CN109755199B - 一种微小通道射流散热器 - Google Patents
一种微小通道射流散热器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109755199B CN109755199B CN201910126762.9A CN201910126762A CN109755199B CN 109755199 B CN109755199 B CN 109755199B CN 201910126762 A CN201910126762 A CN 201910126762A CN 109755199 B CN109755199 B CN 109755199B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- jet
- pit
- heat
- jet pipe
- pits
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Abstract
本发明公开了一种微小通道射流散热器，是在导热基板上设置盖板构成具有内腔的盒状体，在内腔中呈水平设置隔板，将内腔分隔为上部进液腔和下部出液腔；在隔板上分布有射流孔；在下部出液腔中，位于导热基板的表面分布有凹坑，凹坑与隔板上射流孔一一对应；在射流孔中设置射流管，射流管下端悬伸在凹坑中，使由射流管引入的射流束在凹坑的底面的冲击溅射被限定在凹坑中；在下部出液腔中，位于导热基板的表面分布有肋片，肋片设置在沿工质流出方向上的两个相邻凹坑之间，使下部出液腔中导热基板表面上游工质经肋片阻挡不流经下游凹坑。本发明使射流束不受周边射流影响，并将溅射射流转化为对导热基板的积极扰动，增强换热效果。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子元器件的换热技术领域，具体涉及一种微小通道射流散热器。
背景技术
随着高集成度的电子器件、微电子机械系统、大功率激光器的快速发展，电子芯片正向着小尺寸大功率方向发展，其单位体内的热耗散程度越来越高，导致发热量和温度急剧上升，热流通量已经高达106-107W/m2，使得局部热点的温度在极短的时间内超过其安全警戒值，由此引起严重的机械、化学、电气等可靠性与安全性的问题。研究表明，电力电子器件的故障有30％可以归因于器件的热失效和热应力所引发，器件工作温度越高，安全运行裕度越小；温度波动越大，热循环寿命越短。
为了解决高热流密度芯片的散热问题，近年来一批高效散热器应运而生，其中，微小通道冷却技术与喷射冷却技术以其显著散热性能获得了广泛的关注。微小通道冷却技术是通过增加固体和冷却工质的接触面积和通道壁面处的温度梯度，使得微小通道具备高效散热性能；喷射冷却技术是以高速射流流体法向冲击传热表面，在驻点附近形成很薄的速度和温度边界层，以及高速射流产生的高湍流强度以获得较大的换热效率，对高热流密度热源的局部高温热点具有显著的冷却效果。微小通道射流冷却技术则融合了冲击射流冷却和微小通道冷却两种高性能的散热技术，一方面借助高速射流在驻点区域附近形成的较大局部传热效率，另一方面借助微小通道阵列射流，使得被冷却表面温度比较均匀，避免了应用单纯微小通道热沉沿所出现的沿流体流动方向温度分布不均及由此造成的热应力问题。
公告号为CN2852388Y的专利申请文件中分开了一种“用于发光二极管LED的微喷射流水冷却装置”，主要包括LED芯片、微喷射流器、带有冷却装置的水箱、微泵，LED芯片的基座安装在微喷射流器的外壳上，微喷射流器内设有一腔体，腔体内设有带有多个微喷口的隔板，两侧设有入口和出口，分别通过软管与微泵、水箱连接，水箱上部设有热沉和风扇，水箱内设有微槽道，形成封闭的内循环冷却装置。但是，一方面，由于通过隔板的微喷口喷射出的每一个射流束在喷射腔上壁面上冲击后溅射开来，会对周边的喷射产生消极阻碍作用，弱化了周边射流束的喷射冲击力度，使得在相邻的两个被冲击面中心线上，流体流动速度近乎为零，局部散热系数急剧降低；另一方面，经喷射壁面回弹的液体向下落下，弱化了其本身射流束的喷射力度，使得喷射效果减弱，而且，喷射后流出的流体会流经出口处的喷嘴，又进一步弱化了微喷射流器出口附近的射流喷射力度，大大降低了喷射效果，限制了换热效率的提升。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种微小通道射流散热器，以使每一个射流束不受周边射流的溅射和流出影响，并将该溅射射流转化为对导热基板的积极扰动作用，以增强换热效果。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明微小通道射流散热器的特点是：
所述散热器是在导热基板上设置盖板构成具有内腔的盒状体，在所述内腔中呈水平设置隔板，利用所述隔板将内腔分隔为上部进液腔和下部出液腔，流体工质入口设置在盖板上，流体工质出口设置在导热基板的两侧；在所述隔板上分布有射流孔；
