CN204634240U - 用于电子设备的贴壁式蒸发冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种用于电子设备的贴壁式蒸发冷却系统，由金属液盒(2)、循环管路和冷凝器(3)组成。冷凝器(3)位于蒸发冷却系统的最上端，金属液盒(2)位于蒸发冷却系统的底部,与发热电子元器件(1)的表面紧密贴合。冷凝器(3)与金属液盒(2)通过循环管路连接。所述的金属液盒(2)内盛有冷却介质，整个蒸发冷却系统密封，冷却介质通过热驱动作用在蒸发冷却系统内完成循环。所述的循环管路上可加装泵(4)，为蒸发冷却系统提供循环动力。

Description

用于电子设备的贴壁式蒸发冷却系统

技术领域

本实用新型涉及一种蒸发冷却系统。

背景技术

任何电子设备均在一定的环境条件下储存或工作，其中气候因素中的温度对电子设备或系统的影响尤为重要。高、低温及其循环会对大多数电子元器件产生严重影响，它会导致电子元器件的失效，进而导致整个设备的失效。

冷却系统是电子设备各系统中十分重要的保障系统之一，直接影响到电子设备的工作性能、工作寿命及其它系统的工作状态。随着电子、微电子技术的迅猛发展，电子器件和系统的组装密度越来越高，对散热设计提出了越来越高的要求。

在电子设备高集成度、小型化发展趋势下，传统风冷已经慢慢达到了其散热极限，逐渐满足不了这种集中高效散热需求。近几年出现的用于电子设备的水冷系统，虽然在一定程度上提高了散热效率，但整个系统设备较多，结构复杂，系统的可靠性较低，且系统中如有泄漏，冷却水中所加的防冻液还会对部件产生腐蚀，另外在一定环境中，水冷系统的部件表面有可能会生成凝结水，对电子设备是一个极大的安全隐患。

所以要求寻找一种高效、可靠、结构简单的冷却方式来适应电子设备的发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提出一种基于蒸发冷却技术的贴壁式蒸发冷却系统。相比较传统风冷技术与水冷技术，该系统具有高效、节能、安全可靠等优点。

本实用新型包括自循环和强迫循环两种结构方式。

自循环贴壁式蒸发冷却系统主要由金属液盒、循环管路和冷凝器组成。冷凝器处于蒸发冷却系统的最上方，循环管路处于中间位置，金属液盒位于蒸发冷却系统的最下方，冷凝器与金属液盒通过循环管路连接。

强迫循环贴壁式蒸发冷却系统主要由金属液盒、循环管路、冷凝器和泵组成。冷凝器和金属液盒处于蒸发冷却系统的任意位置，冷凝器和金属液盒通过循环管路连接，循环管路上安装有泵，为蒸发冷却系统提供循环动力。

本实用新型在电子设备的所有发热电子元器件表面安装一个金属液盒，金属液盒和发热电子元器件的表面紧密贴合。金属液盒内盛有冷却介质。元器件的热量通过热传导、自然对流、热辐射等方式首先传递给该金属液盒表面，再由所述的金属液盒表面传递给其内部的冷却介质，冷却介质吸收热量后沸腾气化带走热量，高温气态介质通过浮升力驱动或者泵驱动进入冷凝器内，将热量传递给冷凝器内的二次工质，高温气态介质放热液化又回流到金属液盒中，热量也最终被二次工质带走，传到周围环境中，冷凝器内被冷凝成液态的冷却介质开始下一个循环。

本实用新型所选用的冷却介质除了具有较好的热物理参数外，还满足电气绝缘性、化学稳定性、无毒环保等要求，且冷却介质的冰点比水低很多，可解决野外工作的电子设备防冻问题，并在长期使用过程中不会对电子设备和工作人员造成伤害。

本实用新型自循环贴壁式蒸发冷却系统的循环动力来源于冷却介质吸收自电子元器件的热量，不需要外界设备为冷却系统提供任何动力，因此冷却系统本身绿色节能，并且具有自调节能力，能自动适应热负荷的变化。

本实用新型强迫循环贴壁式蒸发冷却系统的循环动力来源于管路中的泵提供的驱动力，这种结构对系统部件的摆放位置没有特殊要求，结构空间适应性更强。

本实用新型适用于各种架构的电子设备，尤其适用于高热流密度电子设备，如发射机功放单元、变频器IGBT模块、雷达T/R组件、计算机主板，大容量电源模块等。而且，被冷却电子设备的热流密度越大，结构越紧凑，该冷却系统的优势就越明显。

考虑到设备的可靠性或维护性，贴壁式蒸发冷却系统的各插件支路装有自锁式快插接头，且由于贴壁式蒸发冷却系统的自身结构特点可以保证电子设备的各单元插件在工作过程可以相互不受影响，即电子设备的一个或一部分单元插件需要停机维护或发生故障时，在不影响其他部分继续工作的情况下，可以将该部分单元断电，并断开负责冷却该部分单元的液盒管支路上的自锁式快插接头，继而拔出故障单元插件进行维修，操作便捷无介质泄漏，完全能够实现在线热插拔。

本实用新型易于实现模块化安装方式，对各种不同结构形式的电子器件和部件适应性强。比如对于热源分布均匀的电子设备，可以使用一体化整体液盒；对于热源分布不均匀且差别较大的电子设备，可以仅仅在发热严重的器件表面使用蒸发冷却液盒，其他小热量器件可以通过高导热性能的铜箔或铝箔，与液盒表面建立连接，形成热桥，利用导热将热量导到液盒处，再由液盒内的冷却工质高效带走。

