一種電子電氣產品的散熱方法及其裝置的製作方法

2023-05-23 12:37:31

專利名稱：一種電子電氣產品的散熱方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明一種電子電氣產品的散熱方法及其裝置涉及的是一種對電子、電氣線路，電子、電氣元器件及其電子電氣整機產品冷卻的新方法及其裝置。
隨著電子電氣技術的發展，集成化、模塊化技術普及應用，電子器件的功能不斷增加，體積不斷縮小，熱流密度逐步上升，故障率隨工作溫度上升成指數增大，工作溫度每增加10℃，其器件老化速度及故障率也相應增大一倍，所以及時有效地散發電路及器件工作時的熱量、降低工作溫升是提高電路及器件包括整機系統工作穩定性的關鍵，此外，隨著電路的越來越精密，工作環境潮溼、灰塵、小蟲子等都會通過電器裝置的散熱開孔進入機器內部，從而造成化學、電化學侵蝕，影響系統的穩定性和安全，因此要想提高電子線路和器件及系統工作的穩定性除努力提高元器件整機質量和系統的合理性外，還需要解決散熱防潮防塵問題。
目前採用的散熱方法及裝置有1、在電子電氣設備外殼上開散熱孔，利用熱空氣上升將熱量從設備內向外散發。2、在重點的發熱器件上加裝金屬散熱片，利用金屬的導熱性能和加大散熱面積來散熱，或再加裝小電風扇進行散熱。此散熱方式效果比較差，只能局部散熱。3、利用半導體製冷片貼在發熱器件上進行製冷降溫，此方法散熱方式雖然冷卻了發熱器件，但須在半導體製冷片另一面散發熱量，設備內部空間反而增加熱量，這種製冷片還有一個缺點，過度製冷量大於器件發熱量時，被冷卻器件將會產生冷凝水，電路將產生短路危險。4、從已公開的專利申請說明書公開號為CN1193762A美國康帕克電腦公司申請的「計算機特殊器件的液體冷卻裝置」，該裝置是直接固定到發熱量高的晶片上的傳熱系統，該裝置包括一個泵與一個風扇相鄰的空氣側熱交換器和一個固定到發熱量高的器件上，以便在運行條件下除去該器件發出的熱量的傳熱板。5、從已公開的專利申請公開說明書公開號為CN1178064A美國AST研究公司申請的「減少電子器件累積熱量的可活動熱管裝置」，該裝置是一種可轉動和可滑動的熱量裝置比僅用散熱器表面各向周圍空氣中散失能更快地將熱量從微處理器晶片傳遞走，包括散熱器有一個必要的適於容納其形狀如曲柄軸的熱管的第一端部的園柱形管道，以及熱擴散器，由金屬片構成，其第一端部捲起，以確定一個適於容納熱管的第二端部的園形孔。
以上方法4、5散熱裝置僅考慮到設備中少部分發熱元件、部件如CPU晶片、硬碟驅動器等重點發熱器件的散熱問題，而其它發熱器件沒有考慮，且方案中熱傳導方式分成幾步，效率不高。
上述採用的散熱方式需要較大溫差才能建立散熱平衡。而且設備內部與外界空氣相連，灰塵、潮溼水蒸氣仍能進入設備內部。
本發明的目的是針對上述電子電氣產品的散熱方法及裝置存在不足之處提供一種電子電氣產品的散熱方法及其裝置，將電子電氣產品直接裝置(浸置)在抽成真空注入散熱工質液容器內散熱或在電子電氣產品外部直接裝置抽成真空注入散熱工質液容器，用來將熱量從高熱流密度區以蒸發潛能快速分散成低熱流密度形式，能有效地散發電子電氣產品工作時熱量，降低工作溫升，提高電子電氣產品工作穩定性。
