CN109253642A - 环路热管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环路热管，包括：第一环路热管，该第一环路热管具有第一蒸发器、第一冷凝器、第一液管、及与所述第一液体管共同形成第一环路的第一蒸汽管；第二环路热管，该第二环路热管具有第二蒸发器、第二冷凝器、第二液管、及与所述第二液体管共同形成第二环路的第二蒸汽管；以及连接部，连接所述第一冷凝器和所述第二蒸发器，其中，所述第一环路与所述第二环路相互分离并独立，所述第一环路热管、所述第二环路热管以及所述连接部由金属一体形成。

Description

环路热管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种环路热管及其制造方法。
背景技术
热管作为用于对装载在电子设备中的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等发热部件进行冷却的设备为人所知。热管是利用工作流体的相变化来传递热量的设备。
作为热管的示例，可以举出环路热管(Loop Heat Pipe)，其具有利用发热部件的热量使工作流体汽化的蒸发器、将汽化的工作流体冷却并液化的冷凝器，并由用于形成环状的流路的液管和蒸汽管来连接蒸发器和冷凝器。在环路热管中，工作流体在环状的流路中沿一个方向流动。在该环路热管中，蒸发器和冷凝器形成在相同平面上(例如参见专利文献1)。
专利文献1：国际公布第2015/087451号
然而，在实际的产品中并不限于发热部与散热部存在于相同基板上(同一平面上)。在发热部与散热部不存在于相同基板上的产品中，为了使用上述环路热管，将蒸发器安装到发热部上，并将冷凝器安装到散热部上，需要对蒸汽管或液管进行弯曲。然而，如果对中空的管进行弯曲，则管的内侧会被压缩，管的外侧会被拉伸。因此，弯曲部分的管的内部会趋于被封堵，有时工作流体会无法移动，难以从发热部向散热部传递热量。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种环路热管，其即使在发热部与散热部不存在于同一平面上的情况下，也能够容易地从发热部向散热部传递热量。
本环路热管的特征在于，包括：第一环路热管，该第一环路热管具有使第一工作流体汽化的第一蒸发器、将所述第一工作流体液化的第一冷凝器、连接所述第一蒸发器和所述第一冷凝器的第一液管、及与所述第一液体管共同形成第一环路的第一蒸汽管；第二环路热管，该第二环路热管具有使第二工作流体汽化的第二蒸发器、将所述第二工作流体液化的第二冷凝器、连接所述第二蒸发器和所述第二冷凝器的第二液管、及与所述第二液体管共同形成第二环路的第二蒸汽管；以及连接部，连接所述第一冷凝器和所述第二蒸发器，其中，所述第一环路与所述第二环路相互独立，所述第一环路热管、所述第二环路热管以及所述连接部由金属一体形成。
根据公开的技术，能够提供一种环路热管，其即使在发热部与散热部不存在于同一平面上的情况下，也能够容易地从发热部向散热部传递热量。
附图说明
图1是示出第1实施方式中的环路热管的平面示意图。
图2是第1实施方式中的环路热管的蒸发器及其周围的剖面图。
图3是沿图1的A-A线截取的剖面图。
图4A和图4B是示出第1实施方式中的环路热管的制造步骤的图。
图5A和图5B是示出将第1实施方式中的环路热管弯折并安装到壳体等的样子的侧面图。
图6是示出第1实施方式的变形例1中的环路热管的平面示意图。
图7是示出第1实施方式的变形例2中的环路热管的平面示意图。
图8是示出第1实施方式的变形例3中的环路热管的平面示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、1A、1B、1C：环路热管
10：第一环路热管
11、12、13、14、15、16：金属层
20：第二环路热管
30、30A：连接部
40：隔热部件
50：狭缝
110、210：蒸发器
110x：通孔
120、220：冷凝器
130、230：蒸汽管
140、240：液管
150、250：流路
具体实施方式
以下参照附图对发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在各附图中，对相同的构成部件赋予相同的符号，并且有时会省略重复的说明。
