专利名称：机箱冷却的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于冷却包含发热的电子设备的机箱的方法和系统。
背景技术：
在硬件设计中的一重要方面是对于其中使用的电子部件提供足够的冷却。当设计用于现代通讯设备和数据通讯设备时尤其如此。在该领域中，使得通常结合到机箱中的电子部件保持在正常的温度是必需的要求。如果没有作到这一点则将至少导致部件的操作和/或功能的损坏，甚至使得它们完全损坏。
此外，在电子产品的使用寿命中的能量消耗在环境和经济方面有最重要的影响。低能耗的有力的销售策略并且在未来将越来越重要在10-15年中用于冷却电子装置的能量成本相当于产品本身的销售价格。保持部件处于可允许程度的温度的能力对于热控制而言是主要原因。知道现在，通讯设备机箱借助于强迫通风冷却来有效地进行冷却，多年以来这种可靠且可行的方法可将部件保持在可接受的温度下。然而，强迫通风冷却方法也有其固有的限制。其中一个限制是现今的强迫通风冷却设备在每个机箱大于大致3-5KW的最大能耗时不能正常的工作，这取决于机箱的尺寸和/或功率密度。在新一代的通讯设备和数据通讯设备中，程度更高的热通量使得强迫通风方法不适合，并且这需要更有效的冷却解决方案。下一代的系统将进一步小型化，这导致更高的功率密度。此外，将会有功率更高且容量/性能更高的高速系统。所有这些将需要控制以热形式出现的增加的功率排散。特别是对于室外无线电信机站(RBS)，必须使用其它替代形式的冷却系统，例如液体冷却单元。
为了能够排出每个机箱大于大致3-5KW的热量，通过推荐使用其它传统的冷却方法，例如有相变或无相变的液体冷却、热虹吸、或压缩机冷却。由此，在现有技术中已知的是，使用传统压缩机冷却系统以便冷却空气，再由空气冷却电子设备，例如室内的通讯和数据通讯系统。这种电子装置冷却系统本质上基于压缩机空调系统，其非常昂贵并且需要大量的能量，这从环境方面考虑是不利的。另外，压缩机冷却系统具有总体上较低的性能系数。
在其它的经常使用的冷却包含散热电子设备的机箱的方法中，上述的热虹吸冷却具有以下优点，即其操作不需要额外的能量。然而，现今的热虹吸系统非常昂贵，至少是对于较高热负荷和/或较高环境温度时其性能受到限制。用于冷却包含散热电子设备(例如激光器或磁照相机)的机箱的其它替代方案例如有液体金属冷却和低温冷却。
相关技术与传统压缩机制冷系统相关的系统是喷射器式制冷系统，其采用喷射器以代替压缩机。这种系统可一直追溯到19世纪，当时其与蒸汽机组合使用，这是因为该系统通常利用废热作为驱动能量，以便降低成本。因此，其通常作为与太阳能设备组合使用的热泵来使用并且可用于机动车的空调系统。所有的这种喷射器制冷系统的共有问题在于，喷射器热泵的热因数较差，这导致效率较差的性能。然而，最近许多研究针对设计更高效的喷射器以便用作建筑物空调系统的热泵。目前没有作出实质上的突破，并且许多已知的喷射器系统设计用于由废热来运行，例如来自太阳能设备的余热，并且以超音速工作。这些努力的一个示例由美国专利5647221已知，其涉及称为压力交换喷射器，这与常规稳流喷射器不同，其声称提供了明显改进的性能。该解决方案的主要缺陷在于具有可移动部件的喷射器的复杂性增加，该移动部件即用于实现实际的压力交换的小型转子。
发明内容
本发明以有效且令人满意的方式克服了上述的问题。
本发明的主要目的在于提供一种冷却包含散热电子部件的机箱的改进方法。本发明的目的特别是在于提供一种能够非常高效地、相对低成本地、并且以最小的能耗实现控制高热负荷的冷却方法。
总之，通过在包含蒸发器、冷凝器、喷射器和控制阀的封闭系统中控制冷却介质的循环，可实现以上的目的。具体地说，本发明的目的通过以下方式实现，即，基于被检测的热负荷和/或被检测的传热状况来提供该系统的所述阀的控制，由此可连续地使得该系统在最适当的模式下运行。换言之，本发明基于当前实际的状况提供了该系统的运行模式的自动适应，以便相对于该系统的冷却模式运行从而获得特定的灵活性。这意味着，冷却能力可恒定为最优状态，并且与具有相同的最大冷却能力的已知系统相比，可降低涉及投资和系统运行的成本。
