CN100423243C - 微型高效自循环电子冷却器 - Google Patents

Abstract

一种用于高热流密度电子元器件的散热冷却微型高效自循环电子冷却器，包括一微通道蒸发器和一冷凝器，所述的微通道蒸发器具有一个高导热系数的金属基座，沿该基座平面范围内布设有封闭在基座体中的微通道，该微通道蒸发器的微通道的通过蒸汽管和液体管与冷凝器串接成一单向循环回路，微通道蒸发器处于冷凝器之下的空间位置，使充于回路中的工作液体在回路中循环。本发明的电子冷却器依靠发热电子元件(芯片)的热量驱动工作液体在微通道蒸发器、蒸汽管、冷凝器及液体管所构成的回路内循环流动，而无需机械泵等转动部件，从而使装置结构紧凑、简单，无噪音，所占体积小，传热高效，具有优良的性能价格比。

Description

微型高效自循环电子冷却器

技术领域

本发明涉及一种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

近年来，随着高技术信息产业的发展，人们迫切希望加快“热管理”技术的研究，其原因之一是电子电路的集成度大大提高，发热量增大，其二是高技术产业在提高集成度的同时，也在开发先进紧凑的电子封装技术，以上两个原因使得热流密度大大提高。

在电子冷却器产品中，散热器和风扇这种典型的传统产品，已不能满足目前电子元件冷却的需要，为此，开始出现了微热管及毛细泵回路的电子冷却器产品。微热管与毛细泵回路的优点是属于被动式冷却，但采用热管、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，所能去除的热流密度仍然是比较低的。而采用需要泵、风机等机械部件的冷却器，则存在设备繁杂，可靠性不高，需要管路连接件、阀门等，占用较大体积空间，运行维护费用较高等缺点。

发明内容

本发明的目的是提出一种能避免上述现有电子冷却器产品所存在缺点的，适合于高热流密度电子元器件散热冷却的微型高效自循环电子冷却器。

本发明所设计的微型自循环电子冷却器，包括微通道蒸发器、冷凝器及其连接管路，所说的连接管路包括一条蒸汽管和一条液体管，按微通道蒸发器、蒸汽管、冷凝器、液体管，再到微通道蒸发器的顺序串接成一单向循环回路，微通道蒸发器处于冷凝器之下的空间位置，使充于回路中的工作液体在回路中循环，所述的微通道蒸发器具有一个高导热系数的金属基座，沿该基座平面范围内布设有封闭在基座体中的微通道。

所述的微通道蒸发器基座体内的微通道，通常为深度和宽度均为毫米级或微米级的微型槽道。可采用以下工艺制成：在金属基座上(一般为铜板或铝板)的平面上加工出微型槽道，再经封装而成为封闭在基座体内的微型通道，所说的微型通道的槽道截面可为方形、三角形或圆形等任一形状，这些微型槽道在基座平面上可有多种布列形式：如由多道微型槽道相并联后形成一个输入口和一个输出口，各道相并联的槽道可相互平行，也可不相平行。

所述的冷凝器也可以有多种结构，一般为具有存贮工作液体的方形结构，其上下端分别具有工作液体的输入端和输出端，外设散热翅片；也可由外设散热翅片的成蛇形弯曲形状的紫铜管构成。

所述的连接管路(蒸汽管和液体管)最好均采用紫铜管管道。

本发明的微型高效自循环电子冷却器的工作原理和过程如下：将具有高热流密度的电子元器件置于本微型高效自循环电子冷却器的微通道蒸发器的基体上，由于本冷却器整个回路通道内充有工作液体(例如甲醇、电子冷却剂FC-72或水等)，电子元器件工作发热，使蒸发器基体微通道内的工作液体受热产生沸腾，产生的汽泡在浮升力作用下由蒸发器的输出端通过蒸汽管道向上运动输入位于蒸发器上方的冷凝器进行冷却，造成本装置中蒸汽管和液体管中的工作液体密度不相同，使得整个回路产生压差，在该压差作用下，冷凝后的工作液体由冷凝器的输出端通过液体管道源源不断地回流补充到微通道蒸发器的输入端，重新进入下一个循环过程。

本发明具有以下技术效果和优点：

1、本发明的微型高效自循环电子冷却器属于被动式冷却方式，具有高热流密度的电子元器(高功率芯片)件的热量通过工作液体由微通道蒸发器、蒸汽管远传到冷凝器，并将热量最终释放到大气环境中。本冷却器将冷凝器置于微通道蒸发器之上，使工作液体在回路中能形成“自循环”，所述的“自循环”是指在重力差的作用下，依靠发热电子元件(芯片)的的热量驱动工作液体在微通道蒸发器、冷凝器及连接管路所构成的回路内循环流动，而无需机械泵等转动部件，从而使装置结构紧凑、简单，无噪音，所占体积小。

