JPS59500742A - 高電力回路基盤用ヒ−トパイプ冷却モジユ−ル - 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】 高電力回路基盤用ヒートパイプ冷却モジュールこの発明は電子部品の冷却に係り 、特に自立形構造において、ヒートパイプの原理による高電力高密度の電子部品 の冷却に関する。

２、従来技術の説明 例えば、高速コンピータにおける記憶回路及び論理回路などのように、電子部品 の絶え間のない高密度化、高電力化に伴って、廃熱の除去技術の改良が不充分と なり、この廃熱の除去は高速コンピュータの改良をなす上で制限的な要素となっ ている。従来においては、例えば米国特許第３，４１１，０４１号、第３，３９ ５，３１８号、第３，６４８，１１３号及び第４，００６，３”８８号にみられ るように、その冷却は固体の導体を介して熱を伝導した９、また空気やフレオン などの冷媒を論理回路基盤上に直接流したジあるいはこの論理回路基盤に近接し た特別の通路を介して上記冷媒を流すことによってなされている。また、米国特 許第３，６５１．１３６５号及び第４．１１８，７５６号に例示されているよう に、ヒートパイブ形の熱制御が用いられているものもある。従来の、熱制御の要 求には充分であるのに対し、新しい高速コンピータにおいて、増加した熱負荷は 従来技術の能力を越えたものとなっている。例えば、１０００ないし２０００ワ ツトの高電力、高密度論理回路基盤には少なくとも冷却が必要となる。

その上、電子部品の冷却とそのだめの支持をなす両必要性は、効率的な利用及び 冷却と支持構造の結合に必然的に帰着することはない。

発明の概要 この発明は、このような要求を満足させかつ凌ぐとともに、冷却と支持構造とを 調和させるために設計されている。この発明は、電子部品を支持するように設計 されたモジュールにおいてヒートパイプによる冷却を用いている。各モジーール はコンデンサ部及ヒエバホレータ部を利用しており、このエバポレータ部ハ電子 部品が直接に取り付けられた平板として形成されている。多数のモジュールのコ ンデンサ部は互いに結合されるとともに、各コンデンサ部から熱を奪う吸熱器に 結合されている。

この態様から幾つかの利点が導き出される。それは、電子部品から直接にして迅 速かつ効果的に熱を回収できることである。個々の電子部品もしくは特有の電気 的機能を有し多数の電子部品の集まりからなる回路基盤は、これらからの大量の 熱を速やかに移動、させルタめ、エバポレータグレート部の両側面に直接取シ付 けられてもよい。エバポレータプレート部自体ハ、適当な熱の流れ及び蒸発を維 持するため、変形圧力に対して耐性を有している。

この発明のよシ完全な理解並びに他の目的及び利ｉ１図ｉｄ、個々のモジュール のエバポレーションフィンに固定された電子部品を冷却するため、互いに結合さ れた多数のモジュールを示す文例面図、第２図は第１図に示されたモジュールの 斜視図、第３図はコンデンサ部とエバポレーションフィン部の一部とを示す第２ 図のモジュールの断面図、第４図はエバポレータ部の構造を示す第２図及び第３ 図中４−４線に沿う断面図、 第５図はエバポレータ部内に主として配置された分離板の正面図、 第６図は開いたコンデンサ部の上端を示す図、第７図はコンデンサ部の一部分の 斜視図、第８図は第６図中８−８線に沿ってコンデンサ部を示す図、 第９図は冷却室に接続された多数の冷却モジュールを示すこの発明の第２実施例 の側面図、第１０図は第９図及び第１０図に示されたモノニールに使用される蒸 気流の分離板の側面図である。

