一种高性能被动式相变散热系统及其应用技术方案

本发明专利技术提供一种高性能被动式相变散热系统，包括微槽群蒸发器和冷凝器，其特征在于：所述微槽群蒸发器连接有毛细泵环管路，该毛细泵环管路与所述冷凝器相连接。采用该散热系统有利于对高热流密度的发热体进行充分的散热冷却，从而满足高性能芯片、高能激光、光通讯或其他机电器件的散热要求。本发明专利技术还提供一种用于台式计算机的相变散热系统，以较大的换热能力满足各种台式计算机的冷却要求。本发明专利技术还提供一种有利于提高总换热量的用于笔记本电脑等小空间内的散热系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对发热的工作元件或部件进行被动式相变热交换的技术，特别是一种高性能被动式相变散热系统及其应用，具体应用包括用于台式计算机的相变散热系统和用于笔记本电脑等小空间内的散热系统。
技术介绍
高性能芯片(High performance chip)的发热密度即将要达到60W/cm2的程度。这样的热流密度与轻水炉反应堆(LWR)的炉心热流密度为同一水平，但前者要求的散热面温度与环境温度之差较后者要低得多。计算机的热控技术亦即冷却技术要求，既要满足其许容上限温度(约100oC)，又要满足不断提升的散热热流密度，这已成一个国际性的技术难题。目前普遍使用的一般尺度的空冷技术的冷却能力，在一般流动速度时(例如20m/s)，要比上述高性能芯片的发热密度低一个数量级。要强化空冷技术冷却能力，有主动方法和被动方法。被动办法就是要将换热器流路微细化以强化换热性能和增加换热面积(如增加微槽道等)。主动办法主要有提高工质流速及降低冷却工质的进口温度等。这些强化方法都涉及到微系统及微传热问题，如提高微动力系统(Micro repowermg system)(提高工质流速)、微冷冻系统(降低冷却工质温度)和微风扇系统(提高与环境间的对流换热)性能。计算机的相变冷却技术是区别于空冷技术的另一类正在开发和发展的新型冷却技术。相变蒸发热流密度的理论极限比目前计算机最高热流密度还要高出约两个数量级。且温度条件满足计算机的许容上限温度。目前与之相关的有微热管技术(又分为毛细型、强制震动型及自励振荡型等)及微槽群蒸发型热沉技术，国际上已有不少国家基金和大型企业投入了不少资金进行开发研究。但总的来说，由于受微细管内的流动特性的制约，普通微热管技术已遇到了目前无法克服的发展瓶颈一临界热流制约问题，导致其总热输送能力无法有效提高。目前国内最好的被动式冷却技术(热管技术)散热能力有限。比如，国内的台式计算机的冷却方法主要为翅片加风扇方式，技术上是在翅片工艺及风扇性能上下功夫。而要求体积小、散热功率大的笔记本电脑的冷却系统基本上都是从国外和主机配套引进。可以说，在国内国外，LSI的冷却问题(包括CPU、HDD、FDD和LCD)将是制约计算机性能的最主要、也是最迫切的因素。同时，高能激光，光通讯等领域也对功率大及体积微小的散热器也提出了新的要求。因此，随着微电子技术的飞速发展、我国各种尖端技术的迅速提升及国防工业的现实需要，研究开发具有自主知识产权的包括计算机在内的微电子器件的散热技术有着重大的现实意义和经济价值。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足或缺陷，提供一种高性能被动式相变散热系统。采用该散热系统有利于对高热流密度的发热体进行充分的散热冷却，从而满足高性能芯片、高能激光、光通讯或其他机电器件的散热要求。本专利技术还提供一种用于台式计算机的相变散热系统，以较大的换热能力满足下一代台式计算机的冷却要求。本专利技术还提供一种有利于提高总换热量的用于笔记本电脑等小空间内的散热系统。本专利技术总的技术构思如下基于对国内外微电子及微系统器件微散热技术的研究现状及需求的分析，发展出一种高性能微槽群相变冷却模式，通过利用毛细泵环管路使得微槽群蒸发器与冷凝器实现空间隔离的结构设计来提高对高热流密度发热体的散热冷却能力，研制出满足各种微小尺寸的高性能被动式冷却元件以及满足下一代各种计算机以及其它极端环境中先进电子器件的散热系统，解决军事领域的特许需要和IT产业面临的热问题。本专利技术的技术方案如下高性能被动式相变散热系统，包括微槽群蒸发器和冷凝器，其特征在于所述微槽群蒸发器连接有毛细泵环管路，该毛细泵环管路与所述冷凝器相连接。所述微槽群蒸发器包括微槽群蒸发换热元件，该蒸发换热元件的蒸发面上分布有密集的微毛细槽，微毛细槽内产生的毛细力能够使液体吸入槽内，从而使槽内液体在气、液、固三相接触线附近形成弯月面蒸发换热。所述微槽群面层为TiO2材料层或其它亲水材料层，用于对微槽群面进行超亲水处理。所述微毛细槽为直槽，槽宽为0.01-1mm，槽深为槽宽的1-4倍。所述槽宽为0.1-0.5mm。所述毛细泵环管路包括蒸气输送管路部分和液体回流管路部分，并且在管路中设置有单向阀。所述液体回流管路部分的出口端对接于微槽结构，该微槽结构用于对毛细泵环管路中的回流液体进行毛细驱动。所述冷凝器为自然冷却式冷凝器、强制空冷式冷凝器、水冷式冷凝器或采用高分子网格状络合膜的强化高效冷凝器。用于台式计算机的相变散热系统，其特征在于包括用于芯片散热的微槽群蒸发器和冷凝器，所述微槽群蒸发器连接自毛细泵坏管路，所述冷凝器位于台式计算机的机箱两侧，所述毛细泵环管路与所述冷凝器相连接。用于笔记本电脑等小空间内的散热系统，其特征在于包括用于CPU散热的微槽群蒸发器和冷凝器，所述微槽群蒸发器连接有毛细泵环管路，所述冷凝器分别位于笔记本电脑的显示屏背板层和主机背板层，所述毛细泵环管路与冷凝器相连接，并在笔记本电脑的旋转轴处采用软管路。本专利技术的技术效果如下由于本专利技术的高性能被动式相变散热系统，通过利用毛细泵环管路使得微槽群蒸发器与冷凝器实现空间隔离的结构设计来提高散热冷却能力，使得该散热系统有利于对高热流密度的发热体进行充分的散热冷却，从而满足高性能芯片、高能激光、光通讯或其他机电器件的散热要求。由于微槽群蒸发器采用微槽群蒸发换热元件，通过蒸发面上分布的密集的微毛细槽充分利用毛细现象，微槽内产生的毛细力使液体吸入微槽内。每个槽内液体在三相(气、液、固)接触线附近有一微小的弯月面，该弯月面的蒸发具有极大的局部换热系数。通过设计最佳的尺寸及结构布局，充分揭示微槽内相变传热传质及临界热负荷产生的机理，其换热量有可能高于或几倍于一般池内沸腾的临界热负荷。且具有换热尺寸任意，总换热量极大等特点。因而该换热技术有可能在今后超微电子及微系统器件散热以及航天器部件散热等方面，有着重要的应用前景。由于微槽群面层为TiO2材料层或其它亲水材料层，用于对微槽群面进行超亲水处理，从而得到强化的微槽群蒸发换热元件。由于微毛细槽为直槽，槽宽为0.01-1mm，槽深为槽宽的1-4倍；而且槽宽可进一步优选为0.1-0.5MM；这就针对开式微槽群蒸发传热面，能够得到最佳的微槽尺寸参数及最佳结构设计(多层、组合微槽及外置型毛细力强化结构等)。由于管路中设置有单向阀，这就能够充分保证蒸气与液体单向流动，使得不设置液泵的整个CPL回路即毛细泵环管路中，通过回路的几何设计决定回路系统中的各节点压力，从而有利于系统的正常运行。由于液体回流管路部分的出口端对接于微槽结构，该微槽结构用于对毛细泵环管路中的回流液体进行毛细驱动，这就是说，通过运用回路与蒸发器的对接技术，不仅实现回液管回流的液体连续补充到蒸发器内，而且可以实现最佳设计方案，将液体连接补充到蒸发面上，从而可以克服重力对流动的阻力影响，同时可利用微槽群内毛细力形成的负压增大液体回流的驱动力。由于冷凝器为自然冷却式冷凝器、强制空冷式冷凝器、水冷式冷凝器或采用高分子网格状络合膜的强化高效冷凝器，这就有利于根据不同工况或运行环境进行合理配置。由于本专利技术的用于台式计算机的相变散热系统，是基于一个总的专利技术构思，在利用毛细泵环管路使得微槽群蒸发器与冷凝器实现空间隔离的结构设计来提高对高热流密度发热体的散本文档来自技高网...

【技术保护点】
高性能被动式相变散热系统，包括微槽群蒸发器和冷凝器，其特征在于：所述微槽群蒸发器连接有毛细泵环管路，该毛细泵环管路与所述冷凝器相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵耀华，
申请(专利权)人：赵耀华，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]