用于冷却电子模块中的部件的系统技术方案

提供一种装置，其包括导热结构；用于借助边界层从导热结构中提取热量传热结构；用于使传热结构相对于导热结构旋转的马达；以及用于使传热结构在导热结构上方旋转而不与导热结构接触、以便在导热结构与传热结构之间限定边界层的竖向固定机构，其中传热结构借助于边界层从导热结构提取热量，并且其中导热结构包括小型几何湍流器。

A system for cooling components in electronic modules

Provided is a device comprising a heat conducting structure; a heat conducting structure for extracting heat from the heat conducting structure by means of a boundary layer; a motor for rotating the heat conducting structure relative to the heat conducting structure; and a vertical fixed mechanism for rotating the heat conducting structure over the heat conducting structure without contacting the heat conducting structure so as to define the boundary layer between the heat conducting structure and the heat conducting structure, in which heat transfer is carried out. The structure extracts heat from the thermal conductive structure by means of the boundary layer, and the thermal conductive structure includes a small geometric turbulent flow.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于冷却电子模块中的部件的系统
技术介绍
本设备总体上涉及一种用于冷却电子模块中的部件的系统。在小型化的挑战中，小而强大的设备发展了这种严格的冷却要求：在较小的电子设备中增加的电流增加了热约束(～200W/cm2)并且影响电子设备的整体性能使其达到降低效率性能、损坏装置、并导致系统过热从而有火灾危险的极限。对于给定的热功率浓度，降低热阻是一个具有挑战性的主题。本领域中存在更有效的热管理系统的机会，其增加气流(减小散热器阻力)并且改善从热源到散热器的热传递，同时保持产品和工艺的低成本作为驱动目标。用于冷却电子模块的传统方法是使用如图4A所示的散热器和风扇，其中散热器1由高导热材料制成，其具有窄通道，在该窄通道中冷却剂流体被迫通过风扇2。通过冷却液填充间隙5(气体轴承或空气轴承)将热量从热源3传递到散热器2到叶轮4，热量必定从热源3(固定有热负荷)转移到风扇2的旋转叶轮4。该系统的工作点通常需要解决固体和流体之间的共轭转移(Biot数接近1)。从降低液压阻力到最大化热交换方面，这种情况带来了不同的问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种设备，所述设备包括：导热结构，所述具有第一表面；旋转传热结构，所述旋转传热结构用于借助与所述导热结构的所述第一表面接触的边界层从所述导热结构中提取热量；马达，所述马达用于使所述传热结构相对于所述导热结构旋转；以及竖向固定机构，所述竖向固定机构用于使所述旋转传热结构在所述导热结构上方旋转而不与所述导热结构接触，以便在所述导热结构与所述旋转传热结构之间限定边界层，其中，所述旋转传热结构借助所述边界层从所述导热结构中提取热量，并且其中，所述导热结构的所述第一表面包括湍流器，以通过共振机制促进所述湍流器中形成的涡度的不稳定性。根据本专利技术的另一方面，提供了一种装置，所述装置包括：储热器；旋转传热结构，所述旋转传热结构具有轴向对称的主体，所述主体由导电材料制成，所述主体具有用于将流体从入口端口输送到出口端口的翅片；马达，所述马达用于使所述旋转传热结构相对于散热器旋转；以及贝氏弹簧组件，所述贝氏弹簧组件承载作用在所述旋转传热结构上的惯性力，同时允许精确设定所述旋转传热结构相对于所述储热器的距离，使得所述旋转传热结构与所述储热器之间不存在接触，所述贝氏弹簧组件包括组装在所述旋转传热结构的两侧上的多组贝氏弹簧，以通过杠杆式地利用螺母位移设定位移。