発明の詳細な説明 第１図に示すように、ヒートノＪ？イブ冷却モジュール機構２０はそれぞれコン デンサ部２４およびエバポレータ部２６を有する複数のモジュール２２を備えて いる。各エバポレータ部はフィンつｔｂ平坦な板の形状を有している。各モジュ ールのエバポレータ板ノ両サイドには複数の電子部品２８が取付けられており、 これらの電子部品は複数の独立した部品と結合した別体の電子素子、回路、印刷 配線盤等を備えている。モジュールのコンデンサ部は、適当な方法によって互い に連結されて組立て構造体を形成しているとともにエバポレータ部を互いに平行 にかつ離間した状態に位置決めしている。各モジーール内には作動液体が封入さ れており、この作動液体は電子部品からの熱によシ蒸発して蒸気となりコンデン サ部内へ移動する。そして、この水蒸気は液体に凝縮された後ウィック物質を通 って再びエバポレータ部へ流入する。作動液体の蒸気から熱を取り除くため、コ ンデンサ部２４には適当な冷却空間あるいは他の冷却手段が連結されている。例 えば、覆体３０がコンデンサ部２４間に設けられ、導管３２によりこれらの覆体 内に冷却液が供給される。また、複数の平行なチーープを各コンデンサ部に取゛ 付は各コンデンサを貫通して延ばすようにしてもよい。代って、コンデンサ部の 側面を互いに当接させ、これらのコンデンサ部の上面および／あるいは端面にヒ ート各モジーールは銅、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム酸化物、ベリ リューム酸化物等の適当な物質から形成されている。適当な作動液体は水、アン モニア、メチノールおよびフレオンを含んでいる。モジュールおよび作動液体の 構成物質は、モジュール機構が使用される際に必要な作動温度に従って選択され る。

各モジュールおよびその構成部材が第２図ないし第７図に示されている。エバポ レータ部の構成部材が第４図および第５図に、またコンデンサ部の構成部材が第 ６図ないし第８図にそれぞれ示されている。各エバポレータ部２６は一対の平坦 な外板３４を有し、この外板に電子部品２８が取付けられている。また、外板３ ４には、例えば押しつぶされた銅のフェルトから成るウィック部材を備えた一対 の・ぐラド３６が取付けられており、これらのパッドには中央分離板３８が固定 されている。それにより、外板３４、パッド３６および分離板３８は、ハンダ付 は等の適当な方法で互いに連結されたサンドイッチ構造を成している。

作動液体蒸気の流動を提供するため、分離板′３８ハ複数の平行棒４０を有する チャンネル構造に形成され、これらの平行棒の間には平行スロット４２を備えた 複数の空間が形成されている。これらの平行棒はセグメント４４．４Ｂ、５０． ５２の四角形構造物として、外周覆体４４により第５図に示された位置に保持さ れており、外周覆体内において平行棒およびスロットは互いに対向したセグメン ）　４８．５２の間を延びている。更に、平行棒４０は外板３６間の固い接続を 提供している。平行棒、分離板、ウィックパッドから成るサンドインチ構造は、 エバポレータ部に作用する押しつぶす力および変形力に対して高い抵抗力を与え る。その結果、このような力が作用したとしても、蒸発機能が妨げられることは ない。分離板３′８はエバポレータ部２６からコンデンサ部２４を通って延出し ている突出部５４を有し、この突出部は互いに対向するセグメント４６．５０に 形成された幅減少部５６によって規定されている。

第３図からよくわかるように、外板３４およびウィックパッド３６はコンデンサ 部２４内へわずかに突出している。

第６図ないし第８図に示すように、コンデンサ部２４はケーシング５７を有し、 このケーシング内には中央矩形空間５８および葉状空間６０を含む多数の空間が 形成されている。中央空間５８はケーシング端部セグメント５９間の全域にわた って広がっている。葉状空間６０はレール６１によって分離され中央空間５８の 両側から延びている。その結果、中央空間は端部セグメント５９および互いに対 向したレール６１の細長い複数の平坦な表面６２によって規定されている。

表面６２は必ずしも完全に一列に整列されている必要はなく、必要であれば互い 違いに列べられていてもよいことは言うまでもない。各葉状空間６０内には、雨 どい状のウィック部材６４が形成されている。第３図および第７図に示すように 、ウィック部材６４は葉状空間６０内に固定されているが、表面６２に隣接した 表面６６の位置で終結している。

分離板３８の突出部５４の厚さは、互いに対向している表面６２間の間隔と略等 しく、突出部５４の外面６８は表面６２に当接して接着されている。しかしなが ら、突出部５４の外面６８は雨どい状のウィック部材６４の終端面６６には当接 していない。

