CN105588469A - 流动沸腾入口结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种流动沸腾入口结构，其包含入口部分，换热通道，单向节流元件和盖板；入口部分和换热通道通过螺栓连接，盖板通过螺栓与换热通道连接，单向节流元件设置于入口部分与换热通道之间；盖板与换热通道上表面连接，盖板与换热通道之间通过垫片密封。本发明适用面广，不仅适用于芯片散热，还可用于空调、制冷、微反应设备、换热器等存在流动沸腾换热的场合；大大提高了目前通道沸腾传热时的稳定性，扩大应用范围；结构简单，改进方便，可根据这一基础原理，只需拆开盖板就能更换不同的单向叶片，满足不同工况。
Description
技术领域
本发明涉及沸腾传热设备技术领域，具体的说，是一种流动沸腾入口结构。
背景技术
和单相流动传热相比，流动沸腾传热因相变潜热的存在，具有传热系数高，传热均匀性好的优点，广泛应用于高通量工业换热器，空调，制冷，大功率电子元器件冷却和航空航天设备热管理等领域。然而流动沸腾存在着不稳定性这一影响其效率的问题，会带来压力温度波动和临界热流密度的降低，严重的会导致传热设备的使用。
电子设备、化工设备的微小型化发展，是当代工业技术发展的必然。在电子芯片领域，晶体管等器件集成度越来越高，每年以40％-50％的增速发展，单位面积上的发热功率和热流密度也在不断上升。目前的单个芯片上，集成的器件数量已超过106个，热流密度接近MW/m2级，传统风冷技术已经不能满足我们的散热需求。微通道的液冷技术，根据不同介质流体和流动状态，传热能力约为5-100W/cm2，可满足电子芯片的散热需求。随着技术进步，晶体管集成度进一步提高，热流密度增大导致温度上升，但是电子设备对温度相当敏感，温度上升会直接影响器件的可靠性。在70-80℃水平上，每增加一度，可靠性下降5％，因此微电子器件的散热问题是目前国际研究的热点问题。微通道散热技术在航空航天、电子器件控温、强化换热等领域有着广泛的应用背景，对未来电子设备的小型化、紧凑化、高效化有着深远的意义。在化工机械领域，设备也在朝着大型化和微型化发展。微型化设备使用更加方便快捷，能根据实际需求迁移，充分利用各地的有效资源。截至2008年底，我国已探明天然气地质储量63.36亿立方米，可采储量为38.69亿立方米，剩余很大一部分零散分布在西北地区，目前的设备技术不适合开采。当前的开采设备都是针对资源相对集中区域设计的，设备体积、质量庞大，各个反应部分连接复杂。因此不能充分开采利用分散的天然气资源，经济价值不高。此外，我国煤炭、石油等资源也有一部分集成度较低，目前尚未能开采。微通道微反应设备的研发，将传统机械设备小型化，模块化，能实现简易的拆装、搬运，降低运输成本。因此能因地制宜的开采这些资源，有着更高的反应效率，更高的经济价值，节约大量成本。微通道反应器还能充分利用我国零散分布、储量丰富的生物质能，比如秸秆等可再生资源，有着巨大的经济效益。在费托合成、芳烃硝化、甲苯液相SO3磺化、富氢重整气中CO优先甲烷化净化等强放热吸热反应领域，微通道凭借高效的传热效率，能良好控制反应设备温度，保障反应的稳定进行。
微通道沸腾传热过程中，流体在狭小流道中汽化蒸发，汽泡的生长受到阻碍，会向流道进口出口两端生长，造成压力、流量的波动。随着热流密度增加，沸腾强度增加，压力、流量波动加剧，容易造成局部流道烧干，温度过高，损坏设备。如何保证沸腾流动的稳定性，温度分布的均匀性，是微通道沸腾传热技术必须解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对微小通道和常规管道的流动沸腾不稳定性问题，提供一种用于常规通道(不锈钢管)和微小通道内的流动沸腾入口结构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种流动沸腾入口结构，其包含入口部分，换热通道，单向节流元件和盖板；入口部分和换热通道通过螺栓连接，盖板通过螺栓与换热通道连接，单向节流元件设置于入口部分与换热通道之间；盖板与换热通道上表面连接，盖板与换热通道之间通过垫片密封。
入口部分的端盖上连接有管道接口，是流体的入口部分。
单向节流元件设置于端盖与流道之间，宽度和换热通道宽度相等，高度高于换热通道高度，安装好后底端固定，上端向流体流动方向弯曲；
单向节流元件，为弹性可弯曲的材料，宽度和换热通道宽度相同，弯曲后单向节流元件的顶端和盖板紧贴。在其他实施例如管道内不局限于该种方式，如弹簧压紧的单向阀结构。
单向节流元件为薄片状，下端夹在入口部分和换热通道接触面之间。
单向节流元件包含固定部分和弯曲部分，定部分夹在入口和换热通道之间用于固定，弯曲部分受到盖板的压力弯曲在通道内。
整个换热通道可方便拆卸、清洗。
较好地，保证流体介质顺利通过单向节流元件，又能阻止汽泡膨胀时回窜。沿着流动方向，单向节流元件容易弯曲，流体顺利流过；沿着流动反方向，单向节流元件弯曲应力较大，阻止汽泡往入口方向生长。
