CN103307917B - 一种微通道散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微通道散热器，包括上、下集流管、由微孔扁管和翅片构成的换热单元及微通道装置，微通道装置包括盒体与盖板，盒体内密布排列有微丝或微球，盒体与盖板配合将微丝或微球压紧，微丝之间、微丝与盒体、微丝与盖板之间形成微通道，或微球之间、微球与盒体、微球与盖板之间形成微通道。本发明通过与热源体接触的微通道装置将热量传递给微通道内的工质，工质受热蒸发形成汽泡进入上集流管并流入换热单元，通过微孔扁管和翅片散热而冷凝，并依靠重力回流。本发明结构简单，生产成本低，且兼具有脉动热管和微通道的优势，大大提高了传热效率，尤其是，采用微球排列于腔体内时，工质在微球形成的微通道内形成紊流，散热效果佳。

Description

一种微通道散热器
技术领域
本发明涉及一种散热器，特别是一种微通道散热器。
背景技术
目前，散热器广泛应用于电子、电气设备中，其是保证电子、电器设备正常运转的重要器材，对于高密度发热的电子电气设备，显得尤为重要。随着电子技术的飞速发展，芯片的集成度越来越高，其发热量也越来越大，传统的型材散热器由于型材导热系数低，导热较慢而无法满足散热要求，于是推出了采用脉动热管的散热器，其工作原理是：在封闭的管腔内通过工质液体的热运动将热源的高温传导至翅片散热，它具有结构简单，成本低廉，传热系数大，体积小的优点，因此在电器和电子设备及器件的冷却等方面的应用都取得了进展，但其散热效率仍然无法满足高密度发热的电子电气设备。
微通道换热器具有高效的热传导能力，已有研究表明，当微通道的内径小于0.5~1mm 时，其对流换热系数可增大 50%~100%。而现有的微通道制造通常采用光刻、激光化学三维写入等方法，其加工设备昂贵，加工成本高，由此可见，如何充分利用微通道，同时降低生产成本，为满足高密度发热的电子电气设备对散热提出的更高要求， 已成为业内研究者的主要研究方向。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种成本低、加工方便、 传热效率高、运行稳定可靠的微通道散热器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ：
一种微通道散热器，包括
上集流管和下集流管，上集流管设置于下集流管的上方；
至少一个换热单元，设置于上集流管和下集流管之间，包括若干相互平行的微孔扁管及与微孔扁管连接的翅片，微孔扁管的两端分别与上集流管、下集流管密封连通，换热单元内填充有液态的工质；
所述下集流管的下方设置有分别与上集流管、下集流管连通的用于接触热源体的微通道装置，微通道装置包括上端开口的盒体，及盖在盒体的开口上与盒体密封连接的盖板，盒体内密布排列有微丝，盒体与盖板配合将微丝压紧，微丝之间、微丝与盒体、微丝与盖板之间形成微通道，所述盒体的两端分别设置有上接口和下接口，上接口和下接口分别与上集流管、下集流管通过管道密封连接，其中上接口高于下接口，以使工质在换热单元和微通道装置之间循环流动。
作为上述技术方案的改进，所述盒体包括
腔体，上端开口且两个相对立侧面设置成敞口结构；及
两块堵板，分别扣合在腔体具有敞口的两对立侧面上，并且也分别扣合在盖板的两对立侧面上，所述上接口和下接口分别设置于两块堵板上。
进一步，所述腔体内设置有若干通道，所述微丝密布排列于通道内。
进一步，所述盖板设置有嵌入通道的凸起。
进一步，所述堵板设置有扣合腔体和盖板的阶梯槽，所述腔体和盖板抵接于阶梯槽的阶梯面上。
进一步，所述微通道装置设置有灌注工质的注入口，注入口设置有防止工质倒流的单向阀。
进一步，所述微丝在盒体内形成多层结构，相邻两层的微丝直接接触或两者之间设置有隔板。
进一步，所述密布排列在盒体内的微丝可采用相同直径或不同直径。
进一步，所述微丝的直径小于 0.5mm，以形成微米级和纳米级共存的微通道。
本发明的有益效果是：本发明通过与热源体接触的微通道装置将热量传递给微通道内的工质，工质受热蒸发形成汽泡进入上集流管并流入换热单元，通过换热单元的微孔扁管和翅片散热，继而冷凝成液态并依靠重力作用而回流至下接口，从而使得工质在换热单元和微通道装置之间循环流动。本发明结构简单，生产成本低，通过将微丝密布排列于盒体内，并通过盖板将微丝压紧，即可形成微通道，而且兼具有脉动热管和微通道的优势，大大提高传热效率，本发明可以应用于小面积、大功耗电子元器件或精细化工行业的局部散热。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图 1 是本发明的立体图；
