(57)【要約】      （修正有）【課題】機器の大型化を抑制しつつ、発熱部材の発熱を効果的に冷却する。【解決手段】電子機器関連システム１（電子機器１００）は、筐体２と、筐体２の上方に設けられた凝縮器３と、蒸気配管４と液体配管５と、を有する。蒸気配管４は、その一端が凝縮器３に接続され、その他端が筐体２における液面１２の上方に形成された蒸気滞留空間１４に連通する。液体配管５は、筐体２の天面１３を貫通した状態で、一端が凝縮器３に接続され、他端が筐体２における液面１２よりも下方に配置される。電子機器関連システム１（電子機器１００）では、筐体２に貯留された液相冷媒に発熱部材が実装された基板９が浸漬され、発熱部材の発熱により液相冷媒が蒸発して気相冷媒が生成され、気相冷媒が蒸気配管４を経由して凝縮器３に至り、凝縮器３で液相冷媒が生成され、液相冷媒が液体配管５を経由して筐体２に戻るという冷媒の循環がポンプ等を用いずに行われる。【選択図】図１
2020174066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面の上方に空間が形成された状態で不活性の液相の冷媒が貯留されると共に、当該空間に滞留する気相の冷媒の漏れが防止された筐体と、
前記筐体の上方に設けられ、前記気相の冷媒を凝縮し前記液相の冷媒へと相変化させる凝縮器と、
一端に形成された気体流出口が前記凝縮器に接続され、他端に形成された気体流入口が、前記液相の冷媒が貯留された前記筐体において、前記液面の上方に形成された空間に連通する位置に配置された蒸気配管と、
前記筐体の天面を貫通した状態で、一端に形成された液体流入口が前記凝縮器に接続され、他端に形成された液体流出口が、前記液相の冷媒が貯留された前記筐体において、前記液面よりも下方に配置された液体配管とを備え、
前記筐体に貯留された前記液相の冷媒に、発熱部材が実装された基板が浸漬されると共に、前記発熱部材の発熱により前記液相の冷媒が蒸発して前記気相の冷媒が生成され、前記液面の上方の空間に滞留し、当該空間に滞留した前記気相の冷媒が前記蒸気配管を介して前記凝縮器に流入し、前記凝縮器において前記液相の冷媒へと相変化され、前記液体配管を介して前記筐体に貯留された前記液相の冷媒に戻されるようにしたことを特徴とする電子機器関連システム。
【請求項２】
前記蒸気配管の前記気体流出口は前記凝縮器の上部に接続され、前記液体配管の前記液体流入口は前記凝縮器の下部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器関連システム。
【請求項３】
前記液体配管は、前記筐体内において、その他端が前記筐体の底面の近傍に位置するように下方に向かって延在し、
前記液体配管の前記液体流出口は、前記液体配管の他端側の先端部の側面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器関連システム。
【請求項４】
前記液体配管は、その他端の位置が変位可能に構成され、その他端側の先端部における前記液体流出口よりも上方の位置に、前記液面上に浮揚し、前記液体流出口が前記液面よりも下方に位置した状態を維持する浮き部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器関連システム。
【請求項５】
前記液面の高さを検出するセンサの検出値に基づいて前記液面の高さが基準値以下になったことを検出し、対応する処理を実行する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電子機器関連システム。
【請求項６】
前記液相の冷媒は、沸点が５５度以上７５度以下の不活性液体であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電子機器関連システム。
【請求項７】
端子が接続可能な端子接続部が前記筐体の外側に臨み、前記基板に接続された内部ケーブルが接続された内部ケーブル接続部が前記筐体の内側に臨んだ状態で、前記端子接続部に接続された前記端子と前記内部ケーブルとを電気的に接続するための外部コネクタが前記筐体の側面に設けられ、
前記外部コネクタは、前記筐体の側面において前記液面より下方に設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電子機器関連システム。
【請求項８】
前記筐体の内部空間が仕切部材により、前記液相の冷媒が貯留される第１空間と、前記第１空間に貯留する前記液相の冷媒および前記第１空間に滞留する前記気相の冷媒の浸入が防止された第２空間とに分けられ、
端子が接続可能な端子接続部が前記筐体の外側に臨み、前記基板に接続された内部ケーブルが接続された内部ケーブル接続部が前記第２空間の内側に臨んだ状態で、前記端子接続部に接続された前記端子と前記前記内部ケーブルとを電気的に接続するための外部コネクタが前記第２空間に対応する前記筐体の側面に設けられ、
前記内部ケーブルは、前記仕切部材に設けられた貫通孔を通って、その一端が前記外部コネクタに接続されると共に、その他端が前記基板に接続され、
前記貫通孔は、前記仕切部材において、前記第１空間に貯留された前記液相の冷媒の液面よりも下方に設けられると共に、前記内部ケーブルと前記貫通孔との隙間がシールドされていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電子機器関連システム。
【請求項９】
液面の上方に空間が形成された状態で不活性の液相の冷媒が貯留され、貯留された前記液相の冷媒に発熱部材が実装された基板が浸漬されると共に、当該空間に滞留する気相の冷媒の漏れが防止された筐体と、
前記筐体の上方に設けられ、前記気相の冷媒を凝縮し前記液相の冷媒へと相変化させる凝縮器と、
