本发明属于散热领域，涉及用于高热流密度设备的微通道相变散热器，对于体积微小但热流密度大的设备有很好地散热效果。
背景技术
随着电子系统向高性能、微型化、集成化的三大方向发展，电子系统整机散热问题日益尖锐，例如有些电子计算机装置的芯片集成的晶体管数量则多达11.7亿个，其散热速率高达100w/cm2，现在电脑cpu的热流密度已经达到60-100w/cm2，传统散热技术如风冷，液冷等不能满足要求。需要寻找新型高效的散热技术来满足需要。
微通道冷却技术的出现为电子设备的有效热控问题提供了新的解决方案，其散热性能优异、便于高度化集成、能够快速高效地带走发热模块所产生的热量。微通道冷却技术最早由美国学者tuckerman和pease发现并提出微尺度散热器的概念，他们从理论上证明了水冷式微通道冷板的散热能力可以达到1000w/cm2，因其高效的散热能力受到越来越多学者的关注。
通过对传统的微通道散热器研究发现，工质在流动过程中吸收热量，温度会迅速上升，当壁面和流体的温差减小时，其换热效率也会降低，此外散热器进口和出口温度梯度大，不利于器件长时间安全可靠使用。随着技术的发展电子设备的热流密度越来越高，传统的微通道散热器也不能满足需求越来越多高的散热需求。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种体积微小散热能力强、制造工艺简单、温度梯度小、利用工质相变时巨大的汽化潜热的微通道相变散热器。
本发明的散热器，由盖板，散热芯片，外框组成：将散热芯片嵌入外框中，在散热芯片左右两边留有存储工质的矩形框，并在外框上加工出槽道加上垫片后盖上盖板，使散热器形成密闭空间。在盖板上开口使工质进入到存储工质的槽中，然后流过散热芯片上的矩形微通道，通过相变吸收热源的热量，然后汇聚到出口处的槽中然后通过盖板出口流出，吸收热源的热量，完成热量的转移。
该散热器的散热原理为，工质在微小的通道中与散热器充分接触，能快速吸收热量，并被加热而迅速发展为核态沸腾。工质具有很高的汽化的潜热，从液态变为气态能吸收大量的热量，因此微通道相变散热器具有很高的散热能力。且当工质发生相变后，能量转换可以发生在均匀的温度条件下，因此散热器具有很小的温度梯度，有利于被散热设备长期安全看可靠的使用。
为了提高微通道相变散热器的性能，该设计使用矩形的微通道，采用该通道形状是因为直沟槽通道具有孔隙率可控性好、热导率高、流动阻力小，不容易堵塞的优点。
进一步的该设计使工质从盖板进入，首先进入外框中存储工质槽再流入各微通道，采用该结构可以使各个微通道工质流量分布均匀，提高散热器均温性。
进一步散热器可以使用高导热率的铜，铝等金属制作，有利于热量的传递。
进一步散热器可以根据应用器件工作条件不同而选择具有不同沸点及汽化潜热的散热工质，如乙醇，蒸馏水，甲醇等液体工质，应用范围广
对于乙醇：
h/a＝2.5-2.6，h/b＝5-5.8
对于水：
h/a＝2.5-2.8，h/b＝5-5.3
其中矩形微通道槽宽为b，槽高为h，槽间距为a。
进一步该散热器外框底部开框，使热源与散热片直接接触，减小接触热阻，有利于热量的传递。
该散热器利用工质所具有的巨大的汽化潜热，使微通道散热器散热能力有很大的提高，且相变时能量转换可以发生在均匀的温度条件下，减小散热器的温度梯度，随着加工技术的进步，该散热器也能批量的加工制造。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种微通道相变散热器的盖板的立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种微通道相变散热器的散热芯及微通道的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种微通道相变散热器的外框的立体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种微通道相变散热器的内部的立体结构示意图
图5为本发明实施例提供的一种微通道相变散热器的立体结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1工质进口，2工质出口，3矩形微通道，4散热芯所在框，5密封槽道，6工质入口矩型槽，7工质出口矩型槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种微通道相变散热器，其特征在于：利用工质在微小通道中，能迅速吸收热量，从液态变为气态，在发生相变时工质有很大的汽化潜热，能够吸收大量的热。
