[发明专利]一种二极管相分离蒸发器

说明书

本发明公开了一种二极管相分离蒸发器，属于电子器件的散热装置技术领域。主要由上、中、下三层构成，分别为蒸汽腔、相分离膜组件及底板，底板上键合蒸汽腔，中间夹层为相分离膜组件；底板一侧带有与外部联通的入口，底板内带有连续呈锯齿状分布的肋，肋将底板分割成液体槽和蒸汽槽，肋顶部表面上带有连通液体槽和蒸汽槽的流体二极管通道，相分离膜组件遮盖于底板上，在蒸汽槽对应位置开缝，蒸汽槽顶端通过相分离膜组件与蒸汽腔连通，蒸汽腔带有出口。本发明具有安全可靠、低能耗、高散热的优点，可广泛推广应用。

技术领域

本发明属于电子器件的散热装置技术领域，尤其涉及一种低能耗、高性能的电子器件散热技术。

技术背景

随着5G及人工智能时代的到来，海量数据需要高速处理和传输，电子设备功耗大幅上升，热流密度将从～100W/cm²攀升到～1000W/cm²，这给电子器件冷却带来了巨大挑战：(1)如果采用单相液体冷却，需要更大流量的液体，泵功消耗攀升，将加剧数据中心能耗，显然与碳达峰、碳中和目标背道而驰；(2)如果采用常规微通道对流沸腾冷却，高热流密度下沸腾产生的汽泡可能堵塞通道，产生流动阻力大、流动不稳定甚至沸腾危机等问题；(3)通过多种形式的肋表面，微通道沸腾换热性能有所提升，但这些散热方案难以在低能耗下同时提升临界热流密度和传热系数。因此，芯片散热及数据中心热管理亟需低能耗、高性能的创新方案。

毋庸置疑，两相沸腾传热远优于单相对流冷却，仍然是电子冷却首选方案。针对两相流阻力大、流动不稳定等问题以及传热强化、临界热流密度提升等需求，以下通过分析问题的根本原因，谋划创新解决方案：(1)两相摩擦压降要比单相液体摩擦压降至少高一个量级。研究表明，两相摩擦压降正比于汽相界面面积与体积的比值。因此，通过“相分离”，及时从两相流中分离出汽体，减小汽相比表面积，能够减小压降和泵功消耗。(2)并联多通道两相流输送时，各通道内两相分布随空间和时间变化，引起并联通道流量动态分配，产生流动不稳定性。入口节流等传统方法可解决流动不稳定性，但压降阻力惩罚太大。设计具有“二极管特性”的单向流动通道，是解决两相流不稳定性的新思路。(3)无论单相流还是两相流，对流传热均具有“短管效应”，即流体进入通道后边界层逐渐发展，通道越短，边界层越薄，传热性能越好。

发明内容

本发明的目的是设计一种二极管相分离蒸发器，可以解决电子冷却蒸发器中两相流阻力大、流动不稳定等问题，满足强化传热、提升临界热流密度等需求。

本发明的目的是设计一种二极管相分离蒸发器为上、中、下三层结构，上、中、下三层分别为蒸汽腔、相分离膜组件及底板，底板上键合蒸汽腔，中间夹层为相分离膜组件；底板一侧带有与外部联通的入口，底板内带有连续呈锯齿状分布的肋，肋将底板分割形成液体槽和蒸汽槽，肋顶部表面上带有连通液体槽和蒸汽槽的流体二极管通道，流体二极管通道内由弯曲形的主通道和旁路通道并联而成，主通道和旁路通道交于通道内(A、B)两点，一交点(A)靠近液体槽，该点主通道和旁路通道夹角(α)为钝角；另一交点(B)靠近蒸汽槽，该点主通道和旁路通道夹角(β)为锐角；主通道和旁路通道从液体槽到蒸汽槽方向的通道截面面积逐渐增大；液体槽通过底板内的分流槽与入口联通，蒸汽槽与底板内的汇流槽联通；相分离膜组件遮盖于底板上，相分离膜组件为夹层结构，由上面板和下面板夹持多孔膜而成，上面板和下面板在蒸汽槽对应位置开缝，其余为实板，蒸汽槽顶端通过相分离膜组件与蒸汽腔连通，而液体槽顶端被相分离膜组件遮盖，与蒸汽腔不连通，蒸汽腔带有与外部相通的出口。

所述的二极管相分离蒸发器中，液体槽呈2个以上的V字形，V字的开口端朝向底板的入口，盲端远离底板的入口，液体槽的V形开口端通过位于底板内的分流槽互相连通，并与入口相连；蒸汽槽呈2个以上的V字形，V字的盲端朝向底板的入口，开口端远离底板的入口，蒸汽槽的V形开口端通过位于底板内的汇流槽互相联通；

液体槽、蒸汽槽的V字形张角在15°-45°范围。