图 2 是本发明的剖视图；
图 3 是本发明的背面示意图；
图 4 是本发明中的腔体结构示意图；
图 5 是微丝在通道内的排列示意图；
图 6 是本发明中的盖板结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图 6，本发明的一种微通道散热器，包括
上集流管1和下集流管2，上集流管1设置于下集流管2的上方；
至少一个换热单元3，设置于上集流管1和下集流管2之间，包括若干相互平行的微孔扁管 31 及与微孔扁管 31 连接的翅片 32，微孔扁管 31 的两端分别与上集流管 1、下集流管2 密封连通，换热单元3内填充有液态的工质；
所述下集流管2的下方设置有分别与上集流管1、下集流管2连通的用于接触热源体的微通道装置4，微通道装置4包括上端开口的盒体 41，及盖在盒体41的开口上与盒体41密封连接的盖板42，盒体41内密布排列有微丝43或微球，盒体41与盖板42配合将微丝43或微球压紧，微丝43之间、微丝43与盒体41、微丝43与盖板42之间形成微通道，或微球之间、微球与盒体41、微球与盖板42之间形成微通道；所述盒体41的两端分别设置有上接口44和下接口 45，上接口44和下接口45分别与上集流管1、下集流管2通过管道密封连接，其中上接口44高于下接口45，由此使得本发明在灌注液态工质后，上接口44的液柱高度小于下接口45的液柱高度，使得工质在微通道内受热蒸发为气体往阻力小的一端即上接口44一端流动，并通过上集流管1进入换热单元3，经过微孔扁管31和翅片32散热，继而冷凝成液态并依靠重力作用而回流至下接口45，从而使得工质在换热单元3和微通道装置4之间循环流动。本发明结构简单， 生产成本低，通过将微丝43或微球密布排列于盒体41内，并通过盖板42将微丝43或微球压紧，即可形成微通道，而且兼具有脉动热管和微通道的优势，大大提高传热效率，尤其是，采用微球排列于盒体 41 内时，工质在微球形成的微通道内形成紊流，传热快，散热效果佳；本发明可以应用于小面积、大功耗电子元器件或精细化工行业的局部散热。
优选地，为了提高传热效率，本发明采用强制对流换热，所述换热单元3后端固定连接有与换热单元3尺寸匹配的风扇5；为了使工质在换热单元3和微通道装置4之间形成稳定的气液两相循环流动， 所述工质的填充率为10%~90%。
在本具体实施例中，所述盒体41包括
腔体411，上端开口且两个相对立侧面设置成敞口结构，该敞口结构的腔体411方便了微丝43或微球的排列，需要注意的是，当盒体41内排列微球时，需要在腔体411的敞口处设置网孔，以防止微球跑出腔体411外；及
两块堵板412，分别扣合在腔体411具有敞口的两对立侧面上及盖板42的两对立侧面上，所述上接口44和下接口45分别设置于两块堵板412上，扣合结构使得微通道装置4安装方便快捷。当然本发明还可以实施为：所述两块堵板412均与腔体411、盖板42通过螺栓连接或螺纹连接。
进一步，为了提高传热效率，所述腔体411内设置有若干通道4111，所述微丝43或微球密布排列于通道4111内；为了更好地压紧微丝43或微球，所述盖板42设置有嵌入通道4111的凸起421。
优选地，所述堵板412设置有扣合腔体411和盖板42的阶梯槽4121，所述腔体411和盖板42抵接于阶梯槽4121的阶梯面上，阶梯槽4121使得腔体411与上接口44和下接口45之间均存在汇集工质的过渡区，使得液态工质能够从下接口45充分进入到各微通道中， 并使得各微通道内的工质吸热蒸发后形成的汽泡能够顺畅地进入上接口44，而且由于离热源体越远的微通道其吸热量越小，造成微通道内的工质受热不均，其吸热后形成的气泡经过渡区汇合后，均化了进入上接口44的工质温度，提高了传热效率。
优选地，所述微通道装置4设置有灌注工质的注入口6，为了防止灌注工质时工质从微通道装置4内倒流出来，所述注入口6设置有防止工质倒流的单向阀。当然本发明也可以在上集流管1或下集流管 2上设置注入口6。
进一步，所述微丝43在盒体41可以排列形成单层结构或多层结构，优选地，所述微丝 43 在盒体 41 内形成多层结构，相邻两层的微丝43 直接接触或两者之间设置有隔板46。优选地，在本具体实施例中，为了提高传热效率，将位于盒体41最底部即最靠近热源体的三层微丝43设置成一微丝43群组，参照图 5，将微丝43群组内的三层微丝43直接接触，而其余层中每相邻两层之间设置隔板46，且微丝43群组与相邻的微丝43之间设置隔板46。