在中等的热负荷状况和正常的传热状况中，自动地控制该系统以便在这些检测状况下最佳地运行。具体地说，在这种情况下，中断该冷却介质的受迫循环，并且适当的阀分别设定为打开或关闭状态，使得该系统处于“热虹吸”冷却模式。在该热虹吸模式下，冷却介质从冷凝器流动到蒸发器，冷却介质在其中蒸发，并且蒸发后的冷却介质从蒸发器流到喷射器的辅助侧，并且自由地返回到冷凝器。在这种冷却模式中，没有外界功率被消耗。
在被检测的热负荷状况较高时，自动地启动该冷却系统的另一运行模式。在这种情况下，该系统切换到带有相变的组合式液体冷却，以便在该改变的状况下保持最优的运行。此刻冷却介质被允许从冷凝器流动到蒸发器，并且启动受迫循环的冷却介质，以便从蒸发器泵送冷却介质到喷射器的主侧并且返回冷凝器。在这种情况下，对于运行该受迫循环的功率消耗相对于总冷却负荷是非常合理的。
当检测到的热负荷状况接近或处于最大时，控制单元启动另一运行模式。这种状况使得喷射器冷却模式自动启动，其中包括借助喷射器进行真空压缩。同样，这使得在该改变的状况下保持最优的运行。该冷却模式包括启动冷却介质的受迫循环，以及使得冷却介质从冷凝器流向蒸发器时被节流，冷却介质在蒸发器中蒸发。基于被检测的状况来控制该节流流动，这使得冷却介质的其余部分在低的正压下从冷凝器循环到喷射器的主侧。在喷射器的辅助侧产生负压，以便将蒸发后的冷却介质泵送出蒸发器以便进行冷凝。以这种方式，通过低能耗和系统运行的最优化扩展，可实现非常低成本的冷却系统的运行。
依据喷射器冷却模式的另一实施例，基于被检测的状态来控制由受迫循环输送的压力，并且蒸发器和冷凝器之间的压力差和温度梯度通过控制节流阀来调节，以便使得节流流动从冷凝器到蒸发器连续地提供优化的循环状态。
通过采用特定的低压喷射器，在返回冷凝器以便进一步冷凝之前可在喷射器中使得蒸发后的冷却介质被压缩并且部分地冷凝。
本发明的另一目的在于提供一种冷却包含散热电子部件的机箱的改进系统。依据本发明，该另一目的借助独特的冷却系统来实现，该冷却系统包括封闭的流体系统，其通过一系列的控制阀连接了冷凝器、蒸发器、流体循环装置、和低压喷射器。该系统还包括用于根据由温度传感器检测到的当前运行状况来连续地控制所述阀的位置。
通过由后附的权利要求限定的本发明可实现本发明的这些目的和其它目的，以下详细描述了本发明的不同方面的其它的优选实施例。
通过提供一种冷却方法和一种冷却系统，本发明提供了以下优于现有技术的明显优点-可在对于不同的运行状况优化的不同冷却模式之间连续的自动切换以实现非常的灵活性；-成本非常低，并且通过使得例如水或乙醇作为工作介质从而可节能运行以便对环境更有利；-使用简单的控制来进行完全的操纵；-可提供最佳适应于电子装置的冷却；-对于超静定性的几率更高。
通过阅读以下的详细描述可更容易地理解本发明的其它的优点。
以下参照附图并结合详细描述可更好地理解本发明的其它方面及其优点，在附图中图1是本发明的冷却系统的实施例的示意图；图2是图1所示的冷却系统在热虹吸模式下运行的实施例示意图；图3是图1所示的冷却系统在液体冷却模式下运行的实施例示意图；图4是图1所示的冷却系统在喷射器冷却模式下运行的实施例示意图；图5A是在图4所示的喷射器冷却模式下本发明的冷却系统的实际图5B是在图4所示的喷射器冷却模式下本发明的冷却系统的另一实际实施例示意图；图6示出了本发明的冷却系统所使用的喷射器的实施例；和图7是本发明的另一实施例在喷射器冷却模式下展示出的理论传热和传质平衡的示意图。
具体实施例方式
借助于冷却系统10的实施例来描述本发明的基本原理，该冷却系统用于实现上述的冷却包含散热电子部件的机箱50的冷却方法。该电子部件的形式为印刷电路板组件PBA等，见图5A和5B。在本说明书中，术语“印刷电路板组件”指的是带有安装在其上的模块和/或部件的印刷电路板。该系统的大致布置在图1中示意地示出。冷却系统10是封闭或气密的，并且充有还可称为制冷剂的液体冷却介质。适当的用于该系统的冷却介质例如为水、乙醇、氨、苯或其它对环境无不利影响的介质，在稍低于大气压或在大气压时该介质的蒸发温度为25-100℃。
