[发明专利]与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置

说明书

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。

技术领域

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

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。

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，并采用超亲水表面，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。

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力，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。

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。

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

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。

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

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；

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；

压力泵，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。

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。