CN109496115A - 一种局部自调节的微通道换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微通道冷却技术领域，尤其涉及一种局部自调节的微通道换热器。包括上端的冷却液引导模块和下端的微通道原件模块；所述微通道原件模块由多个微通道原件阵列排布构成，所述微通道原件包括微通道外壳、设置在微通道元件外壳内的的电子元件，所述微通道外壳为六面均设置有腔壁的腔体结构，所述微通道外壳的腔体内设置有多个电子器件，所述电子器件两侧的微通道外壳顶部分别设置有冷却液入口以及冷却液出口；由于本发明微通道元件的长度极短，因此在此结构上产生的压降要远小于常规的微通道换热元件，泵送功率较小，可以节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及微通道冷却技术领域，尤其涉及一种局部自调节的微通道换热器。
背景技术
微通道换热器的单元结构尺寸非常小，因此每个换热单元与换热环境的热阻极低，具有极高的换热效率，优异的均温性能，可针对微小结构单独换热，并且运行可靠性高。因此被广泛用于计算机集群、数据库仪器设备、云计算中心等电子元件散热，也被用于各种微小结构的散热。微通道内部流体流道微小，因此极少有单个微通道换热的元件，普遍为多个微通道组合而成的微通道管束或微通道阵列进行换热。微通道管束入口处安装有分配管或分配槽，以尽量做到均匀流场，在泵的驱动下，流体由分配配管流入，在微通道内换热后由出口流出。微通道内换热可以是相变换热，也可以是单相换热，当微通道结构简单时，相变换热可以有更好的换热性能，而当微通道内是复杂结构时，相变换热会有高的压降，对换热不利。
与普通的微通道换热器相比，局部可调节微通道换热器内部有机械式自动调节微阀，并且在微阀微通道换热元件内部还设有微通道导流槽，流体在流经微通道换热器时，经过导流槽使流体分布更加均匀，温度不会集中，并且微阀可自动根据所散热元件的热流密度控制流体流量，使整个微通道换热器都可以保持均匀的温度。由多个微通道换热器组成的阵列可以通过不同位置的热流密度使整个发热元件温度均匀。微阀的开合有温度引起的形变控制，不需要感应器等电子元件，也不需要外部能源驱动，并且没有移动的机械结构，因此运行可靠性高，温度均匀性好，节能并且可以有好的换热性能。在高精尖的设备中可发挥出巨大作用。
普通的微通道换热器从入口沿管路温度持续上升，若需散热的元件较大，则微通道管路将会很长，除了产生很高的压降之外，也会使微通道管路末端的温度较高，需要较高的泵送功率，否则严重情况甚至不能起到散热的作用，而入口与出口的巨大温差会降低所需散热元件的性能，对于热敏感的元件，会降低元件寿命甚至使其发生形变报废。现在电子元件高度集成化、微型化，单位面积的功耗越来越大，单个芯片的热流密度将更加集中，温度分布更加不均匀，因此能够在节能的同时满足高热流密度的散热，使芯片温度分布均匀，就需要低的泵送功率、强大的散热能力和局部可调节的换热器，局部可调节微通道换热器能够满足上述的需求，可以在这些场合中充分发挥其作用。目前通用的局部调节换热器大多是通过温度感应器接收温度变化信号后再由电子控制流量或功率，因此装置不能做到微型化和足够的节能。本发明提出一种局部可自动调节的微通道换热器阵列，通过数量众多的复杂结构微阀微通道换热元件，由温差引起的形变自动调节流量，可以使芯片整体温度较低，并且保持在一个合理的温度范围，整个芯片的温度均匀，由于单个微阀微通道元件极小，因此也解决了微型化设备的散热问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种局部自调节的微通道换热器。
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：一种局部自调节的微通道换热器，包括上端的冷却液引导模块和下端的微通道原件模块；所述微通道原件模块由多个微通道原件阵列排布构成，所述微通道原件包括微通道外壳、设置在微通道元件外壳内的的电子元件，所述微通道外壳为六面均设置有腔壁的腔体结构，所述微通道外壳的腔体内设置有多个电子器件，所述电子器件两侧的微通道外壳顶部分别设置有冷却液入口以及冷却液出口；所述冷却液引导模块为六面均设置有腔壁的腔体结构，所述冷却液引导模块侧壁分别设置有冷却液总入口以及冷却液总出口，所述冷却液引导模块的腔体内竖直设置有多个导流墙，所述导流墙将冷却液引导模块的腔体分成两个部分，分别是与冷却液总入口连通的冷却液流入通道以及与冷却液总出口连通的冷却液流出通道，所述冷却液引导模块腔体底部设置有多个导流口，设置在冷却液流出通道底部的导流口分别与下端的微通道元件外壳冷却液出口连通，设置在冷却液流入通道底部的导流口分别与下端的微通道元件外壳冷却液入口连通，所述冷却液总入口外侧连通有微型泵。
