蒸發(fā)器、冷卻裝置和電子裝置制造方法

文檔序號：8092615閱讀：133來源：國知局

蒸發(fā)器、冷卻裝置和電子裝置制造方法
【專利摘要】提供了一種蒸發(fā)器，冷卻裝置和電子裝置，所述蒸發(fā)器包括：具有多個管狀突出部的多孔介質；通過該多孔介質被分隔開的蒸氣室和液體室，該液體室還用作儲液器；殼體，其具有與蒸氣管線連接的第一部分、與液體管線在一側連接的第二部分以及設置在第一部分上的多個凸起部分；以及設置在液體室內的高熱導率構件，該高熱導率構件從與液體管線連接的一側延伸至位于與該側位置相反的相對側，該高熱導率構件具有比第二部分更高的熱導率。
【專利說明】蒸發(fā)器、冷卻裝置和電子裝置

【技術領域】
[0001] 文中所討論的實施例涉及一種蒸發(fā)器、冷卻裝置和電子裝置。

【背景技術】
[0002] 例如，存在一種利用雙相蒸氣-液體流的冷卻裝置，以作為對諸如設置在例如計算機的電子裝置中的電子元件之類的發(fā)熱元件進行冷卻的冷卻裝置。這種冷卻裝置通過利用在液相的工作流體蒸發(fā)并變成氣相時所產(chǎn)生的汽化潛熱來達到高冷卻性能。
[0003] 例如，存在一種環(huán)路熱管（LHP)作為這種冷卻裝置。環(huán)路熱管包括具有多孔介質 (毛細芯（wick))的蒸發(fā)器、以及冷凝器。在該環(huán)路熱管中，蒸發(fā)器的出口與冷凝器的進口由蒸氣管線連接，并且冷凝器的出口與蒸發(fā)器的進口由液體管線連接，其中工作流體被密封在環(huán)路熱管內。
[0004] 這種環(huán)路熱管能夠在不使用液體傳輸泵等的情況下例如通過借助于多孔介質的毛細力而使工作流體循環(huán)來傳輸熱量。
[0005] 在一些環(huán)路熱管中，例如，液體管線配備有用于如下情況的液體傳輸泵：即，循環(huán) 路徑的壓力損失較大，例如，當熱接收部與散熱部分開較大距離并且熱傳輸距離較大時，或者當使熱接收部更薄以提供如微通道情況下的更窄的通道時。
[0006] 如果將平坦的多孔介質用于被設置在如上文所提到的環(huán)路熱管中的蒸發(fā)器，則可能由于其較小蒸發(fā)面積而不會獲得足夠的冷卻性能。
[0007] 還存在一種環(huán)路熱管，其中，為了提供更大的蒸發(fā)面積以改善冷卻性能，多孔介質和加熱表面設有不規(guī)則部并且嵌入彼此中。然而，在蒸發(fā)量隨著發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量的增加而增加的情況下，工作流體不易被供應至多孔介質的加熱表面?zhèn)壬系亩瞬坎糠?，并且發(fā) 生蒸干。因此，蒸發(fā)面積變得更小，從而導致冷卻性能的急劇下降。
[0008] 此外，可以設想為蒸發(fā)器配備也用作儲液器的液體室，并且將液體管線連接至液體室的一側。在這種情況下，如果蒸發(fā)器沿其平面的方向增大以為應對發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量的增加而提供更大的蒸發(fā)面積，則液體室內的液相工作流體的溫度在與連接到液體管線的這一側相對的那一側趨于變得更高。因此，蒸氣(氣泡)易于形成，從而導致冷卻性能的急劇下降。
[0009] 以下為參考文獻。
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[0014] 【文獻5】日本公開特許公報No. 06-29683
[0015] 【文獻6】國際專利申請的日本國家公報No. 2010-527432

【發(fā)明內容】

[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種蒸發(fā)器包括：多孔介質，其具有多個管狀突出部；被所述多孔介質隔開的蒸氣室和液體室，該液體室還用作儲液器；殼體，其具有第一部分、第二部分和多個凸起部分，其中，該第一部分與蒸氣管線連接并且限定了蒸氣室，該第二部分在一側與液體管線連接、具有比該第一部分更低的熱導率并且限定了所述液體室，該多個凸起部分被設置在所述第一部分上、朝向所述第二部分突出并且每個都嵌入所述多孔介質的多個管狀突出部中的每一個中；以及高熱導率構件，其被設置在所述液體室內、從與所述液體管線連接的那一側延伸至位于與該側相對位置的相對側并且具有比所述第二部分更高的熱導率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是根據(jù)本實施例的被設置在冷卻裝置中的蒸發(fā)器的構造的示意性截面圖；
[0018] 圖2是說明根據(jù)本實施例的冷卻裝置以及包括該冷卻裝置的電子裝置的構造的示意性透視圖；
[0019] 圖3是說明根據(jù)本實施例的被設置在冷卻裝置中的蒸發(fā)器的構造的分解透視圖；
[0020] 圖4是說明根據(jù)本實施例的被設置在冷卻裝置中的蒸發(fā)器的修改的構造的分解透視圖；
[0021] 圖5是說明根據(jù)本實施例的被設置在冷卻裝置中的蒸發(fā)器的修改的構造的分解透視圖；
[0022] 圖6是說明根據(jù)本實施例的被設置在冷卻裝置中的蒸發(fā)器的修改的構造的分解透視圖；
[0023] 圖7是說明根據(jù)本實施例的被設置在冷卻裝置中的蒸發(fā)器的修改的構造的分解透視圖；
[0024] 圖8是說明在設想實施例時所考慮的蒸發(fā)器的構造的示意性截面圖；
