JP3422084B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、複数の発熱半導体部品
を有する電子機器あるいはそれを用いた電子計算機など
に代表される電子装置に係り、この発熱半導体部品を空
気あるいは水などの冷媒を流通させて冷却するのに好適
な電子装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】情報処理を行う電子装置では、ＣＰＵ、
ＬＳＩなどの発熱半導体部品の冷却が、信頼性の確保の
上で重要である。しかし、発熱半導体部品の冷却は、要
求される最大の能力で、常時行う必要は必ずしもなく、
発熱半導体部品の発熱量の低い場合や、例えば部屋の空
気温度が設計温度より低い場合などの設置される環境が
恵まれている場合は、冷却能力を発熱半導体部品の発熱
量に適合させて小さくすることが省電力化、低音化、高
信頼化などの上で必要となる。半導体部品を冷却するも
のとしては、例えば、特開昭６２-２００１４号公報に
記載されている冷却装置がある。この装置では、吸気温
度の変化に応じて冷却ファン回転数を切り替えるように
構成している。すなわち、低気温時には冷却ファンを低
速回転させ、冷却ファンの定騒音化、長寿命化を図って
いる。 【０００３】上記従来の冷却装置について、図１０によ
り説明する。温度センサ１００は冷却ファン１０１の上
流側の吸気口１０２の近くに設けられており、この温度
センサ１００により検出された温度信号は制御回路に送
られ、ある設定温度より高い場合には冷却ファンの回転
数を高くし、低い場合には反対に回転数を低くするよう
に制御している。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】特開昭６２-２００１
４号公報に記載されている従来の冷却装置では、吸気温
度や発熱半導体部品の発熱量が変動したとき、ある程度
は冷却能力を変えることは可能であるが、発熱半導体部
品の発熱量に対応して任意に冷却能力を設定することは
できなかった。また、吸気温度を検出して冷却ファンの
回転数を制御するため、実際の発熱半導体部品の温度は
判らず、必要最少限の冷却能力もしくは無駄な冷却能力
を省くように冷却能力を設定することはできなかった。
さらに、複数の発熱半導体部品（特開昭６２-２００１
４号公報に記載されている図１ではユニットＡ、Ｂ、Ｃ
を示す。）に対してそれぞれ個別に冷却する冷却手段を
備えていないため、発熱半導体部品毎に個別にその冷却
能力を変化させることができなかった。 【０００５】本発明は、このような技術的課題に着目し
てなされたもので、第１の目的は、複数の発熱半導体部
品の発熱量が、時間的にあるいは局所的（場所的のこと
をいう）に変化する場合、それぞれの発熱半導体部品の
冷却能力を最適な冷却能力に保つように制御し、計算機
の処理能力が高く、省電力、低騒音、あるいは信頼性が
高い電子装置を提供することにある。 【０００６】第２の目的は、電子装置の筐体内に熱の侵
入を少なく、あるいはなくして筐体から外部に音や振動
や電磁波などが漏れないようにした電子装置を提供する
ことにある。 【０００７】第３の目的は、電子装置の筐体内に湿気や
ゴミ、塵埃の侵入しない電子装置を提供することにあ
る。 【０００８】第４の目的は、動作する最適温度が互いに
異なる発熱半導体部品を、それぞれ最適な温度で動作さ
せることができる電子装置を提供することにある。 【０００９】第５の目的は、電子装置全体の発熱量、あ
るいは消費電力量を低下させることのできる電子装置を
提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の発熱
半導体部品と、該発熱半導体部品を冷却するための冷却
装置とを備えた電子装置であって、該発熱半導体部品の
少なくとも一部が独立に冷却能力を変化させるための冷
却能力を局所的に変化させる手段と前記発熱半導体部品
の少なくとも一部が発熱量が時間的に変化した場合にそ
の時間変化に対応して冷却能力を変化させるための冷却
能力の時間的変化手段とのうち少なくとも一方を備え、
前記発熱半導体部品の温度を検出する温度検出手段によ
り検出された前記発熱半導体部品の温度に基づいて前記
冷却能力を局所的に変化させる手段と冷却能力の時間変
化手段のうち少なくとも一方により冷却能力を変化させ
ることにより達成される。 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【００１８】 【００１９】 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【００２３】 【００２４】 【００２５】 【００２６】 【作用】上記のように構成しているので、個々の発熱半
