JPH04196395A - 冷却装置を備えた電子計算機 - Google Patents

冷却装置を備えた電子計算機

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JPH04196395A
JPH04196395A JP2322823A JP32282390A JPH04196395A JP H04196395 A JPH04196395 A JP H04196395A JP 2322823 A JP2322823 A JP 2322823A JP 32282390 A JP32282390 A JP 32282390A JP H04196395 A JPH04196395 A JP H04196395A
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cooling member
computer
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temperature
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Shigeo Ohashi
繁男 大橋
Tadakatsu Nakajima
忠克 中島
Heikichi Kuwabara
桑原　平吉
Toshio Hatada
畑田　敏夫
Hitoshi Matsushima
均 松島
Motohiro Sano
佐野　元宏
Ko Inoue
井上　滉
Takao Oba
大場　隆夫
Akira Yamagiwa
明 山際
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Original Assignee
Hitachi Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子計算機の冷却装置に係わり、半導体素子
動作速度を速くして計算機システムの動作速度を向上す
る電子計算機及びその冷却装置に関する。
〔従来の技術〕 従来の電子装置は筐体の中にパッケージ、ディスク、電
源など多数存在する発熱源を冷却するために１ないしは
〜数個のファンが設けられる構成となっており、冷却空
気がファンにより送風され。
穴より筐体中へ入り、筐体中をパッケージ、ディスク電
源に沿うように流れ、ファンより筐体の外へ出るように
なっていた。このような構成では、冷却空気の流入温度
は室温であり、例えばパッケージの温度は冷却を十分に
しても主要なものでは５０℃〜１００℃程度には上昇す
る場合があった。
上記のようなパッケージの冷却を改良するものとしては
特公昭６０−１１８３０号公報に記載のようにパッケー
ジを仕切板でおおい閉まれた流路を作り、その前後にフ
ァンを設けた例がある。
又、アイ・イー・イー・イー　トランスアクション　オ
ン　エレクトロン　デバイス　３６巻Ｎｎ８（１９８９
）の１４０４頁（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｏ
ｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ＶｏＱ、３６
　Ｎ１３（１９８９）ｐ１４０４）にはＣＭＯ８素子を
搭載したボードを液体窒素中に浸漬した冷却装置が開示
されている。又、特開平１−２７０２９６号公報に記載
のように、冷凍サイクルにより人気空気をあらかじめ冷
却するようにしたものがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術のうち、特公昭６０−１１８３０号公報に
記載のファンによる空冷の場合、半導体素子の温度をよ
り低下させるために冷却能力を増大するには、ファンの
数や増やすか又はファンの大きさを大きくするなど空気
の流量を増さなければならない。この場合、ファン騒音
が大きくなるという問題があった。また、冷却能力を増
大するための放熱フィンを大形化すると高い実装密度が
得られないという問題もあった。さらには、半導体素子
の温度は外部空気温度より低温に保つことはできず、低
温化による素子動作の高速化については考慮されていな
かった。
一方、液体窒素中に半導体素子を搭載したボートを浸漬
する例においては、冷凍機が大型になり、半導体素子を
収納する筐体とは別の筐体が必要になるため大きな占有
