冷却装置和具有它的数据中心的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种冷却装置，其具有：将受热部(12)、散热路径(13)、散热部(15)、返回路径(14)依次连接成环状的循环路径；收纳在循环路径中的工作流体(17)；和设置在受热部(12)的上游的止回阀(21)。散热部(15)具有被分隔板分隔开的液化室和冷却水室。液化室在上方具有与散热路径(13)连接的第1连接部，在下方具有与返回路径(14)连接的第2连接部，包括固定在分隔板的具有多个开口或者缺口的多个第1散热翅片。冷却水室具有冷却水入口、冷却水出口和将从冷却水入口到冷却水出口的路径分隔为多个并排路径的多个第2散热翅片。
【专利说明】
冷却装置和具有它的数据中心
技术领域
[0001]本发明涉及冷却装置和具有该冷却装置的数据中心。
【背景技术】
[0002]在大消耗电力的电子设备或电动车的电力转换电路中，因为在CPU或半导体开关元件等的电子部件中流通数十安培的大电流，所以在该部分产生较大的热。
[0003]现有技术中，用使用了环路型热管(Looped Heat Pipe)的冷却装置，进行电子部件的冷却(例如参照专利文献I)。
[0004]以下，参照图14关于现有的冷却装置进行说明。
[0005]如图14所示，环路型热管包括:环形回路103、热介质112、冷却器105、加热部113和止回阀114。环形回路103分体地包含上升管101和下降管102。热介质112是在真空下封入环形回路103的工作流体。冷却器105构成环形回路103的一部分，并且位于环形回路103的上方。加热部113位于上升管101的下部。止回阀114插入安装在环形回路103内的下部，限制环形回路103内的热介质112的循环方向。
[0006]在此，当与加热部113接触的电子部件产生热时，所产生的热向加热部113传递，热被施加到在加热部113中循环的热介质112，从而发生气化。
[0007]由止回阀107限制热介质112的循环方向。气化了的热介质112在上升管101中上升，在冷却器105中被冷却，发生冷凝后液化。另外，在冷却器105中，在加热部113中所施加的热被释放。
[0008]在冷却器105中释放出热而液化了的热介质112在下降管102中下降，经由止回阀114再次返回到加热部113。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011 ] 专利文献I:日本特开昭61-038396号公报
【发明内容】
[0012]在现有的冷却装置中，在冷却器105内插入冷却用的热交换管111，向该热交换管111中供给冷却液和水。但是，气化了的热介质112与热交换管111的接触概率低，存在冷却器105中的冷却能力低的课题。
[0013]此外，为了冷却电子部件，需要降低在冷却器105中释放热而冷凝了的热介质112的温度，要求使冷凝了的热介质112的温度降低。
[0014]本发明的目的在于使冷凝了的热介质(以下称为工作流体)的温度降低，提高冷却能力。
[0015]为了达成该目的，本发明的冷却装置对具有多个电子设备的机架式服务器进行冷却。另外，具有:将受热部、散热路径、散热部、返回路径依次连接为环状的循环路径;收纳在循环路径中的工作流体；和设置在受热部的上游的止回阀。散热部具有被分隔板分隔(分离)开的液化室和冷却水室。液化室在上方具有与散热路径连接的第I连接部，在下方具有与返回路径连接的第2连接部，并具有多个固定在分隔板的、具有多个开口或者缺口的第I散热翅片。冷却水室具有冷却水入口、冷却水出口和将从冷却水入口到冷却水出口的路径分隔为多个并排路径的多个第2散热翅片。
[0016]由此，能够降低冷凝了的工作流体的温度，提高冷却能力。
[0017]S卩，在散热部的液化室中，气化后的工作流体从与散热路径连接的第I连接部侧向与返回路径连接的第2连接部侧流动。在该液化室中，工作流体从上方向下方通过多个第I散热翅片的开口或者缺口、以及第I散热翅片的前端部与散热部的内壁之间的间隙，从第I连接部侧向第2连接部侧前进。
[0018]另外，在散热部的冷却水室中，从冷却水入口向冷却水出口流动的冷却水通过多个第2散热翅片从冷却水入口向冷却水出口以被分隔为多个并排路径的状态前进。
[0019]因此，在散热部的液化室和冷却水室中，能够高效地进行从工作流体和冷却水各自向第1、第2散热翅片的热移动。
[0020]并且，从分隔板侧向上倾斜的第I散热翅片的开口或者缺口没有设置在分隔板附近。因此，与第I散热翅片接触而被冷却、冷凝的工作流体随着第I散热翅片的倾斜流向分隔板侧，积存在分隔板附近。
[0021 ]这时，分隔板在冷却水室中，由被冷却水冷却了的第2散热翅片冷却，因此停留在分隔板附近的工作流体被冷却到比冷凝温度低的温度。
[0022]之后，冷凝了的工作流体进一步积存，工作流体的水位超过第I散热翅片的开口或者缺口的下端。这时，冷凝了的工作流体从开口或者缺口落下到正下方的第I散热翅片上，随着第I散热翅片的倾斜流向分隔板侧，积存在分隔板附近。
[0023]从最上层的第I散热翅片到最下层的第I散热翅片反复进行该动作。由此，从最下层的第I散热翅片的开口或者缺口落下积存在液化室内的底面上的冷凝了的工作流体以比冷凝温度低的温度流向返回路径。
[0024]另外，在第I散热翅片的前端部和散热部的与分隔板相对的内壁之间设置有间隙。由此，从第I连接部侧流入液化室内，并气化了的工作流体能够在该间隙和第I散热翅片的开口或者缺口者两者流通，能够降低压力损失。
