本發(fā)明涉及到熱傳導(dǎo)系統(tǒng)，尤其是環(huán)路熱管。這種類型的系統(tǒng)用于冷卻各種裝置，尤其是用于冷卻電路板的一個(gè)或多個(gè)處理器。

背景技術(shù)：

眾所周知，在現(xiàn)有技術(shù)中，有利于采用具有蒸發(fā)器和冷卻器的兩相流體的循環(huán)，其中相變可有效地把熱量從一個(gè)點(diǎn)傳導(dǎo)到另一個(gè)點(diǎn)；工作液體在環(huán)路中的循環(huán)通過熱虹吸效應(yīng)或者通過具有毛細(xì)泵的多孔芯來產(chǎn)生環(huán)路。

眾所周知，可以利用這種系統(tǒng)來冷卻電路板，尤其是數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器板。

在某些電路板中，需要冷卻往往不止一個(gè)而是多個(gè)處理器或電子元件。針對串聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)處理器的情況，有人曾建議使用兩個(gè)蒸發(fā)器和兩個(gè)冷凝器，而不是增加兩相環(huán)路，如us專利文件2012/0132402中所公開的。然而，如果熱負(fù)荷不是均勻的，那么這種方案就不適合，此外，啟動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生問題；另外，在這種環(huán)路的操作過程中會(huì)觀察到不穩(wěn)定性。另一種方案是把多個(gè)蒸發(fā)器平行排列在兩相環(huán)路上，如us專利文件2002/0007937所公開的，但是，在這種結(jié)構(gòu)中，每個(gè)蒸發(fā)器都會(huì)增加環(huán)路中的壓力損耗，而不會(huì)增加環(huán)路中的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，因此性能受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，需要提供更加靈活的方案來適合冷卻一個(gè)或多個(gè)處理器或散熱電子元件。

為此目的，提出一種熱傳導(dǎo)系統(tǒng)，包括：

-形成流體環(huán)路的主回路，主回路沒有機(jī)械、重力或毛細(xì)泵送裝置，具有在流體環(huán)路中的流動(dòng)方向，

-至少一個(gè)蒸發(fā)器單元，以旁路主回路的方式設(shè)置，具有：

-至少一個(gè)入口管道，收集來自主回路的液流，

-蒸發(fā)器，包括具有毛細(xì)泵的多孔件，耦連著待冷卻的熱源，

-至少一個(gè)出口管道，具有噴嘴，用于至少以在環(huán)路中的流動(dòng)方向?qū)⒅饕蕷庀嗟牧黧w噴射到主回路中，

-至少一個(gè)冷卻換熱器，包括一部分環(huán)路主回路以及耦連著散熱器的換熱器，所述散熱器用于耗散熱能。

通過這些設(shè)置，將蒸汽從出口管道噴射到主回路具有動(dòng)量傳遞的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。蒸汽的噴射在環(huán)路主回路中形成驅(qū)動(dòng)力，并且能夠在環(huán)路主回路中實(shí)現(xiàn)工作流體的強(qiáng)制循環(huán)。

在根據(jù)本發(fā)明裝置的某些實(shí)施例中，有可能使用以下設(shè)置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。

在第一個(gè)應(yīng)用中，流體在環(huán)路主回路中主要呈現(xiàn)兩相狀態(tài)，即氣態(tài)和液態(tài)，在這種情況下，制冷換熱器是常規(guī)的冷凝器單元。因此，在冷凝器處就無需臨界冷卻。無需臨界冷卻使之能夠限制乃至減少冷凝器的所需尺寸。就現(xiàn)有技術(shù)而言，眾所周知，臨界冷卻的液體需要在蒸發(fā)器來抵消由于多孔芯、環(huán)境、可能存在的毛細(xì)滲透等所產(chǎn)生的寄生熱通量。因此，該第一個(gè)應(yīng)用案例消除了這種臨界冷卻的限制。

在第二個(gè)應(yīng)用案例中，流體在環(huán)路主回路中主要呈現(xiàn)液態(tài)，于是，制冷換熱器為臨界冷卻換熱器；這樣的優(yōu)點(diǎn)是使環(huán)路主回路中低壓流體循環(huán)的蒸汽壓力下降減少到最少；離開噴嘴的蒸汽冷凝在蒸汽噴射點(diǎn)下游且緊鄰主回路的部分。臨界冷卻換熱器確保主回路中液相的充分臨界冷卻，以便即使存在寄生熱損耗，也能保留液體。使液體在主回路中的主要優(yōu)點(diǎn)是，加速度對系統(tǒng)操作的影響很小，例如，在具有轉(zhuǎn)向和高度可變強(qiáng)度的車輛中，能夠利用低壓流體，而不會(huì)導(dǎo)致不可接受的壓力損耗。

