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特開2024-177155冷却システム、およびアセンブリの冷却方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024177155

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】冷却システム、およびアセンブリの冷却方法

(51)【国際特許分類】

H01L 23/427 20060101AFI20241212BHJP

H05K 7/20 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 A

H05K7/20 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024093441

(22)【出願日】2024-06-10

(31)【優先権主張番号】63/507,223

(32)【優先日】2023-06-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/605,688

(32)【優先日】2023-12-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】591003493

【氏名又は名称】キャリアコーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＣＡＲＲＩＥＲＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤英久

(74)【代理人】

【識別番号】100140361

【弁理士】

【氏名又は名称】山口幸二

(72)【発明者】

【氏名】アリンダムジョアーダー

(72)【発明者】

【氏名】ピーターブッシュネル

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA05

5E322AA09

5E322AA11

5E322AB10

5E322AB11

5E322BB03

5E322DA02

5E322DA04

5E322DB01

5E322DB07

5E322DB12

5F136CC31

5F136HA01

(57)【要約】

【課題】改良された冷却システムおよび冷却方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの発熱電子デバイスを冷却するための冷却システムは、少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合可能な表面を有する熱除去デバイスを含む。熱除去デバイスは、入口領域、及び入口領域に流体的に結合された少なくとも１つの噴流衝突機能を含む。少なくとも１つの噴流衝突機能は、少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合された表面に向かって一次冷却流体を導くように配置されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの発熱電子デバイスを冷却するための冷却システムであって、前記冷却システムは、
前記少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合可能な表面を含む熱除去デバイスであって、前記熱除去デバイスは入口領域及び前記入口領域に流体的に結合された少なくとも１つの噴流衝突機能を含み、前記少なくとも１つの噴流衝突機能は、前記少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合された前記表面に向かって一次冷却流体を導くように配置される、前記熱除去デバイス、
を備える前記冷却システム。

【請求項2】

前記熱除去デバイスは、出口ヘッダを有する熱交換器を含み、前記少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合された前記表面は前記出口ヘッダ内に配置され、前記一次冷却流体及び二次冷却流体は、前記少なくとも１つの熱交換器内で熱伝達関係に配置される、請求項１に記載の冷却システム。

【請求項3】

前記熱交換器は、
入口ヘッダであって、前記入口領域は前記入口ヘッダによって画定される、前記入口ヘッダと、
前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間に延在する複数の熱交換管であって、前記少なくとも１つの噴流衝突機能は、前記複数の熱交換管から分離され、流体的に結合されている、前記複数の熱交換管とをさらに備える、請求項２に記載の冷却システム。

【請求項4】

前記熱交換器は、
入口ヘッダであって、前記入口領域は前記入口ヘッダによって画定される、前記入口ヘッダと、
前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間に延在する複数の熱交換管であって、前記少なくとも１つの噴流衝突機能は、前記複数の熱交換管の少なくとも１つと一体化されている、前記複数の熱交換管とをさらに備える、請求項２に記載の冷却システム。

【請求項5】

前記熱除去デバイスを通して前記二次冷却流体を移動させるように動作可能な流体移動デバイスをさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の冷却システム。

【請求項6】

前記流体移動デバイスはファンであり、前記二次冷却流体は空気である、請求項５に記載の冷却システム。

【請求項7】

前記熱除去デバイスは、複数の熱交換器をさらに含み、前記複数の熱交換器のそれぞれは、それぞれの発熱電子デバイスに配置され、熱的に結合されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の冷却システム。

