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Title:
COOLING SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/117436
Kind Code:
A1
Abstract:
A cooling system for cooling a heating element in an electronic device (2) comprises an upstream side tank (4) disposed above the electronic device (2) and so constituted that the tank can store a liquid refrigerant, a supply pipe (6) for connecting the upstream side tank (4) and the electronic device (2) to each other, and a discharge pipe (8) having one end connected to the electronic device (2) and the other end disposed below the electronic device (2). The liquid refrigerant in the upstream side tank (4) is supplied to the electronic device (2) through the supply pipe (6), and after cooling the heating elements in the electronic device (2), the liquid is discharged through the discharge pipe (8).

Inventors:
ISHIMINE JUNICHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/056392
Publication Date:
October 02, 2008
Filing Date:
March 27, 2007
Export Citation:
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Assignee:
FUJITSU LTD (JP)
ISHIMINE JUNICHI (JP)
International Classes:
H05K7/20; G06F1/20; H01L23/473
Foreign References:
JPH02129999A1990-05-18
JP2005203528A2005-07-28
JPH03235359A1991-10-21
JPH0244346U1990-03-27
JPS59217348A1984-12-07
JP2003509874A2003-03-11
JPS63293481A1988-11-30
JPS59103359A1984-06-14
JPS57100710A1982-06-23
Attorney, Agent or Firm:
ITOH, Tadahiko (Yebisu Garden Place Tower20-3, Ebisu 4-chom, Shibuya-ku Tokyo 32, JP)
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Claims:
 電子機器内の発熱体を冷却するための冷却システムであって、
 電子機器の上方に配置され、液体冷媒が貯蔵されるよう構成された上流側タンクと、
 該上流側タンクと該電子機器とを接続する供給配管と、
 一端が前記電子機器に接続され、他端が前記電子機器より下方に配置された排出配管と
 を有し、
 前記上流側タンク内の液体冷媒が前記供給配管を介して前記電子機器に供給され、前記電子機器内の発熱体を冷却した後の液体冷媒が前記排出配管を介して排出されることを特徴とする冷却システム。
 請求項1記載の冷却システムであって、
 前記排出配管の前記他端が接続されて前記電子機器より下方に配置され、前記排出配管から流出する液体冷媒が貯蔵されるように構成された下流側タンクをさらに有することを特徴とする冷却システム。
 請求項2記載の冷却システムであって、
 前記下流側タンクは断熱されていることを特徴とする冷却システム。
 請求項1又は2記載の冷却システムであって、
 前記排出配管は断熱されていることを特徴とする冷却システム。
 請求項1又は2記載の冷却システムであって、
 前記上流側タンクと前記供給配管との間に開閉弁が設けられていることを特徴とする冷却システム。
 請求項1又は2記載の冷却システムであって、
 前記液体冷媒として水を用いることを特徴とする冷却システム。
 請求項1又は2記載の冷却システムであって、
 前記電子機器の下方に、前記液体冷媒を供給する主供給配管が延在し、
 該主供給配管から前記上流側タンクに前記液体冷媒を揚水するポンプをさらに有することを特徴とする冷却システム。
 請求項7記載の冷却システムであって。
 前記主供給配管に前記液体冷媒を供給する貯蔵タンクをさらに有することを特徴とする冷却システム。
 請求項7記載の冷却システムであって、
 前記上流側タンクに水位センサが設けられ、該水位センサからの信号に基づいて前記ポンプの駆動を制御することを特徴とする冷却システム。
 請求項7記載の冷却システムであって、
 前記上流側タンクにフロートバルブが設けられ、前記ポンプから前記上流側タンクへの前記液体冷媒の供給を制御することを特徴とする冷却システム。
 請求項2記載の冷却システムであって、
 前記下流側タンクに接続され、前記下流側タンク内の液体冷媒を前記上流側タンクに湯水するポンプと、前記ポンプと前記上流側タンクの間を接続する揚水配管とをさらに有することを特徴とする冷却システム。
 請求項11記載の冷却システムであって、
 前記揚水配管中を流れる液体冷媒を自然空冷する自然空冷部が、前記揚水配管に設けられたことを特徴とする冷却システム。
 請求項11記載の冷却システムであって、
 前記揚水配管中を流れる液体冷媒を冷却する熱交換器が、前記揚水配管の途中に設けられたことを特徴とする冷却システム。
 請求項11記載の冷却システムであって、
 前記上流側タンクに、常温の液体冷媒より低い温度の液体冷媒を供給する低温液体冷媒供給装置をさらに有することを特徴とする冷却システム。
 請求項14記載の冷却システムであって、
 前記低温液体冷媒供給装置は、低温の液体冷媒を貯蔵する低温液体冷媒貯蔵タンクと、該低温液体冷媒貯蔵タンクに貯蔵する液体冷媒を冷却する冷凍機とを有することを特徴とする冷却システム。
 請求項11記載の冷却システムであって、
 前記電子機器の上方で前記供給配管の途中に第2の上流側タンクが配置され、前記第2の上流側タンクに一旦蓄積された前記液体冷媒が前記電子機器に供給されることを特徴とする冷却システム。
 請求項16記載の冷却システムであって、
 前記第2の上流側タンクと前記下流側タンクとを接続するドレイン配管が設けられたことを特徴とする冷却システム。
 請求項16記載の冷却システムであって、
 前記上流側タンクに水位センサが設けられるとともに前記供給配管に電磁弁が設けられ、前記水位センサからの信号に基づいて前記電磁弁の開閉を制御して、前記上流側タンクに供給される前記液体冷媒の量を制御することを特徴とする冷却システム。
 前記上流側タンクにフロートバルブが設けられ、前記供給配管前記上流側タンクへの前記液体冷媒の供給を制御することを特徴とする冷却システム。
 請求項1記載の冷却システムであって、
 前記電子機器は、単一のラックに収容された複数の液冷式電子機器を含み、
 前記供給配管は分岐して各液冷式電子機器に接続され、且つ前記排出配管も分岐して各液冷式電子機器に接続されることを特徴とする冷却システム。
Description:
冷却システム

