[發明專利]一種用于高熱流密度器件的散熱及余熱回收系統

在審

• 申請號: 201710064565.X
• 申請日: 2017-02-04
• 公開（公告）號: CN106594691A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 穆瑞;謝澤欣;張杰
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: F21V29/51
• 分類號: F21V29/51;F21V29/67;F21V29/74;H01L23/427;H02N11/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及高熱流密度器件，尤其是涉及一種用于高熱流密度器件的散熱及余熱回收系統。

背景技術

隨著科技的日新月異，涌現出大量高熱流密度器件。其中某些器件的熱流密度甚至達到200W/cm²，而這導致集成電路和半導體器件的性能、可靠性和安全性均受到較大影響。如何運用良好的散熱手段有效地解決散熱問題已成為當前電子電器設備亟待解決的關鍵技術。

平板熱管是一個內壁具有毛細結構的真空腔體，腔體抽成真空并充入工質，通過平板內壁吸液芯內的工質蒸發、冷凝相變實現熱量的快速散失。由于平板熱管具有良好的導熱性、等溫性、快速熱啟動性等特點，人們將其廣泛應用于高熱流密度器件的散熱。目前，平板熱管結構多為扁平狀，抗壓能力一般較差，容易因溫度過高或外加壓力而產生內陷或裂縫變形現象，一般不采用可以提升平板熱管使用溫度的氨作為工質，因為相對于水、酒精等低飽和蒸汽壓力的工質，氨的飽和蒸汽壓力提高了幾十倍。因此平板熱管的一項技術難點就是耐壓性。另外，相比于傳統熱管的一維散熱而言，平板熱管的二維面散熱對多熱源器件的散熱更有優勢。且其金屬基板可代替電子器件的內基板，便于與電子器件的一體化封裝，降低器件整體熱阻。

溫差發電現象是在1821年由賽貝克發現,把兩種不同的金屬導體接成閉合電路時，若把它的兩個接點分別置于溫度不同的兩個環境中，則電路中就會有電流產生，這一現象稱為塞貝克(Seebeck)效應，這種情況下產生電流的電動勢叫做溫差電動勢。塞貝克效應的實質在于兩種金屬接觸時會產生接觸電勢差，該電勢差取決于金屬的電子逸出功和有效電子密度這兩個基本因素。半導體的溫差電勢最明顯,可用作熱電轉換器件。

公告號為CN 104748597 A的中國發明專利公開一種平板熱管及其制作方法，該裝置包括蒸發蓋板、冷凝蓋板、多孔毛細結構和若干個支撐柱；該發明雖然兼顧平板熱管散熱性能與機械強度，但由于其支撐柱需插入毛細結構的通孔，導致其散熱性能無法達到最優，且制造過程復雜。公告號為CN 104713395A的中國發明專利公開了一種高耐壓性平板熱管及其加工方法，其包括上金屬蓋板、下金屬蓋板、毛細腔和加強筋；該發明在上金屬蓋板直接加工出加強筋，雖然提高了熱管的耐壓性，但加強筋的存在會導致平板熱管整體熱阻增加，從而降低其傳熱效率。

公告號為CN 204534496 U的中國發明專利中所公開的一種可利用余熱的LED散熱裝置，其采用微槽平板熱管，且將其置于內基板和熱電轉換模塊之間。內基板使得器件的整體熱阻較大，而微槽平板熱管的使用有局限性。

發明內容

為了克服現有技術的上述不足，本發明的目的在于提供可以應用于高熱流密度器件的熱控制及其余熱回收，不僅可解決高熱流密度器件的散熱問題，而且還將余熱用于發電，減少資源的消耗，具有很好應用潛力和推廣前景的一種用于高熱流密度器件的散熱及余熱回收系統。

本發明設有散熱模塊和熱電轉換與儲能模塊；

所述散熱模塊設有平板熱管、散熱風扇、散熱翅片，所述平板熱管設有上金屬蓋板和下金屬蓋板，所述平板熱管蒸發面設有陣列排布的多孔凸起結構，所述多孔凸起結構頂端設有內凹槽；所述平板熱管冷凝面設有與所述內凹槽配合的多孔凸臺結構，所述多孔凸臺結構與所述內凹槽組合成多孔吸液芯；

所述熱電轉換與儲能模塊設有半導體熱電轉換器、穩壓電路、儲能電池，半導體熱電轉換器、穩壓電路、儲能電池依次連接，所述散熱翅片設在半導體熱電轉換器或平板熱管冷端，散熱翅片作為輔助散熱元件。

所述半導體熱電轉換器可采用半導體溫差發電組件。

所述上金屬蓋板和下金屬蓋板可采用銅、銅合金、鋁、鋁合金及鎳等中的一種材料制成的蓋板。

所述多孔吸液芯、多孔凸起結構、多孔凸臺結構均可采用金屬粉末通過燒結形成，具有多孔隙結構，能夠提供良好的毛細壓力和工質液體回流路徑。所述金屬粉末可采用銅粉、鎳粉、鋁粉及碳納米粉等中的一種。所述工質液體可采用水、乙醇、丙酮、甲醇、氨等中的一種，優選氨，工質液體的注入量可為多孔吸液芯、多孔凸起結構、多孔凸臺結構內腔容積的10％～40％。

所述多孔凸起結構其外形可采用長方體，所述多孔凸臺結構可采用倒置幾何體，所述倒置幾何體可采用倒梯形臺等。

所述平板熱管的制造方法，包括如下步驟：

1)通過電火花線切割設備和數控銑床等加工制造出相關模具；