[實(shí)用新型]一種采用脈動(dòng)流及泡沫金屬板強(qiáng)化散熱裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520691938.2
• 申請(qǐng)日: 2015-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN205039146U
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張東輝;丁玉鑫;陳寧;吳明發(fā);張鳳梅;劉文豪;郭駿;呂成悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L23/473
• 分類號(hào): H01L23/473;H01L23/373;H05K7/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉靜

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種采用脈動(dòng)流及泡沫金屬板強(qiáng)化散熱裝置，屬于工業(yè)散熱領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，由于工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備的散熱和換熱要求越來越高，發(fā)熱功率已經(jīng)超過了100W/cm²。從目前的研究看，電子芯片的散熱目前主要是采用風(fēng)冷、液冷、熱管和微通道等方式。風(fēng)冷散熱方式難以應(yīng)對(duì)高熱流密度器件的挑戰(zhàn)；熱管散熱模組受到攜帶極限和干涸極限等現(xiàn)象的限制；對(duì)于液冷散熱，一般是在穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行。

實(shí)用新型內(nèi)容

實(shí)用新型目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提出一種采用脈動(dòng)流及泡沫金屬板強(qiáng)化散熱裝置，并采用垂直沖刷方式，使流動(dòng)和換熱的場協(xié)同達(dá)到更佳，這樣可大幅度強(qiáng)化流體與換熱載板之間的換熱，同時(shí)還能使換熱載板表面溫度分布更為均勻。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的一種采用脈動(dòng)流及泡沫金屬板強(qiáng)化散熱裝置，包括脈動(dòng)泵、熱沉室、積液腔和冷卻器，所述脈動(dòng)泵通過液體流入管將冷卻液送入積液腔連接，積液腔通過分液器將冷卻液噴入到熱沉室，熱沉室通過液體排出管將換熱后的液體送入冷卻器中冷卻，脈動(dòng)泵通過連接管從冷卻器吸入冷卻后的冷卻液；所述熱沉室包含泡沫金屬板、換熱載板和蓋板，所述換熱載板與高熱流密度器件連接，所述泡沫金屬板與換熱載板固定連接，泡沫金屬板通過蓋板形成密封空間，分液器與蓋板頂部垂直連接，蓋板的側(cè)面設(shè)有與液體排出管連接的圓孔。

作為優(yōu)選，所述泡沫金屬板包括底板，底板上延伸有若干個(gè)矩形凸臺(tái)，矩形凸臺(tái)之間形成橫縱交錯(cuò)的溝槽，采用這種兩層式泡沫金屬結(jié)構(gòu)有利于脈動(dòng)流的充分接觸，減少流動(dòng)阻力，使得溫度場和壓力場的均勻性得到保證，能大大提高換熱效率。

作為優(yōu)選，所述底板的厚度為1mm～2mm，溝槽的深度與底板厚度相同。采用此種結(jié)構(gòu)有利于脈動(dòng)流體迅速?zèng)_刷整個(gè)泡沫金屬孔隙，將熱量迅速帶走，使高熱流密度散熱元件的表面溫度分布更為均勻，冷卻時(shí)間大大縮短，散熱效率更高，并且流動(dòng)阻力減小。

作為優(yōu)選，所述泡沫金屬板的金屬孔密度變化范圍為60PPI～100PPI，泡沫金屬孔隙率變化范圍為0.7～0.9。此范圍孔密度以及孔隙率范圍內(nèi)的泡沫金屬擾流能力強(qiáng)，從結(jié)構(gòu)上更易于脈動(dòng)流結(jié)合。

作為優(yōu)選，所述換熱載板為紫銅，脈動(dòng)泵為大振幅、低頻率的小型隔膜泵。在現(xiàn)有的脈動(dòng)研究中，認(rèn)為大振幅、低頻率具有鋸齒波形的脈動(dòng)流強(qiáng)化換熱效果最佳，并且所占空間不因過大，依據(jù)這個(gè)指導(dǎo)基礎(chǔ)進(jìn)行脈動(dòng)源的選擇。

作為優(yōu)選，所述積液腔為喇叭形腔體。喇叭形腔體有利于流體均勻沖刷泡沫金屬板作為優(yōu)選，所述分液器為圓柱筒，冷卻器為循環(huán)水冷卻器

在本實(shí)用新型中，該裝置主要利用脈動(dòng)泵產(chǎn)生的脈動(dòng)流，并在換熱載板上焊接泡沫金屬，并使冷流體垂直沖刷換熱載板上的泡沫金屬。泡沫金屬由于其中存在大量的微小孔隙通道，這樣就可從多重機(jī)制上對(duì)換熱進(jìn)行強(qiáng)化，一方面獲得極高的換熱比表面積，另一方面通過脈動(dòng)加強(qiáng)對(duì)流體的擾動(dòng)和摻混，而且由于冷流體采用垂直沖刷，而不是平行流過換熱載板，其速度場與溫度場夾角近似0度，與場協(xié)同換熱強(qiáng)化機(jī)理完全符合。這樣，可達(dá)到大幅度流體與換熱載板之間的換熱，同時(shí)還能達(dá)到使其表面溫度分布更為均勻的效果。

本實(shí)用新型的強(qiáng)化散熱裝置，針對(duì)泡沫金屬的結(jié)構(gòu)以及液體流入與流出端口結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，使得將脈動(dòng)流和泡沫金屬的優(yōu)點(diǎn)很好的結(jié)合，大大提高了散熱效率。本實(shí)用新型的泡沫金屬焊接于換熱載板上，泡沫金屬板上端設(shè)置了液體流入管道，對(duì)泡沫金屬進(jìn)行垂直沖刷，流入管道末端與積液腔和積液腔末端的分液器連接；流出管道經(jīng)主流管道分型成六根支路管道與蓋板底端的開孔進(jìn)行連接。實(shí)用新型中的泡沫金屬的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及管道端口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減小了在泡沫金屬中的流動(dòng)阻力損失，增大了脈動(dòng)流體與泡沫金屬板的接觸面積，充分利用脈動(dòng)流縱向沖擊熱邊界層和泡沫金屬強(qiáng)大擾流能力的優(yōu)點(diǎn)，使得換熱效率大大提高，同時(shí)換熱載板的溫度場的分布均勻性得到了保證。

有益效果：本實(shí)用新型的采用脈動(dòng)流及泡沫金屬板強(qiáng)化散熱裝置，采用大振幅、低頻率的脈動(dòng)流垂直沖刷泡沫金屬，并采用垂直沖刷泡沫金屬換熱載板，最大化利用場協(xié)同效應(yīng)強(qiáng)化換熱過程；采用上層為分塊、下層整體的泡沫金屬，能夠大大增加對(duì)流換熱面積，減小流動(dòng)阻力，使溫度分布更為均勻；大振幅、低頻率的脈動(dòng)流配合上雙層泡沫金屬結(jié)構(gòu)能夠增大工質(zhì)的橫向和縱向擾動(dòng)和摻混，熱邊界層不斷重組，同時(shí)在擾動(dòng)過程中由于壓力的變化會(huì)導(dǎo)致空化和渦旋的形成，這些機(jī)制能夠大大的提高換熱效率；所選用的隔膜泵和循環(huán)水冷卻器體積小，效率高，使系統(tǒng)壽命大大提高同時(shí)節(jié)省出相應(yīng)的空間。

附圖說明