与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统与方法；包括均热板和与其紧密结合的相变冷板；所述相变冷板的出口具有两个支路，其中一路与风冷系统循环，另一路与水冷系统循环；本发明专利技术发热元件经均热板将其散热面积扩大数倍后，提供了一种具有更高散热能力的散热系统，使用自然冷源的自由度大大扩展。在热流密度高达至50

【技术实现步骤摘要】
与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统与方法


[0001]本专利技术涉及高热流密度电子、电器设备散热领域，尤其涉及与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统与方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着对电子设备的更高集成度和更高性能要求，其热流密度增加，仅仅依靠风冷散热无法满足散热和能效的要求，液冷板因具有高效散热的特性被越来越多应用。
[0003]液冷板的液体冷却技术的优点：
[0004]1)使用液体作为传热介质来降低数据中心的温度。热容量大，散热效率高；
[0005]2)目前，多数地区可以使用自然冷源替代电力驱动的蒸气压缩式制冷，冷却效率大大提高，冷却系统初投资、能源消耗量和费用支出显著减少。也可降低冷却系统的噪声。
[0006]目前，可选用的液冷板液体冷却技术主要有两种技术路线：
[0007]1)含水介质非相变冷板冷却；
[0008]2)制冷剂泵驱动制冷剂相变换热冷板冷却。
[0009]尽管水具有极好的热工特性，导热系数大，为0.607W/(m℃)、比热大，为4.18kJ/(kg℃)，因此具有极好的换热性能。但其含有杂质时具有导电性，是最大缺陷。防泄漏措施成本高昂。实际应用过程中需要制取去离子水并维持系统恒压，系统复杂。尽管液冷板可采用高翅片扩展表面，但由于乙二醇与去离子水冷却液的流速仍然很低，呈现为层流，换热系数小，散热性能并不理想。
[0010]为克服含水介质冷板式冷却技术的缺陷，制冷剂泵驱动相变冷板冷却具有换热系数大、高达40000W/m2.K，是乙二醇与去离子水混合液冷板冷却换热系数的3
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6倍，换热温差显著减小，具有优良的换热性能。可扩大自然冷源的应用范围。
[0011]制冷剂相变潜热大、需循环的制冷剂质量流量小，吸热时是沸腾换热，不需要较高的流速，故在换热部分可设计阻力较小，尽管气化后体积流量增大，但已不在换热区域，可有更多的措施增大流通截面减小流动阻力和泵功耗。
[0012]制冷剂在常压下的相变温度均远低于环境温度，万一泄漏，也会立刻气化，且呈现电绝缘特性。但当数据中心服务器芯片功率提高、热流密度增大至50
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104W/m2时，其换热性能仍受到挑战，换热温差增大到10℃以上。自然冷源的使用仍将受到限制，仍需要继续提高其散热能力。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统与方法。
[0014]本专利技术采用将均热板与制冷剂泵驱动相变换热冷板复合，可将相变换热冷板的基底面积扩大约10倍及以上，由于均热板的热扩散效率要远高于铜金属等，故可在扩大的基底面积基础上应用相变换热冷板，可进一步提高其散热性能，可使其换热温差减小至约为
仅采用相变冷板换热时的1/5，使得换热温差减小，提供一种具有更高散热能力的散热系统，使用自然冷源的使用的自由度大大扩展。在热流密度高达至50
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104W/m2时，仍可以使用自然冷源的散热系统。
[0015]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0016]一种与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统，包括：
[0017]均热板102；
[0018]紧密连接在均热板102上表面的相变冷板103；
[0019]所述相变冷板103的出口具有两个支路；其中，
[0020]第一支路通过管路依次连接第一截止阀104、风冷冷凝器105，储液罐106和制冷剂泵107，再由制冷剂泵107出口，接入相变冷板103的入口；
[0021]第二支路通过管路依次连接第二截止阀201、板式换热器202的通路A、储液罐106、制冷剂泵107，再由制冷剂泵107出口，接入相变冷板103的入口；
[0022]所述板式换热器202通路B中的其中一个端口，通过管路依次连接闭式冷水塔301和循环冷却水水泵302，再由循环冷却水水泵302出口，接入板式换热器202通路B的另一端口。
[0023]所述紧密连接是指，均热板102与相变冷板103的结合面，采用铋锡合金熔化焊接，以消除之间的接触热阻，均热板102与相变冷板103连接后，再充入介质并封口。
[0024]所述制冷剂泵107、风冷冷凝器105的风机、闭式冷水塔301的风扇和循环水泵、循环冷却水水泵302，均设有转速调节器。
[0025]所述铋锡合金为铋占58％、锡占42％的铋锡合金，熔点为140℃。
