JP2004232923A - 熱交換器、冷却システム、および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、伝熱板に孔が設けられ、配管がその孔を貫通する熱交換器、配管を流れる冷媒の通過によって外部の熱を奪う冷却システム、および配管を流れる冷媒の通過によってＣＰＵなどといった電子素子の熱を奪う冷却システムを備えた、例えばパーソナルコンピュータやサーバなどといった電子機器に関し、熱交換性が高く、かつ省スペースで所定の装置に実装することのできる熱交換器、このような熱交換器を備え、かつ部品の保守や交換を容易に実施することが低コストで実現される冷却システムおよび電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の孔が設けられた伝熱板２１１と、上記伝熱板２１１に設けられた複数の孔それぞれを貫通する複数本の分立な配管２２１，２２２，２２３，２２４からなる配管群とを備えている。
【選択図】 図５
【解決手段】複数の孔が設けられた伝熱板２１１と、上記伝熱板２１１に設けられた複数の孔それぞれを貫通する複数本の分立な配管２２１，２２２，２２３，２２４からなる配管群とを備えている。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝熱板に孔が設けられ、配管がその孔を貫通する熱交換器、流路配管を流れる冷媒の通過によって外部の熱を奪う冷却システム、および流路配管を流れる冷媒の通過によってＣＰＵなどといった電子素子の熱を奪う冷却システムを備えた、例えばサーバやパーソナルコンピュータなどといった電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、サーバやパーソナルコンピュータなどといった電子機器の高速化・高性能化が図られている。このような電子機器にはＣＰＵなどといった電子素子が実装されており、この電子素子は電子機器の動作に伴って発熱する。電子素子の一つであるＣＰＵは高クロック化に伴って消費電力が高くなり、ＣＰＵにおける発熱量が増大する傾向にある。また、一般に、サーバには複数のＣＰＵが実装されており、このようなサーバにおける発熱量は多大なものである。電子素子の性能を維持し、かつ故障を回避するためには、発熱した電子素子を冷却する必要がある。
【０００３】
従来より、発熱した電子素子を液冷する装置として、冷媒配管を流れる冷媒の通過によって発熱した電子素子の熱を奪う冷却システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、冷媒配管を流れる冷媒の通過によって発熱した電子素子の熱を奪う冷却システムの形態としては、以下説明するような形態が知られている。
【０００５】
図１７は、図示しない従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第１形態の冷却システムの模式図である。
【０００６】
この図１７に示す第１形態の冷却システム５１０には、複数の孔が設けられた伝熱板６１１，６１２，６１３，６１４と、これら各伝熱板６１１，６１２，６１３，６１４に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４とから構成される４つの分立な熱交換器７１０，７２０，７３０，７４０が備えられている。
【０００７】
ここで、図１８は、図１７に示す第１形態の冷却システムに備えられた４つの熱交換器の中の１つの熱交換器を斜め上から見た斜視図である。
【０００８】
この図１８には、伝熱板６１１に設けられた複数の孔を１つの冷媒配管６２１が貫通する熱交換器７１０が示されている。
【０００９】
また、図１７に示す第１形態の冷却システム５１０には、図示しないサーバに備えられたシステムボード６４０が示されており、このシステムボード６４０には、図示しない４つのＣＰＵが搭載されている。この第１形態の冷却システム５１０には、図示しないサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４それぞれに接続された４つの冷却モジュール６３１，６３２，６３３，６３４と、冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４に供給する４つの冷媒タンク６６１，６６２，６６３，６６４と、冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４それぞれに接続され、冷媒を循環させる４つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４とが備えられている。
【００１０】
このように構成された第１形態の冷却システム５１０では、冷却モジュール６３１，６３２，６３３，６３４それぞれの冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４を流れる冷媒の通過によって、発熱した４つのＣＰＵそれぞれの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール６３１，６３２，６３３，６３４それぞれに接続された冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４それぞれを流れて熱交換器７１０，７２０，７３０，７４０に送られ、各熱交換器７１０，７２０，７３０，７４０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク６６１，６６２，６６３，６６４に送られ、冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４によって再び冷却モジュール６３１，６３２，６３３，６３４に冷媒が送られる。
【００１１】
図１９は、図示しない従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第２形態の冷却システムの模式図である。
【００１２】
この図１９に示す第２形態の冷却システム５２０には、複数の孔が設けられた伝熱板６１５と、この伝熱板６１５に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる冷媒配管６２９とから構成される１つの熱交換器７５０が備えられている。また、図１９に示す第２形態の冷却システム５２０には、図示しないサーバに備えられたシステムボード６４０が示されており、このシステムボード６４０には、図示しない４つのＣＰＵが搭載されている。この第２形態の冷却システム５２０には、図示しないサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれに接続された４つの冷却モジュール６３５，６３６，６３７，６３８と、冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれと冷媒配管６２９とに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８に供給する１つの冷媒タンク６６５と、冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれに接続され、冷媒を循環させる４つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４と、冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれと冷媒配管６２９とに接続され、冷媒を排出するマニホールド６７０とが備えられている。
【００１３】
このように構成された第２形態の冷却システム５２０では、冷却モジュール６３５，６３６，６３７，６３８それぞれの冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８を流れる冷媒の通過によって、発熱した４つのＣＰＵそれぞれの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール６３５，６３６，６３７，６３８それぞれに接続された冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれを流れてマニホールド６７０で合流し、合流した冷媒がマニホールド６７０に接続された冷媒配管６２９を流れて熱交換器７５０に送られ、この熱交換器７５０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク６６５に送られ、この冷媒タンク６６５に送られた冷媒が冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれに分配されて、冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４によって再び冷却モジュール６３５，６３６，６３７，６３８に冷媒が送られる。
【００１４】
図２０は、図示しない従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第３形態の冷却システムの模式図である。
【００１５】
この図２０に示す第３形態の冷却システム５３０には、複数の孔が設けられた伝熱板６１６，６１７と、これら各伝熱板６１６，６１７に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる冷媒配管６２１１，６２１２とから構成される２つの分立な熱交換器７６０，７７０が備えられている。また、この図２０に示す第３形態の冷却システム５３０には、図示しないサーバに備えられたシステムボード６４０が示されており、このシステムボード６４０には、図示しない１つのＣＰＵが搭載されている。この第３形態の冷却システム５３０には、図示しないサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管６２１１，６２１２それぞれに接続された１つの冷却モジュール６３９と、冷媒配管６２１１，６２１２それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管６２１１，６２１２に供給する２つの冷媒タンク６６１，６６２と、冷媒配管６２１１，６２１２それぞれに接続され、冷媒を循環させる２つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２とが備えられている。
【００１６】
このように構成された第３形態の冷却システム５３０では、冷却モジュール６３９の冷媒配管６２１１，６２１２の双方の冷媒配管を流れる冷媒の通過によって、発熱した１つのＣＰＵの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール６３９に接続された冷媒配管６２１１，６２１２それぞれを流れて熱交換器７６０，７７０に送られ、各熱交換器７６０，７７０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク６６１，６６２に送られ、冷媒循環ポンプ６５１，６５２によって再び冷却モジュール６３９に冷媒が送られる。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１−１０９７９８号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの図１７に示す第１形態の冷却システム５１０は、４つのＣＰＵの冷却に対して、ＣＰＵごとに独立な４つの冷媒環流経路が設けられたものであるため、例えば４つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４の中のいずれか１つの冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００１９】
また、上述した、従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの図２０に示す第３形態の冷却システム５３０は、１つのＣＰＵの冷却に対して、独立な２つの冷媒環流経路が設けられたものであって、通常は２つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２がそれぞれ５０％の出力で稼動し、いずれか一方の冷媒循環ポンプに不具合が生じた場合には、他方の冷媒循環ポンプが１００％の出力で稼動するように制御されている。従って、この第３形態の冷却システム５３０において、例えば２つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２の中のいずれか一方の冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合に、他方の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、ＣＰＵの稼動を停止させることなく保守や交換を容易に行うことができる。
【００２０】
ところが、この第１形態および第３形態の冷却システムは、この第１形態および第３形態の冷却システムの各分立な熱交換器それぞれにおいてファンによる風によって熱交換が行われるにあたって、各分立な熱交換器それぞれにおける冷媒配管の曲がり部分は、冷媒配管が伝熱板を貫通している部分よりも熱交換効率が低いにもかかわらず、冷却システムをサーバに搭載するにあたって所定のスペースが必要とされ、このような複数の分立した熱交換器をサーバの限られた内部空間に実装することが困難であるといった問題がある。また、冷媒配管の曲がり部分では内部を流れる冷媒の圧力損失が大きく、その結果、冷媒循環ポンプの出力が抑えられてしまうため、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対しては、第１形態および第３形態の冷却システムでは対応が困難となるおそれがある。
