具有浸入液体的吸附材料的散热装置的制作方法

1.本公开总体上涉及电子器件冷却，更具体地涉及一种散热装置，该散热装置具有多种液体和浸入其中一种液体的吸附材料，以实现多级冷却。


背景技术：

2.电子器件响应于接收到电流会产生作为副产物的热量。发热量取决于功率、器件特性和电路设计。处理器、驱动电路、电源电路和存储器的电阻会造成一些热量和功率损失。为了避免故障或电路故障，电子器件必须运行并保持在安全工作温度范围内。尽管有些电路在没有额外冷却的情况下也能工作，但是也有其他电路包含散热机制。
3.现有的用于电子器件的热管包括含有单一液体的细长管。该管具有第一端，该第一端将热量从电子部件传递到液体，使得当液体的温度达到其沸腾温度时，液体蒸发成蒸汽。该热管还包括第二端，该第二端将热量从蒸汽传递到周围环境，用于当蒸汽的温度降低至沸腾温度以下时将蒸汽冷凝成液体。热管还包括芯吸材料，该芯吸材料将第一端和第二端互连，以使冷凝液体从第二端返回到第一端。在干燥条件下，当所有液体蒸发成蒸汽时，该蒸汽不会向第二端移动而冷却，冷凝物也不会形成并返回到第一端，使得热管冷却电子部件的能力受到不利影响。此外，现有的热管不提供警告来通知用户电子器件的温度接近或高于最高安全工作温度。
4.因此，尽管现有热管实现了其预期目的，但是仍需要一种用于电子器件的新的改进散热装置来解决这些问题。


技术实现要素：

5.根据本公开的若干方面，提供了一种用于电子器件冷却系统的散热装置，该电子器件冷却系统具有响应于接收到电流而产生热量的电子部件。该散热装置包括壳体，该壳体附接到电子部件并从电子部件接收热量。壳体包括限定腔室的表面。该散热装置还包括容纳在腔室内并从壳体接收热量的第一液体，该第一液体具有第一沸腾温度。该散热装置还包括浸入第一液体中的吸附材料。该散热装置还包括第二液体，该第二液体被吸附材料吸附且具有高于第一液体的第一沸腾温度的第二沸腾温度。响应于第一液体达到第一沸腾温度，第一液体蒸发成第一蒸汽。响应于第二液体和吸附材料达到低于第二沸腾温度的解吸温度，第二液体从吸附材料中解吸出来。响应于第二液体达到第二沸腾温度，第二液体蒸发成第二蒸汽。
6.在一个方面，吸附材料配置成在第一液体全部蒸发成第一蒸汽之前将至少一部分第二液体解吸到腔室中。
7.在另一个方面，吸附材料配置成在第一液体全部蒸发成第一蒸汽之后将至少一部分第二液体解吸到腔室中。
8.在另一个方面，响应于吸附材料浸入第一液体中并且第一吸附材料的密度小于第一液体的密度，吸附材料与壳体的表面间隔开并且直接从第一液体接收热量。
9.在另一个方面，响应于第一液体全部蒸发成第一蒸汽或者第一吸附材料的密度大于第一液体的密度，吸附材料直接由壳体的表面支撑并且直接从壳体的表面接收热量。
10.在另一个方面，第一液体是水。
11.在另一个方面，第二液体是乙二醇。
12.根据本公开的若干方面，一种电子器件冷却系统包括电子部件，该电子部件响应于接收到电流而产生热量。该系统还包括用于冷却电子部件的散热装置。该散热装置包括壳体，该壳体附接到电子部件并从电子部件接收热量，该壳体具有限定腔室的表面。该散热装置还包括容纳在腔室内并从壳体接收热量的第一液体，该第一液体具有第一沸腾温度。该散热装置还包括浸入第一液体中的第一吸附材料和涂覆在壳体表面上的第二吸附材料。该散热装置还包括第二液体，该第二液体被第一吸附材料和第二吸附材料中的至少一种吸附，并且具有高于第一液体的第一沸腾温度的第二沸腾温度。响应于第一液体达到第一沸腾温度，第一液体蒸发成第一蒸汽。响应于第二液体以及第一吸附材料和第二吸附材料中的至少一种达到解吸温度，第二液体从第一吸附材料和第二吸附材料中的至少一种解吸出来。解吸温度低于第二沸腾温度。响应于第二液体达到第二沸腾温度，第二液体蒸发成第二蒸汽。该散热装置还包括附接到电子部件和散热装置中的至少一个的一个或多个热电偶。这些热电偶产生与第一液体的温度相关联的第一温度信号。该系统还包括电性连接到热电偶的控制器，响应于控制器从热电偶接收到第一温度信号，该控制器将第一液体的温度与第一温度阈值进行比较。响应于控制器确定第一液体的温度高于第一温度阈值，控制器产生第一警告通知信号。控制器电性耦接到显示设备，用于响应于显示设备从控制器接收到第一警告通知信号，显示指示第一液体接近第一温度阈值的第一警告。
