[发明专利]热交换材、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种热交换材，特别是涉及一种微细阵列多孔热交换材及其在热交换装置或系统中的应用。

背景技术

热交换装置常规地是用来将来自于热源的热传递至媒介中，且所述媒介例如空气、水、油或冷媒。热交换装置广泛地被使用在工业上的各种机械及电子装置中，且所述工业例如空调工业、冷冻工业及发电厂、煤油厂及污水处理厂。

热交换装置常规地以通过增加表面积来提升对流作用的方向构思，以使得来自热源的热能够有效地散发。金属发泡体是一种多孔热交换材，且由于多孔热交换材的高孔隙率，使得散热表面积增加且对流作用佳，以至于所述多孔热交换材常被用于热交换装置中。

发明内容

在本文中提供一种热交换材，且所述热交换材用于热交换装置中，例如热交换器或热沉(heat sink)。所述热交换材常规地包含微细阵列多孔材料。所述微细阵列多孔材料是由金属(例如镍、铝、铜、金、银、钛或铁)、合金(例如铝合金、铜合金或镍合金)，或金属/金属氧化物复合体(例如Ti/TiO₂或Al/Al₂O₃)所组成。所述微细阵列多孔材料包含多个具有小于约5000μm且实质上均一而具有小于约20％的变化量的尺寸的孔洞。所述微细阵列多孔材料具有约40至85％的孔隙率。在一些较佳的实施例中，热交换材可以包含孔隙率约74％的微细阵列多孔材料。相较于现有金属发泡热交换材，因为微细阵列多孔热交换材所具有显著的表面积对体积比而能有非常高的散热表面积，使得微细阵列多孔热交换材可以具有非常好的传导/辐射介导的散热作用(conduction/radiation-mediated heat dissipation)。在由金属/金属氧化物复合体(例如Ti/TiO₂及Al/Al₂O₃)所组成的所述微细阵列多孔材料的实施例中，除了上述提及的优点外，所述微细阵列多孔热交换材同样也可以在热辐射上具有显著的改善。热辐射的改善主要归因于在所述金属微细阵列多孔热交换材的外表面上的金属氧化物的存在。这个优点在对流的效率无法被达成且热辐射为主要散热方式的情况下是格外地重要。

在本文中也提供一种包含上述的微细阵列多孔热交换材的热交换装置。所述热交换装置常规地包括一层导热层及至少一层散热层。所述导热层常规地包含导热材。所述导热材是由金属、合金、导热陶瓷材料或导热聚合物所组成。所述至少一层散热层中的每一层包含上述的微细阵列多孔热交换材。所述导热层设置在所述至少一层散热层上且热接触(thermally contact)所述至少一层散热层，藉此使热由接触所述导热层的高温媒介热传递(thermally transfer)至接触所述至少一层散热层的低温媒介。

在一些实施例中，热交换装置可以包含仅一层散热层。所述散热层包括一种微细阵列多孔热交换材。在一些其它实施例中，热交换装置可以包含两层散热层。所述两层散热层分别为第一散热层及第二散热层。所述第一散热层及所述第二散热层包含两种具有不同孔洞尺寸的微细阵列多孔热交换材。所述第一散热层常规地具有较小的孔洞尺寸，且设置在所述导热层上并热接触所述导热层，而所述第二散热层的孔洞尺寸大于所述第一散热层的孔洞尺寸，且所述第二散热层设置于所述第一散热层的上方。如此的设计有利于沿着在所述第一散热层到所述第二散热层的孔洞内的空气流动的方向的热梯度的建立，从而获得有效的对流介导的散热作用。在一些实施例中，所述第二散热层及所述第一散热层的孔洞尺寸比例为约2：1至1000：1，且所述第二散热层及所述第一散热层的厚度比例为约0.01：1至1000：1，所述厚度比例取决于所述第一散热层的孔洞尺寸及所述第二散热层的孔洞尺寸。