專利名稱：一種熱驅(qū)動換熱器的制作方法
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)(自然或強迫對流)，直接或間接單相液體冷卻，以及相變液體冷卻。自然對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，空氣自然對流僅適用于功率密度較低的場合。當(dāng)需要較高的傳熱系數(shù)時，人們采用強制對流。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。間接液體冷卻方案是介于空氣自然或強迫對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。泵作為動力源，將傳熱工質(zhì)泵入到換熱器，其缺點是設(shè)備繁雜，需要管路連接件、閥門等，相應(yīng)地增加了運行維護費用，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力源，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單的，適合于高熱流密度電子元器件冷卻的熱驅(qū)動換熱器。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)整個換熱器裝置包括微通道熱交換器、兩個具有單向?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或微米級的微型槽道?；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)動換熱器的工作原理和過程如下起始時，在整個裝置內(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行，在微通道內(nèi)液體仍處于欠熱狀態(tài)時(其溫度低于對應(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)汽泡在管路中運動時，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，重新進入下一個新的循環(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)動換熱器可適合于機箱內(nèi)電子芯片等發(fā)熱強度高，而體積又非常受限制的場合。如應(yīng)用在計算機芯片散熱上。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，同時又將系統(tǒng)的熱量最終傳遞到大氣環(huán)境中去，整個裝置非常緊湊。為了節(jié)省空間，貯液罐可放在機箱外，這樣熱量最終散發(fā)到大氣環(huán)境，有利于降低機箱內(nèi)的空氣溫度。
本發(fā)明的熱驅(qū)動熱換熱器具有以下的技術(shù)效果1、采用熱驅(qū)動原理，實現(xiàn)了無泵輸送液體到換熱器，使裝置緊湊、簡單、可靠性高。
2、微通道熱交換器內(nèi)發(fā)生欠熱沸騰過程，能對極高熱流密度的電子元器件等實現(xiàn)冷卻。
3、由于兩個單向止回閥的作用，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、本裝置屬被動裝置，無機械運動部件，運行可靠，無噪音，無磨損，壽命長。
5、微通道熱交換器尺寸與芯片相匹配，整個冷卻裝置體積很小。由于采用外置式貯液罐，大大減小了機箱的體積。


圖1為本發(fā)明的技術(shù)原理圖；圖2為本發(fā)明的一個實施例結(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。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)作進一步的詳細(xì)說明本熱驅(qū)動換熱器實施例的結(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)動換熱器可應(yīng)用在計算機芯片的散熱上，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或微米級的微型槽道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱驅(qū)動換熱器，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)動換熱器。整個換熱器裝置包括微通道熱交換器、兩個具有單向?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)動換熱器可適合于機箱內(nèi)電子芯片等發(fā)熱強度高，而體積又非常受限制的場合。如應(yīng)用在計算機芯片散熱上。
文檔編號H01L23/473GK1507039SQ0214960
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
發(fā)明者徐進良, 周肇秋 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所