Микрохолодильное устройство
Изобретение предназначено для применения в микрохолодильном устройстве для отвода излишнего тепла, а именно в микрохолодильных устройствах для микроэлектроники. Холодильное устройство, которое отводит тепло, выработанное источником, вырабатывающим тепло, причем указанное устройство содержит хладагент, находящийся в указанном холодильном устройстве, часть для хранения хладагента, в которой хранится указанный жидкий хладагент, часть для поглощения тепла, содержащую, по меньшей мере, один микроканал, и расположенную вблизи источника, вырабатывающего тепло, и соединенную с частью, в которой хранится хладагент, причем жидкий хладагент частично заполняет микроканал благодаря поверхностному натяжению и испаряется, переходя в газообразный хладагент в указанном микроканале, при поглощении тепла от источника, вырабатывающего тепло, часть для конденсации газообразного хладагента, в которой осуществляется конденсация, причем эта часть для конденсации хладагента содержит, по меньшей мере, один второй микроканал, соединенный с указанной частью для хранения хладагента отдельно от указанного микроканала части для поглощения тепла, часть, по которой движется газ, расположенную вблизи части для поглощения тепла, и части, в которой осуществляется конденсация и которая является проходом, через который газообразный хладагент движется от микроканала части для поглощения тепла в микроканал части для конденсации хладагента, корпус, в котором содержится, по меньшей мере, часть для поглощения тепла, причем устройство включает часть для теплоизоляции, примыкающую к части для поглощения тепла, для предотвращения перехода тепла, поглощенного в части для поглощения тепла в другие зоны. Изобретение позволяет получить холодильное устройство минимального размера, имеющее высокую холодопроизводительность, на которое не воздействуют ни сила тяжести, ни ограничение в месте и/или положении установки. 21 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к микрохолодильному устройству для отвода излишнего тепла, более конкретно к микрохолодильному устройству для изделия электроники, которое вырабатывает излишнее тепло, несмотря на небольшой размер изделия, например, устройство интегральной схемы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
В связи со значительным количеством тепла, вырабатываемого устройством интегральной схемы, таким, как разработанный в последнее время центральный процессор (ЦПУ), само устройство и установка, содержащая его, имеют тенденцию ухудшать надежность изделия. В особенности в полупроводниковом устройстве на целый ряд параметров воздействует рабочая температура, так что их величины изменяются, тем самым создавая для устройства проблему нарушения характеристик интегральной схемы.
Одним из типичных традиционных способов решения упомянутой выше проблемы является использование вентилятора для принудительного охлаждения устройства. Однако упомянутый способ имеет свои собственные проблемы, такие как низкая холодопроизводительность, введение дополнительного источника, вырабатывающего тепло, такого, как источник электроэнергии для вентилятора, и дополнительное тепло, вырабатываемое самим вентилятором.
Другим способом, имеющим более высокую холодопроизводительность, является отвод тепла посредством фазового изменения жидкого материала (“хладагента”). Другими словами, жидкий материал, используемый как хладагент, проходит источник, вырабатывающий тепло, и превращается в газ для отвода тепла за счет энергии испарения, что очень широко используется в холодильниках и кондиционерах. Проблема в этом способе также заключается в том, что различное оборудование должно быть дополнительно установлено для конденсации испаренного (или газообразного) хладагента, так что масса всей установки и потребление энергии повышаются.
Известно холодильное устройство очень небольшого размера, так называемая “теплоотводящая труба”, в которой используются изменение фаз жидкого материала и явление естественной конвекции. Даже при наличии различных типов теплоотводящих труб, теплоотводящая труба типа двойной трубы, имеющая внутреннюю и внешнюю трубы, представляет собой эффективное холодильное устройство. В трубе двойного типа хладагент заполняет наружную трубу, и стенка внутренней трубы имеет множество маленьких отверстий для того, чтобы образовать проход в наружную трубу из внутренней части внутренней трубы. Когда тепло от источника тепла передается к наружной трубе, хладагент в наружной трубе превращается в газ за счет поглощения тепла, и испарившийся хладагент поступает внутрь внутренней трубы через отверстия во внутренней трубе. Газ во внутренней трубе далее движется к противоположному концу внутренней трубы под действием разности между подъемной силой и давлением воздуха. У противоположного конца внутренней трубы хладагент конденсируется в жидкость. Жидкость движется через отверстия во внутренней трубе в наружную трубу и в конце концов возвращается в исходное место для хладагента (см. Справочник по теплообменникам, пер. с английского под редакцией О.Г.Мартыненко, том 2, Москва, ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1987).