【請求項8】

前記複数の熱交換器の少なくともいくつかは、前記一次冷却流体の流れに対して直列に配置される、請求項７に記載の冷却システム。

【請求項9】

前記複数の熱交換器の少なくともいくつかは、前記一次冷却流体の流れに対して並列に配置される、請求項７に記載の冷却システム。

【請求項10】

前記入口領域に供給される前記一次冷却流体は二相液体である、請求項１に記載の冷却システム。

【請求項11】

前記熱除去デバイスに供給される前記一次冷却流体は単相液体である、請求項１に記載の冷却システム。

【請求項12】

少なくとも１つの発熱電子デバイス及び少なくとも１つの周辺発熱デバイスを含むアセンブリの冷却方法であって、前記方法は、
一次冷却流体を介して二次冷却流体を冷却することと、
前記冷却された二次冷却流体を前記少なくとも１つの周辺発熱デバイス上に流すことと、
前記少なくとも１つの発熱電子デバイスを冷却するために、少なくとも１つの噴流衝突機能を介して、前記少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合された熱除去デバイスの表面に前記一次冷却流体を放出することと、
を備える前記方法。

【請求項13】

前記熱除去デバイスは熱交換器であり、前記一次冷却流体を介した前記二次冷却流体の冷却は、前記熱交換器の複数の熱交換管内で行われる、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

流体移動デバイスを介して前記熱交換器に前記二次冷却流体を供給することをさらに備える、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記少なくとも１つの発熱電子デバイスに配置され、熱的に結合された別の熱除去デバイスに前記一次冷却流体を供給することをさらに備え、前記別の熱除去デバイスは前記一次冷却流体の流れに対して前記熱除去デバイスの下流に直列に配置される、請求項１２～１４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項16】

前記少なくとも１つの発熱電子デバイスに配置され、熱的に結合された別の熱除去デバイスに前記一次冷却流体を供給することをさらに備え、前記別の熱除去デバイスは前記一次冷却流体の流れに対して前記熱除去デバイスと並列に配置される、請求項１２～１４のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

例示的な実施形態は、熱交換器の技術に関し、より詳細には、パワーエレクトロニクスを冷却するための熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

モータドライブなどのパワーエレクトロニクスデバイスは、デバイスの動作中に廃熱を発生させる。さらに、パワーエレクトロニクスデバイスが熱くなると、デバイスの動作効率が低下し、発生する熱量が増加する可能性がある。例えば、冷却システムにおいて冷却システムのコンプレッサを駆動するために利用される場合、これらのデバイスの効果的な熱的統合は、システム全体の効率及び信頼性にとって重要な観点であり得る。したがって、システムインテグレータの目標は、これらの構成要素を、システム効率を最大化する動作温度範囲内に維持することである。したがって、様々な負荷条件下でこれらの構成要素の最適な温度を維持できる、パワーエレクトロニクスデバイスと密接に統合するように構成された熱交換器が、この技術において依然として必要とされている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

したがって、本発明の目的は、改良された冷却システムおよび冷却方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一実施形態によれば、少なくとも１つの発熱電子デバイスを冷却するための冷却システムは、少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合可能な表面を有する熱除去デバイスを含む。熱除去デバイスは、入口領域と、入口領域に流体的に結合された少なくとも１つの噴流衝突機能とを含む。少なくとも１つの噴流衝突機能は、少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合された表面に向かって一次冷却流体を導くように配置されている。

【0005】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、熱除去デバイスは、出口ヘッダを有する熱交換器を含み、少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合された表面は出口ヘッダ内に配置される。一次冷却流体及び二次冷却流体は、少なくとも１つの熱交換器内で熱伝達関係に配置される。

【0006】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、熱交換器は、入口ヘッダ、及び入口ヘッダと出口ヘッダとの間に延在する複数の熱交換管を含む。少なくとも１つの噴流衝突機能は、複数の熱交換管から分離され、流体的に結合されている。

【0007】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、熱交換器は、入口ヘッダ、及び入口ヘッダと出口ヘッダとの間に延在する複数の熱交換管をさらに備える。少なくとも１つの噴流衝突機能は、複数の熱交換管の少なくとも１つと一体化されている。

【0008】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、流体移動デバイスは、二次冷却流体を、熱除去デバイスを通して移動させるように動作可能である。

