JPH07501394A - 電子部品およびコンピュータ構成部品のための冷却装置 - 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】 この発明は、比較的小さい電子部品またはコンピュータ構成部品でも冷却するこ とかできる装置を提供する。そのような機器のための現在使用されている冷却装 置では、通常、その機器が使用され、動作している間維持される部屋、空間また は小部屋全体を冷却することが必要である。明らかに、そのような冷却には、そ のような機器に電力を供給するのに必要なかなりの量の電気エネルギーを浪費す る比較的大容量の冷却装置が必要である。そのようなシステムに関する問題点は 、機器か収容されている領域の周りを冷却せずに、低い動作温度で、維持される べき特定の構成部品に冷却を集中して行なうことができないことである。熱電気 箇所冷却装置は、その冷却温度の能力や容量が制限されており、比較的効率か悪 く、典型的には、熱伝達のための重いおよび／または高張る構成部品を組込んで いる。さらに、冷却負荷のかかる箇所に隣接する領域から排出熱を取除くことか 困難である。

発明の概要 この発明は、不必要な構成部品、機器またはその機器が動作される領域をも冷却 することによるかなりの電力の浪費をなくして、コンピュータまたは他の電子機 器の構成部品が比較的小さいものであってもほぼ即時に冷却できる装置を組込む 。この発明の装置および方法は、毛細管または小さいサイズの管を使用して、冷 却されるべき特定の構成部分と熱交換するように接触している蒸発冷却器を形成 するまたはつくることにより、箇所冷却を可能にする。したがって、この装置は 、冷却されるべき構成部分を直接冷却することかでき、それによりこの構成部分 は、熱排出をその冷却領域から離れた所で行なっていかなる所望のまたは所与の 温度にも維持され得る。この発明の別の実施例においては、熱伝達媒体の循環液 体、気体または相変化プロセスおよび予冷を錯化合物システム蒸発器または脱着 器とインタフェースしている１つ以上の位置で行なって個々の構成部分を冷却す るために、冷却ループか使用される。この発明は、冷媒配位子か固体塩ベースの 錯化合物におよび固体塩ベースの錯化合物から交互に吸着および脱着される錯化 合物法の利点を使用する。この装置およびシステムでは、圧縮器、ポンプ、バー ナ等を使用する必要がなくなりしたかって寄生電力の必要かかなり低減されるだ けてなく冷却機器か簡略化されるということにおいてさらに利点を有する。これ らおよび他の利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 図１ないし図３は、それぞれこの発明の装置の異なる実施例の概略図であり、図 １は、電子構成部品を冷却するための蒸発器が直列に接続されている冷却システ ムを示す図である。

図２は、冷却蒸発器が並列に使用される、図１の装置を使用する実施例を示す図 である。

図３は、別々の反応器を組込むこの発明の冷却システム装置の概略図である。

図４は、２対の別々の反応器および間接冷却装置の実施例を示す図である。

図５は、図１のシステムの反応器のために使用される熱交換ジャケットの使用を 示す図である。

発明の詳細な説明 図１に示されるこの発明の冷却装置およびシステムは、１対の反応器１２および １４を含み、その各々は極性冷媒と金属塩との錯化合物を含む。この反応器は、 概略的に示され、錯化合物２２か含まれている内部を露出するために部分的に破 断して示されている。各々の反応器はまた、錯化合物を加熱して冷媒を塩から脱 着させるための手段を含み、これは、好ましくは、電源に電気的に接続される電 気抵抗熱素子２４の形である。これらの反応器にはまた、反応器か冷却されるへ きときに熱交換を促進するためにフィン１５か設けられている。たとえばそのよ うな冷却の間に周囲温度の空気を１つ以上の反応器表面を通るように強制的に向 けることによってそのように冷却するために、ファン１６か設けられてもよい。

冷媒を交互に脱着するために反応器を交互に加熱するため、ファンは風向きと逆 にできるものであってもよく、反応器は、そのように交互に冷却するために空気 流送り装置またはバルブが設けられる別々の分室にあってもよい。錯化合物の冷 媒の吸着および脱着をよりよく行なうための反応器の設計は、反応の間、錯化合 物反応生成物の体積の膨張が制限され、固体塩反応物への気体の極性冷媒の吸着 によって得られる錯化合物を含む反応器を備える。錯化合物は、反応の間体積の 制限なく膨張することが可能であれば、かなり多くの体積および第１の密度を有 することかできる。この装置において、錯化合物は、反応チャンバを実質的に満 たしている。反応チャンバの壁の一部分は、気体反応物がそこを通過できるよう に多孔性である。反応チャンバは、反応の間、錯化合物の体積の膨張を制限する ための手段を含む。反応器の電気加熱素子に電力を与え、かつファンおよび反応 器を動作させるのに必要な他の構成部分を駆動するための電気構成部品は図示さ れておらず、ここに記載されていないが、当業者により理解されるであろう。さ らに、反応器中の錯化合物を加熱するための池の加熱手段、たとえば、気体加熱 器または熱風または熱交換チューブを使用してもよい。

反応器において使用するのに適切な錯化合物は、米国特許番号第４．８４８，９ ４４号に記載されている。特定的には、この装置に使用される好ましい化合物に は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アルミニウム、亜鉛、銅、カ ドミウムおよび錫からなる群から選択された金属の塩であるハロゲン金属（特に 塩化物、フッ化物、フッ化硼素、臭化物およびヨウ化物）、硝酸塩、亜硝酸塩、 硫化物、シュウ酸エステル、硫酸塩または塩素酸塩がある。

