CN107062963A - 一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器 - Google Patents

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Abstract

一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，涉及微通道冷凝器。设有微通道板、上盖板、下盖板、密封凹槽、管道连接头；所述微通道板由蒸汽通道和冷却水通道组成，蒸汽通道和冷却水通道相互间隔，交错排布；所述微通道板正面为蒸汽、冷却水通道和入口，所述微通道板背面为蒸汽、冷却水出口；所述微通道板正面和反面周围设有密封凹槽；所述微通道板背面蒸汽出口采用收束式的槽道；所述上盖板设有与微通道形状吻合的微通道凸台；所述上盖板、下盖板的周围设有密封凸台；所述上盖板、下盖板设有管道连接头；蒸汽和冷却水经过微通道板正面的蒸汽和冷却水入口进入各自的通道进行热交换，然后在背面的蒸汽和冷却水出口流出。

Description

一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器
技术领域
本发明涉及微通道冷凝器，尤其是涉及一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器。
背景技术
随着微电子技术的高速发展，处理器的主频和集成度越来越高，单位容积上的芯片功耗急剧增加，导致热流密度随之增加。比如，一颗1W的LED灯珠的热流密度已经达到100W/cm2；又如，计算机CPU的热流密度普遍在60～100W/cm2，有的甚至高达200W/cm2。当电子芯片的热流密度超过0.08W/cm2时，自然散热已经无法满足其散热要求；当热流密度超过0.3W/cm2时，强迫对流散热已经达到极限。高热流密度芯片的热控制问题已经成为当前制约高集成度芯片技术发展的瓶颈，电子元器件可靠性的改善、功率容量的增加、集成度的提高以及结构的微型化直接取决于芯片的热控制问题的解决。
为解决高热流密度电子芯片的散热问题，近年来相变散热得到了广泛的应用。毛细泵环是典型的相变散热装置，由蒸发器、冷凝器、汽液联管以及液体工质等组成。蒸发器与电子芯片直接接触，内部的液体吸收了芯片的热量汽化成蒸汽，相变压力迫使蒸汽沿着蒸汽联管到达冷凝器，液化后放出热量变成液体，经过液体联管回到蒸发器。由于毛细泵环采用相变传热机制，其散热能力比当前主要的散热方式高2个数量级以上。通过吸液芯的毛细力和蒸汽相变压力以及重力辅助运行，无需外部能源输入，具有节能减排的优势。同时，工作时振动小，无噪音。将蒸汽和液体分开，吸液芯只存在于蒸发器，避免了热管的携带极限，进一步提升了毛细泵环的散热能力。
但是目前的毛细泵环存在冷凝不足的问题。当前的毛细泵环冷凝器主要采用风冷翅片式，利用空气的强制对流散热。由于空气的对流换热系数低，冷凝效率低，大量蒸汽无法在冷凝器充分冷凝就直接回到蒸发器，导致毛细泵环散热效率下降。另一种冷凝器的散热方式是水冷散热，水的对流换热系数高，可以有效提高冷凝器的冷凝效率，但目前的水冷式冷凝器均采用螺旋式铜管，或者是底部换热平行微通道，导致蒸汽和冷却水的接触面积小，冷凝效率不高。为了增强冷凝效率，必须增加冷凝器的长度，这给毛细泵环的安装和使用带来不便。因此设计一款冷凝效率高、结构紧凑的冷凝器具有重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器。该冷凝器的蒸汽和冷却水通道交错排布，两者通过侧壁面传热，有效增加了换热面积，提高冷凝器的冷凝效率；优化冷凝器出入口设计，有效降低压降。
本发明设有微通道板、上盖板、下盖板、密封凹槽、管道连接头；
所述微通道板由蒸汽通道和冷却水通道组成，蒸汽通道和冷却水通道相互间隔，交错排布；所述微通道板正面为蒸汽、冷却水通道和入口，所述微通道板背面为蒸汽、冷却水出口；
所述微通道板正面和反面周围设有密封凹槽；所述微通道板背面蒸汽出口采用收束式的槽道；所述上盖板设有与微通道形状吻合的微通道凸台；所述上盖板、下盖板的周围设有密封凸台；所述上盖板、下盖板设有管道连接头；蒸汽和冷却水经过微通道板正面的蒸汽和冷却水入口进入各自的通道进行热交换，然后在背面的蒸汽和冷却水出口流出。
所述蒸汽通道和冷却水通道的宽度可为0.5mm，深度可为1.5mm。
所述微通道板蒸汽入口和冷却水入口可采取斜切面处理。
所述密封凹槽的深度可为0.25mm。
所述微通道凸台的高度可为0.25mm。
所述上盖板、下盖板的周围所设的密封凸台高度可为0.2mm，所述密封凹槽留有间隙，间隙可为0.05mm，用于存储密封胶。
所述上盖板、下盖板设有的管道连接头采用倾斜布置，倾斜角可为30°。