在所述下部出液腔中，位于所述导热基板的表面分布有凹坑，所述凹坑与隔板上射流孔在竖直方向上一一对应；在各射流孔中设置有射流管，所述射流管的上端面不高于隔板的上表面，射流管的下端悬伸在所述凹坑中，使得由射流管引入的射流束在凹坑的底面的冲击溅射被限定在凹坑中；
在所述下部出液腔中，位于所述导热基板的表面分布有肋片，所述肋片一一对应地设置在沿工质流出方向上的两个相邻凹坑之间，使得下部出液腔中导热基板表面上游工质经肋片的阻挡不流经下游凹坑。
本发明微小通道射流散热器的特点也在于：所述射流孔在隔板上呈阵列分布，阵列分布的方式为顺排或错排方式。
本发明微小通道射流散热器的特点也在于：所述凹坑为圆柱体、半球体或倒圆锥体。
本发明微小通道射流散热器的特点也在于：所述肋片为“一”字形或为“V”字形，“V”字形肋片的开口一侧朝向工质流出方向，“一”字形肋片的长度，或“V”字形肋片的开口大小是凹坑顶面直径的0.8-1.2倍。
本发明微小通道射流散热器的特点也在于：所述射流管的内径为0.2mm-4mm，射流管的外径是其内径的1.5-3倍，射流管伸入凹坑的深度为凹坑高度的0.6-0.9倍；所述凹坑的顶面直径是射流管外径的1.5-3倍，凹坑的高度是凹坑的顶面直径的1-4倍。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明利用射流管将单束射流引入凹坑内，使得每一束射流在冲击发生前不受周边流体工质的流动和冲击的影响，有效保证了每一束射流对导热基板的最大冲击和冷却效果。
2、本发明针对凹坑的设计，使每一个射流束在凹坑底面的冲击溅射被限定在凹坑内部，不会对周边射流冲击产生弱化影响，有效保证了每一个射流束对导热基板的冲击换热效果；同时，冲击凹坑底部后溅射涌出的流体工质在凹坑侧壁上进行了再次冲刷，进一步加强了对导热基板的散热效果。
3、本发明针对肋片的设计，使得从凹坑涌出的流体在流出出液腔的时候不流经下游的凹坑，保证了单束射流的独立性，且流体在流经与冲刷肋片时，进一步强化了流体对肋片及其连接一体的导热基板的冷却。
附图说明
图1为本发明微小通道射流散热器竖直截面示意图；
图2为本发明中凹坑与肋片排布形式示意图；
图3为本发明中凹坑与肋片另一种排布形式示意图；
图4为本发明中凹坑与肋片又一种排布形式示意图；
图中标号：1盖板，2上部进液腔，3隔板，4下部出液腔，5导热基板，6流体工质入口，7流体工质出口，8射流孔，9射流管，10凹坑，11肋片，12工质流出方向，13对称虚线。
具体实施方式
参见图1和图2，本实施例中微小通道射流散热器是在导热基板5上设置盖板1构成具有内腔的盒状体，在内腔中呈水平设置隔板3，利用隔板3将内腔分隔为上部进液腔2和下部出液腔4，流体工质入口6设置在盖板1上，流体工质出口7设置在导热基板5的两侧；在隔板3上分布有射流孔8。
在下部出液腔4中，位于导热基板5的表面分布有凹坑10，凹坑10与隔板3上射流孔8在竖直方向上一一对应；在各射流孔8中贴壁设置有射流管9，使射流管9的上端面不高于隔板3的上表面，射流管9的下端悬伸在凹坑10中，使得由射流管9引入的射流束在凹坑10的底面的冲击溅射被限定在凹坑10中。
在下部出液腔4中，位于导热基板5的表面分布有肋片11，肋片11一一对应地设置在沿工质流出方向上的两个相邻凹坑之间，使得下部出液腔中导热基板表面上游工质经肋片11的阻挡不流经下游凹坑。
如图2、图3的图4所示，射流孔8在隔板3上呈阵列分布，阵列分布的方式为如图2所示的顺排方式，或为如图3和图4所示的错排方式。
具体实施中，凹坑10可以为圆柱体、半球体或倒圆锥体；肋片11可以为如图2和图3所示的“一”字形，或为如图4所示的“V”字形，“V”字形肋片的开口一侧朝向工质流出方向，“一”字形肋片的长度，或“V”字形肋片的开口大小是凹坑顶面直径的0.8-1.2倍。
具体实施中，设置相关尺寸包括：射流管9的内径为0.2mm-4mm，射流管9的外径是其内径的1.5-3倍，射流管9伸入凹坑的深度为凹坑高度的0.6-0.9倍；凹坑的顶面直径是射流管外径的1.5-3倍，凹坑的高度是凹坑的顶面直径的1-4倍。
具体实施中，两只流体工质出口7在下部出液腔4的两侧对称设置，对称出口的设置，避免了设置单一出口情况下会造成的导热基板中心区域射流受工质流出的干扰影响。
为了迅速排出出液腔内的工质，一方面，将流体工质出口的直径设置为不小于流体工质入口的直径，另一方面，在下部出液腔4中，将流体工质出口7所在位置的导热基板5的局部设置为下沉槽，使流体工质出口7的底面与下沉槽的表面齐平；图2、图3和图4中所示的对称虚线13表示了图中所选取区域是下部出液腔内的中心区域，导热基板上的凹坑10分别以对称虚线13中的横向虚线和纵向虚线为对称中心线，在纵向和横向上均呈对称设置。
在材料与工质的选择上，导热基板5和肋片11采用具有较高导热性能的铜或铝合金材料制成；流体工质可以是气体，如空气，也可以是液体，如水或液态金属等。
具体实施例中，被冷却物件与处在下部出液腔4的外部的部导热基板5的底面充分接触。低温的冷却工质由流体工质入口6被高压灌入上部进液腔2，经喷射管9后高速喷射撞击凹坑10的底部，并冲刷凹坑10的侧壁后涌出凹坑，在其流出下部出液腔的过程中冲刷肋片11，实现了对导热基板5的多次冲击换热，大大提升了换热效率，能够满足高热流通量的电力电子元器件的散热需求。
