JP7180130B2

JP7180130B2 - 液浸槽

Info

Publication number: JP7180130B2
Application number: JP2018109173A
Authority: JP
Inventors: 慶太平井; 雅之渡邉
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2022-11-30
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: US11266039B2; JP2019212826A; US20190380228A1

Description

本発明は、液浸槽に関する。

従来、発熱する電子機器を冷却するための種々の装置が提案されている。例えば、発熱部品を包含するハウジング内で噴霧器によって液体の冷却冷媒を噴霧する放熱システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、プリント基板の上方に、沸点が低い化学冷媒を散布するためのシャワー機構を備えた集積回路素子の蒸発冷却装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特表２００２－５０５０３３号公報特開昭６３－１２０４４９号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２では、冷媒を噴霧したり、散布したりするため、冷却対象が存在していない領域にも冷媒が飛散する。また、冷却対象の温度に応じた冷媒の供給が困難である。例えば、高発熱部品を備えた冷却対象と低発熱部品を備えた冷却対象が混在する場合であっても、冷却対象毎に噴霧量を調整することは困難である。

１つの側面では、本発明は、冷却対象の発熱量に応じて冷媒の量を調整することを目的とする。

１つの態様では、液浸槽は、発熱体を格納し、冷却対象となる機器筐体と、前記機器筐体の上方に設置され、液体の冷媒が流れる流路を形成する第１部材と、前記流路から前記冷媒を流出させる流出口に設けられ、前記流出口から流れ出る前記冷媒の流出量を調整可能に設けられた流量調整ゲートと、前記機器筐体の上方に設置され、前記流量調整ゲートを通じて前記流路から分岐して流れる前記冷媒が前記機器筐体に向かって流れ落ちる流下面を有し、予め定められた前記冷却対象となる機器筐体の発熱量に応じて前記流量調整ゲートの状態を調整して前記流出口から前記機器筐体に向かって流れる前記冷媒の流出量を調整する第２部材と、前記機器筐体を収納する槽とを有する。

本発明は、冷却対象の発熱量に応じて冷媒の量を調整することができる。

図１は実施形態の液浸槽の概略構成を模式的に示す説明図である。図２は実施形態の液浸槽を分解し、槽、樋部材を断面として示す説明図である。図３は実施形態の液浸槽の、槽、樋部材を断面として示す説明図である。図４は実施形態の液浸槽が備える流下ブロックに冷媒が流れ落ちる様子を示す斜視図である。図５は実施形態の液浸槽が備える流下ブロックに冷媒が流れ落ちる様子を液浸槽の前側から観た様子を示す説明図である。図６は実施形態の液浸槽が備える樋部材及び流量調整ゲートの周囲を上方から観た説明図である。図７（Ａ）は図６におけるＸ１－Ｘ１線断面図であり、図７（Ｂ）は図６におけるＸ２－Ｘ２線断面図であり、図７（Ｃ）は図６におけるＸ３－Ｘ３線断面図であり、図７（Ｄ）は図６におけるＸ４－Ｘ４線断面図である。図８（Ａ）は実施形態の流下ブロックの側面図であり、図８（Ｂ）は実施形態の流下ブロックの平面図であり、図８（Ｃ）は実施形態の流下ブロックの背面図であり、図８（Ｄ）は図８（Ｂ）におけるＹ１－Ｙ１線断面図である。図９は実施形態の流下ブロックの高さを示す説明図である。図１０（Ａ）は変形例の流下ブロックの平面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）におけるＺ１－Ｚ１線断面図である。図１１はさらに他の変形例の流下ブロックの平面図である。図１２はさらに他の変形例の液浸槽が備える流下ブロックに冷媒が流れ落ちる様子を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。なお、以下の説明では、液浸槽１の前後及び上下は図２や図３に示すように設定されているものとする。また、液浸槽１の左右方向は、図１に示すように設定されているものとする。

図１～図５を参照すると、実施形態の液浸槽１は、外槽２と、この外槽２内に収納される内槽３を備える。外槽２には、内槽３を支持するための鍔状の第１支持部２ａが設けられている。また、外槽２には、後に説明する樋部材７が設置される第２支持部２ｂが設けられている。外槽２の底部２ｃには、液体の冷媒Ｒが流れる。

