CN102954723B

CN102954723B - 回路热管以及包括回路热管的电子设备

Info

Publication number: CN102954723B
Application number: CN201210291559.5A
Authority: CN
Inventors: 尾形晋; 内田浩基; 日比野圣二; 盐贺健司; 木村孝浩
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2032-08-15
Also published as: US20130044432A1; JP5906607B2; US8780560B2; CN102954723A; JP2013040718A

Abstract

提供了一种回路热管以及包括回路热管的电子设备，该回路热管包括：内部包括至少一个所构建的芯的蒸发器、凝结器、将蒸发器与凝结器彼此连接的液体管和蒸气管、以及形成在蒸发器内部并分散蒸气的热分散腔，其中，芯包括：多孔的第一芯；多孔的第二芯，第二芯从液体管侧插入第一芯并且第二芯的孔径大于第一芯的孔径；以及蒸气通道，其被限定在第一芯与第二芯之间。蒸气通道在液体管侧的端部处连接至热分散腔。

Description

回路热管以及包括回路热管的电子设备

技术领域

文中讨论的实施例涉及一种回路热管以及一种包括该回路热管的电子设备。

背景技术

在相关技术中，存在通过流体（工作流体或操作流体）的潜热来传输热的热管。在这些热管中，回路热管具有蒸发器和凝结器，蒸发器和凝结器通过蒸气管和液体管彼此连接，以形成回路。当被从外部加热时，蒸发器使得工作液体蒸发。凝结器通过将热消散到外部来使得蒸气凝结。在日本专利No.4,459,783中参照其图1讨论了回路热管的这种构造（也称为循环回路热管）。

回路热管是一种通过利用由工作流体的蒸发/凝结所产生的潜热来有效地传输热的装置。回路热管的一个特性特征是在呈液相的工作流体与呈气相的工作流体（蒸气）之间的压力差，并且芯的毛细力用作驱动力，因此不使用外部电力来传输热。回路热管通常包括内置有芯以蒸发工作流体的蒸发器、暂时存储工作流体的补偿室、将工作流体的蒸气转变为液体的凝结器、以及将蒸发器和凝结器彼此连接的传输管。取决于在传输管内流动的工作流体的物态，传输管的将液体从凝结器传送到蒸发器的部分称为液体管，传输管的将蒸气从蒸发器传送到凝结器的部分称为蒸气管。

具有构建在单个蒸发器部分中的多个蒸发器的回路热管可以通过将输入的热量分散到每个蒸发器中来传输热，由此使得能够冷却高发热元件。这种回路热管用于冷却电子设备，如计算机。例如，该回路热管附接至作为高发热元件的电子部件（例如安装在构建到计算机中的电路板上的集成电路），并冷却该电子部件。图1A和1B示出了蒸发器中构建有多个芯的回路热管。

图1A和1B所示的回路热管30具有构建在蒸发器1中的多个芯5（本示例中有3个芯）。例如，芯5由使用陶瓷或镍、或金属（诸如铜）、氧化铜、或不锈钢作为原材料的多孔材料制成，或者由使用高聚合材料（诸如聚乙烯树脂）作为原材料的多孔材料制成。蒸发器1设置有液体侧歧管11和蒸气侧歧管12。液体侧歧管11将从补偿室8返回的工作流体6提供给每个芯5。蒸气侧歧管12使得从每个芯5产生的蒸气7流入蒸气管3。在每个芯5与蒸发器1的壳体之间的界面处，热从壳体传播到芯5的表面，使得渗入芯5的表面的工作流体6蒸发并转变为蒸气7。

如图1C和图1D所示，芯5呈圆柱状并且具有洞5H，洞5H在液体管4侧开口。洞5H限定液体通道，该液体通道有助于将工作流体6提供给芯5的外围。在芯5的外围上，多个槽5G从液体管4侧延伸至蒸气管3侧，使得蒸发出的蒸气迅速移动至蒸气管3。每个槽5G限定蒸气通道。首先将回路热管30的内部完全排空，然后填充作为工作流体6的液体，诸如氨水或者基于水的、基于酒精的、基于碳氢化合物的或基于氟烃化合物的液体。在蒸发器1的被施加热的芯5中，液相的工作流体6转变为蒸气7，然后流经蒸气管3。在凝结器2中，蒸气7转变为液相的工作流体6，然后返回到蒸发器1。芯5的毛细压力用作泵送压力以使工作流体6在蒸发器1与凝结器2之间循环。

图2以分解图示出了图1A和图1B所示的蒸发器1的构造。在液体侧歧管11与蒸气侧歧管12之间的壳体部分中设置有芯容纳部分1W。每个芯5被容纳在芯容纳部分1W中，以形成蒸发器1。蒸发器1的底部1B经由热散布器23附接在集成电路22上，集成电路22是安装在电路板21上的发热电路部件。

尽管可以通过沿竖直方向分割如图2所示的蒸发器1来制造上述构造的蒸发器1，但是也可以通过如图3所示沿工作流体6的流动方向分割蒸发器1来制造蒸发器1。在如图3所示的制造方法中，首先单独地制造连接至液体管4的液体侧歧管11、容纳芯5的芯容纳部分1W以及连接至蒸气管3的蒸气侧歧管12，然后将它们接合到一起。通过如图3所示沿工作流体6的流动分割蒸发器1来制造蒸发器1的方法可以实现向芯5的高效热传递，这是因为在芯5与芯容纳部分1W之间不太可能产生间隙。

