JP2000227264A - 電子機器の冷却装置 - Google Patents
電子機器の冷却装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】冷凍機を用いて電子機器を冷却する際に、負荷
変動に伴う素子の温度変化を速い応答制御で最小に抑え
て常に一定温度に維持させるようにする。 【解決手段】電子機器の発熱素子１に取付けたコールド
プレート３を蒸発器としてこれに電動圧縮機４，凝縮器
５，および膨張弁を組合せて冷凍サイクルを構成した冷
却装置において、膨張弁に電子式膨張弁８を採用すると
ともに、電動圧縮機の電源にインバータ制御装置１１を
組合せ、素子の発熱量変化に追従して素子温度を一定に
保つように電子式膨張弁の弁開度，および電動圧縮機の
回転数を制御するものとし、電子式膨張弁８ではコール
ドプレートの入口，出口で検出した冷媒温度Ｔi,Ｔo の
温度差が一定となるように制御部８ａの指令で弁開度を
調節し、インバータ制御装置１１は、コールドプレート
の出口側で検出した冷媒蒸発圧力Ｐ，もしくは冷媒温度
Ｔが設定値と一致するように圧縮機の回転数を制御して
冷凍能力を冷却負荷にバランスさせる。
変動に伴う素子の温度変化を速い応答制御で最小に抑え
て常に一定温度に維持させるようにする。 【解決手段】電子機器の発熱素子１に取付けたコールド
プレート３を蒸発器としてこれに電動圧縮機４，凝縮器
５，および膨張弁を組合せて冷凍サイクルを構成した冷
却装置において、膨張弁に電子式膨張弁８を採用すると
ともに、電動圧縮機の電源にインバータ制御装置１１を
組合せ、素子の発熱量変化に追従して素子温度を一定に
保つように電子式膨張弁の弁開度，および電動圧縮機の
回転数を制御するものとし、電子式膨張弁８ではコール
ドプレートの入口，出口で検出した冷媒温度Ｔi,Ｔo の
温度差が一定となるように制御部８ａの指令で弁開度を
調節し、インバータ制御装置１１は、コールドプレート
の出口側で検出した冷媒蒸発圧力Ｐ，もしくは冷媒温度
Ｔが設定値と一致するように圧縮機の回転数を制御して
冷凍能力を冷却負荷にバランスさせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機を組み合わ
せて発熱素子を冷却する電子機器の冷却装置に関する。
せて発熱素子を冷却する電子機器の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】大型電子計算機などを対象に、通電に伴
う発熱量（熱損失）の大きな発熱素子（半導体素子）に
伝熱結合したコールドプレートを冷凍機の蒸発器として
素子を冷却するようにした電子機器の冷却装置が特開平
４−１９６３９５号公報などで公知である。
う発熱量（熱損失）の大きな発熱素子（半導体素子）に
伝熱結合したコールドプレートを冷凍機の蒸発器として
素子を冷却するようにした電子機器の冷却装置が特開平
４−１９６３９５号公報などで公知である。
【０００３】ここで、従来実施されている電子機器冷却
装置の冷凍サイクルを図５に示す。図において、１は電
子機器の発熱素子（半導体素子など）、２はその電源、
３はヒートシンクとして発熱素子１に取付けたコールド
プレートであり、該コールドプレート３を蒸発器として
これに電動圧縮機４，凝縮器５，膨張弁（温度膨張弁）
６を組み合わせて冷凍サイクルを構成している。なお、
７は冷凍サイクルの冷媒配管である。
装置の冷凍サイクルを図５に示す。図において、１は電
子機器の発熱素子（半導体素子など）、２はその電源、
３はヒートシンクとして発熱素子１に取付けたコールド
プレートであり、該コールドプレート３を蒸発器として
これに電動圧縮機４，凝縮器５，膨張弁（温度膨張弁）
６を組み合わせて冷凍サイクルを構成している。なお、
７は冷凍サイクルの冷媒配管である。
【０００４】かかる冷凍サイクルの動作は周知であり、
圧縮機４から吐き出された高温，高圧の冷媒ガスは凝縮
器５で凝縮，液化された後、膨張弁６で減圧されてコー
ルドプレート（蒸発器）に送られ、ここで蒸発してコー
ルドプレート３に冷熱を発生した後に再び圧縮機４に戻
るように循環する。この冷凍サイクルにより、発熱素子
１の発生熱が除熱される。
圧縮機４から吐き出された高温，高圧の冷媒ガスは凝縮
器５で凝縮，液化された後、膨張弁６で減圧されてコー
ルドプレート（蒸発器）に送られ、ここで蒸発してコー
ルドプレート３に冷熱を発生した後に再び圧縮機４に戻
るように循環する。この冷凍サイクルにより、発熱素子
１の発生熱が除熱される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の冷却装置におい
て、電子機器を安定した状態で運転するには、発熱素子
（素子温度により動作特性が変わる）を常に許容温度内
で一定の温度に維持することが必要である。この場合
に、発熱素子の発熱量は通電に伴う消費電力（電流）に
