(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧を有する環境下に備えられた発熱構造体を冷却する方法であって、前記発熱構造体がエレクトロニクスを有する、方法であり：
冷却剤が前記発熱構造体の温度より低い沸点を有する亜大気圧まで、前記冷却剤の圧力を低下させる段階；
亜大気圧において、前記発熱構造体及び前記冷却剤が互いに接するようにする段階であって、前記冷却剤は沸騰して気化して、前記発熱構造体から熱を吸収する、段階；及び
流れループにおいて、前記大気圧より低い上限を有する圧力の範囲内に前記冷却剤の圧力を保ちながら前記冷却剤を循環させる段階であって、前記流れループは、前記冷却剤が百万Ωｃｍより高い比抵抗を有するレベルに前記冷却剤の純度を保つように、亜大気圧下で濾過床を用いて前記冷却剤を純化する冷却剤純化システムを有する、段階；
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記冷却剤は、百万Ωｃｍより高い比抵抗を有する純水である、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記冷却剤はメチルアルコールである、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、所定の純度に保つように、前記冷却剤を濾過する段階を更に有する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記冷却剤を液体に凝縮するように、前記冷却剤から熱を除去する段階を更に有する、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記冷却剤から熱を除去する前記段階は、前記亜大気圧において、前記冷却剤の前記沸点より低い周囲温度を有する更なる媒体に前記冷却剤から熱を移動させる段階を有する、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、流れループにおいて前記冷却剤を循環させる段階において、前記冷却剤は少なくとも一部がポンプにより流れループを循環される、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記発熱構造体及び前記冷却剤が互いに接するようにする前記段階は、前記冷却剤に前記発熱構造体を浸漬させる段階を有する、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記発熱構造体及び前記冷却剤が互いに接するようにする前記段階は、前記発熱構造体を覆って前記冷却剤を流す段階を有する、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、前記冷却剤に前記発熱構造体を浸漬させる前記段階は、前記冷却剤が流れている間に、前記冷却剤の浴に前記発熱構造体を浸漬させる段階を有する、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、前記冷却剤に前記発熱構造体を浸漬させる前記段階は、百万Ωｃｍより高い比抵抗を有する前記冷却剤の浴に前記発熱構造体を浸漬させる段階を更に有する、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、前記発熱構造体は、各々の電子モジュールに結合された多孔質のメッシュ及び複数の電子モジュールを有する、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、各々の電子モジュールは、前記複数の電子モジュールの少なくとも他の一に電気的に接続されている、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、前記発熱構造体は：
複数のフレームボイドを有するフレーム；及び
前記フレームボイドのそれぞれの一に各々備えられた複数のモジュールであって、各々のモジュールは、冷却剤が中を流れることが可能であるボイド領域のそばで間隔を置いている回路基板のアレイを有し、各々の回路基板は、
基板と、
該基板に備えられた少なくとも１つの電子回路と、
を有する、複数のモジュール；