图4A示出在从集成电路22输入至图1A、图2和图3所示的蒸发器1的热均匀的情况下蒸发器1和补偿室5的操作。图4B示出沿图4A中的线IVB-IVB的局部截面。现在，令T1为蒸发器1的集成电路22侧的温度，而令T2为与集成电路22相反的一侧的温度（令T2a、T2b和T2c为蒸发器1的位于三个芯5上方的相应区域的温度）。在从集成电路22输入的热均匀并且输入到蒸发器1中的热被分散在各个芯5中的情况下，蒸发器1的位于芯5上方的相应区域的温度T2a、T2b和T2c基本上相等。在这种情况下，在各个芯5中产生的蒸气的量的差异很小，另外，根据蒸气的量来供给已返回的工作流体6。由此，蒸发器1适当地工作。

在例如JP 4459783中公开了回路热管的示例，其中图1示出了该回路热管的整体构造。

发明内容

因此，本发明的一个方面的目的是提供一种回路热管和一种包括该回路热管的电子设备，其中，当蒸发器内部产生不均匀的热输入时，该回路热管通过根据热输入的量或热的分布来分散蒸发器内的热，来保持具有芯的蒸发器的功能。

根据本发明的一个方面，回路热管包括：内部包括至少一个所构建的芯的蒸发器；凝结器；将蒸发器与凝结器彼此连接的液体管和蒸气管；以及形成在蒸发器内部的用于分散蒸气的热分散腔，其中，所述芯包括：多孔的第一芯；多孔的第二芯，第二芯从液体管侧插入第一芯中，并且第二芯包括比第一芯的孔径大的孔径；以及在第一芯与第二芯之间限定的蒸气通道，其中该蒸气通道在液体管道侧的端部处连接至热分散腔。

借助于所附权利要求中特别指出的元件和组合，将会实现和获得本发明的目的和优点。

要理解的是，上述总体描述和下述详细描述都是示例性和说明性的，并非用于如所附权利要求一样来限制本发明。

附图说明

图1A示出根据相关技术的蒸发器中构建有三个芯的回路热管的构造；

图1B是沿图1A中的线IB-IB的截面图；

图1C是从工作流体的入口侧观察的、图1A所示的构建在蒸发器中的芯之一的立体图；

图1D是从工作流体的出口侧观察的、图1A所示的构建在蒸发器中的芯之一的立体图；

图2是示出以竖直分割的方式呈现的如图1A所示的蒸发器的构造以及设置在蒸发器所附接到的电路板上的发热电路部件的分解立体图；

图3是沿工作流体的流动方向分割的如图1A所示的蒸发器的分解立体图；

图4A示出在输入到图1A所示的蒸发器的热均匀的情况下蒸发器和补偿室的操作；

图4B示出沿图4A中的线IVB-IVB的局部截面以及从发热电路部件输入的均匀的热；

图4C示出在输入到图1A所示的蒸发器的热不均匀的情况下蒸发器和补偿室的操作；

图4D示出沿图4C中的线IVD-IVD的局部截面以及从发热电路部件输入的不均匀的热；

图5是蒸发器的透视立体图，其示出根据本公开的设置在回路热管的蒸发器中的热分散腔的位置；

图6A是示出如何将包括第一芯和第二芯的芯附接到根据本公开的蒸发器的主要部分立体装配图；

图6B是示出图6A所示的芯的构造的立体装配图；

图6C是从第二芯侧观察的如图6B所示进行装配的芯的立体图；

图7A是根据本公开的蒸发器的实施例的截面图；

图7B是沿图7A中的线VIIB-VIIB的主要部分截面图；

图7C是示出如图7A所示的根据本公开的蒸发器的操作的截面图；

图7D是沿图7C中的线VIID-VIID的主要部分截面图；

图8A是根据本公开的蒸发器的变型实施例的截面图；

图8B是沿图8A中的线VIIIB-VIIIB的主要部分截面图；

图8C是示出如图8A所示的根据本公开的蒸发器的操作的截面图；

图8D是沿图8C中的线VIIID-VIIID的主要部分截面图；

图9A示出在输入到图8A所示的蒸发器的热均匀的情况下蒸发器和补偿室的操作；

图9B示出沿图9A中的线IXB-IXB的局部截面图以及从发热电路部件输入的均匀的热；

图9C示出在输入到图8A所示的蒸发器热不均匀的情况下蒸发器和补偿室的操作；

图9D示出沿图9C中的线IXD-IXD的局部截面图以及从发热电路部件输入的不均匀的热；

图10A1至10A3分别是以竖直排列的方式呈现的，紧接在从发热电路部件输入不均匀的热之后根据本公开的蒸发器的操作的平面图、沿线XA2-XA2的截面图、以及表示蒸发器的各个部分中的温度分布的温度特性图；

图10B1至10B3分别是以竖直排列的方式呈现的，在从发热电路部件输入不均匀的热开始经过了给定时间段的情况下根据本公开的蒸发器的操作的平面图、沿线XB2-XB2的截面图、以及表示蒸发器的各个部分中的温度分布的温度特性图；

