冷却装置和使用该冷却装置的电子装置制造方法
【专利摘要】关于使用蒸发冷却的冷却装置，当在低剖面电子设施中安装这种设备时，不仅不能获得充分的冷却性能，而且电子设施的总体冷却效率降低。因此，本发明的冷却装置设置有蒸发器、冷凝器、用于连接蒸发器和冷凝器的管道，和用于控制通过冷凝器的空气的流动方向的整流器。蒸发器和冷凝器在竖直方向中位于基本相同的高度处。蒸发器具有分隔冷却剂的分隔壁部。分隔壁部具有至少是气体-液体界面的高度但是比蒸发器的高度小的高度。冷凝器包括具有不同的冷凝器单元高度的第一冷凝器单元和第二冷凝器单元，冷凝器单元高度是包括冷凝器的冷凝器容器沿着竖直方向的高度。第一冷凝器单元的冷凝器单元高度高于第二冷凝器单元的高度。第一冷凝器单元具有用于在沿着竖直方向高于第二冷凝器单元的冷凝器单元高度的位置处与蒸汽管道连接的蒸汽管道连接部。整流器置放在第二冷凝器单元上方。
【专利说明】冷却装置和使用该冷却装置的电子装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于半导体器件、电子设施等的冷却装置，并且特别地涉及一种冷却装置和一种使用该冷却装置的电子装置，该冷却装置采用沸腾冷却系统，其中通过制冷剂汽化和冷凝的相变循环执行热输送和热辐射。
【背景技术】
[0002]近年来，随着半导体器件、电子设施等的高性能和高功能性的发展，从它们产生的热量也在增加。因此，已经存在如下问题，即，在使用热管的冷却装置中，利用毛细管作用力使操作流体在热管中循环，由于操作流体的变干，冷却性能劣化。作为对照，为采用沸腾冷却(热虹吸管)系统的冷却装置改进热输送能力是可能的，在沸腾冷却系统中，因为制冷剂在气液两相流的状态中移动，所以使用通过制冷剂汽化和冷凝的相变循环和重力的循环执行热输送和热辐射。因此，已经预期将它用作用于具有大的发热量的半导体器件、电子设施等的冷却装置。
[0003]在专利文献I中描述了采用沸腾冷却系统(在下文中，还被称作“沸腾冷却装置”)的冷却装置的一个实例。图13是示意在专利文献I中描述的相关沸腾冷却装置500的构造的截面侧视图。相关沸腾冷却装置500被用于冷却作为发热源的半导体器件502，诸如安装在电路板501上的CPU。相关沸腾冷却装置500包括联结在半导体器件502的表面上的蒸发部分510和具有散热器的冷凝器520，在它们之间联结由蒸汽导管531和液体返回导管532构成的一对导管。这里，其内侧维持为大气压力的大致十分之一的、减小(低)的压力条件的相关沸腾冷却装置500构成热虹吸管，该热虹吸管通过液体制冷剂的水的相变而使得制冷剂液体能够在无任何外部动力源(诸如电泵)的情况下循环。
[0004]在相关沸腾冷却装置500中，在作为发热源的半导体器件502中产生的热传递到蒸发部分510。结果，在蒸发部分510中的、减小的压力下、液体制冷剂的水(Wa)利用传递的热沸腾并且蒸发，并且产生的蒸汽(ST)从蒸发部分510通过蒸汽导管531传导到冷凝器520。在冷凝器520中，制冷剂蒸汽被由冷却风扇540等吹送的空气(AIR)冷却并且变成液体(水)，该液体然后通过液体返回导管532利用重力再次循环到蒸发部分510。
[0005]这里，冷凝器520包括在其内壁表面上形成大量的细小凹槽的多个扁平管。认为上述构造使得能够改进冷凝热传递系数、改进冷凝器520的性能，并且因此在低成本下并且有效率地冷却从加热元件产生的热。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利申请公开公报N0.2011-047616(到段和图1)
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的问题
[0010]近来，随着对于很多种计算机诸如服务器进行大量使用的数据中心等的增长，已经尝试了使得容纳电子装置诸如服务器的机架更薄。电子工业联盟(EIA)设定了机架尺寸的标准，并且机架高度的最小单位“ IU (单元)”等于1.75英寸(44.45毫米)。
[0011]这里，在电子装置诸如服务器中，用于维修和更换中央处理单元(CPU)的插槽等安装在板上。因此，在低剖面电子装置诸如安装在“1U”高度的机架中的服务器(在下文中，还被称作“1U服务器”)中，用于冷却装置冷却CPU的容许空间被限制为大约25毫米的高度。
