性
能を維持している。さらに、電子装置５０では開口部４
から流入する冷却空気を加熱するための加熱器５１を備
えている。また、電子装置５０では湿度検出部１１で筐
体内に流入する空気の相対湿度及び露点温度を検出し、
表面温度検出部１２で発熱半導体部品１などの表面温度
を検出している。
【０００６】ここで、空気の相対湿度がある規定値を超
えるような場合は、制御部１４により加熱器５１を運転
して冷却空気を加熱する。冷却空気が加熱されることに
よって温度が上昇し、空気中に蒸気として介在すること
のできる水分量が加熱前に比べて増加するので、筐体に
供給される冷却空気の相対湿度を規定値以下に維持する
ことができ、結露による事故を防止することができる。
【０００７】また、半導体部品等の表面温度が空気の露
点温度よりも低い場合には、制御部１４により加熱器５
１を運転して冷却空気の加熱を行なう。冷却空気の温度
が上昇すると共に半導体部品等の表面温度も上昇するの
で、表面温度を空気の露点温度以上に維持することがで
き、結露による事故を防止することができる。また、図
６に示すようなクーラーを用いて冷却空気を除湿するこ
とで結露を防止する電子装置の例としては、特開平１−
２３６６９９号公報に記載のものがある。
【０００８】図６に示す電子装置６０では、その主要構
造は図５に示す構成と同様であるが、加熱器５１の代り
にクーラー２１を備えている。クーラー２１は、冷凍サ
イクルとしての機能を果たすために、圧縮機や凝縮器を
収納した室外機１６と冷媒配管、ドレインおよび電気配
線により接続されている。図５で示した場合と同様に、
検出された空気の相対湿度及び露点温度と半導体部品の
表面温度に応じて、クーラー２１の運転を制御すること
で、結露を防止している。
【０００９】又、他にもシリカゲル等の吸湿剤を用いて
電子装置筐体内に供給される冷却空気を除湿して結露を
防止するものとして、例えば、特開平４−２９４５９７
号公報に記載のものがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術による
結露防止を行なったときは、次ぎのような問題がある。
すなわち、図５に示すように、加熱器により冷却空気を
加熱した場合、空気温度の上昇とともに半導体部品の温
度も上昇するので、半導体部品の熱に対する信頼性が低
下してしまう。そのため、加熱器により加熱することに
よって温度が上昇することを考慮して、予め冷却能力を
十分余裕を持たせるように設定すると、計算機の運用コ
ストが増加するので効率が悪い。逆に、図６に示すよう
にクーラーにより空気の除湿を行なう場合は、冷却空気
の除湿を行なうと、それと同時に冷却空気の温度は低下
するので、冷却能力に十分余裕がなければならず、効率
が悪い。また、クーラーを用いると、空気の絶対湿度を
低下させると同時に空気の温度を低下させるので、空気
の相対湿度は大きく変化せず、空気の相対湿度が主要な
結露要因となっている場合は、結露を十分に防止できな
いといった問題がある。また、シリカゲル等の吸湿剤を
利用して除湿を行なう場合は、時間の経過により吸湿剤
の吸湿能力が劣化するので、十分な吸湿を行なうことが
できず、又、定期的な交換作業が必要になるため、メン
テナンスの上で効率が悪いという問題がある。
【００１１】本発明の目的は、上記課題を解決し、半導
体部品の熱的な信頼性を維持し、結露による電子装置の
事故の防止できる信頼性の高い電子装置を提供すること
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、筐体内に複
数の半導体部品を冷却する冷却装置を備えた電子装置に
おいて、前記筐体は、前記筐体内に冷却空気を供給する
冷却空気供給手段と、この冷却空気供給手段により供給
された前記冷却空気の相対湿度あるいは飽和温度を検出
する第１の検出手段と、前記半導体部品のうち発熱温度
が低い前記半導体部品の表面温度を検出する第２の検出
手段と、前記半導体部品のうち発熱温度が高い前記半導
体部品の内部温度を検出する第３の検出手段と、前記筐
体内に供給された前記冷却空気を加熱又は除湿するヒー
トポンプと、このヒートポンプの運転を制御する制御手
段とを備え、この制御手段は、前記第１、２、３の検出
手段の出力を入力として前記ヒートポンプの運転を制御
することにより達成される。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【作用】本発明の電子装置は、上記のように構成してい
るので、半導体部品等の発熱体とそれを冷却するための
