电子设备的液体冷却（三）

一、直接液体冷却所谓直接液体冷却，就是冷却液体与发热的电子元器件直接接触进行热交换。热源将热量传给冷却液体，再由冷却液体将热量传递出去。

在这种情况下，冷却液体的对流和蒸发是热源散热的主要方式。

1．发热的电子元器件直接浸入冷却液体（无蒸发）1）无搅动的直接液体冷却电子元器件装在一个密封的机壳内，里面充以冷却液体。这种装置的传热途径是：发热元器件的热量通过液体的自然对流及导热传给液体，液体将吸收到的热量传给机壳，最后由机壳将热量散发到周围介质中去。内部的辐射换热可忽略不计。它与风冷相比，主要是降低了从元器件到周围介质的对流热阻，大约可以降低一个数量级。

设计这种冷却系统时要注意下面几个问题：

① 所选用的冷却液，其电气性能应满足机箱内元器件之间的电气绝缘要求，其黏度尽量低，利于液体的自然对流，降低传热热阻。

② 机壳要解决密封问题。灌注冷却液体后，机壳内部要留有一定的间隙，以适应液体受热膨胀的需要。

③ 机壳要有足够的强度。

④ 元器件的配置要有利于液体的自然对流。

⑤ 设备的维修要方便。对一次性使用的设备，可不必考虑这个问题。

有搅动的液体冷却设备加搅动的目的是为了加强冷却液体的对流换热，对黏性大的液体更为适用。采用这种冷却方法时，必须考虑下列附加因素：电机的尺寸、转速（紊流将产生热）、搅动杆的叶片数、杆和叶片材料与液体的化学相容性等。同时要注意机壳的密封性并保证其强度，也要留有一定的热膨胀空间等。

2．元器件或组件直接浸入冷却液（有蒸发）该冷却系统是将电子元器件或组件浸入介电冷却液中，热量从发热体传至冷却液，再传至机箱壁，伴随着沸腾和冷凝过程，产生较高的换热系数和小范围的自然对流，适用于热流密度较高、高组装密度的器件和组件的冷却，如大规模和超大规模集成电路的冷却。此类冷却系统按产生蒸气的传热过程可分为蒸气不再循环和再循环两种形式。不再循环系统冷却介质的气化过程一直可进行到补给容器（储液箱）内的液体用尽为止，液体的沸点和元器件温度，可由调节蒸气压力来控制。再循环系统的冷凝器可以放在机箱外，也可以放在机箱内部的蒸气空间内，还可以把冷凝器浸没在冷却介质中。此时，冷凝器表面主要用来使其周围的液体过冷，并使上升的气泡在流体中冷凝。适用于浸渍（没）冷却的工作液的物性参数见表1。

表1 浸渍冷却液的物性参数

3．直接强迫液体冷却当热流密度超过3．1×10＾3～4．65×10＾3W／m2，或内部有较集中的热源时，应采用直接强迫液体循环冷却。图1所示为电子元器件完全浸渍于冷却剂（如硅油、变压器油）中的强迫冷却系统，一个低压泵迫使冷却剂流经电子元器件、印制板，当冷却剂吸收热量后，进入气－液热交换器被冷却，再由泵输送回系统中，形成一个循环。膨胀箱允许液体膨胀，减少系统内的蒸气堵塞。

图1

为了避免冷却剂渗漏、蒸发和外界物质污染，直接液体冷却系统要设计成密封系统，而且应该采取措施，减小由液体温度升高而产生的压力。这些措施包括：

① 在容器内填充部分空气（或惰性气体），利用气体的压缩性来补偿液体温度的升高而产生的体积膨胀。容器的结构和密封性，应适应内压增高的要求，防止元器件的损坏和产生永久性变形。

② 将整个部件（含冷却剂）加热至预期的最高温度（组装件的工作温度），再对容器进行填充和密封。③ 应保证冷却剂与热、电、化学和机械等多方面的相容性。