DE202022105382U1 - Heat sink with microchannels - Google Patents
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Abstract
Eine Mikrokanal-Kühlkörper-Vorrichtung (100), wobei die Vorrichtung (100) Folgendes umfasst:
einen Kühlkörper (102) mit einem distalen Ende und einem proximalen Ende, wobei sich eine Vielzahl von Mikrokanälen (104) von dem Kühlkörper aus erstreckt;
ein Kanalpool (106), der am proximalen Ende des Kühlkörpers (102) ausgebildet ist, verbindet die Vielzahl von Mikrokanälen;
eine Vielzahl von Rippen (108), die sich von einem proximalen Ende des Kanalbeckens (106) erstrecken, das entlang einer Längsrichtung des Fluidstroms angebracht ist;
eine Vielzahl von Wänden die Vielzahl von Mikrokanälen (104) umgibt, wobei eine obere Wand (110a) mit einer adiabatischen Oberfläche die Vielzahl von Mikrokanälen (104), die mit dem fließenden flüssigen Kühlmittel gefüllt sind, verbindet, eine untere Wand (110b) die von dem Kühlkörper (102) abgeleitete Wärme absorbiert und mindestens eine Seitenwand (110c) die adiabatische Oberfläche bereitstellt; und
eine Kanalschicht (112), die an einer Oberseite des Kanalpools (106) in Richtung eines stromabwärtigen Flusses positioniert ist, verbindet die Vielzahl von Mikrokanälen (104) mit Kühlflüssigkeiten im Kanalpool (106).
A microchannel heat sink device (100), the device (100) comprising:
a heat sink (102) having a distal end and a proximal end, a plurality of microchannels (104) extending from the heat sink;
a channel pool (106) formed at the proximal end of the heat sink (102) connecting the plurality of microchannels;
a plurality of ribs (108) extending from a proximal end of the channel basin (106) attached along a longitudinal direction of fluid flow;
a plurality of walls surrounding the plurality of microchannels (104), a top wall (110a) having an adiabatic surface connecting the plurality of microchannels (104) filled with the flowing liquid coolant, a bottom wall (110b) the absorbs heat dissipated from the heat sink (102) and at least one sidewall (110c) provides the adiabatic surface area; and
a channel layer (112) positioned at a top of the channel pool (106) in a direction of downstream flow connects the plurality of microchannels (104) to cooling liquids in the channel pool (106).
Description
BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebiet der Wärmetauschervorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Mikrokanal-Wärmesenke mit einem Kanalbecken und rechteckigen Rippen.The present invention relates to a field of heat exchange devices. More particularly, the present invention relates to a microchannel heat sink having a channel basin and rectangular fins.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die Miniaturisierung elektronischer Geräte führt zu einem hohen Wärmestrom in den Geräten und somit zu Platzmangel in solchen miniaturisierten Komponenten. Die Unterbringung von Minipumpen, die für die Zirkulation des Kühlmittels verwendet werden, ist zu einem großen Problem geworden. Ein geringerer Druckabfall, der zu einer geringeren Pumpenleistung in solchen Mikrogeräten führt, ist eine wichtige Lösung. Die Wärmeübertragungsleistung in Form von Wärmeübergangskoeffizient, Nusselt-Zahl, Nusselt-Zahl-Verhältnis und Gesamtleistung, d. h. der Wärmeübertragungsverbesserungsfaktor in Makro- oder Mikro-Wärmetauscherkomponenten, muss optimal sein.The miniaturization of electronic devices leads to a high heat flow in the devices and thus to a lack of space in such miniaturized components. The housing of mini-pumps used for the circulation of the coolant has become a big problem. Lower pressure drop, which results in lower pump performance in such micro devices, is an important solution. The heat transfer performance in terms of heat transfer coefficient, Nusselt number, Nusselt number ratio and total performance, i. H. the heat transfer improvement factor in macro or micro heat exchanger components, must be optimal.
Die oben beschriebene Struktur der Wärmerippen ist komplex und führt zu einem hohen Wärmestrom und damit zu Platzmangel.The structure of the heat fins described above is complex and leads to a high heat flow and thus to a lack of space.
Daher besteht ein Bedarf an der Entwicklung eines Mikrokanal-Kühlkörpers mit einem Kanalpool und rechteckigen Rippen für eine effiziente Kühlung.Therefore, there is a need to develop a micro-channel heatsink with a channel pool and rectangular fins for efficient cooling.