Теплоотводящая труба, изготовленная по упомянутому выше способу, является небольшой и имеет высокую холодопроизводительность. Однако поскольку движение газообразного хладагента внутри трубы зависит от разности между подъемной силой и давлением воздуха, и движение жидкого хладагента зависит от силы тяжести, имеется ограничение в размещении установки или местоположении теплоотводящей трубы. Кроме того, поскольку теплоотводящая труба должна иметь такую конструкцию, в которой хладагент конденсируется на противоположном конце от источника, вырабатывающего тепло, по мере того, как размер теплоотводящей трубы становится меньше, ее холодопроизводительность понижается, и ее эффективность ухудшается.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В связи с этим, задачей настоящего изобретения является решение упомянутых выше проблем традиционных холодильных устройств и создание микрохолодильного устройства, которое может быть изготовлено очень маленьким, но с очень высокими характеристиками охлаждения.
Кроме того, другой задачей настоящего изобретения является создание холодильного устройства высокой производительности, не имеющего ограничений в размещении установки или ее местоположении, на которое не воздействует сила тяжести.
Для того, чтобы решить вышеупомянутые задачи настоящего изобретения, создано холодильное устройство, которое отводит тепло, выработанное источником, вырабатывающим тепло, причем указанное холодильное устройство содержит хладагент, находящийся в указанном холодильном устройстве; часть для хранения хладагента, в которой хранится указанный жидкий хладагент; часть для поглощения тепла, содержащую по меньшей мере один микроканал, и расположенную вблизи источника, вырабатывающего тепло, и соединенную с частью, в которой хранится хладагент, причем жидкий хладагент частично заполняет микроканал благодаря поверхностному натяжению и испаряется, переходя в газообразный хладагент в указанном микроканале при поглощении тепла от источника, вырабатывающего тепло; часть для конденсации газообразного хладагента, в которой осуществляется конденсация, причем эта часть для конденсации хладагента содержит по меньшей мере один микроканал, соединенный с указанной частью для хранения хладагента отдельно от указанного микроканала части для поглощения тепла; часть, по которой движется газ, расположенную вблизи части для поглощения тепла, и части, в которой осуществляется конденсация, и которая является проходом, через который газообразный хладагент движется от микроканала части для поглощения тепла в микроканал части для конденсации хладагента; корпус, в котором содержится по меньшей мере часть для поглощения тепла, причем устройство согласно изобретению включает часть для теплоизоляции, примыкающую к части для поглощения тепла, для предотвращения перехода тепла, поглощенного в части для поглощения тепла в другие зоны. Корпус может быть изготовлен из полупроводникового материала, слоистого материала, металла, металлического сплава, керамического материала или кристаллического материала. Предпочтительно указанный микроканал выполнен в диапазоне от приблизительно 10-9 м до приблизительно 10-3 м по ширине и в диапазоне от приблизительно 0,5 см до приблизительно 5 см по длине. Указанный микроканал имеет, по меньшей мере, один бугорок на своей внутренней поверхности, благодаря чему площадь поперечного сечения микроканала становится меньше по направлению к той части, по которой движется газ. Указанный бугорок может быть образован на внутренней поверхности микроканала части для поглощения тепла. Предпочтительно указанный микроканал части для конденсации хладагента имеет, по меньшей мере, один бугорок на своей внутренней поверхности, благодаря чему площадь поперечного сечения микроканала части для конденсации хладагента уменьшается по направлению от той части, по которой движется газ, к указанной части для хранения хладагента. Указанный бугорок может быть образован на внутренней поверхности микроканала части для конденсации хладагента.