好ましい塩は、臭化カルシウム、塩化カルシウム、臭化ストロンチウム、塩化ス トロンチウム、塩化コバルト、塩化ニッケル、塩化第一鉄、塩化第二鉄、および 硼フッ化ナトリウムであり、これらはアンモニアと錯化して、上述の応用および 特許に記載される錯体を形成する。主に吸着および脱着反応を効率よく循環させ るために特定の塩を選択して、ＮａＢＦ４、塩化金属の複塩、および化合物と塩 との組合せ、ならびにその共晶、包晶および化学量論的な混合物が含まれてもよ い。−２０°Ｆ未満の温度で１５分までのサイクル期間の開路化合物材料に関し てｌ　ｋＷ／ｋｇを上回る電力密度で冷却を行なうためには、塩１モルにつき２ 〜６モルのアンモニアと錯化した臭化カルシウムか特に好ましい。

塩化カルシウムおよび塩化ストロンチウム／アンモニア錯体は、−２０°Ｆを超 える高い電力密度を形成する。反応器内の錯化合物はまた、金属の単塩または塩 の混合物の錯化合物であってもよい。たとえば、急速な冷却、負荷制御等に関し て吸着または脱着速度が重要である場合、そのような特性を存する錯化合物を利 用するために塩の混合物を使用してもよい。

塩は極性冷媒と錯化して錯化合物を形成する。ここで使用されるような極性冷媒 は、上述の塩と配位錯化合物を形成できる気体の極性冷媒を規定するものである 。そのような錯体を形成するのに適切な極性冷媒の例には、アンモニア、水、低 級アルカノール、特にメタノール、アルカノールアミン、アルキルアミン、特に メチルアミン、ポリアミン、二酸化硫黄、およびホスフィンがある。好ましい冷 媒であるアンモニアをここに引用することにより、他の適切な冷媒、特定的には 双極子モーメントを有するＩＣＰＣおよびＲＦＣもまた含まれることが理解され るはずである。

陽性冷媒、特にアンモニアと上述の塩との間の上述の吸着反応により形成される 錯化合物により、もし最初の吸着反応の間に膨張することが可能であれば、最初 の吸着反応の前に、１０％ないし１０００％、典型的には未反応の塩の体積の約 １．５ないし約１０倍の体積の増加か可能である反応生成物か得られるであろう 。この発明において、反応器には、互いの間隔の狭い熱伝導経路をつくり、かつ 固体反応吸着剤へのおよび固体反応吸着剤からの反応気体が通過できるようにす る反応物包含手段が備えられる。この包含手段は、ワイヤメツシュ、穿孔プレー トまたは管を含む種々の材料、または気体に対して透過性の泡を含む他の材料を 含む。これらの材料は、反応チャンバを規定しかつその周りを囲む少なくとも１ つ以」二の壁またはバリアに設けられる。そのような反応チャンバを使用するこ とにより、反応チャンバの外側からの固体反応全体におよび固体反応全体から気 体を適切にさらしたり移動させたりすることがてき、それと同時に反応器内での 固体反応全体へのおよび固体反応全体からの優れた熱伝達が可能になる。システ ムを最適化するためには、各々の反応チャンバの厚さとチャンバ内の反応物の装 填密度とチャンバの深さく気体の通路から、最も遠い反応物までの拡散長）との 間の関係を最適にすることが必要である。プレート間または他のバリア間の間隔 は、熱伝導経路長を最適化し、かつシステムの適切な熱伝導性を与える際の必要 に応じて調整される。この発明の改良物を使用するシステムにおいて、固体は、 典型的には０．２ないし２．５ｇ／ｃｃの密度（固体反応全体をベースにしてい る）に維持される。固体の膨張は、好ましくは、気体反応物にさらす前に反応チ ャンバに導入された固体反応物の最初の体積の約１．１ないし４．５倍に制限さ れる。固体反応物はまた、好ましくは第１の圧縮されていない密度で反応チャン バに導入され、気体反応物にさらす前に第１の密度よりも大きい第２の密度まで 圧縮される。

第１の密度：第２の密度の好ましい比は、それぞれ約ｌ：１．１ないし約１＝４ である。さらに、反応の間、反応生成物は第２の密度よりも小さい第３の密度ま で膨張されてもよく、第１の密度：第３の密度の好ましい比は、それぞれ約１． Ｉないし約ｌ：４である。

各々の反応器からのアンモニアを冷却し凝縮するために凝縮器２０か設けられる 。そのような凝縮器は、好ましくは、適切な熱交換フィン、渦巻き状の導管、ま たは凝縮の間にアンモニアを冷却するための他の同等の手段を備える。

凝縮は、好ましくは周囲温度または室温で起こり、図示されていないファンは、 凝縮器の熱交換フィンまたは周囲温度での凝縮を向上させるための構成部品の上 に空気を強制的に送るために使用され得る。

アンモニア冷媒か蒸発器におよび蒸発器から通過して電子機器またはコンピュー タ機器の構成部品を冷却する際にアンモニア冷媒の液相と気相とを分離するため にアキュムレータ３０もまた使用してもよい。そのようなアキュムレータは、た とえば、いずれかの動作期間に電子装置またはコンピュータ装置を冷却する必要 性が少な（なったかまたは減少したために蒸発が不完全である可能性のある反応 器に液体冷媒が戻らないようにするために特に有用である。

冷媒をアキュムレータから蒸発器に送るための冷媒ポンプを設けることが有利で あるまたは必要である。

適切な導管３２および３４は、気体冷媒をそれぞれの反応器に送ったりそれぞれ の反応器から送り出したりして、気体を反応器から凝縮器２ｏに、さらに導管２ ６を介してアキュムレータ３ｏに送るためにバルブ１８と協働する。

必要であれば、バルブ２８を導管２６に使用してもよい。

バイブ２７は、アキュムレータから反応器に、またはアキュムレータか使用され ていない場合にはバルブＩ８を介して蒸発器から直接気体を送る。装置の設計を 変更して所望の機能を得るために、他の適切な導管、バルブおよびその組合せを 使用してもよく、図示している装置の設計は例示的なものである。箇所冷却は、 蒸発器にまたは蒸発器がら接続される毛細管または直径の小さい管を使用するこ とにより行なうことができる。通常、直径約３／８　”までのサイズか適切であ るが、必要であれば、より直径の小さい管、特に毛細管が好ましい。蒸発器表面 は、熱膨張および収縮の繰返しに酎えられる材料を使用して、冷却されるべき構 成部品まで伸長されかつそれに結合されてもよい。

