CN218959363U - 一种泵驱两相流冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泵驱两相流冷却系统，其特征在于，包括依次连通的热交换器、储液罐、循环工质泵和工质冷板，工质冷板上设置有导热面以用于贴靠电子器件，工质冷板的出口连通至热交换器，以通过热交换器的冷凝作用将气态工质转化为液态工质。利用工质在液相和气相之间变换，可以转移较大的热量。通过控制循环工质泵以控制工质流动的速度，可以实现散热量的控制，储液罐则有效地保证了进入到工质冷板的工质为液态工质，以充分保证工质冷板的吸热效率，同时可以避免在循环工质泵处产生气蚀，保证可靠性。在该泵驱两相流冷却系统中，去除了压缩机，降低了噪声、能耗，以节省成本，有效地解决目前电子器件散热效果不好、噪声大和能耗高的问题。

Description

一种泵驱两相流冷却系统

技术领域

本实用新型涉及电子设备冷却技术领域，更具体地说，涉及一种泵驱两相流冷却系统。

背景技术

随着国内外电力电子的高速发展，一些整流、逆变原理的电子器件的功耗大幅提升、热流密度大大增加、使用寿命和可靠性也要求越来越高，各部件的轻量化和小型化需求也越来越高，这些电子器件在工作过程中会产生大量的热量，这些热量如聚集没有被及时带走，会严重影响其使用寿命和稳定性，因此为保证其正常的工作，需要对电子器件进行冷却。

目前对电子器件的冷却，常常采用机械制冷系统，进行冷却。其中机械制冷系统一般是一个微型的空调系统。主要是通过压缩机压缩，实现相变，但是这样制冷系统，因为存在压缩机，所以噪声非常大、能耗高。而常规的水冷系统，因为冷却效率低，依然无法满足散热要求。

综上所述，如何有效地解决目前电子器件散热效果不好、噪声大和能耗高的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种泵驱两相流冷却系统，该泵驱两相流冷却系统可以有效地解决目前电子器件散热效果不好的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种泵驱两相流冷却系统，其特征在于，包括依次连通的热交换器、储液罐、循环工质泵和工质冷板，所述工质冷板上设置有导热面以用于贴靠电子器件，所述工质冷板的出口连通至所述热交换器，以通过所述热交换器的冷凝作用将气态工质转化为液态工质，从而带走大量的热量。

在该泵驱两相流冷却系统中，在使用时，将对应的电子器件放置在工质冷板的导热面，然后启动循环工质泵，在循环工质泵的作用下，液态工质从储液罐抽出并导向工质冷板，在工质冷板处通过上述导热面，从电子器件处吸热，此时可能会形成气态工质，以在液态工质转化为气态工质，以通过工质相变，吸收大量热量。吸热后的工质流向热交换器，在热交换器处散热，以由气态工质转化为液态工质，然后流入储液罐中，以循环使用。在该泵驱两相流冷却系统中，以泵作为驱动源，然后利用工质冷板和热交换器处工质相变，即在液相和气相之间变换，以可以转移较大的热量，以满足散热需要求。同时循环工质泵持续驱动，通过控制工质流动的速度，可以实现散热量的控制，而其中的储液罐则有效地保证了进入到工质冷板的工质为液态工质，以充分保证工质冷板的吸热效率。因此在上述泵驱两相流冷却系统，去除了压缩机使用，同时通过上述热交换器、储液罐、循环工质泵和工质冷板相互工作，充分保证了散热需求。综上所述，该泵驱两相流冷却系统能够有效地解决目前电子器件散热效果不好的问题。

