TW201802427A - 層壓的微通道熱交換器 - Google Patents

Abstract

在一一般態樣中，揭示一種匯聚分流的微通道蒸發器。其包含傳導接觸表面以與欲被冷卻表面匹配，其中安裝核心與傳導表面熱連接，該核心定義至少一層微通道。於核心內，一入口限制件限制該流動進入該等微通道的第一群組中的每一個微通道，而另一者則限制該流動進入第二群組中的每一個微通道。位於中心的流體出口接收來自兩個群組中的微通道相對端部的流動。可以提供止回閥以協助確保在準備啟動時不具有反向流動。

Description

層壓的微通道熱交換器

本申請案基於35 U.S.C. §119，主張於2016年4月18日所申請之美國臨時申請案第62/324,327號之優先權，並於此以引用方式併入本文。

本發明係關於一種基於微通道的熱交換器，包含基於微通道的蒸發器，用於冷卻諸如電子裝置之具有高熱通量的熱源。

流體熱交換器被用於從高熱通量熱源接受並消散熱能的方式，從高熱通量熱源移除廢熱（一般而言每平方公分過量5瓦特，且時常實質上更高）。此類高熱通量熱源的實例包含微電子，諸如微處理器與記憶體裝置、固態發光二極體（LED）及雷射、絕緣閘雙極電晶體（IGBT）裝置、諸如電力供應器、光伏打電池、放射性熱產生器與燃料棒，以及內燃引擎。

流體熱交換器利用將熱進行熱傳導至交換器內部通道的方式消散熱，流動通過內部通道的是一種冷卻液流體，其吸收傳導穿過交換器壁部的熱，並接著將流體運送至交換器外側，在交換器外側熱被拋棄至外部散熱器。儘管流動通過交換器的冷卻液流體可能為一種氣體，其一般而言較佳的係使用液體，因為液體相較於氣體而言具有較高的熱容量以及熱傳遞係數。液體可以保持為單一相，或是液體可以部分或完全地在交換器內部通道內蒸發。

饋入至流體熱交換器的冷卻液液體流可由幫浦驅動，或是利用由於在進入與離開流體（例如，熱虹吸管）之間的密度差異及/或高程的自然對流驅動，或是由在交換器內部通道中的毛細作用驅動，或是由此等機制的組合所驅動。

蒸發器形式的熱交換器依賴沸騰模式，並具有冷卻液流體每單位流體流率的較高熱傳遞係數（較佳的熱傳遞）的優點。他們也需要少得多的冷卻液流，因為大部分的熱係透過沸騰流體的蒸發潛熱所吸收，而不是由單相液體或氣體的顯熱（熱容量）。

已被熟知的是，若內部通道係由多個微通道（亦即，最小尺寸具有小於1000微米之橫斷面的通道，且更一般的是在50至500微米之間）所組成，流體熱交換器的熱效能與效率可以被大大強化。然而，微通道尺寸的結果是此類通道的水力直徑（D_h）係十分的小且受限，造成高壓降（D_h=4x橫斷面面積除以橫斷面周圍長度）。此等高壓降對於幫浦系統而言傾向於需要更大的幫浦功率，並降低對於利用自然對流及/或毛細作用所驅動的流動系統的冷卻液流率。對於幫浦系統而言，此一般造成較高的能耗（額外的寄生能量損失），而對於自然對流或毛細驅動系統而言，減少的流動可能導致流體交換器的熱移除能力降低甚至形成乾涸現象。

一種降低在微通道熱交換器中壓降的方法是將流動路徑劃分為多個較短片段，亦即使流動分裂，而分裂片段係從共同中心入口所供應。此方法已經被用在經配置以提供幫浦系統中單相液體分流的流體熱交換器中。

在一一般態樣中，本發明的特徵為一種匯聚分流的微通道蒸發器。其包含傳導接觸表面以與欲被冷卻表面匹配，其中安裝核心與傳導表面熱連接，該核心定義至少一層微通道。於核心內，一入口限制件限制該流動進入該等微通道的第一群組中的每一個微通道，而另一者則限制該流動進入第二群組中的每一個微通道。位於中心的流體出口接收來自兩個群組中的微通道相對端部的流動。

在另一一般態樣中，本發明的特徵為一種匯聚分流的微通道蒸發器，其包含熱傳導接觸表面以與欲被冷卻表面匹配，以及包含核心，其經安裝與接觸表面熱連接並定義至少一層微通道，每一個微通道都於第一端與第二端之間橫跨。第一流體入口係水力連接至第一複數個微通道之第一端，且多個入口限制件每一個都限制該流動進入該等微通道之一者中。第二流體入口係水力連接至第二複數個微通道之第一端，且多個入口限制件每一個都限制該流動進入該等微通道之一者中。流體出口係位於第一流體入口與第二流體入口之間，並水力連接至兩者複數微通道中該等微通道之第二端。

