专利名称：用于电子冷却应用的微管/多端口逆流散热器设计的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于冷却发热设备的装置，并且具体地涉及一种流体冷却 应用中使用的流体_空气换热器。
背景技术：
对具有高散热性的高性能集成电路的冷却在电子器件冷却领域中带来巨大挑战。
利用热管和装配有风扇的散热片的常规冷却不足以冷却瓦特要求不断增长的芯片。 冷却电子器件内的集成电路的一个具体问题在于在相同尺寸或者更小底板内配
置数目更多大量和功率更大的集成电路。随着开发出功率更大的集成电路(各自具有密度
增加的发热晶体管)，各单独集成电路产生的热持续增长。另外，越来越多的集成电路如图
形处理单元、微处理器和多芯片组添加到电子器件，如电子器件服务器和个人计算机。另
外，功率更大和数量更多的集成电路添加到相同或者更小尺寸的底板，由此增加因这些设
备而生成的每单位的热。在这样的配置中，常规底板在提供充分冷却解决方案中提供了有
限尺度。常规地，使用散热片和在散热片之上吹空气的大型风扇，或者简单地通过在包含集
成电路的电路板之上直接空气，来冷却集成电路。然而，考虑设备底板内的空闲空间有限，
可用于冷却集成电路的空气量和可用于常规冷却装置如散热片的空间是有限的。
闭环液体冷却提供了针对常规冷却方案的替代方法。闭环液体冷却解决方案比空
气冷却解决方案更高效地向环境排热(reject heat)。闭环冷却系统包括用于从热源接收
热的冷板、具有用于散热的风扇冷却的散热器和用于通过闭环驱动液体的泵。各部件的设
计常常是复杂的并且要求针对具体应用进行详细分析和优化。 图1图示了配置有单向流体流的第一常规散热器2。散热器2配置有流体输入头 部(header) 10、流体输出头部12、受热流体流过的成组平行流体通道14以及热耦合到成组 流体通道14的成组冷却鳍16。受热流体进入流体输入头部10并且流入流体通道14。流 体通道14和冷却鳍16由导热材料制成以增强从流过流体通道14的流体到冷却鳍16的热 传递。冷却鳍16暴露于气流以便进行冷却。在与流过流体通道14的流体流方向垂直的方 向上提供气流。在这一配置中，各流体通道14暴露于相同温度的气流。由于各流体通道14 中的流体温度相同并且与各流体通道14相交的空气温度相同，所以在流体温度与空气温 度之间的温度差对于各流体通道14而言相同。冷却的流体从流体通道14流向流体输出头部12并且流出散热器2。 图2图示了配置有双向流体流的第二常规散热器4。散热器4配置有第一流体头 部20、第二流体头部22、第一组平行流体通道24、第二组平行流体通道25以及热耦合到第 一组流体通道24和第二组流体通道25的成组冷却鳍26。第一组流体通道24平行于第二 组流体通道25。受热流体进入第一流体头部20并且流入第一组流体通道24。第一流体头 部20包括流体分隔器28，该流体分隔器被配置成防止向第一流体头部20输入的流体经由 第一流体头部20进入第二组流体通道25。流体通道24和冷却鳍26由导热材料制成以增 强从流过流体通道24的流体到冷却鳍26的热传递。冷却鳍26暴露于气流以便进行冷却。 冷却的流体从流体通道24流向第二流体头部22并且引入流体通道25。流体通道25由导 热材料制成以增强从流过流体通道25的流体到冷却鳍26的热传递。进一步冷却的流体从 流体通道25流向第一流体头部20并且流出散热器4。流体分隔器28防止流出流体通道 25的流体重新循环到流体通道24中。 与在第一常规散热器2中一样，气流在与流体流过流体通道24、25的流体流方向 垂直的方向上提供给第二常规散热器4。在这一配置中，各流体通道24、25暴露于相同温度 的气流。然而，流过第二组流体通道25的流体相对于流过第一组流体通道24的流体更凉。 由于与各流体通道24、25相交的气流的空气温度相同，所以在气流与流过第一组通道24的 流体之间的温度差比在气流与流过第二组流体通道25的流体之间的温度差更大。因此，散 热器4的冷却效率不均匀。 散热器的性能依赖于冷却鳍之上的空气流速、经过流体通道的流体流速、冷却鳍 的表面区域以及在空气与流体之间的温度差。 需要一种用于冷却电子器件内的集成电路的更高效的冷却方法。也需要一种在给 定空间约束内增加冷却性能的冷却方法。
发明内容
