JP3919621B2 - 電子装置用冷却装置及び冷却装置付電子装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子装置用冷却装置に関し、特に電子装置内の電子回路に使用される半導体デバイス、ＣＰＵ、ＦＥＴ、電力増幅器などの電子部品を、液体冷媒を用いて個々に冷却する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子計算機や放送システムなどの電子装置のハウジング内に多数の回路基板が密に搭載され、各回路基板上に半導体デバイス、ＣＰＵ、ＦＥＴ、電力増幅器などの高熱を発する電子部品が実装されているので、電子装置を冷却する冷却装置が必要となる。半導体デバイス、ＣＰＵ、電力増幅器などの高熱を発する電子部品は、その有効動作温度範囲は狭く、よって、電子装置全体を冷却するのではなく電子部品それぞれを個々に冷却する必要がある。このため最近の電子装置用冷却装置は、液体冷媒を通す冷却管を各電子部品に近接させて冷却している。
【０００３】
例えば、実開平２―２８９６５号、特開昭６３―１３１４６０ならびに特開平６―３０４７３９号は、電子部品を配置する水冷式冷却板に扁平冷却管を蛇行させて取付けて、該冷却板と扁平冷却管との熱接触面積を高めて冷却効率を高めることが提案させている。この構成において、電子部品から放出する熱を扁平冷却管に効率良く導くため、通常扁平冷却管の扁平率を高め、電子部品と扁平冷却管との熱通過断面積を大きくさせる。例えば、電子部品の幅、あるいはそれ以上の幅に扁平冷却管の幅を拡げることになる。しかし、多数の電子部品を配列させた場合、扁平率の大きい扁平冷却管を高密度に実装された電子部品の対応した位置に次々屈曲して近接配置させるということは、扁平率の大きい扁平冷却管を屈曲させる曲率半径を小さくさせなければならないということである。一般に、扁平率の大きい扁平管を小さい曲率半径に屈曲させることは、扁平率の小さな扁平管を屈曲させることに比べて製作上はるかに困難である。また、扁平率が大きくなると、扁平冷却管の圧力損失が著しく増大していく。
【０００４】
一方、扁平冷却管の扁平率を小さく抑えれば、扁平冷却管の曲率半径を小さくすることが容易となる。しかし、電子部品から扁平冷却管に至る熱通過断面積（あるいは、熱接触面積）が小さくなるので、電子部品の冷却性能の向上には限界が生じる。
【０００５】
このように、扁平率の大きい扁平冷却管を次々屈曲して、高密度に実装配列した電子部品に対応させることは、冷却性能の向上と扁平管の製作性向上、扁平管内の圧力損失の低減に対して、いずれも限界が存在する。
【０００６】
さらに、電子装置用の冷却装置は、電子部品の周囲と温度と湿度との関係で液体冷媒を通す冷却管や被冷却電子部品の周囲に結露が発生し易い。この結露は、絶縁不良や電子部品の劣化やこれらのコネクタの接触不良が生ずる原因となっている。また冷寒時など電子装置の外囲の温度、例えば、大気温度が低すぎると、熱交換器を介して外囲と熱交換をしている液体冷媒が凍結し、冷却管の破裂や電子部品の能力低下を招く。すなわち、各電子部品を比較的狭い所定の有効動作温度範囲で効率良く動作させるためには、冷却装置により、温度管理をする必要がある。
【０００７】
特開平６―１６４１７８号は、電子装置内の電子部品のまわりの環境温度と湿度を検出し、結露を防止できる液体冷媒の供給温度を演算し、冷却装置によりこの供給温度を制御する冷却装置を提案している。
【０００８】
特開平５―７５２８４号は、電子部品の非動作時に冷媒と電子装置内気体温度との差が所定値となった時に冷媒と電子装置内の気体との間で熱交換を行うようにして電子装置の運転開始時の結露を防止する冷却装置を提案している。
【０００９】
特許第２６５６８１号は、電子装置内の気温ならびに液体冷媒の温度を測定し、且つ冷却装置の冷却管のまわりに生ずる結露を結露センサで検出するようになし、冷却管の周囲の結露を確実に防止する冷却装置を開示している。
【００１０】
また特許第２０５８６４０号は、液体冷媒の供給側温度と戻り側温度との差、および電子装置内の気温と液体冷媒の供給側温度の差により、冷却能力の異なる複数の熱交換ユニットのオン−オフ動作を制御して効率良く冷却を行う冷却装置を開示している。
【００１１】
以上のように、液体冷媒を用いた冷却装置では、電子装置内の半導体デバイス、ＦＥＴ、ＣＰＵおよび電力増幅器などの電子部品が効率良く動作する温度範囲になるように熱交換ユニットの能力を設定している。しかして熱交換ユニットは、外気を導入して液体冷媒との熱交換を行い液体冷媒を冷却しているので、外気の温度が低下することに連動して、液体冷媒が必要以上に低温に冷却されてしまうので電力が過剰に消費されたり、凍結や結露が発生する問題が生じる。
【００１２】
さらに無人の放送システムなどでは、信頼性を高めるために複数の電子システムを並列に配置し、一つを現用機として常時動作させ、残りを予備機として待機状態に維持し、現用機が異常になった場合に予備機を動作させる複数系統システムが一般的に用いられている。また複数の電子システムが個々独立に動作する電子装置もあり、一つの電子システムの動作時、他の電子システムが休止している状態となっている構成もある。このような装置では、個々の電子システムにそれぞれ冷却システムが設けられており、ある電子システムが休止している場合には、その対応冷却システムも休止されている。このために休止側の電子システムにおいて、液体冷媒が停滞しているので、外気温度が低くなった場合、液体冷媒が凍結しないようにする必要がある。そこで、一般的には、液体冷媒として不凍液が採用される。しかし、不凍液の採用によって、冷却パイプやタンクなど、不凍液が接する部分が腐食し易い。また不凍液の取り扱いにおいて、環境に十分配慮しなければならない。また、休止システムの起動時には低温の液体冷媒が高温状態にある電子システム内に流れ込むと、結露が発生する恐れがある。従って、液体冷媒の温度を露点温度以上に保つ必要がある。そこで、休止システムの液体冷媒を、常時ヒータなどで暖めたり、あるいは、電子システムを全て同時に稼動させておく必要がある。その結果、液体冷媒が露点温度以下にならないようにするためにかなりの電力を要することになる。
【００１３】
特開平９―２９８３７７号は、電子回路を収容する複数のハウジングにそれぞれ熱交換ユニットを設けて冷却を行う冷却装置において、第１のハウジング内の気体をダクトで第２のハウジングの熱交換ユニットに導き、この熱交換ユニットにより冷却して第２ハウジング内の電子回路を冷却するようにして、全体としての風量を低減する冷却装置を開示している。
【００１４】
またそれぞれの冷却システムのタンク内にヒータを設けて、非稼動の電子システムすなわち待機側の電子システムの液体冷媒を暖めることで、凍結や結露を防止することができる。
【００１５】