【００２１】
次に、上述した、従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの図１９に示す第２形態の冷却システム５２０は、４つのＣＰＵが冷却されるにあたって暖められた冷媒が一旦マニホールド６７０で合流された後に１つの熱交換器７５０で放熱され、冷媒タンク６６５で再び４つの冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８に分配されるものであるため、図１７に示す第１形態の冷却システム５１０や第３形態の冷却システム５３０のように構成された冷却システムと比較して、熱交換器における熱交換効率が高く、さらには、熱交換器における冷媒配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、熱交換器をサーバの限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。また、熱交換器における冷媒配管の曲がり部分が少ないため、冷媒配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、小型の冷媒循環ポンプであっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００２２】
ところが、この第２形態の冷却システムでは、冷媒が合流するマニホールドおよび冷媒を分配する冷媒タンクの内部では冷媒流動損失が生じるため、冷却能力が低下されるおそれがある。また、冷媒タンクで冷媒を４つの冷媒配管に均一に分配することは困難である。
【００２３】
さらに、この第２形態の冷却システムは、ＣＰＵごとに独立な冷媒環流経路が設けられたものではないため、例えば４つの冷媒循環ポンプの中のいずれか１つの冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされてしまうため、サーバの稼動を停止させなければ保守や交換を行うことができないといった問題もある。
【００２４】
ここで、図１９に示す第２形態の冷却システム５２０において、各冷媒循環ポンプと冷媒配管との接合部分にカプラを設けることによって、各冷媒循環ポンプの単体での保守や交換を可能にすることができるが、カプラ部分における冷媒の圧力損失が大きくなってしまい、その結果、冷媒循環ポンプの出力が抑えられてしまうため、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対しては、この第２形態の冷却システムでは対応が困難となるおそれがある。また、カプラは高価な部品であるため、冷却システムのコストが高くなる問題もある。
【００２５】
本発明は、上記事情に鑑み、熱交換性が高く、かつ省スペースで所定の装置に実装することのできる熱交換器、このような熱交換器を備え、かつ部品の保守や交換を容易に実施することが低コストで実現される冷却システムおよび電子機器を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の熱交換器は、
複数の孔が設けられた伝熱板と、
上記伝熱板に設けられた複数の孔それぞれを貫通する複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の熱交換器は、複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群が伝熱板に設けられた複数の孔を貫通するものであるため、複数の冷媒環流経路を形成する複数の分立な配管からなる配管群の内部を流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器で対応することができる。従って、この熱交換器は、熱交換効率が高く、さらには、熱交換器における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器をサーバの限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。また、この熱交換器における配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、例えば、小型の冷媒循環ポンプが配管に接続される場合であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００２８】
ここで、上記本発明の熱交換器において、上記配管群は、配管断面形状が異なる複数種類の配管を含むものであることが好ましい。
【００２９】
伝熱板に設けられた複数の孔を寸法の異なる複数種類の配管が貫通していれば、１つの熱交換器で放熱される放熱量が配管の寸法に応じて異なるため、１つの熱交換器で、発熱量が異なる複数のＣＰＵなどに対応することができる。
【００３０】
また、上記目的を達成する本発明の冷却システムは、
複数の孔が設けられた伝熱板と、
上記伝熱板に設けられた複数の孔それぞれを貫通する、内部を冷媒が流れる複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群と、
上記配管の１つ以上に接続された、その配管を流れる冷媒の通過によって外部の熱を奪う冷却モジュールと、
上記配管群を構成する複数の配管それぞれに接続された、その配管および上記冷却モジュールに対して上記冷媒を環流させる複数の冷媒循環機とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
ここで、上記「冷媒」とは、例えば、純水や不凍液混合液やフロンやフロリナートなどをいう。
【００３２】
また、上記「冷媒循環機」とは、低圧ポンプや高圧ポンプや圧縮機（コンプレッサ）などをいう。
【００３３】
本発明の冷却システムは、内部を冷媒が流れる複数本の分立な配管からなる配管群が伝熱板に設けられた複数の孔を貫通する熱交換器を備えたものであるため、複数の冷媒環流経路を形成する複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群の内部を流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器で対応することができる。従って、この冷却システムに備えられた熱交換器は、熱交換効率が高く、さらには、熱交換器における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器を電子機器の限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。また、この冷却システムに備えられた熱交換器における配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、例えば、小型の冷媒循環ポンプが配管に接続される場合であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００３４】
また、この冷却システムは、複数の配管および冷却モジュールに対して冷媒を独立に環流させるものであるため、例えば複数の冷媒循環機の中のいずれか１つの冷媒循環機の保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環機が備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００３５】
また、この冷却システムでは、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したようなマニホールドによる冷媒の合流や冷媒タンクによる冷媒の分配が行われないため、冷媒流動損失が生じにくい。
【００３６】
さらには、この冷却システムは、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したような高価なカプラを使用することなく部品の保守や交換を容易に実施することができるため、低コストな冷媒モジュールを得ることができる。
【００３７】
ここで、上記本発明の冷却システムにおいて、上記配管群は、配管断面形状が異なる複数種類の配管を含むものであることが好ましい。
【００３８】
伝熱板に設けられた複数の孔を寸法の異なる複数種類の配管が貫通していれば、１つの熱交換器で放熱される放熱量が配管の寸法に応じて異なるため、１つの熱交換器で、発熱量が異なる複数のＣＰＵなどに対応することができる。
【００３９】
また、上記本発明の冷却システムは、上記配管群を構成する複数の配管に、上記冷媒の環流経路から外れた位置で接続された、上記冷媒を貯蔵して各配管に供給する１つのタンクを備えたものであることも好ましい形態である。
【００４０】
このような、冷媒の環流経路から外れた位置に１つのタンクを備えた冷却システムによれば、例えばこの冷却システムを電子機器の限られた内部空間に実装するにあたって、その内部空間の所望の位置にタンクを配備することができ、その結果、その内部空間を有効に利用することができる。
【００４１】
さらに、上記本発明の冷却システムにおいて、上記冷却モジュールは、上記配管の複数本に接続されたものであることがさらに好ましい。
【００４２】
このように１つの冷却モジュールに対して複数本の配管が接続されていれば、複数本の配管の中の１つの配管からなる冷媒環流経路については予備の冷媒環流経路として使用することができ、例えば複数の冷媒循環機の中のいずれか１つの冷媒循環機の保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環機が備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００４３】
また、上記目的を達成する本発明の電子機器は、
動作に伴って発熱する電子素子と、
複数の孔が設けられた伝熱板と、
上記伝熱板に設けられた複数の孔それぞれを貫通する、内部を冷媒が流れる複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群と、
上記電子素子上に配設され、上記配管の１つ以上に接続された、その配管を流れる冷媒の通過によってその電子素子の熱を奪う冷却モジュールと、
上記配管群を構成する複数の配管それぞれに接続された、その配管および上記冷却モジュールに対して上記冷媒を環流させる複数の冷媒循環機とを備えたことを特徴とする。
【００４４】
ここで、上記「冷媒」とは、例えば、純水や不凍液混合液やフロンやフロリナートなどをいう。
【００４５】
また、上記「冷媒循環機」とは、低圧ポンプや高圧ポンプや圧縮機（コンプレッサ）などをいう。
【００４６】
本発明の電子機器は、内部を冷媒が流れる複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群が伝熱板に設けられた複数の孔を貫通する熱交換器を備えたものであるため、複数の冷媒環流経路を形成する複数本の分立な配管からなる配管群の内部を流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器で対応することができる。従って、この冷却システムに備えられた熱交換器は、熱交換効率が高く、さらには、熱交換器における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器を電子機器の限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。また、この冷却システムに備えられた熱交換器における配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、例えば、小型の冷媒循環ポンプが配管に接続される場合であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００４７】
また、この冷却システムは、複数の配管および冷却モジュールに対して冷媒を独立に環流させるものであるため、例えば複数の冷媒循環機の中のいずれか１つの冷媒循環機の保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環機が備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００４８】
また、この冷却システムでは、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したようなマニホールドによる冷媒の合流や冷媒タンクによる冷媒の分配が行われないため、冷媒流動損失が生じにくい。
【００４９】
さらには、この冷却システムは、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したような高価なカプラを使用することなく部品の保守や交換を容易に実施することができるため、低コストな冷媒モジュールを得ることができる。
【００５０】
ここで、上記本発明の電子機器において、上記配管群は、配管断面形状が異なる複数種類の配管を含むものであることが好ましい。
【００５１】
伝熱板に設けられた複数の孔を寸法の異なる複数種類の配管が貫通していれば、１つの熱交換器で放熱される放熱量が配管の寸法に応じて異なるため、１つの熱交換器で、発熱量が異なる複数のＣＰＵなどに対応することができる。
【００５２】
また、上記本発明の電子機器は、上記配管群を構成する複数の配管に、上記冷媒の環流経路から外れた位置で接続された、上記冷媒を貯蔵して各配管に供給する１つのタンクを備えたものであることも好ましい形態である。
【００５３】
このような、冷媒の環流経路から外れた位置に１つのタンクを備えた電子機器によれば、この電子機器の限られた内部空間に実装するにあたって、その内部空間の所望の位置にタンクを配備することができ、その結果、その内部空間を有効に利用することができる。