在較佳具體實施例中，第一複數個微通道可以於第一流體入口與流體出口之間平行定向，而第二複數個微通道則於第二流體入口與流體出口之間平行定向。該設備可以進一步包含第三流體入口，其水力連接至於核心中定義之第三複數個微通道的第一端；在第三流體入口處之第三複數個入口限制件，其每一個都限制該流動進入於核心中定義之第三複數個微通道之一者中；第四複數個入口限制件，其每一個都限制該流動進入於核心中定義之第四複數個微通道之一者中；以及第二流體出口，位於第三流體入口與第二流體入口之間，其中流體出口係水力連接至於核心中定義之第三複數個微通道之該等微通道的第二端，並水力連接至於核心中定義之第四複數個微通道之該等微通道的第二端。第二流體入口可被水力連接至於核心中定義之第三與第四複數個微通道之第一端。微通道可繞著流體出口以徑向匯聚型態加以組織。核心可以在相距熱傳導接觸表面的不同距離處定義多層微通道。該等微通道中的至少一些可以具有不同的橫斷面。由核心所定義之微通道每一個都可以具有小於1000微米的水力直徑。第一與第二入口限制件可由不超過微通道長度剩餘部分最大斷面之橫斷面面積的四分之三左右的限制件橫斷面面積，以及流動限制長度係少於微通道長度剩餘部分的20%所定義。微通道之水力直徑可以小於500微米。核心可以包含定義微通道之層壓結構。該設備可以進一步包含於第一與第二入口上游的止回閥，以協助確保在準備啟動時不具有反向流動。止回閥可包含特斯拉二極體。第一與第二限制件可以包含止回閥。熱傳導接觸表面可為基板的一部分，而核心係相對於熱傳導接觸表面安裝在基板上。

在一進一步一般態樣中，本發明的特徵為一種利用蒸發冷卻表面的方法，其包含使表面與熱交換器接觸，並使液體冷卻液分別流至熱交換器中至少兩個不同流路之中。該等流動的第一者係被輸送至熱交換器中第一複數個分離微通道之中，而該等流動的第二者係被輸送至熱交換器中第二複數個分離微通道之中。此等至微通道之中的流動皆受限制。液體冷卻液中的至少一些係於第一與第二複數個微通道中蒸發，而該等流動在蒸發步驟之後係重新匯聚。

在較佳具體實施例中，造成冷卻液流動的步驟可為完全被動。造成冷卻液流動的步驟可以包含毛細潤濕步驟。造成冷卻液流動的步驟可為熱虹吸程序的部分。造成冷卻液流動的步驟可以包含幫浦抽引步驟。使冷卻液流動的步驟可以使得冷凍劑流動。造成冷卻液流動的步驟可以使得介電流體流動。

在另一一般態樣中，本發明的特徵為一種匯聚分流微通道蒸發器，其包含用於使液體冷卻液分別流至至少兩個不同流路的構件。蒸發器也包含用於輸送液體冷卻液之不同流動的第一者至蒸發器中第一複數個分離微通道之中的構件，以及用於限制液體冷卻液之第一流動至第一複數個分離微通道的每一個之中的構件，蒸發器也包含用於輸送液體冷卻液之不同流動的第二者至蒸發器中第二複數個分離微通道之中的構件，以及用於限制液體冷卻液之第二流動至第二複數個分離微通道的每一個之中的構件。蒸發器進一步包含用於使回應於第一與第二微通道之流動重新匯聚的構件。

在另一進一步一般態樣中，本發明的特徵為一種微通道熱交換器，其包含蓋體、基底以及介於蓋體與基底之間的多個熱傳導薄片，其每一個薄片都定義與流動方向對齊的一連串邊靠邊的通道。該等通道每一個都包含多個對齊槽縫，其定義多個微通道片段並由多個交叉肋部所分開。此等薄片係堆疊在基底與蓋體之間，以使得該等肋部的至少一些彼此偏移，並讓在相鄰薄片中相同通道中的微通道片段可以沿著流動方向彼此連通，以在熱交換器中定義複數個微通道。

