CN107835928A - 热交换材、装置及系统 - Google Patents

热交换材、装置及系统 Download PDF

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CN107835928A CN201580081623.9A CN201580081623A CN107835928A CN 107835928 A CN107835928 A CN 107835928A CN 201580081623 A CN201580081623 A CN 201580081623A CN 107835928 A CN107835928 A CN 107835928A
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Abstract

一种微细阵列多孔热交换材(503、504、513、514、613、614、712、714、1008)，具有约40至85％的孔隙率，包含多个具有小于1000μm且实质均一而具有小于20％的变化量的尺寸的孔洞，且可以包含金属或合金。一种包含微细阵列多孔热交换材(503、504、513、514、613、614、712、714、1008)的热交换装置(400、500、510、903、913)在散热上具有显著的改善由于所述热交换装置的表面积显著的增加及/或对流的改善，且能够应用于一个用来冷却LED灯源(801)或CPU处理器(902)的热沉系统中或应用于用来对热源(1001)的周围加温的热辐射系统中。

Description

热交换材、装置及系统
技术领域
本发明涉及一种热交换材，特别是涉及一种微细阵列多孔热交换材及其在热交换装置或系统中的应用。
背景技术
热交换装置常规地是用来将来自于热源的热传递至媒介中，且所述媒介例如空气、水、油或冷媒。热交换装置广泛地被使用在工业上的各种机械及电子装置中，且所述工业例如空调工业、冷冻工业及发电厂、煤油厂及污水处理厂。
热交换装置常规地以通过增加表面积来提升对流作用的方向构思，以使得来自热源的热能够有效地散发。金属发泡体是一种多孔热交换材，且由于多孔热交换材的高孔隙率，使得散热表面积增加且对流作用佳，以至于所述多孔热交换材常被用于热交换装置中。
发明内容
在本文中提供一种热交换材，且所述热交换材用于热交换装置中，例如热交换器或热沉(heat sink)。所述热交换材常规地包含微细阵列多孔材料。所述微细阵列多孔材料是由金属(例如镍、铝、铜、金、银、钛或铁)、合金(例如铝合金、铜合金或镍合金)，或金属/金属氧化物复合体(例如Ti/TiO2或Al/Al2O3)所组成。所述微细阵列多孔材料包含多个具有小于约5000μm且实质上均一而具有小于约20％的变化量的尺寸的孔洞。所述微细阵列多孔材料具有约40至85％的孔隙率。在一些较佳的实施例中，热交换材可以包含孔隙率约74％的微细阵列多孔材料。相较于现有金属发泡热交换材，因为微细阵列多孔热交换材所具有显著的表面积对体积比而能有非常高的散热表面积，使得微细阵列多孔热交换材可以具有非常好的传导/辐射介导的散热作用(conduction/radiation-mediated heatdissipation)。在由金属/金属氧化物复合体(例如Ti/TiO2及Al/Al2O3)所组成的所述微细阵列多孔材料的实施例中，除了上述提及的优点外，所述微细阵列多孔热交换材同样也可以在热辐射上具有显著的改善。热辐射的改善主要归因于在所述金属微细阵列多孔热交换材的外表面上的金属氧化物的存在。这个优点在对流的效率无法被达成且热辐射为主要散热方式的情况下是格外地重要。
在本文中也提供一种包含上述的微细阵列多孔热交换材的热交换装置。所述热交换装置常规地包括一层导热层及至少一层散热层。所述导热层常规地包含导热材。所述导热材是由金属、合金、导热陶瓷材料或导热聚合物所组成。所述至少一层散热层中的每一层包含上述的微细阵列多孔热交换材。所述导热层设置在所述至少一层散热层上且热接触(thermally contact)所述至少一层散热层，藉此使热由接触所述导热层的高温媒介热传递(thermally transfer)至接触所述至少一层散热层的低温媒介。
