CN1993030A - 紧凑型喷雾冷却散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种紧凑型喷雾冷却散热装置，包括：储液槽，存储有冷却液；喷雾舱，与一发热源连接；雾化器，设置于该喷雾舱的上方，该雾化器具有压电片以及具有多个微喷孔的微喷孔片，该雾化器可将该冷却液雾化而于该喷雾舱内产生喷雾以带走该发热源产生的热能；以及液体输送体，利用毛细力吸取该储液槽内的冷却液传递至该雾化器。该装置可以进一步整合冷凝器与输送管路，形成一个紧凑且封闭型的喷雾冷却散热器。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热装置，特别是涉及一种紧凑型喷雾冷却散热装置。
背景技术
电子组件的发热量随着半导体集成度的提高而快速增长；如何提升电子组件的散热能力，以保证组件的正常运转，已成为一项非常重要的工程课题。目前大量使用的直接空气冷却技术已经无法满足具有高热通量电子组件散热的需求，而必须寻求其它的解决方案。
其中，喷雾冷却散热系统使用冷却液吸热后产生相变化原理来协助散热。由于液体相变化时的潜热极高，因此适合应用在高热量与高热通量的散热系统中。目前喷雾冷却散热系统已经成功应用于航空、军事电子系统，以及高功率激光系统的散热上。为了将此系统应用在一般信息与电子产品散热上，必须进一步缩小现有喷雾冷却散热系统的体积与复杂度，并有效降低成本。
如图1所示，该图为美国专利U.S.Pat.No.6,205,799所公开的喷雾散热循环系统。通过泵23的驱动，冷却液由储液桶25进入到喷雾器21产生喷雾22至发热源20(半导体芯片)上。利用雾滴吸收热能汽化带走热量，蒸汽流至一热交换器24上凝结成液体再通过泵23的辅助将液体抽回储液桶25以完成冷却循环。然而此技术使用泵增加了散热系统的体积与成本。另外，在雾化器的设计方面，该技术提出使用类似喷墨头结构，将流体加热后产生微液滴的专利，但这种设计会消耗较高的电源功率。另外，又如美国专利U.S.Pat.No.5,687,577所公开的喷雾循环冷却装置也是利用泵作为循环动力的来源，因此利用该技术的散热系统的体积与成本较大。
综上所述，亟需一种紧凑型喷雾冷却散热装置以解决现有技术中，因设置泵而增大体积、提高成本以及喷雾电力消耗功率高的缺点。
发明内容
本发明所要解决的主要问题是提供一种紧凑型喷雾冷却散热装置，利用压电式组件来产生散热所需要的喷雾，达到降低冷却散热装置消耗电源功率的目的。利用毛细力汲取冷却液，以完成自主冷却循环，达到取代泵，减小体积的目的。将雾化装置、循环回路、储液槽以及冷凝器进行整合以形成整合模块，达到减小体积的目的。
为了实现上述的目的，本发明提供一种紧凑型喷雾冷却散热装置，包括：储液槽，存储有一冷却液；喷雾舱，与一发热源连接；雾化器，设置于该喷雾舱的上方，该雾化器具有压电片以及具有多个微喷孔的微喷孔片，该雾化器可将该冷却液雾化而于该喷雾舱内产生喷雾以带走该发热源产生的热能；以及液体输送体，其利用毛细力吸取该储液槽内的冷却液而传递至该雾化器。
所述的喷雾舱与该发热源之间还具有一吸热平板，该吸热平板的一侧与该发热源相连接以吸取热量，而另一侧可与喷雾接触。其中该吸热平板与喷雾接触的平面上还具有多个微结构。
所述的液体输送体可为毛细结构。其中该毛细结构可为金属材料、陶瓷材料、棉质材料或者是纤维材料。
所述的液体输送体具有多个微流道，该微流道的一端设置于该储液槽内，另一端则设置于该雾化器上，该微流道内还具有毛细结构。其中该毛细结构可为金属材料、陶瓷材料、棉质材料或者是纤维材料。
所述的喷雾舱还以蒸汽输送管路与冷凝器相连接。其中该冷凝器还以冷凝管路与该储液槽相连通。
为了实现上述目的，本发明又提供了一种紧凑型喷雾冷却散热装置，包括：壳体，与一发热源相连接，该壳体内分隔有喷雾空间、蒸汽导引空间、冷凝空间以及储液空间，该喷雾空间与该蒸汽导引空间连通，该蒸汽导引空间与该冷凝空间连通，该冷凝空间与该储液空间连通；雾化器，设置于该喷雾空间的上方，该雾化器具有压电片以及具有多个微喷孔的微喷孔片，该雾化器可将该冷却液雾化而于该喷雾空间内产生喷雾以带走该发热源产生的热能；以及液体输送体，以毛细力吸取该储液空间内的冷却液而传递至该雾化器。
所述的冷凝空间区域的壳体上还设置有鳍片或风扇以加速排除通过该冷凝空间的蒸汽所具有的热能使其凝结成液体。该冷凝器可为具有鳍片的散热结构或者是风扇。
附图说明
图1为现有技术的喷雾循环冷却装置示意图。
