JP3758074B2

JP3758074B2 - Electronic equipment cooling system

Info

Publication number: JP3758074B2
Application number: JP34833399A
Authority: JP
Inventors: 武秀糸山; 恵司大嶋; 昭夫安達; 香山口; 正和大嶋
Original assignee: Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JP2001168567A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍機を用いて電子機器の発熱素子を冷却する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型電子計算機などを対象に、通電に伴う発熱量（熱損失）の大きな発熱素子（主として半導体素子）に伝熱結合したコールドプレートを冷凍機の蒸発器として、この発熱素子の冷却を行う装置が特開平４−１９６３９５号公報などにより公知である。図６に、従来実施されている電子機器の冷却装置の冷凍回路図を示す。図６において、１は電子機器の発熱素子（半導体素子など）、２はヒートシンクとして発熱素子１に取り付けられたコールドプレートで、コールドプレート２を蒸発器として、これに圧縮機３、凝縮器４及び温度膨張弁５が組み合わされることにより冷凍サイクルが構成されている。なお、６はコールドプレート２の出口側配管に設置された温度膨張弁５の感熱筒、７は圧縮機３の運転制御部、８はコールドプレート２の出口側の冷媒圧力を検出する圧力センサ、９は圧縮機３の電源、１０は冷媒配管である。
【０００３】
このような冷凍サイクルの動作は周知であり、圧縮機３から吐出された高温、高圧の冷媒ガスは、凝縮器４で凝縮、液化された後、膨張弁５で減圧されてコールドプレート２に送られ、ここで蒸発してコールドプレート２に冷熱を発生した後に、再び圧縮機３に戻るように循環する。この冷凍サイクルでは、発熱素子１の発生熱の変化に応じて、常に冷媒蒸発圧力あるいは冷媒蒸発温度を一定に保つために、圧力センサ８による蒸発圧力の検出値がある設定値になるように、運転制御部７により圧縮機の運転条件を変化させて発生熱を処理し、また温度膨張弁５及び感温筒６によりコールドプレート２の出口にある程度の設定過熱度をつけ、液相の残った状態で冷媒が圧縮機３に戻る（液バック運転）のを防ぐようにして、冷凍システムが安定して運転されるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子機器を安定した状態で稼動させるためには、素子温度により動作特性の変わる発熱素子を常に許容温度内の一定温度に維持することが必要である。この場合に、発熱素子の発熱量は通電に伴う消費電力（電流）によって変動することから、素子の発熱量（冷却負荷）と冷凍能力とがバランスするように冷凍機を運転制御する必要があり、更に素子表面に温度分布が発生しないよう均一に冷却するために、コールドプレートの出口において冷媒に過熱度がつかないように冷媒流量を制御する必要がある。しかし、従来装置は冷凍回路構成及びその制御面で、以下のような問題点を有している。
【０００５】
(1)冷却負荷の変動に合わせて冷凍機を運転制御する場合に、従来は冷媒の蒸発圧力を検出し、この検出値をもとに圧縮機をオンオフ制御するか、あるいは電動圧縮機の電源にインバータを組み合わせて、検出値がある設定値になるように圧縮機の回転数を制御するなどの方法を採っている。ところが、オンオフ制御方式では、圧縮機の停止中、過渡的にコールドプレートの温度が上昇するため、発熱素子の温度を常に一定に保つことが困難である。また、インバータ制御方式では、回転数が低すぎると共振が発生することから、回転数の可変範囲は、30〜80Hzに制限され、冷却負荷の変動幅が大きい場合にはインバータ制御だけでは負荷変動に追従できない。
(2)膨張弁として図６におけるように温度膨張弁（蒸発器の出口温度が一定になるように弁開度を自動調整するメカニカル式の自力制御弁）を使用する場合、従来のように蒸発器出口に感温筒を設けたのでは、コールドプレートの出口で必ず過熱度が発生するように冷媒量が調整されるため、コールドプレート内ではすでに液冷媒量が不足してしまい、その結果、コールドプレートの冷媒入口から出口にかけて温度勾配が発生することが避けられない。このため、発熱素子面内にも同様の温度勾配が発生し、素子を均一に冷却することが困難である。
(3)一方、蒸発器への冷媒流量を調整する膨張弁として、蒸発圧力が一定になるように弁開度を自動調整するメカニカル式の低圧膨張弁があるが、これは負荷変動が比較的小さい用途に適しており、冷却負荷の変動が大きくなるとその制御が負荷変動に追従できなくなるという問題がある。
この発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、大きな発熱負荷変動を伴う素子においても、その作動中の温度変化を最小限に抑え、かつ素子内に温度分布を発生させることなく良好に冷却することのできる電子機器の冷却装置を得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、電子機器の発熱素子にコールドプレートを伝熱的に結合し、このコールドプレートを蒸発器として、これに圧縮機、凝縮器及び膨張弁を組み合わせて冷凍サイクルを構成した電子機器の冷却装置において、前記圧縮機出口のホットガス冷媒を電子式バルブを介して前記コールドプレートの出口側配管にバイパスさせるホットガスバイパス配管と、前記コールドプレートの出口側配管を加熱する冷媒過熱用ヒータとを設けるとともに、前記膨張弁として温度膨張弁を用いて、その感温筒を前記コールドプレート出口配管の前記ヒータが設けられた部分の下流側に設置し、前記発熱素子の発熱量に応じて前記電子式バルブの弁開度及び前記ヒータの発熱量を調節するようにするものである（請求項１）。
【０００７】
すなわち、圧縮機出口のホットガス冷媒を電子式バルブを介してコールドプレートの出口側にバイパスさせ、発熱素子の発熱量に応じて電子式バルブの弁開度を調節することにより、冷却負荷の変動に応じて冷凍システムの冷凍能力を容易に変えることができ、その結果、蒸発圧力（ないしは蒸発温度）を冷却負荷の変動に関係なく一定に保つことが可能になる。ホットガスバイパス配管に設置した電子式バルブは、例えばバルブ内部に設けられたロータが制御部から与えられるパルス信号のパルス数に合わせて回転し、ロータの回転数に応じて弁開度を変えるバルブであり、コールドプレートの冷媒蒸発圧力あるいは冷媒温度を検出し、この検出値が一定となるようにパルス数を設定することで、冷却負荷の変動に関わらず、コールドプレートでの冷媒蒸発圧力が常に一定となるように弁開度が調節される。