—种逆流散热器由空气冷却，并且适用于在电子系统中进行流体冷却。受热流体 如受热液体或者两相流体进入逆流散热器，并且行进经过包括多个微管道如微管、微通道 或者微端口的流体路径，而又将热从流体排放到耦合到微管道的鳍组件中。在鳍组件的表 面之上引导气流以将来自鳍组件的热散到空气中。逆流散热器配置有多个冷却芯。各冷却 芯包括至少一层微管道和在彼此上下交替堆叠的至少一层冷却鳍组件。冷却芯沿着第一方 向串联耦合在一起。也沿着第一方向引导气流。鳍在气流方向上对准。受热流体通过第一 头部中的一个或者多个入口点进入逆流散热器。 一个或者多个入口点定位于逆流散热器的 空气排出侧上。受热流体沿蛇形路径前进，该路径与气流路径多次相交地穿过多个冷却芯， 并且受热流体通过第二头部中的一个或者多个出口点离开逆流散热器。 一个或者多个出口 点定位于逆流散热器的空气引入侧上。根据冷却芯的数目，一个或者两个头部包括有选择 性地分离多个冷却芯并且有助于蛇形流体路径的一个或者多个分隔器。逆流散热器配置通 过使流体在气流的相反方向上流动，由此使最热温度的流体暴露于最热温度的空气而最冷 温度的流体暴露于最冷温度的空气，来提高散热器的热效率。在逆流散热器的一些实施例 中，在散热片的宽度内在气流方向上存在恒定温度差。 在一个方面中， 一种流体_空气换热器包括多个流体_空气冷却芯、第一流体头部
7和第二流体头部。各冷却芯包括至少一层一个或者多个导热流体管道和耦合到至少一个流 体管道层的至少一层导热冷却鳍，其中各流体管道沿着从冷却芯的第一端到冷却芯的第二 端的第一方向配置，另外其中多各冷却芯沿着与第一方向垂直的第二方向并排堆叠，从而 使多个冷却芯的流体管道平行布置。第一流体头部耦合到各冷却芯的第一端，其中第一头 部包括配置成接收输入流体的入口端口。第二头部耦合到各冷却芯的第二端，其中第一头 部和第二头部被配置成沿着第二方向将流体流从与第一头部的第一端口最近的第一冷却 芯串行引向各相继堆叠的冷却芯。 第二冷却芯在多个堆叠冷却芯内被定位得与第一冷却芯最远。在一些实施例中， 第二冷却芯被配置成沿着第二方向将进入气流接收到流体-空气换热器中，而第一冷却芯 被配置成从流体_空气换热器排出气流。如果冷却芯的数目为偶数，则第一流体头部包括 配置成输出从第二冷却芯接收的流体的出口端口。在这一配置中，第一头部包括分离入口 端口与出口端口的至少一个分隔器。如果冷却芯的数目为奇数，则第二流体头部包括配置 成输出从第二冷却芯接收的流体的出口端口。在这一配置中，第一头部和第二头部共计包 括配置成经由多个冷却芯将流体流从入口端口引向出口端口的至少一个流体分隔器。流体 在第一头部、第二头部之间并且以蛇形方式从冷却芯到冷却芯流动。在一些实施例中，输入 流体的温度高于从出口端口输出的流体的温度。在这一情况下，沿着从第一冷却芯到第二 冷却芯的第二方向形成热到冷的流体温度梯度。在一些实施例中，引入气流的温度比排出 气流的温度更冷。在这一情况下，沿着从第一冷却芯到第二冷却芯的第二方向形成热到冷 的空气温度梯度。 在一些实施例中，输入流体的温度低于从出口端口输出的流体的温度，且引入气 流的温度高于排出气流的温度。在这一情况下，沿着从第一冷却芯到第二冷却芯的第二方 向形成冷到热的流体温度梯度，并且沿着从第一冷却芯到第二冷却芯的第二方向形成冷到 热的空气温度梯度。各冷却芯暴露于不同温度的气流。在一些实施例中，入口端口定位于 第一流体头部的第一端附近，而第一冷却芯定位于第一流体头部的第一端和第二流体头部 的第一端附近。第二冷却芯定位于第一流体头部的第二端和第二流体头部的第二端附近。 各层流体管道可以包括多个单独导热微管，其中各微管被配置成使得通过该微管的流体流 与各其它微管隔离。取而代之，各层流体管道可以包括多个单独导热微管，其中各微管包括 与相邻微管的一个或者多个共用开口 ，使得通过该微管的流体流在相邻微管之间混合。沿 着第二方向配置各冷却鳍。在一些实施例中，各冷却芯包括多个芯层，各层包括至少一层冷 却鳍和至少一个流体管道的层，另外其中在给定冷却芯内的各芯层沿着与第一方向垂直并 且与第二方向垂直的第三方向堆叠。 在另一方面中，在基于流体的冷却系统内包括流体-空气换热器。基于流体的冷 却系统包括流体_空气换热器、配置成向流体_空气换热器提供进入气流的一个或者多个 鼓风机以及耦合到流体_空气换热器的基于流体的冷却回路，其中冷却回路被配置成向第 一流体头部的入口端口提供受热流体。 在又一方面中，流体_空气换热器具有顺流配置，其中流体入口在与气流进入侧 相同的换热器一侧上。 在参阅下文阐述的具体实施方式
之后，将更清楚本发明的其它特征和优点。
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图1图示了配置有单向流体流的第一常规散热器。
图2图示了配置有双向流体流的第二常规散热器。 图3图示了冷却系统的示例框图，该冷却系统包括耦合到基于流体的冷却回路的 逆流散热器。 图4图示了逆流散热器的示例配置的切开透视图。