图2A为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的第一较佳实施例示意图。
图2B为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的雾化器示意图。
图3为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的吸热平板较佳实施例示意图。
图4为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的第一较佳实施例运行示意图。
图5为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的第二较佳实施例示意图。
其中，附图标记：
2-雾化冷却装置 20-发热源
21-喷雾器 22-喷雾
23-泵 24-热交换器
25-储液桶 3-喷雾冷却散热装置
31-喷雾舱 311-喷雾空间
312-蒸汽出口 32-雾化器
321-压电片 322-微喷孔片
3221-微喷孔 33-液体输送体
34-储液槽 35、35a-吸热平板
351-微结构 36-蒸汽输送管路
37-冷凝器 38-冷凝管路
4-喷雾冷却散热装置 41-壳体
411-喷雾空间 412-蒸汽导引空间
413-冷凝空间 414-储液空间
415-隔板 4151-蒸汽隔板
4152-冷凝隔板 4153-凸部
42-冷凝器 43-雾化器
431-压电片 432-微喷孔片
4321-微喷孔 44-液体输送体
45-吸热平板 5-发热源
90-冷却液 91-喷雾
92-冷却液薄膜 93-蒸汽
94-冷凝液体
具体实施方式
为使贵审查员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认识与了解，下文将本发明的详细结构以及设计的思想进行说明，以使得审查员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：
请参阅图2A所示，该图为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的第一较佳实施例示意图。该喷雾冷却装置3包括有一喷雾舱31、一储液槽34、一雾化器32以及一液体输送体33。该喷雾舱31具有一定的体积，内部为中空以形成一个冷却液喷雾空间311。喷雾舱31底部有一个由具有高热传导特性的材料(例如铜或铝)所制成的吸热平板35；该吸热平板35底部具有一个平面可以与一发热源5紧密接触。请参阅图3所示，该图为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的吸热平板较佳实施例示意图。为了提高该喷雾冷却散热装置3的性能，该吸热平板35与喷雾接触的一面上，可使用精密机械加工或微机电加工技术，在吸热平板35表面形成微结构351。本实施例中，该微结构351为许多细微的凸起结构，但不限于此，以增加冷却液薄膜的蒸发速率。该发热源5可为发热的电子组件，如中央处理器(CPU)或者是其它芯片(chip)。
再回到图2A所示，在喷雾舱31的侧面或上方具有一个蒸汽出口312。喷雾舱31可以用锻造、冲压、CNC加工等方法一体成型；或是以各类加工方式分别制作成底座与外壳，然后再加以组合。该储液槽34设置于该喷雾舱31的一侧；储液槽34可以用锻造、冲压、CNC加工等方法一体成型；或是以各类加工方式分别制作成底座与外壳，然后再加以组合。该储液槽34内存储有冷却液90，例如：水或者是冷媒。
请参阅图2B所示，该图为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的雾化器示意图。该雾化器32由一个环状压电片321及一个厚度极薄的微喷孔片322所组成，微喷孔片322上有多个孔径极小的微喷孔3221；该微喷孔片322可以利用微电铸或其它微加工技术制作。压电片321与微喷孔片322可以利用黏着或其它不会损害压电片321与微喷孔片322的技术来结合。再回到图2A，该雾化器32可以用适当的固定方式安装在该喷雾舱31的上方。
再回到图2A所示，该液体输送体33为具有一定长度以及具毛细吸力的毛细结构体；此外，该液体输送体33可以利用金属、陶瓷、棉、纤维等材质以编织、烧结、精密加工等方式制成，或是利用前述的材料并以微机电技术制作具有毛细力的微流道；或者是制作微流道，然后再于微流道中置入毛细结构，使其具有一定的毛细力。该液体输送体33一端浸入在该储液槽34的冷却液中，另一端则与雾化器32上的微喷孔片322接触。为了构建一冷却循环回路，该蒸汽出口312还以一蒸汽输送管路36与一冷凝器37相连接，该冷凝器37则以一冷凝管路38与该储液槽34相连通。
