JP4789760B2 - 電子機器及びラック状装置 - Google Patents

Description

本発明は電子機器に係り、特に内部部品冷却用の熱交換器を有する電子機器及びそのような電子機器が収容されたラック状装置に関する。

近年、多数の電子機器を多段のラックに配置してサーバ等を構成し、ラックを空調が整った部屋（以下、空調室と称する）に設置することが一般的である。電子機器の内部部品を冷却した際に生じる比較的高温の空気は、電子機器の筐体から排出される。ラックには多くの電子機器が収容されており、且つそのようなラックが多数、空調室内に設置されると、多量の高温の空気がラックから空調室内に放出される。ラックが設置される空調室の温度は、例えば２０℃のような常温に一定に維持される。

図１は空調機によるラック周囲の空気の循環を示す模式図である。通常、ラック２が設置される空調室には、床４と天井に開口が設けられ、床開口４ａから冷気が空調室内に供給され、天井の開口から暖かい空気が吸い込まれて空調機６が吸引する。ラック３から排出された暖かい空気は空調機６により冷却され、床４の開口４から空調室内に供給される。通常、発熱量の大きいラック２の周囲には、多くの床開口４ａが設けられ、空調室内をバランスよく空調できるように構成される。

ところが、空調室内の一部領域に多数のラック２が設置されたような場合（発熱密度大）、ラック２の周囲の温度が室内の他の領域の温度より高くなって部分的に高温となったヒートスポットが発生することがある。また、ラック２から排出される空気の熱量が、空調機６の処理能力を超えてしまう場合、空調室内全体の温度を一定に維持できなくなってしまう。

そこで、ラック内に液冷式の熱交換器を設け、且つ各電子機器の内部も液冷とし、ラック内で各電子機器からの冷媒と熱交換器で熱交換する冷却システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この冷却システムでは、各電子機器で発生する熱は一旦冷媒に吸収されるが、ラック内において空気に放出されてラック外に放出されるため、結局、電子機器からの熱は全てラックから空調室に放出されてしまう。

また、電子装置内に冷凍機と冷却側の熱交換器とを設け、放熱側の熱交換機を電子装置外に配置し、電子装置内部の空気を冷却しながら循環させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この場合、放熱側の熱交換器が空調室内であれば、やはり電子装置からの熱が全て空調室に放出される。

また、タンク内部のデッドスペースに熱交換器を設け、タンクの外側に液送ポンプを設置して、巻線と鉄心を収容した絶縁容器内に充填した不燃絶縁液を熱交換器を介して強制循環させ、熱交換器による熱交換は、外部冷却液配管にタンク外部から冷却液を通流することで、内部の鉄心を冷却する誘導電器が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この場合、電子装置としての誘導電器内を循環する冷媒を、誘導電器外を循環する冷媒で冷却するため、誘導電器内の熱を誘導電器外に取り出すことができるが、誘導電器外を循環する冷媒からの放熱が空調室内であれば、やはり電子装置からの熱が全て空調室に放出される。

また、電子装置内のＣＰＵに液冷式冷却器を設け、冷却液を空冷式冷却との間で循環してＣＰＵを冷却するＣＰＵ放熱装置が提案されている（例えば、特許文献４参照。）このＣＰＵ放熱装置では、冷却液は電子装置内で循環しており、ＣＰＵから発生する熱は、最終的に全て空気により空調室に放出される。

そこで、ラック２から放出される比較的高温の空気を冷却するために、ラック２内に水冷式の熱交換器を設けて、ある程度温度を低くした空気をラック２から放出することが提案されている。図２は水冷式の熱交換器８が設けられたラック２の模式図である。ラック２内には複数の電子機器１０が収容されている。電子機器１０から排出される高温の空気は、水冷式の熱交換器８により冷却されて温度の低い空気となり、ラック２の外に排出される。水冷式の熱交換器８には、冷却水配管１２Ａを介して外部から冷却水が供給される。供給された冷却水は、熱交換器８において電子機器１０からの高温の空気から熱を吸収し、冷却水配管１２Ｂを介して外部に排出される。図示はしていないが、冷却水配管１２Ｂにより排出された高温の冷却水は、ラック２が設置された空調室の外に設けられた冷却機で冷却され、低温の冷却水となって再び冷却水配管１２Ａに供給される。

以上のように、ラック２内に水冷式の熱交換器８を設けることにより、ラック２から排出される空気の温度を下げることができる。ラック２から排出される空気から吸収した熱は、冷却水により輸送され、空調室外で放出される。したがって、熱交換機８で吸収する熱は空調室に放出されないため、空調室を空調するための空調機の負荷を低減することができる。また、特に発熱密度の大きいラック２に熱交換機８を設けることで、空調室内でのヒートスポットの発生を防止することができる。
特開２００４ー３６３３０８号公報 特開平８−６３２６１号公報 実開平６−３４２２０号公報 実用新案登録第３０６８８９２号

上述のように、ラック２に水冷式の熱交換器８を設けた場合、電子機器１０の内部で個体（発熱部品）から気体（空気）への熱交換（固体−気体間の熱伝達）が行われ、熱を吸収した空気が電子機器１０から排出されると、ラック２内の水冷式の熱交換器８で再び気体（空気）から固体（熱交換器のフィン等）への熱交換（固体−気体間の熱伝達）が行われ、電子機器１０からの空気が冷却されてラック２外に排出される。

一般的に、固体−気体間の熱伝達は、固体−液体間の熱伝達に比べて効率が悪い。同じ発熱量を伝えるために必要な面積は、空気と水を例に取ると、空気は水の１０〜１００倍の面積が必要になる。図２に示す例では、この効率の悪い固体−気体間の熱伝達を２回行って、電子機器１０内で発生した熱を空調室外に排出していることとなる。したがって、より効率よく、電子機器から空調室外に熱を排出することのできる技術の開発が望まれている。

