(57)【要約】      （修正有）【課題】熱負荷の急激な変化を考慮することにより従来の冷却装置に対する改善を提供する。【解決手段】冷却サイクル内の冷却剤の循環量は、冷板蒸発器装置１８を出る２相混合物が飽和液体と飽和蒸気との間のすべての混合物の飽和ドーム内に留まるように、設定される。さらに、冷板蒸発器装置を出る２相混合物は、冷板蒸発器装置を出る２相混合物の出口量が除去されている熱負荷に従って変化するように、飽和ドーム内で移動できる。このようにして、熱負荷の急激な変化は、サイクル内の冷却剤の循環量を変化させることなく、冷板蒸発器装置に接触する素子（単数又は複数）から取り除かれる。冷板／蒸発器を去る蒸気の出口量のみが変化する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱発生装置内の可変熱負荷の冷却を制御するための、ポンピングした液体の多相冷却サイクル方法において、
熱を発生させ、冷却する必要のある少なくとも１つの素子を提供する工程と；
上記少なくとも１つの素子に熱接触する少なくとも１つの冷板蒸発器装置を提供する工程と；
少なくとも入口を有する液体冷却剤ポンプを提供する工程と；
上記液体冷却剤ポンプにより上記少なくとも１つの冷板蒸発器装置へ循環させられ、それによって、上記少なくとも１つの素子により発生された熱によって少なくとも部分的に蒸発させられて、蒸気を生じさせる蒸発可能な冷却剤を提供する工程と；
部分的に蒸発した冷却剤蒸気を凝縮させ単一の液体相を生じさせるための凝縮器を提供する工程と；
上記液体冷却剤ポンプから上記蒸発可能な冷却剤を受け取り、上記少なくとも１つの冷板蒸発器装置に接続された第１の液体導管を提供する工程と；
上記少なくとも１つの冷板蒸発器装置からの第２の導管であって、上記凝縮器に接続された第２の導管を提供する工程と；
上記凝縮器から上記冷却剤ポンプの上記入口への液体帰還ラインを提供する工程と；
上記冷板蒸発器装置を出る２相の液体蒸気混合物が、ポンピングした液体の多相冷却サイクルにより画定された飽和ドーム内で調整されるのを許容し、それによって、当該冷板蒸発器装置を去る上記２相の液体蒸気混合物の出口量は、該冷板蒸発器装置により可変熱負荷が除去されるのにともなって変化する工程と；
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
液体冷却剤が冷却作動中に蒸気により上記冷板蒸発器装置及び上記凝縮器内へ変位したときに、液体冷却剤の貯蔵を提供するように上記ポンピングした液体の多相冷却サイクル内に付加的な容積を含ませる工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記少なくとも１つの冷板蒸発器装置が少なくとも２つの冷板蒸発器装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記少なくとも２つの冷板蒸発器装置が直列の流れ内にあることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記少なくとも２つの冷板蒸発器装置が並列の流れ内にあることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
熱発生装置内の可変熱負荷の冷却を制御するための、ポンピングした液体の多相冷却サイクル装置において、
熱を発生させ、冷却する必要のある少なくとも１つの素子と；
上記少なくとも１つの素子に熱接触する少なくとも１つの冷板蒸発器装置と；
少なくとも入口を有する液体冷却剤ポンプと；
上記液体冷却剤ポンプにより上記少なくとも１つの冷板蒸発器装置へ循環させられ、それによって、上記少なくとも１つの素子により発生された熱によって少なくとも部分的に蒸発させられて、蒸気を生じさせる蒸発可能な冷却剤と；
部分的に蒸発した冷却剤蒸気を凝縮させ単一の液体相を生じさせるための凝縮器と；
上記液体冷却剤ポンプから上記蒸発可能な冷却剤を受け取り、上記少なくとも１つの冷板蒸発器装置に接続された第１の液体導管と；
