CN109372590B - 散热回收装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了散热回收装置和方法。散热回收装置包括：强化沸腾片，设置在电子设备上方，使冷却液有效地强化沸腾以生成沸腾的汽泡；导流罩，设置在所述强化沸腾片上方并且所述导流罩的内部设置为涡旋型膛线形状，收集所述沸腾的汽泡并使所述沸腾的汽泡形成涡流；以及发电机，设置在所述导流罩的出口附近并且将从所述出口流出的所述涡流的动能转换为回收电能。本发明能够大大提升主板(但不限于主板的所有电子设备)的电源重复使用效率，由于电能使用少了，有利于节能减排和环境治理。

Description

散热回收装置及方法
技术领域
本发明的实施例一般地涉及计算机技术领域，更具体地，散热回收装置及方法。
背景技术
半导体行业遵循摩尔定律，工艺的提升为单位芯片面积集成更多晶体管提供可能，当前最新工艺已经达到10n米甚至7纳米。而随着云计算、大数据、人工智能技术的兴起，芯片的运算能力要求更强，由此带来功率越来越大。
大功率芯片采用相变冷却技术是一个非常好的技术方案。在成功解决散热的前提下，可以针对相变冷媒的动能以及势能可以提供较好能源回收方案。目前此领域还比较新，还没有人开展相关研究。
当前的散热方式主流为风冷散热和冷板式散热，两种散热对热的回收比较分散，由此带来的热的集中回收不是很方便。由此带来IT设备能耗高，不利于节能减排和可持续发展。
发明内容
本发明针对现有技术中所存在电子装置散热所产生的热量无法集中回收利用的等缺陷，提供了能够解决上述问题的一种散热回收装置及方法。
根据本发明的一方面，一种散热回收装置，包括：强化沸腾片，设置在电子设备上方，使冷却液有效地强化沸腾以生成沸腾的汽泡；导流罩，设置在所述强化沸腾片上方并且所述导流罩的内部设置为涡旋型膛线形状以收集所述沸腾的汽泡并使所述沸腾的汽泡形成涡流；以及发电机，设置在所述导流罩的出口附近并且将从所述出口流出的涡流的动能转换为回收电能。
优选地，所述发电机的叶片设置在所述导流罩的出口附近，其中，所述叶片利用所述涡流的动能旋转以将所述叶片的机械能转换为所述回收电能。
优选地，散热回收装置还包括涡轮电机，设置在所述导流罩内的出口附近以加速所述涡流的流速。
优选地，散热回收装置还包括控制单元，用于计算所述回收电能与涡轮电机区域的涡流的流速之间的关系，以选择性地开启或不开启所述涡轮电机。
优选地，所述控制单元还根据所述回收电能与所述涡轮电机区域的涡流的流速之间的关系调节所述涡轮电机的转速以调节所述涡流的流速。
优选地，散热回收装置还包括电容器和可充电电池，与所述发电机电连接以存储所述回收电能。
优选地，所述电容器和所述可充电电池与所述电子设备的电源并联连接以再利用所述回收电能。
优选地，所述导流罩包括：收集部分，从入口处收集所述沸腾的汽泡；换向部分，与所述收集部分液体连通，并且用于将垂直方向上流动的涡流转换为水平方向上流动的涡流；以及导出部分，与所述换向部分液体连通并用于使所述水平方向上流动的涡流从所述出口处离开所述导流罩。
优选地，所述电子设备包括CPU和存储器。
根据本发明的另一方面，提供了一种散热回收方法，使冷却液有效地强化沸腾以生成沸腾的汽泡；接收所述沸腾的汽泡并通过导流罩使所述沸腾的汽泡形成涡流，其中，所述导流罩的内部设置为涡旋型膛线形状；以及将所述导流罩的出口处的涡流的动能转换为回收电能。
本发明所提供的散热回收装置和方法能够大大提升主板(但不限于主板的所有电子设备)的电源重复使用效率，由于电能使用少了，有利于节能减排和环境治理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明的实施例的浸没式相变冷却的包括CPU的主板；