13.在一个方面，第一吸附材料和第二吸附材料中的至少一种配置成在第一液体全部蒸发成第一蒸汽之前将至少一部分第二液体解吸到腔室中。
14.在另一个方面，第一吸附材料和第二吸附材料中的至少一种配置成在第一液体全部蒸发成第一蒸汽之后将至少一部分第二液体解吸到腔室中。
15.在另一个方面，响应于第二吸附材料浸入第一液体中并且第一吸附材料的密度小于第一液体的密度，第一吸附材料与壳体的表面间隔开，并且直接从第一液体接收热量且间接从壳体接收热量。
16.在另一个方面，响应于第一液体全部蒸发成第一蒸汽或者第一吸附材料的密度大于第一液体的密度，第一吸附材料直接由壳体的表面支撑并且直接从壳体的表面接收热量。
17.在另一个方面，第二吸附材料涂覆在壳体的与电子部件间隔开的部分上，使得第二吸附材料间接从电子部件接收热量。响应于第二液体和第二吸附材料达到高于第一液体的第一沸腾温度的解吸温度，第二液体从第二吸附材料中解吸出来。
18.在另一个方面，热电偶产生与第二液体的温度相关联的第二温度信号。响应于控制器从热电偶接收到第二温度信号，控制器将第二液体的温度与第二温度阈值进行比较。响应于控制器确定第二液体的温度高于第二温度阈值，控制器产生第二警告通知信号。响应于显示设备从控制器接收到第二警告通知信号，显示设备显示指示第二液体的温度接近第二温度阈值的第二警告。
19.在另一个方面，电子器件冷却系统还包括风扇，用于产生气流以冷却壳体以及壳
体内的第一蒸汽和第二蒸汽。
20.在另一个方面，热电偶包括第一热电偶和第二热电偶，该第一热电偶附接到电子部件并产生第一温度信号，该第二热电偶附接到散热装置并产生第二温度信号。
21.根据本公开的若干方面，提供了一种用于操作电子器件冷却系统的方法，该电子器件冷却系统具有电子部件和附接到该电子部件的散热装置。该散热装置包括壳体，该壳体附接到电子部件并具有限定腔室的表面。该散热装置还包括第一液体，该第一液体容纳在腔室内且具有第一沸腾温度。该散热装置还包括浸入第一液体中的第一吸附材料。该散热装置还包括第二液体，该第二液体被第一吸附材料吸附且具有高于第一液体的第一沸腾温度的第二沸腾温度。该散热装置还包括附接到一个或多个电子部件的一个或多个热电偶和控制器。该方法包括：将热量从电子部件传递到第一液体。该方法还包括：响应于第一液体从电子部件接收到热量以及第一液体达到第一沸腾温度，将第一液体蒸发成第一蒸汽。该方法还包括：响应于第二液体和第一吸附材料达到低于第二沸腾温度的解吸温度，从吸附材料中解吸出第二液体。该方法还包括：响应于第二液体达到第二沸腾温度，将第二液体蒸发成第二蒸汽。
22.在一个方面，该方法还包括以下步骤：在所有第一液体蒸发成第一蒸汽之前，利用第一吸附材料和涂覆在壳体上的第二吸附材料将至少一部分第二液体解吸到腔室中。
23.在另一个方面，该方法还包括以下步骤：响应于第一吸附材料浸入第一液体中并且第一吸附材料的密度小于第一液体的密度，由与壳体表面间隔开的第一吸附材料直接从第一液体接收热量。在第一液体全部蒸发成第一蒸汽之后，至少一部分第二液体从第一吸附材料和第二吸附材料中的至少一种解吸到腔室内。响应于第一液体蒸发成第一蒸汽，直接由壳体表面支撑的第一吸附材料直接从壳体表面接收热量。
