JP2000307282A - 電子システムの露点以下の冷却 - Google Patents

電子システムの露点以下の冷却

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JP2000307282A
JP2000307282A JP2000075070A JP2000075070A JP2000307282A JP 2000307282 A JP2000307282 A JP 2000307282A JP 2000075070 A JP2000075070 A JP 2000075070A JP 2000075070 A JP2000075070 A JP 2000075070A JP 2000307282 A JP2000307282 A JP 2000307282A
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リチャード・シー・チュー
M Chrysler Gregory
グレゴリー・エム・クライスラー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 システムが存在している周囲環境の露点温度
以下の温度に冷却される電子システム用の冗長な水分制
御機構を提供すること。 【解決手段】 詳細にいうと、空冷可能なコンポーネン
トと冷媒冷却可能なコンポーネントを共に収容する、断
熱され実質的に密封されたエンクロージャを提供するこ
とにより、システム環境が、全体的に制御される。水分
制御と冷却は共に冗長な形で提供され、サービスの信頼
性と、冷却されるコンポーネントの可用性が確保され
る。乾燥剤ベースの水分制御機構と冷凍ベースの水分制
御機構が提供される。本発明は複数の熱交換流体を使用
する実施形態も含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に電子システム
の冷却を対象とする。より詳細には，本発明は電子コン
ピュータ・システムを、水分の凝縮が問題となるのに十
分な低い温度まで冷却することを対象とする。さらに詳
細には、本発明は水蒸気を閉鎖環境で制御する方法およ
びシステムを対象とする。
【０００２】
【従来の技術】ますます高密度にパックされた回路コン
ポーネントを備えた電子回路チップが利用できるように
なるにつれ、これらのデバイスが発生する熱エネルギー
・フラックスが大幅に増加してくる。さらに、これらの
デバイスが高いクロック・サイクル数で動作するとき、
これらのデバイスが必要とする電力、あるいはこれらの
デバイス内で必要とされる電力も増加する。したがっ
て、電子回路コンポーネントの冷却は、基礎技術で継続
的に起っている変化の結果としてますます重要な問題と
なっている。
【０００３】非常に重要な熱物理的挙動は、より低い接
合部の温度で、コンピュータ・プロセッサなどの電子回
路コンポーネントを動作させることにより、これらのデ
バイスがより高い速度で動作することである。しかし、
これらのデバイスの接合部の温度が冷却機構の使用によ
って低下するとき、パッケージ・ハウジングの外面の温
度も低下するため、付随的問題も生じる。実際には、温
度が下がると、電気相互接続を含む、パッケージ外面の
温度が周囲環境の露点温度以下に低下し、水が凝縮し始
め、さらには、凍結することもある。この水蒸気は、電
気的短絡を引き起こす傾向がある。したがって、十分に
冷却された電子コンポーネントやパッケージを直かに包
囲する環境において水蒸気の凝縮を制御する電子コンポ
ーネント・パッケージング構成を開発しなければならな
いことがわかる。別な言い方をすると、空気中の水蒸気
を除去するパッケージング構成を開発しなければならな
い。したがって、電子パッケージを包囲する周囲環境の
露点以下の温度まで冷却された電子回路パッケージを包
囲する環境において水蒸気を制御する方法およびシステ
ムを開発しなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
一目的は、電子システム、特にコンピュータ・システム
を低い温度で動作させることである。
【０００５】本発明の他の目的は、冷却電子回路コンポ
ーネントに水分が蓄積するのを防止することでもある。
【０００６】本発明の他の目的は冷却電子システム、回
路、モジュールまたはプロセッサを包囲する周囲環境の
水分含有量を制御することである。
【０００７】本発明の他の目的は、電子回路コンポーネ
ントからの熱エネルギーの最適な移動のため複数の熱交
換流体を利用する手段または機構を提供することであ
る。
【０００８】本発明の他の目的は、信頼性があり、冷却
される電気システムの長期の可用性を維持するに十分な
コンポーネントの冗長性を発揮する、電子システム用の
