JP2023132139A - 液浸冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐環境性が強化され、高い冷却効率を得ることができ、かつ設計および製造が容易である液浸冷却装置を提供する。【解決手段】少なくとも発熱する電子回路部を有する回路基板（１４１）のための液浸冷却装置（１０）であって、容器本体（１０１）と容器本体に着脱可能に接合された少なくとも１つの蓋（１１０，１２０）とからなり、内部が液状の冷媒（１３０）で満たされた圧力容器（１００）と、圧力容器内に設けられ回路基板の周囲が冷媒で囲まれるように回路基板を容器内に配置する取付部材（１０３、１０４）と、を有し、一の蓋（１１０）に冷媒出口（１１１）と冷媒入口（１１２）とが設けられ、冷媒出口を通して回路基板の一方の面側の冷媒が圧力容器から強制的に流出し、冷媒入口を通して回路基板の他方の面側へ冷媒が強制的に流入する。【選択図】図１

Description

本発明は発熱を伴う電子機器を冷却する技術に関する。

今日の電子機器は多くの半導体回路が搭載されており、特に電子機器の各種制御を行うＣＰＵ（中央処理装置）あるいはプロセッサ等の集積回路は必要不可欠な電子部品である。通常、民生用の電子部品は過酷な環境での使用を想定していない。したがって、温度、圧力、振動等が通常範囲外の環境での使用が想定される場合には、耐環境性強化（ラギダイズ）技術が不可欠である。

ラギダイズ技術の一例として、特許文献１に民生用電子部品を宇宙線から保護するための宇宙環境耐性強化容器が開示されている。この宇宙環境耐性強化容器は厚さ３ｍｍのアルミニウムで形成されており、これにより軽量化と共に宇宙線（主として電子および陽子）の確実な遮蔽を狙っている。

他方、電子部品には動作中に熱が発生する半導体回路（たとえばプロセッサ等）を含むものが多い。このような発熱する電子部品を容器内に密閉した場合、熱を外部へ排出する手段を設ける必要がある。たとえば人工衛星に搭載される電子機器は、高速演算を行い高発熱を伴う集積回路を含む回路基板を搭載しており、ラギダイズ技術だけでなく冷却技術も不可欠である。

上述した特許文献１には、容器の底板に冷却板を設けて、電子部品で発生した熱を外側に伝導して排熱する構成が開示されている。また、特許文献２には、人工衛星に搭載された機器の発熱部に設けられたヒートパイプと放熱部のヒートパイプとを発熱部の外で接合させることで放熱効率を向上させた放熱装置が開示されている。

近年、コンピュータ等の電子装置を冷却する方法として電子装置自体を冷媒槽内に浸して冷却する液浸冷却が注目されている。たとえば特許文献３には、第１冷媒を満たした冷媒槽内に電子装置を浸し、さらに電子装置を冷却するための液冷ジャケットに外部から第２冷媒を流し、冷媒槽内の液流発生器により冷媒槽内の第１冷媒を流動させることで冷媒槽内の冷却効率を高める液浸冷却装置が開示されている。また、特許文献４には、ポンプにより冷媒を移動させる液浸冷却装置が開示されており、電子部品からの熱を冷媒の対流および沸騰により効率的に放熱する例が記載されている。

特開２００２－１６６８９９号公報 特開平７－０２５３９５号公報 特許第６７２０７５２号公報 米国特許第９７５０１５９Ｂ２号明細書

しかしながら、特許文献１および２に開示された排熱方式では、集積回路の熱が複数の部材の熱伝導を介して排出されるために高い排熱効率を得ることが困難である。

また特許文献３および４に記載された液浸冷却装置は、電子機器を浸す第１冷媒を流す手段とその第１冷媒を冷却するための第２冷媒を流す手段とを必要とするために構造および製造工程が複雑化する。

また特許文献３および４に記載された液浸冷却装置は地上での通常使用を前提とした冷却方式である。このために、たとえばロケットで打ち上げる時の大きな振動や無重力環境での使用を想定していない。したがってそのまま宇宙機に搭載すると、無重力の宇宙空間では冷媒の対流が起こらないために、沸騰時の気泡が放熱フィンから剥離せずドライアウト現象が発生する。