较好地，单向节流元件更好与端盖贴合，减少汽泡回窜，贴合处端盖表面粗糙度尽量低。
其中，根据不同的流体介质、不同的流道尺寸、不同的流道流量和压力，单向节流元件的材质和尺寸都可以随时调整。盖板与换热通道的连接结构、尺寸也可根据压力需要改变。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
1)既提高了沸腾传热稳定性，阻止了微通道流动沸腾中的逆流发生又减少现有技术带来的压降，尤其是在高流量情况下通过可随流量变化的入口开度灵活控制压降
(2)适用面广，不仅适用于芯片散热，还可用于空调、制冷、微反应设备、换热器、费托反应等，只要具有流动沸腾就适用。大大提高了目前通道沸腾传热时的稳定性，扩大应用范围。
(3)结构简单，改进方便，可根据这一基础原理，只需拆开盖板就能更换不同的单向叶片，满足不同工况。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2本发明的俯视图；
图3本发明的装配后的示意图；
图4本发明的实施例2的结构示意图；
附图中的标记为：1入口部分，2单向节流元件，3换热通道，4盖板，5：壳体，6弹簧，7支撑座，8换热管。
具体实施方式
以下提供本发明一种流动沸腾入口结构的具体实施方式。
实施例1
请参见附图1，2，一种流动沸腾入口结构，具体为一种平行微小通道流动沸腾入口限制装置，包括入口部分，单向节流元件，换热通道和盖板。其特征在于入口部分1和换热通道3通过螺栓连接，盖板4通过螺栓和入口部分1以及换热通道3连接，单向节流元件2为薄片状，下端夹在入口部分1和换热通道3接触面之间，通过入口部分1和换热通道3的螺栓预紧力固定，上端齿状条受盖板4压力弯曲在换热通道3的方形通道腔内。
以下结合总体装配图3说明本发明采用平行微小通道流动沸腾入口限制装置的工作原理。当有水或其他换热介质进入入口部分1时，首先流经单向节流元件2，无流动时单向节流元件2由于弹性回复力处于闭合状态，上端贴合在盖板4上，受到流动压力，单向节流元件2进一步形变打开，水或其他换热介质流入换热通道3，并在换热通道3内受热至沸点发生沸腾，此时由于入口节流元件2减小了换热通道3的入口截面积，带来额外压降，因而起到了入口限制的效果(入口限制的效果在于改变通道的流量-压降需求曲线，降低不稳定性)；又因为一旦流动压力消失，比如换热通道3内发生气泡快速增值乃至逆流的情况，入口节流元件2又会即时闭合，阻止逆流进一步发生，综合以上两种效果，该平行微小通道流动沸腾入口限制装置能很好地防止沸腾不稳定性的发生。
实施例2
一种流动沸腾入口结构，具体为一种换热管道的流动沸腾入口限制装置，包括入口部分，单向节流元件，壳体，弹簧，支撑座和换热管道。其特征在于，入口部分1和壳体5通过管螺纹连接，换热管8和壳体5通过管螺纹连接，支撑座7位于壳体5内，其右端面受到换热管接触压紧，左端面分别和壳体5和弹簧4接触，中间开孔，弹簧4位于单向节流元件2和支撑座7之间，单向节流元件2位于壳体5内，其外表面和壳体内腔接触，并可左右滑动，受弹簧4压力左端锥形面和壳体5内腔拐角接触，其左端面和左端圆柱体上开有孔，其圆柱体上的孔位于壳体5的内凹腔部分。
以下结合图4说明本发明采用换热管道的入口限制装置的工作原理。水或其他换热介质从入口部分1流入，进入到壳体5，流速较低时通过单向节流元件2左端面的孔进入换热管道8，由于流动截面收缩，起到节流限制作用，改变通道的流量-压降需求曲线，控制和降低了沸腾不稳定性；当流速较大时，单向节流元件2受到流体压力挤压弹簧4向右移动，流体通过单向节流元件2左端面和壳体5的侧间隙进入壳体5的内凹腔，并通过单向节流元件2左端圆柱体上的孔进入换热管道8，减小了大流量下的压降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种流动沸腾入口结构，其特征在于，其包含入口部分，换热通道，单向节流元件和盖板；入口部分和换热通道通过螺栓连接，盖板通过螺栓与换热通道连接，单向节流元件设置于入口部分与换热通道之间；盖板与换热通道上表面连接，盖板与换热通道之间通过垫片密封。
2.如权利要求1所述的一种流动沸腾入口结构，其特征在于，入口部分的端盖上连接有管道接口，是流体的入口部分。
3.如权利要求1所述的一种流动沸腾入口结构，其特征在于，单向节流元件设置于端盖与换热通道之间，宽度和通道宽度相等，高度高于换热通道高度，安装好后底端固定，上端向流体流动方向弯曲。
4.如权利要求1所述的一种流动沸腾入口结构，其特征在于，单向节流元件，为弹性可弯曲的材料，宽度和换热通道宽度相同，弯曲后单向节流元件的顶端和盖板紧贴。
5.如权利要求1所述的一种流动沸腾入口结构，其特征在于，单向节流元件为薄片状，下端夹在入口部分和换热通道接触面之间。
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