24.在另一个方面，该方法还包括以下步骤：利用热电偶产生与第一液体的温度相关联的第一温度信号。响应于控制器从热电偶接收到第一温度信号，控制器将第一液体的温度与第一温度阈值进行比较。响应于控制器确定第一液体的温度高于第一温度阈值，控制器产生第一警告通知信号。响应于显示设备从控制器接收到第一警告通知信号，显示设备显示指示第一液体接近第一温度阈值的第一警告。热电偶产生与第二液体的温度相关联的第二温度信号。响应于控制器从热电偶接收到第二温度信号，控制器将第二液体的温度与第二温度阈值进行比较。响应于控制器确定第二液体的温度高于第二温度阈值，控制器产生第二警告通知信号。响应于显示设备从控制器接收到第二警告通知信号，显示设备显示指示第二液体的温度接近第二温度阈值的第二警告。
25.根据本文提供的描述，其它适用领域将变得显而易见。应当理解的是，该描述和具体实例仅用于说明目的，而非用于限制本公开的范围。
附图说明
26.图1是具有电子部件和用于冷却该电子部件的散热装置的电子器件冷却系统的一个实例的分解透视图；
27.图2是沿线2-2截取的图1中的散热装置的剖视图，示出了该散热装置具有限定腔室的壳体、容纳在腔室内的第一液体以及浸入第一液体中的吸附材料；
28.图3是图2中的散热装置在圆圈3内的放大图，示出了被吸附材料吸附的第二液体，
并且吸附材料的密度大于第一液体的密度，使得在第一液体全部蒸发成第一蒸汽之前，吸附材料直接由壳体支撑；
29.图4是沿线2-2截取的图1中的电子器件冷却系统的另一个实例的剖视图，示出了散热装置，该散热装置具有限定腔室的壳体、容纳在腔室内的第一液体以及浸入第一液体中的吸附材料；
30.图5是图4中的散热装置在圆圈5内的放大图，示出了被吸附材料吸附的第二液体，吸附材料在第一液体全部蒸发成第一蒸汽之前与壳体隔开；
31.图6是图5中的散热装置的放大图，示出了从吸附材料解吸出来的第二液体，吸附材料在第一液体全部蒸发成第一蒸汽后直接由壳体支撑；
32.图7是操作图1中的电子器件冷却系统的方法的一个实例的流程图。
具体实施方式
33.以下描述本质上仅是示例性的，而非旨在限制本公开、应用或使用。
34.一种示例性的电子器件冷却系统包括散热装置，该散热装置具有吸附材料以分离和重新结合两种或多种液体，用于冷却一个或多个电子部件。尽管下文描述的详细实例是针对具有用于提供工作温度的双重主动热区的两种液体的散热装置，但是其他实例可以包括两种以上的液体，以提供任何工作温度范围。更具体地，如以下详细实例中所述，散热装置包括容纳在壳体内的第一液体、浸入第一液体内的吸附材料以及被吸附材料吸附的第二液体。当第一液体全部蒸发成第一蒸汽时，第二液体可以从吸附材料中解吸出来，以防止干燥状态，使得第二液体防止可能损坏电子部件的相关冷却中断。换句话说，当第一液体已经全部蒸发时，第二液体可以用作缓冲液体或备份液体。第一液体和第二液体提供了双重主动热区(或一定的工作温度范围)，散热装置在该双重主动热区内将热量从电子部件散除。工作温度范围可以在两种液体的最低冰点与两种液体的最高沸点之间。在该工作温度范围内，两种液体从电子部件接收热量，从而提高了两种液体的温度。
35.该电子器件冷却系统可以是开环被动系统，其具有重力供给的封端蒸汽腔室或导管，该重力供给的封端蒸汽腔室或导管具有邻近电子部件的第一封闭端和邻近冷却风扇的第二封闭端。然而，可以设想，该系统的其他实例可以是闭环主动系统，其包括蒸汽腔室或导管，该蒸汽腔室或导管与泵形成回路，该泵将冷凝物泵送通过回路以返回到电子部件。
36.吸附材料可以相对于电子部件设置在任何合适的位置，并形成具有任何合适厚度的吸附材料层，以调节散热装置，从而提供用于冷却电子部件的相关百分比的每种液体。尽管只有一种液体由下述吸附材料吸附并从其解吸出来，但是该吸附材料最初可以储存任意数量的不同液体。这些液体可以具有彼此不同的相关沸腾温度，并且在相关解吸温度下从吸附材料中解吸出来。此外，尽管下文描述的第一液体和第二液体的实例是具有两种不同沸腾温度的两种不同液体，但是可以设想第一液体和第二液体可以是具有相同沸腾温度的相同液体。
