本發(fā)明涉及微通道冷凝器，尤其是涉及一種用于毛細泵環(huán)的交錯式微通道冷凝器。

背景技術：

隨著微電子技術的高速發(fā)展，處理器的主頻和集成度越來越高，單位容積上的芯片功耗急劇增加，導致熱流密度隨之增加。比如，一顆1w的led燈珠的熱流密度已經(jīng)達到100w/cm²；又如，計算機cpu的熱流密度普遍在60～100w/cm²，有的甚至高達200w/cm²。當電子芯片的熱流密度超過0.08w/cm²時，自然散熱已經(jīng)無法滿足其散熱要求；當熱流密度超過0.3w/cm²時，強迫對流散熱已經(jīng)達到極限。高熱流密度芯片的熱控制問題已經(jīng)成為當前制約高集成度芯片技術發(fā)展的瓶頸，電子元器件可靠性的改善、功率容量的增加、集成度的提高以及結(jié)構的微型化直接取決于芯片的熱控制問題的解決。

為解決高熱流密度電子芯片的散熱問題，近年來相變散熱得到了廣泛的應用。毛細泵環(huán)是典型的相變散熱裝置，由蒸發(fā)器、冷凝器、汽液聯(lián)管以及液體工質(zhì)等組成。蒸發(fā)器與電子芯片直接接觸，內(nèi)部的液體吸收了芯片的熱量汽化成蒸汽，相變壓力迫使蒸汽沿著蒸汽聯(lián)管到達冷凝器，液化后放出熱量變成液體，經(jīng)過液體聯(lián)管回到蒸發(fā)器。由于毛細泵環(huán)采用相變傳熱機制，其散熱能力比當前主要的散熱方式高2個數(shù)量級以上。通過吸液芯的毛細力和蒸汽相變壓力以及重力輔助運行，無需外部能源輸入，具有節(jié)能減排的優(yōu)勢。同時，工作時振動小，無噪音。將蒸汽和液體分開，吸液芯只存在于蒸發(fā)器，避免了熱管的攜帶極限，進一步提升了毛細泵環(huán)的散熱能力。

但是目前的毛細泵環(huán)存在冷凝不足的問題。當前的毛細泵環(huán)冷凝器主要采用風冷翅片式，利用空氣的強制對流散熱。由于空氣的對流換熱系數(shù)低，冷凝效率低，大量蒸汽無法在冷凝器充分冷凝就直接回到蒸發(fā)器，導致毛細泵環(huán)散熱效率下降。另一種冷凝器的散熱方式是水冷散熱，水的對流換熱系數(shù)高，可以有效提高冷凝器的冷凝效率，但目前的水冷式冷凝器均采用螺旋式銅管，或者是底部換熱平行微通道，導致蒸汽和冷卻水的接觸面積小，冷凝效率不高。為了增強冷凝效率，必須增加冷凝器的長度，這給毛細泵環(huán)的安裝和使用帶來不便。因此設計一款冷凝效率高、結(jié)構緊湊的冷凝器具有重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提供了一種用于毛細泵環(huán)的交錯式微通道冷凝器。該冷凝器的蒸汽和冷卻水通道交錯排布，兩者通過側(cè)壁面?zhèn)鳠?，有效增加了換熱面積，提高冷凝器的冷凝效率；優(yōu)化冷凝器出入口設計，有效降低壓降。

本發(fā)明設有微通道板、上蓋板、下蓋板、密封凹槽、管道連接頭；

所述微通道板由蒸汽通道和冷卻水通道組成，蒸汽通道和冷卻水通道相互間隔，交錯排布；所述微通道板正面為蒸汽、冷卻水通道和入口，所述微通道板背面為蒸汽、冷卻水出口；

所述微通道板正面和反面周圍設有密封凹槽；所述微通道板背面蒸汽出口采用收束式的槽道；所述上蓋板設有與微通道形狀吻合的微通道凸臺；所述上蓋板、下蓋板的周圍設有密封凸臺；所述上蓋板、下蓋板設有管道連接頭；蒸汽和冷卻水經(jīng)過微通道板正面的蒸汽和冷卻水入口進入各自的通道進行熱交換，然后在背面的蒸汽和冷卻水出口流出。

