[發明專利]高效整體式噴霧冷卻系統

無效

• 申請號: 200910116621.5
• 申請日: 2009-04-23
• 公開（公告）號: CN101534627A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 程文龍;范含林;劉期聶;趙銳
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學;中國航天科技集團公司第五研究院總體部
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H01L23/427;F28D15/02
• 代理公司: 合肥金安專利事務所
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明涉及高熱流密度熱源的冷卻，特別涉及一種高效整體式噴霧冷卻系統。

背景技術

自然對流、強迫對流等傳統的散熱方式已經越來越不能滿足電子組件日益提高的散熱需求。電子器件的正常工作溫度范圍一般為-5℃～65℃，超過這個范圍，電子元件性能將急劇下降。噴霧冷卻散熱技術由于具有很強的散熱能力，對于解決航空航天、高功率電子系統、高功率激光系統等領域的散熱問題具有廣闊的應用前景。以上領域的散熱技術必須具備散熱能力高、輔助設施少、耗能低、體積小、質量輕等特點。

專利CN96192974.X和專利CN97193676.5提出了用于多電子組件的噴霧冷卻裝置，這兩個裝置的共同特點是，在具有第一層和與之相對的第二層的平板上，布置有流體分配管和噴組，工質經噴嘴噴霧到多電子器件后，在冷凝器中冷凝，最后通過泵重新送回噴霧系統，雖然在循環管路中安裝了液體空冷裝置，對噴霧殼體內的蒸汽如何有效冷凝卻沒有涉及。

專利CN2005210137427.7提出一種緊湊型噴霧冷卻散熱裝置，包括儲液槽，存儲有冷卻液；噴霧艙，與一發熱源連接；霧化器，設置于該噴霧艙的上方，該霧化器具有壓電片以及具有多個微噴孔的微噴孔片，該霧化器可將該冷卻液霧化而于該噴霧艙內產生噴霧覆蓋該發熱源，通過蒸發潛熱進行冷卻；以及液體輸送體，利用毛細力吸取該儲液槽內的冷卻液傳遞至該霧化器，該裝置可以進一步整合冷凝器與輸送管路，形成一個緊湊且封閉型的噴霧冷卻散熱器。這種設計中單純利用液體的蒸發潛熱，加上吸熱平板的熱阻，發熱源溫度往往高于液體飽和溫度，使電子設備的工作溫度超出允許范圍；工質流動依賴于兩端壓差，噴霧艙內蒸汽壓過高提高了蒸汽飽和溫度；另外這種冷凝結構必須較大的換熱面積與傳熱溫差，通過布置長距離的流體又促使流動阻力增大，進一步提高噴霧倉內的壓力。

美國專利US52220804對噴霧冷卻有過描述，其特征在于通過把充分霧化的液霧直接噴灑到發熱表面，在發熱表面形成液膜，利用液膜的流動換熱、沸騰蒸發等方式實現發熱表面的散熱。美國專利US6205799提出了一種冷卻半導體的噴霧冷卻系統，其采用基于壓電技術的噴墨型噴霧裝置形成液滴噴灑到發熱電子器件上而形成蒸汽，蒸汽通過輥壓板或其它換熱器冷凝成液體，再經泵送回噴霧裝置，缺點類似于專利CN2005210137427.7。

發明內容

為了提高換熱效率、減小換熱面積、降低系統工質壓力與工作溫度，并使系統更為緊湊，本發明提供一種高效整體式噴霧冷卻系統。

實現上述目的的技術解決方案如下：

高效整體式噴霧冷卻系統包括噴霧腔、換熱器、冷卻器、循環泵和系統工質循環管路，噴霧腔內頂部設有噴霧機構，中部設有孔板，底部設有儲液器；循環泵和冷卻器串聯，循環泵出口連通著噴霧機構，冷卻器工質進口連通著儲液器；

所述換熱器為熱管換熱器，熱管換熱器的熱管一端為冷凝端，熱管另一端為蒸發端；蒸發端位于噴霧腔內部，冷凝端位于噴霧腔外部的水冷管殼式換熱器內，水冷管殼式換熱器一側底部有冷卻水進口，另一側頂部有冷卻水出口；熱管的中間部分穿過并固定在噴霧腔的側壁上。

所述熱管換熱器包括一根以上相互平行的熱管，其蒸發端均布設有翅片，形成熱管翅片式冷凝器。

所述熱管換熱器包括一根以上相互平行的熱管，其蒸發端位于兩塊冷板之間，并緊密結合形成冷凝器，所述冷板材料為導熱系數350-400W/(m.K)的紫銅，其厚度為3-7毫米。

所述兩塊冷板的對應面上分別設有與熱管配合的凹槽，熱管的蒸發端位于兩塊冷板的凹槽內，并緊密結合形成冷凝器。

所述冷卻器位于噴霧腔底部的儲液器內。

所述熱管的中間部分穿過噴霧腔的側壁上，并固定在噴霧腔的側壁上，熱管與噴霧腔側壁結合處設有墊圈壓緊式密封結構。

本發明利用熱管換熱器作蒸汽冷凝器冷凝噴霧冷卻過程中所產生的蒸汽，利用冷卻器冷卻噴霧冷卻后的液體工質，從而把蒸汽冷卻和液體冷卻分開，有利于分別提高冷凝和冷卻過程的傳熱效果；采用具有高傳熱性能的熱管，可以進一步提高冷凝過程中的傳熱性能，減少冷凝器的換熱面積；由于把冷凝器布置在噴霧腔內部，把冷凝器與噴霧腔有機地整合在一起，取消了噴霧腔與冷凝器之間的連接管道，不僅使得噴霧冷卻的結構更為緊湊，同時減少了工質蒸汽的流動阻力，從而可以減少噴霧腔的工作壓力，使得噴霧冷卻系統可以在更低的壓力下進行工作，有利于提高噴霧冷卻的總體散熱能力。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖，

圖2為圖1中熱管換熱器的結構示意圖，

圖3為本發明第二實施例結構示意圖，