專(zhuān)利名稱(chēng)：大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴霧冷卻，具體涉及大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)、通訊、航天、軍事等領(lǐng)域?qū)τ陔娮釉啥燃斑\(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性要求也在不斷的增強(qiáng)。這使得電子元件工作時(shí)產(chǎn)生的熱流密度不斷地增大，廢熱增多，導(dǎo)致其工作時(shí)所處的熱環(huán)境越來(lái)越惡劣。在超過(guò)額定溫度下工作是導(dǎo)致電子元件不能正常運(yùn)行、壽命降低的主要原因。相關(guān)研究表明，半導(dǎo)體元件的溫度每升高5°C，其工作的穩(wěn)定性便降低20%左右。因此，在對(duì)大功率高熱流密度電子元件冷卻的同時(shí)，保證冷卻表面有較低且均勻的過(guò)熱度，是現(xiàn)代對(duì)于高效冷卻技術(shù)的基本要求。傳統(tǒng)的冷卻裝置(如風(fēng)冷、水冷等)已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代大功率電子元件的冷卻需求，其溫度控制能力更無(wú)法達(dá)到要求。比如IGBT模塊、激光元件發(fā)熱、大功率航天電子元件等，要求相應(yīng)冷卻系統(tǒng)具有冷卻高熱流密度的能力，通常熱流密度q > 100ff/cm2,且其所處的エ作溫度一般要求小于30°C。噴霧相變冷卻具有高冷卻熱流密度和嚴(yán)格的溫度控制能力。這里的溫度控制能力指冷卻表面的溫度和表面溫度的均勻性，因此是現(xiàn)代高效冷卻技術(shù)的首選。但是，由于在噴霧冷卻中，制冷エ質(zhì)在工作之后會(huì)殘存一部分乏液，導(dǎo)致其不能直接進(jìn)入壓縮機(jī)，進(jìn)行壓縮，完成制冷循環(huán)；這也是限制噴霧冷卻在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的主要原因。因此，現(xiàn)階段的噴霧冷卻技術(shù)大多以開(kāi)式系統(tǒng)為主，制冷エ質(zhì)工作之后直接排掉；這樣不僅是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，更使得制冷系統(tǒng)體積過(guò)大，不便于靈活的移動(dòng)，裝配；限制了噴霧冷卻的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、噴霧冷卻器和空氣冷凝器，壓縮機(jī)的出口通過(guò)連接管道與空氣冷凝器進(jìn)ロ連接，空氣冷凝器的出ロ通過(guò)連接管道與噴霧冷卻器的進(jìn)ロ連接；其特點(diǎn)是該循環(huán)系統(tǒng)還設(shè)置有氣液分離器和輔熱裝置；所述噴霧冷卻器的出口通過(guò)流體輸送管路與所述氣液分離器的進(jìn)ロ連接，在所述流體輸送管路上設(shè)置有所述輔熱裝置，氣液分離器的出口通過(guò)連接管道與壓縮機(jī)的進(jìn)ロ連接；需要冷卻的器件固定在噴霧冷卻器上；輔熱裝置將噴霧冷卻器輸出的汽、液加熱，然后輸出到氣液分離器進(jìn)行汽、液分離，使完全氣態(tài)的制冷劑再輸入到壓縮機(jī)，解決了制冷エ質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)前存在液相的問(wèn)題；解決了噴霧冷卻后殘余乏液，不能直接進(jìn)入壓縮機(jī)重新壓縮的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了噴霧冷卻閉式循環(huán)，節(jié)約能源，制冷效率高，根據(jù)本發(fā)明所述的大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)選方案，所述噴霧冷卻器包括噴淋腔、安裝板和噴嘴；所述噴淋腔開(kāi)有ロ，所述安裝板固定在所述噴淋腔的開(kāi)ロ面，所述安裝板上設(shè)有安裝孔，所述噴嘴固定在該安裝孔上且該噴嘴的噴液面向內(nèi)，需要冷卻的器件固定在所述噴淋腔上，且與所述噴嘴的噴液面相対。根據(jù)本發(fā)明所述的大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)選方案，所述輔熱裝置由加熱器和隔熱層構(gòu)成，加熱器繞在流體輸送管路的外表面，隔熱層設(shè)置在加熱器的外表面。根據(jù)本發(fā)明所述的大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)選方案，噴霧冷卻器的進(jìn)、出口均分別設(shè)置有壓カ表和閥門(mén)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作情況和調(diào)節(jié)系統(tǒng)エ況。