JP6907592B2

JP6907592B2 - 冷却装置及び電子機器システム

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Publication number: JP6907592B2
Application number: JP2017036137A
Authority: JP
Inventors: 林　信幸; 信幸林
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: CN108513492A; US11317534B2; US20200359524A1; JP2018142184A; CN108513492B; US10772234B2; US20180249590A1

Description

本明細書開示の発明は、冷却装置及び電子機器システムに関する。

従来、電子機器を冷却するための冷却装置や冷却ユニットが種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。また、例えば、ラックマウント方式のサーバのように、層状に配列された電子機器を個々に冷却すべく、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱部品上に冷却液を循環させる提案もされている（例えば、特許文献３参照）。このように、冷却液を循環させて電子機器の冷却を行う方式であれば、層状に配置された個々の電子機器に冷却用の空冷ファンを装着できない状況や、層状に配置される電子機器の台数増加にも対応することができる。

特開２０１４−１８３１０７号公報特開２０１３−２６５２６号公報特表２００８−５０９５４２号公報

ところで、層状に配列された複数の電子機器をそれぞれ冷却すべく、それぞれの電子機器に設けられた冷却部には、給水管から冷却液が分配される。ところが、冷却液には、溶存空気が含まれていることがあり、冷却装置の稼働を継続していると、溶存していた空気が気体となって給水管内に溜まることがある。気体となった空気を含んだ状態の冷却液が各冷却部へ流入すると、各冷却部における冷却効率が低下する。気体となった空気は、給水管の上部に貯留することから、電子機器が上下方向に層状に配列されている場合には、上段の電子機器ほど冷却効率が低下すると考えられる。また、電子機器が左右方向に層状に配列されている場合であっても、冷却部に気体となった空気を含む冷却液が流れ込む可能性はある。

１つの側面では、本明細書開示の冷却装置及び電子機器システムは、気体となった空気を含む冷却液の各冷却部への供給を抑制することを課題とする。

本明細書開示の冷却装置は、層状に配列された複数の電子機器のそれぞれに設けられた冷却部と、それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部に冷却液を供給する給水管と、それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部を通過した冷却液が排出される排水管と、前記給水管の給水口と前記排水管の排水口を接続するとともに、少なくとも前記冷却液を吐出するポンプと、前記冷却液を冷却する冷却液冷却部が配置された循環配管と、少なくとも前記給水管の上端部と接続され、複数の前記冷却部を迂回して前記排水管に接続されたバイパス経路と、を備え、複数の前記冷却部は、上下方向に層状に並列して配置されており、前記給水管及び前記排水管は、それぞれ上下方向に沿って延び、前記給水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の始点となる始端管を備え、前記排水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の終点となる終端管を備え、前記バイパス経路は、前記給水管の上端部との接続位置を経由して前記始端管と前記終端管とを接続する。

本明細書開示の電子機器システムは、層状に配列された複数の電子機器と、前記電子機器の冷却対象部を冷却する冷却装置を備える電子機器システムであって、前記冷却装置は、前記電子機器のそれぞれに設けられた冷却部と、それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部に冷却液を供給する給水管と、それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部を通過した冷却液が排出される排水管と、前記給水管の給水口と前記排水管の排水口を接続するとともに、少なくとも前記冷却液を吐出するポンプと、前記冷却液を冷却する冷却液冷却部が配置された循環配管と、少なくとも前記給水管の上端部と接続され、複数の前記冷却部を迂回して前記排水管に接続されたバイパス経路と、を備え、複数の前記冷却部は、上下方向に層状に並列して配置されており、前記給水管及び前記排水管は、それぞれ上下方向に沿って延び、前記給水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の始点となる始端管を備え、前記排水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の終点となる終端管を備え、前記バイパス経路は、前記給水管の上端部との接続位置を経由して前記始端管と前記終端管とを接続する。

本明細書開示の冷却装置及び電子機器システムによれば、気体となった空気を含む冷却液の各冷却部への供給を抑制することができる。

図１は第１実施形態の冷却装置を備えた電子機器システムの概略構成を模式的に示す説明である。図２は電子機器の一例としてのサーバブレードを模式的に示す説明図である。図３（Ａ）は給水管における始端管の高さ位置と最下段の枝管の高さ位置とを一致させた例を示す説明図であり、図３（Ｂ）は給水管における始端管の高さ位置を最下段の枝管の高さ位置よりも低くした例を示す説明図である。図４（Ａ）は排水管における終端管の高さ位置と最下段の枝管の高さ位置とを一致させた例を示す説明図であり、図４（Ｂ）は排水管における終端管の高さ位置を最下段の枝管の高さ位置よりも低くした例を示す説明図である。図５（Ａ）は第１の接続部材を示す説明図であり、図５（Ｂ）は第１の接続部材の変形例を示す説明図である。図６はバイパス経路の流路断面積と枝管内の流路断面積とを示す説明図である。図７は第２実施形態の冷却装置の概略構成を示す説明図である。図８（Ａ）は第２実施形態の排水管における始端管と終端管の位置関係の変形例を示す説明図であり、図８（Ｂ）は第２実施形態の排水管における始端管と終端管の分岐角度の変形例を示す説明図である。図９は第３実施形態の冷却装置の概略構成を示す説明図である。図１０は第４実施形態の冷却装置の概略構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。