導体部品を独立に冷却でき、かつ、それぞれの独立した
冷却手段が、時間的にも任意にその冷却能力を変化させ
られるので、各発熱半導体部品の発熱量に適合した最適
な冷却を実現できる。すなわち、半導体部品を独立に冷
却でき、その冷却能力を変化させることができ、また発
熱量が時間的に変化した場合に、その時間変化に対応し
て冷却能力を変化させることができる。そのため、電子
装置全体で見れば、必要に冷却することをなくすことが
でき、総消費電力量あるいは総発熱量を大幅に低減する
ことができる。また、上記のように半導体部品を独立に
最適な冷却を実現できるので、従来の一括した冷却の場
合に起こりがちな、低い発熱量の半導体部品を冷やし過
ぎをなくすことができ、最適な動作温度を実現できるの
で、計算処理能力も向上させることができる。また、無
駄な冷却を少なくすることができるので、冷却装置の稼
働負荷を低減でき、冷却装置の信頼性も向上できる。
又、冷却装置の騒音、振動を低減できる。 【００２７】又、電子装置の筐体の壁面の構成部材が断
熱部材で構成されており、概略気密な構造の筐体として
いるので、筐体外からの熱の侵入がほとんどなく、逆に
筐体内部の冷却空気を外に逃がさないので、冷却効率の
向上、消費電力の低減が実現できる。 【００２８】又、電子装置の筐体の壁面の構成部材が遮
音部材で構成されている、また概略気密な構造の筐体と
しているので、筐体内部で発生する騒音や振動が外部に
漏れることがなく、低騒音の電子装置を実現できる。 【００２９】又、電子装置の筐体の壁面の構成部材が電
磁シールド部材で構成されるので、筐体内部で発生する
電磁波や電場や磁場が外部に漏れることがなく、ＥＭＩ
に対して優れた電子装置を実現できる。 【００３０】又、電子装置の筐体が概略気密な構造の筐
体であるので、湿気、ゴミ、塵埃などが筐体内に侵入し
ないため、結露や金属ゴミにより電子部品のショートや
断線などの事故、あるいはゴミの目詰まりにより冷却性
能の低下などが防止でき、信頼性の高い電子装置を実現
できる。 【００３１】又、発熱半導体部品と冷却装置を筐体内に
設置しているので、筐体内だけの冷却空気を冷却するこ
とで半導体部品の冷却ができ、さらに気密な断熱構造の
筐体とすることにより、冷却した冷却空気を外部に逃が
すことがなく、循環させることにより効率の良い冷却が
行なえる。 【００３２】また、電子装置の発熱量あるいは消費電力
量を少なくし、望ましくは最低にするための最適化計算
手段により、装置全体の消費電力を低減できる。 【００３３】また、冷却装置の一部に冷凍機を搭載して
いるので、冷却装置の冷却能力を大きく向上させること
ができるし、電子装置筐体内部での除湿が可能となり結
露による事故を防止できる。 【００３４】冷凍機を、圧縮機、膨張弁、蒸発器、凝縮
器などを含む冷凍サイクルで構成しているので、制御性
に優れコンパクトで安価なものとすることができ、温度
レベルの制御性もよい。 【００３５】冷凍機を、吸収式冷凍機で構成することに
より、わずかな電力を使用することで冷凍機の駆動でき
るので、消費電力を低減できる効果がある。 【００３６】また、冷却装置の冷媒を空気やＨｅガスな
どのガス冷媒にすることにより、安価で設置性や保守性
に優れた電子装置にすることができる。 【００３７】また、冷却装置の冷媒を、水、フロン、パ
ーフルオロカーボン、液体窒素などを含む液冷媒とし
て、ポンプと配管などにより構成される液冷媒を循環さ
せる構造とすることにより、冷却能力が高く低騒音の冷
却装置とすることができる。 【００３８】また、冷却装置の冷媒を液冷媒として、モ
ータとカム機構とシリンダと配管などからなる液冷媒の
往復振動装置で構成される往復振動型の熱輸送構造とす
ることで、コンパクトで冷却能力の制御性に優れ、駆動
動力の小さい冷却装置とすることができる。 【００３９】発熱半導体部品の温度検出手段として、発
熱半導体部品の回路内に設けられた感熱ダイオードを用
いることにより、発熱半導体部品の正確な温度を把握で
き、正確な温度制御が可能となるため、発熱量に応じた
温度制御が行なえ、消費電力の低減を図ることができ
る。 【００４０】発熱半導体部品の温度検出手段として、発
熱半導体部品に取付けられた熱電対やサーミスタなどの
温度センサーを用いることにより、安価でセンサーの交
換が容易な冷却装置とすることができる。 【００４１】また、冷媒の駆動能力の可変手段として、
インバータやＩＧＢＴに代表されるような駆動電源周波
