CN104121793A - 蒸发器、冷却装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种蒸发器，冷却装置和电子装置，所述蒸发器包括：具有多个管状突出部的多孔介质；通过该多孔介质被分隔开的蒸气室和液体室，该液体室还用作储液器；壳体，其具有与蒸气管线连接的第一部分、与液体管线在一侧连接的第二部分以及设置在第一部分上的多个凸起部分；以及设置在液体室内的高热导率构件，该高热导率构件从与液体管线连接的一侧延伸至位于与该侧位置相反的相对侧，该高热导率构件具有比第二部分更高的热导率。

Description

蒸发器、冷却装置和电子装置
技术领域
文中所讨论的实施例涉及一种蒸发器、冷却装置和电子装置。
背景技术
例如，存在一种利用双相蒸气-液体流的冷却装置，以作为对诸如设置在例如计算机的电子装置中的电子元件之类的发热元件进行冷却的冷却装置。这种冷却装置通过利用在液相的工作流体蒸发并变成气相时所产生的汽化潜热来达到高冷却性能。
例如，存在一种环路热管（LHP）作为这种冷却装置。环路热管包括具有多孔介质（毛细芯（wick））的蒸发器、以及冷凝器。在该环路热管中，蒸发器的出口与冷凝器的进口由蒸气管线连接，并且冷凝器的出口与蒸发器的进口由液体管线连接，其中工作流体被密封在环路热管内。
这种环路热管能够在不使用液体传输泵等的情况下例如通过借助于多孔介质的毛细力而使工作流体循环来传输热量。
在一些环路热管中，例如，液体管线配备有用于如下情况的液体传输泵：即，循环路径的压力损失较大，例如，当热接收部与散热部分开较大距离并且热传输距离较大时，或者当使热接收部更薄以提供如微通道情况下的更窄的通道时。
如果将平坦的多孔介质用于被设置在如上文所提到的环路热管中的蒸发器，则可能由于其较小蒸发面积而不会获得足够的冷却性能。
还存在一种环路热管，其中，为了提供更大的蒸发面积以改善冷却性能，多孔介质和加热表面设有不规则部并且嵌入彼此中。然而，在蒸发量随着发热元件产生的热量的增加而增加的情况下，工作流体不易被供应至多孔介质的加热表面侧上的端部部分，并且发生蒸干。因此，蒸发面积变得更小，从而导致冷却性能的急剧下降。
此外，可以设想为蒸发器配备也用作储液器的液体室，并且将液体管线连接至液体室的一侧。在这种情况下，如果蒸发器沿其平面的方向增大以为应对发热元件产生的热量的增加而提供更大的蒸发面积，则液体室内的液相工作流体的温度在与连接到液体管线的这一侧相对的那一侧趋于变得更高。因此，蒸气（气泡）易于形成，从而导致冷却性能的急剧下降。
以下为参考文献。
【文献1】日本公开特许公报No.11-95873
【文献2】日本公开特许公报No.2007-247931
【文献3】日本公开特许公报No.2009-115396
【文献4】日本公开特许公报No.09-186278
【文献5】日本公开特许公报No.06-29683
【文献6】国际专利申请的日本国家公报No.2010-527432
发明内容
根据本发明的一个方面，一种蒸发器包括：多孔介质，其具有多个管状突出部；被所述多孔介质隔开的蒸气室和液体室，该液体室还用作储液器；壳体，其具有第一部分、第二部分和多个凸起部分，其中，该第一部分与蒸气管线连接并且限定了蒸气室，该第二部分在一侧与液体管线连接、具有比该第一部分更低的热导率并且限定了所述液体室，该多个凸起部分被设置在所述第一部分上、朝向所述第二部分突出并且每个都嵌入所述多孔介质的多个管状突出部中的每一个中；以及高热导率构件，其被设置在所述液体室内、从与所述液体管线连接的那一侧延伸至位于与该侧相对位置的相对侧并且具有比所述第二部分更高的热导率。
附图说明
图1是根据本实施例的被设置在冷却装置中的蒸发器的构造的示意性截面图；
图2是说明根据本实施例的冷却装置以及包括该冷却装置的电子装置的构造的示意性透视图；
图3是说明根据本实施例的被设置在冷却装置中的蒸发器的构造的分解透视图；
图4是说明根据本实施例的被设置在冷却装置中的蒸发器的修改的构造的分解透视图；
图5是说明根据本实施例的被设置在冷却装置中的蒸发器的修改的构造的分解透视图；
图6是说明根据本实施例的被设置在冷却装置中的蒸发器的修改的构造的分解透视图；
图7是说明根据本实施例的被设置在冷却装置中的蒸发器的修改的构造的分解透视图；
图8是说明在设想实施例时所考虑的蒸发器的构造的示意性截面图；
图9A说明了在发热元件产生大约170W的热量的情况下，使用根据其中未设有高热导率构件的比较示例的蒸发器时的液体室内的液体温度的分布；
图9B说明了在发热元件产生大约170W的热量的情况下，使用根据其中设有高热导率构件的本实施例的蒸发器时的液体室内的液体温度的分布；
图10是说明其多孔介质设有九个管状突出部的蒸发器的构造的示意性截面图；