内槽３は、底部に連通穴３ａが設けられている。冷媒Ｒは、連通穴３ａを通過することができる。内槽３の上縁には、支持フランジ３ｂが設けられている。支持フランジ３ｂが外槽２の第１支持部２ａに支持されることで、内槽３が外槽２内に設置される。内槽３内には、電子部品１０１を格納する機器筐体１００が収納されている。電子部品１０１は発熱体の一例である。電子部品１０１は、集積回路素子等、使用時に発熱する部品である。機器筐体１００の上縁部には、支持フランジ１００ａが設けられている。機器筐体１００は、この支持フランジ１００ａが内槽３の支持フランジ３ｂと共に第１支持部２ａに支持されることで、外槽２内に収納され、設置される。なお、外槽２及び内槽３が槽に相当するが、内槽３を設けることなく、機器筐体１００を外槽２内へ設置するようにしてもよい。

外槽２には、その底部２ｃを流れる冷媒Ｒを循環させる循環経路４が接続されている。循環経路４には、ポンプ５及び熱交換器６が設けられている。循環経路４には、樋部材７が形成する流路７１が含まれる。樋部材７は、冷媒Ｒが流れる流路７１を形成する。樋部材７は、第１部材の一例である。樋部材７は、機器筐体１００の上方に設置される。また、樋部材７は、外槽２の後面側に左右方向に延びるように設置されている。ポンプ５は、冷媒Ｒを樋部材７の高さまで汲み上げる。熱交換器６は、冷媒Ｒを冷却する。ポンプ５によって樋部材７まで汲み上げられた冷媒Ｒは、後に詳説するように機器筐体１００に掛け流される。掛け流された冷媒Ｒは、内槽３の連通穴３ａを通過して外槽２の底部２ｃに集められ、再び循環工程に送られる。

液浸槽１は、樋部材７に設けられた流路７１から冷媒Ｒを流出させる流出口７ａに設けられ、冷媒Ｒの流出量を調整する流量調整ゲート８を備える。液浸槽１は、また、機器筐体１００の上方に設置され、流量調整ゲート８を通じて流路７１から分岐して流れる冷媒Ｒが機器筐体１００に向かって流れ落ちる傾斜面９ａ１及び側面９ａ２５を有する流下ブロック９を備える。傾斜面９ａ１は、後方から前方に向かって下り傾斜を形成している。図４及び図５によく表れている傾斜面９ａ１及び側面９ａ２は、流下面に含まれる。機器筐体１００は、傾斜面９ａ１及び側面９ａ２を伝って掛け流される冷媒Ｒによって冷却される。なお、図４では、説明の都合上、流下ブロック９が備える前板部９ｂ、側板部９ｃ及び柱状部９ｄは省略されている。また、図５では、柱状部９ｄは省略されている。前板部９ｂ、側板部９ｃ及び柱状部９ｄについては、後に詳説する。

液浸槽１は、冷媒Ｒが蒸発することを抑制すべく、蓋体１０を備える。蓋体１０は、外槽２及び樋部材７の上面開口を塞ぐ。なお、図１では、蓋体１０は省略されている。

本実施形態における冷媒Ｒは、フッ素系絶縁性冷媒である、例えば、３Ｍ社製のフロリナート（３Ｍ社の商標）や、同じく３Ｍ社製のノベック（３Ｍ社の商標）がある。さらに、ＡＧＣ旭硝子社のアサヒクリン（ＡＧＣ旭硝子社の商標）や、ＳＯＬＶＡＹ社のガルデン（ＳＯＬＶＡＹ社の商標）等を用いてもよい。本実施形態では、３Ｍ社製のフロリナートを用いている。フロリナートは、表面張力が水のおよそ５分の１であることから、水滴になりにくく、傾斜面９ａ１及び側面９ａ２、さらに、機器筐体１００の側面を伝って流れやすい。換言すれば、フロリナートは、膜状になって流れ易く、冷却効果が高い。なお、シリコーン油系絶縁性冷媒を用いてもよい。シリコーン油系絶縁性冷媒としては、松村石油株式会社製のバーレルシリコーンフルードを挙げることができる。

樋部材７が形成する流路７１には、ポンプ５によって汲み上げられた冷媒Ｒが流れる。桶部材７には、冷媒Ｒの流出口７ａが設けられており、流路７１から分岐して流れる冷媒Ｒが流出口７ａを通じて、機器筐体１００に向かって流れ落ちる。これにより、機器筐体１００が冷却される。流出口７ａの両側には、後に説明する流下ブロック９が取り付けられるときに用いられる差し込み溝７ｂが設けられている。

本実施形態の樋部材７の前面側には、樋部材７が延びる方向に沿って、複数の流出口７ａが設けられている。機器筐体１００は、流出口７ａの下側に位置するように設置されている。