一端に形成された気体流出口が前記凝縮器に接続され、他端に形成された気体流入口が、前記液相の冷媒が貯留された前記筐体において、前記液面の上方に形成された空間に連通する位置に配置された蒸気配管と、
前記筐体の天面を貫通した状態で、一端に形成された液体流入口が前記凝縮器に接続され、他端に形成された液体流出口が、前記液相の冷媒が貯留された前記筐体において、前記液面よりも下方に配置された液体配管とを備え、
前記発熱部材の発熱により前記筐体に貯留された前記液相の冷媒が蒸発して前記気相の冷媒が生成され、前記液面の上方の空間に滞留し、当該空間に滞留した前記気相の冷媒が前記蒸気配管を介して前記凝縮器に流入し、前記凝縮器において前記液相の冷媒へと相変化され、前記液体配管を介して前記筐体に貯留された前記液相の冷媒に戻されるようにしたことを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
前記蒸気配管の前記気体流出口は前記凝縮器の上部に接続され、前記液体配管の前記液体流入口は前記凝縮器の下部に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
【請求項１１】
前記液体配管は、前記筐体内において、その他端が前記筐体の底面の近傍に位置するように下方に向かって延在し、
前記液体配管の前記液体流出口は、前記液体配管の他端側の先端部の側面に形成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の電子機器。
【請求項１２】
前記液体配管は、その他端の位置が変位可能に構成され、その他端側の先端部における前記液体流出口よりも上方の位置に、前記液面上に浮揚し、前記液体流出口が前記液面よりも下方に位置した状態を維持する浮き部材が設けられていることを特徴とする請求項９または１０に記載の電子機器。
【請求項１３】
前記液面の高さを検出するセンサの検出値に基づいて前記液面の高さが基準値以下になったことを検出し、対応する処理を実行する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項９から１２の何れか１項に記載の電子機器。
【請求項１４】
前記液相の冷媒は、沸点が５５度以上７５度以下の不活性液体であることを特徴とする請求項９から１３の何れか１項に記載の電子機器。
【請求項１５】
端子が接続可能な端子接続部が前記筐体の外側に臨み、前記基板に接続された内部ケーブルが接続された内部ケーブル接続部が前記筐体の内側に臨んだ状態で、前記端子接続部に接続された前記端子と前記内部ケーブルとを電気的に接続するための外部コネクタが前記筐体の側面に設けられ、
前記外部コネクタは、前記筐体の側面において前記液面より下方に設けられていることを特徴とする請求項９から１４の何れか１項に記載の電子機器。
【請求項１６】
前記筐体の内部空間が仕切部材により、前記液相の冷媒が貯留される第１空間と、前記第１空間に貯留する前記液相の冷媒および前記第１空間に滞留する前記気相の冷媒の浸入が防止された第２空間とに分けられ、
端子が接続可能な端子接続部が前記筐体の外側に臨み、前記基板に接続された内部ケーブルが接続された内部ケーブル接続部が前記第２空間の内側に臨んだ状態で、前記端子接続部に接続された前記端子と前記前記内部ケーブルとを電気的に接続するための外部コネクタが前記第２空間に対応する前記筐体の側面に設けられ、
前記内部ケーブルは、前記仕切部材に設けられた貫通孔を通って、その一端が前記外部コネクタに接続されると共に、その他端が前記基板に接続され、
前記貫通孔は、前記仕切部材において、前記第１空間に貯留された前記液相の冷媒の液面よりも下方に設けられると共に、前記内部ケーブルと前記貫通孔との隙間がシールドされていることを特徴とする請求項９から１４の何れか１項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部材を冷却可能な電子機器関連システム、および、発熱部材が実装された基板を有する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩｏＴ（Internet of Things：モノのインターネット）の普及により、これまでコンピュータ機器を設置しなかったような屋外等にもコンピュータ機器を設置する必要性が高くなってきている。このような場所では、水分、塵や埃が多かったり、硫化水素等の腐食性ガスが存在したりすることがある。このため、このような場所で使用するコンピュータ機器では、水分、塵や埃、腐食性ガスから機器内部に設けられた基板を保護するために、ゴム系やフッ素系等のコーティング剤を基板に塗布することがあった。
【０００３】
また、コンピュータ機器に搭載されるＣＰＵの性能（処理速度）は向上しており、性能が高くなればなるほどＣＰＵからの発熱量が多くなる。このため、コンピュータ機器について、ＣＰＵ等の発熱部材を冷却するための冷却技術の重要性が増している。コンピュータ機器のＣＰＵを冷却する方法としては、空冷方式が主流で、一部水冷方式が利用されている。更に高い冷却性能を求められる場合には、コンピュータ等の電子機器に影響を与えない高い絶縁性を持つ不活性液体（例えば、スリーエムジャパン社製のフロリナートフッ素系不活性液体。なお、フロリナートは登録商標）の液体から気体への相変化を、電子機器の冷却に利用するものがある。これは、不活性液体が発熱体からの熱で沸騰して蒸発し、その際に発熱体の熱を奪って冷却することを利用したものである。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の相変化冷却装置１は、液相の冷媒を貯留するカバー３２（筐体）にＣＰＵ等の発熱体２０（発熱部材）を接触させ、発熱体２０からの熱で液相の冷媒（不活性液体）を沸騰させて冷却するものである。特許文献１に記載の相変化冷却装置１は、発熱体２０からの熱を受ける受熱部３０と、冷媒の相変化を利用して輸送された熱を放熱する放熱部４０と、それらをつなぐ配管とによって構成されている。