を有する、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記発熱構造体は、前記基板から延びている複数のピンフィンを更に有する、方法。
【請求項１６】
大気圧を有する環境下に備えられた発熱構造体を冷却する装置であって：
冷却剤が前記発熱構造体の温度より低い沸点を有する亜大気圧まで、前記冷却剤の圧力を低下させるように動作する圧力低下システム；
前記発熱構造体からの熱が前記冷却剤を沸騰させて、気化させるように、故に、前記冷却剤が、前記冷却剤が状態を変えるときに、前記発熱構造体から熱を吸収するように、前記亜大気圧において、前記冷却剤に前記発熱構造体を浸漬させるように動作する浸漬アセンブリ；及び
前記浸漬アセンブリに対して、前記大気圧より低い上限を有する圧力の範囲内に前記冷却剤の圧力を保ちながら前記冷却剤を循環させる流れループであって、前記冷却剤が百万Ωｃｍより高い比抵抗を有するレベルに前記冷却剤の純度を保つように、亜大気圧下で濾過床を用いて前記冷却剤を純化する冷却剤純化システムを有する、流れループ；  
を有する装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、前記冷却剤は、百万Ωｃｍより高い比抵抗を有する純水及び純メチルアルコールを有する群から選択される、装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の装置であって、冷却システムは、前記冷却剤が百万Ωｃｍより高い比抵抗を有するように、所定のレベルに前記冷却剤の純度を維持するように動作する純化システムを更に有する、装置。
【請求項１９】
請求項１６に記載の装置であって、前記冷却剤を液体に凝縮するように、前記冷却剤から熱を除去する熱交換器を更に有する、装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の装置であって、前記冷却剤を循環させるポンプを更に有する、装置。
【請求項２１】
請求項１６に記載の装置であって、複数の電子モジュール及び各々の電子モジュールに結合された多孔質のメッシュを有する前記発熱構造体を更に有する、装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置であって、各々の電子モジュールは、前記複数の電子モジュールの少なくとも他の一に電気的に接続している、装置。
【請求項２３】
請求項１６に記載の装置であって、前記発熱構造体は：
複数のフレームボイドを有するフレーム；及び
前記フレームボイドのそれぞれの一に各々備えられた複数のモジュールであって、各々のモジュールは、冷却剤が中を流れることが可能であるボイド領域のそばで間隔を置いているカイロ基板のアレイを有し、各々の回路基板は、
基板と、
該基板に備えられた少なくとも１つの電子回路と、
を有する、複数のモジュール；
を有する、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、各々の基板から延びている複数のピンフィンを更に有する、装置。
【請求項２５】
多孔質メッシュ；
該多孔質のメッシュに接続された複数の電子モジュール；
前記電子モジュールからの熱が冷却剤を沸騰させて、気化させるように、故に、前記冷却剤が、前記冷却剤が状態を変えるときに、前記電子モジュールから熱を吸収するように、前記冷却剤に前記複数の電子モジュールを浸漬させるように動作する浸漬アセンブリ；及び
前記浸漬アセンブリに対して、前記大気圧より低い上限を有する圧力の範囲内に前記冷却剤の圧力を保ちながら前記冷却剤を循環させる流れループであって、前記冷却剤が百万Ωｃｍより高い比抵抗を有するレベルに前記冷却剤の純度を保つように、亜大気圧下で濾過床を用いて前記冷却剤を純化する冷却剤純化システムを有する、流れループ；
を有する装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置であって、前記複数の電子モジュールの一を前記複数の電子モジュールの少なくとも他の一に電気的に結合する少なくとも１つの相互接続を更に有する、装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の装置であって、前記電子モジュールの少なくとも一は、前記少なくとも１つの相互接続に電気的に接続された複数の熱伝導性バンプを有する、装置。