图11是说明根据其中未设有高热导率构件的比较示例的蒸发器的构造的示意性截面图；以及
图12说明了根据本实施例的冷却装置的有利效果。
具体实施方式
下文中，将参照图1至图12来描述根据实施例的蒸发器、冷却装置和电子装置。
根据本实施例的冷却装置例如是冷却发热元件的冷却装置，其中该发热元件例如是被设置在例如计算机（例如服务器或个人计算机）的电子装置中的电子部件。该电子装置还被称为电子设备。此外，电子部件例如是CPU或LSI芯片。
首先，例如如图2所示，根据本实施例的电子装置在壳体50内包括其上安装有多个电子部件51的接线板52（例如印刷电路板）、利用空气冷却接线板52上的电子部件51的送风风扇53、电源54和作为辅助存储装置的硬盘驱动器（HDD）55。
电子部件51包括作为发热元件（即发热部件）的电子部件。在该示例中，所述发热部件是中央处理器（CPU）51X。由于作为发热部件的CPU51X只利用来自送风风扇53的空气不能被充分冷却，因此安装了冷却装置1（其在这种情况下是环路热管）来冷却CPU51X。
在本实施例中，冷却装置1是使用双相蒸气-液体流的冷却装置，其通过利用液相工作流体蒸发并变成气相时产生的蒸发潜热而获得了高冷却性能。
也就是说，根据本实施例的冷却装置1是将工作流体（例如乙醇）密封在环路热管内的环路热管。冷却装置1包括使液相的工作流体蒸发的蒸发器2、使气相的工作流体冷凝的冷凝器3、连接蒸发器2和冷凝器3并且气相工作流体所流经的蒸气管线4，以及连接冷凝器3和蒸发器2并且液相工作流体所流经的液体管线5。
如图1所示，在环路热管1中，蒸发器2配备有多孔介质6。工作流体可以通过多孔介质6的毛细力而循环从而传输热量。
也就是说，在该示例中，蒸发器2热连接至作为发热部件的CPU51X。例如，蒸发器2通过热油脂56而与被设置在接线板52上的CPU51X紧密接触，以使得来自CPU51X的热量传播至蒸发器2。
结果，被供应至蒸发器2的液相工作流体中的一部分从被设置在蒸发器2中的多孔介质6的表面渗出。已经从多孔介质6的表面渗出的液相工作流体利用已经从作为发热部件的CPU51X传播的热量而蒸发（汽化），并且变成气相。
如图2所示，气相的工作流体经由蒸气管线4流到冷凝器3中。结果，蒸发器2中吸收的热量被传输至冷凝器3。
随后，已经进入冷凝器3中的气相工作流体由于工作流体在冷凝器3中被冷却而冷凝（液化），并且变成液相。结果，被传输至冷凝器3的热量消散。在该示例中，冷凝器3被设置在送风风扇53附近，并且冷凝器3配备有散热片57。于是，被传输至冷凝器3的热量通过散热片57而消散并且利用来自送风风扇53的空气而被释放到壳体50外部。
可以设置诸如散热板的另一种散热构件来替代散热片57。替代性地，也可以不设置散热构件，而是可以通过向管道直接送风来完成冷却。尽管在该示例中通过气冷型冷却单元来完成冷却，然而也可以通过水冷型冷却单元来完成冷却。该液相的工作流体经由液体管线5流到蒸发器2中。
在该示例中，工作流体循环通过由蒸发器2、蒸气管线4、冷凝器3和液体管线5形成的循环路径。
特别地，蒸发器2在本实施例中被如以下描述地被构造。
在以下描述中，适于有效冷却平板型发热元件（在该示例中是作为发热部件的CPU51X）的平薄型蒸发器将作为蒸发器2的示例而被描述。平薄型蒸发器还称为薄型蒸发器或平板型蒸发器。
如图1所示，根据本实施例的蒸发器2包括多孔介质（毛细芯）6、由多孔介质6分隔开的蒸气室7和液体室8、壳体9以及高热导率构件10。图1仅示出了高热导率构件10被设置在液体室8中，并且不旨在限制例如高热导率构件10的形状和布置。
在该示例中，多孔介质6是具有低热导率的多孔介质。具体地，多孔介质6是多孔聚四氟乙烯（PTFE）树脂烧结体（由树脂制成的多孔介质）。
在本实施例中，特别地，多孔介质6具有多个管状突出部6A。即，多孔介质6包括平坦部6B以及被设置在平坦部6B上的多个管状突出部6A。多个管状突出部6A被设置成使得能够相对于平坦部6B而伸向液体室8侧（即朝向稍后描述的壳体9的上部9B）。管状突出部6A中的每一个均具有位于蒸气室7侧（即在稍后描述的壳体9的下部9A那侧）上的插入孔6C。被设置在稍后描述的壳体9的下部9A上的多个凸起部分9C中的每一个均被插入到插入孔6C中。插入孔6C的侧边设有在插入孔6C的深度方向中延伸的多个槽6D。
壳体9具有下部（第一部）9A和上部（第二部）9B。下部9A与蒸气管线4连接并且限定了蒸气室7。上部9B与液体管线5在一侧（图1中的右侧）连接并且限定了液体室8。
