CN1165080C - 沸腾和冷凝制冷剂的冷却装置 - Google Patents

Abstract

在沸腾和冷凝制冷剂的冷却装置中，用于将限定闭合容器的热接收壁和热辐射壁相连的热导部分设置在闭合容器内，生热元件固定在热接收壁上，用于将由生热元件产生的热量辐射到外部的散热片设置在热辐射壁上。在冷却装置中，管的两端在热辐射壁的不同的位置连接到闭合容器以便与闭合容器连通，从而散热片被热辐射壁和管所包围。

Description

沸腾和冷凝制冷剂的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种用于冷却生热元件的冷却装置，诸如通过沸腾和冷凝制冷剂而冷却半导体器件的冷却装置。

背景技术

在日本专利JP-A-10-308486中揭示的传统冷却装置中，其中密封有制冷剂的闭合容器由热接收壁构成，在其上固定生热元件，热辐射壁与热接收壁相对设置，并在其间具有一定的间隙，和设置在热接收壁与热辐射壁之间的热导部分，用于对两壁进行热连接。将具有开孔的片件夹在热接收壁和热辐射壁之间，片的厚度部分设置在每个片件中的开孔之间。片厚度部分在片件的叠加方向上彼此相连，从而形成热导部分。

然而，在此沸腾冷却器中，由于闭合容器空间中的制冷剂通过沸腾和制冷通过任意的路径进行循环，制冷剂无法顺利的循环，从而无法获得满意的制冷性能。

发明内容

针对上述的问题，本发明的一个目的在于提供一种沸腾和冷凝制冷剂的冷却装置，该装置中可通过顺畅的循环制冷剂而提高制冷性能。

根据本发明，在制冷装置中，用于容纳液体制冷剂的容器包含一个热接收壁，在其上固定生热元件，和与热接收壁相对的热辐射壁，热导部分用于将热接收壁和热辐射壁热连接，并设置在容器内，和设置在容器的外部的散热片用于将由生热元件产生的热量至少通过热接收壁、热导部分和热辐射壁辐射到外部。在冷却装置中，将一个管件设置在散热片的周围用热辐射壁包围散热片，管件具有两个端部在热辐射壁的两端与容器相通。相应的，制冷剂从容器流动到管件，并返回到容器。因此，制冷剂可在冷却装置中的预定路径中循环，可提高冷却装置的冷却性能。另外，从生热元件产生的热量可从除热辐射壁和散热片以外的管件的外壁表面进行辐射，并可从管件的两端和热辐射壁传递到散热片。因此，可提高散热片的效率，从而可改善冷却装置的整体冷却性能。

最好将散热片设置在至少由管件和热辐射壁限定的空间中。因此，可有效的将由生热元件产生的热量传递到散热片，并排放到外部。

更好的，在管件中沿制冷剂流动的方向将管件形成为大致的U形，并在管件中具有一个通道，制冷剂通过该通道在制冷剂流动的方向上流动。因此，可有效的形成管件，并可与容器可靠的相连。

附图说明

本发明的另外的和其他的目的和优点通过下面结合相应附图的详细描述会变得更为清晰，其中：

图1为根据本发明的第一最佳实施例的冷却装置的透视图；

图2为根据第一实施例的冷却装置的分解透视图；

图3A为在竖直方向延伸有开孔的片件的平面示意图，图3B为根据第一实施例的在横向上具有开孔的片件的平面示意图；

图4为沿图1中的线IV-IV的冷却装置的截面示意图；

图5为根据第一实施例的另一种变化的冷却装置的截面示意图；

图6为根据本发明的第二实施例的冷却装置的截面示意图；

图7为根据本发明的第三实施例的冷却装置的截面示意图；

图8A为沿图7中的线VIIIA-VIIIA的截面示意图，图8B为沿图7中的线VIIIB-VIIIB的截面示意图；

图9为根据本发明的第四实施例的冷却装置的截面示意图；

图10为根据本发明的第五实施例的冷却装置的透视图；

图11为根据本发明的第六实施例的冷却装置的侧视图；

图12为根据本发明的第七实施例的冷却装置的侧视图；

图13为根据本发明的第八最佳实施例的冷却装置的平面示意图；

图14为根据本发明的第九实施例的冷却装置的截面示意图；

图15A为根据第九实施例的在竖直方向具有开孔的片件的平面示意图，图15B为根据第九实施例的在横向上具有开孔的片件的平面示意图；

图16为根据本发明的第十实施例的冷却装置的侧视图；

图17为根据本发明的第十一实施例的冷却装置的截面示意图；

图18为根据本发明的第十二实施例的冷却装置的截面示意图；

图19为根据本发明的第十三实施例的冷却装置的截面示意图；

图20A和20B为根据本发明的第十四实施例的冷却装置的截面示意图；

图21为根据本发明的第十五实施例的冷却装置的截面示意图；

图22为根据本发明的第十五实施例的另一种变化的冷却装置截面示意图；

图23为十五实施例的另外一种变化的冷却装置的截面示意图；

图24为根据本发明的十六实施例的冷却装置的截面示意图；

图25为根据本发明的十七实施例的冷却装置的截面示意图；

图26为根据本发明的十八实施例的冷却装置的截面示意图；

图27为根据本发明的十九实施例的冷却装置的透视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的最佳实施例进行详细描述。