上述の課題を解決するために、本発明によれば、内部に発熱部品を有する電子機器であって、該発熱部品を含む構成部品を収容する筐体と、前記発熱部品から熱を吸収する吸熱部と、該吸熱部で吸収した熱を放出する放熱部との間を循環する液体の内部冷媒の冷媒循環系とを有し、前記冷媒循環系の前記放熱部は、前記電子機器の外部から供給される液体の外部冷媒と前記内部冷媒との間で熱交換を行う第１の熱交換器と、前記筐体から外部に排出される空気と前記内部冷媒との間で熱交換を行う第２の熱交換器とを含み、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器は、前記内部冷媒の流路に沿って直列に設置されていることを特徴とする電子機器が提供される。

また、本発明によれば、上述の電子機器を少なくとも一つ筐体内に収容したラック状装置が提供される。

さらに、本発明によれば、内部に発熱部品を有する電子機器と、液体の外部冷媒が外部から供給され、流体継手により前記電子機器に離脱可能に接続された液−液式の熱交換器とを有し、前記電子機器は、該発熱部品を含む構成部品を収容する筐体と、前記発熱部品から熱を吸収する吸熱部と、該吸熱部で吸収した熱を放出する放熱部との間を循環する液体の内部冷媒の冷媒循環系とを有し、前記冷媒循環系の前記放熱部は、前記筐体から外部に排出される空気と前記内部冷媒との間で熱交換を行う気−液式の熱交換器を含み、前記液−液式の熱交換器と前記気−液式の熱交換器は、前記内部冷媒の流路に沿って直列に設置されていることを特徴とするラック状装置が提供される。

本発明によれば、第１の熱交換器は、液体（内部冷媒）→固体→液体（外部冷媒）という経路で熱が伝達される液−液式の熱交換器であり、液体（内部冷媒）→固体→気体（空気）という経路で熱が伝達される第２の熱交換器よりは冷却効率が高く、効率良く熱を外部に放出することができる。したがって、内部冷媒による冷却装置全体としての冷却効率を改善して高めることができる。

また、電子機器の内部で生じた熱を内部冷媒を介して吸収した外部冷媒は、外部冷媒配管を介して空調室の外部に設置された熱交換器に送ることができ、当該熱交換器で熱を放出させることができる。したがって、電子機器の内部で発生した熱を、空調室に放出しなくてもよく、空調室の空調負荷を低減することができる。

さらに、本発明は外部冷媒が準備出来ない環境に電子機器を設置する場合も、空冷装置として設置可能である。このため、外部冷媒の有無に関わらず設置可能な電子機器を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。

図３は本発明の第１実施例による電子機器の概要を示す平面図である。本発明の第１実施例による電子機器は、筐体２の内部に収容された電子部品や電気部品を有している。電子部品としては、例えばＣＰＵのような半導体装置があり、電気部品としては例えば電子部品に電力を供給する電源ユニット４がある。ＣＰＵのような半導体装置は動作時に発熱するため、冷却装置を設けることが多い。また、電子部品や電気部品からの熱を筐体２の外部に放出するために、筐体２外の空気を筐体２内に導入し、且つ筐体２内の暖まった空気を筐体２外に排出するための送風機が筐体２内に設けられることが多い。

本実施例では、電子部品としてＣＰＵのような半導体装置を冷却するために、液冷式の冷却装置が設けられる。液冷式の冷却装置は、液体の冷媒を吸熱部と放熱部との間で循環させることにより、吸熱部において冷媒により電子部品から熱を吸収し、放熱部でその熱を放出することで、電子部品を冷却する冷媒循環系により構成される。

冷媒循環系は、吸熱部であるヒートシンク６と、放熱部である第１の熱交換器８と、放熱部である第２の熱交換器１０と、液体の冷媒を蓄えるタンク１２と、冷媒を循環させるためのポンプ１４と、これら構成部品を接続して冷媒の循環通路となる冷媒配管１６とにより構成される。タンク１２は必要であれば設けることとしてもよい。

ポンプ１４から吐出された液体の冷媒は、まず配管１６を通ってヒートシンク６に供給される。ヒートシンク６は、冷却すべき電子部品に取り付けられており、電子部品で発生した熱は循環している液体の冷媒に吸収される。冷媒は配管１６を介してヒートシンク６から第１の熱交換器８に流れる。

第１の熱交換器８は液−液式の熱交換器であり、ヒートシンク６からの液体の冷媒（以下、内部冷媒と称することもある）と電子機器の外部から供給される液体の冷媒（以下、外部冷媒と称することもある）との間で熱交換が行われるよう構成されている。外部冷媒は低温の冷媒であり、外部冷媒配管１８Ａを介して第１の熱交換器８に供給され、外部冷媒配管１８Ｂを介して第１の熱交換器８から排出される。外部冷媒は比較的低温の液体冷媒であり、内部冷媒から熱を吸収することができる。

第１の熱交換器８における熱交換で熱を放出してある程度低温となった内部冷媒は、配管１６を介して第２の熱交換器１０に供給される。第２の熱交換器１０は気−液式の熱交換器であり、内部冷媒と周囲の空気との間で熱交換を行うように構成されている。第２の熱交換器１０の近傍には、送風機であるファン２０が配置され、第２の熱交換器１０の周囲を含む筐体２内の空気を筐体２の外に排出する。第２の熱交換器１０における熱交換により、内部冷媒は周囲の空気に熱を放出してさらに低温となる。

第２の熱交換器において低温となった内部冷媒は、タンク１２に一時的に蓄えられた後、ポンプ１４により昇圧されて再びヒートシンク６に供給される。このように、内部冷媒は、吸熱部であるヒートシンク６と、放熱部である第１の熱交換器８（液−液式）と、放熱部である第２の熱交換器１０（気−液式）との間を循環しながら、ヒートシンク６で吸収した熱を、第１及び第２の熱交換器８，１０を介して電子機器の外部に排出する。

以上のように、本実施例では、ヒートシンク６において内部冷媒が吸収した熱の一部が第１の熱交換器８で放出され、残り一部の熱が第２の熱交換器１０で放出される。したがって、第２の熱交換器１０で空気に放出され、暖められた空気となって電子機器の外部周囲に排出される熱の量を低減することができる。

ヒートシンク６で吸収する熱量が少ない場合（すなわち、電子部品の発熱量が小さい場合）は、第１の熱交換器８で熱の大部分が放出され、第２の熱交換器１０ではほとんど熱を放出しなくてもよい場合もあり得る。反対に、ヒートシンク６で吸収する熱量が多い場合（すなわち、電子部品の発熱量が大きい場合）は、第１及び第２の熱交換器８，１０が分担して放熱することにより、多くの熱量を放出することができる。

ここで、第１の熱交換器８は、液体（内部冷媒）→固体→液体（外部冷媒）という経路で熱が伝達される液−液式の熱交換器であり、第２の熱交換器１０よりは冷却効率が高く、効率良く熱を外部に放出することができる。したがって、内部冷媒による冷却装置全体としての冷却効率を改善して高めることができる。

ここで、第２の熱交換器１０において放出された熱を含む空気は、ファン２により電子機器の筐体２の外部に排出される。すなわち、第２の熱交換器１０において放出された熱は、電子機器の周囲に放出される。一方、第１の熱交換器８において外部冷媒に放出された熱は、外部冷媒により移送することができ、電子機器から離れた場所で放出することができる。例えば、電子機器が空調室に設けられていた場合には、空調室の外まで外部冷媒配管を延ばすことにより、電子機器の熱を空調室の外部で放出することが可能となる。

図４は図３に示す電子機器が収容されたラックを空調室に設置した状態を示す簡略図である。図４において、ラック状装置であるラック３０は計算機室などの空調が施された空調室４０内に設置される。空調室４０内の空気は、空調室４０外に設置された空調機４２により温度調節されて空調室４０に戻される。すなわち、空調室４０内で、ラック３０内の電子機器３２にから排出された暖かい空気は、空調室４０の天井開口４０ａから空調機４２に吸い込まれ、空調機４２により温度が下げられて冷たい空気となって、空調室４０の床開口４０ｂから空調室４０に供給される。これにより、空調室４０内は一定の温度（例えば、２３℃）に維持される。

ここで、ラック３０内の電子機器３２，３４に外部冷媒を供給するための外部冷媒配管３２Ａ，３４Ａ（図３の外部冷媒配管１８Ａに相当）は、マニフォールド３６Ａにより一本の外部冷媒供給配管３８Ａにまとめられる。外部冷媒供給配管３８Ａは空調室４０の床下まで延在し、空調室４０外に設置された熱交換器（図示せず）に接続される。また、ラック３０内の電子機器３２，３４から排出される外部冷媒が流れる外部冷媒配管３２Ｂ，３４Ｂ（図３の外部冷媒配管１８Ｂに相当）は、マニフォールド３６Ｂにより一本の外部冷媒帰還配管３８Ｂにまとめられる。外部冷媒帰還配管３８Ｂは空調室４０の床下まで延在し、空調室４０外に設置された熱交換器（図示せず）に接続される。

以上のように構成することにより、電子機器３２，３４の内部で生じた熱を内部冷媒を介して吸収した外部冷媒は、外部冷媒帰還配管３８Ｂを介して空調室４０の外部の熱交換器に送られ、当該熱交換器で熱を放出して低温となり、外部冷媒供給配管３８Ａを介して電子機器３２，４３に供給される。したがって、電子機器３２，３４の内部で発生した熱を、外部冷媒を介して空調室４０外に移送し、空調室４０の外部にある熱交換器で放出することができる。

このため、空調室４０内に放出される熱は、電子機器３２，３４内の第２の熱交換器（図３の第２の熱交換器１０に相当）から放出される熱だけであり、空調室４０の空調機４２に対する負荷を低減することができる。例えば、空調室４０内に多数のラック３０が設置されてその中に収容された多数の電子機器３２，３４が同時に作動した場合でも、外部冷媒による冷却を行うことで、空調室４０内に放出される熱を低減することができる。したがって、空調機４２に対する負荷を低減することができ、空調室４０内の温度を常時一定に維持することができる。また、空調室４０内の一部の領域における放熱量が多くてヒートスポットが発生するような場合には、その領域における電子機器に対して外部冷媒による冷却を強くすることで、ヒートスポットの発生を抑制することができる。空調室全体の発熱密度を均一化することにより空調機の効率を向上させることができる。

次に、本発明の第２実施例による電子機器について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の第２実施例による電子機器の概要を示す平面図である。図５において図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。本発明の第２実施例による電子機器は、図３に示す本発明の第１実施例による電子機器と基本的に同じ構成を有しており、制御部５０とセンサ５２，５４が設けられた点が異なる。

空気温度センサ（空気温度検出器）５２は、筐体２の空気流入口近傍に設けられ、外部から筐体２に流れ込む空気の温度を検出し、空気温度検出信号を生成する。空気温度検出信号は制御部５０に送られる。

冷媒温度センサ（冷媒温度検出器）５４は、配管１６の途中に設けられ、配管１６を流れる内部冷媒の温度を検出し、冷媒温度検出信号を生成する。冷媒温度検出信号は制御部５０に送られる。本実施例では、冷媒温度センサ５４は、第１の熱交換器８と第２の熱交換器１０を接続する配管１６の途中に設けられ、第１の熱交換器８から出て第２の熱交換器１０に入る直前の内部冷媒の温度を検出する。

制御部５０は、空気温度センサ５２からの空気温度検出信号と、冷媒温度センサ５４からの冷媒温度検出信号とに基づいて、送風機としてのファン２０の回転速度を制御して、
必要最小限の送風量に調節することにより第２の熱交換器１０を通過する空気量を調節する。これにより、不必要な送風機電力を使うことなくエネルギーを抑制することができ、電子機器の騒音が低減出来る。

外部冷媒の供給が不十分な場合や、空調室や空調機の状況に応じて外部冷媒を供給する場合は、第１及び第２の熱交換器８、１０で分担して放熱を行い、第１の熱交換器８で放熱した分、送風機の電力及び送風機から発生する騒音を低減することができる。もし、十分な外部冷媒を供給することができ、内部冷媒で吸熱した熱量全てを第１の熱交換器で放出した場合、送風機を停止させることで電子機器から発生する騒音を大きく低減することができる。

ここで、制御部５０によるファン２０の制御の一例について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６は冷媒循環系に沿った内部冷媒の温度を示すグラフである。図７はファンの駆動制御の一例を説明するための図である。

図６には、以下の３つの場合における内部冷媒の温度変化が示されている。

Ａ：空冷のみ
Ｂ：空冷と外部冷媒による液冷の併用
Ｃ：外部冷媒による液冷のみ
Ａは第１の熱交換器８を使用せずに第２の熱交換器１０のみで冷却を行う場合である。すなわち、Ａの場合は第１の熱交換器８への外部冷媒の供給が停止されており、ファン２０を駆動して第２の熱交換器１０における熱交換みで内部冷媒を冷却している。

Ｂは第１の熱交換器８と第２の熱交換器１０の両方を用いて冷却を行う場合である。すなわち、Ｂの場合は、第１の熱交換器８に外部冷媒が供給されて内部冷媒との熱交換が行われると同時に、第２の熱交換器１０においても熱交換が行われ、第１及び第２の熱交換器８，１０の両方で内部冷媒を冷却している。

Ｃは第２の熱交換器１０を使用せずに第１の熱交換器８のみで冷却を行う場合である。すなわち、Ｃの場合は、ファン２０の駆動を停止して第２の熱交換器１０への空気流の供給を停止しており、第１の熱交換器８における外部冷媒との熱交換のみで内部冷媒を冷却している。

Ａの場合、ポンプ１４から供給される内部冷媒の温度は例えば３２℃であり、ヒートシンク６内で熱を吸収することにより温度は上昇し、ヒートシンク６から出るときには内部冷媒の温度は例えば５２℃となる。Ａの場合、第１の熱交換器８では熱交換が行なわれないため内部冷媒の温度は変化なく５２℃のまま第１の熱交換器８を通過し、第２の熱交換器１０に流入する。内部冷媒は第２の熱交換器１０における熱交換で冷却されて温度が３２℃となり、第２の熱交換器１０から出てタンク１２に蓄えられる。Ａの場合は気−液式の第２の熱交換器１０のみで冷却を行うため、冷却効率はＢ，Ｃの場合より低くなる。

Ｂの場合、ポンプ１４から供給される内部冷媒の温度は例えば３２℃であり、ヒートシンク６内で熱を吸収することにより温度は上昇し、ヒートシンク６から出るときには内部冷媒の温度は例えば５２℃となる。第１の熱交換器８に流入した内部冷媒は、第１の熱交換器８において外部冷媒との熱交換が行なわれて冷却され、温度は例えば４０℃まで下げられる。そして、４０℃の内部冷媒は第２の熱交換器１０に流入する。内部冷媒は第２の熱交換器１０における熱交換で冷却されて温度が３２℃となり、第２の熱交換器１０から出てタンク１２に蓄えられる。Ｂの場合は気−液式の第２の熱交換器１０による冷却の前に、冷却効率の高い液−液式の第１の熱交換器８でも内部冷媒が熱交換により冷却されるため、冷媒循環系全体としての冷却効率はＡの場合より高くなる。

Ｃの場合、ポンプ１４から供給される内部冷媒の温度は例えば３２℃であり、ヒートシンク６内で熱を吸収することにより温度は上昇し、ヒートシンク６から出るときには内部冷媒の温度は例えば５２℃となる。第１の熱交換器８に流入した内部冷媒は、第１の熱交換器８において外部冷媒との熱交換が行なわれて冷却され、温度は３２℃まで下げられる。したがって、内部冷媒の温度は十分低くなっており、第２の熱交換器１０において冷却する必要はないので、ファン２０の駆動は停止され、内部冷媒は第２の熱交換器１０で冷却されずにそのまま３２℃の温度でタンク１２に流入する。Ｃの場合は冷却効率の高い液−液式の第１の熱交換器８のみで内部冷媒が熱交換により冷却されるため、冷媒循環系全体としての冷却効率はＡ，Ｂの場合より高くなる。

なお、上述のＡ，Ｂ，Ｃの場合において筐体２内に吸入される空気の温度（吸気温度）Ｔａは２８℃としている。

本実施例では、上述の空気温度検出器５２により検出した吸気温度と冷媒温度検出器５４により検出した冷媒温度に基づいて、制御部５０がファン２０の駆動を制御することで、電子機器内の冷却を効率的に行うとともに、電子機器からの排気による外部への熱の放出量を調節することができる。

図７はファン２０の駆動の制御例を説明するための図である。冷媒温度検出器５４で検出した温度をＴｗとし空気温度検出器５２により検出した吸気温度Ｔａとする。また、冷却された状態の内部冷媒の温度と吸気温度Ｔａとの差の閾値をＴｃとし、冷媒温度検出器５４で検出した温度（すなわち、第２の熱交換器８と第２の熱交換器１０の間での内部冷媒の温度）Ｔｗと空気温度検出器５２により検出した吸気温度Ｔａとの差をＴｄとする。