Указанный микроканал части для конденсации хладагента имеет, по меньшей мере, одну сведенную на конус часть на своей внутренней поверхности, благодаря чему площадь поперечного сечения микроканала части для конденсации хладагента уменьшается по направлению от той части, по которой движется газ, к указанной части для хранения хладагента.
При этом объем части для конденсации больше, чем объем части для поглощения тепла.
Предпочтительно на наружной поверхности корпуса, примыкающей к части для конденсации хладагента, образованы ребра. Причем ребра могут быть изготовлены из термоэлектрического элемента, и микроприводы выполнены вместе с микроребрами. Также на внутренней поверхности части для конденсации согласно изобретению может быть выполнено множество ребер, а на внутренней поверхности части для поглощения тепла выполнено множество микроканавок.
В холодильном устройстве согласно изобретению предусмотрен микроволновой генератор для подачи микроволновой энергии к холодильному устройству.
Целесообразно, чтобы на внутренней поверхности микроканала указанной части для конденсации хладагента было выполнено множество микроканавок. Также предпочтительно, чтобы указанная часть для поглощения тепла и указанная часть для конденсации хладагента образованы на одной и той же плоскости ХУ, и кроме того, теплоизолированы одна от другой.
Предпочтительно часть для поглощения тепла и часть для конденсации хладагента теплоизолированы одна от другой посредством части для теплоизоляции. При этом микроканалы части для поглощения тепла образованы в виде кривых линий.
Холодильное устройство согласно изобретению обеспечивает высокую производительность независимо от размещения установки и ее местоположения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Задачи и аспекты изобретения будут очевидными из следующего описания конструктивного исполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схематический вид в разрезе для иллюстрации поперечного сечения плоскостью XZ холодильного устройства в соответствии с конструктивным исполнением по настоящему изобретению;
фиг.2 изображает вид в разрезе для иллюстрации холодильного устройства, показанного на фиг.1, как оно видно от линии а-а';
фиг.3 - увеличенный схематический вид для иллюстрации одного из микроканалов в части, в которой поглощается тепло холодильного устройства, показанного на фиг.1; и
фиг.4 - вид в разрезе для иллюстрации поперечного сечения плоскостью XZ холодильного устройства 100' в соответствии с другим конструктивным исполнением настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Теперь будет описано конструктивное исполнение настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Фиг.1 изображает схематический вид в разрезе для иллюстрации поперечного сечения плоскостью XZ холодильного устройства в соответствии с конструктивным исполнением настоящего изобретения. Холодильное устройство 100 по настоящему изобретению включает часть 102 для хранения жидкого хладагента, в которой хранится хладагент (обозначенную волнистыми узорами на чертеже), и часть 106 для поглощения тепла, которая расположена вблизи части 102, в которой хранится хладагент, и рядом с источником, вырабатывающим тепло (не показан). Часть 106, в которой поглощается тепло, включает множество микроканалов 114 (показаны наклонными линиями на чертеже). Хладагент, хранящийся в части 102 для хранения хладагента, частично заполняет микроканалы 114 под действием поверхностного натяжения каждого микроканала в соответствии с явлением капиллярности.
Холодильное устройство 100 по настоящему изобретению дополнительно включает часть 104, по которой движется газ, расположенную поперек части 102, в которой хранится хладагент, и отделенную от части 106, в которой поглощается тепло. Холодильное устройство 100 также включает часть 108, которая служит для теплоизоляции, расположенную примыкающей к части 106, в которой поглощается тепло, для того, чтобы предотвратить передачу тепла к другим частям. Холодильное устройство также включает часть 110, в которой осуществляется конденсация, расположенную поперек части 106, в которой поглощается тепло, и отделенную в направлении оси Z частью 108, которая служит для теплоизоляции.
