[发明专利]一种高热通量冲击冷却式超临界二氧化碳散热器

说明书

一种高热通量冲击冷却式超临界二氧化碳散热器，本发明包括受热铜板和射流散热两部分；热交换流体超临界二氧化碳是利用喷射的阵列射流孔冷却受热铜板；在散热器的盖板上有流体入口，上部进液腔隔板上分布有射流孔，在散热器内部分布有流体的内部流道；在受热铜板上部分布有凸起；在散热器的侧面分布有流体的出口；散热器流体是利用超临界二氧化碳的特性，其在拟临界区比热存在峰值。本发明利用阵列喷射，通过改变喷射孔径和喷孔间距，能够有效提高换热效果。本发明利用超临界流体高比热的特性，使得换热的效果得到明显提高。

技术领域

本发明属于超临界流体换热技术领域，具体地涉及一种高热通量冲击冷却式超临界二氧化碳散热器。

背景技术

对于新兴的微电子器件和集中的太阳热能生产，高热流的管理仍然是一个持久的挑战。对于民用和国防部门的微电子(例如微处理器、雷达、激光二极管)，向3D集成电路的过渡加剧了冷却的挑战，增加了内部热源的热电阻。随着电子封装密度的不断提高，液体循环冷却难以满足大功率电子冷却的要求。我们需要新的解决方案来冷却高热通量的电子设备和仪器。

喷射冷却技术是以高速射流流体法向冲击传热表面，在驻点附近形成很薄的速度和温度边界层，以及高速射流产生的高湍流强度以获得较大的换热效率，对高热流密度热源的局部高温具有显著的冷却效果。由于射流冷却的效率大大高于液体循环冷却，目前已成为电子冷却领域的前沿技术。射流冲击的换热系数极高，其中液态工质的换热效果优于气态，但是由于气态工质容易获得，成本低廉，且在工作时不易与表面发生化学反应，故在国内外研究中喷射工质以气体最为常见。喷射过程是节流过程，而焦汤效应指出节流可以使工质降温进而提高换热效果。微小通道射流技术融合了冲击射流冷却和微小通道冷却两种高性能的散热技术，微小通道阵列射流，使得被冷却表面温度比较均匀，避免了仅应用微小通道热沉沿流体流动方向温度分布不均以及由此造成的热应力问题。

同时，超临界流体在拟临界区内具有非常高的定压比热容，是常规流体的10倍甚至100倍，工质可携带大量的热量而使温度升高较少，因而具有极高的传热性能。利用拟临界区的特殊传热能力可极大提高电子器件等设备的散热能力。

发明内容

为了解决高通量换热的问题，本发明的目的在于提供一种一种高热通量冲击冷却式超临界二氧化碳散热器，该散热器利用超临界二氧化碳(sCO₂)作为工作流体来管理电子冷却应用中的极端热通量。在拟临界区，sCO₂具有极高的定体积热容量，可以在泵送要求低的情况下运行，可将极高的热通量带走，并且不会存在两相临界热流密度和流动不稳定的潜在可能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高热通量冲击冷却式超临界二氧化碳散热器，包括受热铜板6，覆盖在受热铜板6上的盖板1，所述盖板1构成具有上部进液腔2的盒状体，盖板1顶部中间设置超临界二氧化碳流体流入的流体入口9，上部进液腔2内中部横向设置有隔板3，隔板3前后端与盖板1前后内壁相接，隔板3上开有阵列式射流孔4，每个射流孔4下方连接有相同孔径的射流管5；所述受热铜板6上位于隔板3下部的对应位置设置有多个凸起12，位于隔板3左右侧边沿处向下对应的受热铜板6上分别设置有左导流板11-1和右导流板11-2，左导流板11-1和右导流板11-2的外侧区域分别为左流体内部流道8-1和右流体内部流道8-2，左流体内部流道8-1和右流体内部流道8-2上分别设置有左流体出口10和右流体出口7；当左导流板11-1与盖板1后侧内壁相接，与盖板1前侧内壁不相接时，则右导流板11-2与盖板1后侧内壁不相接，与盖板1前侧内壁相接，反正，当左导流板11-1与盖板1后侧内壁不相接，与盖板1前侧内壁相接时，则右导流板11-2与盖板1后侧内壁相接，与盖板1前侧内壁不相接；超临界二氧化碳流体通过流体入口9进入上部进液腔2后通过阵列式射流孔4和射流管5喷射到受热铜板6上，然后通过左导流板11-1和右导流板11-2分别流入左流体内部流道8-1和右流体内部流道8-2并通过左流体出口10和右流体出口7流出以带走受热铜板6上的热量。