CN101526321A - 相变式微通道流动冷却器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种相变式微通道冷却器。它包括一个外壳和一个与外壳匹配的盖板，外壳与盖板之间形成一个储藏室，盖板上有一个注液孔，储藏室内藏有从注液孔注入的相变液；储藏室的顶部有一个固定安装的微通道层紧贴于盖板的下表面，微通道层的上表面均布着刻蚀出的矩形微通道，盖板上有冷却液输入输出穿孔与微通道的输入输出口连通。本发明具有高传热效率，低接触热阻，低噪音等优点，体积小，能与集成电路制作工艺相兼容。

Description

相变式微通道流动冷却器
技术领域
本发明涉及一种利用相变液作为均热部件的微通道液体流动型冷却器。
背景技术
D.B.TUCKERMAN与R.F.PEASE首先提出了利用微加工工艺刻蚀微米级通道，在这些密封的通道中通入流动的液体以带走热量的设想，并且对于其设想作了实验探索，根据其实验结果，TUCKERMAN宣称可以在1cm2的面积上达到790w/cm2的散热率，热阻为0.09W/℃。SebastineUjereh等研究了碳纳米管(CNT)应用于冷却器中以加强核沸腾的能力，指出了在热沉表面覆盖一层CNT可以提高原设备的换热性能和临街热流密度(CHF)，在使用硅基抑或是铜基的热沉均可和这层CNT结合，但此种冷却器需浸没在大量冷却剂中以保持沸腾过程不会因为液体全部汽化而终止。与此相似的研究还有Hee Seok Ahn，Nipun Sinha等所做的研究，在他们的实验中，采用CNT覆盖的热沉，两种不同参数分别使得换热性能提高了25-28％和57％。
现有的微通道冷却技术采取的都是利用硅胶或其他黏合剂连接热源与冷却器，再通过硅槽道将热量导至冷却液中。一般由模拟热源、微通道、冷却液组成。热源与微通道的联结环节存在着的不均匀性热阻直接影响了冷却器整体的散热效能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种相变式微通道冷却器，具有高传热效率，低接触热阻，低噪音等优点，整体体积相对较小，可与集成电路制作工艺相兼容。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本发明的任务在于建立一种可与集成电路制作工艺相兼容的、相变-流体耦合传热结构装置。采用相变制冷剂，一方面可以减少由接触表面粗糙度引起的接触热阻所导致的传热不均匀性，另一方面可以根据致冷对象的温度来选择具有合适沸点的相变致冷剂，以适应不同工况的需要。
根据上述构思，本发明采用下述技术步骤：
一种相变流动复合传热的微冷却器，包括一个外壳和一个与外壳匹配的盖板，其特征在于：在所述外壳1与盖板3之间形成一个储藏室10，所述盖板3上有一个注液孔4，所述的储藏室10内藏有注入的相变液；所述储藏室10的顶部有一个固定安装的微通道层2紧贴于所述的盖板3的下表面，所述微通道层2的上表面均布着刻蚀出的矩形微通道5，所述盖板3上有冷却液输入输出穿孔9与所述的微通道5的输入输出口连通。
上述微通道层2的两端嵌装在所述的外壳1两侧壁顶端的凹槽内，且微通道层2的顶面与外壳1侧壁顶端面齐平，在所述外壳1与盖板3粘合时，使微通道固定定位。
上述的外壳1的下表面平整，工作时接触热源，形成一个热交换；所述的外壳1的内表面6为粉末加工法得到的多孔表面，在内表面6上形成自然对流或沸腾；所述微通道层2的下表面形成另一个热交换面。
上述外壳1的材质为铜，所述的微通道层2的材质为硅，所述盖板3的材质为玻璃。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明采用了相变致冷，相对于单相流动致冷，通过相变液内部的对流，提高致冷对象表面温度均匀性，减少热点的数量与过热程度。另一方面，通过蒸气冷凝也加强了换热的效果。本发明在航空航天技术、IT产业、制造业等方面具有较大的应用前景。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构示意图。
图2是图1中A-A处的剖面图。
图3是图1移去盖板后的俯视图。
图4是图3的立体结构示意图。
图5是图1的立体结构示意图。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合附图详述如下：
参见图1、图2、图3、图4和图5，本相变式微通道冷却器，包括一个外壳1和一个与外壳匹配的盖板3，在所述外壳1与盖板3之间形成一个储藏室10，所述盖板3上有一个注液孔4，所述的储藏室10内藏有注入的相变液；所述储藏室10的顶部有一个固定安装的微通道层2紧贴于所述的盖板3的下表面，所述微通道层2的上表面均布着刻蚀出的矩形微通道5，所述盖板3上有冷却液输入输出穿孔9与所述的微通道5的输入输出口连通。
上述微通道层2的两端嵌装在所述的外壳1两侧壁顶端的凹槽内，且微通道层2的顶面与外壳1侧壁顶端面齐平，在所述外壳1与盖板3粘合时，使微通道固定定位。
上述的外壳1的下表面平整，工作时接触热源，形成一个热交换；所述的外壳1的内表面6为粉末加工法得到的多孔表面，在内表面6上形成自然对流或沸腾；所述微通道层2的下表面形成另一个热交换面。
上述外壳1的材质为铜，所述的微通道层2的材质为硅，所述盖板3的材质为玻璃。
工作原理如下：
工作时，热量由底面7传入，在表面6形成一个热交换面，在表面6上形成自然对流或沸腾，外部热量传给储藏室10内相变液，同时在表面上形成另一个热交换面，将热量传递给微通道层2，然后通过微通道层2的冷却液体经由输入输出孔9导出。本相变式微通道冷却器总长为10mm，总宽为10mm，高度为5mm，微通道总长度为8mm，宽度为5mm，槽道肋条4的宽度为50μm，间隔为50μm，长度为5mm，多孔表面基底10的厚度为500μm。微冷却器通过刻蚀、烧结，阳极键合等工艺制成。

Claims (4)

1、一种相变式微通道冷却器，包括一个外壳(1)和一个与外壳匹配的盖板(3)，其特征在于：
a.在所述外壳(1)与盖板(3)之间形成一个储藏室(10)，所述盖板(3)上有一个注液孔(4)，所述的储藏室(10)内藏有从所述注液孔(4)注入的相变液；
b.所述储藏室(10)的顶部有一个固定安装的微通道层(2)紧贴于所述盖板(3)的下表面，所述的微通道层(2)的上表面均布着刻蚀出的矩形微通道(5)，所述盖板(3)上有冷却液输入输出穿孔(9)与所述的微通道(5)的输入输出口连通。
2、根据权利要求1所述的相变式微通道冷却器，其特征在于所述的微通道层(2)的两端嵌装在所述的外壳(1)两侧壁顶端的凹槽内，且微通道层(2)的顶面与外壳(1)侧壁顶端面齐平，在所述外壳(1)与盖板(3)粘合时，使微通道(2)固定定位。
3、根据权利要求1所述的相变式微通道冷却器，其特征在于所述的外壳(1)的下表面平整，工作时接触热源，形成一个热交换；所述的外壳(1)的内表面(6)为粉末加工法得到的多孔表面，在内表面(6)上形成自然对流或沸腾；所述微通道层(2)的下表面形成另一个热交换面。
4、根据权利要求1所述的相变式微通道冷却器，其特征在于所述外壳(1)的材质为铜，所述的微通道层(2)的材质为硅，所述盖板(3)的材质为玻璃。
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