CN108955326B - 基于分配回收通道的微通道气液分离蒸发器装置 - Google Patents

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Abstract

一种气液分离蒸发器装置，包括：微通道和回收通道，微通道结构上设有气相出口，回收通道上分别设有工质入口和液相出口，其中：微通道和回收通道通过金属丝网间隔。微通道包括：加热基底、针肋和烧结表面；回收通道包括：分配腔、汇流单元和回流腔；汇流单元包括：补液喷嘴、分配通道、回流孔和回收通道。本发明提出一种气液分离蒸发器装置，通过分配回收结构进行补液与多余液体回收，多孔烧结结构保证换热面各区域均为润湿状态，表面发生薄液膜蒸发，腔内两相流动类似环状流；设置有气相工质出口和液相工质出口，气相工质进入冷凝器或储液池进行冷却，液相工质进入下一个蒸发器内，继续进行换热，实现多个发热元件的串联高效冷却。

Description

基于分配回收通道的微通道气液分离蒸发器装置
技术领域
本发明涉及的是一种强化换热技术领域的技术，具体是一种基于分配回收通道的微通道气液分离蒸发器装置。
背景技术
电子电路的迅猛发展使得传统空冷式冷却技术难以满足电子元器件的换热要求，需要更为有效的液冷技术对电子元器件进行散热冷却。在液冷散热技术中，微通道蒸发器因其结构尺寸小表面积大，对微小尺度换热面进行散热冷却效果更加显著。
实际应用中，单块电路板上往往存在多个发热元件，为确保每个蒸发器均有足够的换热能力，通常将蒸发器进行气液分离，分离后的液体继续串联至下一个蒸发器，而气体汇总进入冷凝器，从而简化冷却环路系统，降低管路成本及泵功耗。
传统微通道气液分离蒸发器，工质直接从蒸发器一侧进入，另一侧出口处流出，换热面各区域补液不均匀，局部易烧干；蒸发器内部无气液分离，仅在出口处将气体分离出来，换热性能较差。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于分配回收通道的微通道气液分离蒸发器装置，其分配回收通道均匀覆盖整个换热面，从而保证各区域补液充分，避免局部烧干及换热恶化；其换热面覆盖毛细能力极好的金属颗粒烧结多孔复合结构，利用其吸液能力配合补液通道，保证换热面处于润湿状态，相当于从蒸发器内部换热面处，将多余液体分离出来；蒸发器工作时后，换热面处为薄液膜蒸发，产生的蒸汽向出口流动类似微通道内的环状流，对换热性能强化极为有利。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于分配回收通道的微通道气液分离蒸发器装置，包括：微通道和回收通道，微通道一侧设有气相出口，回收通道上分别设有液相工质入口和出口，其中：微通道和回收通道通过致密的网膜结构间隔。
所述的微通道包括：加热基底、针肋和烧结表面，其中：针肋阵列布置于加热基底上，采用线切割工艺加工而成，烧结表面覆盖于基底及针肋结构上，气相出口位于微通道的侧面。
所述的针肋的顶部与网膜结构相连。
所述的回收通道包括：分配腔、汇流单元和回流腔，其中：工质入口、分配腔、汇流单元、回流腔和工质出口依次相连，分配腔和回流腔位于汇流单元下方。
所述的气相出口和液相出口设置于同一侧。
所述的汇流单元包括：阵列排布且覆盖整个换热面的补液喷嘴、与补液喷嘴和分配腔相连的分配通道、阵列排布的回流孔、与回流孔和回流腔相连的回收通道，其中：补液喷嘴与回流孔间隔排布，补液喷嘴的顶部与网膜结构相接触，分配通道设置于补液喷嘴的下方，回收通道设置于回流孔的下方。
技术效果
与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：
1)额定加热功率稳定运行时，在网膜结构及烧结表面的毛细作用下，换热面可始终处于润湿状态，气相工质在蒸发器内向出口流动，工质在换热表面进行薄液膜蒸发，换热能力较强。
2)网膜结构的隔离使得换热面产生的气泡被限制在针肋根部空间内流动，直至经气相出口流出，多余工质可经回流孔流出，实现了蒸发腔内换热面处的气液两相分离。
3)补液喷嘴射出的液体直接进入网膜结构内，可以防止补液被冲刷掉，保证补液充分；补液喷嘴均匀覆盖整个换热面，可以保证换热面各区域均匀补液，避免局部烧干，换热恶化。
附图说明
图1为本发明爆炸结构示意图；
图2为本发明回收通道结构示意图；
图3为本发明回收通道内部结构示意图；
图4为本发明微通道结构示意图；
图5为本发明运行示意图；
图中：气相出口1、金属丝网2、回流孔3、液相出口4、工质入口5、补液喷嘴6、汇流单元7、针肋8、微通道结构9、回流腔10、补液孔11、分配通道12、分配腔13、分配通道14、回流孔15、回收通道16、烧结表面17、加热基底18、分配回收结构19。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种气液分离蒸发器装置，包含：微通道结构9和分配回收结构19，微通道结构9上设有气相出口1，分配回收结构19上分别设有工质入口5和液相出口4，其中：微通道结构9和分配回收结构19通过金属丝网2间隔。
所述的微通道结构9包括：加热基底18、针肋8和烧结表面17，其中：针肋8呈阵列布置于加热基底18上，烧结表面17覆盖于针肋8和加热基底18上，气相出口1位于微通道结构9的侧面。
所述的针肋8的顶部与金属丝网2相连。
所述的加热基底18与针肋8优选为一体加工而成的，其材料优选使用导热性能较好的紫铜。
所述的分配回收结构19包括：分配腔13、汇流单元7和回流腔10，其中：工质入口5、分配腔13、汇流单元7、回流腔10和工质出口4依次相连，分配腔13和回流腔10位于汇流单元7下方。
所述的气相出口1和工质出口4设置于同一侧。所述的热交换单元7包括：阵列排布的补液喷嘴6、与补液喷嘴6和分配腔13相连的分配通道12、阵列排布的回流孔15、与回流孔和回流腔10相连15的回收通道16，其中：补液喷嘴6与回流孔15间隔排布，补液喷嘴6的顶部与金属丝网2相接触，分配通道12设置于补液喷嘴6的下方，回收通道16设置于回流孔15的下方。
如图5所示，本装置具体通过以下方式实现：
冷却工质进入本装置后，首先进入分配腔13，通过分配通道12，分配到各补液喷嘴6内，继而经补液喷嘴6直接进入金属丝网2，液体充满金属丝网2的孔隙。
合理设计补液喷嘴6与回流孔15的大小，保证多余的液体进入回流孔15，通过回收通道16，回收至回流腔10内，最终流出蒸发器。
金属丝网2与烧结表面17紧密接触，在换热表面形成了针肋微通道/多孔介质复合结构。由于烧结表面的吸液能力，金属丝网内的液相工质可顺势进入多孔层流动，直至覆盖整个换热面，多余液体经回流孔排出。正常工作情况下，换热面温度高于工质相变温度，近壁面处的液相工质迅速蒸发，并在针肋微通道内部向出口流动。
本发明通过阵列排布的补液喷嘴得以覆盖整个换热面，能够保证换热面各区域补液充分，避免局部烧干；气液分离发生在腔内换热面处，而非出口处，换热面处为薄液膜蒸发且无多余液体，提升了蒸发器换热性能；通过合理设计金属丝网空隙，可将气相工质限定在针肋8根部空间内流动，最终经气相出口1流出蒸发器时，此时便实现了气液分离。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (2)