コンデンサのケーシング５７はその上部７０および底部７２にそれぞれ開ロア４ ．７６を備えている。

分離板の突出部５４は開口アロを通って上部７０の上面近傍まで延び、開ロア４ には端部キャップ７８がハンダ付けされ上部を密閉している。開ロア４の周囲に 沿って棚部８０が形成され、端部キャラ７’７．９はこの棚部上に支持されてい る。

ケーシング５７の底部７２において、開口アロは外板３４およびウィック部材３ ６の挿入を許容し、外板およびウィック部材はレール６１の底面および端部セグ メント５９によって形成された下面８２に当接している。

モジュール機構全体は互いにハンダ付けされておシ、端部キャップ７８はコンデ ンサのケーシング５７に、エバポレータ部２６はコンデンサ部２４にそれぞれ結 合されている。また、第２図に符号８４で示されたエバポレータ部２６の側面お よび端面はウィックパッド３６、各外板３４および分離板３８の間に結合されて いる。

第１図ないし第８図に示された実施例は、コンデンサ部２４が各モジュールのエ バポレータ部２６よりも高い位置に設けられているときに主に使用され、作動液 体の蒸気は電子部品からチャンネルスロット４２を通って上方へ流れコンデンサ 部２４内へ流入して凝縮される。そして、作動液体は毛細ポンピングと重力との 組合せによシライック部材６４および突出部５４の露出部を通って下方へ流れて 二ノ々Ｉレータ部内へ戻り、エバポレータ部で再び蒸発される。

空中に設けられた設備のようにモジュールが重力に対して固定されていない場合 、第９図および第１０図に示す実施例が使用される。第９図に示すよう、に、複 数のモノー−ル９０はその両端でそれぞれ一対の容器９２に連結されておシ、こ れらの容器を通って冷媒が流れる。各モジュール９０は密閉されたユニットであ り、中央エバポレータ部９４および対向する端部に位置した一対のコンデンサ部 ９６を備えている。コンデンサ部９６は容器９２に形成されたスロット９８内に 嵌められており、それによって、モジュールと容器との間の熱的連結が成されて いるとともに、モジュールおよび容器を支持する手段が形成されている。このよ うな構造は、モジュールを容器に挿入あるいは容器から取り外すためにモジュー ルをスロット９８内へあるいはスロットの外方へ摺動させることができる。各モ ジーールのエバポレータ部には、複数の電子部品１００が熱的に取付けられてい る。

各モジーール９０は、その側面に設けられたウィックノ４ッドおよびｉ４ッドの 外側に設けられたエバポレータ板を有する中央分離板１０２（第１０図参照）を 備え、第４図に示されたものと同様のサンドイッチ構造を成しているとともに、 第３図に示されたエバポレータ部２６に類似している。モジュール機構全体はそ の外面で互いにハンダ付けされモジュール内に作動液体を封入している。

分離板１０２はセグメント１１０，１１２，１１４゜１１６を有する外周覆体１ ０８を備えている。覆体１０８の内部には、複数の平行棒１２０および対向した セグメント１１０．１１４間を延び交互に位置しだ／（ｅ’　ｙ　）　１２　Ｊ 　ｒ　１２４を有する曲がフくねった構造体１１８が設けられている。平行棒１ ２０は外周覆体１０８から離間している端部１２６で終結し、互いに対向した開 口１２８，１３０を規定している。それにより、平行スロット１２２はコンデン サ部９６内の空間１２８に続く蒸気の流路を形成している。同様に、平行スロッ ト１２４は反対側のコンデンサ空間１３０およびモジュールの他端側のコンデン サ部に続く蒸気の流路を形成している。構造体１１８の外側の棒１２０は接続片 １３２により対向する覆体のセグメント１１２゜１１８に取付けられている。第 １図ないし第８図の実施例と同様に、平行棒１２０はエバポレータ部に作用する 押しつぶす力に抵抗してヒートノやイブの変形を防止する。

第９図および第１０図に示された実施例の動作において、常に一方のコンデンサ 部がエバポレータ部の上方に位置しているため、モジュール９０の一方または他 方のコンデンサ部のいずれが中央エバポレータ部９４の上方または下方に位置し ていても問題とならない。

