JPH07142654A - 冷媒を用いた電子機器の緊急冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】基板１上に実装された集積回路などの冷却部品
２を液体冷媒にて直接もしくは間接的に冷却する電子機
器において、冷却装置の異常時に加圧ガスを用いて冷媒
７を冷却する冷却手段９、および集積回路などの冷却部
品２へ強制的に冷媒７を供給する冷媒圧送手段１３を有
する冷媒を用いた電子機器の緊急冷却装置により、集積
回路などの冷却部品２を冷却する。 【効果】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
発熱する集積回路などの冷却部品に冷媒を循環ささ、集
積回路などの冷却部品の発熱および冷媒の高温分解によ
り生成される有害かつ有毒な物質による破損を防止する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷媒を用いた電子機器に
係り、特に、冷却装置の電源が確保できない停電時や、
ポンプなどの冷媒の主系統の圧送手段が故障した緊急時
にも、安全に集積回路などの冷却部品の冷却を行うのに
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
やセラミック基板などの回路基板上に搭載された集積回
路などの冷却部品を冷却する手段として、例えば、特開
昭59−145548号公報に記載されているように、集積回路
などの冷却部品に直接パーフルオロカーボン系冷媒を循
環させ冷却する電子機器が提案されている。この装置で
は、冷媒が集積回路などの冷却部品に、直接、浸される
ため、高い冷却効率が得られるが、ポンプなどの故障に
よる冷媒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などの冷却部品の異常昇温、そ
の結果、冷媒の高温分解で生成される有害かつ有毒な物
質により冷却装置の信頼性が低下する危険がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、停
電時あるいは冷却装置電源系統の故障時に冷媒が集積回
路などの冷却部品へ流れなくなり、そのために高発熱す
る集積回路などの冷却部品への冷却が充分に行われずに
集積回路などの冷却部品の損傷が生じる恐れがある。も
ちろん、中央処理装置における計算処理を直ちに停止
し、集積回路などの冷却部品への通電を停止することで
発熱の上昇は抑制されるが、計算処理中のデータをディ
スクなどの外部メモリへ退避する時間の長さあるいは集
積回路などの冷却部品の熱容量の大きさによっては集積
回路などの冷却部品の温度が許容温度以上に達する危険
性がある。

【０００４】本発明の目的は、電子機器の冷却装置が何
らかの理由でその役割を果たせなくなった場合に、少な
くとも計算処理中のデータを安全に外部記憶装置などへ
退避させる時間だけ、通常の液冷却系統を使わずに集積
回路などの冷却部品の温度を許容温度以下に保持する方
法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は冷媒を加圧ガ
スにより冷却した上で、ポンプ以外の加圧源を利用して
集積回路などの冷却部品へ供給するか、同等の冷媒を外
部から装置の配管へ導入することで達成される。

【０００６】すなわち、本発明は基板上に実装された集
積回路などの冷却部品を液体冷媒にて直接もしくは間接
的に冷却する電子機器において、冷却装置の異常時に加
圧ガスを用いて冷媒を冷却する冷却手段、および集積回
路などの冷却部品へ強制的に冷媒を供給する冷媒圧送手
段を有することを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記技術的手段による働きは、下記の通りであ
る。

【０００８】通常の冷却装置における冷媒循環（タンク
→ポンプ→集積回路などの冷却部品→タンク）に対し
て、本発明では冷却装置の電源異常（停電を含む）、冷
却冷媒圧力異常，流量低下，集積回路などの冷却部品の
異常昇温に応じて、冷媒に圧縮ガスを吹き込み気層との
接触を増大させ、冷媒を蒸発潜熱により冷却した後に、
タンク内の冷媒をポンプ以外の圧送手段で集積回路など
の冷却部品へ供給する。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。
このような方法により、集積回路などの冷却部品はその
機能を損なうことのない温度以下に保持され、冷媒の高
温分解により生成される有害かつ有毒な物質で冷却装置
の性能が低下することを防ぐことができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図により説明す
る。

【００１０】図１は本発明の緊急冷却装置の全体構成を
示す。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。

