微通道相变换热系统技术方案

本发明专利技术公开一种微通道相变换热系统，其包括散热主体；散热主体具有微通道单元，微通道单元中设有起泡结构；散热主体还具有用于向微通道单元内添加射流的射流单元。由于在微通道单元中设置了起泡结构，能够使微通道单元中的冷媒保持在沸腾传热阶段，使得该相变换热系统的换热方式为相变传热，在提高了该相变换热系统的传热系数的同时还能够降低压降损耗；而且，由于设置了能够向微通道单元内添加射流的射流单元，还可以增加微通道单元内流体的湍动程度，提升气液两相流动均匀混合的程度，均温效果好，有效地解决了传统微通道换热器在相变传热过程中的流动沸腾不稳定的问题。传热过程中的流动沸腾不稳定的问题。传热过程中的流动沸腾不稳定的问题。

【技术实现步骤摘要】
微通道相变换热系统


[0001]本专利技术涉及换热装置，具体涉及一种微通道相变换热系统。

技术介绍

[0002]随着微电子行业的迅猛发展，微电子器件的集成度不断提高，微电子器件的体积越来越小，而发热功率却越来越大，这导致微电子器件自身的热流密度不断增大。如果微电子器件产生的热量不能及时释放到环境中去，积聚的热量将会使电子器件的温度不断升高。较高的温度，不仅会影响电子器件的性能正常发挥，严重的，还会烧毁电子器件，甚至引发火灾等安全事故。因此，高热流密度电子器件亟需一种高效的冷却装置，来确保其能安全、稳定地运行。
[0003]微通道热沉，因具有紧凑的结构和较大的散热面积，被认为是针对微电子器件最有效的散热方式之一。同时，由于与单相对流传热相比，相变传热具有更高的传热系数。因此，使微通道热沉内的冷媒保持在沸腾传热阶段，对于提高系统传热性能和降低压降损耗具有重要意义。
[0004]但是，传统的微通道热沉，进行相变换热时，会出现气液两相流分配不均、流道内气相阻塞、气泡迅速受限生长造成两相流回流等现象。这些现象导致了第一微流道内的流动沸腾不稳定，严重影响了传统微通道热沉冷却和均温性能。因此，如何增强微通道热沉在相变传热过程中流动沸腾稳定性，增强传热性能，满足高热流密度电子器件的冷却和均温需求，仍是目前亟需解决的技术难题。