よって変動することから、素子の発熱量（冷却負荷）と
冷凍能力とがバランスするように冷凍機を運転制御する
必要があるが、従来構成の冷却装置のままでは制御面で
次記のような問題点が残る。すなわち、 (1) 各蒸発器（コールドプレート）ごとにその入口側に
接続して蒸発器の冷媒流量を調整する膨張弁として、従
来より一般に用いられている温度膨張弁（蒸発器の出口
温度に対応して弁開度を自動調整するメカニカル式の温
度膨張弁）を採用して蒸発器出口での冷媒過熱度を一定
に制御する場合に、冷却負荷の増減に伴って冷媒の蒸発
温度が変化すると、蒸発器内の圧力損失などにより温度
膨張弁がハンチング等を引き起こして動作が不安定とな
る。また、蒸発器の表面温度分布をできるだけ均一化す
るためには、蒸発器を流れる冷媒の過熱度が極力小さい
ことが望ましいが、前記の温度膨張弁では冷媒の過熱度
を低く抑える機能が十分でない。
て、電子機器を安定した状態で運転するには、発熱素子
（素子温度により動作特性が変わる）を常に許容温度内
で一定の温度に維持することが必要である。この場合
に、発熱素子の発熱量は通電に伴う消費電力（電流）に
よって変動することから、素子の発熱量（冷却負荷）と
冷凍能力とがバランスするように冷凍機を運転制御する
必要があるが、従来構成の冷却装置のままでは制御面で
次記のような問題点が残る。すなわち、 (1) 各蒸発器（コールドプレート）ごとにその入口側に
接続して蒸発器の冷媒流量を調整する膨張弁として、従
来より一般に用いられている温度膨張弁（蒸発器の出口
温度に対応して弁開度を自動調整するメカニカル式の温
度膨張弁）を採用して蒸発器出口での冷媒過熱度を一定
に制御する場合に、冷却負荷の増減に伴って冷媒の蒸発
温度が変化すると、蒸発器内の圧力損失などにより温度
膨張弁がハンチング等を引き起こして動作が不安定とな
る。また、蒸発器の表面温度分布をできるだけ均一化す
るためには、蒸発器を流れる冷媒の過熱度が極力小さい
ことが望ましいが、前記の温度膨張弁では冷媒の過熱度
を低く抑える機能が十分でない。
【０００６】(2) 冷却負荷の変動に合わせて冷凍機を運
転制御する場合に、従来では発熱素子，あるいはコール
ドプレートの温度を検出し、この検出値を基に圧縮機を
オン，オフ制御するようにしているが、この制御方式で
は圧縮機の停止中にコールドプレートの温度が上昇する
ために発熱素子の温度を常に一定に保つことが困難であ
る。
転制御する場合に、従来では発熱素子，あるいはコール
ドプレートの温度を検出し、この検出値を基に圧縮機を
オン，オフ制御するようにしているが、この制御方式で
は圧縮機の停止中にコールドプレートの温度が上昇する
ために発熱素子の温度を常に一定に保つことが困難であ
る。
【０００７】(3) また、前記のように発熱素子，あるい
はコールドプレートの温度検出値を基に圧縮機を運転制
御する方式では、発熱素子，コールドプレートの熱容量
に起因する熱伝達系の遅れ，および冷凍機の制御系の応
答遅れがあるために、発熱素子を温度変動を低く抑える
ことが実際面で困難である。
はコールドプレートの温度検出値を基に圧縮機を運転制
御する方式では、発熱素子，コールドプレートの熱容量
に起因する熱伝達系の遅れ，および冷凍機の制御系の応
答遅れがあるために、発熱素子を温度変動を低く抑える
ことが実際面で困難である。
【０００８】(4) 特に、電子機器に組み込まれている複
数の発熱素子は種類，通電容量などにより発熱量，発熱
密度が異なることから、各素子ごとにコールドプレート
（蒸発器）を取付けた上で各蒸発器を１台の冷凍機で並
列運転する場合に、従来の冷却装置では前記各項の問題
があってきめ細かな冷凍機制御が行えない。
数の発熱素子は種類，通電容量などにより発熱量，発熱
密度が異なることから、各素子ごとにコールドプレート
（蒸発器）を取付けた上で各蒸発器を１台の冷凍機で並
列運転する場合に、従来の冷却装置では前記各項の問題
があってきめ細かな冷凍機制御が行えない。
【０００９】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その目的は前記の各課題を解決し、発熱素子の負荷
変動に伴う温度変化を速い応答制御で最小に抑えて、素
子を常に安定よく一定温度に維持できるように改良した
電子機器の冷却装置を提供することにある。
り、その目的は前記の各課題を解決し、発熱素子の負荷
変動に伴う温度変化を速い応答制御で最小に抑えて、素
子を常に安定よく一定温度に維持できるように改良した
電子機器の冷却装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、電子機器の発熱素子にコールドプ
レートを伝熱的に取付け、該コールドプレートを蒸発器
としてこれに電動圧縮機，凝縮器，膨張弁を組合せて冷
凍サイクルを構成した電子機器の冷却装置において、膨
張弁に電子式膨張弁を採用するとともに、電動圧縮機の
