環型熱導管及其起動方法

2023-05-26 04:35:06 2

專利名稱：環型熱導管及其起動方法
技術領域：
本發明涉及環型熱導管及其起動方法。
背景技術：
以往，在冷卻電子裝置時使用熱導管。熱導管是利用封入在內部的工作流體的相變來輸送熱的傳熱裝置。並且，作為為了提高電子裝置的冷卻能力而增加了熱的輸送量並且增加了熱的輸送距離的熱導管開發出環型熱導管。環型熱導管具有蒸發部，受到來自發熱體的熱，使液相的工作流體蒸發；冷凝部，通過散熱使氣相的工作流體冷凝。另外，環型熱導管具有蒸氣管，使通過蒸發部變化為氣相的工作流體向冷凝部流動；液管，使通過冷凝部變化為液相的工作流體向蒸發部流動。 並且，環型熱導管為蒸發部、蒸氣管、冷凝部和液管串聯連接的環形結構，在內部封入有工作流體。但是，在近年來的刀片式伺服器(blade server)中，為了提高處理能力，開發了在一個刀片上安裝兩個CPU的結構。為了使用環型熱導管對運轉中的兩個CPU進行冷卻，需要兩個蒸發部分別從各 CPU接受熱，因而需要在刀片式伺服器上組裝兩個環型熱導管。為了在刀片式伺服器上組裝兩組環型熱導管，基板需要具有用於配置兩組環型熱導管的區域。但是，刀片式伺服器原本是作為容積比以往的伺服器更小的伺服器而開發的，用於在基板上高密度地配置CPU等電子裝置。因此，有時難以在基板上確保配置2組環型熱導管的區域。另外，提出了具有兩個蒸發部的環型熱導管。圖1示出了該環型熱導管110。環型熱導管110具有第一蒸發部IllA和冷凝部112。另外，環型熱導管110具有 第一液管114A，使通過冷凝部112變化為液相的工作流體流動至第一蒸發部IllA ；蒸氣管 113，使通過第一蒸發部IllA變化為氣相的工作流體流動至冷凝部112。另外，如圖1所示，環型熱導管110具有第二蒸發部111B，該第二蒸發部111B，在起動時，對使液相的工作流體流動到第一蒸發部IllA內的動作進行輔助。流動到第一液管114A的液相的工作流體的一部分經由第二液管114B及冷凝部112流動到第二蒸發部 IllB0通過第二蒸發部IllB變化為氣相的工作流體在匯流到至蒸氣管113之後，向冷凝部 112流動。在第二液管114B內流動的工作流體不與第一液管114內流動的工作流體匯流， 而通過冷凝部112向第二蒸發部IllB流動。在環型熱導管110起動時，馬上向配置在冷凝部112附近的第二蒸發部IllB供給液相的工作流體，而使迴路內的工作流體開始流動，從而使液相的工作流體流動至第一蒸發部111A。第二蒸發部IllB是為了起動環型熱導管110而設置的輔助蒸發部。因此，第二蒸發部IllB與第一蒸發部IllA相比，尺寸小，冷卻能力低。
在將這樣的具有兩個蒸發部111A、111B的環型熱導管110分別對具有同等的發熱量的兩個CPU進行冷卻時，由於兩個蒸發部111A、111B的冷卻能力不同以及由於配管的結構，所以容易使迴路內的工作流體的流動變得不穩定。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2008-8512號公報；專利文獻2 美國專利申請公開第2004/0182550號說明書。

發明內容
發明要解決的問題本說明書的目的在於提供尺寸小且能夠冷卻兩個發熱體的環型熱導管。用於解決問題的手段為了解決上述問題，根據在本說明書中所公開的環型熱導管的一個方式，具有第一蒸發部及第二蒸發部，受到來自發熱體的熱，使液相的工作流體蒸發而相變為氣相的工作流體；第一冷凝部及第二冷凝部，通過散熱使氣相的工作流體冷凝而相變為液相的工作流體；第一蒸氣管，使通過所述第一蒸發部變化為氣相的工作流體向所述第一冷凝部流動； 第一液管，使通過所述第一冷凝部變化為液相的工作流體向所述第二蒸發部流動；第二蒸氣管，使通過所述第二蒸發部變化為氣相的工作流體向所述第二冷凝部流動；第二液管，使通過所述第二冷凝部變化為液相的工作流體向所述第一蒸發部流動。發明的效果根據上述的本說明書所公開的環型熱導管的一個方式，能夠減小尺寸，並且能夠冷卻兩個發熱體。尤其通過權利要求指出的構成構件及組合能夠理解且獲得本發明的目的及效果。上述的一般的說明及後述的詳細的說明是例示性及說明性的說明，不對要求保護的本發明進行限制。


圖1是表示相關的例子的環型熱導管的圖。圖2是表示本說明書所公開的環型熱導管的第一實施方式的圖。圖3是表示組裝有圖2的環型熱導管的刀片式伺服器的圖。圖4是圖2的環型熱導管的蒸發部的長度方向的剖視放大圖。圖5是圖2的環型熱導管的蒸發部的寬度方向的剖視放大圖。圖6的(A) (D)是說明圖2的環型熱導管的動作的圖。圖7是說明在圖2的環型熱導管受熱量不平衡的狀態的圖。圖8是表示本說明書所公開的環型熱導管的第二實施方式的圖。圖9的(A) (D)是說明圖8的環型熱導管的動作的圖。圖10是表示本說明書所公開的環型熱導管的第三實施方式的圖。圖11是表示組裝有本說明書所公開的環型熱導管的第四實施方式的刀片式伺服器的圖。
圖12是說明本說明書所公開的環型熱導管的實施例1 14的圖。圖13是說明本說明書所公開的環型熱導管的實施例15的圖。圖14是說明本說明書所公開的環型熱導管的實施例16的圖。圖15是說明本說明書所公開的環型熱導管的實施例17的圖。圖16是說明本說明書所公開的環型熱導管的實施例18的圖。
具體實施例方式下面，參照

