JP2502548Y2 - 熱伝達装置 - Google Patents

熱伝達装置

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JP2502548Y2 JP1991055495U JP5549591U JP2502548Y2 JP 2502548 Y2 JP2502548 Y2 JP 2502548Y2 JP 1991055495 U JP1991055495 U JP 1991055495U JP 5549591 U JP5549591 U JP 5549591U JP 2502548 Y2 JP2502548 Y2 JP 2502548Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は熱伝達装置に関し、特に
電子デバイスを冷却するときに有効な熱伝達装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】集積回路のような電子部品を含む電子デ
バイスの冷却は、ファンや受動的な冷却用放熱器又はそ
の両方を使用することにより達成される。ファンは強制
的な空気対流冷却が可能であるが、一方、容認し難いレ
ベルのノイズを発生する。冷却用放熱器は熱伝導により
各構成要素からの熱エネルギを放射することできるが、
一方、この冷却用放熱器は所定の体積が必要であり、こ
の体積を小型化され高密度の電子装置内に設けるのは非
常に難しい。
【０００３】近年、小型化された電子装置内において熱
を効率的に伝達する一つの方法として熱伝達袋（バッ
グ）がある。例えば、本考案の出願人である米国３Ｍ社
から液体冷却用放熱バッグとして提案されている。この
バッグは可撓性シート材で作られ、その内部には密閉し
た仕切りがあり、この仕切りには熱伝達性があり化学的
に不活性で実質的にはフロロケミカ液体のガスで満たさ
れている。バッグは熱を発生している熱発生素子と冷却
用放熱器の熱放射表面の間に配置され、密閉されたバッ
グ内における流体とその対流を経て熱は熱発生要素から
冷却用放熱器に伝達される。
【０００４】上述の熱伝達バッグは、熱伝達の経路を確
立する上で、その可撓性材料が熱発生要素と冷却用放熱
器の間の空洞の形状に追従するという点で有利であり、
かつ容易に熱発生要素及び熱放射表面との密接な接触が
可能である点で有利である。いくつかの提案がなされて
いるが、所定の物質で内部を満たしたバッグの有する固
有の衝撃吸収の性質は、物理的な衝撃による損傷から構
成要素を保護するためのパッキング又はクッションとて
機能する。熱伝達バッグは素子の修理等に際して容易に
移動し置き換えることができ、また特定の場所に熱伝達
バッグを保持するように接着剤で固定してもよい。
【０００５】
【考案が解決しようとする課題】しかしながら、ある電
子デバイス、例えば比較的熱量の大きな素子を有するデ
バイスについては、このような熱伝達バッグを有する冷
却用放熱器のために充分なスペースは得られないことが
あり、特に熱を発生する複数の素子が互いに接近して配
置されている場合には困難が多い。このような環境で
は、能動的な液体流通冷却システムが考慮されており、
この場合、流通する流体は冷却用放熱器に熱を伝達する
ために使用される。熱源から離れた冷却用放熱器には、
例えば冷却水源、冷却システム、液体─空気熱交換機の
ようなものをいう。
【０００６】集積回路用の流体流通装置の一例がＩＢＭ
Technical Disclosure Bulletin,Vol. 28, No. 3 (Aug
ust 1985) に開示されている。この文献は可撓性の壁
を持った冷却液仕切りを開示しており、その壁に付着し
た金属板はマルチ・チップ・モヂュールに接触し、フィ
ン（ひれ）として作用するように壁を経て冷却液内に伸
長する複数のスタッドを含んでいる。この形式の装置は
受動的な熱伝達デバイスを越える利点を有しているの
で、電子デバイス用の能動的な熱伝達装置の熱伝達効率
を改善するための絶え間ないニーズがあるが、この装置
は繰り返しの取扱にも耐えるためにはまだ充分に洗練さ
