CN113865392A - 一种散热装置 - Google Patents
一种散热装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113865392A CN113865392A CN202111074202.7A CN202111074202A CN113865392A CN 113865392 A CN113865392 A CN 113865392A CN 202111074202 A CN202111074202 A CN 202111074202A CN 113865392 A CN113865392 A CN 113865392A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- working medium
- dielectric working
- porous material
- material body
- liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 7
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
- F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
- F28F21/085—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from copper or copper alloys
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
一种散热装置，用于冷却发热元件，包括多孔材料体、冷却池，冷却池内有介电性工质液体，多孔材料体浸于介电性工质液体中，多孔材料体开设槽道，多孔材料体的槽道一侧覆于冷却发热元件表面。这样，发热元件作为热源，工作后热量传递至多孔材料体，多孔材料槽道的部分介电性工质液体以及多孔材料体内的部分介电性工质液体蒸发为介电性工质蒸汽，由于多孔材料体中毛细现象的存在，阻止了介电性工质蒸汽向上排出，从而从槽道内排除，多孔材料体内的介电性工质液体蒸发后，介电性工质液体补液至蒸发部位，从而实现了介电性工质蒸汽的流出路径和介电性工质液体的补液路径分离的目的，增大了换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及散热设备技术领域，特别是涉及发热元件的浸没式散热装置。
背景技术
常见的浸没式冷却装置包括冷却池、冷凝器，将热源至于介电性工质液体中，介电性工质液体相变吸收热量，蒸汽在介电性工质液体上方的冷凝器中冷凝放热，凝结后流回。这种冷却方式，补液路径与蒸汽路径之间相互阻碍，能够实现冷却的热流密度较低，冷却效果不佳。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种散热装置。
一种散热装置，用于冷却发热元件，包括多孔材料体、冷却池，冷却池内有介电性工质液体，发热元件、多孔材料体浸于介电性工质液体中，多孔材料体开设槽道，多孔材料体的槽道一侧覆于发热元件表面。这样，发热元件作为热源，工作后热量传递至多孔材料体，多孔材料槽道的部分介电性工质液体以及多孔材料体内的部分介电性工质液体蒸发为介电性工质蒸汽，由于多孔材料体中毛细现象的存在，阻止了介电性工质蒸汽向上排出，从而从槽道内排除，多孔材料体内的介电性工质液体蒸发后，介电性工质液体补液至蒸发部位，从而实现了介电性工质蒸汽的流出路径和介电性工质液体的补液路径分离的目的，增大了换热效率。
进一步，散热装置包括冷凝管道，冷却池内有介电性工质蒸汽，冷凝管道设置于介电性工质蒸汽内部，介电性工质蒸汽位于介电性工质液体上方，冷凝管道内流动冷却水，槽道与介电性工质蒸汽相通。
进一步，多孔材料体由微铜颗粒烧结而成。
进一步，微铜颗粒的尺寸直径为50-500μm，在900℃氩气环境石墨磨具中烧结而成。
进一步，多孔材料体与发热元件表面连接使用导热硅脂或者使用银钎焊焊接。
进一步，介电性工质液体为常见的氟化物或碳氟化物。
进一步，散热装置包括液体管路、泵，介电性工质液体由泵通过液体管路喷射至多孔材料体表面。
进一步，散热装置包括外部冷凝器，介电性工质液体可以进入外部冷凝器，泵将经过外部冷凝器的介电性工质液体通过液体管路喷射至多孔材料体表面。
附图说明
图1是本发明散热装置的一种实施方式示意图。
图2是本发明散热装置的另一种实施方式示意图。
图3、图4是本发明散热装置的简单的理论分析示意图。
具体实施方式
图1示意了一种散热装置10，用于冷却发热元件11，包括多孔材料体12、冷却池13、冷凝管道14。冷却池13内有介电性工质液体15、介电性工质蒸汽16，介电性工质液体15与介电性工质蒸汽16为同一种物质的液体和气体状态。介电性工质液体15为常见的氟化物或碳氟化物，拥有较高的介电常数和导热系数，并且沸点在发热元件11工作温度要求的范围内。介电性工质蒸汽16位于介电性工质液体15上方，冷凝管道14设置于介电性工质蒸汽16内部，冷凝管道14内流动冷却水。介电性工质蒸汽16经冷凝管道14冷凝后回流。
发热元件11、多孔材料体12浸于介电性工质液体15中，多孔材料体12开设槽道121，槽道121与介电性工质蒸汽16相通。
图3、图4是简单的理论分析示意图，Psat为介电性工质的饱和压力，ΔPl为气体在蒸汽通道中的流动压降，ΔPv1为蒸汽在多孔材料中的流动压降，ΔPv2为蒸汽在槽道中的流动压降，ΔPa为相变时液体变为气体的加速压降，Pc为毛细压力，各压力满足下关系：
pc+(psat-Δpl)＝(psat+Δpv1+Δpv2+Δpa) (式1)
即：
pc＝Δpv1+Δpv2+Δpa+Δpl (式2)
槽道121开设于多孔材料体12，无需对发热元件进行加工，相比槽道加工于发热元件11的情形，蒸汽在多孔材料中流动压降ΔPv1降低，拥有更高的临界热流密度和换热系数，同时蒸汽的流动路径更佳。
多孔材料体12由微铜颗粒烧结而成。微铜颗粒的尺寸直径为50-500μm，在900℃氩气环境石墨磨具中烧结而成。
多孔材料体12的槽道121一侧覆于发热元件11表面，多孔材料体12与发热元件11表面连接使用导热硅脂或者使用银钎焊焊接。导热硅胶和银钎焊均具有较高的导热系数，可以有效降低传热热阻。
多孔材料体12的使用，在一定程度上增加了换热面积和成核点数，可以在较低过热度下实现更高的热流密度，拥有更好的换热系数。
图2示意了另一种散热装置20，其与图1所示的散热装置的区别在于，图二的散热装置20包括包括液体管路21、泵22、外部冷凝器23，介电性工质液体可以进入外部冷凝器23，泵22将经过外部冷凝器23的介电性工质液体通过液体管路21喷射至多孔材料体表面。图2所示散热装置20与图1所示散热装置10一致的地方不再赘述。
图2所示散热装置20与图1所示散热装置10相比在高热流环境下具有优势。当热流密度过大时，图1所示的散热装置仅依靠毛细现象无法阻止介电性工质蒸汽向上排除，向上排除的蒸汽会包裹在多孔材料和热源周围，形成一层气膜阻碍补液，从而导致临界热流密度的产生，当热流密度超过临界热流密度时，图1所示散热装置10的散热效果将受限；而图2所示散热装置20通过外部循环将液体喷射至多孔材料体表面，增加射流后可以在式1左侧增加额外压力补偿毛细力的不足，从而使出气路径与补液路径在高热流情况下仍保持分离，具有较佳的换热效率和较高的临界热流密度。
在图1、图2所示的实施例中，发热元件作为热源，工作后热量传递至多孔材料体，多孔材料槽道的部分介电性工质液体以及多孔材料体内的部分介电性工质液体蒸发为介电性工质蒸汽，由于多孔材料体中毛细现象的存在，阻止了介电性工质蒸汽向上排出，从而从槽道内排除，多孔材料体内的介电性工质液体蒸发后，介电性工质液体补液至蒸发部位，从而实现了介电性工质蒸汽的流出路径和介电性工质液体的补液路径分离的目的，增大了换热效率。
Claims (8)
1.一种散热装置，用于冷却发热元件，其特征在于，包括多孔材料体、冷却池，冷却池内有介电性工质液体，发热元件、多孔材料体浸于介电性工质液体中，多孔材料体开设槽道，多孔材料体的槽道一侧覆于发热元件表面。
2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，包括冷凝管道，冷却池内有介电性工质蒸汽，冷凝管道设置于介电性工质蒸汽内部，介电性工质蒸汽位于介电性工质液体上方，冷凝管道内流动冷却水，槽道与介电性工质蒸汽相通。
3.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，多孔材料体由微铜颗粒烧结而成。
4.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，微铜颗粒的尺寸直径为50-500μm，在900℃氩气环境石墨磨具中烧结而成。
5.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，多孔材料体与发热元件表面连接使用导热硅脂或者使用银钎焊焊接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的散热装置，其特征在于，介电性工质液体为常见的氟化物或碳氟化物。
7.根据权利要求1-5任一项所述的散热装置，其特征在于，包括液体管路、泵，介电性工质液体由泵通过液体管路喷射至多孔材料体表面。
8.根据权利要求7所示的散热装置，其特征在于，包括外部冷凝器，介电性工质液体可以进入外部冷凝器，泵将经过外部冷凝器的介电性工质液体通过液体管路喷射至多孔材料体表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111074202.7A CN113865392A (zh) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | 一种散热装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111074202.7A CN113865392A (zh) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | 一种散热装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113865392A true CN113865392A (zh) | 2021-12-31 |
Family
ID=78995786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111074202.7A Pending CN113865392A (zh) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | 一种散热装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113865392A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2708502Y (zh) * | 2004-05-27 | 2005-07-06 | 杨洪武 | 发热电子元件的分体集成热管散热器 |
| CN201934202U (zh) * | 2010-12-06 | 2011-08-17 | 唐大伟 | 用于太阳能碟式热发电系统的高温钠热管集热器 |
| CN105890415A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-24 | 西安交通大学 | 一种带沸腾池的一体式环路热管散热装置 |
| CN110779366A (zh) * | 2018-07-30 | 2020-02-11 | 株式会社理光 | 毛细芯、回路热管、电子设备、多孔体及毛细芯制造方法 |
| CN111076587A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 江苏科技大学 | 与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置 |
| CN111642103A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-09-08 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 高热流密度多孔热沉流动冷却装置 |
| TW202045881A (zh) * | 2019-06-12 | 2020-12-16 | 英業達股份有限公司 | 冷卻系統 |
| CN113357953A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-09-07 | 西安交通大学 | 一种浸没式液冷烧结多孔毛细芯耦合微通道散热装置 |
-
2021
- 2021-09-14 CN CN202111074202.7A patent/CN113865392A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2708502Y (zh) * | 2004-05-27 | 2005-07-06 | 杨洪武 | 发热电子元件的分体集成热管散热器 |
| CN201934202U (zh) * | 2010-12-06 | 2011-08-17 | 唐大伟 | 用于太阳能碟式热发电系统的高温钠热管集热器 |
| CN105890415A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-24 | 西安交通大学 | 一种带沸腾池的一体式环路热管散热装置 |
| CN110779366A (zh) * | 2018-07-30 | 2020-02-11 | 株式会社理光 | 毛细芯、回路热管、电子设备、多孔体及毛细芯制造方法 |
| TW202045881A (zh) * | 2019-06-12 | 2020-12-16 | 英業達股份有限公司 | 冷卻系統 |
| CN111076587A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 江苏科技大学 | 与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置 |
| CN111642103A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-09-08 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 高热流密度多孔热沉流动冷却装置 |
| CN113357953A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-09-07 | 西安交通大学 | 一种浸没式液冷烧结多孔毛细芯耦合微通道散热装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Iradukunda et al. | A review of advanced thermal management solutions and the implications for integration in high-voltage packages | |
| US7775261B2 (en) | Capillary condenser/evaporator | |
| JP4195392B2 (ja) | 毛管蒸発器 | |
| US8528628B2 (en) | Carbon-based apparatus for cooling of electronic devices | |
| CN106341971B (zh) | 冷却设备、功率模块以及用于制造冷却设备的方法 | |
| US20080225489A1 (en) | Heat spreader with high heat flux and high thermal conductivity | |
| US8561673B2 (en) | Sealed self-contained fluidic cooling device | |
| EP2228820A2 (en) | Double side cooled power module with power overlay | |
| US20080115916A1 (en) | Cooling device for an electronic component | |
| CN109979900B (zh) | 一种GaN HEMT器件基板级的微通道-纳米多孔复合结构蒸发器 | |
| US8082978B2 (en) | Fluid-to-fluid spot-to-spreader heat management devices and systems and methods of managing heat | |
| CN209822624U (zh) | 一种微通道-纳米多孔复合结构蒸发器 | |
| US20210218090A1 (en) | Phase-change cooling module and battery pack using same | |
| CN103188912A (zh) | 使用液态金属工质的藕状规则多孔金属微通道热沉 | |
| JP2012043954A (ja) | 半導体装置 | |
| Yuki et al. | Thermal management of automotive SiC-based on-board inverter with 500 W/cm2 in heat flux, and Two-phase immersion cooling by breathing phenomenon spontaneously induced by lotus porous copper jointed onto a grooved heat transfer surface | |
| Tang et al. | Development of a compact and efficient liquid cooling system with silicon microcooler for high-power microelectronic devices | |
| CN110342454B (zh) | 一种惯性导航模块散热装置 | |
| Fang et al. | Molybdenum copper based ultrathin two-phase heat transport system for high power-density gallium nitride chips | |
| Kim et al. | An experimental study on the heat transfer and pressure drop characteristics of electronics cooling heat sinks with FC-72 flow boiling | |
| CN113865392A (zh) | 一种散热装置 | |
| CN112736046A (zh) | 一种集成芯片散热装置及其散热方法 | |
| CN111106081A (zh) | 一种基于薄液膜蒸发的近结冷却装置 | |
| Yuki et al. | Immersion cooling of electronics utilizing lotus-type porous copper | |
| JP6497192B2 (ja) | 多孔質金属を用いた放熱フィンおよびそれを搭載したヒートシンク、モジュール |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211231 |