(第一实施例)

如图1和图2中所示，用于冷却诸如半导体器件的生热元件110的冷却装置100包含一个闭合的容器120，一个散热片160和管件170等。

如图2-4中所示，闭合容器120包含一个形成容器120的下侧壁表面的热接收壁121，形成容器120的上侧壁表面的热辐射壁122，和第一及第二片件130，140。第一片件130和第二片件140交替叠加在热接收壁121和热辐射壁122之间。通过铜焊将闭合容器的这些元件形成为整体以形成闭合的容器120。

将热接收壁121、热辐射壁122、和片件130、140分别由诸如铝片等金属片形成为长方形形状，并具有相同的面积，对其进行铜焊并具有高的热导性。更具体的，用包覆的片件作为金属片，在该片上具有形成在作为基质材料层的铝片上形成的铜焊材料。热接收片121和热辐射壁122的厚度比片件130、140的厚度厚，以保证闭合容器120的所需的强度。在图1，2，4中，为了方便的表示容器120的元件，所表示出的热接收壁121和热辐射壁122的厚度基本上与片件130，140的厚度相等。

如图3A中所示，在竖直方向上(在图3A中为上-下方向)延长的每个第一片件130上设置多个缝状的开孔131a，131b。对应固定生热件110的区域(沸腾区)的用虚线表示的中心区域中形成开孔131a。开孔131b设置在中心区域的周边区域。开孔131a的缝宽小于开孔131b的缝宽。另一方面，如图3B中所示，在第二片件140中形成在横向上(图3B中的左-右方向)延伸的具有较小缝宽的多个开孔141a和具有大缝宽的多个开孔141b，其与第一片件130类似。通过切割、穿孔、腐蚀等形成开孔131a、131b、141a、141b。

如图2，4中所示，在热接收壁121和热辐射壁122之间交替叠加第一片件130和第二片件140。通过形成第一和第二片件130、140，从而使第一片件130的开孔131a，131b与第二片件140的开孔141a、141b交叉，在片件130、140的叠加方向上与第二片件140的开孔141a，141b相通，从而在闭合容器120中形成闭合的空间。

每个片厚部132a和每个片厚部132b分别设置在每个第一片件130的相邻的两个开孔131a和相邻的两个开孔131b之间。另外，每个片厚部142a和每个片厚部142b分别设置在每个第二片件140的相邻的两个开孔141a之间和相邻的两个开孔141b之间。片厚部132a，132b和片厚部142a，142b在片件130，140的叠加方向上彼此相连，从而彼此交叉，形成柱状的热导部150。每个热导体150形成在第一片件130的片厚部132a、132b和第二片件140的片厚部142a，142b彼此接触交叉的位置上。热导部150的底端面与热接收壁121接触，每个顶端面与热辐射壁接触，从而将热接收壁121和热辐射壁122热连接。由于所形成的开孔131a，141a的缝宽在对应生热元件110的固定位置的中心区域(沸腾区)中较小，所以通过叠加所形成的热导部150在中心区是很精细的。

通过紧固螺丝等将生热元件110与中心部分的闭合容器120的热接收壁121固定。这里，在生热元件110和热接收壁121之间可提供热导油脂，以便降低生热元件110和热接收壁121之间的接触热阻。

将由诸如铝等具有高的热导性材料制成的薄片形成为呈波形的，散热片160，并将散热片160铜焊到热辐射壁122的外表面。

通过使用铝材料挤压形成的多孔平管170具有多个管状制冷剂通道173。沿管状制冷剂通道173的制冷剂流动方向形成大致为U形的具有制冷剂通道173的管170。通过形成管170从而散热片160被热辐射壁122和管170所包围。在水平延伸的管170的水平部分的底面铜焊到散热片160的波状的顶端。具有制冷剂通道173的管170的两端175，176按压配合进入位于两端侧的热辐射壁122中的连通孔122a，122b中，从而与闭合容器120的内部相通的连通部分171，172分别形成在两端175，176。

将图1和图2中所示的注入管230插入到通孔122c中，与形成在热辐射壁122上的闭合容器120中的闭合空间相通，并铜焊到热辐射壁122上。在第一实施例中，通孔122c形成在热辐射壁122中。然而，通孔也可形成在热接收壁121中。通过注入管230将预定量的诸如水、酒精、碳氟化合物和浮冰等制冷剂填加到闭合的空间中，将注入管230的顶部密封，从而形成闭合空间。在第一实施例中，将管170的两端175，176插入到通孔122a，122b中，其位于制冷剂液面的上侧，并从注入管230引入到闭合容器120中。

下面将对根据本发明的第一实施例的冷却装置100进行详细描述。

在冷却装置100中，即使将冷却装置100放置在闭合容器120的底侧(底部型)，横向(横向型)和顶侧(顶部型)中的任何一个位置，都可使生热元件110进行冷却。在第一实施例中，生热元件110设置在闭合容器120的底面上，并对此底部形式的操作进行描述。