各流出口７ａには、冷媒Ｒの流出量を調整する流量調整ゲート８が設けられている。ここで、図６、図７（Ａ）～図７（Ｄ）を参照しつつ、流量調整ゲート８について説明する。本実施形態における流量調整ゲート８は、固定堰８ａ、第１可動堰８ｂ及び第２可動堰８ｃを備える。固定堰８ａは、流路７１の底面から上方に向かって延びている。なお、各図における参照記号ｇは、重力方向を示している。これは、以後の各図においても同様である。

第１可動堰８ｂは、板状の部材によって形成されており、流出口７ａに設けられた第１可動堰設置部７ａ１に昇降可能に設置されている。第１可動堰８ｂは、第１バネ８ｂ１によって、閉鎖方向、すなわち、上方に付勢されている。第１可動堰８ｂは、固定堰８ａの直上の領域を塞ぐことができるように設置されている。第１可動堰８ｂの上縁は、第１可動堰８ｂが最も押し下げられた状態となったときに、固定堰８ａの上縁と概ね同等の高さとなる。第１バネ８ｂ１は、弾性部材の一例である。

第２可動堰８ｃは、板状の部材によって形成されており、流出口７ａに設けられた第２可動堰設置部７ａ２に昇降可能に設置されている。第２可動堰設置部７ａ２は、第１可動堰設置部７ａ１よりも前側に設けられている。第２可動堰８ｃは、第２バネ８ｃ１によって、閉鎖方向、すなわち、上方に付勢されている。第２可動堰８ｃは、最も上側に位置している第１可動堰８ｂの直上の領域を塞ぐことができるように設置されている。第２可動堰８ｃの上縁は、第２可動堰８ｃが最も押し下げられた状態となったときに、固定堰８ａの上縁と概ね同等の高さとなる。第２バネ８ｃ１は、弾性部材の一例である。

流量調整ゲート８、具体的には、第１可動堰８ｂ及び第２可動堰８ｃの押下げ量によって、冷媒Ｒの流出量が調整される。第１可動堰８ｂと第２可動堰８ｃは、順に押し下げられる。第２可動堰８ｃは、第１可動堰８ｂに先行して押し下げられる。すなわち、第１可動堰８ｂは、第２可動堰８ｃが、その上縁が第１可動堰８ｂの上縁に達するまで押し下げられた後に、第２可動堰８ｃと共に押し下げられる。第２可動堰８ｃが全く押し下げられていない状態のとき、流出口７ａが全閉された状態となる。このとき、流出口７ａから冷媒Ｒが流れ出ることはない。換言すれば、流路７１を流れる冷媒Ｒの水位は、流出口７ａが全閉された状態のときの第２可動堰８ｃの上縁を超えることがないように設定されている。

なお、本実施形態では、第１可動堰８ｂと第２可動堰８ｃの二枚の可動堰を備えているが、可動堰の枚数は、これに限定されない。可動堰は、１枚であってもよいし、３枚以上の板状の部材を組み合わせた形態であってもよい。

つぎに、図８（Ａ）～図９を参照して、流下ブロック９について説明する。流下ブロック９は、流出口７ａの位置に合わせて樋部材７に脱着自在に設けられている。流下ブロック９は、傾斜面９ａ１及びこの傾斜面９ａ１から連続する側面９ａ２を備えた傾斜部９ａを備える。傾斜面９ａ１は、流下ブロック９が樋部材７に装着された状態となるときに、流量調整ゲート８から離れるに従って下り方向に傾斜している。すなわち、本実施形態では、傾斜面９ａ１は、後方から前方に向かって下り方向に傾斜している。側面９ａ２は、傾斜面９ａ１と連続しており、傾斜面９ａ１を流れ落ちた冷媒Ｒを機器筐体１００へと導く。

流下ブロック９は、傾斜面９ａ１の前端部に前板部９ｂが設けられている。また、側面９ａ２と対向配置された側板部９ｃを備えている。側板部９ｃは、流下ブロック９の左右両側にそれぞれ設けられている。側面９ａ２と側板部９ｃとの間には、柱状部９ｄが設けられており、側面９ａ２と側板部９ｃとの間に隙間Ｓが形成されている。前板部９ｂが設けられていることで、傾斜面９ａ１を流れ落ちた冷媒Ｒは機器筐体１００の前面側に流れ落ちることがなく、隙間Ｓを通過して機器筐体１００の左右両側面に導かれる。

なお、本実施形態では、冷媒Ｒが側面９ａ２を伝って機器筐体１００の側面に導かれればよいため、側板部９ｃは、必ずしも必要ではない。しかしながら、側板部９ｃが設けられていることで、冷媒Ｒは、飛び散ったり、流れの軌跡が側面９ａ２から離れにくくなったりして、効率よく、機器筐体１００の左右両側面に導かれる。これにより、機器筐体１００の冷却効率が高まる。

