JP2008527285A - 気泡ポンプを有する多方位冷却システム - Google Patents
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Abstract
この発明は、冷却流体の循環流を生成するための気泡ポンプを有する多方位冷却システムに関する。冷却システムは、第1熱受け入れ部分と、熱放出部分と、システムの第1角度方位において第1熱受け入れ部分の下流に配置されシステム内で流体流れを生成する第1気泡ポンプとして機能するように適応される第1部分と、システムの第2角度方位において第1熱受け入れ部分の下流に配置されシステム内で流体流れを生成する第2気泡ポンプとして機能するように適応される第2部分とを備えて冷却流体の流れを促進する少なくとも1つの中空部材を備える密閉循環式冷却システムである。
Description
この発明は、システムの角度方位に関し水平軸に対して改良された自由度を有し冷却流体の循環流を生成する気泡ポンプを備えた冷却システムに関する。
熱放出要素を備える多数のシステムは、熱放出要素の破損につながる過熱を避けるために冷却システムを付設してきた。そのようなシステムとは、自動車エンジン、冷蔵庫、電子および、電気部品などである。
これらのシステムの多くの特徴は、それらが同じ姿勢で作動されるということであるが、多くの装置、例えば、移動電話、携帯情報端末、およびラップトップ型パソコンのような電子装置は、多方位で作動され、同時に多くの熱量を放出する。
特に、電子半導体部品冷却用の冷却ユニットは、米国特許公開公報第2003/0 188 858 A1号に記載され、熱放出要素から熱を受け入れる熱受け入れ部分と、熱を搬送する冷却液体、および、熱を周囲へ放出する放熱器とを備える。冷却液体の循環流は、加熱によって引き起こされる減少した密度および/または熱受け入れ部分によって受け入れられた熱によって生成された蒸気気泡によって作られる。そのシステムは、強制的な流れを作るためのポンプを備えない。
米国特許第5,427,174号は、多方位熱交換器を開示し、その熱交換器は、熱放出要素から熱を受け入れる熱受け入れ部分と、熱を搬送するための第1および第2流体からなる冷却液体と、周囲に熱を放出する凝縮手段とを備える。毛管力によって、冷却液体の循環流が作られる。
熱放出要素の冷却用に改良された性能を備える冷却システムが要望されている。
さらに、水平の軸に対して多数の角度方位で作動できる冷却システムが要望されている。
前述の、および、他の目的は、冷却流体を循環および蒸発させることによる少なくとも1つの熱放出要素の冷却用の密閉循環式冷却システムによって実現され、そのシステムは、冷却流体の流れを促進する少なくとも1つの中空部材を備え、その中空部材は少なくとも1つの熱放出要素から熱を受け入れるための第1熱受け入れ部分と、熱受け入れ部分によって吸収される熱を周囲へ放出するための熱放出部分と、システムの第1角度方位において第1熱受け入れ部分の下流に配置されシステム内で流体の流れを生成するための第1気泡ポンプとして機能するように適応される第1部分と、システムの第2角度方位において第1熱受け入れ部分の下流に配置されシステム内で流体の流れを生成するための第2気泡ポンプとして機能するように適応される第2部分とを備える。
第1部分は、第1熱受け入れ部分と熱放出部分とを相互に連結させる管状の第1部分であると好都合である。
第2部分は、第1熱受け入れ部分と熱放出部分とを相互に連結させる管状の第2部分であると好都合である。
冷却システムが少なくとも第1および第2角度方位で作動でき、第2角度方位が、ほぼ水平な軸の周りに第1角度方位から角度θだけ冷却システムを回転させることによって得られるということは、この発明の重要な利点である。角度θは、約15o、約30o、約45o、約 60o、約 75o、 約90o、約105o、約120o、約135o、約150o、約 165o、約180o、約195o、約210o、約225o、約240o、約255o、約270o、約285o、約300o、約315o、約330o、および約345oのような任意の角であってもよい。一般的に、このシステムは、第1方位と第2方位の間のどのような角度方位でもまた作動する。
システムにおける冷却流体の主要な部分が、異なった角度方位において作動中に、比較的高い流速を有するので、システムのある部分において冷却流体がほとんど動かないか非常に低い流速を有するシステムと比較して、より効果的な冷却システムを提供することがこの発明の利点である。
さらに、この発明による冷却システムのある実施形態において、システムが蒸発によってのみ、または、蒸発と減少した冷却流体の流れによって作動する角度方位と注入高さが存在してもよい。一般的に、これらの角度方位においては、システムの性能は減少する。
冷却システムが可動部分を有するポンプのような冷却流体を移動させるための可動機械部分を備えないことは、この発明の重要な利点である。これによって、コストが低減し、システムの信頼度が増大する。
冷却システムがほとんど音を立てないことは、この発明のさらなる利点である。
冷却システムは、15W/cm2より大、例えば20W/cm2より大、例えば30W/cm2より大、40W/cm2より大、例えば50W/cm2より大、約75W/cm2、約100W/cm2、約125W/cm2などのような単位面積当りに多量に発生する熱を取り除くことができ、その結果、例えば周囲温度より上で40℃より低い温度増加になるということが、この発明のさらなる利点である。
第1部分と第2部分は、異なった角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応され、気泡ポンプとして機能するそれぞれの部分において冷却流体の高い流速を形成する。従って、システムにおける冷却流体の高い流速は、例えば、熱サイホンとして駆動されるシステムと比較して作られる。さらに、異なる角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応される第1部分と第2部分は、液体状の冷却流体の冷却を可能にする液体状冷却流体の循環を提供する。液体状冷却流体は、大きい熱容量を持つことができる。
この発明による冷却システムは、システムにおいて熱受け入れ部分の下流に配置され流体の流れを生成する第3気泡ポンプとしてシステムの第3角度方位において機能するように適応される第3部分を備えることができる。
この発明による冷却システムは、システムにおいて熱受け入れ部分の下流に配置され流体の流れを生成する第4気泡ポンプとしてシステムの第4角度方位において機能するように適応される第4部分を備えることができる。
特定のそれぞれの角度方位において、気泡ポンプとして機能するように適応される部分は、管状であると好都合である。管状部分は、長方形の、正方形の、または、丸い、好ましくはほぼ円形の、または、ほぼ長円形の、またはこれのあらゆる組み合わせのような任意の形状の断面をもつことができる。さらに、特定のそれぞれの角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応される部分は、第1熱受け入れ部分と熱放出部分を相互に連結させることができる。
気泡ポンプにおいて、蒸発したまたは気体の冷却流体のような気体気泡は、気泡ポンプにおいて気泡の上の液体を上方へ移動させ、その結果、気泡の原動力によって、液体状と気体状の冷却流体の両方の流れが生成される。
気泡ポンプの効率、すなわち時間の関数として気泡ポンプを介して搬送される液体の量は、とりわけ、気泡ポンプの内径と、気体気泡の量と大きさ、流体の粘度などのような汲み出される流体の特性によって決定される。
気泡ポンプとして機能するように適応される部分の内径は、適当な流量を提供するために十分に大きくなければならない。機能している気泡ポンプにおける気体気泡は、気泡ポンプを介しての液体の適当な汲み上げを行うように気泡ポンプの内径にほぼ等しい断面をもった大きさに達すると好都合である。