【請求項２８】
請求項２５に記載の装置であって、前記冷却剤は百万Ωｃｍより高い比抵抗を有する、装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置であって、前記冷却剤は、前記多孔質メッシュ及び複数の多孔質モジュールに対して流れる純水を有する、装置。
【請求項３０】
請求項２５に記載の装置であって：
前記冷却剤が前記発熱構造体の温度より低い沸点を有する圧力まで、前記冷却剤の圧力を低下させるように動作する圧力低下システム；
を更に有する装置。
【請求項３１】
複数のフレームボイドを有するフレーム；
該フレームボイドのそれぞれの一に各々備えられた複数のモジュールであって、各々のモジュールは、冷却剤が中を流れるボイド領域のそばで間隔を置いている回路基板のアレイを有し、各々の回路基板は、
基板と、
該基板に備えられた少なくとも１つの電子回路と、
を有する、複数のモジュール；
前記電子回路からの熱が冷却剤を沸騰させて、気化させるように、故に、前記冷却剤が、前記冷却剤が状態を変えるときに、前記電子回路から熱を吸収するように、前記冷却剤に前記少なくとも１つの電子回路を浸漬させるように動作する浸漬アセンブリ；及び
前記浸漬アセンブリに対して、前記大気圧より低い上限を有する圧力の範囲内に前記冷却剤の圧力を保ちながら前記冷却剤を循環させる流れループであって、前記冷却剤が百万Ωｃｍより高い比抵抗を有するレベルに前記冷却剤の純度を保つように、亜大気圧下で濾過床を用いて前記冷却剤を純化する冷却剤純化システムを有する、流れループ；
を有する装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の装置であって、前記冷却剤は水である、装置。
【請求項３３】
請求項３１に記載の装置であって、前記冷却剤はメチルアルコールである、装置。
【請求項３４】
請求項３１に記載の装置であって、前記浸漬アセンブリ及び前記流れループ内の前記冷却剤は１４．７ｐｓｉａ以下の圧力に保たれる、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷却技術に関し、特に、亜大気圧で冷却剤によりエレクトロニクスを冷却する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一部の種類の電子回路は、相対的に殆ど電力を用いず、そして殆ど熱を発生しない。この種類の回路は、通常は、従来の冷却のような能動的方法により、満足がいくように冷却されることが可能である。それに対して、かなりの電力量を消費し、かなりの熱量を発生する他の回路が存在している。一例としては、フェーズドアレイアンテナシステムで用いられる回路がある。他の例には、１０００乃至１００００Ｗ／ｃｍ３の熱を発生する現在の及び将来の計算回路で用いられる密に充填されたエレクトロニクスのような他のエレクトロニクスがある。
【０００３】
現在のフェーズドアレイアンテナシステムにおいては、そのシステムは５００ｋＷの又はそれ以上の熱を発生する可能性がある。将来のコンピュータは、同様にかなりの熱量を発生することが想定されている。このような回路を冷却する１つの既知の方法は、エレクトロニクスの冷却に冷却ユニットを組み込むことである。しかしながら、適切な冷却ユニットは、大きくて、重く、そして適切な冷却を得るにはｋＷオーダーの大量の電力を消費する。この種類の冷却ユニットは、一般に、それらの意図された目的のために適するが、全ての点では満足できるものではない。同様に重要な因子は、電子部品及びモジュールから大きい流束の熱負荷を除去することは既存の方法ではできないことである。電子部品及びモジュールが備えられているコールドプレート及び熱板の内側を流れる冷却剤を用いる既存の装置は、将来の必要性に適合するには熱移動性能は不適切である。更に、２つの位相のスプレイで形成されるｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔを用いる方法は、全ての点では満足できるものではない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態に従って、大気圧と有する環境下に備えられた発熱構造体を冷却する方法を提案する。発熱構造体はエレクトロニクスを有する。本発明の方法は、冷却剤を供給する段階と、冷却剤が発熱構造体の温度より低い沸点を有する亜大気圧に冷却剤の圧力を低下させる段階と、発熱構造体及び亜大気圧にある冷却剤を互いに接するようにする段階とを有し、それ故、発熱構造体からの熱を吸収するように、冷却剤は沸騰して気化される。特定の実施形態においては、冷却剤は、百万Ωｃｍのオーダー以上の比抵抗のレベルを有する純水か又は純メチルアルコールのどちらかである。更に、他の特定の実施形態においては、その方法は、特定のレベル以上の純度に保たれるように、冷却剤を濾過する段階を有する。
