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泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置

阅读:539发布:2020-05-08

专利汇可以提供泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种与 泡沫 金属相结合的冲击射流阵列 相变 冷却装置,包括热沉室、带热源的 基板 、泡沫金属毛细芯、分流器、压 力 泵 、 冷凝器 、干燥 过滤器 和冷却工质组成。所述热沉室包括下部工作室和上部 蒸汽 腔室;所述泡沫金属毛细芯表面带有大量柱状多孔肋片,所述分流器,将液态冷却工质均匀分流至工作室单元。本发明针对超高热流 密度 器件,通过冲击射流 沸腾 方式,与带肋片的泡沫金属毛细芯相结合,对高热流密 电子 器件电子芯片进行冷却,一方面可保证供液的充分性,另一方面可保证蒸汽的顺畅排出,实现气液两相的良好分离,优化射流沸腾换热的气流组织,会大大有益于提升CHF和冷却性能。,下面是泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置专利的具体信息内容。

1.一种与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,其特征在于包括热沉室(1),热沉室(1)设置在带热源的基板(2)上并与基板(2)通过焊接方式形成密封腔室;
热沉室(1),下半部分为射流换热的工作室(3),上半部分为蒸汽腔室(6);
泡沫金属毛细芯(4),设置在热沉室(1)内的基板(2)上表面,由底部表面毛细芯和若干个相互交错多孔肋片组成,多孔肋片将工作室(3)分为若干空腔单元;
分流器(5),分流器(5)设置工作室空腔单元的上方,且其进口和热沉室(1)顶端进口管路连通;
蒸汽腔室(6),在工作室(3)若干空腔单元的上方,主要保证汽态工质的顺利汇集。
(7),用于给分流器(5)提供增压的液态工质(10),压力泵(7)的进口连接有冷凝器(8),压力泵(7)的出口管路与分流器(5)的进口连通;冷凝器(8)一端和压力泵(7)连通,其另一端和热沉室(1)的左侧壁连通。
2.根据权利要求1所述的与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,其特征在于泡沫金属毛细芯(4)由底部毛细芯和若干泡沫金属交错肋片组成,泡沫金属毛细芯(3)与基板(2)上表面通过焊接连接。
3.根据权利要求1所述的与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,其特征在于压力泵(7)和冷凝器(8)之间设置有干燥过滤器(9),干燥过滤器(9)为具有过滤和干燥功能的器件。
4.根据权利要求1所述的与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,其特征在于多孔肋片用于将通过换热形成的汽态工质(10)进入蒸汽腔室中排出,合流后的汽态工质从蒸汽腔室(6)左侧壁流向冷凝器(8)。
5.根据权利要求1所述的与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,其特征在于分流器(5)为树状分形结构,以保证液态工质的分流均匀性。
6.根据权利要求1所述的与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,其特征在于工质(10)为氟里昂或介电液以及其他冷却介质。
7.根据权利要求1所述的与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,其特征在于泡沫金属毛细芯(4)的材料为泡沫或泡沫,泡沫金属毛细芯(4)采用模具压制法一体化成形。
8.根据权利要求7所述的与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,其特征在于泡沫金属毛细芯(4)的孔隙率为0.7~0.9,孔密度为200~300PPI。
9.根据权利要求8所述的与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,其特征在于泡沫金属毛细芯(4)和基板(2)之间采用真空钎焊方法连接,在焊接之前,需要对泡沫金属毛细芯(4)进行清洗以去除其表面的化层。

说明书全文

泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置

技术领域

[0001] 本发明涉及散热装置,特别涉及一种与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置。

背景技术

[0002] 由于高热流密度器件的散热需求,相变冷却器件正处于升级换代之阶段。射流沸腾换热已证明具有极高的换热系数,受到应用的高度关注,但是当热流密度极高时,受热面会被气膜层覆盖,液态工质难以进入受热面,从而限制其临界热流密度CHF的进一步提升。
[0003] 中国专利号[CN108418545A],公开日2018.08.17,华南理工大学的罗小平等提出了一种加入多孔传热表面的微喷射流冷却板装置,该专利通过微喷射流垂直冲击换热表面,通过沸腾换热达到冷却目的,并采用超亲表面,这样可以促进沸腾气泡脱离频率的加快,并及时补充液相工质。该专利主要存在两方面的问题:首先是沸腾气泡需从侧面通道排出,其次超亲水表面对于CHF的提升并无益处,而且对于液相工质的补充也效果有限。
[0004] 泡沫金属结构也已应用于热管等散热系统中,由于泡沫金属不但可以使沸腾换热的汽化核心密度大大增加,降低壁面过热度,而且可以利用其毛细,来加强对受热面的供液,从而有益于临界热流密度CHF的提升。
[0005] 中国专利号[CN104201160A],公开日2014.12.10,东南大学的陈振乾和施娟等提出了一种带有多孔泡沫金属的强化沸腾换热结构,该专利的泡沫金属层的孔隙直径在与流动垂直的方向上逐渐增大,可有效降低沸腾时气泡的流动阻力问题。
[0006] 本发明的主要出发点是将冲击射流沸腾与泡沫金属结合起来,并采用分形树状结构对液态工质均匀分流,泡沫金属毛细芯将射流换热工作室分成若干腔室单元,以利于射流组织的独立性,并通过毛细力的作用,将液态工质及时补充到受热面上,同时,汽相工质会在浮升力的作用下往腔室上方运动,这样可保证气液两相的良好分离,必定会大大有益于提升CHF,避免膜态沸腾的较早发生。

