(57)【要約】【課題】メカニカルな流体密封接続を形成するための器具および方法を提供する。【解決手段】該器具は溝付き接続具を含み、該接続具は、以下の両者間で前記メカニカルな流体密封接続が形成されることになる、該接続具を配管内に在置することが可能なサイズにされた外径を有し、さらに、溝付き接続具はその外表面周りの円周溝および該円周溝内に一つ以上の隆起形状部を含む。また、該器具は、形状記憶合金で形成され横断方向に熱収縮性のリングも含む。このリングは、該リングを配管上に嵌めて在置することが可能なサイズに作られている。溝付き接続具が配管内に在置され、リングが配管上に嵌めて溝付き接続具の円周溝の上に整列して配置されたとき、リングの熱収縮が、配管の円周溝中への変形と該円周溝内の隆起形状部との密着とをもたらし、これによりメカニカルな流体密封接続が形成される。【選択図】図７
2010244546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メカニカルな流体密封接続を形成するための器具であって、
前記器具は、
溝付き接続具の少なくとも一部を配管内に在置することが可能な外径を有し、これらの間で前記メカニカルな流体密封接続が形成されることになる、前記溝付き接続具であって、前記溝付き接続具はその外表面周りに円周溝および前記円周溝内に少なくとも一つの隆起形状部を有し、前記円周溝は、前記溝付き接続具の前記配管内に在置される前記少なくとも一部に配置される、前記溝付き接続具と、
横方向に熱収縮性で、軸方向の面を有する、形状記憶合金で形成されたリングであって、前記軸方向面の前記リングの内径は、前記リングを前記配管に嵌めて在置させることが可能なサイズにされている、前記リングと、
を含み、
前記溝付き接続具の前記少なくとも一部が前記配管内に在置され、前記リングが、前記配管上に嵌められ前記溝付き接続具の前記外表面の前記円周溝の上に少なくとも部分的に整列して在置されたとき、前記リングの熱収縮が、前記配管の前記円周溝の中への変形と前記円周溝内の前記少なくとも一つの隆起形状部との密着とをもたらし、これにより前記メカニカルな流体密封接続が形成される、
前記器具。
【請求項２】
前記少なくとも一つの隆起形状部は、前記円周溝内に在置された少なくとも一つのバーブを含む、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記円周溝内の前記少なくとも一つの隆起形状部は、前記円周溝に隣接する前記溝付き接続具の前記外径を超えて延び出ることはない、請求項１に記載の器具。
【請求項４】
前記円周溝は溝幅Ｗｇを含み、前記リングは、Ｗｇ以下のリング幅Ｗｒを含み、前記リングが、前記前記溝付き接続具の前記外表面の前記円周溝の上に整列された位置に在置されたとき、前記リングの熱収縮が、前記配管の前記少なくとも一つの円周溝の中への変形と前記円周溝内の前記少なくとも一つの隆起形状部との密着とをもたらし、これにより前記メカニカルな流体密封接続が形成される、請求項１に記載の器具。
【請求項５】
前記配管は塑性的に変形可能で、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、またはフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の器具。
【請求項６】
前記溝付き接続具は嵌合突起部を含み、前記配管内に在置される前記溝付き接続具の前記少なくとも一部は、前記嵌合突起部の少なくとも一部を含み、前記嵌合突起部は前記円周溝を包含し、前記溝付き接続具は、前記嵌合突起部の周りを少なくとも部分的に取巻き、座面を有する位置合わせ突起部をさらに含み、前記リングを前記座面に対面配置することにより、前記リングが自動的に前記溝付き接続具の前記円周溝の上に少なくとも部分的に整列されて配置される、請求項１に記載の器具。
【請求項７】
前記位置合わせ突起部は、円筒形状でその外表面上に少なくとも部分的にねじ山が付けられており、前記器具は、前記位置合わせ突起部の前記外表面上の前記少なくとも部分的なねじ山とねじ係合するようなサイズに作られた、ねじ付き保持キャップをさらに含み、前記位置合わせ突起部のねじ山への前記ねじ付き保持キャップのねじ係合によって、前記メカニカルな流体密封接続の機械的強度が増強され、前記ねじ付き保持キャップは、前記位置合わせ突起部の前記ねじ山とねじ係合されたとき、前記リングが、前記位置合わせ突起部の前記座面と前記ねじ付き保持キャップの内面との間に在置されるようにサイズ取りされる、請求項６に記載の器具。
【請求項８】
前記溝付き接続具に対し保持クリップを位置合わせするため、前記溝付き接続具中の保持スロットと係合可能に連結するようにサイズ取りされ構成された第一アームと、対面関係に間隔をあけて配置され、前記リングが前記配管上に嵌められ前記円周溝と少なくとも部分的に整列して在置されて前記第一アームが前記溝付き接続具中の前記保持スロットと係合して連結されたとき、自分達の間に前記リングを保持するようサイズ取りされた、第二および第三アームと、を包含する前記保持クリップをさらに含み、前記保持クリップは、前記リングの熱収縮が、前記配管の前記少なくとも一つの円周溝の中への変形をもたらすまでの間、前記リングを適切な位置に保持し、前記メカニカルな流体密封接続に追加の機械的強度を与える、請求項１に記載の器具。
【請求項９】
前記保持クリップはＣ形状であり、前記第一アーム、前記第二アーム、および前記第三アームのうちの少なくとも一つの高さは多様に変えられる、請求項８に記載の器具。
【請求項１０】
電子システムの冷却を容易化するためのアセンブリであって、
前記アセンブリは、
冷却対象の前記電子システムの少なくとも一つの発熱部品に向け、またはこれから冷却剤を搬送するための変形可能な配管と、
前記変形可能な配管の少なくとも一端におけるメカニカルな流体密封接続であって、前記メカニカルな流体密封接続は、前記アセンブリの溝付き接続具と前記変形可能な配管との間に形成され、前記溝付き接続具は、前記溝付き接続具の少なくとも一部を前記変形可能な配管内に在置可能なサイズにされた外径を有し、前記溝付き接続具は、その外径周りの円周溝と前記円周溝内に少なくとも一つの隆起形状部とを含み、前記円周溝は、前記変形可能な配管内に在置される前記溝付き接続具の前記少なくとも一部に配置され、前記メカニカルな流体密封接続は、横方向に熱収縮し、軸方向の面を有する、形状記憶合金で形成されたリングをさらに含み、前記リングの前記軸方向面における内径は、前記リングの熱収縮の前に、前記リングを前記変形可能な配管上に嵌めて在置することが可能なサイズにされている、前記メカニカルな流体密封接続と、
を含み、
前記リングの熱収縮が、前記変形可能な配管の前記円周溝の中への変形と前記円周溝内の前記少なくとも一つの隆起形状部との密着とをもたらし、これにより、前記アセンブリの前記変形可能な配管の前記少なくとも一端に、前記メカニカルな流体密封接続を形成する、
