專利名稱：有均勻壓降和均勻流速的冷卻板的制作方法
發(fā)明的領域本發(fā)明涉及冷卻電子元件的冷卻板，以確保電子元件不中斷服務而有效地工作，本發(fā)明特別涉及當其與冷卻板陣列并聯(lián)工作時能提供基本均勻的壓降和流速的冷卻板。
發(fā)明的背景為了消除電子元件工作中產生的熱量，需要建立一個散熱系統(tǒng)，因此，電子工業(yè)總是很復雜。電子元件在使用中通常會產生大量的熱如果不進行冷卻，則會使電子元件本身和相鄰的電子元件損壞。在電子元件是諸如蜂窩電話局和飛機控制系統(tǒng)的復雜電子系統(tǒng)的一部分的地方，電子元件的這種損壞會造成工作問題和/或系統(tǒng)的誤動。此外，這些電子系統(tǒng)通常要在比較有限或比較擁擠的空間里工作。因此，不可能設置空氣冷卻所用的空間。在多數(shù)城區(qū)中，例如，用于風扇操作的空氣冷卻系統(tǒng)的空間必須付出高昂的費用，而且，空氣冷卻系統(tǒng)需相當大的難看的外殼來裝風扇或其它空氣調節(jié)單元。
冷卻在很有限的空間里工作的電子元件的一種方法是用冷卻板，它實質上是一個密封的容器，冷卻劑流過它而使與冷卻板接觸的電子元件冷卻。常規(guī)冷卻板示于

圖1中，它包括其上裝置電子元件的多個凸臺4和6，和位于凸臺4和6周圍的用于流通冷卻液或空氣的通路2。通常連接到冷卻板進口3的流體源7將冷卻液或空氣供給冷卻板1，通常連接到出口5的容器9，用于使冷卻液或空氣再次冷卻或循環(huán)。還如該圖所示，與常規(guī)冷卻板1連在一起的流路2是連續(xù)的，因此，冷卻第一凸臺上安裝的電子元件，之后，冷卻安裝在第二凸臺上的電子元件、依次類推。每個凸臺4、6周圍的凸肋區(qū)8吸收待冷卻的電子元件產生的熱。
大量待冷卻的電子元件或電子元件形狀必需使用一個以上的冷卻板，這些冷卻板按垂直疊置方式設置。這種系統(tǒng)中，通常用單個冷卻液源或空氣源，經支管把冷卻液或空氣送到每個冷卻板的進口。為保證加到每個冷卻板的壓力和流速相等，調節(jié)每個冷卻板的進口的孔徑。增大順序設置的冷卻板的孔徑，迫使冷卻液或空氣流到層疊的冷卻板并流過順序設置的冷卻板。但是，通常很難獲得適當?shù)倪M口孔徑，通常需要大量的測試和經常調節(jié)。結果，為制造和維護冷卻系統(tǒng)要增加大量的時間和金錢。如果不進行這種調節(jié)，從冷卻液或空氣源供給的流體通常很大一部分在流到第一冷卻板上面的其它冷卻板上之前進到第一冷卻板中、造成最上面的冷卻板上沒有冷卻液或冷卻空氣流。
本發(fā)明的目的是提供電子元件的冷卻板和冷卻系統(tǒng)，不調節(jié)每個冷卻板的進口孔徑而使每個冷卻板上有基本上均勻的壓降。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種冷卻系統(tǒng)，無論冷卻板在疊置系統(tǒng)中的位置如何，每個冷卻板上均有基本上均勻的流動。
本發(fā)明的另一目的是提供一種電子元件的冷卻板冷卻系統(tǒng)并使電子元件獲得等溫表面。
本發(fā)明的又一目的是一種用最少的冷卻劑的冷卻板冷卻系統(tǒng)。
發(fā)明的概述一個實施例中，本發(fā)明提供一種電子元件冷卻系統(tǒng)，包含有冷卻液從中流過的通道的冷卻板，多個安裝電子元件的凸臺，和多個凸肋結構，其中至少三個順序次序相鄰設置在一個冷卻板上。每個凸肋結構環(huán)繞一個凸臺，并有凸肋進口和凸肋出口，該進口和出口與通道部分流體相通，以把冷卻劑供給環(huán)繞凸臺的區(qū)域。通道的一部分是螺旋通路，用于把冷卻液不按順序次序送到至少三個依次相鄰設置的凸肋區(qū)。螺旋形通道中的通道截面還使冷卻液按相反方向輸入，因此，增加了熱傳遞，使冷卻板上的每個凸臺上的溫度基本均勻。
