CN112367805B - 一种双循环削峰相变换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气液双循环削峰相变换热器，其中，包括：下层微通道双循环板(1)、中层密封隔板(2)以及上层储能相变削峰结构(3)，下层微通道双循环板(1)上设置有液体循环流道(12)、液体喷口(13)以及微通道蒸发器(14)，中层密封隔板(2)上设置有蒸气出口(21)，上层储能相变削峰结构(3)由骨架和固体相变工质组成；流道(12)途径微通道蒸发器(14)的位置开有液体喷口(13)；液体喷口(13)均匀布置在微通道蒸发器(14)腔体内。本发明提出的微通道相变换热器在变功率运行的器件，散热系统利用相变潜热进行热量传输，比显热传输具备更高的传输效率和热流密度。

Description

一种双循环削峰相变换热器
技术领域
本发明属于电子器件冷却技术领域，涉及一种双循环削峰相变换热器。
背景技术
微通道换热器通常指水力直径在微米到亚毫米量级的通道，由于微通道的流通的水力直径较小，与常规的宏观尺度换热器相比，具有更大的比表面积，因而具有更高的热质传输速率，在相同的换热量条件下，微通道换热器具有更小的体积。作为典型的高效紧凑式换热器，微通道换热器在超临界流体传热、高热流电子器件冷却等领域具有广阔的应用前景。相变散热指利用工作介质具有在一定温度范围内改变其物理状态传输热量的热量管理方式。当外界温度达到工作介质熔化或者蒸发温度时，就产生从固态到液态或者液态到气态的相变，相变过程中，工作介质吸收并存储大量的热量；当工作介质冷却时，存储的热量在一定的温度范围散发到环境热沉中去，进行从气态到液态或者液态到固态的逆向变，在这两种相变过程中，介质所存储或释放的能量称为相变潜热。现有技术中具有外部热源低功耗下相变传热无法启动以及瞬时高功耗下相变散热超载后失效的问题。
发明内容
本发明涉及一种气液双循环削峰相变换热器，用于解决在外部热源低功耗下相变传热无法启动的问题。
本发明一种气液双循环削峰相变换热器，其中，包括：下层微通道双循环板(1)、中层密封隔板(2)以及上层储能相变削峰结构(3)，下层微通道双循环板(1)上设置有液体循环流道(12)、液体喷口(13)以及微通道蒸发器(14)，中层密封隔板(2)上设置有蒸气出口(21)，上层储能相变削峰结构(3)由骨架和固体相变工质组成；流道(12)途径微通道蒸发器(14)的位置开有液体喷口(13)；液体喷口(13)均匀布置在微通道蒸发器(14)腔体内。
根据本发明的一种气液双循环削峰相变换热器的一实施例，其中，流道(12)进液流道的直径D1大于出液流道的直径D2。
根据本发明的一种气液双循环削峰相变换热器的一实施例，其中，液体喷口(13)直径D3小于1/2出液直径D2。
根据本发明的一种气液双循环削峰相变换热器的一实施例，其中，微通道蒸发器(14)中的微通道水力直径均小于工质的毛细长度L，其中
Figure BDA0002743710420000021
σ，g，ρL，ρv分别为气液界面张力、重力加速度、液相及蒸气相密度。
根据本发明的一种气液双循环削峰相变换热器的一实施例，其中，中层密封隔板(2)上设置有蒸气管道(21)出口，蒸气管道出口。
根据本发明的一种气液双循环削峰相变换热器的一实施例，其中，上层储能相变削峰结构(3)布置有导热栅格(31)和固-液相变工质(32)。
根据本发明的一种气液双循环削峰相变换热器的一实施例，其中，固液相变工质(32)填充在导热栅格(31)内部。
根据本发明的一种气液双循环削峰相变换热器的一实施例，其中，固液相变工质(32)的相变温度大于液体工质相变温度，小于被冷却芯片最高工作温度。
本发明提出的微通道相变换热器在变功率运行的器件，散热系统利用相变潜热进行热量传输，比显热传输具备更高的传输效率和热流密度，在高热流电子器件冷却领域具备广阔的应用。
附图说明
图1为一种气液双循环削峰微通道相变换热器轴侧图；
图2为一种气液双循环削峰微通道相变换热器剖面图；
