用于电子冷却应用的微管／多端口逆流散热器设计制造技术

一种逆流散热器包括沿着第一方向串联配置的多个分层冷却芯，其中，该第一方向与用来冷却流过逆流散热器的流体的气流方向相同。受热流体在第一端输入逆流散热器并且在蛇形路径中流过各冷却芯到达逆流散热器的第二端，从而在与气流的方向相反的方向上有效地前进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种用于冷却发热设备的装置，并且具体地涉及一种流体冷却 应用中使用的流体_空气换热器。
技术介绍
对具有高散热性的高性能集成电路的冷却在电子器件冷却领域中带来巨大挑战。利用热管和装配有风扇的散热片的常规冷却不足以冷却瓦特要求不断增长的芯片。 冷却电子器件内的集成电路的一个具体问题在于在相同尺寸或者更小底板内配置数目更多大量和功率更大的集成电路。随着开发出功率更大的集成电路(各自具有密度增加的发热晶体管)，各单独集成电路产生的热持续增长。另外，越来越多的集成电路如图形处理单元、微处理器和多芯片组添加到电子器件，如电子器件服务器和个人计算机。另外，功率更大和数量更多的集成电路添加到相同或者更小尺寸的底板，由此增加因这些设备而生成的每单位的热。在这样的配置中，常规底板在提供充分冷却解决方案中提供了有限尺度。常规地，使用散热片和在散热片之上吹空气的大型风扇，或者简单地通过在包含集成电路的电路板之上直接空气，来冷却集成电路。然而，考虑设备底板内的空闲空间有限，可用于冷却集成电路的空气量和可用于常规冷却装置如散热片的空间是有限的。闭环液体冷却提供了针对常规冷却方案的替代方法。闭环液体冷却解决方案比空气冷却解决方案更高效地向环境排热(reject heat)。闭环冷却系统包括用于从热源接收热的冷板、具有用于散热的风扇冷却的散热器和用于通过闭环驱动液体的泵。各部件的设计常常是复杂的并且要求针对具体应用进行详细分析和优化。 图1图示了配置有单向流体流的第一常规散热器2。散热器2配置有流体输入头 部(header) 10、流体输出头部12、受热流体流过的成组平行流体通道14以及热耦合到成组 流体通道14的成组冷却鳍16。受热流体进入流体输入头部10并且流入流体通道14。流 体通道14和冷却鳍16由导热材料制成以增强从流过流体通道14的流体到冷却鳍16的热 传递。冷却鳍16暴露于气流以便进行冷却。在与流过流体通道14的流体流方向垂直的方 向上提供气流。在这一配置中，各流体通道14暴露于相同温度的气流。由于各流体通道14 中的流体温度相同并且与各流体通道14相交的空气温度相同，所以在流体温度与空气温 度之间的温度差对于各流体通道14而言相同。冷却的流体从流体通道14流向流体输出头部12并且流出散热器2。 图2图示了配置有双向流体流的第二常规散热器4。散热器4配置有第一流体头 部20、第二流体头部22、第一组平行流体通道24、第二组平行流体通道25以及热耦合到第 一组流体通道24和第二组流体通道25的成组冷却鳍26。第一组流体通道24平行于第二 组流体通道25。受热流体进入第一流体头部20并且流入第一组流体通道24。第一流体头 部20包括流体分隔器28，该流体分隔器被配置成防止向第一流体头部20输入的流体经由 第一流体头部20进入第二组流体通道25。流体通道24和冷却鳍26由导热材料制成以增 强从流过流体通道24的流体到冷却鳍26的热传递。冷却鳍26暴露于气流以便进行冷却。 冷却的流体从流体通道24流向第二流体头部22并且引入流体通道25。流体通道25由导 热材料制成以增强从流过流体通道25的流体到冷却鳍26的热传递。进一步冷却的流体从 流体通道25流向第一流体头部20并且流出散热器4。流体分隔器28防止流出流体通道 25的流体重新循环到流体通道24中。 与在第一常规散热器2中一样，气流在与流体流过流体通道24、25的流体流方向 垂直的方向上提供给第二常规散热器4。在这一配置中，各流体通道24、25暴露于相同温度 的气流。然而，流过第二组流体通道25的流体相对于流过第一组流体通道24的流体更凉。 由于与各流体通道24、25相交的气流的空气温度相同，所以在气流与流过第一组通道24的 流体之间的温度差比在气流与流过第二组流体通道25的流体之间的温度差更大。因此，散 热器4的冷却效率不均匀。 散热器的性能依赖于冷却鳍之上的空气流速、经过流体通道的流体流速、冷却鳍 的表面区域以及在空气与流体之间的温度差。 需要一种用于冷却电子器件内的集成电路的更高效的冷却方法。也需要一种在给 定空间约束内增加冷却性能的冷却方法。