在較佳具體實施例中，熱傳導薄片可以進一步在通道的每一端部處定義存取通道開口，其在堆疊時建立用於微通道的存取通道。薄片可以在熱交換器的至少一入口端中定義更緊密的交叉肋部配置，以減少在通道入口端部處的開放橫斷面。微通道的長寬比可高於4：1。微通道的長寬比可高於8：1。該設備可以進一步包含多個熱傳導隔離薄片，其位於熱傳導薄片群組之間以形成多層熱交換器。薄片可由至少一種傳導金屬製成。薄片可由可燒結熱傳導陶瓷製成。薄片可被黏結或融合。微通道可以具有低於500微米的水力直徑。微通道可以具有低於200微米的水力直徑。基底可為一種基板，其比每一個薄片都厚，而蓋體可以包含與微通道連通的多個存取通道。基底可為熱傳導但為電絕緣。熱交換器可經建構以進行沸騰或蒸發流體服務，而熱交換器進一步在微通道入口端部處包含多個流動限制件。流動限制件可由穿孔薄片所定義，其放置跨及微通道的入口端部。流動限制件可由多孔薄片所定義，其放置跨及微通道的入口端部。流動限制件可利用將槽縫通道中第一槽縫的一端部進行交替封閉的方式所形成，該槽縫通道係具有比多個槽縫之間交叉肋部的體積更寬的交叉肋部，其中在多個槽縫薄片的交替層中，交替封閉端槽縫通道相對於槽縫通道上方或下方交錯，因此，當薄片被堆疊及黏結在一起時，平行通道的橫斷面係被形成為具有一種跨及複數個通道入口的棋盤型圖樣，其作為一種整體式流動限制件，覆蓋主要通道橫斷面面積的實質50%。流動限制件可以具有一種跨及微通道入口的多個條狀物梳狀配置，該梳狀條狀物的齒部係為較窄條狀物，並具有定義於齒部之間與微通道對齊並窄於微通道開放橫斷面面積的間隙。

根據本發明之系統可以協助削減雷第內葛（Ledinegg）效應，並藉此使分流交換器以兩相系統工作。藉由繞著位於中心之流動出口提供多個入口限制件的方式，根據本發明的微通道蒸發器可以避免由於雷第內葛效應造成的流動不穩定性，因為流動不穩定性可能使多個（平行）微通道內的沸騰不均勻，且由於各通道中的因沸騰發展造成之變化壓降的交互作用，造成週期性回流至入口頭部或歧管之中。此可以協助達到穩定及實質均勻的沸騰流動，並藉此在冷卻高通量熱源時形成改善及更穩定的熱效能。

參考第1圖至第3圖，根據本發明之匯聚分流微通道蒸發器10係包含主體12，其由接觸板14、核心16與蓋體18製成。在所示的方向中，接觸板係在底部上而蓋體係在頂部上，使得蒸發器以冷卻平面水平表面，但蒸發器也可用於方向在其他平面中的表面上，或在對應於非平面熱產生裝置的表面時，蒸發器可以具有非平面或彎曲接觸表面。而儘管接觸板、核心與蓋體係繪示為分開的部分，但他們可被組合或分解為進一步的多個子部分。

核心16包含第一入口歧管20、第二入口歧管22以及出口歧管26，第一入口歧管20沿著核心的一邊緣佈置，第二入口歧管22沿著核心的相對邊緣佈置，而出口歧管26沿著核心的中線，於兩個入口歧管之間平行於兩個入口歧管佈置。第一組微通道28從第一入口歧管跨至出口歧管，而第二組微通道30從第二入口歧管跨至出口歧管。每一組微通道都包含一或多層，其每一層都包含從輸入歧管之一者跨至輸出歧管的多個邊靠邊微通道。微通道較佳的是製造成為具有均勻水力半徑多個平行導管的多個層，其以平行平面層的堆疊擺置，儘管某些應用中與此幾何形狀不同也是適宜的。入口歧管可為任何適合形狀，因此其與成對微通道的入口連通。具有2、3或4層且每層具有64、79或125個微通道的核心被認為適用於冷卻微電子裝置的可行實例，但許多其他配置也是可行的。

第一組入口限制件32係位於第一入口歧管20與第一組微通道28之間，因此每一微通道都與對應流動限制件連接。同樣的，第二組入口限制件34係位於第二入口歧管22與第二組微通道30之間，因此每一微通道都與對應流動限制件連接。此等流動限制件較佳的是製造成為層壓核心結構的部分，如以下更詳細敘述。

入口導管網路36將在蒸發器主體12上的輸入埠口40處所接收的流體輸送至入口歧管20、22。出口導管網路38將從輸出歧管26所接收的流體輸送至蒸發器主體上的輸出埠口42。在輸入與輸出導管網路中的導管每一個都可被取向於任何適宜方向中。

可以各種方式配置蒸發器的整體結構。舉例而言，出口歧管並不需要精確地位於入口歧管中間。入口及/或出口歧管也不需要被建構為筆直線。

操作上，微通道蒸發器10的基板系與熱產生組件的熱產生部分傳導熱接觸。可蒸發的冷卻液流動被引入至熱交換器，因此流體流動通過入口歧管進入許多成對子流路中，其每一對子流路都朝向彼此流動，而所有的子流路從多組微通道的相對流體出口匯聚至標稱中線的出口歧管或凹穴之中。冷卻液吸收穿過微通道壁部所傳導的熱並進行部分蒸發。所形成的二相流體混合物係被傳輸至蒸發器外側，在此處熱被拋棄至外部散熱器。蒸發部分進行凝聚並與未蒸發流體重新結合，而結合的液體便回到交換器的入口。

