JP2015185709A - 電子機器用冷却装置、およびこの電子機器用冷却装置を搭載した電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器用冷却装置、およびこの電子機器用冷却装置を搭載した電子機器に関するもので、小型化を図る。
【解決手段】ポンプを用いない循環経路で、ＣＰＵと、メモリ６を冷却する。メモリ６を冷却する受熱部は、下面（一面の一例）側にメモリ６に被せたメモリカバー６ａを有し、メモリカバー６ａの先端部に被せられる凹部１７を複数個有する板状の受熱体１８と、この受熱体１８一面側に熱伝導可能状態で設けられるとともに、冷媒管路１９とを有する構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、電力半導体やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の発熱を伴う発熱部品を冷却するための電子機器用冷却装置および、この電子機器用冷却装置を搭載した電子機器に関するものである。

従来この種、電子機器用冷却装置は、例えば、電気自動車の電力変換回路に搭載されたものが知られている。

電気自動車では、駆動動力源となる電動機を、電力変換回路であるインバータ回路でスイッチング駆動していた。

インバータ回路には、パワートランジスタを代表とする電力半導体が複数個使われており、動作時には、それぞれの電力半導体に大電流が流れることによって大きく発熱してしまうので、これらの複数の電力半導体を冷却することが必要となっている。

また、同様に近年の電子計算機においても、処理情報量の著しい増加に対応するため、ＣＰＵの処理能力を極めて高くしており、その結果として、ＣＰＵも冷却することが必要となっている。

そこで、従来は、このように発熱を伴う発熱体（上記電力半導体、ＣＰＵ等）に熱伝導可能状態で設置される受熱部、第１の管路、放熱部、第２の管路、前記受熱部を順に接続して冷媒の循環経路を形成するとともに、この循環経路に介在させたポンプによって冷媒を循環させることで、発熱体（例えば上記電力半導体、ＣＰＵ等）を冷却する電子機器用冷却装置が提案されている（これに類似する先行文献としては下記特許文献１が存在する）。

特開２００５−２２２４４３号公報

上記従来例においては、ポンプによって冷媒を循環させると、受熱部において発熱体の冷却を行うことができる。

また、受熱部において温度上昇した冷媒は、放熱部で冷却することで再び低温化し、再び上記受熱部へと循環され、発熱体の放熱に寄与するものとなる。

近年の電子機器においては、例えばＣＰＵ等に接続されるメモリの容量を高めることによって、ＣＰＵの動作スピードを高める取り組みが行われるようになっている。

しかしながら、ＣＰＵの動作スピードを高めるべく、メモリの容量を極めて大きなものとし、大きな情報の入出力を行わせようとすると、このメモリまで発熱体として扱わなくてはならなくなっている。

つまり、メモリまで大きく発熱することになるので、このメモリまで冷却することが必要になるのであるが、そのようになると、冷媒回路自身が大きく、複雑なものとなってしまう。

そこで、本発明は、電子機器用冷却装置、およびこの電子機器用冷却装置を搭載した電子機器の小型化を図ることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために、本発明の冷電子機器用冷却装置は、第１の発熱部品に熱伝導可能状態で設置される第１の受熱部、第１の管路、第２の発熱部品に熱伝導可能状態で設置される第２の受熱部、第２の管路、放熱部、第３の管路、前記第１の受熱部を順に接続して冷媒の循環経路を形成するとともに、前記第３の管路、第１の受熱部、前記第３の管路と第１の受熱部の接続部の少なくとも一箇所に逆止弁を設け、前記第２の受熱部は、一面側に第２の発熱部品の先端部に被せられる凹部を有する受熱体と、この受熱体の一面側に熱伝導可能状態で設けられるとともに、前記第１の管路、第２の管路間に介在する冷媒管路とを備えた構成とし、これによって初期の目的を達成するものである。

