JP6756824B2 - 改良されたエアパージ機構を使用する耐漏性液体冷却システム - Google Patents

Description

本出願は、２０１５年６月２６日に出願された米国仮出願第６２／１８５２５０号の優先権を主張し、参照によって全体的に本明細書に組み込まれる。

本節は、特許請求の範囲に記載された本発明の背景又は状況を提示するものである。ここでの説明は、追求することができる概念を含むが、必ずしもすでに着想又は追及されたものではない概念を含む場合がある。したがって、特に指定がない限り、本節において説明するものは、本出願における説明及び特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、本節に含めることによって従来技術と認められることはない。

本開示は、概して電気部品用の耐漏性液体冷却システムに関する。

従来技術では、そのようなそのような液体冷却システムが米国特許第４６９８７２８号（‘７２８特許）及び米国特許第５０４８５９９号（‘５９９特許）に記載されており、これらは、電気部品用の耐漏性液体冷却システムに関するこれらのすべての教示を参照することによって本明細書に組み込まれる。

‘７２８特許では、亜大気圧下においていくつかの導管を介して冷却液が電気部品を通過するように導かれる。導管の内部の液体の圧力は、導管の外部の大気圧よりも低いので、導管に漏れが生じた場合には空気が導管内に吸い込まれる。したがって、冷却液がこぼれることはない。しかし、空気は、導管内に進入した後、何らかの方法によってパージしなければならない。そうしないと、空気を冷却液に混入させておく場合、冷却液がシステム内を移動する速度が低下することがあり、それによってシステムの冷却機能が低下する場合がある。また、システム内に空気が蓄積すると、システムの冷却液貯留槽が溢れることがある。さらに、電気部品の周りの冷却ジャケット内の通路など、冷却システムのいくつかの重要な通路内に空気が閉じ込められる可能性があり、それによって冷却システム内にホットスポットが生じることがある。

‘７２８特許では、冷却液から空気を除去するための機構が、図２ａ〜図２ｄとともに図示されかつ記載されている。しかし、その機構では、エアパージ動作を実行する場合に、導管を通して冷却液を循環させるポンプを一時的にオフにし、次いでオンに戻さなければならない。ポンプの動作におけるそのような中断は、冷却液がシステム内を流れる速度を一時的に低下させる場合があり、それによって電気部品が冷却される速度が低下する。また、ポンプをオフからオンに切り替えると、冷却回路全体に亘って圧力サージが生じ、それによって冷却回路の構成要素及びそれらの連結部に応力が加えられる。さらに、ポンプをオフからオンに切り替えると、冷却システムの電源から取り込まれる電力が段階的に増大する。したがって、電源は、冷却される電気部品への供給電圧において悪影響のある遷移が生じないようにするための補償要素を含まなければならない。

‘５９９特許は、この問題に対する１つの解決手段について説明している。そこに記載されているシステムでは、電気部品用の耐漏性液体冷却システムは、ポンプと、電気部品を通過するように冷却液を循環させかつパージタンクの底部チャンバ内を循環させる導管とを含む冷却回路を含む。このパージタンクはまた、通路を通して底部チャンバに連結された頂部チャンバを有し、底部チャンバは、冷却液内のあらゆる気泡を浮力によって上昇させ通路を通して頂部チャンバ内へ移動させるほど低い速度で冷却液が底部チャンバを通過するようなサイズを有する。また、頂部チャンバは、それぞれ弁を有する流入口と流出口とを有する。空気は、冷却液を流入口を介して貯留槽から頂部チャンバ内に送り込むことによって流出口を通して頂部チャンバからパージされる。このようにパージが行われるとき、冷却液は引き続き冷却回路を通して電気部品を通り越えるように送られる。したがって、冷却回路全体に亘る圧力は一定のままであり、電気部品への供給電圧は一定のままである。また、頂部チャンバから空気を高速にパージする場合、複数のパージタンクチャンバ間の通路は、冷却液が頂部チャンバ内に送り込まれる間、頂部チャンバから底部チャンバへの冷却液の流れを妨げるように締め付けられる。

しかしながら、‘５９９特許のシステムでは、パージタンク及び／又は貯留槽の内部に複数の弁及び／又は複数のオリフィスがある。したがって、各弁及び／又は各オリフィスの修理及び／又は交換を可能とするためには、貯留槽及びパージタンクを分解する必要がある。さらに、複数の異なるサーマルユニットがある場合、最適なパフォーマンスのために異なるオリフィスサイズを有することが必要になる場合がある。

