CN1759284A - 混合类型的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可以通过相变、通风和对流执行冷却的混合类型冷却装置。

Description

混合类型的冷却装置
技术领域
本发明涉及用于冷却半导体集成电路等的冷却装置，具体而言，涉及采用基于移动流体的相变和散热片(fin)和/或者风扇的冷却***的混合(或者复合)冷却装置。
背景技术
由于朝向半导体装置的大规模集成的趋势，设计规则的减小，并且由此构成半导体装置的电子装置的线宽变窄、尺寸较小和较高性能的电子装置由于每单位面积的晶体管的较大数目而被实现，但是这导致每单位面积的半导体装置的散热比增加。散热比的增加恶化了半导体装置的性能并缩短了其寿命周期，并最终减小了采用半导体装置的***的可靠性。特别在半导体装置中，参数很容易通过操作温度所影响，并且由此进一步恶化了集成电路的属性。
响应于散热比的增加，诸如散热片—扇、珀耳帖效应(peltier)、喷水口、浸没、热管类型的冷却器等的冷却技术被研发，这是公知的。
使用散热片和/或者扇强制冷却装置的散热片—扇类型的冷却器已经用了几十年了，但是由于其较大的体积，而具有诸如噪音、振动和较低的冷却效率的一些缺陷。尽管珀耳帖效应类型冷却器不产生噪音或者振动，但是它的问题在于它在热节点上根据能量守恒原理需要太多的散热装置，这需要较大的驱动功率。喷水口类型的冷却器在冷却装置中由于其效率而是主流的研究，但是其结构由于使用通过外部电源所驱动的薄薄膜泵而较为复杂，并且其被重力显著地所影响，以及问题在于当应用到个人移动电子装置时难于实现健壮设计。
由于上述问题，热管类型的冷却器最近广泛应用于不同的形状，与散热片—扇类型冷却器一起作为紧凑类型的冷却装置，因为其优点在于其结构简单并且很容易制造。即，如图1所示，传统的组合热管和散热器—扇的冷却装置10包括在一端接触热源20的热管12、多个设置在热管12的另外一端上的散热片14，和设置靠近散热片14的扇16，由此从热源20所吸收的热通过散热片14所散发。
在使用这样的热管的冷却装置10中，由于气体和液体的流动方向彼此相反，当较大量的热被施加到热管时其蒸干，因为从冷凝部分回到蒸发部分的液体由于所产生的气体的速度被再次抽吸到气体传输部分，这样其最终不能回到蒸发部分。此外，还有个问题在于由于蒸发制冷剂依赖于热管中的浮力和压力之间的差异而被传输其安装位置显著受限，并且热管中的液化的制冷剂由于返回部分的介质的尺寸和结构而依赖于重力。
此外，由于通过诸如最新的CPU的较高集成半导体装置所产生的热量很大，以至于传统的冷却装置不能处理热，即使组合热管和散热片—扇的冷却装置可以只在设有三个或者四个热管12和两个或者多个扇16时可以进行冷却。如果元件如上所述增加，所述装置的尺寸变得太大，除了噪音和功率消耗由于大量的扇16而显著地增加，这样其不再有用。传统的热管类型的冷却器的缺点如上所述在于它们本身的热传输损耗与在相变介质上的热传输相比迅速降低，因为其通过较大面积的散热片传输热，即使利用流体的相变。
发明内容
为了解决这个问题，本发明用于提供一种用于执行在相变的过程中通过潜热和通过通风以及对流执行冷却的紧凑类型混合冷却装置。
此外，本发明的另外的目的是提供一种紧凑类型的混合冷却装置，其能够通过最小化通过散热片的热传输的损耗而能够在混合冷却装置被设置在散热片之间时而改良冷却性能。
此外，本发明的另外的目的是提供一种紧凑类型的混合冷却装置，其能够不管重力效应而执行冷却。
此外，本发明的另外的目的是提供一种紧凑类型的冷却装置，其没有安装位置的限制。
为了实现上述目的，用于从外部热源冷却热的混合冷却装置包括：相变冷却器，其中能够相变的制冷剂的循环回路被形成，相变冷却器，其包括在一侧上的分支部分，以及设置在相变冷却器的分支部分中的扇，其中相变冷却器包括形成在相变冷却器的一端上的蒸发部分，液态的制冷剂通过毛细作用被聚集在至少蒸发部分的一部分中，以及被聚集的液体制冷剂通过来自外部热源所传输的热所蒸发，气体制冷剂传输部分，形成相邻于蒸发部分，被蒸发的制冷剂朝向分支部分传输，形成相邻于其它制冷剂传输部分的冷凝部分，作为分支部分的至少一部分并分为至少两个分支，气态制冷剂被冷凝为液态，液态制冷剂传输部分被形成相邻于冷凝部分作为分支部分的至少一部分并从蒸发部分热绝缘，液化的制冷剂朝向蒸发部分传输，以及热绝缘部分，所述热绝缘部分用于热绝缘至少来自液态制冷剂传输部分的蒸发部分的一部分。
附图说明
图1示意显示了传统的热管类型冷却装置的示例；
图2显示了根据本发明的第一实施例的混合冷却装置的分解透视图；
图3显示了图2中混合冷却装置200的透视图；
图4a是显示了根据本发明的第二实施例的混合冷却装置200的透视图；
图4b显示了图4a中的混合冷却装置200的冷凝部分的放大透视图；