数の可変手段を適用することにより、冷却装置の冷却能
力を任意に連続的に変化させられるようになるため、正
確で効率の良い冷却を実現できる。 【００４２】また、冷却能力の可変手段として電磁流量
調整弁、形状記憶合金、アクチュエータなどからなる可
変流動抵抗体を冷媒流路中に設けることにより、冷媒流
量を変化させることができ、発熱半導体部品個々を個別
に木目細かく冷却することが可能となるため、消費電力
を低減できる。 【００４３】 【実施例】本発明の第１の実施例を図１から図３により
説明する。図１は、本実施例の電子装置の側面断面図、
図２は、本実施例の入力条件と、結果として変化する出
力条件との関係について説明する図、本実施例の制御の
流れを説明する図である。 【００４４】例えば大形コンピュータ用や電子交換機用
のマルチチップモジュール、あるいは並列プロセッサな
どを例にとって述べると、一般に複数のＣＰＵやメモリ
ＬＳＩに代表される発熱半導体部品を搭載したプロセッ
サボードなどは、電子装置筐体内に複数実装され、水や
空気などの冷媒により一括して冷却される。しかし、そ
れらの発熱半導体部品の発熱量は、時間平均的にみても
ＬＳＩの種類によってそれぞれ異なっている場合が多
く、又、それらの発熱半導体部品の信頼性上の許容温度
もＬＳＩの種類によって異なる場合が多い。又、与えら
れる計算処理手順によって、発熱半導体部品のうちどの
発熱半導体部品が主として動作するかが異なるため、時
間的経過からみても同じ発熱半導体部品でもその発熱量
は、変化すると考えられる。 【００４５】しかし、発熱半導体部品の冷却について
は、現状では、共通の送風機やポンプで冷却空気あるい
は冷却水を供給して一括して冷却を行う場合が多く、そ
れぞれの発熱半導体部品ごとに独立して個別に冷却を行
ってはいない。そこで、個々の発熱半導体部品を独立に
冷却でき、かつ、それぞれの独立した冷却手段が、時間
的にある範囲内で任意に冷却能力を変化させることがで
きれば、各発熱半導体部品にそれぞれ見合った適切な冷
却を実現でき、電子装置全体で見れば、無駄な必要以上
の冷却をなくすことができるし、総消費電力を大幅に低
減することができる。また、計算処理能力も向上させる
ことができる。 【００４６】以下、このように構成した電子装置および
その冷却装置の第１の実施例を説明する。本実施例でい
う電子装置とは、例えばコンピュータや電子交換器など
に代表されるものをいう。図１に示すように、筐体１内
には発熱半導体部品２ａ、２ｂ、２ｃが搭載されてい
る。筐体１は断熱構造の壁材３０で構成されており、概
略気密状態の密閉構造となっている。基板上には発熱半
導体部品２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ実装されており、
冷却ファン３ａ、３ｂにより空気を送ることにより発熱
半導体部品が冷却される。発熱半導体部品２ａ、２ｃ
は、発熱量が比較的大きい発熱半導体部品であり、複数
枚の基板のそれぞれに対応して冷却空気を供給するため
のダクト４が設けられている。例えば、冷却ファン３ａ
により送風されて供給される冷却空気５は、ダクト４を
経て発熱半導体部品２ａ、２ｃの上方から矢印６で示さ
れるようにダクト４に設けられた穴から噴射されて発熱
半導体部品２ａ、２ｃを噴流空冷する。発熱半導体部品
２ａ上には、冷却用ヒートシンクが搭載されており、発
熱半導体部品２ａを効率良く冷却している。冷却空気
は、発熱半導体部品２ａ、２ｃを冷却した後、矢印７で
示すようにダクト４と発熱半導体部品２ａ、２ｃとの間
を通って排気される。一方、発熱半導体部品２ｂは、発
熱量が比較的小さいものであり、冷却ファン３ｂにより
送風されて矢印８で示すように、基板上の各々の発熱半
導体部品２ｂを直列的に冷却し、矢印９で示すように排
出される。 【００４７】筐体１内には、冷却空気を循環させるため
に隔壁１７が設けられており、隔壁１７の下部の開口部
分から矢印１８で示すように流入し、熱交換器１０を通
過して冷却された空気は、前述したように発熱半導体部
品２ａ、２ｃ、２ｂを冷却して隔壁１７の上部の開口部
分から矢印１９で示すように流れ、筐体１内を循環する
構造になっている。上記したように隔壁１７の上部に排
出された冷却空気は、筐体１内に設けられた隔壁１７の
開口部から矢印１９で示すように隔壁１７の裏面側に流
入する。この裏面側に流入した冷却空気は、システム制
御器２９、圧縮機１２、制御器１３を通り、熱交換器１
０を通過する。この熱交換器１０には、圧縮機１２、熱
交換器１５等が冷媒配管１４及び冷媒配管１６により接