【００５４】
さらに、上記本発明の電子機器において、上記冷却モジュールは、上記配管の複数本に接続されたものであることがさらに好ましい。
【００５５】
このように１つの冷却モジュールに対して複数本の配管が接続されていれば、複数本の配管の中の１つの配管からなる冷媒環流経路については予備の冷媒環流経路として使用することができ、例えば複数の冷媒循環機の中のいずれか１つの冷媒循環機の保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環機が備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、その冷却モジュールの下に実装された電子素子の稼動を停止させることなく保守や交換を容易に行うことができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００５７】
図１は、本発明の電子機器の一実施形態のサーバを前面斜めから見た外観斜視図である。
【００５８】
図１に示すサーバ１００の前面には、後述する冷却システムが組み込まれた複数の薄型電子機器２００が備えられている。
【００５９】
図２は、図１に示すサーバに備えられた、冷却システムが組み込まれた薄型電子機器の１つを引き出して前面斜め上から見た斜視図、図３は、図２に示す薄型電子機器を前面斜め上から見た斜視図である。
【００６０】
この図２，図３に示す薄型電子機器２００には、複数の孔が設けられた多数の伝熱板２１０と、これら多数の伝熱板２１０それぞれに設けられた複数の孔を、それら多数の伝熱板２１０に亘って貫通する、内部を冷媒が流れる２本の分立な冷媒配管からなる冷媒配管群２２０とから構成される１つの熱交換器４００が備えられている。また、図３には、サーバ１００の動作に伴って発熱する図示しないＣＰＵ上に配設され、冷媒配管群２２０を構成する２本の冷媒配管それぞれに接続された２つの冷却モジュール２３０と、熱交換器４００に風を送る２つのファン２９０が示されている。
【００６１】
図４は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第１形態の冷却システムの模式図である。
【００６２】
この図４に示す第１形態の冷却システム３１０には、複数の孔が設けられた多数の伝熱板２１１と、これら多数の伝熱板２１１それぞれに設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる４本の分立な冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４とから構成される１つの熱交換器４１０が備えられている。この第１形態では、冷媒として純水や不凍液混合液が用いられる。
【００６３】
ここで、図５は、図４に示す第１形態の冷却システムに備えられた熱交換器を斜め上から見た斜視図である。
【００６４】
この図５には、伝熱板２１１に設けられた複数の孔を、内部を冷媒が流れる４本の分立な冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４が貫通する熱交換器４１０が示されている。
【００６５】
また、図４には、図１に示すサーバ１００に備えられた薄型電子機器２００に備えられたシステムボード２４０が示されており、このシステムボード２４０には、後述する４つのＣＰＵが搭載されている。この第１形態の冷却システム３１０には、図１に示すサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれに接続された４つの冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４と、冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４に供給する４つの冷媒タンク２６１，２６２，２６３，２６４と、冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれに接続され、冷媒を循環させる４つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４とが備えられている。ここに例示する冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４は、いずれも低圧ポンプである。
【００６６】
ここで、図６は、図４に示す第１形態の冷却システムに備えられた冷却モジュールとＣＰＵとの位置関係を示す図である。
【００６７】
この図６に示すように、ＣＰＵ２７１はシステムボード２４０上に搭載されており、このＣＰＵ２７１上に重ね合わせるようにして、冷媒配管２２１に接続された冷却モジュール２３１が配設されている。
【００６８】
このように構成された第１形態の冷却システム３１０では、冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４それぞれの冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４を流れる冷媒の通過によって、発熱した４つのＣＰＵそれぞれの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４それぞれに接続された冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれを流れて熱交換器４１０に送られ、この熱交換器４１０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク２６１，２６２，２６３，２６４に送られ、冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４によって再び冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４に冷媒が送られる。
【００６９】
第１形態の冷却システム３１０では、４本の分立な冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれを流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器４１０で対応することができ、熱交換における熱交換効率が低い冷媒配管の曲がり部分が少ない。このため、熱交換器４１０における熱交換効率が高い。さらには、熱交換器４１０における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器４１０をサーバの限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。
【００７０】
また、第１形態の冷却システム３１０では、配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低いため、小型で安価な冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００７１】
また冷却システム３１０は、複数の冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４および冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４に対して冷媒を独立に環流させるものであるため、例えば複数の冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４の中のいずれか１つの冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００７２】
以下、上述した第１形態とは異なる他の種々の形態について説明するが、上述した第１形態と共通する構成部分については同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００７３】
図７は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第２形態の冷却システムの模式図である。
【００７４】
この図７に示す第２形態の冷却システム３２０では、上述した第１形態の冷却システム３２０における４つの冷媒タンク２６１，２６２，２６３，２６４に替えて、４本の補助配管２２１’，２２２’，２２３’，２２４’を介して、冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれに、冷媒の環流経路から外れた位置で接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４に供給する１つの冷媒タンク２６５が備えられている。
【００７５】
このように構成された第２形態の冷却システム３２０では、冷媒タンク２６５の配置に要するスペースが少なく、配置の自由度も高いので、電子機器の限られた内部空間に実装するにあたって、その内部空間の所望の位置に冷媒タンク２６５を配備することができ、その内部空間を有効に利用することができる。また、冷媒のガス抜きも１箇所で容易に行うことができる。
【００７６】
図８は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第３形態の冷却システムの模式図である。
この図８に示す第３形態の冷却システム３３０では、上述した第１形態の冷却システム３２０における４本の分立な冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４のうち１本の冷媒配管２２２が予備の配管となっていて、この冷媒配管２２２には、冷媒タンクや冷却モジュールが接続されていない。
【００７７】
このように構成された第３形態の冷却システム３３０では、システムボード２４０におけるＣＰＵの増設などに容易に対処することができる。
【００７８】
図９は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第４形態の冷却システムの模式図である。
【００７９】
この図９に示す第４形態の冷却システム３４０では、図７に示す第２形態の冷却システム３２０と同様な１つの冷媒タンク２６５が備えられており、図８に示す第３形態の冷却システム３３０と同様に１本の冷媒配管２２２が予備の配管となっていて、この冷媒配管２２２には、冷媒タンクや冷却モジュールが接続されていない。従って、電子機器の限られた内部空間を有効に利用することができるとともに、ＣＰＵの増設などに容易に対処することもできる。
【００８０】
図１０は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第５形態の冷却システムの模式図である。
【００８１】
この図１０に示す第５形態の冷却システム３５０には、複数の孔が設けられた伝熱板２１２と、これら各伝熱板２１２に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる２本の分立な冷媒配管２２５１，２２５２とから構成される１つの熱交換器４２０が備えられている。また、この図１０には、図１に示すサーバ１００に備えられた薄型電子機器２００に備えられたシステムボード２４０が示されており、ここでは、このシステムボード２４０に、図示しない１つのＣＰＵが搭載されている。この第５形態の冷却システム３５０には、図１に示すサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管２２５１，２２５２それぞれに接続された１つの冷却モジュール２３５と、冷媒配管２２５１，２２５２それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２５１，２２５２に供給する２つの冷媒タンク２６１，２６２と、冷媒配管２２５１，２２５２それぞれに接続され、冷媒を循環させる２つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２とが備えられている。
【００８２】
このように構成された第５形態の冷却システム３５０では、冷却モジュール２３５の冷媒配管２２５１，２２５２の双方の冷媒配管を流れる冷媒の通過によって、発熱した１つのＣＰＵの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール２３５に接続された冷媒配管２２５１，２２５２それぞれを流れて熱交換器４２０に送られ、熱交換器４２０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク２６１，２６２に送られ、冷媒循環ポンプ２５１，２５２によって再び冷却モジュール２３５に冷媒が送られる。
【００８３】
この第５形態の冷却システム３５０でも、図４に示す第１形態の冷却システム３１０と同様に、複数の分立な冷媒配管２２５１，２２５２それぞれを流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器４２０で対応することができ、熱交換における熱交換効率が低い冷媒配管の曲がり部分が少ない。このため、熱交換器４１０における熱交換効率が高い。さらには、熱交換器４２０における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器４２０をサーバの限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。
【００８４】