<第1实施方式>
[第1实施方式中的环路热管的构造]
首先，对第1实施方式中的环路热管的构造进行说明。图1是示出第1实施方式中的环路热管的平面示意图。
如图1所示，环路热管1具有第一环路热管10、第二环路热管20、以及连接部30。
第一环路热管10具有蒸发器110、冷凝器120、蒸汽管130、以及液管140。在第一环路热管10中，蒸发器110具有使工作流体C1汽化而生成蒸汽Cv1的功能。在蒸发器110内部，例如容纳有芯(wick)(未示出)。芯例如是多孔的烧结金属或烧结树脂，优选在靠近液管140的芯中浸透有液相的工作流体C1。由此，由于从芯向液相的工作流体C1作用毛细管力，并且该毛细管力对抗作用工作流体C1的蒸汽Cv1，因此液相的工作流体C1能够起到防止蒸汽Cv1从蒸汽管130向液管140逆流的逆止阀的功能。
冷凝器120具有使工作流体C1的蒸汽Cv1液化的功能。蒸发器110和冷凝器120被蒸汽管130及液管140连接，通过蒸汽管130及液管140形成作为流动有工作流体C1或蒸汽Cv1的环路的流路150。蒸汽管130的宽度W1例如可以为大约8mm。另外，液管140的宽度W2例如可以为大约6mm。
图2是第1实施方式中的环路热管的蒸发器及其周围的剖面图。如图1及图2所示，在蒸发器110中，例如形成有4个通孔110x。通过将螺栓550插入形成在蒸发器110中的各通孔110x及形成在电路基板500中的各通孔500x中，并利用螺母560从电路基板500的下表面侧进行固定，从而将蒸发器110与电路基板500固定。
在电路基板500上，例如通过凸块510安装有CPU等发热部件520，发热部件520的上表面与蒸发器110的下表面紧密接触。蒸发器110内的工作流体C1由于在发热部件520中所产生的热量而汽化，生成蒸汽Cv1。
回到图1，第二环路热管20具有蒸发器210、冷凝器220、蒸汽管230、以及液管240。在第二环路热管20中，蒸发器210具有使工作流体C2汽化而生成蒸汽Cv2的功能。在蒸发器210内部，例如容纳有芯(wick)(未示出)。芯例如是多孔的烧结金属或烧结树脂，优选在靠近液管240的芯中浸透有液相的工作流体C2。由此，由于从芯向液相的工作流体C2作用毛细管力，并且该毛细管力对抗作用工作流体C2的蒸汽Cv2，因此液相的工作流体C2能够起到防止蒸汽Cv2从蒸汽管230向液管240逆流的逆止阀的功能。
冷凝器220具有使工作流体C2的蒸汽Cv2液化的功能。蒸发器210和冷凝器220被蒸汽管230及液管240连接，通过蒸汽管230及液管240形成作为流动有工作流体C2或蒸汽Cv2的环路的流路250。蒸汽管230的宽度W3例如可以为大约8mm。另外，液管240的宽度W4例如可以为大约6mm。
但是，第一环路热管10与第二环路热管20无需为相同的形状。
第一环路热管10的冷凝器120与第二环路热管20的至少蒸发器210被连接部30连接。在图1的例子中，蒸发器210、蒸汽管230的一部分、以及液管240的一部分与冷凝器120被连接部30连接。
第一环路热管10、第二环路热管20以及连接部30由金属一体形成。由于是一体形成，因此无需明确地区分第一环路热管10的冷凝器120与连接部30的边界、以及连接部30与第二环路热管20的蒸发器210的边界。
在第一环路热管10中，对于工作流体C1的种类并无特别限定，但为了通过蒸发潜热来有效地冷却发热部件520，优选使用蒸汽压高、且蒸发潜热大的流体。作为该类流体，例如可以举出氨、水、含氯氟烃、酒精、以及丙酮。
在蒸发器110中生成的蒸汽Cv通过蒸汽管130被引导至冷凝器120，并在冷凝器120中液化。由此，在发热部件520中产生的热量移动到冷凝器120，发热部件520的温度上升被抑制。在冷凝器120中液化的工作流体C1通过液管140被引导至蒸发器110。
在第二环路热管20中，对于第二工作流体C2，例如选定饱和蒸汽压低于工作流体C1的液体。对于工作流体C2的种类并无特别限定，例如当工作流体C1为水时，可以使用饱和蒸汽压低于水的乙醇作为工作流体C2。