冷却システムを提供することである。
【０００９】本発明の他の目的は、最低限のサービスお
よびメインテナンスしか必要としない独立に動作可能な
冷却電子システムを提供することである。
【００１０】本発明の他の目的は、余りクリティカルで
ない空冷コンポーネント用の冷却システムを提供すると
同時に、よりクリティカルな冷却の必要性のある電子回
路コンポーネント用の冷却機構を提供することである。
【００１１】本発明の他の目的は、外部水分、発汗また
は滴下の発生がない冷却電子システムを提供することで
ある。
【００１２】本発明の他の目的は、冷却可能な電子シス
テム、特にコンピュータやコンピュータ・プロセッサ・
システムを入れたエンクロージャ内で低い水分状態を維
持することである。
【００１３】本発明の他の目的は、連続的に動作可能で
あり、定期的に水分をパージ可能な、乾燥剤をベースと
する水分除去システムを提供することである。
【００１４】最後に、それだけには限らないが、本発明
の一目的は、水分を制御し、露点より低い温度まで冷却
される電子システムの結露をなくすことである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施形態によ
れば、冷却された電子システムは、冷媒が流れることの
できる管路を含むコールド・プレートと熱接触する電子
モジュールを備える。モジュールとコールド・プレート
はかなりの量の周囲空気が入り込まないように密封され
た断熱エンクロージャ内に配置されている。エンクロー
ジャの外側に配置された冷媒をコールド・プレートに供
給する冷媒機構が設けられている。密封されてエンクロ
ージャを通る冷媒管路は、電子モジュールを冷却する密
閉された冷媒ループを形成する。この実施形態では、水
蒸気の制御は少なくとも部分的にエンクロージャの密封
性に依存している。さらに、この実施形態は、エンクロ
ージャ内で空気の正圧を維持する手段として、内外に配
置された乾燥空気のタンクを使用している。
【００１６】本発明の他の実施形態では、水蒸気の制御
は、エンクロージャ内の周囲空気から水蒸気を除去する
機構によって行われる。この特定の実施形態では、任意
選択で水蒸気除去手段がエンクロージャの外部に設けら
れている。好ましい実施形態では、水蒸気除去機構は、
密閉された外部容器内に配置された乾燥剤を含んでい
る。空気循環ポンプが密封されたエンクロージャ内から
の空気を乾燥剤中を通して、水蒸気を除去し、次いで、
乾燥空気を再循環させて、輸送管路を通ってエンクロー
ジャに戻す。乾燥剤材料は定期的に水分をパージ（purg
e）される。
【００１７】本発明の他の実施形態では、上述の実施形
態と同様な冷媒機構が、冷却されるコンポーネントを入
れた同じエンクロージャ内で使用されている。ただし、
この特定の実施形態では、電子システムは空冷のみで十
分な第１セットの電子コンポーネントと空冷だけでは不
十分な第２セットの電子コンポーネントを備えることが
好ましい。すなわち、第２セットの電子コンポーネント
はその中を流れる冷媒を使った上述のコールド・プレー
トによって直接冷却される。しかし、この実施形態の他
の態様では、空気／冷媒熱交換器を通り、冷媒冷却機構
に戻る追加の管路にも冷媒が送られる。空気移動（ＡＭ
Ｄ）装置が空気を熱交換器中に通し、この空冷だけで十
分な第１セットの電子コンポーネントを通過させる。し
たがって、コールド・プレートを使って冷却される電子
モジュールに特に適用可能な水蒸気制御機構が提供され
ると同時に、一般により重要でない、他方の電子回路コ
ンポーネントの空冷を行う機構も提供される。
【００１８】本発明のさらに他の実施形態では、コール
ド・プレートを直接冷媒で冷却するのではなく、コール
ド・プレート中を流れるブライン溶液などの熱交換流体
から熱を除去する熱交換器が設けられる。この冷却シス
テムは、二重熱交換流体が使用される機構を提供する。
前の実施形態と同様に、この実施形態でも、空気と、コ
ールド・プレートおよび関連管路中を流れるブライン溶
液などの熱交換流体との間で熱を交換する熱交換器を含
むことが好ましい。上述のごとく、空気移動装置は、空
気をこの第２の熱交換器へ送り、電子システムの空冷可
能部分の冷却を行う。このシステムは、第１の熱交換器
内の冷媒の一部分を周辺のエンクロージャ内に含まれる
水分制御装置に分流させるのにも適合可能である。した
がって、この実施形態では、冷媒は、冷却機構として働
くだけでなく、水蒸気を閉鎖環境から除去する機構も提
供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施形態を示す
が、同図では、冷却されるコンポーネントが、断熱され
かつ実質的に気密なエンクロージャ１０内に収容されて
いる。しかし、図１に示した本発明の一実施形態によれ
