CN102645117A - 微细通道冷却器 - Google Patents

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Abstract

一种微通道冷却器，包括多微通道换热器及布置在换热器入口前的分配器。冷却流体进入采用了新型分级结构的分配器后，被分配器均匀导入换热器每一微通道的入口。相同的入口工况严格保证每一个微通道中的流动换热情况非常类似。首先，微通道的较强的换热性能使得被冷却表面(譬如高热流密度电子芯片表面)的最高温度控制在允许的范围内。其次，采用并行多微通道设计使得流体流过整个换热器的压降很小。最重要的是，采用分级结构的冷却器能够严格保证每一个微通道入口条件相同，因而每一个微通道中的流动换热情况非常相近，从而使得被冷却表面温度分布非常均匀。该微通道冷却器特别适用于热流密度较高、压降不能太大以及温度均匀性要求高的场合。

Description

微细通道冷却器
技术领域
本发明涉及一种冷却器，具体涉及一种应用于能源、动力、军事、电子等领域中发热体热流密度高、而且对其表面温度均匀性要求很高场合的微细通道冷却器。
背景技术
在能源、动力、军事、航天等领域中，某些表面被热源加热，热源热流密度非常高，达到数百万瓦每平方米，如不采用有效的冷却方式，这些表面的温度将非常高，过高的温度会导致相关组件譬如电子芯片失效甚至烧毁；另外，在冷却这些被高热流密度加热的表面时，常常不能消耗过高的泵工，譬如航天航空领域中的冷却时要求所消耗得泵工越少越好。此外，在某些场合这些表面上如果温度分布不均，会引起性能降低乃至失效，引起相关的安全问题，因而对被冷却表面的温度分布的均匀性要求非常高；对上面体现高热流密度、低泵工以及高温度均匀性特点的场合进行冷却时，目前使用的微细通道换热器都难以达到要求，它们要么：能够将温度控制在最高温度之下同时所需泵工较小，但不能满足温度均匀分布的要求；要么能够满足均匀性的要求，但不能将温度控制在最高温度之下且所需泵工很大，譬如单进单出螺旋形微细通道冷却器。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能够同时满足高热流密度、低泵工以及在允许的壁面温度下高温度均匀性要求的微细通道冷却器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括基板以及刻蚀在基板上的若干个微细通道，其特征在于：在基板上位于微细通道两侧还刻蚀有与微细通道相连通的带有分配器入口的分配器、带有汇流器出口的汇流器，在基板上设置有覆盖微细通道、分配器和汇流器的密封盖构成微细通道冷却器。
所述的分配器入口、汇流器出口垂直于基板设置穿过密封盖与分配器、汇流器相连通。
所述的分配器、汇流器结构相同对称设置，且分配器和汇流器均逐次分为相连通的若干级，每一级由一个或一个以上相同的单元组成，其中第一级的入口、出口分别与配器入口和汇流器出口相连通，末级的出口、入口与微细通道相连通。
所述的每一级相同的单元采用半圆环的结构。
所述各级圆环通道自两侧向内的宽度逐级缩小，而且尺寸较小下一级的圆环在其对称线上与尺寸较大的上一级的圆环相连接。
所述的微细通道的截面为矩形，微细通道的宽度为0.5-2mm，微细通道高度沿冷却流体流动方向逐渐加深，流道长度方向0-1/2L(L为流动长度)处刻蚀深度为2-8mm，1/2L-3/4L处刻蚀深度为2.5-9.5mm，3/4L-1L处刻蚀深度为2.75-10mm。
所述的基板的厚度与微细通道的宽度的比值为2-8，微细通道相邻壁面的间距与微细通道宽度比为0.5-1。
所述的在微细通道换热器的两侧设置有绝热层。
本发明结合了一种能够严格保证分配均匀的分级分配器与结构经过优化的多微细通道冷却器，使得每一微细通道中的流动换热情况非常相近，在保证消耗泵工较小、被冷却表面最高温度较低的同时，采用变通道高度以及微细通道两侧绝热能够使得被冷却表面的温度分布更加均匀。同时，本发明只有一个进口，一个出口，且采用密封设计，最大程度的保证在使用过程中不发生泄漏。此外，本发明的加工过程并不复杂，可以通过采用目前发展成熟的微加工技术轻易加工而成。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的矩形通道的截面图。
图3是分配器垂直进口的截面图。
图4是本发明的微细通道截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
参见图1-4，本发明包括绝热层9、基板1和密封盖8、刻蚀在基板1上的具有垂直分配器入口5的分配器3、微细通道2以及具有垂直汇流器出口7的汇流器6，其中分配器3、汇流器6结构相同对称设置，分配器3、汇流器6均采用分级设计，每一级含有圆环形相同的单元4。在分配器3中，上一级中的流动能够均匀进入下一级的各个单元4中，每一级中每一个单元4内的流动相同；各级圆环通道自两侧向内的宽度逐级缩小，而且尺寸较小下一级的圆环在其对称线上与尺寸较大的上一级的圆环相连接；与分配器3保证每一个微细通道2的进口条件相同；微细通道2的截面为矩形；微细通道的宽度为0.5-2mm，高度为2-8mm，微细通道高度沿冷却流体流动方向逐渐加深，流道长度方向0-1/2L(L为流动长度)处刻蚀深度为2-8mm，1/2L-3/4L处刻蚀深度为2.5-9.5mm，3/4L-1L处刻蚀深度为2.75-10mm，基板1的厚度与微细通道2的宽度的比值为2-8，微细通道相邻壁面的间距与微细通道宽度比为0.5-1。
本发明具有以下的特点：(1)采用了经过优化的分级结构的分配器能够保证每一个微细通道的入口条件相同，使得每一个微细通道中的流动换热情况非常相近，从而使得被冷却表面的温度分布非常均匀；(2)基板的厚度与微细通道的宽度比以及微细通道的间距与微细通道宽度比均经过数值试验优化，能够进一步提高被冷却表面的温度分布均匀性；(3)采用多微细通道并行设计使得流经冷却器的压降很小，所需泵功很小；(4)微细通道不与进出口连接的两侧采取绝热措施可进一步提高温度分布的均匀性。
发明人采用本发明(分配器4级，微细通道宽度1mm，微细通道高度沿流动方向分别为6、7及7.5mm，微细通道间距1mm，基板厚度6mm，)，对尺寸为3cm*3cm、热流密度高达2*106W/m2的电子芯片进行冷却，冷却工质采用进口温度为293K的水。数值模拟结果表明，进出口压降为0.68bar下，芯片表面最高温度355K，芯片最高温度和最低温度差仅为1.2℃。