也就是说，在壳体9的下部9A的一侧（图1中的右侧）设置蒸气管线连接开口9D（蒸发器2的出口），并且蒸气管线4连接至蒸气管线连接开口9D。以此方式，蒸气管线4连接至由构成蒸发器2的壳体9的下部9A所限定的蒸气室7的一侧。在该示例中，如图3所示，壳体9的下部9A由包括凹处9AY的基部板9AX形成。蒸气管线4连接至被设置在基部板9AX中的蒸气管线连接开口9D。
此外，如图1所示，在壳体9的上部9B的一侧设置了液体管线连接开口9E（蒸发器2的进口）。液体管线5连接至液体管线连接开口9E。以此方式，液体管线5连接至由构成蒸发器2的壳体9的上部9B所限定的液体室8的一侧。在该示例中，如图3所示，壳体9的上部9B由框架9BX和盖9BY形成。液体管线5连接至被设置在框架9BX中的液体管线连接开口9E。
尽管在该示例中蒸气管线4和液体管线5如图1所示连接至壳体9的一侧，然而这不旨在是限制性的。例如，液体管线5可以连接至壳体9的一侧，而蒸气管线4可以连接至另一侧。
壳体9的下部9A热连接至作为发热部件的CPU51X。结果，由壳体9的下部9A所限定的蒸气室7位于靠近CPU51X的位置，并且由壳体9的上部9B所限定的液体室8位于远离CPU51X的位置。此外，壳体9的上部9B具有比下部9A更低的热导率。例如，如稍后将描述的，可以通过以不锈钢形成壳体9的上部9B并以铜形成壳体9的下部9A来使壳体9的上部9B的热导率低于下部9A的热导率。这使热量从作为发热部件的CPU51X至液相工作流体的热传播最小化，从而使液相工作流体的温度增加最小化。
此外，壳体9具有被设置在下部9A上的多个凸起部分9C。多个凸起部分9C朝向上部9B延伸并且每个都嵌入到多孔介质6的多个突出部6A中的相对应的一个突出部中。即，壳体9的下部9A设有朝向上部9B突出的多个凸起部分9C，并且多个凸起部分9C每个都嵌入被设置在多孔介质6的多个管状突出部6A中的每个管状突出部中的插入孔6C中。在该示例中，如图3所示，多个凸起部分9C一体地形成在构成壳体9的下部9A的基部板9AX的凹处9AY的表面上。如图1所示，多个凸起部分9C每个都嵌入被设置在多孔介质6的多个管状突出部6A中的每个管状突出部中的插入孔6C中，以使得凸起部分9C的中心轴线与多孔介质6的管状突出部6A的中心轴线（即插入孔6C的中心轴线）重合。
以此方式，多孔介质6容纳于壳体9中。特别地，多个凸起部分9C每个都嵌入多孔介质6的多个管状突出部6A中相对应的一个管状突出部中，以便在多孔介质6的背部（图1中的下侧）与壳体9的下部9A的表面（图1的顶部侧）之间限定出空间。结果，多孔介质6的背部与壳体9的下部9A的表面之间所限定的空间用作蒸气室7。在该示例中，多个槽6D形成于被设置在多孔介质6的多个管状突出部6A中的每个管状突出部中的插入孔6C的侧边上，并且在槽6D之间所限定的空间（即在插入孔6C中形成的槽6D的底部与每个凸起部分9C的侧边之间的空间）也用作蒸气室7的一部分。在多孔介质6的表面（图1的顶部侧）与壳体9的上部9B的表面（图1的下侧）之间所限定的空间用作液体室8。液体室8还用作储存液相的工作流体的储液器。
由于毛细现象，进入液体室8并被储存在液体室8中的液相工作流体从多孔介质6的多个管状突出部6A的周边渗透并且朝向蒸气室7渗出。同时，当作为发热部件的CPU51X产生热量时，热量传播至壳体9的下部9A并且进一步传播至多个凸起部分9C中的每一个。于是，已经传播至多个凸起部分9C中的每一个的热量使已经朝向蒸气室7渗出的液相工作流体蒸发（汽化）并且变成气相。特别地，多孔介质6设有多个管状突出部6A以提供更大的蒸发面积，从而改善冷却性能。此外，通过在壳体9的下部9A设置凸起部分9C并且将凸起部分9C嵌在管状突出部6A上，液相工作流体的渗透距离变得一致。
结果，例如即使在发热元件产生的热量增大从而致使蒸发量增大的情况下，例如当作为发热部件的CPU51X变得更大并且产生更多热量以致使蒸发量增大时，仍能避免液相工作流体不易被供应至蒸气室7侧（即发热表面侧上的端部部分）上的表面这一情况，从而使得蒸干、蒸发面积减小以及所导致的冷却性能急剧下降的发生最小化。以此方式，使得为增加的蒸发面积而设有管状突出部6A的多孔介质6在厚度上是均匀的，使得与凸起部分9C接触的多孔介质6的润湿性是均匀的，并且液相工作流体从具有增加的蒸发面积的多孔介质6高效蒸发，从而确保了稳定的冷却性能。
在蒸发器2配备有也用作储液器的液体室8并且液体管线5连接至液体室8的一侧的情况下，当蒸发器2在其平面的方向中增大以为应对由发热元件产生的热量增加而提供更大的蒸发面积时，液体室8内的液相工作流体的温度在与连接到液体管线5的那侧相对的一侧趋于变得更高。因此，蒸气（气泡）易于形成，从而导致冷却性能的急剧下降。
在这种情况下，例如如图8所示，还能够设想将液体管线5划分为两个分支，一个连接至液体室8的一侧，而另一个连接至液体室8的相对侧。然而，提供这种附加管道会导致成本的增加。此外，也难以保护用于安装这种管道的空间。
