(57)【要約】【課題】構造的なコールドプレートアッセンブリの厚さ全体を減少させる。【解決手段】構造アッセンブリ１００は、ヒートスプレッダ１１０を有した構造部材１０２と、ヒートスプレッダ１１０に直接に取り付けられた１つまたは複数の電子機器１０４と、ヒートスプレッダ１１０に直接に取り付けられた少なくとも１つのコールドプレート１０６とを備える。ヒートスプレッダ１１０は、横断方向熱伝導率つまりヒートスプレッダ１１０の厚さを通した熱伝導率よりも高い横方向熱伝導率つまりヒートスプレッダ１１０の面にわたる熱伝導率を有するように構成される。構造部材１０２の外側層としてヒートスプレッダ１１０を用いることにより、電子機器１０４に隣接してコールドプレート１０６を配置することができ、これにより、コールドプレート１０６を電子機器１０４の真下に配置するときよりも、電子機器１０４が冷却される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートスプレッダを有した構造部材と、
前記構造部材の前記ヒートスプレッダの第１の面に直接に取り付けられた電子機器と、
前記構造部材の前記ヒートスプレッダの前記第１の面に直接に取り付けられたコールドプレートと、
を備えた装置。
【請求項２】
前記コールドプレートは、液体冷却コールドプレートであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ヒートスプレッダは、約４５０Ｂｔｕ／ｈｒ・ｆｔ・°Ｆ（約７７８．５Ｗ／ｍ・Ｋ）の横方向熱伝導率を有した軟熱分解グラファイトからなるシートであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ヒートスプレッダは、９０Ｂｔｕ／ｈｒ・ｆｔ・°Ｆ（１５５．７Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも高い横方向熱伝導率を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コールドプレートは、前記電子機器に隣接して取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ヒートスプレッダは、その横断方向熱伝導率の少なくとも２倍の横方向熱伝導率を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ハニカムコアと、該ハニカムコアの両側に固定された第１のヒートスプレッダおよび第２のヒートスプレッダとを有してなる構造部材と、
前記第１のヒートスプレッダに直接に取り付けられた電子機器と、
前記電子機器と同じ側で前記第１のヒートスプレッダに直接に取り付けられたコールドプレートと、
を備えた装置。
【請求項８】
前記コールドプレートは、液体冷却コールドプレートであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１のヒートスプレッダは、約４５０Ｂｔｕ／ｈｒ・ｆｔ・°Ｆ（約７７８．５Ｗ／ｍ・Ｋ）の横方向熱伝導率を有した軟熱分解グラファイトからなるシートであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のヒートスプレッダは、９０Ｂｔｕ／ｈｒ・ｆｔ・°Ｆ（１５５．７Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも高い横方向熱伝導率を備えることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記コールドプレートは、前記電子機器に隣接して取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
複数の挿入部品をさらに備え、該挿入部品は、前記電子機器に固定するように構成された前記ハニカムコアに配置されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
前記ヒートスプレッダは、その横断方向熱伝導率の少なくとも２倍の横方向熱伝導率を備えることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１４】
第１のヒートスプレッダおよび第２のヒートスプレッダと、前記第１のヒートスプレッダと前記第２のヒートスプレッダとの間に配置された第１のフィン層および第２のフィン層とを有してなる構造部材であって、前記第１のフィン層の１つまたは複数のフィンが、前記第２のフィン層の１つまたは複数のフィンの姿勢と直交する方向に方向づけられる、構造部材と、
前記第１のヒートスプレッダに直接に取り付けられた電子機器と、
前記構造部材の前記第１のヒートスプレッダに直接に取り付けられたコールドプレートと、
を備えた装置。
【請求項１５】
前記コールドプレートは、液体冷却コールドプレートであることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のヒートスプレッダは、約４５０Ｂｔｕ／ｈｒ・ｆｔ・°Ｆ（約７７８．５Ｗ／ｍ・Ｋ）の横方向熱伝導率を有した軟熱分解グラファイトからなるシートであることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１のヒートスプレッダは、９０Ｂｔｕ／ｈｒ・ｆｔ・°Ｆ（１５５．７Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも高い横方向熱伝導率を備えることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記コールドプレートは、前記電子機器に隣接して取り付けられることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
