利用液体沸腾的低成本沸腾冷却器制造技术

提供了一种利用沸腾两相冷却的低成本沸腾冷却器。当沸腾蒸发成为利用沸腾增强表面在包含冷却液的容器内部显著地增加泡核沸腾传热的沸腾冷却器散热的主要方式时，容器的主体壳至少部分地可由减少制造成本的便宜材料制成。主体壳还可以是不导电的，以满足某些电子设备冷却应用的需要。冷却液可以使用例如水的低成本介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用液体沸腾的低成本淬腾冷却器背景信息专利
本专利技术涉及用于多种冷却应用的利用泡核沸腾传热(nucleate boilingheat transfer)的低成本沸腾冷却器(boiling cooler)的设计和制造。
技术介绍
来自电子器件的不断增加的热通量已经促使人们寻求更有效且便宜的冷却技术。液体沸腾，而不是单相传热或基于蒸发的两相冷却(例如热管中的热虹吸)，正成为有吸引力的选择，因为其能产生非常高的传热系数，且可以获得穿过器件和/或器件阵列表面的更均匀的温度分布。另外，发展了许多沸腾增强方案，以克服用于冷却电子器件的某些最适当的绝缘冷却液(dielectric liquid coolant)的差的性能，例如强润湿性、低接触角以及低比热。 一种有前景的沸腾增强方法是使用微孔涂层(microporouscoating),所述微孔涂层提供显著增强的泡核沸腾传热和临界热通量，同时减少初期的滞后现象。利用这些技术的冷却模件(cooling module )使得液体的沸腾至蒸发成为散热的主要方式，而不是常规散热装置中使用的传导或对流。这可导致至少部分地替代或甚至完全消除必需使用金属材料作为冷却器主体框架，或者简化模件设计，而没有复杂的散热器(radiator),从而极大地减少其制造成本。一种目前的电子冷却装置利用空气调节集合管(air-conditioningmanifold )，以通过该装置外壳内的多个孔口或涡流管将冷空气分布到加热电子组件。然而，动力消库毛空气循环系统(power consuming air circulatingsystem)及其复杂的结构使得这种装置昂贵、笨重且不易适应各种各样的电子系统设计。另一种用于电子装置的冷却装置利用了液体冷却和对流的结合。但是液体冷却局限于使用非常低效的泵传动液体循环(pump-drivenliquid circulating )，且可能需要电扇的帮助来强制空气对流以满足热负荷的需要。本专利技术描述的沸腾冷却器在零功率消耗、高传热效率、低成本、物理形状适应性和小型化能力方面克服了那些常规电子冷却装置的许多缺点，使其非常适合于包括电子部件/系统冷却的多种冷却应用。专利技术概述依照本专利技术的利用沸腾两相冷却的淬腾冷却器提供了用于多种冷却应用的具有非常好的结构和材料适应性的低成本解决方案。在本专利技术的一个方面中，沸腾冷却器包括部分地填充有冷却液并由主体壳(body-shell)封闭的容器，主体壳主要由非金属材料制成，其中在容器内具有用于液体蒸汽向周围扩散热的额外的开放空间以及用于通过自然对流或者，如果必要，通过强制空气对流额外冷却的延伸的表面区域。主体壳的一部分是导热的，并用来连接发热部件，以便将热通量传递到液体，且在应用多种沸腾增强处理(例如机械糙化(mechanical roughening)或微孔涂层)的表面上诱发泡核沸腾。该导热面可以是发热器件部件的主体表面本身的一部分，从而构成集成的器件冷却器。在本专利技术另一个实施方案中，容器的塑料主体壳可以容易地被才莫压，以形成多种希望的复杂或不对称形状，相反地，这对于用金属制造将是不可能的或太昂贵的。在本专利技术又一个实施方案中，对于具有较大热负荷的某些器件/系统，冷却器可具有由烘烤的铜粉才莫压的才莫压容器，具有挤压形状或翅片(fin)，这提供了比使用全塑材料的那些模件好得多的导热率，但还比使用全加工金属的那些模件花费少。冷却器的可选择结构可具有用于具有金属机体外壳的容器的塑料端盖或顶部/底部。在本专利技术的另一个实施方案中，可使用例如水的低成本冷却液。附图简述附图说明图1A说明了作为本专利技术优选实施方案的连接到沸腾冷却器容器内的导热面的上表面的微孔淬腾增强涂层的剖视图。