CN116499289A - 一种斜齿肋歧管微通道换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种斜齿肋歧管微通道换热器，该换热器主要包括以下部分，由盖板、歧管分流板和流道底板组成。整个换热器由金属制成，金属本身具有高导热性，有效提高散热速率；盖板表面含进出水口与歧管分流板相连，歧管分流板入口流道处有多个阵列孔，兼具射流作用，进一步增强换热的同时提升热源温度均匀性；流道底板具有斜齿肋通道，相比于传统直通道，斜齿肋有助于抑制射流入口周围的回流，并在通道壁面附近产生涡流，促进流体混合和增加换热面积，进一步强化换热。本发明具有尺寸小，换热性强的特点，在强化传热和降低压降的同时，有效提升热源温度的均匀性，提高散热性能，可解决高热流密度芯片、发热电子器件等的散热问题，提高其稳定性、可靠性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及半导体散热技术领域，特别涉及一种斜齿肋歧管微通道换热器。
背景技术
随着电子设备向小型化、多功能化、多芯片集成方向发展的趋势，高集成密度导致高热量的产生，而持续的高温会大大降低电子设备的可靠性甚至失效，因此对于电子产品快速有效的散热问题越来越受到广泛关注。
众所周知，采用微流道散热的方式可以有效地将热量进行传递，而歧管微通道相比于传统直通道，由于其具有分流的歧管结构不仅可以大幅降低压降，从而减小泵功消耗，而且可进一步强化其散热性能。然而大量的研究表明歧管微通道内流体分布并不均匀，导致其温度分布并不均匀。
专利CN102014598B公开了一种棱柱阵列射流微通道散热器，其底板流道为棱柱阵列组成，其通过棱柱阵列结构使冷却液发生紊流，带走从基体传至棱柱结构的热量，增加热交换效率，但其进口及出口流道相隔太近，容易使进口液温度升高，且棱柱结构无法限制流动方向，使得相邻的射流仍会有较严重的相互影响。
发明内容
鉴于此，为解决上述背景中存在的问题，本发明提出一种斜齿肋歧管微通道换热器，该方案在兼具射流换热的同时，底板流道中斜齿肋有助于抑制射流入口周围的回流，并在通道壁面附近产生涡流，促进流体混合和增加换热面积，进一步强化换热。
本发明提出一种斜齿肋歧管微通道换热器，该换热器主要由以下几个部分组成，分别是盖板、歧管分流板、流道底板、热源，具体示意图见图1和图2所示：
盖板、歧管分流板和流道底板三者通过定位销进行定位，再通过焊接方式进行密封连接。冷却液由盖板入水口流入，通过歧管射流板主流道区进入口分流道，由阵列孔射入流道底板中，再由流道底板中的斜齿肋流道流入出口分流道，最终汇入主流道从盖板出水口流出。完成一整个液冷回路，实现液冷换热；其中，射流部分和斜齿肋流道，实现进一步增强换热。在强化传热和降低压降的同时，有效提升热源温度的均匀性，提高散热性能，可解决高热流密度芯片、发热电子器件等的散热问题，提高其稳定性、可靠性和使用寿命。
优选地，本发明中所述盖板、歧管分流板和流道底板材料为金属，优选铜。
优选地，本发明中所述流道底板其内部微流道的制造，采用铣床加工或者铸造的方式；歧管分流板和盖板的制造方式为铣床加工。
优选地，本发明中所述歧管分流板中射流孔的形状可以是圆形、矩形、方形、菱形；分流板的形状为蛇形，形成入口流道和出口流道。
优选地，本发明中所述流道底板中的斜齿肋的倾斜角为9°到25°之间。
优选地，本发明中所述微流道通入的冷却介质选择去离子水。
优选地，本发明中所述流道底板、歧管分流板和盖板之间的相互连接的面要保证光滑平整，通过销定位后可采用焊接的方式或螺栓机械连接。
本发明采用以上技术方案产生的有益效果如下：
整个换热器由金属制成，金属本身具有高导热性，有效提高散热速率；盖板表面含进出水口与歧管分流板相连，歧管分流板入口流道处有多个阵列孔，兼具射流作用，进一步增强换热的同时提升热源温度均匀性；歧管结构将微通道划分为许多并联的微通道单元，大大缩短了微通道的有效流动长度，使压降减小；并且歧管结构形成了多个入口并减小了微通道流动长度，因此热边界层难以在微通道内发展，这有利于提高换热系数，降低总热阻。
流道底板具有斜齿肋通道，相比于传统直通道，斜齿肋有助于抑制射流入口周围的回流，并在通道壁面附近产生涡流，促进流体混合和增加换热面积，进一步强化换热。
附图说明
构成本申请的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的整体装配图；
图2是本发明的装配体的爆炸视图；