ろう付け用合金を有した仕切シートをさらに備え、該仕切シートは、前記第１のフィン層と第２のフィン層との間と、前記第１のフィン層および前記第２のフィン層と前記第１のヒートスプレッダおよび前記第２のヒートスプレッダとの間に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１のヒートスプレッダは、その横断方向熱伝導率の少なくとも２倍の横方向熱伝導率を備えることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の冷却に関し、特に、コールドプレートによる冷却のためのヒートスプレッダを有した構造アッセンブリに関する。
【０００２】
なお、本発明は、米国航空宇宙局（ＮＡＳＡ）によって授与された契約番号ＮＮＪ０６ＴＡ２５Ｃのもと米国政府の補助によりなされた。米国政府は本発明の一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、電子機器が熱を生じさせ、この熱は、適切に放散されない場合には、電子機器に損傷を与え得る。電子機器を冷却するために、再循環冷却器、液体対液体冷却システムおよび周囲冷却システム（ａｍｂｉｅｎｔ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ）を含むがこれらに限定されない種々の冷却技術が開発されてきた。
【０００４】
空間やエネルギの制約がある環境、例えば、航空宇宙の用途、航空学の用途または同様の用途においては、電気機器を効率的に冷却することがさらに困難である。現在、上記の形式の用途で用いられる電子機器は、液体冷却を用いて電子機器から熱を取り除く構造的なコールドプレートアッセンブリに電子機器を取り付けることにより冷却されている。構造的なコールドプレートアッセンブリは、一般に、構造部材と、構造部材に取り付けられ、かつ構造部材とコールドプレートが冷却する電子機器との間に直接に配置された少なくとも１つのコールドプレートとを備えている。現在、コールドプレートの配置、形状および大きさは、コールドプレートが冷却する電子機器の配置および寸法によって決定されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
構造部材と電子機器との間に配置すべきコールドプレートを必要とすることによって、構造的なコールドプレートアッセンブリの厚さ全体が増加してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施例では、装置が、ヒートスプレッダを有した構造部材と、該構造部材のヒートスプレッダに直接に取り付けられた電子機器とを備えるようにして設けられている。また、この装置は、構造部材のヒートスプレッダに直接に取り付けられたコールドプレートも備えている。
【０００７】
他の実施例では、装置が、ハニカム構造パネルと、該ハニカム構造パネルの両側に固定された第１のヒートスプレッダおよび第２のヒートスプレッダとを有した構造部材を備えるようにして設けられている。また、この装置は、第１のヒートスプレッダに直接に取り付けられた電子機器と、該電子機器と同じ側で第１のヒートスプレッダに直接に取り付けられたコールドプレートとを備えている。
【０００８】
別の実施例では、装置が、第１のヒートスプレッダおよび第２のヒートスプレッダを有した構造部材を備えるようにして設けられている。また、構造部材は、第１のヒートスプレッダと第２のヒートスプレッダとの間に配置された第１のフィン層および第２のフィン層も備えており、第１のフィン層の１つまたは複数のフィンが、第２のフィン層の１つまたは複数のフィンの姿勢と直交する方向に方向づけられている。また、この装置は、第１のヒートスプレッダに直接に取り付けられた電子機器と、構造部材の第１のヒートスプレッダに直接に取り付けられたコールドプレートとを備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例のコールドプレート式冷却のためのヒートスプレッダを有した構造アッセンブリの斜視図である。
【図２】図１の構造アッセンブリに用いられる構造部材の一実施例を示した組立分解斜視図である。
【図３】図１の構造アッセンブリに用いられる構造部材の他の実施例を示した組立分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１には、本発明の実施例に従うコールドプレート式冷却のための構造アッセンブリ１００が示されている。構造アッセンブリ１００は、ヒートスプレッダ１１０を有した構造部材１０２を備えており、ヒートスプレッダ１１０は、構造部材１０２の少なくとも１つの外側面と熱接触（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ）する。また、構造アッセンブリ１００は、構造部材１０２のヒートスプレッダ１１０に直接に取り付けられた１つまたは複数の電子機器１０４を備えている。さらに、構造アッセンブリ１００は、構造部材１０２のヒートスプレッダ１１０に直接に取り付けられた少なくとも１つのコールドプレート１０６を備えている。一実施例では、コールドプレート１０６を液体冷却コールドプレートとすることができ、構造アッセンブリ１００は、コールドプレート１０６内の流体を交換する１つまたは複数のチューブまたはパイプ１０８を備えることができる。
【００１１】
例示的な実施例では、ヒートスプレッダ１１０は、横断方向熱伝導率つまりヒートスプレッダ１１０の厚さを通した熱伝導率よりも高い横方向熱伝導率つまりヒートスプレッダ１１０の面にわたる熱伝導率を有するように構成されている。したがって、ヒートスプレッダ１１０は、電子機器１０４からコールドプレート１０６へと効率的に熱を移動させるように構成されている。一実施例では、ヒートスプレッダ１１０を軟熱分解グラファイトからなるシートとすることができ、このシートは、約４５０Ｂｔｕ／ｈｒ・ｆｔ・°Ｆ（約７７８．５Ｗ／ｍ・Ｋ）の横方向熱伝導率を有している。他の実施例では、ヒートスプレッダ１１０は、その横断方向熱伝導率の少なくとも２倍の横方向熱伝導率を有した任意の適切な材料から構成され得る。
【００１２】
