(57)【要約】【課題】冷却水中のｐＨ及び腐食防止剤の濃度を管理して金属の腐食や樹脂の劣化を防止する電子機器冷却システムを提供する。【解決手段】電子機器に搭載された冷却部２１と冷却水を貯留する冷却水タンク３０との間に冷却水を循環させる。また、冷却部２１と冷却タンク３０との間の配管１４の途中にｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂを配置し、冷却水のｐＨが中性〜弱アルカリ性の範囲から外れたときにはｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂを介して冷却水をイオン交換樹脂が配置されたイオン交換部２７ａ，２７ｂに移送する。そして、イオン交換部２７ａ，２７ｂを通過した冷却水に、腐食防止剤タンク２８ａ，２８ｂからバルブ２９ａ，２９ｂを介して腐食防止剤を添加する。【選択図】図１
2013125888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器に搭載される冷却部と、
冷却水を貯留する冷却水タンクと、
前記冷却水タンクと前記冷却部との間で冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記冷却部と前記冷却水タンクとの間に配置されて冷却水が通る第１の配管と、
前記第１の配管の途中に配置されて前記第１の配管を通る冷却水のｐＨが所定範囲から外れたときに前記第１の配管に流れる冷却水の少なくとも一部をバイパスさせるバイパス部と、
イオン交換樹脂が配置され、前記バイパス部によりバイパスされた冷却水が通るイオン交換部と、
前記イオン交換部を通過した冷却水に腐食防止剤を添加する腐食防止剤添加部と、
前記腐食防止剤が添加された冷却水を前記冷却水タンクと前記冷却部との間で循環する冷却水に合流させる第２の配管と
を有することを特徴とする電子機器冷却システム。
【請求項２】
前記バイパス部が、ｐＨによって体積変化するｐＨ応答性高分子を含むｐＨ応答バルブを有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器冷却システム。
【請求項３】
前記バイパス部は、前記冷却水のｐＨが７乃至９の範囲から外れたときに、前記第１の配管に流れる冷却水の少なくとも一部をバイパスさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器冷却システム。
【請求項４】
前記腐食防止剤添加部は、前記イオン交換部を通過した冷却水に、前記腐食防止剤とともにｐＨ調整剤を添加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。
【請求項５】
前記バイパス部と前記イオン交換部との間に配置されて前記バイパス部でバイパスされた冷却水が通る第３の配管と、
前記第３の配管内の圧力の変化を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部から出力される信号に応じて作動し、前記第１の配管を流れる冷却水を前記第３の配管を介して前記イオン交換部に移送するバイパスポンプと
を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の電子機器では、搭載される半導体装置の高性能化にともない、電子機器内で発生する発熱量が年々上昇する傾向にある。従来、電子機器の冷却には、空冷式冷却システムが採用されていた。空冷式冷却システムでは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の半導体装置にヒートシンクを取り付け、送風ファンによりヒートシンクに冷風を吹き付けて、半導体装置を冷却している。
【０００３】
しかし、空冷式冷却システムでは、発熱量が大きい半導体装置を十分に冷却することができなくなってきた。このため、空冷式よりも冷却能力が高い水冷式冷却システムが採用されることも多い。水冷式冷却システムでは、銅等の金属により形成された中空薄板状の冷却板を半導体装置に取り付け、冷却板と熱交換器との間を樹脂又は金属の配管で接続し、半導体装置で発生した熱を冷却水により熱交換器に移送して、熱交換器から大気中に放熱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３９５４１号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／０５３８１０
【特許文献３】特開平９−１３７８７２号公報
【特許文献４】特開２０００−２７５１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷却水中のｐＨ及び腐食防止剤の濃度を管理して金属の腐食や樹脂の劣化を防止する電子機器冷却システム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】
【０００６】