图5a显示了根据本发明的第三实施例的混合冷却装置220的透视图；
图5b是图5a中的混合冷却装置220的侧视图；
图6a显示了根据本发明的第四实施例的混合冷却装置230的透视图；
图6b是图6a中的混合冷却装置230中的侧视图；
图7显示了根据本发明的第五实施例的混合冷却装置的水平横截面视图；
图8显示了根据本发明的第六实施例的混合冷却装置的水平横截面视图；
图9显示了根据本发明的第七实施例的混合冷却装置的水平横截面视图；
图10显示了根据本发明的第八实施例的混合冷却装置的水平横截面视图；
图11显示了根据本发明的第九实施例的混合冷却装置的水平横截面视图；
图12a、12b显示了根据本发明的第十、第十一实施例的混合冷却装置的水平横截面视图；
图13a、13b显示了根据本发明的另外的实施例的混合冷却装置。
具体实施方式
此后，将参照附图详细说明本发明的实施例。
图2显示了根据本发明的第一实施例的混合冷却装置的分解透视图。如图2所示，此实施例的混合冷却装置100包括相变冷却器112，其中在包括中空环形的形状的部分(此后，“分支部分”)的循环回路的至少一部分上形成能够相变的循环回路，以及扇120，扇120被设置在相变冷却器的分支部分的中空中。
相变冷却器112的壳体可以由诸如Si、Ga等的半导体材料、诸如自组装单层(SAM)的新物质层压材料、诸如Cu、Al等的具有较高传导的金属和/或者合金、陶瓷、诸如塑料的高分子物质、诸如金刚石的晶体材料所制造。特别地，在作为外部热源类型的半导体芯片的情况下，壳体可以由于外源的表面相同的材料所形成以最小化热接触阻抗。在相变冷却器112由半导体所制造的情况下，壳体可以作为具有在制造半导体芯片的工艺的过程中与外源的表面一体作为单件形成。
接着，将被注入到相变冷却器112的制冷剂由于外部的热可以从能够在液体和气体状态之间相变的物质所选择。在此实施例中，优选地使用潜热和表面张力与制冷剂一样高的水，因为不使用任何CFC作为制冷剂在考虑到环境污染中是理想的。此外，由于制冷剂和相变冷却器112之间的表面张力依赖于壳体的材料改变，必须选择适当的制冷剂。例如，诸如甲醇、乙醇等的一系列酒精之一可以用作制冷剂，除了水之外。在水或者酒精作为制冷剂的情况下，优点在于较大量的热可以由于其热容比较大而被传输，并且通过与半导体的内壁的表面张力的接触角较小，这样制冷剂的流速变得较高。此外，水或者酒精作为制冷剂，与CFC不同，不导致任何的环境污染，即使其从相变冷却器112由于任何原因被泄漏。
制冷剂的选择只是用于实施本发明的一种选项，但是不是为了限制本发明。
如图2所示，相变冷却器112包括蒸发部分104，其形成在一端上，液态制冷剂通过毛细作用而聚集，并且聚集的液态制冷剂通过来自外部热源所传输的热所蒸发，气体制冷剂传输部分106，其被形成相邻于蒸发部分104，蒸发的制冷剂通过压力差所传输，冷凝部分108，所述冷凝部分108被形成相邻于气态制冷剂传输部分106并分为两个分支，气体制冷剂被冷凝为液态，液体制冷剂传输部分102和110被形成相邻于冷凝部分108并从蒸发部分104热绝缘，液态制冷剂朝向蒸发部分104所传输。在此实施例中，冷凝部分108和液态制冷剂传输部分110构成分支部分。
相变冷却器112内的制冷剂在如图2所示的箭头的方向上形成循环回路。换言之，制冷剂顺序通过蒸发部分104、气态制冷剂传输部分106、冷凝部分108、液态制冷剂传输部分110、和液态制冷剂传输部分102循环。
可选地，相变冷却器112可以进一步包括其体积适于在液体制冷剂传输部分102、110中存储预定量的液体制冷剂的制冷剂存储部分(未示出)。例如，靠近蒸发部分的液体制冷剂传输部分102的一部分可以被用于制冷剂存储部分。
蒸发部分104相邻于靠近蒸发部分的液态制冷剂传输部分102的一端(“出口侧”)，以及多个微小的通道被形成在蒸发部分104中，这样所有的或者一部分微小的通道通过毛细作用被填充存储在靠近蒸发部分的液态制冷剂传输部分102中的制冷剂。以及蒸发部分104被设置相邻于外热源(未示出)，并且由此通过来自热源的所传输的热聚集在微小的通道中的液态制冷剂被蒸发，这样其改变为气态。相应地，来自热源的热被吸收到制冷剂与制冷剂的相变所导致的相同的潜热，并且来自热源的热可以通过冷凝气体制冷剂所减少，如下所述。
优选地，微小通道中的表面张力大于重力。此外，聚集在微小通道中的液态制冷剂的弯月面的接触角越小，其更为优选。为了这样做，优选地，微小通道的内壁被形成或者通过亲水材料所处理。例如，亲水材料处理通过电镀、涂布、着色、阳极电镀、等离子处理、激光处理等来执行。此外，微小通道的内壁的表面粗糙度可以被调整以改良热传输率，其优选地在大约1-100μm。
此外，微小通道的横截面可以是圆形、椭圆形、矩形、方形、多边形等。特别地，制冷剂的表面张力的大小可以通过增加或者减小纵向方向(即，X轴)上的微小通道的横截面所控制，并且制冷剂的传输方向和速率也可以通过在内壁上形成多个槽或者节点来控制。
