环型热导管及其起动方法 【技术领域】
本发明涉及环型热导管及其起动方法。背景技术 以往， 在冷却电子装置时使用热导管。热导管是利用封入在内部的工作流体的相 变来输送热的传热装置。
并且， 作为为了提高电子装置的冷却能力而增加了热的输送量并且增加了热的输 送距离的热导管开发出环型热导管。
环型热导管具有 ： 蒸发部， 受到来自发热体的热， 使液相的工作流体蒸发 ； 冷凝 部， 通过散热使气相的工作流体冷凝。 另外， 环型热导管具有 ： 蒸气管， 使通过蒸发部变化为 气相的工作流体向冷凝部流动 ； 液管， 使通过冷凝部变化为液相的工作流体向蒸发部流动。 并且， 环型热导管为蒸发部、 蒸气管、 冷凝部和液管串联连接的环形结构， 在内部封入有工 作流体。
但是， 在近年来的刀片式服务器 (blade server) 中， 为了提高处理能力， 开发了在 一个刀片上安装两个 CPU 的结构。
为了使用环型热导管对运转中的两个 CPU 进行冷却， 需要两个蒸发部分别从各 CPU 接受热， 因而需要在刀片式服务器上组装两个环型热导管。
为了在刀片式服务器上组装两组环型热导管， 基板需要具有用于配置两组环型热 导管的区域。
但是， 刀片式服务器原本是作为容积比以往的服务器更小的服务器而开发的， 用 于在基板上高密度地配置 CPU 等电子装置。
因此， 有时难以在基板上确保配置 2 组环型热导管的区域。
另外， 提出了具有两个蒸发部的环型热导管。图 1 示出了该环型热导管 110。
环型热导管 110 具有第一蒸发部 111A 和冷凝部 112。另外， 环型热导管 110 具有 ： 第一液管 114A， 使通过冷凝部 112 变化为液相的工作流体流动至第一蒸发部 111A ； 蒸气管 113， 使通过第一蒸发部 111A 变化为气相的工作流体流动至冷凝部 112。
另外， 如图 1 所示， 环型热导管 110 具有第二蒸发部 111B， 该第二蒸发部 111B， 在 起动时， 对使液相的工作流体流动到第一蒸发部 111A 内的动作进行辅助。流动到第一液 管 114A 的液相的工作流体的一部分经由第二液管 114B 及冷凝部 112 流动到第二蒸发部 111B。通过第二蒸发部 111B 变化为气相的工作流体在汇流到至蒸气管 113 之后， 向冷凝部 112 流动。在第二液管 114B 内流动的工作流体不与第一液管 114 内流动的工作流体汇流， 而通过冷凝部 112 向第二蒸发部 111B 流动。
在环型热导管 110 起动时， 马上向配置在冷凝部 112 附近的第二蒸发部 111B 供给 液相的工作流体， 而使回路内的工作流体开始流动， 从而使液相的工作流体流动至第一蒸 发部 111A。第二蒸发部 111B 是为了起动环型热导管 110 而设置的辅助蒸发部。因此， 第二 蒸发部 111B 与第一蒸发部 111A 相比， 尺寸小， 冷却能力低。
在将这样的具有两个蒸发部 111A、 111B 的环型热导管 110 分别对具有同等的发热 量的两个 CPU 进行冷却时， 由于两个蒸发部 111A、 111B 的冷却能力不同以及由于配管的结 构， 所以容易使回路内的工作流体的流动变得不稳定。
现有技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 日本特开 2008-8512 号公报 ；
专利文献 2 ： 美国专利申请公开第 2004/0182550 号说明书。 发明内容 发明要解决的问题
本说明书的目的在于提供尺寸小且能够冷却两个发热体的环型热导管。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题， 根据在本说明书中所公开的环型热导管的一个方式， 具有 ： 第 一蒸发部及第二蒸发部， 受到来自发热体的热， 使液相的工作流体蒸发而相变为气相的工 作流体 ； 第一冷凝部及第二冷凝部， 通过散热使气相的工作流体冷凝而相变为液相的工作 流体 ； 第一蒸气管， 使通过所述第一蒸发部变化为气相的工作流体向所述第一冷凝部流动 ； 第一液管， 使通过所述第一冷凝部变化为液相的工作流体向所述第二蒸发部流动 ； 第二蒸 气管， 使通过所述第二蒸发部变化为气相的工作流体向所述第二冷凝部流动 ； 第二液管， 使 通过所述第二冷凝部变化为液相的工作流体向所述第一蒸发部流动。
发明的效果
根据上述的本说明书所公开的环型热导管的一个方式， 能够减小尺寸， 并且能够 冷却两个发热体。
尤其通过权利要求指出的构成构件及组合能够理解且获得本发明的目的及效果。
上述的一般的说明及后述的详细的说明是例示性及说明性的说明， 不对要求保护 的本发明进行限制。
附图说明 图 1 是表示相关的例子的环型热导管的图。
图 2 是表示本说明书所公开的环型热导管的第一实施方式的图。
图 3 是表示组装有图 2 的环型热导管的刀片式服务器的图。
图 4 是图 2 的环型热导管的蒸发部的长度方向的剖视放大图。
图 5 是图 2 的环型热导管的蒸发部的宽度方向的剖视放大图。
图 6 的 (A) ～ (D) 是说明图 2 的环型热导管的动作的图。
图 7 是说明在图 2 的环型热导管受热量不平衡的状态的图。
图 8 是表示本说明书所公开的环型热导管的第二实施方式的图。
图 9 的 (A) ～ (D) 是说明图 8 的环型热导管的动作的图。
图 10 是表示本说明书所公开的环型热导管的第三实施方式的图。
图 11 是表示组装有本说明书所公开的环型热导管的第四实施方式的刀片式服务 器的图。
