JP5800057B2 - 液冷用配管装置及び冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、密閉状態にある液冷用配管装置内の液冷配管において温度変化に伴い発生する圧力の変化を抑制する構造、また、液冷用配管装置を用いた冷却装置及び電子機器装置に関するものである。

従来、冷却装置に搭載された液冷用配管装置は、保管する時などに冷却装置から取り外すと、液冷電子機器内の液冷配管が密閉状態になる。密閉状態にある液冷用配管装置は温度変化を受けると液冷用配管装置の内部に遮蔽された冷却液の密度変化に伴ない発生する圧力変化で変形するおそれがある。

特許文献１には、筐体が冷えたときに生じる筐体内の負圧をシリンダ内のピストンにより緩和する圧力緩和装置が記載されている。特許文献２には、リザーブタンク内を仕切る仕切り部材やリザーブタンク内に袋体を有する水冷式冷却装置が記載されている。特許文献３には、密封されたリザーブタンク内にボールを封入したものが記載されている。なお、特許文献４及び特許文献５には、筐体に基板（カード）などの電子機器を固定する固定具であるリテーナ（リテイナ）が記載されている。

特開２００１−２５４８２９号公報（第１図） 特開２００７−１０７７６７号公報（第１図、第３図） 特開２００３−２８６８４７号公報（第３図） 特開平５−１５２号公報（第１図） 特開平８−１８１４７０号公報（第１図、第２図）

従来の液冷用配管装置の液冷配管は冷却性能の向上を優先するため、肉厚を薄くする必要があり構造的には剛性が上げられない。そこで従来は、保管する時などに冷却装置から取り外したときに生じる圧力変化に対しリリーフバルブなどの圧力変化を抑制する外部インターフェースを設けるか、予め圧力変化の原因となる冷却液を除去する作業を行っている。しかし、冷却液の除去を行った場合、改めて液冷用配管装置を利用する時には冷却液を液冷用配管装置に充填する必要がある。この充填が不十分であると液冷用配管装置内の液冷配管に気体が残留し液冷電子機器の冷却性能の低下及び脈動などによる破損するおそれがあるという課題がある。一方で、冷却液の除去、充填作業を省くために、液冷用配管装置にリリーフバルブなどの外部インターフェースを設ける場合には、アクセス性の良い実装スペースが必要となってしまうため液冷用配管装置により冷却される電子機器の実装スペースが狭くなるという課題がある。

なお、引用文献１に記載の圧力緩和装置は、冷却液を充填した液冷配管に関するものではない。また、引用文献２及び３は、冷却水のリザーブタンク内の圧力に関するものである。引用文献２に記載の水冷式冷却装置は、リザーブタンクの傾きによる問題を解決するものであり、上記課題を解決するものではない。同じく、引用文献２に記載のものは、冷却水量の変化による影響を緩和するものであり、上記課題を解決するものではない。さらに、特許文献４及び特許文献５には、固定具であるリテーナ（リテイナ）により筐体に固定された基板（カード）などの電子機器を冷却する記載がない。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、圧力変化に対処するリリーフバルブ等の特別な外部インターフェースを設けず、冷却液の除去、充填作業を不要にし、液冷用配管装置、冷却装置及び電子機器装置の利用停止、利用再開時の冷却液除去・充填作業時間が要らない簡易な圧力変化抑制構造を有する液冷用配管装置、冷却装置及び電子機器装置の提供を目的とする。

この発明に係る液冷用配管装置は、筐体と、前記筐体の内部に設けられ、外部から冷却液が流入する流入側流路、前記筐体の内部に設けられ、外部へ冷却液を流出させる流出側流路、及び一端が前記流入側流路に接続され、他端が前記流出側流路に接続されて、冷却液の循環時に一端側から他端側に冷却液が流れる熱交換流路により構成される液冷配管と、前記流入側流路と前記筐体の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う流入弁と、前記流出側流路と前記筐体の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う流出弁と、前記熱交換流路の前記一端が接続する箇所に対して前記流入弁が存在する側とは反対側の前記流入側流路に連通する開口を有するキャビティ部と、前記キャビティ部の内部に配置され、又は、前記キャビティ部の内部を仕切り、前記流入弁及び前記流出弁の遮蔽時における前記液冷配管内部に密閉された冷却液の膨張及び収縮による内圧変化を補償する圧力変化抑制部材と、前記圧力変化抑制部材を保持する部材保持機構とを備えるようにしたものである。

この発明に係る冷却装置は、発熱物体を載置した上記の液冷用配管装置と、冷却液を送り出すポンプ部と、前記流入弁に接続され前記ポンプ部からの冷却液を前記流入側流路に送る送出配管と、前記流出弁に接続され、前記流出側流路から排出される冷却液を受入れる受入配管と、この受入配管に排出され前記ポンプにより循環させられる冷却液を、所定の温度にする熱交換部とを備えるようにしたものである。