在另一具體實施例中，可蒸發液體冷卻液係透過一或多個饋入埠口引入至匯聚分流微通道蒸發器中，該一或多個饋入埠口係連接至蒸發器內的一或多個內部歧管。流體流動穿過限制開口進入至複數個成對微通道，並藉由從基板與微通道壁部進行熱傳導的手段，吸收來自於與蒸發器基板熱接觸之熱產生組件的熱。經吸收的熱使得流體到達其飽和溫度，並接著隨其穿過微通道時沸騰。流體的供應壓力係為夠高，以確保充足的流動，因此流體中的至少一些在其抵達複數個微通道之出口端時仍保持為液體（亦即並非完全蒸發）。離開複數個微通道的兩相（液體與氣體）流體於蒸發器內的中心出口歧管或凹穴匯聚，其被連接至從蒸發器出來的一或多個出口埠口。離開蒸發器的二相流流動至外部冷凝器，於此處冷卻液蒸汽產生一種全液體的冷卻液，其接著回到蒸發器的入口。

在另一具體實施例中，液體循環係由熱虹吸動作所驅動，其中液體高程（離開冷凝器）係位於蒸發器上方的適當高程處，而入口液體頭（考慮到液體密度與高程）與低密度的二相流出口之間的差異提供足夠的壓力以克服跨及蒸發器、冷凝器與連接管的壓降。

液體循環也可由低水頭幫浦驅動。其可以由毛細作用驅動，以及在從冷凝器的液體返回路線中使用一種芯體結構。

在另一具體實施例中，入口限制件具有的橫斷面面積，係為微通道長度剩餘部分之最大斷面的橫斷面面積的10%至50%，而入口限制件的長度為微通道長度的1%至10%之間。

在另一具體實施例中，利用在多個薄片中製成溝槽的方式形成一或多層的微通道，該等薄片係包括該一或多層，且入口限制件係以一種對應於通道入口的溝槽較窄片段提供。

在另一具體實施例中，利用具有多個槽縫的薄片形成一或多層的微通道。入口限制件係以一種對應於通道入口之每一槽縫的較窄片段所提供。微通道層係由在多個槽縫化薄片的堆疊之間放置薄片或墊片的方式所定義，其中薄片僅具有單一長槽縫，橫向並位於其下方薄片之槽縫化片段的整體長度上的中心處，所述橫向槽縫提供在一層中每一對通道之匯聚流動的共同出口點。

在另一具體實施例中，微通道蒸發器使用一或多層微通道，且入口限制件係具有跨及複數個微通道入口的穿孔橫向條狀物，且穿孔係與每一微通道的開放橫斷面面積對齊。

在另一具體實施例中，微通道蒸發器使用一或多層微通道，且入口限制件係以跨及複數個微通道入口的多孔橫向條狀物提供，且穿孔係與每一微通道的開放橫斷面面積對齊。

在另一具體實施例中，微通道蒸發器使用一或多層微通道，且入口限制件係以跨及複數個微通道入口的多個條狀物梳狀配置所提供，其中梳狀條狀物的「齒部」為窄垂直或水平條狀物，齒部之間的條狀物間隙與每一微通道的開放橫斷面面積對齊，並窄於開放橫斷面面積。

在以下更詳細論述的另一具體實施例中，一或多層微通道係從多個槽縫化薄片的黏著堆疊所製造，在薄片之間具有短的交叉肋部，而交替的薄片具有交叉肋部的交錯佈置。微通道層係由在槽縫化薄片堆疊之間放置薄片或墊片所定義，其中薄片僅具有單一長槽縫，橫向並位於其下方薄片之槽縫化片段的整體長度上的中心處，所述橫向槽縫提供在一層中每一對通道之匯聚流動的共同出口點。

當薄片係被堆疊及黏著在一起時，在每一薄片上的槽縫之間的（共同）壁部形成微通道的壁部。通道的長寬比係由被堆疊在一起以建立一層微通道的薄片數量所控制。由於交錯交叉肋部係形成為橫向於通道，因為流體將在穿過通道之交叉肋部的上方及下方皆流動，因此穿過該等通道的流動係為蛇紋狀或海豚狀的。交叉肋部因此透過因其所引起的微紊流與流動分裂/重組造成的熱傳遞係數增加及藉由提供額外的熱傳導與沸騰表面面積兩者來強化熱傳遞。

