[发明专利]一种基于气液分离的双层微通道散热装置

说明书

本发明公开了一种基于气液分离的双层微通道散热装置，主要包括下层的液路微通道散热器、纳米多孔薄膜和上层的气路微通道散热器。利用烧结技术将液路微通道散热器和气路微通道散热器连接成一体，然后将纳米多孔薄膜封装在气、液微通道中间，液路微通道内部的工作流体受热蒸发，蒸汽透过纳米多孔薄膜进入气路微通道，形成薄膜蒸发带走极大热量的同时，实现了气液分离，降低了两相流动不稳定性，液路微通道中多孔结构的存在也有效缓解了液膜干涸的现象，延迟了临界现象的发生，大幅度提高临界热流密度。本发明具有占地面积小、低功耗、散热能力大的优点，可用于满足超过热流密度的散热需求。

技术领域

本发明涉及微小空间内的冷却散热领域，适用于超高热流密度散热技术，特别涉及一种基于气液分离的双层微通道散热装置。

背景技术

随着MEMS/NEMS技术、3D-IC封装技术的迅速发展，电子器件微型化、集成化程度更高，同时也面临器件整体高热流密度和局部超高热流密度的双重挑战。近年来人们提出了多种新型冷却技术来提高材料和设备的可靠性，包括：微通道冷却、喷雾式冷却、压电冷却、射流冷却、热管等方法。其中微通道冷却技术由于其较强的换热能力、紧凑性、换热均匀性等优势而成为研究热点。

过去几年，微通道内的单相流动冷却技术己经在市场上得到应用，但微通道内的单相流动会引起器件表面温度梯度，造成局部温度偏高，产生较大的热应力。而基于相变传热机理的微通道流动沸腾冷却技术，可减小温度分布的不均匀性并可进一步降低换热热阻。另外微通道流动沸腾冷却系统的平均质量流量小于微通道单相流循环系统，这可大大降低驱动系统的功率要求。而现在越来越多的换热设备对摩擦功率的限制迫使设计者降低质量流量，因此微通道流动沸腾冷却技术受到越来越多的关注。

然而，由于微通道两相流动的复杂性，导致微通道中的流动沸腾仍然存在许多未解决的问题，例如较大的流动沸腾不稳定性、压降过高、临界热流密度难以进一步提高等。当气泡在微通道中成核并生长时，气泡沿通道的长度方向迅速长大，气液界面迅速膨胀，压力迅速增加，引起微通道内的温度、压力和流量均发生波动，从而导致局部热应力、局部干烧诱发CHF过早发生等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于气液分离的双层微通道散热装置，以克服现有技术存在的缺陷，本发明中高导热率的纳米多孔膜的存在加速了气液两相的分离，消除了两相流动的不稳定性，在液路通道中沉积有多孔涂层，可以借助毛细作用将液体补给到气泡底部液膜显著变薄甚至蒸干的剧烈蒸发区域，同时增加了气化核心密度，从而推迟了临界现象的发生。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于气液分离的双层微通道散热装置，包括位于下层的液路微通道散热器和位于上层的气路微通道散热器，液路微通道散热器上均匀设置有若干液路微通道，气路微通道散热器上均匀设置有若干气路微通道，且液路微通道和气路微通道相对设置，所述液路微通道散热器和气路微通道散热器之间设置有纳米多孔薄膜，所述液路微通道表面生长有一层纳米多孔结构，所述液路微通道散热器和气路微通道散热器通过烧结技术连接成一体，纳米多孔薄膜封装在液路微通道和气路微通道之间。

进一步地，所述液路微通道散热器上均匀设置有若干第一微肋，相邻的第一微肋之间设置液路微通道。

进一步地，所述气路微通道散热器上均匀设置有若干第二微肋，相邻的第二微肋之间设置气路微通道。

进一步地，所述液路微通道散热器的长度和宽度均为l₁＝10mm，高度为h₁＝2mm，所述第一微肋和第二微肋的高度为h₂＝0.3～1.5mm，长度为l₂＝l₁＝10mm，宽度为d₁＝0.1～0.5mm，液路微通道的宽度d₂＝(l₁-n×d₁)/(n+1)。