(57)【要約】  狭間隔における横方向蒸発スプレー冷却のためのスプレー冷却システムは一般に、混合区域、収れん区域、冷却導管、及び再循環導管を備え得る。そのいくつかの実施態様におけるスプレー冷却システムは、他のものの中でもとりわけ、狭間隔蒸発スプレー冷却のための供給システム、熱の伝導源である表面全体にわたる圧力勾配を緩和するための方法、及びバッフルを利用して再循環導管から冷却導管を分離し、蒸気を冷却導管へと再循環させる筐体システムを提供する。
2008509563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴霧化液体冷却剤の流れと蒸気化冷却剤の流れとが結合される混合区域と、冷却導管とを含んでなり、
前記冷却導管は、
前記混合区域からの噴霧化液体冷却剤と蒸気化冷却剤とが結合された流れを受け取るために設けられている収れん区域と、
前記収れん区域出口部からの噴霧化液体冷却剤と蒸気化冷却剤とが結合された流れを受け取るために設けられ、さらに熱の伝導源である表面を備える狭間隔冷却区域と、からなり、
前記冷却導管の前記収れん区域は、収れん区域入口断面積と収れん区域出口断面積とを有しており、前記収れん区域入口断面積は、前記収れん区域出口断面積よりも大きい断面積を有してなることを特徴とする、狭間隔蒸発スプレー冷却システム。
【請求項２】
前記蒸気は、前記混合区域内で噴霧化液体冷却剤に運搬されることを特徴とする、請求項１に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却システム。
【請求項３】
前記収れん区域は、前記狭間隔冷却区域の入口に環状の流れを提供し、これにより熱の伝導源である表面の長さ全体にわたって、より一貫した熱の伝導が容易となるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却システム。
【請求項４】
前記収れん区域は、前記狭間隔冷却区域の入口に環状の流れを提供し、これにより熱の伝導源である表面の長さ全体にわたって、より一貫した流体圧力が容易となるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却システム。
【請求項５】
分離区域をさらに備え、前記分離区域は、噴霧化液体冷却剤と蒸気化冷却剤との結合された流れ、及び前記狭間隔冷却区域から新しく蒸気化される冷却剤の流れを受け取り、前記蒸気化冷却剤の少なくとも一部を再循環に導く管へと向かわせるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却システム。
【請求項６】
前記再循環導管は、前記混合区域に蒸気化冷却剤を提供するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却システム。
【請求項７】
狭間隔蒸発スプレー冷却システムのための供給システムであって、
内部キャビティを有する供給システムフレームワークと、
前記内部キャビティ内の混合区域であって、噴霧化液体冷却剤の流れと蒸気化冷却剤の流れとを受け取って結合するように構成されている混合区域と、
前記フレームワーク内にあり、混合区域からの噴霧化液体冷却剤と、蒸気化冷却剤とが結合された流れを受け取るように設けられている冷却導管の収れん区域とを含んでなり、
前記冷却導管の前記収れん区域は、収れん区域入口断面積と収れん区域出口断面積とを有しており、前記収れん区域入口断面積は、収れん区域出口断面積よりも大きい断面積の収れん区域を備えており、
前記収れん区域は、さらに前記噴霧化冷却剤と、蒸気化冷却剤とが結合された流れを狭い間隔の蒸発スプレー冷却導管に提供するように構成されていることを特徴とする、狭間隔蒸発スプレー冷却システムのための供給システム。
【請求項８】
前記蒸気は、混合区域で前記噴霧化液体冷却剤に運搬されることを特徴とする、請求項７に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却システムのための供給システム。
【請求項９】
前記収れん区域は、前記狭間隔蒸発スプレー冷却導管に前記噴霧化液体冷却剤と、前記蒸気化冷却剤とが結合された流れを環状の流れで提供するように構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却システムのための供給システム。
【請求項１０】
最上面と、熱の伝導源である下側面と、第１の端部壁及び第２の端部壁と、第１の側壁及び第２の側壁とからなる筐体であって、
前記最上面と、下側面と、第１の端部壁と、第２の端部壁と、第１の側壁と、第２の側壁とが一般に前記筐体を定義しており、
最上面及び下側面を有するバッフルであって、前記第１の側壁又は前記第２の側壁のうちの少なくとも１つに取り付けられ、かつ、前記筐体の前記最上面と前記下側面との間に水平に配置され、
前記下側面のバッフル面は、前記筐体の前記下側面と結合されて狭間隔冷却導管を定義しており、
前記最上面のバッフル面は、前記筐体の前記最上面と結合されて、再循環導管を定義しており、
前記筐体の第１の端部壁にあり、前記狭間隔冷却導管に向かって、冷却剤をスプレーするように構成されている少なくとも１つの噴霧器を有する筐体であることを特徴とする、狭間隔蒸発スプレー冷却筐体システム。
【請求項１１】
前記バッフルは、前記冷却剤導管から受け取った熱を前記再循環導管へと熱的に導くことを特徴とする、請求項１０に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却筐体システム。
【請求項１２】
前記バッフルは、第１のバッフル端部及び第２のバッフル端部を備えており、前記第１のバッフル端部は、前記筐体の前記下側面から距離のある入口であり、前記入口の距離は前記バッフルの前記下側面と前記筐体の前記下側面との間の中間の距離であることを特徴とする、請求項１０に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却筐体システム。
【請求項１３】
前記バッフルは、第１のバッフル端部及び第２のバッフル端部をさらに備えており、
前記第１のバッフル端部は、前記筐体の前記第１の側壁、前記第２の側壁、前記下側面と結合されて入口断面積を定義しており、
前記第２のバッフル端部は、前記筐体の前記第１の側壁、前記第２の側壁、及び前記下側面と結合されて出口断面積を定義しており、
前記入口断面積は、前記出口断面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１０に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却筐体システム。
【請求項１４】
前記バッフルは、第１のバッフル端部及び第２のバッフル端部をさらに備えており、
前記第１のバッフル端部は、前記筐体の前記第１の側壁、前記第２の側壁、及び前記下側面と結合されて入口断面積を定義しており、
前記バッフル端部の前記下側面の中間位置は、前記筐体の前記第１の側壁、前記第２の側壁、及び前記下側面と結合されて中間断面積を定義しており、
前記入口断面積は、前記中間断面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１０に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却筐体システム。
【請求項１５】
狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システムであって、
内部キャビティを有する筐体と、
前記筐体の前記内部キャビティの中に中間に配置されるよう前記筐体に取り付けられているバッフルとを含んでなり、
前記バッフルの上側面は、前記筐体の前記内部キャビティと結合されて一般に蒸気再循環導管を定義しており、
前記バッフルの下側面は、前記筐体の前記内部キャビティと結合されて一般に狭間隔冷却導管を定義しており、
前記バッフルは、熱的に伝導性であり、前記蒸気再循環導管へと熱を提供するように設けられていることを特徴とする、狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システム。
【請求項１６】
前記バッフルは、前記狭間隔冷却導管から熱を受け取り、前記熱を前記蒸気再循環導管へと提供するように設けられていることを特徴とする、請求項１５に記載の狭間隔蒸気スプレー冷却のための筐体システム。
【請求項１７】
前記バッフルは、前記筐体から伝導的に熱を受け取り、前記熱を前記蒸気再循環導管へと提供するように設けられていることを特徴とする、請求項１５に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システム。
【請求項１８】
前記バッフルは、前記筐体からの熱を伝導的に受け取り、前記熱を前記蒸気再循環導管へと提供するように設けられていることを特徴とする、請求項１７に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システム。
【請求項１９】
