CN110769642B - 一种高热流密度散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高热流密度散热器，包括基板和射流孔板，所述射流孔板的外侧设有高压液体腔，所述射流孔板的内侧与基板的内侧之间形成射流腔，所述基板的外侧与散热器件相贴合，所述基板的内侧表面设有纳米涂层，所述射流孔板上设置有连通高压液体腔与射流腔的射流孔，用于形成喷嘴以将高压液体腔内的高压液体喷射至射流腔内的基板的纳米涂层上进行换热。本发明的高热流密度散热器具有结构简单、换热效果好等优点。

Description

一种高热流密度散热器
技术领域
本发明主要涉及电力电子散热技术领域，特指一种高热流密度散热器。
背景技术
在现有的大功率电力电子器件的散热器中，直接接触液冷散热器（包括采用冷媒的散热器）效率较高，其功率密度可以满足现有的器件需求。但是随着更高功率密度设备的出现，现有的散热形式逐渐不能满足，温升将超过器件的耐受极限，因此需要更高效的散热形式。对于有相变的传热过程来说，影响最大的因素是沸腾状态，最理想的是每个区域都不断沸腾产生小气泡并迅速脱离，同时迅速补充液体，但是现有的金属表面在液体冲击时会在表面形成液膜，会导致传热恶化，影响换热效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种换热效果好的高热流密度散热器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高热流密度散热器，包括基板和射流孔板，所述射流孔板的外侧设有高压液体腔，所述射流孔板的内侧与基板的内侧之间形成射流腔，所述基板的外侧与散热器件相贴合，所述基板的内侧表面设有纳米涂层，所述射流孔板上设置有连通高压液体腔与射流腔的射流孔，用于形成喷嘴以将高压液体腔内的高压液体喷射至射流腔内的基板的纳米涂层上进行换热。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述纳米涂层为纳米金刚石薄膜。
所述基板为金刚石粉和铜粉制成的复合材料基板。
所述射流孔均匀分布在所述射流孔板上。
各所述射流孔的孔径均相同。
所述基板的面积大于散热器件的贴合面。
所述基板的厚度为0.1～10mm。
所述射流孔板为铜材质的射流孔板。
所述基板的外侧通过散热硅胶与散热器件粘接。
所述高压液体为纯净水或去离子水。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的高热流密度散热器，采用高压液体（如纯净水或去离子水等）通过喷嘴直接喷射至基板上，由于压力骤降，液体的沸点也同步降低，从而在喷射至基板上时会发生剧烈的沸腾换热，吸收热量，降低基板温度，从而降低散热器件的温度；由于在基板上设有纳米涂层，一方面有利于沸腾换热时小气泡的生成（沸腾核心的作用），并且有利于小气泡与基板表面的快速脱离；另一方面纳米涂层可以增强液体的毛细力，从而加速蒸干区的液体浸润速度，防止汽膜形成（汽膜会影响传热效果），进一步提高换热效率。
本发明的高热流密度散热器，基板为金刚石粉和铜粉通过高压高温烧结制成的复合材料基板；复合材料基板不仅具有高硬度的特性，能够减少高压液体冲击所带来的侵蚀，而且复合材料基板还具有高导热能力，从够将局部热量迅速扩散，降低热流密度。
本发明的高热流密度散热器，基板的面积大于散热器件的贴合面，在一定程度扩大表面积，能够降低平均热流密度，起到强化导热的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标号表示：1、基板；101、纳米涂层；2、射流孔板；201、射流孔；3、高压液体腔；4、射流腔；5、散热器件。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的高热流密度散热器，包括基板1和射流孔板2，基板1与射流孔板2之间平行布置，其中射流孔板2的内侧与基板1的内侧之间形成射流腔4，射流孔板2的外侧设有高压液体腔3，基板1的外侧通过散热硅胶则与散热器件5相贴合；在基板1的内侧表面设有纳米涂层101，射流孔板2上设置有连通高压液体腔3与射流腔4的射流孔201，用于形成喷嘴以将高压液体腔3内的高压液体喷射至射流腔4内的基板1的纳米涂层101上进行换热。