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1、(10)申请公布号 CN 102625642 A (43)申请公布日 2012.08.01 C N 1 0 2 6 2 5 6 4 2 A *CN102625642A* (21)申请号 201210092861.8 (22)申请日 2012.03.31 H05K 7/20(2006.01) (71)申请人重庆大学 地址 400030 重庆市沙坪坝区沙正街174号 (72)发明人王宏 杨宝海 陈蓉 廖强 丁玉栋 朱恂 李俊 王永忠 叶丁丁 (74)专利代理机构重庆市前沿专利事务所 50211 代理人郭云 (54) 发明名称 大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系 统 (57) 摘要 本发明公开了。
2、大功率电子元件便携均温式喷 雾冷却循环系统，包括压缩机、喷雾冷却器和空气 冷凝器，压缩机的出口通过连接管道与空气冷凝 器进口连接，空气冷凝器的出口通过连接管道与 喷雾冷却器的进口连接；其特征在于：该循环系 统还设置有气液分离器和辅热装置；所述喷雾冷 却器的出口通过流体输送管路与所述气液分离器 的进口连接，在所述流体输送管路上设置有所述 辅热装置，气液分离器的出口通过连接管道与压 缩机的进口连接；需要冷却的器件固定在喷雾冷 却器上；本发明利用辅热装置与气液分离器，解 决了制冷工质进入压缩机前存在液相的问题，解 决了喷雾冷却后残余乏液，不能直接进入压缩机 重新压缩的问题，从而实现了喷雾冷却闭式循环。
3、， 节约能源。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，包括压缩机(5)、喷雾冷却器 (6)和空气冷凝器(2)，所述压缩机(5)的出口通过连接管道与所述空气冷凝器(2)进口连 接，所述空气冷凝器(2)的出口通过连接管道与所述喷雾冷却器(6)的进口连接；其特征在 于：该循环系统还设置有气液分离器(4)和辅热装置(3)；所述喷雾冷却器(6)的出口通过 流体输送管路(9)与所述气液分离器(4)的进口连接，在。
4、所述流体输送管路(9)上设置有 所述辅热装置(3)，所述气液分离器(4)的出口通过连接管道与所述压缩机(5)的进口连 接，需要冷却的器件(25)固定在所述喷雾冷却器(6)上。 2.根据权利要求1所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，其特征在 于：所述喷雾冷却器(6)包括喷淋腔(21)、安装板(22)和喷嘴(23)；所述喷淋腔(21)开有 口，所述安装板(22)固定在所述喷淋腔(21)的开口面，所述安装板(22)上设有安装孔，所 述喷嘴(23)固定在该安装孔上且该喷嘴(23)的喷液面向内，需要冷却的器件(25)固定在 所述喷淋腔(21)上，且与所述喷嘴(23)的喷液面相对。 3.根据权。
5、利要求1或2所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，其特征 在于：所述辅热装置(3)由加热器(10)和隔热层(11)构成，加热器(10)绕在流体输送管 路(9)的外表面，隔热层(11)设置在加热器的外表面。 4.根据权利要求3所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，其特征在 于：所述喷雾冷却器(6)的进、出口均分别设置有压力表和阀门。 权 利 要 求 书CN 102625642 A 1/3页 3 大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统 技术领域 0001 本发明涉及喷雾冷却，具体涉及大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统。 背景技术 0002 随着电子技术的迅猛发展，计算机。