面積が必要になってくるという問題があった。又、特開
平１−２７０２９６号公報に記載のものは、−様に全て
の素子を冷却するものであるため、特定の素子を高速化
すること、除湿について配慮されていなかった。
本発明の第１の目的は、例えばＣＭＯ３などの冷却すれ
ば演算速度が速くなる特定の素子を冷却して電子計算機
の動作速度を向上させることにある。
本発明の第２の目的は、信頼性の高い冷却装置を備える
高速演算電子計算機を提供することにある。
本発明の第３の目的は、半導体素子のつゆ付を防止した
冷却装置を備え信頼性を向上した電子計算機を提供する
ことにある。
本発明の第４の目的は、計算機起動時からたとえＣＭＯ
５など特定の素子の動作速度に対応した動作速度で計算
できる電子計算機を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記第１の目的を達成するために、本発明の電子計算機
は計算機の動作速度を制限している特定の半導体素子と
冷凍機の蒸発器あるいは蒸発器と熱的に接触された第１
の冷却部材との間に柔軟かつ高熱伝導率を有する冷却部
材を配置し冷凍機で発生する冷熱源によって局所的に半
導体素子を冷却するようにしたものである。
また、冷凍機の蒸発器によって冷却された気体を導く流
路を設け、その流路中に設けた穴から特定の半導体素子
に衝突させることによって冷却したものである。
また、特定の半導体素子と内部に液流路群を設けた冷却
部材とを柔軟かつ高熱伝導率を有する部材で熱的に接続
し、液ポンプによって冷却部材中の流路群と筐体外壁に
設けた放熱器との間で液を循環させて半導体素子の発熱
を筐体外部の空気に放熱するようにしたものである。
上記第２の目的を達成するために、本発明の電子計算機
は、特定の半導体素子と冷凍機の蒸発器とを熱的に接続
する冷却部材を被設水のヒートパイプで構成し、それぞ
れのヒートパイプの気密性を独立に保つようにしたもの
である。
上記第３の目的を達成するために、本発明の電子計算機
は、冷凍機を２段以上の冷凍サイクルで構成し、低温側
の蒸発器に除湿器を設けるようにしたものである。
又、温度の低くなる蒸発部に吸水樹脂を取り付けるよう
にしたものである。
上記第４の目的を達成するために、本発明の電子計算機
は、特定の半導体素子の温度を検出し、その値に応じて
計算機動作の基準クロック発生部の周波数を可変できる
ようにしたものである。
〔作用〕
電子計算機は、機能、動作速度の異なる多数の半導体素
子で構成され、動作速度の遅い特定の素子のため計算機
全体の動作速度が制限される。
第１に冷凍機によって冷熱源を発生させ、冷凍機の蒸発
器あるいは蒸発器と熱的に接触された第１の冷却部材、
上記特定の半導体素子との間を柔軟かつ高熱伝導率を有
する冷却部材を配置して熱的に接続しているので、例え
ば、ＣＭＯ８など特定の素子は低温にすると動作速度が
上昇するので、計算機全体の動作速度を向上できる。こ
の時、半導体素子と冷熱源である冷凍機の蒸発器をつな
ぐ冷却部材は柔軟かつ高熱伝導率を有するもので構成し
ているので素子間の高さばらつき、素子表面と冷却部材
表面とに存在する間隙を小さい接触熱抵抗でつなぐこと
ができ、半導体素子を十分放熱できるとともに動作温度
を下げることができる。
また、冷凍機によって冷熱源の温度が低く保たれるため
、冷熱源と半導体素子との温度差が大きくとれ、高い冷
却性能が得られる。
又、冷凍機の蒸発器によって冷却された気体を導く流路
を設け、その流路中に設けた穴から特定の半導体素子に
衝突させることによって冷却するので、穴から噴出気流
として半導体素子を直接冷却することができ、熱伝達率
の高い有効な冷却が行える。このため、特定の半導体素
子を十分冷却でき動作速度を上げることができる。
又、特定の半導体素子と内部に液流路群を設けた冷却部
材とを柔軟かつ高熱伝導率を有する部材で熱的に接続し
、液ポンプによって冷却部材中の流路群と筐体外壁に設
けた放熱器との間で液を循環させるように構成している
ので、特定の素子を冷却でき、高速動作が可能となる。
又、冷却媒体に液体を用い、筺体内で循環させているの
で、高い冷却性能が小型、低騒音で実現できる。
第２に、特定の半導体素子と冷凍機の蒸発器とを熱的に
接続する冷却部材を複数のヒートパイプで構成し、それ
ぞれのヒートパイプの気密性を独立に保つようにしてい
るので、特定の半導体素子を冷却でき、ある部位のヒー