微通道入口限制件係以封閉在槽縫交替線段中第一與最後槽縫端部的方式所形成，其交叉肋部係寬於在多個槽縫之間交叉肋部的體積。槽縫的交替封閉端部線段係對於在槽縫化薄片交替層中位於上方或下方的槽縫線段交錯。當薄片被堆疊及黏著在一起時，平行通道的橫斷面係形成為在端部處具有一種棋盤圖案，其作為具備整體流動限制件的通道入口，覆蓋主要通道橫斷面面積的實質50%。

通道的長寬比係受到堆疊在一起以形成一微通道層的薄片數量所控制。此克服了各種技術對於長寬比所強加的限制，諸如光化學加工或雷射微加工對於建立溝槽或貫穿/槽縫結構時的限制。此等技術可用於製造薄的薄片，其在多個槽縫之間具有狹窄壁部（藉此增加每單位寬度的微通道數量），但具有低的長寬比；藉由堆疊及黏著薄片的方式，可以達到所需要的（較高）通道長寬比。交叉肋部提供力學強度，避免當薄片被黏著在一起時通道橫斷面的形變。

在另一具體實施例中，微通道蒸發器使用一或多層微通道，且入口限制件是以跨及每一微通道層之入口的橫向條狀物或鰭片所提供，其中條狀物或鰭片係為通道高度的一部分，藉此部分阻擋入口。

在以下更詳細論述的另一具體實施例中，於基板上方的熱「主動」區域中之微通道係彼此平行佈置，而跨及基板的標稱整體微通道長度，利用一種在連續匯聚微通道對之間的多個狹窄入口及出口歧管，劃分為二或更多個匯聚分流的子集合（此進一步降低平均微通道長度以及在蒸發器入口與出口之間的壓降，參考第14圖至第15圖）。

在以下更詳細論述的另一具體實施例中，於基板上方的熱「主動」區域中之微通道係以實質徑向繞著中心出口歧管或凹穴的方式成對佈置。入口歧管於微通道的周圍上為同心（參考第16圖）。

在另一具體實施例中，入口與出口歧管的橫斷面係大於複數個微通道的加總橫斷面。可蒸發冷卻液可為一種介電流體。可蒸發冷卻液也可為一種冷凍劑。

在另一具體實施例中，微通道蒸發器之各種組件係被黏著或融合，因此蒸發器係為密封（除了與歧管連通之流體入口與出口埠口以外），因此蒸發器可以保持抬升的內部壓力。黏著或融合手段可以包含擴散黏著、硬焊接合、焊料焊接、熔焊鍛接、燒結與其他類似手段，但不限制於此。

在另一具體實施例中，微通道蒸發器之各種組件係於多個組件之間以適合的密封件，以力學方式保持在一起，因此蒸發器可以保持抬升的內部壓力。此力學組件可利用結構物提供，其可以包含螺栓、螺柱、夾具、黏合劑與其他類似結構物，但不限制於此。密封件可以包含墊圈、O型圈、填縫料與其他類似密封件，但不限制於此。

在另一具體實施例中，微通道蒸發器之底層底部係由一種熱傳導但電絕緣陶瓷或介電質固體所形成或塗佈，諸如氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、金剛石膜等等。微通道蒸發器接著作為用於（熱產生）電子組件的基材，該等熱組件係被安裝在蒸發器陶瓷下方表面上並與之熱接觸。

層壓核心結構

如上文指出，諸如第1圖中所示之匯聚分流微通道蒸發器可以利用一種由複數個熱傳導薄片所建構之溝槽化層壓結構所組裝。此種薄片的第一形式40繪示於第4圖中。其包含共同切斷區域42，其為定義微通道之多個槽縫46之分隔線段44。

更具體的，第一形式薄片40包含具有多個槽縫46的複數個線段44，而在給定線段中之槽縫係由作為交叉肋部48的薄壁所區隔。此等線段於共同切斷區域之間延展，此等共同切斷區域在每一槽縫線段之任一端處連接至槽縫。共同切斷區域彼此對齊以形成輸入導管，並在多個薄片被堆疊時形成輸入歧管。

參考第5圖及第6圖，交替二或更多種類型的薄片時使微通道能於三維中定義。詳言之，層壓核心結構係以交替多個槽縫化及肋部化薄片所組裝，在薄片堆疊時其具有對於彼此交錯的交叉肋部，因此每一槽縫線段都形成一種連續但為蛇紋狀的流動路徑（也參考第8圖至第10圖）。

參考第7圖，也可以在核心的頂部與底部上使用多個熱傳導未槽縫化分隔薄片60及/或用以分隔多個微通道層，熱傳導未槽縫化分隔薄片60具有切斷區域62，其與槽縫化及肋部化薄片的共同切斷區域對齊。此等薄片也包含中心切斷區域66，其作為微通道的出口歧管，並與蒸發器的輸出導管對齊；於中心切斷區域下方來自微通道的流動被有效區分為二，並於中央切口中匯聚及舉升。