Die durch die vorliegende Erfindung offenbarten technischen Fortschritte überwinden die Einschränkungen und Nachteile bestehender und konventioneller Systeme und Methoden.The technical advances disclosed by the present invention overcome the limitations and disadvantages of existing and conventional systems and methods.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Mikrokanal-Kühlkörper-Vorrichtung.The present invention generally relates to a microchannel heat sink device.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mikrokanal-Kühlkörper bereitzustellen;An object of the present invention is to provide a microchannel heat sink;
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Wärmestrom zu reduzieren; undAnother object of the present invention is to reduce heat flow; and
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Wärmeflussmechanismus zu verbessern.Another object of the present invention is to improve the heat flow mechanism.
In einer Ausführungsform eine Mikrokanal-Kühlkörper-Vorrichtung, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
- einen Kühlkörper mit einem distalen Ende und einem proximalen Ende, wobei sich eine Vielzahl von Mikrokanälen von dem Kühlkörper aus erstreckt;
- ein Kanalpool, der am proximalen Ende des Kühlkörpers ausgebildet ist, verbindet die Vielzahl von Mikrokanälen;
- eine Vielzahl von Rippen, die sich von einem proximalen Ende des Kanals erstrecken, der entlang einer Längsrichtung des Fluidstroms angebracht ist;
- eine Vielzahl von Wänden die Vielzahl von Mikrokanälen umgibt, wobei eine obere Wand mit einer adiabatischen Oberfläche die Vielzahl von Mikrokanälen, die mit dem fließenden flüssigen Kühlmittel gefüllt sind, verbindet, eine untere Wand die durch den Kühlkörper abgeleitete Wärme absorbiert und mindestens eine Seitenwand die adiabatische Oberfläche bereitstellt; und
- eine Kanalschicht, die an einer Oberseite des Kanalpools in Richtung eines stromabwärts gelegenen Flusses angeordnet ist, verbindet die Vielzahl von Mikrokanälen mit Kühlflüssigkeiten im Kanalpool.
- a heat sink having a distal end and a proximal end, a plurality of microchannels extending from the heat sink;
- a channel pool formed at the proximal end of the heat sink connects the plurality of microchannels;
- a plurality of ribs extending from a proximal end of the channel attached along a longitudinal direction of fluid flow;
- a plurality of walls surrounding the plurality of microchannels, with a top wall having an adiabatic surface filling the plurality of microchannels with the flowing liquid coolant are connected, a bottom wall that absorbs heat dissipated by the heat sink and at least one side wall provides the adiabatic surface; and
- a channel layer arranged at a top of the channel pool in a direction of a downstream flow connects the plurality of microchannels with cooling liquids in the channel pool.
In einer Ausführungsform sind Länge und Breite des Kühlkörpers im Wesentlichen gleich und liegen zwischen 5 und 15 mm.In one embodiment, the length and width of the heatsink are essentially the same and are between 5 and 15 mm.
In einer Ausführungsform besteht der Rahmen aus einem Halbleitersubstrat, vorzugsweise einem Siliziummaterial, das mindestens eine Oberfläche des Kühlkörpers zur Aufnahme der mehreren Mikrokanäle umschließt.In one embodiment, the frame consists of a semiconductor substrate, preferably a silicon material, that encloses at least one surface of the heat sink for receiving the plurality of microchannels.
In einer Ausführungsform hat der Durchflusskanal für das flüssige Kühlmittel einen geometrischen Querschnitt und ist thermisch mit einer Wärmequelle verbunden und erstreckt sich parallel zur Erstreckungsrichtung des Durchflusswegs für das flüssige Kühlmittel.In one embodiment, the liquid coolant flow channel has a geometric cross-section and is thermally connected to a heat source and extends parallel to the extending direction of the liquid coolant flow path.
In einer Ausführungsform hat die Wärmesenke eine Vielzahl von Mikrokanälen mit Flüssigkeitsdurchlässen, die sich parallel zueinander bis zum Kanalpool erstrecken, und das flüssige Kühlmittel fließt durch den Kanalpool, der die Vielzahl von parallelen Mikrokanälen verbindet, wodurch die festen Substratwände im Kanalpool beseitigt werden.In one embodiment, the heat sink has a plurality of microchannels with liquid passages extending parallel to each other to the channel pool, and the liquid coolant flows through the channel pool connecting the plurality of parallel microchannels, thereby eliminating the solid substrate walls in the channel pool.
