CN206349357U - 一种循环散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种循环散热系统，包括液体从冷凝液入口(111)流入后受热沸腾产生气泡的蒸发器(1)、进汽口通过蒸发管(2)与所述蒸发器(1)的蒸汽出口(113)连通的冷凝器(4)，所述冷凝器的出液口通过冷凝管(3)与所述蒸发器(1)的所述冷凝液入口(111)连通，所述冷凝液入口(111)高于所述蒸汽出口(113)，从所述冷凝液入口(111)到所述蒸汽出口(113)之间的通道上设置有渐扩微通道(112)。该循环散热系统中蒸发器内部渐扩微通道的节流效应，对通道内的不稳定性产生抑制作用；同时减少冷却系统中存在泵等可动部件，增加系统的可靠性，减少了电能消耗。

Description

一种循环散热系统

技术领域

本实用新型涉及微型电子器件冷却技术领域，特别是涉及一种循环散热系统。

背景技术

随着现代科技快速发展，各类微电子产品大量应用于人们日常工作和生活中，即晶体管或集成电路得到广泛应用。微型冷却系统中工质吸收热量至沸腾后出现气液混流，随着沸腾的持续，蒸发器内部出现泡状流、弹状流及环状流等不同气液两相流型，伴随恶化换热和流动换热不稳定、烧干等特点，降低换热系统的性能和安全性。为了设备安全稳定运行，微型电子产品散热问题越来越突出，因此，急需相应的高效稳定可靠的微型散热设备。

综上所述，如何有效地提供一种高效稳定可靠的微型散热设备的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种循环散热系统，该循环散热系统有效地提供一种高效稳定可靠的微型散热设备的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种循环散热系统，包括液体从冷凝液入口流入后受热沸腾产生气泡的蒸发器、进汽口通过蒸汽管与所述蒸发器的蒸汽出口连通的冷却器，所述冷凝器的出液口通过冷凝管与所述蒸发器的所述冷凝液入口连通，所述冷凝液入口高于所述蒸汽出口，从所述冷凝液入口到所述蒸汽出口之间的通道上设置有渐扩微通道。

优选地，所述微通道沿工质流动方向呈阶梯型渐扩。

优选地，所述蒸发器的衬底硅基片上有多个并排分布的梯形肋，所述梯形肋与所述梯形肋之间具有间隙通道，所述微通道具体为所述间隙通道。

优选地，沿工质流动方向布置有2-5层所述梯形肋，每层所述梯形肋数量相同，且与相邻层的对应所述梯形肋对中。

优选地，每层并排2-4个所述梯形肋。

优选地，所述梯形肋的尺寸相同，所述间隙通道的宽度相同。

优选地，所述冷凝液入口位于所述蒸发器的底部，所述蒸汽出口位于所述蒸发器的顶部。

优选地，所述蒸发器采用密封盖密封，密封后所述密封盖与所述梯形肋的表面紧密接触。

优选地，所述硅基片的底座下面固定有冷却热源。

优选地，所述硅基片与所述冷却热源一体成型。

本实用新型所提供的循环散热系统，包括蒸发器、冷却器、蒸汽管和冷凝管，蒸发器具有冷凝液入口和蒸汽出口，冷却器具有进汽口和出液口，冷却器的进汽口通过蒸汽管与蒸发器的蒸汽出口连通，冷凝器的出液口通过冷凝管与蒸发器的冷凝液入口连通。冷凝液入口高于蒸汽出口，从冷凝液入口到蒸汽出口之间的通道上设置有渐扩微通道。液体从蒸发器的冷凝液入口流入，在蒸发器内受热沸腾产生气泡，气泡在渐扩微通道上下表面张力不相等产生泵送效应，推动气泡自动向上流动，同时由于重力的作用，液体无法进入蒸汽管，蒸汽在冷凝器中冷却为液体后再次流入蒸发器。