本发明的工作原理为：来自毛细泵环蒸发器的蒸汽通过上盖板的管道连接头进入微通道板正面的蒸汽入口，在管道连接头的倾斜角度及蒸汽入口的斜切处理作用下，蒸汽顺利进入蒸汽通道，在此与来自冷却水入口的冷却水进行热量交换，冷凝之后从微通道板的背面蒸汽出口流出，返回蒸发器。蒸汽通道和冷却水通道相互间隔交错排布，两者通过微通道的侧壁面传热。由于微通道深宽比较大，侧壁面的面积比底面积大，且蒸汽可以同时和左右两侧的冷却水进行热量交换，大大提高了散热面积。与底面换热方式对比，侧壁面传热方式的散热面积增加量为微通道深宽比乘以2，本发明的深宽比为3，即采用本发明的传热方式可以将散热面积提高6倍以上，同时是螺旋式铜管冷凝器的8.4倍。所有通道均在微通道板的正面一侧进入，另一侧封住，仅在通道底面开有流通面积相同的通孔，从微通道板的背面流出，保证了蒸汽和冷却水互相隔离。
与现有技术相比，本发明的交错式微通道冷凝器有如下优点：蒸汽和冷却水通过微通道侧壁面传热，换热面积大，冷凝效率高；管道连接头倾斜设计和蒸汽、冷却水入口斜切面处理，流体流通顺畅，压降小，提高了毛细泵环变热负荷的灵敏度；由于冷凝效率高，其体积可以设计得较小，因此结构紧凑，占用空间小，便于安装，节约成本。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
图2为本发明实施例的毛细泵环工作示意图。
图3为本发明实施例的微通道正面、反面及蒸汽示意图。
图4为本发明实施例的冷却水通道示意图。
图5为本发明实施例蒸汽入口与出口示意图。
图6为本发明实施例冷却水入口与出口示意图。
图7为本发明实施例的微通道上盖板示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案作进一步说明和描述，但本发明不仅限于本实施例。
实施例1
如图1～7所示的一种应用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，包括上盖板1-1、微通道板1-2、下盖板1-3，所述上盖板1-1、下盖板1-3设有密封凸台1-4和管道连接头1-6。所述微通道板1-2的正面1-2a设有蒸汽通道1-2c和冷却水通道1-2d，两者相互间隔交错排布，实现蒸汽和冷却水的侧面传热。蒸汽入口1-2a1设置在微通道1-2正面1-2a的右侧，冷却水入口1-2a2设置在微通道1-2正面1-2a的左侧，两者均采用斜切面处理，有效降低局部阻力损失。蒸汽出口1-2b1设置在微通道1-2背面1-2b的左边，冷却水出口1-2b2设置在微通道1-2背面1-2b的右边。所述蒸汽出口1-2b1设有收束式槽道，防止冷凝后的液体压力损失。所述冷却水出口1-2b2采用斜切面处理。蒸汽只能在蒸汽入口1-2a1进入蒸汽通道1-2c，在另一端则被封闭，只在通道的底部开有面积跟通道横截面相同的通孔1-2c1，蒸汽通过此孔从微通道正面1-2a进入背面1-2b，从而实现了蒸汽和液体的隔离。冷却水通道1-2d采取相同的结构设计，只在冷却水通道入口1-2a2另一端的冷却水通道1-2d底部开有通孔1-2d1。所述微通道板1-2正面1-2a、反面1-2b设有密封凹槽1-5。所述密封凹槽1-5的深度为0.25mm，所述密封凸台1-4的高度为0.2mm，两者互相配合，且留有0.05mm的间隙用于储存密封胶，有效保证微通道的密封性。所述管道连接头1-6采用倾斜布置，其倾斜角为30°。所述上盖板1-1设有微通道密封凸台1-7，其形状与蒸汽通道1-2c、冷却水通道1-2d、蒸汽入口1-2a1、冷却水入口1-2a2互相耦合，凸台的深度为0.25mm，可以避免相邻的蒸汽通道和冷却水通道相互串通。
将交错式微通道冷凝器1应用于毛细泵环，所述毛细泵环包括蒸发器3、微通道冷凝器1、蒸汽管2、液体管4、冷却水进水管5和冷却水出水管6，如图2所示。工作时，电子芯片的热量传递到蒸发器3，内部的液体吸收汽化潜热变成蒸汽，沿着蒸汽管2达到冷凝器1。蒸汽流经倾斜布置的管道连接头1-6和蒸汽入口1-2a1，在倾斜角和斜切面的作用下平缓进入蒸汽通道1-2c，有效降低了这一过程的局部阻力损失。蒸汽在此与同样方式进入冷却水通道1-2d的冷却水进行侧壁面热交换，放出热量之后冷凝成液体，然后经过通孔1-2c1流向蒸汽出口1-2b1，最后返回蒸发器3。冷却水吸收热量之后经过通孔1-2d1返回水箱。在热交换时，蒸汽与两侧的冷却水通过微通道的侧壁面进行传热，增大了传热面积。相比于底面热交换模式，侧面热交换模式的换热面积增加量为微通道深宽比乘以2倍，本发明的深宽比为3，即侧面积热交换的面是底面热交换的6倍，是螺旋管冷凝器的8.4倍。
本发明的交错式微通道冷凝器，利用微通道的侧壁面实现蒸汽和冷却水的换热，换热系数高，冷凝器的冷凝效率好，将其应用于毛细泵环，可以大大提毛细泵环的传热效率，在高热流密度电子芯片等领域具有广泛的应用前景。