トパイプの気密性が保てなくなっても、残りのヒートパ
イプで熱輸送でき、信頼性の高い冷却ができる。
第３に、半導体素子が低温に保たれても、さらに温度の
低い冷熱源に除湿器が設けられているため筐体中の空気
中に含まれる水分は冷熱源側の除湿器で取り除かれる。
したがって、半導体素子への霜付は避けられ、電気的な
誤動作をすることはない。
第４に、半導体素子の温度を検出し、温度に応じて基準
クロックの周波数が可変できるので、システム起動時の
ように冷凍機による冷熱源が温度が直ちに下からない場
合でも、クロック周波数を下げることによって素子の動
作速度を落し、冷熱源が所定の温度まで下がり十分な冷
却性能が得られた後、クロック周波数を増加させ高速動
作させるようにする。これによって、起動時においても
正常な動作が可能となる。
〔実施例〕
第１図から第４図により本発明の一実施例を説明する。
第１図は、電子計算機を示す図で、多数の半導体素子１
を搭載したボード２，１６、冷凍機１５、冷却部材４，
４１が１つの筐体５内に納められている。ボード２，１
６上には命令処理、演算、記憶、入出力、動作の制御等
の異なる機能を有する多数の半導体素子群が搭載されて
おり、計算機は必要に応じた複数枚のボードで構成され
る。一方、冷凍機１５は、蒸発器３１，４３、凝縮器３
２゜膨張弁３４．圧縮機３３等からなる冷凍サイクルで
構成され、作動冷媒としてフロン等を用いている。
ここで、凝縮器３２は計算機システムの筐体５部分の一
部又は全部を形成するように構成される５この凝縮器３
２には好ましくはファン等で強制冷却するのが良いが、
伝熱面積が十分な時はファンを設けなくても良い。
第１図に示した実施例では、筐体５のうち、両サイドを
凝縮器３２で形成している。又、蒸発器は蒸発器３１．
蒸発器４３と２つの部分からなる。
蒸発器３１の部分には、ヒートパイプ又は高熱伝導率を
有する熱伝導材料例えば銅、アルミ等からなる第１の冷
却部材４の一端側が熱的に接触され、他端側であるボー
ド２側とは高熱伝導で柔軟性材料からなる第２の冷却部
材４１を介して半導体素子１と熱的に接触されている。
第１図に示す実施例では、ボード２は第２の冷却部材４
１の両側に設けられているが、適宜設置形態を変えても
良い。
又、蒸発器４３の部分には、ファン４２が設けられ、フ
ァン４２によって筐体５内を冷却空気が循環するように
構成されている。除湿器６は設けても、設けなくても良
いが、設ける場合は第１２図に示される冷凍サイクルと
同様な構成を適用することができる。
一般に、計算機の動作は、機能、素子の種類によって動
作速度が異なり、動作速度の最も遅いものに全体の動作
速度主としてクロック周波数の上限が規定される。一方
、ある種の半導体素子たとえばＣＭＯ８素子は動作素度
が速くなる程発熱量が増大、あるいは、動作温度を低く
する程動作速度が速くなることが知られている。したが
って、素子の冷却能力を大きくすることによって、計算
機の動作速度を規定している素子の動作速度を速くし、
計算機の速度を向上させることができる。
本実施例では、上記動作温度が低い時、動作速度が速く
なる半導体素子１を第２の冷却部材４１を介して冷却す
るように配置している。
半導体素子の冷却は、第１図に示すように上記ＣＭＯ８
などの特定の半導体素子を集めてボード単位で行なって
も良い。この場合は、計算速度を上げるための冷却効率
が向上し、冷やしたくない素子の保護ともなる。
例えば第２図に示すように局所的に特定の素子１のみを
冷却するように構成してもよい。すなわち、特定の素子
１のみに第２の冷却部材４１を介して第１の冷却部材４
を熱的に接触させるように構成することができる。又、
特に高速性を必要とされる素子１１については、ペルチ
ェ効果を応用した電子冷凍素子４４等を用でいも良い。
第１図、第２図では、第１の冷却部材４を高熱伝導材で
形成した場合を示したが、次に第１の冷却部材４をヒー
トパイプで形成した場合を第３図および第４図に示す。
第３図に示すように、第１の冷却部材は、ヒートパイプ
４によって形成されている。そして、そのヒートパイプ
４は、偏平状に形成され、内部がボード２近傍の蒸発部
から蒸発器３１に接した凝縮部へつながった独立の複数
の部屋４５に分けられている。各々の部屋４５の内壁に
は微細な溝４６．４７が互いに直交するようにかっ、そ
れぞれの溝は交点で孔によって連通ずるように設けられ
ている。