參考第11圖，交替槽縫化及肋部化薄片，以非槽縫化分隔薄片置於兩側的堆疊集合，使得核心結構的形成係包含一或多層，其每一層都具有複數個微通道，並具備穿插的交叉肋部以間歇地部分中斷流動路徑，並同時提供通道壁部的側向強化。在每一層中交替槽縫化及肋部化薄片的數量，以及薄片厚度與薄片寬度，決定了通道深度：寬度，亦即通道層的長寬比。層化堆疊薄片較佳的係被黏著以確保所有薄片係彼此熱傳導連通。

參考第12圖，所形成的子組件接著被黏著至基板74以確保基板係與微通道層熱傳導連通，而蓋體78可被放置並密封於已黏著至底板的所形成之微通道層組件76的頂部上，藉此形成一種完整的微通道熱交換器組件70。

參考第13圖，微通道的輸入側較佳包含流動限制件。此等可以利用在微通道輸入處提供額外交叉肋部82的方式建構至層壓結構之中。

上文敘述之層壓結構使微通道熱交換器具有一或多層微通道，其具有小於500微米的水力直徑，同時微通道具有深度：寬度的任意高長寬比，並具有薄壁部。通道具有內部交叉肋部，其連接通道的壁部，並提供通道壁部力學強度以及中斷流體流線的方式以改善熱傳遞。熱傳導薄片與基板材料較佳的係為金屬與其合金；非金屬元素、熱傳導碳同素異形體或熱傳導陶瓷，但不限制於此。薄片的黏著可以利用任何確保在薄片與基板之間的高度熱傳導的方便手段進行。

多個微通道層係由在槽縫化及肋部化薄片堆疊之間插入額外的熱傳導非槽縫化分隔薄片的方式所形成，此等非槽縫化分隔薄片具有多個切斷區域，其與槽縫化及肋部化薄片的共同切斷區域對齊。任一層的微通道都可以具有相同或不同深度：寬度的長寬比，以及與其他層中的微通道相比為相同或不同的水力直徑。

所形成之微通道的深度：寬度的長寬比可以至少為2：1，且較佳的在4：1及15：1之間。在所形成微通道之間的壁部可以小於200微米，且較佳的是介於40及100微米厚之間。基板與微通道壁部可以由具有超過100W/m-K的熱傳導係數的材料製造。所形成之微通道的水力直徑可以小於500微米，且較佳的是介於50及200微米之間。

液體入口通道可以具備流動限制件，以避免回流或二相流的不穩定性。此等入口限制件係以封閉槽縫化及肋部化薄片堆疊中交替薄片之槽縫（例如，藉由加入額外的交叉肋部）的入口側端部的方式提供，藉此將入口的開放橫斷面面積降低為通道相對於主要通道超過封閉部分的橫斷面。較佳的是，微通道的封閉（限制件）部分的長度為至少1毫米。

微通道熱交換器之各種組件（例如，微通道堆疊、基板及上板）可被黏著或融合，因此交換器係為密封（除了與歧管連通之流體入口與出口埠口以外），因此交換器可以保持抬升的內部壓力。黏著或融合可以利用任何方便的手段完成。

微通道熱交換器之各種組件（例如，微通道堆疊、基板及上板）也可以於多個組件之間以適合的密封件，以力學方式保持在一起，因此交換器可以保持抬升的內部壓力。

在另一具體實施例中，微通道交換器之底層底部係由一種熱傳導但電絕緣陶瓷或介電質固體所形成或塗佈，諸如氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、金剛石膜等等。微通道蒸發器接著作為用於（熱產生）電子組件的基材，該等熱組件係被安裝在交換器陶瓷下方表面上並與之熱接觸。

製造方法

微通道蒸發器的各種組件，例如，熱傳導基底、微通道層、歧管、蓋體、流體入口及出口埠口、槽縫化及肋部化薄片等等，可由任何與蒸發器最後組裝一致的方便手段製造。所述手段可以包含以下方法及組合，但不限制於此。

減法製造技術，諸如機械加工、銑削、蝕刻、沖孔、光化學加工、雷射燒蝕或微加工、放電加工（EDM）、超音波加工、噴水切割等等。

材料的力學形變，例如，利用刮削、「犁切」、沖壓、壓印、擠壓等等。

圖案化薄片的層壓及黏著，以形成具有內部特徵及通道的三維結構。薄片可以具有圖案的重複區域，因此在黏著之後，經黏著組件可被切塊或切割成為多個個別微通道交換器或交換器子組件。