そこで本発明の目的は、耐環境性が強化され、高い冷却効率を得ることができ、かつ設計および製造が容易である液浸冷却装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、少なくとも発熱する電子回路部を有する回路基板のための液浸冷却装置であって、容器本体と前記容器本体に着脱可能に接合された少なくとも１つの蓋とからなり、内部が液状の冷媒で満たされた圧力容器と、前記圧力容器内に設けられ、前記回路基板の周囲が前記冷媒で囲まれるように前記回路基板を容器内に配置する取付部材と、を有し、一の蓋に冷媒出口と冷媒入口とが設けられ、前記冷媒出口を通して前記回路基板の一方の面側の冷媒が前記圧力容器から強制的に流出し、前記冷媒入口を通して前記回路基板の他方の面側へ冷媒が強制的に流入する。

本発明によれば、圧力容器内に回路基板が冷媒に浸漬して配置され、冷媒が回路基板に沿って強制流動する。これにより耐環境性が強化されると共に高い冷却効率を得ることができ、さらに圧力容器の一の蓋に冷媒出口および冷媒入口が設けられたことで設計および製造が容易となる。

図１は本発明の第１実施形態による液浸冷却装置の概略的側面断面図である。 図２は第１実施形態による液浸冷却装置の圧力容器の構成を説明するための分解側面断面図である。 図３は図２におけるＩ－Ｉ線断面図である。 図４は図２におけるII－II線断面図である。 図５は第１実施形態による液浸冷却装置の圧力容器の一例を模式的に示す分解斜視図である。 図６は第１実施形態による液浸冷却装置の圧力容器内に搭載されたスロットカードの装着例を示す圧力容器の模式的断面図である。 図７は第１実施形態による液浸冷却装置の圧力容器内の回路基板と外部の電気系との接続を示す概略的ブロック図である。 図８は第１実施形態による液浸冷却装置の全体的構成および動作を説明するための概略的ブロック図である。 図９は本発明の第２実施形態による液浸冷却装置の概略的側面断面図である。 図１０は第２実施形態による液浸冷却装置の圧力容器の構成を説明するための分解側面断面図である。 図１１は圧力容器に冷媒を充填する冷媒充填装置の概略的構成図である。

＜実施形態の概要＞
本発明の実施形態によれば、着脱可能な少なくとも１つの蓋と容器本体からなる圧力容器に冷媒が満たされ、圧力容器内に冷媒に浸漬した状態で回路基板が配置されている。一つの蓋に冷媒を強制的に循環させるための冷媒入口および冷媒出口が設けられ、さらに回路基板の両端部が容器本体に設けられた取付部材により固定される。

冷媒は圧力容器の外部に設けられた強制液流生成器により冷媒入口から圧力容器内に流入する。冷媒入口から流入した冷媒は回路基板の表裏面を流動し冷媒出口から流出する。冷媒入口および冷媒出口は一の蓋に設けられ、冷媒入口から流入した冷媒は回路基板の一方の面側を流動し、容器内面に沿って回路基板の他方の面側へ流動して冷媒出口から流出する。これにより回路基板の周囲が流動する冷媒で満たされ、効率的な冷却が可能となる。また、回路基板が圧力容器および冷媒で囲まれ、回路基板の両端部が圧力容器内の取付部材により固定されるので、耐環境性が強化される。特に極寒／極暑地域や宇宙空間のような過酷な環境およびロケット打ち上げ時のように大きな振動を受ける環境に対する耐性に優れている。

組み立て作業では、蓋と容器本体とを分離して電子回路基板の取付作業が可能となり、蓋と容器本体とを接合するだけで電子回路基板を圧力容器内に容易に配置することができる。望ましくは容器本体の対向する開口面にそれぞれ蓋を設けた３分割構成とし、一方の蓋に冷媒入口および冷媒出口を、他方の蓋に電気端子をそれぞれ設ける。これにより容器の機械設計、電子回路基板および電気端子を含む電気系の設計、および冷媒の熱制御系の設計を分離することができ、設計の効率を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、一の蓋に冷媒入口および冷媒出口を設けることで、当該一の蓋側にポンプ等の強制液流生成器と放熱機構からなる熱制御系を構成することができる。これにより圧力容器の冷媒出口から流出した冷媒は熱制御系により冷却され圧力容器へ戻される循環系を構成することができる。強制液流生成器により、電子回路基板上の冷媒が強制的に流動するので、重力を無視できる空間であってもドライアウト現象を防止して電子回路基板を効率的に冷却し、その熱を外部へ排出することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素、その形状、寸法および寸法の比率、並びに配置は本実施形態を説明するための例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。