移动到第一环路热管10的冷凝器120的热量经由连接部30传递至第二环路热管20的蒸发器210。利用传递至蒸发器210的热量，由蒸发器210内的工作流体C2生成蒸汽Cv2，蒸汽Cv2通过蒸汽管230被引导至冷凝器220，并在冷凝器220中液化。关于蒸发器110、冷凝器120、蒸发器210、以及冷凝器220的温度，为蒸发器110＞冷凝器120＞蒸发器210＞冷凝器220。
需要说明的是，在上述例子中，为了使第二环路热管20工作，选定饱和蒸汽压低于工作流体C1的液体作为第二工作流体C2。然而，并不限定于此，为了使第二环路热管20工作，也可以使用其他方法。例如，可以使用相同的液体或相同种类的液体作为工作流体C1和工作流体C2，并使第二环路热管20的流路250内的减压值小于第一环路热管10的流路150内的减压值。在此情况下，也能够使第二环路热管20工作。
图3是沿图1的A-A线截取的剖面图。如图3所示，第一环路热管10的蒸发器110、冷凝器120、蒸汽管130及液管140、第二环路热管20的蒸发器210、冷凝器220、蒸汽管230及液管240、以及连接部30例如可以为依次层叠有6层金属层11、12、13、14、15及16的一体构造。但是，对于金属层的层叠数并无限定，只要层叠最少3层以上的金属层即可。
金属层11～16例如是热导性优异的铜层，并通过固相接合等彼此被直接接合。金属层11～16各自的厚度例如可以为大约50μm～200μm。需要说明的是，金属层11～16不限于铜层，也可以由不锈钢层、铝层、或镁合金层等形成。
金属层11、16是位于金属层11～16的层叠体的两个外侧的最外金属层，构成流路150及250的外壁的一部分。另外，在金属层11及16中，未形成孔或槽。金属层12～15是夹在作为最外金属层的金属层11和16之间的中间金属层。中间金属层最少为1层即可。
需要说明的是，第一环路热管10的流路150与第二环路热管20的流路250相互独立，未进行连接。也即，在连接部30中，未形成作为流路等的中空部分。
[第1实施方式中的环路热管的制造方法]
接着，对第1实施方式中的环路热管的制造方法进行说明。图4A和图4B是示出第1实施方式中的环路热管的制造步骤的图。需要说明的是，图4A和图4B示出了对应于图3的剖面。
首先，在图4A所示的步骤中，准备6片金属片。接着，将2片金属片加工成图1的外形形状，以制作金属层11及16。另外，将4片金属片加工成图1的外形形状并且形成将成为流路150或250等的孔，制作金属层12～15。金属片的加工例如可以通过冲压加工或蚀刻加工来进行。在金属片的材料为铜的情况下，对于蚀刻例如可以使用氯化铁溶液。
接着，在图4B所示的步骤中，对金属层11～16进行层叠。具体来说，以金属层11及16为最外层。并且，在最外层的金属层11与16之间层叠金属层12～15。并且，对在金属层11与16之间层叠有金属层12～15的构造体进行加压和加热以进行固相接合。由此，相邻的金属层彼此被直接接合，从而完成具有第一环路热管10、第二环路热管20以及连接部30的环路热管1。之后，使用真空泵等对液管140内部和液管240内部进行排气后，将工作流体C1从未示出的注入口注入到液管140内，并将工作流体C2从注入口注入到液管240内，并封闭各个注入口。
这里，固相接合是以不使接合对象物彼此熔融的方式在固相(固体)状态下进行加热以使其软化，并进一步进行加压以使其塑性变形的方法。需要说明的是，为了能够通过固相接合将相邻的金属层彼此良好地接合，优选使金属层11～16均为相同的材料。
如上所述，对环路热管1弯折前的构造及制造方法进行了说明，但环路热管1可以通过施加机械力而在连接部30的部分以任意角度进行弯折。换言之，可以以蒸发器110与冷凝器220不位于同一平面上的方式，在连接部30的部分弯折第一环路热管10和第二环路热管20。弯折时间可以是刚制作出图1所示的平面形状的环路热管1后，也可以在使用之前的(安装到发热部件或壳体等上之前的)任意时间进行弯折。
图5A和5B是示出将第1实施方式中的环路热管弯折并安装到壳体等的样子的侧面图，省略细节并粗略地绘制。图5A是在连接部30的部分将环路热管1弯折大约90度的例子。在图5A中，将第一环路热管10的蒸发器110安装到装配在电路基板500上的发热部件520上，将第二环路热管20的冷凝器220安装到用于保持电路基板500的壳体590(由金属等构成的散热部)上。
