CN1251494A

CN1251494A - 一种电子电气产品的散热方法及其装置

Info

Publication number: CN1251494A
Application number: CN 99114484
Authority: CN
Inventors: 薛勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2000-04-26

Abstract

本发明一种电子电气产品的散热方法及其装置涉及的是一种对电子、电气线路,电子、电气元器件及其电子电气整机产品冷却的新方法及其装置。电子电气产品的散热方法,其特征是将电子电气产品直接装置在密闭容器抽成真空状态,注入散热工质液,使电子电气产品浸置在散热工质液内,或将密闭容器抽成真空状态,注入散热工质液,将装有散热工质液的密闭容器装置在电子电气产品外部,使电子电气产品得到有效冷却。散热装置具有密封容器,密闭容器内注有散热工质液,密闭容器内或侧面设置有散热冷却室。

Description

一种电子电气产品的散热方法及其装置

本发明一种电子电气产品的散热方法及其装置涉及的是一种对电子、电气线路，电子、电气元器件及其电子电气整机产品冷却的新方法及其装置。

随着电子电气技术的发展，集成化、模块化技术普及应用，电子器件的功能不断增加，体积不断缩小，热流密度逐步上升，故障率随工作温度上升成指数增大，工作温度每增加10℃，其器件老化速度及故障率也相应增大一倍，所以及时有效地散发电路及器件工作时的热量、降低工作温升是提高电路及器件包括整机系统工作稳定性的关键，此外，随着电路的越来越精密，工作环境潮湿、灰尘、小虫子等都会通过电器装置的散热开孔进入机器内部，从而造成化学、电化学侵蚀，影响系统的稳定性和安全，因此要想提高电子线路和器件及系统工作的稳定性除努力提高元器件整机质量和系统的合理性外，还需要解决散热防潮防尘问题。

目前采用的散热方法及装置有：1、在电子电气设备外壳上开散热孔，利用热空气上升将热量从设备内向外散发。2、在重点的发热器件上加装金属散热片，利用金属的导热性能和加大散热面积来散热，或再加装小电风扇进行散热。此散热方式效果比较差，只能局部散热。3、利用半导体制冷片贴在发热器件上进行制冷降温，此方法散热方式虽然冷却了发热器件，但须在半导体制冷片另一面散发热量，设备内部空间反而增加热量，这种制冷片还有一个缺点，过度制冷量大于器件发热量时，被冷却器件将会产生冷凝水，电路将产生短路危险。4、从已公开的专利申请说明书公开号为CN1193762A美国康帕克电脑公司申请的“计算机特殊器件的液体冷却装置”，该装置是直接固定到发热量高的芯片上的传热系统，该装置包括一个泵与一个风扇相邻的空气侧热交换器和一个固定到发热量高的器件上，以便在运行条件下除去该器件发出的热量的传热板。5、从已公开的专利申请公开说明书公开号为CN1178064A美国AST研究公司申请的“减少电子器件累积热量的可活动热管装置”，该装置是一种可转动和可滑动的热量装置比仅用散热器表面各向周围空气中散失能更快地将热量从微处理器芯片传递走，包括散热器有一个必要的适于容纳其形状如曲柄轴的热管的第一端部的园柱形管道，以及热扩散器，由金属片构成，其第一端部卷起，以确定一个适于容纳热管的第二端部的园形孔。

以上方法4、5散热装置仅考虑到设备中少部分发热元件、部件如CPU芯片、硬盘驱动器等重点发热器件的散热问题，而其它发热器件没有考虑，且方案中热传导方式分成几步，效率不高。

上述采用的散热方式需要较大温差才能建立散热平衡。而且设备内部与外界空气相连，灰尘、潮湿水蒸气仍能进入设备内部。

本发明的目的是针对上述电子电气产品的散热方法及装置存在不足之处提供一种电子电气产品的散热方法及其装置，将电子电气产品直接装置(浸置)在抽成真空注入散热工质液容器内散热或在电子电气产品外部直接装置抽成真空注入散热工质液容器，用来将热量从高热流密度区以蒸发潜能快速分散成低热流密度形式，能有效地散发电子电气产品工作时热量，降低工作温升，提高电子电气产品工作稳定性。

一种电子电气产品的散热方法及其装置是采取以下方案实现的：电子电气产品的散热方法是将电子电气产品直接装置在密闭容器内，将密闭容器抽成真空状态，注入散热工质液，使电子电气产品浸置在散热工质液内，或将密闭容器抽成真空状态，注入散热工质液将装有散热工质液的密闭容器装置在电子电气产品外部，当电子电气产品工作时产生热量时，散热工质液蒸发以潜热形式将热量从高热流密度区快速汽化分散成低热流密度形式与外界发生热交换释放冷凝潜热，电子电气产品得到有效冷却。密闭容器注入散热工质液容器内应有气态空间。电子电气产品包括计算机及外部设备、笔记本电脑、显示器、电视机、计算机硬盘、光驱、光盘刻录机、微处理器、显卡、声卡、电子线路、电气线路、音响、功率放大器、电源、数字卫星接收机、投影机、服务器、网络交换机，路由器，机顶盒、调制解调器、掌上电脑、移动电话、程控交换机、精密仪器、广播电讯设备、电力电气设备、大功率整流管、集成电路芯片、电光源等。散热工质液具有高绝缘性能，为低沸点工质液，在一个大气压下沸点为10℃～90℃。散热工质液可采用全氟代醚、全氟代胺、全氟烷烃、烷烃、环烷烃、氟氯烃、含氢氟氯烃中的一种或混和物。