しかしながら、このようにタンク内のヒータを動作させることは消費電力の増大を招く。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術には、扁平率の大きい扁平冷却管を次々屈曲して、高密度に実装配列した電子部品に対応させることは、冷却性能の向上と扁平管の製作性向上、扁平管内の圧力損失の低減に対して、いずれも限界が存在する。
【００１７】
また、液体冷媒を用いた冷却装置では、電子装置内の半導体デバイス、ＦＥＴ、ＣＰＵおよび電力増幅器などの電子部品が効率良く動作する温度範囲になるように熱交換ユニットの能力を設定している。しかして熱交換ユニットは、外気を導入して液体冷媒との熱交換を行い液体冷媒を冷却しているので、外気の温度が低下することに連動して、液体冷媒が必要以上に低温に冷却されてしまうので電力が過剰に消費されたり、凍結や結露が発生する問題が生じる。
【００１８】
更に、複数の電子システムが個々独立に動作する電子装置で、一つの電子システムの動作時、他の電子システムが休止している状態となっている構成では、休止システムの液体冷媒を、常時ヒータなどで暖めたり、あるいは、電子システムを全て同時に稼動させておく必要がある。その結果、液体冷媒が露点温度以下にならないようにするためにかなりの電力を要することになる。
【００１９】
本発明は、上述の従来技術に係わる問題を解決すべくなされたものであり、本発明の第１の目的は、電子装置内に高密度に実装配置された多数の電子部品に対応する位置に、扁平率の高い冷却パイプを配置し、冷却パイプの屈曲部に曲率半径が小さい円形の冷却パイプを配置し、多数の電子部品の冷却性能向上と圧力損失低減と冷却パイプの製作性向上とを図った電子装置用冷却装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の第２の目的は、外気温度に応じて熱交換ユニットの熱交換能力を制御することにより電子部品の動作温度を外気温度に左右されず安定に維持し、有効動作温度を維持しつつエネルギの節約を図る電子装置用冷却装置を提供することにある。
【００２１】
さらに本発明の第３の目的は、複数の電子システムを有する電子装置用冷却装置において、冷却装置の信頼性を向上させるとともにエネルギの節約を図る電子装置用冷却装置を提供することである。
【００２２】
さらに本発明の第４の目的は、複数の電子システムを有する電子装置用冷却装置において、稼動（現用機）側の冷却システムの液体冷媒を休止している待機（予備機）側の冷却システムに導入して待機側の冷却システムの液体冷媒の温度を稼動側冷却システムの液体冷媒の温度に近づけて凍結や結露の防止を図るとともに、待機側の電子システムを速やかに動作可能とし且つ省エネルギ化を図った電子装置用冷却装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、発熱体の直下または近傍に熱的に結合させた液体冷媒を流すための冷却パイプと、前記発熱体から発生した熱を吸収した液体冷媒から熱を取りだして外部に放出する熱交換器とを有し、低温の液体冷媒が繰り返し前記冷却パイプを流れるように循環する冷却装置において、前記冷却パイプの一部を扁平形にして該扁平形の扁平部を前記発熱体の直下に近接させて配することで、前記発熱体からの平面投影面積をより増加させて、より効率的に前記液体冷媒へ前記発生した熱を伝えるようにしたものである。
【００２４】
さらに、前記冷却パイプの扁平部の断面積を前記扁平部の外の部分より小さくすることで、前記液体冷媒の流速を加速させ、冷却効率を向上させている。
【００２５】
さらに、前記冷却パイプの扁平部と該扁平部の外の部分とを一体に形成することにより、液漏れを防止している。
【００２６】
また前記冷却パイプの必要部分のみ扁平とすることにより、圧力損失の増大を抑制している。
【００２７】
さらに、前記発熱体を取り付けた回路基板の取付面と相対する面に、熱伝導ブロックを介して前記冷却パイプの扁平部を固定することにより、前記回路基板の片面側から冷却パイプを取り付け可能とする。
【００２８】
本発明は以上のような手段を用いることによって、発熱体付近に取り付ける冷却パイプの形状は、扁平に変形させることにより、発熱体からの平面接触面積を増加させると伴に、熱流束が冷却パイプに入り易くすることにより、より効率良く液体冷媒に熱を伝える事が可能となる。
【００２９】
また、発熱体付近に取り付ける冷却パイプの形状は、扁平に変形させることにより、流体の流速を上げ熱伝達率の向上を得、熱効率の良い冷却パイプである。
【００３０】
また、冷却パイプの入り口から出口までを一本の冷却パイプで製作し発熱体の付近のみを扁平に変形させることにより、圧力損失を小さく抑える事が出来るため、冷却液を送り出すポンプを小形に、かつ消費電力を低く抑えることが可能となる。
【００３１】
また、冷却パイプの入り口から出口までを、一本の冷却パイプで製作することにより、途中の継ぎ目を排除し、水漏れを皆無とし、製品の品質向上及び信頼性向上を図ることができる。
【００３２】
また、冷却パイプの一部の扁平に変形させた部分には、熱伝導性の良い熱伝導ブロックをロー材などで接合し、回路基板の発熱体である電子部品搭載側とは反対の面からネジなどで固定できる構造であるため、電子部品側に影響することなく冷却パイプ部が取り付け出来、組立作業性が良くなる。即ち、電子部品を搭載した回路基板と冷却パイプとを分離することによって、冷却パイプ組み立て時に発生する熱変形が直接回路基板に伝わることを回避することができる。
【００３３】
本発明の第２の態様による冷却装置は、電子装置内の発熱体を冷却する際に前記発熱体から奪った熱を排除する熱交換ユニットと、前記発熱体を冷却するための液体冷媒を循環させるポンプと、前記液体冷媒を貯蔵するタンクと、前記液体冷媒が流れ、且つそれに近接して前記発熱体が取付けられる冷却パイプと、これらを接続する配管類とを有し、前記液体冷媒を循環供給して前記発熱体を冷却する液体冷却装置において、外気の温度に応じて前記熱交換ユニットの熱交換能力を制御するものである。
【００３４】
さらに、外気温度の変動範囲に対して、電子装置内で発熱する電子部品の動作温度が変動する範囲を小さくすることにより電子部品の動作の安定性や信頼性を向上させるものである。
【００３５】
また、前記外気を取り入れるための取入口に設けた温度検出器が検出した外気温度に応じて前記熱交換能力を制御し、電子装置内に設けた温度検出器が検出した液体冷媒の液温度および前記発熱体である電子部品に設けた温度検出器が検出した電子部品の温度の少なくともいずれかが安全動作範囲内であることを確認すると共に、前記熱交換ユニットの外気導入のためのファンを駆動するモ−タの回転数を制御したり、入力電源のオン−オフ比率を制御することで、前記熱交換ユニットの熱交換能力を制御するとしてもよく、前記熱交換能力制御は、外気温度に応じて熱交換能力が相対的に大、熱交換能力が相対的に中、熱交換能力が相対的に小、および熱交換のための前記ファン動作停止による熱交換能力が相対的に極小の４段階の制御を行うとしてもよい。
【００３６】