附图说明

图1是本实用新型自循环贴壁式蒸发冷却原理示意图；

图2是本实用新型强迫循环贴壁式蒸发冷却原理示意图；

图3是本实用新型自循环贴壁式蒸发冷却总体结构示意图；

图中：1发热电子元器件，2金属液盒，3冷凝器，4泵，5出汽总管，6回液总管，7插件，8出汽支管，9回液支管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本实用新型。

如图1所示，在自循环贴壁式蒸发冷却系统中，冷凝器3位于整个蒸发冷却系统的最上端位置，金属液盒2与发热电子元器件1的表面紧密贴合，位于冷却系统的底部。冷凝器3与金属液盒2通过循环管路连接，整个蒸发冷却系统完全密封，冷却介质通过热驱动作用在系统内完成循环。

如图2所示，在强迫循环贴壁式蒸发冷却系统中，冷凝器3可以放置于任何位置，金属液盒2与发热电子元器件1的表面紧密贴合，冷凝器3与金属液盒2通过循环管路连接，在循环管路中布置有泵4，为整个系统提供循环动力，驱动冷却工质在系统内完成循环并带走热量。

如图3所示，在电子设备中，以一个插件7为一个单元，各个单元并联排布。在每个单元的发热位置处布置金属液盒2，每个单元的金属液盒通过各自的出汽支管8和回液支管9接到循环出汽总管5和回液总管6中，出汽总管5和回液总管6分别再与冷凝器3连接，冷凝器3位于整套设备的最上方。

如图3所示，事先需要将冷却介质灌注到冷却系统内，并且达到一定的液位高度，而后要求整个系统完全密封，冷凝器在二次介质的作用下正常工作。

电子设备正常工作时，热量传递给液盒内的冷却介质后，冷却介质吸收热量达到压力对应下的沸点温度时即发生沸腾相变从而带走热量。带着热量的气态介质在密度差的作用下顺着循环管路中的集气总管进入冷凝器，高温气态介质在冷凝器中与二次冷却介质进行热量交换后又液化，顺着循环管路中的回液总管重新回流到液盒内，完成了自循环。整个系统可以自动地随着热负荷的变化调节循环速度，始终保持可靠的动态平衡。

冷凝器的布置原则是可以是集中式布置，以一个或数个电子设备机柜为一组，共用一个冷凝器。也可以是分散式布置。一个机柜中的若干个机箱作为单元，可以一个机箱使用一个冷凝器，采用就近原则。对于自循环结构方式，冷凝器的摆放位置采用最高位原则，而对于强迫循环结构方式，冷凝器的摆放位置不受限。

二次冷却介质的选择考虑因地制宜的原则。当电子设备的位置附近水源获取方便，二次冷却介质可以就地取材，选用水。一般的可以选择空气自然对流或者强迫对流来实现二次换热。

循环系统中的金属液盒可以是纯金属材料，也可以是复合材料，液盒的散热面和非散热面可以选择不同的金属材料，液盒的非换热面也可以选择非金属绝热轻质材料，从而降低设备的重量和成本。

金属液盒可以根据被冷却对象的结构形式水平放置、垂直放置或者倾斜放置。

金属液盒与发热元器件贴合的面称为换热面，换热面可以是表面平整的平面，也可以是带有凹槽或者凸台的平面。

金属液盒可以置于被冷却对象的上方、下方或侧面。

Claims (4)

1.一种用于电子设备的贴壁式蒸发冷却系统，其特征在于，所述的贴壁式蒸发冷却系统由金属液盒(2)、循环管路和冷凝器(3)组成；冷凝器(3)位于蒸发冷却系统的最上端，金属液盒(2)位于蒸发冷却系统的底部,金属液盒(2)与发热电子元器件(1)的表面紧密贴合；冷凝器(3)与金属液盒(2)通过循环管路连接；所述的金属液盒(2)内盛有冷却介质；整个蒸发冷却系统密封，冷却介质通过热驱动作用在蒸发冷却系统内循环。

2.一种用于电子设备的贴壁式蒸发冷却系统，其特征在于，所述的贴壁式蒸发冷却系统由金属液盒(2)、循环管路、冷凝器(3)和泵(4)组成；金属液盒(2)与发热电子元器件(1)的表面紧密贴合；冷凝器(3)与金属液盒(2)通过循环管路连接；所述的金属液盒(2)内盛有冷却介质；循环管路上安装有泵(4)；整个蒸发冷却系统密封，泵(4)为蒸发冷却系统提供循环驱动力，金属液盒(2)和冷凝器(3)放置在循环系统的任意位置。

3.按照权利要求1或2所述的用于电子设备的贴壁式蒸发冷却系统，其特征在于，所述的金属液盒(2)与发热电子元器件(1)贴合的面为平面或带有凹槽或带有凸台。

4.按照权利要求1或2所述的用于电子设备的贴壁式蒸发冷却系统，其特征在于，所述的发热电子元器件以一个插件(7)为一个单元，多个单元并联排布；在每个单元的发热位置处布置金属液盒，每个单元的金属液盒通过各自的出汽支管(8)和回液支管(9)接到循环出汽总管(5)和回液总管(6)中，出汽总管(5)和回液总管(6)再与冷凝器(3)连接。