另一實施例中，本發(fā)明提供一種電子元件冷卻系統(tǒng)，具有設置在冷卻板兩個相對邊上的彼此相鄰的一對螺旋形通道。
本發(fā)明的又一實施例中，提供一種電子元件冷卻系統(tǒng)，包括一個泵，把冷卻液供給支管，以便將冷卻液供給垂直疊置安排的多個冷卻板的進口，和支管，用于輸送從每個冷卻板流出的冷卻液。以垂直疊置設置的每個冷卻板經相同流動長度連接到每個支管、即，每個冷卻板通過恒定長度連接到每個支管。管道使冷卻液通過進口輸送到通道，再經通道送到冷卻板。每個冷卻板有多個凸臺，每個凸臺用于安裝一電子元件，有多個凸肋結構，其中至少三個按順序次序相鄰設置在冷卻板上。每個凸肋結果環(huán)繞凸臺，并包括與通道截面流體連通的凸肋進口和凸肋出口。約在至少三個凸肋結構中設置的通道的一部分提供螺旋形通路，使冷卻液不按順序次序供給設置的凸肋結構。螺旋形通路和凸肋結構對支管供給的冷卻液提供一輸入阻力，使每個冷卻板只接收一定量的冷卻液。疊置的每個冷卻板上有基本均勻的流速和基本均勻的壓降?；揪鶆虻牧魉俸突揪鶆驂航诞a生一冷卻器，使每個凸臺周圍的溫度基本均勻，并使螺旋進流路區(qū)上有等溫表面。
本發(fā)明的又一實施例中，順序設置至少三個凸肋結構，使每一凸肋與第二凸肋相鄰，第二凸肋與第三凸肋相鄰設置。通道還使冷卻液沿螺旋通路從第一凸肋結構送到第三凸肋結構，之后再送到第二凸肋結構。
又一實施例中，通道還把冷卻液從第三凸肋結構依次送到冷卻板上的其它凸肋結構。
本發(fā)明又一實施例中，電子元件的冷卻方法包括提供按疊層結構設置的多個冷卻板，通過支管把冷卻液供給每個冷卻板中的通道，通過每個通道輸送冷卻液，把冷卻液不按順序次序供給環(huán)繞凸臺的凸肋結構。該冷卻方法使加到每個冷卻板上的冷卻液的壓降和流速基本相等，使每個凸臺周圍的溫度基本均勻，使冷卻板至少一部分有等溫表面。
這些和其它的發(fā)明目的通過以下說明和權利要求會變得很清楚。
附圖的簡要說明在權利要求書中特別說明了本發(fā)明。通過結合附圖所作的以下說明，能更好理解本發(fā)明的上述優(yōu)點和其它優(yōu)點。其中圖1是現(xiàn)有技術中有順序流路的冷卻板的頂視圖；圖2是把本發(fā)明一個實施例的有不按順序流路的冷卻板的頂視圖；圖3是圖2中所示冷卻板用的凸肋結構的平面圖；圖4是按本發(fā)明另一實施例的有不按順序流路的冷卻板的項視圖；圖5是按本發(fā)明的按垂直疊層設置的多個冷卻板的冷卻系統(tǒng)的側視圖；圖6是按本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的規(guī)定的工作點的曲線圖；圖7是按本發(fā)明的冷卻板的實施例上的溫度分布形狀圖。
發(fā)明的詳細說明參見圖2，圖2示出了按本發(fā)明的冷卻板的一個實施例的頂視圖。冷卻板10有接收流體的進口12，典型的流體冷卻劑用予冷卻一個及多個發(fā)熱元件。流體冷卻劑可以是空氣，液體或氣體，本實施例中，流體冷卻劑優(yōu)選的是如乙二醇的液體冷卻劑。每個冷卻板還包括流體出口14，用于釋放流體冷卻劑到容器中(未示出)，使流體可以循環(huán)和/或再冷卻。冷卻板10的厚度范圍通常約在0.12英寸至1英寸，或者，冷卻板10由基板11和蓋板(未示出)構成。冷卻板10的厚度通常是商用厚度大于軍用厚度。例如，軍用飛機中用的冷卻元件的冷卻板，考慮到用在飛機中會增加重量和尺寸，冷卻板10通常較薄，即0.12英寸。