该系统包括设置在机箱50外侧的冷凝器/热交换器单元14、设置在机箱50内的蒸发器13、标准的流体泵12、和喷射器11，它们通过基本流体管路系统40相互连接。具体地说，流体管路系统40分别借助单独的流体管路41和42、45并且分别通过第一和第二控制阀18和17将冷凝器14的外侧与蒸发器13的内侧连接并且将冷凝器14的外侧与流体泵12的入口或吸入侧连接。蒸发器13的外侧分别借助单独的流体管路43和44、45并且分别通过第三和第四控制阀15和16连接到喷射器11的辅助或被动介质侧27并连接到流体泵12的入口侧。流体泵12的出口或压力侧借助于流体管路46连接到喷射器11的主或主动介质侧22，并且喷射器11的出口29借助于流体管路47连接到冷凝器44的入口侧。流体管路46与安全阀或膨胀罐9连接。
阀18、17、15、16均由控制单元19来控制，该控制单元基于分别从温度传感器30、31、32供应给控制单元19的分别检测蒸发器、冷凝器、环境的温度的温度读数T1、T2、T3来控制这些阀。没有详细地描述控制单元19和在此使用的特定控制设备，这是因为用于实现本发明的目的的适当控制单元的设计均落在本领域普通技术人员应当理解的本发明的范围内。第二、第三、第四阀17、15、16是方向阀，它们通常在完全打开和完全关闭位置之间操作。第一阀18是单向节流器或节流阀，其用于控制使得可变流动的冷却介质从冷凝器14流向蒸发器13，而且阻止从蒸发器13流向冷凝器14的回流。
以下参照图5A、5B、7来进一步描述蒸发器13或蒸发器腔的实施例，并且参照图6来进一步描述在系统10中使用的喷射器11的优选实施例。未示出的冷凝器13及其相关热交换器优选为基于常规技术并且在此没有详细描述它们的特定结构。
以下将描述系统10的基本操作。冷却介质在气密的流体管路系统40内循环，以便在蒸发器13中吸收热量并且将该从机箱吸收的热量传递出去并且在冷凝器/热交换器14中释放该热量，这是常规已知的。然而，本发明提供了新的电子装置的冷却，其效率提高、能耗降低、和具有更高程度的功能性。这一方面由在机箱50内紧靠发热部件特殊设置的蒸发器13来实现，并且另一方面借助所述的冷却系统10依据不同模式的组合来运行来实现，不同的模式根据本身已知的原理基于独立的冷却方法来运行。具体地说，这通过以下方式来实现，即检测在机箱50内的蒸发器温度T1以确定对于系统10的热负荷，并且还检测环境温度T3以及冷凝器温度T2以确定从冷却介质向周围环境或经未示出的热交换器的传热的状况。基于该被检测的热负荷和被检测的环境温度和传热状况来控制冷却介质的循环。来自冷凝器14和返回在机箱50内的蒸发器13的冷却介质流动、在从冷却介质传出热量之后、以及借助于喷射器11实现的蒸气压缩循环的启动/停止以相似的方式基于基于该被检测的热负荷和被检测的环境温度和传热状况来控制。该方法提供了用于在冷却机箱的热虹吸模式、液体冷却模式、或喷射器冷却或热泵模式之间的受控的切换。
以下将以三种主要运行模式中的每一种模式来描述操作该系统的本发明所述方法。在图2-4中描述了三种运行模式中，即热虹吸模式(图2)、液体冷却模式(图3)、或喷射器冷却模式(图4)，其中在不同模式中箭头CMF表示冷却介质的流动。
在中等的机箱热负荷状况(图2)和正常的传热状况中，当蒸发器温度传感器30检测到蒸发器温度T1低于第一设定级并且环境温度传感器32检测到环境温度T3低于设定级(例如低于大约+30℃)，控制单元19自动地控制该系统，以便在该检测到的状况下最优地运行。具体地说，在这种情况下，控制单元19将停止流体泵12，以便中断该冷却介质的受迫循环。同时，阀16和17关闭，而阀15和18设定成处于打开状态，使得该系统10处于“热虹吸”运行模式。在该热虹吸模式下，第一阀18打开，以便冷却介质从冷凝器14传送到蒸发器13，但是阀18沿相反方向的关闭的。