在一些实施例中，热交换装置可以包含仅一层散热层。所述散热层包括一种微细阵列多孔热交换材。在一些其它实施例中，热交换装置可以包含两层散热层。所述两层散热层分别为第一散热层及第二散热层。所述第一散热层及所述第二散热层包含两种具有不同孔洞尺寸的微细阵列多孔热交换材。所述第一散热层常规地具有较小的孔洞尺寸，且设置在所述导热层上并热接触所述导热层，而所述第二散热层的孔洞尺寸大于所述第一散热层的孔洞尺寸，且所述第二散热层设置于所述第一散热层的上方。如此的设计有利于沿着在所述第一散热层到所述第二散热层的孔洞内的空气流动的方向的热梯度的建立，从而获得有效的对流介导的散热作用。在一些实施例中，所述第二散热层及所述第一散热层的孔洞尺寸比例为约2：1至1000：1，且所述第二散热层及所述第一散热层的厚度比例为约0.01：1至1000：1，所述厚度比例取决于所述第一散热层的孔洞尺寸及所述第二散热层的孔洞尺寸。
在一些实施例中，热交换装置可以是一个热沉。所述热沉包含一个热沉主体及至少一层散热层。所述至少一层散热层中的每一层包括一种上述的微细阵列多孔热交换材。所述热沉主体包括一个基座及一个由多个突出物组成的阵列。所述由多个突出物组成的阵列被配置由所述基座延伸且以多个开放间隙(open gap)方式间隔设置。所述至少一层散热层涂覆在所述热沉主体上。所述热沉主体的所述由多个突出物组成的阵列可以是一个由多个鳍片组成的阵列或一个由多个销钉组成的阵列，及可以具有用来改善对流介导的散热作用(convection-mediated heat dissipation)的扩张形构造。根据一些热交换装置的实施例，所述由多个鳍片组成的阵列包括一个由多个交替地设置的长及短的鳍片组成的阵列，且其形成位于基端的密集阵列及位于开放端的疏松阵列，并有利于由所述基端至所述开放端的热梯度形成，以获得较有效率的对流冷却。
根据一些热交换装置的实施例，所述导热层与所述至少一层微细阵列多孔散热层可以为封闭管的形式且所述热交换装置基本上为一个例如冷凝器的热交换管的形式。在一些实施例中，所述导热层设置在所述热交换装置的内表面，且所述至少一微细阵列多孔散热层设置在所述热交换装置的外表面，以使得热由在所述热交换装置内的高温媒介热传递至在所述热交换装置外的低温媒介。又在一些其它实施例中，所述导热层设置在所述热交换装置的外表面，且所述至少一微细阵列多孔散热层设置在所述热交换装置的内表面，以使得热由在所述热交换装置外的高温媒介热转移至在所述热交换装置内的低温媒介。
在本文中也提供一种用来冷却在LED灯组合体中的LED灯源的热沉系统。所述热沉系统实质上包含一个热交换装置，且所述热交换装置提供一个用来容纳并热接触所述LED灯源的外壳。所述热交换装置可以包含一层内导热层及一层外散热层，其中，所述外散热层实质上包含如上所述的微细阵列多孔热交换材，且所述外散热层设置在所述内导热层的外表面并热接触所述内导热层的外表面。借由这样的设计，所述内导热层可以有效地将来自所述LED灯源的热传递至用来将热散发至空气中的外散热层。在一些实施例中，所述外散热层可以包含超过一层由微细阵列多孔热交换材所形成的层，且可以被设计为最内层具有最小的孔洞尺寸，且其它层中的每一层的孔洞尺寸相较于设置在其内的层的孔洞尺寸大，以在对流介导的散热作用上获得改善。
在本文中也提供用来冷却电子电路(例如CPU芯片或使用于各种个人或云端计算装置的芯片)的热沉系统。所述热沉系统实质上包含一个热接触所述电子电路以散发来自所述电子电路的热的热交换装置。所述热沉装置包含一层导热层及一层散热层，其中，所述散热层实质上包含一层由微细阵列多孔热交换材所形成的层。在一些实施例中，所述热沉系统也包含风扇，其中，所述风扇设置在所述热交换装置以促进散热作用。在一些实施例中，所述热沉系统可以包含超过一层由微细阵列多孔热交换材所形成的层，且可以被设计为与所述电子电路接触的最内层具有最小的孔洞尺寸，且其它层中的每一层的孔洞尺寸相较于设置在其下面的层的孔洞尺寸大，以在对流介导的散热作用上获得改善。
