CN103153023A - 脉冲射流肋片冷却装置 - Google Patents

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徐鹏
邱淑霞
乔宪武
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Abstract

本发明涉及一种电子器件的冷却系统，结合脉冲射流冷却技术和肋片散热器形成一种高效冷却装置。主要包括：脉动流发生装置、射流矩阵和肋片散热器，其特征在于通过电子信号驱动声学激励装置产生非稳态的脉动流，并经过脉冲射流矩阵喷射到肋片散热器上。冷却介质直接冲击肋片表面，并通过非稳态的脉动流强化传热过程，提高散热效率，降低能耗，对于大热流密度的电子器件能够有效快速降温，并且可以根据需要设置射流参数，适应工况变化。

Description

脉冲射流肋片冷却装置
技术领域
本发明涉及一种电子器件的冷却系统，特别涉及一种结合射流冷却技术和肋片散热器的高效冷却装置。
背景技术
随着电子器件的集成化和微型化不断升级，其功率和集成度大幅度提高，功率器件的热流密度不断上升，散热成为微电子产业进一步发展的一个主要障碍。只有对电子设备的耗热元件以及整机或系统采用合适的冷却技术和结构设计，对它们的温升进行控制，才能保证电子设备或系统正常、可靠地工作。对于新一代电子设备而言，传统的冷却器的设计限制与制作技术已无法合乎要求。
在电子设备的总尺寸、质量、所耗金属材料和流阻性能增加不多的前提下，采用肋片散热器可以增加散热表面面积，提高散热量。型材散热器、叉指散热器和圆柱针肋散热器是常用的几种肋片散热器。尽管三角形肋片相对于矩形肋片较难加工，但是其质量约为矩形肋片的一半，因此三角形肋片散热器经常被采用。
对于由微处理器和控制电路等高功率密度电子元件构成的超级计算机等设备，其热流密度非常大，量级在100W/cm2左右或更高。由于容积限制，高性能服务器和笔记本的热流密度也非常高。肋片散热器一般导致热流中的干涉，并且可以导致非常高的热阻和芯片表面的温度不均匀。针对上述问题，可以采用自由通风和强制通风减小散热器的热阻，但是这些方法通常需要消耗较大的泵功，而且高热流密度可以产生热噪声或暗电流。总之，高热流密度电子器件对于高效的冷却技术的需求十分迫切。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电子器件的冷却系统，该冷却装置结合了脉动冲击射流冷却技术和肋片散热器，采用脉动流强化肋片散热器的传热传质过程，提高散热效率，降低能耗。其工作原理为：通过电子信号驱动声学激励装置产生非稳态的脉冲流，并经过脉冲射流矩阵喷射到肋片散热器上；电子芯片所产生的热量通过绝热垫片主要以导热方式传递给肋片散热器，肋片散热器通过肋片传输到周围环境。由于流体通过狭缝型喷嘴直接冲击肋片表面，流程短且被冲击的表面上的流动边界层薄，从而使直接受到冲击的区域产生很强的换热效果，强化肋片的散热过程。由电子信号驱动声学激励装置产生非稳态的脉冲流，可以扰乱边界层进而影响局部换热率，能够降低冷却系统的能耗，进一步提高射流冷却的效率。
其中所述的肋片散热器可以由铝或铜等导热性能良好的材料制成，肋片采用三角形截面，高度相等，并在基片表面等间距排列。三角形肋片的质量约为矩形肋片的一半。射流阵列由开口向下的狭缝型喷嘴等间距排列而成，喷嘴位置位于两个相邻的肋片中间。肋片的尺寸和间距以及喷嘴的位置和尺寸按照芯片尺寸和总体封装需求确定。
其中所述的脉冲射流可以由压力控制阀和电子信号驱动声学激励装置调控其喷射速度、射流波形、射流频率以及振幅，以达到理想的散热效率。
本发明能够产生的有益效果：采用冷却介质冲击换热，换热系数高，对于大热流密度的电子器件能够有效快速降温；非稳态脉动流可以强化冲击射流的传热过程，提高散热效率，降低能耗，并且可以根据需要设置射流参数，适应工况变化。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是射流肋片散热器的结构示意图
图3是射流阵列的结构图
图4显示了三角形肋片的截面图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明包含脉动流发生装置和射流肋片散热器两部分。气体由入口1进入空气压缩缸2，通过开关阀3和压力控制阀5控制气流在管路4中的流动，进入电子信号驱动声学激励装置6中的稳态气流转换成脉动流，脉动流进入射流阵列7并通过狭缝型喷嘴直接冲击肋片8表面。进入电子信号驱动声学激励装置6中的稳态气流的速度由压力控制阀5设置，稳态气流进入电子信号驱动声学激励装置6后可以按照预置的射流波形、射流频率和振幅转换成非稳态的脉动流。
如图2所示，电子芯片10所产生的热量通过绝热垫片9主要以导热方式传递给肋片散热器，肋片散热器由三角形肋片12和基片13组成，肋片散热器将热量传输到周围环境。冷却介质经由狭缝型喷嘴11直接冲击肋片表面，加强肋片表面的空气流动，换热系数高，对于大热流密度的电子器件能够有效快速降温。
如图3所示，射流阵列由狭缝型喷嘴11等间距排列而成，喷嘴位置位于两个相邻的肋片中间。肋片的尺寸和间距以及喷嘴的位置和尺寸按照芯片尺寸和总体封装需求确定。如图4所示，肋片散热器可以由铝或铜等导热性能良好的材料制成，肋片采用三角形截面，高度相等，并在基片表面等间距排列。

Claims (4)

1.脉冲射流肋片冷却装置，包括气体入口(1)，空气压缩缸(2)，开关阀(3)，管路(4)，压力调节阀(5)，电子信号驱动声学激励装置(6)，脉冲射流阵列(7)，肋片散热器(8)，绝热垫片(9)和电子芯片(10)，其特征在于：通过电子信号驱动声学激励装置(6)产生非稳态的脉冲流，并经过脉冲射流阵列(7)喷射到肋片散热器(8)上。
2.根据权利要求1所述的脉冲射流肋片冷却装置，其特征在于：所述的脉冲射流可以由压力控制阀(5)和电子信号驱动声学激励装置(6)调控其喷射速度、射流波形、射流频率以及振幅，以达到理想的散热效率。
3.根据权利要求1所述的脉冲射流冷却装置，其特征在于：脉冲射流阵列(7)由狭缝型喷嘴(11)等间距排列，开口向下，喷嘴位置位于两个相邻的肋片中间。
4.根据权利要求3所述的脉冲射流冷却装置，其中所述的肋片散热器可以由铝或铜等导热性能良好的材料制成，肋片采用三角形截面(12)，高度相等，并在基片表面等间距排列。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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