图5图示了包括空气和流体流方向的逆流散热器的切开俯视图。
图6图示了包括流分隔器的第一流体头部的切开侧视图。
图7图示了第二流体头部的切开侧视图。 图8图示了配置成使得各微管道相互隔离的第一示例流体管道的切开俯视图。
图9图示了第二示例流体管道的切开俯视图，其中各微管道被配置成实现流体混 合。 图10图示了重新配置成冷却输入气流的图5的逆流散热器。
图11图示了重新配置成用于顺流的图5的散热器。 将相对于附图的若干视图来描述本发明。在适当时并且仅在多幅附图中公开和示 出相同单元时，相同标号将用来代表这样的相同单元。
具体实施例方式
本发明的实施例针对一种包括在基于流体的冷却系统内的逆流流体_空气换热 器，其中冷却系统散去由电子器件或者系统内的一个或者多个发热设备所生成的热。发 热设备包括但不限于装配于母板、子板和/或PC扩展卡上的一个或者多个中央处理单 元(CPU)、用来管理一个或者多个CPU的输入/输出的芯片组、一个或者多个图形处理单元 (GPU)和/或一个或者多个物理处理单元(PPU)。冷却系统也可以用来冷却功率电子器件， 比如MOSFET、开关和需要冷却的其它高功率电子器件。一般而言，这里描述的冷却系统可以 应用于包括待冷却的发热设备的任何电子器件子系统。 在一些实施例中，逆流流体-空气换热器是散热器。如这里所述，使用了对散热器 的引用。应理解到，对散热器的引用代表任一类型的流体-空气换热系统，除非明确地引用 了散热器的具体特性。 从发热设备生成的热由换热器接收。在一些实施例中，换热器配备有供冷却回路 中的流体经过的流体通道。随着流体通过换热器，热传递到流体，并且受热流体从换热器输 出而且引向逆流散热器。 一个或者多个鼓风机如风扇耦合到逆流散热器。向逆流散热器输 入受热流体。在逆流散热器之上并且通过逆流散热器引导由鼓风机提供的气流，由此冷却 穿过逆流散热器的流体。从逆流散热器输出冷却的流体。 图3图示了冷却系统100的示例框图，该冷却系统100包括耦合到基于流体的冷 却回路的逆流散热器。冷却回路包括各自经由流体线路94、96、98耦合的逆流散热器30、泵 90和换热器92。在这一配置中，冷却回路经由流体线路94耦合到散热器入口而经由流体线 路96耦合到散热器出口。应理解到，冷却回路中的各部件的相对位置仅用于举例。例如， 泵90可以定位于逆流散热器30的入口侧而不是如图3中所示出口侧上。 一个或者多个鼓 风机(未示出)如风扇耦合到逆流散热器30以便向逆流散热器30的引入侧提供气流。
换热器92耦合到发热设备102。任何常规耦合装置可以用来将换热器92耦合到
发热设备102。可拆卸耦合装置用来实现拆卸和再使用换热器。取而代之，使用非可拆卸
耦合装置。发热设备102生成的热通过换热器92传送到流体。受热流体从换热器92输出
并且输入到逆流散热器30。虽然冷却回路包括单个散热器92，但是冷却回路可以包括串联
或者并联耦合到换热器92的多个换热器。以这一方式，冷却回路可以用来冷却多个发热设
备，其中多个发热设备都耦合到单个电路板或者分布于多个电路板上。 逆流散热器包括沿着第一方向上串联配置的多个分层冷却芯，该第一方向与用来
冷却流过逆流散热器的流体的气流方向相反。受热流体在第一端输入逆流散热器并且以蛇
形路径通过各冷却芯流向逆流散热器的第二端，从而在与气流方向相反的方向上有效地前
进。如这里所述，对包括两个分层冷却芯的逆流散热器进行参考，尽管逆流散热器可以包括
多于两个分层冷却芯。 图4图示了逆流散热器30的示例配置的切开透视图。逆流散热器30包括在宽度 方向上串联耦合的两个分层冷却芯50、52、第一流体头部32和第二流体头部34(图5)。如 图4中所示，移除了第二流体头部34以示出冷却芯50、52的切开侧视图。各冷却芯50、52 包括至少一个流体管道38和热耦合到流体管道38的至少一层冷却鳍组件36。如图4中所 示，各冷却芯50、52包括三层流体管道38和四层冷却鳍组件36。应理解到，各冷却芯可以 包括数目比图4中所示数目更多或者更少的流体管道层和冷却鳍组件层。流体管道38和 冷却鳍组件36各自是由导热材料制成，从而使热从流过流体管道38的流体传递到流体管 道38的材料，并且使热从流体管道38的材料进一步传送到冷却鳍组件36。流体管道38可 以由与冷却鳍组件36相同或者不同的一种或者多种导热材料制成。 各冷却芯沿着图4中表示为x轴的第一方向串联对准。鳍组件36中的各鳍也在 第一方向上对准。各鳍跨过所有冷却芯50、52是连续的。取而代之，各鳍包括沿着第一方 向对准的多个段。