特許 6790855 液浸冷却装置、液浸冷却システム及び電子装置の冷却方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6790855

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】液浸冷却装置、液浸冷却システム及び電子装置の冷却方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20201116BHJP

   H05K 7/18 20060101ALI20201116BHJP

   G06F 1/20 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 23/44 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H05K7/20 W

   H05K7/18 K

   G06F1/20 A

   G06F1/20 C

   H01L23/44

   H01L23/46 Z

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-6613(P2017-6613)

(22)【出願日】2017年1月18日

(65)【公開番号】特開2018-117039(P2018-117039A)

(43)【公開日】2018年7月26日

【審査請求日】2019年10月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】脇野 有希子

(72)【発明者】

【氏名】稲野 聡

(72)【発明者】

【氏名】福田 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】石鍋 稔

【審査官】 五貫 昭一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平２−１２９９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−１４７６５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｇ０６Ｆ １／２０

Ｈ０１Ｌ ２３／４４

Ｈ０１Ｌ ２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の発熱部品を含む電子装置を冷却する液浸冷却装置において、
液体の第１の冷媒で内部の一部が満たされるとともに、前記複数の発熱部品のうち、第１の発熱部品以外の発熱部品を前記第１の冷媒中に浸す筐体と、
前記筐体の内部に配置された前記第１の発熱部品に接して設けられ、前記第１の発熱部品を冷却する液冷ジャケットと、
第１の配管を介して前記液冷ジャケットから送出された第２の冷媒の熱を放熱することにより、前記第２の冷媒を冷却する第１の冷却装置と、
前記第１の冷却装置が冷却した第２の冷媒を第２の配管を介して前記液冷ジャケットへ送出する第１のポンプと
を有することを特徴とする液浸冷却装置。

【請求項2】

前記液浸冷却装置はさらに、
第３の配管を介して前記筐体の内部から送出された第１の冷媒の熱を熱交換することにより、前記第１の冷媒を冷却する第２の冷却装置と、
前記第２の冷却装置が冷却した第１の冷媒を第４の配管を介して前記筐体の内部へ送出する第２のポンプと
を有することを特徴とする請求項１に記載の液浸冷却装置。

【請求項3】

前記液浸冷却装置はさらに、
前記筐体の内部に配置され、前記第１の発熱部品が前記第１の冷媒に浸漬しないように支持する支持部材を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液浸冷却装置。

【請求項4】

前記液浸冷却装置はさらに、
前記筐体の内部に配置され、前記第１の冷媒を撹拌するファンを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液浸冷却装置。

【請求項5】

前記第１の冷媒は、前記第２の冷媒よりも沸点が低いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液浸冷却装置。

【請求項6】

前記第１の発熱部品は、前記複数の発熱部品のうち、最も発熱量が大きい発熱部品であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液浸冷却装置。

【請求項7】

前記第１の発熱部品は、演算処理装置であることを特徴とする請求項６に記載の液浸冷却装置。

【請求項8】

複数の発熱部品を含む電子装置と、前記電子装置を冷却する液浸冷却装置とを有する液浸冷却システムにおいて、
前記液浸冷却装置は、
液体の第１の冷媒で内部の一部が満たされるとともに、前記複数の発熱部品のうち、第１の発熱部品以外の発熱部品を前記第１の冷媒中に浸す筐体と、
前記筐体の内部に配置された前記第１の発熱部品に接して設けられ、前記第１の発熱部品を冷却する液冷ジャケットと、
第１の配管を介して前記液冷ジャケットから送出された第２の冷媒の熱を放熱することにより、前記第２の冷媒を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置が冷却した第２の冷媒を第２の配管を介して前記液冷ジャケットへ送出する第１のポンプと
を有することを特徴とする液浸冷却システム。

