一种交错梯形凸起的微阵列散热器

本发明涉及散热器技术领域，尤其涉及一种交错梯形凸起的微阵列散热器。

背景技术：

热管理在许多工程应用中，特别是在电子设备的设计中，起着重要的作用。随着5g时代单一电子设备上集成的功能逐渐增加并且复杂化，以及设备本身的体积逐渐缩小，对电子设备的热管理技术提出了更高的要求，以匹配电子设备的功率密度。在电子设备的日常运行中，工作温度的上升会导致其失效率呈指数性增加。同时有故障分析表明，环境因素导致的故障在航空电子设备领域超过五成，而其中由于电子器件工作温度超过额定温度导致的故障占55%。也有研究指出，当电子元器件运行在70摄氏度到80摄氏度之间时，其工作温度每升高1度，设备可靠性将下降5%。随着科技的发展，电子产品越来越高度集成化，在高密度的集成电路工作过程中，如果产生的热量没有及时带走，过高的温度会影响电子元件的正常运行，缩短产品运行寿命。而为了保证电子产品的正常运行，并且整体的尺寸和重量要求换热器具有体积小、重量轻、适合于紧凑封装、换热性能好等特点。微通道由于具有极小的尺寸，所以被应用到换热器中，微通道换热器与换热环境的热阻极低并且具有非常高的换热效率，能够使得产品的温度分布均匀。由于极小的尺寸，可以应用到微小设备进行单独换热，被广泛应用到各种含有电子元器件的产品散热中。目前的微通道换热器结构主要是平行排布的矩形、三角形、梯形等微通道结构。这些传统形式的平行微通道，在流体进入平行微通道后，同时进行流动边界层和热边界层的发展。当热边界层还未达到充分发展区域，传热系数都比较大，传热性能比较好，但是随着流动的展开，传热系数迅速下降，从而导致明显的传热性能降低，强化换热效果十分有限。此外，传统的微通道换热器在流道过长的情况下会由于中部区域先于入口沸腾，气泡膨胀过程中压力急剧增大阻断后续的流体进入换热器，严重危害了微通道换热器的稳定运行。当流道过长时流动会趋于稳定，导致后期的换热效果会比较低。

正是基于上述原因，本发明提供了一种交错梯形凸起的微阵列散热器，流体在入口均匀进入流道，在换热段得到充分发展，换热段由上下交错的梯形凸起的微阵列组成。由于凸起梯形微阵列，纵向与流向涡在一个周期内产生、增长、保留和消失，上下交错梯形凸起诱导作用产生了纵向与流向涡，引起了局部对流换热系数的增加，进而起到了强化换热的作用，使得流动扰动加强，破坏流体正常流动，因此增强了换热，使得散热器温度分布均匀,最后在出口处汇聚流出完成换热。

技术实现要素：

本发明的目的在于改进现有换热器的缺点，增强换热性能，提供了一种交错梯形凸起的微阵列散热器。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

本发明公开了一种交错梯形凸起的微阵列散热器，包括微通道，所述微通道为上基板，下基板以及侧围板组成封闭的矩形腔体，所述微通道包括进口段，出口和换热段，所述进口段的上部设有进流口，所述出口段的上部设有出流口，所述换热段的上、下部设有交错排列的梯形凸起肋片，且换热段的上、下表面均为电子元件贴合面。

所述下基板的换热段上设有梯形凸起肋片，所述换热段的梯形凸起肋片形成呈交错排列的微阵列，且同一横列的梯形凸起肋片之间的间距为梯形凸起肋片下底面的长度，同一纵列的梯形凸起肋片之间的间距为梯形凸起肋片下底面的宽度。

所述上基板的换热段处的梯形凸起肋片微阵列与下基板的换热段处的梯形凸起肋片微阵列的数量、结构大小以及位置都相同；所述上基板的进口段设有进流口，所述上基板的出流段设有出流口，所述进流口和出流口为直径相同的圆孔。

所述侧围板的宽度为上基板与下基板的高度之和，使换热段的上、下梯形凸起肋片微阵列之间的顶面间隙相互紧密贴合。

所述梯形凸起肋片的前倾角α靠近进口段一侧，所述梯形凸起肋片的后倾角β靠近出口段一侧，且前倾角α的角度小于后倾角的角度。

本发明的有益效果在于：

本发明通过换热段的梯形凸起肋片诱导产生纵向和流向涡，引起了局部对流换热系数的增加，流体可以在换热段充分流动，破坏流体的热边界层，使得元器件的表面温度更加均匀，温度控制更加好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明换热段的梯形凸起肋片微阵列分布图；

图3为图2的同一横列梯形凸起肋片分布图；

图4为图3的主视图；

图5为本发明的梯形凸起肋片结构示意图；

图6为本发明的下基板结构示意图；

图7为本发明的上基板结构示意图。

图中：1微通道，101进口段，102换热段，103出口段，2上基板，3下基板，4侧围板，5梯形凸起肋片，6进流口，7出流口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