各流体管道38纵向延伸穿过冷却芯，该方向称之为图4中表示为y轴的 第二方向。各流体管道38包括多个微管道46。各微管道46由导热材料制成。流体管道 38内的各微管道46的第一端耦合到第一流体头部32，而各微管道46的第二端耦合到第二 流体头部34(图5)。 对准的冷却芯50、52形成引入侧31和排出侧33。 一个或者多个流体入口 40定位 于第一流体头部32的排出侧33附近。如果逆流散热器包括偶数个冷却芯，如图4中的逆 流散热器30的情况那样，则一个或者多个流体出口 42(图5)定位于第一流体头部32的引 入侧31附近。如果逆流散热器包括奇数个冷却芯，则一个或者多个流体出口定位于第二流 体头部的引入侧31附近。 第一流体头部32被配置成将进入流体入口 40的流体引入冷却芯50的微管道46 的第一端，并将从冷却芯52的微管道46的第一端流出的流体引入流体出口 42(图5)。第 一流体头部32也被配置成防止从流体入口 40进入的流体绕过冷却芯50而直接流向流体 出口42(图5)。图6图示了包括流分隔器44的第一流体头部32的切开侧视图。流分隔器 44防止从流体入口 40进入的流体绕过冷却芯50的微管道46而直接流向流体出口 42 (图 5)。 第二流体头部34 (图5)被配置成将从冷却芯50的微管道46的第二端流出的流体 引入冷却芯52的微管道46的第二端，由此形成从冷却芯50到冷却芯52的流体路径。这样，第二流体头部34不包括流分隔器。图7图示了第二流体头部34的切开侧视图。与图 6中的第一流体头部32比较，图7中的第二流体头部不包括流分隔器，由此在冷却芯50中 的微管道46的第二端与冷却芯52中的微管道46的第二端之间提供流体接入。
如果向逆流散热器提供附加冷却芯，则也添加对应数目的流分隔器。例如，如果第 三冷却芯串联耦合到冷却芯52，则在第二冷却芯52与第三冷却芯之间向第二流体头部添 加流分隔器，以便防止从冷却芯50中的微管道46的第二端流出的流体绕过冷却芯52中的 微管道46的第二端。在这一例子中，没有向第一流体头部添加另一流分隔器。取而代之， 第一流体头部中接收从第二冷却芯52中的微管道46流出的流体的部分延伸以与第三冷却 芯中的微管道46的第一端耦合，由此使流体从第二冷却芯52中的微管道46的第一端流向 第三冷却芯中的微管道46的第一端。在这一示例情况下，第一流体头部未配置有流体出口 42。取而代之，在第二流体头部上配置流体出口。对于向逆流散热器添加的各附加冷却芯 以相似方式适配各流体头部。 一般而言，流分隔器提供用于防止流体流的手段。这样，流分 隔器可以实施为头部内的壁，或者头部本身可以包括耦合在一起的多个单独头部部件，其 中在两个接合头部部件之间的界面形成流分隔器。 图5图示了包括空气和流体流方向的逆流散热器30的切开俯视图。受热流体在 流体入口 40输入到逆流散热器30。流体入口 40定位于排出侧33附近。受热流体先流入 形成排出侧33的冷却芯，在这一情况下为冷却芯50。流体沿着在这一情况下为负y方向的 第二方向流过冷却芯50中的流体管道38。随着流体流出冷却芯50中的流体管道38，流体 沿着在这一情况下为正x方向的第一方向经由第二流体头部34引向冷却芯52中的流体管 道38。流体与第二方向相反地流过冷却芯52中的流体管道38，在这一情况下为正y方向。 随着流体流出冷却芯52中的流体管道38，经由第一流体头部32从流体出口 42引出流体。 以这一方式，流体在沿着第二方向在蛇形方向上来回流动，同时沿着第一方向前进。随着受 热流体流过流体管道，热从流体传送到冷却鳍组件36。流体开始随着它流过冷却芯50而 冷却，并且流体随着它穿过冷却芯52而继续冷却，从而使流过冷却芯50的流体比流过冷却 芯52的流体更热。最冷流体是从逆流散热器30输出的流体，而最热流体是向逆流散热器 输入的流体。 在逆流散热器30引导的气流在引入侧31输入而在排出侧33输出。以这一方式， 与作为负x方向的第一方向相反地通过冷却芯50、52引导气流。随着空气在冷却鳍组件36 之上通过，热从冷却鳍组件36传送到空气。因此，空气通过逆流散热器30越远，空气变得 越热。最冷的空气是在逆流散热器30的引入侧31处的空气，而最热空气是在逆流散热器 的排出侧33输出的空气。在引入侧的流体与在排出侧的流体相比暴露于更凉的空气，因为 在排出侧的空气已经由它在从引入侧传递到排出侧之时所通过的流体而加热。