本発明のいくつかの実施形態は、既存の電気部品用の耐漏性液体冷却システムに関する上述の問題を考慮して開発された。

一実施形態では、少なくとも１つのサーマルユニット用の冷却システムは、液溜めチャンバ、前記液溜めチャンバの上方に配置されたパージチャンバ及び前記パージチャンバの上方に配置された貯留チャンバを含むタンク組立体と、ポンプ、熱交換機及び導管を含み、前記少なくとも１つのサーマルユニット、前記液溜めチャンバ、前記ポンプ、前記熱交換機及び前記貯留チャンバを通して冷却液を循環させるように構成された冷却回路と、前記タンク組立体の外部に配置された第１の弁であって、前記第１の弁が開いたときに、（ｉ）前記冷却液が前記第１の弁を介して前記パージチャンバから前記液溜めチャンバへ流動可能になり、（ｉｉ）同時に空気が前記第１の弁を介して前記液溜めチャンバから前記パージチャンバへ流動可能になるように構成されている第１の弁と、前記タンク組立体の外部に配置された第２の弁であって、前記第２の弁が開いたときに、（ｉ）前記冷却液が前記第２の弁を介して前記貯留チャンバから前記パージチャンバへ流動可能になり、（ｉｉ）同時に空気が前記第２の弁を介して前記パージチャンバから前記貯留チャンバへ流動可能になるように構成されている第２の弁と、を備える。

一態様では、前記液溜めチャンバと前記パージチャンバとが第１の壁によって分離され、前記パージチャンバと前記貯留チャンバとが第２の壁によって分離され、前記第１の壁及び前記第２の壁は、それぞれ、弁又は貫通する開口部を有さない連続するシート材から作られている。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記冷却回路は、前記冷却回路内における、前記ポンプと前記貯留チャンバとの間の位置に配置されたフィルタをさらに有する。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記システムの通常の動作中、前記第１の弁は開き、前記第２の弁は閉じている。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記第１及び前記第２の弁に電力が供給されていないときには、前記第１及び前記第２の弁が開いている。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記少なくとも１つのサーマルユニットは、前記貯留チャンバの通常の液面レベルよりも上に配置されている。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記システムの通常の動作中、前記液溜めチャンバ、前記パージチャンバ及び前記少なくとも１つのサーマルユニットにおける前記冷却回路の部分は負圧である一方、前記貯留チャンバは大気圧以上の圧力である。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記システムは、前記冷却回路において漏れが生じた場合、前記液溜めチャンバに流入する空気が減速し前記第１の弁を通って前記パージチャンバまで上昇し、同時に前記パージチャンバ内の冷却液が前記第１の弁を通過して前記液溜めチャンバへ流れるように構成されている。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記冷却システムは、前記貯留チャンバと連通し、前記貯留チャンバ内の前記冷却液が所定のレベルまで下降したときを示す出力信号を生成するように構成されているセンサをさらに備える。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記システムは、前記出力信号が前記パージチャンバ内の前記冷却液が所定のレベルまで下降したことを示すときに、前記第１の弁が閉じて前記第２の弁が開き、それによって冷却液が前記貯留チャンバから前記第２の弁を通って前記パージチャンバ内に流入し、同時に空気が前記パージチャンバから前記第２の弁を通って前記貯留チャンバ内に流入するように構成されている。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記冷却システムは、前記タンク組立体の外部に配置され、前記貯留チャンバを大気圧のままにすることを可能にするように設定されたＳ字形バブルエアロックをさらに備える。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記Ｓ字形バブルエアロックは、前記貯留チャンバを前記外部の環境から遮断するように構成されているが、前記貯留チャンバを大気圧のままにすることを可能にする。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、Ｓ字形バブルエアロックは、殺生物剤を含む流体を含有する。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記熱交換機の冷却ファンの速度を調節するために固定パルス幅変調（ＰＷＭ）が使用されている。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記少なくとも１つのサーマルユニットに供給される冷却液の温度は、温度センサによって監視され、検知された前記温度に基づいて前記熱交換機の冷却ファンの速度を変えることによって所与の設定値に調節される。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記少なくとも１つのサーマルユニットのヒータの電力使用量は監視され、前記少なくとも１つのサーマルユニットに供給される冷却液の温度は前記監視されたヒータ電力使用量に基づいて前記熱交換機の冷却ファンの速度を変えることによって調節される。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記冷却システムは、前記少なくとも１つのサーマルユニットまで延びる少なくとも１つの導管と前記少なくとも１つのサーマルユニットから延びる少なくとも１つの導管との間に、前記少なくとも１つのサーマルユニットに並列に配置された少なくとも１つの圧力逃がし弁であって、前記少なくとも１つのサーマルユニットまで延びる前記導管内の圧力が所定の閾値を超えたときに冷却液が内部を流れることを可能にするように構成されている圧力逃がし弁をさらに備える。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記冷却システムは、前記貯留チャンバ内の冷却液の温度を測定するように構成された温度センサをさらに備える。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記冷却システムは、前記熱交換機まで延びる導管と前記熱交換機から延びる導管との間に配置された差圧センサをさらに備える。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記冷却システムは、（ｉ）前記ポンプと前記貯留チャンバとの間に配置された導管と（ｉｉ）前記パージチャンバとの間に配置された第３の弁をさらに備え、前記システムは、前記出力信号が前記貯留チャンバ内の前記冷却液が所定のレベルまで下降したことを示すときに、前記第３の弁が開き、それによって冷却液が前記ポンプにより前記パージチャンバに送られるように構成されている。

