專利名稱：一種異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種散熱冷卻系統(tǒng)，特別是涉及一種適用于各種電子芯片以及大功率電子電氣元件的散熱的異地強制液冷式微槽群相變散熱裝置。
背景技術：
目前，國內(nèi)外對各種電子芯片以及大功率電子電氣元件，特別是計算機芯片的冷卻大多數(shù)采用散熱片結(jié)合風扇方式，或本地單相液體強制對流換熱的方式。
利用風扇對發(fā)熱體進行空冷是目前最為廣泛使用的散熱方式，是在發(fā)熱電子器件所處位置的空間里進行本地空冷方式，該技術通常在發(fā)熱的電子電氣器件或計算機芯片表面加貼鋁制散熱片，利用鋁制散熱片來增加對流換熱面積，再以小型風扇進行強制對流氣冷，將從芯片導出的熱量通過散熱片表面散失到電子電氣系統(tǒng)內(nèi)部大空間或計算機的機箱環(huán)境中去，從而達到冷卻的效果。
風冷技術的主要缺陷在于風扇的運轉(zhuǎn)存在功耗，并且隨著芯片頻率的提高而增大；所需散熱片的散熱面積就越大，使得整個冷卻裝置需占用較大的體積空間，而散熱面積的增大又會降低散熱翅片的效率，使散熱總能力無法大幅提高。
上面提到的本地液體強制對流換熱散熱方式則是基于液體熱容量大、導熱率高，使熱量完成定向轉(zhuǎn)移的原理，利用專用的冷卻液、導熱部件、泵、閥以及連通的循環(huán)管路，將芯片產(chǎn)生的熱量，通過流通于管路中的高效導熱液體，轉(zhuǎn)移到電子電氣器件或計算機功能系統(tǒng)外部環(huán)境中去，達到降低溫度的效果。這種本地液體強制對流換熱散熱裝置的整體構(gòu)造是一個完全封閉的液體循環(huán)散熱系統(tǒng)。
該系統(tǒng)的缺陷主要在于這種散熱方式的裝置復雜，必須克服水循環(huán)時壓降所需消耗的功率，整個封閉的液體循環(huán)散熱系統(tǒng)幾乎全部處于電子電氣器件或計算機功能系統(tǒng)內(nèi)部空間里，因而對散熱系統(tǒng)的密封性要求非常高。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是專門針對上述缺點，解決現(xiàn)有風冷散熱技術存在的效率低、噪音大、功耗高、需較大散熱面積、散熱能力不足，以及本地單相液體強制對流換熱散熱技術存在的功耗高、裝置復雜、需較高密封要求的技術缺陷；從而提供一種靜音、取熱面積小、散熱熱流密度高，以及散熱總能力大的一種異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)。
本實用新型的技術方案是這樣的本實用新型提供的異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器2，所述的蒸發(fā)器2為一抽真空的密封空腔，其內(nèi)部灌注有液體工質(zhì)；其特征在于，還包括蒸汽保溫軟管3、異地強制液體對流式冷凝器4、循環(huán)液體微管5、回液軟管7；所述的蒸發(fā)器2受熱面的內(nèi)壁上設置有微槽道9，蒸發(fā)器2的蒸汽出口和冷液回流口所在的那塊壁的內(nèi)壁面設置有縱橫交錯微槽道8；所述的異地液體強制對流式冷凝器4為抽真空的密封空腔，其底部中央設有冷凝液出口6，該出口處低于兩邊，在該冷凝液出口6的兩邊為斜坡狀結(jié)構(gòu)10，并且斜坡狀結(jié)構(gòu)10上設置有倒流微槽道11，N根循環(huán)液體微管5從該腔體穿過，循環(huán)液體微管5平行排列在異地液體強制對流式冷凝器4中；冷卻循環(huán)液體在循環(huán)液體微管5內(nèi)流動；蒸汽保溫軟管3的一端與蒸發(fā)器2的蒸汽出口相連，另一端與異地強制液體對流式冷凝器4的蒸汽進口相接，回液軟管7的一端與異地強制液體對流式冷凝器4的冷凝液出口處相連，另一端與微槽群蒸發(fā)器2的進液口相接。