来自冷凝器14出口侧的冷却介质的全部流返回到蒸发器13，其中冷却介质在例如50℃下蒸发，并且蒸发后的冷却介质的全部流从蒸发器13引导到喷射器11的辅助侧27，流经喷射器并从喷射器散流器出口29返回到冷凝器14。因为冷却介质的受迫循环被中断，因此没有主冷却介质进入喷射器11，并且在其中没有进行蒸气压缩。而是，来自蒸发器13的冷却介质蒸气/气体自由地排出流经喷射器。在冷凝器14中，传送的蒸气在大致相同的温度(50℃)下冷凝，并且热量经未示出的热交换器传递到周围环境(例如周围空气)中。在这种情况下，周围/环境空气与冷凝器14之间的温度梯度大约为15-30℃。
在环境温度大致相同的情况下当检测到更高的热负荷状况时，控制单元19启动运行的第二模式(图3)。在这种情况下，蒸发器温度传感器30检测到蒸发器温度T1高于预定的第一设定级但低于预定的第二级并且环境温度传感器32检测到环境温度T3低于设定级，则自动地启动带有相变的组合式液体冷却，以便在该改变的状况下保持最优的运行。此刻启动受迫循环的流体泵12，以便泵送冷却介质到喷射器11主侧22。在这种情况下，对于运行该泵12的功率消耗估计最多是总冷却负荷的5％。
在该模式下，阀15和17关闭，而阀16和18设定成处于打开状态，使得该系统10处于流体冷却模式。在该模式下，来自冷凝器14出口侧的冷却介质的全部流返回到蒸发器13，其中一部分制冷剂或冷却介质在例如50℃下蒸发。因为泵12启动并且第四阀16完全打开，所以来自蒸发器13的冷却介质和蒸气泵送到喷射器11的主侧22，并且流经喷射器且流向冷凝器14。
因为冷却介质的受迫循环启动并且通向喷射器11的辅助侧27的入口被关闭的第三阀15所阻挡，因此该冷却介质的全部流以液体和蒸气相的形式被泵送经过喷射器主侧22进入冷凝器14，在冷凝器14中，传送的蒸气在大致相同的温度(50℃)下冷凝，并且热量经热交换器传递到周围环境中。在这种情况下，周围/环境空气与冷凝器14之间的温度梯度大约为15-30℃。
当检测到最大的热负荷状况和/或高环境温度大于设定限制例如35-50℃时，启动第三运行模式(图4)。在这种情况下，蒸发器温度传感器30检测到蒸发器温度T1高于预定的第二级并且/或者环境温度传感器32检测到环境温度T3超过设定级，则借助控制单元19自动地启动喷射器或热泵冷却模式，在该模式中借助喷射器11实现真空压缩。同样，这使得在该改变的状况下保持最优的运行。启动受迫循环的流体泵12，以便泵送冷却介质到喷射器11主侧22。第四阀16关闭以便阻挡蒸发器出口侧与泵之间的直接连接，而第二阀和第三阀17和15分别是完全打开的。
第一阀18用作单向节流器或节流阀，其提供冷却介质从冷凝器14出口侧到蒸发器13入口侧的节流，以便冷却介质在其中蒸发。借助控制单元19，可基于被检测的蒸发器温度T1和/或被检测的环境温度T3来控制流经第一阀18的节流。
来自冷凝器14的冷却介质的流动的其余部分借助流体泵12在特定正压下循环到喷射器11的主侧22，由此在喷射器的辅助侧27处形成负压。因为第三阀15是打开的，其建立蒸发器与喷射器辅助侧之间的连通，所以由此形成的负压使得蒸发后的冷却介质从蒸发器13中泵送出并送到喷射器11的辅助侧27。该冷却介质蒸气通过以下将详细描述的与主冷却介质流接触从而在喷射器11内被压缩。被压缩的蒸气的一部分在喷射器11内即在散流器29处冷凝，并且直接传送到冷凝器14，在其中其余的蒸气进行冷凝。
分别在蒸发器13与冷凝器14之间的压力差P1-P2(见图7)和温度梯度T1-T2借助控制单向节流器18的节流程度来调节，由此相对于该被检测的热负荷和环境温度T3提供最优的循环状况。冷却介质的少量部分流经节流阀18，其等于蒸发的液体的量。冷却介质的主要部分从冷凝器14循环经第二阀17、泵12、喷射器11，并且返回到冷凝器，以便形成与热泵循环相似的蒸气压缩循环。
由流体泵12输送的压力还可基于被检测的蒸发器温度T1和/或被检测的环境温度T3来控制。通过增加泵的液压力，可增加喷射器泵送均百分数。(此口香糖提供18.8毫克的CPP-ACP。本发明的口香糖含有20.6毫克，超量约10％)。
再矿质化百分数试验
对比