前記バッフルは、前記狭間隔冷却導管から熱を受け取り、前記筐体からの熱を伝導的に受け取り、前記熱を前記蒸気再循環導管へと提供するように設けられていることを特徴とする、請求項１５に記載の狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システム。
【請求項２０】
狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システムであって、
内部キャビティを有する筐体と、
前記筐体の前記内部キャビティの中に中間に配置されるよう前記筐体に取り付けられるバッフルとを含んでなり、
前記バッフルの下側面は、前記筐体の前記内部キャビティと結合されて一般に狭間隔冷却導管を定義しており、
前記バッフルの上側面は、前記筐体の前記内部キャビティと結合されて一般に蒸気再循環導管を定義しており、
前記狭間隔冷却導管と前記蒸気再循環導管との間の蒸気分離器キャビティであって、前記蒸気分離器キャビティは、前記狭間隔冷却導管から液体及び蒸気を受け取り、前記蒸気の少なくとも一部を前記蒸気再循環導管へと提供するように構成されており、
前記蒸気再循環導管は、さらに蒸気を提供して狭間隔冷却導管へと再導入するように構成されており、
前記蒸気再循環導管は、前記狭間隔冷却導管の実質的に真上に配置されていることを特徴とする、狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システム。
【請求項２１】
狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システムであって、
内部キャビティを有する筐体と、
前記筐体の前記内部キャビティの中に中間に配置されるように前記筐体に取り付けられるバッフルとを含んでなり、
前記バッフルの下側面は、前記筐体の前記内部キャビティに取り付けられて狭間隔冷却導管を一般に定義し、
前記バッフルの上側面は、前記筐体の前記内部キャビティと結合されて蒸気再循環導管を一般に定義し、
前記狭間隔冷却導管と前記蒸気再循環導管との間の蒸気分離器キャビティであって、前記蒸気分離器キャビティは、前記狭間隔冷却導管から液体及び蒸気を受け取り、前記蒸気の少なくとも一部を前記蒸気再循環導管へと提供するように構成されており、
前記蒸気再循環導管は、前記狭間隔冷却導管へと蒸気を再導入させるようにさらに構成されていることを特徴とする、狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システム。
【請求項２２】
狭間隔筐体内で蒸発スプレー冷却される表面全体にわたって温度勾配を緩和するための方法であって、
筐体に内部キャビティを提供する工程であって、前記筐体が、前記筐体の前記内部キャビティの中に中間に位置するように前記筐体に取り付けられるバッフルと、蒸気再循環導管を一般に定義している前記筐体の前記内部キャビティと結合される前記バッフルの上側面と、狭間隔冷却導管を一般に定義している前記筐体の前記内部キャビティと結合される前記バッフルの下側面を備える工程、
前記冷却導管の入口に冷却剤をスプレーする工程、及び
前記冷却導管から出てくる蒸気化冷却剤の少なくとも一部を前記蒸気再循環導管を通じて前記冷却導管の入口へと戻すように再循環させることにより、スプレー冷却される前記表面における熱伝導を前記冷却導管の前記入口側に向かって高めることを特徴とする、狭間隔筐体内で蒸発スプレー冷却される表面全体にわたって温度勾配を緩和するための方法。
【請求項２３】
狭間隔筐体内で蒸発スプレー冷却される表面全体にわたって圧力勾配を緩和する方法であって、
筐体に内部キャビティを提供する工程であって、前記筐体が、前記筐体の前記内部キャビティの中に中間に配置されるよう前記筐体に取り付けられるバッフルと、蒸気再循環導管を一般に定義している前記筐体の前記内部キャビティと結合される前記バッフルの上側面と、狭間隔冷却導管を一般に定義している前記筐体の前記内部キャビティと結合される前記バッフルの下側面を備える工程、
前記冷却導管の入口に冷却剤をスプレーする工程、及び
前記冷却導管から出てくる蒸気化冷却剤の少なくとも一部を前記蒸気再循環導管を通じて再循環させ、前記冷却導管の前記入口に戻して前記冷却の入口における圧力を高め、これにより前記冷却剤導管にわたって圧力勾配を緩和することを特徴とする、狭間隔筐体内で蒸発スプレー冷却される表面全体にわたって圧力勾配を緩和するための方法。
【請求項２４】
前記バッフルは、熱的に伝導性であり、前記狭間隔冷却導管からの熱を受け取り、前記熱を前記蒸気再循環導管へと提供するように設けられていることを特徴とする、請求項２３に記載の狭間隔筐体内で蒸発スプレー冷却される表面全体にわたって圧力勾配を緩和するための方法。
【請求項２５】
前記蒸気再循環導管に提供される前記熱は、前記蒸気再循環導管内に存在し得る液体をさらに蒸発させるのに十分であることを特徴とする、請求項２４に記載の狭間隔筐体内で蒸発スプレー冷却される表面全体にわたって圧力勾配を緩和するための方法。
【請求項２６】
狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システムであって、
内部キャビティを備える筐体手段と、
前記筐体手段の前記内部キャビティの中に中間に配置されるよう前記筐体手段に取り付けられるバッフル手段とを含んでなり、
前記バッフル手段の上側面は、前記筐体の前記内部キャビティと結合されて蒸気再循環導管を一般に定義し、
前記バッフル手段の下側面は、前記筐体手段の内部キャビティと結合されて狭間隔冷却導管を一般に定義するバッフル手段を備え、
前記バッフル手段は、熱的に伝導性であり蒸気再循環導管に熱を提供するように設けられていることを特徴とする、狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の横方向蒸発薄膜スプレー冷却のための蒸発スプレー冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品が進歩し続け、よりパワフルなるにつれて、ますます多くの望ましくない熱を生み出す傾向にあるが、これらの熱は取り除くのが好ましい。このことが、すべての又は一部の電子部品から熱を取り除くためのより容量の大きな冷却システムに対する必要性を高めてきた。
【０００３】
電子部品がより強力となる傾向にあるため、電子部品の大きさ及び電子部品のパッケージングを小型化する取り組みもまた高まっている。部品及びパッケージングが小さくなるほど、望ましくない熱の除去がより困難となる。
【０００４】
いくつかの用途では、十分な冷却を行うために直接衝突薄膜蒸発スプレー冷却が好ましいが、他の用途では、要求される冷却能力はあまり高くないとはいえ、パッケージ又は筐体の全体的なサイズを小さくするのにはスプレー冷却が望ましい。このことが、横方向狭間隔蒸発スプレー冷却が、もし、それが許容可能な効率性レベルまで行えるのであれば有利であるという状況を生み出している。
【０００５】
狭間隔蒸発スプレー冷却は、冷却すべき表面の横方向側面（又は熱の伝導源である表面）から、冷却剤を提供又はスプレーするのが好適であろう。もし、冷却されるべき装置又は電子部品全体にわたって液体薄膜が保持されれば適切な冷却が好ましくは実現され、これにより電子部品から熱が伝導されるのにつれて冷却剤の蒸発が容易となる。
【０００６】
もし、冷却剤の流れ又は被覆がほとんどなければ、電子部品を覆う液体層が干上がり、部品を過熱させてしまうことになる。なぜなら、典型的には、蒸気強制対流が十分な熱伝導を行うことはないからである。もし、部品への冷却剤の流れがあまりにも大量であると、装置からあふれてホットスポットが生じたり、冷却が不十分となったり、及び／又は故障を招いたりする場合があるからである。
【０００７】
なぜなら、蒸発から生み出される蒸気が過度な流体と、電子部品の衝突表面との間にとらわれる場合があるからである。このことで通常は冷却効率が低くなる。あまりにも大量の冷却剤を受け取る部品の表面で発生する蒸気は有効に逃げることができず、一般にバーンアウトと呼ばれる沸騰熱伝導故障状態を招く可能性がある。
【０００８】
たとえ、冷却剤の容量フラックスを装置の熱束に適切に一致させるにしても、キャビティ内にスプレーされた過度な流体は一般に、特許文献１に記載の方法によって管理され、隣接する部品からのオーバーフローが干渉して、水浸し型の故障状態を招くのを防止しなければならない。
【特許文献１】米国特許第５，２２０，８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明のいくつかの実施態様の目的は、狭間隔において１つ以上の電子部品を冷却するための狭間隔薄膜蒸発スプレーシステムを提供することにある。
【００１０】
また、本発明のいくつかの実施態様の目的は、特に、冷却チャネル又は導管の入口端部において、システムの冷却特徴を改善する及び／又は熱の伝導源である表面上にある圧力勾配を緩和する、狭間隔蒸発スプレー冷却システムを提供することでもある。
【００１１】
本発明のいくつかの実施態様の目的は、又、蒸気の改善された再循環を提供することで、蒸気を冷却導管へと再導入するための筐体を提供することでもある。