在上述技術方案中，所述的蒸發(fā)器2受熱面的內(nèi)壁上設置有微槽道的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)。
在上述技術方案中，所述的蒸發(fā)器2的蒸汽出口和冷液回流口所在的那塊壁的內(nèi)壁面設置的微槽道，其微槽道的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-1mm范圍內(nèi)；微槽道可以是縱向、橫向、斜向單獨排列，或者縱向、橫向、斜向交叉組合排列；所述的微槽道的形狀為矩形、三角形、梯形的幾何形狀。
在上述技術方案中，所述的異地液體強制對流式冷凝器4的底部設置的微槽為矩形、三角形或梯形幾何形狀。
在上述技術方案中，所述的蒸汽保溫軟管3內(nèi)徑在1-20mm的范圍內(nèi)，由導熱系數(shù)較小的能任意彎曲的材料制成，例如聚氨酯材料，或采用較軟的金屬材料并在管外加保溫套管制成，例如在紫銅管外包覆塑料套管。
在上述技術方案中，所述的回液軟管7為聚氨酯管，其內(nèi)徑在0.1-10mm的范圍內(nèi)，由能其它任意彎曲的材料制成。
在上述技術方案中，所述的異地液體強制對流式冷凝器4由熱系數(shù)較高的金屬材料，例如金屬銅或金屬鋁制成。
在上述技術方案中，所述的N根循環(huán)液體微管5至少為一根，或一根以上，其由導熱系數(shù)很高的金屬材料制成，例如不銹鋼管；內(nèi)徑在1-10mm范圍內(nèi)，微管間的距離在2-20mm范圍內(nèi)。
在上述技術方案中，所述的液體工質(zhì)8為具有一定汽化潛熱的液體。
在上述技術方案中，所述的蒸發(fā)器2和異地液體強制對流式冷凝器4具有一定真空度的密封系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)的絕對壓力處于0.1～50kPa范圍內(nèi)時整個散熱系統(tǒng)的散熱冷卻能力較強。
所述的一種高性能的新型異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)的工作方法為本地微槽群蒸發(fā)器2內(nèi)注有液體工質(zhì)8，受熱面設置有微槽，微槽道的毛細力將微槽道邊的液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)。液體工質(zhì)在受熱區(qū)域形成高強度的蒸發(fā)和沸騰，變成蒸汽帶走發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量，蒸汽通過與本地微槽群蒸發(fā)器2相連的蒸汽保溫軟管3流入到遠離發(fā)熱體位置的異地液體強制對流式冷凝器4中。蒸汽穿過異地液體強制對流式冷凝器4內(nèi)的循環(huán)液體微管5，循環(huán)液體微管5內(nèi)有一定流速的循環(huán)液體，蒸汽主要在循環(huán)液體微管5外壁上凝結(jié)放熱，在重力的作用下，冷凝液滴落排泄到冷凝器的底部。蒸汽凝結(jié)所釋放的熱量由微管外壁傳導到微管內(nèi)壁，通過與循環(huán)液體微管內(nèi)的循環(huán)液體進行的強制對流換熱，最終由循環(huán)液體攜帶至外部環(huán)境中散失掉。而異地液體強制對流式冷凝器4底部的凝結(jié)液則通過能產(chǎn)生毛細力的回液軟管7，借助于重力和毛細力的作用，流回到微槽群蒸發(fā)器2中，從而完成一個取熱和放熱的循環(huán)，達到使發(fā)熱體冷卻的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點在于國內(nèi)外的研究表明，微槽道內(nèi)液體工質(zhì)的蒸發(fā)和沸騰有著極高的強度，屬于微空間尺度下的傳熱傳質(zhì)的超?，F(xiàn)象，其相變蒸發(fā)熱流密度的理論極限比目前各種電子芯片以及大功率電子電氣元器件的最高發(fā)熱熱流密度還要高出約兩個數(shù)量級，是一種高性能的冷卻散熱方式。本實用新型中的微槽群蒸發(fā)器采用了上述微槽道內(nèi)液體工質(zhì)的蒸發(fā)和沸騰換熱原理，其尺寸可以小到與很小的電子電氣元器件的發(fā)熱面例如高性能計算機芯片的尺寸相匹配，從而大大節(jié)省了取熱元件所占的功能系統(tǒng)的空間。
