CN114111099B - 逆流连通微通道蒸发器装置 - Google Patents

逆流连通微通道蒸发器装置 Download PDF

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Abstract

一种逆行连通微通道蒸发器装置，包括：依次相连的上盖板、分配层和微通道层，其中：上盖板和分配层之间形成分配腔，分配层和微通道层之间形成汇聚腔且分配层和微通道层之间通过分配孔连通，分配层的一侧设有流体入口，微通道层的一侧设有流体出口。本发明采用蛇形微通道结构，通道侧壁面开槽，分配孔正对各通道的入口，可以使蒸发器工作时微通道各位置的沸腾程度趋于一致的蒸发器，使得各部分的换热能力相近，降低电子元件表面的温差至仅为4℃，实现高均温性。

Description

逆流连通微通道蒸发器装置
技术领域
本发明涉及的是一种半导体换热领域的技术，具体是一种均温性可以提高50％以上的逆行连通微通道蒸发器装置。
背景技术
现有半导体液冷散热技术中，常采用微通道蒸发器，对发热元件进行散热冷却，但现有的微通道蒸发器沿流动方向的对流换热系数差异巨大，进而导致了电子元件表面存在很大的温差。而当电子元件的温差过大时，会出现局部高温点，导致电子元件性能降低；同时会导致更大的热应力，元件有断裂的风险。逆行微通道蒸发器是一种较为新型的蒸发器，它实现了相邻通道间的流体工质流动方向相反。逆行微通道蒸发器的每个通道与相邻通道流动方向相反，各通道沿流动方向温度分布相反，进而使热量可以通过基底进行横向传递(即横向导热)，从而可以一定程度上提高均温性。若这种横向导热是无穷大，那么整个表面将处于同一温度下。然而，由于横向导热总是有限的，因此对均温性的提升仍然有限。
发明内容
本发明针对现有技术仅能提高散热性能，降低流动阻力，降低装配和加工难度，但不能保证电子元件的温度均匀性的不足，提出一种逆行连通微通道蒸发器装置，采用蛇形微通道结构，通道侧壁面开槽，分配孔正对各通道的入口，可以使蒸发器工作时微通道各位置的沸腾程度趋于一致的蒸发器，使得各部分的换热能力相近，降低电子元件表面的温差至仅为4℃，实现高均温性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种逆行连通微通道蒸发器装置，包括：依次相连的上盖板、分配层和微通道层，其中：上盖板和分配层之间形成分配腔，分配层和微通道层之间形成汇聚腔且分配层和微通道层之间通过分配孔连通，分配层的一侧设有流体入口，微通道层的一侧设有流体出口。
所述的上盖板、分配层和微通道层采用但不限于铜合金或铝合金制成，三者通过焊接的方法连接成一个整体。
所述的汇聚腔内设有逆流连通微通道，该逆流连通微通道位于微通道层中央区域，具体包括：长直肋、连通槽和两侧的侧壁面，其中：连通槽等间距分布，形成了长直肋，且两侧的侧壁面无连通槽。
技术效果
本发明通过在逆流微通道中增设了连通槽，即逆流连通微通道，使得流体从小孔射流进入微通道，流经微通道后经出口离开，且在流动过程中，由于相邻通道之间存在连通槽，可以促进相邻通道内不同干度的流体互相掺混，使得整个流体区域的热力学干度趋于一致，同时由于沸腾具有不稳定性，进一步加剧了掺混效果，最终导致蒸发器各个区域的换热系数几乎相同，因而使用该蒸发器时，发热的电子元件具有更好的均温性。
附图说明
图1为本发明爆炸结构示意图；
图2为分配层结构示意图；
图3为分配层流动示意图；
图4为微通道层结构示意图；
图5为微通道层流动示意图；
图6为分配层与微通道层连接示意图；
图7为实施例效果示意图；
图中：上盖板1、分配层2、微通道层3、流体入口4、流体出口5、分配腔6、分配孔7、辅助挡板8、汇聚腔9、逆流连通微通道10、长直肋11、连通槽12、两侧的侧壁面13、通道入口14、通道出口15。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种微通道蒸发器装置，包括：依次相连的上盖板1、分配层2和微通道层3，其中：上盖板1和分配层2之间形成分配腔6，分配层2和微通道层3之间形成汇聚腔9且分配层2和微通道层3之间通过分配孔7连通，分配层2的一侧设有流体入口4，微通道层的一侧设有流体出口5。
所述的分配层上设有辅助挡板8，该辅助挡板8位于分配层2中央区域，分配孔7位于辅助挡板8的两侧。
所述的辅助挡板8位于入口的正中心，将流量分为两股。
所述的汇聚腔9内设有逆流连通微通道10，该逆流连通微通道10位于微通道层3中央区域，具体包括：长直肋11、连通槽12和两侧的侧壁面13，其中：连通槽12等间距分布，形成了长直肋11，且两侧的侧壁面13无连通槽12。
所述的连通槽12在逆流连通微通道11中，将壁面打断，形成长直肋11和连通槽12，以便流体掺混。
所述的流体入口4和流体出口5的朝向可反向，也可同向，根据实际需要自行选择。
如图5所示，本装置具体通过以下方式实现换热：当流体工质进入本装置后，首先进入分配腔6，在辅助挡板8的帮助下，流体均匀分配到每个分配孔7中，继而射流进入每个通道入口14，流体在逆流连通微通道10内完成吸热过程。
本实施例合理设计分配孔7的大小和长度，保证压降和流量均匀性都在可接受的范围内，孔径过小或长度过大导致压降过大，孔径过大或长度过小导致各分配孔内的流量不均匀。分配腔6和汇聚腔9的空间尽量大，保证流量更加均匀。
由于连通槽12两侧的压强不同，流体会流经连通槽12；一般而言，连通槽12两侧中，接近通道入口14处的一侧压强较高，而接近通道出口15处的一侧压强较低；流体通过连通槽12，互相掺混，使得各个位置的热力学干度趋于一致，即换热系数趋于一致，可以实现电子元件的高均温性；合理设计连通槽12的宽度和间距，保证掺混效果良好和主流不受影响，宽度过大或间距过小会导致掺混效果增强，但会导致主流流量受到影响，即中游受到影响；宽度和间距之比受很多因素影响，如流量、热流密度等的影响。
经过具体实际实验，以R1233zd为流体工质，在12g/s的质量流量下，在40℃沸点下，本发明涉及的逆流连通微通道与传统的逆流微通道的比较如下图所示，横坐标为热流密度，反映电子元件的功率，该值越大，电子元件的功率越大；纵坐标为最大温差，反映电子元件的表面温度最大值与最小值之差，即电子元件的均温性，该值越大，电子元件的均温性越差，可以发现，该蒸发器内各个位置的热力学干度相近，不存在局部干度过高的区域，因此临界热流密度较高。由于连通槽的存在，进一步加大了微通道内流动沸腾的紊乱程度，打断了边界层，换热面积也有小幅度的提升，因而换热系数较大；由于连通槽的存在，流体可以通过的面积增大，因而该蒸发器出入口的压降较小。
与现有技术相比，本发明可以有效降低电子元件的最大温差，也就是提高均温性。
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 (1)