[0025] 圖9A說明了在發(fā)熱元件產(chǎn)生大約170W的熱量的情況下，使用根據(jù)其中未設有高熱導率構件的比較示例的蒸發(fā)器時的液體室內的液體溫度的分布；
[0026] 圖9B說明了在發(fā)熱元件產(chǎn)生大約170W的熱量的情況下，使用根據(jù)其中設有高熱導率構件的本實施例的蒸發(fā)器時的液體室內的液體溫度的分布；
[0027] 圖10是說明其多孔介質設有九個管狀突出部的蒸發(fā)器的構造的示意性截面圖；
[0028] 圖11是說明根據(jù)其中未設有高熱導率構件的比較示例的蒸發(fā)器的構造的示意性截面圖；以及
[0029] 圖12說明了根據(jù)本實施例的冷卻裝置的有利效果。

【具體實施方式】
[0030] 下文中，將參照圖1至圖12來描述根據(jù)實施例的蒸發(fā)器、冷卻裝置和電子裝置。
[0031] 根據(jù)本實施例的冷卻裝置例如是冷卻發(fā)熱元件的冷卻裝置，其中該發(fā)熱元件例如是被設置在例如計算機(例如服務器或個人計算機)的電子裝置中的電子部件。該電子裝置還被稱為電子設備。此外，電子部件例如是CPU或LSI芯片。
[0032] 首先，例如如圖2所示，根據(jù)本實施例的電子裝置在殼體50內包括其上安裝有多個電子部件51的接線板52 (例如印刷電路板)、利用空氣冷卻接線板52上的電子部件51 的送風風扇53、電源54和作為輔助存儲裝置的硬盤驅動器（HDD) 55。
[0033] 電子部件51包括作為發(fā)熱元件(即發(fā)熱部件)的電子部件。在該示例中，所述發(fā)熱部件是中央處理器（CPU) 51X。由于作為發(fā)熱部件的CPU51X只利用來自送風風扇53的空氣不能被充分冷卻，因此安裝了冷卻裝置1 (其在這種情況下是環(huán)路熱管）來冷卻CPU51X。 [0034] 在本實施例中，冷卻裝置1是使用雙相蒸氣-液體流的冷卻裝置，其通過利用液相工作流體蒸發(fā)并變成氣相時產(chǎn)生的蒸發(fā)潛熱而獲得了高冷卻性能。
[0035] 也就是說，根據(jù)本實施例的冷卻裝置1是將工作流體(例如乙醇）密封在環(huán)路熱管內的環(huán)路熱管。冷卻裝置1包括使液相的工作流體蒸發(fā)的蒸發(fā)器2、使氣相的工作流體冷凝的冷凝器3、連接蒸發(fā)器2和冷凝器3并且氣相工作流體所流經(jīng)的蒸氣管線4,以及連接冷凝器3和蒸發(fā)器2并且液相工作流體所流經(jīng)的液體管線5。
[0036] 如圖1所示，在環(huán)路熱管1中，蒸發(fā)器2配備有多孔介質6。工作流體可以通過多孔介質6的毛細力而循環(huán)從而傳輸熱量。
[0037] 也就是說，在該示例中，蒸發(fā)器2熱連接至作為發(fā)熱部件的CPU51X。例如，蒸發(fā)器 2通過熱油脂56而與被設置在接線板52上的CPU51X緊密接觸，以使得來自CPU51X的熱量傳播至蒸發(fā)器2。
[0038] 結果，被供應至蒸發(fā)器2的液相工作流體中的一部分從被設置在蒸發(fā)器2中的多孔介質6的表面滲出。已經(jīng)從多孔介質6的表面滲出的液相工作流體利用已經(jīng)從作為發(fā)熱部件的CPU5IX傳播的熱量而蒸發(fā)(汽化)，并且變成氣相。
[0039] 如圖2所示，氣相的工作流體經(jīng)由蒸氣管線4流到冷凝器3中。結果，蒸發(fā)器2中吸收的熱量被傳輸至冷凝器3。
[0040] 隨后，已經(jīng)進入冷凝器3中的氣相工作流體由于工作流體在冷凝器3中被冷卻而冷凝(液化)，并且變成液相。結果，被傳輸至冷凝器3的熱量消散。在該示例中，冷凝器3 被設置在送風風扇53附近，并且冷凝器3配備有散熱片57。于是，被傳輸至冷凝器3的熱量通過散熱片57而消散并且利用來自送風風扇53的空氣而被釋放到殼體50外部。
[0041] 可以設置諸如散熱板的另一種散熱構件來替代散熱片57。替代性地，也可以不設置散熱構件，而是可以通過向管道直接送風來完成冷卻。盡管在該示例中通過氣冷型冷卻單元來完成冷卻，然而也可以通過水冷型冷卻單元來完成冷卻。該液相的工作流體經(jīng)由液體管線5流到蒸發(fā)器2中。
[0042] 在該示例中，工作流體循環(huán)通過由蒸發(fā)器2、蒸氣管線4、冷凝器3和液體管線5形成的循環(huán)路徑。
[0043] 特別地，蒸發(fā)器2在本實施例中被如以下描述地被構造。
[0044] 在以下描述中，適于有效冷卻平板型發(fā)熱元件(在該示例中是作為發(fā)熱部件的 CPU51X)的平薄型蒸發(fā)器將作為蒸發(fā)器2的示例而被描述。平薄型蒸發(fā)器還稱為薄型蒸發(fā) 器或平板型蒸發(fā)器。
[0045] 如圖1所示，根據(jù)本實施例的蒸發(fā)器2包括多孔介質(毛細芯）6、由多孔介質6分隔開的蒸氣室7和液體室8、殼體9以及高熱導率構件10。圖1僅示出了高熱導率構件10 被設置在液體室8中，并且不旨在限制例如高熱導率構件10的形狀和布置。
[0046] 在該示例中，多孔介質6是具有低熱導率的多孔介質。具體地，多孔介質6是多孔聚四氟乙烯（PTFE )樹脂燒結體（由樹脂制成的多孔介質)。
