JPH02281799A - 電子モジュール用熱伝導インターフェイス - Google Patents

電子モジュール用熱伝導インターフェイス

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JPH02281799A
JPH02281799A JP2079087A JP7908790A JPH02281799A JP H02281799 A JPH02281799 A JP H02281799A JP 2079087 A JP2079087 A JP 2079087A JP 7908790 A JP7908790 A JP 7908790A JP H02281799 A JPH02281799 A JP H02281799A
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    • H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
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    • H05K7/20636—Liquid coolant without phase change within sub-racks for removing heat from electronic boards
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing

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］ 装置の改良に関するものであり、特に電子モジュールの
温度制御および自動クランプのための自己調節熱転送シ
ステムに関するものである。
［従来の技術］ 特に新式の航空電子システムにおける電子モジュールの
温度制御は、高密度形態で取付けられた電子部品を有す
る回路カードが高い電力消費を示し、多量の熱を発生す
るとき問題が生じる。約２０乃至１００°Ｃの適切な温
度環境にするためには高能率の熱除去システムがしばし
ば必要である。
モジュールに強制的に空気を吹付け、或いはモジュール
周囲の空気を吸引する空冷システムが従来使用されてい
る。しかしながらモジュールを冷却するための液体冷却
剤の循環は熱除去のためのさらに能率のよい方法である
。そのようなシステムでは典型的にモジュールを保持す
る回路カードラックを支持する冷却板の内部の空洞を通
って液体冷却剤を導いており、電子部品からラックへ熱
を導く手段が設けられている。ヒートパイプハａ械的に
回路カードラックにクランプされ、回路カードラックの
縁部に対して支持されたフレキシブルな壁またはベロー
型の冷却板が電子部品から熱を導くために使用されてい
る。カード上の電子部品と密接な熱伝達の、および回路
カード本体の端部と密接な熱伝達の回路カード本体内の
内部ヒートパイプも知られている。
［発明の解決すべき課題］ これらの装置はその目的を達成するけれども、構造がも
っと簡単で、発生した熱の処理がもっと効率的で、モジ
ュールと冷却剤との間の熱伝達路が短い装置が依然とし
て望まれている。
また異なった温度の２つの物体間の境界面における熱抵
抗は境界面における接触圧力に異存していることが知ら
れている。境界面における接触圧力が増加するにしたが
って熱伝導度は増加し、熱抵抗は減少する。それ故境界
面の熱抵抗が減少するような電子部品に対するインター
フェイスを設けることが望まれる。
モジュールの破壊もまた問題である。回路カードラック
中の電気的および機械的接続はしばしば実質的に力を加
えることなくラックにカードを挿入し或いは引出すこと
を困難にするような構造である。この力を受けたときカ
ードが破損されることがあり、その結果費用が増加し、
システムの休止時間が長くなる。動作中はラックに回路
カードモジュールをロックし、動作中でないときにはそ
れらを自動的にロックから解除する自動クランプ機構を
設けて、定常的な保守および組立て過程におけるモジュ
ールの挿脱を容易にすることが望ましい。
この発明は、これらの必要性を満たすものである。
［課題解決のための手段］ この発明によれば、製造が簡単で、熱の除去が効率的で
、モジュールと冷却板間の熱の伝送路を短くすることの
できる、温度制御および冷却板に対する電子モジュール
の自動的クランプを行う自己調節熱伝導インターフェイ
スが提供される。このインターフェイスは、電子モジュ
ールのコンデンサ（冷却用の凝縮器）端を受け、コンデ
ンサの全表面を覆うように構成されたほぼＵ型の、フレ
