[发明专利]一种水滴形扰流元微通道换热器

说明书

技术领域

本发明用于高集成度、大功率微电子元器件散热领域，微通道换热器通道中加入合理的水滴形扰流元，该换热器同光滑通道换热器相比，努赛尔数Nu即换热性能提高，这为集成度高、热功率大微电子元器件有效散热提供了可能。

背景技术

随着微电子机械系统(MEMS)飞速发展以及微电子元器件朝着体积小、重量轻、集成度高的方向飞速发展，其散热问题直接关乎系统的可靠性和稳定性，需要有效地把它们运行过程中产生的高热流密度热量带走，且能保证系统运行可靠性和稳定性，应用传统的冷却技术已经不能满足实际需求。微通道具有大面体比，大换热系数等特点，因而用于散热的微通道热沉可以有效带走微电子元器件和微电子机械系统运行中产生的高热流密度热量，微通道热沉已经被证实是传热性能最佳且最具应用潜力的冷却方式之一。尽管微通道换热具有高换热系数等优点，但仍不能满足当前高度集成电子元器件和微电子机械系统散热需求，亟需对微通道强化换热进行深入研究。尽管国内外对微通道强化换热做了大量研究，但有关于在通道内部加水滴形扰流元的微通道热沉尚见报道。

发明内容

本发明是基于常用的多根平行微通道换热器，在每个单通道加入水滴形扰流元，以提高换热器的换热量以解决微电子元器件和微电子机械系统(MEMS)的高热流密度热量散热问题。本发明在常规光滑微通道中加入水滴形扰流元，使得流体和固体的接触面积即换热面积增大，该结构使得工质在通道中流动过程中产生了涡流，冷热流体混合增强，从而换热量增加，即达到强化换热的目的。

本发明所述水滴形扰流元微通道换热器在常规微尺度通道的基础之上稍作改进，主要结构如下：

该换热器由七部分组成，分别是通道冷却工质入口1、冷却工质出口2、玻璃盖板3、通道进口端4、通道出口端5、冷却硅基通道6、水滴形扰流元7。

通道冷却工质入口1与通道进口端4相连接，通道出口端5与冷却工质出口2相连接；通道进口端4、通道出口端5之间为冷却硅基通道6；水滴形扰流元7置于冷却硅基通道6内；玻璃盖板3粘合在该结构的顶端且起到绝热作用。

所述冷却硅基微通道6利用刻蚀加工工艺，加工出水滴形扰流元7的微槽道。

工作时，温度较低(约20℃)的冷却工质由通道冷却工质入口1进入通道进口端4，分别流进水滴形扰流元单根冷却硅基通道6，由于单根通道中存在水滴形扰流元7，和常规微通道换热器相比，该换热器换热面积增大，工质在流道内产生了涡流，冷热流体混合增强，换热效果增强。较高温度(与通道尺寸、热功率密度等有关)的工质最终通过通道出口端5到达冷却工质出口2，进而流出系统，即电子元器件和微电子机械系统产生的高热流密度热量由水滴形扰流元微通道中流动的流体带走，达到冷却的目的。本发明在通道中加入了合理的水滴形扰流元结构，该换热器同光滑通道换热器相比，努赛尔数Nu即换热性能大幅度提升，这为集成度高、热功率大微电子元器件和微电子机械系统有效散热提供了可能。

本发明可以在不增加额外驱动或者控制装置的基础上，利用简单的水滴形扰流元结构增大换热面积，冷热流体混合增强以达到强化换热的目的。

附图说明

图1是本发明水滴形扰流元微通道换热器设计三维总体轮廓示意图。

图2是本发明水滴形扰流元微通道换热器单根通道俯视图。

图3是本发明水滴形扰流元微通道换热器单根通道水滴形扰流元局部放大图。

图中：1、通道冷却工质入口；2、冷却工质出口；3、玻璃盖板；4、通道进口端；5、通道出口端；6、冷却硅基通道；7、水滴形扰流元。

具体实施方式

下面结合结构附图对发明水滴形扰流元微通道换热器工作过程和效果进行进一步详细说明和验证。

图1为水滴形扰流元微通道换热器三维总体轮廓示意图。该水滴形扰流元微通道换热器主要包含通道冷却工质入口1、冷却工质出口2、玻璃盖板3、通道进口端4、通道出口端5、冷却硅基通道6、水滴形扰流元7构成。为了验证该发明较常规通道有更好的换热效果，表1列出了该换热器给定雷诺数Re条件下的热阻R、努赛尔数Nu、换热系数h等表征换热效果的参量，并和常规光滑通道进行了对比。由表可知，该发明显著提高了换热器的换热性能。

表1水滴形扰流元微通道换热器换热性能同常规通道对比情况