CN107958886A - 仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器 - Google Patents

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周建阳
范承广
钟家勤
薛斌
黄宜军
潘宇晨
鲁娟
张千锋
张培
吴宇
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Abstract

本发明公开一种仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，包括风扇固定支架、风扇、仿生换热体、支撑螺杆和导热底座；其仿生换热体由1个圆柱状的导热体和多片板片状的换热片组成；换热片呈放射式固定在导热体的侧壁上；每片换热片的表面呈波浪状，即换热片的表面设有多条并排设置凹槽，这些凹槽的走向均与导热体的中轴线平行；风扇安装在风扇固定支架上，且风扇通过该风扇固定支架悬设在仿生换热体的正上方；导热底座贴于仿生换热体的正下方；风扇固定支架与导热底座通过支撑螺杆连接。本发明基于仿蚯蚓微观表面结构设计微电子换热器的换热片，相比光滑表面的换热片，增加了单位散热面积上散热效率，对换热片的散热性能具有明显的增强作用。

Description

仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器。
背景技术
由于当今高新技术的迅猛发展，高精密的电子零部件对尺寸微小和结构紧凑的微电子换热器的换热性能却是要求愈来愈高。对于微型电子器件来说，由于受到尺寸的限制，微型电子器件的微电子换热器的内部通道直径在微米到亚微米之间，这样的结构导致散热的导热材料的表面积与空气接触的表面积是很微量的，因而很难将热源(电子组件)所产生的热量都充分地散发到空气中，换热器换热效率并不高。
在微型的电子器件中，要求使用的换热器需要同时兼具体积小和换热性能好的特点。然而，传统换热器结构的散热器却难以同时兼顾这两个要求。对于换热器来说，其体积越大，散热性能则越好，其体积越小，散热性能则越差。为此，需要对传统散热器的结构进行改进，在减小结构尺寸的同时又要提升其换热性能，以应对工业发展的需要。
发明内容
本发明所要解决的是传统散热器难以适用于微型的电子器件中的问题，提供一种仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，包括风扇固定支架、风扇、仿生换热体、支撑螺杆和导热底座；其中仿生换热体由1个圆柱状的导热体和多片板片状的换热片组成；换热片呈放射式固定在导热体的侧壁上；每片换热片的表面呈波浪状，即换热片的表面设有多条并排设置凹槽，这些凹槽的走向均与导热体的中轴线平行；风扇安装在风扇固定支架上，且风扇通过该风扇固定支架悬设在仿生换热体的正上方；导热底座贴于仿生换热体的正下方；风扇固定支架与导热底座通过支撑螺杆连接。
上述方案中，开设在换热片表面的凹槽为上凸和/或下凹的凹槽。
上述方案中，所有凹槽均为半圆形凹槽。
上述方案中，每片换热片的两侧表面均呈波浪状。
上述方案中，每片换热片均与导热体的中轴线平行。
上述方案中，所有散射片均布在导热体的侧壁上，即每2片换热片之间的夹角相等。
上述方案中，仿生换热体由紫铜制成。
上述方案中，风扇的转轴与导热体的中轴线在同一条直线上。
上述方案中，导热底座的面积小于仿生换热体的截面面积。
与现有技术相比，本发明基于仿蚯蚓微观表面结构设计微电子换热器的换热片，相比光滑表面的换热片，这种仿生微观表面结构增加散热面积30％-50％，从而增加了单位散热面积上散热效率，对换热片的散热性能具有明显的增强作用，这种基于蚯蚓微观表面的仿生风冷式微型散热器可广泛用于微电子芯片、高功率LED等领域。
附图说明
图1为仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器的俯视方向立体示意图。
图2为仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器的仰视方向立体示意图。
图中标号：1、风扇固定支架；2、风扇；3、仿生换热体；4、支撑螺杆；5、导热底座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
一种仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，如图1和2所示，其主要由风扇固定支架1、风扇2、仿生换热体3、支撑螺杆4和导热底座5组成。
仿生换热体3为整个微电子换热器的关键部件，其由1个圆柱状的导热体和多片板片状的换热片组成。在本发明中，仿生换热体3由紫铜制成，其具有足够的硬度，价格低廉，质量轻，高导热系数，是符合本设计的经济实用的原材料。在本实施例中，整个仿生换热体3的直径为85mm，其中单片换热片的长和宽均为30mm，中心导热体直径为25mm。
换热片呈放射式固定在导热体的侧壁上。为了能够保证散热的均衡性，在本发明优选实施例中，所有散射片采用均匀分布的方式固定在导热体的侧壁上，即每2片换热片之间的夹角相等。当换热片固定在导热体的侧壁上时，可以采用倾斜的方式安装，此时换热片均与导热体的中轴线呈一定夹角。当换热片固定在导热体的侧壁上时，可以采用垂直方式安装，此时换热片均与导热体的中轴线平行。在本发明优选实施例中，所有换热片均垂直固定在导热体的侧壁上，即每片换热片均与导热体的中轴线平行，以提高散热效率。
每片换热片的表面呈波浪状，可以让每片换热片的其中一侧表面为波浪状，也可以让每片换热片的其中两侧表面均为波浪状。为了最大限度地提高散热率，在本发明优选实施例中，每片换热片的两侧表面均呈波浪状。要让每片换热片的表面均呈波浪状，可以通过在表面光滑的换热片的表面开设多条并排设置凹槽来实现。这些凹槽的截面为半圆弧形。在本实施例中，凹槽的截面半径为0.5mm。这些凹槽可以全部采用上凸的凹槽，并间隔地开设在表面光滑的换热片上；也可以全部采用下凸的凹槽，并间隔地开设在表面光滑的换热片上；也可以同时采用上凸的凹槽和下凸的凹槽，并让上凸的凹槽与下凸的凹槽相互间隔。在本发明优选实施例中，采用上凸的凹槽与下凸的凹槽相互间隔设置的方式，以尽可能地扩大换热片表面面积，增强散热效果。为了能够更好地引导热量从散热器的下方扩散至散热器的上方，开设在换热片的表面的凹槽的轴向最好能与导热体的中轴线平行。
风扇2安装在风扇固定支架1上，且风扇2通过该风扇固定支架1悬设在仿生换热体3的正上方。导热底座5贴于仿生换热体3的正下方。风扇固定支架1与导热底座5通过支撑螺杆4连接。风扇2的转轴与导热体的中轴线在同一条直线上。导热底座5的面积小于仿生换热体3的截面面积。
热源电器零部件所产生的热量经导热底座5传至仿生换热体3。随着仿生换热体3上方风扇2的转动，热量从仿生换热体3的下方被引导至仿生换热体3的上方。当热量在通过仿生换热体3内部时，与仿生换热体3换热片发生热交换。仿生换热体3内部通道会有动态的换热媒质的输入和输出，即热量与换热媒质形成强制对流状态，从而形成单相传热。利用微电子换热器的这一种工作原理和换热过程，可将微电子换热器与电气元件的芯片相接触，并与之成为一体，不仅可是结构紧凑，还可大大提高了换热的效率。另外，本发明的换热片基于仿蚯蚓表面微观结构，成型在高导热系数材料的微通道的换热通道壁上即导热体上。通过将仿蚯蚓表面微结构设计于换热通道壁面，能够在有限尺寸的前提下，增大了散热的导热材料的表面积，增加了换热器与热量空气接触的面积，提高脱离频率，达到强化单相对流的换热目的。这样一来不仅减少了漏风、少风、不完全接触的情况，大大提高了迎风面上的有效换热面积，使得热源电子元件的热量传导到空气中，并采用强制对流，将空气从通道向外界输送，实现高性能的散热的功能。
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (9)