開示の技術の一観点によれは、電子機器に搭載される冷却部と、冷却水を貯留する冷却水タンクと、前記冷却水タンクと前記冷却部との間で冷却水を循環させる循環ポンプと、前記冷却部と前記冷却水タンクとの間に配置されて冷却水が通る第１の配管と、前記第１の配管の途中に配置されて前記第１の配管を通る冷却水のｐＨが所定範囲から外れたときに前記第１の配管に流れる冷却水の少なくとも一部をバイパスさせるバイパス部と、イオン交換樹脂が配置され、前記バイパス部によりバイパスされた冷却水が通るイオン交換部と、前記イオン交換部を通過した冷却水に腐食防止剤を添加する腐食防止剤添加部と、前記腐食防止剤が添加された冷却水を前記冷却水タンクと前記冷却部との間で循環する冷却水に合流させる第２の配管とを有する電子機器冷却システムが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
上記一観点に係る電子機器冷却システムによれば、冷却水中のｐＨ及び腐食防止剤の濃度を管理して金属の腐食や樹脂の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を説明する図である。
【図２】図２（ａ）はｐＨ応答バルブの一例を示す縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩ−Ｉ線の位置における横断面図である。
【図３】図３は、同じくそのｐＨ応答バルブが開の状態を示す縦断面図である。
【図４】図４は、ｐＨ応答バルブの動作を示す図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を説明する図である。
【図６】図６はｐＨ応答バルブの構造を示す断面図（その１）である。
【図７】図７はｐＨ応答バルブの構造を示す断面図（その２）である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を説明する図である。
【図９】図９は、比較例の電子機器冷却システムを説明する図である。
【図１０】図１０は、第１〜第３の実施形態及び比較例の電子機器冷却システムにより試験片の侵食度、ｐＨの変化、腐食防止剤（インヒビター）濃度の変化及び導電率の変化を調べた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１０】
水冷式冷却システムでは、冷却水中に腐食防止剤（インヒビター）を添加して金属の腐食を防止している。しかし、水冷式冷却システムを長期間使用すると、種々の原因により冷却水中にイオンが溶け込み、冷却水が酸性又はアルカリ性になることがある。冷却板や配管等に使用される銅等の金属は、酸性の液に接触すると金属イオンが溶出して腐食の原因となる。また、樹脂製の配管やＯリング等が酸性又はアルカリ性の液に接触すると、樹脂が劣化して液漏れの原因となる。
【００１１】
イオンによる金属の腐食や樹脂の劣化を防止するために、冷却水中のイオンをイオン交換樹脂で吸着し、除去することが考えられる。しかし、イオン交換樹脂によって腐食防止剤も吸着されてしまうため、単にイオン交換樹脂を使用するだけでは腐食を十分に防止することができない。
【００１２】
以下の実施形態では、冷却水中のｐＨ及び腐食防止剤の濃度を管理して金属の腐食や樹脂の劣化を防止する電子機器冷却システムについて説明する。
【００１３】
１．第１の実施形態
（電子機器冷却システム）
図１は、第１の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を説明する図である。
【００１４】
本実施形態に係る電子機器冷却システムは、冷却板２１と、熱交換器２４と、冷却水タンク３０と、循環ポンプ３１と、ｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂと、イオン交換部２７ａ，２７ｂと、腐食防止剤タンク２８ａ，２８ｂとを有する。
【００１５】
冷却板２１は銅等の熱伝導性が良好な金属により形成され、内側には冷却水が通流する空間が設けられている。この冷却板２１は、電子機器１０内の半導体装置又はその他の電子部品に取り付けられる。冷却板２１は、冷却部の一例である。
【００１６】
本実施形態では、図１のように、電子機器１０内の複数の電子部品に冷却板２１が取り付けられている。そして、複数（図１では３個）の冷却板２１がホース２３により直列に接続されて１つの冷却板群を形成し、複数の冷却板群（図１では４つの冷却板群）がインレット側マニホールド２２ａとアウトレット側マニホールド２２ｂとの間に並列に接続されている。
【００１７】
インレット側マニホールド２２ａには、冷却水タンク３０に貯留された冷却水が配管１１、循環ポンプ３１及び配管１２を介して供給される。インレット側マニホールド２２ａに供給された冷却水は、ホース２３を介して各冷却板２３に供給され、アウトレット側マニホールド２２ｂに到達する。冷却水が冷却板２１を通る際に、電子部品で発生した熱を吸収して、冷却水の温度が上昇する。
【００１８】
アウトレット側マニホールド２２ｂは配管１３を介して熱交換器２４に接続されている。熱交換器２４は例えば冷却水が通流する配管と、配管に接続された多数の放熱フィンと、放熱フィン間にエアーを通流させる送風ファンとを有し、配管を通る冷却水を冷却する。熱交換器２４で冷却された冷却水は、配管１４を介して冷却水タンク３０に戻る。配管１４は、第１の配管の一例である。
【００１９】
配管１４の途中にはｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂが接続されている。配管１４を通る冷却水のｐＨが９よりも高いときはｐＨ応答バルブ２５ａが開になり、冷却水のｐＨが７よりも低いときはｐＨ応答バルブ２５ｂが開になる。ｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂの詳細な説明は後述する。ｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂは、バイパス部の一例である。
【００２０】
配管１４を通る冷却水のｐＨが９よりも高くなってｐＨ応答バルブ２５ａが開になると、配管１４を通る冷却水の一部がｐＨ応答バルブ２５ａを介して配管１５ａ内に流入する。配管１５ａには圧力計１７ａが取り付けられており、配管１５ａ内に冷却水が流入すると圧力計１７ａが圧力の変化を検出する。そして、圧力計１７ａから出力される信号に基づいてバイパスポンプ２６ａが作動する。このバイパスポンプ２６ａの作動により、配管１４を通る冷却水の一部がイオン交換部２７ａに移送される。配管１５ａ及び後述する配管１５ｂは、第３の配管の一例である。また、圧力計１７ａ及び後述する圧力計１７ｂは、圧力検出部の一例である。
【００２１】
なお、配管１５ａ内に流入する冷却水の圧力がイオン交換部２７ａを通過できる程度に高い場合は、圧力計１７ａ及びバイパスポンプ２６ａを設けなくてもよい。また、圧力計１７ａ以外の方法で配管１５ａ内への冷却水の流入を検出し、バイパスポンプ２６ａを作動させるようにしてもよい。
【００２２】
イオン交換部２７ａにはイオン交換樹脂が配置されており、イオン交換樹脂により冷却水中のイオンが吸着される。イオン交換部２７ａのイオン交換樹脂は陰イオンを吸着するものであればよいが、陽イオン及び陰イオンの両方を吸着する混床型イオン交換樹脂を使用してもよい。混床型イオン交換樹脂として、シグマアルドリッチ社製アンバーライトＩＲＮ１５０を例示することができる。イオン交換部２７ａでは、冷却水中に含まれるイオンだけでなく、腐食防止剤も吸着される。すなわち、イオン交換部２７ａを冷却水が通ることにより、冷却水中のイオン及び腐食防止剤が除去される。
【００２３】
イオン交換部２７ａと冷却水タンク３０との間には配管１６ａが接続されており、イオン交換部２７ａを通過後の冷却水は配管１６ａを通って冷却水タンク３０に戻る。配管１６ａにはバルブ２９ａを介して腐食防止剤タンク２８ａが接続されている。この腐食防止剤タンク２８ａには腐食防止剤とｐＨ調整剤とを含む液体が貯留されており、バルブ２９ａを介して配管１６ａを通る冷却水に腐食防止剤及びｐＨ調整剤が添加される。腐食防止剤タンク２８ａ、バルブ２９ａ、後述する腐食防止剤タンク２８ｂ及びバルブ２９ｂは、腐食防止剤添加部の一例である。また、配管１６ａ及び後述する配管１６ｂは、第２の配管の一例である。
【００２４】
本実施形態では、バルブ２９ａがバイパスポンプ２６ａに連動して開閉するものとする。すなわち、ポンプ１６ａが作動している間はバルブ２９ａは開状態となり、配管１６ａを通る冷却水に腐食防止剤及びｐＨ調整剤が一定の割合で添加される。そして、ポンプ１６ａが停止している間は、バルブ２９ａは閉状態になる。
【００２５】
なお、ｐＨ応答バルブ２５ａの開閉を検知してバルブ２９ａを開閉するようにしてもよい。バルブ２９ａに替えて、腐食防止剤タンク２８ａと配管１６ａとの間に、ポンプ１６ａと連動する定量ポンプを配置してもよい。
【００２６】
本実施形態では、腐食防止剤としてＢＴＡ（Benzo triazole）を使用し、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を使用するものとする。腐食防止剤タンク２８ａには、冷却水中の腐食防止剤の規定濃度に対して１００倍程度の濃度の液体を貯留しておく。例えば、腐食防止剤タンク２９ａに貯留する液体中のＢＴＡ濃度を１ｗｔ％とし、水酸化ナトリウムの濃度を０．２ｗｔ％とする。そして、配管１６ａを通る冷却水１Ｌ（リットル）に対し腐食防止剤タンク２９ａ中の液体を１０ｍＬの割合で添加する。
【００２７】
腐食防止剤はＢＴＡに限定されるものではなく、市販のものを使用してもよい。また、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウム以外の薬剤を使用してもよく、ｐＨ調整剤の添加により冷却水のｐＨが中性から弱アルカリ性（ｐＨ７〜ｐＨ９）の範囲内になればよい。なお、ｐＨ調整剤の添加は必須ではないが、冷却水のｐＨを安定させるために、本実施形態のように冷却水中にｐＨ安定剤を添加することが好ましい。
【００２８】
ｐＨ調整剤の添加により配管１４を通る冷却水のｐＨが中性から弱アルカリ性の範囲内になると、ｐＨ応答バルブ２５ａは閉状態になる。これにより配管１５ａ内の圧力が減少し、圧力計１７ａからの信号によりバイパスポンプ２６ａが停止するとともに、バルブ２９ａが閉となる。
