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CN106711112B - 一种加入扰流元件的微通道换热器 - Google Patents

一种加入扰流元件的微通道换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加入扰流元件的微通道换热器，一种新型芯片冷却系统，冷却液由冷却液进口进入微通道换热器，经过四条均匀分布的分液槽,进入微通道中，微通道内布置有扰流元件，使冷却液加速生成二次流、漩涡，增加冷却液的扰动，打破微通道中流体的边界层，降低对流换热的热阻，增大换热因子，提高换热效率。冷却板表面加工有密封槽，该密封槽与橡胶密封圈、冷却板盖板组合形成密封结构。工作过程中，冷却液随着温度的升高而汽化，内部压力高于大气压。该密封结构有利于防止冷却液的泄漏。

Description

一种加入扰流元件的微通道换热器
技术领域
本发明涉及一种能有效降低芯片温度并保证芯片温度分布均匀性的微通道换热器，属于微通道换热技术领域。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，在能源动力、航天航空、生物化工、微电子技术、军工核能等先进工程领域，其热交换系统的传热负荷及强度日益增强，如新型太阳能系统-聚光式光伏热系统(CPTV)的冷却、大功率LED的散热、微电子器件的散热、激光二极管阵列的冷却等，不仅瞬态热流密度高，而且散热底面积非常小。若不能及时有效地降低器件表面温度，将会造成器件工作性能下降，甚至烧毁。因此，高热流密度微型器件及设备的散热问题严重制约着高新技术的发展，越来越受到国际传热界及相关工业领域的高度重视。
随着微电子技术的快速发展，电子设备的集成化程度越来越高，对运行温度的均匀性提出了更高的要求。如现代芯片的晶体管数量高达数十亿的级别，但是散热器的尺寸却必须限制在4cm2内，而且散热量极高。据统计，55％的电子器件失效是由于工作温度过高导致的,热失效是机载电子设备发生故障的主要原因。
发明内容
一般而言，换热器的工作流程是：冷却液在流量泵1的驱动下由冷却液储液箱6进入微通道换热器2中，在微通道换热器的强大换热能力作用下把芯片3产生的热量转移到冷却液中。接着，冷却液进入外部散热片4，在风扇5强制风冷的作用下冷却液再度冷却，进入冷却液储液箱6完成一个循环。这样就解决了芯片散热面积小，热流密度高，强制风冷不能有效散热的问题。
本发明旨在提供一种有效控制芯片温度并保证芯片温度分布均匀性的微通道换热器。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种加入扰流元件的微通道换热器，该微通道换热器包括冷却板7、冷却液进口8、冷却液分液槽9、微通道10、扰流元件11、冷却液集液槽12、冷却液出口13、橡胶密封圈14、冷却板盖板15、螺栓孔16。冷却液集液槽12设置在冷却板7内部；冷却液进口8、冷却液分液槽9、微通道10、扰流元件11均设置在冷却液集液槽12内；冷却液由冷却液进口8设置在微通道换热器的中间，冷却液由冷却液进口8流入微通道换热器，经过四条均匀分布的冷却液分液槽9进入微通道10中，微通道10内布置有扰流元件11，扰流元件11使冷却液加速生成二次流、漩涡，以增强冷却液的扰动性能，打破微通道10中冷却液的边界层，降低对流换热过程产生的热阻，并增大换热因子提高换热效率。
冷却液出口13设置在四条均匀分布的冷却液分液槽9的末端；
冷却板7表面加工有密封槽，该密封槽通过橡胶密封圈14与冷却板盖板15连接，冷却板7与冷却板盖板15组合形成密封结构。工作过程中，冷却液随着温度的升高而汽化，内部压力高于大气压，该密封结构防止冷却液的泄漏。螺栓孔16设置在冷却板盖板15的周向。
橡胶密封圈14采用耐腐蚀弹性材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、微通道换热器中设置有分液槽，能将冷却液均匀的分布到换热器中，保证了芯片温度分布的均匀性。
2、微通道换热器中的微通道中设置有扰流元件，使微通道中的冷却液产生漩涡、二次流，打破流体的边界层，大大提高了换热效率。
附图说明
图1是微通道换热器工作流程图。
图2是本发明微通道换热器内部结构图。
图3是本发明的橡胶密封圈的主视图。
图4是本发明的冷却板盖板的主视图。
图5速度云图。
图6温度云图。
图中：1、流量泵，2、微通道换热器，3、芯片，4、散热片，5、风扇，6、冷却液集液箱，7、冷却板，8、冷却液进口，9、冷却液分液槽，10、微通道，11、扰流元件，12、冷却液集液槽，13、冷却液出口，14、橡胶密封圈，15、冷却板盖板，16、螺栓孔。
具体实施方式
图2是本发明的核心部件之一。微通道换热器内部设置有4条冷却液分液槽，可以将冷却液均匀的分布到微通道换热器的每部分，保证了冷却液分布的均匀性，进一步保证了温度分布的均匀性。微通道换热器内部设置了多条微通道，而且微通道中设置有扰流元件，使微通道中的冷却液产生漩涡、二次流，打破流体的边界层，大大提高了换热效率。
图2中冷却板7、图3中橡胶密封圈14、图4中冷却板盖板15组合形成冷却液密封结构。橡胶密封圈14需采用耐腐蚀弹性材料，冷却过程中，冷却液受热汽化，造成微通道换热器内部压力大于外界气压，所以冷却液泄漏的事故时有发生，而该种密封结构可以有效防止冷却液泄漏。
图5速度云图；从速度云图可以看出，微通道换热器内部流体的运动速度比较统一，这为有效的控制温度均匀性提供了保障。
图6温度云图；从温度云图可以看出，温度分布比较统一，满足了芯片对温度分布均匀性的要求。扰流元件的添加，破坏了流体的边界层，为提高微通道换热器换热性能做出了突出贡献。
从温度分布均匀性、换热效率以及密封性的角度讲，本发明是一款安全、有效的换热装置。

Claims (2)

1.一种加入扰流元件的微通道换热器，其特征在于：该微通道换热器包括冷却板(7)、冷却液进口(8)、冷却液分液槽(9)、微通道(10)、扰流元件(11)、冷却液集液槽(12)、冷却液出口(13)、橡胶密封圈(14)、冷却板盖板(15)、螺栓孔(16)；冷却液集液槽(12)设置在冷却板(7)内部；冷却液进口(8)、冷却液分液槽(9)、微通道(10)、扰流元件(11)均设置在冷却液集液槽(12)内；冷却液由冷却液进口(8)设置在微通道换热器的中间，冷却液由冷却液进口(8)流入微通道换热器，经过四条均匀分布的冷却液分液槽(9)进入微通道(10)中，微通道(10)内布置有扰流元件(11)，扰流元件(11)使冷却液加速生成二次流、漩涡，以增强冷却液的扰动性能，打破微通道(10)中冷却液的边界层，降低对流换热过程产生的热阻，并增大换热因子提高换热效率；
冷却液出口(13)设置在四条均匀分布的冷却液分液槽(9)的末端；
冷却板(7)表面加工有密封槽，该密封槽通过橡胶密封圈(14)与冷却板盖板(15)连接，冷却板(7)与冷却板盖板(15)组合形成密封结构；工作过程中，冷却液随着温度的升高而汽化，内部压力高于大气压，该密封结构防止冷却液的泄漏；螺栓孔(16)设置在冷却板盖板(15)的周向。
2.根据权利要求1所述的一种加入扰流元件的微通道换热器，其特征在于：橡胶密封圈(14)采用耐腐蚀弹性材料。
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