電源にインバータ制御装置を組合せ、素子の発熱量変化
に追従して発熱素子の温度を一定に保つように電子式膨
張弁の弁開度，および電動圧縮機の回転数を制御する
（請求項１）ものとし、具体的には次記のような態様で
実施する。
に、本発明によれば、電子機器の発熱素子にコールドプ
レートを伝熱的に取付け、該コールドプレートを蒸発器
としてこれに電動圧縮機，凝縮器，膨張弁を組合せて冷
凍サイクルを構成した電子機器の冷却装置において、膨
張弁に電子式膨張弁を採用するとともに、電動圧縮機の
電源にインバータ制御装置を組合せ、素子の発熱量変化
に追従して発熱素子の温度を一定に保つように電子式膨
張弁の弁開度，および電動圧縮機の回転数を制御する
（請求項１）ものとし、具体的には次記のような態様で
実施する。
【００１１】(1) 同じ電子機器に組み込まれた複数個の
発熱素子に対して、各素子ごとにコールドプレートとし
ての蒸発器を取付けるとともに、個々の蒸発器に電子式
膨張弁を組合せた上で、各蒸発器を冷凍サイクルの冷媒
回路に並列接続して冷凍サイクルを構成する（請求項
２）。
発熱素子に対して、各素子ごとにコールドプレートとし
ての蒸発器を取付けるとともに、個々の蒸発器に電子式
膨張弁を組合せた上で、各蒸発器を冷凍サイクルの冷媒
回路に並列接続して冷凍サイクルを構成する（請求項
２）。
【００１２】(2) 蒸発器の入口，および出口側で計測し
た冷媒温度の検出値を基に、その検出値の温度差が一定
となるように電子式膨張弁の弁開度を調節する制御部を
備える（請求項３）。
た冷媒温度の検出値を基に、その検出値の温度差が一定
となるように電子式膨張弁の弁開度を調節する制御部を
備える（請求項３）。
【００１３】(3) 蒸発器の冷媒蒸発圧力，もしくは冷媒
温度を検出し、この検出値が設定値と一致するようにイ
ンバータ制御装置で圧縮機の回転数を制御する（請求項
４）。
温度を検出し、この検出値が設定値と一致するようにイ
ンバータ制御装置で圧縮機の回転数を制御する（請求項
４）。
【００１４】(4) 発熱素子の通電電力を検出し、この検
出値を基にインバータ制御装置で圧縮機の回転数を制御
する（請求項５）。
出値を基にインバータ制御装置で圧縮機の回転数を制御
する（請求項５）。
【００１５】(5) 前項(4) において、蒸発器の冷媒蒸発
圧力，もしくは冷媒温度の検出値をインバータ制御装置
に入力して圧縮機の回転数を修正制御する（請求項
６）。
圧力，もしくは冷媒温度の検出値をインバータ制御装置
に入力して圧縮機の回転数を修正制御する（請求項
６）。
【００１６】上記において、電子式膨張弁は、その弁内
部に設けたロータが制御部から与えられるパルス信号の
パルス数に合わせて回転し、ロータの回転数に応じて弁
開度を変えるようにした膨張弁であり、コールドプレー
ト（蒸発器）の入口，出口側で計測した冷媒温度検出値
を基に、その温度検出値の温度差が一定となるようにパ
ルス数を設定することで、蒸発器の冷媒過熱度が常に一
定となるように弁開度が調節される。また、電子式膨張
弁の特長として、コールドプレート内の冷媒通路で圧力
損失が生じた場合でも常に安定した冷媒制御が可能であ
り、かつコールドプレート出口の冷媒過熱度も一般的な
温度膨張弁と比べて低く設定できる。これにより、コー
ルドプレートの温度分布を均一化して素子温度の変動の
少ない制御が可能となる。一方、インバータは周知のよ
うにその出力周波数に対応してモータの回転数を制御す
る装置であり、電動圧縮機をインバータ制御することで
冷凍機の冷凍能力を連続的に増減変化できる。
部に設けたロータが制御部から与えられるパルス信号の
パルス数に合わせて回転し、ロータの回転数に応じて弁
開度を変えるようにした膨張弁であり、コールドプレー
ト（蒸発器）の入口，出口側で計測した冷媒温度検出値
を基に、その温度検出値の温度差が一定となるようにパ
ルス数を設定することで、蒸発器の冷媒過熱度が常に一
定となるように弁開度が調節される。また、電子式膨張
弁の特長として、コールドプレート内の冷媒通路で圧力
損失が生じた場合でも常に安定した冷媒制御が可能であ
り、かつコールドプレート出口の冷媒過熱度も一般的な
温度膨張弁と比べて低く設定できる。これにより、コー
ルドプレートの温度分布を均一化して素子温度の変動の
少ない制御が可能となる。一方、インバータは周知のよ
うにその出力周波数に対応してモータの回転数を制御す
る装置であり、電動圧縮機をインバータ制御することで
冷凍機の冷凍能力を連続的に増減変化できる。
【００１７】したがって、発熱素子を冷却する冷凍機の
制御手段として、電子式膨張弁，およびインバータ制御
装置を組合せて併用することにより、発熱量の異なる複
数の発熱素子を１台の冷凍機で並列運転する場合でも、
各発熱素子をそれぞれ一定温度に安定よく保つことがで
きる。
制御手段として、電子式膨張弁，およびインバータ制御
装置を組合せて併用することにより、発熱量の異なる複
数の発熱素子を１台の冷凍機で並列運転する場合でも、