【０００５】
また、特許文献２の冷却モジュール１では、発熱体７を浸す液相の冷媒が小型の筐体２に貯留され、また、筐体２の天面よりも上方に冷却用の液体を流通させる液体流路４が設けられている。特許文献２の冷却モジュール１は、発熱体７の発熱により液相の冷媒を蒸発させ、これにより発熱体７を冷却すると共に、液体流路４を流通する冷却用の液体により気相の冷媒を凝縮して液相の冷媒に相変化させ、貯留された液相の冷媒に戻している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−１１５８５８号公報
【特許文献２】特開２０１６−０５４２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の通り、近年、ＩｏＴの普及により、これまでコンピュータ機器を設置しなかったような屋外等にもコンピュータ機器を設置する必要性が高くなってきており、ＣＰＵ等の発熱部材をより効果的に冷却することだけでなく、発熱部材が実装された基板を水分、塵や埃、腐食性ガスからより強固に保護することが一層求められてきている。基板には、発熱部材のほか、電子部品や、導電部材等の水分、塵や埃、腐食性ガスから悪影響を受ける部材が数多く実装されているからである。更に、省スペース化や、機器の設置位置の柔軟性の向上の観点から、発熱部材の冷却および基板の保護について、できるだけ機器が大型化しないような方法で実現することが求められている。
【０００８】
基板の保護に関し、従来のように、ゴム系やフッ素系等のコーティング剤を基板に塗布することによって基板を保護するやり方は、基板を保護するための専用の部材を設ける必要がないため機器の大型化の抑制には寄与するが、基板に実装された発熱部材の熱が逃げるのを妨げてしまうというデメリット、および、コーティング剤が経年劣化した場合、基板の保護が万全ではなくなるというデメリットがあり、できるだけ避けたいというニーズがある。
【０００９】
ここで、特許文献１のシステムによれば、冷媒の相変化を利用した冷却により発熱部材を効果的に冷却することが可能であるものの、コーティング剤を塗布することなく基板を冷却するためには、基板を保護するための機構（例えば、基板全体を覆うカバー等）が別途必要となり、機器が大型化してしまう、という問題がある。また、特許文献２のシステムによれば、冷媒の相変化を利用した冷却により発熱部材を効果的に冷却することが可能であるものの、コーティング剤を塗布することなく基板を冷却するためには、特許文献１のシステムと同様、基板を保護するための機構が別途必要となり、機器が大型化してしまう、という問題がある。更に、特許文献２のシステムでは、天面より上方に設けられた液体流路内で液体を循環させるための機構が別途必要となり、その点でも機器が大型化してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、機器の大型化を抑制しつつ、発熱部材の発熱を効果的に冷却できるようにすると共に、コーティング剤を塗布する方法以外の方法で発熱部材が実装された基板を強固に保護できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した課題を解決するために、本発明に係る電子機器関連システムおよび電子機器は、筐体と凝縮器と蒸気配管と液体配管とを含んで構成されている。筐体は、液面の上方に空間が形成された状態で不活性の液相の冷媒が貯留されると共に、当該空間に滞留する気相の冷媒の漏れが防止されている。凝縮器は、筐体の上方に設けられ、気相の冷媒を凝縮し液相の冷媒へと相変化させる。蒸気配管は、その一端に形成された気体流出口が凝縮器に接続され、その他端に形成された気体流入口が、液相の冷媒が貯留された筐体において、液面の上方に形成された空間に連通する位置に配置されている。液体配管は、筐体の天面を貫通した状態で、その一端に形成された液体流入口が凝縮器に接続され、その他端に形成された液体流出口が、液相の冷媒が貯留された筐体において、液面よりも下方に配置されている。そして、本発明に係る電子機器関連システムおよび電子機器は、筐体に貯留された液相の冷媒に、発熱部材が実装された基板が浸漬されると共に、発熱部材の発熱により液相の冷媒が蒸発して気相の冷媒が生成され、液面の上方の空間に滞留し、当該空間に滞留した気相の冷媒が蒸気配管を介して凝縮器に流入し、凝縮器において液相の冷媒へと相変化され、液体配管を介して筐体に貯留された液相の冷媒に戻されるようにしている。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように構成した本発明によれば、冷媒の相変化を利用した冷却により、空冷方式と比べて、発熱部材を効果的に冷却できる。そして、気相の冷媒から液相の冷媒への相変化が、筐体の外部に設けられた凝縮器により、冷却水が流通する機構等が利用されることなく行われるため、この点で機器の大型化を抑制できる。また、凝縮器から排出された液相の冷媒が流通する液体配管の液体流出口が液面よりも上方に位置している場合、筐体内で発生した気相冷媒が液体流出口を介して液体配管に流入してしまい、逆止弁やポンプ等を設けて強制的に冷媒の循環を行わない限り、冷媒の循環が正常に行われないことになる。一方で、本発明によれば、液体配管の液体の流出口が液面よりも下方に位置し、液体流出口を介して液体配管内に気相の冷媒が流入することが防止されているため、逆止弁やポンプ等を設けることなく、発熱部材の発熱に応じて自然に冷媒を循環させることができ、この点においても機器の大型化が抑制されている。