图10C1至10C3分别是以竖直排列的方式呈现的，紧接在从发热电路部件输入均匀的热之后根据相关技术的蒸发器的操作的平面图、沿线XC2-XC2的截面图、以及表示蒸发器的各个部分中的温度分布的温度特性图；

图11A1至11A3分别是以竖直排列的方式呈现的，紧接在从发热电路部件另一次输入不均匀的热之后根据本公开的蒸发器的操作的平面图、沿线XIA2-XIA2的截面图、以及表示蒸发器的各个部分中的温度分布的温度特性图；

图11B1至11B3分别是以竖直排列的方式呈现的，在从发热电路部件另一次输入不均匀的热开始经过了给定时间段的情况下根据本公开的蒸发器的操作的平面图、沿线XIB2-XIB2的截面图、以及表示蒸发器的各个部分中的温度分布的温度特性图；

图11C1至11C3分别是以竖直排列的方式呈现的，紧接在从发热电路部件进行不均匀的热输入之后根据相关技术的蒸发器的操作的平面图、沿线XIC2-XIC2的截面图、以及表示蒸发器的各个部分的中的温度分布的温度特性图；

图12A示出根据本公开的回路热管的示例中的蒸发器的热传递能力；

图12B示出根据相关技术的回路热管中的蒸发器的热传递能力；

图13A和13B示出在根据本公开的回路热管的示例中由于蒸气从芯到补偿室的运动而引起的热传递；

图13C和13D示出在根据相关技术的回路热管中由于蒸气从芯到补偿室的运动而引起的热传递；

图14是示出根据本公开的实施例的截面图，在该实施例中，用于消散热的散热片附接到回路热管中的蒸发器的热分散腔附近；

图15A是可以应用根据本公开的回路热管示例的电子设备的截面平面图；

图15B是示出根据本公开的回路热管附接到图15A所示的电子设备的状态的截面平面图；

图16A是示出根据本公开的回路热管中的蒸发器的变型实施例的构造的截面图；以及

图16B是示出根据本公开的回路热管中的蒸发器的另一变型实施例的构造的截面图。

具体实施方式

背景技术部分中描述的构造存在下述一些问题。在输入的热没有充分分散的情况下，例如当集成电路22产生高热的情况下，或者当如图4D所示从集成电路22输入的热的分布不均匀的情况下，热输入集中在特定的一个芯5上。尽管与另外的芯5相比来自热输入集中在其上的芯5（图4D所示的芯5）的蒸发较多，但同时，通过芯5的热的量增加，从而导致在芯5内部产生的蒸气的量的增加。

如图4C所示，当芯5内产生的蒸气反向流至液体侧歧管11时，阻碍工作流体6流入芯5，使得向芯5的流体供给短缺。当向芯5的流体供给短缺时，工作流体6不能充分地渗入芯5，从而在芯5的一部分中产生工作流体6变干的区域。在工作流体6不能渗入芯5的区域中，不发生由于毛细力而引起的止回阀动作。因此，蒸气管3侧的蒸气7透入芯5，这进一步增加芯5内的蒸气量。因此，尽管蒸发量大，但蒸发器1的热输入集中到其上的芯5遭受流体供给的短缺，这最终导致变干（dry-out）DO，其中整个芯5被耗尽。另外，在从芯5内产生大量蒸气V的情况下，该蒸气V扩散到液体侧歧管11中，这也阻碍了对其他芯5的流体供给，从而整体上造成蒸发器1的冷却性能的下降。

在下述实施例中，描述传输流体的流体传输装置（回路热管）以及包括该回路热管的电子设备。

在下文中，将基于具体示例参照附图对实施例进行详细描述。在以下描述中，与根据相关技术的回路热管30的元件相同的元件被以相同的附图标记表示。

图5是蒸发器的透视立体图，用于说明设置在根据本公开的回路热管30的蒸发器中的热分散腔的位置。例如，蒸发器10不同于图2所示的根据相关技术的蒸发器1，其不同之处在于容纳在对应于根据相关技术的芯容纳部分1W的芯容纳部分10W中的每个芯50的构造以及芯容纳部分10W附近的热分散腔14的设置。在后面描述芯50的结构示例。首先描述热分散腔14。

如上面参照图2描述的，在根据相关技术的蒸发器1中，在液体侧歧管11与蒸气侧歧管12之间仅设置芯容纳部分1W，其中，液体侧歧管11将从液体管4供给的工作流体6分流到三个芯5中，而蒸气侧歧管12收集工作流体6的蒸气并将所收集的蒸气引导至蒸气管3。在蒸发器10中，例如，在芯容纳部分10W与液体侧歧管11之间设置了连通通道13，此外，在蒸发器10W的与底部10B相反的一侧与芯容纳部分10W之间设置了热分散腔14。在本公开中，热分散腔14例如为覆盖三个芯50上方的区域的封闭腔。热分散腔14的在液体管4一侧的端部与连通通道13相连通。

接下来，参照图6A至6C描述芯50的构造的示例。如图6B所示，芯50例如包括第一芯51和第二芯52。第一芯51呈圆柱状。与根据相关技术的芯5类似，第一芯51包括液体管4侧的洞51H以及蒸气管3侧的用作蒸气通道的槽51G。例如，第二芯52插入在第一芯51并且呈比第一芯51小的圆柱形状。第二芯52具有设置在液体管4侧的洞52H以及以给定间隔设置在其蒸气管3侧的侧面上的突起52P。突起52P的长度短于设置在第一芯51中的洞51H的深度。突起52P与突起52P之间的部分限定用作第二芯52中的蒸气通道的槽52G。