Предпочтительно, часть 102, в которой хранится хладагент, часть 106, в которой поглощается тепло, часть 104, по которой движется газ, часть 108, которая служит для теплоизоляции, и часть 110, в которой осуществляется конденсация, образованы в корпусе 112, который образует конструктивное исполнение холодильного устройства 100 по настоящему изобретению.
Для того, чтобы более точно описать геометрическую структуру конструктивного исполнения по настоящему изобретению, на фиг.2 показан вид в разрезе холодильного устройства 100 по фиг.1, как оно видно от линии а-а'. Холодильное устройство 100 включает часть 102, в которой хранится хладагент, которая отделена в направлении оси Х от части 104, по которой движется газ, причем часть 106, в которой поглощается тепло, вставлена между ними. Как было упомянуто, множество микроканалов 114 образовано в части 106, в которой поглощается тепло.
Далее, процессы работы холодильного устройства 100 будут описаны со ссылками на фиг.1-3. Как показано на фиг.1, направление переноса тепла показано большими стрелками 120 и 122. Тепло, выработанное внешним источником, вырабатывающим тепло (не показан), передается к части 106, в которой поглощается тепло холодильного устройства 100. Предпочтительно, чтобы поддерживался тепловой контакт между внешним источником, вырабатывающим тепло, и наружной стенкой корпуса 112 холодильного устройства 100, рядом с которой находится часть 106, в которой поглощается тепло.
Корпус 112 может быть изготовлен из целого ряда материалов, включая полупроводниковые материалы, такие, как кремний Si или галлий Ga, слоистые материалы, такие, как однослойные металлы в сборе типа меди Сu или алюминия Al, или любые сплавы, керамика или кристаллические материалы типа алмаза. В особенности если внешний источник, вырабатывающий тепло, представляет собой полупроводниковое устройство, то холодильное устройство 100 по настоящему изобретению может быть изготовлено из того же полупроводникового материала, который был использован для полупроводникового устройства. Холодильное устройство 100 по настоящему изобретению, как будет описано ниже, может быть изготовлено за одно целое в одном из следующих процессов изготовления. Поэтому холодильное устройство 100 может быть изготовлено того же размера (например, несколько или десятки квадратных сантиметров площади в плоскости ХY), что и внешний источник, вырабатывающий тепло, так чтобы термическое сопротивление холодильного устройства 100 по настоящему изобретению могло быть сведено к минимуму.
Как показано на фиг.2, тепло, передаваемое от внешнего источника, вырабатывающего тепло, поглощается в части 106, в которой поглощается тепло. Как показано на фиг.2, часть 106, в которой поглощается тепло, имеет множество микроканалов 114, и хладагент, хранящийся в части 102, в которой хранится хладагент, заполняет до заранее определенной части каналы 114 благодаря явлению капиллярности. Это показано подробно на фиг.3. Как показано на фиг.3, которая представляет собой увеличенный вид для схематической иллюстрации одного из микроканалов 114 части 106, в которой поглощается тепло, хладагент заполняет пространство от части 102, в которой хранится хладагент до положения в микроканале, обозначенного как “А”.
Положение “А”, до которого заполняется хладагент, зависит от типа хладагента и размера микроканалов 114. В частности, тип хладагента может быть различным в зависимости от материала корпуса 112, потому что хладагент может вступить в химическую реакцию с поверхностью микроканалов 114 или корпуса 112. С точки зрения загрязнения окружающей среды, предпочтительным может быть новый хладагент, по типу не относящийся к CFC. В качестве хладагента, совместимого с материалом корпуса 112, например, в изделиях электроники типа интегральной схемы, могут быть предпочтительно выбраны вода H2O или спирт, такой как метанол или этанол. Большая теплоемкость вышеупомянутого хладагента и небольшой угол его поверхностного натяжения с полупроводниковым устройством приводят в результате к большому расходу хладагента для передачи большого количества тепла. Кроме того, нет проблем, связанных с загрязнением окружающей среды. Даже если имеется дефект в корпусе 112 (например, тонкая трещина на поверхности корпуса), очень мала вероятность того, что хладагент вытечет из корпуса 112.