前記アセンブリ。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの隆起形状部は、前記円周溝内に在置された少なくとも一つのバーブを含む、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記円周溝内の前記少なくとも一つの隆起形状部は、前記円周溝に隣接する前記溝付き接続具の前記外径を超えて延び出ることはない、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記溝付き接続具は嵌合突起部を含み、前記変形可能な配管内に在置される前記溝付き接続具の前記少なくとも一部は、前記嵌合突起部の少なくとも一部を含み、前記嵌合突起部は前記円周溝を包含し、前記溝付き接続具は、前記嵌合突起部の周りを少なくとも部分的に取巻き、座面を有する位置合わせ突起部をさらに含み、前記リングを前記座面に対面配置することにより、自動的に、前記リングが前記溝付き接続具の前記円周溝の上に少なくとも部分的に整列して配置される、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記位置合わせ突起部は、円筒形状でその外表面上に少なくとも部分的にねじ山が付けられており、前記アセンブリは、前記位置合わせ突起部の前記外表面上の前記少なくとも部分的なねじ山とねじ係合するようなサイズに作られた、ねじ付き保持キャップをさらに含み、前記位置合わせ突起部のねじ山への前記ねじ付き保持キャップのねじ係合によって、前記メカニカルな流体密封接続の機械的強度が増強され、前記ねじ付き保持キャップは、前記位置合わせ突起部の前記ねじ山とねじ係合されたとき、前記リングが、前記位置合わせ突起部の前記座面と前記ねじ付き保持キャップの内面との間に在置されるようにサイズ取りされる、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記溝付き接続具に対し保持クリップを位置合わせするため、前記溝付き接続具中の保持スロットと係合可能に連結するようにサイズ取りされ構成された第一アームと、対面関係に間隔をあけて配置され、前記リングが前記配管上に嵌められ前記円周溝と少なくとも部分的に整列して在置されて前記第一アームが前記溝付き接続具中の前記保持スロットと係合して連結されたとき、自分達の間に前記リングを保持するようサイズ取りされた、第二および第三アームと、を包含する前記保持クリップをさらに含み、前記保持クリップは、前記リングの熱収縮が、前記配管の前記少なくとも一つの円周溝の中への変形をもたらすまでの間、前記リングを適切な位置に保持することを容易にし、前記メカニカルな流体密封接続に追加の機械的強度を与える、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
メカニカルな流体密封接続を形成する方法であって、
前記方法は、
溝付き接続具を得るステップであって、前記溝付き接続具は、以下の両者の間で前記メカニカルな流体密封接続が形成されることになる、前記溝付き接続具の少なくとも一部を配管内に在置させることが可能なサイズにされた外径を有し、前記溝付き接続具はその外表面周りに円周溝および前記円周溝内に少なくとも一つの隆起形状部を含み、前記円周溝は、前記溝付き接続具の、前記配管内に在置可能なサイズにされた前記少なくとも一部に配置される、前記溝付き接続具を得るステップと、
横方向に熱収縮性で、軸方向の面を有する、形状記憶合金で形成されたリングを得るステップであって、前記リングの前記軸方向面における内径は、前記リングを前記配管上に嵌めて在置することが可能なサイズにされる、前記リングを得るステップと、
前記溝付き接続具の前記少なくとも一部を前記配管内に在置し、前記リングを前記配管上に嵌めて前記溝付き接続具の前記外表面の前記円周溝の上に少なくとも部分的に整列させて配置するステップと、
前記リングを熱収縮させて、前記配管を、前記溝付き接続具の前記少なくとも一つの円周溝の中に変形させて前記円周溝内の前記少なくとも一つの隆起形状部と密着させ、これにより前記メカニカルな流体密封接続を形成するステップと、
を含む、
前記方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの隆起形状部は、前記円周溝内に在置された少なくとも一つのバーブを含み、前記円周溝に隣接する前記溝付き接続具の前記外径を超えて延び出ることはなく、前記配管は、塑性的に変形可能で、少なくとも部分的に、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、またはフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）の一つを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記溝付き接続具は嵌合突起部を含み、前記配管内に在置される前記溝付き接続具の前記少なくとも一部は、前記嵌合突起部の少なくとも一部を含み、前記嵌合突起部は前記円周溝を包含し、前記溝付き接続具は、前記嵌合突起部の周りを少なくとも部分的に取巻き、座面を有する位置合わせ突起部をさらに含み、前記リングを前記座面に対面配置することにより、自動的に、前記リングが前記溝付き接続具の前記円周溝の上に少なくとも部分的に整列されて配置される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記位置合わせ突起部は、円筒形状でその外表面上に少なくとも部分的にねじ山が付けられており、前記方法は、前記位置合わせ突起部の前記外表面上の前記少なくとも部分的なねじ山とねじ係合するようなサイズに作られた、ねじ付き保持キャップを得るステップをさらに含み、前記位置合わせ突起部のねじ山への前記ねじ付き保持キャップのねじ係合によって、前記メカニカルな流体密封接続の機械的強度が増強され、前記ねじ付き保持キャップは、前記位置合わせ突起部の前記ねじ山とねじ係合されたとき、前記リングが、前記位置合わせ突起部の前記座面と前記ねじ付き保持キャップの内面との間に在置されるようにサイズ取りされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記溝付き接続具に対し保持クリップを位置合わせするため、前記溝付き接続具中の保持スロットと係合可能に連結するようにサイズ取りされ構成された第一アームと、対面関係に間隔をあけて配置され、前記リングが前記配管上に嵌められ前記円周溝と少なくとも部分的に整列して在置されて前記第一アームが前記溝付き接続具中の前記保持スロットと係合して連結されたとき、自分達の間に前記リングを保持するようサイズ取りされた第二および第三アームと、を包含する前記保持クリップをさらに含み、前記保持クリップは、前記リングの熱収縮が、前記配管の前記少なくとも一つの円周溝の中への変形をもたらすまでの間、前記リングを適切な位置に保持し、前記得られたメカニカルな流体密封接続に追加の機械的強度を与える、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、例えば、個別コンピュータ・サーバ・ユニットのラック搭載組合せ体など、コンピュータ・システムの冷却を容易化するためのメカニカルな流体密封接続を形成するための器具および方法、並びに電子システムの冷却を容易化するためのアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセッサのパフォーマンス向上を実現するため、集積回路チップおよびこれらチップを包含するモジュールのパワー消散は増加し続けている。この傾向は、モジュールおよびシステム・レベル双方での冷却問題をもたらしている。高パワー・モジュールを効果的に冷却し、コンピュータ・センタの中に放出されるエアの温度を抑えるためには、エア流量のさらなる増加が必要である。
【０００３】
多くの大型サーバ・アプリケーションでは、プロセッサ群は、それらと関連する電子部品（例、メモリ、ディスク・ドライブ、電源など）とともに、ラックまたはフレームに積み重ねられた、取出し可能なドローア構造にパッケージされている。他のパッケージとして、これら電子部品がラックまたはフレーム内の固定位置に配置することも可能である。通常、これらの部品類は、一つ以上の換気装置（例、ファンまたはブロワ）に推進される、通例前面部から後背部への並列のエア流路を移動するエアによって冷却される。一部の例では、さらに強力な換気装置を使うか、または既存の換気装置の回転速度（ＲＰＭ）を上げ、より大きなエア流量を供給することによって個別ドローア内のパワー消散を処理することができよう。しかしながら、このようなアプローチは問題になってきている。
【０００４】
