CN103363827A - 沸腾冷却装置 - Google Patents

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山内芳幸
岛津智宽
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Abstract

电源卡(100)容纳在蒸发部(1)中。蒸发部(1)中的热介质通过在所述电源卡(100)上产生的热量而蒸发以冷却电源卡(100)。蒸气通道(5)和冷凝部(2)连接至蒸发部(1)并且在蒸气通道(5)和冷凝部(2)的上端设置有连通通道(6)。在蒸发部(1)中蒸发的热介质向上移动至连通通道(6)和冷凝部(2)，使得热介质在冷凝部(2)中冷凝并且移动至蒸发部(1)。冷凝部(2)在吹动空气的方向上布置在蒸气通道(5)的上游侧。蒸气通道(5)的横截面积大于冷凝部(2)的横截面积。

Description

沸腾冷却装置
技术领域
本公开涉及一种沸腾冷却装置，该沸腾冷却装置通过在要被冷却的电子部件(冷却对象)处产生的热量使热介质沸腾以吸收来自冷却对象的热量并且因而冷却该冷却对象。
背景技术
例如在日本专利No.3487382中公开的沸腾冷却装置是本技术领域已知的。该沸腾冷却装置具有用于在其中容纳热介质的热介质部、附接至热介质部的外壁表面并且与该外壁表面接触的冷却对象(电子装置)、以及热辐射部，热辐射部设置在热介质部的上侧并且与热介质部连通以实现从周围空气与从热介质部上升的在热介质之间的热交换，以使得热介质被冷却和液化。
根据上面的沸腾冷却装置，在热介质部中蒸发的热介质所经过的蒸气上移通道和通过与周围空气的热交换被冷凝的热介质所经过的蒸气下移通道并未明确地彼此分开。结果，现有技术中的沸腾冷却装置的缺点在于，通过与空气的热交换被冷凝并且沿向下的方向移动的液相热介质可阻止在热介质部中蒸发的热介质沿向上的方向移动。于是，不能够实现热介质的充分循环并且因而不能够获得沸腾冷却装置的必需的冷却性能。
发明内容
鉴于以上问题而实现本公开。本公开的目的是提供一种能够改善其冷却性能的沸腾冷却装置。
根据本公开的特征，一种沸腾冷却装置具有：
冷却对象(100)；
蒸发部(1)，蒸发部(1)用于通过利用冷却对象(100)与热介质之间的热交换蒸发热介质而冷却冷却对象(100)；
冷凝部(2)，冷凝部(2)用于通过热介质与外部流体之间的热交换而冷凝热介质，从而将热介质的热量辐射至外部流体；以及
蒸气通道(5)，蒸气通道(5)用于使在蒸发部(1)中蒸发的热介质移动至冷凝部(2)。
在上面的沸腾冷却装置中：
冷凝部(2)使在冷凝部(2)中冷凝的热介质移动至蒸发部(1)；
冷凝部(2)和蒸气通道(5)布置成在外部流体的流动方向上彼此重合；
冷凝部(2)在外部流体的流动方向上布置在蒸气通道(5)的上游侧；并且
蒸气通道(5)的横截面积大于冷凝部(2)的横截面积。
根据上面的特征，由于蒸气通道(5)的横截面积大于冷凝部(2)的横截面积，因此能够减少蒸气通道(5)中的热介质的压力损失，因而改善热介质的循环性能。相应地，能够提高沸腾冷却装置的冷却性能。
根据本公开的另一特征，一种沸腾冷却装置具有：
冷却对象(100)；
蒸发部(1)，蒸发部(1)用于通过利用冷却对象(100)与热介质之间的热交换蒸发热介质而冷却冷却对象(100)；
冷凝部(2)，冷凝部(2)用于通过热介质与外部流体之间的热交换而冷凝热介质，从而将热介质的热量辐射至外部流体；以及
蒸气通道(5)，蒸气通道(5)用于使在蒸发部(1)中蒸发的热介质移动至冷凝部(2)。
在上面的沸腾冷却装置中：
冷凝部(2)使在冷凝部(2)中冷凝的热介质移动至蒸发部(1)；
冷凝部(2)和蒸气通道(5)布置成在外部流体的流动方向上彼此重合；
冷凝部(2)在外部流体的流动方向上布置在蒸气通道(5)的上游侧。
另外，沸腾冷却装置具有多个流体通道板单元(31)，所述多个流体通道板单元(31)中的每一个具有冷凝部(2)、蒸气通道(5)和用于使冷凝部(2)与蒸气通道(5)彼此连通的连通通道(6)；
所述多个流体通道板单元(31)沿板层积方向层积，并且