【０００８】
さらに、コールドプレートの出口側配管を冷媒過熱用ヒータで過熱するとともに、温度膨張弁の感温筒をコールドプレート出口配管のヒータが設けられた部分の下流側に設置することにより、温度膨張弁は過熱用ヒータで加熱された冷媒の過熱度に基づいて冷媒流量を自動調節するため、過熱用ヒータの上流側、つまりコールドプレートの出口では過熱用ヒータの発熱量だけ冷媒の持つエンタルピが小さくなり、過熱用ヒータの容量（発熱量）を調節することでコールドプレートの出口で冷媒に過熱度がつかないようにすることができる。その場合、冷却負荷が変化し、電子式バルブが作動してホットガスバイパス量が変化すると、温度膨張弁の感温筒部の温度も変動するため、温度膨張弁が作動してコールドプレート部への冷媒供給量が変化し、蒸発圧力がばらつく可能性がある。そこで、感温筒部の温度を検出して、その検出値がある一定値になるように過熱用ヒータの発熱量を調節すれば、温度膨張弁の動作を抑えて蒸発圧力のばらつきをなくすことができる。
【０００９】
また、この発明は、上記冷却装置において、前記凝縮器の出口側配管を流れる液冷媒と前記コールドプレートの出口側配管を流れるガス状冷媒との間で熱交換を行う液ガス熱交換器を設けるものとする（請求項２）。このような液ガス熱交換器を設けることにより、コールドプレートに流入する冷媒をコールドプレート出口側の低温の冷媒で冷却して過冷却状態にし、発熱素子の発熱量が増加した際にも、過渡的にコールドプレート出口の冷媒が乾いてしまう（過熱度がつく）ことを抑えることができる。
【００１０】
上記冷却装置における前記電子式バルブの弁開度の調節は、前記コールドプレートの冷媒蒸発圧力又は冷媒温度を検出する手段と、この検出値が設定値と一致するように前記電子式バルブの弁開度を調節する制御手段とを設けて行うのがよい（請求項３）。また、前記ヒータの発熱量の調節は、前記感温筒設置部分の冷媒温度を検出する手段と、この検出値が設定値と一致するように前記ヒータの発熱量を調節する制御手段とを設けて行うのがよい（請求項４）。
【００１１】
ところで、上記したようにホットガスバイパスを設けることにより、冷却負荷の変動に応じて冷凍システムの能力を変化させることができるが、その一方でホットガスバイパスは圧縮機の余剰な能力分を無駄にしていることになるため、圧縮機の能力面から考えると効率の悪い運転になる。そこで、この発明は、前記圧縮機にその回転数を制御するインバータ装置を組み合わせるとともに、前記発熱素子の発熱量に応じて、前記インバータ装置により前記圧縮機の回転数を調節するか、前記電子式バルブの弁開度及び前記ヒータの発熱量を調節するかを切り替える制御手段を設けるものとする（請求項５）。
【００１２】
このようにホットガスバイパスとインバータ装置とを併用することで、冷却負荷の変動がインバータ装置による圧縮機回転数制御で対応可能な範囲にある場合には、インバータ装置による圧縮機回転数制御により圧縮機の能力自体を変化させることで効率的な圧縮機運転を行い、また冷却負荷の変動がインバータ装置での制御可能な範囲を外れた場合には、ホットガスバイパスを用いることで冷凍システムとしての運転効率を向上させることができる。前記電子バルブの弁開度及び前記圧縮機の回転数の調節は、前記蒸発器の冷媒蒸発圧力又は冷媒温度を検出する手段と、この検出値が設定値と一致するように前記電子式バルブの弁開度及び前記圧縮機の回転数を調節する制御手段とを設けて行うのがよい（請求項６）。
【００１３】
前記温度膨張弁の代わりとして、電子式膨張弁を用いることもでき、これにより安定かつ高精度の冷媒蒸発圧力一定制御（ないしは冷媒蒸発温度一定制御）を行うことが可能になる（請求項７）。温度膨張弁は、感温筒に封入した冷媒の相変化により弁開度が変化する構造となっていることから、感温筒への伝達遅れによりハンチングと呼ばれる不安定動作が発生する。そのため、温度膨張弁は高寿命かつ安価で使用しやすい反面、制御精度の要求度合いによっては使用できない場合が生じる。また、温度膨張弁では、ホットガスをバイパスさせる電子式バルブの作動中に感温筒温度が変化し、その間、コールドプレートへの流入冷媒流量が変動するため、過熱ヒータにより感温筒温度の変動を抑える必要があり、過熱ヒータの制御に高い応答性や制御精度が要求される。
【００１４】
これに対して、電子式膨張弁は、例えば弁内部に設けられたロータが制御部から与えられるパルス信号のパルス数に合わせて回転し、その回転数により弁開度が変わる構造であるため、弁開度を外部から制御してハンチングを小さく抑えることができ、更にホットガスバイパス配管の電子式バルブの作動中に弁開度を一時的に固定し、コールドプレートへの流入冷媒流量を一定に保つなどの制御を行うことができるので、制御の応答性や安定性及び制御精度の向上が可能となる。前記電子式膨張弁の弁開度を調節は、前記コールドプレート入口の冷媒温度及び前記コールドプレート出口配管の前記ヒータが設けられた部分の下流側の冷媒温度をそれぞれ検出する手段と、それら検出値の温度差が設定値と一致するように、前記電子式膨張弁の弁開度を調節する制御手段とを設けて行うのがよい（請求項８）。
【００１５】
膨張弁として電子式膨張弁を用いた請求項８の冷却装置において、前記発熱素子又はコールドプレートの入口側温度及び出口側温度をそれぞれ検出する手段と、これらの検出値が互いに一致するように前記電子式膨張弁の弁開度を調節する制御手段とを設けてもよい（請求項９）。発熱素子又はコールドプレートの入口側温度と出口側温度とに温度差が生じないように弁開度を調節することにより、出口側で過熱度がつかないようにして、発熱素子を均一に冷却することができる。また、発熱素子の温度を直接検出して電子式膨張弁の弁開度を調整できるため、制御の応答性も向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５に基づいて、この発明の実施の形態を説明する。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用い、従来例と実質的に同一構成部分については説明を省略する。
【００１７】
実施形態１
まず、図１は請求項１ , ３の発明に対応する実施形態を示す冷凍回路図である。この実施形態では、コールドプレート２を蒸発器として、これに定速運転を行う電動圧縮機３、凝縮器４、温度膨張弁５を組み合わせた冷凍サイクルにおいて、圧縮機出口のホットガス冷媒を電子式バルブ１１を介して、コールドプレート出口配管にバイパスさせるホットガスバイパス配管１３と、コールドプレート２の出口側配管を加熱する冷媒過熱用ヒータ１４とを設けるとともに、温度膨張弁５の感温筒６をコールドプレート出口配管のヒータ１４が設けられた部分の下流側に設置したものである。電子式バルブ１１の弁開度は、バルブ制御部１２から与えられるパルス信号で調節され、また過熱用ヒータ１４は、ヒータ制御部１５（例えば電子式サーモスタット）で電流、電圧波形が制御されることにより発熱量が調節される。