【0009】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、流体移動デバイスはファンであり、二次冷却流体は空気である。

【0010】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、熱除去デバイスは複数の熱交換器を含む。複数の熱交換器のそれぞれは、それぞれの発熱電子デバイスに配置され、それぞれの発熱電子デバイスに熱的に結合されている。

【0011】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、複数の熱交換器の少なくともいくつかは、一次冷却流体の流れに対して直列に配置される。

【0012】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、複数の熱交換器の少なくともいくつかは、一次冷却流体の流れに対して並列に配置される。

【0013】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、入口領域に供給される一次冷却流体は二相液体である。

【0014】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、熱除去デバイスに供給される一次冷却流体が単相液体である。

【0015】

一実施形態によれば、少なくとも１つの発熱電子デバイス及び少なくとも１つの周辺発熱デバイスを含むアセンブリを冷却する方法は、一次冷却流体を介して二次冷却流体を冷却すること、冷却された二次冷却流体を少なくとも１つの周辺発熱デバイス上に流すこと、及び少なくとも１つの噴流衝突機能を介して少なくとも１つの発熱電子デバイスに熱的に結合された熱除去デバイスの表面に一次冷却流体を放出し、少なくとも１つの発熱電子デバイスを冷却することを含む。

【0016】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、熱除去デバイスは熱交換器であり、一次冷却流体を介した二次冷却流体の冷却は、熱交換器の複数の熱交換管内で行われる。

【0017】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、流体移動デバイスを介して熱交換器に二次冷却流体を供給する。

【0018】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、少なくとも１つの発熱電子デバイスに配置され、熱的に結合された別の熱除去デバイスに一次冷却流体を供給する。別の熱除去デバイスは、一次冷却流体の流れに対して、熱除去デバイスの下流に直列に配置される。

【0019】

本明細書に記載の機能の１つまたは複数に加えて、または代替として、さらなる実施形態では、少なくとも１つの発熱電子デバイスに配置され、熱的に結合された別の熱除去デバイスに一次冷却流体を供給する。別の熱除去デバイスは、一次冷却流体の流れに対して熱除去デバイスと並列に配置される。

【0020】

次の説明は、いかなる意味でも限定的であると解釈されるべきではない。添付の図面を参照すると、同様の要素には同じ番号が付けられている。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】一実施形態による、冷却システムの一例の概略図である。

【図2】一実施形態による、加熱、換気、空気調節及び冷却（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの別の例の概略図である。

【図3】一実施形態による、発熱デバイスを冷却するための冷却システムの実施形態の図である。

【図4】一実施形態による、冷却システムの熱除去デバイスの断面図である。

【図5】別の実施形態による、冷却システムの熱除去デバイスの断面図である。

【図6】一実施形態による、可変周波数ドライブの従来技術の冷却システムの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

開示される装置及び方法の１つまたは複数の実施形態の詳細な説明が、図面を参照して、限定ではなく、例証として本明細書に提示される。

【0023】

図１を参照すると、加熱、換気、空気調節、冷却（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム２０などの冷却システムの一例が概略的に示されている。例示的な冷却システム２０には、限定されないが、住宅用、分割式、パッケージ式、チラー式、屋上式、スーパーマーケット用、輸送用、燃料電池システムなどが含まれる。図示の非限定的な実施形態では、冷却システム２０は、コンプレッサ２４、コンデンサ２６、膨張デバイス２８、及び直列に配置されたエバポレータ３０を含み、例えば、それらを流れる冷媒などの冷却流体の容積を有する冷却回路２２を含む。

【0024】

冷却システム２０の別の例を図３に示す。前述のコンプレッサ２４、コンデンサ２６、膨張デバイス２８、及びエバポレータ３０に加えて、冷却回路２２は、エコノマイザ熱交換器３２を含む。エコノマイザ熱交換器３２は、冷却回路２２を通る、冷却流体の流れに対して、コンデンサ２６と膨張デバイス２８との間に配置され得る。エコノマイザ熱交換器３２は、コンデンサ器２６の出口３４のすぐ下流に配置されているように図示されているが、冷却システム２０の１つまたは複数の他の構成要素がコンデンサ２６とエコノマイザ熱交換器３２の入口との間に配置された実施形態も本明細書で考慮されていることを理解されたい。