上述の反応器、凝縮器およびアキュムレータの構成部分は、反応器および凝縮器 の熱排出がシステムの冷却効率に影響しないように、蒸発器により冷却されるべ き機器から離れたまたは遠いところにある、装置の１つ以上の適切な分室または ハウジング部材に配置される。装置はまた、当業者によって理解されるように、 反応器の加熱器およびファンを順次自動的に動作させるための適切なコントロー ラおよび／またはプロセッサ手段および装置を含んでもよい。

この発明のシステムまたは装置の蒸発器側も示されており、図１に示されるもの は、１つの冷媒導管に沿って直列に接続される複数個の蒸発器を含む。図２は、 １対の並列の蒸発器を示しており、その各々は冷媒気体を送るための別々の導管 を有する。図１に示される直列の蒸発器の実施例では、アキュムレータ３ｏから の冷媒気体は導管３８により連続的に蒸発器４２．４４．４６および４８を通る ように送られ、この蒸発器の各々はそれぞれ電子機器またはコンピュータ機器の 異なる構成部品４Ｉ、４３．４５および４７と熱交換している。冷却されるべき 構成部品を含む電子装ｆｆ１４０が例示的に示されている。もちろん、１つまた はいかなる数の構成部品も同時に冷却され、この発明のシステムおよび装置は、 要求を満たすために、必要な蒸発器および反応器の容量を増加することにより変 更してもよいことを理解されたい。

図２では、電子機器またはコンピュータ機器５ｏにおいて構成部品５６および５ ８をそれぞれ箇所冷却するための蒸発器５２および５４が示されている。この図 において、蒸発器の各々は、蒸発器が並列に動作するように、それ自身の気体入 口および出口バイブを存する。気体入口ライン５Ｉおよび５７は、システムにア キュムレータがない場合、膨張バルブ４９を含んでもよい。そのような実施例に おいて、膨張バルブのあるなしにかかわらず、所望の数の冷却されるへき構成部 品に適応するためにいかなる数の並列の蒸発器を使用してもよい。並列の蒸発器 の実施例は、構成部品の各々に関する冷却の必要ががなり大きい場合、または１ つの蒸発器を使用して互いの間隔が狭い複数個の構成部品を冷却するように構成 部品がグループ分けされる場合に特に有用である。気体人口導管５１および５７ 、ならびに気体出口導管５３および５５はまた、冷媒を凝縮器から蒸発器に送り 反応器に戻すために適切なバルブと協働する。

たとえば、そのような導管には１方向バルブを使用してもよい。必要であるかそ れが有利である場合には、この発明の装置は、並列および直列の蒸発器の組合せ を組込んでもよい。必要であれば、蒸発冷却を分配するのを助けるために、封止 された電子構成部品またはシステムのハウジングにおいて蒸発器と協働する１つ 以上のファンを使用してもよい。

図３に示される実施例において、冷却装置は２つの反応器を組込み、この反応器 の各々には異なるアンモニア−塩錯体か充填されている。アンモニアは気相状態 で２つの反応器の間を流れ、異なる塩はそれぞれ発熱反応および吸熱反応で交互 にアンモニアを吸着および脱着する。この実施例では、図１および図２に示され る上述の反応器システムとは異なり、アンモニアの液相／気相変化は起こらない 。

蒸発器および凝縮器は、反応器内の錯化合物かアンモニアを脱着しているときに 、冷却されるべき電子構成部品またはコンピュータ構成部品の場所を冷却する第 ２の反応器と置換えられる。図３に概略的に示されるそのような装置では、第１ の反応器６０は、周囲温度と駆動温度との間て動作する高温または熱い反応器で あり、第２の反応器６４は、冷却温度と周囲温度との間で動作する冷却または低 温反応器である。高温反応器６０の特徴および構成は、図１に示される反応器１ ２および１４と実質的に同一てあってもよく、冷媒の吸着の間に、周囲温度の空 気によって冷却され、好ましくは強制空気ファン６４をその一助として使用して もよい。この装置は、気体冷媒を反応器６ｏと６４との間で送るための導管６１ と、導管６１を選択的に開閉するためのバルブ６３とを含む。この発明に従って 、冷却されるへき構成部品６５を備える電子機器またはコンピュータ機器６２が 示されている。

第２の冷却または低温反応器６４はまた、反応器６０の構成と同様であってもよ いが、錯化合物を加熱するための手段を組込む必要はない。もちろん、低温反応 器は冷却されるへき機器または構成部品に熱的に結合される。この実施例に従っ たシステムが動作している間に、高温反応器６０は加熱されアンモニアを脱着し 、このアンモニアは冷却反応器６４に送られ、ここで発熱反応で塩に吸着される 。

充填段階と呼ばれ得る反応サイクルのこの段階は、通常、機器６２または少なく とも構成部品６５が部分的に不活性であるまたは動作していないとき、および冷 却する必要がないとき、たとえば夜に行なわれる。この充填段階が完了すると、 バルブ６３は閉じ、システムは周囲温度の状態に戻ることが可能になる。

構成部品６５を冷却することか必要であるとき、バルブ６３は開き、また、２つ の異なる錯化合物の間に平衡圧力差かあるため、アンモニアは反応器６４内の化 合物から吸着反応器６０に吸引される。反応器６４における吸熱脱着反応により 、構成部品６５か冷却される。反応器６０は電子機器またはコンピュータ機器６ ２から離れており、したかって吸着反応により発生した熱は、離れた位置で周囲 の状況に放散される。