【００１２】
本発明のいくつかの実施態様の目的は、又、冷却剤の液体部分が冷却導管の退出端部に又はその付近にたまることを緩和する再循環システムを提供することでもある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明で利用される固定、接続、製造及び他の手段及び部品の多くは、説明する本発明の分野で広く知られ、又、用いられており、それらの性質又は種類は、当該分野又は業界の当業者により本発明を理解し、利用するにあたって必要とはされない。従って、これらをあまり詳細に説明することはない。
【００１４】
さらに、本発明のいかなる具体的な用途についても本願で図示される又は説明されるさまざまな部品は本発明によって予測されるように変更又は改変でき、いずれの素子の具体的な用途又は実施態様の実施は当該分野、又は当該分野又は業界の当業者によってすでに広く公知であるか又は用いられているため、それぞれをあまり詳細に説明することはない。
【００１５】
本願の特許請求の範囲で使用される「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」という用語は、長期間にわたる特許請求の範囲の起草に従って使用されるものであり、限定的な方法で使用されるものではない。本願で、はっきりとそうであると言及しない限り、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」という用語は、かかる素子のうちの１つに限定されることはなく、代わりに「少なくとも１つの」を意味する。
【００１６】
出願人はここに以下の米国特許を参照し、この参照によって参考文献として援用する。
【００１７】
それは、１９９７年１０月７日に交付された米国特許第５，６７５，４７３号、高熱束蒸発スプレー冷却システムに関する米国特許第５，２２０，８０４号、及び、それぞれが圧力渦巻き噴霧器に関する積層アレーの米国特許第５，８６０，６０２号及び第６，０１６，９６９号である。
【００１８】
前述した圧力渦巻き噴霧器の積層アレーの特許は、噴霧を実行するための１つの方法又は機構として利用できるが、他にも当該分野で利用でき、今では公知の数多くの方法又は機構があり、それらの例としてはボタン噴霧器及びその他の噴霧器があり、又、本願でやはり参照文献として援用する２００２年１１月１２日付の一体型回路熱分散システムに関する米国特許出願シリアル番号第１０／２９２，９７３号のようなものが挙げられる。
【００１９】
従来の設計では、薄膜スプレーモジュールには流動の不均一性があり、これは特に数分の一センチメートルもの狭隙間冷却チャネル又は冷却導管では最小限におさえるか又は排除するのが好ましい。さらに、用途によっては、多くの構成における狭隙間冷却チャネルにスプレーする噴霧器は、逆圧力勾配を生み出す傾向があるか実際に生み出し、その結果、逆流が生じる場合がある。逆流により、熱の伝導源である表面上又は表面付近で水溜りが生じる。冷却剤の水溜りにより一般には（薄膜蒸発状態の維持に比べて）システムの熱伝導能力が小さくなり、直接的又は間接的に冷却中の電子部品の過熱及び／又は故障を引き起こす場合がある。
【００２０】
多くの又はほとんどの従来の設計は、チャネル寸法と相補的である広範囲及び狭範囲のスプレーを生み出す噴霧器の設計、及び大幅に重複するスプレーを強調した、利用される噴霧器の間隔に依存している。これらの構成は理想的な作動及び設計状態で機能するが、入口付近で導管又はチャネルの壁にスプレーが衝突し、このことでスプレーの勢いが分散される場合もあり、その結果、とりわけ冷却が低下する。
【００２１】
これらの従来のシステムは、又、冷却プロセスでの冷却剤蒸気の発生にも大きく依存することで、熱の伝導源である表面から所望の熱を伝導するのに必要な薄膜を維持するようにしている。薄膜蒸発スプレー冷却の商業的用途、特に狭間隔における用途では、噴霧化スプレーの勢いは薄膜を実現又は維持するには極めて依存し難く、現実としては、ほとんどの用途で頼りにはならないはずである。その代わりに、十分な蒸気同伴により、特にそれが比較的より速い速度であると、所望の薄膜を維持するのにより信頼できることがわかっている。
【００２２】
蒸気の速度が速くなるにつれて、蒸気の少なくとも一部を冷却導管の入口へと再循環させる必要性又は要求が高まっている。冷却剤の蒸気、そして比較的高速の冷却剤の蒸気はより良い冷却結果を実現すると思われるため、従来のように入口での又は入口付近での蒸発プロセスに頼ることで、ずっと下流で薄膜の維持を手助け又は改善するのではなく、冷却導管の入口で蒸気の少なくとも一部を再循環させることで、この蒸気を改良された薄膜を冷却チャンバの入口で維持するのに利用できる。冷却導管への入口で又は入口付近において、主に蒸発プロセスに頼って薄膜を維持する従来のシステムは入口で又は入口付近で望ましいようには薄膜を維持せず、ひいては熱の伝導源である表面の入口側から出口側へと熱伝導勾配を作ってしまう。
【００２３】
本発明のような改善されたシステムの実施態様は、又、本発明の１つの側面も利用する場合があり、この側面は改良された再循環機構を提供するものであり、この再循環の中に液相蒸気があまり含まれていない状態で再循環させる。もし、液相にある望ましくなく大量の冷却剤が再循環されて冷却導管の入口端部に導かれると、冷却導管への入力の望ましい品質及び組成に悪影響を与える傾向がある。過度な液体はまた冷却剤導管の入口側に導かれた噴霧化された冷却剤のスプレー又はスプレーパターンに衝突する。
【００２４】
本発明は、システムの複数の場所における狭隙間の蒸発スプレー冷却の改善を取り扱っており、それぞれを別々に又は本発明の１つ以上の他の素子又は側面と組み合わせて使用してもよい。 より詳細には、本発明は、入口端部における蒸気運搬の改善された方法、蒸気を再循環させるための改善された蒸気／液体分離を提供するものであり、他の側面は冷却剤導管に伝導される熱を利用して蒸気導管の蒸気のさらなる蒸発を提供するものである。
【００２５】
蒸気運搬を改善する本発明の側面は、空気力学薬剤によってもたらされるスプレー液滴の速度の指数的な減衰を取り扱っている。薬剤は、熱が抽出又は取り除かれる表面から噴霧か液滴を内向き又は外向きに引っ張る傾向がある。
【００２６】
一方、運搬される「蒸気」の速度は、入口から出口への移動距離に従って指数的に速くなり、下流のある点で、蒸気の速度は液体又は液滴と同じ速度となる場合があるか又は同じ速度となる。この点の後、蒸気とスプレー液滴との組み合わせの速度は遅くなる。
【００２７】
もっとも有効な冷却すべき表面からの熱の除去は、冷却導管にわたってより一貫したより速い速度とすることで実現される。本発明の１つの側面は、スプレーと蒸気とが結合された流れを図１８に示すようにまた以下により完全に説明するように、所望の又は最適な位置で「捕獲する」ことを利用している。
【００２８】
本発明のこの側面は、多数のパターン又は構造のうちのいずれか１つの噴霧化冷却剤液滴を提供する多数のタイプのスプレーノズル又は噴霧器のいずれの１つでも利用できるが、狭隙間蒸発スプレー冷却のための従来のスプレーパターンは典型的にはより広い平坦なスプレーであったが、より円形のスプレーパターンがより望ましい結果を実現することがわかっている。当業者には、この用途ではボタンタイプの噴霧器が良好に作用するであることがわかるであろう。他の図面の中でも図６に関する以下の説明はこのことを説明している。
【００２９】
本発明の１つの実施態様は、混合区域を利用して、噴霧化スプレー冷却剤と再循環化蒸気の混合物を収集し、冷却導管の注入口又は入口へと促すのである。混合区域は、また蒸気運搬区域とも呼べる。流れは、一般に冷却導管への入口に制限される。この側面又は実施態様は、又、さもなけば冷却すべき表面があまり熱くない（例えば、電子部品が最大熱で電力供給されていない場合）場合に従来のシステムで起こる「流体」を少なくするか又は回避するのに役立つ。なぜならば、流動混合物が冷却剤チャンバへの入口又は注入口において又はその付近で実現されるからである。
【００３０】
従来の装置における流体化状態により電子部品は、その後、電力供給されると故障する場合がある、なぜならば、流体化状態は、適切な熱伝導能力を提供せず、従って、最終的には本発明の実施態様によって直接的に又は間接的に冷却される電子部品の熱的故障を引き起こす。流れはかならずしもではないが、冷却導管又はチャネルにわたる環状の流れ又は分散された環状流体であってよい。
【００３１】
本発明の実施態様はまた、スプレー収集及び蒸気加速区域も備えてよく、この場合、冷却剤スプレー液滴と再循環された蒸気との組み合わせが冷却導管の入口端部に導かれる前に断面積の大きさが小さくされる。
【００３２】
２００３年９月１８日に公開された従来の係属中の共同特許出願シリアル番号第１０／０９６，３４０号は、狭いチャネル又は隙間冷却及び利用できるさまざまな構成を記載しており、本願ではその全体をあたかもその全文が完全に本願に記載されているかごとく参考文献として援用する。しかしながら、一般に、熱の伝導源である表面全体にわたって一定の表面温度により近く移動することを本発明の目的として（冷却すべき表面全体にわたってか下に存在する電子部品全体にわたってのいずれかの温度勾配の排除、ただし、もし実際にそれが異なっていればである）、冷却導管は断面が均一、一定、又は変化していてもよい 。