6、、通讯、航天、军事等领域对于电子元件集成度 及运行时的稳定性要求也在不断的增强。这使得电子元件工作时产生的热流密度不断地增 大，废热增多，导致其工作时所处的热环境越来越恶劣。在超过额定温度下工作是导致电子 元件不能正常运行、寿命降低的主要原因。相关研究表明，半导体元件的温度每升高5，其 工作的稳定性便降低20左右。因此，在对大功率高热流密度电子元件冷却的同时，保证冷 却表面有较低且均匀的过热度，是现代对于高效冷却技术的基本要求。 0003 传统的冷却装置(如风冷、水冷等)已不能满足现代大功率电子元件的冷却需求， 其温度控制能力更无法达到要求。比如IGBT模块、激光元件发热、大功率航天电子元件等。
7、， 要求相应冷却系统具有冷却高热流密度的能力，通常热流密度q100W/cm 2 ，且其所处的工 作温度一般要求小于30。 0004 喷雾相变冷却具有高冷却热流密度和严格的温度控制能力。这里的温度控制能力 指冷却表面的温度和表面温度的均匀性，因此是现代高效冷却技术的首选。 0005 但是，由于在喷雾冷却中，制冷工质在工作之后会残存一部分乏液，导致其不能直 接进入压缩机，进行压缩，完成制冷循环；这也是限制喷雾冷却在实际生产中应用的主要原 因。因此，现阶段的喷雾冷却技术大多以开式系统为主，制冷工质工作之后直接排掉；这样 不仅是对资源的极大浪费，更使得制冷系统体积过大，不便于灵活的移动，装配；限制了喷。
8、 雾冷却的广泛应用。 发明内容 0006 本发明所要解决的技术问题在于提供大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环 系统。 0007 根据本发明的技术方案，大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统，包括压 缩机、喷雾冷却器和空气冷凝器，压缩机的出口通过连接管道与空气冷凝器进口连接，空气 冷凝器的出口通过连接管道与喷雾冷却器的进口连接；其特点是：该循环系统还设置有气 液分离器和辅热装置；所述喷雾冷却器的出口通过流体输送管路与所述气液分离器的进 口连接，在所述流体输送管路上设置有所述辅热装置，气液分离器的出口通过连接管道与 压缩机的进口连接；需要冷却的器件固定在喷雾冷却器上；辅热装置将喷雾冷却器输出的。
9、 汽、液加热，然后输出到气液分离器进行汽、液分离，使完全气态的制冷剂再输入到压缩机， 解决了制冷工质进入压缩机前存在液相的问题；解决了喷雾冷却后残余乏液，不能直接进 入压缩机重新压缩的问题，从而实现了喷雾冷却闭式循环，节约能源，制冷效率高， 0008 根据本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的优选方案，所 述喷雾冷却器包括喷淋腔、安装板和喷嘴；所述喷淋腔开有口，所述安装板固定在所述喷淋 说 明 书CN 102625642 A 2/3页 4 腔的开口面，所述安装板上设有安装孔，所述喷嘴固定在该安装孔上且该喷嘴的喷液面向 内，需要冷却的器件固定在所述喷淋腔上，且与所述喷嘴的喷液面相。
10、对。 0009 根据本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的优选方案，所 述辅热装置由加热器和隔热层构成，加热器绕在流体输送管路的外表面，隔热层设置在加 热器的外表面。 0010 根据本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的优选方案，喷 雾冷却器的进、出口均分别设置有压力表和阀门，可实时监控系统工作情况和调节系统工 况。 0011 本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的有益效果是：本发 明利用辅热装置与气液分离器，解决了制冷工质进入压缩机前存在液相的问题，解决了喷 雾冷却后残余乏液，不能直接进入压缩机重新压缩的问题，从而实现了喷雾冷却闭式循环， 节约。