ラックから排出されるエアにより搬送される顕熱負荷は、その負荷を効果的に処理するためのルームの空調能力に圧力を掛ける。「サーバ・ファーム」または相互密接したコンピュータ・ラックの大きな列群を有する大型の施設では特にその傾向が強い。かかる施設においては、ルームの空調が問題となるばかりではなく、こういった状況が、一つのラック・ユニットから放出された「ホットな」エアの一部が、同じラックまたは近辺のラックのエア取入れ口に吸引されるという再循環問題も引き起こす可能性がある。この再循環流は、多くの場合、きわめて複雑な性質のもので、予期したよりもかなり高いラックへの流入温度をもたらしかねない。こういった施設では、この一段と高い熱流を処理する助力として、液体冷却（例、水冷）は魅力的技術である。液体は、部品／モジュールによって消散された熱を効率的やり方で吸収し、その熱を、最終的に該液体からエアまたは他の液体冷却剤いずれかの外部環境に転送することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一つ以上のコンピュータ・サーバ・ユニットに液体冷却を導入するためには、配管および接続具が可燃性に対する現行の規格を満たし、さらに、サーバ・キャビネットなど一般的な電子機器ラックの限られた容積環境に収容可能である必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの態様において、メカニカルな流体密封接続を形成するための器具の提供を通じて、従来技術の短所を克服しさらなる利点を提供する。該器具は溝付き接続具とリングとを含む。溝付き接続具は、以下の両者の間でメカニカルな流体密封接続が形成されることになる、該溝付き接続具の一部を配管内に在置させることが可能な外径を有する。溝付き接続具は、該接続具の外表面周りに円周溝および該円周溝内に少なくとも一つの隆起形状部を含む。円周溝は、溝付き接続具の配管内に在置される部分に設けられる。上記リングは、形状記憶合金で形成され、横方向に熱収縮性で、軸方向の面を有する。リングの軸方向面における内径は、リングを配管上に嵌めて在置させることが可能なサイズにされる。溝付き接続具の該部分が該配管内に在置され、リングが、配管上に嵌められ溝付き接続具の外表面の円周溝の上に少なくとも部分的に整列して在置されたとき、リングの熱収縮が、配管の円周溝の中への変形と該円周溝内の少なくとも一つの隆起形状部との密着とをもたらし、これによりメカニカルな流体密封接続が形成される。
【０００７】
別の態様において、電子システムの冷却を容易化するためのアセンブリを提供する。該アセンブリは、変形可能な配管、および該変形可能な配管の一端のメカニカルな流体密封接続を含む。変形可能な配管は、冷却対象の電子システムの少なくとも一つの発熱部品に向け、または該部品から冷却剤を搬送するよう構成される。メカニカルな流体密封接続は、アセンブリの溝付き接続具と変形可能な配管との間に形成される。溝付き接続具は、該溝付き接続具の少なくとも一部を変形可能な配管内に在置するようなサイズにされた外径を有し、その外表面周りに円周溝および該円周溝内に少なくとも一つの隆起形状部を含む。この溝は、溝付き接続具の変形可能な配管内に在置される部分に設けられる。メカニカルな流体密封接続は、形状記憶合金で形成されたリングをさらに含み、該リングは、横方向に熱収縮し、軸方向の面を有する。軸方向面におけるリングの内径は、リングの熱収縮の前に、該リングを変形可能な配管上に嵌めて在置させることが可能なサイズにされており、リングの熱収縮が、変形可能な配管の円周溝の中への変形と該円周溝内の少なくとも一つの隆起形状部との密着とをもたらし、これにより該冷却アセンブリの変形可能な配管の少なくとも一端にメカニカルな流体密封接続が形成される。
【０００８】
さらなる態様において、メカニカルな流体密封接続を形成する方法を提供する。該方法は、溝付き接続具を得るステップであって、該溝付き接続具は、以下の両者の間で前記メカニカルな流体密封接続が形成されることになる、該接続具の少なくとも一部を配管内に在置することが可能なサイズにされた外径を有し、該溝付き接続具は、その外表面周りに円周溝および該円周溝内に少なくとも一つの隆起形状部を含み、該円周溝は、溝付き接続具の配管内に在置するサイズにされた少なくとも一部に配置される、上記溝付き接続具を得るステップと、横方向に熱収縮性で、軸方向の面を有する、形状記憶合金で形成されたリングを得るステップであって、リングの軸方向面における内径は、リングを配管上に嵌めて在置することが可能なサイズにされる、上記リングを得るステップと、溝付き接続具の該少なくとも一部を配管内に在置し、リングを配管上に嵌めて溝付き接続具の外表面の円周溝と少なくとも部分的に整列させて配置するステップと、リングを熱収縮させて、配管を溝付き接続具の少なくとも一つの円周溝の中に変形させて該円周溝内の少なくとも一つの隆起形状部と密着させ、これによりメカニカルな流体密封接続を形成するステップと、を含む。
【０００９】
本発明の技法によってさらなる特質および利点が実現される。本発明の他の実施形態および態様が、本明細書で詳細に説明され、これらは請求された発明の一部と見なされる。
【００１０】
本発明として見なされる主題は、本明細書の末部の請求項において、具体的に指摘され明確に請求されている。本発明の、前述および他の目的、特質、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読むことにより明確となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来式の、エア冷却データ・センタの高床レイアウトの一つの実施形態の図である。
【図２】本発明のある態様による液体冷却システムの一つの実施例で取り扱う、再循環エア流のパターンの図である。
【図３】本発明のある態様による、データ・センタの一つ以上の電子機器ラックの液体冷却のための冷却剤分流ユニットの一つの実施形態の図である。
【図４】本発明のある態様による、電子サブシステムの部品のハイブリッド冷却のためのエアと液体とによる冷却サブシステムを示す電子サブシステム・レイアウトの一つの実施形態の平面図である。
【図５】本発明のある態様による、部分的に組立てられた電子サブシステムのレイアウトの一つの詳細な実施形態の図であって、この電子サブシステムは、能動冷却の対象となる８つの発熱電子部品を含み、それらの各々は、自己に連結された液体ベースの冷却システムのそれぞれの液冷冷却板を有する。
【図６】接続具と配管との間の従来型のホースバーブ接続の断面立面図である。
【図７】本発明のある態様による、メカニカルな流体密封接続を形成する器具の断面立面図である。
【図８】本発明のある態様による、図７に示したような、メカニカルな流体密封接続を形成する器具のさらに詳細な実施形態の断面立面図である。
【図９】本発明のある様態による、メカニカルな流体密封接続を形成する器具の別の実施形態の断面立面図である。
【図１０】本発明のある態様による、図９に示したような、メカニカルな流体密封接続を形成する器具のさらに詳細な実施形態の断面立面図である。
【図１１】図１１Ａは、本発明のある態様による、メカニカルな流体密封接続を形成するための器具の一つの実施形態の等角図である。図１１Ｂは、本発明のある態様による、組立済みの図１１Ａの器具のメカニカルな流体密封接続を図示した断面立面図である。
【図１２】図１２Ａは、本発明のある態様による、メカニカルな流体密封接続を形成するための器具の別の実施形態の等角図である。図１２Ｂは、本発明のある態様による、組立済みの図１２Ａの器具のメカニカルな流体密封接続を図示した断面立面図である。
【図１３】本発明のある態様による、図１２Ａおよび１２Ｂの器具の保持クリップの一つの実施形態の等角図であり、該クリップはメカニカルな流体密封接続の形成を容易にする。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
概していえば、本明細書で提供するのは、例えば電子機器ラック内の一つ以上の電子サブシステムの液体冷却を容易化するためのメカニカルな流体密封接続を形成する、新規な器具および方法である。該メカニカルな流体密封接続は、形状記憶合金で形成されたリングを使って、溝付き接続具と変形可能な配管との間に形成される。該溝付き接続具は、その外表面の周りに円周溝および該円周溝内に一つ以上の隆起形状部を有する。溝付き接続具を配管内に配置し、リングを、配管上に嵌めて該溝付き接続具の円周溝の上に少なくとも部分的に整列させた後、該リングの熱収縮が、配管の該円周溝の中への変形と該隆起形状部との密着とをもたらし、これによりメカニカルな流体密封接続が形成される。