一態様では、上記の実施形態及び態様の何れかと組み合わせ可能とであり、前記パージチャンバは前記液溜めチャンバに一体的に取り付けられ、前記貯留チャンバは前記パージチャンバに一体的に取り付けられている。

他の実施形態では、半導体デバイスハンドラは、少なくとも１つのサーマルユニットと、上記の実施形態及び態様の何れかの前記冷却システムとを備える半導体デバイスハンドラであって、前記少なくとも１つのサーマルユニットは、電子デバイスに接触する第１の面及び前記第１の面と向かい合う第２の面を有する電気ヒータと、ヒートシンクとを有し、前記ヒートシンクは前記ヒータが前記ヒートシンクと前記電子デバイスとの間に介在するように前記ヒータの前記第２の面に結合されている。

本発明の第１実施形態による、電気部品用の耐漏性液体冷却システムの概略側面図である。 本発明の第２実施形態による、「ターボパージ」機能を含む電気部品用の耐漏性液体冷却システムの概略側面図である。

本発明の実施形態は、添付の図面を参照することによって説明される。
以下の説明では、限定ではなく説明を目的として、本発明の各実施形態を完全な理解を提供するために詳細及び説明が記載される。しかしながら、当業者には、これらの詳細及び説明から逸脱する他の実施形態において本発明が実施されてもよいことは明らかであろう。

第１実施形態
図１は、発明の第１実施形態による、電気部品用の耐漏性液体冷却システム１概略側面図である。各構成要素は縮尺通りに図示されてはいない。図１及び図２において、黒矢印は冷却液ＬＣの流れを示す一方で、白矢印は空気の流れを示す。冷却液は、例えば、水である。

第１実施形態のシステム１は、第１及び第２のサーマルユニット１０ａ、１０ｂに冷却液を供給するように構成されている。サーマルユニットは、例えば、電子デバイスに接触する第１の面及び第１の面と向かい合う第２の面を有する電気ヒータと、ヒートシンクとを有し、ヒートシンクは前記ヒータがヒートシンクと電子デバイスとの間に介在するように前記ヒータの第２の面に結合されている。そのようなサーマルユニットは、例えば、米国特許第５８２１５０５号（‘５０５特許）に記載されており、これは温度制御システムに関係する教示を参照することによって本明細書に組み込まれる。システム１がサーマルユニットに冷却液を供給するように構成されるとき、冷却液はヒートシンクに供給される。ここで説明するシステムは、ヒータとヒートシンクとを含むサーマルユニットに冷却液を供給するように構成されたシステムに限定されない。場合によっては、システムは、高出力ランプ及びトランジスタのように任意の発熱する電気部品を冷却するように構成された任意の種類のサーマルユニットに冷却液を供給するように構成することができる。例えば、冷却液は単に、電気部品を保持する冷却ジャケットを含む冷却液回路を介して各構成要素を通過するように循環させてもよく、この場合、サーマルユニットは冷却ジャケットである。

システム１は、タンク組立体８０を含む。タンク組立体８０は、液溜めチャンバ８０ａと、パージチャンバ８０ｂと、貯留チャンバ８０ｃとを含む。タンク組立体は、液溜めチャンバ８０ａとパージチャンバ８０ｂを分離する第１の壁８０ｄと、パージチャンバ８０ｂと貯留チャンバ８０ｃを分離する第２の壁８０ｅとを含む。タンク組立体８０は、液溜めチャンバ８０ａ、パージチャンバ８０ｂ及び貯留チャンバ８０ｃが（例えば、溶接又は化学結合によって）互いに一体的にかつ永久的に取り付けられた一体の組立体であることが好ましい。タンク組立体８０は、ＰＶＣなどのプラスチックによって作られ、各チャンバが互いに化学結合されることが好ましい。第１の壁８０ｄ及び第２の壁８０ｅは弁又は貫通する開口部を有さない連続するシート材によって作られている。したがって、液溜めチャンバ８０ａは、システム１の動作時のいかなる時点でも、第１の壁８０ｄの何れかの部分を介してパージチャンバ８０ｂと流体連通することはない。同様に、パージチャンバ８０ｂは、システム１の動作時のいかなる時点でも、第２の壁８０ｅの何れかの部分を介して貯留チャンバ８０ｃと流体的に連通することはない。貯留チャンバ８０ｃはパージチャンバ８０ｂの上方に配置されており、パージチャンバ８０ｂは液溜めチャンバ８０ａの上方に配置されている。