[0012]在另一方面，因为如上所述相关沸腾冷却装置采用利用制冷剂蒸汽的浮性和液体制冷剂的重力的热虹吸管系统，所以有必要沿着竖直方向在蒸发部分上方置放冷凝器。然而，当冷凝器和蒸发部分置放在如上所述带有大约25毫米高度的空间中时，利用重力的制冷剂的循环被阻断，因为不能获得足够的竖直间隔。因此，获得充分的冷却性能变得困难。
[0013]在相关沸腾冷却装置中，冷凝器520被利用冷却风扇540吹送的空气(AIR)冷却。但是当相关沸腾冷却装置安装在低剖面电子装置中时，吹送的路线受到限制，并且结果已经吸收了冷凝器520中的热的暖空气在整个电子装置内流动。因此，已经存在整个电子装置的冷却效率降低的问题。
[0014]因此，已经存在以下问题，S卩，当相关沸腾冷却装置安装在低剖面电子装置中时，不仅不可能获得充分的冷却性能，而且整个电子装置的冷却效率还降低。
[0015]本发明的目的在于提供解决上述问题的一种冷却装置和一种使用该冷却装置的电子装置，要解决的上述问题即，当采用沸腾冷却系统的冷却装置安装在低剖面电子装置中时，不仅获得充分的冷却性能是不可能的，而且整个电子装置的冷却效率还降低。
[0016]用于解决问题的方案
[0017]根据本发明示例性方面的一种冷却装置包括用于存储制冷剂的蒸发装置；用于冷凝和液化在蒸发装置中汽化的蒸汽相制冷剂并且辐射热的冷凝装置；将蒸发装置连接到冷凝装置的管道；和用于调整通过冷凝装置的空气的流动方向的流动调整装置，其中蒸发装置和冷凝装置在竖直方向中位于大致相同的水平上；蒸发装置包括蒸发容器和用于分离置放在蒸发容器中的制冷剂的隔板装置；隔板装置的高度大于或者等于制冷剂的蒸汽-液体界面的高度并且小于蒸发容器的高度；管道包括蒸汽相制冷剂从中流过的蒸汽管道和冷凝并且液化的液相制冷剂从中流过的液体管道；冷凝装置包括在冷凝装置高度方面不同的第一冷凝装置和第二冷凝装置，冷凝装置高度被定义为构成冷凝装置的冷凝容器沿着竖直方向的高度，并且第一冷凝装置的冷凝装置高度构造为大于第二冷凝装置的冷凝装置高度；第一冷凝装置包括沿着竖直方向在第二冷凝装置的冷凝装置高度上方的位置处与蒸汽管道相连的蒸汽管道连接部分；并且流动调整装置置放在第二冷凝装置的上部中。
[0018]根据本发明示例性方面的一种电子装置包括冷却装置；加热元件；和热辐射装置，其中该冷却装置包括用于存储制冷剂的蒸发装置；用于冷凝和液化在蒸发装置中汽化的蒸汽相制冷剂并且辐射热的冷凝装置；将蒸发装置连接到冷凝装置的管道；和用于调整通过冷凝装置的空气的流动方向的流动调整装置，其中蒸发装置和冷凝装置在竖直方向中位于大致相同的水平上；蒸发装置包括蒸发容器和用于分离置放在蒸发容器中的制冷剂的隔板装置；隔板装置的高度大于或者等于制冷剂的蒸汽-液体界面的高度并且小于蒸发容器的高度；管道包括蒸汽相制冷剂从中流过的蒸汽管道和冷凝并且液化的液相制冷剂从中流过的液体管道；冷凝装置包括在冷凝装置高度方面不同的第一冷凝装置和第二冷凝装置，冷凝装置高度被定义为构成冷凝装置的冷凝容器沿着竖直方向的高度，并且第一冷凝装置的冷凝装置高度构造为大于第二冷凝装置的冷凝装置高度；第一冷凝装置包括沿着竖直方向在第二冷凝装置的冷凝装置高度上方的位置处与蒸汽管道相连的蒸汽管道连接部分；并且流动调整装置置放在第二冷凝装置的上部中；其中蒸发装置置放在加热元件的上部中并且热连接到加热元件，并且冷凝装置置放在热辐射装置的上部中并且热连接到热辐射装置。
[0019]本发明的效果
[0020]根据本发明的冷却装置，获得一种采用沸腾冷却系统冷却装置是可能的，即使安装在低剖面电子装置中，该冷却装置仍然具有充分的冷却性能并且进而能够防止整个电子装置的冷却效率降低。
[0021]附图简要说明
[0022]图1是示意根据本发明第一示例性实施例的冷却装置的构造的截面侧视图。
[0023]图2是示意根据本发明第一示例性实施例的冷却装置的构造的图表，并且是沿着图1的线I1-1I截取的截面视图。
[0024]图3是示意与根据本发明第一示例性实施例的冷却装置的冷凝器相邻的构造的透视图。
[0025]图4是示意根据本发明第一示例性实施例的冷却装置的构造的顶视图。
[0026]图5是示意根据本发明第一示例性实施例的冷却装置的另一个构造的顶视图。
[0027]图6是示意根据本发明第二示例性实施例的冷却装置的构造的截面侧视图。
[0028]图7是示意根据本发明第三示例性实施例的冷却装置的构造的截面侧视图。
