冷卻裝置、在其中使用的受熱部和沸騰部、及制造沸騰部的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于冷卻諸如電子部件的發熱元件的冷卻裝置。更具體地說，本發明涉及一種用于使液相冷卻劑沸騰以將液相冷卻劑相變成氣相冷卻劑的沸騰部，涉及一種包含這種沸騰部的受熱部，涉及一種具有這種受熱部的相變冷卻裝置以及一種制造這種沸騰部的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，大量數據需要收集和處理。因此，大量信息在有限空間內處理。因此，諸如CPU(中央處理器)的電子部件的發熱密度增加。電子部件不能有效地發揮其效果(性能)除非它們被冷卻。在某些情況下，如果電子部件不被冷卻，其將被損壞從而引起很多問題。已經提出將利用冷卻劑的相變以運送和擴散熱來冷卻的冷卻裝置(下文中稱為“相變冷卻裝置”)作為用于冷卻具有高發熱密度的電子部件的裝置。
[0003]接著，將簡要描述相變冷卻裝置的操作。相變冷卻裝置包括:受熱部，該受熱部從諸如CPU的電子部件的發熱兀件接收熱；散熱部，該散熱部通過利用冷卻劑的相變使所運送的熱發散；以及管，該管將受熱部和散熱部彼此連接。
[0004]受熱部借助于導熱油脂與發熱元件熱連接。散熱部設有諸如冷卻風扇的外設冷卻器。因此，促進熱從散熱部發散到空氣中。
[0005]在從發熱元件接收熱的受熱部中，利用從發熱元件傳遞的熱使受熱部中的液相冷卻劑沸騰，使得液相冷卻劑相變成氣相冷卻劑。當液相冷卻劑相變成氣相冷卻劑時，冷卻劑吸收其中的熱量作為潛熱。由于氣相冷卻劑具有比液相冷卻劑低的密度，因此氣相冷卻劑由于其浮力而上升并通過氣相管移動到散熱部。由于浮力用于將氣相冷卻劑移動到散熱部，因此散熱部相對于受熱部在豎直方向上必須位于其上方的位置處。
[0006]已移動到散熱部的氣相冷卻劑借助于從外設冷卻風扇輸送的冷卻空氣將熱發散到空氣。因此，氣相冷卻劑相變成液相冷卻劑。由于液相冷卻劑具有比氣相冷卻劑高的密度，因此液相冷卻劑由于重力而下降并通過液相管返回到受熱部。返回的液相冷卻劑被供以熱并重新用于冷卻劑的循環。
[0007]這樣，相變冷卻裝置利用冷卻劑的相變并因此可在沒有任何泵的情況下使冷卻劑循環。此外，能夠通過相變運送的每單位質量的熱量是通過使冷卻劑的溫度升高而運送熱的方法(諸如水冷)來獲得的每單位質量的熱量的幾百倍。因此，利用相變的方法適于運送和冷卻具有較高熱值的熱。
[0008]雖然相變冷卻裝置適于運送和冷卻具有較高熱值的熱，但最近電子設備的高致密化需要更高性能的相變冷卻裝置。為了將相變冷卻裝置用于高度致密化的電子設備，整個相變冷卻裝置尺寸不應該增大尺寸，由于電子設備只有有限區域用于冷卻裝置。因此，期望提高受熱部而非散熱部的性能，散熱部非常依賴于散熱面積。為了提高受熱部的性能，重要的是，在不增加在沸騰部與氣相冷卻劑之間的溫差的情況下使大量液相冷卻劑沸騰，該沸騰部從發熱元件接收熱并使液相冷卻劑沸騰成氣相冷卻劑。
[0009]在此之前已提出了具有小溫差的各種沸騰裝置。
[0010]例如，在專利文獻I的圖12(b)中，使用具有開口部的球形沸騰部結構。該結構具有能有效地沸騰的楔形部，以形成能有效地形成氣泡核的不規則體。因此，為了改善，結構增加了所產生的氣泡數目。通常，為了形成氣泡核，氣泡被該楔形部捕獲，使得氣泡將液膜壓靠楔形部的內壁以使液膜更薄。薄化的液膜在小溫差的情況下快速沸騰。因此，捕獲氣泡的楔形部用作氣泡核產生部。
[0011]專利文獻2的圖5示出，鰭狀溝槽結構的表面通過電鍍等等被覆蓋有薄多孔構件以便增加溝槽表面的摩擦。因此，氣泡被捕獲，使得那些氣泡將液相冷卻劑壓靠溝槽的壁表面以形成薄液膜。當發熱元件的熱施加到在溝槽表面上的薄液膜時，液相冷卻劑可快速沸騰，這提高了冷卻能力。
[0012]現有技術文獻
[0013]專利文獻