In einer Ausführungsform beträgt die Länge des Kanalpools weniger als die Hälfte der Länge des Kühlkörpers, und die Breite des Kanalpools ist im Wesentlichen gleich der Breite des Kühlkörpers.In one embodiment, the length of the channel pool is less than half the length of the heatsink and the width of the channel pool is substantially equal to the width of the heatsink.
In einer Ausführungsform ist die Tiefe oder Höhe (Hp) des Kanalpools im Wesentlichen gleich der Hälfte der Höhe des Flüssigkeitskanals (Hc) des Kühlkörpers.In one embodiment, the depth or height (H p ) of the channel pool is substantially equal to half the height of the liquid channel (H c ) of the heatsink.
In einer Ausführungsform folgt der Querschnitt des Strömungsweges des flüssigen Kühlmittels durch die Vielzahl von Mikrokanälen der Geometrie des Querschnitts des Kanalbeckens.In one embodiment, the cross section of the liquid coolant flow path through the plurality of microchannels follows the geometry of the cross section of the channel basin.
In einer Ausführungsform ist der Kühlkörper aus einzelnen, doppelten oder mehreren Schichten aufgebaut.In one embodiment, the heat sink is made up of single, double, or multiple layers.
In einer Ausführungsform ist der Kühlkörper thermisch mit einer Wärmequelle verbunden.In one embodiment, the heatsink is thermally connected to a heat source.
In einer Ausführungsform erstreckt sich die Wärmesenke parallel zur Erstreckungsrichtung des Flüssigkühlmittelflusswegs.In one embodiment, the heat sink extends parallel to the direction of extension of the liquid coolant flow path.
Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Figuren dargestellt ist, gemacht werden. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figuren nur typische Ausführungsformen der Erfindung zeigen und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den beigefügten Figuren beschrieben und erläutert werden.In order to further clarify the advantages and features of the present invention, a more detailed description of the invention will be made by reference to specific embodiments thereof illustrated in the accompanying figures. It is understood that these figures show only typical embodiments of the invention and therefore should not be considered as limiting its scope. The invention will be described and illustrated with additional specificity and detail with the accompanying figures.
Figurenlistecharacter list
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Figuren darstellen, wobei:
-
1 ein Blockdiagramm eines Mikrokanal-Kühlkörpers zeigt, -
2 eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung zeigt, -
3 ein schematisches Layout des Mikrokanal-Kühlkörpers mit den geometrischen Parametern des Kanalbeckens und der rechteckigen Rippe zeigt, -
4 eine grafische Darstellung der Druckverluste fürFall 0,Fall 1,Fall 2 undFall 3 in Bezug auf verschiedene Re zeigt, -
5 eine grafische Darstellung des Wärmeübergangskoeffizienten (h) aller Kühlkörperdesigns zeigt, -
6a-6b eine grafische Darstellung des Vergleichs der Leistungsparameter fürFall 1,Fall 2 und Fall 3: (a) Veränderung des Fanningschen Reibungsfaktors f/fo mit Re, (b) Veränderung von Nu/Nuo mit Re zeigen, und -
7 eine grafische Darstellung des thermischen Leistungsfaktors η in Bezug auf verschiedene Re fürFall 1,Fall 2 undFall 3 zeigt.
-
1 shows a block diagram of a microchannel heatsink, -
2 shows a schematic representation of the present invention, -
3 shows a schematic layout of the microchannel heatsink with the geometric parameters of the channel basin and the rectangular fin, -
4 shows a graphical representation of the pressure losses forcase 0,case 1,case 2 andcase 3 in relation to different Re, -
5 shows a graphical representation of the heat transfer coefficient (h) of all heatsink designs, -
6a-6b shows a graphical representation of the comparison of performance parameters forCase 1,Case 2 and Case 3: (a) Fanning's friction factor f/fo changing with Re, (b) Nu/Nuo changing with Re, and -
7 Figure 12 shows a plot of thermal power factor η in relation to different Re forcase 1,case 2 andcase 3.
Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Figuren der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Figuren durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Figuren nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Figuren nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, leicht erkennbar sind.Those skilled in the art will understand that the elements in the figures are presented for simplicity and are not necessarily drawn to scale. For example, the flow charts illustrate the method of key steps to enhance understanding of aspects of the present disclosure. In addition, one or more components of the device may be represented in the figures by conventional symbols, and the figures only show the specific details relevant to understanding the embodiments of the present disclosure, not to encircle the figures with details to overload, which are easily recognizable to those skilled in the art familiar with the present description.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.For the purposes of promoting an understanding of the invention, reference will now be made to the embodiment illustrated in the figures and specific language will be used to describe the same. It should be understood, however, that no limitation on the scope of the invention is intended, and such alterations and further modifications to the illustrated system and such further applications of the principles of the invention set forth therein are contemplated as would occur to those skilled in the art invention would normally come to mind.
Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.Those skilled in the art will understand that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory of the invention and are not intended to be limiting.
Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.When this specification refers to "an aspect," "another aspect," or the like, it means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is present in at least one embodiment of the present invention. Therefore, the phrases "in one embodiment," "in another embodiment," and similar phrases throughout this specification may or may not all refer to the same embodiment.
Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.The terms "comprises," "including," or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion such that a method or method that includes a list of steps includes not only those steps, but may also include other steps that are not expressly stated or pertaining to any such process or method. Likewise, any device or subsystem or element or structure or component preceded by "comprises...a" does not, without further limitation, exclude the existence of other devices or other subsystem or other element or other structure or other component or additional device or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one skilled in the art to which this invention pertains. The system, methods, and examples provided herein are for purposes of illustration only and are not intended to be limiting.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.Embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the attached figures.
Der Kühlkörper (102) hat ein distales Ende und ein proximales Ende, wobei sich eine Vielzahl von Mikrokanälen (104) von dem Kühlkörper aus erstreckt. Der Rahmen besteht aus einem Halbleitersubstrat, vorzugsweise einem Siliziummaterial, das mindestens eine Oberfläche des Kühlkörpers (102) umschließt, um die Vielzahl von Mikrokanälen (104) zu halten. Der Durchflusskanal für das flüssige Kühlmittel hat einen geometrischen Querschnitt und ist thermisch mit einer Wärmequelle verbunden und erstreckt sich parallel zur Erstreckungsrichtung des Durchflusswegs für das flüssige Kühlmittel.The heat sink (102) has a distal end and a proximal end, with a plurality of microchannels (104) extending from the heat sink. The frame consists of a semiconductor substrate, preferably a silicon material enclosing at least one surface of the heat sink (102) to support the plurality of microchannels (104). The liquid coolant flow channel has a geometric cross section and is thermally connected to a heat source and extends parallel to the extending direction of the liquid coolant flow path.
Das Kanalbecken (106) wird am proximalen Ende des Kühlkörpers (102) gebildet und verbindet die Vielzahl von Mikrokanälen. Die Länge des Kanalpools (106) beträgt weniger als die Hälfte der Länge des Kühlkörpers (102), und die Breite des Kanalpools (106) ist im Wesentlichen gleich der Breite des Kühlkörpers (102).The channel pool (106) is formed at the proximal end of the heat sink (102) and connects the plurality of microchannels. The length of the channel pool (106) is less than half the length of the heat sink (102) and the width of the channel pool (106) is substantially equal to the width of the heat sink (102).
Die mehreren Rippen (108) erstrecken sich von einem proximalen Ende des Kanalbeckens (106), das entlang einer Längsrichtung des Fluidstroms angebracht ist.The plurality of ribs (108) extend from a proximal end of the channel basin (106) attached along a longitudinal direction of fluid flow.
Die Vielzahl von Wänden umgibt die Vielzahl von Mikrokanälen (104), wobei eine obere Wand (110a) mit einer adiabatischen Oberfläche die Vielzahl von Mikrokanälen (104), die mit dem fließenden flüssigen Kühlmittel gefüllt sind, verbindet, eine untere Wand (110b) die durch den Kühlkörper (102) abgeleitete Wärme absorbiert und mindestens eine Seitenwand (110c) die adiabatische Oberfläche bereitstellt; undThe plurality of walls surround the plurality of microchannels (104), with a top wall (110a) having an adiabatic surface connecting the plurality of microchannels (104) filled with the flowing liquid coolant, a bottom wall (110b) connecting the absorbs heat dissipated by the heat sink (102) and at least one sidewall (110c) provides the adiabatic surface area; and
Die Kanalschicht (112) befindet sich an der Oberseite des Kanalpools (106) in Richtung stromabwärts und verbindet die Vielzahl von Mikrokanälen (104) mit den Kühlflüssigkeiten im Kanalpool (106).The channel layer (112) is at the top of the channel pool (106) in a downstream direction and connects the plurality of microchannels (104) to the cooling liquids in the channel pool (106).