（第１実施形態）
まず、図１乃至図６を参照して第１実施形態の冷却装置１０を備えた電子機器システム１について説明する。図１は第１実施形態の冷却装置を備えた電子機器システムの概略構成を模式的に示す説明である。図２は電子機器の一例としてのサーバブレードを模式的に示す説明図である。図３（Ａ）は給水管における始端管の高さ位置と最下段の枝管の高さ位置とを一致させた例を示す説明図であり、図３（Ｂ）は給水管における始端管の高さ位置を最下段の枝管の高さ位置よりも低くした例を示す説明図である。図４（Ａ）は排水管における終端管の高さ位置と最下段の枝管の高さ位置とを一致させた例を示す説明図であり、図４（Ｂ）は排水管における終端管の高さ位置を最下段の枝管の高さ位置よりも低くした例を示す説明図である。図５（Ａ）は第１の接続部材を示す説明図であり、図５（Ｂ）は第１の接続部材の変形例を示す説明図である。図６はバイパス経路の流路断面積と枝管内の流路断面積とを示す説明図である。なお、以下の説明では、図１等に矢示で示す方向を上下方向とする。

図１を参照すると、本実施形態の電子機器システム１は、ラックマウント方式が採用されたサーバシステムである。電子機器システム１は、層状に配列された複数のサーバブレード１１ａ〜１１ｅを備える。サーバブレード１１ａ〜１１ｅは、電子機器の一例である。また、サーバシステムは、電子機器システムの一例である。本実施形態では、５枚のサーバブレードが装備されているが、サーバブレードの枚数は、これに限定されない。

図２を参照すると、サーバブレード１１ａ〜１１ｅは、それぞれ基板１２上に実装された半導体パッケージ１３を備える。半導体パッケージ１３は、本実施形態における冷却対象部となる。各半導体パッケージ１３には、冷却部となるクーリングプレート１４が装着されている。サーバブレード１１ａ〜１１ｅは、ラックに上下方向に層状に配列され、設置されている。具体的に、サーバブレード１１ａが最下段に位置し、サーバブレード１１ｅが最上段に位置するように設置されている。このため、各サーバブレード１１ａ〜１１ｅに装着されているクーリングプレート１４も上下方向に層状に配列された状態となっている。各クーリングプレート１４は、冷却装置１０に含まれる。各クーリングプレート１４は、内部に冷却液が流通することができる経路が形成されており、冷却液が半導体パッケージ１３の熱を奪うことで、半導体パッケージ１３を冷却することができる。本実施形態のクーリングプレート１４は、半導体パッケージ１３から冷却液への熱伝導性に優れる銅によって形成されている。なお、クーリングプレート１４は、銅以外の材料、例えば、銅合金や、アルミニウム、または、アルミニウム合金等の材料を用いて成形してもよい。さらに、クーリングプレート１４は、ダイヤモンドやカーボンコンポジット（炭素複合材）や窒化アルミ等の無機材料を用いて形成してもよい。また、本実施形態における冷却液は、水を用いているが、水を主成分とする水溶液を用いてもよい。冷却液は、これらに限定されず、他の従来公知の冷却液、例えば、プロピレングリコール不凍液であってもよい。

再び図１を参照すると、電子機器システム１には、冷却装置１０が組み込まれている。冷却装置１０は、各サーバブレード１１ａ〜１１ｅに装着されたクーリングプレート１４と、各クーリングプレート１４に冷却液を供給する給水管２０と、各クーリングプレート１４を通過した冷却液が排出される排水管３０を備える。給水管２０の内部には、給水経路２０１が形成されている。排水管３０の内部には、排水経路３０１が形成されている。

給水管２０は、上下方向に延びており、給水経路２０１から分岐し、それぞれクーリングプレート１４へ接続される枝管２１ａ〜２１ｅを備える。枝管２１ａ〜２１ｅは、給水管２０の長手方向、すなわち、上下方向に沿って並列配置されている。枝管２１ａ〜２１ｅは、クーリングプレート１４の数に対応させて設けられている。給水管２０は、下面に開口する給水口２０ａを備えている。