11、能源，制冷效率高，温度控制稳定，该系统能够在满足高热流密度散热的同时，保持换 热表面处于较低的温度，并可通过喷雾冷却器进出口的压力表和阀门实时监控系统工作情 况和调节系统工况；满足了工质循环利用的节能要求及便于携带的使用要求，极大地增强 了喷雾冷却系统的实际应用性能，可广泛应用在计算机、通讯、航天、军事等领域。 附图说明 0012 图1是本发明所述的大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统的结构示意 图。 0013 图2是本发明所述的喷雾冷却器6的结构示意图。 0014 图3是具体实施例中辅热装置3的结构示意图。 具体实施方式 0015 参见图1至图3，大功率电子元件便携均温式喷雾冷却循环系统。
12、，由外壳1、空气冷 凝器2、辅热装置3、气液分离器4、压缩机5、喷雾冷却器6和压力表7、阀门8和流体输送 管路9构成，需要冷却的器件25固定在喷雾冷却器6上，并用密封胶密封；压缩机5的出 口通过连接管道与空气冷凝器2进口连接，空气冷凝器2的出口通过连接管道与喷雾冷却 器6的进口连接；所述喷雾冷却器6的出口通过流体输送管路9与所述气液分离器4的进 口连接，在所述流体输送管路9上设置有所述辅热装置3，气液分离器4的出口通过连接管 道与压缩机5的进口连接；所述喷雾冷却器6包括喷淋腔21、安装板22和喷嘴23；所述喷 淋腔21开有口，所述安装板22固定在所述喷淋腔21的开口面，所述安装板22上设有安装。
13、 孔，所述喷嘴23固定在该安装孔上且该喷嘴23的喷液面向内，需要冷却的器件25固定在 所述喷淋腔21上，且与所述喷嘴23的喷液面相对；所述喷淋腔21开有乏液、汽排出孔27， 该乏液、汽排出孔27通过流体输送管路9与气液分离器4的进口连接，所述辅热装置3设 置在流体输送管路9上；所述辅热装置3由加热器10和隔热层11构成，加热器10采用电 阻丝，电阻丝绕在流体输送管路9的外表面，隔热层11设置在加热器的外表面；在喷雾冷却 器6的进、出口、压缩机5上均分别设置有压力表和阀门，制冷剂可以选择R134a、R11、R115、 R717、R410a等。 0016 参见图2，在具体实施例中，安装板22设置在。
14、所述喷淋腔21的顶部，由于喷淋腔 说 明 书CN 102625642 A 3/3页 5 内压力较高，且制冷剂极易挥发，因此采用密封垫圈与承压密封胶联合使用的密封方法，再 通过螺栓26锁紧安装板22；喷嘴23的喷液面朝下，为保证散热，需要冷却的器件25安装 在喷淋腔21的底部，并用密封胶密封；需要冷却的器件25与喷淋腔底部安装面之间涂有高 效导热硅脂，保证了喷淋腔底部安装面与需要冷却的器件25之间的充分导热；喷淋腔21的 底部开有热电偶安装孔24，可安装热电偶，用以监测需要冷却的器件表面的温度，所述喷嘴 23为压力式喷嘴；当喷嘴前后压力差为5-8bar时，流量在0.94-1.2L/min左右，喷。
15、流角度 53左右，此喷流角度与喷嘴距喷淋腔21底面的距离相配合，能保证喷淋腔21底面被射流 工质完全覆盖，且又没有过多的工质喷淋到腔体内壁面上。 0017 本发明的工作工程是：所述压缩机5压缩后的高温高压制冷剂进入空气冷凝器2 冷凝液化后，输出低温液态的制冷剂到喷雾冷却器6，由喷雾冷却器6将低温液态的制冷剂 喷射到需要冷却的换热表面上，完成喷雾冷却；换热后的汽、液通过流体输送管路并经辅热 装置3加热，加热后绝大部分乏液汽化，然后输出到气液分离器4进行汽、液分离，完全气态 的制冷剂再输入到压缩机5，完成一个制冷循环。 0018 本发明可用于大功率高热流密度电子元件冷却。该系统能够在满足高热流密度 散热的同时，保持换热表面处于较低的温度，例如，以R134a为制冷剂，散热热流密度可达 103.68W/cm 2 ，换热表面温度在23以内；因此能够满足现阶段大部分高热流密度电子元件 的散热要求，并且可在一定的范围内调节工况，体积较小，属于便携式喷雾冷却闭式循环制 冷系统。 说 明 书CN 102625642 A 1/2页 6 图1 说 明 书 附 图CN 102625642 A 2/2页 7 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102625642 A 。