【請求項9】

液体の第１の冷媒で内部の一部が満たされるとともに、複数の発熱部品のうち、第１の発熱部品以外の発熱部品を前記第１の冷媒中に浸す筐体を有する液浸冷却装置を用いた電子装置の冷却方法において、
前記液浸冷却装置に含まれ、前記筐体の内部に配置された前記第１の発熱部品に接して設けられた液冷ジャケットが、前記第１の発熱部品を冷却し、
前記液浸冷却装置が有する冷却装置が、第１の配管を介して前記液冷ジャケットから送出された第２の冷媒の熱を放熱することにより、前記第２の冷媒を冷却し、
前記液浸冷却装置が有するポンプが、前記冷却装置が冷却した第２の冷媒を第２の配管を介して前記液冷ジャケットへ送出する
ことを特徴とする電子装置の冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液浸冷却装置、液浸冷却システム及び電子装置の冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高度情報化社会の到来にともない、データセンターの必要性が益々増加している。データセンターでは、室内に多数のラックを設置し、各ラックにそれぞれサーバ等の電子装置を複数収納して、それらの電子装置を一括管理している。

【0003】

ところで、電子装置の高性能化にともない、電子装置の発熱量が増大している。発熱量が大きい電子装置を高密度に実装すると、電子装置の温度が許容上限温度を超えてしまい、誤動作や故障又は処理能力の低下の原因となる。そのため、発熱量が大きい電子装置を高密度に実装しても十分に冷却できる冷却方法が要求されている。

【0004】

そのような冷却方法の一つとして、電子装置を液体の冷媒中に浸漬して冷却することが提案されている。以下、この種の冷却方法を、液浸冷却法と呼ぶ。液浸冷却法では、液浸槽内に不活性で絶縁性が高い液体の冷媒（例えば、フッ素化合物等）を入れ、冷媒中に電子装置を浸漬して、液浸槽と熱交換器との間で冷媒を循環させている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

なお、発熱量が大きい部品のみを不活性で絶縁性が高い液体の冷媒中に浸漬する冷却方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、冷媒を充填した容器内に電子部品を配置し、容器内を通る細管に冷却水を通流させて電子部品を冷却する方法も提案されている（例えば、引用文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６−４６４３１号公報

【特許文献2】特開昭５９−１３６９９７号公報

【特許文献3】特開平６−１６９０３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

近年のサーバの高性能化にともない、ＣＰＵ（Central Processing Unit）だけでなく、メモリ、電源ユニット（Power Supply Unit）及び記録装置（ストレージ）等の部品の発熱量も多くなっている。ＣＰＵに比べればそれらの部品の発熱量は少ないものの、サーバの信頼性を確保するためにはそれらの部品の冷却も重要となる。

【0008】

前述の特許文献１では、電子装置全体を冷媒中に浸漬している。しかし、多数の電子装置を冷媒中に浸漬するとなると、多量の冷媒と大型の液浸槽を設置する場所とが必要になり、コストが高くなる。また、大型の液浸槽に多数の電子装置を浸漬すると、特定の電子装置（例えば、異常が発生した電子装置）を液浸槽から取り出すことが難しくなり、電子装置のメンテナンス性が悪くなる。

【0009】

開示の技術は、比較的少ない冷媒で発熱量が大きい部品と発熱量が小さい部品とをいずれも十分に冷却できる液浸冷却装置、液浸冷却システム及び電子装置の冷却方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

開示の技術の一観点によれば、複数の発熱部品を含む電子装置を冷却する液浸冷却装置において、液体の第１の冷媒で内部の一部が満たされるとともに、前記複数の発熱部品のうち、第１の発熱部品以外の発熱部品を前記第１の冷媒中に浸す筐体と、前記筐体の内部に配置された前記第１の発熱部品に接して設けられ、前記第１の発熱部品を冷却する液冷ジャケットと、第１の配管を介して前記液冷ジャケットから送出された第２の冷媒の熱を放熱することにより、前記第２の冷媒を冷却する第１の冷却装置と、前記第１の冷却装置が冷却した第２の冷媒を第２の配管を介して前記液冷ジャケットへ送出する第１のポンプとを有する液浸冷却装置が提供される。