【００１８】
バルブ制御部１２は、コールドプレート出口の冷媒圧力を圧力センサ８で検出し、その検出値が予め設定された設定値になるように電子式バルブ１１の弁開度を調節する。例えば、蒸発圧力Peの設定値に対し、検出値が小さい場合には、ホットガス循環量が少ないために蒸発圧力Peが設定値より低下したと判断し、弁開度を大きくしてホットガス循環量を増やし、蒸発圧力Peが設定値と一致するように制御する。反対に、検出値が設定値より大きい場合には、ホットガス循環量が多過ぎるために蒸発圧力Peが設定値より増加したと判断し、弁開度を小さくしてホットガス循環量を減らし、蒸発圧力Peが設定値と一致するように制御する。この場合、蒸発圧力Peのパルス信号への変換は、平均化処理、ローパスフィルタなどにより圧力波形のリップルを取り除いた圧力検出値に基づいて、比例制御やＰＩＤ制御などの制御方法により行う。なお、蒸発圧力Peの検出位置は、コールドプレート内の圧力損失が大きい場合はコールドプレート２の入口とし、小さい場合はコールドプレート２の出口とするのがよく、また蒸発圧力Peの代わりに蒸発圧力検出位置の冷媒温度を検出し、コールドプレートの検出温度をもとに電子式バルブ１１の弁開度を調節してもよい。
【００１９】
一方、ヒータ制御部１５は、温度膨張弁５の感温筒設置部分の冷媒温度Tshを温度センサ１６で検出し、その検出値が設定値となるように過熱用ヒータ１４の発熱量を調節する。例えば、コールドプレート２の入口での冷媒温度設定値を−20℃とし、温度膨張弁５での過熱度設定を５Ｋとした場合、感温筒設置部分の温度設定は−15℃であり、過熱ヒータ１４は常に感温筒設置部分の冷媒温度Tshが−15℃となるように、その発熱量を増減する。この場合、ヒータ制御部１５での電流、電圧波形の調整は検出温度に基づいて、ＰＩＤ制御などの制御方法により行う。
【００２０】
実施形態２
図２はこの発明の請求項２に対応する実施形態を示すものである。この実施形態では、冷凍回路内において、凝縮器４の出口側を流れる膨張弁流入前の高温の液冷媒と、コールドプレート２の出口側配管を流れるホットガス合流後のガス状冷媒との間で、熱交換を行う液ガス熱交換器１７を設けている。その他の点は図１のものと同じである。この実施の形態によれば、コールドプレート２に流入する高温液冷媒は、コールドプレート出口側のガス状冷媒で冷やされることで過冷却状態（液相割合の多い状態）となり、発熱素子１の発熱量が増大してもコールドプレート出口でまだ液相分が残った状態を保つことができ、これにより発熱素子１の発熱量が増加した際、過渡的にコールドプレート出口の冷媒が乾いてしまう（過熱度がつく）のを防ぐことができ、発熱素子１を温度分布を生じさせることなく均一に冷却することができる。
【００２１】
液ガス熱交換器１７としては、例えば液冷媒が流れるフィンチューブの外側をガス冷媒が洗流する構成の公知のものを使用することができる。液ガス熱交換器１７の設置位置は、それ自体に圧縮機３からのホットガスとコールドプレート２からの流出冷媒ガスとを均一に混合させるミキシング機能を持たせることができることから、図示の通りホットガス合流後とするのがよく、またコールドプレート出口で冷媒に過熱度が確実につかないように調整するためには、少なくとも膨張弁感温筒６の手前（上流側）とする必要がある。
【００２２】
実施形態３
図３は実施形態２をベースにしたこの発明の請求項５，６に対応する実施形態を示すものである。この実施形態は、電動圧縮機３の電源９にインバータ装置１８を組み合わせ、冷媒蒸発圧力の調整をホットガスバイパス配管１３の電子バルブ制御と組み合わせて行うようにしたものである。インバータ装置１８は、コールドプレート出口の冷媒圧力を圧力センサ８で検出し、その検出値が設定値となるように圧縮機３の回転数を調節する。例えば、蒸発圧力Peの設定値に対し、検出値が小さい場合には、圧縮機３の回転数が高すぎるために蒸発圧力Peが設定値よりも低下したと判断し、インバータ装置１８は圧縮機３の回転数を低くして、蒸発圧力Peが設定値と一致するように制御する。反対に、検出値が設定値よりも大きい場合には、圧縮機３の回転数が低すぎるために蒸発圧力Peが設定値よりも上昇したと判断し、インバータ装置１８は圧縮機3の回転数を高くして蒸発圧力Peが設定値と一致するように制御する。
【００２３】
この場合、蒸発圧力Peに基づく回転数の制御は、ＰＩＤ制御などの制御方法により段階的に行うが、圧縮機３の回転数制御は共振の関係から可変範囲に制限があり、回転数を最小回転数（周波数）、例えば30Hzにまで低下させても、蒸発圧力Peが設定値にまで至らないことが生じる。そこで、最小回転数にしても蒸発圧力Peが設定値と一致しない場合には、インバータ装置１８による制御が不能であると判断して、上記した電子式バルブ１１の弁開度制御によるホットガス循環量の調節に切り替えて、蒸発圧力Peを設定値に一致させるようにする。このように、インバータ装置１８による圧縮機３の回転数制御と、電子式バルブ１１の弁開度制御とを組み合わせることで、冷却負荷の変動に対して効率的に対応し、省エネ効果を高めることができる。なお、蒸発圧力Peの検出位置は実施形態１の場合と同様に、コールドプレート内の圧力損失が大きい場合はコールドプレート２の入口とし、小さい場合はコールドプレート２の出口とするのがよく、また蒸発圧力Peの代わりに蒸発圧力検出位置の冷媒温度を検出し、コールドプレートの検出温度をもとに電子式バルブ１１の弁開度を調節してもよい。
【００２４】
実施形態４
図４は、実施形態３をベースにしたこの発明のこの発明の請求項７，８に対応する実施形態を示すものである。この実施形態は、冷凍サイクルの構成は基本的に図３と同様であるが、コールドプレート２の入口側には温度膨張弁に代えて電子式膨張弁１９が接続されており、その弁開度は膨張弁制御部２０から与えられるパルス信号で調節される。ここで、コールドプレート入口側及び過熱用ヒータ設置部の下流側に温度センサ２１及び１６が設置され、膨張弁制御部２０はそれらにより計測された冷媒温度Te及びTshを取り込んで、その温度差、つまり冷媒過熱度（Tsh-Te）が設定値と一致するように電子式膨張弁１９の弁開度を調整する。
【００２５】