【0025】

一実施形態では、エコノマイザ熱交換器３２は、ろう付けメッキフィン熱交換器である。しかし、他の適切なタイプの熱交換器も本開示の範囲内である。さらに、エコノマイザ熱交換器３２は、冷却流体－冷却流体熱交換器であり、したがって、その中に複数の異なる流体流路が形成されている。図示の非限定的な実施形態では、エコノマイザ熱交換器３２は、それぞれ第１の流路及び第２の流路を有する。

【0026】

図示の非限定的な実施形態では、本明細書では「主流路」とも呼ばれる、エコノマイザ熱交換器３２の第１の流路の入口３６は、コンデンサ２６の出口３４と直接流体連通するように配置されている。代替的に、または追加的に、エコノマイザ熱交換器３２の主流路の出口３８は、膨張デバイス２８の入口のすぐ上流に配置され、膨張デバイス２８の入口と流体連通するように配置され得る。

【0027】

動作中、コンデンサ２６から出力される冷却流体の第１の部分Ｒ１は、主導管４０を介してエコノマイザ熱交換器３２の主流路に供給される。主流路は、エコノマイザ熱交換器３２を通過する単一の経路として示されているが、他の実施形態では、主流路は、エコノマイザ熱交換器３２を通過する複数の経路を含み得ることを理解されたい。エコノマイザ熱交換器３２の主流路の出口３８において、冷却流体の第１の部分Ｒ１が膨張デバイス２８に流れるように構成されている。膨張デバイス２８から、冷却流体はエバポレータ３０内で膨張する。エバポレータ３０から出力される冷却流体の第１の部分Ｒ１は、第１のコンプレッサ入口経路を介してコンプレッサ２４の主吸入入口４２に供給される。したがって、冷却流体の第１の部分Ｒ１の流体ループには、コンプレッサ２４、コンデンサ２６、エコノマイザ熱交換器３２の主流路、膨張デバイス２８、及びエバポレータ３０が含まれる。

【0028】

エコノマイザ膨張デバイス４４は、コンデンサ２６と流体連通する冷却回路２２内に配置され得る。エコノマイザ膨張デバイス４４は、そこに供給される冷却流体を膨張させて冷却するように動作可能である。エコノマイザ膨張デバイス４４は、第１の入口３６の上流の位置で主導管４０から延在するように流体結合されたエコノマイザ導管４５内に配置されているように示されているが、別の適切な方法でコンデンサ２６の出口３４に流体結合されたエコノマイザ導管４５も本明細書で考慮されていることを理解されたい。

【0029】

エコノマイザ膨張デバイス４４の下流には、本明細書では「エコノマイザ流路」とも呼ばれる、エコノマイザ熱交換器３２の第２の流路の入口４６が配置されている。さらに、エコノマイザ熱交換器３２の第２の流路の出口４８は、コンプレッサ２４のエコノマイザ入口またはポート５０に直接接続され得るが、そうである必要はない。図示の非限定的な実施形態では、主流路の入口３６及びエコノマイザ流路の入口４６は、エコノマイザ熱交換器３２の隣接する側に配置されている。しかし、他の実施形態では、両方の流路の入口３６、４６をエコノマイザ熱交換器３２の同じ側に、またはその反対側に配置することもできることを理解されたい。同様に、主流路及びエコノマイザ流路の両方の出口３８、４８は、エコノマイザ熱交換器３２の所望の流れ構成に応じて、反対側、同じ側、または隣接する側に配置され得る。さらに、エコノマイザ流路は単一の経路として示されているが、いくつかの実施形態では、エコノマイザ流路はエコノマイザ熱交換器３２を通過する複数の経路を含み得ることを理解されたい。