图3为一种微通道双循环板轴侧图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明的目的是提出一种双循环削峰相变换热器，所述双循环削峰相变换热器,由下层微通道双循环板(1)、中间密封隔板(2)、上层储能相变削峰结构(3)组成，下层微通道双循环板(1)设置有液体冷却流道(12)、液体喷口(13)、微通道蒸发器(14)组成，液体循环冷却流道(12)布置在微通道蒸发器(14)下方，靠近热源的方向。液体喷口(13)均布在微通道蒸发器(14)的腔体内部底面，连通液体循环流道(12)；所述密封隔板(2)设置有蒸气通道(21)，连通微通道蒸发器(14)；所述储能相变削峰结构(3)设置有导热栅格(31)和固-液相变工质(32)。
所述液体循环冷却流道(12)在工质流动过程中通过显热带走热源热量，由于压差，部分在液体循环冷却流道(12)工质通过液体喷口(13)进入微通道蒸发器(14)，在蒸发器内吸收热量相变成蒸气，通过蒸气通道(21)逸出。均布的液体喷口消除了微通道蒸发器在蒸气产生时产生的气阻影响液体流动导致的传热不稳定现象，液体循环管路解决了在外部热源低功耗下相变传热无法启动的问题。储能相变削峰结构解决了瞬时高功耗下相变散热超载后失效问题。
如图1所示，一种气液双循环削峰微通道相变换热器的一实施例，其自上而下由储能相变削峰结构(3)、密封隔板(2)、微通道双循环板(1)叠加构成。密封隔板(2)与微通道双循环板构成一个蒸发腔体。蒸发腔体的上部通过设置在密封隔板(2)上的蒸气通道(21)与外界的连接，将工质相变产生的气体排出。储能相变削峰结构(3)内部设置有导热栅格(31)，栅格内部填充固-液相变工质(32)。
如图2所示，液体冷却流道(12)布置于蒸发腔下，冷却流道通过液体喷口(13)与蒸发腔体连通。
如图3所示，液体喷口(13)在蒸发腔内均布，微通道蒸发器(14)布置在蒸发腔底部与乳突状结构表面。工质从液体喷口流出后在在附近的烧结微通内气化。
本发明公开了属于电子器件冷却领域的一种气液双循环削峰微通道相变换热器。该换热器由下层微通道双循环板(1)、中间密封隔板(2)、上层储能相变削峰结构(3)组成，下层微通道双循环板有液体冷却流道(12)、液体喷口(13)、微通道蒸发器(14)组成，液态工质在进入微通道双循环板后，一部分工质通过液冷循环管流出、另一部分进入蒸发腔，被加热气化后通过蒸气管道逸出。当被散热器件热流密度突然增高时，顶部的固液相变削峰结构会相变吸收热量，防止蒸发器烧干引起循环失效。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种气液双循环削峰相变换热器，其特征在于，包括：下层微通道双循环板(1)、中层密封隔板(2)以及上层储能相变削峰结构(3)，中层密封隔板(2)与下层微通道双循环板(1)构成一个蒸发腔体，下层微通道双循环板(1)上设置有液体循环流道(12)、液体喷口(13)以及微通道蒸发器(14)，中层密封隔板(2)上设置有蒸气出口(21)，上层储能相变削峰结构(3)布置有导热栅格(31)和固液相变工质(32)，固液相变工质(32)填充在导热栅格(31)内部；液体循环流道(12)途径微通道蒸发器(14)的位置开有液体喷口(13)；液体喷口(13)均匀布置在微通道蒸发器(14)腔体内。
2.根据权利要求1所述的一种气液双循环削峰相变换热器,其特征在于，液体循环流道(12)进液流道的直径D1大于出液流道的直径D2。
3.根据权利要求1所述的一种气液双循环削峰相变换热器,其特征在于，液体喷口(13)直径D3小于1/2出液流道的直径D2。
4.根据权利要求1所述的一种气液双循环削峰相变换热器，其特征在于，微通道蒸发器(14)中的微通道水力直径均小于工质的毛细长度L，其中
Figure FDA0003892684250000011
σ，g，ρL，ρv分别为气液界面张力、重力加速度、液相及蒸气相密度。
5.根据权利要求1所述的一种气液双循环削峰相变换热器，其特征在于，固液相变工质(32)的相变温度大于液体工质相变温度，小于被冷却芯片最高工作温度。
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