Claims (4)
1.一种微小通道射流散热器，其特征是：
所述散热器是在导热基板(5)上设置盖板(1)构成具有内腔的盒状体，在所述内腔中呈水平设置隔板(3)，利用所述隔板(3)将内腔分隔为上部进液腔(2)和下部出液腔(4)，流体工质入口(6)设置在盖板(1)上，流体工质出口(7)设置在导热基板(5)的两侧；在所述隔板(3)上分布有射流孔(8)；
在所述下部出液腔(4)中，位于所述导热基板(5)的表面分布有凹坑(10)，所述凹坑(10)与隔板(3)上射流孔(8)在竖直方向上一一对应；在各射流孔(8)中设置有射流管(9)，所述射流管(9)的上端面不高于隔板(3)的上表面，射流管(9)的下端悬伸在所述凹坑(10)中，使得由射流管(9)引入的射流束在凹坑(10)的底面的冲击溅射被限定在凹坑(10)中；
在所述下部出液腔(4)中，位于所述导热基板(5)的表面分布有肋片(11)，所述肋片(11)一一对应地设置在沿工质流出方向上的两个相邻凹坑之间，使得下部出液腔中导热基板表面上游工质经肋片(11)的阻挡不流经下游凹坑；所述肋片(11)为“一”字形，“一”字形肋片的长度是凹坑顶面直径的0.8-1.2倍。
2.根据权利要求1所述的微小通道射流散热器，其特征是：所述射流孔(8)在隔板(3)上呈阵列分布，阵列分布的方式为顺排或错排方式。
3.根据权利要求1所述的微小通道射流散热器，其特征是：所述凹坑为圆柱体、半球体或倒圆锥体。
4.根据权利要求1所述的微小通道射流散热器，其特征是：所述射流管(9)的内径为0.2mm-4mm，射流管(9)的外径是其内径的1.5-3倍，射流管(9)伸入凹坑的深度为凹坑高度的0.6-0.9倍；所述凹坑的顶面直径是射流管外径的1.5-3倍，凹坑的高度是凹坑的顶面直径的1-4倍。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910126762.9A CN109755199B (zh) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | 一种微小通道射流散热器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910126762.9A CN109755199B (zh) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | 一种微小通道射流散热器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109755199A CN109755199A (zh) | 2019-05-14 |
| CN109755199B true CN109755199B (zh) | 2020-11-06 |
Family
ID=66407467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910126762.9A Active CN109755199B (zh) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | 一种微小通道射流散热器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109755199B (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110085944A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-08-02 | 上海工程技术大学 | 一种动力电池液冷均温装置 |
| CN110342454B (zh) * | 2019-07-11 | 2022-03-04 | 电子科技大学 | 一种惯性导航模块散热装置 |
| CN111076587A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 江苏科技大学 | 与泡沫金属相结合的冲击射流阵列相变冷却装置 |
| CN111328245B (zh) * | 2020-02-14 | 2021-07-06 | 西安交通大学 | 折返式射流微通道散热器及散热方法 |
| CN111356340A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-06-30 | 西安交通大学 | 一种高热通量冲击冷却式超临界二氧化碳散热器 |
| CN111970897B (zh) * | 2020-08-06 | 2022-06-21 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器 |
| CN111954445B (zh) * | 2020-08-14 | 2022-07-22 | 上海交通大学 | 一种肋柱式高效相变冷却装置及其冷却方法 |