因此，在本实施例中，如图1所示，高热导率构件10被设置在液体室8内。高热导率构件10从与液体管线5连接的一侧延伸向与该侧相对的一侧，并且具有比壳体9的上部9B更高的热导率。因此，液体室8内的液相工作流体的温度差可能变得更小，从而使得保持液体室8内部的低温状态基本一致成为可能。结果，防止液相工作流体在液体室8内蒸发或防止液体室8内的压力上升是可能的，由此实现了工作液体的稳定循环，环路热管的稳定工作以及高冷却性能。
高热导率构件10优选地具有比例如大约100W/mK更高的热导率。在本实施例中，由于壳体9的上部9B是由具有大约20W/mK至大约30W/mK的低热导率的不锈钢制成的，因此高热导率构件10具有比该值更高的热导率。液相工作流体具有低热导率。在水的情况下，其热导率为大约0.6W/mK，而在乙醇或丙酮的情况下，其热导率为大约0.2W/mK。因此，高热导率构件10具有比液相工作流体更高的热导率。此外，多孔介质6具有低热导率。例如，PTFE的热导率为大约0.2W/mK至大约0.3W/mK。因此，高热导率构件10具有比多孔介质更高的热导率。
在本实施例中，如图3所示，高热导率构件10包括多个板状构件10X。每个板状构件10X均为矩形板状构件。多个板状构件10X以竖直取向而被设置在多孔介质6的平坦部6B上的多个管状突出部6A之间。结果，不仅在液体室8内全部以液相工作流体填充的情况下，而且在液相工作流体仅存在于液体室8内部中的下侧的情况下，液体室8的内部可以保持基本一致的低温状态。
作为高热导率构件10的每个板状构件10X均为由高热导率材料制成的板状构件。例如，可以使用由具有高热导率（良好热导率）的金属、碳纤维、金刚石、无机材料等制成的板状构件。具有高热导率的金属的示例包括铜（热导率：约380W/mK）和铝（在压铸件的情况下的热导率：约100W/mK；在锻造产品的情况下的热导率：约200W/mK）。具有高热导率的碳纤维是指具有关于轴向方向的高热导率的碳纤维（例如具有大约800W/mK的热导率的沥青基碳纤维）。此外，金刚石具有大约1000W/mK至2000W/mK的热导率。此外，具有高热导率的无机材料的示例包括陶瓷制品，例如氮化铝（AIN）（热导率：约150W/mK）和碳化硅（SiC）（热导率：约200W/mK）。
如图4所示，优选地，多个板状构件10X每个都具有在度方向中穿透每个板状构件10X的多个孔10XA。结果，可以改进热量从液体室8的一侧至相对侧的传导率，而不会妨碍液相工作流体在液体室8内的流动。
特别地，更优选地，如图5所示，多个孔被形成为从一侧延伸至相对侧的拉长孔10XB。即，更优选地，这些孔是在板状构件10X的纵向方向中延伸的拉长孔10XB，其长度在板状构件10X的纵向方向中比在侧向方向中更大。结果，可以进一步改进热量从液体室8的一侧至相对侧的传导率，同时对液相工作流体在液体室8内的流动妨碍更小。
高热导率构件10不限于以上所述。例如，可以提供多个板状构件、多个杆状构件或多个热管作为高热导率构件10。例如，如图6所示，可以提供多个杆状构件10Y来替代如以上实施例中提供多个板状构件10X作为高热导率构件10。替代性地，例如，如图7所示，可以提供多个热管10Z（其具有等于大约1000W/mK至3000W/mK的热导率）。
下文中，将描述作为根据本实施例的冷却装置1的环路热管的特定构造示例。
首先，蒸发器2具有大约75mm乘大约75mm的外部尺寸，并且具有约25mm的高度。由于蒸发器2的壳体9的下部9A热连接至发热元件51X，因此下部9A由具有高热导率的铜制成，而壳体9的上部9B由具有相对较低热导率的不锈钢制成。这使从发热元件51X经由壳体9的下部9A至液相工作流体的热传播最小化。此外，在该示例中，无孔PTFE被附接至壳体9的上部9B的内壁表面，即直接接触液相工作流体的液体室8的壁部表面，从而阻止从壳体9的上部9B到液相工作流体的热泄漏。
为附接多孔介质6，在壳体9的下部9A的底部上的网格中布置总共36个凸起部分（圆柱体；突出部）9C，纵向方向上六个以及横向方向上六个（见图3）。每个凸起部分9C均具有约5mm的直径（外径）Φ，以及约15mm的高度。
多孔介质6是具有约40%的孔隙率和约20μm的平均孔隙直径的多孔PTFE树脂烧结体（由树脂制成的多孔介质）。上面提到的多孔介质6设有总共36个管状突出部（圆柱形突出部）6A，纵向方向上六个以及横向方向上六个，从而被布置在网格中。每个管状突出部6A均具有约9mm的外径Φ，以及约7mm的内径Φ。管状突出部（圆柱形突出部）6A的中心轴线，即设于每个管状突出部（圆柱形突出部）6A的背面上的插入孔6C的中心轴线，与设于壳体9的下部9A上的凸起部分9C的中心轴线重合。设于壳体9的下部9A的底部上的每个凸起部分9C均被插入设于每个管状突出部（圆柱形突出部）6A的背面上的插入孔6C中，从而将多孔介质6附接至壳体9的下部9B（见图1）。
