[发明专利]一种气液相分离型微通道相变冷却器

说明书

本发明涉及一种气液相分离型微通道相变冷却器，其中，包括：上层盖板上设置有流体进液口和流体出液口；下层微通道板上设置有进口流体分配腔、微通道阵列和出口流体汇集腔；微通道阵列由入口微通道阵列、周期性轴向渐扩通道阵列、周期性径向渐扩汇聚联箱以及两侧的分相通道组成；上层盖板的流体进液口以及流体出液口分别正对下层微通道板上的进口流体分配腔和出口流体汇集腔；底层模拟发热源位于下层微通道板背面并正对微通道阵列区域，两侧分相通道位于底层模拟发热源加热区域外侧。本发明抑制了并联通道产生的流动和传热不稳性，延缓下游蒸汽膜覆盖加热面产生传热恶化现象。

技术领域

本发明属于电子器件冷却技术领域，特别涉及一种气液相分离型微通道相变冷却器。

背景技术

微通道换热器通常指水力直径在微米到亚毫米量级的通道，由于微通道的流通的水力直径较小，与常规的宏观尺度换热器相比，具有更大的比表面积，因而具有更高的热质传输速率，在相同的换热量条件下，微通道换热器具有更小的体积。作为典型的高效紧凑式换热器，微通道换热器在超临界流体传热、高热流电子器件冷却、可移动撬装式能源装备等领域具有广阔的应用前景。

微通道相变换热利用液态工质在微通道内蒸发吸热实现对热源的冷却，结合了微通道换热技术和相变高效换热模式，在高效紧凑换热领域更具应用潜力。然而，微通道相变换热过程中由于气泡的核化生长过程中收到周向通道壁面的局限，气泡只能沿通道长度方向生长，在较高的热流密度条件下，气液界面沿通道长度方向的急剧膨胀在微通道内产生活塞效应，导致上游来流液体产生回流，使得下游缺乏液体润湿而发生加热表面被大范围的蒸汽膜覆盖，达到临界热密度，传热急剧恶化。此外，在并联微通道中，由于各并联微通道内气泡核化过程的不同步，各通道之间的压力不平衡还会导致并联通道之间存在流动和传热的不稳定性，因此，微通道相变过程中存在的流动和传热不稳定性以及临界热流密度等问题，制约了其实际推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气液相分离型微通道相变冷却器，用于解决上述现有技术的问题。

本发明一种气液相分离型微通道相变冷却器，其中，包括：上层盖板(1)、下层微通道板(2)和底层模拟发热源(3)；上层盖板(1) 上设置有流体进液口(11)和流体出液口(12)；下层微通道板(2) 上设置有进口流体分配腔(21)、微通道阵列和出口流体汇集腔(23)；所述微通道阵列由入口微通道阵列(221)、周期性轴向渐扩通道阵列 (222)、周期性径向渐扩汇聚联箱(223)、以及两侧的分相通道(224) 组成；所述上层盖板的流体进液口(11)、流体出液口(12)分别正对所述下层微通道板(2)上的进口流体分配腔(21)和出口流体汇集腔(23)；底层模拟发热源(3)位于所述下层微通道板(2)背面并正对微通道阵列区域，所述两侧的 分相通道(224)位于所述底层模拟发热源(3)加热区域外侧。

根据本发明的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述入口微通道阵列(221)为水力直径D1的等间距并联平行微通道。

根据本发明的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述周期性轴向渐扩通道阵列(222)为入口水力直径为D2，出口水力直径为D3，且D2D3的渐扩型微通道阵列。

根据本发明的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述入口微通道阵列(221)的水力直径D1以及两侧分相通道 (224)的水力直径D4大于所述周期性轴向渐扩通道阵列(222)的入口水力直径D2。

根据本发明的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述周期性径向渐扩汇聚联箱(223)为中心窄两侧宽的轴向对称渐扩布置，中心最窄处的水力直径D5大于所述周期性轴向渐扩通道阵列(222)的入口水力直径D2。