结果证实同无糖口香糖对照物作比较，CPP-ACP在有碳酸氢钠存在下产生显著的再矿质化作用。试验还显示再矿质化作用与口香糖中含有的CPP-ACP活性成份的情况相当。
2)＝冷却介质的最高温度和环境温度之间的差喷射器冷却系统并不是新的，但是其主要使用的高压喷射器由废热或其它能量源提供能量。这种系统特别地用于机动车的空调单元。在此所介绍的用于电子装置的冷却的低压喷射器系统为冷却系统提供了新的功能性，该冷却系统可作为热虹吸冷却系统、液体冷却系统、或热泵冷却系统来运行，这取决于冷却的需要。对于不同的电子装置应用场合，例如用于室外的无线电信机站(RBS)以及室内的通讯和数据通讯系统，可选择最适于当前情况的运行模式。例如，可以选择液体冷却和喷射器冷却系统的组合或者热虹吸和喷射器冷却系统的组合，或者仅选择喷射器系统。最终的选择标准应该是冷却系统的总成本。
该系统借助对流体泵和所有阀的自动控制从而提供了非常灵活的控制。而且，如图6所示结构的低压喷射器真空泵11的使用提供了增加制冷量的可能性，这是通过获得更高的热泵热因数而实现的。初步计算表明，与常规压缩机驱动的制冷机相比，本发明的带有低压喷射器的系统还是更节省能量的方案，这是因为蒸发器与冷凝器之间的温度梯度更小。由于在其中没有使用旋转部件，因此该系统还更便宜且更可靠。使用所述类型的喷射器的这种系统允许使用水或乙醇作为工作介质，这从环境保护方面来看是非常重要的。如上所述，喷射器系统的如此使用可降低蒸发器与冷凝器腔之间的温度梯度，并且还减小了整个冷却系统的能量成本和投资成本。
依据本发明的一个方面，高效的低压喷射器11实现了常规真空泵/压缩机的功能。这种普通结构的喷射器的示例从SU 1714216A1 [US1714216A1]中已知。所采用的喷射器11在主侧低正压下运行，并且在图6中示意地示出了。喷射器11包括主分配腔6，其用于接收经主冷却介质供应套管22引入其中的主冷却介质或主动冷却介质。多通道的主介质喷口23设置在该分配腔6中，其形式为具有径向通道或喷口孔23A的球状部段。这些喷口孔23A通向混合腔24，该混合腔经颈部或喉部28连接到散流器29并与其连通。混合腔24由辅助或被动介质供应腔26包围，该供应腔26经供应套管27与蒸发器13连通。另一方面，辅助或被动介质供应腔26经多个辅助介质孔25与混合腔24连通，该辅助介质孔25设置混合腔24的壁24A上，以便引入辅助或被动介质。喷射器装置11的主要特征是引导冷却介质进入散流器29的颈部28的截面面积大致等于喷口孔23A的总的截面面积。喷口23的球状部段的几何中心C位于混合腔中心轴线上在颈部或喉部28之后或换言之在颈部或喉部28紧接的下游。喷射器旨在使用液体的主或主动介质和汽化的辅助或被动介质。在所述实施例中，同一介质例如水可在液态或蒸气态中使用。
喷射器11以下方式工作水以一定的正压经主冷却介质供应套管22供给到分配腔21。多通道的喷口23具有大致球状的形状并且设置有小的径向喷口孔23A，当引入到分配腔21中的水经过喷口23并进入混合腔24时，该喷口23形成锥形的收敛射流CMJ。水蒸气经辅助介质供应套管27、供应腔26、和多个辅助介质孔25吸入到混合腔24中。通过蒸气分子与水射流CMJ的相互作用，蒸气分子开始朝向出口喉部28与水射流CMJ平行移动。因为水射流CMJ收敛并且最终会聚，所以水蒸气被压缩并冷凝。这意味着消耗了水射流CMJ的一部分动能以便压缩并冷凝该蒸气。喷射器的主要特征在于其可以作为蒸气压缩机和冷凝器来使用。依据本发明，该特征优选地使用在所述的电子装置的冷却系统中。通常，本发明的喷射器冷却模式最佳地适应于在蒸发器腔内承受高温(达到65℃)的电子装置的冷却。这提供了对于在冷凝器中高温的可能性，(如果需要可达到110-130℃，但是当环境温度为大约50℃时通常75-80℃是足够的)。
现参照图5A和5B，其中示意地示出了优选为用于不同系统应用场合的实际的蒸发器方案的两个实施例。图5A示出了被称为“直接冷却”式蒸发器13，其包括多个蒸发器吸热片13A。吸热片13A均与一个或多个电子部件PBA直接接触，并且优选为包括垂直定位的薄金属板，例如铝板，其带有未示出的用于冷却介质的内置沟道。在该实施例中，冷却介质在沟道中直接将热量从电子部件PBA传递出去。