5图IB是包括尺寸为30-50pm的颗粒的涂层结构的SEM图像。图2说明了作为封闭容器的淬腾冷却器的剖视图，所述封闭容器包括 底部室(base chamber)以及具有延伸板和4齐压翅片的一个(或多个)上部 室(upper chamber),并在底部室的底部处结合有沸腾增强涂层，且冷却液 部分地填充该室。图3是依据本专利技术另一个实施方案的示意地显示具有包括相对复杂的 不对称的壳形状和延伸表面区域的容器的淬腾冷却器的剖视图。图4是示意地显示了具有部分地包裹在加热电子部件周围的容器的沸 腾冷却器的剖视图，加热电子部件的导热主体壳的一部分也是冷却器容器 的主体壳的一部分。微孔涂层被应用到所述导热面上，其至少部分地浸在 容器内的液体中，以增强泡核沸腾传热。优选实施方案的详细描述本专利技术提供了具有筒化设计的容器的沸腾冷却器，其使用便宜的非金 属材料或低成本冷却液，并结合了包括机械糙化、烧结和/或微孔涂层的沸 腾土曾《虽容器表面处理(boiling enhancement vessel surface treatment )。本发 明的优选实施方案使用了在由You和Kim ( 2005 )开发的共同未决的美国 专利申请第11/272,332号中描述的导热微孔涂层(thermally-conductive microporous coating)(TCMC )。该涂层技术结合了混合物批料类型(mixture batch type)和导热微孔结构的优势。使用各种尺寸的颗粒与导热粘合剂 (thermally conductive binder)相结合来产生微孔表面，上述颗粒包括可通 过焊接工艺结合的任何金属，包括镍、铜、铝、银、铁、黄铜和各种合金。 当与溶剂混合时，涂层40被应用到基底30的表面上。在此应用之后，在 充分加热该表面以熔化粘合剂来粘合颗粒之前蒸发溶剂。图1A示出充满 形成在基板顶部上的孔和颗粒的涂层结构的剖视图。混合物批料类型应用是便宜的和筒单的工艺，不需要非常高的操作温 度。由于粘合剂的高导热率，通过此工艺产生的涂层表面是不受其厚度影 响的。因此，可以在微孔结构中构造大尺寸的孔，用于例如水的某些低润湿性但潜在的低成本的流体，而不会引起沸腾增强的严重降低。这使得沸 腾冷却器简单地通过调整金属颗粒的尺寸以允许所形成的多孔尺寸范围 很好地适合所选择液体的表面张力而使沸腾传热性能最优来对各种类型的冷却液保持其高的冷却效率。图IB示出包含使用-100+325目镍粉与焊 膏混合的约30-50pm尺寸的镍颗粒的涂层表面的SEM照片。清楚地看到 焊膏作为镍颗粒之间的粘合剂，且作为结果其产生众多的微孔。带有 30-50pm这一尺寸范围的颗粒的涂层已经被示出，以提供水作为冷却液的 优良的沸腾传热性能。依据本专利技术优选实施方案的浙腾冷却器在图2中作为封闭容器示出， 所述封闭容器包括具有导热面130的底部室120以及依据本专利技术一个实施 方案的一个或多个上部室110。导热微孔涂层(TCMC) 140被应用到底部 室120内的导热面130的表面，加热电子部件IOO从底部室120外部与底 部室120连接。冷却液150部分地填充底部室120，从而至少部分地覆盖 TCMC 140的表面区域，佳_得从加热元件/器件100传导的热通量可以在 TCMC 140的微孔表面处诱发液体150的泡核彿腾。在此沸腾冷却器中， 泡核沸腾传热通过TCMC 140显著地增加，且成为将热扩散到液体150中 的主要方式。在此情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沸腾冷却器，其包括：　容器，其用包含导热面的主体壳封闭；　冷却液，其至少部分地填充所述容器；以及　沸腾增强表面，其在所述容器内的表面处连接到所述导热面。

【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：耶西金，
申请(专利权)人：维普罗有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]