JPH0369172B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は一般的には、電子的集合体
（electronic assemblies）およびそのための冷却
システムに関する。本発明は種々の電子分野に応
用可能であるが、最も重要な用途は高速度、高容
量の計算機、時にはスーパーコンピユータと呼ば
れるもの、であると信ぜられ、本明細書における
発明の好適実施例についての記述はそのような計
算機への応用を説明している。

極めて高速度の計算機の開発に際して、計算機
集合体の物理的寸法を減少させることに向けて多
大の努力が払われたが、その理由は、最大相互接
続路長による信号伝送遅れが計算機の最大クロツ
ク率を制限し、したがつて計算機の動作速度を制
限するからである。最近においては、利用可能な
世代の論理および記憶用集積回路は、ナノ秒領域
のクロツク率でスイツチングを行うことができる
が、そのようなクロツク率で計算機に使用される
ためには、回路間の最長相互接続路の最大長は非
常に短い距離、例えば、４ナノ秒動作用のねじれ
電線対の場合においては、約40.64cm（16インチ）
に制限されねばならぬ。

集積回路技術の進歩によりチツプあたりの論理
ゲートおよび記憶回路の数が増大した装置が製造
されるようになり、スーパーコンピユータに要求
される極めて多数の論理および記憶回路を、
40.64cm（16インチ）または同程度の短い電線長
の相互接続距離を許容する１つの区域内に集合さ
せることを理論的に可能にした。都合の悪いこと
に、前述の理論的に可能な高密度は、そのように
高密度に集合された回路から発生する相当の量の
熱を効果的に除去することなしには、実際には、
達成することができない。単一のエミツタ結合論
理回路用集積回路は１ワツトまでのエネルギーを
熱として発散することができる。高密度のパツケ
ージングによれば、そのような集積回路の充分な
数を縦2.54cm（１インチ）、横10.16cm（４イン
チ）、長さ20.32cm（８インンチ）のモジユールに
収容することが可能である。そのようなモジユー
ルの多数を、所望の結果を得るために相互密接に
配置することが考慮される場合に、発散される熱
の量が利用可能な冷却技術をはるかに越えること
に注意せねばならぬ。

電子学分野において電子的部品および回路を冷
却するための幾つかの技術が開発されてきた。空
気冷却方式および強制空気冷却方式が不適切とな
る場合には、液体又は冷媒が充填された低温棒体
又は低温プレートシヤーシー部材が、回路モジユ
ールを支持し該回路モジユールから熱を除去する
ために開発された。譲受人に譲渡された米国特許
第4120021号には、冷媒により冷却される低温棒
体を用いた冷却システムが開示され、該低温棒体
は回路板が取付けられるプレートの縁部を受入れ
る溝および固定手段を有する。回路部品から発生
する熱に対流および伝導により低温プレートへ、
次いで低温棒体へ伝達される。この技術は、それ
が意図する目的に対しては極めて成功したもので
あるが、前述のような極めて高密度の、かつ熱発
生を伴う装置に対しては不充分なものである。

不活性な液体中に浸漬することにより電子的部
品を冷却することは電子工学の幾つかの領域にお
いて種々の形式により実用されてきた。電子的部
品浸漬用に適した不活性液体を利用することが可
能であり、例えば、3M（スリーエム）社により製
造されるFluorinert（フルオリナート）と呼ばれ
る弗化炭素製品を利用することが可能である。こ
れらの液体は、種々の用途に役立つよう種々の沸
点をもつものとして得ることができる。１つの普
通の用途は、試験の目的のために単一の部品を隔
離するために該単一の部品をそのような液体中に
置くことである。大電力用の整流器にもまた、浸
漬冷却が適用されてきている。計算機回路モジユ
ールであつて、幾つかの回路板が封鎖された容器
内の装着されそれにより計算機システムのモジユ
ールを形成するもの、が提案されてきている。該
モジユールは不活性な液体を充填されており、該
不活性な液体は有核沸騰により回路から熱を除去
し該モジユールの壁体に再凝縮させる。該回路か
らの熱は次いで、該モジユールの外被体上に形成
されたフインにより周囲の空気へ伝達される。

浸漬冷却方式は、空気冷却方式に比べて、液体
が気体に比べてより大なる熱伝導率およびより大
なる熱容量をもつという点から、大なる利点を有
する。しかし、回路を流体中に浸漬するというだ
けでは、前述のような極めて高密度の、大形のシ
ステムにおける熱の問題を解決するためには不充
分である。電子的集合体を機械的、電気的に構成
するにあたり、極めて大なる密度の集結および回
路部品からの液体による効果的な熱除去を可能な
らしめるようにし、かつ集合体を補修または更新
のために取扱いやすいものにすることが必要であ
る。

発明の概要 本発明は、改良された、浸漬冷却される高密度
の電子的集合体を提供し、該改良された電子的集
合体は、大形の瞬時利用可能のランダムアクセス
メモリをもつ大容量の計算機の極めて高速度の動
作を可能にし、該電子的集合体はすべて極めてコ
ンパクトな容積内に収容され、液体の浸漬および
循環システムと結合され、それにより極めて大な
る熱発生の取扱いに成功したものである。