排水管３０は、上下方向に延びており、排水経路３０１から分岐し、それぞれクーリングプレート１４へ接続される枝管３１ａ〜３１ｅを備える。枝管３１ａ〜３１ｅは、排水管３０の長手方向、すなわち、上下方向に沿って並列配置されている。枝管３１ａ〜３１ｅは、クーリングプレート１４の数に対応させて設けられている。排水管３０は、下面に開口する排水口３０ａを備えている。

冷却装置１０は、給水管２０の給水口２０ａと排水管３０の排水口３０ａを接続する循環配管４０を備える。循環配管４０には、冷却液を吐出するポンプ４１と、冷却液を貯留し冷却する熱交換器４２が配置されている。熱交換器４２は、リザーブタンクと共に冷却水を冷却するチラーユニットを形成している。熱交換器４２は、ポンプ４１の上流側に配置されている。これにより、熱交換器４２で冷却された冷却液がポンプ４１によって吐出される。熱交換器４２は、いわゆるラジエータであり、冷却液冷却部の一例である。冷却液冷却部は、冷却液を冷却できるものであれば、従来公知の種々の手段を採用することができる。循環配管４０は、サーバブレード１１ａ〜１１ｅが設置されたラックの外部に引き出されており、ポンプ４１及び熱交換器４２は、ラックの外部に設置されている。ポンプ４１によって吐出された冷却液は、給水口２０ａから給水管２０内の給水経路２０１へ導入され、各枝管２１ａ〜２１ｅに分配される。そして、冷却液は、各クーリングプレート１４へ供給される。各クーリングプレート１４において半導体パッケージ１３から熱を奪った冷却液は、排水管３０内の排水経路３０１へ排出される。排水経路３０１へ排出された冷却液は、熱交換器４２へ送られて冷却され、再び、ポンプ４１によって給水管２０へ送り出される。なお、本実施形態では、給水管２０、排水管３０及び循環配管４０を別個に製造し、これらを接続することで、冷却液の循環ループの一部を形成しているが、これらは、厳密に区別しなくてもよい。例えば、ポンプ４１の下流側と給水管２０とを一体に設けたり、熱交換器４２の上流側と排水管３０とを一体に設けたりしてもよい。要は、ポンプ４１によって吐出された冷却液が循環するループが形成されていればよい。

給水管２０は、下端部で分岐し、後に詳説するバイパス経路５０の始点となる始端管２２を備える。また、排水管３０は、下端部で分岐し、バイパス経路５０の終点となる終端管３２を備える。ポンプ４１によって吐出された冷却液は、始端管２２へ流入し、バイパス経路５０を通過して終端管３２を通じて、排水管３０へ合流する。そして、冷却液は熱交換器４２へ送られる。

ここで、始端管２２の設置位置の高さについて説明する。始端管２２は、上下方向に層状に配列されたクーリングプレート１４のうち、最下段に配置されているクーリングプレート１４よりも下方に設けることができる。本実施形態では、図３（Ａ）に示すように、始端管２２の内周壁の最も高い位置Ｈ_２２と最下段のクーリングプレート１４へ接続される第１の枝管２１ａの内周壁の最も高い位置Ｈ_２１ａは同じ高さに設定されている。始端管２２には、給水経路２０１から分流された冷却液が流れ込む。そのため、給水経路２０１内の流量は、厳密には、始端管２２が設置されている位置よりも下流側で減少する。このため、例えば、仮に、始端管２２の位置を、中段付近に設置すると、下段付近と中段以降では、流量のバラつきが大きくなると考えられる。本実施形態のように、始端管２２の位置を設定しても各枝管２１ａ〜２１ｅへの分配量にさほど影響を及ぼさないと考えられるが、この考え方をさらに進めて始端管２２の高さ位置を設定することができる。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、始端管２２の内周壁の最も高い位置Ｈ_２２を最下段のクーリングプレート１４へ接続される第１の枝管２１ａの内周壁の最も高い位置Ｈ_２１ａよりも下方に設けることができる。このような配置とすることで、枝管２１ａ〜２１ｅへの冷却液の分配量の平準化を図ることができる。なお、本実施形態では、枝管２１ａが最も上流側に位置し、枝管２１ｅが最も下流側に位置し、さらに、枝管２１ａが最下段に位置し、枝管２１ｅが最上段に位置している。このため、厳密には、このような配置が冷却液の分配量へ影響することも考えられるが、これについては、ポンプ４１の出力の調整等で均質化を図ることができる。