また、隙間Ｓの寸法を調整することで、機器筐体１００の側面に供給される冷媒Ｒの量を調整することができる。

機器筐体１００において、冷却が求められる部位が、左右側面のいずれか一方である場合には、冷却が不要である側面側の側板部９ｃを傾斜部９ａと一体に設けるようにしてもよい。すなわち、冷却が不要である側面側に冷媒Ｒが流れ落ちることを回避し、冷媒Ｒを冷却が必要である側に積極的に流すことで冷却効率を高めるようにしてもよい。

左右の側板部９ｃの後端部は、差し込み部９ｃ１となっている。差し込み部９ｃ１は、流下ブロック９を樋部材７に取り付けるときに、樋部材７に設けられた差し込み溝７ｂに差し込まれる。

流下ブロック９は、傾斜部９ａの後端部に押下げ部９ｅを備えている。押下げ部９ｅは、第１可動堰８ｂ及び第２可動堰８ｃを押し下げるように設けられている。ここで、図９を参照して、押下げ部の設置高さについて説明する。図９に示す流下ブロック９の押下げ部９ｅの設置高さは、ｈ１とされている。これに対し、流下ブロック１９の押下げ部１９ｅの高さは、ｈ２とされている。このように、押下げ部の高さは、必要に応じて設定される。第１可動堰８ｂや第２可動堰８ｃの押下げ量は、押下げ部９ｅの高さｈ１や押下げ部１９ｅの高さｈ２によって決まる。第１可動堰８ｂや第２可動堰８ｃの押下げ量は、冷媒Ｒの流量を決めるものである。さらに、冷媒Ｒの流量は、機器筐体１００を冷却するためにどの程度必要であるのか予め設定されるものである。従って、押下げ部９ｅの高さｈ１や押下げ部１９ｅの高さｈ２は、機器筐体１００に求められる冷却能力に応じて決定される。このように押下げ部９ｅ、１９ｅの設置高さを決めることで、機器筐体１００、すなわち、冷却対象である機器筐体１００の発熱量に応じて冷媒Ｒの量を調整することができる。

このように押下げ部の設置高さは、機器筐体１００の発熱量に応じて決められる。このため、流下ブロック９は、機器筐体１００毎に押下げ部の設置高さが調整された状態で準備されている。

押下げ部９ｅの高さを低く設定すれば、第１可動堰８ｂや第２可動堰８ｃの上縁を低い位置まで押し下げることができるため、流出口７ａを通過し、機器筐体１００に供給される冷媒Ｒの流量を増やすことができる。これとは逆に、押下げ部９ｅの高さを高く設定すれば、第１可動堰８ｂや第２可動堰８ｃの上縁が高い位置となるため、流出口７ａを通過し、機器筐体１００に供給される冷媒Ｒの流量を減らすことができる。なお、流下ブロック９を装着していない流出口７ａでは、第１可動堰８ｂ及び第２可動堰８ｃが押し下げられないため、冷媒Ｒが流れ出ることはない。

このように、本実施形態によれば、冷媒Ｒの量を機器筐体１００の発熱量に応じて調整することができるため、循環させる冷媒Ｒの総量を抑制することができる。また、本実施形態は、外槽２に冷媒Ｒを貯留し、そこに機器筐体１００を浸漬させる形態ではないため、冷媒Ｒの総量を抑制することできる。このため、液浸槽１の総重量を抑えることができる。また、冷媒Ｒの総量を抑制することで、コスト面でも有利となる。

[第１変形例]
ここで、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）を参照して、第１変形例について説明する。第１変形例の流下ブロック２９は、傾斜部２９ａに設けられた傾斜面２９ａ１に切れ込み部２９ｆが設けられている。切れ込み部２９ｆには、冷媒Ｒが流れ込む。切れ込み部２９ｆには、傾斜部２９ａの他の箇所と比較して多量の冷媒Ｒが流れ込み、切れ込み部２９ｆの下側に位置する領域に多くの冷媒Ｒが供給される。そこで、切れ込み部２９ｆを機器筐体において、特に冷却したい箇所に合わせて設けておくことで、機器筐体を効果的に冷却することができる。