【００１３】
この器具および方法をさらに説明する前に、図１〜図５を参照しながら、以下に液体冷却システムの説明をする。このシステムは、データ・センタ内の一つ以上の電子機器ラックの冷却を容易化するもので、該システムと本明細書で提示する器具および方法とを組み合わせて用いることができる。なお、図１〜図５は、例示目的だけで提示したものであり、本明細書で提示する、メカニカルな流体密封接続を形成するための器具および方法は、異なった多くのアプリケーションに用いることが可能である。例えば、さらなる実施例については、同時出願の同一出願人による米国特許出願第１２／４１８９７３号、名称「Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｄｕａｌ−Ｉｎ−Ｌｉｎｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  （ＤＩＭＭ）  Ａｒｒａｙ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ（高性能デュアルインライン・メモリ（ＤＩＭＭ）アレイの液体冷却のアセンブリおよび方法）」（代理人整理番号：ＩＭＢ−ＰＯＵ９２００８０１９１ＵＳ１）が参照でき、本明細書に関連する。
【００１４】
本明細書で使用される用語「電子機器ラック」、「ラック搭載の電子装置」および「ラック・ユニット」は互換的に使われ、別段の断りがなければ、コンピュータ・システムまたは電子システムの一つ以上の発熱部品を有する、任意のハウジング、フレーム、ラック、コンパートメント、ブレード・サーバ・システムなどを含み、該発熱部品は、例えば、ハイエンド、中レベル、あるいはローエンドの処理能力を有する単独型コンピュータ・プロセッサとすることもできよう。一つの実施形態において、電子機器ラックは、各々がその中に配置された冷却が必要な一つ以上の発熱部品を有する複数の電子システムまたはサブシステムを包含することができる。「電子システム」または「電子サブシステム」とは、内部に配置された一つ以上の発熱部品を有する、任意のサブ・ハウジング、ブレード、ブック、ドローア、ノード、コンパートメントなどをいう。電子機器ラックの各電子システムまたはサブシステムは、その電子機器ラックに対し可動にあるいは固定とすることもでき、マルチドローア・ラック・ユニットのラック搭載電子部品ドローア、およびブレード・センタ・システムのブレードは、電子機器ラックの冷却対象サブシステムの２つの例である。
【００１５】
「電子部品」とは、例えばコンピュータ・システムまたは他の電子装置の、冷却を要する発熱電子部品をいう。一例として、電子部品には、一つ以上のプロセッサ・ダイ、メモリ・ダイ、およびメモリ・サポート・ダイを含めた一つ以上の集積回路ダイ、または他の電子デバイス、あるいはそれらの両方を含めることができる。さらなる例として、電子部品には、共通のキャリヤに配置された、一つ以上のベア・ダイまたは一つ以上のパッケージ化ダイを含めることができる。本明細書で用いる用語「主発熱部品」とは、電子サブシステム内の主要な発熱電子部品をいい、「副発熱部品」とは、主発熱部品よりは少ない熱を発生する電子サブシステムの冷却対象電子部品をいう。「主発熱ダイ」とは、例えば、主発熱ダイと副発熱ダイとを含む発熱電子部品中の主発熱ダイまたはチップをいう（プロセッサ・ダイはその一例である）。「副発熱ダイ」とは、マルチダイ電子部品中の主発熱ダイよりも少ない熱を発生する該部品のダイをいう（メモリ・ダイおよびメモリ・サポート・ダイは冷却対象副ダイの例である）。一例として、発熱電子部品には、共通キャリヤ上の複数の主発熱ベア・ダイおよび複数の副発熱ダイを含めることができよう。さらに、本明細書に別段の指定がなければ、用語「液冷冷却板」とは、液体冷却剤を流通させるため内部に複数のチャネルまたは流路を有する、任意の従来式熱伝導構造をいう。加えて、「冶金的に接合された」とは、本明細書では一般に、何らかの手段で溶接、ろう付け、またははんだ付けされた２つの部品をいう。
【００１６】
本明細書で用いる用語「エア−液体熱交換器」とは、その交換器を通して液体冷却剤を循環させることができ、エアと循環する液体との間で熱を転送する、本明細書の記載に特徴付けられた任意の熱交換メカニズムをいい、これには、直列あるいは並列に連結された一つ以上の別個のエア−液体熱交換器も含まれる。エア−液体熱交換器には、例えば（銅または他の管などの）熱伝導性配管で形成され複数の空冷フィンと熱連通する一つ以上の冷却剤流路を含めることができる。該エア−液体熱交換器のサイズ、構成、および構造は、本明細書に開示する発明の範囲から逸脱することなく多様に変えることができる。「液体−液体熱交換器」には、例えば、（銅または他の管などの）熱伝導性配管で形成された、相互に熱連通する二つ以上の冷却剤流路を含めることができる。該液体−液体熱交換器のサイズ、構成、および構造は、本明細書に開示する発明の範囲から逸脱することなく多様に変えることができる。さらに、「データ・センタ」とは、冷却の対象となる一つ以上の電子機器ラックを収容するコンピュータ施設をいう。具体的な例として、データ・センタは、サーバ・ユニットなどラック搭載されたコンピュータ・ユニットの一つ以上の列を収容することができる。
【００１７】
施設の冷却剤およびシステムの冷却剤の一例として水がある。但し、本明細書に開示するコンセプトは、施設側またはシステム側あるいはその両方における、他の種類の冷却剤の使用にも容易に適応する。例えば、一つ以上の冷却剤には、塩水、フッ化炭素液、液体金属、または他の類似の冷却剤あるいは冷媒を含めることができる。本発明に記載する別の例では、施設の冷却剤は冷媒材であり、システムの冷却剤は水である。本発明の利点および独自の特質を維持しつつこれらのバリエーションの全てが実施可能である。
【００１８】
以降、図面を参照するが、これらは、理解を得ることを旨としており一定の縮尺で描かれておらず、各種図面全体を通して、同じ参照番号は同一のまたは類似の構成要素を示す。
【００１９】
図１は、従来技術で典型的な、エア冷却データ・センタ１００の高床レイアウトを図示しており、複数の電子機器ラック１１０が一つ以上の列の中に配置されている。図１に描かれたようなデータ・センタは、数百ヶまたは数千ヶものマイクロプロセッサを収容することができる。図示された配置において、冷却されたエアが、コンピュータ室の高床１４０とベース床ないしサブ・フロア１６５との間に区画された供給エア・プレナム１４５から、穴あき床タイル１６０を通って室内に流入する。冷却エアは、電子機器ラックのエア取入れ側１２０の羽板付きカバーを通して取入れられ、該電子機器ラックの背面（すなわちエア排出側１３０）を通って排出される。各電子機器ラック１１０には、一つ以上の換気装置（例、ファンまたはブロワ）を備え、ラックのドローア（単数または複数）内の電子部品を冷却するため、吸気口から排気口への強制エア流を供給することができる。供給エア・プレナム１４５は、コンピュータ施設の「冷気」通路に配置された穴あき床タイル１６０を介して、電子機器ラックのエア取入れ側に調節され冷却されたエアを供給する。調節され冷却されたエアは、同じくデータ・センタ１００内に配置された一つ以上の空調設備１５０によってプレナム１４５に供給される。室内エアは、各空調設備１５０の上部からその中に取り込まれる。この室内エアは、その一部に、電子機器ラック１１０のエア排出側１３０を向かい合わせて区画されたコンピュータ施設の「熱気」通路から排出されたエアを含む。
【００２０】
増え続ける、電子機器ラックを通るエア流の必要量と、一般的なデータ・センタ施設内のエア送風量の限界とに起因し、室内での再循環問題が起こり得る。このことが、高床レイアウトについて図２に示されており、電子機器ラック１１０のエア排出側１３０から、電子機器ラックのエア取入れ側１２０を向かい合わせて区画した冷気通路に流れ戻る熱エアの再循環２００が生じている。この再循環は、タイル１６０を通して供給される調節エアが、通常、電子機器ラック内に配置された換気装置によって該ラックを流通する強制エア流量の一部でしかないために生じ得る。これは、例えば、タイルのサイズ（またはディフューザの流量）の限界に起因して起こり得る。取入れ側エアの供給の残りの部分は、多くの場合、再循環２００を経た周辺の室内エアから成る。この再循環流は、多くの場合、きわめて複雑な性質のもので、望ましい温度よりかなり高いラック装置への流入温度をもたらす可能性がある。