本發(fā)明所述的大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)的有益效果是本發(fā)明利用輔熱裝置與氣液分離器，解決了制冷エ質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)前存在液相的問(wèn)題，解決了噴霧冷卻后殘余乏液，不能直接進(jìn)入壓縮機(jī)重新壓縮的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了噴霧冷卻閉式循環(huán)，節(jié)約能源，制冷效率高，溫度控制穩(wěn)定，該系統(tǒng)能夠在滿(mǎn)足高熱流密度散熱的同時(shí)，保持換熱表面處于較低的溫度，并可通過(guò)噴霧冷卻器進(jìn)出口的壓カ表和閥門(mén)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作情況和調(diào)節(jié)系統(tǒng)工況；滿(mǎn)足了エ質(zhì)循環(huán)利用的節(jié)能要求及便于攜帶的使用要求，極大地增強(qiáng)了噴霧冷卻系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性能，可廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、通訊、航天、軍事等領(lǐng)域。


圖I是本發(fā)明所述的大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述的噴霧冷卻器6的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是具體實(shí)施例中輔熱裝置3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖I至圖3，大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)，由外殼I、空氣冷凝器2、輔熱裝置3、氣液分離器4、壓縮機(jī)5、噴霧冷卻器6和壓カ表7、閥門(mén)8和流體輸送管路9構(gòu)成，需要冷卻的器件25固定在噴霧冷卻器6上，并用密封膠密封；壓縮機(jī)5的出ロ通過(guò)連接管道與空氣冷凝器2進(jìn)ロ連接，空氣冷凝器2的出ロ通過(guò)連接管道與噴霧冷卻器6的進(jìn)ロ連接；所述噴霧冷卻器6的出ロ通過(guò)流體輸送管路9與所述氣液分離器4的進(jìn)ロ連接，在所述流體輸送管路9上設(shè)置有所述輔熱裝置3，氣液分離器4的出ロ通過(guò)連接管道與壓縮機(jī)5的進(jìn)ロ連接；所述噴霧冷卻器6包括噴淋腔21、安裝板22和噴嘴23 ;所述噴淋腔21開(kāi)有ロ，所述安裝板22固定在所述噴淋腔21的開(kāi)ロ面，所述安裝板22上設(shè)有安裝孔，所述噴嘴23固定在該安裝孔上且該噴嘴23的噴液面向內(nèi)，需要冷卻的器件25固定在所述噴淋腔21上，且與所述噴嘴23的噴液面相對(duì)；所述噴淋腔21開(kāi)有乏液、汽排出孔27，該乏液、汽排出孔27通過(guò)流體輸送管路9與氣液分離器4的進(jìn)ロ連接，所述輔熱裝置3設(shè)置在流體輸送管路9上；所述輔熱裝置3由加熱器10和隔熱層11構(gòu)成，加熱器10采用電阻絲，電阻絲繞在流體輸送管路9的外表面，隔熱層11 設(shè)置在加熱器的外表面；在噴霧冷卻器6的進(jìn)、出口、壓縮機(jī)5上均分別設(shè)置有壓カ表和閥門(mén)，制冷劑可以選擇R134a、Rl I、R115、R717、R410a 等。參見(jiàn)圖2，在具體實(shí)施例中，安裝板22設(shè)置在所述噴淋腔21的頂部，由于噴淋腔內(nèi)壓カ較高，且制冷劑極易揮發(fā)，因此采用密封墊圈與承壓密封膠聯(lián)合使用的密封方法，再通過(guò)螺栓26鎖緊安裝板22 ;噴嘴23的噴液面朝下，為保證散熱，需要冷卻的器件25安裝在噴淋腔21的底部，并用密封膠密封；需要冷卻的器件25與噴淋腔底部安裝面之間涂有高效導(dǎo)熱硅脂，保證了噴淋腔底部安裝面與需要冷卻的器件25之間的充分導(dǎo)熱；噴淋腔21的底部開(kāi)有熱電偶安裝孔24，可安裝熱電偶，用以監(jiān)測(cè)需要冷卻的器件表面的溫度，所述噴嘴23為壓カ式噴嘴；當(dāng)噴嘴前后壓カ差為5-8bar時(shí)，流量在O. 94-1. 2L/min左右，噴流角度53°左右，此噴流角度與噴嘴距噴淋腔21底面的距離相配合，能保證噴淋腔21底面被射流エ質(zhì)完全覆蓋，且又沒(méi)有過(guò)多的エ質(zhì)噴淋到腔體內(nèi)壁面上。