【0030】

エコノマイザ流路内では、冷却流体の第２の部分Ｒ２が、主流路内の冷却流体の第１の部分Ｒ１から熱を吸収し、それによって、冷却流体の第１の部分Ｒ１を冷却するように構成されている。この熱伝達の結果、エコノマイザ流路内の冷却流体の第２の部分Ｒ２は蒸気になり得る。エコノマイザ流路の出口４８から、冷却流体の第２の部分Ｒ２が、コンプレッサ２４の中間部に配置されたエコノマイザ吸入口５０に供給される。したがって、冷却流体の第２の部分Ｒ２は、冷却回路２２の膨張デバイス２８及びエバポレータ３０をバイパスする。コンプレッサ２４内では、冷却流体の第１の部分Ｒ１及び第２の部分Ｒ２が混合され、その後、排出ポート５２に供給されてサイクルが繰り返される。ししたがって、冷却流体の第２の部分Ｒ２の流体ループには、コンプレッサ２４、コンデンサ２６、エコノマイザ膨張デバイス４４、及びエコノマイザ熱交換器３２のエコノマイザ流路が含まれる。本明細書に図示及び説明される冷却システム２０は単なる例として意図されており、別の構成を有する冷却システムステム２０が本開示の範囲内にあることを理解されたい。

【0031】

図１及び図２の両方を引き続き参照すると、一実施形態では、冷却システム２０は、１つまたは複数の発熱デバイス６２を冷却するための少なくとも１つの冷却システム６０を含む。本明細書で使用される「発熱デバイス」という用語は、その動作中に熱を発生するあらゆる電子部品を指し得る。発熱デバイス６２の例には、限定されないが、プロセッサ、パワーエレクトロニクスデバイス、または供給された入力電力を変調及び／または変換することによって制御された出力電力を提供できる別のデバイス（例えば、可変周波数ドライブ、電力整流器、電力コンバータなど）が含まれる。そのような発熱デバイス６２は、様々な所定のシステム条件に基づいて、冷却システムに関連するコンプレッサの速度及び／またはファンの速度を制御するために使用できる。一実施形態では、少なくとも１つの発熱デバイス６２は、冷却システム２０のコンプレッサ２４に動作可能に結合された可変周波数ドライブを含む。図示のように、コンデンサ２６の出口から出力される冷媒の少なくとも一部Ｒ３は、冷却システム６０の方向に流れを変え得る。冷却システム６０によって満たすべき冷却需要に応じて、冷媒の部分Ｒ３は、以下でさらに詳しく説明する、膨張弁５４を通過し得るか、または、冷却システム６０の熱除去デバイス７４に到達する前に膨張弁をバイパスし得る。

【0032】

他の実施形態では、冷却システム６０は、冷却システム２０の蒸気圧縮サイクルと一体化される必要も、またはその一部である必要もない。むしろ、冷却システム６０は別個の流体ループであり得、その中で任意の適切な冷却流体を使用し得る。図３の示された非限定的な実施形態では、冷却システム６０の回路は閉ループ構成を有し、それを通して一次冷却流体Ｃ１を移動させるためのポンプ７０を含む。フィルタ７２は、発熱デバイス６２などの対応する発熱電子デバイスを直接冷却するように配置された少なくとも１つの熱除去デバイス７４の上流に配置され得る。１つまたは複数の熱除去デバイス７４の下流には、一次冷却流体Ｃ１から熱を除去するように構成された冷却熱交換器７６がある。回路には、さらに、余剰の一次冷却流体Ｃ１が貯蔵されるリザーバまたはアキュムレータ７８が含まれ得る。図示のように、回路は、熱除去デバイス７４のすぐ上流（Ｖ１）、熱除去デバイス７４のすぐ下流（Ｖ２）に配置され、冷却熱交換器７６をバイパスするためのバイパス導管８０（Ｖ３）と関連付けられる、及び／または熱除去デバイス７４及び冷却熱交換器７６の両方をバイパスするための別のバイパス導管８２（Ｖ４）と関連付けられるような複数の弁を含み得る。図示の非限定的な実施形態には、単一の発熱デバイス６２に関連付けられた単一の熱除去デバイス７４が含まれているが、１つまたは複数の発熱デバイス６２に動作可能に結合された複数の熱除去デバイス７４を含む実施形態は、一次冷却流体Ｃ１の流れに対して直列または並列に配置され得ることを理解されたい。