また、この第５形態の冷却システム３５０は、１つのＣＰＵの冷却に対して、独立な２つの冷媒環流経路が設けられたものであって、通常は２つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２がそれぞれ５０％の出力で稼動し、いずれか一方の冷媒循環ポンプに不具合が生じた場合には、他方の冷媒循環ポンプが１００％の出力で稼動するように制御されている。従って、この第５形態の冷却システム３５０において、例えば２つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２の中のいずれか一方の冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合であっても、他方の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、ＣＰＵの稼動を停止させることなく保守や交換を容易に行うことができる。
【００８５】
図１１は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第６形態の冷却システムの模式図である。
【００８６】
この図１１に示す第６形態の冷却システム３６０では、図１０に示す第５形態の冷却システム３５０における２つの冷媒タンク２６１，２６２に替えて、２本の補助配管２２５１’，２２５２’を介して冷媒配管２２５１，２２５２それぞれに、冷媒の環流経路から外れた位置で接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２５１，２２５２に供給する１つの冷媒タンク２６６が備えられている。
【００８７】
このように構成された第６形態の冷却システム３６０では、冷媒タンク２６６の配置に要するスペースが少なく、配置の自由度も高いので、電子機器の限られた内部空間に実装するにあたって、その内部空間の所望の位置に冷媒タンク２６６を配備することができ、その内部空間を有効に利用することができる。また、冷媒のガス抜きも１箇所で容易に行うことができる。
【００８８】
図１２は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第７形態の冷却システムの模式図である。
【００８９】
この図１２に示す第７形態の冷却システム３７０には、複数の孔が設けられた多数の伝熱板２１３と、これら多数の伝熱板２１３それぞれに設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる４本の分立な冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２とから構成される１つの熱交換器４３０が備えられている。
【００９０】
また、図１２には、図１に示すサーバ１００に備えられた薄型電子機器２００に備えられたシステムボード２４０が示されており、このシステムボード２４０には、図示しない４つのＣＰＵが搭載されている。この第７形態の冷却システム３７０には、図１に示すサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、４本の分立な冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２のうち２本ずつの配管に接続された２つの冷却モジュール２３６，２３７と、４本の補助配管２２６１’，２２６２’，２２７１’，２２７２’を介して冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２それぞれに、冷媒の環流経路から外れた位置で接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２に供給する１つの冷媒タンク２６７と、冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２それぞれに接続され、冷媒を循環させる４つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４とが備えられている。
【００９１】
このように構成された第７形態の冷却システム３７０は、図１１に示す第６形態の冷却システム３６０の２つ分に相当する冷却機能を有するとともに、熱交換器は１つの熱交換器４３０に集約されているので、配管の曲がり部分が少なく、サーバの内部空間が有効に活用されるとともに、熱交換効率が高く、冷媒の圧力損失が低い。
【００９２】
図１３は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第８形態の冷却システムの模式図である。
【００９３】
この図１３に示す第８形態の冷却システム３８０には、複数の孔が設けられた伝熱板２１４と、これら各伝熱板２１４に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる２本の分立な冷媒配管２２８１，２２８２とから構成される１つの熱交換器４４０が備えられている。また、この図１３には、図１に示すサーバ１００に備えられた薄型電子機器２００に備えられたシステムボード２４０が示されており、ここでは、このシステムボード２４０に、図示しない１つのＣＰＵが搭載されている。
【００９４】
上述した各形態の冷却システムでは、冷媒として純水や不凍液混合液が用いられるのに対し、この第８形態の冷却システム３８０では、冷媒としてフロンやフロリナートが用いられる。このため、この第８形態の冷却システム３８０には、図１に示すサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管２２８１，２２８２それぞれに接続された冷却モジュール２３８と、冷媒配管２２８１，２２８２それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２８１，２２８２に供給する２つの冷媒タンク２６７，２６８と、２つの冷媒タンク２６７，２６８それぞれから供給される冷媒を膨張させる膨張弁２８１，２８２と、冷媒配管２２８１，２２８２それぞれに接続され、冷媒を圧縮して循環させる２つの圧縮機（コンプレッサ）２７１，２７２とが備えられている。
【００９５】
このように構成された第８形態の冷却システム３８０では、冷却モジュール２３８の冷媒配管２２８１，２２８２内を流動する冷媒の気化によって、発熱した１つのＣＰＵの熱が奪われ、気化した冷媒が冷却モジュール２３８に接続された冷媒配管２２８１，２２８２それぞれを流れて各コンプレッサ２７１，２７２で圧縮される。圧縮された冷媒は熱交換器４４０に送られ、熱交換器４４０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク２６７，２６８に送られ、膨張弁２８１，２８２を通過することによって膨張して液化し、再び冷却モジュール２３８に送られる。
【００９６】
この第８形態の冷却システム３８０の場合にも、２本の分立な冷媒配管２２８１，２２８２内を流動する冷媒の放熱を１つの熱交換器４４０で行うことができるので、配管の曲がり部分が少なく、サーバの内部空間が有効に活用されるとともに、熱交換効率が高く、冷媒の圧力損失が低い。
【００９７】
次に、上述した各形態に備えられている熱交換器とは異なる別の熱交換器の例について説明する。
【００９８】
図１４は、別の熱交換器の例を示す側面図であり、図１５は、別の熱交換器の例を斜め上から見た斜視図である。
【００９９】
これらの図１４、図１５に示す熱交換器４５０は、複数の孔が設けられた多数の伝熱板２１５と、これら多数の伝熱板２１５それぞれに設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる４本の分立な冷媒配管２２９１，２２９２，２２９３，２２９４とから構成されているという点では、上述した各形態に備えられている各熱交換器と同等のものであるが、ここに示す熱交換器４５０を構成する冷媒配管２２９１，２２９２，２２９３，２２９４は、熱交換器４５０内を１往復する太い配管２２９２，２２９３と、熱交換器４５０内を２往復する細い配管２２９１，２２９４との２種類に分類される。このため、種類の異なる配管は放熱能力が異なり、１つの熱交換器４５０によって、発熱量が異なる複数のＣＰＵなどに対応することができる。
【０１００】
最後に、熱交換器における圧力損失について説明する。
【０１０１】
図１６は、熱交換器における圧力損失を表すグラフである。
【０１０２】
この図１６に示すグラフの横軸は冷媒配管内の冷媒流量を示し、縦軸は圧力損失を示す。
【０１０３】
この図１６に破線Ｌ１で示すグラフは、「従来の技術」の欄で説明した、従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第１形態の冷却システム（図１７，図１８参照）に備えられた４つの分立な熱交換器の中の１つの熱交換器における圧力損失を表している。
【０１０４】
また、この図１６に実線Ｌ２で示すグラフは、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第１形態の冷却システム（図４，図５参照）に備えられた熱交換器における圧力損失を表している。
【０１０５】
これらのグラフから、第１形態に備えられた熱交換器では、従来の熱交換器と比較して、同一の圧力損失（つまり同一のポンプ能力）で比べると、約２倍の流量を得ることができ、大きな冷却能力を発揮する。
【０１０６】
つまり、本発明の熱交換器では配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、例えば、小型の冷媒循環ポンプが配管に接続される場合であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【０１０７】
なお、上記説明した各実施形態では、本発明にいう冷媒循環機の例として低圧ポンプや圧縮機（コンプレッサ）が例示されているが、本発明にいう冷媒循環機は、高圧ポンプなどであってもよい。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱交換性が高く、かつ省スペースで所定の装置に実装することのできる熱交換器、このような熱交換器を備え、かつ部品の保守や交換を容易に実施することが低コストで実現される冷却システムおよび電子機器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子機器の一実施形態のサーバを前面斜めから見た外観斜視図である。
【図２】サーバに備えられた、冷却システムが組み込まれた薄型電子機器の１つを引き出して前面斜め上から見た斜視図である。
【図３】薄型電子機器を前面斜め上から見た斜視図である。
【図４】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第１形態の冷却システムの模式図である。
【図５】第１形態の冷却システムに備えられた熱交換器を斜め上から見た斜視図である。
【図６】第１形態の冷却システムに備えられた冷却モジュールとＣＰＵとの位置関係を示す図である。
【図７】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第２形態の冷却システムの模式図である。
【図８】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第３形態の冷却システムの模式図である。
【図９】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第４形態の冷却システムの模式図である。
【図１０】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第５形態の冷却システムの模式図である。
【図１１】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第６形態の冷却システムの模式図である。
【図１２】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第７形態の冷却システムの模式図である。
【図１３】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第８形態の冷却システムの模式図である。
【図１４】別の熱交換器の例を示す側面図である。
【図１５】別の熱交換器の例を斜め上から見た斜視図である。
【図１６】熱交換器における圧力損失を表すグラフである。
【図１７】従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第１形態の冷却システムの模式図である。
【図１８】従来のサーバに備えられた冷却システムに備えられた４つの熱交換器の中の１つの熱交換器を斜め上から見た斜視図である。
【図１９】従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第２形態の冷却システムの模式図である。
【図２０】従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第３形態の冷却システムの模式図である。
【符号の説明】
１００ サーバ
２００ 薄型電子機器
２１０，…，２１５ 伝熱板
２２０ 冷媒配管群
２２１，…，２２４，２２５１，２２５２，２２６１，２２６２，２２７１，２２７２，２２８１，２２８２，２２９１，２２９２ 冷媒配管
２２１’，…，２２４’，２２５１’，２２５２’，２２６１’，２２６２’，２２７１，２２７２ 補助配管
２３０，…，２３８ 冷却モジュール
２４０ システムボード
２５１，…，２５４ 冷媒循環ポンプ
２６１，…，２６８ 冷媒タンク
２７１，２７２ 圧縮機（コンプレッサ）
２８１，２８２ 膨張弁
２９０ ファン
３１０，…，３８０ 冷却システム
