專利名稱：一種熱驅(qū)動(dòng)換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子元器件的散熱冷卻裝置，特別是用于高熱流密度電子元器件的散熱冷卻裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)電子元器件功率密度的大小，有多種控制元器件廢熱的方法。這些冷卻方法大致可分類如下熱傳導(dǎo)，直接或間接空氣冷卻系統(tǒng)(自然或強(qiáng)迫對(duì)流)，直接或間接單相液體冷卻，以及相變液體冷卻。自然對(duì)流在電子元器件冷卻中發(fā)揮著重要作用。但由于其傳熱系數(shù)較低，空氣自然對(duì)流僅適用于功率密度較低的場(chǎng)合。當(dāng)需要較高的傳熱系數(shù)時(shí)，人們采用強(qiáng)制對(duì)流。在直接液體冷卻方案中，電子元器件或其封裝直接與冷卻液體相接觸，直接冷卻方法能夠去除較高的熱流密度，但存在污染及成本較高的缺點(diǎn)。間接液體冷卻方案是介于空氣自然或強(qiáng)迫對(duì)流與直接液體冷卻方案之間的方法，是目前被電子產(chǎn)業(yè)所接受并受歡迎的方法。
目前，人們普遍采用熱管、微熱管技術(shù)來解決手提電腦CPU芯片、通訊基站、大功率電子元器件的散熱問題，但所能去除的熱流密度仍然是比較低的。對(duì)于目前普遍采用的換熱器來說，一般需要泵、熱交換器、冷凝器等。泵作為動(dòng)力源，將傳熱工質(zhì)泵入到換熱器，其缺點(diǎn)是設(shè)備繁雜，需要管路連接件、閥門等，相應(yīng)地增加了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，且占用較大的體積空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種不需要泵等動(dòng)力源，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的，適合于高熱流密度電子元器件冷卻的熱驅(qū)動(dòng)換熱器。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)整個(gè)換熱器裝置包括微通道熱交換器、兩個(gè)具有單向?qū)üδ艿奈⒅够亻y(出口微止回閥和入口微止回閥)和貯液罐，所說的微通道熱交換器具有一個(gè)有高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬基座，在該基座的平面上布設(shè)有封閉在基座體內(nèi)的微通道，本熱驅(qū)動(dòng)換熱器按貯液罐、入口微止回閥、微通道熱交換器的微通道、出口微止回閥、再回到貯液罐的順序用管道串接成一單向循環(huán)回路，使充于回路中的液體工質(zhì)在回路中循環(huán)。
所說的基座體內(nèi)的微通道通常為深度和寬度均為毫米級(jí)或微米級(jí)的微型槽道?；刹捎勉~板或鋁板，一般可以在銅或鋁板基痤平面上加工出深度和寬度均在3mm以下的微型槽道，并經(jīng)封裝而成為微型通道。
所說的微型槽道可以有多種形狀結(jié)構(gòu)形式，而這些槽道形成的微通道也可有多種布置形式，各種槽形結(jié)構(gòu)以及各種通道布置形式可根據(jù)應(yīng)用需要又組合形成更多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和形式。
本發(fā)明微通道熱交換器中所述的微型槽道的截面常用的形狀為方形、三角形、梯形、圓弧形等。
以下為微通道的常用布置形式1、微通道由多道微型槽道平行布列構(gòu)成，多道微型槽道可相互并聯(lián)或相互串聯(lián)；2、微通道呈螺旋環(huán)繞式布列。
本熱驅(qū)動(dòng)換熱器中用以連接各部件的管道可采用管徑為2mm到3mm的軟塑料毛細(xì)管。
