本發(fā)明涉及強(qiáng)化傳熱領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)極高熱流密度的基于細(xì)通道冷卻的高效旋轉(zhuǎn)散熱裝置。

背景技術(shù)：

微細(xì)通道冷卻是一種針對(duì)高熱流密度的強(qiáng)化傳熱方式，由于其具有換熱系數(shù)高、換熱面積大和結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷卻等優(yōu)點(diǎn)，在大功率微電子機(jī)械和芯片、燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片、航空航天熱控、大功率固體激光冷卻、高能粒子加速器靶系統(tǒng)等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。如專(zhuān)利CN201210132108即提出了一種適用于高熱流密度電子芯片的微細(xì)通道冷卻器，專(zhuān)利CN20151035710357490則提出了一種適用于燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片冷卻的微細(xì)通道冷卻結(jié)構(gòu)。也有研究者將微細(xì)通道冷卻與其他強(qiáng)化傳熱方式結(jié)合起來(lái)，以進(jìn)一步提高散熱能力。如專(zhuān)利CN201510717842即提出了一種適用于有源相控陣?yán)走_(dá)射頻組件冷卻的微噴射流與微細(xì)通道冷卻相結(jié)合的熱沉裝置。

微細(xì)通道冷卻能力與通道截面形狀、水力直徑、冷卻工質(zhì)類(lèi)型等許多因素有關(guān)。一般將水力直徑在0.01～0.2mm范圍內(nèi)的通道稱為微通道，水力直徑在0.2～3.0mm范圍內(nèi)的通道稱為細(xì)通道。當(dāng)其他影響因素一致時(shí)，通道水力直徑越小，換熱系數(shù)越高，但同時(shí)冷卻工質(zhì)流動(dòng)壓降也越大。針對(duì)冷卻元件與熱源相對(duì)靜止的情形，以水為工質(zhì)的微細(xì)通道冷卻熱流密度接近1kW/cm²。但有些在極端條件下工作的器件，其表面熱流密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1kW/cm²，并且其正常工作要求的最高溫度限值較低。這類(lèi)承載極高熱流密度的器件如果采用常規(guī)的微細(xì)通道冷卻方式，將很快達(dá)到臨界熱流密度，微細(xì)通道內(nèi)局部區(qū)域被冷卻工質(zhì)相變產(chǎn)生的氣體充塞，阻礙冷卻工質(zhì)流動(dòng)，器件局部溫度急劇升高，導(dǎo)致器件失效、結(jié)構(gòu)損毀、威脅人員安全等一系列嚴(yán)重后果。

為解決類(lèi)似器件在極端熱流密度下的有效散熱問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于細(xì)通道冷卻的高效旋轉(zhuǎn)散熱裝置。利用細(xì)通道強(qiáng)化傳熱，結(jié)合冷卻元件高速旋轉(zhuǎn)，使冷卻元件由原本的點(diǎn)集中受熱轉(zhuǎn)化為環(huán)帶均勻受熱，從而大大降低受熱點(diǎn)時(shí)均熱流密度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

一種基于細(xì)通道冷卻的高效旋轉(zhuǎn)散熱裝置，

包括冷卻元件、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、冷卻工質(zhì)供收管、旋轉(zhuǎn)接頭以及冷卻工質(zhì)；

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在冷卻元件的內(nèi)側(cè)面，所述冷卻工質(zhì)供收管設(shè)置在冷卻元件的外側(cè)面；

所述冷卻元件的內(nèi)側(cè)有受熱點(diǎn)；

所述旋轉(zhuǎn)接頭設(shè)置在所述冷卻工質(zhì)供收管上；

所述旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)通入所述冷卻工質(zhì)；

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)冷卻元件旋轉(zhuǎn)，用于提高冷卻元件可承載的熱流密度。

本發(fā)明還存在以下特征：

所述冷卻元件內(nèi)排布有多條細(xì)通道，所述細(xì)通道與冷卻工質(zhì)供收管連通，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)冷卻元件旋轉(zhuǎn)。

所述冷卻元件由高熱導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度金屬或復(fù)合材料制成，冷卻元件形狀為圓盤(pán)或球面盤(pán)結(jié)構(gòu)。

所述細(xì)通道截面形狀為矩形、圓形、三角形、梯形或異形；所述細(xì)通道的長(zhǎng)度方向?yàn)橹蓖ǖ?、U型通道、變截面通道、分形通道中的一種或多種。

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為直筒或錐筒狀結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)中的一種或多種。