【００１３】
また、本発明によれば、筐体に貯留された液相の冷媒に、発熱部材が実装された基板が浸漬され、この液相の冷媒によって、基板が水分、塵や埃、腐食性ガス等から保護される。このため、発熱部材を冷却するための液相の冷媒が筐体に貯留されているという構成を好適に利用して、基板を保護するための専用の機構を設けることなく、基板を強固に保護することが可能であり、この点でも機器の大型化を抑制できる。また、基板の露出部位の全域が液相の冷媒に浸かることになるため、基板の露出部位の全域が液相の冷媒によって保護されることになり、基板にコーティング剤を塗布する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子機器関連システムおよび電子機器の概念図である。
【図２】筐体および筐体に関連する部材の第１変形例の説明に利用する図である。
【図３】液体配管の変形例の説明に利用する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器関連システム１の概念図である。図１に示すように、電子機器関連システム１は、筐体２、凝縮器３、蒸気配管４、液体配管５、センサ６および制御部７を備えている。また、電子機器関連システム１の筐体２に液相冷媒（後述）が後述する態様で貯留され、更に筐体２に貯留された液相冷媒に基板９が後述する態様で浸漬されることにより電子機器１００が構成される。以下の説明において、図１で矢印に示すように「上方」とは鉛直方向の上向きを意味し、また、「下方」とは鉛直方向の下向きを意味する。電子機器関連システム１（電子機器１００）は、基板９（プリント基板）に実装された発熱部材を冷却することを目的の１つとし、更に後述するように基板９を保護することを目的の１つとする。本実施形態において、冷却される対象となる発熱部材は、基板９に実装されたＣＰＵ１０であるものとする。ただし、発熱部材はＣＰＵ１０に限られず、基板９に実装され、発熱する部材の全てが対象となる。
【００１６】
電子機器関連システム１（電子機器１００）がＣＰＵ１０を冷却する原理を簡単に説明すると、筐体２に液相の冷媒である液相冷媒が貯留され、筐体２に貯留された液相冷媒に発熱部材であるＣＰＵ１０が実装された基板９が浸漬される。ＣＰＵ１０の駆動に応じてＣＰＵ１０が発熱すると、液相冷媒が沸騰、蒸発し、相変化によって気相の冷媒である気相冷媒が生成される。相変化の際、ＣＰＵ１０の発熱が潜熱として冷媒に吸収され、これによりＣＰＵ１０の冷却が促される。気相冷媒は蒸気配管４を介して凝縮器３に流入し、凝縮器３において気相冷媒から液相冷媒へと相変化する。相変化により生成された液相冷媒は凝縮器３から液体配管５を介して、筐体２に貯留された液相冷媒に戻される。以下、筐体２から蒸気配管４を経由して凝縮器３に至り、凝縮器３から液体配管５を経由して筐体２に戻る経路を便宜的に「冷媒経路」という。このような冷媒経路における冷媒の循環が継続して行われることにより、ＣＰＵ１０が継続して冷却される。以下、電子機器関連システム１（電子機器１００）を構成する各部材の構造的特徴を詳細に説明し、その後、電子機器関連システム１（電子機器１００）の動作を詳細に説明する。
【００１７】
筐体２は、その内部に密閉された内部空間１１が形成された六面体の箱状の部材である。電子機器関連システム１（電子機器１００）の使用時に、筐体２には液相冷媒が以下の態様で貯留される。すなわち、図１に示すように、筐体２には、内部空間１１に収容される基板９の全域が浸漬されるために十分な深さとなり、かつ、液面１２と筐体２の天面１３とがある程度離間し、液面１２と筐体２との間に蒸気滞留空間１４（特許請求の範囲の「空間」に相当）が形成されるような態様で液相冷媒が貯留される。筐体２は、筐体２に貯留された液相冷媒、および、液相冷媒が沸騰することによって生成される気相冷媒が漏れないような密閉構造を有する。筐体２の材質は例えば、鉄系のＳＰＣＣ（冷間圧延鋼鈑）やＳＥＣＣ（電気亜鉛めっき鋼板）の他、ステンレス（例えばＳＵＳ３０１や、ＳＵＳ３０４等）である。
【００１８】
筐体２に貯留される液相冷媒は、高い絶縁性を有し、化学的に安定した不活性の液体である。液相冷媒のこの性質は、筐体２に貯留された液相冷媒に基板９が浸漬されたときに、ＣＰＵ１０を含む電子部品や導電部材が実装された基板９への悪影響がないようにするためのものである。
【００１９】
また、液相冷媒は、その沸点が５５度以上７５度以下の液体である。液相冷媒のこの性質は、以下を理由とするものである。すなわち、液相冷媒の沸点が５５度未満の場合、基板９に実装されたＣＰＵ１０の性能低下が見られない温度（約７０度未満）でも、液相冷媒が沸騰して蒸気が多く発生してしまうため、凝縮のための表面積が大きくなるように凝縮器３を大型化する必要性が生じてしまうからである。また、液相冷媒の沸点が７５度を超えると、ＣＰＵ１０の温度が、熱によるＣＰＵ１０への悪影響を考慮すべき温度である９０度を超える恐れがあるからである。なお、沸点が５０度から６５度程度であれば、基板９に実装されたＣＰＵ１０の温度は８０度程度（液相冷媒の沸点プラス１５度程度の温度）までにしか上昇しない。
【００２０】
上述した各性質を備える液相冷媒として例えば、スリーエムジャパン社製のフロリナートフッ素系不活性液体（特に、沸点が５６度のフロリナートＦＣ−７２）や、ノベック高機能性液体（特に、沸点が６１度のノベック７１００。なお、ノベックは登録商標）を使用可能である。
【００２１】