１．第１実施形態
１．１）構成
図１～図４に例示するように、本発明の第１実施形態による液浸冷却装置１０は圧力容器１００および熱制御系２００からなる。圧力容器１００は、円筒形状の容器本体１０１と、容器本体１０１の対向する開口面にそれぞれ設けられた分離可能な第１の蓋１１０および第２の蓋１２０とからなり、圧力容器内部に冷媒１３０が密封される。第１の蓋１１０および第２の蓋１２０はボルト等の複数の接合部材１０２により容器本体１０１の両側の開口面に気密接合される。ここでは、第１の蓋１１０が冷媒系用に、第２の蓋１２０が電気系用に使用されるものとする。

容器本体１０１の両端中央部には取付フランジ１０３および１０４がそれぞれ設けられ、取付フランジ１０３および１０４を取付部材として後述するプレート１４０が固定される。また、容器本体１０１の両開口端は外側へ突出したフランジ１０５および１０６が設けられ、これらフランジを用いてそれぞれ第１の蓋１１０および第２の蓋１２０が接合される。

第１の蓋１１０は、冷媒１３０が流出する冷媒出口１１１と、熱制御系２００を通して温度調整された冷媒１３０が流入する冷媒入口１１２とを有する。さらに冷媒出口１１１と冷媒入口１１２との間であって冷媒出口１１１に近い位置に圧力容器１００内の圧力および温度を検出するセンサ１１３が設けられている。また、第１の蓋１１０には、圧力・温度センサ１１３と冷媒入口１１２との間の位置に、容器本体１０１の取付フランジ１０３と接触するように内側に突出したフランジ１１４が設けられている。したがって、フランジ１１４と取付フランジ１０３とは圧力容器１００の第１の蓋１１０側の上下（図１の紙面上下）を仕切る仕切り壁を構成する（図１および図３参照）。これにより冷媒入口１１２から流入した冷媒１３０が圧力・温度センサ１１３および冷媒出口１１１へ直接流れることを防止できる。また第１の蓋１１０の開口部には外側に突出したフランジ１１５が設けられ、接合部材１０２により容器本体１０１のフランジ１０５と接合される（図２参照）。

第２の蓋１２０は外部との信号の送受信および電力供給のための電気端子であるハーメチック端子１２１をほぼ中央部に有する。ハーメチック端子１２１は冷媒１３０内のケーブル１２２を通してコネクタ１２３と接続され、コネクタ１２３が回路基板１４１に設けられたコネクタ１４２と接続する。また第２の蓋１２０の開口部には外側に突出したフランジ１２４が設けられ、接合部材１０２により容器本体１０１のフランジ１０６と接合される（図２参照）。

圧力容器１００内にはプレート１４０が取付部材としての取付フランジ１０３および１０４により両端を支持されて固定される。プレート１４０の冷媒出口１１１側の表面には回路基板１４１が固定され、冷媒入口１１２側の表面には放熱フィン１４３が固定されている。回路基板１４１の第２の蓋１２０側の端にはコネクタ１４２が設けられ、上述したようにコネクタ１２３およびケーブル１２２を通してハーメチック端子１２１に接続され、回路基板１４１と外部との間の信号送受信および電力供給が可能となる。

熱制御系２００は、冷媒出口１１１および冷媒入口１１２に連結された配管２０１と、冷媒出口１１１の近くに設けられたバルブ２０２と、冷媒入口１１２近くに設けられた強制液流生成器であるポンプ２０３と、加熱手段を有するアキュムレータ２０４と、配管２０１と輻射結合した放熱板２０５と、からなる。ポンプ２０３が駆動することで、圧力容器１００内の冷媒１３０が冷媒出口１１１からバルブ２０２および配管２０１を通して流れ、配管２０１を流れる冷媒の熱が放熱板２０５により外部へ排出される（図１参照）。

こうして排熱された冷媒がポンプ２０３を通して冷媒入口１１２から圧力容器１００内に流入し、放熱フィン１４３および回路基板１４１上を流動して冷却する。その際、放熱フィン１４３および回路基板１４１の発熱により冷媒１３０が気化し気泡ＢＢが生じても、ポンプ２０３により冷媒１３０が強制的に流動しているので気泡ＢＢは冷媒１３０と共に流れ、圧力容器１００の内壁近傍で凝縮して液体に戻る。こうして冷媒１３０は圧力容器１００の内部と冷媒出口１１１および冷媒入口１１２との間の熱制御系２００の配管２０１とを通して循環する。なお、アキュムレータ２０４は気体／液体を一時的に貯めておく容器であり内部にヒータを搭載している。従ってアキュムレータ２０４のヒータを制御することで冷媒１３０の圧力および温度を相変化（気化と凝縮）に適した状態に調整することができる。

図２に例示するように、容器本体１０１の取付フランジ１０３および１０４上にプレート１４０がタップボルト１０７および１０８により固定される。図４に示すように、取付フランジ１０３および１０４にはタップボルト１０７および１０８を通すばか穴が設けられている。これによりプレート１４０を取付フランジ１０３および１０４に取り付ける際にボルト締め付け時の目視が可能となり作業が容易となる。

図１に示すように、上述した圧力容器１００および熱制御系２００は脚部３０１および３０２により衛星等の搭載パネル３００に固定される。なお、熱制御系２００の配管２０１、ポンプ２０３、アキュムレータ２０４および放熱板２０５も振動等で外れないように支持部材（図示せず）により搭載パネル３００に固定される。

図５に上述した圧力容器１００のより詳細な形状を例示する。図５において上記図１～図４と同じ部材には同じ参照番号を付している。

また、図６に例示するように、回路基板１４１上にスロットカード１４４をスペーサ１４５を挟んで装着し、液浸専用のケーブル１４６およびコネクタ１４７により回路基板１４１と接続させることもできる。このようにスロットカード１４４を回路基板１４１と平行に搭載することで、容器本体１０１の径を大きくすることなくプロセッサ等の性能を拡張することができ、さらに冷媒１３０の流動を妨げないので冷却効率を維持できる。

また液浸専用のケーブル１４６を用いることで、圧力容器１００内の回路基板１４１および拡張スロットカードのレイアウトを自在に配置することができる。このため、一般には回路基板に垂直に装着する拡張スロットカードを回路基板１４１と平行に装着することが可能となり、圧力容器１００の直径を無駄に広げることなく小型化を達成できる。

１．２）実装例
図７に例示するように、回路基板１４１上のプロセッサ等はハーメチック端子１２１を通して圧力容器１００の外側に搭載された操作機器５０１と電源５０２とに接続されている。操作機器５０１はソフトウエアにより回路基板１４１を操作するためにコマンドを送信し、それに応じたデータを取り出すことができる。電源５０２は回路基板１４１が動作するための電源を供給する。

以下、図８を参照して、本実施形態による液浸冷却装置１０を宇宙航行体である人工衛星に搭載した場合の機能構成について説明する。ここでは、駆動系６００が回路基板１４１の制御に従って、熱制御系２００のポンプ２０３およびアキュムレータ２０４を制御するものとする。

図８において、操作機器５０１は圧力・温度センサ１１３から圧力容器１００内の圧力と冷媒の温度を入力し、圧力および温度データを含む操作コマンドを回路基板１４１へ送信する。回路基板１４１のプロセッサは、圧力および温度データに従って駆動系６００を制御するデータを操作機器５０１を介して駆動系６００へ送信することで圧力容器１００内の圧力および冷媒の温度を調整する。具体的には、圧力・温度センサ１１３の検出データをモニタしながらポンプ２０３の駆動およびアキュムレータ２０４のヒータ温度を調整することで、圧力容器１００内の冷媒１３０を相変化（気化および凝縮）に適した温度に制御する。

