JP5605206B2

JP5605206B2 - 電子部品冷却装置

Info

Publication number: JP5605206B2
Application number: JP2010280211A
Authority: JP
Inventors: 知行三井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: JP2012128710A

Description

本発明は、例えばＩＣ等の電子部品を冷却する電子部品冷却装置に関する。

従来の電子部品冷却装置の一例として、図４に示すように、ＩＣ等の電子部品１０１を冷却するために、基板１０２の電子部品実装面１０３に実装された電子部品１０１に対して水冷プレート１０４を当接させて配置した電子部品冷却装置１００が提案されている。

このような従来の電子部品冷却装置１００では、冷却水入口１０５から導入された冷却水が水冷プレート１０４の内部を流通し、冷却水出口１０６から冷却水が排出される。そして、この水冷プレート１０４によって、電子部品実装面１０３に搭載された電子部品１０１が冷却される。

一方、電子部品実装面１０３の裏側に実装された電子部品１０７は、不図示の冷却ファンから供給される冷却空気によって空冷される。そして、この冷却空気は、電子部品１０７を冷却することによって自身の温度が上昇した状態で、排気としてサーバルームへ排出される。これにより、サーバルーム内において、冷却空気の流れ方向に向かって基板１０２より下流側の位置に熱に弱い電子部品が搭載されると、故障を引き起こす原因となりうる。

そこで、このような問題を解決するために、サーバルームの温度上昇を抑えるべく、排気を冷却するための熱交換器をリアドアに設ける技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００７−５３６６０３号公報

しかし、特許文献１に記載の電子部品冷却装置では、リアドアに設ける熱交換器に冷却水を供給するための配管経路とは別に、電子部品冷却装置の水冷プレートに冷却水を供給するための配管経路を設ける必要がある。従って、配管経路の複雑化によってシステム全体が大規模化するという問題がある。

本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構造により、サーバルームの温度上昇を抑制して空調に要するランニングコストを低減できる電子部品冷却装置を提供することにある。

本発明に係る電子部品冷却装置は、基板の表裏両面に実装された電子部品をそれぞれ冷却する電子部品冷却装置であって、冷却水が流通するプレート内部配管を有し、前記基板の一方の面に実装された前記電子部品を冷却する水冷プレートと、前記水冷プレートのプレート内部配管に対して並列に接続された熱交換器内部配管を有し、前記基板の他方の面に実装された前記電子部品を空冷して排出された冷却空気を冷却する排気熱冷却用熱交換器と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、供給される冷却水が、水冷プレートのプレート内部配管と、これに並列に接続された排気熱冷却用熱交換器の熱交換器内部配管とに分配される。そして、基板の一方の面に実装された電子部品が、水冷プレートのプレート内部配管を流通する冷却水によって冷却される。一方、基板の他方の面に実装された電子部品を冷却して温度が上昇した冷却空気が、排気熱冷却用熱交換器の熱交換器内部配管を流通する冷却水によって冷却される。

本発明に係る電子部品冷却装置によれば、簡単な構造により、サーバルームの温度上昇を抑制して空調に要するランニングコストを低減できるという効果を奏する。

本発明に係る第１実施形態の電子部品冷却装置の斜め上方から視た外観斜視図本発明に係る第１実施形態の電子部品冷却装置の斜め下方から視た外観斜視図本発明に係る第２実施形態の電子部品冷却装置の変形例の斜め上方から視た外観斜視図従来の電子部品冷却装置の概略図

以下、本発明に係る複数の実施形態の電子部品冷却装置について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１および図２に示すように、本発明に係る第１実施形態の電子部品冷却装置１０は、基板１２に平行に配置されて冷却水が流通される水冷プレート１１と、水冷プレート１１に一体に形成されて冷却水が流通される排気熱冷却用熱交換器１３とを備えて不図示のサーバに組み込まれてサーバルーム内に設置される。

