竖向剖面缩小的传热装置制造方法及图纸

一种竖向剖面缩小的传热装置。该装置包括具有大体竖直的内部冷却翅片的冷凝器。入口将处于蒸汽状态的传热流体引导至冷却翅片的顶部，蒸汽在那里冷凝并沿着翅片流动至冷凝器的底部。冷凝器的底部朝向出口是成角度的，以便将液态传热流体引导至用于保持该流体的储液器。入口和出口均设置于处于位于储液器中的处于液体状态的传热流体的液位上方的高度处。该装置还可包括位于冷凝器的外部上的翅片，以便提供冷却表面，该冷却表面并不与处于液体状态或蒸汽状态的传热流体相接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】竖向剖面缩小的传热装置
本专利技术涉及一种传热装置，例如闭合环路流体冷却系统，其具有至少一个蒸发器、至少一个冷凝器和一个或更多个流体管道，该一个或更多个流体管道将蒸发器与冷凝器相连，用于利用冷却流体来间接冷却物体，并且更为具体地，本专利技术涉及一种竖向剖面缩小的传热装置，该传热装置用于在紧凑的环境中将冷却流体引导成与待冷却的物体间接热接触。
技术介绍
无源闭合环路双相流体冷却系统是众所周知的用于冷却产生过多热量的物体的传热装置，该物体例如为但并不限制于电脑芯片。术语“无源”意在表示一种不利用机械泵而使冷却流体循环的系统。用于使流体在无源系统中循环的动力来自于流体中随着添加热量而产生的浮力变化和相变。蒸发器通常被放置成与待冷却的物体热接触，而处于液体形式的冷却流体经过将该液体与待冷却的实际物体分离开的表面。照这样，热量可在流体与物体之间传递，而流体并不曾与物体直接接触。添加至流体的热量导致至少一部分流体蒸发。蒸汽随后被输送至冷凝器。当蒸汽再度冷凝为液体状态时，热量被释放出来。冷凝后的液体被返回至蒸发器并且蒸发-冷凝循环反复进行。图1a描述了这种现有技术冷凝器100，而图1b示出了该冷凝器100的细节。现有技术冷凝器通常利用截面为圆形的管102或截面大致为椭圆形或矩形的扁平管来提供冷凝表面。这些管通常被设置成使得它们的纵向轴线是竖向的。大量空气冷却片104被水平地布置，这些空气冷却片104具有尺寸被确定成适合于这些管的周界的孔洞。注意，在图1a和图1b的现有技术冷凝器100中，空气冷却片104被散置有冷凝管，并且这样一来，空气冷却片和冷凝管占据了位于液体集箱106上方和蒸汽集箱108下方的同一竖向区域。蒸汽管道110将加热的蒸汽引导至蒸汽集箱108并且冷凝回流管112使冷凝液114返回至储液器116。该现有技术构造由此需要将所有的空气冷却片104均定位在用于冷凝流体(冷凝液114)的收集位置的上方，具体地，定位在液体集箱106的上方。这是现有技术冷凝器的最大的一个局限性。通过对比图1a和图1b以及描绘了本专利技术的图2a和图2b，可以最佳地说明了现有技术冷凝器的该局限性。在图2a和图2b中可以看到，空气冷却片118定位在冷凝室的区域的上方和下方。尽管图2a和图2b示出了空气冷却片118既位于冷凝室120的上方又位于冷凝室120的下方，但应当理解的是，空气冷却片118可以被放置在冷凝室120的上方或者下方。空气冷却片118并未散置冷凝器翅片(冷凝器翅片在冷凝器120内，且未在图2a和2b中示出)。这意味着，由于冷凝器翅片无需使冷却空气在它们之间经过，因此冷凝器翅片无需被彼此水平间隔成与现有技术的设计中的情况一样远。这进而意味着，尽管本专利技术的冷凝器翅片沿着其竖向轴线比现有技术设计短，但它们更为靠近的水平间距允许使用更多的翅片并且因此获得了与现有技术设计大体相等的总冷凝表面面积。本专利技术可同样构造成提供大体等于现有技术设计的总空气冷却片面积。本专利技术的关键益处是用于冷凝流体(冷凝液114)的收集位置被定位成充分高于现有技术设计的收集位置。