TW201527703A - 冷卻裝置 - Google Patents

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TW201527703A
TW201527703A TW103135033A TW103135033A TW201527703A TW 201527703 A TW201527703 A TW 201527703A TW 103135033 A TW103135033 A TW 103135033A TW 103135033 A TW103135033 A TW 103135033A TW 201527703 A TW201527703 A TW 201527703A
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TW
Taiwan
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evaporator
cooling device
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radiator
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TW103135033A
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Hiroki Uchida
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Fujitsu Ltd
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/043—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure forming loops, e.g. capillary pumped loops

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Abstract

一種冷卻裝置，是具有蒸發器、散熱器、及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸氣管流至前述散熱器，於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有與前述筐體部接觸之複數個肋部，前述工作流體充入前述芯部內部，且於前述芯部中前述肋部及前述筐體部接觸之部分氣化，於前述複數個肋部之間的溝部的底面覆蓋有芯部蓋，前述芯部蓋是藉由與前述芯部相同材料所形成，前述芯部蓋之空孔率較前述芯部低。

Description

冷卻裝置 發明領域
本發明是關於冷卻裝置。
發明背景
作為用以冷卻電子零件等之發熱體的冷卻裝置，一般所知是在迴圈狀之管內循環封入於內部之流體，並且利用流體之相態變化輸送熱的熱管。一般而言，這樣的熱管是使用液體輸送泵使液相之冷卻液在管內循環，於受熱部使冷卻液蒸發，藉此可藉由蒸發潛熱來實現高度冷卻性能的冷卻裝置。使用液體輸送泵之冷卻裝置，適合當受熱部與散熱部距離較遠，熱輸送之距離長的情況、或者像微型通道這樣受熱部變薄且流路變窄之情況等循環路徑中之壓力損失大的情況。
另一方面，已知不使用液體輸送管，而使用設於蒸發器之多孔體(芯部)之毛細管作用力使流體循環之迴圈型的熱管的冷卻裝置。迴圈型的熱管由於藉由蒸發器內之多孔體之毛細管作用力使流體循環，因此不需要熱輸送泵等動力，藉由蒸發器內之蒸氣壓，可將熱輸送到設置在較蒸發器更遠之位置的散熱器。
具體而言，迴圈型熱管具有蒸發器、散熱器、及連結蒸發器與散熱器之蒸氣管及液管，且於其等內部封入流體。流體是藉由來自外部供給至蒸發器之熱由液相轉變為氣相，通過蒸氣管移動至放熱器，且藉由於該處之放熱由氣相轉變為液相，並通過液管返回至蒸發器(例如，專利文獻1~3)。如此，迴圈型之熱管中，利用內部之流體的相態變化使工作流體循環而將供給至蒸發器之熱朝散熱器輸送。
先前技術文獻
【專利文獻1】特開2009-115396號公報
【專利文獻2】特開2007-247931號公報
【專利文獻3】美國專利第4765396號說明書