图5B示出了“冷壁”式的蒸发器单元113。其中，蒸发器113包括冷壁114，其包含冷却介质并且与多个电子部件PBA的一个边缘直接接触。热量从电子部件PBA传递给冷壁114，以便冷却经热管、热泵(未示出)、或铝板115实现。在这种结构中，蒸发在“冷壁”中进行。
最后，参照图7，其非常示意地示出了本发明的系统的另一实际实施例。依据该实施例，蒸发器213具有蒸发器腔214，并且该系统的喷射器11集成到该蒸发器腔214中。在另一未示出的变型中，喷射器11的散流器29还可以实体地连接到冷凝器14上，以便喷射器、冷凝器和蒸发器腔成为一个集成的单元。
为了展示出由本发明的喷射器冷却系统实现的传热和传质的理论平衡，参照图7描述该系统的运行。当热的电子部件被冷却时，它们释放出热量Q1传给蒸发器腔214。在所示的示例中，在70℃时沸腾，在80℃时冷凝。在蒸发器腔214中的70℃的温度T1理论上确保在部件的管脚上的75-80℃的温度限制，而80℃的温度可在冷凝器14中形成用于冷却该冷却介质的适合状态，(其中在环境温度为50℃时用空气冷却热交换器)。如果可以在某一蓄热单元(水加热器、地下室)内蓄热，则可以将在冷凝器内的温度降低为70-72℃。整个系统充有水，并且具有P＝0,31bar的压力。
在第一步骤中，在蒸发器腔214内，水加热并开始在90℃下以及在压力P2＝0.21bar下沸腾。为了传递Q1＝2000W的热功率，每秒大约0.9克的水量M1应该在蒸发室214内沸腾。在第二步骤中，为了从蒸发器腔214输送蒸气(M1＝0.9克/s)，水泵12经由喷射器11泵送水。在第三步骤中，从蒸发室214产生的蒸气被泵出并在扩散器29内压缩之后，在压力P2＝0.47bar以及在80℃的温度T2下在冷凝器14内凝结。在第四步骤中，水经由节流阀18从冷凝器14返回到蒸发器腔214(以M1＝0.9克/秒)，并该步骤完成一个喷射器冷却循环。
一个最重要的参数是冷却性能系数K＝Q1/Pe1，其中Pe1是消耗的电能。驱动水泵12所需的能量可预先估计，假设喷射器喷口23的球形部段在直径上每1毫米具有350个径向喷嘴孔。为了在球形部段之后达到2米/秒的水速度，水泵12必须实现大约0.5千克/秒或2立方米/小时。系统的压力降按照Δptot＝(P2-P1)+ΔPhyd＝2-3bar计算，其中ΔPhyd是管道系统40和喷射器11内的液压阻力。为此，需要具有大约500W效果的水泵12。性能系数可以是K＝Q1/Pe1＝2000/500＝4。
尽管在以上的详细描述中参照优选实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当理解，本发明不限于所示的实施例，并且在不脱离由后附的权利要求限定的本发明的范围内的情况下，可进行许多附加和变型。因此，本发明仅由后附的权利要求及其等效形式来限定。
权利要求
1.一种冷却一包含散热电子部件(PBA)的机箱(50)的方法，其包括以下步骤-使得冷却介质在封闭的流体系统内循环，以便在蒸发器(13；113；213)内吸收在该机箱中的热量并且将该被吸收的热量从该机箱中传递出去并在冷凝器/热交换器(14)中将该热量释放到该机箱的外侧；-在该机箱中检测该蒸发器温度(T1)，以便确定对于该系统的热负荷；-检测周围温度(T3)并在冷凝器中检测温度(T2)，以便确定从该冷却介质将热量传递出去的状况；-基于该被检测的热负荷和传热状况来控制该冷却介质的受迫循环；-基于该被检测的热负荷和传热状况来控制该冷却介质返回在机箱内的该蒸发器的流动；以及-基于该被检测的热负荷和传热状况来控制蒸气压缩循环的启动/停止；由此，可使得该机箱的冷却在对于不同热负荷和传热状况优化的不同冷却模式之间受控切换。