CN106255396B - 一种管片式微循环散热器及微循环换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管片式微循环散热器及微循环换热系统，包括热源模块安装板、散热器安装板和散热组件，所述热源模块安装板和散热器安装板相互固定且内部形成用于容纳工质的主工质腔，所述散热组件包括以一定距离堆叠的多个散热翅片和穿设于散热翅片内的微循环散热模块，所述微循环散热模块为一端开口一端封闭的管状结构，其内部为分工质腔，所述分工质腔与主工质腔连通，所述主工质腔和分工质腔的内壁上设有毛细结构的吸液微通道，二者的毛细通道相互连通。本发明所述的管片式微循环散热器及微循环换热系统结构紧凑，传热效率高、噪音更低，辅助功率消耗低，可靠性高，很好地解决电子元器件产业发展的主要瓶颈问题，市场前景广阔。

Description

一种管片式微循环散热器及微循环换热系统
技术领域
本发明涉及一种散热器，具体涉及一种管片式微循环散热器及微循环换热系统。
背景技术
随着科学技术的发展，大功率和高性能电子元器件应用系统的微型化和高度集成化，导致单位容积内电子设备的发热量急剧增大，局部温度过高。当电子元器件长期处于高温状态时，经常因为过热发生失效。另外，当使用环境对换热系统体积、重量做出严格限制并且散热要求还很高时，传统的强迫液体循环冷却方式、强迫通风冷却方式或重力热管相变冷却方式已很难满足大功率、高热流密度使用条件下的散热要求，散热问题已成为限制电子元器件产业发展的主要瓶颈。
发明内容
本发明针对以上提出的传统散热器不能满足大功率、高热流密度条件下散热要求的问题，而研究设计一种管片式微循环散热器及微循环换热系统。本发明采用的技术手段如下：
一种管片式微循环散热器，包括热源模块安装板、散热器安装板和散热组件，所述热源模块安装板和散热器安装板相互固定且内部形成用于容纳工质的主工质腔，所述散热组件包括以一定距离堆叠的多个散热翅片和穿设于散热翅片内的微循环散热模块，所述微循环散热模块为一端开口一端封闭的管状结构，微循环散模块的内部为分工质腔，所述微循环散模块的开口端安装在散热器安装板上，使分工质腔与主工质腔连通，所述主工质腔的内壁上设有毛细结构的主吸液微通道，所述微循环散热模块的内壁上设有毛细结构的分吸液微通道，所述主吸液微通道和分吸液微通道的孔隙率不同。
进一步地，所述微循环散热模块的截面为椭圆形、圆形、扁圆形或矩形，多个微循环散热模块以交叉阵列或对齐式阵列的形式排列。
进一步地，所述毛细结构为当量直径为0.001～8㎜的规则孔隙或不规则孔隙。
进一步地，所述毛细结构为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构。
进一步地，所述多孔金属结构由烧结工艺制成，所述微小凸起、凹槽和微小凹槽为由刻蚀工艺或机械加工方式获得的结构。
进一步地，所述工质为水、甲醇、乙醇、乙二醇或丙酮，所述散热翅片为平板无凹坑形、平板有凹坑形、波纹无切口形、波纹有切口形。
一种管片式微循环换热系统，包括本发明所述的管片式微循环散热器，还包括用于提供冷却空气的风机组。
进一步地，所述风机组为轴流式或离心式风机组。
与现有技术比较，本发明所述的管片式微循环散热器及微循环换热系统具有以下优点：
1、吸液微通道的设置为冷却液化后的工质液体快速顺利地回流到主工质腔内提供了毛细力和通道，这种吸液微通道可使微循环散热器的热传导性能比传统热管的热传导性能提高10倍以上，因此换热系统更加紧凑高效；
2、吸液微通道的毛细结构使得分工质腔安装角度不垂直甚至与水平线夹角为0度时，微循环散热器也可以正常运行，这一特点极大地方便了电子元器件的安装；