加法製造技術（三維列印），諸如選擇性雷射燒結、直接金屬雷射燒結、選擇性雷射熔化、立體微影術、熔融沈積建模等等。

黏著或融合技術，諸如擴散黏著、硬焊接合、焊料焊接、熔焊鍛接、燒結等等

力學組件技術，諸如螺栓、螺柱、夾具、黏合劑與其他類似結構物，在適當的時候使用密封件，諸如墊圈、O型圈、填縫料等等。

多部件及非平行具體實施例

參考第14圖及第15圖，也可以建構多部件匯聚分流微通道蒸發器，諸如三部件蒸發器50。此結構形式包含三個蒸發器，其係以平行方式饋送，然而其也可以串聯方式操作。入口導管54從入口開口52接收流體，並將其輸送至四個歧管56、58、60、62，饋送至在每一蒸發器中三排微通道之每一個的兩側70、72、74、76、78、80。有利的是，在相鄰蒸發器之間只需要提供單一共同歧管。輸出導管網路86將來自於三排微通道每一個的中心的流體引導至出口88。在歧管與微通道之間提供多個流動限制件90。分隔的單部件及多部件流動限制件也可以通過中間導管平行或串聯方式連接。

參考第16圖，也可能建構非平行交換器。舉例而言，可以建構徑向交換器92以冷卻圓形組件。此形式交換器包含從半圓形共同切斷區域朝內朝向位於中心之輸出通道96徑向延伸的多個微通道94。其他的幾何形狀也是可能的。

也可在入口上游提供多個止回閥98以協助確保在準備啟動時不具有反向流動。此等可為任何適宜形式，並可以部署在敘述於此文件中的任何具體實施例上。在一具體實施例中，止回閥可以包含特斯拉二極體。

根據本發明之具體實施例可以發展各種不同的冷卻配置並應用於各種不同冷卻工作。舉例而言，其可以連結於2008年12月26日申請之已公開的專利合作條約申請案第WO2009/085307號以及於2008年11月10日申請之已公開美國專利申請案第US-2009-0229794號的教導進行實作，此兩者都藉由引用併入本文。

本發明現在已經連結其許多特定具體實施例加以敘述。然而，對於該領域技術人員而言現在顯而易見的是彼等被考慮為落於本發明範疇內的許多修改例。因此，預期本發明的範疇係只受限於於此附加之申請專利範圍的範疇。此外，申請專利範圍中請求項所呈現的順序不應該被視為用於限制在申請專利範圍中任何特定項目的範疇。

1‧‧‧線段
2‧‧‧線段
3‧‧‧線段
5‧‧‧矩形範圍
8‧‧‧方向
10‧‧‧匯聚分流微通道蒸發器/方向
12‧‧‧主體
14‧‧‧接觸板
16‧‧‧核心
18‧‧‧蓋體
20‧‧‧第一入口歧管
22‧‧‧第二入口歧管
26‧‧‧出口歧管
28‧‧‧第一組微通道
30‧‧‧第二組微通道
32‧‧‧第一組入口限制件
34‧‧‧第二組入口限制件
36‧‧‧入口導管網路
38‧‧‧出口導管網路
40‧‧‧輸入埠口
42‧‧‧輸出埠口/共同切斷區域
44‧‧‧分隔線段
46‧‧‧槽縫
48‧‧‧交叉肋部
50‧‧‧三部件蒸發器
52‧‧‧入口開口
54‧‧‧入口導管
56‧‧‧歧管
58‧‧‧歧管
60‧‧‧歧管
62‧‧‧歧管
66‧‧‧中心切斷區域
70a‧‧‧交換器組件
70b‧‧‧交換器組件
70c‧‧‧交換器組件
70‧‧‧側
72‧‧‧側
74‧‧‧側
76‧‧‧側
78‧‧‧側
80‧‧‧側
82‧‧‧交叉肋部
84‧‧‧未說明
86‧‧‧輸出導管網路
88‧‧‧出口
90‧‧‧流動限制件
92‧‧‧徑向交換器
94‧‧‧微通道
96‧‧‧輸出通道
98‧‧‧止回閥