优选地，还包括用于加速所述热交换器处气体流动的风机。

优选地，所述热交换器为板翅式换热器结构，且所述热交换器的空气侧翅片具有三角形翅片结构。

优选地，所述循环工质泵为双泵体结构。

优选地，包括控制器和传感器，所述传感器用于检测内部流体温度和流体压力，所述控制器与所述传感器、所述风机以及所述循环工质泵均建立信号连接。

优选地，所述热交换器布置在所述储液罐上侧，所述循环工质泵布置在所述储液罐下侧。

优选地，包括机架，所述机架上部安装有所述热交换器，所述机架下部安装有所述循环工质泵、所述储液罐，所述机架顶部具有风机。

优选地，所述循环工质泵和所述储液罐之间设置干燥过滤器，以用于过滤工质中水分。

优选地，还包括安全阀，所述安全阀用于在系统中压力增大时进行泄压。

优选地，所述工质冷板具有多个并列设置的换热通道，各个所述换热通道通过U型过渡通道首尾相连，所述换热通道端部处设置有导流块；所述换热通道内设置有微通道错齿结构。

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为本实用新型实施例提供的泵驱两相流冷却系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的工质冷板的内部流道结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的微通道错齿结构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的翅片的结构示意图。

附图中标记如下：

1-热交换器，2-风机，3-储液罐，4-控制器，5-干燥过滤器，6-循环工质泵，7-传感器，8-管路，9-工质冷板，10-电子器件，11-机架；

91-U型过渡通道，92-换热通道，93-错齿翅片，94-三角波浪形翅片，95-导流块。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种泵驱两相流冷却系统，该泵驱两相流冷却系统可以有效地解决目前电子器件散热效果不好、噪声大和能耗高的问题。

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。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的泵驱两相流冷却系统的结构示意图。

在一些实施例中，本实施例提供了一种泵驱两相流冷却系统，具体的，该泵驱两相流冷却系统主要包括依次连通的热交换器1、储液罐3、循环工质泵5和工质冷板9，以组合形成一个循环系统。彼此之间可以直接连通，或者通过管路8连通。

在一些实施例中，在使用时，充入工质进入上述循环系统，液体工质在储液罐3中储放，开启时，循环工质泵5将液体的工质从储液罐3中泵出至工质冷板9上，在工质冷板9处吸热之后，流向热交换器1，通过热交换器1的换热能力，与空气进行换热，即将热量传递至空气中，以降温，然后再从热交换器1中返回储液罐3中。其中储液罐3一般封闭设置，热交换器1中工质，一般会在重力和/或循环工质泵5的抽吸作用下，进入到储液罐3中。需要说明的是，其中充入的工质可以是氟、水，优选采用含氟工质。具体的，其中工质的选择可以根据工作温度范围和材料的相容性来选择合适的相变介质，工质的用量要可以根据产品的大小和管路的长度来确定。

需要说明的是，在工质冷板9处，从循环工质泵5进入的流体一般是液体，而在循环工质泵5处吸热之后，一般是形成气液混合物，气液混合状态下的工质进入到热交换器1中，当然在一些使用情况下，还可以是单一的气体或液体工质。

在一些实施例中，工质冷板9上设置有导热面以用于贴靠电子器件10，如可以使工质冷板9的一侧板面为导热面。在使用时，电子器件10可以直接或通过导热胶等间接地贴靠到导热面，以能够与导热面之间高效传热。而在其它面可以导热也可以不导热，若环境温度不高，那么该工质冷板9可以由导热体制成，此时其它面均导热；若环境温度较高，那么该工质冷板9可以仅在上述导热面导热，而其它面部分或全部，进行不导热或者导热效率下降处理，可以通过在上述一体化的工质冷板9对应面设置隔热层，以通过隔热实现。

其中工质冷板9的出口连通至所述热交换器1，以将气液混合状态的工质或气态的工质传递至热交换器1，以通过所述热交换器1的冷凝作用将气态工质转化为液态工质，并进行降温，而形成的液态工质则进入到储液罐3中。储液罐3本身存在两个作用：一个是利用自身较大的腔体实现稳压，避免内部压力波动太大，导致爆炸等问题；二个是，利用自身的作用，避免气态工质流向循环工质泵5，进而保证循环工质泵5的高效工作。