接着，在蒸发部分104内蒸发的制冷剂在相对的方向上传输到靠近蒸发部分的液态制冷剂传输部分102，以及气态制冷剂传输部分106被形成相邻于蒸发部分104以用作气体制冷剂被传输的通道。如图中所示，气态制冷剂传输部分106可以包括多个引导件118，这样蒸发的制冷剂可以在预定的方向上传输(即在与液态制冷剂传输部分102相对的方向上)。引导件118可以具有增加相变冷却器112的机械强度的功能。相应地，引导件118可以不被包括，如果机械强度没有问题的话。
冷凝部分108是气体制冷剂通过气态制冷剂传输部分106被再次冷凝和液化而向内传输的气态制冷剂的区域。在此实施例中，冷凝部分108具有环形形状，所述环形具有在相同平面上从蒸发部分104分开的两个分支。如图中所示，冷凝部分108在分支部分上具有两个分支，这样扇120可以设置在它们之间。当扇120旋转以带入来自冷凝部分108外部的空气时，来自到达冷凝部分108的气态制冷剂的热可以很容易散发，这导致制冷剂被冷凝和液化。
尽管冷凝部分108在此实施例中为带有两个分支的环形形状，分支部分整体可以具有菱形的形状(参考图13)。由于扇120被设置在分支之间，可以实现用于增加散热效率的结构。
同时，冷凝部分108可以包括与形成在蒸发部分104中的微小通道相似的多个微小通道(未示出)。如下所示，冷凝部分108的微小通道可以被形成以延伸到液态制冷剂传输部分110，并进一步至靠近蒸发部分的液态制冷剂传输部分102。冷凝部分108的微小通道使得制冷剂的冷凝变得容易，并且提供表面张力至制冷剂，所述表面张力导致液化的制冷剂朝向靠近蒸发部分的液态制冷剂传输部分102传输，以加速制冷剂循环回路的完成。
冷凝部分108的微小通道的深度优选地比蒸发部分104的微小通道要更深，但是不限于此。此外，横截面的形状和改变，槽的形成或者冷凝部分108的微小通道的节点将不再详细说明，因为它们与蒸发部分104的微小通道相似。
此外，为了增加散热的效率，多个散热片可以形成在相变冷却器112的冷凝部分108之外，(参照图4-6)。散热片在冷凝部分108之外具有径向形状或者其它形状。由扇120所带来的空气接触彼此相向的散热片的内壁，这最大化了散热效率。可选地，多个相变冷却器112可以被层压，并且在此情况下，层压的相变冷却器112在其间设有散热片。由于散热片内的温度分布是均匀的，冷却性能可以进一步改良。
此外，如果散热片包括微启动器，围绕冷却装置的空气可以利用从冷凝部分108所散发的热所循环。如果散热片具有包括热电转换装置的微小结构，从冷凝部分108所散发的热被转换为电力，这可以用作微驱动的能量。
此外，冷却部分108的体积可以比蒸发部分104的体积更大，这可以通过表面区域的放大实现冷凝的额外的效果。
液态制冷剂传输部分110围绕冷凝部分108所设置，并形成通道，在冷凝部分108中冷凝的液化的制冷剂通过所述通道朝向靠近蒸发部分的液态制冷剂传输部分102所传输。如图中所示，液态制冷剂传输部分110热绝缘并从气态制冷剂传输部分106、冷凝部分108和蒸发部分104通过热绝缘部分116分离。
热绝缘部分116可以形成作为相变冷却器112之内的隔板，内部密封在相变冷却器112中的空间，或者垂直穿透相变冷却器112的开口。如果热绝缘部分116是内部密封在相变冷却器112中的空间，其可以是真空状态或者填充诸如空气的绝缘物质。
如图中所示，液态制冷剂传输部分110优选地沿着相变冷却器112的纵向方向是对称的。通过沿着相变冷却器112的纵向方向对称形成的制冷剂循环回路是散热非常有利的结构，如果其具有薄板的形状的话，即其截面的长度—宽度比较大，这样冷却装置100利用较大的表面区域可以迅速散发来自热源所传输的热。
此双向制冷剂循环回路的优点在于即使液态制冷剂传输部分110中的制冷剂循环之一由于依赖于冷却装置100的安装位置的重力的效应而没有适当地执行，其它的制冷剂循环可以被保持。
液态制冷剂传输部分110可以包括微小的通道以不受重力的影响，多个槽(未示出)可以在朝向液态制冷剂传输部分102的方向上形成为微小通道。
同时，多个引导件(未示出)可以被形成以在靠近蒸发部分的液态制冷剂传输部分102和液态制冷剂传输部分110之间的边界以及冷凝部分108和液态制冷剂传输部分110之间的边界上限定液化的制冷剂的传输方向，由此由于制冷剂的流路径迅速弯曲所发生的制冷剂的阻力可以被减小。
图3显示了图2中的混合冷却装置100的分解透视图。如图3所示，相变冷却器112包括下壳体112a和上壳体112b。如结合图2所描述的结构被形成在下壳体112a中，然后外形相同的上壳体112b优选地被粘结。可选地，与下壳体112a相同的结构也可以被形成在上壳体112b中。
本发明的另外的实施例将详细参照图4-6进行详细说明。