参见图1-7。

本发明公开了一种交错梯形凸起的微阵列散热器，包括微通道1，所述微通道1为上基板2，下基板3以及侧围板4组成封闭的矩形腔体，所述微通道1包括进口段101，出口段102和换热段103，所述进口段101的上部设有进流口6，所述出口段102的上部设有出流口7，所述换热段103的上、下部设有交错排列的梯形凸起肋片5，且换热段103的上、下表面均为电子元件贴合面；本发明的上基板2和下基板3上都设置了两个交错排列4×4的梯形凸起肋片微阵列，所述换热段102处的两层梯形凸起肋片微阵列的顶面间隙相互紧密贴合，所述微通道1的长度、宽度和高度，分别为6000μm、1200μm和400μm。底部电子元器件的加热面积为l1×w=4800μm×1200μm，底部基板上的功率密度为100w/cm²。考虑到固-液共轭传热，底部基板的厚度设置为100μm。进流口和出流口都位于上基板，并且进流口和出流口的直径设置为330μm。

所述梯形凸起肋片5的参数为底侧a、顶侧b、宽度c、高度h、前倾角α、后倾角β，前倾角α被固定为30°，后倾角β被固定为75°。

工作原理：

当流体进入进口段101后被均匀分流，由直流道进入换热段102，流体进入换热段102后。由于梯形凸起肋片微阵列，纵向涡与流向涡在微通道内产生、增长、保留和消失。上下交错的梯形凸起肋片5起诱导作用产生了纵向与流向涡，流体的流线在整个通道内变成螺旋形，螺旋流线有利于涡的产生，引起了局部对流换热系数的增加，使流体可以在换热段充分流动，破坏流体的热边界层，使流体在流动中融合分离可以很好的交换热量，保持一个良好的温度均匀性。得元器件的表面温度更加均匀，温度控制更加好。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同交换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种交错梯形凸起的微阵列散热器，其特征在于：包括微通道（1），所述微通道（1）为上基板（2），下基板（3）以及侧围板（4）组成封闭的矩形腔体，所述微通道（1）包括进口段（101），出口段（102）和换热段（103），所述进口段（101）的上部设有进流口（6），所述出口段（102）的上部设有出流口（7），所述换热段（103）的上、下部设有交错排列的梯形凸起肋片（5），且换热段（103）的上、下表面均为电子元件贴合面。

2.根据权利要求1所述的一种交错梯形凸起的微阵列散热器，其特征在于：所述下基板（3）的换热段（102）上设有梯形凸起肋片（5），所述换热段（102）的梯形凸起肋片（5）形成呈交错排列的微阵列，且同一横列的梯形凸起肋片（5）之间的间距为梯形凸起肋片（5）下底面的长度，同一纵列的梯形凸起肋片（5）之间的间距为梯形凸起肋片（5）下底面的宽度。

3.根据权利要求2所述的一种交错梯形凸起的微阵列散热器，其特征在于：所述上基板（2）的换热段（102）处的梯形凸起肋片（5）微阵列与下基板（3）的换热段（102）处的梯形凸起肋片（5）微阵列的数量、结构大小以及位置都相同；所述上基板（2）的进口段（101）设有进流口（6），所述上基板（2）的出流段（103）设有出流口（7），所述进流口（6）和出流口（7）为直径相同的圆孔。

4.根据权利要求3所述的一种交错梯形凸起的微阵列散热器，其特征在于：所述侧围板（4）的宽度为上基板（2）与下基板（3）的高度之和，使换热段（102）的上、下梯形凸起肋片（5）微阵列之间的顶面间隙相互紧密贴合。

5.根据权利要求4所述的一种交错梯形凸起的微阵列散热器，其特征在于：所述梯形凸起肋片（5）的前倾角α靠近进口段（101）一侧，所述梯形凸起肋片（5）的后倾角β靠近出口段（103）一侧，且前倾角α的角度小于后倾角的角度。

技术总结
本发明涉及散热器技术领域，尤其涉及一种交错梯形凸起的微阵列散热器，包括微通道，所述微通道为上基板，下基板以及侧围板组成封闭的矩形腔体，所述微通道包括进口段，出口和换热段，所述进口段上部设有进流口，所述出口段上部设有出流口，所述换热段的上、下部设有交错排列的梯形凸起肋片，且换热段的上、下表面均为电子元件贴合面，本发明通过上下交错梯形凸起的微阵列让流体充分扰动，诱导产生纵向涡与流向涡，流体的流线在整个通道内变成螺旋形，螺旋流线有利于涡的产生，会中断热边界层且凸块阵列引起的冷却面积增大，增强换热，使得元器件表面温度更加均匀，温度控制更加好，可以处理较高的芯片热通量，具有非常好的综合换热性能。

技术研发人员：冯召良;徐猛;余廷芳;刘勇;徐雪锋;张智健;洪坚;杨常川
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2021.03.29
技术公布日：2021.06.01