图 12 是说明本说明书所公开的环型热导管的实施例 1 ～ 14 的图。 图 13 是说明本说明书所公开的环型热导管的实施例 15 的图。 图 14 是说明本说明书所公开的环型热导管的实施例 16 的图。 图 15 是说明本说明书所公开的环型热导管的实施例 17 的图。 图 16 是说明本说明书所公开的环型热导管的实施例 18 的图。具体实施方式
下面， 参照附图说明本说明书所公开的环型热导管的优选的第一实施方式。 但是， 本发明的技术范围不限于下述的实施方式， 而要注意权利要求书所记载的发明和与之等同 物的范围。
图 2 是表示本说明书所公开的环型热导管的第一实施方式的图。图 3 是表示组装 有图 2 的环型热导管的刀片式服务器的图。图 4 是图 2 的环型热导管的蒸发部的长度方向 的剖视放大图。图 5 是图 2 的环型热导管的蒸发部的宽度方向的剖视放大图。
如图 2 所示， 本实施方式的环型热导管 10 具有第一蒸发部 11A 及第二蒸发部 11B， 该第一蒸发部 11A 及第二蒸发部 11B 受到来自发热体的热， 使液相的工作流体 16 蒸发而相 变为气相的工作流体 16。另外， 环型热导管 10 具有第一冷凝部 12A 及第二冷凝部 12B， 该 第一冷凝部 12A 及第二冷凝部 12B 通过散热使气相的工作流体 16 冷凝， 而相变为液相的工 作流体 16。另外， 环型热导管 10 具有 ： 第一蒸气管 13A， 使通过第一蒸发部 11A 变化为气相 的工作流体 16 向第一冷凝部 12A 流动 ； 第一液管 14A， 使通过第一冷凝部 12A 变化为液相 的工作流体 16 向第二蒸发部 11B 流动。而且， 环型热导管 10 具有 ： 第二蒸气管 13B， 使通 过第二蒸发部 11B 变化为气相的工作流体 16 向第二冷凝部 12B 流动 ； 第二液管 14B， 使通 过第二冷凝部 12B 变化为液相的工作流体 16 向第一蒸发部 11A 流动。
在环型热导管 10 中， 第一蒸发部 11A、 第一蒸气管 13A、 第一冷凝部 12A、 第一液管 14A、 第二蒸发部 11B、 第二蒸气管 13B、 第二冷凝部 12B 和第二液管 14B 串联连接而形成为 环路状的流路。
工作流体被密封在上述环路状的流路内。工作流体 16 在环型热导管 10 内， 一边 在液相及气相之间进行相变， 一边转移热量。 工作流体 16 以饱和蒸气压封入环型热导管 10 内。
工作流体 16 例如能够使用水、 乙醇、 氨水、 或氯氟烃等。
如图 3 所示， 环型热导管 10 例如组装在刀片式服务器 20 上来使用。
刀片式服务器 20 具有两个 CPU21A 及 21B。环型热导管 10 的第一蒸发部 11A 配置 成与 CPU21A 进行热接触。另外， 第二蒸发部 11B 配置成与 CPU21B 进行热接触。
如图 3 所示， 刀片式服务器 20 大多具有长的矩形形状。刀片式服务器 20 通常配 置成与其长度方向垂直的宽度方向与铅垂方向一致。典型地， CPU21A 在铅垂方向上配置在 CPU21B 的上侧。
因而， 在环型热导管 10 中， 受到来自 CPU21A 的热的第一蒸发部 11A 在铅垂方向上 配置在受到来自 CPU21B 的热的第二蒸发部 11B 的上侧。
通过主风扇 22 向第一冷凝部 12A 及第二冷凝部 12B 送风， 来促进散热。
此外， 在图 3 中示出了环型热导管 10 组装在刀片式服务器上的例子， 但环型热导管 10 也可以组装在具有发热体的其他电子设备上来用于冷却。
接着， 使用图 4 及图 5， 在下面进一步说明第一蒸发部 11A。第二蒸发部 11B 的结 构与第一蒸发部 11A 相同， 因而对第一蒸发部 11A 的说明也适用于第二蒸发部 11B。
如图 4 所示， 第一蒸发部 11A 为长的形状。第一蒸发部 11A 的长度方向与工作流 体 16 在环型热导管 10 的流路中流动的方向一致。在图 4 中用箭头表示工作流体 16 的流 动方向。
另外， 如图 4 及图 5 所示， 第一蒸发部 11A 具有长的框体 30、 在框体 30 内的中央部 配置的金属块 31、 在金属块 31 内的空洞中配置的金属管 32 和在金属管 32 内配置的毛细芯 (wick)33。
框体 30、 金属块 31 和金属管 32 使用铜等导热性高的金属形成。
框体 30 的长度方向与第一蒸发部 11A 的长度方向一致。在框体 30 的长度方向上 的一侧的端部连接有第二液管 14B。另外， 在框体 30 的长度方向上的另一侧的端部连接有 第一蒸气管 13A。
CPU21A 等发热体经由热脂 (thermal grease) 等热接合材料 ( 未图示 ) 与框体 30 进行热连接。 金属块 31 配置为与框体 30 的内表面紧贴， 与框体 30 进行热连接。金属块 31 的 内部具有圆柱形状的空洞。该空洞的长度方向与第一蒸发部 11A 的长度方向一致。金属块 31 将经由框体 30 从发热体 21A 传递来的热快速传递至配置在内部的空洞中的金属管 32。
金属管 32 为长的圆筒形状。金属管 32 配置在金属块 31 的空洞内。金属管 32 的 长度方向与第一蒸发部 11A 的长度方向一致。金属管 32 的外表面与金属块 31 的空洞的内 表面紧贴， 金属管 32 与金属块 31 进行热连接。
如图 5 所示， 在金属管 32 的内表面， 沿着周向以规定的间距形成有多个凸部 34a 和凹部 34b。在金属管 32 的整个长度方向上形成有凸部 34a 及凹部 34b。在该凹部 34b 和 毛细芯 33 之间形成的槽状的空间成为工作流体 16 的通路。
