JPS5855824Y2 - 液冷電子装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は循環させる冷却液体の温度を環境雰囲気の露点
直上近くに自動制御して、結露を生ずることなく室温以
下の冷却液を循環させる液冷熱交換器を有する液冷電子
装置に関するものである。

集積回路、大規模集積回路さらには超大規模集積回路の
発達により、電子計算機によって代表される電子装置は
、その電子部品を搭載する空間的密度（たとえば１０ｍ
３中に含まれる部品数）がますます増加する傾向に有る
。

一方、電子計算機に使用される論理回路、記憶回路等の
電子回路の動作速度の高速化のすう勢と相まって、電子
装置の発生熱量は、各素子の低電力化の努力にもかかわ
らず、次第に増加の傾向にある。

このような電子装置において、装置の正常な機能を保証
するためには、部品の発生熱による装置の温度上昇を、
一定許容温度以下に抑制しなくてはならず、各種の冷却
法が適用されて来た。

従来、電子装置の発熱の程度を表わすのに、配線板に搭
載された電子部品の全消費電力を、その配線板上の冷媒
通過空間の容積で除した値を、有効発熱密度（Ｗ／１等
）として用いている。

この値を用いたとき、自然空冷法では２０Ｗ／ｌまで、
強制空冷法は１３０ Ｗ／ ｌまでが可能であり、これ
以上の発熱密度に対しては、液体冷却の適用等が必要で
ある。

一般に液体冷却の適用に関しては、空冷とは異なった実
装構成が必要となり、冷却液を循環させた金属体（コー
ルドプレート）に、電子部品の放熱部を密接させる間接
液冷方式、あるいは、部品を絶縁性液体中に浸漬する直
接液冷方式のいずれにおいても、空冷の場合に比べて、
全く新しい装置構成上の考慮が必要となる。

これに対して、棚箱間あるいは電子回路パッケージ間等
に液体冷却熱交換器を挿入した方式は、強制空冷方式か
らの移行が容易であり、従来の実装構造を大きく変更す
ることなく、液冷方式の有する冷却能力を効果的に用い
うるところに特徴を有している。

すなわち、従来の強制空冷電子装置においては、たとえ
ば第１図ａ、ｂのように、電子回路パッケージ２を収容
した棚箱を実装した電子装置きよう体１の上下端に送風
機３を設置し、これによって空気吸入口４より装置内に
通風して、符号５で示す如き空気流を得て電子部品から
の発生熱を装置外に排出していた。

その際、空気の温度上昇は、装置下端より、上方に行く
に従って上昇し、大略第１図Ｃのような分布形となる。

この場合に、棚箱の上下方向の段数が多い場合には、上
方へ行くほど空気温度上昇はいちじるしく大きくなり、
棚箱群の最上端において、空気温度の最大値が、部品許
容温度を超える場合が生じうる。

このような事態に対処するため、第２図ａ、ｌ）に示す
如く棚箱群を上下方向に複数個のブロック群に分割して
、各ブロック毎に、送風機３．３’、３″と排気口６．
６’、６”を設け、空気温度上昇が、各ブロック毎に許
容値を超えないよう構成し、その結果、空気温度上昇は
、第２図Ｃに示すように、全体として適正な値に維持さ
れるようにしている。

しかし、このような方法では、各ブロック毎に送風機を
設置する結果、送風機の個数が増加し、装置全体の騒音
を増すこととなり、また、送風機個数の増加による装置
系の信頼度の低下を来すこととなる。

このような問題を解決するために、第３図ａ。ｂに示す
如く、送風機の設置位置の一部に、液体冷却の熱交換器
７を挿入し、下方のブロックから上昇して来た、温度上
昇した空気を熱交換器７を通過させることによって除熱
し、あたかも送風機による排熱と同じ効果を持たせよう
とする方法がとられる。

この場合の空気温度上昇は大略第３図Ｃのような分布形
となる。

ただし、この場合、送風機のみによる排熱では、高温空
気は、装置近傍の空間に排出されるため、装置環境温度
は、装置の排熱量と、環境雰囲気の調整を行なっている
空気調和機の能力によって決まる、ある温度範囲に維持
されることになるが、液冷熱交換器方式では、排熱は、
直接、冷却液によって冷却塔等の最終放熱機構まで伝搬
され、室内空気条件に対する影響はほとんどない。

この場合、熱交換器に液体を供給するための循環装置、
すなわちポンプ系（図示せず）、配管系すなわち冷却液
供給管８、冷却液もどり管９が必要であるが、ポンプ等
は機械室設置とすれば、第２図ａに示す全強制空冷方式
に比べて、騒音は大幅に低減する。

しかしながら、このような特長を有する液冷熱交換器複
合形強制空冷方式において、一つの大きい欠点は、冷却
液によって冷却された熱交換器の、空気流側部分の温度
が該空気の露点以下に低下した場合に、その部分に結露
を生ずることである。

一般に、電子計算機等の電子装置において、装置設置場
所の環境条件として、温湿度に関するものは、周囲温度
（乾球）範囲、同相対湿度範囲が与えられる。

そして、周知のように、ある温湿度条件において、その
乾球温度と相対湿度に対する結露点（相対湿度が１００
％となる温度）以下の物体に該空気が接すると結露を生
ずるから、このときに生じた水滴が電子装置部分に滴下
して機器の障害（絶縁不良等）を生ずる原因となる。

