CN113405393B - 浸没式喷雾冷却换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及浸没式液冷散热技术领域，尤其是一种浸没式喷雾冷却换热器,包括基体及冷却液外循环散热装置，基体中具有充满冷却液的静压腔及充满冷却液的工作腔，分隔筒的内壁围合成喷雾混合腔，分隔筒的外壁与工作腔的内壁之间形成回流腔，基体上固定有进液管，进液管延伸至喷雾混合腔内，且进液管底端固定有若干喷嘴，本发明采用喷嘴的设计，大幅度的提高了浸没式液冷传热系数，且冷却液基体在内部循环流动，促进冷却液自身的能够相互充分混合，有利于冷却液之间的热量传递，提升冷却液携带热量的能力，换热效率高，同时冷却液大部分储存在基体内，减少与管道的接触，降低噪音。

Description

浸没式喷雾冷却换热器

技术领域

本发明涉及浸没式液冷散热技术领域，尤其是一种浸没式喷雾冷却换热器。

背景技术

目前采用氟化液的电子芯片浸没式液冷散热方案得到众多关注，美国3M公司已经可以提供多种基于电子氟化液的数据中心浸没式冷却散热技术方案。

电子氟化液是指采用电气绝缘的氟化液作为冷却介质，氟化液是不可燃的绝缘液体，具有工作温度范围宽泛，易于维护、易清洗的特点，可作为传统冷却液体(如水、水乙二醇或油)的替代品。

浸没式液冷散热是指将热源直接浸泡于冷却液中，热源产生的热量直接高效地传递到液体中，从而减少了对导热界面材料、散热器和风扇等主动冷却组件的需求。这些改进提高了能源效率同时允许采用更高的封装密度。电子芯片集群采用浸没式冷却主要有一下优势：降低冷却能耗；减少维修更换的活动部件频率；基于液体高效传热特性，可提高硬件设计密度；运行温度维持在芯片温度限值下,允许更高的处理器利用率；元件干燥清洁，提供维修便利；显著减少运行噪音。

然而虽然采用电子氟化液浸没式液冷方式，但是由于难以大幅度提高液体冷却剂在芯片表面的流速，换热表面的实际对流传热系数仍难以与喷雾冷却传热技术相媲美。目前，喷雾冷却的传热系数普遍是浸没式液冷的十倍甚至几十倍以上。

鉴于此，本发明设计了一种浸没式喷雾冷却换热器，以高效利用两者的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的不足，现提供一种浸没式喷雾冷却换热器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种浸没式喷雾冷却换热器，包括基体及冷却液外循环散热装置，所述基体中具有充满冷却液的静压腔及充满冷却液的工作腔，所述静压腔位于工作腔的上方；

所述工作腔的顶端固定有分隔筒，所述分隔筒的内壁围合成喷雾混合腔，所述分隔筒的外壁与工作腔的内壁之间形成回流腔，所述分隔筒的底端端部与工作腔的腔底之间留有间隙形成引射口，所述基体中开设有内循环入口及内循环出口，回流腔通过内循环入口和静压腔连通，静压腔通过内循环出口和喷雾混合腔连通；

所述基体上固定有进液管，所述进液管延伸至喷雾混合腔内，且进液管底端固定有若干喷嘴，所述喷嘴均与进液管连通，所述工作腔的腔底具有用于安装热源的散热区，所述热源固定安装在散热区内，所述喷嘴均位于喷雾混合腔内，且均位于热源的上方；

所述冷却液外循环散热装置用于对静压腔和工作腔中的冷却液进行循环冷却，所述冷却液外循环散热装置的进口端和静压腔连通，冷却液外循环散热装置的出口端和进液管连通。

本方案中通过喷嘴喷出冷却液，高速冲刷热源表面进行换热，同时，喷嘴喷出冷却液产生的高速流动能够带动喷雾混合腔内的冷却液混合流动，形成卷吸作用，一方面，促进冷却液在冷却液在热源表面的流速，提高换热效率，另一方面，使冷却液在喷雾混合腔、引射口、内循环入口、静压腔及内循环出口之间构成内部循环流动，促进冷却液自身的能够相互充分混合，有利于冷却液之间的热量传递，提升冷却液携带热量的能力，换热效率高。

进一步地，所述热源从上至下向引射口倾斜，所述喷嘴的轴线和热源的上表面之间夹角为锐角；从而可防止撞击回流，使得喷嘴喷出的冷却液更易向引射口流动。

进一步，所述散热区内的热源有多个。

进一步，所述散热区内热源最顶端的高度低于分隔筒最底端的高度；可使热源全部处于冷却液流速较快的区域。

进一步，所述冷却液外循环散热装置包括循环泵、冷却器及储液容器，所述静压腔通过管道和储液容器连通，所述储液容器通过管道和冷却器连通，所述冷却器通过管道和循环泵连通，所述循环泵通过管道和进液管连通。

进一步，所述冷却器为风冷式冷却器、列管式冷却器或板式冷却器。

进一步，所述循环泵为压电泵。

本发明的有益效果是：本发明的浸没式喷雾冷却换热器采用喷嘴的设计，大幅度的提高了浸没式液冷传热系数，且冷却液基体在内部循环流动，促进冷却液自身的能够相互充分混合，有利于冷却液之间的热量传递，提升冷却液携带热量的能力，换热效率高，同时冷却液大部分储存在基体内，减少与管道的接触，降低噪音。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明浸没式喷雾冷却换热器的示意图。

图中：1、基体，101、内循环入口，102、内循环出口；

2、静压腔；

3、工作腔，301、喷雾混合腔，302、回流腔，303、引射口；

4、分隔筒，5、进液管，6、喷嘴，7、热源；

8、循环泵，9、冷却器,10、储液容器。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

实施例1

如图1所示，一种浸没式喷雾冷却换热器，包括基体1及冷却液外循环散热装置，所述基体1中具有充满冷却液的静压腔2及充满冷却液的工作腔3，所述静压腔2位于工作腔3的上方；

所述工作腔3的顶端固定有分隔筒4，所述分隔筒4的内壁围合成喷雾混合腔301，所述分隔筒4的外壁与工作腔3的内壁之间形成回流腔302，所述分隔筒4的底端端部与工作腔3的腔底之间留有间隙形成引射口303，所述基体1中开设有内循环入口101及内循环出口102，回流腔302通过内循环入口101和静压腔2连通，静压腔2通过内循环出口102和喷雾混合腔301连通；

所述基体1上固定有进液管5，所述进液管5延伸至喷雾混合腔301内，且进液管5底端固定有若干喷嘴6，所述喷嘴6均与进液管5连通，所述工作腔3的腔底具有用于安装热源7的散热区，所述热源7固定安装在散热区内，所述喷嘴6均位于喷雾混合腔301内，且均位于热源7的上方；

所述冷却液外循环散热装置用于对静压腔2和工作腔3中的冷却液进行循环冷却，所述冷却液外循环散热装置的进口端和静压腔2连通，冷却液外循环散热装置的出口端和进液管5连通。

所述热源7从上至下向引射口303倾斜，所述喷嘴6的轴线和热源7的上表面之间夹角为锐角；从而可防止撞击回流，使得喷嘴6喷出的冷却液更易向引射口303流动。

所述散热区内的热源7有多个。

所述散热区内热源7最顶端的高度低于分隔筒4最底端的高度；可使热源7全部处于冷却液流速较快的区域。

所述冷却液外循环散热装置包括循环泵8、冷却器9及储液容器10，所述静压腔2通过管道和储液容器10连通，所述储液容器10通过管道和冷却器9连通，所述冷却器9通过管道和循环泵8连通，所述循环泵8通过管道和进液管5连通。

所述冷却器9为风冷式冷却器、列管式冷却器或板式冷却器。

所述循环泵8为压电泵。

本实施例中热源7为芯片，热源7的两端均固定在工作腔3的内壁上，冷却液为电子氟化液。

本实施例浸没式喷雾冷却换热器的工作原理为：

循环泵8工作，静压腔2中的冷却液依次流经储液容器10、冷却器9及循环泵8后，到达进液管5，并从喷嘴6向热源7喷出，冷却液从喷嘴6喷出后高速冲刷热源7表面，喷嘴6喷出的冷却液在喷雾混合腔301内的冷却液中产生的高速流动，带动周围冷却液混合流动，并与喷雾混合腔301内的冷却液混合，形成卷吸作用，所以喷嘴6喷出的冷却液会引射喷雾混合腔301内的大量冷却液流向引射口303，并进一步流动到回流腔302，再从内循环入口101流到静压腔2，静压腔2内的压力较为稳定，由于喷嘴6喷出的冷却液会产生的流动动力，静压腔2内的冷却液不断从内循环出口102卷吸进入喷雾混合腔301，形成内循环，提高换热效果，其中，基体1内的冷却液通过冷却液外循环散热装置中的冷却器9散热后，温度得以降低，随后再重新从喷嘴6处喷入喷雾混合腔301内。

其中，通过喷嘴6喷出冷却液，高速冲刷热源7表面进行换热，同时，喷嘴6喷出冷却液产生的高速流动能够带动喷雾混合腔301内的冷却液混合流动，形成卷吸作用，一方面，促进冷却液在冷却液在热源7表面的流速，提高换热效率，另一方面，使冷却液在喷雾混合腔301、引射口303、内循环入口101、静压腔2及内循环出口102之间构成内部循环流动，促进冷却液自身的能够相互充分混合，有利于冷却液之间的热量传递，提升冷却液携带热量的能力，换热效率高。

对于热源7为芯片时，可确保运行温度维持在芯片温度限值下,允许更高的处理器利用率。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种浸没式喷雾冷却换热器，其特征在于：包括基体（1）及冷却液外循环散热装置，所述基体（1）中具有充满冷却液的静压腔（2）及充满冷却液的工作腔（3），所述静压腔（2）位于工作腔（3）的上方；

所述工作腔（3）的顶端固定有分隔筒（4），所述分隔筒（4）的内壁围合成喷雾混合腔（301），所述分隔筒（4）的外壁与工作腔（3）的内壁之间形成回流腔（302），所述分隔筒（4）的底端端部与工作腔（3）的腔底之间留有间隙形成引射口（303），所述基体（1）中开设有内循环入口（101）及内循环出口（102），回流腔（302）通过内循环入口（101）和静压腔（2）连通，静压腔（2）通过内循环出口（102）和喷雾混合腔（301）连通；

所述基体（1）上固定有进液管（5），所述进液管（5）延伸至喷雾混合腔（301）内，且进液管（5）底端固定有若干喷嘴（6），所述喷嘴（6）均与进液管（5）连通，所述工作腔（3）的腔底具有用于安装热源（7）的散热区，所述热源（7）固定安装在散热区内，所述喷嘴（6）均位于喷雾混合腔（301）内，且均位于热源（7）的上方；

所述冷却液外循环散热装置用于对静压腔（2）和工作腔（3）中的冷却液进行循环冷却，所述冷却液外循环散热装置的进口端和静压腔（2）连通，冷却液外循环散热装置的出口端和进液管（5）连通；

喷嘴（6）喷出冷却液带动喷雾混合腔（301）内的冷却液混合流动，形成卷吸作用，使冷却液在喷雾混合腔（301）、引射口（303）、内循环入口（101）、静压腔（2）及内循环出口（102）之间构成内部循环流动。

2.根据权利要求1所述的浸没式喷雾冷却换热器，其特征在于：所述热源（7）从上至下向引射口（303）倾斜，所述喷嘴（6）的轴线和热源（7）的上表面之间夹角为锐角。

3.根据权利要求2所述的浸没式喷雾冷却换热器，其特征在于：所述散热区内的热源（7）有多个。

4.根据权利要求2所述的浸没式喷雾冷却换热器，其特征在于：所述散热区内热源（7）最顶端的高度低于分隔筒（4）最底端的高度。

5.根据权利要求1所述的浸没式喷雾冷却换热器，其特征在于：所述冷却液外循环散热装置包括循环泵（8）、冷却器（9）及储液容器（10），所述静压腔（2）通过管道和储液容器（10）连通，所述储液容器（10）通过管道和冷却器（9）连通，所述冷却器（9）通过管道和循环泵（8）连通，所述循环泵（8）通过管道和进液管（5）连通。

6.根据权利要求5所述的浸没式喷雾冷却换热器，其特征在于：所述冷却器（9）为风冷式冷却器、列管式冷却器或板式冷却器。

7.根据权利要求5所述的浸没式喷雾冷却换热器，其特征在于：所述循环泵（8）为压电泵。

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