冷媒１３０は電気絶縁性および熱伝導性を有する液体であって、特に中性子線を減速遮蔽するために水素原子を含むことが望ましい。このような冷媒１３０として、たとえば代替フロンやポリエステル等の液体を用いることができる。なお本実施形態において、圧力容器１００全体を６０℃以下に温度制御している場合、冷媒１３０の沸点はたとえば７６℃程度である。

１．３）効果
上述したように、本実施形態によれば、圧力容器１００内の回路基板１４１の周囲が流動する冷媒１３０で満たされるので効率的な冷却が可能となり、回路基板１４１が圧力容器１００および冷媒１３０で囲まれるので、大きな振動や宇宙のような過酷な環境に対する耐環境性が強化される。

本実施形態によれば、圧力容器１００は、容器本体１０１、第１の蓋（冷媒系用）および第２の蓋（電気系用）の３つに分割される。このように２つの蓋を冷媒系用と電気系用に分けることで、容器の機械的構成の設計と、熱制御系の設計と、電気系の設計とをそれぞれ分割することができ、液浸冷却装置１０としての最適解が導出しやすくなる。具体的には圧力容器１００全体と各機械接合部については機械設計が担当し、第１の蓋１１０側の冷媒が循環する配管２０１、ポンプ２０３およびアキュムレータ２０４の設置については熱制御設計が担当し、第２の蓋１２０側のハーメチック端子１２１および回路基板１４１については電気設計が担当することができる。

圧力容器１００内に搭載する回路基板１４１の支持剛性については、容器本体１０１の両側に専用の取付フランジ１０３および１０４を設け、それぞれ回路基板を載せたプレート１４０の両端を固定する。これにより、たとえばロケットの打上げ時の振動耐性要求を満たす支持剛性を確保することができる。

なお、本実施形態では容器本体１０１の両側に冷媒系用の第１の蓋１１０と電気系用の第２の蓋１２０とを設けたが、これに限定されるものではない。実装が困難でなければ第１の蓋１１０と第２の蓋１２０とを隣接して配置することもできる。

２．第２実施形態
上述した第１実施形態では、２つの蓋をそれぞれ冷媒系用と電気系用に分けたが、これに限定されるものではない。単一の蓋を冷媒系用と電気系用に共用する液浸冷却装置であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、圧力容器内の電子回路基板の周囲が流動する冷媒で満たされるので効率的な冷却が可能となる。また電子回路基板が圧力容器および冷媒で囲まれるので、大きな振動や宇宙のような過酷な環境に対する耐環境性が強化される。また着脱可能な蓋を分離することで回路基板の取付作業が容易となる。

以下、本発明の第２実施形態として、単一の蓋を冷媒系用と電気系用に共用する液浸冷却装置について図９および図１０を参照して説明する。なお第１実施形態と同様の部材には同じ参照番号を付して説明を簡略化する。

図９および図１０に例示するように、本発明の第２実施形態による液浸冷却装置４０は圧力容器４００および熱制御系２００からなる。圧力容器４００は、一方だけが開口した円筒形状の容器本体４０１と、容器本体４０１の開口部に設けられた分離可能な蓋４１０とからなり、内部に冷媒４３０が密封される。蓋４１０はボルト等の複数の接合部材４０２により容器本体４０１に気密接合される。

容器本体４０１の開口部には外側へ突出したフランジ４０３が設けられ、蓋４１０と結合される。また容器本体４０１の内部には支持部材４０４が設けられ、支持部材４０４のスロット４０５に後述するプレート４４０が嵌合することでプレート４４０の一方の端が支持される。

蓋４１０は、冷媒４３０が流出する冷媒出口４１１と、熱制御系２００を通して温度調整された冷媒４３０が流入する冷媒入口４１２とを有する。さらに冷媒出口４１１と冷媒入口４１２との間であって冷媒出口４１１に近い位置に圧力容器１００内の圧力および温度を検出するセンサ４１３が設けられている。また蓋４１０の中央付近に、外部との信号の送受信および電力供給のための電気端子であるハーメチック端子４２１が設けられている。ハーメチック端子４２１は冷媒４３０内のケーブル４２２を通してコネクタ４２３と接続され、コネクタ４２３が回路基板４４１に設けられたコネクタ４４２と接続する。