一種電子電氣產品的散熱方法及其裝置是採取以下方案實現的電子電氣產品的散熱方法是將電子電氣產品直接裝置在密閉容器內，將密閉容器抽成真空狀態，注入散熱工質液，使電子電氣產品浸置在散熱工質液內，或將密閉容器抽成真空狀態，注入散熱工質液將裝有散熱工質液的密閉容器裝置在電子電氣產品外部，當電子電氣產品工作時產生熱量時，散熱工質液蒸發以潛熱形式將熱量從高熱流密度區快速汽化分散成低熱流密度形式與外界發生熱交換釋放冷凝潛熱，電子電氣產品得到有效冷卻。密閉容器注入散熱工質液容器內應有氣態空間。電子電氣產品包括計算機及外部設備、筆記本電腦、顯示器、電視機、計算機硬碟、光碟機、光碟刻錄機、微處理器、顯卡、音效卡、電子線路、電氣線路、音響、功率放大器、電源、數字衛星接收機、投影機、伺服器、網絡交換機，路由器，機頂盒、數據機、掌上電腦、行動電話、程控交換機、精密儀器、廣播電訊設備、電力電氣設備、大功率整流管、集成電路晶片、電光源等。散熱工質液具有高絕緣性能，為低沸點工質液，在一個大氣壓下沸點為10℃～90℃。散熱工質液可採用全氟代醚、全氟代胺、全氟烷烴、烷烴、環烷烴、氟氯烴、含氫氟氯烴中的一種或混和物。
電子電氣產品的散熱裝置具有密閉容器，密閉容器內空氣分壓接近於零，密閉容器內注有散熱工質液，密閉容器內或側面設置有電子電氣產品散熱冷卻室，或散熱冷卻層，密閉容器內上方可設置有接液盒，用於接盛冷凝下來的散熱工質液，並將散熱工質液由上而下分配給各散熱室、散熱冷卻層使用，最終大部分散熱工質液回落到密閉容器底部。為了消除靜電防止電子電氣產品損壞，可以在散熱工質液內加設金屬網，金屬網接地，也可在電子電氣產品表面加絕緣層，防止靜電損壞擊穿器件。可直接採用風扇冷卻密閉容器。為適應密閉容器工作狀態變化引起內部壓力變化可在密閉容器內外設置加強筋。為加強散熱效果可在密閉容器外殼內外設置散熱片。在密閉容器內壁、發熱器件表面或散熱冷卻室可設置帶尖端凸起，以便增加散熱工質汽化效果。密閉容器可採用散熱效果好的材料製成。
電子電氣產品的散熱方法及其裝置工作原理如下物質在加熱或冷卻過程只改變原有固、液、氣狀態而溫度不發生變化，這種改變狀態所消耗或得到的熱叫做潛熱，由液體等溫汽化成氣體所消耗的能量叫做蒸發潛熱，而由氣體等溫液化成液體所釋放的能量叫做冷凝潛熱，當一種液體受熱達到沸點時，便會汽化成氣體，持續不斷受熱便會持續不斷汽化，而液體的溫度會保持在沸點值。
當一個密閉的容器中只有某種低沸點(室溫附近)的液體時，且容器內氣態空間部份這種液體的氣態分壓接近或等於100％時，容器內工質氣體分壓剛好是這種工質液體此時環境溫度下的飽和蒸氣壓。這時，只要對這種液體略加熱，液體便會立即沸騰汽化，蒸氣迅速離開熱源在容器上方與外界發生熱交換並冷凝。
當電子產品的整機部件、元器件、晶片等工作溫度升高發出熱量使密封容器內靠近電子電氣產品低沸點散熱工質液迅速沸騰潛熱氣化，以蒸發潛熱形式將熱量從高熱流密度區快速分散成低熱流密度形式，氣化後的散熱工質氣體上升到密封容器上部，經冷卻風道、卻水管、散熱片、密封容器殼體迅速散熱冷卻成液體，經接液盒由上而下分配給各散熱冷卻室或散熱冷卻層散熱或沿密封容器內壁回流到密封容器下部散熱工質液中，以此形成散熱循環。
本發明由於將電子電氣產品直接裝置在密封容器的散熱工質液內散熱或將裝有散熱工質液的密閉容器直接裝置在電子電氣產品外部，可以將電子電氣產品工作時發出的熱通過散熱工質液蒸發以潛熱形式將熱量從高熱流密度區快速分散成低熱流密度形式與外界發生熱交換釋放冷凝潛熱，電子電氣產品得到有效冷卻，降低工作溫升可以提高電子電氣產品的電路及器件包括整機系統工作穩定性，可靠性，安全性，同時可解決電子電氣產品由於工作環境潮溼、灰塵、小蟲子等造成化學、電化學侵蝕影響系統的穩定性和安全等問題，從而保證電子電氣產品正常工作。