设置在第二芯52上的突起52P的外围是与第二芯52的中心轴线同轴的圆周面。突起52P的外围可以与第一芯51的洞51H的内围之间无空隙地配合。图6C是从第二芯52侧观察的如图6B所示地组装的芯50的立体图。也就是说，图6C示出了设置在第二芯52上的突起52P的外围配合到第一芯51的洞51H中的状态的示例。在这种状态下，第一芯51的一个相应的槽51G位于第二芯52中的槽52G的径向外侧。突起52P的端部52T与第一芯51的端面51E平齐。

如图6A所示，例如，在图5所示的连通通道13与热分散腔14之间的部分中设置有第一分隔墙31。第一分隔墙31具有第二芯插入孔17、槽连通孔18和热消散腔连通孔19。第二芯52的从第一芯51突出的圆柱部分插入穿过第二芯插入孔17。槽连通孔18与第二芯52的槽52G连通。热消散腔连通孔19与热分散腔14连通。此外，例如，在液体侧歧管11与连通通道13之间的部分中设置第二分隔墙32。第二分隔墙32具有第二芯附接孔16。第二芯52的从第一芯51突出的圆柱部分插入穿过第二芯附接孔16以固定就位。附图标记15表示工作流体6从液体管4到液体侧歧管11的入口。

在芯50中，例如，第二芯52的从第一芯51突出的圆柱部分插入穿过第二芯插入孔17，然后插入第二芯附接孔16。此时，第一芯51的端面51E与第一分隔墙31紧密接触，并且第二芯52的所有槽52G与设置在第一分隔墙31中的槽连通孔18重叠。在芯50紧固到第一分隔墙31的状态中，三个芯50的第二芯52的槽52G全经由槽连通孔18、连通通道13和热分散腔连通孔19与如图5所示的热分散腔14连通。

图7A是根据本公开的蒸发器10的实施例的截面图，图7B是沿图7A中的线VIIB-VIIB的主要部分截面图。图7A和7B分别示出了安装在如图5、图6A至6C所示的根据本公开的蒸发器10的实施例中的芯50之一的截面图。如上所述，芯50被容纳在蒸发器10的芯容纳部分10W中，以与蒸发器10的壳体接触，其中第二芯52插入在使得工作流体6蒸发的第一芯51中。第二芯52的外表面设置有槽52G，槽52G作为用于移除第一芯51内产生的蒸气的蒸气通道。例如，第二芯52的槽52G与连通通道13连通，连通通道13是设置在液体侧歧管11与芯50之间的蒸气收集部分。此外，连通通道13与热分散腔14连通，热分散腔14被设置在蒸发器10的与底部（加热侧）10B相反的一侧。

使得液体侧歧管11与连通通道13之间的边界是气密的，以减少液体侧歧管11与连通通道13之间的蒸气泄漏。如图7C所示，工作流体6从液体侧歧管11经由第二芯52移动到第一芯51。由于使用第一芯51的毛细力作为驱动力来移动工作流体6，第一芯51的孔径被设置得小于第二芯52的孔径。已渗透穿过第二芯52的工作流体6经由第二芯52与第一芯51之间的接触区域渗入第一芯51，如图7D中的箭头所示。

上述结构使得可以将第一芯51中产生的蒸气经由设置在第二芯52的表面中的槽52G和与液体侧歧管11相邻设置的连通通道13发送到热分散腔14。因为热分散腔14经由连通通道13与另一个相邻的芯50的槽52G连通，所以蒸气扩散到热分散腔14中，由此使得热均匀地分布在整个蒸发器10中。

当将工作流体6从第二芯52供给到第一芯51时，第一芯51与第二芯52之间的毛细力的差用作用于供给流体的驱动力。毛细力P表示为P=2σcosθ/r，其中，σ是工作流体的表面张力，θ是工作流体6与芯50之间的接触角，而r是芯50的孔半径。为了将工作流体6从第二芯52供给至第一芯51，与第二芯52相比，第一芯51具有较小的孔直径，由此第一芯51具有较大的毛细力。

当工作流体6渗入芯50时，在芯50的孔部分形成用作止回阀的弯液面（meniscus）。可以被抑制的最大回流压力与毛细力相等。因此，对于第二芯52，可以被抑制的最大回流压力低于第一芯51。因此，如图7A和7B所示的结构要以如下方式进行操作：使得确保在第一芯51与第二芯52之间产生的蒸气不渗入第二芯52。

如果在第一芯51与第二芯52之间产生的蒸气渗入第二芯52，如根据相关技术的蒸发器1的情况，根据本公开的蒸发器10的性能下降。相应地，在根据本公开的蒸发器10中，为了使由蒸气渗入第二芯52引起的蒸发器10的性能下降最小化，例如，可以以无孔板33覆盖第二芯52的槽52G，以使在第一芯51内产生的蒸气不渗入第二芯52。