図３の実施例を使用する際に、２つの異なる反応器６゜と６４とにおいて使用さ れる錯化合物の間に平衡温度差があることが重要である。より特定的には、この 平衡温度差は約１０’ｃないし約１５０″Ｃであることが好ましい。「平衡温度 差」という言葉は、同じまたは実質的に同じ動作圧力、この発明の装置において は典型的には約０．１ないし約３５バールでのいかなる２つの異なる錯化合物の 平衡温度の間の差をも意味するものである。そのような平衡温度差により十分な 実際的な温度上昇が得られるが、そのような平衡温度差は、発熱アンモニア吸着 の間の熱排出に関して実際的でありかつ安全な範囲内である。冷却反応器におい て使用される好ましい錯化合物は、ＢａＣｌ２、ＣａＣ１ｔ　、および５ｒＣ１ ｚのアンモニア錯体である。加熱反応器６０において使用される好ましいアンモ ニア錯化合物は、（ａ）　ＣａＣ１，・４−８（ＮＨ，）、（ｂ）　ＣａＣＬ　 ・２−４（Ｎ）Ｉｓ）、（ｃ）　５ｒＣ１、−＋−８（ＮＨｓ）、（ｄ）　Ｌｉ Ｃ１・０−３（Ｎ）Ｉｓ）、（ｅ）　５ｒＢｒｔ　・０−８（ＮＨ３）、（ｆ） 　ＣａＢｒ２＋　２−６（ＮＨｚ）、（ｇ）　ＣｏＣ１ｔ　−２−６（Ｎｕｓ） 、（ｈ）ＮｉＣｌ２−２−６（ＮＨｆｆ）、（ｉ）　ＦｅＣｌ、・２−６（ＮＨ ｓ）、（ｊ）　５ｎＣＩ＊　・ｏ−２，５（ＮＨｚ）、および（ｋ）　ＮａＢＦ ４・０．５−２．５（ＮＨｓ）である。さらに、ＣａＣｌ２＋　１２　（ＮＬ） およびＣａＣＩｚ　−０−１（ＮＨｊ）の錯体は、ＣＯＣｌ２　、Ｎ１ＣＩｔお よびＦｅＣ１ｇの塩に関して適切な温度範囲において特に有用であり、それらを 、１つ以上の他のＣａＣｌ２錯体どの混合物において使用してもよい。冷却反応 器６４において好ましい錯化合物は、以下のものてあり、かつ反応器６０の上述 の錯化合物と以下のように対にされる。

ＢａＣｌ２・０−８（ＮＨ３）と（ａ）　−（ｋ）ＣａＣＩ２・４−８（Ｎ）（ ｓ）と（ｃ）　−（ｋ）ＣａＣＬ　・２−４（ＮＨａ）と（ｄ）　−（ｋ）Ｓｒ ＣＩ２　”ｌ−８（ＮＨ３）と（ｄ）　−（ｋ）ＮａＢＦ＜　・０．５−２．５ （ＮＨ−）と（ａ）　−（Ｄ上述の錯化合物において塩１モル当りのアンモニア のモルの数値か与えられているが、錯体の中には、モル範囲が幾つかの配位ステ ップを含むものもある。したがって、たとえば、特にＮａＢＦ４およびＬｉＣｌ の場合、与えられた数値制限の間で多数の異なる隣接する反応ステップが起こり 、したがって配位範囲はたとえばＣａＢｒ２または５ｒＢｒ２の配位範囲のよう に明確には規定されない。しかしながら、典型的には、実際は設計配位範囲の一 部分の使用を見越して考虜しているたけてあり、したがって、当業者により理解 されるように、この範囲はおおよそのものである。

連続的な冷却を行なうために、図３に示される２つの反応器システムの複数個の 対か使用され、この各々の対は反対のまたは逆のサイクルで動作される。各々の そのような対の反応器の冷却反応器は同じ電子構成部品を冷却し、各々の対か反 対の段階で動作することにより、冷却反応器のうちの１つが常に構成部品の場所 を冷却する。しかしながら、１つの対のうちの冷却反応器がそれと同時に熱くな り、したかってさらなる熱負荷がそのときの冷却反応器により相殺されるため、 図４に示されるような間接冷却システムにおいてそのような実施例を組込むこと が有利である。そのようなシステムにおいて、冷却反応器７４および７８は熱交 換器８１および８３とそれぞれ協働し、装置または機器７０の電子構成部品７１ ．７３および７５を冷却する。

電子構成部品を連続的に冷却するために、反応器対７２．７４は、反応器７２か 吸着（発熱）を行ないかつ反応器７４か脱着（吸熱）を行なって冷却を行なうよ うに動作され、それと同時に、反応器７６は脱着を行ないかつ反応器７８は吸着 を行なう。反応器７８が吸着を行なっているとき、反応器７８て起こっている吸 熱反応で熱交換している熱交換器８３に熱交換流体を送り、バルブ６８を開いて 冷却流体を電子構成部品に向けることにより冷却効果が得られる。

このサイクルにおし・て、反応器７４が冷媒を吸着しているときバルブ６６は閉 じている。反応器の吸着熱は、好都合な手段によってたとえば図示されていない 二次的な熱交換器に、または熱伝達により直接周囲の環境に、電子構成部品の冷 却に影響を及ぼさずに放散される。脱着反応器から気体冷媒か取除かれ吸着反応 器が飽和されると、それぞれの反応器対のサイクルは逆になる。当業者か理解で きる範囲の、直接的または間接的な熱放散を使用する多数の異なる動作構成およ びバルブ構成を組込んでもよい。図４に示される間接冷却システムを上述のシス テムに使用してもよい。したがって、図１または図２のシステムでは、冷媒は、 冷却流体を熱伝達ループを介して電子構成部品に与えるために１つ以上の熱交換 器と熱的に協働する１つ以上の蒸発器に送られてもよい。同様に、冷却反応器６ ４（図２）は、１つ以上の電子構成部品またはサブアセンブリに送られる冷却流 体を与える熱交換器に熱的に結合されてもよい。そのような冷却熱交換器ととも にファンが選択的に使用されてもよい。