貯留チャンバ８０ｃは、大気圧以上の圧力で冷却液ＬＣを保持している。構成部材１２ａ、１２ｂは、貯留チャンバ８０ｃからそれぞれサーマルユニット１０ａ、１０ｂに冷却液を送る導管である。構成部材１４は、サーマルユニット１０ａ、１０ｂから液溜めチャンバ８０ａに冷却液を送る導管である。液溜めチャンバ８０ａは、導管１４から冷却液を受け取り、導管１６を通して冷却液をポンプ１７の流入口に送る。ポンプ１０の流出口からの冷却液は、導管７０を通してフィルタ７１の流入口に送られる。冷却液は、フィルタ７１から導管１８を通過して熱交換機１９の流入口へ流れる。冷却液は、熱交換機１９内で冷却された後、貯留チャンバ８０ｃに戻る。液溜めチャンバ８０ａと、ポンプ１７と、フィルタ７１と、熱交換機１９と、貯留チャンバ８０ｃと、各サーマルユニットとを含む回路を「冷却回路」と呼ぶ。

ポンプは、例えば、Ｂａｒｒｅｔｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｐｕｍｐｓから市販されている、ＵＰＳ２６−１５０ＳＦのような遠心ポンプであってもよい。

フィルタは、例えば、ＩＴＷ Ｆｉｌｔｅｒｔｅｋから市販されている、モデル００７３６１０大型インラインフィルタのようなインラインフィルタであってもよい。

熱交換機は、例えば、ファンによって制御される空気の流れによって冷却液が冷却される液体／空気熱交換機であってもよく、又は、熱交換機の内部冷却液が外部供給源（例えば、工場内の冷却流体配管など）から供給される冷却流体によって冷却される熱交換機であってもよい。内部冷却液を冷却するために冷凍を用いてヒートポンプ型熱交換機を熱交換機とすることも可能である。

導管４４は、液溜めチャンバ８０ａから第１の弁４３まで延びている。導管４２は、第１の弁４３からパージチャンバ８０ｂまで延びている。通常の動作中、第１の弁４３は開いている。したがって、液溜めチャンバ８０ａとパージチャンバ８０ｂは、ポンプ１７の作用に起因して、均等化され負圧になる。第１の弁４３は、タンク組立体８０の外部に配置されている。したがって、タンク組立体８０は液溜めチャンバ８０ａ、パージチャンバ８０ｂ及び貯留チャンバ８０ｃが好ましくは互いに一体的にかつ永久的に取り付けられている一体の組立体であるにも関わらず、第１の弁４３は容易に修理及び／又は交換できる。

導管２４は、パージチャンバ８０ｂから第２の弁２３まで延びている。導管２２は、第２の弁２３から貯留チャンバ８０ｃまで延びている。通常の動作中、第２の弁２３は閉じている。したがって、貯留チャンバ８０ｃは、ポンプ１７及び以下により詳しく説明するＳ字形バブルエアロック５１の作用に起因して、大気圧以上の圧力を受ける。第２の弁２３は、第１の弁４３と同様に、タンク組立体８０の外部に配置されている。

第１及び第２の弁４３、２３は、センサ２１からの制御信号に応答して開閉する電気機械式制御弁又は空気弁である。好ましくは、弁４３、２３は最初に開位置にあり、サーマルユニット１０ａ、１０ｂは貯留チャンバ８０ｃの液面レベルよりも上に配置されている。したがって、システムに電力が供給されていないとき（ポンプ１７がオフであり、弁４３、２３が開いている）は、導管１２ａ、１２ｂ、１４及びサーマルユニット１０ａ、１０ｂは、重力によってサーマルユニット１０ａ、１０ｂから冷却液が引っ張られることに起因して負圧のままである。しかし、上述のように、システム１の動作中、第１の弁４３は開いており、第２の弁２３は閉じている。

導管４４、４２、２４、２２及び弁４３、２３は、弁４２、２３が開いているときに、冷却液及び空気の両方が導管４４、４２、２４、２２及び弁４３、２４を同時に通過し、冷却液が第１の方向へ流れ、空気が第１の方向とは反対方向の第２の方向へ流れることができるようなサイズを有している。

センサ２１は、パージチャンバ８０ｂと連通している。センサ２１は、パージチャンバ８０ｂ内の冷却液が所定のレベルまで下降したときを（言い換えれば、所定の体積の空気がパージチャンバ８０ｂ内に蓄積したときを判定するように構成されている。

システム１の通常の動作中、冷却液に気泡が混入することはない。したがって、冷却液が液溜めチャンバ８０ａを通過する際、気泡が液溜めチャンバ８０ａの頂部まで上昇することはなく、導管４４、第１の弁４３、導管４２を通ってパージチャンバ８０ｂに達することはない。その結果、パージチャンバ８０ｂ内の空気の量は一定のままである。