以上のように、この発明によれば、流入弁及び流出弁が閉じられたときに、液冷配管内に密封された冷却液の膨張及び収縮による液冷配管の内圧変化が圧力変化抑制部材によって補償することが可能な液冷用配管装置および冷却装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る電子機器装置の固定筐体（冷却装置）及び筐体（液冷用配管装置）の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電子機器装置の固定筐体（冷却装置）及び筐体（液冷用配管装置）の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る冷却装置の固定筐体による筐体固定説明図である。 この発明の実施の形態１に係る液冷用配管装置の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る液冷用配管装置内の液冷配管の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る液冷用配管装置の構成図である。 この発明の原理に係る密閉配管モデルに充填された気体モデルの温度変化による影響の説明図である。 この発明の実施の形態２に係る液冷用配管装置の構成図である。 この発明の実施の形態３に係る液冷用配管装置の構成図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１〜７を用いて説明する。図１（ａ）は液冷用配管装置を取り付けていない状態の冷却装置の構成図、図１（ｂ）は液冷用配管装置の構成図、図３（ａ）はリテイナを装着した液冷用配管装置の構成図、図３（ｂ）は固定筐体のガイドシャーシに筐体を固定した状態を示す図、図５（ａ）（ｂ）は、液冷用配管装置内の液冷配管の構成図、図６（ａ）は液冷用配管装置の構成図、図６（ｂ）は液冷用配管装置のキャビティ部の拡大図、図６（ｃ）はダイヤフラムの概観図、図７（ａ）は密閉配管モデルに充填された気体モデルの温度変化による影響の示す図、図７（ｂ）は密閉配管モデルに充填された気体モデルの温度変化による影響を気体モデルで緩和している状態を示す図である。

図１〜７において、１は液冷用配管装置を構成する平板状の筐体、２は筐体１に載置される高周波モジュールやアクティブ素子などの電子部品が実装された基板である電子機器、３は筐体１を固定し、冷却装置を構成する固定筐体（ラック）であり、複数の筐体１を固定してもよい。４は冷却液を送り出すポンプ部、５は冷却液を所定の温度に収めて前記ポンプ部に送還する熱交換部、６はポンプ部４と熱交換部５とを繋ぐ冷却液循環配管、７は固定筐体３とポンプ部とを繋ぐ送出配管、８は固定筐体３と熱交換部５とを繋ぐ受入配管、９は固定筐体３の内部に設けられ、送出配管７と連通する送出配管、１０は固定筐体３の内部に設けられ、受入配管８と連通する受入配管、１１は筐体１の内部に設けられた液冷配管であり、内部を流れる冷却液の圧力に耐えるために円筒状の管が理想的であるが、これに限るものではない。１２は液冷配管１１に接続され、筐体１の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う筒状の流入弁、１３は液冷配管１１に接続され、筐体１の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う筒状の流出弁、１４は筐体１の内部に設けられた送出配管９と連通し、筐体１の流入弁１２が挿入される送出側挿入口、１５は筐体１の内部に設けられた配管１０と連通し、筐体１の流出弁１３が挿入される受入側挿入口である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

ここで、流入弁１２は、送出側挿入口１４に挿入されたときに弁を開き、液冷配管１１と送出配管９とを連通させるものであり、流入弁１２が送出側挿入口１４から取り外されたときは弁を閉じて、液冷配管１１を密封させるものである。送出側挿入口１４は、流入弁１２が取り外されたときに送出側挿入口１４も閉じるような構造（弁）にするとよい。同じく、流出弁１３は、受入側挿入口１５に挿入されたときに弁を開き、液冷配管１１と受入配管１０とを連通させるものであり、流出弁１３が受入側挿入口１５から取り外されたときは弁を閉じて、液冷配管１１を密封させるものである。受入側挿入口１５は、流出弁１３が取り外されたときに受入側挿入口１５も閉じるような構造（弁）にするとよい。さらに、流入弁１２は、送出側挿入口１４へ挿入する部材を送出側挿入口１４との間に設けた別構造の部材でもよい。その場合は、流入弁１２は送出側挿入口１４に挿入される部分が無くてもよい。同じく、流出弁１３は、受入側挿入口１５へ挿入する部材を受入側挿入口１５との間に設けた別構造の部材でもよい。その場合は、流出弁１３は受入側挿入口１５に挿入される部分が無くてもよい。

図１〜７において、１ａは筐体１上に形成された電子機器２を載置するエリアである電子機器載置部、１６は固定筐体３に形成された筐体１をスライドさせて挿入され、支持するガイドシャーシであり、ガイドシャーシ１６は、図面の簡略化のために、図３のみに記載しており、他の図面では省略しているが、固定筐体３が筐体１を支持している状態では、ガイドシャーシ１６が介在しているものとする。１７はガイドシャーシ１６に挿入された筐体１を固定する固定具であるリテイナである。ガイドシャーシ１６も筐体１を固定する固定具であるといえる。１８は筐体１の隅部分に配置され、液冷配管１１に連通する開口を有するキャビティ部、なお、キャビティ部１８の液冷配管１１と連通する開口は、筐体１側に形成された突起部１８ａ、突起部１８ｂにより構成される。また、キャビティ部１８には、圧力変化抑制部材がキャビティ部１８の内部に配置、又は、キャビティ部１８の内部を仕切るように設けられている。さらに、キャビティ部１８は、筐体１の隅部に形成する必要はないが、隅部にキャビティ部１８を形成することで、コンパクトな液冷用配管筐体を得ることができる。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