上述のように、熱伝達ループを使用しない図３の２つの反応器の実施例は一般に 、熱負荷、すなわち、冷却の必要が断続的である場合にのみ関係する。もちろん 、そのような実施例はまた、冷却されるべき機器および構成部品が、充填段階の 間に冷却反応器において発生された熱に耐えることかできる場合にのみ有用であ る。そうでなければ、発熱吸着反応の間の熱の発生か比較的低速で起こり、構成 部品または機器の過熱を防ぐように、充填段階の間アンモニアを計量して冷却装 置にゆっくりと送ることが必要である。

連続的な冷却が望ましい場合、比較的円滑で一定の冷却を行なうため、およびサ イクルの反転の中断を最小限にするために、多数の代替物を使用してもよい。た とえば、十分な凝縮された冷媒を供給して反応器のサイクルの切換え期間に継続 して冷却を行なうために冷媒貯蔵器を使用してもよい。余分なまたは貯蔵された 液体冷媒がアンモニアラインにおいて利用でき、サイクルの切換えの間に冷却が 中断されないように蒸発器に供給するように、パイプの大きさを調整するかまた は大きめにすれば、同しような結果が得られる。

所望の代替例は、他方の組または対の反応器がサイクル間の切換えを行なってい る間に蒸発器から供給されるべき冷媒を吸着するための補助反応器を設けること である。したかって、たとえば、図１に示される装置において、第３の反応器か 加えられ、その動作時間は他の２つの反応器の間でシフトされ、冷媒の吸引を連 続的に行なって冷却することかできる。同様に、そのような連続的な冷却を行な うために、時間かシフトされたサイクル動作において使用される複数個のサブセ ットまたは対の反応器を、この発明の範囲内で使用してもよい。

たとえば図１および図３に示される空気冷却反応器が使用される場合、反応器の 設計は、反応器の加熱吸着段階の間の熱損失を低減し、かつこの反応器設計は発 熱吸着反応の間の熱放散を最大にするための種々の設計構成を含んでもよい。プ レート、フィン、波形または螺旋形の表面等の種々の表面および表面を伸長した ものを使用してもよい。

たとえば図３に示す環状または中空の管状反応器６０のような異なる反応器設計 もまた組込まれてもよく、それによって反応器の中心および／または外面での直 接空気冷却により熱排出か行なわれる。反応器の加熱の１ｍに発生する自然対流 が最小にされ、かつ所望の熱排出段階の間にファンを使用して強制対流を開始し かつ制御することができるため、そのような管状反応器の内側は熱交換のために 好ましい表面である。

図４および図５はまた、交互に起こる錯化合物の吸着および脱着サイクルの間に 複数個の反応器の間で熱を保存しかつ排出するために都合よく相変化熱交換流体 を使用する際の、空気冷却反応器の代替例としてのこの発明のさらに池の実施例 を示している。図４に概略的に示される装置において、反応器収容ジャケット９ ２および９４は、それぞれ錯化合物反応器７２および７６を含み、図５において 、ジャケット８２および８４は、それぞれ反応器１２および１４を含む。相変化 熱伝達流体はジャケットに含まれ、熱伝達流体をジャケット間で送るための導管 ８６か設けられる。

動作している間、反応器内の錯化合物または塩はアンモニアまたは他の気体冷媒 を吸着し、発熱反応により熱エネルギーか放出され、この熱エネルギーは望まし くは反応器ハウジングにより、ジャケットに含まれかつ反応器の外部に接触して いる熱伝達流体に放散される。凝縮された液体状態ては、熱伝達流体は、その気 体状態のときと比較すると優れた熱伝導体である。図５に示されるような熱伝達 流体ジャケラｌ−を組込む図１のシステムにおいて、反応器１２および１４が気 体冷媒を交互に吸着および脱着している状態で、通常脱着反応よりも低い温度で 起こる発熱反応の間、吸着反応器を囲むジャケット内の熱伝達流体は液状であり 、したかって反応器から、外側のジャケットに効率的に熱を伝達する。吸着熱の ため沸騰により液体が蒸発し、これがその後ジャケット表面の冷たいまたは外部 からたとえば対流または強制（ファン）空気流により冷却される１つ以上の場所 または位置で凝縮されるように、ジャケットの一部のみを反応器表面の大部分ま たはすべてを覆う熱伝達液体で満たしかつジャケット内に何もない空間を残すこ とにより、そのような熱伝達は高められる。高温の脱着から発生した熱を吸収す ることにより気化された熱伝達流体は導管８６を通過し、吸着反応器を含むジャ ケットにおいて凝縮される。同様に、図４のシステムにおいて、発熱吸着反応は 、典型的には電気的に駆動された脱着反応よりも低い温度て起こり、吸着反応器 と熱的に接触している熱伝達流体は、その熱伝達流体が反応熱を反応器からシャ ケ・ソトに伝え続けているときには液体になり、かつ液体のままである。吸着を 行なっている高温反応器のジャケットにおいて、熱伝達流体は気化し低温反応器 のシャケ・ソトまで広がる。高温のジャケットに残っている蒸気は熱伝導性に乏 しく、したかってエネルギーの出入りを遮断しかつ保存するように働く。したが って、図４において、反応器７６が、反応器７２における低温の吸着と比較して 高い温度で脱着するとき、ジャケット９４の熱伝達流体は導管８６を介してジャ ケット９２に広がり、ジャケット９２において液相に凝縮される。吸着／脱着サ イクルが逆になると、熱伝達流体の相変化サイクルも逆になる。そのような実施 例は、流体が液体または気体状態でそれぞれ熱伝導性か異なることを利用してお り、したが、つて、気体状態で熱伝導性と断熱性とが乏しいため高温の脱着の間 にエネルギーを保存し、かつ液体状態で熱伝導性か優れているため発熱吸着の間 に熱排出を促進する。そのような実施例を利用するように他の装置およびハード ウェアの構成および構成部品を使用し組込んでもよい。したかって、たとえば、 熱伝達流体または反応器を直接冷却するための、ジャケラ１〜および／または熱 伝達ル・−ブ導管と協働する熱交換器だけではなく、異なるジャケット設計また は構成、環状もしくは中空のコア反応器等の異なる反応器フィンまたは熱伝達設 計、流体ポンプ、逆止弁等の弁を使用してもよいのと同様に、複数個の導管をジ ャケットの間に使用してもよい。従来の有用な熱伝達流体には、水、エチレング リコール組成物、熱伝達油、またはアンモニアもしくはフレオン（ＦＲＥＯＮ） 等の冷媒かある。ｒＤＯＷＮＴｆ（ＥＲＭ　」（トウ・ケミカル社（Ｄｏｗ　Ｃ ｈｅｍｉｃａｌｃｏ、）の登録商標）等の当該分野において既知である種々の市 販の組成物、相変化熱伝達媒体を使用してもよい。