液體進口12與出口14之間有流體通道20，流體通道20可以是管形，或能使流體通過的任何形狀，可以用多個壁以機械方法或其它方法構成在基板11中?；?1中還可以形成一個或多個凸臺24，每個凸臺上設置或接觸待冷卻的如電子、光學或者其它發(fā)熱的元件(未示出)。為便于說明，元件是指電子元件。本實施例中，凸臺24可以是基板11中形成的固體圓環(huán)形凸臺，通常沿板10在用戶專門指定的位置設置。例如，在圖2所示的冷卻板中，在板10的尾端16彼此幾乎靠近地設置多個電子元件，如由凸臺24a,24b,24c,24d,24e,24f和24g所示。電子元件(未示出)可以用對凸臺24鉆孔和沖孔，用穿過元件的螺絲或其它固定件(未示出)固定到每個凸臺24上。另一實施例中，凸臺24可簡單地設在基板11上，凸臺24上設置元件。
位于凸臺24周圍或與凸臺24接觸的多個凸肋結構26最好包括通常用于控制熱傳遞和流體分布的波紋形鋁凸肋基部。把每個凸肋結構26設置成與通道22的部分流體連通。參見圖3，每個凸肋結構26有流體進口28和流體出口30，用于接收來自通道(未示出)的流體，并提供在凸臺(未示出)周圍流動的流體。盡管沒顯示，在另一實施例中，可用有多個流體進口2和流體出口的單個凸肋結構。
如果3所示，為了獲得在每個冷卻板上規(guī)定的流速，可改進凸肋結構26的不同特性。這些參數(shù)包括凸肋節(jié)距，即，每一英寸的凸肋數(shù)量；凸肋偏移，或中斷長度；流動長度，即凸肋偏移或中斷長度的總和；凸肋高度；和流動寬度，即一行的凸肋結構的組合寬度和凸肋厚度。這些參數(shù)可以單獨改進，以獲得規(guī)定的流速和壓降，如下所述。
再參照圖2，凸臺24周圍設置各凸肋結構26，并接收來自通道20的流體。流體通過通道20并進入凸肋結構26，凸肋結構26對著凸臺24圓周25周圍的流體，以冷卻放在凸臺24上的電子元件。流體通道20的一部分形成環(huán)繞三個或更多的相鄰設置的凸肋結構26的螺旋形通路32。螺旋形通路32可以位于冷卻板10上的任何地方，盡管在圖2所示實施例中，螺旋形通路32位于冷卻板10的進口12附近。螺旋形通路32最好用于冷卻最熱的最敏感的電子元件，它比常規(guī)的冷卻板能提供更均勻的冷卻。因而，螺旋形通路32能避免如計算機芯片之類的電子元件因冷卻不均勻和之后在不同溫度下工作，造成待冷卻的電子系統(tǒng)出現(xiàn)的不均衡和故障而造成的問題。
螺旋形通路32提供凸臺24周圍的不按順序的流動，當包括螺旋通路32的流體通道部分22a,22b,22c,22d把流體依次供給相鄰設置的凸肋結構26a、26b、26c、26d時，并不遵循凸肋結構26a、26b、26c和26d設置的順序次序。流體通道部分22a、22b、22c和22d中的箭頭方向進一步指示出由螺旋形通路32供應的流體通路。由進口12開始到通道20，注意，通道20首先把流體供給通道部分22a，并經過凸肋結構26a，然后朝通道部分22c流動。通道部分22c然后將流體供給凸肋結構26c，并朝通道22b流動。之后，通道部分22b使流體經過凸肋結構26b并朝通道部分22d流動。之后通道部分22d給凸肋結構26d供給流體。因此，螺旋形通路是無順序的，流體不按順序次序從凸肋結構26a供給26b、再供給26c，之后供給26d。如圖所示，從凸肋結構26d開始，通道20能采取連續(xù)的通路29?；蜓永m(xù)到下一個不按順序的通路。