したがって、通常は、環境条件に適合させて結露を生じ
ない範囲に冷却液温度を制御する必要がある。

たとえば、環境条件として乾球温度２０〜４０℃、相対
湿度４０〜７０％と指定された場合、結露を生じないた
めには、最悪条件すなわち、４０℃７０％に対する露点
３３．５℃以上に液温を設定しなくてはならない。

第３図ａにおいて、たとえばイの点の温度が３３．５℃
以下のときは、空気が熱交換器７を通過することによっ
て、がえって温度が上昇することになり、好ましくない
。

その他の段の熱交換器についても同様のことが生ずる。

本考案はこれらの欠点を解決するため、熱交換器を循環
する冷却液の温度を、装置環境条件による露点直近上ま
で下げるように自動制御することによって、結露を生ず
ることなく、装置内空気温度を、可能な限界まで下げて
、装置の熱除去を行なうことを特徴とし、その目的は、
強制空冷電子装置において、送風機数を増加することな
く、電子装置の平均温度を低下させ、装置系信頼度を向
上するにある。

第４図は本考案の実施例であって、１０は液冷熱交換器
を挿入した強制空冷電子装置、１１は該熱交換器へ冷却
液を供給するための配管、１２は同冷却液のもどり管、
１３は露点検出センサ、１４は露点余裕設定装置、１５
は供給冷却液の温度制御ユニット、１６は、温度制御ユ
ニット１５において排出された熱を、冷却塔等の最終的
放熱機構へ伝搬するための循環冷媒の供給配管、１７は
同冷媒のもどり配管である。

これを動作するには、強制空冷電子装置１０において、
熱交換器部で冷却液が吸収した電子装置の熱を冷却液の
もどり管１２によって、温度制御ユニット１５に導き、
この温度制御ユニット１５においては、露点検出センサ
１３によって検出された露点信号および露点余裕設定装
置１４において予め設定された余裕値信号とによって作
られた液温設定値信号を入力として、電子装置１０に供
給される液体の温度は露点＋余裕温度の値に自動制御さ
れる。

なお温度制御ユニット１５に伝搬された熱は、温度制御
ユニット１５に内蔵された冷凍機の凝縮器を通過する外
部冷却媒体によって吸収され、もどり配管１７によって
、最終放熱機構（例えば冷却塔）へ導かれる。

次に第５図ａ、ｌ）、ｃは、本考案における、実施例の
動作特性であって、横軸は、熱交換器入口における空気
温度、たて軸は同出口における空気温度であって、図中
の４５°の直線との差（たとえばＡＢ）が該熱交換器を
空気が通過することによる温度降下を示している。

第５図ａ、ｌ）、ｃによると、いずれも結露を生ずるこ
となく、空気温度を大きく低下させることが可能である
ことが分かる。

以上説明したように、本考案装置は、電子装置に通風さ
れる空気を冷却する液冷熱交換器を有し、該熱交換器を
循環する冷却液体の入口温度を、該電子装置の設置環境
における空気の露点直近上に設定する自動制御ループを
有することによって該電子装置の空気温度を、結露を生
ずることなく、可能最低温度まで低下させることができ
るので、電子装置より冷却した露結器に水分を凝集させ
るようになしたものの如く、装置全体を密閉する必要が
なく既設の電子装置への適用が容易でかつ修理、点検等
の手間も通常の電子装置と何ら変わることなく、また送
風機の個数を増すことなく、該電子装置の平均温度を下
げ、信頼度を向上することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の強制空冷電子装置の説明に供するもので
、ａは正面図、ｂは側面図、Ｃは温度分布図である。 第２図は従来の冷却ブロック分割形強制空冷電子装置の
説明に供するもので、ａは正面図、ｂは側面図、Ｃは温
度分布図である。 第３図は°従来の液冷熱交換器形強制空冷電子装置の説
明に供するもので、ａは正面図、ｂは側面図、Ｃは温度
分布図である。 第４図は本考案に係る露点検出液温自動制御形液冷方式
のブロック図、第５図ａ。 ｂ、Ｃは本考案における空気の冷却効果を示す動作特性
図である。 １０・・・・・・電子装置本体、１３・・・・・・露点
検出センサ、１４・・・・・・露点余裕設定器、１５・
・・・・・温度制御ユニット。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 発熱する電子部品を実装した複数個の電子回路パッケー
   ジを挿入した棚箱または該電子回路パッケージ単体を、
   複数個、垂直方向または水平方向に配列し、垂直配列に
   おいては棚箱群または電子回路ハラケージ群の最上端お
   よびまたは最下端に、水平配列においては左端およびま
   たは右端に吸引形およびまたは圧送形の送風機を配置し
   て、上記棚箱群または電子回路パッケージ群によって形
   成される通風路内に通風し、該通風路内に存在する発熱
   部品より発生する熱を冷却する構造を有する強制空冷形
   電子装置において、通風路の途中に存在する通風路方向
   の棚箱と棚箱との間または通風路方向の電子回路パッケ
   ージ相互間に、あるいは装置の空気取入口に、冷却用液
   体を循環して作動する熱交換器を設置し、該熱交換器を
   循環する冷却液体の、熱交換器入口温度を、該電子装置
   の設置環境雰囲気の露点直上に自動制御する手段を有し
   、電子部品の発熱によって温度上昇した空気の温度を結
   露を生ずることなく、低下させ、装置内に結露を生じな
   い可能最低限の温度の空気を供給することを特徴とする
   液冷電子装置。