 本発明は冷却システムに係り、特に電子 器に液体冷媒を供給して冷却する冷却シス ムに関する。

 コンピュータ等の電子機器は一般的に空 式であり、筐体内部の電子部品等の発熱体 らの熱を周囲の空気に逃がしている。発熱 からの熱を吸収して暖かくなった空気は、 のまま電子機器の筐体外に排出される。ま 、液冷式又は水冷式の電子機器では、CPUな 発熱量の大きい発熱体からの熱を一旦液体 媒に吸収させ、筐体内に設けられた熱交換 を用いて液体冷媒の熱を空気に移し、液体 媒からの熱で暖められた空気を筐体外に排 する。

 上述の空冷式、液冷式のいずれの場合で 、電子機器の筐体から排出された熱は電子 器の周囲の空気に放出され、電子機器が設 されている部屋や空間の温度を上昇させる したがって、電子機器が設置されている部 や空間において、電子機器の発熱に見合っ 空調が行われていないと、部屋や空間の温 が上昇し、電子機器の設置可能上限温度を えてしまうといった問題が発生するおそれ ある。また、部屋や空間の温度上昇により 電子機器が設置されている場所にいる人が 快を感じるといった問題が発生するおそれ ある。

 そこで、電子機器の設置場所の空気に熱 排出しない方法として、電子機器の内部で 生した熱の全部あるいは一部を、設置場所 ら離れた場所に放出する方法が考えられる 例えば、電子機器内での熱交換により熱を 収した液体冷媒を、配管を介して電子機器 設置場所から離れた場所まで移動し、そこ 熱を放出することが考えられる。この方法 用いる場合は、電子機器に対して液体冷媒 供給するための装置又は設備が必要となる

 家庭などで使用する電子機器としてパー ナルコンピュータを冷却する場合、パーソ ルコンピュータに液体冷媒を供給するため 冷媒供給装置を、パーソナルコンピュータ は別に準備しなくてはならない。一般的に 媒供給装置は、供給した液体冷媒を回収し 循環させることで連続した冷媒供給が維持 れるように構成される。液体冷媒を循環さ るには液体冷媒を輸送するためのポンプ及 配管が必要であり、冷媒供給装置は大型且 高価となってします。冷媒供給装置が大型 るいは高価であると、そのような冷媒供給 置を別途準備することは敬遠され、結果と て冷媒供給装置を必要とするパーソナルコ ピュータは使用されなくなるといった問題 ある。

 また、コンピュータ室などで多種多様な 子機器が多数設置されている場合、各機器 の冷媒供給装置を準備すると、多数の冷媒 給装置が必要となり、費用がかかってしま ため現実的ではない。そこで、1つの冷媒供 給装置又は設備に多数の電子機器を並列に接 続して、1つの冷媒供給装置又は設備から多 の電子機器に液体冷媒を供給することが考 られる。この場合、冷媒供給装置から各電 機器に供給された液体冷媒を回収して冷媒 給装置に戻すための冷媒循環装置又は設備 必要となる。しかし、そのような冷媒循環 置又は設備の性能の設定は難しい。例えば 電子機器は発熱量が異なるため、冷媒供給 が異なるので、冷媒供給量を各電子機器に 個に設定しなくてはならず、また、各電子 器への冷媒供給量を合算するとどの程度に るのかを予測することが難しい。このため 各電子機器の最大稼働時に必要な冷媒供給 に見合った冷媒供給能力を設定すると、冷 循環装置又は設備は大型となり、設備費用 増大するばかりでなく、ランニングコスト 増大してしまう。

 ポンプを使用せずに液体冷媒を発熱体に供 する方法として、発熱体の下側に液体冷媒 貯蔵し、熱の吸収により気化した冷媒を、 熱体の上で凝縮させて液体にもどし、再び 熱体に滴下させる方法が提案されている(例 えば、特許文献1参照。)。この方法によれば 冷媒を循環させるためのポンプや配管は不 となる。