基板１２の裏面１４には、複数のＩＣ１５（電子部品）が実装されている。一方、基板１２の表面１６には、複数のＤＩＭＭ１７（電子部品）がソケット１８を介して基板１２に垂直に実装されている。尚、本明細書においてＤＩＭＭ（ＤｕａｌＩｎｌｉｎｅＭｅｍｏｒｙＭｏｄｕｌｅ）とは、コンピュータの主記憶として利用されるメモリモジュールを意味する。また、基板１２の表面には、冷却空気の流通方向に向かってＤＩＭＭ１７より下流側の位置に、複数のＩＣ１９（電子部品）が実装されている。そして、これらＩＣ１９の上面には、ＩＣ１９に熱的に接続されたヒートシンク２６（電子部品）がそれぞれ設けられている。

水冷プレート１１は、厚みが薄い、例えば、熱伝導率が良好な部材を素材として基板１２に相似する四角形の板形状に形成されている。水冷プレート１１は、基板１２の裏面１４に実装されたＩＣ１５に当接されることにより熱的に接続されている。

この水冷プレート１１の内部には、図１及び図２に示すように、その長手方向に略平行して延びるプレート内部配管２０や、長手方向に略直交して延びるプレート内部配管２０が設けられている。そして、冷却水入口２１から導入された冷却水が、これらプレート内部配管２０を流通した後、冷却水出口２２から排出される。
また、冷却水入口２１から導入された冷却水の一部は、第１連通管２３を介して排気熱冷却用熱交換器１３へ導入され、排気熱冷却用熱交換器１３の熱交換器内部配管（不図示）を流通した後、第２連通管２４を介して水冷プレートのプレート内部配管２０へ戻される。ここで、第２連通管２３には不図示のバルブ等が設けられ、プレート内部配管２０から熱交換器内部配管へ流入する冷却水の流量を調整できるようになっている。

ここで、冷却水入口２１は、不図示のポンプおよび冷却水貯蔵部に連通接続されるために、ポンプの駆動により加圧された冷却水が導入される。また、冷却水出口２２は、サーバルームの外部に有する排水貯蔵部に連通接続される。

排気熱冷却用熱交換器１３は、水冷プレート１１に一体に形成されて基板１２の表面１６側へ突出して配置されている。そして、この排気熱冷却用熱交換器１３は、供給される冷却空気の流れ方向に沿って最も下流側に設けられたＩＣ１９及びヒートシンク２６より更に下流側の位置に配置されている。
排気熱冷却用熱交換器１３は、コア２５の内部に不図示の熱交換器内部配管が設けられ、この熱交換器内部配管が第１連通管２３および第２連通管２４にそれぞれ接続されている。排気熱冷却用熱交換器１３は、基板１２の一端部側に配置される不図示の冷却ファンからの冷却空気がコア２５に当たることにより、冷却空気を冷却して後方に排出する。

次に、電子部品冷却装置１０の冷却特性について説明する。
不図示のサーバ内に組み込まれた電子部品冷却装置１０において、基板１２に実装されたＩＣ１５及びＩＣ１９にそれぞれ給電されることによりＩＣ１５及びＩＣ１９が駆動される。ＩＣ１５及びＩＣ１９は、駆動に伴い自ら発熱するとともに、発熱した熱が基板１２に伝わる。

ＩＣ１５及びＩＣ１９への給電と同期して、水冷プレート１１の冷却水入口２１から導入された冷却水が、プレート内部配管２０を流通方向Ａ１，Ａ２，及びＡ３に流通し始める。同時に、水冷プレート１１のプレート内部配管２０から分配されて第１連通管２３から導入された冷却水が、排気熱冷却用熱交換器１３の熱交換器内部配管を流通し始める。そして、基板１２の一端部側に配置される冷却ファンが駆動される。

水冷プレート１１は、基板１２の裏面１４に実装されたＩＣ１５に熱的に接続されているために、冷却水入口２１からプレート内部配管２０を通じて流通方向Ａ２へ流通する冷却水が、ＩＣ１５が発した熱を奪う。これにより、ＩＣ１５が冷却される。

