JPH01318295A - 電子機器の冷却装置 - 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〕 電子計算機に用いられる電子機器の冷却装置に係り、特
に、該電子機器に設けられた半導体素子を冷却するよう
に形成された電子機器の冷却装置番こ関し、 電子機器の高性能化、コンパクト化を図り、かつ、結露
および結霜を防止することを目的とし、電子機器を冷却
する複数の冷却モジュールと、該冷却モジュールのそれ
ぞれを収納する断熱材より成る気密箱と、該冷却モジュ
ールに対する結露および結霜の一方または両方を防止す
る結露、結霜防止ユニットと、該冷却モジュールのそれ
ぞれに常温から常温以下の低温の範囲の所定の異なる温
度の複数の冷媒を供給する冷却ユニットとを具備するよ
うに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電子計算機に用いられる電子機器の冷却装置に
係り、特に、該電子機器に設けられた半導体素子を冷却
するように形成された電子機器の冷却装置に関する。

近年では、スーパーコンピュータなどに用いられる半導
体素子は高密度実装化、超高速化により安定した稼働を
得るためには、冷却装置によって半導体素子を冷却する
ことが行われている。

このような冷却すべき半導体素子は、その種類によって
適した冷却温度が異なり、また、その温度によって性能
が変化する。

例えば、ＣＭＯＳおよびＨＥＭＴ素子では常温に比べて
液体窒素によって冷却した低温レベルの状態の方が約２
倍以上速く動作することになる。

そこで、一般的に、その半導体素子の種類と必要とされ
る性能に応じて冷水による冷却装置、または、液体窒素
による冷却装置が知られている。

しかし、大型のスーパーコンピュータでは、このような
冷却温度の異なる半導体素子が多数混載されることにな
るため、冷却装置としては、異なった冷却温度による冷
却が行えると共に、特に、液体窒素などによる低温レベ
ルにおいては結露および結霜が生じることのないように
形成されることが望まれる。

〔従来の技術〕

従来は第４図の（ａ）　（ｂ）の従来の構成図に示すよ
うに構成されていた。

第４図の（ａ）に示すように、プリント基板２６に半導
体素子２を実装することで形成された電子機器３に対し
て、冷水２５の冷媒が循環される冷却プレート２９を近
接させ、半導体素子２が冷却プレート２９の所定面に当
接されるように形成し、冷水２５の循環は熱交換器２１
とポンプ２３とを備えた常温冷媒冷却ユニット２０によ
って行われるように形成されていた。

また、このような電子機器３には他の電子機器に接続さ
れ、信号の入出力が行われる信号線２７と、電源ユニッ
トに接続され、電源の供給が行われる電源線２８とがそ
れぞれ布設されるように形成されている。

そこで、熱交換器２１によって冷却された冷水２５がポ
ンプ２３の駆動によって常温冷媒冷却ユニット２０から
冷媒配管２２を介して冷却プレート２９に送出され、冷
却プレート２９を循環した冷水２５は同様に冷媒配管２
２を介して常温冷媒冷却ユニット２０に戻され、熱交換
器２１によって再度、冷却される。

この場合、点線で示すように外部の冷水設備または冷凍
機などにより直接熱交換器２１に冷却した冷水を供給す
るように構成することもある。

したがって、信号線２７と、電源線２８とがそれぞれ接
続されることで稼働される電子機器３の半導体素子２は
冷却プレート２９を循環する冷水２５によって常温レベ
ルの冷却が行われていた。

更に、低温の冷却を行う場合は、（ｂ）に示すように、
プリント基板３７に半導体素子２を実装することで形成
された電子機器３を液体ヘリウムまたは液体窒素などの
低温冷媒３５が充填されるタライオスタット３６に挿入
し、タライオスタット３６には冷凍機３３と熱交換器３
２とを備えた低温冷媒冷却ユニッ１−３１によって低温
冷媒３５が供給されるように構成されていた。