[0029]图8是示意根据本发明第三示例性实施例的冷却装置的构造的图表，并且是沿着图7的线VII1-VIII截取的截面视图。
[0030]图9是示意与根据本发明第三示例性实施例的冷却装置的冷凝器邻近的构造的分解透视图。
[0031]图10是示意根据本发明第三示例性实施例的冷却装置的另一个构造的图表，并且是沿着图7的线VII1-VIII截取的截面视图。
[0032]图11是示意根据本发明第四示例性实施例的电子装置的构造的截面侧视图。
[0033]图12是示意根据本发明第四示例性实施例的电子装置的另一个构造的截面侧视图。
[0034]图13是示意相关沸腾冷却装置的构造的截面侧视图。
【具体实施方式】
[0035]将参考以下附图描述本发明的示例性实施例。
[0036][第一示例性实施例]
[0037]图1是示意根据本发明第一示例性实施例的冷却装置100的构造的截面侧视图。冷却装置100包括存储制冷剂130的蒸发器110、冷凝和液化在蒸发器110中汽化的蒸汽相制冷剂并且辐射热的冷凝器120，和将蒸发器110连接到冷凝器120的管道140。因此，能够远离热连接到蒸发器110的加热元件160来置放冷凝器120。这里，蒸发器110和冷凝器120在竖直方向中位于大致相同的水平上。这使得冷却装置100能够安装在设备高度受到限制的低剖面电子装置中。
[0038]蒸发器110包括蒸发容器111和分离置放在蒸发容器111中的制冷剂130的隔板部112。这里，隔板部112的高度大于或者等于制冷剂130的蒸汽-液体界面的高度，并且小于蒸发容器111的高度。这里，制冷剂的蒸汽-液体界面意味着在处于液体状态中的制冷剂和处于蒸汽状态中的制冷剂之间的界面。管道140包括蒸汽相制冷剂从中流过的蒸汽管道141，和冷凝并且液化的液相制冷剂从中流过的液体管道142。
[0039]通过使用低沸点材料作为制冷剂130，并且在已经将制冷剂130注射到其中之后对蒸发容器111进行真空排气，能够恒定地保持蒸发容器111内的压力等于制冷剂130的饱和蒸汽压力。在图1中，蒸发器I1和冷凝器120中的阴影部分代表处于液体状态中的制冷剂，并且阴影部分中的点线代表制冷剂130的蒸汽-液体界面。例如可以使用低沸点制冷剂，诸如是绝缘和活性材料的氢氟碳和氢氟醚，作为制冷剂130。作为构成蒸发器110和冷凝器120的材料，可以使用具有优良热传导性质的金属，诸如铝和铜。
[0040]接着，将更加详细地描述邻近于冷凝器120的构造。图2是沿着图1的线I1-1I截取的截面视图。冷凝器120包括在冷凝器高度方面不同的第一冷凝器122和第二冷凝器123，冷凝器高度被定义为构成冷凝器120的冷凝容器121沿着竖直方向的高度。这里，第一冷凝器122的冷凝器高度构造为大于第二冷凝器123的高度。第一冷凝器122包括沿着竖直方向在第二冷凝器123的冷凝器高度上方的位置处连接到蒸汽管道141的蒸汽管道连接部分124。而且，根据本示例性实施例的冷却装置100包括置放在第二冷凝器123的上表面上的流动调整单元150。流动调整单元150调整通过冷凝器120的空气的流动方向。根据如上所述构造的冷却装置100，在不增加冷凝器高度的情况下置放流动调整单元150，以在冷凝器120中确保由处于蒸汽状态中的制冷剂(制冷剂蒸汽)占据的体积成为可能。
[0041]在图3和4中示意流动调整单元150的具体构造的一个实例。图3是示意与根据本示例性实施例的冷却装置100中的冷凝器120相邻的构造的透视图。图4是示意根据本示例性实施例的冷却装置100的构造的顶视图。如在图3和4中所示，流动调整单元150可以构造为包括多个流动调整薄板152，其中矩形薄板是竖立的。此时，流入冷凝器中的部分空气(冷却空气170)沿着流动调整薄板152流动。例如，冷却空气170可以构造为被冷却风扇吹送以冷却在其中安装有冷却装置100的电子装置。
[0042]如在图4中所示，流动调整薄板152能够如此置放，使得它们的抽拉方向可以倾斜于流入冷凝器120中的空气(冷却空气170)的流入方向。这使得能够将冷却空气的流动方向从沿其流入冷凝器120中的方向改变为意图的方向。在图4所示实例中，冷却空气的流动方向改变为朝向在冷却装置100后面斜对地沿着下游方向置放的发热构件180的方向(图4中的短划线箭头)。虽然这使得部分冷却空气170能够吸收通过冷凝器120的热并且达到暖空气状态地流动，但是已经流过调整单元150的冷却空气170的另一部分在它保持低温时到达发热构件180。因此，还能够有效率地冷却构成电子装置的发热构件180。发热构件180的实例包括CPU周边元件(芯片组)，CPU周边元件的容许温度范围(温度裕度)是小的。