一个用来从热源对周围加温的热辐射系统也于此被公开，其实质上包含热交换装置。所述热交换装置被配置来热接触所述热源且将来自热源的热散发至所述周围。所述周围可以是空气、例如水的液体，或油。所述热辐射装置包含一层导热层及一层散热层，其中，所述散热层实质上包含一层由如上所述的微细阵列多孔热交换材所形成的层。在一些实施例中，所述热辐射系统可以包含超过一层的微细阵列多孔热交换材层，且可以被设计为与所述热源接触的最内层具有最小的孔洞尺寸，且其它层中的每一层的孔洞尺寸相较于设置在其下面的层的孔洞尺寸大，以在对流介导的散热作用上获得改善。
附图说明
图1是说明具有冷却鳍片(A)或冷却销钉(B)的现有热沉装置；
图2是说明具有用来改善对流的设计的现有热沉装置；
图3是说明金属发泡热沉装置及在所述装置中作为热沉材料的金属发泡微结构；
图4是根据本文中的一些实施例，说明一种包含微细阵列多孔热交换材的热沉装置；
图5是说明一种包含双层微细阵列多孔散热件的热沉装置；
图6是根据本文中的一些实施例，来说明一种包含微细阵列多孔热交换材的热交换管；
图7是根据本文中的一些实施例，来说明另一种包含微细阵列多孔热交换材的热交换管600；
图8是说明一种包含微细阵列多孔热沉装置的LED灯泡；
图9是根据本文中的一些实施例，来说明一种包含微细阵列多孔热交换材的CPU热沉系统900；
图10是根据本文中的一些实施例，来说明一种具有微细阵列多孔热交换材的热沉装置。
具体实施方式
热交换装置常规地是用来将来自热源的热传递至在周围中的媒介，例如空气、水、油或冷冻剂。一些现有的热交换装置可能包括一个常规地用来冷却例如LED灯源或CPU处理器的装置的热沉、一个常规地用在空调及冰箱中且用来传递热的冷凝器，及一个常规地用来将来自热源的热散发的热辐射器。
图1说明具有冷却鳍片(A)或冷却销钉(B)的现有热沉装置。在常规的设计下，参阅图1A，现有热沉装置100可以包含一个基座102及一个由多个鳍片103组成的阵列。所述基座102接触热源101。所述由多个鳍片103组成的阵列是被配置由所述基座102垂直地延伸且间隔设置而界定出多个开放间隙104。透过这样的设计，这种现有热沉装置100，借由所述由多个鳍片103组成的阵列的传导与辐射及借由在所述鳍片间的开放间隙104中的空气流动所介导的对流，可以有效地将由所述热源101产生的热散发。为了增加现有热沉装置的散热面积，所述鳍片有时是经处理而具有波纹或锯齿状的表面105。在一些变化态样中，如在图1B的所述热沉装置110中，一个由多个销钉111组成的阵列是被用来取代在图1A的所述热沉装置100中的所述由多个鳍片103组成的阵列。所述由多个销钉组成的阵列是由一个基座112垂直地延伸且间隔设置。
图2说明具有用来改善对流的设计的现有热沉装置。在一个设计中，参阅图2A，一个热沉装置200可以包含一个基座202及一个由多个交替地设置的长及短的鳍片203组成的阵列，其中，所述基座202接触热源201，所述由多个交替地设置的长及短的鳍片203组成的阵列是被配置以所述鳍片由所述基座202垂直延伸并以界定出多个开放间隙204来间隔设置的方式进行设置。在如此的设计下，所述由多个交替地设置的长及短的鳍片203组成的阵列实质上形成位于基端205的密集阵列及位于开放端206的疏松阵列，并有利于由所述基端205至所述开放端206的热梯度形成。因此，相较于具有常规设计的现有热沉装置100(图1A)，具有如此改善的设计的热沉装置200可以获得较有效率的对流冷却。然而，在权衡下，具有如此设计的热沉装置200的由传导及辐射所介导的散热的表面积会减少。在相似的设计中，参阅图2B，热沉装置210可以包含一个由多个鳍片211所组成的阵列，其中，所述由多个鳍片211所组成的阵列具有扩张形构造，从而获得有效率的对流冷却。又在另一个设计中，参阅图2C，热沉装置220可以包含一个由多个呈扩张排列的销钉221所组成的阵列，以获得有效率的对流冷却。