37.参见图1和图2，电子器件冷却系统100的一个实例包括电子部件102，该电子部件响应于有电流流过而产生热量。电子部件可以是处理器、驱动电路、电源电路、存储器或响应于电子部件102接收到电流而产生热量的任何其他电子部件。
38.如图2和图3最佳所示的，系统100还包括用于冷却电子部件102的散热装置104。在
该非限制性实例中，散热装置104可以是用于被动开环电子器件冷却系统的蒸汽腔室或热管。散热装置104包括壳体106，壳体106具有限定腔室110的内表面108，壳体106沿着腔室110具有第一端112和第二端114(图2)。可以设想，该装置的其他实例可以是用于闭环主动系统的蒸汽腔室或热管，该闭环主动系统具有泵，该泵将冷凝物泵送通过回路以返回到电子部件。
39.散热装置104还包括容纳在壳体106的腔室110内并从壳体106接收热量的第一液体116，第一液体116具有第一沸腾温度。响应于第一液体116达到第一沸腾温度，第一液体蒸发成第一蒸汽118。在该实例中，第一液体116是在标准海平面压力下具有32华氏度的冻结温度和212华氏度的沸腾温度的水。然而，可以设想，第一液体可以是具有相关冻结温度和沸腾温度的其他液体。
40.散热装置104还包括浸入第一液体116中的第一吸附材料120。第一吸附材料120悬浮在第一液体116中且可以相对于壳体106移动，使得电子部件102将热量直接传递到壳体106，该壳体又将热量直接传递到第一液体116，该第一液体又将热量传递到第一吸附材料120。在该实例中，第一吸附材料120的密度大于第一液体的密度，使得第一吸附材料120浸没在第一液体116的顶面之下，并由壳体106的底壁106a支撑。然而，在其他实例中，第一吸附材料的密度可以小于第一液体的密度。第一吸附材料选自沸石、硅胶和金属有机骨架。然而，在其他实例中，第一吸附材料可以包括用于解吸和吸附液体的其他合适的材料。
41.散热装置104还包括涂覆在壳体106的侧壁106b上的第二吸附材料122。在该实例中，第二吸附材料122涂覆在壳体106的与电子部件102间隔开的部分上，使得第二吸附材料122经由壳体106的底壁106a和侧壁106b间接从电子部件102接收热量。可以设想，吸附材料可以涂覆在内表面的任何部分上。吸附材料选自沸石、硅胶和金属有机骨架。然而，在其他实例中，吸附材料可以包括用于解吸和吸附第二液体的其他合适的材料。
42.散热装置104还包括第二液体124，该第二液体被第一吸附材料118和第二吸附材料120中的至少一种吸附，并且具有高于第一液体116的第一沸腾温度的第二沸腾温度。响应于第二液体1224和第二吸附材料122达到解吸温度，第二液体124从第二吸附材料122解吸出来。在该实例中，解吸温度高于第一液体116的第一沸腾温度。然而，在其他实例中，解吸温度可以低于第一液体的第一沸腾温度。此外，响应于第二液体124达到第二沸腾温度，第二液体124蒸发成第二蒸汽126。在该实例中，第二液体124是在标准海平面压力下具有8.78华氏度的冻结温度和386.6华氏度的沸腾温度的乙二醇。然而，可以设想，第二液体可以是具有相关冻结温度和沸腾温度的其他液体。此外，可以设想，散热装置可以包括以其他配置布置的任何数量的吸附材料，用于在其他液体全部蒸发之前分离和重新结合任何数量的液体。
43.在操作中，在第一液体120全部蒸发成第一蒸汽126之前，第一吸附材料120和第二吸附材料122将至少一部分第二液体124解吸到腔室110中，使得所得混合物的沸腾温度可以取决于混合物的浓度，如下表中的值所例示。
[0044][0045][0046]
溶液的浓度或重量百分比可以通过以下至少一种方式来控制：使用具有相关沸点的预定液体，将容纳这些液体的吸附材料相对于电子部件放置在预定位置，以及将吸附材料形成具有预定厚度的吸附材料层。在另一个实例中，第一吸附材料120和第二吸附材料122配置成在第一液体116全部蒸发成第一蒸汽118之后将第二液体124解吸到腔室110中。