该散热器包括顶部盖板，工质进口结构和出口结构，散热芯片和外框。在散热芯片上加工出供工质流动的矩形微通道，将散热芯片嵌入到外框中，外框两边留有存储工质的矩形框。并在外框上加工出槽道，放置垫片然后加上盖板将散热密封。
所选矩形微通道水力学直径在1～1000um之间。
在外框上刻槽道，加上垫片之后加上盖板，并用螺丝固定到外框上。这种结构拆卸方便且密闭性好。
在外框底部开出框，嵌入散热片芯片后热源直接与散热芯片接触，减小接触热阻，加快热量传递。
本发明实例提供一种微通道相变散热装置。如图1至3所示，该散热器包括盖板图1，散热片图2，外框图3，。散热芯上有微通道，本实例中加工的微通道宽0.4mm，高2mm，外框结构如图3所示，图3中4用于放置散热芯，图3中底部中空，使热源直接与散热新接触。图3中结构5用于放置垫片，用于散热器的密封。图1为盖板，图1中1、2为工质进口和出口。
在具体实施中，首先将散热芯嵌入外框的4中，所得结构如图4所示，在散热片底部用胶密封。图4中的6，7为工质入口和出口矩形框，在图3的5中加上垫片后盖上盖板用于散热器的密封，在盖板上有工质进口和出口1、2。
散热器工作时，使热源与散热芯接触，热量不断从热源传递到散热器。在外部驱动力的作用下，工质从盖板上入口进入，流入进口矩形框，然后流过微槽道，工质在微小的通道中与散热器充分接触，能快速吸收热量，并被加热而迅速发展为核态沸腾，此时液体处于一个高度不平衡状态，具有很大的换热能力。工质具有很高的汽化的潜热，从液态变为气态能吸收大量的热量，吸收热量后工质汇聚到出口矩形框，然后由盖板出口流出，通过一个冷凝装置释放出热量。工质不断循环流动，带走热源热量。
该微通道相变散热器，利用工质巨大的汽化潜热，同时也利用微尺度下传热能力的提高，不仅体积微小，其三维尺寸为lxwxh96mmx56mmx6mm且其散热能力强，对高热流密度的热源有很好的散热效果。
微通道结构选择
微细通道传热主要利用流体与固体接触表面的对流及相变实现热交换。因此，高性能微细通道强化传热结构应具有高比表面积、高热导率、强扰流效果，并且在相变传热场合，还需要通道表面具有丰富的沸腾核化穴。在符合以上条件的基础上要求通道的流动阻力尽量低。
粉末烧结的多孔微细通道换热芯中包含大量连通的孔隙,这些不规则且弯曲的孔隙构成了复杂的通道结构,具有很强的扰流效果,但该结构的流动阻力较大,所耗费的泵功相对较高，而且该结构在高热流密度时易产生气塞使得传热恶化。而直沟槽通道的孔隙率可控性好、热导率高、流动阻力小,是目前普遍的一种通道换热芯结构，所以本次微槽道结构选择微矩形槽道。
微槽道尺寸选择
由于相变传热在剧烈相变过程产生的大量汽泡导致了很大的摩擦压力损失和加速度压力损失在两项流散热设备的设计中压力损失都是一个非常重要的参数压力损失是流道横截面几何尺寸、质量流率以及流体物性的函数。通过文献了解到压降随微通道高宽比增大而减小为了减小压降要选择高宽比较大的微通道。
通道尺寸对散热器有很大影响选择合适的尺寸可以提高散热量和器件性能。陈礼、辛道明等对水平矩形槽道表面的池沸腾传热进行了实验研究，探求几何因素的影响，寻求最佳槽道尺寸。
实验尺寸范围a：0.5～1.0(mm)，b：0.3～3.0(mm)，c：0.5～9.0(mm)。他们分析存在一个最佳槽道表面。此表面能充分发挥微层蒸发的作用，从而获得最好的传热效果。由于沸腾液体和热流密度q都会影响汽泡大小，因而也会影响最佳表面尺寸。各种槽道表面几何因素可用形状系数h/a，h/b表征。每一表面在某一q值下有一个传热系数α。若以h/a，h/b为平面坐标，α为纵坐标，则所有实验表面在同一q值下的各α值构成一个曲面。改变q值可得到以q为参数的曲面束。各曲面最大值对应的平面坐标即为最佳形状系数。作者采用曲面拟合求取极值等手段得到了实验范围内最佳值变化曲线。作为工程计算，在实验范围内可以推荐如下近似值：
对于乙醇：
h/a＝2.5-2.6，h/b＝5-5.8
对于水：
h/a＝2.5-2.8，h/b＝5-5.3
微通道尺寸越小单位面积上的散热量越大,综合考虑各种因素影响以及本次任务所要求散热系统的性能确定本次实验所用微通道槽宽b为0.4mm，槽高h为2mm，槽间距a为0.8mm。
材料，工艺及工质选择
微通道散热器使用高导热率的紫铜制作，有利于热量的传导。矩形微通道通过电火花线切割机床加工成型。电火花线切割加工是通过线状工具电极与工件电极的相对运动，对工件进行脉冲放电的一种特种精密加工技术，在加工过程中采取多次切割、低速走丝等工艺确保加工质量。器件使用温度在80℃左右，使用乙醇作为工质，乙醇的沸点在78℃左右，当达到该温度时工质产生相变，此时器件具有很强的换热能力，可以传导更多的热，从而控制器件的温度在80℃左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。