【００３３】
しかしながら、一定の表面温度に向かって移動する又はこれを実現することは、これらに制限されるわけではないが、冷却導管の入口から出口への圧力低下又は勾配（蒸発温度の変化）、面積（速度が熱係数に影響するため）、蒸気／液体比（膜厚）、及び熱の伝導源である基部又は表面の熱的特徴（それがむき出し又は覆われていない電子チップ又は部品であるか、ふた付き又はパッケージされたチップか、又はそれが「コールドプレート」溶液の底板であるか）などの複数の要因に左右されることが当業者によって理解されるであろう。コンデンサの性能、複数のスプレーモジュールの多岐管化などの、その他の変数及び部品も一定の表面温度の実現に影響する場合があるか又は影響するであろうこともまた、当業者によって理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の好ましい実施態様を、以下の添付の図面を参照しながら、以下に説明する。
【００３５】
以上に言及したように、本発明の実施態様は、又、図面を参照しながら以下により完全に説明するように、改善された液相／気相分離器などの、冷却導管の出口端部における改善も備えている。
【００３６】
従来の狭間隔の冷却システムでは、構造は液相の、冷却導管全体にわたって同じ方向に移動し続けようとする傾向に頼ることで、液相が再循環導管に入ることを防止するか、少なくとも再循環導管に入ってしまう液体の量を少なくする試みがなされてきた。
【００３７】
蒸気は、液体に比べて慣性が非常に小さいため、再循環チャネルは異なる方向となってできるだけ多くの蒸気にそのチャンバを再度通らせつつ、液相は、直線的に移動させ続けてさらに処理されるようにする。
【００３８】
しかしながら、より厚みの薄い液体膜は、十分に慣性が低いため、その方向を逆転させる場合があり、その結果、液相の望ましくない流れが再循環導管へと入ってしまうことが分かっている。蒸気の速度もまた液相にそれが再循環されるのと同じ方向に影響を与えるか又は引き寄せる傾向がある。
【００３９】
本発明の１つの実施態様である再循環の実施態様では、断面、二次元的面積又は三次元的面積又は体積を大きくすることで気相の速度を遅くし、これにより気相が液相を引き寄せたり影響を及ぼすことを少なくし、その結果、再循環導管内へと入る又は再循環導管を通過する液相冷却剤が少なくなる。
【００４０】
当業者であれば、リブ、分離器、及び多孔毛細管プラグなどの他の手段及び機構を利用して、気相を液相から分離して再循環チャンバへと導く速度を遅くでき、これらはすべて本発明の考察範囲内であることが分かるであろう。
【００４１】
本発明の分離器及び再循環側面の他の実施態様は、それぞれ独立して、又は他の側面と組み合わせて使用できる。例えば、本発明の１つの実施態様は、再循環導管が冷却導管の真上にある状態で、冷却導管と再循環導管との間のバッフルを備えている。バッフルはフィン、溝、又は他の表面熱伝導機構、手段、又は増強器からの、又は冷却導管からの熱を利用して、再循環導管を通るか又はその中に配置されている気相及び／又は液相を簡単に蒸発させるか又はさらに蒸発させるようにできる。このことを図面に示し、また図面に関連して以下により完全に説明する。
【００４２】
本発明のいくつかの実施態様では、噴霧器に供給される冷却剤をあらかじめ加熱するか又は伝統的な従来のシステムよりも高温に加熱することで、冷却導管への注入口又は入口においてより多くの量又は比率の蒸気がより簡単に提供されるようにしてもよい。 
【００４３】
冷却剤流体は、多数の異なるタイプの流体のいずれでもあってもよく、又は流体は１つより多くの異なるタイプの冷却剤流体の混合物とすることで、沸点の変更、改善された又はよりあつらえられた熱特性（熱伝導性など）のような異なる流体特徴を実現してもよいことも当業者によってさらに理解されるであろう。
【００４４】
図面に戻ると、図１は、本発明の１つの実施態様の正面斜視図であり、スプレー冷却システムモジュール１００（「スプレーモジュール」とも呼ばれる。）を、筐体１０２、第１の筐体端部１０２ｃ、及び基部１０１を備えた状態で示している。
【００４５】
基部は、特定の用途及び本発明の実施態様次第でスプレーモジュールの一部であるとみなされたり、みなされなかったりする。図１には、示されていないが、いつ基部が筐体の一部として含まれるか又は含まれないかの異なる根拠又は定義をともない得る本発明のいくつかの用途は、一体型回路チップの最上部、一体化回路チップのためのパッケージの最上部、コールドプレート、又は熱拡散器である熱伝導源である表面を備えることができ、これらは、それぞれが表面熱拡散器又は他の強化装置を備えて又は備えずに構成してその表面における熱伝導特徴を変化させるようにしてもよい。 
【００４６】
図１は、さらに筐体１０２を示しており、これは第１の筐体側面１０２ａ及び第２の筐体側面１０２ｂ、冷却剤注入口１０４及び冷却剤注入口１０４の周りの冷却剤接合部１０３を備えている。
【００４７】
接合部１０３は、それが配置される筐体１０２の開口部内に接着又は糊付けしてもよい。 以下により詳細に説明するように、モジュール筐体１０２は１つ以上の部品から製造し、その後アセンブリ中に互いに接続し、別々の又は一体型第１の筐体端部１０２ｃ及び第２の筐体端部（図１には図示せず）とアセンブリしてもよい。 
【００４８】
基部１０１は、筐体１０２に取り付けてよく、又は筐体１０２部品は数多くの方法のうちのいずれによっても継ぎ合わせてよく本発明を実行するのに特にいずれでなければならないということはない。例えば、筐体１０２は、基部１０１に接着又は糊付けしてもよい。
【００４９】
図１に示す筐体１０２及び他の部品は、また、アルミニウムベースの材料及び／又は銅ベースの材料又は合金などのさまざまな種類の材料から作成してもよい。 
【００５０】
図２は、図１に示す本発明の実施態様の後部斜視図であり、スプレーモジュール又はスプレー冷却システムモジュール１００、基部１０１、第１の筐体側面１０２ａ及び第２の筐体側面１０２ｂを備える筐体１０２、冷却剤注入口１０４、冷却剤注入口１０４のまわりの冷却剤注入口接合部１０３、及び冷却剤液体及び冷却剤蒸気をモジュールの外へと向かわせて再処理又は排気するための冷却剤出口１０５を示している。
【００５１】
以下に、より詳細に説明するように、冷却剤を液相でモジュールの外へと向かわせ、気相にある所定の量の冷却剤を再循環導管を通じて戻し、冷却導管へと再び導き入れるのが好ましい。この場合、以下により完全に記載するように、液体／蒸気分離器を使ってよい。
【００５２】
図３は、図１に示す本発明の実施態様の後部側立面図であり、スプレーモジュール又はスプレー冷却システムモジュール１００、基部１０１、筐体１０２、冷却剤注入口１０３及び冷却剤出口１０５を示している。本発明のどのような任意の実施態様の具体的な寸法も用途に基づいて変わり得ることが当業者によって理解されるであろう。
【００５３】
しかしながら、尺度の１つの例を挙げるために、以下の寸法を定義する。すなわち、寸法１１３は、２と４分の３インチであり、寸法１１２は１０分の７インチであり、寸法１１０は３．５１インチであり、寸法１１１は４分の１インチであり、注入口の半径１１４は０．１４インチである。
【００５４】
図４は、図１に示す本発明の実施態様の端面図であり、スプレーモジュール又はスプレー冷却システムモジュール１００、基部１０１、筐体１０２、冷却剤注入口接合部１０３、第１の筐体端部１０２ｃ、及び冷却剤注入口１０４を示している。本発明のどのような任意の実施態様の具体的な寸法も用途に基づいて変更となり得ることが当業者によって理解されるであろう。
【００５５】
しかしながら、尺度の１つの例を挙げ、また図３に関して定義されるものとの一貫性を図るために、寸法１１７は１．５７インチであり、寸法１１８は２と２分の１インチであり得る。
【００５６】
図５は、図１に示す本発明の基部１０１の正面斜視図であり、熱の伝導源又は抽出源である表面とも呼べる冷却化表面１２１を示している。図５は、筐体１０２（図５には図示せず）を受容するように構成されている基部１０１にある溝１２０を示しているが、溝は必ずしも筐体を据え付ける必要はなく、又は本発明を実行する必要はないことが当業者によって理解されるであろう。
【００５７】
図６は、図１に示す本発明の実施態様の正面斜視部分破断図又は部分的に分解した状態の図であり、スプレーモジュール又はスプレー冷却システムモジュール１００、基部１０１、筐体１０２、第１の筐体側面１０２ａ、第１の筐体端部１０２ｃ、冷却化表面１２１、及び冷却剤注入口接合部１０３を示している。第２の筐体側面１０２ｂはスプレーモジュール１００の内部を示すために取り外されている。
【００５８】
図６は、内部キャビティ、筐体１０２、冷却導管への注入口側にある第１のバッフル端部１２５ａ及び冷却導管の出口側又は下流側にある第２のバッフル端部１２５ｂを備えるバッフル１２５を示している。
【００５９】
