[發明專利]一種陣列射流、固液相變相耦合的電子器件散熱方法

有效

• 申請號: 201710802180.9
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107567247B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 張嘉杰;陰繼翔;馬素霞;王磊
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明屬于電子器件散熱方法的技術領域，具體涉及一種陣列射流、固液相變相耦合的電子器件散熱方法，解決了大功率電子器件高熱流密度散熱問題。實施所述方法的結構為陣列射流結構；實施所述方法的流動工質為相變納膠囊懸浮液，相變納膠囊懸浮液與目標物發生熱交換，實現對目標物的溫度控制。本發明將相變納膠囊懸浮液用于浸沒式陣列射流沖擊換熱，其中相變囊芯的固液相變換熱以及納膠囊顆粒的擾流作用可明顯提高陣列射流的換熱性能，實現對高熱流密度條件下目標物的散熱需求。本發明采用的固液相變強化換熱方式相對更為穩定，散熱結構更為簡單。

技術領域

本發明屬于電子器件散熱方法的技術領域，具體涉及一種陣列射流、固液相變相耦合的電子器件散熱方法。

背景技術

隨著微機械加工水平的不斷發展，電子器件逐步向著微型化、高度集成化及高工作頻率的方向發展，這就使得其工作時的熱流密度迅速升高，可高達100W/cm²，因此，采用高效可靠的冷卻方案實現對電子器件的熱控制，對保證其安全工作至關重要。

射流沖擊是將流動工質通過噴嘴高速沖擊到目標物，由于流質的高速作用使得其在目標物滯止點附近的邊界層很薄，可以達到強烈的換熱效果。陣列射流是將多個噴嘴以一定的陣列形式進行布置，形成多股射流。相對于單噴嘴射流，陣列射流可以在沖擊面形成多個駐點區域，保證沖擊面上的對流換熱系數分布更均勻，溫度均勻性更優。文獻1[Muszynski T, Andrzejczyk R. Applicability of arrays of microjets heattransfer correlations to design compact heat exchangers. Applied ThermalEngineering, 2016, 100: 105-113]以水作為工質實驗研究了陣列射流的換熱性能，對流換熱系數可高達10000W/m²K，實現對高熱流密度表面的有效冷卻。

現有的電子器件散熱方法有利用沸騰冷卻來強化陣列射流的散熱技術，例如中國專利201110122114.X，公開了一種高熱流密度條件下陣列射流、沸騰冷卻耦合換熱方法，其將單相陣列射流沖擊冷卻和沸騰換熱結合，利用冷卻液的蒸發潛熱移除電子器件的熱量，即選取沸點在-20℃ -30℃的冷卻液，通過控制工質壓力在-0.5bar-10bar，獲得所需范圍內的沸點溫度，將冷卻液泵送至陣列射流沖擊裝置，通過射流孔射流在換熱表面上，同時控制冷卻液的溫度和壓力，使冷卻液在射流換熱后部分發生相變，利用冷卻液的汽化潛熱散熱，換熱后殘余液體以及汽化的氣體在壓差作用下排除，完成整個陣列射流、沸騰冷卻耦合換熱過程。雖然該方式換熱效果提高明顯，但由于其采用氣液相變方式，需要將工質壓力控制在一定的范圍，因此對裝置整體的密封性要求較高；同時，氣液相變過程不易穩定，較難控制，系統壓降功耗較大，因此，工程實現具有一定難度。

發明內容

本發明的目的在于解決大功率電子器件高熱流密度散熱問題，提供了一種陣列射流、固液相變相耦合的電子器件散熱方法，該方法相對以往高熱流密度散熱方法，具有換熱系數大、目標物溫度均勻性好、結構簡單、工質流量小等優點。

為達上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種陣列射流、固液相變相耦合的電子器件散熱方法，實施所述方法的結構為陣列射流結構；實施所述方法的流動工質為相變納膠囊懸浮液，相變納膠囊懸浮液與目標物發生熱交換，實現對目標物的溫度控制。

所述的陣列射流結構包括工質入口、緩沖腔、陣列孔板以及工質出口，所述的相變納膠囊懸浮液由工質入口進入緩沖腔，經過緩沖腔后的相變納膠囊懸浮液在通過陣列孔板前具有了相同的壓力以及溫度，然后經過陣列孔板形成浸沒式陣列射流沖擊到目標物的表面，相變納膠囊懸浮液在與目標物進行熱交換后由工質出口流出，相變納膠囊懸浮液在與目標物發生熱交換時，相變納膠囊懸浮液中相變納膠囊顆粒內的相變囊芯發生固液相變，利用固液相變過程中的潛熱吸收來強化陣列射流的換熱性能，實現對目標物的溫度控制。