在该示例中，设于每个管状突出部（圆柱形突出部）6A的背面上的插入孔6C具有约13mm的深度。因此，当多孔介质6通过将设于壳体9的下部9A的底部上的每个凸起部分9C插入设于每个管状突出部（圆柱形突出部）6A的背面上的插入孔6C中而被附接至壳体9的下部9A时，在壳体9的底部（即壳体9的下部9A的底部）与多孔介质6的背部（即多孔介质6的平坦部6B的背部）之间限定了约2mm的空间，并且该空间用作蒸气室7（见图1）。
设于每个管状突出部（圆柱形突出部）6A的背面上的插入孔6C的直径被设定成比壳体9的凸起部分9C的外径小大约50μm至大约200μm。这充分确保了当多孔介质6被附接至壳体9的下部9A时的紧密接触。
此外，槽6D被均匀地设置在插入孔6C的侧边（内壁）上（见图1）。槽6D具有约1mm的宽度和约1mm的深度，并且在插入孔6C的深度方向（竖直方向）中延伸。结果，槽6D之间所限定的空间，即形成在插入孔6C的侧边上的每个槽6D的底部与壳体9的每个凸起部分9C的侧边之间的空间，也用作蒸气室7的一部分。
通过将壳体9的上部9B耦合至与多孔介质6附接的壳体9的下部9A，在多孔介质6被容纳在壳体9中的情况下，在多孔介质6（即多孔介质6的管状突出部（圆柱形突出部）6A的顶部）与壳体9的上部9B的下侧之间限定出高度约为5mm的内部空间。该内部空间以及多孔介质6的多个管状突出部6A之间的空间用作液体室，该液体室也用作储液器（见图1）。
以此方式准备的蒸发器2的蒸气室7（即限定出蒸发器2的蒸气室7的壳体9的下部9A）与冷凝器3的进口是通过蒸气管线4而连接的（见图2）。此外，蒸发器2的液体室8的一侧（即限定蒸发器2的液体室8的壳体9的上部9B的一侧）与冷凝器3的出口是通过液体管线5而连接的（见图2）。
在该示例中，蒸气管线4是具有约6mm的外径和5mm的内径的铜管。蒸气管线4具有约300mm的长度。液体管线5是具有约4mm的外径和约3mm的内径的铜管。液体管线5具有约200mm的长度。冷凝器3的尺寸为约150mm的宽度、约50mm的高度和约45mm的长度。在该示例中，铝板片（散热片57）通过填塞而被附接至设于冷凝器3中的冷凝管（见图2）。使用具有约6.35mm的外径的铜制开槽管作为该冷凝管。铝制的散热片57具有约0.2mm的厚度和约1.5mm的间距。
使用乙醇作为工作流体。在将环路热管1排成真空之后，环路热管1被填充以适当量的饱和乙醇。
如图11所示，对于设置在环路热管1中的蒸发器2而言，即在没有设置高热导率构件10的情况下准备的蒸发器2，测量蒸发器2的液体室8内的液相工作流体的温度（液体温度）。结果表明，随着与连蒸发器2的壳体9的与液体室8连接的端面的接近度的降低，液体温度从液体室8的与液体管线5连接的一侧朝向相对侧变得更高（见图9A）。
因此，液体温度的等温线被认为基本上平行于蒸发器2的壳体9的与液体管线5连接的端面，并且作为高热导率构件10，多个板状构件（铜板；铜制的板构件）10X沿着与液体温度的等温线垂直的方向（即，沿着与蒸发器2的壳体9的与液体管线5连接的端面垂直的方向）而被置于也用作储液器的液体室8中（见图5）。
也就是说，在也用作储液器的液体室8内的多孔介质6的多个管状突出部6A之间的空间中，从液体室8的与液体管线5连接的一侧延伸至与该侧相对的一侧的多个板状构件（铜板）10X是以竖直取向而被布置的，以使得多个板状构件（铜板）10X在与从该侧指向另一侧的方向正交的方向中而被布置（见图5）。
在该示例中，具有约10mm的宽度、约60mm的长度和约0.5mm的厚度的五个板状构件（铜板）10X每个都被放置成使得能够被插入多孔介质6的多个管状突出部（圆柱形突出部）6A之间的间隙（约1mm）中。尽管壳体9的上部9B由不锈钢制成，然而高热导率构件10是由铜制成的。因此，高热导率构件10具有比壳体9的上部9B更高的热导率。此外，在该示例中，每个板状构件（铜板）10X均设有沿其纵向方向而伸长的多个长形孔（穿孔的狭缝）10XB。结果，对于板状构件（铜板）10X的纵向方向而言可以达到更高的热导率，同时对液相工作流体在液体室8内的流动提供更小的妨碍。
例如，考虑液相工作流体在液体室8内的约170W的发热量的温度分布。此时，在其中液体室8内没有设置高热导率构件10的比较示例的情况下（见图11），如图9A所示，形成了约8℃的温度差，并且针对液体室8内的液体温度而形成了高温部（见图11）。相反，在其中如根据本实施例的特定构造示例那样将高热导率构件10设置在液体室8内的情况下（见图1和图5），如图9B所示，确定温度差更小，约为2℃，并且液体室8的内部可以保持基本一致的低温状态，从而使之能够向多孔介质6供应低温液相工作流体。