本实用新型所提供的循环散热系统，依靠微尺度表面张力产生流动动力，循环工质在蒸发器中吸收热量后进入冷凝器，热量释放后工质再次回到蒸发器，在不需泵等驱动设备的条件下实现自然循环。该循环散热系统中蒸发器内部渐扩微通道的节流效应，对通道内的不稳定性产生抑制作用；同时减少冷却系统中存在泵等可动部件，增加系统的可靠性，减少了电能消耗。该循环散热系统可适用于微型器件冷却，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中一种具体实施方式所提供的循环散热系统的结构示意图；

图2为图1中蒸发器的结构示意图；

图3为图2中微通道的结构示意图；

图4为蒸发器的微通道原理示意图。

附图中标记如下：

1-蒸发器、2-蒸汽管、3-冷凝管、4-冷却器、11-蒸发器核心部件、12-冷却热源、13-密封盖、111-冷凝液入口、112-微通道、113-蒸汽出口。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种循环散热系统，该循环散热系统有效地提供一种高效稳定可靠的微型散热设备的问题。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1至图4，图1为本实用新型中一种具体实施方式所提供的循环散热系统的结构示意图；图2为图1中蒸发器的结构示意图；图3为图2中微通道的结构示意图；图4为蒸发器的微通道原理示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的循环散热系统，包括蒸发器1、冷凝器4、蒸发管2和冷凝管3，蒸发器1具有冷凝液入口111和蒸汽出口113，冷凝器4具有进汽口和出液口，冷凝器4的进汽口通过蒸发管2与蒸发器1的蒸汽出口113连通，冷凝器的出液口通过冷凝管3与蒸发器1的冷凝液入口111连通。冷凝液入口111高于蒸汽出口113，从冷凝液入口111到蒸汽出口113之间的通道上设置有渐扩微通道112。微通道112在冷凝液入口111处最窄，逐渐扩大，冷凝液入口111、蒸汽出口113和微通道112为蒸发器核心部件11。冷凝液入口111在蒸发器1下部，蒸汽出口113在蒸发器1上部，中部区域为加工成的微通道112。液体从蒸发器1的冷凝液入口111流入，在蒸发器1内受热沸腾产生气泡，气泡在渐扩微通道112上下表面张力不相等产生泵送效应，推动气泡自动向上流动，同时由于重力的作用，液体无法进入蒸发管2，蒸汽在冷凝器中冷却为液体后再次流入蒸发器1。

需要说明的是，渐扩微通道112自然循环散热系统的原理是，表面张力是驱使气液表面缩小的宏观张力，对弯曲液面而言由于表面张力而产生附加压强其中γ为表面张力系数，R为曲率半径。对渐变微通道112，如图4所示，以上侧凹液面受力分析为例，在ΔS周界上受力为液面内压强小于液面外部压强，方向为曲率中心方向，液面侧压强为：P＝Po-Ps，即液体加热至产生气泡后，气泡两侧气液接触面表面张力系数相同，但是曲率半径不同，因此两侧受力不相等，推动气泡向微通道112曲率半径小的方向流动。

本实用新型所提供的循环散热系统，液体和充注量可根据冷却热源12温度、散热量等参数确定，依靠微尺度表面张力产生流动动力，循环工质在蒸发器1中吸收热量后进入冷凝器，热量释放后工质再次回到蒸发器1，在不需泵等驱动设备的条件下实现自然循环。该循环散热系统中蒸发器1内部渐扩微通道112的节流效应，对通道内的不稳定性产生抑制作用；同时减少冷却系统中存在泵等可动部件，增加系统的可靠性，减少了电能消耗，具有实现高效自然冷却、稳定工作、体积减小，重量较轻等特点，可适用于微型器件冷却，具有广阔的市场应用前景。

上述循环散热系统仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式，微通道112沿工质流动方向呈阶梯型渐扩，变化较为平缓，工质流动趋势相对平稳。

在上述具体实施方式的基础上，本领域技术人员可以根据具体场合的不同，对循环散热系统进行若干改变，蒸发器1的衬底硅基片上有多个并排分布的梯形肋，比如在衬底硅基片上加工梯形肋，结构简单，易于加工，梯形肋与梯形肋之间具有间隙通道，微通道112具体为间隙通道，间隙通道的大小不受限制，可以根据实际应用情况而定。

