JPH01236699A

JPH01236699A - 電子機器の冷却装置

Info

Publication number: JPH01236699A
Application number: JP6426388A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Yamamoto; 治彦山本; Akihiko Fujisaki; 明彦藤崎
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1989-09-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕電子計算機に用いられるプリント板ユニットに実装され
た半導体素子の冷却を行う電子機器の冷却装置に関し、冷却モジュールを気密箱に収納すると共に、常温レベル
と、低温レベルとの２つの冷却を同一の構成で行うこと
を可能にし、高性能化、コンパクト化を図り、かつ、低
温レベルの冷却に於ける結露、結霜を防止することを目
的とし、プリント基板と半導体素子に密着される任意冷却部材と
より成る冷却モジュールと、断熱材によって気密を有す
るように形成され、該冷却モジュールを収納する気密箱
と、該冷却モジュールに冷媒を供給する冷媒冷却供給ユ
ニットと、該気密箱に於ける結露及び結霜、またはいづ
れか一方を防ぐ結露、結霜防止ユニットとを具備するよ
うに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電子計算機に用いられるプリント板ユニットに
実装された半導体素子の冷却を行う電子機器の冷却装置
に関する。

近年では、スーパーコンピュータなどに用いられる半導
体素子は高密度実装化、超高速化により安定した稼働を
得るためには、冷却装置によって半導体素子を冷却する
ことが行われている。

このような冷却すべき半導体素子は　その種類によって
適した冷却温度が異り、また、その温度によって性能が
変化する。

例えば、ＣＭＯＳおよびＨＥ　Ｍ　Ｔ素子では常温に比
べて液体窒素温度による状態の方が約２倍以上速く動作
することになる。

そこで、−ａ的に、その半導体素子の種類と必要とされ
る性能に応じて冷水による冷却装置、または、液体窒素
による冷却装置が知られている。

しかし、大型のスーパーコンピュータでは、このような
冷却温度の異なる半導体素子が多数混載されることにな
るため、冷却装置としては、異なった冷却温度による冷
却が行えると共に、特に、液体窒素などによる低温冷却
においては結露及び結霜が生じることのないように形成
されることが望まれる。

〔従来の技術〕

従来は第５図の（ａ）　（ｂ）の従来の構成図に示すよ
うに構成されていた。

第５図の（ａ）に示すように、プリント基４１ｉ２６に
半導体素子２を実装することで形成された電子機器３０
と、半導体素子２に冠着され、冷水２５の冷媒が循環さ
れる冷却プレートなどとより成る冷却モジュール２９を
形成し、冷水２５の循環は熱交換器２１とポンプ２３と
を備えた常温冷媒冷却ユニッ１−２０によって行われる
ように構成されていた。

また、プリント基板２６からは他の電子機器に接続され
る信号線２７と、電源ユニットに接続される電源線２８
とがそれぞれ布設されるように形成されている。

そこで、熱交換器２１によって冷却された冷水がポンプ
２３の駆動によって常温冷媒冷却ユニット２０から冷媒
配管２２を介して冷却モジュール２９に送出され、冷却
モジュール２９を循環した冷水２５は同様に冷媒配管２
２を介して常温冷媒冷却ユニット２０に戻され、熱交換
器２１によって再度、冷却される。

この場合、点線で示すように外部の冷水設備または冷凍
機などより直接熱交換器２１に冷水２５を冷却する冷媒
を供給するようにすることもある。

したがって、信号線２７と、電源線２８とがそれぞれ接
続されることで稼働される電子機器３０の半導体素子２
は冷却モジュール２９を循環する冷水２５によって常温
レベルの冷却が行われる。

更に、低温の冷却を行う場合は、（ｂ）に示すように、
プリント基板３７に半導体素子２を実装することで形成
された電子機器４０は液体ヘリウムまたは液体窒素など
の低温冷媒３５が充填されるクライオスタンド３６に挿
入され、クライオスタット３６には冷凍機３３と熱交換
機３２とを備えた低温冷媒冷却ユニ７ト３１によって低
温冷媒３５が供給されるように構成されていた。

また、クライオスタット３６は断熱材によって形成され
た断熱槽３６Ｂのフランジ３６Ａに１Ｉ３６ｃを係止し
、１３６Ｃに設けられたシール端子３６Ｄを介して電子
機器４０には信号線３８および電源線３９がそれぞれ布
設されるように形成されている。