以上のように本発明の冷電子機器用冷却装置は、第１の発熱部品に熱伝導可能状態で設置される第１の受熱部、第１の管路、第２の発熱部品に熱伝導可能状態で設置される第２の受熱部、第２の管路、放熱部、第３の管路、前記第１の受熱部を順に接続して冷媒の循環経路を形成するとともに、前記第３の管路、第１の受熱部、前記第３の管路と第１の受熱部の接続部の少なくとも一箇所に逆止弁を設け、前記第２の受熱部は、一面側に第２の発熱部品の先端部に被せられる凹部を有する受熱体と、この受熱体の一面側に熱伝導可能状態で設けられるとともに、前記第１の管路、第２の管路間に介在する冷媒管路とを備えた構成としたので、小型化が図れるものとなる。

すなわち、本発明においては、逆止弁を介して第１の受熱部に供給される冷媒が、第１の発熱部品の冷却をすることで蒸発するときの圧力上昇や、その後、第２の受熱部において第２の発熱部品の冷却をすることで蒸発するときの圧力上昇によって、冷媒が循環経路を循環することになる。

このため、冷媒を循環経路内に循環させるためのポンプが不要となり、この結果として、小型化が図れるものとなる。

また、第１、第２の発熱部品の冷却のために、一つの循環経路を形成すれば良いので、この点からも、小型化が図れるものとなる。

さらに、前記第２の受熱部は、一面側に第２の発熱部品の先端部に被せられる凹部を有する受熱体と、この受熱体の一面側に熱伝導可能状態で設けられるとともに、前記第１の管路、第２の管路間に介在する冷媒管路とを備えた構成としたので、第２の発熱部品の交換時には、受熱体を第２の発熱部品とは反対側に持ち上げれば、第２の発熱部品を簡単に交換することもでき、作業性の良いものとなる。

つまり、第１、第２の発熱部品を比較した場合に、交換が必要となる頻度の高い第２の発熱部品は、上述した構成の第２の受熱部によって冷却するようにしたので、交換時の作業性が極めて良いものとなるのである。

本発明の実施の形態１の電子機器用冷却装置を搭載した電子機器の概略的平面図 同電子機器の概略的側面図 （ａ）同電子機器の第２の発熱部品部分を示す正面図 （ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線断面図 （ｃ）同電子機器の第２の発熱部品部分に第２の受熱部を装着した状態を示す正面図 （ｄ）（ｃ）の一部拡大図 （ｅ）（ｃ）の受熱体を取り外した一部拡大図 本発明の実施の形態２の電子機器用冷却装置を搭載した電子機器の概略的平面図 同電子機器の概略的側面図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１、図２において、１は、電子機器の一例として用いたサーバーのラックに複数配置された制御基板を示し、その上面（一面の一例）には、ハードディスクドライブ２、光ディスクドライブ３、電源４、情報処理を行うための複数のＣＰＵ５（第１の発熱部品の一例）、複数のメモリ６（第２の発熱部品の一例）等が実装されている。

これらのハードディスクドライブ２、光ディスクドライブ３、電源４、ＣＰＵ５、メモリ６はファン７によって矢印Ａ方向に吸引される空気によって冷却されるが、本実施形態においては、情報処理量が大きいので、ＣＰＵ５、メモリ６はファン７による風冷では冷却不十分の状態となる。

そこで、本実施形態では、これらのＣＰＵ５、メモリ６を、以下の構成となった電子機器用冷却装置によって冷却することとした。

この電子機器用冷却装置は、ＣＰＵ５（第１の発熱部品）の上面に熱伝導可能状態で設置される受熱部８、管路９、メモリ６（第２の発熱部品）の上面に熱伝導可能状態で設置される受熱部１０、管路１１、放熱部１２、管路１３、受熱部８を順に接続して冷媒（水等）の循環経路を形成するとともに、前記管路１３と受熱部８の接続部に逆止弁１４を設けた。