各流体管道38包括多个微管道46。在一些实施例中，各微管道46相互隔离，并且 流过各微管道46的流体未与在各其它微管道46内流动的流体混合。图8图示了配置成使 得各微管道46相互隔离的第一示例流体管道的切开俯视图。在这一情况下，流体随着流体 例如在流体头部34流出微管道46而在各流体头部混合。微管道46由实现与流过微管道 46的流体热传递的导热材料制成。 由于存在从逆流散热器的引入侧到排出侧的流体温度梯度和空气温度梯度，所以 也存在在各冷却芯的流体管道38内的流体温度梯度和空气温度梯度。在位置与逆流散热器的排出侧更近的微管道中流动的流体与在位置同逆流散热器的引入侧更近的微管道中 流动的流体相比与更热的空气相互作用。如果流体管道38配置有隔离式微管道46，如在图 8中所示配置中那样，则流体温度梯度存在于给定流体管道中的引入侧与排出侧之间。在一 些实施例中，流体管道38被配置为单个通道而无微管道。在这一配置中，流体未被隔离到 相对于引入侧和排出侧的一个位置，并且随着流体流过流体管道38而发生从引入侧到排 出侧的流体的混合。虽然可能发生或者可能不发生充分混合以完全消除在引入侧与引出侧 之间的流体温度梯度，但是在单通道配置中的流体温度梯度小于在隔离式微管道配置中的 流体温度梯度。 单通道配置的一个缺点在于，相对于微管道配置而言减少流体与流体管道之间的 热传递速率。与单通道配置相比，由于所有微管道46的热传递表面区域更大，所以微管道 46的表面区域增强了热传递速率。 在一个替代配置中，各微管道配置有与相邻微管道的侧开口匹配的开口 ，由此实 现随着流体流过流体管道而在微管道之间混合流体。图9图示了配置成使得各微管道46' 被配置成实现流体混合的第二示例流体管道的切开俯视图。各微管道46'配置有微管道开 口 48。相邻微管道46'配置有匹配微管道开口 48，从而流过相邻微管道46'的流体经由微 管道开口48而混合。应理解到，图9中所示微管道开口 48的位置仅为举例。微管道开口 的数目和位置可以被配置成任何随机或者非随机模式，以便实现希望的流体混合效果。
具有开口的微管道配置相对于隔离式微管道配置减少流体管道内的流体温度梯 度。然而，如果在隔离式微管道配置和具有开口的微管道配置中微管道数目相同，则相对于 隔离式微管道配置，在具有开口的微管道配置中具有减少的微管道表面区域。表面区域减 少使流体与微管道之间的热传递速率减少。为了增加表面区域，流体管道可以配置有更大 数目的微管道。通过增加具有开口的微管道数目，包括具有开口的微管道的流体管道可以 配置有与具有隔离式微管道的对应流体管道相同的表面区域。 一般而言，无论微管道被配 置为隔离式微管道或者具有开口的微管道，均可用这一方式调节用来进行热传递的表面区 域。 —般而言，逆流散热器的热效率受制于在排出侧的输入流体温度与在引入侧的输 入空气温度之间的系统温度差。对于所添加的各冷却芯而言，回报变小。随着添加更多冷 却芯，对于系统中的各冷却芯，冷却芯温度差(流体温度与向冷却芯输入的空气温度之差) 变小。因而即使逆流散热器的整体总效率增加(增加至由系统温度差限制的最大值)，各冷 却芯的效率仍然随着添加的各冷却芯而变小。 可以通过调节通过逆流散热器的流体流速来调节逆流散热器的热效率。更慢的流 速提供输入流体温度与输出流体温度之间的更大流体温度差，因为流体暴露于在逆流散热 器内发生的热传递的时间段更长。然而，也必须按照用以优化在换热器内发生的热传递而 必需的流速条件来确定和平衡流体流速，在换热器中热从发热设备传送到流体。 一般而言， 可以优化流体流速以实现希望的系统热性能和/或对于各冷却芯的希望冷却芯温度差。
上文依据冷却受热流体描述了逆流散热器。具体而言，逆流散热器接收作为输入 的受热流体、在散热器内冷却受热流体并且输出冷却的流体。使用流体到空气的冷却方法 来冷却受热流体，在该方法中输入气流穿过散热器并且来自流动于散热器内的流体的热从 流体传递到散热器材料和通过散热器材料之上的空气。这样，离开散热器的气流比向散热
12器输入的气流更热。在一个替代实施例中，逆流散热器被配置成冷却受热空气。在这一替代实施例中，向逆流散热器输入冷流体如制冷剂，并且输入空气通过散热器。热从输入空气传送到流过散热器的冷流体。这样，离开散热器的气流比向散热器输入的气流更凉。从散热器输出的流体比向散热器输入的流体更热。 图10图示了重新配置成冷却输入气流的图5的逆流散热器。在流体入口 40向逆流散热器输入冷流体。冷流体流过冷却芯50和52并且以与参照图5描述的方式相似的方式经由流体出口42输出。受热气流在引入侧31引入逆流散热器。随着气流穿过冷却芯52和50，热从气流传送到流过冷却芯52和50的冷流体。在排出侧33从逆流散热器输出冷却的空气。在流体出口 42从逆流散热器输出受热流体。 上文中依据散热器的空气引入侧与流体入口相反这样的"逆流"配置描述了逆流散热器。