JPH0258296A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 発熱量の大きな半導体装置やＶＬＳＩを高密度に実装し
た回路基板を高効率に冷却するための強制対流沸騰冷却
装置に関し。

循環系内の冷媒１気気泡を効率良く除去し、かつ冷媒液
体の熱交換を効率良く行えるようにすることを目的とし
。

冷却容器内に格納された複数個の回路素子を搭載した回
路基板を冷媒液体の強制対流および沸騰により放熱する
冷却装置において、冷却容器の外部に、冷却容器から導
出される冷媒液体を冷却した後に再び冷却容器内に導入
するための熱交換器を設け、熱交換器内の冷媒液体を流
すための管を多孔質材料からなる中空管で形成し１回路
素子の表面から発生し、冷媒液体中に含まれる気泡が多
孔質中空管から浸出して発生する冷媒蒸気を吸引して圧
縮・液化するためのコンプレフサを設けるように構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、冷却装置、特に発熱量の大きな半導体装置や
ＶＬＳ　Ｉを高密度に実装した回路基板を高効率に冷却
するための強制対流沸騰冷却装置に関する。

近年、大型汎用コンピュータおよびスーパーコンピュー
タに使用される半導体素子の高性能化に伴う消費電力の
増大は著しく、また、素子の高密度実装により１回路基
板の発熱密度の上昇は止まるところを知らない。

このため、より効率の良い冷却装置が必要とされている
。

〔従来の技術〕

従来、ＬＳＩ等の回路素子を冷却する手段として１回路
素子に放熱フィンを装着したり、ファンにより回路素子
を強制空冷する空冷冷却方式や回路素子を直接冷媒中に
浸漬する冷却方式が採られている。

第３図は、後者に属するプール沸騰型冷却装置を示す図
である。

第３図において、２０１は回路素子、２０２は実装基板
、２０３は容器、２０４は冷媒液体、２０５は気泡、２
０６は上部空間、２０７は熱交換バイブである。

以下、第３図を用いて、プール沸騰型冷却装置を説明す
る。

複数個の回路素子２０１を搭載した実装基板２０２を容
器２０３中に満たされた冷媒液体２０４の中に浸漬させ
る。

回路素子２０１が発生する熱は、冷媒液体２０４の沸騰
気化潜熱として吸収される。このとき冷媒液体２０４中
に気泡２０５が発生する。

気泡２０５は、容器２０３の上部空間２０６に設けられ
た熱交換バイブ２０７により液化される。

以上９プール沸騰型冷却装置を説明したが、この種の冷
却装置は冷媒液体２０４が容器２０３内に閉じ込められ
ているので、放熱量には限界がある。そこで、より大き
な放熱量を得るために、冷媒液体を強制的に対流させる
１強制対流沸騰冷却装置が提案されている。

強制対流沸騰冷却装置は、第３図に示したプール沸騰型
冷却装置の容器２０３の外に熱交換器を設け、冷媒液体
を循環ポンプにより、容器２０３と熱交換器との間を循
環させて放熱量を大きくしたものである。

スがくずれ、安定な冷却を妨げる原因となる脈流が生じ
る。という問題もあった。

高発熱密度の回路基板に対して７強制空冷あるいは伝導
水冷に比べて冷却効率の高い強制対流沸騰冷却を適用す
る際に、最も障害となるのは、流路内で発生する気液２
相流の処理である。

本発明は１発熱量の大きな半導体装置やＶＬＳｌを高密
度に実装した回路基板を高効率に冷却することのできる
強制対流沸騰冷却装置を提供することを目的とする。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の強制対流沸騰冷却装置には、熱伝達効率が高い反
面、沸騰により生じた冷媒の蒸気気泡が。

循環している冷媒液体に混合し、気液２相流となるため
、冷媒液体に対する蒸気気泡の量が増加するほど熱交換
効率が低下する。という問題があった。

また、蒸気気泡の量が増加すると、循環ポンプで加圧し
て循環させている冷媒液体の圧力バラン〔課題を解決す
るための手段〕 上記目的を達成するために１本発明の冷却装置は、冷却
容器内に格納された複数個の回路素子を搭載した回路基
板を冷媒液体の強制対流および沸騰により放熱する冷却
装置において、冷却容器の外部に、冷却容器から導出さ
れる冷却液体を冷却した後に再び冷却容器内に導入する
ための熱交換器を設け、熱交換器内の冷却液体を流すた
めの管を多孔質材料からなる中空管で形成し１回路素子
の表面から発生し、冷却液体中に含まれる気泡が多孔質
中空管から浸出して形成する冷媒蒸気を吸引して圧縮・
液化するためのコンプレッサを設けるように構成する。