【００２１】
コンピュータ室施設の熱気通路からの熱排気の冷気通路への再循環は、ラック内のコンピュータ・システム（単数または複数）または電子システム（単数または複数）の性能および信頼性に弊害をもたらす可能性がある。データ・センタの設備は、通常、１８〜３５℃の範囲内のラック・エア取入れ温度で動作するよう設計されている。しかしながら、図１に描かれたような高床レイアウトでは、温度は、冷却エア流入床面通気口に近いラックの低い部分における１５〜２０℃から、熱エアが自続的な再循環ループを形成する可能性のある、電子機器ラックの高い部分における４５〜５０℃までに及び得る。許容可能なラック熱負荷は、「高温」の部分におけるラック取入れエア温度によって限定されるので、上記のような温度分布は利用可能な冷却エアの非効率的利用と相互関係がある。また、コンピュータ施設の設備は、ほとんどの場合、顧客にとって高価な資本投資を意味する。しかして、製品信頼性およびパフォーマンスの観点から、並びに顧客満足および事業展望の点から、ラック装置への取入れエアの温度をほぼ均一な範囲内に収めることが大きな重要性を持っている。本明細書に開示する器具および方法は、（例えば、データ・センタ内の冷却エアと、所与の熱負荷を除去するため電子機器ラックを通すエア流の必要量を減らし、これにより換気装置の必要性、従ってデータ・センタの音響ノイズ、を減少させることによって）データ・センタ内の音響ノイズを低減しながら、上記のようなコンピュータおよび電子システムの効率的冷却、並びにエア流の再循環に起因する一つ以上のラック装置への局所的な熱エア取入れ温度の改善、に対処する。
【００２２】
図３は、あるデータ・センタのための冷却剤分流装置３００の一つの実施形態を示す。この冷却剤分流装置は、通常、電子機器フレーム全体に相当する容積を占める大きな装置である。冷却剤分流装置３００内には、電源／制御エレメント３１２と、貯留／補助タンク３１３と、熱交換器３１４と、ポンプ３１５（多くの場合、予備の第二ポンプが併設されている）と、施設水取入れ路３１６および放出路３１７用の供給パイプと、水またはシステム冷却剤をカップリング３２０およびライン３２２を介して電子機器ラック１１０に供給する供給マニホルド３１８と、ライン３２３およびカップリング３２１を介して電子機器ラック１１０から水を受け取る復帰マニホルド３１９と、がある。各電子機器ラックは（一つの例において）該電子機器ラックに対する電源／制御ユニット３３０と、複数の電子サブシステム３４０と、システム冷却剤供給マニホルド３５０と、システム冷却剤復帰マニホルド３６０と、を含む。図示されるように、各電子機器ラック１１０は、データ・センタの高床１４０上に配置され、システム冷却剤供給マニホルド３５０にシステム冷却剤を供給するライン３２３と、システム冷却剤復帰マニホルド３６０からのシステム冷却剤の戻りを容易化するライン３２２は、高床の下の供給エア・プレナム内に配置される。
【００２３】
図示された実施形態において、システム冷却剤供給マニホルド３５０は、システム冷却剤を、該供給マニホルドとラック内のそれぞれの電子サブシステムとの間に配置された柔軟なホース接続３５１を介して、該電子サブシステムの冷却システムに（さらに詳しくは、その液冷冷却板に）システム冷却剤を供給する。同様に、システム冷却剤復帰マニホルド３６０は、柔軟なホース接続３６１を介して電子サブシステムに連結されている。クイック接続カップリングを用いて、柔軟なホース３５１、３６１と個々の電子サブシステムとをつなぎ合わせることができよう。例として、これらのクイック接続カップリングには、例えば米国ミネソタ州セントポールのＣｏｌｄｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ社、または米国オハイオ州クリーブランドのＰａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎ社などから入手可能な、さまざまな種類の市販のカップリングを含めることができる。
【００２４】
また、図示はしていないが、電子機器ラック１１０は、そのエア排出側に配置したエア−液体熱交換器を含め、これも同様に、システム冷却剤供給マニホルド３５０からシステム冷却剤を受流し、システム冷却剤復帰マニホルド３６０にシステム冷却剤を返流するようにできる。
【００２５】
図４は、電子サブシステム３４０の部品レイアウトの一つの実施形態を図示しており、一つ以上の換気装置４１１が、電子サブシステム３４０内の複数の部品４１２を冷却するため強制エア流４１５を供給している。冷気エアはドローアの前方４３１から取入れられ後方４３３から排出される。冷却対象の複数の部品には、（液体ベース冷却システムの）液冷冷却板４２０と結合された複数のプロセッサ・モジュールと、（例えばデュアル・インライン・メモリ・モジュール（ＤＩＭＭ）などの）メモリ・モジュール４３０の複数のアレイおよび（例えば、ＤＩＭＭ制御モジュールなどの）メモリ・サポート・モジュール４３２の複数の列とが含まれる。図示された実施形態において、メモリ・モジュール４３０およびメモリ・サポート・モジュール４３２は、その一部が電子サブシステム３４０の前方４３１近くに配列され、他の部分は電子サブシステム３４０の後方４３３近くに配列されている。また、図４の実施形態では、メモリ・モジュール４３０およびメモリ・サポート・モジュール４３２は、該電子サブシステムを通り抜けるエア流４１５によって冷却される。
【００２６】
図示された液体ベース冷却システムは、液冷冷却板４２０に連結されこれと流体連通している複数の冷却剤搬送配管をさらに含む。該冷却剤搬送配管群は、冷却剤搬送配管の組群を含み、各組は（例えば）冷却剤供給配管４４０、ブリッジ配管４４１、および冷却剤復帰配管４４２を含む。この例では、配管の各組は、（プロセッサ・モジュールのペアに結合された）直列連結の冷却板４２０のペアに冷却剤を供給する。冷却剤は、冷却剤供給配管４４０を経て各ペアの第一冷却板に流入し、第一冷却板からブリッジ配管ないしライン４４１を経て第二冷却板に流れる。これら配管は熱伝導性としてもしなくてもよい。冷却剤は、該ペアの第二冷却板からそれぞれの冷却剤復帰配管４４２を通って戻る。
【００２７】
図５は、８つのプロセッサ・モジュール含む別の電子ドローアのレイアウトをさらに詳細に図示しており、各プロセッサ・モジュールは、自分に結合された、液体ベース冷却システムのそれぞれの液冷冷却板を有する。図示されたこの液体ベース冷却システムは、液冷冷却板を通る液体冷却剤の流通を容易化するための関連冷却剤搬送配管、および液体冷却剤の液冷冷却板への分配およびこれからの戻りを容易化するためのヘッダ・サブアセンブリをさらに含む。具体的な一例として、該液体ベース冷却サブシステムを流通する液体冷却剤は冷水である。
【００２８】
前述のように、各種の液体冷却剤は、電子システムの発熱電子部品から熱を除去し、このため、これら部品の信頼性および最高達成性能の向上のために望ましい温度に維持するタスクにおいて、エアよりパフォーマンスが大いに優れている。液体ベース冷却システムが計画され展開される中で、所与の電子システム実装に対する他の全ての機械的、電気的、および化学的要求事項を満たしながら、信頼性を最大化し漏液の可能性を最小化するシステムを構築することには利点がある。これらのより強力な冷却システムは、その組立ておよび実装に固有の問題を有する。例えば、一つの組立て対処策として、電子システム内に多くの接続具を活用し、プラスチックまたはゴムの柔軟な配管を使って、ヘッダ、冷却板、ポンプおよび他の部品を連結することがある。しかしながら、かかる対処策は、所与の顧客仕様および信頼性に対する必要性を満たせないことがある。