図１に示すように、基板９は、筐体２の底面１５に対して固定された支持部材１６に支持された状態で、その全域が筐体２に貯留された液相冷媒に浸漬される。これにより、基板９の全域が液相冷媒に覆われた状態となる。筐体２には、基板９の導電部材に導通する内部コネクタ１８が実装されており、この内部コネクタ１８には内部ケーブル１９の一端が接続されている。筐体２の１つの側面２０には、外部コネクタ２１が設けられている。外部コネクタ２１は、筐体２の外側に存在する端子が接続可能な端子接続部２２が筐体２の外側に臨み、内部ケーブル１９の他端が接続された内部ケーブル接続部２３が筐体２の内側に臨んだ状態で、筐体２の側面２０に設けられている。外部コネクタ２１は、端子接続部２２に接続された端子と内部ケーブル１９とを電気的に接続するためのコネクタである。外部コネクタ２１は例えば、ＬＡＮポート、ＵＳＢポート、ＣＯＭ（Ｄ−Ｓｕｂ等）ポート、画像用ポート（ＨＤＭＩ等）等である。
【００２２】
図１に示すように、外部コネクタ２１は、筐体２の側面２０において液面１２より下方に設けられている。これは、以下の理由による。すなわち、液面１２よりも高い位置に外部コネクタ２１を設けた場合には、蒸気滞留空間１４内に外部コネクタ２１が露出することとなり、外部コネクタ２１の内部の隙間および外部コネクタ２１と筐体２の側面２０との隙間から筐体２の外部へ気体（特に、気相冷媒）が漏れるのを防止する対策を施す必要がある。一般に、液体よりも気体の方が隙間から漏れやすく、液体よりも気体の方がその漏れを防止する対策の難易度が高い。これに対して、液面１２よりも低い位置に外部コネクタ２１を設置すると、筐体２内では外部コネクタ２１は蒸気滞留空間１４内に露出せず、筐体２に貯留された液相冷媒内にのみ露出することとなり、隙間を透過しやすい気体（特に、気相冷媒）が外部コネクタ２１に接触することがない。このため、外部コネクタ２１の内部の隙間および外部コネクタ２１と筐体２の側面２０との隙間から筐体２の外部へ液体が漏れるのを防止する対策のみを施せばよく、漏れの対策の難易度が低く、また、冷媒の漏れを強固に防ぐことができる。
【００２３】
筐体２の側面２０と外部コネクタ２１との隙間は、筐体２に貯留された液相冷媒が筐体２の外部に漏れないよう、密閉性の高いゴム製パッキン等によりシールドされる。また、外部コネクタ２１の内部の隙間から液相冷媒が筐体２の外部に漏れないようにするため、外部コネクタ２１の内部に形成された隙間は、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂や、シリコーンゴム等で埋められる。
【００２４】
本実施形態では、外部コネクタ２１に関して上述した工夫がなされているため、気相冷媒や液相冷媒の漏れが的確に防止された状態、かつ、外部コネクタ２１を介して基板９と筐体２の外部の端子とを電気的に接続可能な状態で、密閉された筐体２の内部空間１１に貯留された液相冷媒に基板９を浸漬可能である。換言すれば、本実施形態では、筐体２に貯留された液相冷媒に基板９を浸漬するために、外部コネクタ２１に関する上述した工夫が施されている。そして、筐体２に貯留された液相冷媒に冷却対象のＣＰＵ１０（発熱部材）のみならず、基板９を浸漬することにより以下の効果を奏する。
【００２５】
すなわち、本実施形態によれば、筐体２に貯留された液相冷媒にＣＰＵ１０が実装された基板９が浸漬されることにより、液相冷媒によって、基板９の全域が水分、塵や埃、腐食性ガス等から保護される。このため、ＣＰＵ１０を冷却するための液相冷媒が筐体２に貯留されているという構成を好適に利用して、基板９を保護するための専用の機構を設けることなく、基板９を強固に保護することが可能である。また、基板９の全域が液相冷媒に浸かることになるため、基板９の全域が液相の冷媒によって保護されることになり、基板９にコーティング剤を塗布する必要がない。
【００２６】
凝縮器３は、気相冷媒を冷却して凝縮し、液相冷媒へと相変化させる部材である。凝縮器３は、筐体２の上方に設けられている。本実施形態では、凝縮器３は、銅管やステンレス管等の金属管２５が巻回されて構成されており、巻回された金属管２５の最上段の端部には、凝縮器入口２６が形成されている。凝縮器入口２６には、蒸気配管４の一端に形成された気体流出口２７が接続される。つまり、蒸気配管４の気体流出口２７は、凝縮器３の上部に接続される。
【００２７】
また、凝縮器３において、巻回された金属管２５の最下段の端部には、凝縮器出口２８が形成されている。凝縮器出口２８には、液体配管５の一端に形成された液体流入口２９が接続される。つまり、液体配管５の液体流入口２９は、凝縮器３の下部に接続される。凝縮器３は、筐体２の上方に設けられているため、その凝縮器出口２８の上下方向（鉛直方向）における位置は、筐体２の上方である。凝縮器３の金属管２５は、管内を凝縮器入口２６から凝縮器出口２８へ向かって進めば進むほど、その鉛直方向における位置が、鉛直下方へと下がっていくように巻回されている。
【００２８】
蒸気配管４は、筐体２内で発生した気相冷媒を凝縮器３に送るための配管である。上述したように、また、図１に示すように、蒸気配管４の一端に形成された気体流出口２７は、凝縮器３の上部に接続されている。また、図１に示すように、蒸気配管４の他端に形成された気体流入口３０は、筐体２の天面１３に接続されている。蒸気配管４の気体流入口３０は、筐体２の天面１３に接続されているため、電子機器関連システム１（電子機器１００）の使用時には必ず、気体流入口３０が蒸気滞留空間１４に連通した状態となる。図１に示すように、蒸気配管４は、筐体２との接続部から上方に向かって延在し、凝縮器３の上部に接続される。蒸気配管４は、熱伝導率の高い銅管の他、ステンレス管やシリコンチューブ等により構成可能である。
【００２９】