【0011】

開示の技術の他の一観点によれば、複数の発熱部品を含む電子装置と、前記電子装置を冷却する液浸冷却装置とを有する液浸冷却システムにおいて、前記液浸冷却装置は、液体の第１の冷媒で内部の一部が満たされるとともに、前記複数の発熱部品のうち、第１の発熱部品以外の発熱部品を前記第１の冷媒中に浸す筐体と、前記筐体の内部に配置された前記第１の発熱部品に接して設けられ、前記第１の発熱部品を冷却する液冷ジャケットと、第１の配管を介して前記液冷ジャケットから送出された第２の冷媒の熱を放熱することにより、前記第２の冷媒を冷却する冷却装置と、前記冷却装置が冷却した第２の冷媒を第２の配管を介して前記液冷ジャケットへ送出する第１のポンプとを有する液浸冷却システムが提供される。

【0012】

開示の技術の更に他の一観点によれば、液体の第１の冷媒で内部の一部が満たされるとともに、複数の発熱部品のうち、第１の発熱部品以外の発熱部品を前記第１の冷媒中に浸す筐体を有する液浸冷却装置を用いた電子装置の冷却方法において、前記液浸冷却装置に含まれ、前記筐体の内部に配置された前記第１の発熱部品に接して設けられた液冷ジャケットが、前記第１の発熱部品を冷却し、前記液浸冷却装置が有する冷却装置が、第１の配管を介して前記液冷ジャケットから送出された第２の冷媒の熱を放熱することにより、前記第２の冷媒を冷却し、前記液浸冷却装置が有するポンプが、前記冷却装置が冷却した第２の冷媒を第２の配管を介して前記液冷ジャケットへ送出する電子装置の冷却方法が提供される。

【発明の効果】

【0013】

上記一観点に係る液浸冷却装置、液浸冷却システム及び電子装置の冷却方法によれば、比較的少ない冷媒で発熱量が大きい部品と発熱量が小さい部品とをいずれも十分に冷却できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る液浸冷却装置及び液浸冷却システムを示す模式図である。

【図2】図２は、冷却装置及び水冷ジャケットを示す模式図である。

【図3】図３は、電子装置を収納したラックを示す斜視図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る液浸冷却システムにおける熱の移動を示す図である。

【図5】図５は、第２の実施形態に係る液浸冷却システムを示す模式図である。

【図6】図６は、第２の実施形態に係る液浸冷却システムにおける熱の移動を示す図である。

【図7】図７は、比較例の電子装置の透視図である。

【図8】図８は、実施例の電子装置の透視図である。

【図9】図９は、比較例及び実施例の部品構成を示す図である。

【図10】図１０は、シミュレーション条件を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

【0016】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る液浸冷却装置及び液浸冷却システムを示す模式図である。また、図２は、冷却装置及び水冷ジャケットを示す模式図である。ここでは、電子装置がサーバの場合について説明している。

【0017】

図１に示すように、電子装置１０は、密閉された空間を有する筐体１１と、筐体１１内に配置された配線基板２０とを有する。配線基板２０には、ＣＰＵ（演算処理装置）１２、メモリ（Dual Inline Memory Module：ＤＩＭＭ）１３、ハードディスク１４、インターフェースカード１５及び電源ユニット１６等が接続されている。

【0018】

筐体１１内には不活性で絶縁性が高い液体の冷媒１７が入っており、メモリ１３、ハードディスク１４、インターフェースカード１５及び電源ユニット１６は、冷媒１７中に浸漬されている。但し、ＣＰＵ１２は支持台１９を介して配線基板２０上に搭載されており、冷媒１７の液面よりも上の位置に配置されている。また、ＣＰＵ１２の下には、冷媒１７を撹拌するための撹拌機（ファン）２４が設けられている。

【0019】

なお、筐体１１の上蓋はねじで固定されており、ねじを緩めて上蓋を取り外すことにより、配線基板２０の保守管理等が可能である。また、撹拌機２４は必要に応じて設ければよく、必須ではない。ＣＰＵ１２は第１の発熱部品の一例であり、支持台１９は支持部材の一例であり、冷媒１７は第１の冷媒の一例である。