図１〜７において、１９は流入弁１２により筐体１の外部に対する遮蔽と開放され、外部から冷却液が流入する流入側流路、２０は流出弁１３により筐体１の外部に対する遮蔽と開放され、外部へ冷却液を流出させる流出側流路、２１は一端が流入側流路１９に接続され、他端が流出側流路２０に接続されて、冷却液の循環時に一端側から他端側に冷却液が流れるメアンダ（ｍｅａｎｄｅｒ：蛇行、ジグザグ）状に曲がった配管で構成される熱交換流路、２２は一端が流入側流路１９に接続され、他端が流出側流路２０に接続されて、冷却液の循環時に一端側から他端側に冷却液が流れる複数の熱交換流路である。液冷配管１１は、流入側流路１９，熱交換流路２１（熱交換流路２２），流出側流路２０から構成される。なお、本願の図面においては、流入側流路１９，熱交換流路２１（熱交換流路２２），流出側流路２０を簡略化して、液冷配管１１のみ点線で示している場合がある。なお、筐体１の内部に設けられ、外部から冷却液が流入する流入側流路１９に対向して設けられ、外部へ冷却液を流出させる流出側流路２０との間に熱交換流路２１（熱交換流路２２）を配することで、コンパクトな筐体１を得ることできるだけでなく、載置する電子機器の面積を大きくすることができる。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

図１〜７において、２３は筐体１の突起部１８ａ及び突起部１８ｂに取り付けることで内部にキャビティ部１８が設けられるキャビティ用筐体、２４はキャビティ用筐体を筐体１に固定するネジ、２５は圧力変化抑制部材であり、突起部１８ａ及び突起部１８ｂとキャビティ用筐体２３との間に挟み込まれ、四隅にネジ２４を通すネジ穴が開けられた弾性膜であるダイヤフラム、２６は密閉配管モデル、２７は密閉配管モデル２６と同じ材質、同じ径の密閉配管モデル、２８は密閉配管モデル２６や密閉配管モデル２７に充填される液体モデル、２９は密閉配管モデル２７内の気体モデル、３０は密閉配管モデル２７の内部に形成され、気体モデル２９が封入された弾性体モデルである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

実施の形態１に係る液冷用配管装置，冷却装置，電子機器装置の相互の関係は、液冷用配管装置が固定筐体３に固定されたものが冷却装置であり、液冷用配管装置が固定筐体３に固定され、冷却配管により冷却される電子機器２を有するものが電子機器装置である。このように、液冷用配管装置，冷却装置，電子機器装置は密接に関連しあっているので、実施の形態を分けずにまとめて説明する。そこで、便宜上、本願の実施に形態では、電子機器２が載置された液冷用配管装置を液冷用配管装置と称する場合や電子機器２を有する冷却装置を冷却装置とする場合がある。これらの状態とは逆に、液冷用配管装置が固定筐体３に固定されていないものを冷却装置と称し、液冷用配管装置が固定筐体３に固定されていないものや電子機器２を有していないものを電子機器装置と称する場合もある。

以下、詳細構成や動作について説明する。図１（ａ）に記載の液冷用配管装置を取り付けていない状態の冷却装置に、図１（ｂ）に記載の電子機器２が載置された液冷用配管装置を取り付けることで、実施の形態１に係る電子機器装置が構成されている（図２）。ここで、液冷用配管装置の筐体１は、図３（ａ）に示すように、リテイナ１７が表面に設けられており、この状態で、筐体１は固定筐体３の内部に設けられたガイドシャーシ１６に挿入して、流入弁１２を送出側挿入口１４に、流出弁１３を受入側挿入口１５に、嵌合させて、筐体１をリテイナ１７によりガイドシャーシ１６に固定する。図３（ｂ）は、筐体１をガイドシャーシ１６に挿入して、リテイナ１７で固定した状態を挿入方向に対して垂直方向から見た断面図（一つのガイドシャーシ１６付近）である。リテイナ１７は、図３（ｂ）のように、矢印方向にガイドシャーシ１６と筐体１とを押し付けるものであってもよいし（例えば、特許文献５に記載のもの）、ガイドシャーシ１６と筐体１との間に部材の主要部分を介在させずに、筐体１をガイドシャーシ１６に固定するものであってもよい（例えば、特許文献４に記載のもの）。なお、ガイドシャーシ１６への筐体１の挿入で、筐体１が固定できる場合は、リテイナ１７が不要な場合もある。

ガイドシャーシ１６及びリテイナ１７を使った固定筐体３への筐体１の固定方法を説明したが、電子機器２を同様の構造で固定筐体３に固定してもよい。このとき、筐体１へ電子機器２を重ねて、ガイドシャーシに挿入する場合と、固定筐体３へ筐体１と電子機器２とを別に挿入する場合が代表例として考えられる。いずれの場合も、電子機器載置部１ａと電子機器２の熱を発する部分（発熱部分）とが接触しているか、接触していない場合でも、少なくとも、電子機器２の発熱部分が筐体１に内蔵された液冷配管１１（特に、熱交換流路２１又は熱交換流路２２）により冷却されている。別の部材を介在させるなどが考えられる。