相邻的流体通道板单元(31)的连通通道(6)彼此连通。
根据上面的特征，由于相邻的流体通道板单元(31)的连通通道(6)彼此连通，所以即使在热介质的量在蒸气通道(5)中变得不平衡时，也可以通过连通通道(6)将热介质均等地分配到各个冷凝部(2)。结果，可以在所有的冷凝部(2)中冷凝热介质。沸腾冷却装置的整个区域能够因此被有效地使用，因而提高沸腾冷却装置的冷却性能。
附图说明
通过下面参考附图做出的详细说明，本公开的上面的和其他的目的、特征和优点将变得更明显。在附图中：
图1为示出根据本公开的实施方式的沸腾冷却装置的示意性前视图；
图2为沿图1中的线II-II截取的示意性截面图；
图3为沿图2中的线III-III截取的示意性截面图；
图4为沿图2中的线IV-IV截取的示意性截面图。
具体实施方式
将参考图1至4解释根据本公开的实施方式的沸腾冷却装置。沸腾冷却装置安装在车辆中。在每个图中示出的上-下箭头表示当沸腾冷却装置被安装在车辆中时的竖直方向。
如图1和2所示，本实施方式的沸腾冷却装置由蒸发部1和具有冷凝部2的芯部3组成。蒸发部1对应于热交换器，热介质根据该热交换器通过电源卡100与热介质之间的热交换而蒸发，因而冷却该电源卡100。电源卡100为对应于被沸腾冷却装置冷却的冷却对象的电子部件。冷凝部2对应于另一热交换器，在蒸发部1处被蒸发的热介质在该另一热交换器处被冷凝以使得热介质的热量辐射到吹动的空气中。能够被蒸发和冷凝的水、酒精等被用作用于热介质的工作流体。
蒸发部1形成为用于在它的内部空间中储存液相热介质的容器形状。分隔件11设置在蒸发部1的内部空间中以将该内部空间划分为两个子空间，即第一子空间1a和第二子空间1b。分隔件11在竖直方向上从蒸发部1的上侧壁朝向下侧壁(底壁)延伸。
分隔件11的上侧端连接至蒸发部1的上侧壁。分隔件11的下侧端不连接至蒸发部1的底壁，而是与其上分开某一距离，以使得第一子空间1a和第二子空间1b通过形成在分隔件11的下侧端与蒸发部1的底壁之间的空间而彼此连通。在本实施方式中，第一子空间1a被制成为大于第二子空间1b。电源卡100容纳在第一子空间1a中。开口12形成在蒸发部1的上侧壁中。如下文所解释的，芯部3的流体通道板单元31的下侧端被***到开口12中并且牢固地固定于开口12。
芯部3布置在蒸发部1的上侧。布置蒸发部1和芯部3的方向与竖直方向(重力方向)一致。
芯部3具有多个流体通道板单元31和波状(折皱形)外翅片32。流体通道板单元31被组装到蒸发部1的上侧，使得每个流体通道板单元31沿竖直向上的方向上从蒸发部1的上侧延伸。每个外翅片32布置在相邻的流体通道板单元31之间并且被固定至相应的流体通道板单元31的外表面。每个流体通道板单元31在其中形成热介质通道，使得热介质在热介质通道中流动。外翅片32增加了来自鼓风机单元4的吹动空气(冷却空气)与流体通道板单元31之间的热传递面积。吹动空气也称为外部流体。
如图2所示，冷凝部2、蒸气通道5和连通通道6形成在每个流体通道板单元31的内部。在蒸发部1中蒸发的热介质沿向上的方向流动通过蒸气通道5到达连通通道6，连通通道6将蒸气通道5连接至冷凝部2。蒸气通道5的纵向方向以及冷凝部2的纵向方向与重力方向一致。外翅片32仅仅设置在流体通道板单元31的外表面上与冷凝部2对应的区域。换言之，外翅片32不设置在流体通道板单元31的外表面上与蒸气通道5对应的其他区域。
连通通道6布置在流体通道板单元31的上端并且使冷凝部2的上端与蒸气通道5的上端彼此连通。
更详细地，在流体通道板单元31的内部设置有分隔壁311以将该内部空间划分为两个空间，即，上游侧空间(冷凝部2)和下游侧空间(蒸气通道5)。冷凝部2和蒸气通道5沿由箭头指示的吹动空气方向上按该顺序布置。设置在流体通道板单元31中的分隔壁311的下端连接至设置在蒸发部1中的分隔件31的上端。设置在流体通道板单元31中的分隔壁311的上端连接至连通通道6。