【００１１】プロセッサユニットＡでは、基板１上に実
装された集積回路などの冷却部品２が冷却モジュール３
内に搭載されており、低沸点の液体冷媒１４（例えばフ
ッ素冷媒など）で直接もしくは間接的に冷却されてい
る。各冷却モジュール３は冷媒１４を冷媒供給ユニット
Ｂへ戻す配管４と、冷媒供給ユニットＢから冷媒１４を
導入する配管１２とを接続している。配管５は二つのブ
ロックを接続するフレキシブルホースあるいは剛状の配
管である。冷媒供給ユニットＢには冷媒１４用のタンク
７と、これをポンプアップするポンプ１３と、熱交換器
９，三方弁８とを備えており、それぞれは配管１０など
にて配管接続されている。プロセッサユニットＡ側との
接続には配管６，１１が配置されている。本実施例では
この戻り配管６には正常時には開放されている緊急開閉
弁１８、逆に正常時には閉じられている緊急開閉弁１
９、および排水管２０が取り付けられている。タンク７
には正常時には閉じられている圧力調整可能な緊急時開
閉弁１６と加圧ガスを内蔵したボンベ１５と冷媒中にガ
スを吹き込むバブラ１７が付加されている。異常時には
ポンプ１３が停止し、緊急時開閉弁１９が開かれ、ま
た、緊急時開閉弁１８が閉じられる。さらに、緊急時開
閉弁１６が開放され、加圧ガスがボンベ１５からバブラ
１７を通してタンク７に供給される。加圧ガスをバブリ
ングすることにより、冷媒と気層との接触を増大させ、
冷媒の蒸発潜熱を用いて冷媒を冷却する。同時に、タン
ク７内の圧力が上昇し、タンク７中の冷媒が配管１１，
１２を経て集積回路などの冷却部品２を搭載した冷却モ
ジュール３へ送られる。その後、配管４，６、緊急時開
閉弁１９，配管２０を経て、冷却装置下部ある冷媒回収
用のタンク２１に送られる。本装置では冷却時間はタン
クの容量に依存しており、この容量は冷却必要時間から
決定される。また、加圧ガスボンベのガス容量は、冷媒
を送出するのに加え、冷媒を蒸発潜熱で冷却するのに充
分な量が必要である。

【００１２】図２は本発明の他の緊急冷却装置の全体構
成を示す。本実施例の特徴は、タンク７に正常時には閉
じている緊急時開閉弁２２と吸気管２３が付加されてい
ることである。さらに、本実施例ではタンク７の高さが
重要で、タンク７と排水ライン２０の配管との間の相対
高さＨを極力大きくする位置に設置してある。緊急冷却
装置の作動開始とともにポンプ１３は停止し、同時に緊
急時開閉弁１６，１９，２２が開かれる。緊急時開閉弁
１６が開放されることにより、加圧ガスがボンベ１５か
らバブラ１７を通してタンク７に供給される。加圧ガス
をバブリングして冷媒の蒸発潜熱により冷却されたタン
ク７内の冷媒は、冷媒の自重および加圧ガス圧により配
管１１，１２を経て冷却モジュール３に送られ、集積回
路などの冷却部品２を冷却する。その後、配管４，６，
緊急時開閉弁１９，配管２０を経て、冷却装置下部にあ
る冷媒回収用のタンク２１に送られる。本装置における
タンク７の容量は異常時に冷却を必要とする時間との兼
ね合いで、また、高さＨは配管の流路抵抗、冷却に必要
な冷媒流出速度を考慮して決定される。また、加圧ガス
ボンベのガス容量は、冷媒を蒸発潜熱で冷却するのに充
分な量が必要である。なお、冷却装置下部には冷媒回収
用のタンク２１を備えており、異常事象の対策完了時に
回収タンク２１の冷媒をタンク７に戻すだけで計算機の
再起動は可能となる。

【００１３】図３は本発明の他の緊急冷却装置の全体構
成を示す。本実施例の特徴は、正常時の供給圧力によっ
てこの冷媒を貯蓄できる柔軟な弾性容器２４、例えば、
金属ベローズを用いた容器を設けたことにある。正常運
転時は、逆止弁２５は正方向に開き、またポンプ１３に
よる供給圧力によってこの冷媒を貯蓄できる柔軟なベロ
ーズ容器２４は、内容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。冷媒供給に異常が発生し、ポンプ１３の
圧力が低下し、集積回路２などが損傷すると判断された
場合には、逆止弁２５が閉じると、冷媒１４を貯蓄して
いた柔軟なベローズ容器２４がそれ自体の弾性力によっ
て収縮する。同時に、緊急時開閉弁１６が開放され、加
圧ガスがボンベ１５からバブラ１７を通してベローズ容
器２４に供給される。加圧ガスをバブリングして冷媒の
蒸発潜熱により冷却されたベローズ容器２４内の冷媒
は、ベローズ容器２４自体の弾性力による内部の容積の
減少および加圧ガス圧により配管１１，１２を経て冷却
モジュール３に送られ、集積回路などの冷却部品２を冷
却する。その後、配管４，６，緊急時開閉弁１９，配管
２０を経て、冷却装置下部にある冷媒回収用のタンク２
１に送られる。冷媒を貯蓄できる柔軟なベローズ容器２
４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。ま
た、加圧ガスボンベのガス容量は、冷媒を蒸発潜熱で冷
却するのに充分な量が必要である。なお、冷却装置下部
には冷媒回収用のタンク２１を備えており、異常事象の
対策完了時に回収タンク２１の冷媒をタンク７に戻すだ
けで計算機の再起動は可能となる。