【０００５】
本発明の一部の実施形態は、多くの技術的な有利点を備えることが可能である。他の実施形態においては、それらの有利点の一部又は全てが認められる、又は認められないことが可能である。例えば、一実施形態に従って、多くの熱量が発熱構造体から除去されることが可能であり、それにより、例えば、より密に充填されたエレクトロニクスを利用することが可能になる。
【０００６】
他の有利点については、当業者が容易に確認することが可能である。
【０００７】
本発明の実施形態について、添付図に関連付けられた以下の詳細説明から、十分に理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の例示としての実施形態及びそれらの実施形態の有利点については、図１Ａ乃至４Ｂを参照することにより十分に理解することができ、同様の参照番号は、複数の図において同様の及び対応する部品に対して付けられている。
【０００９】
図１Ａは、発熱構造体１２を有する装置１０のブロック図である。発熱構造１２は、特定の実施形態においては、マイクロエレクトロニクスアセンブリであり、そのマイクロエレクトロニクスアセンブリは、従来の技術を用いて冷却することが困難である莫大な熱量を発生する可能性がある。代替として、発熱構造体は、エレクトロニクスを含まないことが可能であり、及び／又は、過剰の熱量を発生しないことが可能である。一般に、本発明の教示においては、過剰の熱量を発生するマイクロエレクトロニクスの冷却にとってかなり有利であるが、その教示は、高い又はより低い熱発生レベルにおける何れかの種類の装置の冷却に適用されることが可能である。本発明の一実施形態に従って、発熱構造体１２は、チャンバ１４内の冷却剤１６の浴内に入れられ、及び／又は、亜大気圧にある冷却剤１６による冷却剤１６の流れの影響下に置かれる。一実施例を、図１Ｂに示す。浴は、一般の固定浴であることが可能であり、又は代替として、欲は、発熱構造体１２から冷却剤１６への伝熱を更に改善するように、流れている冷却剤を更に用いることが可能である。代替として、容易に、浴を発熱構造体１２における冷却剤の流れと置き換えることが可能である。
【００１０】
冷却剤１６は、適切な比抵抗特性及び蒸発潜熱特性を有する何れかの液体であることが可能である。マイクロエレクトロニクスが発熱構造体１２において用いられる環境下では、冷却剤１６の比抵抗は、冷却剤１６がマイクロエレクトロニクスにおいて短絡しないように、十分に大きい必要がある。更に、大きい熱負荷が処理される必要がある場合、比較的大きい蒸発潜熱を有する液体が所望される。純水及び純メチルアルコールは、高熱負荷のマイクロエレクトロニクスが発熱構造体１２の一部として用いられるときに、それらの基準を満足する。
【００１１】
純水は、約１８．２μΩｃｍのかなり高い比抵抗を有し、純メチルアルコールは、約４０μΩｃｍの高い比抵抗を有する。従って、そのような純水又は純メチルアルコールは、関連電気信号又は電力リードの発熱構造体１２において電気的短絡をもたらさない。冷却剤として純水を用いることは、ｆｌｕｒｏｉｎｅｒｔの蒸発潜熱の約２４倍である相対的に高いその蒸発潜熱のために、特に好ましい。しかしながら、純水及び純メチルアルコールは特に好ましい冷却剤であるが、他の冷却剤もまた、用いられることが可能である。
【００１２】
システム１０は、発熱構造体１２と接するとき、冷却剤１６が沸騰するように設計されている。特に、システム１０は、冷却剤１６が沸騰する温度以下の所望の温度で沸騰するように、亜大気圧レベルに冷却剤１６の圧力を低くすることを有する。それ故、システム１０は、亜大気圧冷却剤システムと称されることが可能である。本明細書で用いるために適切である亜大気圧冷却剤システムは、本発明と同じ代理人が関与する次の特許出願におけるシステムであって、シリアル番号１０／１９２，８９１を有する２００２年７月１１日に出願された亜大気圧下で冷却剤を用いて冷却する方法及び装置と、シリアル番号１０／８５３，０３８を有する２００４年５月２５日に出願された亜大気圧下で冷却剤により制御される方法及び装置とを含み、それらの文献の援用により、本明細書の説明の一部を代替する。