本专利技术的该关键益处、即将冷凝表面面积和用于冷凝液的收集位置定位在可用空间中的高处并且同样适当地位于蒸发器部件的水平面的上方的能力在图4a的实施方式中是最为明白的。再次参照图1a，储液器中的液体的高度(RH)与冷凝器中的流体的高度(CH)的差为重力高度(GH-1)，有时称之为重力压头。如在附图中可见，图2a的GH-2远大于图1a的GH-1。每个设计的使冷凝物从冷凝器返回至储液器的能力与它们各自的重力高度GH-1和GH-2有直接的关系。其中，对于给定的可用高度(AH)而言，现有技术设计和本专利技术均能够构造成具有大体相等的空气冷却片面积和内部冷凝表面面积，本专利技术可以依靠其更高的GH而在更高的热负荷下操作。这是由于冷凝物回流的质量传输率与可获得的最大传热量直接相关。为了进一步说明本专利技术相对于现有技术设计的优点，再次参照图3a和图3b进行说明。图3a和图3b示出了现有技术类型的设计，该设计被构造成提供与本专利技术相同的重力高度(GH-2)。如可在图3a和3b中所看到的那样，由于在冷凝器下方存在不能被利用的区域122，因此该构造提供了相当小的用于空气冷却片和冷凝管的竖向空间。空气冷却片面积和冷凝管道面积的缩小使得该构造劣于本专利技术。出于上述原因，在需要相对较低的可用高度(AH)、即“低剖面”设计的应用中，与现有技术设计的冷凝器相比，本专利技术能够传递更高的热负荷。存在已经被重新定向以获得低剖面的现有技术类型的冷凝器的示例，但这些示例通常以另一重要的设计考虑因素为代价来实现低剖面。例如，美国专利No.7,422,052公开了一种低剖面冷却系统，该系统具有大体水平设置的冷凝部件。该冷凝器与现有技术的竖向或直立的冷凝器大体相似，只是该冷凝器转向成更为接近水平，同时仍然处于浅度倾斜。这以显著增大水平剖面为代价提供了竖向剖面缩小的益处。美国专利No.7,231,961也公开了一种低剖面冷却系统。该参考文献将冷凝器具体说明成“一种具有狭窄的内部通道的长形室”。该室被定向成它的“长的”尺寸被定向成大体平行于水平平面，其中，该水平平面指的是待冷却的装置所安装的平面，例如，承载待冷却的芯片/处理器的电路板的平面。该室的一侧(大体竖直的外表面)安装有空气冷却片。基于限定该室的长度、宽度和高度的所述尺寸范围，可以将该室简单地描述为单个冷凝管，这十分像早先参照现有技术冷凝器描述的许多冷凝管。在这种情形中，这单个冷凝管被设置成它的纵向轴线是水平的，而非竖直的。这样一来，仅通过将冷凝管放置在水平构造中，该设计就获得了低的竖向剖面。这显然是以重力高度为代价来实现的。在第5栏、第12-19行中明确的陈述了该局限性。“通常，热虹吸管的冷凝器被放置在蒸发器的上方或放置得比蒸发器高，以利用重力将液体从冷凝器推动至蒸发器。该放置在可用高度极为有限的情况下是不可能的。尽管冷凝器的一部分可能比蒸发器高，或者蒸发器的一部分可能比冷凝器高，但在本专利技术中，冷凝器和蒸发器彼此是大致持平的。”还应指出，该现有技术设计需要冷凝器的内部体积中的相当大的一部分被积液所占据。这表现出了在冷凝器的性能上的一种众所周知的局限性，这是因为置于积液中的冷凝表面上不能发生冷凝，该情形通常被称之为“冷凝器的液泛”。因此，尽管冷凝器通常是众所周知的并且被广泛使用，但不断地需要将冷凝器制造得更有效率，并且因此，更具竞争力、更节省成本且是更为有用的。特别有用的是提供这样一种冷凝器，该冷凝器能够用于在非常紧凑的环境中对物体进行冷却，同时提供与用于传输冷凝液的适当的重力高度相结合的适当的内部冷凝表面面积。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种传热装置，该传热装置为诸如电脑芯片之类的会趋于过热的物体提供有效且高效的冷却。本专利技术的另一目的是提供一种改进的传热装置，其具有缩小的竖向剖面，以便在存在有限的竖向间隙或净空高度的应用中使用。