一種基于努森效應(yīng)的電子元器件冷卻裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子元件冷卻技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于努森效應(yīng)的電子元器件冷卻裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的發(fā)展，人們對高性能電子產(chǎn)品的需求不斷增加，如高性能計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)中心等。但隨著電子元器件性能的不斷提升，其功耗也在不斷增大，因此高效且可靠的散熱是保障這類元器件發(fā)揮其性能的關(guān)鍵。當(dāng)前，主流散熱技術(shù)已日益成為電子元器件技術(shù)發(fā)展的一大瓶頸。主流散熱方式，如自然對流散熱，即利用設(shè)備中各個(gè)電子元器件間的空隙以及機(jī)殼導(dǎo)熱、對流和熱輻射來達(dá)到散熱目的，此方式散熱效率低，且無法滿足高功耗電子元器件；強(qiáng)制風(fēng)冷散熱，即利用風(fēng)扇等迫使電子元器件周圍空氣流動，從而帶走電子元器件的發(fā)熱量以達(dá)到散熱目的，此方式噪聲較大且系統(tǒng)運(yùn)行可靠性較低；熱管散熱，即液態(tài)工質(zhì)在蒸發(fā)段被管外熱流體加熱蒸發(fā)，其蒸氣經(jīng)過絕熱段流向冷凝段，冷凝段蒸氣被管外冷流體冷卻放出潛熱，凝結(jié)為液體，積聚在散熱段吸液芯中的凝結(jié)液借助吸液芯的毛細(xì)力作用，返回到加熱段再吸熱蒸發(fā)，此方式雖然散熱效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，但依舊只是單純考慮將電子元器件的發(fā)熱量盡可能地排至外界環(huán)境，仍會存在熱量導(dǎo)出不及時(shí)，導(dǎo)致元器件局部溫度過高的情況。隨著科技的發(fā)展，高度集成的電子元器件的尺寸越來越小，主流散熱技術(shù)已無法滿足需求，這也就導(dǎo)致當(dāng)前電子元器件都未能真正發(fā)揮其應(yīng)有的性能，從而影響整體工作效率與用戶體驗(yàn)。因此，尋找更為高效的散熱方法對于實(shí)現(xiàn)電子元器件性能最優(yōu)化，進(jìn)而滿足現(xiàn)實(shí)需求具有重要意義。
[0003]公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于努森效應(yīng)的電子元器件冷卻裝置及方法，從而克服當(dāng)前主流電子元器件冷卻技術(shù)的冷卻效率不高，無法及時(shí)將元器件發(fā)熱量排走導(dǎo)致性能受限的缺點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于努森效應(yīng)的電子元器件冷卻裝置，包括:多個(gè)熱沉，多個(gè)所述熱沉的一側(cè)分別與一個(gè)電子兀器件的發(fā)熱部位相連，用于吸收電子元器件的發(fā)熱量；多個(gè)金屬部件，其分別與一個(gè)所述熱沉對應(yīng)配置；多個(gè)努森壓縮機(jī)，其分別連接于一個(gè)熱沉與對應(yīng)的一個(gè)金屬部件之間，其中，所述努森壓縮機(jī)包括:冷腔，該冷腔內(nèi)置于所述金屬部件中，所述冷腔設(shè)有低壓制冷劑入口，用于通入制冷劑；以及熱腔，其內(nèi)置于所述熱沉中，該熱腔通過微通道與所述冷腔連通，該熱腔設(shè)有高壓制冷劑出口，所述熱腔用于吸收電子元器件的熱量，使所述冷腔與所述熱腔形成溫度差，從而能夠驅(qū)動制冷劑從所述微通道進(jìn)入到所述熱腔進(jìn)行升溫升壓形成高壓制冷劑蒸氣；冷凝器，其入口與多個(gè)所述努森壓縮機(jī)的高壓制冷劑出口連接，用于通過與外界熱交換使所述高壓制冷劑蒸氣冷凝液化為高壓制冷劑液體；毛細(xì)節(jié)流管，其入口與所述冷凝器的出口連接，用于降低所述高壓制冷劑液體的壓力，使其成為低壓制冷劑液體并控制其流量；以及多個(gè)蒸發(fā)器，每個(gè)所述蒸發(fā)器對應(yīng)一個(gè)所述電子元器件的發(fā)熱部位，多個(gè)所述蒸發(fā)器的入口分別與所述毛細(xì)節(jié)流管的出口連接，多個(gè)所述蒸發(fā)器的出口分別與一個(gè)所述努森壓縮機(jī)的低壓制冷劑入口連接，用于使所述低壓制冷劑液體與外界進(jìn)行熱交換進(jìn)行吸熱蒸發(fā)，從而冷卻所述冷腔及所述電子元器件的發(fā)熱部位。