【００２９】
しかして、本明細書では、一つの態様において、特定の電子ドローア内に配置するため一体型構造として、特定的に事前構成され事前組立てされた、堅牢で信頼性のある液体ベース冷却システムを提示する。
【００３０】
図５は、本発明のある態様による、電子ドローアおよび一体型冷却システムの一つの実施形態の等角図である。図示された平面サーバ・アセンブリは、冷却対象のメモリＤＩＭＭソケットおよびさまざまな電子部品が物理的、電気的に取付けられた多層印刷回路基板を含む。図示された冷却システムには、供給ヘッダが備えられ、単一の取入れ部から複数の並行配置冷却剤流路に液体冷却剤を分流し、復帰ヘッダは、複数の並行配置冷却剤流路からの排出冷却剤を単一の排出部に回収する。各並行冷却剤流路には、一つ以上の電子部品を冷却するため、流れに直列に配置された一つ以上の冷却板が含まれ、該冷却板はこれら電子部品に機械的且つ熱的に結合されている。並行流路の数および直列連結の冷却板の数は、例えば、所望のデバイス温度、利用可能な冷却剤温度および冷却剤の流量、並びに各電子部品から放散される総熱負荷量の如何による。
【００３１】
さらに詳しくは、図５には、部分的に組立てられた電子システム５１３と、冷却対象の（例えば、プロセッサ・ダイを含む）主発熱部品に結合された、組立てられた液体ベース冷却システム５１５とが図示されている。この実施形態において、該電子システムは、電子機器ラックの電子ドローア用に（または電子ドローアとして）構成され、例として、支持基材または平面板５０５と、（図示しないが（例えばデュアル・インライン・メモリ・モジュールなどの）メモリ・モジュールを有する）複数のメモリ・モジュール・ソケット５１０と、（各々が自分に結合されたエア冷却ヒート・シンク５３４を有する）複数のメモリ・サポート・モジュール５３２と、液体ベース冷却システム５１５の液冷冷却板５２０の下部に配置された複数のプロセッサ・モジュール（図示せず）とを含む。
【００３２】
液体ベース冷却システム５１５は、液冷冷却板５２０に加え、それぞれの液冷冷却板５２０と流体連通している冷却剤供給配管５４０および冷却剤復帰配管５４２を含む複数の冷却剤搬送配管を包含する。また、冷却剤搬送配管５４０、５４２は、ヘッダ（またはマニホルド）サブアセンブリ５５０にも連結され、該サブアセンブリは、冷却剤供給配管５４０への冷却剤の分配および冷却剤復帰配管５４２からの冷却剤の戻りを容易化する。この実施形態において、電子ドローア５１３の前方５３１に近い側のメモリ・サポート・モジュール５３２に結合されたエア冷却ヒート・シンク５３４は、電子ドローア５１３の後方５３３に近い側のメモリ・サポート・モジュール５３２に結合されたエア冷却ヒート・シンク５３４’よりも背が低い。このサイズの違いは冷却剤搬送配管５４０、５４２を収容するためのもので、この実施形態では、ヘッダ・サブアセンブリ５５０が電子ドローアの前方５３１にあり、複数の液冷冷却板５２０が該ドローアの中央にあることによる。
【００３３】
液体ベース冷却システム５１５は、事前構成された一体型構造を含み、該構造は、それぞれの発熱電子部品に係合するように構成され離隔関係に配置された、複数の（事前組み立てされた）液冷冷却板５２０を包含する。この実施形態において、各液冷冷却板５２０は、液体冷却剤流入口および液体冷却剤排出口、並びに取付けサブアセンブリ（すなわち冷却板／搭載アーム・アセンブリ）を含む。各取付けアセンブリは、そのそれぞれの液冷冷却板５２０を関連する電子部品に結合させ、冷却板と電子部品とのアセンブリを形成するために用いられる。冷却板の両側には、組立て工程で整列ピンまたは位置合わせドエルを受けるための整列孔（すなわちスルーホール）が設けられ、取付けサブアセンブリ内には、取付けアセンブリの使用を容易にするためのコネクタ（またはガイド・ピン）が含まれている。
【００３４】
図５に示されるように、ヘッダ・サブアセンブリ５５０は、２つの液体マニホルド、すなわち、冷却剤供給ヘッダ５５２と冷却剤復帰ヘッダ５５４とを含み、一つの実施形態において、両者は支持ブラケットを介して一緒に結合されている。図５の一体型冷却構造において、冷却剤供給ヘッダ５５２は、各冷却剤供給配管５４０に流体連通して冶金的に接合され、冷却剤復帰ヘッダ５５４は、各冷却剤復帰配管５４２に流体連通して冶金的に接合される。単一の冷却剤取入れ部５５１および単一の冷却剤排出部５５３は、電子機器ラックの冷却剤供給および復帰マニホルド（図示せず）との連結のためヘッダ・サブアセンブリから延び出ている。
【００３５】
また、図５は、事前構成された冷却剤搬送配管群の一つの実施形態を図示している。冷却剤供給配管５４０および冷却剤復帰配管５４２に加え、例えば、一つの液冷冷却板の排出口を別の液冷冷却板の流入口に結合するための、ブリッジ配管またはライン５４１が具備されており、これら冷却板を直列の流体流に連結して、該冷却板のペアがそれぞれ一組の冷却剤供給および復帰管を介して液体冷却剤を受流し、返流するようにする。一つの実施形態において、冷却剤供給配管５４０、ブリッジ配管５４１、および冷却剤復帰配管５４２は、各々、銅またはアルミニウムなどの熱伝統性材料で形成され、事前構成された半剛体管であり、これら配管は、ヘッダ・サブアセンブリまたは液冷冷却板あるいはその両方に、流体密封した仕方で、それぞれ、ろう付け、はんだ付け、または溶接される。図５の実施形態では、これらの配管は、上記一体型構造を電子システムと係合関係させて取付けることを容易にするため、特定の電子システム用として事前構成される。
【００３６】
アプリケーションによっては、これらの事前構成された金属配管は不利なことがある。例として、前述した（例えば）金属製の冷却剤搬送配管は、機械的コンプライアンスを欠き、プラスチックまたはゴム（ＥＰＤＭ）管に比べ製作費が高くなる。しかして、電子システムあるいはサブシステムを冷却する液体冷却システムを実装するための別のアプローチが必要と考えられる。
【００３７】
コンピュータ・サーバ・ユニット用などの冷却システム中に液体冷却剤を導入するためには、全ての配管および接続具がアンダーライターズ・ラボラトリーズ（ＵＬ：ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ  ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）の可燃性の規格を満たす必要がある。金属配管は、これらの要求事項を満たすが、前述のように機械的コンプライアンスを欠き、さらに、例えばエチレン・プロピレン・ジエン単量体（ＥＰＤＭ：ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ    ｄｉｅｎｅ    ｍｏｎｏｍｅｒ）のホースなどの他の選択肢に比べ高価である。残念ながら、ＥＰＤＭホースの肉厚は通常大きすぎて、本明細書に記載したような現今の電子システムでは利用可能な容積内に収められない外径になってしまう。別の選択肢として、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ：ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ：ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）または他のポリマ配管などの変形可能なプラスチックで製作された配管がある。これらの配管はＵＬ規格の要求事項を満たすが、接続具に密封連結するのが困難である。従来、このようなプラスチック配管は、これら配管の外側から密着させる圧縮アダプタまたはクランプを使って接続具に取り付けられていた。これもまた、本明細書に記載したような実装には、利用可能な容積が限られているので使えない。現在入手可能な圧縮アダプタは、上記のような複数の接続部を使う実施形態中で並行して使用した場合、収容限度を超える接続部容積を生成する。
【００３８】