上記凝縮器に接続された、上記少なくとも１つの冷板蒸発器装置からの第２の導管と；
上記凝縮器から上記冷却剤ポンプの上記入口への液体帰還ラインと；
上記ポンピングした液体の多相冷却サイクルにより画定され、飽和液体地点、飽和蒸気地点及びこれらの間のすべての混合物を含む飽和ドームであって、それによって、上記冷板蒸発器装置を出る２相の液体蒸気混合物が上記飽和ドーム内で移動するのを許容し、もって、当該冷板蒸発器装置を去る上記２相の液体蒸気混合物の出口量が該冷板蒸発器装置により除去されている可変熱負荷に従って変化するようにする飽和ドームと；
を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
液体冷却剤が冷却作動中に蒸気により上記冷板蒸発器装置及び上記凝縮器内へ変位したときに、液体冷却剤の貯蔵を提供するように上記ポンピングした液体の多相冷却サイクル内に含まれた付加的な容積をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
上記少なくとも１つの冷板蒸発器装置が少なくとも２つの冷板蒸発器装置を含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
上記少なくとも２つの冷板蒸発器装置が直列の流れ内にあることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
上記少なくとも２つの冷板蒸発器装置が並列の流れ内にあることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気的、電子的及び光学的な素子の冷却に関し、特に、迅速な熱負荷の変化中に、マイクロプロセッサ半導体及びパワー半導体を含む熱発生装置を冷却するためにポンピングした液体の２相冷却システムを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的、電子的及び光学的な素子（例えば、マイクロプロセッサ、ＩＧＢＴ、パワー半導体等）は冷却すべき表面に直接取り付けられた広い表面を備えた空冷吸熱源により最も頻繁に冷却される。ファン又はブロワーは吸熱源を横切って空気を移動させ、素子により発生された熱を除去する。パワー密度、素子の小型化及び包装体の収縮が増大するにつれ、吸熱源及び強制空気流により電気的及び電子的な素子を十分に冷却することができないことがある。これが生じると、素子から熱を除去するために他の方法を使用しなければならない。
【０００３】
直接空冷が不可能な場合に素子から熱を除去するための１つの方法は冷板へポンピングされる単相流体を使用する。冷板は典型的には平坦な金属板に取り付けられた蛇行チューブを有する。冷却すべき素子は平坦な板に熱的に取り付けられ、チューブを通って流れるポンピングした単相流体は素子により発生された熱を除去する。
【０００４】
多くの形式の冷板デザインが存在し、そのいくつかは流体を運ぶためにチューブの代わりに機械加工した溝を含む。しかし、すべての冷板デザインは熱を除去するために流体のかなりの加熱を使用することにより同様に作動する。加熱された流体は次いで遠隔的に位置する空冷コイルへ流れ、そこでは、流体がポンプへ戻ってサイクルを再開する前に、周囲の空気が流体を冷却する。電気的及び電子的な素子から熱を除去するために流体のかなりの加熱を使用するこの方法は単相で流れる流体の熱容量により制限を受ける。一層の熱を除去するための与えられた流体に対しては、その温度を増大させなければならないか又は一層多量の流体をポンピングしなければならない。これは高パワーマイクロ電子装置を冷却するために高温及び（又は）大流量を生じさせる。高温は電気的又は電子的な装置を損傷させることがあり、一方、大流量は大きなモータを備えたポンプを必要とし、これは、寄生電気パワー（電力）を消費し、冷却装置の応用を制限する。大流量はまた速い流速のため冷板の金属の腐食を生じさせることがある。
【０００５】
