CN1968595A - 电子器件冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种电子器件冷却装置，组成其的各部件由软塑料毛细管[5]按冷凝器[3]、微驱动泵[2]、微喷嘴阵列[1]、冷凝器[3]的顺序串联形成单向循环回路。工质液体在微驱动泵[2]的作用下，使充于回路中的液体工质在回路中循环；微喷嘴阵列[1]由安装有一系列顺排的结构和大小均相同的微喷嘴的一铜材平板，和在其上面的另一块铜板密封而成；微喷嘴阵列[1]置于发热电子器件[6]的一定距离之上。冷凝器[3]的上部布置有散热片，在散热片的上部安装有风扇，风扇通过强制对流的散热方式使冷凝器的蒸气凝结为液体，重新进入管路循环。工质通过微喷嘴阵列喷射到热的表面上，产生的蒸气通过蒸气回路到达冷凝器，冷凝器利用风扇进行冷却，使进入冷凝器的蒸气凝结为液体。

Description

电子器件冷却装置

技术领域

本发明涉及电子器件的冷却装置，特别涉及用于电子器件高热流密度条件下的散热冷却装置。

背景技术

随着电子器件的高频、高速以及集成电路技术的迅速发展和MEMS(Micro ElectronicMechanical System)技术的进步，使得单位容积电子器件的发热量和热流密度大幅度增加，散热装置的布置和设计遇到的约束越来越多。以微电子芯片的设计为例，目前一般已达(60～100)W/cm2，最高达到200W/cm²以上。常用传统的散热方式如风冷(强制对流)，由于其冷却效率与风扇的速度成正比。当热流密度达到一定的数值时，这种冷却方式显得力不从心。基于电子器件要求的散热热流密度越来越大，中国专利99253842.4提出了水冷技术，水冷的优点是冷却效果突出，但是水冷系统的结构非常复杂，按照冷却要求，系统中水筒的容量至少在20升以上，并且它本身还有致命的缺点-安全问题，一旦水冷系统出现泄露，将会导致计算机损坏。由于相变换热的方式传热效率很高，利用相变换热技术对CPU进行冷却的产品也已经出现，在此类传热技术中，最典型的要属热管技术，它的主要传热方式为蒸发和冷凝，具有传热能力大、温度控制能力强、传热效率高的特点，但热管的制作工艺如毛细芯材料的制备、真空的抽取、工质的封装及维护过程非常复杂，这使得其应用受到很大的限制。

中国专利03137561.8提出一种新型的冷却技术：利用微型制冷系统对计算机CPU进行冷却，该技术具有可对CPU进行主动降温冷却，具有结构紧凑、可靠性高、操作简单的特点。但是该种技术造价高、系统复杂。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的结构复杂、不可靠、效率低等缺点，提供一种新型的可供高热流密度电子器件冷却用的散热装置。

本发明散热装置包括微喷嘴阵列、微泵、冷凝器、风扇，以微泵为起点，按逆时针方向各部件的相互位置可表示为：微泵→微喷嘴阵列→冷凝器→微泵，其中风扇安装在冷凝器的顶部。

本散热装置的循环回路如下：工质液体通过微泵泵送到微喷嘴阵列处，工质通过微喷嘴阵列喷射到热的表面上，产生的蒸气通过蒸气回路到达冷凝器，冷凝器利用风扇进行冷却，使进入冷凝器的蒸气凝结为液体。微喷嘴阵列的喷雾量与器件的发热量有关系，当器件的发热量增加时，微喷嘴阵列的喷雾量将增加，而当器件的发热量降低时，微喷嘴阵列的喷雾量将降低，微喷嘴阵列的喷雾量与微驱动泵的泵送功率有关，可以事先通过实验得到雾状液体在器件表面完全变为蒸气时，喷雾量与器件表面发热功率之间的匹配关系曲线。在实际工作过程中微喷嘴阵列的喷雾量与器件发热量之间的匹配关系可通过事先的标定的曲线来调节，以使微喷嘴阵列喷出的雾状液体全部变为蒸气。发热器件表面薄液层的蒸发机理见[1]。(Y.H.Zhao et al.，Unified Theoretical Prediction of Developed Nucleate Boiling Critical Heat FluxBased on a Dynamic Microlayer Model，Vol.45，pp.3189-3197)。

本发明的电子器件散热装置的工作原理和过程如下：开始时，在整个装置的内部充有一定量的液体工质(如水)，将散热装置的微喷嘴阵列置于具有高热流密度的发热电子元器件之上。液体通过泵的推动作用自微喷嘴阵列中喷射出，由于喷嘴的尺寸很小，所喷射出的液体在发热表面形成极薄的液体层，该液体层受热后迅速蒸发，蒸发后产生的蒸气通过蒸汽回路到达冷凝器后凝结为液体，再通过微泵泵送到液体回路，这样的过程周而复始，不断的将电子器件产生的热量带走。

本发明所涉及的电子器件装置适用于机箱内的发热强度高，而空间又非常有限的场合。如应用计算机服务器CPU芯片的冷却。冷凝器由高导热系数的金属铜或铝制成，为了减轻重量，推荐使用铝来制作。冷凝器的外表面布置有散热片，散热片上部安装有风扇，热量最终通过风扇产生的强制对流作用传递到大气环境中去。为了节省空间，可将冷凝器放置于机箱外面，这对降低机箱内的空气温度有利的。

本发明电子散热装置传热能力强，属主动装置，可应用于极高热流密度条件下电子器件的散热，运行可靠。可应用于计算机服务器CPU的冷却。

附图说明

图1本电子器件冷却装置组成结构的示意图，图中：1微喷嘴阵列、2微驱动泵、3冷凝器；

图2为本发明微喷嘴结构示意图，图中：1微喷嘴阵列、2微驱动泵、3冷凝器、4风扇、5塑料毛细管、发热电子器件6；

图3为喷嘴阵列的结构示意图，图3a为上铜板结构示意图、3b下铜板(即喷嘴阵列)结构示意图、3c和3d表示单个喷嘴的结构示意图；

图4冷凝器的结构示意图。

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说明。

本发明电子器件散热装置组成结构如图1所示，主要包括微喷嘴阵列1、微驱动泵2、冷凝器3及相关连接管路。

微喷嘴结构及微喷嘴阵列的布置形式如图2所示，微喷嘴阵列1由安装有按一定方式排列一系列的相同结构的微喷嘴的一铜材平板，和在其上面的另一块铜板密封而成。如图2所示，各个微喷嘴以相同的间距并按顺排的方式布置。本发明电子器件散热装置的各部件由软塑料毛细管5按冷凝器3、微驱动泵2、微喷嘴阵列1、冷凝器3的顺序串联形成单向循环回路，在微驱动泵2的作用下，使充于回路中的液体工质在回路中循环。微喷嘴阵列1置于发热电子器件6的一定距离之上。本发明可应用于计算机服务器CPU的冷却散热。

图3给出了微喷嘴阵列的结构示意图，图3a为上铜板，图3b所示为微喷嘴1在下铜板上所处的位置。微喷嘴阵列由结构和大小均相同的微喷嘴按顺排的方式布置。图3c和图3d给出了单个喷嘴的结构示意图。如图3d所示，液体将从喷嘴上部的四个方向以圆的切线方向进入喷嘴，形成旋流，这样可以使喷射到散热表面的液体与表面之间的换热更加强烈。

图4所示为冷凝器的结构，由于换热而产生的蒸汽将通过管路进入冷凝器内的空腔内部，在冷凝器的上部布置有散热片，在散热片的上部安装有风扇，风扇通过强制对流的散热方式使冷凝器的蒸气凝结为液体，重新进入管路循环。在本发明电子器件散热装置中，冷凝器用来冷却喷射到高热流表面上的液体蒸发所产生的蒸气。

本发明电子散热装置放置于高热流密度电子器件的距离之上，当电子器件开始工作时。散热装置开始工作，回路中的液体在微驱动泵的作用下，通过布置于铜板表面的微喷嘴阵列喷射到高热流密度的电子器件的表面上，由于微喷嘴的尺寸很小，这将在电子器件的表面上形成极薄的一层液体，在受热的情况下，液体蒸发变为蒸气，蒸汽在通过回路中的蒸汽段回至冷凝器的内部，冷凝器通过布置于其散热片上部的风扇的强制对流进行散热。最后蒸气凝结于冷凝器中。随之，另一循环过程开始。

Claims (2)

1、一种电子器件冷却装置，其特征在于主要包括微喷嘴阵列[1]、微驱动泵[2]、冷凝器[3]及相关连接管路，各部件由软塑料毛细管[5]按冷凝器[3]、微驱动泵[2]、微喷嘴阵列[1]、冷凝器[3]的顺序串联形成单向循环回路；微喷嘴阵列[1]由安装有一系列顺排的结构和大小均相同的微喷嘴的一铜材平板，和在其上面的另一块铜板密封而成；微喷嘴阵列[1]置于发热电子器件[6]的一定距离之上。

2、按照权利要求1所述的一种电子器件冷却装置，其特征在于在冷凝器[3]的上部布置有散热片，在散热片的上部安装有风扇，风扇通过强制对流的散热方式使冷凝器的蒸气凝结为液体，重新进入管路循环。

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