| CN112234938A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-15 | 景德镇陶瓷大学 | 一种用于聚光太阳能电池的冲击射流冷却系统以及太阳能电池装置 |
| CN116671268A (zh) * | 2021-05-25 | 2023-08-29 | 华为技术有限公司 | 散热装置和散热系统 |
| CN113660824A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-16 | 杭州长川科技股份有限公司 | 冷却结构、压头组件及测试设备 |
| CN113543600A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-10-22 | 中国石油大学(华东) | 一种不完全填充错列式微通道换热器 |
| CN116190856B (zh) * | 2023-04-27 | 2023-07-14 | 南京航空航天大学 | 一种车载锂电池温控系统及其控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203760453U (zh) * | 2014-04-15 | 2014-08-06 | 合肥工业大学 | 一种电子元器件液冷散热系统 |
| CN207922922U (zh) * | 2018-03-12 | 2018-09-28 | 合肥工业大学 | 一种微小通道平板换热器 |
| CN109195406A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-11 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种热沉装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4928207A (en) * | 1989-06-15 | 1990-05-22 | International Business Machines Corporation | Circuit module with direct liquid cooling by a coolant flowing between a heat producing component and the face of a piston |
| US5239443A (en) * | 1992-04-23 | 1993-08-24 | International Business Machines Corporation | Blind hole cold plate cooling system |
| US6519151B2 (en) * | 2001-06-27 | 2003-02-11 | International Business Machines Corporation | Conic-sectioned plate and jet nozzle assembly for use in cooling an electronic module, and methods of fabrication thereof |
| CN2894209Y (zh) * | 2006-04-19 | 2007-04-25 | 哈尔滨工程大学 | 微射流矩阵冲击散热器 |
| CN103967621B (zh) * | 2014-04-08 | 2016-06-08 | 上海交通大学 | 具有微小斜肋-凹陷复合结构的冷却装置 |
| CN104712372B (zh) * | 2014-12-29 | 2016-03-09 | 上海交通大学 | 一种高性能冲击冷却系统 |
| CN108966583B (zh) * | 2017-05-17 | 2020-04-14 | 华为技术有限公司 | 散热器以及通信设备 |
| CN107644827B (zh) * | 2017-10-20 | 2019-09-10 | 常州工学院 | 一种微流体激励微器件自装配装置及方法 |
| CN108050870A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-05-18 | 无锡巨日电子科技有限公司 | 高效传热散热器 |
-
2019
- 2019-02-20 CN CN201910126762.9A patent/CN109755199B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203760453U (zh) * | 2014-04-15 | 2014-08-06 | 合肥工业大学 | 一种电子元器件液冷散热系统 |
| CN207922922U (zh) * | 2018-03-12 | 2018-09-28 | 合肥工业大学 | 一种微小通道平板换热器 |