キシブルな高熱伝導性金属の熱交換部材を具備する。Ｕ
型の熱交換部材は熱交換部材の外壁上の液体冷却剤室を
定める容器内に位置している。液体冷却剤は冷却板中の
ボートから容器の入口を通って圧力下で供給される。液
体冷却剤室の圧力は電子モジュールのコンデンサ部分と
の接触圧力増加させるようにフレキシブルな熱交換部材
に力を加え、それによって接触境界面における熱抵抗を
減少させ、モジュールから冷却板への熱の転送率を増加
させる。
モジュールのコンデンサ端は、保守および組立て動作中
のモジュールの挿脱を特に容易にするために最初は低い
接触圧力でフレキシブルな熱交換部材に適合するように
構成されている。液体冷却剤室の冷却剤の圧力が増加す
ると、熱交換部材のフレキシブルな壁はモジュールのコ
ンデンサ端と結合するように押付けられ、自動的にモジ
ュールをラックにクランプする。
さらに詳しく説明すると、好ましい実施例において、こ
の発明を限定するものではないが１例として、熱伝導イ
ンターフェイスはヒートシンクと連通した液体冷却剤循
環室を形成する容器を備え、また電子モジュールのコン
デンサ端を受けるように構成されたフレキシブルで高熱
伝導性の金属熱交換部材を備えている。熱交換部材は熱
交換部材と電子モジュールのコンデンサ端との間の境界
面における接触圧力を増加させるように循環室中の液体
冷却剤の圧力上昇に応じて屈曲するように容器中に設置
されている。熱交換部材はほぼＵ型の形状で、２つの対
向する平らな側壁が電子モジュールのコンデンサ端を受
ける通路を定めていることが好ましい。容器は各側壁の
外側に液体冷却剤循環室を設けることが好ましい。壁の
端部のスプリング状のコーナーは熱交換構造に柔軟性を
与えている。実施例では平らな側壁の外側表面が鰭を備
え、それは液体冷却剤循環室に対する熱放射を増加させ
ている。
以上の、およびその他のこの発明の目的および利点は、
添付図面を参照にした以下の実施例の詳細な説明により
明白になるであろう。
［実施例］ 図示のようにこの発明は回路カードラック中に設置され
た電子モジュールのための熱伝導インターフェイス装置
として実施されている。電子モジュールは典型的には正
常の動作中に熱を発生する電子部品を支持する２個の回
路板間のヒートパイプを備えている。ヒートパイプは熱
をモジュールのコンデンサ端部に導く。
この発明によれば、熱伝導インターフェイス装置は回路
カードラックのいずれかの側の冷却板中の管の液体冷却
剤供給用多岐管と関連して動作し、液体冷却剤供給源に
接続された液体冷却剤循環室を備えている。フレキシブ
ルな、金属の高熱伝導性の熱交換部材は液体冷却剤が熱
交換部材の外面に沿って流れるように液体冷却剤循環室
内のインターフェイス装置中に位置している。熱交換部
材は電子モジュールのコンデンサ端部を受けてそこから
熱を導くように構成されている。インターフェイス装置
は液体冷却剤を使用することによって標準電子モジュー
ルのクランプと冷却を同時に行い、ある場合にはモジュ
ールの各側で１００ワツト、全体では１個のモジュール
当り２００ワツトまでの熱を転送することができる。
液体冷却剤の熱転送特性を有効に利用するために、熱交
換部材は電子モジュールのコンデンサ端部の表面と確実
に密着接触するように液体冷却剤の圧力に応じて屈曲す
る。フレキシブルな熱交換部材上の液体冷却剤の圧力は
またモジュールをラックにクランプする。熱交換部材の
動作表面は鰭を使用して増加されることが好ましく、そ
の鰭は液体冷却剤室に延在して鰭を通って液体冷却剤が
流れて熱交換部材と液体冷却剤との間の最大の熱伝送を
可能にする。
この発明の１実施例によれば、関連するヒートシンクを
有する取付は構造中で使用される電子モジュール用の熱
伝導インターフェイス装置が設けられる。電子モジュー
ルは１以上の電子部品を支持する本体および部品と熱的
に連通ずるように本体と関連するヒートパイプ手段を備
えている。ヒートパイプ手段は熱伝送用液体を含み、熱
コンデンサ手段がヒートパイプ手段と熱的に連通ずるよ
うに本体の少なくとも一端に関連しており、熱伝導イン
ターフェイスは液体冷却剤供給源と連通した入口および
出口を有する容器と、熱コンデンサ手段を受けるように
構成され少なくとも一つの高熱伝導性のパネルを有する
フレキシブルで高熱伝導性の熱交換部材とを備え、熱交
換部材と容器は組合わさってフレキシブルで高熱伝導性
の熱交換部材と熱的に結合している少なくとも一つの液
体冷却剤循環室を形成し、それによってフレキシブルで
高熱伝導性の熱交換部材のフレキシブルな運動は液体冷
却剤循環室内の液体圧力の上昇に応答して生じる。
第１図に示すように、電子モジュールｌＯは新型の航空