将由生热元件110产生的热量传递到热辐射壁122，通过热接收壁121和热导部150辐射到大气中，通过热接收壁121和热导部150将热传递到包含在闭合容器120中的制冷剂用于使制冷剂沸腾。

这里，当在热接收壁上与生热元件110的固定位置距离变远的位置，从生热元件110传递到热接收壁121的热量变小。因此，主要在与生热元件110的固定位置对应的区域(沸腾区)使闭合容器121中的制冷剂沸腾。在此沸腾区域沸腾的气体通过片件130，140的开孔131a，141a流入到闭合容器120的上部空间123中，并从连通部分171流入到管170的管状制冷剂通道173中。此时，蒸发的气态制冷剂的热量通过管170的内壁表面和散热片160辐射到大气中作为冷凝潜热，从而气态的制冷剂被冷凝并液化。冷凝的液态制冷剂从连通部分172返回到闭合容器120中。因此，通过重复上述的沸腾-冷凝-液化循环对生热元件110进行冷却。

下面，将对根据本发明的第一实施例的冷却装置的效果进行描述。

在第一实施例中，通过形成的管件170，制冷剂通过连通部分171、管件170和连通部分172从闭合容器120顺利的循环到闭合容器120。另外，来自气体制冷剂的热量和来自生热元件110的热量也可从除了热辐射壁122和散热片160以外的管件170的外壁面进行辐射，热量可从管件170和热辐射壁122的两侧传递到散热片160。因此，可提高散热片的效率，并进而提高整个的冷却性能。

另外，由于在管件170中形成多个管状的制冷剂通道173(参见图2)，可扩大管件170中的散热面积(冷凝面积)，从而进一步提高冷却性能。在第一实施例中，由于通过挤压形成多孔平管，由此可降低生产成本。

另外，由于可采用在热接收壁121和热辐射壁122之间通过叠加具有开孔131a，131b，141a，141b的片而形成热导部150，从而可低成本的形成包含热导部150的闭合容器120。另外，在生热元件110的对应区域(沸腾区)中的开孔的缝宽小于相应区域的周边区域中的开孔131b，141b的缝宽。因此，可增大相应区域中的热导部150的热导面积，有效的沸腾制冷剂，从而提高冷却性能。

在第一实施例中，如图5中所示，在闭合容器120中的液态制冷剂的表面下可打开管件170的一端176。在此情况下，由于沸腾的制冷剂自然的从通道部分171流入到管件170中，可加速闭合容器120和管170之间的制冷剂循环，从而进一步改善冷却性能。

(第二实施例)

在第二实施例的冷却装置中，提供进一步便于在闭合容器120和管件170之间的制冷剂循环。

如图6中所示，管件170的横向部分相对热接收壁121的壁面倾斜一定的角度θ(例如5度)。即，位于连通部分171的侧面的管件170的横向部分的一端的位置高于连通部分172的侧面的管件170的横向部分的另外一端的位置，从而冷凝的液态制冷剂流过管件170的横向部分。具有三角形截面的热导部分220设置在热辐射壁122和散热片160之间的间隙部分中。

根据第二实施例，来自气态制冷剂的液态冷凝的制冷剂由于其自身的重量流向向下倾斜的管件170的横向部分，从而可加速冷却装置中的制冷剂循环，并可提高冷却装置的冷却性能。在第二实施例中，其他的部分也与上述的第一实施例类似。

(第三实施例)

在本发明的第三实施例的冷却装置中，同样便于制冷剂循环。下面将参考图7，8A和8B对第三实施例进行描述。

如图7，8A，8B中所示，具有多个管状制冷剂通道的管件170’形成为L形的截面，其是通过弯曲具有多个通道的平管形成的，将其中具有制冷剂通道181的连接件180与管件170’和闭合容器120相连。相应地，连接部分180与闭合容器120相连，通过连通部分180a与闭合容器120相通。由于制冷剂通道181的通道面积大于管件170’中的每个管状制冷剂通道173的通道面积，所以沸腾的气态制冷剂从制冷剂通道181流入到管件170’中。因此，可便于制冷剂循环，并可提高冷却性能。

在第三实施例中，通过连接件180、管件170’和热辐射壁122将散热片160包围。在第三实施例中，其他的部分与上述的第一实施例类似。

在第三实施例中，图8A中所示的连接件180的单个制冷剂通道181可通过管件170的端部175借助钻孔设置在第一实施例的上述管件170的一侧的预定区域中。另外，可对连接件180的长度进行调节，且对制冷剂通道181的通道面积进行调节。

(第四实施例)

在第四实施例的冷却装置中，同样便于制冷剂循环。

如图9中所示，用于对闭合容器120中的液态制冷剂表面上的上部空间123进行隔离的隔离部分190设置在生热元件110的相应区域中的热导部分150和管件170的连通部分172之间。

