一种微通道相变散热装置及其散热方法

文档序号:813004 发布日期:2021-03-26 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 一种微通道相变散热装置及其散热方法 (Micro-channel phase change heat dissipation device and heat dissipation method thereof ) 是由 张衍俊 刘珠明 李全同 陈志涛 于 2020-12-11 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种微通道相变散热装置及其散热方法,包括由上而下依次叠放连接的盖板、分流板、导流板及微通道板;在微通道板上设置特殊的分流板和导流板,使得流体以均匀分流的形式进入和流出微通道板。通过微通道板上几个相互独立的换热单元集成在一起,来实现较好的冷却和均温效果,有效的解决了现有微通道散热器内由于气泡过大所导致的气泡堵塞流道和压降损失过大的问题。该型散热器具有冷却和均温效果好,流动压降损失小的特点。(The invention discloses a microchannel phase change heat dissipation device and a heat dissipation method thereof, wherein the microchannel phase change heat dissipation device comprises a cover plate, a flow distribution plate, a flow guide plate and a microchannel plate which are sequentially stacked and connected from top to bottom; special flow distribution plates and flow guide plates are arranged on the microchannel plate, so that the fluid enters and flows out of the microchannel plate in a uniform flow distribution mode. The micro-channel plate is integrated with a plurality of mutually independent heat exchange units to realize better cooling and temperature equalizing effects, and the problems that the flow channel is blocked by bubbles and the pressure drop loss is overlarge due to overlarge bubbles in the existing micro-channel radiator are effectively solved. The radiator has the characteristics of good cooling and temperature equalizing effects and small flow pressure drop loss.)

一种微通道相变散热装置及其散热方法

技术领域

本发明涉及电子器件散热领域,尤其涉及一种微通道相变散热装置及其散热方法。

背景技术

随着微电子及大规模集成电路的发展,微小的电子元器件内部高度集中,器件体积设计越来越小,且微小电子元器件的发热功率也越来越高,这对于目前运行在恶劣热环境的情况下的电子元器件来说,亟需一个高效的散热装置,保障电子元器件的使用寿命。

目前,对于高热流密度电子元件,由于其内部的大量热量累积在狭小的空间中,其往往需要一个高效的散热装置,使得器件内部温度控制在一定范围内,以保障器件正常稳定运行。而在现有的技术中,高热流密度电子元件的散热方式往往采用微通道热沉散热技术,通过流体在微通道中进行换热,吸收热量,以使微通道热沉的方法具有冷却效果,并实现器件内部整体温度的稳定控制。但当流体保持单相流动时,一方面,流体仅能依靠自身温度升高所吸收的显热与外界进行热交换,此时换热能力非常有限,导致热沉的整体冷却效果有限;另一方面,流体在细长的通道流动过程中,会吸收外界热量使得自身温度不断升高,从而使得流体与外界之间的温差不断缩小,使得局部换热效果不断变差,最终导致整体的均温效果恶化。

当微通道内的流体发生相变换热时,一方面,由于相变所吸收的潜热较大,原理上,使得微通道热沉具有较好的冷却效果;另一方面,流体在相变换热过程中的温度保持稳定,原理上,使得微通道热沉具有较好的均温效果。但是,在实际应用过程中,对于现有的微通道相变散热器,流体在细长的通道流动过程中会吸收外界热量发生相变,产生的气泡不断增大,这使得通道的有效流通截面积变小,从而导致极大的压降损失。更为严重的是,当气泡生长到一定程度后,会聚集在细长的通道内不再流动,从而阻塞通道,产生严重的气塞现象。,使得热沉的局部换热区域由于得不到新鲜的冷流体补充,造成冷却效果急剧恶化。此外,上述现象还会导致流体在各个并行微通道中的流量分配不均匀,造成均温效果也随之变差。

发明内容

本发明实施例提出一种微通道相变散热装置及其散热方法,采用了分流集成冷却的思想,能解决现有大功率电子元件的散热器所面临的散热通道阻塞、高压降损失、冷却和均温效果差的问题,从而提高散热器的温度控制能力。

