JPH05315488A - 液体により冷却される電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液冷却装置の電源が確保出来ない停電時や、ポ
ンプ等の冷媒の主系統圧送手段が故障した緊急時に、集
積回路の冷却を行うのに好適な緊急用冷媒供給方法を提
供する。 【構成】プロセッサユニット内の配管６に緊急時に作動
する逆止弁７と弾性変形による容積変化をポンプ作用に
利用できるベローズ容器８を設け、緊急時にベローズ容
器８内部に貯溜する冷媒を、集積回路冷却ジャケット３
に供給し、集積回路ユニット２を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体により冷却される電
子装置に係り、特に、液冷却装置の電源が確保出来ない
停電時や、ポンプ等の冷媒の主系統の圧送手段が故障し
た緊急時にも、一定時間安全に集積回路等の冷却を行う
のに好適な緊急用冷媒供給手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超大形計算機のプリント配線基板
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手段として、特開
昭59−145548号公報に示されているように、集積回路ユ
ニットに直接パーフロロカーボン系冷媒を循環させ冷却
する電子装置が提案されている。確かに、この装置で
は、冷媒液が集積回路等に、直接、接して浸されるため
高い冷却効率が得られるが、冷媒ポンプ等の故障による
液循環の停止に対しては何ら考慮されておらず、緊急時
における集積回路の異常昇温あるいは、液冷媒の高温化
による分解等の危険を有している。

【０００３】一方、特開昭63−192254号公報には、この
ような緊急時の冷媒供給方法として図８のような方式が
提案されている。通常の運転時は、冷媒２４はそれを内
部に有する冷媒タンク２５から供給ポンプ４によって加
圧され、プロセッサユニットの集積回路ユニット２を冷
却する冷却ジャケット３に導かれる。停電やポンプ故障
の緊急時には、緊急時開閉弁２８が開くことによって、
外部からの加圧水の供給ライン２９から高水質製造装置
３０を通って、プロセッサユニット内冷却ジャケット３
に送水される。そして、冷却に寄与した後の冷却水は冷
媒供給ユニット内の緊急時開閉弁３１が開くことによ
り、排水ライン３２から外部に流される。なお、２６は
冷媒タンク２５からのポンプ４と熱交換器９との並列配
管における流入経路を適宜切り替えるための三方弁、２
７は逆止弁である。

【０００４】しかし、本装置では、緊急時に集積回路ユ
ニットに供給され、ユニット冷却後の冷媒は計算機外部
に放出する構造となっており、放出された冷媒が周囲の
空気に触れてしまう可能性がある。冷媒として安定な水
などを用いている場合には、外部にそのまま排水しても
問題はないが、フッ素系等の冷媒の場合には他の物質と
の化学的反応を懸念し、安全性また経済性の面からも大
気に開放することはできない。また、周囲の換気の悪い
室内で冷媒を開放した場合は、冷媒が蒸発し発生するガ
スによって酸素欠乏状態となり人的な危険性の心配も生
じてくる。

【０００５】また本装置では、電気的に動作させる弁を
緊急時用に用いており、停電時のような場合には動作不
能である。また、電気的に動作させる弁であるために誤
動作の心配がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、停電
やポンプの故障等の理由で液冷却装置がその役割が果た
せなくなった場合に、集積回路等を損傷させることのな
いように許容温度以下に保持し、冷媒を大気に開放する
ことない完全密閉型の緊急時冷却方法を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に実装
された集積回路または集積回路ユニットを液体の冷媒が
直接もしくは間接的に冷却する方式の集積回路冷却装置
および冷媒循環装置において、集積回路等の異常昇温も
しくはその原因となりうる事象を検知し、検知結果が集
積回路等の破損につながると判断される場合には、集積
回路等の電源停止までに必要な時間，冷媒を主系統のポ
ンプ以外の圧送手段によって集積回路の冷却構造体へ強
制的に供給することを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、通常の冷却装置における冷
媒循環に対して、本発明では冷却装置による冷媒の供給
圧力に応じて、冷却装置配管に接続されたバルブが自然
開閉し、タンク内の冷媒をポンプ以外の圧送手段で集積
回路等の冷却ジャケットへ供給する。このような方法に
より、集積回路等はその機能を損なうことのない温度以
下に保持され、その結果、冷媒としてフッ素系冷媒等を
用いた場合に液冷却装置の異常で通常の冷媒供給方法が
とれなくなった場合に、集積回路等の付近の配管内に留
まった冷媒が、化学的な分解温度以上に昇温し、その分
解によるフッ酸等の人的有害かつ配管等へ悪影響を与え
る物質の発生を防ぐことが出来る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１により説明す
る。