なお、この発明は特定の実施例に従って説明されたが、この発明の範囲内で種々 変形可能であるこ・とは言うまでもない。

゛手続補正書 昭和５９年２月２日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８３１００６２６ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ヒユーズ・エアクンフト・カンパニー昭和５９年１月３１日 ６、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、作動流体を収容したエバポレータ部並びにコンデンサ部を具備し、前記エバ ポレータ部は、電子部品が熱的に結合されたサンドインチ構造の１対の平坦な外 板と、この外板の一方近くに設けられた少なくとも１個のウィックパッドと、こ のウィックパッドと前記外板の他方との間にチャンネルを形成し、前記エバポレ ータ部からコンデンサ部に突出した手段とを有することを特徴とする電子部品冷 却用ヒートノやイノ冷却モジュール。 ２、前記サンドインチ構造は前記チャンネル形成用手段と他方のクィックノ４ッ ドとの間に挾持された第２のウィックパッドと、前記チャンネル形成用手段とウ ィックパッドと外板とを一緒に結合する手段を有することを特徴とする特許請求 の範囲第１項に記載のモジュール。 ３、前記チャンネル形成手段は平坦な板に形成された複数の平行スロットである ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のヒー）　ノ４イブ冷却モジーー ル。 ４、前記スロットが形成された平坦な板は外周覆体とこの外周覆体の互いに対向 するセグメント間に延出した複数の棒とを有し、これら棒は少なくとも前゛記エ バポレータ部の付加的支持体となり、これに付加された応力に耐えかつこれの中 の熱流れを減じることを特徴とする特許請求の範囲の第３項に記載のモジュール 。 ５、前記スロットが形成された平坦な板は外周覆体と、前記覆体の互いに対向す るセグメント間に延出した屈曲したチャンネル七ノやレータとを有し、このセパ レータの一部が平行な棒を形成することを特徴とする特許請求の範囲の第３項に 記載のモゾーール。 ６、前記平行の棒は、互いに対向する開口を形成するように、これらの端部が前 記外周覆体から離れるようにして設けられ、そして前記平坦な外板は前記棒を越 えて延出し前記対向する開口を覆い、前記エバポレータ部の両端に、対をなすコ ンデンサ部を形成しておシ、また前記スロットの交互に位置するものは前対をな すコンデンサ部に夫々連通していることを特徴とする特許請求の範囲の第５項に 記載のモジュール。 ７、前記コンデンサ部並びにエバポレータ部を備えたヒートノやイブを夫々備え た複数のモジュールと、これらモジュールのコンデンサ部を一緒に取着して一体 構造となし、かつ前記エバポレータ部を互いに間隔を有して離間して位置させる 取着手段と、前記平坦なエバポレータ部に熱的に結合された電子部品とを具備し てなることを特徴とする電子部品冷却用ヒートパイプ冷却モジュール機構。 ８、前記取着手段は前記コンデンサ部から熱を除去するヒートシンクを有するこ とを特徴とする特許請求の範囲の第７項に記載の機構。 ９．　前記エバポレータ部の各々は前記対をなすコンデンサ部によシ対向する端 部で終わっており、また前記取着手段は前記各モジュールの対をなすコンデンサ 部に夫々結合された１対のヒートシンクを有することを特徴とする特許請求の範 囲の第７項に記載の機構。 １０、前記各エバポレータ部は前記コンデンサ部に延出したチャンネルを形成す る手段を備えた耐変形性のサンドイッチ構造体と、このチャンネル形成手段の両 側に挾持され、ウィック部材で形成された１対のノクノドと、これら・マッドに 夫々取着された１対の平坦な外板と前記チャンネル形成手段とノ＜？ラドと外板 とを一緒に取着する手段とを有することを特徴とする特許請求の範囲の第７，８ もしくは９項に記載の機構。 １１、前記チャンネル形成手段は外周覆体を備えた平坦な板中に形成され、かつ この覆体の対向するセグメント間に延出した互いに平行な棒を有することを特徴 とする特許請求の範囲の第１０項に記載の機構。 浄書（内容に変更なし）