【0020】

電子装置１０の大きさ及び形状は、一般的な１Ｕサーバの大きさ及び形状と同じに設定されている。このため、電子装置１０は１Ｕサーバ用ラック（例えば、２４Ｕラック、３２Ｕラック、及び４２Ｕラック等）に搭載することができる。１Ｕサーバの大きさは、高さが約４５ｍｍ（１．７５インチ＝１Ｕ）、幅が約４８５ｍｍ（１９インチ）である。

【0021】

本実施形態では、冷媒１７として、水よりも沸点が低いものを使用する。そのような冷媒として、例えば３Ｍ社のフッ素系不活性液体（フロリナート（商標））ＰＦ−５０５２及びＦＣ−７２がある。ＰＦ−５０５２の沸点は５０℃、密度は１７００ｋｇ/ｍ³（２５℃）、比熱は１０５０Ｊ/ｋｇＫ、熱伝導度は０．０６２Ｗ/ｍＫである。また、ＦＣ−７２の沸点は５６℃、密度は１６８０ｋｇ/ｍ³（２５℃）、比熱は１０５０Ｊ/ｋｇＫ、熱伝導度は０．０５９Ｗ/ｍＫである。

【0022】

ＣＰＵ１２の上には、水冷ジャケット１８が取り付けられている。水冷ジャケット１８は銅又はアルミニウム等の熱伝導率が高い材料により形成された薄板状の部材であり、図２に示すように、内部には冷却水が通流する流路１８ａが設けられている。ＣＰＵ１２と水冷ジャケット１８との間には、両者を熱的に接続する熱伝導性シート（図示せず）が配置されている。

【0023】

水冷ジャケット１８は、配管２１ａ，２１ｂを介して筐体１１の外に配置された冷却装置２２と接続されている。配管２１ａの途中にはポンプ２３が設けられており、このポンプ２３により冷却装置２２と水冷ジャケット１８との間を冷却水が循環する。水冷ジャケット１８は液冷ジャケットの一例であり、冷却水は第２の冷媒の一例である。また、冷却装置２２は第１の冷却装置の一例である。

【0024】

図２に示すように、冷却装置２２は、例えば冷却水が通流するジグザグに湾曲した冷却管２２ａと、冷却管２２ａに接続した多数の放熱用のフィン２２ｂと、フィン２２ｂ間に冷風を送るファン（送風機）２２ｃとを有する。

【0025】

後述するように、冷却装置２２には電子装置１０で暖められた高温の冷却水が流入するが、冷却水は冷却管２２ａを通る間にフィン２２ｂ間を通る空気（冷風）と熱交換して冷却される。そして、冷却装置２２から電子装置１０に低温の冷却水が供給される。

【0026】

本実施形態では、１台の冷却装置２２に複数の電子装置１０が接続され、１台の冷却装置２２から複数の電子装置１０に冷却水を供給するものとする。冷却装置２２として、市販の空冷式又は水冷式のチラー（冷却水循環装置）を用いてもよい。

【0027】

図３は、電子装置１０を収納したラック２９を示している。

【0028】

図３に示すように、ラック２９は、複数（図３では４台）の電子装置１０を高さ方向に配列させて収納する。各電子装置１０は、スライドレール（図示せず）を介してラック２９に接続されており、保守点検時等にはスライドレールをスライドさせることで、電子装置１０をラック２９から容易に引き出すことができる。図３中の符号２９ａは、電子装置１０をラック２９に固定するための固定具（ねじ）を示している。

【0029】

電子装置１０をラック２９内に収納すると、コネクタ（図示せず）を介して電子装置１０とラック２９内に敷設された配線（ＬＡＮケーブル等）とが電気的に接続される。

【0030】

なお、図３では小型のラック（１Ｕサイズの電子装置１０を４台収納した４Ｕラック）を示しているが、前述したように本実施形態の電子装置１０は１Ｕサーバ用のラックに搭載することができる。例えば３２Ｕラックを使用した場合、上下方向に最大３２台の電子装置１０を搭載することができる。