图2是根据本发明的实施例的散热回收装置的原理示意图；
图3是根据本发明的实施例的导流罩中所形成的涡流示图；
图4是根据本发明的实施例的散热回收装置的整体结构的示意图；以及
图5是根据本发明的实施例的散热回收方法的流程图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2是根据本发明的实施例的散热回收装置的原理示意图。下文中，参照图2对散热回收装置进行描述。
参照附图2，根据本发明的实施例，散热回收装置200包括：强化沸腾片206，设置在电子设备204上方，使冷却液有效地强化沸腾以生成沸腾的汽泡108(参见图1)；导流罩208、210和212，设置在强化沸腾片206上方并且导流罩的内部设置为涡旋型膛线形状(参见图3中的300)，收集所述沸腾的汽泡并使沸腾的汽泡形成涡流；以及发电机216，设置在导流罩的出口附近并且将从出口流出的涡流的动能转换为回收电能。
根据本发明的实施例的散热回收装置200能够大大提升主板(但不限于主板的所有电子设备)的电源重复使用效率，由于电能使用少了，有利于节能减排和环境治理。
图1是根据本发明的实施例的浸没式相变冷却的包括CPU的主板。图3是根据本发明的实施例的导流罩中所形成的涡流示图。图4是根据本发明的实施例的散热回收装置的整体结构的示意图。下文中，参照图1至图3对散热回收装置进行详细描述。在附图1至图4中，类似的参考标号指示相同的元件。
根据本发明的实施例，参考图4，散热回收装置400包括：强化沸腾片406，设置在电子设备404上方，使冷却液有效地强化沸腾以生成沸腾的汽泡108(参见图1)，这些大量的汽泡在冷却液中上升具有大量的动能。参考图1，在一个实施例中，电子设备104包括CPU和存储器，其中，该电子设备104设置在主板102上。在其他实施例中，电子设备还可以包括除了CPU和存储器之外的需要以浸没的方式进行冷却的其他电子装置，其中，该其他电子装置在高速运行过程中会产生的大量热能。在一个实施例中，通过以下方式制造强化沸腾片106：通过将金属粉末均匀地粘涂在金属片的表面上，然后在氢气的环境下，对金属片进行烧结处理，以在金属片的表面上形成多孔金属覆盖层，以及将金属片焊接在热管的表面上，从而将热管安装在CPU芯片的表面上，同时对该热管的表面进行烧结强化沸腾处理，进而使得沸腾表面的温度场均匀，增加沸腾面积和汽化核心，强化沸腾换热，降低芯片核温。
具体地，首先，先将金属片表面的锈和油垢去除，然后涂上一层粘剂溶液，将金属粉末均匀地涂粘在基体表面上，当粘结剂溶液风干后，将其放置于烧结炉内，在氢气保护下加热至金属粉末表面有熔化趋势，恒温20min左右，使粘结剂分散挥发，金属粉末烧结成一体并烧结在基体上，这样就在金属基体表面形成一层多孔金属覆盖层。同时，该多孔金属覆盖层的厚度一般小于3mm，孔隙率为40％--65％。当然可以理解，该粘剂溶液选用烧结过程中常使用的粘剂溶液。另外，该多孔表面的方法还在热管的制备过程中实现。
散热回收装置400可以包括：导流罩408、410和412，设置在强化沸腾片406上方并且导流罩的内部设置为涡旋型膛线形状(参见图3中的300)，收集沸腾的汽泡并使沸腾的汽泡形成涡流。在实施例中，导流罩由三部分组成。导流罩的这三部分的内部设计为涡旋型膛线形状，以便能够形成涡流。具体地，导流罩包括：收集部分408，从入口处收集沸腾的汽泡，例如，该收集部分可以为正方形、矩形、多边形、圆筒、或者其他形状的直管状件；换向部分410，与收集部分408液体连通，并且用于将垂直方向上流动的涡流转换为水平方向上流动的涡流，例如，该换向部分是截面为四分之一圆的直角弯头，并且能够与收集部分匹配接合；以及导出部分412，与换向部分410液体连通并用于使水平方向上流动的涡流从出口处离开导流罩，该导出部分也可以为正方形、矩形、多边形、圆筒、或者其他形状的直管状件，并且也能够与直角弯头匹配接合。