可以提供數(shù)個(gè)蒸發(fā)器單元，各個(gè)蒸發(fā)器單元都與主回路旁路；因此就有可能冷卻電路板的兩個(gè)或多個(gè)處理器以及/或者多個(gè)散熱熱源；這也是得益于各個(gè)蒸發(fā)器單元的蒸汽噴射所產(chǎn)生的附加驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。

在系統(tǒng)承受重力加速度的情況下，環(huán)路主回路可有利地位于相對于重力基本水平的平面中；最好，流體可以在不依賴熱虹吸效應(yīng)的情況下在環(huán)路主回路中循環(huán)，通過蒸發(fā)器的蒸汽噴射來獲得主回路的驅(qū)動(dòng)力。

蒸發(fā)器位于主回路的下方；

有利的是，可以通過局部虹吸效應(yīng)將來自主管道的液體提供給多孔件，并且順便有助于蒸汽和/或不凝性氣體的氣泡朝主管道上升。

蒸發(fā)器可位于主回路的上方，從而確保啟動(dòng)階段過程中與蒸發(fā)器的多孔件接觸的蒸汽的存在度最低。

在一個(gè)或多個(gè)蒸發(fā)器中設(shè)置有施置在多孔件(也稱為主芯)和主管道之間的次芯；這樣就能夠有效地去除經(jīng)過毛細(xì)連桿的蒸汽和/或不凝性氣體(ncg)的氣泡，即使沒有重力，也是如此，同時(shí)確保向主芯提供液體。

噴嘴可以設(shè)置在主回路的管道內(nèi)，在管路本身的內(nèi)部。這樣優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)效應(yīng)和動(dòng)量傳遞。

噴嘴可以周壁方式設(shè)置在主管道的壁上。有利的是，因此可使用y形連接器，從而便于結(jié)合并同時(shí)保持液密性。

系統(tǒng)可進(jìn)一步包括連接著環(huán)路主回路的普通儲(chǔ)液器。因此，可以在控制飽和溫度tsat的同時(shí)控制環(huán)路的操作條件，還可以將其用作膨脹箱，因此避免在各個(gè)蒸發(fā)器單元內(nèi)提供儲(chǔ)液器功能。

在其中一個(gè)冷凝器(或臨界冷卻)單元，主管道可包括由平行設(shè)置的多個(gè)子通道所構(gòu)成的一部分，其目的是限制通過屬于冷卻器單元的這部分的液壓熱損耗。

系統(tǒng)可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)熱橋，用于將主管道與一個(gè)或多個(gè)附加熱源實(shí)現(xiàn)熱耦連。因此，可以處理比如存儲(chǔ)器這樣的附加熱源，所述附加熱源所需散熱當(dāng)然低于處理器，但是也應(yīng)該使其冷卻。

附圖說明

本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點(diǎn)將通過閱讀作為非限制性實(shí)例列出的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的以下說明顯而易見。參考附圖，也可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中：

-圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例具有一個(gè)蒸發(fā)器單元的系統(tǒng)的示意圖，