第４図は、第１の冷却部材をヒートパイプ４で形成した
別の例で、細管状のヒートパイプ４８を複数本束ね、蒸
発部、凝縮部において偏平な銅等のブロック中に挿入し
て形成したものである。
以上のように構成された計算機の動作について説明する
。
計算機が起動された後の所定時間後、又は起動されるべ
き設定時刻が設定されている時はその時刻の所定時間前
に冷凍機１５が始動され、圧縮機３３で高圧化された冷
媒は、筐体５の両サイドに設けられた凝縮器３２で冷却
され、膨張弁３４で絞られて低温・低圧の液冷媒となり
、蒸発器３１゜４３で受熱して蒸発した後、圧縮機３３
へ戻る。
蒸発器３１と熱的に接触している第１の冷却部材４が、
第１図、第２図で示したように銅、アルミ等の高熱伝導
性材料で形成されている場合は、半導体素子１が発熱す
ることによる熱量を第２の冷却部材４１を介して第１の
冷却部材４に熱伝達し、第１の冷却部材４を熱伝導によ
り蒸発器３１まで熱を移送して、低温の蒸発器３１と熱
交換することによって、半導体素子ｌの冷却が行なわれ
る。
こうすることにより、第１の冷却部材４は熱伝導の大き
いヒートパイプあるいは銅、アルミ等のブロックで蒸発
器３１に接続されることによって低温に保たれているの
で、高速動作を可能にするため発熱量が大きく、冷熱源
温度を低くすることによって高い放熱量を得ることが必
要な素子、あるいは、温度を低く保つことで、高速動作
が可能となる半導体素子のいずれの場合でも、十分な冷
却が行なわれる。ここで、高熱伝導で柔軟性材料からな
る第２の冷却部材４１を介して半導体素子１に接触させ
ているのは、第２の冷却部材４１によって、素子部品の
高さばらつきを吸収するとともに接触熱抵抗を小さく保
つためである。他の素子は、ファン４２等によって空気
を蒸発器４３に設けたフィン部を通過させることによっ
て空気温度を低温に保ち、この低温空気によって冷却さ
れる。半導体素子から蒸発部に伝えられた熱は、最終的
には、筐体５の一部又は全部を形成する凝縮器３２を介
して外部の空気に自然対流あるいはファン等による強制
対流空冷によって放熱される。
また、筐体５内には除湿器６を組み込むとともにゴムパ
ツキン等によって外部空気をしゃ断し、半導体素子ｌへ
の霜付を防止するようになっている。
本実施例では、温度の低くなる蒸発部に吸水樹脂を取り
付は筐体５内の空気中に含まれる水分を吸水樹脂中に保
持し、たとえばメンテナンス時などに適宜吸水樹脂を交
換することにより、空気中の水分を除去することが可能
である。
第３図に示したヒートパイプを第１の冷却部材として用
いた場合は、凝縮した作動液は溝４６゜４７を伝わって
蒸発部に戻るとともに直交する溝４６．４７を設けるこ
とにより伝熱面積は大きくなり、蒸発部での熱伝達率を
増加させることができる。偏平な部材内が複数の部屋４
５に分かれているため、ある部位の気密性が保てなくな
り、その部屋４５での熱輸送動作ができなくなっても他
の部屋４５で機能は保持されているためヒートパイプと
しての動作は確保でき、信頼性の高い冷却ができる。
第４図に示した第１の冷却部材の場合は、凝縮部がブロ
ックで形成されているため、蒸発器３１により密着して
取り付けることが可能であり、蒸発器３１に凝縮部を介
して熱を効率よく伝えることができる。又、１ケ所気密
性が保てなくなっても別のヒートパイプ群は動作するた
め熱輸送は可能であり、高い動作信頼性が得られる。
以上のように１本実施例によれば特定の素子例えばＣＭ
Ｏ３素子の動作温度を低くすることにより、動作速度を
高速化することができる。例えば０℃以下、−５０℃以
下、−１００℃以下に保つ時、それぞれ室温動作時の１
．５倍、２倍、２．４倍以上の動作速度を得ることもで
きる。
その結果、計算機の動作速度を大幅に向上することがで
きる。
本発明の他の実施例を第５図に示す。第５図に示す実施
例は、冷凍機１５を構成する低温に保たれた蒸発器３１
を、高速化を要求される素子１の搭載されたボード２近
傍に配置し、第２の冷却部材を介さずに、冷却部材４１
によって半導体素子１と蒸発器３１とを熱的に接続する
ように構成したものである。冷却部材４１は半導体素子
部品の高さばらつきを吸収するため柔軟かつ高い熱伝導
率を有するもので形成する。本実施例では、蒸発器３１
を冷却する素子１の近傍に直接配置するように構成して
いるので、素子１から冷熱源までの熱パスが短縮される
ため高い冷却性能が得られる。