本発明の１つの観点によれば、回路板の積重体
として形成された回路要素が設けられ、回路板を
支持し積重体を順次にしかし積重体間に冷却剤流
を形成する手段が設けられ、全構造体は全体を冷
却剤液体中に浸漬するための容器又はタンク内に
収容される。流体を積重体の１つおきに供給し積
重体の他方から復帰させ、積重体の回路板の間に
回路板を横切つての冷却剤流を形成する手段が設
けられる。

１つの好適な形態においては、冷却剤流通柱状
体（以下、柱状体をコラムと言う）の一つおきに
直立パイプ（以下、スタンドパイプと言うが配置
され、それにより冷却剤が、積重体を通流しスタ
ンドパイプに沿つて上昇し、次いで上端から流出
した後、復帰するようになつている。

本発明の１つの好適な形態によれば、冷却剤流
入コラムの一つおきには分配多岐管として役立つ
キヤツプつきスタンドパイプが設けられ、該スタ
ンドパイプは全長に沿い複数個の孔を有し、それ
により積重体のすべての回路板に対し均一な冷却
剤分配を与える。

本発明の他の観点によれば、積重体の回路板は
複数個のモジユールとして配置され、該モジユー
ルの各個は複数個の回路板を具備し、該回路板は
その上に取付けられた電子回路部品を包含し、複
数個のスペーサ又はジヤンパーピンにより間隔を
おいた関係で固着され、該スペーサ又はジヤンパ
ーピンはまた隣接する回路板間の電気的接続を構
成する。好適には、回路部品は列状に配置されそ
れにより回路板の各個を横切つての冷却剤流のた
めのチヤンネルを形成する。スペーサは高密度の
集結用の長さのものが選定されるが、回路部品間
の充分な間隔および冷却剤流用の空間は確保され
る。回路板の一方の端部にはコネクタが設けられ
それにより他の回路板に対する電線装置による相
互接続が行われ、回路板の他方の端部には電源接
続部が設けられる。

本発明の１つの好適な形態においては、該モジ
ユールの積重体の複数個が設けられ、該積重体の
ための支持手段が積重体を一般的に放射状に配置
するために設けられ、該放射状配置は、コネクタ
端部は相互に隣接し扇形形状の冷却材流通コラム
は間に位置づけられるような配置であり、それに
より積重体に対する冷却剤循環が形成される。ま
た、コラムを通つて冷却剤を循環させ、それによ
り回路板を横切つて通流させ、かつ再循環用冷却
剤を冷却するための外部手段が設けられる。

実施例 本発明による液体により浸漬され冷却される電
子的集合体は、超高速、大容量デジタル計算機に
ついて以下に添付図面により説明する。本発明に
よれば、計算機に使用されるすべての電気回路板
及び配線は第１図にて番号１０で示された適切な
容器（又はタンク）内に取付けられ、該容器には
計算機の電気回路が浸漬される不活性液状冷却剤
が収容される。容器はいずれか適切な形状をとる
ことが可能であるが、好適には断面形状が多角形
の柱形状が用いられ、これは複数個の平坦状パネ
ル１５で作られ、該パネルは各々垂直および水平
なフレーム部材１３および１４による骨組により
支持される。フレーム部材およびパネルは適切な
形状の平坦状基台部材１１の周囲に支持され、カ
バー１２もまた設けられる。計算機の保守の便宜
上、パネル１５は計算機に着手するために撒去可
能となつている。好適には、パネルは通常保守お
よび冷却材の供給、復帰（除去）を補助するため
に透明な材料で作られる。

基台部材は、以下により詳細に説明するが、配
線用の通路および容器への冷却剤の出入を可能な
らしめるため、いくつかの穴が設けられる。冷却
剤循環用注入管１８、冷却剤環用注出管１９、お
よびポンプ注入、注出中に容器から冷却剤を供
給、除去する一対の冷却剤供給管２０，２１は第
１図においてその接続が対称的に示されている。
基台部材１１はまた、交流電源用の配線通路（電
力供給パス）および計算機のデータ入出力ライン
のための複数個の孔（穴）を有し、該配線のいく
本かについては第１図に番号１７により対称的に
示される。第１図に示すいくつかの導管は概略的
に示したものであることをことわつておく。

好適には、計算機に用いられるすべての回路
板、すなわち、１つ又はそれ以上の中央処理ユニ
ツト、これに関連するすべての論理ゲート回路、
および大容量ランダム・アクセス・メモリ、は容
器１０内に配置される。計算機の外部に設けられ
比較的低速で動作する入出力処理装置および大容
量記憶回路装置は回路板に基台１１を通る入出力
ランイにより接続される。云いかえれば、高速に
て動作する必要のあるすべての論理回路および記
憶装置は容器内に極めて接近して配置される。

