CN107768334B - 基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器。本发明采用叶脉拓扑状分叉通道来对工质进行运输，能够有效的降低流动阻力，进口区与出口区两侧的树状分形通道通过汇聚通道实现有效的连接，实现高效的远距离运输；并通过双侧树状分形通道的有效连接，增大了换热面积，提高了散热效率。通过工质在换热器中的双向流动，减小了温度集中区的面积；介质进口流道与介质出口流道的交错布置，能够实现同一个面上不同的散热区域，能够实现换热器温度的均匀性，结构紧凑。

Description

基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体为一种基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器。

背景技术

随着电子技术的发展，电路的高度集成不断推动着电子产品的小型化和高度集成化，必然导致电子器件热流密度的急剧增加。如果不能及时对电子器件产生的热量进行散热，热量的聚集将会使电子器件温度急剧升高，轻则降低电子器件的性能，重则会造成电子器件由于高温的作用受到损坏。尤其是超级计算机、大功率LED等光电设备的发展进步，给散热设备与技术提出了更高的要求。传统的水冷散热器为了加大散热面积而导致流动阻力大，而减小流动距离将会导致均温性低等缺陷，因此传统的水冷散热器逐渐被新型的微通道散热器所取代。

水冷散热器的工作原理主要是通过散热器与电子元器件进行直接接触，将电子元器件所产生的热量直接传递给换热器，在换热器中通常通有较低温度的工质，通过低温工质将换热器的热量带走，实现降温的目的。换热器中的水需要通过泵提供动力，因此换热器的结构形状直接影响着工质流动的阻力。同时，换热器通道的布置形态也直接决定了换热器的温度均匀性。

树状分形结构是经过亿万年的发展进化，形成的一种从点到点、点到面的一种优化的工质输运体系。大量研究发现，树状通道通过从一条通道分成两条或多条通道，能够减小流动流阻的作用。自然界中的植物便是通过从树根吸收的水分通过多级的分叉结构将养料与水输送到植物顶端，供植物生长使用。因此可以认为树状分叉通道能够实现从点面以及从点到空间的高效率、远距离运输，但是在运用树状分形通道来设计换热器微通道时，树状分形微通道虽然可以减小流阻、但是由于树状分形的特点，导致其所占空间比较大，导致换热器温度均匀性较低，难以满足现代电子器件高均温性的要求，从而树状分叉通道在实际的流动散热器中的应用相对较少。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器，它克服现有换热器中存在均温性较差、散热效率低等问题，且占用空间小、均温性好，散热效率高，以克服现有技术的不足。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器，包括底部盖板，上盖板，底部盖板与上盖板组成中空的柱形结构，在底部盖板或上盖板的边缘设有封边凸台，在底部盖板与上盖板之间的空腔内设有导热板，在导热板的正面及背面分别设有沿导热板中心对称设置叶脉拓扑状的介质进口流道与叶脉拓扑状的介质出口流道，介质进口流道与介质出口流道的结构相同，它们的组成包括主流道与支流道，介质进口流道与介质出口流道相互隔绝；在导热板的中部设有介质进口通道与介质出口通道，介质进口流道的主流道与介质进口通道连通，介质出口流道的主流道均与介质出口通道连通；在导热板的边缘设有汇聚通道，汇聚通道的进口与介质进口流道的支流道末端连通，汇聚通道的出口与介质出口流道的支流道末端连通。

所述的导热板为一块以上，当导热板为两块以上时，前一块导热板上的介质出口通道与后一块导热板上的介质进口通道连通。

同一块介质进口流道与介质出口流道交错设置。

所述的介质进口流道与介质出口流道的支流道为一级以上，从主流道分二叉或三叉形成第一级支流道，第一级支流道分二叉或三叉形成下一级支流道。

所述的支流道的分叉结构为直线分叉或曲线分叉。

所述的底部盖板，上盖板及导热板的形状、大小对应，盖板，上盖板及导热板同为圆形或矩形。

有益效果

与现有技术相比，本发明采用叶脉拓扑状分叉通道来对工质进行运输，能够有效的降低流动阻力，进口区与出口区两侧的树状分形通道通过汇聚通道实现有效的连接，实现高效的远距离运输；并通过双侧树状分形通道的有效连接，增大了换热面积，提高了散热效率。通过工质在换热器中的双向流动，减小了温度集中区的面积；介质进口流道与介质出口流道的交错布置，能够实现同一个面上不同的散热区域，能够实现换热器温度的均匀性，结构紧凑。

附图说明

图1为本发明的拆分结构示意图；

图2为本发明的介质流道的结构示意图；

图3为本发明的直线形流道示意图；

图4为本发明的曲线形流道示意图；

图5为本发明的实施例1的圆形导热板的结构示意图；

图6为本发明的实施例2的矩形导热板的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例1：基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器，包括底部盖板1，上盖板9，底部盖板1与上盖板9组成中空的柱形结构，在底部盖板1或上盖板9的边缘设有封边凸台2，在底部盖板1与上盖板9之间的空腔内设有导热板8，底部盖板1，上盖板9及导热板8的形状、大小对应，盖板1，上盖板9及导热板8同为圆形；在导热板8的正面及背面分别设有沿导热板8中心对称设置叶脉拓扑状的介质进口流道6与叶脉拓扑状的介质出口流道7，介质进口流道6与介质出口流道7的结构相同，它们的组成包括主流道与支流道，介质进口流道6与介质出口流道7相互隔绝；在导热板8的中部设有介质进口通道3与介质出口通道5，介质进口流道6的主流道与介质进口通道3连通，介质出口流道7的主流道均与介质出口通道5连通；在导热板8的边缘设有汇聚通道4，汇聚通道4的进口与介质进口流道6的支流道末端连通，汇聚通道4的出口与介质出口流道7的支流道末端连通；同一块介质进口流道6与介质出口流道7交错设置；所述的介质进口流道6与介质出口流道的支流道为一级以上，从主流道分二叉或三叉形成第一级支流道，第一级支流道分二叉或三叉形成下一级支流道，本实施例中，支流道为三级，每级均为二分叉结构，支流道的分叉结构为直线分。

