JPH07115154A - Computer cooling system - Google Patents

Computer cooling system

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Publication number
JPH07115154A
JPH07115154A JP25804793A JP25804793A JPH07115154A JP H07115154 A JPH07115154 A JP H07115154A JP 25804793 A JP25804793 A JP 25804793A JP 25804793 A JP25804793 A JP 25804793A JP H07115154 A JPH07115154 A JP H07115154A
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JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
boiling point
cooling module
inert gas
low
Prior art date
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Pending
Application number
JP25804793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromi Gohara
ひろみ 轟原
Rintaro Minamitani
林太郎 南谷
Toshio Hatsuda
俊雄 初田
Kenichi Kasai
憲一 笠井
Tadakatsu Nakajima
忠克 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07115154A publication Critical patent/JPH07115154A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To partially cool down coolant adjacent to a cooling module without producing dew on a coolant piping system to efficiently cool a semiconductor device of high heat generation by a method wherein a coolant cooling means is provided in front of the cooling module. CONSTITUTION:In a computer cooling system, a computer cooling module 3 and a heat exchanger 4 are connected together with low-boiling point coolant circulating pipings 27 to 30 so as to circulate low-boiling point coolants 23 to 25, a coolant storage tank 9 where a low-boiling point coolant 25 is temporarily stored is provided to the piping at a point between the heat exchanger 4 and the cooling module 3. Inert gas is made to blow into the coolant storage tank 9 to promote the evaporation of low-boiling point coolant 29 so as to cool the low-boiling point coolant 25 again by evaporation heat, and coolant 25 is fed to the cooling module 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータの冷却シス
テムに係り、特に、半導体素子が低沸点冷媒で直接また
は間接的に冷却される冷却システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a computer cooling system, and more particularly to a cooling system in which a semiconductor element is directly or indirectly cooled with a low boiling point refrigerant.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、超大型コンピュータのプリント基
板配線やセラミック基板などの回路基板上に搭載された
集積回路を冷却する手段として、例えば特開昭59−1455
48号公報に記載されているように、集積回路に直接低沸
点冷媒を循環させコンピュータ冷却をする方法が知られ
ている。また、さらに冷却能力を高める方法として液体
冷媒の沸騰による気化熱を利用して冷却する方法があ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as means for cooling an integrated circuit mounted on a circuit board such as a printed circuit board wiring or a ceramic board of a super large computer, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-1455.
As described in Japanese Patent Laid-Open No. 48, a method of circulating a low boiling point refrigerant directly in an integrated circuit for computer cooling is known. Further, as a method of further increasing the cooling capacity, there is a method of utilizing heat of vaporization due to boiling of the liquid refrigerant for cooling.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来技術によるコンピ
ュータ冷却システムにおいて、発熱体である半導体素子
を有する冷却モジュールと熱交換器とを低沸点冷媒が循
環しており、冷却モジュール内部に搭載された半導体素
子の発熱によって加熱された低沸点冷媒は、放熱用の熱
交換器によって冷却される。この時、熱交換器と冷却モ
ジュールとが離れた構造であるため、熱交換器における
過度の冷却は、熱交換器から冷却モジュールに至る冷媒
配管系統に結露を生じさせ、電子装置に致命的である短
絡などの被害をもたらす危険性がある。このため熱交換
器では、冷媒配管系統に結露が生じない程度までしか冷
却することができない。本発明の目的は冷却モジュール
内に、冷媒配管系統に結露が生じることなく、より低温
の低沸点冷媒を供給し、発熱体である半導体素子を効率
良く冷却する技術を提供することにある。
In a computer cooling system according to the prior art, a low boiling point refrigerant circulates through a cooling module having a semiconductor element as a heating element and a heat exchanger, and a semiconductor mounted inside the cooling module. The low boiling point refrigerant heated by the heat generated by the element is cooled by the heat exchanger for heat dissipation. At this time, since the heat exchanger and the cooling module are separated from each other, excessive cooling in the heat exchanger causes dew condensation in the refrigerant piping system from the heat exchanger to the cooling module, which is fatal to the electronic device. There is a risk of causing damage such as a short circuit. Therefore, the heat exchanger can only cool the refrigerant piping system to such an extent that dew condensation does not occur. An object of the present invention is to provide a technique for efficiently cooling a semiconductor element, which is a heating element, by supplying a low-temperature low-boiling-point refrigerant in a cooling module without causing dew condensation in the refrigerant piping system.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明によるコンピュー
タの冷却システムは、コンピュータの冷却モジュールと
熱交換器とを低沸点冷媒が循環するように、冷媒流通配
管で接続して成り、前記熱交換器から前記冷却モジュー
ルに至る配管途中に低沸点冷媒を一時貯える冷媒貯槽を
設け、この貯槽に不活性ガスを吹き込む手段を付設して
成ることを特徴とする。尚、この場合熱交換器後段に気
液分離器を設け前記気液分離器で分離されたガスを前記
不活性ガスとして用いることが有効である。
A cooling system for a computer according to the present invention comprises a cooling module of the computer and a heat exchanger which are connected by a refrigerant flow pipe so that a low boiling point refrigerant circulates. A cooling medium storage tank for temporarily storing a low boiling point cooling medium is provided in the middle of the pipe from the cooling module to the cooling module, and means for blowing an inert gas into this storage tank is additionally provided. In this case, it is effective to provide a gas-liquid separator after the heat exchanger and use the gas separated by the gas-liquid separator as the inert gas.