特開平2-129999号公報

 上述の特許文献1に開示された冷媒供給方 法では、気化性の高い冷媒を用いる必要があ り、且つ冷媒と発熱体とを同じ密閉空間に入 れておく必要がある。したがって、電子機器 の冷却用には用いることはできない。また、 上述の特許文献1に開示された冷媒供給方法 は、冷媒の供給量を制御することが難しい いう問題もある。

 本発明の総括的な目的は、上述の問題を 決した新規で有用な冷却システムを提供す ことである。

 本発明のより具体的な目的は、簡単な構 により電子機器に液体冷媒を供給して冷却 ることのできる冷却システムを提供するこ である。

 上述の課題を解決するために、本発明に れば、電子機器内の発熱体を冷却するため 冷却システムであって、電子機器の上方に 置され、液体冷媒が貯蔵されるよう構成さ た上流側タンクと、上流側タンクと電子機 とを接続する供給配管と、一端が電子機器 接続され、他端が電子機器より下方に配置 れた排出配管とを有し、上流側タンク内の 体冷媒が供給配管を介して電子機器に供給 れ、電子機器内の発熱体を冷却した後の液 冷媒が排出配管を介して排出されることを 徴とする冷却システムが提供される。

 上述の冷却システムにおいて、排出配管 他端が接続されて電子機器より下方に配置 れ、排出配管から流出する液体冷媒が貯蔵 れるように構成された下流側タンクをさら 有することが好ましい。また、下流側タン は断熱されていることが好ましい。また、 体冷媒として水を用いることとしてもよい

 上述の冷却システムは、電子機器の下方 、液体冷媒を供給する主供給配管が延在し 主供給配管から上流側タンクに液体冷媒を 水するポンプをさらに有することとしても い。

 また、上述の冷却システムは、下流側タ クに接続され、下流側タンク内の液体冷媒 上流側タンクに湯水するポンプと、ポンプ 上流側タンクの間を接続する揚水配管とを らに有することとしてもよい。揚水配管中 流れる液体冷媒を自然空冷する自然空冷部 、揚水配管に設けられることとしてもよい 揚水配管中を流れる液体冷媒を冷却する熱 換器が、揚水配管の途中に設けられること してもよい。また、上述の冷却システムは 上流側タンクに、常温の液体冷媒より低い 度の液体冷媒を供給する低温液体冷媒供給 置をさらに有することとしてもよい。

 また、上述の冷却システムにおいて、電 機器の上方で供給配管の途中に第2の上流側 タンクが配置され、第2の上流側タンクに一 蓄積された液体冷媒が電子機器に供給され こととしてもよい。

 本発明によれば、上流側タンクから液体 媒を重力により流すため、液体冷媒の輸送 のポンプが不要であり、冷却システムを簡 な構造とすることができる。また、液体冷 で吸収した熱を周囲に放出することなく、 を吸収したままの液体冷媒を廃棄するため 電子機器の周囲の温度上昇を抑制すること できる。また、液体冷媒として水を用いる とで、家庭において容易に液体冷媒を補充 ることができ、液体冷媒を廃棄しても環境 染を引き起こすこともない。

本発明の第1実施例による冷却システム の構成を示す簡略図である。 液冷式電子機器の構成を示す簡略図で る。 本発明の第2実施例による冷却システム の構成を示す簡略図である。 主供給配管から上流側タンクに冷却水 供給する構成を示す簡略図である。 上流側タンクの水位の制御にフロート ルブを用いた例を示す簡略図である。 液冷式電子機器の一例の構成を示す簡 図である。 液冷式電子機器の他の構成を示す簡略 である。 本発明の第3実施例による冷却システム の構成を示す簡略図である。 本発明の第9実施例による冷却システム の構成を示す簡略図である。

符号の説明

2  コンピュータ
4,34,84,  上流側タンク
4a  バルブ
6,36,86  供給配管
8,38,88  排出配管
10,40,90 下流側タンク
20,60,70,82 液冷式電子機器
20a バルブ
20b 接続部
22 液冷式ヒートシンク
24,69 電源ユニット
30,110  ラック
32,112  サーバ
40,90  下流側タンク
42  貯水タンク
44  主供給配管
46,68,92  ポンプ
46a  ポンプ吸入配管
46b  ポンプ吐出配管
46c,122  制御部
48,118  主帰還配管
50,120  水位センサ
52,126  フロートバルブ
62  液冷式ヒートシンク
64  液-液熱交換器
66  タンク
80  建屋
93  揚水配管
94  自然冷却部
96  熱交換器
98  冷水供給装置
100  冷凍機
102  蓄冷水タンク
114  第2の上流側タンク
114a  ドレイン配管
124  電磁弁

 本発明の実施例について図面を参照しな ら説明する。

 図1は本発明の第1実施例による冷却シス ムの構成を示す簡略図である。本発明の第1 施例による冷却システムは、例えば家庭用 コンピュータ(パーソナルコンピュータ)の うな電子機器を冷却するためのシステムで る。

