[发明专利]一种冷媒相变冷板

说明书

本发明公开了一种冷媒相变冷板，包括：冷板基板，其上布置有入口混合腔、出口混合腔，及用于连通入口混合腔和出口混合腔的流道；设置于冷板基板上，对流道进行封闭的盖板，发热元件设置在盖板和/或冷板基板上。流道包括彼此连通的正向流道和逆向流道，正向流道与逆向流道之间通过弯道连通，冷媒从入口混合腔进入，经过一级以上的正向流道及一级以上的逆向流道后，从出口混合腔流出。正向流道和逆向流道均包括彼此连通的突缩流道和扩张流道，每通过一次突缩流道和扩张流道，使冷媒在流道内每隔一段距离发生一次水力空化过程。本发明能够解决现有冷板通道内两相流流型分布和不同方向上的流动不稳定，换热性能不高的技术问题。

技术领域

本发明涉及电力电子器件散热技术领域，尤其是涉及一种基于水力空化效应或气液分离效应的冷媒相变冷板。

背景技术

大功率电力电子器件的散热技术中，流动沸腾是换热系数最高的形式之一，在现有的大功率电力电子器件的散热器中，采用流动沸腾技术的冷媒相变冷板效率较高。流动沸腾换热性能与气液两相的分布和流动特性密切相关，例如干度较高时换热表面被气相所覆盖会导致换热恶化。基于这一技术的冷媒相变冷板常常采用单一的蛇形流道布置方案，而没有考虑到气液两相流的流动特性，大大限制了冷板换热性能的提升。这种方案往往还存在以下技术缺陷：

(1)流道的管径单一，气液两相混合流动的阻力较大；

(2)冷板竖直放置时存在上升流与下降流，而流动沸腾换热性能对流动方向(上升流、下降流)较为敏感，下降流时气液流动的不稳定性大大降低了冷板的换热性能；

(3)当流道内的气相含量较高时，流道内换热表面上可能出现大面积干涸，导致表面温度飞升。

在现有技术中，与本发明申请较为相似的技术方案主要有：

方案1为中国长江三峡集团公司于2014年01月02日申请，并于2014年06月04日公告，公告号为CN203633055U的中国实用新型专利《一种具有新型换热结构及自适应特性的热沉散热装置》。该实用新型专利公开了一种具有新型换热结构及自适应特性的热沉散热装置，热沉散热装置由微通道热沉系统、微泵装置、动力补给系统和供电装置组成。微通道热沉系统由顶盖板、引流板和热沉板按照从上到下的顺序封装而成，热沉板上加工有微通道。微通道由水力直径不一的多种微通道通过多级组合而成。该实用新型可以实现高换热强度的散热装置，其具有自适应特性，适用于小尺寸、高热流密度发热部件，如电子器件、激光器件等。但是该方案适用于单相换热，不涉及到冷媒的相变换热。

方案2为中国科学院工程热物理研究所于2014年05月16日申请，并于2014年07月30日公开，公开号为CN103954162A的中国发明专利申请《一种强化微通道换热的低阻水力空化结构》。该发明申请公开了一种强化微通道换热的低阻水力空化结构，主要包括：一基底平板，该基底平板上均匀平行地设置有若干冷却微通道。冷却微通道的一端为入口，另一端为出口，入口设有流量分配腔，出口设有液体汇集腔。在流量分配腔与液体汇集腔之间的各冷却微通道中设有诱发空化现象的渐缩-渐扩水力结构。渐缩-渐扩水力结构的喉部段长度与冷却微通道宽度的比值为0.1～1，渐缩-渐扩水力结构的渐缩段入口锥角为15～45°，渐缩-渐扩水力结构的渐扩段出口锥角为15～90°。该发明可以在强化微通道换热的同时，降低液体的流动阻力损失，减少为了诱发空化而额外增加的泵功输入。该发明适用于单相流换热，其效果是使得溶解于液体中的气体在压力低于饱和蒸气压时逸出，但是并未考虑伴随有沸腾换热的情形，沸腾换热时产生大量的气泡，将会与空化作用产生耦合效应。