通过分隔壁311在流体通道板单元31的内部形成并且布置在吹动空气方向上的下游侧的下游侧空间(蒸气通道5)与蒸发部1的第一子空间1a连通。下游侧空间形成蒸气通道5。另一方面，通过分隔壁311在流体通道板单元31的内部形成并且布置在吹动空气方向上的上游侧的上游侧空间与蒸发部1的第二子空间1b连通。上游侧空间形成冷凝部2。如上所述，当从吹动空气方向观察时，冷凝部2和蒸气通道5在每个流体通道板单元31中彼此重合。并且，冷凝部2在吹动空气方向上布置在蒸气通道5的上游侧。
根据本实施方式，蒸发部1的第一子空间1a与形成在流体通道板单元31的内部的蒸气通道5之间的连接部81在吹动空气方向上的宽度被制成为大于蒸发部1的第二子空间1b与形成在流体通道板单元31的内部的冷凝部2之间的连接部82在吹动空气方向上的宽度。
如图2和3所示，在冷凝部2的内部设置有内翅片21以促进吹动空气与热介质之间的热交换。更详细地，内翅片21在垂直于冷凝部2中的热介质的流体流的方向上具有波状。波状的内翅片21的顶部固定到冷凝部2的内壁，使得冷凝部2的内部空间(用于热介质的流体通道)被划分为用于热介质的多个子通道。
如图4所示，连通通道6在板层积方向上的宽度大于蒸气通道5在板层积方向上的宽度。换言之，流体通道板单元31上用于形成连通通道6的部分(后文中称为连通通道形成部61)在板层积方向上从流体通道板单元31上用于形成蒸气通道5的部分(后文中称为蒸气通道形成部51)向外突出。即，连通通道形成部61在板层积方向上朝向相邻的流体通道板单元31扩张。
如图3和4所示，在流体通道板单元31的连通通道形成部61中，在板层积方向上与相邻的流体通道板单元31的连通通道形成部61相对的位置形成有一对通孔62。多个流体通道板单元31在板层积方向上层积，使得流体通道板单元31的通孔62中的每一个与相邻的流体通道板单元31的通孔62重合。结果，相邻的流体通道板单元31的连通通道6彼此连通。
如图3所示，蒸气通道5的横截面积大于冷凝部2的横截面积。蒸气通道5在板层积方向上的宽度大于冷凝部2在板层积方向上的宽度。结果，相邻的流体通道板单元31的冷凝部2之间在板层积方向上的距离大于相邻的流体通道板单元31的蒸气通道5之间在板层积方向上的距离。
在流体通道板单元31的蒸气通道形成部51的外表面设置有热绝缘构件52，用于抑制蒸气通道5的内部与外部之间的热传递。热绝缘构件52在蒸气通道5的两侧设置。结果，蒸气通道5与吹动空气之间的热阻变得比冷凝部2与吹动空气之间的热阻高。
如图4所示，在流体通道板单元31的蒸气通道形成部51的外表面设置有一对加强肋312。更详细地，每个加强肋312设置在流体通道板单元31的外表面上并且具有在板层积方向上朝向相邻的流体通道板单元31突出的半圆形横截面形状。虽然未在图中示出，但加强肋312的顶部与相邻的流体通道板单元31的其他的加强肋312的顶部接触。加强肋312具有改善蒸气通道5的压力阻力的功能。结果，可避免当流体通道板单元31的内部压力增大时流体通道板单元31扩张并破裂的情形。
根据本实施方式，流体通道板单元31由一对板构件71和72组成，板构件71和72彼此固定以在板构件71和72之间形成热介质通道(冷凝部2、蒸气通道5以及连通通道6)。板构件71和72在板层积方向上层积，其中，外翅片32置于相邻的板构件71和72之间的每个空间中。如上所述，本实施方式的沸腾冷却装置具有拉伸的杯形结构。
在本实施方式的沸腾冷却装置中，蒸气通道5的横截面积大于冷凝部2的横截面积。由于蒸气通道5中的热介质的压力损失能够变得较小，所以可以增加热介质的循环性能。换言之，沸腾冷却装置的冷却性能能够改善。
在连通通道不在相邻的流体通道板单元之间彼此连通的沸腾冷却装置的情形中，各个流体通道板单元的蒸气通道之间的热介质的量可能变得不平衡。更详细地，当沸腾冷却装置倾斜时，热介质可流动到仅仅一些流体通道板单元的蒸气通道中，而热介质可能不流动到剩下的流体通道板单元的蒸气通道中。结果，在流体通道板单元的蒸气通道之间，热介质的量可能变得不平衡。在这种情形下，热介质不在热介质未流入的流体通道板单元的冷凝部中冷凝。换言之，不能够有效地使用所有的流体通道板单元，因此沸腾冷却装置的冷却性能降低。