内部冷媒の温度Ｔｗと吸気温度Ｔａとの差Ｔｄが、冷却された状態の内部冷媒の温度と吸気温度Ｔａとの差の閾値Ｔｃ以下の場合（Ｔｗ−Ｔａ＝Ｔｄ≦Ｔｃ）、第２の熱交換器１０による冷却は不要であるとして、ファン２０の駆動を停止する。一方、内部冷媒の温度Ｔｗと吸気温度Ｔａとの差Ｔｄが、冷却された状態の内部冷媒の温度と吸気温度Ｔａとの差の閾値Ｔｃを越えている場合（Ｔｗ−Ｔａ＝Ｔｄ>Ｔｃ）、第２の熱交換器１０による冷却が必要であるとして、ファン２０を駆動する。この際、第２の熱交換器１０の直前の内部冷媒の温度Ｔｗが高いほど、第２の熱交換器１０での冷却量を多くする必要があるので、ファン２０の回転数を制御して、ファン２０による空気流量を増大させる。

次に、本発明の第３実施例による電子機器について、図８を参照しながら説明する。図８は本発明の第３実施例による電子機器の概要を示す平面図である。図８において図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。本発明の第３実施例による電子機器は、図３に示す本発明の第１実施例による電子機器と同じ構造を有しており、制御部５０と流量計５６が設けられた点が異なる。

流量計５６は外部冷媒配管１８Ａに設けられ、第１の熱交換器８に供給される外部冷媒の流量を検出し、流量検出信号を生成する。流量検出信号は制御部５０に送られる。

制御部５０は、流量検出信号に基づいて、第１の熱交換器８で内部冷媒から外部冷媒に移動する熱量を求める。そして、求めた熱量に基づいて、第２の熱交換器１０で内部冷媒から吸収すべき熱量を求め、それに必要なファン２０の空気流量を決定し、ファン２０の回転数を制御する。したがって、電子機器に供給される外部冷媒の流量に基づいて、第２の熱交換器１０による冷却量を自律的に制御することができる。必要に応じて外部冷媒温度センサ（図示せず）を設けて、外部冷媒温度を検出して検出信号を制御部５０に送ることでファン２０の回転数を制御しても良い。

以下に本発明の他の実施例について説明する。以下の実施例による電子機器も、図３に示す本発明の第１実施例による電子機器と基本的に同じ構成を有しており、異なる点についてのみ説明する。また、以下の実施例を示す図において、図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図９は本発明の第４実施例による電子機器の概要を示す平面図である。本発明の第４実施例による電子機器では、外部冷媒配管１８Ａ，１８Ｂと第１の熱交換器１０との間に配管コネクタとして流体継手５８Ａ，５８Ｂが設けられている。流体継手５８Ａ，５８Ｂを接続することで外部冷媒を電子機器に供給することができる。

流体継手５８Ａ，５８Ｂの各々は、ねじ込み式の継手でもよいが、プラグをソケットに差し込むだけで流体の接続が完了するバルブ付き迅速流体継手を用いることが好ましい。例えば流体継手５８Ａ，５８Ｂの各々のソケットを電子機器の筐体２に取り付けておき、外部冷媒配管１８Ａ，１８Ｂの先端にプラグを取り付けておけば、必要なときに外部冷媒配管１８Ａ，１８Ｂの先端のプラグを電子機器の筐体２のソケットに差し込むだけで、外部流体を第１の熱交換器８に供給し且つ第１の熱交換器８にから排出することができる。例えば、空調室の空調機が故障して応急的に電子機器の冷却が必要となったような場合、外部冷媒配管１８Ａ，１８Ｂを接続して外部冷媒により電子機器を冷却することができる。また、一時的に電子機器の騒音を低減させたい場合には、図５の制御部５０、冷媒温度センサ５４を設置した上で外部冷媒配管１８Ａ，１８Ｂを簡便に接続して、第１の熱交換器８で一部あるいは全部の熱を放出し、ファン２０の回転数を低下させることで実現することができる。

図１０は本発明の第５実施例による電子機器の概要を示す平面図である。本発明の第５実施例による電子機器では、外部冷媒配管１８Ａに開閉弁６０が設けられている。

開閉弁６０は筐体２の外側から容易に操作できるように筐体２に取り付けられていることが好ましい。外部冷媒が必要な場合に開閉弁６０を開き、不要な場合は開閉弁６０を閉じておくことで、必要なときだけ外部冷媒を電子機器に供給することができる。また、多数の電子機器が配置されている場合に、外部冷媒による冷却が必要な電子機器にだけ外部冷媒を供給するような操作を簡便に行うことができる。

図１１は本発明の第６実施例による電子機器の概要を示す平面図である。本発明の第６実施例による電子機器では、筐体２内において外部冷媒配管１８Ａと外部冷媒配管１８Ａの間にリリーフ弁６２が設けられている。

本実施例では、供給側の外部冷媒配管１８Ａにおいて冷媒圧力が不意に高くなったような場合に、電子機器内部の第１の熱交換器８を保護するためにリリーフ弁６２が設けられている。供給側の外部冷媒配管１８Ａにおいて冷媒圧力が不意に高くなったような場合には、第１の熱交換器８にも高い圧力が加わり、第１の熱交換器８が損傷するおそれがある。このようなときに、リリーフ弁６２が作動して、外部冷媒配管１８Ａの圧力を排出側の外部冷媒配管１８Ｂに逃がすことで、第１の熱交換器８に加わる圧力を低減し、第１の熱交換器８や接続部分の損傷等を防止することができる。