在一个替代实施例中，散热器被配置为顺流或者"同流"，其中与逆流散热器相比，通过散热器的流体流方向反向或者通过散热器的气流方向反向。具体而言，在这一替代实施例中，流体入口和气流引入侧在散热器的相同侧上，并且流体出口和气流排出侧在散热器的相同侧上。 图11图示了重新配置用于顺流的图5的散热器。在流体入口 40向顺流散热器输入受热流体。受热流体流过冷却芯50和52并且以与参照图5描述的方式相似的方式经由流体出口 42输出。气流在侧33引入散热器。随着气流通过冷却芯50和52，热从受热流体传递到穿过冷却芯50和52的气流。在侧31从散热器输出受热空气。在流体出口 42从散热器输出冷却的流体。 类似于图10的逆流散热器，图11的顺流散热器可以被重新配置成冷却受热空气。在这一替代实施例中，向顺流散热器输入冷流体，并且输入的受热空气通过散热器，其中进气侧与流体入口在散热器的相同侧上。热从受热空气传送到流过散热器的冷流体。这样，离开散热器的气流比向散热器输入的气流更凉。从散热器输出的流体比向散热器输入的流体更热。 已经依据包括细节的具体实施例描述了本发明，以便有助于理解本发明的构造和操作的原理。这样对具体实施例及其细节的引用并非为了限制所附权利要求书的范围。本领域技术人员将清楚可以在为了示例而选择的实施例中进行修改而不脱离本发明的精神实质和范围。
权利要求
一种流体-空气换热器，包括a.多个流体-空气冷却芯，各冷却芯包括至少一层一个或者多个导热流体管道和耦合到至少一个流体管道层的至少一层导热冷却鳍，其中各流体管道沿着从所述冷却芯的第一端到所述冷却芯的第二端的第一方向配置，另外其中所述多个冷却芯沿着与所述第一方向垂直的第二方向并排堆叠，从而使所述多个冷却芯的所述流体管道平行配置；b.第一流体头部，耦合到各冷却芯的第一端，其中所述第一头部包括配置成接收输入流体的入口端口；以及c.第二头部，耦合到各冷却芯的第二端，其中所述第一头部和所述第二头部被配置成沿着所述第二方向将流体流从与所述第一头部的所述入口端口最近的第一冷却芯串行引向各相继堆叠的冷却芯，其中在所述多个堆叠冷却芯内位置与所述第一冷却芯最远的第二冷却芯被配置成沿着所述第二方向将引入气流接收到所述流体-空气换热器中，并且所述第一冷却芯被配置成从所述流体-空气换热器排出所述气流。
2. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中如果冷却芯数目为偶数，则所述第一 流体头部包括配置成输出从所述第二冷却芯接收的流体的出口端口。
3. 根据权利要求2所述的流体_空气换热器，其中所述第一头部包括用以分离所述入 口端口与所述出口端口的至少一个分隔器。
4. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中如果冷却芯数目为奇数，则所述第二 流体头部包括配置成输出从所述第二冷却芯接收的流体的出口端口。
5. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中所述第一头部和所述第二头部共计 包括配置成经由所述多个冷却芯将流体流从所述入口端口引向所述出口端口的至少一个 流体分隔器。
6. 根据权利要求5所述的流体-空气换热器，其中所述流体在所述第一头部、所述第二 头部之间流动并且以蛇形方式从冷却芯流到冷却芯。
7. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中输入流体的温度高于从所述出口端 口输出的流体的温度。
8. 根据权利要求7所述的流体-空气换热器，其中沿着从所述第一冷却芯到所述第二 冷却芯的所述第二方向形成热到冷的流体温度梯度。
9. 根据权利要求7所述的流体-空气换热器，其中引入气流的温度低于排出气流的温度。
10. 根据权利要求7所述的流体-空气换热器，其中沿着从所述第一冷却芯到所述第二 冷却芯的所述第二方向形成热到冷的空气温度梯度。
11. 根据权利要求l所述的流体-空气换热器，其中输入流体的温度低于从所述出口端 口输出的流体的温度。
12. 根据权利要求11所述的流体_空气换热器，其中沿着从所述第一冷却芯到所述第 二冷却芯的所述第二方向形成冷到热的流体温度梯度。
13. 根据权利要求11所述的流体-空气换热器，其中引入气流的温度高于排出气流的 温度。
14. 根据权利要求11所述的流体_空气换热器，其中沿着从所述第一冷却芯到所述第二冷却芯的所述第二方向形成冷到热的空气温度梯度。
15. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中各冷却芯暴露于不同温度的气流。
16. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中所述入口端口定位于所述第一流体 头部的第一端附近，而所述第一冷却芯定位于所述第一流体头部的第一端和所述第二流体 头部的第一端附近。
17. 根据权利要求16所述的流体-空气换热器，其中所述第二冷却芯定位于所述第一 流体头部的第二端和所述第二流体头部的第二端附近。
18. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中各层流体管道包括多个单独导热微 管，其中各微管被配置成使得通过该微管的流体流与各其它微管隔离。
19. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中各层流体管道包括多个单独导热微 管，其中各微管包括与相邻微管的一个或者多个共用开口 ，从而通过该微管的流体流在相 邻微管之间混合。
20. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中沿着所述第二方向配置各冷却鳍。
21. 根据权利要求1所述的流体_空气换热器，其中各冷却芯包括多个芯层，各层包括 至少一层冷却鳍和至少一个流体管道的层，另外其中在给定冷却芯内的各芯层沿着与所述 第一方向垂直并且与所述第二方向垂直的第三方向堆叠。
22. —种流体-空气换热器，包括a. 多个流体_空气冷却芯，各冷却芯包括至少一层一个或者多个导热流体管道和耦合 到至少一个流体管道层的至少一层导热冷却鳍，其中各流体管道沿着从所述冷却芯的第一 端到所述冷却芯的第二端的第一方向配置，另外其中所述多个冷却芯沿着与所述第一方向 垂直的第二方向并排堆叠，从而使得所述多个冷却芯的所述流体管道平行配置；b. 第一流体头部，耦合到各冷却芯的第一端，其中所述第一头部包括配置成接收输入 流体的入口端口 ；以及c. 第二头部，耦合到各冷却芯的第二端，其中所述第一头部和所述第二头部被配置成 沿着所述第二方向将流体流从与所述第一头部的所述入口端口最近的第一冷却芯串行引 向各相继堆叠的冷却芯，其中所述第一冷却芯被配置成沿着所述第二方向将引入气流接收到所述流体_空气 换热器中，并且在所述多个堆叠冷却芯内位置与所述第一冷却芯最远的第二冷却芯被配置 成从所述流体_空气换热器排出所述气流。
23. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中如果冷却芯数目为偶数，则所述第 一流体头部包括配置成输出从所述第二冷却芯接收的流体的出口端口。
24. 根据权利要求23所述的流体-空气换热器，其中所述第一头部包括用以分离所述 入口端口与所述出口端口的至少一个分隔器。
25. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中如果冷却芯数目为奇数，则所述第 二流体头部包括配置成输出从所述第二冷却芯接收的流体的出口端口。
26. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中所述第一头部和所述第二头部共 计包括配置成经由所述多个冷却芯将流体流从所述入口端口引向所述出口端口的至少一 个流体分隔器。
27. 根据权利要求26所述的流体-空气换热器，其中所述流体在所述第一头部、所述第二头部之间流动并且以蛇形方式从冷却芯流到冷却芯。
28. 根据权利要求22所述的流体_空气换热器，其中输入流体的温度高于从所述出口 端口输出的流体的温度。
29. 根据权利要求28所述的流体-空气换热器，其中沿着从所述第一冷却芯到所述第 二冷却芯的所述第二方向形成热到冷的流体温度梯度。
30. 根据权利要求28所述的流体-空气换热器，其中引入气流的温度低于排出气流的 温度。
31. 根据权利要求28所述的流体-空气换热器，其中沿着从所述第一冷却芯到所述第 二冷却芯的所述第二方向形成冷到热的空气温度梯度。
32. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中输入流体的温度低于从所述出口 端口输出的流体的温度。
33. 根据权利要求32所述的流体-空气换热器，其中沿着从所述第一冷却芯到所述第 二冷却芯的所述第二方向形成冷到热的流体温度梯度。
34. 根据权利要求32所述的流体-空气换热器，其中引入气流的温度高于排出气流的 温度。
35. 根据权利要求32所述的流体-空气换热器，其中沿着从所述第一冷却芯到所述第 二冷却芯的所述第二方向形成热到冷的空气温度梯度。
36. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中各冷却芯暴露于不同温度的气流。
37. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中所述入口端口定位于所述第一流 体头部的第一端附近，而所述第一冷却芯定位于所述第一流体头部的第一端和所述第二流 体头部的第一端附近。
38. 根据权利要求37所述的流体-空气换热器，其中所述第二冷却芯定位于所述第一 流体头部的第二端和所述第二流体头部的第二端附近。
39. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中各层流体管道包括多个单独导热 微管，其中各微管被配置成使得通过该微管的流体流与各其它微管隔离。
40. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中各层流体管道包括多个单独导热 微管，其中各微管包括与相邻微管的一个或者多个共用开口 ，从而使通过该微管的流体流 在相邻微管之间混合。
41. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中沿着所述第二方向配置各冷却鳍。
42. 根据权利要求22所述的流体-空气换热器，其中各冷却芯包括多个芯层，各层包括 至少一层冷却鳍和至少一个流体管道的层，另外其中在给定冷却芯内的各芯层沿着与所述 第一方向垂直并且与所述第二方向垂直的第三方向堆叠。
43. —种流体-空气换热器，包括a. 多个流体_空气冷却芯，各冷却芯包括至少一层一个或者多个导热流体管道和至少 一层导热冷却鳍，该至少一层导热冷却鳍耦合到所述至少一个流体管道层并且装配成使空 气穿过所述流体_空气冷却芯，其中各流体管道沿着从所述冷却芯的第一端到所述冷却芯 的第二端的第一方向配置，另外其中所述多个冷却芯沿着与所述第一方向垂直的第二方向 并排串行堆叠，从而使所述多个冷却芯的所述流体管道平行配置；b. 第一流体头部，耦合到各冷却芯的第一端，其中所述第一头部包括配置成接收输入流体的入口端口 ；以及c.第二头部，耦合到各冷却芯的第二端，其中所述第一头部和所述第二头部被配置成 沿着所述第二方向将流体流从第一冷却芯串行引向各相继堆叠的冷却芯。
44. 根据权利要求43所述的流体-空气换热器，其中如果冷却芯数目为偶数，则所述第 一流体头部包括配置成输出从该串行中的最后冷却芯接收的流体的出口端口。
45. 根据权利要求44所述的流体-空气换热器，其中所述第一头部包括用以分离所述 入口端口与所述出口端口的至少一个分隔器。
46. 根据权利要求43所述的流体-空气换热器，其中如果冷却芯数目为奇数，则所述第 二流体头部包括配置成输出从该串行中的最后冷却芯接收的流体的出口端口。
47. 根据权利要求43所述的流体-空气换热器，其中所述第一头部和所述第二头部共 计包括配置成经由所述多个冷却芯将流体流从所述入口端口引向所述出口端口的至少一 个流体分隔器。
48. 根据权利要求47所述的流体-空气换热器，其中所述流体在所述第一头部、所述第 二头部之间流动并且以蛇形方式从冷却芯流到冷却芯。
49. 根据权利要求43所述的流体-空气换热器，其中各层流体管道包括多个单独导热 微管，其中各微管被配置成使得通过该微管的流体流与各其它微管隔离。
50. 根据权利要求43所述的流体-空气换热器，其中各层流体管道包括多个单独导热 微管，其中各微管包括与相邻微管的一个或者多个共用开口 ，从而使得通过该微管的流体 流在相邻微管之间混合。
51. 根据权利要求43所述的流体-空气换热器，其中各冷却鳍沿着所述第二方向配置。
52. 根据权利要求43所述的流体-空气换热器，其中各冷却芯包括多个芯层，各层包括 至少一层冷却鳍和至少一个流体管道的层，另外其中在给定冷却芯内的各芯层沿着与所述 第一方向垂直并且与所述第二方向垂直的第三方向堆叠。
全文摘要
一种逆流散热器包括沿着第一方向串联配置的多个分层冷却芯，其中，该第一方向与用来冷却流过逆流散热器的流体的气流方向相同。受热流体在第一端输入逆流散热器并且在蛇形路径中流过各冷却芯到达逆流散热器的第二端，从而在与气流的方向相反的方向上有效地前进。
文档编号F28D1/04GK101715536SQ200880020362
公开日2010年5月26日 申请日期2008年5月2日 优先权日2007年5月2日
发明者F·兰德里, G·宇帕德海厄, J·霍姆, P·特萨奥, 周平 申请人:固利吉股份有限公司