前者であれば、ガイドシャーシ１６の大きさを筐体１と電子機器２とを重ね合わせた厚みに対応した寸法にすればよい。リテイナに関しても、リテイナ１７に関して説明した内容と同様である。この場合のガイドシャーシ１６は、筐体１の固定具（第１の固定具）でもあり、電子機器２の固定具（第１の固定具）でもあるので、第１の固定具と第１の固定具とは一体であると解釈できる。よって、筐体１及び電子機器２を共に固定筐体３に固定する機能がガイドシャーシ１６（リテイナ１７併用の場合を含む）にあるといえる。また、前述のように、少なくとも、電子機器２の発熱部分が筐体１に内蔵された液冷配管１１（特に、熱交換流路２１又は熱交換流路２２）により冷却されておれば、筐体１と電子機器２との固定されている端部は、互いに接触している必要はないが、このときは、ガイドシャーシ１６により筐体１を固定し、電子機器２の固定具（第２の固定具）であるガイドシャーシ（図示は省略）を別途、固定筐体３に設けて、電子機器２を固定すればよい。なお、別途、設ける電子機器２の固定具であるガイドシャーシは、リテイナと組み合わせてもよいが、ガイドシャーシへの電子機器２の挿入で、電子機器２が固定できる場合は、リテイナが不要な場合もある。さらに、筐体１固定用のガイドシャーシ１６と電子機器２固定用のガイドシャーシとをリテイナ１７でまとめて固定してもよい。

続いて、後者（固定筐体３へ筐体１と電子機器２とを別に挿入する場合）であれば、ガイドシャーシ１６は、筐体１の固定具（第１の固定具）あり、電子機器２の固定具（第２の固定具）であるガイドシャーシ（図示は省略）を別途、固定筐体３に設けて、電子機器２を固定する必要がある。このときは、固定筐体３へ挿入後の筐体１と電子機器２とが距離が離れすぎないことが前提条件となるが、固定筐体３へ挿入後の筐体１と電子機器２とが距離が離れていても、少なくとも、電子機器２の熱を発する部分（発熱部分）が筐体１に内蔵された液冷配管１１（特に、熱交換流路２１又は熱交換流路２２）により冷却されておればよい。また、前者と同様に、別途、設ける電子機器２の固定具であるガイドシャーシは、リテイナと組み合わせてもよいが、ガイドシャーシへの電子機器２の挿入で、電子機器２が固定できる場合は、リテイナが不要な場合もある。さらに、筐体１固定用のガイドシャーシ１６と電子機器２固定用のガイドシャーシとをリテイナ１７でまとめて固定してもよい。

図２に記載の電子機器装置の動作は、冷却液の循環サイクルと電子機器２の冷却プロセスからなる。冷却液の循環サイクルは、次の通りある。液冷配管１１に冷却液を循環させて、熱交換流路２２（熱交換流路２２）付近の発熱物体（電子機器２）を冷却するため、ポンプ部４から冷却液を送出配管７及び送出配管９に送り出し、流入弁１２に接続された液冷配管１１（流入側流路１９）に冷却液を送る。液冷配管１１に送られた冷却液は、液冷配管１１（流出側流路２０）に接続された流出弁１３を介して冷却液を受入配管１０及び受入配管８へ排出される（送られる）。熱交換部５は、受入配管８が流出側流路２０から受け取った冷却液を所定の温度に収めてポンプ部４に冷却液循環配管６を介して送還する。この冷却液の循環サイクルにより循環する冷却液により、熱を発する発熱物体である電子機器２が冷却されて、所望の動作が実行される。

電子機器２の冷却プロセスを図４及び５を用いて説明する。電子機器２は、図４に示すように、液冷用配管装置の筐体１に設けられた電子機器載置部１ａに載置されて、冷却される。電子機器載置部１ａの背面（内部）には、図５に示すように、液冷配管１１を構成する配管のうち、断面が管状の熱交換流路２１又は熱交換流路２２が配置されている。その流路の配管を通過する冷却液との熱交換より電子機器２が冷却される。この熱交換により温度が上昇した冷却液は、前述の冷却液の循環サイクルにより、熱交換部５において所定の温度に収められ、液冷配管１１に戻ってくる。図５（ａ）は熱交換流路がメアンダ状の熱交換流路２１を示しており、図５（ｂ）は熱交換流路が複数本ある熱交換流路２１を示している。熱交換流路に関しては、熱交換流路２１や熱交換流路２２以外にも、熱交換流路２１と熱交換流路２２とを組み合わせたような形状であるメアンダ状に曲がった複数の配管でもよい。また、一般的に電子部品を搭載した電子機器を冷却する配管であれば、これらのような形状である必要はないが、熱交換流路の断面積は、流入側流路１９及び流出側流路２０との接続部分の配管断面積が流入側流路１９及び流出側流路２０よりも小さい方が、流量，圧損特性に対して冷却効率がよい。図５（ｂ）の形状において、熱交換流路２２における各流路の冷却性能の均一化が図れる。

ここでは、電子機器２の冷却プロセスの主体である液冷用配管装置の詳細構成、特に、流入弁１２と流出弁１３とが閉じ、冷却液が冷却配管１１内に密封されている状態での冷却液の体積が変化したときに、冷却配管１１の内圧を補償する構成に関して説明する。まず、液冷配管１１内に、冷却液が密封された状態を説明する。筐体１の内部に設けられ、液冷用配管装置にとり外部である送出配管９から冷却液が流入する流入側流路１９に接続され、流入側流路１９と筐体１の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う流入弁１２が閉じられ、さらに、流入側流路１９に対向して設けられ、液冷用配管装置にとり外部である受入配管１０へ冷却液を流出させる流出側流路２０に接続され、流出側流路２０と筐体１の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う流出弁１３が閉じられたときに、図４や図６（ａ）に記載の液冷用配管装置（電子機器２載置状態を示しているがこれに限るものではない。）のように、液冷配管１１内に、冷却液が密封された状態になる。

