[发明专利]一种基于液-液相分离工质的水冷散热器

说明书

本发明公开一种基于液‑液相分离工质的水冷散热器，包括通过塑料管道顺次连接的风扇散热器、微型水泵、混合管和热交换器，水冷散热器采用具有下临界分离温度(LCST)的液‑液相分离溶液作为工质，将配置好的溶液填充至水冷散热器的管路后进行密封处理。通过更换主动式CPU水冷散热器的工作介质从而达到显著提高有限空间内等泵功条件下散热性能，并降低处于携带热量状态下工质的粘度，减少流动阻力，实现换热强化与流动减阻的兼顾。满足上至集群小至台式计算机的散热条件，使CPU的温度始终维持在较低水平，以解决设备小型化趋势下芯片发热量过高而散热不足的问题。

技术领域

本发明涉及水冷散热器技术领域，特别是涉及一种基于液-液相分离工质的水冷散热器。

背景技术

随着微电子机械系统、大规模集成电路和大功率发光二极管的不断发展，微电子技术、能源动力、航天航空、生物化工、核能技术等先进工程领域越来越注重设备的微型化和集成化，同时电子器件的热负荷也随之骤增，其热点区域(热流密度可达周围区域的6倍)的散热问题愈发突出。以CPU或GPU为例，其在高温下会自动降频，不仅威胁主板其他部件的安全也影响自身性能的发挥。为保证CPU等的安全、高效工作，已发展出风冷、水冷、热管制冷、半导体制冷、压缩机制冷、液氮制冷等冷却方式，但现有方法均难以实现换热强化与流动减阻的兼顾。

受使用环境及成本的影响，当前市面上的CPU散热器主要有风冷和水冷两大类，风冷散热是利用空气为冷却工质，通常由风扇和散热肋片组成，虽然可靠性高，但散热能力差；相比之下，水冷散热器的效果是其5倍以上。目前水冷散热器可以分为主动式和被动式两大类，核心部件均为热交换器、循环系统、水泵和冷却工质(多为去离子水)，其中主动式水冷系统中的散热风扇是其与被动式系统的唯一区别。水冷散热器的工作流程如下：水经过泵的加压后快速通过与CPU接触的热交换器，材料大多使用高导热系数的紫铜，冷却水以层流流动方式带走热量，携带热量的工质通过风扇散热器进行散热后进入下一个循环。由于冷却水在层流流动换热过程中为单相，且温升对粘度等物性参数的影响较小，通道结构优化和在壁面引入微肋等结构(破坏边界层、增强近壁处扰动、增大换热面积)是常用的散热强化手段，然而这些方法容易造成压降升高，限制了有限空间内的强化换热效果，导致现有的水冷散热器性能难以进一步提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于液-液相分离工质的水冷散热器，以解决上述现有技术存在的问题，通过更换主动式CPU水冷散热器的工作介质，大幅提升有限空间内等泵功条件下的散热性能，并降低处于携带热量状态下工质的粘度，减少流动阻力，实现换热强化与流动减阻的兼顾。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于液-液相分离工质的水冷散热器，包括通过塑料管道顺次连接的风扇散热器、微型水泵、混合管和热交换器，水冷散热器采用具有液-液相分离的溶液作为工质，将配置好的溶液填充至水冷散热器的管路后进行密封处理。

优选地，该水冷散热器用于CPU或GPU散热；启动微型水泵，水冷散热器管路中具有液-液相分离的溶液从所述热交换器的入口流入，此时的溶液为单相稳定状态，通过与热交换器内部的扩展表面进行对流换热，经过热交换器壁面的加热后具有液-液相分离的溶液温度会迅速升高至下临界分离温度进而触发相分离，相分离的过程吸收热量。

优选地，已吸收热量且已发生液-液相分离的溶液从所述热交换器的出口端流出，通过可承压的所述塑料管道后进入风扇散热器。

优选地，具有液-液相分离的溶液从风扇散热器出口端流出后经过所述微型水泵的加压，流进一段长度为1.5cm的混合管，在所述混合管处溶液再次充分的混溶，达到相分离前的状态。

优选地，单相的具有液-液相分离的溶液从所述混合管流出后经由塑料管道再次导入所述热交换器中进行下一轮循环。

优选地，循环过程中流入CPU热交换器的溶液温度必须低于溶液的下临界分离温度。