【００２９】
一方、配管１４を通る冷却水のｐＨが７よりも低くなってｐＨ応答バルブ２５ｂが開になると、配管１４を通る冷却水の一部がｐＨ応答バルブ２５ｂを介して配管１５ｂ内に流入する。配管１５ｂには圧力計１７ｂが取り付けられており、配管１５ｂ内に冷却水が流入すると圧力計１７ｂが圧力の変化を検出して、バイパスポンプ２６ｂが作動する。このバイパスポンプ２６ｂの作動により、配管１４を通る冷却水の一部がイオン交換部２７ｂに移送される。
【００３０】
イオン交換部２７ｂにはイオン交換樹脂が配置されており、イオン交換樹脂により冷却水中のイオン及び腐食防止剤が吸着される。イオン交換部２７ｂのイオン交換樹脂は陽イオンを吸着するものであればよいが、混床型イオン交換樹脂を使用してもよい。
【００３１】
イオン交換部２７ｂと冷却水タンク３０との間には配管１６ｂが接続されており、イオン交換部２７ｂを通過後の冷却水は配管１６ｂを通って冷却水タンク３０に戻る。配管１６ｂにはバルブ２９ｂを介して腐食防止剤タンク２８ｂが接続されている。この腐食防止剤タンク２８ｂにも腐食防止剤及びｐＨ調整剤を含む液体が貯留されており、バルブ２９ｂを介して配管１６ｂを通る冷却水に腐食防止剤及びｐＨ調整剤が添加され、冷却水のｐＨが中性から弱アルカリ性の範囲内に調整される。バルブ２９ｂは、バイパスポンプ２６ｂの作動に同期して開閉する。
【００３２】
本実施形態では、上述したように、電子機器１０から排出される冷却水中のｐＨが中性から弱アルカリ性の範囲（ｐＨ７〜ｐＨ９）から外れると、ｐＨ応答バルブ２５ａ又はｐＨ応答バルブ２５ｂが開状態となる。そして、イオン交換部２７ａ又はイオン交換部２７ｂに配置されたイオン交換樹脂により冷却水中のイオン及び腐食防止剤が除去された後、腐食防止剤タンク２８ａ又は腐食防止剤タンク２８ｂから冷却水中にｐＨ調整剤及び腐食防止剤が添加される。ｐＨ調整剤及び腐食防止剤が添加された冷却水は、配管１６ａ，１６ｂを介して冷却水タンク３０に入り、熱交換器２４から配管１４を介して直接冷却水タンク３０に入った冷却水と合流する。その後、冷却水タンク３０から循環ポンプ３１を介して電子機器１０に供給される。
【００３３】
このようにして冷却水のｐＨ及び腐食防止剤濃度を管理することにより、冷却システム内の金属部品の腐食及び樹脂部品の劣化が抑制され、液漏れ等の不具合の発生が回避される。その結果、冷却システムの信頼性が向上するという効果を奏する。
【００３４】
（ｐＨ応答バルブ）
図２（ａ）はｐＨ応答バルブの一例を示す縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩ−Ｉ線の位置における横断面図である。また、図３は、ｐＨ応答バルブが開の状態を示す縦断面図である。なお、図２（ａ）及び図３中の矢印は、冷却水の流れ方向を示している。
【００３５】
図２（ａ）のように、ｐＨ応答バルブ２５は、配管１４に接続される主流路４１と、配管１５ａ又は配管１５ｂに接続される分岐流路４２とを有する。また、主流路４１と分岐流路４２との接続部内側には、ｐＨに感応して伸縮する積層構造体４０と、積層構造体４０の周囲を囲むメッシュ４３とが配置されている。メッシュ４３は、冷却水中に混入した固形物を除去するためのものである。
【００３６】
積層構造体４０は、ｐＨ応答性高分子層５２を一対の多孔質板５１で挟んで形成したサンドウィッチ構造体５０を、スペーサ５３を挟んで複数積層したものである。積層構造体４０の積層方向の一端側（図２（ａ）では上側）は主流路４１と分岐流路４２との接続部の内壁面に固定され、他端側（図２（ａ）では下側）には円形のバルブ板５４が取り付けられている。積層構造体４０が収縮した状態では、主流路４１の外側に配置されたＯリング４７にバルブ板５４の縁部が密着して、分岐流路４２には冷却水が流れない。
【００３７】
冷却水のｐＨが所定の範囲になると、図３のようにｐＨ応答性高分子層５２が膨張し、積層構造体４０が伸長して、バルブ板５４とＯリング４７との間に隙間が発生する。この隙間を通って冷却水の一部が主流路４１から分岐流路４２に流れるようになる。
【００３８】
ｐＨ応答性高分子層５２は、ｐＨの変化によって高分子の物理的状態（自己会合）が変化するｐＨ応答性高分子により形成されている。ｐＨ応答性高分子には、例えばアクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸（ＭＡＡｃ）、無水マレイン酸（ＭＡｎｈ）、マレイン酸（ＭＡｃ）、ＡＭＰＳ（２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸）、Ｎ−ビニルホルムアミド（ＮＶＡ）、Ｎ−ビニルアセトアミド（ＮＶＡ）、アミノエチルメタクリレート（ＡＥＭＡ）、ホスホリルエチルアクリレート（ＰＥＡ）、及びメタクリレート（ＰＥＭＡ）などのｐＨ感受性ビニルモノマーがある。
【００３９】