[0025]另外，能够将分隔板的外周焊接在散热部的内表面。由此，能够较高低维持液化室内的密闭度，也能够维持收纳有工作流体的循环路径内的负压。因此，制冷剂能够通过半导体开关元件的热量连续地循环。
【附图说明】
[0026]图1是本发明的实施方式I和2的数据中心的概略图。
[0027]图2A是本发明的实施方式I的冷却装置的侧视图。
[0028]图2B是本发明的实施方式I的冷却装置的背视图。
[0029]图3A是本发明的实施方式I的冷却装置的内冷却环路的侧视图。
[0030]图3B是表示图3A的3B-3B截面的结构图。
[0031]图4A是本发明的实施方式I的冷却装置的散热部的内部透视俯视图。
[0032]图4B表示图4A的4B-4B截面的结构图。
[0033]图5A是本发明的实施方式I的冷却装置的散热部的内部透视侧面详图。
[0034]图5B表示图5A的5B-5B截面的结构图。
[0035]图5C是图5B的A部详图。
[0036]图是图5B的截面的结构图。
[0037]图6A是本发明的实施方式I的冷却装置的另一散热部的内部透视侧面详图。
[0038]图6B表示图6A的6B-6B截面的结构图。
[0039]图7A是本发明的实施方式I的冷却装置的散热部的内部结构图。
[0040]图7B是表示本发明的实施方式I的冷却装置的散热部的散热翅片的制造方法的侧视图。
[0041]图7C是表示本发明的实施方式I的冷却装置的散热部的散热翅片的制造方法的背视图。
[0042]图7D是表示本发明的实施方式I的冷却装置的散热部的另一散热翅片的制造方法的侧视图。
[0043]图8A是本发明实施方式2的冷却装置的侧视图。
[0044]图SB是本发明实施方式2的冷却装置的背视图。
[0045]图9A是本发明实施方式2的冷却装置的内冷却环路的俯视图。
[0046]图9B是图9A的9B-9B截面的结构图。
[0047]图1OA是本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的内部透视侧面俯视图。
[0048]图1OB表示图1OA的10B-10B截面的结构图。
[0049]图1lA是本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的内部透视侧面详图。
[0050]图1IB表示图1IA的IIB-1IB截面的结构图。
[0051]图12A是本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的内部结构图。
[0052]图12B是表示本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的散热翅片的制造方法的侧视图。
[0053]图12C是表示本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的散热翅片的制造方法的背视图。
[0054]图12D是表示本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的另一散热翅片的制造方法的侧视图。
[0055]图13A是表示本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的散热翅片的背视图。
[0056]图13B是表示本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的另一散热翅片的背视图。
[0057]图13C是表示本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的另一散热翅片的背视图。
[0058]图13D是表示本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的另一散热翅片的背视图。
[0059]图14是表示现有的冷却装置的概略图。
【具体实施方式】
[0060](实施方式I)
[0061]图1是本发明的实施方式I的数据中心I的概略图。图1的数据中心I是机架式单元(Rack unit)，用于收纳多台机架式服务器2。
[0062]机架式服务器2具有在前面侧和背面侧设置有开口的壳体22(参照图2A)。图2A是本发明的实施方式I的冷却装置4的侧视图。机架式服务器2在壳体22内部在上下方向的各层的机架中具有多个电子设备3。多个电子设备3将操作面板和显示部朝向前面侧。在多个电子设备3的背面侧设置有将电子设备3彼此或者与外部设备连接的配线类、电源线类。
[0063]此外，并不限于在全部的电子设备中具有操作面板或者显示部。在数据中心I内设置有多台机架式服务器2，作为整体，被称为电子计算机室、服务器室等。
[0064]图2B是本发明实施方式I的冷却装置4的背视图。冷却装置4如图2A和图2B所示，由外冷却环路5和多个内冷却环路6构成。外冷却环路5依次连接有室外冷却塔7、去路水冷管
8、水冷热交换部9和归路水冷管10，使制冷剂循环的水冷循环。
[0065]制冷剂为水。去路水冷管8和归路水冷管10将水冷热交换部9和室外冷却塔7连接。水冷热交换部9设置在壳体22的背面侧23。设置有:2个头24a、24b;与内冷却环路6的散热部15连接的冷却水入口管25a;冷却水出口管25b(图3A);将头24a、24b和冷却水入口管25a、冷却水出口管25b连接的柔性管26a、26b。
[0066]图3A是本发明的实施方式I的冷却装置4的内冷却环路6的侧视图。图3B是表示图3A的3B-3B截面的结构图。如图3A、图3B所示，在壳3a中设置有内冷却环路6的受热部12、散热路径13、返回路径14和散热部15。另外，散热部15经由冷却水入口管2 5a、冷却水出口管25b与壳3a外的外冷却环路5连接。散热路径13和返回路径14将受热部12和散热部15连接。