空冷が実行できない場合の素子から熱を除去するための別の方法は、源から、熱を一層容易に放散させることのできる位置へ、熱を移送するために熱パイプを使用する。熱パイプは１つの位置から別の位置へ熱を移動させるために凝縮可能な流体を使用するシールされた装置である。流体の移送は芯(wick)構造体を使用する液体相の毛細管的ポンピングにより達成される。熱パイプの一端（蒸発器）は素子内で熱が発生する箇所に位置し、他端（凝縮器）は熱を放散させるべき箇所に位置する。しばしば、凝縮器端部は周囲の空気に対して熱を除去する補助を行うためにフィンのような広い表面に接触する。熱を除去するこの方法は流体を蒸発器へ輸送する芯構造体の能力により制限を受ける。高熱の流動においては、「完全乾燥(dry out)」として知られる状態が生じ、この場合、芯構造体は十分な流体を蒸発器に輸送することができず、装置の温度が増大して、多分、装置の損傷を生じさせる。熱パイプはまた重力に関する方位に対して敏感である。すなわち、上方方向に指向した蒸発器は（流体の輸送が芯構造体の毛細管作用に加えて重力により補助されるような）下方に指向した蒸発器よりも熱除去能力が劣る。最後に、熱パイプは、これまた毛細管的ポンピングの限界のため、遠隔的な放散器（放散箇所）までの長距離にわたって熱を輸送することができない。
【０００６】
直接空冷が実践的でない場合に使用されるさらに別の方法は周知の蒸気圧縮冷却サイクルを使用する。この場合、冷板はサイクルの蒸発器である。コンプレッサは蒸気の温度及び圧力を上昇させ、蒸発器を、空冷凝縮器が蒸気をその液体状態に凝縮できかつさらなる蒸発及び冷却のために蒸気を冷板へ戻すことができるようなレベルにする。この方法は高等温熱移送率及び熱をかなりの距離まで移動させる能力を与えるという利点を有する。しかし、この方法は電気的及び電子的な装置の冷却におけるその実践的な応用を制限するという大きな欠点に悩まされる。第１に、コンプレッサのパワー消費がある。高熱負荷応用においては、コンプレッサにより要求される電気的パワーは大きくなることがあり、応用に対して利用できるパワーを越えることがある。別の問題は大気温度以下での蒸発器（冷板）の作動に関連する。この場合、絶縁不足の表面は周囲空気の露点以下になることがあり、液体水の凝縮を生じさせ、短絡及び人体への障害の可能性を生じさせる。蒸気圧縮冷却サイクルはいかなる液体冷却剤をもコンプレッサへ戻すように設計されるが、これは、コンプレッサの物理的な損傷を生じさせることがあり、その潤滑油の希釈によりその寿命を短縮させることがある。電気的、電子的及び光学的な装置の冷却において、熱負荷は大きく変化することがあり、冷板を出てコンプレッサへ入る未蒸発の冷却剤を生じさせる。これは、コンプレッサを損傷させ、その寿命を短縮させることがある。これはさらに素子の蒸気圧縮冷却の別の欠点となる。
【０００７】
ポンピングした液体の２相冷却装置を使用して熱発生装置を冷却する既存の方法は参照として全体的にここに組み込む本出願による米国特許第６，５１９，９５５号及び同第６，６７９，０８１号各明細書に開示されている。しかし、電気的、電子的及び光学的な装置の冷却においては、しばしば、除去すべき熱負荷はほぼ瞬間時点で急激に変化する。その例はマイクロプロセッサであり、この場合、アイドル状態からバースト即ち全パワー状態への変化は１秒の何分の１よりも短い時間で生じる。熱出力におけるほぼ瞬間的な変化が生じることがあるようなダイオードレーザーの冷却の際も同じことが言える。従来の冷却装置においては、熱負荷のこの迅速な変化に対処するために多数の技術が使用される。最も簡単な方法はまた最も非効率的なものであり、すなわち、単相冷板ループにおいて常に最大所要流量で空冷吸熱源又はポンプ内でファンを作動させることである。これはエネルギの無駄使いであり、常に全容量でファン又はポンプを作動させなければならないため、ファン又はポンプの早期故障を生じさせることがある。このバースト力接近法に対する改善はファン及びポンプに対して可変速度制御を追加することを必要とする。これは冷却装置についてのコスト及び複雑さを増大させ、一層の冷却が必要な場合を知るためにセンサを必要とする。
【０００８】
