CN115371483A - 具有分流结构的歧管微通道换热器 - Google Patents

Abstract

一种具有分流结构的歧管微通道换热器，具有分流结构的歧管微通道换热器，包括：底层基板、分流盖板、刻蚀于底层基板上的直流微槽道以及分流结构，其中：分流盖板整体盖在底层基板上且分流结构设置于其间，分流盖板上分别设有与外部管路连接的流体的入口和出口，对应分流结构的两侧的底层基板分别为流体入口平台和出口平台，对应分流结构的两侧的直流微槽道分别为歧管进液通道和歧管出液通道。本装置针对高热流密度的电子设备热管理问题，能够显著减小系统所需要的泵功，增强高热流密度表面的散热能力。

Description

具有分流结构的歧管微通道换热器

技术领域

本发明涉及的是一种微通道散热器领域的技术，具体是一种具有分流结构的歧管微通道(MMC)换热器。

背景技术

歧管微通道技术允许制冷剂在多个通道中向不同方向流动，通过连续扰动流体达到最大的传热能力，是解决超高热通量密度问题的方法，而且流体对表面的连续冲击也会给热交换带来很多好处。当所有的固体翅片被多孔翅片取代时，MMC的压降可以减少19％。通过在出口歧管一侧安排多孔结构，可以改善微通道之间流体分布不均的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有分流结构的歧管微通道换热器，针对高热流密度的电子设备热管理问题，能够显著减小系统所需要的泵功，增强高热流密度表面的散热能力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种具有分流结构的歧管微通道换热器，包括：底层基板、分流盖板、刻蚀于底层基板上的直流微槽道以及分流结构，其中：分流盖板整体盖在底层基板上且分流结构设置于其间，分流盖板上分别设有与外部管路连接的流体的入口和出口，对应分流结构的两侧的底层基板分别为流体入口平台和出口平台，对应分流结构的两侧的直流微槽道分别为歧管进液通道和歧管出液通道。

所述的分流盖板采用对角线交叉布置，从孔中流入流出换热器。

所述的分流结构在靠近进出口端为平板间流动，而后歧管交替布置对流体进行分配，分流结构靠近进出口的一侧采用45°的斜面，从而促进流体更加流畅的流入和流出底层微通道，减小系统压力损失。

所述的底部微通道通过激光刻蚀或离子体干法刻蚀的手段加工在在热芯片的背部基底内，避免了界面材料带来的热阻，从而最大程度的减小系统传热热阻。

技术效果

本发明歧管微流道换热器的分流结构靠近进出口的一侧采用45°的斜面，并以一体化加工的方式与顶部盖板相连。本发明采用该斜面分流器的歧管微流道换热器比常规直角面的歧管微流道换热器的流动阻力减小20-50％，换热能力提升5-10％。在工作流体速度越快，热负荷越大的工况下会展现出更好的优势。

附图说明

图1为本装置盖板外侧与整体三维结构示意图；

图2为歧管分流结构的细节，以及分流结构与微通道的空间结构示意图；

图3为底层基板刻蚀微通道的结构示意图；

图4为歧管分流结构的微通道换热器的侧视剖视图示意图；

图5为歧管分流结构的微通道换热器的正视剖视图示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种具有分流结构的歧管微通道换热器，包括：底层基板1、分流盖板2、流体的入口3、出口4、分流结构5、入口平台6、出口平台7、歧管进液通道8、歧管出液通道9和直流微槽道10，其中：盖板2上加工的进出口3和4正对下层的入口平台6和出口平台7。

所述的直流微槽道10在底层基板1上以刻蚀的方法加工制造，刻蚀工艺为用激光刻蚀或离子体干法刻蚀，材料为SiC，铜或金刚石。

所述的分流盖板2和分流结构5为一体化加工，可由整体结构切削而成，并加工出分配器的45°斜面，以最大程度减小热阻。

所述的分流盖板2和分流结构5与底层基板通过键结合的加工技术将其形成密封微散热器结构。

本装置工作过程为：利用入口段效应，冷流体从盖板2上加工的进口3流入下层入口平台6。在均匀分配以后，流体平均流入三个歧管进液通道8。随后受重力和流动压力影响，流体向下流入直流微槽道内，并沿着微槽道垂直流动。在流动压力的促进下，流体均匀进入歧管出液通道9，流出至出口平台7。最终，流体从盖板2上加工的出口4流出。

流体的入口平台6和出口平台7有助于流体的均匀分配，缓冲流体，稳定在流动中可能产生的不稳定性。

如图4所示，为歧管分流结构的微通道换热器的侧视剖视图，流体从入口平台6，流入歧管进液流道8中以后，向下流动至微槽道10中。流体主要在微槽道中进行流动换热，最后从另一次歧管出液流道9中流出。

如图5所示，为歧管分流结构的微通道换热器的正视剖视图，分流结构5在歧管进液通道8的前半部分和歧管出液通道9的后半部分采用倒梯形结构，梯形的斜坡的角度为45°。这种结构减小了流体进入微槽道时由于直角转弯流动产生的大流动阻力，从而减小了整个换热器内部的流动阻力损失。此外，梯形分流结构5使得底层微槽道有了更大的换热面积，相较传统歧管换热器又进一步提升换热能力。从整体结构来看，该散热结构减小了系统所需要的泵功，增强高热流密度表面的散热能力。

经过具体实际实验，在模拟电子设备热流密度为100W/cm²时，以水为冷却工质流入歧管微流道中对电子设备进行冷却，能够得到的实验数据是：在水的流动速度为0.4m/s时，阻力为3654Pa，芯片结温为90℃；在水的流动速度为0.8m/s时，阻力为7655Pa，芯片结温为78℃；。

与现有的歧管微流道相比，本改进分流结构的歧管微流道装置的性能指标提升在于：该新装置的流动阻力减小20-50％，换热能力提升5-10％，并在工质发生相变以后会有更好的散热表现。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种具有分流结构的歧管微通道换热器，其特征在于，包括：底层基板、分流盖板、刻蚀于底层基板上的直流微槽道以及分流结构，其中：分流盖板整体盖在底层基板上且分流结构设置于其间，分流盖板上分别设有与外部管路连接的流体的入口和出口，对应分流结构的两侧的底层基板分别为流体入口平台和出口平台，对应分流结构的两侧的直流微槽道分别为歧管进液通道和歧管出液通道。

2.根据权利要求1所述的具有分流结构的歧管微通道换热器，其特征是，所述的分流盖板采用对角线交叉布置，从孔中流入流出换热器。

3.根据权利要求1所述的具有分流结构的歧管微通道换热器，其特征是，所述的分流结构在靠近进出口端为平板间流动，而后歧管交替布置对流体进行分配，分流结构靠近进出口的一侧采用45°的斜面，从而促进流体更加流畅的流入和流出底层微通道，减小系统压力损失。

4.根据权利要求1所述的具有分流结构的歧管微通道换热器，其特征是，所述的分流盖板和分流结构为一体化加工，可有整体结构切削而成，以最大程度减小热阻。

5.根据权利要求1所述的具有分流结构的歧管微通道换热器，其特征是，所述的分流盖板和分流结构与底层基板通过键结合的加工技术将其形成密封微散热器结构。

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