[0043]如上所述，根据本示例性实施例的冷却装置100，通过辐射冷凝器120中的热，热连接到蒸发器110的加热元件160被冷却。并且利用流动方向由流动调整单元150控制的冷却空气冷却安装在电子装置中的另一个发热构件180成为可能。即，根据本示例性实施例，能够获得冷却装置100，即使它安装在低剖面电子装置中，冷却装置100仍然具有充分的冷却性能，并且进而能够防止整个电子装置的冷却效率降低。
[0044]流动调整单元150的构造不限于图4所示，并且可以构造流动调整薄板152，从而冷却空气能够沿着朝向在此处置放发热构件180的位置的方向流动。此时，如在图5中所示，在第一冷凝器122和第二冷凝器123之间的边界区域处冷凝容器121的侧表面构造为倾斜于流入冷凝器120中的空气的流入方向也是可接受的。这进一步沿着朝向在此处置放发热构件的位置的方向加速了冷却空气的流动。
[0045]接着，将详细描述根据本示例性实施例的冷却装置100的操作。如在图1中所示，在使用冷却装置100时，在蒸发器110的底部处置放加热元件160，诸如中央处理单元(CPU)，加热元件160热连接到蒸发器110。通过以热传导材料(诸如油脂)安装蒸发器110和加热元件160，能够获得良好的热连接。来自加热元件的热通过蒸发器110的蒸发容器111传导到制冷剂130，从而制冷剂130汽化。此时，因为来自加热元件的热被制冷剂作为汽化热提取，所以加热元件的温度增加受到抑制。
[0046]如此确定制冷剂130的注射数量，使得它可以大于或者等于从加热元件160的发热量和制冷剂汽化热计算的数量，并且制冷剂130的蒸汽-液体界面的高度可以短于或者等于隔板部112的高度。隔板部112的高度能够如此设定，使得可以在隔板部112的上边缘和蒸发容器111的顶板之间置放高度在大约5和10毫米之间的空间。
[0047]在蒸发器110中蒸发的制冷剂蒸汽从液相体积膨胀并且填充蒸发容器111，并且由于存在隔板部112，在蒸发容器111内发生压力差。即，因为隔板部112的高度大于或者等于制冷剂130的蒸汽-液体界面的高度，所以还在隔板部112的区域中存在制冷剂蒸汽。然而，在隔板部112的区域中，因为制冷剂蒸汽被隔板部112分离，所以制冷剂蒸汽的体积受到限制。因此，在隔板部112的区域中制冷剂蒸汽的压力大于在隔板部112的上边缘和蒸发容器111的顶板之间的区域中的压力。这里，隔板部112能够构造为包括多个隔板薄板(鳍片)，其中矩形薄板是竖立的。此时，由于在隔板薄板(鳍片)之间的间隔，在隔板部112的区域中由制冷剂蒸汽占据的体积受到限制。
[0048]在另一方面，在冷凝器120中，制冷剂蒸汽由于与冷凝容器121等接触而被冷却并且被冷凝和液化。因为在到液体的相变中制冷剂蒸汽快速地减小体积，所以在冷凝容器121内蒸汽相制冷剂的压力变得低于在蒸发容器111内的压力。因此，按照这个次序在蒸发器110的隔板部112、在隔板部112的上边缘和蒸发容器111的顶板之间的区域和冷凝容器121之间，形成制冷剂蒸汽的压力梯度。因此，根据本示例性实施例的冷却装置100，因为蒸发器110和冷凝器120在竖直方向中位于大致相同的水平上，所以即使不能利用制冷剂蒸汽利用浮性的循环，仍然能够将制冷剂蒸汽从蒸发器110输送到冷凝器120。
[0049]因为液相制冷剂汽化，所以在蒸发器110中制冷剂的蒸汽-液体界面降低，并且在蒸发器110中破裂并且转换成气泡。然而，液相制冷剂通过液体管道142即刻地从冷凝器120供应到蒸发器110，从而在蒸发器110和冷凝器120中制冷剂的蒸汽-液体界面能够保持恒定。即使因为蒸发器110和冷凝器120在竖直方向中位于大致相同的水平上，所以不能利用液相制冷剂利用重力的循环，这仍然使得液相制冷剂能够在蒸发器110和冷凝器120之间循环。
[0050]如上所述，管道140构造为包括蒸汽相制冷剂从中流过的蒸汽管道141，和冷凝并且液化的液相制冷剂从中流过的液体管道142。优选的是蒸汽管道141应该构造为在高于或者等于隔板部112的高度的位置处连接到蒸发容器111。优选的是，液体管道142应该构造为在低于或者等于制冷剂的蒸汽-液体界面的高度的位置处连接到蒸发容器111和冷凝容器121每一个。这种构造使得能够加速制冷剂的循环。
