JPH0444353A

JPH0444353A - 電子機器の冷却装置

Info

Publication number: JPH0444353A
Application number: JP15247290A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Shin; 隆之新; Toshio Hatada; 畑田　敏夫; Takahiro Oguro; 崇弘大黒
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1992-02-14

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】〔産業上の利用分野〕本発明は電子機器の冷却装置に係り、特に集積回路ユニ
ットを液体の冷媒によって冷却する電子機器の冷却装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、プリント配線基板やセラミック基板等の回路基板
上に搭載された集積回路または集積回路ユニット等を冷
却するには、強制対流による空冷方式が多く採用されて
いた。しかし、素子自身の集積度の向上と素子の実装密
度の向上とにより、発熱密度が大幅に高くなり、空冷方
式では対応しきれなくなってきた。

そこで、例えば、ＮＥＣ技報　Ｖｏ１３９．Ｎｎ１　（
１９８６年）第３６頁〜第４１頁で論じられているよう
に、液体の冷媒を用いだ液冷方式が注目されるようにな
ってきた。このような液冷方式では、集積回路または集
積回路ユニット上に冷却ジャケットが設けられ、冷却ジ
ャケットと熱交換器との間で液体の冷媒を循環させるこ
とにより、集積回路ユニットを冷却するようになってお
り、冷却能力が空冷方式に比べて格段に向上する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記液冷方式を用いた装置では、集積回路または集積回
路ユニットの保守・点検あるいは修理の際に、冷却ジャ
ケットや熱交換器等の内部にある液体の冷媒をトレンバ
ルブを介して外部を排出しなければならない。ところが
、冷媒が循環する配管系は複雑であり、特に熱交換器に
は多数のＵベンド部があるため、重力落下のみで冷媒を
完全に抜くことができず、配管系のあちらこちらに冷媒
の液溜まりができてしまう６そのため、冷却ジャケット
を取外すときに、どうしても液漏れが発生し、回路基板
または集積回路あるいは集積回路ユニット上に冷媒がた
れる恐れがある。たれた冷媒の量は僅かでも、回路がシ
ョートしたり、あるいは配線間の誘電率が変化して雑音
を発生したり誤動作したりすることも考えられる。また
腐食、化学変化、または膨潤等によって断線を招く恐れ
もある。

また、空輸時または運転停止時等に周囲温度が氷点下に
なると、冷媒は凍結する可能性があるので、冷媒を一時
的に外部へ排出する必要がある。

ところが、この場合も、重力落下のみで冷媒を完全に抜
くことができないため、配管系のあちらこちらにやはり
冷媒の液溜まりができて、凍結時に冷媒の膨張により、
冷却ジャケット、熱交換器および配管路等が破損する恐
れがある。

また、上記液冷方式を用いた装置では、冷媒を排出した
後は、配管系の最上部から冷媒を再度供給する必要があ
る。この場合、配管系が複雑であるために、配管系内部
の空気が完全には抜は切らず残ってしまうことがある。

この状態で冷却装置を稼働させると、冷媒を循環させる
冷媒循環装置（ポンプ）が空運転となり、故障の原因と
なる。

また残った空気量が少ない場合でも、あちらこちらに空
気が残っていたのでは十分な冷却性能を得ることは難し
い。

さらに、冷媒の排出・供給の作業は多くの複雑な工程を
要し、自動化することが極めて困難である。

本発明の目的は、集積回路ユニット等の保守・点検ある
いは修理の際に、集積回路ユニット等の上に冷媒がたれ
る恐れがない電子機器の冷却装置を提供することである
。

また１本発明の他の目的は、冷媒の排出・供給が容易に
行え、供給時に配管系等への空気混入を防ぐことができ
る電子機器の冷却装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、基板上に集積回
路が実装された集積回路ユニットと、該集積回路ユニッ
トに熱的に接触した冷却ジャケットと、該冷却ジャケッ
トに配管路を介して接続された熱交換器と、冷媒を加圧
して前記冷ジャケットと熱交換器との間で冷媒を循環さ
せる冷媒循環装置と、を備えた電子機器の冷却装置にお
いて、前記冷却ジャケット、熱交換器、冷媒循環装置お
よび配管路からなる冷却系の最下部に、該冷却系内にあ
る冷媒の全量を貯溜できる貯溜手段と、その貯溜手段内
を減圧したり加圧したりする圧力加減手段を設け、前記
冷却系の最上部に空気孔を穿設したことを特徴としてい
る。