[0047] 在本實施例中，特別地，多孔介質6具有多個管狀突出部6A。即，多孔介質6包括平坦部6B以及被設置在平坦部6B上的多個管狀突出部6A。多個管狀突出部6A被設置成使得能夠相對于平坦部6B而伸向液體室8側（即朝向稍后描述的殼體9的上部9B)。管狀突出部6A中的每一個均具有位于蒸氣室7側（即在稍后描述的殼體9的下部9A那側)上的插入孔6C。被設置在稍后描述的殼體9的下部9A上的多個凸起部分9C中的每一個均被插入到插入孔6C中。插入孔6C的側邊設有在插入孔6C的深度方向中延伸的多個槽6D。
[0048] 殼體9具有下部(第一部)9A和上部(第二部)9B。下部9A與蒸氣管線4連接并且限定了蒸氣室7。上部9B與液體管線5在一側（圖1中的右側）連接并且限定了液體室8。
[0049] 也就是說，在殼體9的下部9A的一側（圖1中的右側）設置蒸氣管線連接開口 9D (蒸發(fā)器2的出口），并且蒸氣管線4連接至蒸氣管線連接開口 9D。以此方式，蒸氣管線4連接至由構成蒸發(fā)器2的殼體9的下部9A所限定的蒸氣室7的一側。在該示例中，如圖3所示，殼體9的下部9A由包括凹處9AY的基部板9AX形成。蒸氣管線4連接至被設置在基部板9AX中的蒸氣管線連接開口 9D。
[0050] 此外，如圖1所示，在殼體9的上部9B的一側設置了液體管線連接開口 9E (蒸發(fā) 器2的進口）。液體管線5連接至液體管線連接開口 9E。以此方式，液體管線5連接至由構成蒸發(fā)器2的殼體9的上部9B所限定的液體室8的一側。在該不例中，如圖3所不，殼體9 的上部9B由框架9BX和蓋9BY形成。液體管線5連接至被設置在框架9BX中的液體管線連接開口 9E。
[0051] 盡管在該示例中蒸氣管線4和液體管線5如圖1所示連接至殼體9的一側，然而這不旨在是限制性的。例如，液體管線5可以連接至殼體9的一側，而蒸氣管線4可以連接至另一側。
[0052] 殼體9的下部9A熱連接至作為發(fā)熱部件的CPU51X。結果，由殼體9的下部9A所限定的蒸氣室7位于靠近CPU51X的位置，并且由殼體9的上部9B所限定的液體室8位于遠離CPU51X的位置。此外，殼體9的上部9B具有比下部9A更低的熱導率。例如，如稍后將描述的，可以通過以不銹鋼形成殼體9的上部9B并以銅形成殼體9的下部9A來使殼體9 的上部9B的熱導率低于下部9A的熱導率。這使熱量從作為發(fā)熱部件的CPU51X至液相工作流體的熱傳播最小化，從而使液相工作流體的溫度增加最小化。
[0053] 此外，殼體9具有被設置在下部9A上的多個凸起部分9C。多個凸起部分9C朝向上部9B延伸并且每個都嵌入到多孔介質6的多個突出部6A中的相對應的一個突出部中。艮P，殼體9的下部9A設有朝向上部9B突出的多個凸起部分9C，并且多個凸起部分9C每個都嵌入被設置在多孔介質6的多個管狀突出部6A中的每個管狀突出部中的插入孔6C中。在該示例中，如圖3所示，多個凸起部分9C 一體地形成在構成殼體9的下部9A的基部板 9AX的凹處9AY的表面上。如圖1所示，多個凸起部分9C每個都嵌入被設置在多孔介質6 的多個管狀突出部6A中的每個管狀突出部中的插入孔6C中，以使得凸起部分9C的中心軸線與多孔介質6的管狀突出部6A的中心軸線（即插入孔6C的中心軸線）重合。
[0054] 以此方式，多孔介質6容納于殼體9中。特別地，多個凸起部分9C每個都嵌入多孔介質6的多個管狀突出部6A中相對應的一個管狀突出部中，以便在多孔介質6的背部（圖 1中的下偵彳）與殼體9的下部9A的表面（圖1的頂部偵彳）之間限定出空間。結果，多孔介質 6的背部與殼體9的下部9A的表面之間所限定的空間用作蒸氣室7。在該示例中，多個槽 6D形成于被設置在多孔介質6的多個管狀突出部6A中的每個管狀突出部中的插入孔6C的側邊上，并且在槽6D之間所限定的空間（即在插入孔6C中形成的槽6D的底部與每個凸起部分9C的側邊之間的空間）也用作蒸氣室7的一部分。在多孔介質6的表面（圖1的頂部偵D與殼體9的上部9B的表面（圖1的下側)之間所限定的空間用作液體室8。液體室8還用作儲存液相的工作流體的儲液器。
[0055] 由于毛細現(xiàn)象，進入液體室8并被儲存在液體室8中的液相工作流體從多孔介質6 的多個管狀突出部6A的周邊滲透并且朝向蒸氣室7滲出。同時，當作為發(fā)熱部件的CPU51X 產(chǎn)生熱量時，熱量傳播至殼體9的下部9A并且進一步傳播至多個凸起部分9C中的每一個。于是，已經(jīng)傳播至多個凸起部分9C中的每一個的熱量使已經(jīng)朝向蒸氣室7滲出的液相工作流體蒸發(fā)(汽化)并且變成氣相。特別地，多孔介質6設有多個管狀突出部6A以提供更大的蒸發(fā)面積，從而改善冷卻性能。此外，通過在殼體9的下部9A設置凸起部分9C并且將凸起部分9C嵌在管狀突出部6A上，液相工作流體的滲透距離變得一致。
[0056] 結果，例如即使在發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量增大從而致使蒸發(fā)量增大的情況下，例如當作為發(fā)熱部件的CPU51X變得更大并且產(chǎn)生更多熱量以致使蒸發(fā)量增大時，仍能避免液相工作流體不易被供應至蒸氣室7側（即發(fā)熱表面?zhèn)壬系亩瞬坎糠郑┥系谋砻孢@一情況，從而使得蒸干、蒸發(fā)面積減小以及所導致的冷卻性能急劇下降的發(fā)生最小化。以此方式，使得為增加的蒸發(fā)面積而設有管狀突出部6A的多孔介質6在厚度上是均勻的，使得與凸起部分 9C接觸的多孔介質6的潤濕性是均勻的，并且液相工作流體從具有增加的蒸發(fā)面積的多孔介質6高效蒸發(fā)，從而確保了穩(wěn)定的冷卻性能。