各発熱素子をそれぞれ一定温度に安定よく保つことがで
きる。
【００１８】また、特に発熱素子の通電電力を検出し、
これを基にインバータ制御装置で電動圧縮機の回転数を
制御することにより、発熱素子，もしくはコールドプレ
ートの温度を検出する方式と比べて制御の応答性が速く
なり、この場合に蒸発器の冷媒蒸発圧力，もしくは冷媒
温度の検出値を加えて圧縮機の回転数を修正制御するこ
とで、周囲からコールドプレートに流入する熱量，およ
び発熱素子の表面から周囲への熱放散分を補償して、圧
縮機の冷凍能力と発熱素子の冷却負荷とがバランスする
ように安定よく制御が行える。
これを基にインバータ制御装置で電動圧縮機の回転数を
制御することにより、発熱素子，もしくはコールドプレ
ートの温度を検出する方式と比べて制御の応答性が速く
なり、この場合に蒸発器の冷媒蒸発圧力，もしくは冷媒
温度の検出値を加えて圧縮機の回転数を修正制御するこ
とで、周囲からコールドプレートに流入する熱量，およ
び発熱素子の表面から周囲への熱放散分を補償して、圧
縮機の冷凍能力と発熱素子の冷却負荷とがバランスする
ように安定よく制御が行える。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図４に示す各実施例に基づいて説明する。なお、各実
施例の図中で図５に対応した部材には同じ符号を付して
その説明は省略する。
〜図４に示す各実施例に基づいて説明する。なお、各実
施例の図中で図５に対応した部材には同じ符号を付して
その説明は省略する。
【００２０】〔実施例１〕図１は本発明の請求項１，
３，４に対応した基本実施例を示す冷凍サイクルの制御
回路図である。この実施例では冷凍サイクルの構成が基
本的に図５と同様であるが、コールドプレート（蒸発
器）３の入口側には電子式膨張弁８が接続されており、
その弁開度が電子式膨張弁の制御部８ａから与えられる
パルス信号で調節される。すなわち、コールドプレート
３の冷媒入口，出口側にはそれぞれ温度計９，１０を接
続して冷媒温度Ｔi,およびＴo を計測し、制御部８ａは
前記温度検出値を取り込んだ上でその温度差，つまり冷
媒過熱度（Ｔi −Ｔo ）が設定値と一致するように電子
式膨張弁８の弁開度を調節制御する。
３，４に対応した基本実施例を示す冷凍サイクルの制御
回路図である。この実施例では冷凍サイクルの構成が基
本的に図５と同様であるが、コールドプレート（蒸発
器）３の入口側には電子式膨張弁８が接続されており、
その弁開度が電子式膨張弁の制御部８ａから与えられる
パルス信号で調節される。すなわち、コールドプレート
３の冷媒入口，出口側にはそれぞれ温度計９，１０を接
続して冷媒温度Ｔi,およびＴo を計測し、制御部８ａは
前記温度検出値を取り込んだ上でその温度差，つまり冷
媒過熱度（Ｔi −Ｔo ）が設定値と一致するように電子
式膨張弁８の弁開度を調節制御する。
【００２１】すなわち、制御部８ａで冷媒過熱度（Ｔi
−Ｔo ）を例えば５℃に設定した場合に、温度計９，１
０で計測した冷媒温度の温度差が１０℃であれば、電子
式膨張弁８の弁開度が大きくなるように制御部８ａから
制御指令（パルス信号）を出力する。なお、この場合に
冷媒の温度差からパルス信号への変換は比例制御，ＰＩ
Ｄ制御などの制御方法によって行う。
−Ｔo ）を例えば５℃に設定した場合に、温度計９，１
０で計測した冷媒温度の温度差が１０℃であれば、電子
式膨張弁８の弁開度が大きくなるように制御部８ａから
制御指令（パルス信号）を出力する。なお、この場合に
冷媒の温度差からパルス信号への変換は比例制御，ＰＩ
Ｄ制御などの制御方法によって行う。
【００２２】一方、電動圧縮機４の電源２にはインバー
タ制御装置１１を備え、その出力周波数に対応して電動
圧縮機４の回転数を制御するようにしている。ここで、
コールドプレート３の出口側配管路に接続した圧力計１
２で計測した冷媒蒸発圧力Ｐを検出値としてインバータ
制御装置１１に入力する。また、インバータ制御装置１
１ではあらかじめ定めた冷媒蒸発圧力の設定値に対応す
る電動圧縮機の回転数を設定しておき、前記の冷媒蒸発
圧力Ｐが設定値と一致するように電動圧縮機４の回転数
を制御する。なお、冷媒蒸発圧力Ｐの代わりに、温度計
１３で計測したコールドプレート３の表面温度Ｔ（冷媒
温度に対応する）を用い、この検出値を基に圧縮機４を
インバータ制御してもよい。
タ制御装置１１を備え、その出力周波数に対応して電動
圧縮機４の回転数を制御するようにしている。ここで、
コールドプレート３の出口側配管路に接続した圧力計１
２で計測した冷媒蒸発圧力Ｐを検出値としてインバータ
制御装置１１に入力する。また、インバータ制御装置１
１ではあらかじめ定めた冷媒蒸発圧力の設定値に対応す
る電動圧縮機の回転数を設定しておき、前記の冷媒蒸発
圧力Ｐが設定値と一致するように電動圧縮機４の回転数
を制御する。なお、冷媒蒸発圧力Ｐの代わりに、温度計
