JP2009158803A

JP2009158803A - 液冷式筺体冷却装置

Info

Publication number: JP2009158803A
Application number: JP2007337156A
Authority: JP
Inventors: Teruo Hashimoto; 照雄橋本
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】冷却効果が低下することなく、また、環境汚染のない液冷式筺体冷却装置を提供すること。
【解決手段】冷媒を用いた冷却装置において、電子機器および電子部品などの発熱体が内蔵され、また、その外壁内部に冷媒が流れる液流路７を有する熱交換器８が設けられている筺体本体４と、その筺体本体４とは分離された別体の冷却ユニットであり、且つ、前記筺体本体４とは異なる場所に設置されるチラー９と、前記筺体本体４と前記チラー９とを接続する液流路７を形成する液流路手段とを備え、この液流路手段で前記筺体本体４と前記チラー９とを接続させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品および電子機器などが内蔵されている筺体内部を冷却する冷却装置、特に、設置室内への放熱や冷却ファンによる騒音などを嫌う、例えば、医療機器分野などの操作コンソールに使用される液冷式の冷却装置に関する。

従来、この種の冷却装置は、下記参考文献に記載されている技術、すなわち、図８に示したように、筺体１に取り付けたファン２により、筺体１内に外部から、矢示３で示したように、空気を取り込み、冷却後の空気を外部に排出させて筺体１の内部を冷却する、いわゆる、空冷式のものであった（特許文献１参照。）。
特開平６−９７３３８号公報

昨今、あらゆる電子機器の分野において、電子機器の急速な性能向上に伴い、電子機器を構成する部品点数が著しく増加し、また、半導体などの発熱量が比較的多い発熱部品も増加して、部品毎の発熱量が大きくなっている。そこで、従来の空冷式冷却装置においては、この発熱量対策として、冷却効果を上げるために、冷却ファンを大型化し、あるいは多数の冷却ファンを用いて風量を増加させている。その結果、冷却ファンによる騒音や振動が増大し、加えて、筺体の設置されている室内温度が排熱風によって上昇して、設置場所の環境が汚染され、室内にいるオペレーターなどの健康にも悪影響を与える原因になっていた。

また、空冷式の冷却では、吸入する空気温度、すなわち、室内温度の影響を受けるので、冷却効果の低下を招き、さらに、吸い込んだホコリが原因で、電子機器が故障するという問題も発生していた。

また、一方で、冷却装置の小型化が要求されているが、この小型化することにより冷却風の経路が狭くなり、その結果、当然、冷却効率は低下してしまうので、小型化に際しても、冷却効率の低下が大きな問題となっていた。

これらのことから、従来の空冷方式では、環境汚染や冷却効率の面から限界があり、特に、環境汚染を問題とする医療分野などにおいては、空冷方式に代わって、液冷式の冷却装置が要望されていた。

そこで、本発明の目的は、冷却効果が低下することなく、また、環境汚染のない液冷式筺体冷却装置を得ることにある。

本発明の液冷式筺体冷却装置は、冷媒を用いた冷却装置において、電子機器および電子部品などの発熱体が内蔵され、また、その外壁内部に冷媒が流れる液流路を有する熱交換器が設けられている筺体本体と、その筺体本体とは分離された別体の冷却ユニットであり、且つ、前記筺体本体とは異なる場所に設置されるチラーと、前記筺体本体と前記チラーとを接続する液流路を形成する液流路手段とを備え、この液流路手段で前記筺体本体と前記冷媒を冷却する冷却手段とを接続させたことを特徴とするものである。

また、本発明の液冷式筺体冷却装置においては、前記筺体本体と前記冷却手段との設置場所が、同一屋内の仕切られた別屋それぞれであることを特徴とするものである。

さらに、本発明の液冷式筺体冷却装置においては、前記筺体本体と前記冷却手段との設置場所が、前記筺体本体は屋内、前記冷却手段は屋外であることを特徴とするものである。

さらに、本発明の液冷式筺体冷却装置においては、前記筺体外壁内部が、前記熱交換器と断熱層と筺体外壁との三層構造になっていることを特徴とするものである。

さらに、本発明の液冷式筺体冷却装置においては、前記熱交換器と断熱層との間に間隔を設けたことを特徴とするものである。

さらに、本発明の液冷式筺体冷却装置においては、前記熱交換器の内部にヒートシンクを設けたことを特徴とするものである。

さらに、本発明の液冷式筺体冷却装置においては、前記熱交換器と前記発熱体とをヒートパイプやヒートレーンなどの熱伝導手段で直接接続したことを特徴とするものである。

本発明によれば、冷媒を用いた熱交換器による液冷却方式を採用したので、外部に放出されるのは、冷媒の熱だけであり、空冷式のようなホコリの放出が無い。したがって空気取り入れ口にフィルターを設ける必要が無いため、フィルターの保守もなくなるので、信頼性に富み、経済的な冷却装置が得られる。