[0067]依次连结受热部12、散热路径13、散热部15和返回路径14，形成工作流体17循环的循环路径。受热部12的热向散热部15移动。在从循环路径中的散热部15到受热部12之间设置有止回阀21。
[0068]循环路径内的气压由被使用的工作流体17决定。例如，工作流体17是水的情况下，气压大多情况下被设定为比大气压低。
[0069]以下，关于各部的详细结构进行说明。
[0070]如图3A、图3B所不，受热部12以箱状垂直地设置。作为发热体的电子部件19(例如CPU等)以能够热传导的状态安装在受热部12的侧面。受热部12将来自电子部件19的热传递到工作流体17。另外，在受热部12的侧面分别连结有散热路径13的一端和返回路径14的一端。
[0071]图4A是本发明的实施方式I的冷却装置4的散热部的内部透视俯视图。图4B是表示图4A的4B-4B截面的结构图。图5A是本发明的实施方式I的冷却装置4的散热部的内部透视侧面详图。图5B是表示图5A的5B-5B截面的结构图。图5C是图5B的A部详图。图是表示图5B的截面的结构图。
[0072]如图4A所示，将工作流体17的热释放的散热部15，具有长方体形状的散热壳16、和将散热壳16内左右分隔的分隔板33。散热部15还具有配置在分隔板33的左右的液化室34和冷却水室35。
[0073]在液化室34中，连到散热路径13的第I连接部36设置在上方，连到返回路径14的第2连接部37设置在下方。在液化室34内，第I散热翅片38在分隔板33的上下方向上设置有多个(在本实施方式中为7个)。第I散热翅片38具有多个开口 38a(本实施方式中为9个)。
[0074]在冷却水室35设置有冷却水入口 39和冷却水出口 40。另外，将从冷却水入口 39侧向冷却水出口 40侧的路径分隔为多个并排(并列)路径的多个第2散热翅片41设置在分隔板33的冷却水室35侧。分隔板33的外周被焊接于散热壳16的内表面。
[0075]第I散热翅片38通过焊接于分隔板33的液化室34侧的面而被一体化。第2散热翅片41通过焊接于分隔板33的冷却水室35侧的面而被一体化。
[0076]第I散热翅片38从分隔板33侧向上以角度Θ倾斜(参照图5C)。第2散热翅片41以与第I散热翅片38大致垂直的方式配置。这里，Θ优选为5°到45°的范围。
[0077]如图5B所示，从第I连接部36到第2连接部37，第I散热翅片38的前端部与散热壳16的内壁离开地配置。其理由是，在第I散热翅片38的多个开口 38a以外，也要确保工作流体17的流路。
[0078]第2散热翅片41与散热壳16尚开地配置。其理由是，为了不妨碍冷却水29的出入，在冷却水室35内的冷却水入口 39侧和冷却水出口40侧确保腔室空间。
[0079]对于在上述结构中，基于内冷却环路6的电子部件19的冷却作用进行说明。
[0080]如图3B所示，内冷却环路6由受热部12、散热路径13、散热部15和返回路径14构成。例如水即工作流体17在内冷却环路6中流动。以下，以水作为工作流体17进行说明。
[0081 ]在通常运转时，水积存在液化室34的底面上，直至图4B的散热部15内的波浪线所示的液面20 (水位h)。
[0082]图1所示的机架式服务器2起动时，在电子部件19中流通大电流，迅速地开始发热。这样的情况下，图3B所示的受热部12内的水受到该热儿急剧地沸腾、气化。水经由散热路径13猛烈地流入到散热部15的液化室34。这时，由于止回阀21的存在，受热部12内的水不流向返回路径14的方向。
[0083]如图4A?图5D所示，从第I连接部36流入到液化室34的上部的气化了的水即蒸气与最上层的第I散热翅片38接触。与此同时，通过第I散热翅片38的多个开口 38a、以及第I散热翅片38的前端部和散热壳16的内壁之间的间隙，流向正下方的第I散热翅片38。
[0084]这时，与第I散热翅片38接触了的蒸气的一部分变成冷凝水，随着第I散热翅片38的倾斜而向分隔板33侧流动。在多个开口 38a落下的冷凝水积存于由分隔板33和第I散热翅片38形成的滴水槽状的贮水部38b。
[0085]这里，在图5B中，以实线箭头表示通过第I散热翅片38的多个开口38a的蒸气流17a。以虚线箭头表示通过第I散热翅片38的前端部与散热壳16的内壁之间的间隙的蒸气流17b。
[0086]通过了最上层的第I散热翅片38的多个开口38a、以及第I散热翅片38的前端部与散热壳16的内壁之间的间隙的蒸气，也有与从上起第2个的第I散热翅片38接触的部分。另外，也有通过第I散热翅片38的多个开口 38a、以及第I散热翅片38的前端部与散热壳16的内壁之间的间隙，并且流向正下方的第I散热翅片38的部分。
[0087]这时，与从上起第二个第I散热翅片38接触的蒸气的一部分也变成冷凝水。该冷凝水随着第I散热翅片38的倾斜向分隔板33侧流动。在多个开口 38a落下的冷凝水积存于由分隔板33和第I散热翅片38形成的滴水槽状的贮水部38b。
[0088]这样，从第I连接部36流入到液化室34的上部的蒸气，从最上层向最下层在各层与第I散热翅片38接触，一部分变成冷凝水，积存在滴水槽状的贮水部38b。
[0089]贮水部38b中所积存的冷凝水的水位变得比第I散热翅片38的多个开口38a的最下端高时，从贮水部38b溢出的冷凝水从开口 38a经由第I散热翅片38的下表面传递到分隔板33，落下到正下方的贮水部38b。