また、この循環経路内を負圧状態とし、この循環経路に封入した冷媒の蒸発温度を下げるようにしている。

つまり、本実施形態では、逆止弁１４を介して受熱部８に供給された液体状態の冷媒が、この受熱部８でＣＰＵ５（第１の発熱部品）からの熱を受けて、その一部が蒸発することで、このＣＰＵ５（第１の発熱部品）を冷却するようにしている。

また、この冷媒の蒸発により受熱部８内の圧力が上昇し、そのとき、逆止弁１４がこの圧力上昇により閉じた状態となっているので、蒸発した冷媒と、液体状態の冷媒が混相流となって、次の（下流の）受熱部８へと流れることになる。

そして、下流のＣＰＵ５（第１の発熱部品）からの熱を受けて、液状の冷媒の一部が蒸発し、その結果として、この下流のＣＰＵ５（第１の発熱部品）を冷却することになる。

この下流のＣＰＵ５からの熱を受けて、液状の冷媒の一部が蒸発し、圧力上昇により、その後は、管路９、メモリ６（第２の発熱部品）の上面に熱伝導可能状態で設置される受熱部１０に、蒸発した冷媒と、液体状態の冷媒が混相流となって供給される。

そして、受熱部１０においては、メモリ６の熱で残存する液状の冷媒がメモリ６の熱を受けて蒸発し、その結果として、メモリ６を冷却することになる。

そして、メモリ６を冷却することで蒸発した冷媒は、管路１１を介して放熱部１２に供給され、ここで冷却され、液化し、再び、管路１３、逆止弁１４、受熱部８へと循環することになる。

なお、本実施形態では、放熱部１２には、熱交換器１５が熱伝導可能状態に結合されており、この熱交換器１５には、屋外チラー１６から冷却水が循環されるようになっている。

以上のごとく、本実施形態においては、逆止弁１４を介して受熱部８に供給される冷媒が、ＣＰＵ５の冷却をすることで蒸発するときの圧力上昇や、その後、メモリ６の冷却をすることで蒸発するときの圧力上昇によって、冷媒が循環経路を循環することになる。

このため、冷媒を循環経路内に循環させるためのポンプが不要となり、この結果として、小型化が図れるものとなる。

また、ＣＰＵ５、メモリ６の冷却のために、一つの循環経路を形成すれば良いので、この点からも、小型化が図れるものとなる。

本実施形態の特徴は、上述のごとく、ポンプを用いない循環経路で、ＣＰＵ５と、メモリ６を冷却することができるということであるが、メモリ６の冷却部においては、さらに次のような特徴的な構成を用いている。

すなわち、メモリ６を冷却する受熱部１０は、図３に示すように、下面（一面の一例）側にメモリ６に被せたメモリカバー６ａを有し、メモリカバー６ａの先端部に被せられる凹部１７を複数個有する板状の受熱体１８と、この受熱体１８一面側に熱伝導可能状態で設けられるとともに、前記管路９、管路１１間に介在する冷媒管路１９とを有する構成とした。

つまり、複数のメモリカバー６ａは、それぞれ、図３（ｃ）のごとく、基板２０上の端子２１に着脱自在な状態で装着されており、各メモリカバー６ａの上端を上方に突出した形状とし、この上端部分を、受熱体１８の凹部１７に突入させ、この状態で、凹部１７と、メモリカバー６ａの上端部分間には、熱伝導グリス２２を介在させている。

また、受熱体１８の下面（一面の一例）側で、左右のメモリカバー６ａ列の間部分（中心線部分）には、冷媒管路１９を熱伝導可能状態で設けている。

具体的には、図３（ｄ）（ｅ）に示すように、受熱体１８の下面（一面の一例）側には、下面側が開口したＣの字状の保持枠２３が、熱伝導可能状態で一体化されており、また、この保持枠２３内には、熱伝導グリス２４が設けられている。