1.一种逆行连通微通道蒸发器装置，其特征在于，包括：依次相连的上盖板、分配层和微通道层，其中：上盖板和分配层之间形成分配腔，分配层和微通道层之间形成汇聚腔且分配层和微通道层之间通过分配孔连通，分配层的一侧设有流体入口，微通道层的一侧设有流体出口，当流体工质进入本装置后，首先进入分配腔，在辅助挡板的帮助下，流体均匀分配到每个分配孔中，继而射流进入每个通道入口，流体在逆流连通微通道内完成吸热过程；
所述的上盖板、分配层和微通道层通过焊接的方法连接成一个整体；
所述的汇聚腔内设有逆流连通微通道，该逆流连通微通道位于微通道层中央区域；
所述的分配层上设有辅助挡板，当流体工质进入分配腔并通过辅助挡板均匀分配到每个分配孔中，继而射流进入每个通道入口在逆流连通微通道内完成吸热过程；
所述的逆流连通微通道包括：长直肋、连通槽和两侧的侧壁面，其中：连通槽等间距分布，形成了长直肋以便流体掺混，且两侧的侧壁面无连通槽；
所述的辅助挡板位于分配层中央区域，分配孔位于辅助挡板的两侧；
所述的辅助挡板位于入口的正中心，将流量分为两股；
所述的吸热过程，基于分配腔和汇聚腔的空间尽量大的设置以保证流量更加均匀；
所述的连通槽两侧中，接近通道入口处的一侧压强较高，而接近通道出口处的一侧压强较低；流体通过连通槽，互相掺混，使得各个位置的热力学干度趋于一致，即换热系数趋于一致，以实现电子元件的高均温性。
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