バッフル１２５は、さらに最上面１２５ｃ及び下側面１２５ｄも持っており、最上面１２５ｃが本発明の本実施態様の再循環導管１２７の下側面となり、バッフル１２５の下側面が冷却導管の最上面となった状態にある。
【００６０】
図６は、さらに、冷却剤導管の注入口側にある冷却剤スプレー１２９を示しており、従来の狭隙間スプレーパターンがより典型的には狭い隙間の形状により一貫してより平坦でより広いスプレーパターンであるのに対して、これよりもより円形のスプレーパターンを示している。
【００６１】
しかしながら、本発明は、多数の公知のスプレーパターンのうちのいずれか１つ又は組み合わせを利用してよく、本発明を実行するのに特にいずれが必要ということはないことが当業者によって理解されるであろう。
【００６２】
図６は、また、本発明の他の側面又は実施態様も示しており、ここで筐体１０２は、第１の筐体側面１０２ａ、第２の筐体側面１０２ｂ（図６には図示せず）、第１の筐体端部１０２ｃ、及び第２の筐体端部（図６には図示せず）などの１つ以上の部品から製作されている。
【００６３】
筐体１０２は、バッフル１２５を挿入した状態で、ＨＶＭに一体成形してもよい。 注入口部品は噴霧器の数を特定の用途に一致させる第２の部品であってよい。
【００６４】
バッフル１２５（分離器とも呼べる）は、その全体が第１の筐体側面１０２ａ、第２の筐体側面１０２ｂと一体化してよく、そのように製造するか又は成形してもよい。 あるいは、バッフル１２５は、筐体側面１０２ａ及び１０２ｂのような２つの側面に分割してよく、これらはその後、図６に示すようにアセンブリ中に互いに接触することになる。
【００６５】
図６では、図示されるバッフル１２５は第１のバッフル側面であり、第２のバッフル側面は第２の側面１０２ｂと同じか又はほぼ同じであり、好ましくは一体化している状態であり、その後第１の筐体側面１０２ｂのバッフル部分に隣接し、接触してアセンブリされることになる。第１の筐体側面１０２ａ及び第２の筐体側面１０２ｂは、第１の筐体端部１０２ｃ、及び第２の及び類似の第２の筐体端部（これは第１の筐体側面１０２ａ及び／又は第２の筐体側面１０２と一体化していてよく、又は別々の部品となっていて基部１０１上で交換してスプレーモジュールを収容し、内部キャビティを定義するようになっていてもよい。）のまわりにアセンブリしてもよい。 
【００６６】
図６は、また、液体／蒸気分離器領域１２８も示しており、他の図面と関連して以下により完全に説明するように、液体出口バッフル１３３が分離器領域１２８に図示された状態となっている。
【００６７】
図７は、図１に図示される本発明の実施態様の立面断面図であり、スプレーモジュール又はスプレー冷却システムモジュール１００、基部１０１、筐体１０２、第１の筐体端部１０２ｃ、筐体第２端部１０２ｄ、冷却化表面１２１、冷却剤出口１０５、冷却剤注入口１０４、及び冷却剤注入口接合部１０３を示している。
【００６８】
図７は、また、筐体１０２の内部キャビティも示しており、これは冷却導管１３０、再循環導管１２７、バッフル１２５及び分離器領域１２８を備えるものである。
【００６９】
バッフル１２５の最上面１２５ｃは、本発明の本実施態様では再循環導管１２７の下側面であり、バッフル１２５の下側面１２５ｄは冷却導管１３０の最上面である。
【００７０】
冷却剤の流れ及び冷却剤の斜視図から、図７は、噴霧化冷却剤スプレー１２９を示しており、この噴霧化冷却剤スプレー１２９は、再循環された冷却剤蒸気１４６と混合区域１４０（蒸気運搬区域とも呼べる。）で組み合わされた状態となって、液体と蒸気の冷却剤の流れの組み合わせを入口端部１３０ａで冷却導管１３０に提供する。
【００７１】
冷却剤スプレー１２９は、一般に噴霧化冷却剤液滴からなる。組み合わされた蒸気及び液体の冷却剤は、その後、収れん区域１３９を通り、ここでスプレーが収集され、蒸気と液体のスプレーの組み合わせが通過する断面積又は体積が縮小する。この収れん区域１３９は、冷却剤の流れの速度を、それが冷却導管１３０の入口側に向かわされる前に速める。
【００７２】
図７は、冷却導管１３０を通る冷却剤の流れ１４１を示しており、冷却導管１３０の第２の端部又は出口端部１３０ｂに向かいその中を流れている。
【００７３】
冷却導管１３０の冷却剤の流れ１４１は、熱の伝導源又は抽出源である表面とも呼べる冷却化表面１２１の上を流れる。望ましい流れの状態は、必ずしもそうである必要はないが、環状の流れ又は分散された環状の流れと同じ又は類似となっており、冷却化表面１２１上の薄膜全体にわたって望ましい熱伝導特徴及び改善された制御を実現するようになっている。
【００７４】
冷却導管１３０を通る流れ１４１は、一般に２相の流れとなる。すなわち、液体及び蒸気の両方が流れていることを意味し、液体は、好ましくは熱の伝導源である表面上の薄膜液体冷却剤の状態となっており、また、流れ１４１は、バッフルの下側となる傾向にもある。
【００７５】
冷却化表面１２１から離れ、冷却導管１３０の中心に向かって移動することで、冷却剤はまたいくつかの実施態様では液体から蒸気へと成層化していてもよい。冷却導管１３０の冷却剤の蒸発又は気化は、冷却化表面１２１から冷却キャビティ１３０を流れる冷却剤への熱伝導によって行われ、そして冷却導管１３０を流れる蒸気を膨張させることになる。
【００７６】
冷却導管１３０の退出又は出口端部１３０ｂを流れる液相及び気相冷却剤は、モジュール筐体の内部キャビティ内の分離器領域１２８へと入り、ここで液体部分及び第２の蒸気部分の組み合わせ（図７において矢印１４２によって表される。）から冷却剤の流れの第１の蒸気部分（図７において矢印１４３によって表される。）の分離が行われる。
【００７７】
第２の蒸気部分１４２は、液体出口バッフル１３３及び分離器１２８によって出口１０５へと向けられ、後の図面に示すように処理又は廃棄が行われる。
【００７８】
第１の蒸気部分１４３は、本発明の実施態様においてさえも最小量の液相の冷却剤を含んでもよいが、液相は再循環導管１２７を通じて最小とされるか又は排除されるのが望ましい。
【００７９】
冷却システムの実施態様は、（矢印１６０によって表される熱により）冷却導管１３０からバッフル１２５を通って再循環導管１２７へと熱を伝導するように構成してもよい。
【００８０】
熱１６０は、当業者によって認識されるであろうように、再循環導管１２７のどのような液相冷却剤も部分的に又は完全に蒸発するのを手助けでき、又は、その中にある気相冷却剤を乾燥させるのを手助けできる。
【００８１】
再循環導管１２７を通る冷却剤の流れは、矢印１４４によって表され、矢印１４６は、混合区域１４０へと向けられて冷却剤スプレー１２９と組み合わされ又は混合されその結果、冷却導管１３０へと再循環される冷却剤の流れ１４６を描いている。
【００８２】
再循環化された冷却剤の混合又は組み合わせ（好ましくはすべて気相にある。）は、理論上は完全なものだけであるが、部分的であるにしろ完全であるにしろ本発明の考察の範囲内である。
【００８３】
図７は、また、混合区域に第１の端部１２５ａを備えるバッフル１２５も示しており、第１の端部１２５ａは、約２２度の角度が付けられているか又は傾斜された状態となっており、冷却導管１３０へ入る液相及び気相の混合物又は組み合わせの断面積を縮小している。
【００８４】
このことにより、上述の理由から、冷却導管１３０へと入る冷却材の流れが速められる。しかしながら、本発明のいくつかの実施態様では断面積の縮小が好ましいが、本発明でこれが実行される必要はないことが当業者によって理解されるであろう。
【００８５】
再循環導管１２７内の冷却剤への熱の伝導をより簡単にするために、フィン又は他の熱伝導強化装置を冷却剤導管１３０のバッフル１２５、再循環導管１２７、又はその両方に取り付けてよい。
【００８６】
いくつかの従来の狭間隔蒸発スプレー冷却における横方向スプレー用途では、熱束が１平方センチメートル範囲当たり、１５から３０ワットであったが、本発明は１平方センチメートル範囲当たり１００から２００ワットの熱束速度を実現できるものと確信される。
【００８７】
「狭間隔」という用語は、業界内では任意の用途又は実施態様について広い範囲の意味及び値を持っていることが当業者によって理解されるであろう。本願に説明する実施態様のいくつかについて、間隔は約０．０３０インチとなるであろうと予測される。
【００８８】
図８は、図１に示す本発明の実施態様のスプレーモジュール１００の立面詳細破断図であり、冷却剤導管の入口及びその中にスプレーされている最中のスプレー冷却剤が示されており、基部１０１、第１の筐体端部１０２ｃを有する筐体１０２、冷却剤スプレー１２９、冷却化表面１２１、バッフル第１の端部１２５ａを有するバッフル１２５、再循環導管１２７、及び冷却剤の流れ１４６を示している。
【００８９】
図８は、また、冷却剤導管１３０の冷却剤導管熱伝導フィン１６０及び再循環導管１２７の再循環導管熱伝導フィン１６１も示している。フィン１６０、１６１は、冷却化表面と熱的に接触し得ることが当業者によって認識されるであろう。
【００９０】
図８のような例示的な実施態様は、４つの噴霧器を利用してよく、これらは標準的な加圧式ボタン型の噴霧器であり、０．００８３インチの中央ジェットノズル及び０．００８３インチの渦巻きポートを備えている。
【００９１】