【００１０】図１は本発明の緊急冷却装置の全体構成を
示している。図において、計算機筐体内部の集積回路基
板１上には一つないし複数個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と熱的に接触
し、液体の冷媒（例えば水、もしくはフッ素系冷媒等）
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。冷媒はユニット内の加圧ポ
ンプ４をへて冷却ジャケット３内部に導かれ冷却に寄与
する。この際、配管経路に緊急時にポンプ圧力が所定値
以下になると自然に閉じる逆止弁７と冷媒を貯溜できる
柔軟な弾性容器８、例えば、金属ベローズを用いた容器
を設ける。通常の運転時は、逆止弁７は正方向に開き、
また供給圧力によってこの冷媒を貯溜できる柔軟なベロ
ーズ容器８は、内部の容積が膨張しており、緊急時の冷
媒供給量に必要なだけの容積の冷媒を満たした状態で運
転している。そして、何らかの理由によって冷媒供給に
おいて異常が発生し、冷媒ポンプ４の圧力が低下し、集
積回路等が損傷すると判断された場合には、逆止弁７が
自然に閉じると同時に、冷媒を貯溜していた柔軟なベロ
ーズ容器８がそれ自体の弾性力によって収縮する。その
結果、内部の容積が減少し冷媒が送り出される。そし
て、配管路６を通り冷却ジャケット３に冷媒がある一定
時間だけ供給され、集積回路等の損傷を防止できる。な
お、図中の９は、集積回路等の冷却によって、温められ
た冷媒を他の低温の流体によって冷すための熱交換器で
ある。１０は冷媒のフィルタ等の冷媒純度管理装置であ
る。また、冷媒を貯溜できる柔軟なベローズ容器８の容
積は、緊急時に集積回路の冷却に必要とされる冷媒量か
ら決まり、さらに自然な状態に形状を復元する際の収縮
剛性は、冷媒の必要供給圧力から決定される。このよう
に、完全な密閉容器であるため緊急時でも冷媒が大気に
開放されることはなく安全性が高く経済性も優れてい
る。

【００１１】図２と図３は、本発明の他の実施例を示し
ている。本実施例の特徴は、図１の構造におけるベロー
ズ容器８ａに、外周との機密性を保ちながら摺動できる
ピストン８ｂを設け、シリンダ１０内に収まる構造であ
る。図３において通常の運転の際、正方向に開いている
逆止弁７を介して冷媒の供給圧力がシリンダ１０内の下
方に位置する空間１１に作用し、ピストン８ｂを押し上
げベローズ容器８ａを縮ませる。その結果、空間１１は
取り得る最大の容積が確保され、内部は冷媒で満たされ
る。そして、緊急時になると冷媒の供給圧力が低下し、
逆止弁７と、所定の圧力差が生じていないと閉じる定圧
バルブ１２が閉じ、ベローズ８ａの復元力によってピス
トン８ｂが下方に摺動し、空間１１の容積が減少すると
同時にベローズ内部の空間１２の容積が増大する。そし
て、冷媒送出口１４から貯溜していた冷媒が送り出され
冷媒回収口１５からベローズ容器８内の空間１３に導か
れる。このような、ポンプ作用によって、冷却ジャケッ
ト３内に冷媒が供給される。

【００１２】図４は、本発明の他の実施例を示してい
る。本実施例の特徴は、冷媒の貯溜手段としてプロセッ
サユニット内部に冷媒補助タンク１６と容器内部が負圧
状態の冷媒吸引タンク１７を設けたことにある。通常の
運転時は、プロセッサユニットに供給された冷媒は、冷
媒補助タンク１６の容積分蓄えられ、冷却ジャケット３
をへて、通常、開いている三方弁１８を通過して、プロ
セッサユニット外部に送られる。そして、緊急時には逆
止弁７と、冷媒がプロセッサユニットの外部に行かない
ように定圧三方弁１８が閉じると同時に、冷却ジャケッ
ト３と冷媒吸引タンク１７とを連通する方向に開くこと
によって、冷媒補助タンク１６内に貯溜されている冷媒
が、冷却ジャケット３内部をへて負圧状態である冷媒吸
引タンク１７の内部に吸引回収される。その結果、それ
まで冷媒補助タンク１６内にあった比較的温度の低い冷
媒の部分的な循環によって、集積回路ユニット２からの
発熱をある一定時間除去することができる。なお、バル
ブ１９は冷媒供給タンク１７の内部圧力を外部の真空ポ
ンプ等の排気装置によって適当な負圧状態にするための
ポートバルブである。なお、プロセッサユニット内部に
設けている冷媒補助タンク１６は、設置しない場合、熱
交換器９が同等の機能を果たすことができる。