【0005】[0005]

【作用】上記の技術的手段によると、冷媒放熱用の熱交
換器によって冷媒配管系統が結露しない程度まで冷却さ
れた冷媒を、熱交換器から冷却モジュールに至る配管途
中に設けられた冷媒貯槽に一時的に貯える。冷媒貯槽内
に貯えられた低沸点冷媒中に不活性ガスを吹き込むこと
によって、低沸点冷媒の気化を促進させ、その気化熱に
よって冷却された低沸点冷媒を冷却モジュールに供給す
る。冷媒をそれ自体の蒸発潜熱により冷却する場合、低
沸点の冷媒ほどその効果は大きいものとなる。この方法
によって、発熱体である半導体素子を搭載している冷却
モジュール付近の冷媒を部分的に冷却し、より低温の低
沸点冷媒を冷却モジュールに供給することが可能とな
り、高発熱の半導体素子の冷却が高効率となる。また、
再冷却手段を冷却モジュールの直前に設けたため冷媒配
管系統に結露の心配がない。さらに、熱交換器後段に気
液分離器を設け該気液分離器で分離されたガスを、冷媒
貯槽に吹き込む不活性ガスとして用いるため、不活性ガ
スを循環させ有効に用いることができる。
According to the above technical means, the refrigerant cooled to such an extent that the refrigerant piping system is not condensed by the heat exchanger for radiating the refrigerant is transferred to the refrigerant storage tank provided in the middle of the piping from the heat exchanger to the cooling module. Store temporarily. By blowing an inert gas into the low boiling point refrigerant stored in the refrigerant storage tank, vaporization of the low boiling point refrigerant is promoted, and the low boiling point refrigerant cooled by the heat of vaporization is supplied to the cooling module. When the refrigerant is cooled by its own latent heat of vaporization, the lower the boiling point of the refrigerant, the greater the effect. By this method, it is possible to partially cool the refrigerant in the vicinity of the cooling module on which the semiconductor element that is the heat generating element is mounted, and to supply a lower boiling point refrigerant having a lower temperature to the cooling module, and to cool the semiconductor element with high heat generation. Cooling becomes highly efficient. Also,
Since the recooling means is provided immediately before the cooling module, there is no fear of dew condensation on the refrigerant piping system. Furthermore, since a gas-liquid separator is provided in the latter stage of the heat exchanger and the gas separated by the gas-liquid separator is used as the inert gas blown into the refrigerant storage tank, the inert gas can be circulated and effectively used.

【0006】[0006]