図９は、本発明の実施態様の側立面図であり、冷却導管１６９内に出口区域１７５を備えており、バッフル１７０が出口区域１７５又は冷却導管１６９の出口端部において冷却化表面から上向きに離れるよう傾斜されている。図９は、本発明の範囲内の多数の他の実施態様又は構成のうちの１つを示しており、本発明を実行するのに特にいずれが必要ということはない。
【００９２】
図９は、基部１０１、ハウジング１０２、第１のバッフル端部１７０ａ及び第２のバッフル端部１７０ｂを有するバッフル１７０を示しており、第１のバッフル端部１７０ａ及び第２のバッフル端部１７０ｂは両方とも上向きに傾斜された状態となっている。（冷却チャンバ１６９の出口端部にある。）第２のバッフル端部１７０ｂを上向きに傾斜させることで出口において及びその付近で冷却導管１６９の断面積が大きくなり、このことが気相冷却剤の速度を遅くする結果、（気相冷却剤の第２の部分が一緒に存在する状態で）冷却導管１６９から出る冷却剤の液相からの冷却剤の気相の所望の部分の分離が改善される。
【００９３】
図９は、冷却導管１６９を示しており、距離１７２が冷却導管１６９のほぼ中央部分にあり、距離１７１が第１のバッフル端部１７０ａと冷却化表面１７６との間にあり、距離１７３が第２のバッフル端部１７０ｂと冷却化表面１７６との間にある状態となっており、また混合区域収れん区域１７４も示されている。
【００９４】
流れの見地から、図９は、出口１８５を通って排出される液相冷却剤及び気相冷却剤の組み合わせを示している（矢印１８０によって表されている。）。
【００９５】
矢印１８１は、冷却導管１６９に再循環させるよう向けられる気相冷却剤の所望の部分を表している。矢印１８２は再循環導管１８６を流れる気相冷却剤の流れを表し、矢印１８３は（混合区域にある。）冷却導管の入口端部付近に提供され又は導かれて、冷却導管１６９の入口端部にスプレーされている最中の噴霧化液体冷却剤と結合される気相を表している。
【００９６】
図１０は、本発明の１つの実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、スプレーモジュール２００、筐体２０１、スプレーモジュール排出又は出口２０２、内部キャビティ２１２、バッフル２１０、冷却剤スプレー２１４、混合区域２１３、及び冷却導管２１１を示している。
【００９７】
図１０は、また、スプレー冷却システムの他の構成部材も示しており、これらはスプレーモジュール又は筐体２０１の外部であってよく、すなわち、コンデンサ２０４につながる排出導管２０３、及びコンデンサ２０４からポンプ２０６につながる導管２０５である。この図面にはまた、オプションの冷却剤加熱器又は予備加熱器２１５も示されている。これは上でより完全に説明したものであり、本発明のいくつかの実施態様で利用してもよい。 が、本発明を実行するのに特にどのタイプが必要ということはない。当業者であれば、この図面に概略的に描かれる他の構成部材を認識しまた理解するであろう。従って、これらをさらに詳細には説明しない。図１０は、むき出しの金型が冷却される構成を概略的に示しており、直接接触冷却の実施態様とも呼ばれるものである。
【００９８】
図１１は、本発明の実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、スプレーモジュール２００、筐体２０１、スプレーモジュール排出又は出口２０２、内部キャビティ２１２、バッフル２１０、冷却剤スプレー２１４、混合区域２１３、及び冷却導管２１１を示している。図１１は、またスプレー冷却システムの他の構成部材も示しており、これらはスプレーモジュール又は筐体の外部にあってよく、すなわち、コンデンサ２０４へつながる排出導管２０３、及びコンデンサ２０４からポンプ２０６への導管２０５である。
【００９９】
図１１には、また、オプションの冷却剤加熱器又は予備加熱器２１５も示されている。これは上でより完全に説明したものであり、本発明のいくつかの実施態様で利用してもよいが、本発明を実行するのに特にどのタイプが必要ということはない。
【０１００】
図１１は、図１０に示すものに類似のシステムを示している。ただし、図１１のシステムは冷却表面上に表面粗さ２３０又は構成を備えており、熱の伝導源である表面への熱伝導特徴を強化又は変更するようになっている。
【０１０１】
図１２は、本発明の１つの実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、スプレーモジュール２００、筐体２０１、スプレーモジュール排出又は出口２０２、内部キャビティ２１２、バッフル２１０、冷却剤スプレー２１４、混合区域２１３、及び冷却導管２１１を示している。図１２は、また、スプレーモジュール又は筐体２０１の外部であり得るスプレー冷却システムの他の構成部材も示しており、すなわち、コンデンサ２０４につながる排出導管２０３、及びコンデンサ２０４からポンプ２０６への導管２０５である。
【０１０２】
この図面には、また、オプションの冷却剤加熱器又は予備加熱器２１５も示されており、これは以上により完全に説明したものであり、本発明のいくつかの実施態様で利用できるが、本発明を実施するのに特にどのタイプが必要ということはない。
【０１０３】
図１２は、図１０に図示するものと類似のシステムを示しているが、図１２は、コールドプレート２４５の実施態様を概略的に示しており、一体化回路チップのような熱源からの熱と干渉し合い伝導するコールドプレート２４５を示している。
【０１０４】
本実施態様では、コールドプレートの表面は冷却化表面又は熱の伝導源であるか又は熱が取り除かれる表面であろう。
【０１０５】
図１３は、本発明の実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、スプレーモジュール２００、筐体２０１、スプレーモジュール排出又は出口２０２、内部キャビティ２１２、バッフル２１０、冷却剤スプレー２１４、混合区域２１３、及び冷却導管２１１を示している。
【０１０６】
図１３は、またスプレー冷却システムの他の構成部材も示しており、これらはスプレーモジュール又は筐体２０１の外部であってよく、すなわち、コンデンサ２０４につながる排出導管２０３、及びコンデンサ２０４からポンプ２０６への導管２０５である。
【０１０７】
この図面にはまた、オプションの冷却剤加熱器又は予備加熱器２１５も示されており、これは上でより完全に説明したものであり、本発明のいくつかの実施態様で利用できるものであるが、本発明を実施するのにどのタイプが特に必要ということはない。
【０１０８】
図１３は、図１２に示すものに類似のコールドプレート２４５システムを示しているが、ただし図１３のものはさらに冷却化表面上に表面粗さ２４６又は構造を備えており、熱の伝導源である表面の熱伝導特徴を強化又は変更するようになっている。
【０１０９】
図１４は、本発明の実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、スプレーモジュール２００、筐体２０１、スプレーモジュール排出又は出口２０２、内部キャビティ２１２、バッフル２１０、冷却剤スプレー２１４、混合区域２１３及び冷却導管２１１を示している。図１４はまた、スプレー冷却システムの他の構成部材も示しており、これらはスプレーモジュール又は筐体２０１の外部であってよく、すなわち、コンデンサ２０４につながる排出導管２０３及びコンデンサ２０４からポンプ２０６への導管２０５である。
【０１１０】
この図面には、また、オプションの冷却剤加熱器又は予備加熱器２１５も示されており、これは上でより完全に説明したものであり、本発明のいくつかの実施態様で利用してもよい。 が、本発明を実行するのにどのタイプが特に必要ということはない。
【０１１１】
図１４は、図１０に示すものと類似のシステムを示している。ただし、図１４は直接接触の実施態様を概略的に示しており、チップ２５０上の直接冷却を示している。これは、熱の伝導源である異なるタイプの多数の装置のうちのいずれの１つであってもよい。
【０１１２】
図１５は、本発明の１つの実施態様の実現可能な異なる区域部分、又は位相のうちのいくつかにおける品質及び蒸気速度の概略的な表又はグラフである。
【０１１３】
図１５は、混合区域２９９の概略図を示しており、これは蒸気運搬区域との呼ばれるものである。この区域、位相、又は領域では、再循環された蒸気位相冷却剤が冷却導管３０３に向かって噴霧又はスプレーされる液体冷却剤３０１と混合されるか又は運搬される。
【０１１４】
冷却導管３０３は、また狭間隔冷却区域３０５とも呼ばれる。
【０１１５】
再循環化蒸気と噴霧化液体冷却剤との組み合わせは、その後、スプレー収集及び蒸気加速区域又はセクションを通過し、ここでこの組み合わせが通過する断面積の縮小が行われる。例えば、これは収れん区域３００と呼ばれるであろう。収れん区域３００は収れん区域入口３００ａ及び収れん区域出口３００ｂを備えており、これらはそれぞれ断面積を有しており、収れん区域入口３００ａの断面積は、収れん区域出口３００ｂの断面積よりも大きい。
【０１１６】
このことにより、蒸気と液体との組み合わせの流れが冷却導管３０３部分又は区域に入る前に速度が速くなり、性質が変化する。入口側３０３ａと冷却導管３０３への出口側３０３ｂとがある。