さらに、論理回路および記憶装置への供給電源
もまた次のような理由から容器内に設けられる。
すなわち、供給電源もまた不用なかなりの量の熱
を発生することと、供給電源を論理回路および記
憶装置に物理的に極めて接近して設けることによ
り配線の長さと接地抵抗を減ずるためである。

計算機の保守の便宜上、供給電源は容器１０の
下部に、記憶装置および論理回路は上部に配置す
ることが好ましい。さらに、水平フレーム部材１
４は電源およびその他の回路との分割線上の近く
に配置され、冷却材のレベルを供給電源のレベル
および水平フレーム部材１４のレベルに降下させ
た後に回路板へ着手するために上方パネルの撒去
を可能ならしめる。このことは、論理回路および
記憶装置は電源よりも頻繁に保守又は更新を必要
とするという理由から、保守上の効率向上のため
に設けられる。

本発明の実施例についての詳細な説明に先立つ
て、電子的集合体および冷却剤循環についての概
略を第２図および第１２図により説明する。第１
２図は第１図に示す容器のカバーを撒去した場合
の上面図を示し、図から明らかなように、16積重
体（以下スタツクと言う）の回路モジユールがあ
るが、このうち３個について番号３０ａ，３０ｂ
および３０ｃを付与してある。これらスタツクは
以下に説明するように供給電源又は複数個の水平
回路板を具備するモジユールから成る。モジユー
ルのスタツクの各々はスタツクのいずれかの側面
に隣接した垂直支持フレーム３１，３２により支
持される。第１２図を明確にするために付与番号
は２，３のスタツクに関連した要素のみに与えら
れているが、スタツク３０ａ，３０ｂ，および３
０ｃに関連した要素の形状は繰り返すものである
ことが理解されると思う。

モジユール支持フレーム３１および３２は冷却
剤の通流を可能ならしめるようないくつかの穴を
有する平板状構造であつて垂直方向に設けられて
いる。隣接支持体上にモジユールのスタツクを支
持するための手段が設けられる。支持体は計算機
の中央部の周囲に所定の形状で配置され、これ
は、互に隣接する論理回路コネクタ端末と共にモ
ジユールスタツクの放射状配列を形成し集合体の
中央部分へ面するように配置される。隣接するモ
ジユールスタツクの間は番号３３および３４で示
すように扇形又は三角形状の領域が形成され、こ
れは垂直冷却剤通流コラムを形成する。注入コラ
ムは番号３３により示され、計算機の周囲で注出
コラム３４と交互に設けられる。注出コラム３４
は該コラム内に配置されたスタンドパイプを有す
る。スタンドパイプ３５もまた扇形又は三角形状
であるが、冷却剤が頂上へ上昇しスタンドパイプ
の頂上を越えてその中心へ流れ落ちるようにスタ
ンドパイプ３５と隣接するモジユール支持体３
１，３２の間の空間３６を設けるためにコラム３
４よりも小さくなつている。好適には、これらの
穴は冷却剤の除去のためにスタンドパイプ３５の
長手方向に沿つて設けられる。

本発明の実施例において、ふた付のスタンドパ
イプ３８の形態の分配多岐管はスタツクのすべて
のレベルについてモジユールへの新規な冷却剤の
供給を補助するために注入コラム３３内にて使用
される。ふたのされたスタンドパイプ３８は通
常、その頂部の封止用のふたを除いては注出スタ
ンドパイプ３５と同じ形状を有する。これらは、
基台の液体注入口上に配置され、その長手方向に
沿つて側面に複数個の穴が設けられる。これらの
穴によつて冷却剤が注入コラム３３内の分配領域
３９に満され隣接するモジユールスタツクに冷却
剤を供給する。

冷却剤循環穴２２は垂直冷却剤コラム用の扇形
領域内の基台１１上に設けられる。基台１１の下
のパイプ１１によつて適切な接続がなされ、コラ
ム３３の冷却注入口およびふた付スタンドパイプ
３８として、又はコラム３４の冷却剤注出口およ
びスタンドパイプ３５として循環穴２２に接続す
る。

収容される計算機のサイズに依存するものであ
つて、16スタツクすべて必要とするものではな
い。必要とされるスタツクの数は配置される記憶
装置のサイズおよび計算機が単一の処理装置が多
重の処理装置かに依存する。例えば、４スタツク
計算機、８スタツク計算機又は16スタツク計算機
が考えられる。16スタツクより小さい計算機が使
用される場合には容器はもちろんその空間又は不
用な側について完全な多角形ではなく近似的に楕
円状の断面となるように設けられる。又、角度等
を適切に変えることにより16スタツクよりも大き
いか又は小さい数を有する放射線状の形状を設け
ることも可能である。しかしながら、16スタツク
以上を包含するまで外形を開放することは中央領
域内の最大相互接続路長を増大することになる。

さらに第２図において、４スタツク計算機又は
より大なる４スタツク計算機について概略的に示
す。隣接する複数対の垂直モジユール支持フレー
ム３１，３２は扇形の垂直冷却剤通流コラムを形
成するようにその内側端部が収束するように示さ
れる。ふた付スタンドパイプ３８を包含する３個
所の供給コラム３３が、注出スタンドパイプ３５
を各々包含する対をなす戻りコラム３４と交互に
示される。