１３で計測したコールドプレート３の表面温度Ｔ（冷媒
温度に対応する）を用い、この検出値を基に圧縮機４を
インバータ制御してもよい。
【００２３】これにより、前記の冷媒蒸発圧力Ｐを例え
ば２kgf/cm2 に設定した場合に、運転時における圧力検
出値が1.５kgf/cm2 であれば、圧縮機４の回転数が速す
ぎるために冷媒蒸発圧力Ｐが設定値より低下したと判断
し、インバータ制御装置１１が圧縮機４の回転数を低め
て蒸発圧力Ｐが設定値と一致するように制御する。
ば２kgf/cm2 に設定した場合に、運転時における圧力検
出値が1.５kgf/cm2 であれば、圧縮機４の回転数が速す
ぎるために冷媒蒸発圧力Ｐが設定値より低下したと判断
し、インバータ制御装置１１が圧縮機４の回転数を低め
て蒸発圧力Ｐが設定値と一致するように制御する。
【００２４】〔実施例２〕図２は本発明の請求項５，６
に対応した実施例を示す冷凍サイクルの制御回路図であ
る。この実施例においては、冷凍サイクル，およびコー
ルドプレート３に電子式膨張弁８を接続した点は先記実
施例１と同様であるが、インバータ制御装置１１には、
発熱素子１の電源２に接続した電力計１４で計測した通
電電力（素子１の入力電力），および圧力計１５，１６
で計測した電動圧縮機４の吸込圧力Ｐi,吐出圧力Ｐo を
入力し、さらに図１と同様に圧力計１２で計測した冷媒
蒸発圧力Ｐ，あるいは温度計１３で計測したコールドプ
レート３の表面温度Ｔを追加入力し、これら入力信号を
基にインバータ制御装置１１が電動圧縮機４を回転数制
御するようにしている。なお、電力計１４を電流計（Ｃ
Ｔ）に置き換えて実施することできる。
に対応した実施例を示す冷凍サイクルの制御回路図であ
る。この実施例においては、冷凍サイクル，およびコー
ルドプレート３に電子式膨張弁８を接続した点は先記実
施例１と同様であるが、インバータ制御装置１１には、
発熱素子１の電源２に接続した電力計１４で計測した通
電電力（素子１の入力電力），および圧力計１５，１６
で計測した電動圧縮機４の吸込圧力Ｐi,吐出圧力Ｐo を
入力し、さらに図１と同様に圧力計１２で計測した冷媒
蒸発圧力Ｐ，あるいは温度計１３で計測したコールドプ
レート３の表面温度Ｔを追加入力し、これら入力信号を
基にインバータ制御装置１１が電動圧縮機４を回転数制
御するようにしている。なお、電力計１４を電流計（Ｃ
Ｔ）に置き換えて実施することできる。
【００２５】上記により、電動圧縮機１１の冷凍能力
（圧縮の仕事）は圧縮機の回転数，吸込冷媒圧力，吐出
冷媒圧力から演算により求められる。一方、素子１の発
熱量はその通電電力に比例して変化する。したがって、
インバータ制御装置１１では電力計１４の検出値を基に
発熱素子１の発熱量を演算し、発熱量と冷凍能力がバラ
ンスするように電動圧縮機４の回転数を制御すること
で、応答遅れなしに制御が行えて素子１の温度変動を低
く抑えることが可能となる。
（圧縮の仕事）は圧縮機の回転数，吸込冷媒圧力，吐出
冷媒圧力から演算により求められる。一方、素子１の発
熱量はその通電電力に比例して変化する。したがって、
インバータ制御装置１１では電力計１４の検出値を基に
発熱素子１の発熱量を演算し、発熱量と冷凍能力がバラ
ンスするように電動圧縮機４の回転数を制御すること
で、応答遅れなしに制御が行えて素子１の温度変動を低
く抑えることが可能となる。
【００２６】なお、この場合に周囲からコールドプレー
ト３に流入する熱量，および発熱素子１から周囲に放散
する熱量があると、これが外乱要因となって前記の制御
により冷凍能力と冷却負荷とが正しくバランスしない。
かかる点、この実施例では前記のように圧力計１２で計
測した冷媒蒸発圧力Ｐ，あるいは温度計１３で計測した
コールドプレート３の表面温度Ｔの検出値を追加入力
し、その圧力，または温度が設定値と一致するように電
動圧縮機４の回転数を修正制御することで、冷凍能力と
冷却負荷をバランスさせて発熱素子１を一定温度に保つ
ことができる。
ト３に流入する熱量，および発熱素子１から周囲に放散
する熱量があると、これが外乱要因となって前記の制御
により冷凍能力と冷却負荷とが正しくバランスしない。
かかる点、この実施例では前記のように圧力計１２で計
測した冷媒蒸発圧力Ｐ，あるいは温度計１３で計測した
コールドプレート３の表面温度Ｔの検出値を追加入力
し、その圧力，または温度が設定値と一致するように電
動圧縮機４の回転数を修正制御することで、冷凍能力と
冷却負荷をバランスさせて発熱素子１を一定温度に保つ
ことができる。
【００２７】〔実施例３〕図３は、先記の実施例１をベ
ースにした本発明の請求項２に対応する実施例を示すも
のである。この実施例では、電子機器に組み込まれた複
数個の発熱素子１に対して各素子ごとにコールドプレー
ト３が伝熱的に結合されており、かつ各コールドプレー
ト３を蒸発器として冷凍サイクルを構成する冷媒回路に
並列接続し、１台の電動圧縮機４で並列運転するよう構