つぎに、終端管３２の設置位置の高さについて説明する。終端管３２は、上下方向に層状に配列されたクーリングプレート１４のうち、最下段に配置されているクーリングプレート１４よりも下方に設けることができる。本実施形態では、図４（Ａ）に示すように、終端管３２の内周壁の最も高い位置Ｈ_３２と最下段のクーリングプレート１４へ接続される第１の枝管３１ａの内周壁の最も高い位置Ｈ_３１ａは同じ高さに設定されている。終端管３２には、後に詳説するように、バイパス経路５０を通じて気体となった空気を含む冷却液が戻される。気体となった空気は、再度、枝管３１ａ〜３１ｅに入り込むことがないように、排水管３０内の排水経路３０１に戻されることなく、排水口３０ａから排出されることが望ましい。このため、終端管３２は、できるだけ下方に設けられていることが望ましい。本実施形態のように、終端管３２の位置を設定すれば、気体となった空気が枝管３１ａ〜３１ｅへ入り込むことを防止することができると考えられるが、この考え方をさらに進めて終端管３２の高さ位置を設定することができる。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、終端管３２の内周壁の最も高い位置Ｈ_３２を最下段のクーリングプレート１４へ接続される第１の枝管３１ａの内周壁の最も高い位置Ｈ_３１ａよりも下方に設けることができる。これにより、より適切に気体となった空気が枝管３１ａ〜３１ｅへ入り込むことを防止することができる。

なお、本実施形態では、終端管３２を排水管３０に設けているため、バイパス経路５０の終点は、排水管３０となっているが、バイパス経路５０は、循環配管４０に接続するようにしてもよい。具体的に、循環配管４０において冷却液冷却部となる熱交換器４２の上流側に接続するようにしてもよい。循環配管４０に接続しても気体となった空気が枝管３１ａ〜３１ｅへ入り込むことを防止することができる。

冷却装置１０は、バイパス経路５０を備える。バイパス経路５０は、クーリングプレート１４を迂回している。本実施形態におけるバイパス経路５０の始点は、始端管２２であり、終点は、終端管３２である。バイパス経路５０は、給水管２０の上端部２０ｂと接続されている。バイパス経路５０を給水管２０の上端部２０ｂと接続するのは、気体となった空気が給水管２０の上端部に溜まることを考慮したものである。

ここで、冷却液内に含まれることがある気体となった空気について説明する。冷却液は、冷却装置１０の製造工程の初期段階において、クーリングプレート１４や各配管に充填されていない。冷却液は、電子機器システム１の設置段階において冷却装置１０に充填される。この充填作業が常温で行われると、冷却液に溶存空気が存在することがある。冷媒液中に溶存空気が存在する状態で冷却装置１０の稼働が開始されると、冷却液の温度や圧力が変動して常温状態で冷却液に溶け込んでいた空気が気化して気泡となる。この空気は、液体中では、上方に移動するため、給水管２０の上端部に貯留する。給水管２０の上端部に貯留した空気をそのままにしておくと、給水管２０内の水頭（圧力）が低下し、上段のクーリングプレート１４へ供給される冷却液の流量減少により冷却能力が低下することが考えられる。また、冷却装置１０が稼働している状態においても、例えば、熱交換器４２が大気開放の状態で設置されていると、冷却液中に空気が混入する可能性がある。

そこで、本実施形態では、バイパス経路５０を設け、このバイパス経路５０内へ気体となった空気を引き込み、クーリングプレート１４へ空気が入り込まないようにしている。ここで、空気は、給水管２０の上端部２０ｂへ貯留することを考慮して、バイパス経路５０は、給水管２０の上端部２０ｂと接続されている。

なお、本実施形態では、排水管３０の上端部３０ｂとバイパス経路５０も接続されている。これは、排水管３０においても、気体となった空気が貯留する可能性があり、これを回収するためである。ただし、排水管３０には、クーリングプレート１４を通過した後の冷却液が排出されるため、クーリングプレート１４の冷却性能への影響は少ないと考えられる。そのため、配管の簡略化を図るため、排水管３０とバイパス経路５０との接続を省略することもできる。

本実施形態の冷却装置１０では、バイパス経路５０と給水管２０の上端部２０ｂとの接続に、第１の接続部材５２を用いている。バイパス経路５０と排水管３０の上端部３０ｂとの接続に第２の接続部材５４を用いている。

バイパス経路５０は、始端管２２と第１の接続部材５２とを接続する第１配管５１、第１の接続部材５２と第２の接続部材５４とを接続する第２配管５３、第２の接続部材５４と終端管３２とを接続する第３配管５５を含む。第１配管５１、第２配管５３及び第３配管５５は、柔軟性と断熱性を考慮して、ゴム材を用いているが、これに限定されるものではなく、従来公知の樹脂や金属等の材料を用いてもよい。

第１の接続部材５２は、バイパス経路５０の給水管２０の上端部２０ｂとの接続位置に設けられるものであり、この第１の接続部材５２は、複数のクーリングプレート１４よりも上方に設けられる。これにより、気体となった空気は、最上段のクーリングプレート１４よりも上方を通過することになり、クーリングプレート１４への空気の流入が抑制される。