続されて冷凍機が構成されており、制御器１３により制
御される。このように構成された冷凍機を運転すると、
圧縮機１２により昇圧された冷媒は、熱交換器１５で放
熱し、吸収した熱を外部に放熱する。その後図示しない
絞り装置により減圧されて低温、低圧の冷媒となり、熱
交換器１０で冷却空気を冷却して冷媒配管１４を通り圧
縮機に戻り、再び圧縮機１２により昇圧されて循環す
る。このように冷却ファン３ａに流入する冷却空気は、
熱交換器１０で予め冷却されてから発熱半導体部品を冷
却するようになっている。また、熱交換器１０の表面に
生じる結露、あるいは万が一熱交換器１０で冷媒漏れが
発生したとしても受けられるように、熱交換器１０の下
部にドレンパン１１を設置してある。 【００４８】冷却ファン３ａは複数個取り付けらている
が、発熱半導体部品２ａ、２ｃが搭載された基板毎にそ
れぞれ個別に送風できるように取り付けられており、そ
れぞれの冷却ファン３ａには回転数を制御して、冷却能
力を変化させられように制御ライン２０が個々に接続さ
れている。同様に、発熱半導体部品２ｂを冷却するため
の冷却ファン３ｂにも、それぞれの回転数を制御して冷
却能力を変化させられるように制御ライン２１が個々に
接続されている。 【００４９】また、発熱半導体部品２ａ、２ｃ、２ｂの
一部あるいはその全部には、その回路内部に温度を検出
するための感熱ダイオードが設けられており、この感熱
ダイオードからの温度信号は、発熱半導体部品に接続さ
れている温度信号ライン２２により制御装置に伝えられ
る。この感熱ダイオードの替わりに、発熱半導体部品２
ａ、２ｃ、２ｂに熱電対やサーミスタなどの温度センサ
ーを取り付けて用いてもよい。 【００５０】冷却空気を供給するダクト４内部には、そ
れぞれ、供給する冷却空気の温度と圧力を検出するため
の温度センサ−、圧力センサー２３が設置され、その信
号は温度信号、圧力信号ライン２４により制御装置に伝
えられる。また、発熱半導体部品２ａ、２ｃから矢印７
に示すように排気される空気の下流側には、それぞれの
ダクト４ごとに温度センサー２５が設置されている。ま
た、発熱半導体部品２ｂから矢印９で示すように排気さ
れる冷却空気の下流側にも同様に温度センサー２７が設
置されている。温度センサー２５、２７には、それぞれ
温度信号ライン２６、２８が接続されている。また、圧
縮機１２を制御する制御器１３にも制御ライン２０が接
続されている。制御ライン２０、２１、温度信号ライン
２２、２６、２８、温度信号、圧力信号ライン２４は、
システム制御装置２９に一括して接続されており、シス
テム制御装置２９は、各発熱半導体部品の動作負荷や冷
却能力を最適になるように制御するようになっている。
その結果として、電子装置全体の消費電力を低減し、計
算処理能力を向上させることが可能となる。なお、発熱
半導体部品２ａ、２ｃの搭載された基板単位での発熱量
は、温度センサ−、圧力センサー２３で検出した圧力か
ら求められる冷却風量と、温度センサ−、圧力センサー
２３と温度センサー２５との間の冷却空気の温度上昇か
ら算出される。同様にして、発熱半導体部品２ｂの発熱
量も検出できるようになっている。 【００５１】上述したシステム制御装置２９の動作につ
いて、図２および図３を用いてより詳細に説明する。図
２は、変化させることのできる入力条件と、入力条件の
変化した結果として変化する出力条件について説明して
いる。本実施例で対象としている電子装置の一例が、コ
ンピュータや電子交換器などの情報処理装置であり、情
報処理装置は部品の種類が複数で多数の発熱半導体部品
で構成されており、それぞれの発熱半導体部品によっ
て、その発熱量、処理能力、消費電力、許容温度が異な
る。情報処理を行うときには、装置全体の情報処理能力
を最大限にするか、又は装置全体の消費電力量を最低限
にすることが重要なことである。その場合、それぞれの
発熱半導体部品の動作負荷（例えばＬＳＩの場合は、動
作周波数や動作電圧である。）を変化させることによっ
て情報処理能力あるいは消費電力量の制御を行うことが
できる。また、そのとき、それぞれの発熱半導体部品の
動作負荷に対応させて冷却冷却能力を変化させ、最適化
することが必要である。このように制御することによ
り、動作負荷条件と冷却条件に対応して、それぞれの発
熱半導体部品は、計算能力や発熱量、消費電力量、温度
などを変化させることができる。 【００５２】制御の流れを説明する図３は、電子装置は
３つの発熱半導体部品Ａ（３１）、発熱半導体部品Ｂ
（３２）、発熱半導体部品Ｃ（３３）で構成されている
例をとり説明している。発熱半導体部品３１、３２、３