相应的，在生热元件110的相应区域中沸腾的气态制冷剂由于隔离部分而不会流入到连通部分170的侧面中，但其可从连通部分171流入到在其中进行冷凝和液化的管件170中。接着，冷凝的液态制冷剂从连通部分172返回到闭合容器120中。由于对制冷剂循环的方向进行调节，可便于制冷剂的循环，并可提高冷却的性能。

在第四实施例中，其他的部分与第一实施例中的类似。

(第五实施例)

在第五实施例的冷却装置中，通过有效的使用提供到散热片160中的冷却空气可提高冷却性能。

在第五实施例中，每个散热片160和管件170在冷却空气的流动方向上分离为多个元件。例如，如图10中所示，散热片160和管件170在冷却空气的流动方向上分别分离为两个散热片160a，160b和两个管件170a，170b，从而在管件170a(上游散热片)和管件170b(下游散热片160b)之间形成间隙P。

当在冷却空气的流动方向上的闭合容器120较长时，每个散热片160和管件170形成为单个的元件，由于在散热片160中的热交换而使得流过散热片160的冷却空气的温度增高。在第五实施例中，如图10中所示，用实线箭头表示的冷却空气在散热片160a中进行了热交换后被用虚线箭头表示的冷却空气在间隙P的区域(分离区)中进行冷却并流到管160的外部。此后，在间隙P的区域中已经被冷却的冷却空气流过散热片160b。相应的，可使冷却装置的冷却性能得到改善。

在第五实施例中，与第一和第二实施例中相类似，在生热元件110的相应区域中的开孔131a，141a的缝宽较小。另外，管件170可相对热接收壁121倾斜。根据第五实施例与第一实施例和/或第二实施例的结合，通过变细的热导部分150可有效的对制冷剂进行沸腾，便于在闭合容器120和管件170之间进行循环，从而可进一步提高冷却性能。

(第六实施例)

在第六实施例的冷却装置中，将冷却空气更有效的提供到散热片160。如图11中所示，用于调节散热片160b的冷却空气流动方向的空气流动控制片200设置在上游空气端的管件170b上。即，空气流动控制片200从管件170b的上游空气端突出，向着上游空气侧向上倾斜。

相应的，可将在管件170b外流动的低温冷却空气提供到散热片160b中，从而可提高空气流动量，并进而提高冷却性能。

(第七实施例)

在第七实施例的冷却装置中，当设置其中有冷却空气流动的管件210时，可提高冷却性能，如图12中所示。

在其中流动有由吹风机240吹送的冷空气的管路210从外部容纳散热片160a，160b和管件170a，170b，和间隙部分211，在其中流动空气，并设置在管路210和管件170a，170b之间。因此，冷却空气流过间隙部分211同时旁通散热片160a。

因此，在通过散热片160a后的冷却空气被通过散热片160a，160b之间的隔离区中的间隙部分211的冷空气冷却，从而提高冷却性能。

这里，当类似地设置与上述的第六实施例的流动控制片200时，可进一步提高冷却性能。

(第八实施例)

在第八实施例的冷却装置中，通过减少在散热片1 60中的空气流动阻力而提高冷却性能。

如图13中所示，在第八实施例中，当在冷却空气的流动方向上的闭合容器120的长度比在与冷却空气的流动方向垂直的方向上的宽度长时，设置管件170和散热片160，从而在冷却空气流动方向上的散热片160和管件170的尺寸W小于在管件170中的制冷剂流动方向上的尺寸L。散热片160和管件170相对冷却空气流动方向倾斜一定的角度。更具体的，散热片160和管件170沿闭合容器120的对角线设置。

相应的，使在冷却空气的流动方向上的散热片160的尺寸W较小，以便降低空气通道阻力，而制冷剂流动方向上的散热片的尺寸L沿闭合容器120的对角线变长，以便增大冷却空气流动的开口的面积。因此，可增加流过散热片160的冷却空气的流量，并提高冷却性能。

(第九实施例)

在第九实施例的冷却装置中，当生热元件110设置在图14中所示的侧部的状态时，可提高冷却性能。

如图15A，15B中所示，设置在闭合容器120中的片件130，140具有开孔131a，141a，其缝宽在与生热元件110的固定位置对应的区域中与第一实施例类似较小。在第九实施例中，具有小的缝宽的开孔131c，141c设置在制冷剂液面上的片件130，140的位置上，具有大于开孔131a，141a和开孔131c，141c的缝宽的开孔131d，141d设置在开孔131，141的区域周围的液态制冷剂面下面的区域内。因此，在第九实施例的闭合容器中，在与生热元件110的固定位置对应的区域中和在液态制冷剂表面上的区域中形成细小的热导部分150。

如图14中所示，液态制冷剂表面设置在连通部分171，172之间，管件170与闭合容器120相连，并将位置设定的尽量的低。另外，将生热片110设置在液态制冷剂表面的下面。

另外，设置在液态制冷剂表面上的上侧散热片161的密度小于设置在液态制冷剂表面下面的下侧散热片162的密度。更具体的，在上侧散热片161中的散热片的间距fp大于下侧散热片162中的散热片间距fp。