-圖2是根據(jù)本發(fā)明具有多個(gè)蒸發(fā)器單元的系統(tǒng)的示意圖，

-圖3是處于第一種設(shè)置的蒸發(fā)器的截面圖，

-圖4是圖3所示的蒸發(fā)器的更詳細(xì)的局部截面圖，

-圖5a和圖5b是形成與環(huán)路主回路相結(jié)合的噴射器出口管道的截面圖，

-圖6是根據(jù)第二種設(shè)置的蒸發(fā)器的截面圖，

-圖7是闡釋了本發(fā)明的熱傳導(dǎo)系統(tǒng)用于在多處理器服務(wù)器板的圖表，

-圖8顯示了冷凝器處主管道的示例結(jié)構(gòu)，

-圖9與圖1相似，顯示了作為一個(gè)變體的第二個(gè)實(shí)施例，在該變體中，流體在環(huán)路主回路中主要呈現(xiàn)液相，

-圖10與圖2相似，但是只針對第二個(gè)實(shí)施例，也就是流體在環(huán)路主回路中主要呈現(xiàn)液相，

-圖11闡釋了質(zhì)量流率方程式，

-圖12顯示了不同流體結(jié)果的示例性圖表。

在各圖中，相同的標(biāo)號指代相同或相似的元件。

具體實(shí)施方式

圖1顯示了熱傳導(dǎo)系統(tǒng)10，該熱傳導(dǎo)系統(tǒng)利用兩相工作流體7來收集熱源9的熱能并將其從熱源轉(zhuǎn)移。更具體地說，熱傳導(dǎo)系統(tǒng)10包括環(huán)路主回路1。熱傳導(dǎo)系統(tǒng)10在其內(nèi)部體積中容納一定量的工作流體7，并采用密封形式與外部環(huán)境相絕緣。

在本說明中，術(shù)語“環(huán)路主回路1”的意思是指為了形成工作流體7的閉合回路而使環(huán)路能返回自身的管道或通道11，，因此相對于其它管道，所形成的“主管道”于連接平行設(shè)置的蒸發(fā)器。主回路也稱為“傳熱母線”和/或“普通集熱器”。

應(yīng)該理解的是，主回路通常不包含可能會(huì)干擾工作流體自由循環(huán)的阻礙元件，以優(yōu)選流動(dòng)方向所產(chǎn)生的該循環(huán)可以“f”來表示。

根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例，在主回路中循環(huán)的工作流體通常包括兩相，即液相和氣相，不排除存在著流體在某些位置主要呈現(xiàn)液體7l，而在其它位置則主要呈現(xiàn)蒸汽7v的情況。

根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例，下面將對其進(jìn)一步詳細(xì)描述，在主回路中循環(huán)的工作流體主要呈現(xiàn)液相7l.

根據(jù)本發(fā)明，主回路本身沒有機(jī)械、毛細(xì)或重力泵送裝置。主回路可形成大致為圓形、矩形、方形或任何其它形狀的環(huán)路；同樣，主回路可呈二維形狀(即主回路基本是扁平的)或者可呈三維形狀，即所述主回路并非只是扁平的。管路的橫截面可基本不變的；但是不排除管路的橫截面可沿著主回路而變化的。

為了獲取熱源9的熱量，所提供的蒸發(fā)器單元2采用旁路主回路的設(shè)置。該蒸發(fā)器單元2包括：

-至少一個(gè)入口管道21，收集來自環(huán)路主回路的液流，

-蒸發(fā)器4，包括多孔件3，用于構(gòu)成毛細(xì)泵并耦連著待冷卻的熱源，

-至少一個(gè)出口管道22，具有至少一個(gè)噴嘴，用于將主要呈現(xiàn)氣相的流體以環(huán)路流動(dòng)方向f噴射到主回路中。

應(yīng)該注意到，蒸發(fā)器單元2與主回路1的液壓接口將液流限制于收集連接裝置以及蒸汽噴射出口。將蒸汽噴射到主管道中可以發(fā)生在管壁處，如圖5b所示，或者完全發(fā)生在主管道內(nèi)，如圖5a所示。發(fā)生蒸汽噴射的速度很高，從而導(dǎo)致將動(dòng)量傳遞到主管道中循環(huán)的工作流體，如下文進(jìn)一步詳細(xì)所述。

在所闡釋的實(shí)例中，入口管道21與出口管道22是分開的；因此，按照本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的分類，蒸發(fā)器單元與cpl(毛細(xì)泵送環(huán)路)相似。然而，可以注意到的是，入口管道21和出口管道22可以是相連或相鄰的。而且，入口管道21和出口管道22各自都可以縮減為簡單的通道，不一定是管狀的管道或等同物；在圖3中，虛線表示主管道11鄰近蒸發(fā)器的情況，在這種情況下，入口管道21和出口管道22之中一個(gè)和/或另一個(gè)可以縮減為簡單的通道。

經(jīng)由入口管道21的液體收集點(diǎn)25位于蒸汽從出口管道進(jìn)入主管道11的排出點(diǎn)26的上游(相對于流動(dòng)方向f而言)。