[0047]
再次参见图1，系统100还包括附接到电子部件102和散热装置104中的至少一个的一个或多个热电偶128。热电偶128产生与第一液体116的温度相关联的第一温度信号和与第二液体124的温度相关联的第二温度信号。更具体地，在该实例中，热电偶128包括第一热电偶130，该第一热电偶附接到电子部件102并产生第一温度信号。热电偶128还包括第二热电偶132，该第二热电偶附接到散热装置104并产生第二温度信号。在其他实例中，该系统包括单个热电偶，该单个热电偶设置在壳体的腔室内或设置在任何其他位置，并附接到散热装置或电子部件的任何部分。
[0048]
系统100还包括电性连接到热电偶128的控制器134。响应于控制器134从热电偶128接收到第一温度信号，控制器134将第一液体120的温度与第一温度阈值进行比较。在该实例中，第一温度阈值是第一液体的第一沸腾温度，诸如与水相关联的212华氏度。响应于控制器134确定第一液体120的温度高于第一温度阈值，控制器134产生第一警告通知信号。响应于控制器134从热电偶128接收到第二温度信号，控制器134将第二液体124的温度与第二温度阈值进行比较。继续前面的实例，第二温度阈值是第二液体124的第二沸腾温度，诸如与乙二醇相关联的387华氏度。响应于控制器134确定第二液体124的温度高于第二温度阈值，控制器134产生第二警告通知信号。
[0049]
控制器134还电性耦接到显示设备136，用于响应于显示设备136从控制器134接收到第一警告通知信号，显示指示第一液体120接近第一温度阈值的第一警告。响应于显示设备136从控制器134接收到第二警告通知信号，显示设备136还显示指示第二液体124的温度接近第二温度阈值的第二警告。
[0050]
系统100还包括风扇138，该风扇在壳体106的第二端116和从壳体106延伸的散热片117(图2)的上方产生气流，以从壳体106散热。
[0051]
参见图4和图5，散热装置204的另一个实例类似于图2和图3中的散热装置104，并且包括由增加了100的相同附图标记标识的相同部件。图3中的第一吸附材料120的密度大于第一液体116的密度，使得第一吸附材料120浸没在第一液体116的顶面之下，而第一吸附材料220的密度小于第一液体216的密度，使得第一吸附材料220具有足够的浮力以漂浮到第一液体216的顶面。为此，响应于第一吸附材料220浸入第一液体216中，第一吸附材料220与壳体206的底壁206a间隔开并且直接从第一液体216接收热量且间接从壳体206接收热量。更具体地，电子部件将热量传递到壳体206，该壳体又将热量传递到第一液体216，该第一液体又将热量传递到第一吸附材料220和吸附在其中的第二液体224。
[0052]
现在参见图6，响应于第一液体216蒸发成第一蒸汽218，第一吸附材料220直接由壳体206的表面208支撑并且直接从壳体206的表面208接收热量。
[0053]
参见图7，提供了一种操作图2中的系统100的方法300。方法300始于步骤302，电子部件102响应于接收到电流而产生热量。更具体地，在该实例(图1至图3)中，电子部件102将热量传递到壳体106的底壁106a，该底壁又将热量传递到第一液体116，并且第一液体116将热量传递到第一吸附材料120和吸附在其中的第一液体116。此外，第一吸附材料120的密度大于第一液体116的密度，使得第一吸附材料120浸没在第一液体116的顶面之下，并由壳体106的底壁106a直接支撑。因此，一部分热量从壳体106直接传递到第一吸附材料120的由壳体106的底壁106a直接支撑的部分。
[0054]