如图 4 所示， 毛细芯 33 为长的筒形。毛细芯 33 的位于第二液管 14B 侧的端部开 口， 位于第一蒸气管 13A 侧的端部封闭。
毛细芯 33 以其封闭的端部朝向第一蒸气管 13A 侧的方式插入金属管 32 的内侧。 如图 5 所示， 毛细芯 33 的外表面与在金属管 32 的内表面形成的多个凸部 34a 的顶端接触， 毛细芯 33 与金属管 32 进行热连接。
毛细芯 33 使用多孔质的材料形成。例如使用烧结铜粉末而成的多孔质体来形成 毛细芯 33。优选通过直径为 10μm ～ 50μm 左右的微细的多个细孔连通毛细芯 33 的内侧 的空洞部和外侧。
当液相的工作流体 16 从第二液管 14B 流入第一蒸发部 11A 内时， 工作流体 16 借 助毛细管现象浸入毛细芯 33 内， 毛细芯 33 变为被工作流体 16 润湿的状态。浸入毛细芯 33 中的液相的工作流体 16 被从 CPU21A 等发热体供给来的热加热而蒸发 ( 气化 )。
另外， 存在于毛细芯 33 本身、 毛细芯 33 表面、 毛细芯 33 内侧的空洞部中的气相的 工作流体 16 通过毛细芯 33 的细孔从内侧的空洞部向外侧流动。
具有上述结构的第一蒸发部 11A， 例如相对于具有长 30mm× 宽 30mm 的尺寸的发 热体即 CPU， 能够将框体 30 的尺寸形成为长 50mm× 宽 50mm× 高 20mm。另外， 能够将金属
块 31 的尺寸形成为长 40mm× 宽 40mm× 高 20mm。另外， 金属管 32 的尺寸能够形成为外径 14mm、 内径 10mm( 管壁厚度 2mm)。 并且， 在金属管 32 的内表面例如以 2mm 间距形成深度 1mm 的凹部 34b。而且， 毛细芯 33 的尺寸能够形成为外径 10mm、 内径 4mm。
接着， 使用图 2 及图 3， 在下面进一步说明第一冷凝部 12A。第二冷凝部 12B 的结 构与第一冷凝部 12A 相同， 因而对第一冷凝部 12A 的说明也适用于第二冷凝部 12B。
如图 2 所示， 第一冷凝部 12A 具有第一冷凝管 40A、 与第一冷凝管 40A 相连接的多 个第一散热板 41A。
在第一冷凝管 40A 的一侧的端部连接有第一蒸气管 13A。在第一冷凝管 40A 的另 一侧的端部连接有第一液管 14A。
多个第一散热板 41A 与第一冷凝管 40A 进行热连接， 在第一冷凝管 40A 内流动的 工作流体 16 的热通过多个第一散热板 41A 散发。
如图 3 所示， 从促进散热， 使气相的工作流体 16 相变为液相这一方面考虑， 优选通 过主风扇 22 等向第一冷凝部 12A 的多个第一散热板 41A 送风。
接着， 使用图 2 及图 3， 在下面进一步说明第一蒸气管 13A。第二蒸气管 13B 的结 构与第一蒸气管 13A 相同， 因而对第一蒸气管 13A 的说明也适用于第二蒸气管 13B。 第一蒸气管 13A 的一侧的端部与第一蒸发部 11A 相连接。另外， 第一蒸气管 13A 的另一侧的端部与第一冷凝部 12A 相连接。
第一蒸气管 13A 内不是仅限于气相的工作流体 16 流动。根据环型热导管 10 的工 作状态和设置环境， 有时在第一蒸发部 11A 和第一冷凝部 12A 之间工作流体 16 变为液相， 因而有时在第一蒸气管 13A 内流动气液混合的工作流体 16。
第一蒸气管 13A 使用铜等导热性高的金属形成。
接着， 使用图 2 及图 3， 在下面进一步说明第一液管 14A。第二液管 14B 的结构与 第一液管 14A 相同， 因而对第一液管 14A 的说明也适用于第二液管 14B。
第一液管 14A 的一侧的端部与第一冷凝部 12A 相连接。另外， 第一液管 14A 的另 一侧的端部与第二蒸发部 11B 相连接。
在第一液管 14A 内并不仅限于流动液相的工作流体 16。根据环型热导管 10 的工 作状态和设置环境， 有时在第一冷凝部 12A 和第二蒸发部 11B 之间工作流体 16 变为气相， 因而有时在第一液管 14A 内流动气液混合的工作流体 16。
第一液管 14A 使用铜等导热性高的金属形成。
优选封入在环型热导管 10 内的工作流体 16 的量为液相的工作流体 16 将第一蒸 发部 11A、 第二液管 14B、 第二蒸发部 11B 及第一液管 14A 填满的量。另外， 更优选该工作流 体 16 的量稍大于环型热导管 10 的流路的容积的一半。若工作流体 16 的量大于该量， 则流 动阻力增大， 热阻力增加。另一方面， 若工作流体 16 的量少于该量， 则环型热导管 10 的动 作不稳定。
接着， 下面使用图 6 的 (A) ～ (D) 说明环型热导管 10 的动作。图 6 的 (A) ～ (D) 是说明环型热导管的动作的图。
首先， 如图 6 的 (A) 所示， 在环型热导管 10 中， 第一蒸发部 11A 在铅垂方向上配置 在第二蒸发部 11B 的上侧。因而， 在起动前的状态下， 液相的工作流体 16 滞留在环型热导 管 10 的下侧， 第二蒸发部 11B 的内部被液相的工作流体 16 填满。在第二蒸发部 11B 内部
的毛细芯 33 的细孔内浸入有液相的工作流体 16。
环型热导管 10 的上侧的部分被气相的工作流体 16 填满。因而， 第一蒸发部 11A 的内部被气相的工作流体 16 填满。即， 第一蒸发部 11A 内的毛细芯 33 处于干燥了的状态， 所以第一蒸发部 11A 处于所谓的干燥 (dry out) 的状态。