一対の循環ポンプ４０，４１およびこれに対応
する熱交換器４２，４３が容器内に浸漬された計
算機を通して液状冷却剤を循環させるために設け
られる。ポンプ４０は熱交換器４２を通して冷却
剤を循環させ、冷却剤は水又は他の冷却媒体によ
り冷却される。冷却された冷却剤はパイプ４４を
通して流れ、、パイプは第２図に示すように供給
コラム３３の左右に冷却剤を供給するために分岐
する。スタンドパイプ３５の１つからの液体は戻
りパイプ４５を経てポンプ４０へ通流する。同様
に、他方のスタンドパイプ３５の底部からの液体
はパイプ４７を経てポンプ４１へ通流し、熱交換
器４３およびパイプ４６を経て他方の注入コラム
３３へ冷却剤を送出する。

第１２図に示すように相対するモジユール支持
フレームの間のスタツクに配置された電源モジユ
ールおよび論理回路および記憶装置については冷
却剤通流を示すために第２図からは削除した。冷
却剤は垂直冷却剤コラム３３において容器に入
り、矢印にて示すように、すべてのモジユールお
よびモジユールを形成するすべての水平回路板の
間の複数の通路を水平方向に通流する。モジユー
ルの間の流れにおいて、冷却剤は各回路要素によ
り発生される熱を吸収する。冷却剤のいくつかの
量は注出スタンドパイプ３５における穴を通して
流れ、またある量はスタンドパイプの外側のコラ
ム３４の領域３６において上方に垂直に流れ、し
かる後スタンドパイプ３５の頂上を越えて降下し
熱交換器を経て再循環する。注入コラム３３の作
用は新規な、均等に冷却された冷却剤をスタツク
の上下すべてのモジユールに提供することにあ
る。いくらかの量の冷却剤はこまかい蒸気状の泡
を形成するように加熱されるが、スタンドパイプ
３５を経て吸収され再凝結される。

液体−液体形熱交換器が熱交換器４２，４３と
して使用され、水道用水が冷却用として使用さ
れ、例えば、約10℃に冷却を維持する。もちろ
ん、他の形式の熱交換器又は冷却サイクル装置も
使用し得る。さらに補助的な循環ポンプ、熱交換
器および管路が第２図に示す４スタツク以上の大
なる計算機システム用のスタツクおよびコラムに
対して設けられる。代りにより大なる容量のユニ
ツトが他のスタツクを通して循環するために使用
される。

第３図は、第２図と類似しているが、第２図に
示す冷却剤循環システムよりもむしろ冷却剤注入
注出ポンプシステムを示している。第３図におい
て、冷却剤注入注出スタンドパイプ２４は第１２
図の容器の基台に示す４個の冷却剤供給、除去穴
２３の１つと共に示されている。また、第３図に
は４スタツク計算機のモジユール支持フレーム３
１および３２の対を概略的に示す。貯蔵タンク５
０は便宜上、複数個の小形貯蔵タンク５１からな
り単一貯蔵タンクを形成するようにその基台にも
うけられた開口部を通してパイプ５２によつて相
互に接続される。スタンドパイプ５３は貯蔵タン
ク内に貯蔵タンクの頂部の付近でふた以下の位置
にその頂部開口があるように設けられる。スタン
ドパイプ５３の底部は貯蔵タンクと通じずにタン
ク内のスタンドパイプ２４にパイプ５４を経て接
続される。

供給／除去穴２３はパイプ５５により接続さ
れ、注出ポンプ５６の入口および注入ポンプ５７
の出口へ分岐する。パイプ５２による貯蔵タンク
５０の底部における接続部はパイプ５８に接続さ
れ、注入ポンプ５７の入口および注出ポンプ５６
の出口へ分岐する。

貯蔵タンク５０に貯蔵される以前に冷却剤が最
初に計算機の収容された容器１０に満されるため
の注入動作の間、ポンプ５７は稼動し、ポンプ５
６は停止する。ポンプ５７は冷却剤を貯蔵タンク
から供給／除去穴２３へ貯蔵タンクへ満すために
供給する。計算機容器１０から押出された空気は
スタンドパイプ２４を経て逃げ、冷却剤がより下
部にあるように容積を満たすごとく貯蔵タンク５
０内の圧力を等化する。スタンドパイプ２４はま
たタンクの満杯を防止する。タンクが満杯になる
と、第２図に示す循環システムがスタートし、電
源が計算機回路に供給される。注入動作は注入回
路が循環作用を補うので、循環システムがオンす
ると同時に維持される。スタンドパイプ２４は循
環スタンドパイプ３５よりもわずかに高く、計算
機の動作により形成される蒸気を弱める補助を行
う。前述した様に、冷却剤は回路素子上を循環す
るので、いくらかの蒸気泡が形成され、これらは
容器の頂部に上昇し、典型的動作として頂部に小
さな蒸気ポケツトを形成する。スタンドパイプ２
４は蒸気を弱める補助をし、最終的には他の液体
と共に再凝結される。