[0057] 在蒸發(fā)器2配備有也用作儲液器的液體室8并且液體管線5連接至液體室8的一側的情況下，當蒸發(fā)器2在其平面的方向中增大以為應對由發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量增加而提供更大的蒸發(fā)面積時，液體室8內的液相工作流體的溫度在與連接到液體管線5的那側相對的一側趨于變得更高。因此，蒸氣(氣泡）易于形成，從而導致冷卻性能的急劇下降。
[0058] 在這種情況下，例如如圖8所示，還能夠設想將液體管線5劃分為兩個分支，一個連接至液體室8的一側，而另一個連接至液體室8的相對側。然而，提供這種附加管道會導致成本的增加。此外，也難以保護用于安裝這種管道的空間。
[0059] 因此，在本實施例中，如圖1所示，高熱導率構件10被設置在液體室8內。高熱導率構件10從與液體管線5連接的一側延伸向與該側相對的一側，并且具有比殼體9的上部 9B更高的熱導率。因此，液體室8內的液相工作流體的溫度差可能變得更小，從而使得保持液體室8內部的低溫狀態(tài)基本一致成為可能。結果，防止液相工作流體在液體室8內蒸發(fā) 或防止液體室8內的壓力上升是可能的，由此實現(xiàn)了工作液體的穩(wěn)定循環(huán)，環(huán)路熱管的穩(wěn) 定工作以及高冷卻性能。
[0060] 高熱導率構件10優(yōu)選地具有比例如大約100W/mK更高的熱導率。在本實施例中，由于殼體9的上部9B是由具有大約20W/mK至大約30W/mK的低熱導率的不銹鋼制成的，因此高熱導率構件10具有比該值更高的熱導率。液相工作流體具有低熱導率。在水的情況下，其熱導率為大約〇. 6W/mK，而在乙醇或丙酮的情況下，其熱導率為大約0. 2W/mK。因此，高熱導率構件10具有比液相工作流體更高的熱導率。此外，多孔介質6具有低熱導率。例如，PTFE的熱導率為大約0. 2W/mK至大約0. 3W/mK。因此，高熱導率構件10具有比多孔介質更高的熱導率。
[0061] 在本實施例中，如圖3所示，高熱導率構件10包括多個板狀構件10X。每個板狀構件10X均為矩形板狀構件。多個板狀構件10X以堅直取向而被設置在多孔介質6的平坦部6B上的多個管狀突出部6A之間。結果，不僅在液體室8內全部以液相工作流體填充的情況下，而且在液相工作流體僅存在于液體室8內部中的下側的情況下，液體室8的內部可以保持基本一致的低溫狀態(tài)。
[0062] 作為高熱導率構件10的每個板狀構件10X均為由高熱導率材料制成的板狀構件。例如，可以使用由具有高熱導率（良好熱導率）的金屬、碳纖維、金剛石、無機材料等制成的板狀構件。具有高熱導率的金屬的示例包括銅(熱導率：約380W/mK)和鋁(在壓鑄件的情況下的熱導率：約l〇〇W/mK ;在鍛造產(chǎn)品的情況下的熱導率：約200W/mK)。具有高熱導率的碳纖維是指具有關于軸向方向的高熱導率的碳纖維(例如具有大約800W/mK的熱導率的浙青基碳纖維)。此外，金剛石具有大約1000W/mK至2000W/mK的熱導率。此外，具有高熱導率的無機材料的示例包括陶瓷制品，例如氮化鋁（AIN)(熱導率：約150W/mK)和碳化硅（SiC) (熱導率：約200W/mK)。
[0063] 如圖4所示，優(yōu)選地，多個板狀構件10X每個都具有在度方向中穿透每個板狀構件 10X的多個孔10XA。結果，可以改進熱量從液體室8的一側至相對側的傳導率，而不會妨礙液相工作流體在液體室8內的流動。
[0064] 特別地，更優(yōu)選地，如圖5所示，多個孔被形成為從一側延伸至相對側的拉長孔 10XB。即，更優(yōu)選地，這些孔是在板狀構件10X的縱向方向中延伸的拉長孔10XB，其長度在板狀構件10X的縱向方向中比在側向方向中更大。結果，可以進一步改進熱量從液體室8 的一側至相對側的傳導率，同時對液相工作流體在液體室8內的流動妨礙更小。
[0065] 高熱導率構件10不限于以上所述。例如，可以提供多個板狀構件、多個桿狀構件或多個熱管作為高熱導率構件10。例如，如圖6所示，可以提供多個桿狀構件10Y來替代如以上實施例中提供多個板狀構件10X作為高熱導率構件10。替代性地，例如，如圖7所示，可以提供多個熱管10Z (其具有等于大約1000W/mK至3000W/mK的熱導率)。
[0066] 下文中，將描述作為根據(jù)本實施例的冷卻裝置1的環(huán)路熱管的特定構造示例。
[0067] 首先，蒸發(fā)器2具有大約75mm乘大約75mm的外部尺寸，并且具有約25mm的高度。由于蒸發(fā)器2的殼體9的下部9A熱連接至發(fā)熱元件51X，因此下部9A由具有高熱導率的銅制成，而殼體9的上部9B由具有相對較低熱導率的不銹鋼制成。這使從發(fā)熱元件51X經(jīng)由殼體9的下部9A至液相工作流體的熱傳播最小化。此外，在該示例中，無孔PTFE被附接至殼體9的上部9B的內壁表面，即直接接觸液相工作流體的液體室8的壁部表面，從而阻止從殼體9的上部9B到液相工作流體的熱泄漏。
[0068] 為附接多孔介質6,在殼體9的下部9A的底部上的網(wǎng)格中布置總共36個凸起部分 (圓柱體；突出部）9C，縱向方向上六個以及橫向方向上六個(見圖3)。每個凸起部分9C均具有約5mm的直徑(外徑）Φ，以及約15mm的高度。
[0069] 多孔介質6是具有約40%的孔隙率和約20 μ m的平均孔隙直徑的多孔PTFE樹脂燒結體（由樹脂制成的多孔介質)。上面提到的多孔介質6設有總共36個管狀突出部（圓柱形突出部）6A，縱向方向上六個以及橫向方向上六個，從而被布置在網(wǎng)格中。每個管狀突出部6A均具有約9mm的外徑Φ，以及約7mm的內徑Φ。管狀突出部（圓柱形突出部)6A的中心軸線，即設于每個管狀突出部（圓柱形突出部)6A的背面上的插入孔6C的中心軸線，與設于殼體9的下部9A上的凸起部分9C的中心軸線重合。設于殼體9的下部9A的底部上的每個凸起部分9C均被插入設于每個管狀突出部（圓柱形突出部）6A的背面上的插入孔6C 中，從而將多孔介質6附接至殼體9的下部9B (見圖1)。
[0070] 在該示例中，設于每個管狀突出部（圓柱形突出部）6A的背面上的插入孔6C具有約13mm的深度。因此，當多孔介質6通過將設于殼體9的下部9A的底部上的每個凸起部分9C插入設于每個管狀突出部（圓柱形突出部)6A的背面上的插入孔6C中而被附接至殼體 9的下部9A時，在殼體9的底部（即殼體9的下部9A的底部)與多孔介質6的背部（即多孔介質6的平坦部6B的背部)之間限定了約2mm的空間，并且該空間用作蒸氣室7 (見圖1)。
[0071] 設于每個管狀突出部（圓柱形突出部)6A的背面上的插入孔6C的直徑被設定成比殼體9的凸起部分9C的外徑小大約50 μ m至大約200 μ m。這充分確保了當多孔介質6被附接至殼體9的下部9A時的緊密接觸。
[0072] 此外，槽6D被均勻地設置在插入孔6C的側邊（內壁）上(見圖1)。槽6D具有約 1mm的寬度和約1mm的深度，并且在插入孔6C的深度方向（堅直方向）中延伸。結果，槽6D 之間所限定的空間，即形成在插入孔6C的側邊上的每個槽6D的底部與殼體9的每個凸起部分9C的側邊之間的空間，也用作蒸氣室7的一部分。
[0073] 通過將殼體9的上部9B耦合至與多孔介質6附接的殼體9的下部9A，在多孔介質 6被容納在殼體9中的情況下，在多孔介質6 (即多孔介質6的管狀突出部（圓柱形突出部） 6A的頂部）與殼體9的上部9B的下側之間限定出高度約為5mm的內部空間。該內部空間以及多孔介質6的多個管狀突出部6A之間的空間用作液體室，該液體室也用作儲液器(見圖1)。
[0074] 以此方式準備的蒸發(fā)器2的蒸氣室7 (即限定出蒸發(fā)器2的蒸氣室7的殼體9的下部9A)與冷凝器3的進口是通過蒸氣管線4而連接的（見圖2)。此外，蒸發(fā)器2的液體室8的一側（即限定蒸發(fā)器2的液體室8的殼體9的上部9B的一側）與冷凝器3的出口是通過液體管線5而連接的(見圖2)。
[0075] 在該示例中，蒸氣管線4是具有約6mm的外徑和5mm的內徑的銅管。蒸氣管線4 具有約300mm的長度。液體管線5是具有約4mm的外徑和約3mm的內徑的銅管。液體管線 5具有約200mm的長度。冷凝器3的尺寸為約150mm的寬度、約50mm的高度和約45mm的長度。在該示例中，鋁板片（散熱片57)通過填塞而被附接至設于冷凝器3中的冷凝管(見圖2)。使用具有約6. 35mm的外徑的銅制開槽管作為該冷凝管。鋁制的散熱片57具有約 0. 2mm的厚度和約1. 5mm的間距。
[0076] 使用乙醇作為工作流體。在將環(huán)路熱管1排成真空之后，環(huán)路熱管1被填充以適當量的飽和乙醇。
[0077] 如圖11所示，對于設置在環(huán)路熱管1中的蒸發(fā)器2而言，即在沒有設置高熱導率構件10的情況下準備的蒸發(fā)器2,測量蒸發(fā)器2的液體室8內的液相工作流體的溫度(液體溫度)。結果表明，隨著與連蒸發(fā)器2的殼體9的與液體室8連接的端面的接近度的降低，液體溫度從液體室8的與液體管線5連接的一側朝向相對側變得更高(見圖9A)。
[0078] 因此，液體溫度的等溫線被認為基本上平行于蒸發(fā)器2的殼體9的與液體管線5 連接的端面，并且作為高熱導率構件10,多個板狀構件(銅板；銅制的板構件）10X沿著與液體溫度的等溫線垂直的方向（即，沿著與蒸發(fā)器2的殼體9的與液體管線5連接的端面垂直的方向）而被置于也用作儲液器的液體室8中（見圖5)。
[0079] 也就是說，在也用作儲液器的液體室8內的多孔介質6的多個管狀突出部6A之間的空間中，從液體室8的與液體管線5連接的一側延伸至與該側相對的一側的多個板狀構件(銅板）10X是以堅直取向而被布置的，以使得多個板狀構件(銅板）10X在與從該側指向另一側的方向正交的方向中而被布置(見圖5)。
[0080] 在該示例中，具有約10mm的寬度、約60mm的長度和約0. 5mm的厚度的五個板狀構件(銅板）10X每個都被放置成使得能夠被插入多孔介質6的多個管狀突出部（圓柱形突出部)6A之間的間隙(約1mm)中。盡管殼體9的上部9B由不銹鋼制成，然而高熱導率構件10 是由銅制成的。因此，高熱導率構件10具有比殼體9的上部9B更高的熱導率。此外，在該示例中，每個板狀構件(銅板）1〇Χ均設有沿其縱向方向而伸長的多個長形孔(穿孔的狹縫） 10XB。結果，對于板狀構件(銅板)10X的縱向方向而言可以達到更高的熱導率，同時對液相工作流體在液體室8內的流動提供更小的妨礙。