３には、それぞれに対応して例えば冷却ファンのような
冷媒駆動装置３４、３５、３６が設置されており、冷媒
冷却装置３７が冷媒駆動装置３４、３５、３６の上流側
に設けられている。冷媒駆動装置３４、３５、３６と冷
媒冷却装置３７全体で冷却装置４７を構成している。発
熱半導体部品３１、３２、３３には、それぞれの温度を
検出する温度検出手段３８と、それぞれの発熱量を検出
する発熱量検出手段３９と、その消費電力量を検出する
消費電力量検出手段４０とが接続され、各検出手段で検
出された検出値は信号として制御機構４２に送られる。
また、各発熱半導体部品３１、３２、３３のそれぞれの
計算処理能力と電子装置全体としての計算処理能力は、
例えばシステム上のソフトウェアで評価され、計算処理
能力の認識手段４１によって認識され、その評価結果、
認識結果は信号として制御機構４２に送られる。制御機
構４２では、温度検出手段３８、発熱量検出手段３９、
消費電力量検出手段４０、認識手段４１からの信号を処
理し、発熱量／消費電力量を最適化するための計算手段
４３と信号のやり取りを行うことによって、電子装置全
体としての消費電力量を小さくなるように制御するため
の、望ましくは最低にする。あるいは、計算処理能力を
大きくなるように制御するための、望ましくは最大にす
るための動作負荷、冷却能力を決定する。このようにし
て決定された制御値は、動作負荷を可変にする手段４４
と冷却能力を可変にする手段４５に送られ、発熱半導体
部品３１、３２、３３の動作負荷と冷却装置４７の冷却
能力を変化させる。 【００５３】以上のような一連の制御ループを繰り返す
ことで、最適な動作条件に近づけることができる。な
お、システム制御機構４６は、図１に示すシステム制御
装置２９のように筐体１内に発熱半導体部品とは別にハ
ードウェアの形で設けても良いし、電子装置のシステム
ソフトウェア上で走るアプリケーションソフトウェアの
形で実現しても良い。 【００５４】本実施例では、上記のように構成している
ので、次のような効果がある。第１に、個々の発熱半導
体部品を独立に冷却でき、かつそれぞれの独立した冷却
手段が、時間的にその冷却能力を任意に変化させること
ができるので、各発熱半導体部品にの発熱量それぞれ適
応した最適な冷却を実現できる。そのため、電子装置全
体で考えれば、必要以上に冷却することをを少なくする
ことができ、総消費電力量あるいは総発熱量を大幅に低
減することができる。また、上記したように最適な冷却
状態を実現できるので、従来のように複数の半導体部品
を一括した冷却を行なう場合に起こりがちな、低い発熱
量の半導体部品を冷やし過ぎることをなくすことがで
き、最適な動作温度を実現できるので、計算処理能力も
向上させることができる。また、無駄に冷却することを
少なくすることができるので、冷却装置の稼働負荷を低
減でき冷却装置の信頼性も向上できる。又、冷却装置の
騒音、振動を低減できる。 【００５５】また、電子装置の筐体を概略気密な構造の
筐体で構成しているので、湿気やゴミ、塵埃などが筐体
内に侵入するのを防止することができるので、結露や金
属ゴミにより電子部品がショートすることや断線が生じ
るなどの事故、あるいはゴミによって目詰まりが生じる
ために冷却性能が低下すること等を防止できので、信頼
性の高い電子装置を実現できる。 【００５６】また、発熱半導体部品と冷却装置を筐体内
に設置しているので、筐体内だけの冷却空気を冷却する
ことで半導体部品の冷却ができ、さらに気密な断熱構造
の筐体とすることにより、冷却した冷却空気を外部に逃
がすことがなく、循環させることにより効率の良い冷却
が行なえる。 【００５７】また、冷却装置を一部冷凍機で構成してい
るので、冷却装置の冷却能力を大きくとることができ、
電子装置筐体内部での除湿が可能となるため、結露によ
る事故を防止することができる。 【００５８】冷凍機を、圧縮機、膨張弁、蒸発器、凝縮
器などを含む冷凍サイクルで構成しているので、制御性
に優れコンパクトで安価なものとすることができ、温度
レベルの制御性もよい。 【００５９】本発明の電子装置およびその冷却装置の第
２の実施例について図４により説明する。図４は、本実
施例の電子装置の側面断面図である。 【００６０】図４に示すように、断熱され密閉された筐
体１内には、発熱半導体部品４８、２ｂが搭載された複
数枚の基板が収納されている。本実施例では、冷凍機の
冷凍サイクル中を循環するフロン（例えば、塩素を含ま
ない冷媒を２種類以上混合した混合冷媒など）などの液
冷媒で、直接に発熱半導体部品４８を冷却する構造とな
っている。それ以外の構造は、第１の実施例と同様に構