温度膨張弁は、感温筒が温度変化を感知してから弁の開閉動作が始まるまでに遅れが生じるが、上記電子式膨張弁１９を使用すればこの問題は解消し、温度膨張弁と同様の制御を応答性よく行うことができる。また、図１において、温度膨張弁５では、ホットガスバイパス配管１３の電子式バルブ１１の動作中に感温筒温度が変化し、その間、コールドプレート２への流入冷媒流量が変動するため、過熱用ヒータ１４により感温筒温度の変動を抑える必要があったが、電子式膨張弁１９を用いることで、ホットガスバイパス配管１３の電子式バルブ１１の動作中は一時的に膨張弁の弁開度を固定し、流量の変動を完全に抑えることが可能なので、過熱用ヒータ１４の制御に要する負担を改善でき、冷凍システムをより安定的に運転することができる。電子式膨張弁として、例えばパルスモータ駆動方式の公知のものが使用でき、その場合、冷媒温度差（Tsh-Te）からパルス信号への変換は、比例制御やＰＩＤ制御などの制御方法により行うことができ、制御フローにより制御精度の向上を図ることもできる。
【００２６】
実施形態５
図５は、実施形態４をベースにしたこの発明の請求項９に対応する実施形態を示すものである。この実施形態は、冷凍サイクルの構成は基本的に図４と同様であるが、コールドプレート入口側に設置された電子式膨張弁１９の弁開度が、発熱素子１あるいはコールドプレート２の入口側及び出口側の検出温度をもとに与えられるパルス信号によって、膨張弁制御部２０により調節されるようになっている。すなわち、２２は感温部がコールドプレート２の入口側及び出口側にそれぞれ直接接触するように設けられた差動温度センサで、両測の温度差をパルス信号として出力する。膨張弁制御部２０は、入口側及び出口側の温度が互いに一致するように、つまり温度差が生じないように、電子式膨張弁１９の弁開度を調節する。これにより、コールドプレート２の出口側で過熱度がつくことによる発熱素子１での温度勾配の発生が抑えられ、またその際、発熱素子１の作動温度を直接的に制御できるため、制御の応答性も向上させることができる。一方、ヒータ制御部１５は、過熱用ヒータ１４の下流側の冷媒温度Tshを温度センサ１６で検出し、その検出値が適度の過熱度がつく設定値となるように過熱用ヒータ１４の発熱量を調節する。これにより、液相分を含む冷媒が圧縮機３に吸引される液バックが防止される。
【００２７】
【発明の効果】
以上の通り、この発明は、次の効果を有するものである。
(1)圧縮機出口のホットガス冷媒を電子式バルブを介してコールドプレートの出口側にバイパスさせ、発熱素子の発熱量に応じて電子式バルブの弁開度を調節することにより、冷凍能力を容易に変えることが可能となり、またコールドプレートの出口側配管を加熱する冷媒過熱用ヒータを設け、温度膨張弁の感温筒をヒータの下流側に設置して、発熱素子の発熱量に応じてヒータの発熱量を調節することにより、コールドプレートの出口で冷媒に過熱度がつかないようにすることが可能なので、冷却負荷変動の非常に大きい電子機器においても発熱素子の動作温度を一定に保ち、かつ素子内の温度分布を均一にして電子機器の安定運転を図ることができる。
(2)更に、凝縮器の出口側を流れる液冷媒とコールドプレートの出口側を流れるガス状冷媒との間で熱交換を行う液ガス熱交換器を設けることにより、コールドプレートに流入する冷媒を過冷却状態にし、素子の発熱が増加した際に過渡的にコールドプレート出口の冷媒が乾いてしまう（過熱度がつく）のを防ぐことができる。
(3)一方、ホットガスをバイパスさせて冷凍能力を制御する場合に、インバータ装置による圧縮機の回転数制御を組み合わせることにより、より効率的な冷却を行い、冷凍システムの省エネを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す冷凍回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示す冷凍回路図である。
【図３】この発明の実施の形態３を示す冷凍回路図である。
【図４】この発明の実施の形態４を示す冷凍回路図である。
【図５】この発明の実施の形態５を示す冷凍回路図である。
【図６】従来例を示す冷凍回路図である。
【符号の説明】
１発熱素子
２コールドプレート
３圧縮機
４凝縮器
５温度膨張弁
６感温筒
８圧力センサ
１０冷媒配管
１１電子式バルブ
１２バルブ制御部
１３ホットガスバイパス配管
１４過熱用ヒータ
１５ヒータ制御部
１６温度センサ
１７液ガス熱交換器
１８インバータ装置
１９電子式膨張弁
２０膨張弁制御部
２１温度センサ
２２差動温度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for cooling a heating element of an electronic device using a refrigerator.
[0002]
[Prior art]
A device that cools a heating element using a cold plate that is heat-coupled to a heating element (mainly a semiconductor element) that generates a large amount of heat (heat loss) as a result of energization. It is known from JP-A-4-196395. FIG. 6 shows a refrigeration circuit diagram of a cooling apparatus for an electronic device that has been conventionally implemented. In FIG. 6, 1 is a heat generating element (semiconductor element or the like) of an electronic device, 2 is a cold plate attached to the heat generating element 1 as a heat sink, and the cold plate 2 is an evaporator, which includes a compressor 3, a condenser 4 and A refrigeration cycle is configured by combining the temperature expansion valve 5. 6 is a thermal cylinder of the temperature expansion valve 5 installed in the outlet side pipe of the cold plate 2, 7 is an operation control unit of the compressor 3, and 8 is a pressure sensor for detecting the refrigerant pressure on the outlet side of the cold plate 2. 9 is a power source of the compressor 3, and 10 is a refrigerant pipe.