此外，系統(tǒng)包括冷凝器單元5，用于將主管道中承載的熱能傳遞到與熱源相隔一定距離之處。冷凝器單元5由主管道本身的一部分以及耦連著散熱器的換熱器所構(gòu)成；在此不再刻意地詳細(xì)描述該換熱器，因?yàn)樗鰮Q熱器可以是現(xiàn)有技術(shù)已知的任何類型的換熱器；例如，具有翅片的風(fēng)冷換熱器，可能通過風(fēng)扇來強(qiáng)制對流；還可以是液體冷卻換熱器，例如具有例如水這樣的另一種液體的逆流型換熱器。

在服務(wù)器板的典型實(shí)例中，可以普通的水冷環(huán)路(圖7所示)將來自處理器的熱能通過主回路帶到與服務(wù)器板相隔一定距離之處。

在熱傳導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)的工作流體的量是不變的，因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)整體的系統(tǒng)相對于環(huán)境是密封的。取決于回路和蒸發(fā)器中的可變?nèi)莘e以及初始填裝量，在主管道中的兩相流量可以是分層的或者是環(huán)形的、層狀的或混亂的，具有尺寸變化的蒸汽氣囊?？梢赃x擇流動(dòng)類型以及噴射區(qū)域的設(shè)計(jì)，以便得到最有效的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，與此同時(shí)，對于預(yù)期溫度和熱功率范圍而言，使粘滯損耗降到最低。

尤其是，根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例，主管道的某些部分的橫截面可以使氣相與液相自然地或者由于重力或離心力或者由于分離裝置而分開并分層，或者根據(jù)重力或失重作用下的環(huán)境條件的需要并且針對流動(dòng)特性來應(yīng)用所述分離裝置。這種相分離的優(yōu)點(diǎn)是，與兩相輸送系統(tǒng)通常所需要的液體的低流量相比，可以在較高的蒸汽速度下運(yùn)送很大流量的蒸汽。這種相分離明顯減少了主管道中的壓力損耗。蒸汽流速/液體流速的理論比例正比于液體和蒸汽之間的密度比。由此可見這種相分離所提供的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楦邏毫黧w的密度比可以是10，而對于低壓流體而言，密度比可高達(dá)100乃至1000。在兩相環(huán)路中，通常蒸汽的壓力損耗是主要的。噴射器最好以氣相來設(shè)置，由此直接或者通過驅(qū)動(dòng)效應(yīng)與一部分液相動(dòng)量相連通。兩相管路可以是使之能夠進(jìn)行這種相分離的任何形狀。卵形有助于使的蒸汽位于管路的放大上部而液體部分位于管路的狹窄下部。主管道甚至可由平行的多個(gè)部分構(gòu)成：蒸汽管道和液體管道。在這種特殊情況下，蒸汽的壓力損耗在與主管道平行設(shè)置的管線段發(fā)揮泵送作用。設(shè)置低流速的一條或多條平行支線，有助于液體占據(jù)所述支線，同時(shí)使之能夠帶走可能產(chǎn)生的蒸汽氣泡。

如圖2以更完整的案例所示，熱傳導(dǎo)系統(tǒng)使之能夠通過各個(gè)蒸發(fā)器單元2，2'來散熱來自多個(gè)熱源9的熱能，所述蒸發(fā)器單元可完全相同或者只是原理相似。值得注意的是，這些蒸發(fā)器單元都是以旁路主管道的方式沿著該主回路設(shè)置在連續(xù)的不同位置上。有利的是，由于該結(jié)構(gòu)，通過快速蒸汽噴射裝置實(shí)現(xiàn)附加的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，所述蒸汽噴射裝置沿著主回路來串聯(lián)設(shè)置(不同于現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)設(shè)置的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu))。

此外，可以發(fā)現(xiàn)，通過本發(fā)明，可以把比如制冷劑這樣的常規(guī)電介質(zhì)流體用作工作流體，由此代替現(xiàn)有技術(shù)在兩相環(huán)路中所使用的或者是易燃的或者對環(huán)境有害的普通流體。這些流體的低潛熱在噴嘴處達(dá)到顯著的蒸汽速度方面是一項(xiàng)優(yōu)勢，可以與在相同蒸發(fā)器利用多個(gè)噴嘴的可能性相結(jié)合。因此，有可能針對指定操作溫度的一定范圍使用更多種類的兩相流體。

