[发明专利]一种利用工质相变循环运动传热的微通道散热装置

说明书

技术领域

本发明涉及微通道热管散热技术，特别涉及到一种多尺度结构微通道带毛刺热管群并利用利用工质（冷却液）相变循环运动传热的微通道散热装置。

背景技术

目前，电子技术迅猛发展，并呈高功率、高集成度的发展态势，这直接导致其工作热负荷和单位面积的发热量的显著增加，因此热失效也逐渐成为了电子元器件最为主要的失效方式。同样的，随着计算机软件技术的快速发展，各种大型软件的运行导致电脑的CPU、主板等各个部件负荷增大，这些部件的高速运行同时会产生大量的热量，若不能及时改善散热条件，消除这些部件聚集的热量，其温度将迅速上升，严重影响其性能和使用寿命，有时甚至会导致计算机因过热而死机，降低工作效率。传统的翅片加风扇冷却的方式越来越不能满足高密度发热的电子电气设备及电脑主机的散热要求。因此，高效紧凑的散热装置的开发一直是业内研究者的主要研究方向。

热管技术是1963年美国Los Alamos国家实验室的George Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。典型的重力热管是在密闭的管内先抽成真空，在此状态下充入适量工质，在热管的下端加热，工质吸收热量汽化为蒸汽，在微小的压差下,上升到热管上端，并向外界放出热量，凝结为液体。冷凝液在重力的作用下，沿热管内壁返回到受热段，并再次受热汽化，如此循环往复，连续不断的将热量由一端传向另一端，由于是相变传热，因此热管内热阻很小。热管换热器具有传热效率高、阻力损失小、结构紧凑、工作可靠和维护费用少等多种优点，它在空间技术、电子、冶金、动力、石油、化工等各种行业都得到了广泛的应用。

在高热流密度器件散热应用场合，单一热管导热能力有限，目前出现多热管联合应用的热管群散热器，增加了传热能力。专利号为201310222822.X，名称为“无源驱动的微通道散热冷却装置”的中国专利申请（下称该专利），公开了一种具有圆形微通道的金属板块热沉和铜毛细管连接构成的冷却装置对电子器件进行散热，但国内一些学者通过实验和数值模拟发现矩形、V形微通道比圆形微通道具有更好的吸热效果。该专利弧形的铜毛细管直接跟微通道相连接，使得作为冷凝部分的铜毛细管的数量和内径尺寸受限，再加上冷凝的液体工质在微小流道内的回流，这些都导致流体进入每个流道都产生较大的压力损失，且微小流道因长时间的液体腐蚀容易生锈而堵塞，严重影响散热效果。同时该专利中，工质冷凝时的散热面积小，冷凝效果不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种利用工质相变循环运动传热的微通道散热装置，提高散热效果。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种利用工质相变循环运动传热的微通道散热装置，包括热沉、集流管、冷凝箱，所述热沉内部布置有相互连通的微通道，所述集流管上下两端分别与冷凝箱和热沉密封连接，使所述热沉和冷凝箱的内部空间连通构成密闭的三维空间回路，所述三维空间回路中灌注有工质，其特征在于，所述冷凝箱上布置有热管，所述热管贯穿冷凝箱在冷凝箱上形成通孔，所述热管暴露在所述三维空间回路中的表面有毛刺。

本发明的散热装置，具有双层结构。热沉为一个金属板块结构，其内部布置有微通道阵列，作为本发明散热装置的第一层，该金属板块可以与热源直接接触，主要作用是吸热。冷凝箱为中空结构的金属箱，是本发明散热装置的第二层，主要作用是散热。集流管为连接微通道和冷凝箱空间的通道，将热沉和冷凝箱的内部空间连通构成密闭的三维空间回路，该三维空间回路中灌注有工质。工质既可以在第一层微通道和第二层冷凝箱中作平面运动，也可以沿集流管上下运动。液体或蒸汽可以在集流管中运动。微通道中的液体工质吸热后变成蒸汽，通过集流管上升到冷凝箱中，冷却后又变成液体，通过集流管流回热沉，形成液体-汽体-液体循环传热，将热沉吸收的热量传递出去。冷凝箱上布置的热管贯穿冷凝箱，在冷凝箱上形成通孔，热管内表面相当于增加了冷凝箱的表面积，提高了冷凝箱的散热能力。这些通孔又进一步增加了周围空气的对流，大大提高了冷凝箱的散热效果。热管暴露在三维空间回路中的外表面的毛刺，类似植物叶片表面的毛绒，能够增大其对工质蒸汽的吸附性，大大提高工质蒸汽冷凝效率。

优选的的，所述热沉和冷凝箱平行配置，所述集流管与所述热沉和冷凝箱垂直。

这种配置方式，能够最大限度的利用温度产生的压差，并能够降低工质运动的阻力，有利于工质蒸汽的运动，提高热传递效率，特别适合热沉水平安装的情况（实际使用中多数情况如此）。