具有优化汽化界面的蒸发器制造技术

本发明专利技术涉及适用于换热系统的毛细蒸发器，包括用于获取热能的元件(1)和初级毛细管(2)，用于获取热能的元件(1)还包括基部(10)和多个突起部分(11)，每个突起部分从基部延伸至尖端(12)，且其尺寸随着与基部距离的增加而减小，初级毛细管(2)由多孔第一材料制成且其正面(20)与突起部分的尖端相邻，突起部分的侧壁与初级毛细管一起界定空隙(4)，空隙(4)形成蒸汽通道，突起部分的侧壁由多孔材料薄层(3)覆盖，薄层的最厚部分(31)在邻近的每个突起的尖端附近与初级毛细管相接触，并且所述薄层的厚度(EC)随着与初级毛细管的距离增加而减小。

Evaporator with optimized vaporization interface

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有优化汽化界面的蒸发器
本专利技术涉及蒸发器，通常用于具有双相工作流体的换热系统中。更具体地说，本专利技术涉及液体通过吸收大量热能而转化为蒸汽的汽化界面。
技术介绍
这种类型的蒸发器，通常用于冷却例如处理器(CPU、GPU)电源模块(IGBT、SiC、GaN等)电子设备或产生热量的任何其他电子组件或任何其他热源。这种类型的蒸发器常常用于包括冷凝器及用于在蒸发器和冷凝器之间循环流体的供液管线和回流管线的系统中。当前的发展趋势使得电子产品不得不在其小表面上耗散大量的热输出。在蒸发器中，在毛细管(带入液体)和用于受热/传递热能的元件或板(与提供热能的初级热源接触)之间的界面上，提供了形成蒸汽释放通道的空置空间。这些蒸汽通道设在毛细管中或设置在受热元件中。最通常地，提供矩形横截面的凹槽，以形成这种蒸汽通道，例如，专利US5725049[NASA]所述。曾有些开发人员尝试通过设计不同形状的蒸汽通道来增加热容量，从而增加热通量方面的容量。实际上，蒸汽通道的存在导致与毛细管相接触的热通量密度的集中，这就导致开发人员偏爱“凹状”的凹槽，例如，专利EP0987509[MatraMarconiSpace]。另有些开发人员尝试最小化寄生热漏失，例如专利US6330907[Mitsubishi]，但是不能避免与毛细管接触区域中蒸汽气泡的形成，这可能会危及向汽化区的稳妥供液。然而，可以看到，已知汽化界面不允许处理20瓦特/cm2以上的表面热通量，因为由于初级毛细管内部汽化前部中的凹痕，随着热通量密度的增加，热交换系数大大降低。毛细管内部蒸汽气泡数量的增加，也会导致干燥风险的增加，换句话说，也应避免在该位置上供液的中断风险。然而，结果显示，现在的需求甚至更高，这就是为什么专利技术者寻求进一步优化在具有双相工作流体的传热回路中的蒸发器汽化界面的原因。
技术实现思路
为此，本专利技术的目的是一种适用于换热系统的毛细蒸发器，其中，所述蒸发器包括：-受热元件(1)，包括基部(10)和多个突起部分(11)，各个突起部分从基部延伸至尖端(12)，且与基部距离越远，其尺寸越小，各个突起部分都具有侧壁(13)，-初级毛细管(2)，由多孔第一材料制成且其正面(20)与突起部分尖端相邻，突起部分的侧壁与初级毛细管一起限定形成蒸汽通道的空隙(4)，其特征在于，突起部分的侧壁由多孔材料薄层(3)覆盖，优选为不同于第一材料的第二材料覆盖。术语“薄层”应理解为系指层厚度小于1mm的薄层。专利技术者发现，与突起部分相关的下限厚度有利地有助于获得良好的性能。应注意，多孔材料的薄层在连接处与初级毛细管相接触，其中所述连接处为液体从初级毛细管流到形成次级毛细管的多孔材料薄层的位置。术语“其尺寸随距基部距离而减小”应理解为突起部分(11)的至少一个尺寸的减小是从基部(10)开始减少(即，距离基部越远越小)的。有利的是，液相流体利用毛细作用从初级毛细管向覆盖突起的薄层泵送，并在该位置发生汽化；使得换热表面区域增加。通过这些设置，获得能够处理大于50瓦特/cm2热通量的蒸发界面，其热交换系数W/(m2K)比当前技术高得多，这具体取决于各种可能的配置，蒸发界面甚至能够处理数十甚至数百瓦特/cm2。同样，应注意的是，在突起尖端的区域中，直接相对应初级毛细管所传递的热通量相对于总的热通量(主要是由侧壁蒸发的)显著减小并因此避免在与初级毛细管接触的区域中产生沸腾现象，换句话说，避免初级毛细管的过热。因此，通过显著减小蒸发渗透进初级毛细管以及减小受热元件的过热同时有利于提取在专用通道中所产生的蒸发，来限定寄生通量的传递。在本专利技术的各个实施例中，使用下列一个或多个：根据一个选择，薄层可以具有大致均匀的厚度。在这种配置中，可以通过使用紧密接触受热元件表面的金属丝网来提供相对较为简单的制造和组装的方法。根据一个选择，薄层可以具有不均匀的厚度，薄层的最厚部分(31)与各个突起尖端相邻的初级毛细管相接触，所述薄层的厚度(EC)随着与初级毛细管的距离增加而减小。这种配置使之有可能获得在单位表面区域耗散功率方面获得较好的整体效果。根据一个选择，热能受热元件可以包括平板，对应于用于冷却热源的平板配置。