本說明書所公開的環型熱導管的優選的第一實施方式。但是， 本發明的技術範圍不限於下述的實施方式，而要注意權利要求書所記載的發明和與之等同物的範圍。圖2是表示本說明書所公開的環型熱導管的第一實施方式的圖。圖3是表示組裝有圖2的環型熱導管的刀片式伺服器的圖。圖4是圖2的環型熱導管的蒸發部的長度方向的剖視放大圖。圖5是圖2的環型熱導管的蒸發部的寬度方向的剖視放大圖。如圖2所示，本實施方式的環型熱導管10具有第一蒸發部IlA及第二蒸發部11B， 該第一蒸發部IlA及第二蒸發部IlB受到來自發熱體的熱，使液相的工作流體16蒸發而相變為氣相的工作流體16。另外，環型熱導管10具有第一冷凝部12A及第二冷凝部12B，該第一冷凝部12A及第二冷凝部12B通過散熱使氣相的工作流體16冷凝，而相變為液相的工作流體16。另外，環型熱導管10具有第一蒸氣管13A，使通過第一蒸發部IlA變化為氣相的工作流體16向第一冷凝部12A流動；第一液管14A，使通過第一冷凝部12A變化為液相的工作流體16向第二蒸發部IlB流動。而且，環型熱導管10具有第二蒸氣管13B，使通過第二蒸發部IlB變化為氣相的工作流體16向第二冷凝部12B流動；第二液管14B，使通過第二冷凝部12B變化為液相的工作流體16向第一蒸發部IlA流動。在環型熱導管10中，第一蒸發部11A、第一蒸氣管13A、第一冷凝部12A、第一液管 14A、第二蒸發部11B、第二蒸氣管13B、第二冷凝部12B和第二液管14B串聯連接而形成為環路狀的流路。工作流體被密封在上述環路狀的流路內。工作流體16在環型熱導管10內，一邊在液相及氣相之間進行相變，一邊轉移熱量。工作流體16以飽和蒸氣壓封入環型熱導管10 內。工作流體16例如能夠使用水、乙醇、氨水、或氯氟烴等。如圖3所示，環型熱導管10例如組裝在刀片式伺服器20上來使用。刀片式伺服器20具有兩個CPU21A及21B。環型熱導管10的第一蒸發部IlA配置成與CPU21A進行熱接觸。另外，第二蒸發部IlB配置成與CPU21B進行熱接觸。如圖3所示，刀片式伺服器20大多具有長的矩形形狀。刀片式伺服器20通常配置成與其長度方向垂直的寬度方向與鉛垂方向一致。典型地，CPU21A在鉛垂方向上配置在 CPU21B的上側。因而，在環型熱導管10中，受到來自CPU21A的熱的第一蒸發部IlA在鉛垂方向上配置在受到來自CPU21B的熱的第二蒸發部IlB的上側。通過主風扇22向第一冷凝部12A及第二冷凝部12B送風，來促進散熱。此外，在圖3中示出了環型熱導管10組裝在刀片式伺服器上的例子，但環型熱導管10也可以組裝在具有發熱體的其他電子設備上來用於冷卻。接著，使用圖4及圖5，在下面進一步說明第一蒸發部11A。第二蒸發部IlB的結構與第一蒸發部IlA相同，因而對第一蒸發部IlA的說明也適用於第二蒸發部11B。如圖4所示，第一蒸發部IlA為長的形狀。第一蒸發部IlA的長度方向與工作流體16在環型熱導管10的流路中流動的方向一致。在圖4中用箭頭表示工作流體16的流動方向。另外，如圖4及圖5所示，第一蒸發部IlA具有長的框體30、在框體30內的中央部配置的金屬塊31、在金屬塊31內的空洞中配置的金屬管32和在金屬管32內配置的毛細芯 (wick) 33ο框體30、金屬塊31和金屬管32使用銅等導熱性高的金屬形成。框體30的長度方向與第一蒸發部IlA的長度方向一致。在框體30的長度方向上的一側的端部連接有第二液管14Β。另外，在框體30的長度方向上的另一側的端部連接有第一蒸氣管13Α。CPU21A等發熱體經由熱脂(thermal grease)等熱接合材料(未圖示)與框體30 進行熱連接。金屬塊31配置為與框體30的內表面緊貼，與框體30進行熱連接。金屬塊31的內部具有圓柱形狀的空洞。該空洞的長度方向與第一蒸發部IlA的長度方向一致。金屬塊 31將經由框體30從發熱體21A傳遞來的熱快速傳遞至配置在內部的空洞中的金屬管32。金屬管32為長的圓筒形狀。金屬管32配置在金屬塊31的空洞內。金屬管32的長度方向與第一蒸發部IlA的長度方向一致。金屬管32的外表面與金屬塊31的空洞的內表面緊貼，金屬管32與金屬塊31進行熱連接。如圖5所示，在金屬管32的內表面，沿著周向以規定的間距形成有多個凸部34a 和凹部34b。在金屬管32的整個長度方向上形成有凸部3 及凹部34b。在該凹部34b和毛細芯33之間形成的槽狀的空間成為工作流體16的通路。如圖4所示，毛細芯33為長的筒形。毛細芯33的位於第二液管14B側的端部開口，位於第一蒸氣管13A側的端部封閉。毛細芯33以其封閉的端部朝向第一蒸氣管13A側的方式插入金屬管32的內側。 如圖5所示，毛細芯33的外表面與在金屬管32的內表面形成的多個凸部3 的頂端接觸， 毛細芯33與金屬管32進行熱連接。毛細芯33使用多孔質的材料形成。例如使用燒結銅粉末而成的多孔質體來形成毛細芯33。優選通過直徑為ΙΟμπι 50μπι左右的微細的多個細孔連通毛細芯33的內側的空洞部和外側。當液相的工作流體16從第二液管14Β流入第一蒸發部IlA內時，工作流體16藉助毛細管現象浸入毛細芯33內，毛細芯33變為被工作流體16潤溼的狀態。浸入毛細芯33 中的液相的工作流體16被從CPU21A等發熱體供給來的熱加熱而蒸發(氣化)。另外，存在於毛細芯33本身、毛細芯33表面、毛細芯33內側的空洞部中的氣相的工作流體16通過毛細芯33的細孔從內側的空洞部向外側流動。具有上述結構的第一蒸發部11Α，例如相對於具有長30mmX寬30mm的尺寸的發熱體即CPU，能夠將框體30的尺寸形成為長50mmX寬50mmX高20mm。另外，能夠將金屬
