CN1278414C - 一种热驱动换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可用作电子元器件的散热冷却装置，特别是用于高热流密度电子元器件的散热冷却装置的热驱动换热器。整个换热器装置包括微通道热交换器、两个具有单向导通功能的微止回阀(出口微止回阀和入口微止回阀)和贮液罐，所说的微通道热交换器具有一个有高导热系数的金属基座，在该基座的平面上布设有封闭在基座体内的微通道，本热驱动换热器按贮液罐、入口微止回阀、微通道热交换器的微通道、出口微止回阀、再回到贮液罐的顺序用管道串接成一单向循环回路，使充于回路中的液体工质在回路中循环。本热驱动换热器可适合于机箱内电子芯片等发热强度高，而体积又非常受限制的场合。如应用在计算机芯片散热上。

Description

一种热驱动换热器

技术领域

本发明属于电子元器件的散热冷却装置，特别是用于高热流密度电子元器件的散热冷却装置。

背景技术

根据电子元器件功率密度的大小，有多种控制元器件废热的方法。这些冷却方法大致可分类如下：热传导，直接或间接空气冷却***(自然或强迫对流)，直接或间接单相液体冷却，以及相变液体冷却。自然对流在电子元器件冷却中发挥着重要作用。但由于其传热系数较低，空气自然对流仅适用于功率密度较低的场合。当需要较高的传热系数时，人们采用强制对流。在直接液体冷却方案中，电子元器件或其封装直接与冷却液体相接触，直接冷却方法能够去除较高的热流密度，但存在污染及成本较高的缺点。间接液体冷却方案是介于空气自然或强迫对流与直接液体冷却方案之间的方法，是目前被电子产业所接受并受欢迎的方法。

目前，人们普遍采用热管、微热管技术来解决手提电脑CPU芯片、通讯基站、大功率电子元器件的散热问题，但所能去除的热流密度仍然是比较低的。对于目前普遍采用的换热器来说，一般需要泵、热交换器、冷凝器等。泵作为动力源，将传热工质泵入到换热器，其缺点是设备繁杂，需要管路连接件、阀门等，相应地增加了运行维护费用，且占用较大的体积空间。

发明内容

本发明的目的是提出一种不需要泵等动力源，设备结构简单的，适合于高热流密度电子元器件冷却的热驱动换热器。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：整个换热器装置包括微通道热交换器、两个具有单向导通功能的微止回阀(出口微止回阀和入口微止回阀)和贮液罐，所说的微通道热交换器具有一个有高导热系数的金属基座，在该基座的平面上布设有封闭在基座体内的微通道，本热驱动换热器按贮液罐、入口微止回阀、微通道热交换器的微通道、出口微止回阀、再回到贮液罐的顺序用管道串接成一单向循环回路，使充于回路中的液体工质在回路中循环。

所说的基座体内的微通道通常为深度和宽度均为毫米级或微米级的微型槽道。基座可采用铜板或铝板，一般可以在铜或铝板基痤平面上加工出深度和宽度均在3mm以下的微型槽道，并经封装而成为微型通道。

所说的微型槽道可以有多种形状结构形式，而这些槽道形成的微通道也可有多种布置形式，各种槽形结构以及各种通道布置形式可根据应用需要又组合形成更多复杂的结构和形式。

本发明微通道热交换器中所述的微型槽道的截面常用的形状为方形、三角形、梯形、圆弧形等。

以下为微通道的常用布置形式：

1、微通道由多道微型槽道平行布列构成，多道微型槽道可相互并联或相互串联；

2、微通道呈螺旋环绕式布列。

本热驱动换热器中用以连接各部件的管道可采用管径为2mm到3mm的软塑料毛细管。

本发明的热驱动换热器的工作原理和过程如下：起始时，在整个装置内充以液体工质(例如水)，将微通道热交换器置于具有高热流密度的发热电子元器件上。由于受热在高热流密度下进行，在微通道内液体仍处于欠热状态时(其温度低于对应压力下的饱和温度)，即开始沸腾过程，称之为欠热沸腾。由于沸腾吸热，产生大量汽泡，大大增大了两止回阀间的压力。增大的压力将出口微止回阀打开，工质开始通过管路向贮液罐排放。另一方面，当汽泡在管路中运动时，汽泡与管路中的欠热液体相接触，发生欠热冷凝现象，由于冷凝，***压力下降并低到大气压以下，从而使出口止回阀关闭，入口微止回阀打开，贮液罐内的新鲜液体被吸入到微通道热交换器，重新进入下一个新的循环过程，即欠热沸腾→压力增大→出口微止回阀打开→工质排放→汽泡冷凝→入口微止回阀打开→新鲜液体注入的周期性过程。由于微通道内产生周期性欠热沸腾过程，因而所能去除的热流密度非常高。