【００１３】
亜大気圧レベルにある冷却剤１６を備えることは、比較的高い沸点のために、典型的には、特定のアプリケーションでは有用でない冷却剤として、純水及び純メチルアルコールの使用を可能にする。それ故、本発明の教示は、亜大気圧下における沸騰−伝熱の組み合わせの好適性を認識することができ、一般に、その構造体における冷却剤に浸漬すること又はその冷却剤を流すこと等によって、発熱構造体へのその冷却剤の直接適用により、表面から熱を抽出する最適な熱除去機構である。発熱構造体１２の一部として電子部品が用いられるとき、発熱構造体１２の浸漬又は発熱構造体１２における冷却剤１６の十分な流れは、能動構成要素及び受動構成要素の表面及び特徴から熱を除去し、部品リードから熱を除去することも可能にする。システム１０の更なる詳細については、図１Ａ乃至４Ｂに関連付けて、下で説明する。
【００１４】
発熱構造体１２は、発生した熱が発熱構造体１６と接する冷却剤１６に移動するようになっている。冷却剤１６は、管２２を通って流れる。下で説明するように、この流体の冷却剤は２相冷却剤１６であり、液相で発熱構造体１２と接する。発熱構造体１２からの熱の吸収は、液体の冷却剤１６の一部又は全部が沸騰及び気化するようにし、それ故、管２４を通って流れる冷却剤１６の一部又は全部はその液体の気相である。この離れていく冷却剤１６は、その場合、管２２の入力端に再び達するように、分離器２６、熱交換器２８、ポンプ３０、計量ポンプ３１及び濾過床３４を連続的に通って流れる。図示しているように、冷却剤１６の一部のみが、計量ポンプ３１及び濾過床３４を通って流れる。
【００１５】
ポンプ３０は、冷却剤１６が図１に示す無端ループを循環するようにする。図１の実施形態においては、ポンプ３０は、僅かに０．１乃至２．０ｋＷの電力を消費する。
【００１６】
分離器２６は、気化していない液体部分から、管２４を通って流れている液体冷却剤１６の気化した部分を分離する。気化部分は熱交換器２８に供給され、液体部分は分離器ポンプ３６に供給される。分離器ポンプ３６は、管２４内で気化しなかった及びこの流体が管２２を通って戻るように循環する冷却剤の液体部分を受け入れる。オリフィス３２は、ポンプ３０のスループットと冷却剤が気化するオリフィス３２の出力との間の圧力降下をもたらす。
【００１７】
上記のように、本発明の教示においては、一部の例においては、好ましいレベル以上に比抵抗を維持するように上記のループで冷却剤が流れている間に、冷却剤１６を純化することが好ましいと認識されている。このことは、特に、冷却剤１６が純水であり、発熱構造体１６が電子部品を有するときに、真である。比抵抗の特定の好ましいレベルは、発熱構造体１６に入っているもの及び構造に基づいて変わるが、一実施例においては、冷却剤１６の比抵抗、約百万Ωｃｍを維持することは、電気的短絡を回避するために特に好ましい。濾過床３４は、発熱構造体１２において電気的短絡をもたらさない、十分に高い比抵抗を動作中に有することを確実にするように、動作中にそのループに入る又は発生する塩、金属成分又は他の汚染物質等を冷却剤１６から除去するように用いられる。濾過床３４は、二酸化炭素、自由酸素及び金属を除去することが可能であり、蒸溜、逆浸透又は他の適切な処理を利用することが可能である。一実施形態においては、冷却剤の約５乃至１０％のみが処理される必要があり、それは計量ポンプ３１により供給される。他の純化方法も、用いられることが可能である。
【００１８】
周囲の空気又は液体３８が、例えば、従来の種類のファン（図示せず）により、熱交換器２８を介して流されるようになっている。代替として、装置１０が船上ある場合、その流れ３８は、海水であることが可能であり、又は海水に熱を移す蒸留水二次ループであることが可能である。熱交換器２８は、冷却剤から空気の流れ３８に熱を移す。熱交換器２８は、それ故、冷却剤を冷却し、それにより、気相にある冷却剤の何れかの部分を液相に凝縮して戻すようにする。
【００１９】