第1圖為根據本發明之匯聚分流微通道蒸發器的上視橫斷面，以虛線繪示其入口及出口埠；

第2圖為第1圖匯聚分流微通道蒸發器的橫斷面，以面向第1圖線段2-2所指定的方向繪示；

第3圖為第1圖匯聚分流微通道蒸發器的橫斷面，以面向第1圖線段3-3所指定的方向繪示；

第4圖為溝槽化層壓結構中所包含之第一形式溝槽薄片的平面圖，其可用於實作第1圖之匯聚分流微通道蒸發器；

第5圖為第4圖上矩形5中所繪示之第4圖第一形式溝槽薄片的之一部分的平面圖；

第6圖為溝槽化層壓結構中所包含之第二形式溝槽薄片之一部分的平面圖；

第7圖為溝槽化層壓結構中所包含之隔離薄片的平面圖；

第8圖為於第5圖及第6圖中箭頭8所繪示的方向中層壓結構的立體剖面圖，該層壓結構以交替如第4圖至第7圖中之第一與第二薄片形式的方式形成；

第9圖為第8圖溝槽化層壓結構的更詳細剖面圖示；

第10圖為於第5圖及第6圖中箭頭10所繪示之方向中，第8圖層壓結構的第二立體剖面圖，其繪示通過第8圖之結構的流動路徑；

第11圖為層壓薄片的分解圖，用以組裝到利用第4圖至第10圖所呈現溝槽化層壓結構的溝槽層壓核心之中；

第12圖為第1圖匯聚分流微通道蒸發器之實作的立體分解圖，其使用第11圖的層壓核心；

第13圖為第8圖溝槽化層壓結構的橫斷面圖式，其於溝槽化層壓結構中定義流動限制件的平面取圖；

第14圖為根據本發明之多部分匯聚分流微通道蒸發器的三視圖；

第15圖為第13圖多部分匯聚分流微通道蒸發器的三維圖，其繪示流至及流自微通道的流體路徑；及

第16圖為根據本發明之徑向匯聚分流微通道蒸發器的示意圖。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

2‧‧‧線段

3‧‧‧線段

10‧‧‧匯聚分流微通道蒸發器/方向

12‧‧‧主體

20‧‧‧第一入口歧管

22‧‧‧第二入口歧管

26‧‧‧出口歧管

28‧‧‧第一組微通道

30‧‧‧第二組微通道

32‧‧‧第一組入口限制件

34‧‧‧第二組入口限制件

36‧‧‧入口導管網路

38‧‧‧出口導管網路

40‧‧‧輸入埠口

42‧‧‧輸出埠口/共同切斷區域

Claims (15)

1. 一種微通道熱交換器，包括： 一蓋體， 一基底， 複數個熱傳導薄片，該等熱傳導薄片位於該蓋體與該基底之間，其每一個薄片都定義與一流動方向對齊的一連串邊靠邊的通道，其中該等通道每一個都包含複數個對齊槽縫，其定義多個微通道片段並由多個交叉肋部所分開，及 其中該等薄片係堆疊在該基底與該蓋體之間，以使得該等肋部的至少一些彼此偏移，並讓在相鄰薄片中相同通道中的該等微通道片段可以沿著該流動方向彼此連通，以在該熱交換器中定義複數個微通道。
2. 如請求項1所述之設備，其中該等熱傳導薄片進一步在該等通道的每一端部處定義存取通道開口，其在堆疊時建立用於該等微通道的存取通道。
3. 如請求項1所述之設備，其中該等薄片係在該熱交換器的至少一入口端中定義一更緊密的交叉肋部配置，以減少在該等通道的該入口端部處的開放橫斷面。
4. 如請求項1所述之設備，其中該等微通道的長寬比係高於4：1。
5. 如請求項1所述之設備，其中該等微通道的長寬比係高於8：1。
6. 如請求項1所述之設備，進一步包含多個熱傳導隔離薄片，其位於該等熱傳導薄片群組之間以形成一多層熱交換器。
7. 如請求項1所述之設備，其中該等薄片係由至少一種傳導金屬製成。
8. 如請求項1所述之設備，其中該等薄片係由可燒結熱傳導陶瓷製成。
9. 如請求項1所述之設備，其中該等薄片係被黏結或融合。
10. 如請求項1所述之設備，其中該等微通道可以具有低於500微米的一水力直徑。
11. 如請求項1所述之設備，其中該等微通道可以具有低於200微米的一水力直徑。
12. 如請求項1所述之設備，其中該基底係為一基板，其比該每一個薄片都厚，而該蓋體包含與該等微通道連通的多個存取通道。
13. 如請求項1所述之設備，其中該基底係為熱傳導但為電絕緣。
14. 如請求項1所述之設備，其中該熱交換器係經建構以進行沸騰或蒸發流體服務，而該熱交換器進一步在該等微通道的該等入口端部處包含多個流動限制件。
15. 如請求項14所述之設備，其中該等流動限制件係利用將一槽縫通道中該第一槽縫的一端部進行交替封閉的方式所形成，該等槽縫通道係具有比多個槽縫之間該等交叉肋部的體積更寬的交叉肋部，其中在多個槽縫薄片的交替層中，該等交替封閉端槽縫通道係相對於該等槽縫通道上方或下方交錯，因此，當該等薄片被堆疊及黏結在一起時，該等平行通道的該等橫斷面係被形成為具有一跨及該複數個通道的該等入口的棋盤型圖樣，其作為整體式流動限制件，覆蓋該等主要通道的一橫斷面面積的實質50%。