４００，…，４５０ 熱交換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝熱板に孔が設けられ、配管がその孔を貫通する熱交換器、流路配管を流れる冷媒の通過によって外部の熱を奪う冷却システム、および流路配管を流れる冷媒の通過によってＣＰＵなどといった電子素子の熱を奪う冷却システムを備えた、例えばサーバやパーソナルコンピュータなどといった電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、サーバやパーソナルコンピュータなどといった電子機器の高速化・高性能化が図られている。このような電子機器にはＣＰＵなどといった電子素子が実装されており、この電子素子は電子機器の動作に伴って発熱する。電子素子の一つであるＣＰＵは高クロック化に伴って消費電力が高くなり、ＣＰＵにおける発熱量が増大する傾向にある。また、一般に、サーバには複数のＣＰＵが実装されており、このようなサーバにおける発熱量は多大なものである。電子素子の性能を維持し、かつ故障を回避するためには、発熱した電子素子を冷却する必要がある。
【０００３】
従来より、発熱した電子素子を液冷する装置として、冷媒配管を流れる冷媒の通過によって発熱した電子素子の熱を奪う冷却システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、冷媒配管を流れる冷媒の通過によって発熱した電子素子の熱を奪う冷却システムの形態としては、以下説明するような形態が知られている。
【０００５】
図１７は、図示しない従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第１形態の冷却システムの模式図である。
【０００６】
この図１７に示す第１形態の冷却システム５１０には、複数の孔が設けられた伝熱板６１１，６１２，６１３，６１４と、これら各伝熱板６１１，６１２，６１３，６１４に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４とから構成される４つの分立な熱交換器７１０，７２０，７３０，７４０が備えられている。
【０００７】
ここで、図１８は、図１７に示す第１形態の冷却システムに備えられた４つの熱交換器の中の１つの熱交換器を斜め上から見た斜視図である。
【０００８】
この図１８には、伝熱板６１１に設けられた複数の孔を１つの冷媒配管６２１が貫通する熱交換器７１０が示されている。
【０００９】
また、図１７に示す第１形態の冷却システム５１０には、図示しないサーバに備えられたシステムボード６４０が示されており、このシステムボード６４０には、図示しない４つのＣＰＵが搭載されている。この第１形態の冷却システム５１０には、図示しないサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４それぞれに接続された４つの冷却モジュール６３１，６３２，６３３，６３４と、冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４に供給する４つの冷媒タンク６６１，６６２，６６３，６６４と、冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４それぞれに接続され、冷媒を循環させる４つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４とが備えられている。
【００１０】
このように構成された第１形態の冷却システム５１０では、冷却モジュール６３１，６３２，６３３，６３４それぞれの冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４を流れる冷媒の通過によって、発熱した４つのＣＰＵそれぞれの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール６３１，６３２，６３３，６３４それぞれに接続された冷媒配管６２１，６２２，６２３，６２４それぞれを流れて熱交換器７１０，７２０，７３０，７４０に送られ、各熱交換器７１０，７２０，７３０，７４０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク６６１，６６２，６６３，６６４に送られ、冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４によって再び冷却モジュール６３１，６３２，６３３，６３４に冷媒が送られる。
【００１１】
図１９は、図示しない従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第２形態の冷却システムの模式図である。
【００１２】
この図１９に示す第２形態の冷却システム５２０には、複数の孔が設けられた伝熱板６１５と、この伝熱板６１５に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる冷媒配管６２９とから構成される１つの熱交換器７５０が備えられている。また、図１９に示す第２形態の冷却システム５２０には、図示しないサーバに備えられたシステムボード６４０が示されており、このシステムボード６４０には、図示しない４つのＣＰＵが搭載されている。この第２形態の冷却システム５２０には、図示しないサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれに接続された４つの冷却モジュール６３５，６３６，６３７，６３８と、冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれと冷媒配管６２９とに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８に供給する１つの冷媒タンク６６５と、冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれに接続され、冷媒を循環させる４つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４と、冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれと冷媒配管６２９とに接続され、冷媒を排出するマニホールド６７０とが備えられている。
【００１３】
このように構成された第２形態の冷却システム５２０では、冷却モジュール６３５，６３６，６３７，６３８それぞれの冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８を流れる冷媒の通過によって、発熱した４つのＣＰＵそれぞれの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール６３５，６３６，６３７，６３８それぞれに接続された冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれを流れてマニホールド６７０で合流し、合流した冷媒がマニホールド６７０に接続された冷媒配管６２９を流れて熱交換器７５０に送られ、この熱交換器７５０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク６６５に送られ、この冷媒タンク６６５に送られた冷媒が冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８それぞれに分配されて、冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４によって再び冷却モジュール６３５，６３６，６３７，６３８に冷媒が送られる。
【００１４】
図２０は、図示しない従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第３形態の冷却システムの模式図である。
【００１５】
この図２０に示す第３形態の冷却システム５３０には、複数の孔が設けられた伝熱板６１６，６１７と、これら各伝熱板６１６，６１７に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる冷媒配管６２１１，６２１２とから構成される２つの分立な熱交換器７６０，７７０が備えられている。また、この図２０に示す第３形態の冷却システム５３０には、図示しないサーバに備えられたシステムボード６４０が示されており、このシステムボード６４０には、図示しない１つのＣＰＵが搭載されている。この第３形態の冷却システム５３０には、図示しないサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管６２１１，６２１２それぞれに接続された１つの冷却モジュール６３９と、冷媒配管６２１１，６２１２それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管６２１１，６２１２に供給する２つの冷媒タンク６６１，６６２と、冷媒配管６２１１，６２１２それぞれに接続され、冷媒を循環させる２つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２とが備えられている。
【００１６】
このように構成された第３形態の冷却システム５３０では、冷却モジュール６３９の冷媒配管６２１１，６２１２の双方の冷媒配管を流れる冷媒の通過によって、発熱した１つのＣＰＵの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール６３９に接続された冷媒配管６２１１，６２１２それぞれを流れて熱交換器７６０，７７０に送られ、各熱交換器７６０，７７０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク６６１，６６２に送られ、冷媒循環ポンプ６５１，６５２によって再び冷却モジュール６３９に冷媒が送られる。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１−１０９７９８号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの図１７に示す第１形態の冷却システム５１０は、４つのＣＰＵの冷却に対して、ＣＰＵごとに独立な４つの冷媒環流経路が設けられたものであるため、例えば４つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２，６５３，６５４の中のいずれか１つの冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００１９】
また、上述した、従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの図２０に示す第３形態の冷却システム５３０は、１つのＣＰＵの冷却に対して、独立な２つの冷媒環流経路が設けられたものであって、通常は２つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２がそれぞれ５０％の出力で稼動し、いずれか一方の冷媒循環ポンプに不具合が生じた場合には、他方の冷媒循環ポンプが１００％の出力で稼動するように制御されている。従って、この第３形態の冷却システム５３０において、例えば２つの冷媒循環ポンプ６５１，６５２の中のいずれか一方の冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合に、他方の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、ＣＰＵの稼動を停止させることなく保守や交換を容易に行うことができる。
【００２０】
ところが、この第１形態および第３形態の冷却システムは、この第１形態および第３形態の冷却システムの各分立な熱交換器それぞれにおいてファンによる風によって熱交換が行われるにあたって、各分立な熱交換器それぞれにおける冷媒配管の曲がり部分は、冷媒配管が伝熱板を貫通している部分よりも熱交換効率が低いにもかかわらず、冷却システムをサーバに搭載するにあたって所定のスペースが必要とされ、このような複数の分立した熱交換器をサーバの限られた内部空間に実装することが困難であるといった問題がある。また、冷媒配管の曲がり部分では内部を流れる冷媒の圧力損失が大きく、その結果、冷媒循環ポンプの出力が抑えられてしまうため、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対しては、第１形態および第３形態の冷却システムでは対応が困難となるおそれがある。
【００２１】
次に、上述した、従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの図１９に示す第２形態の冷却システム５２０は、４つのＣＰＵが冷却されるにあたって暖められた冷媒が一旦マニホールド６７０で合流された後に１つの熱交換器７５０で放熱され、冷媒タンク６６５で再び４つの冷媒配管６２５，６２６，６２７，６２８に分配されるものであるため、図１７に示す第１形態の冷却システム５１０や第３形態の冷却システム５３０のように構成された冷却システムと比較して、熱交換器における熱交換効率が高く、さらには、熱交換器における冷媒配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、熱交換器をサーバの限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。また、熱交換器における冷媒配管の曲がり部分が少ないため、冷媒配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、小型の冷媒循環ポンプであっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００２２】
ところが、この第２形態の冷却システムでは、冷媒が合流するマニホールドおよび冷媒を分配する冷媒タンクの内部では冷媒流動損失が生じるため、冷却能力が低下されるおそれがある。また、冷媒タンクで冷媒を４つの冷媒配管に均一に分配することは困難である。
【００２３】
さらに、この第２形態の冷却システムは、ＣＰＵごとに独立な冷媒環流経路が設けられたものではないため、例えば４つの冷媒循環ポンプの中のいずれか１つの冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされてしまうため、サーバの稼動を停止させなければ保守や交換を行うことができないといった問題もある。
【００２４】
ここで、図１９に示す第２形態の冷却システム５２０において、各冷媒循環ポンプと冷媒配管との接合部分にカプラを設けることによって、各冷媒循環ポンプの単体での保守や交換を可能にすることができるが、カプラ部分における冷媒の圧力損失が大きくなってしまい、その結果、冷媒循環ポンプの出力が抑えられてしまうため、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対しては、この第２形態の冷却システムでは対応が困難となるおそれがある。また、カプラは高価な部品であるため、冷却システムのコストが高くなる問題もある。
【００２５】
本発明は、上記事情に鑑み、熱交換性が高く、かつ省スペースで所定の装置に実装することのできる熱交換器、このような熱交換器を備え、かつ部品の保守や交換を容易に実施することが低コストで実現される冷却システムおよび電子機器を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の熱交換器は、
複数の孔が設けられた伝熱板と、
上記伝熱板に設けられた複数の孔それぞれを貫通する複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の熱交換器は、複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群が伝熱板に設けられた複数の孔を貫通するものであるため、複数の冷媒環流経路を形成する複数の分立な配管からなる配管群の内部を流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器で対応することができる。従って、この熱交換器は、熱交換効率が高く、さらには、熱交換器における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器をサーバの限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。また、この熱交換器における配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、例えば、小型の冷媒循環ポンプが配管に接続される場合であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００２８】
ここで、上記本発明の熱交換器において、上記配管群は、配管断面形状が異なる複数種類の配管を含むものであることが好ましい。
【００２９】
伝熱板に設けられた複数の孔を寸法の異なる複数種類の配管が貫通していれば、１つの熱交換器で放熱される放熱量が配管の寸法に応じて異なるため、１つの熱交換器で、発熱量が異なる複数のＣＰＵなどに対応することができる。
【００３０】
また、上記目的を達成する本発明の冷却システムは、
複数の孔が設けられた伝熱板と、
上記伝熱板に設けられた複数の孔それぞれを貫通する、内部を冷媒が流れる複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群と、
上記配管の１つ以上に接続された、その配管を流れる冷媒の通過によって外部の熱を奪う冷却モジュールと、
上記配管群を構成する複数の配管それぞれに接続された、その配管および上記冷却モジュールに対して上記冷媒を環流させる複数の冷媒循環機とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
ここで、上記「冷媒」とは、例えば、純水や不凍液混合液やフロンやフロリナートなどをいう。
【００３２】
また、上記「冷媒循環機」とは、低圧ポンプや高圧ポンプや圧縮機（コンプレッサ）などをいう。
【００３３】
本発明の冷却システムは、内部を冷媒が流れる複数本の分立な配管からなる配管群が伝熱板に設けられた複数の孔を貫通する熱交換器を備えたものであるため、複数の冷媒環流経路を形成する複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群の内部を流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器で対応することができる。従って、この冷却システムに備えられた熱交換器は、熱交換効率が高く、さらには、熱交換器における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器を電子機器の限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。また、この冷却システムに備えられた熱交換器における配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、例えば、小型の冷媒循環ポンプが配管に接続される場合であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００３４】
また、この冷却システムは、複数の配管および冷却モジュールに対して冷媒を独立に環流させるものであるため、例えば複数の冷媒循環機の中のいずれか１つの冷媒循環機の保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環機が備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００３５】
また、この冷却システムでは、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したようなマニホールドによる冷媒の合流や冷媒タンクによる冷媒の分配が行われないため、冷媒流動損失が生じにくい。
【００３６】
さらには、この冷却システムは、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したような高価なカプラを使用することなく部品の保守や交換を容易に実施することができるため、低コストな冷媒モジュールを得ることができる。
【００３７】
ここで、上記本発明の冷却システムにおいて、上記配管群は、配管断面形状が異なる複数種類の配管を含むものであることが好ましい。
【００３８】
伝熱板に設けられた複数の孔を寸法の異なる複数種類の配管が貫通していれば、１つの熱交換器で放熱される放熱量が配管の寸法に応じて異なるため、１つの熱交換器で、発熱量が異なる複数のＣＰＵなどに対応することができる。
【００３９】
また、上記本発明の冷却システムは、上記配管群を構成する複数の配管に、上記冷媒の環流経路から外れた位置で接続された、上記冷媒を貯蔵して各配管に供給する１つのタンクを備えたものであることも好ましい形態である。
【００４０】
このような、冷媒の環流経路から外れた位置に１つのタンクを備えた冷却システムによれば、例えばこの冷却システムを電子機器の限られた内部空間に実装するにあたって、その内部空間の所望の位置にタンクを配備することができ、その結果、その内部空間を有効に利用することができる。
【００４１】
さらに、上記本発明の冷却システムにおいて、上記冷却モジュールは、上記配管の複数本に接続されたものであることがさらに好ましい。
【００４２】
このように１つの冷却モジュールに対して複数本の配管が接続されていれば、複数本の配管の中の１つの配管からなる冷媒環流経路については予備の冷媒環流経路として使用することができ、例えば複数の冷媒循環機の中のいずれか１つの冷媒循環機の保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環機が備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００４３】
また、上記目的を達成する本発明の電子機器は、
動作に伴って発熱する電子素子と、
複数の孔が設けられた伝熱板と、
上記伝熱板に設けられた複数の孔それぞれを貫通する、内部を冷媒が流れる複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群と、
上記電子素子上に配設され、上記配管の１つ以上に接続された、その配管を流れる冷媒の通過によってその電子素子の熱を奪う冷却モジュールと、
上記配管群を構成する複数の配管それぞれに接続された、その配管および上記冷却モジュールに対して上記冷媒を環流させる複数の冷媒循環機とを備えたことを特徴とする。
【００４４】
ここで、上記「冷媒」とは、例えば、純水や不凍液混合液やフロンやフロリナートなどをいう。
【００４５】
また、上記「冷媒循環機」とは、低圧ポンプや高圧ポンプや圧縮機（コンプレッサ）などをいう。
【００４６】
本発明の電子機器は、内部を冷媒が流れる複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群が伝熱板に設けられた複数の孔を貫通する熱交換器を備えたものであるため、複数の冷媒環流経路を形成する複数本の分立な配管からなる配管群の内部を流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器で対応することができる。従って、この冷却システムに備えられた熱交換器は、熱交換効率が高く、さらには、熱交換器における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器を電子機器の限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。また、この冷却システムに備えられた熱交換器における配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、例えば、小型の冷媒循環ポンプが配管に接続される場合であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００４７】
また、この冷却システムは、複数の配管および冷却モジュールに対して冷媒を独立に環流させるものであるため、例えば複数の冷媒循環機の中のいずれか１つの冷媒循環機の保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環機が備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００４８】
また、この冷却システムでは、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したようなマニホールドによる冷媒の合流や冷媒タンクによる冷媒の分配が行われないため、冷媒流動損失が生じにくい。
【００４９】
さらには、この冷却システムは、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したような高価なカプラを使用することなく部品の保守や交換を容易に実施することができるため、低コストな冷媒モジュールを得ることができる。
【００５０】
ここで、上記本発明の電子機器において、上記配管群は、配管断面形状が異なる複数種類の配管を含むものであることが好ましい。
【００５１】
伝熱板に設けられた複数の孔を寸法の異なる複数種類の配管が貫通していれば、１つの熱交換器で放熱される放熱量が配管の寸法に応じて異なるため、１つの熱交換器で、発熱量が異なる複数のＣＰＵなどに対応することができる。
【００５２】
また、上記本発明の電子機器は、上記配管群を構成する複数の配管に、上記冷媒の環流経路から外れた位置で接続された、上記冷媒を貯蔵して各配管に供給する１つのタンクを備えたものであることも好ましい形態である。
【００５３】
このような、冷媒の環流経路から外れた位置に１つのタンクを備えた電子機器によれば、この電子機器の限られた内部空間に実装するにあたって、その内部空間の所望の位置にタンクを配備することができ、その結果、その内部空間を有効に利用することができる。
【００５４】
さらに、上記本発明の電子機器において、上記冷却モジュールは、上記配管の複数本に接続されたものであることがさらに好ましい。
【００５５】
このように１つの冷却モジュールに対して複数本の配管が接続されていれば、複数本の配管の中の１つの配管からなる冷媒環流経路については予備の冷媒環流経路として使用することができ、例えば複数の冷媒循環機の中のいずれか１つの冷媒循環機の保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環機が備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、その冷却モジュールの下に実装された電子素子の稼動を停止させることなく保守や交換を容易に行うことができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００５７】
図１は、本発明の電子機器の一実施形態のサーバを前面斜めから見た外観斜視図である。
【００５８】
図１に示すサーバ１００の前面には、後述する冷却システムが組み込まれた複数の薄型電子機器２００が備えられている。
【００５９】
図２は、図１に示すサーバに備えられた、冷却システムが組み込まれた薄型電子機器の１つを引き出して前面斜め上から見た斜視図、図３は、図２に示す薄型電子機器を前面斜め上から見た斜視図である。
【００６０】