成されている。 【００６１】ここで、発熱半導体部品４８は、高密度の
マルチチップモジュールに代表される発熱量の大きな半
導体部品で、液冷方式による冷却が必要なものである。
発熱半導体部品４８は、基板４９上に複数個搭載されて
おり、発熱半導体部品４８の上面には、液冷媒を流通さ
せて発熱半導体部品４８を冷却するための冷却ジャケッ
ト５０が熱的に接触されて搭載されている。冷却ジャケ
ット５０には、液冷媒が供給側配管５１から分配されて
供給され、冷却ジャケット５０で発熱半導体部品４８の
熱を吸収した液冷媒は排出側配管５３に集合された後、
圧縮機１２に戻される。冷却ジャケット５０の液冷媒入
口の直ぐ上流側には、電磁流量調整弁５２が設置されて
おり、制御器２９からの制御信号５４により、各発熱半
導体部品４８の発熱量に応じて冷却ジャケット５０に流
す液冷媒の流量を制御している。また、発熱半導体部品
２ｂのように発熱量が比較的小さく、冷却空気で冷却す
るだけで十分な発熱半導体部品が筐体内に実装されてい
るので、空気を冷却するための熱交換器１０、ドレンパ
ン１１を第１の実施例と同様に設置している。熱交換器
１０の内部を流通させて空気を冷却する液冷媒は、一部
を冷却ジャケット５０に分岐して供給し、その他の部分
が熱交換器１０を流れるように配管を構成している。本
実施例の構造とすることにより、発熱密度の高い発熱半
導体部品を冷却することができる。また、低騒音の電子
装置を実現できる。 【００６２】本発明の電子装置およびその冷却装置の第
３の実施例を図５により説明する。図５は、本実施例の
電子装置の側面断面図である。 【００６３】本実施例では、図５に示すように、水など
の液冷媒をポンプなどの循環装置を用いて電子機器の筐
体内部で循環させて発熱半導体部品を冷却する構造とな
っている。それ以外の構造は、第２の実施例と同様の構
成としている。すなわち、第２の実施例と同様に、基板
４９上に発熱半導体部品４８が実装されており、発熱半
導体部品４８には冷却ジャケット５０が搭載されてい
る。冷却ジャケット５０の入口側には電磁流量調整弁５
２が設置されており、制御信号５４によりその開度を制
御されるようになっている。各発熱半導体部品４８に
は、感熱ダイオードあるいは温度センサーが設置されて
おり、温度の検出値を信号ライン５５によってシステム
制御器２９に送られる。冷却ジャケット５０には排出側
配管５３と供給側配管５１が設けられており、水循環ポ
ンプ５６により水／フロン熱交換器５８を通って冷却水
が循環するようになっている。すなわち、発熱半導体部
品４８の熱を吸収した冷却水は、排出側配管５３を通っ
て水／フロン熱交換器５８に送られて冷却され、水循環
ポンプ５６で加圧されて供給側配管５１に戻り、再び冷
却ジャケット５０に供給されるようになっている。 【００６４】水／フロン熱交換器５８で冷却水を冷却す
るために、圧縮機１２、制御器１３、筐体外部の熱交換
器１５、膨張弁５９などから構成される冷凍機が別に設
置されており、筐体１の内部には圧縮機１２、制御器１
３、膨張弁５９などが内蔵されている。熱交換器１５を
筐体１の外部に設けるのは、放熱を良くするためであ
る。本実施例のような構造とすることにより、構造は多
少複雑にはなるが、冷媒に冷却性能が高い液冷媒である
水を使用することができ、非常に高い冷却性能とするこ
とができる。また、筐体の外部に熱交換器１５だけを設
置する構成であるので、電子機器の筐体以外の付帯設備
は小さくてよいという利点がある。 【００６５】本発明の電子装置およびその冷却装置の第
４の実施例を図６により説明する。図６は、本実施例の
電子装置の側面断面図である。 【００６６】本実施例では、図６に示すように、冷却水
を冷却するためのチラーユニット６０を電子機器の筐体
１の外部に設置している。第３の実施例においては電子
機器の筐体１内部に水循環ポンプ５６、圧縮機１２、制
御器１３、水／フロン熱交換器５８、膨張弁５９を内蔵
していたが、本実施例では、電子機器の筐体１の外部に
設けたチラーユニット６０に内蔵するように構成してい
る。それ以外は第３の実施例と同様に構成している。チ
ラーユニット６０内には、圧縮機１２、制御器１３、空
気／フロン熱交換器６１、膨張弁５９、水／フロン熱交
換器５８などからなる冷凍サイクルが構成されている。
外部の冷却空気は、上部に設置された吸い込みブロア６
２により、チラーユニット６０の下部から矢印６３で示
すようにチラーユニット６０内に吸い込まれ、矢印６４
で示すように空気／フロン熱交換器６１を通過した後、
矢印６５で示すように吸い込みブロア６２に流入し、矢
印６６で示すようにチラーユニット６０の外部に排出さ
れる。電子機器の筐体１とチラーユニット６０の水／フ
ロン熱交換器５８とは、水配管６７、６８により接続さ
れている。 【００６７】本実施例の構造にすることにより、第３の
実施例で述べた効果の他に、電子機器の筐体１の内部構
造を簡単な構成にできる。また、電子機器の筐体１とチ
ラーユニット６０を結ぶ配管は、高圧の冷媒配管ではな
く、普通の水配管を用いることができるため、電子装置
の信頼性を向上できる。 【００６８】以上、第１から第４の実施例では、冷凍機
として、圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張弁などからなる
冷凍サイクルを用いていたが、この代わりに吸収式冷凍
機を用いても良く、わずかな電力を使用することで冷凍
機の駆動できるので、消費電力を低減できる効果があ
る。 【００６９】また、冷却装置の冷媒として例えば水など
を液冷媒を用いるとともに、モータとカム機構とシリン
ダと配管などからなる液冷媒の往復振動装置で構成され
る往復振動型の熱輸送構造を採用することにより、冷却
能力の制御性に優れコンパクトで、駆動動力の小さい冷
却装置とすることができる。 【００７０】また、冷媒の駆動能力の可変手段として、
インバータやＩＧＢＴに代表されるような駆動電源の周
波数可変手段を適用することにより、冷却装置の冷却能
力を任意に連続的に変化させられるようになるため、正
確で効率の良い冷却を実現できる。 【００７１】また、冷却能力の可変手段として、電磁流
量調整弁、形状記憶合金、あるいはアクチュエータなど
からなる可変流動抵抗体を冷媒流路中に設け、冷媒流量
を変化させることにより、発熱半導体部品個々に対して
個別に発熱量に対応した木目細かい冷却することが可能
となり、消費電力を低減できる。 【００７２】以上述べた各実施例の電子機器の筐体１と
して用いられる壁面の構成部材３０について図７から図
９を参照して詳細に説明する。 【００７３】図７は、電子機器の筐体１の壁面の構成部
材３０を断熱部材で構成した例を示している。本実施例
では、外壁版６９の内側に発砲スチロールもしくはウレ
タンで構成された断熱材７０が貼付られている。このよ
うに構成することにより、筐体１の外からの熱の侵入が
ほとんどなく、逆に筐体内部の熱を外に逃がさないた
め、電子機器の筐体内部で発生する熱のみを冷却すれば
良く、消費電力の低減が図れる。 【００７４】図８は、壁面の構成部材を遮音部材で構成
した例である。外壁板６９の内側にウレタンなどで構成
された多数の角錐状の遮音部材７１が貼付られている。
このように構成することにより、筐体１内部で発生する
騒音や振動が外部に漏れることがなく、低騒音の電子装
置を実現できる。 【００７５】図９は、壁面の構成部材を電磁シールド部
材で構成した例である。外壁板７２の内側に断熱材７０
が貼付られ、その内側に金属の多孔板などで構成される
電磁シールド部材７３が貼付られている。このように構
成することにより、筐体１内部で発生する電磁波や電
場、磁場が外部に漏れることがなく、ＥＭＩに対して優
れた電子装置を実現できる。 【００７６】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、個
々の発熱半導体部品を独立に冷却することもでき、かつ
それぞれの独立した冷却手段が、時間的にその冷却能力
を任意に変化させることができるので、各発熱半導体部
品にの発熱量それぞれ適応した最適な冷却を実現でき
る。そのため、電子装置全体で考えれば、必要以上に冷
却することをを少なくすることができ、総消費電力量あ
るいは総発熱量を大幅に低減することができる。また、
上記したように最適な冷却状態を実現できるので、従来
のように複数の半導体部品を一括した冷却を行なう場合
に起こりがちな、低い発熱量の半導体部品を冷やし過ぎ
ることをなくすことができ、最適な動作温度を実現でき
るので、計算処理能力も向上させることができる。 【００７７】また、無駄に冷却することを少なくできる
ので、冷却装置の稼働負荷を低減でき冷却装置の信頼性
も向上できる。又、冷却装置の騒音、振動を低減でき
る。 【００７８】又、筐体外からの熱の侵入がほとんどな
く、逆に筐体内部の冷却空気を外に逃がさないので、冷
却効率の向上、消費電力の低減が実現できる。 【００７９】また、発熱半導体部品と冷却装置を筐体内
に設置しているので、筐体内だけの冷却空気を冷却する
ことで半導体部品の冷却ができ、さらに気密な断熱構造
の筐体とすることにより、冷却した冷却空気を外部に逃
がすことがなく、循環させることにより効率の良い冷却