[0051]如上所述，根据本示例性实施例的冷却装置100，能够获得一种采用沸腾冷却系统的冷却装置，即使有必要沿着竖直方向在大致相同的水平上置放蒸发器I1和冷凝器120，例如即使安装在低剖面电子装置中，该冷却装置仍然具有充分的冷却性能。
[0052][第二示例性实施例]
[0053]接着，将描述本发明的第二示例性实施例。图6是示意根据本发明第二示例性实施例的冷却装置200的构造的截面侧视图。冷却装置200包括存储制冷剂130的蒸发器110、冷凝和液化在蒸发器110中汽化的蒸汽相制冷剂并且辐射热的冷凝器220，和将蒸发器110连接到冷凝器220的管道140。这里，蒸发器110和冷凝器220在竖直方向中位于大致相同的水平上。蒸发器110包括蒸发容器111和分离置放在蒸发容器111中的制冷剂130的隔板部112，并且隔板部112的高度大于或者等于制冷剂130的蒸汽-液体界面的高度，并且小于蒸发容器111的高度。管道140包括蒸汽相制冷剂从中流过的蒸汽管道141和冷凝并且液化的液相制冷剂从中流过的液体管道142。
[0054]冷凝器220包括在冷凝器高度方面不同的第一冷凝器122和第二冷凝器123，冷凝器高度被定义为构成冷凝器220的冷凝容器121沿着竖直方向的高度。这里，第一冷凝器122的冷凝器高度构造为大于第二冷凝器123的冷凝器高度。第一冷凝器122包括沿着竖直方向在第二冷凝器123的冷凝器高度上方的位置处连接到蒸汽管道141的蒸汽管道连接部分124。而且，根据本示例性实施例的冷却装置200包括置放在第二冷凝器123的上表面上的流动调整单元150。流动调整单元150调整通过冷凝器220的空气的流动方向。
[0055]在冷凝器220的构造方面，根据本示例性实施例的冷却装置200不同于第一示例性实施例的冷却装置100，其它构造是相同的，并且因此，省略关于它们的详细说明。冷凝器220包括加速冷凝容器121中的蒸汽相制冷剂的热辐射的冷凝板单元225。因为冷凝板单元225加速冷却、冷凝和液化冷凝器220中的制冷剂蒸汽，所以能够进一步改进冷却装置200的冷却性能。
[0056]为了利用冷凝板单元225有效率地冷凝和液化在蒸发器110中产生的制冷剂蒸汽，优选的是冷凝板单元225应该具有大的表面面积。冷凝板单元225因此能够构造为包括多个冷凝薄板(鳍片)，其中矩形薄板是竖立的。为了不仅在第一冷凝器122中而且还在第二冷凝器123中置放冷凝板单元225，优选的是冷凝板单元225的高度应该构造为低于第二冷凝器123的冷凝器高度。
[0057]如上所述，根据本示例性实施例的冷却装置200，因为置放在冷凝容器121内的冷凝板单元225加速冷却、冷凝和液化制冷剂蒸汽，所以能够进一步改进冷却性能。并且能够利用流动方向由流动调整单元150控制的冷却空气冷却安装在电子装置中的另一个发热构件180。即，根据本示例性实施例，可以获得这样的冷却装置200，该冷却装置200即使被安装在低剖面电子装置中，仍然具有充分的冷却性能，并且进而能够防止整个电子装置的冷却效率降低。
[0058][第三示例性实施例][0059]接着，将描述根据本发明的第三示例性实施例。图7是示意根据本发明第三示例性实施例的冷却装置300的构造的截面侧视图。冷却装置300包括存储制冷剂130的蒸发器110、冷凝和液化在蒸发器110中汽化的蒸汽相制冷剂并且辐射热的冷凝器220，和将蒸发器110连接到冷凝器220的管道140。这里，蒸发器110和冷凝器220在竖直方向中位于大致相同的水平上。蒸发器110包括蒸发容器111和分离置放在蒸发容器111中的制冷剂130的隔板部112，并且隔板部112的高度大于或者等于制冷剂130的蒸汽-液体界面的高度并且小于蒸发容器111的高度。冷凝器220构造为包括加速在冷凝容器121内的蒸汽相制冷剂的热辐射的冷凝板单元225。管道140包括蒸汽相制冷剂从中流过的蒸汽管道141和冷凝并且液化的液相制冷剂从中流过的液体管道142。
[0060]接着，将更加详细地描述邻近于冷凝器220的构造。图8是沿着图7的线VII1-VIII截取的截面视图。图9是示意邻近于根据本示例性实施例的冷却装置300的冷凝器220的构造的分解透视图。