优选地，所述密布排列在盒体41内的微丝43或微球可采用相同直径或不同直径，相同直径的微丝43或微球密布排列后可形成尺寸一致的微通道，而不同直径的微丝43或微球密布排列后可形成大小不一的微通道，以满足不同的使用需求，拓宽本发明的应用范围。
优选地，所述微丝43或微球的直径小于0.5mm，由于微丝43之间或微球之间的微通道呈三边为弧形的三角形，当微丝43或微球的直径选取上述范围时，三角形整体上可以达到微米级，而其趋近顶点的狭窄位置处则可形成纳米级，即可形成微米级和纳米级共存的微通道，微米级和纳米级并存的微通道在三角形三个角位的毛细作用下可以使液相工质得到快速连续的补充，从而稳定散热工况。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微通道散热器，包括
上集流管（1）和下集流管（2），上集流管（1）设置于下集流管（2）的上方；
至少一个换热单元（3），设置于上集流管（1）和下集流管（2）之间，包括若干相互平行的微孔扁管（31）及与微孔扁管（31）连接的翅片（32），微孔扁管（31）的两端分别与上集流管（1）、下集流管（2）密封连通，换热单元（3）内填充有液态的工质，其特征在于：
所述下集流管（2）的下方设置有分别与上集流管（1）、下集流管（2）连通的用于接触热源体的微通道装置（4），微通道装置（4）包括上端开口的盒体（41），及盖在盒体（41）的开口上与盒体（41）密封连接的盖板（42），盒体（41）内密布排列有微丝（43），盒体（41）与盖板（42）配合将微丝（43）压紧，微丝（43）之间、微丝（43）与盒体（41）、微丝（43）与盖板（42）之间形成微通道；所述盒体（41）的两端分别设置有上接口（44）和下接口（45），上接口（44）和下接口（45）分别与上集流管（1）、下集流管（2）通过管道密封连接，其中上接口（44）高于下接口（45），以使工质在换热单元（3）和微通道装置（4）之间循环流动。
2.根据权利要求1 所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述盒体（41）包括
腔体（411），上端开口且两个相对立侧面设置成敞口结构；及
两块堵板（412），分别扣合在腔体（411）具有敞口的两对立侧面上，并且也分别扣合在盖板（42）的两对立侧面上，所述上接口（44）和下接口（45）分别设置于两块堵板（412）上。
3.根据权利要求2 所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述腔体（411）内设置有若干通道（4111），所述微丝（43）密布排列于通道（4111）内。
4.根据权利要求3 所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述盖板（42）设置有嵌入通道（4111）的凸起（421）。
5.根据权利要求2 所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述堵板（412）设置有扣合腔体（411）和盖板（42）的阶梯槽（4121），所述腔体（411）和盖板（42）抵接于阶梯槽（4121）的阶梯面上。
6.根据权利要求1 所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述微通道装置（4）设置有灌注工质的注入口（6），注入口（6）设置有防止工质倒流的单向阀。
7.根据权利要求1 所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述微丝（43）在盒体（41）内形成多层结构，相邻两层的微丝（43）直接接触或两者之间设置有隔板（46）。
8.根据权利要求1 所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述密布排列在盒体（41）内的微丝（43）可采用相同直径或不同直径。
9.根据权利要求1 所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述微丝（43）的直径小于0.5mm，以形成微米级和纳米级共存的微通道。
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