以下將結合附圖對本發明作進一步舉例說明。


圖1是本發明用於計算機機箱散熱冷卻裝置示意圖。
圖2是本發明用於單個電子電氣元器件散熱冷卻裝置示意圖。
圖3是本發明用於筆記本電腦散熱冷卻裝置示意圖。
圖4是本發明散熱冷卻管道結構示意圖。
參照附圖1，電子電氣產品的散熱方法是將電子電氣產品直接裝置在密閉容器3內，如附圖1中電源6，線路板7、線路板上裝置的CPU16，集成晶片15等，將密閉容器抽成真空狀態，注入散熱工質液12，使電子電氣產品浸置在散熱工質液內，或將密閉容器3抽成真空狀態，注入散熱工質液，將裝有散熱工質液的密閉容器3裝置在電子電氣產品外部，如附圖1中光碟機10、硬碟11、數據機13外部直接套裝在裝有散熱工質液密閉容器散熱冷卻室內，當電子電氣產品工作時產生熱量散熱工質液蒸發以潛熱形式將熱量從高熱流密度區快速分散成低熱流密度形式與外界發生熱交換釋放冷凝潛熱，電子電氣產品得到有效冷卻。密閉容器注入散熱工質液容器內應有氣態空間。密封容器3可採用導熱散熱良好的金屬材料或其他材料製成。
參照附圖1、4，電子電氣產品的散熱裝置具有密閉容器3，密閉容器抽成真空空氣分壓接近於零，密閉容器3內注有散熱工質液12，在密閉容器3內或側面設置有電子電氣產品散熱冷卻室10、11、13或散熱冷卻層，密閉容器3內上方設置有接液盒2，用於接聚冷凝下來的散熱工質液，在密封容器內上部或密封容器內可設有冷卻風管道或冷卻水管道，分別通入冷卻風、氣或冷卻水用於快速冷卻散熱工質蒸汽，轉化為散熱工質液滴入盛液盒2內，由上而下分配給各散熱室或散熱層散熱，或直接從密封容器內壁流入容器下部，散熱工質液以此形成散熱循環。為了增加密閉容器強度可在密閉容器內外設置加強筋9。可在密閉容器外貼半導體製冷片冷卻，也可直接在密閉容器外採用風扇冷卻密閉容器，加快散熱工質液蒸汽轉化為液體，增加冷卻效果。在密閉容器內壁和發熱器件表面或散熱冷卻室可設置帶尖端凸起14，可增加散熱工質液汽化效果，冷卻風管道、冷卻水管可以在管道內外壁設置散熱片8，以增加散熱冷卻面積提高冷卻效果，見附圖4。為了消除靜電可以在散熱工質液12內加設金屬網5，金屬網接地，也可在電子電氣產品元器件表面加絕緣層，防止靜電損壞擊穿電子電氣元器件。
參照附圖2，單個電子電氣元器件散熱冷卻裝置，電子電氣元器件、部件19單獨直接浸入散熱工質液20內，密封容器18內外可設置散熱片17，密閉容器18與電子電氣元器件、部件19裝插連接處採用絕緣密封膠密封，防止散熱工質液滲漏，並保證密閉容器18與電子電氣元器件部件19之間絕緣。
參照附圖3，本發明用於筆記本電腦散熱冷卻裝置，密封容器23裝置在筆記本電腦顯示屏25後，電腦主板、晶片部位27，採用金屬軟管26連接，23、27、26是由金屬軟管26連接成的一個相通的密封容器，電腦工作時產生的熱量汽化工質後，通過26進入23中冷凝。用於冷卻顯示屏、電腦主板、晶片，散熱工質液24裝置在密閉容器23內，也連通到27內，密閉容器23內表面設置有散熱片、密閉容器23上部裝置有冷卻風管道22，採用風扇送入冷卻風冷卻散熱工質液蒸汽，冷卻風管道內外都設置有散熱冷卻片21，以增加散熱冷卻散熱工質液蒸氣熱交換面積，快速將散熱工質液蒸汽轉化為液體。