[0061]冷凝器220包括在冷凝器高度方面不同的第一冷凝器122和第二冷凝器123，冷凝器高度被定义为构成冷凝器220的冷凝容器121沿着竖直方向的高度。这里，第一冷凝器122的冷凝器高度构造为大于第二冷凝器123的高度。第一冷凝器122包括沿着竖直方向在第二冷凝器123的冷凝器高度上方的位置处连接到蒸汽管道141的蒸汽管道连接部分124。而且，冷却装置300包括置放在第二冷凝器123的上表面上的流动调整单元150。流动调整单元150包括多个流动调整薄板152，其中矩形薄板是竖立的，并且调整通过冷凝器220的空气的流动方向。在本示例性实施例中，冷凝器220构造为包括加速在冷凝容器121内的蒸汽相制冷剂的热辐射的冷凝板单元225。
[0062]根据本示例性实施例的冷却装置300不同于根据第二示例性实施例的冷却装置200之处在于进一步包括热连接到冷凝器220的热辐射单元310。其它构造与在第二示例性实施例中的那些相同，并且因此，这里省略关于它们的详细说明。如在图8和图9中所示，热辐射单元310置放在冷凝器220的底部处，并且能够构造为包括多个热辐射薄板312，其中矩形薄板是竖立的。热辐射薄板312典型地具有鳍片形状，并且能够通过使用具有优良热传导性质的金属(诸如铝和铜)而形成。热辐射单元310和冷凝板单元225能够形成为一个单元，或者能够在已被独立地形成之后相互热连接。
[0063]这里，根据本示例性实施例的冷却装置300能够如此构造，使得在流动调整薄板152的每两个相邻的流动调整薄板之间的距离可以大于在热辐射薄板312的每两个相邻的热辐射薄板之间的距离。利用这种构造，该多个流动调整薄板152和该多个热辐射薄板312能够有效地实现它们的分别的功能，即该多个流动调整薄板152控制通过冷凝器220的空气的流动方向，并且该多个热辐射薄板312加速冷却冷凝器220中的制冷剂蒸汽。具体地，例如，流动调整薄板152的距离是大约7毫米，并且热辐射薄板312的距离是大约2毫米。
[0064]利用这个热辐射单元310，冷凝器220中的制冷剂蒸汽的冷却、冷凝和液化加速，并且因此能够进一步改进冷却装置300的冷却性能。而且，根据本示例性实施例的冷却装置300，即使蒸发器110和冷凝器220构造为在竖直方向中位于大致相同的水平上，仍然能够循环制冷剂。因此，热辐射单元310能够与加热元件160位于相同侧被置放在冷凝器220的底部处。相应地，确保另一个区域以安设热辐射单元310是不必要的，并且因此，能够在低剖面电子装置中安装冷却装置300。[0065]另外，在图8中示意了一种情形，其中作为热辐射单元310的构造，越过在冷凝器220下面的全部区域地置放热辐射薄板312。然而，它不限于此，热辐射单元310还能够构造为包括不在此处置放任何热辐射薄板312的吹风机区域314。例如，如在图10中所示，能够如此实现该构造，使得不在其中置放任何热辐射薄板312的吹风机区域314被包括在与连接到液体管道142的位置相邻的区域中。在吹风机区域314中，冷却空气170通过热辐射单元310的附近，其中冷却空气170保持低温而不从热辐射薄板312接收热。因此，也能够冷却在冷却空气的流动方向的延伸部上存在的发热构件。即，在冷却空气的流动方向的延伸部上存在的发热构件不被流动方向由流动调整单元150控制的冷却空气冷却，而是被通过吹风机区域314的冷却空气170的一部分冷却。
[0066]如上所述，根据本示例性实施例的冷却装置300，热连接到冷凝器220的热辐射单元310加速制冷剂蒸汽的冷却，就像其冷凝和液化那样，并且因此能够进一步改进冷却性能。并且能够通过使用流动方向由流动调整单元150控制的冷却空气冷却安装在电子装置中的其它发热构件。即，根据本示例性实施例的冷却装置300，可以实现这样的冷却装置，该冷却装置即使被安装在低剖面电子装置中，仍然具有充分的冷却性能，并且进而能够防止整个电子装置的冷却效率降低。
[0067][第四示例性实施例]
[0068]接着，将描述根据本发明的第四示例性实施例。图11是示意根据本发明第四示例性实施例的电子装置400的构造的截面侧视图。电子装置400包括冷却装置、加热元件160和热辐射单元310。这个冷却装置的构造与根据第一示例性实施例的冷却装置100的相同。即，冷却装置100包括存储制冷剂130的蒸发器110、其中通过冷凝和液化由蒸发器110蒸发的蒸汽相制冷剂而执行热辐射的冷凝器120、在蒸发器110和冷凝器120之间连接的管道140，和调整通过冷凝器120的空气的流动方向的流动调整单元150。这里，蒸发器110和冷凝器120在竖直方向中位于大致相同的水平上。蒸发器110包括蒸发容器111和分离在蒸发容器111中包含的制冷剂130的隔板部112，并且隔板部112的高度大于或者等于制冷剂130的蒸汽-液体界面的高度，并且小于蒸发容器111的高度。管道140包括蒸汽相制冷剂从中流过的蒸汽管道，和冷凝并且液化的液相制冷剂从中流过的液体管道。
