一种逆流式微通道耦合射流换热器

本发明涉及电子器件散热，尤其涉及一种逆流式微通道耦合射流换热器。

背景技术：

1、随着微电子行业的迅猛发展，电子器件的体积不断缩小而发热功率却越来越大，这使得其内部产生的热量难以散出，导致温度不断升高。过高的温度不仅影响电子器件的功能和使用寿命，严重时甚至还会烧毁电子器件引发火灾等安全事故。此外，由于电子器件温度分布不均匀所产生热应力，还会再次对其造成损害。因此，高热流密度电子器件的散热问题，严重制约着微电子行业的快速发展。

2、目前，高热流密度电子器件常用的散热技术主要是微通道热沉冷却和射流冲击冷却。但是，传统的微通道热沉冷却技术均温效果较差，这主要是由于微通道内冷媒的温升效应和各流道间冷媒分配不均匀问题造成的。此外，传统的射流冲击冷却技术，由于局部换热系数会随着与射流直接冲击区域距离的增加而急剧下降，因此也面临着换热不均匀的问题。

3、微通道耦合射流系统是一种将微通道热沉冷却和射流冲击冷却结合起来的新型散热技术。相较于传统的微通道热沉冷却，微通道耦合射流系统通过添加射流的方式提高了微通道内流体的湍动程度，从而强化了对流换热能力。相较于传统的射流冲击冷却技术，微通道耦合射流系统借助微通道使流体在射流直接冲击区域之外仍然能够保持较高的湍动程度，从而延缓了局部传热系数的降低。因此，对于高热流密度散热问题，微通道耦合射流系统获得众多研究人员的青睐。

4、尽管微通道耦合射流系统具有优异的换热性能，但是由于系统中射流冲击方向通常与微通道流动方向相互垂直，导致二者之间产生干扰。当微通道耦合射流系统中的微通道长度较长或传热表面较大时，水平横流的影响会阻止出口附近的射流垂直冲刷传热表面，使得局部传热系数由通道中间向两端逐渐减小，导致通道温度分布不均匀，从而恶化系统整体的传热性能。因此，以上因素严重限制了微通道耦合射流系统均温性能的提升。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种逆流式微通道耦合射流换热器。根据微流道内射流冲击换热温度场分布的特点(即流道中间区域局部温度较低，而流道两端区域局部温度较高)，本发明将微通道耦合射流换热技术和逆流式换热技术相结合，将换热板上相邻两条微流道交错排布，在充分利用微通道耦合射流换热优势的基础上，还能够借助相邻微流道之间的温差进行进一步热交换，提升了均温性能。此外，在相邻射流之间设置的分布式回流结构，还能够使得换热后的冷媒在不影响周围射流的情况下快速离开冲击区域，实现了换热后冷媒的及时排放，避免了射流冲击与微通道流动之间的相互干扰问题，进一步提升了系统整体的均温性能。

2、本发明是通过以下技术方案来实现的：一种逆流式微通道耦合射流换热器，由下而上依次包括盖板、第一分流板、第二分流板、射流板和换热板；所述第一分流板、第二分流板、射流板和换热板之间设有由上而下流通的入流通道和由下而上流通的出流通道，所述入流通道与所述出流通道均设有若干条，所述入流通道的出口与所述出流通道的进口在所述换热板处连通，所述第一分流板设有冷媒入口和冷媒出口，所述入流通道的进口与所述冷媒入口连接，所述出流通道的出口与所述冷媒出口连接。

3、所述第一分流板包括第一矩形框结构、设置在第一矩形框结构底部的底面、以及两块第一肋板；所述第一肋板沿x轴方向设置，其两端与第一矩形框结构的一组对侧边分别连接，两块所述第一肋板平行设置并将第一矩形框结构划分成供冷媒进出的三个主流道，分别为位于中间的冷媒进入流道和位于两侧的冷媒排出流道；第一矩形框结构底部的底面包括第一底面和第二底面，所述第一底面位于所述冷媒进入流道内，所述第二底面位于所述冷媒排出流道内，所述第一底面沿x轴方向规律排布有若干块，所述第二底面沿x轴方向规律排布有若干块；相邻所述第一底面之间形成第一长条状开口，相邻所述第二底面之间形成第二长条状开口；所述第一底面两端分别固定在两块所述第一肋板上，所述第二底面两端与所述第一肋板、第一矩形框结构边框分别连接；所述第一长条状开口与所述第二长条状开口沿着冷媒流动方向交错排布，所述第一底面与所述第二底面交错排布；沿x轴方向，所述冷媒入口位于所述第一分流板一端的中间位置并与所述冷媒进入流道连通，所述冷媒出口位于所述第一分流板另一端的两侧位置并与所述冷媒排出流道连通；所述冷媒出口设有两个，分别为第一冷媒出口和第二冷媒出口，所述冷媒排出流道设有两个，分别为第一冷媒排出流道和第二冷媒排出流道，所述第一冷媒出口与所述第一冷媒排出流道连通，所述第二冷媒出口与所述第二冷媒排出流道连通；所述冷媒进入流道与所述第一长条状开口构成入流通道的一部分，所述冷媒排出流道与所述第二长条状开口构成出流通道的一部分。