冷却水入口２１から導入されて、第１連通管２３から排気熱冷却用熱交換器１３へ分配された冷却水は、コア２５の熱交換器内部配管を流通する。
このとき、基板１２の表面１６の一端部側から冷却ファンの冷却空気が流通方向Ｃ１で供給されており、冷却空気によりＤＩＭＭ１７及びヒートシンク２６が冷却されて冷却空気の温度が上昇する。また、ヒートシンク２６が冷却されることでこれと熱的に接続されたＩＣ１９も冷却される。そして、温度上昇した冷却空気が、基板１２の表面１６側に突出している排気熱冷却用熱交換器１３のコア２５に当たる。

そして、温度が上昇した冷却空気は、排気熱冷却用熱交換器１３のコア２５に当たった際にその内部を流通方向Ｂ１に流通する冷却水により冷却されて、排気熱冷却用熱交換器１３から流通方向Ｃ２へ排出される。
従って、排気熱冷却用熱交換器１３から排出される冷却空気は、電子部品を通過することなく温度が低い状態のままサーバルームに排出されるので、サーバルームの温度上昇を抑制することができる。
ここで、排気熱冷却用熱交換器１３は、基板１２の表面１６の側へ突出して設けられているので、表面１６に実装されたＤＩＭＭ１７及びヒートシンク２６を冷却して温度が上昇した冷却空気を、排気熱冷却用熱交換器１３に対してより確実に導入することができる。

排気熱冷却用熱交換器１３内を流通した冷却水は、第２連通管２４から水冷プレート１１のプレート内部配管２０内へ再び導入され、冷却水出口２２から排出される。

以上、説明したように第１実施形態の電子部品冷却装置１０によれば、水冷プレート１１内を流通する冷却水により、基板１２の裏面１４に実装されたＩＣ１５の熱が冷却される。同時に、排気熱冷却用熱交換器１３内を流通する冷却水により、ＤＩＭＭ１７及びヒートシンク２６に向けて供給されて温度が上昇した冷却空気が冷却される。これにより、第１実施形態の電子部品冷却装置１０によれば、一体構造を形成する水冷プレート１１および排気熱冷却用熱交換器１３により、ＩＣ１５が発した熱および供給された冷却空気を効率よく冷却できるために、サーバルーム内の温度上昇を抑制して空調に要するランニングコストを低減できる。

また、第１実施形態の電子部品冷却装置１０によれば、排気熱冷却用熱交換器１３が基板１２の表面１６側に突出されるために、ＤＩＭＭ１７及びヒートシンク２６に向けて供給されて温度が上昇した冷却空気を、排気熱冷却用熱交換器１３を通過される際に効率よく冷却することができる。

そして、第１実施形態の電子部品冷却装置１０によれば、水冷プレート１１内を流通する冷却水は、水冷プレート１１内をサイクルとして流通されて排出される。一方、水冷プレート１１から排気熱冷却用熱交換器１３内に流通された冷却水は、排気熱冷却用熱交換器１３内をサイクルとして水冷プレート１１内に排出される。これにより、第１実施形態の電子部品冷却装置１０によれば、冷却水入口２１から導入された冷却水の一部が排気熱冷却用熱交換器１３に分配され、この分配された冷却水が、ＤＩＭＭ１７及びヒートシンク２６を冷却して温度が上昇した冷却空気を冷却する。

さらに、第１実施形態の電子部品冷却装置１０によれば、排気熱冷却用熱交換器１３が、供給される冷却空気の流れ方向に沿って最も下流側に設けられたＩＣ１９及びヒートシンク２６よりも更に下流の位置に配置されるために、サーバルーム内に冷たい空気を排出してその温度上昇を確実に低減できる。

また、前述のように第１連通管２３に設けられた不図示のバルブを制御して、プレート内部配管２０から熱交換器内部配管へ流入する冷却水の流量を調整することができるので、基板１２の表面１６における発熱量が多い場合には、熱交換器内部配管への冷却水の流量を増大させることにより、冷却空気を確実に冷却することができる。一方、基板１２の表面における発熱量が少ない場合には、熱交換器内部配管への冷却水の流量を減少させることにより、熱交換器内部配管に対して冷却水が過剰に供給されることを防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の電子部品冷却装置について説明する。
なお、以下の第２実施形態において、前述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。