次に、筐体１の隅部分に配置され、流入側流路１９に連通し、流入弁１２と対向して開口が配置されるキャビティ部１８が、液冷配管１１内に、密封された冷却液の体積変化による液冷配管１１の内圧変化を吸収するものである。図６（ｂ）に記載のように、キャビティ部１８の内部を分断して仕切る圧力変化抑制部材であるダイヤフラム２５（ダイヤフラム２５の形状を図６（ｃ）に記す。）が突起部１８ａ，１８ｂとキャビティ用筐体２３との間に配置され、ネジ２４にて固定されている。すなわち、このダイヤフラム２５を保持する部材保持機構は、突起部１８ａ及び突起部１８ｂにより形成された開口又はその周辺，キャビティ用筐体２３，ネジ２４のいずれか、若しくは、全てといえる。そして、流入弁１２及び流出弁１３の遮蔽時における内部に密閉された冷却液の膨張及び収縮による密閉配管状態である液冷配管１１の内圧変化がダイヤフラム２５によって補償される。なお、キャビティ部１８（筐体１）の開口は、筐体１の隅部分に配置され、流出側流路２０に連通し、流出弁１３と対向して配置してもよい。

ここで、圧力変化抑制部材が配管の内圧を補償する原理を液体モデル２８、気体モデル２９、弾性体モデル３０と図７を用いて説明する。温度変化による密閉配管の変形するおそれを低減するためには、密閉配管内の体積を一定に保つ必要がある。液体は圧力によって体積（密度）は殆ど変化しないが、気体は圧力によって反比例的に体積（密度）が変化する。このため、液冷配管１１内の冷却液の温度変化に伴う密度変化を抑制し液冷配管内の体積変化させないための圧力は液体単体より、液体と気体の混合体の方が大幅に小さい。以下に詳細を述べる。

図７（ａ）及び（ｂ）に、従来および本願に係る２次元モデルを描く。図７（ａ）は密閉配管モデル２６内に冷却液である液体モデル２８のみがある従来の液冷配管構造の断面図、図７（ｂ）は密閉配管モデル２７内に冷却液である液体モデル２８だけでなく気体モデル２９を内包する弾性体モデル３０が配置された本願に係る構造である。なお、液体の圧力・温度に応じた密度変化は数式「数１」（出典：日本機械学会誌 第６０巻４６５号 ２０８頁 昭和３２（１９５７）年１０月）等で近似される。また、質量が一定の場合、理想気体の圧力・温度・体積の状態は数式「数２」の関係で定数になることが分かっている。

図７（ａ）において、密閉配管モデル２６の容積が変化しない場合、液体モデル２８に温度変化が生じると、密度を一定に保つため数式「数１」に基づいて圧力が変化する（ステップ２）。この圧力変化を密閉配管モデル２６が許容できない場合は、密閉配管モデル２６に変形が生じる（ステップ３）。

図７（ｂ）において、本願に係る構造では液体モデル２８の密度変化、すなわち密閉配管モデル２７における液体モデル２８の体積変化（ステップ２）を、気体モデル２９を内包する弾性体モデル３０の体積変化で補うため、密閉配管モデル２７への圧力変化が大幅に抑制され、密閉配管モデル２６では耐えられなかった液体モデル２８の体積変化に対しても、密閉配管モデル２７で生じる変形は無視できる程度に抑えられる可能性が高まる（ステップ３）。この時の圧力変化量は数式「数１」に応じて変化した体積変化量を数式「数２」に代入することにより求めることができる。

このような原理をふまえて、実施の形態１に係る液冷用配管筐体の説明を図６（ｂ）により行う。キャビティ部１８用のスペースを持つキャビティ用筐体２３を液冷配管１１とキャビティ部１８とが連通するように筐体１にネジ２４で締結する。この時に、キャビティ用筐体２３と液冷配管１１の間に合成ゴムやウレタンなどを素材とするダイヤフラム２５を挟み込む。このダイヤフラム２５が液冷配管１１内の冷却液とキャビティ用筐体２３内のキャビティ部１８を分断して、キャビティ用筐体２３よりのキャビティ部１８に気体室が設けられる。冷却液の温度が上昇すると、冷却液の体積が増えその体積変化を吸収するためキャビティ部１８内の気体室の容積が小さくなるようダイヤフラム２５が図６（ｂ）では上側の矢印方向に変形する。また、冷却液の温度が下降した時は、冷却液の体積が減り、この体積変化を吸収するためキャビティ部１８内の気体室の容積を大きくなるようダイヤフラム２５が図６（ｂ）では下側の矢印方向に変形する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図８を用いて説明する。実施の形態１では、圧力変化抑制部材にダイヤフラム２５を用いた液冷用配管装置、冷却装置及び電子機器装置を説明したが、この実施の形態２では、圧力変化抑制部材に内部に気体が充填された弾性体である風船型弾性体（ボール型弾性体）を用いて、数式２「数２」における圧力のバランスにおいて、ダイヤフラム２５の弾性の影響がより強く出ず、圧力変化の抑制効果がより大きい圧力変化抑制部材を有する液冷用配管装置、冷却装置及び電子機器装置を説明する。なお、実施の形態１と同様の部分は説明を省略する。図８（ａ）は液冷用配管装置の構成図（断面図のため、風船型弾性体が輪切り状になりの内部の気体室が見えている状態）、図８（ｂ）は液冷用配管装置のキャビティ部の拡大図（断面図のため、風船型弾性体が輪切り状になりの内部の気体室が見えている状態）である。