7塊31的尺寸形成為長40mmX寬40mmX高20mm。另外，金屬管32的尺寸能夠形成為外徑 14mm、內徑IOmm(管壁厚度2mm)。並且，在金屬管32的內表面例如以2mm間距形成深度Imm 的凹部34b。而且，毛細芯33的尺寸能夠形成為外徑10mm、內徑4mm。接著，使用圖2及圖3，在下面進一步說明第一冷凝部12A。第二冷凝部12B的結構與第一冷凝部12A相同，因而對第一冷凝部12A的說明也適用於第二冷凝部12B。如圖2所示，第一冷凝部12A具有第一冷凝管40A、與第一冷凝管40A相連接的多個第一散熱板41A。在第一冷凝管40A的一側的端部連接有第一蒸氣管13A。在第一冷凝管40A的另一側的端部連接有第一液管14A。多個第一散熱板41A與第一冷凝管40A進行熱連接，在第一冷凝管40A內流動的工作流體16的熱通過多個第一散熱板41A散發。如圖3所示，從促進散熱，使氣相的工作流體16相變為液相這一方面考慮，優選通過主風扇22等向第一冷凝部12A的多個第一散熱板41A送風。接著，使用圖2及圖3，在下面進一步說明第一蒸氣管13A。第二蒸氣管I3B的結構與第一蒸氣管13A相同，因而對第一蒸氣管13A的說明也適用於第二蒸氣管13B。第一蒸氣管13A的一側的端部與第一蒸發部IlA相連接。另外，第一蒸氣管13A 的另一側的端部與第一冷凝部12A相連接。第一蒸氣管13A內不是僅限於氣相的工作流體16流動。根據環型熱導管10的工作狀態和設置環境，有時在第一蒸發部IlA和第一冷凝部12A之間工作流體16變為液相， 因而有時在第一蒸氣管13A內流動氣液混合的工作流體16。第一蒸氣管13A使用銅等導熱性高的金屬形成。接著，使用圖2及圖3，在下面進一步說明第一液管14A。第二液管14B的結構與第一液管14A相同，因而對第一液管14A的說明也適用於第二液管14B。第一液管14A的一側的端部與第一冷凝部12A相連接。另外，第一液管14A的另一側的端部與第二蒸發部IlB相連接。在第一液管14A內並不僅限於流動液相的工作流體16。根據環型熱導管10的工作狀態和設置環境，有時在第一冷凝部12A和第二蒸發部IlB之間工作流體16變為氣相， 因而有時在第一液管14A內流動氣液混合的工作流體16。第一液管14A使用銅等導熱性高的金屬形成。優選封入在環型熱導管10內的工作流體16的量為液相的工作流體16將第一蒸發部11A、第二液管14B、第二蒸發部IlB及第一液管14A填滿的量。另外，更優選該工作流體16的量稍大於環型熱導管10的流路的容積的一半。若工作流體16的量大於該量，則流動阻力增大，熱阻力增加。另一方面，若工作流體16的量少於該量，則環型熱導管10的動作不穩定。接著，下面使用圖6的(A) (D)說明環型熱導管10的動作。圖6的(A) (D) 是說明環型熱導管的動作的圖。首先，如圖6的(A)所示，在環型熱導管10中，第一蒸發部IlA在鉛垂方向上配置在第二蒸發部IlB的上側。因而，在起動前的狀態下，液相的工作流體16滯留在環型熱導管10的下側，第二蒸發部IlB的內部被液相的工作流體16填滿。在第二蒸發部IlB內部的毛細芯33的細孔內浸入有液相的工作流體16。環型熱導管10的上側的部分被氣相的工作流體16填滿。因而，第一蒸發部IlA 的內部被氣相的工作流體16填滿。即，第一蒸發部IlA內的毛細芯33處於乾燥了的狀態， 所以第一蒸發部IlA處於所謂的乾燥(dry out)的狀態。然後，在起動環型熱導管10時，首先，第二蒸發部IlB開始受熱。例如，在圖3所示的例子中，僅CPU21B運轉，第二蒸發部IlB受到來自作為發熱體的CPU21B的熱。在從第二蒸發部IlB開始受熱起經過了規定的時間之後，才使第一蒸發部IlA開始受熱。該規定的時間，是基於有液相的工作流體16開始在第一蒸發部IlA流動所需要的時間來設定的。在受到了來自發熱體的熱的第二蒸發部1IB中，首先，框體30被發熱體加熱，作用於框體30的熱傳遞至金屬塊31。傳遞至金屬塊31的熱傳遞至金屬管32，傳遞至金屬管32 的熱經由金屬管32的凸部3 傳遞至毛細芯33，從而毛細芯33被加熱。當被加熱了的毛細芯33的溫度上升時，毛細芯33的細孔內的液相的工作流體16 沸騰而氣化。隨著工作流體16在毛細芯33的細孔內相變為氣相，細孔內的壓力增大，因而氣相的工作流體16被壓出到毛細芯33的外表面。被壓出到毛細芯33的外表面的氣相的工作流體16例如通過金屬管32的凹部 34b，向第二蒸氣管1 側的框體30的內部流動。然後，氣相的工作流體16流入第二蒸氣管13B內。此外，在環型熱導管10起動後的運轉狀態下，有時在第二蒸發部IlB的金屬管32 的內側存在氣相的工作流體16。該氣相的工作流體16也因工作流體16的氣化而產生的壓力增大而被壓出到毛細芯33的外表面。接著，如圖6的(B)所示，隨著第二蒸發部IlB的框體30內的壓力上升，第二蒸氣管13B內的液相的工作流體16被壓出到第二冷凝部12B內。液相的工作流體16從第二冷凝部12B再被壓出到第二液管14B內，從而第二液管14B內的液面上升。然後，被液相的工作流體16按壓的氣相的工作流體16在第一蒸發部IlA中流動， 進而在第一蒸氣管13A中流動之後，流入第一冷凝部12A內。到達第一冷凝部12A的氣相的工作流體16通過散熱冷凝而變化為液相。