[0069]冷凝器120包括在冷凝器高度方面不同的第一冷凝器和第二冷凝器，冷凝器高度被定义为构成冷凝器120的冷凝容器沿着竖直方向的高度，并且第一冷凝器的冷凝器高度构造为高于第二冷凝器的冷凝器高度。第一冷凝器包括沿着竖直方向在第二冷凝器的冷凝器高度上方的位置处连接到蒸汽管道的蒸汽管道连接部分。这里，流动调整单元150置放在第二冷凝器上方的位置处。
[0070]在根据本示例性实施例的电子装置400中，蒸发器110置放在加热元件160上方的位置处从而与之热连接，并且冷凝器120置放在热辐射单元310上方的位置处从而与之热连接。
[0071]电子装置400例如是包括作为发热元件160的中央处理单元(CPU)的服务器等，并且置放在基板410上并且安设在底盘420中。发热元件160诸如CPU在装载到插槽430等中的状态中安装在基板410上。蒸发器110经由在其间的热传导部件(诸如油脂)安装在加热元件160上方的位置处。同时，经由管道140与蒸发器110相连的冷凝器120在从加热元件160隔开的位置处与热辐射单元310置放在一起。此外，与作为蒸汽-液体两相流的制冷剂130的运动相结合地热输送来自加热元件160的热，从而加热元件160被冷却。并且能够通过使用流动方向由流动调整单元150控制的冷却空气冷却安装在电子装置中的其它发热构件。
[0072]图11示意其中冷凝器120和热辐射单元310具有基本相同的宽度的构造。然而，电子装置400的构造不限于此，并且可以如此实现，使得例如如在图12中所示，冷凝器120的宽度沿着朝向蒸发器HO的方向延伸。以此方式，因为冷凝器120的容量增加，所以蒸汽相制冷剂的体积也增加。结果，由于冷却装置100的内部压力增加，制冷剂的沸点升高得到减轻，并且由此能够防止蒸发器110中的液相制冷剂的汽化受到抑制。因此，能够实现冷却装置100的冷却性能的进一步改进。
[0073]如上所述，根据本示例性实施例的电子装置400，当蒸发器110和冷凝器120沿着竖直方向置放在基本相同高度的位置处时，能够实现采用热输送能力优良的沸腾冷却方法的冷却装置。因此，即使当例如目标电子装置是适于具有IU的高度(44.45毫米)的机架的低剖面电子装置时，仍然能够实现充分的冷却性能。而且，能够防止整个电子装置的冷却效率的劣化。
[0074]本发明不限于前述实施例。在如由权利要求限定的本发明的范围内，能够在其中实现各种修改，并且显然在本发明的范围中包括这种修改。
[0075]该申请基于并且要求在2012年I月4日提交的日本专利申请N0.2012-000039的优先权利益，该申请的整个公开通过引用合并入本文。
[0076]代码说明
[0077]100、200、300 冷却装置
[0078]110蒸发器
[0079]111蒸发容器
[0080]112隔板部
[0081]120、220 冷凝器
[0082]121冷凝容器
[0083]122第一冷凝器
[0084]123第二冷凝器
[0085]124蒸汽管道连接部分
[0086]130制冷剂
[0087]140 管道
[0088]141蒸汽管道
[0089]142液体管道
[0090]150流动调整单元
[0091]152流动调整薄板
[0092]160加热元件
[0093]170冷却空气
[0094]180发热构件
[0095]225冷凝板单元
[0096]310热辐射单元[0097]312热辐射薄板
[0098]314吹风机区域
[0099]400电子装置
[0100]410 基板
[0101]420 底盘
[0102]430 插槽
[0103]500相关沸腾冷却装置
[0104]501电路板
[0105]502半导体器件
[0106]510蒸发部分
[0107]520冷凝器
[0108]531蒸汽导管
[0109]532液体返回导管
[0110]540冷却风扇
【权利要求】