気泡ポンプとして機能するように適応される部分の内径は、約2mmから約20mmまで、約3mmから約18mmまで、約5mmから約15mmまで、約7mmから約13mmまで、約8mmから約12mmまで、例えば、およそ10mmに等しいような約1mmから約30mmまでの範囲にわたることができる。
第1および第2部分の内部断面積は、約3mm2から約300mm2まで、約7mm2から約250mm2まで、約20mm2から約175mm2まで、約40mm2から約130mm2まで、約50mm2から約115mm2まで、例えば.約75mm2のように約0.75mm2から700mm2の範囲にわたることができる。第1または第2部分の異なる内部断面積は、変化することができる。
作動角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応される部分は、当該の作動角度方位においてほぼ垂直な軸に沿ってほぼ直線的に部分的に延びると好都合である。例えば、冷却システムが、0oから約115oまで、0oから約90oまで、0oから 約60oまで、0oから約45oまで、0oから約25oまで、0oから約15oまで、0oから約5oまでのように0oから約135oまでの角度で垂直の軸に関して水平な軸の周りに回転すると、1つの作動角度方位において気泡ポンプとして機能する部分は、もう1つの作動角度方位の気泡ポンプとしても作動することができる。
従って、気泡ポンプとして機能するように適応される部分は、冷却システムが任意の角度方位で作動できるように設計されてもよい。
システムの特定の角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応される部分の長さは、当該の部分のための所望の汲み上げまたは流れの容量を得るために決定される。当該の部分の長さは、当該の部分の内径より大きいと好都合である。当該の部分の長さは、約5mmから180mmまで、約8mmから約150mmまで、約10mmから約100mmまで、約20mmから約80mmまで、例えば約30mm、約40mm、約50mm、または約60mmのように約3mmから約200mmの範囲にわたることができる。
システムのそれぞれの角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応される部分の少なくとも1つは、システムにおける流体の逆流を実質的に防止するために、その方位における冷却システムにおいて液体高さの上に出口をもつと好都合である。
冷却システムにおける液体高さは、熱放出部分における液体高さである。
システムにおける液体高さの上にシステムのそれぞれの角度方位に気泡ポンプとして機能するように適応される部分の出口を配置することによって、気泡ポンプとして作動する部分における気泡によって経験される液体流れに対する抵抗が低くなると考えられる。従って、システムにおける液体高さより上に、出口を設けることによって、冷却流体の循環が増加し、冷却システムの冷却能力が改良される。
発明の1つの実施形態において、システムのそれぞれの角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応される第1または第2部分の出口は、冷却システムの作動角度方位における第1または第2部分の出口が熱放出部分における液体高さより上にあり、それによって冷却システムにおける液体高さの上にあるように熱放出部分に配置される。
すでに述べたように、気泡ポンプとして機能する部分を備える部分へ戻る流体の逆流は避けられるので、これによって、気泡ポンプとして作動する部分の効率が向上する。出口のこの配置によって、第1または、第2部分において気泡によって経験される液流に対する抵抗が低くなると、さらに考えられる。それによって、システムにおける循環流は、増加し、改良された熱伝達を、従って改良された冷却を提供する。
出口は、気泡ポンプとして機能するように適応される部分から液体の流出を促進するように形成されていてもよく、例えば出口は面取りされていてもよい。
第1作動角度方位における第1部分の出口は、第2作動角度方位における第1部分の入口として作動してもよい。従って、第2作動角度方位における第2部分の出口は、第1作動角度方位における第2部分として作動してもよい。第1作動角度方位における冷却流体流れは、第2作動角度方位における冷却流体流れの反対方向であってもよい。
第2作動角度方位における第1部分は、熱受け入れ部分への入口管として作動してもよいし、第1作動角度方位における第2部分は、熱受け入れ部分への入口管として作動してもよい。
熱放出部分は、凝縮器として作動するように適応される部分と、放熱器として作動するように適応される部分とを備えることができる。放熱器として作動するように適応される部分は、液体状態において冷却流体の冷却によって熱を周囲へ放出し、凝縮器として作動するように適応される部分は、気体状の冷却流体、すなわち、気体形態における冷却流体の凝縮によって熱を周囲へ放出する。従って、熱放出部分の凝縮器として作動するように適応される部分は、作動中、システムにおける液体高さより上にある熱放出部分の一部分として形成される。第1熱放出部分の一部分は、冷却システムの1つの作動角度方位における放熱器として、および/または、冷却システムのもう1つの作動角度方位における凝縮器として作動することができる。
熱放出部分は、冷却流体の最初の濃度比が、凝縮器と放熱器として作動するように適応される部分のデザインと関係なく、熱受け入れ部分へ入る前にほぼ回復するように形成されてもよい。
熱放出部分は、自然対流と強制対流とを利用して冷却されてもよいし、それに代わって圧縮冷却器のような能動的な冷却システムによって冷却されてもよい。例えば、パワー供給ユニットファンも冷却システムの強制対流用に使用されてもよい。
冷却システムは、冷却流体の気体と液体を分離するために1つ以上の分離器をさらに備えていてもよい。1つ以上の分離器は、熱放出部分の一体化された部分であってもよい。1つ以上の分離器は、第1および第2部分のそれぞれの出口を備えてもよい。作動角度方位において、1つ以上の分離器は、冷却流体を気体と液体に分離してもよく、凝縮器として作動するように適応される部分に気体を、放熱器として作動するように適応される部分に液体を導いてもよい。
冷却システムは、1つ以上の熱放出要素を冷却するように適応されてもよい。例えば、第1熱受け入れ部分は、1つ以上の熱放出要素から熱を受け入れられるほどの十分な大きさのものであってもよい、冷却システムは、1つ以上の熱受け入れ部分を備えてもよい。この場合、熱受け入れ部分は、1つ以上の熱放出要素から熱をそれぞれ受け入れてもよい。1つ以上の熱放出要素が、冷却システムの熱受け入れ部分に沿って配置されるという事実によって、スペースの節約を考慮した、および/または、冷却流体の向上した循環を考慮した利点が提供される。
熱受け入れ部分は、熱交換面を備えていてもよく、熱交換面は、熱放出要素と熱的に接触するように適応されている。これによって、冷却システムは、熱交換面と熱的に接触して熱放出要素から熱を受け入れるように適応される。熱交換面は、冷却される熱放出要素の形態に対応するように一般的に形成される。冷却システムの熱受け入れ部分の熱交換面は、アルミニウム、銅、銀、金、または、これらの材料の1つ以上からなる合金のような熱伝導材料から作られることが好ましい。
第1熱受け入れ部分は、流体を冷却するための少なくとも第1ポートと第2ポートを有する密閉容器を形成することが好ましい。さらに、第1熱受け入れ部分は、流体を冷却するための第3ポートおよび/または、第4ポートを備えてもよい。第1ポート、第2ポート、第3ポート、および/または第4ポートは、冷却流体の流れの方向に応じて第1熱受け入れ部分に対する入口、または、出口として機能することができる。この発明の好ましい実施形態において、第1ポートは、第1部分に接続され、第2ポートは、第2部分に接続される。
熱放出要素は、冷却システムの冷却流体と直接に接触するように熱受け入れ部分と一体化されると好都合である。これによって、冷却される熱放出要素と熱受け入れ部分との間の熱交換は、最適化される。冷却される熱放出要素と冷却システムの熱受け入れ部分との一体化が、冷却システムの製造中に実行されると好都合であり、その結果、冷却システムは、冷却される熱放出要素と、他の要素への可能な電気的接続とに適応される。