第１の接続部材５２は、始端管２２側に延びる第１口部５２１と、終端管３２側に延びる第２口部５２２と、給水管２０の上端部２０ｂ側に延びる第３口部５２３を備える。そして、接続部材５２の内部には、第１口部５２１と第２口部５２２とを端部とする第１流路５２ａと、この第１流路５２ａから分岐し、第３口部５２３を端部とする第２流路５２ｂとが、形成されている。このような接続部材５２を用いることで、冷却装置１０の設置が容易となる。また、バイパス経路５０と給水管２０の上端部２０ｂとの位置関係を決めやすく、また、その位置関係を維持しやすくなる。第１口部５２１には、第１配管５１が接続される。第２口部５２２には、第２配管５３が接続される。第３口部５２３は、給水管２０の上端部２０ｂに接続される。

なお、バイパス経路５０と排水管３０とを接続する第２の接続部材５４も第１の接続部材５２と同一の部材を用いている。すなわち、第２の接続部材５４も第１口部５４１、第２口部５４２及び第３口部５４３を備える。また、第２の接続部材５４の内部には、第１口部５４１と第２口部５４２とを端部とする第１流路５４ａと、この第１流路５４ａから分岐し、第３口部５４３を端部とする第２流路５４ｂとが、形成されている。第１口部５４１には、第２配管５３が接続される。第２口部５４２には、第３配管５５が接続される。第３口部５４３は、排水管３０の上端部３０ｂに接続される。

このように、バイパス経路５０を形成し、バイパス経路５０内に冷却液を流すことで、給水管２０の上端部２０ｂに貯留している気体となった空気がバイパス経路５０に吸い出される。これにより、空気のクーリングプレート１４への流入が抑制され、冷却効率が維持される。

ここで、図５（Ａ）を参照して、第１流路５２ａの流路断面積Ｓ１と第２流路５２ｂの流路断面積Ｓ２の関係について説明する。流路断面積Ｓ１と流路断面積Ｓ２とは、Ｓ２≦Ｓ１となっていることが望ましい。両者の関係をこのように設定するのは、空気を含んだ冷却液が給水管２０内の給水経路２０１へ逆流することを抑制するためである。本実施形態では、Ｓ２＜Ｓ１となっている。なお、空気を含んだ冷却液が給水管２０内の給水経路２０１へ逆流することを抑制するために、接続部材５２に代えて、図５（Ｂ）に示すような接続部材６２を用いてもよい。接続部材５２では、第１流路５２ａと第２流路５２ｂとが直交しているのに対し、接続部材６２では、第２流路６２ｂが第１流路６２ａに対し９０°以下である角度θ１を有するようになっている。すなわち、図５（Ｂ）において、角度θ１を第１流路６２ａが延びる方向に対し、反時計回りの角度とした場合、角度θ１＜９０°となるようにしている。これにより、第２流路６２ｂへの逆流が生じにくくなる。

つぎに、図６を参照してバイパス経路５０の流路断面積、より具体的に第１配管５１の流路断面積Ｓ３と給水管２０から分岐した枝管２１ａ内の流路断面積Ｓ４との関係について説明する。流路断面積Ｓ３と流路断面積Ｓ４とは、Ｓ３≦Ｓ４となっていることが望ましい。両者の関係をこのように設定するのは、枝管２１ａへの冷却液の流入をバイパス経路５０への冷却液の流入に優先させるためである。

以上のような冷却装置１０を稼働させると、冷却装置１０内に存在する気体となった空気が、冷却液の流れに従って移動し、給水管２０に流れ込む。気体となった空気は、冷却液より比重が軽いため、給水管２０の上端部２０ｂに移動しやがて空気層となる。給水管２０の上端部２０ｂに貯留された空気は、第１の接続部材５２を介してバイパス経路５０内を流れる冷却液に吸い込まれる。そして、冷却液は、排水管３０及び循環配管４０を通じて熱交換器４２において大気に放出される。これにより、気体となった空気を含む冷却液の各クーリングプレート１４への供給を抑制し、クーリングプレート１４へ供給される冷却液の流量低下を抑制することができる。冷却装置１０内で気体となった空気は、最終的にラックの外部に設けた熱交換器４２に移動して排気されるため、冷却装置１０内で冷却液の流れに従って移動する空気は減少し続ける。この結果、クーリングプレート１４へ供給される冷却液の量に変動が収束し、冷却効率が維持される。なお、気体となった空気が再度給水管２０に供給されたり、新たに熱交換器４２等において空気が混入したりしても、その空気は、給水管２０の上端部２０ｂに貯留され、バイパス経路５０を流れる冷却水に吸い込まれる。このため、各クーリングプレート１４へ空気を含む冷却液が供給されることは抑制される。