图4a显示了根据本发明的第二实施例的混合冷却装置200的透视图。图4b显示了混合冷却装置200的冷凝部分的放大的透视图。如图所示，多个相变冷却器100a、100b和100c在此实施例中垂直安置。来自外部热源的热在较厚的箭头的方向上被传输到分别对应相变冷却器100a、100b和100c的蒸发部分的区域中。对于此，热传输物质可以被***到相变冷却器100a、100b和100c之间。
在此实施例中，多个散热片202被径向形成在相变冷却器100a、100b和100c的冷凝部分之外，并且扇120被设置在中间空间中。相应地，与传统的热管模块不同，散热片之内的温度分布被均匀地保持，这最大化了冷却性能。此多层混合冷却装置200可以相当地增加外热源的冷却效率。
接着，图5a显示了根据本发明的第三实施例的混合冷却装置220的透视图，图5b是图5a中的混合冷却装置220的侧视图。如图所示，此实施例中的冷却装置220通过粘结包括制冷剂存储部分和如图4a所示的相变冷却器100a、100b和100c的蒸发部分所形成。包括冷凝部分的部分没有粘结而是分离以通过扇120最大化通风效果，并且最下和中间层的相变冷却器的侧结构相应地修改一点。
同时，在此实施例中，靠近蒸发部分的液态制冷剂传输部分和蒸发部分可以形成在相同而不是独立形成，每个包括在三层相变冷却器中。在此情况下，预定的区域在蒸发部分或者气态制冷剂传输部分上垂直分支。如果蒸发部分是相同的，朝向各相变冷却器的流动路径(未示出)被形成在蒸发部分和气态制冷剂传输部分之间，这样在蒸发部分中蒸发的制冷剂朝向各层传输。
接着，图6a显示了根据本发明的第四实施例的混合冷却装置230的透视图，图6b是图6a中的混合冷却装置230的侧视图。在此实施例中，图5a中所示的散热片的尺寸在最上和下相变冷却器的轮廓之内调节。相应地，冷却装置230可以很容易安装。
如上所述的此发明的混合冷却装置可以通过不同的方法所制造，公知的诸如MIM(金属注射成形)、MEMS(微机电***)、SAM(自组装单层)等。
在MIM中，刻有相变冷却器112的形状的上、下模具首先形成，包含作为粘接剂的聚合物和金属粉末的熔化材料被注射到各模具中，被模制体从模具分离，粘接剂通过溶剂和热处理所消除，最后，上下壳体通过诸如铜焊的金属粘结所粘结。
可选地，在参照图2、3制造半导体的冷却装置的情况下，相变冷却器112的下壳体112a的表面被蚀刻以形成蒸发部分104，微小通道、气态制冷剂传输部分106、冷凝部分108和液态制冷剂传输部分102、110。然后，上壳体112b被形成以响应下壳体112a具有规则图案，然后它们被粘结。例如，在它们彼此粘结之后，阳极粘结可以通过对它们施加电压所执行。然后，预定量的制冷剂比***到制冷剂***孔(未示出)中，所述制冷剂***孔被形成在与真空状态中的靠近蒸发部分的液态制冷剂传输部分102相邻的相变冷却器112上，制冷剂***孔被密封。
接着，图7显示了第五实施例的混合冷却装置700的水平横截面视图。如附图所示，此实施例的冷却装置700的相变冷却器712具有作为整体闭合的环的结构，分支的两端(限制为虚线盒)彼此连接。同样在此情况下，制冷剂循环回路与图2中所描述的相同，原理和效果也是相同的。因此，它们将不被详细说明。
尽管图7显示了此实施例的相变冷却器712没有包括第一实施例的相变冷却器112的引导件118，引导件118根据其设计可以包括也可以不被包括。
接着，图8显示了根据本发明的实施例的混合冷却装置800的水平横截面视图。如图中所示，在此实施例的冷却装置800中，吸收来自外部热源(未示出)的热并蒸发液态制冷剂的蒸发部分104被设置相邻于靠近相变冷却器812的中心的分支部分。
根据此实施例，分支部分包括冷凝部分108，所述冷凝部分108冷凝和液化气态制冷剂，和液体制冷剂传输部分110，液化的制冷剂在所述液态制冷剂传输部分110上再次朝向蒸发部分104传输。相应地，蒸发部分104被设置在气态制冷剂传输部分106和分支部分之间。由于这种结构，被蒸发的制冷剂从蒸发部分104传输到分支部分的相对侧，然后沿着壳体的周长到达分支部分。设置在分支部分的中空部分中的扇120循环所环绕的空气，然后到达分支部分的气态制冷剂被冷凝和液化。相应地，在此实施例中，冷凝气态制冷剂的冷凝部分108围绕分支部分所形成。
特别在此实施例中，尽管用于将液态制冷剂传输部分110和蒸发部分104绝缘的热绝缘部分没有额外地形成，循环制冷剂也没有问题。换言之，从气态制冷剂传输部分106流动的气态制冷剂最终到达分支部分，并且扇120从气态制冷剂取走热以将其冷凝。
液化的制冷剂连续沿着围绕分支部分和液态制冷剂传输部分110的冷凝部分108所传输，然后再次回到蒸发部分104。冷凝部分108和液态制冷剂传输部分110通过隔板810所分段。隔板810可以根据设计额外地用作热绝缘部分。