本发明的实施例2：基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器，包括底部盖板1，上盖板9，底部盖板1与上盖板9组成中空的柱形结构，在底部盖板1或上盖板9的边缘设有封边凸台2，在底部盖板1与上盖板9之间的空腔内设有导热板8，底部盖板1，上盖板9及导热板8的形状、大小对应，盖板1，上盖板9及导热板8同为矩形；在导热板8的正面及背面分别设有沿导热板8中心对称设置叶脉拓扑状的介质进口流道6与叶脉拓扑状的介质出口流道7，介质进口流道6与介质出口流道7的结构相同，它们的组成包括主流道与支流道，介质进口流道6与介质出口流道7相互隔绝；在导热板8的中部设有介质进口通道3与介质出口通道5，介质进口流道6的主流道与介质进口通道3连通，介质出口流道7的主流道均与介质出口通道5连通；在导热板8的边缘设有汇聚通道4，汇聚通道4的进口与介质进口流道6的支流道末端连通，汇聚通道4的出口与介质出口流道7的支流道末端连通；同一块介质进口流道6与介质出口流道7交错设置；所述的介质进口流道6与介质出口流道的支流道为一级以上，从主流道分二叉或三叉形成第一级支流道，第一级支流道分二叉或三叉形成下一级支流道。

如图1所示，汇聚通道4可以给底部盖板1及上盖板9提供支撑，加强底部盖板1与上盖板9的强度。工质的流动方向为从介质进口通道3进入，经过介质进口流道6--汇聚通道4--介质出口流道7后，从介质出口通道5流出，实现散热目的。

在设计支流道时，支流道的分叉级数根据所设计散热器的大小，以及泵的功率大小确定；并根据所需要的散热功率等选择合适的宽度比、长度比。进出口通道根据支流道的分叉级数、通道的宽度以及数量来确定，同时考虑进出口压力的大小。

根据所选择的分叉角度，以及分叉的数量，确定分叉单元的数量。在流动区分叉结构进行布置时，考虑两侧的流道进行交错布置，使得介质进口流道6中间位置所对应的介质出口流道7，然后在圆周方向进行交错布置，使第一侧的高温区位于另一侧的低温区，达到降低温度集中的目的，实现温度均匀性。

该换热器工作时，其主要为流动换热，与传统的散热器的差别在于使得流体能在换热器内实现往复流动。相比相同大小单侧流动的散热器来说，流动路径更长，流阻更大。但是通过分叉通道实现流阻的串并联，从而减小了流阻，能够以较小的流阻实现长距离的运输。同时通过往复的流动并由于交错布置的流动通道的作用，能够避免由于分叉通道带来的中间凸台较大而形成的温度不均匀等问题。分叉通道的缺点为分叉过程中造成由单通道分叉双通道的过程中，在双通道之间将会产生比较大凸台，从而会造成温度的不均匀性，且受分叉角度的影响较大。当然可以通过减小分叉角度、增加分叉单元的数量来弥补这一缺点，但会增加制造成本，因此通过双侧布置交错的流动通道，有效的避免了其带来的温度集中等问题。

进行组装时，将底部盖板1，导热板8、上盖板9、进行扩散焊接形成完整的换热器，也可以通过螺栓连接的方式进行封装。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器，包括底部盖板（1），上盖板（9），其特征在于：底部盖板（1）与上盖板（9）组成中空的柱形结构，在底部盖板（1）或上盖板（9）的边缘设有封边凸台（2），在底部盖板（1）与上盖板（9）之间的空腔内设有导热板（8），在导热板（8）的正面及背面分别设有沿导热板（8）中心对称设置叶脉拓扑状的介质进口流道（6）与叶脉拓扑状的介质出口流道（7），介质进口流道（6）与介质出口流道（7）的结构相同，它们的组成包括主流道与支流道，介质进口流道（6）与介质出口流道（7）相互隔绝；在导热板（8）的中部设有介质进口通道（3）与介质出口通道（5），介质进口流道（6）的主流道与介质进口通道（3）连通，介质出口流道（7）的主流道均与介质出口通道（5）连通；在导热板（8）的边缘设有汇聚通道（4），汇聚通道（4）的进口与介质进口流道（6）的支流道末端连通，汇聚通道（4）的出口与介质出口流道（7）的支流道末端连通；同一块介质进口流道（6）与介质出口流道（7）交错设置；所述的介质进口流道（6）与介质出口流道的支流道为一级以上，从主流道分二叉或三叉形成第一级支流道，第一级支流道分二叉或三叉形成下一级支流道。

2.根据权利要求1所述的基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器，其特征在于：所述的导热板（8）为一块以上，当导热板（8）为两块以上时，前一块导热板（8）上的介质出口通道（5）与后一块导热板（8）上的介质进口通道（3）连通。

3.根据权利要求1所述的基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器，其特征在于：所述的支流道的分叉结构为直线分叉或曲线分叉。

4.根据权利要求1所述的基于叶脉拓扑结构的分叉通道散热器，其特征在于：所述的底部盖板（1），上盖板（9）及导热板（8）的形状、大小对应，盖板（1），上盖板（9）及导热板（8）同为圆形或矩形。