图3说明一种金属发泡热沉装置及用来作为用于所述装置的热沉材料的金属发泡的微结构。所述金属发泡热沉装置300可以包括一个导热基板301及一个金属发泡散热件302，其中，所述导热基板301接触热源305、所述金属发泡散热件302设置在所述导热基板301的上方且热接触所述导热基板301，且所述金属发泡散热件302实质上包含金属发泡材。用于所述金属发泡散热件302的所述金属发泡材常规地包含一种具有可变的长度及位向的互连金属韧带(metallic ligament)303的基质，且在邻近的韧带间形成有不同形状及尺寸的独立的空隙(孔洞)304。常规的金属发泡可以具有0.5-8mm且通常具有高于100％的变化量的孔洞尺寸。相较于例如100,110,200,210及220(图1及2)的现有热沉装置，金属发泡热沉装置300因所述金属发泡散热件302具有非常大的相对表面积，而常规地具有较佳的传导/辐射介导的散热作用。然而，因在所述金属发泡散热件302中形成的空隙(孔洞)304常规地具有不规则的形状或尺寸，金属发泡热沉装置300通常较少能够具有有效的对流介导的散热作用。
根据本文中的一些实施例，图4A说明一个包含微细阵列多孔热交换材的热沉装置。所述热沉装置400包含一个导热件401及一个散热件402，其中，所述导热件401包含导热材、所述散热件402包含微细阵列多孔热交换材，且所述散热件402被配置设置于所述导热件401的上方且热接触所述导热件401，以至于所述导热件401将来自热源405的热热传递至用来将热散发至空气中的所述散热件402。用在所述导热件401中的所述导热材402可以是金属(例如Cu、Ni、Fe、Al、Au、Ag、Ti或Fe)、合金(例如铝合金或铜合金)，或导热复合金属/金属氧化物(例如Ti/TiO2及Al/Al2O3)。用于所述散热件402的所述微细阵列多孔热交换材可以是由如同用于所述导热件401(请确认)中的导热材所形成，且可以包含多个高度地堆积且实质均一的孔洞404，而所述孔洞404显示于2D图403中。所述孔洞具有例如约10μm-1cm的尺寸，且较佳地，约100μm-1mm，且可以具有40-80％的孔隙率，较佳地，约68-74％。在所述微细阵列多孔热交换材中所述孔洞的尺寸实质上均一而具有小于约20％的变化量，较佳地，小于约10％。在一些实施例中，所述微细阵列多孔热交换材可以是具有厚度为200μm-10cm的微细阵列多孔热交换膜，且较佳地，厚度为500μm-1000μm。所述微细阵列多孔热交换材可以具有大于100cm2的表面积，例如20cm×20cm。相较于例如100,110,200,210及220(图1及2)的现有热沉装置及金属发泡热沉装置300(图3)，如本文中所公开的一种热沉装置400因具有非常高的散热表面积，所以常规地可以具有非常好的传导/辐射介导的散热作用，而之所以具有非常高的散热表面积是因为用于散热件中的所述微细阵列多孔热交换材具有显著的高表面积对体积比。在本文中所公开的微细阵列多孔热沉可以具有40-85％的表面积对体积比，而现有热沉及金属发泡热沉分别可以具有5-15％及15-30％的表面积对体积比。此外，由于在所述微细阵列多孔散热件中的实质均一孔洞，在所述孔洞中的空气的流动可以达到层流状态，这样的特征实质上避免局部热累积且相较于金属发泡热沉装置让微细阵列多孔热沉装置的对流冷却较有效益。在一些实施例中，参阅图4B，微细阵列多孔热沉410可以包含两个微细阵列多孔散热件412，且所述微细阵列多孔散热件412设置在所述导热件411的两个表面上且热接触所述导热件411的两个表面，以增加散热表面积。
在一些所述热沉装置的实施例中，所述散热件可以包含多层具有不同孔洞尺寸的微细阵列多孔热交换材层。图5说明一种具有双层微细阵列多孔散热件的热沉装置。所述热沉装置500包含一个导热件501且一个散热件502，其中，所述散热件502被配置设置在所述导热件501的上方且热接触所述导热件501，以至于所述导热件501将来自热源505的热热传递至用来将热散发至空气中的散热件502。所述散热件502实质上包含一层由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层503及一层由微细阵列多孔热交换材所形成的第二层504。