图5B是在连接部30的部分将环路热管1弯折大约180度的例子。在图5B中，与图5A同样地，将第一环路热管10的蒸发器110安装到装配在电路基板500上的发热部件520上，将第二环路热管20的冷凝器220安装到用于保持电路基板500的壳体590上。
这样一来，在环路热管1中，能够配合作为发热部的电子零件或作为散热部的壳体的布置，在连接部以适当的角度对第一环路热管10和第二环路热管20进行弯折。由此，能够在例如图5A和图5B所示的发热部与散热部不存在于同一平面上的产品中容易地从发热部向散热部传递热量。
另外，由于连接部30不具有将作为流路等的中空部分，因此不会因弯折而妨碍传递热量。需要说明的是，连接部30的宽度(图1的X方向的长度)可以根据弯折角度来任意设定。例如，在如图5A所示弯折大约90度的情况下，连接部30的宽度可以较窄，在如图5B所示弯折大约180度的情况下，由于是在两处进行弯折，因此有时连接部30的宽度需要较宽。另外，在如图5B所示弯折大约180度的情况下，需要根据第一环路热管10与第二环路热管20相对部分的间隔来改变连接部30的宽度。
需要说明的是，也可以将环路热管1弯折成图5A及图5B所示形状以外的形状。
<第1实施例的变形例1～3>
在第1实施方式的变形例1～3中，示出了连接部的形状与第1实施方式不同的例子。需要说明的是，在第1实施方式的变形例1～3中，有时会省略与上述实施方式相同的构成部的说明。
图6是示出第1实施方式的变形例1中的环路热管的平面示意图。如图6所示，环路热管1A与环路热管1(参见图1)的不同之处在于将连接部30替换为连接部30A。
连接部30的Y方向的长度与第一环路热管10及第二环路热管20大致相同(参见图1)。相比之下，连接部30A的Y方向的长度短于第一环路热管10及第二环路热管20。并且，连接部30A连接第一环路热管10的冷凝器120的Y方向的中央部附近与第二环路热管20的蒸发器210。
这样一来，连接部只要至少连接第一环路热管10的冷凝器120的一部分与第二环路热管20的蒸发器210即可。并且，对于连接部的Y方向的长度，可以考虑环路热管整体的强度或易弯折性等来适当确定。
图7是示出第1实施方式的变形例2中的环路热管的平面示意图。如图7所示，环路热管1B与环路热管1A(参见图6)的不同之处在于增加了隔热部件40。
隔热部件40覆盖连接部30A的表面(上表面、下表面、及Y方向的一对侧面)。隔热部件40例如黏附到连接部30A的表面上。隔热部件40例如可以由能够对来自连接部30A的散热进行抑制的适当材料形成。例如，作为隔热部件40，可以使用铝等金属类材料。另外，作为隔热部件40，也可以使用尿烷(urethane)或聚苯乙烯等发泡类材料。另外，作为隔热部件40，也可以使用玻璃棉或岩棉等纤维类材料。
这样一来，通过利用隔热部件来覆盖连接部的表面，从而能够防止因来自连接部的辐射所产生的散热，能够对从第一环路热管10向第二环路热管20传递热量的功能的降低进行抑制。
但是，隔热部件也可以设在连接部以外的部分。例如，可以以对第一环路热管10及第二环路热管20的除了蒸发器110及210、以及冷凝器120及220以外的全体表面进行覆盖的方式来设置隔热部件。
图8是示出第1实施方式的变形例3中的环路热管的平面示意图。如图8所示，环路热管1C与环路热管1(参见图1)的不同之处在于增加了狭缝50。
狭缝(slit)50离散地设置在连接部30的除了Y方向的中央部(与蒸发器210接触的部分)以外的部分中。狭缝50的平面形状可以为矩形、圆形、椭圆形、多边形等任意的形状。
这样一来，通过在连接部的预定位置上设置狭缝，从而能够在使连接部的Y方向的长度增大并确保强度的同时，防止因来自连接部的辐射所产生的散热。由此，能够对从第一环路热管10向第二环路热管20传递热量的功能的降低进行抑制。
以上对优选的实施方式进行了详细说明，但并不限定于上述实施方式，可以在权利要求书所记载的范围内对上述实施方式进行各种变形及替换。
例如，可以适当地组合各实施方式及变形例。例如，也可以利用隔热部件40来覆盖图1所示的环路热管1或图8所示的环路热管1C的连接部30的表面。

Claims (16)

1.一种环路热管，包括：