図８において、３１はキャビティ部１８を封止する蓋であり、キャビティ部１８（筐体１）の第２の開口に取り付けられるキャビティ用蓋、３２はキャビティ用蓋３１と筐体１との間のパッキンであるキャビティ用Ｏ−リング、３３はキャビティ用蓋３１を筐体１に固定するネジ、３４は圧力変化抑制部材であり、突起部１８ａ及び突起部１８ｂとキャビティ用蓋３１との間に挟み込まれ、内部に気体が充填された弾性体である風船型弾性体である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

また、実施の形態２と後述の実施の形態３においては、キャビティ部１８は、キャビティ用筐体２３を筐体１に取り付けることで形成されるものではなく、筐体１の隅に配置され、液冷配管１１に連通する開口を有する筒状の空間をキャビティ用蓋３１により蓋をすることによって形成されるものを用いて説明を行う。この場合のキャビティ部１８（筐体１）の開口は、突起部１８ａ，突起部１８ｂにより形成されるもの（第１の開口）と外部と連通する第２の開口とを有する。もちろん、実施の形態１と同じ構成のキャビティ部１８を実施の形態２と後述の実施の形態３に適用してもよいし、実施の形態２と後述の実施の形態３と同じ構成のキャビティ部１８を実施の形態１に適用してもよい。

なお、実施の形態１と同じ構成のキャビティ部１８を実施の形態２と後述の実施の形態３に適用する場合は、キャビティ部１８（筐体１）の第２の開口に相当するものをキャビティ筐体２３に形成してもよいし、形成せずに、キャビティ筐体２３の筐体１からの取り外しで、第２の開口の機能を満たしてもよい。つまり、キャビティ部１８は、筐体１から着脱自在に形成されてもよいし、筐体１と一体であってもよい。筐体１から着脱自在の場合は、キャビティ部１８の筐体１への装着により、機構である圧力変化抑制部材をキャビティ部１８の内部に保持する機構であるといえる。また、実施の形態２と後述の実施の形態３に適用する場合は、実施の形態１においても同様であるが、キャビティ筐体２３を筐体１に接続して、キャビティ部１８を形成するので、キャビティ筐体２３の寸法を変更することにより、気体室の容積も変更することが可能である。

冷却液が液冷配管１１内に密封された状態以降について説明する。それ以前の説明は、実施の形態１と同じである。図８（ｂ）に記載のように、キャビティ部１８の内部に圧力変化抑制部材である風船型弾性体３４がネジ３３にて筐体１に固定されたキャビティ用蓋３１と突起部１８ａ，１８ｂとの間に配置されている。すなわち、この風船型弾性体３４を保持する部材保持機構は、突起部１８ａ及び突起部１８ｂにより形成された開口又はその周辺，キャビティ用蓋３１，ネジ２４のいずれか、若しくは、全てといえる。そして、流入弁１２及び流出弁１３の遮蔽時における内部に密閉された冷却液の膨張及び収縮による密閉配管状態である液冷配管１１の内圧変化が風船型弾性体３４によって補償される。なお、キャビティ部１８（筐体１）の開口は、筐体１の隅部分に配置され、流出側流路２０に連通し、流出弁１３と対向して配置してもよい。

実施の形態２と実施の形態１との違いは、圧力変化抑制部材である風船型弾性体３４の内部が、気体室となっている点である。このため、風船型弾性体３４の外部であるキャビティ部１８内には、冷却液が充填されている状態、かつ、圧が掛かるので、キャビティ用Ｏ−リング３２によるシーリングは重要である。さらに、圧力変化抑制部材である風船型弾性体３４の外形が変形するので、気体室の容積を変更する変更代（しろ）を広くすることが可能であるという点である。詳しくは、キャビティ部１８の容積を大きく取り、それに対応する寸法の風船型弾性体３４を用いることにより、風船型弾性体３４の容積・表面積ともに変形量を大きくすることができる。つまり、気体室の大きさの変動幅を大きくすることができる。一方、実施の形態１に係るダイヤフラム２５では、キャビティ部１８の容積を大きく取ったとして、気体室の大きさの変動幅は、ダイヤフラム２５の面積に左右されるので、許容範囲が狭い。