由于通过扇120连续循环的周围空气接触蒸发部分104的分支部分，外部的热源本身可以直接冷却。
同样在此实施例中，分支的两端可以彼此连接。此外，尽管图8显示了此实施例的相变冷却器812不包括第一实施例中的相变冷却器112的引导件118，引导件118可以被包括或者不被包括，这依赖于其设计。
接着，图9显示了根据本发明的第七实施例的混合冷却装置800的水平横截面视图。如图所示，此实施例中的冷却装置900的相变冷却器912具有分支所连接的闭合环形，并具有非对称的单向循环结构而不是对称的循环回路。
换言之，相变冷却器912包括形成在一端上的蒸发部分104、气态制冷剂传输部分106，被蒸发的制冷剂在预定的方向上从蒸发部分104传输，环形形状的分支部分108，所述环在中间具有空间，向内流动的气态制冷剂在一端冷凝并且被冷凝的液体制冷剂在预定的方向上传输并流出另外一端，以及液态制冷剂传输部分102，所述液态制冷剂传输部分102相邻于液态制冷剂朝向蒸发部分104连续传输的分支部分108的另外一端所形成。蒸发部分104和气态制冷剂传输部分106从液态制冷剂传输部分102通过隔板116所分离。隔板116被形成用作热绝缘部分。
此实施例的冷却装置100与第一实施例的相似，除了制冷剂循环回路是不对称的，热源设置在蒸发部分之下，有一点超出壳体的中间，这样来自热源的热可以被吸收到蒸发部分104，并且这样其将不被详细说明。
接着，图10显示了根据本发明的第八实施例的混合冷却装置1000的水平横截面视图。如图所示，此实施例的冷却装置1000的相变冷却器1012具有与第七实施例的相变冷却器912的相对方向上的制冷剂循环回路。
换言之，蒸发制冷剂的蒸发部分104被形成在与分支部分108相邻的区域中，这样蒸发制冷剂在与分支部分108相对的方向上传输，由此蒸发制冷剂通过气态制冷剂传输部分106流入分支部分108的一端。向内流动的制冷剂通过形成在分支部分108的中空部分中的扇120的空气循环所形成。液化的制冷剂通过分支部分108再次流入蒸发部分104。
同样在此实施例中，如图8所示，蒸发部分104被设置相邻于扇120，这样通过扇120所循环的周围空气可以冷却外热源本身。此外，外热源优选地设置在蒸发部分104之下。
接着，图11显示了根据本发明的第九实施例的混合冷却装置1100的水平横截面视图。同样如图所示，此实施例中的冷却装置1100包括一对相变冷却器1112a、1112b，每个具有一端以预定的角度弯曲，以至少形成中空分支部分的一部分。根据此实施例，一对相变冷却器1112a、1112b的弯曲部分在安装时形成分支部分。扇120被安装在分支部分的中空中。
如图11中所示，此实施例的各相变冷却器1112a和1112b是热管。在这种情况下，由于所述一对热管1112a、1112b本身的每个用作基于相变的冷却器，其可以吸收和从外部热源散发热。此外，根据此发明，由于一部分冷却器，即，冷凝发生的区域(如图108中虚线所示)具有通过预定的角度所弯曲的环形形式，并且扇120被安装在中间的空间中以循环周围的空气，这就可以比传统的热管实现更大的散热能力。
所述一对相变冷却器1112a、1112b的每个没有必要是热管。这样的实施例显示在图12a中。图12a显示了根据本发明的第十实施例的混合冷却装置1200的水平横截面视图。当安装时，此实施例的冷却装置1200也包括一对构成中间具有空间的分支部分的相变冷却器1212a、1212b，以及设置在构成一对相变冷却器1212a、1212b的分支部分的中间空间中的扇120。此外，在此实施例中每个相变冷却器1212a、1212b在其端部上(“一端”)具有以预定的角度弯曲的部分108、110，在其上形成能够相变的制冷剂的循环回路，并包括蒸发部分104，液态制冷剂通过毛细作用至少聚集在其一部分中并且被聚集的液态制冷剂通过来自外部热源(未示出)的热所蒸发，气态制冷剂传输部分106，所述气态制冷剂传输部分106被形成相邻于被蒸发的制冷剂朝向一端108、110传输的蒸发部分104，冷凝部分108，所述冷凝部分108设置相邻于气态制冷剂传输部分106并至少形成一端的一部分，气态制冷剂流入其一侧并被冷凝，液态制冷剂传输部分110，液态制冷剂传输部分110设置相邻于冷凝部分108并形成至少一端的一部分，液态制冷剂朝向蒸发部分104传输，以及用于至少部分将蒸发部分104从液态制冷剂传输部分110绝缘的热绝缘部分106。
同时，图2b显示了根据本发明的第十一实施例的混合冷却装置1200’的水平横截面视图。在此实施例中，与图7所示的第五实施例相似，分支的两端彼此连接。同样在此实施例中，制冷剂循环与第十实施例的相同。