熱受け入れ部分、気泡ポンプとして機能する部分、および/または、冷却システムの熱放出部分のような少なくとも1つの中空部材の種々の部分は、複数の分離した冷却流体チャンバまたはチャネルを備えてもよい。そのような部分は、例えば、複数のチャンバを形成する閉じられ、押し出された輪郭として作られてもよいし、輪郭の端部は、多岐管によって冷却システムの他の部分に結合されてもよい。
冷却流体は、単一の流体、または、2以上の流体からなってもよい。冷却流体における流体は、相互溶性であってもよい。
この発明による冷却システムの作動中、液体形態の冷却流体は、容積で約50%から約90%まで、容積で約70%から約80%、好ましくは、容積で約75%のような中空部材の容積の容積で約30%から約95%までを構成してもよい。
単一の流体は、水、エタノール、メタノール、CO2、プロパンやアンモニアまたは、フッ素化合物、3MR FC-72および3MR FC 82や、他の適したフッ素化合物のような適当な熱的および物理的な特性を有する他の流体であってもよい。
発明の好ましい実施形態において、冷却流体は、2つの流体、つまり少なくとも1つの熱放出要素の作動温度内で沸騰する低沸点温度をもつ第1流体と、これらの温度内でその沸点に達しない高い沸点をもつ第2流体とからなる。第1流体の沸騰によって形成された気泡は、ある作動角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応される部分において第2流体を移動させ、それによって、システム内の冷却流体の循環を生成する。主に液体形態で大きな熱容量を有する第2流体は、熱受け入れ部分から熱放出部分の一部分への多量の熱を吸収し、搬送し、熱放出部分の一部分は、放熱器として作動するように適応され、それによって、システムの冷却能力を増大させる。
液体形態において、第2流体は、熱受け入れ部分の内面と、放熱器として作動するように適応される熱放出部分の一部分の内面とに十分な面接触をそれぞれ保持する。
従って、特定の方位で気泡ポンプとして機能する部分において、最も低い沸点をもつ第1流体は、熱受け入れ部分から熱放出部分へ熱を搬送するために冷却システム内により高い沸点をもつ第2流体を循環させるために使われる。
最も低い沸点をもつ流体が選択されると、それは熱放出要素の作動温度範囲内で沸騰する。より高い沸点をもつ流体が選択されると、それはほぼ液体の形態で残り、熱放出要素の意図された作動温度内ではその沸点に達しない。
ある作動角度方位において気泡ポンプとして作動する部分において、熱受け入れ部分で最初に生成される気泡は、より高い沸点をもつ液体を移動させ、それによって、熱受け入れ部分を通る液体流れを生成する。液体流れは、高い沸点をもつ流体の高い熱容量によって熱受け入れ部分からの熱移動を増加させる。
さらに、液体の流れは、熱受け入れ部分において生成された気泡を移動させるが、それらはまだ小さいので、気泡が冷却流体の液体部分から熱受け入れ部分を分離することを避け、液体部分は、熱放出要素から冷却流体への熱伝達を低下させる。沸騰のこのタイプは、流れ沸騰(flow boiling)として一般的に知られている。貯留沸騰(pool boiling)と比較すると、沸騰のこのタイプは、冷却流体の熱伝達を向上させる。さらに、向上した流れは、気泡ポンプとして機能している部分によって改良された冷却流体の流れが、流体の混合比とそれによる沸点を維持するという点で、異なった沸点をもつ2つ以上の流体からなる冷却流体の利用を促進する。
従って、冷却システムの少なくとも2つの作動角度方位において、制御された効果的な冷却が得られる。結果として生じる冷却効果は、完全にまたは部分的に蒸発する最も低い沸点をもつ流体の蒸発と、より高い沸点をもつ1つ以上の流体の主に蒸発のない加熱および移動による熱の吸収の組み合わせによって得られる。より高い沸点をもつ流体は、制限された範囲に対して一般的に蒸発するが、流体流れは、熱受け入れ部分から熱を取り除く。
最も高い沸点を持った流体は、制限された範囲のみに対して一般的に蒸発するので、システムのドライ沸騰(dry boiling)は、意図する作動条件下で、避けられる。
発明の好ましい実施形態によれば、冷却流体は、低い沸点をもつ第1流体と、高い沸点をもつ第2流体からなる。
第1流体は、エタノール、メタノール、アセトン、エーテル、プロパンなど、または、適当な熱的、および、物理的特性を有する他の流体から構成されてよいことは好都合である。
好ましい実施形態において、第1流体はエタノールであり、冷却流体は15%から45%まで、30%から40%まで、好ましくは、約37%のようなエタノールの4容量%と96容量%との間を備えている。
第1流体は、容易に蒸発し、水と混合または吸収されればどのような液体であってもよい。そのような他の選択は、アンモニア、フッ素化合物3MR FC-72 と3MR FC 82、およびその他のものである。
第2流体は、水であると好都合である。水は、安く、容易に利用でき、漏洩が生じても汚染につながらないという利点をもつ。
他の適当な流体は、メタノール、エタノール、アセトン、グリコール、プロパンまたは、適当な熱的および物理的特性を有する他の流体であってもよい。
好ましい実施形態によると、特定の圧力が、冷却システムに印加される。それによって、第1流体の沸点温度は、容易な方法で調整される。これは、異なった冷却流体の広い範囲が、与えられた最大温度まで冷却するために用いられていてもよいという効果をもつ。システムは作動していないとき、すなわち、システムのほぼすべての部分が、同じ温度、例えば、室温をもつとき、システムに印加される特定の圧力が、システム圧力であることが分る。この特定の圧力は、冷却システムの製造中に都合よく調整されてもよい。冷却システムが作動状態にあると、冷却流体は加熱され、一般的にシステムにおける圧力は変化する。
好ましい実施形態によると冷却システムの圧力は、第1冷却流体の沸点が、冷却システムの所望の作動温度範囲内にあるように調整される。システムにおける圧力は、実際の温度における冷却流体の飽和圧力にほぼ等しいと好都合である。
冷却システムは、冷却システムにおいて空気または他の所望されない気体の存在を避けるために、冷却システムへの冷却流体の供給の前に実質的に空にされる。空気または、所望されない気体は、選択された冷却流体と反応してもよく、所望されない気体の存在が、冷却システムにおいて容積を占めることによってシステムの効率を減少するかもしれない。空になると、冷却流体は冷却システムに入り、システムは、密閉されるようにふさがれる。
この発明の好ましい実施形態によると、冷却システムにおける内部の容積は、組み合わせた液体と気体の形態の冷却流体でほぼ満たされる、つまり、N2、O2、CO2、H2などや他の汚染物質のような凝縮できない気体の含有量が最小限に抑えられ、例えば、その含有量は、内容積の5%より少ない、3%より少ない、1%より少ない、0.1%より少ない、または、0.01%より少ないように、内容積の容積で10%より少ない。
凝縮できない気体は熱受け入れ部分から熱放出部分までの熱の搬送に寄与しないので、冷却システムの効率は、凝縮できない気体の含有量が低い程高くなると考えられる。
用語"凝縮できない気体"は、冷却システムの作動温度と作動圧力内で凝縮できない気体を示す。
冷却流体の充満後、凝縮できない気体の形成を防ぐために、冷却流体は、腐食抑制剤を含んでいてもよい。
その特定の圧力は、選択された冷却流体と熱放出要素の所望の最大作動温度に依存して大気圧に等しい、または、およそ大気圧、大気圧より低いだけでなく、大気圧より高くてもよいことに注意すべきである。
所望の沸点を有する冷却流体を見つけることは難しかもしれないので、圧力調節の融通性は、好都合である。ある場合において、そのような冷却流体は、存在するかもしれないが、高い費用、毒性などのような他の欠点を有するかもしれない。
