[实用新型]微槽道相变换热装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力、电子、光电子器件的热管理技术领域，尤其涉及一种微槽道相变换热装置。

背景技术

随着大功率电力、电子及光电子器件集成度的提高，器件的发热热流密度也越来越大，如果不能将这些器件工作过程中所产生的热量及时带走，其性能和寿命将受到很大的影响。以微电子芯片为例，随着芯片集成度的提高，其发热热流密度已经达到了数百瓦每平方厘米的水平，在如此高的热流密度条件下，传统的强制风冷或者单相液冷的冷却方式由于取热能力有限，已经难以满足器件的散热要求；另一方面，单相液冷或者风冷的方式主要是利用工质的显热带走发热器件的热量，器件的温度受环境的影响较大，很难将器件温度维持在一个稳定的温度范围内。

为了解决上述技术问题，目前广泛采用的技术是热管、微通道、微槽群等微尺度相变取热技术。这些技术借助于毛细力或者高扬程的泵来驱动液体工质的流动，并在热管、微通道、微槽群等内部微结构内发生高强度的微细尺度相变换热，从而带走发热器件的热量。这些取热方式的取热热流密度能够达到数百瓦每平方厘米的量级，是解决目前及今后一段时间内大功率高热流密度器件散热的有效手段之一。

图1A为现有技术微槽道相变换热装置微槽道的结构示意图。这些微槽道加工在铜、铝等具有较高导热系数的材料表面，其高度和宽度在百微米量级，利用微槽道能够产生较大毛细力作用的原理吸入液体工质。请参照图1B，液体工质在微槽内的分布被定义成三部分：固有弯月面区域、蒸发薄液膜区域、吸收层区域。在不同的热流密度条件下，微槽道内会产生蒸发薄液膜区域的高强度蒸发和固有弯月面区域的沸腾相变两种相变机制，而吸收层区域由于受到脱离压力的作用较大，基本不参与相变。这种微结构内的微尺度相变机理与常规尺度条件下的沸腾相变不同，理论上取热热流密度能够达到1000W/cm²的数量级，且相同的热流密度条件下，壁面的过热度较小，非常适用于目前电力、电子、光电子器件的热管理要求。

然而，现有技术的微槽道主要采用具有较高导热系数的材料制作，如铜或者铝等，加工的结构尺寸是按照预先设定的热负荷、使用环境等因素进行设计，一旦设计完成，取热器的表面结构就是确定的尺寸和形状，工质只能在确定的微槽道内流动和相变，在液膜蒸发起主导作用的低热流密度条件下，微槽道内液膜较厚的固有弯月面区域会产生较大的热阻，造成发热器件的表面温度升高，而在沸腾相变起主导作用的高热流密度条件下，液膜较厚的固有弯月面区域的沸腾相变起主导作用，微槽道内薄液膜区域很容易发生干涸，造成受热区域的部分蒸干，导致取热器的取热能力下降，发热器件的温度升高。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本实用新型提供了一种微槽道相变换热装置，以解决现有技术微槽道相变换热装置中微槽道结构尺寸一旦确定，液膜厚度不能随热流密度变化而变化，不能适应发热器件热流密度变化的技术问题。

(二)技术方案

根据本实用新型的一个方面，提供了一种微槽道相变换热装置。该微槽道相变换热装置包括：外散热体，呈一端封闭的筒状结构；微槽道吸热部件，由形状记忆合金材料制备，呈板状结构，其镶嵌于外散热器筒状结构未封闭的一端，构成一密闭空腔，该密闭空腔内填充液体工质；其中，微槽道吸热部件朝向密闭空腔内侧的表面具有多条百微米量级的微槽道，相邻两条微槽道之间具有经过训练的微型肋，在预设温度以上时的微槽道的深度大于其在预设温度以下时的微槽道的深度。

优选地，本实用新型微槽道相变换热装置中，与处于预设温度以下时微型肋相比，处于预设温度以上时微型肋的高度变高，以实现微槽道深度的增加。

优选地，本实用新型微槽道相变换热装置中，处于预设温度以下时，微型肋处于朝向一侧倾倒的状态，倾斜角度θ介于10°-40°之间；处于预设温度以上时，微型肋处于竖直状态，以实现微槽道深度的增加。

优选地，本实用新型微槽道相变换热装置中，处于预设温度以下时，微型肋的两侧边呈朝向同一侧的圆弧状；处于预设温度以上时，微型肋的侧边变成直线，微型肋的垂直高度变高，从而微槽道的深度得到增加。

优选地，本实用新型微槽道相变换热装置中，处于预设温度以下时，微型肋的两侧边呈朝向内侧的圆弧状，单个微型肋的剖面形状呈“T”字型；处于预设温度以上时，微型肋的侧边变成直线，单个微型肋的剖面形状变为矩形，其垂直高度变高，从而微槽道的深度得到增加。