以下、本発明の実施形態につき、図1乃至図５を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による液冷式筺体冷却装置の外観全体を示した斜視図で、密閉された筺体本体４には不図示の電子機器および電子部品などが内蔵されていて、その外壁上面５（図面に対して）と外壁右側面６（図面に対して）それぞれの内部には熱交換機、例えば、冷却用の冷媒が流れるパイプなどからなる液流路７が形成されている熱交換器８設けられている。

なお、上記した実施形態では、液流路７が外壁上面５と外壁右側面６の２面に設けられている場合について説明したが、実際には、底面を除いた他５面に設けられている場合もある。

また、筺体本体４と異なる場所には、冷却ユニットであるチラー９が設置されていて、このチラー９は、前記した液流路７の一端７Ａおよび７Ｂで筺体本体４と接続されている。ここで、チラー９は冷媒を熱交換器で冷却し、冷媒からの熱を大気に放出する冷却手段を言い、以下同様の意味で用いられるものとする。

そして、筺体本体４の内部においては、液流路７に流れる冷媒の流れ方向に沿って順位に筺体本体４の内部が冷却される。

筺体本体４内を循環して暖められた冷媒は、チラー９に戻されるが、ここで、戻された冷媒の熱だけがチラー９の外部に放熱され、冷媒は電子的手段（不図示）により冷却されて、再度、筺体本体４に送られる。

図2は、本発明による液冷式筺体冷却装置を同じ屋内に設置した実施形態の上面図で、同じ屋内の右側（図面に対して）には操作室１０が、その左側（図面に対して）には機械室１１が操作室１０とは別室の状態で、それぞれ設けられている。

このうち、操作室１０には、オペレーター１２が操作作業を行う操作卓１３の左側（図面に対して）に筺体本体１４が設置されており、一方の機械室１１にはチラー１５が設置されていて、このチラー１５は液流路手段１６を介して筺体本体１４と接続されている。

このように、チラー１５を筺体本体１４の設置室とは異なる別室に設置することによって、同一屋内でもオペレーター１２や筺体本体１４のある操作室１３には、環境汚染面や冷却効果面に何らの悪影響を与えることなく、冷却後の放熱が可能となる。

図３は、本発明による他の実施形態、すなわち、液冷式筺体冷却装置の設置状態が屋内と屋外とに分けられている実施形態を示した上面図で、上記した図２の実施形態と異なるのは、チラー１５が屋外に設置されている点のみである。

この場合は、冷却後、チラー１５からの放熱は完全に屋外に放出されるので、オペレーター１２や筺体本体１４のある屋内では、放熱による悪影響を完全に排除することができる。

なお、同図において、図２と同一構成部分には、同一符号を付し、その部分の詳細な説明は省略し、上記では、主として、図２と相違する部分についてのみ説明してある。

図４は、本発明による筺体本体内の外壁面構造を示した説明図で、同図（Ａ）は熱交換器と断熱層とが接している構成断面図、同図（Ｂ）は熱交換器と断熱層との間に間隔があけられている構成断面図、同図（Ｃ）は熱交換器の内部にヒートシンクを設けた構成断面図で、筺体本体内４（図1）において、その最も内側には冷媒が流れる穴１７が明けられている熱交換器１８が設けられており、この熱交換器１８と外壁面１９との間に断熱層２０が設けられている構成になっている。

そして、同図（Ｃ）に示した実施形態は、さらに、熱交換器１８の内側にヒートシンク２１を設けて、電子機器や電子部品からの発熱を収集して、冷却効果を上げるように、構成されている。

このように構成することによって、筺体本体４（図1）の内部は外気温の影響が極めて少なく、特に、同図（Ｂ）の実施形態の場合は、熱交換器１８と断熱層２０との間に間隔２０ｄがあけられているので、外気温の影響を一層少なくすることが出来る。

また、同図（Ｃ）は、熱交換器１８の内部にヒートシンク２１が設けられているので、電子部品からの発熱、特に、半導体などからの発熱を冷却するのに効果を発揮することができる。

図５は、本発明の筺体本体内における発熱体からの発熱を直接外壁に導出する実施形態の説明図で、本実施形態のように、筺体本体２２内にある、特に、発熱量の多い発熱体２３の発熱、例えば、半導体などからの発熱を、その発熱体２３と外壁面２４に設けられている熱交換器（不図示）とを熱伝導デバイス２５、例えば、ヒートパイプやヒートレーン、または、金属板などで接続し、この熱伝導デバイス２５を介して発熱を、直接、外壁面２４の内部に設けられている熱交換器（不図示）に導出させて、冷却効果を上げることもできる。

図6乃至図7は、上記した図5の具体的な実施形態を示した説明図で、図6は、筐体の内部を正面から見た正面図、図7は、発熱体と外装外壁面との接続状態を具体的に示した説明図である。

なお、図7において、図6と同一構成部分には同一符号を付して示し、以下では、この部分の詳細な説明は省略し、主として図6と相違する構成部分についてのみ説明する。

図6において、筐体26の内部には、基板27を差し込む挿入溝28Aのある棚29が、また、この棚29上には、上部に、同じく基板27を差し込む挿入溝28Bのあるラック30がそれぞれ設けられている。そして、基板27は、挿入溝28Aと挿入溝28Bとに平行に差し込み挿入されるが、この差し込みは抜き差し自在になっている。