 図1に示す冷却システムにおいて、コンピ ュータ2は、CPU等の発熱量の高い電子部品を 蔵している。コンピュータ2の内部において CPUは液冷式で冷却されるよう構成されてい 。CPUを液冷するための冷媒は、コンピュー 2の外部から供給される。CPUの熱を吸収して 暖かくなった冷媒は、コンピュータ2から外 に排出される。

 本実施例による冷却システムでは、冷媒 して冷却水を使用する。冷却水は一般の家 の水道水でよく、一般の家庭で容易に準備 きるものであって、特別な冷却水を準備す 必要はない。冷却水は、コンピュータ2より 高い位置に置かれた上流側タンク4内に貯蔵 れる。上流側タンク4のバルブ4aから供給配 6がコンピュータ2に接続される。供給配管6 して柔軟性を有するゴムやプラスチックの ューブなどを用いることが好ましい。バル 4aは開閉弁であり、バルブ4aを開くことで、 流側タンク4から冷却水を配管6に流すこと できる。すなわち、バルブ4aを開くことで、 上流側タンク4内に貯蔵されている冷却水を 給配管6を介してコンピュータ2に供給するこ とができる。

 コンピュータ2に供給された冷却水は、コ ンピュータ2内のCPU等の発熱体を冷却した後 排出配管8を通じて下流側タンク10に流れ込 。下流側タンク10はコンピュータ2より下の 置に置かれており、冷却水は重力によりコ ピュータ2から下流側タンク10に流れる。

 コンピュータ2内で熱を吸収して暖まった 冷却水は下流側タンク10に溜まることとなる 下流側タンク10が冷却水でいっぱいになっ ら、上流側タンク4のバルブ4aを閉じて冷却 4の供給を停止し、排出配管8を下流側タンク 10から取り外して、下流側タンク10のみを移 し、例えば水洗台の排出口に冷却水を捨て ことができる。排出配管8の下流側タンク10 の着脱を容易にするために、排出配管8と下 側タンク10の接続部に迅速流体継手を用い ことが好ましい。

 本実施例では、下流側タンク10に溜まっ 冷却水(暖められた冷却水)から周囲に熱が放 出されないように、下流側タンク10は断熱性 有することが好ましい。例えば、下流側タ ク10を断熱性のよい樹脂で形成し、その周 に断熱材を取り付けることで、下流側タン 10を断熱し、下流側タンク10の内部に溜まっ 冷却水から熱が下流側タンク10の周囲に放 されないようにする。

 以上のように、コンピュータ2の内部で発 生した熱は冷却水に吸収されて下流側タンク 10内に移り、そのまま冷却水と共にコンピュ タ2の周囲から離れた場所まで運ばれて廃棄 される。したがって、コンピュータ2の内部 発生した熱がコンピュータ2の周囲に放出さ ず、コンピュータ2の周囲の温度上昇を抑制 することができる。すなわち、コンピュータ 2が配置された部屋の温度が、コンピュータ2 使用により高くなることを防止することが きる。

 また、排出配管10にも暖まった冷却水が れるため、排出配管10も断熱性を有すること が好ましい。例えば、排出配管8を断熱性の いゴムや樹脂で形成し、その周囲に断熱材 取り付けることで排出配管8を断熱し、排出 管8を流れていく際の冷却水から熱が排出配 管8の周囲に放出されないようにする。

 以上のように、本実施例によれば、コン ュータ2より高い位置に配置された上流側タ ンク4から位置エネルギを利用して冷却水を ンピュータ2に流し、且つコンピュータ2から も位置エネルギを利用して冷却水をコンピュ ータ2より低い位置に配置された下流側タン 10に流すため、冷却水を流すためのポンプは 不要となり、冷却システムを動力のいらない 簡単な構成とすることができる。

 また、本実施例では、冷却水用のポンプ 使用せず、またコンピュータ2の内部でCPUを 空冷するためのファンを使用しないため、ポ ンプやファンの使用による騒音や振動が発生 せず、コンピュータ2を使用している人がコ ピュータ2や冷却システムから発生する作動 や振動で不快を感じるようなことを防止す ことができる。

 また、暖まった冷却水をコンピュータ2か ら離れた場所まで容易に運搬することができ 、コンピュータ2で発生した熱をコンピュー 2から離れた場所で廃棄することができる。 のため、コンピュータ2の周囲の温度上昇を 抑制することができる。例えば、コンピュー タ2を使用している人がコンピュータ2から放 される熱で不快を感じるようなことを防止 ることができる。

 さらに、本実施例では、液体冷媒として 庭用の水道水を用いるため、容易に家庭で 備することができる。また、液体冷媒とし の水道水を家庭で廃棄しても環境汚染を引 起こすことはない。

 ここで、本実施例で用いられるコンピュ タ2のような液冷式電子機器の構成について 、図2を参照しながら簡単に説明する。図2は 冷式電子機器の一例の構成を示す簡略図で る。