所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层503具有较小的孔洞尺寸且热接触所述导热层501，且所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第二层504设置在所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层503上方且具有较大的孔洞尺寸。在一些实施例中，所述第二层504与所述第一层503的孔洞尺寸比例为2：1-1000：1，且所述第二层504与所述第一层503的厚度比例为0.01：1-1000：1，且所述厚度比例取决于所述第一层503与所述第二层504的孔洞尺寸。通过这样的设计，所述双层微细阵列多孔热沉装置500，除因用于散热件的所述微细阵列多孔热交换材具有大的相对表面积而具有有效的传导/辐射介导的散热作用外，因沿着在所述散热件502的第一层503到所述第二层504的所述孔洞内的空气流动的方向的热梯度的良好建立，而在对流介导的散热作用上获得改善。在一些其它实施例中，所述微细阵列多孔热沉装置可以包括超过两层的微细阵列多孔散热件，以至使所述第一层具有最小的孔洞尺寸且热接触所述热源，且其它层中的每一层的孔洞尺寸相较于设置在其下面的层的孔洞尺寸大。在一些实施例中，参阅图5B，微细阵列多孔热沉510可以包含两个双层散热件512，且所述双层散热件512设置在所述导热件511的两个表面上且热接触所述两个表面，以增加散热表面积。每一个双层散热件512包含一层由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层513及一层由微细阵列多孔热交换材所形成的第二层514。所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层513具有较小的孔洞尺寸且热接触所述导热层511，且所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第二层514设置在所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层513上且具有较大的孔洞尺寸。如此的设计借由所述热沉装置510的散热表面积的增加而让散热作用变得有效。
如上所述的所述微细阵列多孔热交换材及装置可以具有许多应用。
根据本文中的一些实施例，图6为说明一种包含微细阵列多孔热交换材的热交换管600，且以横截面视图显示。在一个实施例中，参阅图6A，所述热交换管600包含内导热管602及外散热管603，其中，所述内导热管602包含导热材、所述外散热管603包含微细阵列多孔热交换材，且所述外散热管603设置在所述内导热管602的外表面并热接触所述外表面，以至于所述内导热管602将来自流经所述内导热管602的第一媒介604的热传递至用来将热散发至在所述外散热管603外的第二媒介605中的所述外散热管603。所述内导热管602具有5μm-10cm的厚度，且在一些实施例中可以包含金属，例如Cu、Ni、Fe、Al等，或，在一些其它实施例中可以包含导热陶瓷，例如AlN、Al2O3。所述外散热管603可以具有0.5μm-1cm的厚度，且用于所述外散热管603的所述微细阵列多孔热交换材在一些实施例中可以由金属(例如Cu、Ni、Fe、Al)所形成，或，在一些其它实施例中可以由导热陶瓷/聚合物所形成。用于所述外散热管603的所述微细阵列多孔热交换材具有多个技术参数，且所述技术参数相似于显示在图4中的微细阵列多孔热沉装置400的技术参数。在一些实施例中，所述外散热管603可以包含超过一层由微细阵列多孔热交换材所形成的层。在一个描述于图6B的实施例中，所述外散热管包含一层由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层613及一层由微细阵列多孔热交换材所形成的第二层614，其中，所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层613具有较小的孔洞尺寸且设置在所述内导热管612的外表面，且所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第二层614具有较大的孔洞尺寸且设置在所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层613的外表面。如此的设计使得对流介导的散热作用获得改善，且这样的机制类似于公开在图5A中的所述热沉装置500。
