(57)【要約】  改良された熱交換装置であり、前記装置の少なくとも１つの外部表面にわたって装着された電子構成部品を冷却するようになされ、ベース・プレート１、カバー・プレート３、合わせ板２であって前記ベース・プレート１と前記カバー・プレート３の間に挟み込まれ、前記ベース・プレート１及び前記カバー・プレート３が前記合わせ板２と共に堅固に接合されて単体の統合されたプレートを形成する合わせ板２、前記形成されたプレートの一方の端部及び／又は対向する端部における冷却媒体の流入及び流出のための少なくとも１つの引入れポート５及び少なくとも１つの放出ポート６を備える熱交換装置であって、前記ベース・プレート１が複数の流路を有するように構成され、前記各流路が前記電子構成部品のそれぞれの熱的実装面積に位置を合わせて予め決められた多様な寸法を有する機械加工された複数の溝４を備え、それによって熱伝導率を最適化すること、並びに、直列及び並列の流れ経路の１つから成る溝４の間で複数の相互連結が設計されていることを特徴とする改良された熱交換装置。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良された熱交換装置であり、前記装置の少なくとも１つの外部表面にわたって装着された電子構成部品を冷却するようになされ、ベース・プレート（１）、カバー・プレート（３）、合わせ板（２）であって前記ベース・プレート（１）と前記カバー・プレート（３）の間に挟み込まれ、前記ベース・プレート（１）及び前記カバー・プレート（３）が前記合わせ板（２）と共に堅固に接合されて単体の統合されたプレートを形成する合わせ板（２）、前記形成されたプレートの一方の端部及び／又は対向する端部における冷却媒体の流入及び流出のための少なくとも１つの引入れポート（５）及び少なくとも１つの放出ポート（６）を備える熱交換装置であって、前記ベース・プレート（１）が複数の流路を有するように構成され、前記各流路が前記電子構成部品のそれぞれの熱的実装面積に位置を合わせて予め決められた多様な寸法を有する機械加工された複数の溝（４）を備え、それによって熱伝導率を最適化すること、並びに、直列及び並列の流れ経路の１つから成る溝（４）の間で複数の相互連結が設計されていることを特徴とする改良された熱交換装置。
【請求項２】
前記溝（４）が精密フライス盤、好ましくは数値制御された工作機を用いて構成された機械加工された溝から成る請求項１に記載の改良された熱交換装置。
【請求項３】
前記電子構成部品を前記ベース・プレート（１）のいくつかの断続的な固体の区域に設けられた複数の装着孔（７）に収納することができるように、前記複数の流路（４）が前記ベース・プレート（１）上に設計されている請求項１に記載の改良された熱交換装置。
【請求項４】
前記溝（４）間の相互接続が並列及び直列の流れ経路の１つを含む請求項１又は２に記載の改良された熱交換装置。
【請求項５】
前記冷却流体が、空気、水蒸気、油、水とグリコールの混合液、シリコンをベースにした液体及びフロロカーボンを含むグループより選択される請求項１に記載の改良された熱交換装置。
【請求項６】
前記ベース・プレート（１）及び前記カバー・プレート（３）が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金及び鋼から成るグループから選択される金属材料を含む請求項１に記載の改良された熱交換装置。
【請求項７】
本明細書に説明され、且つ添付図面で図示されている、前記熱交換装置の前記外部表面にわたって装着された電子構成部品を冷却するようになされた改良された熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置にわたって装着された電子構成部品を冷却するのに適した改良された熱交換装置に関する。電子構成部品は、その形状、サイズ、及び機能に応じて多様な熱負荷を放散する。装置内に組み込まれた複数の流路を通過する流体は、電子構成部品によって生成された熱を対流によって引き出し、前記熱を隣接して配設されているヒート・シンクに伝達する。
【背景技術】
【０００２】