還可以在主回路上提供多個(gè)蒸發(fā)器單元4；在一個(gè)實(shí)例中，一個(gè)蒸發(fā)器后面可以跟著一個(gè)冷凝器，相互交替，以此類推，當(dāng)然，通過圖2，可以理解的是，相對于蒸發(fā)器的數(shù)量而言，可具有任何數(shù)量的冷凝器。同樣，各個(gè)蒸發(fā)器和冷凝器可以處于任何順序以及相對位置且在它們之間可以留有空間。

如圖3所示，蒸發(fā)器4包括熱板40，用于接收來自熱源9的熱能并在其中設(shè)置有助于消除由于蒸發(fā)作用而在該位置所形成的蒸汽7v的凹槽31或蒸汽通道。

多孔件3，也稱為主芯，與熱板40(在凹槽側(cè))相接觸。它提供了現(xiàn)有技術(shù)已知的泵送效果，因?yàn)橛靡合嗟牧黧w來填充多孔結(jié)構(gòu)3的間隙。多孔件3可由不銹鋼、鎳、陶瓷乃至銅制成(見下文)。

在液體橫向進(jìn)給區(qū)域30，呈現(xiàn)液相的流體從入口管道21進(jìn)入；現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)已知關(guān)注點(diǎn)是防止蒸汽和不凝性氣體的塞子阻塞進(jìn)入的液體(汽塞現(xiàn)象)，由此切斷蒸發(fā)區(qū)域的液相供應(yīng)并且使毛細(xì)泵停止運(yùn)行。由于毛細(xì)密封或者寄生熱通量較差(寄生加熱—液體側(cè))，所以會(huì)在液體橫向進(jìn)給區(qū)域形成蒸汽泡。因此，可將寄生通量視為附加熱源，在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的裝置中，需要臨界冷卻液體的流速來避免停止運(yùn)行或者飽和溫度上升。于是，在已知裝置中，裝置的總導(dǎo)通量會(huì)隨之而退化。在本發(fā)明中，蒸汽和/或不凝性氣體自然地通過輔助毛細(xì)連桿的蒸汽核芯排放到主回路，而不再需要臨界冷卻。裝置的總導(dǎo)通量可由本發(fā)明來保持，即便蒸發(fā)器產(chǎn)生寄生泄漏或者不凝性氣體泄露，亦是如此。與本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的毛細(xì)裝置cpl和lhp)相比，該系統(tǒng)更具魯棒性。

在現(xiàn)有技術(shù)中，曾嘗試防止在多孔件的橫向進(jìn)給側(cè)形成蒸汽泡，從而避免由于形成汽塞現(xiàn)象而妨礙向蒸發(fā)器主芯供應(yīng)液體；但是，在這里，采用了具有環(huán)路主回路的結(jié)構(gòu)，使得我們可以允許形成這種蒸汽和不凝性氣體的氣泡，只要所述氣泡可以從入口管道21逆流返回主管道11。

為此目的，仍可以使用重力，只要重力在適用范圍內(nèi)占主導(dǎo)，則可通過形成局部虹吸管而利用重力，在所述局部虹吸管中，氣泡上升，液體下降，如圖3所示。

此外，或者作為選擇，還可以設(shè)置有可選次芯32，設(shè)置在相對于熱板40而言的主芯的另一側(cè)。該次芯32延伸至蒸發(fā)器主體內(nèi)部，并且還可以至少局部地延伸至入口管道21中；實(shí)際上，次芯32施置在主芯3與主回路的管道11之間。

該次芯32形成便于疏通可能在該位置所形成氣泡的通道，所述位置即指主芯3的另一側(cè)；由此通過中斷從主管道向蒸發(fā)器4主芯3連續(xù)供應(yīng)的液流來防止汽塞現(xiàn)象。

次芯32可由絲網(wǎng)所構(gòu)成，如圖4所示。在次芯網(wǎng)線的角落處或交叉處，可形成彎液面39，由此確保很好地向主芯供應(yīng)液體。

由于能夠允許在多孔件進(jìn)給側(cè)(液體)形成蒸汽泡，所以有利的是，就不再需要確保完善的毛細(xì)密封，以便分割多孔件3各側(cè)的空間。其結(jié)果是，可以降低制造的限制條件以及減少蒸發(fā)器的成本。

寄生熱通量，無論蒸發(fā)器的定向如何，都可以通過控制去除在多孔件進(jìn)給側(cè)所形成的蒸汽泡來補(bǔ)償，而且無需臨界冷卻液體的流動(dòng)，便可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