[第２変形例]
つぎに、図１１を参照して、第２変形例について説明する。第２変形例の流下ブロック３９は、流量調整ゲート側、すなわち、押下げ部３９ｅを起点とし流下ブロック３９が延びる方向（前後方向）に沿って、複数設けられている。すなわち、流下ブロック３９は、切れ込み部３９ｆ１と切れ込み部３９ｆ２を備えている。このような切れ込み部３９ｆ１と切れ込み部３９ｆ２は、第１変形例と同様に機器筐体において、特に冷却したい箇所に合わせて設けて設けられている。ここで、切れ込み部３９ｆ１と切れ込み部３９ｆ２とは、傾斜面３９ａ１に対する切れ込み量が異なっている。切れ込み部３９ｆ１の方が切れ込み部３９ｆ２よりも、傾斜面３９ａ１に対する切れ込み量が大きい。これは、切れ込み部３９ｆ１の下側に位置する冷却箇所の方が、切れ込み部３９ｆ２の下側に位置する冷却箇所よりも、冷却要求が大きいことに対応させているためである。

このように、冷却要求に応じて切れ込み部を設けることで、効率よく機器筐体を冷却することができる。

[第３変形例]
つぎに、図１２を参照して第３変形例について説明する。第３変形例の流下ブロック４９は、傾斜部４９ａの幅が、流量調整ゲート側（後側）を起点として流量調整ゲートから遠ざかるに従って、すなわち、前側に行くに従って狭くなっている。機器筐体１００には、第１の電子部品１０１と第２の電子部品１０２が設けられている。第２の電子部品１０２は、第１の電子部品１０１よりも前側に設けられている。ここで、第２の電子部品も発熱部品であり、その発熱量は、第１の電子部品よりも多い。そこで、流下ブロック４９は、第２の電子部品１０２が設けられている機器筐体１００の前側に多くの冷媒Ｒが供給されるように、傾斜部４９ａの幅を前側に行くほど狭くしている。

このように傾斜部９ａの幅を適宜変更することで、機器筐体１００の部位に適した量の冷媒Ｒを供給することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１液浸槽
２外槽
３内槽
４循環経路
５ポンプ
６熱交換器
７樋部材
７ａ流出口
７ａ１第１可動堰設置部
７ａ２第２可動堰設置部
７ｂ差し込み溝
８流量調整ゲート
８ａ固定堰
８ｂ第1可動堰
８ｂ１第１バネ
８ｃ第２可動堰
８ｃ１第２バネ
９、１９、２９、３９、４９流下ブロック
９ａ、２９ａ傾斜部
９ａ１、２９ａ１、３９ａ１傾斜面
９ａ２側面
９ｂ前板部
９ｃ側板部
９ｃ１差し込み部
９ｄ柱状部
９ｅ、１９ｅ押下げ部
２９ｆ、３９ｆ１、３９ｆ２切れ込み部
１０蓋体
１００機器筐体
１００ａ支持フランジ
１０１、１０２電子部品
Ｒ冷媒

Claims

発熱体を格納し、冷却対象となる機器筐体と、
前記機器筐体の上方に設置され、液体の冷媒が流れる流路を形成する第１部材と、
前記流路から前記冷媒を流出させる流出口に設けられ、前記流出口から流れ出る前記冷媒の流出量を調整可能に設けられた流量調整ゲートと、
前記機器筐体の上方に設置され、前記流量調整ゲートを通じて前記流路から分岐して流れる前記冷媒が前記機器筐体に向かって流れ落ちる流下面を有し、予め定められた前記冷却対象となる機器筐体の発熱量に応じて前記流量調整ゲートの状態を調整して前記流出口から前記機器筐体に向かって流れる前記冷媒の流出量を調整する第２部材と、
前記機器筐体を収納する槽と、
を、有する液浸槽。
前記流下面は、前記流量調整ゲートから離れるに従って下り方向に傾斜する傾斜面と、前記傾斜面と連続し、前記傾斜面を流れ落ちた前記冷媒を前記機器筐体へ導く側面と、を含む請求項１に記載の液浸槽。
前記第２部材は、前記側面と対向配置された側板部を備え、前記側面と前記側板部との間に隙間が形成された請求項２に記載の液浸槽。
前記流量調整ゲートは、前記流出口に昇降可能に設置された可動堰と、前記可動堰を上昇させ、前記流出口を閉じる方向に付勢する弾性部材を備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の液浸槽。
前記第２部材は、前記可動堰を押し下げる押下げ部を備えた請求項４に記載の液浸槽。
前記第２部材は、前記流下面に設けられ、前記冷媒が流れ込む切れ込み部を備えた請求項１から５のいずれか１項に記載の液浸槽。
前記切れ込み部は、前記流量調整ゲート側を起点として前記第２部材が延びる方向に沿って、複数設けられた請求項６に記載の液浸槽。
前記第２部材の幅は、前記流量調整ゲート側を起点として前記流量調整ゲートから遠ざかるに従って狭くなる請求項１から５のいずれか１項に記載の液浸槽。