所述冷却液引导模块的腔体内两侧分别呈齿条状的设置有两组导流墙，两组所述导流墙两侧以及中间形成三条通道；两侧所述的通道与一侧的两个冷却液总出口连通，而通过呈齿条状的导流墙与两侧的通道连通的腔体为冷却液流出通道；中间的所述的通道与另一侧的冷却液总入口连通，而通过呈齿条状的导流墙与两侧的通道连通的腔体为冷却液流入通道；每个所述通道均设置有导流口，分别与设置在底部的微通道元件外壳冷却液出口以及冷却液入口连通。
所述微通道元件外壳一侧的腔壁内设置有呈“L”形的调节通道，所述调节通道顶部与冷却液出口连通，所述微通道元件外壳一侧的腔体底部设置有开口，所述开口与调节通道下端部连通，所述腔体底部的开口处设置有微阀。
所述微阀一侧与微通道元件外壳一侧的内壁固定连接，所述微阀主体呈倒置的三级阶梯状结构，冷却液通过微阀三级阶梯状的阶梯差之间的缝隙流通。
所述微阀主体上端最宽的一级的材质为易于形变的单质硅，所述微阀主体下面宽度依次递减的两级的材质为受热易膨胀的金属Ni材质。
本发明的有益效果在于：
通过组成阵列的每个微通道元件单独针对热流密度的变化调控流量，控制整个芯片的温度均匀性，微通道元件的微阀可以在局部热负荷变大的情况下加大元件内的冷却剂流量，增大微通道换热器散热能力，降低芯片温度，使芯片温度始终保持在一个合理的范围。由于本发明微通道元件的长度极短，因此在此结构上产生的压降要远小于常规的微通道换热元件，泵送功率较小，可以节约能源。
附图说明
下面结合附图和实施案例对本发明做进一步的说明。
图1为本实用结构示意图；
图2为微通道原件模块示意图；
图3为微通道原件示意图；
图4、图5为微通道原件内部剖视图。
1冷却液引导模块，101冷却液总入口，102冷却液总出口，103冷却液流入通道，104冷却液流出通道，105通道，2微通道原件模块，3微通道原件，301微通道元件外壳，302电子器件，3011冷却液入口，3012冷却液出口，4导流墙，5导流口，6调节通道，7微阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参见图1-5。
本发明公开了一种局部自调节的微通道换热器，包括上端的冷却液引导模块1和下端的微通道原件模块2；所述微通道原件模块2由多个微通道原件3阵列排布构成，所述微通道原件3包括微通道外壳301、设置在微通道元件外壳301内的的电子元件302，所述微通道外壳301为六面均设置有腔壁的腔体结构，所述微通道外壳301的腔体内设置有多个电子器件302，所述电子器件302两侧的微通道外壳301顶部分别设置有冷却液入口3011以及冷却液出口3012；所述冷却液引导模块1为六面均设置有腔壁的腔体结构，所述冷却液引导模块1侧壁分别设置有冷却液总入口101以及冷却液总出口102，所述冷却液引导模块1的腔体内竖直设置有多个导流墙4，所述导流墙4将冷却液引导模块1的腔体分成两个部分，分别是与冷却液总入口101连通的冷却液流入通道103以及与冷却液总出口102连通的冷却液流出通道104，所述冷却液引导模块1腔体底部设置有多个导流口5，设置在冷却液流出通道104底部的导流口5分别与下端的微通道元件外壳301冷却液出口3012连通，设置在冷却液流入通道103底部的导流口5分别与下端的微通道元件外壳301冷却液入口3011连通，所述冷却液总入口101外侧连通有微型泵。
所述冷却液引导模块1的腔体内两侧分别呈齿条状的设置有两组导流墙4，两组所述导流墙4两侧以及中间形成三条通道105；两侧所述的通道105与一侧的两个冷却液总出口102连通，而通过呈齿条状的导流墙4与两侧的通道连通的腔体为冷却液流出通道104；中间的所述的通道105与另一侧的冷却液总入口101连通，而通过呈齿条状的导流墙4与两侧的通道连通的腔体为冷却液流入通道103；每个所述通道均设置有导流口5，分别与设置在底部的微通道元件外壳301冷却液出口3012以及冷却液入口3011连通。
所述微通道元件外壳301一侧的腔壁内设置有呈“L”形的调节通道6，所述调节通道6顶部与冷却液出口3012连通，所述微通道元件外壳301一侧的腔体底部设置有开口，所述开口与调节通道6下端部连通，所述腔体底部的开口处设置有微阀7。
