CN108551750A - 一种增强射流散热器散热效率装置，散热组件以及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增强射流散热器散热效率装置，散热组件以及制作方法，包括：装置本体，装置本体的底部设有底盖，底盖上设有多个锥形凸起；底盖的上部设有喷射腔，喷射腔的腔底面上设有多个喷嘴；喷射腔的顶部设有顶盖；底盖与喷射腔的腔底面之间设有散热腔。液冷工质射流冲击至锥形凸起结构顶端，并沿锥形凸起壁面向下流动，借助锥形凸起的结构特点及重力作用，破坏射流冲击冷却壁面射流区边界层的形成，同时锥形凸起间的区域液冷工质具有较大的动能，不同方向的液冷工质相互撞击，进一步增强流体扰动，从而降低热量传递过程中的热阻，增强对流换热强度。

Description

一种增强射流散热器散热效率装置，散热组件以及制作方法

技术领域

本发明涉及电子器件散热领域，尤其涉及一种增强射流散热器散热效率装置，散热组件以及制作方法。

背景技术

电子元器件及其组装后的电子设备的尺寸体积越来越小，相应的集成密度大大增加，高热流密度电子设备已经形成，并将会以更快的发展趋势达到一个极高的程度。随之而来的便是电子设备热流密度的剧增，这将为电子设备的热设计提出了新的挑战。

喷射冷却也称为射流冲击冷却，射流冲击冷却是指流体通过一定形状的喷嘴(圆形或狭缝形)直接喷射到被冷却的表面，在被冷却表面产生强迫对流流动，将热量带走。

由于流程短，在射流冲击驻点区附近形成很薄的边界层，因而具有极高的传热效率，其换热系数要比通常的对流换热方式高出几倍甚至1个数量级。

射流冲击流场一般分为三个区域，即自由射流区、驻点区和壁面射流区。喷嘴出口到壁面之间的射流流动称为自由射流区；射流工质在壁面垂直方向上强烈冲击传热壁面，法向速度为零；壁面射流区流体在径向压力梯度的作用下，从垂直于壁面方向转变为平行壁面方向流动，并在一定的顺压梯度作用下保持层流状态。

射流散热系统中，喷头正下方的驻点区域换热系统最高，远离驻点的壁面射流区换热系数逐渐减小。发生这种现象的原因，主要是受驻点区固体壁面的影响，液冷工质冲击固壁后边界层由驻点处开始形成，远离驻点区随着边界层厚度不断增加，换热系数逐渐减小，增加了热量传递的热阻。

发明内容

为减小射流冲击冷却过程中壁面射流区边界层的厚度，降低热量传递热阻，本发明提供了一种增强射流散热器散热效率装置，包括：装置本体，装置本体的底部设有底盖，底盖上设有多个锥形凸起；

底盖的上部设有喷射腔，喷射腔的腔底面上设有多个喷嘴；

喷射腔的顶部设有顶盖；

底盖与喷射腔的腔底面之间设有散热腔。

优选地，装置本体的横截面为矩形，或方形；

喷射腔的横截面为矩形空腔，或方形空腔；

喷射腔为存储液冷工质，喷射腔腔壁采用铝质金属材料制作。

优选地，散热腔的横截面为矩形或方形的散热器腔体

散热腔为液冷工质射流冲击对流换热的场所。

优选地，多个锥形凸起在底盖上呈矩阵式排列；

多个喷嘴在腔底面上呈矩阵式排列。

优选地，腔底面喷嘴的位置与底盖锥形凸起的位置一一对应。

优选地，锥形凸起的凸起部角度为30度至50度；

锥形凸起的中心线与喷嘴的中心线相重合；

喷嘴为锥形喷嘴，锥形喷嘴的大口朝向锥形凸起方向，锥形喷嘴的小口朝向顶盖；

锥形喷嘴大口的直径大小为锥形凸起底部直径大小的三分之一至二分之一。

一种基于增强射流散热器散热效率装置的散热组件，包括：发热电子器件以及装置本体；

装置本体的底盖贴敷在发热电子器件上。

一种增强射流散热器散热效率装置的制作方法，方法包括：

将铝质金属材料制作的板材通过铣加工的方式加工出喷射腔；

在喷射腔的腔底面呈矩阵式安装多个喷嘴；

采用真空钎焊的方式将顶盖与喷射腔的顶部焊接成一体；

将铝质金属材料制作的板材通过铣加工的方式加工出散热腔；

在散热腔的底盖上通过铣加工方式加工出呈矩阵式设置的多个锥形凸起；

将散热腔的顶部与喷射腔的腔底面通过真空钎焊的方式焊接成一体。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