工作流體16所具有的熱經由第一冷凝管40A 傳遞至第一散熱板41A，傳遞至第一散熱板41A的熱從第一散熱板41A散發。這樣，在第一冷凝部12A，氣相的工作流體16被冷卻，全部或一部分變化為液相。 結果，在第一冷凝部12A及第一蒸氣管13A內滯留有液相的工作流體16，液面上升。接著，如圖6的(C)所示，從第二冷凝部12B —側被按壓的第二液管14B內的液相的工作流體16開始向第一蒸發部IlA內流動。在這一時刻，第一蒸發部IlA開始第一次受到熱。例如，如圖3所示，CPU21A開始運轉，第一蒸發部IlA受到來自作為發熱體的CPU21A的熱。在第一蒸發部IlA內流動的液相的工作流體16變化為氣相，氣相的工作流體16 流入第一蒸氣管13A內。接著，如圖6的(D)所示，液相的工作流體16幾乎將第一蒸發部IlA的毛細芯33 的內部填滿，環型熱導管10的動作穩定。在環型熱導管10的動作穩定了的狀態下，變為液相的工作流體16成為幾乎將第一蒸發部11A、第二蒸發部11B、第一液管14A和第二液管14B填滿的狀態。環型熱導管10的其他部分被氣相的工作流體16填滿。這樣，通過環型熱導管10穩定地冷卻兩個發熱體冷卻。根據上述的環型熱導管10，環型熱導管由一個環路狀的流路形成，因而尺寸小。另夕卜，環型熱導管10具有兩個蒸發部，因而能夠冷卻兩個發熱體。另外，根據上述的環型熱導管10的起動方法，因為在被液相的工作流體16填滿了的蒸發部開始受熱，所以能夠可靠地起動環型熱導管10。例如，在具有兩個CPU的刀片式伺服器中，只要能夠將兩個CPU都配置在基板的下側(鉛垂方向的下側)，就能夠在環型熱導管起動時通過液相的工作流體將兩個蒸發部都填滿。但是，這樣的配置受到刀片式伺服器的結構的制約，因而有時很難實現。並且，在具有兩個CPU的刀片式伺服器中，大多情況下，兩個CPU在鉛垂方向上配置在不同的位置。這種情況下，在對兩個CPU分別設置單獨的環型熱導管時，在起動時，液相的工作流體不能填滿與配置在鉛垂方向的上側的CPU進行熱連接的蒸發部。在蒸發部內沒有液相的工作流體的狀態下，即使想要起動環型熱導管，因為蒸發部內是乾燥的狀態，所以不能使液相的工作流體變化為氣相，因而環型熱導管不起動。另一方面，根據上述的環型熱導管10，因為在一個迴路內具有兩個蒸發部，所以在起動時，易於在鉛垂方向的下側所配置的蒸發部內填滿液相的工作流體。另外，根據上述的環型熱導管的起動方法，先是鉛垂方向的下側所配置的蒸發部開始受熱，並在液相的工作流體開始流過鉛垂方向的上側所配置的蒸發部之後，開始使該上側所配置的蒸發部受熱。 因而，能夠使環型熱導管可靠地起動。上述的環型熱導管10在第一蒸發部IlA及第二蒸發部IlB的受熱量相等的情況下，穩定地動作。但是，在第一蒸發部IlA及第二蒸發部IlB的受熱量不相等的情況下，在第一蒸發部IlA及第二蒸發部IlB中，工作流體16從液相變化為氣相的變化量不同，因而流路內的工作流體16的分布產生不均，可能使工作流體16的循環不穩定或停止。下面，使用圖7說明這種情況的例子。圖7是說明在環型熱導管10中，受熱量不平衡的狀態的圖。在圖7所示的環型熱導管10中，第一蒸發部IlA的受熱量增加，另一方面，第二蒸發部IlB的受熱量減小，處於受熱量不平衡的狀態。例如，若以圖3所示的刀片式伺服器的例子進行說明，則相當於下述情況，即，CPU21A的運轉率上升而發熱量增加，另一方面， CPU21B的運轉率降低發熱量減小。在環型熱導管10中，受熱量大的第一蒸發部IlA中的工作流體16的氣化速度變得比受熱量小的第二蒸發部IlB中的工作流體16的氣化速度快。並且，第二液管14B內的液相的工作流體16減少，另一方面，第一液管14A內的液相的工作流體16增加。在圖7中示出了液相的工作流體16的液面上升到第一蒸氣管13A 內的狀態。若該狀態再持續，則在第一蒸發部IlA內沒有液相的工作流體16，第一蒸發部IlA 變為乾燥的狀態，從而工作流體16停止循環。這樣的現象尤其易於在蒸發部和冷凝部間的距離大的情況、蒸發部位於低於冷凝部的位置的情況等的工作流體16的流動阻力比較大的情況下引起。因而，希望環型熱導管在兩個蒸發部中的受熱量不平衡的情況下也能夠穩定地動作。因此，作為即使在兩個蒸發部的受熱量不平衡的情況下也能夠穩定地動作的環型熱導管，下面參照

第二到第四實施方式的環型熱導管。對於第二到第四實施方式未特別說明的方面，適當地適用上述的第一實施方式中詳述的說明。另外，在圖8 圖11 中，對與圖2 圖7相同的結構標註了相同的附圖標記。圖8示出了本說明書所公開的第二實施方式的環型熱導管50。環型熱導管50具有連接第一蒸氣管13A和第二蒸氣管13B的旁通管15。旁通管 15具有如下的作用，S卩，在兩個蒸發部的受熱量不平衡等，而使流路內的工作流體16的分布產生不均的情況下，使工作流體16流動，來使環型熱導管50恢復穩定的運轉狀態。優選旁通管15連接第一冷凝部12A附近的第一蒸氣管13A的部分和第二冷凝部 12B附近的第二蒸氣管13B的部分。例如，優選旁通管15連接第一蒸氣管13A的與第一冷凝部12A相距1 3cm範圍的部分和第二蒸氣管13B的與第二冷凝部12B相距1 3cm範圍的部分。另外，優選旁通管15中的工作流體16的流動部分的截面積小於等於第一蒸氣管 13A及第二蒸氣管13B中的工作流體16的流動部分的截面積。優選旁通管15中的工作流體16的壓力損失大於液管和蒸氣管中的壓力損失。這是為了，在環型熱導管50穩定動作的狀態下，提高旁通管15對工作流體16的流動阻力，防止工作流體16易於向旁通管15流動。