所述微阀7一侧与微通道元件外壳301一侧的内壁固定连接，所述微阀7主体呈倒置的三级阶梯状结构，冷却液通过微阀7三级阶梯状的阶梯差之间的缝隙流通。
所述微阀7主体上端最宽的一级的材质为易于形变的单质硅，所述微阀主体下面宽度依次递减的两级的材质为受热易膨胀的金属Ni材质。
当换热器工作时，冷却剂从冷却液总入口101流入，由导流口5把冷却剂分配输送到每个微通道元件的冷却液入口3011，冷却剂在微通道元件外壳301腔体内换热，当热流密度不大时，微阀7不发生形变，微通道元件外壳301内冷却剂流量较小，此时的换热能力较弱，当热流密度增大时，微阀7因膨胀系数的不同而发生形变，向上弯曲，此时流过改微通道元件外壳301的流量增大，换热能力加强，电子器件302温度基本保持不变，在微通道换热极限范围内基本可以达到恒温。由于单个微通道元件体积小，因此常常将多个微通道元件组合成为微通道阵列，当电子器件302某一个位置热流密度大于其他部位，此位置的单个或多个微通道元件外壳301的微阀7收到的热量增大，形变增大，所以允许通过的冷却剂流量增大，此位置的换热能力增大，可以将芯片温度降低到其他部位的温度，从而使整个芯片都处于温度合理且分布均匀的状态。
所述自动调节微通道换热器可以根据电子器件302大小调整微通道元件外壳301的数量，可以通过感受热流密度的变化自动调整冷却剂流量。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种局部自调节的微通道换热器，其特征在于：包括上端的冷却液引导模块(1)和下端的微通道原件模块(2)；所述微通道原件模块(2)由多个微通道原件(3)阵列排布构成，所述微通道原件(3)包括微通道外壳(301)、设置在微通道元件外壳(301)内的的电子元件(302)，所述微通道外壳(301)为六面均设置有腔壁的腔体结构，所述微通道外壳(301)的腔体内设置有多个电子器件(302)，所述电子器件(302)两侧的微通道外壳(301)顶部分别设置有冷却液入口(3011)以及冷却液出口(3012)；所述冷却液引导模块(1)为六面均设置有腔壁的腔体结构，所述冷却液引导模块(1)侧壁分别设置有冷却液总入口(101)以及冷却液总出口(102)，所述冷却液引导模块(1)的腔体内竖直设置有多个导流墙(4)，所述导流墙(4)将冷却液引导模块(1)的腔体分成两个部分，分别是与冷却液总入口(101)连通的冷却液流入通道(103)以及与冷却液总出口(102)连通的冷却液流出通道(104)，所述冷却液引导模块(1)腔体底部设置有多个导流口(5)，设置在冷却液流出通道(104)底部的导流口(5)分别与下端的微通道元件外壳(301)冷却液出口(3012)连通，设置在冷却液流入通道(103)底部的导流口(5)分别与下端的微通道元件外壳(301)冷却液入口(3011)连通，所述冷却液总入口(101)外侧连通有微型泵。
2.根据权利要求1所述的一种局部自调节的微通道换热器，其特征在于：所述冷却液引导模块(1)的腔体内两侧分别呈齿条状的设置有两组导流墙(4)，两组所述导流墙(4)两侧以及中间形成三条通道(105)；两侧所述的通道(105)与一侧的两个冷却液总出口(102)连通，而通过呈齿条状的导流墙(4)与两侧的通道连通的腔体为冷却液流出通道(104)；中间的所述的通道(105)与另一侧的冷却液总入口(101)连通，而通过呈齿条状的导流墙(4)与两侧的通道连通的腔体为冷却液流入通道(103)；每个所述通道均设置有导流口(5)，分别与设置在底部的微通道元件外壳(301)冷却液出口(3012)以及冷却液入口(3011)连通。
3.根据权利要求1所述的一种局部自调节的微通道换热器，其特征在于：所述微通道元件外壳(301)一侧的腔壁内设置有呈“L”形的调节通道(6)，所述调节通道(6)顶部与冷却液出口(3012)连通，所述微通道元件外壳(301)一侧的腔体底部设置有开口，所述开口与调节通道(6)下端部连通，所述腔体底部的开口处设置有微阀(7)。
4.根据权利要求3所述的一种局部自调节的微通道换热器，其特征在于：所述微阀(7)一侧与微通道元件外壳(301)一侧的内壁固定连接，所述微阀(7)主体呈倒置的三级阶梯状结构，冷却液通过微阀(7)三级阶梯状的阶梯差之间的缝隙流通。
5.根据权利要求4所述的一种局部自调节的微通道换热器，其特征在于：所述微阀(7)主体上端最宽的一级的材质为易于形变的单质硅，所述微阀主体下面宽度依次递减的两级的材质为受热易膨胀的金属Ni材质。
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