[0081] 例如，考慮液相工作流體在液體室8內的約170W的發(fā)熱量的溫度分布。此時，在其中液體室8內沒有設置高熱導率構件10的比較示例的情況下(見圖11 )，如圖9A所示，形成了約8°C的溫度差，并且針對液體室8內的液體溫度而形成了高溫部(見圖11)。相反，在其中如根據(jù)本實施例的特定構造示例那樣將高熱導率構件10設置在液體室8內的情況下 (見圖1和圖5)，如圖9B所示，確定溫度差更小，約為2°C，并且液體室8的內部可以保持基本一致的低溫狀態(tài)，從而使之能夠向多孔介質6供應低溫液相工作流體。
[0082] 特別地，通過如根據(jù)本實施例的特定構造示例而在液體室8內設置高熱導率構件 10 (見圖1和圖5)，在液體室8內形成的高溫部的溫度可以從約45°C降到約40°C。
[0083] 此時，對于發(fā)熱量約為170W的CPU51X的表面溫度，該表面溫度在其中沒有在液體室8內設置高熱導率構件10的比較示例的情況下(見圖11)為大約70°C，而在根據(jù)本實施例的特定構造示例的情況下(見圖1和圖5)，該表面溫度為大約50°C (見圖12)。
[0084] 對于最大發(fā)熱量為330W的CPU51X的表面溫度(最大表面溫度)，該表面溫度在其中沒有在液體室8內設置高熱導率構件10的比較示例的情況下(見圖11)為大約85°C，而在根據(jù)本實施例的特定構造示例的情況下(見圖1和圖5)，該表面溫度為大約80°C (見圖 12)。
[0085] 就這點而言，在大約170W的發(fā)熱量處，在根據(jù)本實施例的特定構造示例的情況下 (見圖1和圖5)獲得了良好的冷卻性能。在這種情況下，CPU51X的表面溫度與在液體室8 內形成的高溫部的溫度之間的溫差為大約l〇°C。另外，在330W的最大發(fā)熱量處，在根據(jù)本實施例的特定構造示例的情況下(見圖1和圖5)獲得了良好的冷卻性能，并且假定溫差類似于上面提到的值。
[0086] 于是，結果是，在其中沒有在液體室8內設置高熱導率構件10的比較示例的情況下（見圖11)，在330W的最大發(fā)熱量處，在液體室8內形成的高溫部的溫度為大約75°C，而在根據(jù)本實施例的特定構造示例的情況下(見圖1和圖5)，該高溫部的溫度為大約70°C。在該示例中，使用乙醇作為液相工作流體，并且其沸點為78. 37°C。因此,在其中沒有在液體室 8內設置高熱導率構件10的比較示例的情況下(見圖11)，在液體室8內形成的高溫部的溫度接近沸點，這會導致蒸氣的形成并且會降低冷卻性能。
[0087] 相反，在根據(jù)本實施例的特定構造示例的情況下(見圖1和圖5)，如上所述在液體室8內設置高熱導率構件10使之能夠保持液體室8內部的溫度基部一致，并且降低在液體室8內形成的高溫部的溫度以使該溫度遠離沸點。這可以最小化蒸氣的形成以及所導致的冷卻性能下降。結果，可以獲得穩(wěn)定的冷卻性能，而不會發(fā)生蒸發(fā)器2內的多孔介質6的蒸干，這會導致大尺寸CPU51X達到涉及異常高溫的危險狀態(tài)。
[0088] 盡管在該示例中板狀構件(銅板)10X設置有長形孔10XB，然而板狀構件(銅板)10X 也可以簡單地設置有孔(見圖4)，或可以不設置孔(見圖3)。盡管在該示例中板狀構件(銅板）10X被用作傳導性非常高的構件10,然而也可以通過例如使用諸如鋁之類的金屬、碳纖維或諸如陶瓷之類的無機材料作為傳導性非常高的構件10以形成桿狀形狀的傳導性非常高的構件10 (見圖6)或者使用熱管(見圖7)，來達到相同的效果。例如，在形成桿狀形狀的傳導性非常高的構件10的情況下，可以通過放置具有約2. 5_的直徑的多個銅桿來達到相同的效果。在使用熱管的情況下，可以通過放置其中密封有水的厚度約4mm至約5mm且長度約60mm的多個微型熱管來達到相同的效果。
[0089] 因此，根據(jù)本實施例的蒸發(fā)器、冷卻裝置和電子裝置提供了能夠使冷卻性能降低最小化并且即使在發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量增大的情況下仍提供穩(wěn)定冷卻性能的優(yōu)點。
[0090] 特別地，通過使用包括如上述實施例中的平薄型蒸發(fā)器的冷卻裝置，可以高效地冷卻諸如電子部件或印刷電路板(接線板）之類的產(chǎn)生大量熱量的平板型發(fā)熱元件。結果，有可能改進諸如計算機之類的電子裝置的性能，從而增加其可靠性。
[0091] 附帶地，通常由計算機服務器代表的電子裝置中的發(fā)熱部件所產(chǎn)生的熱量逐年增力口。特別地，由作為安裝在計算機服務器中的高發(fā)熱部件的CPU所產(chǎn)生的熱量由于CPU在計算速度方面的改善以及逐漸變?yōu)槎嗪硕眲≡黾印?br> [0092] 因此，CPU的部件尺寸顯著增大。例如，盡管CPU在長度和寬度方面的典型尺寸在過去為大約30mm至大約40mm，然而近來，CPU變得更大，其在長度和寬度方面的尺寸為大約 60mm至大約80mm。為此，用于冷卻這種大型CPU的冷卻裝置的平板型蒸發(fā)器還必須應對發(fā) 熱量的增加以及尺寸的增加。
[0093] 就這點而言，在其中使用具有如上述實施例中的多個管狀突出部6A的多孔介質6 的情況下，可以處理的熱量是由針對每一管狀突出部的蒸發(fā)面積而決定的。因此，如果管狀突出部6A的數(shù)目小，則不可能應對發(fā)熱部件所產(chǎn)生的熱量的增加，從而導致蒸干。例如，如圖10所示，當試圖通過使用其中管狀突出部6A的數(shù)目縮減并且在網(wǎng)格中布置了總共3 個管狀突出部(縱向方向上三個并且橫向方向上三個）的蒸發(fā)器來冷卻具有上述大尺寸的 CPU51X時，發(fā)生蒸干。