本發(fā)明的熱驅(qū)動(dòng)換熱器的工作原理和過程如下起始時(shí)，在整個(gè)裝置內(nèi)充以液體工質(zhì)(例如水)，將微通道熱交換器置于具有高熱流密度的發(fā)熱電子元器件上。由于受熱在高熱流密度下進(jìn)行，在微通道內(nèi)液體仍處于欠熱狀態(tài)時(shí)(其溫度低于對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度)，即開始沸騰過程，稱之為欠熱沸騰。由于沸騰吸熱，產(chǎn)生大量汽泡，大大增大了兩止回閥間的壓力。增大的壓力將出口微止回閥打開，工質(zhì)開始通過管路向貯液罐排放。另一方面，當(dāng)汽泡在管路中運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽泡與管路中的欠熱液體相接觸，發(fā)生欠熱冷凝現(xiàn)象，由于冷凝，系統(tǒng)壓力下降并低到大氣壓以下，從而使出口止回閥關(guān)閉，入口微止回閥打開，貯液罐內(nèi)的新鮮液體被吸入到微通道熱交換器，重新進(jìn)入下一個(gè)新的循環(huán)過程，即欠熱沸騰→壓力增大→出口微止回閥打開→工質(zhì)排放→汽泡冷凝→入口微止回閥打開→新鮮液體注入的周期性過程。由于微通道內(nèi)產(chǎn)生周期性欠熱沸騰過程，因而所能去除的熱流密度非常高。
本熱驅(qū)動(dòng)換熱器可適合于機(jī)箱內(nèi)電子芯片等發(fā)熱強(qiáng)度高，而體積又非常受限制的場(chǎng)合。如應(yīng)用在計(jì)算機(jī)芯片散熱上。貯液罐由銅或鋁制成，其外壁為散熱片，因而既起到貯液作用，同時(shí)又將系統(tǒng)的熱量最終傳遞到大氣環(huán)境中去，整個(gè)裝置非常緊湊。為了節(jié)省空間，貯液罐可放在機(jī)箱外，這樣熱量最終散發(fā)到大氣環(huán)境，有利于降低機(jī)箱內(nèi)的空氣溫度。
本發(fā)明的熱驅(qū)動(dòng)熱換熱器具有以下的技術(shù)效果1、采用熱驅(qū)動(dòng)原理，實(shí)現(xiàn)了無(wú)泵輸送液體到換熱器，使裝置緊湊、簡(jiǎn)單、可靠性高。
2、微通道熱交換器內(nèi)發(fā)生欠熱沸騰過程，能對(duì)極高熱流密度的電子元器件等實(shí)現(xiàn)冷卻。
3、由于兩個(gè)單向止回閥的作用，系統(tǒng)內(nèi)由于沸騰引起的壓力升高使得出口止回閥打開而導(dǎo)致工質(zhì)排放，汽泡在管路中的欠熱冷凝引起的壓力下降使得出口止回閥關(guān)閉，入口止回閥打開，導(dǎo)致新鮮液體的吸入，從而實(shí)現(xiàn)了工質(zhì)在微通道熱交換器中的周期性循環(huán)。
4、本裝置屬被動(dòng)裝置，無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)行可靠，無(wú)噪音，無(wú)磨損，壽命長(zhǎng)。
5、微通道熱交換器尺寸與芯片相匹配，整個(gè)冷卻裝置體積很小。由于采用外置式貯液罐，大大減小了機(jī)箱的體積。


圖1為本發(fā)明的技術(shù)原理圖；圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4、圖5、圖6分別為微通道熱交換器中的微通道4種常用布置形式。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明本熱驅(qū)動(dòng)換熱器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括微通道熱交換器1、出口微止回閥2、入口微止回閥3和貯液罐4，所說的微通道熱交換器1是在一個(gè)銅材平板基座12上加工出一些深度為0.8mm，寬度為0.3mm的微型槽道11，其上再用一銅板封裝構(gòu)成，微型槽道11的布置形狀如圖3所示，由多道平行微型槽道并聯(lián)布列構(gòu)成，本熱驅(qū)動(dòng)換熱器的各部件由軟塑料毛細(xì)管5按貯液罐4、入口微止回閥3、微通道熱交換器1的微通道11、出口微止回閥2、再回到貯液罐4的順序串接成一單向循環(huán)回路，使充于回路中的液體工質(zhì)在回路中循環(huán)。本熱驅(qū)動(dòng)換熱器采用管徑為2mm左右的軟塑料毛細(xì)管，止回閥采用美國(guó)Lee公司的微型止回閥產(chǎn)品，其直徑約10mm，厚度約2mm，采用塑料材料制成。本熱驅(qū)動(dòng)換熱器可應(yīng)用在計(jì)算機(jī)芯片的散熱上，即將微通道熱交換器1置于發(fā)熱芯片6之上。