そこで、低温冷媒冷却ユニット３１より冷媒配管３４を
介して低温冷媒３５が断熱槽３６Ｂに矢印Ａのように供
給され、電子機器４０を浸漬させ、半導体素子２の発熱
によって気化された低温冷媒３５は冷媒配管３４を介し
て冷却機３１に矢印Ｂのように戻され、熱交換器３２に
よって再度液化される。

したがって、信号線３日と、電源線３９とがそれぞれ接
続されることで稼働される電子機器４ｏの半導体素子２
は断熱槽３６Ｂに供給された低温冷媒３５によって低温
レベルの冷却が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、冷却温度の異なる半導体素子が実装された場合
は、このような冷水２５が循環される冷却モジュール２
９による常温レベルの冷却と、低温冷媒３５が充填され
るクライオスタット３６による低温レベルの冷却との構
成の異なった両者を備えることが必要となる。

しかし、常温レベルの冷却では電子機器３０に冷却モジ
ュール２９を冠着させることで構成されるのに対して、
一方、低温レベルの冷却ではクライオスタット３６に電
子機器４０を浸漬させることで構成されるため、全く構
成が異り、両者を備えることでは装置°の外形が大型に
なり高性能化の妨げとなる問題を有していた。

また、このような低温レベルの冷却では、特に、クライ
オスタット３６に電子機器４ｏを収納したり、または、
取り出す際は、電子機器４ｏに結露あるいは結霜が生じ
ることになる。

したがって、電子機器４０の収納または俄り出しに際し
て、結露あるいは結霜が生じることのないように構成さ
れることが必要となる。

そこで、本発明では、冷却モジュールを気密箱に収納す
ると共に、常温レベルと、低温レベルとの２つの冷却を
同一の構成で行うことを可能にし、高性能化、コンパク
ト化を図り、がっ、低温レベルの冷却に於ける結露、結
霜を防止することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は木筆１の発明の原理繞明図で、第２図は木筆２
の発明の原理説明図である。

第１図および第２図に示すように、プリント基板と半導
体素子に密着される伝導冷却部材とより成る冷却、モジ
ュールと、断熱および気密を有するように形成され、該
冷却モジュールを収納する気密箱と、該冷却モジュール
に冷媒を供給する冷媒冷却供給ユニットと、該気密箱に
於ける結露及び結霜、またはいづれか一方を防ぐ結露、
結霜防止ユニットとを具備するように構成する。

このように構成することによって前述の課題を解決する
ことができる。

〔作用〕

即ち、断熱材より成る気密箱に収納された冷却モジュー
ルに冷媒冷却供給ユニットより所定の冷媒を供給するよ
うに構成し、冷却モジュールによる冷却が常温レベルと
、低温レベルとの冷却を行うようにし、特に、該気密箱
の内部において結露。

結霜が生じることのないように必要に応じて、除湿また
はガス置換など行う結露、結霜防止ユニットを設けるよ
うに形成したものである。

したがって、常温レベルと、低温レベルとの冷却が同一
の構成によって行うことができ、しかも、コンパクト化
により装置の小型化、高性能化を図ることができる。

〔実施例〕

以下本発明を第３図および第４図を参考に詳細に説明す
る。第３図は木筆１の発明による一実施例の説明図で、
（ａ）は構成図、（ｂ）は冷却モジュルの構成図、第４
図番本本第２の発明による一実施例の構成図である。全
図を通じて、同一符号は同一対象物を示す。

第３図の（ａ）に示すように、半導体素子２が実装され
たプリント基板１と、半導体素子２に密着される伝導冷
却部材３とより成る所定の冷却モジュール４が断熱材よ
り成る気密箱５に収納されるように構成したものである
。

また、気密箱５には結露、結霜ユニット６として気密箱
５の内部の空気を除湿する除湿ユニット６八と、気密箱
５の内部の温度を上昇させるヒータユニット１０とがそ
れぞれ設けられ、それぞれが筐体１７に内設されている
。