[0003]
The operation of such a refrigeration cycle is well known, and the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the compressor 3 is condensed and liquefied by the condenser 4 and then decompressed by the expansion valve 5 and sent to the cold plate 2. Here, after evaporating and generating cold in the cold plate 2, it circulates back to the compressor 3 again. In this refrigeration cycle, in order to always keep the refrigerant evaporation pressure or the refrigerant evaporation temperature constant according to the change in the heat generated by the heating element 1, the detected value of the evaporation pressure by the pressure sensor 8 becomes a certain set value. The operation control unit 7 changes the operating conditions of the compressor to process the generated heat, and the temperature expansion valve 5 and the temperature sensing cylinder 6 give a certain degree of superheat to the outlet of the cold plate 2 so that the liquid phase remains. In this state, the refrigeration system is stably operated by preventing the refrigerant from returning to the compressor 3 (liquid back operation).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to operate an electronic device in a stable state, it is necessary to always maintain a heating element whose operating characteristics change depending on the element temperature at a constant temperature within an allowable temperature. In this case, since the amount of heat generated by the heating element varies depending on the power consumption (current) accompanying energization, it is necessary to control the operation of the refrigerator so that the amount of heat generated by the element (cooling load) and the refrigerating capacity are balanced. Furthermore, in order to uniformly cool the element surface so as not to generate a temperature distribution, it is necessary to control the flow rate of the refrigerant so that the refrigerant is not superheated at the outlet of the cold plate. However, the conventional apparatus has the following problems in terms of the refrigeration circuit configuration and its control.
[0005]
(1) When controlling the operation of a refrigerator in accordance with fluctuations in cooling load, conventionally, the refrigerant evaporating pressure is detected, and the compressor is turned on or off based on this detected value, or the power source of the electric compressor is In addition, an inverter is combined to control the rotation speed of the compressor so that the detected value becomes a certain set value. However, in the on / off control method, the temperature of the cold plate rises transiently while the compressor is stopped, so it is difficult to keep the temperature of the heating element constant. In addition, in the inverter control method, resonance occurs when the rotational speed is too low. Therefore, the variable range of the rotational speed is limited to 30 to 80 Hz, and when the fluctuation range of the cooling load is large, the load fluctuation is caused only by the inverter control. I cannot follow.
(2) When using a temperature expansion valve (a mechanical self-control valve that automatically adjusts the valve opening so that the outlet temperature of the evaporator becomes constant) as shown in FIG. When the temperature sensing tube is provided at the outlet of the vessel, the amount of refrigerant is adjusted so that the degree of superheat is always generated at the outlet of the cold plate, so the amount of liquid refrigerant is already insufficient in the cold plate. It is inevitable that a temperature gradient occurs from the refrigerant inlet to the outlet of the cold plate. For this reason, a similar temperature gradient is generated in the heating element surface, and it is difficult to cool the element uniformly.
(3) On the other hand, as an expansion valve that adjusts the refrigerant flow rate to the evaporator, there is a mechanical low-pressure expansion valve that automatically adjusts the valve opening so that the evaporation pressure is constant. It is suitable for small applications, and there is a problem that the control cannot follow the load fluctuation when the fluctuation of the cooling load becomes large.
The present invention has been made in view of the above problems, and the problem is to minimize temperature change during operation and generate a temperature distribution in the element even in an element with a large heat generation load fluctuation. An object of the present invention is to provide a cooling device for electronic equipment that can cool well.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a refrigeration method in which a cold plate is thermally coupled to a heating element of an electronic device, the cold plate is used as an evaporator, and a compressor, a condenser, and an expansion valve are combined therewith. In a cooling device for an electronic device constituting a cycle, a hot gas bypass pipe for bypassing a hot gas refrigerant at the compressor outlet to an outlet side pipe of the cold plate via an electronic valve, and an outlet side pipe of the cold plate A heater for heating the refrigerant is used, and a temperature expansion valve is used as the expansion valve, and the temperature sensing cylinder is installed on the downstream side of the portion of the cold plate outlet pipe where the heater is provided, and the heating element The opening degree of the electronic valve and the heating value of the heater are adjusted in accordance with the heating value of the heater (claim 1).
[0007]
In other words, the hot gas refrigerant at the outlet of the compressor is bypassed to the outlet side of the cold plate through the electronic valve, and the valve opening of the electronic valve is adjusted according to the amount of heat generated by the heating element, thereby changing the cooling load. Accordingly, the refrigeration capacity of the refrigeration system can be easily changed, and as a result, the evaporation pressure (or evaporation temperature) can be kept constant regardless of the fluctuation of the cooling load. An electronic valve installed in a hot gas bypass pipe is a valve in which, for example, a rotor provided inside the valve rotates in accordance with the number of pulses of a pulse signal given from the control unit, and the valve opening degree is changed in accordance with the number of rotations of the rotor. By detecting the refrigerant evaporation pressure or refrigerant temperature of the cold plate and setting the number of pulses so that this detected value is constant, the refrigerant evaporation pressure at the cold plate is always maintained regardless of the change in cooling load. The valve opening is adjusted to be constant.
[000 8 ]
In addition , the temperature expansion valve can be obtained by heating the outlet side pipe of the cold plate with a heater for the refrigerant overheating, and installing the temperature sensing tube of the temperature expansion valve downstream of the portion where the heater of the cold plate outlet pipe is provided. Since the refrigerant flow rate is automatically adjusted based on the degree of superheat of the refrigerant heated by the superheater heater, the enthalpy of the refrigerant is reduced by the amount of heat generated by the superheater heater at the upstream side of the superheater heater, that is, at the outlet of the cold plate. By adjusting the capacity (heat generation amount) of the heater for overheating, it is possible to prevent the refrigerant from being superheated at the outlet of the cold plate. In that case, if the cooling load changes and the electronic valve operates to change the hot gas bypass amount, the temperature of the temperature sensing cylinder of the temperature expansion valve also fluctuates, so the temperature expansion valve operates and moves to the cold plate section. There is a possibility that the amount of refrigerant supplied will vary and the evaporation pressure will vary. Therefore, by detecting the temperature of the temperature sensing cylinder and adjusting the heat generation amount of the heater for overheating so that the detected value becomes a certain value, the operation of the temperature expansion valve is suppressed and the variation in the evaporation pressure is eliminated. It is Ru can.
[000 9 ]
Further, according to the present invention, in the above cooling device, a liquid gas heat exchanger that performs heat exchange between the liquid refrigerant flowing through the outlet side pipe of the condenser and the gaseous refrigerant flowing through the outlet side pipe of the cold plate is provided. (Claim 2 ). By providing such a liquid gas heat exchanger, the refrigerant flowing into the cold plate is cooled with a low-temperature refrigerant on the cold plate outlet side to be in a supercooled state, and even when the heat generation amount of the heating element increases, In particular, it is possible to prevent the refrigerant at the outlet of the cold plate from drying out (overheating degree).