【００１４】図４は本発明の他の緊急冷却装置の全体構
成を示す。本実施例の特徴は、供給ラインに外部から常
時加圧冷媒を供給する配管２６，外部供給冷媒の純度管
理装置（例えば、フィルタ）２７，補助タンク２８，正
常時は閉じられている緊急時開閉弁２９、および外部供
給冷媒が逆流させないための逆止弁２５が取り付けられ
ていることである。緊急時には、ポンプ１３が停止し、
同時に緊急時開閉弁１９，２９が開かれ、緊急時開閉弁
１８が閉じられる。さらに、緊急時開閉弁１６が開放さ
れて加圧ガスがボンベ１５からバブラ１７を通して補助
タンク２８に供給される。外部で加圧された冷媒は、配
管２６を経て冷媒純度管理装置２７で精製され、加圧ガ
スをバブリングして冷媒の蒸発潜熱により補助タンク２
８内で冷却された後に、配管１１，１２を経て冷却モジ
ュール３へ流し込み、集積回路などの冷却部品２を冷却
する。その後、配管４，６、緊急時開閉弁１９，配管２
０を経て、冷却装置下部にある冷媒回収用のタンク２１
に送られる。本装置の動作は、集積回路などの冷却部品
２の温度が許容値以下になるまで続行される。また、加
圧ガスボンベのガス容量は、冷媒を蒸発潜熱で冷却する
のに充分な量が必要である。なお、冷却装置下部には冷
媒回収用のタンク２１を備えており、異常事象の対策完
了時に回収タンク２１の冷媒をタンク７に戻すだけで計
算機の再起動は可能となる。

【００１５】

【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などの冷却部
品に冷媒を循環させ、集積回路などの冷却部品の発熱お
よび冷媒の高温分解により生成される有害かつ有毒な物
質による破損を防止することができる。

【００１６】また本発明によれば、電源停止や故障の場
合に多量のバックアップ電源を使うことなく集積回路な
どの冷却部品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機器の緊急冷却装置の
系統図。

【図２】本発明の第二の実施例の電子機器の緊急冷却装
置の系統図。

【図３】本発明の第三の実施例の電子機器の緊急冷却装
置の系統図。

【図４】本発明の第四の実施例の電子機器の緊急冷却装
置の系統図。

【符号の説明】

１…基板、２…集積回路などの冷却部品、３…冷却モジ
ュール、４，５，６…配管、７…タンク、８…三方弁、
９…熱交換器、１０，１１，１２…配管、１３…ポン
プ、１４…冷媒、１５…ボンベ、１６，１８，１９，２
２，２９…緊急時開閉弁、１７…バブラ、２０…排水ラ
イン、２１…回収タンク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 轟原 ひろみ 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 (4)

【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などの冷却部
   品を液体冷媒で直接もしくは間接的に冷却する電子機器
   において、冷却装置の異常時に加圧ガスを用いた冷媒を
   冷却する冷却手段、および集積回路などの冷却部品へ強
   制的に冷媒を供給する冷媒圧送手段を有することを特徴
   とする冷媒を用いた電子機器の緊急冷却装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記冷却装置の異常時
   に冷媒の位置エネルギを用いて集積回路などの冷却部品
   へ強制的に冷媒を供給する冷媒圧送手段を有する冷媒を
   用いた電子機器の緊急冷却装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記冷却装置の異常時
   に柔軟な弾性容器を用いて集積回路などの冷却部品へ強
   制的に冷媒を供給する冷媒圧送手段を有する冷媒を用い
   た電子機器の緊急冷却装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記冷却装置の異常時
   に外部の加圧冷媒を用いて集積回路などの冷却部品へ強
   制的に冷媒を供給する冷媒圧送手段を有する冷媒を用い
   た電子機器の緊急冷却装置。