成している。ここで、各コールドプレート３には図１と
同様に、冷媒入口側に電子式膨張弁８を接続し、コール
ドプレート３の入口，出口側で計測した冷媒温度Ｔi,お
よびＴo を制御部８ａに取り込んだ上でその温度差，つ
まり冷媒過熱度（Ｔi −Ｔo ）が設定値と一致するよう
に電子式膨張弁８の弁開度を調節制御するようにしてい
る。
ースにした本発明の請求項２に対応する実施例を示すも
のである。この実施例では、電子機器に組み込まれた複
数個の発熱素子１に対して各素子ごとにコールドプレー
ト３が伝熱的に結合されており、かつ各コールドプレー
ト３を蒸発器として冷凍サイクルを構成する冷媒回路に
並列接続し、１台の電動圧縮機４で並列運転するよう構
成している。ここで、各コールドプレート３には図１と
同様に、冷媒入口側に電子式膨張弁８を接続し、コール
ドプレート３の入口，出口側で計測した冷媒温度Ｔi,お
よびＴo を制御部８ａに取り込んだ上でその温度差，つ
まり冷媒過熱度（Ｔi −Ｔo ）が設定値と一致するよう
に電子式膨張弁８の弁開度を調節制御するようにしてい
る。
【００２８】また、電動圧縮機４に対してはその電源に
インバータ制御装置１１を組合せ、圧力計１２で計測し
た冷媒蒸発圧力Ｐが設定値と一致するように圧縮機４の
回転数を制御する。
インバータ制御装置１１を組合せ、圧力計１２で計測し
た冷媒蒸発圧力Ｐが設定値と一致するように圧縮機４の
回転数を制御する。
【００２９】かかる構成において、電動圧縮機４は各発
熱素子１の発熱量合計に見合う系内の熱負荷に合わせて
冷凍能力を発生するようにその回転数がインバータ制御
される。また、各コールドプレート３に対しては、個々
にその冷媒入口側側に接続した電子式膨張弁８により冷
媒過熱度が一定となるように冷媒流量が適正に調整され
る。これにより、各発熱素子１の発熱量が異なる場合で
も、個々の素子を所定の温度に保って冷凍機を安定よく
運転制御することができる。
熱素子１の発熱量合計に見合う系内の熱負荷に合わせて
冷凍能力を発生するようにその回転数がインバータ制御
される。また、各コールドプレート３に対しては、個々
にその冷媒入口側側に接続した電子式膨張弁８により冷
媒過熱度が一定となるように冷媒流量が適正に調整され
る。これにより、各発熱素子１の発熱量が異なる場合で
も、個々の素子を所定の温度に保って冷凍機を安定よく
運転制御することができる。
【００３０】〔実施例４〕次に、先記の実施例２をベー
スにした本発明の請求項２に対応する実施例を図４に示
す。この実施例においては、その冷凍サイクルが先記実
施例３と同様な構成になり、かつ各コールドプレート３
ごとに電子式膨張弁８が接続されているのに対して、電
動圧縮機４の電源側に接続したインバータ装置１１には
先記実施例２で述べたと同様に、各発熱素子１の電源２
に接続した電力計１４で計測した全体の入力電力，およ
び圧力計１５，１６で計測した電動圧縮機４の吸込圧力
Ｐi,吐出圧力Ｐo を入力し、さらに圧力計１２で計測し
た冷媒蒸発圧力Ｐを補正検出値として追加入力し、これ
ら入力信号を基にインバータ制御装置１１が電動圧縮機
４を回転数制御するようにしている。
スにした本発明の請求項２に対応する実施例を図４に示
す。この実施例においては、その冷凍サイクルが先記実
施例３と同様な構成になり、かつ各コールドプレート３
ごとに電子式膨張弁８が接続されているのに対して、電
動圧縮機４の電源側に接続したインバータ装置１１には
先記実施例２で述べたと同様に、各発熱素子１の電源２
に接続した電力計１４で計測した全体の入力電力，およ
び圧力計１５，１６で計測した電動圧縮機４の吸込圧力
Ｐi,吐出圧力Ｐo を入力し、さらに圧力計１２で計測し
た冷媒蒸発圧力Ｐを補正検出値として追加入力し、これ
ら入力信号を基にインバータ制御装置１１が電動圧縮機
４を回転数制御するようにしている。
【００３１】これにより、実施例３と同様に電子機器に
組み込まれた各発熱素子１の発熱量が異なる場合でも、
個々の素子を所定の温度に保って冷凍機を安定よく運転
制御することができる。
組み込まれた各発熱素子１の発熱量が異なる場合でも、
個々の素子を所定の温度に保って冷凍機を安定よく運転
制御することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の冷却装置に
より次記の効果を奏する。 (1) 蒸発器（コールドプレート）の冷媒流量を調節する
膨張弁として電子式膨張弁を採用し、これに電動圧縮機
のインバータ制御を組合せて冷凍機を制御することによ
り、電子式膨張弁の特長を生かしてコールドプレート内
の圧力損失がある場合でも常に安定した制御が可能であ
り、かつコールドプレートでの冷媒過熱度も従来の一般
的な温度膨張弁に比べて低く設定でき、これによりコー
ルドプレートの温度分布の均一化，並びに温度変動の少
ない制御が達成できる。また、電動圧縮機をインバータ
制御することで、従来のオン，オフ制御方式で問題とな