下面将对根据第九实施例的冷却装置的操作进行描述，其中生热元件110设置在侧部。

生热元件110中产生的热量从热接收壁121通过热导部分150传递到热辐射壁122，以便从两个散热片161，162辐射到大气中，当通过热接收壁121和热导部分150传递到闭合容器120中的制冷剂中时使制冷剂沸腾。

将从生热元件110传递到热接收壁121的热量通过热导部分150传递到制冷剂，从而在沸腾区域中使制冷剂沸腾。在沸腾区中沸腾的气态制冷剂主要通过片件130，140的开孔131a，141a向上移动到上部空间125中，并通过上侧的连通部分171流入到管件170中。此时，气态制冷剂将作为冷凝潜热的热量通过管件170的内壁表面和散热片161，162辐射到大气中被冷凝和液化。冷凝的液态制冷剂由于其自身的重量向下移动并通过连通部分172返回到闭合容器120中的液态制冷剂区中。因此，通过重复上述的沸腾-冷凝-液化循环而对生热元件110进行冷却。

下面将对第九实施例中的冷却装置的工作效果进行描述。

由于管件170在液态制冷剂表面的上侧和下侧与闭合容器120相通，制冷剂从闭合容器120通过连通部分171、管件170和连通部分172循环到闭合容器120，从而便于制冷剂循环，并提高冷却装置的冷却性能。另外，从生热元件110产生的热量可从除热辐射壁122和散热片160以外的管件170的外壁面辐射，同时从管件170和热辐射壁122的两侧传递到散热片160。因此，可提高散热效率，并总体改善冷却性能，其与上述的第一实施例类似。

另外，由于生热元件110设置在液态制冷剂的表面的下侧，可有效的将生热元件110的热量传递到液态制冷剂以使液态制冷剂沸腾。由于在沸腾区中的热导部分的热传递面积较大，可有效的提高制冷剂的沸腾效率。

另外，通过使开孔部分131c，141c的缝宽变细，可使热导部分150的热传递面积变大，由于上侧散热片161的区域中的冷空气通道阻力降低，冷空气的流量增大。因此，可有效的冷却沸腾的制冷剂，并在闭合容器120中的上部空间中冷凝，从而提高冷却性能。

(第十实施例)

在第十实施例的冷却装置中，通过降低散热片160中的冷却空气通道阻力可提高冷却性能，与上述的第九实施例相类似。

与上述的第五实施例类似，在冷却空气的流动方向上将每个散热片160和管件170分离成多个元件，从而在冷却空气的流动方向上的两个相邻的元件之间形成间隙P。在图16中，例如，散热片160和管件170分别分离成三个散热片160a，160b，160c和三个管件170a，170b，170c。另外，在最下游空气侧的散热片160c和管件170c只设置在液态制冷剂表面的下部。即，省略了位于液态制冷剂表面上的散热片160c和管件170c的上侧部。

在去除散热片160c和管件170c的区域，设置了制冷剂注入管320。在间隙P的区域，在热接收壁121中形成通孔126，使用螺丝等将生热元件110固定到热接收壁121。

相应的，在液态制冷剂表面上的散热片部分中冷却空气通道阻力变小，且冷却空气的流量在此散热片部分中增大。因此，在闭合容器120上部空间中可有效的对沸腾的气态制冷剂进行冷却，提高了冷却性能。

在第十实施例中，将注入管230设置在省去了散热片160c和管件170c的区域中，使用间隙P的区域将生热元件110进行有效的固定。更具体的，生热元件110被牢靠的固定，并通过螺栓从顶部穿过通孔而用螺丝和螺母固定到热接收壁121上。相应的，可牢靠的将生热元件110和注入管230固定到闭合容器120上。

(第十一实施例)

在第十一实施例的冷却装置中，即使当将生热元件110设置在闭合容器的顶部位置时也可提高其冷却性能。

如图17中所示，在第十一实施例中，将连通部分171一侧的闭合容器中的液态制冷表面上的管件170的管端175打开。另外，闭合容器120的内部容积大于管件170的内部容积。

另外，将多个片件130，140进行叠加，并去除液态制冷表面上的上部空间124中的生热元件110的对应区域中的片件130，140的开孔131a，141a，从而如图17中所示，将上部空间124中的相应区域中的热导部分150连续形成为热导部分150a的整体。直接在热导部分150a下面的液态制冷表面的下面，开孔131a，141a的缝宽较小，从而与其他的部分相比，在对应区域中的热导部分150的宽度较薄。

下面将对将生热元件110设置到闭合容器120的顶侧上的情况进行描述。

将由生热元件110产生的热量从热接收壁通过热导部分150a，150传递到散热片122，并散发到大气中。由管件170到散热片160的热量同样散发到大气中。热量被传递到每个热导部分150周围的制冷剂，制冷剂在沸腾区域中进行沸腾。在沸腾区域中沸腾的气态制冷剂在一液态制冷剂表面上的上部空间124中循环。当气态制冷剂流过上部空间124时，气态制冷剂通过闭合容器120的内壁将作为冷凝潜热的热量辐射到大气中，主要通过热接收壁121、闭合容器120的侧壁表面、热导部分150的侧壁等。结果，气态制冷剂冷凝为液态。冷凝的液态制冷剂返回到沸腾区，重复上述的沸腾-冷凝-沸腾循环，从而冷却生热元件110。