同樣，無需在啟動(dòng)階段給主回路加壓，因?yàn)榧词乖诙嗫准牧硪粋?cè)在蒸發(fā)器中形成蒸汽泡，這些氣泡也都會(huì)返回主回路，然后在主回路中凝結(jié)。

在圖3所闡釋的結(jié)構(gòu)中，熱板40位于待冷卻的熱源9的上方，多孔件3位于熱板40的上方，容納可選次芯的液體橫向進(jìn)給區(qū)域30位于多孔件3的上方。

在圖6中，蒸發(fā)器的另一種設(shè)置是與圖4相比呈基本倒置，蒸發(fā)器包括設(shè)置在頂上的受熱熱板40，具有與多孔件3接觸的凹槽31，次芯32在其下方。

液體到達(dá)多孔件可用箭頭38a、38b來表示，而任意蒸汽和/或不凝性氣體的氣泡結(jié)合成蒸汽氣囊12，用標(biāo)為37b、37a的箭頭來表示。

如上所述，與現(xiàn)有技術(shù)不同，寄生熱通量能被該系統(tǒng)所容許且對系統(tǒng)性能沒有影響。有利的是，如上所述，蒸發(fā)器可相對于重力取任何定向，因?yàn)榇嬖诖涡?2，從而確保能夠通過毛細(xì)泵送來供應(yīng)液體以及蒸汽的逸出(見上文)。同樣，因?yàn)閷?dǎo)熱性能對來自多孔芯3的寄生通量沒有影響，所以這樣使之能夠?qū)~(在現(xiàn)有技術(shù)中，并不推薦銅，因?yàn)閷?dǎo)熱體而言太好了)用作多孔件，這就大大提高了蒸發(fā)區(qū)域的性能。

根據(jù)本發(fā)明，有利的是，如圖6所示，蒸發(fā)器單元2和主管道11的相對位置可以使得啟動(dòng)時(shí)蒸發(fā)器的凹槽未充滿液體。于是，由于凹槽中存在著蒸汽而有助于啟動(dòng)。次芯有助于向液體橫向進(jìn)給區(qū)域適當(dāng)?shù)毓?yīng)液體并使蒸汽泡返回主管道。

本文所示的本發(fā)明可用于微重力環(huán)境，即太空，當(dāng)然，也可以用于重力環(huán)境(陸地應(yīng)用)。當(dāng)然，本發(fā)明可用在承受一個(gè)或多個(gè)方向加速度的運(yùn)輸交通工具上(公路、鐵路、航空等)，次芯32用于控制液流供應(yīng)以及所有蒸汽泡的返回。

如圖5b所示，出口管道連接著y形連接器，標(biāo)記為63；如圖5a所示，出口管道連接著垂直進(jìn)給61和彎管62。

應(yīng)該注意的是，為了達(dá)到理想的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，蒸汽噴射方向g足以在圓周方向f具有主要分量，即便還會(huì)具有其它(徑向)分量，如圖5b所示的情況那樣。

蒸汽噴射可藉助于噴嘴60來產(chǎn)生，所述噴嘴可呈圓柱形或圓錐形。

蒸發(fā)器出口處的噴嘴60可有利地具有自動(dòng)調(diào)節(jié)橫截面的開口，使得蒸發(fā)器在低流量、低熱負(fù)荷下的動(dòng)量最大；與此同時(shí)，可在高流量下將壓力損耗控制在毛細(xì)泵送壓力以下。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)可通過封閉噴嘴的葉片的彈簧效應(yīng)、通過雙金屬帶的熱膨脹或者通過產(chǎn)生相同效果的任何其它裝置來有效的實(shí)現(xiàn)。

還可以具有多個(gè)噴射噴嘴。在各圖未顯示的一個(gè)變體中，噴射噴嘴可以由收集蒸發(fā)器的蒸汽的凹槽31末端來形成，傾斜地直接通向主管道；因此可以具有與收集凹槽31同樣多的噴射噴嘴。

在一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)中，提供與主管道流體連接的儲(chǔ)液器6(見圖2)；該可選儲(chǔ)液器可用作膨脹箱，一邊根據(jù)操作溫度用于過量的工作流體；該儲(chǔ)液器也可在適當(dāng)?shù)那闆r下用于主動(dòng)控制在該儲(chǔ)液器中的蒸汽-液體界面的主導(dǎo)飽和溫度tsat，因此在整體上影響系統(tǒng)平衡的溫度和壓力。