ば、このエンクロージャは本発明の他のいくつかの実施
形態のように大気の侵入に対し耐密性である必要はな
い。図１に示した実施形態はまた、エンクロージャの外
部にある水分制御機構により大気中の水蒸気を扱う機構
も示している。
【００２０】詳細にいうと、図１に示した実施形態は、
断熱性で、かなりの量の空気の侵入に対して密封されて
いる、エンクロージャ１０を示している。さらに、冷却
された冷媒を生成する手段を収容する便宜のために設け
られ、エンクロージャ１０内に含まれる空気から水分を
除去する機構をも含む、第２のフレーム２０も含まれて
いる。
【００２１】エンクロージャ１０は、冷却されるコンポ
ーネント、すなわち、コールド・プレート５０によって
カバーされ、それと熱接触するモジュール５５（図４参
照）を含んでいる。コールド・プレート５０は、より速
く動作しまたはより高温で動作する傾向があり、したが
ってより冷却が必要である、電子回路コンポーネントを
冷却するために設けられている。空冷であるコンポーネ
ントは、バックプレーン４０に差し込まれる回路板４１
に配置されたチップまたはモジュール４２を含んでい
る。チップまたはモジュール４２は、空冷で十分なコン
ポーネントを表す。詳細にいうと、コンポーネント４２
を冷却するための空気の流れが矢印１１で示されてい
る。空気を冷却する流れを提供するために、ブローワ７
０が設けられ、バックプレーン４０に取り付けられたコ
ンポーネントの電源としても作用する電源６５によって
駆動される。
【００２２】コールド・プレート５０（１９９７年１１
月２１日出願の米国特許願第０８／９７５，５２号に記
載されているような）は冷媒が流れるための管路を含ん
でいる。Ｒ１３４、Ｒ４０４、Ｒ５０７などの冷媒が使
用される。冷媒の一部はコールド・プレート５０を通る
流れから「分流されて」、空気―冷媒熱交換器６０を通
って流れ、その両端ではブローワ７０が空気を送り、そ
れが、熱交換器６０内で冷却され、したがってチップ４
２上を移動してそれを冷却する。膨張弁５１と２７が冷
媒の流路中に設けられ、液体冷媒の圧力を低下させ、そ
れによって温度を希望のレベルに下げてから、蒸発器へ
入る。
【００２３】冷却された冷媒は、ブローワ２２によって
冷却される凝縮器２３から冷媒管路２６を経てコールド
・プレート５０へ供給され、また熱交換器６０へ供給さ
れる。管路２５は加熱された冷媒をコールド・プレート
５０から戻し、次いで熱交換器６０から圧縮器２１へ戻
し、圧縮器２１で冷媒を圧縮した後、冷媒は圧縮された
冷却剤内に含まれる熱エネルギーを除去するために凝固
器２３に供給される。
【００２４】したがって、圧縮器２１、凝縮器２３およ
びブローワ２２は、冷却された冷媒を、ここでは便宜上
「電子フレーム」と呼ぶエンクロージャ１０の内部へ供
給する機構を提供する。他方、フレーム２０は、ここで
は「低温冷却フレーム」と呼ぶ。これら２つのフレーム
を使用して、全システム・パッケージを構成する。コー
ルド・プレート５０は、前記特許に記載されているよう
に、冷媒の流れる管路の二重セットを含んでいることが
好ましいことにも留意されたい。したがって、冷却剤供
給手段をフレーム２０内に冗長に設けて（前面図では見
えない）、システムの信頼性と可用性を確保することが
好ましい。
【００２５】しかし、本発明にとって特に重要なのは、
水分制御装置（ＨＣＵ、参照番号３０）が設けられてい
ることであり、これは、エンクロージャ１０内部から空
気を受け取り、この空気から水分を除去し、乾燥した空
気をエンクロージャ１０へ戻す。これに関し、図１に示
すような水分制御装置３０の好ましい実施形態が図２に
詳細に示されていることに留意されたい。図２に示すよ
うに、管路３７は、密封可能に（この略図では特に示さ
ず）フレーム１０に貫入し、冗長な空気ポンプ３１ａお
よび３１ｂに供給し、これらのポンプは、それぞれ乾燥
剤材料３３ａおよび３３ｂを含む容器３２ａおよび３２
ｂに比較的湿った空気を供給する。乾燥剤容器３２ａお
よび３２ｂはそれぞれ乾燥剤材料３３ａと３３ｂの他に
ヒータ３４ａおよび３４ｂも含んでおり、これらのヒー
タはそれぞれの容器内の乾燥剤から水をパージするよう
に動作することができる。これらのヒータは電気式が好
ましいが、それに限定されるものではない。
【００２６】図２に示すように、水分制御装置３０が連
続動作に対し冗長性を与えることは明らかである。詳細
にいうと、フレーム３０内の冗長な水分制御装置の１つ
が動作して、エンクロージャ１０の内部から水蒸気を除
去しているとき、図２の装置３０のうち他方の冗長な装
置が動作して、ヒータの１つを使って乾燥剤材料を加熱
して乾燥剤を再活性化させることができる。したがっ
て、水分制御装置３０は管路３７を経てエンクロージャ
