冷却发热构件用的热量散发系统技术方案

雾化一液体冷却剂（４０）的一雾化器（５０）设置在一密封机壳（２０）内。该雾化的液体冷却剂（４０）如一层薄膜分布在诸发热构件（３０）的表面和密封机壳（２０）的壁上。通过蒸发该薄膜液体冷却剂的至少一部分从诸发热构件（３０）的表面转送热量。冷却剂蒸气冷凝在机壳（２０）和其他冷却表面上并返回到液体状态。然后使用传统的热量转送机构（２２）从机壳（２０）的外表面驱散系统热量。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及用于要求冷却功能有效的装置的冷却系统，特别涉及对于在操作期间能产生热量的电子系统、装置、电路板和插板的冷却系统。
技术介绍
在对微芯片、电路板、电路插板、多芯片微型组件、电源/变换器和功率放大器和其它发热零件(此后称之为“构件”)的迅速增长的使用中伴随发生的其中一个问题，就是必须驱散由这些电子元件产生的热量。为使这些元件更有效地工作并减少发生故障的危险性，必须将这些电子元件保持在某个所希望的温度范围内。近来，已有使用一些冷却电子元件的方法。其中一个最普通的冷却办法是，在内置有电子元件的机壳内放几台风扇并使空气吹过这些元件。但是，在工作中不同的电子元件产生不同量的热量而导致过热点。散热器已被用来克服过热点问题。但是，随着电子元件的输出瓦数的继续增长，为了实现所需的冷却，散热器就会变得过大。为了将在机壳内的热量驱散掉，在内装电子元件的机壳上安装了许多外部翅片。在完善的系统内，在电子元件的四周布满了内含冷却流体的冷却管道，以便将热量传到外部热交换器。但是，比起本专利技术，冷却管和热交换器使空间变得较拥挤，而且较昂贵。电子硬件制造商引入了高级系统，以在电子元件的四周和直接接触于电子元件的方式循环在元件机壳里的液体冷却剂，并然后再循环流回该机壳内。液体冷却剂通常在电子元件的机壳外面收集并传送给一热交换器/冷凝器。这样的系统较昂贵，也使空间变得拥挤。此外，这样的系统的效率不高，因为它们只是单相冷却。较多的对用于电子元件和其它发热零件的液体冷却系统的商业性研究和开发均集中在液体冷却剂的射流冲击的有关领域，这股冲击液体是由直接喷射在被冷却的表面上的一股或几股高速窄射流组成。射流冲击会与喷洒冷却相辊淆，尤其是在这点上，即两种冷却方法中的液体冷却剂均是从一孔中放出并引向待冷却的表面上。但是，在流体动力学和热传输机理方面，在液体射流冲击与在一较大面积上的具有良好分布并为液滴雾化喷洒的撞击之间，还是存在许多基本和重要的差别。射流冲击冷却有其局限性，它次于喷洒冷却。在表面上它不提供均匀的冷却，对于一相等的平均热流量来说，要求流速较高，并在比喷洒冷却更低的临界热流量(CHF)时要烧尽(转变为蒸汽膜沸腾，也必然提高了表面温度)。当由一射流冷却时，某一区域的外周区在一较低的热量时，由于热传导系数较低，转变为膜沸腾(因此，在此发生临界热流量)。这样，既减少了对这些区域里的热量的驱除，也提高了局部的表面温度。这样就突然将一种递增的较大的热量驱除负担施加于内部区域上，这是不能适应的，因为在传热能力方面并未相应地增长。如此，该膜沸腾现象很快沿径向朝里传开。为了用射流冲击实现较好的冷却，企图增加喷嘴数量，从而减小由每个喷嘴冷却的面积。但是，传送和排除大量流体的几何方面的增加的困难很快抵消了其优越性，因此射流冲击对于起雾的大面积是不实用的。正如从下面的描述会变得清晰的，本专利技术没有这样的限制性。在单相射流冲击冷却领域里，发布了许多专利包括有美国专利4,108,242；4,912,600；4,838,041和3,844,343。为实现较有效的冷却，有许多对喷洒冷却能力的调查研究和设想。喷洒冷却包括一蒸发相变化的附加优点。数个专利，包括美国专利4,643,250；4,790,370；4,643,250；4,352,392和4,967,829提供了对蒸发冷却的已有技术的理解。总的说来，已有技术并未取得成功，其原因不是传统的雾化器不适用于可行的喷洒冷却，就是长喷洒距离和系统体积导致无效。美国专利5,220,804揭示了一种在一广范围同内喷洒的雾化的液体，该液体冲击在被冷却的电子元件的表面上。在一蒸发相变化过程中热量被传送给冷却剂。蒸汽和液体被收集和移送到一外部冷凝器。