保守のためにシステムから注出する上で、電源
が計算機から除去された後に注入および循環シス
テムは停止され、注出ポンプ５６がスタートす
る。冷却剤が供給／除去穴２３から貯蔵タンク５
０へ転送され、スタンドパイプ２４および５３、
およびこれらの相互接続パイプ５４は液体冷却剤
が転送されるように圧力を中立化するために空気
又は蒸気の排除を可能にする。

本発明によれば、論理回路および記憶装置は第
４図乃至第７図に示されるようにモジユールに形
成される。各モジユールは、本実施例では１モジ
ユール当り８回路板が使用されたが、複数板の回
路板を積層したものから成る。番号６０は論理又
は記憶モジユールを示す。８板の個々の回路板６
１は、以下に説明する理由から、互に近接しつゝ
かつ回路板上に取付けられる集積回路６２および
その他の素子の公差を考慮した間隔に配置され
る。第４図に示すように、集積回路６２は回路板
上に列をなして配列され、これにより液体通路と
して隣接する列の間のチヤネル６３を提供する。

回路板６１は従来技術により構成され、好適に
は、計算機の特定部分に対する特定の記憶又は論
理機能適用のための各種回路を接続する要求とし
て、信号線の多層構造を具備する。いくつかの信
号線により各回路板の一方の端部に沿つて配線さ
れ多重ピンコネクタ６４により接続される。

モジユール内の隣接する回路板の間の信号線の
相互接続は機械的スペーサとしても提供されるジ
ヤンパーピンにより行われる。

第６図乃至第９図により詳細に示すように、複
数個のジヤンパーピン６５，６６が設けられる。
これらは相対する回路板間に設けられ対をなす回
路板の穴の間に固定され、回路板間の信号伝達ば
かりか機械的なスペーサおよびモジユール内で回
路板相互の安全を確保するために提供される。ジ
ヤンパーピン６５および６６は２種類使用され、
特にピン６５は「スターター」ピンとして使用さ
れる。ピン６５および６６のいずれも柱身部分６
７、柱身部分６７の先端の直径の小さい先端部分
６８、および柱身部分６７と先端部分６８の間の
肩部分６９を有する。スターターピン６５は他に
さらに先端部分６８および肩部分６９をその相対
する側に有し、一方、ジヤンパーピン６６は先端
部分６８を受容するための凹み又はソケツトを有
する。確実に固定するために凹み７０を有する端
部に溝が設けられる。実使用上、ジヤンパーピン
６５，６６は第７図に示すよりも集積回路に比べ
て非常に小さく、図ではかなり誇張されて示され
ている。

各々の回路板上にジヤンパーピンの単一パター
ンを設けるよりも、使用された数およびそれらの
位置から、どこの信号経路が必要な隣接回路板に
ジヤンプするかの配慮により指令されるように変
えられる。信号が２枚の隣接回路板間のみが必要
とされるようにジヤンプする場合には、単一のス
ターターピン６５が第７図の中央に示すごとく使
用される。ジヤンパー接続が同じ位置において３
個又はそれ以上の回路板間で必要とされる場合に
は、スターターピン６５が使用され、その先端が
１つの回路板を通して突出し、ジヤンパーピン６
６がピン６５の上に固定されて次の回路板に接続
され、このようにして多くの回路板が接続され
る。各々の場合に、ジヤンパーの先端部分は回路
板に設けられた隙間穴７１および肩部分６９又は
凹み７０の端部周囲を経て突出し、回路板に対し
て突出しそして穴の周囲の信号線と接続される。
各々の回路板は最初にジヤンパーピンの位置に合
せて穴があけられメツキされる。モジユールが回
路板ごとに組立てられるので、ピンはモジユール
を具備するすべてのスタツクが組立てられるまで
挿入され半田付される。典型的には、多くの数の
ジヤンパーピンが各種の回路板の種々の位置に必
要とされかつ設けられ、その結果、最終的なモジ
ユールは互に確実に保持されジヤンパーピンの集
合により正確に間隔が保たれる。

コネクタ６４に相対するモジユールの端部に
は、電源用に複数個の接続が、第４図および第５
図に示すように設けられる。これらはピンプラグ
７４を有する複数本の電源線の形体をとる。論理
回路に結合されるエミツタは計算機の高速動作に
使用されるので、接地、マイナス２ボルト、およ
びマイナス5.2ボルトの３電源接続が使用される。
好適な形体において、複数のリード線７７および
７８はすべて接地され、リード線７５および７６
のグループは負電源に各々接続される。第５図か
らわかるようにリード線７５のグループはクラン
プブロツク７９に接続される７本のリード線から
なり、機械的な支持と電源接続の１つに対する回
路板上の電気的接触を提供するためにモジユール
を介して80個のボルトにより保持される。同様
に、クランプブロツクおよびボルトはその他の供
給電源および接地へのリード線のために設けられ
る。