また、本発明は、基板上に集積回路が実装された集積回
路ユニットと、該集積回路ユニットに熱的に接触した冷
却ジャケットと、該冷却ジャケットに配管路を介して接
続された熱交換器と、冷媒を加圧して前記冷ジャケット
と熱交換器との間で冷媒を循環させる冷媒循環装置と、
を備えた電子機器の冷却装置において、前記冷却ジャケ
ット、熱交換器、冷媒循環装置および配管路からなる冷
却系の最下部に、該冷却系内にある冷媒の全量を貯溜で
きる貯溜手段と、その貯溜手段内を減圧したり加圧した
りする圧力加減手段を設け、前記冷却系の最上部に空気
孔を穿設するとともに、前記貯溜手段に貯溜した冷媒を
加熱する加熱手段を配設したことを特徴としている。

さらに、本発明は、基板上に集積回路が実装された集積
回路ユニットと、該集積回路ユニットに熱的に接触した
冷却ジャケットと、該冷却ジャケットに配管路を介して
接続された熱交換器と、冷媒を加圧して前記冷却ジャケ
ットと熱交換器との間で冷媒を循環させる冷媒循環装置
と、を備えた電子機器の冷却装置において、前記冷却ジ
ャケット、熱交換器、冷媒循環装置および配管路からな
る冷却系の最下部に、該冷却系内にある冷媒の全量を貯
溜できる貯溜手段と、その貯溜手段内を減圧したり加圧
したりする圧力加減手段を設け、前記冷却系の最上部に
空気孔を穿設するとともに、前記貯溜手段に貯溜した冷
媒を加熱する加熱手段を配設し、かつ前記冷却系内の冷
媒温度に基づいて前記圧力加減手段と加熱手段の動作を
制御する制御手段を設けたことを特徴としている。

〔作用〕

上記構成によれば、冷媒を冷却系から排出する場合には
、圧力加減手段によって貯溜手段内を減圧して、冷却系
内の冷媒を貯溜手段内に吸引する。

このとき、冷却系の最上部に空気孔があるため、この空
気孔から外部空気が流入して、冷却系内の冷媒は強制的
に吸引されて、冷却系の内部に冷媒の液溜まりが生じる
ことはなく、冷却系の配管路を切断しても液漏れを起こ
す恐れがない。また冷媒を冷却系へ供給する場合には、
圧力加減手段によって貯溜手段内を加圧して、貯溜手段
内の冷媒を冷却系内へ強制的に吐出する。このとき、冷
却系内へ流入した空気は空気孔から外部へ強制的に排出
されるため、冷却系の内部に空気が残ることがなく、十
分な冷却能力を維持することが可能となる。

また、貯溜手段に貯溜した冷媒を加熱する加熱手段を配
設しておけば、周囲温度が氷点下になり、冷媒が凍結す
る可能性があるときに、冷却系にある冷媒の全量を一時
的に貯溜手段に回収してから、貯溜手段を加熱手段で加
熱することにより、冷媒の凍結を防止することができる
。そして、冷媒が凍結する可能性がなくなった後に貯溜
手段内の冷媒の全量を冷却系に戻すようにする。

さらに、圧力加減手段と加熱手段の動作を制御する制御
手段を設けておけば、周囲温度が氷点下になったとき冷
却系にある冷媒の全量を貯溜手段に回収して加熱する操
作と、周囲温度が氷点以上に上昇したとき加熱を止めて
貯溜手段内の冷媒を冷却系内へ戻す操作を自動的に行う
ことができる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明の冷却装置の全体構成を示している。図
において、基板１上には複数の集積回路ユニット２が搭
載されており、この集積回路ユニット２上には、液体の
冷媒（例えば水）の供給を受けて集積回路ユニット２を
冷却する冷却ジャケット３が設けられている。集積回路
ユニット２と冷却ジャケット３とは１例えば高熱伝導性
グリース等によって熱的に接触した構造となっている。

冷却ジャケット３は、配管路４を介して熱交換器６、タ
ンク９および冷媒循環装置（ポンプ）５に接続されてい
る。冷却ジャケット３．熱交換器６、タンク９および冷
媒循環装置５は冷却系を構成し、タンク９はこの冷却系
の最も高い位置に配置され、その上面には空気孔１０が
穿設されている。また、熱交換器６には冷却用のファン
７ａ、７ｂが取付けられている。なお、熱交換器６は図
のような空冷式のものに限らず、水と水との間で熱交換
を行う水冷式のものであってもよい。

また、冷却系の最も低い位置にはベローズ容器１１が設
けられ、このベローズ容器１１には油圧シリンダ１３が
取付けられている。油圧シリンダ１３は動力伝達管１５
を介して動力源１４に接続され、この動力源１４からの
油圧により、ベローズ容器１１を矢印Ａ方向へ伸長させ
たり、またはＢ方向へ圧縮させたりすることができる。