请参阅图4所示，该图为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的第一较佳实施例运行示意图。在储液槽34内的冷却液90通过该液体输送体33的输送，由储液槽34送到微喷孔片322上方。当环状压电片321有电压输入后，压电片321会产生径向振动，并将振动传递到微喷孔片322上，使微喷孔片322产生轴向振动。当微喷孔片322振动时，于该微喷孔片322上方的冷却液的表面张力受到破坏，于是在微喷孔片322的下方产生连续的微喷雾91，然后喷洒在喷雾舱31底部与发热源5接触的吸热平板35上，并形成一层极薄的冷却液薄膜92。当吸热平板35的表面温度高于冷却液饱和温度时，冷却液便会蒸发，并将大量的热带走，达到协助散热冷却的目的；汽化后的冷却液蒸汽93可由喷雾舱31上的蒸汽出口312排走，进入到蒸汽输送管路36，然后由冷凝器37辅助放热，进而凝结成冷凝液体94，最后经由该冷凝管路38而回到该储液槽34，完成一自主循环，以克服现有技术需要泵的缺点。
请参阅图5所示，为本发明紧凑型喷雾冷却散热装置的第二较佳实施例示意图。为了进一步减少散热装置的体积，本发明还提出一实施例，将第一实施例中的喷雾舱、雾化器、管路、储液槽以及冷凝器等整合在一起，达到缩小体积的目的。
该喷雾冷却装置4包括一壳体41、一雾化器43以及一液体输送体44。该壳体41以一吸热平板45与一发热源5相连接。该壳体41内具有一隔板415，该隔板415以一蒸汽隔板4151以及一冷凝隔板4152分隔壳体41内的空间以及形成一喷雾空间411、一蒸汽导引空间412以及冷凝空间413。此外，在壳体41内也设置有一储液空间414来存储冷却液90。该喷雾空间411与该蒸汽导引空间412连通，该蒸汽导引空间412与该冷凝空间413连通，该冷凝空间413与该储液空间414连通。
该雾化器43，设置于该喷雾空间411的上方，该雾化器43具有一压电片431以及具有多个微喷孔4321的一微喷孔片432，该雾化器43可将该冷却液雾化而于该喷雾空间411内产生喷雾以带走该发热源5产生的热能。该液体输送体44，可以毛细力吸取该储液空间414内的冷却液而传递至该雾化器43；至于其结构与前述相同在此不赘述。该冷凝空间413的壳体41外部还设置有一冷凝器42，可辅助蒸汽进行热交换，以凝结成液体。
接下来说明其运行方式，在储液空间414内的冷却液90通过该液体输送体44的输送，由储液空间414送到微喷孔片432上方。当雾化器43中的环状压电片431进行连续或间歇性振动时，冷却液90会通过微喷孔4321，形成微喷雾91，然后喷洒在喷雾空间411与发热源5接触的吸热平板45上，并形成一层极薄的冷却液薄膜92。当吸热平板45的表面温度高于冷却液饱和温度时，冷却液便会蒸发，汽化后的冷却液蒸汽93可由该蒸汽导引空间412排出，进入到冷凝空间413，然后通过冷凝器42的辅助进行放热，而凝结成冷凝液体94，最后经由该冷凝空间413而回到该储液空间414，完成一自主循环。为了防止液体回流，该隔板415上还具有一凸部4153，以防止冷凝后的液体回流至该蒸汽导引空间412。该冷凝器42可为具有鳍片的散热结构或者是风扇，但不限于此。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的范围。大凡依本发明权利要求所做的等效变化及修改，仍属于本发明的范围，故都应视为本发明的进一步实施例。
综合上述，本发明提供的紧凑型喷雾冷却散热装置，其具有取代电泵减少体积以及耗电率的效果，因此可满足行业需求，提高了竞争力，已符合专利法所的发明需具备新颖性、创造性、实用性。
Claims (20)
1、一种紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，包括：
一储液槽，存储有一冷却液；
一喷雾舱，与一发热源连接；
一雾化器，设置于该喷雾舱的上方，该雾化器具有压电片以及具有多个微喷孔的微喷孔片，该雾化器可将该冷却液雾化而于该喷雾舱内产生喷雾以带走该发热源产生的热能；以及
一液体输送体，利用毛细力吸取该储液槽内的冷却液传递至该雾化器。
2、如权利要求1所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该喷雾舱与该发热源之间还具有一吸热平板，该吸热平板的一侧与该发热源相连接以吸取热量，而另一侧可与喷雾接触。