熱量及流體輸運器件采用了毛細泵兩相抽吸回路(CPL)原理，可以將取熱元件所取的高熱流密度的熱量及時輸運至異地。
異地液體強制對流式冷凝器4布置在電子電氣設備的功能系統(tǒng)以外的空間里，既不占用功能系統(tǒng)的空間，又不會影響到電子電氣設備系統(tǒng)的工作安全，從而大大降低了對強制冷卻水系統(tǒng)的密封要求。
需要泵閥等流控元件的循環(huán)液體系統(tǒng)遠離被冷卻的電子電氣設備系統(tǒng)，可以達到靜音冷卻的效果。
本實用新型可以將狹窄空間里尺寸微小的大功率電子電氣元器件所產(chǎn)生的高熱流密度的發(fā)熱量及時地散失到異地的外界大環(huán)境空間里去，實現(xiàn)整個散熱系統(tǒng)的遠程散熱目的。
本實用新型無需像一些傳統(tǒng)散熱冷卻方式那樣，為強化對流換熱冷卻而必須在發(fā)熱的各種電子芯片以及大功率電子電氣元器件所處的有限空間里布置體積較大的肋片、電扇及相關散熱冷卻部件，從而可以大幅度地節(jié)省電子電氣設備系統(tǒng)的功能空間。并可針對狹小空間內(nèi)的小尺寸電子電氣元器件，實現(xiàn)異地的、靜音的、無功耗的、高強度的散熱冷卻。


圖1a是本發(fā)明中蒸發(fā)器受熱面的內(nèi)壁上設置的微槽道結(jié)構(gòu)平面圖圖1b是本發(fā)明中蒸發(fā)器受熱面的內(nèi)壁上設置的微槽道橫截剖面圖圖2是本發(fā)明中異地強制液冷式微槽群相變散熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖3a是本發(fā)明中蒸發(fā)器的內(nèi)壁面上設置的縱橫交錯的微槽道平面圖圖3b是本發(fā)明中蒸發(fā)器的一個面上有微槽道，另外2個面面上有縱橫交錯微槽道的示意圖圖4a是本發(fā)明中異地液體強制對流式冷凝器的底部結(jié)構(gòu)剖面圖圖4b是本發(fā)明中異地液體強制對流式冷凝器的底部結(jié)構(gòu)縱剖圖圖面說明1-發(fā)熱體2-蒸發(fā)器3-蒸汽保溫軟管4-異地液體強制對流式冷凝器 5-循環(huán)液體微管6-冷凝液出口7-回液軟管 8-縱橫微槽道9-微槽道10-斜坡狀結(jié)構(gòu) 11-導流微槽具體實施方式
下面參照附圖和實施例詳細說明本實用新型的技術方案。
實施例1參考圖2，制作一異地強制液冷式微槽群相變散熱裝置。
參考圖1a，蒸發(fā)器2用黃銅作成的空腔，并抽真空密封，其蒸發(fā)器2受熱面內(nèi)壁上刻有豎直的微槽道9，形成微槽群的蒸發(fā)器；所刻的微槽道9的寬度為0.3mm，深度為0.8mm，微槽道9之間的間距為0.4mm，微槽道9的形狀為矩形。蒸發(fā)器2受熱面的外表面通過導熱硅膠(硅脂)與發(fā)熱體1外表面緊貼在一起(如圖2和圖3b所示)；將蒸發(fā)器2的空腔內(nèi)充入無水乙醇或蒸餾水等具有較高的汽化潛熱的液體工質(zhì)，通過微槽道吸入到微槽道內(nèi)受熱區(qū)域里形成高強度的蒸發(fā)和沸騰，變成蒸汽以帶走發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量。