液冷工质射流冲击至锥形凸起结构顶端，并沿锥形凸起壁面向下流动，借助锥形凸起的结构特点及重力作用，破坏射流冲击冷却壁面射流区边界层的形成，同时锥形凸起间的区域液冷工质具有较大的动能，不同方向的液冷工质相互撞击，进一步增强流体扰动，从而降低热量传递过程中的热阻，增强对流换热强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为增强射流散热器散热效率装置实施例的主视图；

图2为增强射流散热器散热效率装置实施例的侧视图；

图3为增强射流散热器散热效率装置实施例的剖面图；

图4为增强射流散热器散热效率装置实施例的结构图；

图5为增强射流散热器散热效率装置实施例换热图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。

应当理解，在称某一元件或层在另一元件或层“上”，被“连接”或“耦合”至另一元件或层时，其可能直接在另一元件或层上，被直接连接或耦合至所述另一元件或层，也可能存在中间元件或层。相反，在称某一元件被“直接在”另一元件或层“上”，“直接连接”或“直接耦合”至另一元件或层时，则不存在中间元件或层。所有附图中类似的数字指示类似元件。如这里所用的，术语“和/或”包括相关所列项的一个或多个的任何和所有组合。

本实施例提供一种增强射流散热器散热效率装置，如图1至4所示，包括：装置本体7，装置本体7的底部设有底盖5，底盖5上设有多个锥形凸起6；底盖5的上部设有喷射腔1，喷射腔1的腔底面8上设有多个喷嘴2；喷射腔1的顶部设有顶盖3；底盖5与喷射腔1的腔底面8之间设有散热腔4。

本实施例中，装置本体7的横截面为矩形，或方形；喷射腔1的横截面为矩形空腔，或方形空腔；喷射腔1为存储液冷工质，喷射腔1腔壁采用铝质金属材料制作。当然还可以采用其他的形状，可以根据被散热的元器件设置装置本体7的形状。喷射腔1腔壁还可以采用金属铜制作。

本实施例中，如图5所示，散热腔4的横截面为矩形或方形的散热器腔体散热腔4为液冷工质射流冲击对流换热的场所。当然还可以采用其他的形状，可以根据被散热的元器件设置散热腔4的形状。散热腔4可以采用铝质金属材料制作。

在散热腔4也可以设置液冷工质的输入输出端，或者在喷射腔设置液冷工质的输入输出端，具体的设置位置根据实际使用需要设置。

本实施例中，多个锥形凸起6在底盖5上呈矩阵式排列；多个喷嘴2在腔底面8上呈矩阵式排列。这样起到了有序喷洒液冷工质。

腔底面8喷嘴2的位置与底盖5锥形凸起6的位置一一对应。锥形凸起6的凸起部角度为30度至50度；

锥形凸起6的中心线与喷嘴2的中心线相重合；喷嘴2为锥形喷嘴，锥形喷嘴的大口朝向锥形凸起6方向，锥形喷嘴的小口朝向顶盖3；锥形喷嘴大口的直径大小为锥形凸起6底部直径大小的三分之一至二分之一。可以理解的是，在喷射腔1设置液冷工质输入口和输出口，使得液冷工质在喷射腔1内循环流动，喷射腔1的输入口和输出口位置不做限定，根据使用情况进行设置。

锥形凸起6的凸起部角度决定了散热性能，锥形凸起6的凸起部角度为30度至50度，在这个范围设置可以起到离驻点区的距离越小，换热强度大，散热效果好。如果低于30度容易造成换热面减小而导致散热效果越差。

锥形喷嘴大口的直径大小为锥形凸起6底部直径大小的三分之一至二分之一，以及锥形凸起6的凸起部角度决定了散热性能，锥形凸起6的凸起部角度为30度至50度的设置均考虑到射流冲击过程中，在壁面射流区流体受顺压梯度的作用，流动处于层流状态，由边界层分布方程为距离驻点的距离，ν为液冷工质运动粘度，u_∞为液冷工质流速可知，距离驻点的距离越大，边界层越厚，由对流换热过程原理可知，边界层越厚，热量传递热阻越大。因此，离驻点区的距离越大，换热强度越弱，散热效果越差。

