JPH02201999A - 電子回路部品を冷却する冷却平面装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は一般的には電子回路部品の冷却装置、特に冷
却材が液体状態と蒸気状態との間を還流状態に循環する
冷却平面または板を有する冷却装置に関するものである
。

［従来の技術］ 寸法と重量が非常に重要である特に航空機や宇宙船の分
野においては小型電子部品やモジュール等の一定の需要
が有る。超小型電子技術は、集積回路を含むボードに部
品が取付けられる電子部品の寸法と重量の大きな低減を
企て−いる。

寸法と費用の低減の第１段階の１つは、種々なシステム
要求に出会うよう電子プラグインモジュールが開発され
るモジュラ−概念である。標準ハードウェアー設計は、
組立体を形成するようシャシに取（＝ｊけられる複数個
のモジュールを有するよう構成されている。

［発明が解決しようとする開題点］ −ｍ的に、これらプラグインモジュールはシャシの溝内
を滑動され、母体ボード電子光学背面に接近する合致す
る雌形電子光学コネクタと係合される。これらモジュー
ルは密接して組立てられ、相当な熱を発散するので、も
し効果的に熱が排除されなければ、部品の信頼性に大い
に影響を与える。

熱発散のこの問題は、成る型の冷却ファン装置から冷却
コイルに及ぶ電子組立体を冷却するよう種々な試みによ
って研究されている。

電子プラグインモジュール組立体の冷却装置を改良する
１つの試みが１９８２年２月９日に特許されたバーマー
リイの米国特許第４，３１５，３００号明細書に示され
ている。この米国特許は、シャシの一対の平行な側部に
より形成される溝内に複数個のモジュールが支持される
構造を示している。各平行な側部には、各モジュールの
熱溜まりから溝の側部に伝達される熱を除去すべく冷却
液体を運ぶための流体通路が設けられている。複数個の
孔が隣接する溝の間の各側部に設けられていて、各プラ
グインモジュールの各側部を冷却するように冷却空気が
吹き付けられるフィンが取付けられている。この様な構
成は成る電子部品を適切に進歩させるが、２００〜５０
０ワツトの熱が各モジュールによって発生されることが
予想されるスーパーコンピューターの様な進歩した部品
や進歩したレーダーや他の装置等には不十分である。

電子回路部品から熱を消散する問題を解決する別の試み
が１９８７年１２月８日に特許されたキク千等の米国特
許４，７１２．１５８号明細書の冷却装置に示されてい
る。この米国特許は印刷回路板に取付けられた電子回路
部品の冷却装置を示しており、熱接点が電子部品の表面
と接触する冷却板上に配置された冷却材通路を有する冷
却板を有している。部品は、冷却材通路を流れる液体冷
却材によって熱接点を介して冷却される。冷却材は入口
を通って冷却板に入って冷却板を通って連続して流れ、
出口から放出される。この様な冷却装置は、特に移動す
る冷却材を設けるよう必要とされるシャシや゛鉛工”の
網目に充填できる多数のモジュールを考える時に非常な
漏洩の領内が見られる。

この発明は、還流、蒸発および凝縮状態の液体冷却材の
自己内蔵冷却網を持った冷却面を設けることによって、
電子部品を冷却するこの問題を解決するようにしている
。

従って、この発明の目的は電子回路部品を冷却する新規
で改良された冷却平面を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ −ｍに、この発明の実施例においては、冷却装置は、閉
じた内部空所と、電子回路部品が取付は出来るはゾ平ら
な外面とを有するほり平らハウジングを形成するハウジ
ング形成装置を有している。

液体冷却材の溜まりは、外面と熱連通した閉じた内部空
所の一部だけを満たしている。液体冷却材の溜まりから
離れた方のハウジングの縁部は凝縮器装置を形成するよ
う冷却溝付きシャシの様な冷却シャシに熱連結するべく
出来る。この特異な自己内蔵装置によって、電子回路部
品によって生じられる熱で液体が蒸発される。発生され
た蒸気は凝縮器装置によって凝縮され、凝縮液は液体冷
却材の溜まりに還流状態で流れ戻される。

特に、はり平らなハウジングは複数個の堆積板のサンド
イッチによって形成される。板の周縁は連続していて、
堆積板の少なくとも最も端の板はハウジングの内部を閉
じるよう中実になっていて、少なくとも幾つかの内板は
液体冷却材の溜まりのための内部空所を形成する有孔コ
ア構造を設けるよう開口を有している。−例としで、内
板ははり平行な斜めの溝によって形成でき、隣接する板
の溝が交叉する方向に在るように板が交互に配向される
。これは液体冷却材の溜まりを有するハウジングの有孔
コア構造を形成している。