このような構成の筐体内部においては、図7に示したように、基板27に設けられた半導体やその他電子部品などの発熱体31は、その上面が熱吸収用ブロック32で覆われており、そして、この熱吸収用ブロック32はブロック固定用バネ33で発熱体31に固定された状態になっている。また、この熱吸収用ブロック32は、ジョイント部34を介してヒートパイプ35で筐体26の外装外壁面36と接続されており、発熱体31からの発熱を外装外壁面36を通して筐体26外に放出させるようになっている。

このような構成において、基板27を筐体26から抜き差しする場合には、ジョイント部34を外すか、或いは、ブロック固定用バネ33から熱吸収用ブロック32を外すかのどちらかによって行われる。

以上説明した本発明の筐体冷却装置によれば、冷媒を用いた熱交換器による液冷却方式を採用したので、外部に放出されるのは、冷媒の熱だけであり、空冷式のようなホコリの放出が無い。したがって空気取り入れ口にフィルターを設ける必要が無いため、フィルターの保守もなくなるので、信頼性に富み、経済的な冷却装置が得られる。

また、本発明の筐体冷却装置によれば、筺体本体とチラーとを分離して別体とし、チラーと筺体本体とをそれぞれ別の異なる場所に設置することによって、冷却後、チラーから放出される発熱の悪影響が電子機器や電子部品に及ぶことはなく、また、オペレーターなどの作業員に与える環境汚染もなくなり、電子機器や電子部品などの信頼性向上ばかりではなく、環境汚染面での効果も著しい。

また、本発明の筐体冷却装置によれば、筺体本体内部の壁面構造を、熱交換器と外壁との間に断熱層を設けた三層構造とし、さらには、熱交換器と断熱層との間に間隔を設けるなどしているので、筺体本体に与える外気温の影響が極めて少なく、その冷却効果を大幅に向上させることができる。

さらに、本発明の筐体冷却装置によれば、特に、発熱量の多い電子部品に対しては、その電子部品と熱交換器とを熱伝導デバイスで接続させることによって、その発熱を、直接、熱交換器に導出させることができるので、冷却効果を、一層、向上させることができる。

本発明による液冷式筺体冷却装置の外観全体を示した斜視図である。本発明による液冷式筺体冷却装置を同じ屋内に設置した実施形態の上面図である。本発明による液冷式筺体冷却装置の設置状態が屋内と屋外とに分けられている実施形態を示した上面図である。本発明による筺体本体内の壁面構造を示した説明図で、同図（Ａ）は熱交換器と断熱層とが接している構成断面図、同図（Ｂ）は熱交換器と断熱層との間に間隔があけられている構成断面図、同図（Ｃ）は熱交換器の内部にヒートシンクを設けた構成断面図である。本発明の筺体本体内における発熱体からの発熱を直接外壁に導出する実施形態の説明図である。本発明の筺体本体の内部を正面から見た正面図である。本発明の筺体本体内における発熱体と外装外壁面との接続状態を具体的に示した説明図である。従来の空冷式冷却装置の概略構造を示した説明図である。

符号の説明

１筺体
２ファン
３矢示（空気の流れ）
４、１４、２２筺体本体
５外壁上面
６外壁右側面
７液流路
７Ａ、７Ｂ液流路の一端
８、１８熱交換器
９、１５チラー
１０操作室
１１機械室
１２オペレーター
１３操作卓
１６液流路手段
１７冷媒が流れる穴
１９、２４外壁面
２０断熱層
２０ｄ間隔
２１ヒートシンク
２３、３１発熱体
２５熱伝導デバイス

Claims

冷媒を用いた冷却装置において、電子機器および電子部品などの発熱体が内蔵され、また、その外壁内部に冷媒が流れる液流路を有する熱交換器が設けられている筺体本体と、その筺体本体とは分離された別体の冷却ユニットであり、且つ、前記筺体本体とは異なる場所に設置される、前記冷媒を冷却する冷却手段と、前記筺体本体と前記冷却手段とを接続する液流路を形成する液流路手段とを備え、この液流路手段で前記筺体本体と前記冷却手段とを接続させたことを特徴とする液冷式筺体冷却装置。
前記筺体本体と前記冷却手段との設置場所が、同一屋内の仕切られた別屋それぞれであることを特徴とする請求項１記載の液冷式筺体冷却装置。
前記筺体本体と前記冷却手段との設置場所が、前記筺体本体は屋内、前記冷却手段は屋外であることを特徴とする請求項１記載の液冷式筺体冷却装置。
前記筺体外壁内部が、前記熱交換器と断熱層と筺体外壁との三層構造になっていることを特徴とする請求項１記載の液冷式筺体冷却装置。
前記熱交換器と断熱層との間に間隔を設けたことを特徴とする請求項４記載の液冷式筺体冷却装置。
前記熱交換器の内部にヒートシンクを設けたことを特徴とする請求項４記載の液冷式筺体冷却装置。
前記熱交換器と前記発熱体とをヒートパイプやヒートレーンなどの熱伝導手段で直接接続したことを特徴とする請求項１記載の液冷式筺体冷却装置。