更に、気密箱５には開閉される扉釦が設けられ収納され
た冷却モジュール４の保守点検が行われるように形成さ
れている。

そこで、冷媒冷却供給ユニット７に備えられた常温冷媒
冷却ユニット２１より冷水などの常温レベルの冷媒が配
管８Ｂを介して露出された冷却モジュール４に循環され
るように供給され、同様に冷媒冷却供給ユニット７に備
えられた低温冷媒冷却ユニット１６より液体ヘリュムま
たは液体窒素あるいは外気露点以下に冷却した冷水や氷
点下まで冷却したフロンなどの低温レベルの冷媒が断熱
材によって覆われた配管８Ａを介して気密箱５に収納さ
れた冷却モジュール４に循環されるように供給されてい
る。

この低温冷媒冷却ユニッｔ−１６には熱交換器１６を介
して冷媒の冷却を行う冷凍機１６Ｃと、冷媒を強制的に
送出するポンプ１６Ｂとが備えられている。

また、互いの冷却モジュール４のプリント基板１間には
信号線１３および電源線１４が端子１５を介して接続さ
れ、電気信号の入出力が行われるように形成されている
。

したがって、低温レベルの冷却モジュール４は気密箱５
に収納され、冷却に際しては除湿ユニット６Ａによって
気密箱５内の除湿が行われ、また、冷却の停止により冷
却モジュール４を気密箱５より取り出す挿脱に際しては
ヒータユニット１０によって気密箱５内の温度が外気と
同等に上昇させることで、冷却開始および冷却停止時に
おける結露の発生の防止が行われる。

更に、このような冷却モジュール４には（ｂ）に示すよ
うに１．冷却モジュール４の外周に発泡樹脂などの断熱
材あるいは真空による所定の厚みを有する断熱層９を設
け、配管８Ａ、８Ｂの接合部および信号線１３と電源線
１４との接続部を除いて全体が断熱層９によって覆われ
るように形成すると結露の発生をより完全に防止するこ
とが可能となる。

第４図は冷却モジュール４の複数個を断熱材より成る気
密箱１１に収納するように構成したものである。

また、気密′Ｒ１１には開閉可能な扉１１Ａを設けると
共に、前述と同様に結露、結霜ユニット６とヒータユニ
ット１０とをそれぞれ設け、特に、結露。

結霜ユニット６としては気密箱１１の内の雰囲気を低沸
点ガスに置換するガス置換ユニット６Ｂを備えるように
形成されている。

したがって、気密箱１１に収納された所定の冷却モジュ
ール４に対しては配管８八によって冷媒冷却供給ユニッ
ト１２に備えられた低温冷媒冷却ユニット１６より低温
レベルの冷媒を供給し、他の冷却モジュール４に対して
は配管８Ｂによって同様に冷媒冷却供給ユニット１２に
備えられた常温冷媒冷却ユニット２１より常温レベルの
冷媒を供給するように形成することで半導体素子２の冷
却を行い、冷却時に際しては気密箱１１の内部の雰囲気
をガス置換ユニット６Ｂによって低沸点ガスに置換させ
、また、冷却の停止により冷却モジュール４を気密箱１
１より取り出す挿脱に際しては気密箱１１の内の雰囲気
の温度をヒータユニット１０によって上昇させ、結露お
よび結霜の発生を防止することが行われる。

また、このように構成すると前述の第３図に示す構成に
比べ、冷却モジュール４間に布設される信号線１３と電
源線１４との配線が容易となり、かつコンパクトに構成
することができる。

更に、それぞれの冷却モジュール４に対して前述の第３
図の（ｂ）に示す断熱層９を設けると、常温レベルの冷
却モジュール４と低温レベルの冷却モジュール４との間
における温度差が大きい場合であっても、断熱層９の断
熱効果により互いの熱干渉を防止することができ、冷却
効果の向上が得られる。

尚、このような低温レベルの冷却では冷媒として、例え
ば露点以下５〜１５℃の水やフロンが使用可能であり、
この場合の結露、結霜を防止するには除湿ユニット６Ａ
による空気の除湿によって充分に結露防止を行うことが
できるが、更に温度の低い低温レベルの冷却では冷媒と
して、液体ヘリウムまたは液体窒素が用いられており、
この場合は通常、冷却温度が一２６９℃または一１９６
℃となるため、ガス置換ユニット６Ｂによって低沸点ガ
スに置換させなければ空気中の水分のほか、酸素、窒素
などの結露および結霜の発生を防止することができない
。