っていた冷媒蒸発温度の変動が少なく、発熱素子の負荷
変動に合わせてコールドプレートにおける冷媒蒸発温度
を常に設定値に保って発熱素子を一定温度に保持するこ
とができて電子機器の安定運転化が図れる。
より次記の効果を奏する。 (1) 蒸発器（コールドプレート）の冷媒流量を調節する
膨張弁として電子式膨張弁を採用し、これに電動圧縮機
のインバータ制御を組合せて冷凍機を制御することによ
り、電子式膨張弁の特長を生かしてコールドプレート内
の圧力損失がある場合でも常に安定した制御が可能であ
り、かつコールドプレートでの冷媒過熱度も従来の一般
的な温度膨張弁に比べて低く設定でき、これによりコー
ルドプレートの温度分布の均一化，並びに温度変動の少
ない制御が達成できる。また、電動圧縮機をインバータ
制御することで、従来のオン，オフ制御方式で問題とな
っていた冷媒蒸発温度の変動が少なく、発熱素子の負荷
変動に合わせてコールドプレートにおける冷媒蒸発温度
を常に設定値に保って発熱素子を一定温度に保持するこ
とができて電子機器の安定運転化が図れる。
【００３３】(2) 請求項２の発明により、発熱量，発熱
密度の異なる複数の発熱素子を１台の冷凍機で安定よく
一定温度に制御することができる。
密度の異なる複数の発熱素子を１台の冷凍機で安定よく
一定温度に制御することができる。
【００３４】(3) また、請求項５，６の発明によれば、
発熱素子の電源回路で直接計測した電力検出値を基に電
動圧縮機をインバータ制御するようにしたことで、発熱
素子，もしくはコールドプレートの温度を検出して冷凍
機を制御する方式と比べて熱伝達系の応答遅れを考慮せ
ずに速い応答性での制御が行え、発熱素子の負荷変動が
発生して制御が行われるまでの時間を短縮して素子の温
度変動を低く抑えることができる。
発熱素子の電源回路で直接計測した電力検出値を基に電
動圧縮機をインバータ制御するようにしたことで、発熱
素子，もしくはコールドプレートの温度を検出して冷凍
機を制御する方式と比べて熱伝達系の応答遅れを考慮せ
ずに速い応答性での制御が行え、発熱素子の負荷変動が
発生して制御が行われるまでの時間を短縮して素子の温
度変動を低く抑えることができる。
【図１】本発明の実施例１に対応した冷却装置の冷凍サ
イクル，およびその制御回路を表す図
イクル，およびその制御回路を表す図
【図２】本発明の実施例２に対応した冷却装置の冷凍サ
イクル，およびその制御回路を表す図
イクル，およびその制御回路を表す図
【図３】本発明の実施例３に対応した冷却装置の冷凍サ
イクル，およびその制御回路を表す図
イクル，およびその制御回路を表す図
【図４】本発明の実施例４に対応した冷却装置の冷凍サ
イクル，およびその制御回路を表す図
イクル，およびその制御回路を表す図
【図５】従来における電子機器冷却装置の冷凍サイクル
の構成図
の構成図
１ 発熱素子 ２ 電源 ３ コールドプレート（蒸発器） ４ 電動圧縮機 ５ 凝縮器 ８ 電子式膨張弁 ８ａ 制御部 ９，１０，１３ 温度計 １１ インバータ制御装置 １２，１５，１６ 圧力計 １４ 電力計
Claims (6)
- 【請求項１】電子機器の発熱素子にコールドプレートを
伝熱的に結合し、該コールドプレートを蒸発器としてこ
れに電動圧縮機，凝縮器，膨張弁を組合せて冷凍サイク
ルを構成した電子機器の冷却装置において、膨張弁に電
子式膨張弁を採用するとともに、電動圧縮機の電源にイ
ンバータ制御装置を組合せ、素子の発熱量変化に追従し
て発熱素子の温度を一定に保つように電子式膨張弁の弁
開度，および電動圧縮機の回転数を制御することを特徴
とする電子機器の冷却装置。 - 【請求項２】請求項１記載の冷却装置において、複数個
の発熱素子に対して、各素子ごとにコールドプレートと
しての蒸発器を取付けるとともに、個々の蒸発器に電子
式膨張弁を組合せた上で、各蒸発器を冷凍サイクルの冷
媒回路に並列接続したことを特徴とする電子機器の冷却
装置。 - 【請求項３】請求項１，または２記載の冷却装置におい
て、蒸発器の入口，および出口側で計測した冷媒温度の
検出値を基に、その検出値の温度差が一定となるように
電子式膨張弁の弁開度を調節する制御部を備えたことを
特徴とする電子機器の冷却装置。 - 【請求項４】請求項１，または２記載の冷却装置におい
て、蒸発器の冷媒蒸発圧力，もしくは冷媒温度を検出
し、この検出値が設定値と一致するようにインバータ制
御装置で圧縮機の回転数を制御することを特徴とする電
子機器の冷却装置。 - 【請求項５】請求項１，または２記載の冷却装置におい
て、発熱素子の入力電力を検出し、この検出値を基にイ
ンバータ制御装置で圧縮機の回転数を制御することを特
徴とする電子機器の冷却装置。 - 【請求項６】請求項５記載の冷却装置において、蒸発器
の冷媒蒸発圧力，もしくは冷媒温度の検出値をインバー
タ制御装置に入力して圧縮機の回転数を修正制御するこ