电子电气产品的散热装置具有密闭容器，密闭容器内空气分压接近于零，密闭容器内注有散热工质液，密闭容器内或侧面设置有电子电气产品散热冷却室，或散热冷却层，密闭容器内上方可设置有接液盒，用于接盛冷凝下来的散热工质液，并将散热工质液由上而下分配给各散热室、散热冷却层使用，最终大部分散热工质液回落到密闭容器底部。为了消除静电防止电子电气产品损坏，可以在散热工质液内加设金属网，金属网接地，也可在电子电气产品表面加绝缘层，防止静电损坏击穿器件。可直接采用风扇冷却密闭容器。为适应密闭容器工作状态变化引起内部压力变化可在密闭容器内外设置加强筋。为加强散热效果可在密闭容器外壳内外设置散热片。在密闭容器内壁、发热器件表面或散热冷却室可设置带尖端凸起，以便增加散热工质汽化效果。密闭容器可采用散热效果好的材料制成。

电子电气产品的散热方法及其装置工作原理如下：物质在加热或冷却过程只改变原有固、液、气状态而温度不发生变化，这种改变状态所消耗或得到的热叫做潜热，由液体等温汽化成气体所消耗的能量叫做蒸发潜热，而由气体等温液化成液体所释放的能量叫做冷凝潜热，当一种液体受热达到沸点时，便会汽化成气体，持续不断受热便会持续不断汽化，而液体的温度会保持在沸点值。

当一个密闭的容器中只有某种低沸点(室温附近)的液体时，且容器内气态空间部份这种液体的气态分压接近或等于100％时，容器内工质气体分压刚好是这种工质液体此时环境温度下的饱和蒸气压。这时，只要对这种液体略加热，液体便会立即沸腾汽化，蒸气迅速离开热源在容器上方与外界发生热交换并冷凝。

当电子产品的整机部件、元器件、芯片等工作温度升高发出热量使密封容器内靠近电子电气产品低沸点散热工质液迅速沸腾潜热气化，以蒸发潜热形式将热量从高热流密度区快速分散成低热流密度形式，气化后的散热工质气体上升到密封容器上部，经冷却风道、却水管、散热片、密封容器壳体迅速散热冷却成液体，经接液盒由上而下分配给各散热冷却室或散热冷却层散热或沿密封容器内壁回流到密封容器下部散热工质液中，以此形成散热循环。

本发明由于将电子电气产品直接装置在密封容器的散热工质液内散热或将装有散热工质液的密闭容器直接装置在电子电气产品外部，可以将电子电气产品工作时发出的热通过散热工质液蒸发以潜热形式将热量从高热流密度区快速分散成低热流密度形式与外界发生热交换释放冷凝潜热，电子电气产品得到有效冷却，降低工作温升可以提高电子电气产品的电路及器件包括整机系统工作稳定性，可靠性，安全性，同时可解决电子电气产品由于工作环境潮湿、灰尘、小虫子等造成化学、电化学侵蚀影响系统的稳定性和安全等问题，从而保证电子电气产品正常工作。

以下将结合附图对本发明作进一步举例说明。

图1是本发明用于计算机机箱散热冷却装置示意图。

图2是本发明用于单个电子电气元器件散热冷却装置示意图。

图3是本发明用于笔记本电脑散热冷却装置示意图。

图4是本发明散热冷却管道结构示意图。

参照附图1，电子电气产品的散热方法是将电子电气产品直接装置在密闭容器3内，如附图1中电源6，线路板7、线路板上装置的CPU16，集成芯片15等，将密闭容器抽成真空状态，注入散热工质液12，使电子电气产品浸置在散热工质液内，或将密闭容器3抽成真空状态，注入散热工质液，将装有散热工质液的密闭容器3装置在电子电气产品外部，如附图1中光驱10、硬盘11、调制解调器13外部直接套装在装有散热工质液密闭容器散热冷却室内，当电子电气产品工作时产生热量散热工质液蒸发以潜热形式将热量从高热流密度区快速分散成低热流密度形式与外界发生热交换释放冷凝潜热，电子电气产品得到有效冷却。密闭容器注入散热工质液容器内应有气态空间。密封容器3可采用导热散热良好的金属材料或其他材料制成。

参照附图1、4，电子电气产品的散热装置具有密闭容器3，密闭容器抽成真空空气分压接近于零，密闭容器3内注有散热工质液12，在密闭容器3内或侧面设置有电子电气产品散热冷却室10、11、13或散热冷却层，密闭容器3内上方设置有接液盒2，用于接聚冷凝下来的散热工质液，在密封容器内上部或密封容器内可设有冷却风管道或冷却水管道，分别通入冷却风、气或冷却水用于快速冷却散热工质蒸汽，转化为散热工质液滴入盛液盒2内，由上而下分配给各散热室或散热层散热，或直接从密封容器内壁流入容器下部，散热工质液以此形成散热循环。为了增加密闭容器强度可在密闭容器内外设置加强筋9。可在密闭容器外贴半导体制冷片冷却，也可直接在密闭容器外采用风扇冷却密闭容器，加快散热工质液蒸汽转化为液体，增加冷却效果。在密闭容器内壁和发热器件表面或散热冷却室可设置带尖端凸起14，可增加散热工质液汽化效果，冷却风管道、冷却水管可以在管道内外壁设置散热片8，以增加散热冷却面积提高冷却效果，见附图4。为了消除静电可以在散热工质液12内加设金属网5，金属网接地，也可在电子电气产品元器件表面加绝缘层，防止静电损坏击穿电子电气元器件。

参照附图2，单个电子电气元器件散热冷却装置，电子电气元器件、部件19单独直接浸入散热工质液20内，密封容器18内外可设置散热片17，密闭容器18与电子电气元器件、部件19装插连接处采用绝缘密封胶密封，防止散热工质液渗漏，并保证密闭容器18与电子电气元器件部件19之间绝缘。

参照附图3，本发明用于笔记本电脑散热冷却装置，密封容器23装置在笔记本电脑显示屏25后，电脑主板、芯片部位27，采用金属软管26连接，23、27、26是由金属软管26连接成的一个相通的密封容器，电脑工作时产生的热量汽化工质后，通过26进入23中冷凝。用于冷却显示屏、电脑主板、芯片，散热工质液24装置在密闭容器23内，也连通到27内，密闭容器23内表面设置有散热片、密闭容器23上部装置有冷却风管道22，采用风扇送入冷却风冷却散热工质液蒸汽，冷却风管道内外都设置有散热冷却片21，以增加散热冷却散热工质液蒸气热交换面积，快速将散热工质液蒸汽转化为液体。

上述密封容器内装注的散热工质液为低沸点，工质液沸点在一个大气压下为10℃～90℃，具有高绝缘性能、安全性，可采用全氟代醚、全氟代胺系列有机液体以及全氟烷烃、烷烃、环烷烃、氟氯烃、含氢氟氯烃中的一种或混和液，特别是其中的全氟三甲胺、全氟三乙胺、全氟六碳环醚、全氟甲丁醚、全氟丁烷、全氟戊烷、全氟己烷、戊烷、己烷、环己烷、一氟二氯甲烷等。

用与上述相同的方法，可实现对众多的电子、电气产品的有效冷却。

Claims

1、一种电子电气产品的散热方法，其特征是将电子电气产品直接装置在密闭容器内，将密闭容器抽成真空状态，注入散热工质液，使电子电气产品浸置在散热工质液内，或将密闭容器抽成真空状态，注入散热工质液，将装有散热工质液的密闭容器装置在电子电气产品外部，当电子电气产品工作时产生热量时，散热工质液蒸发以潜热形式将热量从高热流密度区快速汽化分散成低热流密度形式与外界发生热交换释放冷凝潜热，电子电气产品得到有效冷却。

2、根据权利要求1所述的电子电气产品的散热方法，其特征是密闭容器注入散热工质液容器内应留有气态空间。

3、根据权利要求1所述的电子电气产品的散热方法，其特征是散热工质液具有高绝缘性能，采用全氟代醚、全氟代胺、全氟烷烃、烷烃、环烷烃、氟氯烃、含氢氟氯烃中的一种或混和物。

4、根据权利要求1所述的电子电气产品的散热方法，其特征是电子电气产品包括计算机及外部设备、笔记本电脑、显示器、电视机、计算机硬盘、光驱、光盘刻录机、微处理器、显卡、声卡、电子线路、电气线路、音响、功率放大器，电源、数字卫星接收机、投影机、服务器、网络交换机、路由器、机顶盒、调制解调器、掌上电脑、移动电话、程控交换机、精密仪器、广播电讯设备、电力电气设备、大功率整流管、集成电路芯片，电光源等。

5、一种电子电气产品的散热装置，其特征是具有密封容器，密闭容器内空气分压接近于零，密闭容器内注有散热工质液，密闭容器内或侧面设置有电子电气产品散热冷却室。

6、根据权利要求5所述的电子电气产品的散热装置，其特征是密闭容器内上方可设置有接液盒，在密闭容器散热工质液内加设金属网，金属网接地。

7、根据权利要求5所述的电子电气产品的散热装置，其特征是密闭容器可设置冷却风管道或冷却水管。

8、根据权利要求5所述的电子电气产品的散热装置，其特征是密闭容器外可贴半导体制冷片。

9、根据权利要求5所述的电子电气产品的散热装置，其特征是密闭容器外壳内外可设置散热片、加强筋。

10、根据权利要求5所述的电子电气产品的散热装置，其特征是密闭容器内壁、发热器件表面或散热冷却室可设置带尖端凸起。