3、工质依靠不同区域蒸汽的微压力差实现蒸汽由热源端向冷源端流动，依靠吸液微通道极强的毛细力实现液体由冷源端向热源端的快速回流，工质在微循环散热模块内部的流动不需要外部提供动力，无泵，相对于传统的采用强迫液体循环冷却方式的换热系统，噪音更低，更节省辅助功率；
4、采用共用的主工质腔，可以使热源模块安装板获得均匀的热流密度，降低散热器局部出现高温及热斑的可能性，提高微循环换热系统的可靠性；
5、采用板片式二次散热翅片，不需要中间隔板的固定支撑，可以增加二次换热面积，提高放热量；同时也可以减轻散热器的重量，提高可靠性；另外也可以减少加工环节，降低生产成本。；
6、结构紧凑，传热效率高、噪音更低，辅助功率消耗低，可靠性高，可以很好地解决电子元器件产业发展的主要瓶颈问题—散热问题，市场前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例所述的管片式微循环散热器的结构示意图。
图2的a、b、c和d为不同截面形状的微循环散热模块的结构示意图。
图3是本发明实施例所述的散热器安装板的结构示意图。
图4是平直形散热翅片的结构示意图。
图5是平直有凹坑形散热翅片的结构示意图。
图6是图5的A-A剖视图。
图7是波纹无切口形散热翅片的结构示意图。
图8是图7的B-B剖视图。
图9是波纹有切口形散热翅片的结构示意图。
图10是图9的C-C剖视图。
图11是本发明实施例所述的吸液微通道(方形凸起结构)的结构示意图。
图12是图11的左视图。
图13是本发明实施例所述的吸液微通道(圆形凸起结构)的结构示意图。
图14是图13的左视图。
图15是本发明实施例所述的吸液微通道(凹槽结构)的结构示意图。
图16是图15的仰视图。
图17是本发明实施例所述的吸液微通道(凹坑结构)的结构示意图。
图18是图17的左视图。
图19是本发明实施例所述的吸液微通道(多孔金属结构)的结构示意图。
图20是本发明实施例所述的微循环换热系统的示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种管片式微循环散热器，包括用于安装热源模块3的热源模块安装板4、散热器安装板5和散热组件，所述热源模块安装板4和散热器安装板5相互固定且内部形成用于容纳工质8的主工质腔7，所述散热组件包括以一定距离堆叠的多个散热翅片12和穿设于散热翅片12内的微循环散热模块9，所述微循环散热模块9为一端开口一端封闭的管状结构，微循环散模块9的内部为分工质腔11，所述散热器安装板5上开设有安装口，所述微循环散模块9的开口端安装在散热器安装板5上的安装口处，使分工质腔11与主工质腔7连通，所述主工质腔7的内壁上设有毛细结构的主吸液微通道6，所述微循环散热模块9的内壁上设有毛细结构的分吸液微通道10。所述毛细通道为当量直径为0.001～8㎜的规则孔隙或不规则孔隙。这种特殊的结构设计，为冷却液化后的工质8快速顺利地回流到主工质腔7内提供了毛细力和通道。因此，这种吸液微通道可使微循环散热器的热传导性能比传统热管的热传导性能提高10倍以上，因此换热系统更加紧凑高效。
如图2的a、b、c和d所示，所述微循环散热模块9的截面为椭圆形、圆形、扁圆形或矩形，扁圆形是指由两段相互平行的线段和线段两端的半圆弧组成的形状，类似操场跑道的形状，多个微循环散热模块9以交叉阵列或对齐式阵列的形式排列。
如图4至图10所示，所述散热翅片为平板无凹坑形、平板有凹坑形、波纹无切口形、波纹有切口形。波纹翅片的流道为弯曲状，形成波形，通过不断改变流体的流动方向，促进流体的湍动、分离和破坏热阻边界层，波纹有切口形翅片是指在波纹翅片上设置开口的翅片平板有凹坑形翅片则是在平板翅片上设置凹坑的翅片。