その結果、素子１をより低温に保つことができる。
したがって計算機の動作速度を制限している素子の動作
速度を上昇させ計算機の速度を向上させることができる
。なお、冷却部材４１は高熱伝導グリース等で形成して
もよく、より小さな熱抵抗によって高い冷却性能を得る
ことができる。また、蒸発器３１と半導体素子ｌとの間
に電子冷凍素子を介在させ、さらに低温に保つことによ
り高速化を図ることもできる。
本発明のさらに他の実施例を第６図から第１０図に示す
。本実施例においては、第６図に示すように、半導体素
子１を搭載したボード２に沿うように、冷却部材９を構
成し、冷却部材９と半導体素子１との間にダクトを設け
て、流路５０を形成し、半導体素子１に対応する位置に
穴５１が設けられでいる。
冷却部材９は、筐体中に設けられた冷凍機の蒸発器に接
続されるヒートポンプ、熱伝率の大きいブロックあるい
は、蒸発器そのものであってもよく低温に保たれている
。冷却するための空気は流路５０中を冷却部材９に沿っ
て平行に流れ、空気は流路５０を流れる間に低温に保た
れた冷却部材４によって冷却され、流路５０に設けられ
た穴５１から噴出気流として、半導体素子１に衝突する
。一般に、噴出気流を用いた場合の半導体素子表面での
熱伝達率は非常に高いので半導体素子の冷却を有効に行
うことができる。なお、このような噴流方式においては
穴５１を通過した冷却空気の大部分は半導体素子１に直
接ぶつかるために、ボード２に平行に空気を流す場合に
比較して、冷却空気が有効に利用できる。
ここで、穴５１の面積は半導体素子１の発熱量。
低温化を要求される特定の素子それぞれに対応して決め
られている。このように設定することにより半導体素子
１を十分冷却でき、動作速度を上げることができるので
、計算機の動作速度を向上することができる。
又、第７図に示すように、半導体素子１の表面にヒート
シンク５２を設けることもできる。ヒートシンク５２を
設けることにより放熱面積を増大させることができるた
め、半導体素子１の冷却がより良好となる。このため、
半導体素子温度体の温度を低下させることができるか又
は、同じ半導体素子温度であれば素子の発熱量を大きく
することができる。又、冷却空気が噴出する際の速度を
小さくすることができ、騒音の面で低騒音となるなどの
利点がある。なお、ヒートシンク５２の形状はビンフィ
ン状でも良く、平板状ないしスリットを有する平板状で
も良く、放熱面積を拡大できる形状であれば良い。
又、第８図、第９図、第１０図に示すように流路５０中
にボーラム金属５３．金属細線５４あるいは流路が形成
されたコルゲート板５５を設置してもよい。このように
流路５０中に空気が流れるすきま、あるいは流路を有す
る金属体を設けることにより流路５０を流れる冷却空気
と低温に保たれた冷却部材４との熱交換を良好にするこ
とができ、半導体素子１を効率よく冷却することができ
る。
本発明の他の実施例を第１１図に示す。本実施例におい
ては、半導体素子の冷却を液ポンプ７により冷却液を循
環して行うようにしたものであり、計算機は多数の半導
体素子１を搭載したボード２、液ポンプ７、液ポンプ７
から供給された冷却液を熱伝達させるための冷却部材４
，４１、筐体５の一部に形成され、冷却液を冷やすため
の放熱パネル７１から構成される。ボード２上の半導体
素子１は冷却を行うことにより高速動作が実現できる特
定の素子で、高速動作させることによって計算機の動作
速度を向上させることができるものである。この動作の
高速化を必要する素子１が搭載されたボード２の近傍に
第１の冷却部材４及び第２の冷却部材４１が配置されて
いる。半導体素子１と第１の冷却部材４とは柔軟かつ高
熱伝導を有する第２の冷却部材４１を介して熱的に接続
されている。第２の冷却部材４１は半導体素子１から第
１の冷却部材４までの熱パスを小さくするため熱伝導性
グリース等を用いてもよい。また、ボード２上の個別の
素子のみに第１．第２の冷却部材を配置してもよい。第
１の冷却部材４の内部には液流路群が設けられ、液流路
群を流れる冷却却（熱媒体液）は、半導体素子１を冷却
する熱媒体液は液ポンプ７によって駆動され熱を奪った
冷却液は筐体５の一部を形成する放熱パネル７１により
筐体外部の空気と熱交換を行う。本実施例によれば、発
生する熱を放熱し低い温度に保つことができるので、計
算機の動作速度を制限している素子の動作を高速化でき
、その結果計算機を高速動作させることができる。