特别地，通过如根据本实施例的特定构造示例而在液体室8内设置高热导率构件10（见图1和图5），在液体室8内形成的高温部的温度可以从约45℃降到约40℃。
此时，对于发热量约为170W的CPU51X的表面温度，该表面温度在其中没有在液体室8内设置高热导率构件10的比较示例的情况下（见图11）为大约70℃，而在根据本实施例的特定构造示例的情况下（见图1和图5），该表面温度为大约50℃（见图12）。
对于最大发热量为330W的CPU51X的表面温度（最大表面温度），该表面温度在其中没有在液体室8内设置高热导率构件10的比较示例的情况下（见图11）为大约85℃，而在根据本实施例的特定构造示例的情况下（见图1和图5），该表面温度为大约80℃（见图12）。
就这点而言，在大约170W的发热量处，在根据本实施例的特定构造示例的情况下（见图1和图5）获得了良好的冷却性能。在这种情况下，CPU51X的表面温度与在液体室8内形成的高温部的温度之间的温差为大约10℃。另外，在330W的最大发热量处，在根据本实施例的特定构造示例的情况下（见图1和图5）获得了良好的冷却性能，并且假定温差类似于上面提到的值。
于是，结果是，在其中没有在液体室8内设置高热导率构件10的比较示例的情况下（见图11），在330W的最大发热量处，在液体室8内形成的高温部的温度为大约75℃，而在根据本实施例的特定构造示例的情况下（见图1和图5），该高温部的温度为大约70℃。在该示例中，使用乙醇作为液相工作流体，并且其沸点为78.37℃。因此，在其中没有在液体室8内设置高热导率构件10的比较示例的情况下（见图11），在液体室8内形成的高温部的温度接近沸点，这会导致蒸气的形成并且会降低冷却性能。
相反，在根据本实施例的特定构造示例的情况下（见图1和图5），如上所述在液体室8内设置高热导率构件10使之能够保持液体室8内部的温度基部一致，并且降低在液体室8内形成的高温部的温度以使该温度远离沸点。这可以最小化蒸气的形成以及所导致的冷却性能下降。结果，可以获得稳定的冷却性能，而不会发生蒸发器2内的多孔介质6的蒸干，这会导致大尺寸CPU51X达到涉及异常高温的危险状态。
尽管在该示例中板状构件（铜板）10X设置有长形孔10XB，然而板状构件（铜板）10X也可以简单地设置有孔（见图4），或可以不设置孔（见图3）。尽管在该示例中板状构件（铜板）10X被用作传导性非常高的构件10，然而也可以通过例如使用诸如铝之类的金属、碳纤维或诸如陶瓷之类的无机材料作为传导性非常高的构件10以形成杆状形状的传导性非常高的构件10（见图6）或者使用热管（见图7），来达到相同的效果。例如，在形成杆状形状的传导性非常高的构件10的情况下，可以通过放置具有约2.5mm的直径的多个铜杆来达到相同的效果。在使用热管的情况下，可以通过放置其中密封有水的厚度约4mm至约5mm且长度约60mm的多个微型热管来达到相同的效果。
因此，根据本实施例的蒸发器、冷却装置和电子装置提供了能够使冷却性能降低最小化并且即使在发热元件产生的热量增大的情况下仍提供稳定冷却性能的优点。
特别地，通过使用包括如上述实施例中的平薄型蒸发器的冷却装置，可以高效地冷却诸如电子部件或印刷电路板（接线板）之类的产生大量热量的平板型发热元件。结果，有可能改进诸如计算机之类的电子装置的性能，从而增加其可靠性。
附带地，通常由计算机服务器代表的电子装置中的发热部件所产生的热量逐年增加。特别地，由作为安装在计算机服务器中的高发热部件的CPU所产生的热量由于CPU在计算速度方面的改善以及逐渐变为多核而急剧增加。
因此，CPU的部件尺寸显著增大。例如，尽管CPU在长度和宽度方面的典型尺寸在过去为大约30mm至大约40mm，然而近来，CPU变得更大，其在长度和宽度方面的尺寸为大约60mm至大约80mm。为此，用于冷却这种大型CPU的冷却装置的平板型蒸发器还必须应对发热量的增加以及尺寸的增加。
就这点而言，在其中使用具有如上述实施例中的多个管状突出部6A的多孔介质6的情况下，可以处理的热量是由针对每一管状突出部的蒸发面积而决定的。因此，如果管状突出部6A的数目小，则不可能应对发热部件所产生的热量的增加，从而导致蒸干。例如，如图10所示，当试图通过使用其中管状突出部6A的数目缩减并且在网格中布置了总共3个管状突出部（纵向方向上三个并且横向方向上三个）的蒸发器来冷却具有上述大尺寸的CPU51X时，发生蒸干。
在这种情况下，蒸干取决于液相工作流体从多孔介质6渗出的速度。因此，通过按照发热部件所产生的热量来增加蒸发面积（接触面积），即管状突出部6A的数目，可以应对发热量的增加。