この発明の冷却装置およびシステムは、上述のように、しばしば機器全体、また はその機器が動作する空間を冷却することが必要である、機器の構成部品の動作 温度を低温または周囲温度に維持する、以前に使用されていたシステムまたは方 法に比べて利点を有する。本発明は、約−８０ＯＦないし約１００°Ｆの温度範 囲において熱排出を局部的に行なう小型の高電力密度冷却装置を提供する。その ような冷却システムは、封止された区画の回路または構成部品に対して特に有用 であり、空気流の冷却を必要とせず、それによって対流式または典型的な熱電気 空気冷却システムにおいて起こる埃の問題がなくなる。ここに記載される錯化合 物の吸着および脱着法を使用することにより、ＣＦＣ冷媒の不利な点をなくすこ とができる。本発明の高電力密度冷却により、以前に使用されていたシステムと は異なり、冷却システム装置全体は比較的コンパクトとなり持ち運びさえできる ようになる。電子構成部品のための冷却要素は、熱交換流体と容易に接続しかつ 接続を断つための手段を有する毛細管、および冷媒導管または多岐管を含んでも よい。代替的に、冷却要素は、回路板または他の電子構成部品の構成に集積され 、かつ電子構成部品から熱を取除きかつ伝達するための本発明のシステムの冷媒 または冷却熱交換流体に熱的に接続されるフィラメント、ワイヤ、リボン等の熱 伝導性装置であってもよい。システムがコンパクトであるため、周囲温度または 室温で熱か放出されかつ冷媒は室温で凝縮され、複雑でコストの高い機器をつく る必要かなくなる。さらに、反応器を冷却するのを助ける、強制空気を与えるた めのファンを選択的に使用する以外は動く部分がほとんど必要でない。

錯化合物を適切に選択することにより、蒸発器での冷却温度を自動制御または自 己制御することか可能となる。さらに、蒸発器の位置での特定の温度は、既知の 温度感知または監視装置を使用して監視できる。システムはまた、温度センサと 組合せたり、反応器のための加熱器および反応器と蒸発器との間の導管システム において、所望の速度て脱着反応を行ないかつその速度を維持し、さらに蒸発器 に送る冷媒を計量して構成要素の所望の温度を維持するための制御バルブと組合 せて使用するサーモスタット制御を含んでもよい。ここに記載されるシステムの これらのおよび他の利点および用途、ならびに本発明の範囲内の機器の変更例は 当業者に明らかである。

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Claims (38)