接著，說明旁通管15的上述截面積和第一蒸氣管13A及第二蒸氣管1 的上述截面積之間的優選關係。S卩，優選旁通管15中的流動部分的截面積與第一蒸氣管13A及第二蒸氣管1 中的流動部分的截面積之比在0. 1 1的範圍內，尤其優選在0. 4 0. 6的範圍內。考慮到在流路內的工作流體16的分布不均的情況下，使工作流體16快速流動，而使環型熱導管的動作恢復穩定狀態的情況，優選上述截面積的比為0.1以上。當上述截面積的比小於0. 1時，旁通管15中的壓力損失變大，會妨礙工作流體16在旁通管15中的流動。另外，考慮到在環型熱導管50穩定動作時，防止工作流體16優先向旁通管15流動的情況，優選上述截面積的比在1以下。另外，由於上述截面積的比在1以下，因而利用毛細管力使液相的工作流體16流動至旁通管15內。旁通管15的長度根據環型熱導管50配置的結構適當設定。另外，為了提高對作流體16的壓力損失，可以在旁通管15上設置環部、彎曲部等。環型熱導管50的其他部分的結構與上述的第一實施方式同樣。下面，使用圖9的㈧ ⑶說明環型熱導管50的動作。圖9的㈧ ⑶是說明環型熱導管50的動作的圖。首先，圖9的(A)所示的狀態的環型熱導管50在穩定的狀態下進行動作。環型熱導管50從起動到達到穩定動作狀態的過程與上述的第一實施方式相同。接著，如圖9的(B)所示，環型熱導管50變化為如下的狀態第一蒸發部IlA的受熱量增加，另一方面，第二蒸發部IlB的受熱量減少，受熱量不平衡。在環型熱導管50中，受熱量大的第一蒸發部IlA中的工作流體16的氣化速度變得比受熱量小的第二蒸發部IlB中的工作流體16的氣化速度快。然後，第二液管14B內的液相的工作流體16減少。因為流路內的工作流體16的量恆定，所以第一液管14A內的液相的工作流體16增加。在圖9的(B)所示的狀態下，液相的工作流體16的液面上升到第一冷凝部12A的內部。結果，第二液管14B中的工作流體16的氣相部分的壓力減小，另一方面，第一蒸氣管13A內的壓力增大。隨著第二液管14B內的壓力減小，第二冷凝部12B及第二蒸氣管13B 內部的壓力也減小。於是，第一蒸氣管13A內的氣相的工作流體16在旁通管15中流動，流入第二蒸氣管13B。流入第二蒸氣管13B的工作流體16在通過第二冷凝部12B變化為液相之後，流入第二液管14B。此外，有時在第一蒸氣管13A內具有液相的工作流體16的情況下，液相的工作流體16也在旁通管15內流動。結果，第二液管14B內的液相的工作流體16增加，另一方面，第一液管14A內的液相的工作流體16減少。這樣，環型熱導管50內的工作流體16的分布自動恢復為圖9的 (A)所示的狀態。其結果，環型熱導管50恢復為穩定的動作狀態。但是，在第一蒸發部IlA的受熱量的增加量和第二蒸發部IlB的受熱量的減小量大的情況下，進一步變化為受熱量嚴重不平衡的狀態，環型熱導管50中的工作流體16的分布會向圖9的(C)所示的狀態變化。在圖9的(C)所示的狀態下，第二液管14B內的液相的工作流體16進一步減少，另一方面，第一液管14A內的液相的工作流體16進一步增加。在圖9的(C)所示的狀態下， 液相的工作流體16的液面上升到第一蒸氣管13A的內部。然後，當工作流體16的液面達到旁通管15的連接處的高度時，如圖9的⑶所示， 第一蒸氣管13A內的液相的工作流體16通過壓力差及毛細管力在旁通管15內流動，而流入第二蒸氣管13B內。流入第二蒸氣管13B內的工作流體16在第二冷凝部12B內流動，而流入第二液管 14B 內。結果，第二液管14B內的液相的工作流體16增加，另一方面，第一液管14A內的液相的工作流體16減少。這樣，環型熱導管50內的工作流體16的分布自動恢復為圖9的 (A)所示的狀態。因而，環型熱導管50恢復為穩定的動作狀態。此外，在上述的環型熱導管50的動作的說明中，以第一蒸發部IlA的受熱量增加而第二蒸發部IlB的受熱量減少的情況為例。但是，在第一蒸發部IlA的受熱量增加，而第二蒸發部IlB的受熱量無變化的情況，或者第一蒸發部IlA的受熱量不變，而僅第二蒸發部 IlB的受熱量減小的情況下，環型熱導管50會同樣地恢復為穩定的動作狀態。這樣，對於環型熱導管50來說，在第一蒸發部IlA和第二蒸發部IlB之間受熱量產生相對變化的情況下，工作流體16在流路內的分布能夠恢復為正常的狀態，從而恢復為穩定的動作狀態。而且，對於環型熱導管50來說，在第一冷凝部12A和第二冷凝部12B之間冷卻能力發生相對變化了的情況下，工作流體16在流路內的分布也能夠恢復為正常的狀態，從而恢復為穩定的動作狀態。根據上述的環型熱導管50，在流路內的工作流體16的分布不均的情況下，工作流
