CN112135498B - 一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器 - Google Patents

一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，涉及微通道散热器的技术领域，包括散热器芯体，散热器芯体包括并排设置的多个微通道单元，每一微通道单元内部开设有上层锥形导流通道和下层锥形导流通道，上层锥形导流通道和下层锥形导流通道均具有相对的进口端和出口端，上层锥形导流通道和下层锥形导流通道的左右两侧内壁上均嵌设有烧结多孔介质，上层锥形导流通道和下层锥形导流通道内均流通有相变微胶囊悬浮液。本发明在上层锥形导流通道和下层锥形导流通道内设置有烧结多孔介质，增大了比表面积，有效解耦流动和传热之间的联系与冲突，提高散热器换热效果，缩短了冷却至预定温度的时间，开设双层的锥形导流通道，增加了传热面积。

Description

一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器
技术领域
本发明涉及微通道散热器的技术领域，尤其涉及一种双层锥形微通道散热器。
背景技术
随着信息、医学、材料、能源等行业的迅猛发展以及高集成度微电子器件、现代毫微米制造技术、微加工技术等在工程上得到广泛应用，对散热系统强化的需求日益迫切。在众多工业应用中，通过流体进行传热是十分普遍及有效的方式。目前，传统的单层微通道水冷式散热器虽然冷却剂的压降较低，但无法满足高热流下的冷却要求。相变微胶囊悬浮液是在载流体中加入相变微胶囊所产生的固-液两相流体，在不失流动性的前提下，这种流体通过壳内相变材料的凝固、熔化，可以吸收、释放大量的热量，颗粒的壁材则保证了其具有很好的稳定性。另外，在微通道内加入多孔介质层可以在泵功少量增加的前提下使得换热速率明显增加，是改善微通道散热器传热性能不错的选择。
在电子器件功率密度不断提高的大背景下，需要对散热器本体进行进一步改进以解决其散热问题。
发明内容
针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，解决了单层微通道散热器换热效率低的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，包括散热器芯体，所述散热器芯体包括并排设置的多个微通道单元，多个微通道单元均呈长方体结构，其中：
每一所述微通道单元内部均沿长度方向开设有上层锥形导流通道和下层锥形导流通道，所述上层锥形导流通道和所述下层锥形导流通道均具有相对的进口端和出口端，所述上层锥形导流通道和所述下层锥形导流通道的左右两侧内壁上均嵌设有烧结多孔介质，所述上层锥形导流通道和所述下层锥形导流通道内均流通有相变微胶囊悬浮液，所述上层锥形导流通道和所述下层锥形导流通道内的所述相变微胶囊悬浮液逆流布置。
上述的一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，其中，所述烧结多孔介质的表面和内部具有多个孔，所述烧结多孔介质的孔径从底部向顶部线性或阶跃增大。
上述的一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，其中，所述上层锥形导流通道的内底壁由其进口端至出口端朝上倾斜，所述下层锥形导流通道的内顶壁由其进口端至出口端朝下倾斜，所述上层锥形导流通道的内底壁与所述下层锥形导流通道的内顶壁相平行。
上述的一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，其中，所述上层锥形导流通道和所述下层锥形导流通道的纵截面的形状均为矩形。
上述的一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，其中，所述散热器芯体的底部与电子器件产热端连接。
本发明由于采用上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
1、本发明在上层锥形导流通道和下层锥形导流通道内设置有烧结多孔介质，增大了比表面积，能够有效解耦流动性能和传热性能之间的联系与冲突，提高了散热器的换热效果，缩短了冷却至预定温度的时间。
2、本发明的烧结多孔介质的孔径在垂直于相变微胶囊悬浮液流动方向上间断式布置可以减少相变微胶囊悬浮液的流动阻力，降低泵送功耗，从而具有良好的流动性能，相变微胶囊悬浮液在烧结多孔介质的不同孔径处的流动速率不同，可以使相变微胶囊悬浮液不断掺混，加剧流动的紊乱程度，加大了换热强度，从而提高了传热性能。
3、本发明的微通道单元开设双层的锥形导流通道，极大增加了传热面积，与矩形导流通道相比，上层锥形导流通道和下层锥形导流通道截面积的改变造成了相变微胶囊悬浮液的流动速度存在差异，加大了上下层相变微胶囊悬浮液的温度差，强化了换热效率，从而使上层锥形导流通道和下层锥形导流通道内部的温度分布更加趋于均匀。
4、本发明通过相变微胶囊悬浮液中相变微胶囊的潜热蓄热，在短时间内能大量吸收热量，解决了热量收集困难、功率密度小的问题。
附图说明
图1是本发明的变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器的结构示意图。
图2是本发明的微通道单元的主视图。
图3是本发明的微通道单元的左视方向的剖视图。
图4是本发明的微通道单元的俯视方向的剖视图。
图5是本发明的孔径恒定不变的烧结多孔介质的示意图。
图6是本发明的孔径线性增大的烧结多孔介质的示意图。
图7是本发明的孔径阶跃增大的烧结多孔介质的示意图。
附图标记：1、散热器芯体；2、微通道单元；21、上层锥形导流通道；211、内底壁；22、下层锥形导流通道；221、内顶壁；3、烧结多孔介质。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
需要指出的是，本文提及的方位词“上”和“下”、“内”和“外”是以本发明的附图中零部件的相对位置为基准定义的，只是为了描述技术方案的清楚及方便，应当理解，此方位词的应用对本申请的保护范围不构成限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供的一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，请参阅图1、图2、图3和图4所示，包括散热器芯体1，散热器芯体1为一体式结构，散热器芯体1沿水平方向设置，散热器芯体1包括并排设置的多个微通道单元2，多个微通道单元2均呈长方体结构。
其中，每一微通道单元2内部均沿长度方向水平开设有上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22，上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22均具有相对的进口端和出口端，上层锥形导流通道21位于下层锥形导流通道22的正上方，且上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22的进口端和出口端反向布置，上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22之间具有间距，上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22内均流通有相变微胶囊悬浮液(图中未示出)，上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22内的相变微胶囊悬浮液逆流布置，采用相变微胶囊悬浮液作为工作流体，在改善热量有效传输的同时，保证相变微胶囊能够完全熔化以提高散热器整体散热效率，微通道单元2内双层锥形导流通道逆流式流动布置，极大增加了传热面积。
上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22的左右两侧内壁上均嵌设有烧结多孔介质3，烧结多孔介质3增大了比表面积，能够有效解耦流动性能和传热性能之间的联系与冲突，提高了散热器的换热效果，缩短了冷却至预定温度的时间。
进一步地，请参阅图6和图7所示，烧结多孔介质3的表面和内部具有多个孔，烧结多孔介质3的孔径从底部向顶部线性或阶跃增大，烧结多孔介质3上多个孔的孔径在垂直于流动方向上间断式布置可以减少相变微胶囊悬浮液的流动阻力，降低泵送功耗，从而具有良好的流动性能，相变微胶囊悬浮液在烧结多孔介质3的不同孔径处的流动速率不同，可以使相变微胶囊悬浮液不断掺混，加剧流动的紊乱程度，加大了换热强度，从而提高了传热性能。
在本实施例中，请参阅图3所示，上层锥形导流通道21的内底壁211由其进口端至出口端朝上倾斜，下层锥形导流通道22的内顶壁221由其进口端至出口端朝下倾斜，上层锥形导流通道21的内底壁211与下层锥形导流通道22的内顶壁221相平行，上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22的纵截面的形状均为矩形，上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22在相变微胶囊悬浮液流动方向上截面积的改变，造成相变微胶囊悬浮液流动速度存在差异，加大了上下层相变微胶囊悬浮液的温度差，强化了换热效率。
还有，散热器芯体1的下表面与电子器件产热端连接，对电子器件产热端进行散热，上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22内抛光内表面以减少相变微胶囊悬浮液的流动阻力。
进一步地，相变微胶囊悬浮液中的相变材料包括但不限于：正十六烷、正十八烷、正二十烷；散热器芯材的衬底和烧结多孔介质3采用较高热导率的金属固体，包括但不限于：银、铜、铝。
另外，相变微胶囊悬浮液的浓度范围为5～20wt％，上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22的高度范围为0.5～10mm，上层锥形导流通道21和下层锥形导流通道22的宽度范围为0.1～2mm，相变微胶囊悬浮液的速度范围为0.1～3m/s，烧结多孔介质3的孔径变化范围为0.0001～0.008m。
除此之外，在其他的实施方式中，请参阅图5所示，烧结多孔介质3上多个孔的孔径恒定不变。
进一步地，烧结多孔介质是由固体骨架和由骨架分割而成的孔隙空间所构成的复杂体系，它们之间的孔隙相互连通。
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见即可。
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 (4)