別のアプローチが図６に描かれており、これには外部バーブ接続具が用いられている。図６に示されるように、接続具６００は、柔軟なホース６２０内に在置可能なサイズに作られており、接続具をホース中に配置すると、該ホースが接続具６００の外部バーブ６１０の周りで変形する。なお、このバーブの外径はホース６２０の内径より大きく、ホースは同心的に外側に変形させられる。これは、非常に柔軟なゴムまたは類似の材料に対してうまく機能する（だが、前述のプラスチック配管および他のポリマは柔軟性が劣り、バーブ上で容易に変形しない）。また、圧縮クランプ６２５は、通常、締付け力を生成するため変形されるタブ、または作動メカニズム（例、クランプ体中のウオームギアおよびスロットなど）の形で、他のハードウエアも具備、含有しており、組立てに必要な容積はさらに増大する。前述のように、図６に示されたような外部バーブ接続具は、例えば、上記のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、または他のポリマ配管などの、プラスチック配管に対しては使用が困難である。
【００３９】
上記した配管を使ってメカニカルな流体密封接続を形成するための別のアプローチの一つの実施形態が、図７に描かれている。この図には、配管７２０の内径内に滑り嵌合または摩擦嵌合するようなサイズにされた外径を有する、（例えば金属で製作された）溝付き接続具７００が提示されている。図示されるように、接続具７００は、該接続具と配管とがオーバーラップする部位内の、該接続具の外表面周りに配置された一つ以上の円周溝７１０を有する溝付き接続具である。各円周溝７１０内には、例えばバーブのような一つ以上の隆起形状部７１１があり、これらは、例えば形状記憶合金リング（又はクランプ）によって配管が円周溝の中に変形されたとき、配管７２０をグリップし接続具７００に密着させる役割をする。
【００４０】
有利には、図７の器具は、相対的に堅めではあるが塑性的に変形可能な配管を、溝付き接続具上に被せてセットし、形状記憶合金（ＳＭＡ：ｓｈａｐｅ  ｍｅｍｏｒｙ  ａｌｌｏｙ）リング７３０を、配管７２０上に嵌めて溝付き接続具７００の円周溝７１０と少なくとも部分的に整列させて配置することによって容易に組立てられる。熱収縮ＳＭＡリング７３０は、塑性的に円周溝７１０の中に変形された配管７２０を、該円周溝内の隆起形状部７１１と密着させて該バーブ上に維持し、これによりメカニカルな流体密封シールを生成するために必要な、恒久的な締付け力を提供する。上記接続を生成するためのこのアプローチは、サイズが小さいこと、組立ての容易さの点で、前述の対処法よりも優れる。この配管は、本明細書に記載するように、熱収縮締め付けされたとき円周溝の中に変形することが可能なように選定すべきである。なお、円周溝内に一つ以上の隆起形状部を設けることができ、必要に応じ（例えば複数のＳＭＡリングの使用と併せ）上記のような複数の円周溝を設けることもできる。一つの例において、各隆起形状部はバーブを含み、該バーブを円周溝内の連続円周バーブとすることができる。図示のように、バーブは、溝付き接続具の外表面を超えて延び出ることはなく、これにより配管内への溝付き接続具の滑り嵌合が容易になる。
【００４１】
一つの実施形態において、溝付き接続具は、ステンレス鋼、銅、またはアルミニウムなどの金属で作製することができ、ＳＭＡリング（またはクランプ）は、例えばカリフォルニア州サンフランシスコのＩｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｉｎｃ．社製の熱収縮リングなど、市販の任意のＳＭＡクランプとすることができる。一つの実装において、本明細書で提示するような器具に使用するため、矩形断面のＳＭＡクランプを選択することができる。当業者は、本明細書で提示された説明に基づいて、特定の実装のための円周溝の深さ、およびＳＭＡクランプの収縮特性を選択することができよう。
【００４２】
ＳＭＡクランプの熱収縮は、オーブン温度を１６５℃から２００℃の間に設定した従来式のオーブンまたはベルト・オーブンを使って行うことができる。周囲の構造から可能な場合、もっと高い温度にしてより迅速な加熱ができよう。さらに、対流式オーブンを使えば、加熱時間を短縮することができる。ＳＭＡリング（またはクランプ）は、４５℃を超えると収縮を始め１００℃までにほぼ全収縮するが、その最大限の締付け力を発現させるには１６５℃の加熱が必要である。ＳＭＡリングが必要な温度に達していることを確実にするため、制御された加熱方法が用いられる。必要な場合、リングが１６５℃の温度に達したら変色する塗料スポットの付いたリングを入手することができる。ある設計目的に対する基準径方向締付け力は、リングと基材の接触面積×接触圧力に等しい。熱収縮後にＳＭＡリングによって加えられる実際の力は、実装方法、基材の材質および形状、並びに作業温度の関数である。この力は、加えられる温度が低い程、基材の直径が小さい程低くなる。特定のメカニカルな流体密封接続の用途に対する実施性能の妥当性を確認するため試験が必要なことがある。
【００４３】
図８は、図７の器具を使ったメカニカルな流体密封接続のさらに詳細な実装を図示する。この実施形態において、溝付き接続具８００は、テーパになった遠位端８０１を含み、これにより（例えば、前述のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、または他のポリマ材料製の）変形可能な配管８２０の中への接続具の挿入が容易になる。溝付き接続具８００には円周溝８１０が形成され、該溝内には一つ以上の隆起形状部８１１が設けられ、溝内で円周に沿って連続して延びている。ＳＭＡリング８３０が円周溝８１０上に位置合わせして配置され、熱収縮後に、配管８２０の一部を円周溝８１０の中に塑性的に変形させ、隆起形状部８１１に密着させているのが示されている。前述のように、ＳＭＡリング８３０の断面形状は多様に変化させることができる。一つの実施形態において、ＳＭＡリング８３０の幅Ｗｒは、該リングが整列された円周溝８１０の幅Ｗｇ以下である。これにより、ＳＭＡリングの熱収縮による配管の円周溝の中への変形を容易することができる。
【００４４】
図７および図８に図示されるように、該リングの軸方向に向き合う面（または内面）は、ＳＭＡリングの加熱とともに収縮する内径を有する。この内径の収縮が、配管８２０を塑性的に変形させるため加えられる力をもたらし、該配管の一部を円周溝８１０の中に押込み、溝内の隆起形状部に密着させる。ＳＭＡリングは、最終的（作動後）寸法に作製され、しかる後、配管の外径上に容易に滑入可能な、もっと大きな開口に機械的に引き延ばされる。ＳＭＡリングが、配管上に嵌められ溝付き接続具の円周溝の少なくとも一部の上に整列して配置された後、このアセンブリが加熱されて、配管が軟化されＳＭＡリングが元の形状に戻るように誘導される。これはＳＭＡ材料の周知の特性である。得られた接続形態が図７および８に示されている。有利には、図示されたメカニカルな流体密封接続は前述のような冷却システム中に用いることができる。この接続は、必要な付加的な容積を最小とし、前述した図５の事例の金属配管よりも柔軟な、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰまたは他のポリマの配管の使用を可能にする。
【００４５】
図９および図１０は、隆起形状部が、図７および図８では対称形バーブであるのに対し、非対称形バーブである別の器具の実施形態を図示する。具体的には、図９を参照すると、溝付き接続具９００は、配管９２０の内径内に滑り嵌合または摩擦嵌合するサイズにされた外径を備えている。溝付き接続具９００は、その端部近くに配置された円周溝９１０を含む。この構成では、非対称形バーブ９１１が設けられており、これには、例えば、溝付き接続具９００の円周溝９１０内で円周に沿って延びる連続バーブを含めることができる。非対称形バーブ９１１は、望ましくは、接続具の配管中への挿入の邪魔にならないように、溝付き接続具の外径を超えて延び出していない。前述のようなＳＭＡリング９３０が、配管９２０上に嵌まり円周溝９１０の上に配置されているのが示されている。図示されるように、熱収縮が生じて、ＳＭＡクランプ９３０が、変形可能な配管９２０の一部を円周溝の中に押込み、非対称形バーブ９１１とかみ合い係合させ、これによりメカニカルな流体密封接続が形成される。