下面将对根据本发明的第十一实施例的冷却元件的效果进行描述。

当在顶部状态下使用生热元件110时，为了有效的将由生热元件的热量传递到制冷剂，液态制冷剂表面需要位于热辐射壁122之上。当在底部的状态下使用生热元件110时，闭合容器120中的上部空间123的体积较大，从热接收壁121到液态制冷剂表面的深度较小，从而可提高热辐射效果。在本发明中，由于管件170的内部容积较小，即使在上-下方向上反向使用冷却装置，其中生热元件110以底部型设置，液态制冷剂表面可位于热辐射壁122之上。因此，在第十一实施例中，可适当的使用底部型的冷却装置。

另外，由于位于液态制冷剂表面上的热导部分150a连续形成为导件而在生热元件110的对应区域中无开孔部分131a，141a，所以热导区域可制得较大。因此，可将来自生热元件110的热量有效的传递到位于液态制冷剂表面之下的热导部分150。由于通过使生热元件110的对应区域中的热导部分150制得薄，而使液态制冷剂表面下的热导部分150的热导面积变大，从而可有效的使制冷剂沸腾。

即使在图17中所示的冷却装置中，由于除了热导部分150外，由生热元件110的热量可通过管件170的外壁面进行辐射，可使热辐射面积变大。另外，热量可同时从管件170和热辐射壁122传递到散热片160，从而提高散热片的效率和冷却性能。

(第十二实施例)

在十二实施例的冷却装置中，为了提高冷却性能，可有效的使制冷剂沸腾。

在本发明的第十二实施例中，图18中所示的每个热导部分150b都形成为具有一个金属芯和一个多孔材料的结构，诸如烧结的金属和位于金属芯表面上的纤维。热导部分150b设置在生热元件110的对应区域中。相应的，由于此结构中的毛细现象，液态制冷剂表面上的制冷剂可向上移动。因此，可降低生热元件110和液态制冷剂表面之间的热阻，从而有效的使制冷剂沸腾，并提高冷却性能。

(第十三实施例)

在十三实施例的冷却装置中，如图19中所示，在从热接收壁121到热辐射壁122的方向上设置多个散热片160和多个管件170。即，多个散热片160和多个管件170进行重叠。相应的，散热片160和管件170的散热面积可按需要进行增大，从而可提高冷却性能。

(第十四实施例)

在上述的第一实施例中，通过交替重叠片件130，140可形成热导部分150。然而，在第十四实施例的冷却装置中，如图20A中所示，通过机加工等工艺形成多个突出部分121a，作为热导部分150，其从热接收壁121的内表面向着热辐射壁122突出。还可通过从热辐射壁122的内表面向着热接收壁121突出的突出部分形成热导部分150。另外，从热辐射壁122的内表面或热接收壁121突出的突出部分的形状可进行适当的改变。另外，如图20B中所示，在闭合容器120中的热接收壁121和热辐射壁122之间的位置可形成作为热导部分150的内部散热片250，其具有曲柄的截面形状。在单独由热接收壁121和热辐射壁122形成内部散热片250后可将其设置在热接收壁121和热辐射壁122之间。

即使在第十四实施例的冷却装置中，也可提高冷却性能。

(第十五实施例)

在第十五实施例的冷却装置中，如图21中所示，彼此分离的第一管件170A和第二管件170B设置在与冷却空气的流动方向交叉的方向上(图21中的右和左向)。即，在基本上与通过散热片160的冷却空气的流动方向垂直的方向上设置第一管件170A和第二管件170B，其中的第一管件170A具有与闭合容器120相通的两端，第二管件170B具有与闭合容器120相通的两端。

第一和第二管件170A，170B的一个侧端和生热元件110上的与生热元件110的接触面积相对应的区域(沸腾区)中的闭合容器120相通。第一和第二管件170A，170B的其他的侧端分别在热辐射壁122的两端与闭合容器120相通。

相应的，在闭合容器120中沸腾的制冷剂可分别通过在沸腾区中打开的一侧端垂直的流入到第一和第二管件170A，170B中。结果，制冷剂可在从一侧端到另外一侧端的方向上在第一和第二管件170A，170B中流动，以通过另外的侧端返回到闭合容器120中。相应的，沸腾的制冷剂很难分别从另外的侧端流入到第一和第二管件170A，170B中。因此，可便于制冷剂的循环，并提高冷却性能。

另外，构成上述管件170的第一和第二管件170A，170B彼此分离。因此，制冷剂循环路径可变短，并可降低制冷剂流动的阻力(压力损耗)，从而提高冷却性能。

在第十五实施例的冷却装置中，当如图21中所示水平地设置闭合容器120时，与第一实施例中描述的单管件170相比，可缩短第一和第二管件170A，170B的水平长度。因此，与第一实施例中相比，在管件170A，170B中停留的冷凝的液态制冷剂的量变少。结果，可限制由于液态制冷剂停留而导致的散热片温度的降低(在冷凝部分的热阻增大)，从而可进一步提高冷却性能。