本热驱动换热器可适合于机箱内电子芯片等发热强度高，而体积又非常受限制的场合。如应用在计算机芯片散热上。贮液罐由铜或铝制成，其外壁为散热片，因而既起到贮液作用，同时又将***的热量最终传递到大气环境中去，整个装置非常紧凑。为了节省空间，贮液罐可放在机箱外，这样热量最终散发到大气环境，有利于降低机箱内的空气温度。

本发明的热驱动热换热器具有以下的技术效果：

1、采用热驱动原理，实现了无泵输送液体到换热器，使装置紧凑、简单、可靠性高。

2、微通道热交换器内发生欠热沸腾过程，能对极高热流密度的电子元器件等实现冷却。

3、由于两个单向止回阀的作用，***内由于沸腾引起的压力升高使得出口止回阀打开而导致工质排放，汽泡在管路中的欠热冷凝引起的压力下降使得出口止回阀关闭，入口止回阀打开，导致新鲜液体的吸入，从而实现了工质在微通道热交换器中的周期性循环。

4、本装置属被动装置，无机械运动部件，运行可靠，无噪音，无磨损，寿命长。

5、微通道热交换器尺寸与芯片相匹配，整个冷却装置体积很小。由于采用外置式贮液罐，大大减小了机箱的体积。

附图说明

图1为本发明的技术原理图；

图2为本发明的一个实施例结构示意图；

图3、图4、图5、图6分别为微通道热交换器中的微通道4种常用布置形式。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的结构细节作进一步的详细说明：

本热驱动换热器实施例的结构如图2所示，包括微通道热交换器1、出口微止回阀2、入口微止回阀3和贮液罐4，所说的微通道热交换器1是在一个铜材平板基座12上加工出一些深度为0.8mm，宽度为0.3mm的微型槽道11，其上再用一铜板封装构成，微型槽道11的布置形状如图3所示，由多道平行微型槽道并联布列构成，本热驱动换热器的各部件由软塑料毛细管5按贮液罐4、入口微止回阀3、微通道热交换器1的微通道11、出口微止回阀2、再回到贮液罐4的顺序串接成一单向循环回路，使充于回路中的液体工质在回路中循环。本热驱动换热器采用管径为2mm左右的软塑料毛细管，止回阀采用美国Lee公司的微型止回阀产品，其直径约10mm，厚度约2mm，采用塑料材料制成。本热驱动换热器可应用在计算机芯片的散热上，即将微通道热交换器1置于发热芯片6之上。

本发明实施例的微通道热交换器1中的微型槽道11的布置形式也可替之以如图4(多道平行微型槽道串联布列)、图5(多道弧形微型槽道并联布列)或图6(螺旋环绕式布列)所示的任一种形式。

Claims (8)

1.一种热驱动换热器，其特征在于包括微通道热交换器(1)、出口微止回阀(2)、入口微止回阀(3)和贮液罐(4)，所说的微通道热交换器(1)具有一个金属基座，在该基座的平面上布设有封闭在基座体内的微通道(11)，本热驱动换热器按贮液罐(4)、入口微止回阀(3)、微通道热交换器(1)的微通道(11)、出口微止回阀(2)、再回到贮液罐(4)的顺序用管道串接成一单向循环回路，使充于回路中的液体工质在回路中循环。

2.根据权利要求1所述的热驱动换热器，其特征在于所说的基座体内的微通道(11)为深度和宽度均为毫米级或微米级的微型槽道。

3.根据权利要求1或2所述的热驱动换热器，其特征在于所述的微通道热交换器(1)基座中的微通道(11)由多道微型槽道平行布列构成。

4.根据权利要求3所述的热驱动换热器，其特征在于所述的微通道热交换器(1)基座中的多道微型槽道相互并联。

5.根据权利要求3所述的热驱动换热器，其特征在于所述的微通道热交换器(1)基座中的多道微型槽道相互串联。

6.根据权利要求1所述的热驱动换热器，其特征在于所述的微通道热交换器(1)基座中的微通道(11)呈螺旋环绕式布列。

7.根据权利要求1所述的热驱动换热器，其特征在于所述的微通道热交换器(1)为在铜或铝板基座平面上加工出深度和宽度均在3mm以下的微型槽道，并经封装而成。

8.根据权利要求1所述的热驱动换热器，其特征在于所述的用以连接各部件的管道为管径为2mm到3mm的软塑料毛细管。

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