注意，流體在通道部分22c中的輸送方向與在通道部分22b中的流體輸送方向相反。本發(fā)明中的通道部分22c,22b的流體反向流動通路提供了有效的熱傳遞功能，它依次均衡每個通道部分22c、22b以及其它通道部分中的溫度。在常規(guī)冷卻板中，通常流體是順序流動而無反向流動，它使靠近溫度較低的冷卻板入口的相鄰的反向流體進一步冷卻來自溫度較高的冷卻板出口的流體。這種反向流體通路給在凸肋結構26a,26b,26c,26d內設置的凸臺24中的電子元件以及穿過冷卻板10設置的凸臺24提供進一步基本均勻的冷卻。冷卻中的這種溫度均衡和均勻性示于圖7的溫度曲線中。
在需要較長的螺旋通道處，即，要冷卻到一種程度的電子元件量較大處，如圖2所示，例如，要冷卻的電子元件數(shù)量4個，或要求高輸入壓力處，有多個螺旋形通路環(huán)繞四個或低于四個的元件能被應用。參見圖4，是按本發(fā)明的用一對螺旋形通路62、63的冷卻板40的另一實施例的頂視圖。與上述相同，冷卻板40包括接收流體的流體進口42，和釋放冷卻液的流體出口44，和冷卻板中流體進口42與流體出口44之間限定的流體通道50。在冷卻板40中形成的一個或多個凸臺54，每個凸臺上設置待冷卻的電子元件(未示出)，和多個凸肋結構56a、56b、56c、56d、56e、56f、56g，其中每一個設置與通道50的一個或多個部分流體連通。如上所述，多個凸肋結構56a、56b、56c、56d、56e、56f、56g中的每一個均環(huán)繞凸臺54。
還如該圖所示，流體通道50形成一對平行的螺旋形通路62和63。螺旋形通路62由通道部分52b、52c和52d限定，它們與三個相鄰設置的凸肋結構56b、56c和56d流體連通。螺旋形通路63由通道部分52e、52f和52g限定，這些通道部分52e、52f和52g與相鄰設置的三個凸肋結構56e、56f和56g流體連通。如圖2所示，每個螺旋通路62、63是無序的，當流體通道部分52b,52c,52d,52e,52f和52g把流體依次供給相鄰設置的凸肋結構56b,56c,56d,56e,56f和56g時，該次序不遵循這些凸肋結構56b,56c,56d,56e,56f,56g的順序位置。
流體通道部分52a,52b,52c,52d,52e,52f和52g中的箭頭方向進一步指出每個螺旋通路62、63供給的流體通路。從進口42開始，到通道50，通道50首先把流體供給通道部分52a并通過凸肋結構56a，之后，分開進入通道部分52c和52f。之后，通道部分52c把流體供給凸肋結構56c，通道部分52f把流體供給凸肋結構56f。從凸肋結構56c流體供給通道部分52b并通過凸肋結構56b。流體從凸肋結構56f供給通道部分52e并通過凸肋結構56e。流體從凸肋結構56b供給通道部分52d并通過凸肋結構56d。流體從凸肋結構56e供給通道部分52g并通過凸肋結構56g。流體從凸肋結構56d和56g流經過通道部分52h和52i并在出口44匯合。盡管圖中沒示出，如圖2所示，通道部分52h和52i可與其它通道部分相連，使流體按順序或不按順序流入其它凸肋結構。如圖4所示，成對的螺旋通路有助于獲得致密設計的冷卻板，當減少如52b,、52d和52e、52g的相鄰通道部分的數(shù)量時。