因此，在上述特定构造示例中（见图1和图5），管状突出部6A的数目增大到总数为36，即使用具有大尺寸（大面积）的蒸发器2以使得蒸发器2可以适于冷却产生大量热量的上述大型CPU51X。
例如，尽管蒸发器2的尺寸通过设置总共36个管状突出部6A而增大，但仍能确定，通过使用根据其中没有在液体室8内设置高热导率构件10的比较示例（见图11）的蒸发器2，如图12中的虚线A所指示的那样，即使在具有大尺寸的CPU51X产生约330W的最大热量的情况下，具有大尺寸的CPU51X的表面温度仍可以被降低到接近大约85℃。以此方式，可以防止具有大尺寸的CPU51X达到涉及异常高温度的危险状态。
然而，当管状突出部6A的数目增大到使蒸发器2如在上述特定构造示例中那样更大时，在液体室8内的液相工作流体中形成温度差，从而产生高温部和低温部。即，在蒸发器2具有小尺寸的情况下（例如，在管状突出部6A的数目总共为九个的情况下；见图10），被冷却的液相工作流体从液体管线5被供给到液体室8中。因此，液体室8内的液相工作流体保持基本一致的低温状态。
与上述相反，在蒸发器2的尺寸增大并且液体室8在其平面方向中增大的情况下（见图11），尽管液体室8内部中的与液体管线5连接的一侧的温度由于液相工作流体经由液体室8的连续供给而相对较低，然而在液体室8内部中位于与连接到液体管线5的那一侧相对的一侧处的液相工作流体由于热量从位于液体室8下方的蒸气室7泄漏（发热）而变成高温。结果，易于在液体室8内的高温部中形成蒸气（气泡），从而导致例如蒸干，而蒸干会导致冷却性能的降低。
因此，通过如在上述特定构造示例中那样将高热导率构件10设置在液体室8内，使液体室8内的液相工作流体的温度差更小，以使得不形成高温部。因此，冷却性能没有降低，并且可以获得稳定的冷却性能。
被描述为特定构造示例（见图1和图5）的上述冷却装置1实际上被用来冷却具有约60mm×60mm的大尺寸的CPU51X（工作中的最大发热量：约330W），其是实际运行的电子装置内的大型发热部件，并且具有大尺寸的CPU51X的表面温度被测量。结果，如图12所示，确定即使在具有大尺寸的CPU51X高速运行并产生约330W的最大热量的情况下，具有大尺寸的CPU51X的表面温度仍为大约80℃，这表明具有大尺寸的CPU51X可以以令人满意的方式被冷却。
同样确定在使用被描述为特定构造示例（见图1和图5）的上述蒸发器2的情况下，如图12中由虚线A和B所指示的，与根据其中没有在液体室8内设置高热导率构件10的比较示例（见图11）的蒸发器2相比，可以使CPU51X的表面温度在CPU51X的整个发热量范围内变得更低。
以此方式，不管CPU51X产生的热量如何，包括当具有大尺寸的CPU51X满负荷运转时，即当CPU51X产生约330W的最大热量时，获得了稳定的冷却性能，而不会发生导致具有大尺寸的CPU51X达到涉及异常高温的危险状态的蒸发器2内多孔介质6的蒸干。
例如，如图12中由虚线A和B所指示的，在其中具有大尺寸的CPU51X所产生的热量是在约200W至330W的范围内的高发热范围中，液相工作流体的流量较大（流动较快）。因此，与使用根据其中没有在液体室8内设置高热导率构件10的比较示例（见图11）的蒸发器2的情况相比，该实施例在降低CPU51X的表面温度方面的效果不是非常好。然而，尽管该效果就降低形成在液体室8内的高温部的温度而言并不十分好，然而可以最小化由于蒸气的形成而造成的冷却性能降低。
在其中具有大尺寸的CPU51X所产生的热量不大于约200W的中到低发热范围内，液相工作流体的流量减小。因此，在使用根据其中没有在液体室8内设置高热导率构件10的比较示例（见图11）的蒸发器2的情况下，如图12中由虚线A所指示的，液体温度在液体室8内的远离液体管线5的区域中趋于升高。结果，没有获得足够的冷却性能，并且环路热管1的工作变得不稳定。
与此相反，通过使用根据上述特定构造（见图1和图5）的蒸发器2，如图12中由虚线B所指示的，在不大于200W的中至低发热范围内获得了足够的冷却性能，由此使之能够稳定环路热管1的工作。以此方式，即使在其中蒸发器2的尺寸增大并且液体室8在其平面方向中增大的情况下，也有可能在从低发热量至高发热量的整个发热范围内冷却CPU51X（发热部件）。
如上所述，确定利用根据上述特定构造示例的冷却装置1，即使在发热元件所产生的热量增加的情况下，仍可以使冷却性能的降低最小化，并且可以获得稳定的冷却性能。

Claims (15)

1.一种蒸发器，包括：
多孔介质，其具有多个管状突出部；
蒸气室和液体室，其通过所述多孔介质而被隔开，所述液体室还用作储液器；
壳体，其具有：
与蒸气管线连接的第一部分，所述第一部分限定了所述蒸气室，
