一种余热回收型浸没式相变冷却系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种与热管相结合的余热回收型浸没式相变冷却系统。一种余热回收型浸没式相变冷却系统，包括第一冷却装置，还包括第二冷却装置，能量回收装置以及第三冷却装置；所述第一冷却装置用于对发热件进行热交换；所述第二冷却装置用于加强第一冷却装置的散热，所述能量回收装置回收第一冷却装置吸收的热量后为第三冷却装置提供动力源，所述第三冷却装置用于加强对第一冷却装置和第二冷却装置散热。本实用新型专利技术提供了一种余热回收型浸没式相变冷却系统，其具有体积小、均温性良好、高效散热、分级冷却、余热回收、能耗低等优点，适用于冷却电子器件，尤其是小型电子设备，如计算机系统里的发热零部件。计算机系统里的发热零部件。计算机系统里的发热零部件。

【技术实现步骤摘要】
一种余热回收型浸没式相变冷却系统


[0001]本技术涉及一种与热管相结合的余热回收型浸没式相变冷却系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子技术的快速发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛，电子芯片的功率越来越大，体积却逐渐减小。这种情况下，电子芯片单位面积功耗和发热量剧增，目前芯片热流密度已达300W/cm2。如此大的热量如果不能及时散去，造成电子器件不断升温，将会严重影响到电子器件运行的稳定性和寿命。据统计，有超55％的电子器件失效形式都是温度过高引起的，而传统风冷、水冷无法满足更高发热功率散热需求，且难以解决芯片局部热点的问题，因此找到更加合适的冷却技术，对电子设备运行温度进行有效控制至关重要。
[0003]浸没式相变制冷作为一种高效冷却技术，通过实验分析对比，冷却效率明显优于风冷、水冷等传统冷却方式，且具有良好均温性。传统浸没式相变冷却技术通常采用池沸腾与水冷相结合的方式，将发热零部件浸泡在电绝缘冷却液中，使电绝缘冷却液在发热零部件处受热蒸发，受热蒸汽在腔体上方有水通过的冷凝盘管处放热，热量由冷却水循环排放至环境，同时电绝缘冷却液蒸汽液化，重新回到腔体中完成循环。
[0004]然而这种浸没式相变冷却方式需要额外泵功驱动水循环，且冷却装置体积庞大，需要占用空间、提高投资成本，电绝缘冷却液相变产生的大量热能被浪费，因此还需要顺应电子器件小型化、集成化的发展趋势、响应“碳中和”、“碳达峰”号召，进一步改善浸没式相变冷却系统。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本技术提供了一种余热回收型浸没式相变冷却系统，其具有体积小、均温性良好、高效散热、分级冷却、余热回收、能耗低等优点，适用于冷却电子器件，尤其是小型电子设备，如计算机系统里的发热零部件。
[0006]本技术所采用的技术方案是：
[0007]一种余热回收型浸没式相变冷却系统，其特殊之处在于：
[0008]包括第一冷却装置，
[0009]还包括第二冷却装置，能量回收装置以及第三冷却装置；
[0010]所述第一冷却装置用于对发热件进行热交换；
[0011]所述第二冷却装置用于加强第一冷却装置的散热，所述能量回收装置回收第一冷却装置吸收的热量后为第三冷却装置提供动力源，所述第三冷却装置用于加强对第一冷却装置和第二冷却装置散热。
[0012]优选地，上述第一冷却装置包括腔体，所述腔体内设有冷却液。
[0013]发热件放置在腔体内，部分或全部浸入冷却液中，冷却液吸收发热件产生的热量，蒸发，发生相变，大量气泡从发热零部件处冒出，产生热量被冷却液蒸汽带走。相变后蒸汽
聚集在腔体上部空间。
[0014]优选地，上述第二冷却装置为热管，所述热管设置在腔体上部。
[0015]优选地，所述热管的蒸发段伸入腔体内，热管的冷凝段暴露在空气中。
[0016]为加强第二冷却装置的散热能力，所述热管优选导热铜管热管，数量为多个。
[0017]为加强第二冷却装置的散热能力，所述热管垂直设置。
[0018]为加强第二冷却装置的散热能力，多个热管阵列分布，例如，热管按多排分布，每排的热管等间距设置，相邻两排的热管错位设置。
[0019]优选地，上述能量回收装置包括集热装置、能量转换装置和散热件。
[0020]在本技术中的一些实施例中，所述集热装置为鳞片平板散热器，鳞片平板散热器包括一平板以及设置在平板上的多个肋板，所述肋板位于腔体内进行集热，平板部分暴漏于空气中；所述能量转换装置为半导体温差发电片，半导体温差发电片设置在鳞片平板散热器的平板上；所述散热件为热管散热器，热管散热器设置在半导体温差发电片上。所述温差发电片冷面紧贴所述热管散热器，热面紧贴所述鳞片平板散热器，通过导热硅脂连接，在其两端形成稳定温差。