液冷工质射流冲击至锥形凸起结构顶端，并沿锥形凸起壁面向下流动，借助锥形凸起的结构特点及重力作用，破坏射流冲击冷却壁面射流区边界层的形成，同时锥形凸起间的区域液冷工质具有较大的动能，不同方向的液冷工质相互撞击，进一步增强流体扰动，从而降低热量传递过程中的热阻，增强对流换热强度。

本发明还提供一种基于增强射流散热器散热效率装置的散热组件，包括：发热电子器件以及装置本体；装置本体的底盖贴敷在发热电子器件上。这样装置本体通过液冷工质射流冲击至锥形凸起结构顶端，并沿锥形凸起壁面向下流动，借助锥形凸起的结构特点及重力作用，破坏射流冲击冷却壁面射流区边界层的形成，同时锥形凸起间的区域液冷工质具有较大的动能，不同方向的液冷工质相互撞击，进一步增强流体扰动，从而降低热量传递过程中的热阻，增强对流换热强度，起到了对发热电子器件进行散热、换热。

本发明还提供一种增强射流散热器散热效率装置的制作方法，方法包括：

将铝质金属材料制作的板材通过铣加工的方式加工出喷射腔；

在喷射腔的腔底面呈矩阵式安装多个喷嘴；

采用真空钎焊的方式将顶盖与喷射腔的顶部焊接成一体；

将铝质金属材料制作的板材通过铣加工的方式加工出散热腔；

在散热腔的底盖上通过铣加工方式加工出呈矩阵式设置的多个锥形凸起；

将散热腔的顶部与喷射腔的腔底面通过真空钎焊的方式焊接成一体。

装置本体形成一体结构，两个腔体相互叠置进行散热。既保证了密封效果，还保证了一定的耐压性。采用铝质金属材料制作具有良好的散热性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种增强射流散热器散热效率装置，其特征在于，包括：装置本体(7)，装置本体(7)的底部设有底盖(5)，底盖(5)上设有多个锥形凸起(6)；

底盖(5)的上部设有喷射腔(1)，喷射腔(1)的腔底面(8)上设有多个喷嘴(2)；

喷射腔(1)的顶部设有顶盖(3)；

底盖(5)与喷射腔(1)的腔底面(8)之间设有散热腔(4)。

2.根据权利要求1所述的增强射流散热器散热效率装置，其特征在于，装置本体(7)的横截面为矩形，或方形；

喷射腔(1)的横截面为矩形空腔，或方形空腔；

喷射腔(1)为存储液冷工质，喷射腔(1)腔壁采用铝质金属材料制作。

3.根据权利要求1或2所述的增强射流散热器散热效率装置，其特征在于，

散热腔(4)的横截面为矩形或方形的散热器腔体

散热腔(4)为液冷工质射流冲击对流换热的场所。

4.根据权利要求1或2所述的增强射流散热器散热效率装置，其特征在于，

多个锥形凸起(6)在底盖(5)上呈矩阵式排列；

多个喷嘴(2)在腔底面(8)上呈矩阵式排列。

5.根据权利要求4所述的增强射流散热器散热效率装置，其特征在于，腔底面(8)喷嘴(2)的位置与底盖(5)锥形凸起(6)的位置一一对应。

6.根据权利要求5所述的增强射流散热器散热效率装置，其特征在于，

锥形凸起(6)的凸起部角度为30度至50度；

锥形凸起(6)的中心线与喷嘴(2)的中心线相重合；

喷嘴(2)为锥形喷嘴，锥形喷嘴的大口朝向锥形凸起(6)方向，锥形喷嘴的小口朝向顶盖(3)；

锥形喷嘴大口的直径大小为锥形凸起(6)底部直径大小的三分之一至二分之一。

7.一种基于增强射流散热器散热效率装置的散热组件，其特征在于，包括：发热电子器件以及如权利要求1至6所述的装置本体；

装置本体的底盖贴敷在发热电子器件上。

8.一种增强射流散热器散热效率装置的制作方法，其特征在于，方法包括：

将铝质金属材料制作的板材通过铣加工的方式加工出喷射腔；

在喷射腔的腔底面呈矩阵式安装多个喷嘴；

采用真空钎焊的方式将顶盖与喷射腔的顶部焊接成一体；

将铝质金属材料制作的板材通过铣加工的方式加工出散热腔；

在散热腔的底盖上通过铣加工方式加工出呈矩阵式设置的多个锥形凸起；

将散热腔的顶部与喷射腔的腔底面通过真空钎焊的方式焊接成一体。