冷却システムは拡散不能材料(diffusion tight material)で作られることが好ましい。その全予定寿命期間に意図されたように冷却システムが作動できるよりも大きな拡散を、冷却システムの予定寿命の期間に冷却システムと周囲との間に伴わない材料が、「拡散不能材料」という表現によって理解される。
もし、冷却システムが、コンピュータの中で使用されれば、意図された寿命は、一般的にはおよそ4〜5年で、特別の場合で2年まで、または、最高10年である。冷却システムの異なる部分が、異なる材料から作られるなら、それらの結合体だけでなく、すべての材料は、拡散タイトでなければならない。適当な材料は、銅、銀、アルミニウム、鉄または、これらの材料の1つ以上を含む合金であってもよい。さらに、冷却システムの1つ以上の部分は、上述の表現の定義による拡散タイト(diffusion tight)で作られるのであればプラスチック材料から作られていてもよい。
プラスチック材料の一部を形成する金属層は、これを保証することもでき、そのような金属層は、例えば、プラスチック材料の上に蒸着されてもよい。
冷却システムは、所望されない気体に対して冷却システムの残りの部分の材料よりも大きい透過性をもつ材料の窓をさらに備えていてもよい。例えば、窓は、水素透過性であってもよいし、例えば、ニッケル、または、それの合金、例えば、鉄-ニッケル合金、または、パラジウムまたはそれの合金、例えば、銀-パラジウム合金、または、この目的に適したセラミックスのようなあらゆる他の金属または非金属の材料から作られてもよい。これによって、所望されない気体は、窓を介した拡散によって大気中へ取り除かれる。窓は、冷却システムに冷却流体を入れるための結合部分に近接して配置されてもよい。所望されない気体の拡散は、冷却システムの充填後のある期間に行われてもよいし、その期間の終わりに、窓が、冷却システムの最終的な密閉期間に、結合部分と一緒に取り除かれてもよい。
さらに、冷却システムにおいて初期の腐食期間中に形成される気体のような、所望されない気体を吸収する物質を加えることが考えられてもよい。
この発明は、電子装置の作動中に冷却される1つ以上の要素を有する電子装置にさらに関し、電子装置は、この発明による冷却システムを備える。
この発明は、また、電子部品冷却用の密閉循環式冷却システムの使用に関する。そのような部品は、コンピュータまたは他の電子装置における、例えば、マイクロチップ、CPU、半導体装置などであってもよい。特に、電子部品の冷却の分野において、この発明による冷却システムは、低雑音ユニットであり、機械的な可動要素をもたず、電子部品から出る熱によって自動的に始動するので、好都合である。
なお"冷却流体"という表現は、冷却のために使用される流体を示し、単一の流体か、2以上の流体の混合からなる。
この記述の全体において、単一の流体とは、容積で96%容積以上の純度をもった流体を示す。
なお、さらに、冷却システムは、凝縮器として作動するように適応される部分および/または、放熱器として作動するように適応される部分を備えた1つ以上の熱放出部分を備えていてもよい。このような場合において、熱放出部分は、直列に、または、並列に配置されてもよいし、その組み合わせであってもよい。
なお、冷却システムの部分は、硬い管やチューブ、またはそれらの設計か材料によって可撓性のある管から作られてもよい。さらに、少なくとも1つの中空部材は、適当な任意の輪郭、例えば、丸い、長円形の、長方形の、正方形の、 またはこれらの組み合わせのものを形成してもよいし、少なくとも1つの中空部材の内容積は、単一の槽を構成してもよいし、多数の槽に分けられていてもよい。
図におけるどの熱受け入れ部分も、四角形で示されるが、熱受け入れ部分は、丸い、長円形の、長方形の、正方形のまたは、これらの組み合わせのような異なった形状を持つことができる。熱受け入れ部分は、接触面をもち、熱放出要素の形状に適応されると好都合である。一般的に、接触面は、平面である。なお、熱受け入れ部分の接触面は、熱受け入れ部分の熱交換面の一部であり、熱放出要素と接触する。
一般的に、熱伝導性ペーストや熱伝導性パッド(pad)が、熱受け入れ部分の接触面と、熱放出要素との間に配置され、熱伝達を高める。
熱受け入れ部分の内部は、冷却流体と熱受け入れ部分の間の接触面積を増大させるためにフィン、リブ、ロッドなどを備えてもよい。これらの接触面積増大要素は、例えば、ブレイズ溶接された要素であってもよいし、例えば、焼結、一体成形、加圧成形、押出し成形または、チップ切断によって製造されてもよい。
熱放出部分の内部は、冷却流体と熱受け入れ部分の間の接触面積を増大させるためにフィン、リブ、ロッドなどを備えていてもよい。これらの接触面積増大要素は、例えば、真鍮製の要素であってもよいし、例えば焼結、一体成形、加圧成形、押出し成形または、チップ切断によって製造されてもよい。
熱放出部分の外側は、周囲と熱放出部分の間の接触面積を増大させるためにフィン、リブ、 ロッドなどを備えていてもよい。これらの接触面積増大要素は、例えば、真鍮製の要素であってもよいし、例えば焼結、一体成形、加圧成形、押出し成形または、チップ切断によって製造されてもよい。
この発明による冷却システムは、低雑音冷却が望まれる、例えば移動式または、固定コンピュータ、電子装置、オーバーヘッド映写機、ビーマ(beamers)、空気調節システムなどで使用されると好都合である。
この発明は、ここに図面の図を引用してさらに詳細に説明される。
同じ参照番号は、図の異なった実施形態において同じ要素を示し、1つの図と関係して説明された要素は、他の図と関係してさらに説明されないかもしれない。
図1〜5は、この発明による冷却システムの概略側面図である。
図1は、第1作動角度方位における冷却システムを示し、図2は、第2作動角度方位における冷却システムを示し、図3は、第3作動角度方位における冷却システムを示し、図4は、第4作動角度方位における冷却システムを示し、図5は、第5作動角度方位における冷却システムを示す。
図2は、図面の平面に垂直の軸の周りに時計回りに約90°だ
け回転させた図1の冷却システムを示し、図3は、図面の平面に
垂直の軸の周りに時計回りに約180°だけ回転させた図1の
冷却システムを示し、図4は、図面の平面に垂直の軸の周りに時
計回りに約270°だけ回転させた図1の冷却システムを示し、
図5は、図面の平面に垂直の軸の周りに時計回りに約315°だ
け回転させた図1の冷却システムを示す。
け回転させた図1の冷却システムを示し、図3は、図面の平面に
垂直の軸の周りに時計回りに約180°だけ回転させた図1の
冷却システムを示し、図4は、図面の平面に垂直の軸の周りに時
計回りに約270°だけ回転させた図1の冷却システムを示し、
図5は、図面の平面に垂直の軸の周りに時計回りに約315°だ
け回転させた図1の冷却システムを示す。
図1は、第1作動角度方位におけるこの発明による冷却システム100を示す。冷却システム100は、冷却流体2を循環させることによって作動し、少なくとも1つの熱放出要素(示されない)から熱Qinを受け入れるための第1熱受け入れ部分4と、周囲へ熱Qoutの放出のための熱放出部分6とを備えている中空部材3を備える。中空部材3は、実質的に冷却流体2で満たされている。液体形態8にある冷却流体2は、水平の破線によって示され、また、システムにおいて液体高さ10より上の、円または長円形で中空の部材空間は、気体形態12にある冷却流体を示す。さらに、そのシステムは、第1部分14と第2部分16を備える。第1作動角度方位において、第1部分14は、第1受け入れ部分4から熱放出部分6まで液体状と気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとしての機能するように適応される。矢印は、冷却流体の流れ方向を示す。
第1熱受け入れ部分4は、管状の第1部分14に連結された第1ポート17aと、管状の第2部分16に連結された第2ポート17bとを有する閉鎖容器を形成する。第1作動角度方位において、第1ポート17aは、第1熱受け入れ部分4から冷却流体用の出口として機能し、第2ポート17bは、第1熱受け入れ部分4への冷却流体用の入口として機能する。