发明内容

[0007] 发明目的:本发明的目的是提供一种与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,通过射流沸腾换热和泡沫金属毛细芯的相互结合方式,使沸腾后汽相工质能够顺利排出,同时极大提升了临界热流密度CHF极限。
[0008] 技术方案:本发明所述的与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,包括[0009] 热沉室,热沉室包括下方工作室和上方蒸汽腔室,泡沫金属毛细芯,设置在热沉室内的基板上表面,包括毛细芯薄层以及若干个相互交错多孔肋片,肋片之间将工作室形分成若干空腔单元;
[0010] 分流器,采用树状分形结构,分流器的进口和工作室顶端的进口管路连通,出口设置在工作室空腔单元的上方;
[0011] 压力,用于给分流器提供增压的液态工质,压力泵的进口连接有冷凝器,压力泵的出口和分流器进口连通;冷凝器一端和压力泵连通,其另一端和工作室靠近顶部的侧壁连通。
[0012] 通过采用上述技术方案,液态工质在压力泵的作用下,进入分流器分流后,通过分流口垂直射向表面带薄层毛细芯的基板,具有一定速度的液态工质能够快速渗透泡沫金属毛细芯内进行换热,液态工质受热沸腾转变为汽态工质,然后汽态工质上升到蒸汽腔室,最后通过蒸汽腔室左侧出口进入到冷凝器中,在冷凝器中通过空冷的方式,散发至外界环境中,最后汽态工质转变为液态重新循环。
[0013] 有益效果:本发明将射流冲击沸腾换热与泡沫金属结合起来,使沸腾后蒸汽工质能够顺利排出,并采用分形树状结构对液态工质均匀分流,泡沫金属毛细芯将射流换热工作室分成若干腔室单元,以利于射流组织的独立性,并通过毛细力的作用,将液态工质及时补充到受热面上,同时,汽相工质会在浮升力的作用下往腔室上方运动,这样可保证气液两相的良好分离,必定会大大有益于提升CHF,避免膜态沸腾的较早发生。附图说明
[0014] 图1是本发明的结构的示意图;
[0015] 图2是工作室的透视图;
[0016] 图3是泡沫金属毛细芯及肋片的结构示意图;
[0017] 图4是分流器的结构示意图。

具体实施方式

[0018] 如图1所示,一种与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置,包括热沉室(1)、基板(2)、工作室(3)、泡沫金属毛细芯(4)、分流器(5)、蒸汽腔室(6)、压力泵(7)、冷凝器(8)、干燥过滤器(9)以及工质(10)。热沉室1、压力泵7、过滤器(9)以及干燥冷凝器8通过管道和(11)依次连接形成封闭系统,其中,压力泵(7)的出液口和热沉室1的进口连接,冷凝器(8)的进液口和热沉室1的出口连接。
[0019] 如图1和图2所示,热沉室(1)外壳选用采用合金材料,热沉室(1)设置在带热源的基板(2)上并与基板2通过焊接而成,在热沉室(1)焊接完成之前,先在基板(2)的该区域预先焊接有泡沫金属毛细芯(4)。
[0020] 特别的,泡沫金属毛细芯(4)和基板(2)之间采用真空钎焊方法连接,在焊接之前,需要对泡沫金属毛细芯进行清洗以去除其表面的化层。
[0021] 参考图2和图3,泡沫金属毛细芯(4)上表面设置有若干个相互交错肋片,肋片之间和基板之间形成有若干空腔单元。
[0022] 其中,泡沫金属毛细芯(4)的材料为泡沫铝或泡沫铜,泡沫金属毛细芯(4)采用模具压制法一体化成形,泡沫金属毛细芯(4)的孔隙率为0.7~0.9,孔密度为200~300PPI。
[0023] 参考图2和图4,然后热沉室(1)内安装分流器(5),分流器(5)设置在泡沫金属毛细芯的上方,且其进口和热沉室1进口连通,其出口设置在空腔单元上方;分流器5为树状分形结构单元,以保证液态工质(10)的分流均匀性。
[0024] 工作原理:液态工质10在压力泵7的作用下,进入分流器5分流后,通过分流器出口垂直射向泡沫金属毛细芯4,具有一定速度的液态工质10能够快速渗透泡沫金属毛细芯4内进行换热,液态工质10受热沸腾转变为汽态工质10,上升到热沉室1上部蒸汽腔室6,最后通过左侧出口进入到冷凝器6中,在冷凝器6中通过空冷的方式,散发至外界环境中,最后汽态工质10转变为液态重新循环。
[0025] 工质10为氟里昂或介电液以及其他冷却介质,在加入工质10之前,需要注入工质10前必须进行严格地清洗、检漏、保压、抽真空等工序。
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