好適には、ハウジングは冷却シャシの適切な縁受溝内に
冷却面を熱接続する４つの縁部を形成するように大体矩
形状に形成されており、これによって冷却平面の全ての
方向に対する取付けを可能にしている。このために、ハ
ウジングの内部空所の５０％以上が液体冷却材で満たさ
れ、内部空所に対してハウジングの中央に適切に配置さ
れた高出力電子回路部品がハウジングの重力方向に拘わ
りなく液体レベルの下に常に位置される。

この発明の他の目的と特長および利点は添付図面に関連
した以下の詳細な説明から明らかになろう。

新規であると確信されるこの発明の特許請求の範囲の特
徴部分によって示される。この発明は目的と利点と共に
、同一符号が同一部材を示す添付図面に沿っての以下の
説明を参照することによって良好に理解できよう。

［実　施　例］ 図面、先ず第１図を詳細に検討するに、この発明の冷却
平面装置は、冷却板１０の平面に取り付けられた電子回
路部品１２を冷却するための冷却板１０を有している。

爾後に詳細に説明される様に、冷却板１０は閉じた内部
空所を有するほゞ平らなハウジングを形成している。液
体冷却材の溜まりは内部空所の一部を満たし、電子回路
部品１２により生じられる熱によって蒸発されるように
成り、発生した蒸気は凝縮されて凝縮液体が液体冷却材
の溜まりに還流状態で流れ戻される。

特に、第１図に示される様に、冷却板ｌＯによって形成
されるはゾ平らなハウジングは、制限された厚さを形成
するよう複数個の堆積された板１４のサンドイッチによ
って形成される。変化可能であるが、板の数に基いて、
堆積された板によって形成される冷却板１０の厚さは４
．８〜３．２＋ｙｍ（３／１６〜１／８インチ）の値の
範囲に在って、金属の様な伝導材料の７〜１０枚のシー
ト状の板から成っている。堆積体の最も端の板すなわち
端板１６ａ、１６ｂは中実で、端板１６ａの様な少なく
とも１つの端板が電子回路部品１２を取付は出来る平ら
な外面を形成している。集積回路を含む電子回路部品の
取付は手段は図示されてなく、通常の様な具合に変化出
来ることが理解されよう。

第１図に関連した第２，３図を参照するに、内板１８ａ
（第２図）、１８ｂ（第３図）は第３図の頂部に示され
る様に交互に端板１６ａ、１６ｂ間に挟持される。これ
ら内板１８ａ、１８ｂは冷却板１０を形成するはり平ら
なハウジングの有孔コア構造を設けている。特に、内板
１８ｂ（第２図）は内板の連続する周辺縁部間に延びる
複数個のはゾ平行なうンド２０を有する。同様に、内板
１８ａ（第３図）は内板の連続する周辺縁部間に延びる
複数個のはダ平行なうンド２４を有する。

図面に示される様に夫々゛方向付けられたランド２０．
２４と共に交互の内板１８ａ、１８ｂによって、隣接す
る内板１８ａ、１８ｂの溝とランドが交差する方向に走
っているのが見られる。これは冷却板の有孔コア構造を
設けている。言い換えれば、交差する溝は、液体または
蒸気のいずれかが通過するための開口および横方向の溝
孔を形成して、液体と、冷却板構造の洞穴通路のランド
によって形成される増大された表面部分との間に非常に
優れた熱連通を設けている。

冷却板１０の組立てにおいて、交互の内板１８ａ、１８
ｂは端板１６ａ、１６ｂ間に挟持され、これら内板１８
ａ、１８ｂおよび端板１６ａ、１６ｂを互いに蝋付けす
ることによって閉鎖されたハウジングが形成される。端
板１６ａ、１６ｂが中実で、内板１８ａ、１８ｂの周辺
縁部２２．２６が夫々連続しているので、溝付形状の内
板１８ａ、１８ｂによって設けられる有孔コア構造によ
って内部空所が形成されることが理解できる。

冷却板１０を形成するハウジングの上述の説明によって
、ハウジングの完全に閉鎖された内部空所が液体冷却材
の溜まりによって満たされることが理解出来る。このた
めに、冷却板１０の閉鎖された内部空所内に液体冷却材
を注入するよう板堆積体の一方の側に注入口２８（第１
図）が穿けることが出来る。所要のレベルまで、冷却材
を充填した時に、注入口２８は閉じられる。