第２図はベローズ容器１１の詳細を示している。

ベローズ容器１１は、伸縮性のベローズ２０とその上下
に接合された上板１８および下板１９からなっており、
上板１８の中央部には配管路４が貫通固定され、下板１
９の中央部には油圧シリンダ１３が固定されている。ま
たベローズ２０は柔軟かつ強靭な材質で構成されている
。

通常の運転においては、タンク９内の冷媒は冷媒循環装
置５により加圧され、配管路４を通して冷却ジャケット
３に供給される。そして、冷却ジャケット３で集積回路
ユニット２を冷却して温度が高くなった冷媒は配管路４
を通して熱交換器６に送られ、ここでファン７ａ、７ｂ
によって冷却された後に再びタンク９内へ戻される。ま
た通常の運転では、ベローズ容器１１はＢ方向へ圧縮さ
れて最も容積の小さい状態になっている。

集積回路ユニット２等の保守・点検あるいは修理を行う
とき、または配管系の冷媒が凍結する心配があるとき、
動力源１４を鮭動して油圧シリンダ１３を作動させ、ベ
ローズ容器１１を入方向へ伸長させると、ベローズ容器
１１内が減圧されて、冷却ジャケット３、配管路４、熱
交換器６およびタンク９からなる冷却系の内部にある冷
媒の殆ど全量がベローズ容器１１内に吸引される。この
場合、タンク９上面の空気孔１０を介して外部空気が冷
却系内に流れ込むため、冷媒のベローズ容器１１への強
制的な吸引を行うことができる。これにより、冷却系内
には冷媒が存在しなくなるので、冷却系のどの箇所を切
断しても、冷媒の液漏れを皆無にすることが可能となる
。また保守・点検あるいは修理が終了したとき、または
冷媒凍結の心配がなくなったとき、油圧シリンダ１３に
よりベローズ容器１１をＢ方向へ圧縮させると、ベロー
ズ容器１１内が加圧されて、ベローズ容器１１内の冷媒
の殆ど全量が冷却系内へ戻される。この場合、冷却系内
に流れ込んだ空気は空気孔１０を介して外部へ流れるの
で、冷却系内に空気が残ってしまうという恐れはない。

なお１本実施例では、ベローズ容器１１は貯溜手段を、
油圧シリンダ１３、動力源１４および動力伝達管１５は
圧力加減手段をそれぞれ構成している。

第３図は本発明の他の実施例を示している。本実施例の
特徴は、貯溜手段として、シリンダ２１と該シリンダ２
１内面に密接して軸方向へ移動自在なピストン２２を設
けたことである。そして、シリンダ２１の上面中央部に
は配管路４が貫通固定され、ピストン２２の中央部には
油圧シリンダ１３が固定されている。またピストン２２
の外周面にはＯリング等のシール部材が固着され、シリ
ンダ２１内の気密が保持されている。

本実施例によれば、シリンダ２１とピストン２２を高強
度の金属材料等で製作することで、貯溜手段の耐久性を
向上させることが可能となる。

第４図は本発明の更に他の実施例を示している。

本実施例では、ベローズ容！１１１がヒータ２５ａ。

２５ｂを有する断熱容器２４内に収納され、ヒータ２５
ａ、２５ｂはヒータ配線２６ａ、２６ｂを介してヒータ
電源２７ａ、２７ｂにそれぞれ接続されている。また冷
却ジャケット３と配管路４の内部には温度センサ２９が
取付けられている。そして、動力源１４は動力源信号ラ
イン３１を介して、ヒータ電源２７ａ、２７ｂはヒータ
電源信号ライン３２ａ、３２ｂを介して、温度センサ２
９は温度センサ信号ライン３０を介してそれぞれ制御装
！！２８に接続されている。なお、他の構成は第１図の
場合と同様である。

このような構成によれば、空輸時あるいは運転停止時等
に冷媒凍結の可能性がある場合、冷却ジャケット３と配
管路４内の温度センサ２９からの出力信号を、温度セン
サ信号ライン３０を介して制御装！２８が受信し、まず
動力源信号ライン３１を介して動力源１４を稼働させる
。これにより、動力源１４は油圧シリンダ１３を駆動し
てベローズ容器１１を伸長させ、ベローズ容器１１内に
冷媒を回収する。しかるに後に、制御装置２８はヒータ
電源信号ライン３２ａ、３２ｂを介してヒータ電源２７
ａ、２７ｂの電源投入信号を出力する。