本発明の好適な形態として、集積回路のすべて
の列は各回路板上に完全に満される。特定のモジ
ユールの回路設計が集積回路パツケージの数とし
て定数より少ない回路板について行われた場合に
は、空間となつた位置については「ダミー」回路
が挿入される。これは集積回路列および回路板上
の均一な通流チヤネル６３、およびすべてのモジ
ユールへの液体流の抵抗を維持するためにモジユ
ール内のすべての回路板を維持するために行わ
れ、かつ、回路板上の液体流の滞留をなくそうと
する低い液体流抵抗の局部的通路の発生を防止す
るために行われる。「ダミー」回路は物理的に空
間を埋める回路板であつて不良品が用いられる
が、勿論電源には接続されない。

第１０図および第１１図に示す電源モジユール
は、計算機のスタツクにするような機械的な設計
の便宜上、第４図および第５図の論理回路および
記憶装置と同じ幅にすることが好ましい。実施例
に示すように、電源モジユールは論理回路および
記憶装置よりも多少長くまた厚みにおいて薄くな
つている。各電源モジユールは金属板８１から成
り、半導体整流器８２が取付けられる。金属板８
１は供給電源の接地用に用いられる。図に示すよ
うに変成器およびその他の構成要素が金属板８１
の中央に設けられ、コネクタ８３がモジユールの
一方の端部に取付けられる。このコネクタはモジ
ユールに交流電源を供給するために使用される。
電源モジユールの他方の端部には、一対の上方向
のタブ８４が設けられ計算機の接地に接続され
る。マイナス電源は他方のタブ８５から供給さ
れ、計算機アセンブリの供給電源に接続される。

第１４，１５および１６図には、さらに詳細に
集合体の構造が示されている。各モジユールスタ
ツクはいくつかの論理回路又は記憶装置と共に垂
直方向にいくつかの電源モジユールスタツクから
成る。しかしながら、モジユールは物理的に互に
凹みを有せずすべて骨組により支持されており、
骨組は他の部材と共に接続され支持される垂直方
向の対をなすモジユール支持フレーム部材３１，
３２を包含する。第１４図に示すように、接地用
に設けられる垂直方向Ｕ字形チヤネル部材９０は
各三角形状冷却剤通流コラムの広い方の端部に配
置される。モジユール支持フレーム３１および３
２はボルト締めされる。又、電源モジユールの接
地タブ８４は第１４図には示されていないが接地
のためにボルト締めされる。さらに、各種の論理
回路および記憶モジユールからの接地用リード線
７７および７８は接地バー９０の側面に設けられ
た穴に挿入される。接地バー９０の外側に絶縁材
を介して電源供給バー９１および９２が設けられ
２種類の負電源を供給する。これらの電源供給バ
ーもその側面に電源リード線７５，７６から論理
および記憶モジユールに電源を供給するためのピ
ンプラグ７４受容のための穴が設けられる。第１
４図には示されていないが、各スタツクの下部に
は適切な電源モジユールはバー９１および９２に
確保された電源タブ８５を有する。モジユールス
タツク頂部板９６は対をなすモジユール支持体３
１，３２の間に伸張しかつ確保されこの間のスタ
ツクを規定する。また、モジユールスタツク中間
板９７が設けられ、また、モジユールスタツク底
部板９８が垂直モジユール支持体間を接続しかつ
確保する。底部板は容器の基台１１に確保され
る。

前述したように、垂直モジユール支持フレーム
３１および３２は液体冷却剤の比較的制限されな
い通流を提供するために穴が設けられ、これによ
り、冷却剤はモジユールの周囲を通流することが
できる。さらに、溝が設けられこれらの溝は論理
および記憶モジユールを支持するためのナイロン
案内１０１を受容する。より下方において、電源
モジユールは垂直支持体３１，３２に設けられた
複数の支持ピン１０２により支持される。扇形の
垂直冷却剤通流コラムの前面および狭い部分にお
いて、隣接する支持フレーム３１および３２は頂
点部材１１０にて境界をなしている。これらの頂
点部材１１０は回路板上のコネクタ６４と掛合す
るモジユール−モジユール配線のコネクタ１２０
を確保し、また、電源モジユール上のコネクタ８
３と掛合するコネクタ１３０を確保するために使
用される。

第１４図に示すように、各頂点部材１１０は隣
接支持フレーム３１，３２の縁を受けるために刻
み目が設けられ、これによりありつぎ結合によつ
て確保される。計算機の中央領域に指向する頂点
部材１１０の他の縁は第１５図に示すように複数
の溝１１１を有する。これらの溝は条片１２１を
取付けるコネクタを受容し、その各々は接着され
たコネクタを有する。条片１２１は隣接するスタ
ツク間の角度配向に対応する角度における各々の
側の対をなす穴を有する。これらは頂点部材の溝
１１１に配置され、条片を取付けるコネクタを捕
獲する穴を通るピン１１２および１１３により確
保される。スペーサ１１４はピン１１３と共に条
片間に配置される。この方法によりコネクタ１２
０は頂点部材１１０によつてモジユール支持フレ
ームに保持される。これらは、モジユールがスタ
ツクに配置されるときモジユールの回路板上にて
コネクタ６４と掛合する。