1.一种气液分离蒸发器装置，其特征在于，包括：微通道结构和分配回收结构，微通道上设有气相出口，分配回收结构上分别设有工质入口和液相出口，其中：微通道结构和分配回收结构通过致密的网膜结构间隔，所述的气液分离发生在腔内换热面处且为薄液膜蒸发；
所述的微通道包括：加热基底、针肋和烧结表面，其中：针肋阵列布置于加热基底上，烧结表面覆盖整个换热区域上，气相出口位于微通道结构的侧面；
所述的分配回收结构包括：分配腔、汇流单元和回流腔，其中：工质入口、汇流腔、汇流单元、回流腔和工质液相出口依次相连，分配腔和回流腔位于汇流单元下方；
所述的汇流单元包括：阵列排布且覆盖整个换热面的补液喷嘴、与补液喷嘴和汇流腔相连的分配通道、阵列排布的回流孔、与回流孔和回流腔相连的回收通道，其中：补液喷嘴与回流孔间隔排布，补液喷嘴的顶部与网膜结构相接触，分配通道设置于补液喷嘴的下方，回收通道设置于回流孔的下方；
所述的针肋顶部与网膜结构相连；
所述的气相出口和液相出口设置于同一侧。
2.根据权利要求1所述的气液分离蒸发器装置，其特征是，所述的加热基底与针肋为一体加工而成的，其材料为紫铜。
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