如图21中所示，当与热接收壁121相连的生热元件110基本上位于第一和第二管件170A，170B的结构方向中的中心部分中时，第一和第二管件170A，170B可形成为相同的形状，从而降低生产成本。

即使当根据第十五实施例的冷却装置的使用状态被改变时，也可提高冷却性能。尤其是，如图22中所示，即使当闭合容器120相对水平方向倾斜设置时，制冷剂也可在相同的方向上在第一和第二管件170A，170B中流动，即在图22中的逆时针方向上流动，并可顺利的进行制冷剂的循环。

另外，如图23中所示，当竖直设置闭合容器120时(侧面型)，沸腾的气态制冷剂同样可通过一侧端流入到设置在液态制冷剂表面下的第一管件170A中，冷凝的液态制冷剂可从另外的侧端返回到闭合容器中。相应的，可提高用U所表示的部分中的散热温度，并提高冷却性能。

(第十六实施例)

在第十六实施例的冷却装置中，如图24中所示，为第一和第二管件170A，170B的一个侧端设置单个的公共端。根据此结构，由于形成作为第一和第二管件170A，170B的一个侧端的公共端，可增大公共端的沸腾气态制冷剂流动的入口通道的截面积。因此，可降低制冷剂流动阻力，并提高冷却性能。

(第十七实施例)

在第十七实施例的冷却装置中，如图25中所示，不仅公共端形成为第一和第二管件170A，170B的一侧端，而且散热片160和管件170A，170B也分别在其高度方向上进行多级叠加形成叠层结构。在此情况下，可将相对热辐射壁122竖直延伸的制冷剂通道设置为公共导引箱260。

根据第十七实施例，由于可扩大热辐射面积，沸腾的气态制冷剂可从闭合的容器120移动到管件170A，170B中，从而提高了制冷剂循环性能和冷却性能。

(第十八实施例)

在第十八实施例的冷却装置中，如图26中所示，提供多个相对热辐射壁122竖直延伸的多个管件170a，170b，并在其上端通过单个导引箱270彼此相通。在图26中，例如，设置三个管件170a与位于沸腾区域中的闭合容器120相通，在两侧设置两个管件170b与沸腾区域外的闭合容器120相通。

根据此结构，在闭合容器120中沸腾的气态制冷剂最好流入到中心部分的三个管件170a中，并进行冷却冷凝。此后，冷凝的制冷剂从两侧的管件170b返回到闭合容器120中。即使在冷却装置中，也可对制冷剂循环进行调节，并提高冷却性能。

(第十九实施例)

在第十九实施例的冷却装置中，如图27中所示，在冷却空气流动方向上的热辐射壁122上设置多个第一管件170A和多个第二管件170B。另外，在基本上与冷却空气的流动方向垂直的方向上设置两个相邻的第一和第二管件170A和170B，并在其间具有间隙。相应的，在图中箭头C’所示的上游空气侧冷却空气通过第一管件170A和第二管件170B之间，同时旁通位于上游空气侧的散热片160A。旁通由箭头C’表示的散热片160A的冷却空气可被引入到位于下游空气侧的散热片160B中。结果，位于下游空气侧的散热片160B可有效的用于热交换，从而提高冷却性能。

虽然已经参考上述的实施例对本发明进行描述，但是对于本领域中的技术人员而言对其所做的各种的变化都在本发明的权利要求的范围之内。

Claims (30)

1.一种沸腾和冷凝制冷剂的冷却装置，用于冷却生热元件，该冷却装置包含：

一个容器，用于容纳液体制冷剂，包含一个热接收壁，在其上固定生热元件，和与热接收壁相对的热辐射壁；

热导部分，用于将热接收壁和热辐射壁热连接，并设置在容器内，和

设置在容器的外部的散热片，用于将由生热元件产生的热量至少通过热接收壁、热导部分和热辐射壁辐射到外部；

一个设置在散热片周围的管件，用热辐射壁包围该散热片，

所述管件具有两个端部在热辐射壁的两端与容器的内侧相通。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于其中散热片插入到至少由管件和热辐射壁限定的空间中。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于其中管件与容器相连，从而由生热元件产生的热量通过管件，同时由通过散热片的冷却空气冷凝。

4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于在管件中具有多个管状的制冷剂通道，每个都在制冷剂流动的方向上延伸。

5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于管件中具有一个通道，通过该通道使得制冷剂从容器开始流动；及

管件具有沿管中制冷剂流动的方向为U形的形状。

6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于散热片具有多个散热部分；

管件具有多个管部；及

散热片部分和管部在从热接收壁到热辐射壁的方向上交替叠加。

7.根据权利要求1到6中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于热导部分至少由一个片件构成，其具有多个开孔部分；及