頂点部材１１０は電源モジユールの長手方向に
適合するようにより下方に向つて設けられる。さ
らに頂点部材１１０は溝１２４を有し、これらは
条片１３１を取付ける電源コネクタを受容する。
また、これらは隣接するスタツク上の取付けられ
た条片と重なり合う穴を有し、ピン１２５により
互に確保される。条片１３１はコネクタ１３０を
有し、該コネクタには交流電源の接続を電流モジ
ユールへ接続可能にするコネクタ８３と掛合する
ように確保される。

スタンドパイプ３５は冷却剤の上昇領域３６を
提供するために隣接するスタツク間の扇形領域よ
り小さいくさび形に樹脂により形成される。スタ
ンドパイプの内部には基台部材１１の冷却剤循環
穴２２の方向へ冷却剤の下方向通路が設けられ
る。スタンドパイプ３５は、番号３７で示される
ように接地線のチヤネル部分の内側へその背面端
部にてボルト締めされる。スタンドパイプ３５の
下部は基台１１の冷却剤循環穴２２を覆う。

注入液体用コラムのふた付スタンドパイプ３８
は、スタンドパイプ３８がその頂部がふたにより
封止されている点を除いては、注出スタンドパイ
プ３５と同一の構造を有し、同じ方法により取付
けられる。スタンドパイプ３８はまた基台の注入
口２２を覆うように配置される。注入スタンドパ
イプ３８および注出スタンドパイプ３５はその側
面に複数の穴を有する。穴の数、間隔および大き
さは特定の設計の要望により冷却剤通流に従つて
選択されるが、好適な実施例としては、個々の穴
はスタツクの個々のモジユールの間隔に対応して
スタンドパイプ３５および３８に沿つて間隔をも
つて配置される。

注入コラム３３の場合に、スタンドパイプ３８
は基台の注入口２２からの液体の流入を受ける分
配多岐管として提供され、コラムの領域３９を通
してすべてのレベルについて均一な新しい冷却剤
通流を分配する静止圧を提供しかつスタツクのす
べてのレベルに導入される冷却剤の等しい量を確
保するために流れを制限する。注出スタントパイ
プ３５の場合には、液体の一部はスタンドパイプ
の側面の穴により領域３６から注出され、一部は
領域３６の頂点への伝達によりスタンドパイプ３
５からあふれるように部分的に駆動される。

導管２６の何本かは第１２図に示すように、基
台１１から上方へ容器内の計算機との配線を行う
ために伸張する。電源バス（配線）を包むこれら
の導管２６は底面から離れて伸張しそこの配線は
電源モジユールへのコネクタ１３０上へ伸長す
る。適切な封止材料が、配線が液体中に現われる
パイプの頂点の周囲にて用いられる。他の導管は
計算機へのデータ入出力用であり、そこからの配
線はコネクタ１２０へ伸長し接続される。図面を
簡単にするために示されていないが、多くの数の
配線がスタツク内のモジユールからモジユール
へ、また他のスタツクのモジユールへ伸長し、す
なわち、コネクタに隣接する計算機容器内の領域
は種々の方向に配線されたワイヤによりかなりの
範囲が占有される。

計算機を保守する上で必要な場合には、上述し
たように液体を注出し容器のパネルを除去した後
に、該当するモジユールに対するピンプラグ７４
の形体の電源接続は各々の電源配線（電源配線は
カラーコード化されているのでホツト側か接地側
かは明らか）から除去され、モジユールは集合体
の外側に引出され、コネクタ１２０からコネクタ
６４を取りはずす。電源モジユールは同時に各々
の電源線および接地バーからその出力タブのボル
トをゆるめ、それを引き出すことにより除去さ
れ、コネクタ１３０からコネクタ３８を取りはず
す。再挿入はこれと逆の手順により行われる。

動作上、容器１０を通して循環される液体は、
垂直モジユール支持フレーム３１，３２の穴を経
て、さらに、モジユールを経て隣接する回路板の
間をすべての回路要素に接触するように全体的に
水平に通流する。モジユールの規則的な列および
チヤネルの配列はモジユールを通して流れる冷却
剤の循環を補助する。集積回路パツケージの縁、
そのコネクタピン、それらの間の間隙、および他
の構成要素の包含、等すべての場合について適切
な熱除去を行うために十分にじよう乱および混合
される。補助的なじよう乱も勿論行われるが、回
路板への液体流のゆるやかな流を犠牲にすると十
分な熱除去はむつかしい。回路板における冷却剤
の通流割合は単位秒当り25.4mm（１インチ）が適
切であり、この場合、冷却剤が約21℃で入り約31
℃で流出し、回路板上で約54℃を越える点はな
い。