一台または複数台の機構を備えた電子装置システムにお
いて、前記冷却機構から前記電子装置本体に供給される
湿り空気の相対湿度または飽和度を検出することがで
き、電子部品の内部温度を検出するあるいは推定するこ
とができるので、相対湿度または飽和度を、除湿手段、
加熱手段により１００％未満に設定した設定値以下とな
るように制御することができ、又、半導体部品の温度を
設定値以下に制御することができるので、半導体部品の
熱的な信頼性を維持しながら、確実かつ効率のよい、電
子装置筐体内における結露の防止を行なうことができ
る。又、状況によらず半導体部品の熱的な信頼性を維持
しながら、確実かつ効率よく、電子装置筐体内における
結露の発生を未然に防止することができる。
【００１９】又、冷却機構から前記電子装置本体に供給
される湿り空気の含有水分量を検出する手段と、含有水
分量を規定値以下にするための除湿手段、または水分を
蒸発させるための加熱手段を合わせ持つことにより、状
況によらず半導体部品の熱的な信頼性を維持しながら、
確実かつ効率よく、電子装置筐体内における結露の発生
を未然に防止することができる。
【００２０】又、湿り空気の絶対湿度を電子装置代表部
表面温度に相当する飽和湿り空気の絶対湿度以下に制御
する手段を合わせ持つことにより、状況によらず半導体
部品の熱的な信頼性を維持しながら、電子装置筐体内に
おける結露の発生を未然に防止することができる。
【００２１】また、発熱体等の装置代表部表面温度を検
出する手段と、前記冷却機構より供給される湿り空気の
露点温度を検出する手段を有し、露点温度を装置代表部
表面温度以下に制御する手段を合わせ持つことにより、
半導体部品の温度を規定値以下に維持でき、電子装置筐
体内における結露の発生を未然に防止することができ
る。
【００２２】
【実施例】本発明の第１の実施例について図１により詳
細に説明する。図１は、本実施例の電子装置（あるいは
電子装置システムともいう）の筐体内部構造を示す縦断
面図である。
【００２３】図１に示すように、電子装置１０の筐体の
内部には発熱半導体部品１を実装した基板２が収納さ
れ、筐体内の天井側には、例えばブロアなどの送風機３
が設置されている。冷却空気は、筐体外部から床下流
路、床下開口部４を通って筐体内に供給され、発熱半導
体部品１２および基板１２などと熱交換した後、送風機
１３により天井側から筐体外部へ排出される。
【００２４】本実施例では、結露を防止するために、湿
度検出部１１、半導体部品１の表面温度検出部１２、半
導体部品の内部温度検出部１３、制御部１４、およびヒ
−トポンプ１５が設置されている。ヒ−トポンプ１５
は、冷暖房運転を行ない、圧縮機等を収納した室外機１
６と冷媒配管、ドレインおよび電気配線により接続され
ており、室外機１９内に収納されている圧縮機や凝縮器
から冷凍サイクルが構成されている。温度検出部１１
は、床下の開口部４の下流側の位置に設置されており、
冷却空気の相対湿度および露点温度を検出する。表面温
度検出部１２は結露の生じる可能性が高い場所、例えば
発熱量の小さな半導体部品付近に設置されており、半導
体部品表面の温度を測定する。内部温度検出部１３は半
導体部品の熱的信頼性の最も厳しい場所、例えば発熱量
の大きな半導体部品内部に設置され、部品内部の温度を
測定する。以上３通りの検出部から出力される情報から
ヒートポンプ１５の運転を制御部１４により制御して筐
体内での結露を防止する。以下、制御部１４におけるヒ
ートポンプ１５の運転制御について説明する。
【００２５】例えば、湿度検出部１１として乾湿球湿度
計を用いた場合、湿度検出部１１により筐体内に供給さ
れる冷却空気の乾球温度および湿球温度を測定すること
ができる。その測定によって求められた乾球、湿球温度
の値から制御部１４において相対湿度あるいは飽和度を
求め、その値が１００％を超えると判断される場合は、
半導体部品の表面温度に関わらず、空気中の水分が付着
して結露を起こす危険性が高い。そのため、半導体部品
の表面温度を考慮して、ヒートポンプ１５を運転して結
露の防止をする必要がある。内部温度検出部１３の測定
値が、半導体部品の熱的な信頼性を制限する規定温度よ
りも低い場合、すなわち冷却能力に余裕のある場合に
は、ヒートポンプ１５は暖房運転を行なうように制御す
る。このように制御することにより、筐体内に供給され
る空気は予め加熱されるので相対湿度が低下し、結露を
防止することができる。
【００２６】一方、内部温度検出部１３の測定値が、半
導体部品の熱的な信頼性を制限するある規定温度よりも