本発明に第３の態様による冷却装置は、電子装置から冷却パイプを介して奪った熱を排除する熱交換ユニットと前記電子装置を冷却するための液体冷媒を循環させるポンプ、前記液体冷媒を貯蔵するタンクとこれらを接続する配管類を有し、かつ前記熱交換ユニットのファンダクトに前記排除した熱を一部取り込むためのダンパを具備しており、前記冷却パイプを介して、電子装置を冷却する冷却装置であって、これらを１組を単位とし、２組でもって構成し、１組が運転し、他方の１組が待機するものである。
【００３７】
また、温度測定部と、該温度測定部からの信号に応じて前記熱交換ユニットを制御する制御部とを有するものである。
【００３８】
すなわち本発明の冷却装置は、運転側の熱交換ユニットが排除した熱をすべて外部へ排出せず、適宜前記ファンダクトのダンパを開けて一部取り込み、室温を上げ、これにより電子装置の結露の発生及び液体冷媒の凍結を防止する。
【００３９】
本発明に第４の態様による高効率液体冷却装置は、電子装置内の発熱体を冷却する際に前記発熱体から奪った熱を排除する熱交換器ユニットと、前記発熱体を冷却するための液体冷媒を循環させるポンプと、前記液体冷媒を貯蔵するタンクと、前記発熱体直下または近傍に取付けられる冷却パイプと、これらを接続する配管類とを有し、前記液体冷媒が流れる液体冷却システムを２系統有する冷却装置であって、前記タンクが前記２系統で共有化した一体化したタンクとするものである。
【００４０】
さらに本発明は、前記一体化タンクが前記２系統毎に液体冷媒を保持するための仕切板を設けた構造のタンクであるとしてもよく、前記一体化タンクに設けた前記仕切板は、該タンク内の下部を仕切ると共に該タンクの上部で開口しタンク内の液体冷媒がタンクの上側で流通するように設けられて、前記仕切板の上限を超えた液体冷媒が前記２系統側のいずれの側へも流動可能としてもよい。
【００４１】
さらに本発明は、前記タンクへの入力配管は前記仕切板に相対的に近い位置でかつ前記タンク内の仕切板の上限の高さより少し低い高さに該入力配管の管口を設けると共に、前記タンクからの出力配管は前記仕切板に相対的に遠い位置でかつ前記タンクの底部に該出力配管の管口を設けて、前記管口からの水勢によって前記タンク内の前記仕切板を超えた液体冷媒の前記２系統側のいずれの側へもより効率的に流動させるとしてもよい。
【００４２】
さらに本発明は、前記２系統の高効率液体冷却系統のうち第１の系統の前記発熱体は発熱しないで、第２の系統の前記発熱体が発熱するときに、前記第２系統は前記液体冷媒を循環させ続けると共に、前記第１系統は前記液体冷媒を間欠的に循環させあるいは循環させないようにし、前記第１系統に係わる凍結や結露の発生を防止するようにしてもよいし、前記間欠循環に係わる循環動作を行っている場合、前記第１系統の熱交換器ユニットの冷却ファンを非稼動としてもよい。
【００４３】
本発明に第４の態様による高効率液体冷却装置は、電子装置内の発熱体を冷却する際に前記発熱体から奪った熱を排除するに係わる循環動作を行っている場合、前記第２系統の熱交換ユニットの冷却ファンを非稼動としてもよい。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図を参照して実施例の形で具体的に詳細に説明する。
【００４５】
図１は本発明の第１実施例の冷却構造の平面図である。図２は、図１に示す冷却構造のもう一方の面から見た場合の平面図である。図３は、図１に示す冷却構造の平面図中のＡ−Ａ間の断面図である。図４は本発明の冷却構造をより詳細に説明するための図である。図５は本発明の冷却構造に係わる冷却パイプの各部の関係を説明するための図である。
【００４６】
図１および図２および図３において、回路基板２に取り付けられた発熱体１から発生した熱は、回路基板２および熱伝導ブロック５を介して冷却パイプ１０の扁平部４に達し、冷却パイプ１０中を流れる液体冷媒がその熱を吸収し回路基板２の外へ運び去ることによって発熱体１が冷却される。ここで、冷却パイプ１０は、その一端にある接続栓６を介して回路基板２の外部から液体冷媒が流入され、もう一端の接続栓６を介して回路基板２の外部へ液体冷媒が流出されるようになっている。またここで、回路基板２とは、電子部品を搭載し電子回路を構成した基板を総称したものをいう。例えば、図４の回路基板２は、アルミニウム製の板にプリント配線板を貼り付けたもので、アルミニウム製の板に直接発熱体１が実装されている。また、例えば、回路基板２はアルミニウムベース銅張り積層板であり、例えば、鉄芯ホウロウ基板である。
【００４７】
この冷却パイプ１０は、断面が扁平な扁平部４と、断面が円形な円形部３とを有するもので、図４に示すように、発熱体１の直下または近傍には冷却パイプ１０の扁平部４が配置される。特に、複数の発熱体１を冷却する場合は、図１の平面図のように、発熱体１同士が直線状に並べられるのに併せて、それら各発熱体１と扁平部４とが等距離になるように、この扁平部４は直線状に配置される。一方、冷却パイプ１０は、扁平部４と接続栓６との間、あるいは２つの扁平部４間においては円形部３の構造を有している。
【００４８】
ここで、図５を用いて冷却パイプ１０の扁平部４と円形部３とを比較説明する。図５は、冷却パイプ１０の外観を示し、それぞれの断面は、Ａ１−Ａ１、Ａ２―Ａ２、Ａ３−Ａ３から見た断面を示す。円形部３から扁平部４へは徐々に形状が変化している。さらに、冷却パイプ１０の液体冷媒の流れ方向に対する垂直断面の形状としては、円形部３においては直径をＡとした円形の断面であって、円形部３と扁平部４間の図中に示す一部分においては長径をＢとした楕円形の断面であって、さらに、扁平部４においては長径をＣとした２つの平面部分が平行または略平行となるような扁平な断面となっている。
【００４９】
これら直径および長径の関係として本発明の例では、
直径Ａ＜長径Ｂ＜長径Ｃ
となり、そのため、回路基板２の面に対する単位長さ当りの投影面積は、扁平部４において最も広くなる。また、流れ方向に対する垂直断面積は、円形部３が最も広く、扁平部４の断面積は円形部３の断面積よりも狭くなる。
【００５０】
従って、円形部３よりも、扁平部４ではその投影面積が広いと共に発熱部１からの熱流束が垂直に扁平部４へ至るために、より効率よく液体冷媒に熱を吸収させることができる。
【００５１】
図１６は、平らな（平板状）熱伝導ブロック５に矩形の断面をした冷却パイプ１６２をロー付けした場合の発熱素子から冷却水に至る熱流束分布図である。１６０はロー付け部を示す。なお、１６３は回路基板２と熱伝導ブロック５とをネジ止めした接触面である。また、１６４は冷却水が流れる通路である。図１６では、図４の断面図で示した構造での発熱体（電子部品）１中の発熱素子１６１から熱が発生し、発熱体１、回路基板２、及び熱伝導ブロック５を通って矩形の冷却パイプ１６２に至る。ただし、冷却パイプ１６２は、本来は円形あるいは扁平形であり、説明の都合上図１６〜図１８では、等価的にモデル化した矩形としている。なお、図１６〜図１８において、黒丸で示した位置が熱流束を算出した位置であり、その位置から始まる矢印の方向が熱移動の方向を示し、矢印の長さが熱流束の大きさを示している。なお、図１７、図１８についても同様であるが、図１７，１８では、熱流束を算出した位置を示す黒丸が小さく分かり難いが、解析点を増やしたためである。