１０の内部から高い湿度の空気を受け取り、管路３８を
経てエンクロージャ空気１０の内部へ低い湿度の空気を
戻す。同様にして、管路３５を経て供給された外部環境
からの空気が加熱された乾燥剤を通過するとき、水分制
御装置３０が比較的高い湿度の空気を管路３６を経て外
部環境に戻す。
【００２７】希望する度合の冗長性と乾燥剤パージを提
供するため、図２に示すような、制御弁１００〜１０７
が設けられる。これらの弁は行われる動作に従って開閉
される。下記の表に様々な動作中のこれらの弁の状況を
まとめて示す。
【表１】
【００２８】乾燥剤３３ａおよび３３ｂに適した材料と
しては次のものがある。シリカゲル、塩化カルシウム、
活性アルミナおよび硫酸カルシウム。
【００２９】エンクロージャ１０に正の内部加圧を行う
ため、水分制御装置３０は待機冗長性のため上述の二重
水分制御回路を含んでいる。これらの回路の各々は、上
述のように、空気ポンプと乾燥剤チェンバを含んでい
る。フレーム２０からの空気は、周囲の室からの補給空
気と混合され、まずある程度圧縮されるが、エンクロー
ジャ１０を若干高い圧力に維持することが好ましいた
め、温度が若干上昇する。パージ動作中に、空気が乾燥
剤チェンバを通過して、水分を除去し、その後、乾燥空
気がエンクロージャ１０に再供給される。水分制御装置
３０が適正に動作するために、エンクロージャ１０を完
全に密封する必要がないことに留意されたい。これに関
し、水分制御装置３０を使用して、圧縮器３１ａまたは
３１ｂあるいはその両方の動作により、エンクロージャ
１０内の体積が正圧に維持されるようにする。これによ
り、漏れが起こっても、それはこのエンクロージャ１０
の内部から室へのものであり、室からこのエンクロージ
ャへの漏れがないようになる。比較的湿った未処理の室
の空気がエンクロージャ１０へ入るのが望ましくないこ
とは明らかである。しかし、水分制御装置３０が存在す
るため、余り完全でない密封をエンクロージャ１０に使
用することが可能となる。
【００３０】図３に本発明の他の実施形態を示す。これ
は、複数の熱交換流体を使用する場合に、特に有用なも
のである。本願では、「熱交換流体」という用語は冷媒
を含むものである。しかし、すべての熱交換流体が冷媒
なのではない。本明細書で使用する場合、「冷媒」とい
う用語は、圧縮することができ、膨張および蒸発時に冷
却効果を生み出す熱交換流体を指す。熱交換器６０'お
よびコールド・プレート５０を通って流れる第２の熱交
換流体はブライン溶液であることが好ましい。ブライン
溶液は、塩化カルシウムや塩化ナトリウムなどの塩を水
に混合したものからなり、水溶液の凝固点を水の正規の
凝固点よりも適宜押し下げるものである。ブライン溶液
は水と塩に限られるものではなく、その代わりにグリセ
リン、エチレングリコールあるいはプロピレングリコー
ルと水の混合物からなり、非腐食性の溶液をもたらす、
グリコール・ブラインでもよい。あるいは、フッ素化合
物冷却剤を２次流体として使うこともできる。しかしな
がら、ブライン溶液は、水の優れた熱物理特性が所与の
流体流量でより高い伝達率をもたらすので好ましい。
【００３１】図３に示した電子冷却システムにおいて、
冷却された冷媒が、図３に示され、さらに図１に示した
遠隔の圧縮器／凝縮器から供給される。しかし、図３に
示したシステムでは、冷媒は図示の外部線から、冗長に
設けられた熱交換器８３ａおよび８３ｂに供給される。
この冷媒は図示の膨張弁８４ａおよび８４ｂを経て供給
される。熱交換器８３ａおよび８３ｂは、本発明の好ま
しい実施形態においては、冷媒とブライン溶液の間で熱
を伝達するように特になされた熱交換器として設計され
ている。したがって、熱交換流体としてブライン溶液を
循環させるための内部流体ループが設けられている。こ
れは、熱交換器８３ａから一方向逆止弁８５ａを通って
コールド・プレート５０へ向かい、ここから熱交換器６
０'を通って膨張タンク８１ａへ進み、そこから循環ポ
ンプ８２ａに向かい、最後に熱交換器８３ａに戻る。ま
た動作の信頼性と可用性を得るために予備の冗長システ
ム（側面ｂ）を設けることができる。これは同様に動作
する。電気的に動作する遮断弁８６ａおよび８６ｂが各
流れループに設けられ、活動ループから非活動ループへ
の流れを防止する。熱交換器６０'は図１に見られるよ
うに熱交換器６０とほぼ同様に機能する。ただし、熱交
換器６０'は、内部に含まれているブライン溶液と熱交
換器上を通過する空気の間で熱エネルギーを交換するの
に効率がよくなるように特に設計されている。詳細にい
うと、図３に見られるように、この空気管路はブローワ
７５によって作り出される。他のコンポーネントは図１
に関し上述したのと実質的に同じである。
【００３２】図１に示した本発明の実施形態では、水分
制御装置３０はエンクロージャ１０の外側に設けられて