第１図は、端板１６ａの表面のクラスタのほり中央に配
置された多数の電子回路部品１２を示している。この特
別な形状のクラスタは例示的なもので、冷却板１０の中
央部分に゛′高熱″部品を配置する要望を示すものであ
る。二点鎖線の円３０は電子回路部品からの熱によって
生じられる高熱部分を大体示している。点線３２は冷却
板１０の内部空所を満たす冷却材の溜まり内の液体冷却
材のレベルすなわち水位を示す。液体冷却材の溜まりが
内部空所の５０％以上満たすことを液体レベルが示して
いることが理解できる。これは、液体レベルが加熱され
る領域３０の実質的な部分を覆うが、液体レベルの上に
蒸気領域を残しているのが好適である。言い換えれば、
液体レベル３２ａが水平になるように冷却板１０が傾斜
されても、垂直面内のハウジングの重力の方向に拘わり
なく加熱される領域３０と同一面積を未だ液体冷却材が
覆っていることが理解できる。逆流する冷却材の適宜な
選択によって、冷却板１０が水平面内に在る時でも、冷
却板が適切に作動する。この様な配向において、熱を放
散する装置である電子回路部品１２に交差するランド２
０．２４によって熱的に良好に接続される有孔コア構造
の下部を液体が覆う。同様に、凝縮領域４０．４２内の
液体によって覆われない冷却板部分が凝縮面として作用
する。

第４図は、冷却シャシ３６の溝３４内に冷却板１０が如
何に取付けられるかを幾分概略的に示している。冷却シ
ャシ３６は溝３４を形成する側部冷却リブ３８を有して
おり、この溝３４内に冷却板１ｏが連結または゛プラグ
イン”される。スペーサ３９ａとダストカバー３９ｂと
縁クランプ３９ｃが使用できる。冷却シャシ３６の側部
冷却リブ３８によって形成される溝付構成が第１図の冷
却板１０の頂部に点線４０で示されている。実際に、冷
却シャシ３６への冷却板１０の縁取付けによって、上下
凝縮領域４２．４４が形成される。

勿論、第１図に示される様に、冷却板１０の配向によっ
て、上凝縮領域４２は後述するように凝縮を行うよう有
効であり、また下凝縮領域４４は冷却材の溜まりの底部
にて冷却板１０内の冷却材の溜まりを冷却するよう有効
である。冷却板１０が全方向性装置として設計されてい
るので、冷却板１０の側縁４６が適宜な冷却シャシ３６
の溝３４内に熱連結できることが理解されよう。

冷却シャシ３６の詳細がニーには記載されないが、関連
する米国特許願明細書が参照できる。

作用においては、第１図を再び参照して、冷却板１０が
第４図に示めされる様に冷却シャシ３６内に熱連結され
ていることを考慮して、相当な熱が電子回路部品１２に
よって生じられるのが理解されよう、近年の“スーパー
コンピューター”にて、出力がレーダ装置や同様なもの
に供給され、モジュール当たり２００〜５００ワツトの
熱が生じられることが予想される。この熱は円３ｏによ
って示される領域にて大体に冷却板の中央に集中される
。この熱は液体レベル３２によって示される内部溜まり
内の液体冷却材を蒸発するように成す、この蒸発が起こ
る時に、蒸気は上昇して、冷却板１０が冷却シャシ３６
に熱連結されている上凝縮領域４２（第４図）と接触す
るように成る。

蒸気は冷たい凝縮領域にて凝縮され、凝縮液が冷却板１
０内の液体冷却材の液体冷却材の溜まり内に落ちて戻さ
れる。溝付内板１８ａ、１８ｂによって設けられる有孔
コア構造は、冷却板構造内の洞穴通路の拡大面部分と凝
縮液の間の、すなわち交互の内板１８ａ、１８ｂの交叉
するランド２ｏ、２４によって形成される内部空所、の
優れた熱通路を設ける構造の開口と溝路とに沿って液体
が流れるようにしている。この２相流れの型は、冷却板
１０の還流型装置を概略的に示す第１図に矢印５０で示
されている。言い換えれば、冷却板自体の境界の外側の
冷却材回路を必要とせずに、完全に自己内臓した冷却板
が電子回路部品を冷却すべく設けられている。部材をボ
ルト止めしたり電気供給電線のために端板１６ａがら端
板１６ｂまで貫通孔を設けることが出来、電子部品が冷
却板の前後に取付けられる。漏洩を排除するようランド
２０．２４の交点に孔が穿けられる。