【００４６】
図１０には、この実施形態のさらに詳細な実装が図示されており、溝付き接続具１０００は、配管１０２０の接続具上への挿入を容易にするためのテーパ形の遠位端１００１を有する。溝付き接続具１０００は、図のように、配管１０２０内に配置された該接続具の突起部に円周溝１０１０を含む。図９に示されたような非対称形バーブ１０１１が円周溝内に在置されている。ＳＭＡリング１０３０が、円周溝１０１０と位置合わせされ配管１０２０上に嵌めて配置されているのが示され、ＳＭＡリングの収縮によって、配管１０２０の、円周溝１０１０中への塑性変形と非対称形バーブ１０１１とのかみ合い係合とが生じている。
【００４７】
上記の器具のさまざまな試作品が試験された。一つの実施形態において、図７〜図１０の接続具およびバーブは、ステンレス鋼で製作され、ＳＭＡクランプを使ってＦＥＰ配管の中に組み入れられた。両方のバーブ設計に対し、水槽中でエアを使い配管接続に５０ｐｓｉｇ（静水圧）を加圧して、リーク試験が行われた。両方の設計とも、いかなる可視的なリークもなく圧力に耐えた。組立て品の破裂圧力を検証するため、水と手動ポンプとを使ってさらなる試験が実施された。図７〜図１０に示した設計では、約６００ｐｓｉｇで配管の破損が生じた。
【００４８】
図１１Ａ〜図１１Ｂは、本発明のある態様による、器具のさらなる実施形態を示す。この器具は、例示目的だけのために、図７および図８の接続実施形態に基づいて形成されたものである。図１１Ａおよび図１１Ｂに描かれたような器具を使い、別の隆起形状部の実施形態を用いることができる。
【００４９】
図示のように、接続具１１００が提示され、該接続具は、例えば前述のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰなどのまたは他のポリマの配管１１２０の中への嵌合突起部の挿入を容易にするためのテーパ形端部１１０１を有する、該嵌合突起部１１０５を含む。嵌合突起部１１０５は、一つ以上の円周溝１１１０を備え、該円周溝はその中に配置された、図７〜図１０の実施形態に関連して前述したような、一つ以上の隆起形状部１１１１を有する。また、この実施形態では、接続具１１００から延び出て嵌合突起部１１０５の一部の周りを取巻く位置合わせ突起部１１１５が設けられている。この位置合わせ突起部（図示された実施形態では円筒形状になっている）は、例えば嵌合突起部１１０５の円周溝の近位端側に位置合わせされた座面１１１６を含む。しかして、座面１１１６は、後記のように、該器具が組立てられる際に、ＳＭＡリング１１３０の円周溝の上への整列を容易にするように位置決めされる。
【００５０】
図１１Ａに示されるように、この器具は、ＳＭＡリング１１３０を配管１１２０上に嵌め、さらにねじ付き保持キャップ１１４０を配管１１２０上に嵌めて組立てるようになっている。ねじ付き保持キャップ１１４０は、位置合わせ突起部１１１５の外表面上のねじ山とねじ係合するように、サイズ取りされ構成される。得られたアセンブリが図１１Ｂに示され、ねじ付き保持キャップ１１４０の内面は、ＳＭＡリング１１３０の一つの面と、位置合わせ突起部１１１５の露出端を含む座面１１１６とを係合させ、ＳＭＡリングの反対面と係合して、該リングを接続具１１００の円周溝１１１０上の所望の場所に位置付ける。図１１Ｂでは、ＳＭＡリング１１３０は収縮を完了し、配管１１２０の一部が円周溝１１１０中に変形し隆起形状部１１１１と密着している。有利には、座面は、接続具の円周溝の上へのＳＭＡリングの適切な位置付けを容易にし、ねじ付き保持キャップは（位置合わせ突起部とねじ係合されたとき）、配管を円周溝の中に塑性的に変形させ該溝中の一つ以上の隆起形状部と密着させるための、ＳＭＡリングの加熱収縮実施の前後双方において、本器具により形成されるメカニカルな流体密封接続に対し追加的な機械的堅固さを与える役割りをする。
【００５１】
図１２Ａ〜図１２Ｂ〜図１３は、本発明による器具のさらなる実施形態を図示する。この器具は、図７および図８の構成に基づいて形成されているが、所望の任意の設計の円周溝内隆起形状部を用いることが可能なものである。但し、その隆起形状部が、ＳＭＡリングの収縮によって配管が円周溝の中に塑性的に変形する際に、配管中にかみ込みこれにより配管を固持するのに十分なものであることを条件とする。
【００５２】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、該器具は接続具１２００を含み、該接続具は、例えば前述のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰなどまたは他のポリマの配管１２２０の中への嵌合突起部の挿入を容易にするためのテーパ形端部１２０１を備えた該嵌合突起部１２０５を有する。前述のような嵌合突起部１２０５には円周溝１２１０が設けられ、該溝は、例えば図７および図８の実施形態中の対称形バーブとして構成された隆起形状部１２１１を含む。但し、他の隆起形状の構成を用いることもできよう。図１２Ａには、配管１２２０上に嵌めて配置されたＳＭＡリング１２３０が示され、また、保持クリップ１２４０も示されている。接続具１２００の一部には、保持クリップ１２４０の第一アーム１２４１と係合する保持スロット１２１５が備えられている。図１３には、保持クリップ１２４０が、第一アーム１２４１に加え第二アーム１２４２および第三アーム１２４３を含んでいるのが図示されている。第二および第三アーム１２４２、１２４３は、対面関係に配置され、その間にＳＭＡリング１２３０（図１２Ｂ参照）を収容するに十分な距離に相隔られている。図１２Ｂに示されるように、第一アーム１２４１は、作動位置にあるとき接続具１２００の保持スロット１２１５と係合し、保持クリップは、第二アーム１２４２と第三アーム１２４３との間に保持されたＳＭＡリング１２３０が、接続具１２００の円周溝１２１０上に位置合わせされて配置されるようにサイズ取りされている。図１３に示された、第一、第二および第三アームの突起は多様に変更することができる。さらに、図１２Ａ〜図１３Ｂ〜図１３に図示されたＣ形状の保持クリップ例の開口部は、該保持クリップが、配管１２２０の外径上を容易に滑動することを可能にするのに十分な大きさである。
【００５３】
図１２Ａ〜図１３Ｂ〜図１３に描かれた器具を組立てるため、非作動状態のＳＭＡリングは配管上に嵌めて取付けられ、該配管とＳＭＡリングとのアセンブリが嵌合突起部１２０５上に押し込まれ、ＳＭＡリングは接続具の円周溝上におおよその位置を合わせて配置される。次いで、ＳＭＡリングが保持クリップの第二アームと第三アームとの間に保持され、第一アームが接続具の保持スロットに保持されるようにして、該クリップが上記のアセンブリに取付けられる。かくして、該保持クリップのサイズ取りと構成とが適切であれば、嵌合突起部の円周溝に位置を合わせたＳＭＡリングの配置を確実にすることができる。次に、組上がったアセンブリの温度を上昇させ、ＳＭＡリングを所定位置で熱収縮させて、配管を、塑性的に変形させ、円周溝内の隆起形状部に密着させて、メカニカルな流体密封シールを形成する。この保持クリップは、円周溝の上へのＳＭＡリングの適切な配置を確実にし、ＳＭＡリングの熱収縮の前のアセンブリに対する機械的堅固さと、熱収縮後の接続部対しする追加的機械強度とを与えることによって組立て工程を容易化する。
【００５４】
本明細書で、好適な実施形態を詳細に図示し説明してきたが、当業者には、本発明の精神から逸脱することなく、さまざまな変更、追加、および代替などを加えることが可能なのは自明であろう。従って、それらは後記の請求項に定義された本発明の範囲内にあると見なされる。
【符号の説明】
【００５５】
７００    溝付き接続具
７１０    円周溝
７１１    隆起形状部
７２０    配管
７３０    形状記憶合金リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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