[0090]像这样，冷凝水依次溢出各层的贮水部38b。最终，冷凝水积存在液化室34的底面上，形成并维持液化室34内的图5A的水位h。
[0091]如图5B所示，最下层的第I散热翅片38比通常的水位h低，所以被水淹没。根据这样的结构，能够使从第2连接部37向返回路径14流出的水的温度比冷凝温度更低。
[0092]另一方面，如图5D所示，从冷却水入口管25a通过冷却水入口 39流入到冷却水室35内的冷却水，从冷却水入口 39侧的腔室空间39a在多个第2散热翅片41之间大致均匀地流动。冷却水从冷却水出口 40侧的腔室空间40a通过冷却水出口 40流向冷却水出口管25b。
[0093]这时，冷却水将第2散热翅片41冷却。同时，冷却水也冷却通过焊接而一体化了的分隔板33和第I散热翅片38。
[0094]流入到液化室34内的蒸气与像这样被冷却了的第I散热翅片38表面接触，并冷凝。由此，蒸气成为冷凝水。冷凝水也积存在各层的贮水部38b，并且依次溢出各层的贮水部38b。最终，冷凝水积存在液化室34的底面上，维持通常运转时的水位h。
[0095]这里，如图4B和图5A所示，第I散热翅片38在各层为相同的部件，开口38a配置在各层相同的位置。
[0096]从第I连接部36流入到液化室34的上部的蒸气由于具有水平方向的向量，所以几乎没有从上向下连续地通过配置在各层相同位置的开口 38a的情况。蒸气与第I散热翅片38接触，并且在通过从下起第二层的第I散热翅片38的开口 38a时，基本上变成了冷凝水。
[0097]像这样，停留在贮水部38b中的冷凝水通过与由冷却水冷却了的分隔板33接触，被冷却至比冷凝温度低的温度。并且，积存在液化室34的底面上的水位h的冷凝水，也由淹没了的最下层的第I散热翅片38冷却，成为更低的温度。在本实施方式中，说明了在第I散热翅片38设置有多个开口 38a的情况。但是，如图6A和图6B所示，也能够不设置开口而设置缺口。在该情况下，从第I连接部36流入到液化室34的上部的蒸气，能够通过第I散热翅片38的前端附近、液化室34的内壁附近。因此，在第I散热翅片38的前端部与散热壳16的内壁之间，SP使不设置间隙，也能够形成具有与设置了多个开口38a的情况同等的压力损失的液化室。
[0098]接着，使用图7A至图7D，说明通过将第I散热翅片38和第2散热翅片41焊接于分隔板而一体化的方法。这里，作为第I散热翅片38、第2散热翅片41的材质，使用了同(Cu)、铝(Al)、不锈钢(SUS)等，但在工作流体17为水的情况下，优选铜。图7A是本发明的实施方式I的冷却装置的散热部的内部结构图。在图7A中，分别依次在分隔板33的上部焊接第I散热翅片38，在分隔板33的下部焊接第2散热翅片41。
[0099]图7B是表示本发明的实施方式I的冷却装置的散热部的散热翅片的制造方法的侧视图。在图7B中，第I散热翅片38的制造方法如下所述。排列多个L字截面的翅片，作为电极使用辊，对辊和分隔板33施加例如交流电压，将L字的短边的中央部通过用辊连续地进行焊接的缝焊而一体化。
[0100]图7C是表示本发明的实施方式I的冷却装置的散热部的散热翅片的制造方法的背视图。图7C是将翅片形状形成为方波状的情况。图7C与图7B的多个翅片相比，翅片的固定较容易，能够减少焊接操作的工时。
[0101]此外，在没有将第I散热翅片38和第2散热翅片41通过焊接于分隔板而一体化的情况下，也能够利用螺钉固定而形成一体化。但是，当考虑到连接面的热阻时，优选基于焊接的一体化。
[0102]接着，使用图2B说明外冷却环路5的冷却方法，该外冷却环路5用于冷却通过冷却水配管32与工作流体17进行热交换的冷却水29。
[0103]被冷却了的去路冷却水28被从室外冷却塔7输水，经由去路水冷管8从水冷热交换部9的头24a分为多个散热部15。之后，在头24b合流，向归路水冷管10循环。
[0104]这时，在散热部15内的冷却水配管32中流动的、接受来自气化了的工作流体17的热的冷却水29成为归路冷却水30，通过归路水冷管1，运送到室外冷却塔7。然后，来自散热部15的热向外部空气31释放，归路冷却水30被冷却到外部气温水平。
[0105]通过室外冷却塔7被冷却了的归路冷却水30成为去路冷却水28，去路冷却水28再次被输送到水冷热交换部9，取得来自内冷却环路6的散热部15的热。通过这样的循环，连续地进行电子设备3的冷却。
[0106]另外，如图2B所示，并排地流入到多个散热部15中的冷却水29在每个散热部15中为均匀的流量。这是由于从每个头24a经由散热部15至头24b的路径的流路压力损失相等。其结果是，水冷热交换部9的任意散热部15都成为同样的冷却性能。
[0107]像这样，本发明的实施方式I的具备冷却机架式服务器的冷却装置4的数据中心中，从如图3B所示的内冷却环路6的散热部15取得的热，如图1、图2A、图2B所示，从室外冷却塔7释放到外部空气31。因此，能够防止冷却装置4的废热导致的室内温度上升，作为包含空调的数据中心I整体，消耗电力的增加被抑制。
[0?08]如上所述，散热部15具有将散热壳16内左右分隔的分隔板33、和在分隔板33的左右的液化室34和冷却水室35。使冷凝水在由第I散热翅片38和分隔板33形成的积存部中停留规定的时间。使最下层的第I散热翅片38比冷凝水的正常的水位h低而被淹没。根据这样的结构，停留在液化室34的底面上的冷凝水被冷却到比冷凝温度低的温度之后，流向返回路径14。该返回路径14的冷凝水的温度的降低具有使液化室34和受热部12内的饱和蒸气压(饱和蒸气温度)自动地降低的效果。其结果是，能够提高受热部12的冷却能力。