图3是本发明中盖板的结构示意图；
图4是本发明中歧管分流板俯视图；
图5是本发明中流道底板结构示意图；
图6是本发明中冷却液流向路径图；
图7是本换热器热源面温度分布云图；
图8是传统歧管热源面温度分布云图。
图中：1-盖板，2-歧管分流板，3-流道底板，101-盖板入水口，102-盖板出水口，201-歧管分流板主流区，202-歧管分流板入口分流区，203-阵列孔，204-歧管分流板出口分流区，205-蛇形肋板，301-斜齿肋，302-流道。
具体实施方式
为了进一步详细具体的说明本发明的特征、优点，接下来将结合附图和具体实施方案对本发明进行说明。
图1和图2为本发明的整体结构示意图，由此可以看出，本发明主要由盖板（1）、歧管分流板（2）、流道底板（3）组成。
实例中盖板（1）、歧管分流板（2）、流道底板（3）所选用的材料为金属，本实例中选择铜，利用铣床加工或铸造的方法。
实例中的盖板（1）整体尺寸为60x51x0.5mm，如图3所示，其制作方法是利用铣床铣出整体轮廓，然后利用铣床铣出两个直径为4mm的通孔，分别为进水口和出水口。
实例中歧管分流板（2）整体尺寸为60x51x3.1mm，如图4所示，其制作方法是利用铣床铣出进出水口处主流区和蛇形肋的分流区，其中进水流道底部留有0.1mm的厚度，出水流道贯通；进水流道底部铣出多个阵列孔，本实例中孔直径为1mm，其中阵列孔位置与流道底板的多条流道相对应，以便冷却液直接射入流道内。
实例中流道底板（3）整体尺寸为60x51x2.5mm，如图5所示，其制作方法是利用铣床铣出多条斜齿肋型流道，流道宽3mm，深2mm，相邻间斜齿肋为5mm。
实例中向盖板（1）上的入水口（101）注入冷却介质，流经歧管分流板（2）的主流道（201），后流经歧管分流板的入口流道，再由多个阵列孔垂直射流入底板流道，再由斜齿肋流道流入歧管射流板的出口流道，汇入主流区，最终由盖板出水口流出，完成整个液冷通路，具体如图6所示。
经过fluent仿真模拟，在模拟电子设备热流密度为1x108 W/m3时,以水为冷却工质流入换热器中对电子设备进行冷却,由仿真数据可得：本换热器中热源面最高为54.08℃，最低温为36.08℃，传统换热器中热源面最高温为76.86℃，最低温为40.08℃;相比于传统歧管通道换热器，本换热器散热性能提升42.12%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，在本技术领域的普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明构思的前提下，可以做若干改进和变化，但这些改进和变化应视为被发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种斜齿肋歧管微通道换热器，其特征在于，包括盖板（1），歧管分流板（2），流道底板（3），热源。所述的盖板（1）含出入水口；歧管分流板（2）分为主流道区和具有蛇形的肋板形成的分流道区，其入口流道处具有多个阵列孔；流道底板（3）具有斜齿肋形直通道。
2.根据权利要求1所述的一种斜齿肋歧管微通道换热器，其特征在于，热源置于底板底部；盖板与歧管分流板相连接，其中出入水口与歧管分流板的主流道区相连通；歧管分流板与流道底板相连，其中歧管分流板的蛇形斜肋板与底板的锯齿形直流道垂直放置。
3.根据权利要求1所述的一种斜齿肋歧管微通道换热器，其特征在于，歧管分流板由主流道区和蛇形肋板形成的分流道区，冷却液由主流道区流入分流道区，经过多个阵列孔，垂直射入底板流道中达到冲击射流的目的，进一步增强换热的同时有助于消除热点集中，提升热源温度均匀性。
4.根据权利要求1所述的一种斜齿肋歧管微通道换热器，其特征在于，流道底板由多条斜齿肋型直流道组成，斜齿肋与水平方向夹角9°到25°之间，其斜齿肋相比于矩形直通道，其换热面积增大，并且斜齿肋有助于抑制射流入口周围的回流，并在通道壁面附近产生涡流，促进流体混合，进一步强化换热。
5.根据权利要求1所述的一种斜齿肋歧管微通道换热器，其特征在于，冷却液由盖板上入水口流入，进入歧管分流板的主流道区，再由主流道区流向入口流道，经过多个阵列孔射入底板流道中，达到冲击射流的目的，同时也会不断破坏底板流道内流体的边界层，从而达到强化传热的效果；最后冷却液流经底板流道，由分流板的出口流道流出，由盖板出水口流出。
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