上述密封容器內裝注的散熱工質液為低沸點，工質液沸點在一個大氣壓下為10℃～90℃，具有高絕緣性能、安全性，可採用全氟代醚、全氟代胺系列有機液體以及全氟烷烴、烷烴、環烷烴、氟氯烴、含氫氟氯烴中的一種或混和液，特別是其中的全氟三甲胺、全氟三乙胺、全氟六碳環醚、全氟甲丁醚、全氟丁烷、全氟戊烷、全氟己烷、戊烷、己烷、環己烷、一氟二氯甲烷等。
用與上述相同的方法，可實現對眾多的電子、電氣產品的有效冷卻。
權利要求
1.一種電子電氣產品的散熱方法，其特徵是將電子電氣產品直接裝置在密閉容器內，將密閉容器抽成真空狀態，注入散熱工質液，使電子電氣產品浸置在散熱工質液內，或將密閉容器抽成真空狀態，注入散熱工質液，將裝有散熱工質液的密閉容器裝置在電子電氣產品外部，當電子電氣產品工作時產生熱量時，散熱工質液蒸發以潛熱形式將熱量從高熱流密度區快速汽化分散成低熱流密度形式與外界發生熱交換釋放冷凝潛熱，電子電氣產品得到有效冷卻。
2.根據權利要求1所述的電子電氣產品的散熱方法，其特徵是密閉容器注入散熱工質液容器內應留有氣態空間。
3.根據權利要求1所述的電子電氣產品的散熱方法，其特徵是散熱工質液具有高絕緣性能，採用全氟代醚、全氟代胺、全氟烷烴、烷烴、環烷烴、氟氯烴、含氫氟氯烴中的一種或混和物。
4.根據權利要求1所述的電子電氣產品的散熱方法，其特徵是電子電氣產品包括計算機及外部設備、筆記本電腦、顯示器、電視機、計算機硬碟、光碟機、光碟刻錄機、微處理器、顯卡、音效卡、電子線路、電氣線路、音響、功率放大器，電源、數字衛星接收機、投影機、伺服器、網絡交換機、路由器、機頂盒、數據機、掌上電腦、行動電話、程控交換機、精密儀器、廣播電訊設備、電力電氣設備、大功率整流管、集成電路晶片，電光源等。
5.一種電子電氣產品的散熱裝置，其特徵是具有密封容器，密閉容器內空氣分壓接近於零，密閉容器內注有散熱工質液，密閉容器內或側面設置有電子電氣產品散熱冷卻室。
6.根據權利要求5所述的電子電氣產品的散熱裝置，其特徵是密閉容器內上方可設置有接液盒，在密閉容器散熱工質液內加設金屬網，金屬網接地。
7.根據權利要求5所述的電子電氣產品的散熱裝置，其特徵是密閉容器可設置冷卻風管道或冷卻水管。
8.根據權利要求5所述的電子電氣產品的散熱裝置，其特徵是密閉容器外可貼半導體製冷片。
9.根據權利要求5所述的電子電氣產品的散熱裝置，其特徵是密閉容器外殼內外可設置散熱片、加強筋。
10.根據權利要求5所述的電子電氣產品的散熱裝置，其特徵是密閉容器內壁、發熱器件表面或散熱冷卻室可設置帶尖端凸起。
全文摘要
本發明一種電子電氣產品的散熱方法及其裝置涉及的是一種對電子、電氣線路,電子、電氣元器件及其電子電氣整機產品冷卻的新方法及其裝置。電子電氣產品的散熱方法,其特徵是將電子電氣產品直接裝置在密閉容器抽成真空狀態,注入散熱工質液,使電子電氣產品浸置在散熱工質液內,或將密閉容器抽成真空狀態,注入散熱工質液,將裝有散熱工質液的密閉容器裝置在電子電氣產品外部,使電子電氣產品得到有效冷卻。散熱裝置具有密封容器,密閉容器內注有散熱工質液,密閉容器內或側面設置有散熱冷卻室。
文檔編號H05K7/20GK1251494SQ9911448
公開日2000年4月26日 申請日期1999年10月14日 優先權日1999年10月14日
發明者薛勇 申請人:薛勇