電子システム中の典型的な回路カードラック１２中に挿
入されることができる。モジュールは平坦な本体１４を
備え、そのコンデンサ端部１Ｂはラック１２の対向する
内部壁２０および２２の少なくとも一つにより定められ
て位置する個々のインターフェイス装置１９中に形成さ
れた垂直溝１８内に受けられるように構成されている。
モジュールの長手方向上縁のコーナーにあるハンドル２
４はモジュールのラックへの取付は取外しを容易にする
。種々の電子部品２８を備えた回路カード２Ｂはをジュ
ール本体１４の一面または両面上に取付けられている。
回路カードは側面部材４０．４４りような冷却板を含む
支持フレーム中に引出のように配置されている。矢印４
６．４８で示されるように、液体冷却剤は冷却板内部の
多岐管通路５０を通って流れる。
第２図に示すように、複数のヒートパイプ５２は各モジ
ュールｌＯの本体を通って長手方向に延在している。ヒ
ートパイプの構造は典型的にステンレス鋼で作られるこ
とが好ましい導管５４を備え、芯材料５ｇで内張されて
いる。導管５４中の動作液体は蒸発／凝縮サイクルを有
し、熱を電子部品２８からモジュールのコンデンサ端部
ｌＢに伝達する。典型的な動作液体はフレオン１２また
はフレオン２５である。以下明らかにされるように、電
子部品２８からの熱は動作液体を蒸発させ、導管５４を
通ってモジュールのコンデンサ端部ｔａに移動する。蒸
気はコンデンサの冷却表面で凝縮し、それから芯材料の
毛管現象により熱が受けられる位置に戻る。
第３図および第４図に示されるように、個々のインター
フェイス装置は容器６０を備えることが好ましく、それ
は実施例ではステンレス鋼で作られている。容器は液体
冷却剤用の室Ｂ１および６２を備えている。冷却剤は冷
却剤人口６３を通って一端で容器に入り、容器の他端で
出口Ｂ４から出てゆく。
液体冷却剤はハイドロカーボン、アスカレル（絶縁油）
、またはシリコンオイルのような通常の誘電体液体冷却
剤でよい。好ましい冷却剤はモンサンドケミカル社から
市販されている商品名“クーラノール（Ｃｏｏｌａｎｏ
ｌ）である。液体冷却剤は圧力を高めて冷却板の供給多
岐管から冷却板出口６Ｂを通って供給され、圧力は典型
的には約５０ｐｓｌである。インターフェイス装置の液
体冷却剤室を通りて流れた後、液体冷却剤は冷却板入口
６８を通って再び冷却板多岐管に戻る。
熱交換部材７０はほぼＵ型の断面の長い薄い金属シート
から形成され、それは電子モジュールのコンデンサ端部
ｌＢを受けるように構成されたチャンネルを形成してい
る。熱交換部材７０は０．０１０インチの厚さのベリリ
ウム銅シートから作られることが好ましく、液体冷却剤
の圧力により屈曲可能な形状であり、それによってコン
デンサの表面と特に緊密な接触を行いコンデンサと液体
冷却剤との間に短い熱通路を与える。熱交換部材７０は
チャンネルの開放端にフランジ７１を有し、それは容器
の内側に面した壁７５に形成された細長い垂直間ロア３
の両側でステンレス鋼の容器の内面にハンダ付けされる
ことが好ましい。熱交換部材７０はまたチャンネルに平
行に内方に延在し、チャンネルのベースに当接する容器
中に形成された停止部材７２とチャンネルの閉端または
ベースでハンダ付けで固定されることが好ましい。熱交
換部材７０は液体冷却剤室中に延在し、停止部材７２と
共に容器を２つの並んだ冷却剤室６１および６２に分け
ている。鰭７４は銅で作られることが好ましく、液体冷
却剤にさらされるベリリウム銅熱交換部材の表面にろう
付けされることが好ましい。熱交換部材の側壁７Ｂは熱
伝達を最大にするためにコンデンサ表面の長さおよび幅
全体にわたって広がっている。側壁７６はまたコンデン
サ表面に関して側壁を外側および内側に容易に屈曲させ
るスプリングとして作用する４分の３円の範囲で丸くさ
れている外側に突出するコーナーセグメント８０により
チャンネルのベースの端壁７８に接合されていることが
好ましい。フランジ７１もまた４分の１円の範囲で丸く
されているスプリングとして作用する内側コーナーセグ
メント８２により熱交換部材の側壁７Ｂに接合されてい
る。
実施例において、熱交換部材７０は、側壁７Ｂ、壁７８
、フランジ７１およびコーナーセグメント８０．８２を
備え、一体構造として構成されている。
以上の説明から、この発明のインターフェイス装置は効
率のよい熱伝達構造を提供し、液体冷却剤の熱伝達特性
を最大限に利用していることが認識されるであろう。フ
レキシブルな熱交換部材は電子モジュールのコンデンサ
端部と緊密で完全な接触を確保し、液体冷却剤に対する
短い熱通路を与える。フレキシブルな熱交換部材上の液