本发明实施例提供了一种微通道相变散热装置,包括由上而下依次叠放连接的盖板、分流板、导流板及微通道板;

其中,所述分流板上并排设置有若干个流体进入凹槽和流体流出凹槽,且所述流体进入凹槽与所述流体流出凹槽交替排列;所述流体进入凹槽的一侧设置有流体入口,所述流体流出凹槽的一侧设置有流体出口,所述流体入口与所述流体出口分别设置在所述分流板的不同侧;

所述流体进入凹槽内按照预设的第一距离、从左到右的次序设置有若干个第一分流开口;

所述流体流出凹槽内按照预设的第二距离、从左到右的次序设置有若干个第二分流开口;

所述导流板上并排设置有若干个第一导流凹槽和第二导流凹槽,且所述第一导流凹槽与所述第二导流凹槽交替排列;

所述第一导流凹槽内设置有第一导流开口和挡板,所述第二导流凹槽内设置有第二导流开口;所述第一导流凹槽的位置均对应所述第一分流开口;所述第二导流凹槽的位置均对应所述第二分流开口;在面向所述微通道板一侧面,各所述第一导流开口与其距离最近的第二导流开口之间对应设置有用于隔断并划分所述微通道板各区域的凸槽;

所述微通道板由多个所述凸槽划分为若干个散热区域,每个散热区域内设置有多个相互独立的流动区域;每个流动区域的入口对应一个所述第一导流开口,每个流动区域的出口对应一个所述第二导流开口。

进一步的,所述挡板的中心位置与所述第一分流开口的垂直下方位置对应。

进一步的,所述挡板的上表面与所述导流板的上表面之间的距离的范围为3毫米至10毫米。

进一步的,各所述盖板、所述分流板、所述导流板以及所述微通道板之间通过密封圈进行连接。

进一步的,所述凸槽的宽度小于所述散热区域的宽度;所述凸槽的厚度范围为0.5毫米至1毫米。

进一步的,所述第一导流开口和所述第二导流开口的长度大于或等于下方整个所述散热区域的长度;所述第一导流开口和所述第二导流开口的宽度的范围为2毫米至6毫米。

进一步的,所述微通道板的一侧面为光滑平面。

相应的,本发明实施例还提供了一种微通道相变散热方法,适用于如上所述的微通道相变散热装置,所述散热方法包括:

所述分流板,通过所述流体入口,接收第一流体;

所述分流板,通过所述流体进入凹槽和所述第一分流开口,将所述第一流体引流至所述挡板;

所述导流板,通过所述第一导流开口,将引流至所述挡板的所述第一流体引流至所述散热区域;

所述微通道板,通过所述流动区域,将引流至所述散热区域的所述第一流体转化为第二流体;

所述导流板,通过所述第二导流开口和所述第二分流开口,将所述第二流体引流至所述流体流出凹槽;

所述分流板,通过所述流体流出凹槽,将引流至所述流体流出凹槽的所述第二流体,引流至所述流体出口。

进一步的,所述分流板,通过所述流体进入凹槽和所述第一分流开口,将第一流体引流至所述挡板,具体为:

所述分流板通过所述流体进入凹槽,将所述第一流体引流至凹槽内各所述第一分流开口;

通过各所述第一分流开口,将所述第一流体分成互不相干扰的、与第一分流开口等数量的流体,并分别引流至,各所述第一分流开口对应的所述第一导流凹槽。

进一步的,所述将引流至所述散热区域的所述第一流体转化为第二流体,具体为:

通过所述散热区域的多个相互独立的所述流动区域,将引流至所述散热区域的第一流体,往所述流动区域的出口方向进行引流,以发生相变反应,吸收热量,从而转化为所述第二流体。

实施本发明实施例,具有如下有益效果:

本发明实施例提供的微通道相变散热装置,在流体接收阶段,通过分流板上设置的流体进入凹槽内的流体入口,接收第一流体;再通过流体进入凹槽和第一分流开口,将第一流体引流至导流板的挡板;挡板在一侧阻挡的情况下,通过第一导流开口,将引流至挡板的第一流体引流至微通道板的散热区域;再通过流动区域,将引流至散热区域的第一流体转化为第二流体;在流体排放阶段,通过第二导流开口和第二分流开口,将第二流体引流至,分流板的流体流出凹槽;最后,通过流体流出凹槽,将引流至流体流出凹槽的第二流体,引流至流体出口,实现散热功能。采用本发明方案能解决现有大功率电子元件的微通道散热器,所面临的由于通道过长造成的气泡阻塞通道,流体进入过长的散热区域引起的高压降损失、冷却不均匀和整体均温差的问题,从而提高微通道散热器的温度控制能力。

附图说明

图1是本发明提供的微通道相变散热装置的一种实施例的结构示意图;

图2是本发明提供的微通道相变散热装置的一种实施例的导流板结构示意图;

图3是本发明提供的微通道相变散热方法的一种实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,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作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。

参见图1,图1是本发明提供的微通道相变散热装置的一种实施例的结构示意图。进一步的,请参见图2,图2是本发明提供的微通道相变散热装置的一种实施例的导流板结构示意图;

如图1和图2所示,本发明提供的微通道相变散热装置,包括:包括由上而下依次叠放连接的盖板1、分流板2、导流板3及微通道板4;

其中,分流板2上并排设置有若干个流体进入凹槽7和流体流出凹槽9,且流体进入凹槽7与流体流出凹槽9交替排列;流体进入凹槽7的一侧设置有流体入口17,流体流出凹槽9的一侧设置有流体出口8,流体入口17与流体出口8分别设置在分流板2的不同侧;流体进入凹槽7内按照预设的第一距离、从左到右的次序设置有若干个第一分流开口6;流体流出凹槽9内按照预设的第二距离、从左到右的次序设置有若干个第二分流开口5;导流板3上并排设置有若干个第一导流凹槽18和第二导流凹槽19,且第一导流凹槽18与第二导流凹槽19交替排列;

第一导流凹槽18内设置有第一导流开口12和挡板11,第二导流凹槽19内设置有第二导流开口10;第一导流凹槽18的位置均对应第一分流开口6;第二导流凹槽19的位置均对应第二分流开口5;在面向微通道板4一侧面,各第一导流开口12与其距离最近的第二导流开口10之间对应设置有用于隔断并划分微通道板4各区域的凸槽13;

微通道板4由多个凸槽13划分为若干个散热区域15,每个散热区域15内设置有多个相互独立的流动区域14;每个流动区域14的入口对应一个第一导流开口12,每个流动区域14的出口对应一个第二导流开口10。

在本实施例中,如图1所示,该微通道相变散热装置的盖板1、分流板2、导流板3与微通道板4均为矩形形状。散热器内各板可以使用铜、铝等具有高导热系数的金属材料制作,且通过密封的方式将此四个部分依次叠加组装而成,从而形成一个相对封闭的稳固的散热器。

作为本实施例的另一种举例,各盖板1、分流板2、导流板3以及微通道板4之间通过密封圈进行连接。

在本实施例中,通过选用抗腐蚀、耐高温的橡胶密封圈,使得该散热器的堆叠的封闭效果更佳,保障流体不会被泄漏。

在本实施例中,如图1所示,流体进入凹槽7的左侧部位开有流体入口17,用于将流体导入到散热器装置内部。流体流出凹槽9的右侧部位开有流体出口8,用于将相变反应后的流体通过流体出口8排出去。同时,在流体进入凹槽7按平均或稍靠左的距离,挖出若干个第一分流开口6,这将决定流体分多少股流入微通道板。流体流出凹槽9亦按平均或稍靠右的距离,挖出若干个第二分流开口5,这将决定流体分多少股流出微通道板。这些通道口的形状均可为矩形、椭圆或圆形挖口状。此外,由于出入口与结构的不同,流体进入第一分流开口6后,后续的流体通道均为单向流动,同时,在排列上,第一分流开口6整体因为流体进入凹槽7的入口的另一侧需存在阻挡,因此,所有第一分流开口6要比同次序的第二分流开口5要更靠近左侧,形成一种交错的排列方式,使得分流出入口都各自与不同的下方通道连接,实现流体进入与流体排出的通道的互相分隔。