本發(fā)明的工作工程是所述壓縮機(jī)5壓縮后的高溫高壓制冷劑進(jìn)入空氣冷凝器2 冷凝液化后，輸出低溫液態(tài)的制冷劑到噴霧冷卻器6，由噴霧冷卻器6將低溫液態(tài)的制冷劑噴射到需要冷卻的換熱表面上，完成噴霧冷卻；換熱后的汽、液通過(guò)流體輸送管路并經(jīng)輔熱裝置3加熱，加熱后絕大部分乏液汽化，然后輸出到氣液分離器4進(jìn)行汽、液分離，完全氣態(tài)的制冷劑再輸入到壓縮機(jī)5，完成一個(gè)制冷循環(huán)。本發(fā)明可用于大功率高熱流密度電子元件冷卻。該系統(tǒng)能夠在滿(mǎn)足高熱流密度散熱的同時(shí)，保持換熱表面處于較低的溫度，例如，以R134a為制冷劑，散熱熱流密度可達(dá)103. 68W/cm2，換熱表面溫度在23°C以?xún)?nèi)；因此能夠滿(mǎn)足現(xiàn)階段大部分高熱流密度電子元件的散熱要求，并且可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)エ況，體積較小，屬于便攜式噴霧冷卻閉式循環(huán)制冷系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.ー種大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)(5)、噴霧冷卻器(6)和空氣冷凝器(2)，所述壓縮機(jī)(5)的出口通過(guò)連接管道與所述空氣冷凝器(2)進(jìn)ロ連接，所述空氣冷凝器(2)的出口通過(guò)連接管道與所述噴霧冷卻器(6)的進(jìn)ロ連接；其特征在于該循環(huán)系統(tǒng)還設(shè)置有氣液分離器(4)和輔熱裝置(3);所述噴霧冷卻器(6)的出口通過(guò)流體輸送管路(9)與所述氣液分離器(4)的進(jìn)ロ連接，在所述流體輸送管路(9)上設(shè)置有所述輔熱裝置(3)，所述氣液分離器(4)的出口通過(guò)連接管道與所述壓縮機(jī)(5)的進(jìn)ロ連接，需要冷卻的器件(25)固定在所述噴霧冷卻器(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述噴霧冷卻器(6)包括噴淋腔(21)、安裝板(22)和噴嘴(23);所述噴淋腔(21)開(kāi)有ロ，所述安裝板(22)固定在所述噴淋腔(21)的開(kāi)ロ面，所述安裝板(22)上設(shè)有安裝孔，所述噴嘴(23)固定在該安裝孔上且該噴嘴(23)的噴液面向內(nèi)，需要冷卻的器件(25)固定在所述噴淋腔(21)上，且與所述噴嘴(23)的噴液面相対。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述輔熱裝置⑶由加熱器(10)和隔熱層(11)構(gòu)成，加熱器(10)繞在流體輸送管路(9)的外表面，隔熱層(11)設(shè)置在加熱器的外表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述噴霧冷卻器出)的進(jìn)、出口均分別設(shè)置有壓カ表和閥門(mén)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了大功率電子元件便攜均溫式噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、噴霧冷卻器和空氣冷凝器，壓縮機(jī)的出口通過(guò)連接管道與空氣冷凝器進(jìn)口連接，空氣冷凝器的出口通過(guò)連接管道與噴霧冷卻器的進(jìn)口連接；其特征在于該循環(huán)系統(tǒng)還設(shè)置有氣液分離器和輔熱裝置；所述噴霧冷卻器的出口通過(guò)流體輸送管路與所述氣液分離器的進(jìn)口連接，在所述流體輸送管路上設(shè)置有所述輔熱裝置，氣液分離器的出口通過(guò)連接管道與壓縮機(jī)的進(jìn)口連接；需要冷卻的器件固定在噴霧冷卻器上；本發(fā)明利用輔熱裝置與氣液分離器，解決了制冷工質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)前存在液相的問(wèn)題，解決了噴霧冷卻后殘余乏液，不能直接進(jìn)入壓縮機(jī)重新壓縮的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了噴霧冷卻閉式循環(huán)，節(jié)約能源。
文檔編號(hào)H05K7/20GK102625642SQ20121009286
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者丁玉棟, 葉丁丁, 廖強(qiáng), 朱恂, 李俊, 楊寶海, 王宏, 王永忠, 陳蓉 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)