[發明專利]一種泵流體回路用復合槽道熱管結構的微通道冷板

有效

• 申請號: 201610405849.6
• 申請日: 2016-06-12
• 公開（公告）號: CN105910480B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 吳亦農;張添;楊帆;謝榮建;董德平;張暢;周志坡;李戰兵;趙銳
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及泵流體回路冷板設計技術，具體是指用復合槽道熱管結構的微通道換熱器作為泵流體回路中的冷板。泵流體回路可用于長距離冷、熱量的傳輸，如用于大規模集成電路、大功率電子器件、高功率固體激光器、星上載荷等的冷卻散熱。

背景技術

流體回路根據驅動方式不同可主要分為毛細力驅動和機械泵驅動兩種。兩種回路中提供的驅動力不同，由此產生可負擔熱負荷的差異。毛細力驅動的流體回路工質流速慢、流量小，適用于小熱負荷下的冷卻散熱。機械泵可為流體回路提供較大的揚程和驅動力，可用于大熱負荷下的冷卻散熱。

常見的毛細力驅動流體回路如毛細抽吸兩相流體回路(CPL)和環路熱管(LHP)，CPL最早在20世紀60年代由美國的F.J.Stenger首先提出，1971年前蘇聯提出了類似LHP的熱管，正式命名為LHP是在1989年由前蘇聯科學院Yu.F.Maidanik提出。CHL的蒸發器常采用多層粗絲網填充液體流道，細絲網包裹固體顆粒形成毛細結構形成彎月面提供毛細力。LHP中使用粒徑和孔徑更小的多孔燒結材料，常見的如鎳粉、Si₃N₄陶瓷吸液芯，可提供更高的毛細力，但其相應的蒸發器內阻力損失也增大。

機械泵驅動的流體回路主要使用各種葉片式、容積式泵驅動工質循環。流體在蒸發器內受熱相變，吸熱氣化后工質流向熱沉后冷凝，在泵作用下重新回流入蒸發器，不斷將熱源熱量帶至熱沉。常見的微通道換熱器截面多為矩形、三角形或圓形等單一幾何形狀，其可提供的毛細能力有限。同時，在發生工質相變時，隨著通道中氣相分數不斷增大，形成的氣泡體積過大時會形成氣塞堵塞液體流動使傳熱惡化并造成沿流動方向溫度不均。

發明內容

本發明的目的是提出了一種能夠同時提供一定毛細力并保持較大換熱能力、可同時用于毛細力驅動和機械泵驅動的流體回路的微通道冷板。

為達到上述目的，本發明的設計思路為：

1.可參考槽道熱管槽道結構設計低流動阻力、可提供一定毛細力的微通道結構。

2.根據已有微通道換熱器結構，結合槽道熱管氣、液流道設計，設計出含蒸氣腔的微通道換熱器，分離氣、液流道。

根據上述思路，本發明采用下述技術步驟。

一種泵流體回路用微通道冷板，包括：微通道底板11、結構支架12、擾流擋板13、蒸氣腔14、密封墊片15、耐熱蓋板16、緊固螺栓17、入口管線18、出口管線19。當工作時，冷板的底部安裝面吸收熱源熱量并將其均勻傳至微通道底部，通道內的液態工質受熱發生相變成為氣態工質。隨著氣態工質不斷形成并離開通道聚集在上部蒸氣腔，當壓力增大至一定程度時，氣態工質沿出口管線流出，冷板內工質的量減小，新的液體工質在驅動力的作用下重新流入。

當熱源加熱熱流較小時，微通道自身Ω形槽道對工質產生毛細力作用，毛細力為工質循環提供驅動力，此時冷板可作為毛細泵驅動的環路熱管中的蒸發器。當熱源加熱熱流較大時，需增大工質流量以增加冷板的散熱能力，系統采用機械泵驅動工質流動，此時冷板可作為機械泵流體回路中的蒸發器。

具體結構設計如下：

一種泵流體回路用復合槽道熱管結構的微通道冷板包括微通道底板11、結構支架12、擾流擋板13、蒸氣腔14、密封墊片15、耐熱蓋板16、緊固螺栓17、入口管線18、出口管線19，其中：

所述的微通道冷板的微通道底板11、結構支架12和耐熱蓋板16使用緊固螺栓17聯結在一起，微通道底板11和結構支架12以及結構支架12和耐熱蓋板16間有密封墊片15,進口管線18和出口管線19分別安裝在結構支架12的兩端。

所述的微通道底板11上有多個沿垂直入口管線方向排列的Ω形槽道，槽間距為1.6mm，槽道數目由冷板寬度決定；所述的Ω形槽道剖面包含矩形和圓形兩部分，其中，圓形部分直徑D＝0.8-1.2mm，矩形部分寬L＝0.2mm，高H＝0.5-2mm，Ω形槽道總深度不小于入口管線18外徑。

所述的結構支架12在垂直Ω形槽道的邊即短邊端面上各開一大小不同的圓孔，其中小孔與入口管線18相連，大孔與出口管線19相連。

所述的擾流擋板13為帶圓形開孔的半圓管，開孔關于擋板中線左右對稱，從內至外孔洞直徑關于對稱軸漸擴，孔間距成等差數列依次增大；擾流擋板13焊接固定于靠近小孔一側的結構支架12上，與其短邊平行。

所述的耐熱蓋板16下表面為一U型凸臺，凸臺短邊靠近入口管線18側。

本發明的優點是：