液体配管５は、凝縮器３で冷却、凝縮されて気相冷媒から相変化した液相冷媒を筐体２内に戻すための配管である。図１に示すように、液体配管５は、筐体２の天面１３を貫通した状態で上下方向に延在している。なお、液体配管５と筐体２の天面１３との隙間は、ゴム製パッキンなどによりシールドされる。上述したように、また、図１に示すように、液体配管５の一端に形成された液体流入口２９は、凝縮器３の下部に接続される。
【００３０】
図１に示すように、液体配管５は、筐体２内において、その他端（液体流入口２９が形成された一端と反対側の端）が筐体２の底面１５の近傍に位置するように下方に向かって延在している。液体配管５の他端の一部が筐体２の底面１５に接触した状態でもよい。そして、液体配管５の他端側の先端部の側面に、液体流出口３１が形成されている。このような構成のため、液体流出口３１が筐体２の底面１５と対向せず、液体流出口３１が底面１５によって塞がれることがなく、また、液体流出口３１からの液相冷媒の流出が底面１５に阻害されることがない。また、電子機器関連システム１（電子機器１００）の使用時において、液体流出口３１が筐体２の内部空間１１の最下部に位置し、液体流出口３１が形成された部分が、筐体２に貯留された液相冷媒に浸漬した状態が確実に維持される。液体配管５は、銅管や、ステンレス管、シリコンチューブ等により構成可能である。
【００３１】
センサ６は、液面１２が、予め定められた基準値以下のときと、基準値を上回っているときとで異なる検出値を出力する。基準値は、液面１２の高さ（＝筐体２に貯留された液相冷媒の深さ）が、この基準値以下となった場合には、何らかの原因により意図しない態様で液面１２が低下していると判断できるような値とされている。センサ６の検出値は随時、制御部７に出力される。制御部７は、電子機器関連システム１（電子機器１００）を監視するコンピュータが有する機能ブロックであり、ＣＰＵ等の演算処理手段がプログラムを読み出して実行することにより処理を実行する。センサ６の検出値に基づく制御部７の処理については後述する。
【００３２】
以上の構造的特徴の下、電子機器関連システム１（電子機器１００）は、以下の態様で動作する。すなわち、ＣＰＵ１０の駆動に応じてＣＰＵ１０が発熱し、ＣＰＵ１０の温度が所定以上の温度となると、筐体２内でＣＰＵ１０の発熱により液相冷媒が沸騰、蒸発し、相変化によって気相冷媒が生成される。相変化の際、ＣＰＵ１０の発熱が潜熱として冷媒に吸収され、これによりＣＰＵ１０の冷却が促される。
【００３３】
気相冷媒は、蒸気滞留空間１４内に放出され、蒸気滞留空間１４に滞留し、これにより、蒸気滞留空間１４内の圧力が増大していく。蒸気配管４の気体流入口３０は、蒸気滞留空間１４に連通した状態で筐体２の天面１３に接続されているため、蒸気滞留空間１４内の圧力の増大に応じて、気体流入口３０を介して気相冷媒が蒸気配管４に流入する（逃げる）。蒸気配管４に流入した気相冷媒は、蒸気滞留空間１４からの圧力、および、空気中を上昇する蒸気としての性質により、上方に向かって延在する蒸気配管４内を上方に向かって流通し、蒸気配管４の気体流出口２７および凝縮器３の凝縮器入口２６を介して、凝縮器３に流入する。以上のように、液相冷媒が加熱されて発生した気相冷媒（蒸気）は、ポンプ等の駆動装置なしで自動的に凝縮器３に送られる。この点で、機器の大型化が抑制されている。
【００３４】
凝縮器入口２６を介して凝縮器３に流入した気相冷媒は、凝縮器入口２６から凝縮器出口２８へ向かう圧力によって凝縮器出口２８へ向かって金属管２５内を流通し、その過程で冷却、凝縮され液相冷媒へと相変化する。上述したように、凝縮器３の金属管２５は、管内を凝縮器入口２６から凝縮器出口２８へ向かって進めば進むほど、その鉛直方向における位置が、鉛直下方へと下がっていくように巻回されている。また、液相冷媒は気相冷媒よりも密度が大きい。このため、凝縮器３内で相変化により生成された液相冷媒は、圧力および重力により凝縮器出口２８へ向かって金属管２５内を流通し、凝縮器３の凝縮器出口２８および液体配管５の液体流入口２９を介して、液体配管５に排出される。本実施形態では、凝縮器３における気相冷媒から液相冷媒への相変化（気相冷媒の冷却、凝縮）のために、液相冷媒を冷却するための冷却水を流通する機構等が利用されておらず、この点で機器の大型化が抑制されている。
【００３５】
液体流入口２９を介して液体配管５に流入した液相冷媒は、下方に向かって延在する液体配管５内を下方に向かって流通し、液体流出口３１を介して筐体２に貯留された液相冷媒に戻される。上述したように、液体配管５の液体流出口３１は、筐体２に貯留された液相冷媒内に配置されている。これにより凝縮器３で冷却されて気体から液体に戻った液相冷媒は、重力により自然に液体配管５を通じて筐体２に貯留された液相冷媒に流れて戻る。このため、本実施形態では液体配管５に液相冷媒の逆流を防止するための逆止弁を設ける必要がなく、この点においても機器の大型化が抑制されている。
【００３６】
なお、仮に液体配管５の液体流出口３１が、筐体２に貯留された液相冷媒の外側すなわち液面１２よりも高い位置に配置されると、液体配管５の液体流出口３１を介して液相配管に気相冷媒が流入してしまい、逆止弁やポンプ等を設けて強制的に冷媒経路内における冷媒の循環を行わない限り、冷媒の循環が正常に行われない。一方で、本実施形態では、液体流出口３１が液面１２よりも低い場所に位置し、液体流出口３１を介して液体配管５内に気相冷媒が流入することが防止されているため、逆止弁やポンプ等を設けることなく、ＣＰＵ１０の発熱に応じて自然に冷媒を循環させることができる。本実施形態ではこの点においても機器の大型化が抑制されている。
【００３７】