如图11至图19所示，所述毛细结构为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构。所述主吸液微通道6和分吸液微通道10具有相同或不同的毛细结构。所述主吸液微通道6为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构，特殊情况下为光滑内壁面。所述分吸液微通道10为内壁上设有微小凹槽的结构。不同的毛细结构具有不同的孔隙率，小孔隙率的吸液微通道可提供较大的毛细压力，大孔隙率的吸液微通道可增强工质的回流速度；另外，不同孔隙率的吸液微通道具有不同的换热面积。因此，可以根据实际需要，在主工质腔7和分工质腔11内设置不同孔隙率的毛细结构，最终优化换热器的换热性能。所述多孔金属结构由烧结工艺制成，所述微小凸起、凹槽和微小凹槽为由刻蚀工艺或机械加工方式获得的结构。图11至图19仅是为了更清楚地说明吸液微通道的结构所列举的示例，实际吸液微通道的结构远远不止图中所示的几种。
所述工质8为水、甲醇、乙醇、乙二醇或丙酮。
如图20所示，一种管片式微循环换热系统，包括本发明所述的管片式微循环散热器1，还包括用于提供冷却空气的风机组2。所述风机组2为轴流式或离心式风机组。循环散热系统还包括其他连接附件等结构。图中箭头为冷却空气流动方向的示意箭头。
所述的微循环散热器和换热系统的工作原理是：当电子元器件工作发热时，热量通过热源模块安装板4传导到主工质腔7内壁，主工质腔7内储存的工质8受热发生蒸发和沸腾，工质由液体变成蒸汽，在此过程中吸收大量的热量；蒸汽从主工质腔7进入分工质腔11，由于风机强制通风冷却，在分工质腔11内的蒸汽热量被冷却空气带走，蒸汽液化，液化后的工质沿分吸液微通道10及主吸液微通道6流回到主工质腔7内，继续进行下一个散热循环。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种管片式微循环散热器，包括热源模块安装板、散热器安装板和散热组件，所述热源模块安装板和散热器安装板相互固定且内部形成用于容纳工质的主工质腔，所述散热组件包括以一定距离堆叠的多个散热翅片和穿设于散热翅片内的微循环散热模块，所述微循环散热模块为一端开口一端封闭的管状结构，微循环散模块的内部为分工质腔，所述微循环散模块的开口端安装在散热器安装板上，使分工质腔与主工质腔连通，所述主工质腔的内壁上设有毛细结构的主吸液微通道，所述微循环散热模块的内壁上设有毛细结构的分吸液微通道，所述主吸液微通道和分吸液微通道的孔隙率不同。
2.根据权利要求1所述的管片式微循环散热器，其特征在于：所述微循环散热模块的截面为椭圆形、圆形、扁圆形或矩形，多个微循环散热模块以交叉阵列或对齐式阵列的形式排列。
3.根据权利要求1所述的管片式微循环散热器，其特征在于：所述毛细结构为当量直径为0.001～8㎜的规则孔隙或不规则孔隙。
4.根据权利要求3所述的管片式微循环散热器，其特征在于：所述毛细结构为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构。
5.根据权利要求4所述的管片式微循环散热器，其特征在于：所述多孔金属结构由烧结工艺制成，所述微小凸起、凹坑和微小凹槽为由刻蚀工艺或机械加工方式获得的结构。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的管片式微循环散热器，其特征在于：所述工质为水、甲醇、乙醇、乙二醇或丙酮，所述散热翅片为平板无凹坑形、平板有凹坑形、波纹无切口形、波纹有切口形。
7.一种管片式微循环换热系统，其特征在于：包括权利要求1至6中任意一项所述的管片式微循环散热器，还包括用于提供冷却空气的风机组。
8.根据权利要求7所述的管片式微循环换热系统，其特征在于：所述风机组为轴流式或离心式风机组。
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