さらに蓋４１０には、圧力・温度センサ４１３と冷媒入口４１２との間の位置に、内側に突出した取付フランジ４１４が設けられ、支持部材４０４によって一方の端が支持されたプレート４４０の他方の端が固定される。これによって、フランジ４１４とプレート４４０とは圧力容器４００の蓋４１０側の上下（図９の紙面上下）を仕切る仕切り壁を構成する。これにより冷媒入口４１２から流入した冷媒４３０が圧力・温度センサ１１３および冷媒出口４１１へ直接流れることを防止できる。また蓋４１０の接合部には外側に突出したフランジ４１５が設けられ、接合部材４０２により容器本体４０１のフランジ４０３と結合される（図１０参照）。

圧力容器４００内にはプレート４４０は取付フランジ４１４と支持部材４０４とにより両端を支持されて固定される。プレート４４０の冷媒出口４１１側の表面には回路基板４４１が固定され、冷媒入口４１２側の表面には放熱フィン４４３が固定されている。回路基板４４１の蓋４１０側の端にはコネクタ４４２が設けられ、上述したようにコネクタ４２３およびケーブル４２２を通してハーメチック端子４２１に接続され、回路基板４４１と外部との間の信号送受信および電力供給が可能となる。

熱制御系２００は配管２０１が冷媒出口４１１および冷媒入口４１２に連結され、図１に示す第１実施形態のそれと同じ構造および機能を有するので、同じ参照番号を付して説明は省略する。

図１０に例示するように、蓋４１０の取付フランジ４１４にプレート４４０の一方の端がタップボルト４１６により固定される。取付フランジ４１４にはタップボルト４１６を通すばか穴が設けられ、これによりプレート４４０を取付フランジ４１４に取り付ける際にボルト締め付け時の目視が可能となり作業が容易となる。こうして回路基板４４１および放熱フィン４４３が取り付けられたプレート４４０の一方の端が蓋４１０の取付フランジ４１４に固定される。

組み立て作業において、まず回路基板４４１および放熱フィン４４３をプレート４４０に固定し、そのプレート４４０の一方の端を蓋４１０の取付フランジ４１４に固定する。続いて、容器本体４０１を回路基板４４１および放熱フィン４４３が取り付けられたプレート４４０を内部に収容するように図１０に示す矢印の方向に移動させる。これによってプレート４４０の他方の端が容器本体４０１の支持部材４０４のスロット４０５に挿入されることでプレート４４０の両端が固定される。最後に固定部材４０２により容器本体４０１と蓋４１０とを気密接合し、冷媒４３０を圧力容器４００内に導入する。なお、容器本体４０１の側面に、プレート４４０が支持部材４０４のスロット４０５に嵌合するように一定間隔でガイドを設けてもよい。

上述したように、本実施形態によれば、圧力容器４００内の回路基板４４１の周囲が流動する冷媒４３０で満たされるので効率的な冷却が可能となり、回路基板４４１が圧力容器４００および冷媒４３０で囲まれるので、大きな振動や宇宙のような過酷な環境に対する耐環境性が強化される。

また本実施形態において圧力容器４００は容器本体１０１と蓋４１０に分割されている。蓋４１０を外した状態で、蓋４１０の取り付けフランジ４１４に回路基板４４１を装着したプレート４４０を取り付け、それを容器本体４０１内に挿入することで回路基板４４１を圧力容器４００内に密封することができる。

圧力容器４００内に搭載する回路基板１４１の支持剛性については、容器本体４０１の支持部材４０４と蓋４１０の取付フランジ４１４によりプレート４４０の両端を固定する。これにより、たとえばロケットの打上げ時の振動耐性要求を満たす支持剛性を確保することができる。

３．冷媒の封入
上述した第１および第２実施形態において、圧力容器（１００、４００）を組み立てた後、容器内に冷媒を充填する必要がある。以下、第１実施形態における圧力容器１００を例示して、冷媒の充填手順について説明する。第２実施形態における圧力容器４００も同様の充填方法を採用する。