Вообще, хотя в макроскопической системе имеется поверхностное натяжение, его превосходит влияние силы тяжести. Поэтому трудно получить значительное преимущество от поверхностного натяжения в макроскопической системе. Для того, чтобы можно было пренебречь влиянием силы тяжести, размер системы уменьшается. Таким образом предпочтительно, чтобы ширина каждого микроканала 114, соответствующая холодильному устройству 100 по настоящему изобретению, находилась приблизительно в диапазоне от 1 нм до 1000 мк, и длина канала 114 находилась приблизительно в диапазоне от 0,5 до 5 см. Кроме того, площадь поперечного сечения каждого микроканала 114 может быть образована в форме круга, овала, прямоугольника, квадрата, многоугольника и т.п. Как описано ниже, площадь поперечного сечения может увеличиваться или уменьшаться в заранее заданном направлении для того, чтобы контролировать величину поверхностного натяжения между внутренней стенкой каналов 114 и хладагентом.
Как описано выше, если тепло передается от внешнего источника, вырабатывающего тепло, к микроканалам 114 части 106, в которой поглощается тепло, заполненной хладагентом, мелкие пузырьки вырабатываются в результате испарения части хладагента, заполняющего микроканалы 114, так что здесь возникает турбулентность хладагента. Такие мелкие пузырьки и турбулентность хладагента производят еще больше мелких пузырьков (не показаны) в микроканалах 114. Эти мелкие пузырьки движутся к части 104, по которой движется газ, в которой не содержится никакого хладагента. Поскольку пузырьки передвигаются только на расстояние в несколько миллиметров, влиянием силы тяжести можно пренебречь. Поэтому даже если часть 102, в которой хранится хладагент, и часть 104, по которой движется газ, соответственно расположены на верхнем и нижнем уровнях, пузырьки могут передвигаться к части 104, по которой движется газ, из части 102, в которой хранится хладагент, под действием перепада давления в части 106, в которой поглощается тепло. Движение пузырьков будет описано подробно ниже.
Вышеупомянутое движение пузырьков, имеющее заранее определенное направление, может создаваться бугорками 116, образованными на внутренней поверхности микроканалов 114 в части 106, в которой поглощается тепло. Другими словами, как показано на фиг.3, множество бугорков 116 выступают на внутренней поверхности микроканалов 114 в зоне вблизи части 102, в которой хранится хладагент. Так как поперечное сечение микроканала 114 становится меньше по направлению к части 104, по которой движется газ (то есть в направлении оси X), то поверхностное натяжение становится больше в этом направлении. Вышеупомянутое увеличение поверхностного натяжения дает возможность хладагенту иметь такую потенциальную энергию, которая заставляет хладагент двигаться в направлении от части 102, в которой хранится хладагент, до части 104, по которой движется газ. В итоге, в соответствии с направлением потенциальной энергии хладагента, большая часть пузырьков, образованных в хладагенте, имеет тенденцию двигаться в направлении оси X.
Как показано на фиг.1, часть 104, по которой движется газ, вначале образуется как пустое пространство. Пузырьки, которые двигаются из части 106, в которой поглощается тепло, к части 104, по которой движется газ, проникают в газы (газообразный хладагент). Так как газообразный хладагент выходит из части 106, в которой поглощается тепло, газообразный хладагент движется к части 110, в которой осуществляется конденсация, благодаря перепаду давления в зоне, примыкающей к части 106, в которой поглощается тепло, и части 110, в которой осуществляется конденсация.
Когда количество пузырьков в единице объема увеличивается, увеличивается холодопроизводительность холодильного устройства по настоящему изобретению. Поэтому предпочтительно увеличить возможность образования таких пузырьков. Например, множество микроканавок (не показаны) могут быть выполнены на внутренней поверхности каналов 114 в части 106, в которой поглощается тепло. Альтернативно, микроволновый генератор (не показан) может быть использован для подачи микроволновой энергии к холодильному устройству 100 для создания малых колебаний холодильного устройства, чтобы тем самым увеличить образование пузырьков.
