专利名称：适用于高热流密度环境的冷却系统及其冷却方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于高热流密度环境的冷却系统及其冷却方法，属于电子器件冷却技术领域。
背景技术：
随着微电子技术的迅速发展，电子器件的微型化已经成为现代电子设备发展的主流趋势。电子器件特征尺寸不断减小、芯片的集成度、封装密度以及工作频率不断提高，这些都使芯片的热流密度迅速升高。芯片热流密度的不断升高则对电子器件热可靠性设计提出了更高的要求。近年来国内外已研究出比较成熟的冷却方式，如自然冷却技术、强迫空气冷却技术、液体冷却技术、相变冷却技术、其他冷却技术(如热管，冷板等)。但随着超大规模集成电路的发展，计算机芯片的功耗已经到了 160W，热流密度已经到了 lOOW/cm2。可见研制高效的冷却系统，满足高密度组装的结构形式，以获取更大的冷却能力，也越来越迫在眉睫。目前国内有很多针对高热流密度发热部件的冷却方法，如专利ZL201110122114. X提出了一种高热流密度条件下阵列射流、沸腾冷却耦合换热方法，但没有提及冷却系统的设计；如专利ZL201120227246. 4提出了一种高热流密度节能制冷系统，但系统部件过多，且没有自适应性。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应强、结构简单、设计紧凑、适应多变工况的一种适用于高热流密度环境的冷却系统及其冷却方法。一种适用于高热流密度环境的冷却系统，其特征在于包括储液池、驱动装置、热环换热器和冷环换热器。热环换热器由多孔芯体、位于多空芯体上方的蒸汽空腔、穿过多空芯体的细管组、分别连接于细管组前、后端的入口汇流排和出口汇流排组成。细管组的细管壁面上分布有可使液体通过 的孔，多孔芯体为固体骨架和微小空隙构成的多孔介质材料。储液池的出口通过储液池出液管与驱动装置的入口相连，驱动装置的出口通过热环换热器进液管与热环换热器的入口汇流排相连，热环换热器的蒸汽空腔通过蒸汽管与冷环换热器的入口相连，冷环换热器的出口通过冷环换热器出液管与储液池的入口相连；热环换热器的出口汇流排连接第一支流管，热环换热器的多孔芯体连接第二支流管，第一支流管和第二支流管通过支流总管与储液池的入口相连。适用于高热流密度环境的冷却系统的冷却方法，其特征在于包括以下过程系统运行时，驱动装置带动储液池中的液体流入储液池出液管中，使其通过热环换热器进液管进入热环换热器，液体依次通过入口汇流排、细管组、出口汇流排；液体通过细管组细管壁面的孔流入多孔芯体，并通过多孔介质的浸润作用和毛细作用均匀分布于多孔芯体内部，多孔芯体吸收热量后使空隙内的液体蒸发，蒸汽向上运动到达蒸汽空腔，并通过蒸汽管进入冷环换热器；蒸汽进入冷环换热器经过冷凝作用后形成过液体，通过冷环换热器出液管回到储液池内，完成一个循环；细管组内未流入多孔芯体的液体通过出口汇流排流出热环换热器，并通过第一支流管流入支流总管内，多孔芯体底部的滞留液体通过第二支流管也流入支流总管内，并通过支流总管回到储液池。系统运行时，必须保证细管组与多孔芯体之间有50Pa以上压差，保证液体从壁面小孔流入多孔芯体内，同时，必须保证热环换热器内的蒸汽压力高于细管组的液体压力，防止液体大面积流出；实现方法为保持热环换热器内的蒸汽温度高于储液池中的液体温度，并且保持驱动装置的放置位置低于热环换热器。液体通过壁面小孔流出后均匀分布到多孔芯体内部并蒸发，使液体和蒸汽分离，进而使蒸发过程在更好地环境下发生，提高了换热效率。同时，热环换热器细管的壁面小孔和多孔芯体的微小空隙增大了换热面积，能够适应于高热流密度换热。该系统具有较好的自适应性，所需制冷量增大时，多孔芯体内部液体蒸发量增大，通过热环换热器细管壁面小孔流入多孔芯体的液体增多，系统流量增大；所需制冷量减小时，多孔芯体内部液体蒸发量减小，通过热环换热器细管壁面小孔流入多孔芯体的液体减少，系统流量减小。该系统不需传感器，不需阀门，不需电子控制，系统可自动调节系统流量来适应制冷量的变化，能够适应多变工况。此外，可通过改变储液池内液体来获取不同的蒸发温度，如水、氨水、制冷剂 等。与传统蒸发循环制冷系统相比，此种适用于高热流密度环境的冷却系统及其方法具有部件精简，结构简单，设计紧凑，可靠性高等特点。
图1是本发明的系统原理 图2是热环换热器结构示意 图中标号说明1.储液池，2.驱动装置，3.热环换热器，4.冷环换热器，5.储液池出液管，6.热环换热器进液管,7.蒸汽管，8.冷环换热器出液管,9.第一支流管，10.第二支流管，11.支流总管，12.入口汇流排，13.细管组，14.多孔芯体，15.蒸汽空腔，16.出口汇流排。