れず、種々の電子デバイスにおける使用にまだ適応して
いない。
【０００７】本考案の目的は小型で高度な冷却効果が得
られる熱伝達装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本考案は、電子装置を冷
却するための熱伝達装置であって、入口と出口を備え冷
却対象物を冷却する熱伝達流体を流通させるためのチャ
ネル１４を有するフレーム１２と、該フレーム面上に配
置され可撓性材料で作られたシート２４であって、該シ
ートには該チャネル毎に穴２６を設けたものと、該穴を
経て外方向に延び第１及び第２の部分３０，４０を有す
る熱ビア２８であって、該熱ビアは該シートの上下動と
ともに上下動作するように配置され、該第１の部分３０
は冷却時には熱発生要素３６との間で熱伝達を行うため
に該チャネルに対して外方向に延び、該第２の部分４０
は該熱伝達流体と接するように該チャネル内に位置すよ
うになっているものと、該フレームと該シートを介して
配置されるカバー要素５２であって、該チャネルに対応
する位置に凹み部分６２を備え、該凹みにより該熱伝達
流体が該チャネルを経て流通するときに該シートの外方
向の膨らみを制限するようになっているものと、該熱ビ
アの該第２の部分上に配置され、該熱ビアの上下動作に
よる接触から該シートを防ぐために該シート方向に延び
る少なくとも一つのピン６２とを具備することを特徴と
する。
【０００９】
【作用】実際の使用時において、チャネルを経て流れる
熱伝達液体の圧力により可撓性材料は撓み（膨らみ）、
この膨らみにより熱ビアは外方向に移行し、その結果、
熱を発生する要素に接触し、熱伝導率の高い熱ビアによ
り熱発生要素からの熱をチャネルを通流する熱伝達流
体、即ち、冷却液により効果的に冷却することができ
る。
【００１０】
【実施例】以下、図面に沿って本考案の実施例を詳細に
説明する。図１は本考案による流体流通熱伝達装置の平
面図である。図２は図１の装置のフレームの平面図であ
り、可撓性カバーシートの一部分に沿って、フレーム内
に形成された曲折した流通チャネルを示す。図３は図１
の装置の部分的に拡大した側面断面図であり、装置の熱
ビアは回路基板上に取付けられた集積回路部分との接触
のために外方向に移動した状態を示している。図４は図
１の装置の部分的に拡大した端部断面図であり、熱ビア
は図３の状態とは異なり外方向に移動していない状態を
示している。そして図５は図４の５─５線に沿って部分
的に拡大した底面図である。
【００１１】図１〜５において、参照番号１０は本考案
の流体流通熱伝達装置であり、熱伝達流体の流通のため
のチャネル１４を形成する固定フレーム１２を有する。
図２において、チャネル１４は入口１６と出口１８を有
し、フレーム１２に沿って曲折したフレーム１２の一方
の側（入口側）から反対側（出口側）に通じている。チ
ャネル１４は９個の円筒状のチャンバ２０を有し、これ
らのチャンバ２０は矩形の通路２２を経て互いに直列に
つながっている。フレーム１２は固体のブロック材で作
られ、チャネル１４はこのブロック１２の片方の面に形
成され、チャンバ２０とその通路２２は他の構成要素が
フレーム１２に組立てられるまでの間は開放状態にあ
る。
【００１２】シート２４はプラスチックフィルムのよう
な可撓性材料で作られ、チャンバ２０と通路２２の開放
側、即ち、フレーム１２面上のチャンバ２０と通路２２
のある側、にてフレーム１２面上に接して設けられてい
る。シート２４は図１，２に示すようにフレーム１２の
面と略同一サイズであり、その結果、シート２４がフレ
ーム１２面上に置かれると、入口１６と出口１８の範囲
を除いてチャネル１４の全体を覆うことになる。入口１
６と出口１８はいずれもフレーム１２の淵に穴をあけて
形成される。
【００１３】シート２４は図２に部分的に示すように９
個の円形穴２６を有し、この穴２６はチャンバ２０と同
心円上に設けられている。熱ビア２８は図３，４に示す
ように穴２６を経て上方に延びており、９個のチャネル
１４の全てに同様に設けられている。