システムにおける、負圧を受けている部分、例えば、導管１２ａ、１２ｂ、１４又はサーマルユニット１０ａ、１０ｂにおいて漏れが生じた場合、漏れが生じている構成部材内に空気が吸い込まれる。上述のように、貯留チャンバ８０ｃ内の冷却液は、基本的に大気圧を受け、冷却液がポンプ１７によって構成部材１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ、１４を通して吸い込まれるときに構成部材１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ、１４内でその基準点からの圧力降下が生じる。その結果、漏れが生じたときに構成部材１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ、１４から冷却液がこぼれることはない。

漏れが生じない場合でも冷却回路内に空気が蓄積する可能性もある。例えば、空気は、貯留チャンバ８０ｃ内の冷却液に吸着する場合があり、液溜めチャンバ内がより低い圧力であることに起因して液溜めチャンバ８０ａ内に放出される場合がある。

空気が混入した冷却液が液溜めチャンバ８０ａを通過する際、冷却液の速度は低下する。液溜めチャンバ８０ａは、冷却液に混入したあらゆる気泡を、上昇させるには、かつ、導管４４、第１の弁４３及び導管４２を通してパージチャンバ８０ｂへ浮力によって第１方向に移動させるには十分に低い速度で冷却液が通過する一方で、パージチャンバ８０ｂから液溜めチャンバ８０ａへ導管４２、第１の弁４３及び導管４４を通って冷却液が第１の方向とは逆の第２の方向に流れるようなサイズを有している。

浮力に起因して空気がパージチャンバ８０ｂに混入すると、パージチャンバ８０ｂ内の少量の冷却液が導管４２、第１の弁４３及び導管４２を通して液溜めチャンバ８０ａ内に送り込まれる。この液体の流れは、２つのチャンバ８０ａ、８０ｂ内の圧力を均等化させる。

構成部材１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ、１４で漏れが続く場合、パージチャンバ８０ｂ内の冷却液のレベルは、最終的に、センサ２１のプローブによって検出される所定のレベルまで下降する。そうなった場合、センサは、例えば導線を介して第１の弁４３及び第２の弁２３に制御信号を送り、それによって、第１の弁４３が閉じ、第２の弁２３が開き、エアパージが開始する。

弁２３が開くと、冷却液は重力ｇに起因して第１の方向における貯留チャンバ８０ｃから弁２３を通ってパージチャンバ８０ｂ内に流入する。このことで、パージチャンバ８０ｂ内の圧力が上昇し、同時にパージチャンバ８０ｂ内の空気がパージチャンバ８０ｂから貯留チャンバ８０ｃへ第１の方向とは逆の第２の方向に流れる。貯留チャンバ８０ｃ内の余分な空気は、貯留チャンバ８０ｃから導管５０、Ｓ字形バブルエアロック５１及び導管５２を介して周囲環境へ流れ、それによって貯留チャンバは大気圧に戻される。Ｓ字形バブルエアロック５１は貯留チャンバ８０ｃを外部環境から遮断して汚染物質及び微生物が混入しないようにするが、貯留チャンバが大気圧のままになるのを可能にする。Ｓ字形バブルエアロック５１は、タンク組立体８０の外部に配置されている。したがって、タンク組立体８０は液溜めチャンバ８０ａ、パージチャンバ８０ｂ及び貯留チャンバ８０ｃが互いに一体的にかつ永久的に取り付けられている一体の組立体であるにも関わらず、Ｓ字形バブルエアロック５１は容易に修理及び／又は交換できる。Ｓ字形バブルエアロック５１は、場合によっては、オイルなどの、殺生物剤を含み低い蒸気圧を有する流体を含む。

エアパージが開始されてから所定の時間に亘って、第１の弁４３は閉じたままになり、第２の弁２３は開いたままとなり、所定の時間の経過後、弁４３、２３はその通常の動作状態に戻される（すなわち、第１の弁４３が開かれ、第２の弁２３が閉じられる）。この所定の時間は、６０秒から１８０秒の間であってもよく、より好ましくは９０秒から１５０秒の間であってもよく、より好ましくは約１２０秒であってもよい。

上述の気泡除去動作を用いると、冷却液は基本的に一定の速度及び圧力によって各流体回路の構成部材を通過する。したがって、サーマルユニット１０ａ、１０ｂには冷却液が一定とされる所定の速度で供給される。また、圧力の過渡がないので、流体回路の構成部材における応力が低下する。さらに、ポンプ１７のオン、オフが切り替えられないので、ポンプ１７、サーマルユニット１０ａ、１０ｂに電力を供給する電源（不図示）からの電力サージ又は電圧の過渡が回避される。