高い場合、すなわち冷却能力に余裕のない場合には、ヒ
ートポンプ１５は冷房運転を行なうように制御する。こ
こで、冷房運転のみでは空気の絶対湿度が低下するとと
もに、空気温度も低下するので、相対湿度の低減には効
果が小さく、効率的にも好ましくない。そのため、冷房
運転と暖房運転とを適時切り替えながら運転することに
より、効果的に相対湿度を規定値以下に維持することが
できる。
【００２７】次ぎに、湿度検出部１１で測定される冷却
空気の露点温度が、表面温度検出部１２で測定される半
導体部品表面の温度よりも高い場合は、結露が生じる危
険性が高いので、ヒートポンプ１５を運転して結露の防
止をする。ここで、空気の露点温度が半導体部品の表面
温度よりも高いということは、空気温度が半導体部品の
表面温度よりも高い場合であり、冷却能力には大きな余
裕がある。そこで、ヒートポンプ１５を暖房運転に切り
換えて、空気を加熱し、半導体部品を加熱することによ
り、半導体部品の表面温度を速やかに空気の露点温度以
上に維持することができる。
【００２８】以上のように、本実施例では、どのような
状態においても半導体部品の熱的な信頼性を維持しつ
つ、確実でかつ効率良く結露の発生を防止することがで
きる。
【００２９】なお、上記の例では、表面温度検出部１２
から得られる部品表面の温度から半導体部品の内部温度
を推定してもよい。このようにすることにより、内部温
度検出部１３を省略でき、部品点数を減らすことができ
る。
【００３０】又、上記の例では、筐体内の冷却空気の相
対湿度あるいは飽和度が１００％未満となるように制御
を行うようにする場合を述べたが、１００未満のある規
定値、例えば冷却空気の相対湿度あるいは飽和度が７０
％以下となるように制御するようにしても良い。このよ
うに制御ことにより、結露を防止するために余裕があり
十分に結露を防止できる他に、空気中の相対湿度が約７
０％を超えると、金属表面の腐食が急激に進展するが、
これを防止することができ、耐腐食性の点でも効果があ
る。なお、検出部１６として、感湿素子を用いた電子式
の湿度計を用いる、あるいは毛髪などを検出子とした湿
度計を用い、空気中の水分量を検出することができる。
【００３１】本発明の第２の実施例を図２により説明す
る。図２は、本実施例の電子装置（あるいは電子装置シ
ステムともいう）の筐体内部構造を示す縦断面図であ
る。
【００３２】本実施例は、第１の実施例と同様に、電子
装置２０に発熱半導体部品１を実装した基板２、ブロア
などの送風機３、湿度検出部１１、表面温度検出部１
２、内部温度検出部１３、制御部１４が設置されてい
る。
【００３３】本実施例では、図２に示すように、筐体内
にクーラー２１が設置されている。クーラー２１は、通
常の冷凍サイクルの構成であり、圧縮機等を収納した室
外機１６と冷媒配管、ドレインおよび電気配線により接
続されている。また、送風機３から排出された空気の一
部を筐体内に再投入するため、バイパス流路２２および
バイパス流路２２が設けられており、このバイパス流路
の開閉を行なうダンパー２３が具備されている。ダンパ
ー２３の開閉は、制御部１４で制御されるようになって
おり、ダンパー２３を開くことにより、送風機３によっ
て排出された冷却空気の一部は、バイパス流路２２を通
って開口部４近くで開口部４より下流側に再投入され
る。この再投入された空気は、発熱半導体部品１や基板
２などと熱交換した空気であり、筐体外部から開口部４
を経て流入する空気に比べて高い温度の空気である。こ
の高い温度の空気と筐体外部から流入した空気とが混合
することによって、筐体内に供給される冷却空気は、半
導体部品に到達する前に予め加熱される。この混合割合
をダンパー２３の開閉および送風機３を制御する、クー
ラー２１を制御することにより冷却空気の温度と湿度を
適切な状態に調整することができる。その結果、第１の
実施例で述べたと同様に、如何なる状態においても半導
体部品の熱的な信頼性を維持しながら、確実かつ効率良
く結露の発生を防止することができる。
【００３４】本発明の第３の実施例を図３により説明す
る。図３は、本実施例の電子装置（あるいは電子装置シ
ステムともいう）の筐体内部構造を示す縦断面図であ
る。
【００３５】本実施例は、第１の実施例と同様、電子装
置３０に発熱半導体部品１を実装した基板２、ブロアな
どの送風機３、湿度検出部１１、表面温度検出部１２、
内部温度検出部１３、制御部１４が設置されている。
【００３６】本実施例では、図３に示すように、開口部
４の他に除湿通路３１から筐体外部より冷却空気を取り
入れることができるように構成されている。この除湿通