 図2に示す液冷式電子機器20は、内部の発 体であるCPUを冷却するために、液冷式ヒー シンク22を備えている。液冷式ヒートシン 22において、供給される冷媒とCPUとの間で熱 交換が行われ、CPUが冷却されると共に、供給 された冷媒が暖められる。暖められた冷媒は 液冷式電子機器20の外部へ排出される。液冷 電子機器20内には他の発熱体として電源ユ ット24が設けられているが、電源ユニット24 液冷式電子機器に通常用いられるファンに り空冷式で冷却される。このように、液冷 電子機器20では、発熱量の大きなCPUを液冷 で冷却し、その他の発熱量の小さな部品は 常の空冷式で冷却することにより、液冷と 冷を併用して冷却を効率的に行っている。

 液冷式電子機器20へ冷媒を供給するため 供給配管6を接続する部分には、開閉弁とし バルブ20aが設けられており、CPUの冷却が必 無い場合はバルブ20aを閉じることにより、 駄に冷媒が流れないようにすることができ 。バルブ20aは液冷式電子機器20の筐体の外 に取り付けられており、開閉操作を手動で うことができる。また、冷媒を排出するた の排出配管8は、液冷式電子機器20の筐体に けられた接続部20bに接続される。接続部20b は流体継手を用いることが好ましい。

 本実施例による冷却システムにおいて、 媒として室温の冷却水を用いてコンピュー 2の冷却を行う場合に必要な冷却水流量につ いて、以下に説明する。

 冷却水として20℃の水道水を用いること する。コンピュータ2の内部の冷却すべきCPU 平均消費電力を100Wとする。また、CPUを冷却 して暖まった冷却水の温度(すなわち、排出 管8に流れ出る冷却水の温度)を50℃とする。 のような条件で必要な冷却水の流量を計算 ると、50cc/minとなる。これを一時間当たり 流量に換算すると、3000cc/hr(一時間当たり3リ ットル)となる。すなわち、図1において、上 側タンク4に20℃の水を3リットル入れておけ ば、コンピュータ2を約1時間連続で使用する とができる。3リットルの水は大きめのやか ん一杯の水に相当し、やかん一杯の水を一時 間毎に上流側タンク4に供給することで、コ ピュータ2を連続して使用することができる

 なお、上流側タンク4内に入っている冷却 水量を表示する表示部が、上流側タンク4に けられていることが好ましい。表示部は、 えば冷却水の液面の位置が目視で確認でき ような透明なチューブとすることができる あるいは、上流側タンク4自体を透明あるい 半透明な樹脂で形成することで、内部の液 の位置を外側から容易に確認できるように てもよい。また、上流側タンク4内に液面セ ンサを設けて、液面が所定の高さ以下になっ た時点で警告を表示したり、警報を発したり することもできる。

 また、本実施例では下流側タンク10に冷 水を蓄えてから廃棄することとしたが、必 しも下流側タンク10を設ける必要はない。例 えば、排出配管8を長いチューブにより形成 ておき、チューブの先端をコンピュータ2が かれている部屋の外まで引き出して、そこ 冷却水を廃棄することとしてもよい。ただ 、コンピュータから冷却水を重力により流 ためには、排出配管8の出口側端部をコンピ ュータ2より低い位置にしておく必要がある

 次に、本発明の第2実施例による冷却シス テムについて、図3を参照しながら説明する 図3は本発明の第2実施例による冷却システム の構成を示す簡略図である。

 図3に示す本発明の第2実施例による冷却 ステムは、一つのラック30に収容された複数 の電子機器としてのサーバ32に対して冷媒を 給して複数のサーバ32を同時に冷却するシ テムである。ラック30は、計算機室31内に設 されている。

 ラック30の上に上流側タンク34が配置され る。上流側タンク34は冷媒を貯蔵するための ンクであり、供給配管36によりラック30内の 複数のサーバ32の各々に接続されている。し がって、上流側タンク34内の冷媒を供給配 36を介して各サーバ32に供給することができ 。なお、供給配管36は上流側タンク34から延 在する主配管と、主配管から分岐して各サー バ32に接続された分岐配管とを含んでいる。 示しないが上流側タンク34と各サーバ32とを つなぐ冷媒供給配管は主配管を用いずに、上 流側タンク34から分岐しても良い。この場合 他のサーバの冷媒流量の影響を受けにくく り、サーバへの冷媒流量が安定する。

 ラック30が設置された計算機室31の床31aの 下側には、下流側タンク40が配置されている ラック内の各サーバ32は排出配管38により下 流側タンク40に接続されている。排出配管38 、下流側タンク40に接続された主配管と、主 配管から分岐して各サーバに接続された分岐 配管とを含む。図示しないが各サーバ32と下 側タンク40をつなぐ冷媒排出配管は主配管 用いずに、各サーバから個別に下流側タン 40に接続しても良い。この場合、他のサーバ の冷媒流量の影響を受けにくくなり、サーバ への冷媒流量が安定する。