電力用電子部品及びその他のワット密度が高い電子部品の適用品を冷却するための市販の熱交換器は、一般的に、６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の銅管を溝切りされたアルミニウムにプレスして製造される。このような装置は直線状及びビーズ状の取付け金具を有する長さ１５２．４ｍｍ（６インチ）及び３０４．８ｍｍ（１２インチ）の形状のものが入手可能である。タップ孔は顧客の要求に従って開けることができる。
【０００３】
他の設計の市販装置が、冷却プレートの一高性能シリーズを構成している。これが、片面での孔開け及びタップ切りができるようにした、低熱抵抗及び構成部品の両面実装をもたらす。この全てがアルミニウムでできた装置は、特注冷却プレートでよく見られる真空ロウ付け技術を利用して製造されている。これらの冷却プレートを構築するために高性能の波型アルミニウム・フィンが、実装面の下側の液体用キャビティ内に入り込んでロウ付けされている。
【０００４】
米国特許第６，３６７，５４３ＢＩ号がある液冷ヒート・シンクについて説明をしている。このシンクは、底部壁の周囲から延び出している周辺側壁、及びその周辺側壁に係合してチャンバを形成するように寸法が決められた蓋を含む冷却ハウジングを有している。流体引入れ口及び放出口は、蓋を貫通して画定され、チャンバと流体連通して配設されている。
【０００５】
液冷ヒート・シンクの他のバージョンが特許を受けており、米国第６，３９７，９３２ＢＩ号及び米国第６，７１９，０３９Ｂ２号を参照されたい。これらのバージョンでは、複数のピンが底部壁から外側にチャンバ内に位置づけされるように、且つ互い違いに配置されるように突き出している。ピンは蓋の下面に係合する端部を含む。液冷ヒート・シンクの第３のバージョンが特許を受けており、米国第６，５７８，６２６号を参照されたい。この実施例では複数のひだを有する波型のフィンは、ひだの少なくとも１つが底部壁に係合し、ひだの少なくとも１つが蓋の下面に係合するようにチャンバ内に位置づけされている。
【０００６】
米国特許第６，８１９，５６１Ｂ２号が本明細書の上文に説明されている装置のものと同等な熱交換システムについて説明している。このような装置は、高出力で、発熱する電子部品からの熱除去を伝導及び対流によって達成する。この熱交換システムは、冷却流体のための流路を画定するように鍛造され絞り加工された金属チューブを備え、チューブは、流体に曝される金属チューブの内側面の利用可能な表面面積を増加させるように構築され配置された複数の全体構造を含む内側面を有し、さらに熱を生成する電子構成部品と直接連通している外側面を有する。冷却剤液流体は、熱抵抗を最小にするために、流路を通って好ましくは乱流状態で循環される。本発明は、１つ又は複数の高出力電子構成部品、熱交換手段、及び熱交換システムに高出力電子構成部品を取り付けるための取付けシステムを備える自己冷却式且つ自立式の電子装置をさらに提供する。
【０００７】
米国特許第５，９２４，４８１号が、電子構成部品のための他のタイプの冷却装置について説明している。冷媒を収容するためのヘッダー・タンクが装置の片側に形成されており、その反対側には少なくとも１つの電子構成部品が装着される。その中を冷媒が循環する複数の環状のパイプがヘッダー・タンクに連結されている。その複数の環状のパイプは実質上装置と並列に配置されている。装置の遠位端に配設された環状パイプの放熱面積は、近位端に構成された環状パイプの放熱面積より大きい。
【０００８】
米国特許第６，６３４，４２１号が電子装置冷却のためのある高性能冷却プレートについて説明している。そこに液体冷却装置及びその液体冷却装置を製造するための方法が開示されている。液体冷却装置は、その各々が孔が開けられていない複数の板の部分及び一列に配置されたいくつかの孔開けされた部分を有する複数の冷却プレート部材、並びに板の部分をその一端で一緒に連結するための少なくとも１つのコネクタを含む。冷却プレート部材は積み重ねて配置されるが、各冷却プレートの部材の板の部分それぞれは、積み重ねの中で冷却プレート部材にすぐに隣接して形成された孔が開いた部分と位置を合わせて構成される。液体冷却装置は、狭い間隔の層を創り出す流れによって高い熱伝達をもたらし、それによって圧力低下を低く保ちながら液体冷却装置の伝熱能力が向上する。液体冷却装置を製造するための方法は、複数の冷却プレート部材をプレーナ金属タイプ又は薄層板のストックから生産すること、各冷却プレート部材の孔開けされていない板の部分それぞれが、冷却プレートの部材と直ちに隣接して形成されている孔が開けられた部分と位置を合わせて配設されるように冷却プレートの部材を互いに対して位置づけすること、及び各冷却プレート部材を直ちに隣接する冷却プレート部材と接合することを含む。