[00 10 ]
Adjustment of the valve opening of the electronic valve in the cooling device, means for detecting a refrigerant evaporation pressure or the refrigerant temperature of the cold plate, the valve opening of the electronic valve as the detected value matches the set value It is preferable to provide a control means for adjusting the degree (Claim 3 ). Further, the adjustment of the heat generation amount of the heater is provided with means for detecting the refrigerant temperature in the temperature sensing tube installation portion and control means for adjusting the heat generation amount of the heater so that the detected value matches a set value. (Claim 4 ).
[00 11 ]
By the way, by providing the hot gas bypass as described above, the capacity of the refrigeration system can be changed according to the fluctuation of the cooling load. On the other hand, the hot gas bypass wastes the excess capacity of the compressor. Therefore, when considering the capacity of the compressor, the operation becomes inefficient. Therefore, the present invention combines the compressor with an inverter device that controls the rotational speed, and adjusts the rotational speed of the compressor by the inverter device according to the amount of heat generated by the heating element, or the electronic type Control means for switching whether to adjust the valve opening and the amount of heat generated by the heater is provided (Claim 5 ).
[00 12 ]
Thus, by using the hot gas bypass and the inverter device together, when the fluctuation of the cooling load is in a range that can be handled by the compressor rotation speed control by the inverter device, the compression is performed by the compressor rotation speed control by the inverter device. By changing the capacity of the compressor itself, efficient compressor operation can be performed, and when the fluctuation of the cooling load is outside the controllable range of the inverter device, a hot gas bypass can be used as a refrigeration system. Driving efficiency can be improved. Adjusting the rotational speed of the valve opening and the compressor of the electronic valve, means for detecting a refrigerant evaporation pressure or the refrigerant temperature of the evaporator, the electronic valve as the detected value matches the set value Control means for adjusting the valve opening degree and the rotation speed of the compressor may be provided (Claim 6 ).
[00 13 ]
As an alternative to the temperature expansion valve, can also be used electronic expansion valve, thereby it becomes possible to perform stable and highly accurate refrigerant evaporation pressure constant control of (or refrigerant evaporation temperature constant control) (Claim 7) . Since the temperature expansion valve has a structure in which the valve opening degree is changed by the phase change of the refrigerant sealed in the temperature sensing cylinder, an unstable operation called hunting occurs due to a transmission delay to the temperature sensing cylinder. For this reason, the temperature expansion valve has a long life and is inexpensive and easy to use, but it may not be used depending on the degree of control accuracy required. In addition, in the temperature expansion valve, the temperature sensing cylinder temperature changes during operation of the electronic valve that bypasses the hot gas, and the flow rate of the refrigerant flowing into the cold plate changes during that time. Therefore, high responsiveness and control accuracy are required for controlling the superheater heater.
[00 14 ]
On the other hand, the electronic expansion valve has a structure in which, for example, a rotor provided inside the valve rotates in accordance with the number of pulses of a pulse signal given from the control unit, and the valve opening varies depending on the number of rotations. by controlling the valve opening degree from the outside can be suppressed hunting, further temporarily fix the valve opening during operation of the electronic valves of the hot gas bypass pipe, a constant inflow refrigerant flow rate to the cold plates Since control such as maintaining can be performed, it is possible to improve control responsiveness, stability, and control accuracy. The valve opening degree of the electronic expansion valve is adjusted by means for respectively detecting the refrigerant temperature at the cold plate inlet and the refrigerant temperature at the downstream side of the portion of the cold plate outlet pipe where the heater is provided, and the detected values. as the temperature difference coincides with the set value, may be carried out by providing a control means for adjusting the valve opening degree of the electronic expansion valve (claim 8).
[00 15 ]
9. The cooling device according to claim 8 , wherein an electronic expansion valve is used as the expansion valve, and the means for detecting the inlet side temperature and the outlet side temperature of the heating element or the cold plate, respectively, and the detected values coincide with each other. Control means for adjusting the valve opening degree of the electronic expansion valve may be provided (claim 9 ). By adjusting the valve opening so that there is no temperature difference between the inlet side temperature and the outlet side temperature of the heating element or cold plate, the heating element is uniformly cooled so as not to overheat on the outlet side. be able to. Further, since it adjusts the valve opening degree of the electronic expansion valve detects the temperature of the heating element directly, it is possible to improve the responsiveness of the control.
[00 16 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is used for the part corresponding to a prior art example, and description is abbreviate | omitted about the substantially same component as a prior art example.
[00 17 ]
Embodiment 1
FIG. 1 is a refrigeration circuit diagram showing an embodiment corresponding to the first and third aspects of the invention. In this embodiment, the cold plate 2 as an evaporator, this electric compressor 3 performs constant-speed operation, the condenser 4, in a refrigeration cycle that combines the temperature expansion valve 5, an electronic hot gas refrigerant compressor outlet A hot gas bypass pipe 13 that bypasses the cold plate outlet pipe via the valve 11 and a refrigerant overheating heater 14 that heats the outlet side pipe of the cold plate 2 are provided, and the temperature sensing cylinder 6 of the temperature expansion valve 5 is provided. It is installed on the downstream side of the portion of the cold plate outlet pipe where the heater 14 is provided. The valve opening degree of the electronic valve 11 is adjusted by a pulse signal given from the valve control unit 12, and the current and voltage waveform of the heater 14 for superheating are controlled by a heater control unit 15 (for example, an electronic thermostat). The calorific value is adjusted by.
[00 18 ]
The valve control unit 12 detects the refrigerant pressure at the cold plate outlet with the pressure sensor 8 and adjusts the valve opening of the electronic valve 11 so that the detected value becomes a preset set value. For example, if the detected value is smaller than the set value of the evaporation pressure Pe, it is determined that the evaporation pressure Pe has decreased below the set value because the amount of hot gas circulation is small, and the valve opening is increased to increase the hot gas circulation. The amount is increased and the evaporation pressure Pe is controlled to match the set value. On the other hand, if the detected value is larger than the set value, it is determined that the evaporation pressure Pe has increased from the set value because the hot gas circulation amount is too much, and the hot gas circulation amount is reduced by reducing the valve opening degree. Control is performed so that the evaporation pressure Pe matches the set value. In this case, conversion of the evaporation pressure Pe into a pulse signal is performed by a control method such as proportional control or PID control based on a pressure detection value obtained by removing a ripple of the pressure waveform by an averaging process, a low-pass filter, or the like. The detection position of the evaporating pressure Pe is preferably the inlet of the cold plate 2 when the pressure loss in the cold plate is large, or the outlet of the cold plate 2 when the pressure loss is small, and the evaporating pressure Pe is used instead of the evaporating pressure Pe. The refrigerant temperature at the detection position may be detected, and the valve opening degree of the electronic valve 11 may be adjusted based on the detected temperature of the cold plate.