根据本文中的一些实施例，图7说明另一种包含微细阵列多孔热交换材的热交换管700，且以横截面视图显示。在一个实施例中，参阅图7A，所述热交换管700包含内散热管702及外导热管703，其中，所述内散热管702包含微细阵列多孔热交换材、所述外导热管703包含导热材，且所述外导热管703设置在所述内散热管702的外表面并热接触所述外表面，以至使所述外导热管703将来自流经所述外导热管703的第一媒介705的热传递至用来将热散发至流经所述内散热管702的第二媒介704中的所述内散热管702。所述外导热管703具有5μm-10cm的厚度，且在一些实施例中可以包含金属，例如Cu、Ni、Fe、Al等，或，在一些其它实施例中可以包含导热陶瓷/聚合物，例如AlN、Al2O3。所述内散热管702可以具有0.5μm-1cm的厚度，且用于所述内散热管702的所述微细阵列多孔热交换材在一些实施例中可以由金属(例如Cu、Ni、Fe、Al)所形成，或，在一些其它实施例中可以由导热陶瓷/聚合物所形成。用于所述内散热管702的所述微细阵列多孔热交换材具有多个技术参数，且所述技术参数相似于显示在图4中的微细阵列多孔热沉装置400的技术参数。在一些实施例中，所述内散热管702可以包含超过一层由微细阵列多孔热交换材所形成的层。在另一个描述于图7B的实施例中，所述热交换管710包含外导热管713、一层由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层712及一层由微细阵列多孔热交换材所形成的第二层714，其中，所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层712具有较小的孔洞尺寸且设置在所述外导热管713的内表面并热接触所述外导热管713的内表面，而所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第二层714具有较大的孔洞尺寸且设置在所述由微细阵列多孔热交换材所形成的第一层712的内表面。如此的设计使得对流介导的由外部媒介至内部媒介的热的传递能够获得改善，且这样的机制类似于公开在图5A中的所述热沉装置500。
图8说明一种包含微细阵列多孔热沉装置的LED灯泡800，且所述热沉810以横截面视图显示。所述LED灯泡800包含灯泡体801及灯罩802，其中，所述灯罩802包覆所述灯泡体801且热接触所述灯泡体801。所述灯罩802包含内导热层812及外散热层811，其中，所述内导热层812包含导热材，且所述外散热层811实质上包含微细阵列多孔热交换材，且所述外散热层811设置在所述内导热层812的外表面且热接触所述外表面，以至于所述内导热层812将来自所述LED灯泡的热传递至用来将热散发至空气中的所述外散热层811。在一些实施例中，所述外散热层802可以包含超过一层由微细阵列多孔热交换材所形成的层，且配置的方式类似于在图6中的热交换管610，以在借由通过不同的由微细阵列多孔热交换材所形成的层所顺利建立的热梯度所促进的对流介导的散热作用上能够获得改善。