图8A是根据本公开的蒸发器10的变型实施例的截面图。图8B是沿图8A中的线VIIIB-VIIIB的主要部分截面图。作为实施例，图8A和图8B示出了包括设置到槽52G上以抑制渗入的无孔板33的蒸发器10。因为在上文已参照图7A和图7B描述了除了无孔板33之外的蒸发器10的构造，此处省略对这样的构造的描述。

在槽52G如图8A和8B所示设置有无孔板33以抑制渗透的情况下，如图8C和8D所示，第一芯51内产生的蒸气不渗透无孔板33。因此，第一芯51内产生的全部蒸气都移动到热分散腔14中，而不渗入第二芯52，由此使得可以使由于蒸气渗入第二芯52引起的蒸发器10的性能下降最小化。

图9A和9B示出了在对如图8A和8B所示的蒸发器10的热输入Q均匀的情况下蒸发器10和补偿室8的操作。另外，图9C和9D示出了在对如图8A和8B的蒸发器10的热输入Q不均匀的情况下蒸气10和补偿室8的操作。在热输入Q均匀的情况下，根据本公开的蒸发器10以与根据相关技术的蒸发器1相似的方式工作。

在如图9D所示的对蒸发器10的热输入Q不均匀的情况下，在相关技术中，由于不能充分地分散热，在热集中到其上的芯5的内部形成蒸气。然而，在蒸发器10的情况中，即使在如图9D所示热输入Q不均匀的情况下，例如，芯50内产生的蒸气通过第二芯52的外围上的槽52G释放到热分散腔14，由此使得热能够在整个蒸发器10内均匀分布。因此，减轻热输入Q对特定的芯50的集中，并且热朝向其他的芯50分散，从而降低由于热输入Q的集中而引起的特定芯50中的蒸发能力下降的可能性。因为在芯50内部产生的蒸气不干扰工作流体6的通道，所以工作流体6的供给不被阻碍，由此抑制了芯50的耗尽（即变干）。

图10A1至图10A3分别示出了紧接在从作为发热电路部件的集成电路22进行中部具有高温的不均匀热输入Q之后根据本公开的蒸发器10的操作、蒸发器10的截面图、以及表示蒸发器10各个部分中的温度分布的温度特性图。图10A1至图10A3以竖直排列的方式呈现。另外，图10B1至图10B3示出了从如图10A1至图10A3所示的中部具有高温度的不均匀热输入Q开始经过给定时间段后热被分散的状态下根据本公开的蒸发器10的操作、蒸发器10的截面图、以及表示蒸发器10各个部分中的温度分布的温度特性图。此外，图10C1至10C3示出了在从中部具有高温的不均匀热输入Q开始经过给定时间段后根据相关技术的蒸发器1的操作、蒸发器1的截面图、以及表示蒸发器1各个部分中的温度分布的温度特性图。所述给定时间段表示热分散腔14发挥其均匀热分布能力所花费的时间。在图10A1至10C3中，T1表示蒸发器1、10的在热输入Q侧的温度，T2表示蒸发器1、10的在与热源相反的一侧的温度，而a、b和c分别表示蒸发器1、10中的位置。

在来自集成电路22的热输入Q集中在蒸发器10中部的情况下，如图10A1至10A3所示，在蒸发器10的与热源相反的一侧的中部的温度T2b上升。然而，在经过给定时间段后，热分散腔14起作用以将热均匀分布在整个蒸发器10中。结果，如图10B3所示，在蒸发器10的与热源相反的一侧的中部的温度T2b变得与蒸发器10的与热源相反的一侧的左侧的温度T2a和右侧的温度T2c的差别不太显著。蒸发器10的热源侧的中部的温度T1b也变得与蒸发器10的热源侧的左侧的温度T1a和右侧的温度T1c的差别不太显著。此外，每个芯50的蒸发温度下降，并且作为结果，蒸发器10的温度也下降。此外，芯50内产生的蒸气不移动到补偿室8侧，由此供给到芯50的工作流体6的温度不上升。作为结果，可以保持低的蒸发温度，而且温度T1也降低。相反地，如图10C1至10C3所示，根据相关技术的蒸发器1没有设置热分散腔14，因此蒸发器1的与热源相反的一侧的中部的温度T2b保持较高。

图11A1至图11A3分别示出了紧接在从作为发热电路部件的集成电路22进行在一端具有高温的不均匀热输入Q之后根据本公开的蒸发器10的操作、蒸发器10的截面、以及表示蒸发器10的各个部分中的温度分布的温度特性。图11A1至图11A3以竖直排列方式呈现。另外，图11B1至图11B3示出了从如图11A1至图11A3中示出的一端具有高温的不均匀热输入Q开始经过给定时间段后热被分散的状态中根据本公开的蒸发器10的操作、蒸发器10的截面、以及表示蒸发器10的各个部分中的温度分布的温度特性。此外，图11C1至图11C3示出了在从一端具有高温的不均匀热输入Q开始经过给定时间段后根据相关技术的蒸发器1的操作、蒸发器1的截面、以及表示蒸发器1的各个部分中的温度分布的温度特性。与在图10A1至10C3一样，T1表示蒸发器1、10的热输入侧的温度，T2表示蒸发器1、10的与热源相反的一侧的温度，而a、b和c分别表示蒸发器1、10中的位置。