[00 19 ]
On the other hand, the heater control unit 15 detects the refrigerant temperature Tsh at the temperature sensing tube installation portion of the temperature expansion valve 5 with the temperature sensor 16, and adjusts the amount of heat generated by the overheating heater 14 so that the detected value becomes a set value. . For example, if the refrigerant temperature set value at the inlet of the cold plate 2 is set to −20 ° C. and the superheat degree setting at the temperature expansion valve 5 is set to 5K, the temperature setting of the temperature sensing cylinder installation portion is −15 ° C. The heater 14 always increases or decreases the amount of heat generated so that the refrigerant temperature Tsh at the temperature-sensitive cylinder installation portion is -15 ° C. In this case, the current and voltage waveforms in the heater control unit 15 are adjusted by a control method such as PID control based on the detected temperature.
[00 20 ]
Embodiment 2
Figure 2 shows an embodiment corresponding to claim 2 of the present invention. In this embodiment, in the refrigeration circuit, between the high-temperature liquid refrigerant before flowing into the expansion valve flowing through the outlet side of the condenser 4 and the gaseous refrigerant after joining hot gas flowing through the outlet-side piping of the cold plate 2. A liquid gas heat exchanger 17 for performing heat exchange is provided. The other points are the same as those in FIG. According to this embodiment, the high-temperature liquid refrigerant flowing into the cold plate 2 is cooled by the gaseous refrigerant on the cold plate outlet side to be in a supercooled state (a state with a high liquid phase ratio), and the heat generation of the heating element 1 Even if the amount increases, it is possible to maintain a state where the liquid phase component still remains at the cold plate outlet, and when the amount of heat generated by the heating element 1 increases, the refrigerant at the cold plate outlet is transiently dried ( It is possible to prevent the heating element 1 from being heated, and the heating element 1 can be uniformly cooled without causing a temperature distribution.
[00 21 ]
As the liquid gas heat exchanger 17, for example, a known one having a configuration in which the gas refrigerant flushes the outside of the fin tube through which the liquid refrigerant flows can be used. The installation position of the liquid gas heat exchanger 17 can be provided with a mixing function for uniformly mixing the hot gas from the compressor 3 and the refrigerant gas flowing out from the cold plate 2. It is preferable to be after the gas merging, and at least before the expansion valve temperature sensing cylinder 6 (upstream side), it is necessary to adjust so that the degree of superheat does not reach the refrigerant at the cold plate outlet.
[00 22 ]
Embodiment 3
FIG. 3 shows an embodiment corresponding to claims 5 and 6 of the present invention based on the second embodiment. In this embodiment, the inverter device 18 is combined with the power source 9 of the electric compressor 3, and the refrigerant evaporation pressure is adjusted in combination with the electronic valve control of the hot gas bypass pipe 13. The inverter device 18 detects the refrigerant pressure at the cold plate outlet with the pressure sensor 8 and adjusts the rotation speed of the compressor 3 so that the detected value becomes a set value. For example, when the detected value is small with respect to the set value of the evaporation pressure Pe, it is determined that the evaporation pressure Pe is lower than the set value because the rotational speed of the compressor 3 is too high, and the inverter device 18 The number of rotations of 3 is lowered, and the evaporation pressure Pe is controlled to match the set value. On the other hand, when the detected value is larger than the set value, it is determined that the evaporation pressure Pe has increased above the set value because the rotational speed of the compressor 3 is too low, and the inverter device 18 determines the rotational speed of the compressor 3. Is controlled so that the evaporation pressure Pe matches the set value.
[00 23 ]
In this case, the rotational speed control based on the evaporation pressure Pe is performed stepwise by a control method such as PID control. However, the rotational speed control of the compressor 3 is limited to a variable range due to resonance, and the rotational speed is minimized. Even if the rotational speed (frequency) is reduced to, for example, 30 Hz, the evaporation pressure Pe does not reach the set value. Therefore, if the evaporation pressure Pe does not coincide with the set value even at the minimum rotational speed, it is determined that the control by the inverter device 18 is impossible, and the hot gas circulation by the valve opening degree control of the electronic valve 11 is performed. Switch to the adjustment of the amount so that the evaporation pressure Pe matches the set value. In this manner, by combining the speed control of the compressor 3 by the inverter device 18, and a valve opening control of the electronic valves 11, effectively corresponding to variations in cooling load, to improve the energy saving effect Can do. As in the case of the first embodiment, the detection position of the evaporation pressure Pe is preferably the inlet of the cold plate 2 when the pressure loss in the cold plate is large, and the outlet of the cold plate 2 when the pressure loss is small. Instead of the evaporating pressure Pe, the refrigerant temperature at the evaporating pressure detection position may be detected, and the valve opening degree of the electronic valve 11 may be adjusted based on the detected temperature of the cold plate.
[00 24 ]
Embodiment 4
FIG. 4 shows an embodiment corresponding to claims 7 and 8 of the present invention based on the third embodiment. In this embodiment, the configuration of the refrigeration cycle is basically the same as that of FIG. 3, but an electronic expansion valve 19 is connected to the inlet side of the cold plate 2 instead of the temperature expansion valve, and the valve opening degree is Is adjusted by a pulse signal supplied from the expansion valve control unit 20. Here, temperature sensors 21 and 16 are installed on the cold plate inlet side and on the downstream side of the superheater heater installation unit, and the expansion valve control unit 20 takes in the refrigerant temperatures Te and Tsh measured by them, and the temperature difference, That is, the valve opening degree of the electronic expansion valve 19 is adjusted so that the refrigerant superheat degree (Tsh-Te) matches the set value.
[00 25 ]
The temperature expansion valve has a delay from when the temperature sensing cylinder senses a temperature change until the opening and closing operation of the valve starts. However, if the electronic expansion valve 19 is used, this problem is solved, and the temperature expansion valve is the same as the temperature expansion valve. Can be controlled with good responsiveness. In FIG. 1, the temperature expansion valve 5 changes the temperature of the temperature sensing cylinder during the operation of the electronic valve 11 of the hot gas bypass pipe 13, and during that time, the refrigerant flow rate flowing into the cold plate 2 fluctuates. However, the use of the electronic expansion valve 19 temporarily opens the expansion valve while the electronic valve 11 of the hot gas bypass pipe 13 is in operation. Since the degree of flow can be fixed and the fluctuation of the flow rate can be completely suppressed, the burden required for controlling the heater 14 for superheating can be improved, and the refrigeration system can be operated more stably. As an electronic expansion valve, for example, a known pulse motor drive type can be used. In this case, conversion from a refrigerant temperature difference (Tsh-Te) to a pulse signal is performed by a control method such as proportional control or PID control. The control accuracy can be improved by the control flow.