Затем газообразный хладагент теряет свою энергию испарения в части 110, в которой осуществляется конденсация, для того, чтобы перейти в жидкий хладагент. Для того, чтобы более эффективно выполнить конденсацию хладагента, множество ребер (не показаны) может быть смонтировано на наружной поверхности корпуса 112 вблизи части 110, в которой осуществляется конденсация. Вышеупомянутые ребра могут быть изготовлены микроскопического размера. Кроме того, например, если микроприводы выполнены вместе с микроребрами, тепло, отводимое от части 110, в которой осуществляется конденсация, может быть рециркулировано для создания циркуляции окружающего воздуха. Или, если ребро изготовлено из термоэлектрического элемента, тепло, отводимое от части 110, в которой осуществляется конденсация, может быть трансформировано в электрическую энергию, которая может быть использована для других электронных устройств. Кроме того, в соответствии с другим конструктивным исполнением настоящего изобретения, часть 110, в которой осуществляется конденсация, может быть выполнена большей, чем часть 106, в которой поглощается тепло (например, приблизительно в 10 раз) для того, чтобы конвекция в окружающую атмосферу могла также быть использована для конденсации газообразного хладагента. Кроме того, микроребра могут быть образованы на внутренней поверхности части 110, в которой осуществляется конденсация, тем самым увеличивая эффективность конденсации хладагента.
В части 110, в которой осуществляется конденсация, газообразный хладагент конденсируется и собирается как жидкий хладагент. Когда собирается достаточное количество жидкого хладагента, жидкий хладагент движется в часть 102, в которой хранится хладагент, через микроканалы, образованные в части 110, в которой осуществляется конденсация. Сконденсированный хладагент движется в часть 102, в которой хранится хладагент, под действием того же принципа, какой был описан выше. Подобно конструкции части 106, в которой поглощается тепло, каналы в части 110, в которой осуществляется конденсация, могут включать множество бугорков 118 на внутренней поверхности в зоне, примыкающей к части 104, по которой движется газ. В то же время, бугорки 118 образованы с противоположной стороны от бугорков 116, образованных в части 106, в которой поглощается тепло. Хладагент, сконденсированный в жидкость, возвращается в часть 102, в которой хранится хладагент, тем самым завершая циркуляцию хладагента в холодильном устройстве 100.
Как описано выше, циркуляция хладагента в холодильном устройстве 100 по настоящему изобретению, выполняется самостоятельно без внешней движущей силы, главным образом благодаря явлению капиллярности, посредством поверхностного натяжения жидкого хладагента, без влияния силы тяжести. Поскольку множество микроканалов 114 включены в часть 106, в которой поглощается тепло, поверхностное натяжение больше, чем сила тяжести в этих случаях.
Поскольку в настоящем изобретении применяется явление микродинамики, имеется целый ряд способов изготовления холодильного устройства 100 по настоящему изобретению. Например, могут быть использованы способы МЭМС (микроэлектромеханическая система) или ОМС (однослойные металлы в сборе), или способ изготовления сверхточной конструкции с использованием лазера или плазмы.
Теперь будет описано другое конструктивное исполнение по настоящему изобретению со ссылкой на фиг.4, которая представляет собой вид в поперечном разрезе для иллюстрации плоскости XZ холодильного устройства 100' в соответствии с другим конструктивным исполнением по настоящему изобретению. Как показано на чертеже, холодильное устройство 100' может быть выполнено в виде многослойной конструкции, как расширение однослойной конструкции холодильного устройства 100.
Циркуляция хладагента в холодильном устройстве 100' описана ниже. Хладагент превращается в газ за счет поглощения тепла в части 100' для поглощения тепла, и газообразный хладагент начинает двигаться под действием того же механизма, который описан в однослойной конструкции охладительного устройства 100. Затем такое же количество хладагента, которое вышло из части 102', в которой хранится хладагент, возвращается из части 110', в которой осуществляется конденсация, в часть 102', в которой хранится хладагент, в соответствии с принципом непрерывности. Газообразный хладагент снова превращается в жидкий хладагент в части 110', в которой осуществляется конденсация, через часть 104', по которой движется газ, так чтобы компенсировать количество хладагента, которое поступило в часть 102', в которой хранится хладагент, из части 110', в которой осуществляется конденсация. Таким образом, происходит циркуляция хладагента в холодильном устройстве 100'.