在该泵驱两相流冷却系统中，在使用时，将对应的电子器件10放置在工质冷板9的导热面，然后启动循环工质泵5，在循环工质泵5的作用下，液态工质从储液罐3抽出并导向工质冷板9，在工质冷板9处通过上述导热面，从电子器件10处吸热，此时可能会形成气态工质，即液态工质转化为气态工质，以通过工质相变，吸收大量热量。吸热后的工质流向热交换器1，在热交换器1处散热，以由气态工质转化为液态工质，然后流入储液罐3中，以循环使用。在该泵驱两相流冷却系统中，以泵作为驱动源，然后利用工质冷板9和热交换器1处工质相变，即在液相和气相之间变换，以可以转移较大的热量，以满足散热需要求。同时循环工质泵5持续驱动，通过控制工质流动的速度，可以实现散热量的控制，而其中的储液罐3则有效地保证了进入到工质冷板9的工质为液态工质，以充分保证工质冷板9的吸热效率。因此在上述泵驱两相流冷却系统，去除了压缩机使用，同时通过上述热交换器1、储液罐3、循环工质泵5和工质冷板9相互工作，充分保证了散热需求。综上所述，该泵驱两相流冷却系统能够有效地解决目前电子器件10散热效果不好的问题。

在一些实施例中，为了保证热交换器1与空气之间的散热效果，可以使其中的热交换器1处设置有风机2，即通过风机2来加速热交换器1处气体流动，主要是加速热交换器1处的空气流动，以使得热空气加速向外排出，而冷空气加速向内流动，以提高热交换器1的散热效率。

在一些实施例中，其中热交换器1可以根据需要进行选择，可以参考空调系统中的冷凝器设置，主要包括冷却通道，一般在冷却通道外设置翅片以加快散热。可以是板型结构，也可以是块型结构。具体的，可以使热交换器1为板翅式换热器结构，且所述热交换器1的空气侧翅片具有三角形翅片结构。利用其三维空间立体扰流结构，对比波纹翅片，传热系数会大幅提升。

在一些实施例中，其中循环工质泵5可以采用一般的液体泵，具体的形状在此并不限定。为了保证液体流动速度快速，此处优选其中循环工质泵5为双泵体结构。

在一些实施例中，为了更好的智能化控制，可以进一步设置控制器4和传感器7，传感器7用于检测内部流体温度和流体压力，控制器4与所述传感器7、风机2以及循环工质泵5均建立信号连接。以使得，可以自动调节循环工质泵5流量和风机2流量，如：当系统工质温度超出设定值时，循环工质泵5和风机2转速增加，工质流量和空气流量增加，使得热交换器1冷凝端的冷却效果提升，工质温度下降，满足系统冷却要求；当系统工质温度降低时，循环工质泵5和风机2转速降低或停止，工质流量和空气流量减少，满足系统冷却要求的同时降低能耗和噪声。进一步的控制器4可以设置远程通讯模块，以能够远程接收控制指令和/或上传参数。

在一些实施例中，可以使热交换器1布置在所述储液罐3上侧，所述循环工质泵5布置在所述储液罐3下侧，以利用重力的作用，使得液态工质能够从热交换器1快速流到储液罐3内。当然储液罐3、热交换器1和循环工质泵5可以是横向并列设置。在一些实施例中，可以在储液罐3中设计气液分离结构，以更好的实现阻隔气体进入循环工质泵5中。

在一些实施例中，为了方便布置上述泵驱两相流冷却系统，可以使机架11，所述机架11上部安装有热交换器1，机架11下部安装有循环工质泵5、储液罐3，机架11顶部具有风机2，以使得上部为高温，下部为低温区，以方便热量散发出去。对应的，其中热交换器1的进风口可以开设在侧面、底侧，此处优选热交换器1的进风口开设在底侧，以使得可以从底侧进风，以从底侧进风的同时，对底侧的循环工质泵5进行冷却，同时进一步的，可以对储液罐3进行冷却。

在一些实施例中，考虑到内部工质，可能是一种无水工质，如一些相变吸热效果更好的工质，而在使用时，因为内部气体中，很难完全清除干净其中的水分，这导致在使用时，液态工质内会含有一些水分，这使得使用时，换热效率有所下降。基于此，此处优选其中循环工质泵5和所述储液罐3之间设置干燥过滤器5，以用于过滤工质中水分。在使用时，可以通过选择对应运行温度下的相变介质，大大降低了运行工作压力，提高了产品可靠性；与传统乙二醇的水溶液的冷却系统相比，传热效率大幅提升，在同等换热功率条件下，可以选取流量1/5以下的泵，风机2流量也大幅降低，系统重量、体积、噪声和能耗均获得较好的效果。