[00 26 ]
Embodiment 5
FIG. 5 shows an embodiment corresponding to claim 9 of the present invention based on the fourth embodiment. In this embodiment, the configuration of the refrigeration cycle is basically the same as in FIG. 4, but the opening degree of the electronic expansion valve 19 installed on the cold plate inlet side is the inlet side of the heating element 1 or the cold plate 2. The expansion valve control unit 20 adjusts the pulse signal based on the detected temperature on the outlet side. That is, 22 is a differential temperature sensor provided so that the temperature sensing part is in direct contact with the inlet side and the outlet side of the cold plate 2, respectively, and outputs the temperature difference between the two measurements as a pulse signal. The expansion valve control unit 20 adjusts the valve opening degree of the electronic expansion valve 19 so that the temperatures on the inlet side and the outlet side coincide with each other, that is, no temperature difference occurs. As a result, the occurrence of a temperature gradient in the heating element 1 due to the degree of superheat on the outlet side of the cold plate 2 can be suppressed, and at that time, the operating temperature of the heating element 1 can be directly controlled. Can also be improved. On the other hand, the heater control unit 15 detects the refrigerant temperature Tsh on the downstream side of the overheating heater 14 with the temperature sensor 16, and the amount of heat generated by the overheating heater 14 so that the detected value becomes a set value with an appropriate degree of overheating. Adjust. Thereby, the liquid back by which the refrigerant | coolant containing a liquid phase component is attracted | sucked by the compressor 3 is prevented.
[00 27 ]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
(1) Hot gas refrigerant at the compressor outlet is bypassed to the outlet side of the cold plate via an electronic valve, and the refrigeration capacity is improved by adjusting the valve opening of the electronic valve according to the amount of heat generated by the heating element. It can be easily changed, and a refrigerant overheating heater that heats the outlet side piping of the cold plate is provided, and a temperature sensing cylinder of the temperature expansion valve is installed on the downstream side of the heater in accordance with the amount of heat generated by the heating element. By adjusting the amount of heat generated by the heater, it is possible to prevent the refrigerant from becoming superheated at the outlet of the cold plate, so that the operating temperature of the heating element can be kept constant even in electronic devices with extremely large cooling load fluctuations. In addition, the temperature distribution in the element can be made uniform and stable operation of the electronic device can be achieved.
(2) Further, by providing a liquid gas heat exchanger that performs heat exchange between the liquid refrigerant flowing on the outlet side of the condenser and the gaseous refrigerant flowing on the outlet side of the cold plate, the refrigerant flowing into the cold plate is reduced. It is possible to prevent the refrigerant at the cold plate outlet from becoming dry (overheating degree) transiently when the heat generation of the element increases in the supercooled state.
(3) On the other hand, when controlling the refrigerating capacity by bypassing hot gas, it is possible to achieve more efficient cooling and energy saving of the refrigerating system by combining the compressor speed control by the inverter device. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a refrigeration circuit diagram showing Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a refrigeration circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a refrigeration circuit diagram showing Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is a refrigeration circuit diagram showing Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 5 is a refrigeration circuit diagram showing Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 6 is a refrigeration circuit diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating element 2 Cold plate 3 Compressor 4 Condenser 5 Temperature expansion valve 6 Temperature sensing cylinder 8 Pressure sensor 10 Refrigerant piping 11 Electronic valve 12 Valve control part 13 Hot gas bypass piping 14 Heater 15 Heater control part 16 Temperature sensor 17 Liquid Gas Heat Exchanger 18 Inverter Device 19 Electronic Expansion Valve 20 Expansion Valve Control Unit 21 Temperature Sensor 22 Differential Temperature Sensor

Claims

In a cooling device for an electronic device in which a cold plate is thermally coupled to a heat generating element of an electronic device, the cold plate is used as an evaporator, and a refrigeration cycle is configured by combining a compressor, a condenser, and an expansion valve.
A hot gas bypass pipe for bypassing the hot gas refrigerant at the outlet of the compressor to the outlet side pipe of the cold plate via an electronic valve, and a heater for refrigerant overheating for heating the outlet side pipe of the cold plate; A temperature expansion valve is used as the expansion valve, and the temperature sensing cylinder is installed on the downstream side of the portion of the cold plate outlet pipe where the heater is provided. A cooling device for electronic equipment, characterized in that a valve opening degree and a heating value of the heater are adjusted.

Claim 1 Symbol mounting, characterized in that a liquid-gas heat exchanger for exchanging heat between the gaseous refrigerant flowing through the outlet pipe of the the liquid refrigerant flowing through the outlet pipe of the condenser cold plate Electronic equipment cooling device.

Means for detecting the refrigerant evaporation pressure or the refrigerant temperature of the cold plate;
Cooling device for an electronic apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the detected value is provided and control means for regulating the valve opening of the electronic valve to match the set value.

3. A means for detecting a refrigerant temperature at the temperature sensing tube installation portion and a control means for adjusting the amount of heat generated by the heater so that the detected value coincides with a set value. The cooling device of the electronic device as described in 2.

An inverter device that controls the rotational speed of the compressor is combined, and the rotational speed of the compressor is adjusted by the inverter device according to the amount of heat generated by the heating element, or the valve opening of the electronic valve is adjusted. cooling apparatus for electronic device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a control means for switching or modulating.

Means for detecting the refrigerant evaporation pressure or the refrigerant temperature of the cold plate;
Cooling apparatus for electronic device according to claim 5, wherein the detected value is provided and a control means for adjusting the rotational speed of the valve opening and the compressor of the electronic valve to match the set value .

Cooling apparatus for electronic device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that using an electronic expansion valve as the expansion valve.

Means for detecting the refrigerant temperature at the cold plate inlet and the refrigerant temperature at the downstream side of the portion of the cold plate outlet pipe where the heater is provided, and the electronic device so that the temperature difference between the detected values matches a set value. 8. The electronic apparatus cooling apparatus according to claim 7, further comprising control means for adjusting a valve opening degree of the expansion valve.

Means for detecting the inlet side temperature and the outlet side temperature of the heating element or cold plate, respectively, and a control means for adjusting the valve opening of the electronic expansion valve so that these detected values coincide with each other The electronic apparatus cooling device according to claim 8 .