本発明のさらに他の実施例を第１２図に示す。
本実施例は、第１図あるいは第５図に示す実施例にも適
用可能なものであるが、その特徴は、２つ以上の蒸発温
度で作動するサイクル構成としたことにある。本実施例
では、冷凍サイクルは２つの蒸発器３１，６１．２つの
膨張弁６３，６４．圧縮機３３．凝縮器３２から構成さ
れる。高温側の蒸発温度で作動する蒸発器３１は、第１
図あるいは第５図に示される実施例と同様な構成であり
、冷却部材を介して半導体素子を冷却する。一方、低温
側の蒸発温度で作動する蒸発器６１は除湿器６が設けら
れる６除湿器６は筐体の通風口に設けられ筺体内には除
湿された空気が取り入れられる。
これによって低温に冷却された半導体素子への露付きを
防ぐことができる。なお、除湿器６は、例えば高吸水性
樹脂等で構成してもよい。また、筺体内をゴムパツキン
等を用いて気密とし、メンテナンス時等のように外気が
筺体内に入りこんだ後の初期運転時のみ除湿器６の設け
られた低温側の冷凍サイクルを形成する膨張弁６３を作
動させ、筺体内の空気を除湿した後に高温側の膨張弁６
４を作動させ半導体素子を冷却するようにしても良い。
又、計算機システムの運転時には、筺体内部の湿度を検
出し、必要に応じて低温側の膨張弁６３の開度を変化さ
せて半導体素子へのつゆ付を防ぐことができる。
本発明のさらに他の実施例を第１３図から第１６図によ
り説明する。
本実施例の計算機システムは、筐体５内に納められた温
度検出回路９周波数可変発振器から成るクロック発生回
路を搭載したボード２、特定の素子を冷却するためのヒ
ートパイプあるいは高熱伝導性のブロック等で構成した
第１の冷却部材４゜柔軟かつ高熱伝導を有する部材ある
いは空気を半導体素子にぶつけるための構造物等で構成
される第２の冷却部材４１および冷凍機９０から構成さ
れる。第１４図および第１５図に示すように冷凍機９０
は別ユニットとし、計算機本体の筐体５から取りはずせ
るようになっている。すなわち、計算機本体と冷凍ユニ
ットとの接続部分は、計算機本体の第１の冷却部材４と
冷凍ユニットの蒸発器３１とをアタッチメント構造９１
を用いて小さい接触熱抵抗によって熱的、物理的に接続
されており、第１．第２冷却部材４，４１を介して半導
体素子１が冷却される。計算機の能力として高い動作速
度が必要とされない時、冷凍ユニットは切り離され、計
算機本体のみあるいは放熱フィン９２が取り付けられた
状態で運転される。この時、半導体素子１の発熱は第１
．第２の冷却部材４゜４１を通して第１の冷却部材４の
壁面ないし放熱フィン９２を通じて外部空気に放熱され
る。一方、高い動作速度が必要なときは、冷凍ユニット
を取り付けることによって半導体素子は低温下され。
高速動作が可能となる。
第１６図は、多数の半導体素子、冷却部材、冷凍機が筺
体内に納められ、特定の半導体素子の温度を下げること
によってシステム全体の動作速度を上昇させた計算機で
システム動作の基準クロック発生部の詳細を示したもの
である。クロック発生部は、外部からの信号に応じて１
から２ないし３倍の範囲内で周波数が可変できる周波数
可変発振器８及び温度検出回路８０から構成される。
温度検出回路８０は冷却する半導体素子の温度。
冷却部材、または、冷凍機の蒸発器の温度を検出し、温
度に応じた信号を周波数可変発振器８に入力し、システ
ム動作の基準となるクロック周波数を変化させる。周波
数の可変は、異なる発振周波数を有する複数個の水晶発
振子で発生させたクロック信号の切替、あるいは、１つ
の周波数を複数段に分周する等の手段によって達成され
る。あるいは、温度に対してゲートの遅延時間がリニア
に変化するＣＭＯ５素子等によって構成したリング発振
器であってもよい。計算機の起動時においては、冷熱源
である冷凍機の蒸発器の温度は瞬時には所定のレベルま
で下からないので、冷熱源に熱的に接触された半導体素
子は所定の速度が得られない。したがって、この時の温
度を検出し、クロック周波数を下げる。蒸発器の温度が
下がり半導体素子が所定の温度まで下がるに従ってクロ
ック周波数を増大させていくことによってシステムの誤
動作を避けることができる。
以上のように、構成することによって１本実施例の計算
機では、クロック発生部において、半導体素子１あるい
は冷却部材４の温度が検出され温度に応じてクロック周
波数が設定されるので、いずれの場合においても計算機