【0031】

以下、本実施形態に係る液浸冷却システムの動作について、図１及び図４を参照して説明する。図４は、熱の移動を示している。ここでは、冷却装置２２から電子装置１０に常温（２０℃）の冷却水が２Ｌ（リットル）/minの流量で供給されるものとする。

【0032】

電子装置１０の稼働にともなって、ＣＰＵ１２、メモリ１３、ハードディスク１４、インターフェースカード１５及び電源ユニット１６等で熱が発生する。但し、ＣＰＵ１２では多量の熱が発生するが、メモリ１３、ハードディスク１４、インターフェースカード１５及び電源ユニット１６等で発生する熱は比較的少ない。以下、説明の便宜上、液体の冷媒１７中に浸漬したメモリ１３、ハードディスク１４、インターフェースカード１５及び電源ユニット１６等の部品をまとめて「メモリ１３等の部品」と呼ぶ。

【0033】

ＣＰＵ１２で発生した熱は水冷ジャケット１８に伝達され、更に水冷ジャケット１８内を通る冷却水に伝達される。ＣＰＵ１２で発生した熱が水冷ジャケット１８を介して冷却水に移動することにより、ＣＰＵ１２の温度はＣＰＵ１２の許容上限温度以下に維持される。

【0034】

水冷ジャケット１８内を通る冷却水は、ＣＰＵ１２から伝達された熱により温度が上昇する。ここでは、水冷ジャケット１８から排出される冷却水の温度は、２６℃〜２９℃であるとする。

【0035】

一方、メモリ１３等の部品で発生した熱は、メモリ１３等の部品の周囲の冷媒１７に伝達される。熱が冷媒１７に移動することより、メモリ１３等の部品の過度の温度上昇が回避されるとともに、冷媒１７の温度が上昇する。

【0036】

冷媒１７の温度が高くなると、冷媒１７が蒸発しやすくなる。液体の冷媒１７が蒸発して気体になるときには、周囲から蒸発熱を奪う。そして、気体となった冷媒１７は、液面よりも上の空間に移動する。そのため、筐体１１内の液面よりも上の空間は、冷媒１７の蒸気で満たされた状態になる。

【0037】

なお、冷媒１７の気泡がメモリ１３等の部品に付着すると、メモリ１３等の部品から液体の冷媒１７への熱の移動が阻害されるおそれがある。しかし、本実施形態では、撹拌機２７により液体の冷媒１７を撹拌するので、メモリ１３等の部品への気泡の付着が抑制される。

【0038】

配管２１ａ，２１ｂには冷媒１７の沸点よりも低い温度（例えば、２０℃〜２９℃）の冷却水が流れている。そのため、配管２１ａ，２１ｂの近傍では、冷媒１７の蒸気が冷却されて凝縮し、液体になる。このとき、凝縮熱が放出されて、配管２１ａ，２１ｂ内を通る冷却水の温度が上昇する。配管２１ａ，２１ｂを通る冷却水の流量にもよるが、冷媒１７の凝縮熱による冷却水の温度上昇は数℃程度である。冷媒１７の凝縮を促進するために、配管２１ａ，２１ｂに吸熱用のフィンを設けてもよい。

【0039】

液体となった冷媒１７は、例えば配管２１ａ，２１ｂに付着してある程度大きくなった後、重力により落下する。

【0040】

このように、本実施形態では、ＣＰＵ１２（発熱量が大きい部品）で発生した熱は水冷ジャケット１８に移動し、水冷ジャケット１８から冷却水を介して冷却装置２２に輸送される。また、メモリ１３等の部品（発熱量が小さい部品）で発生した熱は、液体と気体とに相変化する冷媒１７を介して配管２１ａ，２１ｂまで移動し、更に配管２１ａ，２１ｂ内を通る冷却水を介して冷却装置２２に輸送される。そして、冷却装置２２では、冷却水を介して輸送されてきた熱を大気中に放散する。