Die Wärmesenke (102) hat eine Vielzahl von Mikrokanälen (104) mit Flüssigkeitsdurchlässen, die sich parallel zueinander bis zum Kanalsammelbecken (106) erstrecken, und das flüssige Kühlmittel fließt durch das Kanalsammelbecken (106), das die Vielzahl von parallelen Mikrokanälen (104) verbindet und die festen Substratwände im Kanalsammelbecken (106) beseitigt. Der Querschnitt des Strömungsweges des flüssigen Kühlmittels durch die Vielzahl von Mikrokanälen (104) folgt der Geometrie des Querschnitts des Kanalbeckens (106).The heat sink (102) has a plurality of microchannels (104) with liquid passages extending parallel to each other to the channel sump (106), and the liquid coolant flows through the channel sump (106) connecting the plurality of parallel microchannels (104). and eliminating solid substrate walls in the channel sump (106). The cross section of the liquid coolant flow path through the plurality of microchannels (104) follows the geometry of the cross section of the channel basin (106).
Der Kühlkörper (102) ist ein-, zwei- oder mehrschichtig aufgebaut. Der Kühlkörper (102) ist thermisch mit einer Wärmequelle verbunden. Die Wärmesenke (102) erstreckt sich parallel zur Erstreckungsrichtung des Flüssigkühlmittelflusswegs.The heat sink (102) has one, two or more layers. The heat sink (102) is thermally connected to a heat source. The heat sink (102) extends parallel to the extending direction of the liquid coolant flow path.
Die Vorrichtung mit der neuartigen Pool-Struktur ist für das Kanalsubstrat aus Silizium oder anderen wärmeleitenden Materialien geeignet und mit einer Vielzahl von Kühlflüssigkeiten wie Luft, Wasser, Nanofluiden usw. kompatibel. Der erfindungsgemäße Poolkanal kann an jeder Stelle des Mikrokanals unabhängig von der axialen, transversalen und vertikalen Richtung einen Poolkanal aufweisen. Die hydraulischen und thermischen Leistungen der Wärmesenke können je nach Position des Kanalpools variieren. Die vorliegende Untersuchung basiert jedoch auf einem Mikrokanal-Kühlkörper, bei dem das Flüssigkeitsbecken und die Rippen stromabwärts der Strömung angeordnet sind und die Wände des Substratkanals ersetzen. Die an der Oberfläche des wärmeerzeugenden Bauteils erzeugte Wärme wird über die Mikrokanäle des Kühlkörpers abgeleitet. Somit ist die untere Wand des Kühlkörpers einem Wärmestrom ausgesetzt, da der Boden des Kühlkörpers an der Oberfläche der Wärmequelle der Schaltkreise angebracht ist.The device with the novel pool structure is suitable for the channel substrate made of silicon or other thermally conductive materials, and is compatible with a variety of cooling liquids such as air, water, nanofluids, etc. The pooled channel according to the invention can have a pooled channel at any point of the microchannel, regardless of the axial, transverse and vertical direction. The hydraulic and thermal performances of the heat sink can vary depending on the location of the canal pool. However, the present investigation is based on a microchannel heatsink, where the liquid pool and fins are placed downstream of the flow, replacing the walls of the substrate channel. The heat generated on the surface of the heat-generating component is dissipated via the micro-channels of the heat sink. Thus, the bottom wall of the heatsink is exposed to heat flow since the bottom of the heatsink is attached to the surface of the heat source of the circuitry.
Die parallelen Mikrokanäle, die mit der fließenden Flüssigkeit gefüllt sind, werden durch die adiabatische Oberfläche, die so genannte obere Wand, verschlossen. Das Halbleitersubstrat, hauptsächlich Silizium, wird als Rahmen des Kühlkörpers behandelt, der die parallelen Mikrokanäle hält. Die untere Wand absorbiert die Wärme, während die Seitenwand als adiabatische Oberfläche dient. Der Kanalpool, der an der Unterseite der Kanalschicht in Richtung des stromabwärts gerichteten Flusses liegt, verbindet alle Kühlflüssigkeiten aller Mikrokanäle in diesem Poolbereich. Am Boden des Kanals befinden sich Rippen, die entlang der Längsrichtung des Flüssigkeitsstroms angebracht sind.The parallel micro-channels filled with the flowing liquid are sealed by the adiabatic surface, called the top wall. The semiconductor substrate, mainly silicon, is treated as the frame of the heatsink that holds the parallel microchannels. The bottom wall absorbs the heat while the side wall serves as an adiabatic surface. The channel pool, which lies at the bottom of the channel layer in the direction of downstream flow, connects all cooling liquids of all microchannels in this pool area. At the bottom of the channel there are ribs attached along the longitudinal direction of the liquid flow.