以上が使用時の電子機器関連システム１（電子機器１００）の動作である。制御部７は、電子機器関連システム１（電子機器１００）が動作している間、つまり、ＣＰＵ１０が駆動し発熱している間、センサ６から入力される検出値に基づいて、液面１２の高さが基準値以下となったか否かを監視する。電子機器関連システム１（電子機器１００）が正常に動作している場合は、冷媒の漏れが防止された状態で冷媒経路内を冷媒が循環するため、液面１２の高さが基準値以下となることはない。一方で、電子機器関連システム１（電子機器１００）に異常が発生し、何らかの原因で液面１２の高さが基準値以下となる可能性がある。異常の一例は、冷媒経路からの冷媒の漏れであり、より具体的な一例は、筐体２や、蒸気配管４、凝縮器３の金属管２５、液体配管５等の破損箇所からの冷媒の漏れである。
【００３８】
液面１２の高さが基準値以下となった後もＣＰＵ１０が駆動し続けると、ＣＰＵ１０の冷却が正常に行えない状態に至る可能性がある。これを踏まえ、制御部７は、液面１２の高さが基準値以下となったことを検出した場合、ＣＰＵ１０に所定信号を出力して、ＣＰＵ１０の駆動を停止する。なお、制御部７は、ＣＰＵ１０の駆動の停止に際し、フェールセーフ、フェールソフトの観点から手順に従って適切な処理を実行する。更に、制御部７は、所定の手段で液面１２の高さが基準値以下となったことを管理者に通知する。所定の手段は何でもよく、一例として、制御部７は、スピーカから警告音を出力したり、所定の表示パネルに情報を表示したり、発光部材を所定の態様で発光させたりする。
【００３９】
＜変形例＞
次に、上記実施形態の変形例について説明する。以下では、電子機器関連システム１（電子機器１００）の部材ごとに具体例を挙げて変形例を説明する。なお、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の要素については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
＜筐体２および筐体２に関連する部材の第１変形例＞
以下、筐体２および筐体２に関連する部材の第１変形例について説明する。図２は、筐体２および筐体２に関連する部材の第１変形例の説明に利用する図である。図２に示すように、本変形例に係る電子機器関連システム１Ａ（電子機器１００Ａ）の筐体２Ａは、内部空間１１Ａが仕切部材４０により、第１空間４１と第２空間４２とに分けられている。第１空間４１には液相冷媒が第１実施形態と同様の態様で貯留され、第１実施形態に係る内部空間１１と同様の機能を果たす。また、第２空間４２は、液相冷媒が貯留されず、仕切部材４０により液相冷媒および気相冷媒の浸入が防止された状態で第１空間４１と分け隔てられている。
【００４１】
第２空間４２に対応する筐体２Ａの側面２０Ａには、端子接続部２２Ａが筐体２Ａの外側に臨み、内部ケーブル接続部２３Ａが第２空間４２の内側に臨んだ状態で、外部コネクタ２１Ａが設けられている。内部ケーブル１９は、仕切部材４０に設けられた貫通孔４３を通って、その一端が外部コネクタ２１Ａに接続されると共に、その他端が基板９に接続されている。図１に示すように、貫通孔４３は、仕切部材４０において、第１空間４１に貯留された液相冷媒の液面１２よりも下方に設けられており、内部ケーブル１９と貫通孔４３との隙間は、ゴム製パッキンなどによりシールドされている。このため、内部ケーブル１９と貫通孔４３との隙間を介して第１空間４１から第２空間へと液相冷媒が漏れ出すことがない。
【００４２】
本変形例の構成においても、第１実施形態と同様、気相冷媒や液相冷媒の漏れが的確に防止された状態、かつ、外部コネクタ２１Ａを介して基板９と筐体２Ａの外部の端子とを電気的に接続可能な状態で、密閉された筐体２Ａの第１空間４１に貯留された液相冷媒に基板９を浸漬可能である。特に、貫通孔４３が、蒸気滞留空間１４内に位置せず、筐体２に貯留された液相冷媒内に位置しているため、貫通孔４３に対して、気体ではなく液体の漏れを防止するための対策を施せばよい。更に、本変形例によれば以下の効果を奏する。すなわち、貫通孔４３は、外部コネクタ２１（第１実施形態）と比較して構造が単純であり、外部コネクタ２１をシールドした第１実施形態と比較して、簡素な方法で強固に液相冷媒の漏れを防止することができる。
【００４３】
＜筐体２および筐体２に関連する部材のその他の変形例＞
次に、筐体２および筐体２に関連する部材のその他の変形例について説明する。上記実施形態では、外部コネクタ２１の位置は液面１２より下方であったが、外部コネクタ２１の位置を液面１２より上方としてもよい。ただし、この場合、外部コネクタ２１が蒸気滞留空間１４内に露出するため、外部コネクタ２１の内部の隙間および外部コネクタ２１と筐体２の側面との隙間を介して気体（特に、気相冷媒）が漏れ出さないように各隙間を強固にシールドする必要がある。このことは、上記変形例に係る仕切部材４０の貫通孔４３についても同様である。また、第１実施形態では、筐体２は六面体の箱状の部材であったが、筐体２の外形形状はこれに限らず、三角柱状や、円柱状であってもよい。また、第１実施形態では、外部コネクタ２１は１つであったが当然、複数の外部コネクタ２１が設けられた構成でもよい。
【００４４】
＜凝縮器３の変形例＞
次に、凝縮器３の変形例について説明する。上記実施形態では、凝縮器３は銅管やステンレス管等の金属管２５が巻回されて構成されていた。しかしながら凝縮器の構成は上記実施形態で例示したものに限られない。例えば、以下の構成でもよい。すなわち、凝縮器は、冷媒が流通する複数枚の第１フィンと、第１フィン内を流通する冷媒を冷却するための空気が流れる第２フィンとを交互に組みわせることによって構成されてもよい。この場合、各フィンは、薄い金属板を台形状に折り曲げたコルゲートフィンの他、できるだけ表面積が大きいものがよく、波型のコルゲートフィンやウェービングフィン等が適している。この場合、筐体２で発生した気相冷媒は、蒸気配管４を介して、第１フィンに流入する。気相冷媒は、第１フィン内を流通する過程で、第２フィンを流れる空気の冷却効果により冷却、凝縮され液相冷媒となり、液体配管５を介して、筐体２に貯留された液相冷媒に戻される。
