[發明專利]豎向剖面縮小的傳熱裝置

有效

• 申請號: 201180072616.4
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN103733746B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 蘇克溫德·辛格·康;約翰·拉爾夫·琴納莫;布雷德利·羅伯特·惠特尼;倫道夫·H·庫克
• 申請（專利權）人: 阿威德熱合金有限公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 董敏,王婧

技術領域

本發明涉及一種傳熱裝置，例如閉合環路流體冷卻系統，其具有至少一個蒸發器、至少一個冷凝器和一個或更多個流體管道，該一個或更多個流體管道將蒸發器與冷凝器相連，用于利用冷卻流體來間接冷卻物體，并且更為具體地，本發明涉及一種豎向剖面縮小的傳熱裝置，該傳熱裝置用于在緊湊的環境中將冷卻流體引導成與待冷卻的物體間接熱接觸。

背景技術

無源閉合環路雙相流體冷卻系統是眾所周知的用于冷卻產生過多熱量的物體的傳熱裝置，該物體例如為但并不限制于電腦芯片。術語“無源”意在表示一種不利用機械泵而使冷卻流體循環的系統。用于使流體在無源系統中循環的動力來自于流體中隨著添加熱量而產生的浮力變化和相變。蒸發器通常被放置成與待冷卻的物體熱接觸，而處于液體形式的冷卻流體經過將該液體與待冷卻的實際物體分離開的表面。照這樣，熱量可在流體與物體之間傳遞，而流體并不曾與物體直接接觸。添加至流體的熱量導致至少一部分流體蒸發。蒸汽隨后被輸送至冷凝器。當蒸汽再度冷凝為液體狀態時，熱量被釋放出來。冷凝后的液體被返回至蒸發器并且蒸發-冷凝循環反復進行。圖1a描述了這種現有技術冷凝器100，而圖1b示出了該冷凝器100的細節。現有技術冷凝器通常利用截面為圓形的管102或截面大致為橢圓形或矩形的扁平管來提供冷凝表面。這些管通常被設置成使得它們的縱向軸線是豎向的。大量空氣冷卻片104被水平地布置，這些空氣冷卻片104具有尺寸被確定成適合于這些管的周界的孔洞。注意，在圖1a和圖1b的現有技術冷凝器100中，空氣冷卻片104被散置有冷凝管，并且這樣一來，空氣冷卻片和冷凝管占據了位于液體集箱106上方和蒸汽集箱108下方的同一豎向區域。蒸汽管道110將加熱的蒸汽引導至蒸汽集箱108并且冷凝回流管112使冷凝液114返回至儲液器116。

該現有技術構造由此需要將所有的空氣冷卻片104均定位在用于冷凝流體(冷凝液114)的收集位置的上方，具體地，定位在液體集箱106的上方。這是現有技術冷凝器的最大的一個局限性。通過對比圖1a和圖1b以及描繪了本發明的圖2a和圖2b，可以最佳地說明了現有技術冷凝器的該局限性。在圖2a和圖2b中可以看到，空氣冷卻片118定位在冷凝室的區域的上方和下方。盡管圖2a和圖2b示出了空氣冷卻片118既位于冷凝室120的上方又位于冷凝室120的下方，但應當理解的是，空氣冷卻片118可以被放置在冷凝室120的上方或者下方。空氣冷卻片118并未散置冷凝器翅片(冷凝器翅片在冷凝器120內，且未在圖2a和2b中示出)。這意味著，由于冷凝器翅片無需使冷卻空氣在它們之間經過，因此冷凝器翅片無需被彼此水平間隔成與現有技術的設計中的情況一樣遠。這進而意味著，盡管本發明的冷凝器翅片沿著其豎向軸線比現有技術設計短，但它們更為靠近的水平間距允許使用更多的翅片并且因此獲得了與現有技術設計大體相等的總冷凝表面面積。本發明可同樣構造成提供大體等于現有技術設計的總空氣冷卻片面積。本發明的關鍵益處是用于冷凝流體(冷凝液114)的收集位置被定位成充分高于現有技術設計的收集位置。本發明的該關鍵益處、即將冷凝表面面積和用于冷凝液的收集位置定位在可用空間中的高處并且同樣適當地位于蒸發器部件的水平面的上方的能力在圖4a的實施方式中是最為明白的。再次參照圖1a，儲液器中的液體的高度(RH)與冷凝器中的流體的高度(CH)的差為重力高度(GH-1)，有時稱之為重力壓頭。如在附圖中可見，圖2a的GH-2遠大于圖1a的GH-1。每個設計的使冷凝物從冷凝器返回至儲液器的能力與它們各自的重力高度GH-1和GH-2有直接的關系。其中，對于給定的可用高度(AH)而言，現有技術設計和本發明均能夠構造成具有大體相等的空氣冷卻片面積和內部冷凝表面面積，本發明可以依靠其更高的GH而在更高的熱負荷下操作。這是由于冷凝物回流的質量傳輸率與可獲得的最大傳熱量直接相關。

為了進一步說明本發明相對于現有技術設計的優點，再次參照圖3a和圖3b進行說明。圖3a和圖3b示出了現有技術類型的設計，該設計被構造成提供與本發明相同的重力高度(GH-2)。如可在圖3a和3b中所看到的那樣，由于在冷凝器下方存在不能被利用的區域122，因此該構造提供了相當小的用于空氣冷卻片和冷凝管的豎向空間。空氣冷卻片面積和冷凝管道面積的縮小使得該構造劣于本發明。

出于上述原因，在需要相對較低的可用高度(AH)、即“低剖面”設計的應用中，與現有技術設計的冷凝器相比，本發明能夠傳遞更高的熱負荷。

存在已經被重新定向以獲得低剖面的現有技術類型的冷凝器的示例，但這些示例通常以另一重要的設計考慮因素為代價來實現低剖面。