【特許請求の範囲】
1. １．１つ以上の位置で機器の構成部品またはサブアセンブリを冷却するための装 置であって、 前記機器から離れた１つ以上の第１の反応器および１つ以上の第２の反応器を含 み、その各々は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アルミニウム、 亜鉛、銅、カドミウムおよび錫からなる群から選択された金属のハロゲン金属、 硫酸塩、亜硝酸塩、硝酸塩、硫化物、シュウ酸エステル、塩素酸塩、または塩化 金属の複塩、または混合物、または前記塩の共晶、包晶もしくは化学量論的な混 合物を含み、前記装置はさらに、その中の錯化合物をそれぞれ加熱するために、 前記第１の反応器内に第１の加熱器を、前記第２の反応器内に第２の加熱器を含 み、前記装置はさらに、 前記機器から離れた、気体冷媒を液相に変えるための凝縮器と、前記凝縮器を周 囲の空気で冷却するための手段と、１つ以上の蒸発器とを含み、その各々は前記 機器内で１つ以上の前記構成部品またはサブアセンブリと熱交換しており、さら に 極性冷媒を前記第１および前記第２の反応器からそれぞれ交互に前記凝縮器に送 るための、第１の導管手段と協働するバルブ手段と、 前記凝縮器から前記１つ以上の蒸発器に極性冷媒を送るための第２の導管手段と 、前記１つ以上の蒸発器から前記第１および前記第２の反応器に極性冷媒を送る ための第３の導管手段とを含む、装置。
2. ２．前記凝縮器から液体冷媒を受け取るため、およびその中の気体冷媒から液体 冷媒を分離するためのアキュムレータを含む、請求項１に記載の装置。
3. ３．前記第２の導管手段は、前記アキュムレータから前記第１および第２の反応 器にそれぞれ気体を送るための手段を含む、請求項２に記載の装置。
4. ４．前記凝縮器から前記複数個の蒸発器のうちの第１の蒸発器に向けられる冷媒 を受け取るための第２の導管と、冷媒を前記第１の蒸発器から前記複数個の蒸発 器のうちのそれに続く蒸発器に送るための導管手段との間で直列に配置される複 数個の蒸発器を含む、請求項１に記載の装置。
5. ５．直列に配置される複数個の蒸発器を含み、前記第２の導管手段は、気体冷媒 を前記アキュムレータから前記複数個の蒸発器のうちの第１の蒸発器に送り、前 記第３の導管手段は、気体冷媒を前記複数個の蒸発器のうちの最後の蒸発器から 前記アキュムレータに送り、前記装置は、気体冷媒を前記複数個の蒸発器の間で 連続的に送るための第４の導管手段を含む、請求項２に記載の装置。
6. ６．複数個の蒸発器と複数個の第２の導管と複数個の第３の導管とを含み、前記 蒸発器の各々は、異なる対の前記第２の導管と前記第３の導管との間に配置され 、前記第２の導管は、冷媒を前記凝縮器から前記蒸発器に送るためのものであり 、前記第３の導管は、前記冷媒を前記蒸発器から前記反応器に送るためのもので ある、請求項１に記載の装置。
7. ７．複数個の蒸発器と複数個の第２の導管と複数個の第３の導管とを含み、前記 蒸発器の各々は、異なる対の前記第２の導管と前記第３の導管との間にそれぞれ 配置され、第２の導管の各々は、気体冷媒を前記アキュムレータから前記蒸発器 のうちの１つに送り、第３の導管の各々は、気体冷媒を前記蒸発器のうちの１つ から前記アキュムレータに送る、請求項２に記載の装置。
8. ８．前記第１および前記第２の反応器の中の前記錯化合物をそれぞれ交互に加熱 するための加熱器と、そこからの気体冷媒を前記反応器と前記凝縮器との間で交 互に送るためのバルブ手段を順次動作させるための制御手段を含む、請求項１に 記載の装置。
9. ９．前記第１および前記第２の反応器を、その中の前記冷媒を吸着する間にそれ ぞれ冷却するための冷却手段を含む、請求項１に記載の装置。
10. １０．前記冷却手段は、強制空気を前記ファンから前記第１の反応器または前記 第２の反応器にそれぞれ交互に送るためのファンおよびスイッチング手段を含む 、請求項９に記載の装置。
11. １１．前記１つ以上の蒸発器と協働し、前記構成部品またはサブアセンブリを冷 却するための熱交換または熱伝達手段を含む、請求項１に記載の装置。
12. １２．前記１つ以上の蒸発器と協働し、前記構成部品またはサブアセンブリを冷 却するためのファン手段を含む、請求項１に記載の装置。
13. １３．前記反応器の各々を収容しかつ相変化熱交換流体を含むジャケットと、前 記ジャケットと通じており、前記熱交換流体をその間で送るための導管とを含む 、請求項１に記載の装置。
14. １４．前記ジャケットと協働し、前記熱交換流体を冷却するための熱交換手段を 含む、請求項１３に記載の装置。
15. １５．前記極性冷媒は、アンモニア、水、低級アルカノール、アルカノールアミ ン、ポリアミン、アルキルアミン、二酸化硫黄、ホスフィン、ならびに双極子モ ーメントを有するＨＣＦＣおよびＨＦＣからなる群から選択される、請求項１に 記載の装置。
16. １６．前記錯化合物は、ＣａＣｌ２・４−８（ＮＨ３）、ＣａＣｌ２・２−４（ ＮＨ３）、ＣａＣｌ２・１−２（ＮＨ３）、ＣａＣｌ２・０−１（ＮＨ３）およ びその混合物を含む、請求項１に記載の装置。
17. １７．前記錯化合物は、ＳｒＣｌ２・１−８（ＮＨ３）、ＳｒＢｒ２・０−８（ ＮＨ３）、またはＢａＣｌ２・０−８（ＮＨ３）を含む、請求項１に記載の装置 。
18. １８．前記錯化合物は、ＣａＢｒ２・２−６（ＮＨ２）を含む、請求項１に記載 の装置。
19. １９．前記錯化合物は、ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３）を含む、請求項１に記載 の装置。
20. ２０．前記錯化合物は、ＮｉＣｌ２・２−６（ＮＨ２）を含む、請求項１に記載 の装置。
21. ２１．前記錯化合物は、ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ３）を含む、請求項１に記載 の装置。
22. ２２．前記錯化合物は、ＮａＢＦ４・０．５−２．５（ＮＨ３）、ＳｎＣｌ２・ ０−２．５（ＮＨ３）またはＬｉＣｌ・０−３（ＮＨ２）を含む、請求項１に記 載の装置。
23. ２３．組合せにおいて、前記装置の動作の間に冷却するための１つ以上の構成部 品またはサブアセンブリと、請求項１の装置とを有する電子またはコンピュータ 装置。