特に本実施例による電子機器は機器単独では外部冷媒を不要とすることが可能であり、外部冷媒の流量や圧力を細かく制御しなくてもよい場合がある。これにより、外部冷媒の圧力が不意に高くなるといったことが発生する可能性が高く、リリーフ弁６２を設けることは事故の防止に効果的である。

図１２は本発明の第７実施例による電子機器の概要を示す平面図である。本発明の第７実施例による電子機器では、制御部５０と電磁開閉弁６４が設けられている。

電磁開閉弁６４は筐体２内の外部冷媒配管１８Ａに設けられ、制御部５０からの電気信号により開閉する。電磁開閉弁６４を開くことで外部冷媒配管１８Ａから第１の熱交換器８に外部冷媒が供給される。電磁開閉弁６４の開閉動作は制御部５０により制御されるので、例えば、電子機器の電源が投入されたら、電磁開閉弁６４を開いて外部冷媒の供給を開始し、電源が切られたら電磁開閉弁６４を閉じて外部冷媒の供給を停止するといった制御を自動で行うことができる。

図１３は本発明の第８実施例による電子機器の概要を示す平面図である。本発明の第８実施例による電子機器では、第１の熱交換器８に接続された２本の配管１６を短絡するバルブ付き短絡流路６６が設けられる。

バルブ付き短絡流路６６は、第１の熱交換器８に内部冷媒を供給する配管１６と、第１の熱交換器８から内部冷媒が排出される配管１６との間を短絡する流路であり、流路はバルブにより開閉することができる。例えば、電子機器に搭載するオプションユニットが少ない等の理由で、電子機器内部の発熱部品が少なく外部冷媒による冷却が不要であるような場合、バルブ付き短絡流路６６のバルブを開くことで、内部冷媒は第１の熱交換器８を流れずに、バルブ付き短絡流路６６を流れて第２の熱交換器１０に流入する。これにより、第１の熱交換器８を通過することによる内部冷媒の圧力損失を低減することができ、内部冷媒を循環させるためのポンプ１４の負荷を低減することができる。

なお、ポンプ１４の負荷は、発熱部品の温度や内部冷媒の流量を検出して、それに基づいてポンプ１４の出力を制御することができ、必要に応じてポンプ１４の出力を低減することができる。これは、他の実施例についても同様である。

図１４は本発明の第９実施例による電子機器の概要を示す平面図である。本発明の第９実施例による電子機器では、上述の第８実施例による電子機器において、第１の熱交換器８を離脱可能に接続する流体継手６８Ａ，６８Ｂが設けられている。

流体継手６８Ａは内部冷媒を第１の熱交換器８に供給する配管１６と第１の熱交換器８との間に設けられ、流体継手６８Ｂは内部冷媒を第１の熱交換器８にから排出する配管１６と第１の熱交換器８との間に設けられる。これにより、流体継手６８Ａ，６８Ｂを離脱することにより、第１の熱交換器８を電子機器内の冷媒循環系から離脱することができる。言い換えれば、第１の熱交換器８をオプションユニットとしておき、外部冷媒による冷却が必要な場合にのみ第１の熱交換器８を装着するという構成とすることができる。

例えば、電子機器が外部冷媒による冷却が必要ない構成であるような場合は、第１の熱交換器８を最初から電子機器に組み込まないといった構成を選択することができ、不要な部品を装着しないでコスト低減を図ることができる。なお、第１の熱交換器８を最初から電子機器に組み込まない場合は、バルブ付き短絡流路６６のバルブ（開閉機構を構成する開閉弁）を開いておく。バルブ付き短絡流路６６のバルブは手動操作のものでもよいが、電子機器の制御部により開閉が制御され電磁開閉弁であってもよい。

図１５は本発明の第１０実施例による電子機器の概要を示す平面図である。本発明の第１０実施例による電子機器では、第１の熱交換器８を筐体２の外部に離脱可能に配置し、バルブ付き短絡流路６６を設けている。第１の熱交換器８を離脱可能に接続する流体継手６８Ａ，６８Ｂが筐体２の外部に設けられている。

流体継手６８Ａは内部冷媒を第１の熱交換器８に供給する配管１６の先端に設けられ、流体継手６８Ｂは内部冷媒を第１の熱交換器８にから排出する配管１６の先端に設けられる。これにより、第１の熱交換器８が必要なときだけ、第１の熱交換器８を流体継手６８Ａ，６８Ｂにより接続して電子機器の内部の冷媒循環系に組み込むことができる。第１の熱交換器８が必要無いときには、第１の熱交換器８を流体継手６８Ａ，６８Ｂから離脱し、その代わり、バルブ付き短絡流路６６のバルブを開いておく。このように、第１の熱交換器８を筐体の外部で離脱可能に取り付ける構成としておくことで、筐体２の内部に第１の熱交換器８を配置するスペースを設ける必要がなく、その分電子機器の筐体２を小型化することができる。

なお、取り外し可能な第１の熱交換器８は、電子機器が収容されるラック状装置の部品として設けることとしてもよい。

図１６は本発明の第１１実施例による電子機器の概要を示す平面図である。本発明の第１０実施例による電子機器では、第１の熱交換器８を取り外し可能に接続する流体継手６８Ａ，６８Ｂが設けられ、且つ第１の熱交換器８に接続された配管１６を短絡する短絡流路７２と短絡流路７２を遮断するための遮断機構７０が設けられている。

短絡流路７２はバルブ付き短絡流路６６と同様に第１の熱交換器８に内部冷媒を供給する配管１６と、第１の熱交換器８から内部冷媒が排出される配管１６との間を短絡する流路であるが、それ自体には開閉弁は組み込まれていない。その代わり、第１の熱交換器８に設けられた遮断機構７０（上述の開閉機構に相当）により、短絡流路７２を遮断することができる。