【実施例】第1図は本発明によるコンピュータ冷却シス
テムの一実施例を示す系統図である。本実施例はプロセ
ッサユニットAと冷媒供給ユニットBとの二つのブロッ
クからなる。コンピュータ筐体内部の集積回路基板1上
には一つないし複数個の半導体素子2が搭載されてお
り、低沸点冷媒23中に直接浸せきされている。低沸点
冷媒はポンプ7によって冷却モジュール3と熱交換器4
とを循環している。冷却モジュール3の前段に低沸点冷
媒を一時貯える冷媒貯槽9を設け、コンプレッサ8を介
して冷媒貯槽9内の低沸点冷媒25に不活性ガスを吹き
込む。この時、不活性ガスは気泡生成ノズル12により
適度に分散した気泡13とし、吹き込むガスの量は調節
弁10により制御する。また、冷媒貯槽9には不活性ガ
スを吹き込むことによる圧力変動を緩和するためのベロ
ーズ11を設けてある。低沸点冷媒25中に不活性ガス
を吹き込むことによって、低沸点冷媒25の気化を促進
し、その気化熱によって冷却した低沸点冷媒を配管27
で冷却モジュール3に供給する。低沸点冷媒は冷却モジ
ュール3内部に搭載された半導体素子2の発熱により加
熱され、一部が気化した気液二相状となり冷却モジュー
ルから排出される。気液二相状の低沸点冷媒は、配管2
8で放熱用の熱交換器4に導入され、ここで凝縮され
る。熱交換器4の後段に設けられた気液分離器6で低沸
点冷媒24と不活性ガス26とを分離し、低沸点冷媒は
配管29、ポンプ7を介して冷媒貯槽9に供給され、一
方、不活性ガスは配管30,コンプレッサ8を介して冷
媒貯槽9に吹き込まれる。ここで、気液分離器6内には
低沸点冷媒24と共に不活性ガス26も貯めているた
め、圧力変動の対策として安全弁5を設けてある。
1 is a system diagram showing an embodiment of a computer cooling system according to the present invention. This embodiment comprises two blocks, a processor unit A and a coolant supply unit B. One or a plurality of semiconductor elements 2 are mounted on an integrated circuit board 1 inside a computer housing and are directly immersed in a low boiling point refrigerant 23. The low boiling point refrigerant is supplied to the cooling module 3 and the heat exchanger 4 by the pump 7.
And is circulating. A refrigerant storage tank 9 for temporarily storing a low-boiling-point refrigerant is provided in front of the cooling module 3, and an inert gas is blown into the low-boiling-point refrigerant 25 in the refrigerant storage tank 9 via the compressor 8. At this time, the inert gas is formed into bubbles 13 appropriately dispersed by the bubble generation nozzle 12, and the amount of gas blown in is controlled by the control valve 10. Further, the refrigerant storage tank 9 is provided with a bellows 11 for alleviating a pressure fluctuation caused by blowing an inert gas. By blowing an inert gas into the low boiling point refrigerant 25, the vaporization of the low boiling point refrigerant 25 is promoted, and the low boiling point refrigerant cooled by the heat of vaporization is supplied to the pipe 27.
Is supplied to the cooling module 3. The low boiling point refrigerant is heated by the heat generated by the semiconductor element 2 mounted inside the cooling module 3, and is partially vaporized into a gas-liquid two-phase state and discharged from the cooling module. The gas-liquid two-phase low boiling point refrigerant is the pipe 2
At 8 the heat is introduced into the heat exchanger 4 for heat dissipation, where it is condensed. The low-boiling-point refrigerant 24 and the inert gas 26 are separated by the gas-liquid separator 6 provided in the latter stage of the heat exchanger 4, and the low-boiling-point refrigerant is supplied to the refrigerant storage tank 9 via the pipe 29 and the pump 7. The inert gas is blown into the refrigerant storage tank 9 through the pipe 30 and the compressor 8. Here, since the inert gas 26 is stored together with the low boiling point refrigerant 24 in the gas-liquid separator 6, the safety valve 5 is provided as a measure against pressure fluctuation.

【0007】図2は本発明によるコンピュータ冷却シス
テムの第二の実施例を示す系統図である。本実施例はプ
ロセッサユニットAと冷媒供給ユニットBとの二つのブ
ロックからなる。コンピュータ筐体内部の集積回路基板
1上には一つないし複数個の半導体素子2が搭載されて
おり、低沸点冷媒23で間接的に冷却されている。低沸
点冷媒はポンプ7によって冷却モジュール3と熱交換器
4とを循環している。冷却モジュール3の前段に低沸点
冷媒を一時貯える冷媒貯槽9を設け、コンプレッサ8を
介して冷媒貯槽9内の低沸点冷媒25に不活性ガスを吹
き込む。この時、不活性ガスは気泡生成ノズル12によ
り適度に分散した気泡13とし、吹き込むガスの量は調
節弁10により制御する。また、冷媒貯槽9には不活性
ガスを吹き込むことによる圧力変動を緩和するためのベ
ローズ11を設けてある。低沸点冷媒25中に不活性ガ
スを吹き込むことによって、低沸点冷媒25の気化を促
進し、その気化熱によって冷却した低沸点冷媒を配管2
7で冷却モジュール3に供給する。低沸点冷媒は冷却モ
ジュール3内部に搭載された半導体素子2の発熱により
加熱され、一部が気化した気液二相状となり冷却モジュ
ールから排出される。気液二相状の低沸点冷媒は、配管
28で放熱用の熱交換器4に導入され、ここで凝縮され
る。熱交換器4の後段に設けられた気液分離器6で低沸
点冷媒24と不活性ガス26とを分離し、低沸点冷媒は
配管29,ポンプ7を介して冷媒貯槽9に供給され、一
方、不活性ガスは配管30,コンプレッサ8を介して冷
媒貯槽9に吹き込まれる。ここで、気液分離器6内には
低沸点冷媒24と共に不活性ガス26も貯めているた
め、圧力変動の対策として安全弁5を設けてある。
FIG. 2 is a system diagram showing a second embodiment of the computer cooling system according to the present invention. This embodiment comprises two blocks, a processor unit A and a coolant supply unit B. One or a plurality of semiconductor elements 2 are mounted on an integrated circuit board 1 inside a computer housing and are indirectly cooled by a low boiling point refrigerant 23. The low boiling point refrigerant is circulated through the cooling module 3 and the heat exchanger 4 by the pump 7. A refrigerant storage tank 9 for temporarily storing a low-boiling-point refrigerant is provided in front of the cooling module 3, and an inert gas is blown into the low-boiling-point refrigerant 25 in the refrigerant storage tank 9 via the compressor 8. At this time, the inert gas is formed into bubbles 13 appropriately dispersed by the bubble generation nozzle 12, and the amount of gas blown in is controlled by the control valve 10. Further, the refrigerant storage tank 9 is provided with a bellows 11 for alleviating a pressure fluctuation caused by blowing an inert gas. By blowing an inert gas into the low boiling point refrigerant 25, the vaporization of the low boiling point refrigerant 25 is promoted, and the low boiling point refrigerant cooled by the heat of vaporization is pipe 2
At 7, the cooling module 3 is supplied. The low boiling point refrigerant is heated by the heat generated by the semiconductor element 2 mounted inside the cooling module 3, and is partially vaporized into a gas-liquid two-phase state and discharged from the cooling module. The gas-liquid two-phase low boiling point refrigerant is introduced into the heat exchanger 4 for heat dissipation through the pipe 28, and is condensed therein. The low-boiling-point refrigerant 24 and the inert gas 26 are separated by the gas-liquid separator 6 provided in the latter stage of the heat exchanger 4, and the low-boiling-point refrigerant is supplied to the refrigerant storage tank 9 through the pipe 29 and the pump 7, The inert gas is blown into the refrigerant storage tank 9 through the pipe 30 and the compressor 8. Here, since the inert gas 26 is stored together with the low boiling point refrigerant 24 in the gas-liquid separator 6, the safety valve 5 is provided as a measure against pressure fluctuation.