発明の効果 本発明は電子的集合体の超高密度パツケージに
おいてそこに発生する熱を効果的に除去すること
により、信号伝搬路を極端に短くし計算機の高速
化大容量化を図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例が適用される計算機
の側面図であつて冷却材流体タンクの図が含まれ
るもの、第２図は本発明の一実施例が適用される
計算機用の冷却材循環システムおよび冷却材流路
を概略的にあらわす図、第３図は第２図装置にお
ける冷却材用の上向きポンプシステムおよび下向
きポンプシステムを概略的にあらわす図、第４図
および第５図は本発明の一実施例が適用される計
算機集合体用の回路モジユールのそれぞれ上面図
および側面図、第６図は第４図装置の−線か
らみた拡大された部分的立面図、第７図は第４図
および第５図における回路モジユールの回路板間
の相互接続および支持構造の詳細を示す拡大され
た断面図、第８図および第９図はいずれも第７図
装置におけるジヤンパーピンおよびチツプ部分を
示す図、第１０図および第１１図は本発明の一実
施例が適用される計算機用の電源モジユールのそ
れぞれ上面図および側面図、第１２図は第１図装
置の水平断面を示す断面図、第１３図は第１２図
における−線からみた拡大された断面
図、第１４図は第１図における−線から
みた拡大された部分的水平断面を示す断面図であ
つて、回路モジユール積重体および隣接する冷却
材供給および復帰コラムの関係をあらわす図、第
１５図は第１２図の−線に沿う拡大され
た垂直断面を示す断面図であつて、冷却材復帰用
スタンドパイプを通る断面を示すもの、第１６図
は第１２図の−線に沿う拡大された垂直
断面を示す断面図であつて、穿孔されたモジユー
ル支持用フレームを示す図である。 符号の説明、１０……容器、１１……基台、１
２……カバー、１３，１４……フレーム部材、１
５……パネル、１７……配線管、１８……注入
管、１９……注出管、２０，２１……冷却剤供給
管、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ……回路モジユー
ル、３１，３２……垂直支持フレーム、３３，３
４……コラム、３５，３８……スタンドパイプ、
４０，４１……循環ポンプ、４２，４３……熱交
換器、５０……貯蔵タンク、６０……論理および
記憶モジユール、６１……回路板、６２……集積
回路、６５，６６……ジヤンパーピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体により浸漬され冷却される電子的集合体
   であつて、該集合体は、 液体冷却剤容器、 間隔をおいた回路板の積重体の複数個、 該複数の積重体を前記液体冷却剤容器内に、一
   般的に積重体が他の積重体に隣接するが該他の積
   重体から離隔しその間隔が冷却剤流通柱状体を形
   成するパターンにおいて配置する手段、 冷却剤供給柱状体を形成するように前記柱状体
   の一つおきに冷却剤の流れを供給する手段であつ
   て、該冷却剤供給手段は前記供給柱状体内に配置
   された長形の分配多岐管を包含し、該多岐管は全
   長に沿い複数個の出口孔を有し、それにより前記
   積重体のすべての位置において回路板に対し均一
   な冷却剤の流れを供給するようになつており、 冷却剤除去柱状体を形成するように前記冷却剤
   柱状体の他方から冷却剤を除去する手段であつ
   て、積重体の一方の側に供給された冷却剤が該積
   重体内の前記間隔をおいた回路板の間を通つて前
   記積重体の他の側の冷却剤の除去される場所に流
   れ、それによつて前記回路板を横切つて冷却剤循
   環を形成し該回路板上の回路部品を冷却する手
   段、を具備する、液体により浸漬され冷却される
   電子的集合体。 ２ 液体により浸漬され冷却される電子的集合体
   であつて、該集合体は、 液体冷却剤容器、 相接近して配置された回路モジユールの垂直積
   重体の複数個であつて、該モジユールの各個が水
   平方向に離隔された回路板の複数個を具備するも
   の、 前記積重体を相互に隣接して配置する手段であ
   つて、該配置は、前記積重体が扇形形状の柱状体
   を間に形成するように、その一方の端部は相互に
   隣接し他方の端部は相互に離隔するという該容器
   内において少くとも部分的には放射状パターンの
   配置であるもの、 前記モジユールの一方の端部に固着された接続
   手段であつて積重体のモジユール間の信号の相互
   接続路を形成するもの、 前記柱状体の一つおきに冷却剤を供給する手
   段、および、 前記柱状体の他方のものから冷却剤を除去する
   手段であつて、前記回路板を横切る冷却剤の循環
   を形成して該回路板上の回路部品を冷却するため
   に、積重体の一方の側に供給された冷却剤が前記
   積重体内の間隔をおいた回路板の間を通つて前記
   積重体の他の側の冷却剤の除去される場所に流れ
   るようにされ、冷却剤除去柱状体内に配置された
   複数の垂直な直立パイプと前記容器から該直立パ
   イプを通して冷却剤を除去する手段を包含するも
   の、 を具備する、液体により浸漬され冷却される電子
   的集合体。