サーマルユニット１０ａ、１０ｂに供給される冷却液の温度は、様々なモードにおいて調節されてもよい。第１のモードでは、熱交換機１９の冷却ファンを制御するために固定パルス幅変調（ＰＷＭ）が使用される（１００％はファンが常にオンであることを意味する）。第２のモードでは、サーマルユニット１０ａ、１０ｂに供給される冷却液の温度が温度センサによって監視され、検知された温度に基づいて（ＰＷＭによって）熱交換機ファンの速度を変えることによって所与の設定値に調節される。第３のモードでは、サーマルユニット１０ａ、１０ｂのヒータの電力使用量が監視され、サーマルユニット１０ａ、１０ｂに供給される冷却液の温度が、ヒータ電力に基づいて（ＰＷＭによって）熱交換機ファンの速度を変えることによって調節される。例えば、ファン速度は、サーマルユニット１０ａ、１０ｂのうち最も低いヒータ電力を有するサーマルユニットの電力に基づいて調節されてもよい。

システム１は、オプションで、１つ又は２つ以上の圧力逃がし弁６１を含む。導管６２は導管１２ｂから圧力逃がし弁６１まで延びており、導管６０は圧力逃がし弁６１から導管１４まで延びている。圧力逃がし弁６１は、少なくとも１つのサーマルユニット１０ａ、１０ｂまで延びる導管内の圧力が所定の閾値値を超えたときに冷却液が流れることを可能にするように構成されている。圧力逃がし弁６１は、サーマルユニット１０ａ、１０ｂまでの導管１２ａ、１２ｂが切り離されて冷却液が導管１２ａ、１２ｂから導管１４へ直接的に流れる場合があり、それによって導管１４内の圧力を解放するように含められている。

システム１は、貯留チャンバ８０ｃ内の冷却液の温度を測定するように構成された温度センサ１４０をさらに含んでいる。

システム１は、貯留チャンバ８０ｃが適切な量の冷却液を含むか否かの決定を可能にするために貯留チャンバ８０ｃ内の冷却液レベルを測定するように構成された冷却液レベルセンサ１５０をさらに含んでいる。

システム１は、熱交換機１９の下方に配置された第１のドリップパン１００と、タンク組立体８０、ポンプ１７及びフィルタ７１の下方に配置された第２のドリップパン１２０とをさらに含んでいる。導管１１０はドリップパン１００からドリップパン１２０まで延びており、漏れた冷却液ＬＬＣがドリップパン１００からドリップパン１２０へ流れることを可能にするように構成されている。

システム１は、熱交換機１９を通る流れの測定を可能にするために熱交換機１９の入口と出口との間に配置された差圧センサ９１をさらに含んでいる。導管９０は導管１８から差圧センサ９１まで延びており、導管９２は差圧センサ９１から導管２０まで延びている。

第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態による、「ターボパージ」機能を含む電気部品用の耐漏性液体冷却システム２の概略側面図である。

第２実施形態は、以下に明示的に述べる点を除いて第１実施形態と同一である。第２実施形態についての図２では、必要に応じて第１実施形態についての図の場合と同じ符号が用いられている。構成部材は、縮尺通りに図示されていない。

第２実施形態において、システム２は、導管１８から第３の弁２０１まで延びる導管２００と、第３の弁２０１からパージチャンバ８０ｂまで延びる導管２０２とをさらに含んでいる。通常の動作中、第３の弁２０１は閉じている。

弁２０１は、第１及び第２の弁４３、２３と同様に、センサ２１からの制御信号に応答して開閉する電気機械式制御弁である。第３の弁２０１は、第１及び第２の弁４３、２３と同様に、最初は開状態であることが好ましい。

第１実施形態に関して上記において説明したように、パージチャンバ８０ｂ内の冷却液のレベルがセンサ２１のプローブによって検出される所定のレベルまで下降すると、センサは例えば導線を介して第１の弁４３及び第２の弁２３に制御信号を送り、それによって、第１の弁４３が閉じ、第２の弁２３が開いて、エアパージが開始される。第２実施形態では、さらに、センサは、例えば導線を介して第３の弁２０１に制御信号を送り、それによって第３の弁が開く。このようにして、ポンプは、導管２００、第３の弁２０１及び導管２０２を介して冷却液をパージチャンバ８０ｂ内に送り込む。これによって、パージチャンバ８０ｂ内の圧力が上昇し、パージチャンバ８０ｂ内の空気がパージチャンバ８０ｂから貯留チャンバ８０ｃへ流れる。これにより、第１実施形態のように重力によって貯留チャンバ８０ｃからパージチャンバ８０ｂに冷却液を引き込む場合よりもより速く空気をパージチャンバ８０ｂから貯留チャンバ８０ｃへパージすることができる。これを本明細書では「ターボパージ」と呼ぶ。第１実施形態のように、貯留チャンバ８０ｃ内の余分な空気は、導管５０、Ｓ字形バブルエアロック５１及び導管５２を介して貯留チャンバ８０ｃから周囲環境へ流れ、それによって、貯留チャンバは大気圧に戻される。