在一侧与液体管线连接的第二部分，所述第二部分具有比所述第一部分更低的热导率，所述第二部分限定了所述液体室，和
被设置在所述第一部分上的多个凸起部分，所述多个凸起部分朝向所述第二部分突出，所述多个凸起部分每个都嵌入所述多孔介质的所述多个管状突出部中的每个管状突出部中；以及
被设置在所述液体室内的高热导率构件，所述高热导率构件从与所述液体管线连接的所述一侧延伸至位于与所述一侧相对的位置的相对侧，所述高热导率构件具有比所述第二部分更高的热导率。
2.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，所述高热导率构件包括多个板状构件、多个杆状构件或多个热管。
3.根据权利要求1所述的蒸发器，其中：
所述高热导率构件包括多个板状构件；以及
所述多个板状构件以竖直取向而设置在所述多个管状突出部之间。
4.根据权利要求3所述的蒸发器，其中，所述多个板状构件中的每个板状构件均具有多个孔，所述多个孔在厚度方向中穿透所述多个板状构件中的每一个。
5.根据权利要求4所述的蒸发器，其中，所述多个孔中的每个孔均为从所述一侧朝向所述相对侧延伸的长形孔。
6.一种冷却装置，包括：
用于蒸发液相工作流体的蒸发器；
用于冷凝气相工作流体的冷凝器；
用于使所述气相工作流体流过的蒸气管线，所述蒸气管线连接所述蒸发器与所述冷凝器；以及
用于使所述液相工作流体流过的液体管线，所述液体管线连接所述冷凝器与所述蒸发器，
其中，所述蒸发器包括：
多孔介质，其具有多个管状突出部，
蒸气室和液体室，其通过所述多孔介质而被隔开，所述液体室还用作储液器，
壳体，其具有：
与蒸气管线连接的第一部分，所述第一部分限定了所述蒸气室，
在一侧与液体管线连接的第二部分，所述第二部分具有比所述第一部分更低的热导率，所述第二部分限定了所述液体室，和
被设置在所述第一部分上的多个凸起部分，所述多个凸起部分朝向所述第二部分突出，所述多个凸起部分每个都嵌入所述多孔介质的所述多个管状突出部中的每个管状突出部中，以及
被设置在所述液体室内的高热导率构件，所述高热导率构件从与所述液体管线连接的所述一侧延伸至位于与所述一侧相对的位置的相对侧，所述高热导率构件具有比所述第二部分更高的热导率。
7.根据权利要求6所述的冷却装置，其中，所述高热导率构件包括多个板状构件、多个杆状构件或多个热管。
8.根据权利要求6所述的冷却装置，其中：
所述高热导率构件包括多个板状构件；以及
所述多个板状构件以竖直取向而被设置在所述多个管状突出部之间。
9.根据权利要求8所述的冷却装置，其中，所述多个板状构件中的每个板状构件均具有多个孔，所述多个孔在厚度方向中穿透所述多个板状构件中的每一个。
10.根据权利要求9所述的冷却装置，其中，所述多个孔中的每个孔均为从所述一侧朝向所述相对侧延伸的长形孔。
11.一种电子装置，包括：
设置在接线板上的电子元件；以及
用于冷却所述电子元件的冷却装置，
其中，所述冷却装置包括：
用于蒸发液相工作流体的蒸发器，
用于冷凝气相工作流体的冷凝器，
用于使所述气相工作流体流过的蒸气管线，所述蒸气管线连接所述蒸发器与所述冷凝器，以及
用于使所述液相工作流体流过的液体管线，所述液体管线连接所述冷凝器与所述蒸发器，
其中，所述蒸发器包括：
多孔介质，其具有多个管状突出部，
蒸气室和液体室，其通过所述多孔介质而被隔开，所述液体室还用作储液器，
壳体，其具有：
与蒸气管线连接的第一部分，所述第一部分限定了所述蒸气室，
在一侧与液体管线连接的第二部分，所述第二部分具有比所述第一部分更低的热导率，所述第二部分限定了所述液体室，和
被设置在所述第一部分上的多个凸起部分，所述多个凸起部分朝向所述第二部分突出，所述多个凸起部分每个都嵌入所述多孔介质的所述多个管状突出部中的每个管状突出部中，以及
被设置在所述液体室内的高热导率构件，所述高热导率构件从与所述液体管线连接的所述一侧延伸至位于与所述一侧相对的位置的相对侧，所述高热导率构件具有比所述第二部分更高的热导率。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其中，所述高热导率构件包括多个板状构件、多个杆状构件或多个热管。
13.根据权利要求11所述的电子装置，其中：
所述高热导率构件包括多个板状构件；以及
所述多个板状构件以竖直取向而被设置在所述多个管状突出部之间。
14.根据权利要求13所述的电子装置，其中，所述多个板状构件中的每个板状构件均具有多个孔，所述多个孔在厚度方向中穿透所述多个板状构件中的每一个。
15.根据权利要求14所述的电子装置，其中，所述多个孔中的每个孔均为从所述一侧朝向所述相对侧延伸的长形孔。
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