专利名称：大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷雾冷却，具体涉及大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统。
背景技术：
随着电子技术的迅猛发展，计算机、通讯、航天、军事等领域对于电子元件集成度及运行时的稳定性要求也在不断的增强。这使得电子元件工作时产生的热流密度不断地增大，废热增多，导致其工作时所处的热环境越来越恶劣。在超过额定温度下工作是导致电子元件不能正常运行、寿命降低的主要原因。相关研究表明，半导体元件的温度每升高5°C，其工作的稳定性便降低20%左右。因此，在对大功率高热流密度电子元件冷却的同时，保证冷却表面有较低且均匀的过热度，是现代对于高效冷却技术的基本要求。传统的冷却装置(如风冷、水冷等)已不能满足现代大功率电子元件的冷却需求，其温度控制能力更无法达到要求。比如IGBT模块、激光元件发热、大功率航天电子元件等，要求相应冷却系统具有冷却高热流密度的能力，通常热流密度q > 100ff/cm2,且其所处的エ作温度一般要求小于30°C。喷雾相变冷却具有高冷却热流密度和严格的温度控制能力。这里的温度控制能力指冷却表面的温度和表面温度的均匀性，因此是现代高效冷却技术的首选。但是，由于在喷雾冷却中，制冷エ质在工作之后会残存一部分乏液，导致其不能直接进入压缩机，进行压缩，完成制冷循环；这也是限制喷雾冷却在实际生产中应用的主要原因。因此，现阶段的喷雾冷却技术大多以开式系统为主，制冷エ质工作之后直接排掉；这样不仅是对资源的极大浪费，更使得制冷系统体积过大，不便于灵活的移动，装配；限制了喷雾冷却的广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统。根据本发明的技术方案，大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，包括压缩机、喷雾冷却器和空气冷凝器，压缩机的出口通过连接管道与空气冷凝器进ロ连接，空气冷凝器的出ロ通过连接管道与喷雾冷却器的进ロ连接；其特点是该循环系统还设置有气液分离器和辅热装置；所述喷雾冷却器的出口通过流体输送管路与所述气液分离器的进ロ连接，在所述流体输送管路上设置有所述辅热装置，气液分离器的出口通过连接管道与压缩机的进ロ连接；需要冷却的器件固定在喷雾冷却器上；辅热装置将喷雾冷却器输出的汽、液加热，然后输出到气液分离器进行汽、液分离，使完全气态的制冷剂再输入到压缩机，解决了制冷エ质进入压缩机前存在液相的问题；解决了喷雾冷却后残余乏液，不能直接进入压缩机重新压缩的问题，从而实现了喷雾冷却闭式循环，节约能源，制冷效率高，根据本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的优选方案，所述喷雾冷却器包括喷淋腔、安装板和喷嘴；所述喷淋腔开有ロ，所述安装板固定在所述喷淋腔的开ロ面，所述安装板上设有安装孔，所述喷嘴固定在该安装孔上且该喷嘴的喷液面向内，需要冷却的器件固定在所述喷淋腔上，且与所述喷嘴的喷液面相対。根据本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的优选方案，所述辅热装置由加热器和隔热层构成，加热器绕在流体输送管路的外表面，隔热层设置在加热器的外表面。根据本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的优选方案，喷雾冷却器的进、出口均分别设置有压カ表和阀门，可实时监控系统工作情况和调节系统エ况。本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的有益效果是本发明利用辅热装置与气液分离器，解决了制冷エ质进入压缩机前存在液相的问题，解决了喷雾冷却后残余乏液，不能直接进入压缩机重新压缩的问题，从而实现了喷雾冷却闭式循环，节约能源，制冷效率高，温度控制稳定，该系统能够在满足高热流密度散热的同时，保持换热表面处于较低的温度，并可通过喷雾冷却器进出口的压カ表和阀门实时监控系统工作情况和调节系统工况；满足了エ质循环利用的节能要求及便于携带的使用要求，极大地增强了喷雾冷却系统的实际应用性能，可广泛应用在计算机、通讯、航天、军事等领域。
图I是本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的结构示意图。图2是本发明所述的喷雾冷却器6的结构示意图。图3是具体实施例中辅热装置3的结构示意图。