【專利文獻4】特開2003-185370號公報
【專利文獻5】特開2007-147194號公報
發明概要
要求於前述之迴圈型熱管之冷卻裝置中，更加提升冷卻效率。
根據本發明之一實施型態，一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透 過前述蒸氣管流至前述散熱器，於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有與前述筐體部接觸之複數個肋部，前述工作流體充入前述芯部內部，且於前述芯部中前述肋部及前述筐體部接觸之部分氣化，於前述複數個肋部之間的溝部的底面覆蓋有芯部蓋，前述芯部蓋是藉由與前述芯部相同材料所形成，前述芯部蓋之空孔率較前述芯部低。
又，根據本實施型態之其他觀點，一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸氣管流至前述散熱器，於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有芯部基部與朝前述芯部基部之其中一面突出之複數個突起部，前述突起部之內側形成凹部，前述工作流體充入前述芯部之內部，且於前述芯部之前述凹部之一部分與設於前述筐體部之銷部接觸的部分氣化，前述芯部之其中一面與相反側之另一面中，前述複數個凹部之間的部分覆蓋有芯部蓋，前述芯部蓋是藉由與前述芯部相同材料所形成，前述芯部蓋之空孔率較前述芯部低。
又，根據本實施型態之另一觀點，一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸 發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸氣管流至前述散熱器，於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有芯部基部與朝前述芯部基部之其中一面突出之複數個突起部，前述突起部之內側形成凹部，前述工作流體充入前述芯部之內部，且於前述芯部之前述凹部之一部分與設於前述筐體部之銷部接觸的部分氣化，前述芯部之其中一面與相反側之另一面中，前述複數個凹部之間的部分，藉由將前述多孔體之孔以樹脂材料嵌入，形成芯部蓋之一部分。
藉由所揭示之冷卻裝置，於迴圈型之熱管之冷卻裝置中，可更進一步提升冷卻效率。
10、110、210、910‧‧‧蒸發器
11、911‧‧‧筐體部
12、912‧‧‧液管
13、913‧‧‧蒸氣管
20、920‧‧‧傳熱板
30、130、230、930‧‧‧芯部
31、931‧‧‧肋部
32、932‧‧‧溝部
33‧‧‧底面
34‧‧‧前端部分
40、940‧‧‧工作流體
50‧‧‧散熱器
51‧‧‧冷凝管
52‧‧‧散熱片
70、170‧‧‧芯部蓋
71‧‧‧蓋部
72‧‧‧連結部
100‧‧‧半導體元件
111‧‧‧筐體上部
112‧‧‧筐體下部
111a、112a‧‧‧開口部
114‧‧‧平板部
115‧‧‧銷部
133‧‧‧凹部
134‧‧‧芯散熱片
171‧‧‧貫通孔
172‧‧‧支持部
181‧‧‧電路基板
182‧‧‧記憶裝置
183‧‧‧電源
184‧‧‧風扇
232‧‧‧芯部蓋部
圖1(a)、(b)是冷卻裝置之散熱器之構造圖。
圖2是圖1所示之散熱器之主要部分放大圖。
圖3是第1實施型態之冷卻裝置之透視圖。
圖4(a)、(b)是第1實施型態之冷卻裝置之散熱器之說明圖。
圖5是第1實施型態之冷卻裝置之散熱器之主要部分放大圖。
圖6(a)、(b)是第1實施型態之冷卻裝置之芯部及芯部蓋 之說明圖。
圖7是使用第1實施型態之冷卻裝置之電子機器之說明圖。
圖8是第2實施型態之冷卻裝置之散熱器之分解透視圖。
圖9是第2實施型態之冷卻裝置之散熱器之剖面圖。
圖10是第2實施型態之冷卻裝置之芯部說明圖。
圖11是使用第2實施型態之冷卻裝置之電子機器之說明圖。
圖12(a)、(b)是冷卻裝置之冷卻性能之說明圖。
圖13是第3實施型態之冷卻裝置之散熱器之分解透視圖。
圖14是第3實施型態之冷卻裝置之散熱器之剖面圖。
圖15是第3實施型態之冷卻裝置之芯部之說明圖。
較佳實施例之詳細說明
於以下就用以實施之型態加以說明。又，就相同的構件會賦予相同符號並省略說明。
[第1實施型態]