が行なえる。 【００８０】また、冷却装置を一部冷凍機で構成してい
るので、冷却装置の冷却能力を大きくとることができ、
電子装置筐体内部での除湿が可能となるため、結露によ
る事故を防止することができる。 【００８１】冷凍機を、圧縮機、膨張弁、蒸発器、凝縮
器などを含む冷凍サイクルで構成しているので、制御性
に優れコンパクトで安価なものとすることができ、温度
レベルの制御性もよい。 【００８２】また、電子装置の筐体を概略気密な構造の
筐体で構成しているので、湿気やゴミ、塵埃などが筐体
内に侵入するのを防止することができるので、結露や金
属ゴミにより電子部品がショートすることや断線が生じ
るなどの事故、あるいはゴミによって目詰まりが生じる
ために冷却性能が低下すること等を防止できるので、信
頼性の高い電子装置を実現できる。 【００８３】又、筐体内部で発生する騒音や振動が外部
に漏れることがなく、低騒音の電子装置を実現できる。 【００８４】さらに、筐体内部で発生する電磁波や電
場、磁場が外部に漏れることがなく、ＥＭＩに対して優
れた電子装置を実現できる。 【００８５】

【図面の簡単な説明】 【図１】第１の実施例である電子装置の側面断面図であ
る。 【図２】本実施例の、変化させる入力条件と、その結果
として変化する出力条件について説明する図である。 【図３】本実施例の制御の流れを説明する図である。 【図４】本発明の第２の実施例である電子装置の側面断
面図である。 【図５】本発明の第３の実施例である電子装置の側面断
面図である。 【図６】本発明の第４の実施例である電子装置の側面断
面図である。 【図７】壁面の構成部材を断熱部材で構成した例を示す
斜視図である。 【図８】壁面の構成部材を遮音部材で構成した例を示す
斜視図である。 【図９】壁面の構成部材を電磁シールド部材で構成した
例を示す斜視図である。 【図１０】従来の電子装置の側面断面図である。 【符号の説明】 １…電子装置筐体、２ａ、２ｂ、２ｃ…発熱半導体部
品、３ａ、３ｂ…冷却ファン、４…ダクト、１０…熱交
換器、１２…圧縮器、１５…外部熱交換器、２５、２７
…温度センサー、２９…システム制御器、５６…水循環
ポンプ、５８…水／フロン熱交換器、５９…膨張弁、６
０…チラーユニット、７０…断熱部材、７１…遮音部
材、７３…電磁シールド部材。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 平６−196887（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−252199（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102686（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−108206（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−275275（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−329698（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−161587（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−244577（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−87996（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 1/20 H05K 7/20

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】複数の発熱半導体部品と、該発熱半導体部
   品を冷却するための冷却装置とを備えた電子装置であっ
   て、該発熱半導体部品の少なくとも一部が独立に冷却能
   力を変化させるための冷却能力を局所的に変化させる手
   段と前記発熱半導体部品の少なくとも一部が発熱量が時
   間的に変化した場合にその時間変化に対応して冷却能力
   を変化させるための冷却能力の時間的変化手段とのうち
   少なくとも一方を備え、前記発熱半導体部品の温度を検
   出する温度検出手段により検出された前記発熱半導体部
   品の温度に基づいて前記冷却能力を局所的に変化させる
   手段と冷却能力の時間変化手段のうち少なくとも一方に
   より冷却能力を変化させることを特徴とする電子装置。