所述冷卻工質(zhì)為水、液態(tài)金屬、有機(jī)冷卻劑、有機(jī)/無(wú)機(jī)溶液以及在這些冷卻劑內(nèi)添加不同納米顆粒所形成的各種納米流體。

所述冷卻工質(zhì)供收管固定不動(dòng)，與旋轉(zhuǎn)的冷卻元件之間通過(guò)冷卻介質(zhì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封。

所述冷卻元件的外側(cè)面設(shè)置有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

利用細(xì)通道強(qiáng)化傳熱，同時(shí)利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)冷卻元件高速旋轉(zhuǎn)，使冷卻元件由原本的點(diǎn)集中受熱轉(zhuǎn)化為環(huán)帶均勻受熱，從而極大地降低受熱點(diǎn)的時(shí)均熱流密度，突破常規(guī)細(xì)通道冷卻方式所能承載的最高熱流密度限值。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明中所述基于細(xì)通道冷卻的高效旋轉(zhuǎn)散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是細(xì)通道示意圖。

其中，1為冷卻元件；2為細(xì)通道；3為受熱點(diǎn)；4為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；5為冷卻工質(zhì)供收管；6為旋轉(zhuǎn)接頭；7為冷卻工質(zhì)；8為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；9為動(dòng)密封結(jié)構(gòu)；21為細(xì)通道入口；22為細(xì)通道出口。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

參照?qǐng)D1和圖2，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征詳述如下：

一種基于細(xì)通道冷卻的高效旋轉(zhuǎn)散熱裝置，其特征在于：

包括冷卻元件1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4、冷卻工質(zhì)供收管5、旋轉(zhuǎn)接頭6以及冷卻工質(zhì)7；

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4設(shè)置在冷卻元件1的內(nèi)側(cè)面，所述冷卻工質(zhì)供收管5設(shè)置在冷卻元件1的外側(cè)面；

所述冷卻元件1的內(nèi)側(cè)有受熱點(diǎn)3；

所述旋轉(zhuǎn)接頭6設(shè)置在所述冷卻工質(zhì)供收管5上；

所述旋轉(zhuǎn)接頭6內(nèi)通入所述冷卻工質(zhì)7；

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4驅(qū)動(dòng)冷卻元件1旋轉(zhuǎn)，用于提高冷卻元件1可承載的熱流密度。

所述冷卻元件1內(nèi)排布有多條細(xì)通道2，所述細(xì)通道2與冷卻工質(zhì)供收管5連通，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4驅(qū)動(dòng)冷卻元件1旋轉(zhuǎn)；

上述利用細(xì)通道2強(qiáng)化傳熱，同時(shí)利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4帶動(dòng)冷卻元件1高速旋轉(zhuǎn)，使冷卻元件1由原本的點(diǎn)集中受熱轉(zhuǎn)化為環(huán)帶均勻受熱，從而極大地降低受熱點(diǎn)的時(shí)均熱流密度，突破常規(guī)細(xì)通道2冷卻方式所能承載的最高熱流密度限值。

所述冷卻元件1由高熱導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度金屬或復(fù)合材料制成，冷卻元件1形狀為圓盤(pán)或球面盤(pán)結(jié)構(gòu)。

所述細(xì)通道2截面形狀為矩形、圓形、三角形、梯形或異形；所述細(xì)通道2的長(zhǎng)度方向?yàn)橹蓖ǖ?、U型通道、變截面通道、分形通道中的一種或多種。

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4為直筒或錐筒狀結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)中的一種或多種。

所述冷卻工質(zhì)7為水、液態(tài)金屬、有機(jī)冷卻劑、有機(jī)/無(wú)機(jī)溶液以及在這些冷卻劑內(nèi)添加不同納米顆粒所形成的各種納米流體。

所述冷卻工質(zhì)供收管5固定不動(dòng)，與旋轉(zhuǎn)的冷卻元件1之間通過(guò)冷卻介質(zhì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)9進(jìn)行密封。

所述冷卻元件1的外側(cè)面設(shè)置有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)8。

上述的冷卻元件1為鉻鋯銅片，其內(nèi)部沿圓周均勻排布若干組細(xì)通道2；細(xì)通道2截面為矩形，沿軸向?yàn)闃?shù)狀分叉形結(jié)構(gòu)，最小截面尺寸為1.0×2.0mm²；冷卻元件1的轉(zhuǎn)速大于1000rpm；背向受熱點(diǎn)3一側(cè)設(shè)計(jì)有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)8，也就是冷卻元件1的外側(cè)面設(shè)置有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)8，以保證冷卻元件1結(jié)構(gòu)的可靠性。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。