[0006]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述努森壓縮機(jī)的冷腔與熱腔之間設(shè)置隔熱層。
[0007]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，還包括多個(gè)溫度傳感器，每個(gè)所述熱沉與每個(gè)所述金屬部件上均設(shè)有一個(gè)溫度傳感器，用于檢測每個(gè)所述努森壓縮機(jī)的熱腔與冷腔的溫度。
[0008]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，還包括儲液器，其設(shè)于所述冷凝器與所述毛細(xì)節(jié)流管之間。
[0009]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述金屬部件鑲嵌有多個(gè)散熱翅片。
[0010]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述冷凝器設(shè)于遠(yuǎn)離所述電子元器件的發(fā)熱部位的位置。
[0011 ] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，還包括多個(gè)調(diào)節(jié)閥以及自動控制系統(tǒng)，多個(gè)所述調(diào)節(jié)閥分別設(shè)于一個(gè)所述蒸發(fā)器的入口處，多個(gè)所述調(diào)節(jié)閥分別與所述自動控制系統(tǒng)連接，由所述自動控制系統(tǒng)根據(jù)所述溫度傳感器所得溫度通過所述調(diào)節(jié)閥控制流入所述蒸發(fā)器的低壓制冷劑液體流量。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于努森效應(yīng)的電子元器件冷卻方法，包括以下步驟:提供上述的電子元器件冷卻裝置，該電子元器件冷卻裝置包括:多個(gè)熱沉、多個(gè)金屬部件、多個(gè)努森壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)節(jié)流管以及多個(gè)蒸發(fā)器；所述努森壓縮機(jī)由內(nèi)置于所述熱沉中的熱腔和內(nèi)置于所述金屬部件中并通過微通道與所述熱腔連接的冷腔組成；將多個(gè)所述熱沉分別設(shè)于一個(gè)電子元器件的發(fā)熱部位；所述熱腔吸收電子元器件的熱量以使所述冷腔與所述熱腔形成溫度差，在努森效應(yīng)作用下驅(qū)動所述制冷劑由所述冷腔從所述微通道進(jìn)入到所述熱腔，升溫升壓后形成高壓制冷劑蒸氣通入所述冷凝器；所述冷凝器將所述高壓制冷劑蒸氣冷凝液化為高壓制冷劑液體通入所述毛細(xì)節(jié)流管；毛細(xì)節(jié)流管控制所述高壓制冷劑液體的流量并降低其壓力，使所述高壓制冷劑液體成為低壓制冷劑液體通入多個(gè)所述蒸發(fā)器；多個(gè)所述蒸發(fā)器使所述低壓制冷劑液體與外界進(jìn)行熱交換進(jìn)行吸熱蒸發(fā)，從而冷卻所述冷腔及所述電子元器件的發(fā)熱部位。
[0013]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，還包括多個(gè)調(diào)節(jié)閥以及自動控制系統(tǒng)，多個(gè)所述調(diào)節(jié)閥分別設(shè)于一個(gè)所述蒸發(fā)器的入口處，多個(gè)所述調(diào)節(jié)閥分別與所述自動控制系統(tǒng)連接，由所述自動控制系統(tǒng)根據(jù)所述溫度傳感器所得溫度通過所述調(diào)節(jié)閥控制流入所述蒸發(fā)器的低壓制冷劑液體流量。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將基于努森效應(yīng)的努森壓縮制冷系統(tǒng)為可直接集成于發(fā)熱電子元器件上的冷卻裝置來替代現(xiàn)有的主流散熱裝置，由于基于努森效應(yīng)的努森壓縮機(jī)可以直接利用熱量驅(qū)動，因而工作時(shí)可直接利用元器件所釋放的熱量。該系統(tǒng)無運(yùn)動部件，也不需要潤滑液體，對比當(dāng)下主流的冷卻方式(風(fēng)扇冷卻，熱管技術(shù)冷卻等)，本裝置高效利用了發(fā)熱元器件自身的發(fā)熱量制取冷量實(shí)現(xiàn)二次冷卻，而非傳統(tǒng)方式的單純將熱量排至外部環(huán)境，從而提高了冷卻效率并改善冷卻效果，因此該裝置在電子元器件冷卻領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。