いることに留意されたい。しかし、図４に示すように、
エンクロージャ１０によって画定される内側体積内に全
体もしくはほぼ全体が含まれる、水分制御装置３０'の
変形形態が提供されている。詳細にいうと、水分制御装
置３０'の動作は図１および図３に示されているのと同
じ供給源からの冷媒材料の一部分によって駆動されるこ
とがわかる。詳細にいうと、冷媒が膨張弁１１７を経て
熱交換器９０に供給され、モータ９２によって駆動され
るファン９１が空気を熱交換器中に送って動かしそれを
冷却する。これを行う過程で、凝縮した水分が収集器
（パン）９３に集められ、次いで常時開の弁８９から水
除去装置９４に流れる。これは閉じていることが好まし
いが、そうでない場合は常時開の弁８７によって換気さ
れる。ただし、ファン９１やモータ９２ではなく、他の
何らかの好都合な空気移動装置も使用できることに留意
されたい。また、水閉じ込め除去装置９４が、コンテナ
内の水位があるレベルに達した時にオンになる電気ヒー
タ９８を含んでいることが好ましいことにも留意された
い。この時点で、弁８９と８７が閉じ、弁８８が開い
て、ヒータ９８が集めた水を蒸発させて、弁８８を通り
そこからベンチュリ９９を通ってエンクロージャ１０の
外部へ送り出す。ベンチュリ９９は、空気を外へ行く湿
った空気中に導入して、外面で凝縮が起るのを防止し、
または滴下を防止するように機能する。図４には水分制
御装置３０'を１つしか示していないが、本発明の好ま
しい実施形態では信頼性と冗長性を得るためにこのよう
な装置を２つ備えていることにも留意されたい。したが
って、図４に示したシステムでは、水分の制御は冷凍タ
イプのシステムによって行われるが、図１に示したシス
テムでは、その代わりに水分の制御は乾燥剤によって行
われる。図４に示した冷凍ベースのシステムは通常乾燥
剤システムよりコストがかかるが、図４に示したシステ
ムは、集めた水を装置全体の外部へ除去するのが、制御
装置が内部の水分を除去するために動作するのと同時に
達成されるという利点を有する。
【００３３】水分制御装置３０'は、空気入口ルーバま
たはグリル９５を、対応する空気出口グリルないしルー
バ９６とともに含む、それ自体のエンクロージャ９７内
に取り付けることが好ましいことにも留意されたい。し
かし、ルーバないしグリル９５と９６の入口と出口を逆
にすることはできないというのではない。詳細にいう
と、空気が空気熱交換器９０を通って左から右へ移動す
るか、冷媒を通って右から左へ移動するかは重要ではな
い。
【００３４】図４は側面図なので、コールド・プレート
５０と、それによって冷却されるモジュール５５との関
係がこの図ではより詳しく見える。さらに、図４は、複
数個設けられた場合、その間に空気の流れを画定する管
路を提供する、回路板４１に取り付けられたチップ４２
を通る優先的な空気管路１１も示している。さらに、ブ
ローワ７５がバックプレーン４０の左側で空気流を上方
に送り、右側で下方に送るように動作することがわか
る。これは、図１の実施形態の優先的流れ管路でもあ
る。
【００３５】図５には乾燥空気タンク１２０を使用した
１つのシステムが示されている。図示のこのタンクが図
３および図４のエンクロージャ１０内部に含まれている
が、このタンクをエンクロージャの外部に取り付けるこ
ともできる。タンク１２０には、ここに述べた冷却電子
システムのスタートアップ前にエンクロージャ２０の大
気をパージするのに特に有用である、加圧された乾燥空
気が入っている。さらに、本発明の一実施形態では、完
全には密封されないエンクロージャ内で、水分センサ１
２３に応答する弁制御装置１２２によりタンク１２０の
弁１２１を開くことによって、水分を制御することがで
きる。水分センサ１２３をエンクロージャ１０の内部に
配置しなければならないことは明らかである。しかし、
弁制御装置１２２とタンク１２０と弁１２１をエンクロ
ージャ１０内に収容することが好ましいが、これは任意
選択である。冷却電子システムは本発明に従って限られ
た時間動作するが、図５に示したもの以外の水分制御は
行われない。このような水分制御機構は、電子モジュー
ル、またはコンポーネントが露点温度以下に冷却される
とき、適切である。この実施形態では、エンクロージャ
１０の密封機構の耐密性がより重要になる。
【００３６】本発明の代替実施形態として、図４に示し
た冷媒ベースの水分制御システムを図１に示した乾燥剤
システムの代わりに使用できることにも留意されたい。
これは、図２の水分制御装置３０の代わりに図４の水分
制御装置３０'を配置することと等価である。
【００３７】以上から、本発明の様々な実施形態が上述
した様々な目的を満たすことが理解されよう。したがっ
て、低い温度およびそれに付随する高い速度で動作でき