對于較低熱能的附加熱源98，除了增加毛細(xì)蒸發(fā)器，我們還有可能利用具有良好導(dǎo)熱系數(shù)的部分、普通熱橋或者普通熱管來構(gòu)成熱橋8，。熱能主要是通過在熱橋8與主管道11之間觸點(diǎn)的對流沸騰7傳遞至工作流體7；所產(chǎn)生的這種對流沸騰具有良好的熱交換系數(shù)。

圖7闡釋了把上文所述的熱傳導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用于多處理器服務(wù)器板90的用法，所述多處理器服務(wù)器板90包括有待于通過毛細(xì)蒸發(fā)器和可能通過輔助元件來冷卻的多個(gè)處理器9，以及有待于通過熱橋8來冷卻的存儲(chǔ)器98。

如圖7所示，每個(gè)處理器9都有蒸發(fā)器2、2a、2b、2c，安裝在其頂上的，以及主回路11，沿著板90而延伸并在每個(gè)蒸發(fā)器附近沿著側(cè)面或在上方通過。熱橋?qū)⒂洃洶?8熱連接著主回路11。冷凝器5設(shè)置在板90的一端并且能在主回路的工作流體7與諸如多個(gè)服務(wù)器板所共享的整個(gè)水冷環(huán)路95之間進(jìn)行熱交換。

然而，應(yīng)該注意的是，本發(fā)明可應(yīng)用于任何技術(shù)領(lǐng)域中的任何類型的系統(tǒng)，電子或其它系統(tǒng)，固定或移動(dòng)系統(tǒng)。

有利的是，根據(jù)本發(fā)明，提出一種模塊化系統(tǒng)，意即可以標(biāo)準(zhǔn)化的主回路，可并行附加若干蒸發(fā)器，且其數(shù)量可根據(jù)待冷卻的服務(wù)器板的結(jié)構(gòu)而變化。如圖1和圖2所示，蒸發(fā)器單元可以增加和移除，而無需改變系統(tǒng)其余部分的概念和設(shè)計(jì)。

根據(jù)某些可能性實(shí)施例，主管道的橫向尺寸范圍為2mm至25mm，其橫截面范圍為在3mm²至10cm²；噴射噴嘴的橫向尺寸可具有相同的，或者較小的，或者明顯較小的尺寸。噴嘴橫截面與主管道橫截面的比率范圍為1至1/30。

根據(jù)某些可能性實(shí)施例，在整個(gè)管道里的兩相流的速度范圍為1m/s至100m/s。

根據(jù)某些可能性實(shí)施例，所使用的流體可以是甲醇、乙醇、丙酮、r245fa、hfe-7200、r134a或其等同物。

圖8闡釋了作為冷凝器單元5一部分的主回路11的一部分；在這部分中，主管道分為多個(gè)子通道50，由此來增加熱交換，同時(shí)限制通過該區(qū)域的液壓損耗。來自主管道的兩相流的分配可以通過現(xiàn)有技術(shù)的歧管51來實(shí)現(xiàn)，從而確保在各個(gè)分支50中液相和氣相有可能的最均勻分配(蒸汽的比例)。

第二個(gè)實(shí)施例

圖9和圖10闡釋了本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例，其中，在環(huán)路主回路中循環(huán)的流體大體上相對于飽和溫度tsat臨界冷卻，并因此流體呈現(xiàn)液相，除了噴嘴22、26出口區(qū)域以外。

蒸發(fā)器單元2以及蒸發(fā)器4本身的設(shè)置和操作與針對第一個(gè)實(shí)施例所述內(nèi)容相似或相同，因此在這里不再贅述。下面僅對與第一個(gè)實(shí)施例不同的特征進(jìn)行說明。

取代第一個(gè)實(shí)施例中的常規(guī)冷凝器單元，將熱能傳遞到外部的系統(tǒng)的制冷換熱器，在此標(biāo)為5'，是臨界冷卻類型的換熱器，使液體7l-sc臨界冷卻到飽和溫度tsat。

從氣相到液相的狀態(tài)變化發(fā)生在形成蒸發(fā)器4出口的緊鄰噴嘴下游的主回路的管道的一部分15中。

由于循環(huán)方向f，凝結(jié)發(fā)生在與從上游而來的臨界冷卻液體接觸時(shí)，以及有可能與管道壁接觸時(shí)，所述管道本身的溫度接近與臨界冷卻液體7l-sc溫度相對應(yīng)的tcondout。