熱交換器２８に存在している液体の冷却剤は拡張リザーバ４０に供給される。流体は、典型的には、液相における場合に比べて気相における場合に、より大きい容積を占めるため、拡張リザーバ４０は、システム内の冷却剤の一部又は全部が液相から気相に変わるときに置き換わる液体の冷却剤の容積を占めるように、備えられる。一部の実施形態においては、発熱構造体１６が時間の経過につれて複数の動作モードで動作することが可能であるため、発熱構造体１６により発生される熱量が時間経過につれて変わることのために、ある程度、気相にある冷却剤１６の量は時間経過につれて変わり得る。
【００２０】
一部の実施形態においては、制御器が、発熱構造体１６からの熱移動量を制御するように用いられることが可能であり、その一例は、シリアル番号１０／８５３，０３８を有する２００４年５月２５日に出願された“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｏｌａｎｔ  ａｔ  ａ  Ｓｕｂａｍｂｉｅｎｔ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ”に記載されていて、その文献の援用により、本明細書の説明の一部を代替する。しかしながら、他の制御装置も、用いられることが可能である。特定の一実施形態においては、圧力制御器４２は、濾過床３４の冷却ループの下流及びポンプ３０の冷却ループの上流の部分において、好ましい亜大気圧に冷却剤１６を保つ。典型的には、周囲の空気の圧力は大気圧であり、海面レベルで、１４．７ポンド／平方インチ(絶対圧)（ｐｓｉａ）である。発熱構造体１２が過渡熱負荷を受けるとき、この亜大気圧は、所望の温度で発熱構造体１２からの多かれ少なかれの熱移動量を許容するように調整される必要がある。発熱構造体１２は、冷却剤が管２２に存在しているとき、冷却剤の圧力をフィードバックすることにより、所望の温度に維持される。この圧力は、冷却剤の沸点を表す。それに応じて、圧力制御器４２は、冷却剤１６の圧力を高くする又は低くすることにより反応することが可能であり、そのことは、冷却剤の沸点に影響する。冷却剤の圧力をフィードバックすることにより、発熱構造体１２の温度に対して、関連熱遅延は、熱遅延を考慮することなく、圧力の直接制御を可能にする制御ループから取り除かれる。
【００２１】
一実施例においては、用いられる冷却剤は純水である。純水は、かなり高い気化潜熱を有し、それ故、純水は、気化するとき、かなりの熱量を吸収する。しかしながら、水は、１４．７ｐｓｉａの大気圧下で、温度１００℃で沸騰する。電子装置を適切に冷却するためには、冷却剤１６は、約５０乃至６５℃の範囲内の温度で沸騰する必要がある。水が約３ｐｓｉａの亜大気圧下に置かれるとき、その沸点は約６０℃まで低下する。それ故。図１Ａの実施形態においては、オリフィス３２は、そのオリフィスから下流への冷却剤の圧力をポンプ３０とオリフィス３２との間の冷却剤の圧力より低くする。
【００２２】
一実施例においては、ポンプ３０からオリフィス３２及び３４に流れる純水は、約６０℃乃至６５℃の温度及び約１５ｐｓｉａ乃至１００ｐｓｉａの範囲内の圧力を有する。オリフィス３２及び３４を通過した後、その水は尚も６０℃乃至６５℃の温度を有するが、その圧力はかなり低くなり、約２ｐｓｉａ乃至４ｐｓｉａの範囲内にある。この低下した圧力のために、その水の一部又は全部が、発熱構造体１２を通り、発熱構造体から熱を吸収するとき、沸騰し、それ故、水の一部又は全部が気化する。管２４から出た後、水蒸気（及び、何れかの残りの液体の水）は尚も約２ｐｓｉａ乃至４ｐｓｉａの低下した圧力を有する。
【００２３】
この亜大気圧の水蒸気が熱交換器２８に達したとき、熱は、蒸気から強制空気流３８に移動する。空気流３８は、特定の最大温度５５℃より低い温度を有し、典型的には、４０℃以下の周囲温度を有する。熱が蒸気から除去されるとき、気相にある水の何れかの部分は凝縮し、それ故、冷却剤の水の全ては、熱交換器２８に存在するとき、液相にある。この液体は、約６０℃乃至６５℃の温度を有し、尚も約２ｐｓｉａ乃至４ｐｓｉａの亜大気圧にある。この液体の冷却剤は、その場合、拡張リザーバ４０の前のＴ字型接続によりポンプ３０の方に流れる。ポンプ３０は、上記のように、約１５ｐｓｉａ乃至１００ｐｓｉａの範囲内にある値まで、冷却水の圧力を高くする効果を有する。
