[發明專利]一種微納復合結構表面熱沉及其強化換熱的方法

在審

• 申請號: 201610821637.6
• 申請日: 2016-09-13
• 公開（公告）號: CN107816907A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 胡學功;欒義軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04;F28F21/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及熱能工程技術領域，特別涉及一種大功率電子集成器件熱沉及其強化換熱的方法。

背景技術

隨著高新技術的發展，包括各種計算處理芯片、激光器件、大功率LED燈片等在內的大功率電子集成器件運行功率越來越大。其中，這些耗能元件在發揮有效功率的同時，有相當一部分電功率轉化為熱量，熱量的產生必將伴隨著這些高功率電子器件溫度的升高。但是，高溫對這些大功率電子器件的運行是非常不利的，例如，大功率LED燈若不加任何散熱器，在通電工作幾秒鐘后即會燒毀；計算機或服務器的中央處理器(CPU)，在大功率運行時運行效率會明顯下降。目前對于這些高耗能設備及器件，尤其是對于大型的耗能設備機組，比較有效的制冷方案是采用大功率制冷空調機組進行冷卻，制冷空調的使用帶來的是大量電能的耗費。使用制冷空調的方案中，發熱器件本身的耗電中有相當大一部分電能轉化為無用熱能，空調機組又耗費大量電能來完成制冷效果。在這一過程中，基礎建設、運行、維護成本大大增加，故障率相應地會提高。單從散熱角度上來說，制冷空調冷卻的是發熱設備機組所在空間內部的空氣，再間接地利用冷空氣對發熱設備機組進行冷卻，未能直接對發熱源進行冷卻，另有發熱機組往往結構復雜，冷卻空氣往往形成流動“死區”，“死區”內的空氣流動不暢，往往會存在較大溫度梯度，熱量難以快速散掉，這對散熱是極其不利的。同時，發熱設備機組所在空間，往往存在嚴重的冷量泄露，這又對能量造成浪費。而電子電氣設備大功率化、集成化的發展趨勢必然造成散熱熱流密度增加，因此，開發設計出更加高效的散熱器對于從根本上解決這些大功率發熱器件散熱降溫問題勢在必行。

相變換熱熱沉在大功率電子集成器件換熱方面得到廣泛應用。然而目前相變換熱熱沉大多采用普通平面，或者附有較大尺度肋片等擴展面的優化換熱面熱沉，少數產品采用了微尺度加工的表面優化設計技術(包括普通平面上加工微槽道、微柱體、微肋體等微尺度表面優化技術)。實驗研究中，對相變換熱的研究也停留在微尺度下相變換熱的研究階段。現有技術所采用的相變換熱取熱熱沉，未能充分發揮出換熱表面的取熱能力，難以解決高熱流密度的散熱問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有技術中的上述缺點，本發明提供了一種微納復合結構表面熱沉及其強化換熱的方法，基于微納尺度下相變換熱的基本原理，提高熱沉的換熱能力，使轉化為熱量的那一部分電能以液體工質相變的形式迅速從高溫熱源處取走，并最終散失到空氣及其他介質當中，大幅度減小從熱源到散熱最終介質(主要是空氣)中去的中間熱阻，從根本上解決了發熱功能元件運行溫度過高的問題。

(二)技術方案

本發明的技術方案如下：

本發明提出了一種微納復合結構表面熱沉，包括微槽群熱沉，還包括納米涂層，所述納米涂層在所述微槽群熱沉的表面生成：所述微槽群熱沉的表面材料是半導體、玻璃、陶瓷或金屬及其合金；所述微槽群熱沉的微槽道橫截面是矩形、梯形或三角形；所述納米涂層材料是金屬、金屬氧化物、金屬氟化物、半導體材料或有機高聚物涂料。

所述納米涂層厚度為0～1000nm。所述矩形微槽道的微槽道寬度在0.05～2mm范圍內，微槽道深度在0.05～2mm范圍內，相鄰微槽道間距在0.05～5mm范圍內。所述梯形微槽道的梯形上底邊長度為0.05～2mm，下底邊長度為0.07～4mm，微槽道深度為0.05～8mm，相鄰微槽道間距為0.05～5mm。所述三角形微槽道的槽底頂角為5°～120°，微槽道深度為0.05～8_mm，相鄰微槽道間距為0.05～5_mm。

本發明還提出了一種微納復合結構表面熱沉強化換熱的方法，在微槽群熱沉的表面增加納米涂層：所述微槽群熱沉的表面材料是半導體、玻璃、陶瓷或金屬及其合金；所述微槽群熱沉的微槽道橫截面是矩形、梯形或三角形；所述納米涂層材料是金屬、金屬氧化物、金屬氟化物、半導體材料或有機高聚物涂料。

所述納米涂層厚度為0～1000nm。所述矩形微槽道的微槽道寬度在0.05～2mm范圍內，微槽道深度在0.05～2mm范圍內，相鄰微槽道間距在0.05～5mm范圍內。所述梯形微槽道的梯形上底邊長度為0.05～2mm，下底邊長度為0.07～4mm，微槽道深度為0.05～8mm，相鄰微槽道間距為0.05～5mm。所述三角形微槽道的槽底頂角為5°～120°，微槽道深度為0.05～8_mm，相鄰微槽道間距為0.05～5_mm。

(三)有益效果