【００５２】
図１７は、図４の断面図で示した本発明の一実施例の構造についての熱流束をシミュレーションした結果を示す図である。
【００５３】
シミュレーションは、発熱量８８Ｗ の発熱素子を回路基板（例えば、アルムニウム製回路基板、基板厚さが６ｍｍ）２に取り付け、銅製扁平パイプ１６２を取り付けた平板状の銅製熱伝導ブロック５を、回路基板２に熱伝導性グリースを介してネジ止めされた状態について行なったものである。ここでは、扁平冷却パイプ１６２は、内径９．５ｍｍの銅管を内寸法厚さ３ｍｍまで扁平に押しつぶしたもので、図１７ではこの扁平パイプと同等の矩形管としてモデル化した。扁平パイプ１６２には、流量５（リットル）／分の冷却水が流れている。
【００５４】
図１７に示す様に、発熱素子１６１から発生した強い熱流束が回路基板２内で広く拡がり、熱伝導ブロック５を介して扁平冷却パイプ１６２に滑らかに流入していることが判る。
【００５５】
図１８は、図１６とほぼ同一の条件で、扁平パイプ１６２を取り付ける熱伝導ブロック５の構造を凹型状にしたものである。図１７に比べて扁平パイプ１６２に至る熱流束が更に滑らかに流入していることが判る。
【００５６】
また、円形部３よりも、扁平部４ではその断面積が小さいために液体冷媒の流速が増すことで、冷却パイプ壁と液体冷媒の間の熱伝達性能を向上させることができる。
【００５７】
なお、回路基板２内の冷却パイプ１０においては、液体冷媒の流れをカーブさせるようにＵ字形状の配管部分を必要とする例が多く、その場合、そのカーブ部分に円形部３を用いることで、言い換えれば、発熱体の近傍に限って冷却パイプの一部を扁平形断面とし、その外の部分は円形断面とすることで、圧力損失を少なく抑えることができる。
【００５８】
また、円形パイプの可能な曲げ半径は扁形パイプに比べて小さく、且つ加工性が良い。このため扁形パイプをカーブ部分に使用するときに比べて、電子装置の配置の高密度が可能で、且つ電子部品のパターン設計の余裕度が大きい。
【００５９】
以上説明した冷却パイプ１０は、その一端から他端まで一体のパイプとして継ぎ目なく形成することが可能である。すなわち、金属等の材質の円形パイプの一部を扁平に加工することは容易に製作されている。そのように一体形成することで、回路基板２内の冷却パイプ１０における水漏れ発生の可能性を極力無くすことができる。また、一体成形によって継ぎ目が無くなることによっても、繋ぎ目において発生せざるを得ない圧力損失の発生を無くすることができる。
【００６０】
また、回路基板２における、発熱体１の取り付け面とは別の面に熱伝導ブロック５や冷却パイプ１０を取り付けることができるので、発熱体１の取り付け作業に煩わせることなく本発明の冷却構造を設置するための作業がより効率よく行なうことができる。
【００６１】
即ち、冷却パイプ１０を直接回路基板２（例えば、回路基板２に高電力用の金属基板（例えば、アルミニウム製回路基板や、アルミベース銅張り積層板）を使用する）に、はんだ付けまたは銀ロー付けなどで直接取り付けたときに各部が高温になるために回路基板２に熱変形が発生する。しかし、そこに熱伝導ブロック５を使用することにより、扁形パイプ製作時に回路基板２に熱が伝わらないため熱変形を防止することが可能である。また、冷却パイプ１０のカーブ部分は円形であるため、回路基板２への取り付け時に段差が生じる。しかし、カーブ部分では熱伝導ブロック５を除去するか、熱伝導ブロック５の厚みを変えることにより段差を吸収することができる。なお、回路基板２と冷却パイプ１０を取り付けられた熱伝導ブロック５の接続は、例えば、熱伝導性コンパウンドを介して、ビス止めすることにより可能である。図２２は、回路基板２と熱伝導ブロック５のの一部を表す断面図で、接触面１６３をネジ１６５で結合していることを説明する図である。
【００６２】
また、図１８に示したように、熱伝導ブロック５の冷却パイプ１０を取り付ける部分を凹形状にし、例えば、銀ロー付けの濡れ面積を大きくすることにより、熱伝導ブロック５から冷却パイプ１０への熱伝導性能が更に向上する。また組み立てやすく、且つ接続強度が増し、信頼性も向上する。
【００６３】
本発明の第２実施例を説明する。第２実施例の冷却装置としては、図６に示すように、発熱体を有する電子装置２５０内に配管した冷却パイプ２５４中に液体冷媒を流して循環供給し、電子装置２５０から熱を排除している。２５３は発熱体であるＦＥＴを搭載する回路基板で、ＦＥＴに近接させて冷却パイプ２５４を配設し、その冷却パイプはＦＥＴから熱を奪って冷却するための液体冷媒を導通させる。２５１は温度検出器で、回路基板２５３の冷却パイプ２５４に接して設けられることで、その冷却パイプ中を流れる液体冷媒の温度を検出する。２５２は温度検出器で、回路基板２５３の図示しないＦＥＴに接して設けられることで、そのＦＥＴの温度を検出する。２７０は温度上昇した液体冷媒を冷却する熱交換ユニットで、２７１は熱交換器、２７２は冷却ファン、２７３は冷却ファン２７２を回転させるためのモータである。２７４および２７５は温度検出器で、それらのいずれかにより熱交換ユニット２７０の外気取り入れ口側における外気温度を検出する。２６０はタンク、２８０はポンプである。そして、回路基板２５３から熱交換ユニット２７０へ、熱交換ユニット２７０からタンク２６０へ、タンク２６０からポンプ２８０へ、さらに、ポンプ２８０から回路基板２５３へと、冷却溶媒が循環するようにするための冷却パイプの配管がそれぞれ設けられてある。２９０は温度検出器２５１、２５２、２７４、２７５からのそれぞれ検出された温度を入力すると共に、モータ２７３とポンプ２８０の運転をそれぞれ制御するための制御器である。
【００６４】
本発明では、外気取入口に設置された温度検出器２７４および２７５のいずれかで検出された外気温度に応じて、熱交換ユニット２７０の熱交換能力制御、すなわち、冷却ファン２７２の回転数制御或いは、回転または停止動作（運転のオン−オフ制御）を行っている。
【００６５】
すなわち、外気温度が図７のように温度１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと低くなっていくと、ＦＥＴの温度が図７の温度３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄと低下する。ここで、図７において、横軸は外気温度、縦軸の上部はＦＥＴの温度、下部は液体冷媒の温度を示す。この場合には、制御器２９０の制御によりモ−タ２７３の運転のオン−オフ比率を制御することにより、連続運転時に比べてファンの運転が省エネルギ化される。
【００６６】
そこで具体的に、図７および図８により動作を説明する。図７において、１０Ａ〜１０Ｄはそれぞれ制御動作を切り換えるしきい値となる外気温度の値を示す。実線で示した折れ線２０は、電子装置２５０の回路基板２５３における外気温度に対する液体冷媒液温のグラフである。破線の２１は、冷却ファン２７２を連続運転し続けた場合の外気温度に対する液体冷媒液温のグラフであり、外気温度の変動に比例して液体冷媒液温が変動することを表している。ここで、温度２０Ａ〜２０Ｄは、それぞれ外気温度の各しきい値の温度１０Ａ〜１０Ｄにそれぞれ応じた液体冷媒温度である。
【００６７】
図７において、実線で示した折れ線３０は、電子装置２５０の回路基板２５３における外気温度に対するＦＥＴの温度のグラフである。二点鎖線の折れ線３１は、冷却ファン２７２を連続運転し続けた場合の外気温度に対するＦＥＴの温度のグラフであり、外気温度の変動に比例してＦＥＴ温度が変動することを表している。ここで、温度３０Ａ〜３０Ｄは、それぞれ外気温度の各しきい値の温度１０Ａ〜１０Ｄにそれぞれ応じたＦＥＴ温度である。
【００６８】
次に、熱交換器２７１の熱交換能力を制御するファン２７２用モ−タ２７３のオン−オフ制御について、外気温度、熱交換能力、及び液体冷媒温度との対応関係を示す。
【００６９】
検出された外気温度が温度１０Ｂ以上の場合（図８のステップ１０１の上から１番目および２番目の条件のいずれかを満たす場合）は、制御器２９０は冷却ファン２７２を連続運転となるようモータ２７３を制御し、その結果熱交換能力は相対的に大となる（ステップ１０２およびステップ１０３）。このとき、液体冷媒温度は温度２０Ｂ以上となり、ＦＥＴ温度は温度３０Ｂ以上となる。なお、さらに、外気温度が温度１０Ａ以上の場合は、制御器２９０は警報信号（アラーム）を出力することによって、ＦＥＴの温度が所定の温度を超えて高くなっていることを通報するとしても良い（ステップ１０２）。
【００７０】
また、検出された外気温度が温度１０Ｂよりも低く、かつ、温度１０Ｃ以上の場合（ステップ１０１の上から３番目の条件を満たす場合）は、制御器２９０は冷却ファン２７２を、例えば、オン動作を２分間続けた後オフ動作を１分間続ける間欠運転となるようモータ２７３を制御し、その結果熱交換能力は相対的に中となる（ステップ１０４）。このとき、液体冷媒温度は温度２０Ｂ〜２０Ｃの範囲になり、ＦＥＴ温度は温度３０Ｂ〜３０Ｃの範囲になる。
【００７１】
また、検出された外気温度が温度１０Ｃよりも低く、かつ、温度１０Ｄ以上の場合（ステップ１０１の上から４番目の条件を満たす場合）は、制御器２９０は冷却ファン２７２を、例えば、オン動作を１分間続けた後オフ動作を２分間続ける間欠運転となるようモータ２７３を制御し、その結果熱交換能力は相対的に小となる（ステップ１０５）。このとき、液体冷媒温度は温度２０Ｃ〜２０Ｄの範囲になり、ＦＥＴ温度は温度３０Ｃ〜３０Ｄの範囲になる。
【００７２】
また、検出された外気温度が温度１０Ｄよりも低い場合（ステップ１０１の上から５番目の条件を満たす場合）は、制御器２９０は冷却ファン２７２の動作を停止するようモータ２７３を制御し、その結果熱交換能力は相対的に極小となる（ステップ１０６）。このとき、液体冷媒温度は温度２０Ｄよりも低い温度になり、ＦＥＴ温度は温度３０Ｄよりも低い温度になる。
【００７３】
上述の例では、熱交換ユニット２７０の熱交換能力としては、ファンの動作を連続運転、オン−オフの動作比率を２対１にした間欠運転、オン−オフの動作比率を１対２にした間欠運転、および運転停止からなる４段階の能力を適宜切り換えられるようにしている。
【００７４】
なお、上述した冷却装置や電子装置の起動時は、熱交換能力を相対的に大として始動させるものであり、その後外気温度に応じて段階的に定められた熱交換能力で運転するとしてもよい。このとき、熱交換能力の切り換えは、段階的に行う様にしてもよい。
【００７５】
上記実施例によれば、外気変動に対して液体冷媒の温度変化を小さくすることが出来る。従って、ＦＥＴ等の電子部品を動作させる温度範囲が小さくなるので、電子部品の動作の安定性が増し、信頼性も向上する。
【００７６】
本発明の第３実施例である電子部品の結露防止及び凍結防止を効率的に図った冷却装置について、以下図面を参照して説明する。図９は、本発明の第３の実施例による構造を示す図であり、図１０は、本発明の第３の実施例を実施する装置構成図である。
【００７７】
図９において、３０８はダクト、３１０はダクト３０８の壁面に設けられたダンパ、３０９はダンパ３１０の開閉を制御するためのモータであり、この図においては、熱交換器３２２暖められた空気の一部が、ダンパ３１０の開口部を通して冷却装置３００内に還流している様子を表している。
【００７８】
また、図１０において、２系統の冷却システム構成の電子装置用冷却装置の構成を示しており、３０１，３０４は発熱体を有する電子装置、３２１，３５１は液体冷媒を循環させるためのポンプ、３２２，３５２は熱交換ユニットの熱交換器、３２４，３５４は液体冷媒を貯蔵するタンクで、それらは各々配管（冷却パイプ）３１１で液体冷媒が循環するように接続され、それぞれ電子装置３０１，３０４の発熱体で発生した熱をその発熱体に近接させて配設した冷却管を流れる液体冷媒によって奪い、その液体冷媒を熱交換器３２２，３５２で温度を下げた後、タンク３２４，３５４を介して電子装置に再び循環するようにしている。熱交換器３２２，３５２は、それぞれ冷却ファン３２３，３５３と共に、ダンパ３１０ａ，３１０ｂとモータ３０９ａ，３０９ｂとを備えたダクト３０８ａ，３０８ｂの中に備えられることで熱交換ユニットを構成しており、従来と同様に冷却ファン３２３，３５３が送風することで、熱交換器３２２，３５２内の液体冷媒で暖められた空気が外部に排出される。
【００７９】
そして、本発明の特徴としては、以下に述べるようになっている。すなわち、図１０において、冷却装置３００内で稼動状態である運転側のタンク３２４における液体冷媒の温度（温度Ａとする）と非稼働状態である待機側のタンク３５４における液体冷媒温度（温度Ｂとする）との温度差（温度差Ｃとし、温度差Ｃ＝温度Ａ−温度Ｂとする）を検出し、その温度差Ｃに基づき、温度Ａを稼働状態である運転側の電子装置３０１から発生した熱を排除する熱交換器ユニット３０８ａの熱交換器３２２から排除する。これによって、暖められた空気は、少なくともその一部が開いたダンパ３１０ａの開口部から冷却装置３００内に戻り、戻った暖かい空気によって、冷却装置内の温度が上がる。そして、その冷却装置内の温度が上がることによって、上述の温度Ｂも昇温し、その場合、温度差Ｃがより小さくなって、待機側の電子装置３０４における結露及び凍結を防止することができる。
【００８０】
上記温度差Ｃの検出としては、例えば温度Ａと温度Ｂとをそれぞれ温度センサで測定し、その各測定温度の値を用いて減算した値を温度差Ｃとする。また、熱交換ユニットが排除した熱の一部の取り込み方法は、例えば図１０に示すごとく、熱交換ユニットのダクト３０８ａまたは３０８ｂに取り付けられたモータ３０９ａまたは３０９ｂとダンパ３１０ａまたは３１０ｂが、温度差Ｃあるいは温度Ｂの値を利用して、モータ３０９を用いてダンパ３１０ａまたは３１０ｂを開閉制御を行い、熱交換ユニットの排除熱の一部を冷却装置内に取り込むか、あるいは、取り込まないかを制御可能とする。
【００８１】