【0033】

ここで図４を参照すると、１つまたは複数の発熱デバイス６２を冷却するための冷却システム６０の少なくとも一部の例が示されている。図に示すように、熱除去デバイス７４は、入口ヘッダ１０２と出口ヘッダ１０４との間に延在する複数のほぼ平行なマイクロチャネル熱交換器チューブ１００を有するマイクロチャネル熱交換器などの熱交換器であり得、複数の熱交換器チューブ１００のそれぞれが複数の流体流路（図示せず）を画定する。しかし、使用可能な他のタイプの熱交換器の例には、限定されないが、マイクロチューブ、二重管、シェルアンドチューブ、チューブアンドフィン、プレート、プレートアンドシェル、断熱シェル、プレートフィン、ピロープレート、及び流体熱交換器が含まれ得る。選択される熱交換器７４のタイプは、少なくとも部分的には、そこに供給される流体のタイプに基づいて決まり得る。

【0034】

一次冷却流体Ｃ１及び二次冷却流体Ｃ２は、熱交換器７４において熱伝達関係に配置される。図４に示す非限定的な実施形態では、熱交換器７４は、一次冷却流体Ｃ１及び二次冷却流体Ｃ２の両方のための単一の経路構成を有する。しかし、他の実施形態では、一次冷却流体Ｃ１及び二次冷却流体Ｃ２の少なくとも１つが熱交換器７４を複数回通過し得る。さらに、一次冷却流体Ｃ１及び二次冷却流体Ｃ２は、熱交換器において、クロスフロー、パラレルフロー、カウンターフロー、またはそれらの任意の組み合わせなど、任意の適切なフロー構成で配置され得る。

【0035】

一実施形態では、ノズル、噴出口、または口、穴、または開口部などの少なくとも１つの噴流衝突機能がプレート１１０に形成され、いくつかの実施形態では、複数の噴流衝突機能１１０が、出口ヘッダ１０４の入口領域内などの出口ヘッダ１０４内に配置される。各噴流衝突機能１１０は、１つまたは複数の熱交換器チューブ１００の少なくとも１つの流体流路に流体結合されている。噴流衝突機能１１０の出口端は、少なくとも１つの選択された発熱デバイス６２に熱的に結合された出口ヘッダ１０４の表面、例えば、出口ヘッダ１０４の底面に向けられ得る。１つまたは複数の噴流衝突機能１１０は、本明細書では熱交換管１００とは別個のものとして図示され説明されているが、一実施形態では、熱交換管１００の出口端は、１つまたは複数の噴流衝突機能１１０がそれと一体となるように輪郭が付けられ得る。噴流衝突機能１１０は、自由表面タイプ、または浸漬タイプ、または限定浸漬タイプとして構成され得る。さらに、噴流衝突機能１１０から排出される噴出または流れは、円形、多角形、星形などの断面の任意の幾何学的形状であり得る。

【0036】

いくつかの実施形態では、熱交換器７４は、少なくとも１つの選択された発熱デバイス６２の表面に直接結合される。そのような直接接続では、少なくとも１つの選択された発熱デバイス６２から熱除去デバイス７４への熱の伝達を容易にするために、少なくとも１つの選択された発熱電子デバイス６２の表面１１２と熱除去デバイス７４の隣接する表面１１４との間に熱界面材料を配置し得るが、そうである必要はない。