【0041】

その結果、本実施形態では、発熱量が大きい部品だけでなく、発熱量が小さい部品も十分に冷却することができる。

【0042】

また、本実施形態において、１台の電子装置１０の冷却に必要な冷媒１７の量は、電子装置１０の体積よりも少ない。従って、本実施形態によれば、電子装置全体を冷媒中に浸漬して冷却する従来の方法に比べて、冷媒の使用量が少なくてすむ。更に、電子装置１０は一般的な１Ｕサーバと大きさ及び形状が同じであるので、例えば３２Ｕラックを使用した場合は高さ方向に最大３２台まで搭載することができる。従って、本実施形態によれば、電子装置１台あたりの設置床面積が少なくてすむ。

【0043】

これらのことから、本実施形態によれば、液浸槽内の冷媒中に電子装置全体を浸漬する従来の方法に比べて、液浸冷却システムの構築コストを大幅に削減できる。

【0044】

更にまた、上述したように電子装置１０は、一般的な１Ｕサーバ用ラックに搭載できるので、特定の電子装置（例えば異常が発生した電子装置）をラックから容易に取り出すことができる。従って、電子装置１０のメンテナンス性が良好である。

【0045】

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る液浸冷却システムを示す模式図である。図５において、図１と同一物には同一符号を付している。

【0046】

本実施形態においても、電子装置１０ａは、密閉された空間を有する筐体１１と、筐体１１内に配置された配線基板２０とを有する。配線基板２０には、ＣＰＵ１２、メモリ１３、ハードディスク１４、インターフェースカード１５及び電源ユニット１６等が搭載されている。

【0047】

筐体１１内には不活性で絶縁性が高い液体の冷媒１７ａが入っており、メモリ１３、ハードディスク１４、インターフェースカード１５及び電源ユニット１６は、冷媒１７ａ中に浸漬されている。

【0048】

第１の実施形態と同様に、ＣＰＵ１２は支持台１９を介して配線基板２０上に搭載されており、冷媒１７ａの液面よりも上の位置に配置されている。また、ＣＰＵ１２の上には水冷ジャケット１８が取り付けられている。電子装置１０ａの大きさ及び形状は、一般的な１Ｕサーバの大きさ及び形状と同じに設定されている。

【0049】

本実施形態では、冷媒１７ａとして、蒸発しにくいものを使用する。そのような冷媒として、例えば３Ｍ社のフロリナート（商標）ＦＣ−４０又はＦＣ−４３を用いることができる。ＦＣ−４０の沸点は１５５℃、密度は１８７０ｋｇ/ｍ³（２５℃）、比熱は１０５０Ｊ/ｋｇＫ、熱伝導度は０．０６７Ｗ/ｍＫである。また、ＦＣ−４３の沸点は１７４℃、密度は１８８０ｋｇ/ｍ³（２５℃）、比熱は１０５０Ｊ/ｋｇＫ、熱伝導度は０．０６７Ｗ/ｍＫである。

【0050】

水冷ジャケット１８は、配管２１ａ，２１ｂを介して筐体１１の外に配置された冷却装置２８と接続されている。配管２１ａの途中にはポンプ２３が設けられており、このポンプ２３により冷却装置２８と水冷ジャケット１８との間を冷却水が循環する。

【0051】

本実施形態では、冷却装置２８として、水冷式又は空冷式のチラーを用いている。冷却装置２８から電子装置１０ａには、例えば温度が１５℃の冷却水が供給される。冷却水は第２の冷媒の一例であり、冷却装置２８は第１の冷却装置の一例である。

【0052】

また、筐体１１の外には冷却装置２５が配置されており、冷却装置２５と電子装置１０ａの筐体１１とは配管２７ａ，２７ｂが接続されている。冷却装置２５は、例えば第１の実施形態の冷却装置２２（図２参照）と同様の構造を有している。すなわち、冷却装置２５は、冷媒１７ａが通流する冷却管と、冷却管に接続した多数の放熱用のフィンと、フィン間に冷風を送るファン（送風機）とを有している。