本發(fā)明的冷卻板可用在電子元件條的多級冷卻系統(tǒng)中。參見圖5，它示出按本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)70的一個實施例的平面圖。冷卻系統(tǒng)70包括按垂直疊層設置的多個冷卻板10a至10g。為便于說明，冷卻板10a至10g與圖2和圖4所示實施例中的冷卻板10,40相同。但是，很重要的一點是，冷卻板10a至10g可按使用者要求設置任何通道和凸肋結構、每個冷卻板10a至10g有至少一個螺旋通路的通道，用來給至少三個相鄰設置的凸肋結構無順序地供給流體。與泵74連接的流體源72，用于把流體泵入支管76。支管76液性連接到每個冷卻板10中的相同小孔13。
如該圖所示，每個冷卻板10a至10g在其入口有相同的小孔。每個冷卻板10a至10g上的小孔13的直徑基本相同。這種均勻的直徑不會使垂直疊層的每個冷卻板的流速或壓降變化，在常規(guī)系統(tǒng)中用一致的直徑也會有相同的結果。每個冷卻板10a至10g有出口，流體流出出口并進入其它流動路徑進入再冷卻和/或循環(huán)裝置(未示出)。重要的是，要注意使從支管至每個冷卻板10a至10g的管道78的長度基本相等并且從每個冷卻板10a至10g的出口到出口支管79的排出管80的長度基本相等。此外，管道78和80的長度基本相等。另一實施例中，從泵74至支管76的管道75的長度與至再冷卻或循環(huán)單元(未示出)的管道82的長度基本相等。用相同長度的管道使從每個冷卻板流出流進的流體的摩擦損耗基本相同。因此，當在每個冷卻板上建立基本均勻的壓降和流速時，可同樣計算摩擦損失。
工作中，起動泵74，把流體從流體源72供給支管76。支管76通過每個冷卻板10a至10g中的孔13供給流體10，當供給了流體時，由于每個冷卻板10a至10g的螺旋形結構提供了大的輸入阻力，使流體均勻分布在每個冷卻板10a至10g上，防止較大量的流體流入下面的冷卻板10a,10b等中。結果，使每個冷卻板10a至10g上的壓降和流速基本均勻，并使放在螺旋形流動管道區(qū)中的電子元件(未示出)冷卻到基本均勻的工作溫度。
通常，當流體供給冷卻板10a至10g時，通常有大量的流體企圖流進最下面的冷卻板10a中。換句話說，流體總是進入阻力最小的通道。并流進第一冷卻板，流體避免了萬有引力和朝上流入較高的冷卻板10b至10g的摩擦力。再看圖2，每個冷卻板10a至10g中的螺旋管路32和與其相鄰設置的凸肋結構26a至26d，使每個冷卻板10a至10g中建立高的輸入阻力，因此通道20中的流體在流過冷卻板10的長度之前必須穿過許多彎道和凸肋結構26a至26d并受到相關的壓力損耗。這種高輸入阻力只允許一定量的流體按一定的流速流入冷卻板10a，其余的流體均勻流入以疊層順序設置的冷卻板10a至10g中。每個冷卻板10a至10g上的附加凸肋結構26進一步加大了冷卻板上的阻力。因此，當每個冷卻板10a至10g只接收一定量的流體時，每個冷卻板10a至10g象一個自限裝置，因此能以足夠的流速將足夠量的流體均勻供給最上面的冷卻板10g。
在具有常規(guī)設計的垂直疊層的冷卻板中，在每個冷卻板的進口處的壓力不均勻，由于萬有引力和摩擦作用引起在每個冷卻板中的流速不同。在最下面的冷卻板10a的進口通常有最高的進口壓力和最高流速，而最高的冷卻板10g的進口有最低的進口壓力和最低的流速。在輸出邊，這些參數(shù)要反過來，即，在最下面的冷卻板10a的流速最低，出口壓力最低，而最上面的冷卻板10g有最高的出口壓力和最高流速。結果，每個冷卻板的流速和壓降將違反對每個冷卻板10a至10g中的進口不需要價格昂貴和費時的安裝和測度定型孔。但是，如圖2和圖4所示的本發(fā)明設計的冷卻板10,40，只接收一定量的流體，不需要對定型孔測試和安裝。