Как показано на чертеже, холодильное устройство 100' отличается от холодильного устройства 100 многослойной конструкцией части 110', в которой осуществляется конденсация, но все основные принципы, такие, как циркуляция хладагента, фазовый переход или выработка тепла, являются одинаковыми в обоих холодильных устройствах 100 и 100'. Многослойная конструкция части 110', в которой осуществляется конденсация, включает множество микроканалов (зоны, заштрихованные наклонными линиями) и разделена частью 108', которая служит для теплоизоляции. Множество бугорков 118' образованы для того, чтобы создать характеристики направления движения хладагента в микроканалах. Конечно, такие бугорки могут быть образованы на внутренней поверхности микроканалов в части 110', в которой осуществляется конденсация, для того, чтобы надежно удерживать заранее заданные характеристики направления движения. Подобно тому, как в однослойной конструкции холодильного устройства 100, бугорки 116' могут также быть образованы в части 106', в которой поглощается тепло для создания характеристик направления движения хладагента.
Как описано выше, множество слоев в части 110', в которой осуществляется конденсация, образованы для того, чтобы повысить эффективность конденсации хладагента, тем самым повышая холодопроизводительность холодильного устройства 100'.
В соответствии с настоящим изобретением, предусмотрено микрохолодильное устройство, имеющее характеристику высокоэффективного отвода тепла, что также повышает параметры и надежность изделий с холодильным устройством по настоящему изобретению.
При описании конкретных предпочтительных конструктивных исполнений изобретения, необходимо понимать, что изобретение не ограничено этими описанными конструктивными исполнениями, и различные изменения и модификации могут быть произведены в нем специалистом в этой области техники, не выходя за пределы объема или идеи изобретения, как они определены в прилагаемой формуле изобретения.
Например, предмет настоящего изобретения может быть воплощен в холодильном устройстве, которое включает отдельный корпус для части, в которой хранится хладагент, или для части, в которой осуществляется конденсация, взаимно связанных с частью, в которой поглощается тепло, через трубы как с частью, в которой движется газ. В этом конкретном конструктивном исполнении, размер отдельного корпуса может быть больше, чем часть, в которой поглощается тепло, так что холодопроизводительность может быть увеличена.
Альтернативно, описанные выше части холодильного устройства по настоящему изобретению, могут быть образованы на плоскости, так чтобы толщина холодильного устройства могла быть уменьшена. В этом конкретном конструктивном исполнении, часть, в которой поглощается тепло, и часть, в которой осуществляется конденсация, образуются, например, на плоскости XY, причем они теплоизолированы одна от другой посредством изолирующей части, которая также образована на той же плоскости XY, и соединены одна с другой посредством части, в которой хранится хладагент, и части, по которой движется газ, также образованных на той же плоскости XY.
Кроме того, микроканалы в части, в которой поглощается тепло, могут быть образованы в виде кривых линий, что предпочтительнее, чем прямые линии.
1. Холодильное устройство, которое отводит тепло, выработанное источником, вырабатывающим тепло, причем указанное устройство содержит:
хладагент, находящийся в указанном холодильном устройстве;
часть для хранения хладагента, в которой хранится указанный жидкий хладагент;
часть для поглощения тепла, содержащую, по меньшей мере, один микроканал и расположенную вблизи источника, вырабатывающего тепло, и соединенную с частью, в которой хранится хладагент, причем жидкий хладагент частично заполняет микроканал благодаря поверхностному натяжению и испаряется, переходя в газообразный хладагент в указанном микроканале, при поглощении тепла от источника, вырабатывающего тепло;
часть для конденсации газообразного хладагента, в которой осуществляется конденсация, причем эта часть для конденсации хладагента содержит, по меньшей мере, один второй микроканал, соединенный с указанной частью для хранения хладагента отдельно от указанного микроканала части для поглощения тепла;
часть, по которой движется газ, расположенная вблизи части для поглощения тепла, и части, в которой осуществляется конденсация, и которая является проходом, через который газообразный хладагент движется от микроканала части для поглощения тепла в микроканал части для конденсации хладагента;
корпус, в котором содержится, по меньшей мере, часть для поглощения тепла,
причем устройство включает часть для теплоизоляции, примыкающую к части для поглощения тепла, для предотвращения перехода тепла, поглощенного в части для поглощения тепла в другие зоны.