【００２４】
図１Ａの実施形態は、何れかの冷却システムを用いることなく動作することが可能であることに留意する必要がある。高電力の電子回路に関連して、冷却システムを有しないことは、その電子システムを冷却するために備えられる構造の大きさ、重量及び消費電力におけるかなりの減少をもたらすことができる。
【００２５】
図２は、図１Ａに示す方法に従った冷却に特に適切である発熱構造体１２の一実施例を示す模式図である。しかしながら、この実施例は単に例示であることを強調しておく。発熱構造体５２は、この実施例においては、メッシュ６０に熱的に結合した複数の電子モジュール５４を有する。メッシュ６０は、電子モジュール５４から冷却材１６に熱を移動させることを支援し、一部の実施形態においてはまた、電子モジュール５４に構造的支援を与えることが可能である。メッシュ６０は、冷却材１６がメッシュ１６を通って流れることを可能にするように、多孔質であり、発熱構造体５２は、冷却剤１６中に浸漬され、また、冷却剤１６は、メッシュ６０を通って発熱構造体５２を覆い、及びそれを通って流れる。
【００２６】
この実施例においては、電子モジュール５４は、関連電子部品を有する電子装置６２と、相互接続部品６４とを有する。相互接続部品６４は、他の装置への電気的接続を備えている。相互接続部品６４は、複数のバンプ６６を有することが可能であり、それらのバンプは、電気的接続を備えているばかりでなく、ピンフィンとしての役割を果たすことが可能であり、それらのピンフィンは、冷却剤１６と接する関連増加面積のために、増加した熱移動を与える。発熱構造体５２はまた、互いに対して又は他の装置に対して、電子モジュール５４と電気的に接続している複数の相互接続ラインと共に形成されることが可能である。
【００２７】
動作中、発熱構造体５２は、図１Ｂに示すように、冷却剤１６中に浸漬されるか又は、発熱構造体５２を覆って流されることが可能である。何れの場合も、冷却剤１６は、電子モジュール５４及びメッシュ６０と接していて、それに応じて、発熱構造体５２から冷却剤１６に、熱を受け入れ、沸騰し始め、熱を搬送する。メッシュ６０は、この実施例においては、冷却剤１６と接触する面積を増加させ、電子モジュール５４から冷却剤１６に熱を移動させることにより、この熱移動を支援する。更に、メッシュ６０は多孔質であるため、冷却剤１６は、メッシュを通って流れ、発熱構造体５２が冷却剤１６中に浸漬されることを可能にする。浸漬されているとはいえ、それにも拘わらず、冷却剤１６は、熱移動を更に増加させるように、発熱構造体を覆って及びそれを通って流れることが可能である。
【００２８】
図３Ａは、発熱構造体１２の代替の実施形態の一部を構成することが可能である流通モジュール１００を示している。モジュール１００は、図３Ｂ乃至３Ｄに示している複数の部品を有する。図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、本発明の教示に従った回路基板１０２のそれぞれ、側面図、平面図及び底面図である。図３Ａは、図３Ｃの線３Ａ−３Ａの方向に沿って、しかし、回路基板１０２のアレイについて、得られたものである。回路基板１０２は、基板１０６上に形成された複数の電子装置１０４を有する。基板１０６は、複数のマイクロピンフィン１０８に結合され、図３Ｄに最適に示されている。相互接続１０７は、電子装置１０４に電気的接続を備えるために、基板１０６の最上部に備えられている、一実施形態においては、基板１０６は、熱移動を改善するように、高い熱伝導性を有する。
【００２９】
回路基板１０２の各々の一が、モジュール１００を構成するようにアレイ構成に位置付けられて、図３Ａに示されている。隣接する回路基板間には、ボイド空間１１０が備えられている。ボイド空間１１０は、冷却剤１６が流れる空間を与える、又は、回路基板１０２と接している。複数の相互接続ストリンガ１１２は、隣接する回路及び関連基板１０２の間隔を置くことを可能にする。相互接続ストリンガ１１２は、適切な電気的接続を与え、回路基板１０２を構造的に支持し、またボイド領域１１０内で冷却剤１６に熱的結合を与えることが可能である。更に、ブランク基板又はダミー基板が、モジュール１００の端部に経路付けられる信号に加えて、相互接続ストリンガ１１２から他に、信号又は電力を経路付けるように用いられることが可能である。
【００３０】