また、本実施形態の冷却装置１０は、弁機構等が不要であり、簡易な構造とすることができる。弁等の複雑な機構を採用すると、機構部にスケールや藻・スライムや錆等が付着したり、機構部が故障したりする可能性があるが、本実施形態であれば、このような心配はない。また、本実施形態の冷却装置１０は、格別の動力等が不要であり、この点でも信頼性が高い。

（第２実施形態）
つぎに、図７乃至図８（Ｂ）を参照しつつ、第２実施形態について説明する。図７は第２実施形態の冷却装置の概略構成を示す説明図である。図８（Ａ）は第２実施形態の排水管における始端管と終端管の位置関係の変形例を示す説明図であり、図８（Ｂ）は第２実施形態の排水管における始端管と終端管の分岐角度の変形例を示す説明図である。なお、第１実施形態と共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

第２実施形態の冷却装置７０は、第１実施形態の給水管２０に代えて、給水管１２０を備える。給水管１２０は、給水管２０と異なり、始端管２２を備えていない。枝管１２１ａ〜１２１ｅを備える点は第１実施形態と共通している。

冷却装置７０は、第１実施形態の排水管３０に代えて、排水管１３０を備える。排水管１３０は、第１実施形態と同様に枝管１３１ａ〜１３１ｅ及び終端管１３３を備え、さらに、始端管１３２を備える。

冷却装置７０は、第１実施形態のバイパス経路５０に代えて、バイパス経路１５０を備える。バイパス経路１５０の始点は、排水管１３０に設けられた始端管１３２である。バイパス経路１５０は、第１配管１５１、接続部材１５２及び第２配管１５３を備える。接続部材１５２は、第１実施形態における第１の接続部材５２と同一の部材であり、給水管１２０の上端部１２０ｂに接続されている。これにより、給水管１２０の上端部１２０ｂに貯留している気体となった空気をバイパス経路１５０に吸い出すことができる。なお、第２実施形態では、排水管１３０の上端部とバイパス経路１５０との接続は採用されていない。

このような冷却装置７０であっても、第１実施形態と同様に、各クーリングプレート１４へ気体となった空気が入り込むことを抑制することができる。

ここで、図８（Ａ）を参照しつつ、終端管１３３の設置位置の高さについて説明する。終端管１３３の設置位置の高さは、始端管１３２の設置位置の高さ以下とすることができる。本実施形態では、図８（Ａ）に示すように、終端管１３３の内周壁の最も高い位置Ｈ_１３３は、始端管１３２の内周壁の最も高い位置Ｈ_１３２よりも低い位置に設定されている。これは、終端管１３３には、気体となった空気を含む冷却液が戻され、一方、始端管１３２は、バイパス経路１５０の始点となることを考慮したものである。すなわち、終端管１３３に戻された気体となった空気を含む冷却液が再度始端管１３２に吸い込まれることがないようにするための措置である。このような位置関係とすることで、終端管１３３に戻された空気は、ラックの外部に設けた熱交換器４２に移動して排気される。これにより、徐々に冷却液中の気体となった空気を減少させることができる。

なお、空気を含んだ冷却液が再度始端管１３２に吸い込まれることを抑制するために、始端管１３２の分岐角度θ２及び終端管１３３の分岐角度θ３を図８（Ｂ）に示すように設定することもできる。すなわち、図８（Ｂ）において、始端管１３２の分岐角度θ２を排水管１３０内の冷却水の流れ方向に対し時計回りの角度とした場合、角度θ２＜９０°となるようにしている。また、図８（Ｂ）において、終端管１３３の分岐角度θ３を排水管１３０内の冷却水の流れ方向に対し時計回りの角度とした場合、角度θ３＜９０°となるようにしている。これにより、空気を含んだ冷却液が始端管１３２に吸い込まれにくくなっている。

（第３実施形態）
つぎに、図９を参照しつつ、第３実施形態について説明する。図９は第３実施形態の冷却装置の概略構成を示す説明図である。なお、第１実施形態と共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

第３実施形態の冷却装置８０は、第１実施形態の給水管２０に代えて、給水管２２０を備える。給水管２２０は、給水管２０と異なり、始端管２２を備えていない。枝管２２１ａ〜２２１ｅを備える点は第１実施形態と共通している。

第３実施形態の冷却装置８０は、第１実施形態の第１の接続部材５２に代えて接続部材２５２を備える。冷却装置８０は、第１実施形態のバイパス経路５０に代えて、バイパス経路２５０を備える。接続部材２５２は、第１の接続部材５２と異なり、２つの口部のみを備える。一方の口部が、給水管２２０の上端部２２０ｂに接続されている。そして、他方の口部が、バイパス経路２５０を形成する第１配管２５１に接続されている。ただし、冷却装置８０は、第１実施形態と異なり、始端管を備えていない。このため、給水管２２０の上端部２２０ｂがバイパス経路２５０の始点となる。