然后， 在起动环型热导管 10 时， 首先， 第二蒸发部 11B 开始受热。例如， 在图 3 所 示的例子中， 仅 CPU21B 运转， 第二蒸发部 11B 受到来自作为发热体的 CPU21B 的热。
在从第二蒸发部 11B 开始受热起经过了规定的时间之后， 才使第一蒸发部 11A 开 始受热。该规定的时间， 是基于有液相的工作流体 16 开始在第一蒸发部 11A 流动所需要的 时间来设定的。
在受到了来自发热体的热的第二蒸发部 11B 中， 首先， 框体 30 被发热体加热， 作用 于框体 30 的热传递至金属块 31。传递至金属块 31 的热传递至金属管 32， 传递至金属管 32 的热经由金属管 32 的凸部 34a 传递至毛细芯 33， 从而毛细芯 33 被加热。
当被加热了的毛细芯 33 的温度上升时， 毛细芯 33 的细孔内的液相的工作流体 16 沸腾而气化。随着工作流体 16 在毛细芯 33 的细孔内相变为气相， 细孔内的压力增大， 因而 气相的工作流体 16 被压出到毛细芯 33 的外表面。 被压出到毛细芯 33 的外表面的气相的工作流体 16 例如通过金属管 32 的凹部 34b， 向第二蒸气管 13B 侧的框体 30 的内部流动。然后， 气相的工作流体 16 流入第二蒸气 管 13B 内。
此外， 在环型热导管 10 起动后的运转状态下， 有时在第二蒸发部 11B 的金属管 32 的内侧存在气相的工作流体 16。 该气相的工作流体 16 也因工作流体 16 的气化而产生的压 力增大而被压出到毛细芯 33 的外表面。
接着， 如图 6 的 (B) 所示， 随着第二蒸发部 11B 的框体 30 内的压力上升， 第二蒸气 管 13B 内的液相的工作流体 16 被压出到第二冷凝部 12B 内。液相的工作流体 16 从第二冷 凝部 12B 再被压出到第二液管 14B 内， 从而第二液管 14B 内的液面上升。
然后， 被液相的工作流体 16 按压的气相的工作流体 16 在第一蒸发部 11A 中流动， 进而在第一蒸气管 13A 中流动之后， 流入第一冷凝部 12A 内。到达第一冷凝部 12A 的气相 的工作流体 16 通过散热冷凝而变化为液相。工作流体 16 所具有的热经由第一冷凝管 40A 传递至第一散热板 41A， 传递至第一散热板 41A 的热从第一散热板 41A 散发。
这样， 在第一冷凝部 12A， 气相的工作流体 16 被冷却， 全部或一部分变化为液相。 结果， 在第一冷凝部 12A 及第一蒸气管 13A 内滞留有液相的工作流体 16， 液面上升。
接着， 如图 6 的 (C) 所示， 从第二冷凝部 12B 一侧被按压的第二液管 14B 内的液相 的工作流体 16 开始向第一蒸发部 11A 内流动。
在这一时刻， 第一蒸发部 11A 开始第一次受到热。例如， 如图 3 所示， CPU21A 开始 运转， 第一蒸发部 11A 受到来自作为发热体的 CPU21A 的热。
在第一蒸发部 11A 内流动的液相的工作流体 16 变化为气相， 气相的工作流体 16 流入第一蒸气管 13A 内。
接着， 如图 6 的 (D) 所示， 液相的工作流体 16 几乎将第一蒸发部 11A 的毛细芯 33 的内部填满， 环型热导管 10 的动作稳定。在环型热导管 10 的动作稳定了的状态下， 变为液 相的工作流体 16 成为几乎将第一蒸发部 11A、 第二蒸发部 11B、 第一液管 14A 和第二液管
14B 填满的状态。环型热导管 10 的其他部分被气相的工作流体 16 填满。
这样， 通过环型热导管 10 稳定地冷却两个发热体冷却。
根据上述的环型热导管 10， 环型热导管由一个环路状的流路形成， 因而尺寸小。 另 外， 环型热导管 10 具有两个蒸发部， 因而能够冷却两个发热体。
另外， 根据上述的环型热导管 10 的起动方法， 因为在被液相的工作流体 16 填满了 的蒸发部开始受热， 所以能够可靠地起动环型热导管 10。
例如， 在具有两个 CPU 的刀片式服务器中， 只要能够将两个 CPU 都配置在基板的下 侧 ( 铅垂方向的下侧 )， 就能够在环型热导管起动时通过液相的工作流体将两个蒸发部都 填满。但是， 这样的配置受到刀片式服务器的结构的制约， 因而有时很难实现。
并且， 在具有两个 CPU 的刀片式服务器中， 大多情况下， 两个 CPU 在铅垂方向上配 置在不同的位置。这种情况下， 在对两个 CPU 分别设置单独的环型热导管时， 在起动时， 液 相的工作流体不能填满与配置在铅垂方向的上侧的 CPU 进行热连接的蒸发部。在蒸发部内 没有液相的工作流体的状态下， 即使想要起动环型热导管， 因为蒸发部内是干燥的状态， 所 以不能使液相的工作流体变化为气相， 因而环型热导管不起动。
另一方面， 根据上述的环型热导管 10， 因为在一个回路内具有两个蒸发部， 所以在 起动时， 易于在铅垂方向的下侧所配置的蒸发部内填满液相的工作流体。 另外， 根据上述的 环型热导管的起动方法， 先是铅垂方向的下侧所配置的蒸发部开始受热， 并在液相的工作 流体开始流过铅垂方向的上侧所配置的蒸发部之后， 开始使该上侧所配置的蒸发部受热。 因而， 能够使环型热导管可靠地起动。
上述的环型热导管 10 在第一蒸发部 11A 及第二蒸发部 11B 的受热量相等的情况 下， 稳定地动作。但是， 在第一蒸发部 11A 及第二蒸发部 11B 的受热量不相等的情况下， 在 第一蒸发部 11A 及第二蒸发部 11B 中， 工作流体 16 从液相变化为气相的变化量不同， 因而 流路内的工作流体 16 的分布产生不均， 可能使工作流体 16 的循环不稳定或停止。