エアパージが開始されてから所定の時間に亘って、第１の弁４３は閉じたままになり、第２及び第３の弁２３、２０１は開いたままになる。所定の時間の経過後、弁４３、２３、２０１はそれらの通常の動作状態に戻される（すなわち、第１の弁が開かれ、第２及び第３の弁２３、２０１が閉じられる）。この所定の時間は、３秒から２０秒の間であってもよく、好ましくは３秒から１０秒の間であってもよく、より好ましくは約５秒であってもよい。

他の実施形態
他の実施形態では、上述の第１及び第２実施形態における耐漏性液体冷却システムを含む半導体デバイスハンドラが提供される。

システム１及び２に、システムの様々な構成要素を制御するコントローラが設けられてもよい。例えば、コントローラは、ポンプ１７のオンとオフを切り替え、弁４２、３２、２０１を制御し、センサ２１、１４０、１５０、９１から入力を受け取り、熱交換機１９のファンを駆動する。コントローラは、システムにおいて漏れがあること及び／又は漏れの程度を示すパージサイクルの頻度を記録してもよい。コントローラは、システムにおけるエラー状態を記録してもよい。

上述の第１及び第２実施形態では、弁４３、２３は最初に開位置にあり、サーマルユニット１０ａ、１０ｂは貯留チャンバ８０ｃの液面レベルよりも上に配置されている。したがって、システムに電力が供給されていないとき（ポンプ１７がオフであり、弁４３、２３が開いている）、貯留チャンバ８０ｃが大気圧を受けているにも関わらず、導管１２ａ、１２ｂ、１４及びサーマルユニット１０ａ、１０ｂは冷却液が重力によってサーマルユニット１０ａ、１０ｂから引っ張られることに起因して負圧を受けたままである。代替として、貯留チャンバ８０ｃ内に真空を維持することができる。この実施形態では、サーマルユニット１０ａ、１０ｂは、貯留チャンバ８０ｃの液面レベルよりも上に配置されない場合でも負圧を受けるように維持することができる。

各実施形態についての上記の説明は、例示及び説明を目的として提示されている。上記の説明は網羅的であることも本発明の実施形態を開示された厳密な形態に限定することも意図しておらず、変更及び変形が上記の教示を考慮して実現可能であり又は様々な実施形態を実施することによって得られてもよい。本明細書において説明する各実施形態は、様々な実施形態の原理及び特性並びにその実際の用途について説明して、当業者が様々な実施形態において本発明を利用するのを可能にするとともに、考えられる特定の用途に適した様々な変更とともに本発明を利用するのを可能にするために選択され記載されたものである。本明細書において説明する各実施形態の特徴は、方法、装置、モジュール、システム、及びコンピュータプログラム製品のすべての可能な組合せとして組み合わされてもよい。

Claims (22)