參考圖3a，在蒸發(fā)器2的蒸汽出口和冷液回流口所在的那塊壁的內(nèi)壁面上設置縱橫交錯微槽道8，該縱橫交錯微槽道8密布縱橫交錯的設置，縱向和橫向微槽8的寬度為0.3mm，深度為0.8mm，縱橫交錯微槽道8之間的間距為0.4mm。該縱橫交錯的微槽與蒸發(fā)器2受熱面上的微槽組成貫通槽道，能形成很好的連續(xù)毛細引力作用，可以保證異地液體強制對流式冷凝器中凝結(jié)液的及時回流和避免蒸汽管中沿程冷凝液對出汽口的阻塞。制好的蒸發(fā)器2如圖3b所示。
參考圖4a和圖4b，異地液體強制對流式冷凝器4由不銹鋼制成的一密封空腔，它的底部中央開有一冷凝液出口6，該冷凝液出口6處的兩邊為斜坡狀結(jié)構(gòu)10，即冷凝液出口6的兩邊高，中央出口處低；另外斜坡上設置有導流微槽，該導流微槽為矩形形狀。所述的斜坡面的斜坡的角度為45°。
參考圖3a，4根不銹鋼制成的循環(huán)液體微管5，穿過異地液體強制對流式冷凝器4，橫向平行排列在異地液體強制對流式冷凝器4中，循環(huán)液體微管5內(nèi)有一定流速的循環(huán)水。蒸汽保溫軟管3和回液軟管7分別將蒸發(fā)器2和異地液體強制對流式冷凝器4連接起來，形成一個封閉的系統(tǒng)。蒸發(fā)器2通過蒸汽保溫軟管3連接到異地液體強制對流式冷凝器4；蒸發(fā)器2和異地液體強制對流式冷凝器4具有一定真空度的密封系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的絕對壓力為10kPa。
異地液體強制對流式冷凝器4豎直放置在電子電氣設備的機箱或機柜的外部或內(nèi)部的非功能系統(tǒng)的空余空間(以不影響功能系統(tǒng)的正常工作為標準)。
液體強制對流式冷凝器和使用泵閥等流控元件的循環(huán)液體系統(tǒng)布置在電子電氣設備的功能系統(tǒng)以外的空間里。
蒸發(fā)器2內(nèi)的受熱面刻布有許多微槽，形成微槽群，蒸汽主要在循環(huán)液體微管5外壁上凝結(jié)放熱。在重力的作用下，冷凝液滴落排泄到冷凝器4的底部。蒸汽凝結(jié)所釋放的熱量由循環(huán)液體微管5外壁傳導到微管內(nèi)壁，通過與循環(huán)液體微管5內(nèi)的循環(huán)水進行強制對流換熱，最終由循環(huán)水攜帶至外部環(huán)境中散失掉。而異地液體強制對流式冷凝器4底部的凝結(jié)液則通過能產(chǎn)生毛細力的細小回液軟管7，借助于重力和毛細力的作用，流回到微槽群蒸發(fā)器2中，從而完成一個取熱和放熱的循環(huán)，達到使發(fā)熱體1冷卻的目的。
實施例2本實施例本地微槽群蒸發(fā)器2內(nèi)的受熱面即為發(fā)熱體1的外表發(fā)熱面。即直接將發(fā)熱體1外表面與本地微槽群蒸發(fā)器2做成一體，作為本地微槽群蒸發(fā)器2受熱面并在其外表面刻布豎直微槽道，形成微槽群。參考圖3a，一根或者8根不銹鋼管均可以制成的循環(huán)液體微管5，穿過異地液體強制對流式冷凝器4，橫向平行排列在異地液體強制對流式冷凝器4中，循環(huán)液體微管5內(nèi)有一定流速的循環(huán)水。其中蒸汽保溫管軟管3由紫銅管制成，并在紫銅管外包覆塑料套管，本實施例采用一根不銹鋼制成的循環(huán)液體微管5，穿過異地液體強制對流式冷凝器4，橫向平行排列在異地液體強制對流式冷凝器4中，循環(huán)液體微管5內(nèi)有一定流速的循環(huán)水。本實施例的其他部。