| CN109195406A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-11 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种热沉装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "Numerical simulation of heat transfer characteristics of jet impingement with a novel single cone heat sink";Zhiguo Tang，Qingqing Liu, Hai Li, Xiaoteng Min;《Applied Thermal Engineering》;20170822;全文 * |
| "新型单圆锥体热沉单孔射流散热数值模拟";马鹏程，唐志国，刘轻轻，王元哲;《机械工程学报》;20161231;第52卷(第24期);全文 * |
| "电机液冷流道扰流片优化设计";郝嘉欣，唐志国，李荟卿，江 超;《合肥工业大学学报》;20160430;第39卷(第4期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109755199A (zh) | 2019-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109755199B (zh) | 一种微小通道射流散热器 | |
| CN108712852B (zh) | 一种气液两相混合喷射的微通道散热器 | |
| US7536870B2 (en) | High power microjet cooler | |
| CN212695142U (zh) | 一种具有断续斜肋结构的微通道热沉 | |
| CN108551750B (zh) | 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 | |
| CN110662403A (zh) | 一种阵列扰流柱射流冷却装置 | |
| CN110572990A (zh) | 一种冲击冷却式波纹形表面复合强化散热装置 | |
| CN101005747A (zh) | 液冷散热装置及用于该液冷散热装置的热交换器 | |
| CN113286497B (zh) | 一种带表面微槽的射流微通道散热器 | |
| CN205452266U (zh) | 超声波强化微槽道换热器 | |
| CN105258540A (zh) | 一种高热流密度器件用热沉 | |
| CN107863329B (zh) | 一种新型翅片式微射流热沉及制造方法 | |
| US11549758B2 (en) | Microchannel heat exchanger structure with nozzle and working method thereof | |
| CN114501945B (zh) | 一种服务器用喷雾液冷相变模组、控制方法及其制作方法 | |
| CN115297676A (zh) | 一种歧管式微射流超高热流密度热排散组件 | |
| CN113438872A (zh) | 一种出口渐缩型微小通道的射流冷板 | |
| CN114551379A (zh) | 一种具有高效散热性能的芯片散热器 | |
| CN113871359A (zh) | 一种用于cpu散热的离心微通道结构及其使用方法 | |
| CN112071813A (zh) | 一种集成电路芯片散热结构 | |
| KR100430282B1 (ko) | 알루미늄 열교환기의 냉매 분산기구 | |
| CN111356340A (zh) | 一种高热通量冲击冷却式超临界二氧化碳散热器 | |
| CN210432318U (zh) | 一种新能源汽车控制器的温度控制装置 | |
| CN220132326U (zh) | 一种具有水冷流道的蒸镀装置 | |
| CN219981381U (zh) | 一种多通道射流液冷板 | |
| CN116666330A (zh) | 一种带椭圆形肋与渐变式针鳍的微通道散热器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210107 Address after: 245000 No. 50, Meilin Avenue, Huangshan Economic Development Zone, Anhui Province Patentee after: Huangshan Development Investment Group Co.,Ltd. Address before: Tunxi road in Baohe District of Hefei city of Anhui Province, No. 193 230009 Patentee before: Hefei University of Technology |
|
| TR01 | Transfer of patent right |