この種のｐＨ応答性高分子は、ポリリシン又はポリグルタミン酸などのアミノ酸からポリペプチドとして合成することができる。また、リゾチーム、アルブミン及びカゼインなどのタンパク質、アルギン酸、ヒアルロン酸、カラギーナン、キトサン及びカルボキシメチルセルロースなどの多糖類、又はＤＮＡなどの核酸などの天然高分子から誘導することもできる。
【００４０】
ｐＨ応答性高分子の別の例として、アミノ基とカルボキシル基とを有する高分子共重合体から調整したものがある。高分子の組み合わせによって、中性の領域では収縮しており、酸性又はアルカリ性の領域で膨潤するマトリックスが得られる。この例として、例えば２−ジメチルアミノエチルメタアクリレートと２−ヒドロキシエチルメタアクリレートとの共重合体、及びアクリル酸と２−ヒドロキシエチルメタアクリレートとの共重合体などがある。
【００４１】
ｐＨ応答性高分子が体積変化するｐＨは、高分子ゲルの構造及び組成により、種々設計可能である。
【００４２】
ところで、本実施形態では、ｐＨ応答性高分子層５２を支持する基板として多孔質板５１を使用している。これは、ｐＨ応答性高分子層５２と冷却水との接触面積を大きくしてｐＨ応答性高分子層５２の応答性を良好にするためである。
【００４３】
以下、ｐＨ応答性高分子層５２を多孔質板５１に固定化する方法について説明する。
【００４４】
ここでは、ｐＨ応答性高分子として、２−ジメチルアミノエチルメタアクリレートと２−ヒドロキシエチルメタアクリレートとの共重合体、及びアクリル酸と２−ヒドロキシエチルメタアクリレートとの共重合体を使用するものとする。２−ジメチルアミノエチルメタアクリレートと２−ヒドロキシエチルメタアクリレートとの共重合体は、酸性側で膨潤する。一方、アクリル酸と２−ヒドロキシエチルメタアクリレートとの共重合体は、アルカリ性側で膨潤する。
【００４５】
多孔質板５１の材質は、上述のｐＨ応答性高分子を結合させることができるものであれば特に制限されない。例えば、多孔質板５１は、金属材料、炭素材料、半導体材料及びその複合材料、無機材料、並びに有機材料などから形成することができる。
【００４６】
金属材料として、例えば白金、白金黒、金、パラジウム、ロジウム、銀、水銀、タングステン、銅、及びそれらの化合物などを使用することができる。また、炭素材料として、グラファイト及びカ−ボンファイバーなどを使用することができる。更に、半導体材料及びその複合材料として、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素及びＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）などを使用することができる。更にまた、無機材料として、ガラス、石英ガラス、アルミナ、サファイア、セラミクス、フォルステライト、及び感光性ガラスなどを使用することができる。更にまた、有機材料として、高分子材料などを使用することができる。
【００４７】
ｐＨ応答性高分子を多孔質板５１に結合させる方法として、高分子の合成分野において公知の方法を適宜用いることができる。ｐＨ応答性高分子は、多孔質板５１にグラフト結合させることが好ましい。ここでグラフト結合とは、幹となる基材、好ましくは高分子基材に、ｐＨ応答性高分子を枝状に結合させることをいう。
【００４８】
ｐＨ応答性高分子を基材にグラフト結合させる方法としては、例えば、基材に放射線、電子線、又はプラズマ等を照射して表面近傍に活性種を発生させ、これを開始点としてモノマーを重合させる方法がある。また、基材表面に化学的処理を施して反応性基を発生させ、その反応性基と反応可能な官能基を有するｐＨ応答性高分子と結合させる方法もある。更に、反応性基を持つ高分子で基材を構成し、その反応性基と反応可能な官能基を有するｐＨ応答性高分子と結合させる方法もある。
【００４９】
ここで、反応性基としては、カルボキシル基、アルデヒド基、アミノ基、イミノ基、スルホン酸基、エポキシ基、イソシアネート基、酸クロリド基、ヒドロキシ基、チオール基、及びジスルフィド基等の官能基を例示できる。
【００５０】
多孔質板５１として高分子基材を用いる場合、ｐＨ応答性高分子をグラフト結合させることにより、高分子基材とｐＨ応答性高分子で構成されるグラフト共重合体が得られる。グラフト共重合体とは、幹となる単量体単位のところどころに他種の単量体単位が側鎖として配列した構造をもつ共重合体をいう。
【００５１】
以下、多孔質板にｐＨ応答性高分子をグラフト結合させる具体的な方法について説明する。
【００５２】
ここでは、多孔質基板として、平均孔径が１０μｍのポリプロピレン製の不織布を使用した。そして、この不織布をアルゴン雰囲気下でプラズマを照射して、表面に活性種を発生させた。
【００５３】
酸性側で開となるｐＨ応答バルブを作製するために、２−ジメチルアミノエチルメタアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタアクリレート、及びエチレングリコールジメタアクリレートの混合液にアルキルフェノン系光重合開始剤（Chiba社製、Irgacure651）を添加した液体を用意した。
【００５４】