首先，基於圖1就為冷卻裝置之迴圈型熱管之蒸發器加以說明。圖1(a)是沿著工作流體流動方向的蒸發器之剖面圖，圖1(b)是於圖1(a)中之一點虛線1A-1B剖面之剖面圖。又，後述之圖2是圖1(b)中以一點虛線1C包圍之區域的放大圖。
像這樣具有蒸發器的冷卻裝置，藉由奪取產生於CPU(Central Processing Unit；中央處理器)等半導體元件之熱，來冷卻半導體元件。如圖1所示，該迴圈型之熱管中之蒸發器910具有筐體部911、傳熱板920及芯部930等。
筐體部911是以銅(Cu)、鋁(Al)、不鏽鋼等金屬形成，於筐體部911之其中一端部連接有液管912，另一端連接有蒸氣管913。傳熱板920是以銅等導熱率高之材料形成，設於筐體部911與CPU等半導體元件100之間。藉此，透過傳熱板920可將於半導體元件100產生之熱傳達至筐體部911。
芯部930是藉由金屬材料或樹脂材料之多孔體所形成，金屬材料之情況中，為鎳(Ni)或不鏽鋼之多孔體，而樹脂材料之情況中，為PTFE(polytetrafluoroethylene；聚四氟乙烯)之多孔體形成。芯部930形成為圓筒狀，於外側之周圍形成有複數個凸狀形狀之肋部931。如圖2所示，於筐體部911內，芯部930之肋部931之前端部分934與筐體部911之內側之壁面相接。形成工作流體940的液體使用丙酮或者乙醇等，形成該等工作流體940之液體，從液管912進入筐體部911，進而充入以設置於筐體部911之多孔體形成之芯部930之內部。
由於半導體元件100產生之熱透過傳熱板920傳達至筐體部911，因此筐體部911之溫度會升高。由此，熱也會傳達至相接於筐體部911之內部之壁面得芯部930之肋部931之前端部分934，而加熱並氣化存在於以多孔體形成 之芯部930之肋部931之內部的液體即工作流體940。藉此，由於可由筐體部911奪取熱，而冷卻筐體部911，因此可冷卻半導體元件100。
經氣化之工作流體，之後，在通過芯部930之肋部931與肋部931之間的溝部932後，會已經氣化之狀態由蒸汽管913排出。但是，有時一部分經氣化之工作流體，會結露於芯部930之肋部931與肋部931之間之溝部932之底面933，並且以液化之狀態充入以多孔體形成之芯部930之內部。如此充入芯部930之內部之經液化之工作流體會進而通芯部930之內部充入存在芯部930之內側之工作流體940內。因此，充入芯部930之內部之經液化之動作流體由於溫度較高而會加溫已存在芯部930之內部的動作流體940。本實施型態中，將這樣的現象稱為熱洩漏，如此，當存在於芯部930之內部之工作流體940被加溫時，冷卻效率會降低並不理想。
(冷卻裝置)
接著，就第1實施型態之冷卻裝置，基於圖3~6加以說明。本實施型態之冷卻裝置，藉由奪取於CPU等之半導體元件所產生之熱，來冷卻半導體元件。圖3是本實施型態之冷卻裝置之透視圖。圖4(a)是沿著工作流體流動方向之蒸發器之剖面圖，圖4(b)是圖4(a)之一點虛線4A-4B中剖面之剖面圖。圖5是圖4(b)中之以一點虛線4C包圍之區域之放大圖。圖6是用以說明芯部蓋之透視圖。
本實施型態之冷卻裝置如圖3所示，為迴圈型熱 管，具有蒸發器10、散熱器50、連接蒸發器10與散熱器50之液管12及蒸汽管13。
蒸發器10是由連接於蒸發器10之其中一端部之液管12，供給液體之工作流體40。像這樣供給至蒸發器10之液體之工作流體40，於蒸發器10中氣化，經氣化之工作流體透過蒸氣管13，流至散熱器50。散熱器50中，於外部設有複數個以鋁等形成之散熱片52，奪取已氣化之工作流體之熱進行放熱，藉此可使工作流體液化。於散熱器50液化之工作流體40會再次由散熱器50透過液管12供給至蒸發器10。
本實施型態中，散熱器50是使用也稱為冷凝器，於冷凝管51之周圍連接鋁之平板之散熱片52，形成為一體者。冷凝管51使用外徑為6.35mm之銅所形成之槽型管，散熱片52厚度為0.2mm而以1.5mm間距設置。這樣構造之散熱器50之大小，長度約150mm，高度約50mm，寬度為45mm。
本實施型態中成為工作流體40之液體使用乙醇。具體而言，成為工作流體40之液體在藉由真空泵將迴圈型之熱管之內部真空吸引後，將經過真空脫泡之乙醇注入預定量，並藉由密封封裝迴圈型熱管而加以密封。
接著，就本實施型態之冷卻裝置之蒸發器10基於圖4及圖5加以說明。如圖4所示，本實施型態之冷卻裝置之蒸發器10具有筐體部11、傳熱板20及芯部30等。