【0053】

配管２７ａの途中にはポンプ２６が設けられており、このポンプ２６により筐体１１と冷却装置２５との間で冷媒１７ａが循環する。後述するように、筐体１１内の高温の冷媒１７ａはポンプ２６により冷却装置２５に輸送され、冷却装置２５において外気と熱交換する。そして、冷却装置２５から筐体１１内に、低温（例えば、２０℃）の冷媒１７ａが供給される。冷媒１７ａは第１の冷媒の一例であり、冷却装置２５は第２の冷却装置の一例である。

【0054】

以下、本実施形態に係る液浸冷却システムの動作について、図５及び図６を参照して説明する。図６は熱の移動を示している。

【0055】

ここでは、冷却装置２８から電子装置１０ａに温度が１５℃の冷却水が２Ｌ（リットル）/minの流量で供給されるものとする。また、冷却装置２５から電子装置１０ａに温度が２０℃の冷媒１７ａが２Ｌ（リットル）/minの流量で供給されるものとする。

【0056】

電子装置１０ａの稼働にともなって、ＣＰＵ１２及びメモリ１３等の部品で熱が発生する。ＣＰＵ１２で発生した熱は水冷ジャケット１８に伝達され、更に水冷ジャケット１８内を通る冷却水に伝達される。ＣＰＵ１２で発生した熱が水冷ジャケット１８を介して冷却水に移動することにより、ＣＰＵ１２の温度はＣＰＵ１２の許容上限温度以下に維持される。

【0057】

また、ＣＰＵ１２から伝達された熱により、水冷ジャケット１８内を通る冷却水の温度が上昇する。ここでは、水冷ジャケット１８から排出される冷却水の温度は、２６℃〜２７℃であるとする。この高温の冷却水は冷却装置２８に輸送され、冷却装置２８で冷却された後、水冷ジャケット１８に送られる。

【0058】

一方、メモリ１３等の部品で発生した熱は、メモリ１３等の部品の周囲の冷媒１７ａに移動する。熱が冷媒１７ａに移動することにより、メモリ１３等の部品の過度の温度上昇が回避されるとともに、冷媒１７ａの温度が上昇する。

【0059】

筐体１１内の高温の冷媒１７ａは、ポンプ２６により冷却装置２５に送られ、外気と熱交換を行って温度が下がる。そして、冷却装置２５から電子装置１０ａに低温の冷媒１７ａが供給される。

【0060】

本実施形態においても、ＣＰＵ１２（発熱量が大きい部品）は水冷ジャケット１８内を通る冷却水により冷却し、メモリ１３等の部品（発熱量が小さい部品）は冷媒１７ａに浸漬して冷却する。そして、１台の電子装置１０ａの冷却に必要な冷媒１７ａの量は、電子装置１０ａの体積よりも少ない。

【0061】

従って、本実施形態によれば、電子装置全体を冷媒中に浸漬して冷却する従来の方法に比べて、電子装置１台あたりの冷媒使用量が少なくてすむ。

【0062】

また、電子装置１０ａは一般的な１Ｕサーバと大きさ及び形状が同じであるので、多数の電子装置１０ａを高さ方向に配列させて収納でき、電子装置全体を浸漬する従来の方法に比べて電子装置１台あたりの設置床面積が小さくですむ。

【0063】

これらのことから、本実施形態によれば、液浸冷却システムの構築コストを大幅に削減できる。また、電子装置１０ａは、一般的な１Ｕサーバ用ラックに搭載することが可能であり、メンテナンス性が良好である。

【0064】

以下、本実施形態の冷却能力をシミュレーションした結果について、比較例と比較して説明する。

【0065】

図７は比較例の電子装置の透視図であり、図８は実施例の電子装置の透視図である。また、図９は、比較例及び実施例の部品構成を示す図である。更に、図１０はシミュレーション条件を示す図であり、ＣＰＵ、メモリ及びハードディスクの発熱量と、冷媒の種類、流量、及び温度とを示している。