根据本专利技术的另一方面，提供了一种装置，所述装置包括：储热器；旋转传热结构，所述旋转传热结构具有轴向对称的主体，所述主体由导电材料制成，所述主体具有用于将流体从入口端口输送到出口端口的翅片；马达，所述马达用于使所述旋转传热结构相对于散热器旋转；以及差动螺旋机构，所述差动螺旋机构承受作用在所述旋转传热结构上的惯性力，同时允许精确设定所述旋转传热结构相对于所述储热器的距离，使得所述旋转传热结构与所述储热器之间不接触。附图说明从详细说明和附图中将更全面地理解本专利技术，其中：图1A是根据第一实施例的涡轮旋转散热器的侧视图；图1B是图1A的涡轮旋转散热器的分解透视图；图2A是图1A的涡轮旋转散热器的一部分的侧视图；图2B是图1A的涡轮旋转散热器的旋转传热结构的俯视图；图3是图1A的涡轮旋转散热器的组装方法的流程图；图4A是现有技术散热器的侧视图；图4B是图1A的涡轮旋转散热器的侧视图，其示出了热源；图5是作为功率浓度和温度差的函数的以微米为单位的间隙高度设计值的曲线图；图6是图1A的涡轮旋转散热器的第一种形式的侧视图；图7是示出用于微调间隙高度的贝氏弹簧非线性特性的曲线图；图8是图1A的涡轮旋转散热器的第二种形式的侧视图；图9是图8的标识为Ⅸ的部分的特写图；图10是根据第二实施例的旋转散热器的侧视图；图11是图10的旋转散热器的分解透视图；图12是图10的旋转散热器的导热结构的俯视图；图13是通过图12的流线型流动的二次流和图10的旋转散热器的湍流器的共振所促进的旋转流动不稳定的湍流的示意图；图14是斯特劳哈尔数与雷诺数之间的关系图；图15是图10的旋转散热器的第一种形式的侧视图；图16是图10的旋转散热器的第二种形式的侧视图；图17是图10的旋转散热器的导热结构的俯视图；图18是沿线XVIII截取的图17中所示的导热结构的剖视图；图19是图10的旋转散热器的导热结构的俯视图；图20是沿XX线截取的图19、图21和图22所示的导热结构的剖视图；图21是图10的旋转散热器的导热结构的俯视图；图22是图10的旋转散热器的导热结构的俯视图；图23是图10的旋转散热器的导热结构的俯视图；图24是沿线XXIV截取的图23中所示的导热结构的剖视图；以及图25是作为λ，Reh的函数的δ的关系的曲线图。具体实施方式此处为了描述方便，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”及其派生词应当是关于如图1那样取向的装置而言的。然而，可以理解的是，除非明确指明情况相反，否则该装置可采用多种替代取向和步骤次序。同样可以理解的是，附图中所示出的和以下说明书中所描述的特定装置和过程仅仅是随附权利要求中限定的专利技术构思的示例性实施例。因此，除非权利要求明确说明，否则与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特征不应当被理解为限制性的。本文描述的一些实施例涉及涡轮旋转散热器，其中风扇和散热器集成在诸如叶轮的旋转传热结构中。涡轮旋转散热器可用于冲洗流体，从而从集成电路电子器件、固态和集成器件如CPU和GPU、放大器和晶体管等中提取热量。对流传热通过桨叶(翅片)的旋转叶片之间的高速流体喷射(flowing)而大大地增强。参照图1A中所示的实施例，示出了涡轮旋转散热器10具有旋转传热结构12(例如叶轮或旋转盘)，旋转传热结构12具有由导热材料制成的轴对称主体，主体具有用于将流体从入口端口泵送到出口端口的翅片14。涡轮旋转散热器10还包括用于使传热结构12旋转的马达20，以在蜗壳30的入口端口34和出口端口36之间提供压头(图1B)。另外，涡轮旋转散热器10可包括机械系统40，该机械系统承载作用在旋转传热结构12上的惯性力，从而允许精确设定旋转传热结构12相对于储热器50的距离而无需与旋转传热结构12实体接触。机械系统40将直径为D的旋转传热结构12与储热器50之间的距离h_gap设定在介于D的2.5e-4倍和D的5e-3倍之间的范围内。马达20可以在接近入口端口34处固定到机械系统40。设置有蜗壳30或外壳，以用于支撑压头的两个流体端口(入口端口34和出口端口36)以及将流限制在不同压力之间。这种蜗壳30可以固定到储热器50上。图1B中示出了蜗壳30和涡轮旋转散热器的其他部件的示例。蜗壳30设置有定向翅片32。翅片32可位于入口端口34处以将流定向，从而降低流体速度并增加压头。如图1B所示，具有贝氏弹簧40a等的轴54可以附接到储热器50，轴承52可以在轴54之上滑动，以用于固定旋转传热结构12。