1.一种冷却装置，包括: 用于存储制冷剂的蒸发装置； 用于冷凝和液化在所述蒸发装置中汽化的蒸汽相制冷剂并且辐射热的冷凝装置； 将所述蒸发装置连接到所述冷凝装置的管道；和 用于调整通过所述冷凝装置的空气的流动方向的流动调整装置， 其中所述蒸发装置和所述冷凝装置在竖直方向中位于大致相同的水平上； 所述蒸发装置包括蒸发容器和用于分离置放在所述蒸发容器中的制冷剂的隔板装置； 所述隔板装置的高度大于或者等于制冷剂的蒸汽-液体界面的高度，并且小于所述蒸发容器的高度； 所述管道包括蒸汽相制冷剂从中流过的蒸汽管道，以及冷凝并且液化的液相制冷剂从中流过的液体管道； 所述冷凝装置包括在冷凝装置高度方面不同的第一冷凝装置和第二冷凝装置，所述冷凝装置高度被定义为构成所述冷凝装置的冷凝容器沿着竖直方向的高度，并且所述第一冷凝装置的冷凝装置高度构造为大于所述第二冷凝装置的冷凝装置高度； 所述第一冷凝装置包括沿着竖直方向在所述第二冷凝装置的冷凝装置高度上方的位置处与所述蒸汽管道相连的蒸汽管道连接部分；并且 所述流动调整装置置放在所述第二冷凝装置的上部中。
2.根据权利要求1所述的冷却装置， 其中所述流动调整装置包括具有竖立的矩形薄板的多个流动调整薄板，并且 所述流动调整薄板的抽拉方向相对于流入所述冷凝装置中的空气的流入方向是倾斜的。
3.根据权利要求1或者2所述的冷却装置， 其中所述蒸汽管道在高于或者等于所述隔板装置的高度的位置处连接到所述蒸发容器，并且 所述液体管道在低于或者等于制冷剂的蒸汽-液体界面的高度的位置处连接到所述蒸发容器。
4.根据权利要求1、2和3中任何一项所述的冷却装置， 其中所述隔板装置包括具有竖立的矩形薄板的多个隔板薄板。
5.根据权利要求1、2、3和4中任何一项所述的冷却装置， 其中所述冷凝装置包括用于加速所述冷凝容器中的蒸汽相制冷剂的热辐射的冷凝板装置； 所述冷凝板装置包括具有竖立的矩形薄板的多个冷凝薄板；并且 所述冷凝板装置的高度低于所述第二冷凝装置的冷凝装置高度。
6.根据权利要求1、2、3、4和5中任何一项所述的冷却装置， 其中所述液体管道在低于或者等于制冷剂的蒸汽-液体界面的高度的位置处连接到所述冷凝容器。
7.根据权利要求1、2、3、4、5和6中任何一项所述的冷却装置，进一步包括热连接到所述冷凝装置的热辐射装置，其中所述热辐射装置置放在所述冷凝装置的下部中。
8.根据权利要求7所述的冷却装置， 其中所述流动调整装置包括具有竖立的矩形薄板的多个流动调整薄板， 所述热辐射装置包括具有竖立的矩形薄板的多个热辐射薄板；并且 在所述流动调整薄板之间的距离大于在所述热辐射薄板之间的距离。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7和8中任何一项所述的冷却装置， 其中在所述第一冷凝装置和所述第二冷凝装置之间的边界区域处，所述冷凝容器的侧表面相对于流入所述冷凝装置中的空气的流入方向是倾斜的。
10.一种电子装置，包括: 冷却装置； 加热元件；和 热辐射装置， 其中所述冷却装置包括 用于存储制冷剂的 蒸发装置； 用于冷凝和液化在所述蒸发装置中汽化的蒸汽相制冷剂并且辐射热的冷凝装置； 将所述蒸发装置连接到所述冷凝装置的管道；和 用于调整通过所述冷凝装置的空气的流动方向的流动调整装置， 其中所述蒸发装置和所述冷凝装置在竖直方向中位于大致相同的水平上； 所述蒸发装置包括蒸发容器和用于分离置放在所述蒸发容器中的制冷剂的隔板装置； 所述隔板装置的高度大于或者等于制冷剂的蒸汽-液体界面的高度，并且小于所述蒸发容器的高度； 所述管道包括蒸汽相制冷剂从中流过的蒸汽管道，和冷凝并且液化的液相制冷剂从中流过的液体管道； 所述冷凝装置包括在冷凝装置高度方面不同的第一冷凝装置和第二冷凝装置，所述冷凝装置高度被定义为构成所述冷凝装置的冷凝容器沿着竖直方向的高度，并且所述第一冷凝装置的冷凝装置高度构造为大于所述第二冷凝装置的冷凝装置高度； 所述第一冷凝装置包括沿着竖直方向在所述第二冷凝装置的冷凝装置高度上方的位置处与所述蒸汽管道相连的蒸汽管道连接部分；并且 所述流动调整装置置放在所述第二冷凝装置的上部中； 其中所述蒸发装置置放在所述加热元件的上部中并且热连接到所述加热元件，并且 所述冷凝装置置放在所述热辐射装置的上部中并且热连接到所述热辐射装置。
【文档编号】F28D15/02GK104040278SQ201280066148
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年1月4日
【发明者】千叶正树, 吉川实, 坂本仁, 小路口晓, 稻叶贤一, 松永有仁 申请人:日本电气株式会社