一种包含微细阵列多孔热交换材的热沉可以被应用于各种个人或云端计算装置，以对被包含在所述个人或云端计算装置中的电子电路提供有效的且有效率的冷却。根据本文中的一些实施例，图9说明一种包含微细阵列多孔热交换材的CPU热沉系统900。在一个实施例中，参阅图9A，所述CPU热沉系统900包含热沉装置903及风扇904，其中，所述热沉装置903夹置在安装在基板901上的CPU芯片902与所述风扇904间且热接触CPU芯片902与所述风扇904，以至于由所述CPU芯片902所释放的热被传递至所述热沉装置903，且散发于被所述风扇904所推进的空气中。所述热沉装置903包含具有厚度为1μm-1000μm的导热层905及具有厚度为500μm-10cm的散热层906，其中，所述导热层905包含导热材，且所述散热层906包含一层由微细阵列多孔热交换材所形成的层。所述微细阵列多孔热交换材可以具有约10μm-1cm的孔洞尺寸，较佳地，约100μm-1mm，且具有40-85％的孔隙率，较佳地，约68-74％。在所述微细阵列多孔热交换材中的孔洞尺寸实质上均一而具有小于约20％的变化量，较佳地，小于约10％。在另一个实施例中，参阅图9B，所述CPU热沉系统910具有与所述CPU热沉系统900相似的设计，而包含一个设置在一个CPU芯片912及一个风扇914间的热沉装置913。除一层导热层915外，所述热沉装置913也包含一双层散热层916，其中，所述双层散热层916包含两层由微细阵列多孔热交换材所形成的层，其中，一层顶层917接触所述风扇914且具有大的孔洞尺寸，而一层底层918接触所述导热层915且具有小的孔洞尺寸。在一些CUP热沉系统的实施例中，所述热沉装置的散热层可以包含超过两层由微细阵列多孔热交换材所形成的层，而微细阵列多孔热交换材沿着从接触导热层的面到接触风扇的面的方向并穿过由微细阵列多孔热交换材所形成的不同层而具有增加的孔洞尺寸。除所述CPU热沉系统外，一种包含微细阵列多孔热交换材的热沉可以被用来有效地冷却例如云端伺服器或云端数据中心的云端计算装置。
在一些实施例中，微细阵列多孔热交换材可以使用于热沉的现有设计中的鳍片或销钉的外表面上，以增加用来改善热交换的散热表面积。根据一些实施例，图10说明一种具有微细阵列多孔热交换材的热沉装置。所述热沉装置1000实质上具有相似于图2A中的现有热沉200的基本结构，而包含一个基座1002及一个由多个交替地设置的长及短的鳍片1003组成的阵列，其中，所述基座1002热接触热源1001，所述由多个交替地设置的长及短的鳍片1003组成的阵列是以所述鳍片由所述基座1002垂直延伸并以界定出多个开放间隙1004来间隔设置的方式进行设置。相似于所述热沉200，在所述热沉1000中的所述由多个交替地设置的长及短的鳍片1003组成的阵列也形成位于基端1005的密集阵列及位于开放端1006的疏松阵列，并有利于由所述基端1005至所述开放端1006的热梯度形成，以获得有效率的对流冷却。所述热沉1000的独特特征是所述由多个交替地设置的长及短的鳍片1003组成的阵列中的每一个鳍片包含一个导热鳍片体1007及一层由微细阵列多孔热交换材所形成的层1008。所述由微细阵列多孔热交换材所形成的层1008设置在所述导热鳍片体1007上且热接触所述导热鳍片体1007，并让每一个鳍片1003基本地形成如图3所示的热沉。通过这样的设计，除具有大的散热表面积外，所述热沉1000也可以在每一个鳍片1003及在所述热沉1000的整体结构上获得有效的对流冷却。在一些实施例中，所述热沉1000可以有由微细阵列多孔热交换材所形成的另一层，且其设置于所述由微细阵列多孔热交换材所形成的层1008的外表面及具有较大的孔洞尺寸。在一些其它实施例中，所述热沉装置1000可以包含超过两层由细微阵列多孔热交换材所形成的层，且所述超过两层由细微阵列多孔热交换材所形成的层设置在所述导热鳍片体1007的上且热接触所述导热鳍片体1007，并沿着从最内至最外的方向且穿过由微细阵列多孔热交换材所形成的不同层而具有增加的孔洞尺寸。

Claims (27)

1.一种热交换材，用于热交换装置中,包含：
微细阵列多孔材料，包括金属、合金，或金属/金属氧化物复合材；
所述微细阵列多孔材料包含多个孔洞，所述孔洞具有小于约5000μm且实质上均一而具有小于约20％的变化量的尺寸，且所述微细阵列多孔材料具有约40-85％的孔隙率。
2.根据权利要求1所述的热交换材，其中，所述微细阵列多孔材料具有约74％的孔隙率。
3.根据权利要求1所述的热交换材，其中，所述微细阵列多孔材料包括选自于镍、铝、铜、金、银、钛或铁的金属。