筐體部11是以銅、鋁、不鏽鋼等金屬所形成，於筐體部11之其中一端部連接液管12，而於另一端部連接蒸 氣管13。傳熱板20是藉由銅等形成，設於筐體部11與CPU等半導體元件100之間。借此，透過傳熱板20，可將產生於半導體元件100之熱傳達至筐體部11。
本實施型態中，筐體部11是以銅形成，筐體部11之內部挖空為圓筒狀，挖空為圓筒狀之筐體部11之內部之空間之大小，內徑為14mm，長度為50mm。又，液管12是外徑為4mm，內徑為3mm，長度為300mm之銅管，蒸氣管13是外徑6mm，內徑為5mm，長度為200mm之銅管。
芯部30是以金屬或樹脂材料等多孔體形成，金屬之情況中，是以鎳或者不鏽鋼等多孔體，樹脂材料之情況中，是PTFE之多孔體所形成。芯部30形成為圓筒狀，外側之周圍沿著芯部30之長度方向，形成有複數個凸狀形狀之肋部31。如圖5所示，於筐體部11內，芯部30之肋部31之前端部分34相接於筐體部11之內側之壁面。工作流體40使用丙酮或者乙醇，該等工作流體40從筐體部11之液管12進入，進而，充入以設置於筐體部11之內部之多孔體所形成之芯部30之內部。
本實施型態中，芯部30是以PTFE形成，藉由使用模具之成形所形成。形成芯部30之PTEF之多孔體是多孔體之空孔之直徑為大致10μm，空孔率為大致40%者。又，芯部30之空孔率宜為35%以上。又，肋部31於芯部30之周圍形成12個，芯部30之肋部31之前端部分34之寬度為1.5mm，該肋部31之前端部分34與筐體部11之內側接觸。又，芯部30之肋部31與肋部31間形成之溝部32之深度為大致 1mm。
本實施型態中，如圖5及圖6所示，在芯部30之肋部31與肋部31之間的溝部32，設有覆蓋該溝部32之底面33之芯部蓋70。芯部蓋70是以非多孔質形成，具有覆蓋芯部30之肋部31與肋部31之間的溝部32之底面33的蓋部71、及連結複數個蓋部71之連結部72。又，蓋部71之厚度為0.5mm，即使於芯部30之溝部32設置芯部蓋70之蓋部71，溝部32也不會完全被塞住，而於蓋部71與筐體部11之間留有間隙，於該間隙可流通工作流體。又，本實施型態中，芯部蓋70是將大塊之PTFE之塊切削出預定形狀而形成。
本實施型態中，如圖6所示，芯部蓋70可藉由在芯部30之肋部31與肋部31之間的溝部32放入芯部蓋70之蓋部71而設置。又，圖6(a)是芯部30與芯部蓋70為分離狀態之透視圖，圖6(b)是將芯部蓋70覆蓋至芯部30之狀態之透視圖。
於半導體元件100產生之熱，透過傳熱板20到達筐體部11，因此筐體部11之溫度會升高。由此，熱也會傳達至與筐體部11之內部之壁面相接的芯部30之肋部31之前端部分34，而加溫並氣化存在於以多孔體形成之芯部30中之肋部31之內部的液體即工作流體40。藉此，由筐體部11奪取熱，而冷卻筐體部11，因此可冷卻半導體元件100。經氣化之工作流體，之後會於芯部30之溝部32，通過芯部蓋70之蓋部71與筐體部11之間的間隙後，以經氣化之狀態由蒸氣管13排出。
本實施型態中，芯部30之肋部31與肋部31之間的溝部32之底面33，由於藉由芯部蓋70之蓋部71覆蓋，因此經氣化之工作流體不會由設於芯部30之溝部32之底面33充入。也就是說，芯部蓋70由於是以非多孔體形成，因此經氣化之工作流體不會充入芯部蓋70之蓋部71。因此，經氣化之工作流體不會充入到芯部30之內部，而大部分經氣化之工作流體會透過蒸氣管13流入散熱器50，於散熱器50被冷卻液化。
本實施型態中，芯部30是以PTFE之空孔率大致40%之多孔體形成，芯部蓋70是PTFE之非多孔體，亦即，以空孔率為大致0%者形成之情況加以說明。但是，只要芯部蓋70之空孔率較芯部30之空孔率低，就可以抑制經氣化之工作流體充入至芯部30。因此，芯部蓋70之空孔率，只要比芯部30之空孔率低，就可以得到與前述情況相同之效果。
又，形成芯部蓋70之材料，如果使用較形成芯部30之材料為熱導率低之材料，則芯部蓋70之蓋部71之表面不會結露工作流體，又或者難以結露工作流體。因此，形成芯部蓋70之材料之熱導率宜較形成芯部30之材料之熱導率低。
本實施型態中，芯部蓋70是藉由熔點較高熱導率較低之PTFE或者PEEK(polyetheretherketone；聚醚醚酮)等樹脂材料所形成。又，PTFE之熱導率為約0.25W/mK。又，本實施型態中，針對將芯部30與芯部蓋70都以PTFE形成之 情況加以說明，但將芯部30以多孔體之鎳形成，而將芯部蓋70以PTFE形成亦可。
接著，基於圖7就本實施型態之冷卻裝置所設置之電子機器加以說明。該電子機器是電腦等，具有電路基板181、硬碟等記憶裝置182、電源183、風扇184等。於電路基板181設有CPU等半導體元件100，於半導體元件100上，透過散熱膏設置有本實施型態之冷卻裝置之蒸發器10。又，電路基板181之上，於遠離蒸發器10之位置，設置有本實施型態之冷卻裝置之散熱器50，蒸發器10與散熱器50藉由液管12及蒸氣管13連接。本實施型態之冷卻裝置之散熱器50設置於風扇184之附近，藉由從風扇184供給之風促進散熱器50之散熱。
本實施型態中，例如CPU等半導體元件100，大小為45mm×45mm之大小，該電子機器運作時，會產生最大120W之熱量。於CPU等半導體元件100產生之熱會於本實施型態之蒸發器10、蒸氣管13、散熱器50透過工作流體輸送，於散熱器50空氣冷卻。藉此，產生於CPU等半導體元件100之熱可散熱到電子機器之外。
半導體元件100之發熱量為大致120W之情況中，使用了本實施型態之冷卻裝置時，半導體元件100之表面溫度大致為76℃。相對於此，使用了不具有圖1及圖2所示之芯部蓋70的冷卻裝置進行冷卻之半導體元件100之表面溫度，為大致85℃。因此，藉由使用本實施型態之冷卻裝置，可更進一步降低半導體元件之表面溫度。因此，本實施型 態之冷卻裝置，較圖1及圖2所示之冷卻裝置冷卻效率更高。
[第2實施型態]
接著就第2實施型態加以說明。本實施型態與第1實施型態相比為蒸發器之構造不同的冷卻裝置。又，散熱器50、液管12、蒸氣管13是使用與第1實施型態相同者。
基於圖8及圖9就本實施型態之冷卻裝置之蒸發器110加以說明。本實施型態之冷卻裝置之蒸發器110具有筐體下部111、筐體上部112、蓋部113、芯部130及芯部蓋170。又，本實施型態之冷卻裝置之蒸發器110之筐體部是藉由筐體下部111、筐體上部112及蓋部113所形成，於如此形成之筐體部之內部設置芯部130及芯部蓋170。
筐體下部111是以銅形成，於平板部114之其中一面形成有複數個銷部115。例如，圖8等所示之情況中，是形成36根銷部115。又，於筐體下部111設有用以連接蒸氣管13之開口部111a。銷部115之大小為直徑5mm，長度15mm。筐體上部112是藉由不鏽鋼形成為圍成用以於內部形成空間的口字狀，並設有用以連接液管12之開口部112a。蓋部113是以四角形之板狀之不鏽鋼形成。
本實施型態中，於筐體下部111之其中一面接合筐體上部112，進而於筐體上部112之上接合蓋部113藉此形成筐體部，如此形成之筐體部之外徑為75mm×75mm×25mm。本實施型態中，蒸發器110之筐體部設置為使筐體下部111之另一面透過散熱膏等在CPU等半導體元件100之 上。
芯部130於芯部基部132之其中一面行程有突出之複數個突起部131。例如，圖8等所示之情況中，形成有36個突起部131。該突起部131設置剛好與形成在筐體下部111之銷部115之數相同的數目。芯部130是藉由PTFE之多孔體形成，使用模具成形而形成。具體而言，形成芯部130之多孔體之空孔之直徑為大致10μm，空孔率為大致40%。又，芯部130之空孔率宜為35%以上。如圖10所示，芯部130之突起部131之內側形成有凹部133，於凹部133之內側形成有朝內側延伸之複數個芯散熱片134。又，本實施型態中，所形成之芯部基部132之厚度為大致2mm。
芯部蓋170是藉由非多孔體之PTFE所形成。具體而言，藉由加工厚度為1mm之PTFE板，形成直徑約8mm之複數之貫通孔171。形成於芯部蓋170之貫通孔171設置剛好與形成於筐體下部111之銷部115之數目、以及形成於芯部130之突起部131之數目相同之數目。具體而言，於圖8所示之情況中，於芯部蓋170設有36個貫通孔171。本實施型態中形成於芯部蓋170之貫通孔171之直徑為大致8mm。
本實施型態中於筐體下部111之其中一面設置芯部蓋170。芯部蓋170，芯部蓋170中之貫通孔171之位置設置為與設於筐體下部111之對應之銷部115之位置大致一致。於芯部蓋170，在與筐體下部111對應之面側，設有芯部蓋支持部172，藉此，於筐體下部111之平板部114之其中一面與芯部蓋170之間形成空間。