【０００９】
本明細書上文で説明されている従来技術による装置は、コイル状のチューブ又は少なくとも２枚の平板でサンドイッチされた板状のフィンを使用して設計された流れ経路を有する。従来技術による装置の他の設計は、底部及び頂部板、適切な側壁、及び引入れ口、放出口コネクタの間に位置が決められるように底部壁から外側に突き出している複数のピンを有する。従来技術のさらに他の変形形態では、複数のピンは、その他の構成部品を改変することなく複数のひだを有するいくつかのフィンで置きかえられている。上記の設計は、全て板面全体にわたって一様な基準をもって熱を除去することによって電子装置での熱発生の問題に対処する。実際には、熱交換装置上に装着されている電子構成部品全てが一様な熱放出をするわけではなく、同じ電子構成部品が別の位置では別の放熱速度を有する可能性もある。したがって熱を板面全体にわたって一様に除去するための解決策は、比較的高い装置温度をもたらし、冷却流体を循環させるためにより高いポンプ能力が必要になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来技術による装置の不都合を除去する改良された熱交換装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、冷却流体の熱伝導率を改善する改良された熱交換装置を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる他の目的は、そこを貫流する冷却媒体の流速を向上させるための流路を備える改良された熱交換装置を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる他の目的は、ベース・プレート及びトップ・プレートの接着を必要とし、それによって流路の追加接着が不要となる改良された熱交換装置を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる他の目的は、容易に製造でき、費用効率が高く、多様な熱伝導率を有する電子構成部品の配置と位置を合わせてある組込み式の、機械加工で溝切りされた流路を有し、それによって冷却効果の向上が成し遂げられるように設計されている改良された熱交換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、改良された熱交換装置であり、その少なくとも１つの外部表面上にわたって装着された電子構成部品を冷却するようになされ、ベース・プレート、カバー・プレート、合わせ板であって、ベース・プレートとカバー・プレートの間に挟み込まれ、ベース・プレート、カバー・プレートが合わせ板と共に堅固に接合されて単体の統合されたプレートを形成する合わせ板、形成されたプレートの一方の端部及び／又は対向する端部における冷却媒体の流入及び流出のための少なくとも１つの引入れポート及び少なくとも１つの放出ポートを備える熱交換装置であって、ベース・プレートが複数の流路を有するように構成され、その各流路が電子構成部品それぞれの熱的実装面積に位置を合わせて予め決められた多様な寸法を有する機械加工された複数の溝を備え、それによって熱伝導率を最適化すること、並びに、直列及び並列の流れ経路の１つから成る溝の間で複数の相互連結が設計されていることを特徴とする改良された熱交換装置が提供されている。
【実施例】
【００１６】