另一方面，在本实施方式的沸腾冷却装置中，连通通道6在相邻的流体通道板单元31之间彼此连通。根据这种结构，即使是在热介质的量在相邻的流体通道板单元31的蒸气通道5之间变得不平衡的情形中，也可以通过连通通道6将热介质均等地分配到各个流体通道板单元31的每个冷凝部。结果，由于可以在流体通道板单元31的所有冷凝部2中使热介质冷凝，所以沸腾冷却装置的整个部分能够被有效地使用以增加其冷却性能。
此外，根据本实施方式的沸腾冷却装置，蒸气通道5与吹动空气之间的热阻大于冷凝部2与吹动空气之间的热阻。根据这种结构，可以抑制在蒸发部1中蒸发的热介质在蒸气通道5中冷凝。即，可以加强热介质的循环性能，因而加强沸腾冷却装置的冷却性能。
根据本实施方式的沸腾冷却装置，连通通道6设置在流体通道板单元31的上端。根据这种结构，可以在冷凝部2的沿竖直方向的整个区域中使热介质冷凝，因而改善沸腾冷却装置的冷却性能。
(其他实施方式和/或改型)
本公开不应当限于上面的实施方式，而是可以在不背离本公开的精神的情况下以如下的多种方式被修改。
(1)在上面的实施方式中，流体通道板单元31由一对板构件71和72组成，板构件71和72彼此固定以在其中形成热介质通道。并且，层积多个流体通道板单元31以形成芯部3，该芯部3形成为拉伸的杯形结构。然而，芯部3的结构不应当局限于拉伸的杯形结构。
例如，可使用所谓的罐和管结构。根据这种结构，冷凝部和蒸气通道形成在管中并且多个所述管连接至用于收集并分配热介质的罐(该罐对应本公开的连通通道6)。
(2)在上面的实施方式中，电源卡100(冷却对象)容纳在蒸发部1中。然而，电源卡100可设置在蒸发部1的外壁，其中，电源卡100热连接至该外壁。
(3)在上面的实施方式中，热绝缘构件52设置在流体通道板单元31的蒸气通道5的外表面，以使得蒸气通道5与吹动空气之间的热阻变得比冷凝部2与吹动空气之间的热阻高。然而，流体通道板单元31的蒸气通道形成部51可由绝热特性比流体通道板单元31上用于形成冷凝部2的部分的绝热特性高的材料制成。

Claims (14)

1.一种沸腾冷却装置，包括：
冷却对象(100)；
蒸发部(1)，所述蒸发部(1)用于通过利用所述冷却对象(100)与热介质之间的热交换蒸发所述热介质而冷却所述冷却对象(100)；
冷凝部(2)，所述冷凝部(2)用于通过所述热介质与外部流体之间的热交换而冷凝所述热介质，从而将所述热介质的热量辐射至所述外部流体；以及
蒸气通道(5)，所述蒸气通道(5)用于使在所述蒸发部(1)中蒸发的热介质移动至所述冷凝部(2)；
其中，所述沸腾冷却装置的特征在于：
所述冷凝部(2)使在所述冷凝部(2)中冷凝的热介质移动至所述蒸发部(1)；
所述冷凝部(2)和所述蒸气通道(5)布置成在所述外部流体的流动方向上彼此重合；
所述冷凝部(2)在所述外部流体的流动方向上布置在所述蒸气通道(5)的上游侧；并且
所述蒸气通道(5)的横截面积大于所述冷凝部(2)的横截面积。
2.根据权利要求1所述的沸腾冷却装置，还包括：
多个流体通道板单元(31)，所述多个流体通道板单元(31)中的每一个具有所述冷凝部(2)、所述蒸气通道(5)和用于使所述冷凝部(2)与所述蒸气通道(5)彼此连通的连通通道(6)；
其中，所述多个流体通道板单元(31)沿板层积方向层积，并且
其中，所述流体通道板单元(31)的蒸气通道形成部(51)在所述板层积方向上的宽度大于所述流体通道板单元(31)的用于所述冷凝部(2)的部分在所述板层积方向上的宽度。
3.根据权利要求2所述的沸腾冷却装置，其中：
所述连通通道(6)设置在所述流体通道板单元(31)的在竖直方向上的上端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的沸腾冷却装置，还包括：
外翅片(32)，所述外翅片(32)设置在所述冷凝部(2)的外侧以促进所述热介质与所述外部流体之间的热交换。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的沸腾冷却装置，还包括：
内翅片(21)，所述内翅片(21)设置在所述冷凝部(2)的内侧以促进所述热介质与所述外部流体之间的热交换。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的沸腾冷却装置，其中：