【０１１７】
図１５の中央部に見られる流れの品質は、蒸気及び液体質量の合計に対する質量パーセントとして測定されている。
【０１１８】
図１５の下部のさまざまな区域又は場所に示されている蒸気速度は、一般的なグラフを反映しており、本発明のいずれの所定の実施態様にも特有なものではないと確信されるが、一定の断面の形態で、収れん区域入口３００ａで算出された蒸気速度が約７ｍ／秒であり、収れん区域出口３００ｂでは１２ｍ／秒以上、及び出口側３０３ｂでは約１５ｍ／秒であることを示している。しかしながら、本発明はこれらの算出された値に制限されるわけではなく、これらは例示的な計算として示されている。
【０１１９】
図１６は、冷却導管及び１つ以上の再循環導管３５２を通る流れの概略図又は一例であり、２つの噴霧化スプレーコーン３５１をともなう冷却導管３５０、及びその結果得られる冷却導管３５０を通って流れる液体及び蒸気を示している。冷却導管３５０の真上のチャネル又は導管は、再循環導管３５２であり、図示されるように好ましくは蒸気を冷却導管３５０の入口側のみに向けるか又は導くように意図されている。
【０１２０】
しかしながら、本願でより完全に説明するように、いくらかの液体が再循環チャネル内へと入ってよい。
【０１２１】
図１７は、導管の環状の流れの形状の概略図であり、冷却すべき表面の中心にあるか又は離れている液相及び気相を示している。図１７は、冷却表面３６３又は熱の伝導源である表面を有する冷却導管３６０、冷却表面３６３上の冷却剤の薄膜３６２及び矢印３６６の方向の流れを示している。バッフルの下側面３６５もまた上に液体冷却剤の薄膜が存在する状態で示されており、中心にある蒸気３６１が最上部及び底部の両方の薄膜を維持する手助けしている。図１７に示される流れは、「環状の流れ」に近いように見えるか又は一般にそのように呼ばれるが、本発明を実施するのに特にどの流れのタイプが必要ということはない。
【０１２２】
図１８は、本発明の１つの実施態様における、冷却導管の入口から下流のさまざまな距離における相対的熱伝導係数の伝導比較を示している。
【０１２３】
比較は、改善された分離器がなく、再循環導管がなく、混合区域がなく収れん区域のない従来の一定の断面との間で行った（これは図示されるように点線で表されている）。
【０１２４】
図１８に示される値は、収れん区域出口３００ｂにおける流速、流体特性、形状、及び入口品質に基づく算出値である。「旧来」の線は従来の横方向スプレー冷却用途であり、算出値に一致する傾向にある。「新規」の線又はグラフは本発明による改善を示している。
【０１２５】
第２の筋書きを、（本願で開示する）新規の分離器、混合又は蒸気運搬区域を使い、ただし収れん区域は使わずに（断面積の縮小はない）試験した。
【０１２６】
第３の筋書きを算出した。この場合、断面積が縮小される収れん区域また領域が第２の筋書きの構造に付け加えられており、その結果を図１８に示す。これらのさまざまな実施態様に関する測定では、再循環導管を有する新規の収れん導管がもっとも望ましい結果を示した。図示される収れん区域の縮小は、本発明の考察範囲内の多数の異なる比率のいずれであってもよく、本発明を実行するのに特にどの比率が必要ということはないが、例えば７：１の縮小比である。
【０１２７】
冷却導管への入口から上流に分岐区域を使用したときの相対的熱伝導係数は、測定された冷却導管の長さ全体にわたって比較的一定の熱伝導係数を示している。当業者によって理解されるであろうように、このことにより、熱の伝導源である表面に沿った温度勾配が大幅に緩和されるか又は排除され、このことは電子部品を冷却するにあたり特に望ましい。
【０１２８】
図１９は、本発明によって利用できる再循環分離器の１つの実施態様の概略図である。図１９は、スプレーモジュール４３０、冷却導管４３４及び冷却剤出口又は退出ポート４２８を備える筐体４３１、再循環導管４３６、及び分離器領域４２９を示している。矢印４３９は冷却導管４３４を通る冷却剤の流れを示しており、薄膜４３３が冷却化表面４２８の上に存在し、蒸気冷却剤４３５が冷却導管４３４の中心部分にある状態となっている。分離器領域４２９では、蒸気の一部が再循環導管４３６へと向けられて冷却導管４３４の入口側へと導かれ、新しく噴霧されたスプレー冷却剤と混合される。再循環導管４３６は、ほとんどが蒸気４３７を含んでいるが、いくらかの液体膜４３８も含んでいてもよい 。
【０１２９】
バッフル４２７を通じて十分な熱伝導が行われる限り、バッフル４２７を通じて再循環導管４３６へと伝導される熱は液体薄膜（もしあれば）を蒸発させる場合があり、そしてまた再循環チャンバ内で蒸気４３７を乾燥させる場合もある。
【０１３０】
当業者によって理解されるであろうように、本発明にかかわる多数の実施態様、及び使用できる素子及び構成部材の変形があり、これらはすべて本発明の範囲内である。
【０１３１】
本発明の１つの実施態様は、例えば、噴霧化液体冷却剤の流れと蒸気化冷却剤の流れとが結合される混合区域、及び冷却導管からなる狭間隔蒸発スプレー冷却システムである。この冷却導管は、混合区域からの噴霧か液体冷却剤と蒸気化冷却剤との結合された流れを受容するように設けられた収れん区域であって、冷却導管の収れん区域は収れん区域入口断面積と収れん区域出口断面積とを持っており、収れん区域入口断面積は収れん区域出口断面積よりも大きい収れん区域、及び、収れん区域出口からの噴霧か液体冷却剤と蒸気化冷却剤との結合された流れを受容するように配置されている狭間隔冷却区域からなっており、さらに、この狭間隔冷却区域は熱の伝導源である表面を備えている。
【０１３２】
上の段落で説明した本発明の実施態様は、さらに、蒸気は混合区域で噴霧化液体冷却剤に運搬され、収れん区域は狭間隔冷却区域に再循環するように環状の流れを提供することで熱の伝導源である表面の長さ全体に沿って、より一貫した熱の伝導が簡単になるように構成されている。
【０１３３】
又、収れん区域は、狭間隔冷却区域に再循環するように環状の流れを提供することで熱の伝導源である表面の長さ全体に沿ってより一貫した熱の伝導が簡単になるように構成されており、及び／又は分離区域をさらに備えており、この分離区域は、噴霧化液体冷却剤と蒸気化冷却剤との結合された流れを受容し、蒸気化冷却剤の少なくとも一部を再循環導管へと向かわせるように構成されている。
【０１３４】
本発明の他の実施態様では、狭間隔蒸発スプレーのための供給システムが提供されている。この供給システムは、内部キャビティを備える供給システムフレームワーク、前記内部キャビティ内の混合区域であって、噴霧化液体冷却剤の流れと蒸気化冷却剤の流れとを受容し組み合わせるように構成されている混合区域、及びフレームワーク内にあり噴霧化液体冷却剤と混合区域からの蒸気化冷却剤との結合された流れを受容するように設けられている収れん区域であって、冷却導管の収れん区域は収れん区域入口断面積及び収れん区域出口断面積とを持っている収れん区域からなっている。
【０１３５】
前記収れん区域入口断面積は収れん区域出口断面積よりも大きく、前記収れん区域はさらに、噴霧化液体冷却剤と蒸気化冷却剤とが結合された流れを狭間隔蒸発スプレー冷却導管に提供するように構成されている。
【０１３６】
この実施態様は、さらに、蒸気は混合区域内で噴霧化液体冷却剤に運搬され、及び／又はさらに、収れん区域は環状の流れで狭間隔蒸発スプレー冷却導管に噴霧化液体冷却剤と蒸発冷却剤との結合された流れを提供するように構成されている。
【０１３７】
本発明の他の実施態様では、狭間隔蒸発スプレー冷却筐体システムが提供される。このシステムは、筐体からなっており、この筐体は、最上面、熱の伝導源である下側面、第１の端部壁及び第２の端部壁、第１の側壁及び第２の側壁からなっており、前記最上面、下側面、第１の端部壁、第２の端部壁、第２の側壁及び第２の側壁は、一般に筐体を定義している。
【０１３８】
システムは、さらに最上面及び下側面を備えるバッフルからなっており、このバッフルは、第１の側壁又は第２の側壁のうちの少なくとも１つに取り付けられ筐体の最上面と下側面との間に水平に配置されており、前記下側バッフル面は、筐体の下側面と結合されて狭間隔冷却導管を定義しており、前記上側バッフル表面は筐体の最上面と結合されて再循環導管を定義している。
【０１３９】
システムは、さらに少なくとも１つの噴霧器からなっており、これは筐体の第１の端部にあり狭間隔冷却導管にスプレーするように構成されている。
【０１４０】
前の段落で説明した本発明の実施態様は、さらに、冷却導管から受け取った熱を再循環導管へとバッフルが導くように構成できる。また、バッフルは、さらに第１のバッフル端部及び第２のバッフル端部を備えている。
【０１４１】
第１のバッフル端部は、筐体の下側表面から離れている入口距離があり、さらに、前記入口距離はバッフルの下側面と筐体の下側面との間の中間距離よりも大きく、及び／又はさらに、バッフルはさらに第１のバッフル端部及び第２のバッフル端部を備えており、第１のバッフル端部は第１の側壁、第２の側壁、及び筐体の下側面と結合されて入口の断面積を定義しており、第２のバッフル端部は第１の側壁、第２の側壁、及び筐体の下側面と結合されて出口の断面積を定義しており、入口の断面積は、出口の断面積よりも大きい。