1.一种变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，其特征在于，包括散热器芯体(1)，所述散热器芯体(1)包括并排设置的多个微通道单元(2)，多个微通道单元(2)均呈长方体结构，其中：
每一所述微通道单元(2)内部均沿长度方向开设有上层锥形导流通道(21)和下层锥形导流通道(22)，所述上层锥形导流通道(21)和所述下层锥形导流通道(22)均具有相对的进口端和出口端，所述上层锥形导流通道(21)和所述下层锥形导流通道(22)的左右两侧内壁上均嵌设有烧结多孔介质(3)，所述上层锥形导流通道(21)和所述下层锥形导流通道(22)内均流通有相变微胶囊悬浮液，所述上层锥形导流通道(21)和所述下层锥形导流通道(22)内的所述相变微胶囊悬浮液逆流布置，所述烧结多孔介质(3)的表面上具有多个孔，所述烧结多孔介质(3)的孔径从底部向顶部线性或阶跃增大。
2.根据权利要求1所述的变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，其特征在于，所述上层锥形导流通道(21)的内底壁(211)由其进口端至出口端朝上倾斜，所述下层锥形导流通道(22)的内顶壁(221)由其进口端至出口端朝下倾斜，所述上层锥形导流通道(21)的内底壁(211)与所述下层锥形导流通道(22)的内顶壁(221)相平行。
3.根据权利要求2所述的变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，其特征在于，所述上层锥形导流通道(21)和所述下层锥形导流通道(22)的纵截面的形状均为矩形。
4.根据权利要求1所述的变孔隙多孔肋片双层锥形微通道散热器，其特征在于，所述散热器芯体(1)的底部与电子器件产热端连接。
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