於芯部蓋170之上設置芯部130。芯部130設置為芯部130中與突起部131形成之面相反側之另一面與芯部蓋170呈相對向。此時，設置為使芯部蓋170之貫通孔171之位置為芯部130之突起部131之位置，亦即與突起部131之內部之凹部133之位置大致一致。藉此，設置為於芯部130之凹部133內部，***筐體下部111之突起部131。藉由這樣的設置，設置於筐體下部111之銷部115，會與芯部130之突起部131之內側之凹部133中之芯散熱片134及凹部133之底面接觸。
本實施型態之冷卻裝置之蒸發器110中，來自液管12之液體之工作流體40會供給至蓋部113與芯部130之其中一面之間的空間，被供給之液體之工作流體140充入以多孔體形成之芯部130之內部。CPU等半導體元件100中發熱之熱會透過筐體下部111之平板部114傳達至各個銷部115，並加熱各個銷部115。設置在芯部130之各個突起部131之內部之凹部133的芯散熱片134等由於與銷部115接觸，與銷部115接觸之部分的芯散熱片134等會被加熱而氣化為液體之工作流體40。經氣化之工作流體會通過芯部蓋170與筐體下部111中之平板部114之其中一面之間的空間，由蒸氣管13排出。此時，經氣化之工作流體所通過之芯部蓋170與筐體下部111中之平板部114之其中一面之間的空間與芯部130之間，設置有芯部蓋170，因此經氣化之工作流體不會充入芯部130之內部。
接著，基於圖11就本實施型態之冷卻裝置所設置 之電子機器加以說明。該電子機器為電腦等，具有電路基板181、硬碟等記憶裝置182、電源183、風扇184等。於電路基板181設有CPU等半導體元件100，於半導體元件100上，透過散熱膏設置有本實施型態之冷卻裝置之蒸發器110。又，電路基板181之上，設置有本實施型態之冷卻裝置之散熱器50，蒸發器10與散熱器50藉由液管12及蒸氣管13連接。本實施型態之冷卻裝置之散熱器50設置於風扇184之附近，藉由從風扇184供給之風促進散熱器50之散熱。
本實施型態中，例如CPU等半導體元件100，大小為45mm×45mm之大小，該電子機器運作時，會產生最大250W之熱量。於CPU等半導體元件100產生之熱會於本實施型態之蒸發器110、蒸氣管13、由工作流體輸送至散熱器50，於散熱器50空氣冷卻。藉此，產生於CPU等半導體元件100之熱可散熱到電子機器之外。
接著，就本實施型態之冷卻裝置與沒有設置芯部蓋之構造的冷卻裝置進行冷卻實驗之結果加以說明。
圖12(a)是圖示使用本實施型態之冷卻裝置，而測量了半導體元件100之發熱量為250W時之溫度的結果。當由液管12供給了溫度為40℃之乙醇做為工作流體40時，芯部130之芯部基部132中之溫度為45℃~50℃，筐體下部111中之銷部115之溫度為65℃。又，平板部114中之溫度為70℃，經氣化之工作流體之溫度，在經氣化後之瞬間為60℃，進入蒸氣管13時，為55℃。該情況中之半導體元件100之表面溫度為78℃。
圖12(b)是圖示使用沒有設置芯部蓋170之構造的冷卻裝置，而測量了半導體元件100之發熱量為250W之情況中之溫度的結果。又，圖12(b)所示之構造之蒸發器除了沒有設置芯部蓋170之外，與圖12(a)所示之構造之蒸發器相同。當由液管12供給了溫度為40℃之乙醇做為工作流體40時，芯部130之芯部基部132中之溫度為55℃，筐體下部111中之銷部115之溫度為80℃。又，平板部114中之溫度為85℃，經氣化之工作流體之溫度，在經氣化後之瞬間為75℃，進入蒸氣管13時，為60℃。該情況中之半導體元件100之表面溫度為93℃。
接著，就圖12(a)與圖12(b)之情況算出蒸發器熱阻抗Revp。結果，在圖12(a)所示之本實施型態之冷卻裝置之蒸發器之情況中，如同下述(1)式所示，蒸發器熱阻抗Revp之值為0.06℃/W。相對於此，圖12(b)所示沒有設置芯部蓋之蒸發器之情況中，如同下述之(2)式所示，蒸發器熱阻抗Revp的值為0.10℃/W。
Revp=(70℃-55℃)/250W=0.06℃/W...(1)
Revp=(85℃-60℃)/250W=0.10℃/W...(2)
由以上可知，本實施型態之冷卻裝置中，藉由設置芯部蓋，可減少蒸發器熱阻抗之值約40%，而可提高冷卻裝置之冷卻效率。
又，就上述以外之內容與第1實施型態相同。
[第3實施型態]
接著，就第3實施型態加以說明。本實施型態不使用第 2實施型態之芯部蓋170，取而代之是將芯部中與突起部131所形成之其中一面相反側之芯部基部之另一面藉由樹脂材料嵌入藉此形成芯部蓋部的構造。
基於圖13、14就本實施型態之冷卻裝置之蒸發器210加以說明。本實施型態之冷卻裝置之蒸發器210具有筐體下部111、筐體上部112、蓋部113及芯部230等。又，本實施型態之冷卻裝置之蒸發器210之筐體部，是由筐體下部111、筐體上部112、蓋部113所形成，而於如此形成之筐體部之內部設置芯部230。
筐體下部111是以銅形成，且於平板部114之其中一面形成有複數個銷部115。例如，於圖13等所示之情況中，形成36根銷部115。又，於筐體下部111設有用以連接蒸氣管13之開口部111a。銷部115之大小是直徑5mm、長度15mm。筐體上部112是藉由不鏽鋼形成圍成用以於內部形成空間之口字狀，且設有用以連接液管12之開口部112a。蓋部113是以不鏽鋼形成為四角形之板狀。
本實施型態中，於筐體下部111之其中一面接合於筐體上部112，進而，於筐體上部112接合蓋部113，界此形成筐體部，如此形成之筐體部之外徑為75mm×75mm×25mm。本實施型態中蒸發器210之筐體部是設置為，筐體下部111之另一面透過散熱膏等於CPU等半導體元件100之上。
芯部230形成朝芯部基部132之其中一面突出之複數個突起部131。例如，圖13等所示之情況中，是形成36 個突起部131。該等突起部131設置剛好與形成於筐體下部111之銷部115之數目為相同數目。芯部130是由PTFE之多孔體形成，使用模具成形而形成。具體而言，形成芯部230之多孔體之空孔直徑約為10μm，空孔率為40%。又，芯部230之空孔率宜為35%以上。
本實施型態中，如圖15所示，於芯部230之突起部131之內側形成有凹部133，於凹部133形成有朝內部延伸之複數個芯散熱片134。形成之芯部基部132之厚度為大致3mm，由沒有形成突起部131之芯部基部132之另外一面，於多孔體之芯部基部132塗布樹脂材料，塞住多孔體之孔。
具體而言，於芯部基部132之另外一面塗布了樹脂材料後，藉由使其固化塞住多孔體之孔。此時所使用之樹脂材料可使用熱硬化性樹脂，例如可使用環氧樹脂等。例如，於芯部基部132之另外一面塗布了樹脂材料後，以150℃之溫度進行1小時之熱處理，藉此可將芯部基部132之另一面中之多孔體之洞塞住大概1mm之深度。本實施型態中，這樣藉由樹脂材料塞住多孔體之孔的部分記載為芯部蓋部232。
如此將芯部基部132之孔賭塞而形成之芯部蓋部232中，由於工作流體40不會充入，因此可得到與設有地2實施型態之芯部蓋之情況同樣的效果。又，本實施型態中，由於不需要另外製作芯部蓋，因此可以得到更低成本且冷卻效率更高的冷卻裝置。
又，就前述以外之內容與第2實施型態相同。
以上，就實施型態加以詳述，但不限定為特定之實施型態，而在記載在申請專利範圍內之範圍內可進行各種變形或變更。
10‧‧‧蒸發器
11‧‧‧筐體部
12‧‧‧液管
13‧‧‧蒸氣管
20‧‧‧傳熱板
30‧‧‧芯部
31‧‧‧肋部
34‧‧‧前端部分
40‧‧‧工作流體
70‧‧‧芯部蓋
100‧‧‧半導體元件

Claims (14)

  1. 一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸氣管流至前述散熱器，且於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有與前述筐體部接觸之複數個肋部，前述工作流體充入前述芯部內部，且於前述芯部中前述肋部及前述筐體部接觸之部分氣化，於前述複數個肋部之間的溝部的底面覆蓋有芯部蓋，前述芯部蓋是藉由與前述芯部相同材料所形成，前述芯部蓋之空孔率較前述芯部低。
  2. 一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸 氣管流至前述散熱器，且於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有與前述筐體部接觸之複數個肋部，前述工作流體充入前述芯部內部，且於前述芯部中前述肋部及前述筐體部接觸之部分氣化，於前述複數個肋部之間的溝部的底面覆蓋有芯部蓋，前述芯部蓋是以導熱率較前述芯部低之材料所形成。
  3. 一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸氣管流至前述散熱器，且於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有與前述筐體部接觸之複數個肋部，前述工作流體充入前述芯部內部，且於前述芯部中前述肋部及前述筐體部接觸之部分氣化，於前述複數個肋部之間的溝部的底面覆蓋有芯部蓋，前述芯部蓋之空孔率較前述芯部低。
  4. 一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸氣管流至前述散熱器，且於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有芯部基部與朝前述芯部基部之其中一面突出之複數個突起部，前述突起部之內側形成凹部，前述工作流體充入前述芯部之內部，且於前述芯部之前述凹部之一部分與設於前述筐體部之銷部接觸的部分氣化，前述芯部之其中一面與相反側之另一面中，前述複數個凹部之間的部分覆蓋有芯部蓋，前述芯部蓋是藉由與前述芯部相同材料所形成，前述芯部蓋之空孔率較前述芯部低。
  5. 一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器， 該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸氣管流至前述散熱器，且於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有芯部基部與朝前述芯部基部之其中一面突出之複數個突起部，前述突起部之內側形成凹部，前述工作流體充入前述芯部之內部，且於前述芯部之前述凹部之一部分與設於前述筐體部之銷部接觸的部分氣化，前述芯部之其中一面與相反側之另一面中，前述複數個凹部之間的部分覆蓋有芯部蓋，前述芯部蓋是以導熱率較前述芯部低的材料所形成。
  6. 一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸氣管流至前述散熱器，且於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部 的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有芯部基部與朝前述芯部基部之其中一面突出之複數個突起部，前述突起部之內側形成凹部，前述工作流體充入前述芯部之內部，且於前述芯部之前述凹部之一部分與設於前述筐體部之銷部接觸的部分氣化，前述芯部之其中一面與相反側之另一面中，前述複數個凹部之間的部分覆蓋有芯部蓋，前述芯部蓋之空孔率較前述芯部低。
  7. 一種冷卻裝置，是具有：蒸發器；散熱器；及液管及蒸氣管，連接前述蒸發器及前述散熱器，該冷卻裝置是由前述液管將工作流體供給至前述蒸發器，於前述蒸發器中前述工作流體氣化，並透過前述蒸氣管流至前述散熱器，且於前述散熱器中前述工作流體液化，且該冷卻裝置之特徵在於：前述蒸發器具有筐體部、及藉由設於前述筐體部之內部的多孔體所形成的芯部，前述芯部設有芯部基部與朝前述芯部基部之其中一面突出之複數個突起部，前述突起部之內側形成凹部，前述工作流體充入前述芯部之內部，且於前述芯部之前 述凹部之一部分與設於前述筐體部之銷部接觸的部分氣化，前述芯部之其中一面與相反側之另一面中，前述複數個凹部之間的部分，藉由將前述多孔體之孔以樹脂材料嵌入，形成芯部蓋之一部分。
  8. 如請求項7之冷卻裝置，其中前述樹脂材料是熱硬化樹脂。
  9. 如請求項1~6中任一項之冷卻裝置，其中前述芯部蓋是以樹脂材料形成。
  10. 如請求項1~9中任一項之冷卻裝置，其中前述芯部是以樹脂材料形成。
  11. 如請求項1~6中任一項之冷卻裝置，其中前述芯部蓋是以PTFE或者PEEK所形成。
  12. 如請求項1~9中任一項之冷卻裝置，其中前述芯部是以PTFE或PEEK所形成。
  13. 如請求項1~12中任一項之冷卻裝置，其中前述工作流體是包含乙醇或是丙酮。
  14. 如請求項1~13中任一項之冷卻裝置，其中前述冷卻裝置是用以冷卻半導體元件，是在前述半導體元件之上設置前述蒸發器，而於前述半導體元件產生之熱會傳達至前述蒸發器。
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