CN105910480B - 一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板，该冷板包括微通道底板、蒸气腔、结构支架、密封垫片、耐热盖板、紧固螺栓、入口管线、出口管线、扰流挡板。微通道的横截面参照高性能槽道热管设计为Ω形，在提供高换热能力的同时可提供一定毛细驱动力。当热源加热热流较小时，毛细力驱动工质在系统内流动，液态工质受热发生相变溢出，冷凝后受毛细力作用回流。当加热热源热流较大时，由机械泵驱动增大工质的流量，单位时间更多液态工质在冷板内发生相变，增大冷板散热能力。该冷板可同时作为毛细力和机械泵驱动的流体回路中的蒸发器，满足不同换热要求。

Description

一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板
技术领域
本发明涉及泵流体回路冷板设计技术，具体是指用复合槽道热管结构的微通道换热器作为泵流体回路中的冷板。泵流体回路可用于长距离冷、热量的传输，如用于大规模集成电路、大功率电子器件、高功率固体激光器、星上载荷等的冷却散热。
背景技术
流体回路根据驱动方式不同可主要分为毛细力驱动和机械泵驱动两种。两种回路中提供的驱动力不同，由此产生可负担热负荷的差异。毛细力驱动的流体回路工质流速慢、流量小，适用于小热负荷下的冷却散热。机械泵可为流体回路提供较大的扬程和驱动力，可用于大热负荷下的冷却散热。
常见的毛细力驱动流体回路如毛细抽吸两相流体回路(CPL)和环路热管(LHP)，CPL最早在20世纪60年代由美国的F.J.Stenger首先提出，1971年前苏联提出了类似LHP的热管，正式命名为LHP是在1989年由前苏联科学院Yu.F.Maidanik提出。CHL的蒸发器常采用多层粗丝网填充液体流道，细丝网包裹固体颗粒形成毛细结构形成弯月面提供毛细力。LHP中使用粒径和孔径更小的多孔烧结材料，常见的如镍粉、Si3N4陶瓷吸液芯，可提供更高的毛细力，但其相应的蒸发器内阻力损失也增大。
机械泵驱动的流体回路主要使用各种叶片式、容积式泵驱动工质循环。流体在蒸发器内受热相变，吸热气化后工质流向热沉后冷凝，在泵作用下重新回流入蒸发器，不断将热源热量带至热沉。常见的微通道换热器截面多为矩形、三角形或圆形等单一几何形状，其可提供的毛细能力有限。同时，在发生工质相变时，随着通道中气相分数不断增大，形成的气泡体积过大时会形成气塞堵塞液体流动使传热恶化并造成沿流动方向温度不均。
发明内容
本发明的目的是提出了一种能够同时提供一定毛细力并保持较大换热能力、可同时用于毛细力驱动和机械泵驱动的流体回路的微通道冷板。
为达到上述目的，本发明的设计思路为：
1.可参考槽道热管槽道结构设计低流动阻力、可提供一定毛细力的微通道结构。
2.根据已有微通道换热器结构，结合槽道热管气、液流道设计，设计出含蒸气腔的微通道换热器，分离气、液流道。
根据上述思路，本发明采用下述技术步骤。
一种泵流体回路用微通道冷板，包括：微通道底板11、结构支架12、扰流挡板13、蒸气腔14、密封垫片15、耐热盖板16、紧固螺栓17、入口管线18、出口管线19。当工作时，冷板的底部安装面吸收热源热量并将其均匀传至微通道底部，通道内的液态工质受热发生相变成为气态工质。随着气态工质不断形成并离开通道聚集在上部蒸气腔，当压力增大至一定程度时，气态工质沿出口管线流出，冷板内工质的量减小，新的液体工质在驱动力的作用下重新流入。
当热源加热热流较小时，微通道自身Ω形槽道对工质产生毛细力作用，毛细力为工质循环提供驱动力，此时冷板可作为毛细泵驱动的环路热管中的蒸发器。当热源加热热流较大时，需增大工质流量以增加冷板的散热能力，系统采用机械泵驱动工质流动，此时冷板可作为机械泵流体回路中的蒸发器。
具体结构设计如下：
一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板包括微通道底板11、结构支架12、扰流挡板13、蒸气腔14、密封垫片15、耐热盖板16、紧固螺栓17、入口管线18、出口管线19，其中：
所述的微通道冷板的微通道底板11、结构支架12和耐热盖板16使用紧固螺栓17联结在一起，微通道底板11和结构支架12以及结构支架12和耐热盖板16间有密封垫片15,进口管线18和出口管线19分别安装在结构支架12的两端。
所述的微通道底板11上有多个沿垂直入口管线方向排列的Ω形槽道，槽间距为1.6mm，槽道数目由冷板宽度决定；所述的Ω形槽道剖面包含矩形和圆形两部分，其中，圆形部分直径D＝0.8-1.2mm，矩形部分宽L＝0.2mm，高H＝0.5-2mm，Ω形槽道总深度不小于入口管线18外径。
所述的结构支架12在垂直Ω形槽道的边即短边端面上各开一大小不同的圆孔，其中小孔与入口管线18相连，大孔与出口管线19相连。
所述的扰流挡板13为带圆形开孔的半圆管，开孔关于挡板中线左右对称，从内至外孔洞直径关于对称轴渐扩，孔间距成等差数列依次增大；扰流挡板13焊接固定于靠近小孔一侧的结构支架12上，与其短边平行。
所述的耐热盖板16下表面为一U型凸台，凸台短边靠近入口管线18侧。
本发明的优点是：
微通道冷板中微通道横截面参照高性能槽道热管设计为Ω形，在提供高换热能力的同时可提供一定毛细驱动力。当热源加热热流较小时，毛细力驱动工质在系统内流动，液态工质受热发生相变溢出，冷凝后受毛细力作用回流。当加热热源热流较大时，由机械泵驱动增大工质的流量，单位时间更多液态工质在冷板内发生相变，增大冷板散热能力。该冷板可同时作为毛细力和机械泵驱动的流体回路中的蒸发器，满足不同换热要求。
附图说明
图1两种工况下泵流体回路系统图。
图2微通道冷板外观图。
图3微通道冷板正剖面图。
图4微通道冷板侧剖面图。
图5微通道冷板通道入口分流结构。
具体实施方式
泵流体回路主要包含两种运行工况，如图1。当冷却热负荷较小时，使用工况一打开阀3短路机械泵5。当系统热负荷较大时关闭阀3导通储液器4、泵5。
冷板主要包括微通道底板11、结构支架12、扰流挡板13、蒸气腔14、密封垫片15、耐热盖板16、紧固螺栓17、入口管线18、出口管线19。设计为可拆卸结构时，按照微通道底板11、结构支架12、耐热盖板16由下至上的连接顺序使用紧固螺栓17联结，在微通道底板11和结构支架12、及结构支架12和耐热盖板16之间分别使用一个密封垫片15密封。结构支架12两侧开孔和入口管线18、出口管线19采用承插焊联结。微通道底板11采用高导热金属材料，如铜、铝，使用慢走丝线切割加工。结构支架12与入口管线18、出口管线19使用低导热金属，如不锈钢材料；结构支架12可采用铸造、车削工艺，需保证密封面的粗糙度。耐热盖板16使用高温下适用的耐热钢化、石英玻璃加工而成。扰流挡板13两端焊接固定于结构支架12上。
工作时，底部安装面吸收热源热量并将其均匀传至微通道表面，通道内的液态工质受热发生相变成为气态工质。随着气态工质不断形成并离开通道聚集在上部蒸气腔，当压力增大至一定程度时，气态工质沿出口管线流出，冷板内工质的量减小，新的液体工质在驱动力的作用下重新流入。
上述结构保证流体由入口管线流入冷板后，首先流经微通道，受热汽化后再进入上部蒸汽腔，最后由出口管线流出。可根据工质的不同调整蒸气腔的体积。当无需采用可视化及可拆卸设计时，盖板16和结构支架12合为一体，采用真空钎焊和微通道底板11联结，同时可省去密封垫片15及紧固螺栓17，并减小冷板厚度。