12體16通過旁通管15，從第一蒸氣管13A向第二蒸氣管1 流動，因而環型熱導管50能夠恢復為穩定的動作狀態。因而，根據環型熱導管50，即使在兩個蒸發部的受熱量不平衡的情況下，也能夠穩定地動作。另外，環型熱導管50因為能夠在不使用電力等外部能量的情況下消除流路內產生的工作流體16的分布不均的現象，因而能夠節省能源。接著，使用圖10說明第三實施方式的環型熱導管。圖10是表示本說明書所公開的第三實施方式的環型熱導管60的圖。在環型熱導管60中，第一蒸發部IlA及第二蒸發部IlB的尺寸不同。例如，可以使第二蒸發部IlB的長度為第一蒸發部IlA的2倍。環型熱導管60能夠用於對發熱量不同的兩個發熱體進行冷卻。另外，環型熱導管 60能夠對尺寸不同的兩個發熱體進行冷卻。例如，環型熱導管60用於對安裝在伺服器上的CPU和晶片控制器(chip controller)進行冷卻。通常，CPU的尺寸及發熱量比晶片控制器大。關於第一蒸發部11A，例如相對於具有長20mmX寬20mm的尺寸的發熱體即晶片控制器，能夠將金屬塊31的尺寸形成為長30mmX寬30mmX高20mm。另外，關於第二蒸發部 11B，例如相對於具有長30mmX寬30mm的尺寸的發熱體即CPU，能夠使金屬塊31的尺寸形成為長50mmX寬50mmX高20mm。環型熱導管60的其他部分的結構與上述的第二實施方式同樣。根據上述的環型熱導管60，能夠使用與發熱體的尺寸及發熱量相對應的蒸發部高效地冷卻發熱體。接著，使用圖11說明第四實施方式的環型熱導管。圖11是表示組裝有本說明書所公開的第四實施方式的環型熱導管70的刀片式伺服器80的圖。如圖11所示，在環型熱導管70中，第一冷凝部和第二冷凝部形成一體。具體地說，在第一冷凝部的第一冷凝管40A及第二冷凝部的第二冷凝管40B上接合有共用的多個散熱板41。環型熱導管70的其他部分的結構與上述的第二實施方式同樣。根據上述的環型熱導管70，因為第一冷凝部和第二冷凝部形成一體，因而能夠使尺寸更小。在本發明中，上述的各實施方式的環型熱導管及其起動方法，只要不脫離本發明的宗旨，能夠適當變更。例如，在上述的實施方式中，第一蒸發部IlA在鉛垂方向上配置在第二蒸發部IlB 的上側，但也可以將第二蒸發部1IB在鉛垂方向上配置在第一蒸發部1IA的上側。此時，在環型熱導管10使用時的鉛垂方向在製造環型熱導管時不能確定的情況下，例如可以設置下面的構成構件。1.在環型熱導管10上設置加速度傳感器，從而能夠判斷鉛垂方向。2.在環型熱導管10剛起動之後，監測CPU等兩個發熱體的溫度，確定溫度上升大的發熱體。並且，延緩規定時間對溫度上升大的發熱體供給電力，對兩個發熱體的起動設置時間差。通過設置這樣的構成構件，能夠先使位於鉛垂方向的下側的蒸發部開始受熱。另外，在上述的各實施方式中，第一蒸氣管13A、第二蒸氣管13B、第一液管14A和第二液管14B由相等直徑的管形成，但是各管的直徑也可以不同。此外，在上述的各實施方式中，使用示意性地示出的環型熱導管進行了說明，各構成構件的結構、配置或形狀等不限於圖示的方式。例如，蒸發部或冷凝部的配置、連接蒸發部和冷凝部的蒸氣管及液管的形狀(配管布局)能夠按照要組裝環型熱導管的電子設備等的內部結構等任意設定。另外，能夠按照蒸發部、冷凝部、蒸氣管或液管的配置、形狀，任意設置起動用散熱片及起動用風扇等其他構件。下面，使用實施例進一步說明本說明書所公開的環型熱導管的作用效果。但是，本發明不受實施例限制。實施例[實施例1]首先，形成圖8所示的結構的環型熱導管。然後，將該環型熱導管組裝在圖3所示那樣的刀片式伺服器上。接著，使刀片式伺服器的基板面處於垂直於鉛垂方向的方向，由此形成了兩個蒸發部水平配置的狀態。使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為0W，使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為60W，來構成實施例1。[實施例2]除了使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為20W，使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為60W以外，與實施例1同樣地構成實施例2。[實施例3]除了使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為40W，使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為60W以外，與實施例1同樣地構成實施例3。[實施例4]除了使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為60W，使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為60W以外，與實施例1同樣地構成實施例4。[實施例5]除了使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為60W，使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為40W以外，與實施例1同樣地構成實施例5。[實施例6]除了使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為60W，使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為20W以外，與實施例1同樣地構成實施例6。[實施例7]除了使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為60W，使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為OW以外，與實施例1同樣地構成實施例7。[實施例8]使刀片式伺服器的基板面處於平行於鉛垂方向的方向上，由此形成兩個蒸發部沿著鉛垂方向配置的狀態。另外，使配置在鉛垂方向的上側的用於使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為0W，使配置在鉛垂方向的下側的用於使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為 60W。除此之外，與實施例1同樣地構成實施例8。[實施例9]使配置在鉛垂方向的上側的用於使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為20W，使配置在鉛垂方向的下側的用於使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為60W。除此之外與實施例8同樣地構成實施例9。[實施例10]使配置在鉛垂方向的上側的用於使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為40W，使配置在鉛垂方向的下側的用於使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為60W。除此之外與實施例8同樣地構成實施例10。[實施例11]使配置在鉛垂方向的上側的用於使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為60W，使配置在鉛垂方向的下側的用於使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為60W。除此之外與實施例8同樣地構成實施例11。[實施例I2]使配置在鉛垂方向的上側的用於使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為60W，使配置在鉛垂方向的下側的用於使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為40W。除此之外與實施例8同樣地構成實施例12。[實施例I3]使配置在鉛垂方向的上側的用於使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為60W，使配置在鉛垂方向的下側的用於使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為20W。除此之外與實施例8同樣地構成實施例13。[實施例14]使配置在鉛垂方向的上側的用於使第一蒸發部受熱的CPU A的發熱量為60W，使配置在鉛垂方向的下側的用於使第二蒸發部受熱的CPU B的發熱量為0W。除此之外與實施例8同樣地構成實施例14。使實施例1 實施例14如下述那樣進行動作，來測定CPU A及CPU B的溫度。首先，停止向刀片式伺服器供給電力，經過足夠長的時間之後，形成包括CPU及環型熱導管的刀片式伺服器整體均勻地保持為室溫的狀態。接著，開始向刀片式伺服器供給電力，測定CPU A及CPU B的溫度已上升時的達到溫度。圖12示出了測定結果。在實施例14中，開始向刀片式伺服器供給電力約1分鐘之後，CPU A的溫度達到了 80°C。可知在蒸發部垂直配置的情況下，配置在鉛垂方向的下側的第二蒸發部未受熱， 環型熱導管不運轉。另一方面，在實施例1 13中，CPU A及CPU B的達到溫度全都小於60°C。S卩，可知在兩個蒸發部垂直配置的情況下，只要配置於鉛垂方向的下側的第二蒸發部受熱，環型熱導管就運轉，CPU A及CPU B被冷卻。另外，可知在蒸發部水平配置的情況下，即使任一個蒸發部未受熱，環型熱導管也運轉，從而CPU A及CPU B被冷卻。另外，使用圖11所示的結構的環型熱導管，進行與實施例1 實施例14同樣的測定，得到了同樣的結果。接著，使用兩相流體模擬裝置，對圖2及圖8所示的結構的環型熱導管的動作進行計算機實驗，得到實施例15 實施例18。兩相流體模擬裝置使用SINDA/FLUINT (熱流分析軟體，C&R TECHNOLOGIES公司製作)。
[實施例I5]使用圖2所示的結構的環型熱導管。製冷劑使用特定氯氟烴 HCFC(hydrochlorofluorocarbon)的R141b。第一液管、第二液管、第一蒸氣管及第二蒸氣管的內徑為4. 5mm。第一液管及第二液管的長度為1. Om，第一蒸氣管及第二蒸氣管的長度為1.0m。第一冷凝部及第二冷凝部的長度為1.0m。第一蒸發部及第二蒸發部分別被輸出為150W的加熱體加熱。第一蒸發部及第二蒸發部在鉛垂方向上水平配置。環型熱導管具有第一組件和第二組件，所述第一組件由第二冷凝部、第二液管、第一蒸發部和第一蒸氣管形成，所述第二組件由第一冷凝部、第一液管、第二蒸發部和第二蒸氣管形成。在各組件中， 液管為8個刻度(grid)，蒸發部為2個刻度，蒸氣管為12個刻度，冷凝部為8個刻度。並且，求出在環型熱導管的穩定狀態下對於各組件的各刻度的工作流體的氣相的比例。在圖 13中示出了計算結果。[實施例I6]除了使用圖8所示的結構的環型熱導管，與實施例15同樣地形成實施例16。旁通管的內徑為4. 5mm，旁通管的長度為1.細。在圖14中示出了計算結果。[實施例Π]除了第一組件的第一蒸發部被輸出為50W的加熱體加熱且第二組件的第二蒸發部被輸出為150W的加熱體加熱之外，與實施例15同樣地形成了實施例17。在圖15中示出了計算結果。