[发明专利]一种分流式环形微通道散热器

说明书

本发明涉及一种分流式环形微通道散热器，主要由圆形微肋板、圆形分流结构以及上盖板等组成。散热器特殊的分流结构由微肋板上的环形微通道和分流结构上的分流道构成。圆形分流结构直径小于圆形微肋板，两者形成的环形通道作为一次分流道，有效解决了由分流道末端冷却工质滞止效应导致的一次分流不均问题。二次分流道为渐缩结构，同样可以削弱分流通道内部流体滞止的影响，增加溢流通道间流量分配的均匀性。本发明在保留微通道分流结构优点的基础上，进一步改善了流量分配不均的问题，具有较高的换热能力和换热极限。本发明结构紧凑、换热能力好，在电子芯片、激光器、整流器等高发热设备冷却方面具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种新型微通道散热器，特别是一种改进的具有分流道结构的环形微通道散热器，可用于诸如电子芯片、高功率LED以及激光器等高发热设备的冷却。

背景技术

21世纪以来，随着高新技术领域的高速发展，一些装置和设备的集成化、小型化和发热功率逐年提高，一方面运行性能不断提升，另一方面消耗的功率和单位面积产生的热量也不断增加。如在航天器上，随着激光技术的应用以及高集成度电子芯片的开发，需要冷却的热流密度已高到1 MW/m²以上。在核能应用领域，我国研制的托卡马克装置EAST，其第一壁的偏滤器、被动板、限制器等直接受到等离子体高温作用，靶板上的热流密度可达到4MW/m²。对于如此高的热流密度，常规的冷却方式已经很难满足要求。因此，高发热功率器件的热管理已成为限制很多领域发展的瓶颈问题之一，高效换热技术日趋受到重视。

随着微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)技术的不断提高，近年来微通道热沉(MHS，Micro-channel Heat Sink)受到广泛的关注，并逐步得到应用。微通道热沉的设计概念最早由Tuckerman和Pease（D. B. Tuckerman, R. F. W Pease. High-performance heat sinking for VLSI. IEEE Electron Device Letter, 1981, 2(5): 126-129）于1981年提出。与常规热沉相比，微通道热沉具有比表面积大、单位体积内换热面积大和换热能力高等优点。Harpole等（G. M. Harpole, J. E. Eninger. Microchannel heat exchanger optimization, in: Proc. 7th IEEE Semi-Therm Symp., 1991, pp. 59–63）在传统微通道热沉基础上，提出了具有二次分流结构的微通道设计（分流式微通道热沉），进一步提升了热沉的综合性能。然而，由于自身结构特点，分流式微通道热沉存在流量分配不均的固有缺点。流量分配不均，直接导致换热过程不均匀，影响热沉的散热性能以及散热极限。

发明内容

本发明的目的是针对现有分流式微通道热沉存在的缺陷，提供一种新型的微通道散热结构，改善流量分配不均的问题，强化散热能力，提高散热极限。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明所设计的分流式微通道热沉，包括圆形分流结构、圆形微肋板以及盖板等。所述盖板上设有进水口和出水口。冷却液由进水口流入，通过圆形微肋板最外层一次分流通道，进入各分流通道，进行二次分流，经过环形溢流微通道，最后汇聚在圆形微肋板中间的出水口流出。

所述的圆形微肋板由具有良好导热性能材料如铜、铝等加工制成，其基底上布有环形微肋，用于形成环形微通道。所述环形微肋的尺寸可根据实际需要确定，在毫米或微米量级。所述的环形微肋的截面可以是方形、梯形或三角形等形状。

所述圆形分流结构可通过微机电加工技术、3D打印或薄金属板压制而成，。所述的分流结构中进水分流通道的尺寸逐渐减小。