下面， 使用图 7 说明这种情况的例子。图 7 是说明在环型热导管 10 中， 受热量不 平衡的状态的图。
在图 7 所示的环型热导管 10 中， 第一蒸发部 11A 的受热量增加， 另一方面， 第二 蒸发部 11B 的受热量减小， 处于受热量不平衡的状态。例如， 若以图 3 所示的刀片式服务 器的例子进行说明， 则相当于下述情况， 即， CPU21A 的运转率上升而发热量增加， 另一方面， CPU21B 的运转率降低发热量减小。
在环型热导管 10 中， 受热量大的第一蒸发部 11A 中的工作流体 16 的气化速度变 得比受热量小的第二蒸发部 11B 中的工作流体 16 的气化速度快。
并且， 第二液管 14B 内的液相的工作流体 16 减少， 另一方面， 第一液管 14A 内的液 相的工作流体 16 增加。在图 7 中示出了液相的工作流体 16 的液面上升到第一蒸气管 13A 内的状态。
若该状态再持续， 则在第一蒸发部 11A 内没有液相的工作流体 16， 第一蒸发部 11A 变为干燥的状态， 从而工作流体 16 停止循环。
这样的现象尤其易于在蒸发部和冷凝部间的距离大的情况、 蒸发部位于低于冷凝 部的位置的情况等的工作流体 16 的流动阻力比较大的情况下引起。
因而， 希望环型热导管在两个蒸发部中的受热量不平衡的情况下也能够稳定地动作。 因此， 作为即使在两个蒸发部的受热量不平衡的情况下也能够稳定地动作的环型 热导管， 下面参照附图说明第二到第四实施方式的环型热导管。对于第二到第四实施方式 未特别说明的方面， 适当地适用上述的第一实施方式中详述的说明。另外， 在图 8 ～图 11 中， 对与图 2 ～图 7 相同的结构标注了相同的附图标记。
图 8 示出了本说明书所公开的第二实施方式的环型热导管 50。
环型热导管 50 具有连接第一蒸气管 13A 和第二蒸气管 13B 的旁通管 15。旁通管 15 具有如下的作用， 即， 在两个蒸发部的受热量不平衡等， 而使流路内的工作流体 16 的分 布产生不均的情况下， 使工作流体 16 流动， 来使环型热导管 50 恢复稳定的运转状态。
优选旁通管 15 连接第一冷凝部 12A 附近的第一蒸气管 13A 的部分和第二冷凝部 12B 附近的第二蒸气管 13B 的部分。例如， 优选旁通管 15 连接第一蒸气管 13A 的与第一冷 凝部 12A 相距 1 ～ 3cm 范围的部分和第二蒸气管 13B 的与第二冷凝部 12B 相距 1 ～ 3cm 范 围的部分。
另外， 优选旁通管 15 中的工作流体 16 的流动部分的截面积小于等于第一蒸气管 13A 及第二蒸气管 13B 中的工作流体 16 的流动部分的截面积。优选旁通管 15 中的工作流 体 16 的压力损失大于液管和蒸气管中的压力损失。
这是为了， 在环型热导管 50 稳定动作的状态下， 提高旁通管 15 对工作流体 16 的 流动阻力， 防止工作流体 16 易于向旁通管 15 流动。
接着， 说明旁通管 15 的上述截面积和第一蒸气管 13A 及第二蒸气管 13B 的上述截 面积之间的优选关系。
即， 优选旁通管 15 中的流动部分的截面积与第一蒸气管 13A 及第二蒸气管 13B 中 的流动部分的截面积之比在 0.1 ～ 1 的范围内， 尤其优选在 0.4 ～ 0.6 的范围内。
考虑到在流路内的工作流体 16 的分布不均的情况下， 使工作流体 16 快速流动， 而 使环型热导管的动作恢复稳定状态的情况， 优选上述截面积的比为 0.1 以上。当上述截面 积的比小于 0.1 时， 旁通管 15 中的压力损失变大， 会妨碍工作流体 16 在旁通管 15 中的流 动。
另外， 考虑到在环型热导管 50 稳定动作时， 防止工作流体 16 优先向旁通管 15 流 动的情况， 优选上述截面积的比在 1 以下。另外， 由于上述截面积的比在 1 以下， 因而利用 毛细管力使液相的工作流体 16 流动至旁通管 15 内。
旁通管 15 的长度根据环型热导管 50 配置的结构适当设定。
另外， 为了提高对作流体 16 的压力损失， 可以在旁通管 15 上设置环部、 弯曲部等。
环型热导管 50 的其他部分的结构与上述的第一实施方式同样。
下面， 使用图 9 的 (A) ～ (D) 说明环型热导管 50 的动作。图 9 的 (A) ～ (D) 是说 明环型热导管 50 的动作的图。
首先， 图 9 的 (A) 所示的状态的环型热导管 50 在稳定的状态下进行动作。环型热 导管 50 从起动到达到稳定动作状态的过程与上述的第一实施方式相同。
接着， 如图 9 的 (B) 所示， 环型热导管 50 变化为如下的状态 ： 第一蒸发部 11A 的受 热量增加， 另一方面， 第二蒸发部 11B 的受热量减少， 受热量不平衡。
在环型热导管 50 中， 受热量大的第一蒸发部 11A 中的工作流体 16 的气化速度变
得比受热量小的第二蒸发部 11B 中的工作流体 16 的气化速度快。
然后， 第二液管 14B 内的液相的工作流体 16 减少。因为流路内的工作流体 16 的 量恒定， 所以第一液管 14A 内的液相的工作流体 16 增加。在图 9 的 (B) 所示的状态下， 液 相的工作流体 16 的液面上升到第一冷凝部 12A 的内部。
结果， 第二液管 14B 中的工作流体 16 的气相部分的压力减小， 另一方面， 第一蒸气 管 13A 内的压力增大。随着第二液管 14B 内的压力减小， 第二冷凝部 12B 及第二蒸气管 13B 内部的压力也减小。