显然，在这种思想的指导下，本领域的技术人员可以根据具体场合的不同对上述具体实施方式进行若干改变，沿工质流动方向布置有2-5层梯形肋比如设置3层，层与层之间具有间隙，每层梯形肋数量相同，且与相邻层的对应梯形肋对中，也就是间隙通道畅通，没有封堵，工质流动流动较为顺畅。

需要特别指出的是，本实用新型所提供的循环散热系统不应被限制于此种情形，每层并排2-4个梯形肋，比如每排设置3个梯形肋，形成多条微通道112，具有分流作用，在保证工质顺利通过的前提下，减小工质流动时的相互影响。

本实用新型所提供的循环散热系统，在其它部件不改变的情况下，梯形肋的尺寸相同，间隙通道的宽度相同，也就是微通道112的尺寸相同，工质流动情况相同，易于分析，每条渐扩微通道112的节流效应均对通道内的不稳定性产生抑制作用。

对于上述各个实施例中的循环散热系统，冷凝液入口111位于蒸发器1的底部，蒸汽出口113位于蒸发器1的顶部，微通道112的长度较长，进一步抑制通道内的不稳定性，同时减少冷却系统中存在泵等可动部件，增加系统的可靠性。

为了进一步优化上述技术方案，蒸发器1采用密封盖13密封，密封后密封盖13与梯形肋的表面紧密接触，将微通道112相互隔断，形成相对独立的微通道112，增加系统的可靠性。

在上述各个具体实施例的基础上，硅基片的底座下面固定有冷却热源12，对蒸发器1加热，冷却热源12可以通过安装固定硅基片的底座，易于拆卸；也可以制作加工时将硅基片与冷却热源12一体成型，结构稳定性较好，具体使用何种固定方式，可以根据具体使用情况的不同自行设定，都在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语顶部、底部等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种循环散热系统，其特征在于，包括液体从冷凝液入口(111)流入后受热沸腾产生气泡的蒸发器(1)、进汽口通过蒸发管(2)与所述蒸发器(1)的蒸汽出口(113)连通的冷凝器(4)，所述冷凝器的出液口通过冷凝管(3)与所述蒸发器(1)的所述冷凝液入口(111)连通，所述冷凝液入口(111)高于所述蒸汽出口(113)，从所述冷凝液入口(111)到所述蒸汽出口(113)之间的通道上设置有渐扩微通道(112)。

2.根据权利要求1所述的循环散热系统，其特征在于，所述微通道(112)沿工质流动方向呈阶梯型渐扩。

3.根据权利要求2所述的循环散热系统，其特征在于，所述蒸发器(1)的衬底硅基片上有多个并排分布的梯形肋，所述梯形肋与所述梯形肋之间具有间隙通道，所述微通道(112)具体为所述间隙通道。

4.根据权利要求3所述的循环散热系统，其特征在于，沿工质流动方向布置有2-5层所述梯形肋，每层所述梯形肋数量相同，且与相邻层的对应所述梯形肋对中。

5.根据权利要求4所述的循环散热系统，其特征在于，每层并排2-4个所述梯形肋。

6.根据权利要求5所述的循环散热系统，其特征在于，所述梯形肋的尺寸相同，所述间隙通道的宽度相同。

7.根据权利要求1-6任一项所述的循环散热系统，其特征在于，所述冷凝液入口(111)位于所述蒸发器(1)的底部，所述蒸汽出口(113)位于所述蒸发器(1)的顶部。

8.根据权利要求3-6任一项所述的循环散热系统，其特征在于，所述蒸发器(1)采用密封盖(13)密封，密封后所述密封盖(13)与所述梯形肋的表面紧密接触。

9.根据权利要求3-6任一项所述的循环散热系统，其特征在于，所述硅基片的底座下面固定有冷却热源(12)。

10.根据权利要求9所述的循环散热系统，其特征在于，所述硅基片与所述冷却热源(12)一体成型。