1. 少なくとも１つのサーマルユニット用の冷却システムであって、
   液溜めチャンバ、前記液溜めチャンバの上方に配置されたパージチャンバ及び前記パージチャンバの上方に配置された貯留チャンバを含むタンク組立体と、
   ポンプ、熱交換機及び導管を含み、前記少なくとも１つのサーマルユニット、前記液溜めチャンバ、前記ポンプ、前記熱交換機及び前記貯留チャンバを通して冷却液を循環させるように構成された冷却回路と、
   前記タンク組立体の外部に配置された第１の弁であって、前記第１の弁が開いたときに、（ｉ）前記冷却液が前記第１の弁を介して前記パージチャンバから前記液溜めチャンバへ流動可能になり、（ｉｉ）同時に空気が前記第１の弁を介して前記液溜めチャンバから前記パージチャンバへ流動可能になるように構成されている第１の弁と、
   前記タンク組立体の外部に配置された第２の弁であって、前記第２の弁が開いたときに、（ｉ）前記冷却液が前記第２の弁を介して前記貯留チャンバから前記パージチャンバへ流動可能になり、（ｉｉ）同時に空気が前記第２の弁を介して前記パージチャンバから前記貯留チャンバへ流動可能になるように構成されている第２の弁と、
   を備える冷却システム。
2. 前記液溜めチャンバと前記パージチャンバとが第１の壁によって分離され、
   前記パージチャンバと前記貯留チャンバとが第２の壁によって分離され、
   前記第１の壁及び前記第２の壁は、それぞれ、弁又は貫通する開口部を有さない連続するシート材から作られている、
   請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記冷却回路は、前記冷却回路内における、前記ポンプと前記貯留チャンバとの間の位置に配置されたフィルタをさらに有する、
   請求項１に記載の冷却システム。
4. 前記システムの通常の動作中、前記第１の弁は開き、前記第２の弁は閉じている、
   請求項１に記載の冷却システム。
5. 前記第１及び前記第２の弁に電力が供給されていないときには、前記第１及び前記第２の弁が開いている、
   請求項４に記載の冷却システム。
6. 前記少なくとも１つのサーマルユニットは、前記貯留チャンバの通常の液面レベルよりも上に配置されている、
   請求項５に記載の冷却システム。
7. 前記システムの通常の動作中、前記液溜めチャンバ、前記パージチャンバ及び前記少なくとも１つのサーマルユニットにおける前記冷却回路の部分は負圧である一方、前記貯留チャンバは大気圧以上の圧力である、
   請求項４に記載の冷却システム。
8. 前記システムは、前記冷却回路において漏れが生じた場合、前記液溜めチャンバに流入する空気が減速し前記第１の弁を通って前記パージチャンバまで上昇し、同時に前記パージチャンバ内の冷却液が前記第１の弁を通過して前記液溜めチャンバへ流れるように構成されている、
   請求項７に記載の冷却システム。
9. 前記貯留チャンバと連通し、前記貯留チャンバ内の前記冷却液が所定のレベルまで下降したときを示す出力信号を生成するように構成されているセンサをさらに備える、
   請求項８に記載の冷却システム。
10. 前記システムは、前記出力信号が前記パージチャンバ内の前記冷却液が所定のレベルまで下降したことを示すときに、前記第１の弁が閉じて前記第２の弁が開き、それによって冷却液が前記貯留チャンバから前記第２の弁を通って前記パージチャンバ内に流入し、同時に空気が前記パージチャンバから前記第２の弁を通って前記貯留チャンバ内に流入するように構成されている、
    請求項９に記載の冷却システム。
11. 前記タンク組立体の外部に配置され、前記貯留チャンバを大気圧のままにすることを可能にするように設定されたＳ字形バブルエアロックをさらに備える、
    請求項１０に記載の冷却システム。
12. 前記Ｓ字形バブルエアロックは、前記貯留チャンバを前記外部の環境から遮断するように構成されているが、前記貯留チャンバを大気圧のままにすることを可能にする、
    請求項１１に記載の冷却システム。
13. 前記Ｓ字形バブルエアロックは、殺生物剤を含む流体を含有する、
    請求項１１に記載の冷却システム。
14. 前記熱交換機の冷却ファンの速度を調節するために固定パルス幅変調（ＰＷＭ）が使用されている、
    請求項１に記載の冷却システム。
15. 前記少なくとも１つのサーマルユニットに供給される冷却液の温度は、温度センサによって監視され、検知された前記温度に基づいて前記熱交換機の冷却ファンの速度を変えることによって所与の設定値に調節される、
    請求項１に記載の冷却システム。
16. 前記少なくとも１つのサーマルユニットのヒータの電力使用量は監視され、前記少なくとも１つのサーマルユニットに供給される冷却液の温度は前記監視されたヒータ電力使用量に基づいて前記熱交換機の冷却ファンの速度を変えることによって調節される、
    請求項１に記載の冷却システム。
17. 前記少なくとも１つのサーマルユニットまで延びる少なくとも１つの導管と前記少なくとも１つのサーマルユニットから延びる少なくとも１つの導管との間に、前記少なくとも１つのサーマルユニットに並列に配置された少なくとも１つの圧力逃がし弁であって、前記少なくとも１つのサーマルユニットまで延びる前記導管内の圧力が所定の閾値を超えたときに冷却液が内部を流れることを可能にするように構成されている圧力逃がし弁をさらに備える、
    請求項１に記載の冷却システム。
18. 前記貯留チャンバ内の冷却液の温度を測定するように構成された温度センサをさらに備える、
    請求項１に記載の冷却システム。
19. 前記熱交換機まで延びる導管と前記熱交換機から延びる導管との間に配置された差圧センサをさらに備える、
    請求項１に記載の冷却システム。
20. （ｉ）前記ポンプと前記貯留チャンバとの間に配置された導管と（ｉｉ）前記パージチャンバとの間に配置された第３の弁をさらに備え、前記システムは、前記出力信号が前記貯留チャンバ内の前記冷却液が所定のレベルまで下降したことを示すときに、前記第３の弁が開き、それによって冷却液が前記ポンプにより前記パージチャンバに送られるように構成されている、
    請求項１０に記載の冷却システム。
21. 少なくとも１つのサーマルユニットと、請求項１に記載の前記冷却システムとを備える半導体デバイスハンドラであって、前記少なくとも１つのサーマルユニットは、電子デバイスに接触する第１の面及び前記第１の面と向かい合う第２の面を有する電気ヒータと、ヒートシンクとを有し、前記ヒートシンクは前記ヒータが前記ヒートシンクと前記電子デバイスとの間に介在するように前記ヒータの前記第２の面に結合されている、
    半導体デバイスハンドラ。
22. 前記パージチャンバは前記液溜めチャンバに一体的に取り付けられ、前記貯留チャンバは前記パージチャンバに一体的に取り付けられている、
    請求項１に記載の冷却システム。

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