相应地，这些实施例的冷却装置1200和1200’主要具有图2、9所示的实施例的冷却装置的优点。此外，根据这些实施例，由于蒸发部分被单独上下形成，来自单独安装的多个热源的热可以被散发。此外，由于第十和第十一实施例中的相变冷却器的蒸发部分被形成彼此相邻，较大区域的热源可以被冷却。其它的内部结构适应蒸发部分的位置改变而被改变。
同时，第十和第十一实施例的蒸发部分104被形成在分支部分侧上，由此如图8所示的相变冷却器800的效果也可以被实现。换言之，此情况下的冷却装置(未示出)也包括一对相变冷却器，其形成了具有在中间的空间的分支部分，并且扇被安装在通过一对相变冷却器所形成的分支部分的中间空间中。此外，此实施例的各相变冷却器具有一端通过预定的角度所弯曲，在其上形成能够相变的制冷剂的循环回路，并包括蒸发部分，液态制冷剂通过毛细作用被聚集在至少所述蒸发部分的一部分上，并且被聚集的液态制冷剂通过来自外部热源的热所蒸发，气态制冷剂传输部分，所述气态制冷剂传输部分形成相邻于蒸发部分，被蒸发的制冷剂在与被弯曲的一端的相对方向上被传输，冷凝部分，所述冷凝部分被设置相邻于弯曲的一端并形成在被弯曲的一端的至少一部分上，气态制冷剂流入其一侧并被冷凝，以及设置相邻于冷凝部分并形成至少弯曲的一端的一部分的液态制冷剂传输部分，液态制冷剂朝向蒸发部分被传输。
此实施例的冷却装置主要具有图2、10所示的实施例的冷却装置的优点。此外，根据此实施例，由于蒸发部分上下单独形成，来自被单独安装的多个热源的热可以被散发。此外，由于此实施例中的相变冷却器的蒸发部分被形成彼此相邻，较大区域的热源可以被冷却。其它的内部结构适应蒸发部分的位置改变而被改变。
如图7-12所示的冷却装置，与图2所描述的冷却装置100相似，也可以形成作为多层的相变冷却器。此外，分支部分也可以设有多个散热片以改良冷却效率。
此外，气态制冷剂可以冷凝部分或者相变冷却器的液相制冷剂传输部分中的气泡的形式存在。这些气泡在冷凝部分中出现较多，并且为了区别它们，它们被单独以阴影部分所显示并具有波浪的区域，但是区域的分离不限于此视图。
此外，与蒸发部分相似的微小通道可以形成在冷凝部分中或者液态制冷剂传输部分中，由此冷凝和液相制冷剂可以很容易传输。
接着，图13a-13f显示了根据本发明的其它实施例的冷却装置。如图所示，本发明的冷却装置的分支部分不限于圆形环的形状并可以是线性的形状(参照图13a-13d)，具有一端开口或者闭合(参考图13b、13c、13e和13f)的菱形形状等。相应地，分支部分的形状只是设计中的可选项，并且这样明显地本发明的技术思想不限于分支部分的特定的形状。
尽管对本发明的一些实施例进行了说明，普通技术人员可以理解在不背离本发明的精神和原则的情况下可以对本发明进行修改和变化，其范围由所附权利要求书所限定。例如，尽管微小通道在上述的实施例中是线性的，它们可以是弯曲的，并且热绝缘部分116的尺寸以及形状可以适当设计。
工业应用性
根据本发明冷却基于相变中的潜热和通风以及对流所执行。
此外，根据本发明，由于多个相变冷却器在各层的散热片之间层压以最大化散热片的冷却效率，冷却性能即使使用与传统的散热片相同面积的散热片也显著地改良。
此外，根据本发明，就可以提供一种紧凑混合冷却装置，其能够不管其重力进行其冷却性能。
此外，根据本发明，就可以提供紧凑类型的冷却装置，而不限制其安装位置或者地点。
此外，根据本发明，由于制冷剂自然循环，很难受到重力所影响，如果蒸发和冷凝部分之间的微小通道中的表面张力比重力较大，安装的位置和方法不受限制。
此外，根据本发明由于热绝缘部分热和物理地将液态制冷剂传输部分与气态制冷剂传输部分所绝缘，制冷剂流可以被稳定化，并且冷却效率可以被改良。
此外，根据本发明，液态制冷剂传输部分沿着冷却装置的两个侧周所设置并且双向循环回路被形成，由此增加了制冷剂的超冷却，并且如果制冷剂不能适当地在液态制冷剂传输部分中由于重力头的原因而适当地循环，制冷剂流经相对的液态制冷剂传输部分，由此增加了冷却效率。

Claims (28)

1.一种用于冷却来自外部热源的热的混合冷却装置，包括：
相变冷却器，能够相变的制冷剂的循环回路在其中被形成，所述相变冷却器包括在其一侧上的分支部分；以及
扇，所述扇设置在所述相比冷却器的分支部分中；
其中所述相变冷却器包括：
蒸发部分，所述蒸发部分形成在所述相变冷却器的一端上，所述液态制冷剂通过毛细作用在所述至少蒸发部分的一部分上所聚集，并且所聚集的液态制冷剂通过来自外部热源所传输的热所蒸发；
气态制冷剂传输部分，其形成相邻于所述蒸发部分，所述被蒸发的制冷剂朝向所述分支部分被传输；
冷凝部分，所述冷凝部分被形成相邻于作为至少所述分支部分的一部分的气态制冷剂传输部分并分为至少两个分支，所述气态制冷剂被冷凝为液态；
液态制冷剂传输部分，所述液态制冷剂传输部分形成相邻于所述冷凝部分作为所述分支部分的至少一部分并从所述蒸发部分热绝缘，所述液化制冷剂朝向所述蒸发部分传输；以及
热绝缘部分，用于从所述液态制冷剂传输部分热绝缘至少一部分所述蒸发部分。