第一环路热管，该第一环路热管具有使第一工作流体汽化成蒸汽的第一蒸发器、使所述第一工作流体的蒸汽液化的第一冷凝器、连接所述第一蒸发器和所述第一冷凝器的第一液管、及连接所述第一蒸发器和所述第一冷凝器以与所述第一液体管共同形成第一环路的第一蒸汽管；
第二环路热管，该第二环路热管具有使第二工作流体汽化成蒸汽的第二蒸发器、使所述第二工作流体的蒸汽液化的第二冷凝器、连接所述第二蒸发器和所述第二冷凝器的第二液管、及连接所述第二蒸发器和所述第二冷凝器以与所述第二液体管共同形成第二环路的第二蒸汽管；以及
连接部，连接所述第一冷凝器和所述第二蒸发器，
其中，所述第一环路与所述第二环路相互分离并独立，
所述第一环路热管、所述第二环路热管以及所述连接部由金属一体地形成。
2.根据权利要求1所述的环路热管，其中，所述第一环路热管、所述第二环路热管以及所述连接部通过层叠多个金属层而形成。
3.根据权利要求1所述的环路热管，其中，所述第二工作流体是饱和蒸汽压低于所述第一工作流体的液体。
4.根据权利要求1所述的环路热管，其中，
使用相同的液体作为所述第一工作流体和所述第二工作流体，
所述第二环路内的减压值小于所述第一环路内的减压值。
5.根据权利要求1所述的环路热管，其中，以所述第一蒸发器与所述第二冷凝器不位于同一平面上的方式，在所述连接部相对于彼此弯折所述第一环路热管和所述第二环路热管。
6.根据权利要求1所述的环路热管，其中，所述环路热管还包括：
覆盖所述连接部的表面的隔热部件。
7.根据权利要求6所述的环路热管，其中，所述隔热部件覆盖所述第一环路热管和所述第二环路热管的除了所述第一蒸发器及所述第二蒸发器、以及所述第一冷凝器及所述第二冷凝器以外的全体表面。
8.根据权利要求1所述的环路热管，其中，在所述连接部中形成有多个狭缝。
9.根据权利要求8所述的环路热管，其中，
所述多个狭缝离散地设置在所述连接部的除了所述连接部的中央部以外的部分中，
所述连接部的所述中央部与所述第二蒸发器接触。
10.一种环路热管的制造方法，包括：
层叠多个金属层以形成第一环路热管、第二环路热管、以及连接所述第一环路热管和所述第二环路热管的连接部；以及
通过固相焊接将所述多个金属层接合以使相邻的金属层彼此被直接接合，
其中，所述第一环路热管具有使第一工作流体汽化成蒸汽的第一蒸发器、使所述第一工作流体的蒸汽液化的第一冷凝器、连接所述第一蒸发器和所述第一冷凝器的第一液管、及连接所述第一蒸发器和所述第一冷凝器以与所述第一液体管共同形成第一环路的第一蒸汽管，
所述第二环路热管具有使第二工作流体汽化成蒸汽的第二蒸发器、使所述第二工作流体的蒸汽液化的第二冷凝器、连接所述第二蒸发器和所述第二冷凝器的第二液管、及连接所述第二蒸发器和所述第二冷凝器以与所述第二液体管共同形成第二环路的第二蒸汽管，
所述第一环路与所述第二环路相互分离并独立，
所述层叠多个金属层包括将多个金属片形成为预定形状以形成所述多个金属层。
11.根据权利要求10所述的环路热管的制造方法，其中，所述环路热管的制造方法还包括：
以所述第一蒸发器与所述第二冷凝器不位于同一平面上的方式，在所述连接部相对于彼此弯折所述第一环路热管和所述第二环路热管。
12.根据权利要求10所述的环路热管的制造方法，其中，所述层叠多个金属层是通过层叠所述多个金属片从而一体地形成所述第一环路热管、所述第二环路热管以及所述连接部。
13.根据权利要求10所述的环路热管的制造方法，其中，所述环路热管的制造方法还包括：
通过隔热部件来覆盖所述连接部的表面。
14.根据权利要求13所述的环路热管的制造方法，其中，通过所述隔热部件来覆盖所述第一环路热管和所述第二环路热管的除了所述第一蒸发器及所述第二蒸发器、以及所述第一冷凝器及所述第二冷凝器以外的全体表面。
15.根据权利要求10所述的环路热管的制造方法，其中，所述环路热管的制造方法还包括：
在所述连接部中形成多个狭缝。
16.根据权利要求15所述的环路热管的制造方法，其中，
所述形成多个狭缝是在所述连接部的除了所述连接部的中央部以外的部分中离散地形成所述多个狭缝，
所述连接部的所述中央部与所述第二蒸发器接触。
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