一方、アルカリ性側で開となるｐＨ応答バルブを作製するために、アクリル酸、２−ヒドロキシエチルメタアクリレート、及びエチレングリコールジメタアクリレートの混合液にアルキルフェノン系光重合開始剤（Chiba社製、Irgacure651）を添加した液体を用意した。
【００５５】
これらの液体をプラズマ照射後の不織布の上に滴下した後、紫外線を照射して重合反応させた。このようにして、多孔質板にｐＨ応答性高分子をグラフト結合させることができた。
【００５６】
図４は、横軸にｐＨをとり、縦軸にバルブ開度をとって、ｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂの動作を示す図である。ｐＨ応答バルブ２５ａは、ｐＨが９以下のときに閉となり、ｐＨが９よりも高くなると開になる。ｐＨ応答バルブ２５ｂは、ｐＨが７よりも低いときに開となり、ｐＨが７以上になると閉になる。
【００５７】
２．第２の実施形態
図５は、第２の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を説明する図である。
【００５８】
なお、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂに替えてｐＨ応答バルブ３５を使用していることにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同じである。そのため、図５において図１と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
本実施形態では、熱交換器２４と冷却水タンク３０との間を接続する配管１４の途中にｐＨ応答バルブ３５が接続されている。ｐＨ応答バルブ３５は四方バルブであり、配管１４を流れる冷却水のｐＨが７よりも低いときには冷却水の一部が配管１５ｂに流れ、配管１４を流れる冷却水のｐＨが９よりも高いときには冷却水の一部が配管１５ａに流れる。
【００６０】
図６，図７はｐＨ応答バルブ３５の構造を示す断面図である。図６は冷却水のｐＨが中性から弱アルカリ性（ｐＨ７〜ｐＨ９）の範囲内のときの状態を示し、図７は冷却水のｐＨがアルカリ性のときの状態を示している。なお、図６，図７中の矢印は、冷却水の流れる方向を示している。
【００６１】
図６，図７のように、ｐＨ応答バルブ３５は、配管１４に接続される主流路６１と、配管１５ａに接続される分岐流路６２ａと、配管１５ｂに接続される分岐流路６２ｂとを有する。また、主流路６１と分岐流路６２ａ，６２ｂとの接続部内側には、ｐＨに感応して伸縮する積層構造体６０ａ，６０ｂと、積層構造体６０ａ，６０ｂを囲むメッシュ６３ａ，６３ｂとが配置されている。メッシュ６３ａとメッシュ６３ｂとの間には支持板６４が配置されている。積層構造体６０ａは支持板６４の上側に固定され、積層構造体６０ｂは支持板６４の下側に固定されている。
【００６２】
積層構造体６０ａは、ｐＨ応答性高分子層７２ａを一対の多孔質板７１で挟んで形成したサンドウィッチ構造体７０ａを、スペーサ７３を挟んで複数積層したものである。ｐＨ応答性高分子層７２ａは、ｐＨが７よりも低いときに膨張するｐＨ応答性高分子により形成されている。
【００６３】
積層構造体６０ａの上部には円形のバルブ板７４ａが取り付けられており、積層構造体７０ａが収縮した状態では主流路６１の外側に配置されたＯリング６７ａにバルブ板７４ａの縁部が密着して、分岐流路６２ａには冷却水が流れない。
【００６４】
冷却水のｐＨが７よりも低くなると、図６のようにｐＨ反応性高分子層７２ａが膨張し、積層構造体６０ａが伸長して、バルブ板７４ａとＯリング６７ａとの間に隙間が発生する。この隙間を通って冷却水の一部が主流路６１から分岐流路６２ａに流れる。
【００６５】
これと同様に、積層構造体６０ｂは、ｐＨ応答性高分子層７２ｂを一対の多孔質板７１で挟んで形成したサンドウィッチ構造体７０ｂを、スペーサ７３を挟んで複数積層したものである。ｐＨ応答性高分子層７２ｂは、ｐＨが９よりも高いときに膨張するｐＨ応答性高分子により形成されている。
【００６６】
積層構造体６０ｂの下部には円形のバルブ板７４ｂが取り付けられており、積層構造体７０ｂが収縮した状態では主流路６１の外側に配置されたＯリング６７ｂにバルブ板７４ｂの縁部が密着して、分岐流路６２ｂには冷却水が流れない。
【００６７】
冷却水のｐＨが９よりも高くなると、ｐＨ反応性高分子層７２ｂが膨張し、積層構造体６０ｂが伸長して、バルブ板７４ｂとＯリング６７ｂとの間に隙間が発生する。この隙間を通って冷却水の一部が主流路６１から分岐流路６２ｂに流れる。
【００６８】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
３．第３の実施形態
図８は、第３の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を説明する図である。図８において、図１と同一物には同一符号を付している。
【００７０】