 供給配管と排出配管を各サーバ独自の配 として上流側タンク34、下流側タンク40に個 別に接続すれば、他のサーバの冷媒流量の影 響を受けず、サーバに供給される冷媒は期待 通りの流量となる。

 本実施例では、冷媒として冷却水を用い ものとする。冷却水は、計算機室31の外部 設置された貯水タンク42に蓄えられている。 貯水タンク42からは主供給配管44が計算機室31 の床下に延在しており、貯水タンク42に蓄え れている冷却水は、常に主供給配管44に供 されている。

 計算機室31内でラック30の近傍に冷却水汲 み上げ用のポンプ46が配置される。ポンプ46 流入口は、計算機室31の床31aを貫通して延在 するポンプ吸入配管46aにより主供給配管44に 続される。ポンプ46の吐出口はポンプ吐出 管44bにより上流側タンク34に接続される。こ の構成により、ポンプ46を作動させることに り、主供給配管44内の冷却水をラック30の上 にある上流側タンク34に供給することができ 。上流側タンク34に供給されて蓄えられた 却水は、供給配管44を介してラック30内の各 ーバ32に供給される。

 一方、ラック30内の各サーバ32から排出さ れた冷却水は、ラック30の下に位置する下流 タンク40に一旦蓄えられてから、主帰還配 48を介して計算機室31から離れた場所まで流 、そこで廃棄される。なお、下流側タンク4 0は必ずしも設ける必要はない。例えば、図3 おいて点線で示すように排出配管36を主帰 配管48に直接接続し、冷却水を排出配管36か 直接主帰還配管48に流して廃棄することも きる。この場合、主帰還配管48はラック30の 側に配置されている必要がある。言い換え ば、各サーバ32から冷却水を流し出すため 、排出配管48の出口側端部はラック内のサー バ32より下側に位置する必要がある。ただし 図3に示すラック30が複数台、計算機室31に 置された場合などは、主帰還配管48に複数の ラック30から冷却水が排出されて、主帰還配 48の排出能力以上の冷却水が主帰還配管48に 流れ込むおそれがある。このような問題を防 ぐために、各ラック30からの冷却水を一時的 蓄えるための下流側タンク40が必要となる

 ここで、主供給配管44から上流側タンク34 に冷却水を供給する構成に関して、図4を参 しながらさらに詳しく説明する。図4は主供 配管44から上流側タンク34に冷却水を供給す る構成を示す簡略図である。

 上述のように、ポンプ46は、計算機室31の 床下に延在する主供給配管44から冷却水を汲 上げて、ラック30の上に配置された上流側 ンク34に供給する。上流側タンク34に蓄えら た冷却水は徐々にサーバ32に供給され、こ に伴い、上流側タンク34の蓄えられた冷却水 の量は徐々に減少する。上流側タンク34の蓄 られた冷却水の量がある程度少なくなった 点で、上流側タンク34に冷却水を補充する 要がある。そこで、本実施例では、上流側 ンク34に水位センサ50を設けておき、上流側 ンク34内の水位を検出する。

 水位センサ50の出力は、ポンプ46の駆動を 制御する制御部46cに供給される。上流側タン ク34内の水位が所定の低いレベルとなると、 位センサ50は制御部46cに信号を送る。この 号を受けて、制御部46cはポンプ46を駆動させ る。これにより、主供給配管44から冷却水が ンプ46により汲み上げられ、上流側タンク34 に供給される。そして、上流側タンク34の水 が所定の高い水位となると、水位センサ50 、制御部46cに信号を送る。この信号を受け 、制御部46cはポンプ46の駆動を停止させる。 これにより、上流側タンク34への冷却水の供 は停止され、上流側タンク34の水位はサー 32に冷却水が供給されにしたがって次第に低 くなる。水位センサ50及び制御部46cとしては 既存の水位計及びその制御部を用いること できる。

 また、水位センサ50の代わりに、図5に示 ようにフロートバルブ52を用いることもで る。フロートバルブ52は、上流側タンク34内 水位が所定の低いレベルとなると開き、冷 水が上流側タンク44に供給され、また、上 側タンク34内の水位が所定の高いレベルとな ると閉じ、冷却水の供給が停止されるように 構成されている。フロートバルブ52を用いた 合には、フロートバルブ52が閉じている間 ポンプ46の駆動を停止することが好ましい。 例えば、フロートバルブ52が閉じてポンプ46 吐出圧が上流側タンク34までの揚程以上とな ったらポンプ46を停止するように構成するこ ができる。

 以上のように、本実施例では、冷却を必 とする電子機器であるサーバ32より高い位 にある上流側タンク34に冷却水を蓄えておき 、位置エネルギを利用して上流側タンク34か 冷却水を徐々に各サーバ32に供給する。ま 、各サーバ32から排出された冷却水も、位置 エネルギを利用して各サーバより低い位置に ある主帰還配管44に流し、廃棄する。したが て、冷却水を上流側タンク34に供給する間 けポンプ46を駆動すればよい。