為了滿足用戶的要求，按本發(fā)明的冷卻板10,40首先按用戶要求確定冷卻板的數(shù)量，和每個冷卻板的電功率瓦數(shù)。功率瓦數(shù)轉換成必須散掉的熱量。從該確定可以確定散掉每個冷卻板上的熱量所需的流速。用每個冷卻板的流速乘以所需冷卻板的數(shù)量可以算出總的流速。根據總流速選擇提供該流速的泵，并確定系統(tǒng)所需的規(guī)定的輸入壓力，即在該壓力下泵必須能夠供給流體。
參見圖6的曲線，在選擇的泵的壓力曲線上畫出要求的總流速Q可確定要求的壓力。該曲線表明，泵的流速通常與壓力成反比。X軸上是泵的總流速，Y軸是泵的壓力。在曲線上確定總流速與泵曲線的交點，能獲得規(guī)定的泵壓力。工作曲線上的這個點是系統(tǒng)的規(guī)定工作點。工作點表示系統(tǒng)要求的泵壓力。如進一步所描述的，知道工作點后允許確定在每個冷卻板上必須存在的規(guī)定壓力差。
系統(tǒng)的工作點OP可認為是壓降ΔPi，它是每個冷卻板上的壓降，i表示從1至n的冷卻板，包括其它影響導致的壓力變化，數(shù)字表達式為OP=ΔPi壓降ΔP用來計算冷卻板上的壓力以及響應萬有引力損耗、使流體從冷卻板流進流出的管道有關的摩擦損耗，由于管道彎曲引起的損耗，由冷卻系統(tǒng)引入的損耗，和不同流體通道的橫截面積變化引起的損耗而造成的壓力變化。因此壓降ΔPi可用以下數(shù)字式表示ΔPi=ΔP冷卻板+ΔP萬有引力+ΔP管道摩擦+ΔP管道彎曲+ΔP冷卻系統(tǒng)+ΔP橫截面積這些萬有引力、摩擦、彎曲、冷卻系統(tǒng)，和流體通道的橫截面積變化的影響都是已知的，或容易獲得的，該等式可以用于求解ΔP冷卻板，以確定每個冷卻板上必須存在的壓力。注意，允許附加的壓力損耗提供給壓降ΔPi。
由于凸肋結構損耗，冷卻板上存在的摩擦損耗，每個冷卻板上的通道彎曲引起的損耗而使壓力變化造成冷卻板壓降ΔP冷卻板，ΔP冷卻板的值可用于設計冷卻板的這些特征。每個冷卻板上的壓降ΔP冷卻板可表示為以下數(shù)字式ΔP冷卻板=ΔP凸肋結構+ΔP板摩擦+ΔP板彎曲給出該關系式、每個冷卻板上要求的壓降可用于簡化凸肋結構和冷卻板的彎曲的設計，這在以后還要說明。
再看圖6，只是為了作為例子，假設規(guī)定的總流速是12GPM(加侖/分鐘)，即12個冷卻板，每個冷卻板為1GPM，可用從流速向上延伸一線到工作曲線來獲得確定的ΔPi。在該圖中表示為25PSI(磅/英寸2)的點相應的壓力值是最小壓力，在該壓力泵可供給系統(tǒng)壓降ΔPi。因此，所選擇的泵必須能在該壓力25PSI的ΔPi最小，把流體供給系統(tǒng)。為了保證泵能夠在規(guī)定的壓力供給流體，要檢查選擇的泵的技術要求。如果泵的壓力小于ΔPi最小，則泵不能用，應選擇有不同輸出特性的泵。重復該過程至選出合適的泵為止。
上述的螺旋通路只是對凸肋結構的參數(shù)加以改進，能用于確定每個冷卻板上的規(guī)定的壓降。例如，為了獲得規(guī)定的壓降，可對通道彎曲的長度和角度加以改進，而且能改進圖3所示的與凸肋結構相關的參數(shù)。例如，為了獲得規(guī)定的壓降，可改進凸肋高度、流動長度、偏移或中斷長度，凸肋節(jié)距，凸肋厚度和流體通道的橫截面。重要的是要注意這些改進要使每個冷卻板上有基本相等的壓降ΔP冷卻板。但是，每個冷卻板的進口壓力和出口壓力可以變化。