在如图11A1至11A3所示的来自集成电路22的热输入Q集中在蒸发器10的一端的情况下，蒸发器10的与热源相反的一侧的一个端部处的温度T2c上升。然而，在经过给定时间段后，热分散腔14起作用以将热均匀分布在整个蒸发器10中。结果，如图11B3所示，蒸发器10的与热源相反的一侧的一端的温度T2变得与蒸发器10的与热源相反的一侧的另一端的温度T2a和中部的温度T2b的差别不太显著。蒸发器10的热源侧的一端的温度T1c也变得与蒸发器10的热源侧的另一端的温度T1a和中部的温度T1b差别的不太显著。此外，各个芯50的蒸发温度下降，并且蒸发器10的温度也下降。此外，芯50内产生的蒸气不移动到补偿室8侧，因此供给到芯50的工作流体6的温度不上升。作为结果，可以保持蒸发温度较低，而且温度T1也降低。相反地，如图11C1至11C3所示，根据相关技术的蒸发器1没有设置热分散腔14，因此蒸发器1的与热源相反的一侧的一端的温度T2c保持较高。

根据上述内容，在相关技术中，与蒸发器1的其他部分附近的温度相比，在蒸发器1的热输入Q集中的部分的温度变得较高。作为该温度分布的结果，蒸发器1的各个部分中的蒸发量的差异变得较大，使得上述热传递性能下降。在根据本公开的回路热管30的情况中，尽管紧接在如相关技术中那样进行热输入Q之后蒸发器10中获得不均匀的温度分布，但当第一芯51内部产生的蒸气流入热分散腔14时，与热源相反的一侧的温度变得均匀，减轻了热输入Q的集中。当热以分散方式输入到每个芯50时，每个芯50中的蒸发温度下降，作为结果，蒸发器10的温度下降。此外，不同于相关技术，芯50内产生的蒸气不移动到补偿室8侧。因此，供给到芯50的液体的温度不上升，使得也可以保持蒸发温度较低。

如上面已经描述的，在相关技术中，当从一个芯5内产生大量蒸气V时，蒸气V扩散到液体侧歧管11中，并因此阻碍对其他芯5的流体供给，导致冷却性能下降。下文中，详细地描述在相关技术中蒸气V的产生和冷却性能的下降，以展示根据本公开的回路热管30相对于相关技术的优越性。

在相关技术中，在芯5内产生大量蒸气V的情况下，蒸气V填充液体侧歧管11，阻碍对芯5的流体供给。然后，供给到各个芯5的流体的量以及蒸发的量变得失去平衡，并且当芯5完全被耗尽时，冷却剂的循环停止，引起回路热管30的冷却功能的丧失。在根据本公开的回路热管30中，即使芯50内形成蒸气，蒸气也不阻碍流体的供给。因此，流体的供给是连续的，芯50不会变得被耗尽，并且冷却剂持续循环。因此，即使在相关技术中的会造成回路热管30的冷却功能停止的条件下，在根据本公开的回路热管30的示例中，冷却功能仍可以保持。

接下来，针对在芯5、50内形成蒸气但产生的蒸气的量相对小并且流体的供给正在继续的情况，对相关技术与根据本公开的回路热管30的示例的传输的热进行比较。图12A和12B示出了在根据本公开的回路热管30的示例与相关技术之间进行的传输的热量Q_out相对于输入的热量Q_in的比较。回路热管30中可以从蒸发器10传输到凝结器2的热量Q_out是蒸发器10中的已经用于工作流体6的蒸发的热量Q_evp，热量Q_evp等于输入热量Q_in减去来自蒸发器10的热漏Q_HL。因此，通过使来自蒸发器10的热漏Q_HL变小，可以使得用于蒸发工作流体6的热量Q_evp与输入热量Q_in之比增大，由此改善回路热管30的冷却性能。

热漏Q_HL可用下面的等式表示。

Q_HL=Q_case+Q_wick+Q_vflow

在以上等式中，Q_case表示蒸发器壳体与补偿室壳体之间的热传递，Q_wick表示在芯5、50在径向上的热传递，而Q_vflow表示由蒸气从芯5、50到补偿室8的移动引起的热传递。其中，前两个量由蒸发器壳体、补偿室8、芯5和50中的每个的材料和几何形状以及工作流体6的物理特性确定。使用具有类似形状的相同材料不导致相关技术与根据本公开的回路热管30的示例之间的较大差异。

在这点上，在芯5、50内未产生较多蒸气的情况下，可忽略到补偿室8的热移动，Q_HL=Q_case+Q_wick。一般地，在没有产生蒸气且回路热管30正常工作的情况下，热漏Q_HL，即蒸发器壳体与补偿室壳体之间的热传递Q_case与芯5、50的径向上的热传递Q_wick的总和为输入热量Q_in的百分之几。例如，在蒸发器壳体与补偿室壳体之间的热传递Q_case和芯5、50的径向上的热传递Q_wick的总和大约为输入热量Q_in的5%的情况下，对于300W的热输入，在根据本公开和相关技术的技术中，传输285W的热。下文中，将针对在相关技术中蒸气显著地流动到补偿室8中的情况在这两种技术之间比较传输的热量Q_out。