キャビティ部１８用のスペースを持つ筐体１の内部に液冷配管１１と連通する開口を有する筒状のキャビティ部１８をキャビティ用蓋３１により蓋をしてネジ３３にて筐体１に締結する。この時に、キャビティ部１８が内包した合成ゴムやウレタンなどを素材とする風船型弾性体３４を配置する。風船型弾性体３４は液冷配管１１内の流れを妨げないよう、突起部１８ａ，突起部１８ｂによって区切られた領域（キャビティ部１８）に設置する。風船型弾性体３４は液冷配管１１内の冷却液の状態によって絶えず変形し劣化していくため定期的に交換が必要となる。側板３３は液冷配管１１からの冷却液の漏れが防げるようキャビティ用Ｏ−リング３２を有する。冷却液の温度が上昇した時は冷却液の密度が減り体積が増え、その体積膨張を吸収する形で風船型弾性体３４が収縮し（図８（ｂ）の矢印では、風船型弾性体３４の内側に向かう方向に収縮）、温度が下降した時は逆に冷却液の密度が上がり体積が収縮し、その体積変化を吸収する形で風船型弾性体３４が膨張（図８（ｂ）の矢印では、風船型弾性体３４の外側に向かう方向に膨張）することにより液冷配管１１内の圧力の変化を抑制する。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３について図９を用いて説明する。実施の形態２では、圧力変化抑制部材に風船型弾性体３４を用いた液冷用配管装置、冷却装置及び電子機器装置を説明したが、この実施の形態３では、圧力変化抑制部材に、キャビティ部１８の内部を摺動する摺動板を有するピストン構造により、キャビティ部の内部に気体室を形成したものを用いた。よって、実施の形態１及び２で説明した圧力変化抑制部材に対し、摺動板用Ｏ−リング３９の摺動があるため交換が必要ではあるが、圧力変化抑制部材に弾性体を使用していないので、変形劣化がなく、交換頻度は少なくてよく、信頼性は高い。液冷用配管装置、冷却装置及び電子機器装置を説明する。なお、実施の形態１及び２と同様の部分は説明を省略する。図９（ａ）は液冷用配管装置の構成図、図８（ｂ）は液冷用配管装置のキャビティ部の拡大図である。図９において、３５はキャビティ部１８を封止する蓋であり、キャビティ部１８（筐体１）の第２の開口に取り付けられるキャビティ用蓋、３６はキャビティ用蓋３１と筐体１との間のパッキンであるキャビティ用Ｏ−リング、３７はキャビティ用蓋３１を筐体１に固定するネジ、３８は圧力変化抑制部材であり、突起部１８ａ及び突起部１８ｂとキャビティ用蓋３１との間を摺動可能に配置され、キャビティ部１８を分断し、キャビティ用蓋３１との間に気体室を形成する摺動板（ピストン板）、３９は摺動板３８に設けられ、キャビティ部１８の気体室と液冷配管１１（キャビティ部１８の一部を含む）との間のパッキンである摺動板用Ｏ−リングである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

冷却液が液冷配管１１内に密封された状態以降について説明する。それ以前の説明は、実施の形態１及び２と同じである。図９（ｂ）に記載のように、キャビティ部１８の内部に圧力変化抑制部材である摺動板３８が、ネジ３７にて筐体１に固定されたキャビティ用蓋３５と突起部１８ａ，１８ｂとの間で上下に摺動可能に配置されている。すなわち、摺動板３８を保持する部材保持機構は、突起部１８ａ及び突起部１８ｂにより形成された開口又はその周辺，キャビティ用蓋３１のいずれか、若しくは、全てといえる。そして、流入弁１２及び流出弁１３の遮蔽時における内部に密閉された冷却液の膨張及び収縮による密閉配管状態である液冷配管１１の内圧変化が摺動板３８及びキャビティ部１８（この場合、キャビティ部１８はシリンダに相当する。）により構成されるピストン構造によって補償される。なお、キャビティ部１８（筐体１）の開口は、筐体１の隅部分に配置され、流出側流路２０に連通し、流出弁１３と対向して配置してもよい。キャビティ部１８内には、圧が掛かるので、キャビティ用Ｏ−リング３５及び摺動板用Ｏ−リングによるシーリングは重要である。

実施の形態３と実施の形態１との違いは、圧力変化抑制部材である摺動板３８が上下（図９の図面上において）に摺動するので、気体室の容積を変更する変更代（しろ）を広くすることが可能であるという点である。詳しくは、キャビティ部１８の上下（図９の図面上において）の長さを長く取ることにより、摺動板３８が摺動する距離を大きくすることができる。つまり、気体室の大きさの変動幅を大きくすることができる。一方、実施の形態１に係るダイヤフラム２５では、キャビティ部１８の上下（図９の図面上において）の長さを長く取ったとして、気体室の大きさの変動幅は、ダイヤフラム２５の材質に左右される。

キャビティ部１８用のスペースを持つ筐体１の内部に液冷配管１１と連通する開口を有する筒状のキャビティ部１８をキャビティ用蓋３１により蓋をしてネジ３３にて筐体１に締結する。この時に、キャビティ部１８領域と冷却液領域を分断する摺動板３８を配置する。そして、冷却液とキャビティ部１８が完全に分断されるよう、摺動板３８は摺動板用Ｏ−リング３９を有する。また、摺動板３８の動作領域がある一定範囲を超えないよう、突起部１８ａ，突起部１８ｂを設ける。実施の形態１及び２と同様、冷却液の温度が上昇すると冷却液の体積が大きくなるため、その体積変化を吸収するよう、キャビティ部１８の体積が小さくなる方向に摺動板３８が移動する（図９（ｂ）では上側の矢印方向に移動する）。一方、冷却液の温度が下降すると冷却液の体積は小さくなるため、その体積変化を吸収するように、キャビティ部１８の体積が大きくなる方向に摺動板３８が移動する（図９（ｂ）では下側の矢印方向に移動する）。