[0026]所述均热板102的底面与(高热流密度)发热元件101紧密结合；发热元件101的表面设有温度传感器。
[0027]与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统的散热方法如下：
[0028]发热元件101的热量依次经均热板102传递至相变冷板103内的制冷剂，使其气化、吸收热量；均热板(102)的散热面积，大于发热元件101散热面积；
[0029]散热过程包括如下两种模式：
[0030]风冷模式：若采用风冷冷却方式能够满足冷却要求时，则由风冷冷凝器105将热量散发至环境中；此时，第一截止阀104接通、风冷冷凝器105风机启动；第二截止阀201关闭，闭式冷水塔301内部的风机和循环水泵停止，以及循环冷却水水泵302停止，制冷剂在制冷剂泵107驱动下，先在相变冷板103内吸收热量、气化，然后流出相变冷板103，经第一截止阀104、在风冷冷凝器105冷却至液态制冷剂，进入储液罐106，再由制冷剂泵107驱动再次循环；
[0031]水冷模式：若采用风冷冷却方式不能满足冷却要求时，则由闭式冷水塔301制取的冷却水对气化的制冷剂进行冷却，使其在低于风冷冷却模式的温度下冷凝放热，闭式冷水塔301将热量散发至环境中；此时，第一截止阀104关闭、风冷冷凝器105风机停止，第二截止阀201接通，闭式冷水塔301的风机和循环水泵启动，以及循环冷却水水泵302启动；制冷剂在制冷剂泵107驱动下，先在相变冷板103内吸收热量、气化，然后流出相变冷板103，经第二截止阀201、在板式换热器202内与来自闭式冷水塔301的循环冷却水换热冷凝至液态制冷剂，进入到储液罐106，再由制冷剂泵107驱动再次循环；来自闭式冷水塔301的循环冷却水，
在板式换热器202将气态制冷剂冷凝为液态制冷剂，吸收其热量后温度升高，经循环冷却水水泵302驱动，在闭式冷水塔301对环境放出热量后温度降低再循环使用。
[0032]在风冷模式时，通过控制制冷剂泵107的转速和风冷冷凝器105风机的转速，即可调节发热元件101的温度，以满足散热和降低制冷剂泵107与风冷冷凝器105风机的能耗。
[0033]在水冷模式时，通过控制制冷剂泵107的转速、循环冷却水水泵302的转速、以及闭式冷水塔301风机和循环水泵的转速，即可调节发热元件101的温度，以满足散热和降低制冷剂泵107、循环冷却水水泵302、以及闭式冷水塔的风机和循环水泵能耗。
[0034]均热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统，包括均热板(102)，紧密连接在均热板(102)上表面的相变冷板(103)；其特征在于：所述相变冷板(103)的出口具有两个支路；其中，第一支路通过管路依次连接第一截止阀(104)、风冷冷凝器(105)，储液罐(106)和制冷剂泵(107)，再由制冷剂泵(107)出口，接入相变冷板(103)的入口；第二支路通过管路依次连接第二截止阀(201)、板式换热器(202)的通路A、储液罐(106)、制冷剂泵(107)，再由制冷剂泵(107)出口，接入相变冷板(103)的入口；所述板式换热器(202)通路B中的其中一个端口，通过管路依次连接闭式冷水塔(301)和循环冷却水水泵(302)，再由循环冷却水水泵(302)出口，接入板式换热器(202)通路B的另一端口。2.根据权利要求1所述与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统，其特征在于：所述紧密连接是指，均热板(102)与相变冷板(103)的结合面，采用铋锡合金熔化焊接。3.根据权利要求2所述与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统，其特征在于：所述制冷剂泵(107)、风冷冷凝器(105)的风机、闭式冷水塔(301)的风扇和循环水泵、循环冷却水水泵(302)，均设有转速调节器。4.根据权利要求3所述与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统，其特征在于：所述铋锡合金为铋占58％、锡占42％的铋锡合金，熔点为140℃。5.根据权利要求4所述与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统，其特征在于：所述均热板(102)的底面与发热元件(101)紧密结合；发热元件(101)的表面设有温度传感器。6.根据权利要求1
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3中任一项所述与均热板结合的制冷泵驱动相变换热冷板散热系统的散热方法，其特征在于，发热元件(101)的热量依次经均热板(102)传递至相变冷板(103)内的制冷剂，使其气化、吸收热量；均热板(102)散热面积，大于发热元件(101)散热面积；散热过程包括如下两个模式：风冷模式：若采用风冷冷却方式能够满足冷却要求时，则由风冷冷凝器(105)将热量散发至环境中；此时第一截止阀(104)接通、风冷冷凝器(105)风机启动，第二截止阀(201)关闭，闭式冷水塔(301)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金平，王泽嵩，陈建勋，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：