马达20和机械系统40—如下所述、其也可以是另一贝氏弹簧—也滑动到轴54上。然后，蜗壳30可以在轴54之上滑动。如上所述，旋转传热结构12(在此也称为“叶轮”)设置有翅片14或类似结构，使得相对于蜗壳30提供流体部分。翅片14可以沿流方向h(s)(图2A)渐缩，根据关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，所述设备包括：导热结构，所述具有第一表面；旋转传热结构，所述旋转传热结构用于借助与所述导热结构的所述第一表面接触的边界层从所述导热结构中提取热量；马达，所述马达用于使所述传热结构相对于所述导热结构旋转；以及竖向固定机构，所述竖向固定机构用于使所述旋转传热结构在所述导热结构上方旋转而不与所述导热结构接触，以便在所述导热结构与所述旋转传热结构之间限定边界层，其中，所述旋转传热结构借助所述边界层从所述导热结构中提取热量，并且其中，所述导热结构的所述第一表面包括湍流器，以通过共振机制促进所述湍流器中形成的涡度的不稳定性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.30 US 62/428,0121.一种设备，所述设备包括：导热结构，所述具有第一表面；旋转传热结构，所述旋转传热结构用于借助与所述导热结构的所述第一表面接触的边界层从所述导热结构中提取热量；马达，所述马达用于使所述传热结构相对于所述导热结构旋转；以及竖向固定机构，所述竖向固定机构用于使所述旋转传热结构在所述导热结构上方旋转而不与所述导热结构接触，以便在所述导热结构与所述旋转传热结构之间限定边界层，其中，所述旋转传热结构借助所述边界层从所述导热结构中提取热量，并且其中，所述导热结构的所述第一表面包括湍流器，以通过共振机制促进所述湍流器中形成的涡度的不稳定性。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述旋转传热结构是旋转盘。3.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中所述湍流器构造成具有几何无量纲参数λ<5E-3，其中λ＝h/Φ，h是所述导热结构与所述旋转传热结构之间的平均间隙高度，以及Φ是所述旋转传热结构的直径。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述设备具有间隙高度旋转雷诺数Reh<1E2，其中Reh＝hΦω/v，h是所述导热结构与所述旋转传热结构之间的平均间隙高度，Φ是所述旋转传热结构的直径，ω是所述旋转传热结构的转速，以及ν是流体运动粘度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述湍流器构造成具有几何无量纲参数δ<1E1，其中δ＝d/(λΦ)，d是各所述湍流器的体积/浸润表面，λ是几何无量纲参数，其等于λ＝h/Φ，h是所述导热结构和所述旋转传热结构之间的平均间隙高度，Φ是所述旋转传热结构的直径。6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述湍流器的数量限制为1E-2<Lc/Φ<1E-1，其中Lc是湍流器在流线方向上的平均距离，并且Φ是所述旋转传热结构的直径。7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中所述设备呈现1E1δ<Lc/Φ<1E-1δ的凹坑共振条件，其中Lc是湍流器在流线方向上的平均距离，δ＝d/(λΦ)，d是每个湍流器的体积/浸润表面，λ是几何无量纲参数，其等于λ＝h/Φ，h是导热结构和旋转传热结构之间的平均间隙高度，Φ是旋转传热结构的直径。8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中所述旋转传热结构包括在所述旋转传热结构的中心部分中的入口端口，所述入口端口允许空气流经所述入口端口流到所述边界层。9.一种装置，所述装置包括：储热器；旋转传热结构，所述旋转传热结构具有轴向对称的主体，所述主体由导电材料制成，所述主体具有用于将流体从入口端口输送到出口端口的翅片；马达，所述马达用于使所述旋转传热结构相对于散热器旋转；以及贝氏弹簧组件，所述贝氏弹簧组件承载作用在...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·R·加西亚波朗科，J·P·P·多伊尔，R·帕格尼尼，F·马斯特朗格罗，
申请(专利权)人：惠而浦有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US