この実施形態において、冷却流体は、異なった沸点を有する2つの流体から構成される。第1流体は、低い沸点をもち、第2流体は、高い沸点をもつ。第1流体は、熱放出要素の冷却のために適した沸点を有するように選択される。この実施形態において、第1流体は、エタノールであり、第2流体は、水である。密閉循環式冷却システムにおける圧力は、例えば、システムの製造の間に調整され、その結果、低い沸点をもった第1流体は、所望の温度で沸騰する。
冷却システムは、システムの冷却流体2を加熱する第1熱受け入れ部分4に供給される熱エネルギーQinを受け入れる。冷却流体2が、第1流体の沸点温度に達すると、冷却流体の一部分、主に低い沸点をもった第1流体が蒸発する。蒸発した冷却流体12は、気泡の形態で第1部分14へ流れ込む。第1部分14において、および、一般的に気泡ポンプとして機能する一部分において、熱受け入れ部分で液体形態における冷却流体の加熱期間に形成される気泡は、より大きな気泡と結合し、より大きな気泡は、気泡ポンプとして機能している部分の断面を実質的に満たし、それによって、気泡ポンプとして機能する部分において気泡の上の液体を上方へ押しやる。
冷却流体は、蒸発した(例えば気体の)冷却流体と加熱された冷却流体を備え、液体冷却流体は、第1出口18から第1部分14を出る。第1出口18は、システムにおいて液体高さ10より上にあり、それによって気泡ポンプとして機能する部分への冷却流体の逆流が回避される。熱放出部分6は、凝縮器20として作動するように適応される部分と、放熱器22として作動するように適応される部分を備える。蒸発した冷却流体12は、凝縮器20として作動するように適応される部分で凝縮され、凝縮された冷却流体23は、さらに冷却されてもよい。液体冷却流体8は、放熱器22として作動するように適応される部分で冷却される。
周囲に放出される熱Qoutは、蒸発した冷却流体の凝縮からと、液体冷却流体の冷却からとのエネルギーの和である。
冷却システムの平衡状態において、システムが受ける熱Qinは、熱Qoutと等しくなり、放熱器および/または 凝縮器として作動するように適応される部分を備える熱放出部分は、熱Qoutを周囲に放出する。
冷却流体2は、第2部分16を介して熱放出部分6から第1熱受け入れ部分4へ流れる。従って、第1部分14は、第1熱受け入れ部分4から第1部分14を介して熱放出部分6に至る液体と蒸気状の冷却流を作る気泡ポンプとして機能し、冷却流体2は、第2部分16を介して第1熱受け入れ部分4へ戻る。凝縮された冷却流体23は、第1熱受け入れ部分4へ再び入る前に液体冷却流体8と混合される。
熱放出部分6の外部は、周囲との熱交換を向上させるためにリブまたはフィン24を備える。さらに、熱放出部分6の内部は、第1熱受け入れ部分4の内部と同様に、熱交換を高めるためにリブ、フィン、ロッドなどを備えてもよい。
図2において、冷却システム100は、第2作動角度方位にある。第2作動角度方位は、図面の平面、すなわち一般的には水平軸に対して垂直の軸の周りに時計回りに約90°だけ図1の冷却システム100を回転させることによって生じる。第2作動角度方位において、第2部分16は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体状および気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして機能するように適応される。第2部分16は、第2出口26を有し、第2出口26は、第2作動角度方位においてシステムの液体高さ10より上にある。この作動角度方位において、第1部分14は、第1熱受け入れ部分4への入口管として作動する。
第2作動角度方位において、第1ポート17aは、第1熱受け入れ部分4への冷却流体用の入口として機能し、第2ポート17bは、第1熱受け入れ部分4からの冷却流体用の出口として機能する。
第1作動角度方位において凝縮器として機能しているAにおける部分は、第2作動角度方位においては放熱器として機能し、また、第1角度方位において放熱器として機能するBにおける部分は、第2角度方位においては凝縮器として機能することに注意すべきである。
図3において、冷却システム100は、第3作動角度方位にある。第3作動角度方位は、図面の平面に垂直の軸の周りに時計回りに約180°だけ図1における冷却システム100を回転させることによって生じる。
第3作動角度方位において、第2部分16は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体状および気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして機能するように適応される。第2出口26は、第3作動角度方位においてシステムの液体高さ10より上にある。この作動角度方位において第1部分14は、第1熱受け入れ部分4への入口管として作動する。
第1作動角度方位において、凝縮器として機能しているAにおける部分は、第3作動角度方位においては放熱器として機能し、また、第1角度方位において放熱器として機能するBにおける部分は、第3角度方位においては放熱器としても機能することに注意すべきである。
図4において、冷却システム100は、第4作動角度方位である。第4作動角度方位は、図面の平面に垂直の軸の周りに時計回りに約270°だけ図1の冷却システム100を回転させることによって生じる。第4作動角度方位において、第1部分14は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体状および気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして機能するように適応される。第1出口18は、第4作動角度方位において、システムの液体高さ10より上にある。この作動角度方位において第2部分16は、第1熱受け入れ部分4への入口管として作動する。
第1作動角度方位において凝縮器として機能しているAにおける部分は、第4作動角度方位においては放熱器として機能し、また、第1角度方位において放熱器として機能するBにおける部分は、第4角度方位においては放熱器としても機能することに注意すべきである。
図5において、冷却システム100は、第5作動角度方位にある。第5作動角度方位において、第1部分14は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体状および気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして機能するように適応される。第1出口18は、第5作動角度方位においてシステムの液体高さ10より上にある。この作動角度方位において第2部分16は、第1熱受け入れ部分4への入口管として作動する。
図6は、図2に示されるように第2作動姿勢における冷却システム100を示す。システムの液体高さ10は、さらに高くなっているので、液体状の冷却流体は、中空部材の容積のより大きい容積パーセンテージを占める。
図7は、この発明による冷却システムの第2実施形態110の概略側面図である。第2実施形態は、また図1-5に示される冷却システム100のように図面の平面に垂直の軸の周りに回転させてから、作動させてもよい。
図8は、この発明による冷却システムの第3実施形態120の概略側面図である。第3実施形態は、また図1-5に示される冷却システム100のように図面の平面に垂直の軸の周りに回転させてから、作動させてもよい。
図9は、この発明による冷却システムの第4実施形態130の概略側面図である。この実施形態において、異なった角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応された部分14と16は、実質的に真っ直ぐな管である。
図10-11は、この発明による冷却システムの第5実施形態140の概略側面図である。図11は、図面の平面に垂直の軸の周りに時計回りに180°だけ回転させた図10の冷却システムを示す。