【００４５】
また、凝縮器として、金属管にフィンが付属しているフィンチューブと呼ばれている構造のものを利用してもよい。ただし、凝縮器の構成にかかわらず、凝縮器は、筐体２の上方に設けられると共に、その上部に蒸気配管４が接続され、その下部に液体配管５が接続される。これにより、逆止弁やポンプを用いずに、冷媒経路における冷媒の循環が可能となるからである。
【００４６】
＜蒸気配管４の変形例＞
次に、蒸気配管４の変形例について説明する。上記実施形態では、蒸気配管４の気体流入口３０は、筐体２の天面１３に接続されていた。しかしながら、蒸気配管４は、その気体流入口３０が蒸気滞留空間１４に連通する位置に配置される構成であればよい。例えば、気体流入口３０が、蒸気滞留空間１４に対応する筐体２の側面２０に接続される構成でもよい。また例えば、蒸気配管４が天面１３を貫通し、筐体２の内部で下方に向かって少しだけ伸び、その先端（ただし、この先端は液面１２より上方に位置する）に気体流入口３０が形成される構成でもよい。ただし、上記実施形態用のように気体流入口３０を筐体２の天面に設けることにより、蒸気滞留空間１４に滞留する気相冷媒を効率よく蒸気配管４に逃がすことができ、また、蒸気配管４に流入した気相冷媒を、上下方向（鉛直方向）に伸びる蒸気配管４内で効率よく流通させることができる。
【００４７】
＜液体配管５の第１変形例＞
次に、液体配管５の第１変形例について説明する。図３は、液体配管５の変形例の説明に利用する図である。図３では、説明の便宜のため、筐体２と、本変形例に係る液体配管５Ｂのみを図示している。
【００４８】
本変形例に係る液体配管５Ｂは、柔軟性のある柔軟性のあるチューブ（例えばシリコンチューブ）により構成されており、液体流出口３１Ｂが形成された側の端の位置が固定的でなく変位可能である。そして、図３に示すように、液体配管５Ｂの先端部における液体流出口３１Ｂよりも上方の位置には、浮き部材５０が設けられている。浮き部材５０は、液面１２上に浮揚し、液体流出口３１Ｂが液面１２よりも下方に位置した状態を維持する部材である。液体流出口３１Ｂと浮き部材５０との位置は、近接しており、液体流出口３１Ｂは、浮き部材５０によって液面１２からの位置が規制され、筐体２に貯留された液相冷媒の上部に位置した状態が維持される。なお、図３では、液体流出口３１Ｂが、液体配管５Ｂが延在する方向に対して液体配管５を垂直に切ったときの切り口となっているが、液体流出口３１Ｂは上記実施形態のように液体配管５Ｂの側面に形成されていてもよい。
【００４９】
本変形例の構成によれば以下の効果を奏する。すなわち、筐体２に貯留された液相冷媒の液面１２の状態にかかわらず、液体流出口３１Ｂを液面１２の下方であって液面１２の近傍に配置でき、液体流出口３１Ｂに液相冷媒が流れ込もうとする圧力を小さくできるため、液体流出口３１Ｂから液相冷媒を排出するために液体配管５内の液相冷媒に作用すべき圧力が小さくて済み、円滑な冷媒の循環を実現できる。すなわち、上記実施形態と比較して、蒸気滞留空間１４内の気相冷媒の圧力が小さい場合にも、気相冷媒を含む空気を蒸気配管４に円滑に排出でき、また、凝縮器３で生成された液相冷媒を筐体２内の液相冷媒に円滑に戻すことができる。
【００５０】
＜液体配管５のその他の変形例＞
次に、液体配管５の第２変形例について説明する。上記実施形態では、液体流出口３１が液体配管５の先端部の側面に形成された構成であった。この点に関し、液体配管５が延在する方向に対して液体配管５を垂直に切ったときの切り口を液体流出口３１とする構成でもよい。その際、切り口に連通するように、液体配管５に沿って切り欠きを設け、液相冷媒が排出されやすくする構成でもよい。また、第１変形例のような浮き部材５０を設けない構成において、液体流出口３１を筐体２の底面１５付近ではなく、底面１５から上方に向かって離間した位置に固定的に配置するようにしてもよい。液体流出口３１が上方にあるほど、液体流出口３１に液相冷媒が流れ込もうとする圧力を小さくでき、円滑な冷媒の循環を実現できる。ただし、この場合、電子機器関連システム１（電子機器１００）の使用時において液体流出口３１が液面１２よりも下方に位置した状態が維持されるようにする必要があるため、液体流出口３１の位置は、上述した基準値に対応する位置よりも下方とすることが望ましい。
【００５１】
以上、本発明の実施形態および変形例を説明したが、上記実施形態（変形例を含む）は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１、１Ａ  電子機器関連システム
２、２Ａ  筐体
３  凝縮器
４  蒸気配管
５、５Ｂ  液体配管
６  センサ
７  制御部
９  基板
１０  ＣＰＵ（発熱部材）
１１、１１Ａ  内部空間
１２  液面
１３  天面
１４  蒸気滞留空間（空間）
１９  内部ケーブル
２１、２１Ａ  外部コネクタ
２２、２２Ａ  端子接続部
２３、２３Ａ  内部ケーブル接続部
２７  気体流出口
２９  液体流入口
３０  気体流入口
３１、３１Ｂ  液体流出口
４０  仕切部材
４１  第１空間
４２  第２空間
４３  貫通孔
５０  浮き部材
１００、１００Ａ  電子機器
【図１】
2020174066.tif 000003
【図２】
2020174066.tif 000004
【図３】
2020174066.tif 000005