散热回收装置400包括：发电机416，设置在导流罩的出口附近并且将从出口流出的涡流的动能转换为回收电能，换句话说，在导流罩的外部设置在导出部分410附近。发电机的叶片设置在导流罩的出口附近，其中，叶片利用涡流的动能旋转并将叶片的机械能转换为回收电能。在一个实施例中，发电机的叶片可以包括多组，例如1组至3组，其中，多组叶片垂直地设置在导流罩的出口附近，以提高由沸腾的汽泡所形成的涡流的利用效率。此外，发电机的叶片旋转，能够进一步推动冷却液的流动，进而提高了冷却液的冷却效率。具体地，发电机的工作原理如下：水流冲击水轮机转轮，使其转动，并通过主轴带动发电机转子跟着转动，在发电机转子线圈中通入直流电流，转子线圈就会产生旋转磁场，磁力线在旋转过程中，被定子线圈切割，根据电磁感应原理，定子线圈中就会产生电压，定子线圈接入负载后，定子线圈中产生电流。水力发电机(水轮机)的原理是水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。
此外，散热回收装置400还包括涡轮电机414(或者图2中的214)，设置在导流罩内的出口附近以加速涡流的流速。具体地，涡轮电机414又称为涡扇，设置在导流罩的导出部分412内。该涡轮电机414在导流罩的导出部分412内旋转，使得在涡轮电机区域内的涡流的流速提高，并且能够控制该涡流的流速。该涡轮电机414能够增加涡流的动能，以能够使发电机的叶片旋转。尤其在涡流动能不足而无法是发电机叶片旋转的情况下，在该涡轮电机的辅助下，大幅增加了涡流的动能以能够使叶片旋转发电。
此外，散热回收装置400还包括控制单元418，用于计算回收电能与涡轮电机区域的涡流流速之间的关系，以选择性地开启或不开启涡轮电机414。控制单元418还根据回收电能与涡轮电机区域的涡流流速之间的关系调节涡轮电机414的转速以调节涡流流速。
此外，散热回收装置400还包括电容器422和可充电电池420，与发电机416电连接以存储回收电能。电容器422和可充电电池420与电子设备404的电源424并联连接以再利用回收电能。
图5是根据本发明的实施例的散热回收方法的流程图。下文中，参考图5对散热回收方法进行描述。
根据本发明的实施例，散热回收方法500包括步骤502，使冷却液有效地强化沸腾以生成沸腾的汽泡；步骤504，接收沸腾的汽泡并通过导流罩使沸腾的汽泡形成涡流，其中，导流罩的内部设置为涡旋型膛线形状；以及步骤506，将导流罩的出口处的涡流的动能转换为回收电能。
在具体实例中，图1示出了浸没式相变冷却的主板102工作时，CPU 104工作时，在其强化沸腾片106表面会产生大量汽泡，又称为沸腾的汽泡108，其中，汽泡在冷却液中上升具有大量的动能。图1中的四根箭头线表示沸腾的汽泡及方向。这个汽泡存在较大的动能，所以我们可以加以利用用于发电从而实现电能的回收。图2是其设计方案。其总设计思路为将沸腾汽泡的动能通过带叶片的发电机转化成电能，以最短路劲反馈给电源芯片输入端，从而实现电能的回收和利用。其中，收集部分208、换向部分210和导出部分212形成一个导流罩，实现流体的旋转。参见附图3，其内部按照旋转膛线300设计。在导流罩的导出部分212处设计一个小型电动机，根据芯片温度及沸腾剧烈程度决定是开启增大沸腾汽泡脱离速度以供发电机216的叶片获得足够动能发电。