 ここで、本実施例に用いられるサーバ32 ような液冷式電子機器の例について簡単に 明する。

 図6は液冷式電子機器の一例の構成を示す 簡略図である。図6に示す液冷式電子機器60は 、内部の発熱体であるCPUを冷却するために、 液冷式ヒートシンク62を備えている。液冷式 ートシンク62は、液冷式電子機器60内の冷媒 循環システムに含まれている。すなわち、液 冷式電子機器60内において、二次冷媒が循環 ており、液冷式ヒートシンク62は、二次冷 とCPUとの間で熱交換を行ってCPUを冷却する 液冷式ヒートシンク62から排出された二次冷 媒は液-液熱交換器64に入る。液-液熱交換器64 において、二次冷媒と一次冷媒との間で熱交 換が行われ、二次冷媒は一次冷媒により冷却 される。この一次冷媒が、供給配管36から供 される冷却水に相当する。冷却された二次 媒は、一旦タンク66に蓄積された後、ポン 68により液冷式ヒートシンク62に送られる。 方、液-液熱交換器64において二次冷媒から を吸収した一次冷媒は、排出配管38に流れ 排出される。

 なお、液冷式電子機器60内にはCPU以外の 熱体として電源ユニット69が設けられている 。電源ユニット69は液冷式ではなく、通常の ァンによる空冷式で冷却される。すなわち 液冷式電子機器60は、発熱量の大きな発熱 は液冷式で冷却し、他の発熱体は空冷式で 却するというように、空冷と液冷を併用し 効率的に冷却を行っている。

 図7は液冷式電子機器の他の例の構成を示 す簡略図である。図7において、図6に示す構 部品と同等な部品には同じ符号を付し、そ 説明は省略する。図7に示す液冷式電子機器 80は、図7に示す液冷式電子機器60における液- 液熱交換器64から出た二次冷媒を空冷式で冷 する気-液熱交換器82をさらに有している。 -液熱交換器82はファン84により発生する空 流により、液-液熱交換器64で冷却された二 冷媒をさらに冷却する。あるいは、例えばCP Uの発熱量が少なくて二次冷媒の温度が低い 合は、一次冷媒による冷却を行わずに、気- 熱交換器82のみで二次冷媒を冷却すること できる。

 例えば、液冷式電子機器80を図1に示す第1 実施例に適用した場合、上流側タンク4の冷 が無くなった場合も気-液熱交換器82により 次冷媒を冷却することができるため、CPUの 度上昇を招くことなくコンピュータ2の連続 転が可能となる。これにより上流側タンク4 の冷媒残量を気にすることなくコンピュータ の利用ができ、上流側タンク4の冷媒が無く った後に、冷媒を補充することも可能とな 。

 サーバ32は上述の液冷式電子機器60,70のよ うな液冷式とすることができるが、これに限 定されず、例えば、図2に示す液冷式電子機 20や他の液冷式の構成とすることもできる。

 なお、図2に示す液冷式電子機器20と同様 、液冷式電子機器60,70へ冷媒を供給するた の供給配管36を接続する部分には、開閉弁と してバルブが設けられていることが好ましい 。一次冷媒を排出するための排出配管38は、 子機器60,70の筐体に設けられた流体継手の うな接続部に接続されることが好ましい。

 また、本実施例では、単一のラック30に 冷式電子機器としてサーバ32が複数台収容さ れているが、一つのラック30を一つの電子機 とみなすことができる。

 次に、本発明の第3実施例による冷却シス テムについて、図8を参照しながら説明する 図8は本発明の第3実施例による冷却システム の構成を示す簡略図である。

 図8に示す本発明の第3実施例による冷却 ステムでは、一つの建屋80内に設置された複 数の液冷式電子機器82に対して一つの上流側 ンク84が設けられている。上流側タンク84か らは供給配管86を介して各液冷式電子機器82 冷却水が供給される。供給配管86は、上流側 タンク84に接続された主配管と主配管から分 して各液冷式電子機器82に接続された分岐 管とを含む。各液冷式電子機器82から排出さ れる冷却水は、排出配管88を介して下流側タ ク90に流れ込み、蓄積される。排出配管88は 、下流側タンク90に接続された主配管と主配 から分岐して各液冷式電子機器82に接続さ た分岐配管とを含む。

 液冷式電子機器82は一つの建屋80内に設置 されており、上流側タンク84は建屋80の天井 上に配置される。供給配管86の主配管は天井 に沿って延在し、供給配管86の分岐配管は天 近傍から下に向けて延在して対応する液冷 電子機器82に接続される。一方、排出配管88 は、建屋80の床下に設けられ、同様に建屋80 床下に配置された下流側タンク90に接続され ている。