また、タライオスタット３６は断熱材によって形成され
た断熱槽３６Ｂのフランジ３６Ａに蓋３６Ｃを係止し、
蓋３６Ｃに設けられたシール端子３６Ｄを介して電子機
器３には信号線３８および電源線３９がそれぞれ布設さ
れるように形成されている。

そこで、低温冷媒冷却ユニット３１より冷媒配管３４を
介して低温冷媒３５が断熱槽３６Ｂに矢印へのように供
給され、電子機器３を浸漬させ、半導体素子２の発熱に
よって気化した低温冷媒３５は冷媒配管３４を介して低
温冷媒冷却ユニット３１に矢印Ｂのように戻され、熱交
換器３２によって再度液化される。

したがって、信号線３８と電源綿３９とがそれぞれ接続
されることで稼働される電子機器３の半導体素子２は断
熱槽３６Ｂに供給された低温冷媒３５によって低温レベ
ルの冷却が行われていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、冷却温度の異なる半導体素子が実装された場合
は、このような冷水２５が循環される冷却プレート２９
による常温レベルの冷却と、低温冷媒３５が充填される
クライオスタット３６による低温レベルの冷却との構成
の異なった両者を備えることが必要となる。

しかし、このような構成の異なった両者を備えることで
は実装効率が悪くなるため、装置の外形が大型になり、
更には高速化、高性能化の妨げとなる問題を有していた
。

また、常温より低い温度の低温レベルの冷却では電子機
器３を収納したり、または、取り出す際に、電子機器３
に結露あるいは結霜が生じる。

したがって、電子機器３の収納または取り出しに際して
、結露あるいは結霜が生じることのないように構成され
ることが必要となる。

そこで、本発明では、電子機器の高性能化、コンパクト
化を図り、かつ、結露および結霜を防止することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

第１図に示すように、電子機器を冷却する複数の冷却モ
ジュールと、該冷却モジュールのそれぞれを収納する断
熱材より成る気密箱と、該冷却モジュールに対する結露
および結霜の一方または両方を防止する結露、結霜防止
ユニットと、該冷却モジュールのそれぞれに常温から常
温以下の低温の範囲の所定の異なる温度の複数の冷媒を
供給する冷却ユニットとを具備するように構成する。

このように構成することによって前述の課題を解決する
ことができる。

〔作用〕

即ち、断熱材より成る気密箱に収納された複数の冷却モ
ジュールに冷却ユニットより所定の温度の冷媒を供給す
るように構成し、冷却モジュールによる電子機器の冷却
が常温レベルと、低温レベルとの冷却を行うようにする
と共に、該気密箱の内部において結露、結霜が生じるこ
とのないように必要に応じて、除湿またはガス置換など
を行う結露、結霜防止ユニットを設けるように形成した
ものである。

したがって、常温レベルと、低温レベルとの冷却が同一
の構成によって行うことができ、しかも、コンパクト化
により装置の小型化、高性能化を図ることができる。

〔実施例〕

以下本発明を第２図および第３図を参考に詳細に説明す
る。第２図は本発明による一実施例の説明図で、（ａ）
は構成図、（ｂ）は冷却モジュールの構成図、第３図は
本発明の他の実施例の構成図である。企図を通じて、同
一符号は同一対象物を示す。

第２図の（ａ）に示すように、前述の半導体素子２をプ
リント基板２６または３７に実装することで形成された
電子機器３を冷却プレート２９またはクライオスタンド
３６によって冷却するように構成された冷却モジュール
４の複数が筐体１７に内設され、所定の冷却モジュール
４が断熱材より成る気密箱５に収納されるように構成し
たものである。

また、気密箱５には結露、結霜防止ユニット６として気
密箱５の内部の空気を除湿する除湿ユニット６Ａと、気
密箱５の内部の温度を上昇させるヒータユニットＯとが
それぞれ筺体１７に内設されることで設けられている。