〔作用〕

本発明の冷却装置、特に強制対流沸騰冷却装置は、熱交
換器内の冷媒液体を流す管を、液体は浸透しにくいが、
気体は通過しやすいような微細な孔を持つ多孔質の材料
により形成するとともにこの多孔質中空管の外に気密壁
を設けて減圧することにより５冷却能力低下の原因とな
る循環系内部の冷媒蒸気気泡を強制的に排除するように
している。つまり、冷媒蒸気気泡は、多孔質中空管を循
環するときに、管に形成された微細な孔を通過して除去
される。

また、多孔質中空管の表面においても１発熱を奪うこと
により、循環対流している冷媒液体の熱交換を行えるよ
うにして、熱交換効率を高めている。つまり、冷媒液体
の一部を気化・蒸発させることにより、循環させている
冷媒液体の冷却も同時に行うことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の強制対流沸騰冷却装置の全体構成を示
す図、第２図は熱交換器の詳細を示す図である。

第１図および第２図において５１０１は回路素子、１０
２は回路基板、１０３は冷却容器、１０４は熱交換器、
１０５は多孔質中空管、１０６はコンプレッサ、１０７
は冷却水、１０８は循環ポンプ、１０９は冷媒液体、１
１０は細孔、Ｉｌｌは気泡、１１２は冷媒蒸気である。

以下、第１図および第２図を用いて３本発明の１実施例
を説明する。

ｉｓｏ禦曹角の回路基板１０２に１０１角のＬＳＩなど
の回路素子をｌｏＸＩＯ個搭載し、これを幅１４龍、高
さ８龍の多孔質の流路で、１０個。

１列に隔翻した。

そして、それぞれの流路に熱交換器１０４と循環ポンプ
１０８を介して、フッ化炭素（Ｃ６Ｆ＋４　）などの冷
媒液体１０９を流速１　ｍ　／　ｓで強制対流させた。

外交換器１０４の熱交換チューブは２分画分子が５００
０以下のポリスルホン系樹脂製で直径１〜３　ｎの多孔
質中空管１０５により形成し、さらに、これらの多孔質
中空管１０５を束ねて外部気密壁（図示上ず）で覆い、
多孔質中空管１０５と外部気密壁との間をコンプレッサ
１０６で減圧吸引した。コンプレッサ１０６は、冷却水
１０７により水冷し、吐出側には室温の冷媒液体１０９
が流れ出すようにした。

回路素子１０１に電力を印加すると回路素子１０１は発
熱し、冷媒液体１０９の沸騰が開始し。

回路素子１０１は気化熱を奪われて冷却される。

このとき発生した冷媒の蒸気気泡は、熱交換器１０４に
流れ込み、多孔質中空管１０５の管壁の細孔１１０から
冷媒蒸気として除去される。このとき、同時に多孔質中
空管１０５の管壁で蒸発熱が奪われることにより、効率
良く冷却が行われる。

〔発明の効果〕

本発明に係る強制対流沸騰冷却装置によれば。

冷媒液体の流路内に滞留した冷媒の蒸気気泡を効率良く
除去することができるので０強制滞留沸騰方式木来の高
効率冷却が可能となる。

１例を挙げると、従来の装置では循環させている冷媒液
体の１路下流の回路素子が先に沸騰状態になるため３回
路素子の単位面積あたりの冷却能力が６０　Ｗ　／　ｃ
ｄ程度であったが２本発明に係る強制対流沸騰冷却装置
では、約２倍の１１０　Ｗ／ｃｉ程度まで冷却すること
ができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の強制対流沸騰冷却装置の全体構成を示
す図 第２図は熱交換器の詳細を示す図。 第３図は従来のプール沸騰型冷却装置を示す図である。 第１図および第２図において ：回路素子 ：回路基板 ：冷却容器 ：熱交換器 ：多孔質中空管 ：コンプレッサ ：冷却水 ：′＃１環ポンプ ：冷媒液体 ：細孔 ：気泡 二冷媒蒸気

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　冷却容器（１０３）内に格納された複数個の回路素子
   （１０１）を搭載した回路基板（１０２）を冷媒液体（
   １０９）の強制対流および沸騰により放熱する冷却装置
   において， 冷却容器（１０３）の外部に，冷却容器（１０３）から
   導出される冷媒液体（１０９）を冷却した後に再び冷却
   容器（１０３）内に導入するための熱交換器（１０４）
   を設け， 熱交換器（１０４）内の冷媒液体（１０９）を流すため
   の管を多孔質材料からなる中空管（１０５）で形成し， 回路素子（１０１）の表面から発生し，冷媒液体（１０
   ９）中に含まれる気泡（１１１）が多孔質中空管（１０
   ５）から浸出して発生する冷媒蒸気（１１２）を吸引し
   て圧縮・液化するためのコンプレッサ（１０６）を設け
   た ことを特徴とする冷却装置。