路３１にはシリカゲル等の吸湿剤３２が充填されてお
り、電気ヒータ等の加熱器３３が内蔵されている。ま
た、除湿通路３１の出入口にはダンパー３４が設置され
ており、これらダンパー３４の開閉は制御部１４で制御
されるようになっている。
【００３７】電子装置３０の通常の稼働中は、ダンパー
３４を閉鎖させ、冷却空気は開口部４から供給されてい
る。結露する可能性が高いと判断された場合、すなわ
ち、湿度検出部１１にて測定される空気の相対湿度が１
００％を超えると判断された場合、あるいは表面温度検
出部１２で測定される半導体部品の表面温度が湿度検出
部１１にて測定される露点温度よりも低い場合には、ダ
ンパー３４を開いて冷却空気が除湿通路３１を通って筐
体内に流入するように制御する。同時に、内部温度検出
部１３により検出された温度から冷却能力に余裕がある
か否かを判断する。余裕がないと判断された場合は、加
熱器３３は動作を停止するように制御する。このように
制御することにより、除湿通路を通った空気中の水分は
吸湿剤３２に吸着されて冷却空気の絶対湿度および相対
湿度はともに低下するので、結露を防止することができ
る。また、冷却能力に余裕のある場合には加熱器３３を
発熱させて冷却空気の加熱を行なうことにより、冷却空
気は加熱されて相対湿度が低下して半導体部品の表面温
度が上昇するので、結露を防止することができる。
【００３８】又、電子装置３０の通常の稼働中におい
て、結露の危険性が少ない場合、すなわち空気の相対湿
度が１００％を超えなく、半導体部品の表面温度が露点
温度よりも高い条件の時は、吸湿剤３２を加熱させて水
分を除去するためにダンパー３４を開いて加熱器３３を
発熱させるように制御する。加熱器３３を発熱させるこ
とにより、吸湿剤３２は加熱され、吸着した水分を外部
に放出して再び活性化するので、長期にわたって吸湿剤
３２を交換することなく使用することができる。
【００３９】本発明の第４の実施例を図４により詳細に
説明する。図４は、本実施例の電子装置（あるいは電子
装置システムともいう）の筐体内部構造を示す縦断面図
である。
【００４０】本実施例は、第１の実施例と同様に、電子
装置４０には発熱半導体部品１を実装した基板２、送風
機３、湿度検出部１１、表面温度検出部１２、制御部１
４が設置されている。
【００４１】本実施例では、送風機３は、送風方向を矢
印４１および矢印４２に示すように、２方向に切り換え
ができるような構成になっている。例えば、送風機３と
して軸流タイプのファンを設置すれば、ファンの回転方
向を切り換えることによって送風方向を切り換えること
ができる。又、送風機３の筐体外部に接続された空気出
入口部には、シリカゲル等の吸湿剤３２を充填した除湿
機４３を設置している。電子装置４０の通常の稼働中
は、矢印４１で示す方向に送風することにより、送風機
３により排出される冷却空気は、発熱半導体部品１など
の熱により温度が上昇して高くなっているので、除湿機
４３に充填された吸湿剤３２を加熱し、吸湿剤３２を活
性化する。一方、第１の実施例と同様に結露する可能性
が高いと判断されたときは、送風機３のファンを逆回転
させるなどの操作により、送風方向を矢印４２に示す方
向に切り換える。このように制御することにより、筐体
内に流入する冷却空気は、半導体部品に到達する前に、
予め除湿機４３により除湿されるので、結露の発生を防
止することができる。
【００４２】なお、本実施例においては、冷却空気の相
対湿度および露点温度を測定する湿度検出部１１は、図
４に示すように２か所以上に設置しており、送風方向を
切り換えた場合にも上流側の発熱半導体部品１などを測
定し、半導体部品と熱交換して温度上昇する前の状態を
測定できるようにしている。
【００４３】以上、図１から図４により説明したよう
に、上記各実施例の電子装置によれば、如何なる状態に
おいても半導体部品の熱的な信頼性を維持しつつ、確実
かつ効率良く、電子装置筐体内の結露を防止することが
できる。
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、半導体部品の熱的な信
頼性を維持しながら、効率良く半導体部品への結露を防
止できる電子装置を提供できる。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である電子装置システム
の筐体内部構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例である電子装置システム