技术实现思路
—种逆流散热器由空气冷却，并且适用于在电子系统中进行流体冷却。受热流体 如受热液体或者两相流体进入逆流散热器，并且行进经过包括多个微管道如微管、微通道 或者微端口的流体路径，而又将热从流体排放到耦合到微管道的鳍组件中。在鳍组件的表 面之上引导气流以将来自鳍组件的热散到空气中。逆流散热器配置有多个冷却芯。各冷却 芯包括至少一层微管道和在彼此上下交替堆叠的至少一层冷却鳍组件。冷却芯沿着第一方 向串联耦合在一起。也沿着第一方向引导气流。鳍在气流方向上对准。受热流体通过第一 头部中的一个或者多个入口点进入逆流散热器。 一个或者多个入口点定位于逆流散热器的 空气排出侧上。受热流体沿蛇形路径前进，该路径与气流路径多次相交地穿过多个冷却芯， 并且受热流体通过第二头部中的一个或者多个出口点离开逆流散热器。 一个或者多个出口 点定位于逆流散热器的空气引入侧上。根据冷却芯的数目，一个或者两个头部包括有选择 性地分离多个冷却芯并且有助于蛇形流体路径的一个或者多个分隔器。逆流散热器配置通 过使流体在气流的相反方向上流动，由此使最热温度的流体暴露于最热温度的空气而最冷 温度的流体暴露于最冷温度的空气，来提高散热器的热效率。在逆流散热器的一些实施例 中，在散热片的宽度内在气流方向上存在恒定温度差。 在一个方面中， 一种流体_空气换热器包括多个流体_空气冷却芯、第一流体头部7和第二流体头部。各冷却芯包括至少一层一个或者多个导热流体管道和耦合到至少一个流 体管道层的至少一层导热冷却鳍，其中各流体管道沿着从冷却芯的第一端到冷却芯的第二 端的第一方向配置，另外其中多各冷却芯沿着与第一方向垂直的第二方向并排堆叠，从而 使多个冷却芯的流体管道平行布置。第一流体头部耦合到各冷却芯的第一端，其中第一头 部包括配置成接收输入流体的入口端口。第二头部耦合到各冷却芯的第二端，其中第一头 部和第二头部被配置成沿着第二方向将流体流从与第一头部的第一端口最近的第一冷却 芯串行引向各相继堆叠的冷却芯。 第二冷却芯在多个堆叠冷却芯内被定位得与第一冷却芯最远。在一些实施例中， 第二冷却芯被配置成沿着第二方向将进入气流接收到流体-空气换热器中，而第一冷却芯 被配置成从流体_空气换热器排出气流。如果冷却芯的数目为偶数，则第一流体头部包括 配置成输出从第二冷却芯接收的流体的出口端口。在这一配置中，第一头部包括分离入口 端口与出口端口的至少一个分隔器。如果冷却芯的数目为奇数，则第二流体头部包括配置 成输出从第二冷却芯接收的流体的出口端口。在这一配置中，第一头部和第二头部共计包 括配置成经由多个冷却芯将流体流从入口端口引向出口端口的至少一个流体分隔器。流体 在第一头部、第二头部之间并且以蛇形方式从冷却芯到冷却芯流动。在一些实施例中，输入 流体的温度高于从出口端口输出的流体的温度。在这一情况下，沿着从第一冷却芯到第二 冷却芯的第二方向形成热到冷的流体温度梯度。在一些实施例中，引入气流的温度比排出 气流的温度更冷。在这一情况下，沿着从第一冷却芯到第二冷却芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体－空气换热器，包括：ａ．多个流体－空气冷却芯，各冷却芯包括至少一层一个或者多个导热流体管道和耦合到至少一个流体管道层的至少一层导热冷却鳍，其中各流体管道沿着从所述冷却芯的第一端到所述冷却芯的第二端的第一方向配置，另外其中所述多个冷却芯沿着与所述第一方向垂直的第二方向并排堆叠，从而使所述多个冷却芯的所述流体管道平行配置；ｂ．第一流体头部，耦合到各冷却芯的第一端，其中所述第一头部包括配置成接收输入流体的入口端口；以及ｃ．第二头部，耦合到各冷却芯的第二端，其中所述第一头部和所述第二头部被配置成沿着所述第二方向将流体流从与所述第一头部的所述入口端口最近的第一冷却芯串行引向各相继堆叠的冷却芯，其中在所述多个堆叠冷却芯内位置与所述第一冷却芯最远的第二冷却芯被配置成沿着所述第二方向将引入气流接收到所述流体－空气换热器中，并且所述第一冷却芯被配置成从所述流体－空气换热器排出所述气流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J霍姆，G宇帕德海厄，周平，P特萨奥，F兰德里，
申请(专利权)人：固利吉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]