【００１４】各熱ビア２８の詳細を図３〜５に示す。図
示のように熱ビア２８は第１の円筒部３０を有し、この
円筒部３０はチャネル１４とシート２４を経て外方向に
穴２６を経て上方に延びており、平坦な頂部３２を有
し、この頂部３２は熱発生要素３６（即ち、冷却すべき
集積回路）の平坦外面３４に接している。この場合、こ
の熱発生要素３６は回路基板３８上に取り付けられた冷
却すべき集積回路チップである。
【００１５】熱ビア２８はさらに上記の第１の部分３０
からは離れた位置に第２の部分４０を有する。この第２
の部分４０はその中を流通する熱伝達流体に接触するよ
うにチャネル１４のチャンバ２０に配置される。第２の
部分４０の底部は複数の整列した小さなスタブ（切り
株）もしくはフィン（ひれ）４２を有し、このような突
起により冷却液との間で広範囲で緊密な接触面が得ら
れ、チャネル１４中を流れる熱伝達流体との間で効果的
な熱交換を行うことができる。
【００１６】熱ビア２８はさらに第１の部分３０と第２
の部分４０の間に中間部分４４を有する。中間部分４４
は第１及び第２の部分と同軸であり、第１の部分３０よ
りは大きく第２の部分４０よりは小さい径を有する。溝
４６は中間部分４４の頂部に形成されＯ−リング４８を
収容する。
【００１７】環状ロックリング５０はＯ−リング４８と
共に穴２６の周辺でシート２４と熱ビア２８を密閉して
結合する手段である。環状ロックリング５０は第１の部
分３０の外径よりも僅かに小さい内径を有し、これによ
りロックリング５０が第１の部分３０上で押されたとき
に篏合する関係にありリング自身で支持することができ
る。組立て段階では、ロックリング５０はシート２４と
熱ビア２８を接続するためにＯ−リング４８に抗してシ
ート２４を押す。図示していないが、ロックリング５０
は、ロックリング５０をプレス工具に結合するためのね
じ穴を有し、プレス工具で装置１０の保守や修理が必要
なときにロックリング５０をビア２８から引き離すこと
ができる。
【００１８】ビア２８の第２の部分４０は第１の部分３
０の露出した表面領域よりも大きな露出した表面面積を
有し、第２の部分４０は熱ビア２８を経て熱発生要素３
６の表面３４から頂部３２に伝わる熱エネルギを迅速に
散逸させるための熱放射体として機能する。一方、前述
のように中間部分４４は第２の部分４０よりも小さい径
を有し、シート２４の下面と第２の部分４０の間に空間
を設けるスペーサとして機能し、この空間により、第２
の部分４０の頂部面５１に熱伝達液体がフィン４２の表
面と同様に接触できるようになる。
【００１９】平坦なカバー要素５２はねじ５４によりフ
レーム１２に結合される。カバー要素５２は９個の穴５
６を有し、各々はチャンバ２０と熱ビア２８と位置的に
整合している。図２及び図３に示すように、Ｏ−リング
５８はフレーム１２の周辺でねじ５４の内側に設けられ
た溝に収容され、カバー要素５２がフレーム１２にねじ
５４により結合されるときにシート２４をフレーム１２
に実質的にリークフリー関係で結合するシールを担う。
【００２０】図３に示すように、スタッド５９はフレー
ム１２にねじ込まれ、平坦なカバー要素５２の内側領域
の保持を容易にしシート２４との接触を確保する。スタ
ッド５９はカバー要素５２の穴を経て伸びナット６１に
より固定される。なお、Ｏ−リング６３はスタッド５９
の周囲からの液体の漏れを防止する。
【００２１】カバー要素５２は熱ビア２８の部分を除い
てフレーム１２の全面を覆っている。図３及び図４に示
すように、カバー要素５２は近似的にチャンバ２０と同
じ径の面取りした凹み６０を有し、この凹み６０により
可撓性のシート２４は流体の圧力がチャネル１４にかか
ったときに、フレーム１２から外方向に膨らむための空
間となる。流体の圧力は熱ビア２８と凹み６０に近接す
るシート２４の一部に及ぼし、熱ビア２８はシート２４
の一部と共に図４に示す収縮位置から外方向に、頂部３
２が熱発生要素３６の表面３４に接するまで図３に示す
撓んだ又は膨らんだ位置に移動する。
【００２２】可撓性シート２４は、各熱ビア２８がその