【0008】図3は本発明によるコンピュータ冷却シス
テムの第三の実施例を示す系統図である。本実施例はプ
ロセッサユニットAと冷媒供給ユニットBとの二つのブ
ロックからなる。コンピュータ筐体内部の集積回路基板
1上には一つないし複数個の半導体素子2が搭載されて
おり、低沸点冷媒23中に直接浸せきされている。低沸
点冷媒はポンプ7によって冷却モジュール3と熱交換器
4とを循環している。冷却モジュール3内は冷媒供給流
路20と冷媒帰還流路21とに分離し、冷媒を噴出する
ための冷媒噴出ノズル22から、冷媒が半導体素子2に
向けて噴出される。冷却モジュール3の前段に低沸点冷
媒を一時貯える冷媒貯槽9を設け、コンプレッサ8を介
して冷媒貯槽9内の低沸点冷媒25に不活性ガスを吹き
込む。この時、不活性ガスは気泡生成ノズル12により
適度に分散した気泡13とし、吹き込むガスの量は調節
弁10により制御する。また、冷媒貯槽9には不活性ガ
スを吹き込むことによる圧力変動を緩和するためのベロ
ーズ11を設けてある。低沸点冷媒25中に不活性ガス
を吹き込むことによって、低沸点冷媒25の気化を促進
し、その気化熱によって冷却した低沸点冷媒を配管27
で冷却モジュール3に供給する。低沸点冷媒は冷却モジ
ュール3内部に搭載された半導体素子2の発熱により加
熱され、一部が気化した気液二相状となり冷却モジュー
ルから排出される。気液二相状の低沸点冷媒は、配管2
8で放熱用の熱交換器4に導入され、ここで凝縮され
る。熱交換器4の後段に設けられた気液分離器6で低沸
点冷媒24と不活性ガス26とを分離し、低沸点冷媒は
配管29、ポンプ7を介して冷媒貯槽9に供給され、一
方、不活性ガスは配管30、コンプレッサ8を介して冷
媒貯槽9に吹き込まれる。ここで、気液分離器6内には
低沸点冷媒24と共に不活性ガス26も貯めているた
め、圧力変動の対策として安全弁5を設けてある。
FIG. 3 is a system diagram showing a third embodiment of the computer cooling system according to the present invention. This embodiment comprises two blocks, a processor unit A and a coolant supply unit B. One or a plurality of semiconductor elements 2 are mounted on an integrated circuit board 1 inside a computer housing and are directly immersed in a low boiling point refrigerant 23. The low boiling point refrigerant is circulated through the cooling module 3 and the heat exchanger 4 by the pump 7. The inside of the cooling module 3 is divided into a refrigerant supply flow path 20 and a refrigerant return flow path 21, and the refrigerant is ejected toward the semiconductor element 2 from a refrigerant ejection nozzle 22 for ejecting the refrigerant. A refrigerant storage tank 9 for temporarily storing a low-boiling-point refrigerant is provided in front of the cooling module 3, and an inert gas is blown into the low-boiling-point refrigerant 25 in the refrigerant storage tank 9 via the compressor 8. At this time, the inert gas is formed into bubbles 13 appropriately dispersed by the bubble generation nozzle 12, and the amount of gas blown in is controlled by the control valve 10. Further, the refrigerant storage tank 9 is provided with a bellows 11 for alleviating a pressure fluctuation caused by blowing an inert gas. By blowing an inert gas into the low boiling point refrigerant 25, the vaporization of the low boiling point refrigerant 25 is promoted, and the low boiling point refrigerant cooled by the heat of vaporization is supplied to the pipe 27.
Is supplied to the cooling module 3. The low boiling point refrigerant is heated by the heat generated by the semiconductor element 2 mounted inside the cooling module 3, and is partially vaporized into a gas-liquid two-phase state and discharged from the cooling module. The gas-liquid two-phase low boiling point refrigerant is the pipe 2
At 8 the heat is introduced into the heat exchanger 4 for heat dissipation, where it is condensed. The low-boiling-point refrigerant 24 and the inert gas 26 are separated by the gas-liquid separator 6 provided in the latter stage of the heat exchanger 4, and the low-boiling-point refrigerant is supplied to the refrigerant storage tank 9 via the pipe 29 and the pump 7. The inert gas is blown into the refrigerant storage tank 9 through the pipe 30 and the compressor 8. Here, since the inert gas 26 is stored together with the low boiling point refrigerant 24 in the gas-liquid separator 6, the safety valve 5 is provided as a measure against pressure fluctuation.