由于螺旋形通路32和凸肋結構26使每個冷卻板10a至10g上的流體流速和壓降基本相等，使冷卻系統(tǒng)70變成了自對準系統(tǒng)，而與系統(tǒng)中疊置的冷卻板10a至10g的數(shù)量和每個冷卻板10a至10g的小孔13的直徑無關。此外，能顯著減小供給支管76的流體所用的泵74的尺寸。
參見圖7，它示出按本發(fā)明的冷卻板的實施例中溫度變化的溫度曲線。如曲線右邊的溫度表所示，曲線上白色和條狀部分表示冷卻板的最熱部分(約188°F)，而曲線上的虛線部分表示最冷部分(約160°F)。柵格坐標75,10表示冷卻板的進口，柵坐標25,10表示冷卻板出口。
參見坐標10,22至80,22，注意這些坐標相應于圖2中螺旋結構的通道部分22a,22b,22c和22d這些通道部分，特別是相反的通道部分22c、22b改善了熱傳遞并確定螺旋結構通路上的基本等溫表面。估計該區(qū)域中的溫度約為166°F。而與有四個電子元件存在的區(qū)域附近無關。還有一個重要點是，注意上述的坐標0,22至75,22對應限定螺旋結構的通道部分的，溫度稍冷于冷卻板出口(坐標100,100)處的溫度，該溫度曲線表明每個凸臺上的溫度基本相同，表示成白色。參見溫度表，估計每個凸臺周圍區(qū)域的溫度為169°F。
按本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)能基本均勻地冷卻冷卻板上凸臺處設置的電子元件。使用螺旋通道和相關的凸肋結構，用各冷卻板上基本相同的流速和壓降達到這種冷卻。本發(fā)明提高了待冷卻的電子元件的可靠性，當電子元件冷卻到較低的溫度和更均勻的溫度時能更有效地工作。
對本領域的技術人員而言在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下還會做出各種變化、改進和其它的實施方式。此外，本發(fā)明不限于所述的實例、可以替換，但這些均屬權利要求的精神和范圍。
權利要求
1．一種電子元件冷卻系統(tǒng)，包括冷卻板，它有限定冷卻流體從中流動的通道的多個通道部分，有多個用于設置發(fā)熱元件的凸臺；和多個凸肋結構，它們按順序次序相鄰設置在冷卻板上，每個凸肋結構與凸臺相接觸，并包括與通道部分流體連通的凸肋進口和凸肋出口，通道把冷卻流體不按順序次序輸送到凸肋結構。
2．按權利要求1的冷卻系統(tǒng)，其中，發(fā)熱元件是電子元件。
3．按權利要求1的冷卻系統(tǒng)，還包括與第一凸肋結構流體連通的第一通道部分和相鄰設置的與第二凸肋結構流體連通的第二通道部分，第一通道部分以第一方向輸入冷卻流體，第二通道部分按與第一方向相反的方向輸送冷卻流體。
4．按權利要求1的冷卻系統(tǒng)，其中，每一個凸臺與通道相鄰設置。
5．按權利要求1的冷卻系統(tǒng)，其中，按順序次序相鄰安置的多個凸肋結構對準設置。
6．按權利要求1的冷卻系統(tǒng)，還包括將冷卻流體供給冷卻板的支管。
7．按權利要求1的冷卻系統(tǒng)，通道還限定有螺旋形通路。
8．按權利要求1的冷卻系統(tǒng)，其中，所述多個凸肋結構包括至少三個凸肋結構。
9．按權利要求8的冷卻系統(tǒng)，其中，至少三個凸肋結構是順序設置的，因此，第一凸肋結構與第二凸肋結構相鄰，第二凸肋結構與第三凸肋結構相鄰。
10．按權利要求9的冷卻系統(tǒng)，其中，通道還將冷卻流體從第一凸肋結構輸送到第三凸肋結構，之后再輸送到第二凸肋結構。