図12は、この発明による冷却システムの第6実施形態150の概略側面図である。図12の実施形態は、第1熱受け入れ部分4と、第2熱受け入れ部分28とを備える。第2熱受け入れ部分28は、第1熱受け入れ部分4と上流でつながるが、また、第1熱受け入れ部分4と下流でつながっていてもよい。この実施形態は、ちょうど他の実施形態と同じように複数の角度方位において作動可能である。
図13〜14は、この発明による冷却システムの第7実施形態160Aの概略側面図である。図14は、図面の平面に垂直の軸の周りに時計回りに180°回転させた図13の冷却システムを示す。
図13〜14の冷却システムは、出口32を有する第3部分30をさらに備えている。図13に示される第1作動角度方位において、第1部分14は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体状および気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして機能する。第2部分16と第3部分30は、第1熱受け入れ部分4への入口管として作動する。図14に示される第2作動角度方位において、第2部分16および第3部分30は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体状および気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして機能する。第1部分14は、第1熱受け入れ部分4への入口管として作動する。出口26および30は、液体高さ10より上にある。第1熱受け入れ部分4は、第3ポート31を備える。
図15は、図13−14の実施形態に類似の冷却システムの実施形態160Bを示す。第3部分30は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体状および気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして、図示された角度方位において機能する。第1部分14と第2部分16は、第1熱受け入れ部分4への入口管として作動する。
図16〜17は、この発明による冷却システムの第8実施形態170の概略側面図である。図17は、図面の平面に垂直の軸の周りに時計回りに45°だけ回転させた図16の冷却システム100を示す。
図16〜17の冷却システムは、出口36を有する第4部分34をさらに備えている。図16に示される第1作動角度方位において、第1部分14は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体状および気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして機能する。第2部分16と第3部分30および第4部分34は、第1熱受け入れ部分4への入口管として作動する。図17に示されるように第2作動角度方位において、第1部分14と第3部分30は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体および気体の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして機能する。第2部分16と第4部分34は、第1熱受け入れ部分4への入口管として作動する。
図面の平面に垂直の軸の周りに図16の冷却システム170を回転させると、回転角によって異なる部分は、第1熱受け入れ部分4から熱放出部分6へ液体状および気体状の冷却流体を移動させるための気泡ポンプとして機能する。例えば、冷却システム170が、約90°だけ時計回りに回転すると、第3部分30は気泡ポンプとして機能し、冷却システムが約135°だけ時計回りに回転すると、第3部分30と第2部分16は気泡ポンプとして機能し、冷却システムが、約180°だけ時計回りに回転すると、第2部分16が気泡ポンプとして機能し、冷却システムが約225°だけ時計回りに回転すると、第2部分と第4部分34は気泡ポンプとして機能し、冷却システムが約270°だけ時計回りに回転すると、第4部分34は気泡ポンプとして機能し、そして、冷却システムが約315°だけ時計回りに回転すると、第4部分34と第1部分14は気泡ポンプとして機能する。
図18は、強制的な対流を形成するために冷却システムに搭載されたファンを有する、この発明による冷却システムを示す。ファンは、放射状のファンであってもよいし、熱放出部分6内に搭載されてもよい。
図19は、気泡ポンプとして機能するように適応された部分の概略図である。その部分は、角(で曲がっていてもよいし、角(は、約15°、約30°、約45°、約60°、約75°、および約90°のように、0°から115°までの範囲にあってもよい。曲がった部分は、実質的に直線の部分と比較してより広い範囲の角度方位において気泡ポンプとして機能することができる。
図20は、気泡ポンプとしての機能を適応させた部分の異なる実施形態を示す。その部分の一部分は、x軸に平行な軸に沿って実質的に直線的に延びる。さらに、その部分のもう1つの部分は、y軸に平行な軸に沿って実質的に直線的に延び、y軸は、x軸に垂直である。最後に、その部分のさらにもう1つの部分は、z軸に平行な軸に沿って実質的に直線的に延び、z軸は、x軸およびy軸に垂直である。部分のどの方位においても、少なくとも1つの部分は、実質的に垂直方向において延びるので、xとyおよびz軸に沿って部分的に延びる部分は、気泡ポンプとして機能する部分の広角度作動空間を提供する。
図21は、この発明による冷却システムの1つの実施形態の概略断面図である。 第1熱受け入れ部分4の内部は、システムにおいて冷却流体に対する十分な熱接触を保証するためにロッド38を備える。そのロッドは、両端で第1熱受け入れ部分4の内面に接触することができる。
図22は、固定コンピュータの作動の間、および後に、マイクロチップ、CPU、半導体素子、PSUなどの電子部品の冷却のために固定コンピュータ40に用いられる、この発明による冷却システム180を示す。ここで、固定コンピュータにおけるCPU42は、冷却システム180によって冷却される。
図23は、図1において図示された実施形態のために得られた試験結果を示す。1.50cm2の熱受け入れ面に100Wおよび150W熱パワーを生成する熱放出要素は、この発明による冷却システムによって冷却された。
温度と生成された熱パワーの対応した値の測定は、データポイントAとしてプロットされる。冷却システムは、100Wと150Wで73℃のインテル社のサーマルデザインパワー(thermal Design Power)より低い温度まで熱放出要素を冷却することができることがわかる。プロットで示されるように、150W熱パワーは、1.50cm2の面から取り除かれ、55℃の温度における100W/cm2の熱密度に対応する。低雑音の強制冷却が適用された。冷却システムから発生した雑音は、30dB(A)未満であった。0.21 oC/Wの熱抵抗は、熱パワーを発生させた150Wにおいて得られた。
所望であれば、異なる図に示される異なった実施形態の任意の特徴は、組み合わせるとができることに注意すべきである。
Claims (18)
- 少なくとも1つの熱放出要素から熱を受け入れるための第1熱受け入れ部分と、
熱受け入れ部分によって吸収される熱を周囲に放出するための熱放出部分と、
システムの第1角度方位において、第1熱受け入れ部分と熱放出部分とを相互に連結し、第1熱受け入れ部分の下流に配置されてシステム内で第1熱受け入れ部分を通る流体の流れを生成する第1気泡ポンプとして機能するように適応される管状第1部分と、
システムの第2角度方位において、第1熱受け入れ部分と熱放出部分とを相互に連結し、第1熱受け入れ部分の下流に配置されてシステム内で第1熱受け入れ部分を通る流体の流れを生成する第2気泡ポンプとして機能するように適応される管状第2部分と、
を備えた冷却流体の流れを促進する少なくとも1つの中空部材
を備え、循環および、蒸発する冷却流体によって少なくとも1つ
の熱放出要素を冷却するための密閉循環式冷却システム。 - 少なくとも1つの中空部材は、システムの第3角度方位において、第1熱受け入れ部分の下流に配置されてシステム内で流体の流れを生成する第3気泡ポンプとして機能するように適応される第3部分を備える請求項1記載の冷却システム。