[0094] 在這種情況下，蒸干取決于液相工作流體從多孔介質6滲出的速度。因此，通過按照發(fā)熱部件所產(chǎn)生的熱量來增加蒸發(fā)面積(接觸面積)，即管狀突出部6A的數(shù)目，可以應對發(fā)熱量的增加。
[0095] 因此，在上述特定構造示例中（見圖1和圖5)，管狀突出部6A的數(shù)目增大到總數(shù)為 36,即使用具有大尺寸（大面積）的蒸發(fā)器2以使得蒸發(fā)器2可以適于冷卻產(chǎn)生大量熱量的上述大型CPU51X。
[0096] 例如，盡管蒸發(fā)器2的尺寸通過設置總共36個管狀突出部6A而增大，但仍能確定，通過使用根據(jù)其中沒有在液體室8內設置高熱導率構件10的比較示例(見圖11)的蒸發(fā)器2,如圖12中的虛線A所指示的那樣，即使在具有大尺寸的CPU51X產(chǎn)生約330W的最大熱量的情況下，具有大尺寸的CPU51X的表面溫度仍可以被降低到接近大約85°C。以此方式，可以防止具有大尺寸的CPU51X達到涉及異常高溫度的危險狀態(tài)。
[0097] 然而，當管狀突出部6A的數(shù)目增大到使蒸發(fā)器2如在上述特定構造示例中那樣更大時，在液體室8內的液相工作流體中形成溫度差，從而產(chǎn)生高溫部和低溫部。即，在蒸發(fā) 器2具有小尺寸的情況下(例如，在管狀突出部6A的數(shù)目總共為九個的情況下；見圖10)，被冷卻的液相工作流體從液體管線5被供給到液體室8中。因此，液體室8內的液相工作流體保持基本一致的低溫狀態(tài)。
[0098] 與上述相反，在蒸發(fā)器2的尺寸增大并且液體室8在其平面方向中增大的情況下 (見圖11)，盡管液體室8內部中的與液體管線5連接的一側的溫度由于液相工作流體經(jīng)由液體室8的連續(xù)供給而相對較低，然而在液體室8內部中位于與連接到液體管線5的那一側相對的一側處的液相工作流體由于熱量從位于液體室8下方的蒸氣室7泄漏(發(fā)熱)而變成高溫。結果，易于在液體室8內的高溫部中形成蒸氣(氣泡)，從而導致例如蒸干，而蒸干會導致冷卻性能的降低。
[0099] 因此，通過如在上述特定構造示例中那樣將高熱導率構件10設置在液體室8內，使液體室8內的液相工作流體的溫度差更小，以使得不形成高溫部。因此，冷卻性能沒有降低，并且可以獲得穩(wěn)定的冷卻性能。
[0100] 被描述為特定構造示例(見圖1和圖5)的上述冷卻裝置1實際上被用來冷卻具有約60mmX 60mm的大尺寸的CPU51X(工作中的最大發(fā)熱量：約330W)，其是實際運行的電子裝置內的大型發(fā)熱部件，并且具有大尺寸的CPU51X的表面溫度被測量。結果，如圖12所示，確定即使在具有大尺寸的CPU51X高速運行并產(chǎn)生約330W的最大熱量的情況下，具有大尺寸的CPU51X的表面溫度仍為大約80°C，這表明具有大尺寸的CPU51X可以以令人滿意的方式被冷卻。
[0101] 同樣確定在使用被描述為特定構造示例(見圖1和圖5)的上述蒸發(fā)器2的情況下，如圖12中由虛線A和B所指示的，與根據(jù)其中沒有在液體室8內設置高熱導率構件10的比較示例(見圖11)的蒸發(fā)器2相比，可以使CPU51X的表面溫度在CPU51X的整個發(fā)熱量范圍內變得更低。
[0102] 以此方式，不管CPU51X產(chǎn)生的熱量如何，包括當具有大尺寸的CPU51X滿負荷運轉時，即當CPU51X產(chǎn)生約330W的最大熱量時，獲得了穩(wěn)定的冷卻性能，而不會發(fā)生導致具有大尺寸的CPU51X達到涉及異常高溫的危險狀態(tài)的蒸發(fā)器2內多孔介質6的蒸干。
[0103] 例如，如圖12中由虛線A和B所指示的，在其中具有大尺寸的CPU5IX所產(chǎn)生的熱量是在約200W至330W的范圍內的高發(fā)熱范圍中，液相工作流體的流量較大(流動較快)。因此，與使用根據(jù)其中沒有在液體室8內設置高熱導率構件10的比較示例（見圖11)的蒸發(fā) 器2的情況相比，該實施例在降低CPU51X的表面溫度方面的效果不是非常好。然而，盡管該效果就降低形成在液體室8內的高溫部的溫度而言并不十分好，然而可以最小化由于蒸氣的形成而造成的冷卻性能降低。
[0104] 在其中具有大尺寸的CPU51X所產(chǎn)生的熱量不大于約200W的中到低發(fā)熱范圍內，液相工作流體的流量減小。因此，在使用根據(jù)其中沒有在液體室8內設置高熱導率構件10 的比較示例(見圖11)的蒸發(fā)器2的情況下，如圖12中由虛線A所指示的，液體溫度在液體室8內的遠離液體管線5的區(qū)域中趨于升高。結果，沒有獲得足夠的冷卻性能，并且環(huán)路熱管1的工作變得不穩(wěn)定。
[0105] 與此相反，通過使用根據(jù)上述特定構造(見圖1和圖5)的蒸發(fā)器2,如圖12中由虛線B所指示的，在不大于200W的中至低發(fā)熱范圍內獲得了足夠的冷卻性能，由此使之能夠穩(wěn)定環(huán)路熱管1的工作。以此方式，即使在其中蒸發(fā)器2的尺寸增大并且液體室8在其平面方向中增大的情況下，也有可能在從低發(fā)熱量至高發(fā)熱量的整個發(fā)熱范圍內冷卻CPU51X (發(fā)熱部件)。
[0106] 如上所述，確定利用根據(jù)上述特定構造示例的冷卻裝置1，即使在發(fā)熱元件所產(chǎn)生的熱量增加的情況下，仍可以使冷卻性能的降低最小化，并且可以獲得穩(wěn)定的冷卻性能。
【權利要求】
1. 一種蒸發(fā)器，包括：多孔介質，其具有多個管狀突出部；蒸氣室和液體室，其通過所述多孔介質而被隔開，所述液體室還用作儲液器；殼體，其具有：與蒸氣管線連接的第一部分，所述第一部分限定了所述蒸氣室，在一側與液體管線連接的第二部分，所述第二部分具有比所述第一部分更低的熱導率，所述第二部分限定了所述液體室，和被設置在所述第一部分上的多個凸起部分，所述多個凸起部分朝向所述第二部分突出，所述多個凸起部分每個都嵌入所述多孔介質的所述多個管狀突出部中的每個管狀突出部中；以及被設置在所述液體室內的高熱導率構件，所述高熱導率構件從與所述液體管線連接的所述一側延伸至位于與所述一側相對的位置的相對側，所述高熱導率構件具有比所述第二部分更高的熱導率。
2. 根據(jù)權利要求1所述的蒸發(fā)器，其中，所述高熱導率構件包括多個板狀構件、多個桿狀構件或多個熱管。
3. 根據(jù)權利要求1所述的蒸發(fā)器，其中：所述高熱導率構件包括多個板狀構件；以及所述多個板狀構件以堅直取向而設置在所述多個管狀突出部之間。
4. 根據(jù)權利要求3所述的蒸發(fā)器，其中，所述多個板狀構件中的每個板狀構件均具有多個孔，所述多個孔在厚度方向中穿透所述多個板狀構件中的每一個。
5. 根據(jù)權利要求4所述的蒸發(fā)器，其中，所述多個孔中的每個孔均為從所述一側朝向所述相對側延伸的長形孔。
6. -種冷卻裝置，包括：用于蒸發(fā)液相工作流體的蒸發(fā)器；用于冷凝氣相工作流體的冷凝器；用于使所述氣相工作流體流過的蒸氣管線，所述蒸氣管線連接所述蒸發(fā)器與所述冷凝器；以及用于使所述液相工作流體流過的液體管線，所述液體管線連接所述冷凝器與所述蒸發(fā) 器，其中，所述蒸發(fā)器包括：多孔介質，其具有多個管狀突出部，蒸氣室和液體室，其通過所述多孔介質而被隔開，所述液體室還用作儲液器，殼體，其具有：與蒸氣管線連接的第一部分，所述第一部分限定了所述蒸氣室，在一側與液體管線連接的第二部分，所述第二部分具有比所述第一部分更低的熱導率，所述第二部分限定了所述液體室，和被設置在所述第一部分上的多個凸起部分，所述多個凸起部分朝向所述第二部分突出，所述多個凸起部分每個都嵌入所述多孔介質的所述多個管狀突出部中的每個管狀突出部中，以及被設置在所述液體室內的高熱導率構件，所述高熱導率構件從與所述液體管線連接的所述一側延伸至位于與所述一側相對的位置的相對側，所述高熱導率構件具有比所述第二部分更高的熱導率。
7. 根據(jù)權利要求6所述的冷卻裝置，其中，所述高熱導率構件包括多個板狀構件、多個桿狀構件或多個熱管。
8. 根據(jù)權利要求6所述的冷卻裝置，其中：所述高熱導率構件包括多個板狀構件；以及所述多個板狀構件以堅直取向而被設置在所述多個管狀突出部之間。
9. 根據(jù)權利要求8所述的冷卻裝置，其中，所述多個板狀構件中的每個板狀構件均具有多個孔，所述多個孔在厚度方向中穿透所述多個板狀構件中的每一個。
10. 根據(jù)權利要求9所述的冷卻裝置，其中，所述多個孔中的每個孔均為從所述一側朝向所述相對側延伸的長形孔。
11. 一種電子裝置，包括：設置在接線板上的電子元件；以及用于冷卻所述電子元件的冷卻裝置，其中，所述冷卻裝置包括：用于蒸發(fā)液相工作流體的蒸發(fā)器，用于冷凝氣相工作流體的冷凝器，用于使所述氣相工作流體流過的蒸氣管線，所述蒸氣管線連接所述蒸發(fā)器與所述冷凝器，以及用于使所述液相工作流體流過的液體管線，所述液體管線連接所述冷凝器與所述蒸發(fā) 器，其中，所述蒸發(fā)器包括：多孔介質，其具有多個管狀突出部，蒸氣室和液體室，其通過所述多孔介質而被隔開，所述液體室還用作儲液器，殼體，其具有：與蒸氣管線連接的第一部分，所述第一部分限定了所述蒸氣室，在一側與液體管線連接的第二部分，所述第二部分具有比所述第一部分更低的熱導率，所述第二部分限定了所述液體室，和被設置在所述第一部分上的多個凸起部分，所述多個凸起部分朝向所述第二部分突出，所述多個凸起部分每個都嵌入所述多孔介質的所述多個管狀突出部中的每個管狀突出部中，以及被設置在所述液體室內的高熱導率構件，所述高熱導率構件從與所述液體管線連接的所述一側延伸至位于與所述一側相對的位置的相對側，所述高熱導率構件具有比所述第二部分更高的熱導率。
12. 根據(jù)權利要求11所述的電子裝置，其中，所述高熱導率構件包括多個板狀構件、多個桿狀構件或多個熱管。
13. 根據(jù)權利要求11所述的電子裝置，其中：所述高熱導率構件包括多個板狀構件；以及所述多個板狀構件以堅直取向而被設置在所述多個管狀突出部之間。
14. 根據(jù)權利要求13所述的電子裝置，其中，所述多個板狀構件中的每個板狀構件均具有多個孔，所述多個孔在厚度方向中穿透所述多個板狀構件中的每一個。
15. 根據(jù)權利要求14所述的電子裝置，其中，所述多個孔中的每個孔均為從所述一側朝向所述相對側延伸的長形孔。
【文檔編號】H05K7/20GK104121793SQ201410157791
【公開日】2014年10月29日申請日期:2014年4月18日優(yōu)先權日:2013年4月26日
【發(fā)明者】內田浩基申請人:富士通株式會社

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