于是， 第一蒸气管 13A 内的气相的工作流体 16 在旁通管 15 中流动， 流入第二蒸气 管 13B。流入第二蒸气管 13B 的工作流体 16 在通过第二冷凝部 12B 变化为液相之后， 流入 第二液管 14B。 此外， 有时在第一蒸气管 13A 内具有液相的工作流体 16 的情况下， 液相的工 作流体 16 也在旁通管 15 内流动。
结果， 第二液管 14B 内的液相的工作流体 16 增加， 另一方面， 第一液管 14A 内的液 相的工作流体 16 减少。这样， 环型热导管 50 内的工作流体 16 的分布自动恢复为图 9 的 (A) 所示的状态。其结果， 环型热导管 50 恢复为稳定的动作状态。
但是， 在第一蒸发部 11A 的受热量的增加量和第二蒸发部 11B 的受热量的减小量 大的情况下， 进一步变化为受热量严重不平衡的状态， 环型热导管 50 中的工作流体 16 的分 布会向图 9 的 (C) 所示的状态变化。 在图 9 的 (C) 所示的状态下， 第二液管 14B 内的液相的工作流体 16 进一步减少， 另 一方面， 第一液管 14A 内的液相的工作流体 16 进一步增加。在图 9 的 (C) 所示的状态下， 液相的工作流体 16 的液面上升到第一蒸气管 13A 的内部。
然后， 当工作流体 16 的液面达到旁通管 15 的连接处的高度时， 如图 9 的 (D) 所示， 第一蒸气管 13A 内的液相的工作流体 16 通过压力差及毛细管力在旁通管 15 内流动， 而流 入第二蒸气管 13B 内。
流入第二蒸气管 13B 内的工作流体 16 在第二冷凝部 12B 内流动， 而流入第二液管 14B 内。
结果， 第二液管 14B 内的液相的工作流体 16 增加， 另一方面， 第一液管 14A 内的液 相的工作流体 16 减少。这样， 环型热导管 50 内的工作流体 16 的分布自动恢复为图 9 的 (A) 所示的状态。因而， 环型热导管 50 恢复为稳定的动作状态。
此外， 在上述的环型热导管 50 的动作的说明中， 以第一蒸发部 11A 的受热量增加 而第二蒸发部 11B 的受热量减少的情况为例。但是， 在第一蒸发部 11A 的受热量增加， 而第 二蒸发部 11B 的受热量无变化的情况， 或者第一蒸发部 11A 的受热量不变， 而仅第二蒸发部 11B 的受热量减小的情况下， 环型热导管 50 会同样地恢复为稳定的动作状态。
这样， 对于环型热导管 50 来说， 在第一蒸发部 11A 和第二蒸发部 11B 之间受热量 产生相对变化的情况下， 工作流体 16 在流路内的分布能够恢复为正常的状态， 从而恢复为 稳定的动作状态。
而且， 对于环型热导管 50 来说， 在第一冷凝部 12A 和第二冷凝部 12B 之间冷却能 力发生相对变化了的情况下， 工作流体 16 在流路内的分布也能够恢复为正常的状态， 从而 恢复为稳定的动作状态。
根据上述的环型热导管 50， 在流路内的工作流体 16 的分布不均的情况下， 工作流
体 16 通过旁通管 15， 从第一蒸气管 13A 向第二蒸气管 13B 流动， 因而环型热导管 50 能够恢 复为稳定的动作状态。
因而， 根据环型热导管 50， 即使在两个蒸发部的受热量不平衡的情况下， 也能够稳 定地动作。
另外， 环型热导管 50 因为能够在不使用电力等外部能量的情况下消除流路内产 生的工作流体 16 的分布不均的现象， 因而能够节省能源。
接着， 使用图 10 说明第三实施方式的环型热导管。图 10 是表示本说明书所公开 的第三实施方式的环型热导管 60 的图。
在环型热导管 60 中， 第一蒸发部 11A 及第二蒸发部 11B 的尺寸不同。例如， 可以 使第二蒸发部 11B 的长度为第一蒸发部 11A 的 2 倍。
环型热导管 60 能够用于对发热量不同的两个发热体进行冷却。另外， 环型热导管 60 能够对尺寸不同的两个发热体进行冷却。
例 如， 环 型 热 导 管 60 用 于 对 安 装 在 服 务 器 上 的 CPU 和 芯 片 控 制 器 (chip controller) 进行冷却。通常， CPU 的尺寸及发热量比芯片控制器大。
关于第一蒸发部 11A， 例如相对于具有长 20mm× 宽 20mm 的尺寸的发热体即芯片控 制器， 能够将金属块 31 的尺寸形成为长 30mm× 宽 30mm× 高 20mm。另外， 关于第二蒸发部 11B， 例如相对于具有长 30mm× 宽 30mm 的尺寸的发热体即 CPU， 能够使金属块 31 的尺寸形 成为长 50mm× 宽 50mm× 高 20mm。 环型热导管 60 的其他部分的结构与上述的第二实施方式同样。
根据上述的环型热导管 60， 能够使用与发热体的尺寸及发热量相对应的蒸发部高 效地冷却发热体。
接着， 使用图 11 说明第四实施方式的环型热导管。图 11 是表示组装有本说明书 所公开的第四实施方式的环型热导管 70 的刀片式服务器 80 的图。
如图 11 所示， 在环型热导管 70 中， 第一冷凝部和第二冷凝部形成一体。
具体地说， 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 合有共用的多个散热板 41。
环型热导管 70 的其他部分的结构与上述的第二实施方式同样。
根据上述的环型热导管 70， 因为第一冷凝部和第二冷凝部形成一体， 因而能够使 尺寸更小。
在本发明中， 上述的各实施方式的环型热导管及其起动方法， 只要不脱离本发明 的宗旨， 能够适当变更。
例如， 在上述的实施方式中， 第一蒸发部 11A 在铅垂方向上配置在第二蒸发部 11B 的上侧， 但也可以将第二蒸发部 11B 在铅垂方向上配置在第一蒸发部 11A 的上侧。