本実施形態においては、熱交換器２４と冷却水タンク３０との間を接続する配管１４の途中に、ｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂが直列に接続されて配置されている。ｐＨ応答バルブ２５ａは、冷却水のｐＨが９以下のときに閉状態となり、ｐＨが９よりも高いときは開状態となる。また、ｐＨ応答バルブ２５ｂは、冷却水のｐＨが７よりも低いときに開状態となり、ｐＨが７以上のときは閉状態となる。
【００７１】
冷却水のｐＨが７から９の範囲内の場合は、ｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂはいずれも閉状態であるので、熱交換器２４を出た冷却水は分岐流路１５ａを通ることなく冷却水タンク３０に入る。
【００７２】
一方、冷却水のｐＨが９よりも高い場合はｐＨ応答バルブ２５ａが開状態となり、冷却水のｐＨが７よりも低い場合はｐＨ応答バルブ２５ｂが開状態となるので、いずれの場合も配管１４を通る冷却水の一部が配管１５ａに流れる。そして、配管１５ａ内の圧力の変化を圧力計１７ａが検出し、バイパスポンプ２６ａが作動して、イオン交換部２７ａに冷却水が移送される。
【００７３】
イオン交換部２７ａには混床型イオン交換樹脂が配置されており、イオン交換部２７ａで冷却水中のイオン及び腐食防止剤が除去される。その後、腐食防止剤タンク２８ａからバルブ２９ａを介して冷却水中に腐食防止剤及びｐＨ調整剤が添加される。
【００７４】
本実施形態においては、冷却水が酸性及びアルカリ性のいずれであってもｐＨ応答バルブ２５ａ，２５ｂにより配管１４を流れる冷却水の一部が配管１５ａに流れる。そして、イオン交換部２７ａで冷却水中のイオン及び腐食防止剤を除去した後、腐食防止剤タンク２８ａから冷却水に腐食防止剤及びｐＨ調整剤を添加する。
【００７５】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態においては、バイパスポンプ、イオン交換部及び腐食防止剤タンク等が１組でよいので、第１の実施形態に比べて設備コストが低くなるという利点がある。
【００７６】
４．実験
本願発明者らは、上述した第１〜第３の実施形態に係る電子機器冷却システムを作製した。また、比較例として、図９のようにｐＨ応答バルブ、イオン交換部及び腐食防止剤タンク等がなく、熱交換器２４を通過した冷却水が配管１４を通って冷却水タンク３０に戻る電子機器冷却システムを作製した。
【００７７】
そして、これらの冷却システムの冷却水循環流路内に試験片を配置し、試験片の侵食度、ｐＨの変化、腐食防止剤（インヒビター）濃度の変化及び導電率の変化を調べた。
【００７８】
ここで、試験片として、５０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍの銅板を使用した。銅板はその全面を４００番の研磨布で研磨し、水で洗浄した後、メタノール及びアセトンで脱脂した。そして、乾燥後の試験片の重量を測定した。
【００７９】
冷却水として、ＢＴＡを１００ｐｐｍ、水酸化ナトリウムを２０ｐｐｍの濃度で含む純水を使用した。試験片に接触する冷却水の温度は６０℃とした。
【００８０】
試験開始から９０日経過後及び１８０日経過後に試験片を取り出した。そして、試験片に付着した腐食生成物を除去した後、メタノール及びアセトンで洗浄し、乾燥後の試験片の重量を測定した。
【００８１】
その後、下記（１）式により、腐食度Ｗを算出した。腐食度Ｗは、試験片の単位表面積１ｄｍ2に対する１日当たりの腐食減料（ｍｇ）であり、その単位はｍｍｄである。
【００８２】
Ｗ＝（Ｍ１−Ｍ２）／（Ｓ×Ｔ）  …（１）
ここで、Ｗは腐食度（ｍｄｄ）、Ｍ１は試験片の試験前の重量（ｍｇ）、Ｍ２は試験片の試験後の重量（ｍｇ）、Ｓは試験片の表面積（ｄｍ2）、Ｔは試験開始後からの経過日数である。
【００８３】
また、下記（２）式により、侵食度Ｐを算出した。侵食度Ｐは１年当たりの侵食深さをｍｍで表したものであり、その単位はｍｍ／ｙである。
【００８４】
Ｐ＝Ｗ×３６５×１０-4／ｄ  …（２）
ここで、Ｐは侵食度（ｍｍ／ｙ）、Ｗは腐食度（ｍｄｄ）、ｄは試験片の密度（ｇ／ｃｍ3である。
【００８５】
なお、冷却水中の腐食防止剤（インヒビター）の濃度は、紫外線分光光度計（日立製作所製Ｕ−１１００）により測定した。また、冷却水の導電率及びｐＨは、卓上型メータ（堀場製作所製Ｆ−５５）により測定した。これらの測定結果を、まとめて図１０に示す。
【００８６】
図１０からわかるように、第１〜第３の実施形態では、試験開始後０日目から１８０日目まで冷却水のｐＨがほぼ一定である。これは、イオン交換樹脂と腐食防止剤及びｐＨ調整剤とにより水質が一定に保持された結果によるものと考えられる。
【００８７】
また、第１〜第３の実施形態では、冷却水の伝導率が１５０μＳ／ｃｍ〜１６０μＳ／ｃｍ程度であり、それ以上上昇しないことがわかる。更に、第１〜第３の実施形態では、冷却水中の腐食防止剤（インヒビター）の濃度が１００ｐｐｍ程度とほぼ一定であり、試験開始から１８０日経過した後でも侵食度が０．００５ｍｍ／ｙ以下と極めて少ないものであった。
【００８８】