このような冷却装置８０においても、気体となった空気は、給水管２２０の上端部２２０ｂに貯留する。このような冷却装置８０では、給水管２２０の下端部に設けられている給水口２２０ａから冷却水が給水経路２２０１に導入されると、給水経路２２０１内の冷却液がバイパス経路２５０へ押し出される。

このような冷却装置８０であっても、第１実施形態と同様に、各クーリングプレート１４へ気体となった空気が入り込むことを抑制することができる。

（第４実施形態）
つぎに、図１０を参照しつつ、第４実施形態について説明する。図１０は第４実施形態の冷却装置の概略構成を示す説明図である。なお、第１実施形態と共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

第４実施形態は、第１実施形態等と異なり、サーバブレード１１ａ〜１１ｅが左右方向に層状に並列している。これに伴って、第４実施形態の冷却装置９０は、クーリングプレート１４も左右方向に層状に配列されている。そして、給水管３２０及び排水管３３０も左右方向に沿って延びている。給水管３２０は、サーバブレード１１ａ〜１１ｅの上方に配置されており、排水管３３０は、サーバブレード１１ａ〜１１ｅの下方に配置されている。冷却装置９０は、第１実施形態の給水管２０に代えて、給水管３２０を備える。給水管３２０は、第１実施形態と同様に枝管３２１ａ〜３２１ｅを備える。また、冷却装置９０は、第１実施形態の排水管３０に代えて、排水管３３０を備える。排水管３３０は、第１実施形態と同様に枝管３３１ａ〜３３１ｅを備える。

給水管３２０は、給水口３２０ａに近い端部で分岐し、バイパス経路３５０の始点となる始端管３２２を備えている。排水管３３０は、排水口３３０ａに近い端部で分岐し、バイパス経路３５０の終点となる終端管３３２を備えている。バイパス経路３５０は、給水管３２０の上端部との接続位置を経由して始端管３２２と終端管３３２とを接続している。

冷却装置９０は、給水管３２０の給水口３２０ａと排水管３３０の排水口３３０ａを接続する循環配管３４０を備える。循環配管３４０には、冷却液を吐出するポンプ３４１と、冷却液を冷却する熱交換器３４２が配置されている。この点は、第１実施形態と同様である。

このような冷却装置９０においても、気体となった空気は、給水管３２０内に形成された給水経路３２０１の上部に貯留される。そこで、給水管３２０の上方を通過するバイパス経路３５０内を流れる冷却液に気体となった空気を吸い込ませ、排水管３３０内の排水経路３３０１へ排出する。

このような冷却装置９０であっても、第１実施形態と同様に、各クーリングプレート１４へ気体となった空気が入り込むことを抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１電子機器システム
１０、７０、８０、９０冷却装置
１１ａ〜１１ｅサーバブレード
１２基板
１３半導体パッケージ
１４クーリングプレート
２０、１２０、２２０、３２０給水管
２０ａ、１２０ａ、２２０ａ、３２０ａ給水口
２０ｂ、１２０ｂ、２２０ｂ、３２０ｂ上端部
２１ａ〜２１ｅ、３１ａ〜３１ｅ、１２１ａ〜１２１ｅ、１３１ａ〜１３１ｅ、２２１ａ〜２２１ｅ、３２１ａ〜３２１ｅ、３３１ａ〜３３１ｅ枝管
２２、１３２始端管
３０排水管
３０ａ、１３０ａ、３３０ａ排水口
３２、１３３、３３２終端管
４０、３４０循環配管
４１、３４１ポンプ
４２、３４２熱交換器
５０、１５０、２５０、３５０バイパス経路
５２、６２、１５２、２５２第１の接続部材
５４第２の接続部材