構造部材１０２の外側層としてヒートスプレッダ１１０を用いることにより、電子機器１０４に隣接してコールドプレート１０６を配置することができ、これにより、コールドプレート１０６を電子機器１０４の真下に配置するときよりも、電子機器１０４が冷却される。したがって、構造アッセンブリ１００の電子機器１０４を適切に冷却するのに必要などのような大きさおよび形状にでもコールドプレート１０６の大きさおよび形状を調整することができる。さらに、ヒートスプレッダ１１０の任意の便利な位置にコールドプレート１０６を配置することができる。さらに、電子機器１０４と構造部材１０２との間に配置すべきコールドプレート１０６を必要としないことによって、構造アッセンブリ１００の全高を減少させることができる。電子機器１０４の下方にコールドプレート１０６を配置するのではなく、電子機器１０４に隣接してコールドプレート１０６を配置することによって、コールドプレート１０６が受ける応力が減少する。
【００１３】
図２には、図１の構造アッセンブリに用いられる構造部材２００の一実施例の組立分解斜視図が示されている。構造部材２００は、２つのヒートスプレッダ２０２を有しており、これらのヒートスプレッダ２０２は、構造部材２００の両側の外側層として構成され得る。また、構造部材２００は、２つのヒートスプレッダ２０２の間に配置されたハニカムコア２０４も備えている。ハニカムコア２０４は、軽量でかつ構造部材２００に構造的な剛性を与えるように構成されている。一実施例では、ハニカムコア２０４は、アルミニウムから構成され得る。さらに、構造部材２００は、複数の縁部材２０６も備えており、複数の縁部材２０６は、２つのヒートスプレッダ２０２の間にハニカムコア２０４の外周に沿って配置される。また、構造部材２００は、複数の挿入部品２０８を備えることもでき、挿入部品２０８は、ハニカムコア２０４に配置され、構造部材２００に１つまたは複数の電子機器や１つまたは複数のコールドプレートを固定するように構成され得る。一実施例では、ヒートスプレッダ２０２は、１つまたは複数の開口部２１０を備えることができ、この開口部２１０を通して、挿入部品２０８の１つに電子機器やコールドプレートを固定することができる。一実施例では、ハニカムコア２０４にヒートスプレッダ２０２を結合するために接着剤を用いることができる。
【００１４】
図３には、図１の構造アッセンブリに用いられる構造部材３００の他の実施例の組立分解斜視図が示されている。構造部材３００は、２つのヒートスプレッダ３０２を備えており、これらのヒートスプレッダ３０２は、構造部材３００の両側の外側層として構成され得る。また、構造部材３００は、２つのヒートスプレッダ３０２の間に配置された第１のフィン層３０４および第２のフィン層３１０も備えている。第１のフィン層３０４および第２のフィン層３１０は、複数のフィン３１２をそれぞれ備えており、第１のフィン層３０４のフィンは、第２のフィン層３１０のフィンの姿勢（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）と直交する姿勢を有するように構成されている。一実施例では、第１のフィン層３０４および第２のフィン層３１０をアルミニウムで構成することができる。第１のフィン層３０４および第２のフィン層３１０は、軽量でかつ構造部材３００に構造的な剛性を与えるように構成されている。また、構造部材３００は、第１のフィン層３０４と第２のフィン層３１０との間に配置された仕切シート３０８も備えている。また、仕切シート３０８は、第１のフィン層３０４とこれに隣接したヒートスプレッダ３０２との間および第２のフィン層３１０とこれに隣接したヒートスプレッダ３０２との間にも配置されている。仕切シート３０８は、ろう付け用合金を備えており、このろう付け用合金は、真空ろう付けプロセスにおいて構成要素全てを共にろう付けするように用いられる。さらに、構造部材３００は、１つまたは複数のフレーム部３０６を備えており、フレーム部３０６は、第１のフィン層３０４および第２のフィン層３１０を受け、仕切シート３０８を介してヒートスプレッダ３０２を固定するように構成され得る。
【００１５】
本明細書で用いた用語は特定の実施例のみの説明を目的とするものであり、本発明の限定を意図するものではない。本明細書で用いられるように、単数形の形態「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈において特に指示がない限り、同様に複数のものも含むことを意図するものである。さらに留意すべきは、本明細書で用いられる場合の語句「備えている」は、記載した特徴部、整数値、ステップ、動作、要素やコンポーネントの存在を明らかにするものであり、一つ以上のその他の特徴部、整数値、ステップ、動作、要素、コンポーネントやそれらの群の存在または追加を妨げるものではない。
【００１６】
全ての手段またはステップの対応する構造、材料、行為、およびそれらと同等のものに加えて以下の請求項の機能要素は、特に請求の範囲に記載のその他の請求項に記載された要素と組み合わされて機能を実施するためのあらゆる構造、材料、または行為を含むことを意図するものである。例示および説明を目的として本発明の明細書を開示するが、本明細書を開示の形態に包括的に限定することを意図するものではない。本発明の範囲および真意を逸脱することなく種々の修正および変更が当業者にとって明らかとなるであろう。この実施例は、本明細書の本質、および実際の応用例を最もよく説明するために、そして当業者以外の人が、種々の修正を有する種々の実施例の開示を、検討された特定の用途に適したものとして認識できるようにするために、選択され、記載されたものである。
【００１７】
本発明の好適な実施形態を記載したが、現在および将来の当業者が以下の特許請求の範囲に含まれる種々の改良および強化を行うことが理解されるであろう。これらの請求の範囲は先に述べた本明細書の適切な保護を維持するように解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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