更に、第５．７図を参照して、変成器の様に嵩ばる低出
力部材の配置や包装を許すように比較的大きな面積の冷
却板に貫通する孔が穿けられる。

特に、同一の符号が第５図の冷却板１０に付けられると
共に、第１．４図の説明と対応する第６．７図の内板１
８ａ、１８ｂに付けられている。嵩ぼる低出力部材を設
置するための大きな開口の部分が符号６０で示されてい
る。勿論、内板１８ａ、１８ｂは開口６０の部分をシー
ルするように開口６０の部分の回りに閉じた境界を有し
ている。

この発明の精神と中心的特徴を逸脱することなくこの発
明が他の特別な形に実施出来ることが明らかであろう、
この発明の実施例は従って図示されるよう総てに関して
考慮されるべきで、制限されるものでなく、こ−に与え
られた詳細にこの発明は制限されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子回路部品の位置、冷却材液体レベル、シャ
シ凝縮器の位置、２相流れ形の一般的方向等を概略的に
示すこの発明に従った冷却板の斜視図、第２図は有孔コ
ア構造を形成するハウジングの内板の１つの平面図、第
３図は内板の１つが第２図の内板に隣接して配置された
第２図と同様な平面図、第４図は冷却シャシに連結され
た冷却板の縁部を概略的に示す図、第５図は変形例を示
す第１図と同様な図、第６図は第５図の構造における内
板の１つの図、第７図は第６図に対する隣接の内板の図
である。図中、１ｏ：冷却板、１２：電子回路部品、１
４：板、１６ａ、１６ｂ：端板、１８ａ、１８ｂ：内板
、２ｏ、２４：ランド、２８：注入口、３４：溝、３６
：冷却シャシ、３８：側部冷却リブ、３９ａニスペーサ
、３９ｂ＝ダストカバー、３９ｃ：縁クランプ、４６：
側縁、６０：開口。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）閉じた内部空所と、電子回路部品が取付け可能な
   ほゞ平らな外面とを有するほゞ平らなハウジングを形成
   し、蒸気が上昇する通路と凝縮液が降下するカスケード
   装置とを設ける有孔コア構造によって該内部空所が形成
   されるハウジング形成装置、 内部空所に対して外面の中央に適切に配置された電子回
   路部品の少なくとも一部がハウジングの重力方向に拘わ
   りなく液体レベルに対して熱的に閉じるべく常に配置さ
   れるように外面と熱連通する閉じた内部空所の５０％以
   上を満たす液体冷却材の溜まり、 凝縮器装置を形成するように冷却シャシに熱連結できる
   液体冷却材の溜まりから離れているハウジングの少なく
   とも上縁部、 から成り、電子回路部品により生じた熱によって液体が
   蒸発され、発生した蒸気が凝縮器装置によって凝縮され
   て、凝縮液が有孔コア構造の上を流れ落ちて還流状態に
   液体冷却材の溜まりに戻される、電子回路部品を冷却す
   る冷却平面装置。
2. （２）通路を形成する重なり合う開口を有する板のサン
   ドイッチによって有孔コア構造が形成された請求項１記
   載の冷却平面装置。
3. （３）各板がほゞ平行で斜めのランドで形成されて、隣
   接の板のランドが交叉する方向に在るように板が交互に
   配向された請求項２記載の冷却平面装置。
4. （４）冷却シャシの適切な縁受溝内に熱連結するための
   ４つの縁部を形成するようにハウジングがほゞ矩形状を
   成している請求項１記載の冷却平面装置。
5. （５）ハウジングの縁を受ける溝を有した冷却シャシと
   組合せられた請求項１記載の冷却平面装置。
6. （６）ハウジング形成装置は複数個の堆積された板のサ
   ンドイッチから成り、該板の周縁が連続していて少なく
   とも堆積体の最も端の板がハウジングの内部を閉じるよ
   うに実質的に中実に成っており、内部空所を形成する有
   孔コア構造を設けるように少なくとも幾つかの内板が開
   口を有している請求項１記載の冷却平面装置。
7. （７）各内板はほゞ平行で斜めのランドにて形成され、
   隣接の板のランドが交叉方向に在るように板が交互に配
   向されている請求項６記載の冷却平面装置。