[实用新型]用于发热装置的喷淋式蒸发冷却循环系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种喷淋式蒸发冷却循环装置，特别涉及一种用于发热装置的喷淋式蒸发冷却循环系统。

背景技术

目前，随着计算机技术、电子技术以及控制技术的发展，各种功率设备的容量越来越大，而设计的体积却越来越小，导致发热装置的散热成了设备容量进一步发展的薄弱环节，譬如在大容量变频逆变发热装置中，功率器件是否能够正常地工作，是影响设备可靠的关键，而功率器件能否正常工作，除器件本身的质量外，在很大程度上还取决器件与散热器的合理配合。功率器件在工作状态下，由于结内产生热损耗而使结温上升，如果不用适当的方法将这种热损耗散到外面去，结温就会过高，从而使功率器件损坏，整个发热装置故障。

同样对于超级计算机发热装置，其中芯片的集成度和计算速度不断提高，能耗也不断增加，冷却问题日显突出，芯片的冷却已经成为限制其发展的主要瓶颈问题。发热装置的热量主要来自CPU、GPU，内存等芯片，超级计算机具有数百颗甚至上万颗CPU，总功耗高达数百千瓦，所以冷却成为其必须面对的问题。

发热装置的冷却方式可分为自然冷却、强迫风冷、液体冷却、沸腾冷却四大类。

自然冷却散热效率低，单位功率的体积大，通常适用于额定电流在20A以下的器件或发热量较小的部件上。

强迫风冷散热效率高，是自然冷却的2～4倍，但噪音大、容易吸入灰尘、维护困难、可靠性相对低，而且在外界温度较高的工作状况下，散热效果会明显下降。

液体冷却主要用的冷却介质为水或者油。以水冷散热器代替风冷，可以大大提高器件的容量。由于水的绝缘性能很差，而且会在高电压下出现电腐蚀和漏电现象，电压越高，则电蚀现象越严重，有时需要采取额外的防蚀措施。因此对高压装置来说，其冷却水必须用离子交换树脂来进行处理，同时采用复杂的循环水系统。

油冷的散热效率在水冷和风冷之间，油的粘度大，需要较大的循环动力，且容易燃烧。

沸腾冷却具有极高的冷却效率，沸腾冷却的传热效率比油冷高若干倍，比风冷却高十几倍，也超过水冷。因此，沸腾冷却发热装置的体积比同容量油冷却和自冷却装置要小得多。

中国专利CN200320129492.1“大功率电力电子器件蒸发冷却装置”，提出功率电力电子器件即功率模块安装在蒸发冷却箱的外侧板表面，功率模块工作时产生的热量传至与模块接触的蒸发冷却箱，箱内冷却液吸热，沸腾冷却。其传热效果较好，但其结构对于发热装置内部结构紧凑，而发热装置内发热部件比较分散的情况，不能够适用，而且对介质的需求量也多。

中国专利200910243551.X提出了一种“超级计算机表贴式蒸发冷却装置”这个装置采用发热元件与冷却盒紧贴，将热量传导给冷却盒外表面，然后再与冷却盒内的冷却介质进行热交换，为了保证紧贴度，中间要加导热硅脂，然后通过金属的高导热传递给介质。为此该方式存在以下缺点：a.液盒设计工艺要求高。b.存在接触热阻，冷却效率有待提高。

以往蒸发冷却主要用在功率器件及电机上，采用的是浸润式冷却方式，随着冷却介质氟利昂113的禁用（环保要求），目前的替代品冷却介质价格昂贵（约300元/公斤）。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提出一种喷淋式蒸发冷却循环系统，以满足高热流密度的发热装置日益突出的散热需要。

本实用新型在以往浸润式冷却技术优点：冷却效率高、绝缘性好、温度分布均匀等特点的基础上提出的喷淋式蒸发冷却循环系统。本实用新型使用介质少，仅为原来的1/8左右；由于冷却介质与发热部件直接接触，使得冷却效率进一步得到提高。

本实用新型包括循环泵、喷嘴、冷凝器，以及发热装置密封箱体。所述的喷嘴放置于发热装置密封箱体内部，循环泵连接喷嘴与发热装置密封箱体；冷凝器放置于发热装置密封箱体顶部内侧或者置于发热装置密封箱体的顶部外侧。当箱体内部冷凝器放置于发热装置密封箱体顶部内侧时，冷凝管直接穿过发热装置密封箱体的壁面，在所述的发热装置密封箱体壁面上固定及密封，与发热装置密封箱体内的气相介质直接接触；当箱体外部冷凝器置于发热装置密封箱体顶部外侧时，冷凝器通过出汽管连接发热装置密封箱体，冷凝器通过回液管连接发热装置密封箱体。发热装置密封箱体内放置蒸发冷却介质，蒸发冷却介质经循环泵到达喷嘴，被喷嘴喷射到发热装置的发热单元上，蒸发冷却介质吸热后成为气体；气体被箱体内部冷凝器冷却后成为液体，收集在发热装置密封箱体中，或气体由出汽管进入箱体外部冷凝器，冷却后成为液体，经过回液管流回到发热装置密封箱体中；喷射到发热单元上没有汽化的液体蒸发冷却介质，收集在发热装置密封箱体中。