[0109]如上所述，本实施方式冷却装置4对具有多个电子设备3的机架式服务器I进行冷却。另外，包括:将受热部12、散热路径13、散热部15、返回路径14依次连接成环状的循环路径;收纳在循环路径中的工作流体17;和设置在受热部12的上游的止回阀21。散热部15具有由分隔板33分隔开的液化室34和冷却水室35。液化室34，在上方具有与散热路径13连接的第I连接部36，在下方具有与返回路径14连接的第2连接部37，包括多个被固定在分隔板33的具有多个开口或者缺口的第I散热翅片38。冷却水室35具有:冷却水入口 39;冷却水出口40;和将从冷却水入口 39到冷却水出口 40的路径分隔为多个并排路径的多个第2散热翅片41。由此，能够使冷凝了的工作流体17的温度降低，提高冷却能力。
[0110]在本实施方式的冷却装置4中，散热部15由分隔板33将散热壳内左右分隔为一方的液化室34和另一方的冷却水室35。第I散热翅片38设置在分隔板33的上下方向，从分隔板33向上倾斜。第2散热翅片41与第I散热翅片38正交。由此，能够使冷凝了的工作流体17的温度降低，提高冷却能力。
[0111]在本实施方式的冷却装置4中，在第I散热翅片38的前端部和散热部15的与分隔板33相对的内壁之间，设置有间隙。由此，工作流体17能够在间隙流通，能够降低压力损失。
[0112]在本实施方式的冷却装置4中，第I散热翅片38通过焊接与分隔板33—体化。第2散热翅片41通过焊接于分隔板33—体化。由此，能够高效地冷却第I散热翅片38、分隔板33和第2散热翅片41。
[0113]本实施方式的冷却装置4能够适用于具备冷却装置4的数据中心I。由此，对于数据中心I的电子设备等的冷却有用。
[0114](实施方式2)
[0115]数据中心I的大致结构与实施方式I的图1所示的结构相同。在数据中心I内设置有多个机架式服务器2。
[0116]机架式服务器2具有在前面侧和背面侧设置有开口的壳体72(参照图8A)。图8A是本发明的实施方式2的冷却装置54的侧视图。机架式服务器2在壳体72内部以框架状具有多个电子设备3。多个电子设备3将操作面板和显示部朝向前面侧。在多个电子设备3的背面侧设置有将电子设备3彼此或者与外部设备连接的配线类、电源线类。
[0117]此外，并不限于在全部的电子设备中具有操作面板或者显示部。机架式服务器2在数据中心I中设置有多台，作为整体被称为电子计算机室、服务器机房等。
[0118]图8B是本发明的实施方式2的冷却装置的背视图。冷却装置54如图8A和图8B所示，由外冷却环路55和多个内冷却环路56构成。外冷却环路55是依次连接室外冷却塔7、去路水冷管58、水冷热交换部59和归路水冷管60并使制冷剂循环的水冷循环。
[0119]制冷剂为水。去路水冷管58和归路水冷管60连接水冷热交换部59和室外冷却塔7。水冷热交换部59设置在壳体72的背面侧73。设置有2个头74a、74b;连接在内冷却环路56的散热部65的冷却水入口管75a;冷却水出口管75b(参照图9A);和连接头74a、74b与冷却水入口管75a、冷却水出口管75b的柔性管76a、76b。
[0120]图9A是本发明的实施方式2的冷却装置54的内冷却环路56的俯视图。图9B是表示图9A的9B-9B截面的结构图。图9A如图9B所示，在电子设备3单体中设置有内冷却环路56的受热部62、散热路径63和返回路径64。另外，散热部65经由冷却水入口管75a、冷却水出口管75b与电子设备3单体的外部的外冷却环路55连接。散热路径63和返回路径64连接受热部62和散热部65。
[0121]受热部62、散热路径63、散热部65和返回路径64被依次连结，形成工作流体67进行循环的循环路径。受热部62的热向散热部65移动。在返回路径64与受热部62之间设置有止回阀71。
[0122]循环路径内的气压由要使用的工作流体67决定。例如，在工作流体67为水的情况下，设定为比大气压低的情况较多。
[0123]以下，关于各部的详细结构进行说明。
[0124]如图9A、图9B所示，受热部62形成为箱状。作为发热体的电子部件69(例如CPU等)以能够热传导的状态安装在受热部62的底面。受热部62将来自电子部件69的热传递到工作流体67。另外，在受热部62的上部或者侧面，分别连结有散热路径63的一端和返回路径64的一端。
[0125]图1OA是表示本发明的实施方式2的冷却装置54的散热部的内部透视俯视图。图1OB是表示图1OA的10B-10B截面的结构图。图1lA是该散热部的内部透视平面详细图。图1lB是表示图1lA的11B-11B截面的结构图。
[0126]如图1OA和图1OB所示，将工作流体67的热释放的散热部65包括长方体形状的散热壳66;和将散热壳66内上下分隔的分隔板83。散热部65还包括分隔板83上侧的液化室84和分隔板83下侧的冷却水室85。
[0127]在液化室84中，连到散热路径63的第I连接部86设置在上方，连到返回路径64的第2连接部87设置在下方。在液化室84中，将从第I连接部86向第2连接部87的路径分隔为多个并排路径的多个第I散热翅片88设置在分隔板83的液化室84侧。
[0128]分隔板83的上端位于比第2连接部87的下端靠下方的位置。
[0129]在冷却水室85设置有冷却水入口 89和冷却水出口 90。另外，将从冷却水入口 89侧向冷却水出口 90侧的路径分隔为多个并排路径的多个第2散热翅片91设置在分隔板83的冷却水室85侧。分隔板83的外周焊接于散热壳66的内表面。
[0130]第I散热翅片88通过焊接于分隔板83的液化室84侧的面而形成一体化。第2散热翅片91通过焊接于分隔板83的冷却水室85侧的面而形成一体化。