在一些实施例中，可考虑到安全，一般还需要设置安全阀，所述安全阀用于在系统中压力增大时进行泄压。其中安全阀的主要在于防爆，以避免出现系统压力过大时产生爆炸。其中安全阀可以设置在循环工质泵5和储液罐之间，也可以是设置在其它位置。

在一些实施例中，可以在工质冷板9设置微通道错齿结构，大幅提升传热系数。即在工质冷板9的通道内，相对通道壁设置相对的凸齿，且相互交错设置，可以加快与其中的工质热交换，提高导热效率。其中错齿结构如附图3所示，使得流体从一端流向另一端时，流体并非直线流动，而是曲线型流动。又如附图3所示，将内部流道沿流道横向分隔成成多个小流道，即形成上述微流道，各个微流道内均形成错齿结构，错齿结构主要是通过增加流体流动的雷诺数来增加其换热效率，即增大对流换热系数。在附图3中，其中错齿结构的形成，可以是在一块板体上冲压出交错布置的错齿翅片93，以一体成型上述微流道错齿结构。

在一些实施例中，为了更好的进行均匀换热，此处优选工质冷板9具有多个并列设置的换热通道92，各个换热通道92通过U型过渡通道91首尾相连。在各个换热通道9端部处设置有导流块95，以使得流体均匀分散到换热通道92中。而其中换热通道92中设置有微通道错齿结构。

在一些实施例中，其中热交换器1处可以设置三角波浪形翅片94以与空气大面积接触，进而进行换热。

在一些实施例中，在应用上述一种泵驱两相流冷却系统，泵驱两相流系统利用相变介质在工质冷板9处的蒸发吸热和热交换器1端的冷凝放热使两处的传热系数大幅提高，使其冷却系统在较小的液体流量和空气流量下满足其散热性能的要求，大大降低了产品重量、体积、能耗和噪声；提高电子器件的可靠性和使用寿命；同时系统通过采集环境温度、介质温度和压力等数据，通过控制器4实时对风机2和循环工质泵5进行调速控制，进一步降低了能耗和噪声，同时进行远程通讯和在线监测。

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)

1.一种泵驱两相流冷却系统，其特征在于，包括依次连通的热交换器、储液罐、循环工质泵和工质冷板，所述工质冷板上设置有导热面以用于贴靠电子器件，所述工质冷板的出口连通至所述热交换器，以通过所述热交换器的冷凝作用将气态工质转化为液态工质。

2.根据权利要求1所述的泵驱两相流冷却系统，其特征在于，还包括用于加速所述热交换器处气体流动的风机。

3.根据权利要求2所述的泵驱两相流冷却系统，其特征在于，所述热交换器为板翅式换热器结构，且所述热交换器的空气侧翅片具有三角形翅片结构。

4.根据权利要求3所述的泵驱两相流冷却系统，其特征在于，所述循环工质泵为双泵体结构。

5.根据权利要求4所述的泵驱两相流冷却系统，其特征在于，包括控制器和传感器，所述传感器用于检测内部流体温度和流体压力，所述控制器与所述传感器、所述风机以及所述循环工质泵均建立信号连接。

6.根据权利要求2-5任一项所述的泵驱两相流冷却系统，其特征在于，所述热交换器布置在所述储液罐上侧，所述循环工质泵布置在所述储液罐下侧。

7.根据权利要求6所述的泵驱两相流冷却系统，其特征在于，包括机架，所述机架上部安装有所述热交换器，所述机架下部安装有所述循环工质泵、所述储液罐，所述机架顶部具有所述风机。

8.根据权利要求7所述的泵驱两相流冷却系统，其特征在于，所述循环工质泵和所述储液罐之间设置干燥过滤器，以用于过滤工质中水分。

9.根据权利要求8所述的泵驱两相流冷却系统，其特征在于，还包括安全阀，所述安全阀用于在系统中压力增大时进行泄压。

10.根据权利要求9所述的泵驱两相流冷却系统，其特征在于，所述工质冷板具有多个并列设置的换热通道，各个所述换热通道通过U型过渡通道首尾相连，所述换热通道端部处设置有导流块；所述换热通道内设置有微通道错齿结构。

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