Claims (8)

1.一种微细通道冷却器，包括基板(1)以及刻蚀在基板(1)上的若干个微细通道(2)，其特征在于：在基板(1)上位于微细通道(2)两侧还刻蚀有与微细通道(2)相连通的带有分配器入口(5)的分配器(3)、带有汇流器出口(7)的汇流器(6)，在基板(1)上设置有覆盖微细通道(2)、分配器(3)和汇流器(6)的密封盖(8)构成微细通道冷却器。
2.根据权利要求1所述的微细通道冷却器，其特征在于：所述的分配器入口(5)、汇流器出口(7)垂直于基板(1)设置穿过密封盖(8)与分配器(3)、汇流器(6)相连通。
3.根据权利要求1所述的微细通道冷却器，其特征在于：所述的分配器(3)、汇流器(6)结构相同对称设置，且分配器(3)和汇流器(6)均逐次分为相连通的若干级，每一级由一个或一个以上相同的单元(4)组成，其中第一级的入口、出口分别与配器入口(5)和汇流器出口(7)相连通，末级的出口、入口与微细通道(2)相连通。
4.根据权利要求1所述的微细通道冷却器，其特征在于：所述的每一级相同的单元(4)采用半圆环的结构。
5.根据权利要求1所述的微细通道冷却器，其特征在于：所述各级圆环通道自两侧向内的宽度逐级缩小，而且尺寸较小下一级的圆环在其对称线上与尺寸较大的上一级的圆环相连接。
6.根据权利要求1所述的微细通道冷却器，其特征在于：所述的微细通道(2)的截面为矩形，微细通道的宽度为0.5-2mm，微细通道高度沿冷却流体流动方向逐渐加深，流道长度方向0-1/2L(L为流动长度)处刻蚀深度为2-8mm，1/2L-3/4L处刻蚀深度为2.5-9.5mm，3/4L-1L处刻蚀深度为2.75-10mm。
7.根据权利要求1所述的微细通道冷却器，其特征在于：所述的基板(1)的厚度与微细通道(2)的宽度的比值为2-8，微细通道相邻壁面的间距与微细通道宽度比为0.5-1。
8.根据权利要求1所述的微细通道冷却器，其特征在于：所述的在微细通道换热器的两侧设置有绝热层(9)。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103386334A (zh) * 2013-08-07 2013-11-13 苏州扬清芯片科技有限公司 一种微流控芯片的制冷方法
CN104852257A (zh) * 2015-05-18 2015-08-19 大连理工大学 一种大口径激光液冷镜构型
CN107255425A (zh) * 2017-06-27 2017-10-17 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种换热板、加工方法及换热器
CN108006862A (zh) * 2017-11-14 2018-05-08 南京师范大学 用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器
CN108603728A (zh) * 2016-02-03 2018-09-28 林钟秀 热交换器
CN108650848A (zh) * 2018-04-20 2018-10-12 西安电子科技大学 一种温度均匀化的微通道散热器
CN108735693A (zh) * 2018-04-13 2018-11-02 北京大学 高散热性硅/玻璃复合转接板及其制造方法
CN109916202A (zh) * 2019-01-15 2019-06-21 中国石油大学(华东) 编织填料式超高温超高压换热器
CN110534843A (zh) * 2019-09-09 2019-12-03 长安大学 一种用于电池热管理的散热模组
CN111595478A (zh) * 2020-06-01 2020-08-28 中国核动力研究设计院 一种微通道换热器出口温度测量装置及测量方法
CN115854752A (zh) * 2022-12-23 2023-03-28 中国科学院工程热物理研究所 一种印刷电路板式换热器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2692886Y (zh) * 2004-04-13 2005-04-13 西南科技大学 屋脊式硅单片微通道热沉
CN1941335A (zh) * 2005-09-29 2007-04-04 三星电子株式会社 散热器
CN101218019A (zh) * 2005-04-08 2008-07-09 维罗西股份有限公司 通过多个平行的连接通道流向/来自歧管的流体控制
CN101317265A (zh) * 2005-09-30 2008-12-03 英特尔公司 带有一体化连接部件的ic冷却剂微通道组件
CN201488410U (zh) * 2009-08-28 2010-05-26 周泽生 一种多级分流的冷凝器
WO2012005706A1 (en) * 2010-07-07 2012-01-12 Haluk Kulah Cmos compatible microchannel heat sink for electronic cooling and its fabrication