蒸気圧縮サイクルでの状況においては、冷却は一層困難である。その理由は、熱負荷の突然の変化のため、コンプレッサが未蒸発の液体により損傷を受けることがあるからである。この場合、コンプレッサを保護するために吸引アキュムレータを使用すべきであり、蒸発器の出口でのセンサは蒸発器の出口で液体冷却剤のすべてが蒸発してしまったか否かを感知する必要がある。次いで、コンプレッサ出力に対して負荷を適合させるようにコンプレッサの速度に対する変化を行わなければならない。このような可変速度コンプレッサ、吸引アキュムレータ及び関連する制御は高価であり、複雑である。熱パイプは受動的な装置であり、その固有の毛細管的液体ポンピング量の関数として熱を除去する率のみを変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，５１９，９５５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６７９，０８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そういうわけで、電気的、電子的及び光学的な素子における可変熱負荷を冷却するための装置及び方法に対する継続的な要求が存在することが分かろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この要求は熱負荷の迅速な変化を考慮して２相冷却ループの作動の制御を提供する本発明の装置及び方法により満たされる。
本発明の１つの態様によれば、電気的、電子的及び光学的な素子における可変の熱負荷の冷却は、同じ負荷を取り扱うように寸法決めされた単相のポンピングループにより要求される大ポンピング量を伴うことなく、２相のポンピングループにより達成される。本発明は、冷却サイクルにおける冷却剤の循環量を設定することを必要とし、それによって、熱力学的な冷却サイクルにおいて冷板／蒸発器（単数又は複数）を去る２相混合物が常に存在する。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、電気的、電子的及び光学的な素子に対する冷却を提供することである。本発明のさらなる目的は変化する熱負荷の下で作動する素子に対するそのような冷却を提供することである。本発明のさらに別の目的はそのような負荷を取り扱う単相のポンピングループにより要求される大ポンピング量を伴うことのない、２相のポンピング冷却ループを提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的及び利点は以下の説明、添付図面及び特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明に係るポンピングした液体の冷却装置の並列形状を示す概略ブロック線図である。
【図１Ｂ】本発明に係るポンピングした液体の冷却装置の直列形状を示す概略ブロック線図である。
【図２】冷却すべき素子と各々熱接触した複数の冷板蒸発器装置を示す図である。
【図３】熱力学的な冷却サイクルを示す一般化した圧力エンタルピー線図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ここで図１Ａ、１Ｂを参照すると、作業流体として冷却剤を循環させる冷却装置１０を示す。冷却剤はＲ−１３４ａのような任意の適当な蒸発可能な冷却剤とすることができる。冷却サイクルは密閉液体ポンプとして示す液体ポンプ１２で開始することができる。ポンプ１２は液相冷却剤を液体マニホルド１４へポンピングし、このマニホルドにおいて、冷却剤は１つ又は複数の分岐部又はライン１６へ分配される。マニホルド１４から、各分岐部又はライン１６は液体冷却剤を冷板１８へ送る。冷却剤の凝縮温度は好ましくは、冷板蒸発器装置が位置する箇所での大気露点以上となるように制御される。
【００１６】
図２に示すように、各冷板１８は冷却すべき電気的又は電子的な素子（単数又は複数）２０と熱接触し、装置圧力で液体冷却剤を蒸発させる。素子２０により発生されている熱の量に応じて、液体冷却剤は全く蒸発しないか、その一部又は全部が蒸発することができる。大半の場合、冷却剤の一部が蒸発し、図１Ａ、１Ｂに矢印２２で示すように、液体と蒸気冷却剤との２相混合物が各冷板１８を去る。
【００１７】
装置の作動におけるこの時点で、各冷板１８は図１Ａ、１Ｂに示すように２相の冷却剤のその混合物を導管２４に放出する。大半の応用に対して、導管２４はチューブである。導管２４は凝縮コイル３０及びファン３２で構成される凝縮器２８に取り付けられる。導管２４に取り付けた凝縮コイル３０は蒸気相を凝縮して液体に戻し、図２に示す電子的な素子２０により発生された熱を除去する。導管２４内のいかなる未蒸発の液体もが凝縮器２８を単に通過する。図１Ａ、１Ｂにおいて、ファン３２を使用する大気空冷凝縮器２８を示すが、当業者なら、本発明の要旨から逸脱することなく、空冷凝縮器、水冷又は液体冷凝縮器或いは蒸発性凝縮器のような任意の適当な形の熱排出器を使用できるであろう。
【００１８】
凝縮器２８は大気の露点温度よりも幾分高い温度に対応する圧力で作動する。このようにして、水の凝縮物が形成されるのを不可能にする。その理由は、大気の露点温度以下の装置温度が存在しないからである。凝縮器の作動点は入来する冷却剤の温度及び凝縮器から熱を除去するその能力により全体の装置の圧力を設定し、したがって、凝縮温度及び圧力を固定する。また、蒸発した冷却剤が液体相に凝縮されるので、凝縮器２８は、冷板蒸発器１８から凝縮器２８へ蒸気を移動させるためにいかなるコンプレッサをも必要とせずに、導管２４から凝縮器２８内への蒸発した冷却剤の流れを提供する。液体冷却剤は凝縮器２８を出て、矢印３５で示すように導管３４を通って進行し、ある量の液体冷却剤を保持する付加的な容積部３６へ移動する。ポンプ１２は付加的な容積部３６から冷板へ液体冷却剤をポンピングし、そこで、いかなる蒸気／液体の分離をも必要とせずに、冷却剤は蒸発し、２相混合物となる。２相混合物は冷板を去り、凝縮器内へ進み、この凝縮器は蒸気を液体に凝縮し、そのため、液体のみが凝縮器を去る。
【００１９】
付加的な容積部３６の出口は液体冷却剤ポンプ１２の入口に接続される。ポンプ１２においては、冷却剤の圧力は装置内の摩擦損失に打ち勝つのに十分なほど上昇し、冷却サイクルが再度開始する。ポンプ１２は、その圧力上昇が設計流量での装置内の摩擦損失に等しいか又はそれを越えるように、選択される。
【００２０】
本発明は、同じ負荷を取り扱うように寸法決めされた単相のポンピングループにより必要とされる大ポンピング量を伴わずに、２相のポンピングループにより電気的、電子的及び光学的な素子内の可変熱負荷の冷却を許容する。また、熱パイプと比べた場合、完全乾燥は過剰な熱による素子の損傷に対して保護を行うこの方法を使用することにより回避される。
【００２１】
本発明の利点を説明する目的で、一般化した圧力エンタルピー線図３８を図３として提供する。この熱力学的な冷却サイクルにおいては、圧力エンタルピー線図上の状態地点を追うことにより、作動を理解できる。ポンプ入口（地点Ｆ）で出発して、僅かにやや冷却された(subcooled)液体冷却剤は、飽和ドーム４０の左側で、線図３８上の地点Ｆから地点Ａまでポンプにより増大されたその圧力を有する。次いで、冷却剤はポンプの排出部を去り、線図上の地点Ｂで、蒸発器即ち冷板１８の入口へ進む。これは圧力エンタルピー線図３８上の地点Ａから地点Ｂにより表される。ラインＡＢについて僅かな下向きの傾斜が存在し、これは冷板蒸発器１８の入口へ液体冷却剤を移動させる際のライン内の圧力損失を表す。
【００２２】
図３を用いて続けると、冷却剤は地点Ｂで依然としてやや冷却された液体状態にある。蒸発器／冷板１８においては、やや冷却された液体冷却剤は、地点Ｂ´（Ｂプライム記号）でその飽和温度に達するまで、電気的、電子的又は光学的な装置により排出された熱によりかなり加熱される。この地点で、冷板／蒸発器１８においては、冷却剤は沸騰又は蒸発を開始し、液体と蒸気との２相混合物となる。冷却剤のこの沸騰又は蒸発は、冷却すべき装置である素子２０からのすべての熱が地点Ｃで冷却剤により吸収されるまで、続く。地点Ｃでは、依然として冷却剤の液体と蒸気との２相混合物である。ラインＡＢの僅かに下向きの傾斜は依然として冷板／蒸発器１８及び関連するチューブ接続部の圧力降下を表す。一層平坦なラインＡＢでは、一層等温で冷板／蒸発器１８が作動する。
【００２３】
圧力エンタルピー線図３８上の地点Ｃにおいて、冷却剤混合物は冷板／蒸発器１８を去り、線図３８上の地点Ｄで表す凝縮器２８の入口へ進む。冷板／蒸発器１８の出口と凝縮器２８の入口との間の接続は地点Ｃから地点ＤへのラインであるラインＣＤにより表す。ある小さな圧力降下の場合については、圧力エンタルピー線図上で表されるようなラインＣＤは地点Ｃ、Ｄを実質上同じ地点にするようなほど短くすることができる。図示の目的であって、本発明の要旨を限定するものと考えるべきではないが、線図３８は圧力降下を伴うラインＣＤを示す。
【００２４】
２相冷却剤混合物は地点Ｄで凝縮器２８に入って凝縮を開始し、冷却剤混合物の状態を一層液体相で一層蒸気の少ない相に変化させる。これはまた飽和ドーム４０内の蒸気の量を減少させる。地点Ｅ´（Ｅプライム記号）で、蒸気は完全に凝縮されており、飽和した液体相のみが凝縮器内に存在する。一層の熱が凝縮器内の液体相から除去されると、液体は、飽和ドーム４０の左側で、地点Ｅ´から地点Ｅまでやや冷却される。
図３において、地点Ｅは凝縮器２８の出口を表す。地点Ｅから地点Ｆまでは凝縮器の出口からポンプ１２の入口までのラインを表す。サイクルはここで完了し、再度開始することができる。地点Ｄから地点Ｆまでのラインは僅かに下向きの傾斜を伴って示され、これは凝縮器２８及び関連するチューブ接続部を通る圧力降下を表す。
【００２５】
図３において、ラインＡＢは蒸発器／冷板の入口へのポンプの排出を示し、やや冷却された状態に入る。ラインＢＣは蒸発器／冷板からの出口を示し、これはＣ地点において常に２相混合物である。ラインＣＤは蒸発器／冷板の出口から凝縮器の入口へのラインを示す。ラインＤＥは凝縮器へのものであり、やや冷却された状態を出る。ラインＥＦは凝縮器の出口からポンプの入口へのラインを示す。最後に、ラインＦＡはポンプの圧力上昇を示す。下向きに傾斜したラインは圧力降下を表し、上向きに傾斜したラインは圧力上昇を表す。
【００２６】
図３において、圧力エンタルピー線図内の飽和ドーム４０は、一層低い圧力及びエンタルピー地点である地点４１で、飽和液体を伴って開始する。圧力及びエンタルピーが上昇すると、液体と蒸気との混合物としての最高圧力及びエンタルピーでの地点４２において臨界点に達する。ライン４４は一定の蒸気量のラインを表す。最低の圧力及び最高のエンタルピーにおいて、地点４６で、混合物は飽和蒸気となる。飽和ドームの左側外部はやや冷却された液体区域であり、飽和ドームの右側外部は超加熱された蒸気区域である。
【００２７】
本発明の代替実施形態においては、冷却剤作業流体は凝縮器を備えた蒸気液体分離器を使用して地点Ｃから地点Ｅへ移動させることができる。また、地点Ｂから地点Ｃへのラインにより表されるような冷板／蒸発器は上述のように単一の冷板／蒸発器とすることができるか、若しくは、直列又は並列の複数の冷板／蒸発器とすることができるか、若しくは、図２に示すような直列及び並列の流れ構成の組み合わせとすることができる。同様に、凝縮器は必要に応じて空気又は他の流体に対して熱を排出する単一の凝縮器又は複数の凝縮器とすることができる。最後に、本発明の意図から逸脱することなく、単一又は複数のポンプを使用することができる。それ故、当業者なら、本発明の要旨及び目的が、その本質を変更することなく、多数の形状により達成できることを認識できよう。
【００２８】
本発明では、状態地点ＡＢＣＤＥＦにより表される圧力エンタルピー線図上の経路を追従することによって表される冷却サイクルにおける冷却剤の循環量は、地点Ｃが飽和ドームの飽和蒸気ラインに決して到達しないように、設定する必要がある。すなわち、地点Ｃでは、常に冷板／蒸発器（単数又は複数）を去る２相混合物である。飽和ドームは飽和液体地点４１で出発し、飽和液体と飽和蒸気との間ですべての液体蒸気混合物を含むように飽和蒸気地点４６へ延びる。さらに、冷板／蒸発器（単数又は複数）を去る２相混合物の出口量が冷板／蒸発器（単数又は複数）により除去されている熱負荷に従って変化するように、地点Ｃは飽和ドーム内で移動するのを許される。このようにして、熱負荷の急激な変化は、サイクル内の冷却剤の循環量の変化を伴うことなく、冷板／蒸発器（単数又は複数）に接触する素子（単数又は複数）から取り除かれる。冷板／蒸発器を去る蒸気の出口量のみが変化する。