權利要求1.一種異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器(2)，所述的蒸發(fā)器(2)為一抽真空的密封空腔，其內(nèi)部灌注有液體工質(zhì)；其特征在于，還包括蒸汽保溫軟管(3)、異地強制液體對流式冷凝器(4)、循環(huán)液體微管(5)、回液軟管(7)；所述的蒸發(fā)器(2)受熱面的內(nèi)壁上設置有微槽道(9)，蒸發(fā)器(2)的蒸汽出口和冷液回流口所在那塊壁的內(nèi)壁面也設有縱橫交錯微槽道(8)；所述的異地液體強制對流式冷凝器(4)為一抽真空的密封空腔，其底部中央設有冷凝液出口(6)，在該冷凝液出口(6)的兩邊為斜坡狀結(jié)構(gòu)(10)，并且斜坡狀結(jié)構(gòu)(10)上設置有導流微槽(11)，循環(huán)液體微管(5)從所述的異地強制液體對流式冷凝器(4)的腔體穿過，并平行排列在異地液體強制對流式冷凝器(4)中；蒸汽保溫軟管(3)的一端與蒸發(fā)器(2)的蒸汽出口相連，另一端與異地強制液體對流式冷凝器(4)的蒸汽進口相接，回液軟管(7)的一端與異地強制液體對流式冷凝器(4)的冷凝液出口(6)相連，另一端與微槽群蒸發(fā)器(2)的進液口相接。
2.根據(jù)權利要求1所述的異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的蒸發(fā)器(2)受熱面的內(nèi)壁上設置有微槽道(9)的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)，微槽道(9)之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)；其中微槽道(9)的幾何形狀為矩形、三角形或梯形。
3.根據(jù)權利要求1所述的異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的縱橫微槽道(8)的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)，縱橫微槽道(8)之間的間距在0.01-1mm范圍內(nèi)；縱橫微槽道(8)是縱向、橫向、斜向單獨交叉排列，或者縱向、橫向、斜向交叉組合排列；所述的微槽道的形狀為矩形、三角形、梯形的幾何形狀。
4.根據(jù)權利要求1所述的異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的蒸汽保溫軟管(3)內(nèi)徑在1-20mm的范圍內(nèi)，由聚氨酯材料制成，或采用金屬材料并在管外加保溫套管。
5.根據(jù)權利要求1所述的異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的回液軟管(7)由聚氨酯材料制成，或采用金屬銅、不銹鋼管；所述的回液軟管(7)的內(nèi)徑在0.1-10mm的范圍內(nèi)。
專利摘要本實用新型涉及異地強制液冷式微槽群相變散熱系統(tǒng)，包括內(nèi)部灌注有液體工質(zhì)的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器受熱面的內(nèi)壁上、蒸發(fā)器的蒸汽出口和冷液回流口所在的那塊壁的內(nèi)壁面設置微槽道；一異地液體強制對流式冷凝器的底部設冷凝液出口，底部兩邊為斜坡狀，在其上設微槽，底部中央設有出口，該出口處低于兩邊，N根循環(huán)液體微管從該異地強制液體對流式冷凝器的腔體穿過；蒸汽保溫軟管的一端與蒸發(fā)器的蒸汽出口相連，另一端與異地強制液體對流式冷凝器的蒸汽進口相接，回液軟管的一端與異地強制液體對流式冷凝器的冷凝液出口相連，另一端與微槽群蒸發(fā)器的進液口相接。針對狹小空間內(nèi)的小尺寸電子電氣元器件實現(xiàn)異地的、靜音的、無功耗的、高強度的散熱冷卻。
文檔編號G06F1/20GK2834121SQ20052011842
公開日2006年11月1日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權日2005年9月7日
發(fā)明者胡學功, 趙耀華 申請人:中國科學院工程熱物理研究所