対応する熱発生要素３６の表面３４と個々に当接できる
ように独立に移動する、ことができるように可撓性にな
っている。この場合、各表面３４は正確に同一面に位置
する必要はない。しかし、カバー要素５２は熱伝達流体
がチャネル１４を経て流れるときのシート２４の外方向
の動きを限定する。これは、熱ビア２８を囲む周囲のシ
ート２４の一部は凹み６０上のカバー要素５２の部分に
よって異常な撓みから守られるからである。
【００２３】熱ビア２８は比較的高い熱伝導率を有する
例えばアルミニュウムのような金属材料で作られてお
り、シート２４の熱伝導率よりも著しく高い。シート２
４は弾力性のあるプラスチック・フィルムの何れかから
選択すればよく、このプラスチック・フィルムは適当な
難燃性と充分な可撓性と強度とを有しており、かつ液体
及び空気に対して不浸透性があればよい。そして、現時
点で適切なフィルムはポリエステルである。シート２４
は熱ビア２８の外方向の動作を可能にするような充分な
可撓性を有しているが、しかし外方向の動きに対して直
角な方向の動きでは、熱ビア２８が異常な動きしないよ
うに充分な強度をもっている。
【００２４】熱ビア２８の第２の部分４０には４本のピ
ン６２が設けられており、第２の部分４０の表面上に等
間隔で配置されている。ピン６２は中間部分４４の高さ
よりも低く、図４に示すようにチャネル１４に流体圧が
存在しないときにシート２４との間に僅かに空間があ
る。通常の動作では、ピン６２は熱ビア２８が外方向に
変位するときにシート２４と接触する。図３に示すよう
に、熱ビア２８は凹み６０に近接するカバー要素５２に
接するように少なくとも１つのピン６２を充分に変位さ
せ、ピン６２は第２の部分６２から離れた位置でシート
２４を保持する。これは、シート部分５５と壁１の間の
空間に熱伝達流体を連続的に流通させるためであり、こ
れによりビア２８から流体への熱エネルギの効率的な散
逸を可能にする。さらに、ピン６２は平坦な頂部３４が
構成素子３６の表面３４と平行な関係を維持するための
補助となる。
【００２５】チャンバ２０の構造はチャネル１４内にお
いて熱ビア２８の一部分、即ち、第２の部分４０、相似
的構成であり、その結果、チャンバ２０を流れる流体の
速度を効果的に高めることができ、第２の部分４０の付
近において熱ビア２８から流体への熱の伝達を高めるこ
とができる。
【００２６】熱ビア２８と熱発生要素３６の間の接触力
は図２に示すバルブ６４により制御される。バルブ６４
は図２のように下流側の出口１８の付近に配置される。
入口側の上流に図示しないポンプがあり、チャネル１４
内に圧力を供給し、必要に応じてバルブ６４の開閉を制
御することにより圧力を調整することができ、ポンプ６
４の動作を停止すると熱ビア２８は図４のように収縮動
作となる。
【００２７】一度、熱伝達流体が入口１６からチャンル
１４を経て出口１８に流れると、通常、流体は回路基板
３８を含む電子装置から離れた外部の熱冷却器に向か
う。熱伝達流体は熱伝導性があり、化学的に不活性で、
熱的に安定しているフルオロケミカルが適切である。液
体は何らかの理由により装置１０から液体が漏れて電子
回路が短絡するのを防止するために不導電性のもの使用
する。さらに、液体３２の不活性な性質によって電子デ
バイスの損傷や装置のハウジング等の損傷を防止する。
【００２８】熱伝達バッグに使用される熱伝導性の液体
は以下の代表的な物質、即ち、弗素化された直鎖的、分
枝的、又は周期的なアルカリ、エーテル、第三アミン、
及びアミノ・エーテル、とこれらの混合物である。適切
には一部に弗素化化合物を使用した過弗素化化合物が使
用されている。過弗素化化合物は直線的な鎖、分枝した
鎖、又は周期的、又はこれらの組合せたもの、例えば、
アルキル脂環式化合物であり、エチレン、アセチル、及
び芳香不飽和物質である。骨組み鎖はカテナリ・オキシ
ゲン、又は安定なリンクをもたらす三価のニトロゲン複
素原子であり弗化炭素群に含まれ、化合物も不活性で安
定している。上記の冷却液体の例として、CFCL2CFCL2,
C8F18, C8F17Br, C5F11OC6F13, (C4F9)3N , がある。