2.根据权利要求1所述的混合冷却装置，其特征在于，至少一部分所述液态制冷剂传输部分是用于存储所述液态制冷剂的制冷剂存储部分。
3.根据权利要求1所述的混合冷却装置，其特征在于，所述气态和液态制冷剂传输部分通过所述热绝缘部分彼此分离。
4.根据权利要求1所述的混合冷却装置，其特征在于，所述液态制冷剂传输部分包括至少一个微小通道，其在所述液态制冷剂和所述液态制冷剂传输部分的内壁之间的表面张力被设置大于重力。
5.根据权利要求1所述的混合冷却装置，其特征在于，所述气态制冷剂传输部分包括多个用于将所述气态制冷剂朝向所述冷凝部分传输的引导件。
6.根据权利要求1所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括多个散热片，所述散热片适应所述冷凝部分形成在所述相变冷却器之外的区域上。
7.根据权利要求6所述的混合冷却装置，其特征在于，至少所述散热片的一部分上的X-Y平面上的横截面是弯曲的。
8.根据权利要求1所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括至少所述相变冷却器之一，
其中所述相变冷却器具有公用的所述蒸发部分。
9.根据权利要求8所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括从所述蒸发部分形成的制冷剂流路径并垂直分支以朝向各所述相变冷却器传输所述公用的蒸发部分中蒸发的所述气态制冷剂。
10.根据权利要求8所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括从所述气态制冷剂传输部分所形成的制冷剂流路径并垂直分支以朝向各所述相变冷却器传输在所述公用的蒸发部分中蒸发的所述气态制冷剂。
11.根据权利要求1所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括至少所述相变冷却器之一，
其中所述相变冷却器的所述蒸发部分被热学地彼此连接。
12.根据权利要求1所述的混合冷却装置，其特征在于，所述分支部分的分支的端部彼此连接以形成闭合的环。
13.一种用于冷却来自外部热源的混合冷却装置，包括：
相变冷却器，其中能够相变的制冷剂的循环回路被形成，所述相变冷却器包括在一侧上具有至少两个分支的分支部分；以及
扇，所述扇被设置在所述相变冷却器的所述分支部分中；
其中所述相变冷却器包括：
蒸发部分，所述蒸发部分形成相邻于所述分支部分，所述液态制冷剂通过毛细作用在所述至少蒸发部分的一部分上所聚集，并且所聚集的液态制冷剂通过来自外部热源所传输的热所蒸发；
气态制冷剂传输部分，其形成相邻于所述蒸发部分，所述被蒸发的制冷剂在所述分支部分的相对方向上传输；
冷凝部分，所述冷凝部分被形成在所述分支部分中，所述气态制冷剂向内流动并冷凝为液态；以及
液态制冷剂传输部分，所述液态制冷剂传输部分形成相邻于所述冷凝部分，所述液化的制冷剂朝向所述蒸发部分传输。
14.根据权利要求13所述的混合冷却装置，其特征在于，至少一部分所述液态制冷剂传输部分是用于存储所述液态制冷剂的制冷剂存储部分。
15.根据权利要求13所述的混合冷却装置，其特征在于，所述液态制冷剂传输部分包括至少一个微小通道，其在所述液态制冷剂和所述液态制冷剂传输部分的内壁之间的表面张力被设置大于重力。
16.根据权利要求13所述的混合冷却装置，其特征在于，所述气态制冷剂传输部分包括多个用于将所述气态制冷剂朝向所述冷凝部分传输的引导件。
17.根据权利要求13所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括多个散热片，所述散热片适应所述冷凝部分形成在所述相变冷却器之外的区域上。
18.根据权利要求17所述的混合冷却装置，其特征在于，至少所述散热片的一部分上的X-Y平面上的横截面是弯曲的。
19.根据权利要求13所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括至少所述相变冷却器之一，
其中所述相变冷却器具有公用的所述蒸发部分。
20.根据权利要求19所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括从所述蒸发部分形成的制冷剂流路径并垂直分支以朝向各所述相变冷却器传输所述公用的蒸发部分中蒸发的所述气态制冷剂。
21.根据权利要求19所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括从所述气态制冷剂传输部分所形成的制冷剂流路径并垂直分支以朝向各所述相变冷却器传输在所述公用的蒸发部分中蒸发的所述气态制冷剂。
22.根据权利要求13所述的混合冷却装置，其特征在于，还包括至少所述相变冷却器之一，