具体实施例方式如图1所示，本发明所述适用于高热流密度环境的冷却系统及其冷却方法，包括储液池1，驱动装置2，热环换热器3，冷环换热器4，储液池出液管5，热环换热器进液管6，蒸汽管7，冷环换热器出液管8，第一支流管9，第二支流管10，支流总管11，入口汇流排12，细管组13，多孔芯体14，蒸汽空腔15，出口汇流排16。本发明的系统运行时，驱动装置2带动储液池I中的液体流入储液池出液管5中，使其通过热环换热器进液管6进入热环换热器3，液体依次通过入口汇流排12、细管组13、出口汇流排16 ;液体通过细管组13细管壁面的孔流入多孔芯体14，并通过多孔介质的浸润作用和毛细作用均匀分布于多孔芯体14内部，多孔芯体14吸收热量后使空隙内的液体蒸发，蒸汽向上运动到达蒸汽空腔15，并通过蒸汽管7进入冷环换热器4 ;蒸汽进入冷环换热器4经过冷凝作用后形成过液体，通过冷环换热器出液管8回到储液池内，完成一个循环；细管组13内未流入多孔芯体14的液体通过出口汇流排16流出热环换热器3，并通过第一支流管9流入支流总管11内，多孔芯体14底部的滞留液体通过第二支流管10也流入支流总管11内，并通过支流总管11回到储液池I。系统运行时，必须保证细管组13与多孔芯体14之间有50Pa以上压差，保证液体从壁面小孔流入多孔芯体14内。同时，必须保证热环换热器3内的蒸汽压力高于细管组13的液体压力，防止液体大面积流出。实现方法为保持热环换热器3内的蒸汽温度高于储液池I中的液体温度，并且保持驱动装置2的放置位置低于热环换热器3。如图2所示，热环换热器3由多孔芯体14、位于多空芯体上方的蒸汽空腔15、穿过多空芯体14的细管组13、分别连接于细管组13前、后端的入口汇流排12和出口汇流排16组成；细管组13的细管壁面上分布有可使液体通过的孔，多孔芯体14为固体骨架和微小空隙构成的多孔介质材 料。
权利要求
1.一种适用于高热流密度环境的冷却系统，其特征在于包括储液池(1)，驱动装置(2),热环换热器(3)和冷环换热器(4);其中热环换热器(3)由多孔芯体(14)、位于多空芯体上方的蒸汽空腔(15)、穿过多空芯体(14)的细管组(13 )、分别连接于细管组(13 )前、后端的入口汇流排(12 )和出口汇流排(16)组成； 上述细管组(13)的细管壁面上分布有可使液体通过的孔，多孔芯体(14)为固体骨架和微小空隙构成的多孔介质材料； 上述储液池(I)的出口通过储液池出液管(5)与驱动装置(2)的入口相连，驱动装置(2 )的出口通过热环换热器进液管(6 )与热环换热器(3 )的入口汇流排(12 )相连，热环换热器(3)的蒸汽空腔(15)通过蒸汽管(7)与冷环换热器(4)的入口相连，冷环换热器(4)的出口通过冷环换热器出液管(8)与储液池(I)的入口相连；热环换热器(3)的出口汇流排(16)连接第一支流管(9)，热环换热器(3)的多孔芯体(14)连接第二支流管(10)，第一支流管(9 )和第二支流管(10 )通过支流总管(11)与储液池(I)的入口相连。
2.权利要求1所述的适用于高热流密度环境的冷却系统的冷却方法，其特征在于包括以下过程系统运行时，驱动装置(2)带动储液池(I)中的液体流入储液池出液管(5)中，使其通过热环换热器进液管(6 )进入热环换热器(3 )，液体依次通过入口汇流排(12 )、细管组(13)、出口汇流排(16);液体通过细管组(13)细管壁面的孔流入多孔芯体(14)，并通过多孔介质的浸润作用和毛细作用均匀分布于多孔芯体(14)内部，多孔芯体(14)吸收热量后使空隙内的液体蒸发，蒸汽向上运动到达蒸汽空腔(15)，并通过蒸汽管(7)进入冷环换热器(4);蒸汽进入冷环换热器(4)经过冷凝作用后形成过液体，通过冷环换热器出液管(8)回到储液池内，完成一个循环； 细管组(13)内未流入多孔芯体(14)的液体通过出口汇流排(16)流出热环换热器(3)，并通过第一支流管(9)流入支流总管(11)内，多孔芯体(14)底部的滞留液体通过第二支流管(10)也流入支流总管(11)内，并通过支流总管(11)回到储液池(I)；系统运行时，必须保证细管组(13)与多孔芯体(14)之间有50Pa以上压差，保证液体从壁面小孔流入多孔芯体(14)内，同时，必须保证热环换热器(3)内的蒸汽压力高于细管组(13)的液体压力，防止液体大面积流出；实现方法为保持热环换热器(3)内的蒸汽温度高于储液池(I)中的液体温度，并且保持驱动装置(2)的放置位置低于热环换热器(3)。
全文摘要
一种适用于高热流密度环境的冷却系统及其冷却方法，属于电子器件冷却技术领域。其特征在于包括储液池(1)，驱动装置(2)，热环换热器(3)，冷环换热器(4)，以及储液池(1)与驱动装置(2)之间的储液池出液管(5)，驱动装置(2)与热环换热器(3)之间的热环换热器进液管(6)，热环换热器(3)与冷环换热器(4)之间的蒸汽管(7)，冷环换热器(4)与储液池(1)之间的冷环换热器出液管(8)。热环换热器(3)内未蒸发液体与滞留底部的液体分别通过第一支流管(9)与第二支流管(10)汇集到支流总管(11)，最终流入储液池(1)。与现有的适用于高热流密度环境的冷却系统相比，具有自适应性强、结构简单、设计紧凑、适应多变工况等特点。
文档编号H05K7/20GK103066039SQ20121056716
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者蒋彦龙, 成丹凤, 刘志丽, 王瑜, 彭莹 申请人:南京航空航天大学