 下流側タンク90に蓄積された暖まった冷 水はポンプ92により汲み上げられて上流側タ ンク84に供給される。ポンプ92から上流側タ ク84までの冷却水の揚水配管93には、フィン 設けられた自然空冷部94が設けられている また、揚水配管93の途中で上流側タンク84の 前側に熱交換器96が設けられ、上流側タン 84に戻される途中の冷却水は熱交換器96によ ても冷却される。熱交換器96は、例えば建 80の屋上に設置されたクーリングタワーであ る。このように、下流側タンク90に蓄積され 暖まった冷却水は、ポンプ92を駆動するこ で、自然空冷部94及び熱交換器96により冷却 れた後に、上流側タンク84に供給されて蓄 される。

 なお、本実施例では、補助冷却装置とし 冷水供給装置98が設けられている。低温液 冷媒供給装置としての冷水供給装置98は、冷 水を製造するための冷凍機100と、製造した冷 水を貯蔵しておくための蓄冷水タンク102とを 有する。蓄冷水タンク102に蓄えられた冷水は 、上流側タンク84に供給することができる。 えば、外気温度が高くて下流側タンク90か 上流側タンク84に戻す冷却水を自然空冷部94 び熱交換器96により十分に冷却できないよ な場合、蓄冷水タンク102に蓄えられた冷水 上流側タンク84に供給することで、上流側タ ンク84に蓄えられて液冷式電子機器82に供給 れる冷却水の温度を冷却水として用いるこ のできる低い温度まで下げることができる

 本実施例による冷却システムでは、液冷 電子機器82から熱を吸収して暖かくなった 却水が下流側タンク90に所定量蓄積されるま で、ポンプ92を駆動しなくても上流側タンク8 4から冷却水を各液冷式電子機器82に供給する ことができる。例えば、夜間の気温が低くな ったときにポンプ92を駆動して冷却水を冷却 ながら上流側タンク84に蓄えておき、昼間 気温が高い時間はポンプ92を停止して上流側 タンク84に蓄えられた冷却水のみで冷却シス ムを運転する。すなわち、冷却水を効率的 冷却できるときに下流側タンク90から上流 タンク84に冷却水を汲み上げておく。これに より、冷却システムにおける消費電力を低く 抑えることができる。

 次に、本発明の第4実施例による冷却シス テムについて、図9を参照しながら説明する 図9は本発明の第4実施例による冷却システム の構成を示す簡略図である。

 図9に示す冷却システムは、図8に示す冷 システムにおいて、各液冷式電子機器82を、 複数台の液冷式電子機器112が収容されたラッ ク110に置き換えたものである。また、各ラッ ク110の上には、第2の上流側タンク114が配置 れており、供給配管86の分岐配管から冷却水 が供給されるように構成されている。すなわ ち、図8に示す上流側タンク84から供給配管86 冷却水が常時供給されており、各ラック110 上に配置された第2の上流側タンク114の冷却 水が少なくなったら供給配管86から自動的に 2の上流側タンク114に冷却水が補充される。

 図9における左側のラック110の上に配置さ れた第2の上流側タンク114には、水位センサ12 0が設けられ、第2の上流側タンク114の中の水 を検出している。水位センサ120から出力さ る信号は制御部122に送られる。制御部122は 水位センサ120からの信号に基づいて、供給 管86の分岐配管の先端に設けられた電磁弁12 4の開閉を制御する。すなわち、水位センサ12 0により検出した第2の上流側タンク114内の水 が所定の水位より低くなったときに、制御 122は電磁弁124を開くように制御する。これ より、供給配管86から冷却水が第2の上流側 ンク114に供給される。上流側タンク114内の 位が所定の水位より高くなると、制御部122 電磁弁124を閉じるように制御し、冷却水の 給が停止される。例えば、水位センサ112の 障で冷却水の供給が停止できない場合には 第2の上流側タンク114の上部に接続されたド レイン配管114aを介して冷却水を下流側タン 90に廃棄することができる。

 図9における左側のラック110の上に配置さ れた第2の上流側タンク114には、上述の電磁 124の代わりにフロートバルブ126が設けられ いる。フロートバルブ126は、第2の上流側タ ク114内の水位が所定の低いレベルとなると き、冷却水が第2の上流側タンク114に供給さ れ、また、第2の上流側タンク114内の水位が 定の高いレベルとなると閉じ、冷却水の供 が停止されるように構成されている。

 なお、本実施例では、各ラック110からの 出配管88の分岐配管が個別に下流側タンク90 に接続されているが、図8に示すように、分 配管をまとめて一つにして主配管を下流側 ンク90に接続してもよい。あるいは、下流側 タンク90をラックの真下に配置せずに離れた 所に配置することもできる。この場合、排 配管88は点線で示すように直接、帰還側主 管118に接続され、帰還側主配管118の先に下 側タンク90が設けられる。

 本実施例によれば、複数のラック110で使 する冷却水量が異なるような場合、ラック1 10毎に上流側タンク114に冷却水を補充するこ ができるため、冷却水を無駄に流すことが くなる。

 本発明は上述の具体的に開示された実施 に限られず、本発明の範囲を逸脱すること く様々な変形例、改良例がなされるであろ 。

 本発明は、液冷式電子機器の冷却システ に適用可能である。