【0037】

熱交換器７４の入口ヘッダ１０２は第１の流体入口１２０に流体接続され得、出口ヘッダ１０４は第１の流体出口１２２に流体接続されて、一次冷却流体Ｃ１の第１の流路を形成し得る。動作中、例えば、冷媒などの一次冷却流体Ｃ１は、第１の流体入口１２０から熱交換器７４の入口ヘッダ１０２に供給される。入口ヘッダ１０２に供給される一次冷却流体Ｃ１は、例えば、低温液体または冷却液体などの単相であり得るか、または二相（すなわち、流体と蒸気の組み合わせ）であり得る。一次冷却流体Ｃ１は、入口ヘッダ１０２から、熱交換器７４の複数の熱交換管１００を通って出口ヘッダ１０４に向かって流れる。

【0038】

二次冷却流体Ｃ２は、隣接する熱交換器管１００の間に画定された隙間１０６を通って流れるように構成されている。図示の非限定的な実施形態では、二次冷却流体Ｃ２は、ファン３１などの少なくとも１つの流体移動デバイスによって（ページの平面に延在する方向に）移動される空気の流れである。一実施形態では、冷却システム２０のコンデンサ２６またはエバポレータ３０の少なくとも１つに関連付けられる。しかし、液体を含む任意の流体は、二次冷却流体Ｃ２として使用され得ることを理解されたい。図示の非限定的な実施形態では、隣接する熱交換器管１００の間に画定された隙間１０６内に複数のフィン１２６が配置されているが、このようなフィンを含まない実施形態も本明細書で考慮されている。熱交換管１００の複数の通路内では、二次冷却流体Ｃ２からの熱が一次冷却流体Ｃ１に伝達される。その結果、熱交換器７４の出口に供給される冷却された二次冷却流体Ｃ２は、例えば、可変周波数ドライブ内などの近隣または周辺の発熱デバイスの上を流れるように構成され得る。

【0039】

ここで、わずかに温かくなった一次冷却流体Ｃ１の少なくとも一部は、複数の熱交換管１００から、出口ヘッダ１０４内に配置された１つまたは複数の噴流衝突機能１１０に出力される。噴流衝突機能１１０内では、一次冷却流体Ｃ１の流量が増加し、その結果、一次冷却流体Ｃ１が、選択された発熱デバイス６２と垂直に整列した出口ヘッダ１０４の表面にある噴流衝突機能の出口から排出される。

【0040】

少なくとも１つの選択された発熱デバイス６２からの熱の少なくとも一部は、発熱デバイス６２から一次冷却流体Ｃ１に伝達される。一次冷却流体Ｃ１が、発熱デバイス６２に熱的に結合された出口ヘッダ１０４の表面に連続的に衝突することにより、出口ヘッダ１０４の表面から一次冷却流体Ｃ１に熱が伝達され、それによって、選択された少なくとも１つの発熱デバイス６２が冷却される。

【0041】

二次冷却流体Ｃ２の温度に応じて、一次冷却流体Ｃ１は、熱交換器７４の複数の熱交換管１００を通って出口ヘッダ１０４に向かって流れるときに、部分的に蒸発し得るか、または液体状態のままになり得る。一次冷却流体Ｃ１が部分的に蒸発すると、１つまたは複数の噴流衝突機能１１０から排出される一次冷却流体Ｃ１の速度が上昇し、これにより、出口ヘッダ１０４の表面から一次冷却流体Ｃ１への熱伝達が促進される。一実施形態では、表面１１４に衝突した後、一次冷却流体Ｃ１は沸騰または蒸発を開始するように構成され、いくつかの実施形態では、完全に蒸気状態になる。出口ヘッダ１０４の表面に接触した後、結果として生じた温かい過熱蒸気一次冷却流体Ｃ１は、熱交換器７４の出口ヘッダ１０４から出て、第１の流体出口１２２に向かって流れる。