そして、ヒータ２５ａ、２５ｂはベローズ容器１１内部
の冷媒を加熱保温し、冷媒の凍結を防止する。

なお、本実施例では、ヒータ２５ａ、２５ｂ。

ヒータ電源２７ａ、２７ｂ等は加熱手段を、制御装ｆ２
８．温度センサ２９等は制御手段をそれぞれ構成してい
る。

本実施例によれば、制御装置２８を設けたので、動力源
１４の稼働とヒータ電源２７ａ、２７ｂの電源投入を自
動的に行うことができる。

なお、制御装置２８を介さずに、手動により動力源１４
を稼働させ、かつヒータ電源２７ａ、２７ｂの電源を手
動により投入することも勿論可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、集積回路ユニッ
ト等の保守・点検あるいは修理の際に、冷却系内の冷媒
を完全に排圧することができるので、各配管路を切断し
ても冷媒の液漏れに気を配る必要がなく、かつ冷媒を供
給するとき空気がスムースに抜けるため、空気抜きの心
配をしないで冷媒の供給を行うことができる。その結果
、保守・点検あるいは修理の作業を短時間で行うこと可
能となる。

また、冷却系内にある冷媒の全量を一時的に貯溜手段内
に貯溜して、さらに加熱保温することができるため、空
輸時あるいは運転停止時等においても冷媒の凍結を完全
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷却装置の全体構成図
、第２図はベローズ容器の詳細図、第３図は本発明の他
の実施例を示しベローズ容器の代りにシリンダとピスト
ンを用いた場合の詳細図、第４図は本発明の更に他の実
施例を示す冷却装置の全体構成図である。１・基板、２・集積回路ユニット、３・・冷却ジャケット、４・・配管路、５・・冷媒循環
装置、６・・熱交換器、９・・・タンク、１０　空気孔
、１トベローズ容器、１３・・油圧シリンダ、１４・・・動力源、２１・・シ
リンダ、２２・・・ピストン、２５ａ、２５ｂ−ヒータ
、２８・・制御装置。２９・・温度センサ。

Claims

【特許請求の範囲】１、基板上に集積回路が実装された集積回路ユニットと
、該集積回路ユニットに熱的に接触した冷却ジャケット
と、該冷却ジャケットに配管路を介して接続された熱交
換器と、冷媒を加圧して前記冷却ジャケットと熱交換器
との間で冷媒を循環させる冷媒循環装置と、を備えた電
子機器の冷却装置において、前記冷却ジャケット、熱交換器、冷媒循環装置および配
管路からなる冷却系の最下部に、該冷却系内にある冷媒
の全量を貯溜できる貯溜手段と、その貯溜手段内を減圧
したり加圧したりする圧力加減手段を設け、前記冷却系
の最上部に空気孔を穿設したことを特徴とする電子機器
の冷却装置。２、請求項１記載の電子機器の冷却装置において、前記
貯溜手段は、伸縮性のベローズ容器であることを特徴と
する電子機器の冷却装置。３、請求項１記載の電子機器の冷却装置において、前記
貯溜手段は、シリンダと該シリンダ内面に密接して軸方
向へ移動自在なピストンからなることを特徴とする電子
機器の冷却装置。４、請求項１記載の電子機器の冷却装置において、前記
圧力加減手段は、油圧シリンダまたは空気圧シリンダと
、それらのシリンダを駆動する動力源とを含むことを特
徴とする電子機器の冷却装置。５、基板上に集積回路が実装された集積回路ユニットと
、該集積回路ユニットに熱的に接触した冷却ジャケット
と、該冷却ジャケットに配管路を介して接続された熱交
換器と、冷媒を加圧して前記冷却ジャケットと熱交換器
との間で冷媒を循環させる冷媒循環装置と、を備えた電
子機器の冷却装置において、前記冷却ジャケット、熱交換器、冷媒循環装置および配
管路からなる冷却系の最下部に、該冷却系内にある冷媒
の全量を貯溜できる貯溜手段と、その貯溜手段内を減圧
したり加圧したりする圧力加減手段を設け、前記冷却系
の最上部に空気孔を穿設するとともに、前記貯溜手段に
貯溜した冷媒を加熱する加熱手段を配設したことを特徴
とする電子機器の冷却装置。６、基板上に集積回路が実装された集積回路ユニットと
、該集積回路ユニットに熱的に接触した冷却ジャケット
と、該冷却ジャケットに配管路を介して接続された熱交
換器と、冷媒を加圧して前記冷却ジャケットと熱交換器
との間で冷媒を循環させる冷媒循環装置と、を備えた電
子機器の冷却装置において、前記冷却ジャケット、熱交換器、冷媒循環装置および配
管路からなる冷却系の最下部に、該冷却系内にある冷媒
の全量を貯溜できる貯溜手段と、その貯溜手段内を減圧
したり加圧したりする圧力加減手段を設け、前記冷却系
の最上部に空気孔を穿設するとともに、前記貯溜手段に
貯溜した冷媒を加熱する加熱手段を配設し、かつ前記冷
却系内の冷媒温度に基づいて前記圧力加減手段と加熱手
段の動作を制御する制御手段を設けたことを特徴とする
電子機器の冷却装置。