Claims

層状に配列された複数の電子機器のそれぞれに設けられた冷却部と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部に冷却液を供給する給水管と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部を通過した冷却液が排出される排水管と、
前記給水管の給水口と前記排水管の排水口を接続するとともに、少なくとも前記冷却液を吐出するポンプと、前記冷却液を冷却する冷却液冷却部が配置された循環配管と、
少なくとも前記給水管の上端部と接続され、複数の前記冷却部を迂回して前記排水管に接続されたバイパス経路と、
を備え、
複数の前記冷却部は、上下方向に層状に並列して配置されており、前記給水管及び前記排水管は、それぞれ上下方向に沿って延び、
前記給水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の始点となる始端管を備え、
前記排水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の終点となる終端管を備え、
前記バイパス経路は、前記給水管の上端部との接続位置を経由して前記始端管と前記終端管とを接続する冷却装置。
前記始端管は、上下方向に層状に配列された複数の前記冷却部のうち、最下段に配置されている冷却部よりも下方に設けられている請求項１に記載の冷却装置。
前記終端管は、上下方向に層状に配列された複数の前記冷却部のうち、最下段に配置されている冷却部よりも下方に設けられている請求項１または２に記載の冷却装置。
前記バイパス経路の前記給水管の上端部との接続位置は、複数の前記冷却部よりも上方に設けられた請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記バイパス経路の前記給水管の上端部との接続位置に、前記始端管側に延びる第１口部と、前記終端管側に延びる第２口部と、前記給水管の上端部側に延びる第３口部を備え、内部に前記第１口部と前記第２口部とを端部とする第１流路と、前記第１流路から分岐し、前記第３口部を端部とする第２流路とが、形成された接続部材を設けた請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記第２流路の流路断面積は、前記第１流路の流路断面積以下である請求項５に記載の冷却装置。
前記バイパス経路の流路断面積は、前記給水管から分岐した枝管内の流路断面積以下である請求項１乃至３、５又は６のいずれか１項に記載の冷却装置。
層状に配列された複数の電子機器のそれぞれに設けられた冷却部と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部に冷却液を供給する給水管と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部を通過した冷却液が排出される排水管と、
前記給水管の給水口と前記排水管の排水口を接続するとともに、少なくとも前記冷却液を吐出するポンプと、前記冷却液を冷却する冷却液冷却部が配置された循環配管と、
少なくとも前記給水管の上端部と接続され、複数の前記冷却部を迂回して前記排水管に接続されたバイパス経路と、
を備え、
複数の前記冷却部は、上下方向に層状に並列して配置されており、前記給水管及び前記排水管は、それぞれ上下方向に沿って延び、
前記排水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の始点となる始端管と、下端部で分岐し、前記バイパス経路の終点となる終端管を備え、
前記バイパス経路は、前記給水管の上端部との接続位置を経由して前記始端管と前記終端管とを接続する冷却装置。
前記終端管の設置位置の高さは、前記始端管の設置位置の高さ以下である請求項８に記載の冷却装置。
層状に配列された複数の電子機器のそれぞれに設けられた冷却部と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部に冷却液を供給する給水管と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部を通過した冷却液が排出される排水管と、
前記給水管の給水口と前記排水管の排水口を接続するとともに、少なくとも前記冷却液を吐出するポンプと、前記冷却液を冷却する冷却液冷却部が配置された循環配管と、
少なくとも前記給水管の上端部と接続され、複数の前記冷却部を迂回して前記排水管に接続されたバイパス経路と、
を備え、
複数の前記冷却部は、左右方向に層状に並列して配置されており、前記給水管及び前記排水管は、それぞれ左右方向に沿って延び、
前記給水管は、前記給水口に近い端部で分岐し、前記バイパス経路の始点となる始端管を備え、
前記排水管は、前記排水口に近い端部で分岐し、前記バイパス経路の終点となる終端管を備え、
前記バイパス経路は、前記給水管の上端部との接続位置を経由して前記始端管と前記終端管とを接続する冷却装置。
層状に配列された複数の電子機器のそれぞれに設けられた冷却部と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部に冷却液を供給する給水管と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部を通過した冷却液が排出される排水管と、
前記給水管の給水口と前記排水管の排水口を接続するとともに、少なくとも前記冷却液を吐出するポンプと、前記冷却液を冷却する冷却液冷却部が配置された循環配管と、
少なくとも前記給水管の上端部と接続され、複数の前記冷却部を迂回して前記排水管に接続されたバイパス経路と、
を備え、
複数の前記冷却部は、上下方向に層状に並列して配置されており、前記給水管及び前記排水管は、それぞれ上下方向に沿って延び、
前記排水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の終点となる終端管を備え、
前記バイパス経路は、前記給水管の上端部と前記終端管とを接続する冷却装置。
層状に配列された複数の電子機器と、前記電子機器の冷却対象部を冷却する冷却装置を備える電子機器システムであって、
前記冷却装置は、前記電子機器のそれぞれに設けられた冷却部と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部に冷却液を供給する給水管と、
それぞれ前記冷却部へ接続される複数の枝管を備え、前記冷却部を通過した冷却液が排出される排水管と、
前記給水管の給水口と前記排水管の排水口を接続するとともに、少なくとも前記冷却液を吐出するポンプと、前記冷却液を冷却する冷却液冷却部が配置された循環配管と、
少なくとも前記給水管の上端部と接続され、複数の前記冷却部を迂回して前記排水管に接続されたバイパス経路と、
を、備え、
複数の前記冷却部は、上下方向に層状に並列して配置されており、前記給水管及び前記排水管は、それぞれ上下方向に沿って延び、
前記給水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の始点となる始端管を備え、
前記排水管は、下端部で分岐し、前記バイパス経路の終点となる終端管を備え、
前記バイパス経路は、前記給水管の上端部との接続位置を経由して前記始端管と前記終端管とを接続する電子機器システム。