Das Becken ist durch seine Länge Lp und Höhe Hp definiert, wobei Lp = 2000 µm und Hp = 100 µm. Die Rippen haben die Parameter Höhe (Hr), Breite (Wr) und Länge (Lr). Der Entwurfsparameter Höhen-LängenVerhältnis (δ), definiert durch Hr/Lr, wird für die drei neuartigen Modelle, d. h. Fall 1, Fall 2 und Fall 3, variiert. Die Werte der geometrischen Parameter von Becken und Rippen sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 aufgeführt. In Tabelle 1 und Tabelle 2 stellen Hc, Wc und Ww die ursprüngliche Höhe und Breite des Flüssigkeitskanals bzw. die Wandstärke des Siliziumsubstrats dar. Tabelle 1: Abmessungen von einschichtigen Mikrokanal-Kühlkörpern und Kanalpools
Die Leistungsergebnisse der vorliegenden Erfindung in Form von Durchschnittswerten der Nusselt-Zahl (Nu) und des Wärmeübergangskoeffizienten (h), des Verhältnisses der Nusselt-Zahl (Nu), des Verhältnisses des Fanningschen Reibungsfaktors (f), des Wärmeübertragungsverbesserungsfaktors (η) usw. werden durch geeignete und gründliche numerische Untersuchungen ermittelt.The performance results of the present invention in the form of average values of the Nusselt number (Nu) and the heat transfer coefficient (h), the ratio of the Nusselt number (Nu), the ratio of the Fanning friction factor (f), the heat transfer improvement factor (η), etc determined by suitable and thorough numerical investigations.
Gemäß den Ergebnissen der Studie beträgt die Druckabfallreduzierung für Fall 1 9.55 % bei Re=172 gegenüber dem Basiskühlkörper ohne Pool oder Rippen.According to the results of the study, the pressure drop reduction for
Der Parameter f/f0 ändert sich für die beiden Fälle unterschiedlich, wobei Fall 1 bei allen Re einen kleinen f/f0-Wert von weniger als 1 aufweist, was bedeutet, dass der Reibungsverlust bei der vorliegenden Erfindung des Kühlkörpers von Fall 1 geringer ist. Diese Darstellung der Daten deutet darauf hin, dass der Kanalpool die offensichtlichen Vorteile in Bezug auf einen geringen Reibungsverlust hat. Die unterschiedlichen Kurven von f/f0 für Fall 2 und Fall 3 weisen darauf hin, dass die Abmessungen der rechteckigen Rippen im Poolkanal eine größere Rolle für die Wirksamkeit spielen.The parameter f/f 0 changes differently for the two cases, with
Das Becken zusammen mit den Rippen trägt zur Verbesserung der Wärmeübertragung entsprechend dem Nu-Verhältnis bei. Die Höhe der Rippen hat einen erheblichen Einfluss auf den Parameter Nu/Nuo. Die Nu/Nuo von Fall 3 erreicht das Maximum von 1.81 bei Re = 171, während die größte Nu/Nuo 1.60 für Fall 2 bei Re = 170 beträgt. Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in allen Re-Bereichen höhere Nu/Nuo aufweist, unabhängig von der Rippengröße.The basin along with the fins help improve heat transfer according to the Nu ratio. The height of the ribs has a significant impact on the Nu/Nuo parameter. the Nu/Nuo of
Der Fanningsche Reibungsfaktor (f) und die Nusselt-Zahl (Nu) sowie der Wärmeübergangskoeffizient (h) werden wie folgt berechnet,
Dabei stehen Δp, L, k für den Druckabfall, die Kanallänge bzw. die Wärmeleitfähigkeit des Fluids. Qb,gesamt, Acon, Tb,av, Tav stehen für die Gesamtwärmezufuhr an der Bodenwand, die Konvektionswärmeabfuhrfläche, die durchschnittliche Temperatur der Bodenwand bzw. die durchschnittliche Fluidtemperatur des Kanals.Δp, L, k stand for the pressure drop, the channel length and the thermal conductivity of the fluid. Q b,total , A con , T b,av , T av represent the total heat input at the bottom wall, the convective heat rejection area, the average bottom wall temperature, and the average channel fluid temperature, respectively.
