CN101446476A

CN101446476A - 一种真空自循环液体冷却系统

Info

Publication number: CN101446476A
Application number: CNA2008102303323A
Authority: CN
Inventors: 宋玉法
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2009-06-03

Abstract

本发明涉及一种真空自循环液体冷却系统，由冷却器、液体循环管、蓄液箱、常闭单向阀、集热器及常开单向阀组成，充满液体的整个自循环冷却系统内处于真空状态。利用发热体需要放散的热量作为能源，使液体升温实现自循环，同时消耗并带走发热体的热量；利用系统内真空失重和液体沸点降低的特点，创造促进流动的条件；利用冷却器的散热片进行快速自然冷却，在循环过程中实现对发热体的冷却功效。结构简单，安全实用，制作成本低廉，运行稳定可靠，无任何噪音和污染，方法科学合理，易于掌握和操作，在无需添加任何外部动力的情况下实现自循环，极大节省能源和液体资源，降低运行成本。尤其适用于各种大功率电子器件的散热冷却。

Description

一种真空自循环液体冷却系统

技术领域

本发明属于冷却装置，尤其涉及一种在真空状态下，通过液体的加热—冷却—循环的过程，对被冷却体进行连续冷却的装置及其冷却运行的方法。

背景技术

目前，用于电子器件冷却散热的装置大致有三种：一是实体散热器。由铝或铜铸造、冲压而成。该散热器虽然制作简单，但由于其散热功率小，性能差，因此只能作为小功率电子器件的冷却使用。二是热管散热器。由真空热管、散热片和实体基板组成，热管外部穿有散热片，与实体基板采用焊接或热装在一起。该散热器因其制作简单，易于安装，且散热性能较好、功率适中而成为当前散热器使用厂家的首选。三是水冷散热器。主要用于大功率电子器件的散热。水冷散热器由动力系统、循环系统、冷却系统及去离子系统组成。其特点是吸热后的水通过外部冷却系统的冷却后可重复循环使用。但缺陷是结构复杂。

散热器按冷却方式亦大体分为三类：第一类是自冷式散热器。如上述实体散热器和热管散热器均属此类。自冷式散热器的最大特点是通过增大散热体的散热面积而实现自然冷却。第二类是风冷式散热器。即在自冷式散热器的基础上增设风机进行强制冷却，虽然提高了冷却效果，但由于增设了风机，在某些特定的场合，亦相应需要采取诸如防爆、不间断运行监控维护等特别措施。第三类是水冷式散热器。主要是通过水的循环而实现对电子器件的冷却。其特点是散热功率大；而缺陷是：制作、安装较为复杂，且成本昂贵；需要设置外部动力，才能实现循环；对管路的材质和密封程度要求较高；对冷却介质—水有极高的要求，其电阻率需在兆欧级以上；冷却介质需要外部再次冷却后才能重复使用；占用场地大，日常维护费用高，能源消耗大，因此使水冷式散热器的广泛使用受到限制。

上述各种散热器虽各有所长，但共同存在的问题是：要么无法实现循环使用，而将冷却介质直接排放掉，既浪费资源，又污染环境；要么虽然可以将冷却介质循环利用，但却必须设有外部动力进行辅助方可实现，从而增加了能源消耗，加大了运行成本。因此，如何在确保大功率电子器件冷却散热效果，提高电子器件性能和使用寿命的同时，降低费用支出，减少资源和能源消耗，避免噪声及环境污染，就成为了一项亟待解决但又难以解决的课题。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单，成本低廉，勿需任何外在动力，利用发热体需要放散的热量作为能源，使液体升温实现自循环，同时消耗并带走发热体的热量；再利用冷却器的散热片进行快速自然冷却，在循环过程中完成对发热体的冷却功效。

为此，本发明所采取的技术解决方案为：

一种真空自循环液体冷却系统，其特征在于，由冷却器、液体循环管、蓄液箱、常闭单向阀、集热器及常开单向阀组成，且充满液体的整个自循环冷却系统内处于真空状态；冷却器上端与连接在蓄液箱上的液体循环管相通，蓄液箱与集热器连通处设有常闭单向阀；冷却器下端与集热器通连，通连处设有常开单向阀。