【0066】

図７に示すように、比較例の電子装置３０は、２個のＣＰＵ（ＣＰＵモジュール）３２と、３台のハードディスク（ＨＤＤ）３４と、４枚のメモリ（ＤＩＭＭ）３３と、２組の電源ユニット３６と、１枚のインターフェースカード（Ｉ/Ｆカード）３５と、２枚のＲＡＩＤカード（図示せず）とを有する。

【0067】

電子装置３０内には不活性冷媒（フッ素化合物）が充填されており、ＣＰＵ３２、ハードディスク３４、メモリ３３、電源ユニット３６、インターフェースカード３５、及びＲＡＩＤカードはいずれも冷媒中に浸漬されている。

【0068】

そして、電子装置３０は配管を介して外部の冷却装置に接続されており、電子装置３０と冷却装置との間で冷媒が循環するようになっている。図７中の符号３７ａは冷媒入り口を示し、符号３７ｂは冷媒出口を示している。

【0069】

比較例の電子装置３０のサイズは、幅Ｗが４８４ｍｍ、長さＬが３８０ｍｍ、高さＨが４５ｍｍである。

【0070】

一方、図８に示すように、実施例の電子装置４０は、２個のＣＰＵ（ＣＰＵモジュール）４２と、３台のハードディスク（ＨＤＤ）４４と、４枚のメモリ（ＤＩＭＭ）４３と、２組の電源ユニット４６と、１枚のインターフェースカード（Ｉ/Ｆカード）４５と、２枚のＲＡＩＤカード（図示せず）とを有する。

【0071】

電子装置４０内には不活性冷媒（フッ素化合物）が入れられており、ハードディスク４４、メモリ４３、電源ユニット４６、インターフェースカード４５及びＲＡＩＤカードはいずれも冷媒中に浸漬されている。但し、ＣＰＵ４２は冷媒の液面よりも上に配置されている。また、ＣＰＵ４２の上には水冷ジャケット４８が搭載されている。

【0072】

水冷ジャケット４８は配管を介して外部の第１の冷却装置に接続されており、第１の冷却装置と冷水ジャケット４８との間で冷却水が循環する。

【0073】

また、電子装置４０は配管を介して外部の第２の冷却装置に接続されており、電子装置４０と第２の冷却装置との間で冷媒が循環するようになっている。図８中の符号４７ａは冷媒入り口を示し、符号４７ｂは冷媒出口を示している。

【0074】

実施例の電子装置４０のサイズは、幅Ｗが４８４ｍｍ、長さＬが４７０ｍｍ、高さＨが４５ｍｍである。実施例の電子装置４０の長さＬが比較例の電子装置３０の長さＬよりも長いのは、冷却水が通る配管を配置するスペースが必要なためである。

【0075】

上記の条件、及び図９，図１０に示す条件で比較例の電子装置３０のＣＰＵ３２の付近の温度と実施例の電子装置４０のＣＰＵ４２の付近の温度とをシミュレーションした。その結果、比較例ではＣＰＵ３２の付近の温度が１９２℃となり、実施例ではＣＰＵ４２の付近の温度が２６℃〜２７℃程度となった。

【0076】

このシミュレーション結果から、実施例の電子装置４０ではＣＰＵ４２を十分に冷却できることが確認された。

【符号の説明】

【0077】

１０，１０ａ，３０，４０…電子装置、１１…筐体、１２，３２，４２…ＣＰＵ、１３，３３，４３…メモリ、１４，３４，４４…ハードディスク、１５，３５…インターフェースカード、１６，３６，４６…電源ユニット、１７，１７ａ…冷媒、１８，４８…水冷ジャケット、１９…支持台、２０…配線基板、２１，２１ｂ，２７ａ，２７ｂ…配管、２２，２５，２８…冷却装置、２３，２６…ポンプ、２４…撹拌機、２９…ラック。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】