[发明专利]一种出口渐缩型微小通道的射流冷板

说明书

本发明涉及一种出口渐缩型微小通道的射流冷板，涉及电力电子元器件的换热技术领域，包括上盖板，贯穿设置于上盖板中心处的射流喷嘴，冷板腔以及与冷板腔的底部相贴合的热源，以所述冷板腔的射流冲击驻点区为中心，沿所述冷板腔的壁面射流区向外设有供射流工质流通的出口渐缩型微小通道。本发明通过加强射流冲击驻点区域外的壁面射流区流动与换热，降低射流冷板壁面射流区的温度水平，克服常规射流冲击中出现的热沉中心区域温度较低、外围温度较高的问题，将被冷却对象的温度全方位控制在较低水平，并保持较高的温度均匀性，减小温差热应力，增强射流冷却的有效性和可靠度。

技术领域

本发明属于电力电子元器件的换热技术领域，具体涉及一种出口渐缩型微小通道的射流冷板。

背景技术

随着高集成度的电子器件、微电子机械系统、大功率激光器的快速发展，电子芯片正向着小尺寸大功率方向发展，其单位体内的热耗散程度越来越高，导致发热量和温度急剧上升，热流通量已经高达10⁶-10⁷W/m²，使得局部热点的温度在极短的时间内超过其安全警戒值，由此引起严重的机械、化学、电气等可靠性与安全性的问题。研究表明，电力电子器件的故障有30％可以归因于器件的热失效和热应力所引发，器件工作温度越高，安全运行裕度越小；温度波动越大，热循环寿命越短；

为了解决高热流密度芯片的散热问题，近年来一批高效散热器应运而生，其中喷射冷却技术以其显著散热性能获得了广泛的关注。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热点具有显著的冷却效果；

授权公告号为CN109654932B的专利申请文件中公开了一种“一种具有螺纹圆锥体热沉的冲击射流冷却系统”，包括射流喷嘴、热沉和热源，其中热沉包括圆锥体和底座两部分，圆锥体的底面与所述底座的上表面连接，射流喷嘴位于所述圆锥体顶点的正上方，热源与所述底座的下表面紧密贴合。本发明提供的冲击射流冷却系统中驻点区的局部传热系数较高，并且转折区的二次冲击射流减小了壁面射流区形成的温度边界层厚度，从而达到增强换热能力，提高冷却效率的效果。但是，在驻点区和转折区之外的壁面射流区，其流动边界层显著增大，导致该区域的换热系数显著降低，使得该区域的热沉部分温度大幅升高，即热沉的中心区域温度较低、外围温度较高，整个热沉温度不均匀。该温度不均匀度如果过高，一方面将无法使得被冷却对象全部区域都控制的许可范围内，同时可能使得被冷却对象产生较大的温差热应力，从而造成被冷却对象损坏，为此，我们提出了一种出口渐缩型微小通道的射流冷板。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的出口渐缩型微小通道的射流冷板。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种出口渐缩型微小通道的射流冷板，包括上盖板，贯穿设置于上盖板中心处的射流喷嘴，冷板腔以及与冷板腔的底部相贴合的热源，以所述冷板腔的射流冲击驻点区为中心，沿所述冷板腔的壁面射流区向外设有供射流工质流通的出口渐缩型微小通道。

作为本发明的进一步优化方案，所述出口渐缩型微小通道包括沿冷板腔不同半径圆周设置的多层多段高度及个数均相同的弧形肋片，每层上的弧形肋片的弧长度均相同，相邻半径圆周上的弧形肋片呈交错布置，每层上的相邻两个弧形肋片之间留有弧形出口。

作为本发明的进一步优化方案，所述每层的弧形肋片距离冷板腔中心的半径呈差值逐渐减小的递增关系，随着每层的弧形肋片的半径增大，所述弧形肋片的弧长度逐渐增大，对应弧形出口的弧长度逐渐减小。

作为本发明的进一步优化方案，所述上盖板设置于冷板腔上部，且上盖板内侧壁与每一段弧形肋片的上端面紧密接触。

作为本发明的进一步优化方案，所述弧形肋片的层数为4-20，所述每层对应的弧形肋片的个数为4-10。