一方、比較例では、日数の経過にともなって冷却水中のｐＨの値及び腐食防止剤（インヒビター）の濃度が低くなり、侵食度が大きくなった。また、比較例では、冷却水中のイオンを除去する部分がないため、日数の経過とともに冷却液中のイオン濃度が上昇して導電率も上昇した。侵食度の増大は、冷却水中のイオン濃度の上昇に起因していると考えられる。
【００８９】
これらの実験結果から、第１〜第３の実施形態に係る電子機器冷却システムにより、金属の腐食やイオンによる樹脂の劣化が抑制されることが確認された。
【００９０】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００９１】
（付記１）電子機器に搭載される冷却部と、
冷却水を貯留する冷却水タンクと、
前記冷却水タンクと前記冷却部との間で冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記冷却部と前記冷却水タンクとの間に配置されて冷却水が通る第１の配管と、
前記第１の配管の途中に配置されて前記第１の配管を通る冷却水のｐＨが所定範囲から外れたときに前記第１の配管に流れる冷却水の少なくとも一部をバイパスさせるバイパス部と、
イオン交換樹脂が配置され、前記バイパス部によりバイパスされた冷却水が通るイオン交換部と、
前記イオン交換部を通過した冷却水に腐食防止剤を添加する腐食防止剤添加部と、
前記腐食防止剤が添加された冷却水を前記冷却水タンクと前記冷却部との間で循環する冷却水に合流させる第２の配管と
を有することを特徴とする電子機器冷却システム。
【００９２】
（付記２）前記バイパス部が、ｐＨによって体積変化するｐＨ応答性高分子を含むｐＨ応答バルブを有することを特徴とする付記１に記載の電子機器冷却システム。
【００９３】
（付記３）前記バイパス部は、冷却水のｐＨが７乃至９の範囲から外れたときに、前記第１の配管に流れる冷却水の少なくとも一部をバイパスさせることを特徴とする付記１又は２に記載の電子機器冷却システム。
【００９４】
（付記４）前記腐食防止剤添加部は、前記イオン交換部を通過した冷却水に、前記腐食防止剤とともにｐＨ調整剤を添加することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。
【００９５】
（付記５）前記バイパス部と前記イオン交換部との間に配置されて前記バイパス部でバイパスされた冷却水が通る第３の配管と、
前記第３の配管内の圧力の変化を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部から出力される信号に応じて作動し、前記第１の配管を流れる冷却水を前記第３の配管を介して前記イオン交換部に移送するバイパスポンプと
を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。
【００９６】
（付記６）前記イオン交換部に配置されるイオン交換樹脂が、陽イオン及び陰イオンの両方を吸着する混床型イオン交換樹脂であることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。
【００９７】
（付記７）前記ｐＨ応答性高分子が、一対の多孔質板に挟まれて支持されていることを特徴とする付記２乃至６のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。
【００９８】
（付記８）前記バイパス部が、
冷却水が酸性のときにｐＨ応答性高分子が膨張して前記第１の配管に流れる冷却水の少なくとも一部をバイパスさせる第１のｐＨ応答バルブと、
冷却水がアルカリ性のときにｐＨ応答性高分子が膨張して前記第１の配管に流れる冷却水の少なくとも一部をバイパスさせる第２のｐＨ応答バルブと
を有することを特徴とする付記２に記載の電子機器冷却システム。
【００９９】
（付記９）前記バイパス部が、
冷却水が酸性のときに膨張する第１のｐＨ応答性高分子と、冷却水がアルカリ性のときの膨張する第２のｐＨ応答性高分子との両方を備えたｐＨ応答バルブを有することを特徴とする付記２に記載の電子機器冷却システム。
【符号の説明】
【０１００】
１０…電子機器、１１〜１４，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ…配管、１７ａ，１７ｂ…圧力計、２１…冷却板、２２ａ，２２ｂ…マニホールド、２３…ホース、２４…熱交換器、２５，２５ａ，２５ｂ，３５…ｐＨ応答バルブ、２６ａ，２６ｂ…バイパスポンプ、２７ａ，２７ｂ…イオン交換部、２８ａ，２８ｂ…腐食防止剤タンク、２９ａ，２９ｂ…バルブ、３０…冷却水タンク、３１…循環ポンプ、４０，６０ａ，６０ｂ…積層構造体、４１，６１…主流路、４２，６２ａ，６２ｂ…分岐流路、４３，６３ａ，６３ｂ…メッシュ、４７，６７ａ，６７ｂ…Ｏリング、５１，７１…多孔質板、５２，７２ａ，７２ｂ…ｐＨ応答性高分子層、５３，７３…スペーサ、５４，７４ａ，７４ｂ…バルブ板、６４…支持板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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