[发明专利]无源温差启动式喷雾冷却器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无源温差启动式喷雾冷却器及方法，属设备冷却领域。

背景技术

随着现代化的发展，电子设备也不断的更新换代，摩尔定律揭示集成电路可容纳的数目，约每隔18-24个月便增加一倍，性能也随之提升一倍，但是电路所产生的热量也将随着成倍的增长，如以个人计算机的 CPU 为代表，高性能的半导体集成电路被搭载，而与此相伴，发热量也不断增加，甚至达到几百瓦的热流密度。如果温度带不走，温度得不到控制，那么不仅性能得不到保障，设备还会因此而失效，甚至带来更严重的链式效应，导致不必要的财产损失和人员伤亡。

然而目前电子设备的冷却方式主要依赖传统的空气或者液体的对流和传导，换热能力有限，换热效率低，不能适应日益增长的冷却需求。因此，力图对电子设备经济高效智能的冷却方式是必不可少的。

喷雾冷却不同于传统的冷却方式，具有传热系数大，工质消耗少，冷却均匀等优越的性能，在电子设备冷却方面具有巨大的潜力。另外，由于喷雾的特性，使其在增湿和喷雾干燥等领域也有应用。

随着智能化产品的不断发展，机械式设备也不断往能源经济型，使用智能型的方向发展。单纯的利用喷雾来冷却设备已经不符合现代化的发展目标，因此如何集约型智能型的利用喷雾高效的冷却特点是值得重点关注的。本发明给出一种无动力温差启动式喷雾冷却器，能有效的节约能源，达到半智能的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种不仅换热效率高，而且无动力源，可根据温差自动开启和关闭，调节灵活，应用范围广的无源温差启动式喷雾冷却器及方法。

所发明的一种无源温差启动式喷雾冷却器，其特征在于：本装置包括第一感温包、第二感温包、气箱座、金属薄片、调节杆、顶针、弹簧、弹簧底座、芯体、喷嘴，弹簧腔;上述气箱座被金属薄片分为两个腔室，第一腔室通过管路与第一感温包相连，第二腔室通过管路与第二感温包相连;上述芯体具有液体工质的进口管路和出口管路,出口管路末端与喷嘴相连，进口管路和出口管路之间被上述顶针隔开;上述调节杆的一端与金属薄片相连,另一端与顶针的顶端部相连, 顶针底部与弹簧一端相连；上述芯体具有弹簧腔, 弹簧及弹簧底座安装于弹簧腔内。

利用权利要求1所述的无源温差启动式喷雾冷却器的冷却方法，其特征在于包括以下过程：第一感温包与需冷却的设备相连，第二感温包与特定温度参考物相连;感温包内的制冷剂在不同的温度下膨胀体积不同，根据两个感温包感知的温度差控制金属薄片的位移;使得顶针移动的距离不同，液体可通过的截面面积也不同;温度差越大，流量越大，温度差越小，流量越小，装置自动调整以适应热负荷;同时，流量的变化规律和顶针的形状有关，即不同的顶针形状有不同的流量特性。

装置的开启和关闭无动力，可适应不同工况，并不局限于对设备的冷却，还可以为系统加湿,喷雾干燥等，应用范围广，因此本专利的保护范围不局限于电子设备的冷却领域。

本专利利用喷雾冷却传热系数大，工质消耗少，冷却均匀等优越的性能，在电子设备冷却方面具有巨大的潜力。更为重要的是本发明是一种半智能化的喷雾冷却机械式开关，使得在冷却时利用流量随温差的变化规律达到经济节能的优点，符合现代化发展目标。

附图说明

图1为一种无源温差启动式喷雾冷却器结构图；

图2为使用无源温差启动式喷雾冷却器在电子冷却方面的开放式系统原理图；

图1、图2中的标号名称：1第一感温包、2第二感温包、3气箱座、4金属薄片、5调节杆、6顶针、7弹簧、8弹簧底座、9芯体、10喷嘴、11弹簧腔、12喷雾腔、13特定参考温度的物体、14压缩空气，15储液罐、16电子元件。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的一种无源温差启动式喷雾冷却器的结构示意图，包括第一感温包1、第二感温包2、气箱座3、金属薄片4、调节杆5、顶针6、弹簧7、弹簧底座8、芯体9、喷嘴10、弹簧腔11。图2所示为使用无源温差启动式喷雾冷却器在电子冷却方面的系统原理图，其中包括、喷雾腔12、特定参考温度的物体13、压缩空气14，储液罐、15电子元件16。

具体实施过程以图2的电子冷却为实例进行描述：在无源温差启动式喷雾冷却器使用之前，首先设定好弹簧的预紧力F0并在第一感温包1和二2中充注某种制冷剂，然后将第二感温包2安置在预设的具有特定温度的参考物体13上，比如周围空气，或者温度较低的物体，再将第一感温包1安装在电子元件16上， 当电子元件16工作一段时间后温度开始升高，感温包1内的制冷剂受热膨胀，在金属薄片4上产生向下的压力F1，而感温包2的制冷剂在一定的温度下也会膨胀对金属薄片4产生向上的压力F2，当F1≤F0+F2时，意味着电子元件16的温度未超过预设值，顶针6顶住液体流道的小孔，相当于阀门关闭，喷雾过程不进行；当F1＞F0+F2时，意味着电子元件16的温度超过了预设值，金属薄片4向下弯曲，带动调节杆5和顶针6一起向下运动，此时喷雾器打开，压缩空气14将储液罐15内的冷却液体压入喷雾器的进口管路，随着顶针6移动的距离越大，喷雾器开度越大，流量越大，对电子元件16的换热就越强烈，电子元件冷却的效果越好；当电子元件温度慢慢下降，F1逐渐减小，金属薄片4慢慢恢复，带动调节杆5和顶针6一起向上运动，喷雾器开度减小，流量减小，节约冷却工质，节省能源。直到电子元件16的温度不大于预设值，阀门自动关闭。随着电子元件16温度的升高，阀门又将自动开启，如此循环，最终将电子元件16的温度控制在合适的范围。