[发明专利]用于高功率密度电力设备冷却的沸腾强化传热结构、液盒

说明书

本发明属于设备冷却技术领域，具体涉及一种用于高功率密度电力设备冷却的沸腾强化传热结构、液盒，旨在解决高功率密度电力电子设备的散热问题；其中，沸腾强化传热结构包括板状本体、第一结构段、第二结构段和第三结构段，第一结构段、第二结构段、第三结构段沿着板状本体的纵向依次覆设；第二结构段与第一结构段构成下台阶结构，第三结构段与第二结构段构成下台阶结构；并且第一结构段覆设于冷却工质流入区域，第三结构段覆设于冷却工质流出区域；第一结构段的外表面设置有第一锯齿状沟槽；第二结构段的外表面设置有第二锯齿状沟槽；第三结构段的外表面设置有第三锯齿状沟槽；本发明可有效强化沸腾传热，大幅提高液盒散热能力。

技术领域

本发明属于设备冷却技术领域，具体涉及一种用于高功率密度电力设备冷却的沸腾强化传热结构、液盒。

背景技术

随着电子组装技术的不断发展，电子设备趋于微型化，系统趋于复杂化。另一方面，用户对电力电子设备性能需求不断提升。以上两方面都导致电力电子设备的产热功率大幅提升，高功率密度电力电子设备对于散热能力的要求越来越高，传统的空冷、水冷方式无法满足散热需求。得益于相变过程巨大的潜热值，沸腾换热方式广泛应用于高功率密度电力电子设备的冷却。

中科院电工研究所电力设备新技术研究部以大腔体液盒作为贴壁式蒸发器，配合集气管、回液管和冷凝器等部件组成自循环蒸发冷却系统，实现了高效冷却及节能降耗。在贴壁式蒸发器内发生的传热过程包括：通过与热源紧密贴合的液盒的壁面的导热方式、液盒内壁面与液盒内工质之间的流动沸腾换热方式。当液盒的材料固定后，导热温差降低的手段有限，对于高功率密度电力电子设备产热功率尤其是热流密度的快速提升，现有技术中公开的冷却系统、冷却液盒均无法满足其需求。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决高功率密度电力电子设备的散热问题，本发明提供了一种用于高功率密度电力设备冷却的沸腾强化传热结构、液盒。

本发明的第一方面公开了一种用于高功率密度电力设备冷却的沸腾强化传热结构，包括板状本体、第一结构段、第二结构段和第三结构段，所述第一结构段、所述第二结构段、所述第三结构段沿着所述板状本体的纵向依次覆设；

所述第二结构段与所述第一结构段构成下台阶结构，所述第三结构段与所述第二结构段构成下台阶结构；并且所述第一结构段覆设于冷却工质流入区域，所述第三结构段覆设于冷却工质流出区域；

所述第一结构段的外表面设置有第一锯齿状沟槽；

所述第二结构段的外表面设置有第二锯齿状沟槽；

所述第三结构段的外表面设置有第三锯齿状沟槽。

在一些优选实施例中，所述第一结构段、所述第二结构段、所述第三结构段分别与液体工质吸热的单相段、欠热沸腾段、饱和沸腾段一一对应设置；

其中，L为所述第一结构段的长度，T_sat为液体工质饱和温度，T_in为液体工质在进液口处的温度，为工质质量流速，C_p为工质比热容，为热流密度，A(h)为对应结构段的单位厚度的等效面积，h₁为所述第一结构段的厚度。

在一些优选实施例中，其中，T_z为距离进液口z处的液体工质温度，L_z为与距离进液口z处的距离。

在一些优选实施例中，所述第一锯齿状沟槽的槽底深度、所述第二锯齿状沟槽的的槽底深度、所述第三锯齿状沟槽的的槽底深度沿工质的流向逐级增大设置。

在一些优选实施例中，所述第一锯齿状沟槽、所述第二锯齿状沟槽、所述第三锯齿状沟槽均为三阶梯状锯齿波结构。

在一些优选实施例中，所述第一锯齿状沟槽、所述第二锯齿状沟槽、所述第三锯齿状沟槽均为多阶梯状锯齿波结构。