この図２，図３に示す薄型電子機器２００には、複数の孔が設けられた多数の伝熱板２１０と、これら多数の伝熱板２１０それぞれに設けられた複数の孔を、それら多数の伝熱板２１０に亘って貫通する、内部を冷媒が流れる２本の分立な冷媒配管からなる冷媒配管群２２０とから構成される１つの熱交換器４００が備えられている。また、図３には、サーバ１００の動作に伴って発熱する図示しないＣＰＵ上に配設され、冷媒配管群２２０を構成する２本の冷媒配管それぞれに接続された２つの冷却モジュール２３０と、熱交換器４００に風を送る２つのファン２９０が示されている。
【００６１】
図４は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第１形態の冷却システムの模式図である。
【００６２】
この図４に示す第１形態の冷却システム３１０には、複数の孔が設けられた多数の伝熱板２１１と、これら多数の伝熱板２１１それぞれに設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる４本の分立な冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４とから構成される１つの熱交換器４１０が備えられている。この第１形態では、冷媒として純水や不凍液混合液が用いられる。
【００６３】
ここで、図５は、図４に示す第１形態の冷却システムに備えられた熱交換器を斜め上から見た斜視図である。
【００６４】
この図５には、伝熱板２１１に設けられた複数の孔を、内部を冷媒が流れる４本の分立な冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４が貫通する熱交換器４１０が示されている。
【００６５】
また、図４には、図１に示すサーバ１００に備えられた薄型電子機器２００に備えられたシステムボード２４０が示されており、このシステムボード２４０には、後述する４つのＣＰＵが搭載されている。この第１形態の冷却システム３１０には、図１に示すサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれに接続された４つの冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４と、冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４に供給する４つの冷媒タンク２６１，２６２，２６３，２６４と、冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれに接続され、冷媒を循環させる４つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４とが備えられている。ここに例示する冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４は、いずれも低圧ポンプである。
【００６６】
ここで、図６は、図４に示す第１形態の冷却システムに備えられた冷却モジュールとＣＰＵとの位置関係を示す図である。
【００６７】
この図６に示すように、ＣＰＵ２７１はシステムボード２４０上に搭載されており、このＣＰＵ２７１上に重ね合わせるようにして、冷媒配管２２１に接続された冷却モジュール２３１が配設されている。
【００６８】
このように構成された第１形態の冷却システム３１０では、冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４それぞれの冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４を流れる冷媒の通過によって、発熱した４つのＣＰＵそれぞれの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４それぞれに接続された冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれを流れて熱交換器４１０に送られ、この熱交換器４１０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク２６１，２６２，２６３，２６４に送られ、冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４によって再び冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４に冷媒が送られる。
【００６９】
第１形態の冷却システム３１０では、４本の分立な冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれを流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器４１０で対応することができ、熱交換における熱交換効率が低い冷媒配管の曲がり部分が少ない。このため、熱交換器４１０における熱交換効率が高い。さらには、熱交換器４１０における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器４１０をサーバの限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。
【００７０】
また、第１形態の冷却システム３１０では、配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低いため、小型で安価な冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【００７１】
また冷却システム３１０は、複数の冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４および冷却モジュール２３１，２３２，２３３，２３４に対して冷媒を独立に環流させるものであるため、例えば複数の冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４の中のいずれか１つの冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合に、他の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、保守や交換を容易に行うことができる。
【００７２】
以下、上述した第１形態とは異なる他の種々の形態について説明するが、上述した第１形態と共通する構成部分については同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００７３】
図７は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第２形態の冷却システムの模式図である。
【００７４】
この図７に示す第２形態の冷却システム３２０では、上述した第１形態の冷却システム３２０における４つの冷媒タンク２６１，２６２，２６３，２６４に替えて、４本の補助配管２２１’，２２２’，２２３’，２２４’を介して、冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４それぞれに、冷媒の環流経路から外れた位置で接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４に供給する１つの冷媒タンク２６５が備えられている。
【００７５】
このように構成された第２形態の冷却システム３２０では、冷媒タンク２６５の配置に要するスペースが少なく、配置の自由度も高いので、電子機器の限られた内部空間に実装するにあたって、その内部空間の所望の位置に冷媒タンク２６５を配備することができ、その内部空間を有効に利用することができる。また、冷媒のガス抜きも１箇所で容易に行うことができる。
【００７６】
図８は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第３形態の冷却システムの模式図である。
この図８に示す第３形態の冷却システム３３０では、上述した第１形態の冷却システム３２０における４本の分立な冷媒配管２２１，２２２，２２３，２２４のうち１本の冷媒配管２２２が予備の配管となっていて、この冷媒配管２２２には、冷媒タンクや冷却モジュールが接続されていない。
【００７７】
このように構成された第３形態の冷却システム３３０では、システムボード２４０におけるＣＰＵの増設などに容易に対処することができる。
【００７８】
図９は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第４形態の冷却システムの模式図である。
【００７９】
この図９に示す第４形態の冷却システム３４０では、図７に示す第２形態の冷却システム３２０と同様な１つの冷媒タンク２６５が備えられており、図８に示す第３形態の冷却システム３３０と同様に１本の冷媒配管２２２が予備の配管となっていて、この冷媒配管２２２には、冷媒タンクや冷却モジュールが接続されていない。従って、電子機器の限られた内部空間を有効に利用することができるとともに、ＣＰＵの増設などに容易に対処することもできる。
【００８０】
図１０は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第５形態の冷却システムの模式図である。
【００８１】
この図１０に示す第５形態の冷却システム３５０には、複数の孔が設けられた伝熱板２１２と、これら各伝熱板２１２に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる２本の分立な冷媒配管２２５１，２２５２とから構成される１つの熱交換器４２０が備えられている。また、この図１０には、図１に示すサーバ１００に備えられた薄型電子機器２００に備えられたシステムボード２４０が示されており、ここでは、このシステムボード２４０に、図示しない１つのＣＰＵが搭載されている。この第５形態の冷却システム３５０には、図１に示すサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管２２５１，２２５２それぞれに接続された１つの冷却モジュール２３５と、冷媒配管２２５１，２２５２それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２５１，２２５２に供給する２つの冷媒タンク２６１，２６２と、冷媒配管２２５１，２２５２それぞれに接続され、冷媒を循環させる２つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２とが備えられている。
【００８２】
このように構成された第５形態の冷却システム３５０では、冷却モジュール２３５の冷媒配管２２５１，２２５２の双方の冷媒配管を流れる冷媒の通過によって、発熱した１つのＣＰＵの熱が奪われることによって冷媒が暖められ、暖められた冷媒が冷却モジュール２３５に接続された冷媒配管２２５１，２２５２それぞれを流れて熱交換器４２０に送られ、熱交換器４２０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク２６１，２６２に送られ、冷媒循環ポンプ２５１，２５２によって再び冷却モジュール２３５に冷媒が送られる。
【００８３】
この第５形態の冷却システム３５０でも、図４に示す第１形態の冷却システム３１０と同様に、複数の分立な冷媒配管２２５１，２２５２それぞれを流れる冷媒の熱を放熱するにあたって、１つの熱交換器４２０で対応することができ、熱交換における熱交換効率が低い冷媒配管の曲がり部分が少ない。このため、熱交換器４１０における熱交換効率が高い。さらには、熱交換器４２０における配管の曲がり部分が占有するスペースが少なくて済み、その結果、例えば、このような熱交換器４２０をサーバの限られた内部空間に実装するにあたってその内部空間を有効に利用することができる。
【００８４】
また、この第５形態の冷却システム３５０は、１つのＣＰＵの冷却に対して、独立な２つの冷媒環流経路が設けられたものであって、通常は２つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２がそれぞれ５０％の出力で稼動し、いずれか一方の冷媒循環ポンプに不具合が生じた場合には、他方の冷媒循環ポンプが１００％の出力で稼動するように制御されている。従って、この第５形態の冷却システム３５０において、例えば２つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２の中のいずれか一方の冷媒循環ポンプの保守や交換を行う場合であっても、他方の冷媒循環ポンプが備えられた冷媒環流経路に影響が及ぼされないため、ＣＰＵの稼動を停止させることなく保守や交換を容易に行うことができる。
【００８５】
図１１は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第６形態の冷却システムの模式図である。
【００８６】
この図１１に示す第６形態の冷却システム３６０では、図１０に示す第５形態の冷却システム３５０における２つの冷媒タンク２６１，２６２に替えて、２本の補助配管２２５１’，２２５２’を介して冷媒配管２２５１，２２５２それぞれに、冷媒の環流経路から外れた位置で接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２５１，２２５２に供給する１つの冷媒タンク２６６が備えられている。
【００８７】
このように構成された第６形態の冷却システム３６０では、冷媒タンク２６６の配置に要するスペースが少なく、配置の自由度も高いので、電子機器の限られた内部空間に実装するにあたって、その内部空間の所望の位置に冷媒タンク２６６を配備することができ、その内部空間を有効に利用することができる。また、冷媒のガス抜きも１箇所で容易に行うことができる。
【００８８】