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2692886Y (zh) * 2004-04-13 2005-04-13 西南科技大学 屋脊式硅单片微通道热沉
CN101218019A (zh) * 2005-04-08 2008-07-09 维罗西股份有限公司 通过多个平行的连接通道流向/来自歧管的流体控制
CN1941335A (zh) * 2005-09-29 2007-04-04 三星电子株式会社 散热器
CN101317265A (zh) * 2005-09-30 2008-12-03 英特尔公司 带有一体化连接部件的ic冷却剂微通道组件
CN201488410U (zh) * 2009-08-28 2010-05-26 周泽生 一种多级分流的冷凝器
WO2012005706A1 (en) * 2010-07-07 2012-01-12 Haluk Kulah Cmos compatible microchannel heat sink for electronic cooling and its fabrication

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103386334A (zh) * 2013-08-07 2013-11-13 苏州扬清芯片科技有限公司 一种微流控芯片的制冷方法
CN104852257A (zh) * 2015-05-18 2015-08-19 大连理工大学 一种大口径激光液冷镜构型
CN108603728A (zh) * 2016-02-03 2018-09-28 林钟秀 热交换器
CN107255425B (zh) * 2017-06-27 2020-05-05 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种换热板、加工方法及换热器
CN107255425A (zh) * 2017-06-27 2017-10-17 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种换热板、加工方法及换热器
CN108006862A (zh) * 2017-11-14 2018-05-08 南京师范大学 用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器
CN108735693A (zh) * 2018-04-13 2018-11-02 北京大学 高散热性硅/玻璃复合转接板及其制造方法
CN108735693B (zh) * 2018-04-13 2020-05-22 北京大学 高散热性硅/玻璃复合转接板及其制造方法
CN108650848A (zh) * 2018-04-20 2018-10-12 西安电子科技大学 一种温度均匀化的微通道散热器
CN109916202A (zh) * 2019-01-15 2019-06-21 中国石油大学(华东) 编织填料式超高温超高压换热器
CN109916202B (zh) * 2019-01-15 2023-12-15 中国石油大学(华东) 编织填料式超高温超高压换热器
CN110534843A (zh) * 2019-09-09 2019-12-03 长安大学 一种用于电池热管理的散热模组
CN111595478A (zh) * 2020-06-01 2020-08-28 中国核动力研究设计院 一种微通道换热器出口温度测量装置及测量方法
CN115854752A (zh) * 2022-12-23 2023-03-28 中国科学院工程热物理研究所 一种印刷电路板式换热器

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