【附圖說明】
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明電子元器件冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明努森壓縮機(jī)的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3是根據(jù)本發(fā)明努森壓縮機(jī)熱腔的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖4是根據(jù)本發(fā)明努森壓縮機(jī)冷腔的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖5是根據(jù)本發(fā)明努森壓縮機(jī)微通道剖面圖。
[0020]主要附圖標(biāo)記說明:
[0021 ] 1-努森壓縮機(jī)，2-冷凝器，3-儲液器，4-毛細(xì)節(jié)流管，5-蒸發(fā)器，6_熱沉，7_電子元器件的發(fā)熱部位，8-設(shè)備外殼，9-金屬部件，10-冷腔，11-熱腔，12-微通道，13-隔熱層，14-散熱翅片，15-溫度傳感器，16-調(diào)節(jié)閥。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0023]除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。
[0024]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的電子元器件冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1至圖5所示，該電子元器件冷卻裝置包括:多個(gè)熱沉、多個(gè)金屬部件、多個(gè)努森壓縮機(jī)1、冷凝器2、儲液器3、毛細(xì)節(jié)流管4、多個(gè)蒸發(fā)器5以及多個(gè)溫度傳感器15 ;其中，上述部件在該裝置中所起到的作用如下:
[0025](1)電子元器件的發(fā)熱部位7，其散熱形成高溫?zé)嵩矗瑸榕瓑嚎s機(jī)1提供熱能；
[0026](2)努森壓縮機(jī)1，用于將低溫低壓制冷劑蒸氣壓縮成高溫高壓制冷劑蒸氣；
[0027](3)冷凝器2，用于將高壓制冷劑蒸氣冷凝液化為高壓制冷劑液體；
[0028](4)儲液器3，用于儲存高壓制冷劑液體，具體是否需要可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷而定；
[0029](5)毛細(xì)節(jié)流管4，用于降低高壓制冷劑液體的壓力，使其成為低壓制冷劑液體并控制其流量；
[0030](6)蒸發(fā)器5，用于使制冷劑相變吸熱，與外界進(jìn)行熱交換從而實(shí)現(xiàn)制冷。
[0031]繼續(xù)參考圖1至圖5，多個(gè)熱沉6的一側(cè)分別與一個(gè)電子兀器件的發(fā)熱部位7相連，用于吸收電子元器件的發(fā)熱量；多個(gè)金屬部件9分別與一個(gè)熱沉6對應(yīng)配置；多個(gè)努森壓縮機(jī)1分別連接于一個(gè)熱沉6與對應(yīng)的一個(gè)金屬部件9之間，每個(gè)努森壓縮機(jī)1包括:冷腔10，熱腔11，微通道12 ;冷腔10內(nèi)置于金屬部件9，冷腔10設(shè)有低壓制冷劑入口，用于通入制冷劑；用于內(nèi)置冷腔的金屬部件9的表面嵌有多個(gè)散熱翅片14，用于加速冷腔10自身溫度降低的速度；熱腔11內(nèi)置于熱沉6，熱腔11通過微通道12與冷腔10連通，該熱腔11設(shè)有高壓制冷劑出口 ；同時(shí)在每個(gè)熱沉6與每個(gè)金屬部件9上分別設(shè)置一個(gè)溫度傳感器15，用于檢測每個(gè)努森壓縮機(jī)的熱腔與冷腔