图13A至13D示出了在相关技术与根据本公开的回路热管30的示例之间比较由于蒸气从芯5、50到补偿室8的移动所引起的热传递Q_vflow与输入热量Q_in之比。例如，图13A和图13B示出了根据本公开的回路热管30的示例中的芯50，而图13C和图13D示出了根据相关技术的芯5。现在，假定等于输入热量Q_in的60%热量被输入到芯5、50中部，另外，该热量的30%由于中部的芯5、50的部分耗尽而流入内部。在这种情况下，在根据相关技术的芯5中，输入热量Q_in的18%经由液体侧歧管11移动至补偿室8，其作为由于蒸气从芯5到补偿室8（未示出）的移动引起的热传递Q_vflow。在根据本公开的回路热管30的示例中的芯50中，例如，所产生的蒸气通过连通通道13移动到热分散腔14，并且不会移动到补偿室8。因此，由于蒸气而移动到补偿腔8中的热量Q_vflow为零。

在下文中，针对如下情况进行传输的热量Q_out的比较：输入热量Q_in为300W，蒸发器壳体与补偿室壳体之间的热传递Q_case与在芯5、50的径向上的热传递Q_wick的总和为输入热量Q_in的5%。

（相关技术）

Q_out=Q_in–Q_HL=Q_in–(Q_case+Q_wick+Q_vflow)=Q_in–0.05×Q_in–0.18×Q_in=0.77Q_in=231W

（根据公开的回路热管的示例）

Q_out=Q_in–Q_HL=Q_in–(Q_case+Q_wick+Q_vflow)=Q_in–0.05×Q_in–0×Q_in=0.96Q_in=285W

根据上述传输的热量Q_out的比较，可以看出，在根据本公开的回路热光30的示例中，可以通过抑制由于蒸气流动到补偿室8中而引起的热传递来保持以正常操作传输热量。作为回路热管的冷却性能的另一个指标，使用热阻。通过将蒸发器与凝结器之间的温度差除以输入热量来获得热阻。热阻越小，用于传递热的温差越小，由此能够获得高效的热消散。

在相关技术中，如图13C和13D所示，在芯5内部产生的蒸气通过液体侧歧管11移动到补偿室8（见图1A）。蒸气所携带的已流入补偿室8中的热使得在补偿室8中建立的工作流体6的温度上升。随着工作流体6的温度上升，来自芯5的表面的蒸气的温度也上升。因此，当存在从芯5流到补偿室8的蒸汽流时，对于相同的发热量，蒸发器1的温度上升。因此，在相关技术中，当蒸气在芯内形成并且该蒸气流到补偿室8中时，对于相同的发热量，蒸发器1与凝结器2之间的温度差异增加，从而引起蒸发器1与凝结器2之间的热阻增加。

在根据本公开的回路热管30的示例中，例如，如图13A和图13B所示，芯50内产生的蒸气不到达液体侧歧管11，而是通过连通通道13扩散到热分散腔中。作为结果，抑制芯50内产生的蒸气流入补偿室8。因此，不发生由于这种蒸气流动而引起的热阻增加，使得可以维持正常操作情况下的热阻。

图14示出了根据本公开的回路热管30的蒸发器10的变型实施例。在变型实施例中，用于消散热的散热片9附接在热分散腔14附近、与蒸发器10的底部10B相反的外表面上。因为除了散热片9之外的蒸发器10的构造已经参照图7A进行了描述，此处省略对这样的构造的描述。散热片9的存在使得蒸发器10的靠近热分散腔14的温度下降。作为结果，使得已流入热分散腔14的蒸气能够凝结。已凝结的蒸气转变为工作流体6，并因此可以通过连通通道13返回第二芯52。

图15A是可以应用根据本公开的回路热管30的示例的电子设备20的内部的平面图。空气冷却系统广泛地用作冷却电子设备20的方法，该电子设备20例如作为电子设备20中的集成电路的计算机或中央处理单元（CPU）22A。下文中，集成电路有时称为CPU 22A。在空气冷却系统中，紧接在集成电路上方安装了热沉，并且通过将冷却空气W引导到集成电路来冷却集成电路。在对高发热CPU进行冷却的情况下，要增大热沉的尺寸来增加散热面积，或者增大冷却空气W的流速。正常地，存储器25和其他电子部件24被密集地布置在电路板21的靠近CPU 22A部分上，很难确保用于安装较大热沉的腔。另外，为了增大冷却空气W的流速，就要提高冷却风扇28的转速，这导致了用于执行冷却的电力的增加。此外，随着流速的增大，冷却风扇28将产生更大的风噪声。从目前的朝向电子设备20的节能和静音操作的发展趋势的观点来看，通过增大流速来提高冷却性能并不是一个合适的解决方法。

为了实现高发热电路部件的这种冷却，有效的方式是采用如下冷却系统：该冷却系统利用热传输装置，该热传输装置可以将CPU 22A产生的热有效地传输到远离CPU 22A正上方的区域的位置。一般地，安装到电子设备20壳体上的冷却风扇8的附近与靠近CPU 22A的区域相比存在更可用的腔S。因此，如果可以将CPU 22A中产生的热从CPU 22A正上方的区域高效地传输到冷却风扇28附近的区域，则可以使用具有较大散热面积的热沉来散热，可以以较低流速来执行冷却，由此实现节能和静音操作。此外，可以有效利用电子设备20的壳体内的腔，由此也能为壳体节省腔。