したがって、結露、結霜防止ユニット６として除湿ユニ
ソ）６Ａを用いるか、またはガス置換ユニソ）６Ｂを用
いるかの選択は低温レベルで使用する冷媒の温度によっ
て選択する必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、冷却モジュール
を収納する断熱、気密箱を設け、更に、断熱、気密箱に
は結露、結霜防止ユニットおよびヒータユニットを設け
ることで、常温レベルと低温レベルとのそれぞれの冷却
に際して結露または結露および結霜、またはそのいづれ
か一方が生じることのないようにすることができる。

したがって、複数の冷却モジュールを隣接するよに配設
することで、所定の冷却モジュールを常温レベルで冷却
し、他の冷却モジュールを低温レベルで冷却を行うよう
に構成することができ、従来に比較して、構成の筒素化
およびコンパクト化による装置の小型化、高性能化が図
れ、実用的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は木筆１の発明の原理説明図。第２図は木筆２の発明の原理説明図。第３図は木筆１の発明による一実施例の説明図で、（ａ
）は構成図、（ｂ）は冷却モジュールの構成図。第４図は木筆２の発明による一実施例の構成図。第５図の（ａ）　（ｂ）は従来の構成図を示す。図において、 ■はプリント基板、　　２は半導体素子。３は伝導冷却部材、　　４は冷却モジュール。５．１１は気密箱、　　　６は結露、結霜防止ユニット
８Ａ、８Ｂは配管、　　　　９は断熱層。１０はヒータユニット、　７．１２は冷媒冷却供給ユニ
ッ不第２０発θバ（こ工ろ一大施ｆグ・１の講放図第　
４　図＄５図

Claims

【特許請求の範囲】

１．プリント基板（１）に実装された半導体素子（２）
を冷媒の循環によって冷却する電子機器の冷却装置であ
って、前記プリント基板（１）と前記半導体素子（２）に密着
される伝導冷却部材（３）とより成る冷却モジュール（
４）と、断熱および気密を有するように形成され、該冷
却モジュール（４）を収納する気密箱（５）と、前記冷
媒を該冷却モジュール（４）に配管（８）を介して供給
する冷媒冷却供給ユニット（７）と、該気密箱（５）に
於ける結露及び結霜、またはいづれか一方を防ぐ結露，
結霜防止ユニット（６）とを具備することを特徴とする
電子機器の冷却装置。
２．プリント基板（１）に実装された半導体素子（２）
を冷媒の循環によって冷却する電子機器の冷却装置であ
って、前記プリント基板（１）と前記半導体素子（２）に密着
される伝導冷却部材（３）とより成る冷却モジュール（
４）と、断熱および気密を有するように形成され、該冷
却モジュール（４）の複数を収納する気密箱（１１）と
、常温レベルによる冷却と該常温レベルより低温の低温
レベルによる冷却との冷却温度の異なった前記冷媒をそ
れぞれの該冷却モジュール（４）に配管（８）を介して
供給する冷媒冷却供給ユニット（１２）と、該気密箱（
１１）に於ける結露及び結霜、またはいづれか一方を防
ぐ結露，結霜防止ユニット（６）とを具備することを特
徴とする電子機器の冷却装置。
３．請求項１記載および請求項２記載の結露，結霜防止
ユニット（６）が除湿を行う除湿ユニット（６Ａ）によ
って構成されることを特徴とする電子機器の冷却装置。
４．請求項１記載および請求項２記載の結露，結霜防止
ユニット（６）が低沸点ガスに置換するガス置換ユニッ
ト（６Ｂ）によって構成されることを特徴とする電子機
器の冷却装置。
５．前記気密箱（５）の内部の温度を必要に応じて上昇
させるヒータユニット（１０）を設けることを特徴とす
る請求項１記載の電子機器の冷却装置。
６．前記気密箱（１１）の内部の温度を必要に応じて上
昇させるヒータユニット（１０）を設けることを特徴と
する請求項２記載の電子機器の冷却装置。
７．前記冷却モジュール（４）の外周を覆う断熱材より
成る断熱層（９）を設けることを特徴とする請求項１記
載および請求項２記載の電子機器の冷却装置。