將蒸汽作為噴射流在噴嘴出口處噴出，例如，在某些情況下，以蒸汽泡及以湍流的形式噴出；由于凝結(jié)作用，所以氣泡的大小和數(shù)量會(huì)隨著離開噴嘴而逐漸減少。

因此，標(biāo)為15的管道部分可用作該系統(tǒng)中的冷凝器(“冷凝區(qū)”)。

圖9闡釋了具有單獨(dú)一個(gè)蒸發(fā)器單元2和單獨(dú)一個(gè)臨界冷卻換熱器5'的結(jié)構(gòu)。

在圖10中，闡釋了具有四個(gè)蒸發(fā)器單元2、2'和兩個(gè)臨界冷卻換熱器5'的結(jié)構(gòu)，其它元件與針對圖2所述的元件相似。應(yīng)該注意的是，每個(gè)蒸汽出口下游的凝結(jié)區(qū)15都構(gòu)成蒸發(fā)器單元。

參照圖11，我們分析結(jié)構(gòu)的質(zhì)量流率，其中蒸發(fā)器單元是處于穩(wěn)定狀態(tài)的臨界冷卻換熱器。

關(guān)于排出蒸發(fā)器的蒸汽的質(zhì)量流率：

也寫作：

是排出蒸發(fā)器單元的蒸汽的質(zhì)量流率，qvap是蒸發(fā)熱量，δhlv是蒸發(fā)潛熱。

在主回路中的質(zhì)量流率定義為：

在制冷換熱器中的質(zhì)量流率定義為：

其中ntube是平行流的數(shù)量。

在蒸發(fā)器中的平行的質(zhì)量流率定義為：

值得注意的是，γ系數(shù)具有通過高速噴射到主回路中所提供的質(zhì)量放大效應(yīng)的特征。

在主回路中的質(zhì)量流率比蒸發(fā)器中的質(zhì)量流率大γ倍。

因此，我們可以寫出以下方程式，并用γ系數(shù)來表示臨界冷卻臨界冷卻。

(在沒有寄生熱通量的理想情況下)

ub表示在臨界冷卻換熱器5'傳遞的熱能。

δtsub＝tsat-tcondout

于是，我們得到：

圖12顯示了描述臨界冷卻δtsub的需求與γ系數(shù)之間關(guān)系的特征的結(jié)果。針對流體水給出曲線(標(biāo)為wf1)，甲醇曲線標(biāo)為wf2，丙酮曲線標(biāo)為wf3，hfe200曲線標(biāo)為wr4，以及r245fa曲線標(biāo)為wf5。

由此可見，γ系數(shù)對于某些流體而言在5至50之間變化，對于其它流體而言則在10至50之間變化。很明顯，在本發(fā)明中，使用蒸汽潛熱低的流體更為有利，不僅是為了降低臨界冷卻的需求，也是為了通過噴嘴產(chǎn)生更好的泵送效果。

整個(gè)環(huán)路主回路中主要存在液體的一個(gè)重要好處是系統(tǒng)承受加速度時(shí)的系統(tǒng)狀況，尤其是承受可變加速度時(shí)的系統(tǒng)狀況。把系統(tǒng)安裝在陸?？战煌üぞ呱蠒r(shí)，就是這種情況，比如城市運(yùn)輸系統(tǒng)(地鐵或有軌電車)，以及比如飛機(jī)或無人機(jī)這樣的航空運(yùn)輸。相反，如果一部分主回路包括很大一部分氣相，比如本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)前已知的毛細(xì)環(huán)路就是這種情況，那么在加速度作用下的流體靜壓的作用則傾向于使密集的液相按照加速度的方向移動(dòng)，而所述加速度方向恰恰與工作流體在環(huán)路中循環(huán)的法向相反。如果整個(gè)環(huán)路主要包含的是液體，則可消除這種類型的干擾。

加速度的概念也是指重力加速度，意即換熱器相對于蒸發(fā)器的相對位置。如果主回路主要由液體占據(jù)，那么這個(gè)位置對于系統(tǒng)性能的影響有限。

應(yīng)該注意到，關(guān)于第一個(gè)實(shí)施例，還可以定義γ系數(shù)，所述γ系數(shù)在5至50之間變化，最好在10至25之間變化，并且通常小于第二個(gè)實(shí)施例的系數(shù)。