[0021]在本技术中的一些实施例中，所述热管散热器由热管及翅片组成。
[0022]优选地，上述第三冷却装置包括风扇。
[0023]在本技术中的一些实施例中，风扇由一个电动机、风扇扇叶、金属支架组成，用于冷却热管散热器和导热铜管热管冷凝段。
[0024]优选地，上述腔体，为顶部开口的箱体，顶部开口有边沿，顶部被金属盖板覆盖密封。
[0025]优选地，上述金属盖板由上下两块盖板组成。
[0026]所述上盖板上设有大圆孔、数个小圆孔以及若干矩形孔，所述下盖板被加工成“回”字型，下盖板内侧尺寸与所述腔体外侧尺寸相同。
[0027]优选地，上述大圆孔用于所述腔体内中发热件的电源线接出，所述数个小圆孔用于安装所述导热铜管热管，所述矩形孔用于安装所述鳞片平板散热器。
[0028]优选地，上述大圆孔用航空插头密封，所述电子器件发热零部件电源线通过航空插头转接，对所述导热铜管热管、所述鳞片平板散热器与所述小圆孔、矩形孔采用焊接连接保证腔体密封性良好。
[0029]优选地，上述风扇安装在热管散热器前方，正对所述热管散热器。
[0030]优选地，上述金属支架固定在热管散热器前方，所述电动机与所述半导体温差发电片相连，所述半导体温差发电片为所述电动机提供电能。
[0031]与现有技术相比，
[0032]1)针对市面上浸没式相变冷却系统体积较大的问题。本技术采用池沸腾与热管相结合的方法，放弃了水循环冷却系统，大大减小了浸没式冷却系统体积、降低安装成本、节省空间；
[0033]2)针对传统浸没式相变冷却系统相变释放的大量热能被浪费的问题。本技术结合温差发电技术，将热能转化为电能，为风扇供电，使风扇工作冷却热管散热器及导热铜管热管冷凝段，强制对流换热将热量散出，本技术能够实现余热回收利用；
[0034]3)本技术可以实现分级冷却功能。小热流密度时，温差发电片输出电压不足
以维持风扇运转，风扇停止工作，此时热管冷凝段自然对流便可满足散热需求，大热流密度下，温差发电片两端形成足够的稳定温差为风扇供电，风扇工作冷却热管散热器及导热铜管热管冷凝段，强制对流换热将热量散出；
[0035]4)本技术将池沸腾、热管两种高效冷却方式相结合，均温性良好，热阻是传统风冷的1/10，冷却效率较高；
[0036]5)本技术使用热管代替传统浸没式相变冷却的循环水系统，节省了水泵泵功，并结合温差发电技术回收余热，若推广使用能够大大降低浸没式相变冷却系统能耗.
附图说明
[0037]图1为本技术的立体结构图(未带电子发热零部件，仅由模拟热源替代)；
[0038]图2为图1的正视图；
[0039]图3为图1的左视图；
[0040]图4为图1的右视图；
[0041]图5为腔体结构示意图；
[0042]图6为半导体温差发电片结构图；
[0043]图7为热管散热器结构图；
[0044]图8为鳞片平板散热器结构图
[0045]图9为上、下盖板加工示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种余热回收型浸没式相变冷却系统，其特征在于：包括第一冷却装置，还包括第二冷却装置，能量回收装置以及第三冷却装置；所述第一冷却装置用于对发热件进行热交换；所述第二冷却装置用于加强第一冷却装置的散热，所述能量回收装置回收第一冷却装置吸收的热量后为第三冷却装置提供动力源，所述第三冷却装置用于加强对第一冷却装置和第二冷却装置散热。2.根据权利要求1所述的一种余热回收型浸没式相变冷却系统，其特征在于：第一冷却装置包括腔体，所述腔体内设有冷却液。3.根据权利要求2所述的一种余热回收型浸没式相变冷却系统，其特征在于：所述第二冷却装置为热管，所述热管设置在腔体上部，所述热管的蒸发段伸入腔体内。4.根据权利要求3所述的一种余热回收型浸没式相变冷却系统，其特征在于：所述热管为导热铜管热管，数量为多个。5.根据权利要求4所述的一种余热回收型浸没式相变冷却系统，其特征在于：所述热管垂直设置，所述热管阵列分布。6.根据权利要求5所述的一种余热回收型浸没式相变冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳靖，王宇涛，钟富豪，杨朔，陈佳军，苗庆硕，刘一鸣，刘秀芳，侯予，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：