【００２９】
【考案の効果】以上説明したように、本考案によれば電
子デバイスの冷却に際して小型で高度な冷却効果が得ら
れる熱伝達装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案による熱伝達装置の平面図である。
【図２】図１の装置のフレーム平面図である。
【図３】図１の装置の部分拡大側面断面図である。
【図４】図１の装置の部分拡大端部断面図である。
【図５】図４の５─５線に沿った部分拡大底面図であ
る。
【符号の説明】
１０…熱伝達装置 １２…フレーム １４…チャネル １６…入口 １８…出口 ２０…チャンバ ２２…通路 ２４…シート ２６…穴 ２８…熱ビア ３０…第１の部分 ３４…接触面 ３６…熱発生要素 ４０…第２の部分 ４２…フィン ５２…カバー要素

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子デバイスを冷却するための熱伝達装
    置において、 入口と出口を備え冷却対象物を冷却する熱伝達流体を流
    通させるためのチャネル（１４）を有するフレーム（１
    ２）と、 該フレーム面上に配置され可撓性材料で作られたシート
    （２４）であって、該シートには該チャネル毎に穴（２
    ６）を設けたものと、 該穴を経て外方向に延び第１及び第２の部分（３０，４
    ０）を有する熱ビア（２８）であって、該熱ビアは該シ
    ートの上下動とともに上下動作するように配置され、該
    第１の部分（３０）は冷却時には熱発生要素（３６）と
    の間で熱伝達を行うために該チャネルに対して外方向に
    延び、該第２の部分（４０）は該熱伝達流体と接するよ
    うに該チャネル内に位置するようになっているものと、 該フレームと該シートを介して配置されるカバー要素
    （５２）であって、該チャネルに対応する位置に凹み部
    分（６０）を備え、該凹みにより該熱伝達流体が該チャ
    ネルを経て流通するときに該シートの外方向の膨らみを
    制限するようになっているものと、 該熱ビアの該第２の部分上に配置され、該熱ビアの上下
    動作による接触から該シートを防ぐために該シート方向
    に延びる少なくとも一つのピン（６２）と、 を具備することを特徴とする熱伝達装置。
JP1991055495U 1990-07-20 1991-07-17 熱伝達装置 Expired - Lifetime JP2502548Y2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/556,021 US5046552A (en) 1990-07-20 1990-07-20 Flow-through heat transfer apparatus with movable thermal via
US556021 1990-07-20

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JPH0650357U JPH0650357U (ja) 1994-07-08
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ID=24219555

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1991055495U Expired - Lifetime JP2502548Y2 (ja) 1990-07-20 1991-07-17 熱伝達装置

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US (1) US5046552A (ja)
EP (1) EP0467711B1 (ja)
JP (1) JP2502548Y2 (ja)
DE (1) DE69124020T2 (ja)

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