根据另一个方案，受热元件可具有常规的圆柱形形状，该受热元件可与待冷却热源所用的圆柱形配置相对应，这常见于平面配置中。当使用高压流体时，例如用于空间应用中的氨时，常见这种圆柱形的配置；在这种情况下，可以在圆柱形蒸发器的外表面上组装通常为铝制的平板。根据一个方案，突起部分可有利地采用梯形(甚至三角形)横截面的直线式肋形来形成；因此，易于通过挤压或简单的机械加工(铣削)来制造受热元件。此外，这种梯形横截面允许机械力的稳固传递，特别是通过螺钉固定方式由电源模块在蒸发器的挤压组装所引起的机械力(这不允许在其高度侧具有基本恒定厚度的传统薄翅片，尤其是铜制)。根据一个方案，突起部分互相靠近，各个蒸汽通道(4)具有大致呈三角形的横截面且其尖端指向受热元件的基部。于是，对于所给定的总可用表面区域，薄层覆盖区域的密度最大化，因此也使得热交换最大化。根据一个方案，突起部分的横截面形成对称的等腰梯形(即“齿形”)，其短边长度相对于长边的长度至多为20％；换句话说，D3<0.2W。由此形成具有足够尺寸的蒸汽通道，尤其是，其在突起部分尖端之间的宽度，允许蒸汽在无过多压力损失情况下快速的流动。根据一个方案，较小侧面D3(换句话说，尖端的宽度)尺寸小于<0.3mm。专利技术者注意到，与本领域技术人员预想相反，尖端的厚度没有问题，且如与薄层存在相结合则是优点，因为其避免在供液区中蒸汽相的出现和限制通过初级毛细管的寄生通量输送。根据一个方案，对于突起部分横截面的几何形状，尖端α处的半角小于45°且优选为5°和30°之间。这与以下事实相对应：突起部分H2的高度比基部上扩展部分W大1/2，这部分解释了由于有效表面区域的增加而导致的换热效率的提高。根据一个方案，初级毛细管优选由导热性差的材料获得，例如，镍、不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯，其导热系数通常小于100W/mK。这样可以避免对初级毛细管另一侧上液体的加热并且可以大大减少了寄生热漏失。根据一个方案，薄层由良好热导体获得，例如，铜或铝，通常系数大于100W/mK且优选为大于380W/mK。这就促使薄层具有良好的透气性且汽化位置具有良好的分布。根据一个方案，薄层孔的直径小于初级毛细管孔的直径。由此促使液体能从初级毛细管向薄层供液并且促使液体在薄层内向最厚部分供液。根据一个方案，薄层的厚度EC小于0.5mm，优选为薄层在与受热板1相接触的位置。专利技术者发现，有利的是，这种小厚度足够获得良好的性能。此外，将注意到，受热板不是平坦的(突起部分11的存在)，这不同于现有技术的某些实施例。根据一个方案，基部的厚度H1在0.5和5mm之间。调节该厚度，以便例如，通过待冷却部件的螺钉固定方式来获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于换热系统的毛细蒸发器，其中所述蒸发器包括：/n-受热元件(1)，包括基部(10)和多个突起部分(11)，每个突起部分从基部延伸至尖端(12)且与基部距离越远，其尺寸越小，每个突起部分都具有侧壁(13)，/n-初级毛细管(2)，其由多孔第一材料制成且其正面(20)与突起部分尖端相邻，突起部分的侧壁与初级毛细管一起界定空隙(4)，所述空隙(4)形成蒸汽通道，/n其特征在于，突起部分的侧壁(13)由多孔材料的薄层(3)覆盖，优选为不同于第一材料的第二材料覆盖。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170418 FR 17533651.适用于换热系统的毛细蒸发器，其中所述蒸发器包括：
-受热元件(1)，包括基部(10)和多个突起部分(11)，每个突起部分从基部延伸至尖端(12)且与基部距离越远，其尺寸越小，每个突起部分都具有侧壁(13)，
-初级毛细管(2)，其由多孔第一材料制成且其正面(20)与突起部分尖端相邻，突起部分的侧壁与初级毛细管一起界定空隙(4)，所述空隙(4)形成蒸汽通道，
其特征在于，突起部分的侧壁(13)由多孔材料的薄层(3)覆盖，优选为不同于第一材料的第二材料覆盖。


2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述薄层(3)具有大致均匀的厚度。


3.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述薄层(3)具有不均匀厚度，薄层的最厚部分(31)与每个突起部分的尖端附近的初级毛细管相接触，并且所述薄层的厚度(EC)随着与初级毛细管距离增大而变小。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述突起部分以梯形横截面的直线肋形的形状形成。


5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：文森特·杜庞特，斯泰凡·维恩·奥斯特，文森特·德·特罗兹，米卡尔·莫豪普特，
申请(专利权)人：欧热管公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE