CN107895879B - 一种散热组件及散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热组件及散热方法，涉及温度控制技术领域。该散热组件包括：上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层，上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层依次叠合；上层盖板开设有至少一个制冷剂注入孔及至少一个制冷剂出孔；中间换热层和射流冲击层分别开设有与制冷剂出孔对应的第一连接孔与第二连接孔，微蒸发层开设有蒸发腔，制冷剂出孔通过第一连接孔、第二连接孔与蒸发腔连通；中间换热层和射流冲击层还分别开设有多个第一微通道与多个第二微通道，制冷剂注入孔通过多个第一微通道与多个第二微通道与蒸发腔连通。通过该散热组件对被散热物进行散热，解决了现有冷却系统体积大，散热效率低及存在温度差的问题。

Description

一种散热组件及散热方法

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种散热组件及散热方法。

背景技术

近些年，随着激光技术的发展，激光已经在国防、医疗、工业等领域占据越来越重要的地位，由于光束质量好、效率高、寿命长，高功率固体激光器在科研和军事领域具有重要的研究价值。高热流密度固体激光器中，增益介质作为关键部件，在受到高热流密度泵浦光照射的情况下，其内部会产生大量的热，导致各种热效应，使光束质量下降，激光出光功率降低，更为严重的可能导致增益介质炸裂。激光器工作时，板条晶体中心面沿长度方向的温度分布不均匀，温度两边高，中间低，这会产生相应的热应力，板条是焊在散热结构上的，该应力会引起板条晶体的应力形变，其会影响激光器的稳定区，匀化板条的温度也是急需解决的问题。除了以上问题，为了将上述产生的大量热散掉，按照传统的冷却方法，所需的冷却系统的体积、重量越来越大，这些都制约着高功率固体激光技术的发展，这点远超出了一般电子器件领域所研究的散热、热设计等概念，激光器热效应成为实现高功率激光器所需突破的最关键核心问题之一，而其基础是研究激光器端面冷却技术。

目前，常用的冷却技术根据冷却介质的形态包括气体、液体、固体以及多相冷却技术，其中气体冷却技术又分为自然对流换热冷却技术和强迫空气冷却技术；固体冷却技术主要是半导体制冷技术；液体冷却技术包括直接和间接液体冷却、液滴或喷淋冷却、微通道冷却以及射流冲击冷却；多相冷却技术包括热管冷却技术等。由于激光器输出功率高，连续输出时可达百瓦级，脉冲输出时峰值功率可达千瓦级，通常的转换效率一般为50％，即发热量与出光功率一样，并且发热量集中的有源区尺寸非常小，热流密度很高，现阶段主要用微通道热沉散热。然而，传统的激光器水冷散热存在诸多问题，随着激光器输出功率的增加，冷却系统的体积重量增大，在实际使用过程中受到了很大的限制。

发明内容

本发明提供一种散热组件及散热方法，用以解决现有技术中冷却系统体积大，散热效率低及散热存在温度差的问题。

第一方面，为了实现上述目的，本发明提供一种散热组件，包括：

上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层，所述上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层依次叠合；

所述上层盖板开设有至少一个制冷剂注入孔及至少一个制冷剂出孔；

所述中间换热层和所述射流冲击层分别开设有与所述制冷剂出孔对应的第一连接孔与第二连接孔，所述微蒸发层开设有蒸发腔，所述制冷剂出孔通过所述第一连接孔、第二连接孔与所述蒸发腔连通；

所述中间换热层和所述射流冲击层还分别开设有多个第一微通道与多个第二微通道，所述制冷剂注入孔通过多个所述第一微通道与多个所述第二微通道与所述蒸发腔连通。

进一步地，所述中间换热层靠近所述上层盖板的一侧设置有第一凹槽，所述多个第一微通道设置在所述第一凹槽内；

所述第一连接孔靠近所述上层盖板一端设有适于在所述上层盖板与所述中间换热层叠合后与所述上层盖板贴合的第一凸起，和/或，所述制冷剂注入孔靠近所述中间换热层一端设有适于在所述上层盖板与所述中间换热层叠合后与所述中间换热层叠贴合的第二凸起。

进一步地，所述上层盖板靠近所述中间换热层的一侧设置有第二凹槽，所述制冷剂注入孔设置在所述第二凹槽内；

所述制冷剂注入孔靠近所述中间换热层一端设有适于在所述上层盖板与所述中间换热层叠合后与所述中间换热层贴合的第二凸起，和/或，所述第一连接孔靠近所述上层盖板一端设有适于在所述上层盖板与所述中间换热层叠合后与所述上层盖板叠贴合的第一凸起。

进一步地，所述中间换热层对应的所述第一微通道的总流通横截面积大于所述射流冲击层与所述中间换热层叠合后的总流通横截面积。

进一步地，所述中间换热层对应的所述多个第一微通道呈条形孔状，均匀的分布在所述中间换热层上。

进一步地，所述射流冲击层对应的所述多个第二微通道呈阵列排布。

进一步地，所述射流冲击层对应的所述多个第二微通道呈条形孔状，均匀的分布在所述射流冲击层上，并在所述中间换热层和所述射流冲击层叠合后与多个所述第一微通道交叉。

进一步地，所述上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层为紫铜制成。

进一步地，所述蒸发腔设内设置有导流壁。

第二方面，为了实现上述目的，本发明还提供了一种利用上述散热组件进行散热的散热方法，所述方法包括：

将所述散热组件装配在被散热物体上，所述微蒸发层与所述被散热物体的表面贴合；

所述制冷剂通过所述制冷剂注入孔注入，经过所述第一微通道和所述第二微通道后到达所述蒸发腔；

所述制冷剂到达蒸发腔进行热交换后，经过所述第二连接孔与所述第一连接孔后从所述制冷剂出孔流出。

所述散热组件被预先装配到被散热物体上，制冷剂由所述制冷剂注入孔注入，经过所述第一微通道与所述第二微通道进入所述蒸发腔，在所述蒸发腔进行热交换散热，进行热交换后的制冷剂通过所述第二连接孔与所述第一连接孔后流出所述制冷剂出孔。

根据本发明所提供的散热组件及散热方法，所述散热组件体积小、散热性好及对被散热物表面散热均匀，由此解决了现有技术中冷却系统体积大，散热效率低及散热存在温度差的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明第一实施例所述提供的散热组件的结构示意图；

图2为本发明第二实施例所述提供的中间换热层的俯视图；

图3为本发明第二实施例所述提供的上层盖板的仰视图；

图4为本发明第三实施例所述提供的上层盖板的仰视图；

图5为本发明第三实施例所述提供的中间换热层的俯视图；

图6为本发明实施例所述提供的上层盖板的仰视图；

图7为本发明实施例所述提供的中间换热层的俯视图；

图8为本发明实施例所述提供的射流冲击层的俯视图；

图9为本发明实施例所述提供的微蒸发层的俯视图；

图10为本发明实施例所述提供的散热方法流程图。

图标：10-散热组件；101-上层盖板；1011-制冷剂注入孔；1012-制冷剂出孔；1013-第二凸起；1014-第二凹槽；102-中间换热层；1021-第一连接孔；1022-第一微通道；1023-第一凹槽；1204-第一凸起；103-射流冲击层；1031-第二连接孔；1032-第二微通道；104-微蒸发层；1041-蒸发腔；1042-导流壁。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

第一实施例

如图1所示，为本发明提供的散热组件10，包括：

上层盖板101、中间换热层102、射流冲击层103及微蒸发层104，上层盖板101、中间换热层102、射流冲击层103及微蒸发层104依次叠合；

上层盖板101开设有至少一个制冷剂注入孔1011及至少一个制冷剂出孔1012；

中间换热层102和射流冲击层103分别开设有与制冷剂出孔1012对应的第一连接孔1021与第二连接孔1031，微蒸发层104开设有蒸发腔1041，制冷剂出孔1012通过第一连接孔1021、第二连接孔1031与蒸发腔1041连通；

中间换热层102和射流冲击层103还分别开设有多个第一微通道1022与多个第二微通道1032，制冷剂注入孔1011通过多个第一微通道1022与多个第二微通道1032与蒸发腔1041连通。

具体的，本实施例中，上层盖板101、中间换热层102、射流冲击层103及微蒸发层104依次叠合，其叠合的方式包括焊接、卡接及柳接。叠合后的散热组件10可以为平面结构、弧面结构以及根据被散热物体的形状设定的不规则结构。

上层盖板101开设有至少一个制冷剂注入孔1011及至少一个制冷剂出孔1012。制冷剂注入孔1011与制冷剂出孔1012的数量根据被散热物体需要的具体散热强度设置，改变制冷剂注入孔1011与制冷剂出孔1012的分布还可以改变被散热物体散热面的温度差。在具体实施过程中，根据被散热物体外表面的散热强度设置不同密度的制冷剂注入孔1011与制冷剂出孔1012的数量，以及根据被散热物体散热面所需的温度差设置制冷剂注入孔1011与制冷剂出孔1012的分布，以满足被散热物体散热需求。

中间换热层102和射流冲击层103还分别开设有多个第一微通道1022与多个第二微通道1032，制冷剂注入孔1011通过多个第一微通道1022与多个第二微通道1032与蒸发腔1041连通。通过设置多个第一微通道1022，可使从蒸发腔1041蒸发出来的制冷剂在流出的过程中经过中间换热层102时与从制冷剂注入孔1011流入的高压低温制冷剂进行换热，使流入的高压低温的制冷剂在进入射流冲击层103前与从蒸发腔1041蒸发出来的制冷剂进行热交换，然后从射流冲击层103进入蒸发腔1041，由热源发出的热量经过蒸发腔1041底板传出，制冷剂接触到蒸发腔1041底层，迅速蒸发，带走大量的热量，最终从制冷剂出口流出。

具体实施时，所述上层盖板101设置有两个制冷剂注入孔1011及一个制冷剂出孔1012，制冷剂注入孔1011设置在制冷剂出孔1012两边并设置在同一直线上。通过该设计方式，适用于激光板条散热，从而解决现有技术中散热系统对板条进行散热时温度分布不均匀，两端温度高，中间温度低的问题。散热效率高，同时还可以大大减少了散热系统的体积、重量。

第二实施例

如图2所示，为中间换热层102的俯视图。本实施例在第一实施例的基础上，中间换热层102靠近上层盖板101的一侧设置有第一凹槽1023，多个第一微通道1022设置在第一凹槽1023内。

通过在中间换热层102靠近上层盖板101的一侧设置有第一凹槽1023，并将多个第一微通道1022设置在第一凹槽1023内。可使从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂均匀的从第一微通道1022流下。

第一连接孔1021靠近上层盖板101一端设有适于在上层盖板101与中间换热层102叠合后与上层盖板101贴合的第一凸起1204。为了使从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂不会从第一凹槽1023流入第一连接孔1021，在第一连接孔1021靠近上层盖板101一端设有适于在上层盖板101与中间换热层102叠合后与上层盖板101贴合的第一凸起1204。

如图3所示，为本实施例提供的上层盖板101的仰视图。

通过将图2和图3对应的中间换热层102与上层盖板101叠合的散热组件10，可使从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂均匀的从第一微通道1022流下。且不会从第一凹槽1023流入第一连接孔1021，以防止注入的制冷剂还未进行吸热就从制冷剂出孔1012流出，也防止了从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂堵住制冷剂出孔1012。

第三实施例

如图4所述，为上层盖板101的仰视图。本实施例在第一实施例的基础上，上层盖板101靠近中间换热层102的一侧设置有第二凹槽1014，制冷剂注入孔1011设置在第二凹槽1014内。

通过在上层盖板101靠近中间换热层102的一侧设置有第二凹槽1014，并将制冷剂注入孔1011设置在第二凹槽1014内。可使从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂均匀的从第一微通道1022流下。

制冷剂注入孔1011靠近中间换热层102一端设有适于在上层盖板101与中间换热层102叠合后与中间换热层102叠贴合的第二凸起1013。为了使从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂不会从第二凹槽1014流入第一连接孔1021，在制冷剂注入孔1011靠近中间换热层102一端设有适于在上层盖板101与中间换热层102叠合后与上层盖板101贴合的第二凸起1013。

如图5所述，为本实施例所提供的中间换热层102的俯视图。

通过图4和图5对应的上层盖板101与中间换热层102叠合的散热组件10，可使从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂均匀的从第一微通道1022流下。且不会从第二凹槽1014流入第一连接孔1021，以防止注入的制冷剂还未进行吸热就从制冷剂出孔1012流出，也防止了从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂堵住制冷剂出孔1012。

可以理解的是，上层盖板101与中间换热层102对应第二实施例与第三实施例分别设置了第二凸起1013与第一凸起1204，第一凸起1204靠近上层盖板101与第二凸起1013靠近中间换热层102的面在上层盖板101与中间换热层102叠合时贴合。如，图6所示的上层盖板101与图2所示的中间换热层102叠合。以及上层盖板101与间换热层分别开设有第二凹槽1014和第一凹槽1023，如图2所示的中间换热层102与图4所示的上层盖板101叠合。均可使从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂均匀的从第一微通道1022流下。且不会从第二凹槽1014流入第一连接孔1021，以防止注入的制冷剂还未进行吸热就从制冷剂出孔1012流出，也防止了从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂堵住制冷剂出孔1012。

需要说明的是，在上述实施例的基础上，中间换热层102对应的第一微通道1022的总流通横截面积大于射流冲击层103与中间换热层102叠合后的总流通横截面积。通过换热层对应的第一微通道1022的总流通横截面积大于射流冲击层103与中间换热层102叠合后的总流通横截面积的设置，可以使从制冷剂注入孔1011注入的制冷剂与蒸发腔1041蒸发出来的制冷剂在中间换热层102进行热交换，并且射流冲击层103能起到节流的作用。

可选的，请参阅图7，为本发明实施例所提供的中间换热层102，中间换热层102对应的多个第一微通道1022呈条形孔状，均匀的分布在中间换热层102上。通过将第一微通道1022设置为条形孔状的，通过中间换热层102进行导热，增大了换热面面积，提升换制热效率。

可选的，射流冲击层103对应的多个第二微通道1032呈阵列排布。具体实施时，第二微通道1032为整列分布的导孔，该阵列与第一微通道1022对应，每一第二微通道1032均与第一微通道1022连通。

可选的，请参阅图8，为发明实施例所提供的射流冲击层103，射流冲击层103对应的多个第二微通道1032呈条形孔状，均匀的分布在射流冲击层103上，并在中间换热层102和射流冲击层103叠合后与多个第一微通道1022交叉。通过将第二微通道1032设置成条形孔状，可增大制冷剂与射流冲击层103的接触面，增加导热面积进而提升散热效率。

可选的，上层盖板101、中间换热层102、射流冲击层103及微蒸发层104为紫铜制成。

可选的，请参阅图9，为本发明实施例所提供的蒸发腔1041，蒸发腔1041设内设置有导流壁1042。通过设置导流壁1042，能使吸热后的制冷剂按导流壁1042导流的方向流出。

可选的，制冷剂为R134a，其在标准压力下的沸点为-26.1℃，低温高压的液体R134a从制冷剂注入孔1011注入，经过中间换热层102与蒸发后的R134a进行热交换，得到过冷处理，再经过射流冲击层103，进入微蒸发层104的蒸发腔1041，利用液气变化带走热源传递上来的大量热量，最终从制冷剂出孔1012。

请参阅图10，本实施例还提供了一种利用上述散热组件进行散热的散热方法，该方法包括：

步骤S101，将所述散热组件装配在被散热物体上，所述微蒸发层与所述被散热物体的表面贴合。

需要说明的是，上层盖板101、中间换热层102、射流冲击层103及微蒸发层104依次叠合，其叠合的方式包括焊接、卡接及柳接。叠合后的散热组件10可以为平面结构、弧面结构以及根据被散热物体的形状设定的不规则结构。

步骤S101，所述制冷剂通过所述制冷剂注入孔注入，经过所述第一微通道和所述第二微通道后到达所述蒸发腔。

需要说明的是，可以根据散热物的散热强度需要，设置制冷剂注入孔1011的分布及第一微通道1022及第二微通道1032的大小，以满足被散热物体的散热强度。在制冷剂经过第一微通道1022时还与从蒸发腔1041蒸发出来的制冷剂进行热交换，起到过冷保护的作用。通过更改第二微通道1032孔径大小还可对制冷剂起到限流的作用。

步骤S101，所述制冷剂到达蒸发腔进行热交换后，经过所述第二连接孔与所述第一连接孔后从所述制冷剂出孔流出。

综上所述，本发明实施例提供了一种散热组件及散热方法统，涉及温度控制技术领域。散热方法利用该散热组件对散热物体进行散热，该散热组件包括：上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层，上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层依次叠合；上层盖板开设有至少一个制冷剂注入孔及至少一个制冷剂出孔；中间换热层和射流冲击层分别开设有与制冷剂出孔对应的第一连接孔与第二连接孔，微蒸发层开设有蒸发腔，制冷剂出孔通过第一连接孔、第二连接孔与蒸发腔连通；中间换热层和射流冲击层还分别开设有多个第一微通道与多个第二微通道，制冷剂注入孔通过多个第一微通道与多个第二微通道与蒸发腔连通。通过该散热组件对被散热物进行散热，解决了现有冷却系统体积大，散热效率低及存在温度差的问题。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种散热组件，其特征在于，包括：

上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层，所述上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层依次叠合；

所述上层盖板开设有至少一个制冷剂注入孔及至少一个制冷剂出孔；

所述中间换热层和所述射流冲击层分别开设有与所述制冷剂出孔对应的第一连接孔与第二连接孔，所述微蒸发层开设有蒸发腔，所述制冷剂出孔通过所述第一连接孔、第二连接孔与所述蒸发腔连通；

所述中间换热层和所述射流冲击层还分别开设有多个第一微通道与多个第二微通道，所述制冷剂注入孔通过多个所述第一微通道与多个所述第二微通道与所述蒸发腔连通；

所述中间换热层对应的所述第一微通道的总流通横截面积大于所述射流冲击层与所述中间换热层叠合后的总流通横截面积。

2.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述中间换热层靠近所述上层盖板的一侧设置有第一凹槽，所述多个第一微通道设置在所述第一凹槽内；

所述第一连接孔靠近所述上层盖板一端设有适于在所述上层盖板与所述中间换热层叠合后与所述上层盖板贴合的第一凸起，和/或，所述制冷剂注入孔靠近所述中间换热层一端设有适于在所述上层盖板与所述中间换热层叠合后与所述中间换热层叠贴合的第二凸起。

3.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述上层盖板靠近所述中间换热层的一侧设置有第二凹槽，所述制冷剂注入孔设置在所述第二凹槽内；

所述制冷剂注入孔靠近所述中间换热层一端设有适于在所述上层盖板与所述中间换热层叠合后与所述中间换热层贴合的第二凸起，和/或，所述第一连接孔靠近所述上层盖板一端设有适于在所述上层盖板与所述中间换热层叠合后与所述上层盖板叠贴合的第一凸起。

4.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述中间换热层对应的所述多个第一微通道呈条形孔状，均匀的分布在所述中间换热层上。

5.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述射流冲击层对应的所述多个第二微通道呈阵列排布。

6.根据权利要求4所述的散热组件，其特征在于，所述射流冲击层对应的所述多个第二微通道呈条形孔状，均匀的分布在所述射流冲击层上，并在所述中间换热层和所述射流冲击层叠合后与多个所述第一微通道交叉。

7.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述上层盖板、中间换热层、射流冲击层及微蒸发层为紫铜制成。

8.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述蒸发腔设内设置有导流壁。

9.一种利用如权利要求1至8任意一项所述的散热组件进行散热的散热方法，其特征在于，所述方法包括：

将所述散热组件装配在被散热物体上，所述微蒸发层与所述被散热物体的表面贴合；

所述制冷剂通过所述制冷剂注入孔注入，经过所述第一微通道和所述第二微通道后到达所述蒸发腔；

所述制冷剂到达蒸发腔进行热交换后，经过所述第二连接孔与所述第一连接孔后从所述制冷剂出孔流出。