本發(fā)明實(shí)施例的微通道熱交換器1中的微型槽道11的布置形式也可替之以如圖4(多道平行微型槽道串聯(lián)布列)、圖5(多道弧形微型槽道并聯(lián)布列)或圖6(螺旋環(huán)繞式布列)所示的任一種形式。
權(quán)利要求
1.一種熱驅(qū)動(dòng)換熱器，其特征在于包括微通道熱交換器(1)、出口微止回閥(2)、入口微止回閥(3)和貯液罐(4)，所說的微通道熱交換器(1)具有一個(gè)有高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬基座，在該基座的平面上布設(shè)有封閉在基座體內(nèi)的微通道(11)，本熱驅(qū)動(dòng)換熱器按貯液罐(4)、入口微止回閥(3)、微通道熱交換器(1)的微通道(11)、出口微止回閥(2)、再回到貯液罐(4)的順序用管道串接成一單向循環(huán)回路，使充于回路中的液體工質(zhì)在回路中循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱驅(qū)動(dòng)換熱器，其特征在于所說的基座體內(nèi)的微通道(11)為深度和寬度均為毫米級(jí)或微米級(jí)的微型槽道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱驅(qū)動(dòng)換熱器，其特征在于所述的微通道熱交換器(1)基座中的微通道(11)由多道微型槽道平行布列構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱驅(qū)動(dòng)換熱器，其特征在于所述的微通道熱交換器(1)基座中的多道微型槽道相互并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱驅(qū)動(dòng)換熱器，其特征在于所述的微通道熱交換器(1)基座中的多道微型槽道相互串聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱驅(qū)動(dòng)換熱器，其特征在于所述的微通道熱交換器(1)基座中的微通道(11)呈螺旋環(huán)繞式布列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱驅(qū)動(dòng)換熱器，其特征在于所述的微通道熱交換器(1)為在銅或鋁板基座平面上加工出深度和寬度均在3mm以下的微型槽道，并經(jīng)封裝而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱驅(qū)動(dòng)換熱器，其特征在于所述的用以連接各部件的管道為管徑為2mm到3mm的軟塑料毛細(xì)管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可用作電子元器件的散熱冷卻裝置，特別是用于高熱流密度電子元器件的散熱冷卻裝置的熱驅(qū)動(dòng)換熱器。整個(gè)換熱器裝置包括微通道熱交換器、兩個(gè)具有單向?qū)üδ艿奈⒅够亻y(出口微止回閥和入口微止回閥)和貯液罐，所說的微通道熱交換器具有一個(gè)有高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬基座，在該基座的平面上布設(shè)有封閉在基座體內(nèi)的微通道，本熱驅(qū)動(dòng)換熱器按貯液罐、入口微止回閥、微通道熱交換器的微通道、出口微止回閥、再回到貯液罐的順序用管道串接成一單向循環(huán)回路，使充于回路中的液體工質(zhì)在回路中循環(huán)。本熱驅(qū)動(dòng)換熱器可適合于機(jī)箱內(nèi)電子芯片等發(fā)熱強(qiáng)度高，而體積又非常受限制的場(chǎng)合。如應(yīng)用在計(jì)算機(jī)芯片散熱上。
文檔編號(hào)H01L23/473GK1507039SQ0214960
公開日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
發(fā)明者徐進(jìn)良, 周肇秋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所