4、所述第二分流板包括第二矩形框结构、若干块第二肋板、若干块第三底面、和两块第四底面；沿x轴方向，若干块所述第二肋板平行排布设置，其两端与所述第二矩形框结构的一组对侧边分别连接，所述第二肋板将第二分流板划分为若干第三长条状开口和若干条状凹腔，所述第三长条状开口和条状凹腔沿x轴方向交错排列；所述第三长条状开口贯穿所述第二分流板上下底面，位于两侧的所述第二肋板通过所述第四底面与所述第二矩形框结构连接；位于内部的两个相邻所述第二肋板之间通过所述第三底面连接并构成一个所述条状凹腔；由侧端所述第二肋板、所述第四底面与所述第二矩形框结构之间构成一个所述条状凹腔；所述第三底面设置有若干个透孔，若干个透孔沿y轴方向排布；所述第四底面设置有若干个透孔，若干个透孔沿y轴方向排布；相邻所述条状凹腔内的透孔沿y轴方向交错排布；所述第三长条状开口中段对准所述第一长条状开口，所述第三长条状开口两端为所述第二底面覆盖；所述条状凹腔中段的透孔为所述第一底面覆盖，所述条状凹腔两端的透孔对准所述第二长条状开口；所述第三长条状开口构成入流通道的一部分，所述条状凹腔与所述透孔构成出流通道的一部分。

5、位于所述第二分流板两端的两个条状凹腔的宽度为其余条状凹腔宽度的一半；位于所述第二分流板两端的两个较窄条状凹腔内的透孔呈单列排布，其余条状凹腔内的透孔呈双列排布。

6、所述射流板包括第五底面和设置在第五底面上的凸起结构；所述第五底面上设置有沿x轴方向排布的若干列射缝，若干个射缝沿y轴方向间隔排成一列，相邻两列射缝之间交错排布；所述凸起结构设有沿x轴方向排布的若干列，若干个所述凸起结构沿y轴方向间隔排列成一列，相邻两列凸起结构之间交错排布；沿x轴方向，位于所述射流板两端的两列射缝的长度为其余列数射缝长度的一半，同时，位于所述射流板两端的两列凸起结构的宽度为其余列数凸起结构宽度的一半；单列所述射缝与单列所述凸起结构重叠在同一列内，所述射缝与所述凸起结构间隔设置；所述凸起结构上设置有若干通孔，所述通孔贯穿所述射流板的上下侧面，所述凸起结构的通孔与所述第二分流板的透孔位置相对应，二者共同组成换热后冷媒的出流通道的一部分；所述凸起结构以外的所述第五底面的空间与所述射缝构成入流通道的一部分。

7、所述射流板两端的两列较窄凸起结构的通孔呈单列排布，其余列数所述凸起结构的通孔呈双列排布。

8、沿y轴方向，所述换热板内设置有若干个成排且平行设置的第三肋板，若干个所述第三肋板将所述换热板分成若干个平行微流道；所述换热板内设置有若干列所述间隔肋板，若干个所述间隔肋板沿y轴方向间隔一条平行微流道排列成一列，相邻两列所述间隔肋板之间交错排布；所述换热板的平行微流道由所述间隔肋板分割成多段第一微流道和多段第二微流道；所述第二微流道的长度为所述第一微流道长度的一半；沿y轴方向，相邻每行微流道之间呈交错排布；所述第一微流道的中心对应所述射流板上较长的射缝，为冷媒的直接冲击位置；所述第一微流道的两端则对应所述射流板上通孔的位置；所述第二微流道的一端对应所述射流板上较短的射缝，为冷媒的直接冲击位置，所述第二微流道的另一端对着所述射流板上通孔的位置。

9、与现有技术对比，本发明的优点在于：本发明将微通道耦合射流换热技术和逆流式换热技术相结合，充分利用相邻微流道之间的温差进行进一步热交换，极大地提升了系统的均温性能。此外，在相邻射流之间设置的分布式回流结构，使得换热后的冷媒在不影响周围射流的情况下快速离开冲击区域，实现了换热后冷媒的及时排放，避免了射流冲击与微通道流动之间的相互干扰问题。