【００２９】
その結果、冷却サイクル内の冷却剤の循環量は装置のための最高設計熱負荷ですべての冷却剤を蒸発させるのに必要な最大値よりも大きく設定される。電気的、電子的又は光学的な素子の熱負荷はすべての冷却剤を蒸発させる状態はなく、冷板／蒸発器内に液体冷却剤を残さない。本発明の履行は、装置が変化する負荷の下で素子の等温冷却を必要とする場合に蒸気圧縮冷却を使用する必要性を回避する。
【００３０】
ポンピングした液体の単相装置とは異なり、本発明は等温的に作動できる。その理由は、液体冷却剤のかなりの熱容量ではなく、熱を除去するために相の変化を使用できるからである。これは、単相の液体装置よりも、蒸発器での一層冷えた温度及び一層冷えた素子を許容する。低液体流量は熱を除去するための作業流体の蒸発を通して達成され、除去される熱に対して流体速度を低く保ち、ポンピングパワーを極めて低く保つ。寄生電気パワーはポンピングした単相の液体装置及び蒸気圧縮冷却装置の双方に対して減少する。
【００３１】
本発明の冷却装置の制御は冷却する必要のある熱を発生させる少なくとも１つの素子、及び、少なくとも１つの素子に熱接触する少なくとも１つの冷板蒸発器装置を含む。蒸発可能な冷却剤は液体冷却剤ポンプにより少なくとも１つの冷板蒸発器装置へ循環させられ、それによって、冷却剤は少なくとも１つの素子（単数又は複数）により発生された熱によって少なくとも部分的に蒸発させられ、蒸気を生じさせる。凝縮器は部分的に蒸発した冷却剤蒸気を凝縮し、単一の液体相を生じさせる。ポンプからの蒸発可能な冷却剤は冷板蒸発器装置（単数又は複数）に接続された第１の液体導管により受け取られる。冷板蒸発器装置（単数又は複数）からの第２の導管は凝縮器に接続される。液体帰還ラインは凝縮器から冷却剤ポンプの入口へ提供される。
【００３２】
熱パイプ装置についての利点は本発明により得られる。その理由は、液体流量が熱パイプ内におけるような毛細管作用に依存せず、液体ポンプの流量を設定することにより独立に設定できるからである。したがって、完全乾燥を回避できる。本発明の冷板蒸発器装置は重力に関して方位に敏感ではない。熱パイプ装置とは異なり、本発明の蒸発器１８の熱容量はある方位において減少しない。
【００３３】
本発明は熱発生装置内の可変の熱負荷の冷却を制御する。冷却サイクル内での冷却剤の循環量は装置のための最高設計熱負荷ですべての冷却剤を蒸発させるのに必要な最大値よりも大きく設定される。冷板／蒸発器を去る２相混合物の地点が常に存在し、その地点は飽和ドーム内で移動できる。これは、冷板／蒸発器を去る２相混合物の出口量が冷板／蒸発器に熱接触する素子（単数又は複数）から除去されている熱負荷に従って変化するのを許容する。これは、サイクル内の冷却剤の循環量を変化させる必要なしに、達成される。それ故、本発明は冷却すべき素子の熱負荷の変化を容易に取り扱える。
【００３４】
その好ましい実施の形態を参照して本発明を詳細に説明したが、特許請求の範囲で規定された本発明の要旨から逸脱することなく、他の修正及び変形が可能であることは明らかであろう。
【符号の説明】
【００３５】
１０          冷却装置
１２          ポンプ
１８          冷板
２０          素子
２４、３４    導管
２８          凝縮器
３６          容積部
４０          飽和ドーム
【図１Ａ】
2009200472.tif 000003
【図１Ｂ】
2009200472.tif 000004
【図２】
2009200472.tif 000005
【図３】
2009200472.tif 000006
【外国語明細書】
2009200472000001.pdf