【００１３】図５は、本発明の更に他の実施例を示して
いる。本実施例の特徴は、図１の発明に加え、プロセッ
サユニット内部の配管路６及び集積回路ユニット２に異
常検出用の圧力センサ２０を設け、異常信号ライン２１
をへて制御装置２２に接続されている。このような構成
によれば運転時における集積回路ユニット２の異常な冷
媒供給圧力の減少をセンサ２０が検知し、圧力センサ２
０の異常信号ライン２１をへて制御装置２２が受信し、
まず、何らかの対策を施すように警告信号ライン２３に
よってオペレータに警告を発する。そして、異常事象が
急速に進み、対策が間に合わないと判断される場合には
通電中の集積回路が異常発熱し損傷してしまう可能性が
あるため電源停止に必要な時間、緊急冷却装置の起動と
なるバルブ７を機械的に作動させて強制的に冷媒を冷却
ジャケット３等へ供給することを自動的に行う。このよ
うな場合にも、電気的な動作は極力最小限にし、停電時
の信頼性を上げるようにする。集積回路の電源停止が可
能となった時点で電源の供給を停止させることにより集
積回路の損傷を回避する。そして、緊急冷却装置が作動
し、人的な原因把握，事故処理等の対策が施された後、
電子計算機の再起動ができる様に、各種のロックを解除
する。なお、制御装置２２を介さずに手動によりバルブ
７を作動させることも勿論可能である。

【００１４】また、図２，図４，図５の発明において冷
媒供給ユニットとプロセッサユニットを分離した構造と
なっているが、図１のように同一の筐体でも何ら問題は
ない。

【００１５】図６は、図１におけるベローズ容器８の外
周にそれ自体の容積膨張や収縮の妨げとならないように
蓄冷材２４を取り付けたもので、通常の冷媒循環時に供
給された比較的低い温度の冷媒が計算機筐体内部で温度
上昇するのを防ぎ、緊急時には集積回路部に低温の冷媒
を供給することができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、電源停止や故障による
主系統の冷媒供給手段がとれない場合に、ポンプ以外の
冷媒供給手段によって高発熱する集積回路ユニットに冷
媒を循環させ、集積回路等の発熱による破損を防止する
ことができる。

【００１７】さらに、冷媒ポンプの耐寿命性を考慮して
複数のポンプの切り換えを電子装置の運転中に行う場合
など、その切り換えによる冷媒圧力の急激な変動を低く
抑えることができる。

【００１８】また、本発明は特に電源停止や故障の場合
に、多量の電源を使うことなく集積回路等の温度上昇を
防止でき、停電時に備えた予備電源が不要となり、装置
全体として小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電子装置の緊急冷却装置の
系統図。

【図２】本発明の他の実施例の系統図。

【図３】図２における冷媒貯溜ベローズ容器の斜視図。

【図４】本発明の他の実施例の系統図。

【図５】本発明の他の実施例の系統図。

【図６】本発明の他の実施例の説明図。

【図７】従来の電子装置の配管構成の系統図。

【図８】従来の他の電子装置の配管構成の系統図。

【符号の説明】

２…集積回路または集積回路ユニット、３…冷却ジャケ
ット、７…緊急時作動バルブ、８…冷媒貯溜ベローズ容
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大曽根 靖夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 笠井 憲一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 桑原 平吉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 初田 俊雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 畑田 敏夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に実装された集積回路または前記集
   積回路ユニットを液体の冷媒がポンプによって循環し、
   直接もしくは間接的に冷却する電子装置において、正常
   運転時に前記ポンプにより高められた前記冷媒の静圧も
   しくは動圧を駆動源とする冷媒液送手段、及び、前記冷
   媒の静圧もしくは動圧に応じて動作する弁機構を備えた
   緊急時の電子装置用冷媒液送手段を有することを特徴と
   する液体により冷却される電子装置。