尽管这样一个系统具有蒸发相变化冷却的优点，蒸发和冷凝过程不是本身包含在发热元件的机壳内的，液体冷却剂和蒸汽由一外部泵和冷凝器收集并再循环。在许多应用中，包括电信、航空电子学和军事方面，十分希望有整装的设备而不带任何外部系统。这样的整装系统在空间受限制的系统里是有利的，并能防止发生潜在的EMI问题。此外，尽管美国专利5,220,804的雾化器在性能上在许多方面优于以前的现有的雾化器，但该雾化器也不能适用于所有的使用情况。专利技术概述本专利技术克服了在用于微芯片、电路板、电路插板、多芯片微型组件、电源变换器和功率放大器和其它发热零件(此后称之为“构件”)的冷却系统的已有技术中存在的明显的热分布和冷却问题。本专利技术是一等温系统，该系统承担由诸电子元件工作时产生的热量的点源，并将此热量散布于整个系统中，这样，可有效地驱散此热量。本专利技术使用一种雾化的液体冷却剂发散在一密封机壳内的诸构件产生的热量。本专利技术包括一雾化器，用来雾化液体冷却剂，并用冷却剂的雾/喷雾充满该密封的机壳。该雾化的液体冷却剂在诸发热构件的表面上分布成一层薄膜。通过该液体冷却剂的薄膜层的至少一部分的蒸发，使热量从诸发热构件的表面向外转送出去。附图简要说明通过参阅下面结合诸附图的详细描述，将对本专利技术有较全面的理解。其中附图说明图1是一包含诸电子元件的壳体和本专利技术的热量分布系统的分解立体图；图2是图1中的一包含诸电子元件的壳体和热量分布系统的端视图；图3是图1中的一包含诸电子元件的壳体和热量分布系统的正视图；图3A是一喷洒室和图1中的热量分布系统的喷洒板的部分的正视图；图4是图1中的热量分布系统的喷洒板的侧视图；图5是图4的喷洒板的部分俯视图；图6是本专利技术的热量分布系统的第二实施例；图7是本专利技术的热量分布系统的第三实施例；以及图8是本专利技术的热量分布系统的第四实施例。详细描述现在参阅诸附图，其中的相同的编号表示所有附图中的相同或类似的部分。先看图1，其中表示了封闭安装在诸构件插板31上的诸电子元件30用的密封机壳20，其中的诸构件卡31被保持在一典型的构件盘32里。还表示了包括有诸雾化器50的液体冷却剂喷洒板100和冷却翅片22。现在看图2、3和3A。其中表示了内含安装在构件卡31上的诸电子元件30的密封机壳20和本专利技术的热量分布系统10的剖视图。本专利技术是在一封闭环境里建立起的一个等温平衡的系统，它承担了由诸电子元件工作时发生的热量的点源，并通过该机壳20内的液体和气体冷却剂40散布热量，这样，通过机壳20和外部冷却翅片22有效地驱散热量。在第一实施例中，热分布系统10产生雾化的冷却剂40的液滴，并喷洒在待冷却的电子元件30的表面上。在操作时，液体冷却剂40地雾化的雾/喷雾将吻合并直接接触于内装在密封机壳20内的诸电子元件30。可以理解的是在此使用的词“雾化”和“被雾化”包括细的和/或粗液滴尺寸的雾/喷雾。还可理解的是在此使用的词“雾化器”包括一种产生一种细的和/或粗液滴尺寸的雾/喷雾用的装置。在薄膜蒸发相变化过程中热量传送给冷却剂40。雾化的液体40可为“FC72”冷却剂，如F1uorinertTM,即由3M公司生产的一种不导电的冷却液体。本专利技术减小或避免了要使用散热片和复杂而昂贵的管道冷却系统，以达到所需的冷却的必要性。在第一实施例(见图1、2和3)中，本专利技术是整装结构的。在许多应用中，包括电信、航空电子学和军事方面，十分希望有整装设备而无外部冷却系统。这样的密封系统使EMI问题变得最小。因为本专利技术缓解了使用散热片造成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发散由发热构件产生的热量的系统，它包括：一机壳，它包含至少一发热构件并包括一液体冷却剂储槽；至少一雾化器，它用于雾化一种液体冷却剂并将该雾化的液体冷却剂分布在该发热构件的表面上；以及一泵，它位于所述机壳内并连接于所述至少一雾 化器，以使被收集在冷却剂储槽内的液体冷却剂再循环。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：莫特L哈维，威廉罗伯特希契，
申请(专利权)人：雷泰昂公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]