片件设置在热接收壁和热辐射壁之间。

8.根据权利要求7所述的冷却装置，其特征在于开孔部分由多个设置在沸腾区中的第一开孔构成，其中的沸腾区与生热元件的接合位置对应，多个第二开孔设置在除沸腾区域以外的周边区域中；及

每个第一开孔都比第二开孔细。

9.根据权利要求1到6中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于管件具有一个管部，其在与从热接收壁到热辐射壁的方向垂直的方向上延伸，及

管部相对热接收壁的壁面倾斜预定的角度。

10.根据权利要求1到6中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于其中的管件的端部通过连接件与容器相通，其中的连接件具有一个截面积大于管件的截面积的通道。

11.根据权利要求1到6中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于生热元件设置在容器的热接收壁的底面上；及

管件的端部与容器相连形成两个连通部分，通过该部分使得管件与容器相通，冷却装置还包含：

一个隔离部分，用于对容器中的液态制冷剂表面上的上部空间进行隔离，并设置在与生热元件的接合部分对应的沸腾区中的任何一个连通部分和热导部分之间。

12.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于包含：-

一个吹风机，用于向散热片吹送冷空气，以便对散热片进行冷却，其中散热片和管件在冷空气流动的方向上被分离为多个散热部分和管部，并在冷空气流动方向上的两个相邻的散热片和管件之间具有预定的间隙。

13.根据权利要求12所述的冷却装置，其特征在于还包含：

一个控制片，用于改变散热片中的冷却空气的流动方向，并设置在至少一个管部的上游空气侧端上。

14.根据权利要求12和13中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于还包含：

管路，设置在管件的外部，在其中流动冷空气；及

管件和散热片设置在输送管路中，形成旁路通道，通过该通道冷空气旁路输送管中的散热片。

15.根据权利要求1到6中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于通过在其间流动的冷空气对散热片进行冷却；

在散热片中的冷空气流动方向上散热片和管件具有第一尺寸，并在管件中的制冷剂流动方向上具有第二尺寸；及

散热片和管件相对冷空气流动方向倾斜预定的角度。

16.根据权利要求1到6中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于上面形成有生热元件的热接收壁基本上是竖直形成；及

散热片包含一个位于容器中的液态制冷剂表面上的上侧散热部分，和位于液态制冷剂表面下的下侧散热部分，且上侧散热片的密度低于下侧散热片的密度。

17.根据权利要求16所述的冷却装置，其特征在于上侧散热片的密度通过扩大散热片之间的间距而变小。

18.根据权利要求16所述的冷却装置，其特征在于通过取消预定的区域中的上部散热片而使上侧散热片的密度变小。

19.根据权利要求16所述的冷却装置，其特征在于热导部分至少由设置在热接收壁和热辐射壁之间的具有多个开孔部分的至少一个片件构成；

片件的开孔部分首先包含一个设置在容器中的液态制冷剂表面上的第一开孔，和设置在液态制冷剂表面下的第二开孔；

每个第一开孔都比第二开孔细；及

相邻的两个第一开孔之间的距离小于相邻的两个第二开孔之间的距离。

20.根据权利要求16所述的冷却装置，其特征在于生热元件设置在液态制冷剂表面下的容器上。

21.根据权利要求1到6中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于生热元件设置在容器的顶面上；及

容器的内部容积大于管件的内部容积。

22.根据权利要求21所述的冷却装置，其特征在于热导部分具有热导件，其在液态制冷剂表面上的上部空间中连续延伸；及

所述热导件只设置在与生热元件的接触位置对应的沸腾区中。

23.根据权利要求21所述的冷却装置，其特征在于设置在与生热元件的接触部分对应的沸腾区中的热导部分形成为具有芯部和形成在芯部表面上的多孔材料的结构。

24.根据权利要求1-6中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于在液态制冷剂表面上侧的容器中的至少一个管件的端部打开。

25.根据权利要求1到6中的任何一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于管件的一个端部在对应于生热元件的接合部分的沸腾区中与容器相通；及

管件的另外的一个端部在除沸腾区以外的位置处与容器相通。

26.根据权利要求1到6中的任何权利要求所述的冷却装置，其特征在于管件包含第一管部和第二管部，其中第二管部设置在热辐射壁上的方向上；

第一和第二管部的一个端部在沸腾区中与容器相通，其中沸腾区对应生热元件的接合部；和

第一和第二管部的另外的端部在除沸腾区以外的区域中与容器相通。

27.根据权利要求26所述的冷却装置，其特征在于第一和第二管件的侧端部设置为单连通端。

28.根据权利要求26所述的冷却装置，其特征在于多个第一管件和多个第二管件设置在冷却空气流动方向上的热辐射壁上；及

与第一管件和第二管件的与冷却空气流动方向交叉的方向上相邻设置有间隙。

29.根据权利要求25所述的冷却装置，其特征在于生热元件设置在与冷却空气流动方向交叉的方向上的中心部分的热接收壁上。

30.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于热辐射壁具有两个插入孔；及

管件的两个端孔插入到插入孔中与容器的内侧相通。

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