体冷却剤の圧力はまた回路カードラック中にモジュール
を自動的にしっかりとクランプし同時にモジュールから
熱を除去する。
以上この発明の特定の実施例について詳細に例示し説明
したが、当業者にはこの発明の技術的範囲を逸脱するこ
となく多くの変形変更が可能であることは明白であろう
。したがって、この発明の技術的範囲は特許請求の範囲
の記載によってのみ限定されるべきものであることを理
解すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の１実施例の熱伝導インターフェイ
ス装置の斜視図であり、説明のために部分的に切開いて
回路カードラック中で使用されている装置を示している
。 第２図は、第１図に示した電子モジュールの部分的に切
断された斜視図である。 第３図は、第１図に示したインターフェイス装置−つの
拡大された断面図である。 第４図は、第３図の線４−４に沿った拡大された断面図
である。 １０・・・電子モジュール、１２・・・カードラック、
１４・・・モジュール本体、１Ｂ・・・コンデンサ端部
、１８・・・垂直溝、１９・・・インターフェイス装置
、２Ｂ・・・回路カード、２８・・・電子部品、５２・
・・ヒートパイプ、６１゜６２・・・冷却剤室、７０・
・・熱交換部材、７３・・・停止部材。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）１以上の電子部品を支持する本体と、前記部品と
    熱的に結合されている本体と共同して動作するヒートパ
    イプ手段と、このヒートパイプ手段と熱的に結合されて
    いる本体の少なくとも一方の端部で共同して動作するコ
    ンデンサ手段とを具備している電子モジュール用の熱伝
    達インターフェイス装置において、 液体冷却剤供給源と連通した入口および出口手段を有す
    る容器と、 前記コンデンサ手段を受けるように構成され、少なくと
    も１つの高熱伝導性パネルを有するフレキシブルな高熱
    伝導性熱交換部材とを具備し、熱交換部材と前記容器と
    は組合わされて前記熱交換部材と熱的に結合された少な
    くとも１つの液体冷却剤循環室を形成し、それによって
    前記熱交換部材のフレキシブルな運動が前記液体冷却剤
    循環室内の液体圧力の上昇に応じて生じることを特徴と
    する電子モジュール用の熱伝達インターフェイス装置。
  2. （２）前記熱交換部材が前記容器中の２つの液体冷却剤
    循環室を分離している２個の高熱伝導性パネルを具備し
    ている請求項１記載の装置。
  3. （３）前記液体冷却剤循環室が前記熱交換部材と直接接
    触している請求項１記載の装置。
  4. （４）前記熱交換部材が第１および第２のパネル部材間
    の横断パネルを備え、前記容器は前記２つの液体冷却剤
    循環室をさらに分離するために前記横断パネルと接触す
    るように延びている停止部材を具備している請求項２記
    載の装置。
  5. （５）前記熱交換部材がＵ型の断面を有する長い薄い金
    属シートを具備している請求項１記載の装置。
  6. （６）前記金属シートはスプリング部材により横断ベー
    ス壁に結合された対向する側壁を有している請求項５記
    載の装置。
  7. （７）前記熱交換部材がスプリング部材を備えている請
    求項１記載の装置。
  8. （８）前記熱交換部材がベリリウム銅合金で構成されて
    いる請求項１記載の装置。
  9. （９）前記ベリリウム銅合が約０．０１インチの厚さの
    薄いシートに形成されている請求項８記載の装置。
  10. （１０）前記熱交換部材が前記液体冷却剤循環室と熱的
    に結合している高熱伝導性鰭を有している請求項１記載
    の装置。
  11. （１１）前記熱交換部材は前記コンデンサ手段の全表面
    と熱伝達接触境界面を与えるように構成され配置され、
    前記液体冷却剤循環室内の液体圧力の関数として変化す
    る熱抵抗を有する請求項１記載の装置。
  12. （１２）前記熱交換部材のフレキシブルな運動が前記電
    子モジュールの冷却およびクランプを同時に生じる請求
    項１記載の装置。 この発明は、電子モジュールの発熱を処理する
JP2079087A 1989-03-29 1990-03-29 電子モジュール用熱伝導インターフェイス Expired - Lifetime JPH06105839B2 (ja)

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