【0009】図4は本発明によるコンピュータの冷却シ
ステムの第四の実施例を示す構成図である。本実施例で
は、プロセッサユニットAと冷媒供給ユニットBとの二
つのブロックからなる。コンピュータ筐体内部の集積回
路基板上1には一つないし複数個の半導体素子2が搭載
されており、低沸点冷媒23で直接冷却されている。低
沸点冷媒はポンプ7によって冷却モジュール3と熱交換
器4とを循環している。冷却モジュール3内部を冷媒貯
留部14と気体流路15に分離し、気体流路15から冷
媒貯留部14に不活性ガスを吹き込む。この時、不活性
ガスは気泡生成ノズル12によって適度に分散した気泡
13とし、吹き込むガスの量は調節弁10により制御す
る。冷媒貯留部14に気泡13を吹き込むことによる圧
力変動を緩和するために、冷媒貯留部14にはベローズ
11を設けてある。冷却モジュール内部の低沸点冷媒2
3は半導体素子2の発熱により加熱されるが、冷媒貯留
部14に不活性ガスの気泡13を吹き込むことによっ
て、冷媒貯留部14内の低沸点冷媒23の気化が促進さ
れ、その気化熱により半導体素子2の冷却効率が向上す
る。さらに、冷却モジュール内部の冷媒貯留部14に直
接気泡状の不活性ガスを吹き込むため、冷却モジュール
内の冷媒のみを冷却することが可能であり、強制対流の
効果もある。低沸点冷媒は冷却モジュール3の内部に搭
載された半導体素子2の発熱により加熱され、一部が気
化した気液二相状となり冷却モジュールから排出され
る。気液二相状の低沸点冷媒は、配管28で放熱用の熱
交換器4に導入され、ここで凝縮される。熱交換器4の
後段に設けられた気液分離器6で低沸点冷媒24と不活
性ガス26とを分離し、低沸点冷媒24は配管29,ポ
ンプ7を経て冷却モジュール3の冷媒貯留部14に供給
され、一方不活性ガス26は、配管30,コンプレッサ
8を介して冷却モジュール3の気体流路15に供給され
る。ここで、気液分離器6内には低沸点冷媒24と共に
不活性ガス26も貯めているため、圧力変動の対策とし
て安全弁5を設けてある。
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the computer cooling system according to the present invention. In this embodiment, the processor unit A and the coolant supply unit B are composed of two blocks. One or a plurality of semiconductor elements 2 are mounted on an integrated circuit board 1 inside a computer housing and are directly cooled by a low boiling point refrigerant 23. The low boiling point refrigerant is circulated through the cooling module 3 and the heat exchanger 4 by the pump 7. The inside of the cooling module 3 is separated into a refrigerant storage portion 14 and a gas flow passage 15, and an inert gas is blown into the refrigerant storage portion 14 from the gas flow passage 15. At this time, the inert gas is made into bubbles 13 appropriately dispersed by the bubble generation nozzle 12, and the amount of gas blown in is controlled by the control valve 10. A bellows 11 is provided in the coolant reservoir 14 in order to reduce pressure fluctuations caused by blowing bubbles 13 into the coolant reservoir 14. Low boiling point refrigerant inside the cooling module 2
3 is heated by the heat generation of the semiconductor element 2, but by blowing the bubbles 13 of the inert gas into the refrigerant reservoir 14, the vaporization of the low boiling point refrigerant 23 in the refrigerant reservoir 14 is promoted, and the vaporization heat of the semiconductor The cooling efficiency of the element 2 is improved. Furthermore, since the bubble-like inert gas is blown directly into the refrigerant reservoir 14 inside the cooling module, it is possible to cool only the refrigerant inside the cooling module, and there is also the effect of forced convection. The low boiling point refrigerant is heated by the heat generation of the semiconductor element 2 mounted inside the cooling module 3, and is partially vaporized into a gas-liquid two-phase state and discharged from the cooling module. The gas-liquid two-phase low boiling point refrigerant is introduced into the heat exchanger 4 for heat dissipation through the pipe 28, and is condensed therein. The low-boiling-point refrigerant 24 and the inert gas 26 are separated by the gas-liquid separator 6 provided at the subsequent stage of the heat exchanger 4, and the low-boiling-point refrigerant 24 passes through the pipe 29 and the pump 7 and the refrigerant reservoir 14 of the cooling module 3. On the other hand, the inert gas 26 is supplied to the gas flow path 15 of the cooling module 3 via the pipe 30 and the compressor 8. Here, since the inert gas 26 is stored together with the low boiling point refrigerant 24 in the gas-liquid separator 6, the safety valve 5 is provided as a measure against pressure fluctuation.