図１２は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第７形態の冷却システムの模式図である。
【００８９】
この図１２に示す第７形態の冷却システム３７０には、複数の孔が設けられた多数の伝熱板２１３と、これら多数の伝熱板２１３それぞれに設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる４本の分立な冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２とから構成される１つの熱交換器４３０が備えられている。
【００９０】
また、図１２には、図１に示すサーバ１００に備えられた薄型電子機器２００に備えられたシステムボード２４０が示されており、このシステムボード２４０には、図示しない４つのＣＰＵが搭載されている。この第７形態の冷却システム３７０には、図１に示すサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、４本の分立な冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２のうち２本ずつの配管に接続された２つの冷却モジュール２３６，２３７と、４本の補助配管２２６１’，２２６２’，２２７１’，２２７２’を介して冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２それぞれに、冷媒の環流経路から外れた位置で接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２に供給する１つの冷媒タンク２６７と、冷媒配管２２６１，２２６２，２２７１，２２７２それぞれに接続され、冷媒を循環させる４つの冷媒循環ポンプ２５１，２５２，２５３，２５４とが備えられている。
【００９１】
このように構成された第７形態の冷却システム３７０は、図１１に示す第６形態の冷却システム３６０の２つ分に相当する冷却機能を有するとともに、熱交換器は１つの熱交換器４３０に集約されているので、配管の曲がり部分が少なく、サーバの内部空間が有効に活用されるとともに、熱交換効率が高く、冷媒の圧力損失が低い。
【００９２】
図１３は、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第８形態の冷却システムの模式図である。
【００９３】
この図１３に示す第８形態の冷却システム３８０には、複数の孔が設けられた伝熱板２１４と、これら各伝熱板２１４に設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる２本の分立な冷媒配管２２８１，２２８２とから構成される１つの熱交換器４４０が備えられている。また、この図１３には、図１に示すサーバ１００に備えられた薄型電子機器２００に備えられたシステムボード２４０が示されており、ここでは、このシステムボード２４０に、図示しない１つのＣＰＵが搭載されている。
【００９４】
上述した各形態の冷却システムでは、冷媒として純水や不凍液混合液が用いられるのに対し、この第８形態の冷却システム３８０では、冷媒としてフロンやフロリナートが用いられる。このため、この第８形態の冷却システム３８０には、図１に示すサーバの動作に伴って発熱するＣＰＵ上に配設され、冷媒配管２２８１，２２８２それぞれに接続された冷却モジュール２３８と、冷媒配管２２８１，２２８２それぞれに接続され、冷媒を貯蔵して各冷媒配管２２８１，２２８２に供給する２つの冷媒タンク２６７，２６８と、２つの冷媒タンク２６７，２６８それぞれから供給される冷媒を膨張させる膨張弁２８１，２８２と、冷媒配管２２８１，２２８２それぞれに接続され、冷媒を圧縮して循環させる２つの圧縮機（コンプレッサ）２７１，２７２とが備えられている。
【００９５】
このように構成された第８形態の冷却システム３８０では、冷却モジュール２３８の冷媒配管２２８１，２２８２内を流動する冷媒の気化によって、発熱した１つのＣＰＵの熱が奪われ、気化した冷媒が冷却モジュール２３８に接続された冷媒配管２２８１，２２８２それぞれを流れて各コンプレッサ２７１，２７２で圧縮される。圧縮された冷媒は熱交換器４４０に送られ、熱交換器４４０では図示しないファンによる風によって放熱される。温度の下がった冷媒は冷媒タンク２６７，２６８に送られ、膨張弁２８１，２８２を通過することによって膨張して液化し、再び冷却モジュール２３８に送られる。
【００９６】
この第８形態の冷却システム３８０の場合にも、２本の分立な冷媒配管２２８１，２２８２内を流動する冷媒の放熱を１つの熱交換器４４０で行うことができるので、配管の曲がり部分が少なく、サーバの内部空間が有効に活用されるとともに、熱交換効率が高く、冷媒の圧力損失が低い。
【００９７】
次に、上述した各形態に備えられている熱交換器とは異なる別の熱交換器の例について説明する。
【００９８】
図１４は、別の熱交換器の例を示す側面図であり、図１５は、別の熱交換器の例を斜め上から見た斜視図である。
【００９９】
これらの図１４、図１５に示す熱交換器４５０は、複数の孔が設けられた多数の伝熱板２１５と、これら多数の伝熱板２１５それぞれに設けられた複数の孔を貫通する、内部を冷媒が流れる４本の分立な冷媒配管２２９１，２２９２，２２９３，２２９４とから構成されているという点では、上述した各形態に備えられている各熱交換器と同等のものであるが、ここに示す熱交換器４５０を構成する冷媒配管２２９１，２２９２，２２９３，２２９４は、熱交換器４５０内を１往復する太い配管２２９２，２２９３と、熱交換器４５０内を２往復する細い配管２２９１，２２９４との２種類に分類される。このため、種類の異なる配管は放熱能力が異なり、１つの熱交換器４５０によって、発熱量が異なる複数のＣＰＵなどに対応することができる。
【０１００】
最後に、熱交換器における圧力損失について説明する。
【０１０１】
図１６は、熱交換器における圧力損失を表すグラフである。
【０１０２】
この図１６に示すグラフの横軸は冷媒配管内の冷媒流量を示し、縦軸は圧力損失を示す。
【０１０３】
この図１６に破線Ｌ１で示すグラフは、「従来の技術」の欄で説明した、従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第１形態の冷却システム（図１７，図１８参照）に備えられた４つの分立な熱交換器の中の１つの熱交換器における圧力損失を表している。
【０１０４】
また、この図１６に実線Ｌ２で示すグラフは、図１に示すサーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第１形態の冷却システム（図４，図５参照）に備えられた熱交換器における圧力損失を表している。
【０１０５】
これらのグラフから、第１形態に備えられた熱交換器では、従来の熱交換器と比較して、同一の圧力損失（つまり同一のポンプ能力）で比べると、約２倍の流量を得ることができ、大きな冷却能力を発揮する。
【０１０６】
つまり、本発明の熱交換器では配管の曲がり部分が少ないため、配管の内部を流れる冷媒の圧力損失が低く、その結果、例えば、小型の冷媒循環ポンプが配管に接続される場合であっても、例えば高クロックのＣＰＵなどといった発熱量の大きな電子素子の冷却に対して対応することが可能である。
【０１０７】
なお、上記説明した各実施形態では、本発明にいう冷媒循環機の例として低圧ポンプや圧縮機（コンプレッサ）が例示されているが、本発明にいう冷媒循環機は、高圧ポンプなどであってもよい。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱交換性が高く、かつ省スペースで所定の装置に実装することのできる熱交換器、このような熱交換器を備え、かつ部品の保守や交換を容易に実施することが低コストで実現される冷却システムおよび電子機器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子機器の一実施形態のサーバを前面斜めから見た外観斜視図である。
【図２】サーバに備えられた、冷却システムが組み込まれた薄型電子機器の１つを引き出して前面斜め上から見た斜視図である。
【図３】薄型電子機器を前面斜め上から見た斜視図である。
【図４】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第１形態の冷却システムの模式図である。
【図５】第１形態の冷却システムに備えられた熱交換器を斜め上から見た斜視図である。
【図６】第１形態の冷却システムに備えられた冷却モジュールとＣＰＵとの位置関係を示す図である。
【図７】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第２形態の冷却システムの模式図である。
【図８】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第３形態の冷却システムの模式図である。
【図９】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第４形態の冷却システムの模式図である。
【図１０】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第５形態の冷却システムの模式図である。
【図１１】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第６形態の冷却システムの模式図である。
【図１２】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第７形態の冷却システムの模式図である。
【図１３】サーバに備えられた薄型電子機器の１つに組み込まれた冷却システムのうちの第８形態の冷却システムの模式図である。
【図１４】別の熱交換器の例を示す側面図である。
【図１５】別の熱交換器の例を斜め上から見た斜視図である。
【図１６】熱交換器における圧力損失を表すグラフである。
【図１７】従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第１形態の冷却システムの模式図である。
【図１８】従来のサーバに備えられた冷却システムに備えられた４つの熱交換器の中の１つの熱交換器を斜め上から見た斜視図である。
【図１９】従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第２形態の冷却システムの模式図である。
【図２０】従来のサーバに備えられた冷却システムのうちの第３形態の冷却システムの模式図である。
【符号の説明】
１００ サーバ
２００ 薄型電子機器
２１０，…，２１５ 伝熱板
２２０ 冷媒配管群
２２１，…，２２４，２２５１，２２５２，２２６１，２２６２，２２７１，２２７２，２２８１，２２８２，２２９１，２２９２ 冷媒配管
２２１’，…，２２４’，２２５１’，２２５２’，２２６１’，２２６２’，２２７１，２２７２ 補助配管
２３０，…，２３８ 冷却モジュール
２４０ システムボード
２５１，…，２５４ 冷媒循環ポンプ
２６１，…，２６８ 冷媒タンク
２７１，２７２ 圧縮機（コンプレッサ）
２８１，２８２ 膨張弁
２９０ ファン
３１０，…，３８０ 冷却システム
４００，…，４５０ 熱交換器
Claims (10)
- 複数の孔が設けられた伝熱板と、
前記伝熱板に設けられた複数の孔それぞれを貫通する複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群とを備えたことを特徴とする熱交換器。 - 前記配管群は、配管断面形状が異なる複数種類の配管を含むものであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
- 複数の孔が設けられた伝熱板と、
前記伝熱板に設けられた複数の孔それぞれを貫通する、内部を冷媒が流れる複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群と、
前記配管の１つ以上に接続された、該配管を流れる冷媒の通過によって外部の熱を奪う冷却モジュールと、
前記配管群を構成する複数の配管それぞれに接続された、該配管および前記冷却モジュールに対して前記冷媒を環流させる複数の冷媒循環機とを備えたことを特徴とする冷却システム。 - 前記配管群は、配管断面形状が異なる複数種類の配管を含むものであることを特徴とする請求項３記載の冷却システム。
- 前記配管群を構成する複数の配管に、前記冷媒の環流経路から外れた位置で接続された、前記冷媒を貯蔵して各配管に供給する１つのタンクを備えたことを特徴とする請求項３記載の冷却システム。
- 前記冷却モジュールは、前記配管の複数本に接続されたものであることを特徴とする請求項３記載の冷却システム。
- 動作に伴って発熱する電子素子と、
複数の孔が設けられた伝熱板と、
前記伝熱板に設けられた複数の孔それぞれを貫通する、内部を冷媒が流れる複数の分立な冷媒流路配管からなる配管群と、
前記電子素子上に配設され、前記配管の１つ以上に接続された、該配管を流れる冷媒の通過によって該電子素子の熱を奪う冷却モジュールと、
前記配管群を構成する複数の配管それぞれに接続された、該配管および前記冷却モジュールに対して前記冷媒を環流させる複数の冷媒循環機とを備えたことを特徴とする電子機器。 - 前記配管群は、配管断面形状が異なる複数種類の配管を含むものであることを特徴とする請求項７記載の電子機器。
- 前記配管群を構成する複数の配管に、前記冷媒の環流経路から外れた位置で接続された、前記冷媒を貯蔵して各配管に供給する１つのタンクを備えたことを特徴とする請求項７記載の電子機器。
- 前記冷却モジュールは、前記配管の複数本に接続されたものであることを特徴とする請求項７記載の電子機器。
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