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当在该机箱(50)内的该被检测的热负荷低于预定的第一级和/或被检测的环境温度(T3)低于预定级时，-停止流体泵(12)，以便中断该冷却介质的受迫循环；-来自冷凝器(14)的冷却介质的全部流返回到蒸发器(13；113；213)，冷却介质在其中蒸发；和-蒸发后的冷却介质的全部流从蒸发器(13；113；213)引导到喷射器(11)的辅助侧(26，27)，且流经喷射器并从喷射器由出口(28，29)返回到冷凝器；由此使得该机箱的冷却在热虹吸冷却模式下运行。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，环境温度(T3)的该预定级大约30℃，并且冷却介质在蒸发器(13；113；213)中在大约50℃下蒸发，并且冷却介质蒸气在大致相同的温度下在冷凝器(14)中冷凝并且释放热量，由此使得周围环境与冷凝器之间的温度梯度在15-30℃的范围内。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，来自蒸发器(13；113；213)的冷却介质蒸气自由地流经喷射器(11)排出并且在冷凝器(14)中冷凝。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，当在该机箱(50)内的该被检测的热负荷高于预定的第一级但低于预定的第二级并且被检测的环境温度(T3)低于预定级时，-启动流体泵(12)，以便进行该冷却介质的受迫循环；-来自冷凝器(14)的冷却介质的全部流返回到蒸发器(13)，冷却介质在其中蒸发；和-冷却介质从蒸发器(13；113；213)泵送到喷射器(11)的主侧(21、22)，且流经喷射器并流向冷凝器；由此使得该机箱的冷却在液体冷却模式下运行。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，环境温度(T3)的该预定级大约30℃，并且冷却介质的一部分在蒸发器(13；113；213)中在大约50℃下蒸发，并且冷却介质蒸气在大致相同的温度下在冷凝器(14)中冷凝并且释放热量，由此使得周围环境与冷凝器之间的温度梯度在15-30℃的范围内。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，通向喷射器(11)的辅助侧(26，27)的入口被阻挡，并且该冷却介质的全部流以液体和蒸气相的形式被泵送经过喷射器主侧(21，22)进入冷凝器(14)。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，当在该机箱(50)内的该被检测的热负荷超过预定的第二级并且被检测的环境温度(T3)高于预定级时，-启动流体泵(12)，以便进行该冷却介质的受迫循环；-冷却介质的节流流动从冷凝器(14)被引导到蒸发器(13；113；213)，冷却介质在其中蒸发，基于该被检测的蒸发器温度(T1)和/或被检测的环境温度(T3)来控制该节流流动；-来自冷凝器的冷却介质的流动的其余部分借助流体泵循环到喷射器(11)的主侧(21，22)，由此在喷射器的辅助侧(26，27)处形成负压；和-借助由此形成的负压，使得蒸发后的冷却介质从蒸发器(13；113；213)中泵送出并送到喷射器的辅助侧(26，27)，并返回到冷凝器；由此使得该机箱的冷却在喷射器冷却模式下运行。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，基于该被检测的蒸发器温度(T1)和/或被检测的环境温度(T3)来控制流体泵(12)。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，蒸发后的冷却介质在喷射器(11)内由泵送的主冷却介质来进行压缩和部分冷凝，并且随后引导到冷凝器(14)中进一步冷凝。
11.如权利要求8-10中任一项所述的方法，其特征在于，分别在蒸发器(13；113；213)与冷凝器(14)之间的压力差(P1-P2)和温度梯度(T1-T2)借助控制单向节流器(18)来调节，以下相对于该被检测的热负荷和环境温度(T3)提供最优的循环状况。