在另一个实例(图4至图6)中，第一吸附材料220的密度小于第一液体216的密度，使得第一吸附材料220漂浮到第一液体216的顶面，并且在第一液体216全部蒸发成第一蒸汽218之前与壳体206隔开(图5)。所有热量从壳体206传递到第一液体216，该第一液体又将热量传递到第一吸附材料220。可以设想，可以对第二吸附层在壳体上的位置、第二吸附层的厚度、第一吸附层的密度以及形成通向吸附层和吸附在其中的液体的热路径的所有其他结构进行调节，以控制流向吸附层和液体的热量的流速。
[0055]
在步骤304，响应于第一液体120从电子部件102接收到热量且第一液体120达到第一沸腾温度，第一液体120蒸发成第一蒸汽126。
[0056]
在步骤306，第一热电偶130产生与第一液体的温度相关联的第一温度信号。
[0057]
在步骤308，响应于控制器从第一热电偶130接收到第一温度信号，控制器134将第一液体120的温度与第一温度阈值进行比较。在该实例中，第一温度阈值是第一液体的第一沸腾温度。然而，可以预期，第一温度阈值可以高于或低于第一沸腾温度。例如，为了提供第一液体120变干的额外警告，第一温度阈值可以是低于第一液体120的第一沸腾温度的温度。如果第一液体120的温度低于第一温度阈值，则该方法重复步骤308。如果第一液体120的温度高于第一温度阈值，方法300进入步骤310。
[0058]
在步骤310，响应于控制器134确定第一液体120的温度高于第一温度阈值，控制器134产生第一警告通知信号。
[0059]
在步骤312，响应于显示设备从控制器134接收到第一警告通知信号，显示设备136显示指示第一液体120接近第一温度阈值的第一警告。
[0060]
在步骤314，响应于第二液体124以及第一吸附材料120和第二吸附材料122达到解吸温度，第二液体124的至少一部分从第一吸附材料120和第二吸附材料122中的至少一个解吸出来并释放到腔室110中。解吸温度低于第二沸腾温度。在一个实例中，解吸温度还低
于第一液体116的第一沸腾温度，该第一沸腾温度又低于第二液体124的第二沸腾温度，使得在第一液体116全部蒸发成第一蒸汽118之前，第二液体124的至少一部分从第一吸附材料120和第二吸附材料122中解吸出来。在另一个实例中，解吸温度高于第一液体116的第一沸腾温度且低于第二液体124的第二沸腾温度，使得在第一液体116全部蒸发成第一蒸汽118之后，第二液体124的至少一部分从第一吸附材料120和第二吸附材料122中解吸出来。
[0061]
在步骤316，响应于第二液体124从电子部件接收到热量且第二液体124达到第二沸腾温度，第二液体124蒸发成第二蒸汽128。
[0062]
在步骤318，第二热电偶132产生与第二液体124的温度相关联的第二温度信号。
[0063]
在步骤320，响应于控制器134从第二热电偶132接收到第二温度信号，控制器134将第二液体124的温度与第二温度阈值进行比较。在该实例中，第二温度阈值是第二沸腾温度。然而，可以预期，第二温度阈值可以高于或低于第二沸腾温度。例如，为了提供第二液体124变干的额外警告，第二温度阈值可以低于第二液体124的第二沸腾温度。如果第二液体124的温度低于第二温度阈值，则方法300重复步骤320。如果第二液体124的温度高于第二温度阈值，该方法进入步骤322。
[0064]
在步骤322，响应于控制器134确定第二液体124的温度高于第二温度阈值，控制器134产生第二警告通知信号。
[0065]
在步骤324，响应于显示设备从控制器134接收到第二警告通知信号，显示设备136显示指示第二液体的温度接近第二温度阈值的第二警告。
[0066]
本公开的描述实质上仅为示例性的，并且未脱离本公开一般意义的改变都包括在本公开的范围内。这些改变不应视为脱离了本公开的精神和范围。