另外，在蓄液箱上还设有输液孔，输液孔通过三通分别与真空泵及输液管连接。

所述的液体为水、乙醇或水与乙醇的混合液。

所述的冷却器包括立管、横管及散热片。

所述的常开单向阀在常温下处于开启状态；常闭单向阀在常温下处于关闭状态。

所述的真空自循环液体冷却系统为单独设立或组合使用。

应用本发明真空自循环液体冷却系统进行冷却的具体步骤与运行方法为：

1、将集热器安装在欲进行冷却的发热体上，并用真空泵将整个真空自循环冷却系统抽成真空状态；

2、将冷却介质即液体注入并充满整个真空自循环冷却系统；

3、安装在发热体上的集热器将吸收发热体的热量，使集热器内的液体温度升高，体积膨胀，压力亦随之增高，从而将常开单向阀关闭，阻止冷却器内的液体进入集热器；

4、在膨胀的的液体压力下，集热器上部的常闭单向阀将被打开，液体进入蓄液箱，并使蓄液箱内液体的温度和压力升高；

5、蓄液箱内温度和压力升高后的液体将温度和压力通过液体循环管导入冷却器，给冷却器内的液体施加了一定压力，同时通过冷却器的散热作用使液体的温度降到常温；

6、随着集热器内液体的流出，集热器内压力降低；而冷却器内的液体在上部压差及后部温升压力的双重作用下，使冷却器内的液体将冲开已关闭的常开单向阀进入集热器，补充集热器内的液体；

7、补充到集热器内的液体再次被加热，重复上述1～6的步骤和过程，从而实现液体在整个系统内的自循环，并通过液体的循环达到冷却发热体的功效。

本发明有效地利用了发热体需要放散的热量作为能源，使液体升温实现自循环，同时消耗并带走发热体的热量；再利用冷却器的散热片进行快速自然冷却，在循环过程中完成对发热体的冷却功效。在此过程中，一是实现了废热利用，变废为宝；二是通过加热液体的过程，消耗掉一部分热量；三是通过液体的流动带走大部分热量，同时巧妙利用液体随温度升高体积膨胀的原理和热传导规律，实现了液体自循环的动力学条件；四是可根据需要确定冷却器规格、组合方式和散热片数量，在自然条件下完成液体降温的效果，并利用液体自身重力、落差及后部压力实现液体补充的内在条件。尤其是利用系统内真空失重的特点和液体在真空状态下其沸点将大大降低的原理，增加液体的流动性，减少液体循环阻力，创造了流动的基本条件，避免了外部因素的干扰。从而一次性抽空注液后，不需要任何外在动力便可实现往复自循环，可极大节省能源，除维护费用外，无需其他运行成本。同时，本发明组件少，结构简单，安全实用，制作成本低廉，运行稳定可靠，无任何噪音和污染，且容易掌握和操作，便于维护与保养。

附图说明

附图为真空自循环液体冷却系统结构示意图。

图中：冷却器1、横管2、散热片3、液体循环管4、输液孔5、蓄液箱6、常闭单向阀7、集热器8、常开单向阀9。箭头表示液体运行方向。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明作进一步说明。

由附图可见，本发明真空自循环液体冷却系统主要是由冷却器1、液体循环管4、蓄液箱6、常闭单向阀7、集热器8、常开单向阀9六部分组成。冷却器1的上端与液体循环管4相通，液体循环管4通连在蓄液箱6的下侧，蓄液箱6的下端与集热器8连通，且在连通处的蓄液箱6的一侧设有一常闭单向阀7。常闭单向阀7的作用是在常温状态下，隔断蓄液箱6与集热器8之间的通路；只有当集热器8内的液体受热，体积膨胀达到一定数值时，才能将常闭单向阀7冲开，使集热器8内的液体进入蓄液箱6内。冷却器1的下端通过管路连接在集热器8的下侧，在通连处的集热器8内设有一个由弹簧控制的常开单向阀9，使常开单向阀9在无压力的常温下始终处于常开状态，只有当集热器8内的液体受热，体积膨胀时才将常开单向阀9压合关闭，阻止冷却器1内温度较低的液体进入集热器8内。整个系统的各个组件的连接方式均采用焊接，制作焊接完成后，须经过高压水冲刷洁净，再进行打压试验，保证系统的耐压强度必须达到1MPa以上。

另外，在蓄液箱6的顶部设有一输液孔5，输液孔5通过三通分别与真空泵及输液管连接。

冷却器1包括有立管、横管2和散热片3。冷却器1的规格大小需根据发热体即欲冷却体的体积和产生的热量决定，发热体的体积大、热量高，则冷却器的规格亦必须加大，同样构成冷却器1的立管、横管2和散热片3的规格亦随之加大，且横管2的根数和散热片3的片数也要相应增加，增加的数量以能够满足对循环液体的冷却效果为准。反之，则缩小冷却器的规格。为了确保冷却效果并充分考虑位置、占地等因素，冷却器1以及整个真空自循环液体冷却系统可采取单独设立的方式，也可采取多个冷却器1组合使用或者多组真空自循环液体冷却系统组合使用。立管与横管2连接部分全部采用焊接。横管2选用铜管，散热片3采用铜板或铝板冲压成型。