11．一種電子元件冷卻系統(tǒng)，包括用于供給冷卻流體的支管；按垂直疊層設置的多個冷卻板，每個冷卻板有限定通道的通道部分、通過通道接收來自支管的冷卻流體，并輸送流體有多個用于設置電子元件并與通道相鄰設置的凸臺；和在冷卻板上按順序次序相鄰設置的多個凸肋結構，每個凸肋結構環(huán)繞凸臺，并包括與通道部分流體連通的凸肋進口和凸肋出口，通道不按順序次序把冷卻流體供給凸肋結構；其中，與第一凸肋結構流體連通的第一通道部分和與第二凸肋結構流體連通的第二通道部分相鄰設置，第一通道部分按第一方向輸送冷卻流體，第二通道部分按與第一方向相反的方向輸送冷卻流體。
12．按權利要求11的冷卻系統(tǒng)，每個冷卻板還包括有小孔的流體進口，其中，每個小孔的直徑基本相等。
13．按權利要求11的冷卻系統(tǒng)，其中，通道限定螺旋通路。
14．按權利要求11的冷卻系統(tǒng)，其中，多個凸肋結構包括至少三個凸肋結構。
15．按權利要求14的冷卻系統(tǒng)，其中，至少三個凸肋結構是順序設置的，因此，第一凸肋結構與第二凸肋結構相鄰設置，第二凸肋結構與第三凸肋結構相鄰設置。
16．按權利要求15的冷卻系統(tǒng)，其中，通道還把冷卻流體從第一凸肋結構輸送到第三凸肋結構，之后再送到第二凸肋結構。
17．按權利要求16的冷卻系統(tǒng)，其中，由支管供給多個冷卻板的冷卻流體在各冷卻板上的流速基本相等。
18．按權利要求17的冷卻系統(tǒng)，其中，每個冷卻板上的壓降基本相等。
19．一種電子元件的冷卻方法，包括以下步驟提供按疊層結構設置的多個冷卻板，每個冷卻板限定通道，通過通道接收和輸送冷卻流體；用于設置電子元件的多個凸臺，每個凸臺與通道相鄰設置；和在冷卻板上按順序次序相鄰設置的多個凸肋結構，每個凸肋結構環(huán)繞凸臺，并有與通道流體連通的凸肋進口和凸肋出口；通過支管將冷卻流體供給每個冷卻板；和通過每個通道輸送冷卻流體，因此，將冷卻流體不按順序次序供給凸肋結構，使每個冷卻板上的冷卻流體的流速基本相等。
20．按權利要求19的冷卻方法，其中，每個冷卻板上的壓降基本相等。
21．按權利要求19的冷卻方法，其中，冷卻流體按螺旋形路徑通過通道。
22．按權利要求19的冷卻方法，還包括提供按順序設置在每個冷卻板上的至少三個凸肋結構，使第一凸肋結構與第二凸肋結構相鄰設置，第二凸肋結構與第三凸肋結構相鄰；以不按順序方式供給通過通道的冷卻流體，冷卻流體輸送到第一凸肋結構，再到第三凸肋結構，之后回到第二凸肋結構。
23．按權利要求22的方法，還包括使冷卻流體按順序方式從第三凸肋結構供給多個凸肋結構中的其它凸肋結構。
全文摘要
電子元件冷卻系統(tǒng)包括有通道的冷卻板,通過冷板輸送冷卻流體,用于設置電子、光學或其它發(fā)熱元件的多個凸臺;多個凸肋結構,其中至少三個按順序次序相鄰設置在冷卻板上。每個凸肋結構與凸臺接觸,有與通道部分流體連通的凸肋進口和凸肋出口,用于給凸臺周圍區(qū)域供給冷卻劑并冷卻凸臺上的電子元件。一部分通道限定為螺旋形通路,用于以不按順序次序給至少三個順序設置的凸肋結構輸送冷卻流體。螺旋形通路的部分通道還按反方向輸送冷卻流體,因此能提高熱傳遞,使冷卻板上的溫度均等。系統(tǒng)可進一步包括按垂直疊層設置的多個這樣的冷卻板,和把冷卻流體供給冷卻板的支管。當冷卻板疊置時,每個冷卻板上的流速和壓降基本相等。因此,使冷卻板的一部分有基本上等溫的表面。
文檔編號F28F3/02GK1209943SQ9719186
公開日1999年3月3日 申請日期1997年10月14日 優(yōu)先權日1996年10月17日
發(fā)明者侯繼盛 申請人:布拉佐尼克斯公司