[0131]第I散热翅片88与设置有第I连接部86和第2连接部87的液化室84内的一个面平行地配置。第2散热翅片91以与第I散热翅片88配置方向大致平行的方式配置。
[0132]如图1OA所示，第I散热翅片88以长边方向的长度随着从第I连接部侧向里侧变长的方式与散热壳66离开地配置。其理由是，为了确保液化室84内的第I连接部86侧附近和分隔板83的附近的工作流体67的流路。
[0133]S卩，第I散热翅片88的第2连接部87侧的一端与液化室84内的一面84a等距离地配置。另一方面，第I散热翅片88的第I连接部86侧的一端距液化室84内的一面84a的相对面84b的距离从第I连接部86侧依次变短。
[0134]第2散热翅片91与散热壳66尚开地配置。其理由是，为了不妨碍冷却水79的出入，要在冷却水室85内的冷却水入口 89侧与冷却水出口 90侧确保腔室空间。
[0135]对于在上述结构中，利用内冷却环路56对电子部件69的冷却作用进行说明。
[0136]如图9B所示，内冷却环路56由受热部62、散热路径63、散热部65和返回路径64构成。例如水作为工作流体67在内冷却环路56中流动。以下，以水作为工作流体67进行说明。
[0137]在通常运转时，水积存在分隔板83上直至图1OB的散热部65内的虚线所示的液面70(水位10。
[0138]当图1所示的机架式服务器2起动时，大电流在电子部件69中流通，开始迅速产生热。这时，受到该热，图9B所示的受热部62内的水急剧地沸腾、气化。水经由散热路径63猛烈地流入到散热部65的液化室84。这时，由于止回阀71的存在，受热部62内的水不向返回路径64的方向流动。
[0139]如图1OA至图1IA所示，从第I连接部86流入到液化室84的上部的气化水即蒸气，在设置于第I连接部86侧附近的作为蒸气的流路的空间中向下方扩散的同时大致直行。另外，该空间根据第I散热翅片88的长度的不同，随着向里侧前进而变窄。因此，蒸气大致均匀地向多个第I散热翅片88之间流入，流向第2连接部87侧。
[0140]另一方面，如图11A和图11B所示，从冷却水入口管75a流入的冷却水通过冷却水入口 89向冷却水室85流入。流入到冷却水室85的冷却水从冷却水入口 89侧的腔室空间89a在多个第2散热翅片91之间大致均匀地流动。之后，冷却水从冷却水出口 90侧的腔室空间89b通过冷却水出口 90向冷却水出口管75b流动。
[0141 ]这时，冷却水将第2散热翅片91冷却。另外，冷却水将通过焊接而被一体化了的分隔板83和第I散热翅片88也冷却。
[0142]流入到液化室84内的蒸气在已冷却的第I散热翅片88之间流动时，与翅片表面接触而冷凝，成为冷凝水。冷凝水沿着翅片表面积存在分隔板83上。
[0143]这里，如图1OB所示，通过将分隔板83的上端的高度设定为比第2连接部87的下端低，能够使分隔板83上积存的冷凝水停留规定的时间。这时，冷凝水通过在由冷却水79冷却了的分隔板83上停留，被冷却到比冷凝温度低的温度之后，从第2连接部87流出到返回路径64ο
[0144]像这样，通过停留在分隔板83上的冷凝水被冷却到比冷凝温度低的温度，从沸腾部经由散热路径到液化室的饱和蒸气温度降低。因此，受热部62的温度也下降，能够提高冷却电子部件69的能力。
[0145]进一步，使用图1IA和图1IB说明液化室84内的工作流体67的流动。
[0146]如上所述，从第I连接部86流入到液化室84的上部的蒸气，如图1IA的实线箭头所示，也流入到多个第I散热翅片88之间。这时，为了增加热交换面积，必须要增加第I散热翅片88的个数，第I散热翅片88之间的流路变窄。
[0147]这里，如图1lB所示，在第I散热翅片88与液化室84内的顶面之间，设置有蒸气流动的空间。因此，不流入多个第I散热翅片88之间的蒸气，通过第I散热翅片88与液化室84内的顶面之间，流向第2连接部87(虚线箭头)。
[0148]另一方面，流入到多个第I散热翅片88之间的下侧蒸气67a，在按照实线箭头所示方式前进的同时，与第I散热翅片88接触并被冷却。与此同时，成为冷凝水而滴下。冷凝水积存在分隔板83上，前进到第I散热翅片88的长边方向途中而全部滴下。
[0149]其结果是，在比第I散热翅片88之间的长边方向途中靠第2连接部87侧的空间没有要冷凝的蒸气，比第I连接部86侧凉，压力也变低。因此，如虚线箭头所示，第I散热翅片88与液化室84内的顶面之间的上侧蒸气67b被吸入到第I散热翅片88之间。
[0150]之后，被吸入到第I散热翅片88之间的上侧蒸气67b与第I连接部86侧同样地与第I散热翅片88接触而被冷却，变成冷凝水滴下，积存在分隔板83上。
[0151]S卩，液化室84内的蒸气分为流入到第I散热翅片88之间的下侧蒸气67a和在液化室84内的顶侧流动的上侧蒸气67b，流向第2连接部87。第I散热翅片88的第I连接部86侧的蒸气与下侧蒸气67a进行热交换。第I散热翅片88的第2连接部87侧的蒸气与上侧蒸气67b进行热交换。由此，第I散热翅片88使下侧蒸气67a和上侧蒸气67b冷凝。即，液化室84内的全部的第I散热翅片88的表面能够作为冷凝翅片发挥功能。
[0152]接着，使用图12A至图12D说明通过将第I散热翅片88和第2散热翅片91焊接在分隔板而一体化的方法。这里，作为第I散热翅片88、第2散热翅片91的材质，使用铜(Cu)、铝(Al)、不锈钢(SUS)，在工作流体67为水的情况下优选使用铜。图12A是本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的内部结构图。图12A中，分别依次在分隔板83的上部焊接第I散热翅片88，在分隔板83的下部焊接第2散热翅片91。