1.仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，其特征是，包括风扇固定支架(1)、风扇(2)、仿生换热体(3)、支撑螺杆(4)和导热底座(5)；其中仿生换热体(3)由1个圆柱状的导热体和多片板片状的换热片组成；换热片呈放射式固定在导热体的侧壁上；每片换热片的表面呈波浪状，即换热片的表面设有多条并排设置凹槽，这些凹槽的走向均与导热体的中轴线平行；风扇(2)安装在风扇固定支架(1)上，且风扇(2)通过该风扇固定支架(1)悬设在仿生换热体(3)的正上方；导热底座(5)贴于仿生换热体(3)的正下方；风扇固定支架(1)与导热底座(5)通过支撑螺杆(4)连接。
2.根据权利要求1所述的仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，其特征是：开设在换热片表面的凹槽为上凸和/或下凹的凹槽。
3.根据权利要求1或2所述的仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，其特征是：所有凹槽均为半圆形凹槽。
4.根据权利要求1或2所述的仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，其特征是：每片换热片的两侧表面均呈波浪状。
5.根据权利要求1所述的仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，其特征是，每片换热片均与导热体的中轴线平行。
6.根据权利要求1所述的仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，其特征是，所有散射片均布在导热体的侧壁上，即每2片换热片之间的夹角相等。
7.根据权利要求1所述的仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，其特征是：仿生换热体(3)由紫铜制成。
8.根据权利要求1所述的仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，其特征是：风扇(2)的转轴与导热体的中轴线在同一条直线上。
9.根据权利要求1所述的仿蚯蚓微结构表面的强化传热微电子换热器，其特征是：导热底座(5)的面积小于仿生换热体(3)的截面面积。
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