図３に示すように、本発明に係る第２実施形態の電子部品冷却装置３０は、基板１２の裏面１４に実装されたＩＣ（不図示）に当接する水冷プレート３１を備えている。また、電子部品冷却装置３０は、表面１６に供給される冷却空気の流れ方向に沿って最も下流側に設けられた電子部品ＩＣ１９及びヒートシンク２６より上流側の位置に、本実施形態ではＤＩＭＭ１７及びヒートシンク２６の間の位置に、排気熱冷却用熱交換器３２を備えている。

電子部品冷却装置３０は、水冷プレート３１のプレート内部配管（図３では不図示）を流通した冷却水が、第１連通管２３から排気熱冷却用熱交換器３２のコア２５内に導入される。
このとき、基板１２の表面１６の一端部側から冷却ファンの冷却空気が供給されており、冷却空気によりＤＩＭＭ１７が冷却される。そして、冷却空気が、排気熱冷却用熱交換器３２のコア２５にあたって冷却され、排気熱冷却用熱交換器３２から排出される冷却空気により排気熱冷却用熱交換器３２の後方のヒートシンク２６が冷却され、ヒートシンク２６を冷却して温度が上昇した状態で基板１２の他端部側へ排出される。また、ヒートシンク２６が冷却されることでこれと熱的に接続されたＩＣ１９も冷却される。

第２実施形態の電子部品冷却装置３０によれば、排気熱冷却用熱交換器３２が、供給される冷却空気の流れ方向に沿って最も下流側に設けられたＩＣ１９及びヒートシンク２６より上流側の位置に配置されるために、排気熱冷却用熱交換器３２から排出される冷却空気により排気熱冷却用熱交換器３２の後方のヒートシンク２６を冷却できるので、ＩＣ１９が特に熱に弱い電子部品である場合にＩＣ１９を確実に冷却して、その故障率を低減することができる。

なお、本発明の電子部品冷却装置は、前述した第１実施形態および第２実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。

以上述べたように、本発明の電子部品冷却装置によれば、簡単な構造により、サーバルームの温度上昇を抑制して空調に要するランニングコストを低減できるものである。以上の結果として、サーバルームの温度上昇を抑制して省エネを図れるので、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。

１０電子部品冷却装置
１１水冷プレート
１２基板
１３排気熱冷却用熱交換器
１４裏面
１５ＩＣ（電子部品）
１６表面
１７ＤＩＭＭ（電子部品）
１８ソケット
１９ＩＣ（電子部品）
２０プレート内部配管
２１冷却水入口
２２冷却水出口
２３第１連通管
２４第２連通管
２５コア
２６ヒートシンク
３０電子部品冷却装置
３１水冷プレート
３２排気熱冷却用熱交換器
１０１電子部品
１０２基板
１０３電子部品実装面
１０４水冷プレート
１０５冷却水入口
１０６冷却水出口
１０７電子部品
Ａ１流通方向
Ａ２流通方向
Ａ３流通方向
Ｂ１流通方向
Ｃ１流通方向
Ｃ２流通方向

Claims

基板の表裏両面に実装された電子部品をそれぞれ冷却する電子部品冷却装置であって、
冷却水が流通するプレート内部配管を有し、前記基板の一方の面に実装された前記電子部品を冷却する水冷プレートと、
前記水冷プレートのプレート内部配管に対して並列に接続された熱交換器内部配管を有し、前記基板の他方の面に実装された前記電子部品を空冷して排出された冷却空気を冷却する排気熱冷却用熱交換器と、
を備えることを特徴とする電子部品冷却装置。
前記排気熱冷却用熱交換器が、前記基板の他方の面側に突出して設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品冷却装置。
前記排気熱冷却用熱交換器が、前記冷却空気の流れ方向に沿って最も下流側に設けられた前記電子部品より更に下流側の位置に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品冷却装置。
前記排気熱冷却用熱交換器が、前記冷却空気の流れ方向に沿って最も下流側に設けられた前記電子部品より上流側の位置に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品冷却装置。