る冷却電子システムまたはサブシステムを提供するため
のシステムおよび方法が提供されたことが理解できよ
う。本発明のシステムを冗長な形で設けて、システムが
多くのリアルタイムの情報顧客にサービスするコンピュ
ータ・システムやコンピュータ複合体である場合に特に
問題となる、電子システムの連続動作を確保することが
好ましいことも理解できよう。
【００３８】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００３９】（１）冷却電子システムにおいて、冷媒が
その中を流れることのできるコールド・プレートと熱接
触する電子モジュールと、前記モジュールと前記コール
ド・プレートを収容し、周囲空気の侵入に対し実質的に
密封されている断熱エンクロージャと、前記エンクロー
ジャの外部に配置され、冷却された冷媒を前記コールド
・プレートに供給するための冷凍手段であって、前記コ
ールド・プレートの温度を前記エンクロージャ内の空気
の露点以下の温度に下げることのできる、冷凍手段と、
前記冷媒を前記コールド・プレートとの間で移動するた
めの冷媒管路であって、前記エンクロージャを通り、前
記冷凍手段を前記コールド・プレートを含む閉ループに
接続する冷媒管路とを備えるシステム。 （２）前記エンクロージャの内部に乾燥空気の正圧を付
加する手段をさらに含む、上記（１）に記載のシステ
ム。 （３）冷却電子システムにおいて、冷媒がその中を流れ
ることのできるコールド・プレートと熱接触する電子モ
ジュールと、前記モジュールと前記コールド・プレート
を収容し、周囲空気の侵入に対して密封されている断熱
エンクロージャと、前記エンクロージャの外部に配置さ
れ、冷却された冷媒を前記コールド・プレートに供給す
るための冷凍手段であって、前記コールド・プレートの
温度を前記エンクロージャ内の空気の露点以下の温度に
下げることのできる冷凍手段と、前記冷媒を前記コール
ド・プレートとの間で移動するための冷媒管路であっ
て、前記エンクロージャを通り、前記冷凍手段を前記コ
ールド・プレートを含む閉鎖ループに接続する冷媒管路
と、前記エンクロージャ内の周囲空気から水蒸気を除去
する手段とを備えるシステム。 （４）前記水蒸気除去手段が、空気循環ポンプと、閉じ
た乾燥剤容器内の乾燥剤と、前記エンクロージャの内部
を前記空気ポンプおよび前記乾燥剤容器に接続して、前
記エンクロージャ内部、前記空気循環ポンプおよび前記
乾燥剤容器を含む閉じた空気循環ループを形成する空気
移動管路とを備える、上記（３）に記載のシステム。 （５）前記水蒸気除去手段が、除去手段と制御弁手段の
冗長な対として設けられ、どちらの対が所与の時間に機
能しているかを選択することができる、上記（３）に記
載のシステム。 （６）前記乾燥剤から水をパージして、その機能を少な
くとも部分的に復元するためのヒータ手段を、前記乾燥
剤容器内にさらに含み、前記制御弁手段が、前記対のど
ちらが水除去機構として機能しているか、およびどちら
がパージしているか選択するように動作可能である、上
記（４）に記載のシステム。 （７）前記乾燥剤から水をパージして、その機能を少な
くとも部分的に復元するためのヒータ手段を前記乾燥剤
容器内にさらに含む、上記（４）に記載の水蒸気除去手
段。 （８）冷却電子システムにおいて、空冷で十分な第１セ
ットの電子コンポーネントと、空冷で十分ではない第２
セットの電子コンポーネントと、前記第１セットの電子
コンポーネントと前記第２セットの電子コンポーネント
を収容する断熱エンクロージャと、冷媒がその中を流れ
ることができ、前記第２セットの電子コンポーネントと
熱接触するコールド・プレートと、前記エンクロージャ
の外部に配置され、冷却された冷媒を前記コールド・プ
レートに供給するための冷凍手段であって、前記コール
ド・プレートの温度を前記エンクロージャ内の空気の露
点以下の温度に下げることのできる冷凍手段と、前記冷
媒を前記コールド・プレートとの間で移動するための第
１冷媒管路であって、前記エンクロージャを通り、前記
冷凍手段を前記コールド・プレートを含む閉ループに接
続する第１冷媒管路と、空気／冷媒熱交換器と、前記冷
媒を前記冷凍手段から前記空気／冷媒熱交換器を通っ
て、前記冷凍手段に戻すための第２冷媒管路と、空気を
前記熱交換器中を通し、第１セットの電気コンポーネン
トを通過させる空気移動手段とを備えるシステム。 （９）冷却電子システムにおいて、熱交換流体がその中
を流れることのできるコールド・プレートと熱接触する
電子モジュールと、前記モジュールと前記コールド・プ
レートを収容し、やはりかなりの量の周囲空気が侵入し
ないように密封された断熱エンクロージャと、前記熱交
換流体を移動させるための前記エンクロージャ内の接続
管路のセットと、前記熱交換流体を循環させるための前