【0010】図5は本発明によるコンピュータの冷却シ
ステムの第五の実施例を示す系統図である。本実施例で
は、プロセッサユニットAと冷媒供給ユニットBとの二
つのブロックからなる。コンピュータ筐体内部の集積回
路基板1上には一つないし複数個の半導体素子2が搭載
されており、低沸点冷媒23中に直接浸漬されている。
不活性ガスはコンプレッサ8を介して、配管28,30
で冷却モジュール3と熱交換器4とを循環している。冷
却モジュール3内部を冷媒貯留部14と気体流路15に
分離し、気体流路15から冷媒貯留部14に不活性ガス
を吹き込む。不活性ガスは気泡生成ノズル12によって
適度に分散した気泡13とし、吹き込むガスの量は調節
弁10により制御する。冷媒貯留部14に気泡13を吹
き込むことによる圧力変動を緩和するために、冷媒貯留
部14にはベローズ11を設けてある。冷却モジュール
内部の低沸点冷媒23は半導体素子2の発熱により加熱
されるが、冷媒貯留部14に不活性ガスの気泡13を吹
き込むことによって、冷媒貯留部14内の低沸点冷媒2
3の気化が促進され、その気化熱により半導体素子2の
冷却効率が向上する。さらに、冷却モジュール内部の冷
媒貯留部14に直接気泡状の不活性ガスを吹き込むた
め、冷却モジュール内の冷媒のみを冷却することが可能
となり、強制対流の効果もある。低沸点冷媒は、冷却モ
ジュール3内部に搭載された半導体素子2の発熱による
加熱および不活性ガスを吹き込むことにより、一部が気
化する。このため冷媒貯留部14の気相中には、低沸点
冷媒の蒸気,不活性ガスとが共存している。低沸点冷媒
の蒸気と不活性ガスは配管28中を上昇し、熱交換器4
に導入され、冷媒蒸気のみがここで凝縮される。熱交換
器4の後段に設けられた気液分離器6で低沸点冷媒24
と不活性ガス26とを分離する。液化した低沸点冷媒2
4は重力によって配管29を流通し、冷却モジュール3
の冷媒貯留部14に供給される。一方、不活性ガス26
は、コンプレッサ8,配管30を介して冷却モジュール
3の気体流路15に供給される。ここで、気液分離器6
内には低沸点冷媒24と共に不活性ガス26も貯めてい
るため、圧力変動の対策として安全弁5を設けてある。
FIG. 5 is a system diagram showing a fifth embodiment of the computer cooling system according to the present invention. In this embodiment, the processor unit A and the coolant supply unit B are composed of two blocks. One or a plurality of semiconductor elements 2 are mounted on an integrated circuit board 1 inside a computer housing and are directly immersed in a low boiling point refrigerant 23.
The inert gas passes through the compressor 8 and the pipes 28, 30.
Is circulated through the cooling module 3 and the heat exchanger 4. The inside of the cooling module 3 is separated into a refrigerant storage portion 14 and a gas flow passage 15, and an inert gas is blown into the refrigerant storage portion 14 from the gas flow passage 15. The inert gas is made into bubbles 13 dispersed appropriately by the bubble generation nozzle 12, and the amount of gas blown in is controlled by the control valve 10. A bellows 11 is provided in the coolant reservoir 14 in order to reduce pressure fluctuations caused by blowing bubbles 13 into the coolant reservoir 14. The low-boiling-point refrigerant 23 inside the cooling module is heated by the heat generated by the semiconductor element 2, but the low-boiling-point refrigerant 2 inside the refrigerant reservoir 14 is blown by blowing the bubbles 13 of the inert gas into the refrigerant reservoir 14.
3 is promoted to be vaporized, and the heat of vaporization improves the cooling efficiency of the semiconductor element 2. Furthermore, since the bubble-like inert gas is blown directly into the refrigerant storage portion 14 inside the cooling module, it becomes possible to cool only the refrigerant inside the cooling module, and there is also the effect of forced convection. A part of the low boiling point refrigerant is vaporized by heating the semiconductor element 2 mounted inside the cooling module 3 with heat and blowing an inert gas. Therefore, the vapor of the low boiling point refrigerant and the inert gas coexist in the vapor phase of the refrigerant reservoir 14. The vapor of the low-boiling-point refrigerant and the inert gas rise in the pipe 28, and the heat exchanger 4
Are introduced into the reactor and only the refrigerant vapor is condensed there. The low-boiling-point refrigerant 24 is supplied to the gas-liquid separator 6 provided after the heat exchanger 4.
And the inert gas 26 are separated. Liquefied low boiling point refrigerant 2
4 flows through the pipe 29 by gravity, and the cooling module 3
Is supplied to the refrigerant reservoir 14. On the other hand, the inert gas 26
Is supplied to the gas flow path 15 of the cooling module 3 via the compressor 8 and the pipe 30. Here, the gas-liquid separator 6
Since the low boiling point refrigerant 24 and the inert gas 26 are stored therein, the safety valve 5 is provided as a measure against pressure fluctuation.