2、采用微通道蒸发器，大大强化了传热，可适用于高发热功率芯片热量的传输。

3、由微通道蒸发器、蒸汽管、冷凝器及液体管所构成的封闭式回路，结构十分简单，一般无需维护和检修。

4、可采用常规技术加工制造，成本低，具有优良的性能价格比。

本发明的微型高效自循环电子冷却器可应用于以下领域：

1、计算机CPU芯片。微型高效自循环电子冷却器在计算机芯片CPU上的应用，能有效地解决散热不良造成死机，工作不稳等问题。对于20W～120W之间的CPU芯片，使用本微型高效自循环电子冷却器尤为优越。

2、可用于室内/室外微波发射站、微蜂窝/宏蜂窝移动通信通讯基站、微波中转站以及发热量大的工作模块，使通讯基站机箱内的温度大幅度下降。

3、可用于大功率电子元件如晶体管、可控硅整流器、大规模集成芯片的冷却。

另一个重要的应用是在国防及太空技术中的发热模块，适用于雷达、功率放大器、激光器、小卫星等发热模块的冷却。

附图说明

图1为本发明的技术原理图；

图2、3为本发明的微型高效自循环电子冷却器两种实施方式的结构示意图；

图4、5、6、7分别为本发明的微通道蒸发器的四种截面结构图。

具体实施方式

实施例一

本微型高效自循环电子冷却器如图2所示，由微通道蒸发器1、蒸汽管3、冷凝器2和液体管4按顺序串连成单向循环回路，其中微通道蒸发器1是在铜板基座上加工出多道平行的微型槽道，其上再用一铜板封装，两端用金属块封装并留出输入输出端口，从而形成微通道蒸发器1中的微型通道5，所说的微型通道的截面为方形，如图4所示，微型通道的宽度和深度均在3mm以内。所说的微型通道的截面也可为三角形或圆形，如图5、图6所示。形成所说的微型通道的结构形式也可如图7所示，即在微通道蒸发器1的铜板基座内装配一多孔介质形成所说的微型通道5。所说的冷凝器2为一外设散热翅片21的方形盒式结构。所说的蒸汽管3和液体管4均采用紫铜管。本微型高效自循环电子冷却器的微通道蒸发器1和冷凝器2垂直放置，冷凝器2位于微通道蒸发器1的上方，使充于回路中的液体工质能在重力作用下的回路中形成自循环。本发明的液体工质在回路循环的原理如图1所示，具体过程如下：由于高热流密度的电子元器件置于微通道蒸发器1的基体上，其发出的热量使蒸发器微型通道5中的液体工质沸腾，形成的蒸汽由微通道蒸发器1的输出端输入蒸汽管3，蒸汽在蒸汽管3中上升至输入冷凝器2的输入端(在冷凝器2的上端)，蒸汽在冷凝器2冷凝成液体后，由冷凝器2下部的输出端输出，经液体管4回流到微通道蒸发器1下部的输入端口再进入微型通道5，又继续下一轮新的循环，由此达到将高热流密度的电子元器件的发出的热量传出实现冷却的目的。

实施例二

本微型高效自循环电子冷却器如图3所示，由微通道蒸发器1、蒸汽管3、冷凝器2和液体管4按顺序串连成单向循环回路。其中微通道蒸发器1的结构与实施例一基本相同。冷凝器2为蛇形弯曲状的紫铜管，外装有散热翅片21。冷凝器2位于微通道蒸发器1的上方，使充于回路中的液体工质能在重力作用下的回路中形成自循环。

Claims (2)

1. 一种微型自循环电子冷却器，该冷却器中包括微通道蒸发器(1)、冷凝器(2)、蒸汽管(3)和液体管(4)，按微通道蒸发器(1)、蒸汽管(3)、冷凝器(2)、液体管(4)，再到微通道蒸发器(1)的顺序串接成一单向循环回路，微通道蒸发器(1)处于冷凝器(2)之下的空间位置，使充于回路中的工作液体在回路中循环，其特征在于所述的微通道蒸发器(1)具有一个高导热系数的金属基座，沿该基座平面范围内直接加工出多道深度和宽度均为毫米级或微米级的平行布列的微型槽道，形成封闭在基座体中的微通道(5)，所述的微通道蒸发器(1)和冷凝器(2)垂直放置，使充于回路中的液体工质能在重力作用下的回路中形成自循环。

2. 根据权利要求1所述的微型自循环电子冷却器，其特征在于所述的冷凝器(2)为外设散热翅片的方形盒式结构。

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