24. ２４．前記装置の動作の間に冷却されるべき１つ以上の前記構成部品またはサブ アセンブリを有する電子またはコンピュータ装置の１つ以上の構成部品またはサ ブアセンブリを冷却するための方法であって、 請求項１の装置の前記１つ以上の蒸発器のうちの異なる１つを前記１つ以上の構 成部品またはサブアセンブリのうちの異なる１つと熱交換するように配置するス テップと、前記冷却装置と前記電子またはコンピュータ装置とを同時に動作させ 、それによって前記装置の動作により前記１つ以上の構成部品またはサブアセン ブリが冷却されるステップとを含む、方法。
25. ２５．機器の１つ以上の構成部品またはサブアセンブリを冷却するための装置で あって、前記装置は、前記機器から離れた位置にある１つ以上の第１の反応器と 、前記機器の構成部品またはサブアセンブリと熱交換するように配置される１つ 以上の第２の反応器とを含み、前記第１および第２の反応器の各々は、アルカリ 金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アルミニウム、亜鉛、銅、カドミウムおよ び錫からなる群から選択される金属の前記塩であるハロゲン金属、硝酸塩、亜硝 酸塩、硫化物、シュウ酸エステル、硫酸塩もしくは塩素酸塩、または塩化金属の 複塩、または混合物、または共晶、包晶もしくは化学量論的な混合物と極性冷媒 との異なる錯化合物を含み、前記第１の反応器内の錯化合物の平衡温度は、前記 第２の反応器内の錯化合物の平衡温度と、同じ動作圧力で約１０℃ないし約１５ ０℃異なり、前記装置はさらに、前記第１の反応器内の錯化合物を加熱するため の加熱手段と、極性冷媒を前記反応器間で送るための導管手段とを含む、装置。
26. ２６．前記第１の反応器内の前記反応物は、以下のもの、すなわち ＣａＣｌ２・４−８（ＮＨ３）、 ＣａＣｌ２・２−４（ＮＨ１）、 ＳｒＣｌ２・１−８（ＮＨ２）、 ＬｉＣｌ・０−３（ＮＨ３）、 ＳｒＢｒ２・０−８（ＮＨ５）、 ＣａＢｒ２・２−６（ＮＨ３）、 ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３）、 Ｎｉｃｌ２・２−６（ＮＨ３）、 ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ２）、およびＮａＢＦ４・０．５−２．５（ＮＨ３） からなる群かから選択される、請求項２５に記載の装置。
27. ２７．前記第２の反応器内の前記反応物は、ＢａＣｌ２・０−８（ＮＨ３）、Ｃ ａＣｌ２・４−８（ＮＨ３）、ＣａＣｌ２・２−４（ＮＨ３）、ＳｒＣｌ２１− ８（ＮＨ３）、およびＮａＢＦ４・０．５−２．５（ＮＨ３）からなる群から選 択される、請求項２６に記載の装置。
28. ２８．前記第２の反応器内の前記反応物は、ＢａＣｌ２・０−８（ＮＨ３）であ る、請求項２６に記載の装置。
29. ２９．前記第１の反応器内の前記反応物は、ＳｒＣ１２・１−８（ＮＨ３）、Ｌ ｉＣｌ・０−３（ＮＨ３）、ＳｒＢｒ２・０−８（ＮＨ３）、ＣａＢｒ２・２− ６（ＮＨ３）、ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３）、ＮｉＣｌ２・（ＮＨ３）、Ｆｅ Ｃｌ２・２−６（ＮＨ３）、ＳｎＣｌ２・０−２．５（ＮＨ３）、およびＮａＢ Ｆ４・０．５−２．５（ＮＨ３）からなる群から選択され、前記第２の反応器内 の前記反応物は、ＣａＣｌ２・４−８（ＮＨ３）である、請求項２５に記載の装 置。
30. ３０．前記第１の反応器内の前記反応物は、ＬｉＣｌ・０−３（ＮＨ３）、Ｓｒ Ｂｒ２・０−８（ＮＨ３）、ＣａＢｒ２・２−６（ＮＨ３）、ＣｏＣｌ２・２− ６（ＮＨ２）、ＮｉＣｌ２・２−６（ＮＨ３）、ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ３） 、ＳｎＣｌ２０−２．５（ＮＨ３）、およびＮａＢＦ４・０．５−２．５（ＮＨ ３）からなる群から選択され、前記第２の反応器内の前記反応物は、ＣａＣ１２ ・２−４（ＮＨ３）である、請求項２６に記載の装置。
31. ３１．前記第１の反応器内の前記反応物は、ＬｉＣ１・０−３（ＮＨ３）、Ｓｒ Ｂｒ２・０−８（ＮＨ３）、ＣａＢｒ２・２−６（ＮＨ３）、ＣｏＣｌ２（ＮＨ ３）、ＮｉＣｌ２・２−６（ＮＨ３）、ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ３）、ＳｎＣ ｌ２０−２．５（ＮＨ３）、およびＮａＢＦ４・０．５−２．５（ＮＨ３）から なる群から選択され、前記第２の反応器内の前記反応物は、ＳｒＣｌ２・１−８ （ＮＨ３）である、請求項２６に記載の装置。
32. ３２．前記第１の反応器内の前記反応物は、ＣａＣｌ２・４−８（ＮＨ３）、Ｓ ｒＣｌ２・１−８（ＮＨ３）、ＬｉＣｌ・０−３（ＮＨ３）、ＳｒＢｒ２・０− ８（ＮＨ３）、ＣａＢｒ２・２−６（ＮＨ３）、ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３） 、ＮｉＣｌ２２−６（ＮＨ３）、ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ３）、およびＳｎＣ ｌ２・０−２．５（ＮＨ３）からなる群から選択され、前記第２の反応器内の前 記反応物は、ＮａＢＦ４・０．５−２．５（ＮＨ３）である、請求項２６に記載 の装置。
33. ３３．前記第２の反応器および前記構成部品またはサブアセンブリとそれぞれ熱 交換している第１および第２の熱交換器と、前記第１の熱交換器と前記第２の熱 交換器との間で熱交換流体をそれぞれ送るための第２の導管手段とを含む、請求 項２６に記載の装置。
34. ３４．前記第２の熱交換器と協働し、前記構成部品またはサブアセンブリを冷却 するためのファン手段を含む、請求項３４に記載の装置。
35. ３５．機器の１つ以上の構成部品またはサブアセンブリを冷却するためのシステ ムであって、組合せにおいて、請求項２６に記載の１対の装置と、前記対の各々 を実質的に反対の吸着／脱着サイクル段階で動作させるための制御手段とを含む 、システム。
36. ３６．前記反応器の各々を収容しかつ相変化熱交換流体を含むジャケットと、前 記ジャケットと通じており、その間で前記熱交換流体を送るための導管とを含む 、請求項２６に記載の装置。
37. ３７．前記ジャケットと協働し、前記熱交換流体を冷却するための熱交換手段を 含む、請求項３７に記載の装置。
38. ３８．前記反応器は、前記錯化合物を含む反応チャンバを含み、前記反応チャン バの壁の一部分は、気体反応物を通過させるために多孔性であり、かつ前記反応 チャンバは、その中で反応が起こっている間、前記錯化合物の体積の膨張を制限 するための手段を有する、請求項１または請求項２５に記載の装置。