3、如权利要求2所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该吸热平板与喷雾接触的平面上还具有多个微结构。
4、如权利要求1所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该液体输送体可为一毛细结构。
5、如权利要求4所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该毛细结构可选择为金属材料、陶瓷材料、棉质材料以及纤维材料其中之一。
6、如权利要求1所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该液体输送体具有多个微流道，该微流道的一端设置于该储液槽内，另一端则设置于该雾化器上。
7、如权利要求6所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该微流道内还具有一毛细结构。
8、如权利要求7所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该毛细结构可选择为金属材料、陶瓷材料、棉质材料以及纤维材料其中之一。
9、如权利要求1所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该喷雾舱还以一蒸汽输送管路与一冷凝器相连接。
10、如权利要求9所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该冷凝器还以一冷凝管路与该储液槽相连通。
11、一种紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，包括：
一壳体，与一发热源相连接，该壳体内分隔有一喷雾空间、一蒸汽导引空间、一冷凝空间以及一储液空间，该喷雾空间与该蒸汽导引空间连通，该蒸汽导引空间与该冷凝空间连通，该冷凝空间与该储液空间连通；
一雾化器，设置于该喷雾空间的上方，该雾化器具有一压电片以及具有多个微喷孔的一微喷孔片，该雾化器可将该冷却液雾化而于该喷雾空间内产生喷雾以带走该发热源产生的热能；以及
一液体输送体，以毛细力吸取该储液空间内的冷却液而传递至该雾化器。
12、权利要求11所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该喷雾空间与该发热源之间还具有一吸热平板，该吸热平板的一侧与该发热源相连接以吸取热量，而另一侧可与该喷雾空间内的喷雾接触。
13、如权利要求12所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该吸热平板与喷雾接触的平面上还具有多个微结构。
14、如权利要求11所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该液体输送体可为一毛细结构。
15、如权利要求14所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该毛细结构可选择为金属材料、陶瓷材料、棉质材料以及纤维材料其中之一。
16、如权利要求11所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该液体输送体具有多个微流道，该微流道的一端设置于该储液空间内，另一端则设置于该喷雾空间上。
17、如权利要求16所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该微流道内还具有一毛细结构。
18、如权利要求17所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该毛细结构可选择为金属材料、陶瓷材料、棉质材料以及纤维材料其中之一。
19、如权利要求11所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，与该冷凝空间区域的该壳体上还设置有冷凝器以去除通过该冷凝空间的蒸汽所具有的热能使其凝结成液体。
20、如权利要求19所述的紧凑型喷雾冷却散热装置，其特征在于，该冷凝器可为具有鳍片的散热结构或风扇。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070704 |