記エンクロージャ内の循環ポンプと、前記エンクロージ
ャ内の熱交換器であって、前記循環ポンプ、前記熱交換
器、前記管路セットおよび前記コールド・プレートが、
前記熱交換器、前記コールド・プレート、前記ポンプお
よび前記管路セットを含むループを通して前記熱交換流
体を移動させるための、前記エンクロージャ内の閉ルー
プに接続されている熱交換器と、前記エンクロージャの
外側にあり、前記エンクロージャを通る管路により前記
熱交換器に冷却された冷媒を供給し、それによって熱エ
ネルギーを前記電子モジュールから前記熱交換器へ、そ
こから前記冷媒へ移動させる冷凍手段とを備えるシステ
ム。 （１０）乾燥空気の正圧を前記エンクロージャの内部に
付加する手段をさらに含む、上記（９）に記載のシステ
ム。 （１１）前記ループ内に保持タンクがある、上記（９）
に記載のシステム。 （１２）（１）前記エンクロージャ内の周囲空気と前記
ループ内の前記熱交換流体の間で熱エネルギーを交換す
るための前記ループ内の追加の熱交換器と、（２）前記
周囲空気を前記の追加の熱交換器中に通し、それによっ
て前記エンクロージャ内の他の電子コンポーネントを冷
却するための冷たい空気を生成する空気移動装置とをさ
らに含む、上記（９）に記載のシステム。 （１３）前記エンクロージャ内の周囲空気から水蒸気を
除去する手段をさらに含む、上記（９）に記載のシステ
ム。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す略図である。
【図２】図１に示した水分制御部分の詳細を示す略図で
ある。
【図３】複数の熱交換流体を使用した本発明の代替実施
形態を示す略正面図である。
【図４】図３に示すシステムの略側面図である。
【図５】エンクロージャ内の乾燥空気の正圧を維持する
機構を示す略図である。
【符号の説明】
１０ エンクロージャ １１ 空気管路 ２０ フレーム ２１ 圧縮器 ２２ ブローワ ２３ 凝縮器 ２５ 管路 ２６ 冷媒管路 ２７ 膨張弁 ４０ バックプレーン ４１ 回路板 ４２ チップまたはモジュール ５０ コールド・プレート ５１ 膨張弁 ６０ 熱交換器 ６５ 電源 ７０ ブローワ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/473 Ｈ０１Ｌ 23/46 Ｚ (72)発明者 グレゴリー・エム・クライスラー アメリカ合衆国85226 アリゾナ州チャン ドラー ノース・ダイアン・コート 411 (72)発明者 ロバート・イー・シモンズ アメリカ合衆国12603 ニューヨーク州ポ ーキープシー シャムロック・サークル 16

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】冷却電子システムにおいて、 冷媒がその中を流れることのできるコールド・プレート
    と熱接触する電子モジュールと、 前記モジュールと前記コールド・プレートを収容し、周
    囲空気の侵入に対し実質的に密封されている断熱エンク
    ロージャと、 前記エンクロージャの外部に配置され、冷却された冷媒
    を前記コールド・プレートに供給するための冷凍手段で
    あって、前記コールド・プレートの温度を前記エンクロ
    ージャ内の空気の露点以下の温度に下げることのでき
    る、冷凍手段と、 前記冷媒を前記コールド・プレートとの間で移動するた
    めの冷媒管路であって、前記エンクロージャを通り、前
    記冷凍手段を前記コールド・プレートを含む閉ループに
    接続する冷媒管路とを備えるシステム。
  2. 【請求項２】前記エンクロージャの内部に乾燥空気の正
    圧を付加する手段をさらに含む、請求項１に記載のシス
    テム。
  3. 【請求項３】冷却電子システムにおいて、 冷媒がその中を流れることのできるコールド・プレート
    と熱接触する電子モジュールと、 前記モジュールと前記コールド・プレートを収容し、周
    囲空気の侵入に対して密封されている断熱エンクロージ
    ャと、 前記エンクロージャの外部に配置され、冷却された冷媒
    を前記コールド・プレートに供給するための冷凍手段で
    あって、前記コールド・プレートの温度を前記エンクロ
    ージャ内の空気の露点以下の温度に下げることのできる
    冷凍手段と、 前記冷媒を前記コールド・プレートとの間で移動するた
    めの冷媒管路であって、前記エンクロージャを通り、前
    記冷凍手段を前記コールド・プレートを含む閉鎖ループ
    に接続する冷媒管路と、 前記エンクロージャ内の周囲空気から水蒸気を除去する
    手段とを備えるシステム。
  4. 【請求項４】前記水蒸気除去手段が、 空気循環ポンプと、 閉じた乾燥剤容器内の乾燥剤と、 前記エンクロージャの内部を前記空気ポンプおよび前記