- 少なくとも1つの中空部材は、システムの第4角度方位において、システム内で流体の流れを生成する第4気泡ポンプとして機能するように適応される第4部分を備える請求項1または2記載の冷却システム。
- 2つ以上の部分は、作動角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応される請求項1から3のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 第2角度方位は、第1角度方位のシステムをある角度だけ水平の軸の周りに回転することによって生じる請求項1から4のいずれか1項に記載の冷却システム。
- システムのそれぞれの角度方位において気泡ポンプとして機能するように適応された部分の少なくとも1つは、その方位にある冷却システムにおける液体高さより上に出口を有する請求項1から5のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 熱放出部分は、冷却システムの1つの作動方位における放熱器として、および冷却システムのもう1つの作動方位における凝縮器として作動するように適応される部分を備える請求項1から6のいずれか1項に記載の密密閉循環式冷却システム。
- 冷却流体は、単一の流体からなる請求項1から7のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 冷却流体は、異なった沸点を有する少なくとも2つの流体からなる請求項1から7のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 冷却流体における第1流体は、エタノール、メタノール、アセトン、エーテルおよびプロパンからなる群から選択される請求項1から9のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 冷却流体における第2流体は、水、メタノール、エタノール、アセトン、およびグリコールからなる群から選択される請求項9または10記載の冷却システム。
- 熱放出要素は、第1熱受け入れ部分に一体化され、冷却システムにおいて冷却流体に直接接触している請求項1から11のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 第1熱受け入れ部分は、複数の分離した液体槽を備える請求項1から12のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 冷却システムは、1つ以上の熱放出要素への適応のための第2熱受け入れ部分を備える請求項1から13のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 第1熱受け入れ部分が、少なくとも第1ポートと第2ポートを有する密閉容器を形成する請求項1から14のいずれか1項に記載の冷却システム。
- 第1ポートは第1部分につながり、第2ポートは第2部分につながる請求項15記載の冷却システム。
- 電子装置の作動中に冷却される1つ以上の要素を有し、電子装置が請求項1から16のいずれか1項に記載の冷却システムを備える電子装置。
- 電子部品の冷却のための請求項1から16のいずれか1項に記載の冷却システムの使用。
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2007116461A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2009-08-20 | 三菱電機株式会社 | 冷却器 |
JP2010243036A (ja) * | 2009-04-03 | 2010-10-28 | Sony Corp | 熱輸送装置、電子機器及び熱輸送装置の製造方法 |
JP2012197994A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-18 | Nec Corp | 沸騰冷却装置 |
JP2012204554A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Fujitsu Ltd | 冷却ユニット |
JP2013532812A (ja) * | 2010-07-26 | 2013-08-19 | ウニヴェルスィテト・ヴァルミア−マズールィ・ヴ・オルシュティニェ | 自然対流とは逆の方向への自発的熱伝達のための方法及び装置 |
JP2013197125A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Nec Corp | 冷却構造およびそれを用いた電子機器 |
JP2013238362A (ja) * | 2012-05-16 | 2013-11-28 | Wakasa Wan Energy Research Center | 熱輸送方向が自動反転するヒートパイプ |
JPWO2016148065A1 (ja) * | 2015-03-13 | 2017-04-27 | 健治 大沢 | 放冷用熱伝達器 |
WO2018047529A1 (ja) * | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
US10845127B2 (en) | 2015-03-06 | 2020-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Cooling device |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080236795A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Seung Mun You | Low-profile heat-spreading liquid chamber using boiling |
US20070119572A1 (en) | 2005-11-30 | 2007-05-31 | Raytheon Company | System and Method for Boiling Heat Transfer Using Self-Induced Coolant Transport and Impingements |
JP4730624B2 (ja) * | 2008-11-17 | 2011-07-20 | 株式会社豊田自動織機 | 沸騰冷却装置 |
CN101725501B (zh) * | 2009-11-20 | 2012-07-11 | 上海理工大学 | 带有气泡收集装置的气泡泵 |
CN102901220B (zh) * | 2011-07-25 | 2017-04-12 | 杨泰和 | 闭路型均温装置 |
US20130048254A1 (en) * | 2011-08-31 | 2013-02-28 | Troy W. Livingston | Heat transfer bridge |
JP2013247148A (ja) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Toshiba Corp | 自然循環型冷却装置 |
JP6394331B2 (ja) * | 2013-12-27 | 2018-09-26 | 富士通株式会社 | 冷却部品及び電子機器 |
CN205726818U (zh) * | 2016-03-29 | 2016-11-23 | 深圳市光峰光电技术有限公司 | 投影设备及其液冷散热系统 |
JP6053240B1 (ja) * | 2016-06-20 | 2016-12-27 | 株式会社レーベン販売 | 温度調整装置 |
US11839062B2 (en) * | 2016-08-02 | 2023-12-05 | Munters Corporation | Active/passive cooling system |