１・・筐体、１ａ・・電子機器載置部、２・・電子機器、３・・固定筐体（ラック）、４・・ポンプ部、５・・熱交換部、６・・冷却液循環配管、７・・送出配管、８・・受入配管、９・・送出配管、１０・・受入配管、１１・・液冷配管、１２・・流入弁、１３・・流出弁、１４・・送出側挿入口、１５・・受入側挿入口、１６・・ガイドシャーシ、１７・・リテイナ、１８・・キャビティ部、１８ａ・・突起部、１８ｂ・・突起部、１９・・流入側流路、２０・・流出側流路、２１・・熱交換流路（メアンダ状）、２２・・複数の熱交換流路、２３・・キャビティ用筐体、２４・・ネジ、２５・・ダイヤフラム、２６・・密閉配管モデル、２７・・密閉配管モデル、２８・・液体モデル、２９・・気体モデル、３０・・弾性体モデル、３１・・キャビティ用蓋、３２・・キャビティ用Ｏ−リング、３３・・ネジ、３４・・風船型弾性体、３５・・キャビティ用蓋、３６・・キャビティ用Ｏ−リング、３７・・ネジ、３８・・摺動板、３９・・摺動板用Ｏ−リング。

Claims (8)

1. 筐体と、前記筐体の内部に設けられ、外部から冷却液が流入する流入側流路、前記筐体の内部に設けられ、外部へ冷却液を流出させる流出側流路、及び一端が前記流入側流路に接続され、他端が前記流出側流路に接続されて、冷却液の循環時に一端側から他端側に冷却液が流れる熱交換流路により構成される液冷配管と、前記流入側流路と前記筐体の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う流入弁と、前記流出側流路と前記筐体の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う流出弁と、前記熱交換流路の前記一端が接続する箇所に対して前記流入弁が存在する側とは反対側の前記流入側流路に連通する開口を有するキャビティ部と、前記キャビティ部の内部に配置され、又は、前記キャビティ部の内部を仕切り、前記流入弁及び前記流出弁の遮蔽時における前記液冷配管内部に密閉された冷却液の膨張及び収縮による内圧変化を補償する圧力変化抑制部材と、前記圧力変化抑制部材を保持する部材保持機構とを備えた液冷用配管装置。
2. 筐体と、前記筐体の内部に設けられ、外部から冷却液が流入する流入側流路、前記筐体の内部に設けられ、外部へ冷却液を流出させる流出側流路、及び一端が前記流入側流路に接続され、他端が前記流出側流路に接続されて、冷却液の循環時に一端側から他端側に冷却液が流れる熱交換流路により構成される液冷配管と、前記流入側流路と前記筐体の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う流入弁と、前記流出側流路と前記筐体の外部に対する遮蔽と開放とを弁の開閉により行う流出弁と、前記熱交換流路の前記一端が接続する箇所に対して前記流出弁が存在する側とは反対側の前記流出側流路に連通する開口を有するキャビティ部と、前記キャビティ部の内部に配置され、又は、前記キャビティ部の内部を仕切り、前記流入弁及び前記流出弁の遮蔽時における前記液冷配管内部に密閉された冷却液の膨張及び収縮による内圧変化を補償する圧力変化抑制部材と、前記圧力変化抑制部材を保持する部材保持機構とを備えた液冷用配管装置。
3. 前記筐体は板面が略長方形の平板状であり、前記流入側経路及び前記流出側経路は、前記筐体の対向する２つの側面に沿って配置され、前記熱交換流路は、前記流入側流路と前記流出側流路との間に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液冷用配管装置。
4. 前記筐体は板面が略長方形の平板状であり、前記流入側経路及び前記流出側経路は、前記筐体の対向する２つの側面に沿って配置され、前記熱交換流路は、前記流入側流路と前記流出側流路との間に配置され、前記流入弁と前記キャビティ部は、それぞれ前記筐体の前記流入側流路が沿う側面の両端に位置する一方の隅部と他方の隅部とに配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液冷用配管装置。
5. 前記筐体は板面が略長方形の平板状であり、前記流入側経路及び前記流出側経路は、前記筐体の対向する２つの側面に沿って配置され、前記熱交換流路は、前記流入側流路と前記流出側流路との間に配置され、前記流出弁と前記キャビティ部は、それぞれ前記筐体の前記流出側流路が沿う側面の両端に位置する一方の隅部と他方の隅部とに配置されたことを特徴とする請求項２に記載の液冷用配管装置。
6. 前記筐体は、内部に前記流入側流路、前記流出側流路、前記キャビティ部が配置された部分で、前記液冷配管に冷却液を循環させる冷却装置に固定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液冷用配管装置。
7. 前記キャビティ部は、前記筐体から着脱自在に形成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の液冷用配管装置。
8. 発熱物体を載置した請求項１〜７のいずれか１項に記載の液冷用配管装置と、冷却液を送り出すポンプ部と、前記流入弁に接続され前記ポンプ部からの冷却液を前記流入側流路に送る送出配管と、前記流出弁に接続され、前記流出側流路から排出される冷却液を受入れる受入配管と、この受入配管に排出され前記ポンプにより循環させられる冷却液を、所定の温度にする熱交換部とを備えた冷却装置。

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