12.一种冷却一包含散热电子部件(PBA)的机箱(50)的冷却系统(10)，其包括-用于使得冷却介质在封闭的流体系统内从冷凝器/热交换器(14)循环到在该机箱中的蒸发器(13；113；213)并且返回到冷凝器/热交换器(14)的装置；-至少一个用于控制冷却介质在该冷凝器和蒸发器之间流动的阀(15-17)；-具有主侧(21，22)和辅助侧(26，27)的喷射器(11)‘-流体管路系统(40)，其分别通过第一和第二控制阀(18)和(17)分别将冷凝器(14)与蒸发器(13；113；213)连接并且将冷凝器(14)与流体泵(12)，并且分别通过第三和第四控制阀(15)和(16)将蒸发器连接到喷射器流体泵并将蒸发器连接到喷射器辅助侧；温度传感器(30、31、32)，其用于分别检测蒸发器温度(T1)、冷凝器温度(T2)、环境温度(T3)；和-用于依据该被检测的温度来控制所述阀的位置的控制单元(19)。
13.如权利要求12所述的冷却系统(10)，其特征在于，第一阀(18)是单向节流阀，其用于阻挡从蒸发器(13；113；213)到冷凝器(14)的回流，并且该单向节流阀可由控制单元(19)来控制以便调节从冷凝器流向蒸发器的冷却介质流动。
14.如权利要求12或13所述的冷却系统(10)，其特征在于，喷射器(11)是以主侧低正压运行的低压喷射器，并且该喷射器具有用于接收主冷却介质的主侧分配腔(21)以及形式为球状部段的多通道喷口(23)，该喷口设置有通向混合腔(24)的径向喷口孔(23A)，该混合腔由辅助冷却介质供应腔(26)包围，该供应腔多个供应孔(25)与混合腔连通，该混合腔经颈部(28)连接到散流器(29)上。
15.如权利要求14所述的冷却系统(10)，其特征在于，颈部(28)的引导冷却介质的内截面面积大致等于喷口孔(24)的总的截面面积，并且喷口(23)的球状部段的几何中心(C)位于混合腔中心轴线(CA)上位于紧接颈部(28)的下游。
16.如权利要求12-14中任一项所述的冷却系统(10)，其特征在于，蒸发器(13)包括多个蒸发器吸热片(13A)，每一吸热片均与一个或多个电子部件(PBA)直接接触。
17.如权利要求16所述的冷却系统(10)，其特征在于，蒸发器(13)包括薄金属板(13A)，其带有的内置水沟道从电子部件(PBA)直接将热量传递出去。
18.如权利要求12-15中任一项所述的冷却系统(10)，其特征在于，蒸发器(113)包括冷壁(114)，其包含冷却介质并且与多个电子部件(PBA)的一个边缘直接接触，并且热量从电子部件(PBA)传递给冷壁冷却介质是经热管、热管路、或铝板(115)实现的。
19.如权利要求12-15中任一项所述的冷却系统(10)，其特征在于，蒸发器(213)具有蒸发器腔(214)，并且该喷射器(11)与蒸发器腔(214)集成为一整体单元。
20.如权利要求19所述的冷却系统(10)，其特征在于，该喷射器(11)的散流器(29)与冷凝器(14)实体连接。
21.如权利要求20所述的冷却系统(10)，其特征在于，喷射器、冷凝器和蒸发器腔成为一个集成的单元。
全文摘要
本发明披露了一种新的电子装置冷却方法和装置，其中通过在包含蒸发器(13)、冷凝器(14)、喷射器(11)和控制阀(15－18)的封闭系统(40)中控制冷却介质的循环，可实现冷却系统(10)的灵活和有效的运行。具体地说，本发明的目的通过以下方式实现，即，基于被检测的热负荷和/或被检测的传热状况来提供该系统的所述阀的控制，由此可连续地使得该系统在最适当的模式下运行。换言之，本发明基于当前实际的状况提供了该系统的运行模式的自动适应，以便相对于该系统的冷却模式运行从而获得特定的灵活性。这意味着，冷却能力可恒定为最优状态，并且与具有相同的最大冷却能力的已知系统相比，可降低涉及投资和系统运行的成本。
文档编号F25B23/00GK1618263SQ02827662
公开日2005年5月18日 申请日期2002年1月29日 优先权日2002年1月29日
发明者V·蔡 申请人:艾利森电话股份有限公司