【0011】図6は実施例1における冷媒貯槽9の断面
図である。この冷媒貯槽9は一端に冷媒が供給される冷
媒供給口17を有し、他端に冷媒が排出される冷媒排出
口18を有している。冷媒貯槽9に一時的に貯えられた
低沸点冷媒中25に、不活性ガスを噴出させるための気
泡生成ノズル12の先は多孔質体16からなり、低沸点
冷媒25中に均一で細かい複数の気泡13を生成するこ
とが可能である。また、冷媒貯槽9には圧力変動を緩和
させるためのベローズ11を設けてある。
FIG. 6 is a sectional view of the refrigerant storage tank 9 in the first embodiment. The refrigerant storage tank 9 has a refrigerant supply port 17 for supplying the refrigerant at one end and a refrigerant discharge port 18 for discharging the refrigerant at the other end. The tip of the bubble generation nozzle 12 for ejecting the inert gas into the low boiling point refrigerant 25 temporarily stored in the refrigerant storage tank 9 is composed of the porous body 16, and the low boiling point refrigerant 25 has a plurality of uniform and fine particles. It is possible to generate bubbles 13. Further, the refrigerant storage tank 9 is provided with a bellows 11 for alleviating pressure fluctuations.

【0012】図7は実施例1における他の冷媒貯槽9の
断面図である。この冷媒貯槽9は一端に冷媒が供給され
る冷媒供給口17を有し、他端に冷媒が排出される冷媒
排出口18を有している。冷媒貯槽9に一時的に貯えら
れた低沸点冷媒25中に、不活性ガスを噴出させるため
の気泡生成ノズル12の先は冷媒液面に水平になるよう
に折れ曲がっており、一つまたは複数個の気泡噴出口1
9を有し、冷媒中に均一で細かい複数の気泡13を生成
することが可能である。また、冷媒貯槽9には圧力変動
を緩和させるためのベローズ11を設けてある。
FIG. 7 is a sectional view of another refrigerant storage tank 9 in the first embodiment. The refrigerant storage tank 9 has a refrigerant supply port 17 for supplying the refrigerant at one end and a refrigerant discharge port 18 for discharging the refrigerant at the other end. In the low boiling point refrigerant 25 temporarily stored in the refrigerant storage tank 9, the tip of the bubble generation nozzle 12 for ejecting the inert gas is bent so as to be horizontal to the liquid surface of the refrigerant. Bubble outlet 1
9, it is possible to generate a plurality of uniform and fine bubbles 13 in the refrigerant. Further, the refrigerant storage tank 9 is provided with a bellows 11 for alleviating pressure fluctuations.

【0013】[0013]

【発明の効果】本発明によれば、熱交換器から冷却モジ
ュールに至る配管途中に低沸点冷媒を再冷却する手段を
設けるため、冷媒配管系統に結露を生じることなく冷却
モジュール内の冷媒を部分的に冷却することが可能とな
る。これにより、基板上に搭載された高発熱体である半
導体素子の冷却が高効率となる。
According to the present invention, since the means for recooling the low boiling point refrigerant is provided in the middle of the piping from the heat exchanger to the cooling module, the refrigerant in the cooling module can be partially cooled without dew condensation on the refrigerant piping system. It becomes possible to cool it. As a result, cooling of the semiconductor element, which is a high heat generating element mounted on the substrate, becomes highly efficient.

【0014】また、実施例4によれば冷媒を循環させる
ためのポンプが不要となり、コンピュータ装置全体の小
型化も図れる。
Further, according to the fourth embodiment, a pump for circulating the refrigerant is unnecessary, and the computer apparatus as a whole can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のコンピュータ冷却システムの一実施例
の系統図。
FIG. 1 is a system diagram of an embodiment of a computer cooling system of the present invention.

【図2】本発明のコンピュータ冷却システムの第二の実
施例の系統図。
FIG. 2 is a system diagram of a second embodiment of the computer cooling system of the present invention.

【図3】本発明のコンピュータ冷却システムの第三の実
施例の系統図。
FIG. 3 is a system diagram of a third embodiment of the computer cooling system of the present invention.

【図4】本発明のコンピュータ冷却システムの第四の実
施例の系統図。
FIG. 4 is a system diagram of a fourth embodiment of the computer cooling system of the present invention.

【図5】本発明のコンピュータ冷却システムの第五の実
施例の系統図。
FIG. 5 is a system diagram of a fifth embodiment of the computer cooling system of the present invention.