其中所述相变冷却器的所述蒸发部分被热学地彼此连接。
23.根据权利要求13所述的混合冷却装置，其特征在于，所述分支部分的分支的端部彼此连接以形成闭合的环。
24.一种用于冷却来自外部热源的热的混合冷却装置，包括：
(a)其中能够相变的制冷剂的循环回路被形成的相变冷却器，所述相变冷却器包括：
a-1)蒸发器部分，所述蒸发器部分被形成在所述相变冷却器的一端上，所述液态制冷剂通过毛细作用聚集在至少所述蒸发部分的一部分中，以及所述被聚集的液态制冷剂通过来自所述外部热源所传输的热所蒸发；
a-2)气态制冷剂传输部分，所述气态制冷剂传输部分被形成相邻于所述蒸发部分，所述被蒸发制冷剂通过压力差在预定的方向上传输；
a-3)形成相邻于与所述蒸发部分相对的所述气态制冷剂传输部分的分支部分并在中间具有空间，所述气态制冷剂流入其一侧并被冷凝，所述被冷凝和液化的制冷剂在预定的方向上传输并流出所述蒸发部分；
a-4)液态制冷剂传输部分，所述液态制冷剂传输部分被形成相邻于所述分支部分的所述另外一侧，所述液化的制冷剂朝向所述蒸发部分传输；以及
a-5)热绝缘部分，用于将至少所述蒸发部分的一部分从所述液态制冷剂传输部分所热绝缘，以及
(b)扇，所述扇设置在所述相变冷却器的所述分支部分的所述中间空间中。
25.一种用于冷却来自外部热源的热的混合冷却装置，包括：
(a)其中能够相变的制冷剂的循环回路被形成的相变冷却器，所述相变冷却器包括：
a-1)蒸发器部分，所述蒸发器部分被形成在所述相变冷却器的一端上，所述液态制冷剂通过毛细作用聚集在至少所述蒸发部分的一部分中，以及所述被聚集的液态制冷剂通过来自所述外部热源所传输的热所蒸发；
a-2)气态制冷剂传输部分，所述气态制冷剂传输部分被形成相邻于所述蒸发部分，所述被蒸发制冷剂通过压力差在预定的方向上传输；以及
a-3)形成相邻于与所述气态制冷剂传输部分相对的所述蒸发部分的分支部分并在中间具有空间，所述气态制冷剂流入其一侧并被冷凝，所述被冷凝和液化的制冷剂在预定的方向上传输并流出所述蒸发部分；以及
(b)扇，所述扇设置在所述相变冷却器的所述分支部分的所述中间空间中。
26.一种用于冷却来自外部热源的热的混合冷却装置，包括：
一对热管，每个热管包括以预定的角度弯曲的一端，并形成在安装时在中间部分中具有空间的分支部分；以及
扇，所述扇设置在通过所述热管的被弯曲部分所形成的所述分支部分的所述中间空间中。
27.一种用于冷却来自外部热源的热的混合冷却装置，包括：
一对相变冷却器，每个相变冷却器包括以预定的角度弯曲的一端，并形成具有在安装时在中间部分中具有空间的分支部分；以及
扇，所述扇设置在通过所述相变冷却器的被弯曲部分所形成的所述分支部分的所述中间空间中，
其中能够相变的制冷剂的循环回路在所述相变冷却器之一中所形成，所述各相变冷却器包括：
a-1)蒸发部分，所述蒸发部分被形成在所述相变冷却器的一端上，所述液态制冷剂通过毛细作用聚集在至少所述蒸发部分的一部分中，以及所述被聚集的液态制冷剂通过来自所述外部热源所传输的热所蒸发；
a-2)气态制冷剂传输部分，所述气态制冷剂传输部分被形成相邻于所述蒸发部分，所述被蒸发的制冷剂朝向所述分支部分所传输；
a-3)形成相邻于气态制冷剂传输部分的冷凝部分以形成至少所述分支部分的一部分，所述气态制冷剂流入到其一侧中并被冷凝；
a-4)液态制冷剂传输部分，所述液态制冷剂传输部分被形成相邻于所述冷凝部分以形成至少所述分支部分的一部分，所述液化的制冷剂朝向所述蒸发部分传输；以及
a-5)热绝缘部分，所述热绝缘部分用于至少将所述蒸发部分的一部分从所述液态制冷剂传输部分所热学绝缘。
28.一种用于冷却来自外部热源的热的混合冷却装置，包括：
一对相变冷却器，每个相变冷却器包括以预定的角度弯曲的一端，并形成具有在安装时在中间部分中具有空间的分支部分；以及
扇，所述扇设置在通过所述一对相变冷却器的所述被弯曲部分所形成的所述分支部分的所述中间空间中，
其中能够相变的制冷剂的循环回路形成在各所述相变冷却器之一中，所述各相变冷却器包括：
a-1)蒸发部分，所述蒸发部分被形成在所述相变冷却器的一端上，所述液态制冷剂通过毛细作用聚集在至少所述蒸发部分的一部分中，以及所述被聚集的液态制冷剂通过来自所述外部热源所传输的热所蒸发；
a-2)气态制冷剂传输部分，所述气态制冷剂传输部分被形成相邻于所述蒸发部分，所述被蒸发的制冷剂在与所述分支部分的相对方向上传输；
a-3)形成相邻于所述分支部分的冷凝部分，以形成至少一部分所述分支部分，所述气态制冷剂流入到其一侧中并被冷凝；以及
a-4)液态制冷剂传输部分，所述液态制冷剂传输部分被形成相邻于所述冷凝部分以形成至少所述分支部分的一部分，所述液化的制冷剂朝向所述蒸发部分传输。
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