の筐体内部構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例である電子装置システム
の筐体内部構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例である電子装置システム
の筐体内部構造を示す縦断面図である。
【図５】従来の電子装置システムの筐体内部構造を示す
縦断面図である。
【図６】従来の電子装置システムの筐体内部構造を示す
縦断面図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０、６０…電子装置、１…
発熱半導体部品、２…基板、３…送風機、４…開口部、
１１…湿度検出部、１２…表面温度検出部、１３…内部
温度検出部、１４…制御部、１５…ヒ−トポンプ、１６
…室外機、２１…クーラー、２２…バイパス流路、２３
…ダンパ−、３１…除湿通路、３２…吸湿剤、３３…ヒ
−タ、３４…ダンパ−、４１…矢印、４２…矢印、４３
…除湿器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 淳一 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 (72)発明者 高梨 明紘 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 (72)発明者 大黒 崇弘 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部 内 (72)発明者 渡辺 裕 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部 内 (72)発明者 頭士 鎮夫 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部 内 (56)参考文献 特開 昭60−256731（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−113546（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−79599（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−211799（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−192398（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−137658（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−270059（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−135171（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−113429（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−104390（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 7/20 H01L 23/34 H01L 23/427

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】筐体内に複数の半導体部品を冷却する冷却
    装置を備えた電子装置において、前記筐体は、前記筐体
    内に冷却空気を供給する冷却空気供給手段と、この冷却
    空気供給手段により供給された前記冷却空気の相対湿度
    あるいは飽和温度を検出する第１の検出手段と、前記半
    導体部品のうち発熱温度が低い前記半導体部品の表面温
    度を検出する第２の検出手段と、前記半導体部品のうち
    発熱温度が高い前記半導体部品の内部温度を検出する第
    ３の検出手段と、前記筐体内に供給された前記冷却空気
    を加熱又は除湿するヒートポンプと、このヒートポンプ
    の運転を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、
    前記第１、２、３の検出手段の出力を入力として前記ヒ
    ートポンプの運転を制御することを特徴とする電子装
    置。
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