技术实现思路

[0005]为了解决前述问题中的至少一种，根据本专利技术的一个方面，提供了一种微通道相变换热系统。
[0006]该微通道相变换热系统包括散热主体；散热主体具有微通道单元，微通道单元中设有起泡结构；散热主体还具有用于向微通道单元内添加射流的射流单元。
[0007]由于在微通道单元中设置了起泡结构，能够使微通道单元中的冷媒保持在核状沸腾传热阶段，使得该相变换热系统的换热方式为相变传热，在提高了该相变换热系统的传热系数的同时还能够降低压降损耗；而且，本专利技术通过将射流单元与具有起泡结构的微通道单元进行耦合，使得可以通过射流单元向微通道单元中添加的射流来增加微通道单元内流体的湍动程度，提升气液两相流动均匀混合的程度，均温效果好，有效地解决了传统微通道换热器在相变传热过程中的流动沸腾不稳定的问题。
[0008]在一些实施方式中，微通道单元包括至少两条平行排布的第一微流道；起泡结构为设置在第一微流道的壁面上的凹陷结构；示例性的，凹陷结构为凹穴或凹槽；第一微流道的壁面包括位于第一微流道的底部的第一底壁和位于第一微流道的侧部的相对设置的第一侧壁和第二侧壁；同一条第一微流道的第一底壁、第一侧壁和第二侧壁上的凹陷结构在沿第一微流道的长度方向交错排布。
[0009]由于凹穴和凹槽能够作为沸腾传热时的汽化核心，可以降低微通道热沉沸腾起始点时的壁面过热度；当第一侧壁、第二侧壁和第一底壁上均设置凹陷结构时，能够大大提高了凹陷结构的设置数量，既能大大提高气泡的产生数量，也可以提高气泡产生的均匀度；而且，通过交错排布的凹陷结构可以使第一微流道中产生气泡的位置交错分布，既可以避免气泡长大，还能更易于引发第一微流道内流体的振荡。
[0010]在一些实施方式中，第一底壁、第一侧壁和第二侧壁三者中的至少一者上的凹陷结构等间距分布，使在第一微流道中的流体的沸腾能够更加均匀地发生，以进一步提高该相变换热系统的流动沸腾稳定性。特别的，设置在第一侧壁和第二侧壁上的相邻两个凹陷结构的间距为设置在第一底壁上的相邻两个凹陷结构的间距的两倍，以使得每个第一底壁上的凹陷结构相邻的凹陷结构为不同侧壁上的凹陷结构，也即每个第一底壁上的凹陷结构的沿第一微流道的长度方向的其中一侧相邻的凹陷结构为第一侧壁上的凹陷结构，另一侧相邻的凹陷结构为第二侧壁上的凹陷结构，由此，当第一微流道中的流体沿第一微流道的长度方向流动时，会交替地遇到第一侧壁上的凹陷结构、第一底壁上的凹陷结构和第二侧壁上的凹陷结构上产生气泡，以进一步引发第一微流道内流体的振荡。进一步的，设置在第一侧壁和第二侧壁上的凹陷结构与位于设置在第一底壁上的相邻两个凹陷结构之间的距离相等，以使所有的凹陷结构在沿第一微流道的长度方向上的距离相等，进一步保证第一微流道中的流体的沸腾的均匀性。
[0011]在一些实施方式中，射流单元包括沿第一微流道的长度方向排布的射孔。由此，可以使得流体在沿第一微流道的长度方向流动的过程中能够得到新鲜流体的补充，从而能够有效抑制流体自身的温升效应，使流体中的气泡内部的气体发生冷凝，进而使气泡体积应降温而缩小，以增强该相变换热系统的核状沸腾状态，提高气液两相流分配均匀程度，避免流道内气相阻塞、气泡迅速受限生长造成两相流回流等现象的发生，进一步提高该相变换热系统的均温性。
[0012]在一些实施方式中，射孔位于第一微流道的上方；且射孔与第一底壁上的凹陷结构交错设置，和/或射孔与第一侧壁和第二侧壁上的凹陷结构在沿第一微流道的长度方向上对应设置。
[0013]由此，当射孔与第一底壁上的凹陷结构交错设置时，能够避免射流冲击对第一底壁的凹陷结构上产生气泡过程的干扰；当射孔和第一侧壁和第二侧壁上的凹陷结构在沿第一微流道的长度方向上对应设置时，射孔可以位于第一侧壁和第二侧壁上的凹陷结构的正上方，也可以与第一侧壁和第二侧壁上的凹陷结构相距一定距离，只要射孔在第一微流道的长度方向上存在与之位于同一第一微流道的长度上的、位于第一侧壁或第二侧壁上的凹陷结构即可，以使得第一侧壁和第二侧壁上的凹陷解耦股上产生的气泡可以使该处的射流束发生偏离，当该处的气泡消失后，该处的射流束又能够回到原来的位置，使得射流束能够自发地在第一微流道中发生与主流方向垂直的振荡，以进一步增强流体的湍动程度，使第一微流道内较大的气泡破碎，从而提高气液两相流混合的均匀性，进一步提高流动沸腾的稳定性。
[0014]在一些实施方式中，设在第一侧壁和第二侧壁上的凹陷结构为凹槽，且凹槽沿竖直方向设置；设在第一底壁上的凹陷结构为凹穴。
[0015]由此，可以通过提高凹穴在竖直方向上产生的气泡的数量和体积，提高该处气泡
促使射流束发生偏离的能力，以提高射流束的振荡，进而增强流体的湍动程度，提高气液两相流混合的均匀性；而且，由于设置在第一底壁上的凹陷结构为横截面积比凹槽小的凹穴，可以避免因凹穴上产生较大的气泡导致第一微流道被阻塞。
[0016]在一些实施方式中，散热主体还具有将冷媒均匀分配到每条第一微流道中的流体分配腔。以便冷媒能够均匀地分配到每条第一微流道中，避免因冷媒无法均匀分配而导致无法达到最优的散热效果。
[0017]在一些实施方式中，散热主体还具有将流体分配腔与外部连通的第一入口；将冷媒均匀分配到每条第一微流道中的流体分配腔实现为：散热主体还具有由导流肋板和第二底壁合围成的、与第一微流道一一对应的第二微流道，第二微流道通过设在第二底壁上的射孔与第一微流道连通，第一入口设在其中一个最外侧的导流肋板上，导流肋板的高度随其与第一入口距离的增加而增加。
[0018]由此，可以使通过第一入口通入的冷媒均匀地分配到各个第二微流道中。
[0019]在一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微通道相变换热系统，其特征在于，包括散热主体(20)；所述散热主体(20)具有微通道单元(230)，所述微通道单元(230)中设有起泡结构；所述散热主体(20)还具有用于向所述微通道单元(230)内添加射流的射流单元。2.根据权利要求1所述的微通道相变换热系统，其特征在于，所述微通道单元(230)包括至少两条平行排布的第一微流道(231)；所述起泡结构为设置在所述第一微流道(231)的壁面上的凹陷结构；示例性的，所述凹陷结构为凹穴(232)或凹槽(237)；所述第一微流道(231)的壁面包括位于所述第一微流道(231)的底部的第一底壁(234)和位于所述第一微流道(231)的侧部的相对设置的第一侧壁(233)和第二侧壁(238)；同一条第一微流道(231)的第一底壁(234)、第一侧壁(233)和第二侧壁(238)上的凹陷结构在沿所述第一微流道的长度方向交错排布。3.根据权利要求2所述的微通道相变换热系统，其特征在于，所述第一底壁(234)、第一侧壁(233)和第二侧壁(238)三者中的至少一者上的凹陷结构等间距分布；特别的，设置在所述第一侧壁(233)和第二侧壁(238)上的相邻两个凹陷结构的间距为设置在所述第一底壁(234)上的相邻两个凹陷结构的间距的两倍；进一步的，设置在所述第一侧壁(233)和第二侧壁(238)上的凹陷结构与位于设置在所述第一底壁(234)上的相邻两个凹陷结构之间的距离相等。4.根据权利要求2或3所述的微通道相变换热系统，其特征在于，所述射流单元包括沿所述第一微流道(231)的长度方向排布的射孔(221)。5.根据权利要求4所述的微通道相变换热系统，其特征在于，所述射孔(221)位于所述第一微流道(231)的上方；且所述射孔(221)与所述第一底壁(234)上的凹陷结构交错设置，和/或所述射孔(221)与第一侧壁(233)和第二侧壁(238)上的凹陷结构在沿所述第一微流道(231)的长度方向上对应设置。6.根据权利要求5所述的微通道相变换热系统，其特征在于，设在所述第一侧壁(233)和第二侧壁(238)上的凹陷结构为凹槽(237)，且所述凹槽(237)沿竖直方向设置；设在所述第一底壁(234)上的凹陷结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：张衍俊，刘珠明，周洁林，李全同，陈志涛，
申请(专利权)人：广东省科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：