具体的には、短絡流路７２は例えばゴムやプラスチックのような弾力性を有するチューブで形成されており、第１の熱交換器８に、このチューブを押し潰して遮断するための板状の遮断部材が取り付けられる。この遮断部材と弾力性を有するチューブとにより遮断機構７０が構成される。第１の熱交換器８を流体継手６８Ａ，６８Ｂに接続したときは、弾力性を有するチューブよりなる短絡通路７０に板状の部材が押し付けられることで、短絡流路７０が遮断される。第１の熱交換器８を取り外すと遮断部材も共に取り除かれ、チューブの遮断が解除されて短絡流路は導通して短絡状態となる。

このように、第１の熱交換器８の取り付けに伴って短絡流路を遮断する遮断機構としては他に様々な機構が考えられる。例えば、短絡流路にボールバルブを組み込んでおき、第１の熱交換器８を取り付けることにより、ボールバルブのハンドルが回転されてボールバルブが閉じるような構成が考えられる。

以上のように本発明は以下の発明を開示する。

（付記１）
内部に発熱部品を有する電子機器であって、
該発熱部品を含む構成部品を収容する筐体と、
前記発熱部品から熱を吸収する吸熱部と、該吸熱部で吸収した熱を放出する放熱部との間を循環する液体の内部冷媒の冷媒循環系と
を有し、
前記冷媒循環系の前記放熱部は、
前記電子機器の外部から供給される液体の外部冷媒と前記内部冷媒との間で熱交換を行う第１の熱交換器と、
前記筐体から外部に排出される空気と前記内部冷媒との間で熱交換を行う第２の熱交換器と
を含むことを特徴とする電子機器。

（付記２）
付記１記載の電子機器であって、
前記第２の熱交換器の近傍に送風機が設けられ、該送風機により前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出することを特徴とする電子機器。

（付記３）
付記１記載の電子機器であって、
前記冷媒循環系の前記吸熱部は、前記発熱部品に設けられたヒートシンクであることを特徴とする電子機器。

（付記４）
付記１記載の電子機器であって、
前記第１の熱交換器は、前記内部冷媒の流路に沿って、前記吸熱部と前記第２の熱交換器の間に配置されたことを特徴とする電子機器。

（付記５）
付記１記載の電子機器であって、
前記第２の熱交換器の近傍に配置され、前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出する送風機と、
前記筐体の内部の空気温度を検出して空気温度検出信号を生成する空気温度検出器と、
前記冷媒循環系内の前記内部冷媒の温度を検出して冷媒温度検出信号を生成する冷媒温度検出器と、
前記空気検出信号と前記冷媒温度検出信号とに基づいて、前記送風機の送風量を制御する制御部と
を更に有することを特徴とする電子機器。

（付記６）
付記５記載の電子機器であって、
前記制御部は、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器の間における前記内部冷媒の温度と前記空気温度検出器により検出された温度との差が、予め設定した閾値を越えている場合は前記送風機の送風量を制御し、該差が該閾値以下の場合は前記送風機を停止させることを特徴とする電子機器。

（付記７）
付記１記載の電子機器であって、
前記外部冷媒の流量を検出して流量検出信号を生成する流量計と、
前記第２の熱交換器の近傍に配置され、前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出する送風機と、
前記流量検出信号に基づいて、前記前記送風機の送風量を制御する制御部と
を更に有することを特徴とする電子機器。

（付記８）
付記１記載の電子機器であって、
前記外部冷媒を前記第１の熱交換器に供給又は排出するための外部冷媒配管に流体継手が設けられたことを特徴とする電子機器。

（付記９）
付記１記載の電子機器であって、
前記外部冷媒を前記第１の熱交換器に供給又は排出するための外部冷媒配管に開閉弁が設けられたことを特徴とする電子機器。

（付記１０）
付記１記載の電子機器であって、
前記外部冷媒を前記第１の熱交換器に供給するための外部冷媒配管と、前記外部冷媒を前記第１の熱交換器から排出するための外部冷媒配管との間にリリーフ弁が設けられたことを特徴とする電子機器。

（付記１１）
付記１記載の電子機器であって、
前記外部冷媒を前記第１の熱交換器に供給又は排出するための外部冷媒配管に設けられた電磁開閉弁と、
該電磁開閉弁の開閉を制御する制御部と
を更に有することを特徴とする電子機器。

（付記１２）
付記１記載の電子機器であって、
前記第１の熱交換器に前記内部冷媒を供給する配管と、前記第１の熱交換器から前記内部冷媒を排出する配管との間を短絡する短絡流路が設けられ、該短絡流路を開閉する開閉機構が設けられたことを特徴とする電子機器。

（付記１３）
付記１２記載の電子機器であって、
前記開閉機構は前記短絡流路に組み込まれた開閉弁であることを特徴とする電子機器。

（付記１４）
付記１３記載の電子機器であって、
前記開閉弁は電磁開閉弁であることを特徴とする電子機器。

（付記１５）
付記１２記載の電子機器であって、
前記短絡流路は弾性を有するチューブを有し、
前記チューブを押圧して押し潰すことにより前記短絡流路を遮断する遮断部材が前記第１の熱交換器に取り付けられていることを特徴とする電子機器。

（付記１６）
付記１５記載の電子機器であって、
前記第１の熱交換器は、流体継手を用いて取り外し可能に取り付けられることを特徴とする電子機器。

（付記１７）
付記１記載の電子機器であって、
前記第１の熱交換器は、流体継手を用いて取り外し可能に取り付けられることを特徴とする電子機器。

（付記１８）
付記１乃至１７のうちいずれか一項記載の電子機器を少なくとも一つ筐体内に収容したラック状装置。

（付記１９）
内部に発熱部品を有する電子機器と、
液体の外部冷媒が外部から供給され、前記電子機器に接続可能に構成された液−液式の熱交換器と
を有し、
前記電子機器は、
該発熱部品を含む構成部品を収容する筐体と、
前記発熱部品から熱を吸収する吸熱部と、該吸熱部で吸収した熱を放出する放熱部との間を循環する液体の内部冷媒の冷媒循環系と
を有し、
前記冷媒循環系の前記放熱部は、
前記筐体から外部に排出される空気と前記内部冷媒との間で熱交換を行う気−液式の熱交換器を含むことを特徴とするラック状装置。

空調機によるラック周囲の空気の循環を示す模式図である。 水冷式の熱交換器が設けられたラックの模式図である。 本発明の第１実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 図３に示す電子機器が収容されたラックを空調室に設置した状態を示す簡略図である。 本発明の第２実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 冷媒循環系に沿った内部冷媒の温度を示すグラフである。 ファンの駆動制御の一例を説明するための図である。 本発明の第３実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 本発明の第４実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 本発明の第５実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 本発明の第６実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 本発明の第７実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 本発明の第８実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 本発明の第９実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 本発明の第１０実施例による電子機器の概要を示す平面図である。 本発明の第１１実施例による電子機器の概要を示す平面図である。

符号の説明

２ 筐体
４ 電源ユニット
６ ヒートシンク
８ 第１の熱交換器
１０ 第２の熱交換器
１２ タンク
１４ ポンプ
１６ 配管
１８Ａ，１８Ｂ 外部冷媒配管
２０ ファン
３０ ラック
３２，３４ 電子機器
３６Ａ，３６Ｂ マニフォールド
３８Ａ 外部冷媒供給配管
３８Ｂ 外部冷媒帰還配管
４０ 空調室
４０ａ 天井開口
４０ｂ 床開口
４２ 空調機
５０ 制御器
５２ 空気温度センサ
５４ 冷媒温度センサ
５６ 流量計
５８Ａ，５８Ｂ 流体継手
６０ 開閉弁
６２ リリーフ弁
６４ 電磁開閉弁
６６ バルブ付き短絡流路
６８Ａ，６８Ｂ 流体継手
７０ 遮断機構
７２ 短絡流路

Claims (10)

1. 内部に発熱部品を有する電子機器であって、
   該発熱部品を含む構成部品を収容する筐体と、
   前記発熱部品から熱を吸収する吸熱部と、該吸熱部で吸収した熱を放出する放熱部との間を循環する液体の内部冷媒の冷媒循環系と
   を有し、
   前記冷媒循環系の前記放熱部は、
   前記電子機器の外部から供給される液体の外部冷媒と前記内部冷媒との間で熱交換を行う第１の熱交換器と、
   前記筐体から外部に排出される空気と前記内部冷媒との間で熱交換を行う第２の熱交換器と
   を含み、
   前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器は、前記内部冷媒の流路に沿って直列に設置されていることを特徴とする電子機器。
2. 請求項１記載の電子機器であって、
   前記第１の熱交換器は、前記内部冷媒の流路に沿って、前記吸熱部と前記第２の熱交換器の間に配置されたことを特徴とする電子機器。
3. 請求項１記載の電子機器であって、
   前記第２の熱交換器の近傍に配置され、前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出する送風機と、
   前記筐体の内部の空気温度を検出して空気温度検出信号を生成する空気温度検出器と、
   前記冷媒循環系内の前記内部冷媒の温度を検出して冷媒温度検出信号を生成する冷媒温度検出器と、
   前記空気検出信号と前記冷媒温度検出信号とに基づいて、前記送風機の送風量を制御する制御部と
   を更に有することを特徴とする電子機器。
4. 請求項１記載の電子機器であって、
   前記外部冷媒の流量を検出して流量検出信号を生成する流量計と、
   前記第２の熱交換器の近傍に配置され、前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出する送風機と、
   前記流量検出信号に基づいて、前記前記送風機の送風量を制御する制御部と
   を更に有することを特徴とする電子機器。
5. 請求項１記載の電子機器であって、
   前記外部冷媒を前記第１の熱交換器に供給又は排出するための外部冷媒配管に流体継手が設けられたことを特徴とする電子機器。
6. 請求項１記載の電子機器であって、
   前記外部冷媒を前記第１の熱交換器に供給又は排出するための外部冷媒配管に開閉弁が設けられたことを特徴とする電子機器。
7. 請求項１記載の電子機器であって、
   前記外部冷媒を前記第１の熱交換器に供給又は排出するための外部冷媒配管に設けられた電磁開閉弁と、
   該電磁開閉弁の開閉を制御する制御部と
   を更に有することを特徴とする電子機器。
8. 請求項１記載の電子機器であって、
   前記第１の熱交換器に前記内部冷媒を供給する配管と、前記第１の熱交換器から前記内部冷媒を排出する配管との間を短絡する短絡流路が設けられ、該短絡流路を開閉する開閉機構が設けられたことを特徴とする電子機器。
9. 請求項１乃至８うちいずれか一項記載の電子機器を少なくとも一つ筐体内に収容したラック状装置。
10. 内部に発熱部品を有する電子機器と、
    液体の外部冷媒が外部から供給され、流体継手により前記電子機器に離脱可能に接続された液−液式の熱交換器と
    を有し、
    前記電子機器は、
    該発熱部品を含む構成部品を収容する筐体と、
    前記発熱部品から熱を吸収する吸熱部と、該吸熱部で吸収した熱を放出する放熱部との間を循環する液体の内部冷媒の冷媒循環系と
    を有し、
    前記冷媒循環系の前記放熱部は、
    前記筐体から外部に排出される空気と前記内部冷媒との間で熱交換を行う気−液式の熱交換器を含み、
    前記液−液式の熱交換器と前記気−液式の熱交換器は、前記内部冷媒の流路に沿って直列に設置されていることを特徴とするラック状装置。

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