とを特徴とする電子機器の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11028390A JP2000227264A (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 電子機器の冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11028390A JP2000227264A (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 電子機器の冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000227264A true JP2000227264A (ja) | 2000-08-15 |
Family
ID=12247340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11028390A Pending JP2000227264A (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 電子機器の冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000227264A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006153429A (ja) * | 2004-10-25 | 2006-06-15 | Nuflare Technology Inc | 恒温流体供給システム |
| CN104470329A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-25 | 无锡市豫达换热器有限公司 | 一种大功率发热器件组冷却装置 |
| US20170254574A1 (en) * | 2016-03-01 | 2017-09-07 | Jay Eunjae Kim | Direct Cooling Platform With Vapor Compression Refrigeration Cycle And Applications Thereof |
| CN109520188A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-26 | 广东美的制冷设备有限公司 | 制冷装置控制方法、制冷装置以及存储介质 |
| CN110779228A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-11 | 中航光电科技股份有限公司 | 一种压缩驱动型两相间接冷却系统 |
| CN115791207A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-03-14 | 华南理工大学 | 一种电动汽车水冷板性能测试台及数据处理方法 |
-
1999
- 1999-02-05 JP JP11028390A patent/JP2000227264A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006153429A (ja) * | 2004-10-25 | 2006-06-15 | Nuflare Technology Inc | 恒温流体供給システム |
| CN104470329A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-25 | 无锡市豫达换热器有限公司 | 一种大功率发热器件组冷却装置 |
| US20170254574A1 (en) * | 2016-03-01 | 2017-09-07 | Jay Eunjae Kim | Direct Cooling Platform With Vapor Compression Refrigeration Cycle And Applications Thereof |
| CN109520188A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-26 | 广东美的制冷设备有限公司 | 制冷装置控制方法、制冷装置以及存储介质 |
| CN110779228A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-11 | 中航光电科技股份有限公司 | 一种压缩驱动型两相间接冷却系统 |
| CN115791207A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-03-14 | 华南理工大学 | 一种电动汽车水冷板性能测试台及数据处理方法 |
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