所述蒸气通道(5)与所述外部流体之间的热阻大于所述冷凝部(2)与所述外部流体之间的热阻。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的沸腾冷却装置，还包括：
加强构件(312)，所述加强构件(312)设置在相邻的所述流体通道板单元(31)之间以增加所述蒸气通道(5)的压力阻力。
8.一种沸腾冷却装置，包括：
冷却对象(100)；
蒸发部(1)，所述蒸发部(1)用于通过利用所述冷却对象(100)与热介质之间的热交换蒸发所述热介质而冷却所述冷却对象(100)；
冷凝部(2)，所述冷凝部(2)用于通过所述热介质与外部流体之间的热交换而冷凝所述热介质，从而将所述热介质的热量辐射至所述外部流体；以及
蒸气通道(5)，所述蒸气通道(5)用于使在所述蒸发部(1)中蒸发的热介质移动至所述冷凝部(2)；
其中，所述沸腾冷却装置的特征在于：
所述冷凝部(2)使在所述冷凝部(2)中冷凝的热介质移动至所述蒸发部(1)；
所述冷凝部(2)和所述蒸气通道(5)布置成在所述外部流体的流动方向上彼此重合；
所述冷凝部(2)在所述外部流体的流动方向上布置在所述蒸气通道(5)的上游侧；并且
所述沸腾冷却装置还包括多个流体通道板单元(31)，所述多个流体通道板单元(31)中的每一个具有所述冷凝部(2)、所述蒸气通道(5)和用于使所述冷凝部(2)与所述蒸气通道(5)彼此连通的连通通道(6)；
所述多个流体通道板单元(31)沿板层积方向层积，并且
相邻的所述流体通道板单元(31)的所述连通通道(6)彼此连通。
9.根据权利要求8所述的沸腾冷却装置，其中：
所述连通通道(6)设置在所述流体通道板单元(31)的在竖直方向上的上端。
10.根据权利要求8或9所述的沸腾冷却装置，还包括：
外翅片(32)，所述外翅片(32)设置在所述冷凝部(2)的外侧以促进所述热介质与所述外部流体之间的热交换。
11.根据权利要求8或9所述的沸腾冷却装置，还包括：
内翅片(21)，所述内翅片(21)设置在所述冷凝部(2)的内侧以促进所述热介质与所述外部流体之间的热交换。
12.根据权利要求8或9所述的沸腾冷却装置，其中：
所述蒸气通道(5)与所述外部流体之间的热阻大于所述冷凝部(2)与所述外部流体之间的热阻。
13.根据权利要求8或9所述的沸腾冷却装置，还包括：
加强构件(312)，所述加强构件(312)设置在相邻的所述流体通道板单元(31)之间以增加所述蒸气通道(5)的压力阻力。
14.一种沸腾冷却装置，包括：
填充有工作流体的蒸发部(1)；
分隔件(11)，所述分隔件(11)设置在所述蒸发部(1)中以将所述蒸发部的内部空间划分为第一子空间(1a)和第二子空间(1b)；
电子装置(100)，所述电子装置(100)容纳在所述第一子空间(1a)中，从而通过蒸发所述第一子空间(1a)中的工作流体而使所述电子装置(100)冷却；以及
芯部(3)，所述芯部(3)设置在所述蒸发部(1)的上侧并且具有多个流体通道板单元(31)；
其中，所述流体通道板单元(31)中的每一个包括：
一对板构件(71、72)，所述一对板构件(71、72)彼此固定以在其中形成流体通道(2、5、6)；
分隔壁(311)，所述分隔壁(311)用于将形成在所述一对板构件(71、72)之间的内部空间划分为上游侧空间(2)和下游侧空间(5)；以及
连通通道(6)，所述连通通道(6)在形成于所述一对板构件(71、72)之间的内部空间的上部形成，使得所述上游侧空间(2)和所述下游侧空间(5)彼此连通；
其中，所述下游侧空间(5)的下端连接至所述蒸发部(1)的所述第一子空间(1a)，使得在所述第一子空间(1a)中产生的工作流体的蒸气通过所述下游侧空间(5)向上移动至所述连通通道(6)；并且
其中，所述上游侧空间(2)的下端连接至所述蒸发部(1)的所述第二子空间(1b)，使得所述工作流体通过所述上游侧空间(2)从所述连通通道(6)流动至所述第二子空间(1b)。
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