Claims (5)

1.一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板，包括微通道底板(11)、结构支架(12)、扰流挡板(13)、蒸气腔(14)、密封垫片(15)、耐热盖板(16)、紧固螺栓(17)、入口管线(18)、出口管线(19)，其特征在于：
所述的微通道冷板的微通道底板(11)、结构支架(12)和耐热盖板(16)使用紧固螺栓(17)联结在一起，微通道底板(11)和结构支架(12)以及结构支架(12)和耐热盖板(16)间有密封垫片(15)，入口管线(18)和出口管线(19)分别安装在结构支架(12)的两端；
所述的微通道底板(11)上有多个沿垂直入口管线方向排列的Ω形槽道；所述Ω形槽道的上方与所述蒸气腔(14)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板，其特征在于：所述的Ω形槽道的槽间距为1.6mm，槽道数目由冷板宽度决定；所述的Ω形槽道剖面包含矩形和圆形两部分，其中，圆形部分直径D＝0.8-1.2mm，矩形部分宽L＝0.2mm，高H＝0.5-2mm，Ω形槽道总深度不小于入口管线(18)外径。
3.根据权利要求1所述的一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板，其特征在于：所述的结构支架(12)在垂直Ω形槽道的边即短边端面上各开一大小不同的圆孔，其中小孔与入口管线(18)相连，大孔与出口管线(19)相连。
4.根据权利要求1所述的一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板，其特征在于：所述的扰流挡板(13)为带圆形开孔的半圆管，开孔关于挡板中线左右对称，从内至外孔洞直径关于对称轴渐扩，孔间距成等差数列依次增大；扰流挡板(13)固定于靠近小孔一侧的结构支架(12)上，与其短边平行。
5.根据权利要求1所述的一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板，其特征在于：所述的耐热盖板(16)下表面为一U型凸台，凸台短边靠近入口 管线(18)侧。
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