更に、気密箱５には開閉される扉５Ａが設けられ収納さ
れた冷却モジュール４の保守点検が行われるように形成
されている。

そこで１．冷媒冷却供給ユニット７に備えられた常温冷
媒冷却ユニット２１より冷水などの常温レベルの冷媒が
配管８Ｂを介して露出された冷却モジュール４に供給さ
れ、同様に低温冷媒冷却ユニット１６より液体ヘリウム
または液体窒素あるいは外気の露点となる温度以下に冷
却された冷水や氷点下まで冷却したフロンやフン化炭素
などの低温レベルの冷媒が断熱材によって覆われた配管
８Ａを介して気密箱５に収納された冷却モジュール４に
循環されるように供給される。

この低温冷媒冷却ユニ・ノド１６には熱交換器１６を介
して冷媒の冷却を行う冷凍機１６Ｃと、冷媒を強制的に
送出するポンプ１６Ｂとが備えられている。

また、互いの冷却モジュール４間には信号線１３および
電源線１４が端子１５を介して接続され、電気信号の入
出力が行われるように形成されている。

したがって、低温レベルの冷却モジュール４は気密箱５
に収納され、冷却に際しては除湿ユニット６Ａによって
気密箱５内の除湿が行われ、また、冷却の停止により冷
却モジュール４を気密箱５より取り出す挿脱に際しては
ヒータユニット１０によって気密箱５内の温度が外気と
同等に上昇させることで、冷却開始時および冷却停止時
における結露、結霜の発生の防止が行われる。また、冷
却モジュール４にヒータを取り付けて同様の効果をもた
せることができる。

更に、このような冷却モジュール４には（ｂ）に示すよ
うに、冷却モジュール４の外周に発泡樹脂材などの断熱
材あるいは真空による所定の厚みを有する断熱層９を設
け、配管８Ａ、８Ｂの接合部および信号線１３と電源線
１４との接続部を除いて全体が断熱層９によって覆われ
るように形成すると結露。

結霜の発生をより完全に防止することが可能となる。

第３図は冷却モジュール４の複数個を断熱材より成る気
密箱１１に収納するように構成したものである。

また、気密箱１１には開閉可能な扉１１＾を設けると共
に、前述と同様に結露、結霜防止ユニット６とヒータユ
ニット１０とをそれぞれ設け、特に、結露、結露防止ユ
ニット６としては気密箱１１の内の雰囲気を低露点ガス
に置換するガス置換ユニット６Ｂが備えられるように形
成されている。

したがって、気密箱１１に収納された所定の冷却モジュ
ール４に対しては配管８Ａによって冷媒冷却供給ユニッ
ト１２に備えられた低温冷媒冷却ユニット１６より低温
レベルの冷媒を供給し、他の冷却モジュール４に対して
は配管８Ｂによって同様に常温冷媒冷却ユニット２１よ
り常温レベルの冷媒を供給するように形成することで電
子機器３の冷却を行い、冷却時に際しては気密箱１１の
内部の雰囲気をガス置換ユニット６Ｂによって低露点ガ
スに置換させ、また、冷却の停止によって冷却モジュー
ル４を気密箱１１より取り出す挿脱に際しては、気密箱
１１の内の雰囲気の温度をヒータユニットＯによって上
昇させ、結露および結霜の発生を防止することが行われ
る。

また、このように構成すると、前述の第２図に示す構成
に比べ、冷却モジュール４間に布設される信号ｖＡ１３
と電源線１４との配線は端子１５を介して接続するよう
なことが不要となり、配線が容易となると共に、コンパ
クトに構成することができるようになる。

更に、それぞれの冷却モジュール４に対して前述の第２
図の（ｂ）に示す断熱層９を設けると、常温レベルの冷
却モジュール４と低温レベレの冷却モジュール４との間
における温度差が大きい場合であっても、断熱層９の断
熱効果により互いの熱干渉を防止することができ、冷却
性能の向上が得られる。