集热器8的规格大小根据发热体的发热量即单位时间需要冷却的热值对应计算确定。集热器8的几何形状，尤其是外侧的形状、尺寸亦需根据发热体连接面的具体形状确定，以贴合的紧密为宜。

真空自循环液体冷却系统进行冷却的方法为：

首先，确定选用的冷却介质即液体种类为水与乙醇的混合液，水与乙醇的比例为1：1，且使用纯净蒸馏水。然后，按下述步骤操作与运行：

1、将集热器8安装固定在欲进行冷却的发热体上，并将真空泵和输液管连接在输液孔5的三通上把紧。用真空泵将整个真空自循环冷却系统抽成真空状态，真空表显示压力需达到—0.001Pa后，关闭真空泵。

2、开启输液管，将水与乙醇的混合液注入蓄液箱6，直至充满整个真空自循环冷却系统，关闭并撤除输液管和真空泵，并将输液孔5封闭。

3、安装在发热体上的集热器8不断吸收发热体所传导的热量，使集热器8内的液体温度逐渐上升，同时体积膨胀，压力增高，将自动使常开单向阀9关闭，从而阻止冷却器1内的液体进入集热器8。

4、当集热器8内膨胀的液体压力增加到一定程度时，集热器8上部的常闭单向阀7被打开，液体进入蓄液箱6，使蓄液箱6内液体的温度和压力升高。

5、蓄液箱6内温度和压力升高后的液体将温度和压力通过液体循环管4导入冷却器1，给冷却器1内的液体施加了一定压力；同时在冷却器1密排的横管2、多片的散热片3的散热作用后，使通过冷却器1的液体温度逐渐降到常温。

6、随着集热器8内液体的上行流出，集热器8内的压力逐步降低；与此同时，冷却器1内的液体在上部液体压差及后部温升压力的双重作用下，将冲开关闭的常开单向阀9进入集热器8，补充集热器8内的液体。

7、补充到集热器8内的液体再次被加热，重复上述1～6的过程。一旦系统内的液体流动起来，则常开单向阀9及常闭单向阀7均处于常开状态，从而实现液体在整个系统内的自循环，并通过液体的循环达到冷却发热体的功效。

本发明尤其适于各种大功率电子器件的散热冷却使用。

Claims

1、一种真空自循环液体冷却系统，其特征在于，由冷却器、液体循环管、蓄液箱、常闭单向阀、集热器及常开单向阀组成，且充满液体的整个自循环冷却系统内处于真空状态；冷却器上端与连接在蓄液箱上的液体循环管相通，蓄液箱与集热器连通处设有常闭单向阀；冷却器下端与集热器通连，通连处设有常开单向阀。

2、根据权利要求1所述的真空自循环液体冷却系统，其特征在于，在蓄液箱上设有输液孔，输液孔通过三通分别与真空泵及输液管连接。

3、根据权利要求1所述的真空自循环液体冷却系统，其特征在于，所述的液体为水、乙醇或水与乙醇的混合液。

4、根据权利要求1所述的真空自循环液体冷却系统，其特征在于，所述的冷却器包括立管、横管及散热片。

5、根据权利要求1所述的真空自循环液体冷却系统，其特征在于，所述的常开单向阀在常温下处于开启状态；常闭单向阀在常温下处于关闭状态。

6、根据权利要求1所述的真空自循环液体冷却系统，其特征在于，所述的真空自循环液体冷却系统为单独设立或组合使用。

7、使用权利要求1所述的真空自循环液体冷却系统的冷却方法，其特征在于，具体步骤与运行方法为：

(1)、将集热器安装在欲进行冷却的发热体上，并用真空泵将整个真空自循环冷却系统抽成真空状态；

(2)、将冷却介质即液体注入并充满整个真空自循环冷却系统；

(3)、安装在发热体上的集热器将吸收发热体的热量，使集热器内的液体温度升高，体积膨胀，压力亦随之增高，从而将常开单向阀关闭，阻止冷却器内的液体进入集热器；

(4)、在膨胀液体的压力下，集热器上部的常闭单向阀将被打开，液体进入蓄液箱，并使蓄液箱内液体的温度和压力升高；

(5)、蓄液箱内温度和压力升高后的液体将温度和压力通过液体循环管导入冷却器，给冷却器内的液体施加了一定压力，同时通过冷却器的散热作用使液体的温度降到常温；

(6)、随着集热器内液体的流出，集热器内压力降低；而冷却器内的液体在上部压差及后部温升压力的双重作用下，使冷却器内的液体将冲开常开单向阀进入集热器，补充集热器内的液体；

(7)、补充到集热器内的液体再次被加热，重复上述(1)～(6)的步骤和过程，从而实现液体在整个系统内的自循环，并通过液体的循环达到冷却发热体的功效。