热传递装置的示例包括液体循环系统和根据本公开的回路热管30，其中液体循环系统通过泵来驱动液体冷却剂以使冷却剂在通道内循环。根据本公开的回路热管30不使用外部电功率来循环冷却剂，因此可以以低功耗来执行冷却。近来，具有朝向CPU 22A的多核设计的增长趋势，以用于改善电子设备20处理性能。随着由每个核产生的热量增加，在CPU22A上产生不均匀的发热分布。如上所述，尽管包括具有多个内置芯5的蒸发器1的回路热管30可以适于冷却由CPU 22A产生的高热，但在待冷却的表面上存在不均匀产热分布的情况下，回路热管30的操作变得不稳定，从而导致冷却性能的下降。

与上述电子设备20的情况相反，图15B示出了使用根据如图5至图14所示的本公开的回路热管30的电子设备20，其中，蒸发器10和凝结器2通过蒸气管3和液体管4而彼此连通。根据本公开的回路热管30的使用使得可以以低功耗在安装有高发热的多核CPU 22A的电子设备20中执行冷却。此外，根据本公开的回路热管30的使用使得可以实现高可靠性的冷却系统，其以稳定的方式操作并且即使在CPU 22A上发生不均匀发热分布的情况下也不降低冷却性能。

尽管实施例的以上描述针对在作为电子设备20的示例的计算机中使用回路热管30，可以应用回路热管30的电子设备20可以是除了计算机之外的设备，并且电子设备20不限于计算机。容易理解的是，根据本公开的包括蒸发器10的回路热管30可以有效地应用到任何安装有高发热处理器的电子设备中。

实施例的以上描述针对如下构造：其中，在蒸发器10的与底部10B相反的一侧附近布置热分散腔14以覆盖多个芯50，通过热分散腔14输入来自集成电路或者CPU 22A的热。在这一点上，如图16A所示，热分散腔14可以以如下实施例进行实施：其中，热分散腔14具有沿蒸发器10的侧面10S设置的延伸部分14E。此外，如图16B所示，热分散腔14可以以如下实施例进行实施：其中，除了沿蒸发器10的侧面10S设置的延伸部分14E之外，热分散腔14还具有设置在芯容纳部分10W的位于芯50与芯50之间的部分中的延伸部分14T。另外，芯50的数量不限于三个。

Claims

1.一种回路热管，包括：

蒸发器，其内部包括至少一个构建的芯；

凝结器；

将所述蒸发器和所述凝结器彼此连接的液体管和蒸气管；以及

形成在所述蒸发器内部并且分散蒸气的热分散腔，

其中，所述芯包括：

多孔的第一芯；

多孔的第二芯，所述第二芯从所述液体管侧插入所述第一芯，并且所述第二芯的孔径大于所述第一芯的孔径；以及

蒸气通道，其被限定在所述第一芯与所述第二芯之间，

其中，所述蒸气通道在所述液体管侧的端部处连接至所述热分散腔。

2.根据权利要求1所述的回路热管，其中，所述蒸发器包括多个所述芯，并且所述芯的所述蒸气通道全部连接至所述热分散腔。

3.根据权利要求1所述的回路热管，其中，所述第一芯具有用于所述第二芯的插入孔，并且所述蒸气通道也被设置在所述第二芯的顶端面与所述第一芯的所述插入孔的底部之间。

4.根据权利要求1所述的回路热管，还包括：

覆盖所述第二芯的表面的无孔板，所述表面朝向所述蒸气通道。

5.根据权利要求1所述的回路热管，其中，所述热分散腔与所述芯并排设置并且与所述芯相邻，靠近所述蒸发器的与热输入侧相反的一侧。

6.根据权利要求5所述的回路热管，其中，所述热分散腔沿所述蒸发器的与所述热输入侧垂直的一侧平行于所述芯延伸。

7.根据权利要求5所述的回路热管，其中，所述蒸发器包括芯容纳部分，并且在所述蒸发器具有多个所述芯的情况下，所述热分散腔延伸至所述芯容纳部分的处于所述多个芯中的两个芯之间的部分，其中所述多个芯中的所述两个芯彼此相邻。

8.根据权利要求1所述的回路热管，还包括：

散热器，其被设置在所述蒸发器的与所述热分散腔相邻的外表面上。

9.根据权利要求1所述的回路热管，还包括：

补偿室，其被设置在所述蒸发器的所述液体管侧。

10.一种电子设备，包括：

电子部件；以及

回路热管，所述回路热管包括：

蒸发器，其与所述电子部件热接触并且内部包括至少一个构建的芯；

凝结器；

将所述蒸发器与所述凝结器彼此连接的液体管和蒸气管，以及

限定在所述蒸发器内部并且分散蒸气的热分散腔，

其中，所述芯包括：

多孔的第一芯；

多孔的第二芯，所述第二芯从所述液体管侧插入所述第一芯中，并且所述第二芯的孔径大于所述第一芯的孔径；以及

蒸气通道，其被限定在所述第一芯与所述第二芯之间，

11.根据权利要求10所述的电子设备，还包括：

电路板，

其中，所述电子部件被安装在所述电路板上，并且

所述回路热管的所述蒸发器附接至所述电路板并接触所述电子部件。