所述蒸汽通道和冷卻水通道的寬度可為0.5mm，深度可為1.5mm。

所述微通道板蒸汽入口和冷卻水入口可采取斜切面處理。

所述密封凹槽的深度可為0.25mm。

所述微通道凸臺的高度可為0.25mm。

所述上蓋板、下蓋板的周圍所設的密封凸臺高度可為0.2mm，所述密封凹槽留有間隙，間隙可為0.05mm，用于存儲密封膠。

所述上蓋板、下蓋板設有的管道連接頭采用傾斜布置，傾斜角可為30°。

本發(fā)明的工作原理為：來自毛細泵環(huán)蒸發(fā)器的蒸汽通過上蓋板的管道連接頭進入微通道板正面的蒸汽入口，在管道連接頭的傾斜角度及蒸汽入口的斜切處理作用下，蒸汽順利進入蒸汽通道，在此與來自冷卻水入口的冷卻水進行熱量交換，冷凝之后從微通道板的背面蒸汽出口流出，返回蒸發(fā)器。蒸汽通道和冷卻水通道相互間隔交錯排布，兩者通過微通道的側(cè)壁面?zhèn)鳠?。由于微通道深寬比較大，側(cè)壁面的面積比底面積大，且蒸汽可以同時和左右兩側(cè)的冷卻水進行熱量交換，大大提高了散熱面積。與底面換熱方式對比，側(cè)壁面?zhèn)鳠岱绞降纳崦娣e增加量為微通道深寬比乘以2，本發(fā)明的深寬比為3，即采用本發(fā)明的傳熱方式可以將散熱面積提高6倍以上，同時是螺旋式銅管冷凝器的8.4倍。所有通道均在微通道板的正面一側(cè)進入，另一側(cè)封住，僅在通道底面開有流通面積相同的通孔，從微通道板的背面流出，保證了蒸汽和冷卻水互相隔離。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的交錯式微通道冷凝器有如下優(yōu)點：蒸汽和冷卻水通過微通道側(cè)壁面?zhèn)鳠幔瑩Q熱面積大，冷凝效率高；管道連接頭傾斜設計和蒸汽、冷卻水入口斜切面處理，流體流通順暢，壓降小，提高了毛細泵環(huán)變熱負荷的靈敏度；由于冷凝效率高，其體積可以設計得較小，因此結(jié)構緊湊，占用空間小，便于安裝，節(jié)約成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構組成示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的毛細泵環(huán)工作示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的微通道正面、反面及蒸汽示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例的冷卻水通道示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例蒸汽入口與出口示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例冷卻水入口與出口示意圖。

圖7為本發(fā)明實施例的微通道上蓋板示意圖。

具體實施方式

以下通過具體實施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步說明和描述，但本發(fā)明不僅限于本實施例。

實施例1

如圖1～7所示的一種應用于毛細泵環(huán)的交錯式微通道冷凝器，包括上蓋板1-1、微通道板1-2、下蓋板1-3，所述上蓋板1-1、下蓋板1-3設有密封凸臺1-4和管道連接頭1-6。所述微通道板1-2的正面1-2a設有蒸汽通道1-2c和冷卻水通道1-2d，兩者相互間隔交錯排布，實現(xiàn)蒸汽和冷卻水的側(cè)面?zhèn)鳠帷Ｕ羝肟?-2a1設置在微通道1-2正面1-2a的右側(cè)，冷卻水入口1-2a2設置在微通道1-2正面1-2a的左側(cè)，兩者均采用斜切面處理，有效降低局部阻力損失。蒸汽出口1-2b1設置在微通道1-2背面1-2b的左邊，冷卻水出口1-2b2設置在微通道1-2背面1-2b的右邊。所述蒸汽出口1-2b1設有收束式槽道，防止冷凝后的液體壓力損失。所述冷卻水出口1-2b2采用斜切面處理。蒸汽只能在蒸汽入口1-2a1進入蒸汽通道1-2c，在另一端則被封閉，只在通道的底部開有面積跟通道橫截面相同的通孔1-2c1，蒸汽通過此孔從微通道正面1-2a進入背面1-2b，從而實現(xiàn)了蒸汽和液體的隔離。冷卻水通道1-2d采取相同的結(jié)構設計，只在冷卻水通道入口1-2a2另一端的冷卻水通道1-2d底部開有通孔1-2d1。所述微通道板1-2正面1-2a、反面1-2b設有密封凹槽1-5。所述密封凹槽1-5的深度為0.25mm，所述密封凸臺1-4的高度為0.2mm，兩者互相配合，且留有0.05mm的間隙用于儲存密封膠，有效保證微通道的密封性。所述管道連接頭1-6采用傾斜布置，其傾斜角為30°。所述上蓋板1-1設有微通道密封凸臺1-7，其形狀與蒸汽通道1-2c、冷卻水通道1-2d、蒸汽入口1-2a1、冷卻水入口1-2a2互相耦合，凸臺的深度為0.25mm，可以避免相鄰的蒸汽通道和冷卻水通道相互串通。

將交錯式微通道冷凝器1應用于毛細泵環(huán)，所述毛細泵環(huán)包括蒸發(fā)器3、微通道冷凝器1、蒸汽管2、液體管4、冷卻水進水管5和冷卻水出水管6，如圖2所示。工作時，電子芯片的熱量傳遞到蒸發(fā)器3，內(nèi)部的液體吸收汽化潛熱變成蒸汽，沿著蒸汽管2達到冷凝器1。蒸汽流經(jīng)傾斜布置的管道連接頭1-6和蒸汽入口1-2a1，在傾斜角和斜切面的作用下平緩進入蒸汽通道1-2c，有效降低了這一過程的局部阻力損失。蒸汽在此與同樣方式進入冷卻水通道1-2d的冷卻水進行側(cè)壁面熱交換，放出熱量之后冷凝成液體，然后經(jīng)過通孔1-2c1流向蒸汽出口1-2b1，最后返回蒸發(fā)器3。冷卻水吸收熱量之后經(jīng)過通孔1-2d1返回水箱。在熱交換時，蒸汽與兩側(cè)的冷卻水通過微通道的側(cè)壁面進行傳熱，增大了傳熱面積。相比于底面熱交換模式，側(cè)面熱交換模式的換熱面積增加量為微通道深寬比乘以2倍，本發(fā)明的深寬比為3，即側(cè)面積熱交換的面是底面熱交換的6倍，是螺旋管冷凝器的8.4倍。

本發(fā)明的交錯式微通道冷凝器，利用微通道的側(cè)壁面實現(xiàn)蒸汽和冷卻水的換熱，換熱系數(shù)高，冷凝器的冷凝效率好，將其應用于毛細泵環(huán)，可以大大提毛細泵環(huán)的傳熱效率，在高熱流密度電子芯片等領域具有廣泛的應用前景。