[0153]图12B是表示本发明实施方式2的冷却装置的散热部的散热翅片的制造方法的侧视图。图12B中，第I散热翅片88的制造方法如下所述。排列多个L字截面的翅片，使用辊(roller)作为电极，对辊和分隔板83例如施加交流电压，通过利用辊连续地焊接L字的短边的中央部的缝焊来一体化。
[0154]图12C是表示本发明的实施方式2的冷却装置的散热部的散热翅片的制造方法的背视图。图12C是将翅片形状形成为方波状的情况。图12C与图12B的多个翅片相比，翅片的固定较容易，能够减少焊接操作的工序。
[0155]此外，在没有通过将第I散热翅片88和第2散热翅片91焊接在分隔板而一体化的情况下，也能够利用螺钉固定实现一体化。但是，考虑到连接面的热阻，优选利用焊接实现一体化。
[0156]另外，图13A到图13D是从背面看图12A到图12D的第I散热翅片88、第2散热翅片91的图。作为L字的长边方向、方波(形状)的高度方向的形状，使用狭缝、圆孔、方孔。利用这些形状，具有使在第I散热翅片88、第2散热翅片91之间流动的蒸气和冷却水产生湍流，提高与翅片的热交换效率的效果。另外，也具有能够使第I散热翅片88、第2散热翅片91之间的流动均匀的效果。
[0157]此外，这些形状使在第2散热翅片91与水等的液体的热交换时特别有效的形状。但是，在第I散热翅片88与蒸气的热交换中，切除面积如果过多，热交换面积减少，因此存在不能有效热交换的情况。
[0158]接着，使用图8B说明通过冷却水配管82，与工作流体67进行热交换的、对冷却水79进行冷却的外冷却环路55的冷却方法。
[0159]已冷却了的去路冷却水78从室外冷却塔7被输水，经由去路水冷管58从水冷热交换部59的头74a分为多个散热部65。之后，在头74b合流，向归路水冷管60循环。
[0160]这时，在散热部65内的冷却水配管82中流动的、从气化了的工作流体67获取了热的冷却水79成为归路冷却水80，通过归路水冷管60运送到室外冷却塔7。然后，来自散热部65的热向外部空气31释放，归路冷却水80被冷却到外部气温水平。
[0161 ] 通过室外冷却塔7冷却了的归路冷却水80成为去路冷却水78，去路冷却水78再次被向水冷热交换部59运送，从内冷却环路56的散热部65获取热。通过这样的循环，连续地进行电子设备3的冷却。
[0162]另外，如图8B所示，并排地流入到多个散热部65的冷却水79在每个散热部65中为均匀的流量。这是由于使从每个头74a经由散热部65至头74b的路径的流路压力损失形成为相等。其结果是，在水冷热交换部59的任意散热部65都形成为相同的冷却性能。
[0163]像这样，在本发明的实施方式2的具有冷却机架式服务器的冷却装置54的数据中心中，从图9B所示的内冷却环路56的散热部65所获取的热，如图1、图8A、图8B所示那样从室外冷却塔7向外部空气31释放。因此，能够防止由于冷却装置54的废热导致室内温度上升，作为包括空调的数据中心I整体，抑制了消耗电力的增加。
[0164]如上所述，散热部65具有:将散热壳66内上下分隔的分隔板83;分隔板83上侧的液化室84;和分隔板83下侧的冷却水室85。分隔板83的上端的高度比第2连接部87的下端的高度低。由此，能够使冷凝水在分隔板83上停留规定的时间，停留在分隔板上的冷凝水被冷却到比冷凝温度低的温度之后，流向返回路径64。该返回路径64的冷凝水的温度降低具有自动地降低液化室84和受热部62内的饱和蒸气压(饱和蒸气温度)的效果。结果是，能够提高受热部62的冷却能力。
[0165]如上所述，本实施方式的冷却装置54对具有多个电子设备3的机架式服务器I进行冷却。另外，具有:将受热部62、散热路径63、散热部65、返回路径64依次连接为环状的循环路径;收纳在循环路径中的工作流体67;和设置在受热部62的上游的止回阀71。散热部65具有被分隔板83分隔开的液化室84和冷却水室85。液化室84在上方具有与散热路径63连接的第I连接部86，在下方具有与返回路径64连接的第2连接部87，并具有多个固定于分隔板33的、具有多个开口或者缺口的第I散热翅片88。冷却水室85具有冷却水入口 89、冷却水出口90和将从冷却水入口 89到冷却水出口 90的路径分隔为多个并排路径的多个第2散热翅片91。散热部65利用分隔板83将散热壳内上下分隔为上侧的液化室84和下侧的冷却水室85。第I散热翅片88将从第I连接部86到第2连接部87的路径分隔为多个并排路径。分隔板83的外周被焊接于散热部65的内表面。分隔板83的上端位于比第2连接部87的下端靠下方的位置。由此，能够使冷凝了的工作流体67的温度降低，提高冷却能力。
[0166]在本实施方式的冷却装置54中，第I散热翅片88通过焊接于分隔板83—体化。第2散热翅片91通过焊接于分隔板83—体化。由此，能够高效地冷却第I散热翅片88、分隔板83和第2散热翅片91。
[0167]在本实施方式的冷却装置54中，第I散热翅片88与第2散热翅片91大致平行地设置。由此，从工作流体67向第I散热翅片88、第2散热翅片91的热移动能够高效地进行。
[0168]在本实施方式的冷却装置54中，第I散热翅片88的长边方向的长度随着从第I连接部86侧向里侧去而变长。由此能够确保工作流体67的流路。
[0169]本实施方式的冷却装置54，能够适用于具有冷却装置4的数据中心I。由此，对于数据中心I的电子设备等的冷却有用。