改良された熱交換装置は、基本的に、プレート表面上に装着された電子構成要素を冷却するのに適応できる冷却プレートから成っている。任意の電子構成部品が生成する熱はその本体にわたって一様ではなく、実際には、特定の高い熱流束領域の区域があり、残りの区域は熱流束が低い領域から成る。本発明の１つの態様では、電子構成部品の熱流束が高い領域ではその下側でより速い流体速度及びより大きな熱伝達表面が設けられ、低い熱流束の下側では遅い流体速度が設けられるように流体流路が設計される。流れ経路の形状を設計する場合に考慮される主な変数は下記の通りである：
流路の長さ
流路の幅
流路の深さ
並列流路の数
【００１７】
大体１ＫＷの熱を放つ７６．２ｍｍ（３インチ）×１２７．０ｍｍ（５インチ）のサイズの高熱領域及び大体０．２ＫＷの熱を放つ５０．８ｍｍ（２インチ）×３３０．２ｍｍ（１３インチ）のサイズの低い熱の領域を有する一般的な電子構成部品の冷却を考慮する。設計は、改良された熱交換装置の単体の冷却プレート上に装着される２つのこのような電子構成部品各々の使用を考慮して展開されてきた。冷却プレートの外形寸法は５００から７００ｍｍ×２５０から３５０ｍｍである。
【００１８】
改良された熱交換装置は本質的に３つの主な構成部品、つまり流体通路（４）が構成されるベース・プレート（１）、真空ロウ付けをもたらす合わせ板（２）及びカバー・プレート（３）である。ベース・プレート（１）は厚さが８から１６ｍｍのものであり、合わせ板（２）は厚さが大体０．３から０．８ｍｍであり、カバー・プレート（３）は厚さが２から４ｍｍのものである。流体通路は、好ましくは数値制御（ＮＣ）マシンを使用してベース・プレート（１）上に構成された複数の溝を備える。流路（４）は、３ｍｍから８ｍｍの多様な幅をもつ５ｍｍから１０ｍｍの多様な深さを有する。２つの隣接する通路（４）の間の固体の部分の幅は２ｍｍから１１ｍｍまで変化する。流路（４）の外形は複数のＵ字型の曲がりを備える。熱流束が高い領域では２つの並列な経路だけを有し、長い経路が長い路程を有する。並列経路の数をこのように制限すると流体の速度が増え、その結果乱流が増え熱伝導率を一層増加させる。熱流束が低い領域は、並行する経路を備え、且つ大きな断面積を備えて流体の速度を確実に遅くし、それによって流体圧力降下を最小にすることができる。電子構成部品の実装要件に従って適正な数のランディング（固体の区域）が流路（４）の間に設けられている。流体を流入及び流出させるために少なくとも１つの流入及び流出ノズルが設けられている（図示せず）。
【００１９】
ボトム・プレート（１）は、クラッド・プレート（２）を間に保持してトップ・プレート（３）でカバーされている。これらは真空ロウ付け炉を使用して一緒にロウ付けされる。真空ロウ付け工程はアルミニウム材料に対して確立された工程である。
【００２０】
本発明の１つの実施例では、流路は、同じ断面積を有するが、高い熱流束の領域に対しては少なくとも１つの直列の経路を、低い熱流束の領域に対しては多数の並列経路を有する。一代替実施例では、溝が切られた長方形のチャンバを引入れ口及び放出口（５、６）の所に有することによって少なくとも１つの引入れポート及び放出ポート（５、６）が垂直方向で配置されている。流体経路を外部コネクタ（図示せず）と連結するために外面に孔を開けることができるのが好ましい。
【００２１】
本発明により製造された一般的な装置が選択されたパラメータを考慮して、１４リットル毎分の流体流速でテストされた。電子構成部品が装着され、温度プロフィールが評価された。一般的なテスト結果が図３に示されている。
【００２２】
異なる負荷に対する装置の温度効率を評価するためにテストが実施された。温度効率は、最大装置温度に対する平均値の割合として定義される。これは、熱流束が高い領域から熱を引き出すために装置がどれだけ効率よく設計されているかを示す指標である。プレートの平均温度は、記録されたプレート温度の全てを算術平均したものとして計算される。温度効率は、低熱負荷で高く、負荷が増えると共に減少する。結果は図４に示されている。
【００２３】
性能要因を評価するための他のテストが実施された。性能要因は、流体が取得した熱のプレートに入力された熱の合計に対する比率として定義され、その結果は百分率で表示される。図５が装置の性能要因を示している。性能要因は、低負荷では９７．４パーセントにまで高くなっているが熱負荷が増加するに従って減少する。
【００２４】
本発明は、本明細書で開示され、図面に示されている特定の構造に制約されるものでなく、特許請求の範囲内にあるいかなる改変又は相当物も含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の改良された熱交換装置の機械加工された溝を伴うベース・プレート構成要素を示す図である。
【図２】本設計の実施例による改良された熱交換装置が事前組立てされたものの図である。
【図３】熱交換装置の性能テストを反映する表を示す図である。
【図４】熱交換装置の温度効果を示す図表である。
【図５】熱交換装置の性能要因を示す図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年11月21日(2006.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良された熱交換装置であり、前記装置の少なくとも１つの外部表面にわたって装着された電子構成部品を冷却するようになされ、ベース・プレート（１）、カバー・プレート（３）、前記ベース・プレート（１）と前記カバー・プレート（３）の間に挟み込まれ、堅固に接合されて単体の統合されたプレートを形成する合わせ板（２）、前記形成されたプレートの一方の端部及び／又は対向する端部における冷却媒体の流入及び流出のための少なくとも１つの引入れポート（５）及び少なくとも１つの放出ポート（６）を備える熱交換装置であって、前記ベース・プレート（１）が複数の流路（４）を有するように構成され、前記流路が、異なる長さを伴う２つの並列の経路だけを有する少なくとも１つの熱流束の高い領域及びより大きな断面積を伴う並列経路を有する少なくとも１つの熱流束の低い領域を備えること、前記流路が複数のＵ字型の曲がり及びランディングを伴う複数の溝を備え、前記溝が多様な深さ及び幅を有すること、並びに２つの前記隣接する流路の間の前記ランディングの幅が前記流路（４）の幅とは異なることを特徴とする改良された熱交換装置。
【請求項２】
前記ベース・プレート（１）、前記合わせ板（２）、及び前記カバー・プレート（３）の厚さがそれぞれ８から１６ｍｍ、０．３から０．８ｍｍ、及び２から４ｍｍである請求項１に記載の改良された装置。
【請求項３】
前記流路（４）の深さ及び幅がそれぞれ５ｍｍと１０ｍｍの間、及び３ｍｍと８ｍｍの間で変化する請求項１に記載の改良された装置。
【請求項４】
前記２つの隣接する流路の間の前記ランディングの幅が２ｍｍと１１ｍｍの間で変化する請求項１に記載の改良された装置。
【請求項５】
前記溝（４）が精密フライス盤、好ましくは数値制御された工作機を用いて構成された機械加工された溝から成る請求項１に記載の改良された装置。
【請求項６】
前記電子構成部品を前記ベース・プレート（１）のいくつかの断続的なランディングに設けられた複数の装着孔（７）に収納することができるように、前記複数の流路（４）が前記ベース・プレート（１）上に設計されている請求項１に記載の改良された装置。
【請求項７】
前記溝（４）間の相互接続が並列及び直列の流れ経路の１つを含む請求項１から６までのいずれかに記載の改良された装置。
【請求項８】
前記冷却流体が、空気、水蒸気、油、水とグリコールの混合液、シリコンをベースにした液体及びフロロカーボンを含むグループより選択される請求項１に記載の改良された装置。
【請求項９】
前記ベース・プレート（１）及び前記カバー・プレート（３）が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金及び鋼から成るグループから選択される金属材料を含む請求項１から８までのいずれかに記載の改良された装置。
【国際調査報告】
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2008535261.tif 000009
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