根据本专利技术的这些和其它目的，提供一种包括室的传热装置，该室具有大体竖直的冷凝器翅片，以便将加热的传热流体从蒸汽冷凝为液体。该室具有用于接收蒸汽的入口以及用于将处于其液体状态的冷凝的流体引导回到储液器的出口。入口和出口均设置成处于位于储液器中的液态传热流体的液位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷凝器，所述冷凝器用于在传热装置中使用并适于被联接至储液器，所述储液器用于保持处于液体状态和蒸汽状态中的至少一种状态的传热流体，所述冷凝器包括：入口，所述入口用于从所述储液器接收处于蒸汽状态的所述传热流体；出口，所述出口用于使所述传热流体在液体状态下返回至所述储液器；以及第一集管空间和第二集管空间；所述入口设置成相对于所述储液器处于比所述出口的高度高的高度处并且构造成将处于所述蒸汽状态的所述传热流体引入至所述第一集管空间；所述出口构造成从所述第二集管空间引导处于所述液体状态的所述传热流体；所述入口和所述出口中的每一个都设置成处于位于所述储液器中的处于其液体状态的所述传热流体的液位上方的高度处；由大体竖直的翅片构成的阵列，所述由大体竖直的翅片构成的阵列设置在所述冷凝器内；其中，所述翅片在其间限定通道，所述通道通向所述第一集管空间和所述第二集管空间并允许所述传热流体流动通过所述通道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种冷凝器，所述冷凝器用于在传热装置中使用并适于被联接至储液器，所述储液器用于保持处于液体状态和蒸汽状态中的至少一种状态的传热流体，所述冷凝器包括：室，所述室具有顶部壁以及底部壁；入口，所述入口用于从所述储液器接收处于蒸汽状态的所述传热流体；出口，所述出口用于使所述传热流体在液体状态下返回至所述储液器；以及第一集管空间和第二集管空间，所述第一集管空间和所述第二集管空间位于所述室内；所述入口设置成相对于所述储液器处于比所述出口的高度高的高度处并且构造成将处于所述蒸汽状态的所述传热流体引入至所述第一集管空间；所述出口构造成从所述第二集管空间引导处于所述液体状态的所述传热流体；所述入口和所述出口中的每一个都设置成处于位于所述储液器中的处于其液体状态的所述传热流体的液位上方的高度处；由大体竖直的翅片构成的阵列，所述由大体竖直的翅片构成的阵列设置在所述冷凝器的所述室内，并从所述室的所述顶部壁延伸到所述室的所述底部壁，所述由大体竖直的翅片构成的阵列热联接到所述底部壁以将热传递至附接到所述底部壁的冷却装置；其中，所述翅片在其间限定通道，所述通道通向所述第一集管空间和所述第二集管空间并允许所述传热流体流动通过所述通道，并且其中，所述翅片中的每一个翅片都在所述室中提供冷却表面以将处于蒸汽状态的传热流体冷凝至其液体状态。2.根据权利要求1所述的冷凝器，其中，所述冷凝器具有底面，所述底面设置成使得它在所述出口的方向上倾斜，以便在所述传热流体处于其液体状态时促进所述传热流体流动至所述出口。3.根据权利要求1所述的冷凝器，其中，所述翅片中的每个翅片具有多个凹槽，并且其中，所述凹槽与所述传热流体的重力方向大体对准。4.根据权利要求3所述的冷凝器，其中，所述凹槽成匹配对地设置在所述翅片的相对侧上。5.根据权利要求3所述的冷凝器，其中，所述凹槽成交错关系地设置在所述翅片的相对侧上。6.根据权利要求1所述的冷凝器，其中，所述冷凝器...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏克温德·辛格·康，约翰·拉尔夫·琴纳莫，布雷德利·罗伯特·惠特尼，
申请(专利权)人：阿威德热合金有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US