[0170]产业上的利用可能性
[0171]本发明的冷却装置对于数据中心的电子设备、电动车的逆变电路内的半导体开关元件等的冷却有用。
[0172]附图标记说明
[0173]I 数据中心
[0174]2 机架式服务器
[0175]3 电子设备
[0176]3a 壳
[0177]4 冷却装置
[0178]5 外冷却环路
[0179]6 内冷却环路
[0180]7 室外冷却塔
[0181]8 去路水冷管
[0182]9 水冷热交换部
[0183]10 归路水冷管
[0184]12受热部
[0185]13散热路径
[0186]14返回路径
[0187]15散热部
[0188]16散热壳
[0189]17工作流体
[0190]17a蒸气流
[0191]17b蒸气流
[0192]19电子部件
[0193]20液面
[0194]21单向阀
[0195]22壳体
[0196]23背面侧
[0197]24a头
[0198]24b头
[0199]25a冷却水入口管
[0200]25b冷却水出口管[0201 ]26a柔性管
[0202]26b柔性管
[0203]28去路冷却水
[0204]29冷却水
[0205]30归路冷却水
[0206]31外部空气
[0207]32冷却水配管
[0208]33分隔板
[0209]34液化室
[0210]35冷却水室
[0211]36第I连接部
[0212]37第2连接部
[0213]38第I散热翅片
[0214]39冷却水入口
[0215]40冷却水出口
[0216]41第2散热翅片
[0217]54冷却装置
[0218]55外冷却环路
[0219]56内冷却环路
[0220]58去路水冷管[0221 ]59水冷热交换部
[0222]60归路水冷管
[0223]62受热部
[0224]63散热路径
[0225]64返回路径
[0226]65散热部
[0227]66散热壳
[0228]67工作流体
[0229]67a下侧蒸气
[0230]67b上侧蒸气
[0231]69电子部件
[0232]70 液面
[0233]71单向阀
[0234]72 壳体
[0235]73背面侧
[0236]74a 头
[0237]74b 头
[0238]75a冷却水入口管
[0239]75b冷却水出口管
[0240]76a柔性管[0241 ]76b柔性管
[0242]78去路冷却水
[0243]79冷却水
[0244]80归路冷却水
[0245]82冷却水配管
[0246]83分隔板
[0247]84液化室
[0248]85冷却水室
[0249]86第I连接部
[0250]87第2连接部
[0251]88第I散热翅片
[0252]89 冷却水入口
[0253]90 冷却水出口
[0254]91第2散热翅片
【主权项】
1.一种冷却装置，其冷却具有多个电子设备的机架式服务器，所述冷却装置的特征在于，包括: 将受热部、散热路径、散热部、返回路径依次连接成环状的循环路径； 收纳在所述循环路径中的工作流体;和 设置在所述受热部的上游的止回阀，其中 所述散热部具有被分隔板分隔开的液化室和冷却水室， 所述液化室在上方具有与所述散热路径连接的第I连接部，在下方具有与所述返回路径连接的第2连接部， 所述冷却装置包括多个固定于所述分隔板的具有多个开口或缺口的第I散热翅片， 所述冷却水室具有冷却水入口、冷却水出口和将从所述冷却水入口到所述冷却水出口的路径分隔为多个并排路径的多个第2散热翅片。2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于: 所述散热部由分隔板将散热壳内左右分隔为一方的液化室和另一方的冷却水室， 所述第I散热翅片设置在所述分隔板的上下方向上，从所述分隔板向上倾斜， 所述第2散热翅片与所述第I散热翅片正交。3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于:所述第I散热翅片的前端部和所述散热部的与所述分隔板相对的内壁之间设置有间隙。4.如权利要求2或3所述的冷却装置，其特征在于: 所述第I散热翅片通过焊接与所述分隔板一体化， 所述第2散热翅片通过焊接与所述分隔板一体化。5.一种数据中心，其特征在于: 包括权利要求1?4中任一项记载的冷却装置。6.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于: 所述散热部由分隔板将散热壳内上下分隔为上侧的液化室和下侧的冷却水室， 所述第I散热翅片将从所述第I连接部到所述第2连接部的路径分隔为多个并排路径， 所述分隔板的外周被焊接于所述散热部的内表面， 所述分隔板的上端位于比所述第2连接部的下端靠下方的位置。7.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于: 所述第I散热翅片通过焊接与所述分隔板一体化， 所述第2散热翅片通过焊接与所述分隔板一体化。8.如权利要求6或7所述的冷却装置，其特征在于: 所述第I散热翅片和所述第2散热翅片实质上平行地设置。9.如权利要求6?8中任一项所述的冷却装置，其特征在于: 所述第I散热翅片的长边方向的长度随着从所述第I连接部侧向里侧去而变长。10.一种数据中心，其特征在于: 包括权利要求6?9中任一项记载的冷却装置。
【文档编号】F28D15/02GK105940279SQ201580006241
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年1月13日
【发明人】佐藤郁, 铃木彩加
【申请人】松下知识产权经营株式会社