動作中、冷却剤は、回路及び関連基板１０２から冷却剤への熱の移動を可能にする、システム１０又は他の適切な冷却システムの関連で、ボイド領域１１０を通って流れる、又はボイド領域１１０内に留められることが可能である。図示されている実施形態においては、流れは図３Ａのページの内側又は外側に流れる。マイクロピンフィン１０８は、冷却剤と接する表面積を増加させることにより、熱移動を更に改善することができる。フィン、ディンプル又はマイクロチャネル等の他の形状が用いられることが可能である。そのようなシステムは、冷却剤と何れかの発熱エレクトロニクスとの間の直接接触を可能にし、そのことは、効率的な沸騰の熱移動を結果的にもたらす。一部の実施形態においては、回路基板はカプセル化されることが可能であり。又は代替として、内部の電子部品は、冷却剤に直接曝されることが可能であり、更に大きい熱移動を可能にする。
【００３１】
図４Ａは、複数のフレームボイド１２４により形成されたフレーム１２２を有するフレーム１２０の模式図である。一実施形態においては、信号モジュール１００は、各々のフレームボイド１２４内に備えられることが可能である。フレーム構造１２２は、複数の相互接続１２６により構成されることが可能であり、それらの相互接続は、他のモジュール１００又は他の装置へのモジュール１００の部分の電気的接続を可能にする。フレーム１２０内に備えられたモジュール１００の完全なアレイが、アセンブリ１２８として図４Ｂに示されている。
【００３２】
モジュール１００により上で説明しているように、完全なアセンブリ１２８は、冷却剤１６中に浸漬されることが可能である、又は冷却剤１６はまた、熱移動を与えるように、アセンブリ１２８内のボイドを通って流れることが可能である。モジュール１００及び／又はアセンブリ１２８は、より多くの部品を冷却することを可能にする、一部の実施形態においてかなりの深さ（ページの内側の方に）を有することが可能である。代替として、モジュール１００及び／又はアセンブリ１２８は、実質的に二次元的であることが可能である。
【００３３】
発熱構造体１２は、光ファイバを有することが可能であるマザーボード又は信号バス及び電力バスを通って相互接続される複数のアセンブリ１２８を有することが可能である。一実施形態においては、全てのアセンブリ１２８は、複数のアセンブリの積層体を通る、上方への冷却剤１６の強制流を有するように、水平方向に備えられる。この場合、個々の基板は鉛直方向性を有し、そのことは、それら基板の長さに沿った冷却剤の上方の流れを可能にする。他の実施形態においては、各々のアセンブリに関連する水注入マニホールドは、フレーム１２０に備えられた各々の流通モジュール１００を水が強制的に通るように用いられることが可能である。
【００３４】
上で、本発明について詳述しているが、本発明の範囲及び主旨から逸脱することなく、特許請求の範囲に単に記載されている教示に対して、種々の変形、代替、置き換え及び修正を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】本発明の特徴を実施する関連冷却構成及び発熱構造体を有する装置のブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａのシステムのチャンバ及び発熱構造体の一実施例の側面図である。
【図２】図１の発熱構造体の一実施形態の模式図である。
【図３Ａ】図１Ａの方法に従って冷却される、図３Ｂ乃至３Ｄの回路構造の何れかを有する流通モジュールの模式図である。本発明の特徴を実施する関連冷却構成及び発熱構造体を有する装置のブロック図である。
【図３Ｂ】図１Ａのシステムのチャンバ及び発熱構造体の一実施例の側面図である。
【図３Ｃ】図１Ａのシステムのチャンバ及び発熱構造体の一実施例の側面図である。
【図３Ｄ】図１Ａのシステムのチャンバ及び発熱構造体の一実施例の側面図である。
【図４Ａ】図３Ｄのモジュールのアレイを支えるフレームの模式図である。
【図４Ｂ】図１Ａの方法に従って冷却される、図３Ｄのモジュールのアレイ及び図４Ａのフレームを組み合わせたアセンブリを示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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