の素子構成２回路構成登変更することなく冷却能力すな
わち半導体素子の温度レベルに応じた速度で誤動作なく
動作させることができる。
なお、必要に応じて冷凍機の動作冷媒を直接該半導体冷
却部材に導き、該部材表面あるいは内部で該冷媒を蒸発
させることにより、該半導体冷却部材を冷却し、半導体
冷却部材を冷熱源として半導体素子を冷却するようにし
ても良い。
又、超電導材など温度を低く保つことにより配線抵抗が
顕著に減小する配線部材により構成された計算機におい
ては、基板、或いは、基板及び特定の半導体素子を臨界
温度以下に冷却するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、第１に半導体素子と筺体内に備えた冷
凍機で発生する冷熱源によってシステム全体の動作を制
限している特定の素子の温度を下げる、あるいは、高い
放熱量が得られ、素子の動作速度を上昇できるので、電
子計算機の動作速度を向上できる。
又、筺体内で液を循環できるので高い冷却性能が小型か
つ低騒音で実現できる。
第２に、特定の半導体素子と冷凍材の蒸発部とを熱的に
接続する冷却部材を複数のヒートパイプで構成し、それ
ぞれのヒートパイプの気密性を独立に保つようにしてい
るので、特定の半導体素子を冷却でき、ある部位のヒー
トパイプの気密性が保てなくなっても残りのヒートパイ
プで熱輸送でき、信頼性の高い冷却ができる効果がある
。
第３に素子の温度を低温に保っても、半導体素より低い
温度部分が実現でき筺体内の空気の除湿が行なえるので
半導体素子への露付きが避けられる。
第４の素子の温度に応じて電子計算機のクロック周波数
が可変できるので、計算機起動時においても正常な動作
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図から第４図は本発明の一実施例を示す図で、第１
図は電子計算機の断面斜視図、第２図は冷却部材の部分
拡大斜視図、第３図および第４図は第１の冷却部材の斜
視図、第５図は他の実施例＾疑秘はそれぞれ本発明の他
の実施例を示す冷却部材部の縦断面図、第１１図は本発
明の他の実施例を示す電子計算機の断面斜視図、第１２
図は本発明の他の実施例を示すサイクル構成図、第１３
図から第１６図は本発明の他の実施例を示す図で、第１
３図は電子計算機の内部の平面図、第１４図は冷凍機の
横断面図、第１５図はアタッチメント構造部分を示す横
断面図、第１６図は基準クロック発生部の構成を示す図
である。 １・・・半導体素子、２・・・ボード、４・・・第１の
冷却部材、５・・・筐体、６・・・除湿器、７・・・液
ポンプ、３１・・・蒸発器、３２・・・凝縮器、３３・
・・圧縮機、４１・・・第２の冷却部材。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. １．複数の半導体素子を有し、該半導体素子を冷却する
    ための冷凍装置を備えた電子計算機において、前記冷凍
    機の蒸発器と前記複数の半導体素子のうち冷却すると動
    作速度の速くなる特定の半導体素子とを冷却部材を介し
    て熱的に接続したことを特徴とする電子計算機。
  2. ２．複数の半導体素子を有し、該半導体素子を冷却する
    ための冷凍装置を備えた電子計算機において、前記冷凍
    機の蒸発器の一部と前記複数の半導体素子のうち冷却す
    ると動作速度の速くなる特定の半導体素子とを冷却部材
    を介して熱的に接続するとともに、前記蒸発器の残りの
    部分で空気を冷却し、ファンにより該空気を計算機の筺
    体内を循環させるように構成したことを特徴とする電子
    計算機。
  3. ３．複数の半導体素子を有し、該半導体素子を冷却する
    ための冷凍装置を備えた電子計算機において、前記冷凍
    機の蒸発器と熱的に接続された冷却部材および該冷却部
    材に設けられたダクトを前記半導体素子の近傍に配置す
    るとともに、前記ダクトに設けた穴より前記半導体素子
    に冷却空気噴出させることを特徴とする電子計算機。
  4. ４．複数の半導体素子を有し、該半導体素子を冷却する
    ための冷凍装置を備えた電子計算機において、前記冷却
    装置が冷却液を循環させるための液ポンプと、該液ポン
    プから供給された冷却液を熱伝達させるための第１の冷
    却部材と、冷却液を冷やすための放熱パネルからなるも