【図6】実施例一における冷媒貯槽の断面図。FIG. 6 is a sectional view of the refrigerant storage tank according to the first embodiment.

【図7】実施例一における他の冷媒貯槽の断面図。FIG. 7 is a sectional view of another refrigerant storage tank according to the first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A…プロセッサユニット、B…冷媒供給ユニット、1…
集積回路基板、2…半導体素子、3…冷却モジュール、
4…熱交換器、5…安全弁、6…気液分離器、7…ポン
プ、8…コンプレッサ、9…冷媒貯槽、10…調節弁、
11…ベローズ、12…気泡生成ノズル、13…気泡、
23〜25…低沸点冷媒、26…不活性ガス、27〜3
0…配管。
A ... Processor unit, B ... Refrigerant supply unit, 1 ...
Integrated circuit board, 2 ... Semiconductor element, 3 ... Cooling module,
4 ... Heat exchanger, 5 ... Safety valve, 6 ... Gas-liquid separator, 7 ... Pump, 8 ... Compressor, 9 ... Refrigerant storage tank, 10 ... Control valve,
11 ... Bellows, 12 ... Air bubble generating nozzle, 13 ... Air bubble,
23 to 25 ... Low boiling point refrigerant, 26 ... Inert gas, 27 to 3
0 ... Piping.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠井 憲一 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 中島 忠克 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kenichi Kasai, No. 1 Horiyamashita, Horiyamashita, Hadano-shi, Kanagawa Prefecture General Computer Division, Hitate Manufacturing Co., Ltd. Machinery Research Laboratory

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発熱体である半導体素子を有する冷却モジ
ュールと熱交換器とを低沸点冷媒が循環するように冷媒
流通配管で接続して成るコンピュータの冷却システムに
おいて、前記熱交換器から前記冷却モジュールに至る配
管途中に、前記低沸点冷媒を一時貯える冷媒貯槽を設
け、前記冷媒貯槽に不活性ガスを吹き込む手段を付設し
て成ることを特徴とするコンピュータの冷却システム。
1. A cooling system for a computer, comprising a cooling module having a semiconductor element, which is a heating element, and a heat exchanger connected by a refrigerant flow pipe so that a low boiling point refrigerant circulates. A cooling system for a computer, wherein a refrigerant storage tank for temporarily storing the low-boiling-point refrigerant is provided in the middle of a pipe reaching the module, and means for blowing an inert gas into the refrigerant storage tank is additionally provided.
【請求項2】請求項1において、前記熱交換器の後段に
気液分離器を設け前記気液分離器で分離されたガスを前
記不活性ガスとして用いるコンピュータの冷却システ
ム。
2. The cooling system for a computer according to claim 1, wherein a gas-liquid separator is provided at a stage subsequent to the heat exchanger, and the gas separated by the gas-liquid separator is used as the inert gas.
【請求項3】発熱体である半導体素子を有する冷却モジ
ュールと熱交換器とを低沸点冷媒が循環するように冷媒
流通配管で接続して成るコンピュータの冷却システムに
おいて、前記冷却モジュール内の冷媒の貯留部に不活性
ガスを吹き込む手段を付設して成ることを特徴とするコ
ンピュータの冷却システム。
3. A cooling system for a computer in which a cooling module having a semiconductor element as a heating element and a heat exchanger are connected by a refrigerant flow pipe so that a low boiling point refrigerant circulates. A computer cooling system, characterized in that a means for blowing an inert gas is attached to the storage part.
【請求項4】発熱体である半導体素子を低沸点冷媒中に
浸せきし、前記半導体素子を有する冷却モジュールと熱
交換器とを前記低沸点冷媒が循環するように冷媒流通配
管で接続して成るコンピュータの冷却システムにおい
て、前記冷却モジュール内の前記各半導体素子に向けて
直接不活性ガスを吹き付ける手段を付設し、前記冷却モ
ジュール内で生成する低沸点冷媒の蒸気および不活性ガ
スを前記流通配管を通して循環せしめることを特徴とす
るコンピュータの冷却システム。
4. A semiconductor element, which is a heating element, is immersed in a low boiling point refrigerant, and a cooling module having the semiconductor element and a heat exchanger are connected by a refrigerant flow pipe so that the low boiling point refrigerant circulates. In a computer cooling system, a means for directly spraying an inert gas toward each of the semiconductor elements in the cooling module is attached, and a vapor of a low boiling point refrigerant and an inert gas generated in the cooling module are passed through the distribution pipe. A computer cooling system characterized by being circulated.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017189148A1 (en) * 2016-04-25 2017-11-02 Applied Materials, Inc. Coolant and a method to control the ph and resistivity of coolant used in a heat exchanger

Cited By (2)

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US11125512B2 (en) 2016-04-25 2021-09-21 Applied Materials, Inc. Coolant and a method to control the pH and resistivity of coolant used in a heat exchanger

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