具体实施例方式參见图I至图3，大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，由外壳I、空气冷凝器2、辅热装置3、气液分离器4、压缩机5、喷雾冷却器6和压カ表7、阀门8和流体输送管路9构成，需要冷却的器件25固定在喷雾冷却器6上，并用密封胶密封；压缩机5的出ロ通过连接管道与空气冷凝器2进ロ连接，空气冷凝器2的出ロ通过连接管道与喷雾冷却器6的进ロ连接；所述喷雾冷却器6的出ロ通过流体输送管路9与所述气液分离器4的进ロ连接，在所述流体输送管路9上设置有所述辅热装置3，气液分离器4的出ロ通过连接管道与压缩机5的进ロ连接；所述喷雾冷却器6包括喷淋腔21、安装板22和喷嘴23 ;所述喷淋腔21开有ロ，所述安装板22固定在所述喷淋腔21的开ロ面，所述安装板22上设有安装孔，所述喷嘴23固定在该安装孔上且该喷嘴23的喷液面向内，需要冷却的器件25固定在所述喷淋腔21上，且与所述喷嘴23的喷液面相对；所述喷淋腔21开有乏液、汽排出孔27，该乏液、汽排出孔27通过流体输送管路9与气液分离器4的进ロ连接，所述辅热装置3设置在流体输送管路9上；所述辅热装置3由加热器10和隔热层11构成，加热器10采用电阻丝，电阻丝绕在流体输送管路9的外表面，隔热层11 设置在加热器的外表面；在喷雾冷却器6的进、出口、压缩机5上均分别设置有压カ表和阀门，制冷剂可以选择R134a、Rl I、R115、R717、R410a 等。參见图2，在具体实施例中，安装板22设置在所述喷淋腔21的顶部，由于喷淋腔内压カ较高，且制冷剂极易挥发，因此采用密封垫圈与承压密封胶联合使用的密封方法，再通过螺栓26锁紧安装板22 ;喷嘴23的喷液面朝下，为保证散热，需要冷却的器件25安装在喷淋腔21的底部，并用密封胶密封；需要冷却的器件25与喷淋腔底部安装面之间涂有高效导热硅脂，保证了喷淋腔底部安装面与需要冷却的器件25之间的充分导热；喷淋腔21的底部开有热电偶安装孔24，可安装热电偶，用以监测需要冷却的器件表面的温度，所述喷嘴23为压カ式喷嘴；当喷嘴前后压カ差为5-8bar时，流量在O. 94-1. 2L/min左右，喷流角度53°左右，此喷流角度与喷嘴距喷淋腔21底面的距离相配合，能保证喷淋腔21底面被射流エ质完全覆盖，且又没有过多的エ质喷淋到腔体内壁面上。本发明的工作工程是所述压缩机5压缩后的高温高压制冷剂进入空气冷凝器2 冷凝液化后，输出低温液态的制冷剂到喷雾冷却器6，由喷雾冷却器6将低温液态的制冷剂喷射到需要冷却的换热表面上，完成喷雾冷却；换热后的汽、液通过流体输送管路并经辅热装置3加热，加热后绝大部分乏液汽化，然后输出到气液分离器4进行汽、液分离，完全气态的制冷剂再输入到压缩机5，完成一个制冷循环。本发明可用于大功率高热流密度电子元件冷却。该系统能够在满足高热流密度散热的同时，保持换热表面处于较低的温度，例如，以R134a为制冷剂，散热热流密度可达103. 68W/cm2，换热表面温度在23°C以内；因此能够满足现阶段大部分高热流密度电子元件的散热要求，并且可在一定的范围内调节エ况，体积较小，属于便携式喷雾冷却闭式循环制冷系统。
权利要求
1.ー种大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，包括压缩机(5)、喷雾冷却器(6)和空气冷凝器(2)，所述压缩机(5)的出口通过连接管道与所述空气冷凝器(2)进ロ连接，所述空气冷凝器(2)的出口通过连接管道与所述喷雾冷却器(6)的进ロ连接；其特征在于该循环系统还设置有气液分离器(4)和辅热装置(3);所述喷雾冷却器(6)的出口通过流体输送管路(9)与所述气液分离器(4)的进ロ连接，在所述流体输送管路(9)上设置有所述辅热装置(3)，所述气液分离器(4)的出口通过连接管道与所述压缩机(5)的进ロ连接，需要冷却的器件(25)固定在所述喷雾冷却器(6)上。
2.根据权利要求I所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，其特征在于所述喷雾冷却器(6)包括喷淋腔(21)、安装板(22)和喷嘴(23);所述喷淋腔(21)开有ロ，所述安装板(22)固定在所述喷淋腔(21)的开ロ面，所述安装板(22)上设有安装孔，所述喷嘴(23)固定在该安装孔上且该喷嘴(23)的喷液面向内，需要冷却的器件(25)固定在所述喷淋腔(21)上，且与所述喷嘴(23)的喷液面相対。
3.根据权利要求I或2所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，其特征在于所述辅热装置⑶由加热器(10)和隔热层(11)构成，加热器(10)绕在流体输送管路(9)的外表面，隔热层(11)设置在加热器的外表面。
4.根据权利要求3所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，其特征在于所述喷雾冷却器出)的进、出口均分别设置有压カ表和阀门。
全文摘要
本发明公开了大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，包括压缩机、喷雾冷却器和空气冷凝器，压缩机的出口通过连接管道与空气冷凝器进口连接，空气冷凝器的出口通过连接管道与喷雾冷却器的进口连接；其特征在于该循环系统还设置有气液分离器和辅热装置；所述喷雾冷却器的出口通过流体输送管路与所述气液分离器的进口连接，在所述流体输送管路上设置有所述辅热装置，气液分离器的出口通过连接管道与压缩机的进口连接；需要冷却的器件固定在喷雾冷却器上；本发明利用辅热装置与气液分离器，解决了制冷工质进入压缩机前存在液相的问题，解决了喷雾冷却后残余乏液，不能直接进入压缩机重新压缩的问题，从而实现了喷雾冷却闭式循环，节约能源。
文档编号H05K7/20GK102625642SQ20121009286
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者丁玉栋, 叶丁丁, 廖强, 朱恂, 李俊, 杨宝海, 王宏, 王永忠, 陈蓉 申请人:重庆大学