Wobei und für die Nusselt-Zahl bzw. den Reibungsfaktor des Mikrokanals mit glattem Boden ohne Pool und Rippe (Fall 0) stehen. Die Abbildung zeigt eine interessante Beziehung zwischen dem Wärmeübertragungsfaktor und Re. Der offensichtliche Trend von η ist, dass er mit zunehmendem Re variiert und bei dem größten Re den niedrigsten Wert erreicht. Daraus geht hervor, dass ein niedriger Volumenstrom oder ein niedrigeres Re geeignet ist, um den optimalen Leistungsparameter zu erhalten. Das Diagramm dieses Parameters unterstreicht die beeindruckende Gesamtleistung des vorliegenden neuartigen Kühlkörperentwurfs. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz von Poolkanälen und Rippen immer zu einer Verbesserung der Nusselt-Zahl (Nu) und des Wärmeübergangsverbesserungsfaktors (η) führt. Die größten Werte von η sind 1.61, 1.64 und 1.81 für Fall 1, Fall 2 bzw. Fall 3, wie in der vorliegenden Erfindung erreicht, die direkt zeigen, dass die vorliegende Erfindung ist sehr schätzenswert.Where and are the Nusselt number and friction factor of the smooth-bottomed microchannel without pool and rib (case 0), respectively. The figure shows an interesting relationship between the heat transfer factor and Re. The apparent trend of η is that it varies with increasing Re and reaches its lowest value at the largest Re. From this it follows that a low flow rate or a lower Re is suitable to obtain the optimal performance parameter. The graph of this parameter underlines the impressive overall performance of the present novel heatsink design. The results show that the use of pool channels and fins always leads to an improvement in the Nusselt number (Nu) and the heat transfer improvement factor (η). The largest values of η are 1.61, 1.64, and 1.81 for
Die Figuren und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Aktionen durchgeführt werden. Auch können diejenigen Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.The figures and the preceding description give examples of embodiments. Those skilled in the art will understand that one or more of the elements described may well be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be broken down into multiple functional elements. Elements from one embodiment may be added to another embodiment. For example, the order of the processes described herein may be changed and is not limited to the manner described herein. Additionally, the actions of a flowchart need not be performed in the order shown; Also, not all actions have to be carried out. Also, those actions that are not dependent on other actions can be performed in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations are possible, regardless of whether they are explicitly mentioned in the description or not, e.g. B. Differences in structure, dimensions and use of materials. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated in the following claims.
Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to particular embodiments. However, the benefits, advantages, problem solutions, and components that can cause an advantage, benefit, or solution to occur or become more pronounced are not to be construed as a critical, required, or essential feature or component of any or all claims.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Ein Mikrokanal-Kühlkörpergerät.A microchannel heatsink device.
- 102102
- Wärmesenkeheat sink
- 104104
- Eine Vielzahl von MikrokanälenA multitude of micro-channels
- 106106
- Kanal-Poolcanal pool
- 108108
- Eine Vielzahl von RippenA multitude of ribs
- 110a110a
- Obere Wandtop wall
- 110b110b
- Untere Wandlower wall
- 110c110c
- SeitenwandSide wall
- 112112
- Rinnenschichtgutter layer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 9513059 B2 [0003]US 9513059 B2 [0003]
- JP 5296990 B2 [0004]JP 5296990 B2 [0004]
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US9513059B2 (en) | 2011-02-04 | 2016-12-06 | Lockheed Martin Corporation | Radial-flow heat exchanger with foam heat exchange fins |
-
2022
- 2022-09-26 DE DE202022105382.0U patent/DE202022105382U1/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5296990B2 (en) | 2004-01-20 | 2013-09-25 | ルバタ グレナダ リミテッド ライアビリティー カンパニー | Brazed plate fin heat exchanger |
US9513059B2 (en) | 2011-02-04 | 2016-12-06 | Lockheed Martin Corporation | Radial-flow heat exchanger with foam heat exchange fins |
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---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: LIPPERT STACHOW PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE , DE |