図１１において、圧力容器１００の冷媒出口１１１のバルブ２０２を閉じ、冷媒入口１１２にバルブ８０１を設ける。さらに圧力容器１００と真空ポンプ７０１、冷媒タンク７０２および外部との間をバルブ８０１～８０４の開閉と配管８０５により選択的に連絡可能とする。

まず、圧力容器１００内に冷媒など何も入っていない状態で質量を測定する。続いて、冷媒バルブ８０３と開放バルブ８０４を閉じ、容器バルブ８０１を開けた状態で圧力容器１００内の圧力をモニタしながら真空ポンプ７０１により真空引きを行う。

真空引きが完了したら、真空ポンプバルブ８０２を閉じる。続いて、冷媒バルブ８０３を開け冷媒タンク７０２から冷媒を圧力容器１００内に封入する。冷媒バルブ８０３と容器バルブ８０１を閉じ、開放バルブ８０４を開けて配管８０５内の冷媒を排出する。こうして圧力容器１００の質量を測定して冷媒の封入量を確認し、以下必要に応じて質量を測定しながら容器バルブ８０１を開けて冷媒を排出させる。また、圧力容器１００の内圧は、真空ポンプ７０１を接続して圧力センサを確認しながら規定範囲内となるように調整する。

こうして冷媒が充填され圧力調整が完了すると、図１に示すように熱制御系２００と接続し、上述したようにポンプ２０３を駆動して冷媒を循環させ、熱制御系２００により熱制御しながら回路基板１４１の冷却を行う。

以上、本発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明は極寒／極暑地域や宇宙空間のような過酷な環境において使用される液浸冷却装置に適用可能である。

１０ 液浸冷却装置
１００ 圧力容器
１０１ 容器本体
１０３，１０４ 取付フランジ（取付部材）
１１０ 第１の蓋（冷媒系用）
１１１ 冷媒出口
１１２ 冷媒入口
１２０ 第２の蓋（電気系用）
１２１ ハーメチック端子（電気端子）
１３０ 冷媒
１４０ プレート
１４１ 回路基板
１４３ 放熱フィン
２００ 熱制御系
２０１ 配管
２０２ バルブ
２０３ ポンプ
２０４ アキュムレータ
２０５ 放熱板

Claims (6)

1. 少なくとも発熱する電子回路部を有する回路基板のための液浸冷却装置であって、
   容器本体と前記容器本体に着脱可能に接合された少なくとも１つの蓋とからなり、内部が液状の冷媒で満たされた圧力容器と、
   前記圧力容器内に設けられ、前記回路基板の周囲が前記冷媒で囲まれるように前記回路基板を容器内に配置する取付部材と、
   を有し、一の蓋に冷媒出口と冷媒入口とが設けられ、前記冷媒出口を通して前記回路基板の一方の面側の冷媒が前記圧力容器から強制的に流出し、前記冷媒入口を通して前記回路基板の他方の面側へ冷媒が強制的に流入する、液浸冷却装置。
2. 前記冷媒出口から流出した冷媒を熱交換し前記冷媒入口へ流入させる熱制御系をさらに備え、前記熱制御系が強制液流生成器を有する請求項１に記載の液浸冷却装置。
3. 前記容器本体の対向する開口面に第１の蓋と第２の蓋とが設けられ、前記第１の蓋に前記冷媒出口と前記冷媒入口が設けられ、前記第２の蓋に前記回路基板とケーブルで電気的に接続した電気端子が設けられた請求項１または２に記載の液浸冷却装置。
4. 前記容器本体の対向する開口面からそれぞれ突出した第１取付部材と第２取付部材とが設けられ、前記回路基板の両端部が前記第１取付部材と前記第２取付部材とにより固定された請求項３に記載の液浸冷却装置。
5. 前記第１の蓋は内壁に前記冷媒出口と前記冷媒入口との間に突出壁を有し、前記突出壁が前記第１取付部材と共に前記回路基板の両面側の冷媒を仕切る仕切壁を構成する請求項４に記載の液浸冷却装置。
6. 請求項１－５のいずれか１項に記載の液浸冷却装置を搭載した宇宙航行体。