此时， 在环型热导管 10 使用时的铅垂方向在制造环型热导管时不能确定的情况 下， 例如可以设置下面的构成构件。1. 在环型热导管 10 上设置加速度传感器， 从而能够判 断铅垂方向。2. 在环型热导管 10 刚起动之后， 监测 CPU 等两个发热体的温度， 确定温度上 升大的发热体。 并且， 延缓规定时间对温度上升大的发热体供给电力， 对两个发热体的起动 设置时间差。 通过设置这样的构成构件， 能够先使位于铅垂方向的下侧的蒸发部开始受热。
另外， 在上述的各实施方式中， 第一蒸气管 13A、 第二蒸气管 13B、 第一液管 14A 和
第二液管 14B 由相等直径的管形成， 但是各管的直径也可以不同。
此外， 在上述的各实施方式中， 使用示意性地示出的环型热导管进行了说明， 各构 成构件的结构、 配置或形状等不限于图示的方式。例如， 蒸发部或冷凝部的配置、 连接蒸发 部和冷凝部的蒸气管及液管的形状 ( 配管布局 ) 能够按照要组装环型热导管的电子设备等 的内部结构等任意设定。另外， 能够按照蒸发部、 冷凝部、 蒸气管或液管的配置、 形状， 任意 设置起动用散热片及起动用风扇等其他构件。
下面， 使用实施例进一步说明本说明书所公开的环型热导管的作用效果。 但是， 本 发明不受实施例限制。
实施例
[ 实施例 1]
首先， 形成图 8 所示的结构的环型热导管。然后， 将该环型热导管组装在图 3 所示 那样的刀片式服务器上。 接着， 使刀片式服务器的基板面处于垂直于铅垂方向的方向， 由此 形成了两个蒸发部水平配置的状态。使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 0W， 使第二蒸 发部受热的 CPU B 的发热量为 60W， 来构成实施例 1。
[ 实施例 2]
除了使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 20W， 使第二蒸发部受热的 CPU B 的发 热量为 60W 以外， 与实施例 1 同样地构成实施例 2。
[ 实施例 3]
除了使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 40W， 使第二蒸发部受热的 CPU B 的发 热量为 60W 以外， 与实施例 1 同样地构成实施例 3。
[ 实施例 4]
除了使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 60W， 使第二蒸发部受热的 CPU B 的发 热量为 60W 以外， 与实施例 1 同样地构成实施例 4。
[ 实施例 5]
除了使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 60W， 使第二蒸发部受热的 CPU B 的发 热量为 40W 以外， 与实施例 1 同样地构成实施例 5。
[ 实施例 6]
除了使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 60W， 使第二蒸发部受热的 CPU B 的发 热量为 20W 以外， 与实施例 1 同样地构成实施例 6。
[ 实施例 7]
除了使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 60W， 使第二蒸发部受热的 CPU B 的发 热量为 0W 以外， 与实施例 1 同样地构成实施例 7。
[ 实施例 8]
使刀片式服务器的基板面处于平行于铅垂方向的方向上， 由此形成两个蒸发部沿 着铅垂方向配置的状态。另外， 使配置在铅垂方向的上侧的用于使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 0W， 使配置在铅垂方向的下侧的用于使第二蒸发部受热的 CPU B 的发热量为 60W。除此之外， 与实施例 1 同样地构成实施例 8。
[ 实施例 9]
使配置在铅垂方向的上侧的用于使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 20W， 使配置在铅垂方向的下侧的用于使第二蒸发部受热的 CPU B 的发热量为 60W。除此之外与实 施例 8 同样地构成实施例 9。
[ 实施例 10]
使配置在铅垂方向的上侧的用于使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 40W， 使 配置在铅垂方向的下侧的用于使第二蒸发部受热的 CPU B 的发热量为 60W。除此之外与实 施例 8 同样地构成实施例 10。
[ 实施例 11]
使配置在铅垂方向的上侧的用于使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 60W， 使 配置在铅垂方向的下侧的用于使第二蒸发部受热的 CPU B 的发热量为 60W。除此之外与实 施例 8 同样地构成实施例 11。
[ 实施例 12]
使配置在铅垂方向的上侧的用于使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 60W， 使 配置在铅垂方向的下侧的用于使第二蒸发部受热的 CPU B 的发热量为 40W。除此之外与实 施例 8 同样地构成实施例 12。
[ 实施例 13]