[0014]專利文獻I:JP-A-H10-47668(圖 12(b) ；
[0023])
[0015]專利文獻2 JP-A-Hl 1-330329(圖 5 ；
[0035])
【發明內容】
[0016]發明要解決的問題
[0017]諸如CPU的發熱元件取決于要處理的信息量具有變化的熱值。當熱值隨著要處理的信息量變小而減小時，需要相應地通過降低由外部冷卻風扇供應的冷卻空氣量來降低電力消耗。
[0018]然而，借助前述結構，產生的氣泡的尺寸隨著熱值變化而變化。因此，可能氣泡不被專利文獻I的圖12(b)所示的楔形部捕獲或不被捕獲在具有專利文獻2的圖5所示的薄多孔層的溝槽內，使得冷卻能力下降。結果，即使發熱元件的熱值減小，冷卻風扇等等所需的冷卻電力不能降低。因此，存在電子設備持續需要高冷卻電力的問題。
[0019]發明目的
[0020]本發明的目的是，即使發熱元件具有較低熱值，也要維持相變冷卻裝置的高冷卻能力。
[0021]解決問題的手段
[0022]根據本發明的相變冷卻裝置的沸騰部包括具有鰭片的梳形結構和被設置在梳形結構的鰭片之間的底部上的多孔層。
[0023]發明的有利效果
[0024]本發明的第一有利效果是，可通過利用多孔層形成薄液膜來提高冷卻能力。
[0025]本發明的第二有利效果是，由于即使在發熱元件具有較低熱值的情況下在多孔層中液膜也沒有變厚，所以能夠維持冷卻能力。
【附圖說明】
[0026]圖1是示出根據本發明第一示例性實施例的冷卻裝置的構造的示意圖；
[0027]圖2是示出在圖1中所示的冷卻裝置中使用的沸騰部的截面圖；
[0028]圖3是示出圖2中所示的沸騰部中的多孔層的細節的截面圖；
[0029]圖4是說明在圖2所示的沸騰部中沸騰時的多孔層的操作的截面圖；
[0030]圖5是示出在根據本發明的第二示例性實施例的冷卻裝置中使用的沸騰部的截面圖；以及
[0031]圖6是說明在發熱元件具有較高熱值的情況下的圖5中所示的沸騰部的操作的截面圖。
【具體實施方式】
[0032]現將參照附圖詳細描述本發明的示例性實施例。
[0033][第一示例性實施例]
[0034]圖1是示出根據本發明第一示例性實施例的相變冷卻裝置10的構造的局部截面圖。圖2是在圖1中所示的相變冷卻裝置10中使用的沸騰部100的截面圖。
[0035]首先，將會參照圖1簡要描述相變冷卻裝置10的構造和操作。相變冷卻裝置10包括:受熱部30，該受熱部30從發熱元件20接收熱；散熱部40，該散熱部40通過利用冷卻劑的相變使運送的熱發散；以及氣相管50和液相管60，該氣相管50和液相管60將受熱部和散熱部彼此連接。
[0036]在所示實施例中，發熱元件20包括諸如CPU的電子部件。此外，發熱元件20具有在水平方向上延伸的表面(上表面)20u。因此，受熱部30具有在水平方向上延伸的受熱表面30a，使得受熱表面30a與發熱元件20的表面(上表面)20u熱連接(或接觸)。
[0037]受熱部30的受熱表面30a借助于導熱油脂等等與發熱元件20的表面(上表面)20u熱連接。在散熱部40中，諸如冷卻風扇70的冷卻器設置在外部，以便促進熱從散熱部40發散到空氣中。
[0038]從發熱元件20接收熱的受熱部30在其中包括沸騰部100，該沸騰部100借助于從發熱元件20傳遞的熱使沸騰部100中的液相冷卻劑80沸騰，以便將液相冷卻劑80相變成氣相冷卻劑90。將會參照圖2更詳細地描述沸騰部100的構造。
[0039]當液相冷卻劑80相變成氣相冷卻劑90時，冷卻劑吸收其中的熱作為潛熱。由于氣相冷卻劑90具有比液相冷卻劑80低的密度，因此氣相冷卻劑由于其浮力而上升，并通過氣相管50移動到散熱部40，如圖1中的箭頭A所示。由于浮力用于將氣相冷卻劑90移動到散熱部40，因此散熱部40相對于受熱部30在豎直方向上必須位于其上方的位置處。
[0040]已移動到散熱部40的氣相冷