Claims (8)

1.一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，其特征在于设有微通道板、上盖板、下盖板、密封凹槽、管道连接头；
所述微通道板由蒸汽通道和冷却水通道组成，蒸汽通道和冷却水通道相互间隔，交错排布；所述微通道板正面为蒸汽、冷却水通道和入口，所述微通道板背面为蒸汽、冷却水出口；所述微通道板正面和反面周围设有密封凹槽；所述微通道板背面蒸汽出口采用收束式的槽道；所述上盖板设有与微通道形状吻合的微通道凸台；所述上盖板、下盖板的周围设有密封凸台；所述上盖板、下盖板设有管道连接头；蒸汽和冷却水经过微通道板正面的蒸汽和冷却水入口进入各自的通道进行热交换，然后在背面的蒸汽和冷却水出口流出。
2.如权利要求1所述一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，其特征在于所述蒸汽通道和冷却水通道的宽度为0.5mm，深度为1.5mm。
3.如权利要求1所述一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，其特征在于所述微通道板蒸汽入口和冷却水入口采取斜切面处理。
4.如权利要求1所述一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，其特征在于所述密封凹槽的深度为0.25mm。
5.如权利要求1所述一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，其特征在于所述微通道凸台的高度为0.25mm。
6.如权利要求1所述一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，其特征在于所述上盖板、下盖板的周围所设的密封凸台高度为0.2mm。
7.如权利要求1所述一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，其特征在于所述密封凹槽留有间隙，间隙为0.05mm。
8.如权利要求1所述一种用于毛细泵环的交错式微通道冷凝器，其特征在于所述上盖板、下盖板设有的管道连接头采用倾斜布置，倾斜角为30°。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108180779A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 中国科学院工程热物理研究所 一种印刷电路板换热器入口分流处结构
CN108627037A (zh) * 2018-06-20 2018-10-09 宁波勋辉电器有限公司 一种液冷散热装置
CN109668458A (zh) * 2018-12-20 2019-04-23 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 一种板肋式微尺度原表面换热器
CN114322596A (zh) * 2022-01-14 2022-04-12 北京交通大学 微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19653956A1 (de) * 1995-12-21 1997-06-26 Furukawa Electric Co Ltd Flaches Wärmerohr
US6230408B1 (en) * 1996-03-07 2001-05-15 INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH Process for producing micro-heat exchangers
CN1330722A (zh) * 1998-12-16 2002-01-09 保尔·沃特公司 炼铁炉或炼钢炉的冷却板
CN1713376A (zh) * 2004-06-25 2005-12-28 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 液冷散热装置
CN1767181A (zh) * 2005-09-14 2006-05-03 赵耀华 一种高性能被动式相变散热系统及其应用
CN101242729A (zh) * 2007-02-07 2008-08-13 中国科学院工程热物理研究所 毛细微槽群与热电组合热控制方法及系统
CN201352554Y (zh) * 2009-02-25 2009-11-25 中国科学院工程热物理研究所 可控硅装置的水冷式微槽群复合相变集成冷却散热装置
US8985195B2 (en) * 2011-05-10 2015-03-24 Asia Vital Components Co., Ltd. Condensing device and thermal module using same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19653956A1 (de) * 1995-12-21 1997-06-26 Furukawa Electric Co Ltd Flaches Wärmerohr
US6230408B1 (en) * 1996-03-07 2001-05-15 INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH Process for producing micro-heat exchangers
CN1330722A (zh) * 1998-12-16 2002-01-09 保尔·沃特公司 炼铁炉或炼钢炉的冷却板
CN1713376A (zh) * 2004-06-25 2005-12-28 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 液冷散热装置
CN1767181A (zh) * 2005-09-14 2006-05-03 赵耀华 一种高性能被动式相变散热系统及其应用
CN101242729A (zh) * 2007-02-07 2008-08-13 中国科学院工程热物理研究所 毛细微槽群与热电组合热控制方法及系统
CN201352554Y (zh) * 2009-02-25 2009-11-25 中国科学院工程热物理研究所 可控硅装置的水冷式微槽群复合相变集成冷却散热装置
US8985195B2 (en) * 2011-05-10 2015-03-24 Asia Vital Components Co., Ltd. Condensing device and thermal module using same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108180779A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 中国科学院工程热物理研究所 一种印刷电路板换热器入口分流处结构
CN108180779B (zh) * 2017-12-29 2019-11-26 中国科学院工程热物理研究所 一种印刷电路板换热器入口分流处结构
CN108627037A (zh) * 2018-06-20 2018-10-09 宁波勋辉电器有限公司 一种液冷散热装置
CN109668458A (zh) * 2018-12-20 2019-04-23 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 一种板肋式微尺度原表面换热器
CN114322596A (zh) * 2022-01-14 2022-04-12 北京交通大学 微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器
CN114322596B (zh) * 2022-01-14 2023-02-17 北京交通大学 微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器

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