保持枠２３は可撓性があるので、これを外方に広げ、ここに冷媒管路１９を嵌め込んだ構成としている。

このため、メモリ６の熱は、メモリカバー６ａ、熱伝導グリス２２、受熱体１８、保持枠２３、熱伝導グリス２４、冷媒管路１９を介して、この冷媒管路１９内を管路１１、放熱部１２へと流れる液状の冷媒に伝わり、これを蒸発させる。

つまり、メモリ６の熱は、冷媒管路１９内を管路１１、放熱部１２へと流れる液状の冷媒によって冷却されることになり、その性能劣化を抑制することができる。

また、本実施形態では、上述のごとく、メモリ６を冷却する受熱部１０は、図３に示すように、下面（一面の一例）側にメモリ６に被せたメモリカバー６ａを有し、メモリカバー６ａの先端部に被せられる凹部１７を複数個有する板状の受熱体１８と、この受熱体１８一面側に熱伝導可能状態で設けられるとともに、前記管路９、管路１１間に介在する冷媒管路１９とを有する構成とした。

つまり、複数のメモリカバー６ａは、それぞれ、図３（ｃ）のごとく、基板２０上の端子２１に着脱自在な状態で装着されており、各メモリカバー６ａの上端を上方にと突出した形状とし、この上端部分を、受熱体１８の凹部１７に突入させ、この状態で、凹部１７と、メモリカバー６ａの上端部分間には、熱伝導グリス２２を介在させている。

また、受熱体１８の下面（一面の一例）側で、左右のメモリカバー６ａ列の間部分（中心線部分）には、冷媒管路１９を熱伝導可能状態で設けている。

具体的には、図３（ｄ）（ｅ）に示すように、受熱体１８の下面（一面の一例）側には、下面側が開口したＣの字状の保持枠２３が、熱伝導可能状態で一体化されており、また、この保持枠２３内には、熱伝導グリス２４が設けられている。

保持枠２３は可撓性があるので、これを外方に広げ、ここに冷媒管路１９を嵌め込んだ構成としている。

このため、メモリ６の交換時には、受熱体１８を、冷媒管路１９から取り外し、メモリカバー６ａとは反対側（上方側）に持ち上げれば、メモリ６を端子２１から取り外し、簡単に交換することもでき、作業性の良いものとなる。

つまり、ＣＰＵ５に比べて、交換が必要となる頻度の高いメモリ６は、上述した構成の受熱部１０によって冷却するようにしたので、交換時の作業性が極めて良いものとなるのである。

なお、上記実施形態では、ＣＰＵ５（第１の発熱部品）の上面に熱伝導可能状態で設置される受熱部８、管路９、メモリ６（第２の発熱部品）の上面に熱伝導可能状態で設置される受熱部１０、管路１１、放熱部１２、管路１３、受熱部８を順に接続して冷媒（水等）の循環経路を形成するとともに、前記管路１３と受熱部８の接続部に逆止弁１４を設けた。

また、この循環経路内を負圧状態とし、この循環経路に封入した冷媒の蒸発温度を下げるようにしている。

これに対して、図４、図５に示すものは、ＣＰＵ５（第１の発熱部品）の上面に熱伝導可能状態で設置される受熱部８、管路９、メモリ６（第２の発熱部品）の上面に熱伝導可能状態で設置される受熱部１０、管路１１、放熱部１２、管路１３、受熱部８を順に接続して冷媒（水等）の循環経路を形成する。

つまり、逆止弁１４を廃止し、屋外チラー１６で冷却した冷却水を、循環経路に循環させることで、ＣＰＵ５（第１の発熱部品）とメモリ６（第２の発熱部品）を冷却するものである。

したがって、図３の構成は同じものとしている。

以上のように、本発明は、逆止弁を介して第１の受熱部に供給される冷媒が、第１の発熱部品の冷却をすることで蒸発するときの圧力上昇や、その後、第２の受熱部おいて第２の発熱部品の冷却をすることで蒸発するときの圧力上昇によって、冷媒が循環経路を循環することになる。
このため、冷媒を循環経路内に循環させるためのポンプが不要となり、この結果として、小型化が図れるものとなる。