【０１４２】
前の段落で説明したもののさらに他の実施態様では、バッフルは第１のバッフル端部及び第２のバッフル端部を備えており、第１のバッフル端部は、第１の側壁第２の側壁、及び筐体の下側面と結合されて、入口の断面積を定義しており、バッフル端部の下側面の中間位置は第１の側壁、第２の側壁、及び筐体の下側面と結合されて中間断面積を定義しており、入口の断面積は中間の断面積よりも大きい。
【０１４３】
本発明のさらに他の実施態様では、狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システムが提供される。このシステムは以下のものからなる。すなわち、内部キャビティを備える筐体、筐体の内部キャビティに中間に配置されるように筐体に取り付けられるバッフル、蒸気再循環導管を一般に定義している筐体の内部キャビティと組み合わされたバッフルの上側面、狭間隔冷却導管を一般に定義している筐体の内部キャビティと結合されているバッフルの下側面である。そして、バッフルは熱的に伝導性であり蒸気再循環導管に熱を提供するように設けられている。
【０１４４】
前の段落で説明した実施態様に加えて、筐体システムでは、さらに、バッフルが狭間隔冷却導管からの熱を受け取りこの熱を蒸気再循環導管に提供するように設けられており、バッフルは筐体からの熱を伝導的に受け取りこの熱を蒸気再循環導管へと提供するように設けられており、バッフルは、筐体からの熱を伝導的に受け取りこの熱を蒸気再循環導管へと提供するように設けられており、及び／又はさらに、バッフルは狭間隔冷却導管から熱を受け取り筐体からの熱を伝導的に受け取り、そしてこの熱を蒸気再循環導管へと提供するように設けられている。
【０１４５】
本発明の他の実施態様では、狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システムが提供され、このシステムは、以下のものからなる。
【０１４６】
すなわち、内部キャビティを備えた筐体、筐体の内部キャビティ内に中間に配置されるように筐体に取り付けられるバッフル、筐体の内部キャビティと結合されて一般に狭間隔冷却導管を定義するバッフルの下側面、筐体の内部キャビティと結合されて一般に蒸気再循環導管を定義するバッフルの上側面、狭間隔冷却と蒸気再循環導管との間の蒸気分離器キャビティである。
【０１４７】
蒸気分離器キャビティは、狭間隔冷却導管から液体及び蒸気を受け取り、蒸気の少なくとも一部を蒸気再循環導管へと提供するように構成されており、蒸気再循環導管はさらに、蒸気を狭間隔冷却導管へと再導入するように構成されており、さらに、蒸気再循環導管は狭間隔冷却導管の実質的に真上に配置されている。
【０１４８】
本発明のさらに他の実施態様では、狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システムが提供される。このシステムは、以下のものからなる。
【０１４９】
すなわち、内部キャビティを有する筐体、筐体の内部キャビティ内に中間に配置されるように筐体に取り付けられるバッフル、筐体の内部キャビティと結合されて一般に狭間隔冷却導管を定義するバッフルの下側面、筐体の内部キャビティと結合されて一般に蒸気再循環導管を定義するバッフルの上側面、狭間隔冷却と蒸気再循環導管とのあいだの蒸気分離器キャビティである。
【０１５０】
蒸気分離器キャビティは、狭間隔冷却導管から液体及び蒸気を受け取り、蒸気の少なくとも一部を蒸気再循環導管へと提供するように構成されており、蒸気再循環導管はさらに、蒸気を狭間隔冷却導管へと再導入するように構成されている。
【０１５１】
本発明のさらに他の実施態様では、狭間隔筐体内で蒸発スプレー冷却される表面全体にわたる温度勾配を緩和する方法が提供される。
【０１５２】
この方法は、内部キャビティを有する筐体を提供する工程であって、前記筐体は、筐体の内部キャビティ内に中間に配置されるように筐体に取り付けられるバッフル、筐体の内部キャビティと結合されて一般に蒸気再循環導管を定義するバッフルの上側面、筐体の内部キャビティと結合されて一般に狭間隔冷却導管を定義するバッフルの下側面を備える筐体を提供する工程、冷却剤を冷却導管の入口にスプレーする工程、及び冷却導管から出る蒸気化冷却剤の少なくとも一部を蒸気再循環導管を通じて冷却導管の入口へと戻すことで、スプレー冷却すべき表面の熱伝導を冷却導管の入口側に向かって高める工程を具備する。
【０１５３】
本発明のさらに他の方法実施態様において、狭間隔筐体において蒸発スプレー冷却すべき表面全体にわたって圧力勾配を緩和する方法が提供され、前記方法は、筐体の内部キャビティ内に中間に配置されるように筐体に取り付けられるバッフル、筐体の内部キャビティと結合されて一般に蒸気再循環導管を定義するバッフルの上側面、筐体の内部キャビティと結合されて一般に狭間隔冷却導管を定義するバッフルの下側面を備える筐体を提供する工程、冷却剤を冷却導管の入口にスプレーする工程、及び冷却導管から出る蒸気化冷却剤の少なくとも一部を蒸気再循環導管を通じて冷却導管の入口へと戻すことでスプレー冷却すべき表面の熱伝導を冷却導管の入口側に向かって高め、これにより冷却剤導管の圧力勾配を緩和する工程を具備する。
【０１５４】
本発明のさらに他の実施態様では、狭間隔蒸発スプレー冷却のための筐体システムが提供される。このシステムは、以下のものからなる。
【０１５５】
すなわち、内部キャビティを有する筐体手段、筐体の内部キャビティ内に中間に配置されるように筐体に取り付けられるバッフル手段、筐体の内部キャビティと結合されて一般に蒸気再循環導管を定義するバッフルの上側面、筐体の内部キャビティと結合されて一般に狭間隔冷却導管を定義するバッフルの下側面である。バッフル手段は、熱伝導性であり蒸気再循環導管に熱を提供するように設けられている。
【０１５６】
法令に準拠して、本発明を構造的及び方法的特徴について、多かれ少なかれ具体的な言語で説明してきた。しかしながら、本発明は、図示され、また説明された具体的な特徴に限定されることはない、なぜなら本願で開示される手段は本発明を実行するための好ましい形態を具備するからである。
【０１５７】
従って、本発明は、その形態又は改変のいずれにおいても、等価物の原理に従って適切に解釈される添付の特許請求の適切な範囲内で主張される。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の１つの実施態様の正面斜視図である。
【図２】図１に図示する本発明の実施態様の後部斜視図である。
【図３】図１に図示する本発明の実施態様の後部側面図である。
【図４】図１に図示する本発明の実施態様の端面図である。
【図５】図１に図示する本発明の基部の正面斜視図である。
【図６】図１に図示する本発明の実施態様の正面斜視部分断面図である。
【図７】図１に図示する本発明の実施態様の立面断面図である。
【図８】図１に図示する本発明の実施態様の、冷却導管の入口端部及びそこにスプレーされている最中のスプレー冷却剤をバッフルに取り付けられている例示的なフィンだけが図示された状態の立面詳細破断図である。
【図９】他のバッフル構成の側立面図であり、冷却導管の出口端部又はその付近の断面積が広くなっているものである。
【図１０】本発明の実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、むき出しの金型又は直接接触の実施態様を概略的に図示している。
【図１１】本発明の実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、図１０に示したとおりのむき出しの金型又は直接接触の実施態様を概略的に図示しているが、表面粗さ又は構成だけが異なっている。
【図１２】本発明の実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、冷却プレート実施態様を概略的に図示している。
【図１３】本発明の実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、異なる表面粗さ又は構成を備える冷却プレート実施態様を伴う冷却プレート構造を概略的に図示している。
【図１４】本発明の実施態様の概略側面図であり、熱の伝導源である表面に対する他の構成を示しており、直接接触の実施態様を概略的に図示している。
【図１５】本発明の１つの実施態様の実現可能な異なる区域、部分、又は位相のうちのいくつかにおける品質及び蒸気速度の概略的な表又はグラフである。
【図１６】冷却導管及び１つ以上の再循環導管を通る流れの概略的な図又は例である。
【図１７】導管の環状流れの形状の概略的な図面であり、冷却すべき表面の中心又は冷却すべき表面から離れた液相及び気相を図示している。
【図１８】熱伝導比較を示すチャート又は表である。
【図１９】本発明によって利用できる再循環分離器の実施態様の概略図である。
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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