US11255611B2 (en) * | 2016-08-02 | 2022-02-22 | Munters Corporation | Active/passive cooling system |
US10859318B2 (en) * | 2017-02-16 | 2020-12-08 | J R Thermal, LLC | Serial thermosyphon |
TWI648941B (zh) * | 2017-12-04 | 2019-01-21 | 奇鋐科技股份有限公司 | 水冷排裝置 |
CN108168155B (zh) * | 2018-01-11 | 2021-03-19 | 合肥华凌股份有限公司 | 制冷设备用冷凝器、制冷系统和制冷设备 |
CN109287100B (zh) * | 2018-10-08 | 2024-05-03 | 云南靖创液态金属热控技术研发有限公司 | 一种液态金属散热装置以及电子设备 |
JP2020106207A (ja) * | 2018-12-27 | 2020-07-09 | 川崎重工業株式会社 | ループ型ヒートパイプ及び輸送機 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5427174A (en) * | 1993-04-30 | 1995-06-27 | Heat Transfer Devices, Inc. | Method and apparatus for a self contained heat exchanger |
JP3094780B2 (ja) * | 1994-04-05 | 2000-10-03 | 株式会社日立製作所 | 電子装置 |
US5770903A (en) * | 1995-06-20 | 1998-06-23 | Sundstrand Corporation | Reflux-cooled electro-mechanical device |
JP3651081B2 (ja) * | 1995-10-06 | 2005-05-25 | 株式会社デンソー | 沸騰冷却装置 |
US5761037A (en) * | 1996-02-12 | 1998-06-02 | International Business Machines Corporation | Orientation independent evaporator |
JPH10154781A (ja) | 1996-07-19 | 1998-06-09 | Denso Corp | 沸騰冷却装置 |
TW331586B (en) * | 1997-08-22 | 1998-05-11 | Biing-Jiun Hwang | Network-type heat pipe device |
JP3964580B2 (ja) * | 1999-09-03 | 2007-08-22 | 富士通株式会社 | 冷却ユニット |
US7556086B2 (en) * | 2001-04-06 | 2009-07-07 | University Of Maryland, College Park | Orientation-independent thermosyphon heat spreader |
JP2003234590A (ja) * | 2002-02-08 | 2003-08-22 | Denso Corp | 沸騰冷却装置 |
JP4214881B2 (ja) * | 2003-01-21 | 2009-01-28 | 三菱電機株式会社 | 気泡ポンプ型熱輸送機器 |
RU2369939C2 (ru) * | 2003-12-08 | 2009-10-10 | НОЙЗ ЛИМИТ АпС | Система охлаждения с пузырьковым насосом |
-
2005
- 2005-12-23 RU RU2007129729/06A patent/RU2007129729A/ru not_active Application Discontinuation
- 2005-12-23 KR KR1020077017211A patent/KR20070112370A/ko not_active Application Discontinuation
- 2005-12-23 EP EP05822980A patent/EP1836449A1/en active Pending
- 2005-12-23 JP JP2007548692A patent/JP2008527285A/ja active Pending
- 2005-12-23 BR BRPI0519577-2A patent/BRPI0519577A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2005-12-23 US US11/813,249 patent/US20100061062A1/en not_active Abandoned
- 2005-12-23 CN CNA2005800489341A patent/CN101137881A/zh active Pending
- 2005-12-23 WO PCT/DK2005/000824 patent/WO2006072244A1/en active Application Filing
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2007116461A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2009-08-20 | 三菱電機株式会社 | 冷却器 |
JP2010243036A (ja) * | 2009-04-03 | 2010-10-28 | Sony Corp | 熱輸送装置、電子機器及び熱輸送装置の製造方法 |
JP2013532812A (ja) * | 2010-07-26 | 2013-08-19 | ウニヴェルスィテト・ヴァルミア−マズールィ・ヴ・オルシュティニェ | 自然対流とは逆の方向への自発的熱伝達のための方法及び装置 |
JP2012197994A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-18 | Nec Corp | 沸騰冷却装置 |
JP2012204554A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Fujitsu Ltd | 冷却ユニット |
JP2013197125A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Nec Corp | 冷却構造およびそれを用いた電子機器 |
JP2013238362A (ja) * | 2012-05-16 | 2013-11-28 | Wakasa Wan Energy Research Center | 熱輸送方向が自動反転するヒートパイプ |
US10845127B2 (en) | 2015-03-06 | 2020-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Cooling device |
JPWO2016148065A1 (ja) * | 2015-03-13 | 2017-04-27 | 健治 大沢 | 放冷用熱伝達器 |
WO2018047529A1 (ja) * | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
JPWO2018047529A1 (ja) * | 2016-09-09 | 2019-02-14 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1836449A1 (en) | 2007-09-26 |
KR20070112370A (ko) | 2007-11-23 |
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