使配置在铅垂方向的上侧的用于使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 60W， 使 配置在铅垂方向的下侧的用于使第二蒸发部受热的 CPU B 的发热量为 20W。除此之外与实 施例 8 同样地构成实施例 13。
[ 实施例 14]
使配置在铅垂方向的上侧的用于使第一蒸发部受热的 CPU A 的发热量为 60W， 使 配置在铅垂方向的下侧的用于使第二蒸发部受热的 CPU B 的发热量为 0W。 除此之外与实施 例 8 同样地构成实施例 14。
使实施例 1 ～实施例 14 如下述那样进行动作， 来测定 CPU A 及 CPU B 的温度。
首先， 停止向刀片式服务器供给电力， 经过足够长的时间之后， 形成包括 CPU 及环 型热导管的刀片式服务器整体均匀地保持为室温的状态。接着， 开始向刀片式服务器供给 电力， 测定 CPU A 及 CPU B 的温度已上升时的达到温度。
图 12 示出了测定结果。
在实施例 14 中， 开始向刀片式服务器供给电力约 1 分钟之后， CPU A 的温度达到 了 80℃。可知 ： 在蒸发部垂直配置的情况下， 配置在铅垂方向的下侧的第二蒸发部未受热， 环型热导管不运转。
另一方面， 在实施例 1 ～ 13 中， CPU A 及 CPU B 的达到温度全都小于 60℃。即， 可 知： 在两个蒸发部垂直配置的情况下， 只要配置于铅垂方向的下侧的第二蒸发部受热， 环型 热导管就运转， CPU A 及 CPU B 被冷却。另外， 可知 ： 在蒸发部水平配置的情况下， 即使任一 个蒸发部未受热， 环型热导管也运转， 从而 CPU A 及 CPU B 被冷却。
另外， 使用图 11 所示的结构的环型热导管， 进行与实施例 1 ～实施例 14 同样的测 定， 得到了同样的结果。
接着， 使用两相流体模拟装置， 对图 2 及图 8 所示的结构的环型热导管的动作进行 计算机实验， 得到实施例 15 ～实施例 18。 两相流体模拟装置使用 SINDA/FLUINT( 热流分析 软件， C&R TECHNOLOGIES 公司制作 )。[ 实施例 15]
使 用 图 2 所 示 的 结 构 的 环 型 热 导 管。 制 冷 剂 使 用 特 定 氯 氟 烃 HCFC(hydrochlorofluorocarbon) 的 R141b。第一液管、 第二液管、 第一蒸气管及第二蒸气 管的内径为 4.5mm。第一液管及第二液管的长度为 1.0m， 第一蒸气管及第二蒸气管的长度 为 1.0m。第一冷凝部及第二冷凝部的长度为 1.0m。第一蒸发部及第二蒸发部分别被输出 为 150W 的加热体加热。第一蒸发部及第二蒸发部在铅垂方向上水平配置。环型热导管具 有第一组件和第二组件， 所述第一组件由第二冷凝部、 第二液管、 第一蒸发部和第一蒸气管 形成， 所述第二组件由第一冷凝部、 第一液管、 第二蒸发部和第二蒸气管形成。 在各组件中， 液管为 8 个刻度 (grid)， 蒸发部为 2 个刻度， 蒸气管为 12 个刻度， 冷凝部为 8 个刻度。并 且， 求出在环型热导管的稳定状态下对于各组件的各刻度的工作流体的气相的比例。在图 13 中示出了计算结果。
[ 实施例 16]
除了使用图 8 所示的结构的环型热导管， 与实施例 15 同样地形成实施例 16。 旁通 管的内径为 4.5mm， 旁通管的长度为 1.4m。在图 14 中示出了计算结果。
[ 实施例 17] 除了第一组件的第一蒸发部被输出为 50W 的加热体加热且第二组件的第二蒸发 部被输出为 150W 的加热体加热之外， 与实施例 15 同样地形成了实施例 17。在图 15 中示出 了计算结果。
[ 实施例 18]
除了如下的情况之外， 与实施例 16 同样地形成了实施例 18， 即， 使用图 8 所示的结 构的环型热导管， 并且， 第一组件的第一蒸发部被输出为 50W 的加热体加热， 第二组件的第 二蒸发部被输出为 150W 的加热体加热。在图 16 中示出了计算结果。
如图 13 及图 14 所示， 在两个蒸发部被同样加热的实施例 15 及实施例 16 中， 在蒸 气管中， 全部的工作流体为气相， 在液管中， 全部的工作流体为液相。
如图 15 所示， 在实施例 17 中， 在环型热导管内工作流体流动， 在第一组件的第一 蒸气管中， 工作流体的约 4 成为气相， 约 6 成为液相。另一方面， 在第二组件中， 第二蒸气管 的工作流体都为气相。
如图 16 所示， 在实施例 18 中， 在蒸气管中， 全部的工作流体都为气相， 在液管中， 全部的工作流体都为液相。因而可知 ： 通过在实施例 17 的环型热导管的结构中设置旁通 管， 在第一组件的蒸气管中， 工作流体都变为气相。
在此叙述的所有的例子及附加条件的用语用于达到帮助读者在技术方面深入理 解发明人的发明及概念的教导性的目的。 在此叙述的所有的例子及附加条件的用语应该解 释为不限于上述的具体叙述的例子及条件。另外， 说明书中的例示的机构与表示本发明的 优越性及不足无关。 本发明的实施方式虽然进行了详细地说明， 但应该理解为， 只要不脱离 本发明的精神及范围， 能够进行各种变更、 置换或修改。
附图标记的说明
10、 50、 60、 70 环型热导管
11A 第一蒸发部
11B 第二蒸发部
12A 第一冷凝部 12B 第二冷凝部 13A 第一蒸气管 13B 第二蒸气管 14A 第一液管 14B 第二液管 15 旁通管 16 工作流体 20 刀片式服务器 21A CPU 21B CPU 22 主风扇 30 框体 31 金属块 32 金属管 33 毛细芯 34 槽 40A、 40B 冷凝管 41 散热板 80 刀片式服务器 81A CPU 81B CPU