本创新设计介绍了一种新型双密度微通道蒸发器及其分离式热管系统。该系统包含高密度和低密度微通道,分别位于上部面的两侧。外壳分为中间外壳和两侧外壳,中间外壳覆盖并包裹高密度微通道层,而两侧外壳则覆盖并包裹低密度微通道层。流体进口位于中间外壳中间,出口则位于两侧外壳中间,并与低密度微通道相连。此设计有效解决了浸没冷却中的局部热点问题和发热部件过热问题,同时简化了结构,减少了占地面积。
背景技术
换热器是将冷热流体进行热量交换的设备,也称热交换器。换热器在诸多领域均被广泛应用。在如电子,石化,通信,航空航天等领域由于其工作场景较为特殊,因此对换热器的尺寸和重量有着特殊要求,且要求其换热能力更强。1981年有学者提出利用微通道进行散热,既可以缩小换热器的体积又可以利用微通道较高的比表面积大幅提高其换热能力。然而其虽然换热能力较强,但由于微通道的水力直径较小其整体的压力损失也较高。
大量研究发现,微通道换热器还存在温度分配不均匀的问题,1991年又有学者在其微通道换热器的基础上提出了歧管式微通道换热器,并大幅降低其整体压力损失。然而大量的研究表明歧管微通道内流体分布并不均匀,导致其温度分布并不均匀。
随着散热设备的不断发展和普及,其功率密度不断增加,导致设备内部产生的热量也逐渐增加。有效的散热已成为确保散热设备长期稳定运行的关键因素之一。然而,传统的散热技术在满足高效散热和小型化设备需求上面临挑战。
目前,大功率散热设备广泛采用两种散热方法。其一是依赖风扇推动空气的强迫风冷散热,其设计简单、维护容易,如分离式热管,但存在功耗高、噪音大、需要大面积的散热器无法灵活改造等问题。其二则是利用泵推动的微通道液冷散热器,通过微小的通道结构增加热量与流体接触面积,在较小空间内实现高效散热,提高散热效率。然而,传统微通道散热技术存在两个主要问题:一是由于水力直径较小而导致的进出口压降过大,二是微通道内部温度分布不均匀。
专利CN117419589A公开了一种多级分离式重力热管微通道换热器,涉及热管换热器技术领域,包括固定壳体,固定壳体内设有连接板,连接板将固定壳体的内部空间分隔为与外界连通的蒸发区和密封的冷凝区,并可隔绝蒸发区与冷凝区之间的热交换;蒸发区内设有多级蒸发装置,冷凝区内设有多级冷凝装置,多级蒸发装置与多级冷凝装置之间连通有工质,蒸发区内流通有蒸发介质,蒸发介质与多级蒸发装置可将多级蒸发装置内的液态工质气化,冷凝区流通有冷却介质,冷却介质与多级冷凝装置可将多级冷凝装置内的气态工质液化,形成工质在液态与气态之间的循环切换;该种多级换热器具有多级蒸发-冷凝工质循环,板内工质的蒸发冷凝温度和压力逐级减小,具有优异的冷却效果。
专利CN117824179A公开了一种多级分离式微通道重力热管末级耦合制冷系统,包括换热装置,换热装置包括蒸发部,蒸发部一侧设有热端风机,可将高温空气吹向蒸发部,并可将蒸发部内的液态工质气化;换热装置还包括冷凝部,冷凝部远离热端风机一侧设有冷端风机,可将冷却空气吹向冷凝部,并可将冷凝部内的气态工质液化;蒸发部与冷凝部之间连通有上升部、下降部;上升部并联有上升增强部,下降部并联有下降增强部,上升部与上升增强部之间、下降部与下降增强部之间均设有切换装置;在现有的分离式重力热管换热器中设置多级蒸发器-冷凝器的循环,并在系统的末级额外设置制冷系统,使整个装置能达到更强的冷却能力,以应对数据中心突发所需更大制冷量的情况。
但上述专利都集中在提高微通道散热器性能方面,没有考虑散热设备本身存在的功率分布不均匀现象,通常其内部产生的热量比其他区域更为集中,中间区域热量散发不足可能导致设备过热,甚至损坏,四周过量散热会导致能量浪费,因此需要采取有效的散热措施来平衡这种功率不均匀的情况。
实现思路