図１１は本発明の第４の実施例の構造を示す図であり、図１０と異なるのは、熱交換ユニットがタンク３２４，３５４とは同じ装置内に置かれていない場合であって、この場合は、ダクト３１８ａまたは３１８ｂによって、熱交換ユニットで暖められた空気がタンク３２４，３５４の備えられた装置内に還流できるようにしたものである。図１２は、図１１に示す本発明の第４の実施例のダクト部分の具体的構成図である。図１２において、３０９はモータ、３１０はダンパ、３１８はダクト、３２２はタンクである。
【００８２】
以上説明したように、上記第３および第４実施例によれば、発熱体を有する電子装置や電気装置を冷却するための、液体冷媒を用いて冷却する冷却装置において、冷却する際に、冷却装置内の気温と待機側の系統のタンクにおける液体冷媒温度との温度差等に基づき、熱交換ユニットから排出される暖められた空気の一部を用いて冷却装置内の気温や液体冷媒温を昇温することができ、電子装置の結露の発生及び凍結を防止でき、待機側のポンプを動作させないことによりランニングコストを低減することができる。
【００８３】
以下、本発明の第５実施例を説明する。図１３に本発明の液体冷却装置の第５実施例の構成図を示す。この図に示すように、２つの冷却システムである現用系統（運転中のシステム、以下、現用とも、稼動とも称す）と予備系統（休止中のシステム、以下、予備とも、待機とも称す）とは、発熱体を有する電子装置４５０ａ，４５０ｂと、熱交換ユニット４７０ａ，４７０ｂと、ポンプ４８０ａ，４８０ｂとをそれぞれ有すると共にタンク４６０を共用しており、信頼性を確保するために、現用と予備の二重系を構成している。これら２系統と、これらの系統を制御するための制御器４４０とで、本発明の高効率液体冷却装置を大まかに構成している。ここで、参照番号の最後の符号ａは、現用側の機器であることを示し、符号ｂは、予備側の機器であることを示す。また、太い実線は、冷却パイプ、細い実線は信号線を示す。
【００８４】
さらにこの液体冷却装置の構成について詳述する。４５１ａ，４５１ｂそれぞれ電子装置４５０ａ，４５０ｂ内の発熱体近傍に配置された冷却パイプを流れる液体冷媒の温度を検出する温度検出器で、ここで検出された温度が制御器４４０へ送られる。４７１ａ，４７１ｂは熱交換器、４７２ａ，４７２ｂは冷却ファン、４７３ａ，４７３ｂはそれぞれ冷却ファン４７２ａ，４７２ｂを回転させるためのモータである。４７４ａ，４７４ｂはそれぞれ熱交換器４７１ａ，４７１ｂ内を流れる液体冷媒の温度を検出する温度検出器で、ここで検出された温度が制御器４４０へ送られる。４７０ａ，４０ｂは、少なくともそれぞれ、熱交換器４７１ａ，４７１ｂ、冷却ファン４７２ａ，４７２ｂ、モータ４７３ａ，４７３ｂ、温度検出器４７４ａ，４７４ｂから構成される熱交換ユニットである。なお、この温度検出器４７４ａ，４７４ｂは、それぞれ熱交換ユニット４７０ａ，４７０ｂ内の所定の配管内を流れる液体冷媒の温度を検出するとしてもよい。４６１はタンク４６０内に貯蔵される液体冷媒で、この中に不凍液は添加されていないとしてもよい。４６２はタンク４６０内を現用側と予備側とに仕切るための仕切板、４６３ａ，４６３ｂはタンク４６０へ液体冷媒を入力するための入力配管、４６４ａ，４６４ｂはそれぞれタンク４６０から液体冷媒を出力するための出力配管である。
【００８５】
次に、本発明の主な特徴の一つである、タンク４６０を２系統で共有化し一体化している様子について、図１４および図１５を用いて説明する。図において、タンク４６０内は仕切板４６２によって図中左右に現用側と予備側とに仕切られている。ただし、この仕切板４６２は、現用側と予備側とを完全に仕切った構造としているのではなく、この仕切板４６２によってタンク４６０内の下部を仕切っているが、仕切板４６２の上限はタンク４６０の上部までは達していない。そうすることで、タンク４６０の上部が連通するようにしたことから、仕切板４６２の上限を超えた液面４６７までの液体冷媒が前記２系統側のいずれの側へも流動可能とすることができる。
【００８６】
そして次に、液体冷媒漏れが発生し、図１５に示すようにタンク４６０内で仕切板４６２の一方の側、例えば、現用側の液体冷媒量が減少し続けて液面４６９まで水位が下がったとしても、仕切板４６２の他方の側である予備側の液体冷媒量としては、仕切板４６２で仕切られた限りの液量が、上述の減少に関係なく保持され続けて液面４６８に水位が保たれることになる。その場合、液面４６９まで低下した水位を検出する手段（図示せず）を用いて、その検出結果に応じて制御器４４０は、稼働状態であった現用側を非稼働状態とし、代わりに非稼働状態であった予備側を稼働状態とするように制御することで、二重系としたシステム全体で見れば液体冷媒漏れという不具合の発生に係わらずに継続して動作可能とすることができる。
【００８７】
図１９は、本発明の第５の実施例の別の構成図である。図１９の実施例では、図１３とは循環方向が異なり、液体冷媒はタンク４６０からポンプ４８０ａ，４８０ｂに出力され、電子装置４５０ａ，４５０ｂ内を通ってきた液体冷媒がタンク４６０に流入する構成としている。即ち、まずタンク４６０内の液体冷媒が、稼動しているシステムのポンプ４８０ａ，４８０ｂにそれぞれ入力し、ポンプ４８０ａ，４８０ｂから熱交換器４７１ａ，４７１ｂにそれぞれ送り込まれる。そして、熱交換器４７１ａ，４７１ｂを通った液体冷媒が発熱体を有する電子装置４５０ａ，４５０ｂ内の配管を通ってからタンク４６０に戻って来る。このような循環方向とすることによって、図１３の構成に比べてタンク４６０内の液体冷媒の温度を高くすることが出来る。
【００８８】
上述のようにタンク４６０を２系統で共有化し一体化することでは、現用側の電子装置内を通ってきた液体冷媒が常に発熱体によって外気温度に比べて温度が上昇した状態となっており、仕切板４６２の上限を超えた液面４６７までの液体冷媒が前記２系統側のいずれの側へも流動可能なことから、より温度の高い現用側からの液体冷媒によって、予備側の液体冷媒の温度を効率的に上昇させ、外気温度より高くすることができ、そうすることで、予備側における凍結や結露の発生を防止することができる。
【００８９】
ここで、タンク４６０の入力配管および出力配管の位置関係の例について説明する。図１４の入力配管４６３ａ，４６３ｂについては、仕切板４６２に近い位置でかつ仕切板４６２の上限の高さより少し低い高さに入力配管４６３ａ，４６３ｂの管口を設ける。一方、出力配管４６４ａ，４６４ｂについては、仕切板４６２に対し入力配管４６３ａ，４６３ｂよりも遠い位置でかつタンク４６０の底部に出力配管４６４ａ，４６４ｂの管口を設けている。このように入出力配管を配置することにより、稼働状態の入力配管４６３ａ，４６３ｂからタンク４６０内に入力された液体冷媒４６１の水勢により、仕切板４６２近傍の現用側の水面が非稼働の予備側の水面よりも持ち上げられ、もって、現用側から予備側への液体冷媒の流動がより促進されてタンク４６０内の攪拌がより効率的に行えることになる。また、図２０は、図１９の実施例において、熱交換器４７１ａ，４７１ｂにバイパス路１８１ａ，１８１ｂを設けたものである。バイパス路１８１ａ，１８１ｂの開閉は、バイパス弁１８２ａ，１８２ｂによってそれぞれ行われる。通常、バイパス弁１８２ａ，１８２ｂは開いている。
【００９０】
現用側が稼動している場合、温度検出器４７４ａ，４５２ａで検出した温度が、しきい値より高くなると、制御器４４０によってバイパス弁１８２ａを閉じる。検出温度が低いときはバイパス弁１８２ａを開き熱交換ユニット４７０の熱交換器４７１ａの能力を低下させ、逆に、従って、検出温度が高いときはバイパス弁１８２ａを閉じ熱交換ユニット４７０ａの熱交換器４７１ａの能力を高める。また、予備側が稼動している場合では、制御器４４０は、バイパス路１８１ｂ、バイパス弁１８２ｂ、温度検出器４７４ｂあるいは４５２ｂが上記と同様の動作を行うように制御する。このように温度条件によって熱交換器４７１ａ，４７１ｂを通さずパイパス路１８１ａ，１８１ｂを通すことによっても温度制御が可能となるため、図１３及び図１９の構成よりも更にきめ細かな温度制御が可能となる。
【００９１】
なお、上述した配管の位置関係は、上述した攪拌の効率化を図るための配置とすれば、いずれの配置としても本発明の範疇に含まれるものであることは言うまでもない。
【００９２】
以上説明した構成によって、タンク４６０内の予備側の水温を外気に比べ上昇させておくことができるが、さらに、外気温度が低下した場合の予備側の各配管内での凍結を防止するために、熱交換器ユニット４７０ｂにおける液体冷媒の温度を温度検出器４７４ｂで検出し、該検出された温度を入力した制御器４４０は、その温度に応じて予め設定した凍結警報温度以下になったと判断した場合は、非稼動待機状態にある予備系側におけるポンプ４８０ｂを動作させるように制御する。そうすることで、ポンプ４８０ｂを所定期間、あるいは温度検出器４７４ｂで検出された温度が所定温度以上になるまでの期間、予備側が間欠運転するようにし、そうすることでタンク４６０内の予備側の温度上昇した液体冷媒４６１が予備系統内を循環するようにして、各配管内の液体冷媒の温度が上昇するようにしたことで、凍結の発生を防止する。
【００９３】
同様に外気温度が低下した場合に、電子装置４５０ｂ内の露点温度より予備側の配管内の液体冷媒が温度低下すると、その状態で現用側から予備側に切替え運転した際には、電子装置４５０ｂにおいて結露が発生し、その電子装置４５０ｂに障害を与えることになる。そのため、その結露の発生を防止するために、架内の電子装置４５０ｂ内の気温を温度検出器４５１ｂにより検出すると共に、電子装置４５０ｂの冷却管内の液体冷媒液温度を温度検出器４５２ｂによって検出することで、それら検出された温度がそれぞれ制御器４４０に送られ、制御器４４０はそれらの温度を基に、電子装置４５０ｂ内の状態が結露条件となっているか否かを判断する。もし、結露状態であると判断した場合には、非稼動状態において予備側のポンプ４６０を間欠運転し、タンク４６０内の温度上昇した液体冷媒を循環させることで、電子装置４５０ｂ内の液体冷媒の温度を露点温度以上に上昇させることで、結露の発生を防止するものである。
【００９４】
図２１は、図１９に示す実施例において、液体冷媒４６１を水として取り扱い、水温制御状態をシミュレーションしたものである。用いたシステムは、現用機が２１ＫＷ発熱し、冷却水４６１が６０リットル／分の流量で常時循環するものである。ポンプ４８０ａ，４８０ｂは、１ＫＷの熱をロスし、冷却水４６１に吸収されるとする。タンク４６０の保有量は、６０リットル、熱交換器４７１ａと配管内に保有する水量は１０．５リットル、熱交換器４７１ｂとその配管内に保有する水量は１０．５リットル、電子装置４５０ａまたは４５０ｂ内に保有する水量はそれぞれ８．２リットルである。電子装置４５０ａ，４５０ｂとタンク４６０は室温２５℃の場所（例えば、二階）に設置され、熱交換器４７１ａ，４７１ｂとポンプ４８０ａ，４８０ｂは室温４℃の場所に設置されている。
【００９５】
この状態で、現用機側のみ運転させると、電子装置４５０ａの発熱によって高温度になった冷却水がタンク４６０内に流入する。そして、タンク４６０内の冷却水４６１と混合し、タンク４６０の出口での冷却水４６１の温度（ Tw：Tank−0ut ）は上昇する。タンク４６０から出た冷却水は熱交換器４７１ａで冷却されるが、電子装置４５０ａに流入する冷却水の温度（ Tw：PA1−in ）はタンク４６０の出口（出力配管４６４ａ）の冷却水温度の上昇に比例して上昇する。
【００９６】
電子装置４５０ａに流入する冷却水の温度が４０℃以下ならファン４７２ａは停止しているが、電子装置４５０ａの発熱が続いているので冷却水の温度（ Tw：PA1−in ）は上昇し続け、４０℃になると熱交換器４７１ａのファン４７２ａが回転を開始する。図２１中に運転状態と停止状態を示す。熱交換器４７１ａのファン４７２ａが回転の結果、冷却水の温度は、低下し始める。そして３５℃以下まで下がると、ファン４７２ａは停止する。このような動作を繰り返すことにより、冷却水の温度（ Tw：PA1−in ）が３５〜４０℃の範囲内に安定に制御される。
【００９７】
一方、外気温度が下がると、予備機側の停滞している冷却水が凍結する恐れがある温度に到達する。ここでは、この冷却水が凍結する恐れがある温度を４℃に想定する。そこで、予備機側の冷却水の温度（ Tw：PA2−in ）が４℃以下になると、予備機側のポンプ４８０ｂだけが運転を開始する（図２１では、３５分の時点）。ポンプ４８０ｂの運転開始直後では、予備機側の低温の冷却水が高温状態になっているタンク４６０に流れ込んでくるので、タンク４６０の出口（出力配管４６４ａ，４６４ｂ）での冷却水の温度（ Tw：Tank−0ut ）は低下していく。しかし、タンク４６０内の冷却水の温度が低下しても、タンク４６０の保有している冷却水の熱容量が大きく、かつ、現用機側の発熱が続いているので、タンク４６０内の冷却水の温度は、電子装置４５０ａ内の露点温度２５℃以下にはならない。従って、結露は発生しない。
【００９８】
その際、現用機の発熱によって、冷却水の温度は上昇を続ける。従って、タンク４６０内で混合された高温の冷却水は、予備機側の各部配管、ポンプ４８０ｂ、熱交換器４７１ｂなどを暖めることが出来る。
【００９９】
暖めている途中で、３分が経過すると、制御器４４０は予備機側のポンプ４８０ｂを停止させ、必要以上の電力を消費しないように制御する。暖められた予備機側の冷却水は、その状態で予備機側の配管、熱交換器４７１ｂ、電子装置４５０ｂ内に放置されるので、自然放熱によって徐々に冷却水の温度が低下していく。そして、凍結する恐れがある温度（４℃）まで下がると、再び予備機側のポンプ４８０ｂの運転が開始される。以下、このような予備機側のポンプ４８０ｂの間欠運転の動作が繰り返し続けられる。
【０１００】
尚、図２１では、約３５℃まで上昇した予備機側の冷却水の温度が自然放熱で低下していくことは、表示していない。
【０１０１】
このように、システムの省電力化と結露及び凍結の防止が可能であることがシミュレーションによって判明した。
【０１０２】
なお、上述の間欠運転の際は、予備側の熱交換ユニット４７０ｂは非稼動状態とすることで、凍結や結露の発生防止を図ると共に省電力を効率良く行うことができる。
【０１０３】
以上説明したように本発明の第５実施例によれば、発熱体から奪った熱を排除する熱交換ユニットと、発熱体を冷却するための液体冷媒を循環させるポンプと、液体冷媒を貯蔵するタンクと、これを接続する配管とを有し、配管を介して液体冷媒を循環供給して発熱体を冷却する高効率冷却装置において、現用と予備のタンクを仕切板を設けた一体化構造とし、通常は現用・予備タンクを一体化したタンクとして作動させ、現用運転時には現用の温度上昇した液体冷媒を効率良く、予備タンクに循環させることにより、予備液体冷媒液温を現用のそれに近づけ、結露や凍結を防止する。また仕切板により、万一の液体冷媒漏れの際は、仕切板により予備タンクに液体冷媒を貯蔵して、二重系の機能を果たす。また不凍液の使用を不要とし、冷却特性・装置の信頼性を向上させると共に、環境汚染を防止できる冷却装置を提供することが出来、小型化軽量化及び省エネルギ−を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の冷却構造の平面図である。
【図２】図１に示す冷却構造のもう一方の面から見た場合の平面図である。
【図３】図１に示す冷却構造の平面図中のＡ−Ａ間の断面図である。
【図４】本発明の冷却構造をより詳細に説明するための図である。
【図５】本発明の冷却構造に係わる冷却パイプの各部の関係を説明するための図である。
【図６】本発明に第２実施例の液体冷却装置の構成図。
【図７】本発明の動作の一例を説明するためのグラフ。
【図８】本発明の動作の一例を説明するためのフローチャート。
【図９】本発明の第３の実施例による構造図である。
【図１０】本発明の第３の実施例による装置構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施例の構造図である。
【図１２】本発明の第４の実施例による装置構成を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施例の冷却装置の構成を示す図。
【図１４】通常運転時の液体冷媒と仕切板位置との関係を説明する図。
【図１５】液漏れ発生時の液体冷媒と仕切板位置との関係を説明する図。
【図１６】本発明の冷却構造をより詳細に説明するための図である。
【図１７】本発明の冷却構造をより詳細に説明するための図である。
【図１８】本発明の冷却構造をより詳細に説明するための図である。
【図１９】本発明の第５の実施例の冷却装置の別の構成を示す図。
【図２０】本発明の第５の実施例の冷却装置の別の構成を示す図。
【図２１】本発明の動作切換え時の冷却装置の温度を説明する図。
【図２２】本発明の冷却構造を説明するための図。
【符号の説明】
１：発熱体、 ２：回路基板、 ３：円形部、 ４：扁平部、 ５：熱伝導ブロック、 ６：接続栓、 １０：冷却パイプ、 ２０，３０：折れ線、 １６０：ロー付け部、 １６１：発熱素子、 １６２：冷却パイプ、 １６３：接触面、 １６４：通路、 １６５：ネジ、 １８１ａ，１８１ｂ：バイパス路、 １８２ａ，１８２ｂ：バイパス弁、 ２５０：電子装置、 ２５１，２５２：温度検出器、 ２５３：回路基板、 ２５４：冷却パイプ、 ２６０：タンク、 ２７０：熱交換ユニット、 ２７１：熱交換器、 ２７２：冷却ファン、 ２７３：ポンプ、 ２７４，２７５：温度検出器、： ２８０：ポンプ、 ２９０：制御器、 ３００：冷却装置、３０１，３０４：電子装置、 ３０８，３０８ａ，３０８ｂ：ダクト、 ３０９，３０９ａ，３０９ｂ：モータ、 ３１０，３１０ａ，３１０ｂ：ダンパ、 ３１１：冷却パイプ、 ３１８，３１８ａ，３１８ｂ：ダクト、 ３２１，３５１：ポンプ、 ３２２，３５２：熱交換器、 ３２３，３５３：冷却ファン、 ３２４，３５４：タンク、 ４４０：制御器、 ４５０ａ，４５０ｂ：電子装置、 ４５１ａ，４５１ｂ：温度検出器、 ４５２ａ，４５２ｂ，４７４ａ，４７４ｂ：温度検出器、 ４６１：液体冷媒、 ４６２：仕切板、 ４６３ａ，４６３ｂ：入力配管、 ４６４ａ，４６４ｂ：出力配管、４６７，４６８，４６９：液面、 ４７０ａ，４７０ｂ：熱交換ユニット、 ４７１ａ，４７１ｂ：熱交換器、 ４７２ａ，４７２ｂ：冷却ファン、 ４７３ａ，４７３ｂ：モータ、 ４７４ａ，４７４ｂ：モータ、 ４８０ａ，４８０ｂ：ポンプ。

Claims (5)

1. 稼動状態にある第１系統の液体冷却システムと非稼動状態にある第２系統の液体冷却システムを有する冷却装置であって、上記第１系統と上記第２系統の液体冷却システムは、それぞれ冷却すべき複数の電子部品と、上記電子部品に近接して配置され、液体冷媒を流すための冷却パイプと、上記冷却パイプに上記液体冷媒を循環させるためのポンプと、上記冷却パイプを流れる上記液体冷媒の熱を外部に排出する熱交換ユニットとを有すると共に、上記液体冷媒を貯蔵する上記それぞれの系統で共有するタンクとを有し、上記タンクには、上記第１系統の液体冷却システムと上記第２系統の液体冷却システム毎に上記液体冷媒を保持するための仕切版を設け、上記タンクに設けた上記仕切板は、上記タンク内を仕切ると共に上記タンクの上部は開口するように設けられて、上記仕切板の上限を超えた液体冷媒が上記第１系統の液体冷却システムと上記第２系統の液体冷却システムのいずれの側へも流動可能であることを特徴とする電子装置用冷却装置。
2. 請求項１に記載の電子装置用冷却装置において、上記タンクへの入力配管は上記仕切板に相対的に近い位置でかつ上記タンク内の仕切板の上限の高さより少し低い高さに該入力配管の管口を設けると共に、上記タンクからの出力配管は上記仕切板に相対的に遠い位置でかつ上記タンクの底部に該出力配管の管口を設けて、上記管口の水勢によって上記タンク内の上記仕切板を超えた液体冷媒を上記第１系統の液体冷却システムと上記第２系統の液体冷却システムのいずれの側へも流動させることを特徴とする電子装置用冷却装置。
3. 請求項１記載の電子装置用冷却装置において、更に、上記非稼動状態にある第２系統の液体冷却システムの液体冷媒の温度を検出する温度検出器と、上記温度検出器からの信号に応じて上記非稼動状態にある第２系統の液体冷却システムの上記ポンプを間欠運転制御する制御部を設けたことを特徴とする電子装置用冷却装置。
4. 請求項１記載の電子装置用冷却装置において、更に、上記稼動状態にある第１系統の液体冷却システムの液体冷媒の温度を検出する温度検出器と、上記温度検出器からの信号に応じて上記稼動状態にある第１系統の液体冷却システムの熱交換ユニットの冷却ファンを回転制御あるいは回転停止制御する制御部を設けたことを特徴とする電子装置用冷却装置。
5. 請求項１記載の電子装置用冷却装置において、上記稼動状態にある上記第１系統の液体冷却システムの上記熱交換ユニットから排出される暖められた空気を用いて上記非稼動状態にある第２系統の液体冷却システム側の温度を昇温することを特徴とする電子装置用冷却装置。

Images