2. Холодильное устройство по п.1, в котором корпус изготовлен из полупроводникового материала, слоистого материала, металла, металлического сплава, керамического материала или кристаллического материала.
3. Холодильное устройство по п. 1, в котором указанный микроканал выполнен в диапазоне от приблизительно 10-9 м до приблизительно 10-3 м по ширине.
4. Холодильное устройство по п. 3, в котором указанный микроканал выполнен в диапазоне от приблизительно 0,5 см до приблизительно 5 см по длине.
5. Холодильное устройство по п.1, в котором указанный микроканал имеет, по меньшей мере, один бугорок на своей внутренней поверхности, благодаря чему площадь поперечного сечения микроканала становится меньше по направлению к той части, по которой движется газ.
6. Холодильное устройство по п.5, в котором указанный бугорок образован на внутренней поверхности микроканала части для поглощения тепла.
7. Холодильное устройство по п. 1, в котором указанный микроканал части для конденсации хладагента имеет, по меньшей мере, один бугорок на своей внутренней поверхности, благодаря чему площадь поперечного сечения микроканала части для конденсации хладагента уменьшается по направлению от той части, по которой движется газ к указанной части для хранения хладагента.
8. Холодильное устройство по п.7, в котором указанный бугорок образован на внутренней поверхности микроканала части для конденсации хладагента.
9. Холодильное устройство по п. 1, в котором указанный микроканал части для конденсации хладагента имеет, по меньшей мере, одну сведенную на конус часть на своей внутренней поверхности, благодаря чему площадь поперечного сечения микроканала части для конденсации хладагента уменьшается по направлению от той части, по которой движется газ, к указанной части для хранения хладагента.
10. Холодильное устройство по п. 1, в котором объем части для конденсации больше, чем объем части для поглощения тепла.
11. Холодильное устройство по п. 1, в котором на наружной поверхности корпуса, примыкающей к части для конденсации хладагента, образованы ребра.
12. Холодильное устройство по п. 11, в котором указанные ребра изготовлены из термоэлектрического элемента.
13. Холодильное устройство по п. 11, в котором микроприводы выполнены вместе с микроребрами.
14. Холодильное устройство по п. 1, в котором на внутренней поверхности части для конденсации выполнено множество ребер.
15. Холодильное устройство по п. 1, в котором на внутренней поверхности части для поглощения тепла выполнено множество микроканавок.
16. Холодильное устройство по п. 1, в котором предусмотрен микроволновой генератор для подачи микроволновой энергии к холодильному устройству.
17. Холодильное устройство по п. 1, в котором указанная часть для поглощения тепла и указанная часть для конденсации хладагента образованы на одной и той же плоскости XY.
18. Холодильное устройство по п. 1, в котором указанная часть для поглощения тепла и указанная часть для конденсации хладагента образованы на одной и той же плоскости XZ и теплоизолированы одна от другой.
19. Холодильное устройство по п. 18, в котором часть для поглощения тепла и часть для конденсации хладагента теплоизолированы одна от другой посредством части для теплоизоляции.
20. Холодильное устройство по п. 1, в котором микроканалы части для поглощения тепла образованы в виде кривых линий.
21. Холодильное устройство по п. 1, в котором обеспечивается высокая производительность независимо от размещения установки и ее местоположения.
22. Холодильное устройство по п. 1, в котором на внутренней поверхности микроканала указанной части для конденсации хладагента выполнено множество микроканавок.