    乾燥剤容器に接続して、前記エンクロージャ内部、前記
    空気循環ポンプおよび前記乾燥剤容器を含む閉じた空気
    循環ループを形成する空気移動管路とを備える、請求項
    ３に記載のシステム。
  5. 【請求項５】前記水蒸気除去手段が、除去手段と制御弁
    手段の冗長な対として設けられ、どちらの対が所与の時
    間に機能しているかを選択することができる、請求項３
    に記載のシステム。
  6. 【請求項６】前記乾燥剤から水をパージして、その機能
    を少なくとも部分的に復元するためのヒータ手段を、前
    記乾燥剤容器内にさらに含み、前記制御弁手段が、前記
    対のどちらが水除去機構として機能しているか、および
    どちらがパージしているか選択するように動作可能であ
    る、請求項４に記載のシステム。
  7. 【請求項７】前記乾燥剤から水をパージして、その機能
    を少なくとも部分的に復元するためのヒータ手段を前記
    乾燥剤容器内にさらに含む、請求項４に記載の水蒸気除
    去手段。
  8. 【請求項８】冷却電子システムにおいて、 空冷で十分な第１セットの電子コンポーネントと、 空冷で十分ではない第２セットの電子コンポーネント
    と、 前記第１セットの電子コンポーネントと前記第２セット
    の電子コンポーネントを収容する断熱エンクロージャ
    と、 冷媒がその中を流れることができ、前記第２セットの電
    子コンポーネントと熱接触するコールド・プレートと、 前記エンクロージャの外部に配置され、冷却された冷媒
    を前記コールド・プレートに供給するための冷凍手段で
    あって、前記コールド・プレートの温度を前記エンクロ
    ージャ内の空気の露点以下の温度に下げることのできる
    冷凍手段と、 前記冷媒を前記コールド・プレートとの間で移動するた
    めの第１冷媒管路であって、前記エンクロージャを通
    り、前記冷凍手段を前記コールド・プレートを含む閉ル
    ープに接続する第１冷媒管路と、 空気／冷媒熱交換器と、 前記冷媒を前記冷凍手段から前記空気／冷媒熱交換器を
    通って、前記冷凍手段に戻すための第２冷媒管路と、 空気を前記熱交換器中を通し、第１セットの電気コンポ
    ーネントを通過させる空気移動手段とを備えるシステ
    ム。
  9. 【請求項９】冷却電子システムにおいて、 熱交換流体がその中を流れることのできるコールド・プ
    レートと熱接触する電子モジュールと、 前記モジュールと前記コールド・プレートを収容し、や
    はりかなりの量の周囲空気が侵入しないように密封され
    た断熱エンクロージャと、 前記熱交換流体を移動させるための前記エンクロージャ
    内の接続管路のセットと、 前記熱交換流体を循環させるための前記エンクロージャ
    内の循環ポンプと、 前記エンクロージャ内の熱交換器であって、前記循環ポ
    ンプ、前記熱交換器、前記管路セットおよび前記コール
    ド・プレートが、前記熱交換器、前記コールド・プレー
    ト、前記ポンプおよび前記管路セットを含むループを通
    して前記熱交換流体を移動させるための、前記エンクロ
    ージャ内の閉ループに接続されている熱交換器と、 前記エンクロージャの外側にあり、前記エンクロージャ
    を通る管路により前記熱交換器に冷却された冷媒を供給
    し、それによって熱エネルギーを前記電子モジュールか
    ら前記熱交換器へ、そこから前記冷媒へ移動させる冷凍
    手段とを備えるシステム。
  10. 【請求項１０】乾燥空気の正圧を前記エンクロージャの
    内部に付加する手段をさらに含む、請求項９に記載のシ
    ステム。
  11. 【請求項１１】前記ループ内に保持タンクがある、請求
    項９に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】（１）前記エンクロージャ内の周囲空気
    と前記ループ内の前記熱交換流体の間で熱エネルギーを
    交換するための前記ループ内の追加の熱交換器と、
    （２）前記周囲空気を前記の追加の熱交換器中に通し、
    それによって前記エンクロージャ内の他の電子コンポー
    ネントを冷却するための冷たい空気を生成する空気移動
    装置とをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】前記エンクロージャ内の周囲空気から水
    蒸気を除去する手段をさらに含む、請求項９に記載のシ
    ステム。
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