在本实施例中,导流板3上亦交错设置有第一导流凹槽18和第二导流凹槽19,而使得通道不相通。其中,第一导流凹槽18的挡板11是用于承接分流板2流经的流体,这使得第一分流开口6的必须对应于第一导流凹槽18的挡板11的面积内,使得流体能正常流动至挡板11上,实现流体缓冲,均匀分配流体。且由于密封性和挡板11右侧的阻挡,流体必须流经位于第一导流凹槽18内、挡板11左侧的第一导流开口12,从而实现的第一导流开口12的引流作用。而对于第二导流凹槽19,其内部包括第二导流开口10,其用于将相变后的流体引流至分流板2。第二导流开口10和第二分流开口5的通道的位置是对应的,且对应的第二分流开口5的数量与流体流出凹槽9的数量有关,这样设计使得排出的第二流体顺利从第二分流开口5流出。同时,在导流板2的背面,根据第一导流凹槽18和第二导流凹槽19之间的空余位置,按各第一导流开口12与其距离最近的第二导流开口10之间对应位置规则,设置有用于隔断并划分微通道板4各区域的凸槽13,实现微通道长度的缩减,避免气泡阻塞的现象。

作为本实施例的另一种举例,挡板11的中心位置与第一分流开口6的垂直下方位置对应。

在本实施例中,优选挡板11的中心位置与与第一分流开口6的垂直下方位置对应,且第一分流开口6的面积大小需比挡板11的面积小,挡板11所在平面的法线方向与流体进入导流板3时的流动方向平行。通过这种设置方式,能使得流体进入到第一导流凹槽18时候,先完全落在挡板11位置后,再流动至第一导流开口12处,使得流体以均匀分配的方式落下微通道板4,增强流体相变效率,避免均温效果差。

作为本实施例的另一种举例,挡板11的上表面与导流板3的上表面之间的距离的范围为3毫米至10毫米。

在本实施例中,设置挡板11与导流板3表面之间的距离目的是为了合理设置挡板11在第一导流凹槽18内的深度位置,使得挡板11上、下及右侧形成阻挡,使得流体自然的就流动至第一导流开口12处。

作为本实施例的另一种举例,第一导流开口12和第二导流开口10的长度大于或等于下方整个所述散热区域15的长度;第一导流开口12和第二导流开口10的宽度的范围为2毫米至6毫米。

在本实施例中,第一导流开口12的长度和宽度的设置是为了对应散热区域15的长度和宽度,使得流体均匀的分布在散热区域15上,使得流体的相变反应更充分。同时,第一导流开口12整体长宽度的改变也会使得第一导流凹槽18、挡板11、第二导流开口10和第二导流凹槽19整体长宽度的改变。在本实施例中,优选它们的长度一致,但第二导流开口10与第二导流凹槽19的宽度小于第一导流凹槽18。第一导流开口12和第二导流开口10的宽度一致;第一导流开口12和第二导流开口10的长度一致。

作为本实施例的另一种举例,凸槽13的宽度小于所述散热区域15的宽度;凸槽13的厚度范围为0.5毫米至1毫米。

在本实施例中,凸槽13宽度的设置,是为了能形成分隔散热区域15的凸槽13,以使流动区域14的流动长度变短。凸槽13厚度的设置使得凸槽13合理占用散热区域15的位置。

作为本实施例的另一种举例,微通道板4的一侧面为光滑平面。

在本实施例中,如图2所示,微通道板4的底面为光滑平面,其便于与热源表面进行更大面积的接触,从而实现高效导热效果,提高散热器的散热能力。

相应的,本发明还提供了一种微通道相变散热方法,适用于如上的微通道相变散热装置。参见图2,图2是本发明提供的微通道相变散热方法的一种实施例的流程示意图。如图2所示,散热方法的具体步骤包括步骤201至步骤206:

步骤201:分流板通过流体入口,接收第一流体;

在本实施例中,流体通过流体入口进入至散热器内部。

步骤202:分流板通过流体进入凹槽和第一分流开口,将第一流体引流至挡板。

在本实施例中,流进散热器内部的流体,在一定的压力下,在分流板上设置的流体进入凹槽上向另一侧流动,在流经各第一分流开口后,往各第一分流开口下方流入,从而实现对流体进行分流的作用。

作为本实施例的另一种举例,分流板通过流体进入凹槽和第一分流开口,将第一流体引流至挡板,具体为:分流板通过流体进入凹槽,将第一流体引流至凹槽内各第一分流开口;通过各第一分流开口,将第一流体分成互不相干扰的、与第一分流开口等数量的流体,并分别引流至,各第一分流开口对应的第一导流凹槽。

在本实施例中,第一分流开口是在流体进入凹槽内按一定距离设置的,凹槽在流体流经各开口的时候,自动的将流体均匀的分配到各开口,使得流体变成了几股更细的流体,其目的为了后续相变反应更充分,避免过量的流体流经散热区域。

步骤203:导流板通过第一导流开口,将引流至挡板的第一流体引流至散热区域。

在本实施例中,导流板的作用在于引导流体的方向。当流体经过挡板的阻挡后,变得平缓、均匀,从左侧的第一导流开口流入,进入散热区域。

步骤204:微通道板通过流动区域,将引流至散热区域的第一流体转化为第二流体。

在本实施例中,流体在经过散热区域后,会发生相变反应,从而吸收热量,产生气泡排出,从而实现降温效果。

作为本实施例的另一种举例,将引流至散热区域的第一流体转化为第二流体,具体为:通过散热区域的多个相互独立的流动区域,将引流至散热区域的第一流体,往流动区域的出口方向进行引流,以发生相变反应,吸收热量,从而转化为第二流体。

在本实施例中,流体均匀的进入散热区域后,被均匀的分配到各个流动区域。其中,流动区域是指散热微通道。许多的散热微通道将分配到的更细的流体往右侧凸槽阻挡方向一侧流动,以使得该流体发生相变反应,产生气泡。由于这些微通道长度关系,气泡来不及形成阻塞,便在遇到凸槽阻隔的时候,往上方流动。

步骤205:导流板通过第二导流开口和第二分流开口,将第二流体引流至流体流出凹槽。

在本实施例中,第二导流开口和第二分流开口的通道位置是对应的,但对应的第二分流开口可能存在多个,因此,本实施例优选的,排出的气泡先通过第二导流开口、再通过两个第二分流开口均匀流动到分流板上的两个流体流出凹槽。

步骤206:分流板通过流体流出凹槽,将引流至流体流出凹槽的第二流体,引流至流体出口。

在本实施例中,气泡通过上述步骤,流动到流体流出凹槽。在凹槽左侧阻挡的情况下,气泡往右侧流动,从而流经流体出口,实现气泡的排放,完成散热过程。

由上可见,本发明实施例提供的微通道相变散热装置,在流体接收阶段,通过分流板上设置的流体进入凹槽内的流体入口,接收第一流体;再通过流体进入凹槽和第一分流开口,将第一流体引流至导流板的挡板;挡板在一侧阻挡的情况下,通过第一导流开口,将引流至挡板的第一流体引流至微通道板的散热区域;再通过流动区域,将引流至散热区域的第一流体转化为第二流体;在流体排放阶段,通过第二导流开口和第二分流开口,将第二流体引流至,分流板的流体流出凹槽;最后,通过流体流出凹槽,将引流至流体流出凹槽的第二流体,引流至流体出口,实现散热功能。采用本发明方案能解决现有大功率电子元件的微通道散热器,所面临的由于通道过长造成的气泡阻塞通道,流体进入过长的散热区域引起的高压降损失、冷却不均匀和整体均温差的问题,从而提高微通道散热器的温度控制能力。

以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

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