[實施例I8]除了如下的情況之外，與實施例16同樣地形成了實施例18，即，使用圖8所示的結構的環型熱導管，並且，第一組件的第一蒸發部被輸出為50W的加熱體加熱，第二組件的第二蒸發部被輸出為150W的加熱體加熱。在圖16中示出了計算結果。如圖13及圖14所示，在兩個蒸發部被同樣加熱的實施例15及實施例16中，在蒸氣管中，全部的工作流體為氣相，在液管中，全部的工作流體為液相。如圖15所示，在實施例17中，在環型熱導管內工作流體流動，在第一組件的第一蒸氣管中，工作流體的約4成為氣相，約6成為液相。另一方面，在第二組件中，第二蒸氣管的工作流體都為氣相。如圖16所示，在實施例18中，在蒸氣管中，全部的工作流體都為氣相，在液管中， 全部的工作流體都為液相。因而可知通過在實施例17的環型熱導管的結構中設置旁通管，在第一組件的蒸氣管中，工作流體都變為氣相。在此敘述的所有的例子及附加條件的用語用於達到幫助讀者在技術方面深入理解發明人的發明及概念的教導性的目的。在此敘述的所有的例子及附加條件的用語應該解釋為不限於上述的具體敘述的例子及條件。另外，說明書中的例示的機構與表示本發明的優越性及不足無關。本發明的實施方式雖然進行了詳細地說明，但應該理解為，只要不脫離本發明的精神及範圍，能夠進行各種變更、置換或修改。附圖標記的說明10、50、60、70 環型熱導管IlA第一蒸發部IlB第二蒸發部
12A第一冷凝部12B第二冷凝部13A第一蒸氣管13B第二蒸氣管14A 第一液管14B 第二液管15旁通管16工作流體20刀片式伺服器2IA CPU2 IB CPU22主風扇30 框體31金屬塊32金屬管33毛細芯34 槽40A.40B 冷凝管41散熱板80刀片式伺服器8IA CPU8 IB CPU
1權利要求
1.一種環型熱導管，其特徵在於，具有第一蒸發部及第二蒸發部，受到來自發熱體的熱，使液相的工作流體蒸發而相變為氣相的工作流體；第一冷凝部及第二冷凝部，通過散熱使氣相的工作流體冷凝而相變為液相的工作流體；第一蒸氣管，使被所述第一蒸發部變化為氣相的工作流體向所述第一冷凝部流動； 第一液管，使被所述第一冷凝部變化為液相的工作流體向所述第二蒸發部流動； 第二蒸氣管，使被所述第二蒸發部變化為氣相的工作流體向所述第二冷凝部流動； 第二液管，使被所述第二冷凝部變化為液相的工作流體向所述第一蒸發部流動。
2.如權利要求1所述的環型熱導管，其特徵在於，具有旁通管，該旁通管連接所述第一蒸氣管和所述第二蒸氣管。
3.如權利要求2所述的環型熱導管，其特徵在於，所述旁通管連接所述第一蒸氣管的處於所述第一冷凝部附近的部分和所述第二蒸氣管的處於所述第二冷凝部附近的部分。
4.如權利要求2或3所述的環型熱導管，其特徵在於，所述旁通管中的工作流體的流動部分的截面積小於等於所述第一蒸氣管及第二蒸氣管中的工作流體的流動部分的截面積。
5.如權利要求4所述的環型熱導管，其特徵在於，所述旁通管的所述截面積與所述第一蒸氣管及第二蒸氣管的所述截面積之比在0. 1 1的範圍內。
6.如權利要求1 5中任一項所述的環型熱導管，其特徵在於，所述第一蒸發部在鉛垂方向上配置於所述第二蒸發部的上側。
7.如權利要求1 6中任一項所述的環型熱導管，其特徵在於，所述第一冷凝部和所述第二冷凝部形成為一體。
8.如權利要求7所述的環型熱導管，其特徵在於，所述第一冷凝部具有第一冷凝管，所述第二冷凝部具有第二冷凝管， 在所述第一冷凝管及所述第二冷凝管上接合有共用的多個散熱板。
9.一種環型熱導管的起動方法， 該環型熱導管具有第一蒸發部及第二蒸發部，受到來自發熱體的熱，使液相的工作流體蒸發而相變為氣相的工作流體，第一冷凝部及第二冷凝部，通過散熱使氣相的工作流體冷凝而相變為液相的工作流體，第一蒸氣管，使被所述第一蒸發部變化為氣相的工作流體向所述第一冷凝部流動， 第一液管，使被所述第一冷凝部變化為液相的工作流體向所述第二蒸發部流動， 第二蒸氣管，使被所述第二蒸發部變化為氣相的工作流體向所述第二冷凝部流動， 第二液管，使被所述第二冷凝部變化為液相的工作流體向所述第一蒸發部流動； 所述第一蒸發部在鉛垂方向上配置於所述第二蒸發部的上側； 該環型熱導管的起動方法的特徵在於，在從所述第二蒸發部開始受熱起經過了規定的時間之後，使所述第一蒸發部開始受熱。
10.如權利要求9所述的環型熱導管的起動方法，其特徵在於，所述規定的時間，是基於有液相的工作流體開始在所述第一蒸發部流動所需要的時間來確定的。
11.如權利要求9或10所述的環型熱導管的起動方法，其特徵在於，所述環型熱導管具有旁通管，該旁通管連接所述第一蒸氣管和所述第二蒸氣管。
全文摘要
環型熱導管10具有第一蒸發部11A及第二蒸發部11B，受到來自發熱體的熱，使液相的工作流體16蒸發而相變為氣相的工作流體16；第一冷凝部12A及第二冷凝部12B，通過散熱使氣相的工作流體16冷凝而相變為液相的工作流體16；第一蒸氣管13A，使通過第一蒸發部11A變化為氣相的工作流體16向第一冷凝部12A流動；第一液管14A，使通過第一冷凝部12A變化為液相的工作流體16向第二蒸發部11B流動；第二蒸氣管13B，使通過第二蒸發部11B變化為氣相的工作流體16向第二冷凝部12B流動；第二液管14B，使通過第二冷凝部12B變化為液相的工作流體16向第一蒸發部11A流動。
文檔編號F28D15/02GK102472597SQ20108003140
公開日2012年5月23日 申請日期2010年4月2日 優先權日2009年7月13日
發明者內田浩基, 鹽賀健司, 青木重憲 申請人:富士通株式會社