【0042】

ここで図５を参照すると、冷却システム６０で使用するのに適した熱除去デバイス７４の別の例が示されている。熱除去デバイス７４は、図４に関して上記で説明したものと同様であり得る。しかし、図示の非限定的な実施形態では、熱除去デバイスは、二次冷却流体Ｃ２を受け取るための熱交換器部分を含まない。図示のように、熱除去デバイス７４は、入口領域２００、及び少なくとも１つの噴流衝突機能２１０、及び、いくつかの実施形態では、入口領域２００に流体結合された複数の噴流衝突機能２１０を含む。本明細書で前述した熱交換器と同様に、噴流衝突機能２１０の出口端は、例えば、熱除去デバイス７４の底面２０２など、少なくとも１つの選択された発熱電子デバイス６２に熱的に結合された熱除去デバイス７４の表面に向けられる。

【0043】

図４及び図５に開示された構成のそれぞれにおいて、熱交換器７４との間の一次冷却流体Ｃ１の流れを制御するために、少なくとも１つの弁が第１の流体入口１２０及び／または第１の流体出口１２２内に配置され得る。一実施形態では、１つまたは複数の流量制御弁（複数可）Ｖの位置、したがって、熱交換器７４を通る流量は、例えば、熱交換器７４における熱負荷を示す１つまたは複数の条件に基づいて能動的に管理される。熱負荷は、Ｔ及びＰで概略的に表される１つまたは複数のセンサによって収集された情報を使用して決定され得る。図示の非限定的な実施形態では、第１のセンサＴは発熱デバイス６２の温度を監視するように動作可能であり、第２のセンサＴは出口ヘッダ１０４における圧力センサＰと連動して一次冷却流体Ｃ１の温度を監視するように動作可能である。温度センサと圧力センサを組み合わせることで、排出される一次冷却流体Ｃ１の過熱度を決定できる。流量制御弁Ｖは、決定された一次冷却流体Ｃ１の過熱度に基づいて流量を増減するように調整可能であり得る。少なくとも１つのセンサＴまたはＰは、温度及び／または圧力を直接測定するように動作可能であり得るか、または温度及び／または圧力と相関する、またはそこから温度及び／または圧力を導出するために使用できる別のパラメータを監視するように構成され得る。

【0044】

図６は、可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）の１つまたは複数の発熱構成要素を冷却するための既存の冷却システムを示している。図に示すように、冷却システムには、最も冷却を必要とする発熱デバイス６２が取り付けられた２つの冷却プレートが含まれている。さらに、冷却プレートに取り付けられていない周辺部品などの冷却には、空冷式熱交換器が使用される。熱除去デバイス７４がＶＦＤの冷却システムに統合されている場合、熱交換器は冷却プレートにも取り付けられている発熱部品に直接取り付けられるため、別個の空冷式熱交換器を排除することができる。そのような組み合わせは、よりコンパクトで、低コストで、効率的な冷却システムをもたらす。別個の空冷式熱交換器を排除することにより、大幅なコストの節約がもたらされる。

【0045】

「約」という用語は、出願時に利用可能な装置に基づいて、特定の量の測定に関連する誤差の程度を含むことが意図される。

【0046】

本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のみであり、本開示を限定するようには意図されていない。本明細書で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が別途明らかに示さない限り、複数形も含むことを意図する。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるとき、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素及び／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／またはそれらのグループの存在または追加を排除する訳ではないことがさらに理解されよう。

【0047】

本開示は例示の１つまたは複数の実施形態を参照して説明されているが、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の変更が行われてもよく、また均等物がその要素の代わりをする場合もあることは当業者によって理解されるであろう。加えて、本開示の必須の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に適合させるために多くの修正が行われる場合もある。したがって、本開示は、本開示を実施するために企図された最適な態様として開示される特定の実施形態に限定されるのではなく、本開示は、添付の特許請求の範囲内に収まる全ての実施形態を含むことが意図されている。

【図1】