    のであって、前記半導体素子のうち冷却すると動作速度
    の速くなる特定の半導体素子と前記第１の冷却部材とを
    第２の冷却部材を介して熱的に接続したことを特徴とす
    る電子計算機。
  5. ５．複数の半導体素子を有し、該半導体素子を冷却する
    ための冷凍装置を備えた電子計算機において、前記冷凍
    機の蒸発器と、少なくとも前記複数の半導体素子のうち
    の一部が熱的に接続されているものであって、温度検出
    回路により検出した前記半導体素子近傍の温度検出値に
    基づいて、計算機の基準クロック発生部の周波数を変更
    するようにしたことを特徴とする電子計算機。
  6. ６．複数の半導体素子を有し、該半導体素子を冷却する
    ための冷凍装置を備えた電子計算機において、前記半導
    体素子のうち冷却すると動作速度の速くなる特定の半導
    体素子と第２の冷却部材を介して熱的に接続された第１
    の冷却部材を備えるとともに、該第１の冷却部材と前記
    冷凍機の蒸発器とをアタッチメント構造により、前記冷
    凍装置と計算機とを取りはずし可能にしたことを特徴と
    する計算機。
  7. ７．前記冷却部材が熱伝導性の良い柔軟性を有する材料
    で構成されている請求項１又は２に記載の電子計算機。
  8. ８．前記第２の冷却部材が熱伝導性の良い柔軟性を有す
    る材料で構成されている請求項４又は６に記載の電子計
    算機。
  9. ９．前記第１の冷却部材がヒートパイプから構成されて
    いるものであって、気密性を有する複数の部屋に分れて
    いるものである請求項４又は６に記載の電子計算機。
  10. １０．前記第１の冷却部材が複数のヒートパイプを束ね
    たものであって、該ヒートパイプの蒸発部および凝縮部
    をブロック状に構成したものである請求項４又は６に記
    載の電子計算機。
  11. １１．前記蒸発器の近傍に吸水樹脂を配置した請求項１
    から１０のいずれかに記載の電子計算機。
  12. １２．前記冷凍装置が、前記蒸発器より低温の蒸発温度
    に設定された第２の蒸発器を有するものであって、該第
    ２の蒸発器により除湿を行うように構成されている請求
    項１，２，３，５，６，７，８，９又は１０に記載の電
    子計算機。
  13. １３．複数の半導体素子を有し、該半導体素子を冷却す
    るための冷凍装置を備えた計算機において、温度を下げ
    ることにより動作速度が向上する素子を局所的に他の素
    子より低い温度に冷却するように構成したことを特徴と
    する電子計算機。
  14. １４．前記特定の半導体素子温度を少なくとも０℃以下
    に保ち、前記特定の半導体素子の動作速度を室温動作時
    １．５倍以上に向上させた請求項１から１３のいずれか
    に記載の電子計算機。
  15. １５．前記特定の半導体素子温度を少なくとも−５０℃
    以下に保ち、該素子の動作速度を室温動作時の２倍以上
    に向上させた請求項１から１３のいずれかに記載の電子
    計算機。
  16. １６．前記特定の半導体素子温度を少なくとも−１００
    ℃以下に保ち、該素子の動作速度を室温動作時の２．４
    倍以上に向上させた請求項１から１３のいずれかに記載
    の電子計算機。
  17. １７．前記計算機の筐体内部の湿度を検出し、検出した
    湿度に応じて前記冷凍装置の低温側膨張弁の開度を変化
    させる請求項１２に記載の電子計算機。
  18. １８．温度を下げることにより動作速度が速くなる特定
    の半導体素子と熱的に接続する冷却部材を有し、該冷却
    部材と冷凍装置の蒸発器とを熱的に接続したことを特徴
    とする電子計算機の冷却装置。
  19. １９．前記冷却部材が第１の冷却部材と、該第１の冷却
    部材と、前記特定の半導体素子との間に熱伝導率の良い
    柔軟な第２の冷却部材とからなる請求項１８に記載の電
    子計算機の冷却装置。
  20. ２０．前記特定の半導体素子と冷却部材の間に電子冷凍
    素子を介在させた請求項１から１７のいずれかに記載の
    電子計算機。
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