4.根据权利要求3所述的热交换材，其中，所述微细阵列多孔材料包括铜。
5.根据权利要求1所述的热交换材，其中，所述微细阵列多孔材料包括选自于铝合金、铜合金，或镍合金的合金。
6.根据权利要求5所述的热交换材，其中，所述微细阵列多孔材料包括铝合金。
7.一种热交换装置，包含：至少一层散热层,所述至少一层散热层中的每一层包括如权利要求1所述的热交换材。
8.根据权利要求7所述的热交换装置，还包含一层导热层,所述导热层包括导热材,所述导热层设置在所述至少一层散热层上且热接触所述至少一层散热层，藉此使热由接触所述导热层的高温媒介热传递至接触所述至少一层散热层的低温媒介。
9.根据权利要求8所述的热交换装置，包含一层散热层。
10.根据权利要求8所述的热交换装置，包含两层散热层,所述两层散热层由一层第一散热层及一层第二散热层所组成,所述第一散热层设置在所述导热层上且热接触所述导热层,且所述第二散热层的孔洞尺寸大于所述第一散热层的孔洞尺寸且所述第二散热层设置在所述第一散热层的上方。
11.根据权利要求10所述的热交换装置，其中，所述第二散热层及所述第一散热层的孔洞尺寸比例为约2：1至1000：1；所述第二散热层及所述第一散热层的厚度比例为约0.01：1至1000：1，所述比例取决于所述第一散热层的孔洞尺寸及所述第二散热层的孔洞尺寸。
12.根据权利要求7所述的热交换装置，还包含一个热沉主体，所述热沉主体包括一个基座及一个由多个突出物组成的阵列，所述由多个突出物组成的阵列被配置由所述基座延伸且以多个开放间隙方式间隔设置；所述至少一层散热层涂覆在所述热沉主体上。
13.根据权利要求12所述的热交换装置，其中，所述由多个突出物组成的阵列为一个由多个鳍片组成的阵列。
14.根据权利要求13所述的热交换装置，其中，所述由多个鳍片组成的阵列包括一个由多个交替地设置的长及短的鳍片组成的阵列。
15.根据权利要求13所述的热交换装置，其中，所述由多个交替地设置的长及短的鳍片组成的阵列具有呈扩张形构造。
16.根据权利要求12所述的热交换装置，其中，所述由多个突出物组成的阵列为一个由多个销钉组成的阵列。
17.根据权利要求16所述的热交换装置，其中，所述由多个销钉组成的阵列具有呈扩张形构造。
18.根据权利要求8所述的热交换装置，其中，所述导热层及所述至少一层散热层为封闭管的形式。
19.根据权利要求18所述的热交换装置，其中，所述导热层设置在所述热交换装置的内表面；及所述至少一层散热层设置在所述热交换装置的外表面，因此热由在所述热交换装置内的所述高温媒介热传递至在所述热交换装置外的所述低温媒介。
20.根据权利要求18所述的热交换装置，其中，所述导热层设置在所述热交换装置的外表面；及所述至少一层散热层设置在所述热交换装置的内表面，藉此使热由在所述热交换装置外的所述高温媒介热传递至在所述热交换装置内的所述低温媒介。
21.一种热沉系统，用来冷却在LED灯组合体中的LED灯源，包含：一个如权利要求7所述的热交换装置，所述热交换装置提供一个用来容纳并热接触所述LED灯源的外壳以散发来自所述LED灯源的热。
22.一种热沉系统，用来冷却电子电路，包含：一个如权利要求7所述的热交换装置，所述热交换装置的第一侧面热接触所述电子电路，以散发来自所述电子电路的热。
23.根据权利要求22所述的热沉系统，还包含风扇，所述风扇设置在所述热交换装置的第二侧面，以促进散热作用。
24.根据权利要求22所述的热沉系统，其中，所述电子电路为CPU芯片。
25.根据权利要求22所述的热沉系统，其中，所述电子电路为云端计算装置中的芯片。
26.一种热辐射系统，用来对热源的周围加温，包含：一个如权利要求7所述的热交换装置，所述热交换装置被配置来热接触所述热源且将来自所述热源的热散发至周围。
27.根据权利要求1所述的热交换材，其中，所述微细阵列多孔材料包含金属/金属氧化物复合体，所述金属/金属氧化物复合体选自于Ti/TiO2或Al/Al2O3。
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