本发明的高热流密度散热器，采用高压液体（如纯净水或去离子水等）通过喷嘴直接喷射至基板1上，由于压力骤降，液体的沸点也同步降低，从而在喷射至基板1上时会发生剧烈的沸腾换热，吸收热量，降低基板1温度，从而降低散热器件5的温度；由于在基板1上设有纳米涂层101，一方面有利于沸腾换热时小气泡的生成（沸腾核心的作用），并且有利于小气泡与基板1表面的快速脱离；另一方面纳米涂层101可以增强液体的毛细力，增强液体在沸腾腔内的扩散能力，从而加速蒸干区的液体浸润速度，防止汽膜形成（汽膜会影响传热效果），进一步提高换热效率。
本实施例中，纳米涂层101为纳米金刚石薄膜，通过微波化学气相沉积法得到。其中基板1为金刚石粉和铜粉通过高压高温烧结制成的复合材料基板1。其中微波化学气相沉积法与高压高温烧结均属于常规技术，在此不再赘述。复合材料基板1不仅具有高硬度的特性，能够减少高压液体冲击所带来的侵蚀，从而可以减少基板的厚度，减少散热器件到沸腾侧的导热热阻，而且复合材料基板1还具有高导热能力，从够将局部热量迅速扩散，降低热流密度。另外，基板1的面积大于散热器件5的贴合面，在一定程度扩大表面积，能够降低平均热流密度，起到强化导热的作用。另外，基板1的厚度为0.1～10mm。当然，在此并不对基板1的厚度进行限定，在其它实施例中，根据实际情况选择不同厚度的基板1。
本实施例中，射流孔201均匀分布在射流孔板2（如铜材质的射流孔板）上，且各射流孔201的孔径相同且大小合适。通过较密集的喷嘴，可以省略整个系统的节流环节，利用喷嘴本身的节流能力，简化系统，同时利用系统的压力，形成高速射流，强化沸腾换热能力。
本实施例中，高压液体腔3有一定容积，可以确保整个散热器在较强的驱动力下，不会有很大的波动，同时各个喷嘴的压力比较均衡，同时需要一定的储液量可以保证其不会产生空腔和供液不足。另外射流腔4的面积比较大，体积相应增加，有利于沸腾后产生的巨大体积的气体顺利排出，有效降低了整个散热器的流阻。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种高热流密度散热器，其特征在于，包括基板(1)和射流孔板(2)，所述射流孔板(2)的外侧设有高压液体腔(3)，所述射流孔板(2)的内侧与基板(1)的内侧之间形成射流腔(4)，所述基板(1)的外侧与散热器件(5)相贴合，所述基板(1)的内侧表面设有纳米涂层(101)，所述射流孔板(2)上设置有连通高压液体腔(3)与射流腔(4)的射流孔(201)，用于形成喷嘴以将高压液体腔(3)内的高压液体喷射至射流腔(4)内的基板(1)的纳米涂层(101)上进行换热；所述射流孔(201)均匀分布在所述射流孔板(2)上。
2.根据权利要求1所述的高热流密度散热器，其特征在于，所述纳米涂层(101)为纳米金刚石薄膜。
3.根据权利要求1所述的高热流密度散热器，其特征在于，所述基板(1)为金刚石粉和铜粉制成的复合材料基板。
4.根据权利要求1或2或3所述的高热流密度散热器，其特征在于，各所述射流孔(201)的孔径均相同。
5.根据权利要求1或2或3所述的高热流密度散热器，其特征在于，所述基板(1)的面积大于散热器件(5)的贴合面。
6.根据权利要求1或2或3所述的高热流密度散热器，其特征在于，所述基板(1)的厚度为0.1～10mm。
7.根据权利要求1或2或3所述的高热流密度散热器，其特征在于，所述射流孔板(2)为铜材质的射流孔板。
8.根据权利要求1或2或3所述的高热流密度散热器，其特征在于，所述基板(1)的外侧通过散热硅胶与散热器件(5)粘接。
9.根据权利要求1或2或3所述的高热流密度散热器，其特征在于，所述高压液体为纯净水或去离子水。
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