また、第１、第２の発熱部品の冷却のために、一つの循環経路を形成すれば良いので、この点からも、小型化が図れるものとなる。

さらに、前記第２の受熱部は、一面側に第２の発熱部品の先端部に被せられる凹部を有する受熱体と、この受熱体の一面側に熱伝導可能状態で設けられるとともに、前記第１の管路、第２の管路間に介在する冷媒管路とを備えた構成としたので、第２の発熱部品の交換時には、受熱体を第２の発熱部品とは反対側に持ち上げれば、第２の発熱部品を簡単に交換することもでき、作業性の良いものとなる。

つまり、第１、第２の発熱部品を比較した場合に、交換が必要となる頻度の高い第２の発熱部品は、上述した構成の第２の受熱部によって冷却するようにしたので、交換時の作業性が極めて良いものとなるのである。

したがって、電子機器用冷却装置、およびこの電子機器用冷却装置を搭載した電子機器として有用なものとなる。

１ 制御基板
２ ハードディスクドライブ
３ 光ディスクドライブ
４ 電源
５ ＣＰＵ
６ メモリ
６ａ メモリカバー
７ ファン
８ 受熱部
９ 管路
１０ 受熱部
１１ 管路
１２ 放熱部
１３ 管路
１４ 逆止弁
１５ 熱交換器
１６ 屋外チラー
１７ 凹部
１８ 受熱体
１９ 冷媒管路
２０ 基板
２１ 端子
２２ 熱伝導グリス
２３ 保持枠
２４ 熱伝導グリス

Claims (7)

1. 第１の発熱部品に熱伝導可能状態で設置される第１の受熱部、第１の管路、第２の発熱部品に熱伝導可能状態で設置される第２の受熱部、第２の管路、放熱部、第３の管路、前記第１の受熱部を順に接続して冷媒の循環経路を形成するとともに、前記第３の管路、第１の受熱部、前記第３の管路と第１の受熱部の接続部の少なくとも一箇所に逆止弁を設け、前記第２の受熱部は、一面側に第２の発熱部品の先端部に被せられる凹部を有する受熱体と、この受熱体の一面側に熱伝導可能状態で設けられるとともに、前記第１の管路、第２の管路間に介在する冷媒管路とを備えた構成とした電子機器用冷却装置。
2. 第２の受熱部は、一面側に第２の発熱体の先端部に被せられる凹部を複数個有する受熱体と、この受熱体一面側に熱伝導可能状態で設けられるとともに、前記第１の管路、第２の管路間に介在する冷媒管路とを有する構成とした請求項１に記載の電子機器用冷却装置。
3. 受熱体の一面側で、中心線部分に冷媒管路を熱伝導可能状態で設けるとともに、この冷媒管路の両側に対応する受熱体の一面側には、第２の発熱部品の先端部に被せられる複数の凹部を設けた請求項１、または２に記載の電子機器用冷却装置。
4. 受熱体の一面側に熱伝導グリスを介して冷媒管路を当接させた請求項１から３のいずれか一つに記載の電子機器用冷却装置。
5. 冷媒の循環経路には、冷媒が負圧状態で封入された請求項１から４のいずれか一つに記載の電子機器用冷却装置。
6. 上面に第１、第２の発熱部品が実装された制御基板と、この制御基板の上面上に配置した請求項１から５のいずれか一つに記載の電子機器用冷却装置とを備え、前記第１の発熱部品上には、電子機器用冷却装置の第１の受熱部が熱伝導可能状態に設置され、前記第２の発熱部品上には、電子機器用冷却装置の第２の受熱部が熱伝導可能状態に設置された電子機器。
7. 第１の発熱部品は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）または電力半導体素子とし、第２の発熱部品は、メモリとした請求項６に記載の電子機器。

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