参考图4，芯片工作时，芯片表面强化沸腾会导致表面产生沸腾的汽泡，经过涡扇的控制单元418的控制调节，可以控制发电机416的叶片的转动速度，从而获得电能。回收的电能先存储在电池420和电容422中，一旦其电压和电流符合给CPU供电的电源转换器输入要求，则可以和主供电电源424并联，以向CPU等主要芯片供电。由此实现电能的回收和再利用。控制单元418的工作原理为：以芯片的核心温度符合芯片设计要求的前提下，分别计算回收电能和涡扇区域流速关系，选择开启和不开启涡扇，以及调节合适的涡扇速率以获得最大的电源回收率。
根据本发明的实施例，将大大提升主板(但不限于主板的所有电子设备)的电源重复使用效率，由于电能使用少了，有利于节能减排并且有利于环境治理。本发明利用包括大量沸腾的汽泡发电，从而回收利用电能；导流罩的内部涡旋型膛线设计以促进形成涡流。通过涡轮电机调节沸腾汽泡速率；利用控制单元控制涡轮电机以选择开启或不开启涡轮电机；以及电源回收利用先给电池和电容缓冲并储存，再符合要求再送入主电源。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种散热回收装置，其特征在于，包括：
强化沸腾片，设置在电子设备的芯片上方，使浸没芯片的冷却液有效地强化沸腾以生成沸腾的汽泡；
导流罩，设置在所述强化沸腾片上方并且所述导流罩的内部设置为涡旋型膛线形状，收集所述沸腾的汽泡并使所述沸腾的汽泡形成涡流；以及
发电机，设置在所述导流罩的出口附近并且将从所述出口流出的所述涡流的动能转换为回收电能；
涡轮电机，设置在所述导流罩内的出口附近以加速所述涡流的流速；其中，根据芯片温度及冷却液沸腾剧烈程度决定是否开启所述涡轮电机以增大沸腾汽泡脱离速度；
电容器和可充电电池，与所述发电机电连接以存储所述回收电能，且所述电容器和所述可充电电池与所述电子设备的电源并联连接以再利用所述回收电能；
其中所述导流罩包括：
收集部分，从入口处收集所述沸腾的汽泡；
换向部分，与所述收集部分液体连通，并且用于将垂直方向上流动的涡流转换为水平方向上流动的涡流；以及
导出部分，与所述换向部分液体连通并用于使所述水平方向上流动的涡流从所述出口处离开所述导流罩。
2.根据权利要求1所述的散热回收装置，其特征在于，所述发电机的叶片设置在所述导流罩的出口附近，其中，所述叶片利用所述涡流的动能旋转以将所述叶片的机械能转换为所述回收电能。
3.根据权利要求1所述的散热回收装置，其特征在于，还包括控制单元，用于根据所述回收电能与所述涡轮电机区域的涡流的流速之间的关系调节所述涡轮电机的转速以调节所述涡流的流速。
4.根据权利要求1所述的散热回收装置，其特征在于，所述电子设备包括CPU和存储器。
5.一种散热回收方法，其特征在于，
使浸没电子设备的芯片的冷却液有效地强化沸腾以生成沸腾的汽泡；
接收所述沸腾的汽泡并通过导流罩使所述沸腾的汽泡形成涡流，其中，所述导流罩的内部设置为涡旋型膛线形状；以及
将所述导流罩的出口处的涡流的动能转换为回收电能；
将回收电能存储在电容器和可充电电池中，所述电容器和所述可充电电池与所述电子设备的电源并联连接以再利用所述回收电能；
其中所述导流罩包括：
收集部分，从入口处收集所述沸腾的汽泡；
换向部分，与所述收集部分液体连通，并且用于将垂直方向上流动的涡流转换为水平方向上流动的涡流；以及
导出部分，与所述换向部分液体连通并用于使所述水平方向上流动的涡流从所述出口处离开所述导流罩；
其中，在所述导流罩内的出口附近设置有涡轮电机，以加速所述涡流的流速；所述方法还包括：
根据芯片温度及冷却液沸腾剧烈程度决定是否开启所述涡轮电机以增大沸腾汽泡脱离速度。
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