尚、このような低温レベルの冷却では冷媒として、例え
ば露点以下の５〜１５℃の水や、氷点下のフロンまたは
フン化炭素が使用可能であり、この場合の結露、結霜を
防止するには除湿ユニット６＾による空気の除湿によっ
て充分に結露の防止を行うことができるが、更に、低い
温度の低温レベルの冷却では冷媒として、液体ヘリウム
または液体窒素が用いられており、この場合は、通常、
冷却温度が一２６９℃または一１９６℃となるため、気
密箱１１の内の空気をガス置換ユニッ）６Ｂによって低
露点ガスに置換させなければ空気中の水分のほか、酸素
、窒素などの結露および結霜の発生を防止することがで
きない。

したがって、結露、結霜防止ユニット６として除湿ユニ
ット６Ａを用いるか、またはガス置換ユニッ）６Ｂを用
いるかの選択は低温レベルで使用される冷媒の温度によ
って選択する必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、冷却モジュール
を収納する断熱材より成る気密箱を設け、断熱材の気密
箱には結露、結霜防止ユニットおよびヒータユニットを
設けることで、常温レベルと低温レベルとのそれぞれの
冷却に際して、結露または、結露および結露の生じるこ
とのないようにすることができる。

したがって、複数の冷却モジュールを隣接するように配
設することで、所定の冷却モジュールを常温レベルで冷
却し、他の冷却モジュールを低温レベルで冷却を行うよ
うに構成することができ、従来に比較して、構成の簡素
化およびコンパクト化による装置の小型化、高性能化が
図れ、実用的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図。 第２図は本発明による一実施例の説明図で、（ａ）は構
成図、（ｂ）は冷却モジュールの構成図。 第３図は本発明の他の実施例の構成図。 第４図の（ａ）　（ｂ）は従来の構成図を示す。 図において、 ３は電子機器、　　　４は冷却モジュール。 ５．１１は気密箱、　　　６は結露、結霜防止ユニット
。 ８Ａ、８Ｂは配管、１０はヒータユニット。 ９は断熱層、　　　　７．１２は冷媒冷却供給ユニット
を示す。 ８Ｂ西乙管 ント、発明の虎埋言之θ月図 第　１ｍ １δ イ；Ｉ！、；＆、鉤」−ン命五ρユニ・ン「　　　　　
　　　（乙しジ（レノ 従来の祷瓜ｎ 策４１２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕必要に応じて、冷却すべき電子機器（３）を所定
   の温度によって冷却するように構成された電子機器の冷
   却装置であって、 前記電子機器（３）を冷却する複数の冷却モジュール（
   ４）と、該冷却モジュール（４）を収納する断熱材より
   成る気密箱（５，１１）と、該冷却モジュール（４）に
   対する結露および結霜の一方または両方を防止する結露
   ，結霜防止ユニット（６）と、該冷却モジュール（４）
   のそれぞれに所定の異なる温度の複数の冷媒を配管（８
   Ａ，８Ｂ）を介して供給する冷媒冷却供給ユニット（７
   ，１２）とを具備することを特徴とする電子機器の冷却
   装置。 〔２〕請求項１記載の気密箱（５）には常温より低温の
   冷媒が供給される所定の冷却モジュール（４）が収納さ
   れることを特徴とする電子機器の冷却装置。 〔３〕請求項１記載の気密箱（１１）には冷却モジュー
   ル（４）のそれぞれが収納されることを特徴とする電子
   機器の冷却装置。 〔４〕請求項１記載の結露，結霜防止ユニット（６）が
   除湿を行う除湿ユニット（６Ａ）によって構成されるこ
   とを特徴とする電子機器の冷却装置。 〔５〕請求項１記載の結露，結霜防止ユニット（６）が
   低露点ガスに置換するガス置換ユニット（６Ｂ）によっ
   て構成されることを特徴とする電子機器の冷却装置。 〔６〕必要に応じて、前記気密箱（５，１１）の内部の
   温度を上昇させるヒータユニット（１０）が設けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却装置。 〔７〕断熱材より成る断熱層（９）が冷却モジュール（
   ４）の外周を覆うように設けられることを特徴とする請
   求項１記載の電子機器の冷却装置。